JP2010123588A - Silicon wafer and heat treatment method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコンウェーハの熱処理方法に関し、特に、スリップ転位の伸展を抑制可能なシリコンウェーハの熱処理方法に関する。また、本発明は、このような熱処理を経て製造されたシリコンウェーハに関する。 The present invention relates to a heat treatment method for a silicon wafer, and more particularly, to a heat treatment method for a silicon wafer capable of suppressing extension of slip dislocation. The present invention also relates to a silicon wafer manufactured through such heat treatment.
ICデバイスの作製に用いられるシリコンウェーハは、チョクラルスキー法(CZ法)などによって引き上げられたシリコン単結晶のインゴットをスライスし、鏡面加工などを施すことによって製造される。 A silicon wafer used for manufacturing an IC device is manufactured by slicing a silicon single crystal ingot pulled up by the Czochralski method (CZ method) or the like, and performing mirror processing or the like.
しかしながら、引き上げ直後(as-grown)のシリコン単結晶には結晶成長導入欠陥(grown-in欠陥)が含まれており、このような欠陥がシリコンウェーハの表層に存在するとICデバイスが正しく動作しないおそれがある。このため、シリコンウェーハの表層から欠陥を消滅させることを目的として、急速昇降温熱処理が行われる。シリコンウェーハに対してこのような熱処理を行うと、シリコンウェーハの表層に存在するgrown-in欠陥が消滅し、欠陥をほとんど含まない無欠陥層(Denuded Zone)を形成することができる。 However, the as-grown silicon single crystal contains crystal growth introduction defects (grown-in defects). If such defects exist on the surface of the silicon wafer, the IC device may not operate correctly. There is. For this reason, rapid heating / cooling heat treatment is performed for the purpose of eliminating defects from the surface layer of the silicon wafer. When such a heat treatment is performed on the silicon wafer, the grown-in defects existing on the surface layer of the silicon wafer disappear, and a defect-free layer (Denuded Zone) containing almost no defects can be formed.
また、CZ法により製造されたシリコンウェーハにはシリコンの格子間に多くの酸素が含まれているため、シリコンウェーハを急速加熱及び急速冷却すると、急速加熱によってシリコンウェーハに注入された原子空孔が急速冷却によって内部で凍結する。凍結された原子空孔は、その後の熱処理によってBMD(Bulk Micro Defect)と呼ばれる酸素析出物を形成するため、シリコンウェーハの内部にIG(Intrinsic Gettering)層を形成することが可能となる。 In addition, since a silicon wafer manufactured by the CZ method contains a large amount of oxygen between silicon lattices, when the silicon wafer is rapidly heated and cooled, atomic vacancies injected into the silicon wafer due to rapid heating are reduced. Freezing inside by rapid cooling. Since the frozen atomic vacancies form oxygen precipitates called BMD (Bulk Micro Defect) by the subsequent heat treatment, an IG (Intrinsic Gettering) layer can be formed inside the silicon wafer.
したがって、シリコンウェーハを急速加熱及び急速冷却する熱処理を行うと、シリコンウェーハの表層には欠陥をほとんど含まないDenuded Zoneが形成され、シリコンウェーハの内部には高密度のBMDを含むIG層が形成することが可能となり、シリコンウェーハの品質を高めることが可能となる。 Therefore, when a heat treatment for rapidly heating and cooling the silicon wafer is performed, a denuded zone containing almost no defects is formed on the surface layer of the silicon wafer, and an IG layer containing high-density BMD is formed inside the silicon wafer. This makes it possible to improve the quality of the silicon wafer.
シリコンウェーハに対するこのような熱処理は、RTA(Rapid Thermal Anneal)装置を用いて行われる。RTA装置は、赤外線ランプなどを用いてシリコンウェーハを急速加熱及び急速冷却する装置であり、装置内においては、シリコンウェーハの裏面が複数のサポートピンによって支持される。このため、シリコンウェーハの裏面はサポートピンとの接触部において僅かなダメージを受け、微小な転位クラスタが生じる。このようして形成された転位クラスタ自体は実害がないが、熱処理によって転位クラスタに強い熱応力がかかると、転位クラスタが拡大してスリップ転位となる。スリップ転位は熱処理中にも徐々に伸展する。 Such heat treatment for the silicon wafer is performed using an RTA (Rapid Thermal Anneal) apparatus. The RTA apparatus is an apparatus that rapidly heats and cools a silicon wafer using an infrared lamp or the like, and in the apparatus, the back surface of the silicon wafer is supported by a plurality of support pins. For this reason, the back surface of the silicon wafer is slightly damaged at the contact portions with the support pins, and minute dislocation clusters are generated. The dislocation clusters themselves formed in this way are not actually harmful, but when a strong thermal stress is applied to the dislocation clusters by heat treatment, the dislocation clusters expand and become slip dislocations. Slip dislocation gradually extends during heat treatment.
