JPH04276628A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH04276628A
JPH04276628A JP6251891A JP6251891A JPH04276628A JP H04276628 A JPH04276628 A JP H04276628A JP 6251891 A JP6251891 A JP 6251891A JP 6251891 A JP6251891 A JP 6251891A JP H04276628 A JPH04276628 A JP H04276628A
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JP
Japan
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heat treatment
temperature
buried layer
semiconductor device
treatment
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Withdrawn
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JP6251891A
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English (en)
Inventor
Etsuro Shimizu
悦朗 清水
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical 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】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、埋め込み層を有する
半導体装置の製造方法、特にイントリンジックゲッタリ
ング(以下IGと略称する)を適用した埋め込み層を有
する半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置とりわけ固体撮像装置
の開発の上で、IG処理をデバイス製造プロセスに適用
するケースが増えている。例えば、「日経マイクロデバ
イス」1988年11月号第104 頁〜第111 頁
には、CCD型固体撮像装置において、エピタキシャル
成長した基板にIG処理を施した場合に、白キズ不良に
対する歩留りが大幅に改善されたということが報告され
ている。
【0003】固体撮像装置にIG処理を施す場合、10
00℃以上の高温処理、500 ℃〜1000℃の低温
処理、850 ℃〜1150℃の中温処理からなる3段
階のIG熱処理を、デバイス製造プロセス前に適用した
場合に高いゲッタリング効果が得られる。このことは特
開昭58−222529号公報に、MOS型固体撮像装
置に適用した場合の白キズ不良に対する歩留りの改善を
例として開示されている。また上記3段階のIG熱処理
にエピタキシャル成長を組み合わせて製造したSIT型
固体撮像装置においても、同様に高いゲッタリング効果
が得られたことが、第51回秋季応用物理学会連合討論
会予稿集28a−F−10において、ライフタイムの評
価結果として報告されている。
【0004】3段階のIG熱処理をデバイス製造プロセ
ス前に適用した場合に高いゲッタリング効果が得られる
理由は、SIT型固体撮像装置の解析によれば、シリコ
ン基板のバルク欠陥分布の形態が中温の熱処理によって
、よりゲッタリング効率の大きな形態に変化するからで
あり、これにより、後に続くデバイス製造プロセス中の
汚染が効率良く基板中にゲッタリングされる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このような3段階のI
G熱処理を埋め込み層を有する半導体装置、例えばCM
OS回路内蔵のCMD(Charge Modulat
ion Device)型固体撮像装置に適用すること
はもちろん可能であるが、熱処理条件に十分な注意が必
要となる。この理由は、埋め込み工程においては、ウェ
ハーの酸素濃度と処理温度に依存して酸素析出核の形成
,成長あるいは消滅が起こる一方、埋め込み工程に続く
エピタキシャル成長工程においては、水素によるシリコ
ン酸化物の還元効果による酸素析出物の消滅が起こり、
この2つの工程によりシリコンのバルク中の酸素析出物
の挙動が不安定となるからである。
【0006】次に、この態様をCMD型固体撮像装置を
例として、ウェハー基板酸素濃度と経過工程との関係を
示す図3に基づいて説明する。なお図3において、実線
は初期基板酸素濃度が15.2×1017cm−3、点
線は18.8×1017cm−3の場合を示している。 高温−低温−中温の熱処理を埋め込み工程とエピタキシ
ャル成長工程の前に適用した場合、中温の熱処理によっ
て酸素析出が起こり酸素濃度は一旦低下する。その後、
この場合には埋め込み工程後も酸素濃度は変化しないが
、エピタキシャル成長工程により、酸素濃度は増大する
。これは析出物の消滅が生じたことを示している。その
