JPH11150119A - シリコン半導体基板の熱処理方法とその装置 - Google Patents
シリコン半導体基板の熱処理方法とその装置Info
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- JPH11150119A JPH11150119A JP33120397A JP33120397A JPH11150119A JP H11150119 A JPH11150119 A JP H11150119A JP 33120397 A JP33120397 A JP 33120397A JP 33120397 A JP33120397 A JP 33120397A JP H11150119 A JPH11150119 A JP H11150119A
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Abstract
ャル層を形成した後、短時間で基板内部にIG効果の期
待できる程度の微小欠陥を析出させることが可能なシリ
コン半導体基板の熱処理方法と、前記熱処理方法を実施
しながら生産性の向上を図ることが可能なシリコンエピ
タキシャル成長装置を用いた熱処理装置の提供。 【解決手段】 シリコンエピタキシャル層を形成した
後、非酸化性雰囲気で所要の昇温速度で1200〜13
00℃に急速加熱し、短時間保持後に、所要の降温速度
で急速冷却することにより、基板内部に所要密度のBM
Dを得られる。
Description
基板上にシリコンエピタキシャル層を形成したシリコン
半導体基板の熱処理方法に係り、基板上にシリコンエピ
タキシャル層を形成したのち、非酸化性雰囲気内で急速
加熱および急速冷却の高温短時間熱処理を施すことによ
り、効率よく基板内部にIG効果の期待できる程度の微
小欠陥を析出させるシリコン半導体基板の熱処理方法
と、マルチチャンバー構造のエピタキシャル成長装置に
急速加熱及び急速冷却が可能な熱処理装置を有するチャ
ンバーを設けた熱処理装置に関する。
て、金属不純物を半導体基板内部に取り込む方法とし
て、Intrinsic Gettering(以後I
Gと記載)法が知られており、これは、シリコン半導体
基板内部の微小欠陥(Bulk Micro Defe
ct、以後BMDと記載)を利用する方法である。
雰囲気内で1100℃以上の高温熱処理を施し、シリコ
ン半導体基板の表層格子間酸素を外方拡散させ無欠陥層
(Denuded Zone、以後DZ層と記載)を形
成させたのち、低温処理にてシリコン半導体基板内部に
BMDを形成させたウェーハ(DZ−IGウェーハ)
が、デバイス工程で適用されている。
ピタキシャル層を成長させたエピタキシャルウェーハに
もIGの適用がなされている。しかし、エピタキシャル
ウェーハは、その成膜プロセスにおいて高温熱処理を施
すために、酸素析出核の縮小、消滅が起こる。従って、
デバイスプロセス中において、ゲッタリングに必要な酸
素析出物の密度およびサイズが確保できない。
案がなされている。例えば、特開平3‐50186号で
は、エピタキシャル層形成前に700〜900℃で4時
間以上の低温熱処理を施し、予め酸素析出核を形成もし
くは、成長させ、その後エピタキシャル成長を行う方法
が提案されている。一方、特開昭63‐198334号
では、エピタキシャル層形成後に、650〜900℃で
4〜20時間の熱処理を施し、酸素析出物を形成させる
方法が提案されている。
にシリコンエピタキシャル層を成長させる熱処理におい
て、シリコン半導体基板の格子間酸素濃度が11〜17
×1017(atoms/cm3)、比抵抗が0.01〜
100(Ωcm)のシリコンウェーハを、例えば図7に
従来のエピタキシャル成長プロセスを示すように、11
50℃程度で塩酸ガス導入によるウェーハ表面のクリー
ニングを行い、その後、1100℃程度でエピタキシャ
ル膜の成長を行う。
基板内部のBMD成長が抑制され、ゲッタリングに必要
なBMD密度およびサイズが確保できない。そのため、
前記のエピタキシャル層形成前後に酸素析出物を形成あ
るいは成長させる手法が適用されている。
理に関しては、エピタキシャル層の表面品質劣化が懸念
される。また熱処理時間に関して、従来の方法では、い
