JP4554886B2 - 向上したゲート酸化物完全性を有する単結晶シリコンの製造方法 - Google Patents
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Description
成長条件の関数としてシリコンにおいて生成される空隙の密度およびサイズを説明しているモデルの骨組みは、最近のいくつかの文献に記載されている(例えば、V.V.Voronkov et al., J. Cryst. Growth, 194, 76(1998); V.V.Voronkov et al., J. Cryst. Growth, 204, 462(1999);およびR. Falster et al., On the Properties of the Intrinsic Point Defect in Silicon, Phys. Stat. Sol., (B)222, 219(2000))。しかし、一般的に言えば、空隙を構成する空孔の濃度は、溶融物/固体界面におけるパラメータv/G0によって決まる[ここで、vは成長速度であり、G0は凝固温度および1300℃よりも高い温度(例えば、1325℃、1350℃または1375℃さえ)によって定まる温度範囲にわたる平均軸方向温度勾配である。]。この値が、v/G0の臨界値を超えて、大きいほど、成長結晶に組み込まれる空孔濃度は大きくなる。これらの空孔は、ある「核形成」温度(空孔濃度が大きくなると、この温度も高くなるという点で、この温度は空孔の濃度に依存する)で臨界的過飽和に達し、従って空隙が生成する。生成した空隙の密度は、因子:
に本質的に比例する。
本発明のいくつかの特徴には、向上したゲート酸化物の完全性を有する、単結晶シリコンウエハを得ることができる単結晶シリコンインゴット及び、そのような単結晶シリコンインゴットを製造する方法を提供すること;所定の結晶引き上げ装置について可能な最高の引き上げ速度を用いることができ、従って処理量及び収率を最高とすることができる単結晶シリコンインゴットの製造方法を提供すること;成長条件を制御して、生成する凝集空孔欠陥の寸法を制限する単結晶シリコンインゴットの製造方法を提供すること;凝集空孔欠陥の密度を制御する単結晶シリコンインゴットの製造方法を提供すること;並びに得られる空孔濃度を制限して、制御できない酸素析出を防止する単結晶シリコンインゴットの製造方法を提供することが含まれる。
尚、図18、19及び20は、所定の条件下でシリコン材料の挙動を予測するための一連のモデルを示すグラフである。一般に、これらのグラフは、異なる条件(例えば、成長条件、冷却速度等)について、特定の空隙寸法及び特定の残存空孔濃度が得られることを示す。従って、これらのグラフは特定の材料を得ることができる成長条件についての一般的な領域を示しているが、更に実験を行うことによって、これらの領域の内部又は周辺領域の条件を詳細に求めることができるということに注意されたい。図示するように、X軸(対数目盛、約0〜100の範囲にわたる)は冷却速度(K/分)であり;Y軸(約0.01から0.25にわたる)はS0(シリコンが形成されるときの空孔濃度、比v/G0基準);全体的に斜めの鎖線/点線は残存空孔濃度(Cres)を示す;全体的に斜めの実線は空隙半径(Rv)を示す;並びに、Nvは空隙密度(全体的に「L」字形状である各Nvについての線は空隙密度の等高線であって、各等高線はそれ以下では「欠陥のない」材料が生成することになる同じ下側限界を本質的に有する)。同様に、特定の所定の部分に関連するこれらの曲線を生成させるのに必要な計算に関連するパラメーターの特定の値に関して特定の仮定をするので、これらの曲線は、その中で本発明の「有用で、機能的に完全な」シリコンを製造することができる空間、又は、一組の操作条件が存在することを示すことを意図していると理解されたい。この空間の境界は、あらゆる結晶引き上げ装置内で、本発明の「有用で、機能的に完全な」シリコンを製造することができる操作条件の境界を正確には規定できない可能性もある。
