JPS59126642A - シリコン基板の熱処理方法 - Google Patents
シリコン基板の熱処理方法Info
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- JPS59126642A JPS59126642A JP187583A JP187583A JPS59126642A JP S59126642 A JPS59126642 A JP S59126642A JP 187583 A JP187583 A JP 187583A JP 187583 A JP187583 A JP 187583A JP S59126642 A JPS59126642 A JP S59126642A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体装置製造の基板として用いられるシリコ
ンウエーノ・に関する。
ンウエーノ・に関する。
近年の半導体技術の進歩により、半導体装置゛、特にシ
リコン集積回路は、回路が著しく微細化し、その製造に
おける歩留り向上のため、より、結晶欠陥の少ない、単
結晶基板が要求されている。結晶欠陥として問題となる
のは、熱処理誘起微小欠陥及び転位の増殖・移動による
つ三−ノ・のソリが主なものである。前者の問題につい
ては特にチョクラルスキ法（以後ＣＺ法と略称する）に
よる単結晶の場合について著るしく、その抑制あるいは
、逆にその働きを利用するイントリンシックゲッタリン
グ法（以下ＩＧと略称する）等が種々試みられよい結果
が得られている。ＣＺ法によるシリコン単結晶は含有さ
れている固溶酸素が、後者の問題（ウェーハのソリ）に
対しては抑制効果を持つことが知られているが、熱処理
製造プロセスを経てＳｉＯ□等の析出物になってしまっ
た場合には、もはや抑制効果を示さず、逆にウエーノ・
のソリを大きくする方向に効果を示す。本発明の目的は
、このウェーハのソリを暑るしく減少させかつＩＱ効果
を持つシリコンウエーノ・の熱処理方法を提供する事で
ある。
リコン集積回路は、回路が著しく微細化し、その製造に
おける歩留り向上のため、より、結晶欠陥の少ない、単
結晶基板が要求されている。結晶欠陥として問題となる
のは、熱処理誘起微小欠陥及び転位の増殖・移動による
つ三−ノ・のソリが主なものである。前者の問題につい
ては特にチョクラルスキ法（以後ＣＺ法と略称する）に
よる単結晶の場合について著るしく、その抑制あるいは
、逆にその働きを利用するイントリンシックゲッタリン
グ法（以下ＩＧと略称する）等が種々試みられよい結果
が得られている。ＣＺ法によるシリコン単結晶は含有さ
れている固溶酸素が、後者の問題（ウェーハのソリ）に
対しては抑制効果を持つことが知られているが、熱処理
製造プロセスを経てＳｉＯ□等の析出物になってしまっ
た場合には、もはや抑制効果を示さず、逆にウエーノ・
のソリを大きくする方向に効果を示す。本発明の目的は
、このウェーハのソリを暑るしく減少させかつＩＱ効果
を持つシリコンウエーノ・の熱処理方法を提供する事で
ある。
本発明は２ａｔ％以下、０．０１ａｔ％以上のゲルマニ
ウムを含有したチョクラルスキ法単結晶シリコン基板に
対して酸素雰囲気中で５００℃から出発し、５０〜１０
０℃の段階で順次上昇させ、最終温度を８５０℃までと
する多段階熱処理を施し、次いで９５０°Ｃ〜１１５０
℃の温度で２時間以上の熱処理を施しだことを特徴とす
るシリコン基板の熱処理方法を与える。
ウムを含有したチョクラルスキ法単結晶シリコン基板に
対して酸素雰囲気中で５００℃から出発し、５０〜１０
０℃の段階で順次上昇させ、最終温度を８５０℃までと
する多段階熱処理を施し、次いで９５０°Ｃ〜１１５０
℃の温度で２時間以上の熱処理を施しだことを特徴とす
るシリコン基板の熱処理方法を与える。
周知のように石英ルツボを用いてシリコン単結晶を引上
げるチョクラルスキ法は通常の製造法によるかぎシは１
０１７〜ＩＱ”ｃｍ−３の固溶酸素を含む。
げるチョクラルスキ法は通常の製造法によるかぎシは１
０１７〜ＩＱ”ｃｍ−３の固溶酸素を含む。
この固溶酸素の効果については、すでに述べたように、
固溶状態でいる限＃）ｆｄ、ウェーハのソリを防止する
働きをするが、■Ｇ効果を利用するために、この固溶酸
