JPH05308076A - シリコンウエーハの酸素析出方法 - Google Patents
シリコンウエーハの酸素析出方法Info
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- JPH05308076A JPH05308076A JP29985092A JP29985092A JPH05308076A JP H05308076 A JPH05308076 A JP H05308076A JP 29985092 A JP29985092 A JP 29985092A JP 29985092 A JP29985092 A JP 29985092A JP H05308076 A JPH05308076 A JP H05308076A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】チョクラルスキー法により製造されたシリコン
ウエーハ内部に酸素を析出させるシリコンウエーハの酸
素析出方法に関し、酸素濃度が低いシリコンウエーハで
も、実用的な短い処理時間により十分な量の酸素析出物
を形成することができるシリコンウエーハの酸素析出方
法を提供することを目的とする。 【構成】シリコンウエーハを約１０００〜１２００℃の
温度範囲内に加熱して表層の酸素を外方に拡散する外方
拡散熱処理を行った後、約３００〜６００℃の温度範囲
内での低温熱処理を水素を含んだ結晶又は水素を含んだ
雰囲気中で行うようにする。この低温熱処理の後、酸素
の析出核を形成させるために約６００〜９００℃の熱処
理を行い、引き続き、酸素析出物を成長させるために約
９００〜１１００℃の高温熱処理を行う。
ウエーハ内部に酸素を析出させるシリコンウエーハの酸
素析出方法に関し、酸素濃度が低いシリコンウエーハで
も、実用的な短い処理時間により十分な量の酸素析出物
を形成することができるシリコンウエーハの酸素析出方
法を提供することを目的とする。 【構成】シリコンウエーハを約１０００〜１２００℃の
温度範囲内に加熱して表層の酸素を外方に拡散する外方
拡散熱処理を行った後、約３００〜６００℃の温度範囲
内での低温熱処理を水素を含んだ結晶又は水素を含んだ
雰囲気中で行うようにする。この低温熱処理の後、酸素
の析出核を形成させるために約６００〜９００℃の熱処
理を行い、引き続き、酸素析出物を成長させるために約
９００〜１１００℃の高温熱処理を行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は例えばチョクラルスキー
法により製造されたシリコンウエーハ内部に酸素を析出
させるシリコンウエーハの酸素析出方法に関する。
法により製造されたシリコンウエーハ内部に酸素を析出
させるシリコンウエーハの酸素析出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】種々の半導体装置用基板として用いられ
るシリコンウエーハはチョクラルスキー法による円筒状
のシリコン単結晶インゴットを輪切りにして製造され
る。インゴットから切り出されたままのシリコンウエー
ハは不純物として多量の酸素を含有するので半導体装置
用基板として用いるには、熱処理を行うことにより、シ
リコンウエーハ表層の酸素を除去すると共に、シリコン
ウエーハ内部に酸素析出物を形成し、半導体装置の製造
プロセスで混入する重金属不純物を内部の酸素析出物に
より捕獲して表層の素子活性領域に重金属不純物が混入
しないようにするイントリンシック・ゲッタリング（Ｉ
Ｇ）技術が注目されている。
るシリコンウエーハはチョクラルスキー法による円筒状
のシリコン単結晶インゴットを輪切りにして製造され
る。インゴットから切り出されたままのシリコンウエー
ハは不純物として多量の酸素を含有するので半導体装置
用基板として用いるには、熱処理を行うことにより、シ
リコンウエーハ表層の酸素を除去すると共に、シリコン
ウエーハ内部に酸素析出物を形成し、半導体装置の製造
プロセスで混入する重金属不純物を内部の酸素析出物に
より捕獲して表層の素子活性領域に重金属不純物が混入
しないようにするイントリンシック・ゲッタリング（Ｉ
Ｇ）技術が注目されている。
【０００３】従来のシリコンウエーハの酸素析出方法で
は、図１（ａ）に示すように、切り出されたシリコンウ
エーハに対し、約１０００〜１２００℃の高温に加熱し
て表層の酸素を外方に拡散した後、窒素又は酸素雰囲気
中において、酸素の析出核を形成させるために約６００
〜９００℃の熱処理を行い、引き続き、酸素析出物を成
長させるために約９００〜１１５０℃の高温熱処理を行
っていた。
は、図１（ａ）に示すように、切り出されたシリコンウ
エーハに対し、約１０００〜１２００℃の高温に加熱し
て表層の酸素を外方に拡散した後、窒素又は酸素雰囲気
中において、酸素の析出核を形成させるために約６００
〜９００℃の熱処理を行い、引き続き、酸素析出物を成
長させるために約９００〜１１５０℃の高温熱処理を行
っていた。
【０００４】シリコンウエーハに形成される半導体装置
の高集積化に伴い、素子活性領域であるシリコンウエー
ハ表層のＤＺ（デヌーテッドゾーン）層の完全性への要
求が厳しくなっている。このＤＺ層内の主たる欠陥であ
り、リーク電流の原因となる酸素に起因する欠陥を減少
させるため、シリコン単結晶の酸素濃度を低下させる必
要がある。
の高集積化に伴い、素子活性領域であるシリコンウエー
ハ表層のＤＺ（デヌーテッドゾーン）層の完全性への要
求が厳しくなっている。このＤＺ層内の主たる欠陥であ
り、リーク電流の原因となる酸素に起因する欠陥を減少
させるため、シリコン単結晶の酸素濃度を低下させる必
要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、酸素濃
度の低いシリコン単結晶の場合、従来のシリコンウエー
ハの酸素析出方法では、シリコンウエーハの内部に十分
な酸素析出物を形成することが困難となり、イントリン
