JPH0521303A - 半導体基板及びその製造方法 - Google Patents

半導体基板及びその製造方法

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JPH0521303A
JPH0521303A JP9846291A JP9846291A JPH0521303A JP H0521303 A JPH0521303 A JP H0521303A JP 9846291 A JP9846291 A JP 9846291A JP 9846291 A JP9846291 A JP 9846291A JP H0521303 A JPH0521303 A JP H0521303A
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JP
Japan
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semiconductor substrate
substrate
oxygen
heat treatment
density
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JP9846291A
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Inventor
Koji Sueoka
浩治 末岡
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 酸素を含む半導体基板において、該半導体基
板の表面から50μm〜200μmの範囲に転位ループ
及び積層欠陥を伴わないアモルファスSiO2を109 個/c
m3〜1011個/cm3の密度で含有している半導体基板。 【効果】 特にFe原子について高いゲッタリング能力を
有することとなる。従って、LSI製造のための熱処理
では、半導体基板の表面に付着したFe原子の汚染物質を
素子の活性領域から除去するゲッタリング作用が強く働
き、高品質のLSIを歩留まり良く製造することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体基板及びその製造
方法に関し、より詳しくはLSI等の基板として用いら
れる単結晶Siの半導体基板及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】Si結晶中の酸素の固溶度は、LSI製造
時における代表的な熱処理温度である1000℃のと
き、約3×1017atoms/cm3 である。これに対し、現在
LSIの半導体基板として用いられる単結晶Si基板内に
は、CZ(Czochralski)法に起因して約1018atoms/cm
3 の酸素不純物が含有されている。従って、この単結晶
Si基板内に含まれる酸素は常に過飽和状態となっている
ため、LSI製造のための熱処理時にSi基板内で酸素が
析出し、SiOXという構造に変化する。酸素が析出してSi
Oxに変化すると、体積膨張によりパンチアウト転位や積
層欠陥等の微小欠陥が発生する。特にこれらの微小欠陥
がSi基板表面から数μmのLSI素子の活性領域に存在
すると、酸化膜耐圧、リーク電流等に悪影響を及ぼし、
LSIにとって有害となる。
【0003】しかしSi基板において、これらの微小欠陥
が表面から十分離れた内部にのみ発生すれば、重金属等
の汚染物質を吸着して素子の活性領域から除去する、い
わゆるゲッタリング作用が働き、高品位のLSIを製造
する上で有用となる。
【0004】そこで一般に、Si基板の表面に無欠陥層
(DenudedZone: 以下「DZ層」と記す) 、Si基板内部
に欠陥層(Intrinsic Gettering:以下「IG層」と記
す)を作る処理が行なわれている。具体的には例えば、
Si基板を窒素雰囲気中で4時間程熱処理し、Si基板表面
付近の酸素を外方拡散させることによって表面付近の酸
素濃度を低下させ、次いで窒素雰囲気中で4時間程度の
熱処理を行なって、基板内部に酸素析出物を生成させ
る。そして、このSi基板を酸素雰囲気中で16時間程度
熱処理することにより、酸素析出物から転位ループ等の
微小欠陥を高密度に発生させるという処理が行なわれて
いる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、Si基板のゲッ
タリング能力は、Si基板内部に形成された酸素析出物の
形態に大きく依存している。それは、酸素析出物の形態
により転位ループを発生させやすいもの、積層欠陥を発
生させやすいもの、あるいはこれらを伴わないものが存
在することに依っている。
【0006】これらのうち、転移ループや積層欠陥を発
生させていない酸素析出物はFe原子を引き寄せるのにも
っとも効果のある歪み場を形成し、特にFe原子に対する
高いゲッタリング能力を有するシリコン基板を得る上で
有効である。従って、重金属、特にFe原子の汚染に耐
え、高品質のLSIを製造するのに最適なSi基板とする
ためには、内部に転位ループや積層欠陥等を伴わない酸
素析出物を高密度で存在させることが重要な課題とな
る。
【0007】本発明は上記した課題に鑑みなされたもの
