JPH0461341A - 半導体ウエーハの酸素析出物形成方法 - 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 この発明は、半導体ウェーハにイントリンシックゲッタ
リング能力を付与するための酸素析出物形成方法に係り
、所定の低昇温速度で連続的に昇温しで、最も小さい範
囲の酸素析出核を成長させる低温度から、析出物の成長
速度に見合った速度で析出物の成長速度を増加させるこ
とを特徴とする半導体ウェーハの酸素析出物形成方法に
関する。

従来の技術 半導体ウェーハにイントリンシックゲッタリング（ＩＧ
）能力を付与するため施されるデヌーディットゾーンＩ
Ｇ（ＤＺ・ＩＧ）処理法は、酸素の外方拡散（Ｏｕｔｄ
ｉｆｆｕｓｉｏｎ）プロセスと酸素析出物の核形成、成
長（ＩＧ）プロセスから構成される。

すなわち、ＩＧプロセスにより作成した半導体ウェーハ
の両面には、ＤＺとよばれる無欠陥層と、中心部の微小
欠陥領域とからなり、微小欠陥領域は、結晶内に取り込
まれている酸素が、後工程の熱処理で結晶中の核のまわ
りに酸素が析出する現象を利用して形成される。

また、無欠陥層は、高温熱処理で酸素が表面より外方拡
散する現象を利用して形成され、非酸化性雰囲気中で１
０００℃以上の高温熱処理する単一熱処理法、８００℃
以下で処理して微小欠陥を発生させた後、非酸化性雰囲
気中で１０００℃以上の高温熱処理する２段熱処理法、
高温熱処理後に、低温熱処理する修正複数熱処理法があ
る。

また、ＩＧ能力を増大させる方法として、５００℃から
出発し５０〜１００”Ｃの段階で順次昇温させる技術（
特開昭５７−２１８２５号）、高温熱処理後に、２段熱
処理する技術（特開昭５５−７１７５３号）等が提案さ
れている。

発明が解決しようとする課題 ＩＧプロセスでは、通常の結晶成長法による結晶は、成
長中の酸素析出核が小さいため、均一に核を形成成長さ
せるには、最も小さな析出核に見合った低温での熱処理
が必要である。

低温熱処理では、酸素の拡散係数が小さいため、析出物
の成長に長時間要するという問題があった。

一方、ＩＧ処理に高温処理を用いれば、析出物の成長に
は充分な速度が得られるが、小さな核は消滅し、均一な
析出物分布を得ることが困難であった。

すなわち、従来技術では、均一な酸素析出物を形成する
ためには低温での長時間処理を要し、生産性を重視すれ
ば高品質のＩＧ処理ウェーハを得ることが困難であった
。

この発明は、半導体ウェーハにＩＧ能力を付与するため
の酸素析出物形成方法における上記問題点を解決し、均
一な酸素析出物を短時間で形成できる方法の提供を目的
としている。

発明の概要 この発明は、ＩＧプロセスにおいて、短時間で均一な酸
素析出物を形成できる方法を目的に、熱処理について種
々検討した結果、通常の結晶成長法で形成される最も小
さい範囲の酸素析出核を成長させる低温度から、析出物
の成長速度に見合った速度で析出物の成長速度を増加さ
せることに着目し、さらに昇温速度について種々検討し
た結果、所定温度域において低昇温速度で連続的に熱処
理温度を上昇させることにより、小さな核は消滅するこ
となく、均一な析出物分布を得ることができ、臨界核サ
イズが大きくなって熱処理温度を上げることが可能で、
析出物の成長速度も大きくなり、紛然処理時間の短縮化
できることを知見し、この発明を完成した。

すなわち、この発明は、 半導体ウェーハにイントリンシックゲッタリング能力を
付与するための酸素析出物形成方法において、 半導体ウェーハを、５００℃から１０００℃の温度範囲
で、所要温度まで０．１℃／ｍｉｎから１０℃／ｍｉｎ
の昇温速度で連続的に昇温することを特徴とする半導体
ウェーハの酸素析出物形成方法である。

また、この発明は、上記構成に応じて、昇温中、酸素析
出物成長速度に応じて途中で昇温速度を変更、あるいは
安定化のために一定温度の熱処理に変更することを特徴
とする半導体ウェーハの酸素析出物形成方法である。

発明の構成 この発明は、５００℃から１０００℃の温度範囲で、所
要温度まで０．１℃／ｍｉｎから１０℃／ｍｉｎの昇温
速度で連続的に昇温することを特徴とし、かかる構成を
採用した技術的理由は以下のとおりである。