特に、近年広く用いられている直径300mmの大口径シリコンウェーハでは、自重による応力も大きいことから、小径のシリコンウェーハと比べると、スリップ転位の伸展が顕著である。もちろん、直径450mmといったより大口径のシリコンウェーハにおいては、自重によるスリップ転位の伸展がいっそう顕著となる。 In particular, in a large-diameter silicon wafer having a diameter of 300 mm that has been widely used in recent years, the stress due to its own weight is large, so that the extension of slip dislocation is remarkable as compared with a small-diameter silicon wafer. Of course, in a silicon wafer having a larger diameter such as 450 mm in diameter, extension of slip dislocation due to its own weight becomes more remarkable.
このようにしてシリコンウェーハの裏面にスリップ転位が形成されると、シリコンウェーハの強度が低下したり、シリコンウェーハに反りが生じたりする。また、スリップ転位はICデバイスにおけるリーク電流の原因ともなることから、ICデバイスの歩留まりを低下させるという問題も生じる。このため、熱処理によるスリップ転位の発生及び伸展を抑制することは、シリコンウェーハの製造プロセスにおける重要な課題の一つである。 When slip dislocations are formed on the back surface of the silicon wafer in this way, the strength of the silicon wafer is reduced or the silicon wafer is warped. Further, slip dislocation also causes a leakage current in the IC device, which causes a problem of reducing the yield of the IC device. For this reason, suppressing the generation and extension of slip dislocations due to heat treatment is one of the important issues in the silicon wafer manufacturing process.
熱処理によるスリップ転位の伸展を抑制する方法として、特許文献1にはランピングレート(降温レート)を大きくすることにより、スリップ転位の伸展を抑制することができると記載されている。
しかしながら、本発明者らによる研究によれば、単に降温レートを大きくするだけではスリップ転位の伸展を十分に抑制することが難しいということが判明した。また、単に降温レートを大きくするだけでは、熱処理の効果が不十分となるケースがあることも判明した。つまり、シリコンウェーハに十分な量の原子空孔を注入するためには、シリコンウェーハを所定以上の温度領域に加熱し、この状態を一定時間保持する必要がある。しかしながら、降温レートを大きくすると、シリコンウェーハが所定以上の温度領域を通過する時間が減少するため、シリコンウェーハに注入される空孔濃度が不足し、その結果、BMDが十分に析出しないという問題が生じるのである。本発明は、このような問題を解決すべくなされたものである。 However, a study by the present inventors has revealed that it is difficult to sufficiently suppress the extension of slip dislocation by simply increasing the temperature drop rate. In addition, it has been found that there are cases in which the effect of heat treatment is insufficient by simply increasing the temperature drop rate. That is, in order to inject a sufficient amount of atomic vacancies into a silicon wafer, it is necessary to heat the silicon wafer to a predetermined temperature range or more and hold this state for a certain period of time. However, if the temperature drop rate is increased, the time required for the silicon wafer to pass through a temperature region above a predetermined value is reduced, so that the concentration of vacancies injected into the silicon wafer is insufficient, and as a result, BMD does not sufficiently precipitate. It happens. The present invention has been made to solve such problems.
したがって、本発明の目的は、熱処理の効果を損なうことなく、スリップ転位の伸展を効果的に抑制可能なシリコンウェーハの熱処理方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、このような熱処理を経て製造されたシリコンウェーハを提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a silicon wafer heat treatment method capable of effectively suppressing the extension of slip dislocation without impairing the effect of the heat treatment. Another object of the present invention is to provide a silicon wafer manufactured through such heat treatment.
本発明者は、熱処理の効果を損なうことなく、スリップ転位の伸展を効果的に抑制可能なシリコンウェーハの熱処理方法について鋭意研究を重ねた結果、スリップ転位の伸展は、シリコンウェーハが高温状態であるほど生じやすく、しかも、シリコンウェーハが一定温度に保たれている状態が最も伸展を生じさせやすいことが明らかとなった。一方で、熱処理の効果を十分に得るためには、シリコンウェーハが所定以上の温度領域を通過する積算時間を確保する必要がある。このため、上記の課題を解決するためには、スリップ転位が伸展しやすい温度状況を避けつつ積算時間を確保することが重要である。本発明は、このような技術的知見に基づいてなされたものである。 As a result of extensive research on a heat treatment method for a silicon wafer that can effectively suppress the extension of slip dislocation without impairing the effect of the heat treatment, the present inventor has found that the extension of slip dislocation is in a high-temperature state of the silicon wafer. It has become clear that the state in which the silicon wafer is kept at a constant temperature is most likely to cause extension. On the other hand, in order to sufficiently obtain the effect of the heat treatment, it is necessary to ensure an accumulated time for the silicon wafer to pass through a temperature region that is equal to or higher than a predetermined value. For this reason, in order to solve the above-mentioned problem, it is important to secure an integration time while avoiding a temperature state in which slip dislocation is likely to extend. The present invention has been made based on such technical knowledge.
