JP2012199390A - Silicon wafer heat treatment method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコンウェーハ(以下、単にウェーハともいう)に対して熱処理を行うシリコンウェーハの熱処理方法に関する。 The present invention relates to a heat treatment method for a silicon wafer in which heat treatment is performed on a silicon wafer (hereinafter also simply referred to as a wafer).
半導体デバイス形成用基板として用いられるシリコンウェーハは、デバイス活性領域となるウェーハの表面近傍(以下、表層部という)において、COP(Crystal Originated Particle)やLSTD(Laser Scattering Tomography Defects)等のボイド欠陥を低減させて無欠陥とする努力が求められている。 Silicon wafers used as semiconductor device forming substrates reduce void defects such as COP (Crystal Originated Particles) and LSTD (Laser Scattering Tomography Defects) in the vicinity of the surface of the wafer that will be the device active region (hereinafter referred to as the surface layer portion). There is a need for efforts to make them defect-free.
近年、このようなシリコンウェーハを高生産性で製造する方法として、少なくとも半導体デバイスが形成される表面が鏡面研磨されたシリコンウェーハ(以下、前記鏡面研磨された表面を研磨面ともいう)に、急速昇降温熱処理(Rapid Thermal Process:以下、単にRTPともいう)を行う技術が知られている。 In recent years, as a method of manufacturing such a silicon wafer with high productivity, at least a surface on which a semiconductor device is formed is mirror-polished (hereinafter, the mirror-polished surface is also referred to as a polished surface). A technique for performing a thermal treatment (Rapid Thermal Process: hereinafter also simply referred to as RTP) is known.
このような技術として、特許文献1には、主としてアルゴンまたはヘリウムである酸素含有ガス雰囲気(本願発明でいう不活性ガス雰囲気)中で約1175℃を超える温度において、約5000ppma未満の酸素分圧下、60秒未満の時間、ウェーハを加熱する熱処理方法が開示されている。
As such a technique,
しかしながら、特許文献1に記載の方法は、アルゴンまたはヘリウム等の不活性ガス雰囲気でRTPを行うため、ウェーハの表層部のボイド欠陥を大きく低減することが可能であるが、このような不活性ガス雰囲気で熱処理を行う場合には、ウェーハの表層部から酸素が外方拡散されるため、当該表層部の酸素濃度が低下し、後の半導体デバイス形成工程における熱処理プロセスにおいて酸素のピンニング力が低下し、スリップ転位が発生しやすいという問題がある。これは、半導体デバイス形成工程における熱処理プロセスが高温であればあるほど高い頻度で発生する問題である。
However, since the method described in
このような問題に対し、特許文献2には、酸化性ガス雰囲気で熱処理を行うことで半導体ウェーハの表層部に酸素を内方拡散させて酸素を導入し、これを冷却して固化させることで、表層部が高酸素濃度領域部となる表層高強度化方法が開示されている。
For such a problem,
しかしながら、雰囲気として酸化性ガスを用いてRTPを行う場合には、ウェーハの表層部に酸素が内方拡散し、表層部の酸素濃度が高くなる。そのため、表層部に存在するボイド欠陥の内壁酸化膜が溶解されにくくなるため、表層部においてボイド欠陥を消滅させることが難しくなる問題がある。
更に、高温下(例えば、1000℃以上)で、酸化性ガスを供給して熱処理を行う場合には、酸化性ガス中の酸素によってウェーハの研磨面がエッチングされるため、ウェーハの研磨面の表面粗さが悪化するという問題もある。
However, when RTP is performed using an oxidizing gas as an atmosphere, oxygen is diffused inward into the surface layer portion of the wafer, and the oxygen concentration in the surface layer portion becomes high. Therefore, since the inner wall oxide film of the void defect existing in the surface layer portion is hardly dissolved, there is a problem that it becomes difficult to eliminate the void defect in the surface layer portion.
Furthermore, when the heat treatment is performed by supplying an oxidizing gas at a high temperature (for example, 1000 ° C. or higher), the polished surface of the wafer is etched by oxygen in the oxidizing gas, so the surface of the polished surface of the wafer There is also a problem that the roughness deteriorates.
このような問題に対し、特許文献3には、希ガス雰囲気中、第1の昇温速度で1300℃以上シリコンの融点以下の第1の温度まで急速昇温し、前記第1の温度を保持した後、第1の降温速度で400℃以上800℃以下の第2の温度まで急速降温し、続いて、前記希ガス雰囲気から酸素ガスを20vol.%以上100vol.%以下含有する酸素含有雰囲気に切り替えた後、第2の昇温速度で前記第2の温度から1250℃以上シリコンの融点以下の第3の温度まで急速昇温し、前記第3の温度で保持した後、第2の降温速度で前記第3の温度から急速降温する熱処理方法が開示されている。
To deal with such a problem,
また、特許文献4には、ウェーハ表面上の自然酸化膜をフッ酸処理により除去した後、RTP装置を用いて、水素100%あるいは水素を10%以上含有するアルゴンの混合ガス雰囲気下で熱処理することで、ウェーハ表面のマイクロラフネスを小さくし、ウェーハ表面に存在するボイド欠陥をも除去できる熱処理方法が開示されている。
In
しかしながら特許文献3に記載の方法は、前記研磨面の表面粗さの悪化を抑制するために、希ガス雰囲気から酸素含有雰囲気に切り替える際、400℃以上800℃以下まで急速降温し、雰囲気を切り替えた後、更に1250℃以上シリコンの融点以下まで急速昇温しなければならず、生産性が低下すると共に、一回のRTPにおいて急速昇降温を実質2回行うことになるため、当該RTPにおいて、スリップが発生しやすいという問題もある。
However, in the method described in
また、特許文献4に記載の方法は、フッ酸処理によってウェーハ表面のシリコン原子に水素が終端されるため、前記表面に自然酸化膜が形成されにくい状態となる。従って、前記RTPを行ってもウェーハ表面における表面粗さの悪化を抑制することができる。
しかしながら、ウェーハの表層部に存在するボイド欠陥をRTPで消滅させるためには、前記不活性ガス雰囲気にて、最低でも1000℃以上の高温熱処理が必要であり、このような高温下では、シリコン原子に終端された水素原子の結合が切れやすくなり、ウェーハ表面にシリコン原子が露出しやすくなる。このように露出したシリコン原子は不安定であり、他の原子と結合しやすい状態となっている。
In the method described in
However, in order to eliminate void defects existing in the surface layer portion of the wafer by RTP, a high-temperature heat treatment of at least 1000 ° C. is required in the inert gas atmosphere. The hydrogen atoms terminated at the end are easily broken, and the silicon atoms are easily exposed on the wafer surface. The exposed silicon atoms are unstable and are easily bonded to other atoms.
