JP2572051B2 - エピタキシャル成長用シリコンウェーハ及びその製造方法 - Google Patents
エピタキシャル成長用シリコンウェーハ及びその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はシリコンウェーハ、特にエピタキシャル成長
用シリコンウェーハ及びその製造方法に係る。
用シリコンウェーハ及びその製造方法に係る。
[従来の技術] 電力用素子を初めとしてバイポーラ素子、MOS素子の
高性能化に伴い、エピタキシャル成長用のシリコンウェ
ーハが使用される範囲が拡がると共に、シリコンウェー
ハの結晶欠陥の低減が強く要求されている。これに対
し、シリコンウェーハの製造技術面における開発も進み
つつあり、汚染に起因する結晶欠陥の発生に対しては、
製造環境の清浄化、ウェーハ取扱い装置の自動化、使用
薬品の高純度化等で対処しており、ウェーハ加工時に発
生する加工欠陥に起因する結晶欠陥に対しては、前述の
対策の他に加工技術の向上によって対処している。しか
しながら、いずれの対策も不十分であり、満足のいくも
のではない。
高性能化に伴い、エピタキシャル成長用のシリコンウェ
ーハが使用される範囲が拡がると共に、シリコンウェー
ハの結晶欠陥の低減が強く要求されている。これに対
し、シリコンウェーハの製造技術面における開発も進み
つつあり、汚染に起因する結晶欠陥の発生に対しては、
製造環境の清浄化、ウェーハ取扱い装置の自動化、使用
薬品の高純度化等で対処しており、ウェーハ加工時に発
生する加工欠陥に起因する結晶欠陥に対しては、前述の
対策の他に加工技術の向上によって対処している。しか
しながら、いずれの対策も不十分であり、満足のいくも
のではない。
以上の不完全さを補うためには、シリコンウェーハ中
に混入される酸素濃度を制御する必要がある。そのため
に、単結晶引き上げ装置で使用される石英ルツボから単
結晶への酸素混入量を厳密に制御し、エピタキシャル成
長工程前における付加加熱処理中及びエピタキシャル成
長工程中における加熱処理中に発生するシリコンウェー
ハ中への酸素混入量の程度によって、イントリンシック
ゲッタリングまたはウェーハ内部ゲッタリング(以下IG
という)あるいはエクストリンシックゲッタリング又は
ウェーハ裏面ゲッタリング(以下EGという)、又はこれ
らの組合せの中から選択されて実施されている。
に混入される酸素濃度を制御する必要がある。そのため
に、単結晶引き上げ装置で使用される石英ルツボから単
結晶への酸素混入量を厳密に制御し、エピタキシャル成
長工程前における付加加熱処理中及びエピタキシャル成
長工程中における加熱処理中に発生するシリコンウェー
ハ中への酸素混入量の程度によって、イントリンシック
ゲッタリングまたはウェーハ内部ゲッタリング(以下IG
という)あるいはエクストリンシックゲッタリング又は
ウェーハ裏面ゲッタリング(以下EGという)、又はこれ
らの組合せの中から選択されて実施されている。
ここに、IGとは、シリコンウェーハの加熱温度によっ
て決定されるシリコンウェーハ中の飽和酸素量及び結晶
化後からの熱履歴によって決定される析出核の量等に関
連した不純物の局所固定化をいう。また、EGとは、エピ
タキシャル成長が施されるシリコンウェーハの一方の面
とは反対側の他方の面(以下裏面という)に制御しつつ
施された機械的損傷、微細シリコン多結晶又は微細Si3N
4多結晶等による不純物の局所的固定化をいう。
て決定されるシリコンウェーハ中の飽和酸素量及び結晶
化後からの熱履歴によって決定される析出核の量等に関
連した不純物の局所固定化をいう。また、EGとは、エピ
タキシャル成長が施されるシリコンウェーハの一方の面
とは反対側の他方の面(以下裏面という)に制御しつつ
施された機械的損傷、微細シリコン多結晶又は微細Si3N
4多結晶等による不純物の局所的固定化をいう。
[本発明が解決すべき問題点] IGのゲッタリング性はシリコンウェーハ中の酸素析出
量が小さいものに対しては良好でない。しかし、IGのゲ
ッタリング性を増大する目的で酸素量を増加させ過ぎる
とウェーハ加熱処理時に析出物に起因するスリップ等が
発生する問題点があり、そこで、酸素濃度が10×1017at
oms/cm3(1981年版ASTMによって与えられた測定規格に
よる酸素含有率)程度以下のシリコンウェーハの場合に
はIGは適用不適切であるので、このようなシリコンウェ
ーハの場合にはEGが使用されている。
量が小さいものに対しては良好でない。しかし、IGのゲ
ッタリング性を増大する目的で酸素量を増加させ過ぎる
とウェーハ加熱処理時に析出物に起因するスリップ等が
発生する問題点があり、そこで、酸素濃度が10×1017at
