DE112019005151B4 - Verfahren zur Wärmebehandlung eines Silicium-Wafers - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Wärmebehandlung eines Silicium-Wafers, wobei der Silicium-Wafer rotierbar in einer Kammer installiert ist und einem schnellen thermischen Verfahren der Erwärmung und Kühlung in einer Inertgasatmosphäre unterworfen wird, worin das Verfahren enthält:Halten des Wafers für eine Zeit von 5 bis 30 s und Einstellen der Rotationsgeschwindigkeit des Wafers auf 80 bis 120 Upm in einem Temperaturbereich von 900 bis 1100°C, bis die Wärmebehandlungstemperatur in der Kammer 1300°C oder mehr erreicht undSteuern der Inertgaszufuhr in der Kammer, so dass die Gas-Ersatzrate 90 % oder mehr ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmbehandlung eines Silicium-Wafers, das insbesondere in der Lage ist, erzeugtes SiO-Gas effektiv zu entfernen, wenn ein natürlicher Oxid-Film auf der Oberfläche des Silicium-Wafers geschmolzen wird, und die Akkumulation von SiOx-Feststoff in einer Wärmebehandlungskammer bei der Wärmebehandlung in einer Inertgasatmosphäre zu unterdrücken.
  • Hintergrund der Anmeldung
  • Es gibt ein Bedürfnis für die Verbesserung der Qualität von Halbleiter-Substraten wie Silicium-Wafern (nachfolgend einfach als Wafer bezeichnet) zusammen mit einer hohen Integration von Halbleiter-Vorrichtungen. Es ist insbesondere notwendig, Kristalldefekte in einem aktiven Bereich zu reduzieren, bei dem die Vorrichtung gebildet wird. Beispielsweise verbleiben bei einem Silicium-Wafer, der durch Wachsen von Einzelkristall-Silicium und andere verschiedene Verfahren erzeugt ist, Kristallmängel, die im Verlaufe des Einkristall-Wachstums erzeugt sind, in dem verarbeiteten Wafer.
  • Ein Verfahren unter Verwendung einer RTP (schnelles thermisches Verfahren)-Vorrichtung, die in PTL 1 beschrieben ist, ist beispielsweise als Verfahren zur Verminderung von Kristallmängeln, die im Silicium-Wafer enthalten sind, durch kurze Wärmebehandlung bekannt. Das Verfahren gemäß PTL 1 beinhaltet das Erwärmen eines Silicium-Wafers bei einer Temperatur im Bereich von 1300°C bis zum Schmelzpunkt von Silicium und Kühlen auf eine Temperatur im Bereich von 400 bis 800°C in einer Argongasatmosphäre. Nach Ändern der Atmosphäre zu Sauerstoff wird der Silicium-Wafer innerhalb eines Bereiches von 1250°C bis zum Schmelzpunkt von Silicium in der RTP-Vorrichtung wärmebehandelt.
  • Die Wärmebehandlung in einer Argongasatmosphäre verursacht das Schmelzen eines natürlichen Oxid-Filmes, der auf der Wafer-Oberfläche gebildet ist, und die Desorption als SiO-Gas. Weil das erzeugte SiO-Gas nicht vollständig abgelassen wird und das Gas die Silicium-Oberfläche bei hoher Temperatur ätzt, akkumuliert SiOx-Feststoff davon auf der Innenwand der Kammer und den Oberflächen von anderen Teilen mit geringer Temperatur. Der SiOx-Feststoff verursacht ein Problem, daß Teilchen an dem Wafer beim Vorgang der Wärmebehandlung haften.
  • Im allgemeinen wird, während eine einzelne Wafer-Wärmebehandlungsvorrichtung verwendet wird, die Behandlungstemperatur des Silicium-Wafers durch Messen der Temperaturen bei mehreren Stellen an der Rückseite des Wafers mit einem Nicht-Kontakt-Strahlungsthermometer usw. gesteuert. Wenn Reaktionsprodukte wie SiOx, die oben beschrieben sind, an dem Strahlungsthermometer akkumulieren, können die Temperaturen nicht genau gemessen werden. Folglich werden die Temperaturen bei dem Wafer während der Behandlung ungleichmäßig, wodurch Gleitmängel erzeugt werden.
