JP3552104B2 - 水素でドープされたシリコン半導体ディスク及びその製造法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の対象は、チョクラルスキー法（Ｃｚ−法）により溶融液から引き上げた単結晶体に由来するシリコンから半導体ディスクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
前記のように引き上げられた単結晶体及び該単結晶体から分離された半導体ディスクは、通常、空所欠陥、いわゆる空隙を有している。この空所の集中は、電子工学構成素子の製造の際に支障となる。純粋な水素雰囲気中での半導体ディスクの熱処理によって、１１００℃を上回る温度で、欠陥が、少なくとも半導体ディスクの表面付近の領域で引き起こされうることは公知である。
【０００３】
それどころか、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｂ３６（１９９６）１４６中に開示されているＥ．Ｉｉｎｏ他、の研究によれば、水素の存在が、Ｃｚ−法による単結晶体の引き上げの際に単結晶体中に別の欠陥種、電子工学構成素子の製造のための基礎材料としての単結晶体を使用不可能にしてしまういわゆるキャビティーを生じてしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、空所欠陥を伴う問題を十分に解決することである。
【０００５】
本発明の対象は、水素でドープされ、５×１０^１６ａｔｃｍ^{− ３}未満、有利に１×１０^１６ａｔｃｍ^{− ３}未満、特に有利に１×１０^１５ａｔｃｍ^{− ３}未満で、１×１０^１２ａｔｃｍ^{− ３}を上回る水素濃度を有する、シリコンからなる半導体ディスクである。
【０００６】
また、本発明の対象は、単結晶体をチョクラルスキー法により水素の存在下に溶融液から引き上げる、単結晶体からの半導体ディスクの分離によるシリコンからの半導体ディスクの製造法で、該単結晶体を、３ミリバール未満の水素部分圧で引き上げることによって特徴付けられる、単結晶体からの半導体ディスクの分離によるシリコンからの半導体ディスクの製造法でもある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この方法の使用の際には、確かに更に、単結晶体中の空所欠陥と、該単結晶体から分離された半導体ディスクとを生じる。しかしながら、Ｅ．Ｉｉｎｏ他により記載されているようなキャビティーの形成は観察されない。１ミリバール未満の水素部分圧は、特に有利である。この部分圧は、単結晶体の引き上げの間に、できるだけ一定に保持されていなければならないので、水素は、所望の濃度で、成長していく単結晶体中に均一に組み込まれていく。この場合、水素の一部が、溶融液から追い出されることを顧慮しなければならない。
【０００８】
該単結晶体が、提案された濃度で水素でドープされる場合には、これは、成長していく結晶体の冷却の際に空所と一緒に過飽和状態に陥る。空所が空隙（微小空洞）に集約されるのに対して、水素は、生じる空隙又は生じた空隙に運び込まれる。生じる過飽和が、空隙中への運搬のためにだけは十分であるが、しかし、固有の水素沈降の形成には不十分である程度に、水素濃度を低く選択することが重要である。最適な水素濃度は、成長する結晶体の冷却速度に左右される。更に冷却する際に、水素は、空隙中の水素は、同様に過飽和した酸素が空隙の内側面を酸化しうるのを阻止する。従って、単結晶体から取得された半導体ディスクの熱処理による空隙の解消を通常明らかに遅延させる酸化層は発生しない。多くとも３％の水素を必ず含有している雰囲気中で６０分間に亘る約１２００℃の温度での半導体ディスクの熱処理は、従って、電子工学構成部材が設けられている半導体材料の領域における空所を取り除くには既に十分である。半導体ディスクが、構成部材の製造の間に、記載された条件にさらされなければならない場合には、半導体ディスクの熱処理を不要にすることが好ましい。別の場合には、本発明によれば熱処理工程が実施されるが、その際、水素及びアルゴンを含有する雰囲気中での半導体ディスクの熱処理は有利であり、アルゴン及び３％の水素を含有する雰囲気中での熱処理は特に有利である。温度及び熱処理の期間は、使用される炉に応じて左右されるものである。ランプを用いて加熱されるいわゆる高速サーマルアニール炉（ｒａｐｉｄ ｔｈｅｒｍａｌ ａｎｎｅａｌ ｏｆｅｎ）（シングルディスクプロセス（Ｅｉｎｓｃｈｅｉｂｅｎｐｒｏｚｅｓｓ）の場合、１１５０〜１２５０℃、有利に１２００℃の温度及び６０秒まで、有利に３０秒の処理期間の熱処理が選択される。抵抗加熱を用いる炉の使用の場合（バッチプロセス）、１０５０〜１２００℃、有利に１１００℃の温度及び６０分まで、有利に３０分の処理期間が選択される。いずれにせよ、本発明は、純粋な水素雰囲気及びこれに関連した安全性の問題中での半導体ディスクの熱処理を不要にし、熱処理の期間を明らかに短縮することができることを可能にする。熱処理は、酸化条件下でも行うことができるかもしくは酸化熱処理と組み合わせることもできる。
【０００９】
更に、空所欠陥の容量をできるだけ小さいままにしておき、その結果、後に容易に解消することができることが有利である。これは、有利に、単結晶体が、引き上げの際に付加的に窒素でドープされ、強制的に冷却されることによって達成される。適当な窒素濃度は、５×１０^１２〜５×１０^１５ａｔｃｍ^{− ３}である。有利に、窒素濃度は、１×１０^１４〜１×１０^１５が選択される。ドープ物質としては、ＮＨ_３又は窒化珪素が適しているが、この場合、後者は、有利に粉末形又はニトリド被覆されたシリコンディスクとして溶融液に供給される。単結晶体の冷却のために、有利に、水で冷却可能な熱シールドが単結晶体の周囲に配置されている。かかる装置は、例えば欧州特許第０７２５１６９号Ｂ１中に開示されている。この場合、冷却は、有利に、丁度成長した単結晶体が、１０５０℃の温度から９００℃の温度にまで冷却される時間が、１２０分未満であるように行われる。
【００１０】
本発明により製造された半導体ディスクは、特に、エピタキシー層が析出される基板ディスクとしても適している。

Claims (4)

1. 単結晶体をチョクラルスキー法により水素の存在下に溶融液から引き上げ、かつ空所欠陥が生じる、単結晶体からの半導体ディスクの分離によるシリコンからの半導体ディスクの製造法において、該単結晶体を、３ミリバール未満の水素部分圧で引き上げ、かつ窒素でドープし、５×１０ ^１２ 原子・ｃｍ ^{- ３} 〜５×１０ ^１５ 原子・ｃｍ ^{- ３} の窒素濃度を有することを特徴とする、単結晶体からの半導体ディスクの分離によるシリコンからの半導体ディスクの製造法。
2. 冷却した熱シールドを単結晶体の周囲に配置し、該単結晶体を熱シールドを用いて冷却するが、この場合、単結晶体を１０５０℃の温度から９００℃の温度へ冷却する時間は、１２０分未満である、請求項１に記載の方法。
3. 半導体ディスクに、水素及びアルゴンを３％未満含有する雰囲気下で熱処理を施す、請求項１又は２に記載の方法。
4. 半導体ディスクに酸化処理を施す、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。