JP2000247785A - シリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハ - Google Patents
シリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハInfo
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- JP2000247785A JP2000247785A JP11052800A JP5280099A JP2000247785A JP 2000247785 A JP2000247785 A JP 2000247785A JP 11052800 A JP11052800 A JP 11052800A JP 5280099 A JP5280099 A JP 5280099A JP 2000247785 A JP2000247785 A JP 2000247785A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 単結晶育成時に発生した成長欠陥をシリコン
ウェーハの表層から除去し、かつ、水素熱処理による重
金属汚染を最小限に抑えることが可能なシリコンウェー
ハの製造方法及びシリコンウェーハを提供する。 【解決手段】 水素ガスと不活性ガスとの混合比を、前
記混合ガスの露点とシリコンウェーハの熱処理温度とに
基づいて熱力学的に決定する。そして、シリコン酸化物
を還元するために必要な水素含有量比以上の水素を含む
混合ガスを用いて熱処理を行う。
ウェーハの表層から除去し、かつ、水素熱処理による重
金属汚染を最小限に抑えることが可能なシリコンウェー
ハの製造方法及びシリコンウェーハを提供する。 【解決手段】 水素ガスと不活性ガスとの混合比を、前
記混合ガスの露点とシリコンウェーハの熱処理温度とに
基づいて熱力学的に決定する。そして、シリコン酸化物
を還元するために必要な水素含有量比以上の水素を含む
混合ガスを用いて熱処理を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウェーハ
の製造方法及びシリコンウェーハに関する。
の製造方法及びシリコンウェーハに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の基板には主として高純度の
シリコン単結晶が使用されているが、その製造方法とし
て、一般にＣＺ法が用いられている。ＣＺ法において
は、半導体単結晶製造装置内に設置したるつぼに塊状の
多結晶シリコンを充填し、これを前記るつぼの周囲に設
けたヒータによって加熱、溶解して融液とする。そし
て、シードチャックに取り付けた種結晶を融液に浸漬し
てなじませた後、シードチャックおよびるつぼを互いに
同方向または逆方向に回転しつつシードチャックを引き
上げて、シリコン単結晶（以下ＣＺ−Ｓｉ単結晶とい
う）を所定の直径および長さに成長させる。
シリコン単結晶が使用されているが、その製造方法とし
て、一般にＣＺ法が用いられている。ＣＺ法において
は、半導体単結晶製造装置内に設置したるつぼに塊状の
多結晶シリコンを充填し、これを前記るつぼの周囲に設
けたヒータによって加熱、溶解して融液とする。そし
て、シードチャックに取り付けた種結晶を融液に浸漬し
てなじませた後、シードチャックおよびるつぼを互いに
同方向または逆方向に回転しつつシードチャックを引き
上げて、シリコン単結晶（以下ＣＺ−Ｓｉ単結晶とい
う）を所定の直径および長さに成長させる。
【０００３】近年、デバイス構造の微細化、高集積化に
伴ってゲート酸化膜の耐圧特性が特に重要視されるよう
になっている。ゲート酸化膜の形成工程で酸化膜に取り
込まれる欠陥を低減する手段として、例えば特公平３−
８０３３８号公報によれば、シリコンウェーハの表面に
熱酸化膜を形成する工程の直前に、水素ガスを含む非酸
化性雰囲気中で１１００℃以上の温度で熱処理すること
が提案されている。前記水素熱処理によりシリコンウェ
ーハ表面の自然酸化膜が除去され、不飽和結合に水素が
結合される。また、特許登録番号第２５２３３８０号公
報では、シリコンウェーハを水素ガス雰囲気下で処理す
る清浄化方法において、−９０℃以下の露点又は９２ｐ
ｐｂ以下の水分量をもつ高純度水素ガス１００％雰囲気
