JPH06163557A - シリコンウェーハ - Google Patents
シリコンウェーハInfo
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- JPH06163557A JPH06163557A JP31844192A JP31844192A JPH06163557A JP H06163557 A JPH06163557 A JP H06163557A JP 31844192 A JP31844192 A JP 31844192A JP 31844192 A JP31844192 A JP 31844192A JP H06163557 A JPH06163557 A JP H06163557A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
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- H01L21/322—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to modify their internal properties, e.g. to produce internal imperfections
- H01L21/3221—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to modify their internal properties, e.g. to produce internal imperfections of silicon bodies, e.g. for gettering
- H01L21/3225—Thermally inducing defects using oxygen present in the silicon body for intrinsic gettering
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 金属汚染の影響を十分に除去することがで
き、信頼性の高い半導体デバイスを製造することができ
るシリコンウェーハを提供する。 【構成】 チョクラルスキー法により引き上げられたシ
リコン単結晶から切り出されたシリコンウェーハを、水
素ガスを６０％以上含み、炭素を含む成分が５％未満、
窒素が５％未満である非酸化性雰囲気中において、８０
０〜１３５０℃で２０分〜３２時間の高温熱処理を施す
ことにより製造され、ウェーハ表面から５μｍまでの格
子間酸素濃度が６×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以下であ
り、表面に付着したＳｉＮまたはＳｉＣの膜厚が１０オ
ングストローム以下である。
き、信頼性の高い半導体デバイスを製造することができ
るシリコンウェーハを提供する。 【構成】 チョクラルスキー法により引き上げられたシ
リコン単結晶から切り出されたシリコンウェーハを、水
素ガスを６０％以上含み、炭素を含む成分が５％未満、
窒素が５％未満である非酸化性雰囲気中において、８０
０〜１３５０℃で２０分〜３２時間の高温熱処理を施す
ことにより製造され、ウェーハ表面から５μｍまでの格
子間酸素濃度が６×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以下であ
り、表面に付着したＳｉＮまたはＳｉＣの膜厚が１０オ
ングストローム以下である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体デバイスの製造に
用いられる基板として優れたシリコンウェーハに関す
る。
用いられる基板として優れたシリコンウェーハに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイス製造ラインでは、シリコ
ンウェーハの金属汚染が問題となる。このような汚染金
属をゲッター（捕獲）してその影響を低減するために、
種々のゲッタリング技術が開発されている。
ンウェーハの金属汚染が問題となる。このような汚染金
属をゲッター（捕獲）してその影響を低減するために、
種々のゲッタリング技術が開発されている。
【０００３】一般的に採用されている方法として、ウェ
ーハの裏面に汚染金属をゲッターするためのバックサイ
ド・ダメージ（ＢＳＤ）またはバックサイド・ポリシリ