そのため、例えば、前記雰囲気中に他の反応性ガス(窒素等)が存在すると、これが露出したシリコン原子と反応して結合し、更には、その結合が前記雰囲気によってエッチングされるという現象が繰り返し発生するため、ウェーハの表面形状が変化し、表面粗さが悪化するという問題がある。
以上の問題は、RTPにおける熱処理温度が高くなるほどより顕著となるものであるが、その一方で熱処理温度が高くなるほど、ウェーハの表層部のボイド欠陥の消滅力が高くなるという利点を有している。
Therefore, for example, when other reactive gas (such as nitrogen) is present in the atmosphere, it reacts and bonds with the exposed silicon atoms, and the bond is repeatedly etched by the atmosphere. Therefore, there is a problem that the surface shape of the wafer changes and the surface roughness deteriorates.
The above problem becomes more conspicuous as the heat treatment temperature in RTP becomes higher. On the other hand, the higher the heat treatment temperature, the higher the void defect extinction power of the surface layer portion of the wafer. .
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、ウェーハの表層部のボイド欠陥を大きく低減することができ、表層部の酸素濃度を向上させることができ、研磨面の表面粗さの悪化も抑制でき、かつ、RTPにおける生産性を向上させることができるシリコンウェーハの熱処理方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and can greatly reduce void defects in the surface layer portion of the wafer, improve the oxygen concentration in the surface layer portion, and improve the surface roughness of the polished surface. It is an object of the present invention to provide a silicon wafer heat treatment method capable of suppressing deterioration and improving RTP productivity.
本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法は、少なくとも半導体デバイスが形成される表面が鏡面研磨されたシリコンウェーハの前記表面のシリコン原子を水素で終端させる工程と、前記水素で終端させたシリコンウェーハの前記表面のシリコン原子をフッ素で終端させる工程と、前記水素及びフッ素で終端させたシリコンウェーハを、不活性ガス雰囲気中、1300℃以上1400℃以下の温度範囲に急速昇温し保持した後、前記温度範囲で前記不活性ガス雰囲気を酸化性ガス雰囲気に切り替えて更に保持し、急速降温する急速昇降温熱処理を行う工程と、を備えることを特徴とする。 The silicon wafer heat treatment method according to the present invention includes a step of terminating silicon atoms on the surface of a silicon wafer having at least a mirror-polished surface on which a semiconductor device is formed with hydrogen, and the silicon wafer terminated with hydrogen. A step of terminating silicon atoms on the surface with fluorine, and a temperature of the silicon wafer terminated with hydrogen and fluorine after being rapidly heated and maintained in a temperature range of 1300 ° C. to 1400 ° C. in an inert gas atmosphere, And a step of switching the inert gas atmosphere to an oxidizing gas atmosphere within a range and further holding and performing a rapid heating / cooling heat treatment for rapidly cooling.
前記水素で終端させる工程は、前記シリコンウェーハをフッ化水素系溶液又は過酸化水素系溶液により洗浄する工程であり、前記フッ素で終端させる工程は、前記シリコンウェーハをフッ素系ガス雰囲気中、900℃以上1250℃以下の温度範囲で熱処理する工程であることが好ましい。 The step of terminating with hydrogen is a step of cleaning the silicon wafer with a hydrogen fluoride-based solution or a hydrogen peroxide-based solution, and the step of terminating with silicon is performed at 900 ° C. in a fluorine-based gas atmosphere. The heat treatment is preferably performed in a temperature range of 1250 ° C. or lower.
また、本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法は、少なくとも半導体デバイスが形成される表面が鏡面研磨されたシリコンウェーハをフッ化水素系溶液又は過酸化水素系溶液により、前記表面のシリコン原子を水素で終端させる工程と、前記水素で終端させたシリコンウェーハをフッ素系ガス雰囲気中、900℃以上1250℃以下の第1の温度範囲まで急速昇温し、前記表面のシリコン原子をフッ素で終端させる工程と、前記フッ素で終端させる工程に連続して、前記第1の温度範囲で前記フッ素系ガス雰囲気を不活性ガス雰囲気に切り替えて、1300℃以上1400℃以下の第2の温度範囲まで急速昇温し保持した後、前記第2の温度範囲で前記不活性ガス雰囲気を酸化性ガス雰囲気に切り替えて更に保持し、急速降温する急速昇降温熱処理を行う工程と、を備えることを特徴とする。 In the silicon wafer heat treatment method according to the present invention, at least a surface on which a semiconductor device is formed is mirror-polished on a silicon wafer using a hydrogen fluoride solution or a hydrogen peroxide solution, and silicon atoms on the surface are replaced with hydrogen. And a step of rapidly raising the silicon wafer terminated with hydrogen to a first temperature range of 900 ° C. or higher and 1250 ° C. or lower in a fluorine-based gas atmosphere, and terminating silicon atoms on the surface with fluorine. In succession to the step of terminating with fluorine, the fluorine-based gas atmosphere is switched to an inert gas atmosphere in the first temperature range, and the temperature is rapidly raised to a second temperature range of 1300 ° C. to 1400 ° C. After the holding, the inert gas atmosphere is switched to the oxidizing gas atmosphere in the second temperature range and further held, and the temperature is rapidly increased. And performing heat treatment, characterized in that it comprises a.
本発明によれば、ウェーハの表層部のボイド欠陥を大きく低減することができ、表層部の酸素濃度を向上させることができ、研磨面の表面粗さの悪化も抑制でき、かつ、RTPにおける生産性を向上させることができるシリコンウェーハの熱処理方法が提供される。 According to the present invention, void defects in the surface layer portion of the wafer can be greatly reduced, the oxygen concentration in the surface layer portion can be improved, deterioration of the surface roughness of the polished surface can be suppressed, and production in RTP A method for heat treatment of a silicon wafer capable of improving the performance is provided.
以下、本発明の実施形態について図面等を参照して詳細に説明する。
本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法は、少なくとも半導体デバイスが形成される表面が鏡面研磨されたシリコンウェーハの前記表面のシリコン原子を水素で終端させる工程と、前記水素で終端させたシリコンウェーハの前記表面のシリコン原子をフッ素で終端させる工程と、前記水素及びフッ素で終端させたシリコンウェーハを、不活性ガス雰囲気中、1300℃以上1400℃以下の温度範囲に急速昇温し保持した後、前記温度範囲で前記不活性ガス雰囲気を酸化性ガス雰囲気に切り替えて更に保持し、急速降温する急速昇降温熱処理を行う工程と、を備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The silicon wafer heat treatment method according to the present invention includes a step of terminating silicon atoms on the surface of a silicon wafer having at least a mirror-polished surface on which a semiconductor device is formed with hydrogen, and the silicon wafer terminated with hydrogen. A step of terminating silicon atoms on the surface with fluorine, and a temperature of the silicon wafer terminated with hydrogen and fluorine after being rapidly heated and maintained in a temperature range of 1300 ° C. to 1400 ° C. in an inert gas atmosphere, Switching the inert gas atmosphere to an oxidizing gas atmosphere within a range and further holding the same, and performing a rapid temperature raising and lowering heat treatment for rapidly lowering the temperature.
