JPH03165509A - シリコンウエハー - 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】 （概要〕 本発明は、シリコンウェハーに関し。

ウェハーの反りを少なくして、半導体集積回路の特性の
向上を目的とし。

酸素を３０　ｐｐｍ以上含有するシリコンウェハーの裏
面に傷を付け、　１　、２００℃以上の高温で１０’／
ｃｍ”以上の転位を導入し、引続き１　、２００℃以上
で１時間以上放置した後、室温まで冷却してなるように
構成する。

（産業上の利用分野〕 本発明は、シリコンウェハーに関する。

近年、半導体集積回路装置の大規模化、高集積化、超微
細化にともない、これに使用するシリコンウェハーにお
いても、大口径化とともに、ウェハーの反りの減少や純
度の向上が要求されており。

これらの技術開発が急務となっている。

〔従来の技術〕

高集積半導体素子の基板として広く用いられるＣ　Ｚ　
（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）のシリコンウェハーは、超
高純度として知られているが、実際には２０〜４０　ｐ
ｐｍ程度の酸素を含んでいる。ここで、酸素濃度の換算
係数として、旧ＡＳＴＭ値４．８１ｘｌＯ’　７ｃｍ”
を用いている。

この酸素は過飽和状態で固溶しているので１通常の素子
の製造プロセスの熱処理条件に一致する７００〜１，２
００℃で数〜数拾時間の熱処理を受けると酸素析出物を
形成し、この析出物から転位が発生したり、析出物自身
が転位の一種である積層欠陥に変化する。

これらの転位は熱処理に伴う熱応力によって。

増殖しつつ移動するために、ウェハー中にスリップを生
じ１反りを引き起こす。

ウェハーに反りが発生すると、ホトリソグラフィ工程の
実施が困難になったり、素子の電気特性の劣化や歩留り
の低下をもたらす。

半導体素子の高集積化とともに推進されているウェハー
の大口径化に伴って、ウェハーの受ける熱応力はより大
きくなるので、必然的に強度の大きい、即ち１反りの小
さいウェハーが今後ますます要求される。

一方、素子製造プロセスはクラスｌＯＯ以下の超クリー
ンルーム内で行われるが、装置やガス・水なとからの不
純物汚染は成る程度避けられず、その量は決して無視で
きるものではない。

即ち、トランジスターなどが形成される素子活性領域に
これらの汚染物質が浸入すると、素子の電気特性を著し
く低下させることが広く知られている。従って、高品質
の半導体素子を歩留り良く製造するためには、汚染物質
を除去し、素子活性領域を清浄にする必要がある。

この為に行われているのがゲッタリングである。

ゲッタリングは１９６０年にＧｏｅ　ｔｚｂｅｒｇｅｒ
　らにより初めて導入され、ｐｎ接合の電気特性を劣化
させている重金属不純物を除去するために用いられた。

ゲッタリング技術はゲッターシンクの形成方法からＩＧ
（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ　Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）法とＥＧ
（ＥｘｔｒｉｎｓｉｃＧｅｔｔｅｒｉｎｇ）法に大別で
きる。

ＩＧ法は、　１９７７年にＴａｎらによって発明された
方法で、酸素の析出によって発生する転位などをゲッタ
ーシンクとして利用するものである。この方法は、ゲッ
ター能力が素子製造プロセス中において持続し、且つ酸
素析出物が多い程ゲッター能力が高いという特徴を備え
ている。

しかし、析出物密度が１０”／ｃａｎ３以上になると熱
応力による転位の増殖・移動が無視できなくなりウェハ
ーの反りが大きくなるという欠点を持ち合わせて持って
いる。

即ち、ゲッター能力を高めようとするとウェハーの反り
が大きくなる。素子の高集積化とともにより高いゲッタ
ー能力が要求されるので、　ＩＧ法は大口径ウェハーに
は今後不向きになると考えられる。