今日までの実験的証拠に基づくと、単結晶シリコンウエハ中のゲート酸化物の完全性を調べるために今日受け入れられている実務は、あまり正確ではなく、その結果、そうでなければ使用に受け入れられていたであろうウエハを処分し、従ってウエハを廃棄することにつながっている。特に、ゲート酸化物の完全性の要求は、一般に、所定の電場での故障百分率にて表され、集積回路が操作されることになる場よりも実質的に大きい場である(例えば、操作の場の2倍、3倍、4倍等)。以下にさらに説明するように、そのような試験は、使用するのに許容される材料を排除する結果をもたらすことができ、今日ではそう考えられている。この廃棄は主として、比較して相対的に小さい多くの欠陥よりも、所定のウエハにおけるいくつかの大きな凝集欠陥が好ましいという結論を誤って導き出す試験の結果である。
図1を参照すると、空隙、又は凝集した空孔の欠陥は、ゲート酸化物において、シリコン−二酸化ケイ素界面(「A」で示す)を横切って「ウィークスポット」(「B」で示す)を形成しており、空隙のない界面から予測されるよりも一般に低い電場にて生じる絶縁破壊事象(dielectric breakdown events)がもたらされる。ゲート酸化物にこの「ウィークスポット」が存在することは、過去の数十年にもわたって、シリコン材料性能についての主要な問題点であった。近年、空隙寸法分布及び酸化物厚さの関数として、電場及びストレス時間の両者において、空隙に関連する破壊分布の詳細な性質の理解が進んできている。この進歩は本願明細書にさらに記載する種々の重要な結論を導き、それらは本発明の基礎となっている。
図2を参照すると、空隙を有するシリコンと、空隙を有さないシリコン(例えば、エピタキシャル、実質的に欠陥のない又は侵入型シリコン)における破壊事象の典型的な分布を模式的に示すグラフが示されている。このグラフは、比較的大きなキャパシターサンプリング領域(約0.1cm2)を有する20nmのゲート酸化物を有するシステムが典型的に生じることを示している。絶縁破壊試験は、いずれかの所定のシステムにおいて故障の分布のための動き得る「ウインドウ(window)」を提供する。問題とする欠陥に対する「ウインドウ」の相対的な位置は、この欠陥とキャパシタ領域の密度との積によって求められる。積が大きすぎたり、小さすぎたりする場合には、本質的に何も観察されない。従って、図2に模式的に示す場合は、最適な場合が選ばれているとの仮定がなされていた。
半導体デバイス製造業者は、一般に、2つの問題:(i)デバイスの歩留り(収率)は如何なるものか、及び、(ii)経時的なデバイスの信頼性は如何なるものか;換言すれば、デバイス製造業者は、操作の短い試験においてどれだけ多くの欠陥を有する物品が見出されるか(即ち「歩留り(yield)」、及び、どれだけ多くの欠陥を有する物品がその後のデバイスの寿命の間に明らかになるか(即ち「信頼性(reliability)」)ということに関心を持っている。これらの問題は、更なる分類、例えば、デバイスの操作条件は如何なるものか、及び、時間の関数としての欠陥の許容されるレベルは如何なるものかを考慮する必要があるということを必要とする。最初に、これらの質問に対する幾つかの一般的で標準的な回答は、操作の場は約2.5MV/cm(20nm酸化物及び5VVddについて)であって、1ビットの故障でも欠陥あるチップを生じ得るであろうと想定されるということである。歩留りのスクリーニングの後で重要な事項は、信頼性の要件である。例えば、厳密な自動車用途では、一般に、故障率は10年間で1ppmの故障以下であるべきと要求されている。
この問題を解決し、性能についてシリコン材料を評価する最良の方法を最終的に決定するために、統計学的方法をここで採用する。そのようなアプローチの目的は、所定のストレスレベルでの所定の欠陥の組を有するシステムにおけるデバイス故障の時間依存性を予測し、特定のバーンイン工程によるデバイス分布の「スクリーニング」の有効性を評価することである。対象となるストレスレベルは、操作フィールド(例えば2.5MV/cm)であり、故障要求は非常に長い時間で非常に低い故障率(例えば、1ppm/10年)である。便利であってコスト有効性のあるように採用することができるデータを推定することができる筋の通った方法が明らかに必要とされており、このことは統計学の適用に関連する。