このように、シリコンウェーハの少なくとも半導体デバイスが形成される研磨面のシリコン原子を水素及びフッ素で終端させることで、水素のみが終端されている場合よりもシリコン原子との結合力を高めることができる。従って、ウェーハの表層部のボイド欠陥の消滅力が高い1300℃以上1400℃以下の高温下であっても前記結合が切れにくく安定した状態となる。
そのため、雰囲気中に他の反応性ガス(窒素等)が存在しても、シリコン原子と当該反応性ガスとの結合を抑制することができるため、ウェーハの研磨面の表面粗さの悪化を抑制することができる。
As described above, by terminating silicon atoms on at least the polished surface of the silicon wafer on which the semiconductor device is formed with hydrogen and fluorine, the bonding force with the silicon atoms can be increased more than when only hydrogen is terminated. . Therefore, the bond is not easily broken even in a high temperature of 1300 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower where the void defect extinction power of the surface layer portion of the wafer is high.
Therefore, even if other reactive gases (such as nitrogen) are present in the atmosphere, bonding between silicon atoms and the reactive gas can be suppressed, so that deterioration of the surface roughness of the polished surface of the wafer is suppressed. can do.
更には、不活性ガス雰囲気から酸化性ガス雰囲気に切り替える際に、特許文献3に示すように、温度を400℃以上800℃以下まで急速降温させずに切り替えを行った場合でも研磨面の表面粗さの悪化を抑制することができる。従って、酸化性ガス雰囲気に切り替える際、前記温度まで急速降温させる必要がなく、1300℃以上1400℃以下の高温下で切り替えることで足りるため、RTPにおける生産性を向上させることができる。
加えて、酸化性ガス雰囲気によりRTPを行うため、表層部の酸素濃度も向上させることができる。
Furthermore, when switching from an inert gas atmosphere to an oxidizing gas atmosphere, as shown in
In addition, since RTP is performed in an oxidizing gas atmosphere, the oxygen concentration in the surface layer portion can also be improved.
前記RTPは、1300℃以上1400℃以下の温度範囲に保持することが好ましい。
前記温度範囲が1300℃未満である場合には、ボイド欠陥の消滅力が低下するという問題がある。前記温度範囲が1400℃を超える場合には、当該温度範囲がシリコンの融点に近くなるため、シリコンウェーハが軟化又は融解する可能性があり好ましくない。
前記温度範囲は、前記RTPを行うために使用するRTP装置(後述)としての装置寿命の観点から1300℃以上1380℃以下であることがより好ましい。
The RTP is preferably maintained in a temperature range of 1300 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower.
When the temperature range is less than 1300 ° C., there is a problem that the annihilation power of void defects is reduced. When the temperature range exceeds 1400 ° C., the temperature range is close to the melting point of silicon, which may unfavorably soften or melt the silicon wafer.
The temperature range is more preferably 1300 ° C. or higher and 1380 ° C. or lower from the viewpoint of the device life as an RTP device (described later) used for performing the RTP.
前記不活性ガスは、ヘリウムガス(He)、アルゴンガス(Ar)、キセノンガス(Xe)等の希ガスが好適に用いられる。好ましくは、前記不活性ガスは、アルゴンガス(Ar)である。
前記酸化性ガスは、酸素ガス(O2)又は酸素ガス(O2)と不活性ガス(好ましくはアルゴンガス(Ar))との混合ガスが好適に用いられる。
As the inert gas, a rare gas such as helium gas (He), argon gas (Ar), or xenon gas (Xe) is preferably used. Preferably, the inert gas is argon gas (Ar).
As the oxidizing gas, oxygen gas (O 2 ) or a mixed gas of oxygen gas (O 2 ) and an inert gas (preferably argon gas (Ar)) is preferably used.
前記少なくとも半導体デバイスが形成される表面が鏡面研磨されたシリコンウェーハは、チョクラルスキー法(以下、CZ法という)により育成したシリコン単結晶インゴットから切り出して製造される。
CZ法によるシリコン単結晶インゴットの育成は周知の方法で行う。
具体的には、シリコン単結晶インゴットは、石英ルツボに充填したシリコン原料を加熱してシリコン融液とし、該シリコン融液の液面に種結晶を接触させて、種結晶と石英ルツボを回転させながら種結晶を引上げて、種結晶にネック部、クラウン部及び直胴部を結晶成長させて、その後、シリコン融液から切り離すことで育成することができる。
The silicon wafer on which at least the surface on which the semiconductor device is formed is mirror-polished is cut out from a silicon single crystal ingot grown by the Czochralski method (hereinafter referred to as CZ method).
The silicon single crystal ingot is grown by the CZ method by a known method.
Specifically, a silicon single crystal ingot heats a silicon raw material filled in a quartz crucible to form a silicon melt, contacts the seed crystal with the liquid surface of the silicon melt, and rotates the seed crystal and the quartz crucible. The seed crystal can be pulled up to grow the neck portion, the crown portion, and the straight body portion on the seed crystal, and then separated from the silicon melt.
次に、周知の方法により、前記育成したシリコン単結晶インゴットを切り出して、少なくとも半導体デバイスが形成される表面が鏡面研磨されたシリコンウェーハに加工する。
具体的には、シリコン単結晶インゴットの直胴部を内周刃又はワイヤソーによりウェーハ状に切り出し、外周部の面取り、ラッピング、エッチング、鏡面研磨等の加工を行う。
Next, the grown silicon single crystal ingot is cut out by a known method and processed into a silicon wafer in which at least the surface on which the semiconductor device is formed is mirror-polished.
Specifically, a straight body portion of a silicon single crystal ingot is cut into a wafer shape with an inner peripheral blade or a wire saw, and processing such as chamfering, lapping, etching, and mirror polishing of the outer peripheral portion is performed.
前記水素で終端させる工程は、前記シリコンウェーハをフッ化水素系溶液又は過酸化水素系溶液により洗浄する工程であり、前記フッ素で終端させる工程は、前記シリコンウェーハをフッ素系ガス雰囲気中、900℃以上1250℃以下の温度範囲で熱処理する工程であることが好ましい。
このような構成とすることで、効率よく、シリコンウェーハの表面のシリコン原子に水素及びフッ素を終端させることができる。
The step of terminating with hydrogen is a step of cleaning the silicon wafer with a hydrogen fluoride-based solution or a hydrogen peroxide-based solution, and the step of terminating with silicon is performed at 900 ° C. in a fluorine-based gas atmosphere. The heat treatment is preferably performed in a temperature range of 1250 ° C. or lower.
With such a configuration, hydrogen and fluorine can be effectively terminated to silicon atoms on the surface of the silicon wafer.
前記フッ素で終端させる工程の温度範囲が900℃未満である場合には、シリコン原子にフッ素を終端させることが難しい場合がある。前記工程の温度範囲が1250℃を超える場合には、フッ素系ガスによりウェーハの研磨面がエッチングされてしまい、表面粗さが悪化する場合がある。 If the temperature range of the step of terminating with fluorine is less than 900 ° C., it may be difficult to terminate fluorine on silicon atoms. When the temperature range of the said process exceeds 1250 degreeC, the grinding | polishing surface of a wafer may be etched by fluorine-type gas, and surface roughness may deteriorate.
