(57)【要約】【課題】面内抵抗率の均一性の高い半導体ウェーハの製造方法及び耐圧ばらつきの小さい半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】フローティングゾーン法によりシリコン結晶を形成し、所定濃度のＮ型不純物を注入する第１の注入工程と、第１の注入工程の後、シリコン結晶に中性子照射を行い、所定濃度のリンを注入する第２の注入工程を備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フローティングゾーン法によりシリコン結晶を形成し、所定濃度のＮ型不純物を注入する第１の注入工程と、
前記第１の注入工程の後、前記シリコン結晶に中性子照射を行い、所定濃度のリンを注入する第２の注入工程を備えることを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記第２の注入工程において、不純物量の８０〜９０％を注入することを特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記第１の注入工程において注入される前記Ｎ型不純物はリンであることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体ウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記第２の注入工程で注入されるリン濃度は、１．５〜６．４×１０１４／ｃｍ３であることを特徴とする請求項３記載の半導体ウェーハの製造方法。
【請求項５】
フローティングゾーン法によりシリコン結晶を形成し、所定濃度のＮ型不純物を注入する第１の注入工程と、
前記第１の注入工程の後、前記シリコン結晶に中性子照射を行い、所定濃度のリンを注入する第２の注入工程と、
前記シリコン結晶より半導体ウェーハを形成する工程と、
前記半導体ウェーハの所定位置に、不純物拡散領域を形成する工程と、
前記半導体ウェーハ上に電極を形成する工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中耐圧の半導体装置等に用いられる半導体ウェーハに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、中耐圧といわれる耐圧約３００〜５００Ｖクラスの半導体装置では、シリコンウェーハの抵抗率が１０〜２０Ωｃｍ程度のものが用いられている。
【０００３】
このようなシリコンウェーハの形成において、一般にフローティングゾーン法（以下ＦＺ法）が用いられている。ＦＺ法は、棒状多結晶シリコンの一部を高周波加熱コイルによって溶融し、単結晶を下方向に成長させる製造方法であり、るつぼを用いないため、シリコン融液への不純物混入が少なく、高純度のシリコン単結晶を形成するのに適した方法である。
【０００４】
そして、このようなＦＺ結晶において、原料となる多結晶シリコンに所定量の不純物を混入することなどにより、ＦＺ結晶に所定量の不純物をドープすることができる（例えば非特許文献１参照）。
【０００５】
このような方法により、例えば、３．３３×１０１４／ｃｍ３程度のリンをドープした単結晶を形成する。次いで、これをスライスラップ加工により抵抗率が約１５Ωｃｍとなるウェーハに仕上げる。さらに、得られたウェーハに、拡散層を形成した後、片面鏡面加工することにより、拡散ウェーハが形成される。
【０００６】
そして、このようにして形成されたウェーハを用いて、パワーＭＯＳトランジスタなどの中耐圧半導体装置が形成される。
【０００７】
【非特許文献１】「シリコンの科学」  発行：株式会社リアライズ社、
発刊：１９９６／０６／２８、ｐ．５０〜５９
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＦＺ結晶形成時のドープによると、ウェーハに加工したときの面内抵抗のばらつきが±１０〜１５％程度となり、不純物分布を均一に制御することが困難であった。そして、このようなウェーハを用いて半導体装置を形成すると、耐圧ばらつき不良が発生するという問題があった。そのため、抵抗率のばらつきを改善するために単結晶の成長条件が種々検討されているが、十分なものとはいえなかった。