ＥＧ法は、素子活性領域とは反対面であるウェハー裏面
に、燐（Ｐ）の拡散、窒化シリコン膜や多結晶シリコン
膜等の異種膜の形成、イオン注入。

レーザー照射などにより、転位、積層欠陥、クラッタな
どの歪み層を形成して、ゲッターシンクとするものであ
る。

しかし、プロセス中にウェハーを酸化したり５エツチン
グを行う工程がしばしばあり、これによって裏面の歪み
層も除去されてしまうことがある。

また、熱処理によって裏面の歪み層から、更に欠陥がウ
ェハー内部に導入され、ウェハーの強度低下をもたらす
。

以上の理由によって、　ＥＧ法は一次的な効果しか持た
ず、また、大口径ウェハーには不向きである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように、今後は素子の高集積化と、これにともな
うウェハーの大口径化が必然的にウェハーの強度を落と
さず、且つ、より高いゲッター能力を要求することが明
らかである。

本発明は、このために、素子製造プロセス中において、
従来より高いゲッター能力を持続させ。

かつ、ウェハーの強度を維持して反りを可能な限り低減
する方法を提案することにある。

〔課題を解決するための手段〕 第１図は本発明の原理説明図、第２図は針状の凹み、第
３図はクランクを伴った凹みである。

図において、１はウェハー、２はサセプター３はヒータ
ー、４はダイヤモンド針、５はヒーター、６はチャンバ
ーである。

上記の目的を実施するためには、ウェハー中に従来より
多くの転位を発生させ、かつ熱応力が作用してもこの転
位が増殖・移動しない様、何らかの方法によって転位を
固着し、且つ、この固着が素子製造プロセスの熱処理温
度範囲である７００〜１．２００″Ｃにおいて持続する
必要がある。

本発明においては２次のようにして、ウェハーの裏面に
転位を導入する。

即ち、第１図に示すように２不活性気体を導入したチャ
ンバー６中で、サセプター２上に表面を下にしてセット
した高濃度の酸素を含有するウェハー１をヒーター３に
より１．２００℃以上に加熱し。

このウェハー１の裏面にヒーター５によって。

１　、２００℃以上に加熱された針状に加工した多数の
ダイヤモンド針４を一定の力で一定時間押し当てる。

シリコンウェハーは約６００℃以上で塑性変形すること
が知られているので、第２図に示すように。

１　、２００℃以上ならば、第３図に示すような微小亀
裂（クランク）を発生することなく、ウェハー１の裏面
に多数の針状の凹みを形成できる。

第３図にクラックを伴った凹みを示すが、クラックは破
壊の初期段階に導入され１強度を著しく低下させる。本
発明ではこの凹みが形成されると。

直ちに塑性変形の歪みを緩和するために、第２図に示し
たように凹みの周囲に転位が導入される。

第２図、第３図の斜線部は転位の発生箇所を示す。

しかし、この転位はただちに酸素によって固着されはじ
め、ある領域まで広がって増殖・移動は止まる。

酸素が転移を固着する作用のあることは良く知られてお
り、特に、　３０ｐｐｍ以上の時に固着効果が大きくな
る。

次に、裏面に転位を発生させたこのウェハーをそのまま
１　、２００℃以上の温度で数時間保持する。

この熱処理によって、より多くの酸素が転位に向かって
拡散するので、転位はますます強固に固着される。また
、この処理は後で述べるようにプロセスにおいてゲッタ
リング能力が持続するために必要である。

以上の処理を施した本発明のシリコンウェハーは１次の
ようなメカニズムによってゲッタリング能力の持続と強
度の維持が達成される。

素子製造プロセス中に本ウェハに浸入した汚染物質は、
従来のＩＧ法、　ＥＧ法と同様に転位にゲッターされる
。ただし、従来のＩＧ法、ＥＧ法では転位密度が大きい
と反りの発生が大きくなりすぎるため。

１０３〜１０’　ｃ「”程度の転位を利用していたのに
対し９本発明のウェハーの裏面に導入された転位の密度
は１０’〜１０Ｓｃｍ−”であるため、従来のＩＧ法。

ＥＧ法よりもゲッター効果が大きい。

また、プロセス中における熱処理温度は７００〜１　、
２００℃であるため、　１，２００℃以上の高温で熱処
理された本発明のウェハーの転位から酸素が抜は出すこ
とは殆どない。

