JPH0339998B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0339998B2 JPH0339998B2 JP57124118A JP12411882A JPH0339998B2 JP H0339998 B2 JPH0339998 B2 JP H0339998B2 JP 57124118 A JP57124118 A JP 57124118A JP 12411882 A JP12411882 A JP 12411882A JP H0339998 B2 JPH0339998 B2 JP H0339998B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wafer
- oxygen
- oxygen concentration
- atoms
- defects
- 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
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/06—Silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は新規かつ改良された半導体電子装置
（デバイス）の製造方法に関するものである。
（デバイス）の製造方法に関するものである。
従来、チヨクラルスキー法（CZ法）で育成し
たシリコン単結晶にはその製造過程を通じて多量
の酸素不純物が混入されており、この酸素不純物
は熱プロセスを経ることにより結晶欠陥の原因と
なることが知られている。
たシリコン単結晶にはその製造過程を通じて多量
の酸素不純物が混入されており、この酸素不純物
は熱プロセスを経ることにより結晶欠陥の原因と
なることが知られている。
この欠陥は主としてデバイスを製作するプロセ
ス中に発生し、特にこれがウエーハ表面（デバイ
スの活性化領域）に発生した場合にはデバイスの
特性を極度に低下させることになるので、これま
ではシリコン単結晶に対する酸素不純物濃度をで
きるだけ下げるべく努力が払われてきた。
ス中に発生し、特にこれがウエーハ表面（デバイ
スの活性化領域）に発生した場合にはデバイスの
特性を極度に低下させることになるので、これま
ではシリコン単結晶に対する酸素不純物濃度をで
きるだけ下げるべく努力が払われてきた。
本発明は上記した酸素不純物の存在を有効に利
用し、これをデバイスの特性向上に寄与させよう
とするものであつて、これはチヨクラルスキー法
により得られるシリコン単結晶中に積極的に酸素
を導入し、この際その酸素濃度を8.5×1017〜10.5
×1017原子／立方センチメートルに規定したシリ
コン単結晶より得たウエーハを始発原料とし、そ
の表面に集積回路を900〜1200℃の温度条件下で
形成させる半導体電子装置の製造方法である。
用し、これをデバイスの特性向上に寄与させよう
とするものであつて、これはチヨクラルスキー法
により得られるシリコン単結晶中に積極的に酸素
を導入し、この際その酸素濃度を8.5×1017〜10.5
×1017原子／立方センチメートルに規定したシリ
コン単結晶より得たウエーハを始発原料とし、そ
の表面に集積回路を900〜1200℃の温度条件下で
形成させる半導体電子装置の製造方法である。
これを説明すると、本発明者らはデバイス基板
用単結晶シリコンウエーハの酸素濃度について
種々検討したところ、この酸素濃度が低すぎると
きはデバイスの製造に際し、900〜1200℃の熱処
理を経ても酸素の析出はさほど起らず、逆に酸素
濃度が高すぎるときには前記したようにウエーハ
表面（デバイス活性化領域）に酸素が析出してこ
れが原因となつて欠陥が発生し、デバイスの特性
を極度に悪くするようになつてしまうが、しかし
上記のように本発明に従つてシリコン単結晶の酸
素濃度を8.5×1017〜10.5×1017原子／立方センチ
メートルに規定するときには、上記のように酸素
の析出によるウエーハ表面の欠陥がなく、おどろ
くことにはウエーハ表面のライフタイムを向上さ
せることができることを確認し本発明を完成する
に至つたものである。
用単結晶シリコンウエーハの酸素濃度について
種々検討したところ、この酸素濃度が低すぎると
きはデバイスの製造に際し、900〜1200℃の熱処
理を経ても酸素の析出はさほど起らず、逆に酸素
濃度が高すぎるときには前記したようにウエーハ
表面（デバイス活性化領域）に酸素が析出してこ
れが原因となつて欠陥が発生し、デバイスの特性
を極度に悪くするようになつてしまうが、しかし
上記のように本発明に従つてシリコン単結晶の酸
素濃度を8.5×1017〜10.5×1017原子／立方センチ
