JP2012153548A - シリコン単結晶ウェーハの製造方法及びアニールウェーハ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】チョクラルスキー法により育成されたV領域のシリコン単結晶インゴットから得られた酸素濃度7ppma未満、窒素濃度1×1013〜1×1014atoms/cm3のシリコン単結晶ウェーハに対して、非窒化性雰囲気下、1150〜1300℃で、1〜120分の熱処理を行うことにより、バルク中の15nm以上の結晶欠陥の密度が2×106/cm3以下となる。
【選択図】図1
Description
このN領域のシリコン単結晶を得るための引き上げ速度の幅は狭く、歩留まりが悪いため、高コストのウェーハとなるが、結晶中に欠陥がほとんど無いためIGBT用のウェーハとして用いられていた。
このため、IGBT用のウェーハとして、面内抵抗率分布が5%以下のウェーハも提案されている(特許文献3、特許文献4)。
このような結晶欠陥の密度とすることで、IGBT等に適した高品質のウェーハとすることができる。
このように、本発明の方法であれば、中性子照射を行うことなく、熱処理で抵抗率の面内ばらつきを改善することができ、低コストで高品質のウェーハにすることができる。
本発明の製造方法であれば、このようなIGBT向けデバイスに用いるウェーハを低コストで生産性良く製造することができる。
このようウェーハであれば、デバイスを作製した場合、故障の発生を防止でき、歩留まりが向上するウェーハとなる。
このように、本発明のアニールウェーハは、IGBT向けデバイスに用いるのに好適である。
このような中性子照射を用いることなく熱処理により抵抗率の均一性が上記範囲にまで向上されたウェーハであれば、高品質で安価なIGBT用ウェーハとすることができる。
そして、このように育成したシリコン単結晶インゴットをスライスし、研磨等を行うことで、酸素濃度7ppma未満、窒素濃度1×1013〜1×1014atoms/cm3で、全面がV領域のシリコン単結晶ウェーハを作製することができる。
このように、本発明において、酸素濃度と窒素濃度を上記範囲とすることで、ウェーハ中の酸素析出物サイズが、MO601(三井金属製)により、赤外線の散乱強度で評価すると250a.u以下と小さくなり、その後の熱処理により欠陥を消滅しやすくなる。
この熱処理において、表層の酸素が外方拡散し、さらに、バルク中のグローイン欠陥の内壁の酸化膜が溶解し、空洞の縮小、さらには空洞が埋まることによって、バルク中の欠陥サイズ15nm以上の結晶欠陥の密度を2×106/cm3以下とすることができる。
また、熱処理温度は、1150℃未満では欠陥の消滅が不十分で、1300℃を超えると、スリップ転位が発生することがある。さらに、この熱処理温度は1200℃以下がスリップ転位発生を確実に防止できるため、好ましい。熱処理時間は、1分以上であれば欠陥の消滅を効果的に達成でき、120分以下であれば十分であり、またスリップ転位の発生を抑制できる。
従来では、このような面内均一な抵抗率を得るためには、中性子照射が必要で、この処理によりコストが高くなっていた。しかし、本発明者らは、以下のような知見から熱処理による抵抗率均一化の方法を見出した。
従って、本発明の窒素ドープ+低酸素ウェーハに対して上記の高温熱処理を行うと、窒素の外方拡散が起こり、さらに、酸素が少ないため、過剰なVacancyが発生する。この大量のVacancyの発生により、ドーパント+I(Si)の拡散が促進され、抵抗率が均一方向に変化することを見出した。
このような本発明の熱処理により中性子照射と同等以上の抵抗率均一化が可能で、IGBT用ウェーハの製造コストを効果的に低減することができる。
ただし、本発明のアニールウェーハ及びシリコン単結晶ウェーハの製造方法で製造したウェーハは、IGBT以外のデバイスにも用いることができる。
(実施例1、比較例1)
(酸素濃度の臨界的意義の証明)
チョクラルスキー法により得られた、窒素濃度5×1013atoms/cm3でV領域のシリコン単結晶ウェーハを、酸素濃度が4ppma,6ppma,8ppma(JEIDA)の三種類用意して、Ar雰囲気下、1170℃、1時間の熱処理を行った。
評価の際、バルク中の欠陥評価は、深さ方向研磨(50μm、100μm狙い)し、MO601で評価を行った。この評価方法は研磨面の全面評価が可能である。
評価結果を図1,表1に示す。
(窒素濃度の臨界的意義の証明)
チョクラルスキー法により得られた、酸素濃度が4ppma(JEIDA)でV領域のシリコン単結晶ウェーハを、窒素濃度が1×1013atoms/cm3未満、2×1013atoms/cm3、5×1013atoms/cm3、2×1014atoms/cm3の4種類用意して、Ar雰囲気下、1170℃、1時間の熱処理を行った。
実施例1、比較例1と同様の方法で欠陥評価を行った結果を表2に示す。
図2(a)に熱処理前のシリコン単結晶中の欠陥のサイズを示すグラフと、(b)その表面の欠陥領域をMO601で測定した結果を示す。図2(b)に示すように、同じ条件で引き上げた単結晶から得られたウェーハにもかかわらず、窒素濃度が2×1014atoms/cm3の方は、窒素濃度が過剰で、V領域の外周にOSFが形成されてしまっている。すなわち、図2(a)に示すように、外周部分の欠陥サイズが窒素濃度が2×1014atoms/cm3の場合の方が大きくなっている。このように、窒素濃度が1×1014atoms/cm3を超えると、外周にOSFが形成された。
チョクラルスキー法により得られた、窒素濃度が5×1013atoms/cm3、酸素濃度が4ppma(JEIDA)でV領域のシリコン単結晶ウェーハを用意して、Ar雰囲気下、1時間の熱処理を行った。熱処理温度は1130、1150、1170、1200、1300℃より高い温度(>1300℃)でそれぞれ行った。
実施例1、比較例1と同様の方法で欠陥評価を行った。また、面内抵抗率分布を平面SRで測定した。結果を表3に示す。
Claims (7)
- チョクラルスキー法により育成されたV領域のシリコン単結晶インゴットから得られた酸素濃度7ppma未満、窒素濃度1×1013〜1×1014atoms/cm3のシリコン単結晶ウェーハに対して、非窒化性雰囲気下、1150〜1300℃で、1〜120分の熱処理を行うことを特徴とするシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
- 前記熱処理を行うことにより、前記シリコン単結晶ウェーハのバルク中の欠陥サイズ15nm以上の結晶欠陥の密度を2×106/cm3以下とすることを特徴とする請求項1に記載のシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
- 前記熱処理を行うことにより、前記シリコン単結晶ウェーハの抵抗率の面内ばらつきを5%以下とすることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
- 前記シリコン単結晶ウェーハを、導電型がN型で、IGBT向けデバイスに用いるものとすることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
- チョクラルスキー法により育成されたV領域のシリコン単結晶インゴットから得られた酸素濃度7ppma未満、窒素濃度1×1013〜1×1014atoms/cm3のシリコン単結晶ウェーハを熱処理して製造されたアニールウェーハであって、該アニールウェーハのバルク中の欠陥サイズ15nm以上の結晶欠陥の密度が2×106/cm3以下であることを特徴とするアニールウェーハ。
- 前記アニールウェーハの抵抗率の面内ばらつきが、5%以下であることを特徴とする請求項5に記載のアニールウェーハ。
- 前記アニールウェーハは、導電型がN型で、IGBT向けデバイスに用いるものであることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載のアニールウェーハ。
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