JP3172390B2 - シリコンウエーハ及びその製造方法 - Google Patents
シリコンウエーハ及びその製造方法Info
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Description
シリコンウエーハ及びその製造方法に関するものであ
る。
ンゴットから切り出される。
よって製造できる。すなわち、原料ポリシリコンを石英
ガラス（ＳｉＯ2 ）質のルツボに入れ、これを加熱・溶
融し、種結晶を用いてシリコン単結晶を引き上げるので
ある。
リコン単結晶中には、酸素が固溶している。シリコン融
液に石英ルツボから酸素が溶け込み、シリコン単結晶に
取り込まれるからである。
製造工程における初期の熱処理によって、結晶内で析出
して結晶内酸素析出物（ＢＭＤ）となる。ＢＭＤは、デ
バイス活性層に存在するとデバイス内で電気漏洩を起こ
し、デバイス不良の原因となり、望ましくない。
般に、次のような措置が採られている。すなわち、水素
やＡｒ等の不活性雰囲気中でウエーハに高温熱処理を行
って表層の酸素を外方拡散除去したり、シラン系ガスを
水素雰囲気中で還元処理してウエーハ表面にエピタキシ
ャル層を形成するのである。これらの熱処理は、通常１
１００〜１３００℃の高温で行われる。これは、シリコ
ン結晶内を移動する酸素の拡散速度が非常に小さいため
である。
以上の高温になると塑性変形し易くなる。このため、高
温加熱時にウエーハ面内においてある程度大きな温度分
布差が生じた場合には、塑性変形（シリコン結晶組成の
すべり転移発生）が起こり、その結果スリップ欠陥が生
じてしまう。例えば、ウエーハの平均温度が１２００℃
の場合には、ウエーハ中心部と周辺部の温度差が数℃で
もスリップ欠陥が生じる恐れがある。
ｍ（６インチ）未満のウエーハの熱処理には横型炉が用
いられ、直径１５０ｍｍ及び２００ｍｍ（８インチ）以
上のウエーハでは縦型炉が用いられる。これらの炉の加
熱には金属製のヒーターが用いられ、炉内全体を加熱す
る形式が採られている。
程を行う場合には、枚葉型の装置を用いるのが便利であ
る。枚葉型の装置は、ランプ等によりウエーハ１枚分の
温度を正確に制御し、炉内の熱容量をできるだけ低減さ
せて高速昇温・降温が可能な構成になっている。
なるのはウエーハの昇温・降温時、特に昇温時である。
ウエーハのスリップ欠陥を防止する１つの方法として、
平衡状態に近い形でゆっくりと昇温する加熱方法があ
る。ゆっくり昇温する方法は、ウエーハの処理枚数の多
い大型炉に適している。しかしながら、この方法では、
プロセス工程時間が長くなるため、生産性をある程度以
上向上できなかった。
に最適な熱量を供給しウエーハ面内の温度分布を最適に
制御することによって、スリップ欠陥を防止することが
可能である。しかしながら、枚葉型の装置では、処理枚
数が少ないため、やはり生産性を十分に向上することが
できなかった。
発明は、無欠陥層であるＤＺ層を備え、実質的にスリッ
プ欠陥の無いシリコンウエーハ、及びそのようなシリコ
ンウエーハを効率良く低コストで製造するための製造方
法を提供することを目的としている。
シリコンインゴットから形成したウエーハを用い、８０
０〜１０００℃の温度範囲において１５〜１００℃／ｍ
ｉｎの昇温速度で昇温する初期昇温工程と、１０００〜
１３００℃の温度範囲において低速で昇温する徐昇温工
程と、１１００〜１３００℃の温度範囲において５分間
以上滞在させる滞在保持工程を含み、徐昇温工程の昇温
速度を０．５〜１０℃／ｍｉｎとすることを特徴とする
シリコンウェーハの製造方法を要旨としている。
ウェーハの製造方法において、初期昇温工程、徐昇温工
程及び滞在保持工程を水素、Ｈｅ、Ａｒの少なくとも１
つからなる雰囲気中で行うことを特徴とするシリコンウ
エーハの製造方法を要旨としている。
場合のスリップ欠陥の発生領域を示すグラフである。図
１において、横軸はウエーハの平均温度である。スリッ
プ発生領域は、曲線の上側で示されている。本発明者達
は、ウエーハ内温度分布が図１のスリップ発生領域にあ
る場合に、スリップ発生の確率が大きくなることを見い
出した。
０００℃を超すと急激に発生し易くなり、ウエーハ内温
度差が僅かでもスリップ欠陥が発生するようになる。従
って、１０００℃を超えたらウエーハの温度管理をより
厳しく行う必要がある。
し、本発明方法では、シリコンウエーハのデバイス活性
層部分に無欠陥層（ＤＺ層）を形成するための熱処理
を、次の方式で行う。すなわち、８００〜１０００℃の
温度範囲において昇温速度が１５〜１００℃／ｍｉｎの
初期昇温工程を行い、１０００〜１３００℃の温度範囲
において低速で昇温する徐昇温工程を行い、しかる後
