JP2007191350A - Igbt用シリコン単結晶ウェーハ及びigbt用シリコン単結晶ウェーハの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】チョクラルスキー法によって育成されたシリコン単結晶からなり、膜厚が50〜150nmのゲート酸化膜を備えたIGBTの製造に用いられるシリコン単結晶ウェーハであって、格子間酸素濃度が7.0×1017atoms/cm3以下であり、ウェーハ面内における抵抗率のばらつきが5%以下であり、タイムゼロ絶縁破壊(TZDB)の合格率を評価する際のゲート酸化膜の膜厚及び電極面積をそれぞれtOX(cm)及びS(cm2)としたとき、ゲート酸化膜厚の2倍以上のサイズを有するシリコン単結晶中のCOPの密度d(cm−3)が下記式を満たす範囲であるシリコン単結晶ウェーハを採用する。 d≦−ln(0.9)/(S・tOX/2)
【選択図】なし
Description
上述のように、IGBTは酸化膜で絶縁されたゲートで電流を制御する素子なので、ゲート酸化膜の品質(Gate Oxide Integrity、以下GOIと記す)が重要である。シリコン単結晶ウェーハ中に欠陥が含まれていると、その欠陥がゲート酸化膜に取り込まれて、酸化膜の絶縁破壊の原因となる。
PT型基板の欠点を克服する為に、オフ時に空乏層がコレクタ側に接触しないノンパンチスルー(Non Punch Through、以下NPTと記す)型のIGBTが開発されている。更に最近になって、トレンチゲート構造やコレクタ側にフィールドストップ(Field Stop、以下FSと記す)層を形成した、よりオン電圧が低くスイッチング損失の少ないFS−IGBTが製造されるようになっている。NPT型やFS型のIGBT用の基板としては、従来からFZ法で育成したシリコン単結晶から切り出した直径150mm以下のウェーハ(以下、FZウェーハという)が使用されている。
そこで、我々は大口径結晶が容易に育成できるチョクラルスキー法(CZ法)でIGBT用シリコン単結晶ウェーハを製造することを試みた。
また特許文献2には、酸素及び窒素でドーピングされる間にチョクラルスキー法を使って引き上げられるシリコン単結晶の製造方法であって、単結晶が引き上げられる間に6.5×1017原子/cm3未満の濃度の酸素、及び5×1013原子/cm3超の濃度の窒素でドーピングされるシリコン単結晶の製造方法が開示されている。
更に特許文献3には、窒素を添加した融液からチョクラルスキー法により育成され、2×1014atoms/cm3以上2×1016atoms/cm3以下の窒素濃度、及び7×1017atoms/cm3以下の酸素濃度を含有し、各種表面欠陥密度がFPD≦0.1個/cm2、SEPD≦0.1個/cm2、及びOSF≦0.1個/cm2であり、内部欠陥密度がLSTD≦1×105個/cm3であり、かつ酸化膜耐圧特性がTZDB高Cモード合格率≧90%及びTDDB合格率≧90%以上であるシリコン半導体基板が開示されている。
(1)CZ法では、単結晶の育成時に過剰な空孔が凝集して0.2〜0.3μm程度のCOP(Crystal Originated Particle)が生じる。IGBTを製造する際には、ウェーハ表面または表面近傍にゲート酸化膜を形成するが、COPがウェーハ表面に露出して出来たピット、あるいはウェーハ表面近傍に存在するCOPがこのゲート酸化膜に取り込まれると、GOI(Gate Oxide Integrity)を劣化させる。従って、GOIが劣化しないように、GOI欠陥となるCOPの密度を制御する必要がある。
(2)CZ法により製造されたシリコン単結晶ウェーハには、1×1018atoms/cm3程度の過剰な酸素が含まれており、このようなウェーハに対して450℃で1時間程度の熱処理(IGBT製造工程のシンタリング処理に相当する熱処理)を行うと酸素ドナー(サーマルドナー)が発生し、ウェーハの抵抗率が低下してしまう。この酸素ドナーの発生による抵抗率の低下は、次の理由で2%以下に抑えなければならない。IGBT基板に許容される抵抗率の公差は品種によるが、狭いものでは±7%程度である。最も均一にリンをドープできる中性子照射の場合でも、照射バッチ間のバラツキ、インゴット軸方向のバラツキ、ウェーハ面内のバラツキを考慮すると、全体のバラツキは±5%程度になる。従って、リン濃度の不均一性以外の抵抗率バラツキ因子、すなわち、酸素ドナーによる抵抗率低下、の許容範囲は2%程度だと考えられる。
