JP2002190478A - ボロンドープされたシリコンウエハの熱処理方法 - Google Patents
ボロンドープされたシリコンウエハの熱処理方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低濃度にボロンがドープされたシリコンウエ
ハに対しても、ウエハ表層におけるウエハ深さ方向のボ
ロン濃度の十分な均一化を図るということを達成するこ
とができる方法を提供する。 【解決手段】 ボロンドープされたシリコンウエハをア
ルゴン雰囲気下で熱処理をするにあたって、当該熱処理
の初期段階において、当該アルゴン雰囲気を適宜水素雰
囲気或いは「アルゴンガスと水素ガスの混合気」に切り
換えることによって、前記ボロンドープされたシリコン
ウエハのウエハ表層におけるウエハ深さ方向のボロン濃
度の均一化を図る。
ハに対しても、ウエハ表層におけるウエハ深さ方向のボ
ロン濃度の十分な均一化を図るということを達成するこ
とができる方法を提供する。 【解決手段】 ボロンドープされたシリコンウエハをア
ルゴン雰囲気下で熱処理をするにあたって、当該熱処理
の初期段階において、当該アルゴン雰囲気を適宜水素雰
囲気或いは「アルゴンガスと水素ガスの混合気」に切り
換えることによって、前記ボロンドープされたシリコン
ウエハのウエハ表層におけるウエハ深さ方向のボロン濃
度の均一化を図る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボロンドープされ
たシリコンウエハをアルゴン雰囲気下で熱処理をするに
あたって、ウエハ表層におけるウエハ深さ方向のボロン
濃度の均一化を図るのに有効な方法に関する。
たシリコンウエハをアルゴン雰囲気下で熱処理をするに
あたって、ウエハ表層におけるウエハ深さ方向のボロン
濃度の均一化を図るのに有効な方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】チョクラルスキー（ＣＺ：Czochralsk
i）法で育成した無転位単結晶シリコンインゴットから
切り出されるシリコンウエハには、一般的に、ＣＯＰ
（CrystalOriginated Particle）という結晶欠陥が観察
される。ここで、ＣＯＰは、インゴットの成長過程で導
入されるボイド（void）欠陥に起因するものであり、シ
リコンウエハの表面に露出してピットとなったり、露出
はしていなくてもシリコンウエハの表層に存在すると
（すなわちＣＯＰがデバイス活性領域に含まれている
と）、ゲート酸化膜耐圧の不良、リーク特性不良といっ
たようなデバイス特性の不良を招く要因となる。
i）法で育成した無転位単結晶シリコンインゴットから
切り出されるシリコンウエハには、一般的に、ＣＯＰ
（CrystalOriginated Particle）という結晶欠陥が観察
される。ここで、ＣＯＰは、インゴットの成長過程で導
入されるボイド（void）欠陥に起因するものであり、シ
リコンウエハの表面に露出してピットとなったり、露出
はしていなくてもシリコンウエハの表層に存在すると
（すなわちＣＯＰがデバイス活性領域に含まれている
と）、ゲート酸化膜耐圧の不良、リーク特性不良といっ
たようなデバイス特性の不良を招く要因となる。
【０００３】このようなことから、シリコンウエハの表
面に露出し若しくは表層に存在しているＣＯＰを除去す
るために、水素雰囲気あるいはアルゴン雰囲気等の非酸
化性雰囲気下、１２００℃程度の高温で熱処理（アニー
ル）を施すことが行われている（例えば、特開昭５８−
８５５３４号公報、特開平４−１６７４３３号公報）。
実際に、このような熱処理（アニール）を施すことによ
り、ウエハ表層の酸素が外方拡散されることとなり、シ
リコンウエハの表面に露出し若しくは表層に存在してい
るＣＯＰが低減され、或いは消失する。
面に露出し若しくは表層に存在しているＣＯＰを除去す
るために、水素雰囲気あるいはアルゴン雰囲気等の非酸
化性雰囲気下、１２００℃程度の高温で熱処理（アニー
ル）を施すことが行われている（例えば、特開昭５８−
８５５３４号公報、特開平４−１６７４３３号公報）。
実際に、このような熱処理（アニール）を施すことによ
り、ウエハ表層の酸素が外方拡散されることとなり、シ
リコンウエハの表面に露出し若しくは表層に存在してい
るＣＯＰが低減され、或いは消失する。
【０００４】しかしながら、ボロン(Boron)をドーパン
トとするシリコンウエハを水素雰囲気でアニール処理す
ると、酸素のみならず、ウエハ表層のボロンが外方拡散
されてしまい、ウエハ表層部付近の抵抗率が、当初に想
定したものとは異なってしまうという問題がある。
トとするシリコンウエハを水素雰囲気でアニール処理す
ると、酸素のみならず、ウエハ表層のボロンが外方拡散
されてしまい、ウエハ表層部付近の抵抗率が、当初に想
定したものとは異なってしまうという問題がある。
【０００５】これに関し、特開平１０−１４４６９８公
報には、かかる発明者達が、ボロンを含有するシリコン
ウエハをアルゴン雰囲気でアニール処理した場合に、ボ
ロンは殆ど外方拡散せず、酸素のみが選択的に外方拡散
されることを見い出したことに基づき、ボロン含有シリ
コンウエハをアルゴン雰囲気でアニール処理することに
より、ボロン分布を殆ど変化させない方法が開示されて
いる。
報には、かかる発明者達が、ボロンを含有するシリコン
ウエハをアルゴン雰囲気でアニール処理した場合に、ボ
ロンは殆ど外方拡散せず、酸素のみが選択的に外方拡散
