JP3381816B2 - 半導体基板の製造方法 - Google Patents
半導体基板の製造方法Info
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Description
て利用されるエピタキシャル層を基板上に成長させたエ
ピタキシャルウェーハに係り、エピタキシャル成長を行
うプロセス時に特定の熱処理を行い内部欠陥核を導入
し、基板内にイントリンシックゲッタリング能を付与し
た半導体基板の製造方法に関する。
は急速に進行しており、シリコンウェーハに要求される
特性はますます厳しくなっている。高集積化デバイスに
おいては、デバイスが形成されるいわゆるデバイス活性
領域に結晶欠陥、あるいはドーパント以外の金属不純物
が含まれていると、リーク電流の増大などの電気的特性
の劣化を招く。
は、CZ法で育成されたCZ−Si基板が用いられてき
たが、これらのCZ−Si基板には過飽和の格子間酸素
が約1018atoms/cm3のオーダーで含まれてお
り、デバイスプロセスにおいて酸素析出物や転位、積層
欠陥などの結晶欠陥が誘起されることはよく知られてい
る。
拡散層形成のために1100〜1200℃の高温で数時
間の熱処理が行われていたため、基板表面近傍では格子
間酸素の外方拡散によって、表面近傍の数10μmには
結晶欠陥のない所謂DZ(Denuded Zone)
層が自然に形成され、ウェーハ表面のデバイス活性領域
での結晶欠陥の発生が自然に抑制されていた。
い、WELL形成に高エネルギーイオン注入が用いら
れ、デバイスプロセスが1000℃以下の低温で行われ
るようになると、上記の酸素外方拡散が充分に起こら
ず、表面近傍でのDZ層の形成が困難となってきた。こ
のために基板の低酸素化が行われてきたが、結晶欠陥の
発生を完全に抑制することは困難であった。
結晶欠陥をほぼ完全に含まないエピタキシャル層を基板
上に成長させたエピタキシャルウェーハは、今日の高集
積化デバイスに多く用いられている。しかしながら、結
晶の完全性が高いエピタキシャルウェーハを用いても、
その後のデバイス工程におけるエピタキシャル膜の金属
不純物汚染はデバイスの特性を悪化させる。
ら離れた場所(シンク)に捕獲させるゲッタリング技術
が必要となる。従来は、デバイスプロセスの熱処理中に
自然に誘起される酸素起因の結晶欠陥をシンクとするイ
ントリンシックゲッタリング(IG)やサンドブラス
ト、Si3N4膜あるいはPoly−Si膜の成長などに
よる裏面歪付けに代表されるイクストリンシックゲッタ
リング(EG)が用いられてきた。
〜1200℃の高温熱処理が施されるためにCZ−Si
基板に内在する酸素析出核が縮小、消滅し、その後のデ
バイスプロセスにおいて基板内に充分に結晶欠陥を誘起
することが困難である。従って、デバイスプロセスの初
期においてはもちろんのこと、プロセス全体にわたって
金属不純物に対するIG効果が低減するという新たな問
題が生じた。
他に、エピ工程の前後にウェーハに熱処理を施すことに
より故意に生成させた結晶欠陥をシンクとするIGが用
いられることになる。この熱処理は基本的に、酸素の外
方拡散によりウェーハ表面の酸素濃度を減少させ、デバ
イス活性領域での酸素析出物の生成を抑制する高温熱処
理(1000〜1200℃)、欠陥核生成のための低温
熱処理(600〜800℃)および成長のための中温熱
処理(800〜1000℃)から構成されており、コス
トの増大の問題があった。
他に歪み層からのシリコン片の剥がれによるパーティク
ルの発生といった問題があった。
を増大させるEGやIG処理を必要とせず、安定した内
部IG領域と高い結晶性を有するデバイス活性領域とを
合わせ持つ半導体基板の製造方法を提供することを目的
としている。
部IG領域と高い結晶性を有するデバイス活性領域とを
合わせ持つ半導体基板を目的に、内部IG領域の生成に
ついて種々検討した結果、エピタキシャル工程におい
て、シリコンウェーハに1150℃以上でエピタキシャ
ル成長をさせた後に、一旦基板を10K/s以上の速度
で冷却することにより、基板内に内部IG領域の欠陥核
を生成、付与できることを知見し、この発明を完成し
た。
0℃以上でエピタキシャル成長をさせた後、該基板を1
0K/s以上の速度で冷却することにより、基板内にイ
ントリンシックゲッタリング能を付与し、さらに、例え
ばエピタキシャル成長後に700〜1000℃の温度範
囲の前記熱処理を施すことによって、イントリンシック
ゲッタリング能を発揮できる半導体基板を得る製造方法
である。
コンウェーハをエピタキシャル成長時に1150℃以上
の高温に所定時間保持し、その後、特定の冷却速度で冷
却することにより、続く熱処理の際に酸素析出を促進し
てIG能を付与することを特徴としている。この現象
は、酸素が過飽和に存在する基板内部でのみ起こり、デ
バイス活性領域となるエピタキシャル層では酸素が存在
しないことから起こらないため、極めて高い結晶性を有
するエピタキシャル層の品質を劣化させることなく、安
定したIG領域と良好な結晶性を有するデバイス活性領
域を確保することができる。
処理温度としては、1150℃〜1250℃が望まし
く、また、冷却速度は10K/s〜100K/sの範囲
が好ましい。エピタキシャル成長後の熱処理の際に10
6〜107cm-2の高い密度の欠陥を生成させるのに、こ
の温度範囲並びに冷却速度の各下限値が必要であるが、
