JP2002151519A - アニールウェーハの製造方法及びアニールウェーハ - Google Patents
アニールウェーハの製造方法及びアニールウェーハInfo
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Abstract
角度と、アニール後の表面に発生するヘイズとの関係を
明らかにし、ヘイズの発生を抑制するのに最適な傾斜角
度を設定し、ヘイズが抑制され、結果としてデバイス特
性を向上させることのできるアニールウェーハの製造方
法を提供する。 【解決手段】(100)またはこれと等価な面に対して
傾斜角度θが0.1°<θ<0.2°の範囲内に傾斜し
た面方位を有するシリコン鏡面ウェーハを、水素ガス、
不活性ガス、窒素ガスまたはこれらの混合ガス雰囲気中
で熱処理するようにした。
Description
ーハを熱処理することにより得られるアニールウェーハ
の製造方法及びアニールウェーハに関する。
に、シリコンウェーハに高温水素(H 2)アニールやア
ルゴン(Ar)アニールを施す方法が取られている。し
かし、これらの高温アニールウェーハは、通常の鏡面仕
上げされたウェーハ(鏡面ウェーハ)と比較し、ヘイズ
と呼ばれる面荒れの指標が悪化することが知られてい
る。
する際に表面のシリコン原子が表面エネルギーの低い形
態へと再構成されるため、結晶の面方位を鋭敏に反映
し、その結果表面に原子ステップと呼ばれる階段状の凹
凸が形成されるためである。このヘイズはデバイス特性
を劣化させるため、その値が小さければ小さいほど良い
とされている。この傾向はデバイスのデザインルールが
微細化し、ゲート酸化膜厚が薄膜化すればするほど顕在
化すると言われている。
減するための方法として、特開平5−152179号公
報では、ウェーハ面を結晶方位(100)に対して0.
2〜2.0°傾けてスライスしたシリコンウェーハを還
元性ガス雰囲気中でアニールする技術が開示されてい
る。
は、(100)面からの傾斜角度を0.1°以下に設定
した半導体ウェーハを、少なくともH2ガス、Arガス
のいずれかを含む雰囲気中で所定の温度、所定の時間熱
処理する技術が開示されている。
5−152179号公報においては、還元性雰囲気でア
ニールするシリコンウェーハの面方位の(100)から
の傾斜角度が0.2°以内のものはアニール後に虹色を
したヘイズが認められたため、アニール前の面方位の
(100)からの傾斜角度を0.2°〜2.0°に設定
することを主旨とするものである。
においては、(100)からの傾斜角度を0.1°以下
にすることによりアニール後のヘイズの発生を抑制でき
ることが記載されている。
0)からの傾斜角度と、アニール後の表面に発生するヘ
イズとの関係に関して、両者には矛盾する見解が記載さ
れていることがわかる。
(100)からの傾斜角度と、アニール後の表面に発生
するヘイズとの関係を明らかにし、ヘイズの発生を抑制
するのに最適な傾斜角度を設定し、ヘイズが抑制され、
結果としてデバイス特性を向上させることのできるアニ
ールウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
め、本発明のアニールウェーハの製造方法は、(10
0)またはこれと等価な面に対して傾斜角度(オフアン
グル角)θを0.1°<θ<0.2°の範囲内で傾斜し
た面方位を有するシリコン鏡面ウェーハを、水素ガス、
不活性ガス、窒素ガスまたはこれらの混合ガス雰囲気中
で熱処理することを特徴とする。
イス面が(100)またはこれと等価な面に対して傾斜
角度θが0.1°<θ<0.2°の範囲内となるように
シリコン単結晶インゴットをスライスしたウェーハから
作製することができる。
ールウェーハは、(100)またはこれと等価な面に対
して傾斜角度θを0.1°<θ<0.2°の範囲内に傾
斜した面方位を有し、ヘイズレベルが低く、高い酸化膜
耐圧が得られるアニールウェーハとなる。
の(100)からの傾斜角度とヘイズとの関係について
詳細に研究した結果、後述する実験例1、2から、ヘイ
ズの観察モード(測定する空間周波数)を変更して観察
することにより、ヘイズレベルが大きく異なるという新
規の知見を得て本発明を完成させたものである。
いて説明する。
2°のシリコン鏡面ウェーハの作製)1)チョクラルス
キー(CZ)法により結晶方位<100>のシリコン単
結晶インゴットを作製する。この場合、結晶を引き上げ
る際の種結晶として<100>から0.1°から数度程
度傾いたものを用いて、引き上げ方向自体が<100>
から0.1°から数度程度傾斜した結晶を引き上げても
よい。
ットを通常の工程に従い、円筒研削、オリエンテーショ
