JPS6042840A - 半導体ウエハの処理方法 - 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】 〔う６ゆ」の技術分野〕 本発明は半導体ウェハの処理方法の改良に関する。

〔発明の技術的背景〕

最近、ＬＳＩの微細化に匝なってイントリシックケゞツ
タウェハ（以下ＩＧウェハと称す）か用いられている。

このＩＧウェハは第１図に示す如くウェハ１の光面から
所望深さ・までの表面層に欠陥のない無欠陥領域２が、
所望深さ以上の内部に高密度微小欠陥領域３が、形成さ
れ′／Ｃ槁造になっている。かかるＩＧウェハは内部に
高密度微小欠陥領域３が形成されているため、このウェ
ハより半導体装置を製造する際、その熱処理工程中にお
いてウェハ１の無欠陥領域２の不純物４を高密度微小欠
陥領域３にダックできる（同第１図図示）。また、第２
図に示す如くＩＧウウェを用いて例えば十専体メモｌＪ
’ｔｍ造しｆｃ場合、ウェハ（基板）１表面の無欠陥領
域２に発生した不安なキャリア５・・・などを尚密度微
小欠陥領域３で再結合できる。なお、第２図中の６は基
板１六面に形成されたフィールド厳化膜、７はフィール
ド酸化膜６で分離された島状の基板１領域に薄い酸化膜
８を介して設けらノｔｆ（キャパシタ電極である。図中
の９は一部がケ゛−トば化膜１０を介して基板１表面に
位置し、他端が絶縁膜１１を介して前記キャパシタ電極
７上−に延出したトランスファゲート電極、１２はｊ會
曲絶縁族である。更に、図中の１３１１１３□　、１３
３は前記キャパシタ電極１、トランスファゲート電極９
及び前記基板１の無欠陥狽城２に形成されたｎ＋層１４
と夫々接続されたＡｔ配線である。したがって、ＩＧウ
ウニ・を用いることにより高性能、高４６頼性の半導体
装置を得ることができる。

ところで、上述したＩＧウェハは従来、以下に示す処理
１程によシ造られてｈる。

’ｔず、ＫＶ　Ｘ　ｋ過剰に含んだ（例えば１０　””
７ｃｍ５）シリコンウェハ１を用意する（第３図（、）
図示）。

つづいで、このウェハＪ７１＋−８００℃のば化性雰囲
気中で２〜゛５時間程反熱処理する。この時、ウェハ１
中の過飽和酸素が析出し、微小欠陥の核１５が発生する
（第３図（ｂ）図示）。次いで、１１００℃の酸化性雰
囲気中で４時間和反熱処坤を行なうことによシウエハ１
表面付近の微小欠陥１５が外部に逃散（アウターｒイフ
ユーソヨン）しでウェハ１表向層に欠陥のない無欠陥領
域２が、形成されると共に、ウニへ１内部に筒蜜反微小
欠陥領域３が形成されたＩＧウェハ葡得ることができる
（第３図（ｃ）図示）。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、上述した従来の処理方法にあっては高温
、長時間の熱処理を必喪とするため厚葛の小さな無欠陥
領域（ｆｃとえは５μｍ）を形成することは困難でおっ
た。１だウェハに反シが発生し、この反シによりウェハ
１の無欠陥領域２に欠陥が発生する問題がある。−ｆｆ
ｃ％ぞの熱処理ｆ機中に汚染不純物（例えばＦｅ　＃　
ｃｔ＋　ＩＡｇ　）がウェハＪに取シ込まれる可能性が
める。

更に、熱処理はウェハ１衣面の汚染肋＋ｈを目＃１−Ｊ
として酸化性雰囲気で行なうため、ウェハ１六簡に酸化
膜が積層され、こノＬに伴なってウェハ表面に槓ｌ−欠
陥が新たに生じるという問題がある。その他、ｉｕｉ＋
温、長時間の熱処理を必要とすることからＩＧウェハの
製造コストの’ｍ１ｋ−化を招く。ｌた、通に高温熱処
理を行なった後に低温熱処理を行なう方法もある。しか
しながら、この」δ自ね′低温処理に長時ｒｌＪ′Ｉ要
する。