  • In bezug auf das Problem mit Reaktionsprodukten aufgrund von SiO-Gas offenbart PTL 2 ein Verfahren zum Erzeugen eines atmosphärischen Stromes in einem Raum zwischen einem Silicium-Wafer und einem Strahlungs-Thermometer, um die Akkumulationsrate der Reaktionsprodukte auf dem Strahlungsthermomerter zu vermindern.
  • PTL 3 offenbart, daß rotierende Wafer bei einer hohen Geschwindigkeit in einem gewissen Ausmaß (z.B. 250 bis 300 Upm) die Erzeugung von Gleitmängeln unterdrücken kann, weil Reaktionsprodukte nicht an dem Wafer akkumulieren.
  • US 2010/0 038 757 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Si-Wafer-Blocks, wobei eine Temperatur von 1300-1380°C und eine Atmosphäre mit einem Sauerstoffpartialdruck von 20-100% angewendet wird.
  • DE 100 24 710 A1 offenbart ein Verfahren von Defektprofile in einer kristallinen oder kristallähnlichen Struktur eines Substrats. Es wird ferner beschrieben, dass ein Wafer mittels einer Rotationsvorrichtung in Rotation versetzt werden kann, um eine gleichförmigere homogene Temperaturverteilung zu realisieren.
  • DE 101 19 047 A1 offenbart ein thermisches Verfahren, in welchem der Wafer bei einer Rotationsgeschwindigkeit von 90 Upm rotiert wird.
  • Liste der Druckschriften
  • Patentliteratur
    • PTL 1: JP 2011-029 429 A
    • PTL 2: JP 2002-507 250 A
    • PTL 3: JP 2011-233 556 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Selbst das in PTL 2 beschriebene Verfahren ermöglicht die Reduktion der Menge von Reaktionsprodukten, die sich auf dem Strahlungsthermometer akkumulieren, jedoch kann die Akkumulation selbst nicht vollständig inhibiert werden.
  • Obwohl das in PTL 3 beschriebene Verfahren effektiv für die Unterdrückung der Akkumulation der Reaktionsprodukte auf dem Wafer ist, ist SiO-Gas, das durch Entfernung eines natürlichen Oxid-Filmes erzeugt ist, schwierig aus der Kammer zu entfernen, so daß es ein weiteres Problem gibt, daß Reaktionsprodukte wie SiOx in der Kammer nach der kontinuierlichen Behandlung akkumulieren.
  • Unter diesen Umständen haben als Ergebnis von intensiven Untersuchungen die Erfinder folgendes festgestellt. Wenn die Wärmebehandlung in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt wird, während der Silicium-Wafer rotiert wird, wird die Effizienz der Entfernung von SiO-Gas von der Wärmebehandlungskammer verbessert, indem die Rotationsgeschwindigkeit des Wafers und die Gas-Ersatzrate in einem Temperaturbereich (das heißt 900 bis 1100°C), worin SiO-Gas von der Wafer-Oberfläche durch die Zeit, wenn die Temperatur 1300°C oder mehr erreicht, erzeugt wird, gesteuert wird. Hierdurch kann die Akkumulation von Reaktionsprodukten wie SiOx im Inneren der Kammer verhindert werden.
  • Ein Ziel dieser Erfindung ist, ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Silicium-Wafers anzugeben, das in der Lage ist, SiO-Gas, das beim Schmelzen eines natürlichen Oxid-Filmes auf der Oberfläche des Silicium-Wafers erzeugt ist, effektiv zu entfernen, die Akkumulation von Reaktionsprodukten in der Wärmebehandlungskammer zu unterdrücken und die Gleitverschlechterung während der Behandlung in einer Inertgasatmosphäre zu verhindern, um Kristallmängel, die in Silicium-Wafern enthalten sind, in einer kurzen Zeit zu vermindern.
  • Lösung des Problems
  • Das Verfahren für die Wärmebehandlung eines Silicium-Wafers gemäß dieser Erfindung, das das obige Problem lösen soll, ist ein Verfahren, bei dem der rotierbar in einer Kammer installierte Silicium-Wafer einem schnellen thermischen Verfahren des Erwärmens und Kühlens in einer Inertgasatmosphäre unterworfen wird. Bei dem Verfahren wird der Wafer für eine Zeit von 5 s oder mehr gehalten, die Rotationsgeschwindigkeit des Wafers wird auf 80 bis 120 Upm einschließlich eingestellt, und die Inertgaszufuhr in der Kammer wird so gesteuert, daß die Gas-Ersatzrate 90 % oder mehr in einem Temperaturbereich von 900 bis 1100°C in der Kammer sein kann.
