JPH11283986A

JPH11283986A - シリコン基板の熱処理条件を設定する方法、およびシリコン基板を熱処理する方法、並びにシリコン基板の製造方法

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Publication number: JPH11283986A
Application number: JP10034798A
Authority: JP
Inventors: Toshimi Tobe; 敏視戸部; Sadanori Hirano; 禎典平野
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1998-03-26
Filing date: 1998-03-26
Publication date: 1999-10-15
Anticipated expiration: 2018-03-26
Also published as: JP3508541B2

Abstract

(57)【要約】【課題】インターナルゲッタリングでシリコン基板の
不純物を除去する際、効果的な熱処理条件を設定するこ
とができる熱処理条件の設定方法を提供する。【解決手段】シリコン基板にインターナルゲッタリン
グを行う場合のシリコン基板の熱処理条件を設定する方
法において、シリコン基板中の初期重金属汚染濃度と、
酸素析出物密度と、所望の不純物濃度とから、熱処理温
度および熱処理時間を算出することによって、熱処理条
件を設定することを特徴とするシリコン基板の熱処理条
件を設定する方法、およびシリコン基板中の初期重金属
汚染濃度と、酸素析出物密度と、所望の不純物濃度とか
ら、冷却速度を算出することによって、熱処理条件を設
定することを特徴とするシリコン基板の熱処理条件を設
定する方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン基板中の
不純物をシリコン基板中の欠陥にゲッタリングする、い
わゆるインターナルゲッタリングで不純物を除去する
際、効果的な熱処理温度や熱処理時間あるいは冷却速度
を設定することにより、表面が清浄なシリコン基板でデ
バイスを作製する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般にICやLSI 等の半導体装置を
作製する半導体ウェーハとしては、チョクラルスキー法
(CZ 法) や浮遊帯溶融法(FZ 法) によって成長させたシ
リコン単結晶を用いるが、デバイス作製のための熱処理
中に、何らかの重金属汚染が発生した場合、完成したデ
バイスの動作に多大な悪影響が及ぼされた。そこで、重
金属不純物がウェーハ中に混入した際、デバイス動作領
域である表面から重金属不純物を除去し、ウェーハ内部
や裏面に閉じ込める手法が発達した。

【０００３】これをゲッタリング技術という。このゲッ
タリング法は、重金属不純物を閉じ込めるウェーハの位
置によって区別されており、ウェーハの内部に閉じ込め
る方法をインターナルゲッタリング(Internal Getterin
g:IG) 、裏面に閉じ込める方法をエクスターナルゲッタ
リング(External Gettering:EG) と呼ぶ。

【０００４】前者の代表例はウェーハ内部に酸素析出物
を形成し、それに重金属不純物を捕獲する方法で、後者
では、裏面に機械的歪み層を形成するサンドブラスト法
や多結晶シリコン膜を堆積するポリバックシール法(Pol
y-Si Back Seal:PBS) がある。従来、これらのゲッタリ
ング手法を単独または複合させ、シリコン単結晶ウェー
ハに付加し、重金属不純物をデバイス動作領域から除去
できる特性を持つ、優れたシリコン単結晶ウェーハが作
製されている。

【０００５】ところでIGで不純物を除去する場合、CZ-S
i 基板中に形成された酸素析出物を不純物の析出核と
し、デバイス作製熱処理中に不純物を酸素析出物に拡散
し、析出させることになる。その不純物が実際に捕獲さ
れる速度をゲッタリング速度と定義した場合、このゲッ
タリング速度には温度依存性があることが知られてい
る。

