JPH06291123A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH06291123A JPH06291123A JP7841193A JP7841193A JPH06291123A JP H06291123 A JPH06291123 A JP H06291123A JP 7841193 A JP7841193 A JP 7841193A JP 7841193 A JP7841193 A JP 7841193A JP H06291123 A JPH06291123 A JP H06291123A
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- Japan
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- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 不純物炭素を含むSi結晶のイントリンシック
ゲッタリング(IG)に関し，酸素析出量を増加させてゲッ
タリング効果を高めることを目的とする。 【構成】 １）不純物酸素と不純物炭素を含むシリコン
(Si)結晶を温度 950〜1250℃で熱処理する第１工程と，
次いで，該シリコン結晶を, 真空中で温度 350〜600 ℃
で熱処理する第２工程と，次いで，該シリコン結晶を昇
温速度 6℃／分以下で昇温させ，最終温度 950〜1250℃
で保持する第３工程とを有する， ２）前記第１工程を行った後に前記第２工程と前記第３
工程を繰り返して行う， ３）前記第１工程から前記第３工程までを連続して真空
中で行う， ４）前記真空中の圧力が1.0 Torr以下である， ５）前記不純物炭素の濃度が，0.5 ppm 以上でかつ固溶
限界以下であるように構成する。
ゲッタリング(IG)に関し，酸素析出量を増加させてゲッ
タリング効果を高めることを目的とする。 【構成】 １）不純物酸素と不純物炭素を含むシリコン
(Si)結晶を温度 950〜1250℃で熱処理する第１工程と，
次いで，該シリコン結晶を, 真空中で温度 350〜600 ℃
で熱処理する第２工程と，次いで，該シリコン結晶を昇
温速度 6℃／分以下で昇温させ，最終温度 950〜1250℃
で保持する第３工程とを有する， ２）前記第１工程を行った後に前記第２工程と前記第３
工程を繰り返して行う， ３）前記第１工程から前記第３工程までを連続して真空
中で行う， ４）前記真空中の圧力が1.0 Torr以下である， ５）前記不純物炭素の濃度が，0.5 ppm 以上でかつ固溶
限界以下であるように構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
係り，特にシリコン(Si)結晶基板のIG(Intrinsic Gette
ring) のための熱処理方法に関する。
係り，特にシリコン(Si)結晶基板のIG(Intrinsic Gette
ring) のための熱処理方法に関する。
【０００２】半導体装置の製造に用いられるSi結晶は過
飽和の不純物酸素を含んでおり，この結晶に或る熱処理
を施すと酸素がSiの酸化物として析出してくる。この析
出物による欠陥が, 結晶中に混入されている金属不純物
等をゲッタリングすることはよく知られており，この現
象は実際の半導体装置の製造に用いられる半導体ウエハ
の処理に積極的に利用されている。しかし, 反面, 析出
物が素子領域に発生すると素子特性を劣化させることに
なる。従って, 基板中で酸素のSi酸化物が析出する位置
および量を精度よく制御する熱処理方法が必要となる。
飽和の不純物酸素を含んでおり，この結晶に或る熱処理
を施すと酸素がSiの酸化物として析出してくる。この析
出物による欠陥が, 結晶中に混入されている金属不純物
等をゲッタリングすることはよく知られており，この現
象は実際の半導体装置の製造に用いられる半導体ウエハ
の処理に積極的に利用されている。しかし, 反面, 析出
物が素子領域に発生すると素子特性を劣化させることに
なる。従って, 基板中で酸素のSi酸化物が析出する位置
および量を精度よく制御する熱処理方法が必要となる。
【０００３】
【従来の技術】Si結晶中の不純物酸素が析出する速度お
