JPH04144235A - 半導体ウェーハおよびその製造方法 - 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、半導体ウェーハおよびその製造方法に関する
。　詳しくは、その断面の深さ方向においてデバイス形
成を行う面側の酸素濃度がデバイス形成を行わない面側
より低（、酸素濃度分布が非対称である半導体ウェーハ
およびその製造方法に関する。

〈従来の技術〉 近年、超ＬＳＩなどの大容量化極微細配線化された半導
体集積回路装置においては、シリコンウェー八表面のキ
ズやゴミなどによる特性不良を防止するだけでな（、シ
リコンウェーハそのものが起す格子欠陥や酸素ドナーに
よる特性不良を防止する必要が生じている。

このため、シリコンウェーハのデバイス形成を行う面側
のデバイス形成領域（デバイス活性領域）からウェーハ
内に誘起されるもしくは存在する欠陥や各種金属原子等
の不純物を初期熱処理によって除去したイントリンシッ
クゲッタリング効果（ＩＧ効果）を有するウェーハおよ
びその作成方法が特開昭６０−１９８８３２号公報に開
示されている。

ここに開示されたシリコンウェーハの作成は、 （Ｉ）デバイス形成領域の固溶酸素を外方拡散によりウ
ェーハ外へ除去し、該領域での固溶酸素濃度を減少せし
めて、デヌーデッドゾーン（以下、ＤＺという。）を形
成せしめる高温（１１００℃近辺）熱処理（以下、ＤＺ
形成熱処理という。）、および （ＩＩ）ゲッターサイトとなる酸化物析出物、積層欠陥
の発生サイトとなる析出核を発生させるための８００℃
近辺での熱処理（以下、核生成熱処理という。）、 の２種類の熱処理をそれぞれ独立して組みあわせること
により、行なわれている。　ところが、実際には、この
方法では、この（Ｉ）（ＩＩ）の熱処理、または、その
組合わせのどの熱処理においても、格子間酸素の拡散、
析出現象が起きるため、ＤＺ中、析出核の大きさ、密度
のコントロールが困難であるという問題がある。

デバイス形成領域を持つ表面（デバイス形成を行う面）
ではない、ゲッターサイトを形成した場合効果を生ずる
、デバイス形成領域をもたない表面（デバイス形成を行
わない面）側からも、格子間酸素の外方拡散を生じ、ウ
ェーハ全体としてのゲッター能力を低下させる等の問題
がある。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、デバ
イス形成を行う面側のデバイス形成領域には酸素の外方
拡散により、酸素濃度が低（欠陥のないデヌーデッド領
域（ＤＺ）が形成され、このデバイス形成領域より内側
のウェーハ内部からデバイス形成を行わない面の近辺ま
でには酸素濃度が高く、析出核が多数生成され、酸素濃
度分布が非対称である、ゲッター能力が高くデバイス形
成時の歩留りのよい半導体ウェーハ、および、上記特徴
を有する半導体ウェーハを１回の熱処理で行うことがで
き、ＤＺ幅や析出核生成を精度よく制御することができ
る半導体ウェーハの製造方法を提供することにある。

く課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、そ
の断面の深さ方向の酸素濃度分布が非対称であることを
特徴とする半導体ウェーハを提供するものである。

ここで、前記酸素濃度分布は、デバイス形成を行う面側
からデバイス形成を行わない面側に向かって増加するの
が好ましい。

また、本発明の第２の態様は、シリコン単結晶ウェーハ
の二つの表面のうち、デバイス形成を行わない面全体を
低温源に接触せしめ、デバイス形成を行う面側を連続的
もしくはパルス的に高温で加熱すると同時に、格子間酸
素振動波長近傍の光ビーム照射することを、不活性ガス
雰囲気中で行うことにより、前記デバイス形成を行う面
の表面近傍から格子間酸素を外方拡散させてデヌーデッ
ドゾーンを形成すると同時に、前記ウェーハ内部にゲッ
タリングサイトに成長する析出核を多数生成せしめるこ
とを特徴とする半導体ウェーハの製造方法を提供するも
のである。

