JPH0475655B2 - - Google Patents
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- JPH0475655B2 JPH0475655B2 JP59145348A JP14534884A JPH0475655B2 JP H0475655 B2 JPH0475655 B2 JP H0475655B2 JP 59145348 A JP59145348 A JP 59145348A JP 14534884 A JP14534884 A JP 14534884A JP H0475655 B2 JPH0475655 B2 JP H0475655B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、LSI素子、超LSI素子の製造に適し
た半導体基板に関する。
た半導体基板に関する。
従来、LSI用のシリコン基板（ウエハ）として
は、チヨクラルスキー（CZ）法で育成した単結
晶シリコンインゴツトから切出したウエハが使用
されている。しかしながら、通常のCZ法では石
英ルツボを使用するため、該石英がシリコン融体
中に溶解し、酸素が単結晶シリコンインゴツト中
に1.0×1018cm-3程度取込まれる。その結果、該イ
ンゴツトから切出された半導体基板を、LSI製造
プロセスで行われる900〜1000℃付近の温度にて
熱処理を施すと、前記酸素が基板中で過飽和に含
まれているため、基板中にSiO2の析出物を生成
し、転位や積層欠陥の発生源となる。こうした転
位や積層欠陥が基板の素子活性領域に導入される
と、pn接合リークやMOSメモリの場合、保持時
間（ポーズタイム）の不良等の原因となる。
は、チヨクラルスキー（CZ）法で育成した単結
晶シリコンインゴツトから切出したウエハが使用
されている。しかしながら、通常のCZ法では石
英ルツボを使用するため、該石英がシリコン融体
中に溶解し、酸素が単結晶シリコンインゴツト中
に1.0×1018cm-3程度取込まれる。その結果、該イ
ンゴツトから切出された半導体基板を、LSI製造
プロセスで行われる900〜1000℃付近の温度にて
熱処理を施すと、前記酸素が基板中で過飽和に含
まれているため、基板中にSiO2の析出物を生成
し、転位や積層欠陥の発生源となる。こうした転
位や積層欠陥が基板の素子活性領域に導入される
と、pn接合リークやMOSメモリの場合、保持時
間（ポーズタイム）の不良等の原因となる。
このようなことから、酸素による悪影響を防止
したイントリシツク・ゲツタリング（IG）ウエ
ハが提案されている。このウエハは、予め高温で
熱処理して素子活性領域中の酸素を外拡散し、か
つ内部に有害な金属等をゲツタリングする析出物
（微小欠陥）を形成したものである。かかるIGウ
エハにあつては、表面付近の転位や積層欠陥の発
生を防止することが可能であるが、MOSLSIの
製造に適用した場合、薄い酸化膜（ゲート酸化
膜）中の欠陥を完全に除去できない。即ち、単結
晶シリコンインゴツト中には極微小欠陥が残存し
ているため、該微小欠陥が酸化膜中に取込まれ、
これにより酸化膜の耐圧不良を招く。これは、酸
素析出物の発生核となる極微小欠陥がシリコンイ
ンゴツト中の酸素だけによらず、結晶育成過程中
の固液界面の不安定性にも起因してインゴツト中
に取込まれるため、外拡散するだけでは不充分で
あるからである。
したイントリシツク・ゲツタリング（IG）ウエ
ハが提案されている。このウエハは、予め高温で
熱処理して素子活性領域中の酸素を外拡散し、か
つ内部に有害な金属等をゲツタリングする析出物
（微小欠陥）を形成したものである。かかるIGウ
エハにあつては、表面付近の転位や積層欠陥の発
生を防止することが可能であるが、MOSLSIの
製造に適用した場合、薄い酸化膜（ゲート酸化
膜）中の欠陥を完全に除去できない。即ち、単結
晶シリコンインゴツト中には極微小欠陥が残存し
ているため、該微小欠陥が酸化膜中に取込まれ、
これにより酸化膜の耐圧不良を招く。これは、酸
素析出物の発生核となる極微小欠陥がシリコンイ