よび量は, その結晶中に不純物炭素が含まれていると促
進されることは周知であり，従って, この炭素の反応を
利用すれば低酸素濃度のSi結晶中の不純物酸素の析出が
容易になる。
よび量は, その結晶中に不純物炭素が含まれていると促
進されることは周知であり，従って, この炭素の反応を
利用すれば低酸素濃度のSi結晶中の不純物酸素の析出が
容易になる。
【０００４】ところが, 不純物酸素の析出機構がこれま
で明らかでなかったため，IG熱処理条件に不純物炭素の
影響を十分考慮に入れることができず，不純物炭素を含
むSi結晶のIG熱処理方法の効果的なものがなかった。
で明らかでなかったため，IG熱処理条件に不純物炭素の
影響を十分考慮に入れることができず，不純物炭素を含
むSi結晶のIG熱処理方法の効果的なものがなかった。
【０００５】図６は従来の一般的なIG熱処理方法の説明
図である。図で縦軸は温度，横軸は経過時間を示す。図
において，1000℃以上で, 例えば1100℃の温度で1.5 時
間熱処理を行って無欠陥層(DZ; Denuded Zone)を形成
し，次いで 650〜800 ℃で, 例えば 700℃で 4時間熱処
理を行って酸素析出の核を形成し，再び昇温して1100℃
まで上げて高温処理で酸素析出核を成長させて析出物を
発生させている。
図である。図で縦軸は温度，横軸は経過時間を示す。図
において，1000℃以上で, 例えば1100℃の温度で1.5 時
間熱処理を行って無欠陥層(DZ; Denuded Zone)を形成
し，次いで 650〜800 ℃で, 例えば 700℃で 4時間熱処
理を行って酸素析出の核を形成し，再び昇温して1100℃
まで上げて高温処理で酸素析出核を成長させて析出物を
発生させている。
【０００６】不純物炭素を含むSi結晶に熱処理を行う
と, 格子間に存在する不純物酸素Ｏiは格子位置に置換
されて存在する不純物炭素Ｃs に接近してＣ−Ｏ複合体
欠陥を形成し，これが酸素析出核となる。本発明者等
は, 先に上記のように核形成のための熱処理を 650〜80
0 ℃で行うと，Ｃ−Ｏ複合体欠陥が解離する方向に反応
が進み，Ｃ−Ｏ複合体欠陥濃度が減少することを見出し
た。その結果，上記の核形成のための熱処理を 650〜80
0 ℃に代えて， 350〜600 ℃の低温で行うことを提案し
た (特開平 4-276627 号公報参照) 。
と, 格子間に存在する不純物酸素Ｏiは格子位置に置換
されて存在する不純物炭素Ｃs に接近してＣ−Ｏ複合体
欠陥を形成し，これが酸素析出核となる。本発明者等
は, 先に上記のように核形成のための熱処理を 650〜80
0 ℃で行うと，Ｃ−Ｏ複合体欠陥が解離する方向に反応
が進み，Ｃ−Ｏ複合体欠陥濃度が減少することを見出し
た。その結果，上記の核形成のための熱処理を 650〜80
0 ℃に代えて， 350〜600 ℃の低温で行うことを提案し
た (特開平 4-276627 号公報参照) 。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】半導体装置の高性能化
に伴い，シリコンウエハの質も高度のものが要求される
ようになり，素材のシリコンウエハに対し，さらにイン
トリンシックゲッタリングを効果的に行うことが要求さ
れるようになってきた。
に伴い，シリコンウエハの質も高度のものが要求される
ようになり，素材のシリコンウエハに対し，さらにイン
トリンシックゲッタリングを効果的に行うことが要求さ
れるようになってきた。
【０００８】本発明は，不純物炭素を含むSi結晶のIG熱
処理工程において，酸素析出量を増加させてゲッタリン
グ効果を高めることを目的とする。
処理工程において，酸素析出量を増加させてゲッタリン
グ効果を高めることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決は， １）不純物酸素と不純物炭素を含むシリコン(Si)結晶を
温度 950〜1250℃で熱処理する第１工程と，次いで，該
シリコン結晶を, 真空中で温度 350〜600 ℃で熱処理す
る第２工程と，次いで，該シリコン結晶を, 昇温速度 6
℃／分以下で昇温させ，最終温度 950〜1250℃で保持す
