(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表側面１，裏側面２、上層３、下層４、上層３の下側に存在する内側層５、下層４の上側に存在する内側層６、層５と６との間の中央領域７及び結晶格子欠陥の不均一な分布を有する半導体ディスクにおいて、欠陥の濃度が中央領域７に極大値（ｍａｘ１）及び下層４に極大値（ｍａｘ２）を有することを特徴とする、半導体ディスク。
【請求項２】
欠陥の濃度が、表側面１から、中央領域７の方向で極大値（ｍａｘ１）へと増加し、かつ下層４の方向で極大値（ｍａｘ２）へと増加する、請求項１に記載の半導体ディスク。
【請求項３】
結晶格子欠陥が空所である、請求項１又は２に記載の半導体ディスク。
【請求項４】
８００〜１３００℃の温度での熱処理による請求項１から３までのいずれか１項に記載の半導体ディスクの製造法において、熱処理の間に、半導体ディスクの表側面が、プロセスガス（ガス１）にさらされ、かつ裏側面がプロセスガス（２）にさらされており、但し、ガス１はガス２と種類が異なることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の半導体ディスクの製造法。
【請求項５】
熱処理後に、１３００から８００℃の温度範囲内で、毎秒１〜３００℃の冷却率を保つ、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
表側面１、裏側面２、上層３、下層４、上層３の下側に存在する内側層５、下層４の上側に存在する内側層６、層５と６との間の中央領域７及び酸素沈着のための核形成中心の不均一な分布を有する半導体ディスクにおいて、核形成中心の濃度が、中央領域７で極大値（ｍａｘ１）を有し、下層４で極大値（ｍａｘ２）を有し、核形成中心の濃度は、表側面１の上、上層３において、引き続く熱処理の際に、拡散せずに酸素が沈着していない１〜１００μｍの厚さの層が、表側面１の上に生じる程度に低下していることを特徴とする、半導体ディスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶格子欠陥の不均一な分布を有する半導体ディスク及びその製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
殊に半導体ディスクの製造のための珪素結晶体は、有利に、通常、石英ガラス坩堝中に装入される珪素溶融液からの種晶の引き延ばしによって得られる。書斎には、前記のいわゆる坩堝引き延ばし法（Ｔｉｅｇｅｌｚｉｅｈ−Ｖｅｒｆａｈｒｅｎ）は、Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉにより、例えばＷ．Ｚｕｌｅｈｎｅｒ  ｕｎｄ  Ｄ．Ｈｕｂｅｒ、Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ−Ｇｒｏｗｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ、Ｃｒｙｓｔａｌｓ  ８、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｖｅｒｌａｇ  Ｂｅｒｌｉｎ−Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ  １９８２中に記載されている。
【０００３】
坩堝引き延ばし法の間の珪素溶融液との石英ガラス坩堝の反応によって、成長していく珪素結晶体中に、主要不純物としての酸素が組み込まれている。酸素の濃度は、多くの場合に高いので、酸素は、結晶体の冷却後には過飽和の形で存在している。引き続く熱処理において、酸素は酸素沈着物の形で排除される。この排除には、利点と欠点がある。酸素沈着物のいわゆるゲッター特性は有利である。
【０００４】
これは、例えば金属不純物が半導体ディスク中で酸素沈着物に結合させられ、ひいては表面付近の構成要素に関係する層から除去されることである。欠点は、酸素沈着物が表面付近の構成要素に関係する層中で、半導体ディスク上で仕上げられた構成要素の機能を損なうことである。従って、表面付近では、露出した帯域、ＤＺとも呼称される沈着物のない帯域、ＰＦＺ及び半導体ディスクの内側、いわゆるバルク中で、高濃度の沈着物を生じさせようとしてきた。
