JPH02164040A - シリコン半導体基板の処理方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シリコン半導体基板の処理方法、特にゲッタ
リング源となる欠陥層を形成する処理方法に関する。

〔従来の技術〕

シリコン半導体基板中に形成する結晶欠陥層によって、
有害不純物などをゲッタリングする技術には、欠陥層の
形成方法により大きく分けてイントリンシック・ゲッタ
リング（以下、ＩＧと略す）技術とエクストリンシック
中ゲッタリング（以下、ＥＧと略す）技術とがある。

ＩＧ技術としては、チ璽りラルスキー法で引き上げたシ
リコン単結晶中にもともと過飽和に含まれる溶存酸素を
熱処理によって析出させ、シリコン半導体基板の内部に
欠陥層を形成する技術が代表的である。

一方、ＥＧ技術は半導体基板の裏面側に故意に格子歪を
導入するもので、たとえばシリコン半導体基板の裏面に
機械的損傷を与えたり、あるいはシリコン半導体基板の
裏面にリンなどの不純物を拡散し、格子不整合転位網を
発生させたり、あるいはアルゴンなどのイオン注入によ
って格子゛に損傷を与えたり、あるいはまたシリコン半
導体基板の裏面にシリコン窒化膜を成長させ、高温で熱
処理することによってシリコン半導体基板とシリコン窒
化膜との界面に歪場を形成するなどの方法がある。さら
にまた、シリコン半導体基板の裏面に多結晶半導体膜を
成長させ、この多結晶半導体膜の結晶粒界をゲッタリン
グ源とする方法もＥＧ技術に含まれる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上述した従来のゲッタリング技術は、たとえば
まずＩＣ技術においては、酸素析出の機構が極めて多様
かつ複雑な要因を含んでいるため、酸素析出の完全な制
御は非常に困難で、欠陥層の形成が十分でなかったり、
逆に無欠陥であるべき活性領域に欠陥が発生したりして
、半導体装置の製造歩留りを低下させるという欠点があ
る。

一方、ＥＧ技術においては、シリコン半導体基板の変形
や汚染を伴うことが多く、また一般的にＩＣ技術よりは
効果が小さく、またゲッタリング作用が半導体装置製造
プロセス中で長続きしないという欠点があった。

本発明の目的は、ＩＣ技術を主とするものであるが、Ｅ
Ｇの効果も得られる、新規なシリコン半導体基板の処理
方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の処理方法は、格子欠陥層を生ぜしめるゲッタリ
ング処理に関するもので、シリコン半導体基板の一面の
全面もしくは一部分にシリコン酸化膜を形成後、さらに
同面の全面にシリコン窒化膜を被着させる第１工程と、
前記工程後のシリコン半導体基板を高温熱処理し、シリ
コン窒化膜を被着していない他面において、−定の深さ
まで過飽和酸素を外部拡散により除去する第２工程と、
前記シリコン窒化膜の全部あるいは一部を除去する第３
工程と、前記シリコン半導体基板Ｉ：１ｏｏｏ℃より低
い温度で熱処理し、基板内に酸素析出核を形成する第４
工程とを含むものである。

上記処理を行なったシリコン半導体基板は、半導体装置
製造工程中で、１０００℃以上の熱処理をうけるので、
酸素析出核が形成されている領域に酸素析出物が成長し
、ゲッタリング効果を得ることができる。ただし、半導
体装置製造工程に入る前に、上記熱処理を行なうように
してもよい。

〔作用〕

シリコン半導体基板を高温熱処理（１０５Ｇ℃以上）す
る第２工程で一方の面（半導体素子を形成する面）から
は一定の深さまで過飽和酸素が除去・低減され、また内
部の結晶生成時の析出核を消滅させる。この方法では、
他方の面は、シリコン窒化膜によって酸素の外部拡散が
ないから、この面側には、後でＩＧ効果を与える過飽和
酸素は充分に残っている０次に低温（ｔｏｏｏ”ｃ以下
、通常８００〜７００℃）で熱処理する第４工程で、過
飽和酸素が残っている領域に酸素析出核を精度よく形成
することができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、本発明の実施例につき説明する
。第１図〜第４図は、第１実施例を示す図である。第１
図は、第１工程を示すもので、シリコン半導体基板ｌの
一方の表面にＣＶＤ法によって７０ｎ■のシリコン酸化
膜２を形成し、次いで同じ表面にＣＶＤ法によって１５
ｎａのシリコン窒化！Ｉ３を形成している。シリコン半
導体基板ｌは　１．４Ｘ　１０１８ｃｍ−３の格子間酸
素を含み、面方位（１００）の、直径１２５ｍｍ　＊厚
さ８００ルｍのものである。

