JPH03159128A - 半導体ウェーハの熱処理方法 - 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、結晶転位即ちスリップラインの発生を防止し
た半導体ウェーハの熱処理方法に関する〔従来の技術〕 半導体ウェーハ、例えばシリコンウェーハに対しては、
ウェーハプロセスで数多く、の熱処理が繰り返され、例
えば１ｏｏｏ〜１１００″Ｃの高温度においても数回の
処理が繰り返される。このような高温度処理に際して、
熱的な歪みが発生し易く、圧縮あるいは引張の応力が加
わって、結晶面（１１１）を滑り面としたスリップが発
生し易い。

これをスリップラインと呼び、半導体素子に悪影響を与
えるもので、極力その発生を防止する必要がある。この
スリップライン（単に、スリップと称することもある。

）は、熱処理時に加熱または冷却の速いシリコンウェー
八周縁部分に発生しやすい。例えば、甚だしい場合には
、ｌ　０００　’Ｃ以上の高温度で１０〜２０°Ｃの温
度差を与えると、１０〜２０ｍｍのスリップラインが発
生することが知られている。

また、シリコンウェーハ裏面に積極的に結晶欠陥を発生
させて、その結晶欠陥近傍の歪場に、該シリコンウェー
ハの熱処理時に、表面側の結晶欠陥や金属不純物をデバ
イス形成の領域に関係のない裏面側に移動させることが
行われている。かかる処理方法は一饅に外因性ゲ・ンク
リング方法といわれ、主として機械的な加工歪が利用さ
れる。

かかる機械的な加工歪導入方法としては、硬質の、例え
ばアルミナ等の研磨粒、例えば５０μｍ〜２００μｍの
範囲から選ばれた特定範囲の研に粒を、空気圧でノズル
から噴出させて、シリコンウェーハ裏面に吹きつけるか
、或いは水と混合し、同様に一定の圧力でシリコンウェ
ーハの裏面に吹きつけることによって、微小で均一な加
工歪をその全面に形成する方法が取られる。これらの方
法は、サンドブラスト法と総称される。この他、機械的
加工歪等の方法としては、サンドブラスト法に類似した
技術であるが、特開昭５６−４５０３０号公報にはアル
ミナ或いは炭化珪素の１００〜４００μｍの微粒子を圧
縮空気で流動化させ、その中にシリコンウェーハを投入
して、圧縮空気のエネルギーによる流動研磨粒の運動エ
ネルギーをＩｌｌ用するとか、遊離砥粒を研磨布によっ
てシリコンウェーハに押しつけ、均一な加工歪層を形成
する特開昭５６−１４０６３２号公報の方法等がある。

上記したシリコンウェーハの周縁部におけるスリンプラ
インの発生を防止する方法は既に種々開示されている（
特開昭５４−１４８４７４号、特開昭５８−１０３１３
９号、特開昭６１−５９７３８号）。

このようなスリップラインは、ウェーハ周縁部分のうち
、特に熱処理時にウェーハを保持するウェーハ・ホルダ
ー、即ち熱処理用治具（石英ボート）との接触部分に、
その発生が集中する傾向があることも知られている（特
開昭６１−５９７３８号）。

〔発明が解決しようとする課題〕

スリップラインの発生を防止する従来の方法は、窒化シ
リコン膜或いは窒化シリコン膜を多結晶シリコン膜で挟
んだ複合膜によってシリコンウェーハ周縁部を包囲しく
特開昭５８−１０３１３９号、特開昭６１−５９７３８
号）、又はシリコンウェーハ周縁部以外、即ち中央部分
に結晶歪を導入する（特開昭５４−１４８４７４号）も
のである。しかしながら、前者においては、工程が複雑
化する不利があり、又後者においては結晶歪を導入しな
い周縁部にはゲッタリング効果がなくなってしまうとい
う問題点があった。近年、半導体電子回路素子チップの
収率向上がコストダウンの要請から、ウェーハの周縁部
の利用は極めて重要視され、半導体電子回路素子チップ
のサイズが縮小するにつれてその１頃向が強まっている
。

本発明は、工程の複雑化を伴うことがないとともに周縁
部におけるゲッタリング効果をできるだけ川なうことが
なく、しかもスリップラインの発生を効果的に防止する
ことができるようにした半導体ウェーハの熱処理方法及
びスリップラインの発生を防止した半導体ウェーハを提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明の半導体ウェーハの
熱処理方法においては、ウェーハ・ホルダーの溝に、そ
の一端を挿入し、並立せしめて半導体ウェーハの熱処理
を行うに際し、あらかじめ当該半導体ウェーハが前記ウ
ェーハ・ホルダーの溝に挿入される部分及びその近傍部
分を除いて、当該半導体ウェーハの裏面に全面外回性加
工歪層が形成されているようにしたものである。

本発明の半導体ウェーハにおいては、ウェーハ・ホルダ
ーの溝に挿入される部分及びその近傍を除いて、当該半
導体ウェーハの裏面に全面サンドブラストをかけたもの
である。

