JPS62105998A - シリコン基板の製法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、各種半導体装置に用いられるシリコン基板の
製法に係わる。

〔発明の概要〕

本発明は高速結晶成長によって欠陥の少いシリコン基板
を得る。

〔従来の技術〕

各種半導体装置において、シリコン基板が広く用いられ
る。

このシリコン基板は、例えばチョクラルスキー法（以下
ＣＺ法という）によって育成して得たシリコン結晶体か
ら切り出して得るものであるが、通常のＣＺ法で得たシ
リコン結晶体、或いはこれから切り出し−（ｉｎたシリ
コン基板について、熱処理、例えば半導体装置の製造に
伴う熱処理を行うと、シリコン結晶体、或いは基板に含
有している多量の酸素によって酸素の析出物、転位ルー
プ、積層欠陥等の結晶欠陥が発生することは良く知られ
ている。これら欠陥は、最終的に構成する各種半導体装
置の特性劣化、特に耐圧低下、リーク電流の増大等を来
し、不良品の発生率を高める。

しかしながら、シリコン基板の表面部分を主たる動作領
域とする構造をとる半導体装置、例えば、を色線ゲート
型電界効果トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ　）、或いは
これによる集積回路等においては、この基板内部の主た
るり１作領域にはならない部分に上述した欠陥が存在す
ることは、これによるいわゆる・イントリンシックゲッ
タリング（以下１．Ｇ、という）によって、むしろ上述
の動作領域における金属汚染を排除する効果がある。

ところが、従来このような１．Ｇ、効果を安定に再現性
良く実現するには問題がある。例えば、通常のＣＺ法に
よってシリコン結晶体を引上形成する場合、その引上開
始先端のいわゆるトップ部と、終端のいわゆるボトム部
とでは、熱履歴が相違することによって欠陥の発生が変
化する。また、１．Ｇ。

効果を上げる上では、高酸素濃度とすることが有利であ
るが、高酸素濃度とすれば、シリコン基板の表面部分に
も欠陥が発生して、前述したような特性劣化を招来する
。更にまた、半導体装置の製造工程の相違に基づく熱処
理条件によって、酸素濃度や特別のＩＧ処理を行うなど
の考慮を必要とするなどの問題点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上述した諸問題の改善をはかり、欠陥の少な
いシリコン基板を確実に得ることのできるシリコン基板
の製法を提供する。

〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、結晶成長速度が欠陥発生に大きく影１ｚする
ことを究明し、これに基づいてなされたものであり、本
発明においては、結晶成長速度を１．２關／分以上とし
、酸素濃度が１．８×１０工８Ｃｆｆｌ−３以上のシリ
コン結晶体を得、これを切り出し５てシリコン基板を作
製する。

すなわち、本発明においては、早い結晶成長速度によっ
て成長させた結晶は、酸素の析出が生じにくいことを究
明し、これに基づいて結晶成長速度を　１．２ｍｍ／分
以上とし、しかも、酸素濃度を１．８ｘ　ｌＱ１８ａｍ
−３以上という高い値に選定する。因みに従来のＣＺ法
等における結晶引上速度、すなわち結晶成長速度は、　
１．ｏｍｍ／分以下によっている。

〔作用〕

上述したように本発明においては、結晶成長速度を速め
ることによってその後の熱処理による酸素の析出を回避
したので、酸素析出に因る結晶性の低下をＮＭできるこ
とから、酸素濃度を高めろことができ、このことから本
発明においてはその酸素濃度を１．８ｘ　１０１８ｃｍ
３以上とするものであり、このようにしたことによって
、熱処理によって、１、Ｇ、効果を得ることができるも
のである。

