JP2021506718A - Ｌｌｓリング／コアパターンを改善する単結晶シリコンインゴットの処理の方法 - Google Patents

Abstract

単結晶シリコンウェハー中の欠陥のサイズと密度を減少させる方法が開示される。該方法は、ウェハースライスの前に単結晶シリコンインゴットをアニールにかけることに関係する。

Description

関連する出願の参照

本出願は、２０１７年１２月２１日に出願された米国仮出願シリアル番号62/608,624に対する優先権の利益を主張し、その開示はその全体が述べられたかのように参照により組み込まれる。

発明の分野

本開示の分野は、一般的に、処理されたインゴットからスライスされた単結晶シリコンウェハーにおける欠陥のサイズ及び密度を減少させるために、単結晶シリコンインゴットを処理する方法に関する。

発明の背景

単結晶材料は、半導体デバイス及び太陽電池のような多くの電子部品を製造するための出発材料であり、一般にチョクラルスキー（『ＣＺ』）法を用いて調製される。簡潔に言うと、チョクラルスキー法は、多結晶シリコン（『ポリシリコン』）のような多結晶源材料を坩堝で溶融してシリコン融液を形成し、その後融液から単結晶インゴットを引き抜くことを意味する。

半導体ウェハーは、一般的に、単結晶インゴット（例えば、シリコンインゴット）から調製され、シードコーン及びエンドコーンを除去するように処理され、そしてさらにまたトリミングされ、必要に応じて切り取られ、そして以降の手順でウェハーの適切な向きのために、１つ又はそれ以上のフラット又はノッチを有するように研磨される。インゴットはさらにまた個々のウェハーにスライスされる。本明細書では、シリコンから構成される半導体ウェハーを参照するが、半導体ウェハーを調製するために、ゲルマニウム、シリコンカーバイド、シリコンゲルマニウム、ガリウムヒ素、及び窒化ガリウム又はリン化インジウムなどのＩＩＩ族及びＶ族元素の他の合金、又は硫化カドミウム又は酸化亜鉛などのＩＩ族及びＶＩ族元素の合金などの、他の材料を用いても良い。

現代の電子デバイスの継続的な縮小しているサイズはシリコン基板の品質に対して挑戦的な制約を課していて、少なくとも部分的には、それらは成長させられた微小欠陥の大きさ及び分布によって決定される。チョクラルスキープロセスにより成長させられたシリコン結晶に生成した微小欠陥の多くはシリコンの固有の点欠陥（すなわち、空孔及び自己格子間）の凝集物又は酸化物の析出物である。

実質上欠陥のない単結晶シリコンを生産しようとする試みはしばしば溶融／結晶界面の近傍における軸上の温度勾配の大きさ（Ｇ）に対する結晶の引き上げ速度（ｖ）の比率を制御することを含有する。例えば、いくつかの既知の方法は、空孔及び格子間が非常に低い及び同程度の濃度で成長中の結晶インゴットに組み込まれ、相互に互いを消滅させ、従ってより低い温度で任意の微小欠陥の潜在的な形成を抑制する臨界ｖ／Ｇ値付近でｖ／Ｇ比を制御することを含有する。しかしながら、クルカルニ（Kulkarni）の米国特許第8,673,248号に記載されているように、このような臨界ｖ／Ｇ値の付近でｖ／Ｇ比を制御することは、『欠陥エッジバンド』又は単に『欠陥バンド』としてここで言及される、シリコン結晶インゴットの側面の表面又は円周の縁から径方向内側に距離をおいて延びる、環状リング又は比較的大きな『バンド』及び／又は集中した凝集欠陥（すなわち、空孔及び酸化物の析出物）を形成するかもしれない。

このような欠陥バンドは一般的に欠陥バンドから径方向内側に位置するシリコン結晶インゴットの他の部分よりも品質が低く、結晶インゴットの収量を著しく減少させる。例えば、メモリデバイス用ウェハーの品質に対する増加する厳しい要求は、メモリーデバイス（例えば、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ）のアプリケーションのためのシリコン又は半導体ウェハーの品質の評価に用いられる、ゲート酸化インテグリティ（ＧＯＩ）試験の要求される破壊電圧を増やしている。結果として、実質上欠陥のないシリコンウェハーの欠陥エッジバンドの近く又は範囲内で更なるＧＯＩ不良が起こり、収量が減少する。

この背景セクションは、本開示の様々な態様に関連し得る技術の様々な態様を読み手に紹介することを意図しており、これらは以下で説明及び／又は主張される。この議論は本開示の様々な態様の理解をより促進する背景情報を読み手に提供するのに役立つと思われる。したがってこれらの記述はこの観点から読まれるべきであり、先行技術の容認として読まれるべきではないことを理解すべきである。

