JPS59119842A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）発明の技術分野 本発明は半導体装置の製造方法に関する。詳しくは、イ
ントリンシックゲッタリング方法（以下、ＩＧ方法とい
う。）にもとづいてシリコン（Ｓｌ）ウェーハ表面にデ
ニューデッドゾーンを形成する工程を含む半導体装置の
製造方法において、使用されるシリコン（Ｓｌ）ウェー
ハに含まれる酸素（０）及びその析出物が、如何なる濃
度分布を示していても、イントリンシックゲッタリング
効果が有効に機能するようにする工程を含む半導体装置
の製造方法に関する。

（２）技術の背景 シリコン（Ｓｌ）を基材とする半導体装置の高密度化、
大規模集積化に伴なって、その製造工程中に必然的に導
入される積層欠陥、転位等の結晶欠陥が装置の歩留りや
特性に及ぼす影響は看過しｈいものとなっている。半導
体装置の動作領域の寸法が極度に小さく、結晶欠陥の大
きさが相対的に無視しえない状態にあるからである。

この結晶欠陥の原因となるものとしてはシリコン（Ｓｌ
）結晶成長中に不可避的に混入する酸素原子（０）、炭
素原子（（、’）等の不純物が挙げられているが、特に
、酸素原子（Ｕ）の影響が大きいと考えられている。す
なわち、通常の方法で製造サレタシリコン（Ｓｉ　）単
結晶中には約１０”’（ｃ＋ロー３〕以上の濃度に酸素
原子（（Ｊ）が含まれており、また、過飽和の酸素原子
（Ｏ）が５ｉＵｘで表わされる様々な形態の析出物（ア
モルファス、クリストバライト等）を形成している。上
記の酸素原子（Ｕ）濃度は通常の装置製造工程に使用さ
れる１、　０００℃程度の温度では過飽和の濃度である
ため、製造工程中に上記の析出物を中心に過飽和の酸素
原子（０）が集積し、析出物が成長した結果、結晶に歪
みを与えて転位等の結晶欠陥を形成する。

ところが、最近の技術において、このような酸素原子（
０）の性質を積極的に利用してシリコン（Ｓｌ）ウェー
ハの表層にデニューデッドゾーンを形成する方法が開発
された。この方法は、ウェーハ内に酸素原子（（Ｊ）に
起因して形成された結晶欠陥が、ウェーハ表面の有害不
純物や欠陥を吸着し、消滅させるという効果、いわゆる
、イントリンシックゲッタリング効果（以下、ＩＧ効果
という。）を利用したものでＩＧ方法と呼ばれており、
一般に１，００ＣＩｃ程度以上の高温熱処理工程をもっ
てウェーハ表面の酸素原子（す）をアウトディフュージ
ョンさせるとともにウェーハ内部にのみ結晶欠陥を形成
する。このウェーハ内部に集中して形成された結晶欠陥
は重金属等の汚染物質を捕獲するとともに、ウェーハ深
層の少数キャリヤを捕獲する機能も有するため、装置の
特性の向上に有効であることが認められている。

（３）従来技術と問題点 ところで、このＩＧ方法が有効であるためには、ウェー
ハ内部に高密度の結晶欠陥を確実に発生させることが必
須である。しかしながら、この高密度の結晶欠陥は、上
記せる如くシリコン（Ｓｉ）結晶中の酸素原子（Ｕ）及
びその析出物（ＳｉＵｘ）の分布と密接な関係があるた
め、従来技術において、必ずしも所望の結晶欠陥を発生
させることができない場合があった。例えば、いわゆる
スワールデフェクト（５ｗ１ｒｌ　ｄｅｆｅｃｔ　）に
起因する場合である。

