JP5550180B2 - シリコンウェーハ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明に係わるシリコンウェーハを示す概略断面図である。
前記窒素濃度が5.0×1013atoms/cm3未満である場合には、CZ法によるシリコン単結晶インゴットの育成時において、結晶欠陥のサイズを小さく制御することが難しいため好ましくない。前記窒素濃度が5.0×1015atoms/cm3を超える場合には、シリコン単結晶インゴット内に窒素が偏析する場合があり、単結晶化が妨げられる可能性があるため好ましくない。
前記酸素析出物密度が0.7×1010ケ/cm3未満である場合には、半導体デバイス製造時における熱処理において、ウェーハ内に拡散するデバイス特性を劣化させる金属不純物をゲッタリングする効果が低い場合があり好ましくない。前記酸素析出物密度が1.3×1010ケ/cm3を超える場合には、第1バルク層2bにおける酸素析出物密度が高いため、当該酸素析出物がスリップ転位の発生源となる場合があり、発生した当該スリップ転位が無欠陥層2a内に伝播する場合があるため好ましくない。
厚さD2と厚さD1が同じ(D2=D1)又は厚さD2が厚さD1より大きい(D2>D1)場合には、シリコンウェーハが大口径化された場合、半導体デバイス製造時における熱処理において、スリップ転位の発生の抑制が困難である場合があり好ましくない。
また、前記無欠陥層3aの厚さD2が1.0μm未満である場合には、第2面3の表面に後述する第2バルク層3bが近くなるため、シリコンウェーハの製造時に第2バルク層3bに形成された酸素析出物4にゲッタリングされている金属不純物が、逆に半導体デバイス製造時における熱処理において外方拡散される場合があり好ましくない。前記厚さD2が9.0μmを超える場合には、半導体デバイス製造時における熱処理において、スリップ転位の発生の抑制が困難である場合があり好ましくない。
図2に示すシリコンウェーハ1Aは、第2面3の無欠陥層3aの内方に位置する前記第2面3から深さ180μmまでの第2バルク層3bにおける酸素析出物密度が前記第1バルク層2bにおける酸素析出物密度より大きいことを特徴とする。その他は、図1に示すシリコンウェーハ1と同様であるため説明を省略する。
前記バルク層3bにおける酸素析出物密度が0.8×1010ケ/cm3未満である場合には、半導体デバイス製造時における熱処理において、第2面3側からウェーハ内に拡散した金属不純物を第2バルク層3b内で効率的にゲッタリングすることができない場合があり、第1面2側に当該金属不純物が拡散してしまう場合があり好ましくない。前記第2バルク層3bにおける酸素析出物密度が1.4×1010ケ/cm3を超える場合には、第2バルク層3bにおける酸素析出物密度が高いため、当該酸素析出物がスリップ転位の発生源となる場合があり、発生した当該スリップ転位が無欠陥層2a内まで伝播する場合があるため好ましくない。
本発明に係わるシリコンウェーハの製造方法は、CZ法により窒素をドープして育成されたシリコン単結晶インゴットをスライスして得られたシリコンウェーハを熱処理することで行う。
単結晶育成時の冷却速度を上記範囲に制御することで、単結晶育成時に発生する結晶欠陥のサイズを小さくすることができ、結晶欠陥のサイズが小さいシリコン単結晶インゴットを効率的に育成することができるため好ましい。
窒素濃度を上記範囲に制御することで、シリコン単結晶育成時における単結晶化を妨げることなく、結晶欠陥のサイズを小さくすることができ、また、酸素濃度を上記範囲に制御することで、後述する熱処理後においてバルク層2b、3bに高密度に酸素析出物4を形成することができるため好ましい。
具体的には、シリコン単結晶インゴットは、石英ルツボに充填された多結晶シリコンを溶融してシリコン融液とし、シリコン融液の液面に種結晶を接触させて、種結晶と石英ルツボを回転させながら種結晶を引上げ、これを所望の直径まで拡径して直胴部を形成し、その後、シリコン融液から切り離すことで育成することができる。
具体的には、シリコン単結晶インゴットを内周刃又はワイヤソー等によりウェーハ状にスライスした後、外周部の面取り、ラッピング、エッチング、鏡面研磨等を行う。
この熱処理は、不活性ガス雰囲気下、1200℃以上シリコンの融点以下の最高到達温度で熱処理され、半導体デバイスが形成される第1面2側に供給する不活性ガスの供給量を、前記シリコンウェーハの第1面2に対向する第2面3側に供給する不活性ガスの供給量よりも多く制御して行うことを特徴とする。
