JP2002134521A - シリコン半導体基板の熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｇｒｏｗｎ‐ｉｎ欠陥を除去するための熱処
理による高品質デバイス活性領域を維持したまま、熱処
理時のウェーハの載置具などとの接触面のダメージある
いは転位を低減することを可能にしたシリコン半導体基
板の熱処理方法。 【解決手段】 載置具などとの接触面に生成したダメー
ジや転位をエッチングあるいは切削、研磨することによ
り、ダメージや転位を低減でき、後工程で急速昇温、降
温処理した際にデバイス活性層面側に転位を成長させな
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、Ｇｒｏｗｎ‐ｉ
ｎ欠陥を消滅させる熱処理にて載置具などとの接触面に
生成したダメージや転位を除去し、後工程で急速昇温、
降温処理した際にデバイス活性層面側に転位を成長させ
ない高品質シリコン半導体基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、シリコン半導体基板（ウェー
ハ）の製造に際し、結晶育成時に導入されるＧｒｏｗｎ
‐ｉｎ欠陥はデバイス特性に悪影響を及ぼすことが知ら
れている。このＧｒｏｗｎ‐ｉｎ欠陥を消滅させる一つ
の手法として、最終鏡面研磨されたウェーハを水素ある
いはアルゴンガス雰囲気下、１１００℃〜１３５０℃程
度の熱処理条件で加熱する手法がある。熱処理後、ウェ
ーハは洗浄、外観検査を経て出荷される。かかるウェー
ハ熱処理炉として、横型又は縦型熱処理炉が実用化さ
れ、最近では縦型熱処理炉が主流となっている。

【０００３】一方、ウェーハの大口径化に伴いウェーハ
自重による応力が無視できなくなり、縦型熱処理炉にお
いては従来の３点支持、あるいは４点支持方式では１０
００℃以上の熱処理下で支持点において、ウェーハ自重
応力集中するスリップが発生するすることが知られてい
る。そこで、図２Ａ，Ｂに示すごとく、高温強度に優れ
たシリコン又はＳｉＣ材料からなる円板、あるいはリン
グ状等のウェーハ支持治具１０を用いて被熱処理ウェー
ハ１１を従来の数点支持から面支持して自重応力を低減
する手法が採用されている。

【０００４】ところで、これら自重応力を低減させるた
めに使用される円板又はリングは、ウェーハとの支持に
おいて面接触させるとはいえ、支持治具の面精度あるい
はウェーハ表面精度の影響により、面というより小さな
複数の点接触によりウェーハを保持しているのが現状で
ある。

【０００５】すなわち、支持治具を用いて載置する熱処
理にて、載置用支持治具の小さな複数の点により保持さ
れたウェーハは点接触部分での応力集中によりウェーハ
接触部分にダメージや小さな転位が発生していた。

【０００６】一般に、熱処理後のウェーハはスリップ転
位を調査するためにＸ線トポグラフィー（ＸＲＴ）と呼
ばれる装置を用いるが、ウェーハに生じたダメージある
いは転位は非常に小さいために見つけ難く、さらには選
択性のあるエッチッグ液を使用してウェーハ表面を顕微
鏡で観察しても、表面側には転位が貫通していないため
に問題視されなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】発明者らは、上述のダ
メージあるいは転位が後熱処理やデバイスプロセスにお
いて及ぼす影響を調査したところ、例えばＦＴＰ（Ｆａ
ｓｔ ＴｈｅｒｍａｌＰｒｏｃｅｓｓ）と呼ばれる急速
なウェーハ炉内投入取り出しや急速加熱、急速降温条件
でダメージから転位発生あるいは転位成長することによ
り、ウェーハ表面側まで転位が貫通することを知見し
た。

【０００８】一般に、Ｇｒｏｗｎ‐ｉｎ欠陥を消滅させ
る熱処理として水素あるいはアルゴンガス雰囲気下での
１２００℃程度の熱処理が行われているが、熱処理用の
ウェーハとして最終鏡面研磨された製品ウェーハが使用
されているため、これらの熱処理ウェーハは再度ウェー
ハ表面をエッチングやあるいは切削することはなかっ
た。

【０００９】また、特開昭６３−１６６２３７号には、
ラッピング工程後のウェーハを高温熱処理させ、その後
ポリッシングする方法が記載されている。この方法だと
熱処理後のウェーハに、両面ポリッシングを施せばウェ
ーハ裏面ダメージの問題は解決できる。しかし、通常シ
リコンウェーハ製造工程に於いては、ラッピング後のウ
ェーハは表層数十μｍ深さの領域にダメージが存在して
いることから、フッ酸、硝酸、氷酢酸の混合水溶液ある
いは水酸化カリウム水溶液にてそのダメージを除去する
工程を実施している。