【０００６】つまり、高温ではシリコン基板中の不純物
の拡散は速いが、不純物の固溶度も高いため、酸素析出
物に捕獲できる量が少なくなり、また不純物の捕獲速度
も比較的低く、逆に低温では固溶度が低いため不純物析
出の駆動力は高いが、拡散が遅いので、ゲッタリング速
度としては低くなる。従って、適当な温度において最適
なゲッタリングが行われるはずだが、従来、適当な熱処
理条件を設定する方法が存在しなかったため、意図的な
ゲッタリング熱処理は行われておらず、熱処理条件は、
経験的に得られた条件を用いるか、あるいはデバイス工
程のデバイス作製上の都合により決められていた。その
ため、所望の不純物濃度のシリコン基板を得るのに不要
な時間を費やす場合が多かった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の方法は前記のご
とく、不純物を除去するという観点から見た場合、経験
的に決定した場当り的なもので、必ずしも適当な条件で
はない場合が多かった。本発明はこのような問題点に鑑
みなされたもので、シリコン基板の初期重金属汚染量、
酸素析出物密度に応じて、より効果的にIG能力を発揮で
きる熱処理条件を見い出す方法を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項１に記載した発明は、シリコン基板
にインターナルゲッタリングを行う場合のシリコン基板
の熱処理条件を設定する方法において、シリコン基板中
の初期重金属汚染濃度と、酸素析出物密度と、所望の不
純物濃度とから、熱処理温度および熱処理時間を算出す
ることによって、熱処理条件を設定することを特徴とす
るシリコン基板の熱処理条件を設定する方法である。

【０００９】このように、シリコン基板中の初期重金属
汚染濃度と、酸素析出物密度と、所望の不純物濃度とか
ら、熱処理温度および熱処理時間を算出することによっ
て、熱処理条件を設定すれば、実際にシリコン基板にIG
を行う実験等をしなくとも、シリコン基板から効率よく
不純物を除去できる熱処理条件を簡単かつ迅速に求める
ことができる。

【００１０】また、本発明の請求項２に記載した発明
は、シリコン基板にインターナルゲッタリングを行う場
合のシリコン基板の熱処理条件を設定する方法におい
て、シリコン基板中の初期重金属汚染濃度と、酸素析出
物密度と、所望の不純物濃度とから、冷却速度を算出す
ることによって、熱処理条件を設定することを特徴とす
るシリコン基板の熱処理条件を設定する方法である。

【００１１】このように、シリコン基板中の初期重金属
汚染濃度と、酸素析出物密度と、所望の不純物濃度とか
ら、冷却速度を算出することによって、熱処理条件を設
定すれば、実際にシリコン基板にIGを行う実験等をしな
くとも、シリコン基板から効率よく不純物を除去できる
熱処理条件を簡単かつ迅速に求めることができる。

【００１２】さらに、本発明の請求項３に記載した発明
は、請求項１に記載のシリコン基板の熱処理条件を設定
する方法において、シリコン基板中の初期重金属汚染濃
度と、酸素析出物密度と、所望の不純物濃度とから、下
記（５）式よりゲッタリング速度1/τを算出し、次に下
記（７）式より熱処理温度と熱処理時間の関係を算出
し、算出された熱処理温度と熱処理時間の関係から T-T
-T線図を作成し、 T-T-T線図のノーズ位置より熱処理温
度と熱処理時間を決定することによって、熱処理条件を
設定することを特徴とするシリコン基板の熱処理条件を
設定する方法である。

【数５】

【数６】（ここで、1/τはゲッタリング速度、D は重金属の拡散
係数、C₀は初期重金属汚染濃度、C_eq はシリコン中の重
金属の固溶度、C_pは析出物中の重金属濃度、n は酸素析
出物密度、t は熱処理時間、x は初期重金属汚染濃度／
所望の不純物濃度である）。

【００１３】このように、シリコン基板中の初期重金属
汚染濃度と、酸素析出物密度と、所望の不純物濃度とか
ら、前記（５）式よりゲッタリング速度1/τを算出し、
次に前記（７）式より熱処理温度と熱処理時間の関係を
算出し、算出された熱処理温度と熱処理時間の関係から
T-T-T線図を作成し、 T-T-T線図のノーズ位置より熱処
理温度および熱処理時間を決定することによって、熱処
理条件を設定すれば、実際に熱処理をした場合との誤差
が少なく、きわめて精度良くゲッタリングにより所望重
金属濃度に低減することができる熱処理条件を設定する
ことができる。

