JPH0741390A - シリコンの熱処理方法 - Google Patents
シリコンの熱処理方法Info
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- JPH0741390A JPH0741390A JP18853993A JP18853993A JPH0741390A JP H0741390 A JPH0741390 A JP H0741390A JP 18853993 A JP18853993 A JP 18853993A JP 18853993 A JP18853993 A JP 18853993A JP H0741390 A JPH0741390 A JP H0741390A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、チョクラルスキー法(以下、CZ
法)により製造されたシリコン単結晶の品質を改善する
シリコンの熱処理方法を提供することを目的とする。 【構成】 上記目的を達成するために、本発明では、先
に1200℃〜1400℃で高温熱処理を行い、その後
5℃/分以下の冷却速度で冷却を行う。5℃/分以下で
の冷却は1000℃まで行えば効果があるが、望ましく
は600℃までである。また、1200℃〜1400℃
の保持時間は10分で効果があるが、望ましくは30分
以上である。シリコン単結晶はウェーハである場合に最
も効果があるが、シリコンブロックであってもインゴッ
トであっても充分効果がある。
法)により製造されたシリコン単結晶の品質を改善する
シリコンの熱処理方法を提供することを目的とする。 【構成】 上記目的を達成するために、本発明では、先
に1200℃〜1400℃で高温熱処理を行い、その後
5℃/分以下の冷却速度で冷却を行う。5℃/分以下で
の冷却は1000℃まで行えば効果があるが、望ましく
は600℃までである。また、1200℃〜1400℃
の保持時間は10分で効果があるが、望ましくは30分
以上である。シリコン単結晶はウェーハである場合に最
も効果があるが、シリコンブロックであってもインゴッ
トであっても充分効果がある。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、チョクラルスキー法
(以下、CZ法)により製造されたシリコン単結晶の品
質(具体的には、絶縁酸化膜の耐電圧特性の劣化原因お
よびアンモニア系洗浄で発生するエッチピットの発生原
因および酸化により誘起される積層欠陥の発生原因とな
る酸素析出特性)を改善することを目的としたシリコン
の熱処理方法に関する。
(以下、CZ法)により製造されたシリコン単結晶の品
質(具体的には、絶縁酸化膜の耐電圧特性の劣化原因お
よびアンモニア系洗浄で発生するエッチピットの発生原
因および酸化により誘起される積層欠陥の発生原因とな
る酸素析出特性)を改善することを目的としたシリコン
の熱処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】CZ法により製造されたシリコン単結晶
中には、過飽和な固溶酸素が存在している。この固溶酸
素は結晶製造過程において既に析出し、微小酸素析出物
を形成している。この微小酸素析出物がシリコンウェー
ハのごく表面に存在する場合には、この結晶欠陥そのも
のが絶縁酸化膜の耐電圧特性を劣化させる原因となった
り、アンモニア系洗浄で発生するエッチピットの原因と
なる。また、LSI製造工程中の熱処理過程において、
この微小酸素析出物は巨大な酸素析出物に成長したり、
あるいは転位ループや積層欠陥などの巨大二次欠陥を発
生させる。これらの欠陥が結晶表面のデバイス活性層に
混入した場合には、接合リークの原因などデバイス特性
に対して極めて悪い影響を与える。従って、CZシリコ
ン単結晶の品質に影響を及ぼすこの微小酸素析出物を消
去する方法が必要とされていた。
中には、過飽和な固溶酸素が存在している。この固溶酸
素は結晶製造過程において既に析出し、微小酸素析出物
を形成している。この微小酸素析出物がシリコンウェー
ハのごく表面に存在する場合には、この結晶欠陥そのも
のが絶縁酸化膜の耐電圧特性を劣化させる原因となった
り、アンモニア系洗浄で発生するエッチピットの原因と
なる。また、LSI製造工程中の熱処理過程において、
この微小酸素析出物は巨大な酸素析出物に成長したり、
あるいは転位ループや積層欠陥などの巨大二次欠陥を発