本発明によるシリコンウェーハの熱処理方法は、800℃を超える温度領域においてシリコンウェーハを一定温度に保持することなく、シリコンウェーハを昇温させる昇温区間とシリコンウェーハを降温させる降温区間からなる昇降温プロセスを複数回繰り返すことを特徴とする。 The silicon wafer heat treatment method according to the present invention includes a temperature rising / lowering process comprising a temperature rising section for raising the temperature of the silicon wafer and a temperature lowering section for lowering the temperature of the silicon wafer without holding the silicon wafer at a constant temperature in a temperature range exceeding 800 ° C. Is repeated a plurality of times.
本発明によれば、スリップ転位が伸展しやすい800℃を超える温度領域においてシリコンウェーハを一定温度に保持することなく昇降温を行っていることから、スリップ転位の伸展を抑制することが可能となる。しかも、昇降温プロセスを複数回繰り返していることから、加熱時における積算時間の確保も可能となり、シリコンウェーハに十分な高温熱履歴を与えることが可能となる。これにより、シリコンウェーハ内に十分な量の原子空孔を注入しつつ、スリップ転位の伸展を効果的に抑制することが可能となる。但し、本発明はシリコンウェーハに原子空孔を注入するための熱処理に限定されず、シリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を形成するための熱処理であっても構わない。 According to the present invention, since the temperature is raised and lowered without holding the silicon wafer at a constant temperature in a temperature region exceeding 800 ° C. at which slip dislocations easily extend, it is possible to suppress the extension of slip dislocations. . In addition, since the temperature raising / lowering process is repeated a plurality of times, it is possible to secure an integrated time during heating, and to give a sufficient high-temperature heat history to the silicon wafer. This makes it possible to effectively suppress the extension of slip dislocations while injecting a sufficient amount of atomic vacancies into the silicon wafer. However, the present invention is not limited to the heat treatment for injecting atomic vacancies into the silicon wafer, and may be a heat treatment for forming an epitaxial layer on the surface of the silicon wafer.
本発明においては、昇温区間における昇温レート及び降温区間における降温レートがいずれも10℃/s以上であることが好ましい。これによれば、昇温レートや降温レートを10℃/s未満とした場合と比べて、スリップ転位の伸展をより効果的に抑制することができるからである。 In the present invention, it is preferable that both the temperature increase rate in the temperature increase interval and the temperature decrease rate in the temperature decrease interval are 10 ° C./s or more. This is because the extension of slip dislocation can be more effectively suppressed as compared with the case where the temperature rising rate or the temperature falling rate is less than 10 ° C./s.
本発明においては、昇温区間における昇温レート及び降温区間における降温レートがいずれも200℃/s未満であることが好ましい。昇温レートや降温レートが200℃/s以上であると、十分な積算時間を確保するためには昇降温プロセスを多数回繰り返す必要が生じ、制御が複雑となる。しかも、昇温レートや降温レートを200℃/s以上とすると、チャンバ内でシリコンウェーハが動いてしまい、その結果、サポートピンとの衝突によってシリコンウェーハが割れてしまう可能性もある。これに対し、昇温レート及び降温レートを200℃/s未満とすれば、昇降温プロセスの繰り返し回数を少なくすることができ、制御が容易となる。 In the present invention, it is preferable that both of the temperature rising rate in the temperature increasing section and the temperature decreasing rate in the temperature decreasing section are less than 200 ° C./s. When the rate of temperature rise or the rate of temperature fall is 200 ° C./s or more, it is necessary to repeat the temperature raising and lowering process many times in order to secure a sufficient integration time, and the control becomes complicated. In addition, when the temperature rising rate or the temperature falling rate is 200 ° C./s or more, the silicon wafer moves in the chamber, and as a result, the silicon wafer may be broken by collision with the support pins. On the other hand, if the temperature increase rate and the temperature decrease rate are less than 200 ° C./s, the number of repetitions of the temperature increasing / decreasing process can be reduced, and control becomes easy.