スワールデフエクトとはＣＺ法を使用してシリコン（Ｓ
ｉ　）単結晶を製造した場合酸素（Ｕ、）濃度の濃淡領
域が引き上げ方向から視た状態で渦巻き状に発生するこ
とをいう。引き上げ方向に直交する方向から視た状態に
おいてはこの酸素（０）濃度の濃淡の縞は第１図の如く
なり、斜線で示された領域１が酸素原子（０）及びその
析出物を高濃度に含む領域である。第２図に、このウエ
ーノ蔦に対してＩＧ方法にもとづく工程を行なった後の
つ工−ハ断面を示す。２はＩＧ方法にもとづく工程によ
り結晶欠陥が集中して形成された領域であり、２′は結
晶欠陥が形成されなかった領域であり、３はＩＧ方法に
もとづ（工程によりデニューデツドゾーン（無欠陥層）
が形成される領域である。ただ、従来技術にあっては、
本来結晶欠陥が形成されるべき領域のうち、領域２′に
は欠陥が形成されず、図において領域ＡではＩＧ効果が
有効であるが、領域ＢではＩＧ効果が有効でないため、
続く装置の製造工程において発生する汚染物質等の捕獲
が部分的に完全に行なわれず、歩留りや特性に悪影響を
及ぼすという欠点があった。

（４）発明の目的 本発明の目的は、この欠点を解消することにあり、ＩＱ
方法にもとづいてシリコン（Ｓｌ）ウェーハ表面にデニ
ューデッドゾーンを形成する工程を含む半導体装置の製
造方法において、シリコン（Ｓｉ）ウェーハに含まれる
酸素原子（０）及びその析出物（８ｉ０ｘ）の濃度がス
ワールデフエクトの分布をしていても、ｉＧ効来が有効
に作用し、結果として、製造歩留りが良好となり、装置
の信頼性が向上する等の利益を実現しつる工程を含む半
導体装置の製造方法を提供することにある。

（５）発明の構成 上記の目的は、半導体装置の製造方法において、半導体
ウェーハに不活性ガス中で１．３００℃乃至１，４００
℃の温度範囲において１時間乃至５時間の熱処理を施す
第１の工程と、該ウェーハを前記部００℃乃至１．４０
０℃の温度から３００℃以下の温度まで毎分２０℃以上
の冷却速度をもって冷却する第２の工程と、第１及び第
２の工程完了後に前記ウェーハ表面を前記第１の工程に
おける熱処理時間の平方根に比例して決定される４０乃
至１００〔μＩｎ〕の深さまモ除去して該除去されたウ
ェーハ表面を鏡面となす第３の工程とを含むことにより
達成される。

前述したとおり、ＩＱ処理後にウェーハ内部に発生する
結晶欠陥の密度は、ＩＧ処理以前につ工−ハ内に存在し
ていた酸素原子（０）の濃度の分布状態に依存する。す
なわち、酸素原子（（Ｊ）濃度の高い領域では高密度の
結晶欠陥が発生するが、酸素原子（０）濃度が低い領域
では、結晶欠陥が発生しにくい傾向が認められる。

そこで、本発明の発明者らは、ＩＧ処理以前のシリコン
（Ｓｉ　）ウェーハに何らかの手段を講じて酸素原子（
０）の濃度分布を均一な状態となせば上記の欠点を解消
しつるとの着想を得て、この着想にもとづき様々な条件
の下に実験を繰り返し行なった結果、ＩＧ処理に先立ち
、シリコン（Ｓｉ）ウェーハに対し第１の工程として、
窒素（Ｎ２）ガス等、不活性ガス中において、１．３０
０〜１，４００℃の温度をもって熱処理を施したのち、
第２の工程として、上記の高温から３００℃程度以下の
低温まで２０℃／＋ｎｉｎ以上の冷却速度をもって急冷
すると、続＜ＩＧ処理後にウェーハ内部には均一で高密
度の結晶欠陥が発生しうろこと、すなわち、結果として
、ＩＧ効果が有効に作用しうろことを見い出して本発明
を完成した。