されることを見い出したことに基づき、ボロン含有シリ
コンウエハをアルゴン雰囲気でアニール処理することに
より、ボロン分布を殆ど変化させない方法が開示されて
いる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１０−１４４６９８公報に係る発明はあくまでエピタキ
シャル成長の前処理として行われるものであって、ま
た、この発明では、実際には、ウエハ表層におけるウエ
ハ深さ方向のボロン濃度の十分な均一化を図ることはで
きない。
１０−１４４６９８公報に係る発明はあくまでエピタキ
シャル成長の前処理として行われるものであって、ま
た、この発明では、実際には、ウエハ表層におけるウエ
ハ深さ方向のボロン濃度の十分な均一化を図ることはで
きない。
【０００７】本発明は以上のような課題に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、ボロンがドープされたシリ
コンウエハに対しても、ウエハ表層におけるウエハ深さ
方向のボロン濃度の十分な均一化を図るということを達
成することができる方法を提供することにある。
たものであり、その目的は、ボロンがドープされたシリ
コンウエハに対しても、ウエハ表層におけるウエハ深さ
方向のボロン濃度の十分な均一化を図るということを達
成することができる方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】以上のような目的を達成
するために本発明者らが鋭意研究を行った結果、ボロン
ドープされたシリコンウエハにアルゴンアニールを行う
と、ボロンがドープされたシリコンウエハの場合には、
ウエハ深さ方向のボロン濃度については、シリコンウエ
ハのウエハ表層のボロン濃度が一時的に上昇してから、
それが徐々に低下していくという現象が観察された。
するために本発明者らが鋭意研究を行った結果、ボロン
ドープされたシリコンウエハにアルゴンアニールを行う
と、ボロンがドープされたシリコンウエハの場合には、
ウエハ深さ方向のボロン濃度については、シリコンウエ
ハのウエハ表層のボロン濃度が一時的に上昇してから、
それが徐々に低下していくという現象が観察された。
【０００９】また、アルゴンアニールについて言えば、
それを行った場合には表層付近における深さ方向のボロ
ン濃度がフラットになるということが言われており、実
際にボロン濃度がフラットなものであるとして商業的に
流通しているものもあるが、そのようなものでも、実際
にはウエハ表層のボロン濃度が一時的に上昇してから、
それが徐々に低下していくという現象が観察された。
それを行った場合には表層付近における深さ方向のボロ
ン濃度がフラットになるということが言われており、実
際にボロン濃度がフラットなものであるとして商業的に
流通しているものもあるが、そのようなものでも、実際
にはウエハ表層のボロン濃度が一時的に上昇してから、
それが徐々に低下していくという現象が観察された。
【００１０】そして、かかるボロン濃度の一時的な上昇
現象に対して、水素アニールによるボロン濃度低減効果
をうまく適用することによって、ウエハ表層に存在する
余分なボロンを除去し、ウエハ表層における深さ方向の
ボロン濃度をフラットにしてからアルゴンアニールを行
うようにすることによって、シリコンウエハのウエハ表
層におけるウエハ深さ方向のボロン濃度をフラットにす
ることができるということを見出し、本発明を完成する
に至った。
現象に対して、水素アニールによるボロン濃度低減効果
をうまく適用することによって、ウエハ表層に存在する
余分なボロンを除去し、ウエハ表層における深さ方向の
ボロン濃度をフラットにしてからアルゴンアニールを行
うようにすることによって、シリコンウエハのウエハ表
層におけるウエハ深さ方向のボロン濃度をフラットにす
ることができるということを見出し、本発明を完成する
に至った。
【００１１】因みに、本発明者らは、上記のようなシリ
コンウエハのウエハ表層におけるボロン濃度の一時的な
上昇は、熱処理炉への投入前に何らかの原因でシリコン
ウエハに付着して来るボロンに起因しているのではない
かと考えている。
コンウエハのウエハ表層におけるボロン濃度の一時的な
上昇は、熱処理炉への投入前に何らかの原因でシリコン
ウエハに付着して来るボロンに起因しているのではない
かと考えている。
【００１２】より具体的には、本発明は以下のようなも
のを提供する。
のを提供する。
【００１３】（１） ボロンドープされたシリコンウエ
ハをアルゴン雰囲気下で熱処理を行うにあたって、当該
アルゴン雰囲気を適宜水素雰囲気或いは「アルゴンガス
と水素ガスの混合気」に切り換えることによって、熱処
理後の「ボロンドープされたシリコンウエハ」のウエハ
表層におけるウエハ深さ方向のボロン濃度の均一化を図
る方法。
ハをアルゴン雰囲気下で熱処理を行うにあたって、当該
アルゴン雰囲気を適宜水素雰囲気或いは「アルゴンガス
と水素ガスの混合気」に切り換えることによって、熱処
理後の「ボロンドープされたシリコンウエハ」のウエハ
表層におけるウエハ深さ方向のボロン濃度の均一化を図
る方法。
【００１４】なお、上記の「ウエハ表層」というのは、
基本的にはウエハ表面から５μｍの範囲内、より好まし
くは１０μｍの範囲内を想定している。
基本的にはウエハ表面から５μｍの範囲内、より好まし
くは１０μｍの範囲内を想定している。
【００１５】（２） ボロンドープされたシリコンウエ
ハをアルゴン雰囲気下で熱処理を行うにあたって、当該
