JPS60246297A - 窒素ド−プシリコン単結晶の製造方法 - Google Patents

窒素ド−プシリコン単結晶の製造方法

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JPS60246297A
JPS60246297A JP9946384A JP9946384A JPS60246297A JP S60246297 A JPS60246297 A JP S60246297A JP 9946384 A JP9946384 A JP 9946384A JP 9946384 A JP9946384 A JP 9946384A JP S60246297 A JPS60246297 A JP S60246297A
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silicon
gas
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epitaxial growth
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Katsuhiko Miki
克彦 三木
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • C30B29/06Silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B23/00Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C30B23/02Epitaxial-layer growth

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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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】 本発明はシリコン単結晶の製造方法に関するもので、特
にエピタキシャルeウェーッ\を使用する半導体素子製
造工程に含まれる熱処理工程においてシリコンウェーI
\に生ずる熱応力に強いシリコンエピタキシャルウェー
l\を得ることを目的とするものである。
一般にチョコラルスキー法で育成されたシリコンウェー
ッ・には酸素が4xlO〜 2xlO187 atoms /cc程添加されているため熱応力に強い
ことが知られている(文献S、M、Hu et al 
、ジャーナル オフ アプライド フィジクス4B (
5) P 18[19,1875) 。
一方、エピタキシャル成長法では酸素を添加する試みが
種々なされているが、エピタキシャル成長を阻害する等
の問題から熱応力に対する改善に必要な程充分な酸素を
添加することは困難である。
本発明者はかかる熱応力による結晶性の劣化に対する特
にエピタキシャル成長法における改善について種々検討
の結果、窒素をシリコンエピタキシャルウェーハ中に少
量添加することにより酸素添加と同等又はそれ以−Lの
効果が得られることを知見し本発明に到達したものであ
る。
即ちエピタキシャル成長法によりシリコン単結晶を製造
する方法において、原料シリコン化合物を同伴するキャ
リアガス中又はエピタキシャル成長雰囲気中に窒素ガス
又は窒素化合物ガスを存在させることを特徴とする窒素
ドープシリコン単結晶の製造方法に関するものである。
キャリヤガス中に窒素ガス又は窒素化合物ガスを存在さ
せる場合の濃度はおおむね0.1〜5χとすればよい、
またエピタキシャル成長雰囲気中における濃度もこれに
ほぼ準ずればよい。
添付図面は本発明の方法を実施するための概略フロー図
を例示したものである。1はエピタキシャル成長炉、2
はヒータ、3はサセプタ、4はウェーハである。
【図面の簡単な説明】
図は本発明を実施するための概略フロー図であある。 1 ・・・エピタキシャル成長炉。 2・Φ・ヒータ、 3 ・・・サセプタ、4・争・ウェ
ーハ 特許出願人 信越半導体株式会社 図面の浄書(内■に変更なし) 手 続 ン市 正 1膝(方式) %式% 2、発明の名称 窒素ドープシリコン単結晶の製造方法 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 名称 信越半導体株式会社 4、代理人 発送日:昭和59年 8月28日 6、補正の対象 図面 7、補正の内容 別紙のとおり 手続省市i、I三−誓I): 昭和60年4月30 Il 1、事件の表示 昭和59年特許願第99463号 2、発明の名称 窒素トープシリコン単結117+の製造方法3、補正を
する者 事件との関係 特許出願人 名称 信越半導体株式会社 4、代理人 明細書および図面 6゜補正の内容 1)明細書全文を別紙訂正明細書のとおりに補正する。 2)図面登別紙第1図、第2図のとおりに補正する。 以上 明 細 書 1、発明の名称 窒素1・−ブレ1l]ンl11結晶の製造方’tJ、2
