JPH02220443A - シリコンウエーハのドナーキラー熱処理方法 - 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】 ｌ見上立皿皿皇１ 単結晶シリコンウェーへの製造工程において、不純物に
よるウェーハ汚染を防止することによりその品質の維持
と、歩留まりの向上をはかる方法に関する。

従ｊＪｌＬ術 近年、集積回路を中心とする半導体産業の伸びは著しく
、その生産数量の伸びに加えて、より集積度の高い高性
能半導体素子の開発が日進月歩の勢いで進められつつあ
る。

それに伴ない半導体素子製造のための主役的素材である
高純度の単結晶シリコンウェーハ（以下ウェーハと略称
する）も、その純度や結晶学的品質に関してより高度の
規格が要求されると同時に、その製造コストを下げるた
めに高歩留まりで製造する技術の開発が絶えず必要とさ
れている。

このウェーハは、高純度の多結晶シリコンを融解後ＣＺ
法、ＦＺ法と呼ばれる単結晶引上げ技術により製造され
る単結晶シリコン棒を加工することにより製造されるが
、半導体素子の大部分を占める集積回路素子製造用には
、ＣＺ法によるウェーハが採用されている。

このＣＺ法により製造された単結晶シリコン棒は、−例
として次のような工程を経て鏡面ウェーハ製品に加工さ
れる。すなわち 単結晶シリコン棒−ウエーハ切断−洗浄−面取り加ニー
ラッピングー洗浄−エッチングー洗浄乾燥−背面ダメー
ジ加工→洗浄乾燥−ドナーキラー熱処理−洗浄乾燥−鏡
面研磨−洗浄乾燥−加工特性検査−ウェーハ製品。

この工程中のドナーキラー熱処理（以下熱処理と略称す
る）は、シリコン単結晶中に含まれる酸素不純物による
ドナー効果を消滅せしめ、ウェーハの物理的特性を安定
化させるのに必要な工程である。そうしてこの熱処理は
シリコンに対し不活性な窒素やアルゴンガスの雰囲気下
で行なうのが従来の方法であった。

が解“　しようとする課 ところでこの熱処理の前後において、ウェーハの重要な
物理的特性の１つであるライフタイム（註：　Ｌｉｆｅ
　Ｔｉｍｅ以下ＬＴと略称する）が往々に低下すること
が観察された。

すなわち前記工程に示される、単結晶シリコン棒からエ
ツチング→洗浄乾燥されたウェーハに至るまでの加工段
階でのＬＴが１００〜１５００μｓｅｃの水準にあった
ものが、熱処理後には１００μｓｅｃ以下の４０〜７０
μｓｅｃの水準から、時には測定下限値の１０μｓｅｃ
以下まで低下することがある。

半導体素子製造用ウェーハとして望ましいＬＴ値の規格
は無いが、経験的には少なくとも１０Ｇμｓｅｃ以上で
、長いもの程良いとされているので、このようなウェー
ハ加工段階におけるＬＴ値の低下は望ましいものではな
い。

その理由は、ＬＴが単結晶中の重金属不純物存在の目安
にされていて、ウェーハ熱処理時におけるＬＴ値の低下
は、その工程でウェーハが重金属の汚染を受けたことを
意味するからである。

また微量でも、ウェーハ中に重金属が混入することは、
後の半導体素子製造工程で重要なトラブルの発生原因と
なる得るので、極力避けなければならない。

ＬＴの低下をもたらす重金属の混入原因は、般的に　（
ａ）熱処理前の洗浄乾燥工程において除去し得なかった
表面汚染不純物　（ｂ）熱処理時のウェーハ治具による
汚染（Ｃ）熱処理炉内における炉材その他に起因する雰
囲気汚染等が考えられる。

これら重金属の汚染物質は、常温においてはウェーハ結
晶内に不純物拡散しないが、数１００℃の高温で熱処理
される際に、結晶内部に拡散しＬＴの低下を招くものと
推定される。

課　を　゛するための手 本発明は以上に述べたような問題点を解決するため為さ
れたもので、単結晶シリコンウェーハを、酸素雰囲気下
において、温度６００〜９００℃と時間２４０〜１０分
の間の条件でドナーキラー熱処理することにより、同然
処理時のＬＴの低下を抑制し得ることを確認し、本発明
は完成された。

