JP2000178098A - Heat treatment of silicon wafer - Google Patents

Heat treatment of silicon wafer

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JP2000178098A
JP2000178098A JP35646198A JP35646198A JP2000178098A JP 2000178098 A JP2000178098 A JP 2000178098A JP 35646198 A JP35646198 A JP 35646198A JP 35646198 A JP35646198 A JP 35646198A JP 2000178098 A JP2000178098 A JP 2000178098A
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heat treatment
wafer
silicon wafer
oxygen concentration
silicon
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Tomoyuki Matsuno
知之 松野
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Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat treatment process which enables reduction in oxygen concentration in a wafer to a level required for forming a semiconductor device having excellent properties from the wafer. SOLUTION: This treatment process comprises: subjecting a silicon wafer to heat treatment in a hydrogen atmosphere at 1,100-1,200 deg.C; and subsequently, subjecting the heat-treated wafer to polishing treatment in such a way that a DZ(denuded zone) layer having a >=5 μm thickness remains in the wafer surface; wherein in the heat treatment stage, a silicon wafer having 11.0-13.0×1017 atms/cm3 interstitial oxygen concentration is subjected to heat treatment for a 10-30 min heat treatment time. By subjecting the wafer to hydrogen annealing treatment to reduce oxygen concentration in the wafer, the junction leak current in the region from the wafer surface layer to the depths of several μm can be reduced. By polishing the DZ layer, the asperity of the wafer surface and also the interface micro-roughness can be improved, to realize a silicon water capable of forming a semiconductor device having excellent operating speed characteristics and high insulation resistance.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウエハの
熱処理方法に関し、更に詳細には、水素熱処理によりシ
リコンウエハを無欠陥化する、シリコンウエハの熱処理
方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for heat-treating a silicon wafer, and more particularly to a method for heat-treating a silicon wafer in which a silicon wafer is made defect-free by a hydrogen heat treatment.

【0002】[0002]

【従来の技術】種々の半導体装置製造用の基板として用
いられるシリコンウエハは、チョクラルスキー法(CZ
法)により円柱状のシリコン単結晶インゴットを溶融シ
リコン池から引き上げ成形し、引き上げたシリコン単結
晶インゴットを輪切りにすることにより製造されてい
る。インゴットから切り出されたままのシリコンウエハ
は、多量の酸素を不純物として含有するので、通常、半
導体装置をウエハ上に形成する工程の前に、熱処理を施
している。シリコンウエハに熱処理を施すことにより、
シリコンウエハ表層の酸素を除去すると共に、シリコン
ウエハ内部に酸素析出物を形成し、半導体装置の製造プ
ロセスで混入する重金属不純物を内部の酸素析出物によ
り捕獲することにより、表層の素子活性領域に重金属不
純物が混在しないようにしている。この重金属不純物の
捕獲手法は、一般に、イントリンシック・ゲッタリング
(IG)技術と呼ばれている。
2. Description of the Related Art A silicon wafer used as a substrate for manufacturing various semiconductor devices is manufactured by a Czochralski method (CZ).
The silicon single crystal ingot having a columnar shape is pulled up from a molten silicon pond by a method), and the silicon single crystal ingot pulled up is cut into a ring. Since a silicon wafer that has been cut out of an ingot contains a large amount of oxygen as an impurity, it is usually subjected to a heat treatment before a step of forming a semiconductor device on the wafer. By subjecting the silicon wafer to heat treatment,
By removing oxygen from the surface layer of the silicon wafer, forming oxygen precipitates inside the silicon wafer, and capturing heavy metal impurities mixed in during the manufacturing process of the semiconductor device by the oxygen precipitates inside, the heavy metal is deposited on the element active region on the surface layer. The impurities are not mixed. This method of capturing heavy metal impurities is generally called intrinsic gettering (IG) technology.

