JPS62202528A - 半導体基板の製造方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はシリコン半導体基板（ウェーハ）の製造方法に
関りるもので、特に大口径で均一な抵抗の基板が要求さ
れる高耐圧パワートランジスタ等の製造に使用される。

（従来技術） ６耐ＪＥパワー素子等を１１ＩＪ造するためのシリコン
半導体基板は、高抵抗の基板で抵抗の均一性が良いこと
が必要である。　このため従来は、フローティングゾー
ン精製法（以下Ｆ、Ｚ法と略記する）で育成したシリコ
ン基板に中性子を照射し、熱処理した基板が使われてい
る。　ＦＺ法で育成した基板は、酸素をはとＩυど含ま
ないため高抵抗の基板が容易に得られ、中性子照射する
ことにより抵抗の均・−性が得られる等の利点がある。

　しかし最近大口径の基板を使用する傾向が強くなって
さているが、ＦＺ法では大口径の基板の製造は困矧であ
る。

基板の大口径化の可能な結晶育成法としてはブヨクラシ
スキー引上法（ＣＺ法と略記する）や磁場応用引上法（
ＭＣ７：法と略記する）が知られている。

Ｃ７法ではルツボ中のボロン（Ｂ）が不純物として結晶
中に溶けこみ高抵抗の基板が得られにくい。　また酸素
を過飽和に含むので中性子照射をして熱処理を行うと微
小欠陥が発生すると共に酸素の熱ドｊ−−（Ｔ　ｈｃｒ
ｍａｌ　　Ｄ　ｏｍｅｒ）が発生し均一抵抗の基板を作
ることが困難である。

、そこで酸素含有１を低くできるＭＣＺ法で育成された
シリコン結晶が注目されている。　ＭＣＺ法では結晶引
上げ時に磁場をかけることにより融液の熱対流を制御で
きるので不純物の混入が少なく、抵抗の均一性が良く高
抵抗の基板を作ることも可能である。　しかしＭＣＺ法
による基板の場合、中性子照射をして熱処理を施した結
果、基板抵抗がねらい値よりずれ、且つ基板の抵抗の均
一性が悪化する現象がしばしば発生し問題となっている
。

（発明が解決しようとげる問題点） 従来のＦＺ法では大口径の単板を作ることは困難である
。　ＣＺ法による基板はボロン等の不純物が多く、且つ
酸素を過飽和に含むため高抵抗で、均一な基板が’Ｕら
れにくい。　ＭＣＺ法では不純物混入が少なく均一な高
抵抗の基板を作ることも可能であるが、通常ＭＣＺ結晶
中に中性子照射を行う従来技術では基板抵抗がねらい値
よりずれ、抵抗の均一性の悪化が発生する場合があり問
題となっている。

本発明の目的は、前記の問題点を解決し、大口径シリコ
ン基板で、抵抗の均一性の良い半導体基板のｔＪ造方法
を提供することである。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明による半導体基板の製造方法は、ＭＣＺ法により
育成されその含有酸ｉａ度が３．０Ｘ１０”ａｔｏｍｓ
　／Ｃｍ３を越えないシリコン基板を使用し、これに中
性子照射をして所望温度の不純物のドーピングを行った
後、熱処理を施すことを特徴とするものである。　なお
本発明における半導体基板は、半導体装置の製造工程に
投入以前の基板及び投入優の基板を共に含む。　従って
前記熱処理は装置の製造工程において他の熱処理工程を
兼ねて行われる場合もある。　又含有ｗｉ素８２度は、
波数１１０６ｃ「１の赤外光の室温での吸収係数をα７
１、としたとき、（３，０１Ｘ１０”　Ｘ（Ｚ、、、）
　　ａｔｏｍｓ／Ｃｆｆ１３として得られるものである
。

（作用） ＭＣＺ法によればＣ７法と同様大口径の基板を作ること
ができる。

又ＭＣＺ法では、ＣＺ法と異なり静りｌ場により結晶引
上げ時の融液の熱対流が抑制されるので、融液内の温度
変動が少なく、固液界面が安定し、石英ルツボの溶解度
も減少する。　そのためシリコン結晶中の不純物１１Ｊ
Ｕも減少し、含有Ｍ素淵度も１，２Ｘ１０”ないし１５
Ｘ　１０”　　ａｔｏｍｓ／　Ｃｍ’の範囲で制御する
ことができる。