ウェーハ・ホルダーの溝に挿入される半導体ウェーハの
部分及びその近傍部分とは、ウェーハ・ホルダー（石英
ボート）の形状によって異なるが、例えば、二点支持、
三点支持、四点支持等の場合のように所定の部位を部分
的に挿入する場合に、その挿入部分及びその近傍を指称
し、また下端部を帯状に挿入する場合にはその帯状部分
及びその近傍を指称するものである。

マスキング材としては、接着シール（パッチ）貼り又は
ワックス等を塗布してもよい。このマスキング材の除去
方法としては、有機溶剤等で洗浄すればよい。

〔発明の背景〕

本発明者が、本発明に到達した背景について以下に説明
する。

実験例１〜３６ 下記の性能の直径５″、６″及び８″のシリコンウェー
ハに下記の条件で乾式サンドブラストしたものと、かけ
ないものを用いて実験を行った。

５“シリコンウェーハ： 直径：１２５ｍｍ、厚さ６２５　ｐｍ、背面Ｏ３Ｆ密度
：約２０万個／　ｃ＋ＩＩ、酸素濃度：約１７　ｐ　ｐ
ｍａ、抵抗率：約１０Ω・ｃｍ、導電型方位：Ｐ＜１０
０〉。

６“シリコンウェーハ： 直径：１５０ｍｍ、厚さ６２５μｍ、背面ＯＳＦ密度：
約２０万個／ｃ＋ｉｌ、酸素濃度：約１８ｐｐｍａ、抵
抗率：約１５Ω・Ｃｍ、導電型方位：Ｐ＜１００〉。

８＃シリコンウェーハ： 直径：２００ｍｍ、厚さ７２５　ｐｍ、背面Ｏ３Ｆ密度
：約２０万個／Ｃｌ１（、酸素濃度：約１８　ｐ　ｐｍ
ａ、抵抗率：約１０Ω・ｃｍ、導電型方位：Ｐ＜１００
〉。

サンドブラスト条件： 使用砥粒は材質がアルミナで、平均粒径約３０μｍのも
のを用い、ノズル孔における噴出圧力を約２ｋｇ／ｃ１
１１．砥粒供給品を１２ｇ／ｍｉｎとした。その結果、
加工歪層をアングルラツブ後の選択エッチ法で調べたと
ころ、平均６μｍであった。

第３図（ａ）（ｂ）（Ｃ）に示した形状のウェーハ・ホ
ルダー（石英ボート）Ｂヘウェーハをセットし、熱処理
炉への出し入れをダイレクトで行い、出し入れ速度１０
ｃｍ／分、保持時間１０分、熱処理温度９００℃、１０
００°Ｃ１１１００°Ｃ及びｌ　２００　’Ｃ１熱処理
の繰り返し回数：ｌ、３．５回、Ｎ２ガス流ｉ：ＦＭ！
／分の条件で、熱処理を行った。熱処理後の各シリコン
ウェーハについて、Ｘ線トポグラフによってＸ線写真を
作成し、この写真と同スケールのテンプレートを作成し
、各シリコンウェーハのスリップ発生面積を目視により
カウントし、シリコンウェーハの全面積に対する％に数
値化し、第４図〜第９図に示した。

第４図〜第９図の結果から、次のことが判明した。

■サンドブラストをかけたシリコンウェーハは、サンド
ブラストをかけないシリコンウェーハに比べてスリップ
発生率が高いが、５″シリコンウエーハについては両者
の差は顕著ではない。■サンドブラストをかけたシリコ
ンウェーハは、大口径の方がスリップ発生率が高く、特
に６’１５’に比べ８″／６＃の方がスリップ発生率は
急激に伸びている。■サンドブラストをかけないシリコ
ンウェーハのスリップ発生率は口径に関係しない。

■高温度処理、繰り返し回数が増えるほどスリップ発生
率は増加する。

また、８＃シリコンウエーハのスリップ発生部位につい
てみると、第１０図に示したように、周辺部、特に石英
ボートＢの溝ｇに挿入された部分に多くのスリップが発
生していることが判明したさらに、８“シリコンウェー
ハのサンドブラスト品とサンドブラスト無品について、
１１００℃で５回の熱処理を行った場合の具体的なスリ
ップ発生状況の一例を第１１図及び第１２図に示した。

同図から明らかなごとく、サンドブラスト品は石英ボー
トＢとの接触部分ｔを中心にしてその周辺部分にわたっ
てスリップＳが発生しているのに対し、サンドブラスト
無品は石英ボートＢとの接触部分ｔにわずかにスリップ
Ｓが発生しているにすぎない。

