本發(fā)明涉及一種單晶硅晶圓的熱處理方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)已知為了賦予單晶硅晶圓吸除能力，進行有快速熱退火(rapidthermalannealing,rta)處理。如此的rta處理，被廣泛地應用于在全平面為具有中性(neutral：以下亦稱為n)區(qū)域的單晶硅晶圓，所謂該n區(qū)域指較少關(guān)于被稱為晶格空位(vacancy：以下亦標記為va)的晶體缺陷的空孔及被稱做間隙硅(interstitialsilicon：以下亦標記為i-si)的間隙型的晶體缺陷之過多或不足的狀況。更具體而言，該rta處理應用于全平面含有以n區(qū)域而言i-si較多的ni區(qū)域、va較多的nv區(qū)域及含有氧化引致迭差區(qū)域(oxidation-inducedstackingfault：osf)區(qū)域的nv區(qū)域等的晶圓。

作為如此的rta處理的例子而言，專利文獻1中記載有的方法，透過將rta處理予以在含有nh3的氛圍下進行，在晶圓表面形成氮化膜而供給晶圓空穴并賦予吸除(gettering)能力。但是，若以如此的方法進行全平面為nv區(qū)域的單晶硅晶圓、或是全平面是含有osf區(qū)域的nv區(qū)域的單晶硅晶圓的rta處理，則依據(jù)晶圓的氧濃度，會有微缺陷(bulkmicrodefect,bmd)的體積變大，bmd的密度變的過高，而使時依性氧化層崩潰(time-dependentdielectricbreakdown,tddb)特性惡化的問題。

〔現(xiàn)有技術(shù)文獻〕

專利文獻1：日本特開2009-212537號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明用于解決上述問題，提供一種單晶硅晶圓的熱處理方法，即使是處理全平面為nv區(qū)域的單晶硅晶圓，或是全平面為包含有osf區(qū)域的nv區(qū)域的單晶硅晶圓，亦能夠不使tddb特性惡化而賦予吸除能力。

為了解決前述問題，本發(fā)明提供一種單晶硅晶圓的熱處理方法，對于單晶硅晶圓施加rta處理，將全平面為nv區(qū)域的單晶硅晶圓，或是全平面為包含有osf區(qū)域的nv區(qū)域的單晶硅晶圓配置于rta爐內(nèi)，在將含有nh3的氣體供給至該rta爐內(nèi)的同時，以未達硅與nh3的反應溫度的溫度進行預備加熱，之后停止供給該含有nh3的氣體并且開始供給ar氣體，于殘留有該nh3氣體的ar氣體氛圍下開始rta處理。

依照如此熱處理方法，能夠使形成于單晶硅晶圓的表面的氮化膜的厚度較已知方法更薄。因此能夠抑制空穴的供給量，即使是處理全平面為nv區(qū)域或是全平面為包含有osf區(qū)域的nv區(qū)域的單晶硅晶圓，亦能夠防止促進過剩的氧析出，防止表層的氧析出物的顯露。因此能夠不使tddb特性惡化而賦予吸除能力。

又在此時，該rta處理以在1000至1275℃、10至30秒間的條件為佳。若以此條件進行rta處理，便容易適度注入空穴，而能夠更確實的賦予吸除能力。又能夠防止滑移錯位或源自裝置的重金屬污染。

又此時該預備加熱以高于常溫且600℃以下的溫度而進行為佳。若以此溫度進行預備加熱，爐內(nèi)的nh3濃度便會變得均勻而更加確實防止預備加熱時氮化膜的形成。

又于此時，以該單晶硅晶圓為全平面為nv區(qū)域，且氧濃度在10至12ppm，或者該單晶硅晶圓為全平面為包含有osf區(qū)域的nv區(qū)域，且氧濃度在9至11ppma為佳。本發(fā)明的熱處理方法，特別是于如此氧濃度的單晶硅晶圓的熱處理中有效果。依照本發(fā)明的熱處理方法，即使在此如此的氧濃度范圍，亦能更加確實的追求tddb特性的改善及賦予吸除能力的兼?zhèn)洹?/p>

又于此時，于該rta處理中，以在升溫至硅與nh3發(fā)生反應的溫度時的rta爐內(nèi)的nh3濃度為0.5體積百分比以上、3體積百分比以下為佳。通過使rta爐內(nèi)的nh3濃度為如此濃度，能夠更確實地于晶圓平面內(nèi)形成膜厚度均勻的氮化膜。

