JPH03193698A - シリコン単結晶及びその製造方法 - Google Patents
シリコン単結晶及びその製造方法Info
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- JPH03193698A JPH03193698A JP33043189A JP33043189A JPH03193698A JP H03193698 A JPH03193698 A JP H03193698A JP 33043189 A JP33043189 A JP 33043189A JP 33043189 A JP33043189 A JP 33043189A JP H03193698 A JPH03193698 A JP H03193698A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
本発明はシリコン単結晶のイントリンシ・ンク・ゲッタ
リングに関し、 ＦＺ結晶に於いてゲッタリング効果を生ぜしめることを
目的とし、 ＦＺにより単結晶化されたシリコン・インゴ・ントに意
図的に酸素、窒素およびＤ欠陥を多量心こ含有させ、こ
れを熱処理して不純物をゲ・ンタリソグする構成とする
。
リングに関し、 ＦＺ結晶に於いてゲッタリング効果を生ぜしめることを
目的とし、 ＦＺにより単結晶化されたシリコン・インゴ・ントに意
図的に酸素、窒素およびＤ欠陥を多量心こ含有させ、こ
れを熱処理して不純物をゲ・ンタリソグする構成とする
。
本発明はシリコン単結晶のイントリンシ・ンク・ゲッタ
リングに関わる。
リングに関わる。
Ｓｉのような半導体材料に機能素子を形成する場合、基
板結晶中に不純物として含まれる重金属が素子の機能に
好ましくない影響を及ぼすことが多い。その影響を抑制
するため基板結晶を熱処理して不純物をゲッターするこ
とが行われる。
板結晶中に不純物として含まれる重金属が素子の機能に
好ましくない影響を及ぼすことが多い。その影響を抑制
するため基板結晶を熱処理して不純物をゲッターするこ
とが行われる。
ゲッタリングには、ゲッター機能を持つ要素を外部から
付加するエクストリンシンク・ゲッタリングと、結晶が
内包する要素によってゲッターを行うイントリンシック
・ゲッタリングがあるが、素子の機能が高度化されるに
伴い、イントリンシック・ゲッタリングが多用されるよ
うになっている。
付加するエクストリンシンク・ゲッタリングと、結晶が
内包する要素によってゲッターを行うイントリンシック
・ゲッタリングがあるが、素子の機能が高度化されるに
伴い、イントリンシック・ゲッタリングが多用されるよ
うになっている。
イントリンシック・ゲッタリングは、結晶中に固溶して
いる酸素原子を熱処理によって酸素析出物として固定す
る処理であり、その際、酸素原子によって重金属などの
不純物がゲッターされるものである。このようにイント
リンシック・ゲッタリングは結晶中の酸素によって行わ
れるのであるから、それが効果的に行われるためには、
結晶中に酸素が多量に含まれていることが必要である。
いる酸素原子を熱処理によって酸素析出物として固定す
る処理であり、その際、酸素原子によって重金属などの
不純物がゲッターされるものである。このようにイント
リンシック・ゲッタリングは結晶中の酸素によって行わ
れるのであるから、それが効果的に行われるためには、
結晶中に酸素が多量に含まれていることが必要である。
半導体単結晶は引き上げ法（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ法
、以下ＣＺと略記）或いは帯溶融法（ｆｌｏａｔｉｎｇ
ｚｏｎｅｍｅｌｔｉｎｇ法、以下ＦＺと略記）によっ
て形成される。
、以下ＣＺと略記）或いは帯溶融法（ｆｌｏａｔｉｎｇ
ｚｏｎｅｍｅｌｔｉｎｇ法、以下ＦＺと略記）によっ
て形成される。
ＣＺ結晶は大口径の単結晶が容易に得られる反面、結晶
成長速度が遅いのが欠点である。しかしながらイントリ
ンシック・ゲッタリングに関しては、酸素を多く含むの