生させる。これらの欠陥が結晶表面のデバイス活性層に
混入した場合には、接合リークの原因などデバイス特性
に対して極めて悪い影響を与える。従って、CZシリコ
ン単結晶の品質に影響を及ぼすこの微小酸素析出物を消
去する方法が必要とされていた。
【0003】そのような目的を達成する手段として、特
公平4−53840号公報に一例が開示されている。そ
の特許請求の範囲では、『1.半導体材料を高温でアニ
ールする半導体製造方法において、半導体材料のインゴ
ットを輻射熱で加熱してアニールした後、所定温度まで
急冷し、その所定温度に所定時間保持することを特徴と
する半導体製造方法。 2.急冷なインゴットの温度に
応じて複数段の異なる冷却速度で行われることを特徴と
する半導体製造方法。』と記載されている。また、詳細
な説明の実施例のなかで、高温として1200℃および
1350℃を、所定温度として1100℃および300
℃を挙げている。さらに急冷として10℃/分〜15℃
/分および25℃/分〜100℃/分の冷却速度を挙げ
ている。しかしながら、本発明の実施例の項の比較例で
詳細に述べるように、特公平4−53840号公報に記
載された高温から急冷した場合には微小酸素析出物は消
去されないばかりか、むしろ増加してしまうことが分か
った。従って、従来技術には真の意味でCZシリコン単
結晶の結晶品質を改善する熱処理方法は存在しなかっ
た。
公平4−53840号公報に一例が開示されている。そ
の特許請求の範囲では、『1.半導体材料を高温でアニ
ールする半導体製造方法において、半導体材料のインゴ
ットを輻射熱で加熱してアニールした後、所定温度まで
急冷し、その所定温度に所定時間保持することを特徴と
する半導体製造方法。 2.急冷なインゴットの温度に
応じて複数段の異なる冷却速度で行われることを特徴と
する半導体製造方法。』と記載されている。また、詳細
な説明の実施例のなかで、高温として1200℃および
1350℃を、所定温度として1100℃および300
℃を挙げている。さらに急冷として10℃/分〜15℃
/分および25℃/分〜100℃/分の冷却速度を挙げ
ている。しかしながら、本発明の実施例の項の比較例で
詳細に述べるように、特公平4−53840号公報に記
載された高温から急冷した場合には微小酸素析出物は消
去されないばかりか、むしろ増加してしまうことが分か
った。従って、従来技術には真の意味でCZシリコン単
結晶の結晶品質を改善する熱処理方法は存在しなかっ
た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明は、CZ
シリコン単結晶の結晶品質、例えば、酸素析出特性等を
有効に改善することのできるシリコンの熱処理方法を提
供することを目的とする。
シリコン単結晶の結晶品質、例えば、酸素析出特性等を
有効に改善することのできるシリコンの熱処理方法を提
供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、先に1200℃〜1400℃の高温で
熱処理を行い、その後5℃/分以下の冷却速度で冷却を
行う。5℃/分以下での冷却は1000℃まで行えば効
果があるが、望ましくは600℃までである。また、1
200℃〜1400℃の保持時間は10分で効果がある
が、望ましくは30分以上である。シリコン単結晶はシ
リコンウェーハである場合に最も効果があるが、シリコ
ンブロックであってもインゴットであっても充分効果が
ある。
に、本発明では、先に1200℃〜1400℃の高温で
熱処理を行い、その後5℃/分以下の冷却速度で冷却を
行う。5℃/分以下での冷却は1000℃まで行えば効
果があるが、望ましくは600℃までである。また、1
200℃〜1400℃の保持時間は10分で効果がある
が、望ましくは30分以上である。シリコン単結晶はシ
リコンウェーハである場合に最も効果があるが、シリコ
ンブロックであってもインゴットであっても充分効果が
ある。
【0006】
【作用】CZ法でシリコン単結晶を製造する過程におい
て発生する微小酸素析出物は、固液界面から導入されそ
の後の冷却により形成される点欠陥のクラスターを発生
中心として形成されたものである。
て発生する微小酸素析出物は、固液界面から導入されそ
の後の冷却により形成される点欠陥のクラスターを発生
中心として形成されたものである。
【0007】製造過程の1400℃〜1200℃では、
固液界面から導入された点欠陥が平衡濃度で存在し、か
