JP5062217B2 - 半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents
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また、本発明の半導体ウェーハは、表面に窒化膜が形成されており熱処理により内部に空孔が注入された半導体ウェーハであって、上記本発明の半導体ウェーハの製造方法により作製されたことを特徴とする。
すなわち、この半導体ウェーハの製造方法は、シリコン基板及びエピタキシャル層がp型であると共に、シリコン基板が、0.03Ω・cm以上の抵抗であるので、IG特性の不十分ないわゆるp/p-ウェーハでも、上記RTA処理によりIG特性の改善を効果的に図ることができる。
また、本発明の半導体ウェーハは、上記本発明の半導体ウェーハの表面に無欠陥層が形成されていてもよい。
本発明の半導体ウェーハの製造方法及び半導体ウェーハによれば、エピタキシャルウェーハを雰囲気ガス中で熱処理する工程において、雰囲気ガスが窒化ガスを含むので、エピタキシャル成長時に酸素析出核がシリコン基板表面から消滅していても、上記熱処理でエピタキシャル層表面から内部に空孔が注入されて表面近傍に十分な酸素析出核を得ることが可能となる。すなわち、本発明により作製された半導体ウェーハに対し、この後にDZ層及び酸素析出核を形成・安定化する熱処理を行えば、十分なDZ層と表面近傍にゲッタリング効果を有するBMD層とを有した高品質なエピタキシャルウェーハを得ることができる。特に、200mmよりも大きい径の300mmのウェーハにおいて、さらに有効である。
図1にあって、符号1はサセプタ、2は反応室を示している。
図1は、エピタキシャルウェーハ(半導体ウェーハ)Wの熱処理を実施するための枚葉式の熱処理炉を示すものである。該熱処理炉は、図1に示すように、エピタキシャルウェーハWを載置可能な円環状のサセプタ1と、該サセプタ1を内部に収納した反応室2とを備えている。なお、反応室2の外部には、エピタキシャルウェーハWを加熱するランプ(図示略)が配置されている。
反応室2には、エピタキシャルウェーハWの表面に雰囲気ガスGを供給する供給口2a及び供給された雰囲気ガスGを排出する排出口2bが設けられている。
また、供給口2aは、雰囲気ガスGの供給源(図示略)に接続されている。
この熱処理温度及び熱処理時間の範囲であれば、図2の(b)に示すように、内部に十分な空孔Vを注入できる。
なお、このRTA処理後のエピタキシャルウェーハWは、表面に窒化膜が形成されているため、エピタキシャル成長直後に特徴的な活性な表面をもたず、エピタキシャル成長後のプロセス(検査等)での種々の汚染に対する耐性が高いという特徴を有している。また、デバイス作製工程において、この窒化膜をフッ酸で剥離することにより、従来のエピタキシャルウェーハと同様の形態で取り扱うことが可能になる。
また、雰囲気ガスGが、N2が分解可能な温度よりも低い分解温度のNH3等の窒化ガスであるので、熱処理温度の低温化を図ることができ、熱処理時のスリップ発生を抑制することができる。
例えば、上記DZ層形成又は酸素析出のための熱処理を特に行わず、その後のデバイス作製工程に伴って行われる熱処理で行っても構わない。
また、上記実施形態のように、上記RTA処理をRTA用の熱処理炉で行うのではなく、エピタキシャル層成膜用のエピタキシャル成長炉内でエピタキシャル層形成後に引き続き行ってもよい。なお、窒化ガスを用いることから、RTA用の熱処理炉で上記RTA処理を行う方が好ましい。
なお、このp/p+ウェーハの場合、裏面にオートドープ防止用の酸化膜を有する必要があるときは、デバイス作製工程前に表面の窒化膜を除去する際に、エピタキシャル成長面だけをフッ酸に曝すことにより、裏面酸化膜を残したまま、表面側の窒化膜を剥離することが可能である。
また、プラズマ化した上記窒化ガスを雰囲気ガスとしてもよい。この場合、上記窒化ガスがプラズマ化して活性化されているため、さらに表面の窒化及びVacancyの注入が促進される。
また、雰囲気ガスが二種類以上の混合ガスである場合は、含まれる窒化ガスは0.5%以上又は10sccm以上で絶対量の少ない方の量とされることが好ましい。すなわち、この範囲での窒化反応は反応律速であり、この最低限以上の窒化性のガスを含んでいれば、ウェーハ表面に形成される窒化膜厚は同じであり、その結果、導入される原子空孔濃度は同じで、析出量は同じである。なお、これ以下の0.05%以上0.5%未満、又は1sccmを越えて10sccm以下の範囲では、窒化膜厚は同一温度及び時間であれば、窒素の分圧により、窒化量が変化する。したがって、この領域は、拡散律速であり、窒素量により析出量をコントロールすることができる。
また、上記実施形態によりウェーハ表面に形成される窒化膜、酸窒化膜は、Si3N4を代表とするSixNyである。また、酸化膜を窒化した場合には、Si2N2Oを代表とするSi2NxO4−1.5xが形成される。
なお、上記実施形態では、熱処理前のエピタキシャルウェーハ表面に自然酸化膜が形成されている場合があるが、自然酸化膜程度の酸化膜であれば上述したようにNH3等のクリーニング効果や酸化膜の窒化により十分なVacancy注入効果を得ることができる。しかしながら、NH3等の上記窒化ガスによる熱処理前に酸素を含む雰囲気ガス等で熱処理をして自然酸化膜よりも厚い酸化膜がエピタキシャルウェーハ表面に形成されていると、NH3等の表面窒化作用によるVacancy注入効果を十分に得ることができない。これは、表面の酸化膜が厚いため、NH3等の雰囲気ガスで熱処理しても良好なVacancy注入効果が可能な窒化膜(酸窒化膜を含む)がSi表面に形成できないためである。したがって、本実施形態におけるNH3等の上記窒化ガスによる熱処理前に、自然酸化膜より厚い酸化膜をエピタキシャルウェーハに積極的に形成したり、当該熱処理前に酸素を含む雰囲気ガス中で熱処理するような処理工程を行うことは好ましくない。また、本実施形態において、NH3等の上記窒化ガスを反応室に供給する前に、雰囲気ガス中に含まれる酸素を除去するパージ処理工程を行うことが好ましい。なお、エピタキシャル成長直後の表面は、活性なSi表面であり、エピタキシャル成長後に同じ炉の中で連続して処理する場合は、このような想定は必要ない。
Claims (2)
- 表面に窒化膜が形成されており、DZ層及び表面近傍に高い近接ゲッタリング効果を有するBMD層を形成可能とされるとともに、Ar/N2 を雰囲気ガスとした場合に比べて一桁改善された表面のHaze値を有しており、窒素が添加され抵抗が0.03Ω・cm以上である高抵抗のp- 型シリコン基板の表面にシリコン単結晶をエピタキシャル成長したp型のエピタキシャル層を有する300mm径エピタキシャルウェーハの製造方法であって、
作為的に酸化膜を形成することなく、N2 が分解可能な温度よりも低い分解温度の窒化ガスであるNH3とArとの混合ガスとされる雰囲気ガス中でスリップの発生抑制に好適な900℃から1180℃までの範囲の熱処理温度かつ1secから30secまでの範囲の熱処理時間で50℃/秒〜30℃/secの昇温又は降温で急速加熱・急冷処理をする際に、
前記雰囲気ガスとしては、800℃までの昇温時にはArのみを雰囲気ガスとして供給し、800℃から900〜1180℃とされる前記熱処理温度までの急速加熱昇温時、および、該熱処理温度一定での熱処理時及びその後の800℃までの急冷時にはArとNH3 との混合ガスを雰囲気ガスとして供給し、その後、800℃一定でNH3 を完全に排出するまでArのみを雰囲気ガスとして供給し、排出完了後に再びArのみの雰囲気ガス中で降温するとともに、この際、NH3 の流量が0.5%以上又は10sccm以上の範囲とすることにより空孔注入熱処理し、表面を窒化して窒化膜を形成するとともに前記エピタキシャル層表面から内部に空孔を注入して、酸素析出核を形成することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。 - 請求項1に記載の半導体ウェーハの製造方法において、前記NH3 ガスは、プラズマ化されていることを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
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