【０００５】
公知技術水準、例えば「Ｏｘｙｇｅｎ  ｉｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ」Ｆ．Ｈｉｍｕｒａ、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ  ａｎｄ  Ｓｅｍｉｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｖｏｌ  ４２、Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ、Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ、１９９４においては、表面付近での酸素の拡散が、有利に１１００℃の温度での熱処理の際に達成されると開示されている。この拡散によって、沈着がもはや行われず、ひいてはＰＦＺが生じる限り、酸素の濃度は、表面付近の層中で低下する。この熱処理は、構成要素の製造プロセスの際に、多くの場合、直接組み込まれていた。最近のプロセスでは、前記の高い温度は、確かにもはや使用されていないので、必要な拡散は、付加的な熱処理工程によって実施されている。
【０００６】
殊に坩堝で引き出された半導体材料における酸素沈着は、本質的に２つの工程で行われる：
１）酸素沈着のための核形成中心、いわゆる核の形成
２）検出可能な酸素沈着のための前記の中心の成長
引き続く熱処理の間に、前記の核の大きさは、いわゆる「臨界半径」としてのより大きな半径を有する核が成長して酸素沈着物なるよう変性することができるが；これとは異なり、より小さな半径を有する核は崩壊（分解）してしまう。＞ｒｃの半径を有する核の成長は、より高い温度で行われ、本質的に、酸素の拡散によって制限されている。一般に許容されるモデル（例えば、Ｖａｎｈｅｌｌｅｍｏｎｔ他、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６２、第３９６０頁、１９８７参照）は、臨界半径ｒｃが、温度、酸素過飽和並びに空所の濃度の関数として記載されている。濃度とは、単位容量あたりの粒子のことである。高い酸素濃度及び／又は高い空所過剰飽和は、酸素沈着を簡素化もしくは促進し、より高い濃度の沈着につながる。更に、沈着物の濃度もしくは大きさは、殊に半導体ディスクの場合、熱炉プロセスの間、殊にいわゆるＲＴＡプロセス（高速熱アニーリング）の間の加熱率及び冷却率に左右される。前記の熱処理の場合、半導体ディスクは、数秒内に、１３００℃までの温度に昇温され、引き続き、毎秒３００℃までの速度で冷却される。
【０００７】
酸素濃度、空所濃度、割り込みの重度、ドープ剤濃度並びに既に存在する除去種晶、例えば炭素原子の濃度は、同様に酸素の沈着に影響を及ぼすものである。
【０００８】
国際公開番号ＷＯ９８／３８６７５号からは、熱処理を用いて得られる結晶格子空所の不均一な分布を有する半導体ディスクが公知である。この種の生じた空所プロフィールの最大値は、半導体ディスクのバルクの場合に存在しており、表面の方向で著しく低下する。引き続く、殊に８００℃で３時間及び１０００℃で１６時間の熱処理法の間、酸素沈着は前記のプロフィールに追従している。これによって、半導体ディスクのバルク中に酸素の事前の拡散及び酸素沈着のないＰＦＺが得られる。酸素沈着の濃度は、国際公開番号ＷＯ９８／３８６５７号によれば空所の濃度を上回って調節され、深さは、熱処理後の冷却率により調節される。前記半導体ディスクの欠点は、格子中心がバルクに制限されていることである。更に、極めて高いＢＭＤ濃度（バルク微晶欠陥）は、組み込まれた接続が、構成要素に関係する層の付近に存在する場合には、そこからの増大した漏流を招いてしまう。この漏流は、極めて高いＢＭＤ濃度を有する領域を、構成要素からできるだけ遠く離れて製造することによって最小にすることができる。