JP2003115491A - シリコン半導体基板の熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】表面には十分な厚さのＤＺが形成され、このＤ
Ｚに近接してゲッタリング源となる高密度の酸素析出物
が生じ、かつ内部には酸素析出物が少ないウェーハを安
定して得るための急速昇降温熱処理方法を提供する。 【解決手段】酸素濃度が11〜17×10^１７atoms／cm^３（A
STM F121-79）のシリコン単結晶より採取した基板用素
材を用い、窒素を90％以上含有する雰囲気で昇温して11
00〜1280℃で０〜600秒の加熱を施した後、酸素を10％
以上含有する雰囲気に変更して100〜25℃／秒の冷却速
度で降温することを特徴とするシリコン半導体用基板の
熱処理方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、シリコン単結晶か
ら得られる集積回路を形成させるためのシリコン半導体
用基板の製造方法に関し、より詳しくはチョクラルスキ
ー法（以下、ＣＺ法という）によるシリコン単結晶から
製造され、半導体用としてデバイス性能に優れるウェー
ハの熱処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体の集積回路などデバイスに用いら
れるシリコン半導体用基板（ウェーハ）は、主にＣＺ法
によるシリコン単結晶から製造されている。ＣＺ法は、
石英るつぼ内の溶融したシリコンに種結晶を浸けて引上
げ、単結晶を成長させるもので、このシリコン単結晶の
引上げ育成過程にて様々な微量の不純物が混入してく
る。それら不純物の中で最も多いのは、石英るつぼから
混入してくる酸素である。溶融シリコン中に溶け込んで
いる酸素は、育成されるシリコン単結晶中に取り込ま
れ、凝固直後の高温では十分固溶しているが、冷却する
につれて溶解度が減少するため、通常、単結晶中には過
飽和な状態で存在している。

【０００３】この単結晶から採取したウェーハ中で過飽
和に固溶した酸素は、その後のデバイスの製造工程にお
ける熱履歴により酸化物として析出してくるが、その析
出物はデバイスが形成されるいわゆる活性化領域に生じ
ると、他の不純物と同様にデバイスの性能を阻害する。
しかし、その反面、シリコン基板内部に生じた析出物は
ＢＭＤ（Bulk Micro Defect）とも呼ばれ、デバイスの
製造過程でウェーハに侵入しその性能を劣化させる、金
属不純物を捕獲するゲッタリング源として有効に作用す
る。この析出物がゲッタリング源として効果的に作用す
るためには、ある程度以上の密度で存在する必要があ
る。しかし、その存在密度は高くなり過ぎると、デバイ
ス活性領域にまでＢＭＤが析出してデバイス特性を低下
させたり、基板の機械的強度を低下させたりするなどの
難点が生じてくる。

【０００４】デバイスを製造する過程において、ウェー
ハ表面近傍のデバイスが形成される領域すなわち活性化
領域は無欠陥とし、内部にはゲッタリング源の析出物を
生じさせる熱処理サイクルが提案されている。その代表
的なものは(a) 非酸化性雰囲気中にて、1100℃以上の高
温で８〜76時間加熱する酸素の外方拡散処理をおこなっ
て、表面に低酸素層、すなわちＤＺ（Denuded Zone）と
呼ばれる無欠陥層となる部分を形成させ、次いで(b) 60
0〜750℃の低温で加熱することにより、バルク内に有効
な析出核を形成させた後、(c) 1000〜1150℃の中温ある
いは高温で熱処理し、ＳｉＯ_２の析出物を成長させて、
そこにゲッタリング源となるＢＭＤを形成させる、とい
う高−低−高（または中）サイクルと呼ばれている処理
方法である。しかし、この処理方法は多大の時間を要
し、生産性が低下するという問題点がある。

【０００５】これに対してデバイスの形成に先立ち、ハ
ロゲンランプなどによる光の照射、すなわち、ランプア
ニールでウェーハに短時間の急速昇降温焼鈍（ＲＴＡ：
Rapid Thermal Annealing）処理を施すことにより、そ
の後の製造プロセスにおける熱履歴で生じてくる酸素析
出物の分布を制御する方法が提案されている。例えば、
米国特許第5401669号の発明では、窒素または窒素を含
む雰囲気中で、1175〜1275℃の温度に３〜60秒保持後、
５℃/秒以上の冷却速度で冷却する処理をおこなう。ま
た米国特許第5994761号の発明では、酸化雰囲気中での
加熱により表面に数十オングストロームの酸化被膜を付
けた後、窒素またはアルゴンなど不活性雰囲気中で1150
〜1300℃の温度に１〜60秒保持し、５〜200℃/秒の冷却
速度で冷却している。

