JP2004282093A

JP2004282093A - 半導体ウエハの欠陥低減法

Info

Publication number: JP2004282093A
Application number: JP2004145899A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Takami; 秀誠高見
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2004-05-17
Filing date: 2004-05-17
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】イントリンシック・ゲッタリングによる半導体ウエハの欠陥低減法において、安全性の向上とコスト低減を図る。
【解決手段】シリコン等の半導体ウエハ１０の内部に第１の熱処理により酸素析出核１２を形成した後、ウエハ１０の表面層にＨ_２ ^＋からなる水素イオンを注入する。不活性ガス雰囲気中でウエハ１０に第２の熱処理を施すことによりウエハ１０の内部に微小欠陥１４を形成すると共にウエハ１０の表面層を無欠陥層１６に変化させる。無欠陥層１６は、イオン注入された水素の還元作用によりウエハ１０の表面層から酸素及び酸素析出核が外方拡散されることによって形成される。微小欠陥１４は、重金属等の汚染不純物をゲッタ（捕獲）すべく作用する。第２の熱処理では、高純度水素を供給しないので、安全且つ低コストである。
【選択図】図３

Description

この発明は、イントリンシック・ゲッタリングによる半導体ウエハの欠陥低減法に関し、特に半導体ウエハの表面層にＨ_２ ^＋からなる水素イオンを注入した後不活性ガス雰囲気中で熱処理を行なうことにより安全性の向上及びコスト低減を図ったものである。

半導体デバイスの集積度が向上するのに伴ってシリコン結晶中の結晶欠陥や汚染不純物（重金属など）がデバイス特性の劣化や製造歩留りの低下を招くことが多くなってきている。このため、各種の欠陥低減法が提案されているが、そのうちの１つの方法として、水素アニール処理によりウエハ内部に微小欠陥を形成して重金属等の汚染不純物をゲッタ（捕獲）させるイントリンシック・ゲッタリング方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。

この方法の一例を図４，５について説明する。まず、シリコンからなる半導体ウエハ１０に５００〜９００℃で０．５〜１６時間の熱処理を施してウエハ内部に酸素析出核１２を形成する（図４）。次に、半導体ウエハ１０を水素ガス中又は水素ガス含有不活性ガス中にて１０００℃以上の高温で熱処理することによりウエハ内部の酸素析出核を微小欠陥１４に成長させると共にウエハ表面に無欠陥層１６を形成する（図５）。無欠陥層１６は、ウエハ表面の酸素及び酸素析出核が水素の還元作用により外方拡散されることによって形成されるものである。

無欠陥層１６には、集積回路等のデバイスが形成される。また、微小欠陥１４は、重金属等の汚染不純物をゲッタすべく作用する。従って、製造歩留りの低下やデバイス特性の劣化を抑制することができる。
月刊Semiconductor World １９９４年１月号第９８〜１０１頁

上記した従来技術によると、図５の工程では、半導体ウエハを高温炉内に密閉した状態で熱処理を行なうため、水素爆発の可能性があり、危険である。

また、高純度の水素を用いるため、水素供給系、炉部材等を高純度化する必要があり、設備が高価となる。

この発明の目的は、イントリンシック・ゲッタリングによる半導体ウエハの欠陥低減法において、安全性の向上及びコスト低減を図ることにある。

この発明に係る半導体ウエハの欠陥低減法は、
第１の熱処理により半導体ウエハの内部に酸素析出核を形成する工程と、
前記第１の熱処理の後、前記半導体ウエハの表面層にＨ_２ ^＋からなる水素イオンを注入する工程と、
前記水素イオンの注入の後、前記半導体ウエハに不活性ガス雰囲気中で第２の熱処理を施すことにより、前記半導体ウエハの内部に微小欠陥を成長させると共に、注入された水素の還元作用を利用して前記半導体ウエハの表面層を無欠陥層に変化させる工程と
を含むものである。