メートルに規定するときには、上記のように酸素
の析出によるウエーハ表面の欠陥がなく、おどろ
くことにはウエーハ表面のライフタイムを向上さ
せることができることを確認し本発明を完成する
に至つたものである。
例えば、約800℃では、シリコン単結晶中の酸
素原子の拡散係数が小さくなりすぎるためと想像
されるが、ウエーハ内部に酸素の析出が起こらず
その結果ウエーハのライフタイムは向上しかなつ
た。しかし酸素濃度が9.0×1017原子／立方セン
チメートル、体積固有抵抗が約10Ωcmのｐ型シリ
コンウエーハは800℃で２時間熱処理したところ、
当初200マイクロ秒であつたライフタイムが僅か
に低下した。このライフタイムの低下は熱処理時
の汚染によるものと考えられる。一方1280℃でウ
エーハを熱処理したところ、表面はもちろんウエ
ーハ内部にも酸素の析出は起きなかつた。この理
由は、高温領域ではシリコンの酸素許容溶解度が
大きくなるためにウエーハ内の酸素が析出しにく
くなると考えられる。以上の実験と考察から、総
合的に酸素濃度が8.5×1017〜10.5×1017原子／立
方センチメートルのウエーハを900〜1200℃の範
囲で熱処理することにより、ウエーハ中の溶存酸
素はウエーハの表面ではなく内部に析出し、微小
な結晶欠陥を作つて集積回路を形成するウエーハ
表面のライフタイムを向上させることが可能にな
ると結論した。
素原子の拡散係数が小さくなりすぎるためと想像
されるが、ウエーハ内部に酸素の析出が起こらず
その結果ウエーハのライフタイムは向上しかなつ
た。しかし酸素濃度が9.0×1017原子／立方セン
チメートル、体積固有抵抗が約10Ωcmのｐ型シリ
コンウエーハは800℃で２時間熱処理したところ、
当初200マイクロ秒であつたライフタイムが僅か
に低下した。このライフタイムの低下は熱処理時
の汚染によるものと考えられる。一方1280℃でウ
エーハを熱処理したところ、表面はもちろんウエ
ーハ内部にも酸素の析出は起きなかつた。この理
由は、高温領域ではシリコンの酸素許容溶解度が
大きくなるためにウエーハ内の酸素が析出しにく
くなると考えられる。以上の実験と考察から、総
合的に酸素濃度が8.5×1017〜10.5×1017原子／立
方センチメートルのウエーハを900〜1200℃の範
囲で熱処理することにより、ウエーハ中の溶存酸
素はウエーハの表面ではなく内部に析出し、微小
な結晶欠陥を作つて集積回路を形成するウエーハ
表面のライフタイムを向上させることが可能にな
ると結論した。
つぎに本発明を、シリコンウエーハ上にモス型
集積回路を形成する場合に関連して説明する。
集積回路を形成する場合に関連して説明する。
Ｎチヤンネルモス型集積回路形成のプロセスを
ゲート酸素膜の形成までに限定して一例を述べる
と、つぎの13工程からなる。
ゲート酸素膜の形成までに限定して一例を述べる
と、つぎの13工程からなる。
第１工程 初期酸化膜形成 1000℃
第２工程 Si3N4膜成長
第３工程 フオトリングラフイ
第４工程 Si3N4エツチ
第５工程 Ｂイオン注入
第６工程 フオトレジスト除去
第７工程 フイールド酸化 1000℃
第８工程 SiO2エツチ
第９工程 Si3N4膜
第10工程 SiO2エツチ
第11工程 酸化 1000℃
第12工程 SiO2エツチ
第13工程 ゲート酸化 950℃
上記の一部工程に処理温度を併記したが、これ
が集積回路形成工程の熱処理の温度であり、上記
例では1000℃付近が熱処理温度として選択されて
いる。
が集積回路形成工程の熱処理の温度であり、上記
例では1000℃付近が熱処理温度として選択されて
いる。
上記の集積回路の形成プロセス中にウエーハの
含有酸素が熱処理により析出したり、しなかつた
りして目的とする集積回路の良否の目安には、例
えば第13工程のゲート酸化における当該酸化膜の
耐圧電気特性があげられる。この酸化膜の耐圧
は、当然ながらウエーハ表面層における結晶欠陥
発生の良否およびウエーハ内部の結晶欠陥の形成
とそのゲツター効果によるウエーハ表面の清浄化
に大いに影響を受ける。
含有酸素が熱処理により析出したり、しなかつた
りして目的とする集積回路の良否の目安には、例
えば第13工程のゲート酸化における当該酸化膜の
耐圧電気特性があげられる。この酸化膜の耐圧
は、当然ながらウエーハ表面層における結晶欠陥
発生の良否およびウエーハ内部の結晶欠陥の形成
とそのゲツター効果によるウエーハ表面の清浄化
に大いに影響を受ける。
つぎに、8.5×1017〜10.5×1017原子／立方セン
チメートルの酸素濃度を有するウエーハが900〜
1200℃の温度範囲の熱処理によつて、どのように
シリコンウエーハの表面および内部で結晶欠陥が
発生するかを説明し、上記酸素濃度範囲のウエー
