JPH04132693A - 中性子照射シリコン単結晶の熱処理方法 - Google Patents

中性子照射シリコン単結晶の熱処理方法

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JPH04132693A
JPH04132693A JP25320790A JP25320790A JPH04132693A JP H04132693 A JPH04132693 A JP H04132693A JP 25320790 A JP25320790 A JP 25320790A JP 25320790 A JP25320790 A JP 25320790A JP H04132693 A JPH04132693 A JP H04132693A
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JP
Japan
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heat treatment
neutron
silicon single
single crystal
resistivity
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Pending
Application number
JP25320790A
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English (en)
Inventor
Masato Toda
真人 戸田
Takuo Takenaka
卓夫 竹中
Yutaka Kitagawara
北川原 豊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Handotai Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、中性子照射ドープを行なったシリコン単結晶
に生起する結晶欠陥を除去し、抵抗率を修復するように
した中性子照射シリコン単結晶の熱処理方法に関する。
〔従来の技術〕
中性子照射による不純物ドープは半導体シリコン単結晶
内に均一な不純物分布、即ち抵抗率分布を得るために利
用されている。しかし、同時にシリコン単結晶において
は中性子照射による結晶欠陥が発生しており中性子を照
射したままでは本来のシリコン単結晶の性質(電気的特
性その他の物理的特性)を示さない。特に軽水炉を用い
た場合には、高速中性子が多くなるためにシリコン単結
晶の結晶欠陥が増大するものである。
中性子照射ドープ後に熱処理を行なう技術は知られてい
る(特公昭53−28741号、特開昭5110596
5号、特公昭5B−/1812号等)が、効果的な熱処
理によってシリコン単結晶に生じた結晶欠陥を除去し、
抵抗率を回復する技術はいまだ知られていない。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は上記した従来技術に鑑みて発明されたもので、
シリコン単結晶に発生した中性子照射による結晶欠陥を
除去し、抵抗率を回復するようにした方法を提供するこ
とを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するために、本発明の中性子照射シリコ
ン単結晶の熱処理方法においては、中性子照射ドープを
行なったシリコンリを結晶を、950〜I 200 ’
Cの温度範囲で所定時間熱処理するようにしたものであ
る。
」二足の温度範囲であれば、所定時間の熱処理によって
結晶内部の結晶欠陥が除去され、抵抗率が回復するもの
であり、実際の操業に当たっては、熱処理温度に対応す
る処理時間(抵抗率が回復し結晶欠陥が修復するまでの
時間)を予め設定しておけばよい。
処理温度が950℃未満では、結晶欠陥が除去できず抵
抗率の回復が不可能である。1200℃を越えた熱処理
はシリコンウェーハに悪影gを及ぼすので好ましくない
この所定時間を例示すれば、1200 ’Cに対しては
20分以上、1000 ’Cに対しては120分以上、
950 ’Cに対しては360分以上である。
〔実施例〕
以下に実施例を挙げて本発明を説明する。
中性子照射 次の条件でシリコン単結晶(250mm長のブロック)
に対して軽水炉及び重水炉において中性子照射を行なっ
た。
使用した結晶 ■成長方法:浮遊(IF融液法(FZ法)■結晶直径:
60mmφ ■成長方位:<Ill> ■導伝型:n 照射条件(軽水炉) ■目標抵抗値:30〜40Ω・cm ■熱中性子束(平均値): 2X10”n/c+fl/
s■高速中性子束(平均値) : 2 、 5 X l O”n /cta/ s■照
射時間:2時間15分 照射条件(重水炉) ■目標抵抗値:30〜40Ω・cm ■熱中性子束(平均値)  : 2 X 10 ”n 
/cf/ s■高速中性子束(平均値) :5X10  貫’ (1/ ctR/ s■照射時間
=2時間15分 熱処理実験1 上記したごとく、重水炉及び軽水炉で中性子照射したシ
リコン単結晶ブロックからそれぞれウェーハを切出した
。軽水炉中性子照射シリコンウェーハ及び重水炉中性子
照射シリコンウェーハのそれぞれに対して熱処理実験を
行なった。これらのウェーハに対して処理温度を750
’C,1000’C,1200℃の3条件、各温度につ
いて処理時間を30分、60分、120分、240分、
360分の5条件として熱処理を行なった。この熱処理
を行なったシリコンウェーハの抵抗率を四探針法によっ
て測定し、その結果を第1図及び第2図に示した。
熱処理実験2 熱処理実験Jの結果を確認するためさらに2段熱処理を
行なった。
一段目熱処理は750℃及び1200℃で所定時間行い
、二段目熱処理は1000 ’Cで8分行なった。この
熱処理を行なったシリコンウェーハの抵抗率を四探針法
によって測定し、その結果を第3図及び第4図に示した
。また、軽水炉中性子照射シリコンウェーハ及び重水炉
中性子照射シリコンウェーハのそれぞれに対して中性子
照射によるダメージの度合及び種類をDLTS (DE
EPLEVEL  TRANSIENT  5PECT
RO3COPY)法によって調べ、その結果を第5図、
第6図及び第7図に示した。
