JPH0422876B2 - - Google Patents
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- JPH0422876B2 JPH0422876B2 JP19428882A JP19428882A JPH0422876B2 JP H0422876 B2 JPH0422876 B2 JP H0422876B2 JP 19428882 A JP19428882 A JP 19428882A JP 19428882 A JP19428882 A JP 19428882A JP H0422876 B2 JPH0422876 B2 JP H0422876B2
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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
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/30—Mechanisms for rotating or moving either the melt or the crystal
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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)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はイントリンシツクゲツタリング効果を
有するＮ型単結晶シリコン基板の材料となるシリ
コン単結晶インゴツトの製造方法に関する。
有するＮ型単結晶シリコン基板の材料となるシリ
コン単結晶インゴツトの製造方法に関する。
近年、シリコンLSIの高集積化のテンポは目ざ
ましいものがある。ダイナミツクRAMでは64K
の量産化が活発であり、256Kの実用化も目前に
迫つている。このように集積度が向上するにつれ
て、デバイス製造面から今までは問題にされてい
なかつた種々の事柄がクローズアツプされてきて
いる。その大きな問題の一つとして、素子の微細
化に伴うラツチアツプ現象やα線によるソフトエ
ラー等が指摘されている。
ましいものがある。ダイナミツクRAMでは64K
の量産化が活発であり、256Kの実用化も目前に
迫つている。このように集積度が向上するにつれ
て、デバイス製造面から今までは問題にされてい
なかつた種々の事柄がクローズアツプされてきて
いる。その大きな問題の一つとして、素子の微細
化に伴うラツチアツプ現象やα線によるソフトエ
ラー等が指摘されている。
これらを解決する方法の一つとして、最近では
MOSエピウエーハの使用、すなわち高濃度不純
物基板上に厚さ10〜14μｍの高抵抗層をエピタキ
シヤル成長させた基板を用い、高濃度不純物層を
キヤリアの再結合層として用い、さらに、適当な
熱処理を施して内部欠陥を誘起させ、いわゆるイ
ントリンシツク・ゲツタリング（IG）効果を利
用することが試みられている。これらのMOSデ
バイスは通常Ｎチヤンネルであるから、Ｐ形ウエ
ーハを基板とし、したがつて高濃度不純物はＢを
用いている。
MOSエピウエーハの使用、すなわち高濃度不純
物基板上に厚さ10〜14μｍの高抵抗層をエピタキ
シヤル成長させた基板を用い、高濃度不純物層を
キヤリアの再結合層として用い、さらに、適当な
熱処理を施して内部欠陥を誘起させ、いわゆるイ
ントリンシツク・ゲツタリング（IG）効果を利
用することが試みられている。これらのMOSデ
バイスは通常Ｎチヤンネルであるから、Ｐ形ウエ
ーハを基板とし、したがつて高濃度不純物はＢを
用いている。
一方、最近、2/3インチCCDイメージセンサや
CMOSの32ビツトマイクロプロセツサの開発に
関心が集まつている。これらのデバイスではＮ形
基板を用い、高温の熱処理工程を用いてＰウエル
構造を形成し、デバイスを製造している。しかし
ながら、CCDイメージセンサでは画像傷が多い
という問題やCMOS32ビツトマイクロプロセツ
サはリーク電流が多いことや高密度化によるラツ
チアツプ現象が問題となつている。これらを解決
するためにＰ形基板と同様にＮ形基板でも、高濃
度のN+不純物を添加した基板を用い該基板上に
