JP2001106590A - 窒素をドープした半導体ウェハの製造方法 - Google Patents
窒素をドープした半導体ウェハの製造方法Info
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Abstract
スから由来する、窒素をドープした半導体ウェハを製造
する方法を提供する。 【解決手段】 該方法は、半導体材料の溶融物から単結
晶の引上げる工程、その際ドーピング物質ガスを半導体
材料に供給する、及び引上げた単結晶から窒素をドープ
した半導体ウェハを分離する工程を含む。ドーピング物
質ガスを半導体材料に最大、単結晶の一部の引出しが開
始されるまでの間供給し、該単結晶から半導体ウェハを
分離する。
Description
含有するドーピング物質ガスから由来する、窒素をドー
プした半導体ウェハを製造する方法に関する。該方法
は、半導体材料の溶融物から単結晶を引上げる工程及び
引上げた単結晶から窒素をドープした半導体ウェハを分
離する工程を含む。
は通常のことである。単結晶は、ゾーン引上げ(floati
ng zone methode、FZ法)によるか、又は坩堝内に入
れられた溶融物の引上げ(Czochralski-Methode、CZ
法)により得られる。米国特許第4,591,409号明
細書には、CZ法により引上げられた単結晶内の窒素の
均一な分配を達成することを目的とした方法が記載され
てる。この方法によれば、引上げ工程中に酸化二窒素の
ようなガスの存在が保証される。学問的文献において
は、窒素ガス、又はヘリウムとNH3の混合物を溶融し
たシリコンと反応させることが報告されている(W. Kai
ser, C. D. Thurmond, J. Appl. Phys. 30,No. 3, 427-
431 (1959))。しかしながら、該刊行文献からは、如何
にすれば窒素を所定の濃度でかつ均一に分配して含有す
る半導体ウェハを再現可能な方法で得ることができるか
は想到することはできない。再現可能なドーピングは、
NH 3の熱的不安定性のために適当な手段を用いないと
達成不可能である。
は、窒素を所定の濃度でかつ均一に分配して含有する半
導体ウェハを再現可能に得ることができる方法を提供す
ることである。
り、半導体材料の溶融物から単結晶の引上げる工程、そ
の際ドーピング物質ガスを半導体材料に供給する、及び
引上げた単結晶から窒素をドープした半導体ウェハを分
離する工程を含む、窒素が、NH3を含有するドーピン
グ物質ガスから由来する、窒素をドープした半導体ウェ
ハを製造する方法において、ドーピング物質ガスを半導
体材料に最大、単結晶の一部の引出しが開始されるまで
の間供給し、該単結晶から半導体ウェハを分離すること
により解決される。
書に記載された方法と比較すると、単結晶内の窒素の軸
方向の分布が均一である、即ち単結晶内の窒素濃度の軸
方向の勾配があまり際立っていないという利点を有す
る。さらに、本方法により、ドーピング物質ガスから由
来する酸素が引上げ装置内の黒煙含有の組込み部材を腐
食させ、COを生成しかつその結果半導体材料を炭素で
不純化することが回避される。
の引上げ工程中に、最高、半導体ウェハへのさらなる加
工が予定されている単結晶の部分が引上げられるまでの
間、半導体材料にドーピング物質ガスを接触させること
を提案する。単結晶の上記部分は、円柱状の形を有する
単結晶、即ち直胴部の全部又はほぼ全部の区分を意味す
る。この区分に境を接する円錐状の区分、即ち肩部及び
尾部は、半導体ウェハに加工しないのが有利である。半
導体材料へのドーピング物質ガスの供給の終了後に、単
結晶を従来の方法で例えば純粋な不活性ガス雰囲気中で
最後まで引上げる。
材料とドーピング物質ガスの接触は、好ましくは早くと
も、坩堝内に入れられた半導体材料が完全に溶融した際
に開始すべきである。FZ法に基づき引上げる場合に
は、半導体材料とドーピング物質ガスの接触は、好まし
くは早くとも、いわゆるネック部の引上げが既に開始し
た際、好ましくはネック部の引上げが既に終了しかつ円
錐部(肩部)始点が引上げられる際に開始すべきであ
る。この場合には、半導体材料へのドーピング物質ガス
の供給は、単結晶の直胴部の引上げが開始する前に終了
する。
びNH3の一定の濃度で一定時間にわたり引上げ装置を
貫流させる。好ましくは、ドーピング物質ガスは冷却し
た状態で供給する。また好ましくは、ドーピング物質ガ