、特許請求の範囲 1)゛ト導体シリコンのガス状化合物を熱分解もしくは
還元させ、ウェーハ1−にシリコンlli結晶をエピタ
キシャル成長させる方法ににいて、該゛1(Iり体シリ
コンのガス状化合物を同伴するキャリアガス中またはエ
ピタキシャル成長雰囲気中に窒素ガスもしくは窒素化合
物ガスを存在させろことを特徴とする窒素1・−ゾシリ
mlン単結晶のり・)漬方法・ 2)該ウェーハがシリコン’l’ 4’i品、イIつ1
、サファイヤもしくは電気絶縁1′1セラミックスか+
7+選ばれることを特徴とする特i′1請求の範囲第1
1f1記、Iil:の方法。 3)該ウェーハとしてシリコン中結晶に用い、詠つ工−
ハI−に部分的に開11部を設けてなる酸化膜に被覆処
理した後シリコン結晶の成長をネ1なわ 1− せ、−)いて該成長層の準結晶化を行なわせることを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の方法・ 4)半導体シリコンのガス状化合物がシリコンのハロゲ
ン化合物から選ばれることを特徴とする特許請求の範囲
第1項、第3項記載のいずれかの方法。 5)成長シリコンQt結晶中に窒素が5xio”〜4,
5×1015原子/aI?含有されることを特徴とする
特FF請求の範囲第1項、第3項記載のいずれかの方法
。 6)窒素化合物がアンモニアであることを特徴とする特
許請求の蝉囲第1項、第3項記載のいずれかの方法。 3、発明の詳細な説明 産−幕−11′、−の:jj f■−分−」本発明は、
気相エピタキシャル成長によるシリコンI)i結晶の′
yi造方法に関するもので、特lこ熱応力に強い窒素ド
ープシリコン単結晶の製造方法に係る。 従来の技術 近時半心体結晶のエビクキシャルウエーハ1」、LSI
回路素子に幅広く利用されている。このつ工−ハは■、
S■回路素rとして加I−されろ1.程において、酸化
や拡散などの熱処理が行なわれるので、この加熱にとも
なう熱に、;力によってウェーハに転位が発生し、ソリ
を生ずるようになる。このウェーハに生ずるソリは回路
形成の露光1.程にj;けるパターニングを不良にする
ので避ける必要がある。 他方、溶融体からの引l・げに」;ろチョクラルスキー
法によって合成されるシリコン’l’−4I′i晶捧に
(J酸素か4XIO”〜2 X I O” Itrミf
/(ill j’j、度含有されており、この酸素の存
在が熱応力に強く影響することが知られている( S 
、 M 、 Jlu et al、、Iour−nal
 of Applied Physics、46(5)
、l”、186!1.1975)。 これは、含有酸素がシリコン111−結晶中で転位の固
若作))1をするためであると考えられる。 発1すJが一解決qよう一仁−する問題点■−記公知の
技術を応用し、シリコン学結晶の工ピタキシャル成長に
おいて酸素を添加し、熱応力に強いエピタキシャルウェ
ーハを得んとする試みがなされているが、この場合には
結晶の熱応力を改善するのに十分な量の酸素を添加する
にいたる前に、酸素がエピタキシャル成長を阻害するの
で、熱応力改善の目的を達することができないという欠
点があった。 同一1屯−を−解決t−6だへ9一手段本発明者は上述
のごとき欠点を解決するため種々研究の結果、意外にも
窒素がこの熱応力改善に寄与すること、およびこの窒素
は酸素のようにエピタキシャル成長を阻害することが全
くないという事実を知見し本発明に到達した。すなわち
本発明は、半導体シリコンのガス状化合物を熱分解もし
くは還元させ、ウェーハLにシリコン憤結晶をエピタキ
シャル成長させる方法において、該半導体シリコンのガ
ス状化合物を同伴するキャリアガス中またはエピタキシ
ャル成長雰囲気中に窒素ガスもしくは窒素化合物ガスを
存在させることを特徴とする窒素ドープシリコン喀)1
結晶の製造方法である。 本発明h゛け、」−述のように窒素の添加によりシリコ
ンタ11−結晶の熱応力改善をなし得たのであるが、こ
れは窒素がシリコン結晶中において酸素と同じよ)な転
イ◇の固着作用をするためと考えられる。 −)ぎに本発明を図面によって詳細に説明する。 第1図は本発明を実施する概略フロー図であるが、エピ
タキシャル成Jく炉1を囲んてピーク2装配置し、該成
長炉内に設けたサセプタ;3の1−にウェーハ4を必要
数戟随する。ヒータに電流を流して成長炉内を所定温度
に加熱しなが1)、エピタキシャル成長させる原料シリ
コン化合物ガスおよびドーパンi−ガスをそれぞれ供給
管5.6から流量調節器(NFC) 9、lOを経て成
長炉内に送入する。 同時にキャリアガスたとえば水素ガスを供給管7より流
量調節器11を経て成長力1内に送入し、また同伴ガス
として窒素ガスまたは窒素化合物ガスなキャリアガスに
対し0.1〜5.Ovo]%の割合になるように流量調
節器12を調節しながら供給管8より成長炉内に送入ず
ろ。成長炉内のエピタキシャル4− 雰囲気中に窒素ガスまたは窒素化合物ガスを存在させる
ときも同じ比率とする。反応を終えたガスはスクラバー
