JP2854786B2 - シリコンウェーハの製造方法 - Google Patents

シリコンウェーハの製造方法

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JP2854786B2 JP23248093A JP23248093A JP2854786B2 JP 2854786 B2 JP2854786 B2 JP 2854786B2 JP 23248093 A JP23248093 A JP 23248093A JP 23248093 A JP23248093 A JP 23248093A JP 2854786 B2 JP2854786 B2 JP 2854786B2
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勝弘 島田
康 島貫
孝一郎 高嶋
弘 安田
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Mitsubishi Materials Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体デバイスの製
造に使用されるシリコンウェーハの製造方法に関し、詳
しくは、シリコンウェーハに中性子を照射して、原子空
孔を形成するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のシリコンウェーハの製造
方法としては、熱中性子線量を高速中性子線量で除した
値が1000の重水炉によって、シリコンウェーハに中
性子を照射し、シリコンウェーハの厚さ方向に一様な抵
抗分布を得ようとしたものがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなシリコンウェーハの製造方法にあっては、シリコン
ウェーハの表面近傍に半導体デバイスを形成すると、半
導体デバイスの特性が著しく劣化し、半導体デバイスの
収率が大きく低下するという課題を有していた。
【0004】すなわち、熱中性子線量を高速中性子線量
で除した値が1000の重水炉で照射する中性子は、高
速中性子線量が少ないため、シリコンウェーハに取り込
まれる原子空孔は減少する。このため、熱処理を施して
も、シリコンウェーハの内部の酸素の析出が促進され難
い。この結果、シリコンウェーハの内部の酸素析出層が
形成されにくく、この酸素析出層に起因する結晶欠陥が
減少する。したがって、シリコンウェーハの表面近傍に
半導体デバイスを形成すると、その内部の結晶欠陥はI
G層として機能し難くなった。よって、シリコンウェー
ハの表面近傍に半導体デバイスを形成すると、半導体デ
バイスの特性が著しく劣化し、半導体デバイスの製造歩
留まりが低下するものであった。
【0005】
【発明の目的】そこで、この発明の目的は、NTD(中
性子照射)シリコンウェーハにおいて、その表面近傍に
無欠陥層を形成することができ、その内部にIG層とし
て機能する結晶欠陥を形成することができるシリコンウ
ェーハの製造方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、酸素濃度が
0.9〜1.3×1018atoms/cm(旧AS
TM,以下同様)のシリコンウェーハを使用し、熱中性
子線量を高速中性子線量で除した値が100〜600の
重水炉でこのシリコンウェーハに中性子を照射し、その
後、600〜1200℃、1時間以上の熱処理を施した
シリコンウェーハの製造方法である。
【0007】
【作用】酸素濃度が0.9〜1.3×1018atom
s/cmのシリコンウェーハは、例えば、チョクラル
スキ法で引き上げたシリコン単結晶棒から形成される。
このシリコンウェーハに、熱中性子線量を高速中性子線
量で除した値が100〜600の重水炉で所定量の中性
子を照射する。この中性子の照射により、シリコンウェ
ーハには点欠陥(原子空孔)がその厚さ方向に均一に取
り込まれる。このシリコンウェーハに、600〜120
0℃の温度にて1時間以上の熱処理を施す。このとき、
シリコンウェーハの内部および表面近傍には、酸素が析
出する。このシリコンウェーハの内部の酸素の析出は、
上記原子空孔の存在によって促進される。この結果、シ
リコンウェーハの内部には酸素析出層が形成される。一
方、シリコンウェーハの表面近傍には、上記熱処理によ
り原子空孔が外方拡散する。このため、シリコンウェー
ハの表面近傍においては、酸素の析出が促進されない。
この結果、シリコンウェーハの表面近傍には、無欠陥層
が形成される。
【0008】このようにして製造されたシリコンウェー
ハの表面近傍の無欠陥層にpn接合等を有する半導体デ
バイスを形成する。このとき、シリコンウェーハの内部
の酸素析出層に起因する結晶欠陥はIG層として機能す