ンフラット(またはノッチ)の形成等を行った後、X線
を用いた結晶方位測定装置により、スライス面が(10
0)またはこれと等価な面である
<θ<0.2°の範囲内に傾斜した方位となる様に精密
に位置決めを行い、ワイヤーソーまたは内周刃によるス
ライサー等を用いてスライスする。尚、傾斜角度θは、
(100)またはこれと等価な面のいずれか一面とのな
す角度であり、その傾く方向はどの方向であってもよ
い。
に従い、面取り、ラッピング、エッチング、鏡面研磨加
工等を施して、シリコン鏡面ウェーハを作製する。
CZ法により作製されたシリコンウェーハにはGrown-in
欠陥と呼ばれる欠陥が含まれており、これがウェーハ表
面近傍のデバイス作製領域に存在するとデバイス特性に
悪影響を及ぼす。そこで、ウェーハ表面近傍のGrown-in
欠陥を除去するため、水素ガスやアルゴン、ヘリウム等
の不活性ガスまたは窒素ガス、あるいはこれらの混合ガ
ス雰囲気中で熱処理(アニール)を行う。
アルゴン100%、水素濃度を爆発限界(4%)以下と
した水素とアルゴンの混合ガス雰囲気、あるいは、水素
とアルゴンを適当な濃度で混合した雰囲気を用いればウ
ェーハ表面近傍のGrown-in欠陥を除去する効果が高いの
で好ましい。
は、1000℃〜1300℃、0.5〜10時間の範囲
とすればよい。特に1150℃〜1250℃で1〜5時
間の範囲であれば、Grown-in欠陥を除去する効果は大き
く、熱処理炉の耐久性や重金属汚染等の問題も比較的抑
制できる。
理を行うヒータ加熱式のバッチ式熱処理炉のほか、ラン
プ加熱式等による毎葉式のRTA(Rapid Thermal Anne
aling)装置がある。RTA装置を用いる場合のGrown-i
n欠陥を除去するための好適な熱処理条件は、1000
〜1350℃、1〜60秒の範囲である。
傾斜面を有するウェーハであれば、熱処理後のヘイズレ
ベルを従来に比べ低減することができ、かつ、高い酸化
膜耐圧が得られる。
を挙げながら、本発明についてさらに詳細に説明する。
の面方位の(100)からの傾斜角度と高温アニール後
のウェーハのヘイズとの関係を調査した。ここではアニ
ール炉として東京エレクトロン社製のUL-260-10Hを用
い、ヘイズ評価装置として、KLAテンコール社製のSurfs
can SP1を使用した。本実験例で採用したヘイズの測定
モードは通常用いられるWide channel(ワイドチャネ
ル:空間周波数の小さい短波長の凹凸を観察するモー
ド)で測定したときの値である。熱処理内容はAr10
0%雰囲気、1150℃、4時間とした。
ーハの傾斜角度θ
を表したグラフを図1に示す。図1からは、(100)
からの傾き(オフアングル角θ)が少ないほどアニール
後のヘイズが低いことが分かる。これは、特開平8−3
21443号公報と同様の結果を示すものである。この
データのみでは結晶のオフアングル角は低ければ低いほ
ど良いことになる。また、傾斜角度を0.2°未満にす
ることにより、0.06ppm以下のヘイズレベルが得
られることが分かる。
たSurfscan SP1のNarrow channel(ナローチャネル)で
測定を行った。Narrow channelはWide channelと比較
し、空間周波数の大きい長波長の凹凸、うねり成分を観
察するモードである。その他の条件は実験例1と同一に
した。測定結果を図2に示した。
下になるとNarrow channelのヘイズが極端に増大してい
く傾向が観察された。この結果は、特開平5−1521
79号公報において(100)からの傾斜角度が0.2
°以内のものはアニール後に虹色をしたヘイズが認めら
れたという現象に相当するものと考えることができる。
不明であるが、結果的に0.1°以下のオフアングル角
ではウェーハ表面の長波長のうねり成分が増大し、Narr
ow channelのヘイズが非常に高くなることが判明した。
このNarrow channelのヘイズは将来、シリコンウェーハ
に求められる長周期の平坦度がますます厳しいものとな
ったときに問題となる。また、この様な長周期の平坦度
を評価するためにNarrow channelでヘイズ検査を行う際
にヘイズが非常に高いレベルであると、パーティクル等
の他の表面欠陥が観察しにくくなるという問題も生ず
る。従ってNarrowchannelのヘイズを増大させないこと
が重要であり、そのためには0.1°を超える傾斜角度
が必要であることがわかった。
た各ウェーハに実験例1と同様のアニールを施し、様々
なヘイズ値を持つアニールウェーハを用意した。このウ
ェーハを用いて、酸化膜耐圧実験(TDDB測定)を行っ
た。ここで言うTDDBの良品率とは、ゲート酸化膜厚
5.0nm、ゲート面積4mm2、ストレス電流値0.
