JP2002075896A - シリコンウェーハの熱処理方法及びシリコンウェーハ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコンウェーハの熱処理方法及びシリコン
ウェーハにおいて、ウェーハ裏面の荒れを防ぎ、低コス
ト化を図ること。 【解決手段】 シリコンウェーハＷを雰囲気ガス中で熱
処理するシリコンウェーハの熱処理方法であって、前記
シリコンウェーハの表面Ｓ側及び裏面Ｒ側に供給する雰
囲気ガスのうち、裏面側に供給する雰囲気ガスにのみ酸
素が含まれている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウェーハ
を雰囲気ガス中で熱処理して表面にＤＺ(DenudedZone)
層を形成するシリコンウェーハの熱処理方法及びこの方
法で製造されたシリコンウェーハに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＺ（チョクラルスキー）法で引上成長
されたシリコン単結晶を加工して作製されたシリコンウ
ェーハは、酸素不純物を多く含んでおり、この酸素不純
物は転位や欠陥等を生じさせる酸素析出物(BMD:Bulk Mi
cro Defect)となる。この酸素析出物がデバイスが形成
される表面にある場合、リーク電流増大や酸化膜耐圧低
下等の原因になって半導体デバイスの特性に大きな影響
を及ぼす。

【０００３】このため、従来、シリコンウェーハ表面に
対し、１１５０℃以上の高温で短時間の急速加熱・急冷
の熱処理を所定の雰囲気ガス中で施し、内部に過剰空孔
を埋設するとともに表裏面側では空孔を外方拡散させる
ことによりＤＺ層（無欠陥層）を表面に形成する方法が
用いられている（例えば、国際公開公報 ＷＯ 98/38675
に記載の技術）。そして、上記ＤＺ層形成後に、上記温
度より低温で熱処理を施すことで、内部の欠陥層に酸素
析出核を形成・安定化する工程が採用されている。な
お、ＤＺ層形成のための熱処理においては、雰囲気ガス
としてアルゴンガス等が用いられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記熱
処理方法では、以下のような課題が残されている。従来
は、ＤＺ層形成のための熱処理を施す際に、窒素ガスや
アルゴンガス等が雰囲気ガスとして用いられるが、この
際、ウェーハ裏面が荒れてしまうため、熱処理後に裏面
側を研磨する工程を必要としていた。このため、工程数
が増加し、高コストになってしまうという不都合があっ
た。

【０００５】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
ので、ウェーハ裏面の荒れを防ぎ、低コスト化を図るこ
とができるシリコンウェーハの熱処理方法及びシリコン
ウェーハを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明
のシリコンウェーハの熱処理方法は、シリコンウェーハ
を雰囲気ガス中で熱処理するシリコンウェーハの熱処理
方法であって、前記シリコンウェーハの表面側及び裏面
側に供給する雰囲気ガスのうち、裏面側に供給する雰囲
気ガスにのみ酸素が含まれていることを特徴とする。ま
た、本発明のシリコンウェーハは、熱処理により少なく
とも表面に無欠陥層が形成されたシリコンウェーハであ
って、上記本発明のシリコンウェーハの熱処理方法によ
り前記熱処理が施されたことを特徴とする。

【０００７】このシリコンウェーハの熱処理方法及びシ
リコンウェーハでは、裏面側に供給する雰囲気ガスにの
み酸素が含まれているので、酸素が面荒れを抑制する効
果があるため、裏面側が荒れず、裏面研磨工程が不要に
なる。さらに、裏面側に流した酸素により、裏面側が酸
化して格子間シリコンが注入され、その結果、酸素析出
物の発生が抑制されて裏面側のＤＺ層下には欠陥層が生
じ難くなると共に、表面側のＤＺ層下には欠陥層が形成
されてゲッタリング効果を有することができる。

【０００８】本発明のシリコンウェーハは、熱処理によ
り表面及び裏面に無欠陥層が形成されたシリコンウェー
ハであって、前記表面側の無欠陥層の内側に裏面側の無
欠陥層の内側よりも高密度の酸素析出物による欠陥層が
形成されていることを特徴とする。このシリコンウェー
ハは、表面側の無欠陥層の内側に裏面側の無欠陥層の内
側よりも高密度の酸素析出物による欠陥層が形成されて
いるので、デバイス作製領域に近い側に欠陥層が存在す
ることになり、優れたゲッタリング効果を有している。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るシリコンウェ
ーハの熱処理方法及びシリコンウェーハの一実施形態
を、図１から図３を参照しながら説明する。図１にあっ
て、符号１はサセプタ、２は反応室を示している。