  • Bis die Wärmebehandlungstemperatur in der Kammer 1300°C oder mehr erreicht, ist es bevorzugt, daß der Wafer 5 bis 30 s gehalten wird und die Rotationsgeschwindigkeit des Wafers ist bevorzugt 80 bis 120 Upm in einem Temperaturbereich von 900 bis 1100°C.
  • Der Kammerdruck ist bevorzugt 1 kPa oder weniger in einem Temperaturbereich von 900 bis 1100°C.
  • Wenn ein Silicium-Wafer in einer Inertgasatmosphäre unter Verwendung eines solchen Wärmebehandlungsverfahrens wärmebehandelt wird, kann SiO-Gas, das beim Schmelzen eines natürlichen Oxid-Filmes auf der Oberfläche des Silicium-Wafers erzeugt wird, effektiv durch Steuern der Rotationsgeschwindigkeit des Wafers und der Gas-Ersatzrate in der Kammer entfernt werden. Als Ergebnis akkumulieren Reaktionsprodukte kaum im Inneren der Wärmebehandlungskammer, was zur Verhinderung der Gleitverschlechterung führt.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Diese Erfindung gibt das Verfahren zur Wärmebehandlung eines Silicium-Wafers an, das in der Lage ist, effektiv SiO-Gas zu entfernen, das beim Schmelzen eines natürlichen Oxid-Filmes auf der Oberfläche des Silicium-Wafers erzeugt ist, die Akkumulation von Reaktionsprodukten in der Wärmebehandlungskammer zu unterdrücken und die Gleitverschlechterung bei der Wärmebehandlung des Silicium-Wafers in einer Inertgasatmosphäre zu verhindern.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Querschnitt, der die RTP-Vorrichtung zeigt, die beim Verfahren zur Wärmebehandlung des Silicium-Wafers dieser Erfindung verwendet wird.
    • 2 ist ein Diagramm, das die Folge des Verfahrens zur Wärmebehandlung des Silicium-Wafers dieser Erfindung zeigt.
    • 3 ist ein Diagramm, das das Ergebnis der Beispiele dieser Erfindung zeigt.
    • 4 ist ein anderes Diagramm, das die Ergebnisse der erfindungsgemäßen Beispiele zeigt.
    • 5 ist ein weiteres Diagramm, das die Ergebnisse der erfindungsgemäßen Beispiele zeigt.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel der RTP-Vorrichtung zeigt, die beim Verfahren zum Wärmebehandeln des Silicium-Wafers dieser Erfindung verwendet wird.
  • Wie in 1 gezeigt ist, hat die RTP-Vorrichtung 10, die beim Verfahren zur Wärmebehandlung des Silicium-Wafers dieser Erfindung verwendet wird, eine Kammer (Reaktionsrohr) 20, das mit einem Einlaß 20a für atmosphärisches Gas und einem Auslaß 20b für atmosphärisches Gas ausgerüstet ist. Mehrere Lampen 30 sind oberhalb der Kammer 20 angeordnet, und ein Wafer-Tragebereich 40 ist angeordnet, zum Tragen eines Wafers W in einem Reaktionsraum 25 der Kammer 20. Die RTP-Vorrichtung 10 enthält ein Rotationswerkzeug (nicht dargestellt), das den Wafer W um die Zentralachse bei einer bestimmten Geschwindigkeit rotiert.
  • Der Wafer-Tragebereich 40 hat einen Suszeptor-Ring 40a zum Tragen der Peripherie des Wafers W und eine Stufe 40b zum Tragen des Suszeptors 40a. Die Kammer 20 ist beispielsweise aus Quarz erzeugt. Die Lampe 30 ist beispielsweise eine Halogenlampe. Der Suszeptor 40a ist beispielsweise aus Silicium erzeugt. Die Stufe 40b ist beispielsweise aus Quarz erzeugt.