しかしＭＣＺ法による基板であっても、高酸素濃度の基
板では高抵抗化が困難であり、又抵抗の均質性を向上す
るため中性子照射によりドーピングを行っても、その後
の熱処理によって熱ドナーが発生し抵抗が変化づる。　
試行の結果、含有酸Ｈｉ　Ｃｌ−（［が３．Ｏｘ　１０
”　　ａｔｏｍｓ／　ａｍ３を越えない基板で１ま、中
性７照ｑ・１と熱処理を行っても熱ドナーの影響は出ず
、高均質のシリコン基板の作成が可能である。

基板に中性子照射を行うと、シリコン結晶中に約３％含
まれている同位元素３ｉ３０がＰ３１（燐）に変化しド
ナー不純物となる。　このドープ法は通常高抵抗基板を
均一な抵抗率分布を有する基板とするのに使用される方
法で、所望の抵抗率を得るためには照射量を変えるだけ
でよい。

又中性子照射により生じ！ご結晶の損傷を回復するため
熱処理を行う。　熱処理温度は処理後の基板抵抗に影響
を与えるが７００℃ないし１２５０℃の処理温僚が望ま
しい。

又置換型酸素に起因すると考えられている波数５１３　
ｃ＋ａ−’の赤外光の吸収係数が０．１５　ａｍ−’以
上の基板は、試行結果によれば本発明の目的を達成づる
のにより望ましい。

（実施例） 大口径で均一な高抵抗の基板を作るには、ＦＺ法或いは
ＣＺ法では１ｆｉｆｉである。　ＭＣＺ法により育成さ
れた基板は含有酸素濃度はＦＺ法よりも多いので、基板
の酸素濃度によっては中性子照射と熱処理により、酸素
の熱ドナーの影響で基板の抵抗を低下させ、均一性を悪
くする。　本発明はこれらの知見に基づいて完成された
ちのである。

以下その実施例について述べる。

実施例１．　　　ＭＣＺ法で育成したシリコン単結晶イ
ンゴットから切り出された（　　１，０．０＞面のシリ
コン基板で、酸素濃度の異なるものを数種用意する。　
基板の比抵抗は３０００Ｃ１以上である。

これら基板の酸素ａ度を赤外吸収法で測定すると第１表
のようになった。

第１表 ただし［Ｏｉ　］は中中性子照射面の初期の酸素濃度、
ｔ　Ｔ　Ｄ　］は熱処理後の熱ドナー１１１度である。

酸−Ａ濃度の測定は波数１１０６ｃｍ−’の赤外吸収光
の室温での吸収係数をα１□６として［０１］−α１１
い×３．０１　ｘｌＯ”　　ａｔｏｍｓ／ｃｍ３により
算出した。　これらの基板に重水炉で中性子照射を行い
５１３０（ｎ　、　７　）　Ｓｉ　”→３ｉ　”　（β
）ｒ〕”によりＰ（燐）をドーピングした。　又中性子
照射量は熱処理後の抵抗値が８０〜９００ｃｍになるよ
うに選択した。　これに７００℃で１０時間熱処理を施
し、基板の表面を拡がり抵抗法で測定して、抵抗の面内
均一性を調べた。　結果を第１図に示す。　横軸は基板
面内の位置を示し、縦軸はその位置の抵抗値を示す。　
１ａないし１ｄは第１表に示す試料番号である。　同図
により明らかなように酸素濃度が３．Ｏｘ　１０”　　
ａｔｏｍｓ／　ｃｍ３を越える試料ＩＣ。

１ｄでは面内の抵抗の均一性が悪く、又抵抗のねらい値
＜８０〜９０Ωｃｍ）からもずれている。　酸素濃度３
．Ｏｘ　１０”　　ａｔｏｌｓ／　ａｍ３以下では抵抗
飴の均一性は良好であり、その値もねらい値どうりであ
る。

実施例２．　　酸素濃度の異なるＭＣＺ法による基板と
ＦＺ法による基板とを用い中性子照射を行った後、パワ
ーｉ・ランジスタの製造工程に投入し、トランジスタ製
造工程で従来の所定の熱処理を行ってパワートランジス
タを製作した。　酸素濃度が３．Ｏｘ　１０”　　ａｔ
ｏｍｓ／　ｃｍ’以下のＭＣＺ法による基板は、ＦＺ法
による基板を用いた時と同様の特性が得られ、高電圧の
耐圧特性も良好であつｌこ　。