【０００９】
一方、高抵抗で不純物の少ないノンドープのＦＺ結晶においては、中性子照射することにより、シリコン中に３％程度含まれる３０Ｓｉが、３１Ｐになるため、照射量を制御することによって、所望の不純物（リン）ドープを行うことができる。この中性子照射によるドープ（ＮＴＤ：Ｎｅｕｔｒｏｎ  Ｔｒａｎｓｍｕｔａｔｉｏｎ  Ｄｏｐｉｎｇ）は、特に均一性が高いため、耐圧ばらつきが抑えられることが期待できる。しかしながら、中耐圧の半導体装置に用いられる１０〜２０Ωｃｍのウェーハを得るには、長時間の照射が必要となる。従って、コストアップとなるとともに、照射炉の占有時間が長くなることから、照射依頼先が処理能力的に対応できないという問題があった。また、長時間照射によりリンがさらにイオウ化してしまう危惧があった。
【００１０】
そこで、本発明は、従来の問題を取り除き、面内抵抗率の均一性の高い半導体ウェーハの製造方法及び耐圧ばらつきの小さい半導体装置の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施態様の半導体ウェーハの製造方法は、フローティングゾーン法によりシリコン結晶を形成し、所定濃度のＮ型不純物を注入する第１の注入工程と、第１の注入工程の後、シリコン結晶に中性子照射を行い、所定濃度のリンを注入する第２の注入工程を備えることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の一実施態様の半導体装置の製造方法は、フローティングゾーン法によりシリコン結晶を形成し、所定濃度のＮ型不純物を注入する第１の注入工程と、第１の注入工程の後、シリコン結晶に中性子照射を行い、所定濃度のリンを注入する第２の注入工程と、シリコン結晶を半導体ウェーハに加工する工程と、半導体ウェーハの所定位置に、不純物拡散領域を形成する工程と、半導体ウェーハ上に電極を形成する工程を備えることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００１４】
図１乃至図４に、本実施形態における半導体ウェーハの製造工程を示す。先ず、図１に示すように、ＦＺ法により、２．０×１０１３／ｃｍ３のリンをプレドープした５インチ、（１００）、抵抗率２５０Ωｃｍの単結晶１を形成する。このとき、リンのドーピング方法としては、単結晶を引き上げる際、ＡｒガスにＰＨ３を所定濃度となるように流し、高周波加熱コイル２によって溶融した部分３に溶け込ませても良いし、原料の多結晶シリコンロッド４に予めドープしておいても良い。さらに、溶融部分のドーパント分布を、磁場を印加する等により制御しても良い。
【００１５】
次いで、図２に示すように、形成されたＦＺ結晶のインゴットをブロック５に分割し、中性子照射により２．８×１０１４／ｃｍ３のリンをドープし、抵抗率を１６．５Ωｃｍとする。そして、図３に示すように、これをスライスラップ加工によりウェーハ６に仕上げる。さらに、図４に示すように、１２００℃程度の炉でウェーハ６を加熱し、そこにオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３、液体）の蒸気を０２／Ｎ２のガスと一緒に供給し、ウェーハ６表面に、リンシリケートガラス（図示せず）と、高濃度で浅いリンの拡散層（図示せず）を形成する。そして、リンシリケートガラスを除去後、１２８０℃程度の炉で数十〜数百時間熱処理し（ドライブイン工程）、深い拡散層７を形成した後、片面鏡面加工することにより、拡散ウェーハ８を形成する。
【００１６】
得られた拡散ウェーハ８に、図５に示すように全面に酸化膜９を形成し、図６に示すように、所定の領域に例えば高濃度のボロンを注入、拡散させ、ガードリング１０を形成した後、ゲート酸化膜１１を形成する。そして、図７に示すように、ポリシリコンからなるゲート電極１２と、例えばボロンを注入することによりベース領域１３を形成し、図８に示すように、例えば砒素又はリンを注入することにより、ソース領域１４を形成し、層間絶縁膜１５を形成した後、図９に示すように、各電極１６を形成して、パワーＭＯＳトランジスタが形成される。
【００１７】