つかなり大きな拡散速度で自由に動いている。また、酸
素原子も固溶限以上の温度であるため析出を起こさな
い。1200℃〜1000℃の温度域では、点欠陥はそ
の拡散速度が小さくなるとともに、互いにクラスターを
形成し始め、微小酸素析出物の発生核形成を行う。そし
て1000℃以下の温度域で点欠陥のクラスターを発生
中心として酸素が析出し、微小酸素析出物を形成する。
固液界面から導入された点欠陥が平衡濃度で存在し、か
つかなり大きな拡散速度で自由に動いている。また、酸
素原子も固溶限以上の温度であるため析出を起こさな
い。1200℃〜1000℃の温度域では、点欠陥はそ
の拡散速度が小さくなるとともに、互いにクラスターを
形成し始め、微小酸素析出物の発生核形成を行う。そし
て1000℃以下の温度域で点欠陥のクラスターを発生
中心として酸素が析出し、微小酸素析出物を形成する。
【0008】従来のCZ法によるシリコン単結晶の製造
過程においては、1200℃〜1000℃の温度域の通
過時間が比較的速いため、点欠陥は凍結される形でクラ
スターを形成し、微小酸素析出物の発生核となってい
た。そのため、それを中心として微小酸素析出物が形成
され、結晶品質の様々な特性に悪影響を及ぼす原因とな
っていた。
過程においては、1200℃〜1000℃の温度域の通
過時間が比較的速いため、点欠陥は凍結される形でクラ
スターを形成し、微小酸素析出物の発生核となってい
た。そのため、それを中心として微小酸素析出物が形成
され、結晶品質の様々な特性に悪影響を及ぼす原因とな
っていた。
【0009】一方、従来技術で製造されたシリコン単結
晶を1400℃〜1200℃で高温熱処理し微小酸素析
出物および点欠陥のクラスターを充分に分解させて平衡
状態に戻し、続いて5℃/分以下の極めてゆっくりとし
た速度で冷却すると点欠陥は平衡状態を保ちながら表面
に拡散し、結晶内にはほとんど点欠陥のクラスターは形
成されない。従って微小酸素析出物も発生中心を失い、
形成されなくなる。シリコン単結晶がシリコンウェーハ
である場合には表面までの距離が最も短いため最も効果
が大きいが、シリコンブロックやインゴットであっても
5℃/分以下の冷却速度であれば充分に効果が得られ
る。ただし、1400℃を越える温度での熱処理は融点
直下であるため危険であり、製造技術としては不向きで
ある。
晶を1400℃〜1200℃で高温熱処理し微小酸素析
出物および点欠陥のクラスターを充分に分解させて平衡
状態に戻し、続いて5℃/分以下の極めてゆっくりとし
た速度で冷却すると点欠陥は平衡状態を保ちながら表面
に拡散し、結晶内にはほとんど点欠陥のクラスターは形
成されない。従って微小酸素析出物も発生中心を失い、
形成されなくなる。シリコン単結晶がシリコンウェーハ
である場合には表面までの距離が最も短いため最も効果
が大きいが、シリコンブロックやインゴットであっても
5℃/分以下の冷却速度であれば充分に効果が得られ
る。ただし、1400℃を越える温度での熱処理は融点
直下であるため危険であり、製造技術としては不向きで
ある。
【0010】
【実施例】以下に実施例を挙げて説明するが、本発明が
これらの実施例の記載によって制限されるものでない。
また、結晶品質の例として酸素析出特性を挙げるが、結
晶品質がこの特性に限られるわけではないことは言うま
でもない。
これらの実施例の記載によって制限されるものでない。
また、結晶品質の例として酸素析出特性を挙げるが、結
晶品質がこの特性に限られるわけではないことは言うま
でもない。
【0011】実施例1 シリコンウェーハでの酸素析出
抑制効果 使用したウェーハは次の通りである。 伝導型:p型(ボロンドープ) 結晶径(ウェーハ径):6インチ(150mm) 抵抗率:10Ω・cm 酸素濃度:7.5〜7.8×1017atoms/cc(日本電子
工業振興協会による酸素濃度換算係数を用いて算出) 炭素濃度:<1.0×1017atoms/cc (日本電子
工業振興協会による炭素濃度換算係数を用いて算出) 熱処理を施すウェーハの厚み:2.0(mm) このウェーハに対し、次の本発明の熱処理を行った。 熱処理温度:1400℃ 熱処理時間:120分 熱処理雰囲気:Ar の条件で熱処理を行ったあと、 600℃まで5℃/分で冷却し、その後直ちに室温に
とりだした。この試料に対し、結晶品質の一例として酸
素析出を調べるため、酸素析出評価熱処理として次の熱
