JP2701809B2 - Silicon single crystal substrate - Google Patents
Silicon single crystal substrateInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体デバイスのサ
ブストレートとして用いられるシリコン単結晶基板に関
するものである。The present invention relates to a silicon single crystal substrate used as a substrate of a semiconductor device.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体デバイスのシリコン単結晶基板と
しては、特殊用途の場合を除き、引き上げ法により形成
されたいわゆるCZ基板が用いられる。引き上げ法には
通常石英(SiO2 )製の坩堝が使用されるため、CZ
基板には、酸素が1017〜1018/cm3 程度含まれ
る。この酸素は当初固溶状態で格子間に存在しているが
熱処理を経ることにより析出する。この酸素析出には析
出核となるものが必要である。2. Description of the Related Art As a silicon single crystal substrate of a semiconductor device, a so-called CZ substrate formed by a pulling method is used except for a special purpose. Since a crucible made of quartz (SiO 2 ) is usually used in the pulling method, CZ
The substrate contains about 10 17 to 10 18 / cm 3 of oxygen. This oxygen initially exists between the lattices in a solid solution state, but is precipitated by heat treatment. For this oxygen precipitation, what serves as a precipitation nucleus is required.
【0003】酸素を含むシリコン単結晶では、450℃
程度の熱処理によりサーマルドナー( thermal donor)
が発生し抵抗率が低下する。このサーマルドナーの発生
には酸素の析出が密接に関係しているものと考えられて
いる。而して、シリコン単結晶には、通常同位体が含ま
れており、濃縮などの特別の加工が加えられない限り、
その同位体比は、天然シリコンの同位体存在比のままで
ある。In a silicon single crystal containing oxygen, 450 ° C.
Thermal donor due to moderate heat treatment
Occurs and the resistivity decreases. It is believed that the generation of this thermal donor is closely related to the precipitation of oxygen. Thus, silicon single crystals usually contain isotopes, and unless special processing such as enrichment is applied,
The isotope ratio remains the natural silicon isotope ratio.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のシリコ
ン単結晶では、熱処理によって結晶中に酸素析出物が生
成されたり、サーマルドナーが生成されたりする現象が
あり、従来のシリコン単結晶基板を用いた半導体装置の
特性を制御しきれないという問題があり、また、素子の
特性のバラツキが大きくなるという問題があった。した
がって、この発明の目的とするところは、酸素析出の抑
制されたシリコン単結晶基板を提供しうるようにするこ
とである。In the above-described conventional silicon single crystal, there is a phenomenon that heat treatment generates oxygen precipitates or thermal donors in the crystal. There is a problem that the characteristics of the semiconductor device cannot be controlled completely, and there is a problem that variations in the characteristics of the elements increase. Therefore, an object of the present invention is to provide a silicon single crystal substrate in which oxygen precipitation is suppressed.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるシリコン単結晶基板は、少なくともデ
バイスの形成される領域でのSi28の同位体Si29、S
i30の組成比が天然のSiでの組成比から±10%以上
ずれており、かつ、Si28、Si29、Si30のいずれの
組成比も99%以下であることを特徴とするものであ
る。Means for Solving the Problems] silicon single crystal substrate according to the present invention for achieving the above object, isotope Si 29 of Si 28 in the area formed of at least the device, S
The composition ratio of i 30 are offset from the composition ratio of the natural Si ± 10% or more, and characterized in that the Si 28, Si 29, any composition ratio of Si 30 also below 99% is there.
【0006】[0006]
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。本発明のシリコン単結晶基
板では、少なくともデバイス形成領域において、結晶中
の同位体Si29、Si30の存在比が天然での存在比から
±10%以上ずれている。天然のシリコン同位体存在比
は、Si28:Si29:Si30=92.23:4.67:
3.10であるので、 Si29の存在比:4.20%以下、または5.14%以
上 Si30の存在比:2.79%以下、または3.41%以
上 ということになる。本発明によるシリコン単結晶基板の
もう一つの満たすべき条件は、Si28、Si29、Si30
のいずれの存在比も99%以下になされていることであ
る。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the silicon single crystal substrate of the present invention, in at least the device formation region, the abundance ratio of the isotopes Si 29 and Si 30 in the crystal deviates from the natural abundance ratio by ± 10% or more. The natural silicon isotope abundance is: Si 28 : Si 29 : Si 30 = 92.23: 4.67:
Since it is 3.10, the content ratio of Si 29 is 4.20% or less, or 5.14% or more. The content ratio of Si 30 is 2.79% or less or 3.41% or more. Another condition to be satisfied by the silicon single crystal substrate according to the present invention is Si 28 , Si 29 , Si 30
Is 99% or less.
