JP2001223220A - 半導体ウェーハの熱処理方法及び半導体ウェーハ - Google Patents
半導体ウェーハの熱処理方法及び半導体ウェーハInfo
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- JP2001223220A JP2001223220A JP2000031036A JP2000031036A JP2001223220A JP 2001223220 A JP2001223220 A JP 2001223220A JP 2000031036 A JP2000031036 A JP 2000031036A JP 2000031036 A JP2000031036 A JP 2000031036A JP 2001223220 A JP2001223220 A JP 2001223220A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体ウェーハの熱処理方法及び半導体ウェ
ーハにおいて、還元性雰囲気中の熱処理を行っても表面
粗さの悪化を抑制すること。 【解決手段】 半導体ウェーハＷを反応室２内の還元性
雰囲気中で熱処理する半導体ウェーハの熱処理方法であ
って、前記還元性雰囲気中の熱処理終了後に、前記反応
室内に不活性ガスを供給して還元性雰囲気を不活性雰囲
気に置換する。
ーハにおいて、還元性雰囲気中の熱処理を行っても表面
粗さの悪化を抑制すること。 【解決手段】 半導体ウェーハＷを反応室２内の還元性
雰囲気中で熱処理する半導体ウェーハの熱処理方法であ
って、前記還元性雰囲気中の熱処理終了後に、前記反応
室内に不活性ガスを供給して還元性雰囲気を不活性雰囲
気に置換する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＣＺシリコ
ンウェーハに水素アニールを施す半導体ウェーハの熱処
理方法及び半導体ウェーハに関する。
ンウェーハに水素アニールを施す半導体ウェーハの熱処
理方法及び半導体ウェーハに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＣＺシリコンウェーハを高温の水
素雰囲気中で熱処理することにより、grow-in欠陥等を
低減する水素アニール技術が採用されている。この技術
は、ＣＺシリコンウェーハを水素雰囲気中で熱処理する
と、水素が酸素の外方拡散を増速し、酸化雰囲気や不活
性ガス中に比べて表面の酸素濃度が大幅に低くなり、短
時間でＤＺ（デヌーデッドゾーン：酸素析出物あるいは
それに誘起された欠陥が存在しない表面層）を形成する
ことができるものである。
素雰囲気中で熱処理することにより、grow-in欠陥等を
低減する水素アニール技術が採用されている。この技術
は、ＣＺシリコンウェーハを水素雰囲気中で熱処理する
と、水素が酸素の外方拡散を増速し、酸化雰囲気や不活
性ガス中に比べて表面の酸素濃度が大幅に低くなり、短
時間でＤＺ（デヌーデッドゾーン：酸素析出物あるいは
それに誘起された欠陥が存在しない表面層）を形成する
ことができるものである。
【０００３】従来、水素アニールを行う場合、反応室内
の水素雰囲気中でＣＺシリコンウェーハを高温状態にし
て熱処理した後、反応室内温度の降温を行うと共に水素
雰囲気を窒素雰囲気へ置換してから、ウェーハを反応室
から取り出している。なお、高温状態の熱処理直後に取
り出さず、反応室内である程度温度を下げてからウェー
ハを取り出すのは、ウェーハに急激な温度変化に伴うダ
メージが生じることを防ぐためである。
の水素雰囲気中でＣＺシリコンウェーハを高温状態にし
て熱処理した後、反応室内温度の降温を行うと共に水素
雰囲気を窒素雰囲気へ置換してから、ウェーハを反応室
から取り出している。なお、高温状態の熱処理直後に取
り出さず、反応室内である程度温度を下げてからウェー
ハを取り出すのは、ウェーハに急激な温度変化に伴うダ
メージが生じることを防ぐためである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記熱
処理方法では、以下のような課題が残されている。熱処
理前の状態では、シリコンウェーハ表面のＳｉ原子が大
気中の酸素と反応して薄い自然酸化膜を形成している
が、水素アニール中は水素によって自然酸化膜がエッチ
ングされてシリコン原子が表面に露出し、ウェーハ表面
が非常に活性な状態となっている。したがって、アニー
ル後において水素雰囲気を窒素ガスに置換すると、ウェ
ーハ表面が容易に窒化して窒化シリコン膜が形成され、
この窒化膜による歪み等のためウェーハの表面粗れが大
きく悪化してしまう場合があった。また、この窒化膜を
ＳＣ１洗浄等でエッチング除去すると、ウェーハ表面の
粗さがさらに増大してしまうことがわかった。すなわ
ち、通常、熱処理前のＣＺシリコンウェーハは、表面が
研磨されたポリッシュドウェーハであるが、水素アニー
ルを施すと表面粗さが大きく悪化してしまう場合があっ
た。
処理方法では、以下のような課題が残されている。熱処
理前の状態では、シリコンウェーハ表面のＳｉ原子が大
気中の酸素と反応して薄い自然酸化膜を形成している
が、水素アニール中は水素によって自然酸化膜がエッチ
ングされてシリコン原子が表面に露出し、ウェーハ表面
が非常に活性な状態となっている。したがって、アニー
ル後において水素雰囲気を窒素ガスに置換すると、ウェ
ーハ表面が容易に窒化して窒化シリコン膜が形成され、
