JPH0234170B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0234170B2 JPH0234170B2 JP61065539A JP6553986A JPH0234170B2 JP H0234170 B2 JPH0234170 B2 JP H0234170B2 JP 61065539 A JP61065539 A JP 61065539A JP 6553986 A JP6553986 A JP 6553986A JP H0234170 B2 JPH0234170 B2 JP H0234170B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxygen
- atoms
- wafer
- oxygen concentration
- thermal oxidation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Local Oxidation Of Silicon (AREA)
Description
本発明はダイオード、トランジスタ、IC等の
半導体装置に関するものである。 従来の半導体素子の製造にはCZ結晶とFZ結晶
とが使用されている。これらの結晶は素子の種
類、素子の製造条件によつて使いわけされている
が、いずれも一長一短の性質を有している。 即ちまずCZ結晶について述べると、この結晶
は通常１０18オーダー、例えば1.3×1018原子／cm3
程度と高濃度の酸素を含有している。ところが
CZ結晶を例えば1100℃で熱処理すれば、この熱
処理温度での酸素固溶限界（４×1017原子／cm3）
をこえる過剰分の酸素が析出物として成長してし
まい、またこの析出物から積層欠陥や転位も発生
する。これらの結晶欠陥は素子の特性を悪化させ
ることになる。但し、酸素やその析出物は、半導
体ウエハの周辺や裏面で発生した転位がウエハ全
体に伝播するのを阻止するという、いわゆるピン
ニング（Plnning）効果を有している。 他方、FZ結晶には通常５×1015原子／cm3以下
（例えば1015原子／cm3）の酸素しか含まれていな
いので、CZ結晶において見られたような上述の
欠陥は発生しないが、酸素濃度が低いために上記
のピンニング効果がなく、ウエハの周辺や裏面か
らの多くの転位が熱処理中に伝播してしまうとい
う欠点がある。 本発明は上述の如き欠点を是正すべく発明され
たものであつて、シリコン基板に半導体素子が形
成されており、前記半導体素子の形成されている
領域が５×1016〜１×1018原子／cm3の酸素を含有
すると共に、前記領域以外の領域が５×1016原
子／cm3以下の酸素を含有している半導体装置に係
るものである。このように構成することによつ
て、従来のCZ結晶及びFZ結晶の夫々の長所をか
生かしつつ結晶欠陥の発生を皆無にした装置を提
供することができる。 一般に、半導体素子の製造においては出発材料
として使用する結晶を問題にする場合、CZ結晶
かFZ結晶かという択一的な議論はなされてきた
か、その本質である酸素濃度については全く考慮
されていなかつた。本発明は従来の考え方を根本
的に変更し、結晶中の素子形成領域の酸素濃度を
従来のFZ結晶より高い５×1016原子／cm3以上と
してFZ結晶にはなかつた上記のピンニング効果
を具備せしめ、またその酸素濃度を各種熱処理温
度での固溶限界以下である１×1018原子／cm3以下
として過剰酸素による析出物の成長を防止したの
である。各熱処理温度における酸素固溶限は下記
に示す通りである。 熱処理温度（℃） 酸素固溶限（原子／cm3） 900 １×1017 1000 ２×1017 1100 ４×1017 1200 ７×1017 1300 1.3×1018 1400 1.8×1018 本発明では、素子形成領域の酸素濃度の下限は
５×1016原子／cm3以上とし、また上限は１×1018
原子／cm3以下とすれば、FZ結晶の利点を生かし
つつその欠点を除去できる上に、酸素濃度最高温
度における1018オーダーの固溶限以下に、保持し
得て1300〜1400℃以下、特に実用温度範囲である
1000〜1200℃において酸素の析出を有効に防止し
て欠陥の発生をなくすことができる。この結果、
雑音特性、漏れ電流特性、スイツチング特性、
CCD等のストレイジ特性等を飛躍的に改善でき
る。 以下に、本発明による半導体装置の一実施例を
第１図及び第２図に付き述べる。 この例では、酸素濃度が５×1016原子／cm3以下
のシリコン単結晶（望ましくはFZ結晶）を用い
て、通常の方法で鏡面仕上げされたウエハを製作
する。そしてこのウエハを高温で熱酸化し、この
熱酸化中にウエハ内へ拡散される酸素が次に述べ
る濃度分布を示すようになる迄熱酸化を継続す
る。 熱酸化中にウエハ内へ拡散される酸素の濃度分
布Ｎ（ｘ）は、
半導体装置に関するものである。 従来の半導体素子の製造にはCZ結晶とFZ結晶