  • Wenn der Wafer W dem RTP mit der in 1 gezeigten RTP-Vorrichtung 10 unterworfen wird, wird er in dem Reaktionsraum 25 durch einen Wafer-Einlaß (nicht dargestellt) in die Kammer 20 eingefügt und auf dem Suszeptor 40a, der den Wafer-Tragebereich 40 konstituiert, befestigt. Ein unten beschriebenes atmosphärisches Gas wird von dem Einlaß 20a für das atmosphärische Gas eingeführt, und die Lampe 30 bestrahlt die Oberfläche des Wafers W, während der Wafer W mit dem Rotationswerkzeug (nicht dargestellt) rotiert wird.
  • Die Temperatur des Reaktionsraumes 25 in der RTP-Vorrichtung 10 wird durch Messen einer Durchschnittstemperatur von vielen Punkten, z.B. neun Punkten auf einer Wafer-Ebene des unteren Teils des Wafers W in der Durchmesserrichtung unter Verwendung von mehreren Strahlungsthermometern 50, die in eine Stufe 40b des Wafer-Tragebereiches 40 eingefügt sind, gesteuert. Basierend auf der erhaltenen Durchschnittstemperatur werden mehrere Halogenlampen 30, mehr spezifisch eine AN/AUS-Schaltung einer jeden Lampe und die Lichtintensität des emittierenden Lichtes gesteuert.
  • Nachfolgend wird das Verfahren zur Wärmebehandlung des Silicium-Wafers dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
  • Das Verfahren zur Wärmebehandlung des Silicium-Wafers dieser Erfindung verwendet das RTP-Verfahren unter bestimmten Herstellbedingungen unter Verwendung von Silicium-Wafern, die von einem Barren aus Silicium-Einkristall, der durch das Czochralski-Verfahren gewachsen ist, geschnitten werden.
  • Der Barren von Silicium-Einkristall gemäß Czochralski ist durch ein bekanntes Verfahren gewachsen.
  • Mehr spezifisch wird polykristallines Silicium, das einen Quarz-Tiegel füllt, erwärmt, zur Erzeugung einer Siliciumschmelze. Ein Keimkristall wird mit einer flüssigen Oberfläche der Siliciumschmelze in Kontakt gebracht und dann mit dem Keimkristall und der Rotation des Quarz-Tiegels angehoben. Ein Barren aus Silicium-Einkristall wird durch Wachsen des Einkristalls hergestellt, bis der gerade Körperteil auf einen gewünschten Durchmesser vergrößert ist.
  • Der Barren aus dem somit erhaltenen Silicium-Einkristall wird zu Silicium-Wafern durch ein bekanntes Verfahren verarbeitet.
  • Mehr spezifisch wird der Barren aus dem Silicium-Einkristall in die Form von Wafern mit einem inneren Peripherieschneider, eine Drahtsäge usw. geschnitten und dann wird der Silicium-Wafer hergestellt, nachdem mit ihm die Verfahren zum Abschrägen des äußeren peripheren Teils, Läppen, Ätzen und Mahlen durchgeführt wurden. Es ist zu beachten, daß das hierin beschriebene Verfahren lediglich ein Beispiel ist und diese Erfindung nicht hierauf beschränkt ist.
  • Nachfolgend wird der erhaltene Silicium-Wafer dem RTP unter den bestimmten Herstellbedingungen unterworfen.
  • 2 ist ein schematisches Diagramm, das die Wärmebehandlungssequenz bei RTP zur Verwendung in dem Verfahren zur Wärmebehandlung des Silicium-Wafers dieser Erfindung zeigt.
  • Die Wärmebehandlungssequenz im RTP zur Verwendung bei dem Verfahren zur Wärmebehandlung des Silicium-Wafers dieser Erfindung ist wie folgt. Der wie oben beschrieben hergestellte Silicium-Wafer wird in der Kammer 20, die bei einer erforderlichen Temperatur T0, z.B. 500°C, gehalten ist, in der RTP-Vorrichtung 10, die in 1 gezeigt ist, angeordnet.
  • Ein atmosphärisches Gas wie Argongas wird von dem Einlaß 20a für das atmosphärische Gas eingeführt, so daß die Kammer eine Inertgasatmosphäre erhält.
  • Die Kammer 20 wird durch die Halogenlampe 30 erwärmt. Die Kammer 20 wird schnell bei einer bestimmten Erwärmungsrate erwärmt, bis sie einen Temperaturbereich T1 von 900 bis 1100°C erreicht, wie im Diagramm von 2 gezeigt ist.
