JPH0469937A - 半導体基板及びその製造方法 - Google Patents

半導体基板及びその製造方法

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JPH0469937A
JPH0469937A JP18364290A JP18364290A JPH0469937A JP H0469937 A JPH0469937 A JP H0469937A JP 18364290 A JP18364290 A JP 18364290A JP 18364290 A JP18364290 A JP 18364290A JP H0469937 A JPH0469937 A JP H0469937A
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JP
Japan
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oxygen
substrate
semiconductor substrate
stacking faults
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JP18364290A
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English (en)
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Koji Sueoka
浩治 末岡
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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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】 L!上座且亘ユI 本発明は半導体基板及びその製造方法に関し、より詳し
くはLSI等の基板として用いられる単結晶Siの半導
体基板及びその製造方法に関する。
碩未Ω肢迷 Si結晶中の酸素の固滴度は、LSI製造時における代
表的な熱処理温度である1 000°Cのとき、約3 
X 10 I?atoms/cm” ”Cある。、=t
−u:対し、現在LSIの半導体基板として用いられる
単結晶Si基板内には、CZ (Czochralsk
il法に起因して約10 ”atoms/cm”の酸素
不純物が含有されている。従って、この単結晶31基板
内に含まれる酸素は常に過飽和状態となっているため、
LSI製造のための熱処理ではSi基板内で酸素が析出
し、5IOXという構造に変化する。酸素が析出してS
iOxに変化すると、体積膨張によりパンチアウト転位
や積層欠陥等の微小欠陥が発生する。特にこれらの微小
欠陥がSi基板表面から数μmのLSI素子の活性領域
に存在すると、酸化膜耐圧、リーク電流等に悪影響を及
ぼし、LSIにとって有害となる。
しかしながらSi基板において、これらの微小欠陥が表
面から十分離れた内部にのみ発生すれば、重金属等の汚
染物質を吸着して素子の活性領域から除去する、いわゆ
るゲッタリング作用が働き、高品位のLSIを製造する
上で有用となる。
そこで一般に、Si基桧の表面に無欠陥層(Denud
ed Zone: 02層)、SL基板内部1.−欠陥
層(IntrinsicGcvtt、erinrX:I
G層)を作る処理か行なわれている。具体的(、コは例
えば、81基様を窒素雰囲気中で4時間稈熱処理シ1.
、S1基板表由1付近Q)酸素を外力拡散させる1“、
と1.゛よ)で表面イー・1近の酸−本濃度を低トさ1
11、次いで窒素1囲’A”4“−4時間程度の熱処理
をI”Yなって、基板内部に酸素析出物苓生成さセる。
そして′、このS1μ板を酸素雰1jl11.l気中で
1.6時間程度熱処理−けることにより、酸素析出物か
ら転位ループ等の欠陥を発生させるという処理が行なわ
れでいる。
発見」す菌迭旦−よう考4(11 しかしながら、Si基板のゲッタリング能力は、31基
板内部:4.゛刑成さ才また酸素析出物の形態に大きく
依存し、でいる。七t[は、酸素析出物の形態に、↓、
り微小欠陥を発生させるものとイうてないものとが存在
し、またバンチアラ]・転位を発′l−Lや4゛いもの
と積層欠陥を発生しやすいものとが存在することに依っ
ている。
こ11らのうち、積層欠陥(」仝分なSl fMQ子の
1浴から成り、重金属原子を引き化′せるの(、゛靜イ
郊11J1東のある歪み場を形成4るため、高いゲッタ
リング能力4有4るS1都板を得る1−で有効(“’ 
E−>る2、従=)で重金属の)′I5賛1゛函・↑え