【0003】従来のシリコンウエハの酸素析出方法で
は、先ず、切り出されたシリコンウエハを温度1000
℃〜1200℃の高温に加熱して表層の酸素を外方に拡
散させる。次いで、酸素の析出核を形成するために、窒
素又は酸素雰囲気中で温度600℃〜900℃の熱処理
をシリコンウエハに施し、引き続いて、酸素析出物を成
長させるために温度900℃〜1150℃の高温熱処理
を行っている。
In a conventional method for precipitating oxygen from a silicon wafer, a cut silicon wafer is first heated to a temperature of 1000 ° C.
C. to 1200.degree. C. to diffuse the surface oxygen outward. Next, a heat treatment at a temperature of 600 ° C. to 900 ° C. is performed on the silicon wafer in an atmosphere of nitrogen or oxygen to form a precipitation nucleus of oxygen, and subsequently at a temperature of 900 ° C. to 1150 ° C. to grow an oxygen precipitate. High temperature heat treatment is performed.

【0004】最近では、更に、水素雰囲気下で熱処理を
シリコンウエハに施す、いわゆる水素アニール処理を施
す熱処理方法が多用されるようになっている。次いで、
水素アニール処理を含む従来の熱処理方法では、先ず、
上述の熱処理工程を行い、続いて、ウエハ表層を研磨す
るポリッシング処理を行う。そして、最終処理として、
シリコンウエハに水素雰囲気下で1000℃〜1200
℃の温度で約1時間熱処理を施す。これにより、ウエハ
内部に酸素析出による欠陥層を形成し、IG効果を持た
せ、かつウエハ表層にDZ層を形成している。尚、従
来、使用しているシリコンウエハの格子間酸素濃度は、
1.4〜1.6×1018atms/ cm3程度である。
Recently, a heat treatment method of performing a so-called hydrogen annealing treatment in which a heat treatment is performed on a silicon wafer in a hydrogen atmosphere has been frequently used. Then
In a conventional heat treatment method including a hydrogen annealing treatment, first,
The heat treatment described above is performed, and subsequently, a polishing process for polishing the surface layer of the wafer is performed. And as final processing,
1000 ° C-1200 under hydrogen atmosphere on silicon wafer
Heat treatment is performed at a temperature of about 1 hour. Thus, a defect layer due to oxygen precipitation is formed inside the wafer, an IG effect is provided, and a DZ layer is formed on the surface of the wafer. Conventionally, the interstitial oxygen concentration of a silicon wafer used is
It is about 1.4 to 1.6 × 10 18 atms / cm 3 .

【0005】ところで、半導体装置の高集積化に伴い、
素子活性領域が形成されるシリコンウエハ表層のDZ
(デヌーテッドゾーン)層の無欠陥性への要求が、益
々、厳しくなっている。Si中の酸素不純物の存在は、
シリコンウエハ表層の主なる欠陥であって、pn接合面
での接合リーク電流増大の原因となるものであり、ま
た、その他の欠陥発生の原因ともなる。そこで、酸素に
起因する欠陥を減少させるため、シリコン単結晶の酸素
濃度を低下させる必要がある。
By the way, as semiconductor devices become more highly integrated,
DZ of silicon wafer surface layer where element active region is formed
The demand for defect-free (denatured zone) layers is becoming increasingly severe. The presence of oxygen impurities in Si
This is a major defect on the surface layer of the silicon wafer, which causes an increase in junction leak current at the pn junction surface, and also causes other defects. Therefore, it is necessary to reduce the oxygen concentration of the silicon single crystal in order to reduce defects caused by oxygen.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、水素アニール
処理を含む熱処理をシリコンウエハに施して、シリコン
ウエハ中の酸素濃度を低下させる従来の熱処理方法に
は、以下のような問題点があった。第1の問題点は、水
素アニール処理すると、ウエハ最表面には欠陥が観察さ
れないものの、ウエハ表面近傍のバルク中に欠陥層が形
成されていることが多いことである。即ち、水素アニー
ル処理を施すと、表面層は無欠陥であるが、表面層より
やや深い領域には、欠陥が残る可能性が高く、このため
に、半導体デバイス特性を劣化させる恐れがある。
However, the conventional heat treatment method for performing a heat treatment including a hydrogen annealing treatment on a silicon wafer to reduce the oxygen concentration in the silicon wafer has the following problems. The first problem is that when hydrogen annealing is performed, no defect is observed on the outermost surface of the wafer, but a defect layer is often formed in the bulk near the wafer surface. That is, when the hydrogen annealing treatment is performed, the surface layer has no defect, but there is a high possibility that a defect remains in a region slightly deeper than the surface layer, which may deteriorate the semiconductor device characteristics.