oms/cm3(1981年版ASTMによって与えられた測定規格に
よる酸素含有率)程度以下のシリコンウェーハの場合に
はIGは適用不適切であるので、このようなシリコンウェ
ーハの場合にはEGが使用されている。
しかしながら、例えば裏面機械損傷法のようなEGで
は、SiO2,SiC,Al2O3等の細粉を高速気流又は高速水流に
混入して、これらをシリコンウェーハの裏面に吹きつけ
る方法、又は前記細粉を混合した有機物で製作した細毛
からなるブラシでシリコンウェーハの裏面をこする方法
等によるため、シリコンウェーハの裏面の清浄度を維持
するのが極めて困難であるという欠点がある。
は、SiO2,SiC,Al2O3等の細粉を高速気流又は高速水流に
混入して、これらをシリコンウェーハの裏面に吹きつけ
る方法、又は前記細粉を混合した有機物で製作した細毛
からなるブラシでシリコンウェーハの裏面をこする方法
等によるため、シリコンウェーハの裏面の清浄度を維持
するのが極めて困難であるという欠点がある。
[問題点を解決するための手段] 本発明の目的は、以上ような従来技術が有する問題点
を解消し、低酸素濃度であってもIG効果を有するエピタ
キシャル成長用シリコンウェーハを提供することにあ
る。
を解消し、低酸素濃度であってもIG効果を有するエピタ
キシャル成長用シリコンウェーハを提供することにあ
る。
前記本発明の目的は、予めドープ用不純物が含有され
たシリコンウェーハに、不純物捕捉効果を持たせるべく
高速中性子が1×1012個/cm2以上照射されてなること
を特徴とするエピタキシャル成長用シリコンウェーハに
よって達成される。
たシリコンウェーハに、不純物捕捉効果を持たせるべく
高速中性子が1×1012個/cm2以上照射されてなること
を特徴とするエピタキシャル成長用シリコンウェーハに
よって達成される。
また、前記目的は、予めドープ用不純物が含有された
シリコンウェーハに、不純物捕捉効果を持たせるべく熱
中性子/高速中性子比が30以下の原子炉によって高速中
性子を1×1012個/cm2以上照射することを特徴とする
エピタキシャル成長用シリコンウェーハの製造方法によ
っても達成される。
シリコンウェーハに、不純物捕捉効果を持たせるべく熱
中性子/高速中性子比が30以下の原子炉によって高速中
性子を1×1012個/cm2以上照射することを特徴とする
エピタキシャル成長用シリコンウェーハの製造方法によ
っても達成される。
[作用] 酸素濃度が約0.5×1017atoms/cm3以上であって1×10
16個/cm2以上の高速中性子を照射したシリコンウェー
ハを900℃に加熱すると、このシリコンウェーハの波長
1.1〜2μmの赤外線吸収が増大する。この現象は、ほ
ぼ入射赤外光の波長に等しい径を有すると共に極めて多
数の微小角度ずれを有する粒子領域の散乱のためと考え
られる。このことは、前述のシリコンウェーハの電子顕
微鏡観察によれば、約0.1〜10μmの約0.1°程度以下の
微小角度ずれを有する粒子領域が1×103個/cm3以上発
生しており、かつこの粒子領域の境界で僅かに歪んでい
ることが確認されることからも明らかである。因みに、
この粒子領域はゲッタリング効果を奏するものであり、
前述の観察によれば、ほぼ1時間以上後に消失すること
が確認されることから、素子製造工程中で消失せずに他
のゲッタリング能担体が熱処理によって大きく成長し、
スリップや大きな析出となって素子特性を妨げるのと異
なり、素子特性を強く左右する素子製造工程の初期にお
いて、不純物や表面加工損傷等に対するゲッタリング効
果を向上せしめ得る。
16個/cm2以上の高速中性子を照射したシリコンウェー
ハを900℃に加熱すると、このシリコンウェーハの波長
1.1〜2μmの赤外線吸収が増大する。この現象は、ほ
ぼ入射赤外光の波長に等しい径を有すると共に極めて多
数の微小角度ずれを有する粒子領域の散乱のためと考え
られる。このことは、前述のシリコンウェーハの電子顕
微鏡観察によれば、約0.1〜10μmの約0.1°程度以下の
微小角度ずれを有する粒子領域が1×103個/cm3以上発
生しており、かつこの粒子領域の境界で僅かに歪んでい
ることが確認されることからも明らかである。因みに、
この粒子領域はゲッタリング効果を奏するものであり、
前述の観察によれば、ほぼ1時間以上後に消失すること
が確認されることから、素子製造工程中で消失せずに他
のゲッタリング能担体が熱処理によって大きく成長し、
スリップや大きな析出となって素子特性を妨げるのと異
なり、素子特性を強く左右する素子製造工程の初期にお
いて、不純物や表面加工損傷等に対するゲッタリング効
果を向上せしめ得る。
[実施例] 前述の現象を確認するために、同一ロッドから製造し
