JPH10144698A - Silicon wafer and its manufacture - Google Patents
Silicon wafer and its manufactureInfo
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- JPH10144698A JPH10144698A JP30995396A JP30995396A JPH10144698A JP H10144698 A JPH10144698 A JP H10144698A JP 30995396 A JP30995396 A JP 30995396A JP 30995396 A JP30995396 A JP 30995396A JP H10144698 A JPH10144698 A JP H10144698A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体デバイス
等の製造に用いられるシリコンウエーハ及びその製造方
法に関するものである。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a silicon wafer used for manufacturing semiconductor devices and the like, and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】チョクラルスキー法で引き上げた単結晶
シリコンには、一般に酸素が含まれている。この酸素
は、デバイス工程時に酸素析出物として成長する。2. Description of the Related Art Single crystal silicon pulled up by the Czochralski method generally contains oxygen. This oxygen grows as an oxygen precipitate during the device process.
【0003】ウエーハのバルク部に存在する酸素析出物
(BMD)は、サイズと密度を適当に制御すれば、イン
トリンシックゲッタリング効果の担い手として有用であ
る。[0003] Oxygen precipitates (BMD) existing in the bulk portion of a wafer are useful as a carrier of the intrinsic gettering effect if the size and density are appropriately controlled.
【0004】しかし、ウエーハ表層に存在するBMD
は、デバイス欠陥の原因となったり、エピタキシャル層
を形成する場合にエピタキシャル層内に不純物として取
り込まれるため、好ましくない。However, the BMD existing on the surface of the wafer
Is not preferred because it causes device defects and is taken into the epitaxial layer as an impurity when the epitaxial layer is formed.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】そこで、本出願人は、
水素雰囲気中で熱処理を行って、ウエーハ表層の酸素を
外方拡散し、無酸素(無欠陥)層を形成した後で、デバ
イス処理やエピタキシャル成長を行う方法を提案してい
る。Therefore, the present applicant has
A method has been proposed in which heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere to outward diffuse oxygen in the wafer surface layer to form an oxygen-free (defect-free) layer, and then perform device processing or epitaxial growth.
【0006】しかしながら、水素雰囲気中で熱処理を行
うと、酸素ばかりでなくドーパントも外方拡散してしま
い、ドーパントの急峻な分布が得られない場合があっ
た。However, when heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere, not only oxygen but also the dopant is diffused outward, and a steep distribution of the dopant may not be obtained.
【0007】例えば、シリコンウエーハに含有させるP
型不純物としては、ボロン(Boron)が用いられる。ボロ
ンをドーパントとするシリコンウエーハを水素雰囲気で
アニール処理すると、酸素ばかりでなくウエーハ表層の
ボロンも一緒に外方拡散される。このため、ウエーハ表
層部付近で、急峻なボロン分布を実現することが難しか
ったのである。For example, P contained in a silicon wafer
Boron is used as the type impurity. When a silicon wafer using boron as a dopant is annealed in a hydrogen atmosphere, not only oxygen but also boron in the surface layer of the wafer is diffused out together. For this reason, it was difficult to realize a steep boron distribution near the wafer surface layer.
【0008】水素雰囲気での熱処理時間を短縮すれば、
ボロンの外方拡散を抑えることができる。しかし、その
場合には酸素の外方拡散が不十分になり、純度の高いエ
ピタキシャル層を形成できなかった。If the heat treatment time in a hydrogen atmosphere is reduced,
Outward diffusion of boron can be suppressed. However, in that case, outward diffusion of oxygen was insufficient, and a high-purity epitaxial layer could not be formed.