スを溶融液状の半導体材料の自由表面に向けて導く。例
えば、ガス流を冷却した管(特にFZ法の場合)を通し
て又は引上げるべき単結晶を包囲する熱シールド(特に
CZ法の場合)を通して溶融物の自由表面に接近させて
誘導する。さらに、磁力線が軸方向に配向された磁界内
で単結晶を引上げるのが、CZ法の場合には単結晶内の
窒素の軸方向で均一な分布のために有利であることが立
証された。
結晶の成長を妨害することがありかつ溶融物内に溶解し
た窒素は実際にもはや溶融物から飛散することができる
ないことが判明した。従って、単結晶内の窒素の濃度は
5×1015at/cm3、好ましくは3×1015at/
cm3以上に上昇させないのが特に有利である。それに
相応して、引上げ室を通るドーピング物質ガスの貫流速
度、ドーピング物質ガス内のNH3の濃度及び半導体材
料とドーピング物質ガスとの接触時間は、限界値をでき
るだけ上回らないように選択すべきである。典型的に
は、例えば30〜120kgの重量でCZ法に基づき1
つの単結晶を引上げるためにはNH30.01〜20N
l(Normliter)、好ましくは0.1〜3Nlの全量で
十分である。それというのも、提供されたNH3のほぼ
25〜50%の窒素が溶融物表面に向けられた有効ガス
誘導の際に半導体材料によって吸収されるからである。
あまり有効でないガス誘導の際には、ドーピング物質ガ
スの需要は相応して増大する。
有するガス、好ましくはNH3と不活性ガスの混合物、
特に好ましくはNH3/アルゴン混合物を準備する。
で、好ましくはワイヤーソー又は内周刃ソーを用いて所
望の厚さの半導体ウェハに分割する。通常は、実質的に
円柱状の形を有する単結晶の区分のみを完全に又は部分
的に半導体ウェハに分割する。
結晶を引上げた。単結晶の直胴部成長段階の開始前に、
NH30.2%及びアルゴンのガス混合物を3.6l/
分の引上げ室を通過する貫流速度で溶融物上に誘導し
た。直胴部成長段階を開始するために、引上げ室をなお
アルゴンだけで洗浄した。単結晶の引き続いての検査に
より、単結晶の、種結晶に境を接する区分の領域におけ
る約1×1014at/cm3の窒素の濃度、及び単結晶
のこの区分の終端部までの、約10-3の偏折係数に相応
するに過ぎない窒素濃度の上昇値が判明した。
Claims (6)
- 【請求項1】 半導体材料の溶融物から単結晶の引上げ
る工程、その際ドーピング物質ガスを半導体材料に供給
する、及び引上げた単結晶から窒素をドープした半導体
ウェハを分離する工程を含む、窒素が、NH3を含有す
るドーピング物質ガスから由来する、窒素をドープした
半導体ウェハを製造する方法において、ドーピング物質
ガスを半導体材料に最大、単結晶の一部の引上げが開始
されるまでの間供給し、該単結晶から半導体ウェハを分
離することを特徴とする窒素をドープした半導体ウェハ
の製造方法。 - 【請求項2】 ドーピング物質ガスを引上げ室を通して
誘導し、かつ半導体ウェハにドープされた窒素の濃度が
最高5×1015at/cm3であることができるように
設定した、引上げ室を通るドーピング物質ガスの貫流速
度及びドーピング物質ガス内のNH3の濃度を調整する
ことを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 重量30〜120kgのCZ法に基づく
単結晶の引上げの際に半導体材料に供給されるNH3の
量が0.01〜20Nlであることを特徴とする請求項
1又は2記載の方法。 - 【請求項4】 単結晶をCZ法に基づき引上げ、かつ半
導体材料に対するドーピング物質ガスの供給を、早くと
も坩堝内に入れられた半導体材料が溶融された際に開始
することを特徴とする請求項1から3までのいずれか1
項記載の方法。 - 【請求項5】 単結晶をCZ法に基づき軸方向に配向さ
れた磁界内を引上げることを特徴とする請求項1から4
までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項6】 単結晶をFZ法に基づき引上げかつ半導
体材料に対するドーピング物質ガスの供給を、早くとも
ネック部の引上げが開始した後に開始し、かつドーピン
グ物質ガスの供給を遅くとも、単結晶の直胴部の引上げ
が開始する前に終了することを特徴とする請求項1又は
2項記載の方法。
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