前記フッ化水素系溶液は、主に、フッ酸溶液(HF)、バッファードHF溶液(NH4F+HF)が含まれる。前記過酸化水素系溶液は、主に、過酸化水素水(H2O2)、硫化水素(H2SO4)と過酸化水素水(H2O2)との混合溶液が含まれる。また、前記フッ素系ガスは、主に、四フッ化メタン(CF4)、六フッ化硫黄(SF6)、三フッ化窒素(NF3)が含まれる。 The hydrogen fluoride-based solution mainly includes a hydrofluoric acid solution (HF) and a buffered HF solution (NH 4 F + HF). The hydrogen peroxide-based solution mainly includes a mixed solution of hydrogen peroxide solution (H 2 O 2 ), hydrogen sulfide (H 2 SO 4 ), and hydrogen peroxide solution (H 2 O 2 ). The fluorine-based gas mainly includes tetrafluoromethane (CF 4 ), sulfur hexafluoride (SF 6 ), and nitrogen trifluoride (NF 3 ).
図1は、本発明に係わるシリコンウェーハの熱処理方法に適用されるRTP装置の一例を示す断面概念図である。
図1に示すRTP装置10は、ウェーハWを収容して熱処理を施すための反応室20と、反応室20内に設けられ、ウェーハWを保持するウェーハ保持部30と、ウェーハWを加熱する加熱部40と、を備える。ウェーハWがウェーハ保持部30に保持された状態では、反応室20の内壁とウェーハWの表面(デバイス形成面)W1側とで囲まれた空間である第1空間20aと、反応室20の内壁と表面W1側に対向するウェーハWの裏面W2側とで囲まれた空間である第2空間20bとが形成される。
FIG. 1 is a conceptual cross-sectional view showing an example of an RTP apparatus applied to a silicon wafer heat treatment method according to the present invention.
An
反応室20は、第1空間20a及び第2空間20b内に雰囲気ガスFA(実線矢印)を供給する供給口22と、前記供給した雰囲気ガスFAを第1空間20a及び第2空間20bから排出する排出口26と、を備える。反応室20は、例えば、石英で構成されている。
The
ウェーハ保持部30は、ウェーハWの裏面W2の外周部をリング状に保持するサセプタ32と、サセプタ32を保持すると共に、ウェーハWの中心を軸としてサセプタ32を回転させる回転体34とを備える。サセプタ32及び回転体34は、例えば、SiCで構成されている。
The
加熱部40は、ウェーハ保持部30に保持されたウェーハWの表面W1の上方及び裏面W2の下方の反応室20外に配置され、ウェーハWを両面から加熱する。加熱部40は、例えば、複数のハロゲンランプ50で構成されている。
The
図1に示すRTP装置10を用いて、RTPを行う場合は、反応室20に設けられた図示しないウェーハ導入口より、ウェーハWを反応室20内に導入して、ウェーハWの裏面W2の外周部をウェーハ保持部30のサセプタ32上にリング状に保持し、雰囲気ガスFAを供給すると共に、ウェーハWを回転させながら、加熱部40によってウェーハWを加熱することで行う。
When RTP is performed using the
図2は、本発明に係わるシリコンウェーハの熱処理方法に適用されるRTPにおける熱処理シーケンスの一例を示す概念図である。
前記RTPに用いられる熱処理シーケンスは、図2に示すように、温度T0(例えば、500℃)で保持された図1に示すようなRTP装置10の反応室20内に少なくとも半導体デバイスが形成される表面W1側が鏡面研磨され、更に、前記表面W1のシリコン原子を水素及びフッ素で終端させたウェーハWを設置し、前記第1空間20a及び第2空間20b内に不活性ガスを供給する。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example of a heat treatment sequence in RTP applied to the silicon wafer heat treatment method according to the present invention.
In the heat treatment sequence used for the RTP, as shown in FIG. 2, at least a semiconductor device is formed in the
次に、温度T0(℃)から1300℃以上1400℃以下(温度T1(℃))の温度範囲まで、昇温速度ΔTu(℃/秒)で急速昇温し、所定時間t1(秒)保持した後、温度T1(℃)の範囲内で、前記不活性ガスを酸化性ガスに切り替えて、酸化性ガスを前記第1空間20a及び第2空間20b内に供給し、更に所定時間t2(秒)保持した後、例えば、温度T0(℃)まで、降温速度ΔTd(℃/秒)で急速降温する。
なお、温度T0、T1は、図1に示すようなRTP装置10の反応室20内にウェーハWを設置した場合において、ウェーハ保持部30の下方に設置された図示しない放射温度計によって測定されたウェーハWの表面温度(放射温度計がウェーハWの径方向に複数配置されている場合はその平均温度)である。
Next, the temperature was rapidly increased from the temperature T0 (° C.) to a temperature range of 1300 ° C. to 1400 ° C. (temperature T1 (° C.)) at a temperature increase rate ΔTu (° C./second) and held for a predetermined time t1 (second). Thereafter, the inert gas is switched to an oxidizing gas within a temperature T1 (° C.) range, and the oxidizing gas is supplied into the first space 20a and the
The temperatures T0 and T1 were measured by a radiation thermometer (not shown) installed below the
前記フッ素で終端させる工程は、前記RTPを行う前にRTP装置以外の装置(例えば、縦型ボートを用いて熱処理を行う縦型熱処理装置)で、図2に示すような熱処理シーケンス(雰囲気はフッ素系ガス、温度T1(℃)は、900℃以上1250℃以下の温度範囲)で別々に行ってもよい。また、前記RTPを行う装置とは別の又は同一のRTP装置で、図2に示すような熱処理シーケンス(雰囲気はフッ素系ガス、温度T1(℃)は、900℃以上1250℃以下の温度範囲)によって行ってもよい。 The step of terminating with fluorine is an apparatus other than the RTP apparatus (for example, a vertical heat treatment apparatus that performs heat treatment using a vertical boat) before the RTP, and a heat treatment sequence as shown in FIG. The system gas and the temperature T1 (° C.) may be separately performed in a temperature range of 900 ° C. to 1250 ° C. In addition, the heat treatment sequence as shown in FIG. 2 is different from or the same as the RTP apparatus (the atmosphere is a fluorine-based gas, and the temperature T1 (° C.) is a temperature range from 900 ° C. to 1250 ° C.) You may go by.
より好ましくは、前記フッ素で終端させる工程は、同一のRTP装置で、かつ、前記RTPと同時に(図2に示すような熱処理シーケンス中にフッ素で終端させる工程を導入して)行うことが好ましい。
この好ましい態様について、次に、説明する。
More preferably, the step of terminating with fluorine is preferably performed in the same RTP apparatus and simultaneously with the RTP (introducing a step of terminating with fluorine during the heat treatment sequence as shown in FIG. 2).
This preferred embodiment will now be described.