次に第２図は第２工程を示すもので、シリコン半導体基
板１を、５％の酸素を含む窒素雰囲気中でｔ　ｔｏｏ℃
、２時間の熱処理を施し、これによってシリコン半導体
基板１の内部にほぼ一様に分布している格子間酸素の、
シリコン酸化膜２およびシリコン窒化膜３によってマス
クされていない方の表面から外部拡散４が起き、その結
果、この表面付近の領域では格子間酸素濃度は低くなる
。この領域が素子活性領域として用いられる。またこの
際、シリコン窒化膜３による応力はシリコン酸化膜２に
よって緩和され、シリコン半導体基板ｌの変形はおこら
ない。

続いて、このシリコン半導体基板ｌからシリコン酸化膜
２およびシリコン窒化膜３を除去する第３工程後、第４
工程として第３図に示すように、窒素ふんい気中で６５
０℃、４時間の熱処理を施し、シリコン半導体基板ｌの
内部の、格子間酸素濃度の高い領域に酸素析出核５を成
長させる６次に、このシリコン半導体基板ｌを乾燥酸素
ふんい気中で１０００℃、１６時間の熱処理を行なうと
、第４図に示すように酸素析出核５が形成されている領
域に酸素析出物６が成長する。また最初にシリコン酸化
膜２およびシリコン窒化１１５Ｉ３でマスクされていた
方の表面付近には酸素析出核５が高密度に存在している
ので、この表面には、酸素析出物６の成長に伴い、積層
欠陥７が高密度に発生し、これが強力なＥＧ源として作
用する。なお、前に述べたように。

第４図の工程は、ウェー／％段階で行なわず、半導体装
置の製造工程中において、同様な効果を得るようにして
いることが多い。

以上のように作製したシリコン半導体基板は、従来のＥ
Ｃ技術を用いたものと異なり、熱処理などによってシリ
コン半導体基板が変形するような応力が発生することが
なく、またＥＧ源として表面まで露出した内部欠陥を利
用しているため、ゲッタリング源は無尽蔵と言ってよく
、熱処理の繰返しによってアニールアウトされたり、消
費されつくしたりしてしまうことがない、また、本発明
の半導体基板の製造方法は、有害不純物などによって半
導体基板を汚染する心配もない。

さらにまた、本発明はＩＧ技術とＥＣ技術との相乗効果
による極めて強力なゲッタリング作用が得られるため、
無欠陥であるべき領域近くまで高密度の内部欠陥を形成
させるような危険をおかす必要はない、これらのことか
ら、本発明によって製造された半導体基板は、＠頼性の
高い半導体装置を高歩留りで製造するのに極めて有効で
あるといえる。

次に第２実施例につき説明する。先ず、第５図に示すよ
うに、シリコン半導体基板８に格子配列された窓を有す
るシリコン酸化［ｉ９を形成する。シリコン半導体基板
８は、第１実施例と同じ＜　、　　１．４Ｘ　１０１８
ｃｍ−３の格子間酸素を含み、直径１２５ｍｍ　、厚さ
６００７ｚｍ、面方位（１０Ｇ）のものである、シリコ
ン酸化１ｇｌ９はＣＶＤ法で３０ｎ■に形成した後ホト
エツチングによりパターンを形成する。ここで、シリコ
ン酸化膜９の窓となる部分の寸法は、−辺が２■騰の正
方形とし、またこれらの窓と窓との間隔は２腸量とする
。なお、この窓の各辺はシリコン半導体基板８の＜１１
０＞方向とすることが望ましい。