コンを形成するエクストリンシック・ゲッタリング（Ｅ
Ｇ）法が知られている。
ーハの裏面に汚染金属をゲッターするためのバックサイ
ド・ダメージ（ＢＳＤ）またはバックサイド・ポリシリ
コンを形成するエクストリンシック・ゲッタリング（Ｅ
Ｇ）法が知られている。
【０００４】また、ウェーハを高温熱処理することによ
り、デバイス活性領域となる表層部に欠陥のないｄｅｎ
ｕｄｅｄ ｚｏｎｅを、バルク部にゲッター・サイトと
して酸素析出核から成長した微小欠陥（Ｂｕｌｋ Ｍｉ
ｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔ、以下ＢＭＤと記す）を形成する
イントリンシック・ゲッタリング（ＩＧ）法が知られて
いる。さらに、ウェーハ表面にエピタキシャル層を形成
したエピタキシャルウェーハを用いる場合もある。
り、デバイス活性領域となる表層部に欠陥のないｄｅｎ
ｕｄｅｄ ｚｏｎｅを、バルク部にゲッター・サイトと
して酸素析出核から成長した微小欠陥（Ｂｕｌｋ Ｍｉ
ｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔ、以下ＢＭＤと記す）を形成する
イントリンシック・ゲッタリング（ＩＧ）法が知られて
いる。さらに、ウェーハ表面にエピタキシャル層を形成
したエピタキシャルウェーハを用いる場合もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＥＧ法、特にバックサ
イド・ダメージでは、エッチング後にホーニングするた
めウェーハをよごすおそれがあり、しかも不適切なホー
ニングによるウェーハ裏面からのＳｉクズの発塵の危険
性がある。同様にバックサイド・ポリシリコンでも、発
塵が問題視されている。また、これらのシリコンウェー
ハでは格子間酸素濃度は表層部でもバルク部でも同一で
あり、表層部にも結晶育成に依存する微小欠陥が存在し
ているため、良好な特性のデバイスを得るには不都合で
ある。
イド・ダメージでは、エッチング後にホーニングするた
めウェーハをよごすおそれがあり、しかも不適切なホー
ニングによるウェーハ裏面からのＳｉクズの発塵の危険
性がある。同様にバックサイド・ポリシリコンでも、発
塵が問題視されている。また、これらのシリコンウェー
ハでは格子間酸素濃度は表層部でもバルク部でも同一で
あり、表層部にも結晶育成に依存する微小欠陥が存在し
ているため、良好な特性のデバイスを得るには不都合で
ある。
【０００６】ＩＧ法では、高温熱処理を施して表層部の
酸素を外方拡散させるが、バルク部に十分な量のＢＭＤ
などのゲッター・サイトを形成するという要求と、表層
部の格子間酸素濃度を十分低下させるという要求とを同
時に満たすことは極めて困難である。このため、バルク
部に十分な量のＢＭＤを形成するような条件では表層部
にもＢＭＤなどが形成され、デバイス活性領域で汚染金
属がゲッターされるという問題が生じる。また、これま
でに提案されている高温非酸化性雰囲気で表層部の欠陥
核を除去することに主眼をおいたＩＧ法は再現性に乏し
く、実用化されるまでには至っていない。
酸素を外方拡散させるが、バルク部に十分な量のＢＭＤ
などのゲッター・サイトを形成するという要求と、表層
部の格子間酸素濃度を十分低下させるという要求とを同
時に満たすことは極めて困難である。このため、バルク
部に十分な量のＢＭＤを形成するような条件では表層部
にもＢＭＤなどが形成され、デバイス活性領域で汚染金
属がゲッターされるという問題が生じる。また、これま
でに提案されている高温非酸化性雰囲気で表層部の欠陥
核を除去することに主眼をおいたＩＧ法は再現性に乏し
く、実用化されるまでには至っていない。
【０００７】エピタキシャルウェーハでは、エピタキシ
ャル層を形成しなければならないため、必然的に製造コ
ストが高騰する。しかも、エピタキシャル成長層に特有
の各種結晶欠陥が残存する。
ャル層を形成しなければならないため、必然的に製造コ
ストが高騰する。しかも、エピタキシャル成長層に特有
の各種結晶欠陥が残存する。
【０００８】以上のように従来のシリコンウェーハは、
デバイス活性領域において金属汚染に対する影響を十分
になくすことはできない。特に、６４ＭｂｉｔＤＲＡＭ
や、Ｅ2 ＰＲＯＭあるいはフラッシュメモリに代表され
る高集積かつ微細な次世代の半導体デバイスでは、ウェ
ーハ表面に形成される薄い絶縁膜に汚染金属が取り込ま
れる結果、信頼性が大幅に低下するという問題が生じ
