JPH0377330A - シリコン単結晶ウェハーの加工方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シリコン単結晶ウェハーの加工方法に係り、
特に強い転位の固着効果と強いゲッタリング能力を有す
るシリコン単結晶ウェハーの加工方法に関する。

チョクラルスキー法（引き上げ法とも言う）により形成
されたシリコン単結晶インゴットをスライスして形成さ
れたシリコン単結晶ウェハーは、酸素不純物を大量に含
んでいる。この酸素不純物にはシリコン単結晶ウェハー
に生じた転位を固着し抑制する固着効果があり、また、
この酸素不純物はイントリンシック・ゲッタリングに利
用でき、プロセスの際シリコン単結晶ウェハーに浸入し
てくるＦｅ　−、Ｃｕ　％　Ｎ　ｓ等の重金属を吸収す
るという効果があり、現在量もよく用いられている。

〔従来の技術〕

第２図（ａ）〜（ｅ）は従来のシリコン単結晶ウェハー
の加工方法を説明する図である。図示例のシリコン単結
晶ウェハーはイントリンシック・ゲッタリング用のシリ
コン単結晶ウェハーに適用する場合である。

この図において、３０はチョクラルスキー法により形成
されたシリコン単結晶インゴット、３１はシリコン単結
晶インゴット３０をスライスして形成されたシリコン単
結晶ウェハー、３２は酸素原子、３４は酸素析出核、３
５は酸素析出物、３６はシリコン単結晶ウェハー３１の
素子形成領域で、ＤＺ（デヌ・プツト・ゾーン）とも言
われる。

次に、その加工方法について説明する。

まず、第２図（ａ）、（ｂ）に示すように、予めチョク
ラルスキー法により形成された適当な酸素濃度（３０ｐ
ｐｍ程度）の酸素素子３２を含有するシリコン単結晶イ
ンゴット３０をスライスしてシリコン単結晶ウェハー３
１を形成する。ここでのシリコン単結晶ウェハー３１は
戊辰させたままのプロセス熱処理を加えていない状態の
ａｓ−ｇｒｏｗｎ結晶であり、酸素原子３２が結晶内に
均一に含有されている。

次に、第２図（Ｃ）に示すように、シリコン単結晶ウェ
ハー３１に１１００″Ｃ〜１１５０’Ｃの高温熱処理を
施す。この時、結晶表面から結晶表面近傍部分の素子形
成領域３６の酸素が外法拡散されて抜け、結晶内部３７
のみに格子間酸素ともいわれる酸素原子３２が形成され
る。

次に、第２図（ｄ）に示すように、高温熱処理を施した
シリコン単結晶ウェハー３１を２０℃／分以下の冷却速
度でゆっくりと冷却し６００〜８００℃の低温になるま
で冷却し、６００〜８００℃の低温で保持してシリコン
単結晶ウェハー３１を低温熱処理する。この時、結晶内
部３７に第２図（Ｃ）に示す酸素原子３２よりも大きな
酸素析出核３４が形成される。

そして、第２図Ｃｅ）に示すように、低温熱処理された
シリコン単結晶ウェハー３１に更に１０００’Ｃ程度の
高温熱処理を施す。この時、結晶内部３７に酸素析出核
３４よりも大きな酸素析出物３５が形成される。

このように、シリコン単結晶ウェハー３１の素子形成領
域３６に酸素析出物３５を有さない無欠陥層と、シリコ
ン単結晶ウェハー３１の結晶内部３７に酸素析出物３５
を有する欠陥層とを形成していた。

［発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、このような従来のシリコン単結晶ウェハ
ーの加工方法にあっては、ａｓ−ｇｒ。

ｗｎ結晶であるシリコン単結晶ウェハー３１（熱処理前
）の酸素濃度が各ウェハー毎で同しであっても、シリコ
ン単結晶インゴット３０を形成する際の結晶成長中で受
ける熱履歴によりウェハー毎に酸素析出量が異なってく
るため、ウェハー毎のゲッタリング能力も異なってくる
という問題があった。

