JPH01246838A - 半導体基板の熱処理方法 - Google Patents
半導体基板の熱処理方法Info
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- JPH01246838A JPH01246838A JP7499088A JP7499088A JPH01246838A JP H01246838 A JPH01246838 A JP H01246838A JP 7499088 A JP7499088 A JP 7499088A JP 7499088 A JP7499088 A JP 7499088A JP H01246838 A JPH01246838 A JP H01246838A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置に用いられる半導体基板に関し、特
にその半導体装置製造過程における汚染不純物のゲッタ
リング能力を付与する半導体基板の熱処理方法に関する
。
にその半導体装置製造過程における汚染不純物のゲッタ
リング能力を付与する半導体基板の熱処理方法に関する
。
シリコン結晶を利用した半導体装置は、メモリー・デバ
イスの高集積化傾向に代表されるように、より微細で複
雑な構造を要求されている。こうした半導体装置を製造
する上での問題点として、製造装置から発する重金属等
の汚染不純物に対して十分な注意を払う必要がある。こ
のような汚染不純物に対しては、製造装置の清浄化は勿
論であるが、用いられる半導体基板そのものに、捕捉能
力を持たせる努力がされてきた。
イスの高集積化傾向に代表されるように、より微細で複
雑な構造を要求されている。こうした半導体装置を製造
する上での問題点として、製造装置から発する重金属等
の汚染不純物に対して十分な注意を払う必要がある。こ
のような汚染不純物に対しては、製造装置の清浄化は勿
論であるが、用いられる半導体基板そのものに、捕捉能
力を持たせる努力がされてきた。
その一つとしては、半導体基板の裏面にサンドブラスト
法などにより機械的損傷を与えることにより転位などの
結晶欠陥を発生させ、汚染不純物を捕捉（ゲッタリング
）する手法がある。また第二の方法として、結晶中の酸
素の析出による内部欠陥を利用する方法がある。現在多
く利用されている半導体基板の製法であるチ３コラルス
キ法では、結晶引き上げ時に原材料である溶融シリコン
中に石英るつぼから溶は込んだ酸素を多く含有する。こ
のため、引き上げられたシリコン単結晶は、一般に過飽
和に酸素を溶解しており、熱処理を加えることによりそ
の酸素を結晶中にシリコンとの反応物として析出させる
ことができる。この析出過程は結晶局部の体積の増加を
伴うので歪みを生じ、転位等の結晶欠陥を発生させるこ
ととなる。
法などにより機械的損傷を与えることにより転位などの
結晶欠陥を発生させ、汚染不純物を捕捉（ゲッタリング
）する手法がある。また第二の方法として、結晶中の酸
素の析出による内部欠陥を利用する方法がある。現在多
く利用されている半導体基板の製法であるチ３コラルス
キ法では、結晶引き上げ時に原材料である溶融シリコン
中に石英るつぼから溶は込んだ酸素を多く含有する。こ
のため、引き上げられたシリコン単結晶は、一般に過飽
和に酸素を溶解しており、熱処理を加えることによりそ
の酸素を結晶中にシリコンとの反応物として析出させる
ことができる。この析出過程は結晶局部の体積の増加を
伴うので歪みを生じ、転位等の結晶欠陥を発生させるこ
ととなる。
この手法によれば、半導体基板内部に有効に結晶欠陥を
設定できる。
設定できる。
特に、第一の方法として示した基板裏面に欠陥を発生さ
せる手法では、半導体装置が基板表面に作られるため間
接的な手法であり、そのゲッタリング能力の制御が困難
であるのに対し、酸素析出を利用する第二の方法では基
板表面近傍までの内部に均一に欠陥発生させることが可
能である。その手法の具体的な設定としては、第一の熱