であり、Fe原子に対して高いゲッタリング能力を有し、
高品質のLSIを製造することができる半導体基板及び
その製造方法を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る半導体基板は、酸素を含む半導体基板に
おいて、該半導体基板の表面から50μm〜200μm
の範囲に転位ループ及び積層欠陥を伴わないアモルファ
スSiO2を109 個/cm3〜1011個/cm3の密度で含有して
いることを特徴としている。
【0009】また、上記記載の半導体基板の製造方法に
おいて、酸素を含む半導体基板を還元ガス雰囲気中、1
050℃〜1100℃の温度範囲で加熱して基板表面の
酸素を外方へ拡散させ、この後650℃〜750℃の温
度範囲で熱処理を施し、その後1050℃以上の温度で
4時間以上熱処理を施すことを特徴としている。
【0010】
【作用】上記した半導体基板によれば、酸素を含む半導
体基板において、該半導体基板の表面から50μm〜2
00μmの範囲に転位ループ及び積層欠陥を伴わないア
モルファスSiO2を109 個/cm3〜1011個/cm3の密度で
含有しているので、半導体基板内部にはFe原子を引き寄
せるのに最も効果のある歪み場が形成され、半導体基板
は特にFe原子について、高いゲッタリング能力を有する
こととなる。
【0011】また上記した半導体基板の製造方法によれ
ば、酸素を含む半導体基板を還元ガス雰囲気中、105
0℃〜1100℃の温度範囲で加熱して基板表面の酸素
を外方へ拡散させ、この後650℃〜750℃の温度範
囲で熱処理を施し、その後1050℃以上の温度で4時
間以上熱処理を施すことにより、転位ループ等の欠陥を
伴わないアモルファスSiO2が半導体基板内部に析出す
る。従って、特にFe原子について高いゲッタリング能力
を有する半導体基板が製造されることとなる。
【0012】
【実施例】以下、本発明に係る半導体基板及びその製造
方法の実施例を図面に基づいて説明する。
【0013】図1は本発明に係る半導体基板の製造方法
の温度サイクルを模式的に示したグラフであり、図2は
本発明に係る半導体基板の製造方法の一工程を模式的に
示した石英ボートと熱処理炉の斜視図である。図2中1
0は熱処理炉を示しており、熱処理炉10には、後述す
る石英ボート12を挿入するための石英チューブ11が
内蔵されている。この石英チューブ11内の温度分布は
入口、中央部、出口でほぼ一定となっており、熱処理炉
10内の雰囲気は窒素等の不活性ガスあるいは酸素のい
ずれかに切り替えられるようになっている。
【0014】単結晶インゴットをスライスして得た半導
体基板、例えばSi基板13に熱処理を施す場合は、まず
図2に示した如くSi基板13を石英ボート12に載置
し、この石英ボート12を上記した熱処理炉10の石英
チューブ11内に5cm/minの速度で送り込む。次いで図
1に示したように、石英チューブ11内でSi基板13を
窒素雰囲気中、1100℃の温度で4時間加熱し、表面
付近の酸素を外方拡散させて表面付近の酸素濃度を低下
させた後、同じく窒素雰囲気中、約700℃で4時間熱
処理してSi基板13内部にアモルファスSiO2を析出させ
る。そしてさらに石英チューブ11内を酸素雰囲気と
し、Si基板13を約1100℃の温度で16時間熱処理
し、最後に熱処理後のSi基板13を熱処理炉10の石英
チューブ11内より5cm/minの速度で取り出す。
【0015】上記した方法によって得られたSi基板13
には、TEM(透過型電子顕微鏡)により観察したとこ
ろ、図3に示した如く、8個の{111}面で周囲が囲
まれた正八面体形状のアモルファスSiO214が、Si基板
13の表面からほぼ50μm〜200μmの範囲に10
10個/cm3程度の密度で発生していた。この際発生する八
面体形状のアモルファスSiO214がFe原子を引き寄せる
のに最も効果のある歪み場を形成するが、その形状は八
面体形状に限定されるわけではなく、転位ループ及び積
層欠陥を伴わなければ棒状あるいは板状の形状のアモル
ファスSiO2でも良い。
【0016】また、比較例として単結晶インゴットをス
ライスして得た半導体基板において、それぞれ最後の熱
処理温度を900℃及び1000℃としたときの酸素析
出物の状態をTEM(透過型電子顕微鏡)により観察し
た。図5はSi基板23を900℃の温度で最後の熱処理
を施した場合の、Si基板23の表面からほぼ50μmの
ところに発生したクリストバライトSiO215を示してい
る。このクリストバライトSiO215は主として、{10
0}面で囲まれた板状であり、大きな歪を形成して積層
欠陥17を発生させる。また、図6はSi基板33を10
00℃の温度で最後の熱処理を施した場合の、Si基板3
3の表面からほぼ50μmのところに発生したアモルフ
ァスSiO216を示している。このアモルファスSiO216
は球状であり、一番大きな歪みエネルギーを有するため
に転位ループ18を放出している。
【0017】このように、本実施例に係る方法により製
造されたSi基板13では転位ループや積層欠陥を伴わな
いアモルファスSiO214が発生しており、比較例に示し
たSi基板23、33ではいずれの場合にも酸素析出物で
