JP3458342B2 - シリコンウェーハの製造方法およびシリコンウェーハ - Google Patents
シリコンウェーハの製造方法およびシリコンウェーハInfo
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Description
造方法およびシリコンウェーハに関する。
う)によって引き上げられたシリコン単結晶を加工して
得られたウェーハに適当な熱処理、たとえば窒素ガス雰
囲気中で1050°C、数十時間の熱処理を施すことに
よってウェーハの表面近傍に低酸素濃度の無欠陥領域が
形成される。イントリンシックゲッタリングは、前記シ
リコンウェーハの内部に分布している高密度の微小欠陥
を利用して、前記ウェーハの表面に付着し内方に拡散し
た重金属不純物などのゲッタリングを行うものである
が、たとえば特開昭62−4327などでは、前記イン
トリンシックゲッタリングよりも更にOSF密度の低
減、酸化膜耐圧の改善など品質向上を目的とした半導体
ウェーハの熱処理方法が開示されている。この熱処理方
法は、水素などの還元性ガスを含む不活性ガス雰囲気内
でシリコンウェーハに熱処理を施すことにより、ウェー
ハの表面近傍の酸素濃度を更に低下させるとともに、酸
素析出物の低濃度化を図るものである。
ェーハは表面近傍における酸素濃度が低いので、素子形
成領域の機械的強度も低くなっている。従って、デバイ
ス工程においてこのようなウェーハが局所応力や熱応力
を受け、ウェーハの表面近傍に転位が発生した場合、前
記転位を不動態化する不純物酸素が低濃度であるため、
転位の自己増殖、移動によるリーク電流増大などのデバ
イス不良が発生する。その結果、デバイスの歩留りが低
下する。
れたもので、シリコンウェーハの表面近傍で酸素濃度が
低く、その結果、素子形成領域の機械的強度が低いもの
について、その強度を向上させることができるようなシ
リコンウェーハの熱処理方法およびシリコンウェーハを
提供することを目的としている。
め、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、還元性ガ
スを含む不活性ガス雰囲気中において熱処理を施すこと
により、シリコンウェーハの表面層の酸素濃度を、表面
に向かうにつれて次第に低下させ、酸素濃度を1018
atoms/cm3 以下にする第1の工程と、酸素を含むガス
雰囲気中において1000゜C以上の温度で加熱するこ
とにより、前記表面層のうち極表面層に酸素を導入し、
当該極表面層の酸素濃度を、表面に向かうつれて次第に
上昇させる第2の工程とを含むようにしている。また、
還元性ガスを含む不活性ガス雰囲気中において熱処理を
施すことにより、シリコンウェーハの表面層の酸素濃度
を、表面に向かうにつれて次第に低下させ、酸素濃度を
1018atoms/cm3 以下にする第1の工程と、酸素を
含むガス雰囲気中において1000゜C以上の温度で加
熱することにより、前記表面層のうち極表面層に酸素を
導入し、当該極表面層の機械的強度を第1の工程直後よ
りも高くする第2の工程とを含むようにしている。また
本発明のシリコンウェーハは、表面層の酸素濃度が、表
面に向かうにつれて次第に低下し酸素濃度が1018at
oms/cm3 以下になっており、さらに前記表面層のうち
極表面層の素子形成領域で酸素濃度が上昇に転じてい
る、酸素濃度の深さ方向のプロファイルをもっている、
ことを特徴とするものである。
18atoms/cm3 以下のシリコンウェーハに対し
て、酸素を含むガス雰囲気中で熱処理を施すことにした
ので、前記ウェーハの極表面近傍に酸素が導入される。
従来、水素などの還元性ガスを含む不活性ガス雰囲気中
でシリコンウェーハに熱処理を施すことにより、前記ウ
ェーハの表面近傍の酸素濃度が低下し、これに伴って機
械的強度が低下した場合であっても、本発明の熱処理を
追加することにより素子形成領域の機械的強度を向上さ
せることができる。
ーハは、極表面近傍における酸素濃度が表面近傍より高
くなっているため、水素などの還元性ガスを含む不活性
ガス雰囲気中で熱処理を施した直後のシリコンウェーハ
よりも極表面層の機械的強度が高い。従って、ウェーハ
が局所応力や熱応力を受けた場合でも転位の広がりが小
さく、デバイス工程におけるリーク電流増大などの不良
発生を低減させることができる。
理方法の実施例について、図面を参照して説明する。イ
ントリンシックゲッタリングにおいて、シリコンウェー
ハの表面からの酸素の外方拡散を更に促進させるため
に、水素を含む不活性ガス雰囲気内で熱処理を施すが、
本発明は前記熱処理後に更に図1に示す熱処理を加える
ものである。
結晶をスライス、研磨加工してなるシリコンウェーハ
に、水素などの還元性ガスを含む不活性ガス雰囲気内で
熱処理を施すことにより、前記ウェーハの表面近傍の酸
素濃度は1018atoms/cm3 以下に低下する。こ
のような水素熱処理を施されたシリコンウェーハに、図
1に示すように20%の酸素を含む窒素ガス雰囲気内
で、1100°Cの温度で2時間の熱処理を加え、シリ
コンウェーハの極表面近傍に酸素を導入し、機械的強度
の改善を図る。
面から厚さ方向における酸素濃度の変化について、2次
イオン質量分析によって求めた結果を示す図である。前
記ウェーハの表面層の深さは約20μm、極表面層は表
面から3〜4μmの部分である。シリコンウェーハを水
素熱処理した後、本発明による熱処理を施した場合は、
極表面層に酸素が導入されるため、図2に示すように表