半導体ウェーハの酸素析出物の成長、消滅には、熱処理
温度によって決まる臨界核サイズが存在する。従って、
８発結晶に存在する均一性を得るための最も小さな析出
核に見合った低温で熱処理を開始することより、その小
さな核を成長させることができる。

また、その核の成長に伴い成長させることを必要とする
臨界核サイズが大きくなっていく結果、熱処理温度を上
げることができ、熱処理温度が上昇すれば、酸素の拡散
係数は大きくなり、析出物の成長速度も大きくなり、紛
然処理時間の短縮化が可能となる。

この発明において、連続的昇温する温度範囲を５００°
Ｃから１０００℃と限定したは、５００℃未満では、生
産性を考慮した場合、核の成長速度が小さすぎ、かつ出
発結晶に存在する均一性を得るための最も小さな核を成
長させるためには、５００°Ｃ以上で充分であり、また
、１０００℃を越えると、析出物のサイズが大きくなり
すぎ、ＤＺ域の完全性を損う危険性が高くなることによ
る。

また、昇温速度を０．１　”Ｃ／ｍｉｎから１０℃／ｍ
ｉｎに限定したは、０．１℃／ｍｉｎ未満の速度では、
生産性を考慮した場合、時間がかかりすぎ、かつ析出核
の成長速度を考慮した場合、０．１℃／ｍｉｎ以上の速
度で充分であり、１０℃／ｍｉｎを越える速度では、低
温処理側で析出核の成長速度を上回るな、均一な析出核
形成が行われないことによる。好ましい昇温速度は、０
゜５℃〜３℃の範囲である。

昇温速度は、結晶中の酸素濃度、空孔濃度、格子間Ｓｉ
濃度等によって、酸素析出物速度が変化するため必ずし
も一定でないが、高温側では酸素の拡散係数が大きいた
め、昇温速度を早めることが可能である。

さらに、昇温中、酸素析出物成長速度に応じて途中で昇
温速度を変更し、多段昇温処理したり、あるいは安定化
のために昇温中、多段昇温処理中に、一定温度の熱処理
に変更することができ、かかる多段昇温処理により、例
えば、実施例に示す如く、従来、ＩＧ領域形成が困難で
あった低抵抗ウェーハに、３０時間程度の短時間でＩＧ
影形成可能となる。

途中で昇温速度を変更したり、所定昇温速度から一定温
度処理に切り換える等の多段処理は、半導体ウェーハの
製造方法、製造条件、要求されるＩＧ能力、成膜の有無
等に応じて、適宜選定する必要がある。

また、成膜していない半導体ウェーハの場合は、本然処
理前に、酸素を外方拡散する１０００℃以上の高温熱処
理することが必要となる。

さらに、この発明による酸素析出物形成方法は、表面保
護膜として使用可能な酸化膜を形成してＩＧ効果を有す
る半導体ウェーハを作成することができる。

実施例 実施例１ 通常のＣＺ法で、酸素濃度１６ｘｌＯａｔｏｍｓ／ｃｃ
（ＯＬＤＡＳＴＭ）で育成し、ウェーハに切りだし鏡面
加工を施したシリコンウェーハに、１２００℃ｘ４ｈｒ
の外方拡散処理の後、次のＩＧ処理を施した。

■５００℃ｘ４０ｈｒ　　（従来法１）■８００℃ｘ４
ｈｒ　　（従来法２） ■５２０℃ｘ４ｈｒ、　７２０℃ｘ４ｈｒの多段処理　
（従来法３）０５００℃から６８０℃まで１℃／ｍｉｎ
で昇温、６８０℃から８００℃２℃／ｍｉｎで昇温　（
本発明）上記砒類のＩＧ処理を施した後、析出物形成状
態を調べるため、１０００℃ｘ１６ｈｒの熱処理を施し
、Ｘ線トポグラフ観察を行った。

第１図に示す、Ｘ線トポグラフ観察結果から明らかなよ
うに、 従来法１（第１図ａ）では均一に析出物が形成されるが
、４０時間もの長時間熱処理を要した。

従来法２（第１図ｂ）では、短時間熱処理であるが均一
な析出物が形成されない。

従来法３では、均一なＩＧ層を比較的短時間で得られる
が、量産性を考慮するとまだ充分とはいえない。

本発明による方法（第１図Ｃ）では、４時間の短時間熱
処理で均一にかつ充分な析出物が形成されている。

実施例２ 実施例１と同様のシリコン鏡面加工ウェーハに１２００
℃ｘ４ｈｒの外方拡散処理した後、５００℃から８００
℃まで１℃／ｍｉｎ昇温し、その後連続して８００℃ｘ
ｌｈｒの熱処理を行った。この際、種々の熱処理炉を用
いてウェーハ処理量を種々変えて実施した。