処理として１２００℃付近の高温で表面付近の酸素を外
方拡散して低濃度領域を形成し、表面での析出を抑制す
ることと、第二の熱処理として以後の熱処理での大きな
析出の核となるべく、微小析出物を形成する析出核形成
のための熱処理が５００℃から９００℃の範囲の温度領
域で用いられている。
せる手法では、半導体装置が基板表面に作られるため間
接的な手法であり、そのゲッタリング能力の制御が困難
であるのに対し、酸素析出を利用する第二の方法では基
板表面近傍までの内部に均一に欠陥発生させることが可
能である。その手法の具体的な設定としては、第一の熱
処理として１２００℃付近の高温で表面付近の酸素を外
方拡散して低濃度領域を形成し、表面での析出を抑制す
ることと、第二の熱処理として以後の熱処理での大きな
析出の核となるべく、微小析出物を形成する析出核形成
のための熱処理が５００℃から９００℃の範囲の温度領
域で用いられている。
上記の第二の熱処理に相当する５００℃から９００℃に
至る温度範囲での析出核形成と呼ばれる熱処理過程にお
いては、第３図に示されるような温度依存性が顕著であ
る。この第３図に示される熱処理温度依存性は、初期酸
素濃度１２Ｘ１０”ａｔｏｍｓ／ｃｃ（７） Ｎ 型シ
リコン基板に対して、第一の熱処理として１２００℃窒
素雰囲気中で３時間処理を行ない、第二の熱処理として
横軸に示す各温度の酸素雰囲気中で１６時間処理し、最
後の熱処理として半導体装置の製造工程での熱処理の一
部を模して１０００℃酸素雰囲気中で１６時間処理した
後、析出に伴う基板中の酸素濃度減少量を調べたもので
ある。
至る温度範囲での析出核形成と呼ばれる熱処理過程にお
いては、第３図に示されるような温度依存性が顕著であ
る。この第３図に示される熱処理温度依存性は、初期酸
素濃度１２Ｘ１０”ａｔｏｍｓ／ｃｃ（７） Ｎ 型シ
リコン基板に対して、第一の熱処理として１２００℃窒
素雰囲気中で３時間処理を行ない、第二の熱処理として
横軸に示す各温度の酸素雰囲気中で１６時間処理し、最
後の熱処理として半導体装置の製造工程での熱処理の一
部を模して１０００℃酸素雰囲気中で１６時間処理した
後、析出に伴う基板中の酸素濃度減少量を調べたもので
ある。
以上の様な析出の温度依存性から、効率の良い単一の析
出核形成熱処理として８００℃の温度を用いることがな
されて来た。ところが析出核の大きさから言えば、より
低温で形成した方が小さくしかも均一性が高く制御性が
良い。このため低温から高温へと等速度で温度上昇させ
ながら熱処理する手法が従来行なわれてきたが、熱処理
時間の増大化を招いている問題点があった。また所望の
析出量にするために、温度上昇速度の設定を変動させる
場合を考えてみると、各々の微小な温度範囲に対しては
その過程速度が一定であるため滞在時間も線形に変化す
るが、先の温度依存性から理解できるように各温度領域
での析出量に対しては線形に変化せず、つまりはその全
体の積算である析出量も線形に変化せず、その設定が困
難であった。さらには制御し得る因子も、この等速度を
特徴とする従来法では全体にわたる単一の温度上昇速度
自体と少なく、またこの速度自体を変化させること自体
、直接処理時間の変動につながってしまうという問題点
があった。
出核形成熱処理として８００℃の温度を用いることがな
されて来た。ところが析出核の大きさから言えば、より
低温で形成した方が小さくしかも均一性が高く制御性が
良い。このため低温から高温へと等速度で温度上昇させ
ながら熱処理する手法が従来行なわれてきたが、熱処理
時間の増大化を招いている問題点があった。また所望の
析出量にするために、温度上昇速度の設定を変動させる
場合を考えてみると、各々の微小な温度範囲に対しては
その過程速度が一定であるため滞在時間も線形に変化す
るが、先の温度依存性から理解できるように各温度領域
での析出量に対しては線形に変化せず、つまりはその全
体の積算である析出量も線形に変化せず、その設定が困
難であった。さらには制御し得る因子も、この等速度を
特徴とする従来法では全体にわたる単一の温度上昇速度
