JPS583374B2 - シリコン単結晶の処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、シリコン単結晶インゴットからシリコンウ
エハを作製するに際し、積層欠陥の発生を低減するシリ
コン単結晶の処理方法に関する。

シリコンは半導体素子の重要な材料であり、大規模集積
回路の発達に伴って高精度のものが要求されるようにな
った。

ところがシリコン単結晶の処理工程に導入される積層欠
陥、転位等の格子欠陥は、素子の性能や特性に著しく大
きな悪影響を与えるものである そして、上記格子欠陥
は不良品を増大せしめ、歩留りを著しく低減している。

例えばＰ−Ｎ接合での漏洩電流の増大や、ＣＣＤにおけ
るキャリアの蓄積時間の減少が積層欠陥による悪影響で
ある。

この積層欠陥は、結晶成長中に導入される不純物と大き
な関連を持つもので、上記不純物は積層欠陥の発生を促
進し、特に高温加熱処理時に多い。

そこで従来より格子欠陥の発生を次のようにして抑制し
ている。

即ち、シリコン単結晶インゴットからシリコンウエハを
製作したのち、高温加工処理工程に先立って上記ウエハ
の裏面を処理し、ゲツタリングしていた。

しかしながら、個々のウエハに対してゲツタリングを行
うことは非常に煩雑な処理を要し、また積層欠陥の発生
の可能性のある処理工程の都度行わねばならず、めんど
うであった。

従って、生産性が低く、また均一で特性の良好なシリコ
ン素子を大量に作ることが難しかった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、シリコン単結晶インゴット中の
、格子欠陥の発生要因となる不純物を効果的に除去して
格子欠陥の発生を抑制に、簡単な処理で均一で良好なシ
リコン素子を作製することのできるシリコン結晶の処理
方法を提供することにある。

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第１図中１はチョクラルスキー法で＜１１１＞方向に成
長させた、例えば直径７５ｍｍのシリコン単結晶インゴ
ットである。

このインゴット１を例えば芯無研削盤で研削して、その
外型を成型すると共に格子歪を導入する。

この格子歪を導入したインゴットを図中２に示す。

しかるのち、該インゴット２を１１００℃の水蒸気酸化
雰囲気中で略２４時間加熱し、インゴット２の表面積に
酸化膜３を形成し、冷却速度１００℃／分で常温まで戻
す。

この処理によってシリコン単結晶インゴット２はアニー
ルされる。

なおこのとき、上記加熱したインゴット２を急冷すると
、前記研削処理した研削面から結晶にスリップが導入さ
れる虞れがある。

従ってこれを防止するために、上記冷却速度以下で除冷
することか重要である。

次に、上記アニールしたインゴット２を図示しないフツ
硝酸液中に浸漬し、先に形成された酸化膜及び、その境
界層附近のシリコン結晶を約５００μｍエッチング処理
して除去する。

この処理によって格子欠陥が除去され、不純物による積
層欠陥の発生要因が除去される。

このようにして処理されたインゴット２をダイヤモンド
カツタ等によってスライス加工し、シリコンウエハ４を
作製する。

このンリコンウエハ４はラツピングによって鏡面処理さ
れ、半導体基板として、種々の半導体素子に供されるも
のである。

このように本発明方法による処理がなされたシリコンウ
エハの顕微鏡写真を第２図ａに示す。

また第２図ｂは従来方法で作製されたシリコンウエハの
顕微鏡写真である。

これらの第２図ａ、ｂは、製作したシリコンウエハのゲ
ツタ効果を調べるもので、本発明方法の処理に係るシリ
コンウエハと、従来方法の処理に係るシリコンウエハと
を、同時に１１００℃で４０分間水蒸気酸化を行い、フ
ツ酸によって酸化膜を除去したのち、ジルトルエッチン
グを行った。