熱処理の初期段階において、当該アルゴン雰囲気を適宜
水素雰囲気或いは「アルゴンガスと水素ガスの混合気」
で当該熱処理を行うことによって、当該熱処理を行う前
の段階でボロン汚染されたシリコンウエハの表面より当
該ボロン汚染を除去してから、その後の熱処理をアルゴ
ン雰囲気下で行うことを特徴とするシリコンウエハの熱
処理方法。
ハをアルゴン雰囲気下で熱処理を行うにあたって、当該
熱処理の初期段階において、当該アルゴン雰囲気を適宜
水素雰囲気或いは「アルゴンガスと水素ガスの混合気」
で当該熱処理を行うことによって、当該熱処理を行う前
の段階でボロン汚染されたシリコンウエハの表面より当
該ボロン汚染を除去してから、その後の熱処理をアルゴ
ン雰囲気下で行うことを特徴とするシリコンウエハの熱
処理方法。
【００１６】非酸化性雰囲気下の熱処理の初期段階にお
いて行われる、適宜水素雰囲気或いは「アルゴンガスと
水素ガスの混合気」での熱処理は、ウエハ表層における
ウエハ深さ方向のボロン濃度の均一化を図るためのもの
である。
いて行われる、適宜水素雰囲気或いは「アルゴンガスと
水素ガスの混合気」での熱処理は、ウエハ表層における
ウエハ深さ方向のボロン濃度の均一化を図るためのもの
である。
【００１７】なお、「当該熱処理の初期段階」というの
は、シリコンウエハの熱処理の最初の時期からというこ
と（最初から熱処理炉に水素を流して熱処理を行い、暫
く経過してからアルゴンに切り換えて熱処理を行うよう
な場合）と、シリコンウエハの熱処理の初期の所定の期
間ということ（最初は熱処理炉にアルゴンを流し、暫く
してから水素に切り換えて熱処理を行い、その後再びア
ルゴンに切り換えて熱処理を行うような場合）の両方を
含む概念である。このような段階で水素熱処理を行うこ
とにより、ウエハ表層に存在する余分なボロンが除去さ
れ、ウエハ表層における深さ方向のボロン濃度がフラッ
トにされてからアルゴンアニールが行われることにな
る。そして、アルゴンアニールでは、ウエハ表層におけ
る深さ方向のボロン濃度がフラットにされた状態が維持
されることとなるので、本発明によれば、結果的に、表
層における深さ方向のボロン濃度がフラットなシリコン
ウエハを得ることができることになる。
は、シリコンウエハの熱処理の最初の時期からというこ
と（最初から熱処理炉に水素を流して熱処理を行い、暫
く経過してからアルゴンに切り換えて熱処理を行うよう
な場合）と、シリコンウエハの熱処理の初期の所定の期
間ということ（最初は熱処理炉にアルゴンを流し、暫く
してから水素に切り換えて熱処理を行い、その後再びア
ルゴンに切り換えて熱処理を行うような場合）の両方を
含む概念である。このような段階で水素熱処理を行うこ
とにより、ウエハ表層に存在する余分なボロンが除去さ
れ、ウエハ表層における深さ方向のボロン濃度がフラッ
トにされてからアルゴンアニールが行われることにな
る。そして、アルゴンアニールでは、ウエハ表層におけ
る深さ方向のボロン濃度がフラットにされた状態が維持
されることとなるので、本発明によれば、結果的に、表
層における深さ方向のボロン濃度がフラットなシリコン
ウエハを得ることができることになる。
【００１８】（３） 前記「アルゴンガスと水素ガスの
混合気」は爆発限界以下の濃度で水素ガスを含む「アル
ゴンガスと水素ガスの混合気」であることを特徴とする
（１）または（２）記載の方法
混合気」は爆発限界以下の濃度で水素ガスを含む「アル
ゴンガスと水素ガスの混合気」であることを特徴とする
（１）または（２）記載の方法
【００１９】（４） ボロンドープされたシリコンウエ
ハのウエハ表層におけるウエハ深さ方向のボロン濃度を
フラットにするように水素ガスを添加してアルゴンアニ
ールを行う方法。
ハのウエハ表層におけるウエハ深さ方向のボロン濃度を
フラットにするように水素ガスを添加してアルゴンアニ
ールを行う方法。
【００２０】「ボロンドープされたシリコンウエハのウ
エハ表層におけるウエハ深さ方向のボロン濃度をフラッ
トにするように水素ガスを添加」するというのは、例え
ば「アルゴンアニールの初期の段階で水素を添加して水
素熱処理を行うようにすること」である。
エハ表層におけるウエハ深さ方向のボロン濃度をフラッ
トにするように水素ガスを添加」するというのは、例え
ば「アルゴンアニールの初期の段階で水素を添加して水
素熱処理を行うようにすること」である。
【００２１】この場合において、初期段階における水素
熱処理は、例えば８００℃〜１２００℃の間で行うよう
にすることができる。この場合において、例えば、熱処
理炉を昇温している最中において、８００℃未満で水素
熱処理を行った場合（例えば、３００℃で水素を添加し
て、３００℃〜５００℃で水素アニールを行ってから、
５００℃でアルゴン雰囲気に切り換えたような場合）に
は、水素アニールによるウエハ表層からのボロンの除去
効果が遅くなることから実用的ではない。この一方で、
例えば、熱処理炉を昇温している最中において、１２０
０℃を越えたあたりで水素熱処理を行うようにした場合
（例えば、１２１０℃で水素を添加して、１２１０℃〜
１３００℃で水素アニールを行ってから、１３００℃で
アルゴン雰囲気に切り換えたような場合）には、１２０
０℃に至るまでの間にアルゴンアニールがなされてしま
うことになり、これによってアルゴンアニールの効果が
先行してしまい、本発明が意図するような水素アニール
によるボロン除去効果が十分に機能しない可能性があ
る。
熱処理は、例えば８００℃〜１２００℃の間で行うよう