以下に、本発明をさらに詳細に説明する。

本発明の半導体ウェーハは、成長単結晶シリコン（ａｓ
　ｇｒｏｗｎ　Ｓｉ　）ウェーハの厚さ方向にはぼ均一
に分布する格子間酸素をデバイス形成を行う面（以下、
デバイス形成面という）からデバイス形成領域（デバイ
ス活性領域）において外方拡散させ、その濃度を減少さ
せ、デバイス形成領域からデバイス形成を行わない面（
以下、デバイス非形成面という）までのより内側の深い
領域ではシリコンと酸素を主要構成物質とする析出核と
して析出させ、■・Ｇ（イントリンシックゲッタリング
）効果を持つものである。

すなわち、第１ａ図に模式的に示すように、本発明の半
導体ウェーハ１０は、デバイス形成面１２から断面深さ
方向（厚さ方向）の所定のデバイス形成領域１４では酸
素濃度が低く、例えば、５　Ｘ　１０　”ａｔｏｍｓ／
ｃｍ”以下であり、格子欠陥の存在しないデヌーデット
領域（ＤＺ）が形成され、デバイス形成領域１４の内側
からデバイス非形成面１６近辺までのゲッタリング領域
１８では、酸素濃度が高く、例えば、１　、４　Ｘ　１
０　Ｉ８ａｔｏｍｓ／ｃｍ”以上であり、デバイス形成
中にウェーハ内に誘起もしくは存在する有害な不純物や
欠陥を吸収して取り除くすなわちゲッタリングのための
ゲッターサイトに成長する析出核（格子欠陥）２０が多
数存在する。

これに対し、従来の半導体ウェーハ１００は、第１ｂ図
に示すように断面深さ方向において酸素濃度が対称であ
り、ゲッタリング領域１８のデバイス非形成面１６側の
領域２２においても酸素濃度が低（、析出核が存在せず
、あるいは少ないため、ゲッタリング領域１８全体での
ゲッターサイトの数が不十分となり、ウェーハ１００全
体としてのゲッター能力を低下させ、ひいては半導体デ
バイスの歩留りを低下させていた。

従って、本発明の半導体ウェーハ１０は、その断面の深
さ方向に対して酸素濃度分布がデバイス形成面１２側が
低（、デバイス非形成面１６側が高い非対称であること
を特徴としている。

このような半導体ウェーハ１０の断面深さ方向の酸素濃
度分布は、デバイス形成面１２側からデバイス非形成面
１６側に向って増加するのが好ましい。

ここで、デバイス形成面１２側の酸素濃度は、少なくと
もデバイス形成領域１４において、　５　Ｘ　１０　”
ａｔｏｍｓ／ｃｍ”以下であるのが好ましい。　この理
由は該熱処理において、格子間酸素を固溶限以下の濃度
に保つことができるためである。　また、デバイス非形
成面１６側の酸素濃度は、すなわち、ゲッタリング領域
１８では、１　、４　Ｘ　Ｉ　Ｏ”ａｔｏｍｓ／ｃｍ”
以上であるのが好ましい。　この理由は該熱処理におい
て、充分な数の潜在核を発生させることが可能であるか
らである。

本発明の半導体ウェーハは、基本的に以上のように構成
されるが、以下にこのような半導体ウェーハを製造する
本発明の半導体ウェーへの製造方法について詳細に説明
する。

上述したように、半導体ウェーハに工・Ｇ効果を持たせ
本発明の半導体ウェーハとするため行うＩ−Ｇ処理の目
的は、ａｓ　ｇｒｏｗｎ　Ｓｉウェーハの厚さ方向にほ
ぼ均一に分布する格子間酸素を、■デバイス形成領域で
濃度を減少させること、および■デバイス形成領域より
深い位置では、Ｓｉ、酸素を主要構成物質とする、析出
核として析出させることである。　このためには、従来
のように、別々の温度で熱処理するのでなく、■ウェー
ハ内部に温度勾配をつけ、ウェーハ内部よりデバイス形
成をしない面側を析出核生成温度に近い温度に保ち、デ
バイス形成側表面をそれより高温にする。　■デバイス
形成表面側をさらに高温にするため、格子間酸素の振動
波長に近い光ビーム、例えば同波長近傍のレーザー光ま
たは同波長近傍に分光されたハロゲンランプ光を照射し
、ウェーハでの吸収を利用して表面付近の温度を上げる
。　■不活性ガス雰囲気中で処理することにより、ウェ
ーハ外への酸素の外方拡散を効率的に行なう。

