JPS60160130A - 半導体基板の製造方法 - Google Patents
半導体基板の製造方法Info
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- JPS60160130A JPS60160130A JP59013489A JP1348984A JPS60160130A JP S60160130 A JPS60160130 A JP S60160130A JP 59013489 A JP59013489 A JP 59013489A JP 1348984 A JP1348984 A JP 1348984A JP S60160130 A JPS60160130 A JP S60160130A
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- Japan
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P36/00—Gettering within semiconductor bodies
- H10P36/03—Gettering within semiconductor bodies within silicon bodies
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の技術分野］
この発明は半導体基板の製造方法に関し、更に詳細には
、安定したイントリンシック・ゲッタリングのための酸
素析出層を基板内に有するとともに高い機械的強度を有
する半導体基板を、再現性よく且つ能率的に製造するこ
とのできる半導体基板の製造方法に関するものである。
、安定したイントリンシック・ゲッタリングのための酸
素析出層を基板内に有するとともに高い機械的強度を有
する半導体基板を、再現性よく且つ能率的に製造するこ
とのできる半導体基板の製造方法に関するものである。
［発明の技術的背景］
シリコン半導体の素材であるシリコン単結晶基板（以下
にはウェハとも記載する）にはシリコン単結晶育成過程
で侵入した酸素や炭素等が微量不純物として混入してい
る。 これら不純物はシリコン単結晶内に転位ループや
積層欠陥などの結晶構造的微小欠陥を形成し、素子形成
工程においてウェハの反りやウェハの機械的強度に対し
て影響を及ぼすとともに、素子完成後には素子特性や素
子歩留りに重大な影響を及ぼす。
にはウェハとも記載する）にはシリコン単結晶育成過程
で侵入した酸素や炭素等が微量不純物として混入してい
る。 これら不純物はシリコン単結晶内に転位ループや
積層欠陥などの結晶構造的微小欠陥を形成し、素子形成
工程においてウェハの反りやウェハの機械的強度に対し
て影響を及ぼすとともに、素子完成後には素子特性や素
子歩留りに重大な影響を及ぼす。
よく知られているように前記の如き微小欠陥のうち、ウ
ェハ表面の素子活性領域に存在する微小欠陥は素子形成
を阻害したり素子特性を悪化させるが、これに反して素
子活性領域から離れたウェハ深部に存在する酸素析出核
に由来する微小欠陥は素子活性領域に存在する有害不純
物や微小欠陥を吸収もしくは消滅させる効果（すなわち
、イン。
ェハ表面の素子活性領域に存在する微小欠陥は素子形成
を阻害したり素子特性を悪化させるが、これに反して素
子活性領域から離れたウェハ深部に存在する酸素析出核
に由来する微小欠陥は素子活性領域に存在する有害不純
物や微小欠陥を吸収もしくは消滅させる効果（すなわち
、イン。
トリンシック・ゲッタリング効果、以下にはイントリン
シック・ゲッタリングをＩＧと略記する）を有している
ため、このＩＧ効果を利用することによりウェハの素子
活性領域の結晶構造を°実質的に無欠陥にすることがで
きる。
シック・ゲッタリングをＩＧと略記する）を有している
ため、このＩＧ効果を利用することによりウェハの素子
活性領域の結晶構造を°実質的に無欠陥にすることがで
きる。
それ故に、現在の半導体装置製造工程では、素子活性領
域のための表面無欠陥層を形成するのに都合がよいこと
の理由から、酸素含有濃度の高い半導体基板にＩＧ処理
を行った、いわゆるＩＧＩ板が使用されている。 従来
のＩＧＩ板は、高濃度酸素含有基板を熱処理して基板内
部に表面欠陥のシンクとなる酸素析出核を高濃度に含有
した酸素析出層を形成させるとともに基板表面の酸素を
外拡散（Ｏｕｔ −ｄｉｒｒｕｓｉｏｎ ＞させ、これ
により基板表面に無欠陥層（Ｄｅｎｕｄｅｄ Ｚｏｎｅ
）を形成させたものである。
域のための表面無欠陥層を形成するのに都合がよいこと
の理由から、酸素含有濃度の高い半導体基板にＩＧ処理