ずれもエピタキシャル層形成前後に4時間以上の熱処理
が必要となるため、生産性が低下する問題がある。
コンエピタキシャル層を形成した後、短時間で基板内部
にIG効果の期待できる程度の微小欠陥を析出させるこ
とが可能なシリコン半導体基板の熱処理方法の提供を目
的とし、且つ前記熱処理方法を実施しながら生産性の向
上を図ることが可能なシリコンエピタキシャル成長装置
を用いた熱処理装置の提供を目的としている。
タキシャル層を形成した後、短時間で基板内部にIG効
果の期待できる程度の微小欠陥を析出させることが可能
なシリコン半導体基板の熱処理方法を目的に種々検討し
た結果、シリコンエピタキシャル層を形成した後、非酸
化性雰囲気で1200〜1300℃に急速加熱し、短時
間保持後に、所要の降温速度で急速冷却することによ
り、基板内部に所要密度のBMDを得られることを知見
し、この発明を完成した。
ェーハにおいて、デバイスプロセス中に十分なIG効果
を得るための熱処理方法であり、例えばシリコン半導体
基板の格子間酸素濃度が11〜17×1017(atom
s/cm3)、比抵抗が0.01〜100(Ωcm)の
シリコンウェーハにシリコンエピタキシャル層を形成さ
せたのち、例えば非酸化性雰囲気内で昇温速度1〜20
0℃/秒で1200℃以上に昇温し、1200〜130
0℃の範囲内で5〜300秒保持後、降温速度10〜2
00℃/秒で900℃〜室温程度まで冷却することで、
基板内部に1×108(cm-3)以上のBMDを得るこ
とができるシリコン半導体基板の熱処理方法である。
を有するシリコンエピタキシャル成長可能な熱処理装置
において、少なくとも1つのチャンバーに前記記載の急
速加熱および急速冷却可能な熱処理装置を具備すること
で、エピタキシャル層形成工程中に、上記の急速加熱お
よび急速冷却の高温短時間熱処理を行うことにより、効
率よく短時間で連続的に熱処理を行うことができること
を知見し、この発明を完成した。
リコン半導体基板は、その格子間酸素濃度が11〜17
×1017(atoms/cm3)、比抵抗が0.01〜
100(Ωcm)の基板である。先の比抵抗値の範囲を
対象とするのは、エピタキシャル成長プロセスで酸素析
出物の成長抑制が顕著となるためであり、また、格子間
酸素濃度の範囲に関してはシリコン半導体基板の格子間
酸素濃度が11×1017(atoms/cm3)未満で
は、基板内部のBMD密度が、1×108(cm-3)以
下となりゲッタリング効率が低下し、また格子間酸素濃
度が17×1017(atoms/cm3)を越えると、
BMD密度が1×1010(cm-3)以上となり、基板の
機械的強度が弱くなるためである。
に基づいて説明する。この発明の熱処理方法における特
徴である急速加熱および急速冷却の熱処理は、エピタキ
シャル成長プロセス終了後、例えば、非酸化性雰囲気内
で昇温速度1〜200℃/秒で1200℃以上に昇温
し、1200〜1300℃の範囲内で5〜300秒保持
後、降温速度10〜200℃/秒で冷却する。この熱処
理の開始温度は、室温〜900℃程度、また終了温度は
900℃〜室温の範囲内でよい。
は、N2、Arなどの不活性ガス雰囲気が望ましい。
件としては、降温速度を10℃/秒未満、または、保持
時間を5秒未満、または、熱処理温度を1200℃未満
で行った場合、シリコン半導体基板にはBMDの析出量
が少なく十分なIG効果が得られず、昇温速度、降温速
度が200℃/秒を超える場合、または、熱処理時間が
300秒を超える場合、または熱処理温度が1300℃
を超える場合、いずれの条件下でもシリコン半導体基板
にスリップ転移が発生する問題があるため、前述の範囲
が好ましい。なお、スリップの発生が防止できる基板保
持治具や装置を用いることができる場合は、特に前記の
昇温速度、降温速度の上限は不要である。
ル炉で行うことが好ましく、生産性、効率の向上のため
昇温速度は少なくとも1℃/秒以上とするが、その熱源
であるランプの耐久性を低下させないため、また、熱処
理時間に関して、60秒以上ではBMDの析出量に著し
い変化がないことから、昇温速度10〜100℃/秒で
1200〜1250℃の範囲に昇温し、5〜60秒保持
した後、降温速度50〜100℃/秒で900℃〜室温