(3)CZ法により製造されたシリコン単結晶ウェーハの抵抗率は、シリコン融液に添加するリン(ドーパント)の量によって制御できるが、リンは偏析係数が小さい為にシリコン単結晶の長さ方向に渡って濃度が大きく変化する。そのため、一本のシリコン単結晶の中で、設計仕様に合致する抵抗率を有するウェーハの得られる範囲が狭い。
(4)CZ法により製造されたシリコン単結晶ウェーハには、1×1018atoms/cm3程度の過剰な酸素が含まれており、このようなウェーハに対してデバイス形成プロセスを行うと、過剰な酸素がSiO2となって析出し、再結合ライフタイムを劣化させる。
本発明のIGBT用のシリコン単結晶ウェーハは、チョクラルスキー法によって育成されたシリコン単結晶からなり、膜厚が50〜150nmのゲート酸化膜を備えたIGBTの製造に用いられるシリコン単結晶ウェーハであって、格子間酸素濃度が7.0×1017atoms/cm3以下であり、ウェーハ面内における抵抗率のばらつきが5%以下であり、TZDBの合格率を評価する際のゲート酸化膜の膜厚及び電極面積をそれぞれtOX(cm)及びS(cm2)としたとき、ゲート酸化膜の膜厚の2倍以上のサイズを有するCOPの密度d(cm−3)が下記式(1)を満たす範囲であることを特徴とする。
d≦−ln(0.9)/(S・tOX/2) … (1)
[Oi]≦1.482×1018×R−0.2063・・・・(2)
また本発明のIGBT用のシリコン単結晶ウェーハにおいては、育成後のシリコン単結晶に中性子照射がなされてリンがドープされていることが好ましい。
また本発明のIGBT用のシリコン単結晶ウェーハにおいては、リンと、前記リンよりも偏析係数の小さなP型ドーパントがそれぞれ、1×1013atoms/cm3以上1×1015atoms/cm3以下の濃度で含まれていることが好ましい。
また本発明のIGBT用のシリコン単結晶ウェーハにおいては、前記シリコン単結晶に、1×1013atoms/cm3以上5×1015atoms/cm3以下の窒素がドープされていることが好ましい。
IGBTのゲート酸化膜は、メモリ等のLSIにおけるゲート酸化膜と比べてかなり厚く、50〜150nmの範囲であり、一般的には100nm程度である。そこで、100nm前後のゲート酸化膜をウェーハに形成した場合の、GOI歩留まり(TZDBの合格率)とCOPのサイズ及び密度の関係を調査する。
評価用のウェーハには、直径150mm、n型で46〜54Ω・cmのCZ法により製造されたシリコンウェーハを用いる。
COPのサイズ分布の測定は、アクセント・オプティカル・テクノロジーズ社製のOPPを用いて、特開平8−261831号公報に記載されている方法で測定する。サイズを振った多面体酸素析出物をOPPとTEMで観察することによって、信号強度から実際の欠陥サイズ(同体積の球の直径)への換算係数を求め、これに基づいてCOPのサイズ分布を測定する。
GOI歩留まり(TZDBの合格率)の測定方法は、評価用ウェーハに71nm、83nm、108nmのゲート酸化膜をそれぞれ形成し、電極面積を8mm2のMOSキャパシターを229個作製して、判定電界強度を8MV/cmとし、判定電流を1mAとした条件で、各MOSキャパシターの電流−電圧曲線を測定し、絶縁破壊を起こさなかった確率をGOI歩留まり(TZDBの合格率)としている。
また、表1には、評価用ウェーハのGOI欠陥密度を示す。GOI欠陥密度は、式(3)によってGOI歩留まりから求めた、酸化膜の絶縁破壊の原因となった欠陥の密度である。
d=−ln(Y/100)/(S・tox/2) … (3)
ここで、dはGOI欠陥密度(cm−3)、YはGOI歩留まり(%)、SはTZDBの合格率を評価する際の電極面積(cm2)、toxはTZDBの合格率を評価する際のゲート酸化膜厚(cm)である。
COPのサイズを制御する方法としては、結晶成長速度と結晶の軸方向の温度勾配を制御して空孔の取り込み量を抑制する方法、COPが成長する温度範囲に結晶が滞在する時間を短くする方法、窒素をドープする方法などがあり、特に、窒素をドープする方法は最も容易でかつ効果が大きい。
但し、積分範囲はξ=0〜Eである。
−ln(Y/100)=S・(tox/2)・d … (5)
この式(5)の両辺をS・(tox/2)で割れば、式(3)になる。
