JP2003209114A - シリコン結晶中の遷移金属不純物のゲッタリング方法 - Google Patents
シリコン結晶中の遷移金属不純物のゲッタリング方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の技術では、超高速で拡散し、しかも、
深い不純物準位を持つ遷移金属不純物をシリコン結晶中
から完全に無くしてシリコン半導体デバイスを作製する
ことは困難であった。 【構成】 シリコン結晶中において超高速拡散し、しか
も、深い不純物準位を作る遷移金属不純物のゲッタリン
グ方法において、酸素および炭素の二種類の不純物をシ
リコンに同時ドープした後、熱アニールすることによ
り、遷移金属不純物原子とＣおよびＯとの不純物複合体
をシリコン結晶中に析出させて遷移金属不純物をシリコ
ン結晶中に閉じ込めることにより、シリコン結晶中の遷
移金属不純物の超高速拡散を防止し、かつ遷移金属不純
物による深い不純物準位を電気的に不活性化する。これ
により、シリコン単結晶製造工程中に混入するＣｏ、Ｎ
ｉ、Ｃｕなど、またはＣｕ配線時に混入するＣｕなどの
遷移金属不純物の影響を受けないシリコン半導体デバイ
スを作製することができる。
深い不純物準位を持つ遷移金属不純物をシリコン結晶中
から完全に無くしてシリコン半導体デバイスを作製する
ことは困難であった。 【構成】 シリコン結晶中において超高速拡散し、しか
も、深い不純物準位を作る遷移金属不純物のゲッタリン
グ方法において、酸素および炭素の二種類の不純物をシ
リコンに同時ドープした後、熱アニールすることによ
り、遷移金属不純物原子とＣおよびＯとの不純物複合体
をシリコン結晶中に析出させて遷移金属不純物をシリコ
ン結晶中に閉じ込めることにより、シリコン結晶中の遷
移金属不純物の超高速拡散を防止し、かつ遷移金属不純
物による深い不純物準位を電気的に不活性化する。これ
により、シリコン単結晶製造工程中に混入するＣｏ、Ｎ
ｉ、Ｃｕなど、またはＣｕ配線時に混入するＣｕなどの
遷移金属不純物の影響を受けないシリコン半導体デバイ
スを作製することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン単結晶の
製造工程中に原料物質から溶解して混入して固溶するＣ
ｏ、Ｎｉ、Ｃｕなど、またはＣｕ配線時にシリコンウエ
ハに混入するＣｕなどの遷移金属不純物を不活性化し
て、深い不純物準位のない安定なシリコン半導体デバイ
スを作製する方法に関する。
製造工程中に原料物質から溶解して混入して固溶するＣ
ｏ、Ｎｉ、Ｃｕなど、またはＣｕ配線時にシリコンウエ
ハに混入するＣｕなどの遷移金属不純物を不活性化し
て、深い不純物準位のない安定なシリコン半導体デバイ
スを作製する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】シリコン半導体デバイスは、超微細加工
技術による高集積化により現在の情報化社会を支えてい
る。現在、シリコン半導体デバイスのさらなる高速化と
高集積化が求められ、配線による接触抵抗がこれらのデ
バイスの動作の限界を支配するようになってきた。
技術による高集積化により現在の情報化社会を支えてい
る。現在、シリコン半導体デバイスのさらなる高速化と
高集積化が求められ、配線による接触抵抗がこれらのデ
バイスの動作の限界を支配するようになってきた。
【０００３】高集積シリコン半導体デバイスの配線材料
は、従来、アルミニウム細線が用いられていた。しか
し、シリコン半導体デバイスの高集積化と超微細化に伴
う細線化による抵抗増大や接触抵抗による発熱がデバイ
スの寿命を短くし、高集積化の妨げとなってきた。この
ため、銅（Ｃｕ）細線を用いて低抵抗化する技術が開発
され、実際に一部のＣＰＵにおいて銅細線が使用されて
いる。
は、従来、アルミニウム細線が用いられていた。しか
し、シリコン半導体デバイスの高集積化と超微細化に伴
う細線化による抵抗増大や接触抵抗による発熱がデバイ
スの寿命を短くし、高集積化の妨げとなってきた。この
ため、銅（Ｃｕ）細線を用いて低抵抗化する技術が開発
され、実際に一部のＣＰＵにおいて銅細線が使用されて
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】半導体製造プロセスや
リソグラフィー技術を使う配線加工中にシリコンとＣｕ
細線との接触面を通してシリコンデバイス中に拡散によ
り混入するＣｕ原子は、シリコン結晶のバンドギャップ
中に深い不純物準位を作り、しかも、超高速で拡散する
ため、シリコン結晶の方々に深い不純物準位が存在し
て、キャリア・キラーや絶縁破壊の原因となっている。
このような理由により、Ｃｕ細線を用いたデバイスの歩
留まりが悪いのが現状である。
リソグラフィー技術を使う配線加工中にシリコンとＣｕ
細線との接触面を通してシリコンデバイス中に拡散によ