【００１０】図１は、本発明のシリコンウェーハの熱処
理方法を実施するための枚葉式の熱処理炉を示すもので
ある。該熱処理炉は、図１に示すように、シリコンウェ
ーハＷを載置可能な円環状のサセプタ１と、該サセプタ
１を内部に収納した反応室２とを備えている。なお、反
応室２の外部には、シリコンウェーハＷを加熱するラン
プ（図示略）が配置されている。

【００１１】前記サセプタ１は、シリコンカーバイト等
で形成されており、内側に段部１ａが設けられ、該段部
１ａ上にシリコンウェーハＷの裏面Ｒの周縁部を載置す
るようになっている。前記反応室２には、シリコンウェ
ーハＷの表面Ｓ側に雰囲気ガス（以下、表面側ガスとい
う）を供給する表面側供給口２ａ及び供給された表面側
ガスを排出する表面側排出口２ｂと、シリコンウェーハ
Ｗの裏面Ｒ側に雰囲気ガス（以下、裏面側ガスという）
を供給する裏面側供給口２ｃ及び供給された裏面側ガス
を排出する裏面側排出口２ｄとが設けられている。

【００１２】表面側供給口２ａ及び表面側排出口２ｂの
高さ位置は、サセプタ１の上側に配されていると共に、
裏面側供給口２ｃ及び裏面側排出口２ｄの高さ位置は、
サセプタ１の下側に配されている。また、表面側供給口
２ａは、表面側ガスの供給源（図示略）に接続されてい
ると共に、裏面側供給口２ｃは、裏面側ガスの供給源
（図示略）に接続されている。

【００１３】表面側ガス及び裏面側ガスは、シリコンウ
ェーハＷに空孔よりも格子間シリコンを優勢に注入する
種類又は条件のガスと、格子間シリコンよりも空孔を優
勢に注入する種類又は条件のガスとの混合ガスである
が、裏面側ガスにのみ、酸素が含まれている。例えば、
表面側ガスは、Ａｒ（アルゴン）とＮ₂（窒素）との混
合ガスが適用され、裏面側ガスには、Ａｒ及びＮ₂とＯ₂
（酸素）との混合ガスが適用される。このときの各ガス
の流量は、表面側ガスのＮ₂及びＡｒがそれぞれ２ＳＬ
Ｍ、２ＳＬＭであり、裏面側ガスのＮ₂、Ａｒ及びＯ₂が
それぞれ２ＳＬＭ、２ＳＬＭ、０．３ＳＬＭである。な
お、Ａｒは、格子間シリコンを注入し易いガスであり、
Ｎ₂は、空孔を注入し易いガスである。

【００１４】この熱処理炉によりシリコンウェーハＷに
熱処理、特に急加熱及び急冷却の熱処理を施すには、サ
セプタ１にシリコンウェーハＷを載置した後、表面側供
給口２ａから表面側ガスをシリコンウェーハＷの表面Ｓ
に供給すると共に、裏面側供給口２ｃから裏面側ガスを
シリコンウェーハＷの裏面Ｒに供給した状態で、１１５
０℃以上の高温でＲＴＡ(Rapid Thermal Annealing)等
の短時間の急速加熱・急冷を行う。

【００１５】上記熱処理により、表面Ｓ及び裏面Ｒに
は、酸素外方拡散が生じてＤＺ層（無欠陥層）が形成さ
れる。また、裏面側に流れる裏面側ガスにのみＯ₂が含
まれるため、裏面の面荒れが抑制されると共に、裏面側
が酸化して格子間シリコンの注入が促進され、その結
果、酸素析出物の発生が抑制される。