〔発明の目的〕

本％明は生揚一体つエ、ハへの反シ発生を抑制ないし防
止１一つつ表面層に無欠陥領域、内部に高密度微小欠陥
領域が形成されたＩＧウニ／４低コストで製造し得る処
理方法を提供しようとするものでおる。

〔泥明の概要〕

本発明は半導体ウェハを４００〜９００℃に加熱した状
態で不純物（しｌえば酸素）全イオン注入して該不純物
による微小欠陥を発生せしめることケ峙ｋ〈とするもの
である。こうし方法によれば不ｆＪＩＩ物ｔｅｌ　、ｔ
　ｋｒ　Ｋ−Ａの増殖拡散作用に半導体ウェハの内筒−
に−まて叡木が侵入して倣小欠陥を形成できるｌ（め、
不純物のイオン注入の前又は後。

に縄温熱処理を施すことによって、単時間の処理で表面
層に無欠陥領域、内部に高密度欠陥領域が形成され、か
つ無欠陥領域中への二次的な欠陥発生を低減し六反シ等
の少ないＩＧウウニ・を鼠産的に得ることができる。

上記不純物としては、例えば取木、炭素、窒素或いはこ
れらの混合物等を挙けることができる。

上記不純物のイオン注入時のウニノ・温度を限定した理
由はその温度葡４００℃未満にすると、不純物の増殖拡
散を効果的に行なうことができず、かといって９００℃
を越えると、増殖拡撃−しｆｃ不純物による倣小欠陥の
核形成が困與自となるからである。

〔兜す］の実施例〕

次に、本発明の実施例を図囲（ｉ−β照して評卸１に説
明する。

実施例１ まず、第４図（、）に示す如く不純物として例えば酸素
ｆ：１Ｘ１０１８個／ｃｍ”＊む隼結晶シリコンウエバ
２１ｆ用意した。つづいて、このシリコンウェハ２７’
１６００℃に加熱した状態で不純物、例えば酸素を加速
電圧２００　ｋｅＶドーズ址５刈０１５ｔｌｎ”の条件
でイオン注入した。この時、酸素の増殖拡散作用により
ウェハ２１の内部に微小欠陥２２・・・が篩督朋に生成
された。同時にウェハ２１自体も加熱されることによシ
、高密度の微小欠陥２２・・・が生成された以外の領域
にも過飽和賊系の析出による微小欠陥２２・・・が散在
して生成された（第４図（ｂ）図示）。

次いで、１１００°Ｃの酸化性雰囲気中で３時間熱処理
を施した。この時、ウェハ２１表層に散在しｔｃ微小欠
陥２２・・・がアニールアウトして微小欠陥が消滅した
。同時に、ウェハ２１内部の島′＃度の微小欠陥２２・
・・が周辺に散在した微小欠ｌｆ＋Ｍ　２２・・・奮と
り込みながら石積された。その結果、第４図（ｃ）に示
す如く六面層に無欠陥領域２３が、そ′ｉ］より深い内
部に測密度微小欠陥領域２４が、形成され゛たＩＧウェ
ハが製造された。

しかして、本実施例１によれは単結晶シリコンウェハ２
１をＤｉ定、温度に加熱しなから酵素のイオン注・人を
行なうため、増殖拡散作用によシ短時間でウェハ２１の
内部に高密度の微小欠陥２２・・・全生成できる。しか
も、酸素のイオン注入によりウェハ２ノの内部に篩密度
の微小欠陥２２・・・を生柄できることによりウェハ２
１として叡系磯度が１×１０Ｉｌ！ｌ／ｃｎｌ　と低い
ものを使用できるため、酸素イオン注入時に篩密度の微
小欠陥２２・・・が生成さ７した領域以外では低密肛の
散在した微小欠陥２２・・・が生成されることになる。