酸素に起因したドナー(サーマルドナー、TDと略す)が最も発生しやすい温度は450℃である。デバイスプロセスにおいてAl配線のシンタリング処理はこの温度前後で1時間程度行われる。抵抗率が高く、かつ抵抗率の許容範囲が狭いIGBTではTDの発生を抑制することが重要である。そこで、450℃で1時間の熱処理を施した場合に発生するTDの濃度の格子間酸素濃度依存性を調べた。その結果を図2に示す。
抵抗率が狙い値から2%まで下がることを許容する場合に許容されるドナー増加量の抵抗率依存性を図3に示す。
図2と図3から、450℃で1時間の熱処理によって抵抗率が2%下がることを許容する場合の上限の格子間酸素濃度を示したのが図4である。
従って、抵抗率と格子間酸素濃度の関係が式(2)を満たせば、450℃で1時間の熱処理による抵抗率の低下を2%以下に抑えることが出来る。更に、格子間酸素濃度が7.0×1017atoms/cm3以下の場合には、800℃で4時間と1000℃で16時間の二段階熱処理を行った場合に生じるBMDの密度が5×107cm−3以下であり、前記二段階熱処理を行った場合における再結合ライフタイムが100マイクロ秒以上となる。式(2)を満たし、かつ格子間酸素濃度が7.0×1017atoms/cm3以下であれば、CZ結晶の問題点であった熱処理による抵抗率とライフタイムの低下を防ぐことが可能である。
なお、通常のCZ法では格子間酸素濃度を7.0×1017atoms/cm3以下にするのは困難であるが、磁場を印加して単結晶を育成するMCZ法によって、格子間酸素濃度を7.0×1017atoms/cm3以下にすることが可能である。また、石英坩堝の回転速度を低速にすることによっても格子間酸素濃度の低減が図られる。
ところで、CZ法により製造されたシリコン単結晶ウェーハの抵抗率は、シリコン単結晶に含まれるドーパント量によって制御できるが、IGBT基板のドーパントとして使われるリンは、偏析係数が小さい為にシリコン単結晶の長さ方向にわたってその濃度が大きく変化する。そのため、一本の単結晶の中で設計仕様に合った抵抗率を有するウェーハの得られる範囲が狭い。このため本発明では、上述したように、中性子照射、リンとリンよりも偏析係数の小さなp型ドーパントを所定量添加、その他様々な手段を採用する。いずれの場合も、不純物濃度の低いシリコン多結晶を原料とし、不純物の溶出が少ない合成石英ルツボを用いて単結晶を育成することが重要である。これらの手段を用いることで、シリコン単結晶の歩留まりを改善することができる。
また、リンと、リンよりも偏析係数の小さなp型ドーパントを所定量添加することによっても、シリコン単結晶の長さ方向の抵抗率変化を抑制することが出来る。これは所謂ダブルドープ法と呼ばれ、例えば特開2002−128591号公報に開示されており、リンのような偏析係数の小さなドーパントをドープした結晶の軸方向の抵抗率変化を抑制する方法である。リンに対して、リンよりも偏析係数の小さなp型ドーパント(例えばAl、Ga、In)をカウンタードーパントとしてドープすることによってリンの濃度変化を補償する。リンだけをドープした場合とリンとアルミニウムを同時にドープした場合の結晶軸方向の抵抗率変化を図5に示す。ウェーハの抵抗率の仕様が50±5Ω・cmの場合、リンとアルミニウムを同時にドープすることによって、歩留まりが約3倍に向上する。単結晶の上端におけるリンに対するアルミニウムの濃度比を55%程度にすると歩留まりが最も高くなる。本発明では、リンと、リンよりも偏析係数の小さなp型ドーパントがそれぞれ、1×1013atoms/cm3以上1×1015atoms/cm3以下の濃度で含有されることで、シリコン単結晶の長さ方向の抵抗率変化を抑制することが出来る。
更にまた、DLCZ法やCCZ法のようにシリコン融液にドーパントを添加する単結晶育成の場合には、ウェーハ面内の抵抗率バラツキを抑制するために、結晶育成中の結晶回転速度を速く回転させることが望ましく、直径200mm以下の単結晶育成では結晶回転速度を15〜30rpm、直径300mm以上では8〜15rpmの範囲で回転させることが望ましい。
d≦−ln(0.9)/(S・tOX/2) … (6)
但し、式(6)において、tOX(cm)はTZDBの合格率を評価する際のゲート酸化膜の膜厚であり、S(cm2)はTZDBの合格率を評価する際の電極面積である。
d≦−ln(0.9)/(S・tOX/2) … (7)