本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法における好ましい態様は、少なくとも半導体デバイスが形成される表面が鏡面研磨されたシリコンウェーハをフッ化水素系溶液又は過酸化水素系溶液により、前記表面のシリコン原子を水素で終端させる工程と、前記水素で終端させたシリコンウェーハをフッ素系ガス雰囲気中、900℃以上1250℃以下の第1の温度範囲まで急速昇温し、前記表面のシリコン原子をフッ素で終端させる工程と、前記フッ素で終端させる工程に連続して、前記第1の温度範囲で前記フッ素系ガス雰囲気を不活性ガス雰囲気に切り替えて、1300℃以上1400℃以下の第2の温度範囲まで急速昇温し保持した後、前記第2の温度範囲で前記不活性ガス雰囲気を酸化性ガス雰囲気に切り替えて更に保持し、急速降温する急速昇降温熱処理を行う工程と、を備えることを特徴とする。 In a preferred embodiment of the heat treatment method for a silicon wafer according to the present invention, a silicon wafer on which at least a surface on which a semiconductor device is formed is mirror-polished is applied to a hydrogen fluoride solution or a hydrogen peroxide solution, and silicon atoms on the surface are hydrogenated. And a step of rapidly raising the temperature of the silicon wafer terminated with hydrogen to a first temperature range of 900 ° C. or higher and 1250 ° C. or lower in a fluorine-based gas atmosphere, and terminating silicon atoms on the surface with fluorine. In succession to the step of terminating with fluorine, the fluorine-based gas atmosphere is switched to an inert gas atmosphere in the first temperature range, and the temperature is rapidly raised to a second temperature range of 1300 ° C. to 1400 ° C. Then, the inert gas atmosphere is switched to an oxidizing gas atmosphere in the second temperature range and further maintained, And performing rapid lifting thermal processing of temperature, characterized in that it comprises a.
すなわち、前記RTPを行う際、その急速昇温時に、フッ素系ガス雰囲気にて熱処理を行ってシリコン原子をフッ素で終端させた後、連続して、フッ素系ガス雰囲気を不活性ガス雰囲気に、更には酸化性ガス雰囲気に切り替えて行う。その他の工程は前述した方法と同様であるため説明を省略する。
このような方法とすることで、前記フッ素を終端させるための熱処理工程を一つ削減することができるため、生産性の向上及びコストダウンを図ることができる。
That is, when performing the RTP, at the time of rapid temperature increase, after performing a heat treatment in a fluorine-based gas atmosphere to terminate silicon atoms with fluorine, continuously, the fluorine-based gas atmosphere is further changed to an inert gas atmosphere. Is performed by switching to an oxidizing gas atmosphere. Since other steps are the same as those described above, description thereof is omitted.
By adopting such a method, one heat treatment step for terminating the fluorine can be reduced, so that productivity can be improved and costs can be reduced.
図3は、本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法における好ましい態様を説明するためのRTPにおける熱処理シーケンスの一例を示す概念図である。
図3に示す熱処理シーケンスは、温度T0(例えば、500℃)で保持された図1に示すようなRTP装置10の反応室20内に少なくとも半導体デバイスが形成される表面W1側が鏡面研磨され、更に、前記表面W1のシリコン原子を水素で終端させたウェーハWを設置し、第1空間20a及び第2空間20b内にフッ素系ガスを供給する。
次に、温度T0(℃)から900℃以上1250℃以下(温度TM(℃))の第1の温度範囲まで、昇温速度ΔTu(℃/秒)で急速昇温することで、フッ素を終端させる(フッ素終端工程)。その後、連続して、前記第1の温度範囲(温度TM(℃))で前記フッ素系ガス雰囲気を不活性ガス雰囲気に切り替えて、前記第1空間20a及び前記第2空間20b内に供給する。
次に、前記第1の温度範囲(温度TM(℃))から1300℃以上1400℃以下の第2の温度範囲(温度T1(℃))まで、昇温速度ΔTu(℃/秒)で急速昇温し、所定時間t1(秒)保持した後、第2の温度範囲(温度T1(℃))で、前記不活性ガスを酸化性ガスに切り替えて、前記第1空間20a及び第2空間20b内に供給し、更に、所定時間t2(秒)保持した後、例えば、温度T0(℃)まで、降温速度ΔTd(℃/秒)で急速降温する。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing an example of a heat treatment sequence in RTP for explaining a preferred embodiment in the heat treatment method for a silicon wafer according to the present invention.
In the heat treatment sequence shown in FIG. 3, at least the surface W1 side on which the semiconductor device is formed in the
Next, the temperature is rapidly raised from a temperature T0 (° C.) to a first temperature range of 900 ° C. or more and 1250 ° C. or less (temperature T M (° C.)) at a rate of temperature rise ΔTu (° C./sec), whereby fluorine is removed. Terminate (fluorine termination process). Then, continuously, the fluorine-based gas atmosphere is switched to an inert gas atmosphere within the first temperature range (temperature T M (° C.)) and supplied into the first space 20a and the
Next, from the first temperature range (temperature T M (° C.)) to a second temperature range (temperature T 1 (° C.)) of 1300 ° C. or more and 1400 ° C. or less, a rapid temperature increase rate ΔTu (° C./second). After the temperature is raised and held for a predetermined time t1 (seconds), the inert gas is switched to the oxidizing gas in the second temperature range (temperature T1 (° C.)), and the first space 20a and the
図4は、本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法におけるより好ましい態様を説明するためのRTPにおける熱処理シーケンスの一例を示す概念図である。
図4に示すように、フッ素系ガス雰囲気から不活性ガス雰囲気への切替えは、前記第1の温度範囲(温度TM(℃))で一定に保持した状態で行うことが好ましい。
すなわち、前記表面W1のシリコン原子を水素で終端させたシリコンウェーハをフッ素系ガス雰囲気中、900℃以上1250℃以下の第1の温度範囲(温度TM(℃))まで昇温速度ΔTu1(℃/秒)で急速昇温し、前記第1の温度範囲(温度TM(℃))で所定時間(tM1(秒))一定に保持した後、前記第1の温度範囲(温度TM(℃))で前記フッ素系ガス雰囲気を不活性ガス雰囲気に切り替えて、更に、所定時間(tM2(秒))一定に保持し、その後、昇温速度ΔTu2(℃/秒)で1300℃以上1400℃以下の第2の温度範囲(温度T1(℃))まで急速昇温して、前記RTPを行う事が好ましい。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of a heat treatment sequence in RTP for explaining a more preferable aspect in the silicon wafer heat treatment method according to the present invention.
As shown in FIG. 4, switching from the fluorine-based gas atmosphere to the inert gas atmosphere is preferably performed in a state of being kept constant in the first temperature range (temperature T M (° C.)).