シック・ゲッタリング技術を活用することができないと
いう問題があった。
度の低いシリコン単結晶の場合、従来のシリコンウエー
ハの酸素析出方法では、シリコンウエーハの内部に十分
な酸素析出物を形成することが困難となり、イントリン
シック・ゲッタリング技術を活用することができないと
いう問題があった。
【０００６】このような問題を解決するために、本願発
明者は、図１（ｂ）に示すようなシリコンウエーハの酸
素析出方法を提案した。この方法では、約１０００〜１
２００℃の高温に加熱して表層の酸素を外方に拡散する
外方拡散熱処理を約９０分間行った後、酸素の析出核を
形成させるための約６００〜９００℃の熱処理の前に、
約４００〜６００℃の低い温度で加熱する低温熱処理を
約９０分間行うことにより、その後の熱処理工程での酸
素析出核の形成を促進し、十分な酸素析出物を形成する
ようにしたものである。
明者は、図１（ｂ）に示すようなシリコンウエーハの酸
素析出方法を提案した。この方法では、約１０００〜１
２００℃の高温に加熱して表層の酸素を外方に拡散する
外方拡散熱処理を約９０分間行った後、酸素の析出核を
形成させるための約６００〜９００℃の熱処理の前に、
約４００〜６００℃の低い温度で加熱する低温熱処理を
約９０分間行うことにより、その後の熱処理工程での酸
素析出核の形成を促進し、十分な酸素析出物を形成する
ようにしたものである。
【０００７】しかしながら、この提案されたシリコンウ
エーハの酸素析出方法でも、酸素濃度の低いシリコン単
結晶の場合には十分ではなく、短時間の熱処理で十分な
量の酸素析出物を形成することが困難であるという問題
があった。本発明の目的は、酸素濃度が低いシリコンウ
エーハでも、短い処理時間により十分な量の酸素析出物
を形成することができるシリコンウエーハの酸素析出方
法を提供することにある。
エーハの酸素析出方法でも、酸素濃度の低いシリコン単
結晶の場合には十分ではなく、短時間の熱処理で十分な
量の酸素析出物を形成することが困難であるという問題
があった。本発明の目的は、酸素濃度が低いシリコンウ
エーハでも、短い処理時間により十分な量の酸素析出物
を形成することができるシリコンウエーハの酸素析出方
法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のシリコンウエー
ハの酸素析出方法では、シリコンウエーハを約１０００
〜１２００℃の温度範囲内に加熱して表層の酸素を外方
に拡散する外方拡散熱処理を行った後、約３００〜６０
０℃の温度範囲内での低温熱処理を少なくとも水素を含
んだ結晶又は水素を含んだ雰囲気中で行うようにする。
この低温熱処理の後、酸素の析出核を形成させるために
約６００〜９００℃の熱処理を行い、引き続き、酸素析
出物を成長させるために約９００〜１１５０℃の高温熱
処理を行う。
ハの酸素析出方法では、シリコンウエーハを約１０００
〜１２００℃の温度範囲内に加熱して表層の酸素を外方
に拡散する外方拡散熱処理を行った後、約３００〜６０
０℃の温度範囲内での低温熱処理を少なくとも水素を含
んだ結晶又は水素を含んだ雰囲気中で行うようにする。
この低温熱処理の後、酸素の析出核を形成させるために
約６００〜９００℃の熱処理を行い、引き続き、酸素析
出物を成長させるために約９００〜１１５０℃の高温熱
処理を行う。
【０００９】また、本発明のシリコンウエーハの酸素析
出方法では、少なくとも低温熱処理工程中に結晶内に水
素が含まれていればよく、水素を添加する時期について
は低温熱処理工程以前であればいつでもよい。例えば、
外方拡散熱処理工程において水素を添加してもよい。ま
た、外方拡散熱処理工程と低温熱処理工程の間に約３０
０〜１２５０℃の温度範囲内で水素を添加する水素添加
工程を新たに設けてもよい。さらに、低温熱処理工程の
ときに水素を添加してもよい。
出方法では、少なくとも低温熱処理工程中に結晶内に水
素が含まれていればよく、水素を添加する時期について
は低温熱処理工程以前であればいつでもよい。例えば、
外方拡散熱処理工程において水素を添加してもよい。ま
た、外方拡散熱処理工程と低温熱処理工程の間に約３０
０〜１２５０℃の温度範囲内で水素を添加する水素添加
工程を新たに設けてもよい。さらに、低温熱処理工程の
ときに水素を添加してもよい。
【００１０】
【作用】本発明によれば、酸素を外方に拡散させる外方
拡散熱処理工程の後、酸素を析出させる酸素析出熱処理
工程の前に行う低温熱処理工程を水素を含んだ結晶又は
水素を含んだ雰囲気中で行うようにしたので、酸素の析
出が促進され、酸素濃度が低いシリコンウエーハでも、
短い処理時間により十分な量の酸素析出物を形成するこ
とができる。特に、従来は酸素析出物の形成が困難であ
るとされていたｎ + 型シリコン単結晶ウエーハにも十分
な酸素析出物を形成することができる。また、結晶の強
度を上げることができ、幅の広いＤＺ層を形成すること
が可能になる。
拡散熱処理工程の後、酸素を析出させる酸素析出熱処理
工程の前に行う低温熱処理工程を水素を含んだ結晶又は
水素を含んだ雰囲気中で行うようにしたので、酸素の析
出が促進され、酸素濃度が低いシリコンウエーハでも、
短い処理時間により十分な量の酸素析出物を形成するこ
とができる。特に、従来は酸素析出物の形成が困難であ
るとされていたｎ + 型シリコン単結晶ウエーハにも十分
な酸素析出物を形成することができる。また、結晶の強
度を上げることができ、幅の広いＤＺ層を形成すること
が可能になる。
【００１１】
【実施例】［比較例１］比較例１は従来のシリコンウエ
ーハの酸素析出方法である。図１（ａ）に示すように、
シリコンウエーハを約１１００℃の高温に加熱して表層
の酸素を外方に拡散する外方拡散熱処理を約９０分間行
った後、窒素又は酸素雰囲気中において約６５０℃の温
度での熱処理を約３６０分間行った。その後、約２℃／
分、約３℃／分、又は約４℃／分の勾配で温度を上昇さ
せ、約１１００℃の温度で約３０分間熱処理を行い、シ
