JPS5975637A - シリコン基板のイントリンシツク・ゲツタリング方法 - 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】 本発明はシリコン基板のイントリンシック・ゲッタリン
グ方法に関する。

一般に、シリコン単結晶を基板として用いた半導体基板
の製造においては、その歩留り向上のために各種のゲッ
タリング方法が開発されて用いられている。特に、ＣＺ
シリコン単結晶中に含まれた過飽和の酸素が熱処理によ
シ内部欠陥としてシリコン基板中に発生することを利用
したいわゆるイントリンシック命ゲッタリング（以下Ｉ
Ｇという）は、クリーンなゲッタリング方法として各所
で一般に利用されている。

この従来のＩＯは、次のようにして行われる。

通常、ＣＺシリコン単結晶中には、（１〜２）ＸＩＯ”
原子／ｃｍ”程度の酸素が過飽和状態で入っている。

このようなシリコン単結晶の基板に、目的に応じた様々
な熱処理を加えることによυ、過飽和状態の酸素を析出
させ、微小な析出物欠陥やそれによって派生した転位や
積層欠陥等の内部欠陥をシリコン基板中に発生させ、こ
れらの内部欠陥をゲッタリング・サイトとして利用する
ものである。このような従来のＩＧの利用において留意
すべき点としては、シリコン単結晶の初期濃度や熱履歴
等が有り、これらを充分制御しなければ、所望の１．Ｇ
効果が得られないことも知られている。まだ、シリコン
基板表面に電子装筒を構成することから、その表面近傍
に無欠陥層をつくる必要があ如、いわゆるｏｕｔ　ｄｉ
ｆｆｕｓｉｏｎの熱処理を積極的に行ったり、あるいは
ば素板外の中性不純物、特に炭素がこのような酸素析出
物をつくる核としてｆｔｔすくことも指摘され、炭素の
混入を防ぐ配應、がなされている。

このような、従来のＩＧは次のような大きな欠点がある
ことも知られている。つまり］俊素析出物をつくるため
には、その、咳が心安不可欠であり、そのために比較的
、中低温度（例えば５００°Ｃ〜８００°Ｏ：（”Ａ度
）で熱処理し、過飽和度を高く保つことが一般に行なわ
れている。しかし、このような中低温では、不純物酸素
自身の格子振動のエネルキーが低いため、格子間位圓か
ら抜は出して析出状態に変わるためには、長時間の熱処
理、例えば数十時間〜１００時間程度必要であった。こ
の熱処μｍ１時間を短縮させるためには他の方法、例え
ば高酸素濃度（例えば〜２Ｘ１０”原子／ＣｒｆＬ”　
）のシリコン基板発Ｉｌｌい、実効的に過崗和度を畠め
ることが知られている。しかし、従来技術では高酸素濃
度のシリコンを再現性よく、まだ効率良く得ることがり
１（ｔかしく、まだ酸素の析出が著しく早くなるためそ
の稈１現を制ω１１することが困難となる問題があった
。

また、ｅの析出を早める方法としでは、例えば転位の任
在が酸素の相当を早めることケ利用して、熱処理中に機
械的な千金シリコン基板に加えたり、あるいは予めその
誦に’ｊｋ板のＨ１，＋ｕ等に加えたり、あるいは高濃
度のリンを基板裏面に拡酸させたりして転位を発生させ
、転位自身のもつゲッタリング作Ｆ［ｊに加えて、酸素
析出によるゲッタリング、あるいは析出に１゛■１なう
転位の誘発させ相乗効果金得ようとする提案もなされて
いる。しかし、これらはＩＯプロセスを＋ＬＷｇ化させ
るのみならず、１Ω本来の特徴（クリーンなゲッタリン
グ）を損なうものである。

要するに、従来のＪＧにおいて、酸素の析出を決めるの
は、初期酸素濃度の値と熱処理の仕方であυ、中程度の
酸素濃度（例えば１．５ＸｌＯ”原子／Ｃｍ３）めシリ
コン基板を用いて長時間の各種の熱処理（例えばａＫｌ
数十時間〜百時間）を行なってＩＯ効果をｆ！Ｉていた
。

