JP2014034513A - 単結晶シリコンからなる半導体ウエハおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体ウエハは、BMD欠陥を有さず半導体ウエハの前側から半導体ウエハのバルクに延在するゾーンDZと、DZから半導体ウエハのバルクにさらに延在するBMD欠陥を有する領域とを含む。方法は、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を引き上げる工程と、シリコンからなる研磨された基板ウエハを形成するために単結晶を処理する工程と、基板ウエハを急速に加熱および冷却する工程と、急速に加熱および冷却された基板ウエハをゆっくりと加熱する工程と、所定の温度で所定の期間にわたって基板ウエハを維持する工程とを含む。
【選択図】図1
Description
チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を引き上げる工程と、
中心から縁部にわたって、N領域からなり、または20nmより大きいサイズと2.5×105/cm3より小さい平均密度とを有するCOP欠陥を有し、1×1012atoms/cm3以下の窒素濃度と5.2×1017atoms/cm3以上6.0×1017atoms/cm3以下の酸素濃度とを有するシリコンからなる研磨された基板ウエハを形成するために単結晶を処理する工程と、
実質的に1:25以上1:5以下の体積比でNH3とアルゴンとからなる雰囲気において、1165℃以上1180℃以下の温度に30K/s以上50K/s以下の加熱速度および冷却速度で基板ウエハを急速に加熱および冷却する工程と、
急速に加熱および冷却された基板ウエハを500℃以上550℃以下の温度から930℃以上1000℃以下の温度に0.5K/min以上1.5K/min以下の加熱速度でゆっくりと加熱する工程と、
基板ウエハを930℃以上1000℃以下の温度で7時間以上10時間以下の期間にわたって維持する工程とを含む。
半導体ウエハの前側から半導体ウエハのバルクに延在し、BMD欠陥を有さず5μm以上の平均厚さを有するゾーンDZと、DZに隣接し、半導体ウエハのバルクにさらに延在し、BMD欠陥のサイズが50nm以上である領域とを含み、上記領域におけるBMD欠陥の深さプロファイルは、半導体ウエハの前側から20μm以上200μm以下の距離に極大部を有し、極大部におけるBMD欠陥の密度は2×1010/cm3以上である。
表において、N+Hおよび−は、窒素と水素で単結晶をドープした場合、およびドープしなかった場合の製造を示す。
後RTPは、RTP熱処理の後のさらなる第2の熱処理を示す。
チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を引き上げる工程を含み、成長中の単結晶は窒素でドープされ、水素を含有する雰囲気中で引き上げられ、方法はさらに、
シリコンからなる研磨された基板ウエハを形成するために単結晶を処理する工程を含み、研磨された基板ウエハは、中心から縁部にわたって、N領域、または20nmより大きいサイズのCOP欠陥の平均密度が中心から基板ウエハにわたって2.5×105/cm3未満であり、3×1013atoms/cm3以上3×1014atoms/cm3以下の窒素濃度と5.0×1017atoms/cm3以上5.8×1017atoms/cm3以下の酸素濃度とを有する領域からなり、方法はさらに、
実質的に1:25以上1:5以下の体積比でNH3とアルゴンとからなる雰囲気において、1165℃以上1180℃以下の温度に30K/s以上50K/s以下の加熱速度および冷却速度で基板ウエハを急速に加熱および冷却する工程と、
急速に加熱および冷却された基板ウエハを500℃以上550℃以下の温度から900℃以上1000℃以下の温度に3K/min以上7K/min以下の加熱速度でゆっくりと加熱するこ工程と、
基板ウエハを900℃以上1000℃以下の温度で5時間以上8時間以下の期間にわたって維持する工程とを含む。
このため、本発明は、窒素および水素でドープされた単結晶シリコンからなる半導体ウエハに関し、欠陥描写/光学顕微鏡法が施された場合に、半導体ウエハは、
半導体ウエハの前側から半導体ウエハのバルクに延在し、BMD欠陥を有さず5μm以上の平均厚さを有するゾーンDZと、DZに隣接し、25nm以上のサイズを有するBMD欠陥を有する半導体ウエハのバルクにさらに延在する領域とを含み、上記の領域におけるBMD欠陥の深さプロファイルは、半導体ウエハの前側から20μm以上100μm未満の距離に第1の極大部を有し、第1の極大部におけるBMD欠陥の密度は1.0×1010/cm3以上であり、BMD欠陥の深さプロファイルは、半導体ウエハの前側から300μm以上500μm以下の距離に第2の極大部を有し、第2の極大部におけるBMD欠陥の密度は2×1010/cm3以上である。
シリコン半導体ウエハは、本発明に係る方法、およびその方法から逸脱した方法により製造され、ゲッタリング性能に関する特徴付けおよび確認が行われた。
BMDサイズは、Schmolkeらによって記載されたシミュレーションモデル(Electrochemical Society Proc.、2002-2巻、658頁)を使用して計算された。計算は、以下のパラメータを使用して行われた。
それぞれのサンプルには、窒素下において1000℃で16時間にわたって熱処理が施され、その後に2つの部分に分けられた。その後、破断領域がエッチングされ、半導体ウエハの前側からの距離に依存するBMD欠陥の密度が光学顕微鏡を用いて判定された。
それぞれのサンプルには、窒素下において1000℃で16時間にわたって熱処理が施され、その後に2つの部分に分けられた。その後、破断領域がエッチングされ、破断縁部に沿って5mmの長さを有する測定経路上の第1のBMD欠陥の深さが、光学顕微鏡を用いて測定された。その後、測定経路上のさらなる7つのBMD欠陥の深さが判定され、行われた8つの深さ測定の平均値が計算され、無欠陥ゾーンの平均厚さとして特定された。