【００１４】また、本発明の請求項４に記載した発明
は、請求項２に記載のシリコン基板の熱処理条件を設定
する方法において、シリコン基板中の初期重金属汚染濃
度と、酸素析出物密度と、所望の不純物濃度とから、下
記（５）式よりゲッタリング速度1/τを算出し、次に下
記（７）式より熱処理温度と熱処理時間の関係を算出
し、算出された熱処理温度と熱処理時間の関係から T-T
-T線図を作成し、作成したT-T-T線図上で、前記初期重
金属汚染濃度が固溶度となる温度の T-T-T線図の温度軸
上の点と、 T-T-T線図のノーズ位置の点とを結んだ直線
の傾きより、冷却速度を決定することによって、熱処理
条件を設定することを特徴とするシリコン基板の熱処理
条件を設定する方法である。

【数７】

【数８】（ここで、1/τはゲッタリング速度、D は重金属の拡散
係数、C₀は初期重金属汚染濃度、C_eq はシリコン中の重
金属の固溶度、C_pは析出物中の重金属濃度、n は酸素析
出物密度、t は熱処理時間、x は初期重金属汚染濃度／
所望の不純物濃度である）。

【００１５】このように、シリコン基板中の初期重金属
汚染濃度と、酸素析出物密度と、所望の不純物濃度とか
ら、前記（５）式よりゲッタリング速度1/τを算出し、
次に前記（７）式より熱処理温度と熱処理時間の関係を
算出し、算出された熱処理温度と熱処理時間の関係から
T-T-T線図を作成し、作成した T-T-T線図上で、初期重
金属汚染濃度が固溶度となる温度の T-T-T線図の温度軸
上の点と、 T-T-T線図のノーズ位置の点とを結んだ直線
の傾きより、冷却速度を決定することによって、熱処理
条件を設定すれば、実際に熱処理をした場合との誤差が
少なく、きわめて精度良く冷却中にゲッタリングが起り
所望重金属濃度に低減できる熱処理条件を設定すること
ができる。

【００１６】そして、本発明の請求項５に記載した発明
である、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載
の方法により設定された熱処理条件によって、シリコン
基板の熱処理を行えば、不純物を除去するのに適当な熱
処理条件によって熱処理を行うことができるため、効率
よくシリコン基板から不純物を除去することができる。

【００１７】また、本発明の請求項６に記載した発明で
ある、請求項５のシリコン基板の熱処理を行う工程を有
することを特徴とするシリコン基板の製造方法は、ゲッ
タリングにより所望の不純物濃度となったシリコン基板
を確実に製造することができる製造方法である。そのた
めデバイス歩留りの向上を確実に図ることができる。

【００１８】そして、本発明の請求項７に記載した発明
は、コンピュータによってシリコン基板の熱処理条件を
設定するためのプログラムを記録した記録媒体であっ
て、該プログラムはコンピュータに、請求項１ないし請
求項４のいずれか１項に記載の方法によって前記熱処理
条件を算出させるものであることを特徴とするシリコン
基板の熱処理条件を設定するためのプログラムを記録し
た記録媒体である。

【００１９】このように、本発明を実行するためのプロ
グラムは、コンピュータに、請求項１ないし請求項４の
いずれか１項に記載の方法によって前記熱処理条件を算
出させるものであるから、これを記録媒体に記録してお
けば、必要時に必要な場所において、各コンピュータに
入力して使用することができるので、極めて便利であ
る。

【００２０】以下、本発明につき更に詳細に説明する。
本発明者は、従来は、種々の初期重金属汚染濃度、酸素
析出物密度をもったシリコン基板を、種々の熱処理条件
で、実際に多量のシリコン基板に長時間の熱処理を施す
ことによって、適正な熱処理条件を経験的に模索してい
たのを、もっと簡単に数値計算により割り出すことがで
きないか、種々検討した結果、本発明を開発したもので
ある。

【００２１】すなわち、本発明は、初期重金属汚染濃
度、酸素析出物濃度および所望の不純物濃度を決定する
だけで数値計算により短時間に、かつ高精度で、より効
果的な熱処理温度及び熱処理時間の組合せ、あるいはよ
り効果的な冷却速度を知ることを可能とした。特に、本
発明では、前記（５）式よりゲッタリング速度1/τを算
出し、次に前記（７）式より熱処理温度と熱処理時間の
関係を算出し、算出された熱処理温度と熱処理時間の関
係から T-T-T線図を作成し、作成した T-T-T線図上で、
熱処理温度及び熱処理時間の組合せ、あるいは冷却速度
を決定することにより、熱処理条件設定の精度を格段に
向上させている点に特徴を有する。

