JP2010004054A - 内部ゲッタリング性の改良された熱アニーリングされたウエハ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ウエハ1は、前表面3、後表面5、および前表面と後表面との間にある中央面7を有する。本発明の方法において、ウエハ1の前表面3から中心7に向かって広がる領域層に存在する凝集した空孔欠陥を溶解させるために熱アニーリング処理に供される。その後、アニーリング処理されたウエハ1は、結晶格子の空孔を形成させるために熱処理される。このとき、空孔はシリコンバルク11に形成される。熱処理されたウエハは、その熱処理温度から、結晶格子の空孔のいくらか(すべてではない)を前表面にまで拡散させて、ピーク密度が中央面またはその付近にあり、濃度が一般にはウエハの前表面の方向で低下する空孔の濃度プロファイルを有するウエハが得られる速度で冷却される。
【選択図】図1
Description
本発明は一般に、電子部品の製造に使用される、半導体材料基板、特にシリコンウエハの製造に関する。より詳細には、本発明は、シリコンウエハを熱処理して、凝集した空孔欠陥を溶解させ、かつ内部ゲッタリング能を改良させるための方法に関する。この方法により、そのようなウエハは、本質的には任意のいずれかの電子デバイス製造プロセスの熱処理サイクル時において酸素析出物の一様でない理想的な深さ分布を形成させることができる。
実施例1〜実施例5は、本発明の析出を例示する。従って、これらの実施例はすべて、限定する意味で解釈すべきではない。
シリコン単結晶をチョクラルスキー法によって引き上げ、スライスし、研磨して、シリコンウエハを得た。次いで、これらのウエハを、表面酸化工程(S1)、窒素中またはアルゴン中での急速熱アニーリング処理工程(S2)に供し、急冷し(S3)、そして表Iに示す条件下での酸素安定化および成長工程(S4)に供した。工程S1〜工程S4の前におけるウエハの初期酸素濃度(Oi)、工程S4の後でのウエハバルクの酸素析出物密度(OPD)、および工程S4の後でのデニューデッドゾーンの深さ(DZ)もまた表Iに示す。
さらに、サンプル4−7における結晶格子の空孔の濃度を、白金拡散技法を使用してマッピングした。白金濃度のウエハ表面からの深さ(0ミクロンの深さはウエハの前表面に対応する)に対するプロットを図5に示す。
本発明のプロセスが、チョクラルスキー成長のシリコンウエハに関して、酸素濃度に比較的依存しないことを明らかにするために、異なる酸素濃度を有する3枚のウエハを、実施例1に記載される同じ工程系列に供した。これらの各工程の条件、工程S1〜工程S4の前におけるウエハの初期酸素濃度(Oi)、工程S4の後でのウエハバルクの酸素析出密度(OPD)、および工程S4の後におけるウエハ表面から測定されるデニューデッドゾーンの深さ(DZ)を表IIに示す。図6、図7および図8は、得られたウエハの断面を示す(これらの図は、200倍の倍率で撮影された写真の拡大である);サンプル3−4を図6に示し、サンプル3−5を図7に示し、サンプル3−6を図8に示す。
本発明のプロセスが、酸素析出物安定化および成長工程(S4)のために使用される条件に比較的依存しないことを明らかにするために、同じ初期酸素濃度を有するウエハ(サンプル1−8)を、サンプル3−4に関する実施例2に記載される同じ工程系列に供した。しかし、市販の16Mb DRAMプロセスを、酸素析出物安定化および成長工程(S4)として使用した。図9は、得られたウエハの断面を示す(この図は、200倍の倍率で撮影された写真の拡大である)。工程S4の後において、サンプル1−8およびサンプル3−4は、匹敵し得るバルク酸素析出密度(サンプル1−8の7×1010/cm3対サンプル3−4の4×1010/cm3)および匹敵し得るデニューデッドゾーン深さ(約40ミクロン)を有した。