【0007】本発明によるシリコン単結晶基板では、図
1(a)に示すように、基板全体が上記の同位体比に成
分比が調整されたSi基板1であるか、あるいは、図1
(b)に示すように、成分比が調整されないSi基板3
上に、上記の同位体比に成分比が調整されたSiエピタ
キシャル層2の結晶層を設けたものである。これらの成
分比が調整された基板ないし結晶は、周知の同位体分離
技術を用いて各同位体に分離後、所望の同位体比に調合
することにより、あるいは天然のシリコンより特定の同
位体を引き抜くことにより若しくは天然のシリコンに特
定の同位体を添加することにより形成することができ
る。In the silicon single crystal substrate according to the present invention, as shown in FIG. 1A, the entire substrate is a Si substrate 1 whose component ratio is adjusted to the above isotope ratio, or FIG.
As shown in (b), the Si substrate 3 whose component ratio is not adjusted
On top, a crystal layer of the Si epitaxial layer 2 whose component ratio is adjusted to the above isotope ratio is provided. The substrate or crystal in which these component ratios have been adjusted is separated into each isotope using a well-known isotope separation technique, and then adjusted to a desired isotope ratio, or a specific isotope is obtained from natural silicon. It can be formed by drawing or by adding specific isotopes to natural silicon.
【0008】シリコン単結晶における酸素析出過程につ
いての研究において、本発明者は、特定の同位体比のシ
リコン単結晶において酸素が析出しやすいことを見いだ
した。したがって、この酸素を析出させやすい同位体比
のシリコンを避けることにより、酸素析出の抑制された
シリコン単結晶を得ることができる。In a study on the oxygen precipitation process in a silicon single crystal, the present inventors have found that oxygen is easily precipitated in a silicon single crystal having a specific isotope ratio. Therefore, a silicon single crystal in which oxygen precipitation is suppressed can be obtained by avoiding silicon having an isotope ratio that easily precipitates oxygen.
【0009】シリコン単結晶は主に液相から固相に徐冷
することで作られるが、その際にわずかに凝固点の高い
Si29やSi30が先に凝集して結晶中に微細な固まりを
作る。この質量数の僅かに異なる元素の固まりは酸素析
出の核となり得る。天然のシリコン同位体存在比は、上
述のように、Si28:Si29:Si30=92.23:
4.67:3.10であるが、この程度の存在比の場合
特に固まりが生じやすい。しかし、例えば、Si29とS
i30を天然の半分以下とした、同位体存在比:Si28:
Si29:Si30=96.5:2.0:1.5のシリコン
では、固まりは生じにくく、Si29とSi30はSi28結
晶内に均等に分散される傾向にある。また、固まりが形
成されてもその大きさと密度は低く抑えられる。固まり
の大きさが小さい場合には酸素析出の核となる可能性は
低くなる。また、逆に、Si29、Si30の存在比を上げ
て、例えば、Si28:Si29=50:50、としたシリ
コンでは同位体は混じり合って固まりが形成されること
はない。A silicon single crystal is mainly produced by gradually cooling from a liquid phase to a solid phase. At that time, Si 29 or Si 30 having a slightly higher freezing point aggregates first to form fine aggregates in the crystal. create. This mass of slightly different elements can serve as nuclei for oxygen precipitation. As described above, the natural silicon isotope abundance ratio is as follows: Si 28 : Si 29 : Si 30 = 92.23:
The ratio is 4.67: 3.10, but at such an abundance ratio, lumps are particularly likely to occur. However, for example, Si 29 and S
Isotope abundance ratio: Si 28 : i 30 less than half of natural:
With silicon of Si 29 : Si 30 = 96.5: 2.0: 1.5, agglomeration hardly occurs, and Si 29 and Si 30 tend to be evenly dispersed in the Si 28 crystal. Further, even if a lump is formed, its size and density can be kept low. When the size of the mass is small, the possibility of becoming a nucleus of oxygen precipitation is reduced. Conversely, in silicon in which the abundance ratio of Si 29 and Si 30 is increased, for example, Si 28 : Si 29 = 50: 50, isotopes are not mixed to form a cluster.
