JPH04130732A - 半導体ウェーハの熱処理方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、半導体ウェーハ、とくに引上げ法により製造
されたシリコン単結晶をスライスして得たウェーハの熱
処理方法に係り、引上げ直後の結晶中のサーマルドナー
の量に対応して、「酸素析出核を誘起させるための熱処
理」（以下、ＩＧ熱処理という）条件を種々変えて、ウ
ェーハ中の酸素の析出量を制御する技術に関する。

［従来の技術］ 引上げ法によって、たとえばシリコン単結晶を製造する
と、原料融液が入るるつぼが、通常は石英製であること
から、引上結晶中に１０　Ｘ　１０”〜２゜ＸＩＯ１７
ａｔｏｍｓ／ａＩｏ″（旧ＡＳＴＭ表示）程度の酸素が
取り込まれる。取り込まれた酸素は、素子製造の工程で
受ける熱処理で、過飽和となり、析出を起こして、微小
欠陥を形成する。この酸素の析出による欠陥が、不純物
等のゲッタリングサイトとなり得ることから、酸素の析
出欠陥を利用したゲッタリングをとくに、イントリンシ
ックゲッタリング（以下、ＩＧという）と称し、クリー
ンなゲッタ一方法の一つとして広く採用されている。Ｉ
Ｇ効果を充分に発揮させるためには、酸素析出量の精密
な制御が必要とされるものの、実際は、引上中に受けた
、結晶の熱履歴の差により、熱処理工程後の酸素析出量
には、ばらつきが生じるのが通常であった。

［発明が解決しようとする課題］ シリコンウェーハ中の、二のような酸素の析出挙動につ
いては、たとえば、エーエスティーエムタースク　フォ
ース　コミツテイ（Ａ　Ｓ　ＴＭ　Ｔａ５ｋＦｏｒｃｅ
　Ｃｏｍｍ１ｔｔｅｅ）の報告、「シリコンウェーハに
おける酸素析出に関する試験」（Ｔｅｓｔｉｎｇ　ｆｏ
ｒＯｘｙｇｅｎ　Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　
５ｉｌｉｃｏｎ　Ｗａｆｅｒｓ″）（Ｓｏｌｉｄ　５ｔ
ａｔｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　／　Ｍａｒｃｈ　１９
８７．　Ｐ、８５）に記載されている。

これによると、種々の初期格子間酸素濃度（以下、初期
Ｏ１という）のシリコンウェーハに対して、１０５０℃
で１６時間の熱処理を行なったり、あるいは、７５０℃
で４時間の熱処理を行ない、さらに１０５０℃で１６時
間の熱処理（詳細な条件は表−１）を行なったりして、
熱処理前の初期○ｉと、熱処理前後のその変化量（以下
Δ○ｉという）との関係を、グラフにした場合、それぞ
れ第６図と第７図のようになる。

表−１に記載の熱処理は、酸素析出量調査のための簡易
熱処理条件（以下、シミュレーション熱処理という）と
して従来より用いられているが、これらのシミュレーシ
ョン熱処理によれば、ΔＯｉとデバイスの歩留りの関係
は、第８図のようになる。ここで、デバイス歩留りに、
悪影響を与えない範囲の、第８図中の斜線部を満たすΔ
Ｏｉを確保する目的で、初期○ｉがほぼ同一にそろった
複数のウェーハに対して、通常行なわれているように、
−律に６５０℃、６０分間のＩＧ熱処理を施しても、Δ
○ｉは、ウェーハ毎にバラついて、前記の範囲内に制御
することができない。すなわち、初期Ｏｉに対しΔ○ｉ
は、平均値的には８字カーブを描くものの、そのばらつ
きが大きくなる。

表−１ ［課題を解決するための手段］ ところで、引上げ法により、結晶中に取り込まれた酸素
の一部は、引上時の熱履歴によりドナー化するため、予
め添加した、リンやホウ素等の不純物によって決定され
るはずの抵抗率を、引上結晶が示さなくなる。この、酸
素に起因し結晶中に生じるドナーを、サーマルドナーと
称しているが、サーマルドナーは１通常、６５０℃、３
０分程度の熱処理により、消去することができる。引上
げ直後の結晶中のサーマルドナー濃度を求めるには、後
述のようにして、結晶引上げ後の抵抗率と、６５０℃、
３０分程度でドナー消去を行なった後の抵抗率との関係
を眉いる。

本発明は、デバイス製造工程後の、ウェーハ中の酸素析
出量ΔＯｉを均一にするために、従来に代わって採用す
べきＩＧ熱処理条件を提供する。

すなわち、前記の、デバイス製造工程におけるΔＯｉの
ばらつきという問題をなくし、所望のΔ○ｉに制御性良
く収めて、デバイス歩留りの向上を図るもので、半導体
単結晶をスライスして得たウェーハの熱処理方法におい
て、引上げ直後の結晶中の、上記サーマルドナー濃度に
対応して求められた熱処理条件で、ＩＧ熱処理を行なう
ことを特徴としている。