【0009】このような従来技術の問題点に鑑み、本発
明は、ボロン含有シリコンウエーハの表層部のボロン濃
度を維持したままで、表層部の酸素濃度を低減するため
の方法、及び、酸素析出物を実質的に含まないボロン含
有無酸素層を表層部に形成したシリコンウエーハ、ま
た、ボロン含有無酸素層の表面にエピタキシャル層を形
成したシリコンウエーハを提供することを目的としてい
る。In view of the problems of the prior art described above, the present invention provides a method for reducing the oxygen concentration in the surface layer of a boron-containing silicon wafer while maintaining the boron concentration in the surface layer, and an oxygen deposition method. It is an object of the present invention to provide a silicon wafer in which a boron-containing oxygen-free layer substantially free of substances is formed on a surface layer portion, and a silicon wafer in which an epitaxial layer is formed on the surface of the boron-containing oxygen-free layer.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本願第1発明は、チョク
ラルスキー法で製造され、ボロンをドーパントとするシ
リコンウエーハを用い、アルゴン雰囲気中、800℃〜
1300℃で、1分間以上アニール処理を行い、ウエー
ハ表層に含まれる酸素とボロンのうち、酸素を選択的に
外方拡散することを特徴とするシリコンウエーハの製造
方法を要旨としている。According to the first invention of the present application, a silicon wafer manufactured by the Czochralski method and using boron as a dopant is used at 800 ° C. in an argon atmosphere.
A gist of the present invention is a method for producing a silicon wafer, wherein annealing is performed at 1300 ° C. for 1 minute or more, and oxygen out of oxygen and boron contained in the wafer surface layer is selectively diffused outward.
【0011】本願第2発明は、前記方法で製造したシリ
コンウエーハにおいて、ウエーハ表層部にボロン含有無
酸素層を形成し、そのボロン濃度が1〜4×1018cm
-3、酸素析出物(BMD)が実質的に0であることを特
徴とするシリコンウエーハを要旨としている。According to a second invention of the present application, in a silicon wafer manufactured by the above method, a boron-containing oxygen-free layer is formed on the surface layer of the wafer, and the boron concentration is 1-4 × 10 18 cm.
-3 , a silicon wafer characterized in that the oxygen precipitate (BMD) is substantially zero.
【0012】本願第3発明は、前記シリコンウエーハに
おいて、ボロン含有無酸素層の表面にエピタキシャル層
を形成したことを特徴とするシリコンウエーハを要旨と
している。[0012] The third invention of the present application is directed to a silicon wafer characterized in that an epitaxial layer is formed on the surface of a boron-containing oxygen-free layer in the silicon wafer.
【0013】[0013]
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail.
【0014】本発明は、シリコンウエーハにドーパント
として含有したボロンの外方拡散が、アニール雰囲気に
依存することを利用したものである。The present invention utilizes the fact that the outward diffusion of boron contained as a dopant in a silicon wafer depends on the annealing atmosphere.
【0015】すなわち、本発明者達は、鋭意研究の結
果、ボロンを含有するシリコンウエーハをアルゴン雰囲
気でアニール処理した場合に、ボロンは殆ど外方拡散せ
ず、酸素のみが選択的に外方拡散されることを見い出だ
したのである。換言すれば、ボロン含有シリコンウエー
ハをアルゴン雰囲気でアニール処理することにより、ボ
ロン分布を殆ど変化させず、ウエーハ表層の酸素のみを
外方拡散できることが判明したのである。That is, the present inventors have conducted intensive studies and found that when a silicon wafer containing boron is annealed in an argon atmosphere, boron hardly diffuses outward, and only oxygen selectively diffuses outward. I found something to be done. In other words, it has been found that by annealing a boron-containing silicon wafer in an argon atmosphere, only the oxygen in the surface layer of the wafer can be outwardly diffused without substantially changing the boron distribution.
【0016】本発明者達は、ウエーハに含まれるボロン
が水素雰囲気で拡散し、アルゴン雰囲気で殆ど拡散しな
い理由を、次のように考察した。The present inventors have considered the reason why boron contained in a wafer diffuses in a hydrogen atmosphere and hardly diffuses in an argon atmosphere as follows.
【0017】ボロンの原子半径はシリコン原子の75%
程度であり、シリコン格子位置にあるボロン原子に伴う
シリコン格子の体積の変化は、ほぼ−6(±2×1024
cm-3)になる。そのため、濃度差による化学自由エネ
ルギーは、表面付近におけるボロン原子シリコン格子の
体積の変化による鏡像力を受けているので、相殺できる
ものと考えられる。その結果、シリコン格子位置にある
外来原子がシリコン原子より大きい場合にはボロンの外
方拡散を支配する限界条件が相違するものと予想され
る。The atomic radius of boron is 75% of that of silicon atoms.