でゲッタリング処理を効果的に行い得るという特徴を備
えている。
成長速度が遅いのが欠点である。しかしながらイントリ
ンシック・ゲッタリングに関しては、酸素を多く含むの
でゲッタリング処理を効果的に行い得るという特徴を備
えている。
これに対し、ＦＺ結晶は大口径のインゴットを得ること
は難しいが、成長速度が大という特長がある。しかし、
ＦＺ結晶は融液がルツボに接触することがないので、炭
素や酸素などゲッタリングに関与する原子の含有量が僅
かであり、イントリンシック・ゲッタリングを効果的に
行うことが出来ない。即ち、ＦＺ結晶の特長である不純
物量の少ないことが却ってゲッタリングを不可能にして
いる状況にある。
は難しいが、成長速度が大という特長がある。しかし、
ＦＺ結晶は融液がルツボに接触することがないので、炭
素や酸素などゲッタリングに関与する原子の含有量が僅
かであり、イントリンシック・ゲッタリングを効果的に
行うことが出来ない。即ち、ＦＺ結晶の特長である不純
物量の少ないことが却ってゲッタリングを不可能にして
いる状況にある。
イントリンシック・ゲッタリングの効果を生ぜしめるの
に必要な他の要素は結晶欠陥である。−般に結晶欠陥と
称せられるものと種々あるが、その中、Ｄ欠陥と呼ばれ
るものは空格子点の集合であって、酸素の析出を加速す
る性質を持っている。
に必要な他の要素は結晶欠陥である。−般に結晶欠陥と
称せられるものと種々あるが、その中、Ｄ欠陥と呼ばれ
るものは空格子点の集合であって、酸素の析出を加速す
る性質を持っている。
そのため、結晶中の酸素量が比較的少ない場合でも、Ｄ
欠陥が存在すればゲッタリングが効果的に行われると言
える。
欠陥が存在すればゲッタリングが効果的に行われると言
える。
ＦＺ結晶の場合、溶融帯の移動速度を速めることによっ
てＤ欠陥の密度を増すことが出来るが、酸素量不足の方
が強く影響し、そのためイントリンシック・ゲッタリン
グの効果が出ない状況にある。従って、結晶中の酸素量
を若干増すことが出来れば、ＦＺ結晶でも効果的なイン
トリンシック・ゲッタリングが行われることになる。
てＤ欠陥の密度を増すことが出来るが、酸素量不足の方
が強く影響し、そのためイントリンシック・ゲッタリン
グの効果が出ない状況にある。従って、結晶中の酸素量
を若干増すことが出来れば、ＦＺ結晶でも効果的なイン
トリンシック・ゲッタリングが行われることになる。
〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕本発明の
発明者は、先にＳｉ結晶中の窒素（Ｎ）が酸素の析出を
促進する効果のあることを見出しており、該知見に基づ
いて発明されたシリコン単結晶ウェハーの加工方法が本
願の出願人により特願平１−２１４３３２号として特許
出願されている。
発明者は、先にＳｉ結晶中の窒素（Ｎ）が酸素の析出を
促進する効果のあることを見出しており、該知見に基づ
いて発明されたシリコン単結晶ウェハーの加工方法が本
願の出願人により特願平１−２１４３３２号として特許
出願されている。
Ｓｉ結晶中に窒素とＤ欠陥がが含有される場合には、酸
素は通常より低い濃度であっても析出し、ゲッタリング
効果が現れる。例えばＳｉ結晶中の窒素量が１０′４〜
１０”ｃｍ−’である場合、酸素量が略１０ｐｐｍａ以
上であれば、熱処理によって重金属等の不純物をゲッタ
ーすることが出来る。なお、結晶表面近傍では剰余の窒
素と酸素は結晶外に放出されるので、素子形成領域に影
響を残すことはない。
素は通常より低い濃度であっても析出し、ゲッタリング
効果が現れる。例えばＳｉ結晶中の窒素量が１０′４〜
１０”ｃｍ−’である場合、酸素量が略１０ｐｐｍａ以
上であれば、熱処理によって重金属等の不純物をゲッタ
ーすることが出来る。なお、結晶表面近傍では剰余の窒
素と酸素は結晶外に放出されるので、素子形成領域に影
響を残すことはない。
またウェハ・プロセスでは、炉への出し入れの際に基板
ウェハに強い熱歪が加えられるが、その際、結晶内部に
固定された酸素や窒素は該熱歪による転位の伝播・増殖