【0007】第2の問題点は、従来の水素アニール処理
では、ウエハ表面のマイクロラフネスを悪化させること
である。ウエハ表面のマイクロラフネスは、ウエハメー
カによっても異なるが、例えば一例を上げると、Ra=
0.12nm、Rmax =1.29nm、別の例では、R
a=0.24nm、Rmax =2.18nm、或いはRa
=0.11nm、Rmax =1.23nm等である。Si
2 /Siの界面マイクロラフネスが大きいと、1)キ
ャリアの移動度が低下するので、LSIの動作の速度性
能が低下し、更には、2)極薄酸化膜の信頼性を劣化さ
せ、ゲート電極の絶縁耐圧が低下する。従って、LSI
の特性を高めるためには、ウエハ表面の原子オーダーの
平坦度が不可欠であるにもかかわらず、従来の水素アニ
ール処理では、ウエハ表面に対する所要平坦度を満足さ
せることが難しかった。
A second problem is that the conventional hydrogen annealing deteriorates the micro roughness of the wafer surface. The micro-roughness of the wafer surface varies depending on the wafer maker, but for example, Ra =
0.12 nm, R max = 1.29 nm, in another example, R
a = 0.24 nm, R max = 2.18 nm, or Ra
= 0.11nm, is the R max = 1.23nm and the like. Si
If the interface microroughness of O 2 / Si is large, 1) the mobility of carriers is reduced, so that the speed performance of the LSI operation is reduced, and 2) the reliability of the ultrathin oxide film is deteriorated, and The withstand voltage of the electrode decreases. Therefore, LSI
In order to enhance the characteristics of the above, it is indispensable to have the flatness of the atomic order on the wafer surface, but it has been difficult to satisfy the required flatness on the wafer surface by the conventional hydrogen annealing treatment.

【0008】第3の問題点は、転位欠陥が発生すること
である。Si中に存在する不純物原子のあるものは、ウ
エハ中で転位の伝搬を阻止する働きをする。不純物とし
てSi中に存在する酸素原子は、転位の伝搬阻止の働き
が良好であって、ウエハ中にある程度の酸素濃度がある
と、反り等のウエハの変形が生じ難くなる。換言すれ
ば、Si結晶の場合、或る程度の酸素が存在しないと、
図5に示すように、ストレス等によって結晶転位の欠陥
が発生する。しかし、従来の水素アニール処理では、こ
の必要な酸素まで、外方拡散させてしまう恐れがあっ
た。図5はストレス等によって転位欠陥が発生した状態
を示す模式図である。
[0008] The third problem is that dislocation defects occur. Some of the impurity atoms present in the Si function to prevent dislocation propagation in the wafer. Oxygen atoms present in Si as impurities have a good function of preventing dislocation propagation, and if there is a certain oxygen concentration in the wafer, deformation of the wafer such as warpage is unlikely to occur. In other words, in the case of Si crystals, if some oxygen is not present,
As shown in FIG. 5, crystal dislocation defects occur due to stress or the like. However, in the conventional hydrogen annealing treatment, there is a possibility that the necessary oxygen is diffused outward. FIG. 5 is a schematic diagram showing a state in which dislocation defects have occurred due to stress or the like.

