JP2003017424A

JP2003017424A - 拡散ウェーハの製造方法

Info

Publication number: JP2003017424A
Application number: JP2001198997A
Authority: JP
Inventors: Masaki Mashima; 正樹真島
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2003-01-17

Abstract

(57)【要約】【課題】シリコン単結晶ウェーハにボロンをイオン注
入・拡散して製造される拡散ウェーハの製造方法におい
て、抵抗値が、ばらつきの小さい安定した測定結果とな
る拡散ウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】シリコン単結晶ウェーハの主面にボロン
をイオン注入し、続いてドライブイン酸化を施してボロ
ンをシリコン単結晶ウェーハに拡散する拡散ウェーハの
製造方法において、ボロンをイオン注入した直後から４
０時間以上経過後にドライブイン酸化を施し、その後に
抵抗値を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン単結晶ウ
ェーハの主面にボロンを拡散して製造される拡散ウェー
ハの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスは、シリコン単結晶ウェ
ーハの所定の位置に、ボロン（ホウ素）やリンなどの不
純物を所定の濃度になるように注入・拡散し、目的に応
じたp型およびｎ型領域を適宜形成して製造される。こ
のような製造過程の途中では、拡散された不純物の濃度
等を知るために、四探針法によるシート抵抗あるいは抵
抗率等の抵抗値の測定が行われ、その測定結果が品質の
管理などに用いられている。しかし、実際に製品となる
拡散ウェーハを用いて抵抗値測定を行うのでは、パター
ン上に形成された不純物拡散領域の一つ一つが非常に小
さいため、四探針を不純物拡散領域に当接させることが
困難である。また、測定の際に四探針は拡散ウェーハに
当接してその表面を傷付けるため、該拡散ウェーハを製
品として出荷することができない。さらに、製品用のシ
リコン単結晶基板とその基板に拡散する不純物の導電型
が同一の場合、四探針法で拡散領域の抵抗値を正確に測
定することができない。そこで、製品とは別に、モニタ
ー用として、シリコン単結晶ウェーハの主面全体に製品
用シリコン単結晶ウェーハとともに不純物拡散を行い、
そのシート抵抗の結果に基いて製品の評価を行う。

【０００３】不純物としてボロンが拡散されたシリコン
単結晶ウェーハ（以下、拡散ウェーハと記載する）は、
図８に示す工程を経て製造される。製品用の場合、まず
表面に酸化膜が形成されたシリコン単結晶ウェーハに対
して、フォトリソグラフィーおよびエッチング等を行
い、ボロン注入領域の酸化膜を除去してパターンを形成
する（ステップＳ１）。続いて、ボロンの打ち込みの
際、打ち込みの衝撃を緩和するために、露出したボロン
注入領域に所定厚さの酸化膜を形成する（ステップＳ
２）。その後、ボロンのイオン注入を行い（ステップＳ
３）、続いてボロン拡散のためのドライブイン酸化（ス
テップＳ４）を酸化性雰囲気中で行う。また、モニター
を作成する場合は、表面に酸化膜が形成されていないシ
リコン単結晶ウェーハを用いて、その主面全体に対し、
製品とともに、所定厚さの酸化膜の形成（ステップＳ
２）、ボロン注入（ステップＳ３）、ドライブイン酸化
（ステップＳ４）を行う。従来は、ドライブイン酸化
（ステップＳ４）終了の直後にシート抵抗等の抵抗値を
測定する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ドライブイン
酸化（ステップＳ４）を施した直後のボロン拡散ウェー
ハについて、シート抵抗の測定を行うと、測定結果に大
きなばらつきがみられることがある。この傾向は、ボロ
ンのイオン注入量が低い場合に顕著になる。例えば、シ
ート抵抗が７０００Ω／□のボロン拡散ウェーハを製造
する場合、モニター用としてリンドープｎ型のシリコン
単結晶ウェーハを用いてその主面全体にボロンのイオン
注入を行う。そして、ドライブイン酸化を施した直後に
このモニター用シリコン単結晶ウェーハに対して面内４
９点のシート抵抗測定を行うと、４６％ものシート抵抗
のばらつきを示すことがある。このように、抵抗値の測
定で安定した測定結果が得られない場合、製品の正確な
評価を行うことができない。