において３５０〜１３５０℃の温度でシリコンウェーハ
を熱処理する技術が提案されている。
伴ってゲート酸化膜の耐圧特性が特に重要視されるよう
になっている。ゲート酸化膜の形成工程で酸化膜に取り
込まれる欠陥を低減する手段として、例えば特公平３−
８０３３８号公報によれば、シリコンウェーハの表面に
熱酸化膜を形成する工程の直前に、水素ガスを含む非酸
化性雰囲気中で１１００℃以上の温度で熱処理すること
が提案されている。前記水素熱処理によりシリコンウェ
ーハ表面の自然酸化膜が除去され、不飽和結合に水素が
結合される。また、特許登録番号第２５２３３８０号公
報では、シリコンウェーハを水素ガス雰囲気下で処理す
る清浄化方法において、−９０℃以下の露点又は９２ｐ
ｐｂ以下の水分量をもつ高純度水素ガス１００％雰囲気
において３５０〜１３５０℃の温度でシリコンウェーハ
を熱処理する技術が提案されている。
【０００４】また、ＣＺ−Ｓｉ単結晶から切り出したウ
ェーハに水素熱処理を施すと、結晶育成時に発生した成
長欠陥、たとえばＬＳＴＤ（Laser Scattering Tomogra
phyDefects ）、ＦＰＤ（Flow Pattern Defects）、Ｃ
ＯＰ（Crystal Originated Particle ）として検出され
るウェーハ表層の八面体ボイド状結晶欠陥が消失し、そ
の直後に形成した熱酸化膜は優れた酸化膜耐圧特性を示
すことが知られている。
ェーハに水素熱処理を施すと、結晶育成時に発生した成
長欠陥、たとえばＬＳＴＤ（Laser Scattering Tomogra
phyDefects ）、ＦＰＤ（Flow Pattern Defects）、Ｃ
ＯＰ（Crystal Originated Particle ）として検出され
るウェーハ表層の八面体ボイド状結晶欠陥が消失し、そ
の直後に形成した熱酸化膜は優れた酸化膜耐圧特性を示
すことが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術では、以下のような問題がある。すなわち、特
公平３−８０３３８号公報及び特許登録番号第２５２３
３８０号公報に開示された技術では、水素ガスを含む雰
囲気下で熱処理している。ところが、水素ガスには熱処
理炉のベルジャとして通常用いられる石英をエッチング
する作用があり、石英中に含まれるＦｅを代表とする重
金属不純物をガス化してウェーハを汚染するという問題
がある。この汚染は熱処理時間が長いほど増加するた
め、水素熱処理による欠陥除去効果と重金属汚染の程度
とのトレードオフにより、水素熱処理の条件を決定して
いるのが現状である。
来の技術では、以下のような問題がある。すなわち、特
公平３−８０３３８号公報及び特許登録番号第２５２３
３８０号公報に開示された技術では、水素ガスを含む雰
囲気下で熱処理している。ところが、水素ガスには熱処
理炉のベルジャとして通常用いられる石英をエッチング
する作用があり、石英中に含まれるＦｅを代表とする重
金属不純物をガス化してウェーハを汚染するという問題
がある。この汚染は熱処理時間が長いほど増加するた
め、水素熱処理による欠陥除去効果と重金属汚染の程度
とのトレードオフにより、水素熱処理の条件を決定して
いるのが現状である。
【０００６】一方、水素ガスを含まない不活性ガスを用
いた熱処理においては、重金属汚染は低減されるが、表
層の成長欠陥の除去効果についてはバラツキが大きくな
るので、工業的に安定した効果を得ることが難しい。
いた熱処理においては、重金属汚染は低減されるが、表
層の成長欠陥の除去効果についてはバラツキが大きくな
るので、工業的に安定した効果を得ることが難しい。
【０００７】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、単結晶育成時に発生した成長欠陥をウェー
ハ表層から除去し、かつ、水素熱処理による重金属汚染
を最小限に抑えることが可能なシリコンウェーハの製造
方法及びシリコンウェーハを提供することを目的として
いる。
れたもので、単結晶育成時に発生した成長欠陥をウェー
ハ表層から除去し、かつ、水素熱処理による重金属汚染
を最小限に抑えることが可能なシリコンウェーハの製造
方法及びシリコンウェーハを提供することを目的として