を抑制し、結晶性が良好に保たれることになる。
ウェハに強い熱歪が加えられるが、その際、結晶内部に
固定された酸素や窒素は該熱歪による転位の伝播・増殖
を抑制し、結晶性が良好に保たれることになる。
かくの如く、ＦＺ結晶のように酸素含有量の低い半導体
結晶でも、窒素及びＤ欠陥を含有する場合にし↓、イン
トリンシック・ゲッタリングによる結晶の改善が可能と
なる。
結晶でも、窒素及びＤ欠陥を含有する場合にし↓、イン
トリンシック・ゲッタリングによる結晶の改善が可能と
なる。
本発明の目的は、半導体材料のＦＺ結晶中に意図的に酸
素、窒素およびＤ欠陥を含有させることによってイント
リンシック・ゲッタリングの効果を生せしめることであ
り、酸素及び窒素含有率を高めたシリコンＦＺ結晶の製
造方法を提供することである。
素、窒素およびＤ欠陥を含有させることによってイント
リンシック・ゲッタリングの効果を生せしめることであ
り、酸素及び窒素含有率を高めたシリコンＦＺ結晶の製
造方法を提供することである。
上記問題を解決するため、本発明のシリコン単結晶は
熱処理によって結晶内部に不純物若しくは結晶欠陥を固
定するのに有効な濃度の酸素、窒素およびＤ欠陥を含有
し、 浮遊帯溶融法により単結晶化されたシリコン結晶であり
、 熱処理によって不純物がゲッターされるものとなってい
る。
定するのに有効な濃度の酸素、窒素およびＤ欠陥を含有
し、 浮遊帯溶融法により単結晶化されたシリコン結晶であり
、 熱処理によって不純物がゲッターされるものとなってい
る。
また、本発明のＳｉ単結晶の製造方法では、Ｓｉのイン
ゴットを窒素雰囲気中に保持しつつ該Ｓｉインゴットの
軸に対しは〜゛垂直帯領域を溶融状態とし、 該溶融帯に棒状のＳ ｉ Ｏｚを接触させながら、該溶
融帯をＤ欠陥を発生させるのに十分な速度で、前記長軸
に平行な方向に移動させることにより、前記Ｓｉインゴ
ットを単結晶化し、 該単結晶Ｓｉインゴットをスライスして得たＳｉウェハ
を加熱処理し、不純物をゲッタリングすることが行われ
る。
ゴットを窒素雰囲気中に保持しつつ該Ｓｉインゴットの
軸に対しは〜゛垂直帯領域を溶融状態とし、 該溶融帯に棒状のＳ ｉ Ｏｚを接触させながら、該溶
融帯をＤ欠陥を発生させるのに十分な速度で、前記長軸
に平行な方向に移動させることにより、前記Ｓｉインゴ
ットを単結晶化し、 該単結晶Ｓｉインゴットをスライスして得たＳｉウェハ
を加熱処理し、不純物をゲッタリングすることが行われ
る。
既に述べたように、半導体結晶中に窒素が比較的多量に
存在する場合、通常より低い濃度の酸素でもゲッタリン
グ効果を示すようになるので、本発明の半導体結晶はＦ
Ｚ結晶であるがイントリンシック・ゲッタリングによっ
て重金属等の不純物含有量が十分に低減される。
存在する場合、通常より低い濃度の酸素でもゲッタリン
グ効果を示すようになるので、本発明の半導体結晶はＦ
Ｚ結晶であるがイントリンシック・ゲッタリングによっ
て重金属等の不純物含有量が十分に低減される。
更に本発明のＳｉ単結晶の製造方法では、ＦＺ法による
単結晶の形成時に溶融帯に接触するＳ ｉ Ｏ２棒から
酸素が溶は込み、出来する単結晶には比較的多量の酸素
が固溶することになる。更に帯溶融処理が窒素雰囲気で
行われるため結晶中には窒素も固溶し、それによって酸
素によるゲッタリング効果が助長される。
単結晶の形成時に溶融帯に接触するＳ ｉ Ｏ２棒から
酸素が溶は込み、出来する単結晶には比較的多量の酸素
が固溶することになる。更に帯溶融処理が窒素雰囲気で
行われるため結晶中には窒素も固溶し、それによって酸
素によるゲッタリング効果が助長される。
第１図（ａ）および（ロ）は本発明によるＳｉ単結晶の
形成方法を模式的に示す立面図および上面図である。以
下、これ等の図面を参照しながら本発明に於げるＳｉ単
結晶形成処理を説明する。
形成方法を模式的に示す立面図および上面図である。以
下、これ等の図面を参照しながら本発明に於げるＳｉ単
結晶形成処理を説明する。
多結晶Ｓｔインゴッ）Ｉａの一部を高周波誘導加熱によ
って溶融し、溶融帯１ｂを生ぜしめ、該溶融帯をインゴ