【０００５】本発明の課題は、ボロン拡散ウェーハの製
造工程において、抵抗値の測定を行う際、測定値の面内
分布のばらつきが小さく、安定した測定結果を得ること
ができる、拡散ウェーハの製造方法を提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明者等は、この拡散ウェーハの製造工程に関す
る検討を行った。その結果、ドライブイン酸化（ステッ
プＳ４）後、モニター用ボロン拡散ウェーハの酸化膜を
除去し、シート抵抗の測定を同一モニターに対して複数
回行うと、測定値が経時変化し、面内分布のばらつきが
次第に減少していくことが分かった。また、シート抵抗
値のばらつきが一度安定すると、再びばらつきが大きく
なることはなかった。

【０００７】そこで、前記課題解決のための、本発明に
よる第１の手段は、シリコン単結晶ウェーハの主面にボ
ロンをイオン注入し、続いてドライブイン酸化を施して
ボロンをシリコン単結晶ウェーハに拡散する拡散ウェー
ハの製造方法において、ボロンをイオン注入した直後か
ら４０時間以上経過後に前記ドライブイン酸化を施し、
その後に抵抗値を測定する工程を含むことを特徴とす
る。

【０００８】尚、この第１の手段における抵抗値の測定
は、前記シリコン単結晶ウェーハとともにイオン注入さ
れ、かつ、ボロンをイオン注入した直後から４０時間以
上大気中に暴露されたモニターに対して行われることが
好ましい。

【０００９】また、課題解決のための本発明による第２
の手段は、シリコン単結晶ウェーハの主面にボロンをイ
オン注入し、続いて酸化性雰囲気中でドライブイン酸化
を施してボロンをシリコン単結晶ウェーハに拡散する拡
散ウェーハの製造方法において、前記ドライブイン酸化
後、酸化膜を除去してから４０時間以上経過後に抵抗値
を測定する工程を含むことを特徴とする。

【００１０】尚、この第２の手段における抵抗値の測定
は、前記シリコン単結晶ウェーハとともにイオン注入お
よびドライブイン酸化が施され、かつ、該ドライブイン
酸化後、酸化膜を除去してから４０時間以上空気中に暴
露されたモニターに対して行われることが好ましい。

【００１１】さらに、課題解決のための本発明による第
３の手段は、シリコン単結晶ウェーハの主面にボロンを
イオン注入し、続いて酸化性雰囲気中での高温熱処理に
よりドライブイン酸化を施してボロンをシリコン単結晶
ウェーハに拡散する拡散ウェーハの製造方法において、
前記高温熱処理後に酸化膜を除去し、さらに低温熱処理
を施してから抵抗値を測定する工程を含むことを特徴と
する。

【００１２】尚、この第３の手段における抵抗値の測定
は、前記シリコン単結晶ウェーハとともにイオン注入お
よび酸化性雰囲気中での高温熱処理が施され、該高温熱
処理後に酸化膜を除去し、さらに低温熱処理を空気中で
施したモニターに対して行われることが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】〔第１の実施の形態〕第１の実施
の形態では、本発明の第１の手段に従って拡散ウェーハ
を製造する方法について説明する（製造工程を図１に示
す）。まず、予めボロン注入領域の酸化膜が除去された
シリコン単結晶ウェーハに対し、ボロン注入領域に所定
厚さの酸化膜を形成する（ステップＳ１１）。続いて、
酸化膜表面（シリコン単結晶ウェーハの主面）側から、
イオン打ち込み法によりボロンをイオン注入する（ステ
ップＳ１２）。そして、ボロンをイオン注入した直後か
ら４０時間以上経過するまでシリコン単結晶ウェーハを
大気中に放置し（ステップＳ１３）、その後、酸化性雰
囲気中でドライブイン酸化を行う（ステップＳ１４）。
このドライブイン酸化（ステップＳ１４）後に抵抗値の
測定を行う（ステップＳ１５）。シリコン単結晶ウェー
ハを大気中に放置する時間は、ボロンをイオン注入した
直後から４０時間以上長ければ良いが、生産性を考慮す
ると、１２０時間以下で十分である。