【０００６】このような処理を施した後、さらに不活性
雰囲気中にて、800℃で４時間加熱および1000℃にて16
時間加熱のようなデバイスの製造過程と同様な熱処理を
施すと酸素析出物が析出してくる。その分布は、表層の
活性化領域には析出がなく内部には多く析出し、前述の
高−低−高（または中）サイクルと同様な結果が得られ
るというものである。

【０００７】しかしながら、上記米国特許第5401669号
の発明の場合、短時間の処理で高密度の酸素析出物を生
成できるが、十分な厚さのＤＺが安定して得られないよ
うであり、米国特許第5994761号の発明では、ＤＺが確
保できても内部の析出物が多くなり、ウェーハ強度が低
下するおそれのあることや、表面の酸化膜を処理後除去
しなければならない等の問題がある。

【０００８】表面の活性化領域には十分なＤＺがあり、
内部にはゲッタリング源が多量に存在するというすぐれ
た形態のウェーハを、短時間のＲＴＡ処理により実現さ
せるこの方法は、デバイス用ウェーハの製造工程の合理
化に極めて望ましいと考えられるが、安定してこのよう
なウェーハを生産するには改良すべき点が多く残されて
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、シリ
コンウェーハの酸素析出物分布の制御を目的としたＲＴ
Ａ処理において、表面には十分な厚さのＤＺが形成さ
れ、このＤＺに近接してゲッタリング源となる高密度の
酸素析出物またはＢＭＤが生じ、かつその内部には酸素
析出物の密度が少ないウェーハを安定して得るためのシ
リコン半導体基板の熱処理方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、シリコン
ウェーハの表面部におけるＤＺの形成、および内部にお
けるＢＭＤの形成に対するＲＴＡ処理の効果について種
々検討を行った。まず、窒素を含有する雰囲気中で、シ
リコン単結晶から採取したウェーハを急速昇温し、次い
で一定温度に保持した後、酸素を含有する雰囲気に変更
して、急冷による急速降温の熱処理を行った。その後、
アルゴン雰囲気にて酸素析出評価熱処理を施した結果、
表面近傍には酸素析出物が少なく、中心部には酸素析出
物が多いウェーハが得られることを確認した。

【００１１】そして、特に、急速降温時の酸素雰囲気の
性状や冷却速度を変えることにより、表面近くにできた
析出物のない層、すなわちＤＺの厚さが変化し、内部の
析出物の発生量も変化することがわかった。

【００１２】これら酸素析出物は、デバイス形成の活性
化領域となる表面から20〜40μmまでの深さには存在せ
ず、その直ぐ下の部分に多量に存在し、中心部には少な
いという分布が望ましい。これは、表面直下に十分な厚
さのＤＺと、それに近接して多数のゲッタリング源があ
り、そしてＤＺから離れた中心部ではゲッタリング効果
は期待できないので、そこには機械的強度を低下させる
析出物は少ない方がよいからである。

【００１３】ウェーハを熱処理する場合、デバイスを形
成させる側の表面で生じる現象は、裏面側の表面でも同
様に生じる。したがって、ウェーハの厚さ方向を横軸に
とり酸素析出物の密度または析出量を縦軸にとってその
分布を見ると、横方向両端の表面部のＤＺを除く内部で
は、Ｍ字形になっていることが望ましい。また、このよ
うにウェーハの厚さ方向の析出物分布が、厚さ方向の中
心位置に対して対象形であることは、析出物形成により
何らかの状態変化があったとしても、ウェーハの反りな
どの問題が生じない利点がある。

【００１４】そこで、表面部には十分なＤＺが形成さ
れ、かつ内部の酸素析出物がＭ字形分布となるような、
ＲＴＡ処理が可能か否かをさらに検討した。その結果、
酸素量のやや多い単結晶によるウェーハを用い、ＲＴＡ
処理での雰囲気を制御し、加熱条件と加熱後の冷却速度
を管理することにより、Ｍ字形の分布が実現できること
を知見した。