これら■、■および■を満足させることによリ、■・Ｇ
効果の高いウェーハを単一の工程で作成できる。

本発明の半導体ウェーハの製造方法を実施するための半
導体ウェーハ製造装置の一実施例の概念図を第２図に示
す。

この半導体ウェーハ製造装置３０は、単結晶シリコンか
ら加工されたシリコンウェーハ（原料ウェーハ）３２の
デバイス非形成面１６を析出核生成温度近傍の温度に保
つためにデバイス非形成面１６全体と接触する低温源３
４と、シリコンウェーハ３２のデバイス形成面１２を連
続的もしくはパルス的に高温で加熱する補助加熱装置３
６と、この補助加熱装置３６による加熱に加えてデバイ
ス形成面１２から酸素を外方拡散させてデバイス形成領
域をデヌーデッド領域とするための温度までデバイス形
成面１２を加熱する、格子間酸素の振動波長に近い波長
の光ビーム３８を照射する光源４０とを有する。

ここで、シリコンウェーハ３２の加熱処理は、不活性雰
囲気４２で行うのがよい。　また、光ビーム３８が通過
する領域を除き、補助加熱装置３６の背後にはウェーハ
３２に向けて熱を反射する熱反射板４４を設けておくの
がよい。

ここで本発明の半導体ウェーハ１０を作成する原料とし
て用いられるシリコンウェーハ３２は、特に制限的では
く、公知のチョクラルスキー法（ＣＺ法）、で作られた
単結晶を加工して得られた未処理のシリコンウェーハで
あって、通常程度の酸素濃度を有するシリコンウェーハ
であればよい。

本発明に用いられる低温源３４としては、シリコンウェ
ーハ３２を収納でき、ウェーハ３２のデバイス非形成面
１６全体と接触、好ましくは均等に接触できる面を有し
、デバイス非形成面１６を析出核生成温度近傍に保つこ
とができるものであればよく、例えば、ウェーハ３２を
収納するＳｉＣ製ボート、Ｓ　ｉ　Ｏｘ製ボートなどを
挙げることができる。　低温源３４の温度は３００〜６
００℃、好ましくは３５０〜４００℃に保つのがよい。

　この理由は該熱処理において、ウェーハのデバイス形
成領域以外の領域を、酸素析出物の析出核生成温度に保
つことが可能だからである。

補助加熱装置３６は、シリコンウェーハ３２のデバイス
形成面１２側を所要の温度（さらに光ビーム３８の照射
によりデバイス形成面１２を酸素の外方拡散を促進する
温度にすることができるように予め加熱してお（べき温
度）に連続的もしくはパルス的に加熱するためのもので
、光ビーム加熱と併用可能であればどのようなものでも
よく、例えば、輻射型の加熱装置などが好適に用いられ
る。　この補助加熱装置３６により得られる加熱温度は
９００〜１０００℃であるのが好ましい。

光ビーム３８は、ウェーハ３２のデバイス形成面１２側
の温度を、最終的に酸素の外方拡散を促進する温度まで
昇温できるものであれば、特に制限的ではないが、格子
間酸素の振動波長、すなわち、１１０６ｃｍ−’　（０
，９μｍ）付近の波長を有する光ビームが好ましい。　
このような光ビームとしては、例えば上述波長近傍の波
長のレーザ光あるいは同波長近傍に分光されたハロゲン
ランプ光などが挙げられる。