但し、式(7)において、tOX(cm)はTZDBの合格率を評価する際のゲート酸化膜の膜厚であり、S(cm2)はTZDBの合格率を評価する際の電極面積である。
d≦−ln(0.9)/(S・tOX/2) … (8)
但し、式(8)において、tOX(cm)はTZDBの合格率を評価する際のゲート酸化膜の膜厚であり、S(cm2)はTZDBの合格率を評価する際の電極面積である。
また本発明のIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法においては、前記シリコン融液に、リンを2.9×1013atoms/cm3以上2.9×1015atoms/cm3以下、前記リンよりも偏析係数の小さなp型ドーパントを、その偏析係数に応じて結晶中の濃度が1×1013atoms/cm3以上1×1015atoms/cm3以下となるように添加することが好ましい。
特に、上記の磁場の強度で上記の磁場中心高さ範囲で磁場を印加することで、シリコン融液の対流を抑えることができ、これにより格子間酸素濃度を低減することができる。
また、引き上げ後のノンドープのシリコン単結晶に中性子照射を行ってリンをドープするか、もしくはシリコン融液にリンとリンよりも偏析係数の小さなp型ドーパントを添加したシリコン融液から単結晶シリコンを引き上げることで、シリコン単結晶の長さ方向の抵抗率変化を低減できる。
(CZ炉の構成)
図6は、本発明の実施形態におけるIGBT用のシリコン単結晶ウェーハの製造方法を実施するのに適したCZ炉の縦断面図である。
図6に示すCZ炉は、チャンバー内の中心部に配置された坩堝1と、坩堝1の外側に配置されたヒータ2と、ヒータ2の外側に配置された磁場供給装置9とを備えている。坩堝1は、内側にシリコン融液3を収容する石英坩堝1aを外側の黒鉛坩堝1bで保持する二重構造であり、ペディスタルと呼ばれる支持軸1cにより回転および昇降駆動される。
坩堝1の上方には、円筒形状の熱遮蔽体7が設けられている。熱遮蔽体7は、黒鉛で外殻を作り、内部に黒鉛フェルトを充填した構造である。熱遮蔽体7の内面は、上端部から下端部にかけて内径が漸減するテーパー面になっている。熱遮蔽体7の上部外面は内面に対応するテーパー面であり、下部外面は、熱遮蔽体7の厚みを下方に向かって漸増させるようにほぼストレート面に形成されている。
そして、シードチャック5に取り付けた種結晶Tをシリコン融液3に浸漬し、坩堝1および引き上げ軸4を回転させつつ種結晶Tを引き上げることにより、シリコン単結晶6を形成できるようになっている。
半径方向の幅Wは例えば50mm、逆円錐台面である内面の垂直方向に対する傾きθは例えば21°、熱遮蔽体7の下端の融液面からの高さH1は例えば60mmとする。
上記の磁場の強度で上記の磁場中心高さ範囲で磁場供給装置9から磁場を供給することで、対流を抑えることができ、シリコン単結晶の格子間酸素濃度を低減させることができる。
次に、図6に示すCZ炉を用いたIGBT用のシリコン単結晶ウェーハの製造方法を説明する。
先ず、坩堝1内に高純度シリコンの多結晶を例えば37.5kg充填し、窒素源として例えば、窒化珪素からなるCVD膜を有するシリコンウェーハを投入する。窒素源の添加量は、シリコン融液中に1.4×1016atoms/cm3以上7.1×1018atoms/cm3以下の窒素が導入されるように調整することが好ましい。
そして、CZ炉内を不活性ガス雰囲気とし、雰囲気圧力を1.3〜13.3kPa(10〜100torr)となるように調整する。
以上の引き上げ条件に設定することで、シリコン単結晶中の格子間酸素濃度を低減でき、これによりIGBT製造工程での酸素ドナー発生による抵抗率の低下を抑制することができる。格子間酸素濃度が7.0×1017atoms/cm3を越えるとIGBT製造工程で酸素析出が起きてライフタイムが低下するので好ましくない。
ラッピングを行う際には、ウェーハの割れを防止するために、ウェーハの表面の周縁部に表面側面取り部を形成するとともに、ウェーハの裏面の周縁部に裏面側面取り部を形成することが好ましい。更に、ラッピング処理後のウェーハ表裏面周縁部の面取り部に面取り加工を施して所定形状に仕上げることが望ましい。図7には、ウェーハ加工完了後のウェーハ周縁部の断面を示す。