このため、ウェハ２１人層の微小欠陥２２・・・をアニ
ールアウトするための高温熱処理工程を短縮できる。そ
の結果、トータル的な熱処理時間全短縮できることによ
ＪＩＧウェハの反り発生を防止でき、ひいては反り発生
に１片７ｉ−９無欠陥領域２３への欠陥発生を防止でき
る。丑だ、酸素のイオン注入によりウェハ２１の内部に
高密度の微小欠陥２２・・・を生成すると共に、ウェハ
２１の低酸木鶴度化と尚温熱処理時間の匂縮とによシ、
従来法では国難であった極めて薄い無欠陥領域（例えば
５〜１０μｍ以下又はそれ以下）の形成が可能となる。

更に高温炉を用いる１−温熱処理時間全短縮でき”るこ
とによシ、炉壁から拡散した不純物による二次汚染を抑
制できる。同様な理由によシウエ八２１表面への酸化膜
のＩＪｙ、長膜ｊ早企薄くできるため、厚い酸化膜成長
によるウェハ２１表面（無欠陥領域２３）への積層欠陥
の発生を抑制できる。

したがって、無欠陥領域２３中の不純物のダッタ効呆に
優れ、かつ不要キャリアの高密度微小欠陥領域２４での
１１結合性にすれ、半導体メ七りゃＣＣＤ尋の基板に適
したＸＧウウニ・を鼠産的に得ることができる。

火ｂｌ［ンリ２ まず、不純物とｊ−で例えば酸素を６×１０　個／ｃｕ
ｔ３Ｑ”ｈ　ｊ４ｉ結晶シリコンウニ／’　２１　’ｋ
　１１００℃の咽化性募［４１」気中で３時間熱処理し
た。この時、ウェハ２１六面の過飽和酸化が逃散（アウ
トディフュージョン）した（紀５図（、）図示）。なお
、ウェハ２１は藏系曖度が低く、力いつ両温熱処理が短
時間でなされるため、ウェハ２１内部には微小欠陥の核
は生成されない。

次いで、ウェハ２ノを６００℃に熱加Ｉ−ながら不純物
、例えば酸素全加速′耐圧２００　ｋｅＶ、ｔ’−ズＭ
　５　Ｘ　１０’　”ｃｍ−２の条件にてイオン注入ｔ
、ｔｃ。

この時、酸素の増殖拡散作用によりウニノ・２１人面よ
り探い内部に篩智反の微小欠陥２２・・・が生成された
。その結果、第５１Ｖａ　（ｂ）に示す如く表面層に無
欠陥領域２３が、それより床い内部に高密度微小欠陥領
域２４が、形成されたＩＧウェハが製造された。

しかして、本実す重列２によ１１は実軸・ｌメｌ　１と
同様、無欠陥領域２３中の不純物のり一゛ツタ効果に優
れ、かつ不要ギヤリアの高密度微小欠陥領域での再結合
性に優れ、半へ４体メモリやＣＣＩ）　Ｉｐのバ板に辿
したＩＧウェハｋ　ｒ＃　ｍ的に侍ることができる。

なお、上ｍｌ夾施例１．２−Ｃの尚温熱処理工程はそれ
ら実施例での温腹に限らず、１０５０〜１２００℃の範
囲で行なって同様な効果′ｆ：達成でへる。

実施例３ まず、不純物として例えば酸素をｌＸｌ０（ｌａ１０ｔ
ｒ’含む単結晶シリ、コンウェハ２１ｆ６００℃に加熱
した状態で不純物、例えば酸素を加速電圧２００ｋｅ■
、ドースゞ鼠５　Ｘ　１０　ｃｎｒ　の条件でイオン注
入した。この時、酸素の増殖拡散作用によシウエハ２１
の内部に微小欠陥２２・・・が高密度に生成された。同
時に゛ウェハ２１自体も加熱されることにより、晶密度
の微小欠陥２２・・・が生成された以外の領域にも過飽
和酸素の析出による微小欠陥２２・・・が散在して生成
された（第６図（、）図示）。