如以上所述，依照本發(fā)明的單晶硅晶圓的熱處理方法，即使是處理全平面為nv區(qū)域或是全平面為包含有osf區(qū)域的nv區(qū)域的單晶硅晶圓，亦能夠不使tddb特性惡化而賦予吸除能力。

因此，依照本發(fā)明的單晶硅晶圓的熱處理方法，能夠自晶圓表面至成為裝置活性區(qū)域的預定深度形成無結(jié)晶缺陷發(fā)生的全凈帶(denudedzone,dz)。又通過氧析出熱處理等，能夠得到能夠于晶圓內(nèi)部形成成為吸除側(cè)的氧析出物的單晶硅晶圓。

附圖說明

圖1是顯示本發(fā)明的一例中單晶硅晶圓的熱處理方法的流程圖。

圖2是顯示比較通過本發(fā)明的熱處理方法所形成的氮化膜與通過已知的熱處理方法所形成的氮化膜厚度的示意圖。

圖3是顯示自以實施例一或比較例一的熱處理方法進行熱處理后，全平面為含有osf區(qū)域的nv區(qū)域的晶圓的tddb(γ模式)的測定值所得的示意圖。

圖4是顯示自以實施例一或比較例一的熱處理方法進行熱處理后，全平面為含有osf區(qū)域的nv區(qū)域的晶圓的bmd密度的測定值所得的示意圖。

具體實施方式

全平面為ni區(qū)域的單晶硅晶圓由于即使在含有nh3氛圍下進行rta處理亦不會促進bmd的形成，因此tddb特性不會惡化。另一方面，如同前述，在全平面為nv區(qū)域，或是全平面是含有osf區(qū)域的nv區(qū)域的單晶硅晶圓中，氧濃度高過某個程度，則在含有nh3氛圍下進行rta處理時具有促進bmd的形成、氧析出物顯露于表層、tddb特性惡化的問題。

至此，本案發(fā)明人思及在全平面為nv區(qū)域的單晶硅晶圓，或是全平面為包含有osf區(qū)域的nv區(qū)域的單晶硅晶圓，于含有nh3氛圍下進行rta處理時，若是能夠通過使晶圓表面形成的氮化膜的厚度較薄而抑制空穴的供給量，則或許能夠不使tddb特性惡化而賦予吸除能力。

具體而言，現(xiàn)有技術(shù)已知雖于預備加熱及rta處理兩者中供給含有nh3的氣體，透過將含有nh3的氣體的供給限定于預備加熱時，且預備加熱時控制溫的以使氮化膜不會形成，于之后的rta處理中，停止供給含有nh3的氣體而將供給氣體切換為ar氣體，能夠通過預備加熱時所供給而殘留于rta爐內(nèi)的含有nh3的氣體形成較薄的氮化膜，而完成本發(fā)明。

即本發(fā)明為一種對于單晶硅晶圓施以rta處理的熱處理方法，將全平面為nv區(qū)域的單晶硅晶圓，或是全平面為包含有osf區(qū)域的nv區(qū)域的單晶硅晶圓配置于rta爐內(nèi)，在將含有nh3的氣體供給至該rta爐內(nèi)的同時，以未達硅與nh3的反應溫度的溫度進行預備加熱，之后停止供給該含有nh3的氣體并且開始供給ar氣體，于殘留有該nh3氣體的ar氣體氛圍下開始rta處理。

以下詳細說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限定于此。

圖1是顯示本發(fā)明的一例中單晶硅晶圓的熱處理方法的流程圖。

圖1的熱處理方法中，首先準備全平面為nv區(qū)域的單晶硅晶圓，或是全平面為包含有osf區(qū)域的nv區(qū)域的單晶硅晶圓(圖1的(a))。接著將此單晶硅晶圓配置于rta爐內(nèi)，在將含有nh3的氣體供給至該rta爐內(nèi)的同時，以未達硅與nh3的反應溫度的溫度進行預備加熱(圖1的(b))，之后停止供給該含有nh3的氣體并且開始供給ar氣體(圖1的(c))，于殘留有該nh3氣體的ar氣體氛圍下開始rta處理(圖1的(d))。

本發(fā)明的熱處理方法中，由于供給含有nh3的氣體的預備加熱時系將溫度控制在未達硅與nh3的反應溫度的溫度，因此在進行rta處理前不會晶圓表面形成氮化膜。又由于將含有nh3的氣體的供給限定于預備加熱，且在進行rta處理時停止供給含有nh3的氣體并且開始供給ar氣體，殘留于rta爐內(nèi)的含有nh3氣體由于濃度梯度而均勻擴散于爐內(nèi)，因此爐內(nèi)的nh3濃度將會降低。并且，rta處理的加熱、高溫維持中均勻擴散的含有nh3氣體(氮化氣體)與硅發(fā)生反應，形成膜厚度較薄且均勻的氮化膜。結(jié)果與已知熱處理方法的流程的全部過程(預備加熱及rta處理兩部分)中持續(xù)供給含有nh3的氣體相較，透過rta處理所注入的空穴的量被抑制，氧析出促進效果被降低，而能夠防止表層的氧析出物顯露。