【００１５】本発明は、上述の知見に基づいて完成され
たものであり、下記（1)および(2)のシリコン半導体用
基板の熱処理方法を要旨としている。 (1) 酸素濃度が11〜17×10^１７atoms／cm^３（ASTM F121
-79）のシリコン単結晶より採取した基板用素材を用
い、窒素を90％以上含有する雰囲気で1100〜1280℃の温
度まで昇温して０〜600秒の加熱を施した後、酸素を10
％以上含有する雰囲気に変更して100〜25℃／秒の冷却
速度で降温することを特徴とするシリコン半導体用基板
の熱処理方法。 (2) 上記(1)の熱処理方法では、例えば、ランプアニー
ルのようにランプ光の照射を用いて、10〜100℃／秒の
昇温速度で急速昇降するのが望ましい。

【００１６】さらに、昇温および加熱時の雰囲気として
窒素の単独ガス、窒素と酸素の混合ガス、若しくは窒素
と不活性ガスの混合ガスのいずれか、および降温時の雰
囲気として、酸素の単独ガス、酸素と窒素の混合ガス、
若しくは酸素と不活性ガスの混合ガスを用いるのが望ま
しい。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の熱処理方法によって、半
導体用ウェーハに十分なＤＺとＭ字形の析出分布が得ら
れる理由と、それを達成するための処理条件について説
明する。 １．ＤＺとＭ字形の析出分布が得られる理由 ウェーハ中に存在する酸素は拡散速度が速くなく、これ
をＤＺ形成のために十分排除しようとすれば、前述の高
−低−高（または中）サイクルのように、高温での長時
間加熱が必要になる。ＲＴＡ処理のような短時間処理で
は、シリコン中の酸素拡散などによる排除は十分には進
まず、この処理におけるＤＺは、酸素が存在していても
有害な析出物となって出現することが抑止された層であ
ると考えられる。

【００１８】凝固時にシリコン単結晶中に取り込まれた
酸素は、温度の低下により過飽和の状態で固溶している
ので、何か安定して存在できる場所（サイト）があれ
ば、そこに酸化物の核のようなものが発生する。一旦核
ができれば、そこへ優先的に凝集して析出物を形成して
いく。このようなサイトとしては、結晶中に存在する空
孔が重要な役割を果たすと考えられ、空孔が多数存在す
れば、より容易に析出物の核形成が促進される。したが
って、酸化物析出の熱サイクルに先立っておこなうＲＴ
Ａ処理の目的は、析出サイトとなるウェーハ中の空孔分
布の制御であるということができる。

【００１９】シリコン単結晶中の空孔は、単結晶育成時
のシリコン融液が固化する過程で大量に取り込まれる。
そのとき、シリコンの格子間原子（以下、格子間Si原
子）も同時に取り込まれるが、空孔の数の方が多い。こ
れらの空孔と格子間Si原子は凝固後の冷却過程で拡散し
たり、対消滅したりして大幅に減少する。しかし、この
時に導入された空孔や格子間Si原子は、単結晶から切り
出されたウェーハにもまだ多量に残存している。空孔と
格子間Si原子とは放射線などの照射によって生じたフレ
ンケル対のようにほぼ同数ではなく、凝固過程に由来し
ているため、空孔の数の方が多い。

【００２０】シリコン単結晶から切り出されたままのウ
ェーハの状態では、空孔と格子間Si原子の濃度は、ウエ
ハの厚さ方向にいずれもそれぞれほぼ同一である。この
ウェーハが加熱され、約700℃を超えて空孔や格子間Si
原子が容易に動くことができるようになると、これらは
表面への拡散や衝突結合によりさらに減少していく。

【００２１】空孔や格子間Si原子は表面に達すると消滅
するので、表面近くでは濃度が大きく低下し、それによ
って生じる濃度差によって、内部から表面に向けて、い
わゆる外方拡散が起きる。一方、内部においてはその温
度に応じて動きまわる空孔と格子間Si原子とは、フレン
ケル対が消滅するように合体減少が進む。

