JPH07335657A - シリコンウェーハの熱処理方法およびシリコンウェーハ - Google Patents

シリコンウェーハの熱処理方法およびシリコンウェーハ

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JPH07335657A
JPH07335657A JP14563094A JP14563094A JPH07335657A JP H07335657 A JPH07335657 A JP H07335657A JP 14563094 A JP14563094 A JP 14563094A JP 14563094 A JP14563094 A JP 14563094A JP H07335657 A JPH07335657 A JP H07335657A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 水素ガス雰囲気中での熱処理により、シリコ
ンウェーハの表面近傍で酸素濃度は低くなるが、素子形
成領域の機械的強度も低下するので、前記強度を向上さ
せる熱処理方法を提供する。 【構成】 水素熱処理を施したウェーハに、２０％の酸
素を含む窒素ガス雰囲気内で、１１００°Ｃ、２時間の
熱処理を加え、シリコンウェーハの極表面近傍に酸素を
導入する。ウェーハ表面の酸素濃度は内部の酸素濃度よ
り低い。表面から深さ３〜４μｍにかけて酸素濃度は次
第に低下し、この点を過ぎると酸素濃度は再び上昇して
内部の酸素濃度に到達する。このウェーハに圧痕をつけ
て転位を発生させ、熱処理により増殖させた後、転位の
広がりを測定したところ、前記水素熱処理を施したウェ
ーハの約１／１０であった。本発明の熱処理により、素
子形成領域の機械的強度を水素熱処理前のウェーハとほ
ぼ同等の値に向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコンウェーハの熱
処理方法およびシリコンウェーハに関する。
【０００２】
【従来の技術】チョクラルスキー法（以下ＣＺ法とい
う）によって引き上げられたシリコン単結晶を加工して
得られたウェーハに適当な熱処理、たとえば窒素ガス雰
囲気中で１０５０°Ｃ、数十時間の熱処理を施すことに
よってウェーハの表面近傍に低酸素濃度の無欠陥領域が
形成される。イントリンシックゲッタリングは、前記シ
リコンウェーハの内部に分布している高密度の微小欠陥
を利用して、前記ウェーハの表面に付着し内方に拡散し
た重金属不純物などのゲッタリングを行うものである
が、たとえば特開昭６２−４３２７などでは、前記イン
トリンシックゲッタリングよりも更にＯＳＦ密度の低
減、酸化膜耐圧の改善など品質向上を目的とした半導体
ウェーハの熱処理方法が開示されている。この熱処理方
法は、水素などの還元性ガスを含む不活性ガス雰囲気内
でシリコンウェーハに熱処理を施すことにより、ウェー
ハの表面近傍の酸素濃度を更に低下させるとともに、酸
素析出物の低濃度化を図るものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ウ
ェーハは表面近傍における酸素濃度が低いので、素子形
成領域の機械的強度も低くなっている。従って、デバイ
ス工程においてこのようなウェーハが局所応力や熱応力
を受け、ウェーハの表面近傍に転位が発生した場合、前
記転位を不動態化する不純物酸素が低濃度であるため、
転位の自己増殖、移動によるリーク電流増大などのデバ
イス不良が発生する。その結果、デバイスの歩留りが低
下する。
【０００４】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、シリコンウェーハの表面近傍で酸素濃度が
低く、その結果、素子形成領域の機械的強度が低いもの
について、その強度を向上させることができるようなシ
リコンウェーハの熱処理方法およびシリコンウェーハを
提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法は、表
面近傍の酸素濃度が１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以下のシ
