JP5530856B2 - ウエーハの熱処理方法及びシリコンウエーハの製造方法並びに熱処理装置 - Google Patents
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Description
これらの工程の一つに熱処理工程がある。そしてシリコンウエーハ加工工程においても、ウエーハ表層での無欠陥層の形成、酸素析出物の形成・制御を目的として熱処理を施す場合がある。
しかし、通常のRTA処理では1100℃以上の高温でアニールされるため、スリップ転位が生じてしまうという問題点がある。このスリップ転位が発生すると、デバイス特性に悪影響を及ぼすため、デバイスを形成する表面から数μmの領域にはスリップ転位がないことが要求されている。
そして、この問題はウエーハの大口径化に伴い、自重が大きくなるにつれて顕著になってきた。また熱処理温度が高くなるほど発生しやすくなるという傾向がある。
特に、1250℃を超えるような高温では、ウエーハ裏面の支持ピン位置からスリップ転位が発生し、表面まで貫通してしまうという問題があった。
図3はウエーハ外周部の温度が中心部の温度より高い場合の概念図であり、図4はウエーハ中心部の温度が外周部の温度より高い場合の概念図である。
他方、図3のようにウエーハWの中心部より外周部の温度を高く(Ti<To)すると、支持ピン12から逃げる熱が小さくなる(ウエーハ中心から外周に向かう熱流が減少すると解釈される)ため、温度差による熱応力TS33が図4のTS43に比べて小さくなり、スリップ転位発生の防止が図れると説明されている。
そしてこの2つの効果が打ち消しあうために、スリップ転位の低減に効果がなかったと推定される。
特に、1250℃を超えるような高温では、ウエーハ周辺部からスリップ転位が顕著に発生するという問題点があることを見出した。
このように、ウエーハの第一主表面を加熱する第一加熱源と、第二主表面を加熱する第二加熱源との出力比を変えることによって、第一主表面の温度を第二主表面の温度より1〜25℃高くなるように制御するができる。これによって、容易かつ確実に第一主表面の温度を第二主表面の温度より1〜25℃高くなるように制御することができ、より確実にスリップ転位の発生を抑制することができる。
このように、第一加熱源及び第二加熱源としてハロゲンランプを用い、かつ第二加熱源の出力を第一加熱源の出力の10〜90%とすることによって、更に容易かつ確実に第一主表面の温度を第二主表面の温度より1〜25℃高くなるように制御することができ、スリップ転位の発生を更に効果的に抑制することができる。
このように、加熱源としてハロゲンランプを用いることによって、急速加熱を容易に行うことができ、熱処理の実施がより容易になる。
ウエーハの支持部材としてはウエーハのエッジ部を全周にわたり薄いリング状のサセプターで支える方法もあるが、本発明のウエーハの熱処理方法は、ウエーハ外周部を複数の支持点で支える場合に特に有効である。
支持部材が位置する箇所からのスリップ転位は、熱処理温度が700℃以上の場合に顕著に発生するが、本発明のウエーハの熱処理方法は、そのような700℃以上の処理温度で顕著に発生するスリップ転位の抑制に特に効果的である。
近年、ウエーハとしてシリコンウエーハを用いる場合、シリコンウエーハにRTA処理を行って酸素析出物の制御を行う方法が開示され(例えば特表2001−503009号公報等参照)、広く採用されつつある。そして、そのRTA処理の処理温度は、多くが1150℃以上1250℃未満である。このように高温になると、スリップ転位の発生は更に顕著になるため、本発明のウエーハの熱処理方法は、1150℃以上1250℃未満でのRTA処理をする場合にはより有効である。
また、最近では1300℃より高温でRTA処理することによりグローイン欠陥(例えばCOP)が溶解する方法が開示されている(例えば特開2010−40589号公報等参照)。
本発明者らが鋭意検討した結果、RTA温度が1250℃未満の場合はスリップ転位が支持部材での支持位置から発生するが、表面までは貫通していないので、デバイス特性に直接悪影響を及ぼすことはさほどない。しかしながらスリップ転位の発生によりウエーハ強度低下の問題があり、スリップ転位は少ない方が望ましいことから、上述のように1250℃未満の場合でも本発明のウエーハの熱処理方法は特に好適に行うことができる。