１つの態様では、本発明は単結晶シリコンインゴットを処理する方法に向けられていて、以下の工程を含む：
シードエンド、該シードエンドに対向するテールエンド、及び該シードエンドと該テールエンドの間の本体を含み、ここで、本体は一定の直径に研磨されている、単結晶シリコンインゴットを研磨する工程、
該単結晶シリコンインゴットからスライスされたウェハー上の局所的なレーザー散乱欠陥のサイズ又は数を減少させるのに十分な温度及び持続時間、研磨された単結晶シリコンインゴットをアニールする工程、及び
アニールされた該単結晶シリコンインゴットを、少なくとも２枚の単結晶シリコンウェハーにスライスする工程。

本発明は単結晶シリコンインゴットを処理する方法にさらに向けられていて、以下の工程を含む：
シードコーン、該シードコーンに対向するテールコーン、及び該シードコーンと該テールコーンの間の本体を含む単結晶シリコンインゴットからシードコーン及びテールコーンを除去する工程、
単結晶シリコンインゴットの本体が、セグメントの厚さが少なくとも約１ｃｍ、少なくとも約１０ｃｍ、又は少なくとも約２０ｃｍの、１つ又はそれ以上の単結晶シリコンセグメントを含むように、単結晶シリコンインゴットの本体を切り取る工程、
該単結晶シリコンセグメントからスライスされたウェハー上の局所的なレーザー散乱欠陥のサイズ又は数を減少させるのに十分な温度及び持続時間、切り取られた該単結晶シリコンセグメントのうちの１つ又はそれ以上をアニールする工程、及び
アニールされた該単結晶シリコンセグメントを、少なくとも２枚の単結晶シリコンウェハーにスライスする工程。

上記の態様に関連して指摘された特徴には、さまざまな改良点が存在する。さらなる特徴も上記の態様同様に組み込まれ得る。これらの改良点及び追加の特徴は、個別に、又は任意の組み合わせで存在しても良い。例えば、例示された実施形態のいずれかに関係して以下で議論される様々な特徴は、単独で又は任意の組み合わせで、上記の態様のいずれかに組み込まれても良い。

図１は、２つの温度及び２つの持続時間でアニールする前及び後の単結晶シリコンセグメントにおけるＬＬＳのリング/コアパターンの欠陥の減少を描いた図である。該欠陥は３７ｎｍ及び４７ｎｍの試験条件の下で測定された。

発明の詳細な説明

本明細書において記載される方法は単結晶シリコンインゴットのようなチョクラルスキー法により成長させられた単結晶インゴットで形成される欠陥のサイズ及び密度の減少を促進する。従って、本発明の方法はデバイスの収量に強い影響を与える欠陥のパターンを除去するのに十分である。特定の理論に縛られることなく、インゴットからスライスされたウェハーはレーザー光散乱（ＬＬＳ）のリング/コアパターンを有するかもしれず、その原因は結晶の引き上げの間に作られた欠陥又は磨いたウェハリングプロセスで作られたエッチピットと考えられる。ＬＬＳリング/コアパターンはウェハー技術の最後の工程の１つである、ウェハーをスライスした後で、ＬＬＳのリング/コアパターンの測定中に検出されただけかもしれない。慣習的に、スライスされたウェハーに対して行われた熱処理はＬＬＳリング/コアパターンに関係した欠陥を除去するために行われた。本発明の方法に従うと、ロッド状態のインゴットはウェハーをスライスする前にアニールにさらされる。このアニールは、ＬＬＳリング/コアパターンを構成する欠陥のサイズ及び密度の減少、個々のウェハーの熱処理と比べた時間及びコストの節約、ロッド状態の熱処理による汚染の減少、及び個々のウェハーではなく、全体インゴット又はインゴットセクションが加熱されるための均一性、を含有するいくつかの長所を有する。

本発明の方法を使用するための単結晶シリコンインゴットはチョクラルスキー法によって得られる任意の長さ及び直径を有しても良い。いくつかの実施形態において、インゴットの直径は少なくとも約１００ｍｍ、少なくとも約２００ｍｍ、例えば少なくとも約３００ｍｍ、少なくとも約４００ｍｍ、又は少なくとも約４５０ｍｍ、例えば約１５０ｍｍと約４５０ｍｍの間、で良い。いくつかの実施形態において、インゴットの長さは少なくとも約２５ｃｍ、例えば少なくとも約５０ｃｍ、少なくとも約７５ｃｍ、少なくとも約１００ｃｍ、少なくとも約１５０ｃｍ、又は少なくとも約２００ｃｍ、例えば約１００ｃｍと約３００ｃｍの間、で良い。いくつかの実施形態において、これらの長さ及び直径を有するインゴットは少なくとも質量約１５ｋｇ、少なくとも質量約１００ｋｇ、例えば少なくとも質量約２００ｋｇ、少なくとも質量約３００ｋｇ、少なくとも質量約４００ｋｇ、少なくとも質量約５００ｋｇ、少なくとも質量約６００ｋｇ、少なくとも質量約７００ｋｇ、又は少なくとも質量約８００ｋｇ、例えば約１５キログラム（ｋｇ）と約４５０ｋｇの間、例えば約１５０ｋｇと約４５０ｋｇの間、で良い。チョクラルスキー法により成長させられた単結晶シリコンインゴットは、シードエンドのシードコーン及び該シードエンドに対向するテールエンドのテールコーンを含む。該インゴットは該シードエンドと該テールエンドの間の本体部分も含む。インゴット成長の後、単結晶シリコンインゴットは扱うことができる温度まで冷やされても良い。発明の方法が成長させられたままのインゴットに適用されても良いが、一般的に、該シードコーン及び該テールコーンは本発明の方法より前にインゴットから取り除かれる。

