JPH03166733A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH03166733A
JPH03166733A JP30489189A JP30489189A JPH03166733A JP H03166733 A JPH03166733 A JP H03166733A JP 30489189 A JP30489189 A JP 30489189A JP 30489189 A JP30489189 A JP 30489189A JP H03166733 A JPH03166733 A JP H03166733A
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JP
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temperature
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JP30489189A
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Sakae Hashimoto
栄 橋本
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/322Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to modify their internal properties, e.g. to produce internal imperfections
    • H01L21/3221Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to modify their internal properties, e.g. to produce internal imperfections of silicon bodies, e.g. for gettering
    • H01L21/3225Thermally inducing defects using oxygen present in the silicon body for intrinsic gettering

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、基板表面に無欠陥層を形威し且つ基板内部
に高密度欠陥領域を設けてゲツター作用をもたせるよう
にした半導体装置の製造方法に関する. 〔従来の技術〕 半導体イメージセンサ、特にS I T ( Stat
icInduction  Transistor )
を用いたイメージセン4+が冫゛桑橿成する丁C.LS
I.VLSIの製造工程においては、デバイス特性に悪
影響を及ぼす工程中の汚染(特に重金属)や、表面ある
いは表面近傍の欠陥の発生を防止するために、基板表面
に数μm〜数十μmの無欠陥層を形成し且つ基板内部に
高密度欠陥領域を設けてゲッター作用をもたせるイント
リンシック・ゲッタリング(IntrinsicGet
tering :以下IGと略称する)が導入されてい
る。
このICは、シリコン基板に高温( > 1000″C
)熱処理、及び低温(< 800℃)熱処理、場合によ
っては中温(800〜1000℃)熱処理を適当な条件
で施すことにより、基板内部に欠陥析出物が誘起される
と同時に、表面付近にデヌーデッドゾーン(Denud
edZone :以下DZと略称する)と呼ばれる無欠
陥層が形成される、という性質を利用したもので、基板
内部の析出欠陥(主にSift相)が、表面活性領域の
汚染をゲッタリソグする作用をもつものである。
その結果、重金属汚染や結晶欠陥がもたらすMOSのジ
ェネレーション・ライフタイムの向上や、p−n接合の
リーク電流.イメージセンナの暗電流の低減等が可能と
なるものである。
第3図に、アンチモンドープシリコン基板(Sb: 1
〜2 XIO”c+x−”doped,格子間酸素濃度
[Otl: 10 〜I4 X 10”cm−’,置換
型炭素濃度ECsl : <0. 5 XIOl7Cl
l−3)を用いた場合の従来のIC,工程の一例を示す
。まず基板はIC工程前にエピタキシャル或長炉で1l
50℃の水素ガス雰囲気中で30分以上の熱処理が施さ
れる。次いで第3図に示すIG工程に入り、時刻t ,
 lから酸素ガス雰囲気中で熱処理が開始され、毎分+
5℃の割合で昇温していく.その後1000″Cに到達
した時刻 1 z/から時刻t,Iまで40分間、等温
熱アニールが行われる.時刻t , lから時刻t,l
までの酸素ガス雰囲気中で、シリコン基板表面には、約
500λの熱酸化膜が形威され、これはその後、1l0
0℃の高温熱処理工程の表面保護膜の役割をする。次い
で時刻t 3Iから窒素ガス雰囲気中で、再び毎分+5
℃の割合で昇温していき、1100℃に到達した時刻t
4から時刻tSIまで14時間の高温熱処理が行われる
。これによりシリコン結晶の格子間酸素が外方拡散して