リコンウエーハ内部に酸素析出物を形成した。
ーハの酸素析出方法である。図１（ａ）に示すように、
シリコンウエーハを約１１００℃の高温に加熱して表層
の酸素を外方に拡散する外方拡散熱処理を約９０分間行
った後、窒素又は酸素雰囲気中において約６５０℃の温
度での熱処理を約３６０分間行った。その後、約２℃／
分、約３℃／分、又は約４℃／分の勾配で温度を上昇さ
せ、約１１００℃の温度で約３０分間熱処理を行い、シ
リコンウエーハ内部に酸素析出物を形成した。
【００１２】比較例１のシリコンウエーハの酸素析出方
法により析出された酸素析出物の量を測定した。この測
定に当たっては、酸素析出量の差を明確にするため、約
１０００℃の温度で約１８０分間の熱処理を追加した。
測定結果を図２に示す。図２の右下部に位置する測定点
が比較例１の場合である。全熱処理時間（１８０分の追
加熱処理を除く）が約６１５分程度で、酸素析出量は約
３．０×１０17ｃｍ-3であった。
法により析出された酸素析出物の量を測定した。この測
定に当たっては、酸素析出量の差を明確にするため、約
１０００℃の温度で約１８０分間の熱処理を追加した。
測定結果を図２に示す。図２の右下部に位置する測定点
が比較例１の場合である。全熱処理時間（１８０分の追
加熱処理を除く）が約６１５分程度で、酸素析出量は約
３．０×１０17ｃｍ-3であった。
【００１３】比較例１のシリコンウエーハの酸素析出方
法により製造したシリコンウエーハ（１８０分の追加熱
処理を除く）を強制的にＦｅ（鉄）により汚染した場合
のゲッタリング能力を測定した。Ｆｅの表面汚染量は
３．２×１０13ｃｍ-2である。ＣＺ−Ａｓ結晶（チョク
ラルスキー法により製造したままのシリコン結晶）又は
ＦＺ−Ａｓ結晶（フローティングゾーン法により製造し
たままのシリコン結晶）と従来ＩＧ結晶のＦｅ濃度との
差がゲッタリング能力となる。
法により製造したシリコンウエーハ（１８０分の追加熱
処理を除く）を強制的にＦｅ（鉄）により汚染した場合
のゲッタリング能力を測定した。Ｆｅの表面汚染量は
３．２×１０13ｃｍ-2である。ＣＺ−Ａｓ結晶（チョク
ラルスキー法により製造したままのシリコン結晶）又は
ＦＺ−Ａｓ結晶（フローティングゾーン法により製造し
たままのシリコン結晶）と従来ＩＧ結晶のＦｅ濃度との
差がゲッタリング能力となる。
【００１４】比較例１のシリコンウエーハの酸素析出方
法（従来ＩＧ）によるシリコンウエーハ（全熱処理時間
を６１５分にしたプロセス）におけるＦｅ残存濃度は約
２×１０13ｃｍ-3であるから、ゲッタリング能力はＦｅ
濃度に換算して約１×１０13ｃｍ-3であった。 ［比較例２］比較例２は提案されているシリコンウエー
ハの酸素析出方法である。図１（ｂ）に示すように、シ
リコンウエーハを約１１００℃の高温に加熱して表層の
酸素を外方に拡散する外方拡散熱処理を約９０分行った
後、窒素又は酸素の雰囲気中で約５００℃の温度での低
温熱処理を行った。その後、約１０℃／分の勾配で温度
を上昇させ、約７００℃の温度で約３０〜１５０分間熱
処理を行い、シリコンウエーハ内部に酸素の析出核を形
成した。その後、約２℃／分、約３℃／分、又は約４℃
／分の勾配で温度を上昇させ、約１１００℃の温度で約
３０分間熱処理を行い、シリコンウエーハ内部に酸素析
出物を形成した。
法（従来ＩＧ）によるシリコンウエーハ（全熱処理時間
を６１５分にしたプロセス）におけるＦｅ残存濃度は約
２×１０13ｃｍ-3であるから、ゲッタリング能力はＦｅ
濃度に換算して約１×１０13ｃｍ-3であった。 ［比較例２］比較例２は提案されているシリコンウエー
ハの酸素析出方法である。図１（ｂ）に示すように、シ
リコンウエーハを約１１００℃の高温に加熱して表層の
酸素を外方に拡散する外方拡散熱処理を約９０分行った
後、窒素又は酸素の雰囲気中で約５００℃の温度での低
温熱処理を行った。その後、約１０℃／分の勾配で温度
を上昇させ、約７００℃の温度で約３０〜１５０分間熱
処理を行い、シリコンウエーハ内部に酸素の析出核を形
成した。その後、約２℃／分、約３℃／分、又は約４℃
／分の勾配で温度を上昇させ、約１１００℃の温度で約
３０分間熱処理を行い、シリコンウエーハ内部に酸素析
出物を形成した。
【００１５】比較例２のシリコンウエーハの酸素析出方
法により析出された酸素析出物の量を測定した。この測
定に当たっては、酸素析出量の差を明確にするため、約
１０００℃の温度で約１８０分間の熱処理を追加した。
測定結果を図２に示す。測定点○は、約７００℃の熱処
理から約１１００℃の熱処理に移行する際に約２℃／分
の温度勾配で上昇させた場合の測定点であり、測定点△
は約３℃／分の温度勾配の場合であり、測定点□は約４
℃／分の温度勾配の場合である。
法により析出された酸素析出物の量を測定した。この測
定に当たっては、酸素析出量の差を明確にするため、約
１０００℃の温度で約１８０分間の熱処理を追加した。
測定結果を図２に示す。測定点○は、約７００℃の熱処
理から約１１００℃の熱処理に移行する際に約２℃／分
の温度勾配で上昇させた場合の測定点であり、測定点△
は約３℃／分の温度勾配の場合であり、測定点□は約４
℃／分の温度勾配の場合である。
【００１６】図２から明らかなように、全熱処理時間
（１８０分の追加熱処理を除く）が増えるにしたがって
酸素析出量は上昇するが、全熱処理時間が約４５０分程
度のところで酸素析出量が飽和している。比較例１に比
べて短い時間で酸素析出量が上昇しているが、依然とし
て全熱処理時間を長く必要としている。比較例２のシリ
コンウエーハの酸素析出方法により製造したシリコンウ
エーハ（１８０分の追加熱処理を除く）を強制的にＦｅ
（鉄）により汚染した場合のゲッタリング能力を測定し
た。Ｆｅの表面汚染量は３．２×１０13ｃｍ-2である。
ＣＺ−Ａｓ結晶とＦＺ−Ａｓ結晶のＦｅ濃度（約３×１
０14ｃｍ-3）と低温ＩＧのＦｅ濃度の差がゲッタリング
能力となる。
（１８０分の追加熱処理を除く）が増えるにしたがって
酸素析出量は上昇するが、全熱処理時間が約４５０分程
