JPS6249629A - 半導体装置 - 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】 本発明はダイオード、トランジスタ、ＩＣ等の半導体装
置に関するものである。

従来の半導体素子の製造にはＣＺ結晶とＦＺ結晶とが使
用されている。これらの結晶は素子の種類、素子の製造
条件によって使いわけされているが、いずれも一長一短
の性質を有している。

即ちまずＣＺ結晶について述べると、この結晶は通常１
０１１′オーダー、例えば１．３　Ｘ　１０”原子／ｃ
ｍ″程度と高濃度の酸素を含有している。ところがＣＺ
結晶を例えば１１００℃で熱処理すれば、この熱処理温
度での酸素固溶限界（４Ｘ１０１７原子／ｃ＋ａ’）を
こえる過剰分の酸素が析出物として成長してしまい、ま
たこの析出物から積層欠陥や転位も発生する。これらの
結晶欠陥は素子の特性を悪化させることになる。但し、
酸素やその析出物は、半導体ウェハの周辺や裏面で発生
した転位がウェハ全体に伝播するのを阻止するという、
いわゆるピンニング（Ｐｉｎｎｉｎｇ）効果を有してい
る。

他方、ＦＺ結晶には通常５×１０“５原子／ｃｍ”以下
（例えば１０１５原子／ｃｍ３）の酸素しか含まれてい
ないので、ＣＺ結晶において見られたような上述の欠陥
は発生しないが、酸素濃度が低いために上記のピンニン
グ効果がなく、ウェハの周辺や裏面からの多くの転位が
熱処理中に伝播してしまうという欠点がある。

本発明は上述の如き欠点を是正すべ〈発明されたもので
あって、シリコン基板に半導体素子が形成されており、
前記半導体素子の形成されている領域が５×１０１６〜
１×１０′８原子／ｃｍ３の酸素を含有すると共に、前
記領域以外の領域が５×１０＋６原子／ｃｍ’以下の酸
素を含有している半導体装置に係るものである。このよ
うに構成することによって、従来のＣＺ結晶及びＦＺ結
晶の夫々の長所を生かしつつ結晶欠陥の発生を皆無にし
た装置を提供することができる。

一般に、半導体素子の製造においては出発材料として使
用する結晶を問題にする場合、ＣＺ結晶かＦＺ結晶かと
いう択一的な議論はなされてきたか、その本質である酸
素濃度については全く考慮されていなかった。本発明は
従来の考え方を根本的に変更し、結晶中の素子形成領域
の酸素濃度を従来のＦＺ結晶より高い５×１０＋６原子
／ｃｍ”以上としてＦＺ結晶にはなかった上記のピンニ
ング効果を具備せしめ、またその酸素濃度を各種熱処理
温度での固溶限界以下である１×１０１８原子／ｃｍ”
以下として過剰酸素による析出物の成長を防止したので
ある。各熱処理温度における酸素固溶限は下記に示す通
りである。

熱処理温度（”ｃ）　　酸素固溶限（原子／ｃｍ３）９
００　　　　　　１ＸＩＯ” １０００　　　　　　２ｘｌＯ１７ １１００４ｘｌＯ” １２００　　　　　　７ｘｌＯ１７ １３００Ｌ、３ｘｌＯ” １４００　　　　　　１．８ｘｌＯ” 本発明では、素子形成領域の酸素濃度の下限は５×１０
＋６原子／ｃｎ１３以上とし、また上限はｌ×１０１１
１原子／ｃｍ３以下とすれば、ＦＺ結晶の利点を生かし
つつその欠点を除去できる上に、酸素濃度最高温度にお
ける１０′８オーダーの固溶限以下に保持し得て１３０
０〜１４００℃以下、特に実用温度範囲である１０００
〜１２００℃において酸素の析出を有効に防止して欠陥
の発生をなくすことができる。この結果、雑音特性、漏
れ電流特性、スイッチング特性、ＣＣＤ等のストレイジ
特性等を飛限的に改善できる。

以下に、本発明による半導体装置の一実施例を第１図及
び第２図に付き述べる。

この例では、酸素濃度が５ＸＩＱ１６原子／　ｃｍ　”
以下のシリコン単結晶（望ましくはＦＺ結晶）を用いて
、通常の方法で鏡面仕上げされたウェハを製作する。そ
してこのウェハを高温で熱酸化し、この熱酸化中にウェ
ハ内へ拡散される酸素が次に述べる濃度分布を示すよう
になる迄熱酸化を継続する。

