JPH08264400A - シリコン単結晶ウェハおよびその表面の熱酸化方法 - Google Patents

シリコン単結晶ウェハおよびその表面の熱酸化方法

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JPH08264400A
JPH08264400A JP7069497A JP6949795A JPH08264400A JP H08264400 A JPH08264400 A JP H08264400A JP 7069497 A JP7069497 A JP 7069497A JP 6949795 A JP6949795 A JP 6949795A JP H08264400 A JPH08264400 A JP H08264400A
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silicon single
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Yasukazu Mukogawa
泰和 向川
Yasuhiro Kimura
泰広 木村
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ゲート酸化膜を形成する際に、増
速酸化を起こさないように改良されたシリコン単結晶ウ
ェハを得ること。 【構成】 本発明に係るシリコン単結晶ウェハは、シリ
コン単結晶基板１を備える。シリコン単結晶基板１の外
表面におけるカリウム濃度は、２×１０11ａｔｏｍｓ／
ｃｍ2 以下にされている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、一般に、シリコン単
結晶ウェハに関するものであり、より特定的には、酸化
膜をその表面に形成する際に、増速酸化が生じることが
ないように改良されたシリコン単結晶ウェハに関する。
この発明は、また、そのようなシリコン単結晶ウェハの
表面を熱酸化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造方法において、シリコ
ン単結晶ウェハの表面に熱酸化膜を形成することは、必
要不可欠の工程である。図１１は、熱酸化膜であるシリ
コン酸化膜を形成する工程を含む、電界効果トランジス
タの製造方法の順序の各工程における半導体装置の断面
図である。
【０００３】図１１（ａ）を参照して、シリコン単結晶
基板１を準備する。図１１（ｂ）を参照して、シリコン
単結晶基板１の主表面に、活性領域を他の活性領域から
分離するためのＬＯＣＯＳ酸化膜２を形成する。その
後、シリコン単結晶基板１の表面を熱酸化し、ゲート酸
化膜のもとになるシリコン酸化膜３を形成する。シリコ
ン酸化膜５を覆うように、ゲート電極のもととなる、ポ
リシリコン膜４を形成する。
【０００４】図１１（ｂ）と（ｃ）を参照して、シリコ
ン酸化膜３とポリシリコン膜４ａとを、選択的にエッチ
ングすることによって、活性領域の上にゲート絶縁膜５
ａとゲート電極６ａとを形成する。
【０００５】図１１（ｃ）と（ｄ）を参照して、ゲート
電極６をマスクにして、活性領域の表面に不純物イオン
３０を注入し、ソース／ドレイン領域７を形成する。
【０００６】図１１（ｄ）と（ｅ）を参照して、ゲート
電極６を覆うように層間絶縁膜８を形成する。層間絶縁
膜８中に、ソース／ドレイン領域７の表面の一部を露出
するためのコンタクトホール９を形成する。コンタクト
ホール９を通って、ソース／ドレイン領域７に電気的に
接触するように、ビット線であるＡｌ配線３１を形成す
ると、ＭＯＳＦＥＴが完成する。
【０００７】図１２は、半導体基板の表面を酸化し、シ
リコン酸化膜を形成する工程（図１１（ｂ）に示す工
程）を実現するための、熱酸化炉（縦型炉）の概念図で
ある。
【０００８】図１２を参照して、熱酸化炉は、反応管１
０を備える。反応管１０は、外壁１１によって取囲まれ
ている。外壁１１の周囲には、ヒータ１２が設けられて
いる。外壁１１には、反応管１０内のガスを排気するた
めの排気管１３が接続されている。反応管１０に、該反
応管１０内に反応ガスを供給するためのガス供給管１４
が接続されている。反応管１０内には、ボートエレベー
タ１５によって、ボート３２が挿入されるようになって
いる。ボート３２には、ダミーモニタウェハ１６と本番
用ウェハ１７が配置されるようになっている。ダミーモ
ニタウェハ１６は、ガスの流れを制御し、温度分布に偏
りがないようにするために、反応管１０内に入れられ
る。通常、ダミーモニタウェハ１６は、２６枚配置さ
れ、本番用ウェハ１７は１００枚配置される。
【０００９】この熱酸化炉を用いて、ＬＯＣＯＳ酸化膜
も形成される。図１３は、ＬＯＣＯＳ酸化膜の形成方法
の順序の各工程における半導体装置の断面図である。
【００１０】図１３（ａ）を参照して、シリコン単結晶
基板１を準備する。図１３（ｂ）を参照して、シリコン
単結晶基板１の上に、ＳｉＯ2 膜１８を形成する。Ｓｉ
Ｏ2 膜１８の上に、活性領域を形成する予定の部分を覆
うシリコン窒化膜１９を形成する。
【００１１】図１３（ｂ）と（ｃ）を参照して、シリコ
ン窒化膜１９をマスクにして、シリコン単結晶基板１の
表面を酸化し、ＬＯＣＯＳ酸化膜２を形成する。
【００１２】図１３（ｃ）と（ｄ）を参照して、シリコ
ン窒化膜１９を除去すると、半導体基板１の主表面中
に、活性領域を他の活性領域から分離するためのＬＯＣ
ＯＳ酸化膜２が形成される。
【００１３】図１３（ｃ）に示す、ＬＯＣＯＳ酸化膜２
の形成は、図１２に示す熱酸化炉を用いて行なわれる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、シリ