【0009】以上のように、水素アニール処理を含む従
来のウエハの熱処理方法では、要求される程度まで酸素
濃度を低下させることが難しかった。そこで、本発明の
目的は、優れた特性を有する半導体装置の形成に必要な
程度まで、シリコンウエハ中の酸素濃度を低下させるこ
とのできる、シリコンウエハの熱処理方法を提供するこ
とである。
As described above, in the conventional wafer heat treatment method including the hydrogen annealing treatment, it was difficult to lower the oxygen concentration to a required level. Accordingly, an object of the present invention is to provide a silicon wafer heat treatment method capable of reducing the oxygen concentration in a silicon wafer to a level necessary for forming a semiconductor device having excellent characteristics.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るシリコンウエハの熱処理方法は、水素
雰囲気下で1100℃以上1200℃以下の範囲の温度
でシリコンウエハに熱処理を施す熱処理工程を有して、
熱処理によりシリコンウエハ中の酸素を外方に拡散させ
ることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a method for heat-treating a silicon wafer according to the present invention comprises a heat treatment for heat-treating a silicon wafer in a hydrogen atmosphere at a temperature ranging from 1100 ° C. to 1200 ° C. Having a process,
It is characterized in that oxygen in a silicon wafer is diffused outward by heat treatment.

【0011】好適には、熱処理工程では、格子間酸素濃
度が11.0〜13.0×1017atms/ cm3の範囲のシ
リコンウエハに10分以上30分以下の熱処理時間で熱
処理を施す。本発明方法で、格子間酸素濃度を11.0
〜13.0×1017atms/ cm3に限定しているのは、酸
素濃度が13.017atms/ cm3より高い場合には、上述
の問題点で指摘したように、ウエハ表層付近に酸素起因
の結晶欠陥が発生する確率が高くなるためである。本発
明では、この発生確率を下げるため、酸素濃度を低くす
ることにより、ウエハ表層から深さ数μm領域の接合リ
ーク電流を低減することができる。
Preferably, in the heat treatment step, the silicon wafer having an interstitial oxygen concentration in the range of 11.0 to 13.0 × 10 17 atms / cm 3 is subjected to heat treatment for a heat treatment time of 10 minutes to 30 minutes. In the method of the present invention, the interstitial oxygen concentration is adjusted to 11.0.
The reason why the concentration is limited to 13.0 × 10 17 atms / cm 3 is that when the oxygen concentration is higher than 13.0 17 atms / cm 3 , as pointed out in the above-mentioned problem, the vicinity of the wafer surface layer is increased. This is because the probability of occurrence of oxygen-induced crystal defects increases. In the present invention, in order to reduce the probability of occurrence, by lowering the oxygen concentration, it is possible to reduce the junction leakage current in a region of a depth of several μm from the surface of the wafer.