る。
デバイス活性領域において金属汚染に対する影響を十分
になくすことはできない。特に、６４ＭｂｉｔＤＲＡＭ
や、Ｅ2 ＰＲＯＭあるいはフラッシュメモリに代表され
る高集積かつ微細な次世代の半導体デバイスでは、ウェ
ーハ表面に形成される薄い絶縁膜に汚染金属が取り込ま
れる結果、信頼性が大幅に低下するという問題が生じ
る。
【０００９】本発明は以上のような課題を解決するため
になされたものであり、金属汚染の影響を十分に除去す
ることができ、信頼性の高い半導体デバイスを製造する
ことができるシリコンウェーハを提供することを目的と
する。
になされたものであり、金属汚染の影響を十分に除去す
ることができ、信頼性の高い半導体デバイスを製造する
ことができるシリコンウェーハを提供することを目的と
する。
【００１０】
【課題を解決するための手段と作用】本発明のシリコン
ウェーハは、チョクラルスキー法により引き上げられた
シリコン単結晶から切り出されたシリコンウェーハを、
水素ガスを６０％以上含み、炭素を含む成分が５％未
満、窒素が５％未満である非酸化性雰囲気中において、
８００〜１３５０℃で２０分〜３２時間の高温熱処理を
施すことにより製造され、ウェーハ表面から５μｍまで
の格子間酸素濃度が６×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以下
であり、表面に付着したＳｉＮまたはＳｉＣの膜厚が１
０オングストローム以下であることを特徴とするもので
ある。
ウェーハは、チョクラルスキー法により引き上げられた
シリコン単結晶から切り出されたシリコンウェーハを、
水素ガスを６０％以上含み、炭素を含む成分が５％未
満、窒素が５％未満である非酸化性雰囲気中において、
８００〜１３５０℃で２０分〜３２時間の高温熱処理を
施すことにより製造され、ウェーハ表面から５μｍまで
の格子間酸素濃度が６×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以下
であり、表面に付着したＳｉＮまたはＳｉＣの膜厚が１
０オングストローム以下であることを特徴とするもので
ある。
【００１１】本発明においては、処理雰囲気としてＨ2
を６０％以上含む非酸化性雰囲気を用いて高い温度で熱
処理することにより、被処理ウェーハ表面に形成されて
いた酸化膜が極めて短時間のうちに分解・除去される。
この結果、処理プロセスの初期にシリコンの表面が露出
し、処理プロセスを通してのウェーハから酸素が効率よ
く外方拡散する。ウェーハ表面から５μｍまでの格子間
酸素濃度が６×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 を超えると、
このウェーハをデバイスプロセスに投入した際に、デバ
イス活性領域に結晶欠陥が生じることがあり、良好な特
性が得られない。本発明に係る処理プロセスでは、処理
バッチ、ロット内、ウェーハ面内でのばらつきが非常に
小さい。したがって、先端ＬＳＩデバイス材料として必
要な均一性、再現性を確保できる。
を６０％以上含む非酸化性雰囲気を用いて高い温度で熱
処理することにより、被処理ウェーハ表面に形成されて
いた酸化膜が極めて短時間のうちに分解・除去される。
この結果、処理プロセスの初期にシリコンの表面が露出
し、処理プロセスを通してのウェーハから酸素が効率よ
く外方拡散する。ウェーハ表面から５μｍまでの格子間
酸素濃度が６×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 を超えると、
このウェーハをデバイスプロセスに投入した際に、デバ
イス活性領域に結晶欠陥が生じることがあり、良好な特
性が得られない。本発明に係る処理プロセスでは、処理
バッチ、ロット内、ウェーハ面内でのばらつきが非常に
小さい。したがって、先端ＬＳＩデバイス材料として必
要な均一性、再現性を確保できる。
【００１２】本発明において、雰囲気ガスが窒素を５％
以上含む場合には、処理プロセス中にウェーハ表面の窒
化が進行するため、ウェーハの表面に膜厚１０オングス
トローム以上のＳｉＮが形成され、表面の品質が著しく
低下する。
以上含む場合には、処理プロセス中にウェーハ表面の窒
化が進行するため、ウェーハの表面に膜厚１０オングス
トローム以上のＳｉＮが形成され、表面の品質が著しく
低下する。
【００１３】同様に、雰囲気ガスが炭素を含む成分を５
％以上含む場合には、処理プロセス中にウェーハ表面に