たシリコンウェーハに対して、高速中性子を5×1016個
/cm2以上照射した場合の効果を測定し、その結果を第
1図に示す。
たシリコンウェーハに対して、高速中性子を5×1016個
/cm2以上照射した場合の効果を測定し、その結果を第
1図に示す。
第1図における注記1)〜4)は下記の通りである。
注記1)高速中性子照射量はほぼ5×1016個/cm2。
2)赤外線吸収測定法によって1981年版ASTM基準に従っ
て換算した値。
て換算した値。
3)加工Aにおいては、高速中性子照射後900℃10分熱
処理を施したシリコンウェーハにSiCl3Hによってエピタ
キシャル成長を行ない、加工Bにおいては、加工Aを実
施したシリコンウェーハにFeで表面を微量汚染を行なっ
た。
処理を施したシリコンウェーハにSiCl3Hによってエピタ
キシャル成長を行ない、加工Bにおいては、加工Aを実
施したシリコンウェーハにFeで表面を微量汚染を行なっ
た。
4)NTDは、中性照射転換ドープを施したシリコンウェ
ーハを示す。
ーハを示す。
第1図において、資料No.1〜32のシリコンウェーハの
いずれもが横磁界下で引上げたシリコン単結晶から製造
したものである。
いずれもが横磁界下で引上げたシリコン単結晶から製造
したものである。
この結果から、高速中性子が照射されたシリコンウェ
ーハはIGによるゲッタリング性が良好であることがわか
る。因みに、高速中性子照射量が5×1016個/cm2以上
の場合、シリコンウェーハの酸素濃度の差によってはIG
によるゲッタリング性の差はみられず、シリコンウェー
ハの抵抗の差についても、B、Asドーバントにおいては
5〜20Ωcmの範囲でPドーバントにおいては30〜50Ωcm
の範囲でIGによるゲッタリング性の差はみられない。
ーハはIGによるゲッタリング性が良好であることがわか
る。因みに、高速中性子照射量が5×1016個/cm2以上
の場合、シリコンウェーハの酸素濃度の差によってはIG
によるゲッタリング性の差はみられず、シリコンウェー
ハの抵抗の差についても、B、Asドーバントにおいては
5〜20Ωcmの範囲でPドーバントにおいては30〜50Ωcm
の範囲でIGによるゲッタリング性の差はみられない。
第2図は、加工誘起積層欠陥に注目して、即ち、加工
誘起欠陥がエピタキシャル成長工程を経た後にエピタキ
シャル成長表面に出現するかしないか、出現した場合そ
の出現量を良否判定基準にして、B20ΩcmドープSi及びP
50ΩcmNTDSiに対し高速中性子照射量を1×1014個/cm2
〜1×1017個/cm2の間の6通りに変化させて、加工誘
起積層欠陥の個数を測定したデータを線1で表示したグ
ラフである。この第2図において、高速中性子無照射時
の平均値(7×103個/cm2)は破線2で示されており、
各高速中性子照射量における測定データの上限値を第2
図中一点鎖線3の如く延長した場合、この一点鎖線は高
速中性子照射量1×1012個/cm2において加工誘起欠陥
数104個/cm2の点をほぼ通過することから、高速中性子
照射量が1×1012個/cm2以上であれば、加工誘起欠陥
数を高速中性子無照射時に比べて減少させ得、したがっ
て、IGによるゲッタリング性を向上し得ると考えられ
る。
誘起欠陥がエピタキシャル成長工程を経た後にエピタキ
シャル成長表面に出現するかしないか、出現した場合そ
の出現量を良否判定基準にして、B20ΩcmドープSi及びP
50ΩcmNTDSiに対し高速中性子照射量を1×1014個/cm2
〜1×1017個/cm2の間の6通りに変化させて、加工誘
起積層欠陥の個数を測定したデータを線1で表示したグ
ラフである。この第2図において、高速中性子無照射時
の平均値(7×103個/cm2)は破線2で示されており、
各高速中性子照射量における測定データの上限値を第2
図中一点鎖線3の如く延長した場合、この一点鎖線は高
速中性子照射量1×1012個/cm2において加工誘起欠陥
数104個/cm2の点をほぼ通過することから、高速中性子
照射量が1×1012個/cm2以上であれば、加工誘起欠陥
数を高速中性子無照射時に比べて減少させ得、したがっ
て、IGによるゲッタリング性を向上し得ると考えられ
る。
ここに前述の高速中性子照射量の1×1014個/cm2〜
1×1017個/cm2の間の6通りの変化は、第2表に示す
原子炉を使用した。
1×1017個/cm2の間の6通りの変化は、第2表に示す
原子炉を使用した。
因みに、第1表から明らかな通り、高速中性子照射に
使用した原子炉の熱中性子/高速中性子比は約6〜3000
の範囲であり、高速中性子の線束密度は、約2×109個
/cm2・s〜1×1013個/cm2・sの範囲である。したが
って、例えば、1×1014個/cm2の高速中性子照射に必