を行った、いわゆるＩＧＩ板が使用されている。 従来
のＩＧＩ板は、高濃度酸素含有基板を熱処理して基板内
部に表面欠陥のシンクとなる酸素析出核を高濃度に含有
した酸素析出層を形成させるとともに基板表面の酸素を
外拡散（Ｏｕｔ −ｄｉｒｒｕｓｉｏｎ ＞させ、これ
により基板表面に無欠陥層（Ｄｅｎｕｄｅｄ Ｚｏｎｅ
）を形成させたものである。
［背景技術の問題点］
しかしながら、従来のＩＧ基板には次のような欠点があ
った。
った。
（ａ）基板の大部分の層が高濃度に酸素を含有した欠陥
層であり、従って基板は機械的強度が弱く、破損しやす
い。
層であり、従って基板は機械的強度が弱く、破損しやす
い。
（ｂ）ＩＧ基板の製造には酸素含有量の多いシリコン単
結晶バルクを形成することが必要であるが、シリコン単
結晶育成過程においては酸素含有量の高濃度制御が困難
であるため、基板毎の酸素含有量を常に均一にすること
が難かしい。
結晶バルクを形成することが必要であるが、シリコン単
結晶育成過程においては酸素含有量の高濃度制御が困難
であるため、基板毎の酸素含有量を常に均一にすること
が難かしい。
つまり、ＩＧ効果の再現性が低い。
（（ｉ ）素子活性領域として充分な深さの無欠陥層を
形成するためには長時間の熱処理が必要であり、従って
半導体装置の生産能率が低く且つエネルギー消費が大き
い。
形成するためには長時間の熱処理が必要であり、従って
半導体装置の生産能率が低く且つエネルギー消費が大き
い。
（ｄ ）酸素の拡散速度は比較的大ぎく、従来のＩＧ基
板では基板深部の酸素析出層が必ずしも安定ではなく、
従って素子形成工程における加熱サイクルによって該酸
素析出層の酸素が半導体基板表面又は半導体基板上のエ
ピタキシャル層に再拡散されることがあり、そのため、
素子特性の劣化を招くことがあった。
板では基板深部の酸素析出層が必ずしも安定ではなく、
従って素子形成工程における加熱サイクルによって該酸
素析出層の酸素が半導体基板表面又は半導体基板上のエ
ピタキシャル層に再拡散されることがあり、そのため、
素子特性の劣化を招くことがあった。
［発明の目的］
この発明の目的は前記問題点を解決し、ＩＧ基板の機械
的強度が高く且つ品質を安定に維持することが容易であ
るとともに、能率よく短時間で高品質のＩＧ基板を製造
することのできる半導体基板の製造方法を提供すること
である。
的強度が高く且つ品質を安定に維持することが容易であ
るとともに、能率よく短時間で高品質のＩＧ基板を製造
することのできる半導体基板の製造方法を提供すること
である。
［発明の概要］
この発明は、シリコン中における炭素の拡散速度が酸素
の拡散速度よりも遅く、且つシリコン中における酸素析
出物は炭素原子によって安定するという現象に着目して
なされたものである。
の拡散速度よりも遅く、且つシリコン中における酸素析
出物は炭素原子によって安定するという現象に着目して
なされたものである。
従来のＩＧＩ板の欠点の一つである機械的強度の低さを
改善するとともに単結晶育成過程における酸素含有量制
御の困難さを除くためには酸素含有量の少いシリコン単
結晶基板を用いることが必要であるが、一般に酸素濃度
の低い基板では酸素゛析出物を生じさせることはできな
い。 従って該低酸素含有基板に酸素析出物を生じさせ
るためにはイオン注入法によって該低酸素含有基板の深
部に酸素を高濃度に注入するという方法が考えられるが
、酸素原子だけをイオン注入法によってシリコン基板内
に導入した酸素原子はその後に行われる熱処理工程にお
いて拡散してしまうため、イオン注入によって酸素析出
物が生じてもその酸素析出物は極めて不安定であり、そ
の後の熱処理工程で始んどが消滅してしまうということ
がわかっている。
改善するとともに単結晶育成過程における酸素含有量制
御の困難さを除くためには酸素含有量の少いシリコン単
結晶基板を用いることが必要であるが、一般に酸素濃度
の低い基板では酸素゛析出物を生じさせることはできな
い。 従って該低酸素含有基板に酸素析出物を生じさせ
るためにはイオン注入法によって該低酸素含有基板の深
部に酸素を高濃度に注入するという方法が考えられるが
、酸素原子だけをイオン注入法によってシリコン基板内
に導入した酸素原子はその後に行われる熱処理工程にお
いて拡散してしまうため、イオン注入によって酸素析出
物が生じてもその酸素析出物は極めて不安定であり、そ
の後の熱処理工程で始んどが消滅してしまうということ
がわかっている。
それ故、本発明の方法は、酸素濃度が１０” Ｏｒ’以
下の比較的低濃度のシリコン単結晶基板に酸素及び炭素
を所定濃度となるようにイオン注入した後、比較的短時
間の熱処理を行うことにより基板の所定深さの深部のみ
に安定した酸素析出層を有するＩＧ基板を製造すること
を特徴とするものである。
下の比較的低濃度のシリコン単結晶基板に酸素及び炭素
を所定濃度となるようにイオン注入した後、比較的短時
間の熱処理を行うことにより基板の所定深さの深部のみ
に安定した酸素析出層を有するＩＧ基板を製造すること
を特徴とするものである。
本発明の方法によれば、従来のＩＧ基板よりも機械的強
度が高く且つ品質が均一なＩＧ基板を従来方法よりも能
率的に且つ安定して製造することができる。 また、本
発明の方法によれば、表面にエピタキシャル層を形成し
たＩＧ基板の製造も可能であり、安定した酸素析出層を
有したエピタキシャルＩＧ基板を製造することができる
。
度が高く且つ品質が均一なＩＧ基板を従来方法よりも能
率的に且つ安定して製造することができる。 また、本
発明の方法によれば、表面にエピタキシャル層を形成し
たＩＧ基板の製造も可能であり、安定した酸素析出層を
有したエピタキシャルＩＧ基板を製造することができる
。
［発明の実施例］
基板の機械的強度が高くなるように酸素濃度の低いシリ
コン単結晶基板を用い、これに酸素および炭素をイオン
注入した。 その場合の注入条件は形成される無欠陥層
の岸さによって異るが、実験によれば、酸素及び炭素の
分布のピークがそれぞれ、ｉｘ １ｏ１８ｃ「３以上、
ＩＸ １０” ＣＩ−’以上であることが必要であるこ
とがわかった。 また、酸素及び炭素の注入順序はどち
らであってもよく、両者のピークが一致することが酸素
析出物の形成の点で効率がよい。
コン単結晶基板を用い、これに酸素および炭素をイオン
注入した。 その場合の注入条件は形成される無欠陥層
の岸さによって異るが、実験によれば、酸素及び炭素の
分布のピークがそれぞれ、ｉｘ １ｏ１８ｃ「３以上、
ＩＸ １０” ＣＩ−’以上であることが必要であるこ
とがわかった。 また、酸素及び炭素の注入順序はどち
らであってもよく、両者のピークが一致することが酸素
析出物の形成の点で効率がよい。
第１図は、酸素を加速電圧１６０ ｋｅＶ、ドース鰻Ｉ
Ｘ １０１４ＣＩＩｌ−２、炭素を加速電圧１８０ｋ
ｅＶ、ドース１２ｘ １０” ｃ「２の注入条件で注入
した場合のＬＳＳ理論分布である。 なお、第１図にお
いて゛曲線Ａは酸素の理論分布、曲線Ｂは炭素の理論分
布、縦軸は濃度Ｎ （Ｃｌｌ−３） 、横軸は基板表面
からの深さｄ（μｍ）をそれぞれ示している。
Ｘ １０１４ＣＩＩｌ−２、炭素を加速電圧１８０ｋ
ｅＶ、ドース１２ｘ １０” ｃ「２の注入条件で注入
した場合のＬＳＳ理論分布である。 なお、第１図にお
いて゛曲線Ａは酸素の理論分布、曲線Ｂは炭素の理論分
布、縦軸は濃度Ｎ （Ｃｌｌ−３） 、横軸は基板表面
からの深さｄ（μｍ）をそれぞれ示している。
以上のごときイオン注入を行った基板に１０００℃で６
０分間の熱処理を行った後、該基板の断面を検査したと
ころ、第２図に示したような層状態が形成されているこ
とがわかった。
０分間の熱処理を行った後、該基板の断面を検査したと
ころ、第２図に示したような層状態が形成されているこ
とがわかった。
第２図において、１は半導体基板の主面、２及び３は無
欠陥層、４は酸素析出層、５は重金属等の有害不純物を
含む欠陥層である。 この場合、半導体基板の主面に形
成された無欠陥層２の層厚は０．３μ翔であった。
欠陥層、４は酸素析出層、５は重金属等の有害不純物を
含む欠陥層である。 この場合、半導体基板の主面に形
成された無欠陥層２の層厚は０．３μ翔であった。
同様に多くの基板について酸素濃度、酸素及び炭素のイ
オン注入条件と濃度分布、並びに熱処理条件などを変え
てＩＧ基板の試作を行った結果、イオン注入前の原基板
の酸素濃度は１０１６ｃｒ３以下、イオン注入した酸素
の分布のピークはｌＸｌ０１８Ｃ「３以上、同じくイオ
ン注入した炭素の分布のピークは１×１０１９０「３以
上、熱処理雰囲気は酸化性雰囲気でも非酸化性雰囲気の
いずれでもよいこと等の結果が得られた。
オン注入条件と濃度分布、並びに熱処理条件などを変え
てＩＧ基板の試作を行った結果、イオン注入前の原基板
の酸素濃度は１０１６ｃｒ３以下、イオン注入した酸素
の分布のピークはｌＸｌ０１８Ｃ「３以上、同じくイオ
ン注入した炭素の分布のピークは１×１０１９０「３以
上、熱処理雰囲気は酸化性雰囲気でも非酸化性雰囲気の
いずれでもよいこと等の結果が得られた。
試作したＩＧ基板について無欠陥層及び酸素析出層並び
に欠陥層の形成状態や層厚を調べ且つ各ＩＧ基板の機械
的強度等を測定し、更に該ＩＧ基板を用いて各種半導体
装置を試作した結果、本発明方法によれば、ＩＧ処理を
しない半導体基板と同じ機械的強度のＩＧ基板を従来方