次いでシリコンウェハ、２１の主面に波長１．０６μｍ
１出力０．１　ｍＪ／ｉ４ルス以上のＹＡＧレーザビー
ムを走査［、なから照射した。この時、ウェハ２１人面
に近い部分の散在した微小欠陥がアウトディフュージョ
ンして微小欠陥が消滅した。

同時にウェハ、２）の表面よシ深い部分の筒密度の微小
欠陥２２・・・が周辺に散在した微小欠陥２２・・・含
とり込み々がら集積された。なお、主面とは反対側のウ
ェハ２１の微小欠陥２２・・・は散在した状態でそのま
ま残った。ぞの納屋、第６図（Ｌ、）に示す如く主面層
に無欠陥領域２３が、それよシ深い内部に一定の厚さを
もっ島密反欠陥領域２４が形成されたＩＧウェハが製造
された。

しかして、本実ｈＩ！１例３によれば微小欠陥２２・・
・のアウトディフュージョンをレーデビームの照射によ
シ行なうため、■Ｇウェハの皮シ発生尋を実施例１の方
法に比べて一１７防止できる。

また、ウェハ２１人面のみを加熱できるため、−１ｄ薄
い無欠陥領域′ｆｔ１ｌＩＩＩ御性よく形成できる。

更に、高温炉中での熱処理はは素のイオン注入時のみで
あるため、炉壁の不純物からの二次汚染や酸化機の成長
による無欠陥領域内の積層欠陥の発生を一層抑制できる
。したがって、実施。

し１１で得られ′／ｃＩＧウェハに比べて格段に侵れた
ＩＧウェハ′ｆ：Ｍ′量産的イＵることができる。

なお、上記実施例３ではウェハを所定温度に加熱した状
態で酸素のイオン注入を行なっｌ（住、レーデビームを
照射したが、これを逆にしてレーザビームのＨ＜１射後
にウェハを加熱した状態でｔ成木のイオン注入を行なっ
てもよい。萱だ、レーデビームと【７て出力０．１　ｍ
Ｊ／Ａルスのものを用いんが、０．０１〜０．３　ｍ’
、７””ルス程度のＹＡＧレーザビームを用いれば同様
な効果を発揮できる。

ＹＡＧレーザビームに代ってＣＯ□レーザビーム尋の他
のレーザビーム、エレクトロンビーム等のエイ・ルゼー
ビームを用いてもよい。

実施（ｙＪ　４ レーデビームの照射の代りに出力２０　ｋＷの赤外心閃
九ランプからのフラッシュ光（波長４０００・　〜４０
０００　Ｘ　）　＊照射した以外、実施例３と同様在方
法によ１）ＩＧウェハを製造した。

しかして、火Ｌｌ！ｉし１１４の方法によれは実施例３
と同様な俊ｆ１．たダッタ効果等を有するＩＧウェハ？
ｌ：よりｒｉｉｌ早かつｉ！を性的に得ることができる
。

土ＦｉＬ２笑ｉ例４ではウェハを加熱した状態で陵メ≦
の−ｆオン江人を行なった枝、フラッシュ光を照射１．
だが、こｇを逆にしてフラッシュ光の照射後にウェハを
加熱し７々から酸素のイオン注入を行なってもよい。