ハを用い、かつ900〜1200℃の温度範囲をその工
程の一部で採用することによつて、収率よくある
いは高性能の集積回路の形成が可能であることを
説明する。
チメートルの酸素濃度を有するウエーハが900〜
1200℃の温度範囲の熱処理によつて、どのように
シリコンウエーハの表面および内部で結晶欠陥が
発生するかを説明し、上記酸素濃度範囲のウエー
ハを用い、かつ900〜1200℃の温度範囲をその工
程の一部で採用することによつて、収率よくある
いは高性能の集積回路の形成が可能であることを
説明する。
第２図は、高酸素濃度すなわち12.5×1017原
子／立方センチメートルのシリコンウエーハを
1000℃で２時間熱処理し、そのウエーハ断面の欠
陥分布を観察した例である。かかる高酸素濃度の
ウエーハでは、結晶欠陥が表面まで生成してお
り、このような状態でこのウエーハ表面に集積回
路が形成されると、モス型では前述のゲート酸化
膜の耐圧特性は明らかに劣化することが予想され
る。第３図、第４図は、それぞれ酸素濃度が7.5
×1017原子／立方センチメートル、9.5×1017原
子／立方センチメートルであるウエーハを同じく
1100℃で２時間熱処理したときのウエーハ表面の
欠陥を観察したものである。7.5×1017原子／立
方センチメートルの低酸素濃度のウエーハでは、
前記12.5×1017原子／立方センチメートルの酸素
濃度の場合と同様にウエーハ表面に微小欠陥が形
成されているが、その欠陥の性質は異なつている
ものと考える。しかし欠陥があるウエーハ表面に
は、特性の良い集積回路はできない。バイポーラ
型の場合は、ウエーハ表面近傍にpn接合が形成
されているが、上記の欠陥があれば、その部分で
異常拡散が起こり、正常なpn接合はできないの
は当然である。9.5×1017原子／立方センチメー
トルの酸素濃度のウエーハは表面に欠陥は観察さ
れなかつたが、内部にはゲツター効果のある酸素
の析出が行われたと考える。
子／立方センチメートルのシリコンウエーハを
1000℃で２時間熱処理し、そのウエーハ断面の欠
陥分布を観察した例である。かかる高酸素濃度の
ウエーハでは、結晶欠陥が表面まで生成してお
り、このような状態でこのウエーハ表面に集積回
路が形成されると、モス型では前述のゲート酸化
膜の耐圧特性は明らかに劣化することが予想され
る。第３図、第４図は、それぞれ酸素濃度が7.5
×1017原子／立方センチメートル、9.5×1017原
子／立方センチメートルであるウエーハを同じく
1100℃で２時間熱処理したときのウエーハ表面の
欠陥を観察したものである。7.5×1017原子／立
方センチメートルの低酸素濃度のウエーハでは、
前記12.5×1017原子／立方センチメートルの酸素
濃度の場合と同様にウエーハ表面に微小欠陥が形
成されているが、その欠陥の性質は異なつている
ものと考える。しかし欠陥があるウエーハ表面に
は、特性の良い集積回路はできない。バイポーラ
型の場合は、ウエーハ表面近傍にpn接合が形成
されているが、上記の欠陥があれば、その部分で
異常拡散が起こり、正常なpn接合はできないの
は当然である。9.5×1017原子／立方センチメー
トルの酸素濃度のウエーハは表面に欠陥は観察さ
れなかつたが、内部にはゲツター効果のある酸素
の析出が行われたと考える。
添付図面の第１図はCZ法により得られた各種
酸素濃度の単結晶シリコンからなるデバイス基板
用ウエーハを、900〜1100℃の温度に加熱した後
の酸素減少量をプロツトしたものであつて、第１
図の横軸は単結晶シリコンの初期酸素含有量を、
また縦軸は上記熱プロセス後における含有酸素の
減少量をそれぞれ表わすものである。
酸素濃度の単結晶シリコンからなるデバイス基板
用ウエーハを、900〜1100℃の温度に加熱した後
の酸素減少量をプロツトしたものであつて、第１
図の横軸は単結晶シリコンの初期酸素含有量を、
また縦軸は上記熱プロセス後における含有酸素の
減少量をそれぞれ表わすものである。
第１図から明らかなように、その酸素濃度が
8.5×1017原子／立方センチメートル未満のウエ
ーハでは熱プロセスを通じて酸素濃度の減少がほ
とんどみられず、これは欠陥が発生しないことを
意味し、これでは欠陥に基づくゲツター効果が期
待できない。一方酸素濃度が10.5×1017原子／立
方センチメートル以上の場合には過飽和の酸素が
ほとんどウエーハ表面に析出し、欠陥がウエーハ
全体にわたつて発生してこれがデバイスの特性を
極度に悪いものとしてしまう。しかしデバイス基
板の酸素濃度が17〜21ppmaの範囲内にある場合
には、酸素の析出が認められず所期のゲツター効
果が得られるのである。
8.5×1017原子／立方センチメートル未満のウエ
ーハでは熱プロセスを通じて酸素濃度の減少がほ