【００２２】シリコン結晶中におけるこれらの移動は、
一般的に格子間Si原子が空孔に比べて速いと考えられて
いる。したがって、通常のゆっくりとした加熱や冷却で
は、表面側は低く、内部の中心は高いという濃度分布の
状態で、空孔の濃度と格子間Si原子の濃度との差は縮ま
ることなく、両者とも減少していく。

【００２３】ところがＲＴＡのような急速加熱処理の場
合、加熱時にはウェーハ表面の方が内部より速く温度が
上昇する。格子間Si原子や空孔は温度が高いほど活発に
動き回るので、温度の低い内部では拡散や消滅があまり
進まない間に、表面部では外方拡散が急速に進行し、し
かも格子間Si原子の方が速やかに動くので、格子間Si原
子と空孔の濃度差がどんどん拡大していく。その結果と
して、内部が表面と同じ温度に到達した時点において、
厚さ方向の表面から中心部へ向けての濃度勾配は、空孔
に比して格子間原子のそれがはるかに大きなものになっ
てしまう。このようにして昇温過程でできた濃度勾配の
差は、温度保持の段階に至っても容易には解消されな
い。

【００２４】この状態から冷却されると、外方拡散と対
の合体消滅とが同時に進行しつつ温度が低下していく
が、生じた濃度勾配の違いから表面に近い方が中心部よ
りも空孔の残存密度が高いものとなる。このようにし
て、表面直下では空孔の外方拡散と酸素の外方拡散も加
わるのでＤＺが形成され、ＤＺからさらに内部へ入る
と、上述のような空孔のＭ字型分布が得られることにな
る。

【００２５】しかしながら、冷却速度が遅くなると高温
に滞在する時間が長くなり、外方拡散が進行することに
よって空孔が減少して行き、十分なＭ字型の析出分布が
得られない。したがって、ＲＴＡ処理によって酸素析出
物のＭ字型分布を得ようとすれば、冷却を急速に行わな
ければならない。また、昇温後、高温の加熱温度に保つ
時間が短すぎると、ウェーハ全断面で空孔と格子間Si原
子の濃度が熱平衡濃度に安定化する時間が小さくなり、
空孔が格子間Si原子よりも過剰となる状態にするための
時間が不足してしまう。

【００２６】当初、ＲＴＡ処理に起因する空孔や格子間
原子の挙動は、雰囲気がアルゴンであっても窒素であっ
ても大きく相違しないと思われた。しかしながら、窒素
雰囲気中でＲＴＡ処理をおこない、Ｍ字型析出分布を得
ようとすれば、冷却速度を遅くする必要がある。同じ条
件のウェーハを、雰囲気のみアルゴンまたは窒素に変え
て同じ加熱冷却条件でＲＴＡ処理し、酸素析出処理を行
うと、窒素雰囲気とした方が、はるかに多くの酸素析出
物を発生する。例えば、冷却速度を同じ25℃／秒とした
とき、ウェーハ中心部の酸素析出物密度は、アルゴン雰
囲気中のＲＴＡ処理に比べ２〜３倍以上高い。

【００２７】このようなアルゴン雰囲気との違いは、窒
素雰囲気とした場合に、特に高温域において表面に窒化
膜が形成され、それによって空孔が発生する可能性があ
ることである。表面にて空孔が生じ、これがシリコン結
晶中に注入されると、表面近傍での濃度低下によって生
じる外方拡散が大きく阻害される。しかし、格子間Si原
子は、このような影響を受けないので、前述のアルゴン
雰囲気にてＲＴＡを行った場合と同様な挙動を示す。し
たがって、アルゴン雰囲気と同じ冷却速度で冷却すれ
ば、空孔の残留が多くなりすぎて十分なＤＺや析出物の
Ｍ字型分布が得られなくなる。