【００１４】〔第２の実施の形態〕第２の実施の形態で
は、本発明の第２の手段に従って拡散ウェーハを製造す
る方法について説明する（製造工程を図２に示す）。ま
ず、前記第１の実施の形態と同様に、シリコン単結晶ウ
ェーハ主面のボロン注入領域に所定厚さの酸化膜を形成
し（ステップＳ２１）、イオン打ち込み法によりボロン
を注入する（ステップＳ２２）。その後、酸化性雰囲気
中でドライブイン酸化を施し（ステップＳ２３）、続い
てボロンの拡散された拡散ウェーハ主面の酸化膜を除去
する（ステップＳ２４）。そして、酸化膜を除去してか
ら４０時間以上経過するまで拡散ウェーハを大気中に放
置（ステップＳ２５）した後、抵抗値の測定を行う（ス
テップＳ２６）。拡散ウェーハを大気中に放置する時間
は、酸化膜を除去してから４０時間以上長ければ良い
が、生産性を考慮すると、１２０時間以下で十分であ
る。

【００１５】〔第３の実施の形態〕第３の実施の形態で
は、本発明の第３の手段に従って拡散ウェーハを製造す
る方法について説明する（製造工程を図３に示す）。ま
ず、前記第２の実施の形態と同様に、シリコン単結晶ウ
ェーハ主面のボロン注入領域に所定厚さの酸化膜を形成
し（ステップＳ３１）、イオン打ち込みによりボロンを
注入し（ステップＳ３２）、酸化性雰囲気中でドライブ
イン酸化（高温熱処理）を施す（ステップＳ３３）。続
いて、ボロンの拡散された拡散ウェーハ主面の酸化膜を
除去し（ステップＳ３４）、その後、低温熱処理を行う
（ステップＳ３５）。この低温熱処理（ステップＳ３
５）後に、抵抗値の測定を行う（ステップＳ３６）。

【００１６】なお、第１〜第３の実施の形態において、
抵抗値の測定は、シリコン単結晶ウェーハとともに一連
の処理工程が施されたモニターに対して行う。

【００１７】

【実施例１】本実施例では、前記第１の実施の形態に従
ってボロン拡散ウェーハを製造した。なお、本実施例で
は、モニター用としてＦＺ法（フローティングゾーン
法）によって単結晶を製造し、鏡面加工した直径100ｍ
ｍ、結晶方位〈１１１〉、抵抗率約1000Ω・ｃｍのリン
ドープｎ型シリコン単結晶ウェーハを用いた。

【００１８】まず、酸化膜によりパターンの形成された
製品用シリコン単結晶ウェーハ（以下、単に製品用ウェ
ーハという）とともに、表面に酸化膜の形成されていな
いモニター用シリコン単結晶ウェーハ（以下単にモニタ
ー用ウェーハという）の主面に、厚さ約100ｎｍ）の酸
化膜を形成する。続いて、イオン打ち込みにより、2.8
×10¹² ions/ｃｍ²のボロンのイオン注入を行う。イオ
ン注入後、ウェーハを大気中で４０時間放置した後、シ
ート抵抗が6500Ω／□程度になるように、ドライブイン
酸化処理を行う。ドライブイン酸化は、１２００℃で、
窒素雰囲気下２時間５０分、続いて水素/酸素雰囲気下
１１分、さらに酸素雰囲気下で１０分行う。このような
一連の処理を施したモニター用ウェーハについて、２５
％フッ酸で表面の酸化膜を除去し、四探針法によるシー
ト抵抗の測定を行う。このモニター用ウェーハの３枚の
サンプルについて、１枚につき４９点で測定（面内多点
測定）した結果を、表１に示す。