〔実施例〕

ＣＺ法によって、シリコン結晶体を引上成長させた。こ
のようにして得た結晶体から切り出したウェファを鏡面
ｔｌ［＝して後、ドライ酸素雰囲気中、１１００℃、２
時間の熱処理を２回行い、その後いわゆるライトエツチ
ング法によって１３μｍの厚さのエツチングを行うて欠
陥の検出を行った。このようにして結晶体のＣ２法育成
に際しての引上速度、すなわち結晶成長速度と、酸素濃
度とを夫々変えた、各試料を得、夫々の積層欠陥の密度
を測定した。その測定結果を第１図に示す。

この測定結果によれば、その結晶成長速度を１．２ｍｍ
／分以上とするときは、殆んど積層欠陥の発生がみられ
ない。尚、この測定において、加工による表面ダメージ
に因って発生する積層欠陥が、零であることは確認した
。

また、７５０℃での熱処理による酸素濃度の変化を測定
した。第２図にその７５０℃の熱処理時間と、熱処理前
の初期の酸素濃度を“１”としたときの測定結果を示す
。同図において、曲線（２１）〜（２３）は、結晶成長
速度を０．６〜０．９ｎ／分とした場合、曲線（２４）
〜（２６）は、結晶成長速度を１．２ｍｌ／分以上とし
た各試料についての酸素濃度の７５０℃の熱処理時間と
の関係を示したもので、曲線（２１）〜（２６）は、夫
々酸素濃度の初期の値が１，５４４　ｘ　ＩＱ”　ｃｍ
−’　、　１．６６７　Ｘ　１０”　ｃｔｎ−３，１，
７０９Ｘ　１０”　ｃａｎ−３，１，８６６Ｘ　１０”
　ｃｔｎ−”　、　２．０１９　Ｘ　１０”　ｃｍ−’
　。

２．０１９　Ｘ　１０”　ｃｍ−’　、　１．７３７　
Ｘ　１０”　ｃｍ−３の場合で熱処理時間が圏くなるに
つれ、酸素濃度の低下、したがって酸素の析出が生じる
が、曲線（２４）及び（２５）で示す本発明による高い
初期濃度のものにおいて、長時間の熱処理で小さい変化
を示し、酸おの析出が極めて遅くなっていることが分る
。

第１図及び第２図から明らかなように、高速結晶成長に
よる。ときは、欠陥の発生が少く、酸素を析出させるか
、もしくは欠陥を発生させる析出核が小さいか、もしく
はその密度が小さくなることによると思われる。

次に本発明装置と従来方法によって得たシリコン基板に
夫々ｎ＋−ｐ接合によるダイオードを作製し、夫々のｐ
ｎ接合のリーク電流を測定した。この場合、ｎ型のシリ
コン基板上にｐ壁領域を形成し、これの上に２．４Ｘ　
１０””　ｃｍ個／　ｃｄの面積のｎ＋領領域形成して
、このｎ　＋領域に＋５■の電圧を印加して測定した。

第３図は結晶成長速度を１．２關／分以−ヒとし、酸素
濃度を２．ＯＸ　１０１８ｃｓ−３とした本発明製法に
よるシリコン基板を用いた場合、第４図は、結晶成長速
度を０．６〜Ｏ，ｈｍ／分とした従来方法によるシリコ
ン基板を用いた場合で、各図において横軸は、測定され
たリーク電流であり、縦軸は夫々のリーク電流を示した
サンプル数を示した。これら第３図及び第４図を比較し
て明らかなように本発明製法によるシリコン基板を用い
たものにおいては、そのリーク電流１０−”　Ａ以下と
なり、その減少が図られていることが分る。これは、高
酸３−濃度による１、Ｇ、効果が生じたためと思われる
。

面、高酸素濃度のシリコン中結晶体を得る方法とし、で
は、ＣＺ法においてその石英るつほに収容したシリコン
融液に磁場を与え、更に必要に応じてそのるつぼに回転
を与える結晶成長法を適用することによって酸素濃度を
広範囲において且つ正確に設定できる。この磁場印加の
結晶育成法の一例を第５図を参照して説明する。