にすることができる。この場合において、例えば、熱処
理炉を昇温している最中において、８００℃未満で水素
熱処理を行った場合（例えば、３００℃で水素を添加し
て、３００℃〜５００℃で水素アニールを行ってから、
５００℃でアルゴン雰囲気に切り換えたような場合）に
は、水素アニールによるウエハ表層からのボロンの除去
効果が遅くなることから実用的ではない。この一方で、
例えば、熱処理炉を昇温している最中において、１２０
０℃を越えたあたりで水素熱処理を行うようにした場合
（例えば、１２１０℃で水素を添加して、１２１０℃〜
１３００℃で水素アニールを行ってから、１３００℃で
アルゴン雰囲気に切り換えたような場合）には、１２０
０℃に至るまでの間にアルゴンアニールがなされてしま
うことになり、これによってアルゴンアニールの効果が
先行してしまい、本発明が意図するような水素アニール
によるボロン除去効果が十分に機能しない可能性があ
る。
【００２２】なお、このような条件は、水素が１００パ
ーセントの状態で行った場合とアルゴンとの混合ガスで
行った場合、或いは水素アニールの時間等によって異な
るが、水素の爆発限界である４パーセントの場合でも、
８００℃〜１２００℃の温度であれば本発明を実施する
ことができる。また、水素が１００パーセントの状態で
行った場合には、８００℃未満の温度でも本発明を実施
することができ、水素熱処理時間も短くなる。
ーセントの状態で行った場合とアルゴンとの混合ガスで
行った場合、或いは水素アニールの時間等によって異な
るが、水素の爆発限界である４パーセントの場合でも、
８００℃〜１２００℃の温度であれば本発明を実施する
ことができる。また、水素が１００パーセントの状態で
行った場合には、８００℃未満の温度でも本発明を実施
することができ、水素熱処理時間も短くなる。
【００２３】いずれにしても、本発明に係る「初期段階
での水素熱処理」の条件は、得ようとしているウエハや
装置の状態等を総合的に勘案して決定されることにな
る。
での水素熱処理」の条件は、得ようとしているウエハや
装置の状態等を総合的に勘案して決定されることにな
る。
【００２４】（５） シリコンウエハの表面に付着して
いるボロンを利用して、ボロンドープされたシリコンウ
エハのウエハ表層におけるウエハ深さ方向のボロン濃度
をフラットにしながら、前記「ボロンドープされたシリ
コンウエハ」を非酸化性雰囲気下で熱処理をする方法。
いるボロンを利用して、ボロンドープされたシリコンウ
エハのウエハ表層におけるウエハ深さ方向のボロン濃度
をフラットにしながら、前記「ボロンドープされたシリ
コンウエハ」を非酸化性雰囲気下で熱処理をする方法。
【００２５】「非酸化性雰囲気下」というのは、水素雰
囲気下或いはアルゴン雰囲気下のように、シリコンウエ
ハの表層付近のＣＯＰを消滅させるために使用される一
般的な非酸化性雰囲気下で行われることを意味する。
囲気下或いはアルゴン雰囲気下のように、シリコンウエ
ハの表層付近のＣＯＰを消滅させるために使用される一
般的な非酸化性雰囲気下で行われることを意味する。
【００２６】（６） 「ボロンドープされたシリコンウ
エハ」のウエハ表層におけるウエハ深さ方向のボロン濃
度をフラットにするために水素ガスもしくは「アルゴン
ガスと水素ガスの混合気」を使用する方法。
エハ」のウエハ表層におけるウエハ深さ方向のボロン濃
度をフラットにするために水素ガスもしくは「アルゴン
ガスと水素ガスの混合気」を使用する方法。
【００２７】（７） 前記「前記ボロンドープされたシ
リコンウエハ」は、ボロンが非高濃度にドープされたシ
リコンに係るシリコンウエハである（１）から（６）記
載の方法。
リコンウエハ」は、ボロンが非高濃度にドープされたシ
リコンに係るシリコンウエハである（１）から（６）記
載の方法。
【００２８】本発明で言う「非高濃度」というのは、ボ
ロン濃度について、好ましくは１×１０16atoms/cm3以
下、より好ましくは１×１０15atoms/cm3以下、更に好
ましくは１×１０14atoms/cm3以下である。
ロン濃度について、好ましくは１×１０16atoms/cm3以
下、より好ましくは１×１０15atoms/cm3以下、更に好
ましくは１×１０14atoms/cm3以下である。
【００２９】（８） 前記「前記ボロンドープされたシ
リコンウエハ」は、ボロンが非高濃度にドープされたシ
リコンに係るシリコンウエハであって、（１）から
（５）いずれか記載の方法を使用することによって製造
されたシリコンウエハ。
リコンウエハ」は、ボロンが非高濃度にドープされたシ
リコンに係るシリコンウエハであって、（１）から
（５）いずれか記載の方法を使用することによって製造
されたシリコンウエハ。
【００３０】（９） ボロンドープされたシリコンウエ
ハをアルゴン雰囲気下で熱処理を行うにあたって、当該
熱処理を行う前の段階においてシリコンウエハの表面が
ボロンで汚染された場合には、当該アルゴン雰囲気にお
ける熱処理の初期段階で水素もしくは「アルゴンガスと
水素ガスの混合気」で熱処理を行うことによって、熱処
理後の「ボロンドープされたシリコンウエハ」のウエハ
表層におけるウエハ深さ方向のボロン濃度の均一化を図
る方法。
ハをアルゴン雰囲気下で熱処理を行うにあたって、当該
熱処理を行う前の段階においてシリコンウエハの表面が
ボロンで汚染された場合には、当該アルゴン雰囲気にお
ける熱処理の初期段階で水素もしくは「アルゴンガスと
水素ガスの混合気」で熱処理を行うことによって、熱処