この窒化膜による歪み等のためウェーハの表面粗れが大
きく悪化してしまう場合があった。また、この窒化膜を
ＳＣ１洗浄等でエッチング除去すると、ウェーハ表面の
粗さがさらに増大してしまうことがわかった。すなわ
ち、通常、熱処理前のＣＺシリコンウェーハは、表面が
研磨されたポリッシュドウェーハであるが、水素アニー
ルを施すと表面粗さが大きく悪化してしまう場合があっ
た。
【０００５】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
ので、還元性雰囲気中の熱処理を行っても表面粗さの悪
化を抑制することができる半導体ウェーハの熱処理方法
及び半導体ウェーハを提供することを目的とする。
ので、還元性雰囲気中の熱処理を行っても表面粗さの悪
化を抑制することができる半導体ウェーハの熱処理方法
及び半導体ウェーハを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明
の半導体ウェーハの熱処理方法は、半導体ウェーハを反
応室内の還元性雰囲気中で熱処理する半導体ウェーハの
熱処理方法であって、前記還元性雰囲気中の熱処理終了
後に、前記反応室内に不活性ガスを供給して還元性雰囲
気を不活性雰囲気に置換することを特徴とする。
決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明
の半導体ウェーハの熱処理方法は、半導体ウェーハを反
応室内の還元性雰囲気中で熱処理する半導体ウェーハの
熱処理方法であって、前記還元性雰囲気中の熱処理終了
後に、前記反応室内に不活性ガスを供給して還元性雰囲
気を不活性雰囲気に置換することを特徴とする。
【０００７】この半導体ウェーハの熱処理方法では、還
元性雰囲気中の熱処理終了後に、反応室内に不活性ガス
を供給して還元性雰囲気を不活性雰囲気に置換するの
で、置換時の半導体ウェーハ表面が活性な状態でも雰囲
気が不活性ガスであり、反応室中においてウェーハ表面
に窒化膜を形成させず、表面粗さの悪化を防ぐことがで
きる。
元性雰囲気中の熱処理終了後に、反応室内に不活性ガス
を供給して還元性雰囲気を不活性雰囲気に置換するの
で、置換時の半導体ウェーハ表面が活性な状態でも雰囲
気が不活性ガスであり、反応室中においてウェーハ表面
に窒化膜を形成させず、表面粗さの悪化を防ぐことがで
きる。
【０００８】また、本発明の半導体ウェーハの熱処理方
法は、半導体ウェーハを反応室内の還元性雰囲気中で熱
処理する半導体ウェーハの熱処理方法であって、前記半
導体ウェーハは、シリコンウェーハであり、前記還元性
雰囲気中の熱処理終了後に、前記半導体ウェーハの温度
を少なくとも７５０℃以下に下げてから前記反応室内に
窒素ガスを供給して前記還元性雰囲気を窒素雰囲気に置
換することを特徴とする。本発明者らは、シリコンウェ
ーハの熱処理について研究を行ってきた結果、窒素雰囲
気への置換温度に応じて表面粗さが変化すること、さら
に７５０℃以下でウェーハ表面に窒素と反応して形成さ
れた窒化膜は、シリコン表面の粗さをほとんど悪化させ
ない膜質を有し、またその窒化量もより高温で形成され
た窒化膜に比べて少ないという知見を得ることができ
た。したがって、上記本発明の半導体ウェーハの熱処理
方法は、上記知見に基づいたものであり、シリコンウェ
ーハの温度を少なくとも７５０℃以下に下げてから反応
室内に窒素ガスを供給して還元性雰囲気を窒素雰囲気に
置換するので、置換した窒素ガスとウェーハとが反応し
て窒化膜を形成しても、表面粗れの悪化を非常に小さく
でき、また後の洗浄における窒化膜除去後の表面粗さの
増大を防ぐことができる。
法は、半導体ウェーハを反応室内の還元性雰囲気中で熱
処理する半導体ウェーハの熱処理方法であって、前記半
導体ウェーハは、シリコンウェーハであり、前記還元性
雰囲気中の熱処理終了後に、前記半導体ウェーハの温度
を少なくとも７５０℃以下に下げてから前記反応室内に
窒素ガスを供給して前記還元性雰囲気を窒素雰囲気に置
換することを特徴とする。本発明者らは、シリコンウェ
ーハの熱処理について研究を行ってきた結果、窒素雰囲
気への置換温度に応じて表面粗さが変化すること、さら
に７５０℃以下でウェーハ表面に窒素と反応して形成さ
れた窒化膜は、シリコン表面の粗さをほとんど悪化させ
ない膜質を有し、またその窒化量もより高温で形成され
た窒化膜に比べて少ないという知見を得ることができ
た。したがって、上記本発明の半導体ウェーハの熱処理
方法は、上記知見に基づいたものであり、シリコンウェ
ーハの温度を少なくとも７５０℃以下に下げてから反応
室内に窒素ガスを供給して還元性雰囲気を窒素雰囲気に
置換するので、置換した窒素ガスとウェーハとが反応し
て窒化膜を形成しても、表面粗れの悪化を非常に小さく
でき、また後の洗浄における窒化膜除去後の表面粗さの
増大を防ぐことができる。
【０００９】したがって、上記前者の半導体ウェーハの
熱処理方法においては、半導体ウェーハをシリコンウェ
ーハとしたとき、半導体ウェーハの温度を少なくとも７
５０℃以下に下げてから反応室からシリコンウェーハを
取り出すことが好ましい。この場合、ウェーハを取り出
した際に大気中の窒素とウェーハ表面が反応して窒化膜
を形成しても、上記知見から表面粗れの悪化を非常に小
さくでき、また後の洗浄における窒化膜除去後の表面粗
さの増大を防ぐことができる。
熱処理方法においては、半導体ウェーハをシリコンウェ
ーハとしたとき、半導体ウェーハの温度を少なくとも７