更に就中、微小機械工学における使用の際に、半導体ディスクの中央部での高いＢＭＤ濃度は、沈着物が存在する際に、エッチング除去の大きな変化が確認されるので、選択的なエッチング挙動にマイナスの影響を及ぼすことが判明した。従って、酸素沈着をできるだけ定義された層に限定し、例えば微小機械工学構造の製造のために半導体ディスクの裏側部分を沈着物がないように保持するよう努力が払われた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、改善された内部格子作用を有する半導体ディスクのベースとして用いられる半導体ディスク及びその製造法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、欠陥の濃度が、中央領域７に極大値（ｍａｘ１）及び下層４に極大値（ｍａｘ２）を有することによって特徴付けられる、表側面１、裏側面２、上層３、下層４、上層３の下側に存在する内側層５、下層４の上側に存在する内側層６、層５と６との間の中央領域７及び結晶格子欠陥の不均一な分布を有する半導体ディスクによって解決される。
【００１１】
有利に欠陥は、有利に３００℃〜８００℃の温度での引き続く熱処理法の間に、酸素沈着のための核形成中心に変化する空所である。本発明によれば、核形成中心は、空所のプロフィールを追従している。有利に、欠陥の濃度は、半導体ディスクの表側面１から中央領域７の方向で極大値（ｍａｘ１）へと増加し、下層４の方向で極大値（ｍａｘ２）へと増加している。
【００１２】
従って、前記課題は、酸素沈着のための核形成中心の不均一な分布を有する半導体ディスクによっても解決される。
【００１３】
殊に、前記課題は、核形成中心の濃度が、中央領域７に極大値（ｍａｘ１）を有し、下層４に極大値（ｍａｘ２）を有し、かつ核形成中心の濃度が、表側面１の上及び上層３中において、引き続く熱処理の際に、拡散せずに酸素が沈着していない１〜１００μｍの厚さの層が、表側面１の上に生じる程度に低下していることによって特徴付けられる、表側面１，裏側面２、上層３、下層４、上層３の下側に存在する内側層５、下層４の上側に存在する内側層６、層５と６との間の中央領域７及び酸素沈着のための核形成中心の不均一な分布を有する半導体ディスクによって解決される。
【００１４】
驚異的なことに、核形成中心は、可動性の点欠陥ではなく、位置の固定した析出物であることが判明した。従って、本発明によれば、酸素沈着は、引き続く熱処理の間、例えば７８０℃で３時間及び１０００℃で１６時間の熱処理の間に、前記の位置の固定した析出物のプロフィールに正確に追従している。
【００１５】
従って、半導体ディスクの表面から離れた核形成中心の濃度の変化に基づき、引き続く熱処理法の際に酸素沈着の濃度の深さに応じた変化が達成される。
【００１６】
従って、核形成中心の濃度が表側面１の上及び上層３中において極めて低い半導体ディスクは、中央領域の方向で極大値（ｍａｘ１）にまで増加し、次に下層４中において極大値（ｍａｘ２）に達するよう裏側面２に向かって再度増加することは有利である。
【００１７】
あるいはまた、前記課題は、欠陥の濃度が、内側層５中に極大値（ｍａｘ１）を有することによって特徴付けられる、表側面１、裏側面２，上層３、下層４、上層３の下側に存在する内側層５、下層４の上側に存在する内側層６、層５と６との間の中央領域７及び結晶格子欠陥の不均一な分布を有する半導体ディスクによっても解決される。
【００１８】
有利に、欠陥は、有利に３００℃〜８００℃の温度での引き続く熱処理の間に、酸素沈着のための核形成中心に変わる空所である。本発明によれば、核形成中心は、空所のプロフィールに追従している。
【００１９】
従って、前記課題は、酸素沈着のための核形成中心の不均一な分布を有する半導体ディスクによっても解決される。
【００２０】
殊に、前記課題は、核形成中心の濃度が、内側層５に極大値（ｍａｘ１）を有し、核形成中心の濃度が、表側面１、裏側面２の上、上層３、下層４及び内側層６中において、引き続く熱処理の際に、拡散せずに酸素が沈着していない１〜１００μｍの層が表側面１及び裏側面２の上に生じるような程度に低下していることによって特徴付けられる、表側面１、裏側面２、上層３、下層４、上層の下側に存在する内側層５、下層４の上側に存在する内側層６、層５と６との間の中央領域７及び酸素沈着のための核形成中心の不均一な分布を有する半導体ディスクによっても解決される。
