JPH0574783A - シリコンウエハーおよびウエハーゲツタリングの処理方法 - Google Patents

シリコンウエハーおよびウエハーゲツタリングの処理方法

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JPH0574783A
JPH0574783A JP23480591A JP23480591A JPH0574783A JP H0574783 A JPH0574783 A JP H0574783A JP 23480591 A JP23480591 A JP 23480591A JP 23480591 A JP23480591 A JP 23480591A JP H0574783 A JPH0574783 A JP H0574783A
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JP
Japan
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wafer
silicon
germanium
oxygen
heat treatment
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JP23480591A
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Hiroshi Kaneda
寛 金田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 不純物酸素の析出に伴うイントリンシック・
ゲッタリング効果を有するシリコンウェハーに関し、ゲ
ッタリングの処理を、従来の酸素析出核の形成の低温熱
処理と成長の高温熱処理とを省略しても行えるやり方を
提案する。 【構成】 不純物としてゲルマニウムを100ppm 以上
含有しているシリコンウェハーとする。シリコン単結晶
インゴットを製作し、該インゴットからウェハーを製作
し、該ウェハーを熱処理してイントリンシック・ゲッタ
リング処理を施すウェハーゲッタリングの処理方法にお
いて、シリコン溶液中にゲルマニウムをドープして、前
記シリコン単結晶インゴットにゲルマニウム原子を10
00ppm 以上含有させるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン単結晶基板で
あるシリコンウェハー、より詳しくは、ウェハーゲッタ
リング技術に関する。本発明は、特に、不純物酸素の析
出に伴うイントリンシック・ゲッタリング効果を有する
シリコンウェハーに関する。
【0002】
【従来の技術】通常は、シリコン単結晶インゴットから
製作したシリコンウェハーに所定の熱処理で不純物酸素
を析出させるなどして、イントリンシック・ゲッタリン
グ処理を施してから、それぞれの半導体装置の製造工程
における導電型や抵抗値を調節するためのドーパント不
純物を拡散させる熱拡散、シリコンの熱酸化、イオン注
入後のアニーリングなどの高温熱処理を行っている。こ
のような手順を経る理由としては、大きく二つある。一
つは、後述するような理由のために、いきなり高温熱処
理に入っても酸素析出を起こさせることができないとい
う原理的な制約のためである。もう一つは、高温熱処理
がかなりの高温で行われために、その最中に半導体素子
の特性を損なうような金属汚染がシリコン結晶中に混入
し易く、予めこれに対処すべく(ゲッタリングするべ
く)酸素析出物を形成しておくと有効であると考えられ
るためである。
【0003】イントリンシック・ゲッタリング効果を発
揮させるための酸素析出熱工程は、一般的に次のような
熱過程からなる。(1)先ず、シリコンインゴットから
製作したシリコンウェハーを1100℃程度の高温に加
熱してウェハー表面近傍の不純物をウェハー外部に放出
し、ウェハー表面を無欠陥層(denuded zone) にする
(外方拡散工程、約1〜2時間)。(2)加熱温度を5
00〜800℃に下げて、いわゆる析出核形成を行う
(普通の場合の工程時間は3〜6時間)。このような低
温処理をすることなく1000℃以上の高温熱処理して
も数十時間までは酸素析出は起こらない。(3)最後
に、この温度からゆっくりと1000℃程度に昇温し、
析出核を大きな析出物へと成長させる(析出物の成長工
程)。ここで急速に1000℃に昇温すると、せっかく
形成した析出核がその熱的不安定性のために消滅してし
まい、多量の析出物を得ることができなくなる。そのた
めに、この析出物成長工程は大体1〜3℃/分程度の極
めてゆっくりの昇温であって、10時間程度も要する場
合がある。このようにして、析出物形成のための熱処理