【００２８】また、高温でＲＴＡ処理すると、ウェーハ
内で温度差が生じ易くなり、ウェーハ内にスリップ転位
が発生する。そのため、ウェーハのＲＴＡ処理では、加
熱温度を可能な限り低温にするのが望ましい。可能な限
り低温（1280℃以下）でＲＴＡ処理するには、昇温から
加熱保持する間は窒素雰囲気としてウェーハ内に空孔を
注入し、その後の急冷によっても、残留する空孔を多く
なるようにするのがよい。しかし、降温時にも窒素雰囲
気のままで急冷すると、表面近傍で空孔が多くなりすぎ
るため、冷却時または冷却開始の直前に、雰囲気を酸素
含有ガスに変更して、表面に酸化膜を生成して格子間Si
原子を注入し、空孔を消滅させることによって、ウェー
ハ表面部の空孔濃度を減少させる。

【００２９】上述の通り、初期の昇温時および加熱時
に、窒素雰囲気中でウェーハ表面から内部へ空孔が注入
されるため、空孔濃度の分布は表面で多く、内部に向か
うほど少なくなるＶ字型分布になる。次いで、降温時に
は短時間であるが酸素含有雰囲気中で表面から内部へ格
子間Si原子が注入されるため、空孔濃度の分布は表面で
少なくなる。しかし、急冷により酸素含有雰囲気中の時
間が短く、格子間Si原子は内部にまで拡散できないため
に、Ｖ字型分布の空孔濃度が表面部で低下することか
ら、Ｍ字型分布になる。

【００３０】それゆえ、ＲＴＡ処理後、後熱処理を行う
とウエハの断面方向での空孔濃度分布に対応した酸素析
出物分布が得られ、ウェーハ表面ではＤＺが形成され、
内部では酸素析出物が生成されるため、酸素析出物のＭ
字型分布が得られるようになる。また、保持時間が長く
なることにより、酸素の外方拡散もさらに進行すると考
えられる。この方法によって得られたウェーハは従来の
ウェーハに比べて、より低温側でのＲＴＡ処理によっ
て、ウェーハに十分なＤＺと、酸素析出物のＭ字型分布
を得ることができる。 ２．ＤＺとＭ字形の析出物分布を得るための処理条件 本発明の熱処理方法において、ウェーハの酸素濃度は11
〜17×10^１７atoms／cm^３（ASTM F121-79）とする。こ
れは11×10^１７atoms／cm^３未満の場合、ＤＺに近い部
分の酸素析出物またはＢＭＤの量が不足し、17×10^１７
atoms／cm^３を超える場合はＢＭＤの発生量が多くなり
すぎ、ウェーハの機械的性質が劣化するおそれがあるか
らである。

【００３１】本発明の昇温時に窒素雰囲気を用いるＲＴ
Ａ処理での加熱温度、すなわち昇温による最高到達温度
は1100〜1280℃とする。加熱温度が1100℃未満では酸素
析出物のＭ字型の分布変化が不十分であり、1280℃を超
えると、ウェーハ中のスリップ転位の発生が問題とな
り、いずれの場合もＲＴＡ処理の効果が得られなくな
る。

【００３２】上記の加熱温度に到達後の保持時間は、０
〜600秒とする。すなわち、基本的には上記の加熱温度
まで昇温する過程で十分な酸素析出物が生成されるた
め、昇温後はその温度で一定時間保持することなく直ち
に降温させればよい。昇温後に一定時間保持すれば、ウ
ェーハ表面での窒化膜生成による空孔の注入量を増大さ
せて、酸素析出物の生成をさらに向上させることができ
る。600秒を超える保持加熱を行っても、酸素析出物の
生成には問題がないが、生産性が低下するためにそのよ
うに規定した。なお、点欠陥の均一分布までも十分に行
うためには望ましくは100秒から600秒までとするのがよ
い。

【００３３】本発明のＲＴＡ処理では、10〜100℃／秒
の昇温速度を確保するのが望ましい。これは、ＤＺ近傍
部の酸素析出物の密度を増してＭ字型分布に近づけ、よ
りゲッタリング効果を増すためである。急速昇温時、表
面が内部より温度が高い温度勾配が生じ、それによって
析出核の分布がＭ字型に近い形に変化する。しかし、昇
温速度が遅ければ温度勾配不十分でこの効果が得られ
ず、速すぎれば温度勾配の生じている時間が不十分でや
はりこの効果が得られない。したがって昇温速度は10〜
100℃／秒とするのが望ましい。

