[发明专利]硅晶圆的热处理方法

说明书

快速升降温热处理装置的处理温度Tsubgt;S/subgt;为1250℃～1350℃，且从上述处理温度开始的降温速度Rsubgt;d/subgt;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＝0.00207Tsubgt;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))的范围内调节处理温度Tsubgt;S/subgt;、降温速度Rsubgt;d/subgt;而进行热处理。

技术领域

该发明涉及一种在表层形成半导体器件的硅晶圆的热处理方法。

背景技术

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(Denuded Zone：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(bulk layer)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(Rapid Thermal Process：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

发明内容

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DLT_S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。