５０℃以下に下げてから反応室からシリコンウェーハを
取り出すことが好ましい。この場合、ウェーハを取り出
した際に大気中の窒素とウェーハ表面が反応して窒化膜
を形成しても、上記知見から表面粗れの悪化を非常に小
さくでき、また後の洗浄における窒化膜除去後の表面粗
さの増大を防ぐことができる。
【００１０】また、上記前者の半導体ウェーハの熱処理
方法では、前記不活性雰囲気に置換した後に、さらに前
記反応室内に酸素を供給して前記不活性ガスと酸素との
混合ガス雰囲気とすることが好ましい。この半導体ウェ
ーハの熱処理方法では、不活性雰囲気に置換した後に、
さらに反応室内に酸素を供給して不活性ガスと酸素との
混合ガス雰囲気とすることにより、活性な状態のウェー
ハ表面と酸素とが反応してウェーハ表面に酸化膜を形成
し、ウェーハ表面を被膜するとともに、表面を保護する
ことができる。このため、単に不活性ガスのみの雰囲気
に置換した状態でシリコンウェーハを反応室から取り出
す場合は、上述したように７５０℃以下で取り出すこと
が望ましいが、不活性ガスと酸素との混合ガス雰囲気の
状態でシリコンウェーハを取り出す場合は、形成された
酸化膜（ＳｉＯ2）で表面が保護されているので、さら
に表面の粗れを抑制できると共に、９００℃程度の高温
状態で取り出してもウェーハ表面に窒化膜が形成される
ことを防ぐことができる。
方法では、前記不活性雰囲気に置換した後に、さらに前
記反応室内に酸素を供給して前記不活性ガスと酸素との
混合ガス雰囲気とすることが好ましい。この半導体ウェ
ーハの熱処理方法では、不活性雰囲気に置換した後に、
さらに反応室内に酸素を供給して不活性ガスと酸素との
混合ガス雰囲気とすることにより、活性な状態のウェー
ハ表面と酸素とが反応してウェーハ表面に酸化膜を形成
し、ウェーハ表面を被膜するとともに、表面を保護する
ことができる。このため、単に不活性ガスのみの雰囲気
に置換した状態でシリコンウェーハを反応室から取り出
す場合は、上述したように７５０℃以下で取り出すこと
が望ましいが、不活性ガスと酸素との混合ガス雰囲気の
状態でシリコンウェーハを取り出す場合は、形成された
酸化膜（ＳｉＯ2）で表面が保護されているので、さら
に表面の粗れを抑制できると共に、９００℃程度の高温
状態で取り出してもウェーハ表面に窒化膜が形成される
ことを防ぐことができる。
【００１１】本発明の半導体ウェーハは、還元性雰囲気
中で熱処理された半導体ウェーハであって、上記本発明
の半導体ウェーハの熱処理方法により、前記熱処理が施
されたことを特徴とする。この半導体ウェーハは、上記
本発明の半導体ウェーハの熱処理方法により熱処理が施
されているので、アニール後も良好な表面状態を有し、
高集積化された半導体デバイス等に好適な基板として高
品質を有している。
中で熱処理された半導体ウェーハであって、上記本発明
の半導体ウェーハの熱処理方法により、前記熱処理が施
されたことを特徴とする。この半導体ウェーハは、上記
本発明の半導体ウェーハの熱処理方法により熱処理が施
されているので、アニール後も良好な表面状態を有し、
高集積化された半導体デバイス等に好適な基板として高
品質を有している。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体ウェー
ハの熱処理方法及び半導体ウェーハの第１実施形態を、
図１を参照しながら説明する。図１にあって、符号１は
Ｓｉボート、２は石英反応管、３はヒータ、４は水素供
給源、５は置換ガス供給源、６はエレベータ機構を示し
ている。
ハの熱処理方法及び半導体ウェーハの第１実施形態を、
図１を参照しながら説明する。図１にあって、符号１は
Ｓｉボート、２は石英反応管、３はヒータ、４は水素供
給源、５は置換ガス供給源、６はエレベータ機構を示し
ている。
【００１３】図１は、本発明の半導体ウェーハの熱処理
方法を実施するためのバッチ式の水素アニール装置を示
すものである。該水素アニール装置は、図１に示すよう
に、縦型熱処理炉であって、ＣＺシリコンウェーハ（半
導体ウェーハ）Ｗを複数枚載置可能なＳｉボート１と、
該Ｓｉボート１を下方から内部に挿入可能な円筒状の石
英反応管（反応室）２と、該石英反応管２の周囲を覆う
ように配置され石英反応管２内のＣＺシリコンウェーハ
Ｗを加熱するヒータ３と、石英反応管２内に接続されて
水素ガスを供給する水素供給源４と、石英反応管２内に
接続されて置換ガスを供給する置換ガス供給源５と、前
記Ｓｉボート１を支持部６ａで支持すると共に上下動さ
せて石英反応管２に挿入及び石英反応管２下方に抜き出
すエレベータ機構６とを備えている。
方法を実施するためのバッチ式の水素アニール装置を示
すものである。該水素アニール装置は、図１に示すよう
に、縦型熱処理炉であって、ＣＺシリコンウェーハ（半
導体ウェーハ）Ｗを複数枚載置可能なＳｉボート１と、
該Ｓｉボート１を下方から内部に挿入可能な円筒状の石
英反応管（反応室）２と、該石英反応管２の周囲を覆う
ように配置され石英反応管２内のＣＺシリコンウェーハ
Ｗを加熱するヒータ３と、石英反応管２内に接続されて
水素ガスを供給する水素供給源４と、石英反応管２内に
接続されて置換ガスを供給する置換ガス供給源５と、前
記Ｓｉボート１を支持部６ａで支持すると共に上下動さ
せて石英反応管２に挿入及び石英反応管２下方に抜き出
すエレベータ機構６とを備えている。
【００１４】また、ヒータ３内側又は石英反応管２内に
は、熱電対（図示略）が設置されて温度が計測可能にな