【００３４】昇温時および加熱時の雰囲気ガスは、ウェ
ーハ表面から内部へ空孔が注入されるため、窒素を90％
以上含有するガスを用いる必要がある。窒素を90％以上
含有する限りにおいて、窒素の単独ガス、窒素と酸素の
混合ガス、または窒素とアルゴン等の不活性ガスとの混
合ガスのいずれかであってもよい。

【００３５】加熱後の冷却に際しては、酸素を10％以上
含有する雰囲気に変更して100〜25℃／秒の冷却速度で
降温する必要がある。酸素を含有する雰囲気を必要とす
るのは、ウェーハ表面から内部へ格子間Si原子を注入さ
せて、空孔濃度をＭ字型分布に近い形にするためであ
る。したがって、降温時にも窒素雰囲気を使用すると、
ウェーハ表面に酸素析出物が異常に発生し、ＤＺが確保
できなくなる。本発明では、酸素を10％以上含有する限
りにおいて、酸素の単独ガス、酸素と窒素の混合ガス、
または酸素と不活性ガスの混合ガスとすることができ
る。

【００３６】本発明のＲＴＡ処理では、降温前の窒素雰
囲気から酸素含有雰囲気に変更するタイミングが余りに
も早すぎると、多量に格子間Si原子が注入され、酸素析
出物の発生が阻害され、Ｍ字型の析出分布が得らない恐
れがあり、降温前の10〜０秒の間に変更するようにする
のが望ましい。さらに、使用される雰囲気ガスは、水分
などの不純物成分の含有をできるだけ少なくすることが
望ましい。

【００３７】雰囲気ガスとして酸素の単独ガス、酸素と
窒素の混合ガス、または酸素と不活性ガスの混合ガスを
用いる場合であっても、冷却速度は25℃／秒以上とす
る。冷却速度が25℃／秒を下回るとＭ字型分布は維持で
きても、格子間Si原子の注入量が多くなり、空孔濃度が
小さくなるため酸素析出物の密度が少なくなる。なお、
温度が低下してくると冷却速度の影響はなくなってくる
ので、ウェーハが700℃を下回る温度に達すれば、それ
以降は冷却速度を制御しなくてもよい。

【００３８】一方、冷却速度が速くなっていくと、酸素
析出物が多くなり過ぎるので、その上限は100℃／秒と
する。すなわち、冷却時に酸素雰囲気とする時間が短く
なりすぎると、酸素析出物の発生量が多くなりすぎ、目
的とするＭ字型分布が得られなくなるばかりでなく、ウ
ェーハの機械的強度も低下する。

【００３９】

【実施例】（実施例１）酸素濃度が14×10^１７/cm^３（A
STM F121-79）の単結晶から採取した厚さ700μmの8"φ
ウェーハを用い、ハロゲンランプの光源を用いた急速加
熱冷却装置により、昇温および加熱時の窒素単独ガスか
ら降温時の酸素単独ガスへと雰囲気を変更してＲＴＡ処
理を行った。

【００４０】昇温時には常温から加熱温度1180℃までに
60秒で昇温し（昇温速度：20℃/sec）、その温度で150
秒保持後、冷却した。冷却開始の５秒前に窒素単独ガス
から酸素単独ガスに雰囲気に変更して、700℃までの冷
却速度を５、25、50および70℃／秒の４種に変化させて
ウェーハを作製した。

【００４１】比較材として、同じ条件で昇温および加熱
を行った後、窒素単独ガスの雰囲気を変更することな
く、700℃までの冷却速度を70℃／秒で冷却してウェー
ハを作製した。

【００４２】これらのウェーハをアルゴン雰囲気中で、
800℃で４時間および1000℃で16時間の析出処理を行っ
た後、ウェーハを劈開し、ライトエッチング液で５分間
エッチング処理して、その劈開断面の光学顕微鏡写真に
より析出物の深さ方向の分布を測定した。

【００４３】図１は、実施例１におけるウェーハ表面か
らの深さと酸素析出物の密度との関係を示す図である。
同図から明らかなように、雰囲気を変更した場合には、
冷却速度が５℃／秒であると、酸素析出物の密度は小さ
く、Ｍ字型分布が得られない。これに対し、冷却速度が
25℃／秒以上であると、酸素析出物の密度が高く、Ｍ字
型析出分布が得られる。また、冷却速度が大きくなるほ
ど、ウェーハ断面内部の酸素析出物密度が大きく、冷却
速度によってＢＭＤ密度を調整できることが分かる。