第１の工程期間中、すなわち、高温状態では、ウェーハ
内部では析出物が消滅し、それと同時に、この析出物を
構成していた酸素原子（０）を含むウェーハ内の酸素原
子ＣＯ）が均一に分散する。

高温に保ったまま、第２工程において急冷することによ
り、酸素原子（０）は上記の一様な分布状態を保ったま
ま凍結しその位置を保持する。これらの現象は、急冷後
のウェーハの赤外吸収測定を行なった際、析出物に対応
する吸収が消滅し、かつ、格子間酸素による吸収が増大
したことにより確認された。また、上記の第２の工程に
おいては、２０℃／＋ｎｉｎ以上の速度で急冷すること
が必須である。徐冷では、一旦消滅した析出物が再析出
する恐れがあるからである。

更Ｃζ、上記の第１及び第２の工程においてつ工−ハ表
面には、上記の熱処理時間（１乃至５時間）の長さの平
方根に比例して４０〜１００〔μ＋ｎ）の深さまで酸素
原子（０）がアウトディフュージョンして外拡散層が形
成されるが、第３の工程としてこの層をウェットエツチ
ング法等を使用して除去し、更にその表面を機械的手段
により鏡面となすと、１５＜ＩＧ処理工程におけるデニ
ューデッドゾーンの幅の制御を行なう上で非常に有利で
ある。

（６）発明の実施例 以下図面を参照しつつ、本発明の一実施例に係る半導体
装置の製造方法の要旨であり、ＩＱ処理に先立って実行
されるシリコン（Ｓｉ）ウェーハの処理方法について説
明し、本発明の構成と特有の効果とを明らかにする。

一例として、チョクラルスキー法により製造さレタシリ
コン（Ｓｉ　）単結晶よりなり、不純物としてボロン（
Ｂ）を含有し厚さ８００〔μＩｌｌ　）程度のシリコン
（Ｓｌ）ウェーハに上記の処理を行なった場合について
述べる。第３図は、このシリコン（Ｓｉ　）ウェーハの
断面図であり、斜線で示された領域１１が酸素原子（Ｕ
）及び析出物（８ｉ０ｘ）を高濃度に含む領域である。

第４図参照 このシリコン（Ｓｉ）ウェーハに対し、第１の工程とし
て窒素（Ｎ２）雰囲気中１．３００℃において１時間熱
処理を実行したのち、第２の工程として、上記の状態、
すなわち、窒素（Ｎ２）雰囲気中で１，３００℃に加熱
された状態から１００℃／＋ｎｉｎ程度の冷却速度で３
００℃程度まで空気中にとり出して急冷する。これらの
工程終了後のウェーハ断面を観察した結果、領域１２（
破線により斜線が施こされ破線により囲まれた領＠、）
に酸素原子（（Ｊ）が均一に分散されかつ析出物（Ｓｉ
Ｏｘ）が消滅していることがわかった。この事実は赤外
吸収測定を行なうことによって確認された。また、図に
おいて１３は、上記の熱処理工程により、酸素原子（０
）がアウトディフュージョンして形成された外拡散層で
あり、表面からの深さは４０［μｍ］程度である。

上記の第２の工程において注意すべき点は、冷却速度を
確実に２０℃／Ｉ０１　ｎ以上となすことである。

この値以下、すなわち、徐冷すると、第１の工程で消滅
した析出物（Ｓｉ（Ｊｘ）が再び析出して、酸素原子（
す）の均一な分布状態が崩壊してしまうからである。

第５図参照 更に、第３の工程として、上記のシリコン（Ｓｉ）ウェ
ーハ表層に形成された厚さ４０〔μＩｎ］程度の外拡散
層１３をフッ化水素酸（ＨＦ）とリン酸（Ｈ３Ｐ（Ｊ４
）との混合液でバブルエッチすることにより除去したの
ち、その表面を機械的手段を用いて鏡面となす。この工
程は、続＜ＩＧ処理工程における無欠陥層幅の制御に極
めて有効である。