いくつかの実施形態において、シードコーン及びテールコーンが取り除かれた単結晶シリコンインゴットは１つ又はそれ以上の単結晶シリコンセグメントに切り取られても良い。単結晶シリコンインゴットは結晶軸方向を示すために周囲の一部の配向したフラット又はノッチを有するようにトリミングされても良い。１つ又はそれ以上の単結晶シリコンセグメントのいずれか１つの厚さは、少なくとも約１ｃｍ、少なくとも約１０ｃｍ、少なくとも約２０ｃｍ、少なくとも約５０ｃｍ、で良い。一般的に、セグメントの厚さは約１ｍ未満、約５０ｃｍ未満、又は、４０ｃｍ未満又は３０ｃｍ未満、である。いくつかの実施形態において、セグメントの厚さは約１０ｃｍと約３０ｃｍの間である。

いくつかの実施形態において、上記インゴットは一定の直径領域を有する本体を有するインゴットを生産するために、十分に研磨されても良い。研磨は単結晶シリコンインゴット全体、すなわち、切り取る前に行っても良い。切り取っていないインゴットの長さは少なくとも約１ｃｍ、少なくとも約１０ｃｍ、少なくとも約２０ｃｍ、又は少なくとも約１ｍ、例えば約１ｍと約３ｍの間、で良い。このようなインゴットは、約１５キログラム（ｋｇ）と約４５０ｋｇの間、例えば約１５０ｋｇと約４５０ｋｇの間、の重量で良い。１５０ｍｍ未満又は４５０ｍｍを超える直径を有する、又は約１５キログラム（ｋｇ）と約４５０ｋｇの間以外の、例えば約１５０ｋｇから約４５０ｋｇの間の装填サイズの、インゴットもここで開示されるシステム及び方法を使用して成長させられても良い。あるいは、切り取ったセグメントは一定の直径の領域に研磨されても良い。１つ又はそれ以上の単結晶シリコンセグメントのいずれか１つの厚さは、少なくとも約１ｃｍ、少なくとも約１０ｃｍ、少なくとも約２０ｃｍ、又は少なくとも約５０ｃｍ、で良い。一般的に、セグメントの厚さは約１ｍ未満、約５０ｃｍ未満、又は、４０ｃｍ未満又は３０ｃｍ未満、である。いくつかの実施形態において、セグメントの厚さは約１０ｃｍと約３０ｃｍの間である。砥石を使用する機械は該インゴットをウェハーの直径の制御に必要な精度に形作る。次に、他の研磨砥石が使用され、特定の結晶軸に対する将来のウェハーの正しい配向を定義するために特徴的なノッチ又はフラットを彫る。一定の直径の領域の直径は、少なくとも約１５０ｍｍ、少なくとも約２００ｍｍ、少なくとも約３００ｍｍ、又は少なくとも約４５０ｍｍ、例えば、約１５０ｍｍから約４５０ｍｍの間、で良い。

成長プロセス中、坩堝は最終的な結晶インゴットに取り込まれる溶融にゆっくりと酸素を溶かす。いくつかの実施形態において、インゴット又はそれからスライスされたいずれかの単結晶シリコンウェハーはチョクラルスキー法によって一般的に達成される濃度で格子間の酸素を含んでも良い。いくつかの実施形態において、インゴット又それからスライスされたいずれかの単結晶シリコンウェハーは約４ＰＰＭＡ（約２×１０^１７原子／ｃｍ^３）と約１８ＰＰＭＡ（約９ｘ１０^１７原子／ｃｍ^３）の間の濃度で酸素を含む。いくつかの実施形態において、半導体ウェハーは約４ＰＰＭＡ（約２ｘ１０^１７原子／ｃｍ^３）と約４５ＰＰＭＡ（約２．２ｘ１０^１８原子／ｃｍ^３）の間、例えば、約１０ＰＰＭＡ（約５ｘ１０^１７原子／ｃｍ^３）と約３５ＰＰＭＡ（約１．７ｘ１０^１８原子／ｃｍ^３）の間の濃度で酸素を含む。好ましくは、インゴット又それからスライスされたいずれかの単結晶シリコンウェハーは約１２ＰＰＭＡ（約６ｘ１０^１７原子／ｃｍ^３）より多くない、例えば、約１０ＰＰＭＡ（約５ｘ１０^１７原子／ｃｍ^３）未満の濃度で酸素を含む。格子間の酸素はＳＥＭＩ ＭＦ １１８８−１１０５に準拠して測定しても良い。