【００４４】比較材による昇温時、降温時とも窒素単独
ガスの雰囲気を変更しない場合には、酸素析出物の密度
が高く、Ｍ字型の析出分布が得られるものの、ウェーハ
表面に酸素析出物が異常に発生し、ＤＺが確保できなく
なっている。 （実施例２）実施例１と同じウェーハを用い、同じ急速
加熱冷却装置により、昇温および加熱時の窒素単独ガス
から降温時の酸素と窒素の混合ガスへと雰囲気を変更し
てＲＴＡ処理を行った。

【００４５】昇温時には加熱温度1180℃までに60秒で昇
温し（昇温速度：20℃/sec）、その温度で150秒保持
後、冷却した。冷却開始の５秒前に窒素単独ガスから酸
素と窒素の混合ガス（酸素含有率90％）雰囲気に変更し
て、700℃までの冷却速度を５、25、50および70℃／秒
の４種に変化させてウェーハを作製した。

【００４６】これらのウェーハをアルゴン雰囲気中で80
0℃で４時間および1000℃で16時間の析出処理を行った
後、ウェーハを劈開し、ライトエッチング液で５分間エ
ッチング処理して、その劈開断面の光学顕微鏡写真によ
り析出物の深さ方向の分布を測定した。

【００４７】図２は、実施例２におけるウェーハ表面か
らの深さと酸素析出物の密度との関係を示す図である。
図１と同様に、雰囲気を変更した場合には、冷却速度が
５℃／秒であると、酸素析出物の密度は小さく、Ｍ字型
分布が得られていない。これに対し、冷却速度が25℃／
秒以上であると、酸素析出物の密度が高く、Ｍ字型の析
出分布が得られている。さらに、実施例１に比べて、冷
却時に酸素と窒素の混合ガス（酸素含有率90％）の雰囲
気を用いることによって、同じ冷却速度であっても、ウ
ェーハ断面中央部の酸素析出物密度が高くなることが分
かる。

【００４８】

【発明の効果】本発明の急速昇降温（ＲＴＡ）熱処理に
よれば、デバイスを製造する過程での熱処理過程におい
て、十分な厚さのＤＺが形成され、このＤＺに近接して
ゲッタリング源となる高密度の酸素析出物またはＢＭＤ
が生じ、かつ内部には酸素析出物が少ないシリコンウェ
ーハを容易に得ることができる。従来、このようなウェ
ーハは、高温の長時間にわたる熱処理と、さらに温度を
変えた熱処理によって得られていたが、本発明の適用に
より短時間の処理にて同様な効果を得ることができ、半
導体デバイス製造の生産性向上、コスト合理化に寄与す
る効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１におけるウェーハ表面からの深さと酸
素析出物の密度との関係を示す図である。

【図２】実施例２におけるウェーハ表面からの深さと酸
素析出物の密度との関係を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 末岡 浩治 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】酸素濃度が11〜17×10^１７atoms／cm^３（A
   STM F121-79）のシリコン単結晶より採取した基板用素
   材を用い、窒素を90％以上含有する雰囲気で1100〜1280
   ℃の温度まで昇温して０〜600秒の加熱を施した後、酸
   素を10％以上含有する雰囲気に変更して100〜25℃／秒
   の冷却速度で降温することを特徴とするシリコン半導体
   用基板の熱処理方法。
2. 【請求項２】上記の基板用素材の熱処理はランプ光の照
   射を用いて、10〜100℃／秒の昇温速度で急速昇温する
   ことを特徴とする請求項１に記載のシリコン半導体用基
   板の熱処理方法。
3. 【請求項３】昇温および加熱時の雰囲気が窒素の単独ガ
   ス、窒素と酸素の混合ガス、または窒素と不活性ガスの
   混合ガスのいずれかであることを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載のシリコン半導体用基板の熱処理方法。
4. 【請求項４】降温時の雰囲気が酸素の単独ガス、酸素と
   窒素の混合ガス、または酸素と不活性ガスの混合ガスで
   あることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載
   のシリコン半導体用基板の熱処理方法。