【0012】また、本発明で、熱処理時間を10分以上
30分以下に限定しているのは、熱処理時間が30分よ
り長い場合、上述の問題点で指摘したように、酸素の外
方拡散が過剰に進むため、以下に図6を参照して説明す
るように、表層から数μm領域の接合リーク電流が増加
する。図6(a)は酸素濃度が15×1017atms/ cm3
のシリコンウエハに1100℃以上1200℃以下の範
囲の熱処理温度で1時間の水素アニール処理を施した際
のpn接合面でのリーク電流の測定結果であり、図6
(b)は酸素濃度が15×1017atms/ cm3のシリコン
ウエハに1100℃以上1200℃以下の範囲の熱処理
温度で2時間の水素アニール処理を施した際のpn接合
面でのリーク電流の測定結果であり、図6(c)は酸素
濃度が12×1017atms/ cm3のシリコンウエハに11
00℃以上1200℃以下の範囲の熱処理温度で1時間
の水素アニール処理を施した際のpn接合面でのリーク
電流の測定結果である。図6(a)、(b)及び(c)
は、それぞれ、縦軸にリーク電流値(PA)を取り、横
軸には測定した時に得たリーク電流値の度数分布を取っ
ている。図6から判る通り、図6(a)と図6(b)と
の比較から判る通り、水素アニール処理の処理時間が長
いと、リーク電流が増大し、図6(a)と図6(c)と
の比較から判る通り、シリコンウエハの酸素濃度が低い
と、リーク電流が低減する。
In the present invention, the reason why the heat treatment time is limited to 10 minutes or more and 30 minutes or less is that when the heat treatment time is longer than 30 minutes, the outward diffusion of oxygen is pointed out as described above. Excessively increases, as described below with reference to FIG. 6, the junction leakage current in the region of several μm from the surface increases. FIG. 6A shows that the oxygen concentration is 15 × 10 17 atms / cm 3.
FIG. 6 is a measurement result of a leak current at a pn junction surface when a hydrogen annealing treatment was performed for 1 hour at a heat treatment temperature in a range of 1100 ° C. to 1200 ° C.
(B) shows the leakage current at the pn junction surface when a silicon wafer having an oxygen concentration of 15 × 10 17 atms / cm 3 was subjected to hydrogen annealing at a heat treatment temperature in the range of 1100 ° C. to 1200 ° C. for 2 hours. measuring the result, FIG. 6 (c) in the silicon wafer of the oxygen concentration of 12 × 10 17 atms / cm 3 11
It is the measurement result of the leak current in the pn junction surface when performing the hydrogen annealing treatment for 1 hour at the heat treatment temperature in the range of not less than 00 ° C. and not more than 1200 ° C. 6 (a), (b) and (c)
In the graph, the vertical axis represents the leak current value (PA), and the horizontal axis represents the frequency distribution of the leak current value obtained at the time of measurement. As can be seen from FIG. 6, as can be seen from a comparison between FIG. 6A and FIG. 6B, if the processing time of the hydrogen annealing treatment is long, the leak current increases, and FIG. 6A and FIG. As can be seen from the comparison with (2), when the oxygen concentration of the silicon wafer is low, the leak current decreases.

【0013】本発明では、従来のウエハの熱処理方法に
従って水素アニール処理を施した際の熱処理時間より熱
処理時間を短くし、熱処理温度を下げることにより、ウ
エハへの総合的な熱量の付与を低減し、格子間酸素の過
剰な損失を防止している。これにより、本発明では、転
位欠陥の発生を防ぐことができる。
In the present invention, the heat treatment time is shorter than the heat treatment time when hydrogen annealing is performed according to the conventional heat treatment method for a wafer, and the heat treatment temperature is lowered, so that the total amount of heat applied to the wafer is reduced. , Preventing excessive loss of interstitial oxygen. Thereby, in the present invention, generation of dislocation defects can be prevented.

【0014】本発明方法では、上述の条件で水素アニー
ル処理を施すことにより、ウエハ表面に10μm 以上の
厚さのDZ層を形成することができる。そこで、好適に
は、熱処理工程に続いて、ウエハ面にDZ層を5μm 以
上残すようにして、ポリッシング処理をウエハ面に施す
ポリッシング工程を有する。ポリッシング工程では、例
えば、CMP法によりポリッシングする。ウエハ表層の
ポリッシングにより、ウエハ表面のアスペリティーを向
上させることができると共に界面マイクロラフネスを良
好にして、優れた動作速度特性及び高い絶縁耐圧を有す
るLSIを形成できるシリコンウエハを実現することが
できる。
In the method of the present invention, a DZ layer having a thickness of 10 μm or more can be formed on the wafer surface by performing the hydrogen annealing treatment under the above conditions. Therefore, preferably, following the heat treatment step, there is provided a polishing step of performing a polishing treatment on the wafer surface such that the DZ layer remains at 5 μm or more on the wafer surface. In the polishing step, for example, polishing is performed by a CMP method. By polishing the surface layer of the wafer, it is possible to improve the asperity of the wafer surface and improve the interface microroughness, thereby realizing a silicon wafer capable of forming an LSI having excellent operation speed characteristics and high withstand voltage.