以下進一步詳細說明本發(fā)明。

[單晶硅晶圓]

本發(fā)明的熱處理方法的對象的單晶硅晶圓，為全平面為nv區(qū)域的單晶硅晶圓，或是全平面為包含有osf區(qū)域的nv區(qū)域的單晶硅晶圓。如此的晶圓，能夠以例如自使用柴可拉斯基法所制造的單晶硅切割出以準備。如此缺陷區(qū)域的晶圓雖然若進行于預備加熱及rta處理的兩者中皆供給含有nh3的氣體的已知的熱處理，則tddb特性將惡化，但依照本發(fā)明的熱處理方法，則即使是處理如此的晶圓，亦能夠不使tddb特性惡化而賦予吸除能力。

又以單晶硅晶圓而言，以全平面為nv區(qū)域，氧濃度在10至12ppm，或者全平面為包含有osf區(qū)域的nv區(qū)域，且氧濃度在9至11ppma為佳。本發(fā)明的熱處理方法，特別對如此氧濃度的單晶硅晶圓熱處理有效。能夠在適度的范圍內(nèi)形成bmd密度的同時，更加確實的防止tddb特性惡化。

另外，本發(fā)明中的“ppma”表示“ppma(jeita)”(jeita：使用日本電子情報技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會的換算系數(shù))。

〔預備加熱〕

接著將單晶硅晶圓配置于rta爐內(nèi)，在將含有nh3的氣體供給至該rta爐內(nèi)的同時，以未達硅與nh3的反應溫度的溫度進行預備加熱。此時，透過使加熱溫度為未達硅與nh3的反應溫度的溫度，或是較佳為高于常溫且600℃以下的溫度，使預備加熱時晶圓表面不形成氮化膜。

另外本發(fā)明的熱處理方法中，若是預備加熱時的加熱溫度為如上所述的溫度，則rta處理時所形成的氮化膜厚度，與預備加熱時的加熱溫度、加熱時間及含有nh3的氣體的流量幾乎沒有關(guān)聯(lián)。因此，預備加熱條件并無特別限定，例如能夠使加熱溫度為高于常溫(約25℃)且600℃以下，加熱時間為10至60秒，含有nh3的氣體的流量為0.1至5l/min以進行。

以含有nh3的氣體而言，雖無特別限定，但可適合使用例如含有nh3的ar氣體等。又如同后述，本發(fā)明中，于rta處理，以加熱至硅與nh3發(fā)生反應的溫度時的rta爐內(nèi)的nh3濃度為0.5體積百分比以上、3體積百分比以下為佳。因此，以預備加熱時供給的含有nh3氣體的nh3濃度而言，以rta處理時rta爐內(nèi)的nh3濃度為上述范圍內(nèi)的濃度為佳，更加具體而言，以例如1體積百分比以上6.5體積百分比以下為佳。

〔停止供給含有nh3氣體及開始供給ar氣體〕

進行預備加熱后，進行停止供給含有nh3氣體及開始供給ar氣體。

此處停止供給含有nh3氣體及開始供給ar氣體，先進行任一方皆可，又亦可同時進行。并且，停止供給含有nh3氣體及開始供給ar氣體亦可于后述的rta處理開始前進行，亦可于rta處理開始的同時進行。

〔rta處理〕

接著于殘留有該nh3氣體的ar氣體氛圍下開始rta處理。另外，于包含有前述停止供給含有nh3氣體步驟及開始供給ar氣體步驟的本發(fā)明的熱處理方法中，rta處理時加熱至硅與nh3發(fā)生反應的溫度時的rta爐內(nèi)的nh3濃度雖無限定，但若特別是0.5體積百分比以上3體積百分比以下，則即使rta處理的溫度、時間以及ar氣體的流量等條件不同，亦容易使形成的氮化膜為幾乎相同的厚度。因此，rta處理條件雖無特別限定，但若以例如加熱溫度為1000至1275℃，加熱時間為10至30秒的條件進行，則由于能夠更加確實的賦予吸除能力而為佳。又亦能夠防止滑移錯位或重金屬污染的發(fā)生。

