JP2019004173A - 熱処理により不活性な酸素析出核を活性化する高析出密度ウエハの製造 - Google Patents
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Abstract
Description
いくつかの具体例では、本開示の出発半導体ウエハは、従来のチョクラルスキ(CZ)結晶成長法で成長させた単結晶インゴットをスライスしたシリコンウエハであり、典型的には、約150mm、約200mm、約300mm、約450mmまたはそれ以上の直径を有する。ウエハは、研磨され、または代わりにラップされてエッチングされて、研磨はされない。そのような方法は、シリコンのスライス、ラッピング、エッチング、および研磨技術とともに、例えば、F. Shimuraの、Semiconductor Silicon Crystal Technology, Academic Press, 1989や、Silicon Chemical Etching (J. Grabmaier ed), Springer-Verlag, New York, 1982 に記載されている(すべて関連し矛盾しない目的で、参照されることにより、ここに援用される)。好適には、当業者に知られた標準的な方法で、ウエハは研磨され洗浄される(例えば、W. C. O’Mara et al, Handbook of Semiconductor Silicon Technology, Noyes Publications)。
本開示に関して、急速熱処理が行われ、ウエア中に酸素析出物のテンプレートを形成する酸素析出核の分布を形成する。1またはそれ以上の具体例では、テンプレートは、ウエハバルク中で酸素析出物を有するが、「裸の領域」と呼ばれる表面近傍領域の酸素析出物は低密度で、好ましくは本質的に酸素析出物が存在しない、ウエハのためのテンプレートである。例えば、約10μm以下から約100μm以上の範囲の裸の領域の深さが得られる。
熱処理工程S1および冷却工程S2が行われた後、ウエハに活性化工程S3が行われ、ウエハは、不活性な空孔含有酸素析出核を活性化するのに十分な温度まで加熱される。不活性な酸素析出核は、約400℃くらい低い温度で活性化しても良いが、しかしながら、より短時間の、核の分解が起きる温度を超えないような、より高い温度が、より高い温度で十分な活性効果を達成するために必要とされる。これにより、活性化温度は、少なくとも約400℃、少なくとも約450℃、少なくとも約500℃、または少なくとも約550℃である(例えば、約400℃から約600℃、約450℃から約600℃、または約500℃から約600℃)。一般に、400℃と600℃の間の熱処理は、少なくとも約1時間行われ、少なくとも2時間のアニールが一般的である(例えば、約1時間から約4時間、または約2時間から約4時間)。より低い温度(例えば、約400℃から約450℃)では、より十分に不活性な酸素析出核を活性化するために、例えば少なくとも約10時間、少なくとも約20時間、少なくとも約30時間、少なくとも約40時間、または少なくとも約50時間またはそれ以上のような(例えば、約1時間から約50時間、または約10時間から約50時間)、より長い加熱時間が使用される。
本開示のいくつかの具体例では、本開示の具体例により作製された理想的な析出ウエハ(例えば、不活性な空孔が活性化されたウエハ)の表面上にエピタキシャル層が堆積される。他の具体例では、エピタキシャル層の堆積後に理想的な析出プロセスと活性化が行わる。エピタキシャル層は、例えばシリコン含有化合物のような気相の分解のような、当業者に一般に知られ、使用される手段により形成される。いくつかの具体例では、ウエハの表面は、シリコンを含む揮発性ガス(例えば、SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、またはSiH4)を含む雰囲気に曝される。雰囲気は、また、キャリアガス(好ましくはH2)を含む。いくつかの具体例では、エピタキシャル堆積中のシリコンソースは、SiH2Cl2またはSiH4である。SiH2Cl2が使用された場合、堆積中のリアクタの真空圧力は、好適には約500Torrから約760Torrである。一方、もし、SiH4が使用された場合は、リアクタ圧力は、好適には約100Torrであろう。より好適には、堆積中にシリコンソースはSiHCl3である。これにより、他のソースより遙かに安価になる。加えて、SiHCl3を用いたエピタキシャル堆積は、大気圧で実施できる。これは、真空ポンプが不要で、リアクタチャンバは崩壊を防止するために頑丈である必要はないために、有利である。更に、安全上の問題は殆ど存在せず、空気または他のガスがリアクタチャンバ中にリークする機会は少なくなる。
本開示の具体例により準備されたウエハは、シリコンオンインシュレータ構造に含まれる。シリコンオンインシュレータ構造は、一般に、デバイス層、ハンドルウエハまたはサポート層、およびサポート層とデバイス層との間の絶縁性膜または層(典型的には酸化物層)を含む。一般に、デバイス層は、約0.5μmから約20μmの厚さである。シリコンオンインシュレータは、当業者に知られた様々な技術を用いて準備されても良く、更に以下においても説明する。