処理を行った。 熱処理温度:800℃ 熱処理時間:4時間 熱処理雰囲気:N2 の条件で熱処理を行ったあと室温まで降温し、続いて 熱処理温度:1000℃ 熱処理時間:16時間 熱処理雰囲気:N2 の条件で熱処理を行った。この試料を角度研磨した後、
選択エッチングし、欠陥密度を測定した。その結果を表
1に示す。表1の結果から、本発明の熱処理により酸素
析出物密度が低減しており、結晶品質が改善されている
ことが分かる。
抑制効果 使用したウェーハは次の通りである。 伝導型:p型(ボロンドープ) 結晶径(ウェーハ径):6インチ(150mm) 抵抗率:10Ω・cm 酸素濃度:7.5〜7.8×1017atoms/cc(日本電子
工業振興協会による酸素濃度換算係数を用いて算出) 炭素濃度:<1.0×1017atoms/cc (日本電子
工業振興協会による炭素濃度換算係数を用いて算出) 熱処理を施すウェーハの厚み:2.0(mm) このウェーハに対し、次の本発明の熱処理を行った。 熱処理温度:1400℃ 熱処理時間:120分 熱処理雰囲気:Ar の条件で熱処理を行ったあと、 600℃まで5℃/分で冷却し、その後直ちに室温に
とりだした。この試料に対し、結晶品質の一例として酸
素析出を調べるため、酸素析出評価熱処理として次の熱
処理を行った。 熱処理温度:800℃ 熱処理時間:4時間 熱処理雰囲気:N2 の条件で熱処理を行ったあと室温まで降温し、続いて 熱処理温度:1000℃ 熱処理時間:16時間 熱処理雰囲気:N2 の条件で熱処理を行った。この試料を角度研磨した後、
選択エッチングし、欠陥密度を測定した。その結果を表
1に示す。表1の結果から、本発明の熱処理により酸素
析出物密度が低減しており、結晶品質が改善されている
ことが分かる。
【0012】比較例1 CZ法で育成されたシリコンインゴットの種結晶側から
液面側までの任意の部位から切り出されたシリコンウェ
ーハに対し、実施例1における熱処理工程およびを
行わず、熱処理工程およびのみを行って欠陥密度を
測定し、実施例1とともに表1に示した。表1から、こ
の欠陥密度は非常に高く、品質が改善されていないこと
が分かる。
液面側までの任意の部位から切り出されたシリコンウェ
ーハに対し、実施例1における熱処理工程およびを
行わず、熱処理工程およびのみを行って欠陥密度を
測定し、実施例1とともに表1に示した。表1から、こ
の欠陥密度は非常に高く、品質が改善されていないこと
が分かる。
【0013】比較例2 実施例1で用いたシリコンウェーハに対し、実施例1の
熱処理工程のの熱処理温度を1190℃とし、それ以
外の条件は実施例1のと同じにし、引き続き熱処理工
程、およびを行って欠陥密度を測定し、実施例1
とともに表1に示した。表1から、この欠陥密度は非常
に高く、品質が改善されていないことが分かる。
熱処理工程のの熱処理温度を1190℃とし、それ以
外の条件は実施例1のと同じにし、引き続き熱処理工
程、およびを行って欠陥密度を測定し、実施例1
とともに表1に示した。表1から、この欠陥密度は非常
に高く、品質が改善されていないことが分かる。
【0014】比較例3 実施例1で用いたシリコンウェーハに対し、実施例1の
熱処理工程のの冷却速度を6℃/分とする以外は同様
の条件で熱処理を施し、熱処理工程およびを行っ
て、欠陥密度を測定し、実施例1とともに表1に示し
た。表1から、この欠陥密度は非常に高く、品質が改善
されていないことが分かる。
熱処理工程のの冷却速度を6℃/分とする以外は同様
の条件で熱処理を施し、熱処理工程およびを行っ
て、欠陥密度を測定し、実施例1とともに表1に示し
た。表1から、この欠陥密度は非常に高く、品質が改善
されていないことが分かる。
【0015】 実施例2 シリコンブロックでの酸素析出抑制効果 使用したブロックは次の通りである。 伝導型:n型(Pドープ) 結晶サイズ:20×20×20mm 抵抗率:2Ω・cm 酸素濃度:9.8〜10.0×1017atoms/cc(日本電
子工業振興協会による酸素濃度換算係数を用いて算出) 炭素濃度:<1.0×1017atoms/cc (日本電子
工業振興協会による炭素濃度換算係数を用いて算出) このブロックに対して次の析出抑制熱処理を行った。 熱処理温度:1200℃ 熱処理時間:10分 熱処理雰囲気:Ar の条件で熱処理を行ったあと、 600℃まで5℃/分で冷却し、その後直ちに室温に
とりだした。この試料に対し、結晶品質の一例として酸
素析出を調べるため、実施例1と同じ酸素析出評価熱処
理を行った。この試料を角度研磨した後、選択エッチン
