JPH0562867A - シリコンウエハおよび半導体装置の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウェハが大口径化になるにつれ熱処理によっ
て発生する熱応力により転位が発生しウェハの反りや結
晶欠陥が問題になってきている。この問題を解決し、熱
処理を繰り返してもウェハの反りや結晶欠陥が生じない
ようなウェハを提供し、そのウェハを使用して製造する
半導体装置の歩留向上を図る。 【構成】 上記目的を達するために、少なくともウェ
ハ周辺部に、熱処理によって発生する転位阻止の働きを
する結晶析出物をつくる不純物が添加されてなる、ウ
ェハ内に空洞部が形成され、真空空間とされてなる構成
としたシリコンウェハ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に使用するシ
リコンウェハおよびそのウェハを使用した半導体装置の
製法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置を製造するばあい、シリコン
ウェハを用いて複数回の熱処理を行うことが多いが、こ
の熱処理を行うときうまく熱処理の条件を制御しない
と、ウェハの内部に発生する熱応力のために転位が発生
し、ウェハが反ったり、あるいはスリップとよばれる結
晶欠陥がウェハに発生する。ウェハが大口径化するにつ
れてこの反りの問題や結晶欠陥が発生しやすくなる傾向
があり、また集積回路の微細化が進むにつれてこの問題
はますます無視できなくなる。従来は熱処理工程での熱
履歴の制御で対策をしており、ウェハ側でとくに積極的
な対策はとられていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来、前述したように
半導体装置を製造する過程で、複数回の熱処理プロセス
をへる。シリコンウェハはこの熱処理を行うばあい、熱
処理の条件を厳しく制御しないとウェハの内部に発生す
る熱応力のために転位が発生してウェハが反ったり、ス
リップとよばれる結晶欠陥が発生したりする。

【０００４】最近ウェハの大口径化に伴いこのウェハの
転位の発生による反りや結晶欠陥の問題を無視できなく
なってきており、また微細化が進むにつれて、わずかの
ウェハの反りや結晶欠陥に起因して半導体装置を作れな
いという問題がある。

【０００５】本発明は前述の問題を解決し、熱処理を繰
り返してもウェハの反りや結晶欠陥の発生しないシリコ
ンウェハを提供し、そのウェハを使用して半導体装置を
製造することにより半導体装置の品質の向上を図るもの
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によるシリコンウ
ェハは、このウェハ面内での熱応力の発生を制御するた
めに前記ウェハ中央部と前記ウェハ周辺部で熱処理によ
って発生する転位をひきおこす核物質を結晶析出物とし
てとらえることができる不純物の濃度を変化させたもの
である。

【０００７】本発明によるシリコンウェハの他の構成
は、物理的な応力緩和のために前記ウェハ内部に真空の
空洞部を有するようにしたものである。

【０００８】

【作用】シリコン結晶中に含まれる酸素のような不純物
は熱処理によって転位をひきおこす核物質を結晶析出物
として析出するために転位の運動を阻止する働きを有す
る。ウェハの熱処理に伴うウェハ自身の熱履歴によりウ
ェハに応力が発生するが、ウェハ中央部と周辺部でその
応力の発生レベルが異なる。経験的に、ウェハ周辺の方
がスリップとよばれる熱応力による転位が発生しやすい
ことが判っている。このためにウェハ周辺部に転位をひ
きおこす核物質を結晶析出物としてとらえることができ
る不純物の濃度が高くなるようにすると、周辺部でとく
に発生し易い転位を阻止することができる。この結晶析
出物の濃度は、ウェハにイオン打込みする不純物の濃度
に比例するため、周辺部で不純物濃度を高くすれば転位
を阻止できる。

【０００９】またウェハの内部に空洞部を形成すると、
ウェハで発生するひずみを緩和でき、応力を減少できる
ため、転位や結晶欠陥の発生を防止できる。このばあい
空洞部を真空にしておくと、熱処理で膨張し破損するお
それがないため好ましい。

【００１０】

【実施例】［実施例１］図１に本発明の一実施例を示
す。図はシリコンウェハ１の平面図である。領域２は熱
処理によって析出する転位阻止の働きをする結晶析出物
質をつくる不純物の濃度が高い領域を示している。この
不純物の濃度は半導体装置を製造する熱処理のプロセス
条件によって最適条件を決める。

