JP2010083712A - 結晶欠陥状態予測方法、シリコンウェーハの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シリコン単結晶中における結晶欠陥のサイズおよび密度を予測する結晶欠陥状態予測方法であって、
実験データを解析し関連する物理パラメーターを抽出し、その物理パラメーターについてデータベースを構築する工程と、
前記データベースのデータを用いて、結晶欠陥のサイズおよび密度を算出する工程と、
を有するとともに、
前記データベースが、結晶欠陥の密度およびサイズに大きく影響を与える独立要素と、
該独立要素に従属する従属要素としての結晶欠陥のサイズ分布中における最大サイズと最小サイズとを有してなる。
【選択図】図1
Description
実験データを解析し関連する物理パラメーターを抽出し、その物理パラメーターについてデータベースを構築する工程と、
前記データベースのデータを用いて、結晶欠陥のサイズおよび密度を算出する工程と、
を有するとともに、
前記データベースが、結晶欠陥の密度およびサイズに大きく影響を与える独立要素と、
該独立要素に従属する従属要素としての結晶欠陥のサイズ分布中における最大サイズと最小サイズとを有してなることにより上記課題を解決した。
本発明本発明の結晶欠陥状態予測方法において、熱処理後のシリコンウェーハ中における結晶欠陥のサイズおよび密度を予測する結晶欠陥状態予測方法であって、
実験データを解析して算出した変数の一連の組からなるデータ表を算出する工程と、
結晶欠陥の密度およびサイズに大きく影響を与える独立要素として、前記シリコンウェーハの初期条件、および、熱処理の条件を用いるとともに、前記データ表の数値として、前記独立要素に従属する従属要素としての結晶欠陥のサイズ分布中における最大サイズと最小サイズとを用いて、(式1)により結晶欠陥のサイズおよび密度を算出する工程と、
を有することにより上記課題を解決した。
実験データを解析した複数の変数からなるデータ表の数値を用いて、結晶欠陥のサイズおよび密度を算出する際に、
初期条件として与える変数としては、前記ウェーハ中のドーパント濃度と、前記シリコンウェーハ中の酸素濃度(Oi)と、少なくとも処理温度T(℃)と処理時間t(h)とからなる熱処理条件とが選択され、
前記データ表の変数が、熱処理を極めて長時間とした場合の結晶欠陥の最大サイズSmax と、結晶欠陥の最小サイズScrとを含むものとされ、
(式1)により結晶欠陥のサイズおよび密度を算出することにより上記課題を解決した。
記
Co(cm−3) Cb(cm−3) T℃ tS(h) Smax(atom) Scr(atom) td(h)
7.75E+17 1.00E+12 700 1800 1.00E+07 1.00E-02 2.600
7.75E+17 1.00E+14 700 1800 1.00E+07 1.00E-02 2.600
7.75E+17 1.00E+16 700 1800 1.00E+07 1.00E-02 2.600
7.75E+17 1.00E+18 700 1500 5.00E+06 5.00E-03 2.400
7.75E+17 5.00E+18 700 150 4.00E+06 1.00E-03 0.600
7.75E+17 1.00E+19 700 50 4.00E+05 1.00E-04 0.100
7.75E+17 1.00E+12 1000 300 5.00E+12 2.00E+04 0.010
7.75E+17 1.00E+14 1000 300 5.00E+12 2.00E+04 0.010
7.75E+17 1.00E+16 1000 300 5.00E+12 2.00E+04 0.010
7.75E+17 1.00E+18 1000 250 5.00E+12 1.00E+04 0.010
7.75E+17 5.00E+18 1000 130 2.00E+13 2.00E+03 0.010
7.75E+17 1.00E+19 1000 50 2.00E+13 1.00E+02 0.010
7.65E+17 1.00E+14 500 5000 5.00E+05 1.00E-03 3.000
7.65E+17 1.00E+14 600 4000 1.00E+06 1.00E-03 2.500
7.65E+17 1.00E+12 700 2000 2.00E+07 1.00E-02 2.700