従って、プロセス中の熱処理に伴う熱応力が作用しても
、多くの酸素による固着効果が持続するため１本発明の
ウェハーの転位は増殖や移動がしにくいので、スリップ
が導入されることも少なく。

反りも極めて小さい。

更に、　１．２００℃以上の高温での数時間の熱処理は
、酸素による転位の固着を促進するのみならず。

ＣＺ成長の際に成長炉内で結晶が冷却されるときの熱履
歴によって形成されるところのウェハー中に存在する微
小析出物をも溶解する。

従って、ＣＺ成長により長尺結晶を育成すると。

頭部から加工したウェハーと尾部から加工したウェハー
とでは酸素析出の振る舞いがかなり異なるという従来の
欠点も解決できる。

このように、　１，２００℃以上の高温での数時間の熱
処理は熱履歴によるウェハー間のバラツキを緩和できる
。

従って１本発明のウェハーが高酸素濃度であっても、酸
素析出の核となる微小析出物が少ないので、プロセス中
の熱処理によって酸素が析出し難たく、新たな転位も発
生しにくい。

また１本発明の方法はウェハーの裏面から内部に向かっ
て約１００μ−まで転位を発生させることが可能である
ため、プロセス中において、しばしば行われる酸化やエ
ツチングによって、裏面が除去されても、これらの量は
１０μ−以下であるので。

ゲッタリング効果の持続性については全く問題ない。

〔作用〕

以上１本発明のウェハーは従来のＩＧ法より高いゲッタ
ー能力を持ち、　ＥＧ法の欠点であったゲッター能力の
持続性の欠如も解決され、かつ両方の方法の欠点であっ
たウェハーの大口径化に対応が困難であるという問題を
も解決できる。

〔実施例〕

第４図は転位の拡がりである。

先の第１図に示すように、ウェハー１の処理は不活性ガ
スを導入したチャンバー６の中で行われる。

先ず２多数のダイヤモンド針４をタンタル製のヒーター
５で１，３００℃に加熱する。

同様に、　１，３００″Ｃに加熱したウェハーの裏面に
押し当てる。

ダイヤモンド針４はモリブデン（ＭＯ）やタングステン
（Ｗ）等の高融点金属を針状に加工し、その表面にダイ
ヤモンド薄膜を蒸着したものや、高融点金属の平板表面
に針状に加工したダイヤモンドを取り付けたものなどを
用いる。

使用したダイヤモンド針４の寸法は長さが３００μｍ、
底面の直径３００μｍの円錐形状である。ダイヤモンド
の代わりにサファイヤでもよいが、ダイヤモンドの方が
寿命が長い。

ダイヤモンドは高温では酸素と極めて反応し易いために
、ダイヤモンド針のウェハーへの圧入は１０−　’Ｔｏ
ｒｒ以下の高真空を保つことが可能な炉の中で、窒素、
アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを置換しながら行う
。これは、サファイヤでも同様である。

ウェハー１の表面を支える台は、超平坦に研磨した炭化
珪素（ＳｉＣ＞を使用する。ＳｉＣは現在、拡散炉中の
ウェハーのキャリアとして１石英ガラスの代わりに使用
され初めており、純度も耐熱性もきわめて高い。

このサセプター２の上に、汚染や傷の防止のために１表
面に二酸化シリコン（ＳｉＯ□）膜を薄く被着したウェ
ハー１を表面を下にしてセットし、サセプター２内のタ
ンタル製のヒーター３により。

ウェハー１を１，３００’Ｃに加熱する。

ここで、　　１，３００℃に加熱したダイヤモンド針４
を降下し、同様に１　、３００℃に加熱されたウェハー
１の裏面に押し当てる。

本発明に使用したウェハー１の酸素濃度は、３５ｐｐｍ
であり、ダイヤモンド針４の圧力は数拾ｇ／ｃｍ”でよ
い。

以上のようにして、ウェハーｌの裏面に第２図に示すよ
うな凹みを形成したならば、引き続いて１．３００℃の
まま２時間保持した後、室温まで冷却する。

第４図は以上の処理を行ったウェハー１の裏面を選択エ
ツチングして転位の拡がりを観察したものを、模式的に
拡大して描いたもので、その密度は、　６ｘｌＯ’　〜
２ｘｌＯ’　７ｃｍ”であった、また、このウェハーｌ
の断面を同様に選択エツチングしたところ、転位は裏面
から８０〜１００μ園の深さまで拡がっていた。