本発明においては、昇温区間及び降温区間の少なくとも一方において、シリコンウェーハの温度が高い領域ほど昇温レート又は降温レートを小さくすることが好ましい。これによれば、より短期間で十分な高温熱履歴を与えることが可能となる。 In the present invention, it is preferable that the temperature increase rate or the temperature decrease rate is reduced in a region where the temperature of the silicon wafer is higher in at least one of the temperature increase interval and the temperature decrease interval. According to this, it becomes possible to give sufficient high-temperature heat history in a shorter period.
また、本発明によるシリコンウェーハは、上記の熱処理方法によって内部に原子空孔が注入されたことを特徴とする。さらに、本発明によるシリコンウェーハは、上記の熱処理方法によって表面にエピタキシャル層が形成されたことを特徴とする。 In addition, the silicon wafer according to the present invention is characterized in that atomic vacancies are implanted therein by the above heat treatment method. Furthermore, the silicon wafer according to the present invention is characterized in that an epitaxial layer is formed on the surface by the above heat treatment method.
このように、本発明によれば、熱処理の効果を損なうことなく、スリップ転位の伸展を効果的に抑制することが可能となる。また、本発明によれば、このような熱処理を経て製造された高品質なシリコンウェーハを提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to effectively suppress the extension of slip dislocation without impairing the effect of the heat treatment. In addition, according to the present invention, it is possible to provide a high-quality silicon wafer manufactured through such heat treatment.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、熱処理を行うためのRTA装置の構造を示す模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of an RTA apparatus for performing heat treatment.
図1に示すRTA装置10は、石英板11からなるチャンバ12を有し、このチャンバ12内でシリコンウェーハ13を熱処理する装置である。シリコンウェーハ13への加熱は、チャンバ12を上下から囲繞するよう配置された赤外線ランプ14によって行う。シリコンウェーハ13は、石英テーブル15に形成された3個のサポートピン16によって保持される。サポートピン16の代わりに、円環状のサセプタを用いても構わない。シリコンウェーハ13は裏面13a側から支持されており、シリコンウェーハ13の主面13bにはいずれの部材も接触していない。
An
チャンバ12には、熱処理用の不活性ガスGを導入するためのガス導入口17と、不活性ガスGを排気するためのガス排気口18が設けられている。また、チャンバ12の外部には、図示しない赤外線温度計が設けられており、これによってシリコンウェーハ13の温度が非接触で測定される。
The
図2は、シリコンウェーハ13とサポートピン16との接触位置を説明するための模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a contact position between the
図2に示すように、サポートピン16は、シリコンウェーハ13の裏面13aの外周近傍における3箇所にて接触している。このため、シリコンウェーハ13の裏面13aはサポートピン16との接触部において僅かなダメージを受け、微小な転位クラスタが生じる。このようなダメージは、シリコンウェーハ13が300mm以上の大口径である場合、自重による応力が大きいことからより顕著となる。形成された転位クラスタは、熱処理によって生じるスリップ転位の起点となる。
As shown in FIG. 2, the
図3は、RTA装置10を用いた熱処理方法を説明するためのフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart for explaining a heat treatment method using the
まず、シリコンウェーハ13をチャンバ12内に入れ、裏面13aを3個のサポートピン16によって保持する(ステップS1)。次に、一定のガス雰囲気にてシリコンウェーハ13を熱処理すべく、所定の不活性ガスGをガス導入口17から連続的にチャンバ12へ導入し、ガス排気口18から連続的に排気する(ステップS2)。これにより、チャンバ12の内部は、不活性ガス雰囲気に保たれる。不活性ガスGとしては、窒素ガスなどを用いることができる。この状態で赤外線ランプ14を点灯し、シリコンウェーハ13を加熱する(ステップS3)。
First, the
図4は、熱処理プロセスにおけるシリコンウェーハ13の温度変化の一例を示すグラフである。図4において横軸は時間、縦軸は温度を表している。以後説明するグラフについても同様である。
FIG. 4 is a graph showing an example of a temperature change of the
図4に示すように、本実施形態では、シリコンウェーハ13の温度をV字昇降させている。具体的には、赤外線ランプ14によってシリコンウェーハ13を温度T1から温度T2(>T1)まで昇温させる昇温区間Hと、シリコンウェーハ13を温度T2から温度T1まで降温させる降温区間Cからなる昇降温プロセスPが複数回繰り返される。したがって、温度T1は昇温区間Hの起点かつ降温区間Cの終点であり、温度T2は降温区間Cの起点かつ昇温区間Hの終点である。このような昇降温制御は、赤外線ランプ14の出力を制御することによって行う。
As shown in FIG. 4, in this embodiment, the temperature of the
温度T1,T2の値については熱処理の目的によるが、BMDを形成するための原子空孔注入であれば、温度T1は800℃程度とすることが好ましく、温度T2は1200℃程度とすることが好ましい。これは、800℃を超える温度領域ではスリップ転位の伸展が生じやすいからであり、1200℃程度まで加熱しないと高密度の原子空孔が注入されないからである。 Although the values of the temperatures T1 and T2 depend on the purpose of the heat treatment, the temperature T1 is preferably about 800 ° C. and the temperature T2 is about 1200 ° C. in the case of atomic vacancy injection for forming BMD. preferable. This is because slip dislocations are likely to extend in a temperature range exceeding 800 ° C., and high-density atomic vacancies are not injected unless heated to about 1200 ° C.