That is, a temperature rise rate ΔTu1 (° C.) of a silicon wafer in which silicon atoms on the surface W1 are terminated with hydrogen to a first temperature range (temperature T M (° C.)) of 900 ° C. to 1250 ° C. in a fluorine-based gas atmosphere. The temperature is rapidly raised at 1 second / second) and kept constant for a predetermined time (t M1 (second)) within the first temperature range (temperature T M (° C.)), and then the first temperature range (temperature T M ( )), The fluorine-based gas atmosphere is switched to an inert gas atmosphere, and is kept constant for a predetermined time (t M2 (second)). Thereafter, the temperature rise rate ΔTu2 (° C./second) is 1300 ° C. or higher and 1400 ° C. It is preferable to perform the RTP by rapidly raising the temperature to a second temperature range (temperature T1 (° C.)) of less than or equal to ° C.
このような方法とすることで、生産性は若干低下するものの、フッ素系ガス雰囲気で確実にフッ素を終端させることが可能となり、更に、ガス切り替えの際、反応室20内から前記フッ素系ガスを完全に排出させやすくなる。従って、1250℃を超える高温下でウェーハの研磨面がフッ素系ガスに晒される危険性が少なくなるため、前記研磨面における表面粗さの悪化を抑制することができる。
By adopting such a method, although productivity is slightly reduced, it becomes possible to reliably terminate fluorine in a fluorine-based gas atmosphere. Further, when the gas is switched, the fluorine-based gas is removed from the
前記フッ素系ガス雰囲気にて、前記第1の温度範囲(温度TM(℃))を保持する保持時間(tM1(秒))は、1秒以上5秒以下であり、前記切り替え後、不活性ガス雰囲気中、前記第1の温度範囲(温度TM(℃))を保持する保持時間(tM2(秒))は、1秒以上5秒以下であることが好ましい。
このような保持時間とすることで、生産性の低下を抑制しつつ、確実にフッ素を終端させることができ、かつ、フッ素系ガスによる表面粗さの悪化も抑制することができる。
The holding time (t M1 (second)) for holding the first temperature range (temperature T M (° C.)) in the fluorine-based gas atmosphere is 1 second or more and 5 seconds or less, and after the switching, In the active gas atmosphere, the holding time (t M2 (second)) for holding the first temperature range (temperature T M (° C.)) is preferably 1 second or more and 5 seconds or less.
By setting it as such holding time, while suppressing the fall of productivity, it can terminate a fluorine reliably and can also suppress the deterioration of the surface roughness by fluorine-type gas.
前記RTPにおける昇温速度ΔTu、ΔTu1、ΔTu2は10℃/秒以上150℃/秒以下であることが好ましい。
このような昇温速度ΔTu、ΔTu1、ΔTu2とすることで、前記RTPにおいて、生産性が低下するのを抑制しつつ、急速昇温時の急激な温度変化による接触痕やスリップの発生を抑制することができる。
The temperature rising rates ΔTu, ΔTu1, and ΔTu2 in the RTP are preferably 10 ° C./second or more and 150 ° C./second or less.
By setting such temperature increase rates ΔTu, ΔTu1, and ΔTu2, in the RTP, it is possible to suppress the occurrence of contact marks and slips due to a rapid temperature change at the time of rapid temperature increase while suppressing the productivity from being lowered. be able to.
前記RTPにおける降温速度ΔTdは、10℃/秒以上150℃/秒以下であることが好ましい。
このような降温速度ΔTdとすることで、前記RTPにおいて、生産性が低下するのを抑制しつつ、急速降温時の急激な温度変化による接触痕やスリップの発生を抑制することができる。
The temperature drop rate ΔTd in the RTP is preferably 10 ° C./second or more and 150 ° C./second or less.
By setting such a temperature decrease rate ΔTd, it is possible to suppress the occurrence of contact traces and slips due to a rapid temperature change at the time of rapid temperature decrease, while suppressing a decrease in productivity in the RTP.
図4の熱処理シーケンスにおける第1の温度範囲(温度TM(℃))までの昇温速度ΔTu1(℃/秒)及び前記切り替え後、前記第1の温度範囲(温度TM(℃))から第2の温度範囲(温度T1(℃))までの昇温速度ΔTu2(℃/秒)は、10℃/秒以上150℃/秒以下であれば同じ昇温速度であってもよく、異なる昇温速度であってもよい。 FIG first temperature range in the heat treatment sequence 4 (temperature T M (° C.)) to the Atsushi Nobori rate ΔTu1 (℃ / sec) and after the switching, from the first temperature range (temperature T M (° C.)) The temperature increase rate ΔTu2 (° C./second) up to the second temperature range (temperature T1 (° C.)) may be the same temperature increase rate as long as it is 10 ° C./second or more and 150 ° C./second or less. It may be a temperature rate.
前記第2の温度範囲(温度T1(℃))における不活性ガス雰囲気中の保持時間t1は、1秒以上15秒以下であることが好ましい。
このような保持時間t1とすることで、生産性が低下するのを抑制しつつ、効率よくボイド欠陥の消滅を図ることができる。
The holding time t1 in the inert gas atmosphere in the second temperature range (temperature T1 (° C.)) is preferably 1 second or longer and 15 seconds or shorter.
By setting the holding time t1 as described above, it is possible to efficiently eliminate void defects while suppressing a decrease in productivity.
また、前記第2の温度範囲(温度T1(℃))における酸化性ガス雰囲気中の保持時間t2は、1秒以上15秒以下であることが好ましい。
このような保持時間t2とすることで、生産性が低下するのを抑制しつつ、効率よくウェーハの表層部に酸素を内方拡散させることができる。
The holding time t2 in the oxidizing gas atmosphere in the second temperature range (temperature T1 (° C.)) is preferably 1 second or more and 15 seconds or less.
By setting it as such holding time t2, oxygen can be efficiently diffused inward to the surface layer part of a wafer, suppressing productivity falling.
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は、下記実施例により限定解釈されるものではない。
(実施例1)
CZ法によりv/G(v:引上速度、G:単結晶内の引上軸方向の温度勾配)を制御して空孔型点欠陥が存在する領域を有するシリコン単結晶インゴットを製造し、該領域から切り出して得られた両面が鏡面研磨されたシリコンウェーハ(直径300mm、厚さ775μm、酸素濃度1.2〜1.3×1018atoms/cm3)に対して、フッ素濃度5%のフッ酸溶液にウェーハ全体を浸漬させて5分間洗浄を行った後(水素終端処理)、ウェーハを純水洗浄して、スピン乾燥により乾燥させた。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further more concretely based on an Example, this invention is not limitedly interpreted by the following Example.
Example 1
Controlling v / G (v: pulling speed, G: temperature gradient in the pulling axis direction in the single crystal) by the CZ method to produce a silicon single crystal ingot having a region in which vacant point defects exist, With respect to a silicon wafer (diameter 300 mm, thickness 775 μm, oxygen concentration 1.2-1.3 × 10 18 atoms / cm 3 ) obtained by cutting out from the region, both surfaces are mirror-polished. The whole wafer was immersed in a hydrofluoric acid solution and washed for 5 minutes (hydrogen termination treatment), and then the wafer was washed with pure water and dried by spin drying.
