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公開番号2025141255
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024041107
出願日2024-03-15
発明の名称シリコン基板の熱処理方法
出願人信越半導体株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01L 21/316 20060101AFI20250919BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】
Si{110}基板の成膜時における主表面の粗さ、特に微小な突起状の欠陥を抑制・制御する方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
主表面の面方位が{110}のシリコン基板の主表面に膜を形成する膜形成熱処理を行う熱処理方法であって、該熱処理方法は、主表面の面方位が{110}のシリコン基板を540℃以下の炉内温度で熱処理炉に投入する工程と、前記熱処理炉に投入された前記シリコン基板の主表面にパッシベーション膜を形成しながら前記シリコン基板を昇温する工程と、前記昇温後に前記シリコン基板の膜形成熱処理を行う工程とを含むことを特徴とする熱処理方法。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
主表面の面方位が｛１１０｝のシリコン基板の主表面に膜を形成する膜形成熱処理を行う熱処理方法であって、該熱処理方法は、
主表面の面方位が｛１１０｝のシリコン基板を５４０℃以下の炉内温度で熱処理炉に投入する工程と、
前記熱処理炉に投入された前記シリコン基板の主表面にパッシベーション膜を形成しながら前記シリコン基板を昇温する工程と、
前記昇温後に前記シリコン基板の膜形成熱処理を行う工程とを含むことを特徴とする熱処理方法。
続きを表示（約 70 文字）【請求項２】
前記パッシベーション膜を酸化膜、窒化膜、酸窒化膜のいずれかとすることを特徴とする請求項１に記載の熱処理方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板の熱処理方法に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
現在のロジックＩＣに採用されているＦｉｎ構造に代わり、次世代以降の半導体ではＧＡＡ（Ｇａｔｅ－Ａｌｌ－Ａｒｏｕｎｄ）構造や、さらにＮＭＯＳとＣＭＯＳを積層するＣＦＥＴ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が提案され、積極的に研究開発がなされている。この際、正孔移動度を向上させる手法として、シリコン（以下、「Ｓｉ」ともいう）のいくつかある面方位のうち（１１０）を利用することが検討されている（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００８－０９１８８７号公報
特開２００６－１００５９６号公報
特開２００８－０８８０４５号公報
特開２０１４－２３９１８４号公報
特開２００８－０９１８９１号公報
特開２００１－２５３７９７号公報
【非特許文献】
【０００４】
応用物理学会半導体の結晶成長と加工および評価に関する産学連携委員会第１回研究会「半導体復権を支える結晶技術」
山田他、「Ｓｉ（１１０）－１６×２単一ドメイン表面の作製」、表面科学、２９（７）、４０１（２００８）
宮地他、「超高真空非接触原子間顕微鏡によるＳｉ（１１０）再構成表面の観察」、日本金属学会誌、７２（４）、２９０（２００８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、Ｓｉ（１１０）基板は、表面ラフネス、ヘイズが大きいという問題が指摘されている（非特許文献１）。ここでヘイズは、表面の曇り度合いとも言われ、表面粗さを光の散乱度合いで表したものであり、ヘイズが大きいほど表面が粗いことを意味する。また、Ｓｉ（１１０）最表面の最安定構造が確認されたのは比較的最近（非特許文献２、３）である。
【０００６】
また非特許文献２、３に記載されている通り、Ｓｉ（１１０）の表面構造においては、その最安定構造である１６×２ドメイン（構造上の１つのまとまりをもつ領域）は温度によって相転換を起こす。図３はシリコン（１１０）基板の表面温度と表面最安定構造の関係を示す模式図である。図３に示すように、シリコン（１１０）基板の表面最安定構造は、約６００～８００℃の範囲で変化するとされている。例えばシリコンエピタキシャル（以下、単に「エピタキシャル」ともいう）層を成長させるための水素ベイクやその次のシリコンエピタキシャル成長が１０００℃を超えるため表面構造は一旦は１×１構造になるが、この温度帯では冷却中に相変化を起こしてしまい、また冷却中に通過する時間にも依存し表面構造が変化する。
【０００７】
また、この構造の変化に伴い、ステップバンチング現象も発生する。ステップバンチングとは、シリコンなどの半導体材料において、ウェーハ表面にステップと呼ばれる原子レベルの段差が存在し、熱処理などにより表面の原子が移動することによりステップが集まり、より大きな段差を形成する現象である。さらに例えば、ＧＡＡやＣＦＥＴで積層されるＳｉＧｅのようなものはちょうどこの温度帯の処理を伴うことが多く、より表面構造の理解を困難にしていることが容易に想像でき、この相変化に伴う現象が大きなバイアスとなって、他の現象（欠陥や汚染挙動など）の理解を妨げる原因となっている。
【０００８】
このＳｉ（１１０）面独特の最表面構造は、エッチング後の表面構造にも影響を及ぼす。１６×２ドメインの表面構造のステップ端はＳｉ（１００）のような単原子構造ではなく、２原子分の段差があり、反応系のエネルギーが小さい（平衡反応）場合は、最表面の原子で反応が進行することで、エッチング後の表面形状は表面第一近接のＳｉ（１１１）に囲まれた線状構造になる。一方で、反応系エネルギーが大きい場合は、最表面及びその下の原子まで反応に関与することになり、表面第二近接のＳｉ（１１１）に囲まれた四角形の形状が現れることになる。
【０００９】
このような面状態のＳｉ（１１０）に対して、特許文献１では、エピタキシャル成長時の方位を傾けることで面荒れを低減する手法が公開されている。特許文献２では、同じエピタキシャル成長でも冷却速度の規定と表面保護に関して公開されている。さらに、特許文献３では、エピタキシャル成長時ではなく結晶成長時に面方位を規定し、同じように面荒れを低減する方法が公開されている。特許文献４では、エピタキシャル面を研磨することが公開されている。特許文献５には、特許文献１の測定対象であるＬＰＤ検出サイズが異なる技術が公開されている。また、特許文献６には、３０μｍ以上と非常に厚いエピタキシャル膜厚であるが、スライス時のオフ角を０．５～７°とすることで、周辺部に円環状に形成される面荒れを低減する方法が開示されている。
【００１０】
一方で本発明者らは、このような面荒れや結晶欠陥に起因する欠陥以外に、特に、Ｓｉ（１１０）基板は、Ｓｉ（１００）基板と異なり、最安定構造が１６×２ドメインの特殊な構造であるために、最安定構造１６×２ドメインの隣接部は不安定な領域（非特許文献２では、「ディスオーダ領域」と表現されている）があり、この部分から、エピタキシャル成長前の水素ベイクやエピタキシャル成長をはじめとした熱処理によって微小な突起状の欠陥が生成し、Ｓｉ（１１０）基板の欠陥面内分布が形成されることを明らかにし、この対策を示してきた。
（【００１１】以降は省略されています）

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