、シリコン基板表面に約30〜40μmのD2(エピタ
キシャル層は除く)が形威される。
次に時刻 t , lから毎分−2℃の割合で降温して
、520℃に到達した時刻t6′から時刻t , lま
で、酸素ガス雰囲気中で32時間の熱処理を行う。
その後、時刻t,lから毎分+5℃の割合で昇温し、6
20℃に到達した時刻t , lから時刻t , lま
で、同様に酸素ガス雰囲気中で32時間の熱処理を行う
。更に時刻 t , Lから毎分+5 ”Cの割合で昇
温し、720’Cに到達した時刻t 10’から時刻t
l1まで、同様に酸素ガス雰囲気中で32時間の熱処理
を行ない、IG工程が完了する。
以上述べた、520℃,620℃,720℃の低温熱処
理工程によって、前記無欠陥Ji(D Z)より深いシ
リコン結晶内部に微小欠陥核の領域が形威される。
IG工程終了後の基板は、IG工程中に形威された熱酸
化膜を弗酸で除去したのち、エピタキシャル戒長工程を
行い、その後のデバイス製造工程において800〜11
50℃を主とする熱処理工程を受け、これらの熱処理工
程で結晶欠陥核は、第4図に示すようなゲッタリング能
力を有する酸素析出物欠陥103a へと威長していく
。なお第4図において、101はシリコン基板、102
はエピタキシャル層、103は酸素析出物欠陥領域、1
04は無欠陥層(D Z)を示す。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、以上述べてきた従来のIC方法では、I
G工程に116時間50分もの長時間を要する。特に5
20℃,620℃.720℃の低温熱処理工程は96時
間40分で、IGに要する時間のほぼ80%を占める。
したがって低温熱処理工程の所要時間を短縮することは
IG工程全体の効率化につながるため大変重要といえる
. 低温熱処理工程の所要時間を短縮する方法として、52
0″C,620″C, 720”Cの各等温熱処理時間
を、例えば第5図の工程図に示すように32時間から1
6時間に変更することが考えられる。このように変更し
たIG工程では、低温熱処理工程における所要時間を4
8時間短縮できるが、実験により調べた結果、このよう
に短縮した工程では、特に低[0 !](<12X10
”cm−3)基板において、基板内部の欠陥核の析出密
度がゲッタリング効果を期待できる10’〜10’ c
m−”に満たない場合があることが判明した。
これは、格子間酸素が上記のような短縮した時間では、
十分な欠陥核を形成するに至らなかったためで、第6図
に示すように、DZ幅のウェハ面内ばらつきや表面欠陥
の誘発を招き易い。
このように低温熱処理時間を短縮した場合には、ゲッタ
リング効果は期待できる由もなく、デバイス特性の劣化
につながることは言うまでもない。
したがってアンチモンドープシリコン基板では、所望の
DZ幅及び内部欠陥密度を達威しようとするIG工程に
は非常に長時間を要し、この処理時間が問題となってい
た. 本発明は、アンチモンドープシリコン基板を従来法でI
G熱処理を行った場合、所望の内部欠陥を析出させよう
とすると、非常に長時間を要するという問題点を解決す
るためになされたもので、できるだけ短時間で内部欠陥
を効率よく析出させ、且つ所望のDZを形成できるよう
にした半導体装置の製造方法を提供することを目的とす
る。
〔課題を解決するための手段及び作用〕上記問題点を解
決するため、本発明は、シリコン基板をエピタキシャル
戒長に先立ち1100″C以上の高温度下で水素ガス雰
囲気中で熱処理を施す第1の工程と、1100℃以上の
高温度下で窒素ガス雰囲気中で熱処理を施し前記基板表
面に無欠陥層を形成する第2の工程と、前記第2の熱処
理工程後に所定温度に降温したのち、酸素ガス雰囲気中
で低温域から中温域にかけて連続的に昇温して熱処理を
行い前記基板内部に微小欠陥核領域を形成する第3の工
程とで半導体装置を製造するものである。
このように内部微小欠陥核領域を形威する熱処理工程を
、従来の3段階熱処理方式に変えて、低温域から中温域
にかけて連続的に昇温して熱処理するようにしたので、
効率よく高密度の内部微小欠陥核を析出させることが可
能となり、且つ大幅な熱処理時間の短縮が可能となり生
産性の向上を図ることができる。
〔実施例〕 次に実施例について説明する。第1図は、本発明に係る
半導体装置の製造方法の一実施例のIG工程を示す図で
ある。本実施例においては、まず従来の製造方法と同様
に、 [Ot1が10〜14X101?cta−3で、
 [C,]が0. 5 XIO17cm−’以下のチッ
クラル7キー法で育威したアンチモンドープ(1〜2X
IO17Cl1−’)シリコン基板を用い、IC工程前
にエピタキシャル戒長炉で1150℃の水素ガス雰囲気
中で30分以上の熱処理を施す。次いで第1図に示すI
G工程に入り、時刻tlから酸素ガス雰囲気中で熱処理
が開始され、毎分+5℃の割合で昇温しでいく。その後
1000℃に到達した時刻1.から時刻t3まで40分
間、等温熱アニールが行われる。
時刻1,から時刻t,までの酸素ガス雰囲気中で、シリ
コン基板表面には、約500人の熱酸化膜が形威され、
これはその後、1100″Cの高温熱処理工程の表面保