膜厚１０オングストローム以上のＳｉＣが形成されると
ともに、ウェーハ表層中に拡散侵入して欠陥核を形成す
るため、ウェーハ特性が劣化する。炭素を含む成分の濃
度を規定した理由は、雰囲気ガスに炭素を含む成分を意
図的に導入することはないが、反応管としてＳｉＣを用
い、処理排ガスを分析・モニターすると、不安定ではあ
るが炭化水素成分が検出されることがあるためである。
％以上含む場合には、処理プロセス中にウェーハ表面に
膜厚１０オングストローム以上のＳｉＣが形成されると
ともに、ウェーハ表層中に拡散侵入して欠陥核を形成す
るため、ウェーハ特性が劣化する。炭素を含む成分の濃
度を規定した理由は、雰囲気ガスに炭素を含む成分を意
図的に導入することはないが、反応管としてＳｉＣを用
い、処理排ガスを分析・モニターすると、不安定ではあ
るが炭化水素成分が検出されることがあるためである。
【００１４】このようにウェーハ表面に膜厚１０オング
ストローム以上のＳｉＮおよび／またはＳｉＣが形成さ
れていると、このウェーハをデバイスプロセス中に投入
した際に、洗浄、酸化などが不均一になるため、良好な
特性が得られない。
ストローム以上のＳｉＮおよび／またはＳｉＣが形成さ
れていると、このウェーハをデバイスプロセス中に投入
した際に、洗浄、酸化などが不均一になるため、良好な
特性が得られない。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 実施例１
【００１６】チョクラルスキー法により引き上げられた
シリコン単結晶から、直径６インチ、ｎ型、面方位（１
００）のシリコンウェーハを切り出した。これらのシリ
コンウェーハの格子間酸素濃度は１．６５×１０18ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ3 である。これらのシリコンウェーハを、
８００〜１２００℃の間を３℃／分で徐熱し、表１に示
すように１００％Ｈ2 、６０％Ｈ2 ／４０％Ａｒまたは
１００％Ａｒの雰囲気中において１２００℃で１時間熱
処理した後、１２００〜８００℃まで徐冷した。実験は
それぞれの雰囲気で、６ロットから４ピースずつ合計２
４個のウェーハについて実施した。得られたウェーハに
ついて、酸素濃度がほぼ５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3
となる表面から深さとそのばらつきを調べた結果を表１
に示す。
シリコン単結晶から、直径６インチ、ｎ型、面方位（１
００）のシリコンウェーハを切り出した。これらのシリ
コンウェーハの格子間酸素濃度は１．６５×１０18ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ3 である。これらのシリコンウェーハを、
８００〜１２００℃の間を３℃／分で徐熱し、表１に示
すように１００％Ｈ2 、６０％Ｈ2 ／４０％Ａｒまたは
１００％Ａｒの雰囲気中において１２００℃で１時間熱
処理した後、１２００〜８００℃まで徐冷した。実験は
それぞれの雰囲気で、６ロットから４ピースずつ合計２
４個のウェーハについて実施した。得られたウェーハに
ついて、酸素濃度がほぼ５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3
となる表面から深さとそのばらつきを調べた結果を表１
に示す。
【００１７】
【表１】 表１から明らかなように、雰囲気中のＨ2 濃度が６０％
未満であると、ばらつきが大きく、特に最小値が小さく
なり、不都合である。 実施例２ 実施例１と同様に、８０％Ｈ2 ／２０％Ａｒの雰囲気中
で熱処理した後、徐冷過程において表２に示すような割
合でＮ2 ガスを導入した。得られたウェーハについて、
表面の曇り発生率を調べた結果を表２に示す。
未満であると、ばらつきが大きく、特に最小値が小さく
なり、不都合である。 実施例２ 実施例１と同様に、８０％Ｈ2 ／２０％Ａｒの雰囲気中
で熱処理した後、徐冷過程において表２に示すような割
合でＮ2 ガスを導入した。得られたウェーハについて、
表面の曇り発生率を調べた結果を表２に示す。
【００１８】
【表２】 表２から、雰囲気に５％以上の窒素が含まれると良品率
が大幅に低下することがわかる。 実施例３ 反応管としてＳｉＣを用いた場合に、処理排ガスを分析
・モニターときの炭化水素成分の最大値と、表面の曇り
発生率を調べた結果を表３に示す。