  • Der Temperaturbereich T1 wird so gesteuert, daß der Temperaturbereich während einer bestimmten Zeit tp1 (wünschenswert 5 bis 30 s) gehalten werden kann. Muster 1, 2 und 3, die in 2 beispielsweise dargestellt sind, können üblicherweise als Erwärmungsmuster verwendet werden, bis die Temperatur oberhalb des Temperaturbereiches T1 ist.
  • Zur Förderung des Entfernens von SiO-Gas von dem Wärmebehandlungsraum wird die Kammer so gesteuert, daß sie einen Druck von 1 kPa oder weniger im Temperaturbereich T1 aufweist.
  • Der Grund, warum der Temperaturbereich T1 900 bis 1100°C sein soll, ist, daß dann, wenn der Temperaturbereich T1 mehr als 1100°C beträgt, ein natürlicher Oxid-Film auf der Wafer-Oberfläche entfernt werden kann, aber ein Phänomen auftritt, daß SiO-Gas die Silicium-Oberfläche ätzt, sobald es erzeugt wird, weil die Retentionstemperatur zu hoch ist. Wenn der Temperaturbereich T1 unter 900°C ist, wird der Wafer nicht genügend erwärmt, um den natürlichen Oxid-Film davon zu zersetzen, und als Ergebnis kann der natürliche Oxid-Film auf der Wafer-Oberfläche nicht ausreichend entfernt werden.
  • Der Grund, warum die Retentionszeit tp1 bei dem Temperaturbereich T1 5 bis 30 s sein soll, ist, daß eine Retentionszeit tp1 von 5 s oder mehr genügend hoch ist, um eine ausreichende Wirkung dem natürlichen Oxid-Film zu verleihen, obwohl die Dicke eines jeden natürlichen Oxid-Filmes individuell verschieden sein kann. Wenn die Retentionstemperatur tp1 30 s oder weniger ist, kann die Möglichkeit der Teilchenadhäsion an der Oberfläche des Wafers W reduziert werden.
  • Die Rotationsgeschwindigkeit des Wafers bei dem Temperaturbereich T1 sollte auf 80 bis 120 Upm eingestellt werden.
  • Unter Berücksichtigung, daß SiO-Gas nicht ausreichend entfernt werden kann, wenn die Einführungsmenge eines Inertgases nicht genügend hoch ist, sollte das Inertgas so zugeführt werden, daß eine Atmosphäre im Inneren der Kammer mit diesem bei einer Rate von 90 % oder mehr pro Minute ersetzt werden kann, das heißt 30 bis 100 1/min.
  • Hierdurch kann SiO-Gas, das beim Schmelzen des natürlichen Oxid-Filmes auf der Oberfläche des Wafers W erzeugt ist, effektiv entfernt werden.
  • Wenn die Gas-Ersatzrate 90 % ist, sollte der Kammerdruck reduziert werden, spezifisch auf 10 kPa oder weniger. Insbesondere wenn der Kammerdruck 1 kPa oder weniger ist, ist die Gas-Ersatzrate 90 % innerhalb von 5 s, so daß das Ziel dieser Erfindung effektiver erzielt werden kann.
  • Wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Wafers W weniger als 80 Upm ist, wird die Temperatur in der Ebene des Wafers W ungleichmäßig, was solche Probleme verursacht, daß der Wafer W sich wölbt und während der Behandlung von dem Suszeptor 40a sich löst.
  • Wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Wafers W mehr als 120 Upm ist, erniedrigt sich die Effizienz der Entfernung von SiO-Gas. Folglich kann SiO-Gas direkt oberhalb und unterhalb des Wafers verbleiben, was weitere Probleme verursachen kann, das heißt die Akkumulation von Reaktionsprodukten in der Behandlungskammer, weil SiO-Gas die Silicium-Oberfläche augenblicklich bei einer hohen Temperatur von über 1100°C ätzt.
  • Nach Verstreichen der bestimmten Zeit tp1 und nach Übersteigen der Temperatur des Temperaturbereiches T1 in der Kammer 20, steigt die Temperatur weiterhin schnell bei der bestimmten Erwärmungsrate auf T2, wünschenswert auf 1300°C und wird dann beispielsweise 30 s gehalten.