エピタキシヤル層を設けて活性層として利用する
ことが良いと考えられる。しかも該高濃度基板は
内部欠陥を有することが必要であり、IG効果に
よりプロセス誘起の汚染源を吸収して特性を向上
させることができる。
CMOSの32ビツトマイクロプロセツサの開発に
関心が集まつている。これらのデバイスではＮ形
基板を用い、高温の熱処理工程を用いてＰウエル
構造を形成し、デバイスを製造している。しかし
ながら、CCDイメージセンサでは画像傷が多い
という問題やCMOS32ビツトマイクロプロセツ
サはリーク電流が多いことや高密度化によるラツ
チアツプ現象が問題となつている。これらを解決
するためにＰ形基板と同様にＮ形基板でも、高濃
度のN+不純物を添加した基板を用い該基板上に
エピタキシヤル層を設けて活性層として利用する
ことが良いと考えられる。しかも該高濃度基板は
内部欠陥を有することが必要であり、IG効果に
よりプロセス誘起の汚染源を吸収して特性を向上
させることができる。
本発明はIG効果を有する高濃度Ｎ形シリコン
基板の材料となる単結晶インゴツトの製造方法を
提供することにある。
基板の材料となる単結晶インゴツトの製造方法を
提供することにある。
本発明者はまずＮ形不純物であるSbやＰが添
加された単結晶シリコン基板についてIG効果の
基礎検討を行つた。不純物濃度としては１〜
2Ω・cm0.1〜0.2Ω・cm、0.01〜0.02Ω・cmの三通り
とした。シリコン基板中の格子間酸素濃度は１〜
2Ω・cm及び0.1〜0.2Ω・cmのウエーハでは14〜18
×1017cm-3であり、0.01〜0.02Ω・cmでは測定でき
なかつたが、いずれも育成条件が同一であるた
め、ほぼ同濃度の酸素を有しているものと思われ
る。次に該ウエーハを乾燥酸素雰囲気中で各16時
間620℃、次いで720℃で熱処理を施し、更に湿式
酸素中で1140℃、２時間熱処理した。これらのウ
エーハをヘキ開し、ジルトル液を用いてエツチン
グし、内部欠陥を評価した。内部欠陥密度は第１
図に示すように、Sb及びＰ共に添加不純物濃度
が増すにつれて減少し、0.01〜0.02Ω・cmのウエ
ーハではSb及びＰ共に内部欠陥が生成されてい
ないことが明らかとなつた。
加された単結晶シリコン基板についてIG効果の
基礎検討を行つた。不純物濃度としては１〜
2Ω・cm0.1〜0.2Ω・cm、0.01〜0.02Ω・cmの三通り
とした。シリコン基板中の格子間酸素濃度は１〜
2Ω・cm及び0.1〜0.2Ω・cmのウエーハでは14〜18
×1017cm-3であり、0.01〜0.02Ω・cmでは測定でき
なかつたが、いずれも育成条件が同一であるた
め、ほぼ同濃度の酸素を有しているものと思われ
る。次に該ウエーハを乾燥酸素雰囲気中で各16時
間620℃、次いで720℃で熱処理を施し、更に湿式
酸素中で1140℃、２時間熱処理した。これらのウ
エーハをヘキ開し、ジルトル液を用いてエツチン
グし、内部欠陥を評価した。内部欠陥密度は第１
図に示すように、Sb及びＰ共に添加不純物濃度
が増すにつれて減少し、0.01〜0.02Ω・cmのウエ
ーハではSb及びＰ共に内部欠陥が生成されてい
ないことが明らかとなつた。
ところで、キヤリアの再結合を行わせるための
N+不純物の濃度としては高いほど好ましく、P+
不純物の例から考えると、４×1018cm-3（0.01Ω・
cm）程度が必要である。しかしながら、本発明者
が明らかにしたように、４×1018cm-3程度の濃度
を有するN+ウエーハにおいて内部欠陥を誘起さ
せることは困難であり、したがつてIG効果が期
待できず、基板としては適していない。
N+不純物の濃度としては高いほど好ましく、P+
不純物の例から考えると、４×1018cm-3（0.01Ω・
cm）程度が必要である。しかしながら、本発明者
が明らかにしたように、４×1018cm-3程度の濃度
を有するN+ウエーハにおいて内部欠陥を誘起さ
せることは困難であり、したがつてIG効果が期
待できず、基板としては適していない。
本発明はそのような難点を克服したものであ
り、以下実施例を用いて説明する。キヤリアの再
結合層は活性層となるエピタキシヤル層の下部に
存在すれば良いわけで、基板全体が高濃度である
必要はない。シリコン中のキヤリアの拡散長を考
えて50μｍ〜100μｍ程度あれば十分である。この