【0010】本願発明では、このようにシリコンの同位
体比を天然の比から変化させることで、析出核となり得
る同位体の固まりの大きさと密度を制御し、これにより
酸素析出物やサーマルドナーの発生を抑制している。而
して、特定の同位体の純度を大幅に上げようとすると、
純度に応じてコストが幾何級数的に上昇する。ところ
が、本発明者の実験によれば、高純度に純度を上げても
酸素析出物の観点からは、特別の効果は得られなかっ
た。よって、本発明においては、各同位体の純度を99
%以下に限定している。このような本発明のシリコン単
結晶基板を用いて半導体装置を製造する場合、欠陥の発
生を抑制して、半導体デバイスの製造歩留りを向上させ
ることができるとともに極めて均一な特性のデバイスを
得ることができる。In the present invention, by changing the isotope ratio of silicon from the natural ratio in this way, the size and density of the isotope clusters that can serve as precipitation nuclei are controlled, whereby the oxygen precipitates and thermal donors are reduced. The occurrence is suppressed. Thus, in order to significantly increase the purity of a particular isotope,
The cost increases geometrically depending on the purity. However, according to the experiment of the present inventors, no special effect was obtained from the viewpoint of oxygen precipitates even when the purity was increased to a high purity. Therefore, in the present invention, the purity of each isotope is set to 99%.
% Or less. When a semiconductor device is manufactured using such a silicon single crystal substrate of the present invention, it is possible to suppress the occurrence of defects, to improve the manufacturing yield of semiconductor devices, and to obtain a device having extremely uniform characteristics. it can.
【0011】[0011]
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。 [第1の実施例]Si28に対するSi29とSi30の比を
天然の2倍に増加させた。すなわち、Si28:Si29:
Si30=84.46:9.34:6.20の同位体比の
シリコン基板を得、これを電気炉で1000℃、16時
間、窒素雰囲気で熱処理した。図2は、熱処理後のSi
基板1の酸素析出状況を示す平面図である。同図に示さ
れるように、酸素析出物4は極めて少ない。Next, an embodiment of the present invention will be described. [First Example] The ratio of Si 29 to Si 30 to Si 28 was increased to twice that of natural. That is, Si 28 : Si 29 :
A silicon substrate having an isotope ratio of Si 30 = 84.46: 9.34: 6.20 was obtained, and this was heat-treated in an electric furnace at 1000 ° C. for 16 hours in a nitrogen atmosphere. FIG. 2 shows the Si after heat treatment.
FIG. 3 is a plan view showing a state of oxygen precipitation on a substrate 1. As shown in the figure, the amount of oxygen precipitate 4 is extremely small.
【0012】[比較例1]比較のために、天然の同位体
存在比のシリコン基板について同様の熱処理を行った。
図3は、熱処理後の、成分比が調整されないSi基板3
の酸素析出状況を示す平面図である。同図に示されるよ
うに、従来のSi基板では多くの酸素析出物4が認めら
れた。Comparative Example 1 For comparison, a silicon substrate having a natural isotope abundance ratio was subjected to the same heat treatment.
FIG. 3 shows a Si substrate 3 whose component ratio is not adjusted after heat treatment.
It is a top view which shows the oxygen precipitation situation of. As shown in the figure, many oxygen precipitates 4 were observed in the conventional Si substrate.
【0013】[第2の実施例]Si28に対するSi29と
Si30の比を天然の3分の1に減少させた。すなわち、
Si28:Si29:Si30=97.41:1.56:1.