とが使用されている。これらの結晶は素子の種
類、素子の製造条件によつて使いわけされている
が、いずれも一長一短の性質を有している。 即ちまずCZ結晶について述べると、この結晶
は通常１０18オーダー、例えば1.3×1018原子／cm3
程度と高濃度の酸素を含有している。ところが
CZ結晶を例えば1100℃で熱処理すれば、この熱
処理温度での酸素固溶限界（４×1017原子／cm3）
をこえる過剰分の酸素が析出物として成長してし
まい、またこの析出物から積層欠陥や転位も発生
する。これらの結晶欠陥は素子の特性を悪化させ
ることになる。但し、酸素やその析出物は、半導
体ウエハの周辺や裏面で発生した転位がウエハ全
体に伝播するのを阻止するという、いわゆるピン
ニング（Plnning）効果を有している。 他方、FZ結晶には通常５×1015原子／cm3以下
（例えば1015原子／cm3）の酸素しか含まれていな
いので、CZ結晶において見られたような上述の
欠陥は発生しないが、酸素濃度が低いために上記
のピンニング効果がなく、ウエハの周辺や裏面か
らの多くの転位が熱処理中に伝播してしまうとい
う欠点がある。 本発明は上述の如き欠点を是正すべく発明され
たものであつて、シリコン基板に半導体素子が形
成されており、前記半導体素子の形成されている
領域が５×1016〜１×1018原子／cm3の酸素を含有
すると共に、前記領域以外の領域が５×1016原
子／cm3以下の酸素を含有している半導体装置に係
るものである。このように構成することによつ
て、従来のCZ結晶及びFZ結晶の夫々の長所をか
生かしつつ結晶欠陥の発生を皆無にした装置を提
供することができる。 一般に、半導体素子の製造においては出発材料
として使用する結晶を問題にする場合、CZ結晶
かFZ結晶かという択一的な議論はなされてきた
か、その本質である酸素濃度については全く考慮
されていなかつた。本発明は従来の考え方を根本
的に変更し、結晶中の素子形成領域の酸素濃度を
従来のFZ結晶より高い５×1016原子／cm3以上と
してFZ結晶にはなかつた上記のピンニング効果
を具備せしめ、またその酸素濃度を各種熱処理温
度での固溶限界以下である１×1018原子／cm3以下
として過剰酸素による析出物の成長を防止したの
である。各熱処理温度における酸素固溶限は下記
に示す通りである。 熱処理温度（℃） 酸素固溶限（原子／cm3） 900 １×1017 1000 ２×1017 1100 ４×1017 1200 ７×1017 1300 1.3×1018 1400 1.8×1018 本発明では、素子形成領域の酸素濃度の下限は
５×1016原子／cm3以上とし、また上限は１×1018
原子／cm3以下とすれば、FZ結晶の利点を生かし
つつその欠点を除去できる上に、酸素濃度最高温
度における1018オーダーの固溶限以下に、保持し
得て1300〜1400℃以下、特に実用温度範囲である
1000〜1200℃において酸素の析出を有効に防止し
て欠陥の発生をなくすことができる。この結果、
雑音特性、漏れ電流特性、スイツチング特性、
CCD等のストレイジ特性等を飛躍的に改善でき
る。 以下に、本発明による半導体装置の一実施例を
第１図及び第２図に付き述べる。 この例では、酸素濃度が５×1016原子／cm3以下
のシリコン単結晶（望ましくはFZ結晶）を用い
て、通常の方法で鏡面仕上げされたウエハを製作
する。そしてこのウエハを高温で熱酸化し、この
熱酸化中にウエハ内へ拡散される酸素が次に述べ
る濃度分布を示すようになる迄熱酸化を継続す
る。 熱酸化中にウエハ内へ拡散される酸素の濃度分
布Ｎ（ｘ）は、
【式】
で表わされる。但、ｘはウエハ表面からの距離
（単位cm）、Nsはウエハ表面における酸素濃度で
あつて酸化温度によるシリコン中の酸素の固溶限
（例えば1300℃で1.3×1018原子／cm3、1200℃で７
×1017原子／cm3、1100℃で４×1017原子／cm3、
1000℃で２×1017原子／cm3）、Ｄはシリコン中で
の酸素の拡散係数（単位cm2／sec）、ｔは熱酸化時
間（単位sec）である。 酸素濃度Ｎ（ｘ）は第１図に示すような分布を
有している。この例では、酸素濃度が表面濃度
Nsの1/2になる地点迄の表面からの距離をXjとす
ると、Xjが10μ以上となる迄上述の熱酸化を継続
させる。この場合、表面濃度Nsは１×1017〜１
×1018原子／cm3であるのが望ましい。Xjは熱酸化
温度及び時間によつて決まり、これらは下記表に
示す関係にあることが分つた。
（単位cm）、Nsはウエハ表面における酸素濃度で
あつて酸化温度によるシリコン中の酸素の固溶限
（例えば1300℃で1.3×1018原子／cm3、1200℃で７
×1017原子／cm3、1100℃で４×1017原子／cm3、
1000℃で２×1017原子／cm3）、Ｄはシリコン中で
の酸素の拡散係数（単位cm2／sec）、ｔは熱酸化時