本発明の目的は、このような問題点全解決し、より短時
間の熱処理でＩＱ効果を得ることにより、安価で再現性
よく形成できるシリコン基板のイントリンシック・ゲッ
タリング方法を提供することにある。

本発明によれば、和気的に活性な不純物を一様にドープ
したシリコン基板を用意し、そのシリコン基板に少なく
とも低温アニール及び高温アニールを順次Ｍｕすシリコ
ン基板のイントリンシック・ゲッタリング方法にお匠て
、前記不純物としてアンチモンを用いたことを特徴とす
るシリコン基板のイントリンシック・ゲッタリング方法
が得られる。

本発明によれば、ｎ型シリコン基板のドープくントとし
てｓｂが酸素の析出に大きく寄与し、またその濃！現に
も依存することを見出したものであシ、これにより短時
間の熱処理でＩＧ効果を得ることがて・きる。

以下、本発明を芙〃１ハ例によシ詳イ（１］に説明する
。

〈実施例〉 Ｃｚシリコン基板はｎ型の（１００）のものを用い、ド
ーパントとしては、Ｐ　＋　Ａ　Ｓ　＋　ｂ　＋）でめ
シ、その抵抗率は１〜２，０．５〜０．６，０．１〜０
．２，０．０５〜０．０６　、　（１０］〜０．０２Ω
ｃｍ　（Ｊ）ものであル。コレらの単結晶は、それぞれ
ｅ′よぼ同一の育成条件で育成したものである。これら
基板の酸素ン速度の測定は、通常よく用いられてる赤外
線吸収法によシ測定した（ＡＳＴＭ　Ｆ−１２１）。こ
の酸素濃度の測定において、最も抵抗率の小さいもの（
０，０１〜０．０２Ωｃｍ）においては、フリー−キャ
リアーによる吸収が大きく、吸収スペクトルを得ること
ができなかった。

また０、０５〜０．０６Ωｃｍにおいても、その様な傾
向が見られ鞘１θ二よく、酸素濃度を求めることはでき
なかった。しかし残り３つのり（、抗率のシリコン基板
においては測定することができた。その結果、初期酸素
濃度は、育成ロットや、切シ出し場ｎ「によって異なっ
たがいずれも（１，４〜１．８　）　Ｘ　１０１’原子
／ｃｒｉＬ３であった。これらはほぼ同一の育成条件で
ｊヤ結晶を育成しだので、測定できなかったものの初期
酸素濃度もほぼ同程度と考えられる。

このようなシリコン基板に各種の熱処理を行い、酸素濃
度の変化と、化学エツチングによる内部欠陥の発生の様
子とを調べた。

まず、１（」用の熱処理は、５２０”０，６２０’０゜
７２０°Ｃ（夫々４ｈまだは１６ｈ）とし、このいずれ
かの単独アニールか、これらのいずれかを組み合せた二
段アニール奮行ない、内部欠陥の核形成を行なった。そ
の後、高温（１１４０″０，２ｈ）で熱処理を行ない、
内部欠陥を成終させた。このようにして単独アニール後
、二段アニール後、および高淵熱処ｙ［１１ダ・の測定
可能なサンプルにおける酸素ｉ（％度の変化を調べた。

こｉｌらの測定結果の代表的なものを、第１　［ｙｌ〜
第４図に示す。低温の単独アニール５２０　’ＯＣ第１
図）　、　６２０°Ｃ（第２図）および７２０　’Ｃ（
第３図）においては、いずれも酸素濃度の有意な変化は
見られなかった。また、二段アニールでは、酸素濃度の
減少が認められだが、大部分のサンプルでは有意な夏化
が認めしれながった。その後の高温アニ・−ル（１１４
０’Ｏ）では、大部分にルーいて１′４／素濃度の゛減
少が認めらルた。