酸素含有量が13ppmaの多くのウエハに、急速熱アニールプロセスで加熱し、バルク領域中で核の最大濃度を有し、ウエハの表面の方向に向かって濃度が次第に減少する空孔含有酸素析出核(活性な核および不活性な核の双方)の濃度を導入する。急速熱アニールは、ウエハを1300℃で10秒間加熱し、続いて50K/秒、15K/秒、8K/秒、または2K/秒で冷却する工程を含む。多くのウエハでは、次に、500℃で4時間加熱して、不活性な酸素析出核を活性化する。第1、第2、および第10のBMDにおけるBMD密度および深さが見出されたのは、NEC1テスト(800℃の温度で4時間アニールし、続いて1000℃の温度で16時間アニールする)の後に、活性化プロセスを行ったウエハと、活性化プロセスを行わなかったウエハの双方ついて認定された。結果を表1に示す。
不活性の空孔含有酸素析出核を活性化するのに必要な時間が、500℃の熱処理の時間を変えることにより決定された。ウエハのセットが、1230℃で10秒間、アルゴン雰囲気中で急速熱アニールされ、50K/秒の速度で冷却された。結果が図2および図3に見られる。図2、3に見られるように、BMDの著しい増加が、2時間の加熱で見られ、4時間後に、BMD密度は約1×1011BMD/cm3まで増加し、裸の層の深さは約15μmまで減少した。
Claims (23)
- チョクラルスキ法で成長した単結晶シリコンインゴットから切り出された単結晶シリコンウエハを熱処理して、続く熱処理工程でウエハ中の酸素の析出挙動に影響を与えるプロセスであって、シリコンウエハは、表面と、裏面と、表面と裏面との間の中央プレーンと、表面から中央プレーンに向かって、表面から距離Dだけ軸方向に延びるウエハの領域を含む表面層と、中央プレーンと表面層との間のウエハの領域を含むバルク層とを有し、このプロセスは、
ウエハに熱処理を行い、ウエハの表面層およびバルク層の中の結晶格子空孔を含む、所定の濃度の酸素析出核をウエハ中に導入する工程であって、酸素析出核の少なくとも一部は不活性な酸素析出核であり、一部は活性な酸素析出核であり、酸素析出核は、NEC1酸素析出熱処理を行った場合に、活性な酸素析出核は酸素析出物に変わり、不活性な酸素析出核は酸素析出物に変わらないことを特徴とする工程と、
熱処理されたウエハの冷却速度を制御し、所定の濃度プロファイルの酸素析出核を有するウエハを作製する工程であって、最大濃度はバルク領域中にあり、その濃度はウエハの表面方向に次第に減少し、表面層とバルク層の中の酸素析出核の濃度の違いは、ウエハに続いて酸素析出熱処理が行われた場合に、酸素析出の無い裸の領域が表面層中に形成され、酸素析出核に主に依存した酸素析出物の濃度をバルク層中に有する、酸素析出物がバルク層中に形成される工程と、
少なくとも約400℃で、約600℃を超えない温度で、少なくとも約1時間、ウエハの熱処理を行い、ウエハ中の不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する工程と、
を含むプロセス。 - 不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する熱処理は、少なくとも約450℃、少なくとも約500℃、少なくとも約550℃、約450℃から約600℃、または約500℃から約600℃の温度で行われる請求項1に記載のプロセス。
- 不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する熱処理は、少なくとも約2時間、または約1時間から約4時間、または約2時間から約4時間行われる請求項1または2に記載のプロセス。
- 不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する熱処理は、約400℃から約450℃の温度で、少なくとも約10時間、少なくとも約20時間、少なくとも約30時間、少なくとも約40時間、少なくとも約50時間、または約1時間から約50時間、または約10時間から約50時間行われる請求項1または2に記載のプロセス。
- ウエハの表面層およびバルク層中の、所定の濃度の、結晶格子空孔を含む酸素析出核をウエハ中に導入する熱処理は、少なくとも約1100℃、少なくとも約1175℃、少なくとも約1200℃、少なくとも約1300℃、約1100℃から約1400℃、または約1100℃から約1300℃の温度である請求項1〜4のいずれかに記載のプロセス。
- ウエハの表面層およびバルク層中の、所定の濃度の、結晶格子空孔を含む酸素析出核をウエハ中に導入する熱処理は、約1100℃から約1200℃の温度である請求項1〜4のいずれかに記載のプロセス。
- 表面層およびバルク層中の、所定の濃度の、結晶格子空孔を含む酸素析出核をウエハ中に導入する熱処理は、約1秒間から約60秒間行われる請求項5または6に記載のプロセス。