  • Danach wird die Kammer auf T3, z.B. 600°C bei der bestimmten Kühlrate gekühlt und das Innere wird durch eine oxidierende Atmosphäre ersetzt.
  • Nach Ersatz durch eine oxidierende Atmosphäre wird die Kammer bei der bestimmten Erwärmungsrate auf T4, z.B. 1250°C erwärmt, 30 s gehalten und bei einer bestimmten Kühlrate von T5, z.B. 600°C gekühlt, was das RTP zu einem Ende bringt.
  • Gemäß dem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung wie oben beschrieben kann, wenn der Silicium-Wafer in einer Inertgasatmosphäre wärmebehandelt ist, SiO-Gas, das beim Schmelzen des natürlichen Oxid-Filmes auf der Wafer-Oberfläche erzeugt ist, effektiv durch Einstellen der Rotationsgeschwindigkeit des Wafers und der Gas-Ersatzrate in der Kammer entfernt werden. Als Ergebnis wird die Akkumulation von Reaktionsprodukten in der Kammer reduziert, was zur Verhinderung von Gleitverschlechterung führt.
  • Argongas wird als Inertgas in dem oben genannten Ausführungsbeispiel verwendet, aber das Verfahren dieser Erfindung kann ebenfalls angewandt werden, wenn andere Inertgase in die Kammer eingeführt werden.
  • Beispiele
  • Das Verfahren zur Wärmebehandlung des Silicium-Wafers dieser Erfindung wird weiter unter Bezugnahme auf die Beispiele beschrieben. In den Beispielen wurden die folgenden Experimente entsprechend dem oben genannten Ausführungsbeispiel durchgeführt.
  • In den Beispielen wurde eine RTP-Vorrichtung vom Lagen-Typ verwendet, wobei Wafer in der Kammer horizontal gehalten wurden. Die Wafer wurden durch eine Wärmelampe von den Vorderseiten erwärmt und die Temperatur wurde mit einem Strahlungsthermometer von den Rückseiten aufgezeichnet. In der RTO-Vorrichtung wurden 1000 bis 1500 Lagen von doppelseitig polierten Einkristall-Silicium-Wafern mit Durchmessern von 300 mm wärmebehandelt und die Änderung der Oxid-Filmdicken und der Gleitlängen der behandelten Wafer wurden ausgewertet. Die Gleitlänge wurde durch Röntgenstrahlen-Topographie gemessen.
  • Die allgemeinen Wärmebehandlungsbedingungen waren wie folgt: die Kammer, die mit einer Argonatmosphäre gefüllt war, wurde schnell auf 1300°C erwärmt, 300 s gehalten und dann auf 600°C gekühlt. Nach Ersatz durch eine oxidierende Atmosphäre ohne Herausnehmen der Wafer aus der Kammer wurde die Kammer schnell auf 1250°C erwärmt und 30 s gehalten.
  • Danach wurden die Bedingungen im Inneren der Kammer für jedes Beispiel und Vergleichsbeispiel wie unten beschrieben eingestellt. Der Temperaturbereich T1 (°C) in den unten gezeigten Bedingungen ist ein Temperaturbereich, dessen Timing dem Temperaturbereich T1 im Diagramm von 2 entspricht.
    1. (a) Temperaturbereich T1 (°C)
    2. (b) Rotationsgeschwindigkeit (Upm) des Wafers im Temperaturbereich T1
    3. (c) Retentionszeit und Erwärmungszeit (s) im Temperaturbereich T1
    4. (d) Gasersatzrate im Temperaturbereich T1 (%)
    5. (e) Druck (kPa) im Temperaturbereich T1
  • Wie in Tabellen 1 und 2 gezeigt ist, wurden die Beispiele 1 bis 13 und Vergleichsbeispiele 1 bis 6 eingestellt und gemäß den oben genannten Bedingungen (a) bis (e) ausgewertet.