に、１１００〜１３００℃の温度範囲で５分間以上滞在
させる滞在保持工程を行うのである。
１０℃／ｍｉｎの昇温速度で行う。さらに望ましい徐昇
温速度は１〜５℃／ｍｉｎである。
は、熱処理に多大な時間を要しコスト高になってしま
う。また、昇温速度が１０℃／ｍｉｎを超える場合に
は、ウエーハ面内の温度差が大きくなるため、スリップ
欠陥の発生を確実に防止することができない。
であると、ウエーハ内部の結晶欠陥の原因となる微小核
（エンブリオ）が成長し、ＢＭＤの生成が増加し、良好
な無欠陥層が形成されなくなるためである。
度はウエハに加わる熱応力が大きくなり、また、実用的
でない。
う理由は、この温度範囲未満では酸素の外方拡散の効率
が悪く、良好な無欠陥層が形成できないためである。ま
た、この温度範囲を越える温度では、ウエハ内部のＢＭ
Ｄが過大に成長しすぎ、ウエハの機械的強度が悪くな
る。
少なくとも１つから成る雰囲気中で行うことが好まし
い。
ハ表面に、肉厚が少なくとも３μｍであり酸素析出物
（ＢＭＤ）密度が１０3 個／ｃｍ3 以下である無欠陥
層、すなわちＤＺ層を形成することができる。ＤＺ層の
肉厚が３μｍ未満の場合には、デバイス工程でリークが
生じる等の不具合が生じるため、高品質のシリコンウエ
ーハを得ることができなくなる。
度とする。ＤＺ層の肉厚がこれを超える場合には、ウエ
ハ内部に形成されるＢＭＤ層による、ＤＺ層に及ぼすゲ
ッタリング効果が乏しくなる等の不具合が生じる。
ーハ内部にＢＭＤ層を形成することも可能である。ＢＭ
Ｄ層とは、酸素析出物を含み、イントリンシックゲッタ
リング（ＩＧ）効果を有する層である。ＩＧ効果を有す
るＢＭＤ層を形成するためには、単結晶シリコンインゴ
ットをスライスしたウエーハの結晶内酸素濃度
（［０i ］）が、１．２〜１．８×１０18ａｔｏｍｓ／
ｃｍ3 であることが望ましい。
示す説明図である。炉入れ温度Ｔ１℃から１０００℃の
昇温工程は、昇温速度１で示されている。１０００℃か
ら１２００℃の昇温工程が、昇温速度２で示されてい
る。昇温後の滞在保持工程が、熱処理として示されてい
る。
ーハを製造した。また、比較例として熱処理条件を一部
変更してシリコンウエーハを製造し、実施例との比較を
行った。
インゴットを引上げ、これをスライスし、平均酸素含有
率が１．３×１０18、１．５×１０18、１．７×１０18
ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 のシリコンウエーハ（各々をＷ−
Ａ、Ｗ−Ｂ、Ｗ−Ｃとする）を形成した。
処理を行った。ＨＴ０１からＨＴ１０が比較例で、ＨＴ
１１〜が本発明の実施例である。
を変更せず、３０〜２℃／ｍｉｎの範囲で昇温速度を一
定に保った比較例である。
度１を３０℃／ｍｉｎにして、その後の昇温速度２を２
０、１５℃／ｍｉｎに引き下げた比較例である。
雰囲気からＡｒ雰囲気に変更した比較例である。
℃／ｍｉｎから４０、５０℃／ｍｉｎと増大した場合の
比較例である。
０、７００、８００℃と変更した場合の実施例である。
度２をそれぞれ０．５、１、５、１０、１５℃／ｍｉｎ
と増大していった場合の実施例である。
度１をそれぞれ２０、５０、６０、８０℃／ｍｉｎと増
大していった場合の実施例である。
度をそれぞれ１１００、１１５０、１２５０、１２９０
℃と上げた場合の実施例である。
Ｈ2 からＡｒ、Ｈｅに変更した場合の実施例である。
２成分系または３成分系のガス雰囲気で熱処理を行った
場合の実施例である。
Ｃの場合の結果をそれぞれ表２〜表４に示した。表２〜
表４から分るように、ウエーハの酸素濃度が変わって
も、ＤＺ層の厚み及びスリップの発生状況にほとんど変
化はなかった。また、いずれの実施例においてもＤＺ層
は３μｍ以上形成された。
ても、スリップ欠陥は発生しなかった（ＨＴ１１〜ＨＴ
１３）。
ｎと増大しても、その後の昇温速度を遅くすることで、
スリップ欠陥の発生を防止できた（ＨＴ１４〜ＨＴ１
８）。
ｎから８０℃／ｍｉｎまで増大しても、スリップ欠陥は
発生しないか又は僅かに発生する程度であった（ＨＴ１
９〜ＨＴ２２）。
「小」とは具体的に、ＪＩＳ Ｈ０６０９−１９９４
「選択エッチングによるシリコンの結晶欠陥の観察方
法」に記載された方法によって観察されたウエーハのス
リップにおいて、スリップの発生箇所が１カ所で、スリ
ップの本数が１０本以下の場合、「中」とは、同様に発
生箇所が１カ所で１０本を越える場合または発生箇所が
複数に渡り、合計が５０本以下の場合、「大」とは同様
に発生箇所が複数に渡り、合計が５０本を越える場合、
を意味している。
変化させた場合、温度が高くなるほどＤＺ層厚みが大き
くなった。一方、スリップは温度が高いほど発生しやす
くなるが、ごく僅かに発生するだけであった（ＨＴ２３