間（単位sec）である。 酸素濃度Ｎ（ｘ）は第１図に示すような分布を
有している。この例では、酸素濃度が表面濃度
Nsの1/2になる地点迄の表面からの距離をXjとす
ると、Xjが10μ以上となる迄上述の熱酸化を継続
させる。この場合、表面濃度Nsは１×1017〜１
×1018原子／cm3であるのが望ましい。Xjは熱酸化
温度及び時間によつて決まり、これらは下記表に
示す関係にあることが分つた。
【表】
この熱酸化は乾燥O2中又は湿潤O2中で行つて
よく、或いはHCl含む酸化性雰囲気中で行つても
よい。また、１気圧以上の高圧下における乾燥
O2又は湿潤O2中で熱酸化を行えば、熱酸化時間
を十分に短縮することができて、より効果的であ
る。 またこの熱酸化後に、従来公知の熱拡散等の方
法で素子を形成する工程は、上述の熱酸化温度よ
り高い温度（但、900℃以下は含まない。）で行う
のが望ましい。即ち、熱酸化温度より低温で行う
と、この低温での酸素固溶限が熱酸化時の酸素固
溶限より低いために、これらの差に基く過剰の酸
素が析出してしまうからである。なお900℃以下
の温度は実用的でないし、酸素の析出速度が遅く
なつてその析出が無視できることになる。この素
子形成時の拡散マスクとして、上述の熱酸化によ
る熱酸化膜を使用してもよい。 以上のように、熱酸化すれば、表面及び裏面か
ら距離Xj迄の領域２１ａ，２１ｂは酸素濃度が
高く、特に素子を形成すべき表面及び裏面近傍で
の酸素濃度は固溶限に近い値を有している。即
ち、領域２１ａ，２１ｂの酸素濃度は固溶限の1/
２〜１の範囲にあつて、1100〜1300℃で熱酸化し
た場合にはほぼ２×1017〜1018原子／cm3である。
従つて、領域２１ａ，２１ｂにおいては熱処理時
に転位の伝播が起こらず、また酸素固溶限より少
ない酸素濃度を有しているために析出物が発生し
ない。逆にXjが10μより短いと、ウエハ内の転位
が表面及び裏面側へ現われ出てしまつて望ましく
ない。この場合、ウエハ２１の領域２１ａに形成
する素子の深さが表面から例えば10μに及ぶとき
には、上述のXjは20μ以上にするのが望ましい。 なおCCDのように長い製造工程を経て製造さ
れる素子の場合にこの例によるウエハを使用する
と、第２図のように転位２０がウエハの周辺から
酸素濃度の少ない中間領域２１ｃへと伝播する。
しかしながら、この転位２０はゲツタリング作用
を発揮するために、更に効果が大きくなる。 なお、第１図に示した酸素濃度分布と類似の酸
素濃度分布を得るには、上述した方法に限らず、
従来公知のイオンインプランテーシヨンによつて
酸素を打込むことによつても得ることができる。
このイオン注入では酸素がガウス分布に従つて分
布することになるので、イオンのドーズ量、エネ
ルギー等を制御するだけで上述のXjを容易に得
ることができる。 以上、本発明を一実施例に基いて説明したが、
この実施例は本発明の技術的思想に基いて更に変
形が可能であることが理解されるであろう。例え
ば、絶縁体上に形成された薄膜シリコン結晶を上
述のシリコンウエハの代りに使用してもよい。
よく、或いはHCl含む酸化性雰囲気中で行つても
よい。また、１気圧以上の高圧下における乾燥
O2又は湿潤O2中で熱酸化を行えば、熱酸化時間
を十分に短縮することができて、より効果的であ
る。 またこの熱酸化後に、従来公知の熱拡散等の方
法で素子を形成する工程は、上述の熱酸化温度よ
り高い温度（但、900℃以下は含まない。）で行う
のが望ましい。即ち、熱酸化温度より低温で行う
と、この低温での酸素固溶限が熱酸化時の酸素固
溶限より低いために、これらの差に基く過剰の酸
素が析出してしまうからである。なお900℃以下
の温度は実用的でないし、酸素の析出速度が遅く
なつてその析出が無視できることになる。この素
子形成時の拡散マスクとして、上述の熱酸化によ
る熱酸化膜を使用してもよい。 以上のように、熱酸化すれば、表面及び裏面か
ら距離Xj迄の領域２１ａ，２１ｂは酸素濃度が
高く、特に素子を形成すべき表面及び裏面近傍で
の酸素濃度は固溶限に近い値を有している。即
ち、領域２１ａ，２１ｂの酸素濃度は固溶限の1/
２〜１の範囲にあつて、1100〜1300℃で熱酸化し
た場合にはほぼ２×1017〜1018原子／cm3である。
従つて、領域２１ａ，２１ｂにおいては熱処理時
に転位の伝播が起こらず、また酸素固溶限より少
ない酸素濃度を有しているために析出物が発生し
ない。逆にXjが10μより短いと、ウエハ内の転位
が表面及び裏面側へ現われ出てしまつて望ましく
ない。この場合、ウエハ２１の領域２１ａに形成
する素子の深さが表面から例えば10μに及ぶとき
には、上述のXjは20μ以上にするのが望ましい。 なおCCDのように長い製造工程を経て製造さ
れる素子の場合にこの例によるウエハを使用する
と、第２図のように転位２０がウエハの周辺から
酸素濃度の少ない中間領域２１ｃへと伝播する。
しかしながら、この転位２０はゲツタリング作用
を発揮するために、更に効果が大きくなる。 なお、第１図に示した酸素濃度分布と類似の酸
素濃度分布を得るには、上述した方法に限らず、
従来公知のイオンインプランテーシヨンによつて
酸素を打込むことによつても得ることができる。
このイオン注入では酸素がガウス分布に従つて分
布することになるので、イオンのドーズ量、エネ
ルギー等を制御するだけで上述のXjを容易に得
ることができる。 以上、本発明を一実施例に基いて説明したが、
この実施例は本発明の技術的思想に基いて更に変
形が可能であることが理解されるであろう。例え
ば、絶縁体上に形成された薄膜シリコン結晶を上
述のシリコンウエハの代りに使用してもよい。
図面は本発明の一実施例を示すものであつて、
第１図はこの実施例によるウエハ内の酸素濃度分
布を示すグラフ、第２図は同実施例によるウエハ
の転位発生状況を示す断面図である。 なお図面に用いた符号において、２０……転
位、２１……基板、である。
第１図はこの実施例によるウエハ内の酸素濃度分
布を示すグラフ、第２図は同実施例によるウエハ
の転位発生状況を示す断面図である。 なお図面に用いた符号において、２０……転
位、２１……基板、である。
Claims (1)
- １ シリコン基板に半導体素子が形成されてお
り、前記半導体素子の形成されている領域が５×
1016〜１×1018原子／cm3の酸素を含有すると共
に、前記領域以外の領域が５×1016原子／cm3以下
の酸素を含有している半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6553986A JPS6249629A (ja) | 1986-03-24 | 1986-03-24 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6553986A JPS6249629A (ja) | 1986-03-24 | 1986-03-24 | 半導体装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61037844A Division JPS61198638A (ja) | 1986-02-22 | 1986-02-22 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6249629A JPS6249629A (ja) | 1987-03-04 |
| JPH0234170B2 true JPH0234170B2 (ja) | 1990-08-01 |
Family
ID=13289920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6553986A Granted JPS6249629A (ja) | 1986-03-24 | 1986-03-24 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6249629A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0551068U (ja) * | 1991-12-20 | 1993-07-09 | 株式会社ヨーヅリ | 潮切り用の疑似餌体 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4476390B2 (ja) * | 1998-09-04 | 2010-06-09 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の作製方法 |
| DE10205084B4 (de) * | 2002-02-07 | 2008-10-16 | Siltronic Ag | Verfahren zur thermischen Behandlung einer Siliciumscheibe sowie dadurch hergestellte Siliciumscheibe |
-
1986
- 1986-03-24 JP JP6553986A patent/JPS6249629A/ja active Granted
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JOURNAL OF APPLIED PHYSICS=1975 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0551068U (ja) * | 1991-12-20 | 1993-07-09 | 株式会社ヨーヅリ | 潮切り用の疑似餌体 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6249629A (ja) | 1987-03-04 |
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