これら図から明らかなように、早づ虫の１代Ｙ舐アニー
ルでは（第１図１６Ｆ’２２図、第３図参照）、その後
高温アニールを施しても、竣素雇度の減少は認められる
が少なく、酸素の析出かめｊり起きていない。このこと
から、内）ημ大欠陥あまり発生していないことが分る
。一方、二段ζｖ　ｆｆｆｌ　？ｂ’ｒアニールでは、
第４図に示すように犬７’Ｈ（１分のサンプルにおいて
酸素濃度が誠少し、更に高温アニーυにより大さく減少
しており、酸素の析出が起きていることが分る。

次にエッ°ｆ−ングの結果について説す１］する。

化学エツチング液としてＷｒ　ｉ　ｇｌ＋　ｔ　？ｊｌ
　ｆ用い、へき開断面（１１０）をエツチングし、顕倣
軛により、内部欠陥の様Ｔ−ｖ分；ｒｆ　ｆ：調べた。

この観察がし、内部欠陥の大部分はｆｉｉｔ層欠陥であ
ることが分った。

この内部欠陥密度と基板の抵抗率との相関特性図を第５
図に示す。このグラフにみられる著しい特徴ｔｐ：　、
内部欠陥密度が抵抗率に大きく依存することである。つ
まり、抵抗率が０．０１〜０，０２Ω鋼のサンプルにお
いては、内部欠陥がほとんど発生せず、また二段の低温
アニールを施したものでは、明らかなドーパント依存性
が認められる。このことは、同一の抵抗率の基板を用い
同一の熱処理を施しても内部欠陥の密度は、ドーパント
により、１桁〜２柘異なり、Ｓｂにおいて最も多くなる
Ｃとを示［７ている。いくつかの単結晶インゴットから
切り出した、また切シ出し場所の異なる基板を用いても
、同様なドーパント依存性が見られたことにより、この
鯛礫は本質的なものと考えられる。

前述の酸素濃１畠の結果と伴せ考えると、この現象は次
のように解釈できろ。

酸素ｉ？Ｉ★ＩＷの判定結果ｔｊへいずれも工１（抗率
が０．１Ωｃｍ程度以上の〕、（板に関するもので必り
／°こが、い′　　ずれも単独の１代部アニールよシも
二段の低温アニールの方が酸素濃度の減少が著しく、ま
た二股の低温アニールに関しては、ドーパントの種類が
Ｐ。

Ａｓ、８ｂになるに従い、酸素濃度の減少が著しい（第
４図参照）。これらの結果は、第５図の内部欠陥密ＩＯ
Ｈの違いにも対応して現われており、酸素の析出が内部
欠陥の発生に係っていることを示している。低抵抗率（
０，０６ΩＣｒ１Ｌ程度以下）の基板においてｔよ、酸
素濃度の変化を知ることはでさなかっだが、抵抗率に対
して内部欠陥密度が連続的に変化していること（第５図
）から、低抵抗率側においても同様な機構によυ内部欠
陥ができるものと考えるのが妥当であろう。つまり０．
０１〜０．０２Ωｃｍの力・板において内部欠陥が発生
しなかったのは、高濃度のドーパントの存在により、酸
素の析出が妨げられだのであろう。

寸だ同一の抵抗率において、内部欠陥の密度がドーパン
トの種類に大きく依存したのは、例えば次のように考え
られる。

一般に、ドーパントは、シリコンの格子位置に、ＩＰ）
換した状態で位置しており、１１４接した原子（主とし
てＳｉ）と共有結合を組んでいる。その共有結合半径は
、Ｓｉでは１．１７Ａであるのに対し、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ
では夫々１．１０　、１．１８　、１．３６Ａと異なっ
ている。したがって、例えば最も共有結合半径の大きい
ｓｂでは、その周囲に大きな圧縮歪勿寿えることとなり
、結果として格子同位ｈ″、の酸素は不安定となシ、析
出し易い状態になっており、熱処理によシ容易に析出し
てしまうと考えられる。

本実施例における結果が、ドーパントが酸素の析出に影
響を与えていることケ見出したものである。

本発明によれば、ｎ型基板を用いた半導体基板の製造に
おいて、ＩＱ効果を効率よシ短時間で起こすためには、
少なくとも二段の低温アニールが好ましく、まだドーパ
ントとしてｓｂを用いるのが良い。まだ上記実施例にお
いて、Ｉ（Ｅ用熱処理として低温アニール→高温アニー
ルの２Ｊ、２階のアニールを行なっているが、低温アニ
ールの前に基板表面付近の酸素をｏｕｔ　ｄｉｆｆｕｓ
ｉｏｎするために高温のアニールを行なってもよい。ま
た、Ｓｂをドーパントとした基板上に、いわゆるエピタ
キシャル層を成醍さヒ、そのエピタキシャル層の表面上
に、その半導体装置を構成する場合でも、本発明が有効
なことも明らかである。そのエピタキシャル層としてｎ
型を成長させるには、本発明によればそのドーパントと
してはＰあるいはＡｓ、望ましくはＰが好ましい。その
理由は、エピタキシャル層成長後のプロセスによって、
当然のことながらその成長層ビｊＶＣ酸素が（Ｋ化）雰
囲気あるいは基板より拡散し、酸素の析出欠陥金つくる
ためと考えられる。一方、本発明の結果（第５図）によ
れば、同程度の敏素ｒ含んでいる除には、ドーパントと
してＰ＝ｉ用いたときが最も内部欠陥密度が低く、欠陥
が発生しにくいことを意味し、エピタキシャル層として
好ましいからである。またエピタキシャル成長の工程は
イントリンシック・ゲッタリングの前でもその途中でも
よい。ただし前に行なうときはエピタキシャル成長後の
イントリンシック・ゲッタリングは低ｌ晶アニールー中
高温アニールという２段階である方か良い。高温アニー
ル−低温アニール−中高温アニールというと３段階のイ
ントリンシック・ゲッタリングであると、高温アニール
の温度（１２００℃程度）はエピタキシャル成長の温度
（〜１１５０°０）よシ高いため高温アニール時に基板
中の１友素がエピタキシャル）膜中に拡散していき、欠
陥を生じてしまう。ただし、高温アニールの時間はふつ
う２〜３時間でやるからエピタキシャル！換がるる程度
厚ければ表ＬＩｉｌ付近では欠陥はめチリ生じないので
、半纏体製ｉ６−紫形成してもかまわない場合もある。

またエピタキシャル成長をイントリンシック・ゲッタリ
ングの途中で行なってもよい。そのときけ前記の３段階
のアニールの低温アニールと中高温アニールのｊ目、１
に行なう心安がある。尚温γニールを行なわずに低温ア
ニールの後でエピタキシャル成長させると、エピタキシ
ャル膜中に欠陥が成長してしまうからである。まだ３段
ｉＷのアニールにおいて中高温アニールとエピタキシャ
ル成長なよ淵度がほぼ等しいので場合に応じて中高温ア
ニールの意味でエピタキシャル成長を行なってもよい。

すなわら中茜温アニールを省略してもよい。

また、本発明のｎ型基板ｒ用いたＪ（Ｊ−（ｉ利用でき
る限界としては、抵抗率０．０１〜０．０２Ω菌では内
部欠陥は少なく著しい］（Ｊ効呆Ｑよあまり期待できな
いが、この抵抗率よりも大きいものは１０効来が期待で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図は本発明の詳細な説明
する熱処理による１眩素（ｆ、５Ｑｉの変化ケ示すｌ特
性図、第５図は本発す」の実力ｌ′ｌｔ例忙説明する抵
抗率の異なった端４．ソにおけるＰ旧り［；欠陥密度を
示ず特性図である。 （２３６２ｄ１２十７２（ｆｃ　　　／／４θＺ（券１
６勾　　？ん

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電気的に活性な不純物をほぼ一様にドープしたシリコン
   基板を用意し、そのシリコン基板に少なくとも低温アニ
   ール及び高温アニールを順次施すシリコン基板のイント
   リンシック−ゲッタリング方法において、前記不純物と
   してアンチモンを用いたことを特徴とするシリコン基板
   のイントリンシック・ゲッタリング方法。