ットの下端から上端に移動させ、再凝固した部分を単結
晶１ｃとする点は、本実施例に於いても通常のＦＺ法と
同様である。単結晶化したＳｉインゴットの結晶方位を
特定のものとするには種結晶が用いられる。本実施例で
使用するＳｉインゴットの直径は３インチである。
って溶融し、溶融帯１ｂを生ぜしめ、該溶融帯をインゴ
ットの下端から上端に移動させ、再凝固した部分を単結
晶１ｃとする点は、本実施例に於いても通常のＦＺ法と
同様である。単結晶化したＳｉインゴットの結晶方位を
特定のものとするには種結晶が用いられる。本実施例で
使用するＳｉインゴットの直径は３インチである。
本実施例では前記溶融帯ｉｂ中に石英棒２を挿入するこ
とが行われる。溶融Ｓｉに石英（ＳｉＯ□）が接触する
ことにより、酸素（０）がＳｉ融液中に溶は込むが、溶
融Ｓｉが再凝固する速度（単結晶の成長速度）は例えば
３ｍｍ／ｍｉｎであり、この程度の速さで凝固する場合
には、Ｓｉ融液中の酸素の大半は外部に放出されること
なくＳｉ単結晶中に取り込まれ、約１０ｐｐｍａの濃度
で単結晶Ｓｉ中に含有される。
とが行われる。溶融Ｓｉに石英（ＳｉＯ□）が接触する
ことにより、酸素（０）がＳｉ融液中に溶は込むが、溶
融Ｓｉが再凝固する速度（単結晶の成長速度）は例えば
３ｍｍ／ｍｉｎであり、この程度の速さで凝固する場合
には、Ｓｉ融液中の酸素の大半は外部に放出されること
なくＳｉ単結晶中に取り込まれ、約１０ｐｐｍａの濃度
で単結晶Ｓｉ中に含有される。
また、上記ＦＺ法による単結晶の形成は窒素ガス中で行
われるので、１０１４〜１０”ｃｍ−”程度の濃度で窒
素が単結晶Ｓｉ中に入り込む。更に前記３ｍｍ／ｍ ｉ
ｎの結晶成長速度は比較的高速であり、単結晶Ｓｉ中
にはＤ欠陥も十分に発生している。
われるので、１０１４〜１０”ｃｍ−”程度の濃度で窒
素が単結晶Ｓｉ中に入り込む。更に前記３ｍｍ／ｍ ｉ
ｎの結晶成長速度は比較的高速であり、単結晶Ｓｉ中
にはＤ欠陥も十分に発生している。
この単結晶Ｓｉインゴットを通常の厚さにスライスし、
表面を平滑に仕上げてＳｉウェハとする。
表面を平滑に仕上げてＳｉウェハとする。
これを５００°Ｃで１０時間加熱した後、更に８００°
Ｃで５時間の加熱処理を施す。この熱処理によってゲッ
タリングが行われ、重金属等の不純物がゲッターされる
。ウェハ表面では数μｍの深さで酸素や欠陥が結晶外に
掃き出され、素子形成に適した無欠陥領域が形成されて
いる。
Ｃで５時間の加熱処理を施す。この熱処理によってゲッ
タリングが行われ、重金属等の不純物がゲッターされる
。ウェハ表面では数μｍの深さで酸素や欠陥が結晶外に
掃き出され、素子形成に適した無欠陥領域が形成されて
いる。
上記処理を施したＳｉウェハの表面に銅（Ｃｕ）をｌ
Ｘ１０Ｘ１０Ｉ２”の濃度で付着させ、１０００″Ｃ２
６０分の熱処理を施す。これはＣｕデコレーション法と
よばれる処理で、この処理を施したウエノ１をエツチン
グすると、Ｃｕの析出物が存在する部分が選択的にエツ
チングされて白濁する。
Ｘ１０Ｘ１０Ｉ２”の濃度で付着させ、１０００″Ｃ２
６０分の熱処理を施す。これはＣｕデコレーション法と
よばれる処理で、この処理を施したウエノ１をエツチン
グすると、Ｃｕの析出物が存在する部分が選択的にエツ
チングされて白濁する。
上記実施例により形成されたＳｉウェハ３ａと、通常の
ＦＤ結晶に同様の熱処理を加えて得たＳｉウェハ３ｂに
Ｃｕデコレーションを施した結果が１２図（ａ）および
（ｂ）に示されている。同図（ｂ）は通常ＣＦＺ結晶で
、Ｃｕ析出物による白濁領域４がウェハ全面に見られる
のに対し、同図（ａ）の本発明のＳｉウェハでは、白濁
領域４は小面積のものが州在するだけである。これは、
本発明の結晶ではＣｕがゲンターされ、表面には殆ど析
出しないことを示している。
ＦＤ結晶に同様の熱処理を加えて得たＳｉウェハ３ｂに
Ｃｕデコレーションを施した結果が１２図（ａ）および
（ｂ）に示されている。同図（ｂ）は通常ＣＦＺ結晶で
、Ｃｕ析出物による白濁領域４がウェハ全面に見られる
のに対し、同図（ａ）の本発明のＳｉウェハでは、白濁