グし、欠陥密度を測定した。その結果を表1に示す。表
1より、本発明の熱処理により酸素析出密度が低減して
おり、結晶品質が改善されていることが分かる。
子工業振興協会による酸素濃度換算係数を用いて算出) 炭素濃度:<1.0×1017atoms/cc (日本電子
工業振興協会による炭素濃度換算係数を用いて算出) このブロックに対して次の析出抑制熱処理を行った。 熱処理温度:1200℃ 熱処理時間:10分 熱処理雰囲気:Ar の条件で熱処理を行ったあと、 600℃まで5℃/分で冷却し、その後直ちに室温に
とりだした。この試料に対し、結晶品質の一例として酸
素析出を調べるため、実施例1と同じ酸素析出評価熱処
理を行った。この試料を角度研磨した後、選択エッチン
グし、欠陥密度を測定した。その結果を表1に示す。表
1より、本発明の熱処理により酸素析出密度が低減して
おり、結晶品質が改善されていることが分かる。
【0016】
【表1】
【0017】
【発明の効果】本発明の熱処理を行ったシリコン単結晶
は、結晶品質の様々な特性が改善されているため、MO
Sデバイス用シリコン単結晶に適する。
は、結晶品質の様々な特性が改善されているため、MO
Sデバイス用シリコン単結晶に適する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中靜 恒夫 山口県光市大字島田3434番地 新日本製鐵 株式会社光製鐵所内 (72)発明者 小島 清 山口県光市大字島田3434番地 ニッテツ電 子株式会社内
Claims (3)
- 【請求項1】 チョクラルスキー法により製造されたシ
リコン単結晶であって、先に1200℃〜1400℃の
高温で熱処理を行い、その後5℃/分以下の冷却速度で
冷却することを特徴とするシリコンの熱処理方法。 - 【請求項2】 シリコン単結晶がシリコンウェーハであ
ることを特徴とする請求項1記載のシリコンの熱処理方
法。 - 【請求項3】 シリコン単結晶がシリコンブロックある
いはシリコンインゴットであることを特徴とする請求項
1記載のシリコンの熱処理方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18853993A JPH0741390A (ja) | 1993-07-29 | 1993-07-29 | シリコンの熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18853993A JPH0741390A (ja) | 1993-07-29 | 1993-07-29 | シリコンの熱処理方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0741390A true JPH0741390A (ja) | 1995-02-10 |
Family
ID=16225480
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18853993A Pending JPH0741390A (ja) | 1993-07-29 | 1993-07-29 | シリコンの熱処理方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0741390A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101029141B1 (ko) * | 2003-01-17 | 2011-04-13 | 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 | P(인)도프 실리콘 단결정의 제조방법 및 p도프 n형실리콘 단결정 웨이퍼 |
-
1993
- 1993-07-29 JP JP18853993A patent/JPH0741390A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101029141B1 (ko) * | 2003-01-17 | 2011-04-13 | 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 | P(인)도프 실리콘 단결정의 제조방법 및 p도프 n형실리콘 단결정 웨이퍼 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010501 |