熱酸化中にウェハ内へ拡散される酸素の濃度骨で表わさ
れる。但、Ｘはウェハ表面からの距離（ｊＢ位ｃｍ）、
ＮＳはウェハ表面における酸素濃度であって酸化温度に
よるシリコン中の酸素の固溶限（例えば１３００℃で１
．３Ｘ　１０　”原子／　ｃｍ　３．１２００　’ｃで
７ＸＩＯ”原子／ｃｍ３．１１００℃で４×１０＋７原
子／ｃｍ３．１０００℃で２Ｘ１０′？原子／ｃｍ３）
　、Ｄはシリコン中での酸素の拡散係数（単位ｃＩｉＩ
／５ｅｃ）、ｔは熱酸化時間（ｉｉｉ位５ｅｃ）である
。

酸素濃度Ｎ　（Ｘ）は第１図に示すような分布を有して
いる。この例では、酸素濃度が表面濃度Ｎｓの１７２に
なる地点迄の表面からの距離をＸｊとすると、Ｘｊが１
０μ以上となる迄上述の熱酸化を継続させる。この場合
、表面濃度Ｎｓは１×１０”〜Ｉ　Ｘ　１０１８原子／
　ｃａ　３であるのが望ましい。Ｘｊは熱酸化温度及び
時間によって決まり、これらは下記表に示す関係にある
ことが分った。

この熱酸化は乾燥０２中又は湿潤０□中で行ってよく、
或いはＨＣＩを含む酸化性雰囲気中で行ってもよい。ま
た、１気圧以上の高圧下における乾燥０□又は湿潤０２
中で熱酸化を行えば、熱酸化時間を十分に短縮すること
ができて、より効果的である。

またこの熱酸化後に、従来公知の熱拡散等の方法で素子
を形成する工程は、上述の熱酸化温度より高い温度（但
、９００℃以下は含まない。）で行うのが望ましい。即
ち、熱酸化温度より低温で行うと、この低温での酸素固
溶限が熱酸化時の酸素固溶限より低いために、これらの
差に基く過剰の酸素が析出してしまうからである。なお
９００℃以下の温度は実用的でないし、酸素の析出速度
が遅くなってその析出が無視できることになる。

この素子形成時の拡散マスクとして、上述の熱酸化によ
る熱酸化膜を使用してもよい。

以上のように、熱酸化すれば、表面及び裏面から距離Ｘ
ｊ迄の領域（２１ａ）　　（２ｌ　ｂ）は酸素濃度が高
く、特に素子を形成すべき表面及び裏面近傍での酸素濃
度は固溶限に近い値を有している。

即ち、領域（２１ａ）　　（２ｌ　ｂ）の酸素濃度は固
溶限の１／２〜１の範囲にあって、ｌｌ００〜１３００
℃で熱酸化した場合にはほぼ２Ｘ１０′７〜１０ＩＩ′
原子／　ｃｍ　３である。従って、領域（２１ａ）　（
２１ｂ）においては熱処理時に転位の伝播が起こらず、
また酸素固溶限より少ない酸素濃度を有しているために
析出物が発生しない。逆にＸｊが１０μより短いと、ウ
ェハ内の転位が表面及び裏面側へ現われ出てしまって望
ましくない。この場合、ウェハ２１のＭ域２１ａに形成
する素子の深さが表面から例えば１０μに及ぶときには
、上述のＸｊは２０μ以上にするのが望ましい。

なおＣＣＤのように長い製造工程を経て製造される素子
の場合にこの例によるウェハを使用すると、第２図のよ
うに転位２０がウェハの周辺から酸素濃度の少ない中間
領域２１ｃへと伝播する。

しかしながら、この転位２０はゲッタリング作用を発揮
するために、更に効果が大きくなる。

なお、第１図に示した酸素濃度分布と類似の酸素濃度分
布を得るには、上述した方法に限らず、従来公知のイオ
ンインプランテーションによって酸素を打込むことによ
っても得ることができる。

このイオン注入では酸素がガウス分布に従って分布する
ことになるので、イオンのドーズ量、エネルギー等を制
御するだけで上述のＸｊを容易に得ることができる。

以上、本発明を一実施例に基いて説明したが、この実施
例は本発明の技術的思想に基いて更に変形が可能である
ことが理解されるであろう。例えば、絶縁体上に形成さ
れた薄膜シリコン結晶を上述のシリコンウェハの代りに
使用してもよい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すものであって、第１図は
この実施例によるウェハ内の酸素濃度分布を示すグラフ
、第２図は同実施例によるウェハの転位発生状況を示す
断面図である。 なお図面に用いた符号において、 ２０−−−−−−−−−・−−−一一一・−−−−−−
−−・−転位２ｔ−−−一・−ｍ−−−・−・−・・・
−・・・・基板である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリコン基板に半導体素子が形成されており、前記半導
   体素子の形成されている領域が５×１０＾１＾６〜１×
   １０＾１＾８原子／ｃｍ＾３の酸素を含有すると共に、
   前記領域以外の領域が５×１０＾１＾６原子／ｃｍ＾３
   以下の酸素を含有している半導体装置。