リコンウェーハを、酸素を含むガス雰囲気中において１
０００°Ｃ以上の温度で加熱することにより、前記シリ
コンウェーハの極表面近傍に酸素を導入することを特徴
としている。また、本発明に係るシリコンウェーハは、
表面近傍の酸素濃度が内部の酸素濃度より低く、極表面
近傍における酸素濃度が前記表面近傍の酸素濃度より高
くなっていることを特徴としている。
【０００６】
【作用】上記構成によれば、表面近傍の酸素濃度が１０
18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以下のシリコンウェーハに対し
て、酸素を含むガス雰囲気中で熱処理を施すことにした
ので、前記ウェーハの極表面近傍に酸素が導入される。
従来、水素などの還元性ガスを含む不活性ガス雰囲気中
でシリコンウェーハに熱処理を施すことにより、前記ウ
ェーハの表面近傍の酸素濃度が低下し、これに伴って機
械的強度が低下した場合であっても、本発明の熱処理を
追加することにより素子形成領域の機械的強度を向上さ
せることができる。
【０００７】本発明による熱処理を施したシリコンウェ
ーハは、極表面近傍における酸素濃度が表面近傍より高
くなっているため、水素などの還元性ガスを含む不活性
ガス雰囲気中で熱処理を施した直後のシリコンウェーハ
よりも極表面層の機械的強度が高い。従って、ウェーハ
が局所応力や熱応力を受けた場合でも転位の広がりが小
さく、デバイス工程におけるリーク電流増大などの不良
発生を低減させることができる。
【０００８】
【実施例】以下に本発明に係るシリコンウェーハの熱処
理方法の実施例について、図面を参照して説明する。イ
ントリンシックゲッタリングにおいて、シリコンウェー
ハの表面からの酸素の外方拡散を更に促進させるため
に、水素を含む不活性ガス雰囲気内で熱処理を施すが、
本発明は前記熱処理後に更に図１に示す熱処理を加える
ものである。
【０００９】ＣＺ法によって引き上げられたシリコン単
結晶をスライス、研磨加工してなるシリコンウェーハ
に、水素などの還元性ガスを含む不活性ガス雰囲気内で
熱処理を施すことにより、前記ウェーハの表面近傍の酸
素濃度は１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以下に低下する。こ
のような水素熱処理を施されたシリコンウェーハに、図
１に示すように２０％の酸素を含む窒素ガス雰囲気内
で、１１００°Ｃの温度で２時間の熱処理を加え、シリ
コンウェーハの極表面近傍に酸素を導入し、機械的強度
の改善を図る。
【００１０】図２および図３は、シリコンウェーハの表
面から厚さ方向における酸素濃度の変化について、２次
イオン質量分析によって求めた結果を示す図である。前
記ウェーハの表面層の深さは約２０μｍ、極表面層は表
面から３〜４μｍの部分である。シリコンウェーハを水
素熱処理した後、本発明による熱処理を施した場合は、
極表面層に酸素が導入されるため、図２に示すように表
面の酸素濃度が高くなる。ただし、表面の酸素濃度は内
部の酸素濃度より低い。表面から深さ３〜４μｍにかけ
て酸素濃度は次第に低下し、この点を過ぎると、すなわ
ち極表面層から表面層に入ると酸素濃度は再び上昇して
内部の酸素濃度に到達する。これに対して前記水素熱処
理の直後におけるシリコンウェーハの酸素濃度は、図３
に示すように表面層の部分で次第に低下し、表面で最も
低くなっている。
【００１１】本発明の熱処理を施したシリコンウェーハ
の品質について、Ｓ．Ｍ．Ｈｎ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．４６，１８６９（１９７５）などに示されているイ
ンデンテーション法を用いて評価した。すなわち図４に
示すように、マイクロビッカースかたさ試験機の圧子１
に荷重１０ｇｆを加えて熱処理済みのシリコンウェーハ
２に圧痕をつけ、転位を発生させた上、窒素ガス雰囲気
内で９００°Ｃで１時間熱処理を加え、転位を増殖させ
た。その後エッチング液に浸漬し、ライトエッチを施し
た後、転位の広がり（ｒｏｓｅｔｔｅ ｅｘｔｅｎｔ）
を測定した。図５は＜１００＞方向に成長したＣＺ法に