り混入するＣｕ原子は、シリコン結晶のバンドギャップ
中に深い不純物準位を作り、しかも、超高速で拡散する
ため、シリコン結晶の方々に深い不純物準位が存在し
て、キャリア・キラーや絶縁破壊の原因となっている。
このような理由により、Ｃｕ細線を用いたデバイスの歩
留まりが悪いのが現状である。
【０００５】さらに、チョクラルスキー引き上げ法など
によるシリコン単結晶製造工程中に原料物質から混入し
て固溶する遷移金属不純物、特にＣｏ、Ｎｉ、またはＣ
ｕはデバイスのサイズが大きい場合には問題とならない
が、高密度化のために超微細化されるにしたがって、少
量の遷移金属不純物の存在がデバイスの質と歩留まりに
大きく影響を与えているのが現状である。
によるシリコン単結晶製造工程中に原料物質から混入し
て固溶する遷移金属不純物、特にＣｏ、Ｎｉ、またはＣ
ｕはデバイスのサイズが大きい場合には問題とならない
が、高密度化のために超微細化されるにしたがって、少
量の遷移金属不純物の存在がデバイスの質と歩留まりに
大きく影響を与えているのが現状である。
【０００６】このため、デバイス加工するウエハーの中
に含まれるキャリアーキラーとなる遷移金属不純物を除
去したり、デバイス加工に用いる表面から離れた位置に
閉じ込めて熱処理やデバイス加工中に動かないようにす
る方法、すなわちゲッタリングと称される方法が採用さ
れている（例えば、特開平１０−３０３４３０号公報、
特開２００１−２５０９５７号公報、特開２００１−２
７４４０５号公報）。
に含まれるキャリアーキラーとなる遷移金属不純物を除
去したり、デバイス加工に用いる表面から離れた位置に
閉じ込めて熱処理やデバイス加工中に動かないようにす
る方法、すなわちゲッタリングと称される方法が採用さ
れている（例えば、特開平１０−３０３４３０号公報、
特開２００１−２５０９５７号公報、特開２００１−２
７４４０５号公報）。
【０００７】しかし、従来の技術では、超高速で拡散
し、しかも、深い不純物準位を持つ遷移金属不純物を完
全に無くしてデバイスを作製することは困難であった。
シリコン半導体デバイス製造プロセスにおいて、これら
を解決することが、デバイスの高集積化と高速化におい
て不可欠の要素となっている。
し、しかも、深い不純物準位を持つ遷移金属不純物を完
全に無くしてデバイスを作製することは困難であった。
シリコン半導体デバイス製造プロセスにおいて、これら
を解決することが、デバイスの高集積化と高速化におい
て不可欠の要素となっている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、シリコンウエ
ハ中において超高速拡散し、しかも、深い不純物準位を
作る遷移金属不純物、特に、室温で超高速拡散するＣ
ｏ、Ｎｉ、またはＣｕのゲッタリング方法において、酸
素（Ｏ）および炭素（Ｃ）の二種類の不純物をシリコン
に同時ドープした後、熱アニールすることにより、シリ
コン結晶中の特定の原子位置にＣおよびＯと遷移金属不
純物からなる不純物複合体を形成させることにより、遷
移金属不純物の影響を受けないシリコン半導体デバイス
を作製する方法を基本とする。
ハ中において超高速拡散し、しかも、深い不純物準位を
作る遷移金属不純物、特に、室温で超高速拡散するＣ
ｏ、Ｎｉ、またはＣｕのゲッタリング方法において、酸
素（Ｏ）および炭素（Ｃ）の二種類の不純物をシリコン
に同時ドープした後、熱アニールすることにより、シリ
コン結晶中の特定の原子位置にＣおよびＯと遷移金属不
純物からなる不純物複合体を形成させることにより、遷
移金属不純物の影響を受けないシリコン半導体デバイス
を作製する方法を基本とする。
【０００９】このように、不純物複合体を形成すること
による化学結合エネルギーを利用して、遷移金属不純物
を不純物複合体に閉じこめ、しかも、遷移金属不純物に
よる深い不純物準位を電気的に不活性化することができ
る。したがって、シリコン単結晶製造工程中に混入する
Ｃｏ、Ｎｉ、またはＣｕなどやＣｕ配線時に混入するＣ
ｕなどの遷移金属不純物の存在する場合においてもバン
ドギャップ中に深い不純物準位の存在しないシリコン半
導体デバイスを作製することができる。
による化学結合エネルギーを利用して、遷移金属不純物
を不純物複合体に閉じこめ、しかも、遷移金属不純物に
よる深い不純物準位を電気的に不活性化することができ
る。したがって、シリコン単結晶製造工程中に混入する
Ｃｏ、Ｎｉ、またはＣｕなどやＣｕ配線時に混入するＣ
ｕなどの遷移金属不純物の存在する場合においてもバン
ドギャップ中に深い不純物準位の存在しないシリコン半
導体デバイスを作製することができる。
【００１０】すなわち、本発明は、シリコン結晶中にお
いて超高速拡散し、しかも、深い不純物準位を作る遷移
金属不純物のゲッタリング方法において、酸素（Ｏ）お
よび炭素（Ｃ）の二種類の不純物をシリコンに同時ドー