図中（１）はその装置を全体として示す、　（２）は成
る程度の電気伝導性を有する結晶戊辰用の融液すなわち
Ｓｉ融液（３）が収容された石英るつぼで、このるつぼ
（２）はその中心軸に関して回転するようになされ、更
にその回転数が選定されるようになされている。このる
つぼ（２）の外周には、加熱手段（４）が配置される。

この加熱手段（４）は、通電ヒーター（５）が、例えば
ジグザグパターンにるつぼ（２）の外周面に沿う円筒面
状をなすように配置される。この加熱手段（４）の外側
には必要に応じて例えば円筒状の熱遮蔽体、或いは水冷
等によ−、で冷却されるシャケ・７ト（６）が配置され
、その外側に永久磁石、或いは電磁石より成る例えば直
流磁場発生手段（７）が配置される。（８）は単結晶シ
ード、例えばＳｔ単結晶シードで、（９）はその引上げ
チャックである。そして、この引上げチャックによって
単結晶シードがるつぼ（２）の回転中心軸上で、これに
沿って回転しつつ引上げられるようになされている。

加熱手段（４）の通電ヒーター（５）への通電は、リッ
プル分が４％以下に抑えられたほぼ直流の電流、或いは
１ｋｌｌｚ以上の交流又は脈流とする。このような通電
電流とするときは、加熱手段（４）が磁場との作用で生
ずる不要の振動を回避できることを認めた。

このようにして、Ｓｉシード（８）を、Ｓｉ溶融面から
所要の速度で引上げることによってＳｉ結晶０ωの成長
を行う。この場合、上述したようにシード（８）、した
がってこれより引上げ成長を行うものであるが、特にる
つぼ（２）の回転速度を制御してその引上げを行うこと
によって引上げられた結晶０ω中の酸素の濃度が変化す
る。これは、るつぼ（２）の回転によってこのるつぼ（
２）と、これの中に収容され、磁場の印加によって実効
的粘性が高められたＳｉ融液（３）とが相対的に回転移
行してこの融液（３）とるつぼ（２）の内壁面との間に
所要の擦れ合いを生じさせ、これによってるつぼ（２）
の構成成分すなわち石英の構成成分の酸素が融液（３）
中に溶は込み、その擦れ合いが大となるほどすなわちる
つぼ（２）の融液（３）に対する相対的回転数が増大１
するほど融液（３）への熔は込み量が大となってこれよ
り引上げられた結晶（１ω中の酸老濃度が増す。そして
この結晶中の酸素１度は、磁場を与えない場合よりも磁
場を与えた状態においてその容器の回転数を十分大にす
ればより高濃度になし得ることが確認された。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明によれば、酸素の析出を遅める
ことができるものであるので、これにより多くの利益を
もたらす。例えば結晶体の引上成度に当ってそのトップ
部からボトム部に差し渡って熱履歴が相違しても、これ
に１よる影響を実質的に回避できること、高酸素濃度と
し得たことによって２Ａ処理によって極めて高いＴ、Ｇ
、効果が（５Ｉられること、基板表面の欠陥発生を抑制
できることなどの利点があり、これ６ごまってこのシリ
コン基板上に形成した半導体素子Ｑ、コおけるリーク電
流の低下、耐圧の向上、特性の安定化、歩留りの向」二
など極めて多くの且つ重要な利益をもたらすものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は結晶成長速度−酸素濃度−積層欠陥密度の測定
結果を示す図、第２図は熱処理時間、酸素濃度変化の測
定曲線図、第３図及び第４図は本発明製法及び従来方法
によって夫々得たダイオードのリーク電流値毎の各ザン
ブル数を測定した結果を示す図、第５図は本発明を実施
する結晶育成装置の一例の構成図である。 （２）は石英るつぼ、（３）はＳｉ融液、（７）は磁場
発生手段、０〔は結晶体である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 結晶成長速度を１．２ｍｍ／分以上で行って酸素濃度を
   １．８×１０＾１＾８ｃｍ＾−＾３以上のシリコン基板
   を得ることを特徴とするシリコン基板の製法。