JP5805843B2 - シリコン単結晶基板およびその製造方法 - Google Patents
シリコン単結晶基板およびその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5805843B2 JP5805843B2 JP2014262021A JP2014262021A JP5805843B2 JP 5805843 B2 JP5805843 B2 JP 5805843B2 JP 2014262021 A JP2014262021 A JP 2014262021A JP 2014262021 A JP2014262021 A JP 2014262021A JP 5805843 B2 JP5805843 B2 JP 5805843B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- single crystal
- silicon single
- silicon
- less
- concentration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
での引き上げ軸方向の比抵抗の変化率が大きく、BCDデバイスの要求品質を満たすことができない。また、特開2007−191350号公報(特許文献2)に記載の方法においても、ウエハ面内のばらつきが大きくBCDデバイスの要求品質を満たさない。さらに、特開2007−191350号公報(特許文献2)に記載のデバイスは基板の表面に対して垂直方向に電流を流すタイプであるIGBTである。そのため、基板の厚み方向にわたってBMDを少なくする必要がある。しかしながら、BMDを少なくすることで重金属をゲッタリングする作用が低減してしまう。
/cm3以上1×109/cm3以下である。
toms/cm3以下である。
0.42以上0.50以下である初期シリコン融液が準備される。初期シリコン融液からチョクラルスキー法によりシリコン単結晶が成長される。シリコン単結晶がスライスされる。シリコン単結晶を成長させる工程では、シリコンの融点から1350℃におけるシリコン単結晶の中心部の冷却速度に対するエッジ部の冷却速度の比が1.4以上2.0以下であり、かつ、1200℃から1100℃における中心部の冷却速度が6℃/分以上である条件でシリコン単結晶が成長される。シリコン単結晶の酸素濃度が5.0×1017atoms/cm3以上7.0×1017atoms/cm3以下であり、かつシリコン単結晶の窒素濃度が2.0×1013atoms/cm3以上4.0×1014atoms/cm3以下である。
まず、本実施の形態に係るシリコン単結晶基板の構成について図1を用いて説明する。
重金属に対するゲッタリング能力が、BMDが発生しないFZ(Floating Zone)と同程度であり、ゲッタリング能力がないと判断される。一方、厚み方向の中心領域200におけるBMDの平均密度が1×109/cm3超の場合、デバイス形成領域100のBMDの平均密度が1×108/cm3を超えてしまう。好ましくは、厚み方向の中心領域200におけるBMDの平均密度が5×108/cm3以上1×109/cm3以下である。
が0.42以上0.50以下である。
有するウエハはSIMSを用いて測定できないため、以下の数式により求めた窒素濃度を使用する。かかる数式について以下、詳細に説明する。
and D.Huber,Crystal Growth,Properties and Applications,p28,Springer−Verlag,New Yor
k,1982)。
結晶1を成長させる。また、1200℃から1100℃における中心部の冷却速度が6℃/分以上である条件でシリコン単結晶1を成長させる。シリコン単結晶1中の酸素濃度は5.0×1017atoms/cm3以上7.0×1017atoms/cm3以下であり、かつシリコン単結晶1の窒素濃度は2.0×1013atoms/cm3以上4.0×1014
atoms/cm3以下である。
中心領域200のBMDの平均密度が1×108/cm3未満になる。一方、シリコン単結晶1中の酸素濃度が7.0×1017atoms/cm3超になると、デバイス形成領域1
00のBMDの平均密度が1×108/cm3を超えてしまう。好ましくは、シリコン単結晶1中の酸素濃度は5.0×1017atoms/cm3以上6.0×1017atoms/
cm3以下である。なお、酸素濃度は、日本電子機械工業会(JEITA)の換算係数(
3.03×1017/cm2)を用いて算出した値を用いる。具体的には、赤外吸収による
シリコン結晶中の格子間酸素原子濃度の標準測定法(旧JEIDA−61)を用いる。
