JPH11340239A - ボロンを添加したシリコンウェーハの熱処理方法 - Google Patents

ボロンを添加したシリコンウェーハの熱処理方法

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JPH11340239A
JPH11340239A JP16412098A JP16412098A JPH11340239A JP H11340239 A JPH11340239 A JP H11340239A JP 16412098 A JP16412098 A JP 16412098A JP 16412098 A JP16412098 A JP 16412098A JP H11340239 A JPH11340239 A JP H11340239A
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JP
Japan
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wafer
boron
dislocation
temperature
formula
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JP16412098A
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English (en)
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Masanori Akatsuka
雅則 赤塚
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 試験的な熱処理を施すことなく、算出手段で
容易にかつ確実に最適昇降温速度を把握し、スリップ転
位を発生させることなく熱処理が可能な熱処理方法の提
供。 【解決手段】 熱処理中にシリコンウェーハの面内の温
度差ΔTが生じた際の熱応力の分解剪断応力Sが、ボロ
ンによる転位固着力τを超えると転位が発生することに
着目し、熱処理におけるウェーハ間隔w、ウェーハ直径
d、ボロンによる転位固着力τとの関係から転位を発生
しない昇降温速度Rを算出する関係式を作成することに
より、ボロンによる転位固着力を予め実験で求め、先の
関係式より容易に算出でき、かかる昇降温速度Rはスリ
ップ転位を発生させることなく熱処理できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ボロンを高濃度
に添加した半導体ウェーハにおいて、スリップと呼ばれ
る結晶欠陥の発生を抑制し、高品質なウェーハの提供を
可能とするためのボロンを添加したシリコンウェーハの
熱処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体ウェーハ表面には機械的ダメージ
などに起因する転位が存在する。転位は主にウェーハ表
層のみを移動するパンチアウト転位と、ウェーハ厚さ方
向にも移動するスリップ転位に分けられる。スリップ転
位が大量にウェーハを貫通するとウェーハの反りの原因
にもなる。
【0003】ウェーハに高濃度に添加されるボロンは、
転位を固着する働きがあることが一般的に知られてい
る。パンチアウト転位については、ボロン濃度が高くな
るほど転位の移動距離が短くなることがすでに示されて
いる(T.Fukuda etal:Defect i
s Silicon2(1991),P173)。
【0004】一方、スリップ転位についても、ウェーハ
中に不純物として含まれる酸素原子が移動距離におよぼ
す影響について調査されている(M.Akatsuka
et al:J.J.Appl.Phys.36(1
997)L1422)。その結果、酸素濃度が高くなる
につれ、転位の移動距離が小さくなることが明らかにさ
れている。
【0005】上述したように転位移動距離の酸素濃度依
存性についてはかなり解明されている。ボロンは酸素原
子よりも強力に転位を固着するといわれていることか
ら、今後、エピタキシャルウェーハとしてボロンを高濃
度に添加したウェーハの使用増加が見込まれている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ボロン
濃度とスリップ転位の移動距離を定量的に扱った報告は
全くない。そのためスリップ転位を発生しない最適昇降
温速度は試行錯誤で探索されており、コスト的、時間的
に大きな損失を生じているという問題がある。
【0007】この発明は、ボロンを添加したシリコンウ
ェーハの熱処理方法において、従来、最適昇降温速度は
膨大な実験による試行錯誤の結果、得られていた現状に
鑑み、試験的な熱処理を施すことなく、算出手段で容易
にかつ確実に最適昇降温速度を把握し、スリップ転位を
発生させることなく熱処理が可能な熱処理方法の提供を
目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】発明者らは、スリップ転
位を発生させることなく熱処理が可能なボロンを添加し
たシリコンウェーハの熱処理方法、特に熱処理における
最適昇降温速度を簡単に算出できる手段を目的に種々検
討した結果、面内の温度差ΔTが生じた際の熱応力の分