、高品乍−の1−5ε:Tを′!A:造−4るのにR適
な81基板とり”るl′−めには、内部::積It1欠
111r潜イを在さセることか1要・−・課題J−ん゛
る。
本発明は上記しまた課題に鑑みな4されたもの一、結り
、J1常)、二°高いブックリンク゛能ノリをイー11
12、高品質0月、51を製造することかびきる゛r2
J1体基根乃こ、ドその製造ツノ法を提供りることを[
−1的ど[,2ている。
課題を解決゛づる為の手段 」g[Y Lだ目的を達成するために本発明に係る半導
体基板は、酸素を包む半導体基板(こおいC,該半導体
基板の表向からほぼ50 ツノ、 m〜・l OOH,
、r、 mの範囲に積層欠陥を107個/cm’−川0
″個/CIF’密用で含有しでいることを特徴とJる。
また半導体基板の製造方法(7おいで、酸素をさむ半導
イネ基板を還元ガス雰囲気中、約1000 ℃で加熱し
て一基板表面の酸素を外方拡散さセ、この後800°0
へ・850°にの温度雰囲で熱処理・Jることを特徴と
している。
1里 上記した半導体基板によれば、半導体基板の表面からほ
ぼ50 ILm〜100 g mの1囲に積層欠陥を1
(]]7個/cm3−10 ’個/” Cm 3の音度
でり有[2でいるので、半導体基板内部には重金属を引
き寄セるのに最も効果のある歪み場が形成さね、半導体
基板は高いゲッタリング能力をイ]“することとなるる
6 また上記した半導体基板の製造方法によれば、酸素を含
む半導体基板を還元ガス雰囲気中、約1000℃で加熱
して基板表面の酸素を外方拡散させ、この後800℃〜
8F50°Cの温度範囲X′熱処理することにより、次
の熱処理丁稈ズ゛積層欠陥を発生ずることとなる、結晶
構造を有しまたブl、・ト状のクリストバライトSjO
□が半導体基板内部(、、:析出する6従って、高いゲ
ッタリング能力をイイ′1−る半導体基板が製造される
こととなる。
支施当 以]・、本発明に係る半導体R析及びイの製造方法の実
施例を図面に基−づいC説明する。1第1図は本発明に
係る半導体基板の製造方法を模式的に示したグラフ’r
、bす、第2区は本発明(、ニー係る半導体基板の製造
方法の−に程を模式的(5′7示した石英ボルトど熱処
理炉の斜視[メ[である。第:)図中10は熱処理炉を
示L5°ごJ−リ、lp′ij処理炉コ0には、後述4
る石英ボ=1・12を挿入復−るt二めの石英fj・−
ブ11が内蔵さ、f′1ている。この石φA。
7−ブ11内の温度分布(1人「j、中央部、出[−]
でほぼ一定どなって55つ、熱処理炉10内の雰囲気は
窒素等の不活性ガスあるいは酸素のい4′れかに切り賛
えられるようにな・−〕ている。
単結晶インゴットをスライスして得た半導体基板、例え
ばS】基板】3に熱処理を施ず揚台は、まず第2図に示
した如<Si基板13を石英ボー 1・12に載置し、
この石英ボ〜!・12を上配し7た熱処理炉10の石英
チューブ11内に5 cm/minの速度で送り込む。
次いで第1図に小したように、石英チューブ]1内でS
i基板13を窒素雰囲気中、1100℃の温度で4時間
加熱し、表面付近の酸素を外方拡散させて表面付近の酸
素濃度を低下させた後、同じく窒素雰囲気中、800〜
850°Cの温度範囲で4時間熱処理し、Si基板13
内部にクリストバライトSiO□を析出させる。そして
さらに石英チューブ11内を酸素雰囲気とし、31基板
13を1000°Cの温度て16時間熱処理すると、第
3図の写真に示した如く、写真中央のクリストバライト
SiO□から積層欠陥が発生し、このような積層欠陥が
31基板13の表面からほぼ50μm〜00μmの範囲
に10’個/cm3〜10’個/cm3の密度で発生す
る。このとき、Si基板13表面からの積層欠陥の密度
分布は第4図に示したようになり、表面から50LLm
付近で109個/cm”、loOum付近でlO?個/
cm3となる。
最後に、熱処理後のSi基板13を熱処理炉10の石英
チューブ11より50m/minの速度で取り出すこと
により、高いブックリング能力を有する31基板13を
得ることができる。
第5図及び第6図はそれぞれ酸素析出物生成温度を70
0°C及び900℃としたときの、Si基板表面から5
0μm付近に生成する酸素析出物及びそれから発生する
欠陥のTEM (透過型電子顕微鏡)写真である。第5
図に示した如く、81基板を700’Cで酸素析出熱処
理すると、転位ループを伴ったアモルファス球状析出物
が生成し、第6図に示した如く900℃で酸素析出熱処
理を施すと、正八面体構造を有し、欠陥を伴わない安定
なアモルファスの析出物が生成する。いずれの場合にも
積層欠陥は発生せず、800〜850 ’Cの温度範囲
以外での酸素析出熱処理では、高いゲッタリング能力を
有する81基板が得られていないことがわかる。