ここで、図4に示すように、800℃を超える温度領域においてはシリコンウェーハが一定温度に保持されることなく、常に昇降温が行われている。800℃を超える温度領域は、スリップ転位が伸展しやすい温度であり、この温度領域において一定温度に保持されると、スリップ転位の伸展が顕著となる。つまり、シリコンの延性及び脆性遷移温度は600℃近辺に存在するため、600℃程度の温度では転位はほとんど伸展しない。そして、温度の上昇とともに転位の伸展速度は速くなり、800℃以上になると種々の手法で評価できる程度まで伸展速度が上昇する。特に限定されるものではないが、本実施形態においては、温度T1が800℃に設定されている。 Here, as shown in FIG. 4, in the temperature region exceeding 800 ° C., the silicon wafer is kept at a constant temperature, and the temperature is constantly raised and lowered. The temperature range exceeding 800 ° C. is a temperature at which slip dislocations are easily extended. When the temperature is kept at a constant temperature in this temperature range, the extension of slip dislocations becomes significant. That is, since the ductility and brittle transition temperature of silicon exists in the vicinity of 600 ° C., the dislocation hardly extends at a temperature of about 600 ° C. As the temperature rises, the dislocation extension rate increases. When the temperature exceeds 800 ° C., the extension rate increases to such an extent that it can be evaluated by various methods. Although not particularly limited, in the present embodiment, the temperature T1 is set to 800 ° C.
このように、スリップ転位が伸展しやすい800℃を超える温度領域においてシリコンウェーハを常に昇降温させていることから、サポートピン16との接触部に生じている転位クラスタを起点としたスリップ転位の伸展が抑制される。 In this way, since the silicon wafer is constantly raised and lowered in a temperature range exceeding 800 ° C. at which slip dislocations easily extend, the extension of slip dislocations starting from the dislocation clusters generated at the contact portions with the support pins 16. Is suppressed.
また、昇降温プロセスPを1回だけ行うのではなく、複数回繰り返し行っていることから、原子空孔の注入に必要な温度領域を通過する積算時間を十分に確保することが可能となる。これにより、シリコンウェーハ13に十分な高温熱履歴を与えることが可能となる。
In addition, since the temperature increasing / decreasing process P is not performed only once, but is repeated a plurality of times, it is possible to sufficiently secure the accumulated time for passing through the temperature region necessary for the injection of atomic vacancies. Thereby, it becomes possible to give a sufficient high-temperature heat history to the
また、特に限定されるものではないが、昇温区間Hにおける昇温レート及び降温区間Cにおける降温レートは、いずれも10℃/s以上、200℃/未満であることが好ましい。これは、昇温レート及び降温レートが遅いほどスリップ転位の伸展が顕著となることから、10℃/s以上に設定することによりスリップ転位の伸展を効果的に抑制することが可能となるからであり、また、200℃/s以上であると十分な積算時間を確保するためには昇降温プロセスPを多数回繰り返す必要が生じ、制御が複雑となるからである。しかも、昇温レートや降温レートを200℃/s以上とすると、チャンバ12内でシリコンウェーハ13が動いてしまい、その結果、サポートピン16との衝突によってシリコンウェーハ13が割れてしまう可能性もあるからである。
Moreover, although not specifically limited, it is preferable that the temperature rising rate in the temperature rising zone H and the temperature falling rate in the temperature falling zone C are both 10 ° C./s or more and less than 200 ° C. /. This is because the extension of slip dislocation becomes more noticeable as the rate of temperature rise and the rate of temperature fall is slower, so that the extension of slip dislocation can be effectively suppressed by setting it to 10 ° C./s or more. In addition, if it is 200 ° C./s or more, it is necessary to repeat the temperature raising / lowering process P many times in order to secure a sufficient integration time, and the control becomes complicated. In addition, when the temperature rising rate or the temperature falling rate is 200 ° C./s or more, the
また、昇温レートをRH、降温レートをRCとした場合、RH<RCに設定することが好ましい。これは、昇温時よりも降温時の方がスリップ転位の伸展が生じやすいため、降温レートRCを相対的に大きく設定することにより、スリップ転位の伸展を抑制できるからである。また、昇温レートRHを相対的に小さく設定することにより、原子空孔の注入に必要な温度領域を通過する積算時間が確保しやすくなる。 Further, when the rate of temperature rise is R H and the rate of temperature drop is R C , it is preferable to set R H < RC . This is because the extension of slip dislocation is more likely to occur when the temperature is lowered than when the temperature is increased, and thus the extension of the slip dislocation can be suppressed by setting the temperature decrease rate RC relatively large. In addition, by setting the temperature increase rate RH relatively small, it is easy to secure the accumulated time for passing through the temperature region necessary for the injection of atomic vacancies.