And the change in volume of the silicon lattice with boron atoms at the silicon lattice position is approximately −6 (± 2 × 10 24).
cm -3 ). Therefore, it is considered that the chemical free energy due to the concentration difference is offset by the image force due to the change in the volume of the boron atom silicon lattice near the surface. As a result, when the foreign atoms at the silicon lattice position are larger than the silicon atoms, it is expected that the limit conditions governing the outward diffusion of boron will be different.
【0018】酸素が外方拡散できるかどうかは一定の熱
処理温度でシリコンウエーハにおける酸素の飽和度とウ
エーハの境界条件とに支配され、外方拡散による酸素分
布は通常の誤差関数によって表わされる。Whether or not oxygen can be diffused outward is governed by the degree of oxygen saturation in the silicon wafer and the boundary conditions of the wafer at a constant heat treatment temperature, and the oxygen distribution due to outward diffusion is represented by a normal error function.
【0019】本発明は、特にエピタキシャル技術に適用
すると有利である。一般に、シリコンウエーハにエピタ
キシャル処理を施す場合には、水素含有ガスが用いられ
る。ところが、従来技術の欄で述べたように、水素雰囲
気で熱処理を行うと、ウエーハ表層の酸素ばかりでなく
ボロンも外方拡散されてしまう。そして、熱処理時間が
長くなると、急峻なドーパント(ボロン)分布が得られ
なくなってしまう。The present invention is particularly advantageous when applied to epitaxial technology. Generally, when an epitaxial process is performed on a silicon wafer, a hydrogen-containing gas is used. However, as described in the section of the prior art, when heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere, not only oxygen but also boron in the surface layer of the wafer is diffused outward. When the heat treatment time is long, a steep dopant (boron) distribution cannot be obtained.
【0020】そこで、本発明では、先ずシリコン基板を
アルゴンガス雰囲気で熱処理することによって、ボロン
濃度を殆ど変えずに、酸素のみを外方拡散して無酸素層
(DZ層)を表層に形成する。Therefore, in the present invention, the silicon substrate is first heat-treated in an argon gas atmosphere to diffuse only oxygen outward without substantially changing the boron concentration to form an oxygen-free layer (DZ layer) on the surface layer. .
【0021】しかる後に、エピタキシャル処理を行え
ば、酸素を殆ど含まないエピタキシャル層を形成できる
のである。そして、急峻なボロン濃度分布を有するシリ
コンエピタキシャルウエーハを実現できる。Thereafter, if an epitaxial treatment is performed, an epitaxial layer containing almost no oxygen can be formed. And a silicon epitaxial wafer having a steep boron concentration distribution can be realized.
【0022】本発明で熱処理温度を800〜1300℃
としたのは、処理温度が800℃未満の場合には酸素の
拡散が遅すぎ、反対に処理温度が1300℃を超える場
合には石英炉芯管に負担がかかり寿命が短くなってしま
うからである。また、熱処理時間を1分間以上としたの
は、酸素の拡散を十分に行うためである。In the present invention, the heat treatment temperature is set at 800 to 1300 ° C.
The reason is that when the processing temperature is lower than 800 ° C., diffusion of oxygen is too slow, and when the processing temperature is higher than 1300 ° C., a burden is imposed on the quartz furnace core tube and the life is shortened. is there. The reason why the heat treatment time is set to 1 minute or more is to sufficiently diffuse oxygen.
【0023】ボロン含有無酸素層の好ましいボロン濃度
は1×1018atoms/cm3 〜1×1019atom
s/cm3 、また、ボロン含有無酸素層の好ましい肉厚
は10〜30μmである。The preferred boron concentration of the boron-containing oxygen-free layer is from 1 × 10 18 atoms / cm 3 to 1 × 10 19 atoms.
s / cm 3 , and the preferred thickness of the boron-containing anoxic layer is 10 to 30 μm.