  • In der Bewertungsspalte von Tabelle 1 zeigt A oder „ausgezeichnet“ an, daß keine Verdickung des Oxid-Filmes in den Folgebehandlungen gesehen wurde und daß keine beachtliche Akkumulation von SiOx-Reaktionsprodukten in der Kammer festgestellt wurde. B oder „gut“ zeigt, daß etwas Probleme auftraten, daß der Wafer sich vom Suszeptor während der Wärmebehandlung löste, obwohl keine beachtliche Akkumulation der SiOx-Reaktionsprodukte in der Kammer festgestellt wurde. C oder „schlecht“ bedeutet, daß eine größere Oxid-Filmverdickung und mehr Gleiterzeugung beobachtet wurden, wenn sich die Zahl der Wafer für die Behandlung erhöhte.
  • Tabelle 2 zeigt, wie der Druck (kPa) im Inneren der Kammer die Zeit beeinflußte, bis die Gas-Ersatzrate 90 % oder mehr erreichte. [Tabelle 1]
    (a) Temperatur (°C) (b) Rotationsgeschwindigkeit (Upm) (c) Retentionszeit (s) (d) Gas-Ersatzrate (%) Bewertung
    Bsp. 1 900-1100 120 15 ≧ 90 A
    Bsp. 2 900 100 15 ≧ 90 A
    Bsp. 3 1000 100 15 ≧ 90 A
    Bsp. 4 1100 100 15 ≧ 90 A
    Bsp. 5 900-1100 80 15 ≧ 90 A
    Vgl-bsp. 6 900-1100 50 15 ≧ 90 B
    Bsp. 7 900-1100 0 15 ≧ 90 B
    Bsp. 8 900-1100 120 5 ≧ 90 A
    Bsp. 9 900-1100 120 30 ≧90 A
    Vgl-bsp. 10 900-1100 120 45 ≧90 B
    Vgl-bsp. 1 900-1100 150 15 ≧90 C
    Vgl-bsp. 2 900-1100 240 15 ≧ 90 C
    Vgl-bsp. 3 850 100 15 ≧ 90 C
    Vgl-bsp. 4 1150 100 15 ≧90 C
    Vgl-bsp. 5 900-1100 100 2 ≧90 C
    Vgl-bsp. 6 900-1100 100 15 85 C
    [Tabelle 2]
    (a) Temperatur (°C) (b) Rotationsgeschwindigkeit (Upm) (e) Druck (kPa) Zeit bis die Gas-Ersatzrate 90 % oder mehr erreichte (s)
    Bsp. 11 900-1100 120 0,1 4
    Bsp. 8 900-1100 100 1 5
    Bsp. 12 900-1100 100 10 8
    Bsp. 13 900-1100 100 100 11
  • Wie in Beispiel 10 von Tabelle 1 gezeigt ist, wurde, wenn die Retentionszeit im Temperaturbereich T1 sich erhöhte und 45 s war, die Möglichkeit der Teilchenadhäsion an der Wafer-Oberfläche höher, und es wurde beobachtet, daß SiOx-Reaktionsprodukte sich im Inneren der Kammer akkumulierten, obwohl dies nicht beachtlich war (Bewertung B). Das Ergebnis bestätigt, daß die gewünschte Retentionszeit im Temperaturbereich T1 30 s oder weniger ist.
  • Wie in Vergleichsbeispiel 4 von Tabelle 1 gezeigt ist, kann ein natürlicher Oxid-Film auf der Wafer-Oberfläche entfernt werden, wenn die Retentionstemperatur hoch ist oder 1150°C ist, während ein Phänomen auftrat, daß SiO-Gas die Silicium-Oberfläche ätzt, sobald es erzeugt wurde, weil die Retentionstemperatur zu hoch wurde (Bewertung C). Das Ergebnis bestätigt, daß die gewünschte Retentionstemperatur 1100°C oder weniger ist.
  • Wie in Vergleichsbeispiel 3 von Tabelle 1 gezeigt ist, konnte ein natürlicher Oxid-Film nicht ausreichend entfernt werden, wenn die Retentionstemperatur niedrig oder 850°C war (Bewertung C). Dies war vermutlich deswegen, weil die Temperatur nicht genügend erhöht wurde, um einen natürlichen Oxid-Film auf der Wafer-Oberfläche zu schmelzen. Das Ergebnis bestätigte, daß die gewünschte Retentionstemperatur 900°C oder mehr ist.