図3に戻って、V字昇降を行った後は赤外線ランプ14による加熱を停止し、急速冷却を行う(ステップS4)。これにより、シリコンウェーハ13の表層に存在する原子空孔は外部に拡散して消失し、内部のみに多量の原子空孔が凍結される。シリコンウェーハ13の内部に凍結された原子空孔は、その後の熱処理によってBMDを形成し、ゲッタリング効果をもたらす。
Returning to FIG. 3, after performing the V-shaped lifting, heating by the
最後に、チャンバ12からシリコンウェーハ13を取り出せば(ステップS5)、一連の熱処理プロセスが完了する。
Finally, if the
このように、本実施形態によれば、800℃を超える温度領域で昇降温プロセスPを複数回繰り返していることから、原子空孔の注入に必要な温度領域を通過する積算時間を十分に確保しつつ、サポートピン16との接触部に生じている転位クラスタを起点としたスリップ転位の伸展を効果的に抑制することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, since the temperature increasing / decreasing process P is repeated a plurality of times in a temperature region exceeding 800 ° C., sufficient integration time for passing through the temperature region necessary for the injection of atomic vacancies is sufficiently ensured. However, it is possible to effectively suppress the extension of slip dislocation starting from the dislocation cluster generated at the contact portion with the
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることが可能であり、それらも本発明に包含されるものであることは言うまでもない。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, these are also included in the present invention.
例えば、上記実施形態では温度T1を800℃、温度T2を1200度に設定しているが、800℃を超える温度領域において常に昇降温を行う限り、昇温区間Hの起点かつ降温区間Cの終点温度であるT1や、降温区間Cの起点かつ昇温区間Hの終点である温度T2の値については限定されない。したがって、図5(a)に示すように、温度T1が800℃を超える温度であっても構わないし、図5(b)に示すように、温度T1が800℃未満であっても構わない。 For example, in the above embodiment, the temperature T1 is set to 800 ° C. and the temperature T2 is set to 1200 ° C. However, as long as the temperature is constantly raised and lowered in the temperature region exceeding 800 ° C., the starting point of the temperature rising zone H and the end point of the temperature falling zone C are set. There is no limitation on the temperature T1 and the value of the temperature T2 that is the starting point of the temperature lowering section C and the end point of the temperature rising section H. Therefore, the temperature T1 may be a temperature exceeding 800 ° C. as shown in FIG. 5A, or the temperature T1 may be less than 800 ° C. as shown in FIG. 5B.
さらには、温度T1が一定温度であることも必須でなく、図6(a)に示すように、昇降温プロセスPごとに変化させても構わない。図6(a)では、昇降温プロセスPが進むにつれて、温度T1を上昇させている例を示している。同様に、温度T2についても一定温度であることも必須でなく、図6(b)に示すように、昇降温プロセスPごとに変化させても構わない。図6(b)では、昇降温プロセスPが進むにつれて、温度T2を上昇させている例を示している。 Furthermore, it is not essential that the temperature T1 is a constant temperature, and the temperature T1 may be changed for each temperature raising / lowering process P as shown in FIG. FIG. 6A shows an example in which the temperature T1 is increased as the temperature raising / lowering process P proceeds. Similarly, it is not essential for the temperature T2 to be a constant temperature, and it may be changed for each temperature raising / lowering process P as shown in FIG. FIG. 6B shows an example in which the temperature T2 is increased as the temperature raising / lowering process P proceeds.