度のところで酸素析出量が飽和している。比較例１に比
べて短い時間で酸素析出量が上昇しているが、依然とし
て全熱処理時間を長く必要としている。比較例２のシリ
コンウエーハの酸素析出方法により製造したシリコンウ
エーハ（１８０分の追加熱処理を除く）を強制的にＦｅ
（鉄）により汚染した場合のゲッタリング能力を測定し
た。Ｆｅの表面汚染量は３．２×１０13ｃｍ-2である。
ＣＺ−Ａｓ結晶とＦＺ−Ａｓ結晶のＦｅ濃度（約３×１
０14ｃｍ-3）と低温ＩＧのＦｅ濃度の差がゲッタリング
能力となる。
【００１７】比較例２のシリコンウエーハの酸素析出方
法（全熱処理時間を６１５分にしたプロセス）によるシ
リコンウエーハにおけるＦｅ残存濃度は約７×１０13ｃ
ｍ-3であるから、ゲッタリング能力はＦｅ濃度に換算し
て約２×１０14ｃｍ-3であった。比較例１に比べてゲッ
タリング能力はＦｅ濃度に換算して上昇しているが、全
熱処理時間が約６１５分と長時間を必要としている。 ［実施例１］本発明の基礎的な効果を確認するために、
図４に示すような３種類のプロセスにより試料を作成し
た。
法（全熱処理時間を６１５分にしたプロセス）によるシ
リコンウエーハにおけるＦｅ残存濃度は約７×１０13ｃ
ｍ-3であるから、ゲッタリング能力はＦｅ濃度に換算し
て約２×１０14ｃｍ-3であった。比較例１に比べてゲッ
タリング能力はＦｅ濃度に換算して上昇しているが、全
熱処理時間が約６１５分と長時間を必要としている。 ［実施例１］本発明の基礎的な効果を確認するために、
図４に示すような３種類のプロセスにより試料を作成し
た。
【００１８】第１のプロセスでは、ウエーハに対して前
処理を行わずに７００℃で２０時間熱処理し、続いて１
０００℃で１０時間熱処理する。従来ＩＧのプロセスで
ある。第２のプロセスでは、ウエーハに対して４２５℃
又は４５４℃又は５００℃で６０分間の熱処理を加えた
後に、７００℃で２０時間熱処理し、続いて１０００℃
で１０時間熱処理する。低温ＩＧのプロセスである。
処理を行わずに７００℃で２０時間熱処理し、続いて１
０００℃で１０時間熱処理する。従来ＩＧのプロセスで
ある。第２のプロセスでは、ウエーハに対して４２５℃
又は４５４℃又は５００℃で６０分間の熱処理を加えた
後に、７００℃で２０時間熱処理し、続いて１０００℃
で１０時間熱処理する。低温ＩＧのプロセスである。
【００１９】第３のプロセスでは、ウエーハに対して１
２００℃で２５分間の水素雰囲気での熱処理により結晶
内に水素をドープする。その後、急冷処理により結晶内
に水素を凍結する。その後、４２５℃又は４５４℃又は
５００℃で６０分間の熱処理を加えた後に、７００℃で
２０時間熱処理し、続いて１０００℃で１０時間熱処理
する。水素低温ＩＧのプロセスである。
２００℃で２５分間の水素雰囲気での熱処理により結晶
内に水素をドープする。その後、急冷処理により結晶内
に水素を凍結する。その後、４２５℃又は４５４℃又は
５００℃で６０分間の熱処理を加えた後に、７００℃で
２０時間熱処理し、続いて１０００℃で１０時間熱処理
する。水素低温ＩＧのプロセスである。
【００２０】図５に示すように、水素低温ＩＧでは酸素
の析出量が非常に多い。この効果は水素が結晶内に存在
することにより生じる。このことは、４２５℃又は４５
４℃又は５００℃で６０分間の熱処理を加えた後のサー
マルドナー濃度を比較するとわかる。図６に熱処理温度
とサーマルドナー濃度の関係を示す。水素をドープした
結晶ではサーマルドナーが水素を含まない結晶に比較し
て多量に形成されていることがわかる。この現象は酸素
の増速拡散の結果生じることが知られている。したがっ
て、本方法により結晶内に水素がドープされていること
が確認された。
の析出量が非常に多い。この効果は水素が結晶内に存在
することにより生じる。このことは、４２５℃又は４５
４℃又は５００℃で６０分間の熱処理を加えた後のサー
マルドナー濃度を比較するとわかる。図６に熱処理温度
とサーマルドナー濃度の関係を示す。水素をドープした
結晶ではサーマルドナーが水素を含まない結晶に比較し
て多量に形成されていることがわかる。この現象は酸素
の増速拡散の結果生じることが知られている。したがっ
て、本方法により結晶内に水素がドープされていること
が確認された。
【００２１】上述した現象を考慮して、実用的な図１
（ｃ）のような実施例のプロセスにより効果を調べた。
本実施例のシリコンウエーハの酸素析出方法は、図１
（ｃ）に示すように、シリコンウエーハを約１１００℃
の高温に加熱して表層の酸素を外方に拡散する外方拡散
熱処理を窒素と水素を１：１の体積比で混合した雰囲気
中で約９０分行った後、窒素又は酸素の雰囲気中での熱
処理に切り換え、約５００℃の温度での低温熱処理を行
った。その後、約１０℃／分の勾配で温度を上昇させ、
約７００℃の温度で約３０〜１５０分間熱処理を行い、
シリコンウエーハ内部に酸素の析出核を形成した。その
後、約２℃／分、約３℃／分、又は約４℃／分の勾配で
温度を上昇させ、約１１００℃の温度で約３０分間熱処
理を行い、シリコンウエーハ内部に酸素析出物を形成し
た。
（ｃ）のような実施例のプロセスにより効果を調べた。
本実施例のシリコンウエーハの酸素析出方法は、図１
（ｃ）に示すように、シリコンウエーハを約１１００℃
の高温に加熱して表層の酸素を外方に拡散する外方拡散
熱処理を窒素と水素を１：１の体積比で混合した雰囲気
中で約９０分行った後、窒素又は酸素の雰囲気中での熱
処理に切り換え、約５００℃の温度での低温熱処理を行
った。その後、約１０℃／分の勾配で温度を上昇させ、
約７００℃の温度で約３０〜１５０分間熱処理を行い、
シリコンウエーハ内部に酸素の析出核を形成した。その
後、約２℃／分、約３℃／分、又は約４℃／分の勾配で
温度を上昇させ、約１１００℃の温度で約３０分間熱処
理を行い、シリコンウエーハ内部に酸素析出物を形成し
た。
【００２２】本実施例のシリコンウエーハの酸素析出方
法により析出された酸素析出物の量を測定した。この測