【００１１】熱処理によって発生する転位阻止の働きを
する結晶析出物質をつくる不純物とは、たとえば、酸
素、窒素、炭素などで、電気的に不活性であるものが望
ましい。この不純物は、熱処理によってそれぞれ転位を
ひきおこす核物質を結晶析出物として析出する作用で転
位阻止の働きをする。

【００１２】つぎに、図２にもとづき本発明の一実施例
であるシリコンウェハの製法について説明する。まず図
２ａ工程に示すように、通常のスライスされた状態のウ
ェハを準備した。つぎに図２ｂ工程に示すようにレジス
トを全面に塗布した。そののち写真製版処理によりウェ
ハ周辺部で転位阻止の働きをする結晶析出物をつくる不
純物として酸素をイオン注入で注入したい領域のみ除去
した（図２ｃ工程）。つぎにその状態でイオン注入法に
より酸素４をウェハ全面に注入した（図２ｄ工程）。そ
のときレジストがマスクとなり酸素４はレジストがない
領域にのみ注入される。そののちレジストを除去した
（図２ｅ工程）。イオン注入で打ち込まれた酸素により
乱された結晶格子を元に戻すためにアニール処理を行っ
た（図２ｆ工程）。以上の方法によりウェハ周囲で酸素
濃度が高く中心部で酸素濃度の低いウェハを形成するこ
とができる。

【００１３】［実施例２］つぎに本発明の第２の実施例
について説明する。本実施例では前述の第１の実施例で
ウェハ周辺部に打ち込む不純物として、酸素の代わりに
窒素、カーボンまたはこれらの複数個の元素の組み合わ
せにしたものである。それは元素によって転位阻止の働
きが異なり、たとえば、酸素は熱処理によって促進さ
れ、窒素は固溶した状態で転位阻止の防止ができ、カー
ボンは酸素の析出を促進する作用であり、半導体装置を
形成する全体の工程の熱処理から最適条件をもつように
選択する。図３はその実施例を示す。そのための製法は
実施例１で示した方法と同じでイオン注入法によって打
ち込むイオン種６の所のみ（図２ｄ工程の４）が異なる
だけである。なお、イオン種を複数個打ち込むばあいに
は複数回イオン注入を行う工程を繰り返すか、あるいは
打ち込みたい複数個のイオンを発生する材料（混合ガ
ス、固体）をソースとしてイオンを発生させ、イオン注
入装置側でその質量数を選択することによっても行え
る。

【００１４】［実施例３］本発明の第３の実施例を図４
に示す。すなわち、実施例１、２ ではスライスした状
態のウェハに不純物を打ち込んでウェハ中央部とウェハ
周辺部でその濃度が異なるウェハをえる方法を説明した
が、この方法だと周辺部領域の面内の不純物濃度は均一
であるが、スループットがよくなく工程もやや複雑にな
る。本実施例はこのスループット改善のための方法であ
る。まずシリコンのインゴット７をスライスする直前ま
で加工処理を行った（図４ａ工程）。つぎにこのインゴ
ット７を両側から固定し回転できるように回転器８にと
り付けた（図４ｂ工程）。そののちインゴット７をゆっ
くり回転させながら酸素イオン４をイオン注入法によっ
て打ち込んだ（図４ｃ工程）。所定の打ち込みたい濃度
に達したあとイオン注入によって打ち込まれた結晶の乱
れを回復するためにアニール処理を行った（図４ｄ工
程）。そののち通常のスライス処理によりウェハ状態に
した（図４ｅ工程）。

【００１５】［実施例４］前述の各実施例ではウェハを
その中央部と周辺部の２つの領域にわけ、その２つの領
域のみで転位阻止の働きをする結晶析出物質を作る不純
物の濃度が異なるウェハの例で説明したが、ウェハ面内
で中心から放射状に不純物の濃度が連続的に高くなって
いくようなウェハにすると一層好ましい。この実施例の
不純物濃度を図５ａに模式的に示している。