上記の第１、第２及び第３の工程終了後、つ工−ハに対
して通常のＩＧ処理（当初窒素中７００℃において２４
時間アニールし、その後１．１００℃４時間においてア
ニールして続行する。尚最初の温度は６００〜８００℃
であり、後続温度は１．、０００℃以上でもよい。又ア
ニール順序はこの逆にしてもよい。）を行なった後のウ
ェーハ断面図を第６図に示す。

図において、１４はウェーハの表層に形成された無欠陥
層であり、１５は酸素原子（Ｏ）に起因してつ工−ハ内
部に発生した結晶欠陥等よりなる欠陥層である。この欠
陥層１５には、ウェーハを璧開して、臂開面を選択エッ
チ後に顕微鏡観察を行なった結果、均一に１０８／　ｃ
ａｎ２程度のスクッキングフォールトが存在することが
確認された。したがって、続（半導体装置製造工程にお
いて発生する汚染物質等に対し、ＩＧ効果が有効に作用
し、製造歩留まりを良好にするとともに、装置の特性の
向上にも有効に寄与することが確認された。

（７）発明の詳細 な説明せるとおり、本発明によれば、ＩＧ方法にもとづ
いてシリコン（Ｓｉ　）ウェーハ表面にデニューデッド
ゾーンを形成する工程を含む半導体装置の製造方法にお
いて、シリコン（Ｓｉ　）ウェーハに含まれる酸素原子
（（Ｊ）及びその析出物（Ｓｉ（Ｊｘの濃度がスワール
ディフェクトの分布をしていても、ＩＧ効果が有効に作
用し、結果として、製造歩留りが良好となり、装置の信
頼性が向上する等の利益を実現しつる工程を含む半導体
装置の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、従来技術において、ＩＧ処理を行
なう前、及び行なった後のシリコン（Ｓ＋）ウェーハの
断面図であり、第３図は本発明の一実施例において、Ｉ
Ｇ処理に先だって行なわれる３つの工程を行なう前の状
態のシリコン（Ｓｉ　）つ工−ハの断面図であり、第４
図は上記第１、第２の工程完了後のウェーハ断面図であ
り、第５図は上記第３の工程完了後のウェーハ断面図で
あり、第６図は続（ＩＧ処理後のウェーハ断面図である
。 １．１１・・・・・・酸素原子（０）及び析出物（Ｓｉ
（Ｊｘ）が特１こ高濃度に含まれる領域、２・・・・・
・従来技術においてＩＧ処理後欠陥の発生した領域、２
′・旧・・従来技術においてＩＧ処理後欠陥の発生しな
い領域、３．１４・・・・・・ＩＧ処理後ウェーハ表層
に形成された無欠陥層、１２・・・・・・本実施例にお
いてウェーハ内部に形成された均一な濃度に酸素原子（
Ｃ１）を含む層、１３・・・・・・本実施例においてウ
ェーハ表層に形成された外拡散層、１５・・・・・・本
実施例においてＩＧ処理後にウェーハ内部に形成された
均一な欠陥層、Ａ・・・・・・ＩＧ効果が有効な領域、
Ｂ・・・・・・ＩＧ効果が有効でない領域。 隼５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体装置の製造方法において、半導体ウェーハに不活
   性ガス中で１．３００℃乃至１．４００℃の温度範囲に
   おいて１　〔時間〕乃至５　〔時間〕の熱処理を施す第
   １の工程と、該ウェーハを前記１．３００℃乃至１、４
   ００℃の温度から３００°Ｃ以下の温度まで毎分２０℃
   以上の冷却速度をもって冷却する第２の工程と、第１及
   び第２の工程完了後に前記ウェーハ表面を前記第１の工
   程における熱処理時間の平方根に比例して決定される４
   ０乃至１００〔μ＋ｎ）の深さまで除去して該除去され
   たウェーハ表面を鏡面となす第３の工程とを含むことを
   特徴とする、半導体装置の製造方法。