Y=1−F=exp(−AD) (1)
[式中、Yは歩留りであって、Fは故障の数である。]
で与えられる。
絶縁破壊の場合には2つの主要な変数がある。場(または電流)と時間である。この統計的問題に対するワイブルアプローチは、ちょうどの時間を通常意味する、どのような変数が試験に付されているかについて単純な電力法則関係を仮定している。しかしながら、2パラメーター分布であり、それぞれの変数について2つの異なった電力法則を組み合わせるという点において、本件は、通例件よりも複雑である。これに関して、ワイブル分布は、いずれかの物理的メカニズムを記述するまたはモデル化することを要求しないことに留意すべきである。そうではなくて、本件は、まさしく、統計学的方法であり、複雑なデータを扱う単純で有用で力量のある方法である。
AD=CtaEb (2)
および従って
1−F=exp(-CtaEb) (3)
で示される。
ln(-ln(1−F))=aln(t)+bln(E)+lnC (4)
で示される。
絶縁破壊挙動のランプ化場試験は、一般的な試験方法である。図1および図2からの仮想的データは、そのような仮想的試験から導きだされる。そのような試験に対する一般的な考えは、該試験が破壊分布の場依存性についてのみの情報を与えるということである。しかし、実際には、該試験は、時間依存性についても非常に強力な情報を与え得る。重要なことには、これら試験は、非常に広い場範囲にわたって、破壊の個々のモードの時間依存性を急速に明らかにできる。
W=p[∫E(t)ddt]a (7)
[式中、dはb/aである。]
線形ランプ化場ための式(7)を積分すると、この式は、式(8)に示すように、一定場試験の同様の「a」および「b」パラメーターの項において、ランプ化場試験ための絶縁破壊の「ワイブル」記述を与える。
二重の対数をとると、ワイブルランプ化試験プロット歩留まり式(9)が得られる。
これは、ln(E)において線形である。直線の傾きは、パラメーターaとbの合計に等しい。
空隙関連絶縁破壊の問題に戻ると、「通常」または「徐冷」型の結晶についての空隙関連破壊の場における典型的な分布である図2に概略図を示す。図9を参照すると、ワイブルフォーマットで提示された2種の材料を比較する実際のデータが示されている(無空隙エピタキシャル材料の結果が、8MV/cmの「標準」BVOX参照場であるとして、参照として含められている)。このように見ると、「徐冷」材料と通常材料との間の通常の差(BVOXパーセント)は、明らかである。さらに、全ての3つの材料は、材料における空隙の分布に独立した固有の挙動を示す(再び、非常に異なった高場破壊分布が空隙に関連しないことに留意する。)。
1.(前記のように、分布における「ピーク」が存在するという事実に関連して)それぞれの分布について或るパーセントで破壊破損における「飽和」が存在する。この結果の単純な理由は、いくつかの特性的場に達する時間までに、系における空隙の全てが使用されるかあるいはターン・オンしているということである。飽和破損パーセントのこの差は、「徐冷」法による空隙の数密度を減少する結果である。そのような飽和効果は、高い場において、他の主要モードの絶縁破壊に存在しないことに留意すべきである(ここで、下にある物理的欠陥は勘定できない。)。当然、例えば、全てのBVOX試験が実際に測定するものは、この飽和値である。したがって、空隙の有効面積密度のみを直接に測定する。