っている。なお、石英反応管２内に、真空ポンプ等を接
続して石英反応管２内を真空引きできるようにしてもよ
い。さらに、前記水素供給源４及び前記置換ガス供給源
５は、いずれか一方のみが石英反応管２内にガスを供給
するように制御される。また、置換ガス供給源５は、置
換ガスとして不活性ガス（アルゴン、ヘリウム等）を供
給するものである。なお、汚染を防止するために、ヒー
タ３と石英反応管２との間に石英反応管２を覆うＳｉＣ
チューブを設置しても構わない。
は、熱電対（図示略）が設置されて温度が計測可能にな
っている。なお、石英反応管２内に、真空ポンプ等を接
続して石英反応管２内を真空引きできるようにしてもよ
い。さらに、前記水素供給源４及び前記置換ガス供給源
５は、いずれか一方のみが石英反応管２内にガスを供給
するように制御される。また、置換ガス供給源５は、置
換ガスとして不活性ガス（アルゴン、ヘリウム等）を供
給するものである。なお、汚染を防止するために、ヒー
タ３と石英反応管２との間に石英反応管２を覆うＳｉＣ
チューブを設置しても構わない。
【００１５】この水素アニール装置によりＣＺシリコン
ウェーハＷの水素雰囲気熱処理を行うには、まず、Ｓｉ
ボート１にポリッシュドウェーハであるＣＺシリコンウ
ェーハＷを載置し、これをエレベータ機構６により上昇
させて石英反応管２内に挿入し配置する。そして、石英
反応管２内に接続された窒素ガス供給源（図示略）から
石英反応管２内に窒素ガスを供給して内部の空気を窒素
雰囲気に置換する。そして、完全に窒素雰囲気に置換し
た後、水素供給源４から水素ガスを石英反応管２内に供
給して水素雰囲気（還元性雰囲気）に置換する。
ウェーハＷの水素雰囲気熱処理を行うには、まず、Ｓｉ
ボート１にポリッシュドウェーハであるＣＺシリコンウ
ェーハＷを載置し、これをエレベータ機構６により上昇
させて石英反応管２内に挿入し配置する。そして、石英
反応管２内に接続された窒素ガス供給源（図示略）から
石英反応管２内に窒素ガスを供給して内部の空気を窒素
雰囲気に置換する。そして、完全に窒素雰囲気に置換し
た後、水素供給源４から水素ガスを石英反応管２内に供
給して水素雰囲気（還元性雰囲気）に置換する。
【００１６】次に、ヒータ３により所定の温度（例えば
１２００℃）まで石英反応管２内を加熱し、前記所定温
度の状態で水素アニールを行う。水素アニールを所定時
間だけ行った後、ヒータ３による加熱を停止し、石英反
応管２内を少なくとも７５０℃まで降温する。その後、
置換ガス供給源５により石英反応管２内に上記不活性ガ
スを供給して内部を不活性雰囲気に置換する。
１２００℃）まで石英反応管２内を加熱し、前記所定温
度の状態で水素アニールを行う。水素アニールを所定時
間だけ行った後、ヒータ３による加熱を停止し、石英反
応管２内を少なくとも７５０℃まで降温する。その後、
置換ガス供給源５により石英反応管２内に上記不活性ガ
スを供給して内部を不活性雰囲気に置換する。
【００１７】さらに、石英反応管２内の温度が７５０℃
以下で、エレベータ機構６によりＳｉボート１を下降さ
せて石英反応管２内から抜き出し、そして、十分にウェ
ーハＷの温度が下がった状態でウェーハＷをＳｉボート
１から取り出す。なお、Ｓｉボート１を石英反応管２か
ら抜き出す温度は少なくとも７５０℃以下であればよい
が、７５０℃にまで低下した直後に抜き出し動作を行う
ことにより、スループットの低下を抑えることができ
る。なお、ＣＺシリコンウェーハＷの温度は、ほぼ石英
反応管２内の温度と同様である。この後、水素アニール
されたＣＺシリコンウェーハＷは、ＳＣ１洗浄される。
以下で、エレベータ機構６によりＳｉボート１を下降さ
せて石英反応管２内から抜き出し、そして、十分にウェ
ーハＷの温度が下がった状態でウェーハＷをＳｉボート
１から取り出す。なお、Ｓｉボート１を石英反応管２か
ら抜き出す温度は少なくとも７５０℃以下であればよい
が、７５０℃にまで低下した直後に抜き出し動作を行う
ことにより、スループットの低下を抑えることができ
る。なお、ＣＺシリコンウェーハＷの温度は、ほぼ石英
反応管２内の温度と同様である。この後、水素アニール
されたＣＺシリコンウェーハＷは、ＳＣ１洗浄される。
【００１８】本実施形態では、熱処理後に水素雰囲気を
不活性ガスに置換し、不活性雰囲気でＣＺシリコンウェ
ーハＷの温度を下げるので、置換時のウェーハＷ表面が
活性な状態でも雰囲気が不活性ガスであり、石英反応管
２中においてウェーハＷ表面に窒化膜を形成させず、さ
らにウェーハＷ取り出し時に大気中の窒素と反応して窒
化膜が形成されることを抑制して、表面粗さの悪化を防
ぐことができる。そして、このようにして得られたシリ
コンウェーハＷは、アニール後も良好な表面状態を有
し、高集積化された半導体デバイス等に好適な基板とし
て高品質を有している。
不活性ガスに置換し、不活性雰囲気でＣＺシリコンウェ
ーハＷの温度を下げるので、置換時のウェーハＷ表面が
活性な状態でも雰囲気が不活性ガスであり、石英反応管
２中においてウェーハＷ表面に窒化膜を形成させず、さ
らにウェーハＷ取り出し時に大気中の窒素と反応して窒
化膜が形成されることを抑制して、表面粗さの悪化を防
ぐことができる。そして、このようにして得られたシリ
コンウェーハＷは、アニール後も良好な表面状態を有
し、高集積化された半導体デバイス等に好適な基板とし
て高品質を有している。
【００１９】次に、本発明に係る半導体ウェーハの熱処