法よりもはるかに再現性よく且つ、はるかに能率的に製
造することができるとともに、よい素子特性の半導体装
置を高歩留りで製造できることがわかった。
に欠陥層の形成状態や層厚を調べ且つ各ＩＧ基板の機械
的強度等を測定し、更に該ＩＧ基板を用いて各種半導体
装置を試作した結果、本発明方法によれば、ＩＧ処理を
しない半導体基板と同じ機械的強度のＩＧ基板を従来方
法よりもはるかに再現性よく且つ、はるかに能率的に製
造することができるとともに、よい素子特性の半導体装
置を高歩留りで製造できることがわかった。
本発明の方法によれば基板の深部のみに安定した酸素析
出層を形成できるので、表面にエピタキシャル層を形成
したエピタキシャルＩＧ基板も実現でき、その結果、た
とえば、特性のよいバイポーラ装置などの製造が可能と
なった。
出層を形成できるので、表面にエピタキシャル層を形成
したエピタキシャルＩＧ基板も実現でき、その結果、た
とえば、特性のよいバイポーラ装置などの製造が可能と
なった。
第３図は本発明方法を適用して製造したエピタキシャル
ＩＧ基板にバイポーラＩＣを形成した断面図である。
同図において、６はＰ型の基板、７は該基板６内に本発
明方法で形成された酸素析出層、８は該基板６の表面に
形成されたＰ型の工°ビタキシャル層、９はＮ型高濃度
層から成る埋込層、１０はＮ型低濃度層のコレクタ領域
、１１はＰ型のベース領域、１２はＮ型高濃度層のエミ
ッタ領域、１３は５ｉ０２膜、である。
ＩＧ基板にバイポーラＩＣを形成した断面図である。
同図において、６はＰ型の基板、７は該基板６内に本発
明方法で形成された酸素析出層、８は該基板６の表面に
形成されたＰ型の工°ビタキシャル層、９はＮ型高濃度
層から成る埋込層、１０はＮ型低濃度層のコレクタ領域
、１１はＰ型のベース領域、１２はＮ型高濃度層のエミ
ッタ領域、１３は５ｉ０２膜、である。
従来のＩＧ基板を用いて第３図のごときバイポーラＩＣ
を構成した場合、ＩＧ基板内の酸素析出層が不安定なた
め、エピタキシャル層形成工程やその後の素子形成工程
における加熱によって酸素析出層の酸素がエピタキシャ
ル層内に拡散し、その結果、よい素子特性の装置を形成
し難いという問題があり、また、特性のばらつきも大き
かった。
を構成した場合、ＩＧ基板内の酸素析出層が不安定なた
め、エピタキシャル層形成工程やその後の素子形成工程
における加熱によって酸素析出層の酸素がエピタキシャ
ル層内に拡散し、その結果、よい素子特性の装置を形成
し難いという問題があり、また、特性のばらつきも大き
かった。
しかしながら、本発明方法で形成されたＩＧＩ板を用い
れば、酸素析出層が安定なため、エピタキシャル層形成
時や素子形成時においてエピタキシャル層内への酸素の
拡散が生じないので、無欠陥のエピタキシャル層が得ら
れるとともに素子特性のよいバイポーラＩＣを製造する
ことができる。
れば、酸素析出層が安定なため、エピタキシャル層形成
時や素子形成時においてエピタキシャル層内への酸素の
拡散が生じないので、無欠陥のエピタキシャル層が得ら
れるとともに素子特性のよいバイポーラＩＣを製造する
ことができる。
［発明の効果］
以上のように、本発明方法によれば、安定した酸素析出
層を有するとともに機械的強度の高いＩＧ基板を再現性
よく＾能率で製造することができ、その結果、半導体装
置の素子特例の向上と製造コストの低減に寄与すること
ができる。 本発明方法によって得られる効果を列挙す
れば次の通りである。
層を有するとともに機械的強度の高いＩＧ基板を再現性
よく＾能率で製造することができ、その結果、半導体装
置の素子特例の向上と製造コストの低減に寄与すること
ができる。 本発明方法によって得られる効果を列挙す
れば次の通りである。
（Ａ）加熱によって酸素拡散を生じない安定した酸素析
出層を有するとともに基板の大部分が酸素及び炭素濃度
の低い無欠陥層で構成されている機械的強度の高いＩＧ
基板を再現性よ（＾能率で生産できる。
出層を有するとともに基板の大部分が酸素及び炭素濃度
の低い無欠陥層で構成されている機械的強度の高いＩＧ
基板を再現性よ（＾能率で生産できる。
（Ｂ）半導体装置の生産能率が向上し、且つ歩留りが向
上する。
上する。
（Ｃ）素子特性が改善され、半導体装置の耐久性及び信
頼性が向上する。
頼性が向上する。
第１図は本発明の一実施例において半導体基板に注入さ
れた酸素と炭素の理論的濃度分布の一例を示した図、第
２図は本発明の方法によって製造された半導体基板の一
部の断面の拡大図、第３図は本発明方法で製造された半
導体基板で構成されるバイポーラＩＣの一部の断面図で
ある。 １・・・半導体基板の主面、 ２．３・・・無欠陥層、
４・・・酸素析出層、 ５・・・欠陥層、 ６・・・基
板、７・・・酸素析出層、 ８・・・エピタキシャル層
、 ９・・・埋込層、 １０・・・コレクタ領域、 １
１・・・ベース領域、 １２・・・エミッタ領域、１３
・・・ＳｉＯ２膜。 特許出願人 東京芝浦電気株式会社 代理人 弁理士 諸１）英二 １図 ｄ（Ｐｍ）１ 第２図
れた酸素と炭素の理論的濃度分布の一例を示した図、第
２図は本発明の方法によって製造された半導体基板の一
部の断面の拡大図、第３図は本発明方法で製造された半
導体基板で構成されるバイポーラＩＣの一部の断面図で
ある。 １・・・半導体基板の主面、 ２．３・・・無欠陥層、
４・・・酸素析出層、 ５・・・欠陥層、 ６・・・基
板、７・・・酸素析出層、 ８・・・エピタキシャル層
、 ９・・・埋込層、 １０・・・コレクタ領域、 １
１・・・ベース領域、 １２・・・エミッタ領域、１３
・・・ＳｉＯ２膜。 特許出願人 東京芝浦電気株式会社 代理人 弁理士 諸１）英二 １図 ｄ（Ｐｍ）１ 第２図
Claims (1)
- １ 酸素濃度がｉｏ” ｃｒ３以下のシリコン単結晶基
板に、酸素及び炭素をイオン注入し熱処理をすることに
より、基板表面からの所定深さに安定な酸素析出領域を
形成させることを特徴とする半導体基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59013489A JPS60160130A (ja) | 1984-01-30 | 1984-01-30 | 半導体基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59013489A JPS60160130A (ja) | 1984-01-30 | 1984-01-30 | 半導体基板の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60160130A true JPS60160130A (ja) | 1985-08-21 |
Family
ID=11834528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59013489A Pending JPS60160130A (ja) | 1984-01-30 | 1984-01-30 | 半導体基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60160130A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017028007A (ja) * | 2015-07-17 | 2017-02-02 | 信越半導体株式会社 | シリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5618430A (en) * | 1979-07-25 | 1981-02-21 | Fujitsu Ltd | Manufacture of semiconductor element |
| JPS5735329A (en) * | 1980-08-11 | 1982-02-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacture of semiconductor device |
-
1984
- 1984-01-30 JP JP59013489A patent/JPS60160130A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5618430A (en) * | 1979-07-25 | 1981-02-21 | Fujitsu Ltd | Manufacture of semiconductor element |
| JPS5735329A (en) * | 1980-08-11 | 1982-02-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacture of semiconductor device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2017028007A (ja) * | 2015-07-17 | 2017-02-02 | 信越半導体株式会社 | シリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法 |
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