要な時間は10秒〜14時間であり、1×1016個/cm2の高
速中性子照射に必要な時間は17分〜1389時間となる。す
なわち、必要とする高速中性子照射量に応じて適切な原
子炉を選べば十分に短時間かつ高精度で必要な高速中性
子照射量を照射し得る。
使用した原子炉の熱中性子/高速中性子比は約6〜3000
の範囲であり、高速中性子の線束密度は、約2×109個
/cm2・s〜1×1013個/cm2・sの範囲である。したが
って、例えば、1×1014個/cm2の高速中性子照射に必
要な時間は10秒〜14時間であり、1×1016個/cm2の高
速中性子照射に必要な時間は17分〜1389時間となる。す
なわち、必要とする高速中性子照射量に応じて適切な原
子炉を選べば十分に短時間かつ高精度で必要な高速中性
子照射量を照射し得る。
高速中性子の照射にあたっては、高速中性子照射に伴
って熱中性子照射も同時に照射されることに留意しけれ
ばならない。この熱中性子照射があると、Si30がP31に
転換されるために、BドープSiにおいては生成されるP
によるBドーバントのコンペンゼーションが起こって抵
抗が上昇しAsドープSiにおいては生成されるPによる抵
抗の低下が生ずる。これらの変化は、元々のSiの抵抗が
低い程小さく、抵抗が10Ωcm以下の場合は、前述のいず
れの原子炉による高速中性子照射でも、前述の変化は10
%以下となる。元々の抵抗が10Ωcm以上の場合は、熱中
性子照射量に対応したコンペンゼーションが必要であ
る。
って熱中性子照射も同時に照射されることに留意しけれ
ばならない。この熱中性子照射があると、Si30がP31に
転換されるために、BドープSiにおいては生成されるP
によるBドーバントのコンペンゼーションが起こって抵
抗が上昇しAsドープSiにおいては生成されるPによる抵
抗の低下が生ずる。これらの変化は、元々のSiの抵抗が
低い程小さく、抵抗が10Ωcm以下の場合は、前述のいず
れの原子炉による高速中性子照射でも、前述の変化は10
%以下となる。元々の抵抗が10Ωcm以上の場合は、熱中
性子照射量に対応したコンペンゼーションが必要であ
る。
この高速中性子照射に伴うコンペンゼーションの量を
小さくすると共に高速中性子照射による効果を大きくす
るためには、熱中性子/高速中性子比が小さい原子炉を
使用すればよく、こうすることによって、高速中性子の
照射時間を短くし得、生産性向上の点からも有利であ
る。前述の実験からは、熱中性子/高速中性子比が30以
下のものが好ましい。
小さくすると共に高速中性子照射による効果を大きくす
るためには、熱中性子/高速中性子比が小さい原子炉を
使用すればよく、こうすることによって、高速中性子の
照射時間を短くし得、生産性向上の点からも有利であ
る。前述の実験からは、熱中性子/高速中性子比が30以
下のものが好ましい。
本発明の方法によって製造したシリコンウェーハに対
するエピタキシャル成長工程前の熱処理の有用性につい
ては、実験によれば、熱処理を施したシリコンウェーハ
と熱処理を施さないシリコンウェーハとでは、差が見い
出せなかった。理由は、シリコンウェーハをエピタキシ
ャル成長炉に投入し加熱を開始してからエピタキシャル
成長工程の開始までの時間の短縮化には自ら限界がある
ため、この間に高速中性子照射後加熱処理による欠陥が
両者とも同一レベル発生してしまうからである。したが
って、実用的には、エピタキシャル成長工程前の熱処理
を省略して高速中性子照射後、機械加工し、ウェーハ化
したものを直ちにエピタキシャル成長工程に投入しても
何等問題はない。
するエピタキシャル成長工程前の熱処理の有用性につい
ては、実験によれば、熱処理を施したシリコンウェーハ
と熱処理を施さないシリコンウェーハとでは、差が見い
出せなかった。理由は、シリコンウェーハをエピタキシ
ャル成長炉に投入し加熱を開始してからエピタキシャル
成長工程の開始までの時間の短縮化には自ら限界がある
ため、この間に高速中性子照射後加熱処理による欠陥が
両者とも同一レベル発生してしまうからである。したが
って、実用的には、エピタキシャル成長工程前の熱処理
を省略して高速中性子照射後、機械加工し、ウェーハ化
したものを直ちにエピタキシャル成長工程に投入しても
何等問題はない。
[本発明の効果] 本発明のシリコンウェーハによれば、シリコンウェー
ハの加工誘起欠陥数を高速中性子無照射時に比べて減少
させ得るが故にIGによるゲッタリング性を向上し得る。
ハの加工誘起欠陥数を高速中性子無照射時に比べて減少
させ得るが故にIGによるゲッタリング性を向上し得る。
第1図は、シリコン基板に高速中性子を照射した場合の
効果を示す図、第2図は、本発明の方法による効果を示
