[發(fā)明專利]硅晶圓的熱處理方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780033330.2
• 申請(qǐng)日: 2017-03-23
• 公開（公告）號(hào): CN109196625B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 前田進(jìn);番場(chǎng)博則;須藤治生;岡村秀幸;荒木浩司;末岡浩治;中村浩三
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 環(huán)球晶圓日本股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/322
• 分類號(hào): H01L21/322;C30B33/02;H01L21/26
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 苗堃;金世煜

快速升降溫?zé)崽幚硌b置的處理溫度Tsubgt;S/subgt;為1250℃～1350℃，且從上述處理溫度開始的降溫速度Rsubgt;d/subgt;在20℃/秒～150℃/秒的范圍內(nèi)，在熱處理氣氛氣體中的氧分壓P的上限P＝0.00207Tsubgt;S/subgt;·Rsubgt;d/subgt;－2.52Rsubgt;d/subgt;+13.3(式(A))、P的下限P＝0.000548Tsubgt;S/subgt;·Rsubgt;d/subgt;－0.605Rsubgt;d/subgt;－0.511(式(B))的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)處理溫度Tsubgt;S/subgt;、降溫速度Rsubgt;d/subgt;而進(jìn)行熱處理。

技術(shù)領(lǐng)域

該發(fā)明涉及一種在表層形成半導(dǎo)體器件的硅晶圓的熱處理方法。

背景技術(shù)

隨著近年來的半導(dǎo)體器件的高集成化和高性能化，要求作為其基板使用的硅晶圓(以下，簡稱為晶圓)的高品質(zhì)化。

具體而言，在形成半導(dǎo)體器件的晶圓表層的無缺陷區(qū)域(Denuded?Zone：以下適當(dāng)簡稱為DZ層)中，要求完全不存在于硅晶體生長中從裝入硅熔體的坩堝中溶入的氧與硅的化合物、即氧析出物或在晶體生長中導(dǎo)入該晶體中的空位的凝聚體、即空洞缺陷。其原因如下：氧析出物等作為漏電流源發(fā)揮作用，有可能使半導(dǎo)體器件的電特性降低，空洞缺陷在晶圓的表面形成凹狀的凹陷，有可能成為形成于該表面的配線的斷線的原因。

另一方面，在比DZ層更深的體層(bulk?layer)中，要求析出規(guī)定密度以上的氧析出物。其原因在于：體層的氧析出物在工藝中作為捕獲附著于晶圓表面的重金屬的吸雜源發(fā)揮作用而提高器件的電特性，而且作為將引起晶圓的熱處理中的塑性變形的位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)固定的固定源發(fā)揮作用而提高晶圓的機(jī)械強(qiáng)度。

氧析出物的密度的晶圓深度方向分布很大程度上取決于由對(duì)晶圓實(shí)施的高溫下的快速升降溫?zé)崽幚?Rapid?Thermal?Process：以下簡稱為RTP)所形成的點(diǎn)缺陷(特別是空位)的晶圓深度方向分布。例如，在下述專利文獻(xiàn)1中，對(duì)從利用切克勞斯基法(Czochralski法)生長的晶體中切出的晶圓在氬或氫氣氛中進(jìn)行RTP(參照該文獻(xiàn)的段落0037)。通過進(jìn)行該RTP，能夠在晶圓的表層形成無氧析出物的DZ層，而且能夠在主體區(qū)域析出足夠的密度的氧析出物(參照該文獻(xiàn)的圖7、圖8)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2009-16864號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容

在專利文獻(xiàn)1中，由該文獻(xiàn)的圖12～圖21的照片可知，使用紅外散射斷層掃描儀來進(jìn)行氧析出物的析出評(píng)價(jià)，根據(jù)該評(píng)價(jià)結(jié)果，規(guī)定不存在氧析出物的DZ寬度。然而，可由該紅外散射斷層掃描儀檢測(cè)到的氧析出物為尺寸約25nm以上的氧析出物，比其小的尺寸的氧析出物難以檢測(cè)。例如，已知在圖像傳感器用器件中，紅外散射斷層掃描儀的檢測(cè)下限以下的尺寸的氧析出物可能成為被稱為白瑕疵的圖像傳感器的像素不良的原因，抑制用紅外散射斷層掃描儀無法檢測(cè)的微小的氧析出物變得更加重要。

已知氧析出物的析出與由RTP導(dǎo)入到晶圓中的空位和氧的復(fù)合體、即VOx的濃度存在密切聯(lián)系。具體而言，如圖1A中實(shí)線所示，在DZ層中，通過使VOx濃度小于1.0×10¹²/cm³，從而可靠地抑制可對(duì)器件特性造成不良影響的氧析出物的析出，另一方面，通過在體層中使VOx濃度為5.0×10¹²/cm³以上，能夠?qū)胱阋晕s重金屬的密度的氧析出物。

然而，對(duì)于VOx濃度而言，像鉑擴(kuò)散后的DLT_S測(cè)定等那樣，除非采用需要大量成本的特殊方法，否則難以進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，存在其晶圓深度方向的濃度控制困難的問題。因此，在以往的晶圓中，如圖1B所示，有時(shí)在DZ層內(nèi)形成有可能析出微小的氧析出物的VOx濃度為1.0×10¹²/cm³以上的區(qū)域(本圖中用“NG”表示的區(qū)域)，有可能器件特性降低。