JPH04285099A - Ｓｉ単結晶ウエーハの熱処理方法 - Google Patents

Ｓｉ単結晶ウエーハの熱処理方法

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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ｓｉ単結晶の熱処理方
法に関し、より詳しくは、酸化膜耐圧特性の優れたＳｉ
ウェーを得るためのＳｉ単結晶の熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体回路の高集積化にともなう素子の
微細化により、ＭＯＳ−ＬＳＩのゲート電極部の絶縁酸
化膜は薄膜化されている。このような薄い絶縁酸化膜に
おいても、デバイス素子動作時に絶縁耐圧が高いこと、
リーク電流が小さく、酸化膜の信頼性の高いことが必要
とされる。
【０００３】一方、このようなデバイス素子の製造には
チョクラルスキー法で製造されたＳｉ単結晶が用いられ
るが、このチョクラルスキー法Ｓｉ単結晶中には結晶育
成中の高温部の熱履歴のために結晶欠陥が導入されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような結晶欠陥が
Ｓｉ単結晶中に導入されたウェーハを使用してＬＳＩ素
子を形成した場合には、絶縁酸化膜の耐圧不良が問題と
なる。これらから、歩留まり良くＬＳＩを製造するため
にはＳｉウェーハ中に酸化膜耐圧特性を劣化させるよう
な欠陥がないことが重要である。
【０００５】かかる結晶欠陥は結晶育成時の結晶成長速
度と相関が見られ、結晶成長速度が遅い場合には欠陥密
度が少なく、従って酸化膜耐圧特性は良好であるが、こ
のようなＳｉ単結晶は産業上、結晶育成速度が遅いため
に効率が悪いという問題がある。
【０００６】これを本発明者らが本発明を成すに至るま
での検討過程において得られた知見を元に説明する。図
４に従来の技術により製造したＳｉ単結晶より採取した
ウェーハの欠陥密度と結晶成長速度との関係を示す。欠
陥密度の測定方法は、選択エッチング法（Ｋ２　Ｃｒ２
　Ｏ７　：２ｇ、Ｈ２　Ｏ：５０ｍｌ、ＨＦ：１００ｍ
ｌよりなるエッチング液を用いる方法、Ｓｅｃｃｏ　　
Ｄ’Ａｒｒａｇｏｎａ，Ｆ．：Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈ
ｅｍ．Ｓｏｃ．，１１９：９４８，１９７２）を用い、
３０分エッチング後に光学顕微鏡により波模様として観
察されるものをカウントした。結晶成長速度が０．４ｍ
ｍ／ｍｉｎと遅い場合には波模様は２０／ｃｍ２　であ
るが、結晶成長速度が１ｍｍ／ｍｉｎ以上では１０００
／ｃｍ２　と高密度に測定される。
【０００７】また、実際にこれらのウェーハを使用して
酸化膜耐圧特性を測定した。酸化膜耐圧特性の測定は、
例えば、Ｓｉウェーハ内に素子を１００個形成し、酸化
膜の絶縁破壊の電圧が８ＭＶ／ｃｍ以上の良品率として
評価した。酸化膜耐圧特性の条件はゲート部の面積：８
ｍｍ２　、ゲート部の材質：ポリシリコン、酸化膜形成
条件：９００℃，１００分（乾燥酸素雰囲気）、酸化膜
厚：２５０Åである。測定の実例を酸化膜耐圧の良品率
と波模様の密度との相関として図５に示す。波模様の密
度が１０００／ｃｍ２　と高密度に測定されたＳｉウェ
ーハでは酸化膜耐圧の良品率が４０％程度であるが、波
模様の密度が２００／ｃｍ２　程度では酸化膜耐圧の良
品率が８０％である。このように、酸化膜耐圧の良品率
を向上させるには、選択エッチングの際に表れる波模様
の密度を減らすこと、すなわち、欠陥密度を減らすこと
が必要になる。
【０００８】本発明は上記の点を解決しようとするもの
で、その目的は、Ｓｉ単結晶の育成を産業上効率的な速
い成長速度で行なっても、その間に導入された結晶欠陥
を消滅させることができる方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のＳｉ単結晶の熱
処理方法は、チョクラルスキー単結晶引上法において、
引上速度が０．８ｍｍ／分以上であるＳｉ単結晶から切
断分離されたウェーハを１１５０℃乃至１２８０℃で熱
処理することにより酸化膜耐圧特性の優れたＳｉウェー
ハを得ることを特徴とする。
【００１０】本発明において、熱処理の対象となるのは
チョクラルスキー単結晶引上法において、引上速度が０
．８ｍｍ／分以上であるＳｉ単結晶から切断分離された
ウェーハである。従って、本発明は引上速度０．８ｍｍ
／分以上という産業上、効率的な速い成長速度で得られ
たＳｉ単結晶でも熱処理を施すことにより、結晶欠陥を
消滅させ、酸化膜耐圧特性の優れたＳｉウェーハを得る
ことができるところに大きな意義がある。
【００１１】次に図面を用いて本発明を説明する。図１
に結晶欠陥（選択エッチング法で観察できる波模様）密
度と熱処理温度との関係を示した。未熱処理の状態で波
模様の密度が少ないＳｉウェーハは、熱処理後でも密度