ンゴツト中の酸素だけによらず、結晶育成過程中
の固液界面の不安定性にも起因してインゴツト中
に取込まれるため、外拡散するだけでは不充分で
あるからである。
そこで、上記問題点を解決する方法として、磁
場印加を併用するチヨクラルスキー法（MCZ法）
が開発されている。MCZ法では、磁場により溶
融シリコンの対流を抑制することが可能であるた
め、固液界面を安定化し、単結晶シリコンインゴ
ツト中の酸素濃度を制御することが可能となる。
従つて、７×1017cm-3以下の酸素濃度の単結晶シ
リコンインゴツトを育成することが可能となり、
LSI製造プロセスでの熱処理においてもSiO2析出
物の発生を防止して、転位や積層欠陥の発生を抑
制することが可能となる。しかしながら、かかる
ウエハでは通常のCZ法で育成した単結晶シリコ
ンインゴツトから切出された半導体基板で可能な
IG効果を得ることができず、LSI製造プロセス中
での汚染に対して極めて弱いため、高安定性の素
子形成が困難となる。また、第１図に示すように
前記MCZ法で育成したシリコンインゴツトから
切出したウエハに1000℃の熱処理を施すと、低酸
素濃度（６×1017cm-3以下）では酸素析出物や積
層欠陥の発生は起きないが、微小な点状欠陥が現
われる。こうした微小点状欠陥の発生原因は現在
のところ明瞭に解明されていないが、MCZ法に
よる低酸素結晶特有の現象である。
場印加を併用するチヨクラルスキー法（MCZ法）
が開発されている。MCZ法では、磁場により溶
融シリコンの対流を抑制することが可能であるた
め、固液界面を安定化し、単結晶シリコンインゴ
ツト中の酸素濃度を制御することが可能となる。
従つて、７×1017cm-3以下の酸素濃度の単結晶シ
リコンインゴツトを育成することが可能となり、
LSI製造プロセスでの熱処理においてもSiO2析出
物の発生を防止して、転位や積層欠陥の発生を抑
制することが可能となる。しかしながら、かかる
ウエハでは通常のCZ法で育成した単結晶シリコ
ンインゴツトから切出された半導体基板で可能な
IG効果を得ることができず、LSI製造プロセス中
での汚染に対して極めて弱いため、高安定性の素
子形成が困難となる。また、第１図に示すように
前記MCZ法で育成したシリコンインゴツトから
切出したウエハに1000℃の熱処理を施すと、低酸
素濃度（６×1017cm-3以下）では酸素析出物や積
層欠陥の発生は起きないが、微小な点状欠陥が現
われる。こうした微小点状欠陥の発生原因は現在
のところ明瞭に解明されていないが、MCZ法に
よる低酸素結晶特有の現象である。
本発明は、製造プロセス中での熱処理による転
移や積層欠陥の発生、更には低酸素結晶特有の微
小点状欠陥の発生を防止できると共に、製造プロ
セス中での汚染に対しても強い作用を有する半導
体基板を提供しようとするものである。
移や積層欠陥の発生、更には低酸素結晶特有の微
小点状欠陥の発生を防止できると共に、製造プロ
セス中での汚染に対しても強い作用を有する半導
体基板を提供しようとするものである。
本発明は、固相界面の安定な育成法である
MCZ法を用いて作製され、３×1017cm-3〜７×
1017cm-3の酸素濃度を有し、かつ裏面に有害な金
属のゲツタリング源としての積層欠陥を形成した
構造にすることによつて、既述したように優れた
効果を持つ半導体基板を得るに至つたものであ
る。
MCZ法を用いて作製され、３×1017cm-3〜７×
1017cm-3の酸素濃度を有し、かつ裏面に有害な金
属のゲツタリング源としての積層欠陥を形成した
構造にすることによつて、既述したように優れた
効果を持つ半導体基板を得るに至つたものであ
る。
すなわち、本発明はMCZ法により育成した単
結晶シリコンインゴツトから切出された含有酸素
濃度が３×1017cm-3〜７×1017cm-3のシリコンウ
エハと、このウエハの裏面に形成された３×104
cm-2以上の密度を有する積層欠陥とからなること
を特徴とする半導体基板である。
結晶シリコンインゴツトから切出された含有酸素
濃度が３×1017cm-3〜７×1017cm-3のシリコンウ
エハと、このウエハの裏面に形成された３×104