例え、ば、第２図（ａ）に示すように、最初に結晶が形
成される結晶頭部分ｘ１と最後に結晶が形成される結晶
足部分Ｘ２とでは結晶成長中で受ける熱履歴が異なるた
め、結晶頭部分Ｘｉと結晶足部分Ｘ２とでは酸素析出量
が異なり、ゲッタリング能力も異なってしまう。結晶頭
部分Ｘ１の方が結晶足部分Ｘ２よりも多くの熱処理を受
けるため、結晶頭部分Ｘ１の方が酸素析出量が多く、ゲ
ッタリング能力は大きい。このことは、最終的にデバイ
スの歩留まりに著しく影響を及ぼす。具体的には、ゲッ
タリング能力がウェハー毎に異なりゲッタリング能力の
弱いウェハーが形成されると、プロセスの際素子形成領
域に浸入してきたＦｅ、Ｃｕ、Ｎｉ等の重金属を結晶内
部の酸素析出物（欠陥）で完全に吸収しきれなくなり、
素子形成領域に重金属が残ってしまうことになり、素子
性能に悪影響を及ぼしてしまうことになる。従って、ａ
ｓ−ｇｒｏｗｒｉ結晶であるシリコン単結晶ウェハー３
１（熱処理前）の酸素濃度が同じであれば、同しプロセ
スを通した時にはウェハー毎で同し酸素析出量を示し、
かつウェハー毎のゲッタリング能力も等しいことが望ま
しい。しかも、ゲッタリング能力は高いものが望ましく
、このゲッタリング能力向上のためには結晶内部は高密
度の酸素析出物による欠陥ををし、かつ素子形成領域は
酸素析出物のない無欠陥であることが要求される。

そこで、本発明は、各ウェハー間でのゲッタリング能力
をほぼ等しくすることができ、かつゲッタリング能力を
向上させることができ、良好な素子形成領域を形成する
ことができ、しかも結晶強度の大きいシリコン単結晶ウ
ェハーの加工方法を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によるシリコン単結晶ウェハーの加工方法は上記
目的達成のため、チョクラルスキー法により形成された
シリコン単結晶インゴットをスライスして形成されたシ
リコン単結晶ウェハーを用い、該シリコン単結晶ウェハ
ー表面に酸化膜を形成する工程と、該酸化膜が形成され
た該シリコン単結晶ウェハーを窒素ガス雰囲気中で１１
７０℃以４二１３００″Ｃ以下の温度範囲で熱処理する
工程と、熱処理された該シリコン単結晶ウェハーを１０
０″Ｃ／分以上の冷却速度で冷却する工程と、冷却され
た該シリコン単結晶ウェハーの酸素析出熱処理を行う工
程とを含むものである。

本発明において、シリコン単結晶ウェハーをチョクラル
スキー法により形成されたシリコン単結晶インゴットよ
り形成しているのは、結晶内に多足の酸素原子を容易に
含イｆさせることができるからである。

本発明において、シリコン単結晶ウェハー表面に形成す
る酸化膜膜ｊゾの好ましい態様としては、結晶内に窒素
不純物を容易に導入させることができ、かつ窒素不純物
を外方拡散させない膜厚であるのが好ましく、好ましく
は１００Å以上である。

本発明において、窒素ガス雰囲気中での温度を１１７０
℃と下限を設定したのは、１１７０’Ｃより温度を小さ
くすると結晶内に入る窒素不純物量が非常に少なくなり
ほとんど効果がなく実用り好ましくないからであり、ま
た、上限を１３００℃と設定したのは１３００℃より高
くするとシリコン単結晶のため柔らかくなって変形し易
く、転位が入り実用上好ましくないからである。なお、
窒素不純物量を多量に入れることができ、かつシリコン
単結晶の変形を生じ難くすることができる窒素ガス雰囲
気中の好ましい温度Ｌ！様としては、１２００’Ｃ以上
１２７０℃以下である。