定に当たっては、酸素析出量の差を明確にするため、約
１０００℃の温度で約１８０分間の熱処理を追加してい
る。測定結果を図２に示す。測定点●は、約７００℃の
熱処理から約１１００℃の熱処理に移行する際に約２℃
／分の温度勾配で上昇させた場合の測定点であり、測定
点▲は約３℃／分の温度勾配の場合であり、測定点■は
約４℃／分の温度勾配の場合である。
法により析出された酸素析出物の量を測定した。この測
定に当たっては、酸素析出量の差を明確にするため、約
１０００℃の温度で約１８０分間の熱処理を追加してい
る。測定結果を図２に示す。測定点●は、約７００℃の
熱処理から約１１００℃の熱処理に移行する際に約２℃
／分の温度勾配で上昇させた場合の測定点であり、測定
点▲は約３℃／分の温度勾配の場合であり、測定点■は
約４℃／分の温度勾配の場合である。
【００２３】図２から明らかなように、全熱処理時間
（１８０分の追加熱処理を除く）が増えるにしたがって
酸素析出量は上昇するが、全熱処理時間が約３００分程
度のところで酸素析出量が飽和している。比較例１と比
較して酸素析出量が飛躍的に上昇しており、さらに、比
較例２と比較して全熱処理時間が短縮されていることが
わかる。
（１８０分の追加熱処理を除く）が増えるにしたがって
酸素析出量は上昇するが、全熱処理時間が約３００分程
度のところで酸素析出量が飽和している。比較例１と比
較して酸素析出量が飛躍的に上昇しており、さらに、比
較例２と比較して全熱処理時間が短縮されていることが
わかる。
【００２４】本実施例のシリコンウエーハの酸素析出方
法により製造したシリコンウエーハ（１８０分の追加熱
処理を除く）を強制的にＦｅ（鉄）により汚染した場合
のゲッタリング能力を測定した。Ｆｅの汚染量は３．２
×１０13ｃｍ-2である。ＣＺ−Ａｓ結晶とＦＺ−Ａｓ結
晶のＦｅ濃度（約３×１０14ｃｍ-3）と水素低温ＩＧの
Ｆｅ濃度の差がゲッタリング能力となる。
法により製造したシリコンウエーハ（１８０分の追加熱
処理を除く）を強制的にＦｅ（鉄）により汚染した場合
のゲッタリング能力を測定した。Ｆｅの汚染量は３．２
×１０13ｃｍ-2である。ＣＺ−Ａｓ結晶とＦＺ−Ａｓ結
晶のＦｅ濃度（約３×１０14ｃｍ-3）と水素低温ＩＧの
Ｆｅ濃度の差がゲッタリング能力となる。
【００２５】本実施例のシリコンウエーハの酸素析出方
法（全熱処理時間を３６０分にしたプロセス）によるシ
リコンウエーハにおけるＦｅ残存濃度は約５×１０13ｃ
ｍ-3であるから、ゲッタリング能力はＦｅ濃度に換算し
て約２．５×１０14ｃｍ-3であった。比較例１に比べて
ゲッタリング能力は飛躍的に上昇した比較例２よりも、
ゲッタリング能力が更に上昇している。しかも、全熱処
理時間が約３６０分と飛躍的に短縮されている。
法（全熱処理時間を３６０分にしたプロセス）によるシ
リコンウエーハにおけるＦｅ残存濃度は約５×１０13ｃ
ｍ-3であるから、ゲッタリング能力はＦｅ濃度に換算し
て約２．５×１０14ｃｍ-3であった。比較例１に比べて
ゲッタリング能力は飛躍的に上昇した比較例２よりも、
ゲッタリング能力が更に上昇している。しかも、全熱処
理時間が約３６０分と飛躍的に短縮されている。
【００２６】なお、本実施例において水素をドープする
代わりに重水素又は三重水素又はヘリウムをドープして
も同様である。 ［実施例２］本発明による方法を用いることにより、幅
の広いＤＺ層を形成することが可能になり、結晶強度の
大きなウエーハを製造することが可能である。実施例を
以下に示す。
代わりに重水素又は三重水素又はヘリウムをドープして
も同様である。 ［実施例２］本発明による方法を用いることにより、幅
の広いＤＺ層を形成することが可能になり、結晶強度の
大きなウエーハを製造することが可能である。実施例を
以下に示す。
【００２７】本実施例では酸素の外方拡散処理は行って
いない。ウエーハの厚さは１ｍｍである。ウエーハに対
して１２００℃で２５分間の水素雰囲気での熱処理によ
り結晶内に水素をドープした後、結晶を２℃／分の温度
勾配で６００℃まで冷却する。水素は拡散係数が大きい
ために冷却中に結晶表面から外方拡散する。この効果を
利用することにより、図７（ａ）に示すように、ウエー
ハの内部のみに水素を凍結させることができる。
いない。ウエーハの厚さは１ｍｍである。ウエーハに対
して１２００℃で２５分間の水素雰囲気での熱処理によ
り結晶内に水素をドープした後、結晶を２℃／分の温度
勾配で６００℃まで冷却する。水素は拡散係数が大きい
ために冷却中に結晶表面から外方拡散する。この効果を
利用することにより、図７（ａ）に示すように、ウエー
ハの内部のみに水素を凍結させることができる。
【００２８】図５から明らかなように、４２５℃の熱処
理では水素を含んでいない結晶では酸素の析出が生じて
いない。このため、水素が外方拡散して水素濃度が低く
なっているウエーハ表面の領域では酸素の析出が生じな
いが、ウエーハ内部の水素の残存している領域では酸素
の析出が生じる。このため、図７（ｂ）に示すように、
内部のみに酸素が析出した幅の広いＤＺ層が形成された
ウエーハが製造される。一方、通常のＩＧウエーハで
は、図７（ｃ）に示すように、ウエーハ全体に酸素が析
出している。
理では水素を含んでいない結晶では酸素の析出が生じて
いない。このため、水素が外方拡散して水素濃度が低く
なっているウエーハ表面の領域では酸素の析出が生じな
いが、ウエーハ内部の水素の残存している領域では酸素
の析出が生じる。このため、図７（ｂ）に示すように、
内部のみに酸素が析出した幅の広いＤＺ層が形成された
ウエーハが製造される。一方、通常のＩＧウエーハで
は、図７（ｃ）に示すように、ウエーハ全体に酸素が析
出している。
【００２９】図７（ｂ）に示すように、内部のみに酸素
が析出しているウエーハでは、残存している格子間酸素
の濃度を多いために結晶の強度の増大が期待される。こ
の効果を確認した結果を図８に示す。欠陥部分の微小欠