コン酸化膜は、シリコン単結晶ウェハを、熱酸化炉内に
挿入し、これを熱酸化することによって形成される。シ
リコン酸化膜のうち、特に、ゲート酸化膜は、半導体装
置の特性を決める重要なものの１つである。そのため、
ゲート酸化膜の厚みは、極めて厳しく管理されている。
それにもかかわらず、ゲート酸化膜の厚みは、ばらつく
というのが現状であった。
【００１５】それゆえに、この発明の目的はシリコン単
結晶ウェハの表面に形成されるシリコン酸化膜の厚みが
一定になるように改良された、シリコン単結晶ウェハを
提供することにある。
【００１６】この発明の他の目的は、シリコン単結晶ウ
ェハの表面を熱酸化し、膜厚のばらつきのないゲート絶
縁膜を形成することができるように改良された、シリコ
ン単結晶ウェハを提供することにある。
【００１７】この発明の他の目的は、シリコン単結晶ウ
ェハの表面を熱酸化し、膜厚が一定のＬＯＣＯＳ酸化膜
を与えることができるように改良されたシリコン単結晶
ウェハを提供することにある。
【００１８】この発明のさらに他の目的は、そのような
シリコン単結晶ウェハを用いて、膜厚の一定のシリコン
酸化膜を与えることができるように改良された、シリコ
ン単結晶ウェハの表面の熱酸化方法を提供することにあ
る。
【００１９】
【課題を解決するための手段】この発明の第１の局面に
従うシリコン単結晶ウェハは、シリコン単結晶基板を備
える。上記シリコン単結晶基板の外表面におけるカリウ
ム濃度は２×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされてい
る。
【００２０】この発明の第２の局面に従うシリコン単結
晶ウェハは、シリコン単結晶基板と、上記シリコン単結
晶基板の裏面に設けられたポリシリコン膜と、を備え
る。上記シリコン単結晶基板と上記ポリシリコン膜との
界面におけるカリウム濃度が２×１０11ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ2 以下にされている。
【００２１】この発明の第３の局面に従うシリコン単結
晶ウェハは、シリコン単結晶基板と、該シリコン単結晶
基板の裏面に設けられたポリシリコン膜と、を備える。
上記ポリシリコン膜の外表面におけるカリウム濃度は２
×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下にされている。
【００２２】この発明の第４の局面に従うシリコン単結
晶ウェハは、シリコン単結晶基板を備える。上記シリコ
ン単結晶基板の裏面に、リンを含む酸化膜が設けられて
いる。上記酸化膜を被覆するように、上記シリコン単結
晶基板の裏面にポリシリコン膜が設けられている。
【００２３】この発明の第５の局面に従うシリコン単結
晶ウェハは、貼り合せられた第１のシリコン単結晶基板
と第２のシリコン単結晶基板を備える。上記第１のシリ
コン単結晶基板と上記第２のシリコン単結晶基板との貼
り合せ面におけるカリウム濃度が２×１０11ａｔｏｍｓ
／ｃｍ2 以下にされている。
【００２４】この発明の第６の局面に従うシリコン単結
晶ウェハは、シリコン単結晶基板を備える。上記シリコ
ン単結晶基板中に含まれるカリウム濃度は、１×１０16
ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以下にされている。
【００２５】この発明の第７の局面に従うシリコン単結
晶ウェハは、シリコン単結晶基板と、上記シリコン単結
晶基板の裏面に設けられたポリシリコン膜と、を備え
る。上記ポリシリコン膜中に含まれるカリウム濃度は１
×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以下にされている。
【００２６】この発明の第８の局面に従う、シリコン単
結晶ウェハの表面の熱酸化方法によれば、まず、熱酸化
炉内に、処理すべきシリコン単結晶ウェハと、その外表
面のカリウム濃度が２×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下
にされたダミーウェハと、を配置する。上記シリコン単
結晶ウェハの表面を熱酸化し、該シリコン単結晶ウェハ
の表面に熱酸化膜を形成する。
【００２７】この発明の第９の局面に従うシリコン単結
晶ウェハの表面の熱酸化方法によれば、まず、まず、熱
酸化炉内に、処理すべきシリコン単結晶ウェハと、カリ
ウム含有量が１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以下にされ
たダミーウェハとを配置する。上記シリコン単結晶ウェ
ハの表面を熱酸化し、該シリコン単結晶ウェハの表面に
熱酸化膜を形成する。
【００２８】
【作用】この発明の第１の局面に従うシリコン単結晶ウ
ェハによれば、シリコン単結晶基板の外表面におけるカ
リウム濃度が２×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされ
ているので、熱酸化炉内に配置され、熱処理されても、
その中に含まれるカリウムが拡散して、他のシリコン単
結晶ウェハを汚染しない。
【００２９】この発明の第２の局面に従うシリコン単結
晶ウェハによれば、シリコン単結晶基板とポリシリコン
膜との界面におけるカリウム濃度が２×１０11ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ2 以下にされているので、熱酸化炉内に配置さ
れ、熱処理されても、その中に含まれるカリウムが他の
シリコン単結晶ウェハを汚染しない。
【００３０】この発明の第３の局面に従うシリコン単結
晶ウェハによれば、ポリシリコン膜の外表面におけるカ