理方法及び半導体ウェーハの第２実施形態について説明
する。
理方法及び半導体ウェーハの第２実施形態について説明
する。
【００２０】第２実施形態と第１実施形態との異なる点
は、第１実施形態では、不活性ガスのみの不活性雰囲気
に置換した後、少なくとも７５０℃以下の温度でシリコ
ンウェーハＷを取り出しているのに対し、第２実施形態
では、不活性雰囲気に置換した後、さらに、酸素供給源
（図示略）により酸素を所定流量供給して不活性ガスと
酸素との混合ガス雰囲気とし、９００℃まで温度が下が
った時点でシリコンウェーハＷを取り出す点である。
は、第１実施形態では、不活性ガスのみの不活性雰囲気
に置換した後、少なくとも７５０℃以下の温度でシリコ
ンウェーハＷを取り出しているのに対し、第２実施形態
では、不活性雰囲気に置換した後、さらに、酸素供給源
（図示略）により酸素を所定流量供給して不活性ガスと
酸素との混合ガス雰囲気とし、９００℃まで温度が下が
った時点でシリコンウェーハＷを取り出す点である。
【００２１】すなわち、本実施形態では、不活性雰囲気
中にさらに酸素を若干供給して混合ガス雰囲気とするこ
とにより、活性な状態のウェーハＷ表面と酸素とが反応
してウェーハＷ表面に酸化膜を形成し、ウェーハ表面を
被膜するとともに、表面を保護することができる。この
ため、第１実施形態のように単に不活性ガスのみの雰囲
気に置換した状態でシリコンウェーハＷを石英反応管２
から取り出す場合は、上述したように７５０℃以下で取
り出すことが望ましいが、本実施形態のように、不活性
ガスと酸素との混合ガス雰囲気の状態でシリコンウェー
ハＷを取り出す場合は、形成された酸化膜（ＳｉＯ2）
で表面が保護されているので、さらに表面の粗れを抑制
できると共に、９００℃程度の高温状態で取り出しても
ウェーハＷ表面に窒化膜が形成されることを防ぐことが
できる。したがって、７５０℃以下になるまで取り出し
を待つ必要が無く、スループットを向上させることがで
きる。
中にさらに酸素を若干供給して混合ガス雰囲気とするこ
とにより、活性な状態のウェーハＷ表面と酸素とが反応
してウェーハＷ表面に酸化膜を形成し、ウェーハ表面を
被膜するとともに、表面を保護することができる。この
ため、第１実施形態のように単に不活性ガスのみの雰囲
気に置換した状態でシリコンウェーハＷを石英反応管２
から取り出す場合は、上述したように７５０℃以下で取
り出すことが望ましいが、本実施形態のように、不活性
ガスと酸素との混合ガス雰囲気の状態でシリコンウェー
ハＷを取り出す場合は、形成された酸化膜（ＳｉＯ2）
で表面が保護されているので、さらに表面の粗れを抑制
できると共に、９００℃程度の高温状態で取り出しても
ウェーハＷ表面に窒化膜が形成されることを防ぐことが
できる。したがって、７５０℃以下になるまで取り出し
を待つ必要が無く、スループットを向上させることがで
きる。
【００２２】次に、本発明に係る半導体ウェーハの熱処
理方法及び半導体ウェーハの第３実施形態について、図
２から図５を参照して説明する。
理方法及び半導体ウェーハの第３実施形態について、図
２から図５を参照して説明する。
【００２３】第３実施形態と第１実施形態との異なる点
は、第１実施形態では、石英反応管２内に不活性ガスを
供給して水素雰囲気を不活性雰囲気に置換してからＣＺ
シリコンウェーハＷを取り出しているのに対し、第３実
施形態では、ＣＺシリコンウェーハＷの温度が少なくと
も７５０℃以下になった時点で、石英反応管２内に窒素
ガスを供給して水素雰囲気を窒素雰囲気に置換する点で
ある。
は、第１実施形態では、石英反応管２内に不活性ガスを
供給して水素雰囲気を不活性雰囲気に置換してからＣＺ
シリコンウェーハＷを取り出しているのに対し、第３実
施形態では、ＣＺシリコンウェーハＷの温度が少なくと
も７５０℃以下になった時点で、石英反応管２内に窒素
ガスを供給して水素雰囲気を窒素雰囲気に置換する点で
ある。
【００２４】すなわち、本実施形態では、水素アニール
を所定の高温状態で所定時間行った後に、石英反応管２
内の温度が少なくとも７５０℃になるまで水素雰囲気を
維持し、７５０℃以下に下がった時点で置換ガス供給源
５により窒素ガスを供給することにより、７５０℃を越
えた高温で安定した窒化膜がウェーハＷ表面で形成され
ることを防いでいる。なお、窒素雰囲気への置換温度は
少なくとも７５０℃以下であればよいが、７５０℃にま
で低下した直後に窒素雰囲気に置換することにより、ス
ループットの低下を抑えることができる。
を所定の高温状態で所定時間行った後に、石英反応管２
内の温度が少なくとも７５０℃になるまで水素雰囲気を
維持し、７５０℃以下に下がった時点で置換ガス供給源
５により窒素ガスを供給することにより、７５０℃を越
えた高温で安定した窒化膜がウェーハＷ表面で形成され
ることを防いでいる。なお、窒素雰囲気への置換温度は
少なくとも７５０℃以下であればよいが、７５０℃にま
で低下した直後に窒素雰囲気に置換することにより、ス
ループットの低下を抑えることができる。
【００２５】本実施形態により、実際に熱処理を行った
取り出し直後のウェーハＷの表面粗れを測定した結果、
図２に示すように、窒素雰囲気への置換温度が７００℃
及び７５０℃の場合は、比較のために行った置換温度が
８００℃の場合に比べて表面粗れが小さいことがわか
る。これは、ＳＣ１洗浄後の窒化膜がエッチングされて
除去された表面においても、図３に示すように、同様の
傾向が確認できた。なお、表面粗れは、パーティクルカ