【００２１】
従って、本発明によれば、酸素沈着は、引き続く熱処理の間、例えば７８０℃で３時間及び１０００℃で１６時間の熱処理の間に、前記のプロフィールに正確に追従している。
【００２２】
殊に内側層５中での酸素沈着は、裏側領域が沈着物のないままであり、ひいては例えば微小機械工学における使用のために理想的な条件を提供するので、有利であることが判明した。それでもやはり、層５及び中央領域７において生じた沈着物によって良好なゲッター効果が達成される。
【００２３】
本発明によれば、半導体ディスク中に改善された内部ゲッター効果を有する半導体ディスクのためのベースとして、２つの極大値（例えば図１中に記載）もしくは半導体ディスクの表側面１と中央領域７との間に存在する（例えば図２中に記載）極大値を有する空所プロフィールを製造する。核形成中心は、引き続く熱処理法において前記のプロフィールを正確に追従している。
【００２４】
図３は、本発明により定義された半導体ディスクの層並びに表側面１、裏側面２及び層５と６との間の中央領域７を示している。上層３は、有利に０〜１００μｍの厚さであり、内側層５は、有利に１５〜３３０μｍの厚さであり、内側層６は、有利に１００〜３００μｍの厚さであり、下層４は、有利に０〜２５０μｍの厚さである。
【００２５】
表側面１の上の核形成中心の濃度は、有利に１０４ｃｍ−３ｍ未満であり、理想的には、ほぼ０であり；中央領域７への方向で表側面１から更に離れるとともに、濃度は増大し、そこで、一定のままであり、次に裏側面２に向かって更に増大するが、酸素の拡散は行われない（図１）。図２からのプロフィールは、同様に、核形成中心の相応するプロフィールに変化する。
【００２６】
前記の図面において、例えばＢＭＤ濃度は、単位を記載していない。ＢＭＤとは、一般に結晶欠陥、例えば空所又は核形成中心のことである。
【００２７】
本発明によれば、沈着物のない層が、半導体ディスクの構成要素に関係する面の上に、有利に１〜１００μｍの厚さで、高価な酸素拡散工程を実施しなくても得られる。
【００２８】
有利に、内側層５、内側層６及び下層４中には、構成要素製造の過程で、改善された内部ゲッター効果を保証する酸素沈着物が生じる。
【００２９】
更に、図１からのこの特殊な核形成中心プロフィールは、半導体ディスクの裏側面の上で、極めて高い濃度の沈着物が占めているので、そこに改善されたゲッター特性を生じている。
【００３０】
また有利に、上層３の下側に存在する内側層５中にのみ酸素沈着物が生じている。従って、極めて高い沈着物濃度を有する領域は、構成要素に関係する層から極めて離れて存在し、ひいては漏流の妨害を最小にすることが保証される。更に、事情により酸素沈着物から生じる二次欠陥、例えば構成要素に関係する表側面１への移動が達成できることからも明らかである。従って、半導体ディスクの表側面及びその下に存在する層中には、組み込まれた接続を損なうことがある欠陥は存在していない。
【００３１】
従って、本発明の課題は、熱処理の間に、半導体ディスクの表側面がプロセスガス（ガス１）にさらされ、裏側面がプロセスガス（ガス２）にさらされるが、但し、ガス１はガス２と種類が異なる、８００〜１３００℃の温度での熱処理による結晶格子欠陥の不均一な分布を有する半導体ディスクの製造法によっても解決される。
【００３２】
半導体ディスクの熱処理は、有利に２個の反応室を有するランプ炉（Ｌａｍｐｅｎｏｆｅｎ）中で行われる。この種の炉は、例えば欧州特許出願公開第０６７５５２４Ａ１号又は同第０４７６４８０Ｂ１号中に開示されている。また、ランプ炉は、半導体ディスクの迅速な加熱及び冷却を保証する。結晶格子欠陥のプロフィールは、殊に適当な迅速冷却によって凍結される。これを達成するために、冷却率は、半導体ディスクの熱処理後に、１３００から８００℃の温度範囲で、有利に毎秒１〜３００℃、特に有利に毎秒１００℃から毎秒２５０℃の間、殊に毎秒７５℃から毎秒２００℃の間である。