補助加熱装置３６および光ビーム３８の照射によるウェ
ーハ３２のデバイス形成面１２の加熱温度は、１０００
’Ｃ以上であるのが好ましく、より好ましくば１１５０
−１２５０’Ｃがよい。　このとき、低温源３４と接触
しているウェーハ３２のデバイス非形成面１６の温度は
、３００〜６００℃、より好ましくは、３５０〜４００
℃に保つのが好ましい。

さらに、ウェーハ３２のデバイス形成面１２を加熱処理
する際には、デバイス形成領域１４（第１ａ図参照）か
らの酸素の外方拡散を促進するために、デバイス形成面
１２を不活性ガス雰囲気４２とするのが好ましい。　す
なわち、デバイス形成面１２と熱反射板４４との間の空
間４２を不活性ガスで満たすのがよい。　本発明で用い
られる不活性ガスとしては、特に制限的ではなく、例え
ば純Ｎ２ガス、２％以内の０□を含有するＮ、ガスなど
が挙げられる。

本発明法においては、−回の熱処理において、ウェーハ
３２のデバイス形成面１２側を所定の高温に保持し、同
時にデバイス非形成面１６側を所定の低温に保持してウ
ェーハ３２内に厚さ方向の温度勾配を生じせしめ、高温
側のデバイス形成面１２からの酸素の外方拡散を促進し
、ウェーハ３２の厚さ方向の酸素濃度分布にも濃度勾配
を生じせしめ、厚さ方向に対して酸素濃度を非対称とす
ることができる。　従って本発明法においては、第１ａ
図に示すようなデバイス形成面１２側のデバイス形成領
域１４には欠陥がないデヌーデッド領域が形成され、そ
の内側からデバイス非形成面１６側のゲッタリング領域
には多数のゲッターサイトに成長する析出核を有する半
導体ウェーハを１回の熱処理で製造することができる。

〈実施例〉 以下に本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。

第２図に示す半導体ウェーハ製造装置３０を用いて、本
発明の半導体ウェーハを本発明の半導体ウェーへの製造
方法に従って製造した。

用いたシリコンウェーハおよび各要素の諸元、仕様およ
び処理条件は以下に示す通りであった。

試料ウェーハ３２　：　６ｉｎｃｈφ（１５，２４ｃｍ
）、厚さ約６２５ｇｍ、Ｐ型（Ｂ）比抵抗８〜１０Ω・
ｃｍ、酸素濃度１．４〜１　、７　Ｘ　１０　”　ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ”、低温源３４：ウェーハ３２を収納する
ＳｉＣ製ボード、温度３５０〜４００℃、 補助加熱装置３６：抵抗加熱用ヒーター（カンタルＡＦ
）、単独使用時の加熱温度９００〜１０００℃、 光ビーム３８　：　１１０６ｃｍ−’　（０，９μｍ）
付近に分光されたハロゲンランプ光、補助加熱装置３６
との併用による光ビーム照射位置におけるウェーハ３２
のデバイス形成面１２の表面温度１１５０〜１２５０℃
、 不活性ガス：純Ｎ２ガスもしくは２％以内の０２を含む
Ｎ２ガス、 以上のような条件の下で、ウェーハ３２を８時間）熱処
理を行った。

得られた半導体ウェーハのウェーハ深さ方向の格子間酸
素濃度分布およびウェーハ深さ方向の欠陥密度を第３図
および第４図に示す。

こうして得られた本発明の半導体ウェーハおよび従来の
半導体ウェーハをＣｕ定量汚染し、これを、１０００℃
、１６ｈｒｓ、Ｏｚ熱処理した後、Ｏ３Ｆ密度（酸化誘
起積層欠陥密度）を調べた。　これらの結果を第５図に
示す。