ウンターによるヘイズのレベル（光による散乱レベル）
で観測した。また、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で観測し
た結果、置換温度７００℃、７５０℃及び８００℃の場
合、表面粗さはＲｍｓ（平方根平均ラフネス）でそれぞ
れ約０．２ｎｍ、約０．４ｎｍ及び約０．８ｎｍであっ
た。
取り出し直後のウェーハＷの表面粗れを測定した結果、
図２に示すように、窒素雰囲気への置換温度が７００℃
及び７５０℃の場合は、比較のために行った置換温度が
８００℃の場合に比べて表面粗れが小さいことがわか
る。これは、ＳＣ１洗浄後の窒化膜がエッチングされて
除去された表面においても、図３に示すように、同様の
傾向が確認できた。なお、表面粗れは、パーティクルカ
ウンターによるヘイズのレベル（光による散乱レベル）
で観測した。また、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で観測し
た結果、置換温度７００℃、７５０℃及び８００℃の場
合、表面粗さはＲｍｓ（平方根平均ラフネス）でそれぞ
れ約０．２ｎｍ、約０．４ｎｍ及び約０．８ｎｍであっ
た。
【００２６】このように本実施形態では、ＣＺシリコン
ウェーハＷの温度を少なくとも７５０℃以下に下げてか
ら石英反応管２内に窒素ガスを供給して水素雰囲気を窒
素雰囲気に置換するので、置換した窒素ガスによりウェ
ーハＷ表面が直接窒化して窒化膜が形成されても、表面
粗れの悪化を抑制でき、また後工程における窒化膜エッ
チング後の表面粗さの増大を防ぐことができる。
ウェーハＷの温度を少なくとも７５０℃以下に下げてか
ら石英反応管２内に窒素ガスを供給して水素雰囲気を窒
素雰囲気に置換するので、置換した窒素ガスによりウェ
ーハＷ表面が直接窒化して窒化膜が形成されても、表面
粗れの悪化を抑制でき、また後工程における窒化膜エッ
チング後の表面粗さの増大を防ぐことができる。
【００２７】上記のように、置換温度の違いにより表面
粗さに差が生じるのは、ウェーハＷ表面に形成される窒
化膜の膜質の違い及びその窒化量の違いに基づくものと
考えられる。そこで、本発明者らは、置換温度７００℃
と置換温度８００℃との場合において、取り出し直後の
ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）によるウェーハＷの表面分析
を行ったところ、図４及び図５に示すように、いずれの
場合も窒化膜が形成されていることがわかるが、置換温
度８００℃の場合には、図４に示すように、安定した膜
質であるＳｉ3Ｎ4のピークが増大しているのに対し、置
換温度７００℃の場合には、図５に示すように、比較的
不安定な膜質であるＳｉＮのピークの割合が高いことが
明らかになった。すなわち、低い置換温度によって形成
された窒化膜は、不安定な膜質であって歪み等が小さく
表面粗れを悪化させないためと考えられる。また、置換
温度８００℃の場合では、ウェーハＷの表面からＮ（窒
素）が３．８０％検出されたが、置換温度７００℃の場
合では、０．５１％しか検出されなかった。すなわち、
低い置換温度では、形成される窒化膜の窒化量も少な
く、表面粗れへの影響が小さいと考えられる。
粗さに差が生じるのは、ウェーハＷ表面に形成される窒
化膜の膜質の違い及びその窒化量の違いに基づくものと
考えられる。そこで、本発明者らは、置換温度７００℃
と置換温度８００℃との場合において、取り出し直後の
ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）によるウェーハＷの表面分析
を行ったところ、図４及び図５に示すように、いずれの
場合も窒化膜が形成されていることがわかるが、置換温
度８００℃の場合には、図４に示すように、安定した膜
質であるＳｉ3Ｎ4のピークが増大しているのに対し、置
換温度７００℃の場合には、図５に示すように、比較的
不安定な膜質であるＳｉＮのピークの割合が高いことが
明らかになった。すなわち、低い置換温度によって形成
された窒化膜は、不安定な膜質であって歪み等が小さく
表面粗れを悪化させないためと考えられる。また、置換
温度８００℃の場合では、ウェーハＷの表面からＮ（窒
素）が３．８０％検出されたが、置換温度７００℃の場
合では、０．５１％しか検出されなかった。すなわち、
低い置換温度では、形成される窒化膜の窒化量も少な
く、表面粗れへの影響が小さいと考えられる。
【００２８】なお、前述した第１実施形態においても、
ウェーハＷの温度を少なくとも７５０℃以下に下げてか
らウェーハＷを石英反応管２から取り出すので、ウェー
ハＷを取り出した際に大気中の窒素とウェーハＷ表面が
反応して窒化膜を形成しても、第３実施形態と同様に、
表面粗れの悪化は抑制され、さらにＳＣ１洗浄後の表面
粗さの増大を防ぐことができる。
ウェーハＷの温度を少なくとも７５０℃以下に下げてか
らウェーハＷを石英反応管２から取り出すので、ウェー
ハＷを取り出した際に大気中の窒素とウェーハＷ表面が
反応して窒化膜を形成しても、第３実施形態と同様に、
表面粗れの悪化は抑制され、さらにＳＣ１洗浄後の表面
粗さの増大を防ぐことができる。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明の半導体ウェーハの熱処理方法によれば、還元性
雰囲気中の熱処理終了後に、反応室内に不活性ガスを供
給して還元性雰囲気を不活性雰囲気に置換するので、反
