TW200406848A - Method of eliminating boron contamination of annealed wafer - Google Patents

Description

200406848 ⑴ 玖、發明說明 [發明所屬之技術領域】 本發明係關於退火晶圓之硼污染消滅方法。更詳細 爲關於：爲了防止由於晶圓表面的電氣特性的變化所致的 裝置（半導體元件）的產品率降低原因之高溫退火處理時 的硼附著物往晶圓內部擴散，在退火處理前所進行的晶圓 表面之硼污染消滅方法。 【先前技術】 裝置的集成度一變高，矽晶圓表面附近的結晶缺陷 會大爲影響裝置的產品率。因此，沒有結晶缺陷的高品質 矽晶圓乃被需求著。此種晶圓在以往一般係使用磊晶成長 方法。近年來，在惰性氣體環境下高溫處理（退火處理） 石夕晶圓，以去除表面附近的結晶缺陷之稱爲退火晶圓的晶 圓正被開發中。 但是，退火處理之缺點，可舉以下各點。在退火處 理前的晶圓表面形成自然氧化膜，另外，存在來自晶圓所 暴露的環境或者退火處理前所進行的晶圓淸洗用的化學處 理的硼附著物（例如，BF3或B2〇3等）。伴隨在惰性氣 體環境下的退火處理，硼附著物擴散於晶圓內部，表面附 近的硼濃度增加。其結果變成接近裝置的主動區域之表面 的電氣特性改變，裝置的產品率降低。在晶圓製作階段中 ，要完全防止硼對於晶圓表面的附著，事實上即爲困難， 乃期望硼污染的消滅方法，即伴隨退火處理之晶圓表面附 -5- (2) (2)200406848 近的硼濃度增加的防止方法。 爲了使晶圓表面附近的硼濃度維持一定，而且’去 除結晶缺陷，在日本專利特開2 0 0 2 - 1 0 0 6 3 4號公報中，揭 示對於矽晶圓，藉由進行以含有氫氣之環境的熱處理’在 自然氧化膜被去除前，去除附著硼，之後，藉由在惰性氣 體環境以進行熱處理之技術。環境中的氫氣濃度，以由 〇 . 1 %至爆炸下限値的約4 %以下爲適當。但是，即使利用 此技術，退火處理過的晶圓表面之硼濃度與塊材（bulk ) 中的濃度相比，依然有變高的傾向，不一定能滿足要求。 【發明內容】 本發明所欲解決之課題在於提供：有鑑於上述背景 ’可使晶圓的表面和塊材中的硼濃度幾乎相等的伴隨晶圓 的退火處理的硼污染消滅方法。 [解決課題用手段] 即依據本發明之退火晶圓之硼污染消滅方法，#特 徵爲：在表面形成自然氧化膜，另外，來自環境或考退火 處理前化學處理之硼附著的矽晶圓之退火處理時，於氫氣 對於惰性氣體的混合率爲5%至1 00%的混合氣體環境下進 行升溫，去除含硼之自然氧化膜後，在惰性氣體環境下予 以退火處理。 如上述般，在日本專利特開20〇2 - 1 006 3 4號公報中 ’雖然揭示：藉由進行含氫氣環境的熱處理，以去除自然 -6- (3) (3)200406848 氧化膜前，先去除附著硼，之後，藉由惰性氣體環境以進 行熱處理之技術，但是含氫氣環境中的氫氣濃度，以由 0.1 %至爆炸下限値的約4 %以下爲適當。此係以不需要提 高熱處理爐的氣密性之密封構造或防爆設備，以使用長壓 爐爲前提之故。因此，關於氫氣濃度在5 %以上的氣體， 完全未檢討到。另外，熱處理的溫度範圍爲 9 0 0〜1 1 〇 〇 °C ’此推測係由兼顧自然氧化膜的蝕刻速度和附著硼的氣化 、飛散所決定。 