いる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るシリコンウェーハの製造方法の第１発
明は、水素ガスと不活性ガスとからなる、露点管理され
た混合ガスの雰囲気中で熱処理を行う方法としている。
上記製造方法の第１発明によると、露点を所定値以下に
管理することにより、水素ガスと不活性ガスとの混合ガ
スの乾燥度が所定値に保たれ、水蒸気成分が所定値以下
に抑えられる。従って、このような混合ガス雰囲気中で
は酸化が進みにくく、しかも不活性ガスにより水素ガス
が希釈されているので、水素ガスによる重金属不純物の
ガス化によるウェーハの汚染が抑えられ、よって重金属
（例えばＦｅ）汚染の少ない高品質なシリコンウェーハ
を製造できる。このとき、水素ガスの還元作用によりウ
ェーハ表層の成長欠陥も除去できる。
め、本発明に係るシリコンウェーハの製造方法の第１発
明は、水素ガスと不活性ガスとからなる、露点管理され
た混合ガスの雰囲気中で熱処理を行う方法としている。
上記製造方法の第１発明によると、露点を所定値以下に
管理することにより、水素ガスと不活性ガスとの混合ガ
スの乾燥度が所定値に保たれ、水蒸気成分が所定値以下
に抑えられる。従って、このような混合ガス雰囲気中で
は酸化が進みにくく、しかも不活性ガスにより水素ガス
が希釈されているので、水素ガスによる重金属不純物の
ガス化によるウェーハの汚染が抑えられ、よって重金属
（例えばＦｅ）汚染の少ない高品質なシリコンウェーハ
を製造できる。このとき、水素ガスの還元作用によりウ
ェーハ表層の成長欠陥も除去できる。
【０００９】また、本発明に係るシリコンウェーハの製
造方法の第２発明は、シリコンウェーハの製造方法の第
１発明において、水素ガスと不活性ガスとの混合ガスの
露点及びシリコンウェーハの熱処理温度により決定され
る、シリコン酸化物を還元するために必要な水素含有量
比以上の水素を含む混合ガスを用いて熱処理を行う方法
としている。上記製造方法の第２発明によると、単結晶
育成時に発生した成長欠陥をウェーハ表層から除去する
ために必要な最低限の水素ガスと、露点管理されて水蒸
気成分が抑えられた不活性ガスとを混合することによ
り、ＳｉＯ2 からなる熱処理用ベルジャの水素ガスによ
るエッチングが抑制されるので、シリコンウェーハの重
金属汚染が回避される。同時に、従来から使用している
１００％水素ガスに比べて著しく水素含有量比の低い混
合ガスでありながら水素ガスによる還元作用が効果的に
行われるので、１００％水素ガス使用時に比べても充分
に成長欠陥を除去でき、ウェーハ表層には耐圧特性の優
れた熱酸化膜が形成される。
造方法の第２発明は、シリコンウェーハの製造方法の第
１発明において、水素ガスと不活性ガスとの混合ガスの
露点及びシリコンウェーハの熱処理温度により決定され
る、シリコン酸化物を還元するために必要な水素含有量
比以上の水素を含む混合ガスを用いて熱処理を行う方法
としている。上記製造方法の第２発明によると、単結晶
育成時に発生した成長欠陥をウェーハ表層から除去する
ために必要な最低限の水素ガスと、露点管理されて水蒸
気成分が抑えられた不活性ガスとを混合することによ
り、ＳｉＯ2 からなる熱処理用ベルジャの水素ガスによ
るエッチングが抑制されるので、シリコンウェーハの重
金属汚染が回避される。同時に、従来から使用している
１００％水素ガスに比べて著しく水素含有量比の低い混
合ガスでありながら水素ガスによる還元作用が効果的に
行われるので、１００％水素ガス使用時に比べても充分
に成長欠陥を除去でき、ウェーハ表層には耐圧特性の優
れた熱酸化膜が形成される。
【００１０】また、本発明に係るシリコンウェーハの第
１発明は、水素ガスと不活性ガスとからなる、露点管理
された混合ガスの雰囲気中で熱処理を行ったことを特徴
とする。このシリコンウェーハの第１発明によると、露
点を所定値以下に管理することにより、水素ガスと不活
性ガスとの混合ガスの乾燥度が所定値に保たれ、水蒸気
成分が所定値以下に抑えられる。従って、このような混
合ガス雰囲気中では酸化が進みにくく、しかも不活性ガ
スにより水素ガスが希釈されているので、水素ガスによ
る重金属不純物のガス化によるウェーハの汚染が抑えら
れ、よって重金属（例えばＦｅ）汚染の少ない高品質な
シリコンウェーハが製造される。このとき、水素ガスの