【００２２】そして、上記のような方法によって設定さ
れた熱処理条件により、シリコン基板の熱処理を行い、
シリコン基板を製造すれば、従来のように場当たり的
で、経験的に決定されたものではなく、精度が良い熱処
理条件なため、簡単かつ確実に所望の不純物濃度のシリ
コン基板を得ることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
的な計算をするモデルの内容を例示して説明するが、発
明はこれらに限定されるものではない。図１は、熱処理
温度600 ℃における酸素析出物密度n が、n=7 ×10⁶ 、
8 ×10⁷ 、8 ×10⁹ 個／cm³ であり、初期重金属汚染濃
度が1 ×10¹⁴原子／cm³ である場合のFeのゲッタリング
が進行する速さ、すなわち酸素析出物へFeが析出するこ
とによる固溶Fe濃度の減衰の様子を、実際にシリコン基
板に熱処理を施して測定した値と下記の（１）式による
数値計算の値とをプロットして示したものである。この
ように、シリコン基板中に過飽和に固溶した不純物のFe
原子の濃度は、時間の指数関数に従い減少することが知
られており(F.S.Ham;J.Phys.Chem.Solids6(1958)335.
およびD,Gilles et al. ;Phys.Rev.Lett.64(1990)196.
参照) 、次の（１）式で記述される。

【数９】

【００２４】ここで、C はシリコン中でのFe固溶濃度、
C₀は初期重金属汚染濃度、C_eq はシリコン中の重金属の
固溶度、t は熱処理時間、τは時定数、D はFeの拡散係
数、n は酸素析出物密度、r は酸素析出物半径であり、
この（１）式における、1/τをゲッタリング速度と呼
ぶ。

【００２５】ゲッタリング進行の様子は図１からこの
（１）式で的確に表現できることがわかる。この図１に
ならい、一定の酸素析出物量、初期汚染量の場合のゲッ
タリング速度を種々の温度において計測した結果をプロ
ットしたものが図２である。この図２に示すように、ゲ
ッタリング速度はある温度（この場合は約800 ℃近傍）
で最大となり、ピーク値を持つ。従って、この温度での
保持がゲッタリングの最適条件であることがわかる。

【００２６】しかし数１を用いた従来の理論では、この
図２の挙動を説明することはできない。なぜなら、ゲッ
タリング速度1/τに関係する温度依存量は、Feの拡散係
数であるD のみであり、その拡散係数D は温度の指数関
数で単調に増加するのみだからである。従って、酸素析
出物密度と酸素析出物半径が分かっている２種類のウェ
ーハについて実験で得られたゲッタリング速度1/τを、
（１）式から実測の酸素析出物密度n 、酸素析出物半径
r を用いて計算された理論的1/τと比較すると、1/τが
値が大きくなるにつれて１：１の相関線から外れてしま
う。図３はその相関の様子を示している。

【００２７】この（１）式の欠点は、r が変化しないこ
とを前提にしている事にある。実際はr は定数ではな
く、Feが析出するにつれ徐々に大きくなるはずである。
そこで本発明では、（１）式のHam の理論の考え方から
さらに応用し工夫した。Ham によれば、（１）式は、析
出物半径r を析出末期におけるある程度析出物の半径増
大速度が飽和した後のr で固定し、理論的に析出現象を
考慮した結果、導かれた式である（F.S.Ham;J.Phys.Che
m.Solids 6(1958)335.参照）。

【００２８】しかし従来、析出物の半径r は測定が困難
であり、Fe析出の核である酸素析出物の半径を透過型電
子顕微鏡等で測定し、r の代用としていた。そこで発明
者は、析出末期のr を想定しているのであるから、Feの
析出可能な量が全て析出した後、その全量が析出物とな
った場合を考えた。そして、シリコン基板中で半径R の
球を仮定し、その中心に酸素析出物が1 つのみ存在する
空間を考えてみた。すると以下の（２）式が成り立つ
(F.S.Ham;J.Phys.Chem.Solids6(1958)335. 参照) 。