7.65E+17 1.00E+14 700 2000 2.00E+07 1.00E-02 2.700
7.65E+17 1.00E+16 700 2000 2.00E+07 1.00E-02 2.700
7.65E+17 1.00E+18 700 1700 1.00E+07 5.00E-03 2.500
7.65E+17 4.00E+18 700 200 5.00E+06 2.00E-03 0.800
7.65E+17 9.00E+18 700 50 7.00E+05 1.00E-04 0.500
7.65E+17 2.00E+19 700 27 2.00E+04 1.00E-05 0.010
7.65E+17 1.00E+12 800 1000 5.00E+12 3.00E-01 5.000
7.65E+17 1.00E+14 800 1000 5.00E+12 3.00E-01 5.000
7.65E+17 1.00E+16 800 1000 5.00E+12 3.00E-01 5.000
7.65E+17 1.00E+18 800 500 2.00E+12 2.00E-01 5.000
7.65E+17 4.00E+18 800 120 5.00E+11 1.00E-01 5.000
7.65E+17 9.00E+18 800 100 3.00E+10 5.00E-02 3.000
7.65E+17 2.00E+19 800 80 5.00E+08 2.00E-02 2.000
7.65E+17 1.00E+12 900 500 1.00E+13 2.00E+04 0.010
7.65E+17 1.00E+14 900 500 1.00E+13 2.00E+04 0.010
7.65E+17 1.00E+16 900 500 1.00E+13 2.00E+04 0.010
7.65E+17 1.00E+18 900 500 1.00E+13 1.00E+04 0.010
7.65E+17 4.00E+18 900 200 1.00E+13 5.00E+02 0.010
7.65E+17 9.00E+18 900 100 1.00E+13 1.00E+02 0.010
7.65E+17 2.00E+19 900 50 2.00E+10 1.00E-01 1.000
7.65E+17 1.00E+12 1000 400 4.00E+12 5.00E+04 0.010
7.65E+17 1.00E+14 1000 400 4.00E+12 5.00E+04 0.010
7.65E+17 1.00E+16 1000 400 4.00E+12 5.00E+04 0.010
7.65E+17 1.00E+18 1000 350 4.00E+12 3.00E+04 0.010
7.65E+17 4.00E+18 1000 150 2.00E+13 1.00E+04 0.010
7.65E+17 9.00E+18 1000 60 2.00E+13 5.00E+03 0.010
7.65E+17 2.00E+19 1000 50 2.00E+13 1.00E+03 0.010
6.75E+17 1.00E+14 500 6000 1.00E+06 1.00E-03 3.500
6.75E+17 1.00E+14 600 5000 2.00E+06 1.00E-03 2.700
6.75E+17 4.00E+18 500 2500 1.00E+06 1.00E-03 2.200
6.75E+17 4.00E+18 600 1000 1.00E+06 1.00E-02 0.250
6.75E+17 1.00E+12 700 2200 3.00E+07 1.00E-01 3.000
6.75E+17 1.00E+14 700 2200 3.00E+07 1.00E-01 3.000
6.75E+17 1.00E+16 700 2200 3.00E+07 1.00E-01 3.000
6.75E+17 1.00E+18 700 2000 1.00E+07 1.00E-01 2.700
6.75E+17 4.00E+18 700 250 7.00E+06 5.00E-02 1.000
6.75E+17 9.00E+18 700 100 1.00E+06 2.00E-02 0.700
6.75E+17 2.00E+19 700 100 1.00E+05 3.00E-03 0.010
6.75E+17 1.00E+12 800 1500 5.00E+12 3.00E+00 0.010
6.75E+17 1.00E+14 800 1500 5.00E+12 3.00E+00 0.010
6.75E+17 1.00E+16 800 1500 5.00E+12 3.00E+00 0.010
6.75E+17 1.00E+18 800 1200 3.00E+12 2.00E+00 0.010
6.75E+17 4.00E+18 800 150 2.00E+10 3.00E-01 5.000
6.75E+17 9.00E+18 800 100 5.00E+09 1.00E-01 2.000
6.75E+17 2.00E+19 800 70 5.00E+08 1.00E-02 0.100
6.75E+17 1.00E+12 900 600 1.00E+13 5.00E+04 0.010
6.75E+17 1.00E+14 900 600 1.00E+13 5.00E+04 0.010
6.75E+17 1.00E+16 900 600 1.00E+13 5.00E+04 0.010
6.75E+17 1.00E+18 900 600 1.00E+13 5.00E+04 0.010
6.75E+17 4.00E+18 900 250 1.00E+13 1.00E+04 0.010
6.75E+17 9.00E+18 900 120 1.00E+13 3.00E+03 0.010
6.75E+17 2.00E+19 900 70 1.00E+13 1.00E+02 0.010
6.75E+17 1.00E+12 1000 500 3.00E+12 2.00E+05 0.010
6.75E+17 1.00E+14 1000 500 3.00E+12 2.00E+05 0.010
6.75E+17 1.00E+16 1000 500 3.00E+12 2.00E+05 0.010
6.75E+17 1.00E+18 1000 400 2.00E+12 2.00E+05 0.010
6.75E+17 4.00E+18 1000 170 2.00E+13 1.00E+05 0.010
6.75E+17 9.00E+18 1000 100 2.00E+13 3.00E+04 0.010
6.75E+17 2.00E+19 1000 70 2.00E+13 1.00E+04 0.010
6.10E+17 1.00E+14 500 7000 1.50E+06 1.00E-03 4.000
6.10E+17 1.00E+14 600 5000 3.00E+06 1.00E-03 3.000
6.10E+17 1.00E+12 700 2500 5.00E+07 1.00E-01 3.500
6.10E+17 1.00E+14 700 2500 5.00E+07 1.00E-01 3.500
6.10E+17 1.00E+16 700 2500 5.00E+07 1.00E-01 3.500
6.10E+17 1.00E+18 700 2000 2.00E+07 1.00E-01 3.000
6.10E+17 4.00E+18 700 1000 1.00E+07 1.00E-01 1.500
6.10E+17 9.00E+18 700 500 6.00E+06 5.00E-02 1.000
6.10E+17 2.00E+19 700 100 1.00E+06 1.00E-02 0.100
6.10E+17 1.00E+12 800 2000 2.00E+11 1.00E+03 0.010
6.10E+17 1.00E+14 800 2000 2.00E+11 1.00E+03 0.010
6.10E+17 1.00E+16 800 2000 2.00E+11 1.00E+03 0.010
6.10E+17 1.00E+18 800 1800 2.00E+11 5.00E+03 0.010
6.10E+17 4.00E+18 800 500 2.00E+11 2.00E+02 0.010
6.10E+17 9.00E+18 800 300 1.00E+10 1.00E+02 0.010
6.10E+17 2.00E+19 800 150 5.00E+08 5.00E-02 0.500
6.10E+17 1.00E+12 900 800 1.00E+13 1.00E+05 0.010
6.10E+17 1.00E+14 900 800 1.00E+13 1.00E+05 0.010
6.10E+17 1.00E+16 900 800 1.00E+13 1.00E+05 0.010
6.10E+17 1.00E+18 900 700 1.00E+13 1.00E+05 0.010
6.10E+17 4.00E+18 900 300 1.00E+13 5.00E+04 0.010
6.10E+17 9.00E+18 900 150 1.00E+13 2.00E+04 0.010
6.10E+17 2.00E+19 900 100 1.00E+13 1.00E+04 0.010
6.10E+17 1.00E+12 1000 700 2.00E+12 5.00E+05 0.010
6.10E+17 1.00E+14 1000 700 2.00E+12 5.00E+05 0.010
6.10E+17 1.00E+16 1000 700 2.00E+12 5.00E+05 0.010
6.10E+17 1.00E+18 1000 600 2.00E+12 5.00E+05 0.010
6.10E+17 4.00E+18 1000 200 2.00E+13 1.00E+05 0.010
6.10E+17 9.00E+18 1000 150 2.00E+13 5.00E+04 0.010
6.10E+17 2.00E+19 1000 100 2.00E+13 3.00E+04 0.010
また、また、本発明のシリコンウェーハの製造方法においては、シリコンウェーハの製造方法であって、
ドーパント濃度および酸素濃度(Oi)を設定してCZ法によりシリコン単結晶を引き上げる工程と、
引き上げた単結晶からスライスしてシリコンウェーハとする工程と、
上記の結晶欠陥状態予測方法により熱処理後の欠陥状態を予測する工程と、
予測された欠陥状態が規定の状態と一致するかの合否を判定する工程と、
判定結果が合とされた場合には欠陥状態予測で与えた熱処理条件によってウェーハに熱処理をおこなう工程と、
判定結果が否とされた場合には欠陥状態予測で与えた熱処理条件を変化させて予測をおこなう工程に戻る工程と、
を有することが可能である。
実験データを解析し関連する物理パラメーターを抽出し、その物理パラメーターについてデータベースを構築する工程と、
前記データベースのデータを用いて、結晶欠陥のサイズおよび密度を算出する工程と、
を有するとともに、
前記データベースが、結晶欠陥の密度およびサイズに大きく影響を与える独立要素と、
該独立要素に従属する従属要素としての結晶欠陥のサイズ分布中における最大サイズと最小サイズとを有してなることにより、予め実験的に求めていたパラメーターにより結晶欠陥の密度やサイズを予測することが可能となる。
実験データを解析して算出した変数の一連の組からなるデータ表を算出する工程と、
結晶欠陥の密度およびサイズに大きく影響を与える独立要素として、前記シリコンウェーハの初期条件、および、熱処理の条件を用いるとともに、前記データ表の数値として、前記独立要素に従属する従属要素としての結晶欠陥のサイズ分布中における最大サイズと最小サイズとを用いて、上記(式1)により結晶欠陥のサイズおよび密度を算出する工程と、
を有することにより、熱処理を実際におこなうことなく、熱処理前に解析したデータ表を用いて熱処理後のシリコンウェーハ中における結晶欠陥のサイズおよび密度を従来の方法ではできなかった程度に正確に予測することが可能となる。この際、酸素濃度、ドーパント濃度が異なるウェーハを用意し、そのウェーハに対して、熱処理時間、熱処理温度を変化させ熱処理を行い、析出物のサイズ分布を把握して、その実測分布に合うようにデータベースを構築しておく。
上記(式1)において、熱処理ステップiとJ番目の熱処理ステップとの関係は、iがJ番目の熱処理ステップの前に行われた熱処理の番号であり、熱処理は多段熱処理を想定しており、一番最初の熱処理を1とし、順に2、3、・・・と熱処理ステップを番号付けしている。また、(式1)等において、CbはC0 eに対してドーパント種類によって異なる何らかの関係を及ぼすと考えられ、このCbのC0 eへの影響は未だ明確でない部分もあるが、C0 eはドーパント種類に依らないとしてデータベースを構築する。つまりデータベースの中に、その影響を含めておき考慮することになる。また、(式1)等において、Smaxはデータベースのデータによる析出物の最大サイズで、熱処理温度に依存せずCbとCoの値で決まる。(式1)において、Sfiはその温度を長時間維持した時に得られる析出物の最大サイズである。さらに、(式1)において、td j:核生成の時間遅れとは、ある温度で熱処理した場合、即座に析出核が発生することはなく一定時間後に析出が始まるが、この一定時間のことを意味する。(式1)において、tS i,newは核成長時間に関係する時間を意味する。
実験データを解析した複数の変数からなるデータ表の数値を用いて、結晶欠陥のサイズおよび密度を算出する際に、
初期条件として与える変数としては、前記ウェーハ中のドーパント濃度と、前記シリコンウェーハ中の酸素濃度(Oi)と、少なくとも処理温度T(℃)と処理時間t(h)とからなる熱処理条件とが選択され、
前記データ表の変数が、熱処理を極めて長時間(無限時間)とした場合の結晶欠陥の最大サイズSmax と、結晶欠陥の臨界サイズ(最小サイズ)Scrとを含むものとされ、
上記(式1)により結晶欠陥のサイズおよび密度を算出することにより、ドーパント濃度、酸素濃度等を設定するだけで、熱処理を実際におこなうことなく、熱処理前に解析したデータ表を用いて、所定の条件による熱処理後のシリコンウェーハ中における結晶欠陥のサイズおよび密度を従来の方法ではできなかった程度に正確に予測することが可能となる。ここで、独立要素であるTは実施した熱処理温度であって任意に与えることができる。
ドーパント濃度および酸素濃度(Oi)を設定してCZ法によりシリコン単結晶を引き上げる工程と、
引き上げた単結晶からスライスしてシリコンウェーハとする工程と、
上記の結晶欠陥状態予測方法により熱処理後の欠陥状態を予測する工程と、
予測された欠陥状態が規定の状態と一致するかの合否を判定する工程と、
判定結果が合とされた場合には欠陥状態予測で与えた熱処理条件によってウェーハに熱処理をおこなう工程と、
判定結果が否とされた場合には欠陥状態予測で与えた熱処理条件を変化させて予測をおこなう工程に戻る工程と、
を有することにより、熱処理を実際におこなうことなく、熱処理前に解析したデータ表を用いて、所定の条件による熱処理後のシリコンウェーハ中における結晶欠陥のサイズおよび密度を従来の方法ではできなかった程度に正確に予測することが可能なため、テストのためにおこなう熱処理をする必要がなく、シリコンウェーハ製造における処理時間を短縮し、製造コストを削減することが可能となる。
図1は、本実施形態における結晶欠陥状態予測方法、シリコンウェーハの製造方法を示すフローチャートである。
図1に示すシリコン単結晶引き上げ工程S2においては、ウェーハ条件設定工程S1において設定された状態となるように引き上げ条件を設定し、この引き上げ条件に従って、CZ法によりシリコン単結晶を引き上げる。
図1に示すウェーハ加工工程S3においては、シリコン単結晶引き上げ工程S2において引き上げられた単結晶から、スライス、べべリング、グラインディング、エッチング、ポリッシングなどの工程を適宜組み合わせて、所望のウェーハに加工する。
このデータ表は、実験データを解析して算出した変数の一連の組からなるものとされ、その変数としては、少なくとも、熱処理を極めて長時間(無限時間)とした場合の結晶欠陥の最大サイズSmax と、結晶欠陥の臨界サイズ(最小サイズ)Scrとを含むものとされる。
ここで、判定結果が合とされた場合には、図1に示す熱処理工程S8として、熱処理条件設定工程S5で設定した熱処理条件によってウェーハに熱処理をおこなう。
また、判定結果が否とされた場合には熱処理条件設定工程S5で設定した熱処理条件を変化させて再び予測をおこなうように熱処理条件設定工程S5に戻るとともに、欠陥分布状態算出工程S6と合否判定工程S7とを判定結果が合となるまで繰り返す。
この場合の適用範囲としては、半導体用単結晶の製造にあって電気抵抗の調整のために添加するボロン(ドーパント)濃度が高く電気抵抗値が100mΩcm以下のウェーハとすることができる。
1.ウェーハに含まれるボロン濃度
2.酸素濃度(Oi)
3.熱処理温度
である。
この場合、単結晶引き上げ時における結晶熱履歴の影響は小さく無視できる。
LOG(N)=K・(LOG(S)−LOG(Smax))+LOG(Ns) 式2
と表すことができる。
ここで、Nは析出物密度、Kは直線の傾き、Sは析出物のサイズ(直径)、Smaxは、熱処理を充分長い時間おこなった場合の結晶欠陥の最大サイズであり、(式1)を用いて求められた析出物サイズの密度を(式2)で求める。
残存熱処理酸素濃度=初期格子間酸素濃度―析出により消費された酸素濃度
で求めることが可能なので、熱処理ステップが上がるにつれた残存格子間酸素濃度の変化を考慮した演算をおこなう。
星シンボルは、本発明による計算値であり、900℃、800℃、700℃、400hの熱処理にそれぞれ対応する。なお、p/p+とは、p+タイプの基板にpタイプのエピタキシャル層を積層したシリコンウェーハであり、p/p−とは、p−タイプの基板にpタイプのエピタキシャル層を積層したシリコンウェーハであり、p+タイプとは、ボロン濃度1×1018atoms/cm3以上、p−タイプとは、ボロン濃度 1×1016atoms/cm3以下、pタイプとは、その間のボロン濃度のものを意味する。
星シンボルは、本発明による計算値であり、p/p++とは、p++タイプの基板にpタイプのエピタキシャル層を積層したシリコンウェーハであり、p++タイプとは、ボロン濃度1×1019atoms/cm3以上、を意味する。
図4〜図7に示すように、量産品のゲッタリング能力のモニターツールとして本発明の手法を適用した。すなわち、ゲッタリング能を呈するBMDの密度分布に関し、量産品であるP++タイプのφ200mmウェーハにおける実験値と本発明計算値の比較をおこなった。
面内位置とは、ウェーハの縁部からの直径方向位置(mm)を示し、また、実測とは実験値、シミュレーションとは本発明計算値を示している。また、400L、800L、1200Lとは、それぞれ単結晶直胴部の引き上げ長が400mm、800mm、1200mmであることを意味している。
(1)種々の抵抗値のウェーハにおける熱処理後の酸素析出物の密度に関して、実験値と計算値が一致しており、本発明の手法で精度よく予測することが可能であること。
(2)種々の抵抗値のウエハーにおける2段熱処理後の酸素析出物の密度に関して、実験値と計算値が一致しており、複数段熱処理においても精度よく予測することが可能であること。
(3)700℃と800℃熱処理における格子間酸素濃度の時間依存性に関して、この格子間酸素濃度の時間変化は、時間進行に伴う酸素析出物の成長、発生による格子間酸素原子の消費によるものであるが、実験値と計算値とが高い精度で一致するよう予測することが可能であること。
(4)単一のウェーハにおける熱処理条件の変化だけでなく、ウェーハ面内位置、およびウェーハをスライスするシリコン単結晶の結晶長方向位置における酸素析出物に対しても、実験値と計算値とが高い精度で一致するよう予測することが可能であること。
Claims (4)
- シリコン単結晶中における結晶欠陥のサイズおよび密度を予測する結晶欠陥状態予測方法であって、
実験データを解析し関連する物理パラメーターを抽出し、その物理パラメーターについてデータベースを構築する工程と、
前記データベースのデータを用いて、結晶欠陥のサイズおよび密度を算出する工程と、
を有するとともに、
前記データベースが、結晶欠陥の密度およびサイズに大きく影響を与える独立要素と、
該独立要素に従属する従属要素としての結晶欠陥のサイズ分布中における最大サイズと最小サイズとを有してなることを特徴とする結晶欠陥状態予測方法。 - 熱処理後のシリコンウェーハ中における結晶欠陥のサイズおよび密度を予測する結晶欠陥状態予測方法であって、
実験データを解析した複数の変数からなるデータ表の数値を用いて、結晶欠陥のサイズおよび密度を算出する際に、
初期条件として与える変数としては、前記ウェーハ中のドーパント濃度と、前記シリコンウェーハ中の酸素濃度(Oi)と、少なくとも処理温度T(℃)と処理時間t(h)とからなる熱処理条件とが選択され、
前記データ表の変数が、熱処理を極めて長時間とした場合の結晶欠陥の最大サイズSmax と、結晶欠陥の最小サイズScrとを含むものとされ、
(式1)により結晶欠陥のサイズおよび密度を算出することを特徴とする結晶欠陥状態予測方法。
- シリコンウェーハの製造方法であって、
ドーパント濃度および酸素濃度(Oi)を設定してCZ法によりシリコン単結晶を引き上げる工程と、
引き上げた単結晶からスライスしてシリコンウェーハとする工程と、
請求項3記載の結晶欠陥状態予測方法により熱処理後の欠陥状態を予測する工程と、
予測された欠陥状態が製品仕様と一致するかの合否を判定する工程と、
判定結果が合とされた場合には欠陥状態予測で与えた熱処理条件によってウェーハに熱処理をおこなう工程と、
判定結果が否とされた場合には、製品仕様に合致するように熱処理条件を変化させて予測をおこなう工程に戻る工程と、
を有する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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