素を析出させ、２次的結晶欠陥を発生させた状態では、
逆にソリを助長する。本発明は、ゲルマニウムを添加す
ることにより、酸素が析出状態にあっても、ウェーハの
機械的強度を維持する効果を与え、かつＩＧ効果をも与
えんとするものである。
固溶状態でいる限＃）ｆｄ、ウェーハのソリを防止する
働きをするが、■Ｇ効果を利用するために、この固溶酸
素を析出させ、２次的結晶欠陥を発生させた状態では、
逆にソリを助長する。本発明は、ゲルマニウムを添加す
ることにより、酸素が析出状態にあっても、ウェーハの
機械的強度を維持する効果を与え、かつＩＧ効果をも与
えんとするものである。
以下、本発明を第１図に示すウェーハ製造工程に従って
説明する。第１図のＡにおいては通常のチョクラルスキ
法と同様に石英ルツボを用いて単結晶シリコンを引上げ
るが、この際に、ゲルマニウム及び必要なドーパント（
リン、ポロン等）がメルトに添加される。単結晶成長が
可能なゲルマニウム添加ウェーハの含有量の最大値は９
ａｔ％である事が、実験的に明らかになシ、従ってこの
値が本発明におけるケルマニウム添加量の上限となる。
説明する。第１図のＡにおいては通常のチョクラルスキ
法と同様に石英ルツボを用いて単結晶シリコンを引上げ
るが、この際に、ゲルマニウム及び必要なドーパント（
リン、ポロン等）がメルトに添加される。単結晶成長が
可能なゲルマニウム添加ウェーハの含有量の最大値は９
ａｔ％である事が、実験的に明らかになシ、従ってこの
値が本発明におけるケルマニウム添加量の上限となる。
添加不純物がその偏析係数（ｋ）によってインゴット内
に不均一に分布する油が知ら１れているか、ゲルマニウ
ムの場合にはｋ ＜ ’ｌであり、インコツト頭部よシ
底部にかけて、ゲルマニウム濃度は上昇するが、ゲルマ
ニウムは電気的に不活性であシ、ウェーハの電気的特性
に影響は与えない。まだシリコンとゲルマニウムは周知
のように完全固溶体を形成し、熱プロセス対し、安定で
ある。石英ルツボから混入する酸素量は、種々の要素に
よって影響を受けるが、ＩＧ効果を利用するためには一
定値（１２Ｘ １０′７ａｔｏｍｓ Ｃｍ−３、ただし
この値は赤外吸収ヲ用イ（Ｏｉ ：］ ＝ （Ｘ Ｘ
４．８１ Ｘ １０ ” ｃｍ−３（７） 式に従って
求めた。）以上が必要であり、通常の引上法に従って行
なわれる限シ、ゲルマニウムを添加した場合でも達成さ
れる。以上に述べた引上げ法で作成されたインゴットは
、引続き、第１図のＢで示されるウエーノ・加工が行な
われる。インゴットの外周研削、切断、化学エツチング
、研磨等の工程を経て、ウェーハ化される。この間に、
特に問題を生ずる事はないが洗浄液組成の若干の変更が
必要である。即ちゲルマニウムを添加していない場合の
洗浄液は水、アンモニア、過酸化水素からなっていたが
、ゲルマニウムを添加した場合にはアンモニアと過酸化
水素の水に対する割合を減らす必要がある。ウエーノ・
化が完了した後、第１図Ｃで示されるＩＧ熱処理が行な
われる。熱処理はまず１２００℃以上の温度で、非酸化
性雰囲気中で熱処理を施し、ウエーノ・表面付近の固溶
酸素を外部へ拡散させ、低酸素濃度層を形成する。次い
で酸素雰囲気中で５００℃から出発し、５０〜１００℃
の段階で順次上昇させ、最終温度を８５０℃までとする
多段階熱処理を施す。この段階において、いわゆる酸素
の析出核の成長が進む。次いで、９５０℃〜１１５０°
Ｃの温度で２時間以上の熱処理を施し、ウェーハ内部に
多量の内部欠陥を形成し、ＩＧ効果を生ぜしめる。ＩＧ
効果は、プロセス中に混入する各種重金属を、この内部
欠陥部に固着することにより、ウエーノ・は表面のデバ
イス部での欠陥発生を抑止するものである。先に形成し
た表面付近の低酸素濃度層はその低酸素濃度のために、
酸素析出による欠陥発生を避けることができる。以上で
、本発明によるシリコンウエーノ・は完成し、テバイス
製造に使用されるが、ＩＧ熱処理に相当する熱プロセス
が製造プロセスに含まれている場合には、ＩＧ熱処理な
しでプロセスに投入できる。
に不均一に分布する油が知ら１れているか、ゲルマニウ
ムの場合にはｋ ＜ ’ｌであり、インコツト頭部よシ
底部にかけて、ゲルマニウム濃度は上昇するが、ゲルマ
ニウムは電気的に不活性であシ、ウェーハの電気的特性
に影響は与えない。まだシリコンとゲルマニウムは周知