応室中の不活性雰囲気で窒化膜が形成されず、表面粗さ
の悪化を防ぐことができ、良好な表面状態を維持した高
品質な熱処理ウェーハを得ることができる。
本発明の半導体ウェーハの熱処理方法によれば、還元性
雰囲気中の熱処理終了後に、反応室内に不活性ガスを供
給して還元性雰囲気を不活性雰囲気に置換するので、反
応室中の不活性雰囲気で窒化膜が形成されず、表面粗さ
の悪化を防ぐことができ、良好な表面状態を維持した高
品質な熱処理ウェーハを得ることができる。
【００３０】また、半導体ウェーハをシリコンウェーハ
としたとき、ウェーハの温度を少なくとも７５０℃以下
に下げてから反応室からウェーハを取り出すことによ
り、大気中の窒素と反応して窒化膜を形成しても、表面
粗れの悪化を非常に小さくでき、また後の洗浄における
窒化膜除去後の表面粗さの増大を防ぐことができる。
としたとき、ウェーハの温度を少なくとも７５０℃以下
に下げてから反応室からウェーハを取り出すことによ
り、大気中の窒素と反応して窒化膜を形成しても、表面
粗れの悪化を非常に小さくでき、また後の洗浄における
窒化膜除去後の表面粗さの増大を防ぐことができる。
【００３１】また、不活性雰囲気に置換した後に、さら
に反応室内に酸素を供給して不活性ガスと酸素との混合
ガス雰囲気とすることにより、ウェーハ表面に保護膜と
しての酸化膜が形成され、さらに表面の粗れを抑制する
ことができると共に、９００℃程度の高温状態で取り出
しても表面に窒化膜が形成されることを防ぐことがで
き、比較的高温状態で取り出しが可能になって、スルー
プットの向上を図ることができる。
に反応室内に酸素を供給して不活性ガスと酸素との混合
ガス雰囲気とすることにより、ウェーハ表面に保護膜と
しての酸化膜が形成され、さらに表面の粗れを抑制する
ことができると共に、９００℃程度の高温状態で取り出
しても表面に窒化膜が形成されることを防ぐことがで
き、比較的高温状態で取り出しが可能になって、スルー
プットの向上を図ることができる。
【００３２】本発明の半導体ウェーハの熱処理方法によ
れば、シリコンウェーハの温度を少なくとも７５０℃以
下に下げてから反応室内に窒素ガスを供給して還元性雰
囲気を窒素雰囲気に置換するので、置換した窒素ガスと
ウェーハとが反応して窒化膜を形成しても、表面粗れの
悪化を抑制できるとともに後の洗浄における窒化膜除去
後の表面粗さの増大を防ぐことができ、不活性ガスに比
べて安価な窒素ガスを用いて良好な表面状態を有する熱
処理ウェーハを低コストで得ることができる。
れば、シリコンウェーハの温度を少なくとも７５０℃以
下に下げてから反応室内に窒素ガスを供給して還元性雰
囲気を窒素雰囲気に置換するので、置換した窒素ガスと
ウェーハとが反応して窒化膜を形成しても、表面粗れの
悪化を抑制できるとともに後の洗浄における窒化膜除去
後の表面粗さの増大を防ぐことができ、不活性ガスに比
べて安価な窒素ガスを用いて良好な表面状態を有する熱
処理ウェーハを低コストで得ることができる。
【００３３】本発明の半導体ウェーハによれば、上記本
発明の半導体ウェーハの熱処理方法により熱処理が施さ
れているので、アニール後も良好な表面状態を有し、高
集積化された半導体デバイス等に好適な基板として高品
質を備えることができる。
発明の半導体ウェーハの熱処理方法により熱処理が施さ
れているので、アニール後も良好な表面状態を有し、高
集積化された半導体デバイス等に好適な基板として高品
質を備えることができる。
【図１】 本発明に係る半導体ウェーハの熱処理方法及
び半導体ウェーハの第１実施形態における水素アニール
装置を示す概略的な全体断面図である。
び半導体ウェーハの第１実施形態における水素アニール
装置を示す概略的な全体断面図である。
【図２】 本発明に係る半導体ウェーハの熱処理方法及
び半導体ウェーハの第３実施形態における置換温度を変
えた場合の取り出し直後における表面粗さ（ヘイズ）を
示すグラフである。
び半導体ウェーハの第３実施形態における置換温度を変
えた場合の取り出し直後における表面粗さ（ヘイズ）を
示すグラフである。
【図３】 本発明に係る半導体ウェーハの熱処理方法及
び半導体ウェーハの第３実施形態における置換温度を変
えた場合のＳＣ１洗浄後における表面粗さ（ヘイズ）を
示すグラフである。
び半導体ウェーハの第３実施形態における置換温度を変
えた場合のＳＣ１洗浄後における表面粗さ（ヘイズ）を
示すグラフである。
【図４】 本発明に係る半導体ウェーハの熱処理方法及
び半導体ウェーハの第３実施形態において、比較のため
に行った置換温度８００℃の場合のＸＰＳによる表面分
析を示すＳｉＮとＳｉ3Ｎ4とのピーク分離を行ったグラ
フである。
び半導体ウェーハの第３実施形態において、比較のため
に行った置換温度８００℃の場合のＸＰＳによる表面分
析を示すＳｉＮとＳｉ3Ｎ4とのピーク分離を行ったグラ
フである。
【図５】 本発明に係る半導体ウェーハの熱処理方法及
び半導体ウェーハの第３実施形態において、置換温度７
００℃の場合のＸＰＳによる表面分析を示すＳｉＮとＳ
ｉ3Ｎ4とのピーク分離を行ったグラフである。
び半導体ウェーハの第３実施形態において、置換温度７
００℃の場合のＸＰＳによる表面分析を示すＳｉＮとＳ
ｉ3Ｎ4とのピーク分離を行ったグラフである。
２ 石英反応管（反応室） ４ 水素供給源 ５ 置換ガス供給源 Ｗ ＣＺシリコンウェーハ（半導体ウェーハ）
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体ウェーハを反応室内の還元性雰囲