理後の「ボロンドープされたシリコンウエハ」のウエハ
表層におけるウエハ深さ方向のボロン濃度の均一化を図
る方法。
【００３１】このように、アルゴン雰囲気における熱処
理の初期段階で水素もしくは「アルゴンガスと水素ガス
の混合気」で熱処理を行うことによって、シリコンウエ
ハのウエハ表面からボロン汚染が除去され、ウエハ表面
がクリーニングされた状態でアニールが行われることと
なる。そして、この場合においては、ウエハ表面がクリ
ーニングされた後に、ボロンの外方拡散が少ない環境で
あるアルゴン雰囲気下でアニールが行われることとな
り、ウエハ表層におけるウエハ深さ方向のボロン濃度の
均一化が図られることとなる。
理の初期段階で水素もしくは「アルゴンガスと水素ガス
の混合気」で熱処理を行うことによって、シリコンウエ
ハのウエハ表面からボロン汚染が除去され、ウエハ表面
がクリーニングされた状態でアニールが行われることと
なる。そして、この場合においては、ウエハ表面がクリ
ーニングされた後に、ボロンの外方拡散が少ない環境で
あるアルゴン雰囲気下でアニールが行われることとな
り、ウエハ表層におけるウエハ深さ方向のボロン濃度の
均一化が図られることとなる。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。まず、図１は、「ボロンドープされたシリ
コンウエハ」の初期抵抗率が異なるものについて、アル
ゴンアニールを施したときのウエハ深さ方向のボロン濃
度の変化を示すグラフであり、図２は、「ボロンドープ
されたシリコンウエハ」の初期抵抗率が異なるものにつ
いて、水素アニールを施したときのウエハ深さ方向のボ
ロン濃度の変化を示すグラフである。なお、ボロン濃度
の検出はＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectroscop
y）によって行った。
て説明する。まず、図１は、「ボロンドープされたシリ
コンウエハ」の初期抵抗率が異なるものについて、アル
ゴンアニールを施したときのウエハ深さ方向のボロン濃
度の変化を示すグラフであり、図２は、「ボロンドープ
されたシリコンウエハ」の初期抵抗率が異なるものにつ
いて、水素アニールを施したときのウエハ深さ方向のボ
ロン濃度の変化を示すグラフである。なお、ボロン濃度
の検出はＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectroscop
y）によって行った。
【００３３】因みに、この実施の形態では、シリコンウ
エハは、径が２００ｍｍの（100）面に成長をさせたｐ
型ボロンドープシリコンウエハを使用した。かかるｐ型
ボロンドープシリコンウエハの酸素濃度は10.0〜15.0×
１０17atoms/cm3であり、抵抗率は1〜30Ω-ｃｍであっ
た。
エハは、径が２００ｍｍの（100）面に成長をさせたｐ
型ボロンドープシリコンウエハを使用した。かかるｐ型
ボロンドープシリコンウエハの酸素濃度は10.0〜15.0×
１０17atoms/cm3であり、抵抗率は1〜30Ω-ｃｍであっ
た。
【００３４】これらの図１中のサンプルＡに示されてい
るように、高濃度でないボロンがドープされたシリコン
ウエハ（非高濃度にボロンがドープされたシリコンウエ
ハ）にアルゴンアニールを施した場合には、ウエハ深さ
方向のボロン濃度については、ウエハ表層におけるある
一定の場所においてボロン濃度が一時的に上昇してか
ら、それが徐々に低下していくという現象が観察され
る。なお、これについては、アニール温度及びアニール
時間に関わらず、このような現象が起こることが本発明
者らによって確認されている。
るように、高濃度でないボロンがドープされたシリコン
ウエハ（非高濃度にボロンがドープされたシリコンウエ
ハ）にアルゴンアニールを施した場合には、ウエハ深さ
方向のボロン濃度については、ウエハ表層におけるある
一定の場所においてボロン濃度が一時的に上昇してか
ら、それが徐々に低下していくという現象が観察され
る。なお、これについては、アニール温度及びアニール
時間に関わらず、このような現象が起こることが本発明
者らによって確認されている。
【００３５】一方、図２に示されるように、水素アニー
ル後では、ボロンが外方拡散することにより、表層濃度
が減少するということが、一般的には、よく知られてい
る。
ル後では、ボロンが外方拡散することにより、表層濃度
が減少するということが、一般的には、よく知られてい
る。
【００３６】しかしながら、図１に示されるように、ア
ルゴンアニールでは、表層のボロン濃度分布がフラット
な場合もあるが、多くは表層でボロン濃度が上昇するの
である。これに関し、アルゴン雰囲気中の熱処理でボロ
ンが外方拡散しにくいということ自体は特開平１０-１
４４６９８号公報で説明されているが、ボロン濃度が上
昇する現象に関してはその理由が不明であったのであ
る。
ルゴンアニールでは、表層のボロン濃度分布がフラット
な場合もあるが、多くは表層でボロン濃度が上昇するの
である。これに関し、アルゴン雰囲気中の熱処理でボロ
ンが外方拡散しにくいということ自体は特開平１０-１
４４６９８号公報で説明されているが、ボロン濃度が上
昇する現象に関してはその理由が不明であったのであ
る。
【００３７】このようなことから、本発明者らは、表層
におけるボロン濃度上昇の原因を明らかにする手がかり
を得るために、処理温度・時間を変化させてアルゴンア
ニールを実施したのである。その結果、全ての水準で表