自体と少なく、またこの速度自体を変化させること自体
、直接処理時間の変動につながってしまうという問題点
があった。
本発明では、析出核形成の熱処理において、従来の等速
度の温度上昇熱処理法に代わり多段階の温度上昇速度を
設定することにより、析出の温度依存性を取り入れ且つ
設定の自由度を増した点で、従来技術から大きな発展を
計った利点を有している。
度の温度上昇熱処理法に代わり多段階の温度上昇速度を
設定することにより、析出の温度依存性を取り入れ且つ
設定の自由度を増した点で、従来技術から大きな発展を
計った利点を有している。
本発明は、第一に熱処理を非酸化性雰囲気中で１０００
℃以上１２００℃以下の温度で１時間以上行ない、第二
の熱処理として５００℃以上９００℃以下の温度範囲で
１時間以上処理することを特徴とする半導体基板の熱処
理方法であり、この第二の熱処理温度を低温から高温へ
と連続的に且つ多段階の温度上昇速度を設定し、少なく
とも一つの低温側熱処理の温度上昇速度をより高温側の
ものよりも大きな値に設定することを特徴とした半導体
基板の熱処理方法である。または、前述の熱処理に加え
９００℃以上の熱処理を行なうことを特徴とする熱処理
方法である。
℃以上１２００℃以下の温度で１時間以上行ない、第二
の熱処理として５００℃以上９００℃以下の温度範囲で
１時間以上処理することを特徴とする半導体基板の熱処
理方法であり、この第二の熱処理温度を低温から高温へ
と連続的に且つ多段階の温度上昇速度を設定し、少なく
とも一つの低温側熱処理の温度上昇速度をより高温側の
ものよりも大きな値に設定することを特徴とした半導体
基板の熱処理方法である。または、前述の熱処理に加え
９００℃以上の熱処理を行なうことを特徴とする熱処理
方法である。
以下に、熱処理時間が従来法に比べ短縮できる点につい
て第４図を用いて説明する。第４図（ａ）に示す様に、
低温から高温への熱処理温度領域の下限をＴ。、上限な
Ｔ２とし、本発明による上昇速度の変化点をＴ１とする
。またこのＴ１を境界とした経過時間を前半部分をＸ、
後半部分なｙとする。
て第４図を用いて説明する。第４図（ａ）に示す様に、
低温から高温への熱処理温度領域の下限をＴ。、上限な
Ｔ２とし、本発明による上昇速度の変化点をＴ１とする
。またこのＴ１を境界とした経過時間を前半部分をＸ、
後半部分なｙとする。
等速度の温度上昇処理を特徴とする従来法では、Ｘｌと
ｙｌ、本発明ではｘ２、ｙ２と表わすことができる。さ
て第４図（ｂ）では、この前半と後半の処理時間を変数
としたグラフを示す。従来法ではＸ、ｙの比が（’ｒ＋
−’ｒｏ）、（Ｔ２−ＴＩ）の比となるような値をとる
こととなり、図に示すような直線上を動く。いまｘｌ、
ｙｌの値を示したとする。（その合計時間をｔｌとする
。）一方、本発明の様にｘ、ｙを独立に動かしたとする
とこのグラフ全域の値をとり得るが、なかでも合計時間
が一定な関係は、図中に示す等時間線として表わせられ
る。
ｙｌ、本発明ではｘ２、ｙ２と表わすことができる。さ
て第４図（ｂ）では、この前半と後半の処理時間を変数
としたグラフを示す。従来法ではＸ、ｙの比が（’ｒ＋
−’ｒｏ）、（Ｔ２−ＴＩ）の比となるような値をとる
こととなり、図に示すような直線上を動く。いまｘｌ、
ｙｌの値を示したとする。（その合計時間をｔｌとする
。）一方、本発明の様にｘ、ｙを独立に動かしたとする
とこのグラフ全域の値をとり得るが、なかでも合計時間
が一定な関係は、図中に示す等時間線として表わせられ
る。
ここで、第３図に示した析出の温度依存性を考慮すると
、等析出量線が等時間線とは別に配置されることがわか
る。すなわち、高温側の方が析出傾向が顕著であること
から図のように曲線となる。
、等析出量線が等時間線とは別に配置されることがわか
る。すなわち、高温側の方が析出傾向が顕著であること
から図のように曲線となる。
ここで先の等時間線との交点をたどると、１２＜ｔｌで
あるような等時間線上のＸｓ’ｌを採用することができ