本發明者們就不限定氫氣濃度，對於惰性氣體和氫 氣的混合氣體進行檢討，結果知道，在氫氣混合率爲5 % 以上的混合氣體環境下進行升溫後，於惰性氣體環境下進 行退火處理，則可獲得晶圓的表面硼濃度和塊材中的硼濃 度幾乎成爲相等之期望的結果。氫氣混合率如低於5 %， 則晶圓的表面硼濃度與塊材中的硼濃度相比，變得極高， 電阻率大爲改變。更好之氫氣混合比爲10%至30%。 第1圖之（a)〜（c)係表示藉由本發明之退火晶圓之硼 污染消滅方法，在去除含硼之自然氧化膜後，於惰性氣體 環境下進行退火處理之過程的模型圖。第1 ( a )圖係退 火爐投入前的硏磨拋光晶圓的剖面模型圖，在表面形成自 然氧化膜，於氧化膜表面以及氧化膜中存在硼。（b )係 退火爐投入後的升溫階段。氬氣和氫氣的混合環境下’氧 化膜全體被去除之故，表面以及氧化膜中的硼被去除° ( 〇係升溫完了，到達退火溫度的階段。在惰性氣體環境 下被處理的晶圓表面，並不存在氧化膜以及附著硼。 -7- (4) 200406848 另外，在本發明中，可以在700 t至1 200 °C 合氣體環境下的升溫時的處理溫度。 【實施方式】 以下，說明本發明之實施形態。第2圖係時 示升溫、退火處理以及附隨工程的溫度、氣體組成 數的工程圖之一例。 說明第2圖。此處，惰性氣體係使用氬氣。 在7 0 0 °C將晶圓投入退火爐，只使用氬氣進行吹洗 ，在特定比率的氬氣和氫氣的混合氣體環境下，以 分的速度升溫至1 200 °C。之後，設爲只爲氬氣的 以1 2 0 0 °C進行1小時的退火處理。以-3 °C /分， 700°C後，由退火爐取出晶圓。 以下，舉實施例而具體敘述本發明，本發明 限於這些實施例。 [實施例1] 使用由藉由CZ法（柴可拉斯基法）所上拉成 錠進行切片並予以硏磨（1 〇 〇 )面方位的拋光晶圓 ，電阻率 20 0 Ω cm、氧氣濃度（1 El 5 atom/cm3 ) 20 0mm的P型矽晶圓。晶圓以SC-1 (氨、過氧化氫 混合液）淸洗2次，鹽酸淸洗後，投入退火爐。此 置潔淨室的時間爲約1星期，在晶圓表面形成自紫 ，以硼附著物存在的狀態提供測試。依據第2圖的 進行混 序地顯 等之參 首先， 。接著 5°C / 環境， 降溫至 並不受 者的矽 (PW ) 、直徑 、水的 晶圓放 氧化膜 工程’ -8- (5) (5)200406848 進行退火處理，關於升溫工程，則使用氫氣對於氬氣的混 合率5%的混合氣體。 關於所獲得的退火晶圓，藉由擴展電阻法（SR法） 調查晶圓表面附近的深度方向的硼濃度以及電阻率的變化 。另外，藉由二次離子質量分析法（SIM S法）調查晶圓 表密附近的深度方向的硼濃度的變化。 [實施例2] 利用氫氣對於氬氣的混合率2 5 %的混合氣體予以升 溫以外，與實施例1同樣地進行退火處理，就所獲得的退 火晶圓進行測量。 [實施例3] 利用氫氣對於氬氣的混合率5 0 %的混合氣體予以升 溫以外，與實施例1同樣地進行退火處理，就所獲得的退 火晶圓進行測量。 [實施例4] 利用氫氣1 〇〇%予以升溫以外，與實施例1同樣地進 行退火處理，就所獲得的退火晶圓進行測量。 [比較例1] 利用氫氣對於氬氣的混合率1 %的混合氣體予以升溫 以外，與實施例1同樣地進行退火處理，就所獲得的退火 (6) 200406848 晶圓進行測量。 第3圖〜第7圖係顯示實施例1〜4以及比較例 利用S R法所調查的晶圓深度方向的硼濃度分布、電 分布。