〜ＨＴ２６）。
や、Ｈ2 とＨｅ、Ａｒとの混合雰囲気にしても、Ｈ2 単
独雰囲気の場合と同じ様にＤＺ層が形成され、スリップ
も発生しなかった（ＨＴ２７〜ＨＴ３３）。
ても、スリップ欠陥の発生は無く、ＤＺ層の肉厚が厚く
なるだけであった（ＨＴ３４〜ＨＴ３８）。
方法によれば、ウエーハ表面に肉厚３μｍ以上のＤＺ層
を有し、実質的にスリップ欠陥の無い高品質のシリコン
ウエーハを製造することが可能である。
少ないＦＺ（フロートゾーン）法で製造されたシリコン
ウエーハに対しても、適用可能である。その場合にも、
ウエーハ表面の酸素濃度をさらに低下させてＤＺ層を形
成し、ウエーハ表面を改質できる。
を備え、実質的にスリップ欠陥の無いシリコンウエーハ
を効率良く低コストで製造することができる。
生領域の関係を説明するためのグラフ。
るための説明図。
Claims (2)
- 【請求項１】 単結晶シリコンインゴットから形成した
ウエーハを用い、８００〜１０００℃の温度範囲におい
て１５〜１００℃／ｍｉｎの昇温速度で昇温する初期昇
温工程と、１０００〜１３００℃の温度範囲において低
速で昇温する徐昇温工程と、１１００〜１３００℃の温
度範囲において５分間以上滞在させる滞在保持工程を含
み、徐昇温工程の昇温速度を０．５〜１０℃／ｍｉｎと
することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。 - 【請求項２】 初期昇温工程、徐昇温工程及び滞在保持
工程を水素、Ｈｅ、Ａｒの少なくとも１つからなる雰囲
気中で行うことを特徴とする請求項１に記載のシリコン
ウエーハの製造方法。
Priority Applications (8)
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|---|---|---|---|
| JP08452495A JP3172390B2 (ja) | 1995-03-17 | 1995-03-17 | シリコンウエーハ及びその製造方法 |
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| DE19609107A DE19609107B4 (de) | 1995-03-09 | 1996-03-08 | Verfahren zum Herstellen von Siliziumwafern |
| CA002171375A CA2171375C (en) | 1995-03-09 | 1996-03-08 | Manufacturing method of a silicon wafer having a controlled bmd concentration in the bulk and a good dz layer |
| KR1019960006200A KR100226374B1 (ko) | 1995-03-09 | 1996-03-09 | 실리콘웨이퍼의 제조방법 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (2)
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| JPH08264549A JPH08264549A (ja) | 1996-10-11 |
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ID=13833036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3172390B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000041227A1 (fr) | 1998-12-28 | 2000-07-13 | Shin-Etsu Handotai Co.,Ltd. | Procede de recuit thermique d'une plaquette de silicium, et plaquette de silicium |
| JP6268948B2 (ja) * | 2013-11-07 | 2018-01-31 | 富士電機株式会社 | Ｍｏｓ型半導体装置の製造方法 |
-
1995
- 1995-03-17 JP JP08452495A patent/JP3172390B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08264549A (ja) | 1996-10-11 |
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