る。このｘ２、ｙ２が本発明での最適値となり、しかも
合計処理時間が短縮できることとなる。
あるような等時間線上のＸｓ’ｌを採用することができ
る。このｘ２、ｙ２が本発明での最適値となり、しかも
合計処理時間が短縮できることとなる。
第１図は、本発明の第一の実施例について説明した熱処
理シーケンスの図示である。用いた基板は、初期酸素濃
度１２ Ｘ １０ ”ａｔｏｍｓ／ｃｃを有していた。
理シーケンスの図示である。用いた基板は、初期酸素濃
度１２ Ｘ １０ ”ａｔｏｍｓ／ｃｃを有していた。
第一の熱処理として、処理温度１２００℃窒素雰囲気中
で３時間処理後、第二〇熱処理として酸素雰囲気中で、
処理温度範囲５００℃から７００℃までを毎時５０℃、
７００℃から９００℃までを毎時１０℃の温度上昇速度
で変化させながら連続熱処理を行なった。一方従来方式
によるものとして、第一の熱処理は共通で、第二の熱処
理として毎１１５．４℃の温度上昇速度で同様に５００
℃から９００℃まで熱処理を行なった。
で３時間処理後、第二〇熱処理として酸素雰囲気中で、
処理温度範囲５００℃から７００℃までを毎時５０℃、
７００℃から９００℃までを毎時１０℃の温度上昇速度
で変化させながら連続熱処理を行なった。一方従来方式
によるものとして、第一の熱処理は共通で、第二の熱処
理として毎１１５．４℃の温度上昇速度で同様に５００
℃から９００℃まで熱処理を行なった。
これらの両方式による熱処理済みの基板と全く熱処理を
行なわない基板とを用いて、ＭＯＳ）ランジスタ構造の
高集積度メモリー素子を製作した。
行なわない基板とを用いて、ＭＯＳ）ランジスタ構造の
高集積度メモリー素子を製作した。
この結果を表１に示す。
表 １
ゲッタリング能力の指標として内部欠陥密度の歩留指数
を示す。内部欠陥評価には、ライト・エツチング液によ
る欠陥選択エツチング法を、基板のへき開断面に適用す
ることにより行なった。
を示す。内部欠陥評価には、ライト・エツチング液によ
る欠陥選択エツチング法を、基板のへき開断面に適用す
ることにより行なった。
また歩留指数として、熱処理なしの基板を用いた場合を
１として表示した。特に、この基板は初期酸素濃度が低
く、製造過程での自然析出はほとんど起こらないため内
部欠陥もほとんど観察されず、ゲッタリング能力を十分
有していなかったと考えられる。以上、本実施例によれ
ば、総処理時間は従来方法よりも短い上に、同等以上の
ゲッタリング能力を持つ半導体基板が得られた。
１として表示した。特に、この基板は初期酸素濃度が低
く、製造過程での自然析出はほとんど起こらないため内
部欠陥もほとんど観察されず、ゲッタリング能力を十分
有していなかったと考えられる。以上、本実施例によれ
ば、総処理時間は従来方法よりも短い上に、同等以上の
ゲッタリング能力を持つ半導体基板が得られた。
第２図に本発明の第二の実施例を示す。こｈは、同じ処
理時間において、本発明を利用することにより内部欠陥
密度をより多く形成できた例である。
理時間において、本発明を利用することにより内部欠陥
密度をより多く形成できた例である。
初期酸素濃度１３ Ｘ １０ ”ａｔｏｍｓ／ｃｃを有
するｐ型シリコン基板を用いた。第一の熱処理として１
１５０℃窒素雰囲気中で４時間処理した後、第二の熱処
理として１６時間の５００℃から９００℃までの酸素雰
囲気中の熱処理を行なった。この時、８時間経過後にお
いて、第２図（ａ）のように温度上昇を変化させた。ま
た、第三の熱処理として１０００℃の酸素雰囲気中で１
６時間処理した。
するｐ型シリコン基板を用いた。第一の熱処理として１
１５０℃窒素雰囲気中で４時間処理した後、第二の熱処
理として１６時間の５００℃から９００℃までの酸素雰
囲気中の熱処理を行なった。この時、８時間経過後にお
いて、第２図（ａ）のように温度上昇を変化させた。ま
た、第三の熱処理として１０００℃の酸素雰囲気中で１
６時間処理した。
この結果を第２図（ｂ）に示す。横軸に８時間経過後の
温度が示されているが、等速度温度上昇の従来方式では
