JPH08162462A

JPH08162462A - 半導体基板の処理方法、半導体基板、半導体結晶の評価方法及び半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH08162462A
Application number: JP30408494A
Authority: JP
Inventors: Naoki Yamada; 直樹山田; Michiko Inaba; 三智子稲葉
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-12-07
Filing date: 1994-12-07
Publication date: 1996-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体基板表面の酸素外方拡散を促進させ
て、半導体基板表面の酸素濃度を下げるとができるとと
もに、半導体基板に初期状態から存在する酸素析出物の
再固溶化を促進することができる。また、ＩＧ工程を行
ったＣＺ−Ｓｉ結晶表面から外方拡散される酸素外方拡
散を検出することにより、結晶表面近傍に酸素析出物が
形成されることを防ぐことができる。【構成】半導体基板を表面処理して該半導体基板表面
を露出させ、露出させた該半導体基板を３００℃以下の
温度で、かつ窒素ガス雰囲気にした炉内に挿入した後、
該炉内を所定の外方拡散熱処理温度まで昇温して該半導
体基板を外方拡散熱処理することにより、該半導体基板
中の不純物を外方拡散する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板の処理方法
に係り、詳しくは、半導体基板中の不純物の外方拡散及
び酸素析出物の再固溶化を促進する技術に関する。ま
た、イントリンシック・ゲッタリング（ＩＧ）工程にお
いて、Ｓｉ結晶中に含まれる格子間酸素の外方拡散量の
評価技術に関する。

【０００２】半導体基板は、種々の不純物やそれらに起
因する微小な結晶欠陥を内包している。例えば、不純物
として酸素、そして微小結晶欠陥として酸素析出物があ
る。また、酸素不純物濃度がある程度高いと、ＬＳＩの
製造過程でこの酸素不純物が凝集して酸素析出物へと成
長する。基板表面近傍の素子動作領域にこれらの酸素析
出物が存在すると、素子特性が劣化する。

【０００３】そこで、ＬＳＩの製造初期過程に酸素不純
物を熱処理することにより外方拡散させて、基板表面近
傍の酸素濃度を下げることにより、酸素析出物の再固溶
化及びＬＳＩ製造過程での酸素析出物の成長防止を図っ
ている。しかしながら、ある程度酸素濃度を下げれば、
ＬＳＩ製造過程での酸素析出物の成長は防止することが
できるが、初期状態から存在する酸素析出物の再固溶化
に対しては酸素濃度を下げるだけでは効果が弱く、その
初期状態から存在する酸素析出物の再固溶化の促進が重
要な課題になっている。

【０００４】このため、基板表面近傍の酸素濃度を下げ
ることができ、かつ酸素析出物の再固溶化を促進するこ
とができる熱処理技術が要求されている。近年、半導体
基板として主に用いられているチョクラルスキー（Ｃ
Ｚ）結晶中には、約１×１０¹⁷〜２×１０¹⁸ａｔｏｍｓ
／ｃｍ³程度の格子間酸素が含まれている。ＩＧは、こ
の格子間酸素を析出させる現象を利用しており、Ｓｉ基
板を高温で熱処理することにより、格子間酸素を凝集さ
せて酸素析出物を形成するものである。この酸素析出物
そのものは欠陥であるため、この酸素析出物による欠陥
が素子の電気的動作領域に含まれていると、リーク等が
発生し易くなる等、デバイス特性を悪化させて不良の原
因となっている。

【０００５】そこで、酸素析出のゲッタリング作用、即
ち酸素析出物を素子動作域外に形成し、素子動作域の金
属汚染を、酸素析出物間又はその周辺に吸収し、その有
害性を除去する作用を利用する手法は、半導体製造にお
いて重要な手法となっている。

【０００６】

【従来の技術】図６は従来の半導体基板の熱処理シーケ
ンスを示す図である。従来は、図６に示す如く、Ｓｉの
半導体基板１００１上にゲート絶縁膜等を形成するため
にＳｉ半導体基板１００１全面にＳｉＯ₂絶縁膜１００
２を全面に堆積し、Ｓｉ半導体基板１００１表面を酸化
してＳｉＯ₂絶縁膜１００２を形成した状態で外方拡散
熱処理を施すことにより、初期状態から存在する酸素析
出物の再固溶化とＬＳＩ製造過程での酸素析出物の成長
防止を図るため、基板表面近傍の酸素濃度を下げてい
た。