【００３３】
冷却率、温度、熱処理の期間及び使用したプロセスガスを用いて、欠陥の濃度及び深さが制御される。従って、例えば温度の上昇とともに、欠陥の濃度は上昇し、冷却率の低下とともにＰＦＺ幅が拡大する。
【００３４】
欠陥濃度が中央領域７に極大値（ｍａｘ１）を有し、下層４中に極大値（ｍａｘ２）を有する結晶格子欠陥の不均一な分布を有する半導体ディスクの製造法の場合、半導体ディスクの表側面１は、有利に窒素、水素及び希ガス並びに前記のガスの任意の混合物及び任意の不活性化合物を含むガスのグループから選択されている、有利に不活性プロセスガス（ガス１）にさらされている。場合により、１０容量％までの酸素の痕跡が存在している。
【００３５】
半導体ディスクの裏側面２は、有利に窒素又は窒素化合物、例えばアンモニア及び場合により１種又はそれ以上の不活性担体ガスを含む、有利に窒化性プロセスガス（ガス２）にさらされている。
【００３６】
欠陥濃度が内側層５中に極大値（ｍａｘ１）を有する結晶格子欠陥の不均一な分布を有する半導体ディスクの製造法の場合、半導体ディスクの表側面１は、窒素、水素及び希ガス並びに前記のガスの任意の混合物及び任意の不活性化合物を含むガスのグループから選択されている、有利に不活性プロセスガス（ガス１）にさらされている。場合により、１０容量％までの酸素の痕跡が存在している。
【００３７】
半導体ディスクの裏側面２は、有利に酸素又は酸素化合物、例えば水及び場合により１種又はそれ以上の担体ガスを含む、有利に酸化性プロセスガス（ガス２）にさらされている。
【００３８】
結晶格子欠陥の不均一な分布を有する半導体ディスクは、有利に３００〜８００℃の温度での引き続く熱処理によって、酸素沈着のための核形成中心の不均一な分布を有する半導体ディスクに変わる。
【００３９】
従って、本発明の課題は、結晶格子の不均一な分布を有する半導体ディスクに、３００〜８００℃の間の温度での熱処理を施す、酸素沈着のための核形成中心の不均一な分布を有する半導体ディスクの製造法によっても解決される。
【００４０】
熱処理の期間は、有利に１〜３６０分間、特に有利に３０〜２４０分間、殊に６０〜１８０分間である。熱処理は、有利にプロセスガス雰囲気下に実施される。プロセスガスは、酸素、窒素、水素及び希ガス並びに前記のガスの任意の混合物及び任意の不活性化合物を含むガスのグループから選択されている。
【００４１】
本発明によれば、中央領域７の濃度極大値（ｍａｘ１）及び下層４の濃度極大値（ｍａｘ２）によって特徴付けられる、酸素沈着のための核形成中心のプロフィールは半導体ディスク中に生じる。
【００４２】
本発明によれば、内側層５の濃度極大値（ｍａｘ１）によって特徴付けられる、酸素沈着のための核形成中心のプロフィールは半導体ディスク中に生じる。
【００４３】
この種のプロフィールを用いて、引き続く熱処理法の際に、沈着物のない層が表側面１の上に〜１００μｍの厚さで生じるが、酸素の拡散は必要ではない。層５及び６中での酸素沈着物の濃度は、有利に核形成中心の形成の際の条件、殊に有利に８００〜１３００℃の温度範囲内での熱処理の温度及び時間及び期間を用いて調節される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による半導体ディスクの２つの極大値を有する空所プロフィールを示す図面である。
【図２】図２は、半導体ディスクの表側面１と中央領域７との間に存在する極大値を有する空所プロフィールを示す図面である。
【図３】図３は、本発明により定義された半導体ディスクの層並びに表側面１、裏側面２及び層５と６との間の中央領域７を示す図面である。
【符号の説明】
１  表側面、  ２  裏側面、  ３  上層、  ４  下層、  ５  内側層、  ６  内側層、  ７  中央領域
【図１】
0003578396.tif 000002
【図２】
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【図３】
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