領域４は小面積のものが州在するだけである。これは、
本発明の結晶ではＣｕがゲンターされ、表面には殆ど析
出しないことを示している。
このように、本発明によればＦＺ法で形成された単結晶
であってもイントリンシック・ゲッタリングが効果的に
行われる。
であってもイントリンシック・ゲッタリングが効果的に
行われる。
第１図は本発明のＳｉ単結晶の形成を模式的に示す図、
第２図は本発明の効果を示す図
であって、
図に於いて
１ａは多結晶Ｓｉインゴット、
１ｂは溶融帯、
１ｃは単結晶Ｓｉ、
２は石英棒、
３ａは本発明によるＳｉウェハ、
３ｂは従来法によるＳｉウェハ、
４はＣｕデコレーションによる白濁領域である。
（ａ）
立面図
本発明実施例のＦＺ処理工程を示す模式間第
図
（ａ）
本発明
（ｔ））
従来法
本発明の効果を示す図
第
図
Claims (2)
- （１）熱処理によって結晶内部に不純物若しくは結晶欠
陥を形成するのに有効な濃度の酸素、窒素およびＤ欠陥
を含有し、 浮遊帯溶融法により単結晶化された半導体結晶であって
、 ゲッタリングのための熱処理が施されたことを特徴とす
るシリコン単結晶。 - （２）シリコン（Ｓｉ）のインゴットを窒素雰囲気中に
保持しつつ、該Ｓｉインゴットの軸に対しほゞ垂直な帯
領域を溶融状態とし、 該溶融帯に二酸化珪素（ＳｉＯ＿２）を接触させながら
、該溶融帯をＤ欠陥を発生させるのに十分な速度で、前
記長軸に平行な方向に移動させることにより、前記Ｓｉ
インゴットを単結晶化し、 該単結晶Ｓｉインゴットをスライスして得たＳｉウェハ
を加熱処理し、不純物をゲッタリングすることを特徴と
するシリコン単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33043189A JPH03193698A (ja) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | シリコン単結晶及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33043189A JPH03193698A (ja) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | シリコン単結晶及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03193698A true JPH03193698A (ja) | 1991-08-23 |
Family
ID=18232541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33043189A Pending JPH03193698A (ja) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | シリコン単結晶及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03193698A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006315950A (ja) * | 1996-09-12 | 2006-11-24 | Siltronic Ag | 低欠陥密度を有するシリコン半導体ウエハの製造方法 |
| WO2013125014A1 (ja) * | 2012-02-23 | 2013-08-29 | 富士電機株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
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1989
- 1989-12-20 JP JP33043189A patent/JPH03193698A/ja active Pending
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