陥密度が同じになるように、水素低温ＩＧでの４２５℃
で６０分の熱処理の後の７００℃で２０時間の熱処理と
１０００℃で１０時間の熱処理に対し、水素をドープし
ていない結晶では、４２５℃で６０分の熱処理の後、７
００℃で２０時間の熱処理と１０００℃で１５時間の熱
処理を加えている。
が析出しているウエーハでは、残存している格子間酸素
の濃度を多いために結晶の強度の増大が期待される。こ
の効果を確認した結果を図８に示す。欠陥部分の微小欠
陥密度が同じになるように、水素低温ＩＧでの４２５℃
で６０分の熱処理の後の７００℃で２０時間の熱処理と
１０００℃で１０時間の熱処理に対し、水素をドープし
ていない結晶では、４２５℃で６０分の熱処理の後、７
００℃で２０時間の熱処理と１０００℃で１５時間の熱
処理を加えている。
【００３０】４インチウエーハの表面にダイヤモンドペ
ンでスクラッチを入れ、その後、１１００℃の温度雰囲
気に毎分５ｃｍの速度でウエーハを挿入した後、１１０
０℃の温度雰囲気から毎分５ｃｍの速度でウエーハを引
き出し、この挿入・引き出しを１０回繰り返した。スク
ラッチから発生した転位の分布を図８に示す。図８
（ａ）が実施例の水素低温ＩＧの場合であり、図８
（ｂ）が低温ＩＧの場合である。本実施例の水素低温Ｉ
Ｇでは低温ＩＧよりも転位領域が狭く結晶の強度が強く
なったことを示している。
ンでスクラッチを入れ、その後、１１００℃の温度雰囲
気に毎分５ｃｍの速度でウエーハを挿入した後、１１０
０℃の温度雰囲気から毎分５ｃｍの速度でウエーハを引
き出し、この挿入・引き出しを１０回繰り返した。スク
ラッチから発生した転位の分布を図８に示す。図８
（ａ）が実施例の水素低温ＩＧの場合であり、図８
（ｂ）が低温ＩＧの場合である。本実施例の水素低温Ｉ
Ｇでは低温ＩＧよりも転位領域が狭く結晶の強度が強く
なったことを示している。
【００３１】なお、本実施例においても水素をドープす
る代わりに重水素又は三重水素又はヘリウムをドープし
ても同様である。 ［実施例３］本実施例のシリコンウエーハの酸素析出方
法を図９（ａ）及び図１０を用いて説明する。
る代わりに重水素又は三重水素又はヘリウムをドープし
ても同様である。 ［実施例３］本実施例のシリコンウエーハの酸素析出方
法を図９（ａ）及び図１０を用いて説明する。
【００３２】まず、シリコンウエーハを約１１００℃の
高温に加熱して表層の酸素を外方に拡散する外方拡散熱
処理を窒素雰囲気中で約９０分行った後、図１０に示す
ように、シリコンウエーハの素子形成面の反対側の面か
ら水素又は重水素又は三重水素をイオン注入することに
より添加する。その後、窒素又は酸素の雰囲気中での熱
処理に切り換え、約５００℃の温度での低温熱処理を行
った。その後、約１０℃／分の勾配で温度を上昇させ、
約７００℃の温度で約３０〜１５０分間熱処理を行い、
シリコンウエーハ内部に酸素の析出核を形成した。その
後、約２℃／分、約３℃／分、又は約４℃／分の勾配で
温度を上昇させ、約１１００℃の温度で約３０分間熱処
理を行い、シリコンウエーハ内部に酸素析出物を形成し
た。
高温に加熱して表層の酸素を外方に拡散する外方拡散熱
処理を窒素雰囲気中で約９０分行った後、図１０に示す
ように、シリコンウエーハの素子形成面の反対側の面か
ら水素又は重水素又は三重水素をイオン注入することに
より添加する。その後、窒素又は酸素の雰囲気中での熱
処理に切り換え、約５００℃の温度での低温熱処理を行
った。その後、約１０℃／分の勾配で温度を上昇させ、
約７００℃の温度で約３０〜１５０分間熱処理を行い、
シリコンウエーハ内部に酸素の析出核を形成した。その
後、約２℃／分、約３℃／分、又は約４℃／分の勾配で
温度を上昇させ、約１１００℃の温度で約３０分間熱処
理を行い、シリコンウエーハ内部に酸素析出物を形成し
た。
【００３３】本実施例では、シリコンウエーハの素子形
成面の反対側の面から、図１０（ａ）に示すように、水
素又は重水素又は三重水素をイオン注入した結果、図１
０（ｂ）に示すように、シリコンウエーハの素子形成面
の反対側の面の表面近傍のみに水素原子又は分子を凍結
させることができる。したがって、酸素析出処理を行っ
た結果、図１０（ｃ）に示すように、シリコンウエーハ
の素子形成面の反対側の面の表面近傍のみに酸素の析出
核が形成された。
成面の反対側の面から、図１０（ａ）に示すように、水
素又は重水素又は三重水素をイオン注入した結果、図１
０（ｂ）に示すように、シリコンウエーハの素子形成面
の反対側の面の表面近傍のみに水素原子又は分子を凍結
させることができる。したがって、酸素析出処理を行っ
た結果、図１０（ｃ）に示すように、シリコンウエーハ
の素子形成面の反対側の面の表面近傍のみに酸素の析出
核が形成された。
【００３４】なお、本実施例において水素、重水素又は
三重水素をドープする代わりにヘリウムをドープしても
同様である。 ［実施例４］本実施例のシリコンウエーハの酸素析出方
法を図９（ｂ）及び図１１を用いて説明する。
三重水素をドープする代わりにヘリウムをドープしても
同様である。 ［実施例４］本実施例のシリコンウエーハの酸素析出方
法を図９（ｂ）及び図１１を用いて説明する。
【００３５】まず、シリコンウエーハを約１１００℃の
高温に加熱して表層の酸素を外方に拡散する外方拡散熱
処理を窒素雰囲気中で約９０分行った後、図１１に示す
ように、水素又は重水素又は三重水素のプラズマにより
シリコンウエーハの素子形成面の反対側の面から水素を
添加する。その後、窒素又は酸素の雰囲気中での熱処理
に切り換え、約５００℃の温度での低温熱処理を行っ
た。その後、約１０℃／分の勾配で温度を上昇させ、約
７００℃の温度で約３０〜１５０分間熱処理を行い、シ
リコンウエーハ内部に酸素の析出核を形成した。その
後、約２℃／分、約３℃／分、又は約４℃／分の勾配で
温度を上昇させ、約１１００℃の温度で約３０分間熱処
理を行い、シリコンウエーハ内部に酸素析出物を形成し
た。
高温に加熱して表層の酸素を外方に拡散する外方拡散熱