【0024】ボロン含有無酸素層のボロン濃度及び肉厚
を前記範囲に制限したのは、急峻なボロン分布を得るた
めである。The boron concentration and the thickness of the boron-containing anoxic layer are limited to the above ranges in order to obtain a sharp boron distribution.
【0025】ボロン含有無酸素層のBMD濃度が前記範
囲を超える場合には、高品質のデバイスを形成すること
ができない。また、表面にエピタキシャル層を形成する
場合にも、酸素が取り込まれるため高純度のエピタキシ
ャル層を形成できなくなる。If the BMD concentration of the boron-containing oxygen-free layer exceeds the above range, a high-quality device cannot be formed. Also, when an epitaxial layer is formed on the surface, oxygen is taken in, so that a high-purity epitaxial layer cannot be formed.
【0026】ボロン含有無酸素層の酸素濃度及びその肉
厚は、アニール処理温度及び処理時間を前記範囲の中で
適宜設定することにより、所望の値に調整できる。The oxygen concentration and the thickness of the boron-containing oxygen-free layer can be adjusted to desired values by appropriately setting the annealing temperature and the annealing time within the above ranges.
【0027】以下、本発明の実施例1を説明する。Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described.
【0028】実施例1で用いた試料はボロン濃度3.5
×1018cm-3、酸素濃度1.3×1018cm-3、(1
00)、CZシリコンウエーハである。この試料を標準
的に洗浄した後、アルゴン雰囲気中、1200℃で2時
間の熱処理を行った。そして、SIM(secondary ion
mass spectrum)によりボロンと酸素の深さ方向の分布を
測定し、図1に示した。The sample used in Example 1 had a boron concentration of 3.5.
× 10 18 cm -3 , oxygen concentration 1.3 × 10 18 cm -3 , (1
00), a CZ silicon wafer. After washing this sample as standard, a heat treatment was performed at 1200 ° C. for 2 hours in an argon atmosphere. And SIM (secondary ion)
The distribution of boron and oxygen in the depth direction was measured by mass spectrum), and is shown in FIG.
【0029】一方、熱処理を行わない以外は実施例1と
同一のシリコンウエーハを比較例1とし、同様にボロン
と酸素の深さ方向の分布を測定した。On the other hand, the same silicon wafer as in Example 1 was used as Comparative Example 1 except that the heat treatment was not performed, and the distributions of boron and oxygen in the depth direction were measured in the same manner.
【0030】図1から分るように、アルゴン雰囲気中で
処理した実施例1では、ボロン濃度の低下が殆ど見られ
ず、ボロン分布の変化も実質的に認められなかった。一
方、酸素は外方拡散され表面から4μmの範囲の酸素濃
度はほぼ0.2×1017cm-3になった。As can be seen from FIG. 1, in Example 1 where the treatment was performed in an argon atmosphere, the boron concentration was hardly reduced and the boron distribution was not substantially changed. On the other hand, oxygen was diffused outward, and the oxygen concentration within a range of 4 μm from the surface was approximately 0.2 × 10 17 cm −3 .
【0031】これに対して、比較例1では、酸素濃度ば
かりでなくボロン濃度も、大幅に低下していた。On the other hand, in Comparative Example 1, not only the oxygen concentration but also the boron concentration were significantly reduced.
【0032】[0032]
【発明の効果】本発明によれば、表層にボロン含有無酸
素層を有するシリコンウエーハを容易に製造することが
できる。According to the present invention, a silicon wafer having a boron-containing oxygen-free layer on its surface can be easily manufactured.
【0033】また、このシリコンウエーハにエピタキシ
ャル処理を施した場合には、急峻なボロン濃度を持つシ
リコンウエーハを得ることができる。When the silicon wafer is subjected to an epitaxial treatment, a silicon wafer having a steep boron concentration can be obtained.
【0034】このようにして製造した高品質のシリコン
ウエーハを用いれば、高集積デバイスを歩留まり良く製
造することが可能である。Using a high quality silicon wafer manufactured as described above, it is possible to manufacture a highly integrated device with a high yield.