本発明において、冷却速度を１００″Ｃ／分以上と設定
したのは、冷却速度を１００″Ｃ／分より小さくしてゆ
っくり冷却すると折角結晶内に導入した窒素不純物が多
量に外方拡散してしまい、はとんど効果がなく実用上好
ましくないからである。

本発明において、シリコン単結晶ウェハーの酸素析出熱
処理を行う工程とは、例えば６００〜８００℃程度で数
時間の低温熱処理により酸素析出核を形成する工程と、
この工程の後行う例えば１０００℃程度で数時間の高温
熱処理により酸素析出′＠ＩＪ（欠陥）を形成する工程
との２つの工程を含むものである。

〔作用〕 本発明では、チョクラルスキー法により形成されたシリ
コン単結晶インゴットをスライスして形成されたシリコ
ン単結晶ウェハーを用い、このシリコン単結晶ウェハー
表面に酸化膜を形成した後、酸化膜が形成されたこのシ
リコン単結晶ウェハーを窒素ガス雰囲気中で１１７０’
Ｃ以上１３００″Ｃ以下の温度範囲で熱処理することに
より、結晶内に窒素不純物（窒素分子）を拡散させて導
入させるとともに、素子形成領域の酸素を外方拡散させ
ることができる。同時に、シリコン単結晶インゴットを
形成する際の結晶成長中に形成された微小欠陥を分解さ
せることができる。なお、この時、窒素不純物はシリコ
ン単結晶表面に形成された酸化膜の影響を殆ど受けず結
晶内に拡散させ導入することができる。従来、各ウェハ
ー間で微小欠陥量が異なっていたため、各ウェハー間で
ゲッタリング能力が異なってしまうという問題があった
が、１１７Ｑ’Ｃ以上１３００℃以下の熱処理により、
微小欠陥を分解させることができるため、各ウェハー間
でのバラツキをなくして各ウェハー間でのゲッタリング
能力をほぼ等しくすることができる。

次に、熱処理されたシリコン単結晶ウェハーを１００’
Ｃ／分以上の冷却速度で冷却した後、冷却されたシリコ
ン単結晶ウェハーの酸素析出熱処理を行う。ここで行う
結晶冷却時には、その冷却速度が１００℃／分以上とい
うように大きい場合、酸化膜は保護膜として機能し窒素
不純物の外方拡散を抑制することができる。ここで、冷
却速度を従来（２０℃／分以下）よりも大きくしている
のは、結晶表面から窒素不純物が逃げるのを防止するた
めである。従って、多量の窒素不純物を結晶内に効果的
に凍結させることができるため、酸素析出量を多くする
ことができ、ゲッタリング能力を向上させることかでき
、良好な素子形成領域を形成することができる。また、
この窒素不純物は酸素と同様、結晶転位の固着効果があ
るため、従来の酸素のみの場合よりも転位の伝播、増殖
を抑制することができ、結晶強度を大きくすることがで
きる。

〔実施例〕

第１図は、６００大の膜厚で酸化膜を形成したシリコン
単結晶ウェハーを窒素ガス雰囲気中で１２５０℃１１５
分間熱処理した後、４ｃｍ／秒で熱処理炉から引き出す
ことにより１０００℃／分の冷却速度で急冷したシリコ
ン単結晶ウェハー（本発明）と、またこの本発明と冷却
速度のみを変えて７℃／分の冷却速度で徐冷したシリコ
ン単結晶ウェハー（比較例１）と、酸化膜を形成しなか
ったシリコン単結晶ウェハーを窒素ガス雰囲気中で１２
５０″Ｃ１１５分間熱処理した後、４ｃｍ／秒で熱処理
炉から引き出すことにより１０００℃／分の冷却速度で
急冷したシリコン単結晶ウェハー（比較例２）と、また
この比較例２と冷却速度のみを変えて７℃／分の冷却速
度で徐冷したシリコン単結晶ウェハー（比較例３）と、
６００Åの膜厚で酸化膜を形成したシリコン単結晶ウェ
ハーをドライ酸素ガス雰囲気中で１２５０’Ｃ１１５分
間熱処理した後、４ｃｍ／秒で熱処理炉から引き出すこ
とにより１０００℃／分の冷却速度で急冷したシリコン
単結晶ウェハー（比較例４）と、 またこの比較例４と冷却速度のみを変えて７℃／分の冷
却速度で徐冷したシリコン単結晶ウェハー（比較例５）
とを、各々７００°ｃ／２０時間＋１０００℃／２０時
間の酸素析出熱処理した時の酸素析出量を示したのもの
である。なお、ここでのシリコン単結晶ウェハーはチョ
クラルスキー法にまり形成されシリコン単結晶インゴッ
トをスライスして形成されたものであり、直径が４イン
チ、酸素濃度が３０ｐｐｍ　、比抵抗が１０ｏｈｍ、ｃ
ｍ、ボロンドープである。