上述したような実験例の結果から、高温度の熱処理を繰
り返しうけるシリコンウェーハ、特に大口径、即ち８“
のシリコンウェーハについては、通常のサンドブラスト
処理を行うとスリップが大量に発生して良好な品質を維
持することが困難であり、一方サンドブラストをかけな
いとスリップの発生は激減し、そしてスリップの発生は
特に石英ボートに接触する部分で発生するという知見を
得た。スリップの発生を防止するには、サンドブラスト
をかけないことが一つの手段であるが、すンドプラスト
をかけないとゲッタリング効果が発揮できないという問
題が生ずる。

そこで、本発明者は、シリコンウェーハの石英ボートに
接触する部分及びその近傍にはサンドブラストをかけず
、それ以外の部分にサンドブラストをかけることにすれ
ば、スリップの発生を最小限に抑制することができると
ともにゲッタリング効果を極力１員なうことがないこと
を見出し、本発明を完成したものである。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する
。

本発明方法においては、ますウェーハ・ホルダ、即ち熱
処理用治具（石英ボート）Ｂに接触するシリコンウェー
ハＷの裏面部分む及びその近傍部分を第１図に示したご
とくマスキングする。シリコンウェーハＷは、ウェーハ
・ホルダーＢの溝ｇにその一端が挿入され、若干左右い
ずれかに傾斜した状態で複数枚並立されるが、この溝ｇ
は、通常ウェーハ・ホルダーの基底部を形成する２本の
石英ガラス捧り、の上部に、例えば最大深さ４胴、幅が
１．１ｍｍの四部として複数一定のピッチで加■され、
各ウェーハは対応する各石英棒の溝ｇの２ケ所で保持さ
れる。従って、マスキングされる部分は、シリコンウェ
ーハの挿入部分に該当する箇所で寸法余裕を考慮し、約
５　ｍｍ程度の半円となる。このマスキングする手段と
しては、サンドブラストをかけたときに、除去されない
ようにシリコンウェーハ而を被覆すればよいもので、特
別の限定はないが、例えば、接着シール（パッチ）貼り
又はワックス等をマスキング材Ｍとして塗布すればよい
。ついで、マスキング材ＭでシリコンウェーハＷの裏面
を？Ｊ［したままサンドブラストをかける。このサンド
ブラストの条件は特に制限はなく、通常のサンドブラス
トをかければよい。

サンドブラストには、乾式または湿式の二種類があるが
、何れにても有効である。サンドブラスト処理の終了後
、マスキング材Ｍを除去する。このマスキング材Ｍの除
去方法としては、有機溶剤等で洗浄すればよい。

このマスキング材Ｍを除去したシリコンウェーハＷｔは
、サンドブラスト処理の際に遮蔽されていた部分Ｎには
、サンドブラストはかけられておらず、遮蔽されていな
い部分Ｐには、サンドブラストがかけられた状態となっ
ている（第２図）。

このシリコンウェーハＷｌは、その部分Ｎについてはサ
ンドブラストされていないため、スリ・ンフ。

の発生は抑制されており、一方シリコンウエーハＷ１の
部分Ｐについては、サンドブラストがかけられているた
め、ゲッタリング効果を発揮することができるという、
極めて優れた性能を有している。

このシリコンウェーハＷｌは、ついで各種の熱処理工程
にかけられるが、スリップの発生が少なくかつゲッタリ
ング効果に優れているため、すぐれた性能の半導体装置
となりうるちのである。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、工程のＦ；１９１１化
を伴うことがないとともに周縁部におけるゲッタリング
効果をできるだけ損なうことがなく、しかもスリップラ
インの発生を効果的に防止することができるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法においてマスキングされたシリコン
ウェーハの一例を示す図面、第２図は本発明によって得
られたシリコンウェーハの一例を示す図面、第３図（ａ
）は石英ボートの一例を示す上面図、第３図（ｂ）は第
３図（ａ）の正面図、第３図（Ｃ）は第３図（ａ）の側
面図、第４図〜第９図は実験例１〜３６の結果をそれぞ
れ示すグラフ、第１Ｏ図は８″シリコンウエーハのスリ
ップ発生部位を示す図面、第１Ｉ図は８“シリコンウェ
ーハのサンドブラスト品のスリップ発生の一例を示す図
面及び第１２図は８″シリコンウエーハのサンドブラス
ト無品のスリップ発生の一例を示す図面である。 Ｗ、Ｗｌ−・−ウェーハ、Ｂ・−ウェーハ・ホルダー、
Ｍ−マスキング材、Ｓ・−スリップ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ウェーハ・ホルダーの溝に、その一端を挿入し、
   並立せしめて半導体ウェーハの熱処理を行うに際し、あ
   らかじめ当該半導体ウェーハが前記ウェーハ・ホルダー
   の溝に挿入される部分及びその近傍部分を除いて、当該
   半導体ウェーハの裏面に全面外因性加工歪層が形成され
   ていることを特徴とする半導体ウェーハの熱処理方法。
2. （２）ウェーハ・ホルダーの溝に挿入される部分及びそ
   の近傍を除いて、当該半導体ウェーハの裏面に全面サン
   ドブラストをかけたことを特徴とする半導体ウェーハ。