a)サンプルを銅で汚染する:
それぞれのサンプルは、10分間にわたってフッ化水素の水溶液(50重量%のHF)に浸され、その後に後側が銅イオンによって汚染された。この目的のために、サンプルの後側は、5分の期間にわたって室温でCu(NO3)2を含有する水溶液と接触させられ、結果として、後側が1×1013cm−2の銅イオンによって汚染された。その後、フッ化水素の水溶液(50重量%のHF)に10分間にわたって浸され、水で洗い流された。
それぞれのサンプルには、窒素雰囲気下において、1000℃の温度で10分間にわたって熱処理が施された。
それぞれのサンプルは、室温で7日間の期間にわたって保存された。
それぞれのサンプルの前側の銅の濃度は、飛行時間型二次イオン質量分析(TOF−SIMS)によって500×500μm2の領域が測定された。
ゲッタリング効率(GE)は、GE=(1−CCu/CtCu)×100%の式によって計算された。ここで、CtCuは、サンプルの後側を汚染する銅イオンの濃度であり、CCuは、TOF−SIMSによってサンプルの前側で検知された銅イオンの濃度である。
Claims (6)
- BMD欠陥を有さないゾーンDZとDZに隣接するBMD欠陥を有する領域とを含む単結晶シリコンからなる半導体ウエハの製造方法であって、
チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を引き上げる工程と、
中心から縁部にわたって、N領域からなり、または20nmより大きいサイズと2.5×105/cm3より小さい平均密度とを有するCOP欠陥を有し、1×1012atoms/cm3以下の窒素密度と5.2×1017atoms/cm3以上6.0×1017atoms/cm3以下の酸素濃度とを有するシリコンからなる研磨された基板ウエハを形成するために単結晶を処理する工程と、
実質的に1:25以上1:5以下の体積比でNH3とアルゴンとからなる雰囲気において、1165℃以上1180℃以下の温度に30K/s以上50K/s以下の加熱速度および冷却速度で基板ウエハを急速に加熱および冷却する工程と、
急速に加熱および冷却された基板ウエハを500℃以上550℃以下の温度から930℃以上1000℃以下の温度に0.5K/min以上1.5K/min以下の加熱速度でゆっくりと加熱する工程と、
基板ウエハを930℃以上1000℃以下の温度で7時間以上10時間以下の期間にわたって維持する工程とを備える、方法。 - BMD欠陥を有さないゾーンDZとDZに隣接するBMD欠陥を有する領域とを有する単結晶シリコンからなる半導体ウエハの製造方法であって、
チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を引き上げる工程を備え、成長中の単結晶は窒素でドープされ、水素を含有する雰囲気中で引き上げられ、方法はさらに、
シリコンからなる研磨された基板ウエハを形成するために単結晶を処理する工程を備え、研磨された基板ウエハは、中心から縁部にわたって、N領域、または20nmより大きいサイズと2.5×105/cm3未満の平均密度とを有するCOP欠陥を有し、3×1013atoms/cm3以上3×1014atoms/cm3以下の窒素濃度と5.0×1017atoms/cm3以上5.8×1017atoms/cm3以下の酸素濃度とを有し、方法はさらに、
実質的に1:25以上1:5以下の体積比でNH3とアルゴンとからなる雰囲気において、1165℃以上1180℃以下の温度に30K/s以上50K/s以下の加熱速度および冷却速度で基板ウエハを急速に加熱および冷却する工程と、
急速に加熱および冷却された基板ウエハを500℃以上550℃以下の温度から900℃以上1000℃以下の温度に3K/min以上7K/min以下の加熱速度でゆっくりと加熱する工程と、
基板ウエハを900℃以上1000℃以下の温度で5時間以上8時間以下の期間にわたって維持する工程とを備える、方法。 - 方法は、基板ウエハを1000℃より高い温度にする付加的な熱処理を備えない、請求項1または2に記載の方法。
- 成長中の単結晶は、10Pa以上80Pa以下の部分圧力を有する水素を含有する雰囲気において引き上げられる、請求項2または3に記載の方法。
- 1×1012atoms/cm3以下の窒素濃度を有する単結晶シリコンからなる半導体ウエハであって、欠陥描写/光学顕微鏡法が施された場合に、
半導体ウエハの前側から半導体ウエハのバルクに延在し、BMD欠陥を有さず5μm以上の平均厚さを有するゾーンDZと、DZに隣接し、半導体ウエハのバルクにさらに延在し、BMD欠陥のサイズが50nm以上である領域とを備え、前記領域におけるBMD欠陥の深さプロファイルは、半導体ウエハの前側から20μm以上200μm以下の距離に極大部を有し、極大部におけるBMD欠陥の密度は、2×1010/cm3以上である、半導体ウエハ。 - 窒素および水素でドープされた単結晶シリコンからなる半導体ウエハであって、欠陥描写/光学顕微鏡法が施された場合に、半導体ウエハは、
半導体ウエハの前側から半導体ウエハのバルクに延在し、BMD欠陥を有さず5μm以上の平均厚さを有するゾーンDZと、DZに隣接し、25nm以上のサイズを有するBMD欠陥を有する半導体ウエハのバルクにさらに延在する領域とを備え、前記領域におけるBMD欠陥の深さプロファイルは、半導体ウエハの前側から20μm以上100μmの距離に第1の極大部を有し、第1の極大部におけるBMD欠陥の密度は1.0×1010/cm3以上であり、BMD欠陥の深さプロファイルは、半導体ウエハの前側から300μm以上500μm以下の距離に第2の極大部を有し、第2の極大部におけるBMD欠陥の密度は、2×1010/cm3以上である、半導体ウエハ。
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