層のボロン濃度が上昇するものの、高温・長時間ほど表
面近傍の濃度が下がり、内部側へ高濃度に拡散している
ことがわかったのである（図３及び図４）。
におけるボロン濃度上昇の原因を明らかにする手がかり
を得るために、処理温度・時間を変化させてアルゴンア
ニールを実施したのである。その結果、全ての水準で表
層のボロン濃度が上昇するものの、高温・長時間ほど表
面近傍の濃度が下がり、内部側へ高濃度に拡散している
ことがわかったのである（図３及び図４）。
【００３８】このことは、熱処理中にウエハ外部から常
時ボロンの供給があるわけではなく、アルゴンアニール
投入前段階で既に付着したボロンが内部へ拡散したこと
を示唆している。この一方で、水素アニールによって表
層ボロン濃度が低下する理由としては、表面に付着した
ボロンが、アニール中に水素と反応して除去され、表層
のボロンがウエハ外方への拡散を起こすからであると推
定している。
時ボロンの供給があるわけではなく、アルゴンアニール
投入前段階で既に付着したボロンが内部へ拡散したこと
を示唆している。この一方で、水素アニールによって表
層ボロン濃度が低下する理由としては、表面に付着した
ボロンが、アニール中に水素と反応して除去され、表層
のボロンがウエハ外方への拡散を起こすからであると推
定している。
【００３９】そこで、アルゴンアニールを実施する上
で、１２００℃保持の前段階のある時点で、表層に付着
しているボロンを脱離せしめるように水素あるいは水素
含有ガスを添加し、この後アルゴンに切り替えて処理す
ることにより、均一なボロン分布が得られるのではない
かと考え、以下のような実験を行い、所望の結果を得
た。
で、１２００℃保持の前段階のある時点で、表層に付着
しているボロンを脱離せしめるように水素あるいは水素
含有ガスを添加し、この後アルゴンに切り替えて処理す
ることにより、均一なボロン分布が得られるのではない
かと考え、以下のような実験を行い、所望の結果を得
た。
【００４０】
【実施例】水素或いは水素含有ガス（アルゴン希釈）へ
の切替のタイミングを表１のように行い、それぞれの温
度で24分間保持した後、１２００℃にてアルゴンアニー
ルを継続した。
の切替のタイミングを表１のように行い、それぞれの温
度で24分間保持した後、１２００℃にてアルゴンアニー
ルを継続した。
【００４１】使用したウエハは直径200mm P型（ボロン
ドープ）抵抗率10-20(Ω・cm)である。
ドープ）抵抗率10-20(Ω・cm)である。
【００４２】
【表１】
【００４３】アニール後のSIMS分析結果の一例を図５に
示す。この図５においては、比較のために、アルゴンの
みで処理した後のボロン濃度分布と水素のみで処理した
後のボロン濃度分布を示している。この図５に示される
ように、熱処理の初期段階で水素添加を行ったアルゴン
アニールでは、表層のボロン濃度が均一化しているとい
うことがわかる。
示す。この図５においては、比較のために、アルゴンの
みで処理した後のボロン濃度分布と水素のみで処理した
後のボロン濃度分布を示している。この図５に示される
ように、熱処理の初期段階で水素添加を行ったアルゴン
アニールでは、表層のボロン濃度が均一化しているとい
うことがわかる。
【００４４】次に、初期段階における水素添加濃度が４
％と１００％の場合のそれぞれについて、水素添加が行
われた際の熱処理の温度を８００℃、１０００℃、１２
００℃と変化させたときのボロン濃度分布を調べた。そ
の結果を図６〜図１１に示す。
％と１００％の場合のそれぞれについて、水素添加が行
われた際の熱処理の温度を８００℃、１０００℃、１２
００℃と変化させたときのボロン濃度分布を調べた。そ
の結果を図６〜図１１に示す。
【００４５】この図６〜図１１から得られる結果を纏め
ると以下のようになる。
ると以下のようになる。
【００４６】１）アルゴンアニールを実施するにあた
り、高温保持の前段階で水素ガスを添加することによ
り、表層のボロン濃度上昇を抑制出来た。
り、高温保持の前段階で水素ガスを添加することによ
り、表層のボロン濃度上昇を抑制出来た。
【００４７】２）水素ガスへの切替タイミングとして
は、100%水素添加の場合、800℃以上であれば十分であ
る。
は、100%水素添加の場合、800℃以上であれば十分であ
る。
【００４８】３）一方、4%水素添加の場合、若干表層ボ
ロンの上昇傾向が見られるが、抑制効果は出ている。
ロンの上昇傾向が見られるが、抑制効果は出ている。
【００４９】以上説明したように、非高濃度にボロンが
ドープされたシリコンウエハにアルゴンアニールを施し
た場合には、ウエハ表層におけるある一定の場所におい
てボロン濃度が一時的に上昇することから、この部分が
形成されるタイミングに照準を合わせて、アルゴン雰囲
気を適宜水素雰囲気或いは「アルゴンガスと水素ガスの
混合気」に切り換えることによって、前記ボロンドープ
されたシリコンウエハのウエハ表層におけるウエハ深さ
方向のボロン濃度の均一化を図ることができる。
ドープされたシリコンウエハにアルゴンアニールを施し
た場合には、ウエハ表層におけるある一定の場所におい
てボロン濃度が一時的に上昇することから、この部分が
形成されるタイミングに照準を合わせて、アルゴン雰囲
気を適宜水素雰囲気或いは「アルゴンガスと水素ガスの
混合気」に切り換えることによって、前記ボロンドープ
されたシリコンウエハのウエハ表層におけるウエハ深さ
方向のボロン濃度の均一化を図ることができる。