まで冷却する工程が特に好ましい。
装置を用いた熱処理装置に関して図2に基づいて説明す
る。図示の熱処理装置は、マルチチャンバー構造を有す
るシリコンエピタキシャル成長可能な熱処理装置におい
て、少なくとも1つのチャンバーに前記条件の急速加熱
および急速冷却を実施可能な熱処理装置を具備してお
り、ここでは、この発明の急速加熱および急速冷却の熱
処理は、シリコン半導体基板上にエピタキシャル層を形
成するためのチャンバーと隣接するチャンバーにおいて
連続的に熱処理を行う。
ンドリング室2の中央に配置され、円形のハンドリング
室2の外周部に配置されるロード室3で受け取ったシリ
コンウェーハ4を同様に円形のハンドリング室2の外周
部に配置されるエピタキシャル形成室5,6に移送して
エピタキシャル層を形成した後、隣接する急速加熱冷却
室7で所定の急速加熱冷却の熱処理を行い、その後クー
リングステーション8で室温まで冷却し、搬出室9より
装置外へ出すよう構成されている。
でない単一チャンバー構造の場合は、急速加熱冷却の熱
処理を行う際、エピタキシャル成長後に急速加熱および
急速冷却の熱処理を行うことになり、一枚当たりの熱処
理時間が長く、生産性が悪くなる問題が生じる。従っ
て、マルチチャンバー構造を有する熱処理炉を用いるこ
とで、生産性の悪化を招くことなく、効率的な熱処理が
可能となる。
濃度が11〜17×1017(atoms/cm3)、比
抵抗が1(Ωcm)以上の200mm外径のシリコンウ
ェーハに図1に示すごときヒートパターンの熱処理を施
した。まず、シリコンウェーハ上にシリコンエピタキシ
ャル層を形成したのち、室温まで冷却してからランプア
ニール炉にてアルゴン雰囲気内で、昇温速度50℃/秒
で1150〜1300℃の種々温度に昇温後、60秒保
持したのち、降温速度100℃/秒で600℃まで冷却
する熱処理を施した。その後、前記ウェーハの酸素析出
物を成長させるため酸素雰囲気内で1000℃、16時
間の熱処理を施した。
ため、シリコンウェーハの断面をライトエッチ液にて2
μmエッチングを施し、その断面を光学顕微鏡でエッチ
ピットとして密度をカウントした。その結果を図3に示
す。この時のライトエッチ液の配合比は以下の通りであ
る。 HF:HNO3:CrO3:Cu(NO3)2:H2O:C
H3COOH=60cc:30cc:30cc:2g:
60cc:60cc (応用物理,45,1055(1976)高野幸男、牧
道義 参照)
果が期待できる程度のBMDを得るためには、ランプア
ニール処理温度としては、1200℃以上が必要であ
り、その時のBMD密度は4×108〜5×109(cm
-3)であることがわかる。一方、ランプアニール処理温
度を1300℃にした場合、BMD密度に著しい変化は
なく、かつシリコンウェーハの支持部からスリップ転位
が発生していた。
度としては、11〜17×1017(atoms/c
m3)の範囲のものが適用できることが確認できた。さ
らに、その時のシリコンウェーハ4断面は図6に示され
るような構造となっており、表面からおよそ100μm
の深さの範囲が無欠陥層10であった。
キシャル層成長プロセスを行った後、酸素析出物を成長
させるために、酸素雰囲気内で1000℃、16時間の
熱処理を施した。次いで実施例1と同様にBMDを観察
した結果、図3のnon RTA(as Epi)に示
すように、1.3×107(cm-3)以下となりBMD
の析出が少ないことが確認された。
濃度が11〜17×1017(atoms/cm3)、比
抵抗が1(Ωcm)以上の200mm外径のシリコンウ
ェーハに図1に示すごときヒートパターンの熱処理を施
した。まず、シリコンウェーハ上にシリコンエピタキシ
ャル層を形成したのち、ランプアニール炉にてアルゴン
雰囲気内で、昇温速度50℃/秒で1150〜1300
℃の種々温度に昇温後、5秒、60秒、120秒、30
0秒保持したのち、降温速度100℃/秒で600℃ま
で冷却する熱処理を施した。その後、前記ウェーハの酸
素析出物を成長させるため酸素雰囲気内で1000℃、
16時間の熱処理を施した。次いで実施例1と同様にB
MDを観察した結果を図4に示す。
成したウェーハをランプアニール炉にてアルゴン雰囲気