還元作用によりウェーハ表層の成長欠陥も除去されるの
で、シリコンウェーハは優れた酸化膜耐圧特性を備える
ことができる。
１発明は、水素ガスと不活性ガスとからなる、露点管理
された混合ガスの雰囲気中で熱処理を行ったことを特徴
とする。このシリコンウェーハの第１発明によると、露
点を所定値以下に管理することにより、水素ガスと不活
性ガスとの混合ガスの乾燥度が所定値に保たれ、水蒸気
成分が所定値以下に抑えられる。従って、このような混
合ガス雰囲気中では酸化が進みにくく、しかも不活性ガ
スにより水素ガスが希釈されているので、水素ガスによ
る重金属不純物のガス化によるウェーハの汚染が抑えら
れ、よって重金属（例えばＦｅ）汚染の少ない高品質な
シリコンウェーハが製造される。このとき、水素ガスの
還元作用によりウェーハ表層の成長欠陥も除去されるの
で、シリコンウェーハは優れた酸化膜耐圧特性を備える
ことができる。
【００１１】また、本発明に係るシリコンウェーハの第
２発明は、シリコンウェーハの第１発明において、水素
ガスと不活性ガスとの混合ガスの露点及びシリコンウェ
ーハの熱処理温度により決定される、シリコン酸化物を
還元するために必要な水素含有量比以上の水素を含む混
合ガスを用いて熱処理を行ったことを特徴とする。上記
シリコンウェーハの第２発明によると、単結晶育成時に
発生した成長欠陥をウェーハ表層から除去するために必
要な最低限の水素ガスと、露点管理されて水蒸気成分が
抑えられた不活性ガスとを混合することにより、ＳｉＯ
2 からなる熱処理用ベルジャのエッチングが抑制される
ので、重金属による汚染の程度が極めて軽微なシリコン
ウェーハが得られる。同時に、従来から使用している１
００％水素ガスに比べて著しく水素含有量比の低い混合
ガスでありながら水素ガスによる還元作用が効果的に行
われるので、１００％水素ガス使用時に比べても充分に
成長欠陥を除去でき、耐圧特性の優れた熱酸化膜をもつ
シリコンウェーハを製造できる。
２発明は、シリコンウェーハの第１発明において、水素
ガスと不活性ガスとの混合ガスの露点及びシリコンウェ
ーハの熱処理温度により決定される、シリコン酸化物を
還元するために必要な水素含有量比以上の水素を含む混
合ガスを用いて熱処理を行ったことを特徴とする。上記
シリコンウェーハの第２発明によると、単結晶育成時に
発生した成長欠陥をウェーハ表層から除去するために必
要な最低限の水素ガスと、露点管理されて水蒸気成分が
抑えられた不活性ガスとを混合することにより、ＳｉＯ
2 からなる熱処理用ベルジャのエッチングが抑制される
ので、重金属による汚染の程度が極めて軽微なシリコン
ウェーハが得られる。同時に、従来から使用している１
００％水素ガスに比べて著しく水素含有量比の低い混合
ガスでありながら水素ガスによる還元作用が効果的に行
われるので、１００％水素ガス使用時に比べても充分に
成長欠陥を除去でき、耐圧特性の優れた熱酸化膜をもつ
シリコンウェーハを製造できる。
【００１２】
【発明の実施の形態及び実施例】以下に、本発明に係る
シリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハの実
施例について図面を参照して説明する。本発明者等は、
水素熱処理によるウェーハの重金属汚染の原因は、水素
ガスが熱処理炉のベルジャとして通常用いられる石英を
エッチングする作用により、石英中に含まれる不純物、
特にＦｅを代表とする重金属不純物がガス化してウェー
ハを汚染すると考えた。そこで、水素ガスによる石英の
エッチング作用を低減するため、水素ガスを不活性ガス
によって希釈して使用することを検討した。表１に、直
径８インチのシリコンウェーハに１２００℃、１時間の
熱処理を施した後、ＳＰＶ（Surface Photo Voltage ）
法を用いてＦｅの面内平均濃度を測定した結果を示す。
この表に示すように、水素ガスを不活性ガスによって希
釈することによって重金属汚染が著しく低減することが
わかる。
シリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハの実
施例について図面を参照して説明する。本発明者等は、
水素熱処理によるウェーハの重金属汚染の原因は、水素
ガスが熱処理炉のベルジャとして通常用いられる石英を
エッチングする作用により、石英中に含まれる不純物、