〔発明の効果］ 第５図は本発明とＩＧ法との比較、第６図はソーサービ
ットの拡大図、第７図は熱処理時間と反りの増加、第８
図は本発明とＥＧ法との比較をそれぞれ示すものである
。

上記実施例で説明した本発明の処理を行ったウェハー−
について１第５図から第８図に結果を示すような効果が
確かめられた。

第５図（ａ）に１通常のＩＧ法で用いられる熱処理と同
様に、酸素を３５ｐｐｍ含有する通常のシリコンウェハ
ーを７００’Ｃ，３０時間１続いて１，１００℃５３時
間の熱処理をしたものと、第５図（ｂ）に。

同じ（酸素を３５ｐｐｍ含有する通常のシリコンウェハ
ーに実施例で述べた本発明の処理を行ったものとの２両
方のウェハーに重金属汚染のある雰囲気で酸化を行い、
酸化膜除去後に選択エツチングをした時の表面状態を示
す模式図である。

比較のために、第５図（Ｃ）に、全く処理をしていない
ウェハー、即ちゲッター能力の全熱ないウェハーを同時
に汚染したものの表面状態を示す模式図を示す。

第５図（ａ）のＩＧ法によるものは、ピットがところど
ころ見られ、第５図（ｂ）の本発明によるウェハーはピ
ットの発生がなくきれいである。

また、第５図（Ｃ）の無処理のウェハーは、−面に白濁
が観察され、これを光学顕微鏡で見ると。

第６図（ａ）に拡大平面図、第６図（ｂ）に、Ａ−Ａ’
　ラインでの断面図で示すように、ソーサーピットと呼
ばれるものが観察される。これは２重金属不純物が原因
で発生する結晶欠陥であることが確かめられている。

第５図より９本発明の処理を行ったウェハーが最もゲッ
ター能力が高いことを示している。

第７図に９本発明の処理を行ったウェハーと従来の！Ｇ
法による処理を行ったウェハーとを７００’Ｃで熱処理
を行ったときの、ウェハーの反りの増加を示す。

明らかに１本発明のウェハーの法が反りが少さく１強度
の低下が小さい。なお９本発明の処理の中の高温熱処理
条件は１　、２００″Ｃなら４時間以上。

１　、３００℃なら２時間以上、　１，３５０℃なら１
時間以上の時に強度の低下を十分抑制できることが判明
した。

第８図（ａ）は本発明の処理を行ったウェハー第８図（
ｂ）は従来のＥＧ法を行ったウェハーをそれぞれエツチ
ングによって１０μｍ除去した後に。

重金属汚染のある雰囲気で酸化を行い、酸化膜除去後選
択エンチングをしたときの表面状態を示す模式図である
。

本発明の処理を行ったウェハーは白濁が全くないのに対
して、従来のＥＧ法による処理を行ったウェハーには白
濁が観察された。従って９本発明の処理を行ったウェハ
ーは素子の製造プロセスにおいてゲッター能力が持続し
ているとともに、ウェハーの反りが最小限度に抑えられ
、特性や歩留りの向上に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図。 第２図は針状の凹み。 第３図はクラックを伴った凹み。 第４図は転位の拡がり。 第５図は本発明とＩＧ法との比較。 第６図はソーサーピットの拡大図。 第７図は熱処理時間と反りの増加。 第８図は本発明とＥＧ法との比較 である。 図において。 ■はウェハー ３はヒーター ５はヒーター ２はサセプター ４はダイヤモンド針。 ６はチャンバー 本発明の原理説明図 茶 図 第２図 第３図 転住の拡カリ 叢４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 酸素を３０ｐｐｍ以上含有するシリコンウェハーの裏面
   に傷を付け、１，２００℃以上の高温で１０＾４／ｃｍ
   ＾２以上の転位を導入し、引続き１，２００℃以上で１
   時間以上放置した後、室温まで冷却してなることを特徴
   とするシリコンウェハー。