【０００７】次に、ここでＩＧ工程について説明する。
ＩＧ工程は、概ね次の様な熱処理過程からなる。まず、
ウェハ（結晶）を９００〜１３５０℃程度の高温で熱処
理して、ウェハ表面近傍の酸素をウェハ外部に追い出
し、表面近傍の酸素濃度を低下させる（外方拡散工
程）。

【０００８】次に、ウェハ内部に４００〜８００℃の低
温で酸素析出物の核を形成する（析出物の核の形成工
程）。ウェハ表面は、外方拡散工程によって酸素濃度が
低下しているために、酸素析出物の核は形成されない。
最後に、このような低温からゆっくりと処理温度を上昇
させ、前述の如く形成した酸素析出核を大きな酸素析出
物に成長させる（析出物の成長工程）。この場合、低温
で形成した析出核（微小析出物）は、９００℃以上の高
温では、熱的に不安定であるために、低温から高温への
温度上昇速度が速い場合、酸素析出核は消滅してしま
う。このため、酸素析出物の成長工程の温度上昇速度
は、極めてゆっくりと行うことが必要である（１〜５℃
／分程度）。

【０００９】このようにして保たれた表面近傍には、酸
素析出物のない無欠陥層（ｄｅｎｕｄｅｄｚｏｎｅ：
ＤＺ）が形成され、ウェハ内部には、析出欠陥層が形成
される。ＤＺの観察方法としては、化学エッチング液を
用いて酸素析出物等の欠陥を選択的にエッチングする方
法（選択エッチング法）や、ウェハに赤外光を照射して
欠陥から錯乱される赤外光を検出する方法（赤外線散乱
法）、あるいは、本発明者等が開発した、貼り合わせ研
磨低温ＩＲ法等がある。

【００１０】近年、これらの方法の進歩により、ＤＺに
も酸素析出物が形成されていることが明らかとなってき
た。前述したように、酸素析出物そのものは欠陥であ
り、素子動作域に酸素析出物が形成されると不良の原因
となるため、ＤＺは、酸素析出物の形成されない無欠陥
領域でなければならない。そのためには外方拡散工程で
表面の酸素濃度を充分に低下させておかねばならない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の半導体
基板の熱処理方法では、Ｓｉ半導体基板１００１全面に
ＳｉＯ₂絶縁膜１００２を堆積した状態で外方拡散熱処
理を行っていたため、ＳｉＯ₂絶縁膜１００２により酸
素外方拡散が阻害されてしまい、基板表面近傍の酸素濃
度を十分低下し難いうえ、初期状態から存在する酸素析
出物の再固溶化を十分に行い難いという問題があった。

【００１２】上記したように、ウェハ表面にＤＺを形成
するために酸素を外方拡散させるのであるが、酸素の外
方拡散量は、常に一定というわけではない。熱処理する
際の雰囲気やウェハの表面状態によって、同じ温度や時
間でもかなりの違いが生じてくる。酸素の外方拡散が充
分に行われない場合、表面近傍の酸素濃度は低下せず、
その後の熱処理によって表面近傍に酸素の析出物が形成
されてしまい、耐圧劣化等が生じ易くなる等、デバイス
製造に悪影響を齎らす。

【００１３】そこで、酸素の外方拡散量をモニターする
必要が生じてきている。通常、外方拡散後の表面酸素濃
度は１×１０¹⁷以下であり、しかも外方拡散する領域
は、表面から３０μｍ程度である。この場合、ＳＩＭＳ
や通常の室温ＦＴ−ＩＲ法による測定では、測定誤差が
大きく、正確に定量することは困難であるという問題が
あった。

【００１４】また、前述した従来の選択エッチング方法
では、酸素析出物だけを選択的に削って写真で観察する
方法であるため、酸素析出物のある所とない所を目視で
確認することができるが、酸素析出物の量を数値レベル
で測定することは困難であるという問題があった。この
ように、従来の評価方法では、表面近傍の酸素析出物量
を数値レベルで確認することができないため、仮に目視
で確認することができなくても、微量の酸素析出物が含
まれていると、結局、欠陥が生じてデバイス特性に悪影
響を及ぼすことがあった。