【００１６】以下にこのウェハの製法について説明す
る。図５ｂに示すようにまずウェハ１を回転テーブル９
に固定した。つぎにこの回転テーブル９を回転させた。
イオン銃10をウェハ面上部に配置し、イオン注入量コン
トローラー11により打ち込む不純物量を制御した。つい
で徐々にこのイオン銃10をウェハ周辺部へ走査させた。
このときにイオン銃10の位置に応じて打ち込む不純物量
が増加していくようにイオン注入量コントローラー11で
イオン注入量を制御した。以上のようなイオン注入によ
る不純物打ち込み操作終了後、打ち込みによって生じる
結晶の乱れを回復するためにアニール処理を行った。

【００１７】［実施例５］図６〜７に本発明のさらに他
の実施例を示す。実施例１〜４はシリコンウェハの熱処
理によってウェハに熱応力が加わり、これが大きくなる
と転位が発生しウェハが反るといった問題を解決するた
めにウェハ面内で酸素のような転位阻止の働きをする不
純物の濃度を制御しウェハ全体としての反りを防止しよ
うとした。しかし本実施例では、熱応力を緩和する方法
としてウェハの内部に空間を形成し、その空間を利用し
て物理的に緩和するようにした。

【００１８】すなわち、図６〜７に本実施例によるシリ
コンウェハの製造工程を示す。まず２枚の平坦なウェハ
12、13を準備した（図６ａ工程）。そのうち１枚のウェ
ハ12のミラー面にレジスト14を塗布した（図６ｂ工
程）。写真製版現像処理により、ウェハ周辺に溝15がで
きるようにレジストパターニングした（図６ｃ工程）。
レジスト14をマスクとしてアルカリエッチング液（たと
えば、水酸化カリウム系など）でシリコンウェハ12をエ
ッチングし、溝16を形成し（図６ｄ工程）、レジスト14
を除去した（図６ｅ工程）。このウェハの表面を清浄に
し、もう１枚のウェハ13とこの溝16の付いたウェハ12面
を薬品処理により親水化処理した（図７ｆ工程）。つぎ
にこの２枚のウェハ12、13を真空中で機械的に貼りあわ
せた（図７ｇ工程）。このとき溝16のついたウェハ面は
貼りあわせ面にくるようにしておく。この貼りあわせた
２枚のウェハ12、13を真空中で500〜1000℃の熱処理に
より脱水縮合させ（図７ｈ工程）、貼りあわせ面の密着
度を強化するための熱処理を行い（図７ｉ工程）、ウェ
ハ内部に真空の空間18を有するウェハ17をえた。厚さは
研磨処理により調整した。

【００１９】［実施例６］実施例５では片側のウェハに
溝を入れその溝を内側に有するようにウェハ２枚を貼り
あわせてウェハ内部に空間を有するようにした。このウ
ェハ内部に空間を有するばあいの形状は別に溝でなくて
もよく、ウェハ内に複数個の空間を有するように、貼り
あわせる片側のウェハに凹凸をつければよい。この凹凸
を作り込む方法は実施例５と同じであり写真処理のとき
のマスクの変更でできた。このウェハ内に複数個の空間
を有するウェハの断面図を図８に示す。なおウェハに形
成する凹凸は、２枚のウェハの各々に形成することもで
きる。

【００２０】［実施例７］図９に本発明のさらに他の実
施例を示す。この実施例はまず、酸素濃度の異なる２枚
のウェハ21、22を用意した（図９ａ工程）。つぎに酸素
濃度が濃いウェハ21の内部を機械加工によりくり抜き、
凹部23を形成した（図９ｂ工程）。このウェハ21の凹部
23の直径と最初に準備した他方の酸素濃度の低いウェハ
22の直径とを同一にした。つぎにこのウェハ22をウェハ
21の凹部23に組み込み、実施例５で説明したウェハ貼り
あわせ技術により、この２枚のウェハ21、22を貼りあわ
せた（図９ｃ工程）。貼りあわせたウェハは凸型になっ
ているが、これを機械的研磨およびポリッシュ処理によ
りミラー面とした（図９ｄ工程）。そののち、厚さを調
整する機械研磨を行った。

【００２１】このようにして作製したウェハはウェハ周
辺部の酸素濃度が高くウェハ内部の酸素濃度が低いウェ
ハと同じになり、実施例１と同様の効果を有するウェハ
となった。