工程は12〜18時間もかかることになる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】析出の核となる微小酸
素析出物は高温で不安定であり(事実上ほとんど消滅し
てしまう)ために、500〜800℃微小析出物を形成
してからゆっくりと高温に加熱することで熱的に安定で
あるような大きな析出物を形成し、その後で、個別の半
導体装置製造での高温熱処理を施すというのが従来技術
であった。したがって、析出物形成工程はそれだけで長
時間を要し、かつ製造設備的にもコスト的にもかかる工
程である。
【0005】そこで、酸素析出核の形成と成長とを、高
温熱処理の工程で行うことができれば、工数的には従来
の酸素析出工程全体を省略することが可能となり、手数
およびコストを大幅に削減することができる。本発明の
目的は、シリコンウェハーのイントリンシック・ゲッタ
リングの処理を、従来の酸素析出核の形成の低温熱処理
と析出核からの成長の高温熱処理とを省略しても行える
やり方を提案しかつそれを可能にするシリコンウェハー
を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述の目的が、不純物と
してゲルマニウムを100ppm 以上含有していることを
特徴とするシリコンウェハーによって達成される。そし
て、ウェハーゲッタリングの処理方法としては、シリコ
ン単結晶インゴットを製作し、該インゴットからウェハ
ーを製作し、該ウェハーを熱処理してイントリンシック
・ゲッタリング処理を施す工程からなるゲッタリングの
処理方法において、シリコン溶液中にゲルマニウムをド
ープして、前記シリコン単結晶インゴットにゲルマニウ
ム原子を1000ppm 以上含有させることによっても達
成できる。
【0007】さらに、熱処理が900〜1300℃にて
析出核形成工程および析出物成長工程をも兼ねているこ
とは好ましく、さらに、1200〜1250℃としてこ
れらの工程に加えて、ウェハー表面に無欠陥層を形成す
る外方拡散工程もを兼ねることは望ましい。
【0008】
【作用】本発明に到る前に、微小酸素析出物の熱的な安
定性を考察するためには、微小酸素析出物の形成や解離
に関する微視的な機構を知らねばならないが、現時点で
はほとんど明らかになっていない。それでも、経験的な
立場から、格子間シリコン原子のように結晶格子の不整
合位置を占めることによって周りの格子押し縮める(周
りの格子間隔を小さくする)ような点欠陥が多く存在す
る場合には、酸素析出は起こりにくくなり、反対に原子
空孔(vacancy)のように周りの格子をルーズにする(周
りの格子間隔を大きくする)ような点欠陥が多く存在す
る場合には、酸素析出は起こり易くなるということが知
られている。それでも、これらの点欠陥はバンドギャッ
プの深いところに準位をつくるような欠陥であるため
に、これらを多量に導入することによって酸素析出の起
こり易さを調整することは半導体素子特性を損なう危険
が大きく、ほとんど実用できない。
【0009】本発明者は、置換型不純物(深い準位を作
らないような不純物)のうちで、格子間隔を拡大さける
傾向を有する(四面体共有結合半径がシリコンよりも大
きな)ものとしてゲルマニウムに着目し、これをシリコ
ンにドープしていった場合に、酸素析出特性が大きく変
化し、添加ゲルマニウムの量(濃度)が10000ppm
の時に1250℃の高温でも十分に析出が起こる(すな
わち、微小析出物が安定に形成されている)ことを見出
した。このことに基づいて本発明に到った。
【0010】
【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明の実施態
様例および比較例によって本発明を詳細に説明する。ゲ
ルマニウムドープの効果を、次のようにして、シリコン
にゲルマニウムをドープし、それに熱処理を施してか
ら、赤外線吸収スペクトルを調べた。
【0011】シリコン単結晶インゴットをCZ法で作る
際に、シリコン溶融液中にゲルマニウムを添加して、ゲ
ルマニウム濃度が13000ppm でかつ初期固溶酸素濃
度が30ppm であるシリコンインゴットを製作した。こ
のインゴットからシリコンウェハー(基板)を切り出
し、所定表面加工を施した。このウェハーに熱処理7
00℃×16時間または1250℃×2時間を施し
た。
【0012】そして、何の熱処理を施していないシリコ
ンウェハー(A)、700℃の熱処理を施したシリコ
ンウェハー(B)および1250℃の熱処理を施した
シリコンウェハー(C)について赤外線吸収スペクトル
を調べて図1に示す結果が得られた。図1から分かるよ
うに、図1(A)での熱処理する前のシリコンウェハー
に於ける1106cm-1に表された固溶状態の酸素による
ピークの強度(高さ)と比べて、図1(B)での700