【００１５】そこで、本発明は、半導体基板表面の酸素
外方拡散を促進させて、半導体基板表面の酸素濃度を下
げることができるとともに、半導体基板に初期状態から
存在する酸素析出物の再固溶化を促進することができる
半導体基板の処理方法を提供することを目的としてい
る。また、本発明は、ＩＧ工程を行ったＣＺ−Ｓｉ結晶
表面から外方拡散される酸素外方拡散量を検出すること
により表面近傍に酸素析出物が形成されることを防ぐこ
とができる半導体結晶の評価方法及び半導体装置の製造
方法を提供することを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
半導体基板を表面処理して該半導体基板表面を露出さ
せ、露出させた該半導体基板を３００℃以下の温度で、
かつ窒素ガス雰囲気にした炉内に挿入した後、該炉内を
所定の外方拡散熱処理温度まで昇温して該半導体基板を
外方拡散熱処理することにより、該半導体基板中の不純
物を外方拡散することを特徴とするものである。

【００１７】請求項２記載の発明は、半導体基板を熱処
理して該半導体基板内に酸素折出物を形成した後、該半
導体基板を３００℃以下の温度で、かつ窒素ガス雰囲気
にした炉内に挿入し、その後、該炉内を所定の外方拡散
熱処理温度まで昇温して該半導体基板を外方拡散熱処理
することにより、該半導体基板中の不純物を外方拡散す
ることを特徴とするものである。

【００１８】請求項３記載の発明は、上記請求項１記載
の発明において、前記表面処理を行う前に、前記半導体
基板を熱処理することにより、前記半導体基板内に酸素
析出物を形成することを特徴とするものである。請求項
４記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、前
記外方拡散熱処理を行った後に、前記半導体基板を熱処
理することにより、前記半導体基板内に酸素析出物を形
成することを特徴とするものである。

【００１９】請求項５記載の発明は、上記請求項１乃至
４記載の発明において、前記不純物は、酸素であること
を特徴とするものである。請求項６記載の発明は、上記
請求項１乃至５記載の発明において、前記外方拡散熱処
理は、前記半導体基板を１０００℃以上１３００℃以下
の温度範囲にして行うことを特徴とするものである。

【００２０】請求項７記載の発明は、上記請求項１，
５，６記載の発明において、前記外方拡散熱処理は、３
００℃以下の温度にて前記半導体基板を前記炉内に挿入
した後、３℃／分以上の昇温速度にて所望の外方拡散熱
処理温度まで前記半導体基板を昇温してから行うことを
特徴とするものである。請求項８記載の発明は、上記請
求項１乃至７記載の発明において、前記外方拡散熱処理
を行った後、前記半導体基板表面を酸化して酸化膜を形
成し、その後、該酸化膜を除去することにより、前記半
導体基板表面に生じた反応生成物を除去することを特徴
とするものである。

【００２１】請求項９記載の発明は、上記請求項１乃至
７記載の発明において、前記外方拡散熱処理を行った後
に前記半導体基板表面をポリッシュすることにより、前
記半導体基板表面に生じた反応生成物を除去することを
特徴とするものである。請求項１０記載の発明は、上記
請求項３乃至９記載の発明において、前記酸素析出物形
成の熱処理は、前記半導体基板を絶縁膜で覆った状態で
行うことを特徴とするものである。

【００２２】請求項１１記載の発明は、上記請求項１０
記載の発明において、前記絶縁膜は、酸化膜の１層構造
からなるか、若しくは酸化膜と窒化膜の２層構造からな
ることを特徴とするものである。請求項１２記載の発明
は、上記請求項３乃至１１記載の発明において、前記酸
素析出物形成の熱処理は、前記半導体基板を４００℃以
上１０００℃以下の温度範囲にして行うことを特徴とす
るものである。

【００２３】請求項１３記載の発明は、上記請求項３乃
至１２記載の発明において、前記酸素析出物形成の熱処
理は、不活性ガスまたは酸素ガス雰囲気内で行うことを
特徴とするものである。請求項１４記載の発明は、半導
体基板表面から５μｍ深さまでの酸素折出物密度が１Ｅ
５〔ａｔｏｍｓ／ｃｍ³〕以下であることを特徴とする
ものである。

【００２４】請求項１５記載の発明は、上記請求項１４
記載の発明において、前記半導体基板表面から１０μｍ
以上深い部分の酸素折出物密度が５Ｅ７〔ａｔｏｍｓ／
ｃｍ ³〕以上であることを特徴とするものである。請求
項１６記載の発明は、チョクラルスキーシリコン結晶を
薄く研磨する工程と、チョクラルスキーシリコン結晶を
低酸素濃度結晶に貼り合わせて試料を形成する工程との
うち、何れか一方の工程を先に行い、次いで、試料のチ
ョクラルスキーシリコン結晶中の酸素濃度をフーリエ変
換赤外分光光度計を用いて測定する工程と、次いで、酸
素濃度を測定した試料を熱処理する工程と、次いで、熱
処理を行った試料のチョクラルスキーシリコン結晶中の
酸素濃度を再度フーリエ変換赤外分光光度計を用いて測
定する工程と、次いで、測定した貼り合わせ後の試料の
酸素濃度から測定した熱処理後の試料の酸素濃度を差し
引いて、熱処理によって試料から外方拡散した酸素量を
求める工程とを含むことを特徴とするものである。

【００２５】請求項１７記載の発明は、前記外方拡散酸
素量をモニターしたＩＧ工程を含むことを特徴とするも
のである。請求項１８記載の発明は、上記請求項１６記
載の発明において、前記外方拡散酸素量と拡散係数とを
用いて、熱処理後の酸素濃度プロファイル及び表面輸送
係数を求めることを特徴とするものである。

【００２６】請求項１９記載の発明は、前記酸素濃度プ
ロファイルをモニターしたＩＧ工程を含むことを特徴と
するものである。請求項２０記載の発明は、上記請求項
１６，１８記載の発明において、前記外方拡散酸素量と
表面輸送係数とを用いて、拡散係数を求めることを特徴
とするものである。

【００２７】

【作用】本発明では、後述する図１に示す如く、半導体
基板１をドライ又はウェットエッチングして半導体基板
１表面を露出させ、露出させた半導体基板１を３００℃
以下の温度で、かつ窒素ガス雰囲気にした炉内に挿入し
た後、炉内を外方拡散処理温度まで昇温して半導体基板
１を外方拡散熱処理することにより、半導体基板１中の
酸素等の不純物を外方拡散するように構成している。

【００２８】このため、表面を露出させた半導体基板１
を３００℃以下の低温度下で、かつＮ₂ガス雰囲気にし
た炉内に挿入することにより、半導体基板１表面に酸化
膜を形成しないで炉内に挿入保持することができる。こ
れにより、半導体基板１を、表面を露出させた状態でＮ
₂ガス雰囲気中で外方拡散熱処理することができるた
め、後述する図２に示す如く、酸素外方拡散を促進させ
ることができるとともに、酸素析出物の再固溶化を促進
させることができる。

【００２９】次に、本発明では、ＣＺ−Ｓｉ結晶表面か
ら拡散される外方拡散量を検出することができれば、前
述した問題を解決することができるので、ＦＴ−ＩＲ法
を次のように応用した。通常のウェハ厚のＣＺ−Ｓｉ結
晶のままでは、表面３０μｍ程度の酸素の減少量を定量
することは困難である。このため、ウェハのＣＺ−Ｓｉ
結晶を薄く研磨する。ところが、薄く研磨したままのＣ
Ｚ−Ｓｉ結晶をＦＴ−ＩＲ測定すると、ＣＺ−Ｓｉ結晶
内で赤外光の多重反射が起こるとともに、酸素による吸
収ピークも厚さに反映して小さくなり、測定誤差が大き
くなってしまい実用上好ましくない。

【００３０】そこで、薄く研磨したＣＺ−Ｓｉ結晶を低
酸素濃度結晶に貼り合わせて試料厚を厚くする。通常使
用されているウェハのミラー面同士ならば、表面の平坦
度を気にする必要もなく簡単に接着することができる。
更に、ＦＴ−ＩＲ測定を低温で行う方法をとる。低温で
の酸素のピークは、室温の５０倍程度であるため、充分
に定量することができる。これが試料の作成方法であ
る。このようにして測定した酸素濃度をリファレンスと
する。

【００３１】次に、低温ＦＴ−ＩＲ測定した試料をモニ
ターサンプルとして熱処理を施し酸素を外方拡散させ
る。熱処理を行った後、再び低温ＦＴ−ＩＲで酸素濃度
を測定し、リファレンスの酸素濃度を差し引くことによ
って外方拡散した酸素濃度を求める。なお、熱処置を施
せば試料の表裏表面から酸素が外方拡散するが、この方
法では、裏面には厚い低酸素濃度結晶を貼り合わせてあ
るため、裏面からの酸素の外方拡散は考慮しなくてもよ
い。このため、酸素の減少量を表面からの外方拡散量と
することができる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。（実施例１）図１は本発明に係る実施例１の半導体基板
の熱処理シーケンスを示す図である。

【００３３】本実施例では、まず、Ｓｉ等の半導体基板
１上に形成されたＳｉＯ₂等の絶縁膜２をドライ又はウ
ェットエッチングして半導体基板１表面を露出させる
（図１（ａ），（ｂ））。次に、表面を露出させた半導
体基板１を３００℃以下の温度（例えば１００℃）で、
かつＮ₂ガス雰囲気にした炉内に挿入する。そして、炉
内をＲＴＡ（ＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＡｎｎｉｅ
ｌ）法により外方拡散処理温度、例えば１１５０℃まで
昇温し、この温度で２時間程度半導体基板１を外方拡散
熱処理することにより、半導体基板１表面部分の酸素等
の不純物を外方拡散処理する（図１（ｃ））。

【００３４】本実施例で得られた半導体基板１は、半導
体基板１表面から５μｍ深さまでの酸素析出物密度が１
Ｅ５〔ａｔｏｍｓ／ｃｍ³〕以下であり、半導体基板１
表面から１０μｍ以上深い部分の酸素析出密度が５Ｅ７
〔ａｔｏｍｓ／ｃｍ³〕以上であった。この半導体基板
によれば、折出物密度を低下させたことによる素子特性
の向上及びバルク内析出物による汚染物ゲッターリング
効果の向上を図ることができる。

【００３５】なお、上記外方拡散熱処理を行った後、前
記半導体基板１表面を酸化して酸化膜を形成し、その
後、酸化膜を除去することにより、Ｎ₂ガス雰囲気での
外方拡散熱処理時に半導体基板１表面に生じたＳｉＮ等
の反応生成物を除去するように構成してもよい。また、
外方拡散熱処理を行った後に前記半導体基板１表面をポ
リッシュすることにより、Ｎ₂ガス雰囲気での外方拡散
熱処理時に半導体基板１表面に生じた反応生成物を除去
するように構成してもよい。

【００３６】このように、本実施例では、半導体基板１
をドライまたはウェットエッチングして半導体基板１表
面を露出させ、露出させた半導体基板１を３００℃以下
の温度で、かつ窒素ガス雰囲気にした炉内に挿入した
後、炉内を外方拡散処理温度まで昇温して半導体基板１
を外方拡散熱処理することにより、半導体基板１中の酸
素等の不純物を外方拡散するように構成している。

【００３７】このため、表面を露出させた半導体基板１
を３００℃以下の低温度下で、かつＮ₂ガス雰囲気にし
た炉内に挿入することにより、半導体基板１表面に酸化
膜を形成しないで炉内に挿入保持することができる。こ
れにより、半導体基板１を、表面を露出させた状態でＮ
₂ガス雰囲気中で外方拡散熱処理することができるた
め、後述する図２に示す如く、酸素外方拡散を促進させ
ることができるとともに、酸素析出物の再固溶化を促進
させることができる。

【００３８】図２に示すように、表面にＳｉＯ₂絶縁膜
２を形成した半導体基板１の比較例では、Ａｒ、Ｎ₂雰
囲気何れの場合も酸素外方拡散数量が少なく、ＳｉＯ₂
絶縁膜２酸素外方拡散が阻害されているのが判る。表面
のＳｉＯ₂絶縁膜２を除去して表面を露出させた半導体
基板１の比較例では、Ａｒ雰囲気で外方拡散熱処理する
ことにより、表面にＳｉＯ₂絶縁膜２を形成した半導体
基板１の比較例の場合よりも、酸素外方拡散を促進する
ことができるが、酸素析出物の再固溶化は十分進んでい
るとはいえない。

【００３９】これに対し、表面のＳｉＯ₂絶縁膜２を除
去して表面を露出させた半導体基板１の本発明では、Ｎ
₂雰囲気で外方拡散熱処理することにより、Ａｒ雰囲気
で行った比較例の場合よりも、酸素析出物の消滅幅を大
きくすることができるため、酸素析出物の再固溶化を十
分促進させることができる。なお、比較例の外方拡散熱
処理条件は、上記実施例と同様である。

【００４０】なお、上記実施例１では、内部に酸素析出
物を形成していない半導体基板１の表面を露出させるよ
うに構成する場合について説明したが、本発明はこれの
みに限定されるものではなく、例えば半導体基板１表面
を露出させる前に、半導体基板１をＨｅ，Ｎ₂等の不活
性ガスや酸素ガス等の雰囲気内で熱処理することにより
半導体基板１内に酸素析出物を形成した後、表面を露出
させるように構成してもよい。

【００４１】本発明においては、外方拡散熱処理を行っ
た後に、半導体基板をＨｅ，Ｎ₂等の不活性ガスや酸素
ガス等の雰囲気内で熱処理することにより、半導体基板
内に酸素析出物を形成するように構成してもよい。酸素
析出物の熱処理は、半導体基板を表面を露出させた状態
で行うように構成してもよいし、半導体基板を絶縁膜で
覆った状態で行うように構成してもよい。後者の絶縁膜
としては、酸化膜の一層構造からなるか、若しくは酸化
膜と窒化膜の２層構造からなるものを用いればよい。酸
素析出物の熱処理は、半導体基板を４００℃以上１００
０℃以下の温度範囲にして行うことが好ましい。

【００４２】上記実施例１では、外方拡散熱処理を半導
体基板１を１１５０℃にして行ったが、本発明において
は、これのみに限定されるものではなく、外方拡散熱処
理を１０００℃以上１３００℃以下の温度範囲にして行
うことは好ましい。１０００℃より低温にすると、低温
過ぎて不純物が外方拡散し難くなり好ましくなく、ま
た、１３００℃よりも高温にすると、高温過ぎて不純物
汚染の影響を受け易くなり好ましくない。これから、不
純物の外方拡散を促進させることと、不純物を回避する
ことを考慮すると、前述の如く、１０００℃以上１３０
０℃以下の温度範囲で外方拡散熱処理を行うことが好ま
しい。

【００４３】上記実施例１では、外方拡散熱処理を３０
０℃以下の温度にして半導体基板１を炉内に挿入した
後、ＲＴＡ法により外方拡散熱処理温度まで半導体基板
１を昇温してから行うように構成する場合を説明した
は、本発明はこれのみに限定されるものではなく、外方
拡散熱処理を３００℃以下の温度にて半導体基板を炉内
に挿入した後、３℃／分以上の昇温速度にて所望の外方
拡散熱処理温度まで半導体基板を昇温してから、行うよ
うに構成してもよい。この場合、半導体基板を徐々に昇
温させて外方拡散熱処理を行っているため、上記実施例
１と同様な効果を得ることができるうえ、内部に多量の
酸素析出物を容易に形成することができる。

【００４４】また、本発明においては、半導体基板を熱
処理して半導体基板内に酸素折出物を形成した後、半導
体基板を３００℃以下の温度で、かつ窒素ガス雰囲気に
した炉内に挿入し、その後、炉内を所定の外方拡散熱処
理温度まで昇温して半導体基板を外方拡散熱処理するこ
とにより、半導体基板中での不純物を外方拡散するよう
に構成することにより、上記実施例１と同様の効果を得
ることができるうえ、内部に酸素折出物を形成すること
ができる。（実施例２）次に、図３は本発明に係る実施例２の半導
体結晶の評価方法を示す図である。

【００４５】本実施例では、まず、ＣＺ−Ｓｉ結晶１１
（〔０ｉ〕＝１．６２×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）を
ＦＺ結晶１２（〔０ｉ〕＝３．０２×１０¹⁵ａｔｏｍｓ
／ｃｍ³ ５ｍｍ厚）に８００℃以上の温度で貼り合わ
せる（図３（ａ））。ここで、ＣＺ−Ｓｉ結晶１１をＦ
Ｚ結晶１２に貼り合わせているのは、次のような理由に
よる。ＣＺ−Ｓｉ結晶１１をそのままで高分解能でＦＴ
−ＩＲ測定を行うと、酸素濃度のピーク付近に干渉縞が
生じて酸素濃度のピークを検出し難くなり実用上好まし
くないので、これを防ぐために、酸素をほとんど含有し
ていないＦＺ結晶１２に貼り合わせしている。

【００４６】次に、ＣＺ−Ｓｉ結晶１１を厚さ２００μ
ｍに研磨して薄くする。ここで、ＣＺ−Ｓｉ結晶１１を
薄くしているのは、次のような理由による。試料をＦＴ
−ＩＲで測定する時、試料した光を透過させて出射して
きた光を検出して酸素のピークを検出する。これを低温
で測定すると、試料内での光の吸収が大きくなってしま
い、検出器に光が届き難くなり、検出精度が低下して実
用上好ましくないので、ＣＺ−Ｓｉ結晶１１を薄くして
内部での光の吸収を低減している。

【００４７】次に、ＦＴ−ＩＲ測定した試料をモニター
サンプルとして、他の通常のウェハとともにＩＧ工程に
導入する。次に、外方拡散を終了した後、モニターサン
プルのみ取り出し、再びヘリウム温度でＦＴ−ＩＲ測定
を行う。そして、ＣＺ−Ｓｉ結晶１１とＦＺ結晶１２の
貼り合わせ後の試料で求めた酸素濃度から、ＩＧ工程を
行った試料から求めた酸素濃度を差し引き、ＩＧ工程中
に試料から外方拡散した外方拡散酸素量を求める。

【００４８】ここでの外方拡散熱処理条件は、１２００
℃、１時間とした。この場合、図４に示す如く、ＣＺ−
Ｓｉ結晶１１とＦＺ結晶１２を貼り合わせを行った後の
リファレンスの試料の吸収係数は、０．６５３であり、
外方拡散を行った試料の吸収係数は、０．６０４であっ
た。このリファレンスの試料の吸収係数から外方拡散を
行った試料の吸収係数の差が外方拡散酸素量となる。

【００４９】そして、ここで求めた外方拡散酸素量に、
拡散係数Ｄ＝０．０７ｅｘｐ（−２．４４／ｋＴ）を用
いると、図４に示すような吸収係数曲線が得られ、この
曲線を微分することにより酸素濃度プロファイルに直す
と、図５に示すようになる。また、ここで外方拡散酸素
量と拡散係数Ｄとを用いて、熱処理後の表面輸送係数ｈ
を求めることができる。また、酸素濃度プロファイルを
モニターするように構成してもよく、この酸素濃度プロ
ファイルをモニターしたＩＧ工程を含むことように半導
体装置の製造方法に適用させてもよい。更に、ここで求
めた外方拡散酸素量と表面輸送係数ｈとを用いて、拡散
係数Ｄを求めるように構成してもよい。

【００５０】このように、本実施例では、ＩＧ工程中に
試料から外方拡散した酸素外方拡散量をチェックするこ
とができるので、表面近傍に酸素析出物が形成されるこ
とを防ぐことができる。従って、これまで酸素の異常析
出によって発生していた不良を減少させることができる
ため、歩留りを向上させることができる。

【００５１】なお、上記実施例２では、ＣＺ−Ｓｉ結晶
をＦＺ結晶に貼り合わせて試料を用いる場合について説
明したが、本発明はこれのみに限定されるものではな
く、要はＣＺ−Ｓｉ結晶を低酸素濃度結晶に貼り合わせ
た試料を用いればよく、ＦＺ結晶以外の低酸素濃度結晶
であってもよい。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、半導体基板表面の酸素
外方拡散を促進させて、半導体基板表面の酸素濃度を下
げるとができるとともに、半導体基板に初期状態から存
在する酸素析出物の再固溶化を促進することができると
いう効果がある。また、本発明は、ＩＧ工程を行ったＣ
Ｚ−Ｓｉ結晶表面から外方拡散される酸素外方拡散を検
出することにより、表面近傍に酸素析出物が形成される
ことを防ぐことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例１の半導体基板の熱処理シ
ーケンスを示す図である。