が大幅に低下することがわかる。 実施例３ 反応管としてＳｉＣを用いた場合に、処理排ガスを分析
・モニターときの炭化水素成分の最大値と、表面の曇り
発生率を調べた結果を表３に示す。
【００１９】
【表３】 表３から、雰囲気に５％以上の炭素含有成分が含まれる
と良品率が大幅に低下することがわかる。
と良品率が大幅に低下することがわかる。
【００２０】以上の結果から明らかなように、従来技術
では量産上許容できない程度の不良（ウェーハ表面のく
もり、破壊検査によらなければ判別できない酸素濃度深
さ分布の大きなばらつき）が発生していたが、本発明で
はこれらの不良を解消できる。
では量産上許容できない程度の不良（ウェーハ表面のく
もり、破壊検査によらなければ判別できない酸素濃度深
さ分布の大きなばらつき）が発生していたが、本発明で
はこれらの不良を解消できる。
【００２１】さらに、本発明において最も安定した効果
が得られるのは以下のような条件である。すなわち、雰
囲気ガスとしては、１００％水素から８０％水素／２０
％Ａｒ（またはＨｅ）の範囲のガスを用い、混入ガスは
処理系のリークなどを除いて１％未満に抑える。８３０
℃未満の温度から徐熱し、１１５０℃では１時間以上、
１２００℃では３０分以上アニールした後、８３０℃未
満の温度まで徐冷する。この際、１１００℃未満の温度
領域での徐熱／徐冷は、ウェーハにスリップなどの欠陥
が生じないという条件を満たす範囲で、極力短時間で行
うことが好ましい。これらの条件を満たせば、より安定
した特性と生産性の向上を達成できる。
が得られるのは以下のような条件である。すなわち、雰
囲気ガスとしては、１００％水素から８０％水素／２０
％Ａｒ（またはＨｅ）の範囲のガスを用い、混入ガスは
処理系のリークなどを除いて１％未満に抑える。８３０
℃未満の温度から徐熱し、１１５０℃では１時間以上、
１２００℃では３０分以上アニールした後、８３０℃未
満の温度まで徐冷する。この際、１１００℃未満の温度
領域での徐熱／徐冷は、ウェーハにスリップなどの欠陥
が生じないという条件を満たす範囲で、極力短時間で行
うことが好ましい。これらの条件を満たせば、より安定
した特性と生産性の向上を達成できる。
【００２２】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、汚
染の影響を十分に除去することができ、信頼性の高い半
導体デバイスを製造することができるシリコンウェーハ
を提供できる。
染の影響を十分に除去することができ、信頼性の高い半
導体デバイスを製造することができるシリコンウェーハ
を提供できる。
Claims (1)
- 【請求項１】 チョクラルスキー法により引き上げられ
たシリコン単結晶から切り出されたシリコンウェーハ
を、水素ガスを６０％以上含み、炭素を含む成分が５％
未満、窒素が５％未満である非酸化性雰囲気中におい
て、８００〜１３５０℃で２０分〜３２時間の高温熱処
理を施すことにより製造され、ウェーハ表面から５μｍ
までの格子間酸素濃度が６×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3
以下であり、表面に付着したＳｉＮまたはＳｉＣの膜厚
が１０オングストローム以下であることを特徴とするシ
リコンウェーハ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31844192A JP3238957B2 (ja) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | シリコンウェーハ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31844192A JP3238957B2 (ja) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | シリコンウェーハ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| WO2002027778A1 (fr) * | 2000-09-27 | 2002-04-04 | Shin-Etsu Handotai Co.,Ltd. | Procédé de traitement thermique d'une plaquette de silicium |
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