JP4602504B2 - 再生シリコンウエハの製造方法及び再生シリコンウエハを用いて半導体装置を製造する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、再生シリコンウエハの製造方法及び再生シリコンウエハを用いて半導体装置を製造する方法に関する。
【０００２】
半導体装置の製造時の工程管理等のために、一般にモニタウエハが、最終製品用のウエハの処理に先立って処理される。コストダウンの観点から、使用済のウエハを再生したものをモニタウエハとして用いる場合がある。特に、シリコンウエハの大口径化に伴い、再生したシリコンウエハの利用が注目されている。
【０００３】
【従来の技術】
従来の再生シリコンウエハの製造方法について説明する。まず、成膜、不純物添加、配線形成等のウエハプロセスを経たシリコンウエハの表面上に形成されている薄膜を除去する。この薄膜の除去は、例えば、フッ酸やフッ酸と硝酸との混合液等を用いて行われる。その後、ラッピングを行うことにより、除去しきれなかった薄膜を除去する。
【０００４】
次に、ＮａＯＨ等の薬液を用いて、シリコンウエハの表面層を約５μｍ程度エッチングする。このエッチングにより、シリコンウエハの表面層に導入された機械的ダメージや金属不純物が除去される。その後、ウエハ洗浄、研磨を行い、最後にＲＣＡ洗浄を行うことにより再生シリコンウエハを得る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の再生手順により、シリコンウエハの形状は、ほぼ元通りに再生される。ところが、本願発明者らの実験によると、上述の方法で再生されたシリコンウエハは、電気的特性をモニタするためのモニタウエハとしては適さないことがわかった。
【０００６】
本発明の目的は、電気的特性をモニタするためのモニタウエハとして使用可能な再生シリコンウエハの製造方法を提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、上述の再生シリコンウエハを用いて半導体装置を製造する方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、
ウエハプロセスを経た使用済シリコンウエハを準備する工程と、
前記ウエハプロセスにより変更を受けた前記使用済シリコンウエハの表面層を除去する工程と、
表面層の除去されたシリコンウエハに、不活性ガス雰囲気中で熱処理を施すことにより、該シリコンウエハ中のサーマルドナーを消失または減少させる工程と、
前記熱処理を施されたシリコンウエハの導電型及び抵抗率を測定する工程と
を有する再生シリコンウエハの製造方法が提供される。
【０００９】
熱処理を施すことにより、使用済シリコンウエハ内に残留していたサーマルドナーを減少させることができる。これにより、シリコンウエハ本来の導電型及び抵抗率を測定することが可能になる。
【００１０】
本発明の他の観点によると、
ウエハプロセスを経験した使用済シリコンウエハの表面層のうち、該ウエハプロセスにより変更を受けた部分が除去され、その後、不活性ガス雰囲気中で熱処理が施されることによってサーマルドナーが消失または減少し、熱処理を施されたシリコンウエハの導電型及び抵抗率が測定され、その測定結果に基づいて分類された再生シリコンウエハを準備する工程と、
前記再生シリコンウエハに、不純物添加工程を含むウエハプロセスを施す工程と、
前記ウエハプロセスを施された再生シリコンウエハの抵抗率を測定する工程と、
前記再生シリコンウエハの抵抗率を基準値と比較する工程と
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【００１１】
用いられる再生シリコンウエハは、熱処理を施された後に導電型及び抵抗率の測定が行われたものである。このため、サーマルドナーの影響を受けることなく、再生シリコンウエハ本来の導電型及び抵抗率が測定されている。この再生シリコンウエハを用いて不純物添加工程後の抵抗率を測定することにより、不純物添加工程の良否を評価することが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を説明する前に、従来の再生シリコンウエハが、電気的特性をモニタするためのモニタウエハとして適さない原因について説明する。
【００１３】
通常、チョクラルスキー法で引き上げられたシリコン単結晶から切り出されたシリコンウエハ中には、１×１０¹⁸個／ｃｍ³程度の酸素原子が不純物として含まれている。シリコンウエハ中の酸素原子は単独では中性であるが、３００〜５００℃程度の熱処理を行うと複数個の酸素原子が集まって電子を放出し、ドナー化することが知られている。ドナー化した酸素原子は、サーマルドナーと呼ばれる。