よるシリコンウェーハにおける転位の広がりを模式的に
示す説明図である。図中の点線は転位を示し、転位は圧
痕３を中心として四方に広がっている。転位の広がりの
数値は（Ｈ1 ＋Ｈ2 ）／２で算出され、結晶の相対的な
機械的強度を表す。この評価方法で水素熱処理前のＣＺ
ウェーハ、水素熱処理を施したＣＺウェーハ、本発明に
よる熱処理後のＣＺウェーハの３種類について転位の長
さを測定し、転位の広がりを算出したところ、下記の結
果が得られた。 （１）水素熱処理前のＣＺウェーハ ： １０．６μｍ （２）水素熱処理を施したＣＺウェーハ ：１２４．８μｍ （３）本発明による熱処理後のＣＺウェーハ： １２．３μｍ 本発明による熱処理を施した場合、転位の広がりは水素
熱処理を施したＣＺウェーハの約１／１０となり、水素
熱処理前のＣＺウェーハの数値に近づく。これらの数値
から本発明によって機械的強度が改善されていることが
分かる。
【００１２】何らかの原因で転位がウェーハに導入され
たとき、酸素は不純物として働き、転位を不動態化する
ので、シリコンウェーハの結晶の機械的強度に寄与す
る。従って、極表面層の酸素濃度が著しく低いシリコン
ウェーハに対して本発明による熱処理を加えると、表面
近傍の酸素濃度が増し、特にウェーハの中で重要なＩＣ
製作領域の機械的強度を改善することができる。
【００１３】本発明の熱処理方法は、水素熱処理を施し
たＣＺウェーハの他、イントリンシックゲッタリングの
熱処理温度が高い、または熱処理時間が長いなどの理由
でウェーハ表面近傍の酸素濃度が極端に低い場合のイン
トリンシックゲッタリング済みウェーハや、ＦＺウェー
ハに対して適用することができる。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、水素など
の還元性ガス雰囲気中での熱処理により、ウェーハ表面
近傍の酸素濃度が低く、その結果、素子形成領域の機械
的強度が低下したＣＺウェーハあるいはＦＺウェーハに
対して、酸素を含むガス雰囲気中で熱処理を施し、前記
ウェーハの極表面近傍に酸素を導入するものである。極
表面層の酸素濃度が低すぎると局所応力や熱応力による
転位の広がりが大きくなり、従来はデバイス工程におい
てリーク電流増大などの不良が発生していたが、本発明
の熱処理を追加することにより前記問題を解決すること
ができ、歩留りが向上する。また、本発明による熱処理
を施したシリコンウェーハは、前記水素ガス雰囲気中で
熱処理を施した従来のシリコンウェーハよりも極表面層
の機械的強度が高いため、応力による転位の広がりが小
さい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による熱処理のプロファイルを示す図で
ある。
【図２】本発明による熱処理を施したシリコンウェーハ
について、厚さ方向の酸素濃度の変化を示す図である。
【図３】水素ガス雰囲気中での熱処理を施した従来のシ
リコンウェーハについて、厚さ方向の酸素濃度の変化を
示す図である。
【図４】インデンテーション法の説明図で、本発明によ
る熱処理を施したシリコンウェーハに圧痕をつける工程
を示す。
【図５】圧痕をつけたシリコンウェーハにおける転位の
広がりを模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
１ 圧子 ２ シリコンウェーハ ３ 圧痕

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 表面近傍の酸素濃度が１０18ａｔｏｍｓ
    ／ｃｍ3 以下のシリコンウェーハを、酸素を含むガス雰
    囲気中において１０００°Ｃ以上の温度で加熱すること
    により、前記シリコンウェーハの極表面近傍に酸素を導
    入することを特徴とするシリコンウェーハの熱処理方
    法。
  2. 【請求項２】 表面近傍の酸素濃度が内部の酸素濃度よ
    り低く、極表面近傍における酸素濃度が前記表面近傍の
    酸素濃度より高くなっていることを特徴とするシリコン
    ウェーハ。
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