護膜の役割をする。次いで時刻t,から窒素ガス雰囲気
中で、再び毎分+5℃の割合で昇温しでいき、1100
℃に到達した時刻t4から時刻t,まで14時間の高温
熱処理が行われる.これによりシリコン結晶の格子間酸
素が外方拡散して、シリコン基板表面に無欠陥層(D 
Z)が形威される。
なお、この高温熱処理は、DZ幅を約30〜40μm(
エピタキシャル層は除く)に制御する場合を想定したも
ので、熱処理温度.熱処理時間を適宜変更することによ
り、任意のDZ幅が制御可能であることは言うまでもな
い。
次に、時刻t,から毎分−2 ’Cの割合で降温して、
520″Cに到達した時刻をも,とする。以上の工程ま
では、従来と共通であるが、時刻t6からは酸素ガス雰
囲気中で毎分+〇.1℃の割合で徐々に昇温し、850
℃に到達した時刻をt,とする。
この時刻む,から時刻t,までの低温域から中温域への
昇温工程により、前記無欠陥層(D Z)より深いシリ
コン結晶内部に微小欠陥核の領域が形威され、一部は欠
陥として析出する。なおこの連続昇温熱工程条件も、本
実施例で用いたアンチモンドープシリコン基板(Sb 
: 1〜2 XIO1?cm−3doped,[01]
:10〜14X10”cm−3, [Cs] : <0
. 5 XIO”c13)に適用できるもので、基板の
仕様が異なれば、当然この熱工程条件も変わってくる。
IC工程終了後の基板はIG工程中に形威された熱酸化
膜を弗酸で除去したのち、1100℃以上の温度でエピ
タキシャル成長工程を行って5〜10μmのエピタキシ
ャル層を形威し、その後のデバイス製造プロセスにおい
て800〜1150℃を主とする熱処理工程を受け、こ
れらの熱処理工程で結晶欠陥核は、第2図に示すような
ゲッタリング能力を有する酸素析出物欠陥3aへと成長
していくものである。なお第2図において、lはシリコ
ン基板、2はエピタキシャル層、3は酸素析出物欠陥領
域、4は無欠陥層(DZ)を示す. 上記本発明による実施例では、従来の方法に比べ約2倍
の内部欠陥密度が得られた.また、本実施例においては
、IGの所要時間は75時間10分で従来方法に比べて
約40時間の短縮が可能になった。
〔発明の効果〕
以上実施例に基づいて説明したように、本発明によれば
、従来方法に比べ約2倍の内部欠陥密度が得られ、これ
により従来よりも大きなゲッタリング能力を有する半導
体装置を容易に製造することができる.また本発明によ
れば、rGの所要時間が従来工程に比べて大幅に短縮さ
れることになり、生産性の向上にも大きく寄与できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る半導体装置の一実施例における
IG工程を示す図、第2図は、上記実施例のIG工程で
形威された半導体基板の内部欠陥及びDZを示す図、第
3図は.従来のIC工程を示す図、第4図は、従来のI
G工程で形威された半導体基板の内部欠陥及びDZを示
す図、第5図は、第3図に示したIG工程における低温
熱工程時間を172に短縮したIG工程を示す図、第6
図は、第5図に示したIG工程で形威された半導体基板
の内部欠陥及びDZを示す図である。 図において、■は基板、2はエピタキシャル層、3は酸
素析出物欠陥領域、3aは酸素析出物欠陥、4は無欠陥
層を示す, 第1図 75優間10分 ? 1−14f!閏州 第2図 第5図 第6図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、シリコン基板をエピタキシャル成長に先立ち110
    0℃以上の高温度下で水素ガス雰囲気中で熱処理を施す
    第1の工程と、1100℃以上の高温度下で窒素ガス雰
    囲気中で熱処理を施し前記基板表面に無欠陥層を形成す
    る第2の工程と、前記第2の熱処理工程後に所定温度に
    降温したのち、酸素ガス雰囲気中で低温域から中温域に
    かけて連続的に昇温して熱処理を行い前記基板内部に微
    小欠陥核領域を形成する第3の工程とからなることを特
    徴とする半導体装置の製造方法。 2、前記シリコン基板として、格子間酸素濃度が10〜
    14×10^1^7cm^−^3で置換型炭素濃度が0
    .5×10^1^7cm^−^3以下のチョクラルスキ
    ー法で育成したアンチモンドープ(1〜2×10^1^
    7cm^−^3)シリコン基板を用いることを特徴とす
    る請求項1記載の半導体装置の製造方法。 3、前記第3の熱処理工程は、520℃から850℃に
    かけて連続的に昇温して熱処理を行うことを特徴とする
    請求項2記載の半導体装置の製造方法。 4、前記請求項1〜3記載の第1乃至第3の熱処理工程
    を施したシリコン基板の表面に、5〜10μmのエピタ
    キシャル層を1100℃以上の温度でエピタキシャル成
    長法により形成することを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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