【００１０】ラッピング後のウェーハを高温熱処理する
と、そのダメージから転位が発生するために製品レベル
のウェーハを作製する場合、非常に深いポリッシングが
必要となる。また、転位発生が起こらなくとも、ラッピ
ング後のダメージ除去のため深いポリッシング工程が必
要となり、かかる方法は量産工程には適用されていな
い。

【００１１】従って、現状のウェーハ支持治具による高
温熱処理を施されたウェーハには、ウェーハ接触面によ
るダメージあるいは転位が残存していることになり、ダ
メージあるいは転位に起因するデバイス特性のリーク電
流の増加等により、その性能を劣化させることが懸念さ
れる。

【００１２】この発明は、Ｇｒｏｗｎ‐ｉｎ欠陥を除去
するための熱処理による高品質デバイス活性領域を維持
したまま、熱処理時のウェーハの載置具などとの接触面
のダメージあるいは転位を低減することを可能にしたシ
リコン半導体基板の熱処理方法を提供することを目的と
する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】発明者らは、Ｇｒｏｗｎ
‐ｉｎ欠陥を除去するための熱処理時のウェーハの載置
具などとの接触面のダメージあるいは転位の低減を目的
に種々検討した結果、載置具などとの接触面に生成した
ダメージや転位をエッチングあるいは切削、研磨で除去
することにより、ダメージや転位を低減でき、後工程で
急速昇温、降温処理した際にデバイス活性層面側に転位
を成長させないことを知見し、この発明を完成した。

【００１４】すなわち、この発明は、シリコン半導体基
板を基板支持治具に載置又は積層載置して熱処理するシ
リコン半導体基板の熱処理方法において、熱処理時の被
処理基板の他との接触面を、例えば０．５μｍ〜３０μ
ｍ深さで、酸又はアルカリ液によるエッチング、あるい
は切削、研磨又は切削及び研磨する除去工程を施し、後
の他熱処理工程で少なくともデバイス活性層面側に転位
を成長させないことを特徴とするシリコン半導体基板の
熱処理方法である。

【００１５】

【発明の実施の形態】この発明において、熱処理方法
は、公知の横型又は縦型熱処理炉を用い、水素あるいは
アルゴンガス雰囲気下、７００℃以上、特に１１００℃
〜１３５０℃程度の熱処理条件で、シリコン又はＳｉＣ
材料からなる円板、あるいはリング状等のウェーハ支持
治具を用いて、これに単数あるいは複数のウェーハを載
置して加熱する方法であれば、公知のいずれの装置、構
成であっても採用できる。

【００１６】この発明において、除去工程は、ウェーハ
の治具などとの接触面のダメージ層あるいは転位部分を
除去するため、適用されるウェーハは最終研磨品あるい
は最終研磨前のウェーハいずれの場合も可能であり、以
下の工程を実施することができる。 （１）酸又はアルカリ液によるエッチングにより、表層
深さ０．５μｍ〜３０μｍの範囲で除去する。 （２）切削及び／又は鏡面研磨を施して、表層深さ０．
５μｍ〜３０μｍの範囲で除去する。

【００１７】被処理シリコン単結晶ウェーハの接触面が
片面の場合において、接触面側をウェーハ裏面とする場
合は、少なくとも裏面側に前記の（１）又は（２）の処
理方法を施せばよく、ウェーハの接触面側をデバイス活
性層側にする場合は、一般的に採用されている最終工程
の鏡面研磨代で十分にダメージ層は除去できるため、特
にウェーハのＤＺ（Ｄｅｎｕｄｅｄ Ｚｏｎｅ）幅を考
慮して研磨代を決定すればよい。

【００１８】被処理シリコン単結晶ウェーハの接触面が
両側の場合において、接触面側のうち少なくともウェー
ハ裏面側になる面に対して、前記の（１）又は（２）の
処理方法を施せばよい。

【００１９】ここで表層の除去量は、生産性およびＤＺ
層の品質等を考慮して最大、３０μｍ以下が望ましく、
また、本熱処理後の後熱処理となるデバイスプロセス工
程等で、少なくともデバイス活性層側には転位が存在し
ない条件は、少なくとも０．５μｍ以上除去する必要が
ある。また、好ましい表層の除去深さ、５〜１５μｍで
ある。

【００２０】この発明において、酸又はアルカリ液によ
るエッチングとしては、公知の酸液、アルカリ液が採用
でき、例えば、弗酸、硝酸及び氷酢酸の混合水溶液や、
水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムの水溶液などがあ
る。

【００２１】この発明において、切削、鏡面研磨方法と
しては、シリコン半導体製造プロセスで使用されている
公知のいずれの構成の切削装置、鏡面研磨装置をも採用
できる。

【００２２】

【実施例】実施例１ 直径２００ｍｍ、ボロンドーブされた研磨前のシリコン
単結晶ウェーハを準備した。種々のウェーハ支持治具上
に上記ウェーハを単独又は積層載置し、縦型熱処理炉内
で１３００℃、２時間、アルゴン希釈による酸素雰囲気
下の熱処理を施した。