る第３工程とを有する半導体装置の製造方法，あるいは ２）前記第１工程を行った後に，前記第２工程と前記第
３工程を繰り返して行う前記１）記載の半導体装置の製
造方法， ３）前記第１工程から前記第３工程までを連続して真空
中で行う前記１）あるいは２）記載の半導体装置の製造
方法，あるいは ４）前記真空中の圧力が1.0 Torr以下である前記１）あ
るいは２）あるいは３）記載の半導体装置の製造方法，
あるいは ５）前記不純物炭素の濃度が，0.5 ppm 以上でかつ固溶
限界以下である前記１）あるいは２）あるいは３）ある
いは４）記載の半導体装置の製造方法により達成され
る。
温度 950〜1250℃で熱処理する第１工程と，次いで，該
シリコン結晶を, 真空中で温度 350〜600 ℃で熱処理す
る第２工程と，次いで，該シリコン結晶を, 昇温速度 6
℃／分以下で昇温させ，最終温度 950〜1250℃で保持す
る第３工程とを有する半導体装置の製造方法，あるいは ２）前記第１工程を行った後に，前記第２工程と前記第
３工程を繰り返して行う前記１）記載の半導体装置の製
造方法， ３）前記第１工程から前記第３工程までを連続して真空
中で行う前記１）あるいは２）記載の半導体装置の製造
方法，あるいは ４）前記真空中の圧力が1.0 Torr以下である前記１）あ
るいは２）あるいは３）記載の半導体装置の製造方法，
あるいは ５）前記不純物炭素の濃度が，0.5 ppm 以上でかつ固溶
限界以下である前記１）あるいは２）あるいは３）ある
いは４）記載の半導体装置の製造方法により達成され
る。
【００１０】
【作用】格子間不純物酸素Ｏi , 置換型不純物炭素Ｃs
およびＣ−Ｏ複合体等の濃度は赤外吸収法で簡単に測定
できる。
およびＣ−Ｏ複合体等の濃度は赤外吸収法で簡単に測定
できる。
【００１１】ここで, Ｃ−Ｏ複合体濃度は, 熱処理中
に, 熱処理温度, 基板内のＯi 濃度およびＣs 濃度に依
存した平衡状態に達する。図３はＣ−Ｏ複合体の熱平衡
濃度の熱処理温度依存を示す図である。
に, 熱処理温度, 基板内のＯi 濃度およびＣs 濃度に依
存した平衡状態に達する。図３はＣ−Ｏ複合体の熱平衡
濃度の熱処理温度依存を示す図である。
【００１２】図は，Ｏi 濃度：15 ppm, Ｃs 濃度： 6 p
pm のSi結晶を 500〜800 ℃で熱処理した場合のＣ−Ｏ
複合体の熱平衡濃度を示している。図より，Ｃ−Ｏ複合
体の熱平衡濃度は処理温度が低い方が高くなっているこ
とがわかる。
pm のSi結晶を 500〜800 ℃で熱処理した場合のＣ−Ｏ
複合体の熱平衡濃度を示している。図より，Ｃ−Ｏ複合
体の熱平衡濃度は処理温度が低い方が高くなっているこ
とがわかる。
【００１３】図４はＣ−Ｏ複合体濃度の熱処理中の経時
変化を示す図である。図は，熱処理雰囲気を真空中(5×
10-7 Torr)と窒素中で, 450 ℃で熱処理した場合のＣ−
Ｏ複合体濃度の経時変化を示している。Ｃ−Ｏ複合体の
形成速度は真空中で熱処理を行った方が, 窒素中より３
倍以上速いことが分かる。
変化を示す図である。図は，熱処理雰囲気を真空中(5×
10-7 Torr)と窒素中で, 450 ℃で熱処理した場合のＣ−
Ｏ複合体濃度の経時変化を示している。Ｃ−Ｏ複合体の
形成速度は真空中で熱処理を行った方が, 窒素中より３
倍以上速いことが分かる。
【００１４】図５は格子間酸素相対濃度の熱処理中の経
時変化を示す図である。図は，700 ℃で熱処理した場合
の格子間酸素Ｏi 濃度の経時変化を示しており，熱処理
時間経過に伴うＯi 濃度の減少は析出物に変化したもの
と考えられる。
時変化を示す図である。図は，700 ℃で熱処理した場合
の格子間酸素Ｏi 濃度の経時変化を示しており，熱処理
時間経過に伴うＯi 濃度の減少は析出物に変化したもの
と考えられる。
【００１５】すなわち, Ｏi の減少量＝Ｏi の析出量 と考えることができる。
【００１６】図のＯi 濃度は, 熱処理開始時の濃度を10
0 ％と規格化して表示されている。図において，(1) は
プレアニール（核形成の熱処理）なし，(2) は窒素雰囲
気中で 450℃, 20時間のプレアニール, (3）は真空中(5
×10-7 Torr)で 450℃, 20時間のプレアニールを行った
後, 700℃で熱処理を行ったときのＯi 濃度の変化が示