また、表面側面取り部24は、表面22の主面23に対して傾斜する第一傾斜面11を有しており、裏面側面取り部28は、裏面26の主面27に対して傾斜する第二傾斜面12を有している。第一傾斜面11の傾斜角度θ1は10°から50°の範囲が好ましく、第二傾斜面12の傾斜角度θ2は10°から30°の範囲が好ましく、更にθ1≦θ2とされていることが好ましい。
また、第一傾斜面11と周縁端29との間には、これらを接続する第一曲面13が設けられている。また、第二傾斜面12と周縁端29との間には、これらを接続する第二曲面14が設けられている。第一曲面13の曲率半径R1の範囲は80μmから250μmの範囲が好ましく、第二曲面14の曲率半径R2の範囲は100μmから300μmの範囲が好ましい。
このようにして、本実施形態のIGBT用のシリコン単結晶ウェーハを製造できる。
以上のようにして製造されたシリコン単結晶ウェーハは、膜厚が50〜150nmのゲート酸化膜を備えたIGBTの製造に好適に用いられるものであって、格子間酸素濃度が7.0×1017atoms/cm3以下となり、ウェーハ面内における抵抗率のばらつきが5%以下となり、電界強度8MV/cmでのTZDBの合格率が90%以上となる。また、TZDBの合格率を評価する際のゲート酸化膜の膜厚をtOX(cm)とし、TZDBの合格率を評価する際の電極面積をS(cm2)としたとき、ゲート酸化膜厚の2倍以上のサイズを有するCOPの密度d(cm−3)が上記式(1)を満たす範囲となる。また、抵抗率自体は30Ω・cm〜250Ω・cm程度となる。更にシリコン単結晶ウェーハには、1×1013atoms/cm3以上5×1015atoms/cm3以下の窒素がドープされている。
更にまた、本実施形態のシリコン単結晶ウェーハには、裏面側に50nm以上2000nm以下の多結晶シリコン層が形成されており、ウェーハの表面の周縁部には表面側面取り部が形成され、ウェーハの裏面の周縁部には裏面側面取り部が形成されている。
また、このシリコン単結晶ウェーハは、膜厚が50〜150nmといった比較的大きな厚みのゲート酸化膜を備えたIGBTの製造に用いられるものであり、このような用途に用いられるウェーハのゲート酸化膜厚の2倍以上のサイズを有するCOP密度を式(1)に示すように規定することによって、TZDBの合格率を常に90%以上にすることができる。
CZ法により、種々の格子間酸素濃度を有するシリコンインゴットを製造した。具体的には、多結晶シリコン37.5kgを合成石英坩堝に投入し、更にシリコン融液中の窒素濃度が2.63×1017atoms/cm3となるように窒化珪素CVD膜付きシリコンウェーハを加え、アルゴン雰囲気中で多結晶シリコンを溶融してシリコン融液とした。次に、水平方向に0.35Tの磁場を磁場中心高さが融液液面からシリコン融液側に50mm離れた位置となるように供給しながら、シリコン融液に種結晶を浸漬させ、次に種結晶及び合成石英坩堝を回転させながら種結晶を徐々に引き上げて種結晶の下に単結晶を成長させた。尚、坩堝回転速度を0.05rpm、結晶回転速度を8rpm、単結晶の成長速度をV(mm・min−1)、単結晶成長時の融点から1350℃の温度勾配G(K・mm−1)としたときの比V/Gを0.23(mm2min−1K−1)とし、1200℃〜1000℃に結晶が滞在する時間が33分間となる条件で育成した。育成後のシリコン単結晶の大きさは、直胴部の直径が約156mm、直胴部の長さが約670mmであった。
多結晶シリコン37.5kgを合成石英坩堝に投入し、シリコン融液中の濃度が2.1×1014atoms/cm3となるようにリンを加え、アルゴン雰囲気中で多結晶シリコンを溶融してシリコン融液とした。次に、シリコン融液に種結晶を浸漬させ、次に種結晶及び合成石英坩堝を回転させながら種結晶を徐々に引き上げて種結晶の下に単結晶を成長させた。尚、坩堝回転速度を7rpm、結晶回転速度を15rpm、単結晶の成長速度をV(mm・min−1)、単結晶成長時の融点から1350℃の温度勾配G(K・mm−1)としたときの比V/Gを0.24(mm2min−1K−1)とし、1200℃〜1000℃に結晶が滞在する時間が147分間となる条件で育成した。育成後のシリコン単結晶の大きさは、直胴部の直径が約156mm、直胴部の長さが約670mmであった。
「COPサイズ」