第１図から明らかなように、表面に酸化膜を形成し、１
２５０℃の窒素ガス雰囲気で熱処理し、１０００’Ｃ／
分で急冷した後、酸素析出熱処理した本発明のシリコン
単結晶ウェハーが比較例１〜５のシリコン単結晶ウェハ
ーよりも酸素析出量が多くゲッタリング能力が向上して
いることが判った。ここで、比較例１が本発明のものよ
り酸素析出量が減少しているのは、７℃／分の冷却速度
で徐冷しているために冷却している間に窒素不純物が外
方拡散して抜けてしまい、これに伴い窒素不純物が結晶
内に入ることによって酸素析出量が増加するという効果
が小さくなることによるものと推定される。

なお比較例３．５についても徐冷しているので上述と同
様である。一方、比較例２．４は本発明のものと同様１
０００’Ｃ／分の冷却速度で急冷しているが、まず比較
例２では酸化膜を形成していないため、窒素が外方拡散
して抜けてしまい窒素不鈍物が結晶内に入ることによっ
て酸素析出量が増加するという効果が小さくなることに
よるものと推定される。また一方、比較例４では窒素不
純物を導入していないからである。また、本発明のもの
は高温の熱処理（１１７０℃以上で１３００℃以下）が
導入されているので、シリコン単結晶インゴットを形成
する際の結晶成長中に形成される微小欠陥を分解するこ
とができ、微小欠陥の影響を受けないようにすることが
でき、各ウェハー間でのゲッタリング能力をほぼ等しく
することができる。しかも、多量の窒素不純物を結晶内
に効果的に凍結させることができるため酸素析出を多く
することができ、ゲッタリング効果を大きくすることが
でき、良好な素子形成領域を形成することができる。

更には、この窒素不純物は酸素と同様、結晶転位の固定
着効果があるため、転位の伝播、増殖を抑１．１１する
ことができ、結晶強度を大きくすることができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、各ウェハー間でのゲッタリング能力を
ほぼ等しくすることができ、か・つゲッタリング能力を
向上させることができ結晶強度を大きくし、良好な素子
形成領域を形成することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係るシリコン単結晶ウェハーの加工方
法の一実施例の効果を説明する図、第２図は従来例の加
工方法を説明す−る図である。 ３０・・・・・・シリコン単結晶インゴット、３１・・
・・・・シリコン単結晶ウェハー３２・・・・・・酸素
原子、 ３４・・・・・・酸素析出核、 ３５・・・・・・酸素析出物。 （１）） （Ｃ） 従来例の加工方法を説明する図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 チョクラルスキー法により形成されたシリコン単結晶イ
   ンゴットをスライスして形成されたシリコン単結晶ウェ
   ハーを用い、該シリコン単結晶ウェハー表面に酸化膜を
   形成する工程と、 該酸化膜が形成された該シリコン単結晶ウェハーを窒素
   ガス雰囲気中で１１７０℃以上１３００℃以下の温度範
   囲で熱処理する工程と、 熱処理された該シリコン単結晶ウェハーを１００℃／分
   以上の冷却速度で冷却する工程と、 冷却された該シリコン単結晶ウェハーの酸素析出熱処理
   を行う工程とを含むことを特徴とするシリコン単結晶ウ
   ェハーの加工方法。