されている。
0 ％と規格化して表示されている。図において，(1) は
プレアニール（核形成の熱処理）なし，(2) は窒素雰囲
気中で 450℃, 20時間のプレアニール, (3）は真空中(5
×10-7 Torr)で 450℃, 20時間のプレアニールを行った
後, 700℃で熱処理を行ったときのＯi 濃度の変化が示
されている。
【００１７】この３つの場合を比較すると，真空中でプ
レアニールを行った(3）の場合が最も酸素析出が速いこ
とがわかる。これは， 450℃で真空中の熱処理を行った
ことによりのＣ−Ｏ複合体が最も多く形成されたことが
原因と考えられる。
レアニールを行った(3）の場合が最も酸素析出が速いこ
とがわかる。これは， 450℃で真空中の熱処理を行った
ことによりのＣ−Ｏ複合体が最も多く形成されたことが
原因と考えられる。
【００１８】因みに，格子間酸素Ｏi 濃度：15 ppm, 置
換型炭素Ｃs を含まないSi結晶で,同じ熱処理を行って
も酸素析出は殆ど起きない。このように炭素を含むSi結
晶ではＣ−Ｏ複合体が析出核の働きをするため，IG熱処
理工程における核形成はＣ−Ｏ複合体が多く形成される
処理条件（温度，雰囲気）で行うとよい。
換型炭素Ｃs を含まないSi結晶で,同じ熱処理を行って
も酸素析出は殆ど起きない。このように炭素を含むSi結
晶ではＣ−Ｏ複合体が析出核の働きをするため，IG熱処
理工程における核形成はＣ−Ｏ複合体が多く形成される
処理条件（温度，雰囲気）で行うとよい。
【００１９】本発明では，上記の実験結果を利用して真
空中で低温熱処理を行ってＣ−Ｏ複合体濃度を増加させ
た後に核成長させているので効率よく析出分を形成する
ことができる。
空中で低温熱処理を行ってＣ−Ｏ複合体濃度を増加させ
た後に核成長させているので効率よく析出分を形成する
ことができる。
【００２０】
【実施例】図１は本発明の実施例１の説明図である。図
１，図２においても縦軸は温度，横軸は経過時間を示
す。
１，図２においても縦軸は温度，横軸は経過時間を示
す。
【００２１】使用したSi結晶は, Ｏi 濃度：15 ppm, Ｃ
s 濃度： 6 ppm である。熱処理は全工程を通じて真空
中(5×10-7 Torr)で行った。まず, 1100℃で無欠陥層を
形成し，次いで降温して 550℃で２時間の熱処理を行っ
てＣ−Ｏ複合体の濃度を増加させた後に，1100℃まで 2
℃／分の速度で除々に昇温して核を成長させて析出さ
せ，効率よくIG層を形成した。この昇温の際に昇温速度
が大きすぎると核が解離するため 6℃／分以下の昇温速
度で除々に昇温することが必要であることが実験結果よ
りわかった。
s 濃度： 6 ppm である。熱処理は全工程を通じて真空
中(5×10-7 Torr)で行った。まず, 1100℃で無欠陥層を
形成し，次いで降温して 550℃で２時間の熱処理を行っ
てＣ−Ｏ複合体の濃度を増加させた後に，1100℃まで 2
℃／分の速度で除々に昇温して核を成長させて析出さ
せ，効率よくIG層を形成した。この昇温の際に昇温速度
が大きすぎると核が解離するため 6℃／分以下の昇温速
度で除々に昇温することが必要であることが実験結果よ
りわかった。
【００２２】図２は本発明の実施例２の説明図である。
実施例１では核形成の熱処理と核成長の熱処理をそれぞ
れ１回づつ行ったが，この実施例２では，これを数回繰
り返すことにより，さらに酸素析出量が増えるものと期
待できる。
実施例１では核形成の熱処理と核成長の熱処理をそれぞ
れ１回づつ行ったが，この実施例２では，これを数回繰
り返すことにより，さらに酸素析出量が増えるものと期
待できる。
【００２３】各実施例では，真空度が 5×10-7 Torr と
高真空中で熱処理を行っているが,実験の結果, 真空度
は1.0 Torr以下であれば同様の効果があることがわかっ
た。また，各実施例では不純物炭素の濃度が 6 ppmの場
合について説明したが，不純物炭素の含有量は0.5 ppm
以上で固溶限界以下であれば，酸素析出量の増加に寄与
できることが確かめられている。
高真空中で熱処理を行っているが,実験の結果, 真空度
は1.0 Torr以下であれば同様の効果があることがわかっ
た。また，各実施例では不純物炭素の濃度が 6 ppmの場