  • Im Hinblick auf die obigen Ergebnisse ist, wie durch Tabelle 1 bestätigt wird, ein Ausführungsbeispiel bevorzugt, bei dem die Rotationsgeschwindigkeit des Wafers W 0 bis 120 Upm und bevorzugt 80 bis 120 Upm ist, die Retentionszeit 5 bis 30 s und die Gas-Ersatzrate 90 % oder mehr ist, wenn die Temperatur im Inneren der Kammer 900 bis 1100°C ist.
  • Wie in Tabelle 2 gezeigt ist, kann, wenn die Gas-Ersatzrate 90 % ist, die Gas-Ersatzrate 90 % innerhalb von 5 s erreichen, indem der Kammerdruck auf 1 kPa oder weniger eingestellt ist, was bestätigt, daß das Ziel dieser Erfindung effektiver erreicht werden kann.
  • Bezüglich Beispiel 1 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2, die in Tabelle 1 gezeigt sind, ist die Zahl der anhaftenden Teilchen, die größer als 60 nm sind, zu der der behandelten Wafer (pro Wafer) in 3 dargestellt. Die Änderungen der gesamten Gleitlänge (mm) und der Rate der Erhöhung der Oxid-Filmdicke ist ebenfalls in den Diagrammen der 4 bzw. 5 gezeigt.
  • Im Diagramm von 3 zeigt die horizontale Achse die Zahl der behandelten Wafer und die vertikale Achse zeigt die Zahl der anhaftenden Teilchen (pro Wafer). Wie im Diagramm gezeigt ist, erhöhte sich, wenn sich die Zahl der behandelten Wafer erhöhte, die Zahl der anhaftenden Teilchen bei den Vergleichsbeispielen 1 und 2, während bei Beispiel 1 die Zahl der anhaftenden Teilchen gering war ohne Berücksichtigung der Zahl der behandelten Wafer.
  • Im Diagramm von 4 zeigt die horizontale Achse die Zahl der behandelten Wafer und die vertikale Achse zeigt die gesamte Gleitlänge (mm). Wie im Diagramm gezeigt ist, trat ein Gleiten beachtlich bei den Vergleichsbeispielen 1 und 2 auf, während kein Gleiten bei Beispiel 1 auftrat.
  • Im Diagramm von 5 zeigt die horizontale Achse die Zahl der behandelten Wafer und die vertikale Achse zeigt die Rate (%) der zunehmenden Oxid-Filmdicke. Wie in diesem Diagramm gezeigt ist, erhöhte sich mit Zunahme der Zahl der behandelten Wafer die Oxid-Filmdicke bei den Vergleichsbeispielen 1 und 2, während bei Beispiel 1 die Rate der Erhöhung der Oxid-Filmdicke gering gehalten wurde.
  • Wie oben erläutert, ermöglicht diese Erfindung die Entfernung von SiO-Gas, das beim Schmelzen eines natürlichen Oxid-Filmes auf der Oberfläche des Silicium-Wafers gebildet ist, in effizienter Weise und die Unterdrückung der Akkumulation von Reaktionsprodukten im Inneren der Wärmebehandlungskammer, was hierdurch eine Gleitverschlechterung verhindern kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    RTP-Vorrichtung
    20
    Kammer
    20a
    Einlaß für atmosphärisches Gas
    20b
    Auslaß für atmosphärisches Gas
    25
    Reaktionsraum
    30
    Lampe
    40
    Wafer-Tragebereich

Claims (2)

  1. Verfahren zur Wärmebehandlung eines Silicium-Wafers, wobei der Silicium-Wafer rotierbar in einer Kammer installiert ist und einem schnellen thermischen Verfahren der Erwärmung und Kühlung in einer Inertgasatmosphäre unterworfen wird, worin das Verfahren enthält: Halten des Wafers für eine Zeit von 5 bis 30 s und Einstellen der Rotationsgeschwindigkeit des Wafers auf 80 bis 120 Upm in einem Temperaturbereich von 900 bis 1100°C, bis die Wärmebehandlungstemperatur in der Kammer 1300°C oder mehr erreicht und Steuern der Inertgaszufuhr in der Kammer, so dass die Gas-Ersatzrate 90 % oder mehr ist.
  2. Verfahren zur Wärmebehandlung eines Silicium-Wafers nach Anspruch 1, worin der Druck im Inneren der Kammer 1 kPa oder weniger in einem Temperaturbereich von 900 bis 1100°C ist.
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