【0015】従来のウエハの熱処理方法では、最終ポリ
ッシング処理の後に、水素アニール処理を施している
が、上述の問題点で指摘したように、ウエハ表面のマイ
クロラフネスが悪化する場合が多い。そこで、本発明で
は、水素アニール処理後に再度ポリッシイングを行うこ
とにより、ウエハ表面のマイクロラフネスを良好にいて
いる。
In the conventional wafer heat treatment method, the hydrogen annealing treatment is performed after the final polishing treatment. However, as pointed out in the above-mentioned problem, the micro roughness of the wafer surface often deteriorates. Therefore, in the present invention, the micro-roughness of the wafer surface is improved by performing polishing again after the hydrogen annealing treatment.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照して、実
施形態例に基づいて本発明をより詳細に説明する。実施形態例 本実施形態例は、本発明に係るシリコンウエハの熱処理
方法の実施形態の一例であって、図1(a)はシリコン
単結晶の引き上げを示す模式図であり、図1(b)はシ
リコン原子の格子間に存在する酸素イオンを示す模式図
である。先ず、CZ法を用いて、図1(a)に示すよう
に、種結晶及びるつぼの回転数を制御することにより、
図1(b)に示すような、シリコン原子の格子間に存在
する酸素イオンを外方に拡散させて、11.0〜13.
0×1017atms/ cm3の範囲に収まるような格子間酸素
濃度を有するシリコン単結晶の引上げを行って、シリコ
ン単結晶インゴットを製造する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in more detail with reference to the accompanying drawings based on embodiments. Embodiment Example This embodiment is an example of an embodiment of a heat treatment method for a silicon wafer according to the present invention. FIG. 1A is a schematic diagram showing pulling of a silicon single crystal, and FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing oxygen ions existing between lattices of silicon atoms. First, by using the CZ method, as shown in FIG. 1A, by controlling the number of rotations of the seed crystal and the crucible,
Oxygen ions existing between lattices of silicon atoms are diffused outward as shown in FIG.
A silicon single crystal having an interstitial oxygen concentration within a range of 0 × 10 17 atms / cm 3 is pulled to produce a silicon single crystal ingot.

【0017】次いで、従来と同様にして、シリコン単結
晶インゴットをスライシングしてシリコン薄板を作製す
る。シリコン薄板を洗浄し、面取り加工を施し、ラッピ
ング処理を施す。次いで、洗浄してエッチング加工を施
し、更に洗浄した後、鏡面研磨(ポリッシング)加工を
施し、洗浄して、シリコンウエハとする。
Next, a silicon thin plate is manufactured by slicing the silicon single crystal ingot in the same manner as in the prior art. The silicon thin plate is cleaned, chamfered, and wrapped. Next, the substrate is washed and subjected to an etching process, and after further cleaning, a mirror polishing (polishing) process is performed and the substrate is cleaned to obtain a silicon wafer.

【0018】本実施形態例では、上述のようにして得た
シリコンウエハに次の条件で水素アニール処理を施す。
1100℃から1200℃の範囲の温度で、100%水
素雰囲気下で、10〜30分程度の熱処理を行い格子間
酸素を外方拡散させる。図2は、本実施形態例のウエハ
の熱処理方法で行う水素アニール処理の作用を説明する
模式図である。即ち、水素雰囲気下で熱処理を施すこと
により、次の式に示すように、Si表面層の酸化膜を除
去し、Si表層の欠陥(Siの酸化物)を分解する。 SiOX →Si+O2 (ガス)・・・・・欠陥の分解 SiO2 +2H2 →Si+2H2 O・・・酸化膜の除去
In the present embodiment, the silicon wafer obtained as described above is subjected to hydrogen annealing under the following conditions.
A heat treatment is performed at a temperature in the range of 1100 ° C. to 1200 ° C. in a 100% hydrogen atmosphere for about 10 to 30 minutes to diffuse the interstitial oxygen outward. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the operation of the hydrogen annealing process performed by the wafer heat treatment method according to the present embodiment. That is, by performing a heat treatment in a hydrogen atmosphere, the oxide film on the Si surface layer is removed and defects (oxides of Si) on the Si surface layer are decomposed as shown in the following equation. SiO x → Si + O 2 (gas) ··· Decomposition of defects SiO 2 + 2H 2 → Si + 2H 2 O ··· Removal of oxide film