この値が７００℃となる。この時点での温度が７００℃
を越える様な温度上昇設定が本発明に対応する。この結
果から、この時点８００℃付近を示すような設定のとき
に、従来方式に比べ、最大４倍強の内部欠陥密度が得ら
れた。
温度が示されているが、等速度温度上昇の従来方式では
この値が７００℃となる。この時点での温度が７００℃
を越える様な温度上昇設定が本発明に対応する。この結
果から、この時点８００℃付近を示すような設定のとき
に、従来方式に比べ、最大４倍強の内部欠陥密度が得ら
れた。
この結果をよく見ると、例えば３Ｘ１０’ケ／ｄの内部
欠陥密度を得る設定条件として、温度変化点が７６０℃
、８６０℃の各々になるような温度上昇速度の設定が可
能である。この両者の析出物は、熱履歴が異なるので一
般に大きさが異なり、また以後半導体装置製造工程でう
ける熱履歴により析出挙動が異なる。この点を利用し、
より望ましい結果を選択することができる。これは、従
来方式では、明らかでなかった設定の自由度の増加を意
味している。実際、この両者の基板と再び熱処理なしの
基板を用いてＭＯＳ）ランジスタ構造の高集積度メモリ
ー素子を製作した結果を表２の表 ２ 熱処理なしの基板の場合を１として示された値から、変
化点７６０℃と設定した場合がより有効であることがわ
かった。又、この場合のように第３の熱処理を行なって
おくと、処理時間は副次的に追加されるが、製造工程投
入前に内部欠陥を簡便にチエツクでき、管理上有効であ
ることもわかった。
欠陥密度を得る設定条件として、温度変化点が７６０℃
、８６０℃の各々になるような温度上昇速度の設定が可
能である。この両者の析出物は、熱履歴が異なるので一
般に大きさが異なり、また以後半導体装置製造工程でう
ける熱履歴により析出挙動が異なる。この点を利用し、
より望ましい結果を選択することができる。これは、従
来方式では、明らかでなかった設定の自由度の増加を意
味している。実際、この両者の基板と再び熱処理なしの
基板を用いてＭＯＳ）ランジスタ構造の高集積度メモリ
ー素子を製作した結果を表２の表 ２ 熱処理なしの基板の場合を１として示された値から、変
化点７６０℃と設定した場合がより有効であることがわ
かった。又、この場合のように第３の熱処理を行なって
おくと、処理時間は副次的に追加されるが、製造工程投
入前に内部欠陥を簡便にチエツクでき、管理上有効であ
ることもわかった。
以上説明したように本発明は、従来の等速度の温度上昇
熱処理に代わり、酸素析出の温度依存性を考慮した多段
の温度上昇速度を設定することにより、処理時間を大幅
に短縮できる第１の効果がある。また、実施例２に示し
たような設定条件の自由度の増大化により、内部欠陥の
数量的な観点ばかりでなく、形状等の質的内容までも十
分制御できる第２の効果も有している。
熱処理に代わり、酸素析出の温度依存性を考慮した多段
の温度上昇速度を設定することにより、処理時間を大幅
に短縮できる第１の効果がある。また、実施例２に示し
たような設定条件の自由度の増大化により、内部欠陥の
数量的な観点ばかりでなく、形状等の質的内容までも十
分制御できる第２の効果も有している。
なお、本明細書に記載の酸素濃度は、フーリエ赤外分光
法による吸収度をもとに、旧ＡＳＴＭ規格の変換計数４
．８１を用いて求められた。
法による吸収度をもとに、旧ＡＳＴＭ規格の変換計数４
．８１を用いて求められた。
第１図は、本発明の第１の実施例を示す熱処理シーケン
スの図、第２図（ａ）は、本発明の第２の実施例を示す
熱処理シーケンスの図、第２図（ｂ）は本実施例の熱処
理結果で得られた内部欠陥密度の条件設定依存性を示す
図、第３図は、結晶中の酸素析出の温度依存性を示す図
、第４図（ａ）は、本発明における処理時間短縮効果を
説明する熱処理シーケンスの図、第４図（ｂ）は従来方
式との処理時間を比較説明する図である。 代理人 弁理士 内 原 晋 昶 第Ｚの熱妹鯉綺間（１間ｐ 給／図 第Ｚ■枯ム理ｆ ｒ詣
スの図、第２図（ａ）は、本発明の第２の実施例を示す