そして1250℃以上では、支持部材位置から発生したスリップ転位は表面まで貫通してしまうため、デバイス特性へ著しい悪影響を及ぼす。しかしながら本発明のウエーハの熱処理方法の場合は、例えスリップ転位が発生したとしてもスリップ転位が表面に貫通せずに、バルク中でスリップ転位の多くを止めることができ、デバイス作製領域である表面から数μmの範囲には転位の発生がないものとすることができる。
このように本発明のウエーハの熱処理方法は、1250℃以上の温度での熱処理を行う場合に特に有効である。
上述のように、本発明のウエーハの熱処理方法は、スリップ転位の発生を確実に抑制することができるため、これを利用したシリコンウエーハの製造方法によれば、従来よりスリップ転位が大幅に低減された良好な品質のシリコンウエーハを従来より効率的に製造することができるようになる。
上述のように、本発明のウエーハの熱処理方法が施されたシリコンウエーハは、従来よりスリップ転位が大幅に低減された良好な品質のものである。
このように、加熱源をハロゲンランプとすることによって、急速加熱を容易に行うことができ、また第一主表面の温度を第二主表面の温度より高く制御する熱処理の実施がより容易になる。
第一主表面の温度を測定するパイロメータ19aのみを具備し、このパイロメータ19aを用いて予め酸素雰囲気でRTA処理を行い、加熱源の出力、温度、酸化膜厚との関係を求めておき、この関係を用いて、第一主表面と第二主表面の温度差が所定の温度差になるように、第一加熱源14aと第二加熱源14bの出力を決定することができる。
さらに、第一加熱源14aと第二加熱源14bのランプ1本当たりの出力は一定とし、第一加熱源14aと第二加熱源14bのランプ本数比率を変えることも可能である。
あるいは、第一加熱源14aと第二加熱源14bのランプの種類(発光特性の異なるランプ)を変えることにより、供給電力は一定であっても発光特性が異なるため、結果として第一加熱源14aと第二加熱源14bの出力比を変えることも可能である。
これにより支持部材でのウエーハ支持位置から発生するスリップ転位を確実に抑制できるメカニズムは明確ではないが、以下のとおりであると推定される。
このため、温度差により生じる熱流は、
(1)第一主表面Waから支持部材12に向かって流れる熱流TF51
(2)第二主表面Wbから支持部材12に向かって流れる熱流TF52
の2種類が主に生じることになる。このため、支持部材12近傍での温度勾配が大きくなり、大きな熱応力を生じ、スリップ転位が発生する、と考えられる。
このため、温度差により生じる熱流は、
(1)第一主表面Waから支持部材12に向かって流れる熱流TF11
(2)第一主表面Waから第二主表面Wbに向かって流れる熱流TF13
(3)ウエーハWのバルク部から支持部材12に向かって流れる熱流TF12
(4)ウエーハWのバルク部から第二主表面Wbに向かって流れる熱流TF14
の4種類となり、支持部材12へ向かう熱流だけでなく、第二主表面Wb側に向かって流れる熱流TF13,TF14が存在するようになる。
この結果、支持部材12の近傍での温度勾配が従来の場合に比べて小さくなり、熱応力が小さくなるため、スリップ転位の発生を確実に抑制することができるようになると考えられる。
また、ウエーハWの第一主表面Waの温度と第二主表面Wbの温度差が25℃より大きい場合、第一主表面Waと第二主表面Wbとの温度差が大きくなり過ぎるため、ウエーハ内の熱流TF13及びTF14が大きくなって、ウエーハ内に生じる熱応力が大きくなってしまい、スリップ転位の発生を抑制することが困難となる。
そのため、支持部材で支持したウエーハの第一主表面の温度が、第一主表面とは反対側の第二主表面の温度より1〜25℃高くなるように制御しながら熱処理を行う必要がある。
このように、ウエーハの第一主表面を加熱する第一加熱源と、第二主表面を加熱する第二加熱源との出力比を変えることとすれば、安定かつ確実に第一主表面の温度を第二主表面の温度より1〜25℃高くなるように制御することができ、より安定かつ確実にスリップ転位の発生を抑制することができる。