チョクラルスキー成長法により成長させられたインゴットにおける典型的な炭素濃度は約１．０ｘ１０^１６原子／ｃｍ^３未満、例えば約２ｘ１０^１５原子／ｃｍ^３と約１．０ｘ１０^１６原子／ｃｍ^３の間、又は約５ｘ１０^１５原子／ｃｍ^３と約１．０ｘ１０^１６原子／ｃｍ^３の間であっても良い。

ドーパントの意図的な追加は最終的な結晶の抵抗率分布を制御する。一般的に、インゴット又はそれからスライスされたいずれかの単結晶シリコンウェハーの抵抗における制約はない。それよりも、インゴット、セグメント及びそれからスライスされたウェハーの抵抗はウェハーの最後の使用で決定される。インゴット、セグメント又はそれからスライスされたウェハーはチョクラルスキー又はフロートゾーン法によって得られるどんな抵抗を有していても良い。それに応じて、インゴット、セグメント又は、それからスライスされたいずれかの単結晶シリコンウェハーの抵抗は本発明の構造の最終的な使用/アプリケーションの要請に基づく。従って該抵抗率はミリオーム又はそれ未満からメガオーム又はそれより多くまで変化しても良い。いくつかの実施形態において、インゴット又はそれからスライスされたいずれかの単結晶シリコンウェハーはｐ型又はｎ型ドーパントを含む。適切なドーパントは、ホウ素、アルミニウム、ガリウム及びインジウムなどのｐ型ドーパント及びリン、ヒ素及びアンチモンのようなｎ型ドーパントを含有する。ドーパントの濃度は望みの抵抗値に基づいて選ばれる。いくつかの実施形態において、インゴット、セグメント又はそれからスライスされたいずれかの単結晶シリコンウェハーはホウ素などのｐ型ドーパントを含む。いくつかの実施形態において、インゴット、セグメント又はそれからスライスされたいずれかの単結晶シリコンウェハーはヒ素又はリンのようなｎ型ドーパントを含む。

いくつかの実施形態において、インゴット、セグメント又はそれからスライスされたいずれかの単結晶シリコンウェハーは、例えば、約１００オームセンチメートル未満、約５０オームセンチメートル未満、約１オームセンチメートル未満、約０．１オームセンチメートル未満、又はさらに約０．０１オームセンチメートルなどの比較的低い最小バルク抵抗率を有する。いくつかの実施形態において、インゴット、セグメント又はそれからスライスされたいずれかの単結晶シリコンウェハーは例えば、約１００オームセンチメートル未満、又は約１オームセンチメートルと約１００オームセンチメートルの間、例えば、約０．０１オームセンチメートルと約１００オームセンチメートルの間、の比較的低い最小バルク抵抗率を有する。低い抵抗率のウェハーは例えば、ホウ素、アルミニウム、ガリウム及びインジウムなどのｐ型ドーパント及び/又はリン、ヒ素及びアンチモンなどのｎ型ドーパントのような電子的に活性なドーパントを含んでも良い。

いくつかの実施形態において、インゴット、セグメント又はそれからスライスされたいずれかの単結晶シリコンウェハーは比較的高い最小バルク抵抗率を有する。高い抵抗値であるインゴット、セグメント又はウェハーは一般的にとても低い濃度で、例えば、ホウ素、アルミニウム、ガリウム及びインジウムなどのｐ型ドーパント及び/又はリン、ヒ素及びアンチモンなどのｎ型ドーパントのような電子的に活性なドーパントを含んでも良い。いくつかの実施形態においてインゴット、セグメント又はそれからスライスされたいずれかの単結晶シリコンウェハーは、少なくとも１００オームセンチメートル、少なくとも約５００オームセンチメートル、少なくとも約１０００オームセンチメートル、又は少なくとも３０００オームセンチメートル、例えば、約１００オームセンチメートルと約１００，０００オームセンチメートルの間、又は約５００オームセンチメートルと約１００，０００オームセンチメートルの間、又は約１０００オームセンチメートルと約１００，０００オームセンチメートルの間、又は約５００オームセンチメートルと約１０，０００オームセンチメートルの間、又は約７５０オームセンチメートルと約１０，０００オームセンチメートルの間、約１０００オームセンチメートルと約１０，０００オームセンチメートルの間、約２０００オームセンチメートルと約１０，０００オームセンチメートルの間、約３０００オームセンチメートルと約１０，０００オームセンチメートルの間、又は約３０００オームセンチメートルと約５，０００オームセンチメートルの間の最小バルク抵抗率を有する。

インゴット、セグメント又はそれからスライスされたいずれかの単結晶シリコンウェハーは（１００）、（１１０）、又は（１１１）の結晶軸方向のいずれかを有していても良く、結晶軸方向の選択は構造の最終的な使用によって規定されても良い。

単結晶シリコンインゴット、又はそれらを切り取ったセグメントは、ウェハースライス前にアニールされる。アニールは、シードコーン及びエンドコーンがまだ所定の位置にあり、シードコーン及びエンドコーンが除去されているインゴット上で行っても良く、又はそれらの切り取られたセグメントをアニールしても良い。アニールはアニールされたインゴット又はセグメントからスライスされたウェハーのＬＬＳリング／コアパターンで見つけられる欠陥を減少させるために十分な温度及び継続時間で起こる。好都合に、他の欠陥も同様に減少されても良い。アニールは炉、例えば工業又は実験室で使うために適した箱形炉の中で起こっても良い。アニールの周囲雰囲気は一般的に不活性、即ち、非水素化性及び／又は非酸化性である。いくつかの実施形態において、雰囲気はアルゴン、窒素、又はアルゴン及び窒素の組み合わせを含んでも良い。いくつかの実施形態において、周囲雰囲気はアルゴンを含む。いくつかの実施形態において、周囲雰囲気は、例えば、少なくとも約９９重量％、少なくとも約９９．９重量％、少なくとも約９９．９９重量％又は少なくとも約９９．９９９重量％のような本質的に高純度のアルゴンから成る。いくつかの実施形態において、周囲雰囲気は窒素を含む。いくつかの実施形態において、周囲雰囲気は、例えば、少なくとも約９９重量％、少なくとも約９９．９重量％、少なくとも約９９．９９重量％又は少なくとも約９９．９９９重量％のような本質的に高純度の窒素から成る。いくつかの実施形態において、周囲雰囲気はアルゴン及び窒素の組み合わせを含み、ここでは、約１重量％から約９９重量％の間、例えば、約１０重量％と約９０重量％の間又は約２０重量％と約８０重量％の間で、残りはアルゴン、のように窒素の含有量を変えても良い。いくつかの実施形態において、アニール温度は少なくとも約６００℃、例えば、約６００℃と約１２００℃の間、又は約６００℃と約１０００℃の間、又は約６００℃と約９００℃の間、又は約７００℃と約９００℃の間、である。いくつかの実施形態において、単結晶シリコンインゴット又はそれらのセグメントは少なくとも約１時間の持続時間、例えば約１時間と約６時間の間、例えば約１時間と約４時間の間、又は約１時間と約３時間の間、又は約２時間の持続時間、アニールされる。

アニール及び扱うことができるまで十分な温度に冷やした後、個々のウェハーは熱処理されたインゴットからスライスされる。ウェハーの形状はインゴットセグメントを機能的なウェハーに変えるために必要な精密な機械及び化学プロセス工程のひと続きに関係する。これらの工程の間に、ウェハーの表面及び寸法が細部まで正確に完成される。各工程は、ウェハーをお客様の仕様に応じるように設計されている。これらの決定的な工程の最初はマルチ―ワイヤリングスライシングである。最先端のスライス技術はマルチワイヤーソーイング（ＭＷＳ）である。ここで、細いワイヤーが円筒状のスプロール上に配置され、数百の平行なワイヤーセグメントが同時にインゴットを通過する。のこぎりが全体としてゆっくりとインゴットを移動している間、個々のワイヤーセグメントはフレッシュなワイヤーが常にシリコンと接触するように並進運動を行う。のこぎりの効果は実際回転するワイヤーに沿って走るＳｉＣ又は他の研磨剤により達成される。ＭＷＳの後、ウェハーは洗浄及びプロセスロットに統合され、次の作業に輸送される。ワイヤーのこぎりの側面のゆがみはウェハー表面にマーク又は『波』を導き、ワイヤーとワイヤーの厚さの種類は数ミクロンに至るまでのウェハーの厚さの種類をもたらす。ウェハーはこのように複雑な磨くプロセスに晒される。少なくとも２枚のウェハーがアニールされたインゴット又はセグメントからスライスされ、それぞれのウェハーも２つの主要な、ほぼ平行な表面、そのうち一方は該単結晶シリコンウェハーの前面及びそのうち他方は該単結晶シリコンウェハーの背面、該単結晶シリコンウェハーの前及び背表面をつなぐ円周の縁、該単結晶シリコンウェハーの前表面及び背表面に対して中間及び平行な中心面、該中心面に垂直な中心軸、及び該単結晶シリコンウェハーの前及び背表面の間のバルク領域を含む。それぞれのウェハーも該単結晶シリコンウェハーの前及び背表面の間を測定した厚さを有し、中心軸に沿った厚さは約１５００μｍ未満である。典型的なセグメントは、例えば、１つが約１０ｃｍと約３０ｃｍの間の長さを有し、約２枚のウェハーと約４００枚のウェハー間、例えば約２枚のウェハーと約３００枚のウェハー間、又は約１０枚のウェハーと約３００枚のウェハーの間、又は約５０枚のウェハーと約３００枚のウェハーの間でスライスされる。

前表面の磨きは一般的に２つの工程のプロセスで行われる。平坦性を生成するための１つの機械的な磨く工程（ラッピング）に、平滑性を生成するための化学エッチングが続いた。磨きの後、ウェハーは最終的な洗浄にかけられる。ウェハーのラッピングはウェハーの前及び背面からのこぎりの跡及び表面欠陥を取り除き、ウェハーを仕様まで薄くし、のこぎりプロセスの間ウェハーに蓄積したストレスの多くを除去する。ラッピングの目的は、スライスされたシリコンの表面下の損傷を取り除く、目標の厚さまでウェハーを薄くする、及びウェハー表面の平行度及び平坦性の高い度合を達成する、を含有する。片面及び両面の両方のラッピングプロセスは基質ウェハーをラップするのに用いても良い。両面ラッピング（ＤＳＬ）では、遊離したすり減らす粒子がコロイド状のスラリーに懸濁され、ウェハー表面の材料をすり減らす。ウェハーは、遊星運動で駆動されるギア付きキャリアに保持される。ウェハーのバッチがキャリアの穴に手動で投入された後、上部プレートは例えば、約１ｋｇから約３０ｋｇ、又は約５ｋｇから約２０ｋｇ、例えば約１０ｋｇなどの特定の圧力（又は重量）によって押し下げられる。２つのプレートが同じ方向又は反対方向に回転し始める。両面ラッピング中、ウェハーの両面が同時にラッピングされる。コロイド状のスラリーは絶え間なくラッピング機械に充填され、スラリーの薄いフィルムは常にウェハーと２つのプレートの間に存在している。スラリーはウェハーと２つのプレートの間を滑る又は回転するときに、砥粒を介して材料の除去を行う。ラッピングは少なくとも１分、少なくとも５分、少なくとも１０分、少なくとも１５分、少なくとも２０分、少なくとも２５分、例えば、約１０分の間起こっても良い。ラッピング圧、プレート回転速度、プレート材料、すり減らす材料及び粒度、スラリー濃度、スラリー流量及びキャリア設計を含有するラッピングパラメーターは、従来の手法に従っても良い。例えば、ラッピングスラリー中の粒子サイズは、約１から約２５０マイクロメートル、例えば約１から約５０マイクロメートル、例えば約５から約２０マイクロメートルの範囲であっても良い。回転速度は、約１０から約１５０ｒｐｍ、又は約２５から約１５０ｒｐｍ、例えば、約５０ｒｐｍ、約７５ｒｐｍ、又は約１００ｒｐｍの、範囲であっても良い。いくつかの実施形態において、ウェハーはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）のスラリーと接触しても良い。いくつかの実施形態において、ウェハーは単結晶ダイヤモンド粒子を含むスラリーと接触しても良い。いくつかの実施形態において、ウェハーはボロンカーバイド粒子を含むスラリーと接触しても良い。いくつかの実施形態において、ウェハーはシリコンカーバイド粒子を含むスラリーと接触しても良い。

エッジの丸めは通常、ラッピングの前又は後に行われ、ウェハーの構造一体性に対して非常に重要である。エッジ研磨工程はウェハーエッジの安全性に対して決定的である。単結晶シリコンはとても砕けやすく、プロファイルまたは丸められていなかったら、取り扱い中にフレーク化が起こるかもしれない。エッジのフレーク化は逆に個々のウェハーに悪影響を与えるだけでなく、エッジフレークが処理装置又は近くのウェハーを汚染している場合、処理中の他のウェハーに影響を与える可能性がある。２００ｍｍ及び３００ｍｍのウェハーのエッジはノッチ領域でも丸みを帯びている。このエッジはダイヤモンドディスクで研磨されており、損傷を取り除き、周辺のストレスを排除している。エッジの研磨により、ウェハーの最終直径が調整される（精度は最大０．０２ｍｍ）。

最終的な洗浄及び磨きの後、ウェハーは出荷前の最終検査のために準備される。各ウェハーの平坦性及び表面粒子はウェハー品質を保証するために特別に設計された検査装置を使って測定される。本発明の方法はＬＬＳリング／コアパターンの特徴的な欠陥を減少することを可能にする。いくつかの実施形態において、ＬＬＳリング／コアパターンの欠陥の数は３７ｎｍＬＬＳのサイズ基準を使用して、少なくとも約５０％、たとえば少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、または少なくとも約８０％、減少しても良い。

チョクラルスキー法により成長させられた単結晶シリコンインゴットはクロップソーによってセグメントに切り取られる。該シリコンインゴットはパーフェクトシリコン^{（トレードマーク）}（サンエジソンセミコンダクター社）の規格を達成する条件の下、成長させられた。これらの規格には凝集欠陥のないインゴット、ＤＳＯＤ（直接表面酸化欠陥）、ＣＯＰ（結晶由来ピット）、Ｄ欠陥及びＩ欠陥、その他、などが含まれている。酸素濃度は６．０ｘ１０^１７原子／ｃｍ^３（約１２ＰＰＭＡ）より少なかった。

切り取られたセグメントは一定の直径の本体を有するように研磨されても良い。あるいは、切り取られたセグメントは研磨の前にアニールされても良い。該セグメントは箱形炉（ＴＣＭ、ＳＴＣ８０Ｋ−ＣＴ）の中に充填された。場合によっては、該セグメントは窒素雰囲気下、５００℃で１時間アニールされた。場合によっては、該セグメントは９００℃で２時間アニールされた。そこでアニールされたセグメントはワイヤーのこぎりで各ウェハーにスライスされ、ＬＬＳリング／コア欠陥パターンについて分析された。

３７ｎｍ（ＬＬＳビンサイズ）及び４７ｎｍ（ＬＬＳビンサイズ）のＬＬＳパターンは５００℃、１時間の熱処理では取り除けなかった。図１の２番目と３番目の列を参照して下さい。これらの列はアニール前にセグメントからスライスされたウェハーの平均及びアニールされたセグメントからスライスされた２５枚のウェハーの平均のウェハー欠陥パターンを描写する。図１に示したとおり、欠陥密度は低い温度、短い持続時間のアニールから大幅に低下しなかった。欠陥密度は、低温、短時間のアニールから大幅に低下しなかった。互いに積み重ねられたそれぞれの２５枚のウェハーのＬＬＳの画像は、磨き及び洗浄工程の後に調査され、前と後の間の結果のそれぞれの２５枚の画像はシスターカセットでもあり、それらはそれぞれのカセット画像が熱処理前と同じ画像及び品質であることを意味する。高温での長い持続時間のアニールは、欠陥の数が減少させ、パターンの消失を起こし、ＬＬＳリング／コアパターンは、９００℃、２時間のロッド熱処理条件で完全に除去された。図１の４番目と５番目の列を参照して下さい。これらのウェハーの場合には、３７ｎｍＬＬＳサイズ基準に準拠したＬＬＳ欠陥数平均はウェハー当たり１５７欠陥からウェハー当たり２４欠陥に減少した。

本発明の要素またはその実施形態を示すとき、冠詞『ある』、『該』及び『前記』は、１つまたは複数の要素があることを意味することを意図している。『含む』、『含有する』及び『有する』、という用語は、包括的であることを意図し、リストされた要素以外の追加の要素があり得ることを意味する。

本発明の範囲から逸脱することなく、上記の構造及び方法に様々な変更を加えることができるので、上記の説明に含まれ、添付の図面に示されるすべての事項は、限定ではなく例示として解釈されるものと意図している。

Claims (35)

1. 以下の工程を含む、単結晶シリコンインゴットを処理する方法：
   シードエンド、該シードエンドに対向するテールエンド及び該シードエンドと該テールエンドの間の本体を含み、ここで、本体は一定の直径に研磨されている、単結晶シリコンインゴットを研磨する工程、
   該単結晶シリコンインゴットからスライスされたウェハー上の局所的なレーザー散乱欠陥のサイズ又は数を減少させるのに十分な温度及び持続時間、研磨された単結晶シリコンインゴットをアニールする工程、及び
   アニールされた該単結晶シリコンインゴットを、少なくとも２枚の単結晶シリコンウェハーにスライスする工程。
2. 前記単結晶シリコンインゴットがチョクラルスキープロセスにより成長させられ、研磨する前に該単結晶シリコンインゴットが冷やされる、請求項１に記載の方法。
3. 前記単結晶シリコンインゴットの本体の直径が、少なくとも約１５０ｍｍ、少なくとも約２００ｍｍ、少なくとも約３００ｍｍ、又は少なくとも約４５０ｍｍである、請求項１に記載の方法。
4. 前記単結晶シリコンインゴットを、セグメントの厚さが少なくとも約１ｃｍ、少なくとも約１０ｃｍ、又は少なくとも約２０ｃｍの、１又はそれ以上のセグメントに切り取る工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記単結晶シリコンインゴットを、セグメントの厚さが約１ｍ未満、約５０ｃｍ未満、又は約４０ｃｍ未満、又は約３０ｃｍ未満の、１又はそれ以上のセグメントに切り取る工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記単結晶シリコンインゴットを、セグメントの厚さが約１０ｃｍと約３０ｃｍの間の、１又はそれ以上のセグメントに切り取る工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記アニールされたインゴットからスライスされたそれぞれの単結晶シリコンウェハーが、２つの主要な、ほぼ平行な表面、そのうち一方は該単結晶シリコンウェハーの前面及びそのうち他方は該単結晶シリコンウェハーの背面で、該単結晶シリコンウェハーの前及び背表面をつなぐ円周の縁、該単結晶シリコンウェハーの前表面及び背表面に対して中間及び平行な中心面、該中心面に垂直な中心軸、及び該単結晶シリコンウェハーの前及び背表面の間のバルク領域を含み、それぞれのウェハーも該単結晶シリコンウェハーの前及び背表面の間を測定した厚さを有し、該中心軸に沿った厚さは約１５００μｍ未満である、請求項１に記載の方法。
8. 前記アニールされた単結晶シリコンインゴットが、約２枚の単結晶シリコンウェハーと約３００枚の単結晶シリコンウェハーとの間でスライスされる、請求項１に記載の方法。
9. 前記アニールされた単結晶シリコンインゴットが、約３００枚の単結晶シリコンウェハーにスライスされる、請求項１に記載の方法。
10. 前記単結晶シリコンインゴットが、アルゴン、窒素、又はアルゴン及び窒素の組み合わせを含む周囲雰囲気中でアニールされる、請求項１に記載の方法。
11. 前記単結晶シリコンインゴットが、窒素を含む周囲雰囲気中でアニールされる、請求項１に記載の方法。
12. 前記単結晶シリコンインゴットが、本質的に窒素から成る周囲雰囲気中でアニールされる、請求項１に記載の方法。
13. 前記単結晶シリコンインゴットが、少なくとも約６００℃の温度でアニールされる、請求項１に記載の方法。
14. 前記単結晶シリコンインゴットが、約６００℃と約１０００℃の間の温度でアニールされる、請求項１に記載の方法。
15. 前記単結晶シリコンインゴットが、約６００℃と約９００℃の間の温度でアニールされる、請求項１に記載の方法。
16. 前記単結晶シリコンインゴットが、少なくとも約１時間の持続時間アニールされる、請求項１に記載の方法。
17. 前記単結晶シリコンインゴットが、約１時間と約４時間の間の持続時間アニールされる、請求項１に記載の方法。
18. 前記単結晶シリコンインゴットが、約２時間の持続時間アニールされる、請求項１に記載の方法。
19. 以下の工程を含む、単結晶シリコンインゴットを処理する方法：
    シードコーン、該シードコーンに対向するテールコーン及び該シードコーンと該テールコーンの間の本体を含む前記単結晶シリコンインゴットからシードコーン及びテールコーンを除去する工程、
    該単結晶シリコンインゴットの本体が、セグメントの厚さが少なくとも約１ｃｍ、少なくとも約１０ｃｍ、又は少なくとも約２０ｃｍの、１つ又はそれ以上の単結晶シリコンセグメントを含むように、該単結晶シリコンインゴットの本体を切り取る工程、
    該単結晶シリコンセグメントからスライスされたウェハー上の局所的なレーザー散乱欠陥のサイズ又は数を減少させるのに十分な温度及び持続時間、切り取られた該単結晶シリコンセグメントのうちの１つ又はそれ以上をアニールする工程、及び
    アニールされた該単結晶シリコンセグメントを、少なくとも２枚の単結晶シリコンウェハーにスライスする工程。
20. 前記単結晶シリコンインゴットがチョクラルスキープロセスによって成長させられる、請求項１９に記載の方法。
21. 単結晶シリコンセグメントの本体を、少なくとも約１５０ｍｍ、少なくとも約２００ｍｍ、少なくとも約３００ｍｍ、又は少なくとも約４５０ｍｍの、一定の直径に研磨することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
22. 単結晶シリコンセグメントの厚さが約１ｍ未満、約５０ｃｍ未満、又は約４０ｃｍ未満、又は約３０ｃｍ未満である、請求項１９に記載の方法。
23. 単結晶シリコンセグメントの厚さが約１０ｃｍと約３０ｃｍの間である、請求項１９に記載の方法。
24. 前記アニールされた単結晶シリコンセグメントからスライスされた各単結晶シリコンウェハーが、２つの主要な、ほぼ平行な表面、そのうち一方は該単結晶シリコンウェハーの前面及びそのうち他方は該単結晶シリコンウェハーの背面で、該単結晶シリコンウェハーの前及び背表面をつなぐ円周の縁、該単結晶シリコンウェハーの前表面及び背表面に対して中間及び平行な中心面、該中心面に垂直な中心軸、及び該単結晶シリコンウェハーの前及び背表面の間のバルク領域を含み、それぞれのウェハーも該単結晶シリコンウェハーの前及び背表面の間を測定した厚さを有し、該中心軸に沿った厚さは約１５００μｍ未満である、請求項１９に記載の方法。
25. アニールされた該単結晶シリコンセグメントが、約２枚の単結晶シリコンウェハーと約３００枚の単結晶シリコンウェハーとの間でスライスされる、請求項１９に記載の方法。
26. アニールされた該単結晶シリコンセグメントが、約３００枚の単結晶シリコンウェハーにスライスされる、請求項１９に記載の方法。
27. 前記単結晶シリコンセグメントが、アルゴン、窒素、又はアルゴン及び窒素の組み合わせを含む周囲雰囲気中でアニールされる、請求項１９に記載の方法。
28. 前記単結晶シリコンセグメントが、窒素を含む周囲雰囲気中でアニールされる、請求項１９に記載の方法。
29. 前記単結晶シリコンセグメントが、本質的に窒素から成る周囲雰囲気中でアニールされる、請求項１９に記載の方法。
30. 前記単結晶シリコンセグメントが、少なくとも約６００℃の温度でアニールされる、請求項１９に記載の方法。
31. 前記単結晶シリコンセグメントが、約６００℃と約１０００℃の間の温度でアニールされる、請求項１９に記載の方法。
32. 前記単結晶シリコンセグメントが、約６００℃と約９００℃の間の温度でアニールされる、請求項１９に記載の方法。
33. 前記単結晶シリコンセグメントが、少なくとも約１時間の持続時間アニールされる、請求項１９に記載の方法。
34. 前記単結晶シリコンセグメントが、約１時間と約４時間の間の持続時間アニールされる、請求項１９に記載の方法。
35. 前記単結晶シリコンセグメントが約２時間の持続時間アニールされる、請求項１９に記載の方法。

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