【0019】水素アニール処理の熱処理温度及び処理時
間は、シリコンウエハのSi結晶中の酸素濃度によって
決定される。例えば、 1)酸素濃度が11.0×1017atms/ cm3程度のシリ
コンウエハでは、 熱処理温度:1100℃〜1200℃ 熱処理時間:10分程度 2)酸素濃度が13.0×1017atms/ cm3程度のシリ
コンウエハでは、 熱処理温度:1100℃〜1200℃ 熱処理時間:30分程度 以上の条件で水素アニール処理をシリコンウエハに施す
ことにより、図3に示すように、10μm以上のDZ層
(無欠陥層)がウエハ表層域に生成する。尚、図3はウ
エハ表層域に存在するDZ層を示す模式図である。
The heat treatment temperature and the treatment time of the hydrogen annealing treatment are determined by the oxygen concentration in the Si crystal of the silicon wafer. For example, 1) for a silicon wafer having an oxygen concentration of about 11.0 × 10 17 atms / cm 3 , heat treatment temperature: 1100 ° C. to 1200 ° C. heat treatment time: about 10 minutes 2) oxygen concentration of 13.0 × 10 17 atms / cm 3 For a silicon wafer of about 3 cm 3 , a heat treatment temperature: 1100 ° C. to 1200 ° C. Heat treatment time: about 30 minutes By subjecting the silicon wafer to hydrogen annealing under the above conditions, as shown in FIG. A defect-free layer is formed in the wafer surface layer area. FIG. 3 is a schematic diagram showing the DZ layer existing in the surface layer region of the wafer.

【0020】水素アニール処理を施したシリコンウエハ
にポリッシング処理を施す。ポリッシング処理では、図
4に示すように、CMPにより表層2〜3μm程度を研
磨除去して、層厚5μm以上のDZ層をウエハ表層域に
残す。尚、図4はウエハ表層域のDZ層をポリッシング
した後、所要のDZ層が残っている状態を示す模式図で
ある。CMPでは、研磨スラリーとしてコロイダルシリ
カを使用し、薬液としてpHが9〜13程度のNaOH
水溶液を用いる。
A polishing process is performed on the silicon wafer that has been subjected to the hydrogen annealing process. In the polishing process, as shown in FIG. 4, a surface layer of about 2 to 3 μm is polished and removed by CMP to leave a DZ layer having a layer thickness of 5 μm or more in the wafer surface layer area. FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which a required DZ layer remains after polishing the DZ layer in the wafer surface layer area. In CMP, colloidal silica is used as a polishing slurry, and NaOH having a pH of about 9 to 13 is used as a chemical solution.
Use an aqueous solution.

【0021】[0021]