ことがらの表面において、「バーンイン」電圧規則の適用は、より低い飽和破損パーセントとともに、徐冷型材料が良好な材料であるという直行的な結論を導く。当然、本明細書において指摘するように、この試験のまさしくの適用によって所定のものになるので、この結果は驚くべきものではない。しかし、真の問題は、異なった基準を適用した場合に、どのような結果が得られるかということである。例えば、単純に真の信頼性基準を材料系に適用することである試験を適用することを考える。すなわち、作動場よりも顕著に高い任意の場ではなくて、作動場でストレスを適用し、どの系が例えば10年後に最も破損しているかを検討することを考える。
外挿信頼性を計算するため、上記系を使用し、規定操作場で、ランプ化場データから一定場操作へと外挿する。上記式(4)および(9)を扱い、簡単な表現がワイブル形態で書くことができる(式(10))。デバイスの消耗の解を本質的にいずれかの操作場で求めることが可能になる。
1.F'(t,Eop)は、求めるべきものであり、(操作)場、Eopで時間依存性破損分布のワイブル数{= ln(-ln(1-F)}である。
2.F''(Eop,dE/dt)は、ランプ速度dE/dtで行ったランプ試験結果から、(操作)場、Eopに外挿したワイブル数{= ln(-ln(1-F)}である。この数は、単に、データの直線的外挿であり、式(11)において以下のように表現することができる:
3.a+bは、ランプ試験結果からの破壊分布の空隙関連部分のlnEにおける傾きである。
4.「a」は、同じ分布の可変ランプ速度試験から、あるいは試料一定場/電流試験から、導かれる時間パラメーターである。
再び図9を参照し、上記を考慮すると、複数年の期間にわたる5Vの操作電圧についての2つの材料系の外挿信頼性の比較を行うことができる。これは。図9から得られたデータに式(10)を適用することによって行うことができる。図13は、驚くべき結果を示しており、標準の材料は空隙のより高い全密度および対応する悪いBVOX結果を有する標準の材料が実際には良好な材料であるという点において驚くべきである。
本発明の方法によれば、ゲート酸化膜完全性の分析方法が適切に規定され適用されると、(従来のGOI分析法に基づいて)許容可能であると従来みなされていたものと対照的に、サイズが小さく濃度(または数密度)が大きい空隙を有するウエハを生成する条件下で単結晶シリコンを成長させることが明らかに好ましいことが見い出された。別の表現をすれば、ゲート酸化膜完全性がより正確に規定され測定されると、より小さい空隙をより高い濃度で有する単結晶シリコンウエハが、より大きい空隙をより低い濃度で有する材料に比較して、好ましいことが見い出された(以下に詳細に説明する。)。これまでの経験によれば、機能的な観点からのそのようなウエハは、実質的に無欠陥のシリコンに、ほとんどの場合に品質において相当する。
1.材料は、信頼性の上記要求が所定用途のためにどのようなものであろうと、信頼性の上記要求(例えば、デバイス操作10年で1ppmの破損)に合致している。ならびに(要すれば)
2.材料は、バーンイン電圧において本質的に検出可能な破損を有しない。
図10〜図12の説明において、ワイブル曲線の初期部分が、空隙のサイズ分布よりも空隙の密度によって少なく求められることを説明した。したがって、これは、「機能的完全」にとって重要である。これは、材料を改良する従来の全ての試みと比較して、全く異なったアプローチである。具体的には、他の全ての提案されている材料の改良方法(例えば、遅い冷却、無欠陥シリコン、エピタキシャルシリコン)において、アイデアは、空孔の密度を減少させることであったが、一方、本発明において、焦点は、空隙のサイズを減少させること(空隙密度の制御はしてもしなくてもどちらでもよく、少なくともいくつかの態様において、最小の空隙密度が必要になる。)にあてられる。
1.運動的限定から、速冷却は、空孔移動の効率を減少させ、したがって、空孔が空隙にシンクする効果を減少させる。結果的に、空隙は大きくならない。
2.速冷却はより高い空孔密度を与える。結果的に、空孔濃度が固定されたならば、空隙当たり、より小さいの数の入手可能な空孔が存在する(これは、当然、「徐冷」材料が本明細書において劣っている場合である。)。