面の酸素濃度が高くなる。ただし、表面の酸素濃度は内
部の酸素濃度より低い。表面から深さ3〜4μmにかけ
て酸素濃度は次第に低下し、この点を過ぎると、すなわ
ち極表面層から表面層に入ると酸素濃度は再び上昇して
内部の酸素濃度に到達する。これに対して前記水素熱処
理の直後におけるシリコンウェーハの酸素濃度は、図3
に示すように表面層の部分で次第に低下し、表面で最も
低くなっている。
の品質について、S.M.Hn,J.Appl.Phy
s.46,1869(1975)などに示されているイ
ンデンテーション法を用いて評価した。すなわち図4に
示すように、マイクロビッカースかたさ試験機の圧子1
に荷重10gfを加えて熱処理済みのシリコンウェーハ
2に圧痕をつけ、転位を発生させた上、窒素ガス雰囲気
内で900°Cで1時間熱処理を加え、転位を増殖させ
た。その後エッチング液に浸漬し、ライトエッチを施し
た後、転位の広がり(rosette extent)
を測定した。図5は<100>方向に成長したCZ法に
よるシリコンウェーハにおける転位の広がりを模式的に
示す説明図である。図中の点線は転位を示し、転位は圧
痕3を中心として四方に広がっている。転位の広がりの
数値は(H1 +H2 )/2で算出され、結晶の相対的な
機械的強度を表す。この評価方法で水素熱処理前のCZ
ウェーハ、水素熱処理を施したCZウェーハ、本発明に
よる熱処理後のCZウェーハの3種類について転位の長
さを測定し、転位の広がりを算出したところ、下記の結
果が得られた。 (1)水素熱処理前のCZウェーハ : 10.6μm (2)水素熱処理を施したCZウェーハ :124.8μm (3)本発明による熱処理後のCZウェーハ: 12.3μm 本発明による熱処理を施した場合、転位の広がりは水素
熱処理を施したCZウェーハの約1/10となり、水素
熱処理前のCZウェーハの数値に近づく。これらの数値
から本発明によって機械的強度が改善されていることが
分かる。
たとき、酸素は不純物として働き、転位を不動態化する
ので、シリコンウェーハの結晶の機械的強度に寄与す
る。従って、極表面層の酸素濃度が著しく低いシリコン
ウェーハに対して本発明による熱処理を加えると、表面
近傍の酸素濃度が増し、特にウェーハの中で重要なIC
製作領域の機械的強度を改善することができる。
たCZウェーハの他、イントリンシックゲッタリングの
熱処理温度が高い、または熱処理時間が長いなどの理由
でウェーハ表面近傍の酸素濃度が極端に低い場合のイン
トリンシックゲッタリング済みウェーハや、FZウェー
ハに対して適用することができる。
の還元性ガス雰囲気中での熱処理により、ウェーハ表面
近傍の酸素濃度が低く、その結果、素子形成領域の機械
的強度が低下したCZウェーハあるいはFZウェーハに
対して、酸素を含むガス雰囲気中で熱処理を施し、前記
ウェーハの極表面近傍に酸素を導入するものである。極
表面層の酸素濃度が低すぎると局所応力や熱応力による
転位の広がりが大きくなり、従来はデバイス工程におい
てリーク電流増大などの不良が発生していたが、本発明
の熱処理を追加することにより前記問題を解決すること
ができ、歩留りが向上する。また、本発明による熱処理
を施したシリコンウェーハは、前記水素ガス雰囲気中で
熱処理を施した従来のシリコンウェーハよりも極表面層
の機械的強度が高いため、応力による転位の広がりが小
さい。
ある。
について、厚さ方向の酸素濃度の変化を示す図である。
リコンウェーハについて、厚さ方向の酸素濃度の変化を
示す図である。
る熱処理を施したシリコンウェーハに圧痕をつける工程
を示す。
広がりを模式的に示す説明図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 還元性ガスを含む不活性ガス雰囲気中に
おいて熱処理を施すことにより、シリコンウェーハの表
面層の酸素濃度を、表面に向かうにつれて次第に低下さ
せ、酸素濃度を1018atoms/cm3 以下にする第1の
工程と、 酸素を含むガス雰囲気中において1000゜C以上の温
度で加熱することにより、前記表面層のうち極表面層に
酸素を導入し、当該極表面層の酸素濃度を、表面に向か
うつれて次第に上昇させる第2の工程とを含むシリコン
ウェーハの製造方法。 - 【請求項2】 還元性ガスを含む不活性ガス雰囲気中に
おいて熱処理を施すことにより、シリコンウェーハの表
面層の酸素濃度を、表面に向かうにつれて次第に低下さ
せ、酸素濃度を1018atoms/cm3 以下にする第1の
工程と、 酸素を含むガス雰囲気中において1000゜C以上の温
度で加熱することにより、前記表面層のうち極表面層に
酸素を導入し、当該極表面層の機械的強度を第1の工程
直後よりも高くする第2の工程とを含むシリコンウェー
ハの製造方法。 - 【請求項3】 表面層の酸素濃度が、表面に向かうにつ
れて次第に低下し酸素濃度が1018atoms/cm3 以下
になっており、さらに前記表面層のうち極表面層の素子
形成領域で酸素濃度が上昇に転じている、 酸素濃度の深さ方向のプロファイルをもっている、 シリコンウェーハ。
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- 1994-06-03 JP JP14563094A patent/JP3458342B2/ja not_active Expired - Lifetime
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