のように完全固溶体を形成し、熱プロセス対し、安定で
ある。石英ルツボから混入する酸素量は、種々の要素に
よって影響を受けるが、ＩＧ効果を利用するためには一
定値（１２Ｘ １０′７ａｔｏｍｓ Ｃｍ−３、ただし
この値は赤外吸収ヲ用イ（Ｏｉ ：］ ＝ （Ｘ Ｘ
４．８１ Ｘ １０ ” ｃｍ−３（７） 式に従って
求めた。）以上が必要であり、通常の引上法に従って行
なわれる限シ、ゲルマニウムを添加した場合でも達成さ
れる。以上に述べた引上げ法で作成されたインゴットは
、引続き、第１図のＢで示されるウエーノ・加工が行な
われる。インゴットの外周研削、切断、化学エツチング
、研磨等の工程を経て、ウェーハ化される。この間に、
特に問題を生ずる事はないが洗浄液組成の若干の変更が
必要である。即ちゲルマニウムを添加していない場合の
洗浄液は水、アンモニア、過酸化水素からなっていたが
、ゲルマニウムを添加した場合にはアンモニアと過酸化
水素の水に対する割合を減らす必要がある。ウエーノ・
化が完了した後、第１図Ｃで示されるＩＧ熱処理が行な
われる。熱処理はまず１２００℃以上の温度で、非酸化
性雰囲気中で熱処理を施し、ウエーノ・表面付近の固溶
酸素を外部へ拡散させ、低酸素濃度層を形成する。次い
で酸素雰囲気中で５００℃から出発し、５０〜１００℃
の段階で順次上昇させ、最終温度を８５０℃までとする
多段階熱処理を施す。この段階において、いわゆる酸素
の析出核の成長が進む。次いで、９５０℃〜１１５０°
Ｃの温度で２時間以上の熱処理を施し、ウェーハ内部に
多量の内部欠陥を形成し、ＩＧ効果を生ぜしめる。ＩＧ
効果は、プロセス中に混入する各種重金属を、この内部
欠陥部に固着することにより、ウエーノ・は表面のデバ
イス部での欠陥発生を抑止するものである。先に形成し
た表面付近の低酸素濃度層はその低酸素濃度のために、
酸素析出による欠陥発生を避けることができる。以上で
、本発明によるシリコンウエーノ・は完成し、テバイス
製造に使用されるが、ＩＧ熱処理に相当する熱プロセス
が製造プロセスに含まれている場合には、ＩＧ熱処理な
しでプロセスに投入できる。
従来のゲルマニウムを全く含まないウェーハにおいては
ＩＱ熱処理後において機械的強度が劣化し、ソリをプロ
セス中に誘起しやすいが、本発明によるウェーハはこの
点において著るしく改善される。
ＩＱ熱処理後において機械的強度が劣化し、ソリをプロ
セス中に誘起しやすいが、本発明によるウェーハはこの
点において著るしく改善される。
ゲルマニウムを添加する事により、シリコン結晶の電気
的性質は著るしく変化しないが、フォトレジスト工程な
どにおいてプロセスの変更が必要な場合が生ずる。即ち
ゲルマニウムを添加した場合、フォトレジストと基板と
の密着性が艮くなシすぎて、フォトレジストをはがしに
くくなる、これを防ぐだめにはフォトレジストを塗布し
たあとのベーキングを少なめにする必要がある。この点
を避けるためには、ゲルマニウムを含まないエピタキシ
アル層を本発明によるウェーハ上に成長させ、このエピ
タキシアル層にデバイスを作製することができ、この場
合には、従来のプロセスはほとんど変更する必要がない
。しかしながら、このエピタキシアル成長の際、間粗と
なるのは、格子定数のエツチングであシ、種々試みた結
果、この場合のウェーハとしては添加可能なゲルマニウ
ムは０、ｄａｔ％以下である事が明らかになった。すな
わち、種々の組成のゲルマニウム添加ウェーハ上にシリ
コンをエピタキシアル成長させ、Ｘ線回折法によシ調べ
た結果、結晶性の劣化しないのはゲルマニウムを０．４
ａｔ％以下含有したウェーハである事を確認した。一方
エビタキシアル成長における熱プロセスに起因するウェ
ーハのソリという問題が従来から存在するが、この点に
ついても本発明は、その防止に有効である事が明らかに
なった。
的性質は著るしく変化しないが、フォトレジスト工程な
どにおいてプロセスの変更が必要な場合が生ずる。即ち
ゲルマニウムを添加した場合、フォトレジストと基板と
の密着性が艮くなシすぎて、フォトレジストをはがしに
くくなる、これを防ぐだめにはフォトレジストを塗布し
たあとのベーキングを少なめにする必要がある。この点
を避けるためには、ゲルマニウムを含まないエピタキシ
アル層を本発明によるウェーハ上に成長させ、このエピ
タキシアル層にデバイスを作製することができ、この場
