JP5298700B2 - シリコンウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
そして、このキャリアの移動度を劣化させる要因として、チャネル不純物、フォノン、あるいはチャネル表面のラフネスによるキャリアの散乱が知られている。
また、このステップが現われた面に対しては、酸化が均一に進むと記載されているが、酸化が均一に進むとは考えられない(例えば非特許文献1参照)。
このように、平坦面は結晶面を(100)面とすることで、実際のデバイスの製造において、そのまま使用することができるシリコンウェーハを製造することができる。
このように、平坦化熱処理後に炉から600℃以上800℃以下の温度でウェーハ取り出しを行うことにより熱酸化膜を形成することで、熱酸化膜を形成するための特別な設備を必要としないで、熱酸化膜を形成することができる。また、平坦化熱処理後に続けて熱酸化膜が形成されることで、シリコンウェーハの表面に自然酸化膜が形成されることを確実に防止して、安定したステップ構造を維持することができる。
このように、酸素雰囲気下においてウェーハ取り出しを行うことで、シリコンウェーハ表面に自然酸化膜が形成される前に熱酸化膜をすばやく形成することができ、ステップ構造を維持することができる。
このように、平坦面は結晶面が(100)面であることで、実際のデバイスの製造において、そのまま使用することができる。
前述のように、キャリア移動度を改善し、微細トランジスタの特性を向上させるためには、チャネル表面のラフネスを原子レベルで制御して平坦化することで、キャリアの散乱を抑制することが重要であるが、ウェーハ表面は平坦化されステップ構造を有している場合、極めて活性面であるため、大気中の酸素によりすぐに酸化されてしまう。しかし、この酸化の機構や状態について、詳細な検討が行われていないため、原子レベルで平坦なウェーハを供給することが難しかった。
図1(a)のように、熱酸化膜の厚さが2.0nmの場合には、ステップ構造を確認することができるが、図1(b)のように、熱酸化膜の厚さが2.1nmの場合には、ステップ構造を確認することはできないことがわかる。
このように、ステップ構造を有するシリコンウェーハ表面に熱酸化膜を形成した結果、熱酸化膜が厚くなるとステップ構造が崩れてしまうが、熱酸化膜の厚さが2nm以下の場合には、ステップ構造を維持したまま、表面を大気中で安定に保持できることを見出した。
このように、ステップ構造を有するシリコンウェーハ表面に形成される酸化膜は必ずしも均一でないことがわかった。
このことより、薄い熱酸化膜の酸化機構が図5のように、レイヤーバイレイヤー酸化を起こすということがわかった。
このように、シリコンウェーハの表面上にステップ構造を維持するために形成する熱酸化膜が厚くなるとステップ構造が崩れてしまうが、熱酸化膜の厚さが2nm以下の場合には、ステップ構造を維持したまま、表面を大気中で安定に保持できる。そして、シリコンウェーハの表面上に自然酸化膜を介することなく直接熱酸化膜が形成されていることで、自然酸化膜の形成を防止することができるとともに、ステップ構造を維持し、原子レベルで平坦なシリコンウェーハとすることができる。
このように、平坦面は結晶面が(100)面であることで、実際のデバイスの製造において、新たな加工を行うことなく、そのまま使用することができ、実用的なシリコンウェーハとすることができる。
このように、平坦面は結晶面を(100)面とすることで、実際のデバイスの製造において、新たな加工を行うことなく、そのまま使用することができ、実用的なシリコンウェーハを製造することができる。
このように、平坦化熱処理の工程と熱酸化膜を形成する工程が連続して行われることで、ステップ構造を有するシリコンウェーハの表面上に自然酸化膜が形成されるのを防止することができる。従って、ステップ構造の上に直接薄い熱酸化膜が形成されることになる。
そのため、形成されたステップ構造を維持し、原子レベルで平坦なシリコンウェーハを製造することができる。
このように、1100℃以上1250℃以下の温度で、20分以上4時間以下熱処理することで、低温または短時間の熱処理では形成することができないステップ構造を確実に形成することができる。また、高温または長時間の熱処理ではシリコンウェーハの金属汚染が増大してしまうことを防止することができ、さらに、シリコンウェーハへのスリップ転位の発生の可能性を低下させることができるとともに、熱処理装置の部材の寿命を長くすることもできる。
このように、平坦化熱処理後に炉から600℃以上800℃以下の温度でウェーハ取り出しを行うことにより熱酸化膜を形成することで、熱酸化膜を形成するための特別な設備を必要としないで、熱酸化膜を形成することができる。また、平坦化熱処理後に続けて熱酸化膜が形成されることで、シリコンウェーハの表面に自然酸化膜が形成されることを確実に防止して、安定したステップ構造を維持することができる。
このように、酸素雰囲気下においてウェーハ取り出しを行うことで、シリコンウェーハ表面に自然酸化膜が形成される前に容易に熱酸化膜を形成することができ、テラス構造を維持することができる。
(実施例1、2、比較例1)
まず、試料として、ボロンをドープした直径200mmのP型半導体シリコンウェーハを準備した。このウェーハは、抵抗率10Ω・cmであり、また、スライス加工時に0.3度傾けて加工されており、計算上のテラス長さは26nmであった。
このことより、比較例1のアニール温度では、ステップ構造が形成されないことがわかる。
図9より、実施例1、2(アニール温度1100℃、1200℃)はステップ構造を確認することができ、表面ラフネス値(Ra)も良好である。しかし、比較例1(アニール温度1050℃)では、ステップが崩れており、表面ラフネス値(Ra)も実施例1、2よりも悪化していることがわかる。
次に、実施例1、2と同様に試料として準備されたウェーハをアルゴン雰囲気下の縦型炉において、温度を1200℃で1時間アニールした。そして、ウェーハの取り出し温度を500℃(比較例2)、600℃(実施例3)、800℃(実施例4)、900℃(比較例3)として、ウェーハ表面に熱酸化膜を形成した。
このことより、比較例2の取り出し温度では、熱酸化膜厚が1nm未満となり、自然酸化膜が形成されてしまうために、ステップ構造が崩れていることがわかる。また、比較例3の取り出し温度では、熱酸化膜の膜厚が2nmよりも厚くなったために、ステップ構造が崩れていることがわかる。
図10より、熱酸化膜だけを除去するHF処理を行った場合、実施例3、4(取り出し温度600℃、800℃)はステップ構造を確認することができ、表面ラフネス値(Ra)も良好である。比較例2、3(取り出し温度500℃、900℃)は、図8からもわかるようにHF処理を行う前からステップ構造が崩れているために、熱酸化膜だけを除去するHF処理を行った場合であっても、ステップ構造を確認することができず、表面ラフネス値(Ra)も実施例1、2よりも悪化していることがわかる。
一方、HF処理を行わずにRCA洗浄したものは、すべての取り出し温度でステップ構造が崩れており、表面ラフネス値(Ra)もHF処理を行ったものよりも悪化していることがわかる。このことより、ステップ構造を有するシリコンウェーハ表面に薄い酸化膜を形成したシリコンウェーハに熱酸化膜だけを除去するHF処理を行なうことで、原子レベルで平坦なシリコンウェーハとして使用することができることがわかる。
また、本発明のシリコンウェーハは、ステップ構造を有するシリコンウェーハの表面上に、ステップ構造を維持するための1〜2nmの熱酸化膜を有するものであることで、シリコンウェーハの表面上に自然酸化膜が形成されることを防止することができ、ステップ構造を維持し、原子レベルで平坦なシリコンウェーハを得ることができる。
Claims (3)
- 平坦面(テラス)が結晶面である段差(ステップ)構造を有するシリコンウェーハの製造方法であって、少なくとも、準備したシリコンウェーハに表面平坦化のための熱処理を行い、ステップ構造を形成する工程と、前記平坦化熱処理後に酸素雰囲気下において600℃以上800℃以下の温度でウェーハ取り出しを行うことにより前記平坦化熱処理されステップ構造が形成されたシリコンウェーハの表面上に1〜2nmの熱酸化膜を形成する工程とを有し、前記平坦化熱処理の工程後に連続して前記熱酸化膜を形成する工程が行われ、その後、HFで洗浄を行うことにより前記熱酸化膜を除去する工程を有することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
- 前記平坦面は結晶面を(100)面とす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製造方法。
- 前記平坦化熱処理は、水素、アルゴンのうち少なくとも1つを含む不活性ガス雰囲気下において、1100℃以上1250℃以下の温度で、20分以上4時間以下熱処理することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のシリコンウェーハの製造方法。
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