さらに、上記実施形態では、昇温レートRH及び降温レートRCを一定としているが、図7に示すように、昇温区間Hから降温区間Cへ切り替わる前後における温度変化を緩やかとしても構わない。換言すれば、シリコンウェーハ13の温度が高い領域ほど、昇温レートRH及び降温レートRCの少なくとも一方が小さくなるよう制御しても構わない。これによれば、原子空孔の注入に必要な温度領域を通過する積算時間が長くなることから、より短期間で十分な高温熱履歴を与えることが可能となる。しかも、高温領域における急速な温度変化は、シリコンウェーハ13に割れが生じる危険性を高めるが、図7に示す温度制御を行えば、このような危険性も抑制することもできる。
Furthermore, in the above embodiment, the temperature increase rate RH and the temperature decrease rate RC are constant. However, as shown in FIG. 7, the temperature change before and after switching from the temperature increase interval H to the temperature decrease interval C may be moderate. . In other words, it may be controlled so that at least one of the temperature increase rate RH and the temperature decrease rate RC becomes smaller as the temperature of the
また、上記実施形態では、シリコンウェーハ13に原子空孔を注入するための熱処理を例に説明したが、本発明の対象となる熱処理がこれに限定されるものではなく、他の熱処理、例えば、シリコンウェーハ13の表面にエピタキシャル層を形成するための熱処理に適用することも可能である。シリコンウェーハ13の表面にエピタキシャル層を形成するための熱処理に適用する場合は、温度T1は800℃程度とすることが好ましく、温度T2は1100℃程度とすることが好ましい。また、昇温レートについては15℃/s程度とし、降温レートについては10℃/s程度とすればよい。さらには、本発明をICデバイスの製造プロセスに含まれる熱処理に適用することも可能である。つまり、デバイスプロセス温度は、800℃近辺の熱処理が多いため、本発明による熱処理方法を適用することでスリップの伸展が抑制され、その結果、ICデバイスの歩留まりを高めることが可能となる。
In the above embodiment, the heat treatment for injecting atomic vacancies into the
評価用のシリコンウェーハとして、直径200mm、酸素濃度In[Oi]=11.0×1017atoms/cm3(Old ASTM)のシリコンウェーハを複数枚用意し、図1に示したRTA装置10と同様の構造を有するRTA装置内に投入し、それぞれ急速昇降温熱処理を行った。熱処理中に導入する不活性ガスは窒素ガスとした。
As a silicon wafer for evaluation, a plurality of silicon wafers having a diameter of 200 mm and an oxygen concentration of In [Oi] = 11.0 × 10 17 atoms / cm 3 (Old ASTM) were prepared, and the same as the
評価用のシリコンウェーハのうち実施例1〜3のサンプルについては、常温から800℃まで加熱した状態でしばらく待機し、図4に示したように、温度T1を800℃、温度T2を1200℃として昇降温プロセスを複数回繰り返した。昇降温プロセスの繰り返し回数は、実施例1〜3のサンプルについてそれぞれ2回、3回、5回とし、いずれも昇温レートを50℃/s、降温レートを75℃/sとした。いずれのサンプルにおいても、800℃〜1200℃の温度範囲では一定温度に保持することなく、常に昇温又は降温を行った。 Among the silicon wafers for evaluation, the samples of Examples 1 to 3 wait for a while while being heated from room temperature to 800 ° C., and as shown in FIG. 4, the temperature T1 is 800 ° C. and the temperature T2 is 1200 ° C. The temperature raising / lowering process was repeated several times. The number of repetitions of the temperature raising / lowering process was set to 2 times, 3 times, and 5 times for the samples of Examples 1 to 3, respectively. In any of the samples, the temperature was constantly raised or lowered without being kept at a constant temperature in the temperature range of 800 ° C to 1200 ° C.
一方、比較例1〜3として、図8に示すように昇降温プロセスの繰り返し回数を1回のみとし、実施例1〜3とそれぞれ等しい高温熱履歴が与えられるよう、所定の時間tだけ1200℃に保持させて熱処理を行った。具体的には、昇降温プロセスを2回、3回、5回繰り返した実施例1〜3に対して、比較例1〜3のサンプルは、それぞれ1200℃で4秒間、6秒間、10秒間保持した。昇温レート及び降温レートについては、実施例1〜3と同様、それぞれ50℃/s及び75℃/sとした。 On the other hand, as Comparative Examples 1 to 3, as shown in FIG. 8, the temperature raising / lowering process is repeated only once, and a high temperature heat history equal to each of Examples 1 to 3 is given to 1200 ° C. for a predetermined time t. And heat treatment was performed. Specifically, the samples of Comparative Examples 1 to 3 were held at 1200 ° C. for 4 seconds, 6 seconds, and 10 seconds, respectively, with respect to Examples 1 to 3 in which the temperature increasing / decreasing process was repeated twice, three times, and five times. did. The temperature increase rate and the temperature decrease rate were set to 50 ° C./s and 75 ° C./s, respectively, as in Examples 1-3.