気中で熱処理する半導体ウェーハの熱処理方法であっ
て、 前記還元性雰囲気中の熱処理終了後に、前記反応室内に
不活性ガスを供給して還元性雰囲気を不活性雰囲気に置
換することを特徴とする半導体ウェーハの熱処理方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体ウェーハの熱処理
方法において、 前記半導体ウェーハは、シリコンウェーハであり、 前記半導体ウェーハの温度を少なくとも７５０℃以下に
下げてから前記反応室から半導体ウェーハを取り出すこ
とを特徴とする半導体ウェーハの熱処理方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の半導体ウェーハの熱処理
方法において、 前記不活性雰囲気に置換した後に、さらに前記反応室内
に酸素を供給して前記不活性ガスと酸素との混合ガス雰
囲気とすることを特徴とする半導体ウェーハの熱処理方
法。 - 【請求項４】 半導体ウェーハを反応室内の還元性雰囲
気中で熱処理する半導体ウェーハの熱処理方法であっ
て、 前記半導体ウェーハは、シリコンウェーハであり、 前記還元性雰囲気中の熱処理終了後に、前記半導体ウェ
ーハの温度を少なくとも７５０℃以下に下げてから前記
反応室内に窒素ガスを供給して前記還元性雰囲気を窒素
雰囲気に置換することを特徴とする半導体ウェーハの熱
処理方法。 - 【請求項５】 還元性雰囲気中で熱処理された半導体ウ
ェーハであって、 請求項１から４のいずれかに記載の半導体ウェーハの熱
処理方法により、前記熱処理が施されたことを特徴とす
る半導体ウェーハ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000031036A JP2001223220A (ja) | 2000-02-08 | 2000-02-08 | 半導体ウェーハの熱処理方法及び半導体ウェーハ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000031036A JP2001223220A (ja) | 2000-02-08 | 2000-02-08 | 半導体ウェーハの熱処理方法及び半導体ウェーハ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001223220A true JP2001223220A (ja) | 2001-08-17 |
Family
ID=18555959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000031036A Pending JP2001223220A (ja) | 2000-02-08 | 2000-02-08 | 半導体ウェーハの熱処理方法及び半導体ウェーハ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001223220A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002009080A (ja) * | 2000-06-20 | 2002-01-11 | Komatsu Electronic Metals Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| WO2006009148A1 (ja) * | 2004-07-20 | 2006-01-26 | Sumco Corporation | Ｓｉｍｏｘ基板の製造方法 |
-
2000
- 2000-02-08 JP JP2000031036A patent/JP2001223220A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002009080A (ja) * | 2000-06-20 | 2002-01-11 | Komatsu Electronic Metals Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| WO2006009148A1 (ja) * | 2004-07-20 | 2006-01-26 | Sumco Corporation | Ｓｉｍｏｘ基板の製造方法 |
| JP2006032752A (ja) * | 2004-07-20 | 2006-02-02 | Sumco Corp | Ｓｉｍｏｘ基板の製造方法 |
| US7560363B2 (en) | 2004-07-20 | 2009-07-14 | Sumco Corporation | Manufacturing method for SIMOX substrate |
| JP4706199B2 (ja) * | 2004-07-20 | 2011-06-22 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | Ｓｉｍｏｘ基板の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040203 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040401 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050524 |