cm-2以上の密度を有する積層欠陥とからなること
を特徴とする半導体基板である。
前記シリコンウエハ中の酸素濃度を限定した理
由は、その濃度を３×1017cm-3未満にすると、半
導体基板に反りが発生しやすくなり、一方その濃
度が７×1017cm-3を超えると、繰り返しの熱処理
により反りが誘起されて、内部に積層欠陥が発生
する。
由は、その濃度を３×1017cm-3未満にすると、半
導体基板に反りが発生しやすくなり、一方その濃
度が７×1017cm-3を超えると、繰り返しの熱処理
により反りが誘起されて、内部に積層欠陥が発生
する。
前記シリコンウエハ裏面の積層欠陥（ソフトダ
メージ）は、熱処理に際し、ゲツタリング作用を
なす。かかる積層欠陥の密度を前記範囲に限定し
た理由は、その密度を３×104cm-2未満にすると、
積層欠陥によるゲツタリング作用を十分に発揮で
きなくなる。
メージ）は、熱処理に際し、ゲツタリング作用を
なす。かかる積層欠陥の密度を前記範囲に限定し
た理由は、その密度を３×104cm-2未満にすると、
積層欠陥によるゲツタリング作用を十分に発揮で
きなくなる。
（発明の実施例）
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
実施例 １
まず、MCZ法により育成した単結晶シリコン
から酸素濃度が2.3×1017cm-3、3.2×1017cm-3、
5.6×1017cm-3、6.8×1017cm-3、および8.8×1017cm
-3で、面方位（100）の５種のシリコンウエハを
切出した。次いで、各ウエハの裏面に減圧CVD
法により厚さ5000Åの多結晶シリコン層を形成し
て５種のシリコン基板（Ａ〜Ｅ）を作成した。
から酸素濃度が2.3×1017cm-3、3.2×1017cm-3、
5.6×1017cm-3、6.8×1017cm-3、および8.8×1017cm
-3で、面方位（100）の５種のシリコンウエハを
切出した。次いで、各ウエハの裏面に減圧CVD
法により厚さ5000Åの多結晶シリコン層を形成し
て５種のシリコン基板（Ａ〜Ｅ）を作成した。
しかして、上記各基板Ａ〜Ｅについて、1000
℃、ドライ酸素雰囲気中で２時間の熱処理を８回
繰返し行なつた際の反り発生状態を調べたとこ
ろ、第２図に示す特性図が得られた。なお、第２
図中のａ〜ｅは、夫々前記シリコン基板Ａ〜Ｅの
特性線である。第２図より明らかなように酸素濃
度が３×1017cm-3未満、７×1017cm-3を越える基
板Ａ，Ｅ（図中の特性線ａ，ｅ）では、熱処理回
数の増加と共に反りが増大している。これに対
し、酸素濃度が３×1017cm-3〜７×1017cm-3の基
板Ｂ〜Ｄ（図中の特性線ｂ〜ｄ）は、反りを低く
押さえることができる。
℃、ドライ酸素雰囲気中で２時間の熱処理を８回
繰返し行なつた際の反り発生状態を調べたとこ
ろ、第２図に示す特性図が得られた。なお、第２
図中のａ〜ｅは、夫々前記シリコン基板Ａ〜Ｅの
特性線である。第２図より明らかなように酸素濃
度が３×1017cm-3未満、７×1017cm-3を越える基
板Ａ，Ｅ（図中の特性線ａ，ｅ）では、熱処理回
数の増加と共に反りが増大している。これに対
し、酸素濃度が３×1017cm-3〜７×1017cm-3の基
板Ｂ〜Ｄ（図中の特性線ｂ〜ｄ）は、反りを低く
押さえることができる。
また、上記酸素濃度が3.2×1017cm-3、5.6×1017
cm-3、6.8×1017cm-3で、裏面に多結晶シリコン層
が形成されたシリコン基板Ｂ〜Ｅ（実施例１）と、
多結晶シリコン層が裏面に形成されていない以
外、実施例１と同様な酸素濃度のシリコン基板Ｆ
〜Ｈ（比較例）について、1000℃、ドライ酸素雰
囲気中で２時間の熱処理を８回繰返し行なつた後
の基板への微小点状欠陥の発生状態を調べた。そ
の結果、第３図に示す特性図を得た。なお、図中
の●は、本実施例１の特性を、〇は比較例の特性
を、夫々示す。この第３図より明かなように、裏
面に多結晶シリコン層を被覆することにより微小
点状欠陥の発生を抑制でき、優れたゲツタリング
効果を有することがわかる。