【発明の効果】本発明方法によれば、水素雰囲気下で1
100℃以上1200℃以下の熱処理温度でシリコンウ
エハに熱処理を施す熱処理工程を有することにより、シ
リコンウエハの表層を無欠陥化することができ、半導体
デバイスの接合リークを低減することができる。また、
熱処理工程、及び熱処理工程に続くポリッシング工程を
実施することにより、シリコンウエハの表層を無欠陥化
及び平滑化することができ、半導体デバイスのゲート酸
化膜の信頼性を向上させることができ、かつ、半導体デ
バイスの動作特性を向上させることができる。
According to the method of the present invention, 1
By having a heat treatment step of performing heat treatment on the silicon wafer at a heat treatment temperature of 100 ° C. or more and 1200 ° C. or less, the surface layer of the silicon wafer can be made defect-free, and the junction leak of the semiconductor device can be reduced. Also,
By performing the heat treatment step and the polishing step following the heat treatment step, the surface layer of the silicon wafer can be made defect-free and smooth, the reliability of the gate oxide film of the semiconductor device can be improved, and The operating characteristics of the semiconductor device can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1(a)はシリコン単結晶の引き上げを示す
模式図であり、図1(b)はシリコン原子の格子間に存
在する酸素イオンを示す模式図である。
FIG. 1A is a schematic diagram illustrating pulling of a silicon single crystal, and FIG. 1B is a schematic diagram illustrating oxygen ions existing between lattices of silicon atoms.

【図2】実施形態例のウエハの熱処理方法で行う水素ア
ニール処理の作用を説明する模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the operation of a hydrogen annealing process performed by the wafer heat treatment method according to the embodiment.

【図3】ウエハ表層域に存在するDZ層を示す模式図で
ある。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a DZ layer existing in a wafer surface layer area.

【図4】ウエハ表層域のDZ層をポリッシングした後、
所要のDZ層が残っている状態を示す模式図である。
FIG. 4 shows a state after polishing a DZ layer in a wafer surface area.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a state where a required DZ layer remains.

【図5】ストレス等によって転位欠陥が発生した状態を
示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a state in which a dislocation defect occurs due to stress or the like.

【図6】図6(a)、(b)及び(c)は、それぞれ、
水素アニール処理の時間と接合リーク電流との関係及び
酸素濃度と接合リーク電流との関係を示すグラフであ
る。
6 (a), 6 (b) and 6 (c) are respectively
4 is a graph showing a relationship between a hydrogen annealing time and a junction leak current and a relationship between an oxygen concentration and a junction leak current.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水素雰囲気下で1100℃以上1200
℃以下の範囲の温度でシリコンウエハに熱処理を施す熱
処理工程を有して、熱処理によりシリコンウエハ中の酸
素を外方に拡散させることを特徴とするシリコンウエハ
の熱処理方法。
1. An atmosphere of not less than 1100 ° C. and 1200 in a hydrogen atmosphere.
A heat treatment method for a silicon wafer, comprising: a heat treatment step of performing a heat treatment on a silicon wafer at a temperature in a range of not more than ° C., wherein oxygen in the silicon wafer is diffused outward by the heat treatment.
【請求項2】 熱処理工程では、格子間酸素濃度が1
1.0〜13.0×1017atms/ cm3の範囲のシリコン
ウエハに10分以上30分以下の熱処理時間で熱処理を
施すことを特徴とする請求項1に記載のシリコンウエハ
の熱処理方法。
2. In the heat treatment step, the interstitial oxygen concentration is 1
2. The method according to claim 1, wherein the heat treatment is performed on the silicon wafer in a range of 1.0 to 13.0 × 10 17 atms / cm 3 for a heat treatment time of 10 minutes or more and 30 minutes or less.
【請求項3】 熱処理工程に続いて、ウエハ面にDZ層
を5μm 以上残すように、ポリッシング処理をウエハ面
に施すポリッシング工程を有することを特徴とする請求
項1又は2に記載のシリコンウエハの熱処理方法。
3. The silicon wafer according to claim 1, further comprising a polishing step of performing a polishing process on the wafer surface so as to leave a DZ layer of 5 μm or more on the wafer surface, following the heat treatment process. Heat treatment method.
【請求項4】 ポリッシング工程では、CMP法により
ポリッシングすることを特徴とする請求項3に記載のシ
リコンウエハの熱処理方法。
4. The heat treatment method for a silicon wafer according to claim 3, wherein in the polishing step, polishing is performed by a CMP method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7902043B2 (en) 2006-09-15 2011-03-08 Sumco Corporation Method of producing bonded wafer

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