03の同位体比のシリコン基板を得、電気炉で450
℃、30分、窒素雰囲気で熱処理した。熱処理後のサー
マルドナーの発生密度は計測装置の測定感度以下であっ
た。[0013] A Second Embodiment] The ratio of Si 29 and Si 30 against Si 28 is reduced to one third of the natural. That is,
Si 28 : Si 29 : Si 30 = 97.41: 1.56: 1.
A silicon substrate having an isotope ratio of 03 was obtained, and 450
Heat treatment was performed at 30 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere. The density of generated thermal donors after the heat treatment was lower than the measurement sensitivity of the measuring device.
【0014】[比較例2]比較のために、天然の同位体
存在比のシリコン基板について同様の熱処理を行ったと
ころ、サーマルドナーの発生密度は7×1015cm-3で
あった。Comparative Example 2 For comparison, when a silicon substrate having a natural isotope abundance ratio was subjected to the same heat treatment, the generation density of thermal donors was 7 × 10 15 cm -3 .
【0015】[0015]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるシリ
コン単結晶基板は、結晶の引き上げ時にシリコン同位体
が固まりを作りにくい、あるいは固まりの大きさ、密度
が低くなる同位体比とするものであるので、熱処理によ
り発生する酸素析出やサーマルドナーを低く抑えること
ができる。したがって、本発明によれば、製造歩留りを
向上させることができるとともに半導体デバイスの特性
のバラツキを抑えることができる。As described above, the silicon single crystal substrate according to the present invention has an isotope ratio that makes it difficult for silicon isotopes to form a mass when the crystal is pulled up, or reduces the size and density of the mass. Therefore, oxygen precipitation and thermal donors generated by the heat treatment can be suppressed low. Therefore, according to the present invention, it is possible to improve the manufacturing yield and suppress the variation in the characteristics of the semiconductor device.
【図1】本発明の実施の形態を説明するためのシリコン
単結晶基板の断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view of a silicon single crystal substrate for describing an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施例の酸素析出状況を示す平面図。FIG. 2 is a plan view showing the state of oxygen precipitation according to an example of the present invention.
【図3】従来例の酸素析出状況を示す平面図。FIG. 3 is a plan view showing a state of oxygen precipitation in a conventional example.
1 成分比が調整されたSi基板 2 成分比が調整されたSiエピタキシャル層 3 成分比が調整されないSi基板 4 酸素析出物 1 Si substrate with adjusted component ratio 2 Si epitaxial layer with adjusted component ratio 3 Si substrate without adjusted component ratio 4 Oxygen precipitate
Claims (2)
のSi28の同位体Si29、Si30の組成比が天然のSi
での組成比から±10%以上ずれており、かつ、S
i28、Si29、Si30のいずれの組成比も99%以下で
あることを特徴とするシリコン単結晶基板。1. The composition ratio of isotopes Si 29 and Si 30 of Si 28 at least in a region where a device is formed is a natural Si.
± 10% or more from the composition ratio at
A silicon single crystal substrate, wherein the composition ratio of any of i 28 , Si 29 , and Si 30 is 99% or less.
料からなるエピタキシャル層が、組成比の調整されてい
ない単結晶シリコン基板上に形成されていることを特徴
とするシリコン単結晶基板。2. The silicon single crystal substrate according to claim 1, wherein the epitaxial layer made of the material having the limited composition ratio is formed on a single crystal silicon substrate whose composition ratio is not adjusted.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26610595A JP2701809B2 (en) | 1995-09-21 | 1995-09-21 | Silicon single crystal substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26610595A JP2701809B2 (en) | 1995-09-21 | 1995-09-21 | Silicon single crystal substrate |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0992588A JPH0992588A (en) | 1997-04-04 |
| JP2701809B2 true JP2701809B2 (en) | 1998-01-21 |
Family
ID=17426391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26610595A Expired - Lifetime JP2701809B2 (en) | 1995-09-21 | 1995-09-21 | Silicon single crystal substrate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2701809B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4529416B2 (en) * | 2003-11-07 | 2010-08-25 | 信越半導体株式会社 | Manufacturing method of silicon single crystal wafer and silicon single crystal wafer |
-
1995
- 1995-09-21 JP JP26610595A patent/JP2701809B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0992588A (en) | 1997-04-04 |
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