とんどみられず、これは欠陥が発生しないことを
意味し、これでは欠陥に基づくゲツター効果が期
待できない。一方酸素濃度が10.5×1017原子／立
方センチメートル以上の場合には過飽和の酸素が
ほとんどウエーハ表面に析出し、欠陥がウエーハ
全体にわたつて発生してこれがデバイスの特性を
極度に悪いものとしてしまう。しかしデバイス基
板の酸素濃度が17〜21ppmaの範囲内にある場合
には、酸素の析出が認められず所期のゲツター効
果が得られるのである。
第１図は単結晶シリコンウエーハの熱プロセス
による酸素濃度の減少を表わすグラフ、第２図は
酸素濃度が12.5×1017原子／立方センチメートル
のシリコンウエーハを1000℃で２時間熱処理した
ときの断面の金属組織の顕微鏡写真、第３図は酸
素濃度が7.5×1017原子／立方センチメートルの
シリコンウエーハを1000℃で２時間熱処理したと
きの表面の金属組織の、ａは200倍、ｂは400倍の
顕微鏡写真、第４図は酸素濃度が9.5×1017原
子／立方センチメートルのシリコンウエーハを
1000℃で２時間熱処理したときの表面の金属組織
の、ａは200倍、ｂは400倍の顕微鏡写真である。
による酸素濃度の減少を表わすグラフ、第２図は
酸素濃度が12.5×1017原子／立方センチメートル
のシリコンウエーハを1000℃で２時間熱処理した
ときの断面の金属組織の顕微鏡写真、第３図は酸
素濃度が7.5×1017原子／立方センチメートルの
シリコンウエーハを1000℃で２時間熱処理したと
きの表面の金属組織の、ａは200倍、ｂは400倍の
顕微鏡写真、第４図は酸素濃度が9.5×1017原
子／立方センチメートルのシリコンウエーハを
1000℃で２時間熱処理したときの表面の金属組織
の、ａは200倍、ｂは400倍の顕微鏡写真である。
Claims (1)
- １ 酸素濃度が8.5×1017〜10.5×1017原子／立方
センチメートルである半導体シリコンウエーハの
表面に、集積回路を900〜1200℃の温度条件下で
形成させることを特徴とする半導体電子装置の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12411882A JPS5918198A (ja) | 1982-07-16 | 1982-07-16 | デバイス基板用単結晶シリコン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12411882A JPS5918198A (ja) | 1982-07-16 | 1982-07-16 | デバイス基板用単結晶シリコン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5918198A JPS5918198A (ja) | 1984-01-30 |
| JPH0339998B2 true JPH0339998B2 (ja) | 1991-06-17 |
Family
ID=14877364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12411882A Granted JPS5918198A (ja) | 1982-07-16 | 1982-07-16 | デバイス基板用単結晶シリコン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5918198A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3624827B2 (ja) * | 2000-12-20 | 2005-03-02 | 三菱住友シリコン株式会社 | シリコン単結晶の製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4118303A (en) * | 1976-08-30 | 1978-10-03 | Burroughs Corporation | Apparatus for chemically treating a single side of a workpiece |
| JPS5857724B2 (ja) * | 1979-07-24 | 1983-12-21 | 日本電信電話株式会社 | 光学的信号の接続装置 |
-
1982
- 1982-07-16 JP JP12411882A patent/JPS5918198A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5918198A (ja) | 1984-01-30 |
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