【図２】本発明と比較例における酸素外方拡散量、酸素
析出物の消滅幅の酸化膜厚及び熱処理雰囲気の依存性を
示す図である。

【図３】本発明に係る実施例２の半導体結晶の評価方法
を示す図である。

【図４】リファレンスの試料と外方拡散後の試料におけ
る深さに対する吸収係数の関係を示す図である。

【図５】図４に示す吸収係数曲線から得た深さに対する
吸収係数の関係を示す図である。

【図６】従来の半導体基板の熱処理シーケンスを示す図
である。

【符号の説明】

１半導体基板２絶縁膜１１ＣＺ−Ｓｉ結晶１２ＦＺ結晶

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板を表面処理して該半導体基板表
面を露出させ、露出させた該半導体基板を３００℃以下
の温度で、かつ窒素ガス雰囲気にした炉内に挿入した
後、該炉内を所定の外方拡散熱処理温度まで昇温して該
半導体基板を外方拡散熱処理することにより、該半導体
基板中の不純物を外方拡散することを特徴とする半導体
基板の処理方法。
【請求項２】半導体基板を熱処理して該半導体基板内に
酸素折出物を形成した後、該半導体基板を３００℃以下
の温度で、かつ窒素ガス雰囲気にした炉内に挿入し、そ
の後、該炉内を所定の外方拡散熱処理温度まで昇温して
該半導体基板を外方拡散熱処理することにより、該半導
体基板中の不純物を外方拡散することを特徴とする半導
体基板の処理方法。
【請求項３】前記表面処理を行う前に、前記半導体基板
を熱処理することにより、前記半導体基板内に酸素析出
物を形成することを特徴とする請求項１記載の半導体基
板の処理方法。
【請求項４】前記外方拡散熱処理を行った後に、前記半
導体基板を熱処理することにより、前記半導体基板内に
酸素析出物を形成することを特徴とする請求項１記載の
半導体基板の処理方法。
【請求項５】前記不純物は、酸素であることを特徴とす
る請求項１乃至４記載の半導体基板の処理方法。
【請求項６】前記外方拡散熱処理は、前記半導体基板を
１０００℃以上１３００℃以下の温度範囲にして行うこ
とを特徴とする請求項１乃至５記載の半導体基板の処理
方法。
【請求項７】前記外方拡散熱処理は、３００℃以下の温
度にて前記半導体基板を前記炉内に挿入した後、３℃／
分以上の昇温速度にて所望の外方拡散熱処理温度まで前
記半導体基板を昇温してから行うことを特徴とする請求
項１，５，６記載の半導体基板の処理方法。
【請求項８】前記外方拡散熱処理を行った後、前記半導
体基板表面を酸化して酸化膜を形成し、その後、該酸化
膜を除去することにより、前記半導体基板表面に生じた
反応生成物を除去することを特徴とする請求項１乃至７
記載の半導体基板の処理方法。
【請求項９】前記外方拡散熱処理を行った後に前記半導
体基板表面をポリッシュすることにより、前記半導体基
板表面に生じた反応生成物を除去することを特徴とする
請求項１乃至７記載の半導体基板の処理方法。
【請求項１０】前記酸素析出物形成の熱処理は、前記半
導体基板を絶縁膜で覆った状態で行うことを特徴とする
請求項３乃至９記載の半導体基板の処理方法。
【請求項１１】前記絶縁膜は、酸化膜の１層構造からな
るか、若しくは酸化膜と窒化膜の２層構造からなること
を特徴とする請求項１０記載の半導体基板の処理方法。
【請求項１２】前記酸素析出物形成の熱処理は、前記半
導体基板を４００℃以上１０００℃以下の温度範囲にし
て行うことを特徴とする請求項３乃至１１記載の半導体
基板の処理方法。
【請求項１３】前記酸素析出物形成の熱処理は、不活性
ガスまたは酸素ガス雰囲気内で行うことを特徴とする請
求項３乃至１２記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１４】半導体基板表面から５μｍ深さまでの酸
素折出物密度が１Ｅ５〔ａｔｏｍｓ／ｃｍ³〕以下であ
ることを特徴とする半導体基板。
【請求項１５】前記半導体基板表面から１０μｍ以上深
い部分の酸素折出物密度が５Ｅ７〔ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ³〕以上であることを特徴とする請求項１４記載の半
導体基板。
【請求項１６】チョクラルスキーシリコン結晶を薄く研
磨する工程と、チョクラルスキーシリコン結晶を低酸素
濃度結晶に貼り合わせて試料を形成する工程とのうち、
何れか一方の工程を先に行い、次いで、試料のチョクラ
ルスキーシリコン結晶中の酸素濃度をフーリエ変換赤外
分光光度計を用いて測定する工程と、次いで、酸素濃度
を測定した試料を熱処理する工程と、次いで、熱処理を
行った試料のチョクラルスキーシリコン結晶中の酸素濃
度を再度フーリエ変換赤外分光光度計を用いて測定する
工程と、次いで、測定した貼り合わせ後の試料の酸素濃
度から測定した熱処理後の試料の酸素濃度を差し引い
て、熱処理によって試料から外方拡散した酸素量を求め
る工程とを含むことを特徴とする半導体結晶の評価方
法。
【請求項１７】前記外方拡散酸素量をモニターしたＩＧ
工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１８】前記外方拡散酸素量と拡散係数とを用い
て、熱処理後の酸素濃度プロファイル及び表面輸送係数
を求めることを特徴とする請求項１６記載の半導体結晶
の評価方法。
【請求項１９】前記酸素濃度プロファイルをモニターし
たＩＧ工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項２０】前記外方拡散酸素量と表面輸送係数とを
用いて、拡散係数を求めることを特徴とする請求項１
６，１８記載の半導体結晶の評価方法。