プした後、熱アニールすることにより、遷移金属不純物
原子とＣおよびＯとの不純物複合体をシリコン結晶中に
析出させて遷移金属不純物をシリコン結晶中に閉じ込め
ることにより、シリコン結晶中の遷移金属不純物の超高
速拡散を防止し、かつ遷移金属不純物による深い不純物
準位を電気的に不活性化することを特徴とするシリコン
結晶中の遷移金属不純物のゲッタリング方法である。
いて超高速拡散し、しかも、深い不純物準位を作る遷移
金属不純物のゲッタリング方法において、酸素（Ｏ）お
よび炭素（Ｃ）の二種類の不純物をシリコンに同時ドー
プした後、熱アニールすることにより、遷移金属不純物
原子とＣおよびＯとの不純物複合体をシリコン結晶中に
析出させて遷移金属不純物をシリコン結晶中に閉じ込め
ることにより、シリコン結晶中の遷移金属不純物の超高
速拡散を防止し、かつ遷移金属不純物による深い不純物
準位を電気的に不活性化することを特徴とするシリコン
結晶中の遷移金属不純物のゲッタリング方法である。
【００１１】また、本発明は、遷移金属不純物は、シリ
コン単結晶の製造工程中に原料物質から混入するＣｏ、
Ｎｉ、またはＣｕ不純物、またはＣｕ配線時に混入する
Ｃｕ不純物であることを特徴とする上記のシリコン結晶
中の遷移金属不純物のゲッタリング方法である。
コン単結晶の製造工程中に原料物質から混入するＣｏ、
Ｎｉ、またはＣｕ不純物、またはＣｕ配線時に混入する
Ｃｕ不純物であることを特徴とする上記のシリコン結晶
中の遷移金属不純物のゲッタリング方法である。
【００１２】また、本発明は、チョクラルスキー引き上
げ法によるシリコン単結晶成長中にシリコン融液に、自
然に酸素（Ｏ）および人為的に炭素（Ｃ）の二種類、あ
るいは人為的に酸素（Ｏ）および炭素（Ｃ）の二種類の
不純物を同時ドープすることを特徴とする上記のシリコ
ン結晶中の遷移金属不純物のゲッタリング方法である。
げ法によるシリコン単結晶成長中にシリコン融液に、自
然に酸素（Ｏ）および人為的に炭素（Ｃ）の二種類、あ
るいは人為的に酸素（Ｏ）および炭素（Ｃ）の二種類の
不純物を同時ドープすることを特徴とする上記のシリコ
ン結晶中の遷移金属不純物のゲッタリング方法である。
【００１３】また、本発明は、酸素イオンおよび炭素イ
オンをイオン注入することにより、人為的に酸素（Ｏ）
および炭素（Ｃ）の二種類の不純物をシリコンウエハに
同時ドープすることを特徴とする上記のシリコン結晶中
の遷移金属不純物のゲッタリング方法である。
オンをイオン注入することにより、人為的に酸素（Ｏ）
および炭素（Ｃ）の二種類の不純物をシリコンウエハに
同時ドープすることを特徴とする上記のシリコン結晶中
の遷移金属不純物のゲッタリング方法である。
【００１４】シリコン結晶中において格子間位置を通っ
て超高速拡散する遷移金属、特に、Ｃｏ、Ｎｉ、または
Ｃｕ不純物はバンドギャップ中に深い不純物準位を形成
し、ｐ型およびｎ型シリコン結晶のアクセプターやドナ
ーからのキャリアーを捕獲して、デバイスとしての機能
を著しく低下させる。
て超高速拡散する遷移金属、特に、Ｃｏ、Ｎｉ、または
Ｃｕ不純物はバンドギャップ中に深い不純物準位を形成
し、ｐ型およびｎ型シリコン結晶のアクセプターやドナ
ーからのキャリアーを捕獲して、デバイスとしての機能
を著しく低下させる。
【００１５】例えば、低抵抗ｎ型シリコン単結晶からな
るウェーハ（１Ωｃｍ）にＣｕが拡散した状態を形成す
るためにＣｕをイオン注入により４×１０18ｃｍ-3ドー
プするとバンドギャップ中にＣｕドープによる深い不純
物準位が形成され、高抵抗化（１０ＫΩｃｍ）する。ま
た、ＣｕやＮｉの拡散係数を測定すると、図１に示すよ
うに、シリコン結晶中のＳｉ原子や、シリコン結晶中の
ｐドナー不純物と比較して約１０桁以上の超高速で拡散
することが明らかである。図１には、比較のためにシリ
コン結晶中のＳｉ原子およびシリコン結晶中のドナー不
純物の拡散係数の温度依存性も示している。
るウェーハ（１Ωｃｍ）にＣｕが拡散した状態を形成す
るためにＣｕをイオン注入により４×１０18ｃｍ-3ドー
プするとバンドギャップ中にＣｕドープによる深い不純
物準位が形成され、高抵抗化（１０ＫΩｃｍ）する。ま
た、ＣｕやＮｉの拡散係数を測定すると、図１に示すよ
うに、シリコン結晶中のＳｉ原子や、シリコン結晶中の
ｐドナー不純物と比較して約１０桁以上の超高速で拡散
することが明らかである。図１には、比較のためにシリ
コン結晶中のＳｉ原子およびシリコン結晶中のドナー不
純物の拡散係数の温度依存性も示している。
【００１６】このことから、シリコン単結晶中にドープ
したＣｕはバンドギャップ中に深い不純物準位を形成
し、しかも、超高速で拡散していることが明らかとなっ
た。実験からシリコン結晶中のＣｕ不純物の拡散障壁は
０．１８〜０．３５ｅｖと極めて浅く室温でも拡散する
ことができることが明らかとなった。
したＣｕはバンドギャップ中に深い不純物準位を形成