合には、従来のプロセスはほとんど変更する必要がない
。しかしながら、このエピタキシアル成長の際、間粗と
なるのは、格子定数のエツチングであシ、種々試みた結
果、この場合のウェーハとしては添加可能なゲルマニウ
ムは０、ｄａｔ％以下である事が明らかになった。すな
わち、種々の組成のゲルマニウム添加ウェーハ上にシリ
コンをエピタキシアル成長させ、Ｘ線回折法によシ調べ
た結果、結晶性の劣化しないのはゲルマニウムを０．４
ａｔ％以下含有したウェーハである事を確認した。一方
エビタキシアル成長における熱プロセスに起因するウェ
ーハのソリという問題が従来から存在するが、この点に
ついても本発明は、その防止に有効である事が明らかに
なった。
工Ｇ効果はエピタキシアル膜のある基板に対しても有効
である事は、抛々の実験からも明らかになっており、Ｉ
Ｇ熱処理はエビ成長の前また後にウェーハに施され有害
不純物をゲッタし、素子歩留シ向上に効果を示す。この
場合デバイスはエビ層に形成されるのでＩＧ熱処理にお
いて、１２００°Ｃ以上の酸氷外部拡散は省略しても良
い。
である事は、抛々の実験からも明らかになっており、Ｉ
Ｇ熱処理はエビ成長の前また後にウェーハに施され有害
不純物をゲッタし、素子歩留シ向上に効果を示す。この
場合デバイスはエビ層に形成されるのでＩＧ熱処理にお
いて、１２００°Ｃ以上の酸氷外部拡散は省略しても良
い。
ゲルマニウム添加量の下限については、本発明者らは熱
処理誘起のソリをウェーハの急冷という条件下で発生さ
せ種々の実験を行なった。すなわち、ウェーハ裏面にの
み厚さ２μｍの酸化膜化膜をつけたウェーハを１１４０
℃の窒素を流した炉から急速に引出し、熱処理誘起のソ
リを発生させた。裏面酸化膜を除去した後、ソリを測定
し、熱処理前の値と比較した結果、改良が認められたの
は００１ａｔ％以上のゲルマニウムを含有したウェーハ
であった。ウェーハのノリは炉から引出し、冷却する際
に生じ易く、実際の冷却速度は遅いが、炉への出入回数
が多いため、その影響は重 されていくことになる。ま
た、デバイスの形成されている面上には、酸化膜、窒化
膜が付いているため、これに起因する応力もウェーハの
ソリを増大させる。
処理誘起のソリをウェーハの急冷という条件下で発生さ
せ種々の実験を行なった。すなわち、ウェーハ裏面にの
み厚さ２μｍの酸化膜化膜をつけたウェーハを１１４０
℃の窒素を流した炉から急速に引出し、熱処理誘起のソ
リを発生させた。裏面酸化膜を除去した後、ソリを測定
し、熱処理前の値と比較した結果、改良が認められたの
は００１ａｔ％以上のゲルマニウムを含有したウェーハ
であった。ウェーハのノリは炉から引出し、冷却する際
に生じ易く、実際の冷却速度は遅いが、炉への出入回数
が多いため、その影響は重 されていくことになる。ま
た、デバイスの形成されている面上には、酸化膜、窒化
膜が付いているため、これに起因する応力もウェーハの
ソリを増大させる。
従って上記の急冷実験はデバイス製造プロセス（第１図
のＤに相当）におけるソリ発生の目安を与えると考えら
れる。以下、実施例にょシ、本発明をよシ詳細に述べる
。
のＤに相当）におけるソリ発生の目安を与えると考えら
れる。以下、実施例にょシ、本発明をよシ詳細に述べる
。
実施例１゜
０．２ａｔ％のゲルマニウムを含有する、直径１００
Ｍの本発明によるシリコンウェーハ及び通常仕様（ゲル
マニウムを含有しないがＩＧ熱処理は施されてリコ いる）の同じく直径１００ ｍのＢドープンｙうウェー
／’に対し、１１４０℃テＷｅ ｔｉｔ Ｂ’ｔＪｔｌ
気Ｋ テ酸化Ｌ、約２μｍ厚の酸化膜を形成した後、表
面の酸化膜のみをフッ酸によシ除去した。これらのウェ
ーハを窒素雰囲気の１１４０℃の炉にゅっくシ挿入した
後、１００ＣＩＩ／ ｍｉｎ、のスピードで炉よシ取シ
出し冷却した。
Ｍの本発明によるシリコンウェーハ及び通常仕様（ゲル
マニウムを含有しないがＩＧ熱処理は施されてリコ いる）の同じく直径１００ ｍのＢドープンｙうウェー
／’に対し、１１４０℃テＷｅ ｔｉｔ Ｂ’ｔＪｔｌ
気Ｋ テ酸化Ｌ、約２μｍ厚の酸化膜を形成した後、表
面の酸化膜のみをフッ酸によシ除去した。これらのウェ
ーハを窒素雰囲気の１１４０℃の炉にゅっくシ挿入した
後、１００ＣＩＩ／ ｍｉｎ、のスピードで炉よシ取シ