このように、加熱源、特には第一加熱源、第二加熱源としてハロゲンランプを用いることによって、急速加熱を容易に行うことができ、熱処理の実施がより容易になる。
そして、第二加熱源の出力を第一加熱源の出力の10〜90%とすることによって、より安定かつ確実に第一主表面の温度を第二主表面の温度より1〜25℃高くなるように制御することができるので、更にスリップ転位の発生を確実に抑制することができる。
上述のように、本発明のウエーハの熱処理方法は、ウエーハ外周部を複数の支持点で支える場合であっても、スリップ転位の発生を抑制することができるため、ウエーハWの外周部を複数の支持点によって水平に支持するタイプのサセプターを好適に使用することができる。
そのような場合に、本発明のウエーハの熱処理方法は特に効果的に用いることができるものである。
また、シリコン単結晶棒からシリコン単結晶基板への加工についても、一般的なものとすれば良く、例えば内周刃スライサあるいはワイヤソー等の切断装置によってスライスすることができる。またラッピング・エッチング・研磨等を一般的な条件で行うことができ、製造するシリコンウエーハの仕様に応じて適宜選択することができる。
(実施例1−5、比較例1−3)
急速昇降温する熱処理装置としてMattson社製のHeliosを用いた。また該装置に、第二加熱源に相当する上側ランプモジュール(ハロゲンランプ)と第一加熱源に相当する下側ランプモジュール(ハロゲンランプ)のランプ出力を任意の比率で変更できるようにした制御機構を加えた。
そして、直径300mmのp型シリコンウエーハを準備し、熱処理装置の開口部からチャンバー内に搬入し、3本の石英製支持ピンに載せて水平に保持した。この時、支持ピンで支持した側を第一主表面、反対側を第二主表面とした。
その後50℃/secの降温速度で800℃まで下げた段階で加熱をOFFにした後、チャンバー内で500℃まで冷却し、その後にウエーハを取り出した。
更に、レーザー散乱方式の異物検査装置(KLA−Tencor社製 SP1)でウエーハ表面(第二主表面)のスリップ転位測定を行った。
その結果を表1に示す。なお表1中の○は3つの支持ピン位置のいずれにおいてもスリップ転位発生なし、△は1または2箇所スリップ転位発生、×は3箇所すべてでスリップ転位発生を意味するものである。
なお1200℃の場合には、比較例1−3、実施例1−5全てでスリップ転位の発生はないが、これはSP1で検出するスリップ転位は表面のみであることに起因する。この場合でもX線や選択エッチングで評価を行えば支持ピンとウエーハが接触した部分からスリップ転位が発生し、バルクの表面方向にスリップ転位が伸びているが、表面まで貫通していないため、SP1では検出されていないだけである。X線で内部を観察した結果、いずれの場合においても、比較例1−3に比べて実施例1−5の方法で熱処理したウエーハはスリップ転位は短くなっており、スリップ転位の防止あるいは低減に効果があることが確認された。
急速昇降温する熱処理装置としてMattson社製のHeliosを用いた。また該装置に、第二加熱源に相当する上側ランプモジュール(ハロゲンランプ)と第一加熱源に相当する下側ランプモジュール(ハロゲンランプ)のランプ出力を任意の比率で変更できるようにした制御機構を加えた。
そして、直径300mmのp型シリコンウエーハを準備し、RTA装置の開口部からチャンバー内に搬入し、3本の石英製支持ピンに載せて水平に保持した。この時、支持ピンで支持した側を第一主表面、反対側を第二主表面とした。
その後50℃/secの降温速度で800℃まで下げた段階で加熱をOFFにした後、チャンバー内で500℃まで冷却し、その後にウエーハを取り出した。
また比較例4の場合には、1300℃でRTA処理した場合にはウエーハエッジ部からのスリップ転位発生も認められた。その他のウエーハにおいては、エッジ部から発生するスリップ転位はなかった。
さらに、支持ピン位置から発生したスリップ転位の長さも、比較例4に比べて、実施例6はいずれの温度でも改善しており、本発明の方法が、スリップ転位防止あるいは低減に効果があることが確認された。
11…チャンバー、 12…支持部材(支持ピン)、 13…加熱源、 14a…第一加熱源、 14b…第二加熱源、 15…制御機構、 16…石英トレイ、 17…オートシャッター、 18…バッファ、 19…パイロメータ、 20a…ガス導入口、 20b…ガス排気口、 21a,21b…電力供給機構、