特にＦｅを代表とする重金属不純物がガス化してウェー
ハを汚染すると考えた。そこで、水素ガスによる石英の
エッチング作用を低減するため、水素ガスを不活性ガス
によって希釈して使用することを検討した。表１に、直
径８インチのシリコンウェーハに１２００℃、１時間の
熱処理を施した後、ＳＰＶ（Surface Photo Voltage ）
法を用いてＦｅの面内平均濃度を測定した結果を示す。
この表に示すように、水素ガスを不活性ガスによって希
釈することによって重金属汚染が著しく低減することが
わかる。
【表１】
【００１３】しかし、水素ガス添加量を減少させると、
熱処理による表層付近の成長欠陥除去効果が失われる場
合も生じ、効果が著しく不安定となった。その要因を詳
細に検討した結果、希釈に用いた不活性ガスに含まれる
酸化性不純物ガス（Ｈ2Ｏ）の濃度と関連があることを
見いだした。本発明者等は、水素添加量の低下による表
層の成長欠陥の除去効果の不安定さは、熱処理前にシリ
コンウェーハの表層に存在する自然酸化膜の分解除去効
果が、低水素濃度ガス雰囲気では不安定であり、雰囲気
中の微量な酸化性不純物ガス（Ｈ2Ｏ）の濃度に左右さ
れると考えた。そこで、酸化性不純物ガス（Ｈ2Ｏ）の
存在下で酸化膜（ＳｉＯ2）を還元するのに十分な水素
量について以下のように推定した。
熱処理による表層付近の成長欠陥除去効果が失われる場
合も生じ、効果が著しく不安定となった。その要因を詳
細に検討した結果、希釈に用いた不活性ガスに含まれる
酸化性不純物ガス（Ｈ2Ｏ）の濃度と関連があることを
見いだした。本発明者等は、水素添加量の低下による表
層の成長欠陥の除去効果の不安定さは、熱処理前にシリ
コンウェーハの表層に存在する自然酸化膜の分解除去効
果が、低水素濃度ガス雰囲気では不安定であり、雰囲気
中の微量な酸化性不純物ガス（Ｈ2Ｏ）の濃度に左右さ
れると考えた。そこで、酸化性不純物ガス（Ｈ2Ｏ）の
存在下で酸化膜（ＳｉＯ2）を還元するのに十分な水素
量について以下のように推定した。
【００１４】ＳｉＯ2 の還元に必要な水素分圧は熱力学
により以下のように推定される。ここでＳｉＯ2 の酸化
に関わる反応は（１）〜（３）式で表される。 Ｓi＋Ｏ2 ←→ＳiＯ2 ………………………………（１） ２Ｈ2＋Ｏ2 ←→２Ｈ2Ｏ……………………………（２） Ｓi＋２Ｈ2Ｏ←→ＳiＯ2＋２Ｈ2 …………………（３） また、任意の化学反応の自由エネルギーは熱力学と化学
平衡理論より、１気圧の標準状態では（４）式で表され
る。ΔＧO ＝ΣＧO prod −ΣＧO react…………………
……（４）ここで、ΔＧOは標準自由エネルギーを表
し、ΣＧO prodは化学反応による生成物の自由エネルギ
ーの和を表し、ΣＧO reactは反応物の自由エネルギーの
和を表す。よって、（１）式からＳiＯ2 の標準自由エ
ネルギーをΔＧO(SiO2)として表し、（２）式からＨ2Ｏ
の標準自由エネルギーをΔＧO(2H2O)として表すと、
（３）式から、 ΔＧO＝ΔＧO(SiO2)−ΔＧO(2H2O)…………………（５） となる。一方、熱力学と化学平衡理論より、理想気体
（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとする）間の反応では、「ａＡ＋ｂＢ
←→ｃＣ＋ｄＤ」なる反応において、平衡定数Ｋpは Ｋp ＝ＰCｃＰDｄ／ＰAａＰBｂ………………………（６） と表されている。ここで、ＰC，ＰD，ＰA，ＰBは混合気
体中の各成分気体の分圧である。また同様に、平衡定数
Ｋp は、反応における標準自由エネルギー変化に結びつ
けて（７）式で表現されている。 −ΔＧO＝ＲＴlnＫp ………………………………（７） ここで、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度である。以上のこ
とから、水素の分圧をＰH2 で、水蒸気の分圧をＰH2Oで
表すと、（３）式の平衡定数Ｋは、（６）式により「Ｋ
＝(ＰH2)2／(ＰH2O)2」と表されるので、 ΔＧO ＝−ＲＴln（Ｋ） ＝−ＲＴln (ＰH2／ＰH2O)2…………………（８） ＰH2／ＰH2O ＝ｅｘｐ（−ΔＧO ／２ＲＴ）……（９） が導かれる。（９）式から水蒸気の分圧に対する水素ガ
スの分圧を求めることができる。水蒸気の分圧は、露点