図３に示したスライスラップ加工されたウェーハにおける、面内の抵抗率のばらつきを図１０に示す。尚、比較例として、従来のＦＺ結晶形成時に１６．５Ωｃｍまでリンドープしたウェーハにおける抵抗率のばらつきを同時に示す。図に示すように、本実施形態によるウェーハにおいて、従来と比較して、約１／１０までばらつきが低減されていることがわかる。また、図９に示すようなパワーＭＯＳトランジスタにおいて、ウェーハ面内位置に対応した耐圧の分布を図１１に示す。尚、比較例として、従来のＮＴＤ法を用いないで１６．５Ωｃｍまでリンドープしたウェーハを用いて形成したパワーＭＯＳトランジスタにおける耐圧分布を同時に示す。図に示すように、本実施形態によるパワーＭＯＳトランジスタにおいては、面内の耐圧がほぼ一定になっていることが分かる。
【００１８】
本実施形態において、ＮＴＤによりリンを２．８×１０１４／ｃｍ３をドープしているが、ＮＴＤによるリンのドープ量は、１．５〜６．４×１０１４／ｃｍ３が適当である。すなわち、ウェーハ中に存在する３０Ｓｉのうち、１．５〜６．４×１０１４／ｃｍ３が３１Ｐに変換されていれば良い。より好ましくは、２．０〜４．５×１０１４／ｃｍ３である。１．５×１０１４／ｃｍ３未満であると、十分に抵抗率を下げることができない、或いはプレドープの依存度が高くなり、ウェーハ面内抵抗率のばらつきを十分低減することができない。一方、６．４×１０１４／ｃｍ３を超えると、ＮＴＤによるドープ時間が長くなり、照射依頼先が処理能力的に対応できなくなってしまう。
【００１９】
また、要求される半導体ウェーハの抵抗率（中耐圧のものだと、７．５〜２５Ωｃｍ）により変動するものの、ＮＴＤによるドープは、総ドープ量の７５〜９５％が適当である。より好ましくは、総ドープ量の８０〜９０％である。ＮＴＤによるドープ量が７５％未満であると、従来のＦＺ結晶形成時にドープしたものよりは改善されるものの、ＦＺ結晶形成時のプレドープ量が多くなり、ウェーハ面内抵抗率のばらつきを十分低減することができない。一方、９５％を越えると、ＮＴＤによるドープ時間が長くなり、ＮＴＤの前にプレドープを行うことによるドープ時間の短縮効果を十分に得ることが困難となる。
【００２０】
また、本実施形態においては、プレドープによりリンをドープしたが、Ａｓ、Ｓｂなど、他のＮ型不純物でもよい。
【００２１】
尚、本実施形態においては、得られた半導体ウェーハよりパワーＭＯＳトランジスタを形成したが、その他ＮＰＮ構造のバイポーラ−トランジスタなど中耐圧の半導体装置に用いることができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、面内抵抗率の均一性の高い半導体ウェーハの製造方法及び耐圧ばらつきの小さい半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における半導体ウェーハの製造工程を示す図。
【図２】本発明の一実施形態における半導体ウェーハの製造工程を示す図。
【図３】本発明の一実施形態における半導体ウェーハの製造工程を示す図。
【図４】本発明の一実施形態における半導体ウェーハの製造工程を示す図。
【図５】本発明の一実施形態におけるパワーＭＯＳトランジスタの製造工程を示す図。
【図６】本発明の一実施形態におけるパワーＭＯＳトランジスタの製造工程を示す図。
【図７】本発明の一実施形態におけるパワーＭＯＳトランジスタの製造工程を示す図。
【図８】本発明の一実施形態におけるパワーＭＯＳトランジスタの製造工程を示す図。
【図９】本発明の一実施形態におけるパワーＭＯＳトランジスタの製造工程を示す図。
【図１０】面内の抵抗率のばらつきを示す図。
【図１１】ウェーハ面内位置に対応したパワーＭＯＳトランジスタの耐圧の分布を示す図。
【符号の説明】
１  ＦＺ単結晶
２  高周波加熱コイル
３  溶融した部分
４  多結晶シリコンロッド
５  ブロック
６  ウェーハ
７  拡散層
８  拡散ウェーハ
９  酸化膜
１０  ガードリング
１１  ゲート酸化膜
１２  ゲート電極
１３  ベース領域
１４  ソース領域
１５  層間絶縁膜
１６  電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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