本発明で特徴とすべき点は、ウェーハ熱処理時の雰囲気
として、従来使用していた窒素や不活性ガスに代って酸
素雰囲気を採用することにある。

事実本発明方法により熱処理されたウェーハはその表面
にＳｔ、、の酸化物層が形成されるが、この層が重金属
の結晶内部への拡散を抑制する効果を有するものと考え
られる。しかし本発明実施により、ウェーハのその他諸
特性に対する悪影響は殆どないことが確認された。

従って本発明方法は、従来ウェーへの汚染原因が不明の
ため、装置材料や薬液純度、洗浄工程の新規追加等で、
必要以上の対策を講じていた加工方法の条件緩和を可能
にする。たとえば従来、超高純度で高価な石英容器を使
用していた洗浄槽や熱処理装置の部品を、比較的安価な
パイレックスガラスに転換したり、超高純度の薬液を使
用していた条件を緩和して、装置や原料、工程の合理化
による加工費低減に寄与するものである。

次に本発明の熱処理条件について説明すると、温度は本
来の目的であるウェーハの酸素ドナーを消去するに必要
な温度である６００〜１０００℃の範囲であれば良く、
好ましくは６００〜９００℃の範囲が通用される。

また熱処理に要する時間は、熱処理温度の高低に依存す
るが、６００〜７００℃の低温領域では２０〜２４０分
、７５０〜９００℃の高温領域では１０〜１８０分の範
囲が好適である。

雰囲気ガスは酸素単体で充分であるが、酸素と窒素また
は不活性ガスとの混合気体でも良く、この場合の組成と
して酸素を５０％含むものでも効果があった。また雰囲
気ガスの圧力は高圧−常圧−低圧のいずれでも良いが、
常圧前後で行うのが装置の管理や操作を容易にする利点
がある。

本発明方法により熱処理されたウェーハは、従来の技術
の項で説明のウェーハ加工工程に従い、熱処理以後に、
洗浄乾燥→鏡面研磨−洗浄乾燥−加工特性検査を経てウ
ェーハ製品として出荷することが可能である。

しかし熱処理後のウェーハにつき、抵抗率の検査を行う
際、従来の標準的なウェーハ抵抗率の測定法である４探
針法（日本電子工業娠興協会制定ＪＥＩＤＡ−１６−１
９７２ｒシリコン単結晶ウェーへの４探針法による抵抗
率の測定方法」）は、ウェーハ表面に存在する５ｉ０２
絶縁層のため正確な測定ができなくなる（渦電流型抵抗
測定法と称し、ウェーハ両端面側にセットされたセンサ
ーを介してウェーハ内に渦電流を発生８せしめ、その変
動値の差を測定することによりウェーハ抵抗値を知る方
法もあるが、同法はウェーハの相対的な抵抗率を測定で
きるだけで、絶対値の測定はできない）。

また本発明により熱処理されたウェーハ表面の５ｉｎ２
層界面部分は、不純物で汚染されており、以後の加工工
程における再汚染の可能性を考慮すると、熱処理工程後
にこの５ｉｎ２層部分を除去することが望ましい。

その除去は、熱処理後のウェーハを、弗酸を含む薬液、
たとえば弗酸０，５〜１０％の水溶液か、これに弗化ア
ンモニウムを添加したような薬液処理により容易に果さ
れる。

以上に説明の本発明の工程部分、すなわち、洗浄乾燥−
背面ダメージ加工→洗浄乾燥−熱処理→薬液処理を、洗
浄乾燥−熱処理−薬液処理−背面ダメージ加工−洗浄乾
燥　とするか、あるいは洗浄乾燥−背面ダメージ加ニー
熱処理−薬液処理→洗浄乾燥とその工程順序を替えても
、前記説明の方法と同様の効果を得ることが可能である
。

■ 酸素はシリコンに対して極めて活性な物質で、条件次第
では、ウェーハの特性に重大な悪影響をもたらす可能性
のある元素である。

にも拘らず本発明の方法により、従来法の問題点である
、ウェーハ熱処理時の重金属汚染が防止される理由は、
酸素雰囲気下でウェーハを熱処理する際、ウェーハ表面
に比較的薄いシリコン酸化膜が形成され、これがウェー
ハ表面に存在する、またはウェーハと接触する治具や雰
囲気中に存在する重金属不純物のウェーハ内部への拡散
を阻止する障壁効果を果すためと推定される。