の測定により容易に測定が可能である。（９）式から求
めた露点と温度とにより定まる水素分率を図１に示す。
そこで、本発明者等は水素ガスと不活性ガスとからなる
混合ガスの露点とそれに対する水素ガスの添加量の組み
合わせを種々に設定して実験を行い、欠陥除去効果を評
価した。
により以下のように推定される。ここでＳｉＯ2 の酸化
に関わる反応は（１）〜（３）式で表される。 Ｓi＋Ｏ2 ←→ＳiＯ2 ………………………………（１） ２Ｈ2＋Ｏ2 ←→２Ｈ2Ｏ……………………………（２） Ｓi＋２Ｈ2Ｏ←→ＳiＯ2＋２Ｈ2 …………………（３） また、任意の化学反応の自由エネルギーは熱力学と化学
平衡理論より、１気圧の標準状態では（４）式で表され
る。ΔＧO ＝ΣＧO prod −ΣＧO react…………………
……（４）ここで、ΔＧOは標準自由エネルギーを表
し、ΣＧO prodは化学反応による生成物の自由エネルギ
ーの和を表し、ΣＧO reactは反応物の自由エネルギーの
和を表す。よって、（１）式からＳiＯ2 の標準自由エ
ネルギーをΔＧO(SiO2)として表し、（２）式からＨ2Ｏ
の標準自由エネルギーをΔＧO(2H2O)として表すと、
（３）式から、 ΔＧO＝ΔＧO(SiO2)−ΔＧO(2H2O)…………………（５） となる。一方、熱力学と化学平衡理論より、理想気体
（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとする）間の反応では、「ａＡ＋ｂＢ
←→ｃＣ＋ｄＤ」なる反応において、平衡定数Ｋpは Ｋp ＝ＰCｃＰDｄ／ＰAａＰBｂ………………………（６） と表されている。ここで、ＰC，ＰD，ＰA，ＰBは混合気
体中の各成分気体の分圧である。また同様に、平衡定数
Ｋp は、反応における標準自由エネルギー変化に結びつ
けて（７）式で表現されている。 −ΔＧO＝ＲＴlnＫp ………………………………（７） ここで、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度である。以上のこ
とから、水素の分圧をＰH2 で、水蒸気の分圧をＰH2Oで
表すと、（３）式の平衡定数Ｋは、（６）式により「Ｋ
＝(ＰH2)2／(ＰH2O)2」と表されるので、 ΔＧO ＝−ＲＴln（Ｋ） ＝−ＲＴln (ＰH2／ＰH2O)2…………………（８） ＰH2／ＰH2O ＝ｅｘｐ（−ΔＧO ／２ＲＴ）……（９） が導かれる。（９）式から水蒸気の分圧に対する水素ガ
スの分圧を求めることができる。水蒸気の分圧は、露点
の測定により容易に測定が可能である。（９）式から求
めた露点と温度とにより定まる水素分率を図１に示す。
そこで、本発明者等は水素ガスと不活性ガスとからなる
混合ガスの露点とそれに対する水素ガスの添加量の組み
合わせを種々に設定して実験を行い、欠陥除去効果を評
価した。
【００１５】以下に、実験内容とその結果について説明
する。水素ガスを希釈する不活性ガスとしてＡｒガスを
用い、水素ガスとＡｒガスとの混合ガスの露点及び水素
ガス添加量を表２〜表４に示す通りに組み合わせた雰囲
気中で１２００℃、１時間の熱処理を行った。露点の調
整には LIQUID GAS Co.,Ltd.製のインライン式超高純度
ガス精製器（ファインピュァラー）を用いた。また、シ
リコンウェーハはＰ型、８インチの結晶を用いた。欠陥
除去効果は、ＳＣ−１洗浄（ＳＣ−１液組成：ＮＨ3：
Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝１：２：１７、液温：７５℃、時間：
１時間）を１０回繰り返し、ウェーハ表面に顕在化した
０.１２μｍ以上のＣＯＰの数をレーザパーティクルカ
ウンタで確認した。
する。水素ガスを希釈する不活性ガスとしてＡｒガスを
用い、水素ガスとＡｒガスとの混合ガスの露点及び水素
ガス添加量を表２〜表４に示す通りに組み合わせた雰囲
気中で１２００℃、１時間の熱処理を行った。露点の調
整には LIQUID GAS Co.,Ltd.製のインライン式超高純度
ガス精製器（ファインピュァラー）を用いた。また、シ
リコンウェーハはＰ型、８インチの結晶を用いた。欠陥
除去効果は、ＳＣ−１洗浄（ＳＣ−１液組成：ＮＨ3：
Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝１：２：１７、液温：７５℃、時間：