【数１０】

【００２９】また上述のように固溶Fe濃度が減衰し、固
溶度に達した際、その減少量が全て析出したと仮定する
と次の（３）式が成り立つ。

【数１１】

【００３０】ここでC_PはFe析出物（FeSi₂ を仮定）の密
度(=25.6×10²¹nm^-3) 、C_eq はシリコン中のFeの固溶度
(=4.3 ×10²²exp(-2.1eV/kT)) （M.Aoki et al;J.Appl.
Phys. 72(3)(1992)895-898参照）、k はボルツマン定
数、T は絶対温度(K) である。

【００３１】（２）式と（３）式を連立させ、（１）式
中のr を解くと、次の（４）式が成り立つ。

【数１２】

【００３２】この（４）式を用いて（１）式で表された
ゲッタリング速度1/τを解き直すと、次の（５）式が成
り立つ。

【数１３】

【００３３】ここで、1/τはゲッタリング速度、D は重
金属の拡散係数、C₀は初期重金属汚染濃度、C_eq はシリ
コン中の重金属の固溶度、C_pは析出物中の重金属濃度、
n は酸素析出物密度である。

【００３４】このように変形すると、ゲッタリング速度
1/τは拡散係数D 、酸素析出物密度n 、初期重金属汚染
濃度C₀、固溶度C_eq に依存する。これらのパラメータの
うち、温度依存性を含むものは固溶度C_eq と拡散係数D
である。そこで（５）式の形を用いて、1/τを温度で微
分し、その微分係数が0 となる条件から、図２のピーク
温度が求められる。この際、固溶度は（３）式中で示さ
れた青木の式を用い、また拡散係数はD=1.3 ×10^-3exp
(-0.68eV/kT) (E.R.Weber; Appl.Phys.A30(1983)1. 参
照) を用いると便利である。従って、予め酸素析出物密
度を赤外散乱トモグラフィ(Laser scattering Tomograp
hy,LST) や赤外干渉法等を用いて測定しておけば、求め
たい初期汚染量におけるゲッタリング速度の温度依存性
が、（５）式を用いて推定できる。

【００３５】この（５）式を用いて推定されたゲッタリ
ング速度1/τと実験値との相関図を図４に示す。図４の
相関は明らかに、（１）式で得られた数値との相関であ
る図３よりも実験値を忠実に表現できており、（５）式
の実用的確からしさの実験的証明になっていることがわ
かる。また（５）式の適用範囲は、図４中の全測定範囲
から、温度で250 〜900 ℃、初期重金属汚染濃度で10¹²
〜10¹⁴原子／cm³ 、酸素析出物密度で10⁶ 〜10¹⁰個／cm
³ であり、ほぼ実際のデバイス作製熱処理条件やIGウェ
ーハ作製条件を満たしているが、実際には外挿によりさ
らに広範囲の条件に適用可能である。

【００３６】このように実験では時間をかけなければ得
られないゲッタリング速度を、本発明では（５）式によ
って、計算で簡便に求められる。図２中の実線は（５）
式を用いて計算した結果であり、実験値を見事に再現で
きていることがわかる。

【００３７】しかし実際には図２のピーク温度がゲッタ
リングの最適温度であるとは限らない。なぜならIGの場
合、固溶Fe濃度をその温度の固溶度以下にすることは不
可能だからである。例えば、図２のピーク温度付近での
固溶度は6 ×10¹²原子／cm³と推定され、初期重金属汚
染濃度3 ×10¹³原子／cm³ と比較しても８割減でしかな
く、この濃度以下に固溶Fe濃度を減少させることはでき
ない。そのため、あくまでFe濃度の減少を所望するな
ら、ピーク温度より低温に保持し、もっと時間をかけて
でも固溶Fe濃度を減少させねばならない場合も考えられ
る。従って予めこの濃度まで減少させたいという具体的
目標があるのであれば、その濃度になるよう、適当な熱
処理条件および冷却速度を設定する必要がある。

