JP2014507366A - アニールウエハの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1を参照して、本発明に係るアニールウエハの製造方法では、まず原料準備工程(S10)を実施する。この工程(S10)では、シリコン単結晶の原料となるシリコンを準備する。準備したシリコンはたとえば多結晶シリコンであってもよい。このようなシリコンを、シリコン単結晶の製造装置である結晶引上炉内の坩堝に投入する。また、形成するシリコン単結晶には窒素と炭素とを添加するため、たとえば原料となるシリコンに窒素および炭素を含有する材料を混合する。たとえば、投入する材料としては、窒素源として窒化膜が表面に形成されたシリコン基板を、また炭素源として炭素粉末を用いることができる。なお、窒素の添加方法として、原料シリコンの溶解中に窒素ガスを雰囲気ガスとして導入するなど、他の方法を用いることもできる。
本実施例に用いたシリコン単結晶製造装置は、通常のチョクラルスキー法(CZ法)によるシリコン単結晶製造に用いられるもので、一般的な冷却速度を有する引上炉である。なお、本発明を実施する上で、この引上炉の構成や種類については、本発明の育成条件を実施することができるものであれば、特に制限はない。
上記の方法で育成したそれぞれの単結晶インゴットにおける直胴部の同じ部位をワイヤソーを用いて複数枚切り出し、ミラー加工して作成した基板をシリコン基板(以下、単に基板とも称する)とした。
[窒素濃度の評価]
窒素濃度は、基板からサンプルを採取し、表面の窒素外方拡散層を除去するために20μmのポリッシュを行った後、二次イオン質量分析器(SIMS)を用いて測定した。また、5×1014atoms/cm3以下の窒素濃度のウエハはSIMSで測定できないため、固化率から求めた計算値で代用した。具体的には、固化率から窒素濃度を求めるための計算式は、以下のようなものである。まず、固化率をgとすると、
g=(結晶化したシリコンの質量)/(初期融液質量) (式1)
と規定される。そして、結晶中の窒素濃度は、窒素の偏析係数をkとすると、
(結晶中の窒素濃度)=k×(初期融液の窒素濃度)×(1−g)k−1 (式2)
という式により求めることができる。
炭素濃度は、基板を赤外吸収法により測定し、当該測定データを演算処理することにより求めた。演算に用いた換算係数としてJEITA(電子情報技術産業協会)が公表している値を使った。すなわち、炭素濃度の換算係数は、8.1×1016/cm2である。
アニールウエハの残留ボイドは、市販の欠陥評価装置であるレイテックス社製LSTDスキャナ(MO−6)を用いて測定した。このMO−6は可視光レーザーをブリュースター角から照射し、鉛直方向に配置したカメラでp偏光の散乱像を欠陥像として感知する。レーザーは基板表面から5μmまで侵入するので、基板表面から5μmまでの深さにある欠陥が測定できる。測定に際しては検知感度を調節して、対角長が80nm以上の八面体ボイドが測定できるようにした。
アニールウエハのTDDB欠陥密度は次のように評価した。アニールウエハ面内に264個のポリシリコンゲートMOSを形成し、TDDB(経時的絶縁膜破壊)特性が所定の基準値以下になる不良ポリシリコンゲートMOSの個数Nを求めた。そして、下記の式3に従って、電極面積Aと不良ポリシリコンゲートMOSの個数NとからTDDB特性不良の原因となるTDDB欠陥の密度D(/cm2)を以下の式3によって算出した。
ここで用いたポリシリコンゲートMOSは酸化膜の上にポリシリコン電極を乗せた構造である。酸化膜は、加熱温度が1000℃、加熱雰囲気が乾燥酸素雰囲気という熱酸化処理によりアニールウエハの表面に25nmの厚さで形成した。酸化膜の上に、面積0.5cm2のポリシリコン電極を264個形成した。
以下の表1に評価結果を示す。
Claims (3)
- チョクラルスキー法により窒素、炭素、水素が添加されたシリコン単結晶を育成する工程と、
前記シリコン単結晶から基板を切り出す工程と、
前記切り出した基板を熱処理する工程とを備え、
前記シリコン単結晶を育成する工程における、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を製造する際の育成条件に関して、
結晶引上速度V(mm/min)と結晶成長軸方向の平均温度勾配G(℃/mm)との比であるV/Gについて、窒素、水素、炭素を前記シリコン単結晶に添加しない場合のV/Gを(V/G)critとした場合に、V/Gが0.9×(V/G)crit以上2.5×(V/G)crit以下となるように結晶引上条件を制御するとともに、
(ただし、Vは引上げ速度[mm/min]、Gは融点から1350℃までの結晶成長軸方向の平均温度勾配[℃/mm]であり、前記(V/G)critは、窒素、水素、および炭素が添加されていないシリコン単結晶において、I領域とV領域の境界にあたる部分のV/G値であり、前記V領域は結晶育成中に固液界面から過剰の原子空孔が導入される領域、前記I領域は結晶育成中に固液界面から過剰の格子間原子が導入される領域である)
結晶引上炉内の水素分圧を3Pa以上40Pa未満とし、
前記シリコン単結晶を育成する工程において育成された前記シリコン単結晶は、窒素濃度が5×1014atoms/cm3超え6×1015atoms/cm3以下、炭素濃度が1×1015atoms/cm3以上9×1015atoms/cm3以下である、窒素・炭素・水素添加シリコン単結晶であり、
前記熱処理する工程では、不純物濃度が5ppma以下の希ガス雰囲気もしくは熱処理後の前記基板表面に形成される酸化膜の膜厚が2nm以下に抑えられている非酸化性雰囲気において、加熱温度を1150℃以上1250℃以下、加熱時間を10分以上かつ2時間以下という処理条件で熱処理する、アニールウエハの製造方法。 - 前記シリコン単結晶を育成する工程において、前記窒素および炭素はシリコン融液中に添加されている、請求項1に記載のアニールウエハの製造方法。
- 前記シリコン単結晶を育成する前記工程において、1100℃から1000℃までの冷却速度が2.5℃/min以下である、請求項1または2に記載のアニールウエハの製造方法。
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