リウム濃度が２×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされ
ているので、熱酸化炉内に配置され、熱処理されても、
その中に含まれるカリウムが他のシリコン単結晶ウェハ
を汚染しない。
【００３１】この発明の第４の局面に従うシリコン単結
晶ウェハによれば、シリコン単結晶基板の裏面に、リン
を含んだ酸化膜が設けられている。リンを含んだ酸化膜
は、ゲッタ効果を有する。したがって、シリコン単結晶
基板中に含まれるアルカリ金属およびアルカリ土類金属
は、このリンを含んだ酸化膜に捕獲される。したがっ
て、熱酸化炉内に、このシリコン単結晶ウェハが配置さ
れ、熱処理が行なわれても、その中に含まれるアルカリ
金属およびアルカリ土類金属が、他のシリコン単結晶ウ
ェハを汚染しない。
【００３２】この発明の第５の局面に従うシリコン単結
晶ウェハによれば、第１のシリコン単結晶基板と第２の
シリコン単結晶基板の貼り合せ面におけるカリウム濃度
が２×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされているの
で、熱酸化炉内に配置され、熱処理されても、その中に
含まれるカリウムが他のシリコン単結晶ウェハを汚染し
ない。
【００３３】この発明の第６の局面に従うシリコン単結
晶ウェハによれば、シリコン単結晶基板中に含まれるカ
リウム濃度が１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以下にされ
ているので、熱酸化炉内に配置されて、熱処理されて
も、その中に含まれるカリウムが他のシリコン単結晶ウ
ェハを汚染しない。
【００３４】この発明の第７の局面に従うシリコン単結
晶ウェハによれば、ポリシリコン膜中に含まれるカリウ
ム濃度が１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以下にされてい
るので、熱酸化炉内に配置され、熱処理されても、その
中に含まれるカリウムが他のシリコン単結晶ウェハを汚
染しない。
【００３５】この発明の第８の局面に従うシリコン単結
晶ウェハの表面の熱酸化方法によれば、その外表面のカ
リウム濃度が２×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされ
たダミーウェハを配置するので、ダミーウェハ中に含ま
れるカリウムが、処理すべきシリコン単結晶ウェハを汚
染しない。
【００３６】この発明の第９の局面に従う、シリコン単
結晶ウェハの表面の熱酸化方法によれば、熱酸化炉内
に、カリウム含有量が１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以
下にされたダミーウェハを配置するので、ダミーウェハ
中のカリウムが処理すべきシリコン単結晶ウェハを汚染
することはない。
【００３７】
【実施例】以下、この発明の実施例を、図について説明
する。
【００３８】実施例１ 図１（ａ）は、実施例１に係るシリコン単結晶ウェハの
断面図である。図１（ａ）を参照して、実施例に係るシ
リコン単結晶ウェハにおいては、その外表面におけるア
ルカリおよびアルカリ土類金属の総量が２．６×１０11
ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされ、ナトリウム濃度が５×
１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされ、カリウム濃度が
２×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされ、カルシウム
濃度が１×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされてい
る。
【００３９】表１は、シリコン単結晶ウェハ中のアルカ
リおよびアルカリ土類金属濃度が異なる２種類のシリコ
ン単結晶ウェハ（実施例１，比較例１）を用いて、厚さ
２６０Å（設計値）のゲート酸化膜を得ようとしたとき
のデータである。ゲート酸化膜の形成条件は、９５０
℃、ウエット酸化炉であって、かつ縦型熱処理炉を使用
するという条件下で行なった。
【００４０】
【表１】
【００４１】表１から明らかなように、比較例１の場合
は、ゲート酸化膜の膜厚は、２６４〜２７９Åの範囲で
ばらついており、平均の膜厚は２７０Åであった。一
方、実施例１の場合には、ゲート酸化膜の膜厚は、２５
７〜２６２Åの狭い範囲でばらつくのみであり、その平
均値は２６０Åであった。
【００４２】このように、アルカリおよびアルカリ土類
金属が、ゲート酸化膜の膜厚をばらつかせるのは、次の
ような理由によると考えられる。
【００４３】すなわち、図２を参照して、熱酸化炉２０
内で、シリコン単結晶ウェハ１の表面１ａにシリコン酸
化膜を形成するとき、シリコン単結晶ウェハ１の裏面１
ｂに存在する、アルカリおよびアルカリ土類金属が、他
のシリコン単結晶上１の表面１ａへ拡散し、他のシリコ
ン単結晶ウェハ１ａの表面を増速酸化させる。
【００４４】実施例１にかかるシリコン単結晶ウェハを
用いると、増速酸化の触媒となる、これらのアルカリお
よびアルカリ土類銀属の量が少ないので、図２に示すよ
うな、アルカリおよびアルカリ土類金属の熱拡散現象
が、抑制される。そのため、ゲート酸化膜の膜厚にばら
つきが生じなくなる。
【００４５】図１（ｂ）は、シリコン半導体基板の表面
のカリウム濃度と、シリコン半導体基板の表面にゲート
酸化膜を形成する時の形成速度の増速率との関係を示
す。増速率が１の場合には、ばらつきがなく、増速率が
大きくなるにつれて、ゲート酸化膜の膜厚のばらつきが