実施例３．　　酸素濃度が４．ＯＸ　１０”　　ａｔ０
１１１ｓ／ｃｍ’及び２，８ｘ　１０”　　ａｔｏｍｓ
／　ｃｍ３のＭＣＺ法による２種類の基板に中性子照射
を行った侵、それぞれについで６５０℃、１００℃及び
８００℃で乾燥酸素（ドライ酸素）雰囲気中で熱処理を
行い、熱処理経過時間と抵抗値との関係を測定した。　
抵抗値は４端釘法で複数個所測定した平均値とづる。

第２図は酸素濃度４．ＯＸ　１０”　　ａｔｏｍｓ／Ｃ
１の場合を示１図ぐ、２ａ、２ｂ及び２Ｃはイれぞれ６
５０℃、７００℃及び８００℃で処理したものである。

６５０°Ｃで熱処理したものは抵抗変化が大ぎく、抵抗
が一定的に安定するまでの時間も長い。　　７００℃及
び８００℃で処理したものは短時間で抵抗が一定になる
がねらい値からははずれている。　第３図は酸素濃度２
．８Ｘ　１０”　　ａｔｏｍｓ／　Ｃｍ”の場合で、３
ａ　、３ｂ及び３Ｃはそれぞれ６５０℃、７００℃及び
８００℃で処理したものである。　　６５０℃で熱処１
’ｌ！　Ｌ、たちのは抵抗が安定するまで時間がかかり
抵抗変化も大きいが、７００℃及び８００℃で熱処理し
たものは短時間で抵抗が一定になり、抵抗値もねらい値
どうりである。　以上の結果から熱処し！ｔ！温痘は７
００℃以上とすることが望ましい。

実施例４．　　波数１１０６ｃｍ−’の赤外光で測定し
た酸素ｉＦＪ度［Ｏｉ］が、（２，０〜３．０）　ｘｌ
ｏ”ａｔｏｌｌｌｓ　７０ｍ３のシリコン基板であって
、ｎつ波数５１３　ａ「１の赤外光の吸収係数α、１３
がそれぞれ０．１゜０．１！＋及び０．２２　ｃｍ−’
である３種類のシリコン基板を用意し、中性子照射を行
った後、７００℃で１６時間熱処理を行った。　その結
果、［Ｏｉ　］の前記程度の範囲内では、抵抗と〔０１
］との強い依存性は認められず、置換型酸素の吸収によ
るα５．３と抵抗値とに相関があることが判明した。　
α５１１が０．１５　ｃｍ−１及び０．２２　ｃｍ−’
の基板は共に抵抗値９０Ωｃｍで、ねらい値８０ないし
９０ΩＣ１１ｌどおりであるがα、１３が０．１ｃｒ’
の基板では抵抗値７２０ｃｍとなり目標値より若干ずれ
た。　原因は熱ドナーの発生と思われる。　試行を繰り
返した結果、α６，３は０．１５　ａｍ−’以上あるこ
とが望ましいことが確認された。

（発明の効果） 本発明の製造方法によれば、ＭＣＺ法の酸素濃度が３．
ＯＸ　１０”　　ａｔｏＩｌ’ｓ／　ｃｍ’を越えない
シリコン基板を用いるので、ＣＺ法では不可能な高抵抗
基板を作ることができ、これに中性子照射と熱処理を施
すことにより抵抗の均一性も向上する。　さらにＦＺ法
では困難な基板の大口径化も可能で、パワートランジス
タ等の’ＸＪ　Ｊｍで大口径化が可能となり、素子の信
頼性及び生産性も向上し、その効果は非常に大きい。

【図面の簡単な説明】 第１図は酸素濃度を異にづる半導体基板の面内の位置と
その位置における抵抗値との関係を示す図、第２図及び
第３図はそれぞれ酸素濃度を異にする半導体基板の抵抗
値と熱処理時間との関係を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　磁場応用引上法により育成されその含有酸素濃度が
   ３．０×１０＾１＾７ａｔｏｍｓ／ｃｍ＾３を越えない
   シリコン基板に、中性子照射を行つた後、熱処理を施す
   ことを特徴とする半導体基板の製造方法。 ２　熱処理の温度が７００℃ないし１２５０℃である特
   許請求の範囲第１項記載の半導体基板の製造方法。 ３　シリコン基板の波数５１３ｃｍ＾−＾１の赤外光の
   室温での吸収係数が０．１５ｃｍ＾−＾１以上である特
   許請求の範囲第１項又は第２項記載の半導体基板の製造
   方法。