本実施例は、熱処理を行っているときに、バルクミクロ欠陥(BMD)密度、すなわち酸素析出化物の密度において、そして熱処理中における雰囲気中の酸素濃度の増大から生じるデニューデッドゾーン(DZ)の深さにおいて観測され得る傾向を例示する。3組の異なるウエハを、様々なプロセス条件下での急速熱アニーリング処理に供した。A組のウエハを1200℃で30秒間、窒素雰囲気下でアニーリング処理した;B組のウエハを同じ条件下で20秒間アニーリング処理した;C組のウエハを1200℃で30秒間、アルゴン雰囲気下でアニーリング処理した。予備酸化工程は、本実施例では3組のウエハのいずれに対しても行わなかった。
酸化的熱アニーリング処理
本発明の酸化的熱アニーリング処理を例示するために、チョクラルスキー法に従って成長させた単結晶シリコンインゴットから得られ、自然の酸化物層のみを有するシリコンウエハを熱アニーリング工程(S2)に供した。それぞれの場合、ウエハを、アンモニア含有雰囲気下、急速熱アニーリング装置において約1180℃で約3分間アニーリングし、次いで急冷した(S3)。次に図11および図12を参照して、酸素安定化および成長工程(S4)およびNEC−1処理を行った後、そのようなプロセス条件により、デニューデッドゾーンを本質的に有さず、約1x1010原子/cm3よりも大きなバルク酸素析出物密度(OPD)を有するシリコンウエハが得られることを認めることができる。
様々な変化を、本発明の範囲から逸脱することなく、上記の構成およびプロセスにおいて行うことできるので、上記の説明に含まれるすべての事項は、例示として解釈されるものであり、限定する意味で解釈されるものではない。
Claims (37)
- 一方がウエハの前表面であり、もう一方がウエハの後表面である2つのほぼ平行な主表面、前表面と後表面との間にある中央面、前表面および後表面を結ぶ周囲縁、前表面から前記中央面に向かって測定されたときに前表面から距離Dsまで伸びる領域層、少なくとも一部が前記領域層と同様の広がりを有し、かつ前表面から前記中央面に向かって測定されたときに前表面と少なくとも約10マイクロメートルの距離D1との間にあるウエハ領域を有してなる表面層、および前記中央面と前記表面層との間にあるウエハ領域を含むバルク層を有する単結晶シリコンウエハであって、
前記ウエハの前記領域層は、凝集した空孔欠陥を実質的に含まないこと;および
前記ウエハは結晶格子の空孔の一様でない分布を有し、前記バルク層の空孔濃度が前記表面層の空孔濃度よりも大きく、かつ空孔は、空孔のピーク密度が前記中央面またはその付近にあり、濃度が前記ウエハの前表面の方向でピーク密度の位置からほぼ低下する濃度プロファイルを有すること
を特徴とする単結晶シリコンウエハ。 - D1は少なくとも約20マイクロメ−トルである、請求項1に記載のウエハ。
- D1は少なくとも約50マイクロメ−トルである、請求項1に記載のウエハ。
- Dsは少なくとも約5マイクロメートルである、請求項1、2または3に記載のウエハ。
- Dsは少なくとも約10マイクロメートルである、請求項1、2または3に記載のウエハ。
- Dsは少なくとも約20マイクロメートルである、請求項1、2または3に記載のウエハ。
- ウエハ表面から3ミクロンよりも大きな距離における格子間酸素濃度が前記バルク層の格子間酸素濃度の少なくとも約50%である、請求項1、2または3に記載のウエハ。
- ウエハ表面から10ミクロンよりも大きな距離における格子間酸素濃度が前記バルク層の格子間酸素濃度の少なくとも約80%である、請求項1、2または3に記載のウエハ。
- 前記ウエハはエピタキシャル層を前記ウエハの前表面に有することをさらに特徴とする、請求項1、2または3に記載のウエハ。
- 前記前表面は研磨されていることをさらに特徴とする、請求項1、2または3に記載のウエハ。