ような高濃度層を有し、かつIG効果をもつため
に低濃度層に格子間酸素が析出するに必要な最小
限の濃度値が必要である。このような基板として
は第２図のようなものが考えられる。
り、以下実施例を用いて説明する。キヤリアの再
結合層は活性層となるエピタキシヤル層の下部に
存在すれば良いわけで、基板全体が高濃度である
必要はない。シリコン中のキヤリアの拡散長を考
えて50μｍ〜100μｍ程度あれば十分である。この
ような高濃度層を有し、かつIG効果をもつため
に低濃度層に格子間酸素が析出するに必要な最小
限の濃度値が必要である。このような基板として
は第２図のようなものが考えられる。
本発明で提供する単結晶シリコン基板は第２図
のようなものではなくて、基板の製造方法や量産
性を考慮して第３図に示すものである。第３図に
示す基板とはN+層である１と、Ｎ又はN-層２が
交互に存在し、かつ基板の主面３にN+層が露出
している構造のものである。しかもＮ又はN-層
は10×1017cm-3以上の格子間酸素を有しているか
ら、後述するように適当な熱処理により内部欠陥
を誘起させることができる。この場合にはN+層
には内部欠陥は誘起されないが、交互に存在する
Ｎ又はN-層の内部欠陥がIG効果を生じせしめ
る。このような基板の全面に第４図に示すように
適当な厚さ例えば10〜20μｍのエピタキシヤル層
４を成長し、デバイスを製造する。このときのプ
ロセス汚染による重金属不純物は数層から成る低
濃度領域２によりゲツタリングされ、α線やラツ
チアツプによるキヤリアはエピタキシヤル層の直
下の高濃度層１で再結合し、消滅する。
のようなものではなくて、基板の製造方法や量産
性を考慮して第３図に示すものである。第３図に
示す基板とはN+層である１と、Ｎ又はN-層２が
交互に存在し、かつ基板の主面３にN+層が露出
している構造のものである。しかもＮ又はN-層
は10×1017cm-3以上の格子間酸素を有しているか
ら、後述するように適当な熱処理により内部欠陥
を誘起させることができる。この場合にはN+層
には内部欠陥は誘起されないが、交互に存在する
Ｎ又はN-層の内部欠陥がIG効果を生じせしめ
る。このような基板の全面に第４図に示すように
適当な厚さ例えば10〜20μｍのエピタキシヤル層
４を成長し、デバイスを製造する。このときのプ
ロセス汚染による重金属不純物は数層から成る低
濃度領域２によりゲツタリングされ、α線やラツ
チアツプによるキヤリアはエピタキシヤル層の直
下の高濃度層１で再結合し、消滅する。
次に本単結晶シリコン基板の製造方法について
述べる。Ｎ形不純物としてはSb及びＰが一般的
に用いられる。第１図で述べたようにSb添加の
方がＰ添加よりも内部欠陥を誘起し易く、更に本
製造法のポイントである引上げ速度による濃度依
存性もSbの方が非常に大きいから、ここではSb
の場合について述べる。
述べる。Ｎ形不純物としてはSb及びＰが一般的
に用いられる。第１図で述べたようにSb添加の
方がＰ添加よりも内部欠陥を誘起し易く、更に本
製造法のポイントである引上げ速度による濃度依
存性もSbの方が非常に大きいから、ここではSb
の場合について述べる。
まず、本基板が切り出されるシリコン単結晶イ
ンゴツトの製造方法について述べる。Sbのシリ
コン中への偏析係数は0.023であり、ドーパント
のなかでは最小である。この偏析係数は実は成長
速度依存性があり、Sbの場合には成長速度を10
倍増大させると偏析係数は７倍増大する。逆に成
長速度を1/10にすると偏析係数は1/7に低下する。
ンゴツトの製造方法について述べる。Sbのシリ
コン中への偏析係数は0.023であり、ドーパント
のなかでは最小である。この偏析係数は実は成長
速度依存性があり、Sbの場合には成長速度を10
倍増大させると偏析係数は７倍増大する。逆に成
長速度を1/10にすると偏析係数は1/7に低下する。
引上げ法による単結晶育成において、まず肩づ
くりが終了し定型部に到達した直後からの製造方
法を説明する。まず通常の成長条件と同様に約１
mm／minの成長速度で100μｍの長さを育成する。
このとき約６秒間要する。次に成長時間を約１桁
遅くして0.1mm／minで100μｍの長さを成長する。
このとき偏析係数は1/7に低下する。したがつて
１mm／minの成長速度で育成する場合のSb濃度を