次に、酸素析出物生成温度と31基板表面の欠陥密度と
の関係を調べた結果を第7図に示す。31基板表面の欠
陥密度の測定は、本実施例に係る方法により内部に10
7個/cm3〜109個/cm3程度の積層欠陥を発生
させたSi基板に、表面からCuを拡散させ、さらに1
000℃の温度で1時間の熱処理を施した後、Si基板
表面をエツチングして行なった。また比較例として、7
00℃、750’C1900℃の各酸素析出熱処理によ
り得られた、内部に積層欠陥を含まないSi基板につい
ても同様にして表面の欠陥密度の測定を行なった。ここ
で、Si基板表面付近に存在する欠陥はCuに起因して
発生するため、この欠陥密度はゲッタリング能力を示し
ていることになる。
第7図から明らかなように、本実施例に係る方法により
製造された31基板は、800〜850°Cの温度範囲
以外で製造された31基板に比べて、Cuに起因する欠
陥密度が非常に低(、強いゲッタリング作用が働いたこ
とがわかる。従って、本実施例方法により製造されたS
i基板は高品質のLSIを製造するための基板として非
常に有用であるといえる。
次に、熱処理の最後の工程である1000°Cでの熱処
理時間を種々変えて、Si基板内部に発生する積層欠陥
の密度を変化させた各31基板の格子間酸素濃度を測定
した。その結果を第8図に示す。
第8図から明らかなように、積層欠陥密度が1010個
/cm3以上になると格子間酸素濃度は大幅に減少して
いることがわかる。格子間に存在する酸素はSi基板の
強度を増加させる作用を有しており、格子間酸素濃度が
大幅に減少するIQIO個/cm3以上の積層欠陥密度
では、81基板の強度が弱く実用に向かない。一方、積
層欠陥密度が小さくなるほどゲッタリング能力は低下す
る。
以上のことから、表面がらほぼ50μm〜1100uの
範囲に10’個/cm3〜109個/cm3の密度の積
層欠陥を含有する本実施例に係る半導体基板は、高いゲ
ッタリング能力を有すると共に、十分な強度を有してい
ることがわかる。
及五Ω盈呈 以上の説明により明らかなように1本発明に係る半導体
基板にあっては、半導体基板の表面がらほぼ50μm=
1oOμmの範囲に積層欠陥を107個/cm”〜10
’個/cm”の密度で含有しているので、高いゲッタリ
ング能力を有することとなる。従ってLSI製造のため
の熱処理では、半導体基板の表面に付着した重金属等の
汚染物質を素子の活性領域から除去4るゲッタリング作
用が強く働き、高品質のり、、 S Iを歩留まり良く
製造づることかできる。
また本発明に係る半導体基板の製造方法sr: 、Jニ
オ)ば、酸素を含む半導体基板な環7Tニガノ、雰囲気
中、約1000 ’C,で加熱し、で基板25面の酸褥
;を外方”拡散さセ、この後800℃−= 850 ’
(二′、の清A度11」凹こ′熱処理Jるので、積層欠
陥を発!tさセ゛るクリストバライト5102をオハ出
させるζどがCぎる。従)で、高いゲッタリング能力を
持−′つ半導体基板を製造することができるゆ
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る牢−導体基板の製造方’J’JI
の工程を模式的に示し2だグラフ、第2図は本発明に係
る半導体基板の製造方法の一工程を説明するために使用
される装置を模式的(J゛示した斜視図、第3図は本発
明に係る半導体基板内部の積層欠陥のTEM写真、節4
図は本発明に係る半導体基板内部の積層欠陥の表面から
の密度労作なイ、したグ・)ノ、第5図は700°C:
で崖導体基板内部に生成し7た酸素析出物及び転イQル
 ブの”’r 111 %i ”II’; p、第6図
は900℃で゛4′:導体基板内部(5゛ト4,1コ繋
(2j・酸素析出物のT E h、・1写兵、第7図(
J酸+4析出物ム1成温度と表−面欠陥密度どの関係を
示ジノ・グX7)、第ε旧メ1は積層欠陥密度ど絡J′
間酸素よ1z゛どの関係を示したグyノ゛Cル〕る8 13・・・81基板 特お出願人 代   理   人 住人金属工業株式4会社

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)酸素を含む半導体基板において、該半導体基板の
    表面からほぼ50μm〜100μmの範囲に積層欠陥を
    10^7個/cm^3〜10^9個/cm^3の密度で
    含有していることを特徴とする半導体基板。
  2. (2)酸素を含む半導体基板を還元ガス雰囲気中、約1
    000℃で加熱して基板表面の酸素を外方拡散させ、こ
    の後800℃〜850℃の温度範囲で熱処理することを
    特徴とする半導体基板の製造方法。
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