し、しかも、超高速で拡散していることが明らかとなっ
た。実験からシリコン結晶中のＣｕ不純物の拡散障壁は
０．１８〜０．３５ｅｖと極めて浅く室温でも拡散する
ことができることが明らかとなった。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明は、シリコン結晶中の遷移
金属不純物のゲッタリング法において、酸素（Ｏ）およ
び炭素（Ｃ）の二種類の不純物をシリコンに同時ドープ
した後、熱アニールすることを特徴とする。同時ドープ
は、ウエハを作る前のチョクラルスキー引上げ法でシリ
コン結晶を作るときにシリコン融液の中に酸素や炭素を
入れる方法を採用できる。通常、酸素は空気中から自然
に入るが、濃度をコントロールする必要があり、酸素
（Ｏ）および炭素（Ｃ）を人為的に同時ドープして濃度
を制御する。また、シリコウエハに対して酸素（Ｏ）お
よび炭素（Ｃ）をイオン注入により人為的に同時ドープ
することができる。同時ドープした酸素（Ｏ）および炭
素（Ｃ）の濃度は遷移金属不純物濃度以上、例えば、１
０１５ｃｍ−３から１０１９ｃｍ−３程度とすればよ
い。
金属不純物のゲッタリング法において、酸素（Ｏ）およ
び炭素（Ｃ）の二種類の不純物をシリコンに同時ドープ
した後、熱アニールすることを特徴とする。同時ドープ
は、ウエハを作る前のチョクラルスキー引上げ法でシリ
コン結晶を作るときにシリコン融液の中に酸素や炭素を
入れる方法を採用できる。通常、酸素は空気中から自然
に入るが、濃度をコントロールする必要があり、酸素
（Ｏ）および炭素（Ｃ）を人為的に同時ドープして濃度
を制御する。また、シリコウエハに対して酸素（Ｏ）お
よび炭素（Ｃ）をイオン注入により人為的に同時ドープ
することができる。同時ドープした酸素（Ｏ）および炭
素（Ｃ）の濃度は遷移金属不純物濃度以上、例えば、１
０１５ｃｍ−３から１０１９ｃｍ−３程度とすればよ
い。
【００１８】シリコン結晶のＳｉ置換位置に人為的に炭
素（Ｃ）原子をドープすると、シリコン原子（Ｓｉ）の
原子半径と比べて炭素原子（Ｃ）の原子半径が小さいた
め、長距離力の歪場が形成される。チョクラルスキー結
晶成長法によりシリコン結晶中に自然にドープされた酸
素（Ｏ）や人為的にドープした酸素（Ｏ）あるいはイオ
ン注入法により人為的にドープした酸素（Ｏ）はシリコ
ンボンドの格子間位置に入る。
素（Ｃ）原子をドープすると、シリコン原子（Ｓｉ）の
原子半径と比べて炭素原子（Ｃ）の原子半径が小さいた
め、長距離力の歪場が形成される。チョクラルスキー結
晶成長法によりシリコン結晶中に自然にドープされた酸
素（Ｏ）や人為的にドープした酸素（Ｏ）あるいはイオ
ン注入法により人為的にドープした酸素（Ｏ）はシリコ
ンボンドの格子間位置に入る。
【００１９】次に、ドープされたＣおよびＯの二種類の
不純物を含むシリコン結晶を熱アニールする。熱アニー
ルは、例えば、電気加熱炉中にシリコンウエハを配置
し、窒素ガスやアルゴンガス雰囲気中で２５０℃以上、
好ましくは３５０〜５００℃程度、１０分〜２時間程度
加熱することにより行う。熱アニールにより、図２に示
すように、シリコンボンドの格子間位置に入ったＯ原子
はＳｉ置換位置におけるＣ原子による長距離力の歪場の
ためにＯ原子はＣ原子の周辺に集まってくる。Ｃ原子は
格子間ボンドの中心位置にある。
不純物を含むシリコン結晶を熱アニールする。熱アニー
ルは、例えば、電気加熱炉中にシリコンウエハを配置
し、窒素ガスやアルゴンガス雰囲気中で２５０℃以上、
好ましくは３５０〜５００℃程度、１０分〜２時間程度
加熱することにより行う。熱アニールにより、図２に示
すように、シリコンボンドの格子間位置に入ったＯ原子
はＳｉ置換位置におけるＣ原子による長距離力の歪場の
ためにＯ原子はＣ原子の周辺に集まってくる。Ｃ原子は
格子間ボンドの中心位置にある。
【００２０】同時に、長距離力のＣ原子の歪場により遷
移金属不純物原子をＣ原子に弱く引きつけて、Ｃ原子の
まわりに熱アニールにより集めたＯ原子との不純物複合
体を形成させることにより、シリコン結晶中の特定の原
子位置に遷移金属とＣ原子およびＯ原子との不純物複合
体を析出させる。実験的にＥＸＡＦＳ法を用いて遷移金
属を含む不純物複合体の構造を決定した結果、図３に示
すような構造配置をしていることが明らかになった。こ
こで、特定の原子位置とは、図３に示すように、格子間
位置であり、炭素（Ｃ）の周辺で、しかも、酸素（Ｏ）
と強く結合し、化合物を作る位置である。
移金属不純物原子をＣ原子に弱く引きつけて、Ｃ原子の
まわりに熱アニールにより集めたＯ原子との不純物複合
体を形成させることにより、シリコン結晶中の特定の原
子位置に遷移金属とＣ原子およびＯ原子との不純物複合
体を析出させる。実験的にＥＸＡＦＳ法を用いて遷移金
属を含む不純物複合体の構造を決定した結果、図３に示
すような構造配置をしていることが明らかになった。こ