【００３８】そのためには以下に示す方法で作成される
T-T-T(Time-Temperature-Transformation)線図を用いる
と便利である。以下に、実験で応用可能と判断された上
記の（５）式を用いて、T-T-T 線図を求める方法を示
す。

【００３９】例えば、（５）式で各温度におけるゲッタ
リング速度1/τが計算できるが、ゲッタリング終了後、
ウェーハ内に残存していても構わない汚染量が初期汚染
量の1/10であるとする。この場合、（１）式におけるC
がC₀の1/10に等しいとして、（１）式からその場合の熱
処理時間を計算する。その熱処理時間t は以下の（６）
式で示される。

【数１４】

【００４０】この（６）式でτとC_eq は温度の関数であ
る。従って、（６）式で表される残存Fe濃度が初期重金
属汚染濃度の1/10になる熱処理時間t も温度の関数とな
る。ある温度に対して（５）式を用いて得られたτを
（６）式に代入し、熱処理時間t を得た後、温度に対し
て熱処理時間t をプロットしたものが、T-T-T 線図であ
り、その例を図５に示す。

【００４１】この例では、酸素析出物密度n が 1× 10⁹
個／cm³ 、初期重金属汚染濃度C₀が1 ×10¹²原子／cm³
の場合を計算している。図５において残留Fe濃度が初期
重金属汚染濃度の1/10になる最短の熱処理温度と熱処理
時間は図５中の曲線A のノーズ（鼻）を形成しているa
点であることがわかる。つまりゲッタリングのための最
適熱処理条件は610 ℃、110minの等温熱処理であり、そ
の後任意に冷却しても所望の残留Fe濃度のシリコンウェ
ーハを得ることができる。

【００４２】また、等温熱処理でなく、ある速度での冷
却で所望の濃度までゲッタリングを進行させたい場合
は、図５の温度軸上、すなわち時間0 における初期重金
属汚染濃度が固溶度となる温度のb 点から図５のa 点を
結ぶ直線を引く。例えば最終段の温度が1000℃の場合、
1000℃からb 点の間のゲッタリングが起こらない温度域
の冷却方法は任意であるが、b 点の温度まで冷却した場
合、その後はb 点とa 点を結ぶ直線に沿って冷却する。
この直線の傾きが、最適冷却速度であり、図５の例では
-3.8℃/ 分である。所望の残留Fe濃度が初期重金属汚染
濃度の1/x である場合、（６）式を一般化し、以下の
（７）式を用いればよい。

【数１５】

【００４３】図５に曲線Ｂとして、（７）式のx=100 、
つまり初期重金属汚染濃度の1/100までゲッタリングを
進行させたい場合も示してある。このようにして、各条
件のT-T-T 線図を作成し、ゲッタリングに最適な等温熱
処理温度とそれに必要な最短熱処理時間が得られ、また
は最適冷却速度を求めることができる。

【００４４】なお、ここで前記の最適熱処理温度、最短
熱処理時間、および最適冷却速度といった熱処理条件
は、あくまでも所定の濃度までFeをIGで除去するのに最
適・最短である条件という意味であり、実際にシリコン
基板を製造するにあたっては、デバイス工程等の都合に
より上記最適熱処理条件以外の条件で実施してもかまわ
ない。すなわち、例えば熱処理温度を設定するにあたっ
ては、必ずしもノーズ点であるa 点の条件に限定される
わけではなく、ノーズ点周辺の範囲の条件で実施すれば
十分に本発明の効果を得ることができ、本発明が実施さ
れる条件に応じて適当に熱処理条件を変更・修正して実
施することが可能である。

【００４５】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示すが、本発
明はこれらに限定されるものではない。（実施例）シリコン基板にインターナルゲッタリングを
行う場合のシリコン基板の熱処理条件を、シリコン基板
中の初期重金属汚染濃度と、酸素析出物密度と、所望の
不純物濃度とから、熱処理温度および熱処理時間の関係
を算出することによって、熱処理条件を設定し、熱処理
の進行の計算予測を行った。次に、上記の計算により求
めた結果を検証するために、実際にシリコン基板に熱処
理を行う実験を行い、上記計算予測と比較した。