J3より糸外に排出される。通常この成長時間は、成長
層の厚みにもよるが、5〜20分程度である。 これによって、結晶中における窒素の含有量を5 X1
013〜4.5X]O”原子/at?とすることができ
る。なお、結晶中の窒素含有量は、5XI013原子/
−未満では、本発明の目的とする熱応力改善を達するこ
とができず、また4、5X]0”原子/d以」二である
と成長層の表面が荒れてくるという弊害を生ずるように
なる。 またここにおける、窒素化合物ガスとしてはアンモニア
が用いられ、これを窒素分として前述の量が含有される
ように添加する。 本発明においてエピタキシャル成長に用いられるウェー
ハは、シリコン県結晶、石英、サファイヤもしくは電気
絶縁性セラミックスたとえば窒化シリコンの中から選ば
れる。シリコンの成長層は、一般には、シリコン単結晶
ウェーハの場合に1()〜5− 20μIll、シリコン以外のウェーハでは1〜2I目
り程度である。 本発明は前述のごとくシリコン単結晶ウェーハ上に直接
シリコン+1t 結晶をエピタキシャル成長させる場合
のほか、シリコン()1結晶ウェーハ1−に酸化膜(S
jO,)を開口部を残して形成させたのち、この」二に
ポリシリコンの成長層を形成させ、さらにこの成長層を
アニール法により再結晶化してill結晶どする方法を
含む。 つぎに本発明の実施例を挙げる。 犬脆例 CZ法により得られたI)型<1(10)結晶力(Sl
を有する直径100I、抵抗率30Ω(jI+のシリコ
ン単結晶ウェーハ(サンプルA)をサセプター31−に
載IIゞ1゜し、ついでこのウェーハを約1100℃に
加熱しながら、キャリアガスII2に1−リクロロシラ
ン5.Ovo1%、窒素ガス4.Ovo1%を配合して
成長炉内1こ送入し、20分間成長を行なわせたところ
、P7さ20μm、抵抗率40Ω(2)1の成長層をネ
!)だ1.このウェーハの窒素含有量は4.OX]0”
原f / cufであった。 また、回し条件で窒素ガスを2.0ν0]%添加して成
長させたサンプルBの窒素含有量は1.8X]o”原子
/ QJてあった。なお、窒素ガス無添加で成長させた
サンプルCの窒素含有量は測定検出限界以下であった。 以」−のサンプルA、R,Cについてのフォトルミネッ
センス法による測定結果は、第2図に示すとおりであり
、サンプルA、Hについては明らかにNのピークが認め
られた。 北門−の一幼−釆 本発明の方法によれば、エピタキシャル成長を阻害する
ことなく熱応力に強いシリコン昨結晶が得られるので、
半導体素子製造工程における熱処理によってもソリが発
生することがなく、従来より熱的に優れた素子を工業的
に有利に製造することができる。 4、図面の簡単な説明 第1図は本発明を実施するための概略フロー図を、第2
図は実施例のシリコンエピタキシャル層中の窒素濃度測
定のためのフォトルミネッセンス法による測定結果を示
す。 =8− 1・・・成長炉、 2・・・ヒータ、 3・・・サセプタ、 4・・・ウェーハ、 5.6.7.8・・・供給管、 9.10.11.12・・・dε蔽調節器(NFC)、
13・・・スクラバー。 −〇−

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. エピタキシャル成長法によりシリコン単結晶を製造する
    方法において、原料シリコン化合物を同伴するキャリア
    ガス中又はエピタキシャル成長雰囲気中に窒素ガス又は
    窒素化合物ガスを存在させることを特徴とする窒素ドー
    プシリコン単結晶の製造方法
JP9946384A 1984-05-17 1984-05-17 窒素ド−プシリコン単結晶の製造方法 Granted JPS60246297A (ja)

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JP9946384A JPS60246297A (ja) 1984-05-17 1984-05-17 窒素ド−プシリコン単結晶の製造方法

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JPS60246297A true JPS60246297A (ja) 1985-12-05
JPH0371398B2 JPH0371398B2 (ja) 1991-11-13

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007073820A (ja) * 2005-09-08 2007-03-22 Sumco Corp エピタキシャルウェーハ及びその製造方法
JP2016500475A (ja) * 2012-12-06 2016-01-12 ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフトSiltronic AG エピタキシャルウェハおよびその製造方法

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