次に、乾燥させたウェーハに対して、図1に示すようなRTP装置10を用いて、図3に示すような熱処理シーケンスにてRTPを行い、アニールウェーハを作製した。
具体的には、500℃で保持された反応室内に前記乾燥させたウェーハを投入し、雰囲気として、四フッ化メタンガス(CF4)を供給し、昇温速度75℃/秒で、1000℃(第1の温度範囲)まで急速昇温し、その後、1000℃で雰囲気を四フッ化メタンガス(CF4)からアルゴンガス(Ar)に切り替えた後に、昇温速度75℃/秒で1300℃(第2の温度範囲)まで急速昇温して、1300℃で15秒間保持した後に、1300℃で、アルゴンガス(Ar)から酸素ガス(O2)に切り替えて、更に、15秒間保持し、その後、降温速度90℃/秒で500℃まで急速降温させた。
Next, using the
Specifically, the dried wafer is put into a reaction chamber held at 500 ° C., and an atmosphere is supplied with tetrafluoromethane gas (CF 4 ), and the temperature rise rate is 75 ° C./sec. The temperature is rapidly raised to the first temperature range), and then the atmosphere is switched from tetrafluoromethane gas (CF 4 ) to argon gas (Ar) at 1000 ° C., and then 1300 ° C. (first temperature at 75 ° C./second). 2) and after holding at 1300 ° C. for 15 seconds, at 1300 ° C., switching from argon gas (Ar) to oxygen gas (O 2 ), further holding for 15 seconds, then The temperature was rapidly decreased to 500 ° C. at a temperature decrease rate of 90 ° C./second.
(実施例2)
前記RTPにおける第2の温度範囲を1350℃として、その他は実施例1と同様な条件にて、アニールウェーハを作製した。
(Example 2)
An annealed wafer was fabricated under the same conditions as in Example 1 except that the second temperature range in the RTP was 1350 ° C.
(実施例3)
図4に示すような熱処理シーケンスを用いてRTPを行って、その他は、実施例1と同様な条件にて、アニールウェーハを作製した。
具体的には、500℃で保持された反応室内に前記乾燥させたウェーハを投入し、雰囲気として、四フッ化メタンガス(CF4)を供給し、昇温速度75℃/秒で、1000℃(第1の温度範囲)まで急速昇温し、その後、1000℃で5秒間一定に保持した後、雰囲気を四フッ化メタンガス(CF4)からアルゴンガス(Ar)に切り替えて、更に、1000℃を5秒間一定に保持し、その後、昇温速度75℃/秒で1300℃(第2の温度範囲)まで急速昇温して、1300℃で15秒間保持した後に、1300℃で、アルゴンガス(Ar)から酸素ガス(O2)に切り替えて、更に、15秒間保持し、その後、降温速度90℃/秒で500℃まで急速降温させた。
(Example 3)
An annealed wafer was fabricated under the same conditions as in Example 1 except that RTP was performed using a heat treatment sequence as shown in FIG.
Specifically, the dried wafer is put into a reaction chamber held at 500 ° C., and an atmosphere is supplied with tetrafluoromethane gas (CF 4 ), and the temperature rise rate is 75 ° C./sec. The temperature is rapidly raised to the first temperature range), and then kept constant at 1000 ° C. for 5 seconds, and then the atmosphere is switched from tetrafluoromethane gas (CF 4 ) to argon gas (Ar). The temperature is kept constant for 5 seconds, and then rapidly raised to 1300 ° C. (second temperature range) at a heating rate of 75 ° C./second, held at 1300 ° C. for 15 seconds, and then argon gas (Ar ) Was switched to oxygen gas (O 2 ) and maintained for 15 seconds, and then rapidly cooled to 500 ° C. at a temperature decrease rate of 90 ° C./second.
(実施例4)
前記RTPにおける第2の温度範囲を1350℃として、その他は実施例3と同様な条件にて、アニールウェーハを作製した。
Example 4
An annealed wafer was fabricated under the same conditions as in Example 3 except that the second temperature range in the RTP was 1350 ° C.
(比較例1)
前記フッ素終端処理を行わないで前記水素終端処理を行ったウェーハに対してRTPを行って、その他は実施例1と同様な条件にて、アニールウェーハを作製した。
(Comparative Example 1)
An annealed wafer was fabricated under the same conditions as in Example 1 except that RTP was performed on the wafer that had been subjected to the hydrogen termination without performing the fluorine termination.
(比較例2)
前記RTPにおける第2の温度範囲を1200℃として、その他は実施例1と同様な条件にて、アニールウェーハを作製した。
(Comparative Example 2)
An annealed wafer was fabricated under the same conditions as in Example 1 except that the second temperature range in the RTP was 1200 ° C.
(比較例3)
実施例1において、不活性ガス雰囲気中、1300℃で15秒間保持した後に、降温速度90℃/秒で、800℃まで急速降温し、800℃でアルゴンガスから酸素ガスに切り替えて、昇温速度75℃/秒で、1300℃まで急速昇温し、1300℃で15秒間更に保持して、その他は実施例1と同様な条件にて、アニールウェーハを作製した。
(Comparative Example 3)
In Example 1, after maintaining at 1300 ° C. for 15 seconds in an inert gas atmosphere, the temperature was rapidly decreased to 800 ° C. at a temperature decrease rate of 90 ° C./second, and the argon gas was switched to oxygen gas at 800 ° C. An annealed wafer was fabricated under the same conditions as in Example 1 except that the temperature was rapidly raised to 1300 ° C. at 75 ° C./second, and further maintained at 1300 ° C. for 15 seconds.
以上の実施例1から4及び比較例1から3で得られたアニールウェーハの半導体デバイス形成面における表面粗さをAFM(Atomic Force Microscope)を用いて、RMS(測定範囲:3μm×3μm)を評価した。
また、半導体デバイス形成面における凹形状のピットの発生状況を外観目視にて評価した。
更に、ウェーハ表面から深さ5μmまでの表層部における欠陥密度に関し、LSTDスキャナ(Laser Scattering Topography Defect
Scanner)にて波長680nmで評価した。
また、参考例としてフッ素終端処理後RTP前のウェーハの半導体デバイス形成面における表面粗さRMS(測定範囲:3μm×3μm)もAFMを用いて評価した。
本試験における評価結果を表1に示す。
RMS (measurement range: 3 μm × 3 μm) of surface roughness of the annealed wafer obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 on the semiconductor device forming surface was evaluated using an AFM (Atomic Force Microscope). did.
Further, the appearance of concave pits on the semiconductor device forming surface was evaluated by visual inspection.
Furthermore, regarding the defect density in the surface layer part from the wafer surface to a depth of 5 μm, an LSTD scanner (Laser Scattering Topology Defect)
(Scanner) at a wavelength of 680 nm.
As a reference example, the surface roughness RMS (measurement range: 3 μm × 3 μm) on the semiconductor device forming surface of the wafer after fluorine termination and before RTP was also evaluated using AFM.
The evaluation results in this test are shown in Table 1.