℃の熱処理のシリコンウェハーではピークの強度(高
さ)が低くなって4%の酸素が析出物となり、そして、
図1(C)での1250℃の熱処理のシリコンウェハ
ーではピークの強度(高さ)がさらに低くなって17%
の酸素が析出物となった。
【0013】一方、初期固溶酸素濃度は同じであるが、
ゲルマニウムをドープしていない通常のCZシリコンイ
ンゴットから製作したシリコンウェハーについて、同様
の熱処理を施して赤外線吸収スペクトルでの吸収ピーク
の強度(高さ)を調べたが、1250℃の熱処理の場
合には、図1(C)のような強度低下は観測されなかっ
た(まれに強度の増加を示すものがあったが、これは既
に微小析出物状態となって結晶中に含まれていた酸素が
高温のために解離して固溶状態に戻ったためと思われ
る)。なお、このことは、従来の技術に関連して述べ
た、通常の結晶では1200℃以上の高温では酸素析出
(核形成)は起こらないということと一致する。また、
700℃の熱処理の場合にも、ほとんどの場合にピー
ク強度の低下はかったが、まれに2〜3%の強度低下を
示すものがあった。
【0014】このように、ゲルマニウムのドープによっ
て、ドープしていないシリコンウェハーでは1200℃
以上の高温で解離(消滅)してしまう微小析出物を、熱
的に安定なものにすることができる。それ故に、酸素析
出の速度を支配する主な要因は固溶酸素の拡散速度のみ
となり、形成された微小析出物はこの拡散のみに律速さ
れて成長することになる。上述した説明ではゲルマニウ
ム濃度が13000ppm の場合であるが、ゲルマニウム
ドープによる微小析出物の熱的安定性の増大はその濃度
が1000ppm となるあたりから現れる。そして、ゲル
マニウム濃度が50000ppm を越えると、単結晶シリ
コンで無くなる部分が生じるので、余り多くドープでき
ない。好ましいゲルマニウムドープ量は8000〜20
000ppm である。
【0015】 シリコン単結晶インゴットをCZ法でゲルマニウムを溶
融液に添加して製作し、ゲルマニウム濃度が13000
ppm でかつ酸素濃度が30ppm であるシリコンウェハー
を作った。従来の(通常の)酸素析出熱処理工程を施さ
ずに、不純物(ドーパント)を選択的にシリコンウェハ
ーに拡散させる高温熱処理と同等の1200℃×6時間
の熱処理を窒素雰囲気下で行った。この熱処理によっ
て、約40%の固溶酸素を析出させることができ、同時
に、ウェハーの表面から70μm深さまで無欠陥層を酸
素の外方拡散で形成することができた。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように、従来ではほとんど
微小析出物(析出核)のできない高温熱処理において、
本発明に係るゲルマニウムドープのシリコンウェハーで
は、微小析出物(析出核)が形成できるようになる。そ
こで、従来のイントリンシック・ゲッタリング処理での
酸素析出工程を省略するようにして個別の半導体装置製
造でのドーパント拡散などの高温熱処理にて、酸素析出
物を形成することができる。したがって、工程数の削減
となり、時間とコストとを低減することに寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はシリコンウェハーの赤外線スペクトルの
グラフであり、図1(A)は熱処理していないウェハー
ついて、図1(B)は700℃×16時間の熱処理をし
たウェハーについて、図1(C)は1250℃×2時間
の熱処理をしたウェハーについてのグラフである。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不純物としてゲルマニウムを100ppm
    以上含有していることを特徴とするシリコンウェハー。
  2. 【請求項2】 シリコン単結晶インゴットを製作し、該
    インゴットからウェハーを製作し、該ウェハーを熱処理
    してイントリンシック・ゲッタリング処理を施すウェハ
    ーゲッタリングの処理方法において、シリコン溶液中に
    ゲルマニウムをドープして、前記シリコン単結晶インゴ
    ットにゲルマニウム原子を1000ppm 以上含有させる
    ことを特徴とするウェハーゲッタリングの処理方法。
  3. 【請求項3】 前記熱処理が900〜1300℃、好ま
    しくは1200〜1250℃にて析出核形成工程および
    析出物成長工程をも兼ねていることを特徴とする請求項
    2記載の処理方法。
JP23480591A 1991-09-13 1991-09-13 シリコンウエハーおよびウエハーゲツタリングの処理方法 Withdrawn JPH0574783A (ja)

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