４×1018cm-3になるようにドーパントを仕込んで
おくと、0.1mm／minで育成した領域では６×1017
cm-3の濃度、つまり0.4Ω・cm程度の比抵抗とな
る。0.1mm／minの育成では約60秒要する。この
ようにして、１mm／minと0.1mm／minの速度で繰
り返し成長することにより、Sb濃度が引上げ方
向に100μｍの周期で交互に〜４×1018cm-3と〜６
×1017cm-3の値をもつ結晶を育成することができ
た。
くりが終了し定型部に到達した直後からの製造方
法を説明する。まず通常の成長条件と同様に約１
mm／minの成長速度で100μｍの長さを育成する。
このとき約６秒間要する。次に成長時間を約１桁
遅くして0.1mm／minで100μｍの長さを成長する。
このとき偏析係数は1/7に低下する。したがつて
１mm／minの成長速度で育成する場合のSb濃度を
４×1018cm-3になるようにドーパントを仕込んで
おくと、0.1mm／minで育成した領域では６×1017
cm-3の濃度、つまり0.4Ω・cm程度の比抵抗とな
る。0.1mm／minの育成では約60秒要する。この
ようにして、１mm／minと0.1mm／minの速度で繰
り返し成長することにより、Sb濃度が引上げ方
向に100μｍの周期で交互に〜４×1018cm-3と〜６
×1017cm-3の値をもつ結晶を育成することができ
た。
更に本発明では育成時の回転数にも着目した。
溶融液にとけ込んだ酸素を単結晶中に取り込むた
めに低速度引上げ時に種子結晶の回転数を通常の
25rpmから増大させ40rpmとした。この結果、格
子間酸素濃度は約1.5倍増大した。以上の実施例
により、第５図に示すようにSbと格子間酸素濃
度の育成方向分布が得られた。この実施例では、
種子結晶の回転の例を述べたが、るつぼを種子結
晶と反対方向に回転し、回転速度を増しても良
い。
溶融液にとけ込んだ酸素を単結晶中に取り込むた
めに低速度引上げ時に種子結晶の回転数を通常の
25rpmから増大させ40rpmとした。この結果、格
子間酸素濃度は約1.5倍増大した。以上の実施例
により、第５図に示すようにSbと格子間酸素濃
度の育成方向分布が得られた。この実施例では、
種子結晶の回転の例を述べたが、るつぼを種子結
晶と反対方向に回転し、回転速度を増しても良
い。
次に、該単結晶からウエーハを切り出し、内部
欠陥を誘起させるために、熱処理を施した。乾燥
酸素雰囲気中で順次に520℃、620℃、720℃と各
16時間熱処理を施したのち、湿式酸素中で1140
℃、２時間の熱処理を行つた。この結果、第５図
に示す領域Ａでは内部欠陥が観察されず、領域Ｂ
では105／cm2程度の内部欠陥が誘起された。
欠陥を誘起させるために、熱処理を施した。乾燥
酸素雰囲気中で順次に520℃、620℃、720℃と各
16時間熱処理を施したのち、湿式酸素中で1140
℃、２時間の熱処理を行つた。この結果、第５図
に示す領域Ａでは内部欠陥が観察されず、領域Ｂ
では105／cm2程度の内部欠陥が誘起された。
このようなウエーハをデバイスの基板として用
いるためには、ウエーハの主面にN+層が存在す
ることが望ましい。そのために任意に切断された
ウエーハ主面の抵抗値を測定して選別し、もし高
抵抗層が露出している場合にはラツピングやエツ
チングにより該高抵抗層を除去して抵抗層を露出
させて用いればよい。以上述べたように育成中に
高、低の濃度分布をもつように単結晶を育成すれ
ば、任意に切り出されるウエーハ主面の抵抗値が
低抵抗値になる確率は50％であり、更にラツピン
グやエツチングの工程をつけ加えれば目的とする
基板は高い収率で得ることができる。
いるためには、ウエーハの主面にN+層が存在す
ることが望ましい。そのために任意に切断された
ウエーハ主面の抵抗値を測定して選別し、もし高
抵抗層が露出している場合にはラツピングやエツ
チングにより該高抵抗層を除去して抵抗層を露出
させて用いればよい。以上述べたように育成中に
高、低の濃度分布をもつように単結晶を育成すれ
ば、任意に切り出されるウエーハ主面の抵抗値が
低抵抗値になる確率は50％であり、更にラツピン
グやエツチングの工程をつけ加えれば目的とする
基板は高い収率で得ることができる。
本発明で述べた単結晶シリコン基板を用いてそ
の主面にエピタキシヤル層を形成したのち、