後は再び酸素析出が進行し、デバイス製造工程の経過と
共に酸素濃度は低下する。このように酸素析出物が析出
−分解−再析出するように熱処理を設定すると、酸素析
出物の分解後に格子間酸素がウェハー表面まで拡散し、
その後の再析出により、表面付近に酸素析出物が生じる
。この場合にはデバイス特性が劣化する。
【0007】このようなデバイス特性の劣化を防ぐには
、IG熱処理工程,埋め込み工程及びエピタキシャル成
長工程の順番、並びにそれぞれの工程の熱処理条件を、
一旦析出した酸素析出物が分解しないように適切に設定
する必要がある。本発明は、従来のIG処理を適用した
埋め込み層を有する半導体装置の製造方法に、高温−低
温−中温の熱処理からなるIG処理を施す場合に、一旦
析出した酸素析出物が再び分解しないようにした半導体
装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するために、本発明は、シリコン単結晶基板に100
0℃以上高温度で第1の熱処理を行うIG処理工程と、
次いで埋め込み層を形成する工程と、次いでエピタキシ
ャル層を形成する工程と、次いで500 ℃〜1000
℃程度の低温度で第2の熱処理を行うIG処理工程と、
更に続けて850 ℃〜1150℃程度の中温度で第3
の熱処理を行うIG処理工程とを含んで半導体装置を製
造するものである。
【0009】また埋め込み層を形成する工程において、
熱処理中に酸素析出核が形成されないか若しくは少量し
か形成されないように、シリコン単結晶基板の格子間酸
素濃度と埋め込み層形成の熱処理温度とを設定するもの
である。理論的には、B. Rogers et al
., VLSI Science and Techn
ology / 1984, edited by K
. E.Bean, etal., (Electro
chemical Society, Penning
ton NJ, 1984), p74 に記載されて
いる次の(1)式で表される析出核形成速度J(cm−
3s−1)を小さな数値になるように、基板格子間酸素
濃度と熱処理温度のマッチングをとればよい。 J=Z(4πRC 2 )(D/d) [Oi]2 e
xp [−16πσ3 /3GV 2 kT]・・・・
・・(1)Z:Zeldovich 係数 σ:析出物の界面エネルギー( erg/cm2 )[
Oi]:基板格子間酸素濃度(cm−3)d:シリコン
の原子間距離=2.35×10−8cmD:酸素拡散係
数=0.17 exp[−2.54eV/kT]TE 
:平衡温度=1.03eV/k(48.845−ln[
Oi])HV :エンタルピー/ボリウム=7.48×
1010 erg/cmGV :自由エネルギー/ボリ
ウム=HV (TE −T)/TE  RC :臨界半径=2σ/GV  k:ボルツマン定数 T:温度
【0010】図1は、この析出核形成速度Jを基板格子
間酸素濃度と処理温度との関係として表した図である。 この図からわかるように、埋め込み工程前の基板格子間
酸素濃度[Oi]がほぼ8×1017cm−3であれば
、950 ℃以上の温度処理で析出核の形成速度がほぼ
ゼロとなり、また[Oi]がほぼ10×1017cm−
3であれば、1000℃以上の処理温度で析出核の形成
速度がほぼゼロとなる。
【0011】このように3段階のIG熱処理工程と埋め
込み層形成工程並びにエピタキシャル層形成工程の処理
順を設定することにより、更に埋め込み層形成工程にお
ける熱処理条件を設定することにより、一旦析出した酸
素析出物の分解・消滅を防ぐことができるのみならず、
ウェル拡散工程から始まるデバイス工程前に、ゲッタリ
ング効率の大きな欠陥形態にバルク欠陥形態を変化させ
るという3段階のIG熱処理の特長を利用することが可
能となる。これにより、埋め込み層を有する半導体装置
の製造においても、大きなゲッタリング効果を得ること
ができる。また、図1からわかるように、埋め込み工程
前の基板格子間酸素濃度をほぼ10×1017cm−3
にすれば、1000℃程度の埋め込み層形成の熱処理温
度で本発明の作用効果が実現でき、この場合は1×10
17cm−3程度の低濃度埋め込み層をも精度よく形成
可能となる。
【0012】
【実施例】次に実施例について説明する。図2は本発明
をCMD型固体撮像装置の製造方法に適用した実施例を
説明するための図で、製造工程の経過に対するシリコン
単結晶基板の格子間酸素濃度の変化を示している。3段
階の各IG熱処理工程と、埋め込み層形成工程,エピタ
キシャル層成長工程,デバイス製造工程の順序は、高温
IG熱処理−埋め込み層形成−エピタキシャル層成長−
低温IG熱処理−中温IG熱処理−デバイス製造工程の
順とし、埋め込み層形成時の熱処理は、この工程での酸
素析出核の形成を抑制できるように留意して、900 
〜1000℃の温度範囲で行う。図2においてはデバイ
ス製造工程としてウェル拡散工程後、フィールド拡散工
程後,全工程終了後の各酸素濃度もプロットして示して
いる。
【0013】図2からわかるように、埋め込み層形成工
程及びエピタキシャル層成長工程における基板格子間酸
素濃度の変化は認められず、これらの工程における酸素
析出核の形成・成長,消滅が起きていないことが確認さ