大きくなる。図１（ｂ）から明らかなように、カリウム
濃度が２×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 の前後で、増速率
が著しく変化することが見出された。
【００４６】なお、シリコン単結晶基板の外表面におけ
るカリウム濃度が２×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 である
ということは、単位体積当りのカリウム濃度で換算する
と、１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 に相当することも見
出された。
【００４７】なお、図１（ｂ）で、カリウムに焦点を当
てて説明したのは、シリコン単結晶ウェハの表面または
中に存在するアルカリ金属およびアルカリ土類金属中、
カリウムが最も多いからである。カリウムを、少なくさ
せることは、結局、他のアルカリ金属またはアルカリ土
類金属を少なくさせることにつながる。
【００４８】実施例２ 図３は、実施例２に係るシリコン単結晶ウェハの断面図
である。シリコン単結晶基板１の裏面に、ゲッタリング
効果を与えるための、ポリシリコン膜２１が設けられて
いる。ここで用いられたポリシリコン膜２１は、ＩＩ
Ｉ，Ｖ族の不純物を含まない。シリコン半導体基板１と
ポリシリコン膜２１との界面におけるアルカリ金属およ
びアルカリ土類金属の総量は２．６×１０11ａｔｏｍｓ
／ｃｍ2 以下にされ、ナトリウム濃度は５×１０10ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされ、カリウム濃度が２×１０11
ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされ、カルシウム濃度は１×
１０ 10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされている。表２に、
実施例２に係るシリコン単結晶ウェハの表面に、ゲート
酸化膜を形成したときの結果を示す。
【００４９】
【表２】
【００５０】表２には、シリコン単結晶基板の外表面に
おけるアルカリ金属およびアルカリ土類金属の濃度が、
実施例２と異なるシリコン単結晶ウェハ（比較例２）を
用いた場合の結果についても記載されている。それぞれ
のサンプル数は３個（ｎ＝３）である。
【００５１】なお表２のデータは、ゲート酸化膜の膜厚
を３００Å（設計値）を得ようとして行なった結果であ
る。実施例２では、平均３００Åの膜厚を有するゲート
酸化膜が得られたが、比較例２の場合では、得られたゲ
ート酸化膜の膜厚の平均は３３０Åであった。
【００５２】図４は、比較例２の場合、すなわち、ゲー
ト酸化膜の増速酸化が認められたポリシリコン膜付ウェ
ハの断面におけるＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spect
ra）プロファイルである。横軸は、ウェハの裏面からの
距離を表わしており、縦軸はＳＩＭＳ相対強度を表わし
ている。
【００５３】図４から明らかなように、ゲート酸化膜の
増速酸化が認められたシリコン単結晶ウェハ（比較例
２）の場合、ポリシリコン膜２１とシリコン単結晶基板
１との界面に多くのナトリウム、カリウム、カルシウム
が存在していることがわかる。
【００５４】図５は、ゲート酸化膜の増速酸化が認めら
れなかったシリコン単結晶ウェハ（実施例２）の断面に
おけるＳＩＭＳプロファイルである。実施例２の場合に
は、図５から明らかなように、ポリシリコン膜２１とシ
リコン単結晶基板１の界面には、ナトリウム、カリウ
ム、カルシウムが非常に少ない。
【００５５】実施例３ 図６は、実施例３に係るシリコン単結晶ウェハの断面図
である。実施例３に係るシリコン単結晶ウェハは、シリ
コン単結晶基板１を備える。シリコン単結晶基板１の裏
面にポリシリコン膜２１が設けられている。ポリシリコ
ン膜２１の外表面において、アルカリ金属およびアルカ
リ土類金属の総量は２．６×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2
以下にされ、カリウム濃度は２×１０11ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ2 以下にされ、ナトリウム濃度は５×１０10ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ2 以下にされ、カルシウム濃度は１×１０10ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされている。単位面積当りのカ
リウム濃度を、単位体積当たりのカリウム濃度に換算す
ると、ポリシリコン膜２１中のカリウム濃度は１×１０
16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以下になる。
【００５６】ポリシリコン膜２１中にナトリウム、カリ
ウム、カルシウムなどが導入される原因は、ポリシリコ
ン膜を形成するときのＣＶＤ装置内の汚染、またはＳｉ
Ｈ4ガス中の汚染、またはパージガスに用いられるＮ2
ガスなどが汚染されていることによる。したがって、こ
れらの汚染をなくすことにより、上述の、ナトリウム、
カリウム、カルシウム含有量が少ない、ポリシリコン膜
が得られる。実施例３に係るシリコン単結晶ウェハを用
いると、シリコン単結晶基板の表面にゲート絶縁膜を形
成するとき、増速酸化が抑制される。
【００５７】実施例４ 図７は、実施例４に係るシリコン単結晶ウェハの断面図
である。実施例４に係るシリコン単結晶ウェハにおいて
は、シリコン単結晶基板１の裏面に、リンを含んだ酸化
膜２２が設けられている。酸化膜２２を被覆するよう
に、シリコン単結晶基板１の裏面にポリシリコン膜２３
が設けられている。リンを含んだ酸化膜２２は、ナトリ
ウム、カリウムなどの可動イオンをゲッタする効果があ
るので、シリコン単結晶基板１中に、アルカリ金属等が
含まれていても、酸化膜２２にゲッタされる。図中、３
３は、ゲッタされたナトリウム、カリウム等を表わして
いる。その結果、シリコン単結晶基板１の表面にゲート
酸化膜を形成する際、そのとき、熱が与えられても、ナ
トリウム等の可動イオンが、外に向けて拡散しない。そ
の結果、ゲート酸化膜の膜厚の制御が可能となる。
【００５８】なお、リンを含んだ酸化膜２２は、常圧Ｃ
ＶＤ法、減圧ＣＶＤ法等により、容易に形成される。
【００５９】実施例５ 本実施例は、図３に示す、ポリシリコン膜付シリコン単
結晶ウェハの製造方法に係る。
【００６０】図８（ａ）を参照して、アルカリ洗浄後の
シリコン単結晶基板１を準備する。アルカリ洗浄後のシ
リコン単結晶基板１の表面には、ナトリウム、カリウム
またはカルシウムで形成された汚染層２が形成されてい
る。汚染層２中の、ナトリウム濃度は５×１０10ａｔｏ
ｍｓ／ｃｍ2 以上、カリウム濃度は２×１０11ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ2 以上またはカルシウム濃度は１×１０10ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ2 以上である。
【００６１】図８（ａ）と（ｂ）を参照して、シリコン
単結晶基板１の表面を、希酸または希フッ酸で洗浄し、
汚染層２ａを除去する。
【００６２】図８（ｂ）と（ｃ）を参照して、シリコン
単結晶基板１の裏面に、ポリシリコン膜４を堆積する。
これによって、シリコン単結晶基板１とポリシリコン膜
４との界面における、アルカリ金属およびアルカリ土類
金属の総量が２．６×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下に
され、ナトリウム濃度が５×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ 2
以下にされ、カリウム濃度が２×１０11ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ2 以下にされ、カルシウム濃度が１×１０10ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ2 以下にされた、ポリシリコン膜付シリコン単
結晶ウェハが得られる。
【００６３】実施例６ 実施例６は、シリコン単結晶ウェハの表面の熱酸化方法
に関する。熱酸化炉は、図１１に示す従来の装置を用い
るので、図示を省略する。ゲート酸化膜の形成は、通
常、ウェハを複数枚一括で処理するバッチ処理といわれ
る方法で行なわれる。このとき、ウェハの枚数を一定に
することが、ゲート酸化膜の膜厚のばらつき、および膜
質のばらつきを低減するために有効である。ウェハの枚
数を一定にすることにより、ガスの流れを制御すること
ができ、温度分布の偏りをなくすことができる。ウェハ
枚数が一定枚数になるように、通常、モニタウェハやダ
ミーウェハといわれるウェハを入れることが多い。
【００６４】本実施例では、その外表面の、アルカリ金
属およびアルカリ土類金属の総量が２．６×１０11ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされ、ナトリウム濃度が５×１０
10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされ、カリウム濃度が１×
１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされた、モニタウェハ
およびダミーウェハを用いる。このようなモニタウェハ
およびダミーウェハを用いることにより、酸化炉内でア
ルカリ金属およびアルカリ土類金属が飛散しない。その
結果、他のウェハが汚染されない。その結果、ゲート酸
化膜の膜厚の制御が容易となる。
【００６５】実施例７ 図９は、実施例７に係るシリコン単結晶ウェハの断面図
である。図９を参照して、半導体装置が形成される第１
のシリコン単結晶基板４と、土台となる第２のシリコン
単結晶基板５とが、酸化膜６によって貼り合せられてい
る。第１のシリコン単結晶基板４と第２のシリコン単結
晶基板５との貼り合せ面において、アルカリ金属および
アルカリ土類金属の総量は２．６×１０11ａｔｏｍｓ／
ｃｍ2 以下にされ、ナトリウム濃度は５×１０10ａｔｏ
ｍｓ／ｃｍ2 以下にされ、カリウム濃度は２×１０11ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされ、カルシウム濃度は１×１
０ 10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされている。このような
シリコン単結晶ウェハを用いて、ゲート酸化膜を形成す
ると、その膜厚が一定となる。
【００６６】実施例８ 本実施例は、図９に示すシリコン単結晶ウェハの製造方
法に係る。
【００６７】図１０（ａ）を参照して、アルカリ洗浄後
の、半導体装置を形成する第１のシリコン単結晶基板４
と、アルカリ洗浄後の、土台となる第２のシリコン単結
晶基板５とを準備する。それぞれのシリコン単結晶基板
４，５には、ナトリウム濃度が５×１０10ａｔｏｍｓ／