すグラフである。 1……測定データ、2……高速中性子無照射時の平均値 3……測定データの上限値の延長線。
効果を示す図、第2図は、本発明の方法による効果を示
すグラフである。 1……測定データ、2……高速中性子無照射時の平均値 3……測定データの上限値の延長線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田路 英一 秦野市曽屋30番地 東芝セラミツクス株 式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭54−77063(JP,A)
Claims (5)
- 【請求項1】予めドープ用不純物が含有されたシリコン
ウェーハに、不純物捕捉効果を持たせるべく高速中性子
が1×1012個/cm2以上照射されてなることを特徴とす
るエピタキシャル成長用シリコンウェーハ。 - 【請求項2】前記シリコンウェーハの酸素濃度が5×10
16atoms/cm3以上であることを特徴とする特許請求の範
囲第1項に記載のシリコンウェーハ。 - 【請求項3】前記ドープ用不純物がホウ素又はヒ素又は
リンであることを特徴とする特許請求の範囲第1項又は
第2項に記載のシリコンウェーハ。 - 【請求項4】リンが中性子照射転換ドープによるもので
あることを特徴とする特許請求の範囲第3項に記載のシ
リコンウェーハ。 - 【請求項5】予めドープ用不純物が含有されたシリコン
ウェーハに、不純物捕捉効果を持たせるべく熱中性子/
高速中性子比が30以下の原子炉によって高速中性子を1
×1012個/cm2以上照射することを特徴とするエピタキ
シャル成長用シリコンウェーハの製造方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61288372A JP2572051B2 (ja) | 1986-12-03 | 1986-12-03 | エピタキシャル成長用シリコンウェーハ及びその製造方法 |
DE3714357A DE3714357C2 (de) | 1986-04-30 | 1987-04-29 | Siliciumwafer und Verfahren zu dessen Herstellung und Siliziumwafer-Auswahleinrichtung |
US07/136,851 US4910156A (en) | 1986-04-30 | 1987-12-22 | Neutron transmutation doping of a silicon wafer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61288372A JP2572051B2 (ja) | 1986-12-03 | 1986-12-03 | エピタキシャル成長用シリコンウェーハ及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63141322A JPS63141322A (ja) | 1988-06-13 |
JP2572051B2 true JP2572051B2 (ja) | 1997-01-16 |
Family
ID=17729346
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61288372A Expired - Lifetime JP2572051B2 (ja) | 1986-04-30 | 1986-12-03 | エピタキシャル成長用シリコンウェーハ及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2572051B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2753488C2 (de) * | 1977-12-01 | 1986-06-19 | Wacker-Chemitronic Gesellschaft für Elektronik-Grundstoffe mbH, 8263 Burghausen | Verfahren zur Herstellung von n-dotiertem Silicium durch Neutronenbestrahlung |
-
1986
- 1986-12-03 JP JP61288372A patent/JP2572051B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS63141322A (ja) | 1988-06-13 |
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