こで、特定の原子位置とは、図３に示すように、格子間
位置であり、炭素（Ｃ）の周辺で、しかも、酸素（Ｏ）
と強く結合し、化合物を作る位置である。
【００２１】酸素（Ｏ）および炭素（Ｃ）の二種類の不
純物と遷移金属不純物との複合体形成による化学結合エ
ネルギーにより不純物複合体に遷移金属不純物を閉じこ
め、しかも、遷移金属の３ｄ軌道とＣ原子やＯ原子のｐ
軌道との強い軌道混成により、図４を用いて説明するよ
うに、結合状態（価電子帯中）と反結合状態（伝導帯
中）に分裂して深い不純物準位が消失し、電気的に不活
性化することができる。
純物と遷移金属不純物との複合体形成による化学結合エ
ネルギーにより不純物複合体に遷移金属不純物を閉じこ
め、しかも、遷移金属の３ｄ軌道とＣ原子やＯ原子のｐ
軌道との強い軌道混成により、図４を用いて説明するよ
うに、結合状態（価電子帯中）と反結合状態（伝導帯
中）に分裂して深い不純物準位が消失し、電気的に不活
性化することができる。
【００２２】この系でＣｕやＮｉの拡散係数を測定する
と、図５に示すように、拡散係数が約８〜９桁低下し、
ほとんど拡散しなくなっている。図５は、比較のために
シリコン結晶中のＳｉ原子およびシリコン結晶中のＰド
ナー不純物の拡散係数の温度依存性も示している。
と、図５に示すように、拡散係数が約８〜９桁低下し、
ほとんど拡散しなくなっている。図５は、比較のために
シリコン結晶中のＳｉ原子およびシリコン結晶中のＰド
ナー不純物の拡散係数の温度依存性も示している。
【００２３】本発明の方法によれば、シリコン半導体製
造プロセスにおいて、デバイス製造過程での簡単な熱ア
ニールにより、遷移金属不純物の電気的活性や超高速拡
散を制御することができるので、シリコン半導体産業に
とって高速化・省エネルギー化における大きな効果が期
待される。また、このような製造プロセス技術の応用
は、シリコン結晶を使った全てのデバイスの高速化、高
密度化、省エネルギー化に応用できるので、その適用範
囲が極めて大きく、将来のシリコンデバイス製造技術に
とって産業上不可欠な基本技術要素の一つである。
造プロセスにおいて、デバイス製造過程での簡単な熱ア
ニールにより、遷移金属不純物の電気的活性や超高速拡
散を制御することができるので、シリコン半導体産業に
とって高速化・省エネルギー化における大きな効果が期
待される。また、このような製造プロセス技術の応用
は、シリコン結晶を使った全てのデバイスの高速化、高
密度化、省エネルギー化に応用できるので、その適用範
囲が極めて大きく、将来のシリコンデバイス製造技術に
とって産業上不可欠な基本技術要素の一つである。
【００２４】
【実施例】実施例１
以下に、シリコン結晶における酸素（Ｏ）および炭素
（Ｃ）の同時ドーピングと熱アニールによるＣｕ不純物
の拡散防止と深い不純物準位の不活性化について具体例
に基づいて説明する。チョクラルスキー引き上げ装置を
用いて引き上げ法で結晶成長するときにシリコン融液に
酸素（Ｏ）および炭素（Ｃ）を同時ドープした。これに
より、酸素（Ｏ）および炭素（Ｃ）を銅不純物濃度以上
になるように８×１０18ｃｍ-3同時ドープした低抵抗ｎ
型シリコン単結晶が得られた。この単結晶を加工したウ
ェーハの電気抵抗率は１Ωｃｍであった。Ｃｕ配線時に
銅不純物が混入したウエハの状態と類似の状態とするた
めに、このウエハにＣｕをイオン注入法により４×１０
18ｃｍ-3ドープした。さらに、このウエハを電気炉中に
配置し、アルゴンガス雰囲気中で、１００℃、２００
℃、３００℃、３５０℃、４００℃、５００℃の各温度
で１６分間熱アニールした。
（Ｃ）の同時ドーピングと熱アニールによるＣｕ不純物
の拡散防止と深い不純物準位の不活性化について具体例
に基づいて説明する。チョクラルスキー引き上げ装置を
用いて引き上げ法で結晶成長するときにシリコン融液に
酸素（Ｏ）および炭素（Ｃ）を同時ドープした。これに
より、酸素（Ｏ）および炭素（Ｃ）を銅不純物濃度以上
になるように８×１０18ｃｍ-3同時ドープした低抵抗ｎ
型シリコン単結晶が得られた。この単結晶を加工したウ
ェーハの電気抵抗率は１Ωｃｍであった。Ｃｕ配線時に
銅不純物が混入したウエハの状態と類似の状態とするた
めに、このウエハにＣｕをイオン注入法により４×１０
18ｃｍ-3ドープした。さらに、このウエハを電気炉中に
配置し、アルゴンガス雰囲気中で、１００℃、２００
℃、３００℃、３５０℃、４００℃、５００℃の各温度
で１６分間熱アニールした。
【００２５】熱アニール後のウエハの電気抵抗率を測る
と、表１に示すとおり、３５０℃以上でアニールした場
合は、ウェーハの電気抵抗率の１Ωｃｍとほとんど変わ
らなかった。アニールしない場合（表１のアニール温度
−）の抵抗率は８５６９Ωｃｍであった。このことか
ら、酸素および炭素を同時にドープし、比較的低温で熱
アニールすることによりＣｕによる深い不純物準位が消