ｃｍ2 以上、カリウム濃度が２×１０11ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ2 以上、カルシウム濃度が１×１０10ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ2 、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の総濃度が
２．６×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以上含まれる、汚染
層２ａが形成されている。
【００６８】図１０（ａ）と（ｂ）を参照して、第１の
シリコン単結晶基板４と第２のシリコン単結晶基板５
を、希酸または希フッ酸で洗浄し、それぞれの汚染層２
ａを除去する。この洗浄により、それぞれのシリコン単
結晶基板４，５の表面において、アルカリ金属およびア
ルカリ土類金属の総量は２．６×１０11ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ2 以下にされ、ナトリウム濃度は５×１０10ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ2 以下にされ、カリウム濃度は２×１０11ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされ、カルシウム濃度は１×１０
10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされる。
【００６９】図１０（ｃ）を参照して、第１のシリコン
単結晶基板４または第２のシリコン単結晶基板５のいず
れか一方または両方の表面に、酸化膜６を形成する。こ
こでは、第２のシリコン単結晶基板５の表面にだけ、酸
化膜６を形成した場合を例示する。
【００７０】図１０（ｄ）を参照して、第１のシリコン
単結晶基板４と第２のシリコン単結晶基板５を重ね合
せ、熱処理を加えることにより、両者を貼り合せる。
【００７１】この方法によって、貼り合せられた第１の
シリコン単結晶基板４と第２のシリコン単結晶基板５と
を備え、第１のシリコン単結晶基板４と第２のシリコン
単結晶基板５との貼り合せ面における、アルカリ金属お
よびアルカリ土類金属の濃度が２．６×１０11ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ2 以下であり、ナトリウム濃度が５×１０10ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下であり、カリウム濃度が２×１０
11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下であり、カルシウム濃度が１
×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下である、シリコン単結
晶ウェハが得られる。
【００７２】なお、図１０（ａ）と（ｂ）を参照して、
希酸または希フッ酸で、汚染層２を除去する場合を例示
したが、この発明はこれに限られるものでなく塩酸ガス
中で熱処理し、汚染層２をエッチング除去してもよい。
【００７３】
【発明の効果】この発明の第１の局面に従うシリコン単
結晶ウェハによれば、シリコン単結晶基板の外表面にお
けるカリウム濃度２×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下に
されているので、熱酸化炉内に配置され、熱処理されて
も、その中に含まれるカリウムが拡散して、他のシリコ
ン単結晶ウェハを汚染しない。その結果、このシリコン
単結晶基板を用いて、シリコン酸化膜を形成すると、そ
の膜厚が一定になる。
【００７４】この発明の第２の局面に従うシリコン単結
晶ウェハによれば、シリコン単結晶基板とポリシリコン
膜との界面におけるカリウム濃度が２×１０11ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ2 以下にされているので、熱酸化炉内に配置さ
れ、熱処理されても、その中に含まれるカリウムが、他
のシリコン単結晶ウェハを汚染しない。その結果、この
シリコン単結晶ウェハを用いて、シリコン酸化膜を形成
すると、その膜厚は一定になる。
【００７５】この発明の第３の局面に従うシリコン単結
晶ウェハによれば、ポリシリコン膜の外表面におけるカ
リウム濃度が２×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされ
ているので、熱酸化炉内に配置され、熱処理されても、
その中に含まれるカリウムが他のシリコン単結晶ウェハ
を汚染しない。その結果、このシリコン単結晶ウェハを
用いて、シリコン酸化膜を形成すると、その膜厚が一定
になる。
【００７６】この発明の第４の局面に従うシリコン単結
晶ウェハによれば、シリコン単結晶基板の裏面に、リン
を含んだ酸化膜が設けられている。リンを含んだ酸化膜
は、ゲッタ効果を有する。したがって、シリコン単結晶
基板中に含まれるアルカリ金属およびアルカリ土類金属
は、このリンを含んだ酸化膜に捕獲される。したがっ
て、熱酸化炉内に、このシリコン単結晶ウェハが配置さ
れ、熱処理が行なわれても、その中に含まれるアルカリ
金属およびアルカリ土類金属が、他のシリコン単結晶ウ
ェハを汚染しない。したがって、このシリコン単結晶ウ
ェハを用いて、シリコン酸化膜を形成すると、その膜厚
が一定になる。
【００７７】この発明の第５の局面に従うシリコン単結
晶ウェハによれば、第１のシリコン単結晶基板と第２の
シリコン単結晶基板の貼り合せ面におけるカリウム濃度
が２×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされているの
で、熱酸化炉内に配置され、熱処理されても、その中に
含まれるカリウムが他のシリコン単結晶ウェハを汚染し
ない。その結果、このシリコン単結晶ウェハを用いて、
シリコン酸化膜を形成すると、その膜厚が一定になる。
【００７８】この発明の第６の局面に従うシリコン単結
晶ウェハによれば、シリコン単結晶基板中に含まれるカ
リウム濃度が１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以下にされ
ているので、熱酸化炉内に配置されて、熱処理されて
も、その中に含まれるカリウムが他のシリコン単結晶ウ
ェハを汚染しない。その結果、このシリコン単結晶ウェ
ハを用いて、シリコン酸化膜を形成すると、その膜厚が
一定になる。
【００７９】この発明の第７の局面に従うシリコン単結
晶ウェハによれば、ポリシリコン膜中に含まれるカリウ
ム濃度が１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以下にされてい
るので、熱酸化炉内に配置され、熱処理されても、その
中に含まれるカリウムが他のシリコン単結晶ウェハを汚
染しない。したがって、このシリコン単結晶ウェハを用
い、シリコン酸化膜を形成すると、その膜厚が一定にな
る。
【００８０】この発明の第８の局面に従うシリコン単結
晶ウェハの表面の熱酸化方法によれば、その外表面のカ
リウム濃度が２×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされ
たダミーウェハを配置するので、ダミーウェハ中に含ま
れるカリウムが、処理すべきシリコン単結晶ウェハを汚
染しない。その結果、シリコン単結晶ウェハの表面に形
成されるシリコン酸化膜の膜厚が一定となる。
【００８１】この発明の第９の局面に従う、シリコン単
結晶ウェハの表面の熱酸化方法によれば、熱酸化炉内に
カリウム含有量が１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以下に
されたダミーウェハを配置するので、ダミーウェハ中の
カリウムが処理すべきシリコン単結晶ウェハを汚染する
ことはない。その結果、処理すべきシリコン単結晶ウェ
ハの表面に、一定の膜厚のシリコン酸化膜が形成され
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１に係るシリコン単結晶ウェハの断面
図および、該シリコン単結晶ウェハ表面のカリウム濃度
と増速率との関係図を示す。
【図２】 ナトリウム、カリウム、カルシウムが、ゲー
ト酸化膜の増速酸化を引起こすことを説明するための図
である。
【図３】 実施例２に係るシリコン単結晶ウェハの断面
図である。
【図４】 ゲート酸化膜の増速酸化が認められたポリシ
リコン膜付シリコン単結晶ウェハのＳＩＭＳプロファイ
ル図である。
【図５】 ゲート酸化膜の増速酸化が認められなかっ
た、ポリシリコン膜付シリコン単結晶ウェハのＳＩＭＳ
プロファイルである。
【図６】 実施例３に係るシリコン単結晶ウェハの断面
図である。
【図７】 実施例４に係るシリコン単結晶ウェハの断面
図である。
【図８】 図３に示すシリコン単結晶ウェハの製造方法
の順序の各工程におけるシリコン単結晶基板の断面図で
ある。
【図９】 実施例７に係るシリコン単結晶ウェハの断面
図である。
【図１０】 図９に示すシリコン単結晶ウェハの製造方
法の順序の各工程におけるシリコン単結晶基板の断面図
である。
【図１１】 ＭＯＳＦＥＴを製造する従来の方法の順序
の各工程における半導体装置の断面図である。
【図１２】 従来の縦型熱酸化炉の概念図である。
【図１３】 ＬＯＣＯＳ酸化膜を形成する従来の方法の
順序の各工程における半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
１ シリコン単結晶基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/78 Ｈ０１Ｌ 29/78 ３０１Ｇ

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリコン単結晶基板を備え、 前記シリコン単結晶基板の外表面におけるカリウム濃度
    が２×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされている、シ
    リコン単結晶ウェハ。
  2. 【請求項２】 前記外表面におけるアルカリおよびアル
    カリ土類金属の総量が２．６×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ
    2 以下にされ、 ナトリウム濃度が５×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下に
    され、 カルシウム濃度が１×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下に
    された、請求項１に記載のシリコン単結晶ウェハ。
  3. 【請求項３】 シリコン単結晶基板と、 前記シリコン単結晶基板の裏面に設けられたポリシリコ
    ン膜と、を備え、 前記シリコン単結晶基板と前記ポリシリコン膜との界面
    におけるカリウム濃度が２×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2
    以下にされている、シリコン単結晶ウェハ。
  4. 【請求項４】 前記界面におけるアルカリおよびアルカ