次にシリコン半導体基板８の同じ表面にＣＶＤ法によっ
て４０ｎｍの厚さのシリコン窒化ｇｉ。

を成長させ、第６図に示すような構造とする。

次に第２工程として第７図に示すように、シリコン半導
体基板８を、５％の酸素を含む窒素ふんい気中で１１０
０℃、２時間の熱処理を施し、シリコン酸化膜９および
シリコン窒化膜１０でマスクされていない方の表面付近
の領域の格子間酸素の外部拡散１１を起こさせる。また
この時、シリコン酸化１１９の窓を通してシリコン窒化
１１９１０がシリコン半導体基板８と直接接している界
面では熱応力によって高密度に転位１２が発生する。

続いて第３工程として第８図に示すように、ホトエツチ
ング法によってシリコン窒化ｇ１０がシリコン半導体基
板８と接している部分を残してシリコン窒化１９１０を
除去し、さらにシリコン酸化膜９も除去する。第４工程
はシリコン半導体基板８を窒素ふんい気中で８５０℃、
４時間の熱処理を施し、第９図に示すように酸素析出核
１３を成長させる。

上記処理を行なったシリコン半導体基板８を、さらに乾
燥酸素ふんい気中で１０００＠Ｃ！　、　１８時間の熱
処理を施すと第１０図に示すように、酸素析出物１４が
形成される。このときシリコン窒化ＩＩ！ｉｏのパター
ンが形成されている方の表面では、シリコン半導体基板
８が露出している部分で、酸素析出物１４の成長および
シリコン半導体基板８の酸化の進行に伴い、積層欠陥１
５が高密度に発生する０本実施例では、シリコン半導体
基板８とシリコン窒化ｌｌ１１ｏとの界面に発生した転
位１２．およびシリコン半導体基板８が露出していた部
分に発生した積層欠陥１５、およびシリコン半導体基板
内部に発生した酸素析出物１４とによる、極めて強力な
ゲッタリング作用が得られる。なおこのシリコン半導体
基板は、第１実施例のように、一方の表面全部にシリコ
ン窒化膜を成長させた場合と比較して、熱処理などによ
る基板の変形がさらに少ない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は先ずシリコン半導体基板
の一方の面側にのみ、過飽和酸素の除去または低減され
た一定領域を形成してから、低温熱処理することで、酸
素析出核を前記領域以外のところに形成する。前記一定
領域に、製造工程で半導体素子を形成するが、このとき
１０００℃以上の高温になり、酸素析出核の領域に酸素
析出物が成長し、イントリンシック・ゲッタリング作用
を行なう格子欠陥が生ずる。

この格子欠陥発生領域は、精度良く制御可能である。ま
たシリコン半導体基板の他方の面（半導体素子を形成し
ない゛裏面）は、表面まで酸素析出核があるので、表面
に積層欠陥あるいは転位が生じ、強力なエクストリンシ
ック・ゲッタリング源ともなっている。従来のエクスト
リンシック拳ゲッタリングのように特別の表面処理を行
なうものでないから、半導体基板の変形。

汚染の心配がなく、効果が強く、長持ちするゲッタリン
グ作用を与える効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図〜第４図は、第１実施例の各工程を示す断面図、
第５図は第２実施例で、シリコン半導体基板の一方の面
に形成したシリコン酸化膜のパターンを示す図、第６図
〜第１０図は第２実施例のシリコン酸化膜パターン形成
後の各工程を示す断面図である。 、８・・・シリコン半導体基板。 、９・・・シリコン酸化Ｉ！１％ 、１０・・・シリコン窒化膜１ ．１１・・・酸素の外部拡散。 、１４・・・酸素析出核１ ．１３・・・酸素析出物１ ．１５・・・積層欠陥、 ２・・・転位。 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリコン半導体基板の一面の全面もしくは一部分にシリ
   コン酸化膜を形成後、さらに同面の全面にシリコン窒化
   膜を被着させる第１工程と、前記工程後のシリコン半導
   体基板を高温熱処理し、シリコン窒化膜を被着していな
   い他面において、一定の深さまで過飽和酸素を外部拡散
   により除去する第２工程と、前記シリコン窒化膜の全部
   あるいは一部を除去する第３工程と、前記シリコン半導
   体基板を１０００℃より低い温度で熱処理し、基板内に
   酸素析出核を形成する第４工程とを含むことを特徴とす
   るシリコン半導体基板の処理方法。