とくに、ＩＧ熱処理の温度条件を同一にそろえ。

サーマルドナー濃度の高いものほど、短時間のＩＧ熱処
理を施す方法を採用すると制御性が良い。

さらに述べれば、予め、チョクラルスキー法により製造
されたシリコン単結晶各部からスライスした、互いにサ
ーマルドナー濃度の異なるウェーハに対して施した、Ｉ
Ｇ熱処理の条件（処理温度及び時間）と、つづく、シミ
ュレーションを通した後の酸素析出量ΔＯ１、との関係
を求めておいて、この関係に則り、狙いとする酸素析出
量をつ工−ハに与えるための、ＩＧ熱処理条件を定める
のである。

［作用コ 本発明の実施に当たっては、まず、チョクラルスキー法
により製造したシリコン単結晶の各部から抜き取ったウ
ェーハの、ＩＧ熱処理前後の抵抗率より、　Ａ　Ｓ　Ｔ
Ｍ（Ｆ７２３−８２）を使い、ドーパント濃度に換算し
て差をとり、サーマルドナー濃度を算出する。

サーマルドナー濃度＝５Ｘ１０”’（（１／ρ、、）−
（１／ｐ、））ρ、：ＩＧ熱処理前の抵抗率 ｐ、：ＩＧ熱処理後の抵抗率 初期Ｏ１が、１５．５　Ｘ　１０”　ａｔｏＩＯｓ／ｃ
ｃ　〜１６．５　Ｘ　１０”ａｔｏｍｓ／ｃｃのウェー
ハの場合、サーマルドナー濃度と各シミュレーション熱
処理後のΔＯ１の関係は、第５図のようになり、Δ○ｉ
は、引上げたときの単結晶中のサーマルドナー濃度が高
いほど、多いということが分かった。

そこで、まず、たとえば、初期酸素濃度が、１６．０Ｘ
１０１′ａｔｏｍｓ／ｃｃのほぼ一定で、サーマルドナ
ー量が０．ｌＸ１０”ａｔｏｍｓ／ｃｃ〜１．６Ｘ１０
”ａｔｏｍｓ／ｃｃと、それぞれ異なるシリコンウェー
ハ毎に、温度と時間を、それぞれ、５５０℃〜７００℃
、１時間〜８時間と変化させて、ＩＧ熱処理を行なう。

その後、・８００℃×４時間ｉｎ　Ｎ　、　＋　１００
０℃×１６時間ｉｎ　ｄｒｙｏ、（以下、熱処理Ａとい
う）、 ・９００℃×４時間ｉｎ　Ｎ、＋１０００℃Ｘ１６時間
ｉｎ　ｄｒｙｏ２（以下、熱処理Ｂという）、 −１０００℃×１６時間ｉｎ　ｄｒｙｏ、（以下、熱処
理Ｃという） の各シミュレーション熱処理を施し、それぞれ、酸素析
出量をみると、第３図のようになる。

すなわち、ΔＯｉをそろえるためには、温度が同じなら
ば、サーマルドナー濃度が高いものほど、ＩＧ熱処理の
時間を短くする必要があることが分かる。逆に、時間が
同じならば、温度を下げる必要があることも分かる。

したがって、第３図のグラフを用いると、サーマルドナ
ー量の異なるシリコン単結晶インゴット中の各部位ごと
に、ΔＯｉを最適値にするための、ＩＧ熱処理条件（温
度、時間）を求めることができる。このようにして求め
た条件を用いて、ＩＣ熱処理を行なえば、単結晶中の酸
素析出量を均一にすることができ、ひいては、これから
作製されるデバイスの歩留が向上することになる。

［実施例１］ 常法により、ＣＺ法に上り引上げたときのシリコン単結
晶中の初期○ｉは、概ね（１６±０．５）Ｘ１０”ａｔ
ｏｍｓ／ｃｃで、引上げ単結晶の長さ方向にわたっての
サーマルドナー濃度は、第４図に示した通りであり、こ
れを、単結晶の長さ方向に適当に分けた各ブロックにつ
いて、平均値をとって表すと、第２表のようになる。

第２表 二二で、酸素析出量ΔＯ１が、熱処ｍＡのシミュレーシ
ョン熱処理後では、８Ｘ　１０”　ａｔｏｍｓノｃｃ以
上が、熱処理Ｂのシミュレーション熱処理後では、４Ｘ
１０”　〜６Ｘ１０”ａｔｏｍｓ／ｃｃが、熱処理Ｃの
シミュレーション熱処理後では、３　Ｘ　１０”　ａｔ
ｏＩＩｌｓ／ｃｃ以下が、デバイス作製上、最も適した
値であることが判っている場合、単結晶のトップ側がら
■■■・・・■の各ブロックでの平均サーマルドナー濃
度は、第２表に示したとおりであるから、これらの値を
、第４図に対応させれば、第３表のように、ＩＧ熱処理
の最適条件を選ぶことができる。