合について説明したが，不純物炭素の含有量は0.5 ppm
以上で固溶限界以下であれば，酸素析出量の増加に寄与
できることが確かめられている。
【００２４】なお，作用の欄で説明した図３〜４の各測
定点は前記赤外吸収法を用いた実測値で，これらの結果
は本発明の効果を示す数値例でもある。
定点は前記赤外吸収法を用いた実測値で，これらの結果
は本発明の効果を示す数値例でもある。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば, 不純物炭素を含むSi結
晶のIG熱処理工程において，酸素析出量を増加させるた
めに更に効果的な熱処理条件を設定することができた。
この結果，酸素析出量を増やして効率よくイントリンシ
ックゲッタリングを行ったシリコンウエハを用いて, 半
導体装置の特性向上に寄与することができた。
晶のIG熱処理工程において，酸素析出量を増加させるた
めに更に効果的な熱処理条件を設定することができた。
この結果，酸素析出量を増やして効率よくイントリンシ
ックゲッタリングを行ったシリコンウエハを用いて, 半
導体装置の特性向上に寄与することができた。
【図１】 本発明の実施例１の説明図
【図２】 本発明の実施例２の説明図
【図３】 Ｃ−Ｏ複合体の熱平衡濃度の熱処理温度依存
を示す図
を示す図
【図４】 Ｃ−Ｏ複合体濃度の熱処理中の経時変化を示
す図
す図
【図５】 格子間酸素相対濃度の熱処理中の経時変化を
示す図
示す図
【図６】 従来の一般的なIG熱処理方法の説明図
Claims (5)
- 【請求項１】 不純物酸素と不純物炭素を含むシリコン
(Si)結晶を温度 950〜1250℃で熱処理する第１工程と，
次いで，該シリコン結晶を, 真空中で温度 350〜600 ℃
で熱処理する第２工程と，次いで，該シリコン結晶を,
昇温速度 6℃／分以下で昇温させ，最終温度 950〜1250
℃で保持する第３工程とを有することを特徴とする半導
体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記第１工程を行った後に，前記第２工
程と前記第３工程を繰り返して行う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。 - 【請求項３】 前記第１工程から前記第３工程までを連
続して真空中で行うことを特徴とする請求項１あるいは
２記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 前記真空中の圧力が1.0 Torr以下である
ことを特徴する請求項１あるいは２あるいは３記載の半
導体装置の製造方法。 - 【請求項５】 前記不純物炭素の濃度が，0.5 ppm 以上
でかつ固溶限界以下であることを特徴とする請求項１あ
るいは２あるいは３あるいは４記載の半導体装置の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7841193A JPH06291123A (ja) | 1993-04-06 | 1993-04-06 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7841193A JPH06291123A (ja) | 1993-04-06 | 1993-04-06 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06291123A true JPH06291123A (ja) | 1994-10-18 |
Family
ID=13661301
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7841193A Withdrawn JPH06291123A (ja) | 1993-04-06 | 1993-04-06 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06291123A (ja) |
-
1993
- 1993-04-06 JP JP7841193A patent/JPH06291123A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000704 |