01A/cm 2、室温の条件下で、酸化膜耐圧が1C/c
m2以上を有するものの割合である。
は、酸化膜厚が薄くなるほど表面状態に対して敏感とな
ることが経験的に知られているためである。
たグラフを図3に示す。この図よりオフアングル角が
0.2°以上となると良品率が80%以下となることが
分かる。0.2°未満の結晶についてはほぼ100%の
値を示した。よって、この実験から得られる適正オフア
ングル角は0.2°未満である。(実験例4)実験例3
と同様のアニールを施し、様々なヘイズ値を持つアニー
ルウェーハを用意した。このウェーハを用いて、酸化膜
耐圧実験(TZDB測定)を行った。ここで言うTZDB
の良品率とは、ゲート酸化膜厚5.0nm、ゲート面積
8mm 2、判定電流値1mA/cm2、室温の条件下で、
酸化膜耐圧が8MV/cm以上を有するものの率であ
る。
は、酸化膜厚が薄くなるほど表面状態に対して敏感とな
ることが経験的に知られているためである。結晶のオフ
アングル角と良品率を示したグラフを図4に示す。この
図よりオフアングル角が0.2°を越えると良品率が8
5%以下となることが分かる。オフアングル角が0.2
°未満の結晶についてはほぼ100%の値を示した。よ
って、この実験から得られる適正オフアングル角は0.
2°未満である。
適なヘイズ値を達成するためにはウェーハのオフアング
ル角θが0.1°<θ<0.2°の範囲内にあることが
必要であることが分かる。また、熱処理条件として、水
素ガス3%を含有するAr雰囲気、1200℃、1時間
とした以外は実験例1〜4と同様の実験を行ってオフア
ングル角の適正範囲を確認したところ、図1〜図4と同
様の傾向が得られ、オフアングル角としては、0.1°
<θ<0.2°が適切であることがわかった。
イズの非常に低い高品質アニールウェーハを製造するこ
とができる。
とアニール後のヘイズ値の関係を示すグラフである。
とアニール後のヘイズ値の関係を示すグラフである。
とTDDB良品率との関係を示すグラフである。
とTZDB良品率との関係を示すグラフである。
αとY軸方向の傾きβの合成値θであることを示す説明
図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 (100)またはこれと等価な面に対し
て傾斜角度θが0.1°<θ<0.2°の範囲内に傾斜
した面方位を有するシリコン鏡面ウェーハを、水素ガ
ス、不活性ガス、窒素ガスまたはこれらの混合ガス雰囲
気中で熱処理することを特徴とするアニールウェーハの
製造方法。 - 【請求項2】 前記シリコン鏡面ウェーハは、スライス
面が(100)またはこれと等価な面に対して傾斜角度
θが0.1°<θ<0.2°の範囲内となるようにシリ
コン単結晶インゴットをスライスしたウェーハから作製
することを特徴とする請求項1に記載されたアニールウ
ェーハの製造方法。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載された製
造方法により製造されたアニールウェーハであって、
(100)またはこれと等価な面に対して傾斜角度θを
0.1°<θ<0.2°の範囲内に傾斜した面方位を有
することを特徴とするアニールウェーハ。
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