- 平均冷却速度は、少なくとも毎秒約5℃、少なくとも毎秒約20℃、少なくとも毎秒約50℃、少なくとも毎秒約100℃、少なくとも毎秒約150℃、毎秒約20℃から毎秒約200℃、毎秒約20℃から毎秒約100℃、または毎秒約100℃から毎秒約200℃である請求項1〜6のいずれかに記載のプロセス。
- ウエハ中の不活性な酸素析出核の実質的に全てが活性化される請求項1〜8のいずれかに記載のプロセス。
- ウエハが毎秒約50℃以下の速度で冷却され、NEC1酸素析出熱処理を行った場合に、ウエハに、少なくとも約7.5×1010cm−3、または少なくとも約9.0×1010cm−3、または少なくとも約1.0×1011cm−3の密度の酸素析出物を形成できる請求項1〜9のいずれかに記載のプロセス。
- ウエハに酸素析出熱処理を行う工程を含む請求項1〜10のいずれかに記載のプロセス。
- 酸素析出熱処理は、電子デバイス製造工程に含まれるプロセスである請求項11に記載のプロセス。
- 不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する熱処理は、アルゴン、ヘリウム、ネオン、二酸化炭素、およびそれらの混合物から選択される雰囲気中で行われる請求項1〜12のいずれかに記載のプロセス。
- Dは、少なくとも約10μm、または少なくとも約20μm、少なくとも約30μm、少なくとも約40μm、少なくとも約50μm、少なくとも約70μm、または少なくとも約100μm、約1μmから約200μm、約10μmから約200μm、約10μmから約100μm、または約10μmから約50μmである請求項1〜13のいずれかに記載のプロセス。
- 不活性な酸素析出核を活性化するためのプロセスであって、チョクラルスキ法で成長した単結晶シリコンインゴットから切り出され、表面と、裏面と、表面と裏面との間の中央プレーンと、表面から中央プレーンに向かって、表面から距離Dだけ軸方向に延びるウエハの領域を含む表面層と、中央プレーンと表面層との間のウエハの領域を含むバルク層とを有するウエハ中に、結晶格子空孔を含み、ウエハは、ウエハの表面層とバルク層の中に、結晶格子空孔を含む所定の濃度の酸化物析出核を有し、酸素析出核の少なくとも一部は不活性な酸素析出核であり、一部は活性な酸素析出核であり、酸素析出核は、NEC1酸素析出熱処理を行った場合に、活性な酸素析出核は酸素析出物に変わり、不活性な酸素析出核は酸素析出物に変わらないことを特徴とし、酸素析出核の濃度プロファイルは、最大濃度はバルク領域中にあり、その濃度はウエハの表面方向に次第に減少し、このプロセスは、
少なくとも約400℃で、約600℃を超えない温度で、少なくとも約1時間、ウエハの熱処理を行い、NEC1酸素析出熱処理を行った場合に酸素析出物を形成できるように、不活性な酸素析出核を活性化する工程を含むプロセス。 - 不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する熱処理は、少なくとも約450℃、少なくとも約500℃、少なくとも約550℃、約450℃から約600℃、または約500℃から約600℃の温度で行われる請求項15に記載のプロセス。
- 不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する熱処理は、少なくとも約2時間、または約1時間から約4時間、または約2時間から約4時間行われる請求項15または16に記載のプロセス。
- 不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する熱処理は、約400℃から約450℃の温度で、少なくとも約10時間、少なくとも約20時間、少なくとも約30時間、少なくとも約40時間、少なくとも約50時間、または約1時間から約50時間、または約10時間から約50時間行われる請求項15または16に記載のプロセス。
- ウエハ中の不活性な酸素析出核の実質的に全てが活性化される請求項15〜18のいずれかに記載のプロセス。
- ウエハに酸素析出熱処理を行う工程を含む請求項15〜19のいずれかに記載のプロセス。
- 酸素析出熱処理は、電子デバイス製造工程に含まれるプロセスである請求項20に記載のプロセス。
- 不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する熱処理は、アルゴン、ヘリウム、ネオン、二酸化炭素、およびそれらの混合物から選択される雰囲気中で行われる請求項15〜21のいずれかに記載のプロセス
- Dは、少なくとも約10μm、または少なくとも約20μm、少なくとも約30μm、少なくとも約40μm、少なくとも約50μm、少なくとも約70μm、または少なくとも約100μm、約1μmから約200μm、約10μmから約200μm、約10μmから約100μm、または約10μmから約50μmである請求項15〜22のいずれかに記載のプロセス。
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