が少ないが、未熱処理の状態で波模様の密度が多いＳｉ
ウェーハでは、１１５０℃以上の熱処理温度で効果的に
波模様の密度が減少することがわかった。また、図２に
波模様の密度と１２００℃熱処理における熱処理時間と
の相関を示した。未熱処理の状態で波模様の密度が多い
Ｓｉウェーハでも１０分以上の熱処理時間で効果的に波
模様の密度が低下することが分かった。
【００１２】以上のことから、熱処理温度は１１５０℃
以上の温度である必要があり、また、熱処理の際に用い
る石英チューブの使用限界温度が１２８０℃であること
、高温になるほどコンタミネーションが多くなることか
ら、熱処理温度は１１５０〜１２８０℃の範囲とされる
。好ましい温度範囲は１１５０〜１２００℃である。 また、熱処理時間は１０分間以上が好ましく、１０〜１
２０分間の範囲がより好ましい。１０分間未満では結晶
欠陥を消滅させるには不十分であり、１２０分間を超え
ると経済的に不利になる傾向がある。
【００１３】
【実施例】次に実施例を挙げて本発明を説明する。 実施例１ チョクラルスキー法により直径１３０ｍｍのシリコン半
導体単結晶棒を引き上げ成長速度を０．４ｍｍ／ｍｉｎ
から１．６ｍｍ／ｍｉｎに変えて複数本引き上げた。引
き上げた単結晶棒の引き上げ方位はすべて〈１００〉で
あった。各々の単結晶棒からダイヤモンドソーにより所
定の厚さを持つウェーハを切り出し、その表面を化学研
磨法によりポリッシュウェーハに仕上げた。
【００１４】次に、上記未熱処理のＳｉウェーハに熱処
理を加えた場合の熱処理温度と上記選択エッチング法に
よる３０分間のエッチング後の波模様の密度と熱処理温
度との関係を調べた。その結果を図１に示す。図１から
波模様の密度の広い（結晶欠陥の多い）ウェーハも１１
５０℃以上の熱処理を加えると波模様がなくなり、結晶
欠陥が消滅したことがわかる。
【００１５】次に、波模様が２０００／ｃｍ２　のウェ
ーハサンプルにつき、熱処理温度１２００℃における熱
処理時間と波模様の密度との関係を調べた。その結果を
図２に示す。図１から１２００℃では１０分間以上の熱
処理時間で著しく結晶欠陥減少が見られることがわかる
。
【００１６】次に未処理のＳｉウェーハに熱処理を加え
た場合の酸化膜耐圧特性の改善の効果を結晶成長速度と
酸化膜耐圧の良品率の関係として調べた。酸化膜耐圧特
性の測定は、Ｓｉウェーハ内に素子を１００個形成し、
酸化膜の絶縁破壊の電圧が８ＭＶ／ｃｍ以上の良品率と
して評価した。酸化膜耐圧測定の条件は、ゲート部の面
積：８ｍｍ２　、ゲート部の材質：ポリシリコン、酸化
膜形成条件：４００℃，１００分（乾燥酸素雰囲気）、
酸化膜厚：２５０Åとした。図３にその結果を示す。図
３中の○印は未熱処理品、△印は１１００℃，２時間（
乾燥酸素雰囲気）の前密処理品、更に□印は１２００℃
，２時間（乾燥酸素雰囲気）の前密処理品を示す。結晶
成長速度が１．２ｍｍ／ｍｉｎ程度で比較すると、未熱
処理品の酸化膜耐圧の良品率は４０％程度であるが、１
１００℃前熱処理では５０％と、約１０％の特性向上が
あるが１２００前熱処理品では７０％と未熱処理品と比
較すると約２倍の特性向上が認められた。また、未熱処
理で耐圧特性の良いものは前熱処理の有無にかかわらず
良好な酸化膜耐圧の良品率を示し、かかるＳｉウェーハ
に高温前熱処理を加えても酸化膜耐圧特性は良好である
ことがわかった。従って、広範囲な結晶成長速度で製造
したＳｉウェーハに本発明の熱処理を適応することによ
り、酸化膜耐圧特性の向上と均一化に対して効果的であ
ることが明らかである。
【００１７】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、産業上、
効率的な成長速度が速いＳｉ単結晶引き上げおいても本
発明による熱処理を適応することにより、結晶欠陥が減
少し、酸化膜耐圧特性の優れたＳｉウェーハを得ること
が可能となる。従って、歩留まり良くＬＳＩを製造する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】波模様の密度に対する熱処理温度の効果を示す
グラフ。
【図２】波模様の密度に対する熱処理時間の効果を示す
グラフ。
【図３】酸化膜耐圧の良品率に対する前熱処理の効果を
示すグラフ。
【図４】波模様の密度と結晶成長速度との相関を示すグ
ラフ。
【図５】波模様の密度と酸化膜耐圧の良品率との相関を
示すグラフ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　チョクラルスキー単結晶引上法におい
    て、引上速度が０．８ｍｍ／分以上であるＳｉ単結晶か
    ら切断分離されたウェーハを１１５０℃乃至１２８０℃
    で熱処理することを特徴とする酸化膜耐圧向上を目的と
    したＳｉ単結晶の熱処理方法。
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