【0035】なお、本発明は前述の実施例に限定されな
い。本発明は、異質エピタキシャル(例えばSi−Ge
システム)にも適用することができる。The present invention is not limited to the above embodiment. The present invention relates to heteroepitaxial (e.g., Si-Ge
System).
【図1】本発明の実施例における熱処理前後のボロン分
布と酸素分布の様子を示すグラフ。FIG. 1 is a graph showing the state of boron distribution and oxygen distribution before and after heat treatment in an example of the present invention.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桐野 好生 神奈川県秦野市曽屋30番地 東芝セラミッ クス株式会社開発研究所内 (72)発明者 白井 宏 神奈川県秦野市曽屋30番地 東芝セラミッ クス株式会社開発研究所内 (72)発明者 林 健郎 神奈川県秦野市曽屋30番地 東芝セラミッ クス株式会社開発研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yoshio Kirino 30 Soya, Hadano-shi, Kanagawa Toshiba Ceramics Co., Ltd. (72) Inventor Hiroshi Shirai 30 Soya, Hadano-shi, Kanagawa Toshiba Ceramics Co., Ltd. In-house (72) Inventor Kenro Hayashi 30 Soya, Hadano-shi, Kanagawa Prefecture Toshiba Ceramics Co., Ltd.
Claims (4)
をドーパントとするシリコンウエーハを用い、アルゴン
雰囲気中、800℃〜1300℃で、1分間以上アニー
ル処理を行い、ウエーハ表層に含まれる酸素とボロンの
うち、酸素を選択的に外方拡散することを特徴とするシ
リコンウエーハの製造方法。A silicon wafer manufactured by the Czochralski method and using boron as a dopant is annealed at 800 ° C. to 1300 ° C. for 1 minute or more in an argon atmosphere to obtain oxygen and boron contained in the surface layer of the wafer. A method of manufacturing a silicon wafer, wherein oxygen is selectively diffused outward.
をドーパントとするシリコンウエーハを用い、アルゴン
雰囲気中、800℃〜1300℃で、1分間以上アニー
ル処理を行い、ウエーハ表層に含まれる酸素とボロンの
うち、酸素を選択的に外方拡散し、しかる後に、エピタ
キシャル処理を行うことを特徴とするシリコンウエーハ
の製造方法。2. Using a silicon wafer manufactured by the Czochralski method and using boron as a dopant, annealing is performed at 800 ° C. to 1300 ° C. for 1 minute or more in an argon atmosphere to obtain oxygen and boron contained in the wafer surface layer. A method of manufacturing a silicon wafer, wherein oxygen is selectively outwardly diffused, and thereafter, epitaxial treatment is performed.
ンウエーハにおいて、ウエーハ表層部にボロン含有無酸
素層を形成し、そのボロン濃度が1〜4×1018ato
ms/cm3 、酸素析出物(BMD)が実質的に0であ
ることを特徴とするシリコンウエーハ。3. A silicon wafer manufactured by the method according to claim 1, wherein a boron-containing oxygen-free layer is formed on the surface of the wafer, and the boron concentration is 1 to 4 × 10 18 atom.
ms / cm 3 , and a substantially zero oxygen precipitate (BMD).
ャル層を形成したことを特徴とする請求項3に記載のシ
リコンウエーハ。4. The silicon wafer according to claim 3, wherein an epitaxial layer is formed on the surface of the boron-containing oxygen-free layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30995396A JPH10144698A (en) | 1996-11-07 | 1996-11-07 | Silicon wafer and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30995396A JPH10144698A (en) | 1996-11-07 | 1996-11-07 | Silicon wafer and its manufacture |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10144698A true JPH10144698A (en) | 1998-05-29 |
Family
ID=17999350
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30995396A Pending JPH10144698A (en) | 1996-11-07 | 1996-11-07 | Silicon wafer and its manufacture |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10144698A (en) |
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1996
- 1996-11-07 JP JP30995396A patent/JPH10144698A/en active Pending
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