処理を窒素雰囲気中で約９０分行った後、図１１に示す
ように、水素又は重水素又は三重水素のプラズマにより
シリコンウエーハの素子形成面の反対側の面から水素を
添加する。その後、窒素又は酸素の雰囲気中での熱処理
に切り換え、約５００℃の温度での低温熱処理を行っ
た。その後、約１０℃／分の勾配で温度を上昇させ、約
７００℃の温度で約３０〜１５０分間熱処理を行い、シ
リコンウエーハ内部に酸素の析出核を形成した。その
後、約２℃／分、約３℃／分、又は約４℃／分の勾配で
温度を上昇させ、約１１００℃の温度で約３０分間熱処
理を行い、シリコンウエーハ内部に酸素析出物を形成し
た。
【００３６】本実施例では、図１１（ａ）に示すよう
に、シリコンウエーハの素子形成面をシリコン酸化膜、
シリコン窒化膜等の保護膜により覆いながら、水素又は
重水素又は三重水素のプラズマ雰囲気中に載置する。保
護膜に覆われていないシリコンウエーハの素子形成面の
反対側の面から水素が添加される。その結果、図１１
（ｂ）に示すように、シリコンウエーハの素子形成面の
反対側の面の表面近傍のみに水素原子又は分子を凍結さ
せることができる。したがって、酸素析出処理を行った
結果、図１１（ｃ）に示すように、シリコンウエーハの
素子形成面の反対側の面の表面近傍のみに酸素の析出核
が形成された。
に、シリコンウエーハの素子形成面をシリコン酸化膜、
シリコン窒化膜等の保護膜により覆いながら、水素又は
重水素又は三重水素のプラズマ雰囲気中に載置する。保
護膜に覆われていないシリコンウエーハの素子形成面の
反対側の面から水素が添加される。その結果、図１１
（ｂ）に示すように、シリコンウエーハの素子形成面の
反対側の面の表面近傍のみに水素原子又は分子を凍結さ
せることができる。したがって、酸素析出処理を行った
結果、図１１（ｃ）に示すように、シリコンウエーハの
素子形成面の反対側の面の表面近傍のみに酸素の析出核
が形成された。
【００３７】なお、本実施例において水素、重水素又は
三重水素をドープする代わりにヘリウムをドープしても
同様である。
三重水素をドープする代わりにヘリウムをドープしても
同様である。
【００３８】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、酸素を外
方に拡散させる外方拡散熱処理工程の後、酸素を析出さ
せる酸素析出熱処理工程の前に行う低温熱処理工程を水
素を含んだ結晶又は水素を含んだ雰囲気中で行うように
したので、酸素の析出が促進され、酸素濃度が低いシリ
コンウエーハでも、実用的な短い処理時間により十分な
量の酸素析出物を形成することができる。特に、従来は
酸素析出物の形成が困難であるとされていたｎ+ 型シリ
コン単結晶ウエーハにも十分な酸素析出物を形成するこ
とができる。また、本発明によれば、酸素析出熱処理工
程に必要な時間を大幅に短縮することができるので生産
性を飛躍的に向上させることができる。また、本発明に
よる方法を用いることにより、結晶強度の大きなウエー
ハを製造することが可能である。また、幅の広いＤＺ層
を形成させることも可能になる。
方に拡散させる外方拡散熱処理工程の後、酸素を析出さ
せる酸素析出熱処理工程の前に行う低温熱処理工程を水
素を含んだ結晶又は水素を含んだ雰囲気中で行うように
したので、酸素の析出が促進され、酸素濃度が低いシリ
コンウエーハでも、実用的な短い処理時間により十分な
量の酸素析出物を形成することができる。特に、従来は
酸素析出物の形成が困難であるとされていたｎ+ 型シリ
コン単結晶ウエーハにも十分な酸素析出物を形成するこ
とができる。また、本発明によれば、酸素析出熱処理工
程に必要な時間を大幅に短縮することができるので生産
性を飛躍的に向上させることができる。また、本発明に
よる方法を用いることにより、結晶強度の大きなウエー
ハを製造することが可能である。また、幅の広いＤＺ層
を形成させることも可能になる。
【図１】本発明のシリコンウエーハの酸素析出方法の熱
処理プロセス（比較例１、比較例２、実施例１）を示す
図である。
処理プロセス（比較例１、比較例２、実施例１）を示す
図である。
【図２】本発明のシリコンウエーハの酸素析出方法によ
る全熱処理時間と酸素析出量の関係を示すグラフであ
る。
る全熱処理時間と酸素析出量の関係を示すグラフであ
る。
【図３】本発明のシリコンウエーハの酸素析出方法によ
り処理されたシリコンウエーハのＦｅゲッタリング能力
を示すグラフである。
り処理されたシリコンウエーハのＦｅゲッタリング能力
を示すグラフである。
【図４】本発明のシリコンウエーハの酸素析出方法の熱
処理プロセスを示す図である。
処理プロセスを示す図である。
【図５】本発明のシリコンウエーハの酸素析出方法によ
り処理されたシリコンウエーハの熱処理温度と酸素析出
量の関係を示すグラフである。
り処理されたシリコンウエーハの熱処理温度と酸素析出
量の関係を示すグラフである。
【図６】本発明のシリコンウエーハの酸素析出方法によ
り処理されたシリコンウエーハの熱処理温度とサーマル
ドナー濃度の関係を示すグラフである。
り処理されたシリコンウエーハの熱処理温度とサーマル
ドナー濃度の関係を示すグラフである。
【図７】本発明のシリコンウエーハの酸素析出方法（実
施例１）により処理されたシリコンウエーハ内の水素濃
度分布及び欠陥密度分布を示す図である。
施例１）により処理されたシリコンウエーハ内の水素濃
度分布及び欠陥密度分布を示す図である。
【図８】本発明のシリコンウエーハの酸素析出方法によ
り処理されたシリコンウエーハの結晶強度を説明するた
めの図である。
り処理されたシリコンウエーハの結晶強度を説明するた
めの図である。
【図９】本発明のシリコンウエーハの酸素析出方法の熱
処理プロセス（実施例３、実施例４）を示す図である。
処理プロセス（実施例３、実施例４）を示す図である。
【図１０】本発明のシリコンウエーハの酸素析出方法
（実施例３）により処理されたシリコンウエーハ内の水
素濃度分布及び欠陥密度分布を示す図である。