【００５０】あるいは、低濃度にボロンがドープされた
シリコンウエハを「アルゴンガスと水素ガスの混合気」
の雰囲気下で熱処理をするにあたって、当該「アルゴン
ガスと水素ガスの混合気」中の水素ガスの混合比を変化
させることによって、前記ボロンドープされたシリコン
ウエハのウエハ表層におけるウエハ深さ方向のボロン濃
度の均一化を図ることもできると考えられる。
シリコンウエハを「アルゴンガスと水素ガスの混合気」
の雰囲気下で熱処理をするにあたって、当該「アルゴン
ガスと水素ガスの混合気」中の水素ガスの混合比を変化
させることによって、前記ボロンドープされたシリコン
ウエハのウエハ表層におけるウエハ深さ方向のボロン濃
度の均一化を図ることもできると考えられる。
【００５１】因みに、本発明を実施する際には、水素ガ
スによる熱処理工程を含むことから、基本的には水素ア
ニール用の熱処理炉を使用することとなるが、「アルゴ
ンガスと水素ガスの混合気」についてこれを爆発限界以
下の濃度（４％以下の濃度）で水素ガスを含むものとす
ることによって、水素ガスを使用する場合に必要であっ
た防爆構造が不要となり、熱処理炉全体の熱容量が小さ
くなるので、昇降温を急速に行なうことが可能な構造を
備える熱処理炉仕様とすることができるようになり、こ
れによって、アニール時間の短縮化を図ることができる
ようになる。
スによる熱処理工程を含むことから、基本的には水素ア
ニール用の熱処理炉を使用することとなるが、「アルゴ
ンガスと水素ガスの混合気」についてこれを爆発限界以
下の濃度（４％以下の濃度）で水素ガスを含むものとす
ることによって、水素ガスを使用する場合に必要であっ
た防爆構造が不要となり、熱処理炉全体の熱容量が小さ
くなるので、昇降温を急速に行なうことが可能な構造を
備える熱処理炉仕様とすることができるようになり、こ
れによって、アニール時間の短縮化を図ることができる
ようになる。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
非高濃度にボロンがドープされたシリコンウエハに対し
ても、ウエハ表層におけるウエハ深さ方向のボロン濃度
の十分な均一化を図ることができるようになる。
非高濃度にボロンがドープされたシリコンウエハに対し
ても、ウエハ表層におけるウエハ深さ方向のボロン濃度
の十分な均一化を図ることができるようになる。
【図１】 「ボロンドープされたシリコンウエハ」の初
期抵抗率が異なるものについて、アルゴンアニールを施
したときのウエハ深さ方向のボロン濃度の変化を示すグ
ラフである。
期抵抗率が異なるものについて、アルゴンアニールを施
したときのウエハ深さ方向のボロン濃度の変化を示すグ
ラフである。
【図２】 「ボロンドープされたシリコンウエハ」の初
期抵抗率が異なるものについて、水素アニールを施した
ときのウエハ深さ方向のボロン濃度の変化を示すグラフ
である。
期抵抗率が異なるものについて、水素アニールを施した
ときのウエハ深さ方向のボロン濃度の変化を示すグラフ
である。
【図３】 非高濃度にボロンドープされたシリコンウエ
ハのアルゴンアニールを行うにあたって、熱処理時間を
一定（１時間）にして、熱処理温度を１１００℃、１１
５０℃、１２００℃と変化させた場合の結果を示すグラ
フである。
ハのアルゴンアニールを行うにあたって、熱処理時間を
一定（１時間）にして、熱処理温度を１１００℃、１１
５０℃、１２００℃と変化させた場合の結果を示すグラ
フである。
【図４】 アルゴンアニールを行うにあたって、熱処理
温度を一定（１１５０℃）にして、熱処理時間を１時
間、４時間、８時間と変化させた場合の結果を示すグラ
フである。
温度を一定（１１５０℃）にして、熱処理時間を１時
間、４時間、８時間と変化させた場合の結果を示すグラ
フである。
【図５】 アルゴンアニールを行った場合に、熱処理の
初期段階で水素を添加したときのボロン濃度分布を、ア
ルゴンのみで処理した後のボロン濃度分布と水素のみで
処理した後のボロン濃度分布と共に示したグラフであ
る。
初期段階で水素を添加したときのボロン濃度分布を、ア
ルゴンのみで処理した後のボロン濃度分布と水素のみで
処理した後のボロン濃度分布と共に示したグラフであ
る。
【図６】 初期段階における水素添加濃度が１００％
で、水素添加が行われた際の熱処理の温度が８００℃の
ときのボロン濃度分布を示すグラフである。
で、水素添加が行われた際の熱処理の温度が８００℃の
ときのボロン濃度分布を示すグラフである。
【図７】 初期段階における水素添加濃度が４％で、水
素添加が行われた際の熱処理の温度が８００℃のときの
ボロン濃度分布を示すグラフである。
素添加が行われた際の熱処理の温度が８００℃のときの
ボロン濃度分布を示すグラフである。
【図８】 初期段階における水素添加濃度が１００％
で、水素添加が行われた際の熱処理の温度が１０００℃
のときのボロン濃度分布を示すグラフである。
で、水素添加が行われた際の熱処理の温度が１０００℃
のときのボロン濃度分布を示すグラフである。
【図９】 初期段階における水素添加濃度が４％で、水
素添加が行われた際の熱処理の温度が１０００℃のとき
のボロン濃度分布を示すグラフである。
素添加が行われた際の熱処理の温度が１０００℃のとき
のボロン濃度分布を示すグラフである。
【図１０】 初期段階における水素添加濃度が１００％
で、水素添加が行われた際の熱処理の温度が１２００℃
のときのボロン濃度分布を示すグラフである。
で、水素添加が行われた際の熱処理の温度が１２００℃