【表１】

【００１９】表１を図に示したものが図４である。これ
らの結果から明らかなように、第１の手段に示す工程
（図1）で製造したボロン拡散ウェーハでは、シート抵
抗測定値の面内分布のばらつきが非常に小さく、安定し
た測定結果を得ることができた。

【００２０】

【実施例２】本実施例では、前記第２の実施の形態に従
って、ボロン拡散ウェーハを製造した。なお、本実施例
では、モニター用としてＦＺ法によって単結晶を製造
し、鏡面加工した直径100ｍｍ、結晶方位〈１１１〉、
抵抗率約1000Ω・ｃｍのリンドープｎ型シリコン単結晶
ウェーハを用いた。

【００２１】まず、酸化膜によりパターンの形成された
製品用ウェーハとともに、表面に酸化膜の形成されてい
ないモニター用ウェーハの主面に厚さ約100ｎｍの酸化
膜を形成する。続いて、イオン打ち込みにより、2.8×1
0¹² ions/ｃｍ²のボロンのイオン注入を行い、次いでシ
ート抵抗が7000Ω／□程度になるようにドライブイン酸
化処理を行う。ドライブイン酸化は、１２００℃で、窒
素雰囲気下２時間５０分、続いて水素/酸素雰囲気下１
１分、さらに酸素雰囲気下で１０分行う。そして、２５
％フッ酸で表面の酸化膜を除去した後、製品用ウェーハ
とモニター用ウェーハを大気中に最長１２０時間放置す
る。このような一連の処理を施したモニター用ウェーハ
について、酸化膜を除去した後、シート抵抗値の経時変
化を四探針法で調べる。測定は、第１の実施例と同様
に、１枚のウェーハに対して４９点で測定（面内多点測
定）を行う。

【００２２】なお、前述の本実施例の工程に従って製造
したモニター用ウェーハについて、２５％フッ酸による
酸化膜除去後、ウェーハを放置し、０時間後（膜除去直
後）、８時間後、２８時間後、４８時間後、１２０時間
後に、シート抵抗を測定する実験を行う。これらの測定
結果を表２に示す。酸化膜除去４８時間後のシート抵抗
は、平均値７１４９．６Ω／□、最大値７６５５．７Ω
／□、最小値６８６４．７Ω／□で、標準偏差は約２．
７％であった。

【表２】

【００２３】表２を図に示したものが、図５（ａ）であ
る。これらの結果から明らかなように、酸化膜除去直後
では、シート抵抗の測定結果の面内分布に大きなばらつ
きがみられるが、時間の経過とともに、ばらつきが減少
する。そして、およそ４０時間以上放置すれば、測定結
果はほぼ安定することが分かる。従って、第２の手段に
示す工程（図２）で製造したボロン拡散ウェーハでは、
シート抵抗測定値の面内分布のばらつきが非常に小さ
く、安定した測定結果が得られる。

【００２４】〈変形例〉ＦＺ法で製造したシリコンウェ
ーハを用いて、図２に示すプロセスに従って、前記実施
例２と同一の条件で酸化膜形成、ボロン注入、ドライブ
イン酸化を施したモニター用ウェーハについて、酸化膜
を２５％フッ酸で除去した後、ＳＣ１洗浄（NH₃／H₂O₂
洗浄）し、大気中に放置した後、シート抵抗値の経時変
化を調べる。シート抵抗は、放置０時間後（ＳＣ１洗浄
直後）、８時間後、２８時間後、４８時間後、１２０時
間後に、面内多点測定した。その結果を、表３に示す。

【表３】

【００２５】表３の結果を、図５(ｂ)に示す。この結果
から明らかなように、ＳＣ１洗浄直後は抵抗値のばらつ
きが大きい。しかし、その後時間の経過とともにばらつ
きは減少し、およそ２８時間経過後には測定結果が安定
した。従って、ＳＣ１洗浄だけではシート抵抗の測定結
果は改善されないが、酸化膜除去４０時間経過後には測
定結果が完全に安定していることが分かる。