火施１ユ ＣＺ法により＜１００＞方向に引上げた、ｎ型で抵抗率
８〜１２ΩＣ膳の５”径単結晶インゴットをウェーハに
切断し、面取り加工、ラッピング、エツチングと所定の
工程によりケミカルエッチウェーハ４５枚を作成した。

そのうちの保存用５枚のウェーハのＬＴ測定平均値は１
３４０μｓｅｃであった。

次に前記保存用を除くウェーハ５枚を単位として、それ
ぞれ所定の条件による前洗浄を施して乾燥させ、これを
石英製のボートと処理容器からなる所定の熱処理炉によ
り熱処理した。熱処理の前後の工程、すなわち洗浄乾燥
−熱処理−薬液処理に関しては表１に示す８通りの条件
を設定し、各条件で処理後のウェーハのＬＴ値を測定し
た（ＬＴ値は５枚のウェーハの平均測定値）、この実験
条件のうち、Ｅ−１、Ｅ−２が従来の方法に相当する。

表１で明らかなように、従来と同様の方法であるが前洗
浄工程でＨＦ洗浄を省略し、しかも容器材質をＰｙｒｅ
ｘガラスにしたＥ−３，Ｅ−４の場合には、ＬＴ値の大
幅な低下が見られる。

しかし雰囲気以外は同一条件のＥ−１とＥ−５、Ｅ−２
とＥ−６％Ｅ−３とＥ−７、Ｅ−４とＥ−８で比較して
みると、Ｏ３雰囲気で熱処理したものは、いずれも高い
水準のＬＴ値を示している。

また０□雰囲気下において前洗浄時の条件を、石英でし
かもＨＦ洗浄を加えたＥ−５、Ｅ−６は、Ｎ、雰囲気に
よる同条件の従来法Ｅ−１，Ｅ−２の場合に比べ高いＬ
Ｔ値を示している。同じ＜０２雰囲気で、前洗浄のＨＦ
洗浄を省略したＰｙｒｅｘガラスによる場合のＥ−７、
Ｅ−８でも、Ｎ２＄囲気によるＥ−３、Ｅ−４に比べＬ
Ｔの低下は少なく改善されている。

夾［１１ス ＣＺ法により＜１００＞方向に引上げた、ｐ型で抵抗率
５０〜６０Ωｃｍの６″径単結晶インゴツトを、実施例
１の場合と同様ウェーハに切断し、面取り加工、ラッピ
ング、エツチング、洗浄乾燥と所定の工程によりケミカ
ルエッチウェーハ３９枚を作成した。このうちの保存用
３枚の平均ＬＴ値は１２７５μｓｅｃであった。前記保
存用を除くウェーハを、縦方向に６０枚収容可能な石英
製ボートの処理炉の位置で、人口側−中心部−出口側の
３ケ所に３枚単位でセットし、その他の部分にはダミー
のウェーハを装填し、後は実施例１と同様の熱処理炉に
より、雰囲気ガスとその流量を変化させて熱処理試験を
行なった。

表２に熱処理とその前後の条件、および結果をまとめて
示す、それによれば０２雰囲気の方がＬＴ値は高水準に
あることは明瞭である。また０２雰囲気の場合のガス流
量を変化させ、その効果を比較したが、流量は３〜１０
１７分と高い方が良い結果が得られ、雰囲気ガスの流量
も影響していることが分る。しかしウェーハ位置の差は
殆ど見られない。

ｌ二二盈】 本発明方法の通用により、従来のウェーハ熱処理時の重
金属汚染が原因とみられる、ウェーハのＬＴ低下を防止
する効果は顕著であり、かつウェーハの他の諸特性への
悪影響は無いことが確認された。結果としてウェーハ製
造加工時の歩留まりは向上し、工程合理化による諸材料
費の節減や、品質の安定化により中間工程での検査等も
省略され、工程管理の合理化にも貢献した。

なお熱処理時において、ウェーハ内部への重金属不純物
の拡散が阻止されることは、このウェーハを利用する半
導体素子の製造工程においても、その歩留まり向上や品
質の安定化を可能にし、本発明の産業上の利用性はすこ
ぶる大である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 単結晶シリコンウェーハを、酸素雰囲気下において、温
   度６００〜９００℃と時間２４０〜１０分の間の条件で
   熱処理することにより、該ウェーハのライフタイムの低
   下を防止することを特徴とするシリコンウェーハのドナ
   ーキラー処理方法。