のときのボロン濃度分布を示すグラフである。
【図１１】 初期段階における水素添加濃度が４％で、
水素添加が行われた際の熱処理の温度が１２００℃のと
きのボロン濃度分布を示すグラフである。
水素添加が行われた際の熱処理の温度が１２００℃のと
きのボロン濃度分布を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松山 博行 神奈川県平塚市四之宮2612番地 コマツ電 子金属株式会社内 Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BA04 EB01 FE02
Claims (9)
- 【請求項１】 ボロンドープされたシリコンウエハをア
ルゴン雰囲気下で熱処理を行うにあたって、当該アルゴ
ン雰囲気を適宜水素雰囲気或いは「アルゴンガスと水素
ガスの混合気」に切り換えることによって、熱処理後の
「ボロンドープされたシリコンウエハ」のウエハ表層に
おけるウエハ深さ方向のボロン濃度の均一化を図る方
法。 - 【請求項２】 ボロンドープされたシリコンウエハをア
ルゴン雰囲気下で熱処理を行うにあたって、当該熱処理
の初期段階において、当該アルゴン雰囲気を適宜水素雰
囲気或いは「アルゴンガスと水素ガスの混合気」で当該
熱処理を行うことによって、当該熱処理を行う前の段階
でボロン汚染されたシリコンウエハの表面より当該ボロ
ン汚染を除去してから、その後の熱処理をアルゴン雰囲
気下で行うことを特徴とするシリコンウエハの熱処理方
法。 - 【請求項３】 前記「アルゴンガスと水素ガスの混合
気」は爆発限界以下の濃度で水素ガスを含む「アルゴン
ガスと水素ガスの混合気」であることを特徴とする請求
項１または２記載の方法 - 【請求項４】 ボロンドープされたシリコンウエハのウ
エハ表層におけるウエハ深さ方向のボロン濃度をフラッ
トにするように水素ガスを添加してアルゴンアニールを
行う方法。 - 【請求項５】 シリコンウエハの表面に付着しているボ
ロンを利用して、ボロンドープされたシリコンウエハの
ウエハ表層におけるウエハ深さ方向のボロン濃度をフラ
ットにしながら、前記「ボロンドープされたシリコンウ
エハ」を非酸化性雰囲気下で熱処理をする方法。 - 【請求項６】 「ボロンドープされたシリコンウエハ」
のウエハ表層におけるウエハ深さ方向のボロン濃度をフ
ラットにするために水素ガスもしくは「アルゴンガスと
水素ガスの混合気」を使用する方法。 - 【請求項７】 前記「前記ボロンドープされたシリコン
ウエハ」は、ボロンが非高濃度にドープされたシリコン
に係るシリコンウエハである請求項１から６いずれか記
載の方法。 - 【請求項８】 前記「前記ボロンドープされたシリコン
ウエハ」は、ボロンが非高濃度にドープされたシリコン
に係るシリコンウエハであって、請求項１から５いずれ
か記載の方法を使用することによって製造されたシリコ
ンウエハ。 - 【請求項９】 ボロンドープされたシリコンウエハをア
ルゴン雰囲気下で熱処理を行うにあたって、当該熱処理
を行う前の段階においてシリコンウエハの表面がボロン
で汚染された場合には、当該アルゴン雰囲気における熱
処理の初期段階で水素もしくは「アルゴンガスと水素ガ
スの混合気」で熱処理を行うことによって、熱処理後の
「ボロンドープされたシリコンウエハ」のウエハ表層に
おけるウエハ深さ方向のボロン濃度の均一化を図る方
法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000389777A JP4822582B2 (ja) | 2000-12-22 | 2000-12-22 | ボロンドープされたシリコンウエハの熱処理方法 |
| TW090127506A TW548750B (en) | 2000-12-22 | 2001-11-06 | Method of heat treatment of silicon wafer doped with boron |
| US10/433,314 US7754585B2 (en) | 2000-12-22 | 2001-12-21 | Method of heat treatment of silicon wafer doped with boron |
| KR1020037006848A KR100866420B1 (ko) | 2000-12-22 | 2001-12-21 | 보론도프된 실리콘웨이퍼의 열처리방법 |
| EP01272288A EP1347508B8 (en) | 2000-12-22 | 2001-12-21 | Method of heat treatment of silicon wafer doped with boron |
| PCT/JP2001/011256 WO2002052632A1 (fr) | 2000-12-22 | 2001-12-21 | Procede de traitement thermique de plaquettes de silicium dopees au bore |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000389777A JP4822582B2 (ja) | 2000-12-22 | 2000-12-22 | ボロンドープされたシリコンウエハの熱処理方法 |
Publications (2)
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