れた。
【0014】また、エピタキシャル層成長工程が終了し
てから、それに続く低温及び中温のIG熱処理によって
酸素濃度が中温熱処理の溶解度まで低下しており、この
工程で十分に酸素析出が行われていることがわかる。更
に、ウェル拡散工程から始まるデバイス製造工程におい
ても酸素濃度は大きく変化せず、一旦形成された析出物
が溶解せずにエネルギー的に安定な欠陥形態になってい
ることが理解できる。これにより、埋め込み層形成工程
を有する固体撮像装置の製造においても、酸素析出物の
分解によるデバイス特性の劣化を抑制しながら高温−低
温−中温からなる3段階のIG熱処理を適用することが
可能となる。
【0015】なお、上記実施例においては本発明をCM
D型固体撮像装置の製造方法へ適用したものを示したが
、埋め込み層を有する半導体装置であれば、どのような
デハイスの製造方法にも本発明は適用可能であり、特に
、広い無欠陥領域幅を得るための高温IG熱処理と、拡
散を抑制した低温埋め込み熱処理の両方を必要とするデ
バイスの製造方法に好適である。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、埋め込み層を有する半
導体装置の製造方法に、大きなゲッタリング能力を有す
る高温−低温−中温からなる3段階のIG熱処理を、酸
素析出物の分解,拡散,再析出を抑制したままで適用可
能となる。これによりIGによる半導体装置特性の改善
された埋め込み層を有する半導体装置を容易に製造する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】析出核形成速度の処理温度依存性を示す図であ
る。
【図2】本発明に係る半導体装置の製造方法における工
程順の基板酸素濃度の変化を示す図である。
【図3】従来の半導体装置の製造方法における工程順の
基板酸素濃度の変化を示す図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  埋め込み層を有する半導体装置の製造
    方法において、シリコン単結晶基板に1000℃以上の
    高温度で第1の熱処理を行うイントリンジックゲッタリ
    ング処理工程と、次いで埋め込み層を形成する工程と、
    次いでエピタキシャル層を形成する工程と、次いで50
    0 ℃〜1000℃程度の低温度で第2の熱処理を行う
    イントリンジックゲッタリング処理工程と、更に続けて
    850 ℃〜1150℃程度の中温度で第3の熱処理を
    行うイントリンジックゲッタリング処理工程とを含むこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】  前記埋め込み層を形成する工程におい
    て、熱処理中に酸素析出核が形成されないか若しくは少
    量しか形成されないように、シリコン単結晶基板の格子
    間酸素濃度と埋め込み層形成の熱処理温度とを設定する
    ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法
JP6251891A 1991-03-05 1991-03-05 半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH04276628A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003009365A1 (fr) * 2001-07-10 2003-01-30 Shin-Etsu Handotai Co.,Ltd. Procede de fabrication d'une plaquette en silicium, d'une plaquette epitaxiale en silicium, et plaquette epitaxiale en silicium
JP2005518663A (ja) * 2002-02-20 2005-06-23 ジェネラル・セミコンダクター・インコーポレーテッド 低オン抵抗を有する高電圧電力mosfet

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JPWO2003009365A1 (ja) * 2001-07-10 2004-11-11 信越半導体株式会社 シリコンウェーハの製造方法、シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法、および、シリコンエピタキシャルウェーハ
US7033962B2 (en) 2001-07-10 2006-04-25 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Methods for manufacturing silicon wafer and silicone epitaxial wafer, and silicon epitaxial wafer
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Effective date: 19980514