解剪断応力Sが、ボロンによる転位固着力τを超えると
転位が発生することに着目し、熱処理におけるウェーハ
間隔w、ウェーハ直径d、ボロンによる転位固着力τと
の関係から転位を発生しない昇降温速度Rを算出するこ
とを創出し、ボロンによる転位固着力を予め実験で求
め、先の関係式より容易に算出でき、かかる昇降温速度
Rはスリップ転位を発生させることなく熱処理できるこ
とを知見し、この発明を完成した。
【0009】すなわち、この発明は、ボロンを添加し、
比抵抗が0.003〜0.15Ωcmのシリコンウェー
ハにおいて、ウェーハに温度差ΔTが生じた際の熱応力
の分解剪断応力Sがボロンによる転位固着力τを超えな
い範囲となるように昇降温速度Rを決定するため、予め
ボロンによる転位固着力τを求めておき、熱処理におけ
るウェーハ間隔w、ウェーハ直径d、ボロンによる転位
固着力τとの関係から転位を発生しない臨界昇降温速度
を算出し、得られた昇降温速度R以下でウェーハを処理
して熱処理中の転位の発生を抑制する、ボロンを添加し
たシリコンウェーハの熱処理方法である。
【0010】
【発明の実施の形態】この発明は、図1の熱処理最適化
方法のフローチャートに示すごとく、熱処理におけるウ
ェーハ間隔、ウェーハ直径、ボロンによる固着力をパラ
メータとして、スリップを発生する臨界昇降温速度を導
出することにより、ボロンを高濃度に含む半導体ウェー
ハを転位を発生させることなく熱処理する方法を提案し
たもので、従来、予備試験で試行錯誤で最適昇降温速度
を見つけてきたが、この発明では予備試験なしに最適昇
降温速度を知ることができる。
【0011】この発明において、抵抗率の範囲限定理由
は、0.003Ωcm未満の抵抗率のウェーハは実用上
用いられておらず、0.15Ωcmを超える抵抗率では
ボロンによる転位固着効果よりも酸素による固着効果が
支配的となるため、比抵抗は0.003〜0.15Ωc
mの範囲とする。
【0012】ウェーハ形状の半導体ウェーハを熱処理し
たときに面内に発生する温度差ΔTは次の(1)式で表
わされることが知られている。
【0013】
【数1】
【0014】ここで、Rは昇降温速度、ρは密度、cは
比熱、dはウェーハ直径、Tは温度、σはステファンボ
ルツマン定数、wはウェーハ間隔、tはウェーハ厚さで
ある。なお、温度差ΔTの導出手段としては、上記
(1)式のみならず、有限要素法など他のシミュレーシ
ョン手法あるいは温度測定実験から導出するなどいずれ
の方法も採用できる。
【0015】ウェーハに温度差ΔTが生じたとき、熱応
力の分解剪断応力Sは、次の(2)式で与えられる。
【0016】
【数2】
【0017】(2)式で示される分解剪断応力Sがボロ
ンによる固着力τを越える、つまり S>τ …(3)式 となると、熱処理において転位が発生する。
【0018】(2)(3)式より、昇降温速度Rについ
ての下記(4)式を導きだす。ここでαは線熱膨張係
数、Eはヤング率、rはウェーハ半径、τはボロンによ
る転位固着力である。
【0019】
【数3】
【0020】さらに、(4)式に(1)(2)式代入し
て、昇降温速度Rについての下記(5)式を導きだす。
【0021】
【数4】
【0022】(5)式において、τを実験的に求めれ
ば、臨界昇降温速度が(3)式から導出できる。なお、
定数は次の通りである。α=4×10-6(/K)、E=
1.9×1011(Pa/m2)、ρ=2330(kg/
3)、c=836(J/kg・K)。
【0023】
【実施例】比較例1 使用したウェーハは、300mm径のシリコンウェーハ
で、比抵抗0.020Ωcm、酸素濃度12×1017
cm3(old ASTM)であり、熱処理温度は12
00℃であった。10mmピッチの熱処理治具にウェー
ハを設置し、1)4.0℃/分、2)3.5℃/分、
3)3.0℃/分の昇降温を行った。
【0024】その結果、処理条件1)および2)では転
位が発生しないことが確認された。一方、処理条件3)
では転位が発生した。この実験から転位を発生しない臨
界の昇降温速度は3.5℃/分と3.0℃/分の間にあ
ることが分かった。
【0025】この実験では最適昇降温速度は3回の熱処
理によって確認できた。熱処理1回につきおよそ12時
間を要するため、合計36時間を熱処理に要した。従来
法では試行錯誤で熱処理を行わねばならず、今回は3回
の熱処理で最適条件が確認できたが、さらに多くの熱処
理が必要になることも考えられる。
【0026】実施例1 使用したウェーハは、300mm径のシリコンウェーハ
で、比抵抗0.020Ωcm、酸素濃度12×1017
cm3(old ASTM)であり、熱処理温度は12
00℃であった。初めに実験でボロンの転位固着力を導
出した。この固着力は一度導出されれば、ウェーハ間隔
およびウェーハ直径が変化してもそのまま使用できる。
【0027】熱処理時のウェーハ間隔を10mmとする
と、転位を発生しない臨界昇降温速度Rは次で表わされ
る。R=3.41(℃/分)
【0028】次にこのRを越える昇降温速度R=3.6
℃/分と下回る昇降温速度R=3.2℃/分で熱処理を
行った。その結果、図2Bに示すようにR=3.2℃/
分では転位は発生しなかったのに対して、図2Aに示す
ようにR=3.6℃/分では転位の発生が確認された。
【0029】計算された臨界昇降温速度から最適熱処理