【００１４】
ウエハプロセスにおいて３００〜５００℃程度の熱処理工程を経た再生シリコンウエハ内には、多数のサーマルドナーが発生している。従来の方法で作製した再生シリコンウエハには、このサーナルドナーが残留していると考えられる。このため、例えば本来ｐ型であったシリコンウエハを再生した再生シリコンウエハが、ｎ型に見えてしまう場合がある。
【００１５】
見かけ上ｎ型に見えている再生ウエハを、イオン注入工程の抵抗検査用のモニタウエハとして使用する場合を考える。イオン注入後には、通常８００℃程度の活性化熱処理が行われる。８００℃程度の熱処理を行うと、サーマルドナーは消滅する。このため、再生ウエハは、本来のｐ型に戻る。このように、注入されたイオンのドーズ量とは無関係に、ベースとなるウエハ自体の導電型が変化してしまうため、正常な抵抗率のモニタを行うことができない。
【００１６】
次に、図１を参照して、上述の課題を解決することができる実施例について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施例による再生シリコンウエハの作製方法を示すフローチャートである。ステップｓ１において、使用済シリコンウエハを準備する。使用済シリコンウエハは、例えば、バッチ式成膜装置の空スロットに挿入されて成膜工程を経たウエハ、または、不純物注入後の抵抗検査のため、最終製品用のウエハの処理前に不純物注入処理され抵抗検査されたウエハ等である。
【００１８】
ステップｓ２に進み、使用済シリコンウエハの表面層を除去する。表面層の除去には、表面層の材料によって適当な方法が用いられる。表面層が酸化シリコン膜である場合には、フッ酸等によるウェットエッチングが用いられ、表面層が窒化シリコン膜である場合には、リン酸等によるウェットエッチングが用いられ、表面層がシリコン膜もしくはウエハの表面の不純物拡散層である場合には、フッ酸と硝酸との混合液によるウェットエッチングが用いられる。また、多層膜が形成されている場合には、薬液を変えながら、上層の膜から順番に除去していく。
【００１９】
ステップｓ３に進み、表面層の除去されたシリコンウエハの熱処理を行う。この熱処理は、例えば不活性ガス雰囲気中で、温度６５０℃、６０分間の条件で行われる。この熱処理により、シリコンウエハ内に残留していたサーマルドナーが消失する。
【００２０】
ステップｓ４に進み、シリコンウエハ表面のラッピングを行い、ウエハ表面から深さ１０μｍ程度までの表面層を除去する。このラッピングにより、ステップｓ２で除去しきれなかった薄膜が除去され、金属不純物が混入している可能性のあるウエハ表面層が除去される。
【００２１】
ステップｓ５に進み、シリコンウエハ表面を、アルカリ液、例えば水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液でエッチングする。エッチングの深さは、例えば５μｍ程度とする。このエッチングにより、ステップｓ４におけるラッピングでダメージを受けた表面層が除去される。また、ウエハ表面の金属不純物が除去される。
【００２２】
ステップｓ６に進み、シリコンウエハ表面を研磨し、鏡面加工する。ステップｓ７に進み、ＲＣＡ洗浄を行う。ＲＣＡ洗浄により、ウエハ表面の金属パーティクルが除去される。
【００２３】
ステップｓ８に進み、シリコンウエハの導電型及び抵抗率を測定する。ステップｓ３の熱処理により、ウエハ内のサーマルドナーが消滅しているため、ウエハに添加された本来の不純物に起因する導電型及び抵抗率を測定することができる。
【００２４】
ステップｓ９に進み、ステップｓ８で測定された導電型及び抵抗率に基づいて、シリコンウエハを分類する。ステップｓ８で、本来の導電型及び抵抗率が測定されているため、サーマルドナーの影響を受けることなく、ウエハの本来の電気的特性に基づいて、ウエハを分類することが可能である。
【００２５】
図１では、熱処理を、ステップｓ２とステップｓ４との間に行ったが、ステップｓ１の後であってステップｓ８の前であれば、どの段階で熱処理を行ってもよい。
【００２６】
次に、図２を参照して、図１のステップｓ３で行われる熱処理の条件について説明する。
【００２７】
図２は、熱処理前後におけるサーマルドナー濃度の変化を示す。横軸は熱処理温度を単位「℃」で表し、縦軸は、サーマルドナー濃度を、熱処理前のサーマルドナー濃度を１とした相対値で表す。測定に用いたシリコンウエハは、チョクラルスキー法で引き上げたシリコン単結晶から切り出したシリコンウエハに、４７０℃で２４時間の熱処理を施したものである。熱処理温度は、５００℃、５２５℃、５５０℃、５７５℃、及び６００℃とし、熱処理時間は１５分とした。サーマルドナー濃度は、ウエハの抵抗率の変化から求めた。
【００２８】