熱処理シーケンスの図、第２図（ｂ）は本実施例の熱処
理結果で得られた内部欠陥密度の条件設定依存性を示す
図、第３図は、結晶中の酸素析出の温度依存性を示す図
、第４図（ａ）は、本発明における処理時間短縮効果を
説明する熱処理シーケンスの図、第４図（ｂ）は従来方
式との処理時間を比較説明する図である。 代理人 弁理士 内 原 晋 昶 第Ｚの熱妹鯉綺間（１間ｐ 給／図 第Ｚ■枯ム理ｆ ｒ詣
Claims (2)
- （１）半導体装置製造過程中に生じる重金属等の環境不
純物に対するゲッタリング機能を持たせるべく、シリコ
ン基板の内部結晶欠陥形成を目的とした基板の前熱処理
において、第一の熱処理を非酸化性雰囲気中で１０００
℃以上１２５０℃以下の温度で１時間以上行ない、第二
の熱処理として５００℃以上９００℃以下の温度範囲で
１時間以上行なうことを特徴とする半導体基板の熱処理
方法において、第二の熱処理を適用する際に低温側から
高温側に処理温度を連続的に変化させ、且つ温度変化速
度を多段階に設定し、少なくとも一つの低温側熱処理の
温度上昇速度をより高温側での上昇速度よりも大きな値
に設定することを特徴とする熱処理方法。 - （２）前記（１）項の熱処理に引き続き、第三以後の熱
処理を９００℃以上の温度で１時間以上行なうことを特
徴とする半導体基板の熱処理法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7499088A JPH01246838A (ja) | 1988-03-28 | 1988-03-28 | 半導体基板の熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7499088A JPH01246838A (ja) | 1988-03-28 | 1988-03-28 | 半導体基板の熱処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01246838A true JPH01246838A (ja) | 1989-10-02 |
Family
ID=13563228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7499088A Pending JPH01246838A (ja) | 1988-03-28 | 1988-03-28 | 半導体基板の熱処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01246838A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05182975A (ja) * | 1991-12-27 | 1993-07-23 | Komatsu Denshi Kinzoku Kk | 半導体シリコンウエハの熱処理方法 |
| WO1999059196A1 (en) * | 1998-05-11 | 1999-11-18 | Semitool, Inc. | Temperature control system for a thermal reactor |
-
1988
- 1988-03-28 JP JP7499088A patent/JPH01246838A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05182975A (ja) * | 1991-12-27 | 1993-07-23 | Komatsu Denshi Kinzoku Kk | 半導体シリコンウエハの熱処理方法 |
| WO1999059196A1 (en) * | 1998-05-11 | 1999-11-18 | Semitool, Inc. | Temperature control system for a thermal reactor |
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