×1014atoms/cm3超の場合、デバイス形成領域100のBMDの平均密度が1
×108/cm3を超えてしまう。好ましくは、シリコン単結晶1の窒素濃度は、1.0×1014atoms/cm3以上4.0×1014atoms/cm3以下である。
これにより、シリコン単結晶基板10が得られる。
生させる。
ウ素の濃度を超えない限りp型の伝導型を保っており、パワーデバイス用ウエハとして使用することに何ら問題はない。
抗変化率を3%以下とすることができる。結晶中心部の冷却速度に対する結晶エッジ部の冷却速度の比を1.4以上2.0以下にすることにより、ΔZの値を5〜15mmの範囲に制御することができる。
field applied CZochralski)のような特別な設備を用いることなく引上中心軸と垂直な断面における比抵抗変化率を低減することが可能となる。そのため製造コストが抑制できる。
本実施の形態のシリコン単結晶基板の製造方法によれば、ウエハの表層部であるデバイス形成領域100のBMDの平均密度は1×108/cm3未満であり、厚み方向の中心領域200のBMDの平均密度が1×108/cm3以上1×109/cm3以下程度であり、第1の主表面101の中心における比抵抗が50Ω・cm以上、かつ第1の主表面101
における比抵抗の変化率が3%以下である、シリコン単結晶1基板が得られる。
図9を参照して、本実施の形態に係るBCDデバイスについて説明する。
初期シリコン融液にホウ素とリンを添加して、ホウ素濃度が1.6×1014atoms/cm3、リン濃度が7.2×1013atoms/cm3(ホウ素の濃度に対するリンの濃
度の比が0.45)とした。
初期シリコン融液にホウ素とリンを添加して、ホウ素の濃度が4.0×1014atoms/cm3、リンの濃度が1.8×1014atoms/cm3(ホウ素の濃度に対するリンの濃度の比が0.45)とした。
初期シリコン融液にホウ素とリンを添加して、ホウ素の濃度が1.1×1014atoms/cm3、リンの濃度が4.6×1013atoms/cm3(ホウ素の濃度に対するリンの濃度の比が0.42)とした。
初期シリコン融液にホウ素とリンを添加して、ホウ素の濃度が1.6×1014atoms/cm3、リンの濃度が7.5×1013atoms/cm3(ホウ素の濃度に対するリンの濃度の比が0.47)とした。
初期シリコン融液にホウ素とリンを添加して、ホウ素の濃度が1.6×1014atoms/cm3、リンの濃度が8.0×1013atoms/cm3(ホウ素の濃度に対するリンの濃度の比が0.50)とした。
初期シリコン融液にホウ素を添加して、ホウ素の濃度が1.0×1014atoms/cm3とした。
初期シリコン融液にホウ素とリンを添加して、ホウ素の濃度が1.4×1014atoms/cm3、リンの濃度が4.2×1013atoms/cm3(ホウ素の濃度に対するリンの濃度の比が0.30)とした。
初期シリコン融液にホウ素とリンを添加して、ホウ素の濃度が1.8×1014atoms/cm3、リンの濃度が9.9×1013atoms/cm3(ホウ素の濃度に対するリンの濃度の比が0.55)とした。
表1には、本発明例1により製造されたシリコン単結晶におけるウエハ採取位置の固化率に対して、ウエハ中心の比抵抗およびウエハの比抵抗の面内変化率の結果を示した。
表2には、比較例1により製造されたシリコン単結晶におけるシリコンウエハ採取位置の固化率に対して、シリコンウエハ中心の比抵抗およびシリコンウエハの比抵抗の面内変化率の結果を示した。
表3には、各本発明例および各比較例により製造されたシリコン単結晶におけるウエハ中心の比抵抗、引上中心軸における比抵抗の変化率、および引上中心軸と垂直な断面における比抵抗変化率の結果を、初期シリコン融液中の各不純物濃度と共に示した。
以下とし、ホウ素の濃度に対するリンの濃度の比が0.42以上0.50以下とすることにより、固化率が0.80以下の部位において引上中心軸における比抵抗が50Ω・cm以上で、引上中心軸における比抵抗変化率が10%以下で、引上中心軸と垂直な断面における比抵抗変化率が3%以下であるp型シリコン単結晶を製造することができることが実証された。
ボロンの濃度に対するリンの濃度の比が0.42以上0.47以下とすることにより、固化率が0.80以下の部位において引上中心軸における比抵抗が50Ω・cm以上で、引上中心軸における比抵抗変化率が10%以下で、引上中心軸と垂直な断面における比抵抗変化率が2%以下であるp型シリコン単結晶を製造することができることが実証された。
上7.0×1017atoms/cm3以下であり、かつシリコン単結晶の窒素濃度は2.