【００４６】まず、本実施例において実際に熱処理を行
うシリコン基板の初期重金属汚染濃度と、酸素析出物密
度を測定した。測定の結果は、初期重金属汚染濃度が3
×10¹³原子／cm³ 、酸素析出物密度が2 ×10⁹ 個／cm³
であった。それらに従って、上記熱処理条件の設定にお
いても初期重金属汚染濃度C₀= 3 ×10¹³原子／cm³ 、酸
素析出物密度n=2 ×10⁹ 個／cm³ として、熱処理条件を
設定した。また、所望の不純物濃度は初期重金属汚染濃
度の1/10及び1/100 、すなわちx=10及びx=100 とし、こ
の２つの場合についての熱処理条件を設定した。そし
て、各数値を前記（５）式に入れて、ゲッタリング速度
1/τを算出し、次に前記（７）式より熱処理温度と熱処
理時間の関係を算出し、算出された熱処理温度と熱処理
時間からT-T-T 線図を作成した。

【００４７】次に、上記の計算により求めた結果を検証
するために、前記の初期重金属汚染濃度C₀、酸素析出物
密度n を測定したシリコン基板に、実際にインターナル
ゲッタリングによって重金属不純物を除去する熱処理を
行う実験を行い、計算と比較した。この実験では、種々
の熱処理温度により等温熱処理を行い、各熱処理温度に
おいて不純物濃度が初期重金属汚染濃度の1/10及び、1/
100 になる時間を測定した。

【００４８】図６に作成されたT-T-T 線図の計算予測線
と実験値（プロット）を示す。初期重金属汚染濃度に対
し1/10、1/100 になる時間の実験値は計算による予測と
良く一致していることがわかる。例えば熱処理温度が60
0 ℃の場合、計算で予測された熱処理時間は1/10に到達
する時間で約10分、1/100 では約20分となる。実験結果
は、600 ℃の等温熱処理を１０分行った場合のFe濃度は
2.8 ×10¹²原子／cm³ 、２０分行った場合のFe濃度は2.
6 ×10¹¹原子／cm³ となり、初期重金属汚染濃度3 ×10
¹³原子／cm³ に対し、10分後、20分後でほぼ1/10、1/10
0 の濃度に低減できたことになり、計算の正しさが実証
されていることがわかる。

【００４９】尚、本発明は、上記実施形態および実施例
に限定されるものではない。上記実施形態等は、例示で
あり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術思想と
実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するも
のは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包
含される。

【００５０】例えば、本発明で言う熱処理条件とは、シ
リコン単結晶インゴットをウエーハ形状に加工する工
程、デバイス作製工程等で加わる全ての熱処理のことを
示しており、したがって、設定されるシリコン基板の熱
処理条件とは、単に特定デバイス工程後の場合に限られ
るものではなく、ウエーハ加工後、デバイス工程中、デ
バイス工程後等いずれの場合であっても、シリコン基板
に熱処理を加える場合であれば、本発明を適用して熱処
理条件を設定することができる。

【００５１】また、上記では、重金属不純物として、Fe
をゲッタリング除去する場合につき例を挙げて説明した
が、本発明は、これには限定されず、Cu、Ni、Co等他の
重金属汚染の除去においても、当然適用でき、効果を奏
するものである。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、シリコン基板にインタ
ーナルゲッタリングを行う場合のシリコン基板の熱処理
条件を設定する方法において、シリコン基板中の初期重
金属汚染濃度と、酸素析出物密度と、所望の不純物濃度
とから、きわめて短時間で、簡単かつ正確に、熱処理温
度および熱処理時間の組合せ、あるいは冷却速度を算出
することができ、それによって適正な熱処理条件を設定
することができる。

【００５３】したがって、初期重金属汚染濃度や酸素析
出物密度の異なる多量のウエーハを用いて実際に長時間
の熱処理をする必要がなくなり、きわめて迅速かつ低コ
ストで適正な熱処理条件を決定することができる。そし
て、従来のように場当たり的で、経験的に決定されたも
のではなく、精度が良い熱処理条件なため、実際にシリ
コン基板の製造工程に基板を流してみた場合に、デバイ
ス歩留りの向上を確実に図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】固溶Fe濃度と熱処理時間の関係を示した図であ
る。