失したことが明らかになった。
と、表１に示すとおり、３５０℃以上でアニールした場
合は、ウェーハの電気抵抗率の１Ωｃｍとほとんど変わ
らなかった。アニールしない場合（表１のアニール温度
−）の抵抗率は８５６９Ωｃｍであった。このことか
ら、酸素および炭素を同時にドープし、比較的低温で熱
アニールすることによりＣｕによる深い不純物準位が消
失したことが明らかになった。
【００２６】
【表１】
【００２７】
【発明の効果】本発明は、シリコン半導体製造プロセス
において、デバイス製造過程での簡単な処理により、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、またはＣｕなどの遷移金属不純物の深い不純
物準位による電気的活性や超高速拡散を制御することが
できるので、シリコン半導体産業にとって高速化・省エ
ネルギー化における大きな効果が期待され、シリコン半
導体デバイスの高性能化を可能にする。
において、デバイス製造過程での簡単な処理により、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、またはＣｕなどの遷移金属不純物の深い不純
物準位による電気的活性や超高速拡散を制御することが
できるので、シリコン半導体産業にとって高速化・省エ
ネルギー化における大きな効果が期待され、シリコン半
導体デバイスの高性能化を可能にする。
【図１】図１は、シリコン結晶中のＮｉおよびＣｕの拡
散係数の温度依存性を示すグラフである。
散係数の温度依存性を示すグラフである。
【図２】図２は、チョクラルスキー結晶成長法で製造し
たシリコン結晶におけるＣ−Ｏ不純物複合体の構造を示
す模式図である。
たシリコン結晶におけるＣ−Ｏ不純物複合体の構造を示
す模式図である。
【図３】図３は、実験的にＥＸＡＦＳ法を用いて決定し
たシリコン結晶中のＣｕ−Ｏ−Ｃ不純物複合体の構造を
示す模式図である。
たシリコン結晶中のＣｕ−Ｏ−Ｃ不純物複合体の構造を
示す模式図である。
【図４】図４は、シリコン結晶中のＣｕ不純物の深い不
純物準位（ａ）が、Ｃｕ−Ｏ−Ｃ不純物複合体を形成す
ることにより、価電子帯中の結合状態と伝導帯中の反結
合状態に分裂して、バンドギャップ中の深い不純物準位
が消失し、Ｃｕ−Ｏ−Ｃ不純物準位（ｂ）となる関係を
示す説明図である。
純物準位（ａ）が、Ｃｕ−Ｏ−Ｃ不純物複合体を形成す
ることにより、価電子帯中の結合状態と伝導帯中の反結
合状態に分裂して、バンドギャップ中の深い不純物準位
が消失し、Ｃｕ−Ｏ−Ｃ不純物準位（ｂ）となる関係を
示す説明図である。
【図５】図５は、Ｃ原子およびＯ原子を同時ドープした
後、３５０℃で熱アニールした後の、シリコン結晶中の
ＮｉおよびＣｕの拡散係数の温度依存性を示すグラフで
ある。
後、３５０℃で熱アニールした後の、シリコン結晶中の
ＮｉおよびＣｕの拡散係数の温度依存性を示すグラフで
ある。
Claims (4)
- 【請求項１】 シリコン結晶中において超高速拡散し、
しかも、深い不純物準位を作る遷移金属不純物のゲッタ
リング方法において、酸素（Ｏ）および炭素（Ｃ）の二
種類の不純物をシリコンに同時ドープした後、熱アニー
ルすることにより、遷移金属不純物原子とＣおよびＯと
の不純物複合体をシリコン結晶中に析出させて遷移金属
不純物をシリコン結晶中に閉じ込めることにより、シリ
コン結晶中の遷移金属不純物の超高速拡散を防止し、か
つ遷移金属不純物による深い不純物準位を電気的に不活
性化することを特徴とするシリコン結晶中の遷移金属不
純物のゲッタリング方法。 - 【請求項２】 遷移金属不純物は、シリコン単結晶の製
造工程中に原料物質から混入するＣｏ、Ｎｉ、またはＣ
ｕ不純物、またはＣｕ配線時に混入するＣｕ不純物であ
ることを特徴とする請求項１記載のシリコン結晶中の遷
移金属不純物のゲッタリング方法。 - 【請求項３】 チョクラルスキー引き上げ法によるシリ
コン単結晶成長中にシリコン融液に、自然に酸素（Ｏ）
および人為的に炭素（Ｃ）の二種類、あるいは人為的に
酸素（Ｏ）および炭素（Ｃ）の二種類の不純物を同時ド
ープすることを特徴とする請求項１記載のシリコン結晶
中の遷移金属不純物のゲッタリング方法。 - 【請求項４】 酸素イオンおよび炭素イオンをイオン注
入することにより、人為的に酸素（Ｏ）および炭素
（Ｃ）の二種類の不純物をシリコンウエハに同時ドープ
することを特徴とする請求項１記載のシリコン結晶中の
遷移金属不純物のゲッタリング方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002003896A JP2003209114A (ja) | 2002-01-10 | 2002-01-10 | シリコン結晶中の遷移金属不純物のゲッタリング方法 |