CCDイメージセンサやCMOSデバイスを作成し
たところ、画像傷の大幅な低減や、リーク電流の
低減、ラツチアツプ現象の防止等が実現した。
の主面にエピタキシヤル層を形成したのち、
CCDイメージセンサやCMOSデバイスを作成し
たところ、画像傷の大幅な低減や、リーク電流の
低減、ラツチアツプ現象の防止等が実現した。
第１図はSb及びＰについての比抵抗と内部欠
陥密度の相関を示す図、第２図は高濃度層１と低
濃度層２からなる基板の概念図、第３図は高濃度
層１と低濃度層２が交互に存在する本発明の基板
の概念図、３はウエーハ主面を示す。第４図はエ
ピ層４が形成されたウエーハの概念図、第５図は
インゴツト育成方向でのSb濃度と酸素濃度の分
布の概念図。
陥密度の相関を示す図、第２図は高濃度層１と低
濃度層２からなる基板の概念図、第３図は高濃度
層１と低濃度層２が交互に存在する本発明の基板
の概念図、３はウエーハ主面を示す。第４図はエ
ピ層４が形成されたウエーハの概念図、第５図は
インゴツト育成方向でのSb濃度と酸素濃度の分
布の概念図。
Claims (1)
- １ 引上げ法によるＮ型シリコン単結晶インゴツ
トの製造方法において、引上げ速度を高速度と低
速度の繰り返しによるものとし、かつ低速度の引
上げ時には、種子結晶又はるつぼの一方又は両者
を高速回転することを特徴とする引上げ法による
Ｎ型シリコン単結晶インゴツトの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19428882A JPS5983996A (ja) | 1982-11-05 | 1982-11-05 | 引上げ法によるシリコン単結晶インゴツトの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19428882A JPS5983996A (ja) | 1982-11-05 | 1982-11-05 | 引上げ法によるシリコン単結晶インゴツトの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5983996A JPS5983996A (ja) | 1984-05-15 |
| JPH0422876B2 true JPH0422876B2 (ja) | 1992-04-20 |
Family
ID=16322102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19428882A Granted JPS5983996A (ja) | 1982-11-05 | 1982-11-05 | 引上げ法によるシリコン単結晶インゴツトの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5983996A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0777999B2 (ja) * | 1989-11-24 | 1995-08-23 | 信越半導体株式会社 | アンチモンドープ単結晶シリコンの育成方法 |
| JP2745094B2 (ja) * | 1992-07-24 | 1998-04-28 | 三菱マテリアル株式会社 | シリコン単結晶の引上方法 |
| JP4510948B2 (ja) * | 1998-03-25 | 2010-07-28 | シルトロニック・ジャパン株式会社 | シリコン単結晶ウェ―ハの製造方法 |
| FR2994982B1 (fr) * | 2012-09-04 | 2016-01-08 | Commissariat Energie Atomique | Procede de fabrication d'une plaquette en silicium monolithique a multi-jonctions verticales. |
-
1982
- 1982-11-05 JP JP19428882A patent/JPS5983996A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5983996A (ja) | 1984-05-15 |
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