実施例５ まず、シリコンウェハ２１人面にｔｔ化股２５を形成し
、この酸化ＩＩ棒２５に開口（ｉｌｉ　２６を形成した
後、該開口部２６から嬉出するウェハ２１を植結晶とし
て全面に単結晶シリコンｌＩｊを欣、長させ、東にこの
シリコンｌＩｊ’ｃ・ンターニン／／”Ｌ−’ｒ晒系を
１×１０　個／Ｃｄｒせむ年結晶シリコンノ９ターフ２
７を形成した。次いで、この自ｉ結晶シリコンパターン
２７の実施例３と同様な処理を施して主面層に無欠陥領
域２３が、そｉｔよシ内部に尚密度微小欠陥領域２４が
形成さ　・ねたインドリシックゲッタリングシリコン１
ｊを有するＳＯＩ金製造しｆｃ　（第７図図示）。

【７かして、本実施例５によれはダッタ効呆等のｈれ、
三次元ヱｈ積回路の基板と１７てｉａ、　１．、、たＳ
ＯＩを量産的に得ることができる。

なお、上記実施例５ではＳＯＩウェハを対天として処理
を行なったが、シリコンウェハ上に早結晶シリコンＡｎ
　を成長させたもの、或いは５Ｏ８（Ｓ目１ｃｏｕ　Ｏ
ｎ　５ａｐｐｈｉｖｅ）ウェハ等にも同様に適用でひる
。

’Ｒｌｃ　％上ｉ已谷″：Ａ施列ではイオン注入する不
純物として眩≦４を用いノζが、炭素、窒素或いは酸オ
、と原糸などの混合物を用いても同様な効果を冗ｂ’！
゛ｃｌきる。

〔％明の効果〕

以上肝述した如く、本発すｊによれば千尋体ウェハへの
反ｐｉｆ＝生を抑制ないし防止しつつ表面１−に無欠１
ｉｌＩＩ＋演域、内部に尚＠度微小欠陥領域がルｌ戊ｆ
ｉｊ１．．千尋体メモリやＣＯＤ等の基板に遇し／こＩ
Ｇウェハな低コストで製造し得る処理方法τ提１共でさ
る。

４．１２１　ｉｌＪ＋の１１ｊ１早な匝明泥１図ｔ、ｌ
　Ｉ　Ｇウェハを示す断面図、第２図はＩＧウェハより
製造された十尋体メモリを示すし「面図、第３図（、）
〜（ｃ）は従来法によるＩＧウェハのＪＡ造工住τπく
す断面図、第４図（、）〜（ｃ）は本元ｉ力の実施銖り
１におけるＩＧウェハの製造工程を示す−を面図、第５
図（ａ）　ｔ　（ｂ）は本晃ゆ］の実施例２におｋｆる
ＩＧウェハの装遺工ｕ　奢示すＩｄＪｆｉ／ｌｉ図、第
６図（、）　、　（Ｌ、）は実施例３におけるＩＧウェ
ハの製造工程を示す断面図、第７図り実施丙５によシ得
らｔＬＪｃイ／トリシックダッタリングシリコン層を、
１−ＪするＳＯＩの断′Ｄｉｉ図である。

２ノ・・・単結晶シリコンウェハ、２２・・・値小欠陥
、２３・・・無欠陥領域、２４川篩晋度倣小欠陥領４Ｚ
７・・・単結晶シリコン・ゼターン。

出細人代理人　ライ−理士　鈴　江　武　か第１図 、第２図 第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　半導体ウェハを４００〜９００℃に力Ｉ７熱し
   ｌＣ状を四で不純物をイオン注入して該不純物による眩
   小欠陥を発生せしめることを特徴とする半導体ウェハの
   処理方法。
2. （２）　不純物か酸素、炭素又は覧索のいずれかのもの
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項ｒｉｔ載
   の半導体ウニ／・の処理方法。
3. （３）半導体ウェハが単結晶シリコンからなることを特
   徴とする特許賄氷の範囲第１項記載の半導体ウェハの処
   理方法。
4. （４）半４体ウェハか絶縁物上に形成された単結晶シリ
   コン層からなるものであることを特徴とする特許ｍｌ氷
   の範囲第１項記載の半導体ウェハの処理力法。・