【００２６】〈比較例１〉実施例２の結果と比較するた
めに、ドライブイン酸化後、酸化膜を除去せずにモニタ
ー用ウェーハを１２０時間放置し、その後に酸化膜を除
去してシート抵抗を測定する実験を行った。１２０時間
放置後のモニター用ウェーハについて、２５％フッ酸で
酸化膜を除去し、直ちにシート抵抗を測定したところ、
平均値９８５５．４Ω／□、最大値１３２８６．０Ω／
□、最小値６７８４．５Ω／□で、標準偏差は約１８．
１％であり、測定値に大きなばらつきがみられた。従っ
て、ドライブイン酸化後、酸化膜を除去せずに拡散ウェ
ーハを大気中に放置しても、測定値のばらつきは減少せ
ず、安定した測定結果が得られないことが分かる。

【００２７】

【実施例３】本実施例では、前記第３の実施の形態に従
って、ボロン拡散ウェーハを製造した。なお、本実施例
では、モニター用としてＦＺ法によって単結晶を製造
し、鏡面加工した直径100ｍｍ、結晶方位〈１１１〉、
抵抗率約1000Ω・ｃｍのリンドープｎ型シリコン単結晶
ウェーハを用いた。

【００２８】まず、酸化膜によりパターンの形成された
製品用ウェーハとともに、表面に酸化膜の形成されてい
ないモニター用ウェーハの主面に厚さ約100ｎｍの酸化
膜を形成する。続いて、イオン打ち込みにより、2.8×1
0¹² ions/ｃｍ²のボロンのイオン注入を行い、次いでシ
ート抵抗が7000Ω／□程度になるようにドライブイン酸
化処理を施した。ドライブイン酸化は、１２００℃の高
温下で、窒素雰囲気下２時間５０分、続いて水素/酸素
雰囲気下１１分、さらに酸素雰囲気下で１０分行う。そ
して、モニター用ウェーハについて２５％フッ酸で表面
の酸化膜を除去した後、２００度で１０分間、低温熱処
理を行う。このような一連の処理を施したモニター用ウ
ェーハについて、四探針法により、面内４９点でシート
抵抗を測定する。その結果、平均値７４８５．１Ω／
□、最大値７９２８．８Ω／□、最小値７２０８．２Ω
／□で、標準偏差は約２．０％であり、ばらつきの小さ
い安定した測定結果が得られた。

【００２９】本実施例において、シート抵抗の測定を酸
化膜除去直後、低温熱処理終了直後、低温熱処理終了か
ら８時間後、２８時間後、４８時間後、１２０時間後に
行った。その結果を、表４に示す。

【表４】

【００３０】表４を図に示したものが図６である。これ
らの結果より、酸化膜除去直後では、シート抵抗の測定
結果の面内分布には大きなばらつきがみられるが、低温
熱処理終了直後にばらつきは小さくなり、その後も安定
した測定結果を得ることができる。従って、第３の手段
に示す工程（図３）で製造したボロン拡散ウェーハで
は、シート抵抗測定値の面内分布のばらつきは非常に小
さくなり、安定した測定結果を得ることができた。ま
た、この第３の手段の拡散ウェーハの製造方法によれ
ば、ドライブイン酸化後、モニター用ウェーハ表面の酸
化膜を除去し、そしてわずか１０分間の低温熱処理を施
すことでシート抵抗が安定するので、製造した拡散ウェ
ーハの評価をより迅速に行うことができ、より好適であ
る。

【００３１】〈比較例２〉この実施例３の結果と比較す
るために、モニター用ウェーハにドライブイン酸化を施
す工程まで実施例３と同一条件で行い、その後、酸化膜
を除去せずに低温熱処理を施す。そして、このモニター
用ウェーハの酸化膜を２５％フッ酸で除去し、膜除去直
後、８時間後、２８時間後、４８時間後、および１２０
時間後のシート抵抗を測定する。この結果を、表５に示
す。