此處，比較通過已知的熱處理方法所形成的氮化膜的厚度與通過本發(fā)明的熱處理方法所形成的氮化膜的厚度，得到如圖2的結(jié)果。另外，以已知的熱處理方法而言，進行有以210至350℃、10秒并同時供給3體積分比的含有nh3的ar氣體的預備加熱，之后進行以最高溫度1175℃、10秒并同時供給3體積分比的含有nh3的ar氣體的rta處理。另一方面，以本發(fā)明的熱處理方法而言，進行與已知的熱處理方法相同的預備加熱后，停止供給含有nh3的ar氣體，開始供給ar氣體并同時以與已知的熱處理方法相同的溫度及時間進行rta處理。

如圖2所示，可得知相對于通過已知的熱處理方法所形成的氮化膜的厚度為2.5nm，通過本發(fā)明的熱處理方法所形成的氮化膜厚度為約2.4nm，較薄約0.1nm。由于此氧化膜的些微厚度差距，將大幅影響rta處理時的空穴的注入量，因此若通過本發(fā)明的熱處理方法使氮化膜的厚度較已知為薄，便能有效抑制空穴的注入量，而抑制晶圓表面氧析出物的形成。

又在本申請的發(fā)明人持續(xù)研究后，得知于本發(fā)明的熱處理方法，透過使加熱至硅與nh3發(fā)生反應的溫度時的rta爐內(nèi)的nh3濃度為0.5體積百分比以上3體積百分比以下，能夠更確實的形成膜厚度平面內(nèi)均勻的氮化膜。又得知氮化膜的膜厚度均勻性，如前所述大幅關(guān)聯(lián)于rta處理時的rta爐內(nèi)的nh3濃度，而與其他的預備加熱條件或rta處理條件幾乎沒有關(guān)聯(lián)。

又對以預備加熱及rta處理兩方皆持續(xù)供給含有nh3的氣體的已知熱處理方法進行熱處理的晶圓的tddb特性、bmd大小及bmd密度進行評估，得知若bmd大小在22nm以下，bmd密度在3×10⁹/cm³以下則tddb的特性會特別良好。另一方面，若bmd密度在5×10⁸/cm³以上，更進一步為1×10⁹/cm³以上則能成為具有特別良好的吸除能力的晶圓。自此可知若熱處理后的晶圓的bmd大小在22nm以下，bmd密度在1～3×10⁹/cm³則能夠成為具有特別良好的tddb特性及吸除能力的晶圓。

依照本發(fā)明的熱處理方法，由于能夠抑制空穴的供給量，得到如前述的較佳的bmd大小及bmd密度的晶圓，因此能夠得到具有特別良好的tddb特性及吸除能力的晶圓。

如同前述，依照本發(fā)明的單晶硅的熱處理方法，于預備加熱時控制溫度以使氮化膜不形成，而于rta處理時通過rta爐內(nèi)殘留的nh3氣體以形成氮化膜，因而與已知的熱處理方法相比能夠使通過rta處理而形成于晶圓表面的氮化膜的厚度較薄。因此，由于能夠抑制空穴的供給量，故即使是在以已知的熱處理方法下會使tddb特性惡化的全平面為nv區(qū)域的單晶硅晶圓，或是全平面為包含有osf區(qū)域的nv區(qū)域的單晶硅晶圓，亦能夠不使tddb特性惡化而賦予吸除能力。

〔實施例〕

以下參照實施例、比較例及參考例具體說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限定于此。

(單晶硅晶圓)

以實施例1及比較例1的進行熱處理的單晶硅晶圓而言，準備有分別具有不同氧濃度的全平面為nv區(qū)域的單晶硅晶圓及全平面為包含有osf區(qū)域的nv區(qū)域的單晶硅晶圓。另外以此些晶圓的氧濃度而言，分別準備有6.0ppma、8.0ppma、9.0ppma、10.0ppma、11.0ppma、12.0ppma及14.0ppma。

〔實施例1〕

對準備的晶圓，以下列條件進行預備加熱，之后停止供給含有nh3的氣體并開始供給ar氣體，而在殘留有nh3氣體的ar氣體氛圍下，以下列條件進行rta處理。

(預備加熱條件)

熱處理溫度：350℃以下

熱處理時間：10秒

供給氣體：3體積百分比含有nh3的ar氣體

氣體供給量：0.6l/min

(rta處理條件)