出し冷却した。
この後酸化膜を完全に除去し、ソリをマイクロセンス法
によシ測定した。熱処理前のソリｎと比較した場合、ゲ
ルマニウムドープ のウェーハテハソリの増加量は平均
すると３μであったが、通常ウェーハにおいては８０μ
程度となった。この結果は、明らかに、本発明によるウ
ェーハにおいては、ソリの増加が抑制されている事を示
している。
によシ測定した。熱処理前のソリｎと比較した場合、ゲ
ルマニウムドープ のウェーハテハソリの増加量は平均
すると３μであったが、通常ウェーハにおいては８０μ
程度となった。この結果は、明らかに、本発明によるウ
ェーハにおいては、ソリの増加が抑制されている事を示
している。
ソリの増加は、微細パターンの露光において障害。
を生じ、素子歩留りの低下を引き起こすものである。
実施例２゜
０．１ａｔ％のゲルマニウムを含有する、本発明による
直径１００關のシリコンウェーハ及び通常仕様のＰドー
プシリコンウェーハに対し、実施例１と同様にＩＧ処理
後裏面にのみ酸化膜を形成し、しかる後、表面側に２５
μｍ厚のシリコンエピタキシアル層を形成した。エピタ
キシアル成長は１１５００Ｃで、原料ガスとしてジクロ
ロシランを用い、常圧法で行なった。エピタキシアル層
形成後、裏面酸化膜を除去し、同様にソリを測定し、酸
化前のソリ量と比較した。その結果、本発明によるウェ
ーハは通常仕様のものに比べ、ソリ量は１／３以下とな
っている事が確認された。
直径１００關のシリコンウェーハ及び通常仕様のＰドー
プシリコンウェーハに対し、実施例１と同様にＩＧ処理
後裏面にのみ酸化膜を形成し、しかる後、表面側に２５
μｍ厚のシリコンエピタキシアル層を形成した。エピタ
キシアル成長は１１５００Ｃで、原料ガスとしてジクロ
ロシランを用い、常圧法で行なった。エピタキシアル層
形成後、裏面酸化膜を除去し、同様にソリを測定し、酸
化前のソリ量と比較した。その結果、本発明によるウェ
ーハは通常仕様のものに比べ、ソリ量は１／３以下とな
っている事が確認された。
以上の実施例にも示されるように、本発明は、工Ｇ効果
を維持しつつ、ウェーハの熱プロセス誘起のソリを減少
させる上で、著るしい効果を示す。
を維持しつつ、ウェーハの熱プロセス誘起のソリを減少
させる上で、著るしい効果を示す。
第１図は本発明による、ウェーハの製造プロセスを説明
する図である。
する図である。
Claims (1)
- ２ａｔ％以下０．０１ａｔ％以上のゲルマニウムを含有
したチョクラルスキ法単結晶シリコン基板に対し酸素雰
囲気中で５００℃から出発し、５０〜１００°Ｃの段階
で順次上昇させ、最終温度を８５０℃までとする多段階
熱処理を施し、次いで９５０°Ｃ〜１１５０℃の温度で
２時間以上の熱処理を施しだことを特徴とするシリコン
基板の熱処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP187583A JPS59126642A (ja) | 1983-01-10 | 1983-01-10 | シリコン基板の熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP187583A JPS59126642A (ja) | 1983-01-10 | 1983-01-10 | シリコン基板の熱処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59126642A true JPS59126642A (ja) | 1984-07-21 |
Family
ID=11513724
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP187583A Pending JPS59126642A (ja) | 1983-01-10 | 1983-01-10 | シリコン基板の熱処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59126642A (ja) |
-
1983
- 1983-01-10 JP JP187583A patent/JPS59126642A/ja active Pending
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