cm-3、6.8×1017cm-3で、裏面に多結晶シリコン層
が形成されたシリコン基板Ｂ〜Ｅ（実施例１）と、
多結晶シリコン層が裏面に形成されていない以
外、実施例１と同様な酸素濃度のシリコン基板Ｆ
〜Ｈ（比較例）について、1000℃、ドライ酸素雰
囲気中で２時間の熱処理を８回繰返し行なつた後
の基板への微小点状欠陥の発生状態を調べた。そ
の結果、第３図に示す特性図を得た。なお、図中
の●は、本実施例１の特性を、〇は比較例の特性
を、夫々示す。この第３図より明かなように、裏
面に多結晶シリコン層を被覆することにより微小
点状欠陥の発生を抑制でき、優れたゲツタリング
効果を有することがわかる。
更に、酸素濃度が5.6×1017cm-3で、裏面に多結
晶シリコン層が被覆されたシリコン基板Ｃ、並び
に酸素濃度が同様で、裏面に多結晶シリコン層が
被覆されていないシリコン基板Ｇを、1000℃、ド
ライ酸素雰囲気中で25分間熱酸化処理を施して各
シリコン基板表面に厚さ340Åのシリコン酸化膜
を形成し、各酸化膜の耐圧を測定した。その結
果、第４図及び第５図に示す特性図を得た。な
お、第４図はシリコン基板Ｇの耐圧特性を、第５
図はシリコン基板Ｃの耐圧特性を、夫々示す図で
ある。これら第４図及び第５図から明かな如く、
裏面に多結晶シリコン層を被覆することにより、
酸化膜耐圧分布が著しく改善されることがわか
る。
晶シリコン層が被覆されたシリコン基板Ｃ、並び
に酸素濃度が同様で、裏面に多結晶シリコン層が
被覆されていないシリコン基板Ｇを、1000℃、ド
ライ酸素雰囲気中で25分間熱酸化処理を施して各
シリコン基板表面に厚さ340Åのシリコン酸化膜
を形成し、各酸化膜の耐圧を測定した。その結
果、第４図及び第５図に示す特性図を得た。な
お、第４図はシリコン基板Ｇの耐圧特性を、第５
図はシリコン基板Ｃの耐圧特性を、夫々示す図で
ある。これら第４図及び第５図から明かな如く、
裏面に多結晶シリコン層を被覆することにより、
酸化膜耐圧分布が著しく改善されることがわか
る。
実施例 ２
まず、MCZ法により育成した単結晶シリコン
インゴツトから酸素濃度が5.6×1017cm-3で、面方
位（100）のシリコンウエハを切出した。次いで、
このウエハの裏面に加工歪みを形成し、熱処理を
施すことにより密度が１×102cm-2〜１×106cm-2
の積層欠陥が導入されたシリコン基板を作成し
た。
インゴツトから酸素濃度が5.6×1017cm-3で、面方
位（100）のシリコンウエハを切出した。次いで、
このウエハの裏面に加工歪みを形成し、熱処理を
施すことにより密度が１×102cm-2〜１×106cm-2
の積層欠陥が導入されたシリコン基板を作成し
た。
しかして、前記積層欠陥密度の異なるシリコン
基板について、1000℃、ドライ酸素雰囲気中で２
時間の熱処理を８回繰返し行なつた後の基板への
微小点状欠陥の発生状態を調べた。その結果、第
６図に示す特性図を得た。この第６図から裏面に
密度が３×104cm-2以上、特に１×105cm-2以上の
積層欠陥が導入されたシリコン基板は、微小点状
欠陥の発生を抑制でき、優れたゲツタリング効果
を有することがわかる。
基板について、1000℃、ドライ酸素雰囲気中で２
時間の熱処理を８回繰返し行なつた後の基板への
微小点状欠陥の発生状態を調べた。その結果、第
６図に示す特性図を得た。この第６図から裏面に
密度が３×104cm-2以上、特に１×105cm-2以上の
積層欠陥が導入されたシリコン基板は、微小点状
欠陥の発生を抑制でき、優れたゲツタリング効果
を有することがわかる。
また、裏面に１×105cm-2の積層欠陥を導入し
たシリコン基板を1000℃、ドライ酸素雰囲気中で
25分間熱酸化処理を施して、シリコン基板表面に
厚さ340Åのシリコン酸化膜を形成し、該酸化膜
の耐圧を測定した。その結果、前述した第５図図
示の実施例１の基板と同様、良好な耐圧を有する
ことが確認された。
たシリコン基板を1000℃、ドライ酸素雰囲気中で
25分間熱酸化処理を施して、シリコン基板表面に
厚さ340Åのシリコン酸化膜を形成し、該酸化膜