上記した実験1及び2の結果から次のことを確認した。
1)軽水炉中性子照射ウェーハの抵抗率は1200℃の
熱処理温度では処理時間(30〜360分)の変化に対
して一定であり、結晶欠陥が修復され安定な実用的抵抗
率が得られたと判断される(第1図)。第5図における
100K付近のDLTS波形ピークはシリコン単結晶固
有のもので、その高温側の隣接ピークは熱処理によって
消滅する中性子照射起因の結晶欠陥に対応するものとみ
ることができる。また、二段熱処理を行なった場合にも
、同様に抵抗率は安定しており、結晶欠陥は除去された
と判断される(第4図)。
1000℃の場合には、120分未満の熱処理では抵抗
率は回復しζいないと判断される(第1図)。
750℃の熱処理温度の場合にも、1200℃の場合と
同様に、抵抗率は処理時間の変化に対してほぼ一定であ
り、結晶欠陥も回復しているように見える(第1図)が
、さらに1000℃8分の2段目熱処理を行なうと、抵
抗率は大きく変動低下してしまい、結晶内部には欠陥が
残留していることが分かった(第3図)。
1000℃8分の熱処理は半導体素子の製造工程の熱処
理を模擬したものである。
2)二段熱処理における軽水炉中性子照射ウェーハの挙
動をさらに正確に知るために行なったDLTS法による
測定結果は第5図に示されている。
第4図に示した抵抗率の変化と同様に、1段目に120
0℃の熱処理のみを行なった場合及びさらに2段目に1
000℃の熱処理を行なった場合のいずれの場合にもD
 L TSの信号波形は安定しており、結晶欠陥は除去
されていると考えられる。
また、一方1段目に750℃の熱処理のみを行なった場
合及びさらに2段目に1000℃の熱処理を行なった場
合のいずれの場合にもD L T Sの信号波形には異
常ピークが見られ、結晶内部には欠陥が在留しているこ
とが窺える。
3)重水炉中性子照射ウェーハの熱処理はいずれの熱処
理温度(750°c、1ooo℃,1200”C)であ
っても処理時間(30〜360分)の変化に対して一定
であり、−見すると全ての熱処理の場合に結晶欠陥が除
去されているように見える(第2図)。更に、二段熱処
理を行なったものでも、すべて抵抗率は安定しており、
結晶欠陥は回復しているように見える(第3図及び第4
図)。
4)二段熱処理における重水炉中性子照射ウェーへの結
晶欠陥の挙動をさらに正確に知るために行なったDLT
S法による測定結果は第6図に示されている。
第4図に示した抵抗率の変化と同様に、1段目に120
0℃の熱処理のみを行なった場合及びさらに2段目に1
000℃の熱処理を行なった場合のいずれの場合にもI
) L T Sのスペクトルは安定しており、結晶の欠
陥は除去されていると考えられる。
また、1段目に750 ’Cの熱処理のみを行なった場
合及びさらに2段目に1000℃の熱処理を行なった場
合のいずれの場合にもDLTSの信号波形には異常ピー
クが存在し、結晶内部には欠陥が残留していることが窺
える。
5)軽水炉中性子照射ウェーハ及び重水炉中性子照射ウ
ェーハに対する1000℃8分の熱処理条件におけるD
 L T’ S信号波形を第7図に示した。
軽水炉中性子照射ウェーハにおいて100〜150にの
間に異常ピークが存在し、結晶内部に欠陥が残留してい
ることが窺える。また、重水炉中性子照射ウェーハの#
2において、100〜150にの間に小さな異常ピーク
が観測されている。これは軽水炉中性子照射ウェーハに
おいて観測された異常ピークと同等なものと考えられる
。従って、重水炉中性子照射ウェーハの1000 ’C
8分の熱処理品においても結晶内部に欠陥が残留してい
ることが窺える。
上記した実験の結果を総合すれば以下の結論が得られる
重水炉中性子照射ウェーハ及び軽水炉中性子照射ウェー
ハのいずれに対しても、結晶内部の欠陥を除去し、安定
な実用的抵抗率を回復するための熱処理条件としては、
950〜1200℃の温度範囲で所定時間熱処理を行な
うことが必要である。
ここでいう所定時間とは1200℃に対しては20分以
上、1000℃では120分以上、950℃では360
分以上となるものである。いずれにし°ζも、上記の温
度範囲であれば、所定時間の熱処理によって結晶内部の
欠陥が除去されるものであり、実際の操業に当たっては
、熱処理温度に対応する処理時間(抵抗率が回復し結晶
欠陥が修復するまでの時間)を予め設定しておけばよい
ものである。
〔発明の効果〕
以上述べたごとく、本発明によれば、所定条件の熱処理
を行なうことによって、シリコン単結晶に発生した中性
子照射による結晶欠陥を除去し、安定な実用的抵抗率を
回復することができるという大きな効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は軽水炉中性子照射ウェーハに対する各種熱処理
条件にお4Jる抵抗率の変化を示すグラフ、第2図は重
水炉中性子照射ウェーハに対する各種熱処理条件におけ
る抵抗率の変化を示すグラフ、第3図は軽水炉中性子照
射ウェーハに対する二段熱処理条件にお&Jる抵抗率の
変化を示すグラフ、第4図は重水炉中性子照射ウェーハ
に対する一段熱処理条件におりる抵抗率の変化を示すグ
ラフ、第5図は軽水炉中性子照射ウェーハに対する各種
熱処理条件におけるDLTS信号波形を示すグラフ、第
6図は重水炉中性子照射ウェーハに対する各種熱処理条
件におけるDLTS信号波形を示すグラフ及び第7図は
軽水炉中性子照射ウェーハ及び重水炉中性子照射ウェー
ハに対する1000’C8分の熱処理条件におけるD 
L ”「S信号波形を示すグラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)中性子照射ドープを行なったシリコン単結晶を、
    950〜1200℃の温度範囲で所定時間熱処理するこ
    とによって中性子照射シリコン単結晶の抵抗率の回復及
    び結晶欠陥の修復を行なうようにしたことを特徴とする
    中性子照射シリコン単結晶の熱処理方法。
JP25320790A 1990-09-21 1990-09-21 中性子照射シリコン単結晶の熱処理方法 Pending JPH04132693A (ja)

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