0×1013atoms/cm3以上4.0×1014atoms/cm3以下である条件でシリコン単結晶を育成した。シリコン単結晶の結晶成長軸方向の比抵抗の変化率は10%以下であり、中心軸と垂直な断面における比抵抗変化率は3%以下であった。当該シリコン単結晶を引き上げ軸に垂直な面でスライスすることでシリコン単結晶ウエハを作製した。
、窒素雰囲気下、670℃の温度で80分間熱処理が施された。第4のステップとして、水蒸気雰囲気下、1100℃の温度で120分間熱処理が実施された。第5のステップとして、窒素雰囲気下、630℃の温度で100分間熱処理が実施された。第6のステップとして、窒素雰囲気下、1000℃の温度で180分間熱処理が実施された。
単結晶シリコン中の酸素濃度を7.0×1017atoms/cm3とし、窒素濃度を2
.2×1013atoms/cm3とし、1200℃から1100℃におけるシリコン単結
晶の中心部の冷却速度を8.0℃/分とした。
単結晶シリコン中の酸素濃度を7.0×1017atoms/cm3とし、窒素濃度を1
.5×1014atoms/cm3とし、1200℃から1100℃におけるシリコン単結
晶の中心部の冷却速度を7.0℃/分とした。
単結晶シリコン中の酸素濃度を6.0×1017atoms/cm3とし、窒素濃度を1
.5×1014atoms/cm3とし、1200℃から1100℃におけるシリコン単結
晶の中心部の冷却速度を7.0℃/分とした。
単結晶シリコン中の酸素濃度を5.0×1017atoms/cm3とし、窒素濃度を4
.0×1014atoms/cm3とし、1200℃から1100℃におけるシリコン単結
晶の中心部の冷却速度を6.0℃/分とした。
単結晶シリコン中の酸素濃度を6.0×1017atoms/cm3とし、窒素濃度を2
.1×1014atoms/cm3とし、1200℃から1100℃におけるシリコン単結
晶の中心部の冷却速度を7.0℃/分とした。
単結晶シリコン中の酸素濃度を6.0×1017atoms/cm3とし、窒素濃度を1
.0×1014atoms/cm3とし、1200℃から1100℃におけるシリコン単結
晶の中心部の冷却速度を7.0℃/分とした。
単結晶シリコン中の酸素濃度を6.0×1017atoms/cm3とし、窒素濃度を7
.0×1014atoms/cm3とし、1200℃から1100℃におけるシリコン単結
晶の中心部の冷却速度を8.0℃/分とした。
単結晶シリコン中の酸素濃度を8.0×1017atoms/cm3とし、窒素濃度を1
.0×1014atoms/cm3とし、1200℃から1100℃におけるシリコン単結
晶の中心部の冷却速度を8.0℃/分とした。
単結晶シリコン中の酸素濃度を7.0×1017atoms/cm3とし、1200℃か
ら1100℃におけるシリコン単結晶の中心部の冷却速度を8.0℃/分とした。窒素は添加されなかった。
単結晶シリコン中の酸素濃度を4.5×1017atoms/cm3とし、窒素濃度を1
.0×1014atoms/cm3とし、1200℃から1100℃におけるシリコン単結
晶の中心部の冷却速度を8.0℃/分とした。
単結晶シリコン中の酸素濃度を6.0×1017atoms/cm3とし、窒素濃度を1
.0×1014atoms/cm3とし、1200℃から1100℃におけるシリコン単結
晶の中心部の冷却速度を5.0℃/分とした。
シリコンウエハ中のBMDの測定は、シリコンウエハのシリコンウエハをへき開して、レイテックス社製BMDアナライザーMO−4にて測定した。ウエハ表面に平行なレーザーをへき開面から入射し、ウエハ表面から出てくる散乱光を検出した。測定点の面内位置は、ウエハ中心とした。ウエハ表面から深さ10μm、20μm、30μm、40μm、50μmの位置にレーザーを入射し、それぞれの深さのBMD密度を求めた。BMD密度の平均値を、ウエハ表面から深さ50μmまでの領域のBMDの平均密度とした。
mの面とウエハ表面から400μmの面とに挟まれた領域のBMDの平均密度は、3.1×108/cm3以上9.1×108/cm3以下であった。また、本発明例6〜11のシリコン単結晶基板のウエハ表面とウエハ表面から50μmの面とに挟まれた領域のBMDの平均密度は、5.5×106/cm3以上7.3×107/cm3以下であった。一方、比較例4〜8のシリコン単結晶基板のウエハ表面から50μmの面とに挟まれた領域のBMDの平均密度は、1.5×108/cm3以上であり高い値を示した。
ルツボ支持軸駆動装置、13 ルツボ支持軸、14 引上げワイヤ、15 引上げワイヤ駆動装置、16 シードチャック、17 種結晶、19 制御装置、21 冷却構造体、22 冷却体、30 バイポーラトランジスタ、31 素子分離膜、32 コレクタ領域、33 ベース領域、34 エミッタ領域、35 コレクタ電極、36 ベース電極、37 エミッタ電極、40 CMOS、41 素子分離膜、42 Nウェル領域、43 Pウェル領域、44 Nウェル領域、45 N領域、46 P領域、47 ゲート電極、48 ゲート絶縁膜、50 DMOS、51 素子分離膜、52 Nウェル領域、53 P領域、54 N領域、55 ゲート電極、56 ゲート絶縁膜、100 デバイス形成領域、200 厚み方向の中心領域、300 シリコン単結晶製造装置。
Claims (2)
- ホウ素の濃度が4×1014atoms/cm3以下であり、ホウ素の濃度に対するリンの濃度の比が0.42以上0.50以下である初期シリコン融液を準備する工程と、
前記初期シリコン融液からチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を成長させる工程と、
前記シリコン単結晶をスライスする工程と、
前記シリコン単結晶をスライスする工程の後に、スライスされたシリコン単結晶をアニールする工程を備え、
前記シリコン単結晶を成長させる工程では、シリコンの融点から1350℃における前記シリコン単結晶の中心部の冷却速度に対するエッジ部の冷却速度の比が1.4以上2.0以下であり、かつ、1200℃から1100℃における前記中心部の冷却速度が6℃/分以上である条件で前記シリコン単結晶を成長させており、