の耐圧を測定した。その結果、前述した第５図図
示の実施例１の基板と同様、良好な耐圧を有する
ことが確認された。
以上詳述した如く、本発明によれば製造プロセ
ス中での熱処理による転位や積層欠陥の発生、更
には低酸素結晶特有の微小点状欠陥の発生を防止
できると共に、製造プロセス中での汚染に対して
も強い作用を有する半導体基板を提供できる。
ス中での熱処理による転位や積層欠陥の発生、更
には低酸素結晶特有の微小点状欠陥の発生を防止
できると共に、製造プロセス中での汚染に対して
も強い作用を有する半導体基板を提供できる。
第１図はシリコンウエハ中の酸素濃度と熱処理
後のウエハ表面に見られる微小点状欠陥及び積層
欠陥との関係を示す特性図、第２図はシリコン基
板Ａ〜Ｅへの繰返しの熱処理回数と反り発生状態
との関係を示す特性図、第３図はシリコン基板の
酸素濃度と繰返しの熱処理による基板中に発生す
る微小点状欠陥との関係を示す特性図、第４図は
酸素濃度が5.6×1017cm-3のシリコン基板表面に形
成した酸化膜の耐圧分布を示す特性図、第５図は
酸素濃度5.6×1017cm-3で、裏面に多結晶シリコン
層を被覆したシリコン基板表面に形成した酸化膜
の耐圧分布を示す特性図、第６図はシリコン基板
裏面に導入した積層欠陥密度と繰返しの熱処理に
よる基板中に発生する微小点状欠陥との関係を示
す特性図である。
後のウエハ表面に見られる微小点状欠陥及び積層
欠陥との関係を示す特性図、第２図はシリコン基
板Ａ〜Ｅへの繰返しの熱処理回数と反り発生状態
との関係を示す特性図、第３図はシリコン基板の
酸素濃度と繰返しの熱処理による基板中に発生す
る微小点状欠陥との関係を示す特性図、第４図は
酸素濃度が5.6×1017cm-3のシリコン基板表面に形
成した酸化膜の耐圧分布を示す特性図、第５図は
酸素濃度5.6×1017cm-3で、裏面に多結晶シリコン
層を被覆したシリコン基板表面に形成した酸化膜
の耐圧分布を示す特性図、第６図はシリコン基板
裏面に導入した積層欠陥密度と繰返しの熱処理に
よる基板中に発生する微小点状欠陥との関係を示
す特性図である。
Claims (1)
- １ MCZ法により育成した単結晶シリコンイン
ゴツトから切出された含有酸素濃度が３×1017cm
-3〜７×1017cm-3のシリコンウエハと、このウエ
ハの裏面に形成された３×104cm-2以上の密度を
有する積層欠陥とからなることを特徴とする半導
体基板。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59145348A JPS6124240A (ja) | 1984-07-13 | 1984-07-13 | 半導体基板 |
| US06/754,298 US4645546A (en) | 1984-07-13 | 1985-07-12 | Semiconductor substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59145348A JPS6124240A (ja) | 1984-07-13 | 1984-07-13 | 半導体基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6124240A JPS6124240A (ja) | 1986-02-01 |
| JPH0475655B2 true JPH0475655B2 (ja) | 1992-12-01 |
Family
ID=15383105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP59145348A Granted JPS6124240A (ja) | 1984-07-13 | 1984-07-13 | 半導体基板 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4645546A (ja) |
| JP (1) | JPS6124240A (ja) |
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