| PCT/JP2003/000139 WO2003060981A1 (fr) | 2002-01-10 | 2003-01-09 | Procede de getterisation d'impuretes de metaux de transition dans des cristaux de silicium |
| EP03701051A EP1467405A1 (en) | 2002-01-10 | 2003-01-09 | Method for gettering transition metal impurities in silicon crystal |
| KR1020047010635A KR100596701B1 (ko) | 2002-01-10 | 2003-01-09 | 실리콘결정중의 천이금속 불순물의 게터링 방법 |
| TW092100378A TWI232897B (en) | 2002-01-10 | 2003-01-09 | Gettering method of transitional metal impurities in silicon crystalline |
| US10/501,080 US7157354B2 (en) | 2002-01-10 | 2003-01-09 | Method for gettering transition metal impurities in silicon crystal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002003896A JP2003209114A (ja) | 2002-01-10 | 2002-01-10 | シリコン結晶中の遷移金属不純物のゲッタリング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003209114A true JP2003209114A (ja) | 2003-07-25 |
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ID=19190931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002003896A Pending JP2003209114A (ja) | 2002-01-10 | 2002-01-10 | シリコン結晶中の遷移金属不純物のゲッタリング方法 |
Country Status (6)
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|---|---|
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| EP (1) | EP1467405A1 (ja) |
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| KR (1) | KR100596701B1 (ja) |
| TW (1) | TWI232897B (ja) |
| WO (1) | WO2003060981A1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005317853A (ja) * | 2004-04-30 | 2005-11-10 | Japan Science & Technology Agency | シリコン結晶中のＣｕ不純物のゲッタリング方法 |
| US7507640B2 (en) | 2006-02-15 | 2009-03-24 | Sumco Corporation | Method for producing silicon wafer |
| JP2010016169A (ja) * | 2008-07-03 | 2010-01-21 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | エピタキシャルウェーハおよびエピタキシャルウェーハの製造方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4604889B2 (ja) * | 2005-05-25 | 2011-01-05 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | シリコンウェーハの製造方法、並びにシリコン単結晶育成方法 |
| CN105140355A (zh) * | 2015-08-18 | 2015-12-09 | 西安电子科技大学 | 基于m面蓝宝石衬底上半极性（11-22）黄光LED材料及其制作方法 |
| CN105140365B (zh) * | 2015-08-18 | 2018-03-06 | 西安电子科技大学 | 基于c面蓝宝石衬底上Ga极性黄光LED结构及其制作方法 |