【００１６】さらに、上記熱処理後に該熱処理より低い
温度で、空孔への酸素析出を行うために熱処理を施す。
例えば、８００℃４時間の熱処理を施すことにより、酸
素析出核の安定を図り、さらに１０００℃１６時間の熱
処理を施すことにより、析出物の成長を行う。なお、上
記酸素析出のための熱処理を特に行わず、その後のデバ
イス作製工程に伴って行われる熱処理で酸素析出を行っ
ても構わない。この結果、裏面側ガスに含まれている酸
素によって格子間シリコンの注入が促進されて裏面側の
ＤＺ層下に欠陥層が生じ難くなると共に、表面側ガスに
は酸素が含まれていないため、表面側のＤＺ層下に欠陥
層が形成されてゲッタリング効果を有することができ
る。

【００１７】これらの熱処理により、図２に示すよう
に、表面Ｓ側及び裏面Ｒ側の両面にはＤＺ層が形成さ
れ、表面Ｓ側の内部（表面側のＤＺ層下）には欠陥層
（ＢＭＤ領域）が形成されたシリコンウェーハＷが得ら
れる。すなわち、表面Ｓ側のＤＺ層の内側に裏面Ｒ側の
ＤＺ層の内側よりも高密度の酸素析出物による欠陥層が
形成される。

【００１８】したがって、本実施形態によれば、熱処理
時の裏面側ガスに酸素が含まれているので、裏面Ｒの面
荒れを防ぐことができると共に、表面Ｓ側のデバイス形
成領域であるＤＺ層下に欠陥層を形成することができ、
優れたゲッタリング効果を得ることができる。なお、図
２中の点●は、ウェーハ中心で測定したものであり、点
□は、ウェーハ中心から半径／２の距離において測定し
たものである。

【００１９】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば、上記実施形態では、枚葉式の熱処理炉でＲＴＡ処
理を行ったが、裏面側ガスにのみ酸素を含ませることが
できるバッチ式の熱処理炉で行っても構わない。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明のシリコンウェーハの熱処理方法及びシリコンウ
ェーハによれば、熱処理時の裏面側に供給する雰囲気ガ
スにのみ酸素が含まれているので、酸素が面荒れを抑制
する効果があるため、裏面側が荒れず、裏面研磨工程が
不要になって低コスト化を図ることができる。さらに、
裏面側に流した酸素により、酸素析出物の発生が抑制さ
れて裏面側のＤＺ層下には欠陥層が生じ難くなると共
に、酸素を流していない表面側のＤＺ層下には欠陥層が
形成されるので、欠陥層がデバイス領域に近く、優れた
ゲッタリング効果を有するシリコンウェーハが得られ
る。

【００２１】また、本発明のシリコンウェーハによれ
ば、表面側の無欠陥層の内側に裏面側の無欠陥層の内側
よりも高密度の酸素析出物による欠陥層が形成されてい
るので、デバイス作製領域に近い側に欠陥層が存在する
ことになり、優れたゲッタリング効果を備えることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法
及びシリコンウェーハの一実施形態における熱処理炉を
示す概略的な全体断面図である。

【図２】 本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法
及びシリコンウェーハの一実施形態における熱処理後の
ウェーハ厚さ方向のＢＭＤ密度の分布を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ サセプタ ２、７ 反応室 ２ａ 表面側供給口 ２ｂ 裏面側供給口 Ｓ シリコンウェーハの表面 Ｒ シリコンウェーハの裏面 Ｗ シリコンウェーハ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコンウェーハを雰囲気ガス中で熱処
   理するシリコンウェーハの熱処理方法であって、 前記シリコンウェーハの表面側及び裏面側に供給する雰
   囲気ガスのうち、裏面側に供給する雰囲気ガスにのみ酸
   素が含まれていることを特徴とするシリコンウェーハの
   熱処理方法。
2. 【請求項２】 熱処理により少なくとも表面に無欠陥層
   が形成されたシリコンウェーハであって、 請求項１に記載のシリコンウェーハの熱処理方法により
   前記熱処理が施されたことを特徴とするシリコンウェー
   ハ。
3. 【請求項３】 熱処理により表面及び裏面に無欠陥層が
   形成されたシリコンウェーハであって、 前記表面側の無欠陥層の内側に裏面側の無欠陥層の内側
   よりも高密度の酸素析出物による欠陥層が形成されてい
   ることを特徴とするシリコンウェーハ。