る。この結果、このシリコンウェーハはその製造歩留ま
りを大幅に向上させる。
【0009】そして、本発明の範囲外である酸素濃度が
0.6×1018atoms/cm3未満のシリコンウェ
ーハに、熱中性子線量を高速中性子線量で除した値が1
00〜600の重水炉で中性子を照射し、600〜12
00℃の温度にて1時間以上の熱処理を施す。このと
き、シリコンウェーハの酸素濃度が少ないため、内部の
酸素の析出量は減少する。この結果、原子空孔の存在に
よって酸素の析出が促進されても、シリコンウェーハの
内部の酸素析出層が形成されにくく、この酸素析出層に
起因する結晶欠陥が減少する。したがって、シリコンウ
ェーハの表面近傍に半導体デバイスを形成すると、その
内部の結晶欠陥はIG層として機能し難くなり、半導体
デバイスの製造歩留まりが低下する。
【0010】また、本発明の範囲外である酸素濃度が
1.3×1018atoms/cm3を超えるシリコンウ
ェーハに、熱中性子線量を高速中性子線量で除した値が
100〜600の重水炉で中性子を照射し、600〜1
200℃の温度にて1時間以上の熱処理を施す。このと
き、シリコンウェーハの酸素濃度が多いため、シリコン
ウェーハの表面近傍の酸素の析出が増大する。このた
め、シリコンウェーハの表面近傍において、原子空孔の
外方拡散があっても、析出に十分な酸素が残存する。こ
の結果、シリコンウェーハの表面近傍には、酸素に起因
した結晶欠陥が発生する。したがって、シリコンウェー
ハの表面近傍に半導体デバイスを形成すると、半導体デ
バイスの製造歩留まりが低下する。
【0011】また、本発明の範囲外である熱中性子線量
を高速中性子線量で除した値が600を超える重水炉で
中性子を、酸素濃度が0.6〜1.3×1018atom
s/cm3のシリコンウェーハに照射すると、高速中性
子線量が少ないため、シリコンウェーハに取り込まれる
原子空孔は減少する。このため、600〜1200℃の
温度にて1時間以上の熱処理を施しても、シリコンウェ
ーハの内部の酸素の析出が促進され難い。この結果、シ
リコンウェーハの内部の酸素析出層が形成されにくく、
この酸素析出層に起因する結晶欠陥が減少する。したが
って、シリコンウェーハの表面近傍の無欠陥層に半導体
デバイスを形成すると、その内部の結晶欠陥はIG層と
して機能し難くなり、半導体デバイスの製造歩留まりが
低下する。
【0012】また、本発明の範囲外である熱中性子線量
を高速中性子線量で除した値が100未満の重水炉で中
性子を、酸素濃度が0.6〜1.3×1018atoms
/cm3のシリコンウェーハに照射すると、中性子照射
による照射ダメージが大きく、すなわち、高速中性子線
量が多い。このため、シリコンウェーハに取り込まれる
原子空孔は増加する。このため、600〜1200℃の
温度にて1時間以上の熱処理を施しても、シリコンウェ
ーハの表面近傍において、原子空孔の外方拡散によって
も、原子空孔が残存する。この原子空孔は、シリコンウ
ェーハの表面近傍の酸素の析出を促進させる。この結
果、シリコンウェーハの表面近傍において、この酸素に
起因した結晶欠陥の発生量が多くなり過ぎる。したがっ
て、シリコンウェーハの表面近傍に半導体デバイスを形
成すると、半導体デバイスの製造歩留まりが低下する。
【0013】また、酸素濃度が0.6〜1.3×1018
atoms/cm3のシリコンウェーハに、熱中性子線
量を高速中性子線量で除した値が100〜600の重水
炉で所定量の中性子を照射する。このシリコンウェーハ
に、本発明の範囲外である600℃未満の温度にて1時
間以上の熱処理を施す。このとき、熱処理温度が低いた
め、シリコンウェーハの内部の酸素の析出量は減少す
る。この結果、原子空孔の存在によって酸素の析出が促
進されても、シリコンウェーハの内部の酸素析出層が形
成されにくく、この酸素析出層に起因する結晶欠陥が減
少する。したがって、シリコンウェーハの表面近傍に半
導体デバイスを形成すると、その内部の結晶欠陥はIG
層として機能し難くなり、半導体デバイスの製造歩留ま
りが低下する。
【0014】また、酸素濃度が0.6〜1.3×1018
atoms/cm3のシリコンウェーハに、熱中性子線
量を高速中性子線量で除した値が100〜600の重水
炉で所定量の中性子を照射する。このシリコンウェーハ
に、本発明の範囲外である1200℃より高い温度にて
1時間以上の熱処理を施す。このとき、熱処理温度が高
いので、酸素の過飽和量が少なくなり、酸素析出層が形
成されにくくなる。このため酸素析出層に起因する結晶
欠陥が減少する。したがって、シリコンウェーハの表面
近傍に半導体デバイスを形成すると、その内部の結晶欠
陥はIG層として機能し難くなり、半導体デバイスの製
造歩留まりが低下する。
【0015】また、酸素濃度が0.6〜1.3×1018
atoms/cm3のシリコンウェーハに、熱中性子線