内で、昇温速度50℃/秒で1150〜1300の種々
温度に昇温後、60秒保持したのち、降温速度10℃/
秒、50℃/秒、100℃/秒、200℃/秒で600
℃まで冷却する熱処理を施した。その後、前記ウェーハ
の酸素析出物を成長させるため酸素雰囲気内で1000
℃、16時間の熱処理を施した。次いで実施例1と同様
にBMDを観察した結果を図5に示す。
間酸素濃度が11〜17×1017(atoms/c
m3)の範囲であり、急速加熱冷却の熱処理条件として
は、1200℃以上であり、かつ熱処理時間として5秒
以上であればシリコン基板内部に1×108〜8×109
(cm-3)のBMDが得られ、十分なIG効果が期待で
きることが確認できた。また、60秒以上の熱処理時間
では、BMD密度の著しい変化が見られなかった。
上であれば1×108〜5×109(cm-3)のBMDが
得られた。しかし100℃/秒以上の降温速度では、B
MD密度の著しい変化はなく、またシリコンウェーハの
支持部からスリップ転位が発生していた。
リコンエピタキシャル層を形成したのち、非酸化性雰囲
気内で急速加熱及び急速冷却の高温短時間熱処理を施す
ことにより、効率よく基板内部にIG効果の期待できる
程度の微小欠陥を析出させることができ、またマルチチ
ャンバー構造を有するシリコンエピタキシャル成長可能
な熱処理装置において、この急速加熱、急速冷却可能な
熱処理装置を具備したチャンバーを設けることにより、
生産性の悪化を招くことなく、効率よくこの熱処理がで
きる。
を示すグラフである。
明図である。
を示す、熱処理後のBMD密度のグラフである。
を示す、熱処理後のBMD密度のグラフである。
示す、熱処理後のBMD密度のグラフである
断面説明図である。
パターンを示すグラフである。
Claims (4)
- 【請求項1】 シリコン半導体基板上にシリコンエピタ
キシャル層を形成した後、非酸化性雰囲気内で1200
℃以上に昇温し、1200〜1300℃の範囲内で5〜
300秒保持後、隆温速度10℃/秒以上で冷却して、
基板内部に1×108(cm-3)以上のBMDを得るシ
リコン半導体基板の熱処理方法。 - 【請求項2】 請求項1において、室温〜900℃より
昇温速度10〜100℃/秒で1200〜1250℃の
範囲に昇温し、5〜60秒保持した後、降温速度50〜
100℃/秒で900℃〜室温まで冷却するシリコン半
導体基板の熱処理方法。 - 【請求項3】 請求項1において、シリコンエピタキシ
ャル成長装置を用い、エピタキシャル成長プロセスに続
いて連続して熱処理するシリコン半導体基板の熱処理方
法。 - 【請求項4】 基板のハンドリングシステムを中心にマ
ルチチャンバー構造を有するシリコンエピタキシャル成
長装置において、少なくとも1つのチャンバーに急速加
熱および急速冷却の熱処理が可能な熱処理装置を設けた
請求項1のシリコン半導体基板の熱処理装置。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP33120397A JPH11150119A (ja) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | シリコン半導体基板の熱処理方法とその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33120397A JPH11150119A (ja) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | シリコン半導体基板の熱処理方法とその装置 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=18241053
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP33120397A Pending JPH11150119A (ja) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | シリコン半導体基板の熱処理方法とその装置 |
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