TF11,TF12,TF13,TF14,TF51,TF52…熱流、
TS31,TS32,TS33,TS41,TS42,TS43…熱応力、
W…ウエーハ(シリコンウエーハ)、 Wa…第一主表面、 Wb…第二主表面。
Claims (11)
- ウエーハの主表面(第一主表面)を支持部材で支持した状態で加熱源で加熱することで急速昇降温を伴う所定温度での熱処理を行うウエーハの熱処理方法において、
前記支持部材で支持した前記第一主表面の温度T a が、前記ウエーハの前記第一主表面とは反対側の主表面(第二主表面)の温度T b より1〜25℃高くなり、前記第一主表面と支持部材の接触位置での前記シリコンウエーハの温度をT p とすると、T a >T b >T p の関係が成立するように前記加熱源を制御しながら熱処理を行うことを特徴とするウエーハの熱処理方法。 - 前記ウエーハの前記第一主表面を加熱する第一加熱源と、前記第二主表面を加熱する第二加熱源との出力比を変えることによって、前記第一主表面の温度が前記第二主表面の温度より1〜25℃高くなるように制御することを特徴とする請求項1に記載のウエーハの熱処理方法。
- 前記第一加熱源及び前記第二加熱源としてハロゲンランプを用い、かつ前記第二加熱源の出力を前記第一加熱源の出力の10〜90%とすることを特徴とする請求項2に記載のウエーハの熱処理方法。
- 前記加熱源としてハロゲンランプを用いることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のウエーハの熱処理方法。
- 前記支持部材を、前記ウエーハの外周部を複数の支持点によって水平に支持するものとすることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のウエーハの熱処理方法。
- 前記所定温度を、1250℃以上とすることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のウエーハの熱処理方法。
- 前記所定温度を、700℃以上1150℃未満とすることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のウエーハの熱処理方法。
- 前記所定温度を、1150℃以上1250℃未満とすることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のウエーハの熱処理方法。
- 少なくとも、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶棒を育成し、該シリコン単結晶棒をスライスしてシリコン単結晶基板に加工した後、該シリコン単結晶基板に対して請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載のウエーハの熱処理方法によって熱処理を行うことを特徴とするシリコンウエーハの製造方法。
- ウエーハに対して急速昇降温を伴う所定温度での熱処理を行うための熱処理装置であって、少なくとも、
前記ウエーハを収容するためのチャンバーと、前記ウエーハの第一主表面を支持する支持部材と、前記ウエーハの前記第一主表面を加熱する第一加熱源と、前記ウエーハの前記第一主表面とは反対側の主表面(第二主表面)を加熱する第二加熱源と、前記第一加熱源と前記第二加熱源との出力を独立して制御するための制御機構とを備え、
前記制御機構は、前記第一加熱源及び前記第二加熱源の出力を前記支持部材で支持した前記第一主表面の温度T a が、前記ウエーハの前記第一主表面とは反対側の主表面(第二主表面)の温度T b より1〜25℃高くなり、前記第一主表面と支持部材の接触位置での前記シリコンウエーハの温度をT p とすると、T a >T b >T p の関係が成立するように前記出力を独立して制御するものであることを特徴とする熱処理装置。 - 前記第一及び第二加熱源を、ハロゲンランプとすることを特徴とする請求項10に記載の熱処理装置。
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