各上限値を越えるとシリコンウェーハにスリップや反り
が発生するため、上記の範囲が好ましい。
タキシャル成長後の700〜1000℃の温度範囲での
熱処理においては、熱処理温度に依存せず106〜107
cm-2の高い密度の欠陥が生成することを特徴としてい
る。このことは、デバイスプロセスの初期に行われる7
00〜1000℃での酸化や窒化処理により欠陥を充分
に生成させることが可能であり、IG効果がデバイスプ
ロセス全体にわたって維持されることを示している。従
ってEG処理や、エピ工程の前後に特別に結晶欠陥を生
成させるためのIG処理が必要ではなくなるため、この
発明は、シリコンウェーハの製造コストの面で極めて有
効である。
させた5種類(抵抗率;4mΩcm、7mΩcm、11
mΩcm、50mΩcm、500mΩcm)のP型(1
00)8インチCZ−Siウェーハ(酸素濃度;11×
1017atoms/cm3)を用いた。
Dエピタキシャル装置により、水素雰囲気中で1150
℃で60秒間ベーキングを行った後、堆積処理を行っ
た。堆積処理はトリクロロシランを原料ガスとして用
い、1100℃、1150℃、1200℃の3種類の温
度で180秒間堆積処理を行い、約3μmのエピタキシ
ャル層を堆積させた。
s、15K/sの3種類の速度で冷却した。その後、乾
燥酸素雰囲気中で1000℃で16時間の熱処理並びに
次に示す2段階熱処理を行った。すなわち、700℃、
800℃、900℃の各温度でそれぞれ4時間ずつ熱処
理をした後、1000℃で16時間熱処理を施した。
チングを行い、光学顕微鏡により観察を行った。観察結
果を図1〜図3に示し、堆積処理温度がそれぞれ110
0℃、1150℃、1200℃の場合を示している。各
図において、各A図は堆積処理後の冷却速度が5K/
s、各B図は10K/s、各C図は15K/sの場合で
あり、グラフの縦軸は欠陥密度、横軸はエピタキシャル
工程後の2段階熱処理における、1段目の熱処理温度を
示しており、1000℃での1段階熱処理の結果は図中
黒印で示している。
シャル堆積処理温度が1100℃のとき、並びに115
0℃と1200℃で処理した後5K/sで冷却したとき
では、エピタキシャル後の1段目の熱処理温度が増大す
るに伴い欠陥密度は減少する。これは、エピタキシャル
堆積処理およびエピタキシャル後の1段目の熱処理を施
すことにより、それぞれの温度で存在可能な臨界サイズ
以下の微小欠陥が縮小、消滅し、次の1000℃での熱
処理において臨界サイズ以上の核のみが成長したもので
ある。これらの試料では欠陥密度は低くIG効果は期待
されない。
ピタキシャル堆積処理温度が1150℃並びに1200
℃で、10K/sおよび15K/sで冷却したときで
は、全ての抵抗率の試料においてエピタキシャル後の1
段目の熱処理温度にかかわらず、さらには低温での核生
成処理を含まない1000℃での1段階熱処理でも欠陥
密度は106〜107cm-2の高い値を示している。これ
は、1150℃と1200℃でのエピタキシャル堆積処
理では、1100℃よりも多くの欠陥核が消滅するもの
の、この温度から10K/s以上の速度で冷却すること
により、エピタキシャル後の熱処理での欠陥生成が増大
したものと考えられる。
以上の高温でエピタキシャル堆積処理を施した後に10
K/s以上の速度で冷却することで、高密度の内部欠陥
を発生させ、IG効果を増大させることができた。すな
わち、エピタキシャル工程の高温熱処理による酸素の外
方拡散によりデバイス活性領域が充分に確保されるこ
と、ならびに欠陥密度は高温から急冷した後の析出処理
温度に大きな依存性がないことを考えると、エピタキシ
ャル工程において高温からの急冷処理を施すことによ
り、デバイスプロセスにおける初期の700〜1000
℃のプロセスにおいて充分に欠陥の生成が可能であり、
EG処理や特別に結晶欠陥を生成させるためのIG処理
を施さなくても、デバイスプロセス全体を通じてゲッタ
リング効果の維持が可能となる。
速度が欠陥密度に及ぼす影響を示すグラフであり、縦軸
は欠陥密度、横軸はエピタキシャル工程後の2段階熱処
理における1段目の熱処理温度を示し、Aは堆積処理後
の冷却速度が5K/s、Bは10K/s、Cは15K/
sの場合で、いずれも堆積処理温度が1100℃の場合
である。
速度が欠陥密度に及ぼす影響を示すグラフであり、縦軸
は欠陥密度、横軸はエピタキシャル工程後の2段階熱処
理における1段目の熱処理温度を示し、Aは堆積処理後
の冷却速度が5K/s、Bは10K/s、Cは15K/
sの場合で、いずれも堆積処理温度が1150℃の場合
である。
速度が欠陥密度に及ぼす影響を示すグラフであり、縦軸
は欠陥密度、横軸はエピタキシャル工程後の2段階熱処
理における1段目の熱処理温度を示し、Aは堆積処理後
の冷却速度が5K/s、Bは10K/s、Cは15K/
sの場合で、いずれも堆積処理温度が1200℃の場合
である。
Claims (2)
- 【請求項1】 シリコン半導体基板に1150℃以上で
エピタキシャル成長をさせた後、該基板を10K/s以
上の速度で冷却し、基板内にイントリンシックゲッタリ
ング能を付与した半導体基板の製造方法。 - 【請求項2】 請求項1において、エピタキシャル成長
後の熱処理の温度範囲が700〜1000℃である半導
体基板の製造方法。
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