１時間）を１０回繰り返し、ウェーハ表面に顕在化した
０.１２μｍ以上のＣＯＰの数をレーザパーティクルカ
ウンタで確認した。
【表２】
【表３】
【表４】
【００１６】表２〜表４に示すように水素ガス添加量
（単位Ｖｏｌ．％）については、熱力学計算による必要
量を満足する値、すなわち露点が−８０℃の場合は５
％、−９０℃の場合は１％、−１００℃の場合は０．１
％とすれば、ＳＣ−１洗浄１０回後のＣＯＰ個数は従来
方法として行っている１００％水素ガス使用時とほぼ同
等の結果が得られる。
（単位Ｖｏｌ．％）については、熱力学計算による必要
量を満足する値、すなわち露点が−８０℃の場合は５
％、−９０℃の場合は１％、−１００℃の場合は０．１
％とすれば、ＳＣ−１洗浄１０回後のＣＯＰ個数は従来
方法として行っている１００％水素ガス使用時とほぼ同
等の結果が得られる。
【００１７】図２は、混合ガスの露点を−８０℃とし、
水素ガス添加量（単位Ｖｏｌ．％）を５％及び２％とし
て１２００℃、１時間の熱処理を施したシリコンウェー
ハについて、熱処理後のＳＣ−１洗浄回数とＣＯＰ個数
との関係を、１００％水素ガス使用時と対比して示した
グラフである。水素ガス添加量を５％とした場合のＣＯ
Ｐ個数は、従来方法の１００％水素ガス使用時とほぼ同
等の値を示し、１０回洗浄後のＣＯＰ個数はおおよそ３
００個であった。しかし、水素ガスの添加量を２％に下
げた場合、すなわち熱力学計算による必要水素量を下回
るとＣＯＰ個数が顕著に増加した。つまり、水素熱処理
による欠陥の除去効果が損なわれることがわかった。
水素ガス添加量（単位Ｖｏｌ．％）を５％及び２％とし
て１２００℃、１時間の熱処理を施したシリコンウェー
ハについて、熱処理後のＳＣ−１洗浄回数とＣＯＰ個数
との関係を、１００％水素ガス使用時と対比して示した
グラフである。水素ガス添加量を５％とした場合のＣＯ
Ｐ個数は、従来方法の１００％水素ガス使用時とほぼ同
等の値を示し、１０回洗浄後のＣＯＰ個数はおおよそ３
００個であった。しかし、水素ガスの添加量を２％に下
げた場合、すなわち熱力学計算による必要水素量を下回
るとＣＯＰ個数が顕著に増加した。つまり、水素熱処理
による欠陥の除去効果が損なわれることがわかった。
【００１８】以上の結果から、水素ガスを不活性ガスで
希釈した混合ガスを用いることにより重金属汚染量を低
減し、かつ、単結晶育成時の成長欠陥除去効果を維持す
るためには、（９）式により予測される水素ガスの含有
量比以上にすればよいことが明らかとなった。また、水
素ガスに添加する不活性ガスとしてＨｅまたはＮｅを用
いた場合も、Ａｒ添加時と同様の効果が得られることを
確認した。
希釈した混合ガスを用いることにより重金属汚染量を低
減し、かつ、単結晶育成時の成長欠陥除去効果を維持す
るためには、（９）式により予測される水素ガスの含有
量比以上にすればよいことが明らかとなった。また、水
素ガスに添加する不活性ガスとしてＨｅまたはＮｅを用
いた場合も、Ａｒ添加時と同様の効果が得られることを
確認した。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、単
結晶育成時に発生した成長欠陥をウェーハ表層から除去
するために必要な最低限の水素ガスと、露点管理されて
水蒸気成分が抑えられた不活性ガスとの混合ガスを使用
することにしたので、ＳｉＯ2からなる熱処理用ベルジ
ャのエッチング作用が抑制されて重金属不純物のガス化
が水素ガス量に応じた量以下に抑えられ、シリコンウェ
ーハの重金属汚染が回避される。同時に、酸化性不純物
ガスが極めて微量に管理されるため、従来の１００％水
素ガスに比べて著しく水素含有量比の低い混合ガスであ
りながら還元作用が効果的に行われ、ウェーハ表層には
耐圧特性の優れた熱酸化膜が形成される。
結晶育成時に発生した成長欠陥をウェーハ表層から除去
するために必要な最低限の水素ガスと、露点管理されて
水蒸気成分が抑えられた不活性ガスとの混合ガスを使用
することにしたので、ＳｉＯ2からなる熱処理用ベルジ
ャのエッチング作用が抑制されて重金属不純物のガス化
が水素ガス量に応じた量以下に抑えられ、シリコンウェ
ーハの重金属汚染が回避される。同時に、酸化性不純物
ガスが極めて微量に管理されるため、従来の１００％水