あるクリストバライトSiO215、アモルファスSiO216
が積層欠陥17や転位ループ18を伴っており、熱処理
温度を変化させることにより、高いゲッタリング能力を
有するSi基板が得られていないことがわかる。
【0018】次に、最後の熱処理温度とSi基板表面の欠
陥密度との関係を調べた結果を図4に示す。Si基板表面
の欠陥密度の測定は、本実施例に係る方法により内部に
1010個/cm3程度の密度で正八面体形状の欠陥を伴わな
いアモルファスSiO2を発生させたSi基板に、表面からFe
を拡散させ、さらに1000℃の温度で1時間の熱処理
を施した後、Si基板表面をエッチングして行なった。ま
た比較例として、最後の熱処理の温度を900℃、10
00℃としたときに得られたSi基板についても同様にし
て表面の欠陥密度の測定を行なった。ここで、Si基板表
面付近に存在する欠陥はFeに起因して発生するため、こ
の欠陥密度はFe原子のゲッタリング能力を示しているこ
とになる。
【0019】図4から明らかなように、本実施例に係る
方法により製造されたSi基板は比較例のものに比べて、
Feに起因する欠陥密度が非常に低く、強いゲッタリング
作用が働いたことがわかる。従って、本実施例の方法に
より製造されたSi基板は高品質のLSIを製造するため
の基板として非常に有用であるといえる。
【0020】
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る半導体
基板にあっては、酸素を含む半導体基板において、該半
導体基板の表面から50μm〜200μmの範囲に転位
ループ及び積層欠陥を伴わないアモルファスSiO2を10
9 個/cm3〜1011個/cm3の密度で含有しているので、特
にFe原子について高いゲッタリング能力を有することと
なる。従ってLSI製造のための熱処理では、半導体基
板の表面に付着したFe原子の汚染物質を素子の活性領域
から除去するゲッタリング作用が強く働き、高品質のL
SIを歩留まり良く製造することができる。
【0021】また本発明に係る半導体基板の製造方法に
よれば、酸素を含む半導体基板を還元ガス雰囲気中、1
050℃〜1100℃の温度範囲で加熱して基板表面の
酸素を外方へ拡散させ、この後650℃〜750℃の温
度範囲で熱処理を施し、その後1050℃以上の温度で
4時間以上熱処理を施すことにより、欠陥を伴わないア
モルファスSiO2を析出させることができる。従って、特
にFe原子について高いゲッタリング能力を持つ半導体基
板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体基板の製造方法の温度サイ
クルを模式的に示したグラフである。
【図2】本発明に係る半導体基板の製造方法の一工程を
説明するために使用される装置を模式的に示した斜視図
である。
【図3】本発明に係る半導体基板内部の酸素析出物をT
EMで観察した場合の要部の概略図である。
【図4】最後の熱処理温度と表面欠陥密度との関係を示
したグラフである。
【図5】最後の熱処理を900℃で行なった場合の半導
体基板内部に生成した酸素析出物及び積層欠陥をTEM
で観察した場合の要部の概略図である。
【図6】最後の熱処理を1000℃で行なった場合の熱
処理で半導体基板内部に生成した酸素析出物及び転位ル
ープをTEMで観察した場合の要部の概略図である。
【符号の説明】
13 Si基板 14 アモルファスSiO

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸素を含む半導体基板において、該半導
    体基板の表面から50μm〜200μmの範囲に転位ル
    ープ及び積層欠陥を伴わないアモルファスSiO2を109
    個/cm3〜1011個/cm3の密度で含有していることを特徴
    とする半導体基板。
  2. 【請求項2】 酸素を含む半導体基板を還元ガス雰囲気
    中、1050℃〜1100℃の温度範囲で加熱して基板
    表面の酸素を外方へ拡散させ、この後650℃〜750
    ℃の温度範囲で熱処理を施し、その後1050℃以上の
    温度で4時間以上熱処理を施す請求項1記載の半導体基
    板の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008160069A (ja) * 2006-12-01 2008-07-10 Siltronic Ag シリコンウエハ及びその製造方法
JP2008166721A (ja) * 2006-12-07 2008-07-17 Siltronic Ag シリコンウエハ及びその製造方法
JP2013118376A (ja) * 2007-12-20 2013-06-13 Coors Tek Inc 半導体加工用部品の処理方法およびそれにより形成された部品

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JP2008160069A (ja) * 2006-12-01 2008-07-10 Siltronic Ag シリコンウエハ及びその製造方法
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