【表５】

【００３２】表５を図に示したものが図７である。これ
らの結果によれば、酸化膜を除去してから４８時間後ま
で、シート抵抗の測定結果には大きなばらつきが見られ
た。従って、酸化膜を除去せずに低温熱処理を行って
も、シート抵抗測定値のばらつきは実施例３と比較して
あまり減少せず、また、ばらつきが小さくなるまでにさ
らに長い時間を要することが分かる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、本発明の方法によって、
ボロン拡散ウェーハを製造して抵抗値を測定すると、ば
らつきの小さい安定した測定結果を得ることができる。
従って、製造した拡散ウェーハの評価をより確実に行う
ことができる。また、第３の手段の拡散ウェーハの製造
方法によれば、酸化膜除去の後、１０分間の低温熱処理
を施すことで抵抗値が安定するので、製品の評価をより
迅速に行うことができ、好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の手段の拡散ウェーハの製造方法
の工程を示すブロック図である。

【図２】本発明の第２の実施の拡散ウェーハの製造方法
の工程を示すブロック図である。

【図３】本発明の第３の手段の拡散ウェーハの製造方法
の工程を示すブロック図である。

【図４】本発明の第１の手段により製造した実施例１の
モニター用ウェーハについて、シート抵抗の測定結果を
示す図である。

【図５】本発明の第２の手段により製造した実施例２の
モニター用ウェーハについて、（ａ）は酸化膜除去後の
放置時間に対するシート抵抗値を示し、（ｂ）は酸化膜
除去後、ＳＣ１液で洗浄して放置した場合のシート抵抗
値を示す。

【図６】本発明の第３の手段により製造した実施例３の
モニター用ウェーハについて、酸化膜除直後、および低
温熱処理後の放置時間に対するシート抵抗値を示す。

【図７】本発明の第３の手段に比較して処理したモニタ
ー用ウェーハについて、酸化膜除去後の経過時間に対す
るシート抵抗測定値を示す図である。

【図８】ボロンのイオン注入・拡散による拡散ウェーハ
の製造工程を示すブロック図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン単結晶ウェーハの主面にボロンを
イオン注入し、続いてドライブイン酸化を施してボロン
をシリコン単結晶ウェーハに拡散する拡散ウェーハの製
造方法において、ボロンをイオン注入した直後から４０時間以上経過後に
前記ドライブイン酸化を施し、その後に抵抗値を測定す
る工程を含むことを特徴とする拡散ウェーハの製造方
法。
【請求項２】前記抵抗値の測定は、前記シリコン単結晶
ウェーハとともにイオン注入され、かつ、ボロンをイオ
ン注入した直後から４０時間以上大気中に暴露されたモ
ニターに対して行われることを特徴とする請求項１記載
の拡散ウェーハの製造方法。
【請求項３】シリコン単結晶ウェーハの主面にボロンを
イオン注入し、続いて酸化性雰囲気中でドライブイン酸
化を施してボロンをシリコン単結晶ウェーハに拡散する
拡散ウェーハの製造方法において、前記ドライブイン酸化後、酸化膜を除去してから４０時
間以上経過後に抵抗値を測定する工程を含むことを特徴
とする拡散ウェーハの製造方法。
【請求項４】前記抵抗値の測定は、前記シリコン単結晶
ウェーハとともにイオン注入およびドライブイン酸化が
施され、かつ、該ドライブイン酸化後、酸化膜を除去し
てから４０時間以上空気中に暴露されたモニターに対し
て行われることを特徴とする請求項３記載の拡散ウェー
ハの製造方法。
【請求項５】シリコン単結晶ウェーハの主面にボロンを
イオン注入し、続いて酸化性雰囲気中での高温熱処理に
よりドライブイン酸化を施してボロンをシリコン単結晶
ウェーハに拡散する拡散ウェーハの製造方法において、前記高温熱処理後に酸化膜を除去し、さらに低温熱処理
を施してから抵抗値を測定する工程を含むことを特徴と
する拡散ウェーハの製造方法。
【請求項６】前記抵抗値の測定は、前記シリコン単結晶
ウェーハとともにイオン注入および酸化性雰囲気中での
高温熱処理が施され、該高温熱処理後に酸化膜を除去
し、さらに低温熱処理を空気中で施したモニターに対し
て行われることを特徴とする請求項５記載の拡散ウェー
ハの製造方法。