まず、実施例1及び比較例1のウェーハについて、COPのサイズ分布を評価した。COPのサイズ分布の測定は、アクセント・オプティカル・テクノロジーズ社製のOPPを用いて、特開平8−261831号公報に記載されている方法で測定した。サイズを振った多面体酸素析出物をOPPとTEM(透過型電子顕微鏡)で観察することによって、信号強度から実際の欠陥サイズ(同体積の球の直径)への換算係数を求め、これに基づいてCOPのサイズ分布を測定した。結果を図8に示す。
図8に示すように、実施例1ではCOPのサイズが非常に小さく、サイズが制御されていることが確認できた。一方、比較例1については、実施例1に比べてCOPのサイズが大きくなっていることが判明した。
次に、GOI歩留まり(TZDBの合格率)を評価した。実施例1及び比較例1のウェーハについて、酸素雰囲気中1000℃で160分間の熱酸化を行って厚さ100nmのゲート酸化膜を形成し、GOI評価用のMOSキャパシタを作製した。電極面積は8mm2とし、判定電界強度を8MV/cmとし、判定電流を1mAとした条件でGOI歩留まりを評価したところ、実施例1では100%であり、比較例1では78.6%であった。このように、実施例1は比較例1に比べて、GOI歩留まりが高くなっていることが判明した。
次に、実施例1及び比較例1のウェーハについて、酸素ドナーの濃度を測定した。Al配線のシンタリング処理を想定して、450℃で1時間の熱処理を行う前後での抵抗率の変化を四探針法で評価したところ、実施例1では熱処理前の抵抗率が51.1Ω・cmであり、熱処理後の抵抗率が50.5Ω・cmであった。熱処理前後で抵抗率の変化が少ないことから、酸素ドナーに由来する抵抗率の変化が殆どないことが確認できた。
一方、比較例1については、熱処理前の抵抗率は48.1Ω・cmであったが、熱処理後は酸素ドナーの生成の影響によって21.2Ω・cmに低下した。
次に、BMD抑制効果を確認するために、800℃で4時間と1000℃で16時間の二段階熱処理を行う前後で、OPPによる欠陥密度の比較を行った。その結果、実施例1では、熱処理前では3.4×107cm−3であり、熱処理後では3.6×107cm−3であった。このように実施例1では、熱処理前を行っても欠陥は殆ど増加しなかった。すなわち酸素析出物(BMD)の生成が抑制されていることが確認できた。この結果から、評価熱処理を行っても再結合ライフタイムの低下は起きないと推測されたので、再結合ライフタイムも評価したところ、熱処理前が2150マイクロ秒であり、熱処理後が2210マイクロ秒であった。
一方、比較例1について実施例1と同様にしてOPPによる欠陥密度測定したところ、熱処理前では1.1×106cm−3であり、熱処理後では3.6×109cm−3であった。この結果は、比較例1について熱処理を施すことでBMDが生じた事を意味している。比較例1の再結合ライフタイムを評価したところ、熱処理前が1950マイクロ秒であったところ、熱処理後は10マイクロ秒に大幅に低下した。
Claims (9)
- チョクラルスキー法によって育成されたシリコン単結晶からなり、膜厚が50〜150nmのゲート酸化膜を備えたIGBTの製造に用いられるシリコン単結晶ウェーハであって、格子間酸素濃度が7.0×1017atoms/cm3以下であり、ウェーハ面内における抵抗率のばらつきが5%以下であり、TZDBの合格率を評価する際のゲート酸化膜の膜厚及び電極面積をそれぞれtOX(cm)及びS(cm2)としたとき、ゲート酸化膜の膜厚の2倍以上のサイズを有するCOPの密度d(cm−3)が下記式(1)を満たす範囲であることを特徴とするIGBT用のシリコン単結晶ウェーハ。
d≦−ln(0.9)/(S・tOX/2) … (1) - 抵抗率をR(Ω・cm)としたとき、酸素濃度[Oi](atoms/cm3)が下記式(2)を満たす範囲であることを特徴とする請求項1に記載のIGBT用のシリコン単結晶ウェーハ。
[Oi]≦1.482×1018×R−0.2063・・・・(2) - 育成後のシリコン単結晶に中性子照射がなされてリンがドープされていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のIGBT用のシリコン単結晶ウェーハ。
- リンと、前記リンよりも偏析係数の小さなp型ドーパントがそれぞれ、1×1013atoms/cm3以上 1×1015atoms/cm3以下の濃度で含まれていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のIGBT用のシリコン単結晶ウェーハ。