    リ土類金属の総量が２．６×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2
    以下にされ、 ナトリウム濃度が５×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下に
    され、 カルシウム濃度が１×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下に
    された、請求項３に記載のシリコン単結晶ウェハ。
  5. 【請求項５】 シリコン単結晶基板と、 前記シリコン単結晶基板の裏面に設けられたポリシリコ
    ン膜と、を備え、 前記ポリシリコン膜の外表面におけるカリウム濃度が２
    ×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされている、シリコ
    ン単結晶ウェハ。
  6. 【請求項６】 前記外表面におけるアルカリおよびアル
    カリ土類金属の総量が２．６×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ
    2 以下にされ、 ナトリウム濃度が５×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下に
    され、 カルシウム濃度が１×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下に
    された請求項５に記載のシリコン単結晶ウェハ。
  7. 【請求項７】 シリコン単結晶基板と、 前記シリコン単結晶基板の裏面に設けられた、リンを含
    んだ酸化膜と、 前記酸化膜を被覆するように前記シリコン単結晶基板の
    裏面に設けられたポリシリコン膜と、を備えたシリコン
    単結晶ウェハ。
  8. 【請求項８】 貼り合せられた第１のシリコン単結晶基
    板と第２のシリコン単結晶基板とを備え、 前記第１のシリコン単結晶基板と前記第２のシリコン単
    結晶基板との貼り合せ面におけるカリウム濃度が２×１
    ０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされている、シリコン単
    結晶ウェハ。
  9. 【請求項９】 前記貼り合せ面におけるアルカリおよび
    アルカリ土類金属の総量が２．６×１０11ａｔｏｍｓ／
    ｃｍ2 以下にされ、 ナトリウム濃度が５×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下に
    され、 カルシウム濃度が１×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下に
    された、請求項８に記載のシリコン単結晶ウェハ。
  10. 【請求項１０】 シリコン単結晶基板を備え、 前記シリコン単結晶基板中に含まれるカリウム濃度が１
    ×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以下にされている、シリコ
    ン単結晶ウェハ。
  11. 【請求項１１】 シリコン単結晶基板と、 前記シリコン単結晶基板の裏面に設けられたポリシリコ
    ン膜と、を備え、 前記ポリシリコン膜中に含まれるカリウム濃度が１×１
    ０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ 3 以下にされている、シリコン単
    結晶ウェハ。
  12. 【請求項１２】 熱酸化炉内に、処理すべきシリコン単
    結晶ウェハと、その外表面のカリウム濃度が２×１０11
    ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされたダミーウェハと、を配
    置する工程と、 前記シリコン単結晶ウェハの表面を熱酸化し、該シリコ
    ン単結晶ウェハの表面に熱酸化膜を形成する工程と、を
    備えた、シリコン単結晶ウェハの表面の熱酸化方法。
  13. 【請求項１３】 前記ダミーウェハの外表面におけるア
    ルカリおよびアルカリ土類金属の総量が２．６×１０11
    ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下にされ、 ナトリウム濃度が５×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下に
    され、 カルシウム濃度が１×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 以下に
    されている、請求項１２に記載のシリコン単結晶ウェハ
    の表面の熱酸化方法。
  14. 【請求項１４】 前記熱酸化は、ＬＯＣＯＳ酸化膜を形
    成するために行なわれる、請求項１２に記載のシリコン
    単結晶ウェハの表面の熱酸化方法。
  15. 【請求項１５】 前記熱酸化は、ゲート絶縁膜を形成す
    るために行なわれる、請求項１２に記載のシリコン単結
    晶ウェハの表面の熱酸化方法。
  16. 【請求項１６】 熱酸化炉内に、処理すべきシリコン単
    結晶ウェハと、カリウム含有量が１×１０16ａｔｏｍｓ
    ／ｃｍ3 以下にされたダミーウェハとを配置する工程
    と、 前記シリコン単結晶ウェハの表面を熱酸化し、該シリコ
    ン単結晶ウェハの表面に熱酸化膜を形成する工程と、を
    備えた、シリコン単結晶ウェハの表面の熱酸化方法。
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