前記シリコン単結晶の酸素濃度が5.0×1017atoms/cm3以上7.0×1017atoms/cm3以下であり、かつ前記シリコン単結晶の窒素濃度が2.0×1013atoms/cm3以上4.0×1014atoms/cm3以下である、シリコン単結晶基板の製造方法。 - 前記アニールする工程では、不純物濃度が体積比0.5%以下の希ガス雰囲気中もしくは非酸化性雰囲気中において、1200℃以上1250℃以下で1時間以上8時間以下の間熱処理する、請求項1に記載のシリコン単結晶基板の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014262021A JP5805843B2 (ja) | 2014-12-25 | 2014-12-25 | シリコン単結晶基板およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014262021A JP5805843B2 (ja) | 2014-12-25 | 2014-12-25 | シリコン単結晶基板およびその製造方法 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011279956A Division JP2013129564A (ja) | 2011-12-21 | 2011-12-21 | シリコン単結晶基板およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015057374A JP2015057374A (ja) | 2015-03-26 |
JP5805843B2 true JP5805843B2 (ja) | 2015-11-10 |
Family
ID=52815644
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014262021A Active JP5805843B2 (ja) | 2014-12-25 | 2014-12-25 | シリコン単結晶基板およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5805843B2 (ja) |
-
2014
- 2014-12-25 JP JP2014262021A patent/JP5805843B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015057374A (ja) | 2015-03-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100928885B1 (ko) | Igbt용의 실리콘 단결정 웨이퍼 및 igbt용의실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법 | |
JP2013129564A (ja) | シリコン単結晶基板およびその製造方法 | |
JP4631717B2 (ja) | Igbt用シリコン単結晶ウェーハ及びigbt用シリコン単結晶ウェーハの製造方法 | |
JP5194146B2 (ja) | シリコン単結晶の製造方法、シリコン単結晶、およびウエハ | |
CN101187058A (zh) | 硅半导体晶片及其制造方法 | |
JP2006344823A (ja) | Igbt用のシリコンウェーハ及びその製造方法 | |
JP5076326B2 (ja) | シリコンウェーハおよびその製造方法 | |
JP5103745B2 (ja) | 高周波ダイオードおよびその製造方法 | |
JP2010062466A (ja) | 垂直シリコンデバイス用シリコンウェーハ及びその製造方法、シリコン単結晶、並びに、垂直シリコンデバイス | |
JP2012153548A (ja) | シリコン単結晶ウェーハの製造方法及びアニールウェーハ | |
JP5453749B2 (ja) | 垂直シリコンデバイス用シリコンウェーハの製造方法及び垂直シリコンデバイス用シリコン単結晶引き上げ装置 | |
JP4529416B2 (ja) | シリコン単結晶ウェーハの製造方法及びシリコン単結晶ウェーハ | |
JP4102988B2 (ja) | シリコンウエーハおよびエピタキシャルウエーハの製造方法ならびにエピタキシャルウエーハ | |
JP2005206391A (ja) | シリコン単結晶基板の抵抗率保証方法及びシリコン単結晶基板の製造方法並びにシリコン単結晶基板 | |
JP5805843B2 (ja) | シリコン単結晶基板およびその製造方法 | |
JP2012134517A (ja) | Igbt用のシリコンウェーハ及びその製造方法 | |
JP5724890B2 (ja) | シリコン単結晶ウエーハ、その酸素析出量の面内均一性評価方法、シリコン単結晶の製造方法 | |
JP5560546B2 (ja) | シリコンウェーハ及びその製造方法 | |
TWI654344B (zh) | 製備單晶矽半導體晶圓的方法、製備單晶矽半導體晶圓的裝置以及單晶矽半導體晶圓 | |
JP2021109807A (ja) | シリコン単結晶の製造方法 | |
JPWO2009025339A1 (ja) | Igbt用のシリコン単結晶ウェーハ及びigbt用のシリコン単結晶ウェーハの製造方法 | |
JP2010155748A (ja) | アニ―ルウェハの製造方法 | |
JP2017157812A (ja) | ウェハの熱処理方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150113 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150113 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150723 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150804 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150902 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5805843 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |