硅晶圆的热处理方法技术

快速升降温热处理装置的处理温度TS为1250℃～1350℃，且从上述处理温度开始的降温速度Rd在20℃/秒～150℃/秒的范围内，在热处理气氛气体中的氧分压P的上限P＝0.00207TS·Rd－2.52Rd+13.3(式(A))、P的下限P＝0.000548TS·Rd－0.605Rd－0.511(式(B))的范围内调节处理温度TS、降温速度Rd而进行热处理。

Thermal treatment of silicon wafers

The treatment temperature TS of the rapid heating and cooling heat treatment device ranges from 1250 to 1350 degrees C, and the cooling rate Rd from the above treatment temperature is within the range of 20 to 150 degrees C/s. The upper limit of oxygen partial pressure P in the heat treatment atmosphere is P=0.00207TS.Rd-2.52Rd+13.3 (Formula A). The lower limit of P is P=0.000548TS.Rd-0.605Rd-0.511 (Formula B). The temperature TS and cooling rate can be adjusted within the range of P=0.00207TS.Rd-2.52Rd+13.3 (Formula A) and P=0.000548 Rd is heat treated.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】硅晶圆的热处理方法
该专利技术涉及一种在表层形成半导体器件的硅晶圆的热处理方法。
技术介绍
随着近年来的半导体器件的高集成化和高性能化，要求作为其基板使用的硅晶圆(以下，简称为晶圆)的高品质化。具体而言，在形成半导体器件的晶圆表层的无缺陷区域(DenudedZone：以下适当简称为DZ层)中，要求完全不存在于硅晶体生长中从装入硅熔体的坩埚中溶入的氧与硅的化合物、即氧析出物或在晶体生长中导入该晶体中的空位的凝聚体、即空洞缺陷。其原因如下：氧析出物等作为漏电流源发挥作用，有可能使半导体器件的电特性降低，空洞缺陷在晶圆的表面形成凹状的凹陷，有可能成为形成于该表面的配线的断线的原因。另一方面，在比DZ层更深的体层(bulklayer)中，要求析出规定密度以上的氧析出物。其原因在于：体层的氧析出物在工艺中作为捕获附着于晶圆表面的重金属的吸杂源发挥作用而提高器件的电特性，而且作为将引起晶圆的热处理中的塑性变形的位错的运动固定的固定源发挥作用而提高晶圆的机械强度。氧析出物的密度的晶圆深度方向分布很大程度上取决于由对晶圆实施的高温下的快速升降温热处理(RapidThermalProcess：以下简称为RTP)所形成的点缺陷(特别是空位)的晶圆深度方向分布。例如，在下述专利文献1中，对从利用切克劳斯基法(Czochralski法)生长的晶体中切出的晶圆在氩或氢气氛中进行RTP(参照该文献的段落0037)。通过进行该RTP，能够在晶圆的表层形成无氧析出物的DZ层，而且能够在主体区域析出足够的密度的氧析出物(参照该文献的图7、图8)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2009-16864号公报
技术实现思路
在专利文献1中，由该文献的图12～图21的照片可知，使用红外散射断层扫描仪来进行氧析出物的析出评价，根据该评价结果，规定不存在氧析出物的DZ宽度。然而，可由该红外散射断层扫描仪检测到的氧析出物为尺寸约25nm以上的氧析出物，比其小的尺寸的氧析出物难以检测。例如，已知在图像传感器用器件中，红外散射断层扫描仪的检测下限以下的尺寸的氧析出物可能成为被称为白瑕疵的图像传感器的像素不良的原因，抑制用红外散射断层扫描仪无法检测的微小的氧析出物变得更加重要。已知氧析出物的析出与由RTP导入到晶圆中的空位和氧的复合体、即VOx的浓度存在密切联系。具体而言，如图1A中实线所示，在DZ层中，通过使VOx浓度小于1.0×1012/cm3，从而可靠地抑制可对器件特性造成不良影响的氧析出物的析出，另一方面，通过在体层中使VOx浓度为5.0×1012/cm3以上，能够导入足以吸杂重金属的密度的氧析出物。然而，对于VOx浓度而言，像铂扩散后的DLTS测定等那样，除非采用需要大量成本的特殊方法，否则难以进行实际测量，存在其晶圆深度方向的浓度控制困难的问题。因此，在以往的晶圆中，如图1B所示，有时在DZ层内形成有可能析出微小的氧析出物的VOx浓度为1.0×1012/cm3以上的区域(本图中用“NG”表示的区域)，有可能器件特性降低。而且，为了使多个热处理参数(处理温度、降温速度、氧分压)分别独立地变化而求出最佳的热处理条件，需要进行伴随着非常多的试误的实验，从成本方面考虑也成为大问题。因此，该专利技术的课题在于简便地找到可兼具无缺陷区域(DZ层)的完整性和体层的高吸杂能力的热处理条件。为了解决上述课题，该专利技术中构成了如下的硅晶圆的热处理方法：快速升降温热处理装置的处理温度TS为1250℃～1350℃，且在从上述处理温度TS开始的降温速度Rd在20℃/秒～150℃/秒的范围内，热处理气氛气体中的氧分压P的上限由下述式(A)表示，下限由下述式(B)表示，在该上限和下限的范围内进行热处理。P＝0.00207TS·Rd-2.52Rd+13.3(A)P＝0.000548TS·Rd-0.605Rd-0.511(B)这样，通过使氧分压P、处理温度TS和降温速度Rd这3个参数建立联系，例如在将这3个参数中的氧分压P和处理温度TS确定为规定值后，利用式(A)(B)将降温速度Rd确定在规定的范围内，由此能够在不进行试行实验的情况下容易地确定用于形成VOx浓度小于1.0×1012/cm3的DZ层和VOx浓度为5.0×1012/cm3以上的体层的热处理条件。在DZ层与体层之间形成VOx浓度从晶圆表面侧朝向厚度中心侧从1.0×1012/cm3逐渐增加到5.0×1012/cm3的中间层。另外，该专利技术中构成了具有如下工序的硅晶圆的热处理方法：利用预测硅晶圆中的空位和间隙硅原子的热处理中的行为的点缺陷模拟来决定成为任意的无缺陷区域的宽度wDZ的处理温度TS、降温速度Rd和氧分压P的组合的工序；决定使上述无缺陷区域的宽度wDZ与处理温度TS、降温速度Rd和氧分压P建立联系的回归方程的工序；以及使用上述回归方程决定用于得到所希望的宽度的无缺陷区域的处理温度TS、降温速度Rd和氧分压P的组合的工序。所需的DZ层的宽度wDZ根据形成于晶圆的半导体器件的种类而不同。根据该热处理方法，通过利用点缺陷模拟预先确定回归方程，能够与半导体器件的种类对应地根据处理温度TS、降温速度Rd、氧分压P这3个参数的组合而容易地形成具有所希望的宽度wDZ的DZ层。之后对该点缺陷模拟进行详述。上述构成中，进一步优选为如下构成：上述回归方程由下述式(C)表示，能够在±5μm的误差范围内预测无缺陷区域的宽度wDZ。wDZ＝-0.129Rd+15.6P-0.0109TS·Rd+34.2P/Rd-7.95(C)通过使用式(C)作为回归方程，能够高精度且简便地确定用于得到所希望的DZ层的宽度wDZ的RTP处理条件，能够在提高晶圆品质的同时实现制造成本的大幅削减。上述各构成中优选具有如下工序的构成：利用预测硅晶圆中的空位和间隙硅原子的热处理中的行为的点缺陷模拟来确定成为任意的中间层的宽度wI的处理温度TS、降温速度Rd和氧分压P的组合的工序；确定使上述中间层的宽度wI与处理温度TS、降温速度Rd和氧分压P建立联系的回归方程的工序；以及使用上述回归方程来确定用于得到所希望的宽度的中间层的处理温度TS、降温速度Rd和氧分压P的组合的工序。如上所述，中间层是VOx浓度从DZ层到体层逐渐增加的区域。在器件制造工序中，附着于晶圆表面的重金属通过该中间层从DZ层扩散到体层，通过在体层内析出的氧析出物进行吸杂，从DZ层(器件活性区域)被除去。为了有效地进行该重金属的吸杂，基本上优选从DZ层侧到体层侧急剧地提高中间层内的VOx浓度，极力减小中间层的宽度wI。如上所述，根据点缺陷模拟的结果，确定成为所希望的宽度的DZ层和中间层的处理温度TS、降温速度Rd和氧分压P的组合，由此能够大幅减少确定它们所需的工时，实现制造成本的削减。在如上所述地用回归方程来确定中间层的宽度的构成中，进一步优选为如下构成：上述回归方程由下述式(D)表示，能够在±10μm的误差范围内预测中间层的宽度wI。wI＝-0.141TS-6.74P+0.00456TS·Rd+62.7P/Rd+243.1(D)通过使用式(D)作为回归方程，能够高精度且简便地确定用于得到所希望的中间层的宽度wI的RTP处理条件，能够在提高晶圆品质的同时实现制造成本的大幅削减。本专利技术中构成了如下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅晶圆的热处理方法，快速升降温热处理装置的处理温度TS为1250℃～1350℃，且从所述处理温度开始的降温速度Rd在20℃/秒～150℃/秒的范围内，热处理气氛气体中的氧分压P的上限由下述式(A)表示，下限由下述式(B)表示，在该上限和下限的范围内进行热处理，P＝0.00207TS·Rd‑2.52Rd+13.3   (A)，P＝0.00548TS·Rd‑0.605Rd‑0.511       (B)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.01 JP 2016-1098451.一种硅晶圆的热处理方法，快速升降温热处理装置的处理温度TS为1250℃～1350℃，且从所述处理温度开始的降温速度Rd在20℃/秒～150℃/秒的范围内，热处理气氛气体中的氧分压P的上限由下述式(A)表示，下限由下述式(B)表示，在该上限和下限的范围内进行热处理，P＝0.00207TS·Rd-2.52Rd+13.3(A)，P＝0.00548TS·Rd-0.605Rd-0.511(B)。2.一种硅晶圆的热处理方法，具有如下工序：利用预测硅晶圆中的空位和间隙硅原子的热处理中的行为的点缺陷模拟来决定成为任意的无缺陷区域的宽度wDZ的处理温度TS、降温速度Rd和氧分压P的组合的工序；决定使所述无缺陷区域的宽度wDZ、处理温度TS、降温速度Rd和氧分压P建立联系的回归方程的工序；以及使用所述回归方程决定用于得到所希望的宽度的无缺陷区域的处理温度TS、降温速度Rd和氧分压P的组...

【专利技术属性】
技术研发人员：前田进，番场博则，须藤治生，冈村秀幸，荒木浩司，末冈浩治，中村浩三，
申请(专利权)人：环球晶圆日本股份有限公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP