JPH10208987A - 水素熱処理用シリコンウェーハ及びその製造方法 - Google Patents
水素熱処理用シリコンウェーハ及びその製造方法Info
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Abstract
耐圧を向上させるに当たり、少なくともウェーハ表面か
ら3μm以上の深さにまで前記耐圧特性の効果を及ぼす
ことができるような水素熱処理用シリコンウェーハ及び
その製造方法を提供する。 【解決手段】 CZ法によるシリコン単結晶の育成時、
grown−in欠陥が形成される1150〜1080
℃の温度領域(欠陥形成温度帯)での冷却速度を2.0
℃/min以上とし、as−grown時のLSTD密
度が3.0×106 /cm3 以上、又はFPD密度が
6.0×105 /cm3 以上の単結晶を製造する。この
ような単結晶は欠陥サイズが小さいため、水素ガスを含
む非酸化性雰囲気中での熱処理により欠陥の消滅速度が
増加し、水素熱処理の効果がウェーハ表面から3μm以
上の深さにまで及ぶ。
Description
コンウェーハ及びその製造方法に関する。
シリコン単結晶が使用されているが、その製造方法とし
て、一般にCZ法が用いられている。CZ法において
は、半導体単結晶製造装置内に設置したるつぼに塊状の
多結晶シリコンを充填し、これを前記るつぼの周囲に設
けた円筒状のヒータによって加熱、溶解して融液とす
る。そして、シードチャックに取り付けた種結晶を融液
に浸漬してなじませた後、シードチャック及びるつぼを
互いに同方向又は逆方向に回転しつつシードチャックを
引き上げて、シリコン単結晶(以下CZ−Si単結晶と
いう)を所定の直径及び長さに成長させる。
伴ってゲート酸化膜の耐圧特性が特に重要視されるよう
になっている。ゲート酸化膜の形成工程で酸化膜に取り
込まれる欠陥を低減する手段として、特公平3−803
38号公報によれば、シリコンウェーハの表面に熱酸化
膜を形成する工程の直前に、水素ガスを含む非酸化性雰
囲気中で1100℃以上の温度で熱処理することが提案
されている。前記水素熱処理によりシリコンウェーハ表
面の自然酸化膜が除去され、不飽和結合に水素が結合さ
れる。
すと、CZ−Si単結晶の成長中に結晶内に形成された
grown−in欠陥、たとえばLSTD(Laser Scat
tering Tomography Defects )、FPD(Flow Pattern
Defects)、COP(Crystal Originated Particle )
として検出されるウェーハ表層の八面体ボイド状結晶欠
陥が消失し、その直後に形成した熱酸化膜は優れた酸化
膜耐圧特性を示すことが知られている。
た直径150mm、p型、結晶方位<100>のCZ−
Si単結晶について14水準の育成条件を用い、得られ
た各水準のCZ−Si単結晶インゴットから切り出した
ウェーハに鏡面研磨加工を施した後、酸化膜耐圧を測定
した結果をまとめた一覧表である。前記14水準の育成
条件は、単結晶引き上げ時の炉内ホットゾーン、引き上
げ速度が異なる。酸化膜耐圧測定に際しては、前記ウェ
ーハ上にMOSキャパシタを形成し、そのゲート電極に
基板に対して電荷が蓄積状態になるように電界を0.5
MV/cmステップで昇圧した。そして、MOSキャパ
シタに流れる電流値が10μAに達したときの電界を絶
縁破壊電界とし、この値が8MV/cm以上と判定され
た素子を良品とした。また、表1には前記Cモード酸化
膜耐圧良品率をシリコンウェーハの鏡面研磨加工後、す
なわちas−grownの状態と、100%の水素ガス
雰囲気中で1200℃、1時間の熱処理を行う水素熱処
理後及び水素熱処理を施したウェーハの表面を3μm研
磨後の状態について列挙した。
態ではCモード酸化膜耐圧良品率が20〜55%程度に
過ぎないが、特公平3−80338号公報で提案されて
いる水素熱処理を施すと、酸化膜耐圧良品率はCZ−S
i単結晶の育成条件にかかわらずほぼ100%近くまで
向上している。
素熱処理による効果がウェーハの表面からどの程度の深
さにまで及んでいるか確認するため、水素熱処理ウェー
ハの表面を3μm研磨すると、No.1〜7のように酸
化膜耐圧特性が著しく低下してas−grownの状態
近くにまで戻ってしまうものと、No.8〜14のよう
に水素熱処理の効果を維持しているものとに区分され
る。つまり、水素熱処理の効果がウェーハの極表面近傍
のみに限られるものと、ウェーハ表面から深さ3μm以
上に及ぶものとが存在することがわかった。
を増しているウェーハ表層の完全性を考慮すると、表1
におけるNo.1〜7のウェーハは水素熱処理の効果が
ウェーハの極表面近傍のみに限られているので、デバイ
ス歩留りに悪影響を及ぼす可能性がきわめて高い。本発
明は上記従来の問題点に着目してなされたもので、水素
熱処理によりシリコンウェーハの酸化膜耐圧を向上させ
るに当たり、少なくともウェーハ表面から3μm以上の
深さにまで前記耐圧特性の効果を及ぼすことができるよ
うな水素熱処理用シリコンウェ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。
め、本発明に係る水素熱処理用シリコンウェーハは、水
素ガスを含む非酸化性雰囲気中で熱処理を行う水素熱処
理用シリコンウェーハであって、as−grown時の
LSTD密度が3.0×106 /cm3 以上、又はFP
D密度が6.0×105 /cm3 以上であることを特徴
とする。
ウェーハの製造方法は、CZ法によるシリコン単結晶の
育成時、1150〜1080℃の温度領域での冷却速度
を2.0℃/min以上とすることを特徴とする。
は、融液からCZ−Si単結晶を成長させる過程で固化
したシリコン単結晶が1150〜1080℃の温度領
域、すなわち欠陥形成温度帯を通過する際に形成される
と考えられている。そして、grown−in欠陥の密
度と欠陥のサイズは図1に示すように、欠陥形成温度帯
における冷却速度が速いほど欠陥密度が高くなり、欠陥
サイズが小さくなる逆相関の関係にあることが知られて
いる。本発明では、水素熱処理用シリコンウェーハとし
て、as−grown時のLSTD密度が3.0×10
6 /cm3 以上、又はFPD密度が6.0×105 /c
m3 以上のシリコンウェーハを用いることにしたので、
このようなウェーハの欠陥サイズは小さいものとなる。
水素熱処理による欠陥の消滅メカニズムは明確になって
いないが、欠陥サイズが小さい場合は欠陥の消滅速度が
増加し、ウェーハの表面のみならず深さ方向に対しても
水素熱処理の効果が現れるものと考えられる。これに対
し、欠陥サイズが大きい場合は最表層の欠陥のみが消滅
し、最表層より深い位置にある欠陥は消滅しないと推定
される。
own−in欠陥密度が高く、従って欠陥サイズの小さ
いCZ−Si単結晶を得るには、図1から欠陥形成温度
帯を通過する際の冷却速度を速くすればよいことがわか
る。そこで、本発明に係る水素熱処理用シリコンウェー
ハの製造方法として、1150〜1080℃の温度領域
での冷却速度を2.0℃/min以上としたので、gr
own−in欠陥サイズの小さいCZ−Si単結晶を得
ることができる。
ウェーハ及びその製造方法の実施例について説明する。
まず、表1に列挙した14水準の水素熱処理用シリコン
ウェーハについて、酸化膜耐圧特性と強い相関を持つウ
ェーハ表層近傍に存在するgrown−in欠陥(LS
TD及びFPD)密度と、前記欠陥密度を左右するCZ
−Si単結晶の育成条件、すなわちCZ−Si単結晶の
育成時、grown−in欠陥が発生する1150〜1
080℃の温度領域を通過する際の冷却速度(単結晶引
き上げ速度Vmm/minと、欠陥形成温度帯における
温度勾配G℃/mmとの積)について調査した。その結
果を表2に示す。なお、表2に記載した3μm研磨後の
酸化膜耐圧良品率は、表1から転記した数字である。
LSTD密度が3.0×106 /cm3 以上、又はFP
D密度が6.0×105 /cm3 以上であるNo.8〜
14のシリコンウェーハは、表面を3μm研磨した後に
おいても水素熱処理の効果が維持されている。No.8
〜14のシリコンウェーハは、CZ−Si単結晶育成時
において欠陥形成温度帯を通過する際の冷却速度が2.
0℃/min以上で、No.1〜7のシリコンウェーハ
の冷却速度よりも速い。従って、図1から結晶中の欠陥
サイズはNo.8〜14のシリコンウェーハの方がN
o.1〜7のシリコンウェーハよりも小さいと推定さ
れ、水素熱処理によって欠陥の消滅速度が増加し、ウェ
ーハの深さ方向での効果の差として現れたものと考えら
れる。
を3μm研磨した後における酸化膜耐圧特性の良否は、
grown−in欠陥密度及び結晶育成時1150〜1
080℃の温度領域における冷却速度によって決定され
ることを発見した。そして、grown−in欠陥密度
の高いCZ−Si単結晶を得るには、単結晶育成時の冷
却速度を2.0℃/min以上とすればよいことが判明
した。
0℃/min以上とする本発明の製造方法によって、水
素熱処理用として製造されたLSTD密度が3.0×1
06/cm3 以上、又はFPD密度が6.0×105 /
cm3 以上のシリコンウェーハを用いることにより、ウ
ェーハの表面から深さ方向での水素熱処理の効果を拡大
し、水素処理条件を変えることなく、高集積デバイス製
作に不可欠な表層の無欠陥層を十分に確保することがで
きる。
ハの製造方法は、水素のみならず、アルゴン、窒素等の
不活性ガス雰囲気で熱処理を行うシリコンウェーハに対
しても適用することができる。
素熱処理用シリコンウェーハとしてgrown−in欠
陥密度が一定値以上のウェーハを用いることにしたの
で、〔半導体デバイスにとって重要な〕ゲート酸化膜の
形成に先立って実施する水素熱処理の効果を、シリコン
ウェーハの表面のみならずウェーハ表面から3μm以上
の深さにまで及ぼすことができる。これにより、高集積
化されるデバイスの製作に不可欠な無欠陥層を十分に確
保することが可能となる。また、前記ウェーハの母体と
なるCZ−Si単結晶の製造方法として、grown−
in欠陥形成温度帯通過時の冷却速度を一定値以上とす
ることにより、水素熱処理用シリコンウェーハに適した
単結晶を容易に得ることができるとともに、CZ−Si
単結晶の生産性が向上する。
欠陥サイズとの関係を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 水素ガスを含む非酸化性雰囲気中で熱処
理を行う水素熱処理用シリコンウェーハであって、as
−grown時のLSTD密度が3.0×106 /cm
3 以上、又はFPD密度が6.0×105 /cm3 以上
であることを特徴とする水素熱処理用シリコンウェー
ハ。 - 【請求項2】 CZ法によるシリコン単結晶の育成時、
1150〜1080℃の温度領域での冷却速度を2.0
℃/min以上とすることを特徴とする水素熱処理用シ
リコンウェーハの製造方法。
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