熱處理溫度(最高溫度)：1175℃

熱處理時間：10秒

供給氣體：ar氣體

氣體供給量：20l/min

rta爐內(nèi)nh3濃度(加熱至硅與nh3發(fā)生反應的溫度(600℃)時rta爐內(nèi)的nh3濃度)：0.6體積百分比

〔比較例1〕

對準備好的晶圓，以下列條件進行預備加熱，之后持續(xù)供給含有nh3的氣體，以下列條件進行rta處理。

(預備加熱條件)

熱處理溫度：350℃以下

熱處理時間：10秒

供給氣體：3體積百分比含有nh3的ar氣體

氣體供給量：0.6l/min

(rta處理條件)

熱處理溫度(最高溫度)：1175℃

熱處理時間：10秒

供給氣體：3體積百分比含有nh3的ar氣體

氣體供給量：20l/min

rta爐內(nèi)nh3濃度：3體積百分比(持續(xù)供給)

接著，對以前述的實施例1或比較例1的熱處理方法進行熱處理的晶圓的tddb特性及bmd密度如以下進行評估。

(tddb特性的評估)

閘極氧化膜厚度：25nm，電極面積：4mm²，tddb(γ模式)的判定基準：以5c/cm²以上的條件測定tddb(γ模式)，以下列的基準評估。

○：93％≦tddb(γ模式)

△：80％≦tddb(γ模式)＜93％

╳：tddb(γ模式)＜80％

(bmd密度的評估)

進行800℃/4小時及1000℃/16小時的氧析出處理，之后進行晶圓的劈開及刻蝕，測定劈開面的bmd密度，以下列的基準評估

◎：3×10⁹/cm³≦bmd密度

○：1×10⁹/cm³≦bmd密度＜3×10⁹/cm³

△：5×10⁸/cm³≦bmd密度＜1×10⁹/cm³

╳：bmd密度＜5×10⁸/cm³

全平面為nv區(qū)域的單晶硅晶圓的評估結(jié)果顯示于表1，全平面為包含有osf區(qū)域的nv區(qū)域的單晶硅晶圓的評估結(jié)果顯示于表2。

〔表1〕

〔表2〕

又將自如同上述以實施例1或是比較例1的熱處理方法進行熱處理，全平面為含有osf區(qū)域的nv區(qū)域的晶圓的tddb(γ模式)的測定值所求得的圖形顯示于圖3，自bmd密度的測定值所求得的圖形顯示于圖4。

〔參考例1〕

以參考例所使用的晶圓而言，與實施例1及比較例1不同，準備有全平面為ni區(qū)域的單晶硅晶圓，晶圓的氧濃度為6.0ppma、8.0ppma、9.0ppma、10.0ppma、11.0ppma、12.0ppma及14.0ppma。

對準備好的晶圓以與實施例1及比較例1相同的條件，進行預備加熱及之后的rta處理，將得到的晶圓的tddb特性及bmd密度以與實施例1相同的基準評估，結(jié)果顯示于表3。

〔表3〕

如表1、表2及圖3、4所示，可得知以實施例1的熱處理方法，在維持bmd密度于具有吸除能力的程度的同時，與比較例1的熱處理方法進行熱處理的狀態(tài)相較之下，整體的bmd密度降低，并且tddb特性的惡化被抑制。特別是全平面為nv區(qū)域的單晶硅晶圓中，在氧濃度為9至11ppma者觀察到tddb特性的顯著改善。又上述氧濃度時bmd密度亦特別良好，能夠賦予良好的吸除能力。

另一方面，如表3所示，全平面為ni區(qū)域的單晶硅晶圓，即使以實施例1、比較例1的任一種方法進行預備加熱及rta處理，在bmd密度及tddb特性亦看不出太大的差別。

因此，自實施例1、比較例1及參考例1，可得知在熱處理的對象是如同本發(fā)明，在全平面為nv區(qū)域的單晶硅晶圓，或全平面為包含有osf區(qū)域的nv區(qū)域的單晶硅晶圓時，關(guān)于tddb特性的改善，本發(fā)明發(fā)揮了極高的效果。

自以上所述，得知依照本發(fā)明的單晶硅晶圓的熱處理方法，由于即使是全平面為nv區(qū)域的單晶硅晶圓，或全平面為包含有osf區(qū)域的nv區(qū)域的單晶硅晶圓，亦能夠不使tddb特性惡化而調(diào)整為適當?shù)腷md密度，因此能夠制造具有吸除能力，確保dz層而具有良好tddb特性的單晶硅晶圓。

另外，本發(fā)明并不為前述實施例所限制。前述實施例為例示，具有與本發(fā)明的申請專利范圍所記載的技術(shù)思想為實質(zhì)相同的構(gòu)成，且達成同樣作用效果者，皆包含于本發(fā)明的技術(shù)范圍。