JPH0750713B2 - 半導体ウェーハの熱処理方法 - Google Patents
半導体ウェーハの熱処理方法Info
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- JPH0750713B2 JPH0750713B2 JP2250226A JP25022690A JPH0750713B2 JP H0750713 B2 JPH0750713 B2 JP H0750713B2 JP 2250226 A JP2250226 A JP 2250226A JP 25022690 A JP25022690 A JP 25022690A JP H0750713 B2 JPH0750713 B2 JP H0750713B2
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P36/00—Gettering within semiconductor bodies
- H10P36/20—Intrinsic gettering, i.e. thermally inducing defects by using oxygen present in the silicon body
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
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。
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10×1017〜20×1017atoms/cm3(旧A
STM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、クリーンなゲッター方法の一つとして広
く採用されている。IG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。
いては、たとえば、エーエスティーエムタースク フォ
ース コミッティ(ASTM Task Force Committee)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 for Oxygen Precipitation in Silico
n wafers")(Solid State Technology/March 1987.P.8
5)に記載されている。
Oi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Oi
と、熱処理前後のその変化量(以下ΔOi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。
熱処理条件(以下、シミュレーション熱処理という)と
いう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Oi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、一律
に650℃、60分間のIG熱処理を施しても、ΔOi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ΔOiは、平均値的には
S字カーブを描くものの、そのばらつきが大きくなる。
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つて決定され
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、通常、650℃、30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つた後の抵抗率との関係を用い
る。
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ΔOi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。
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、IG
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ΔOi、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
ウェーハに与えるための、IG熱処理条件を定めるのであ
る。
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、ASTM(F723−8
2)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。
ρ2)) ρ1:IG熱処理前の抵抗率 ρ2:IG熱処理後の抵抗率 初期Oiが、15.5×1017atoms/cc〜16.5×1017atoms/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ΔOiの関係は、第5図のようになり、Δ
Oi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。
atoms/ccのほぼ一定で、サーマルドナー量が0.1×1015a
toms/cc〜1.6×1015atoms/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 N2+1000℃×16時間in dryO2(以
下、熱処理Aという)、 ・900℃×4時間in N2+1000℃×16時間in dryO2(以
下、熱処理Bという)、 ・1000℃×16時間in dryO2(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。
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。
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、IG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。
中の初期Oiは、概ね(16±0.5)×1017atoms/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。
ン熱処理後では、8×1017atoms/cc以上が、熱処理Bの
シミュレーション熱処理後では、4×1017〜6×1017at
oms/ccが、熱処理Cのシミュレーション熱処理後では、
3×1017atoms/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、単結晶のトップ側から
・・・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3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。
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ΔOiと初期Oi
との関係は、第1図のようになった。
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。
比較すると、約10%向上する。
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。
IG熱処理時間(t)を求めることができる。
ルドナー濃度より、 650℃のIG熱処理時間を求めた場合、 ΔOi(800℃,4hr+1000℃,16hr) =2.09×初期Oi+0,237×サーマルドナー濃度+0.1547t −23.177 R=97.7% ΔOi(900℃,4hr+1000℃,16hr) =1.10×初期Oi+1.077×サーマルドナー濃度+2.04t −16.87 R=78.7% となった。
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ステップ
IGについても同様に適用できる。
量との関連は、第9図に例示した。この図は、高温(11
75℃)と低温(700℃)の2ステップIG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ステップ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。
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、一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。
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、、サーマルドナー濃度と各シミ
ュレーション後のΔOiとの関係を示す図。 第6図及び第7図は、初期OiとΔOiとの関係を示す図。 第8図は、ΔOiとデバイス歩留りの関係を示す図。
Claims (2)
- 【請求項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初期酸素濃度とサー
マルドナー濃度と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。 - 【請求項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、短時間の前記酸素誘起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。
Priority Applications (5)
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| JP2250226A JPH0750713B2 (ja) | 1990-09-21 | 1990-09-21 | 半導体ウェーハの熱処理方法 |
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