この熱処理方法は、紛然処理時間は、６時間と短時間で
、第１図ＣのＸ線トポグラフ観察と同様に、均一にかつ
充分な析出物が形成され、さらに、熱処理炉の違いによ
る温度追随性及びウェーハ処理量による熱容量差を補い
、品質安定性を得ることができた。

太進！坦 ０．０３Ωａｍのｓｂドープ（１００）の低抵抗Ｃ２基
板に、１０ｐｍのエピタキシャル成長を行ったウェーハ
に対して、５００℃から８００℃まで０．５℃ｍｉｎで
連続的に昇温する熱処理を行った。

当該ｓｂドープの結晶を有するウェーバでは、内在する
酸素が通常の結晶よりも少なくなるため、ＩＧが形成さ
れ難く、従来、２４時間以上の熱処理が必要であったが
、本発明方法により、１０時間程の熱処理でＩＧ層を形
成することができた。

去屈準圓 ０．０１Ωａｍのｓｂドープ（１００）の低抵抗ＣＺ基
板に、１０ｐｍのエピタキシャル成長を行ったウェーハ
に対して、５００℃から８００℃まで０．１℃／ｍｉｎ
で連続的に昇温する熱処理を行った。

ｓｂドープで０．０２Ωｃｍ以下の領域では、基板中の
酸素濃度が極めて低くなるため、通常、ＩＧ効果を得ら
れる程の析出処理は不可能であるが、本発明方法により
、１×１０５コ／ｃｍ２以上の高密度のＩＧ領領域形成
できた。

実部ｌ飼 ０．０１Ωｃｍのｓｂドープ（１００）の低抵抗ＣＺ基
板に、１０ｐｍのエピタキシャル成長を行ったウェーハ
に対して、 ５００℃から６００℃まで　０．１℃／ｍ１ｎ６００℃
から７００°Ｃまで　０．２℃／ｍ１ｎ７００℃から８
００℃まで　０．４°Ｃ／ｍｉｎで連続的に昇温する熱
処理を行った。

本発明方法により、通常、ＩＧ効果を得られる程の析出
処理は不可能である低抵抗ＣＺ基板に、３０時間程度の
短時間でＩＧ影形成可能となった。

去週！怖 通常のＣ２法で、酸素濃度１６ｘｌＯａｔｏｍｓ／ｃｃ
（ＯＬＤＡＳＴＭ）で育成し、ウェーハに切りだし鏡面
加工を施したシリコンウェーハに、酸素雰囲気で、５０
０℃から８００℃まで３℃／ｍｉｎで連続的に昇温する
熱処理を行った。

その結果、短時間で１×１０５コ／ｃｍ２以上のＩＧ領
領域形成でき、また、７０〜１００Ａ程度の薄い酸化膜
を表面保護膜として形成できた。

実施例７ 通常のＣＺ法で、酸素濃度 １４〜１６ｘｌＯａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＯＬＤ　ＡＳＴＭ
）で育成し、ウェーハに切りだし鏡面加工を施したシリ
コンウェーハに、 ■１２００℃ｘ４ｈｒ（最初の１０分を０２雰囲気で、
残３時間５０分を非酸化性雰囲気で熱処理） ０５００℃から８００℃まで、非酸化性雰囲気で１℃／
ｍｉｎの昇温熱処理を施した。

その結果、短時間で、１００〜６００Ａの表面保護膜と
して使用可能な酸化膜を持ち、かつＩＧ効果を有する基
板を作成できた。

発明の効果 この発明は、酸素析出物形成処理において、充分低い温
度から、析出物の成長速度に見合った速度で連続的に熱
処理温度を昇温することにより、均一な酸素析出物を短
時間で形成することができ、紛然処理時間を短縮でき、
さらに、従来ＩＧ影形成困難な低抵抗Ｃ２基板にも短時
間でＩＧ影形成可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、ｂ、ｃｌ、ｔＸ、ｊ’、ｉ　）ホブラフ観察
結果を示す説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 　半導体ウェーハにイントリンシックゲッタリング能力
   を付与するための酸素析出物形成方法において、 半導体ウェーハを、５００℃から１０００℃の温度範囲
   で、所要温度まで０．１℃／ｍｉｎから１０℃／ｍｉｎ
   の昇温速度で連続的に昇温することを特徴とする半導体
   ウェーハの酸素析出物形成方法。 ２ 　昇温中、酸素析出物成長速度に応じて昇温速度を変更
   、あるいは一定温度の熱処理に変更することを特徴とす
   る請求項１記載の半導体ウェーハの酸素析出物形成方法
   。