量を高速中性子線量で除した値が100〜600の重水
炉で所定量の中性子を照射する。このシリコンウェーハ
に、600〜1200℃の温度にて、本発明の範囲外で
ある1時間より短い熱処理を施す。このとき、熱処理時
間が短いので、シリコンウェーハの表面近傍において、
原子空孔が充分に外方に拡散しない。このため、シリコ
ンウェーハの表面近傍に原子空孔が残存する。この原子
空孔は、シリコンウェーハの表面近傍の酸素の析出を促
進させる。この結果、シリコンウェーハの表面近傍にお
いて、この酸素に起因した結晶欠陥の発生量が多くなり
過ぎる。したがって、シリコンウェーハの表面近傍に半
導体デバイスを形成すると、半導体デバイスの製造歩留
まりが低下する。
【0016】
【実施例】以下、本発明の一実施例を説明する。まず、
チョクラルスキ法(CZ法)によりシリコン単結晶棒を
成長させる。そして、このシリコン単結晶棒からシリコ
ンウェーハを形成する。このシリコンウェーハの酸素濃
度[Oi]は0.6〜1.3×1018atoms/cm
3となるように引上条件等を設定する。
【0017】そして、熱中性子線量を高速中性子線量で
除した値が400の重水炉によって、このシリコンウェ
ーハに中性子を照射する。その後、このシリコンウェー
ハに対して1000℃にて、64時間以上の熱処理を施
す。
【0018】この結果のシリコンウェーハの劈開断面を
図1に示す。図1は図面代用写真であり、熱中性子線量
を高速中性子線量で除した値が400の重水炉によるも
のである。同図にて(A)はシリコンウェーハの中心
部、(B)はそのR(半径)/2の位置の部分、(C)
はその周辺部(外周部)を、それぞれ示している。形成
されるDZの厚さは50〜100μmである。
【0019】これに対して図2には、比較例である熱中
性子線量を高速中性子線量で除した値が1000の重水
炉での中性子照射を行い、その後、このシリコンウェー
ハに対して1000℃にて、64時間以上の熱処理を行
った場合のシリコンウェーハの劈開断面を示す図面代用
写真を示している。同図(A)はシリコンウェーハの中
心部、(B)は半径の約半分の位置、(C)は周辺部
(外周部)をそれぞれ示している。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、シリコンウェーハの表
面近傍に無欠陥層(DZ)が、内部にIG層が、それぞ
れ形成される。この結果、半導体デバイスの製造を高歩
留まりに行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るシリコンウェーハの劈
開面の結晶構造を示すその図面代用写真である。
【図2】本発明の比較例を示す図1と同様の結晶構造を
示す図面代用写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高嶋 孝一郎 東京都千代田区岩本町3丁目8番16号 三菱マテリアルシリコン株式会社内 (72)発明者 安田 弘 東京都千代田区岩本町3丁目8番16号 三菱マテリアルシリコン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−257723(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/322 H01L 21/261

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸素濃度が0.9〜1.3×1018
    toms/cm(旧ASTM)のシリコンウェーハを
    使用し、 熱中性子線量を高速中性子線量で除した値が100〜6
    00の重水炉でこのシリコンウェーハに中性子を照射
    し、 その後、600〜1200℃、1時間以上の熱処理を施
    したことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
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CN1181522C (zh) * 1998-09-02 2004-12-22 Memc电子材料有限公司 具有改进的内部收气的热退火单晶硅片及其热处理工艺
EP1110240B1 (en) * 1998-09-02 2006-10-25 MEMC Electronic Materials, Inc. Process for preparing an ideal oxygen precipitating silicon wafer
KR100766393B1 (ko) * 2003-02-14 2007-10-11 주식회사 사무코 규소 웨이퍼의 제조방법

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