【００２２】この実施例７では熱処理によって発生する
転位阻止の働きをする結晶析出物質を作る不純物を酸素
で説明したが、酸素以外の窒素、カーボンなどの他の不
純物の濃度の濃いウェハと濃度の低いウェハとを貼りあ
わせても同様のウェハを形成できた。

【００２３】［実施例８］以上の実施例で、ウェハの反
りや結晶欠陥の生じ難いウェハについて説明したが、こ
のウェハを使用し、通常の半導体の製造工程である、エ
ピタキシャル成長、拡散などの熱処理を繰り返して同一
回路をウェハに複数個形成した。そののち、各チップに
分離して組み立て、半導体装置を形成した。その結果、
ウェハの周囲のチップも結晶欠陥などによる不良の発生
がなくなる。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明によればウェハの熱
処理によって発生する転位阻止の働きをする結晶析出物
質を作る不純物をウェハに形成するかもしくはウェハ内
部に空間を形成し、この空間により機械的に応力を緩和
する構造としているため、ウェハの熱処理によって発生
する熱応力に起因するウェハの反りや結晶欠陥を容易に
防止できる。その結果、このウェハを使用して半導体装
置を製造すれば、ウェハの周囲部のチップも良品とな
り、半導体装置の歩留を向上することができる。本発明
はとくにウェハが大口径化になるほど有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すシリコンウェハの
平面図である。

【図２】本発明の一実施例を示すシリコンウェハの製法
を示す図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示すシリコンウェハの
平面図である。

【図４】本発明の第３の実施例を示すシリコンウェハの
製法を示す図である。

【図５】本発明の第４の実施例を示す不純物濃度を示す
図である。

【図６】本発明の第５の実施例の製造工程の前半を示す
図である。

【図７】本発明の第５の実施例の製造工程の後半を示す
図である。

【図８】本発明の第６の実施例の断面を示す図である。

【図９】本発明の第７の実施例の製造工程を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ シリコンウェハ ２ 不純物濃度の高い領域 ７ インゴット 16 溝 18 くぼみ 23 凹部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体装置の製造に使用するシリコンウ
   ェハであって、前記ウェハ中央部とその周辺部で、熱処
   理によって発生する転位をひきおこす核物質を結晶析出
   物としてとらえることができる不純物の濃度が異なるこ
   とを特徴とするシリコンウェハ。
2. 【請求項２】 前記ウェハの周辺部に酸素、窒素、カー
   ボンまたは熱処理によって発生する転位をひきおこす核
   物質を結晶析出物としてとらえることができる不純物の
   いずれか一つまたはこれらの二以上の混合物が不純物と
   してイオン打込みにより打ち込まれてなるシリコンウェ
   ハ。
3. 【請求項３】 請求項２記載の不純物がウェハ状態でな
   く単結晶を引き上げたインゴット状態で打ち込まれたの
   ち、ウェハにスライスされてなるシリコンウェハの製
   法。
4. 【請求項４】 請求項１記載の転位をひきおこす核物質
   を結晶析出物としてとらえることができる不純物の濃度
   が前記ウェハの中心部から周辺部へいくにつれ連続的に
   高くなるよう形成されてなるシリコンウェハ。
5. 【請求項５】 ウェハ周辺部に溝が形成された該ウェハ
   と平坦な第二のウェハとが該溝が貼りあわせ面にくるよ
   うに真空中で貼りあわされてなるシリコンウェハ。
6. 【請求項６】 少なくとも一方のウェハに１個もしくは
   複数個のくぼみが形成され、該くぼみが貼りあわせ面に
   くるように前記ウェハ２枚が真空中で貼りあわされてな
   るシリコンウェハ。
7. 【請求項７】 熱処理で結晶析出物を形成しやすい不純
   物濃度の高いウェハの凹部に前記不純物濃度の低い平坦
   なウェハが挿入されて貼りあわされてなるシリコンウェ
   ハ。
8. 【請求項８】 シリコンウェハを用い、熱処理を繰り返
   して前記ウェハ上に同一回路を形成し、各チップに分離
   して半導体装置を製造する方法であって、前記ウェハに
   請求項１、２または４〜７のいずれか１項記載のシリコ
   ンウェハを使用してなる半導体装置の製法。