条件が予測できることが分かる。従来法では最適処理条
件を見出すために最低2回の予備熱処理を行う必要があ
ったが、この発明によると予備熱処理なしに最適条件を
見出すことができる。
【0030】実施例2 ここでは、ウェーハ直径と比抵抗が実施例1と同じウェ
ーハで、酸素濃度のみ8×1017/cm3(old A
STM)と異なるウェーハを用いた。まず、実験で転位
固着力を導出した。その結果、実施例1で導出したもの
と固着力は変わらないことが判明した。実際に熱処理を
行ったところ、計算された臨界昇降温速度で転位の発生
予測ができることが明らかになった。
【0031】実施例3 実施例1と同じ酸素濃度、比抵抗が0.12Ωcmのウ
ェーハを用い、ウェーハ直径を100mm、150m
m、200mm径と変えて熱処理温度は1200℃にお
ける臨界昇降温速度を求めた結果、ウェーハ直径が小さ
いほど臨界昇降温速度が高くなることが計算から分かっ
た。
【0032】次に、実験で各ウェーハにおける転位発生
有無を確認した結果、ウェーハ直径を変化させても、転
位発生予測が高精度に行えることが判明した。
【0033】実施例4 実施例1と同様のウェーハを用いて、熱処理温度を10
00℃、1100℃に変化させて、臨界昇降温速度の妥
当性を調査した。その結果、熱処理温度を変えた場合で
も転位発生予測ができることが判明した。図3に臨界昇
降温速度計算結果と実験結果の比較を示す。
【0034】比較例2 使用したウェーハは、300mm径のシリコンウェーハ
で、比抵抗0.20Ωcm、酸素濃度12×1017/c
3(old ASTM)であり、熱処理温度は120
0℃であった。まず転位固着力を実験で求めた。次に臨
界昇降温速度を計算し、その結果を基に熱処理を行っ
た。その結果、計算では転位が発生しないと判定された
昇降温速度でも転位が発生していることが確認された。
この理由としては、比抵抗0.15Ωcm以上ではボロ
ンの固着効果よりも酸素の固着効果が支配的になり、本
発明による方法が適用できなくなるためである。
【0035】実施例5 ここでは、ウェーハ直径と酸素濃度が実施例1と同じウ
ェーハで、比抵抗のみ0.003Ωcmと異なるウェー
ハを用いた。ここでは他の実施例より低抵抗のウェーハ
を用いた。熱処理温度を1000℃、1100℃、12
00℃と変化させたときの転位発生臨界昇降温速度計算
結果を基に熱処理を行った。図4に臨界昇降温速度計算
結果と実験結果の比較を示す。その結果、比抵抗が変化
しても転位発生予測が可能であることが判明した。
【0036】
【発明の効果】この発明は、ボロンを添加したシリコン
ウェーハにおいて、熱処理におけるウェーハ間隔、ウェ
ーハ直径、ボロンによる転位固着力から転位を発生しな
い臨界昇降温速度を導出し、その昇降温速度以下でウェ
ーハを処理することにより熱処理中の転位の発生を抑制
するもので、従来、最適昇降温速度は膨大な実験による
試行錯誤の結果、得られていたが、容易にかつ確実に最
適昇降温速度を把握し、スリップ転位を発生させること
なく熱処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による熱処理における最適昇降温速度
を得るためのフローチャート図である。
【図2】A,Bはウェーハの転位の発生状況を示す模式
図である。
【図3】熱処理温度と昇降温速度との関係を示すグラフ
であり、比抵抗が0.020Ωcmのウェーハの場合を
示す。
【図4】熱処理温度と昇降温速度との関係を示すグラフ
であり、比抵抗が0.003Ωcmのウェーハの場合を
示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ボロンを添加したシリコンウェーハにお
    いて、ウェーハに温度差ΔTが生じた際の熱応力の分解
    剪断応力Sがボロンによる転位固着力τを超えない範囲
    となるように昇降温速度Rを決定するため、予めボロン
    による転位固着力τを求めておき、熱処理におけるウェ
    ーハ間隔w、ウェーハ直径d、ボロンによる転位固着力
    τとの関係から転位を発生しない臨界昇降温速度を算出
    し、得られた昇降温速度R以下でウェーハを処理して熱
    処理中の転位の発生を抑制する、ボロンを添加したシリ
    コンウェーハの熱処理方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において、ウェーハ比抵抗が
    0.003〜0.15Ωcmである、ボロンを添加した
    シリコンウェーハの熱処理方法。
JP16412098A 1998-05-27 1998-05-27 ボロンを添加したシリコンウェーハの熱処理方法 Pending JPH11340239A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008038786A1 (fr) 2006-09-29 2008-04-03 Sumco Techxiv Corporation Procédé de traitement thermique de plaquettes en silicium
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