そして、上記２枚のシリコンウエハをそれぞれ顕微鏡観
察したものである。

これらの第２図ａ，ｂに示されるように、従来方法の処
理に係るンリコンウエハには矢印６に示すシヤローピッ
トや、矢印７に示す積層欠陥が多く発生している。

しかしながら、本発明方法の処理に係るシリコンウエハ
では、わずかにシヤローピットが発生しているのみで、
積層欠陥が生じないことがわかる。

即ち、本発明方法によれば、極めて効果的にゲツタ効果
が発揮されている。

かくして本発明方法によれば、積層欠陥の発生を効果的
に抑制せしめ、特性の良好な半導体ウエハを量産するこ
とができる。

その上、その処理は上述したようにインゴットの状態で
行われる為に非常に簡単であり、工場生産に好適である
。

従つて製作されるシリコン素子の歩留りを高めることが
できると共に、種々のシリコン素子、特に大規模集積回
路の基板として有効である。

また、引上げられたシリコン単結晶インゴットは表面に
少なからず凹凸があるため、研削加工により成型する工
程が不可欠であるが、本発明ではこの研削加工工程がイ
ンゴット表面に格子歪を導入する工程を兼ねている。

従ってゲツタリングのためにけがき傷を形成するという
格別の工程を必要としない点においても、本発明は工程
の簡略化にとって非常に有利である。

しかも本発明によれば、アニールに際して１００℃／分
以下という非常に遅い冷却速度で従冷することにより、
結晶へのスリップの導入を確実に防止することができる
。

なお本発明は上記実施例にのみ、限定されるものではな
い。

以下に他の実施例を述べる。シリコン単結晶インゴット
を１１００℃の水蒸気酸素雰囲気中で熱処理した。

そして、その熱処理時間を１，２，５，１０，１５，２
４，３６，４８時間と変えて各々２０枚のウエハについ
て実験を行った。

その結果、２時間以下の熱処理では従来方法の処理に係
るシリコンウエハと殆んど差異が認められず、積層欠陥
が観察された。

５時間ないし１０時間のものでは周辺部の積層欠陥が除
去されたが、中心部での効果はさほど顕著ではない。

そして、１５時間以上のウエハでは、積層欠陥は殆んど
観察されず、効果が顕著である。

このときのウエハ欠陥密度は、実験において約４０％で
あった。

また２４時間のものでは略２０％、３６時間のものでは
略１０％であり、３６時間以上では、その効果に差異が
殆んど生じていない。

このような欠陥密度の減少はシリコンウエハ中の酸素拡
散係数に依るものであり、シリコン結晶の比抵抗等によ
って異なるものである。

一方、シリコン単結晶インゴットを１２００℃窒素雰囲
気中で、またアルゴン雰囲気中で同様にして２４時間の
熱処理した場合にも、先に説明した実施例と同様な効果
が得られた またシリコン単結晶インゴットを１１００℃の乾燥酸素
雰囲気中で熱処理したとき、本発明者らの種々の実験の
中で、最良の結果を得ることができた。

また浮遊帯去で成長させたシリコン単結晶インゴットに
おいても同様に作用することが確認された。

このように本発明方法は、その要旨を逸脱しない範囲で
、種々変形して実施することができ、上述した如く、半
導体技術上、極めて絶大なる処理方法を提供するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す処理工程図、第２図ａ
，ｂはそれぞれ本発明の方法および従来法により作製さ
れたシリコンウエハ表面の顕微鏡写真による組織図であ
る。 １，２・・・シリコン半導体インゴット、３・・・酸化
膜、４・・・シリコンウエハ、６・・・シャローピット
、７・・・積層欠陥。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シリコン単結晶インゴットに対し、その表面を研削
   加工して成型した後、高温加熱を行い１００℃／分以下
   の冷却速度で徐冷するアニール処理を施し、このアニー
   ルされたインゴットの表面層をエッチング処理して格子
   歪及びシリコン破枠層を除去することを特徴とするシリ
   コン単結晶の処理方法。 ２ 前記高温加熱工程は、１０００℃〜１２００℃で少
   くとも１５時間行うものである特許請求の範囲第１項記
   載のシリコン単結晶の処理方法。 ３ 前記高温加熱工程は、窒素、アルゴン、乾燥酸素ま
   たはウエット酸素の雰囲気中で行うものである特許請求
   の範囲第１項記載のシリコン単結晶の処理方法。