第３図の結果から明らかなように、本発明の半導体ウェ
ーハのデバイス形成面から約６０μｍの深さまでは格子
間酸素濃度が約１０ビａｔｏｎｅｓ／ｃａｂ”から約８
　Ｘ　１０　”ａｔｏｍｓ／ｃｍ”まで増加し、約６０
μｍから約６００μｍ前後まででは、約７〜８　Ｘ　１
０　”ａｔｏｍｓ／Ｃｍ”のほぼ一定値を保ち、深さ方
向において酸素濃度に勾配が存在することがわかる。　
半導体ウェーハが第３図に示す酸素濃度分布を有してい
る時、デバイス形成表面側の表面から２０μｍ以下の深
さでは極めて欠陥密度が低（、急激に低下しているので
極く表面側のデバイス形成領域には欠陥がほとんどない
ことが理解できる。　一方、約５０μｍから約６００μ
ｍ前後までの領域では欠陥密度は約１０’個／ｃｍ”で
ほぼ一定値を保ち、ゲッターサイトに成長する析出核が
十分に存在していることがわかる。

第５図の結果から明らかなように、同濃度のＣｕ定量汚
染では従来法で得られた半導体ウェーハに比べ本発明法
で得られた半導体ウェーハの方がいずれの濃度において
もＯ３Ｆ密度が低（、本発明の半導体ウェーハは歩留り
改善が可能となることがわかる。

〈発明の効果〉 以上、詳述したように、本発明の半導体ウェーハによれ
ば、デバイス形成を行う面側のデバイス形成領域には酸
素濃度が低く、欠陥のないデヌーデッド領域（ＤＺ）を
有し、これよりもウェーハ内部側からデバイス形成を行
わない面近辺までは、ゲッターサイトに成長する析出核
を多数有しているので、■・Ｇ効果を有し、ゲッター能
力が高（、デバイス作成時の歩留りのよい半導体ウェー
ハを提供することができる。

また、本発明の半導体ウェーハの製造方法によれば、通
常の成形加工された単結晶シリコンウェーハのデバイス
形成面側を所定の高温に保持して、格子間酸素を外方拡
散してＤＺの形成を行うと同時に、そのデバイス非形成
面を所定の低温に保持して析出核生成を行うことにより
、上述の効果を有する半導体ウェーハを１回の熱処理で
製造できるので、■工程時間の短縮、■ＤＺ幅、析出核
生成の精度よい制御、■ゲッターサイト数の総量の増加
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は、本発明の半導体ウェーへの一実施例の模式
的断面図、第１ｂ図は、従来の半導体ウェーハの模式的
断面図である。 第２図は、本発明の半導体ウェーハの製造方法を実施す
る製造装置の一実施例の概念図である。 第３図および第４図は、それぞれ本発明の半導体ウェー
への一実施例のウェーハ深さ方向の格子間酸素濃度分布
および欠陥密度を示すグラフである。 第５図は、Ｃｕ定量汚染した本発明および従来の半導体
ウェーハの熱処理後のＯＦＳ濃度を示すグラフである。 符号の説明 １０・・・本発明の半導体ウェーハ、 １２・・・デバイス形成面、 １４・・・デバイス形成領域、 １６・・・デバイス非形成面、 １８・・・ゲッタリング領域、 ２０・・・析出核（欠陥）、 ３０・・・半導体ウェーハ製造装置、 ３２・・・原料ウェーハ、 ３４・・・低温源、 ３６・・・補助加熱装置、 ３８・・・光ビーム、 ４０・・・光源、 ４２・・・不活性雰囲気、 ４４・・・熱反射板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）その断面の深さ方向の酸素濃度分布が非対称であ
   ることを特徴とする半導体ウェーハ。
2. （２）前記酸素濃度分布は、デバイス形成を行う面側か
   らデバイス形成を行わない面側に向かって増加する請求
   項１に記載の半導体ウェーハ。
3. （３）シリコン単結晶ウェーハの二つの表面のうち、デ
   バイス形成を行わない面全体を低温源に接触せしめ、デ
   バイス形成を行う面側を連続的もしくはパルス的に高温
   で加熱すると同時に、格子間酸素振動波長近傍の光ビー
   ム照射することを、不活性ガス雰囲気中で行うことによ
   り、前記デバイス形成を行う面の表面近傍から格子間酸
   素を外方拡散させてデヌーデッドゾーンを形成すると同
   時に、前記ウェーハ内部にゲッタリングサイトに成長す
   る析出核を多数生成せしめることを特徴とする半導体ウ
   ェーハの製造方法。