熱処理が完了した後、シリコンウェーハをRTA装置から取り出し、サポートピンとの接触部を起点として伸展したスリップ転位の長さを測定した。測定は、二クロム酸カリウム、水及び沸酸の混合溶液に熱処理後のシリコンウェーハを50分浸漬し、表裏面をエッチングした後、光学顕微鏡によりシリコンウェーハ表面のピット長を観察することにより行った。結果を図9に示す。 After the heat treatment was completed, the silicon wafer was taken out of the RTA apparatus, and the length of the slip dislocation extended from the contact portion with the support pin was measured. The measurement was performed by immersing the silicon wafer after heat treatment in a mixed solution of potassium dichromate, water and hydrofluoric acid for 50 minutes, etching the front and back surfaces, and then observing the pit length on the surface of the silicon wafer with an optical microscope. . The results are shown in FIG.
図9に示すように、等価的に同じ熱履歴を与えたシリコンウェーハ同士を比較すると、一定時間1200℃に保持したサンプル(比較例)よりも、昇降温プロセスを複数回繰り返したサンプル(実施例)の方が、スリップ長が短いことが確認された。 As shown in FIG. 9, when silicon wafers having equivalently given the same thermal history are compared, a sample (Example) in which the temperature increasing / decreasing process is repeated a plurality of times, rather than a sample (Comparative Example) maintained at 1200 ° C. for a certain time ) Was confirmed to have a shorter slip length.
また、各サンプルとも、その後800℃で4時間及び1000℃で16時間の析出熱処理を行った。その結果、実施例1及び比較例1ではいずれも1.6×106個/cm3、実施例2及び比較例2ではいずれも1.9×106個/cm3、実施例3及び比較例3ではいずれも2.4×106個/cm3のBMDが形成されており、対応する実施例と比較例とでBMD密度に差がないことが確認された。尚、BMD密度の測定は、エッチング液にて2μmの選択エッチングを施した後、光学顕微鏡でBMDの蝕像をカウントすることにより行った。 Each sample was then subjected to precipitation heat treatment at 800 ° C. for 4 hours and 1000 ° C. for 16 hours. As a result, each of Example 1 and Comparative Example 1 was 1.6 × 10 6 pieces / cm 3 , and both of Example 2 and Comparative Example 2 were 1.9 × 10 6 pieces / cm 3 , Example 3 and Comparative Example In all of Examples 3, BMDs of 2.4 × 10 6 pieces / cm 3 were formed, and it was confirmed that there was no difference in BMD density between the corresponding Examples and Comparative Examples. The BMD density was measured by performing selective etching of 2 μm with an etching solution and then counting BMD erosion images with an optical microscope.
次に、別の評価用のシリコンウェーハとして、直径200mm、酸素濃度In[Oi]=15.0×1017atoms/cm3(Old ASTM)のシリコンウェーハを複数枚用意し、図1に示したRTA装置10と同様の構造を有するRTA装置を用いて急速昇降温熱処理を行った。熱処理中に導入する不活性ガスは窒素ガスとした。熱処理は、上述した比較例3と同様、1200℃で10秒間保持することにより行った(図8参照)。昇温レート及び降温レートについては、下記の表1に示すとおり、各サンプル1〜9で異なるレートに設定した。
Next, as another silicon wafer for evaluation, a plurality of silicon wafers having a diameter of 200 mm and an oxygen concentration of In [Oi] = 15.0 × 10 17 atoms / cm 3 (Old ASTM) were prepared and shown in FIG. A rapid heating / cooling heat treatment was performed using an RTA apparatus having the same structure as the
熱処理後、セコエッチング液に漬けこんで3分間撹拌し、表面に現れたスリップの長さを光学顕微鏡にて計測した。結果を図10に示す。 After the heat treatment, it was immersed in a Seco etchant and stirred for 3 minutes, and the length of the slip that appeared on the surface was measured with an optical microscope. The results are shown in FIG.
図10に示すように、昇温レート又は降温レートが8℃/sであるサンプル1,6においては非常に長いスリップが形成されていたが、昇温レート及び降温レートが10℃/s以上である他のサンプルでは、スリップ長がサンプル1,6の1/2〜1/3程度に激減した。これにより、昇温区間における昇温レート及び降温区間における降温レートをいずれも10℃/s以上とすることによって、昇温レートや降温レートを10℃/s未満とした場合と比べ、スリップ転位の伸展が効果的に抑制されることが確認された。
As shown in FIG. 10, very long slips were formed in
10 RTA装置
11 石英板
12 チャンバ
13 シリコンウェーハ
13a シリコンウェーハの裏面
13b シリコンウェーハの主面
14 赤外線ランプ
15 石英テーブル
16 サポートピン
17 ガス導入口
18 ガス排気口
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