| CN105098017B (zh) * | 2015-08-18 | 2018-03-06 | 西安电子科技大学 | 基于c面蓝宝石衬底上N面黄光LED结构及其制作方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0380193A (ja) | 1989-08-23 | 1991-04-04 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | シリコン半導体単結晶 |
| KR960000952B1 (ko) | 1991-03-05 | 1996-01-15 | 후지쓰 가부시끼가이샤 | 반도체 장치의 생산공정 |
| JP3941075B2 (ja) | 1996-07-18 | 2007-07-04 | ソニー株式会社 | エピタキシャルシリコン基板及び固体撮像装置並びにこれらの製造方法 |
| EP0948037B1 (en) | 1996-07-29 | 2006-11-02 | Sumco Corporation | Method for manufacturing a silicon epitaxial wafer |
| JPH11204534A (ja) | 1998-01-14 | 1999-07-30 | Sumitomo Metal Ind Ltd | シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法 |
| JP2001217247A (ja) | 2000-02-04 | 2001-08-10 | Nec Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
-
2002
- 2002-01-10 JP JP2002003896A patent/JP2003209114A/ja active Pending
-
2003
- 2003-01-09 WO PCT/JP2003/000139 patent/WO2003060981A1/ja not_active Application Discontinuation
- 2003-01-09 US US10/501,080 patent/US7157354B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2003-01-09 EP EP03701051A patent/EP1467405A1/en not_active Withdrawn
- 2003-01-09 KR KR1020047010635A patent/KR100596701B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2003-01-09 TW TW092100378A patent/TWI232897B/zh not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005317853A (ja) * | 2004-04-30 | 2005-11-10 | Japan Science & Technology Agency | シリコン結晶中のＣｕ不純物のゲッタリング方法 |
| JP4684574B2 (ja) * | 2004-04-30 | 2011-05-18 | 独立行政法人科学技術振興機構 | シリコン結晶中のＣｕ不純物のゲッタリング方法 |
| US7507640B2 (en) | 2006-02-15 | 2009-03-24 | Sumco Corporation | Method for producing silicon wafer |
| JP2010016169A (ja) * | 2008-07-03 | 2010-01-21 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | エピタキシャルウェーハおよびエピタキシャルウェーハの製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TWI232897B (en) | 2005-05-21 |
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| KR100596701B1 (ko) | 2006-07-04 |
| US7157354B2 (en) | 2007-01-02 |
| KR20040076882A (ko) | 2004-09-03 |
| US20050090079A1 (en) | 2005-04-28 |
| WO2003060981A1 (fr) | 2003-07-24 |
| TW200301786A (en) | 2003-07-16 |
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