表1に示すように、前記フッ素終端処理を行わない比較例1に関しては、参考例よりも表面粗さが悪化する傾向が認められる。また、RTPの第2の温度範囲を1200℃とした比較例2に関しては、欠陥密度の消滅力が低いことが認められる。更に、フッ素終端処理を行った実施例1〜4に関しては、表面粗さが比較例及び参考例よりも良化する傾向が認められる。加えて、図4の熱処理シーケンスにより行った実施例3、4に関しては、図3に示す熱処理シーケンス(実施例1、2)よりも、表面粗さが良化する傾向が認められる。
また、実施例1から4は、800℃まで急速降温して切り替える比較例3と表面粗さ及び欠陥密度とも同レベルであることが認められる。
As shown in Table 1, with respect to Comparative Example 1 in which the fluorine termination treatment is not performed, the surface roughness tends to be worse than that of the reference example. Further, it is recognized that the defect density extinction power is low with respect to Comparative Example 2 in which the second temperature range of RTP is 1200 ° C. Furthermore, regarding Examples 1 to 4 subjected to the fluorine termination treatment, the tendency that the surface roughness is improved as compared with the comparative example and the reference example is recognized. In addition, with respect to Examples 3 and 4 performed by the heat treatment sequence of FIG. 4, it is recognized that the surface roughness tends to be improved compared to the heat treatment sequence (Examples 1 and 2) shown in FIG.
In addition, it is recognized that Examples 1 to 4 have the same level of surface roughness and defect density as Comparative Example 3 in which the temperature is rapidly lowered to 800 ° C. and switched.
(温度変更試験1:実施例5から11)
前記フッ素終端処理における第1の温度範囲を変化させて、その他は、実施例1と同様な条件にて、アニールウェーハを作製した。
得られたアニールウェーハの半導体デバイス形成面における表面粗さ(RMS)及び凹形状のピットの発生状況を実施例1と同様な方法で評価した。
本試験における試験条件及び評価結果を表2に示す。
(Temperature change test 1: Examples 5 to 11)
An annealed wafer was fabricated under the same conditions as in Example 1 except that the first temperature range in the fluorine termination treatment was changed.
The surface roughness (RMS) on the semiconductor device formation surface of the obtained annealed wafer and the occurrence of concave pits were evaluated in the same manner as in Example 1.
Table 2 shows test conditions and evaluation results in this test.
表2に示すように、第1の温度範囲を900℃以上1250℃以下とすることで、表面粗さ:RMS(nm)が良化する傾向が認められる。 As shown in Table 2, when the first temperature range is set to 900 ° C. or more and 1250 ° C. or less, the surface roughness: RMS (nm) tends to be improved.
(温度変更試験2:実施例12から17)
前記RTPにおける第2の温度範囲を1350℃として、その他は温度変更試験1と同様な条件にて、アニールウェーハを作製した。
得られたアニールウェーハの半導体デバイス形成面における表面粗さ(RMS)及び凹形状のピットの発生状況を実施例1と同様な方法で評価した。
本試験における試験条件及び評価結果を表3に示す。
(Temperature change test 2: Examples 12 to 17)
An annealed wafer was fabricated under the same conditions as in the
The surface roughness (RMS) on the semiconductor device formation surface of the obtained annealed wafer and the occurrence of concave pits were evaluated in the same manner as in Example 1.
Table 3 shows test conditions and evaluation results in this test.
本試験においても、表3に示すように、温度変更試験1と同様な傾向(第1の温度範囲を900℃以上1250℃以下とすることで、表面粗さ:RMS(nm)が良化する傾向)があることが認められる。 Also in this test, as shown in Table 3, the same tendency as in the temperature change test 1 (surface roughness: RMS (nm) is improved by setting the first temperature range to 900 ° C. or more and 1250 ° C. or less. It is recognized that there is a tendency).
10 RTP装置
20 反応室
30 ウェーハ保持部
40 加熱部
10
Claims (3)
前記水素で終端させたシリコンウェーハの前記表面のシリコン原子をフッ素で終端させる工程と、
前記水素及びフッ素で終端させたシリコンウェーハを、不活性ガス雰囲気中、1300℃以上1400℃以下の温度範囲に急速昇温し保持した後、前記温度範囲で前記不活性ガス雰囲気を酸化性ガス雰囲気に切り替えて更に保持し、急速降温する急速昇降温熱処理を行う工程と、を備えることを特徴とするシリコンウェーハの熱処理方法。 Terminating at least the silicon atoms on the surface of the silicon wafer on which the surface on which the semiconductor device is formed is mirror-polished with hydrogen;
Terminating the silicon atoms on the surface of the silicon wafer terminated with hydrogen with fluorine;
The silicon wafer terminated with hydrogen and fluorine is rapidly heated and held in a temperature range of 1300 ° C. to 1400 ° C. in an inert gas atmosphere, and then the inert gas atmosphere is oxidized gas atmosphere in the temperature range. And a step of performing a rapid temperature raising and lowering heat treatment for further holding and switching to the temperature, and performing a heat treatment method for a silicon wafer.
前記フッ素で終端させる工程は、前記シリコンウェーハをフッ素系ガス雰囲気中、900℃以上1250℃以下の温度範囲で熱処理する工程であることを特徴とする請求項1に記載のシリコンウェーハの熱処理方法。 The step of terminating with hydrogen is a step of washing the silicon wafer with a hydrogen fluoride solution or a hydrogen peroxide solution,
The silicon wafer heat treatment method according to claim 1, wherein the step of terminating with fluorine is a step of heat treating the silicon wafer in a temperature range of 900 ° C. to 1250 ° C. in a fluorine-based gas atmosphere.
前記水素で終端させたシリコンウェーハをフッ素系ガス雰囲気中、900℃以上1250℃以下の第1の温度範囲まで急速昇温し、前記表面のシリコン原子をフッ素で終端させる工程と、
前記フッ素で終端させる工程に連続して、前記第1の温度範囲で前記フッ素系ガス雰囲気を不活性ガス雰囲気に切り替えて、1300℃以上1400℃以下の第2の温度範囲まで急速昇温し保持した後、前記第2の温度範囲で前記不活性ガス雰囲気を酸化性ガス雰囲気に切り替えて更に保持し、急速降温する急速昇降温熱処理を行う工程と、を備えることを特徴とするシリコンウェーハの熱処理方法。 A step of terminating a silicon atom on the surface with hydrogen by a hydrogen fluoride-based solution or a hydrogen peroxide-based solution at least on a silicon wafer having a mirror-polished surface on which a semiconductor device is formed;
Rapidly heating the silicon-terminated silicon wafer to a first temperature range of 900 ° C. or higher and 1250 ° C. or lower in a fluorine-based gas atmosphere, and terminating silicon atoms on the surface with fluorine;
Continuing from the step of terminating with fluorine, the fluorine-based gas atmosphere is switched to an inert gas atmosphere in the first temperature range, and the temperature is rapidly raised to a second temperature range of 1300 ° C. to 1400 ° C. and held. Then, a process of switching the inert gas atmosphere to an oxidizing gas atmosphere in the second temperature range and further holding it, and performing a rapid temperature raising and lowering heat treatment for rapidly lowering the temperature, is provided. Method.
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