第8圖則顯示使晶圓表面硼濃度（C s )和塊材 硼濃度（CB )的比（Cs/CB )對應氫氣濃度之曲線。 ，第9圖顯示將Cs和CB各對應氫氣混合率所描繪 線。 由這些結果，升溫時的混合氣體中的氫氣混合 在5 %以上，知道在C s和C b之間沒有大的差異。關 阻率也是同樣。另外，由第9圖，混合氣體中的氫氣 率如爲1 〇至3 0 %，則在C s和C b之間幾乎沒有差， 此範圍爲更好的氫氣混合率之範圍。另一方面，氫氣 率如低於5%，則Cs和CB相比，則變得極爲高，得 阻率大爲改變。由此，爲了達成本發明之目的，升溫 混合氣體中的S氣混合率需要5%以上，更好爲10至 〇 實施例1〜4以及比較例1的利用s IM S法所調 晶圓深度方向的硼濃度分布與以上述的S R法所調查 濃度分布的結果顯不相同傾向。另外，混合氣體中的 混合率25 %的樣本，其硼濃度分布最平直，知道更好 氫氣混合率5 0 %以上時，表面硼濃度有減少傾向，混 體中的更好的氫氣混合率與1 0至3 0 %之上述結果也 1的 阻率 中的 另外 的曲 率如 於電 混合 知道 混合 知電 時的 3 0% 查的 的硼 氫氣 。在 合氣 一致 -10- (7) (7)200406848 [發明效果] 如以上敘述般，如依據本發明，在表面形成自然氧 化膜，另外，來自環境或者退火處理前化學處理之硼附著 的矽晶圓之退火處理時，於氫氣對於惰性氣體的混合率爲 5%至100%的混合氣體環境下進行升溫，去除含硼之自然 氧化膜後，在惰性氣體環境下予以退火處理，藉此，不會 產生退火晶圓的表.面和塊材中的硼濃度差。其結果爲，晶 圓表面的電氣特性沒有變化，可以確實而且有效防止裝置 的產品率降低。 【圖式簡單說明】 第1圖係藉由本發明之退火晶圓之硼污染消滅方法的 工程模型圖。 第2圖係實施本發明之退火晶圓之硼污染消滅方法用 的工程圖之一例。 第3圖係實施例1的以S R法所調查的晶圓深度方向 的硼濃度分布、電阻率分布° 第4圖係實施例2的以S R法所調查的晶匱1深度方向 的硼濃度分布、電阻率分布° 第5圖係實施例3的以SR法所調查的晶圓深度方向 的硼濃度分布、電阻率分布° 第6圖係實施例4的以SR法所調查的晶圓深度方向 的硼濃度分布、電阻率分布° 第7圖係比較例1的以SR法所調查的晶圓深度方向 -11 - (8) 200406848 的硼濃度分布、電阻率分布。 第8圖係使晶圓表面硼濃度（Cs )和塊材中的硼濃度 (C b )的比與氫氣混合率對應的曲線。 第9圖係使晶圓表面硼濃度（Cs )和塊材中的硼濃度 (CB )各對應氫氣混合率所描繪之曲線。 -12-

Claims (1)

1. 200406848 Π) 拾、申請專利範圍 1 · 一種退火晶圓之硼污染消滅方法，其特徵爲： 在表面形成自然氧化膜’另外’來自環境或者退火 處理前化.學處理之硼附著的矽晶圓之退火處理時，於氫氣 ― 對於惰性氣體的混合率爲5%至1 00%的混合氣體環境下進 - 行升溫，去除含硼之自然氧化膜後，在惰性氣體環境下予 以退火處理。 2 ·如申請專利範圍第1項記載之退火晶圓之硼污染 & 消滅方法，其中，在混合氣體環境下的升溫時的處理溫度 爲 700 至 1200 °C。 3 ·如申請專利範圍第1項或考第2項記載之退火晶圓 之硼污染消滅方法，其中，在氫氣對於惰性氣體的混合率 爲1 0 %至3 0 %之混合氣體環境下進行升溫。 -13-