- 前記シリコン単結晶に、1×1013atoms/cm3以上5×1015atoms/cm3以下の窒素がドープされていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のIGBT用のシリコン単結晶ウェーハ。
- チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成することにより得られ、膜厚が50〜150nmのゲート酸化膜を備えたIGBTの製造に用いられるシリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、抵抗率を調整するためのドーバントが添加されていないシリコン融液に磁場を印加して、ゲート酸化膜厚の2倍以上のサイズを有するCOP密度dが下式(3)で算出される密度以下、かつ、格子間酸素濃度が7×1017atoms/cm3以下のシリコン単結晶を引き上げた後、引き上げ後のシリコン単結晶に中性子照射を行ってリンをドープすることを特徴とするIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法。
d≦−ln(0.9)/(S・tOX/2) … (3)
但し、式(3)において、tOX(cm)はTZDBの合格率を評価する際のゲート酸化膜の膜厚であり、S(cm2)はTZDBの合格率を評価する際の電極面積である。 - チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成することにより得られ、膜厚が50〜150nmのゲート酸化膜を備えたIGBTの製造に用いられるシリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、リンを2.9×1013atoms/cm3以上2.9×1015atoms/cm3以下、前記リンよりも偏析係数の小さなp型ドーパントを、その偏析係数に応じて結晶中の濃度が1×1013atoms/cm3以上1×1015atoms/cm3以下となるように添加したシリコン融液に磁場を印加して、ゲート酸化膜厚の2倍以上のサイズを有するCOP密度dが下式(4)で算出される密度以下、かつ、格子間酸素濃度が7×1017atoms/cm3以下のシリコン単結晶を引き上げることを特徴とするIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法。
d≦−ln(0.9)/(S・tOX/2) … (4)
但し、式(4)において、tOX(cm)はTZDBの合格率を評価する際のゲート酸化膜の膜厚であり、S(cm2)はTZDBの合格率を評価する際の電極面積である。 - チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成することにより得られ、膜厚が50〜150nmのゲート酸化膜を備えたIGBTの製造に用いられるシリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、n型ドーパントが添加されたシリコン融液に磁場を印加して、シリコン融液中のドーパント濃度が一定になるようにシリコン融液の量、及びドーパントの量を調整しながらシリコン単結晶を育成し、ゲート酸化膜厚の2倍以上のサイズを有するCOP密度dが下式(5)で算出される密度以下、かつ、格子間酸素濃度が7×1017atoms/cm3以下のシリコン単結晶を引き上げることを特徴とするIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法。
d≦−ln(0.9)/(S・tOX/2) … (5)
但し、式(5)において、tOX(cm)はTZDBの合格率を評価する際のゲート酸化膜の膜厚であり、S(cm2)はTZDBの合格率を評価する際の電極面積である。 - 前記シリコン融液に1.4×1016atoms/cm3以上7.1×1018atoms/cm3以下の濃度で窒素を添加することを特徴とする請求項6乃至請求項8のいずれかに記載のIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法。
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