- 前記ウエハは炭素濃度が約1x1016原子/cm3であることをさらに特徴とする、請求項1、2または3に記載のウエハ。
- 前記ウエハは炭素濃度が約5x1015原子/cm3であることをさらに特徴とする、請求項1、2または3に記載のウエハ。
- 前記ウエハは、約1300℃を超えない温度で前記ウエハを熱処理することによって溶解し得ない酸素析出物核形成中心が存在しないことをさらに特徴とする、請求項1、2または3に記載のウエハ。
- 凝集した空孔欠陥を溶解させ、かつ後の熱処理工程において単結晶シリコンウエハ中の酸素の析出挙動を変化させるために、単結晶シリコンウエハを熱処理する方法であって、
単結晶シリコンウエハが、一方がウエハの前表面であり、他方がウエハの後表面である2つのほぼ平行な主表面、前表面と後表面との間にある中央面、前表面および後表面を結ぶ周囲縁、前表面から前記中央面に向かって測定されたときに前表面から距離Dsまで伸びる領域層、少なくとも一部が前記領域層と同様の広がりを有し、かつ前表面から前記中央面に向かって測定されたときに前表面と距離Dとの間にあるウエハ領域を含む表面層、および前記中央面と前記表面層との間にあるウエハ領域を含むバルク層を有する単結晶シリコンウエハであり、
前記ウエハを雰囲気中で熱アニーリング処理して、前記領域層に以前から存在する凝集した空孔欠陥を溶解させること;
前記アニーリング処理ウエハを熱処理して、結晶格子の空孔を前記表面層および前記バルク層に形成させること;および
前記熱処理ウエハの冷却速度を制御して、ピーク密度が前記中央面またはその付近にあり、濃度が前記ウエハの前表面の方向でほぼ低下する空孔濃度プロファイルであり、前記表面層および前記バルク層における空孔の濃度差が、750℃を超える温度での前記ウエハの熱処理により、デニューデッドゾーンを前記表面層に形成させることができ、かつ酸素クラスターまたは酸素析出物を前記バルク層に形成させることができ、そして前記バルク層における酸素クラスターまたは酸素析出物の濃度が主として空孔濃度に依存するという空孔濃度プロファイルを有するウエハを製造すること
を含んでなる方法。 - 前記ウエハを、水素、アルゴンまたはその混合物の雰囲気中で熱アニーリング処理する、請求項14に記載の方法。
- 前記ウエハを、約1100℃〜約1300℃の間の温度で約1時間〜約4時間にわたって熱アニーリング処理する、請求項14に記載の方法。
- 前記アニーリング処理ウエハは窒化物非形成雰囲気中で熱処理される、請求項14に記載の方法。
- 前記熱処理の雰囲気は、主として、アルゴン、ヘリウムまたはその混合物である、請求項17に記載の方法。
- 前記アニーリング処理ウエハは窒化物形成雰囲気中で熱処理される、請求項14に記載の方法。
- 前記アニーリング処理ウエハの熱処理は、前記ウエハを、酸素分圧が約5,000ppma未満である酸素含有雰囲気中で約1175℃を超える温度に60秒未満の時間にわたって加熱することを含む、請求項14に記載の方法。
- 前記アニーリング処理ウエハの熱処理は、前記ウエハを、酸素分圧が約5,000ppma未満である酸素含有雰囲気中で約1200℃を超える温度に60秒未満の時間にわたって加熱することを含む、請求項14に記載の方法。
- 前記冷却速度は、結晶格子の空孔がシリコン中で比較的移動しやすい温度範囲を通過するように少なくとも約50℃/秒である、請求項14、20または21に記載の方法。
- 前記冷却速度は、結晶格子の空孔がシリコン中で比較的移動しやすい温度範囲を通過するように少なくとも約100℃/秒である、請求項14、20または21に記載の方法。
- 前記ウエハを、約10マイクロメートルの深さまでの領域層に以前から存在する凝集した空孔欠陥を溶解させるために熱アニーリング処理する、請求項14、20または21に記載の方法。
- 前記ウエハを、約20マイクロメートルの深さまでの領域層に以前から存在する凝集した空孔欠陥を溶解させるために熱アニーリング処理する、請求項14、20または21に記載の方法。
- 凝集した空孔欠陥を溶解させ、かつ後の熱処理工程において単結晶シリコンウエハ中の酸素の析出挙動を変化させるために、単結晶シリコンウエハを熱処理する方法であって、
単結晶シリコンウエハが、前表面、後表面、前表面と後表面との間にある中央面、前表面から前記中央面に向かって測定されたときに前表面から距離Dsまで伸びる領域層、少なくとも一部が前記領域層と同様の広がりを有し、かつ前表面から前記中央面に向かって測定されたときに前表面と距離Dとの間にあるウエハ領域を含む表面層、および前記中央面と前記表面層との間にあるウエハ領域を含むバルク層を有する単結晶シリコンウエハであり、
前記ウエハを雰囲気中で熱アニーリング処理して、結晶格子の空孔を前記表面層および前記バルク層に形成させること;
前記熱処理ウエハの冷却速度を制御して、ピーク密度が前記中央面またはその付近にあり、濃度がウエハの前表面の方向でほぼ低下し、そして前記表面層および前記バルク層における空孔の濃度差が、750℃を超える温度での前記ウエハの熱処理により、デニューデッドゾーンを前記表面層に形成させることができ、かつ酸素クラスターまたは酸素析出物を前記バルク層に形成させることができ、そして前記バルク層における酸素クラスターまたは酸素析出物の濃度が主として空孔濃度に依存するという空孔濃度プロファイルを有するウエハを製造すること;
冷却されたウエハに存在する酸素析出物核形成中心を、冷却されたウエハを約650℃〜約850℃の温度に約1時間〜約4時間にわたって加熱することによって安定化させること;および
前記安定化ウエハを雰囲気中で熱アニーリング処理して、前表面から少なくとも約5ミクロンの深さまで伸びる領域内に存在する凝集した空孔欠陥を溶解させること
を含んでなる方法。 - 前記安定化ウエハを、水素、アルゴンまたはその混合物の雰囲気中で熱アニーリング処理する、請求項26に記載の方法。
- 前記安定化ウエハを約1100℃〜約1300℃の間の温度で約1時間〜約4時間にわたって熱アニーリング処理する、請求項26に記載の方法。
- 前記ウエハは窒化物非形成雰囲気中で熱処理される、請求項26に記載の方法。
- 前記熱処理の雰囲気は、主として、アルゴン、ヘリウムまたはその混合物である、請求項29に記載の方法。
- 前記ウエハを窒化物形成性雰囲気中で熱処理する、請求項26に記載の方法。
- 前記ウエハを、酸素分圧が約5,000ppma未満である酸素含有雰囲気中において、約1175℃を超える温度で60秒未満の時間にわたって熱処理する、請求項26に記載の方法。
- 前記ウエハを、酸素分圧が約5,000ppma未満である酸素含有雰囲気中において、約1200℃を超える温度で60秒未満の時間にわたって熱処理する、請求項26に記載の方法。
- 前記安定化ウエハを、前表面から少なくとも約10ミクロンの深さまで伸びる領域内において凝集した空孔欠陥を溶解させるために熱アニーリング処理する、請求項26、32または33に記載の方法。
- 前記安定化ウエハを、前表面から少なくとも約20ミクロンの深さまで伸びる領域内において凝集した空孔欠陥を溶解させるために熱アニーリング処理する、請求項26、32または33に記載の方法。
- 前記冷却速度は、結晶格子の空孔がシリコン中で比較的移動しやすい温度範囲を通過するように少なくとも約50℃/秒である、請求項26、32または33に記載の方法。
- 前記冷却速度は、結晶格子の空孔がシリコン中で比較的移動しやすい温度範囲を通過するように少なくとも約100℃/秒である、請求項26、32または33に記載の方法。
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