この発明の方法によれば、半導体ウエハの表面層にＨ_２ ^＋からなる水素イオンを注入した後、不活性ガス雰囲気中で第２の熱処理を行ない、イオン注入された水素の還元作用を利用して無欠陥層を形成するようにしたので、第２の熱処理では、高純度水素を供給する必要がない。従って、水素爆発の可能性がなく、炉部材等の高純度化も不要である。

この発明によれば、イオン注入処理を用いることで熱処理中の水素供給を不要としたので、従来の水素アニール処理に比べて安全性が向上すると共にコスト低減が可能となる効果が得られる。

図１〜３は、この発明の一実施形態に係る半導体ウエハの欠陥低減法を示すもので、各々の図に対応する工程（１）〜（３）を順次に説明する。

（１）半導体ウエハ１０は、例えばチョクラルスキー法で育成されたシリコン単結晶に切断、研磨等の処理を施して得られたもので、これに６５０〜７００℃の低温で数時間熱処理を施すことにより酸素析出核１２を形成する。

（２）次に、半導体ウエハ１０の一方の主表面にＨ_２ ^＋からなる水素イオンを注入する。このときのイオン注入条件は、加速エネルギーを１０ｋｅＶ以上、注入量を１×１０^１４ｉｏｎｓ／ｃｍ^２以上にすることができる。水素イオンの注入は、必要に応じてウエハ１０の両方の主表面に行なってもよい。

イオン注入の際に、水素イオンは、通常のイオン注入装置で使用されている水素含有ガス（ＰＨ_３，Ｂ_２Ｈ_６など）から簡単に発生させることができ、安全性も高い。また、イオン注入法では、一度質量分析を行なうため、水素イオンの純度が高く、部材等の高純度化も不要である。

（３）次に、例えばアルゴンからなる不活性ガス雰囲気中にて１０００℃以上の高温で半導体ウエハ１０に熱処理を施す。このような熱処理により、ウエハ１０の内部では酸素析出核１２が微小欠陥１４に成長すると共に、ウエハ１０の表面層ではイオン注入された水素の還元作用により酸素及び酸素析出核が外方拡散して該表面層が無欠陥層１６に変化する。

上記した実施形態により得られる半導体ウエハにあっては、無欠陥層１６に集積回路等のデバイスを歩留りよく形成可能である。また、微小欠陥１４は、ゲッタ作用によりデバイス特性の劣化を抑制する。

この発明の一実施形態に係る半導体ウエハの欠陥低減法における第１の熱処理工程を示すウエハ断面図である。図１の工程に続く水素イオン注入工程を示すウエハ断面図である。図２の工程に続く第２の熱処理工程を示すウエハ断面図である。従来の半導体ウエハの欠陥低減法における第１の熱処理工程を示すウエハ断面図である。図４の工程に続く第２の熱処理工程を示すウエハ断面図である。

符号の説明

１０：半導体ウエハ、１２：酸素析出核、１４：微小欠陥、１６：無欠陥層。

Claims

第１の熱処理により半導体ウエハの内部に酸素析出核を形成する工程と、
前記第１の熱処理の後、前記半導体ウエハの表面層にＨ_２ ^＋からなる水素イオンを注入する工程と、
前記水素イオンの注入の後、前記半導体ウエハに不活性ガス雰囲気中で第２の熱処理を施すことにより、前記半導体ウエハの内部に微小欠陥を成長させると共に、注入された水素の還元作用を利用して前記半導体ウエハの表面層を無欠陥層に変化させる工程と
を含む半導体ウエハの欠陥低減法。
前記水素イオンを注入する工程では前記半導体ウエハの一方及び他方の主表面の表面層にＨ_２ ^＋からなる水素イオンをそれぞれ注入し、前記第２の熱処理を施す工程では注入された水素の還元作用を利用して前記半導体ウエハの一方及び他方の主表面の表面層をそれぞれ無欠陥層に変化させる請求項１記載の半導体ウエハの欠陥低減法。
前記水素イオンを注入する工程では１０ｋｅＶの加速エネルギーで前記水素イオンの注入を行なう請求項１又は２記載の半導体ウエハの欠陥低減法。