前記熱処理は、例えば、図3に示すような急速加熱・急速冷却熱処理(Rapid Thermal Process)装置(以下、RTP装置という)を用いて行うことができる。
なお、温度T0、T1は、図3に示すようなRTP装置10の反応管20内にウェーハWを設置した場合において、ウェーハ保持部30の下方に設置された図示しない放射温度計によって測定された温度(放射温度計がウェーハWの径方向に複数配置されている場合はその平均温度)である。
例えば、前記ガスが酸素ガスや水素ガスである場合には、ウェーハWの第1面2において、面粗れを発生させてしまう場合があり好ましくない。また、前記ガスが窒素ガスである場合には、ウェーハWの第1面2や第2面3に窒化膜が形成されてしまう場合があり好ましくない。更に、前記ガスがアンモニアガスである場合には、COP等の結晶欠陥を低減させる効果が少ないため、無欠陥層2a、3aを効率的に形成することができない場合があり好ましくない。
前記温度T1の上限値は、RTP装置10としての寿命の関係上、1400℃以下であることがより好ましい。
CZ法によりv/G(v:引上速度、G:単結晶内の引上軸方向の温度勾配)を制御して空孔型点欠陥が存在する領域を有するシリコン単結晶インゴットを、単結晶育成時の1150℃から900℃までの冷却速度を2.0〜4.0℃/minの範囲に、窒素濃度を2.0×1014〜2.0×1015atoms/cm3の範囲に、かつ、酸素濃度を1.0×1018〜1.2×1018atoms/cm3の範囲に、それぞれ制御して育成し、該領域からスライスして得られた両面が鏡面研磨されたシリコンウェーハ(直径300mm、厚さ775μm)を得た。
Scattering Tomography Defect)スキャナ(レイテックス社製 MO-601)を用いて評価した。また、酸素析出物密度は、得られたアニールウェーハに対して、BMD析出熱処理(780℃×3時間+1000℃×16時間)を施した後、表面から深さ180μmまでのウェーハのバルク部における酸素析出物密度をIRトモグラフィ(株式会社レイテックス製 MO−411)を用いて評価した。
表1に、本試験における無欠陥層2a、3aの厚さD1、D2及びバルク層2b、3bの酸素析出物密度を測定したアニールウェーハ毎のデバイス想定熱処理後のスリップ全長の評価結果を示す。
2 第1面
2a 無欠陥層
2b バルク層
3 第2面
3a 無欠陥層
3b バルク層
4 酸素析出物
Claims (3)
- 窒素濃度が5.0×1013〜5.0×1015atoms/cm3であり、半導体デバイスが形成される第1面の無欠陥層厚さは2.0〜10.0μmであり、前記第1面の無欠陥層の内方に位置する前記第1面から深さ180μmまでの第1バルク層における酸素析出物密度は0.7×1010〜1.3×1010ケ/cm3であり、前記第1面に対向する第2面の無欠陥層厚さは前記第1面の無欠陥層厚さより小さく1.0〜9.0μmであり、前記第1面の無欠陥層厚さと前記第2面の無欠陥層厚さとの差が0.5〜4μmであることを特徴とするシリコンウェーハ。
- 前記第2面の無欠陥層の内方に位置する前記第2面から深さ180μmまでの第2バルク層における酸素析出物密度は前記第1バルク層における酸素析出物密度より大きく0.8×1010〜1.4×1010ケ/cm3であることを特徴とする請求項1に記載のシリコンウェーハ。
- チョクラルスキー法により窒素をドープして育成されたシリコン単結晶インゴットをスライスし、熱処理して得られたシリコンウェーハの製造方法であって、
前記シリコン単結晶インゴットは、単結晶育成時の1150℃から900℃までの冷却速度を1.0〜5.0℃/minの範囲に、窒素濃度を5.0×1013〜5.0×1015atoms/cm3の範囲に、かつ、酸素濃度を1.0×1018〜1.8×1018atoms/cm3の範囲に、それぞれ制御して育成され、
前記熱処理は、希ガス雰囲気下、1200℃以上シリコンの融点以下の最高到達温度で処理され、半導体デバイスが形成される第1面側に供給する希ガスの供給量を、前記第1面に対向する第2面側に供給する希ガスの供給量よりも多く制御して行うことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
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