【図２】ゲッタリング速度と熱処理温度との関係を示し
た図である。

【図３】（１）式より求められたゲッタリング速度と実
験から求められたゲッタリング速度との関係を示した比
較図である。

【図４】（５）式より求められたゲッタリング速度と実
験から求められたゲッタリング速度との関係を示した比
較図である。

【図５】T-T-T 線図の一例を示した図である。

【図６】実施例と実際に熱処理を行い測定した例との比
較図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン基板にインターナルゲッタリン
グを行う場合のシリコン基板の熱処理条件を設定する方
法において、シリコン基板中の初期重金属汚染濃度と、
酸素析出物密度と、所望の不純物濃度とから、熱処理温
度および熱処理時間を算出することによって、熱処理条
件を設定することを特徴とするシリコン基板の熱処理条
件を設定する方法。
【請求項２】シリコン基板にインターナルゲッタリン
グを行う場合のシリコン基板の熱処理条件を設定する方
法において、シリコン基板中の初期重金属汚染濃度と、
酸素析出物密度と、所望の不純物濃度とから、冷却速度
を算出することによって、熱処理条件を設定することを
特徴とするシリコン基板の熱処理条件を設定する方法。
【請求項３】請求項１に記載のシリコン基板の熱処理
条件を設定する方法において、前記シリコン基板中の初
期重金属汚染濃度と、前記酸素析出物密度と、前記所望
の不純物濃度とから、下記（５）式よりゲッタリング速
度1/τを算出し、次に下記（７）式より熱処理温度と熱
処理時間の関係を算出し、算出された熱処理温度と熱処
理時間の関係から T-T-T線図を作成し、 T-T-T線図のノ
ーズ位置より熱処理温度と熱処理時間を決定することに
よって、熱処理条件を設定することを特徴とするシリコ
ン基板の熱処理条件を設定する方法。【数１】【数２】（ここで、1/τはゲッタリング速度、D は重金属の拡散
係数、C₀は初期重金属汚染濃度、C_eq はシリコン中の重
金属の固溶度、C_pは析出物中の重金属濃度、n は酸素析
出物密度、t は熱処理時間、x は初期重金属汚染濃度／
所望の不純物濃度である）。
【請求項４】請求項２に記載のシリコン基板の熱処理
条件を設定する方法において、前記シリコン基板中の初
期重金属汚染濃度と、前記酸素析出物密度と、前記所望
の不純物濃度とから、下記（５）式よりゲッタリング速
度1/τを算出し、次に下記（７）式より熱処理温度と熱
処理時間の関係を算出し、算出された熱処理温度と熱処
理時間の関係から T-T-T線図を作成し、作成した T-T-T
線図上で、前記初期重金属汚染濃度が固溶度となる温度
の T-T-T線図の温度軸上の点と、 T-T-T線図のノーズ位
置の点とを結んだ直線の傾きより、冷却速度を決定する
ことによって、熱処理条件を設定することを特徴とする
シリコン基板の熱処理条件を設定する方法。【数３】【数４】（ここで、1/τはゲッタリング速度、D は重金属の拡散
係数、C₀は初期重金属汚染濃度、C_eq はシリコン中の重
金属の固溶度、C_pは析出物中の重金属濃度、n は酸素析
出物密度、t は熱処理時間、x は初期重金属汚染濃度／
所望の不純物濃度である）。
【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれか１項
に記載の方法により設定された熱処理条件によって、シ
リコン基板の熱処理を行うことを特徴とするシリコン基
板を熱処理する方法。
【請求項６】請求項５のシリコン基板の熱処理を行う
工程を有することを特徴とするシリコン基板の製造方
法。
【請求項７】コンピュータによってシリコン基板の熱
処理条件を設定するためのプログラムを記録した記録媒
体であって、該プログラムはコンピュータに、請求項１
ないし請求項４のいずれか１項に記載の方法によって前
記熱処理条件を算出させるものであることを特徴とする
シリコン基板の熱処理条件を設定するためのプログラム
を記録した記録媒体。