第３表 こうして、ＩＧ熱処理を施した、単結晶のそれぞれのブ
ロックから切りだしたウェーハについてシミュレーショ
ン熱処理を行なった結果、その酸素析出量Δ○ｉと初期
Ｏ１との関係は、第１図のようになった。

比較のために、従来どおりの、６５０℃×２．５時間の
ＩＧ熱処理を一律に行なったものについて、酸素析出量
ΔＯｉと初期Ｏｉとの関係をとると、第２図のようにな
った。

本実施例による、デバイス歩留りは、前記従来のそれと
比較すると、約１０％向上する。

本実施例からも分かるように、本発明の方法に従って条
件をもとめ、ＩＧ熱処理を行なえば、その後のデバイス
製造工程において、酸素析出量にバラつきを起こさず、
デバイスの製造歩留りを向上させることができる。

なお、本発明では、たとえば、次のような回帰式から、
ＩＧ熱処理時間（１）を求める二とができる。

ΔＯ１：α　・初期０ｉ＋β　・サーマルドナー濃度子
γｔ＋δ狙いとする酸素析出量Δ０１、測定した初期０
１及びサーマルドナー濃度より、 γ ６５０℃のＩＧ熱処理時間を求めた場合、八〇１（８０
０℃、４ｈｒ＋１０００℃、１６ｈｒ）＝２．０９ｘ初
期Ｏｉ＋０．２３７Ｘサーマルドナー濃度＋０．１５４
７ｔ２３．１７７ Ｒ＝９７．７％ Δ０ｉ（９００℃、４ｈｒ＋１０００℃、１６ｈｒ）＝
１．１０Ｘ初期Ｏｉ＋１．０７７Ｘサーマルドナー１ｉ
＋２．０４ｔ−１６，８７ Ｒ＝７８．７％ となった。

上記実施例は、６５０℃付近の低温熱処理による酸素析
出を誘起させる。ＩＧ効果を付与したが、あらかじめ、
高温（通常１１００℃以上）熱処理による酸素の外方向
拡散を行なってから、低温の熱処理を施す、いわゆる２
ステツプＩＣについても同様に適用できる。

２ステツプＩＧの場合のサーマルドナー濃度と、酸素析
出量との関連は、第９図に例示した。この図は、高温（
１１７５℃）と低温（７００℃）の２ステツプＩＣ処理
後、熱処理Ｃのシミュレーションを施した場合を示して
いるが、前記の実施例と同様、サーマルドナー濃度の増
加にともない、酸素析出量も増加する。すなわち、酸素
析出量の精密なコントロールをするためには、サーマル
ドナー濃度が高い基板に対しては、２ステツプＩＧの場
合でも、高温熱処理後の、低温の熱処理時間を短かくす
る必要がある。低温熱処理の条件は、サーマルドナー濃
度に対応して求めることが、重要である。

［発明の効果コ サーマルドナー濃度を一つの指標として定めた熱処理条
件を採用した本発明によれば、引上げ後の結晶中のサー
マルドナー濃度に対応して求められた条件で、ＩＧ熱処
理を施すため、デバイス製造工程において、狙いとする
酸素析出量をウェーハに与える際、従来の一律のＩＧ熱
処理法を採用する場合に較べ、そのバラツキが減少し、
最終製品であるデバイス歩留りを向上させることができ
た。また、このようにすれば、−本の単結晶インゴット
の利用率を上げることができ、生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法によった場合の、初期格子間酸
素濃度Ｏｉと熱処理前後のその変化量ΔＯｉとの関係を
示す図。 第２図は、従来の方法によった場合の、初期格子間酸素
濃度Ｏｉと熱処理前後のその変化量ΔＯｉとの関係を示
す図。 第３図は、酸素析出核を誘起させるための熱処理時間と
、その後の、各シミュレーション後のΔＯｉとの関係を
示す図。 第４図は、単結晶の各固化率における、結晶中のサーマ
ルドナー濃度を示す図。 第５図は及び第９図は１、サーマルドナー濃度と各シミ
ュレーション後の△Ｏｉとの関係を示す図。 第６図及び第７図は、初期０１と八〇ｉとの関係を示す
図。 第８図は、Δ０１とデバイス歩留りの関係を示す図。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １石英るつぼ内融液から引上げ法により育成した半導体
   単結晶をスライスして得たウェーハの熱処理方法におい
   て、引上げ後の結晶中のサーマルドナー濃度に対応して
   求められた条件で、酸素析出核を誘起させるための熱処
   理を施すことを特徴とする半導体ウェーハの熱処理方法
   。 ２酸素析出核を誘起させるための熱処理の温度条件が同
   一のとき、サーマルドナー濃度の高いものほど、短時間
   の前記酸素析出核を誘起させるための熱処理を施すこと
   を特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハの熱処理方
   法。