素ガスに比べて著しく水素含有量比の低い混合ガスであ
りながら還元作用が効果的に行われ、ウェーハ表層には
耐圧特性の優れた熱酸化膜が形成される。
【図１】シリコンウェーハの表面酸化膜除去に必要な水
素ガスの含有量比を、水素ガスと不活性ガスとの混合ガ
スの露点別に示した図である。
素ガスの含有量比を、水素ガスと不活性ガスとの混合ガ
スの露点別に示した図である。
【図２】水素熱処理ウェーハに対するＳＣ−１洗浄繰り
返し回数とＣＯＰ個数との関係を示す図である。
返し回数とＣＯＰ個数との関係を示す図である。
Claims (4)
- 【請求項１】 水素ガスと不活性ガスとからなる、露点
管理された混合ガスの雰囲気中で熱処理を行うことを特
徴とするシリコンウェーハの製造方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載のシリコンウェーハの製
造方法において、 水素ガスと不活性ガスとの混合ガスの露点及びシリコン
ウェーハの熱処理温度により決定される、シリコン酸化
物を還元するために必要な水素含有量比以上の水素を含
む混合ガスを用いて熱処理を行うことを特徴とするシリ
コンウェーハの製造方法。 - 【請求項３】 水素ガスと不活性ガスとからなる、露点
管理された混合ガスの雰囲気中で熱処理を行ったことを
特徴とするシリコンウェーハ。 - 【請求項４】 請求項３に記載のシリコンウェーハにお
いて、 水素ガスと不活性ガスとの混合ガスの露点及びシリコン
ウェーハの熱処理温度により決定される、シリコン酸化
物を還元するために必要な水素含有量比以上の水素を含
む混合ガスを用いて熱処理を行ったことを特徴とするシ
リコンウェーハ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05280099A JP4401466B2 (ja) | 1999-03-01 | 1999-03-01 | シリコンウェーハの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05280099A JP4401466B2 (ja) | 1999-03-01 | 1999-03-01 | シリコンウェーハの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000247785A true JP2000247785A (ja) | 2000-09-12 |
| JP4401466B2 JP4401466B2 (ja) | 2010-01-20 |
Family
ID=12924929
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05280099A Expired - Lifetime JP4401466B2 (ja) | 1999-03-01 | 1999-03-01 | シリコンウェーハの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4401466B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6477844B1 (ja) * | 2017-11-29 | 2019-03-06 | 株式会社Sumco | エピタキシャルウェーハの製造方法及び気相成長装置の管理方法 |
-
1999
- 1999-03-01 JP JP05280099A patent/JP4401466B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6477844B1 (ja) * | 2017-11-29 | 2019-03-06 | 株式会社Sumco | エピタキシャルウェーハの製造方法及び気相成長装置の管理方法 |
| JP2019102541A (ja) * | 2017-11-29 | 2019-06-24 | 株式会社Sumco | エピタキシャルウェーハの製造方法及び気相成長装置の管理方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4401466B2 (ja) | 2010-01-20 |
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