（実施例３）により処理されたシリコンウエーハ内の水
素濃度分布及び欠陥密度分布を示す図である。
【図１１】本発明のシリコンウエーハの酸素析出方法
（実施例４）により処理されたシリコンウエーハ内の水
素濃度分布及び欠陥密度分布を示す図である。
（実施例４）により処理されたシリコンウエーハ内の水
素濃度分布及び欠陥密度分布を示す図である。
Claims (9)
- 【請求項１】 シリコンウエーハを加熱して表層に含有
する酸素を外方に拡散させる外方拡散熱処理工程と、前
記シリコンウエーハを３００〜６００℃の低い温度で加
熱する低温熱処理工程と、前記シリコンウエーハを６０
０〜１１５０℃の温度範囲内で加熱して酸素を析出させ
る酸素析出熱処理工程とを有し、前記シリコンウエーハ
内部に酸素を析出させるシリコンウエーハの酸素析出方
法において、 前記低温熱処理工程を、水素を含んだ結晶又は水素を含
んだ雰囲気中で行うことを特徴とするシリコンウエーハ
の酸素析出方法。 - 【請求項２】 請求項１記載のシリコンウエーハの酸素
析出方法において、 前記外方拡散熱処理工程において水素を添加することを
特徴とするシリコンウエーハの酸素析出方法。 - 【請求項３】 請求項１記載のシリコンウエーハの酸素
析出方法において、 前記外方拡散熱処理工程と前記低温熱処理工程の間に、
３００〜１２５０℃の温度範囲内で水素を添加する水素
添加工程を設けたことを特徴とするシリコンウエーハの
酸素析出方法。 - 【請求項４】 請求項１記載のシリコンウエーハの酸素
析出方法において、 前記低温熱処理工程において水素を添加することを特徴
とするシリコンウエーハの酸素析出方法。 - 【請求項５】 請求項２乃至４のいずれかに記載のシリ
コンウエーハの酸素析出方法において、 前記シリコンウエーハの素子形成面の反対側の面からの
み水素を添加することを特徴とするシリコンウエーハの
酸素析出方法。 - 【請求項６】 請求項５記載のシリコンウエーハの酸素
析出方法において、 前記シリコンウエーハの素子形成面の反対側の面にのみ
水素をイオン注入することにより水素を添加することを
特徴とするシリコンウエーハの酸素析出方法。 - 【請求項７】 請求項５記載のシリコンウエーハの酸素
析出方法において、 前記シリコンウエーハの素子形成面を保護膜により覆い
ながら水素のプラズマ中で処理することにより前記素子
形成面の反対側のみに水素を添加することを特徴とする
シリコンウエーハの酸素析出方法。 - 【請求項８】 請求項２乃至７のいずれかに記載のシリ
コンウエーハの酸素析出方法において、 水素の代わりに、重水素又は三重水素を添加することを
特徴とするシリコンウエーハの酸素析出方法。 - 【請求項９】 請求項２乃至７のいずれかに記載のシリ
コンウエーハの酸素析出方法において、 水素の代わりに、ヘリウムを添加することを特徴とする
シリコンウエーハの酸素析出方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4523892 | 1992-03-03 | ||
| JP4-45238 | 1992-03-03 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05308076A true JPH05308076A (ja) | 1993-11-19 |
Family
ID=12713680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29985092A Withdrawn JPH05308076A (ja) | 1992-03-03 | 1992-11-10 | シリコンウエーハの酸素析出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05308076A (ja) |
Cited By (10)
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| US5587325A (en) * | 1992-03-31 | 1996-12-24 | Mitel Corporation | Method of preparing antimony doped semiconductor with intrinsic gettering |
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| WO2003009365A1 (fr) * | 2001-07-10 | 2003-01-30 | Shin-Etsu Handotai Co.,Ltd. | Procede de fabrication d'une plaquette en silicium, d'une plaquette epitaxiale en silicium, et plaquette epitaxiale en silicium |
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| JP2011096979A (ja) * | 2009-11-02 | 2011-05-12 | Sumco Corp | シリコンウェーハ及びその製造方法 |
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| JP2017157812A (ja) * | 2016-03-03 | 2017-09-07 | 上海新昇半導體科技有限公司 | ウェハの熱処理方法 |
| JP2019192808A (ja) * | 2018-04-26 | 2019-10-31 | 学校法人東北学院 | 半導体装置 |
-
1992
- 1992-11-10 JP JP29985092A patent/JPH05308076A/ja not_active Withdrawn
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