JPH08250505A - シリコンウエーハ及びその製造方法 - Google Patents

シリコンウエーハ及びその製造方法

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JPH08250505A JP7077093A JP7709395A JPH08250505A JP H08250505 A JPH08250505 A JP H08250505A JP 7077093 A JP7077093 A JP 7077093A JP 7709395 A JP7709395 A JP 7709395A JP H08250505 A JPH08250505 A JP H08250505A
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隆二 竹田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウエーハ内部のBMD密度を調整することに
よって、品質のより安定したシリコンウエーハ及びその
製造方法を提供する。 【構成】 単結晶シリコンインゴットから形成したウエ
ーハを用い、超微小酸素析出物(エンプリオ)の密度を
制御するための熱履歴初期化工程と、再析出核を制御し
つつ成長させるための核制御成長処理工程を行うことを
特徴とするシリコンウエーハの製造方法。前記方法によ
って製造され、BMD密度が106 個/cm3 以上で1
10個/cm3 以下であるBMD密度調整層がウエーハ
内部に形成されたシリコンウエーハ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体デバイス用の
シリコンウエーハ及びその製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】シリコンウエーハは、単結晶シリコンイ
ンゴットから切り出される。
【0003】シリコン単結晶は、チョクラルスキー法に
よって製造することができる。すなわち、原料ポリシリ
コンを石英ガラス(SiO2 )質のルツボに入れ、これ
を加熱・溶融し、種結晶を用いてシリコン単結晶を引き
上げるのである。
【0004】一般に、チョクラルスキー法で製造したシ
リコン単結晶中には、酸素が固溶している。そして、単
結晶引上げ後の冷却過程において、シリコン単結晶は1
420℃の凝固温度から室温まで温度履歴(冷却履歴)
を受け、それぞれの温度において結晶内欠陥が形成され
る。
【0005】その中でも、500〜450℃の降温過程
では、0.6〜0.9nmの超微小酸素析出物(エンプ
リオ)が発生する。エンプリオは、引上げ後に行う熱処
理工程、例えばデバイス工程において、析出核となり酸
素析出物(BMD)として成長する。このBMDは、ウ
エーハ表面に析出すると、デバイスの欠陥原因となり、
望ましくない。
【0006】しかしながら、ウエーハ内部に発生したB
MDは、汚染金属をトラップするため、有用な欠陥とな
る。これが、いわゆるイントリンシックゲッタリング
(IG)効果である。
【0007】HIウエーハ(商品名)は、このような構
造をデバイス工程前に積極的に導入した高品質のウエー
ハである。HIウエーハは、スライス加工後のミラーウ
エーハを1100〜1300℃の水素雰囲気中で0.1
〜数時間処理することにより、ウエーハ内部にBMD層
を形成し、かつ表層にDZ層を形成したものである。D
Z層とは、大きさが20nm以上の酸素酸素析出物の密
度が103 個/cm3以下の無欠陥層のことである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】BMDの析出核となる
エンプリオ、すなわち超微小酸素析出物の密度や大きさ
は、単結晶引上げ時の熱履歴やシリコン融液の状態によ
って大きく影響される。このため、水素処理工程で、エ
ンプリオを核として成長するBMDのサイズや密度も、
これらの条件によって大きく変化してしまう。従って、
製品として得られたシリコンウエーハの品質にもバラツ
キが生じる。
【0009】しかしながら、単結晶引上げ条件を厳密に
制御することは、技術的に非常に難しいことである。そ
れゆえ、エンプリオを核として成長するBMDのサイズ
や密度を正確に制御し、シリコンウエーハの品質を向上
することは、困難であると考えられていた。
【0010】以上のような従来技術の問題点に鑑み、本
発明は、BMD密度を調整することによって、品質のよ
り安定したシリコンウエーハ及びその製造方法を提供す
ることを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】本願第1発明は、単結晶
シリコンインゴットから形成したウエーハを用い、超微
小酸素析出物(エンプリオ)の密度を制御するための熱
履歴初期化工程と、再析出核を制御しつつ成長させるた
めの核制御成長処理工程を行うことを特徴とするシリコ
ンウエーハの製造方法を要旨としている。
【0012】本願第2発明は、単結晶シリコンインゴッ
トから形成されるシリコンウエーハにおいて、熱履歴初
期化処理を施して超微小酸素析出物(エンプリオ)の密
度を制御し、核制御成長処理を施して再析出核を制御し
つつ成長させ、酸素析出物(BMD)の密度が106
/cm3 以上で1010個/cm3 以下であるBMD密度
調整層をウエーハ内部に形成したことを特徴とするシリ
コンウエーハを要旨としている。
【0013】
【作用】熱履歴初期化工程によって、超微小酸素析出物
(エンプリオ)の密度を制御する。また、核制御成長処
理工程によって、析出核を再度制御しつつ成長させる。
【0014】
【実施例】本発明のシリコンウエーハの製造方法では、
単結晶シリコンインゴットをスライスしたウエーハを用
い、超微小酸素析出物(エンプリオ)の密度を制御する
ための熱履歴初期化工程と、再度析出核を制御しつつ成
長させるための核制御成長処理工程を行う。これらの工
程によって、エンプリオの大きさを制御することも可能
である。
【0015】熱履歴初期化工程と核制御成長処理工程に
よって、酸素析出物(BMD)の密度を106 個/cm
3 以上で1010個/cm3 以下の範囲に調整したBMD
密度調整層を、ウエーハ内部に形成する。酸素析出物密
度のさらに好ましい範囲は107 個/cm3 以上で10
9 個/cm3 以下である。このように密度を限定する理
由は、106 個/cm3 未満ではIG効果が少なくな
り、1010個/cm3 を越えるとウエーハの機械的強度
が低下してスリップが発生しやすくなるからである。
【0016】単結晶シリコンインゴットをスライスした
ウエーハの結晶内酸素濃度([0])は、1.2〜
1.8×1018atoms/cm3 であることが望まし
い。結晶内酸素濃度がこの範囲にない場合には、熱履歴
初期化工程と核制御成長処理工程を行っても、BMD密
度を十分に大きくすることが難しい。従って、十分なI
G効果を得ることができない。
【0017】熱履歴初期化工程は、望ましくは水素、H
e、Arの少なくとも1つからなる雰囲気において、7
00〜1000℃の温度範囲を、15〜1000℃/m
inの昇温速度で加熱昇温する熱処理工程である。昇温
速度が15℃/min未満及び1000℃/minを超
える場合には、エンプリオの密度や大きさのバラツキを
確実に初期化することができない。すなわち、エンプリ
オを溶態化させ、熱履歴を初期化することができないの
である。
【0018】核制御成長処理工程は、望ましくは水素、
He、Arの少なくとも1つからなる雰囲気において、
850〜980℃の温度範囲で0.5〜60分間保持す
る熱処理工程である。このように核制御成長処理工程で
再度析出核を制御成長させることにより、BMDを安定
して析出させることができる。
【0019】熱履歴初期化工程と核制御成長処理工程の
後で、水素、He、Arの少なくとも1つからなる雰囲
気において、1000〜1300℃の温度範囲を0.5
〜5℃/minの昇温速度で加熱昇温する熱処理工程
と、1100〜1300℃の温度範囲で5分間以上滞在
させる熱処理工程を行うことによって、ウエーハ内部で
BMDを安定析出(成長)させ、かつウエーハ表面にD
Z層を形成することができる。
【0020】DZ層は、大きさが20nm以上の酸素析
出物(BMD)密度が103 個/cm3 以下である無欠
陥層である。DZ層は、ウエーハ表面から少なくとも3
μmの肉厚で形成することが望ましい。DZ層の肉厚が
3μm未満の場合には、デバイス工程でのリーク等の不
良発生という不具合が生じ、高品質のシリコンウエーハ
を得ることができない。
【0021】図1は、本発明方法の熱処理工程を示す説
明図である。熱履歴初期化工程は、昇温速度1で示され
ている。また、核制御成長処理工程は、保持温度1(保
持時間1)として示されている。また、昇温速度2と処
理温度3(処理時間3)で示された工程においては、ウ
エーハ内部でBMDが安定析出(成長)し、ウエーハ表
面にDZ層が形成される。
【0022】図2は、本発明のシリコンウエーハの実施
例を概念的に示す断面図である。シリコンウエーハ11
は、内部のBMD密度調整層13と表面のDZ層12か
ら構成されている。また、両者の間には、通常、中間的
な層(図示せず)が形成される。
【0023】本発明方法によって、実際にシリコンウエ
ーハを製造した。また、従来法でも同様にシリコンウエ
ーハを製造して、両者の比較を行った。
【0024】まず、幾つかの異なる引上げ条件で単結晶
シリコンインゴットを引上げ、これをスライスしてウエ
ーハを形成した。その酸素濃度を調べたところ、表1の
結果が得られた。
【0025】これらのウエーハを用いて、表2に示す処
理条件で熱処理を行った。各例では、それぞれ5枚のウ
エーハを準備し、5枚一緒に熱処理を行った。なお、従
来例では、850〜980℃の昇温途中で保持工程を行
わなかった。
【0026】熱処理終了後、得られたシリコンウエーハ
のBMD密度を調べた。その結果を表3に示した。表3
で、BMD密度の単位は、×108 /cm3 、DZ層の
単位はμmである。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】
【表3】 表3から分かるように、インゴットからスライスした時
点で酸素濃度が等しいウエーハであっても、従来法で熱
処理した場合には、BMDのバラツキが50%以上もあ
り、極端な例では数倍以上バラツキがあった。
【0030】これに対して、本発明の実施例では、酸素
濃度が等しいウエーハであれば、BMD密度はおよそ1
5%以内のバラツキに収まることが分かる。本発明の実
施例におけるBMD密度のバラツキは、最悪の場合でも
40%以内にすることができた。
【0031】また、本発明方法によれば、ウエーハ内部
でBMDが大体均一に分布し、従って同一ウエーハ内に
おけるBMD密度のバラツキも非常に小さくできるもの
と予想される。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、熱履歴初期化工程と核
制御成長処理工程によって、ウエーハ内部のBMD密度
が調整される。従って、IG効果が大きく品質の安定し
たシリコンウエーハを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のシリコンウエーハの製造方法を説明す
るための説明図。
【図2】本発明のシリコンウエーハを概念的に示す断面
図。
【符号の説明】
11 シリコンウエーハ 12 DZ層 13 BMD密度調整層

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 単結晶シリコンインゴットから形成した
    ウエーハを用い、超微小酸素析出物(エンプリオ)の密
    度を制御するための熱履歴初期化工程と、再析出核を制
    御しつつ成長させるための核制御成長処理工程を行うこ
    とを特徴とするシリコンウエーハの製造方法。
  2. 【請求項2】 熱履歴初期化工程が、水素、He、Ar
    の少なくとも1つからなる雰囲気において、700〜1
    000℃の温度範囲を15℃/min以上の昇温速度で
    加熱昇温する熱処理工程であることを特徴とする請求項
    1に記載のシリコンウエーハの製造方法。
  3. 【請求項3】 核制御成長処理工程が、水素、He、A
    rの少なくとも1つからなる雰囲気において、850〜
    980℃の温度範囲で0.5〜60分間保持する熱処理
    工程であることを特徴とする請求項1又は2のいずれか
    1項に記載のシリコンウエーハの製造方法。
  4. 【請求項4】 単結晶シリコンインゴットから形成した
    ウエーハの結晶内酸素濃度([0])が、1.2〜
    1.8×1018atoms/cm3 であることを特徴と
    する請求項1〜3のいずれか1項に記載のシリコンウエ
    ーハの製造方法。
  5. 【請求項5】 熱履歴初期化工程と核制御成長処理工程
    の後で、水素、He、Arの少なくとも1つからなる雰
    囲気において、1000〜1300℃の温度範囲を0.
    5〜5℃/minの昇温速度で加熱昇温する熱処理工程
    と、1100〜1300℃の温度範囲で5分間以上滞在
    させる熱処理工程を行い、大きさが20nm以上の酸素
    析出物(BMD)の密度が103 個/cm3 以下である
    無欠陥層(DZ層)をウエーハ表面に形成することを特
    徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のシリコン
    ウエーハの製造方法。
  6. 【請求項6】 単結晶シリコンインゴットから形成され
    るシリコンウエーハにおいて、熱履歴初期化処理を施し
    て超微小酸素析出物(エンプリオ)の密度を制御し、核
    制御成長処理を施して再析出核を制御しつつ成長させ、
    酸素析出物(BMD)の密度が106 個/cm3 以上で
    1010個/cm3 以下であるBMD密度調整層をウエー
    ハ内部に形成したことを特徴とするシリコンウエーハ。
  7. 【請求項7】 ウエーハ表面に、大きさが20nm以上
    の酸素析出物(BMD)の密度が103 個/cm3 以下
    である無欠陥層(DZ層)を形成し、その肉厚を少なく
    とも3μmとしたことを特徴とする請求項6に記載のシ
    リコンウエーハ。
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