【００２３】前記熱処理に際して、直径２００ｍｍのＳ
ｉＣリング又は円板上にウェーハを単独載置した場合、
前記ウェーハを２枚積み重ねた場合、ウェーハを５枚積
み重ねてＳｉＣ円板上に搭載した場合の各条件を実施し
た。前記熱処理を施した後、これらのウェーハを５つの
グループに分け、さらにエッチング、切削加工、鏡面研
磨の各工程を種々のパターンで加工した。

【００２４】すなわち、以下の５グループの処理工程で
実施した。 Ａ：ＳｉＣリングに単独載置熱処理→支持治具と接触し
てない面を鏡面研磨、 Ｂ：ＳｉＣリングに単独載置熱処理→支持治具と接触し
た面を鏡面研磨、 Ｃ：ＳｉＣ円板上にウェーハを単独載置熱処理→両面エ
ッチング→支持治具と接触してない面を鏡面研磨、 Ｄ：ウェーハを２枚積み重ね熱処理→支持治具下側ウェ
ーハと接触した面を切削加工→支持治具と接触してない
面を鏡面研磨、 Ｅ：ウェーハを５枚積み重ねてＳｉＣ円板上に載置熱処
理→両面エッチング→所要片面を鏡面研磨。

【００２５】なお、エッチングは、硝酸‐フッ酸−氷酢
酸水溶液あるいはＫＯＨ水溶液又はＮａＯＨ水溶液に浸
漬する方法で、各々約０．５μｍ、１μｍ、５μｍ、１
０μｍ、２０μｍ、３０μｍ除去する条件で実施した。

【００２６】実施例２ これら実施例１の各サンプルを横型熱処理炉のボートに
６．３５ｍｍピッチにてウェーハを設置し、強制的熱ス
トレス印加試験を施すために１０００℃雰囲気下にてボ
ート出し入れ速度１０ｃｍ／ｍｉｎで熱処理を施した
後、サンプルはＸＲＴによるスリップ転位観察を実施し
た。

【００２７】グループＡのサンプルは、図１Ａに示すよ
うに、数ミリ程度の転位成長がウェーハ面内で観察され
た。図１Ｂに示すように、グループＢ，Ｃ，Ｄにおける
除去量５μｍ以上のサンプルでは、転位は全く観察され
なかった。ただし、グループＢ，Ｃ，Ｄにおける除去量
１μｍ以下のサンプルでは僅かに転位成長痕らしきもの
が観察された。グループＥのサンプルに関しても転位成
長は全く観察されなかった。

【００２８】実施例３ 実施例２で得られたサンプルをＷｒｉｇｈｔ Ｅｔｃｈ
により表面を約２μｍエッチングした後、デバイス活性
層側の表面欠陥を光学顕微鏡にて観察した。グループＡ
のサンプルには高密度の転位が観察された。一方、グル
ープＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅの全てのサンプルには、転位は観察
されなかった。

【００２９】すなわち、この発明方法による各グループ
のうち、除去量が１μｍ以下のサンプルでＸＲＴ観察に
より観察された僅かな転位痕は、デバイス活性層側には
貫通していないことがわかった。

【００３０】

【発明の効果】この発明によると、円板あるいはリング
の支持治具等上に半導体シリコンウェーハを載置して高
温熱処理を行う場合、自重応力低減により熱処理過程で
のスリップ抑制を維持でき、すなわち、Ｇｒｏｗｎ‐ｉ
ｎ欠陥を除去するための熱処理による高品質デバイス活
性領域を維持したまま、さらに熱処理時のウェーハの載
置具などとの接触面のダメージあるいは転位を低減でき
るため、後工程の熱処理で発生していた転位を著しく低
減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａ，Ｂは、強制的熱ストレス処理後のＸＲＴ観
察結果を示すウェーハ自体の模式図である。

【図２】ウェーハ支持リングホルダー上のウェーハ搭載
状況を示す簡略図である。

【符号の説明】

１０ ウェーハ支持治具 １１ 被熱処理ウェーハ １２ スリップ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン半導体基板を基板支持治具に載
   置又は積層載置して熱処理するシリコン半導体基板の熱
   処理方法において、熱処理後に被処理基板の表層を除去
   する除去工程を施し、後の他熱処理工程で少なくともデ
   バイス活性層面側に転位を成長させないシリコン半導体
   基板の熱処理方法。
2. 【請求項２】 除去工程が、酸又はアルカリ液によるエ
   ッチング、あるいは切削、研磨又は切削と研磨する工程
   である請求項１に記載のシリコン半導体基板の熱処理方
   法。
3. 【請求項３】 除去工程で除去する表層深さが０．５μ
   ｍ〜３０μｍである請求項１に記載のシリコン半導体基
   板の熱処理方法。