熱処理温度が５２５℃以上になると、サーマルドナーの減少が見られる。熱処理温度を高くするに従って、サーマルドナー濃度が減少している。本実験では、熱処理時間を１５分としたが、熱処理時間を長くすると、サーマルドナー濃度の減少量は、より大きくなると考えられる。
【００２９】
実際にモニタウエハとして使用可能な再生シリコンウエハを、現実的な熱処理時間で作製するためには、熱処理温度を５５０℃以上とすることが好ましい。熱処理温度を高くすると、必要な熱処理時間は短くなる。
【００３０】
熱処理温度を高くし過ぎたり、熱処理時間を長くし過ぎると、他の不都合が生じうる。熱処理温度の好適値は、６００〜７００℃であり、熱処理時間の好適値は、１時間±１５分程度であろう。
【００３１】
次に、上記実施例による方法で作製された再生シリコンウエハを、抵抗検査用のモニタウエハとして使用する場合のウエハ工程について説明する。
【００３２】
上述の実施例による方法で作製された再生シリコンウエハに、不純物添加工程を含むウエハプロセスを施す。その後、ウエハプロセスを施された再生シリコンウエハの抵抗率を測定する。再生シリコンウエハの抵抗率を基準値と比較することにより、不純物添加工程の良否を評価することができる。
【００３３】
上記実施例による方法で作製された再生シリコンウエハ内には、サーマルドナーがほとんど存在しない。また、通常は、不純物添加工程の後に、８００℃程度の熱処理が行われるため、この工程を経た再生シリコンウエハ内にはサーマルドナーが発生していない。このため、不純物添加工程前後の抵抗率を、サーマルドナーの影響を受けることなく測定することができる。
【００３４】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、再生シリコンウエハを作製する際に、サーマルドナーが消滅する程度の熱処理を施す。このため、サーマルドナーの影響を受けることなく、再生シリコンウエハの導電型及び抵抗率を評価することができる。このため、再生シリコンウエハを、抵抗検査用のモニタウエハとして用いることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による再生シリコンウエハの作製方法を示したフローチャートである。
【図２】熱処理前後のサーマルドナー濃度の変化を、熱処理の温度の関数として示すグラフである。

Claims (8)

1. ウエハプロセスを経た使用済シリコンウエハを準備する工程と、
   前記ウエハプロセスにより変更を受けた前記使用済シリコンウエハの表面層を除去する工程と、
   表面層の除去されたシリコンウエハに、不活性ガス雰囲気中で熱処理を施すことにより、該シリコンウエハ中のサーマルドナーを消失または減少させる工程と、
   前記熱処理を施されたシリコンウエハの導電型及び抵抗率を測定する工程と
   を有する再生シリコンウエハの製造方法。
2. 前記熱処理を施す工程において、温度５５０℃以上で熱処理を施す請求項１に記載の再生シリコンウエハの製造方法。
3. さらに、前記導電型及び抵抗率を測定する工程で得られた測定結果に基づいて、シリコンウエハを分類する工程を有する請求項１または２に記載の再生シリコンウエハの製造方法。
4. 前記熱処理を施す工程は、７００℃以下の温度で行う請求項１乃至３のいずれか１項に記載の再生シリコンウエハの製造方法。
5. 前記熱処理を施す工程において、前記シリコンウエハ内に残留していたサーマルドナーを消失させる請求項１乃至４のいずれか１項に記載の再生シリコンウエハの製造方法。
6. ウエハプロセスを経験した使用済シリコンウエハの表面層のうち、該ウエハプロセスにより変更を受けた部分が除去され、その後、不活性ガス雰囲気中で熱処理が施されることによってサーマルドナーが消失または減少し、熱処理を施されたシリコンウエハの導電型及び抵抗率が測定され、その測定結果に基づいて分類された再生シリコンウエハを準備する工程と、
   前記再生シリコンウエハに、不純物添加工程を含むウエハプロセスを施す工程と、
   前記ウエハプロセスを施された再生シリコンウエハの抵抗率を測定する工程と、
   前記再生シリコンウエハの抵抗率を基準値と比較する工程と
   を有する半導体装置の製造方法。
7. 前記再生シリコンウエハに施された熱処理は、７００℃以下の温度で行われている請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記再生シリコンウエハは、前記熱処理を施すことによって前記使用済シリコンウエハ内に残留していたサーマルドナーが消失しているものである請求項６または７に記載の半導体装置の製造方法。

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