2.速冷却材料のより小さな空隙サイズによって、より高い場に向かって、分布の初期部分のシフトが得られる。さらに、分布のこの部分の傾きはより急になっている。大きな傾きは、分布における単なる平行シフトよりもずっと強力である。急速な傾きは、操作場でのインターセプトを顕著に低い値に駆動させるからである。傾きのこの増加(したがって、場における破損の分布のタイト化)の理由は、シリコン界面で得られる空隙横断面積におけるより小さい範囲に原因していると考えられる。したがって、BVOX試験の顕著な不完全さにもかかわらず、速冷却材料は、信頼性性能に関しては、例外的に良好である。図15を参照すると、この材料の予想信頼性が、(良好なBVOX実施)標準材料の予想信頼性と比較されている。これらの結果から、10年の操作において、速冷却材料が0.001ppm破損よりも良好な破損を与え、最も厳格な要求さえも大きく凌駕していることに留意すべきである。例えば(操作電圧の2倍である)5MV/cmのバーンイン場で、測定可能な歩留まり損失が本質的にない(すなわち、約1%よりもずっと低い)ということにも留意すべきである。
成長条件の関数としてシリコンにおいて生成される空隙の密度およびサイズを説明しているモデルの骨組みは、最近のいくつかの文献に記載されている(例えば、V.V.Voronkov et al., J. Cryst. Growth, 194, 76(1998); V.V.Voronkov et al., J. Cryst. Growth, 204, 462(1999);およびR. Falster et al., On the Properties of the Intrinsic Point Defect in Silicon, Phys. Stat. Sol., (B)222, 219(2000))。しかし、一般的に言えば、空隙を構成する空孔の濃度は、溶融物/固体界面におけるパラメーターv/G0によって決まる[ここで、vは成長速度であり、G0は凝固温度および1300℃よりも高い温度(例えば、1325℃、1350℃または1375℃さえ)によって定まる温度範囲にわたる平均軸方向温度勾配である。]。この値が、v/G0の臨界値を超えて、大きいほど、成長結晶に組み込まれる空孔濃度は大きくなる。これらの空孔は、ある「核形成」温度(空孔濃度が大きくなると、この温度も高くなるという点で、この温度は空孔の濃度に依存する)で臨界的過飽和に達し、従って空隙が生成する。生成した空隙の密度は、因子:
1.第1の温度範囲は、溶融物−固体界面の近くであって、v/GOは約1300℃から約1400℃の温度範囲(即ち、固化温度から約1300℃、1325℃、1350℃又は約1375℃の場合もある範囲の温度)で設定される。この範囲での冷却速度は、空孔が問題の特定の領域についてインゴットの中心軸のまわりからインゴットの側表面のまわりへの真性点欠陥が優勢であるかということに影響する。
2.第2の温度範囲は、空隙の核形成が起こる温度範囲である。空隙核形成は一般に、約1000℃〜約1200℃、約1025℃〜約1175℃、約1050℃〜約1150℃、約1075℃〜約1125℃の範囲の温度にて起こる。この温度範囲での冷却速度を制御することは空隙核形成に影響を及ぼす。
3.第3の温度範囲は、空隙成長が起こる温度範囲、即ち核形成が起こった後、商業的に実用的な時間で、シリコン格子空孔が動くことができる温度範囲である。空隙成長又は空孔拡散は一般に、約900℃〜約1100℃、約925℃〜約1075℃、約950℃〜約1050℃の範囲の温度で起こる。
そのような成長条件を如何に達成できるかについての例示的な詳細を、以下に更に説明する。
上述したすべての制限が満足されるような状況では、本明細書において「有用で機能的に完全な」シリコンと称するシリコン材料が得られる。
そのような材料のための操作条件を規定するために用いる計算は、いくつかの結晶成長パラメーターの組合せを含んでおり、比較的複雑で、多次元的である。上記引用した対照にて用いたモデルエレメント(以下、「標準」モデルと称する)を用いると、これらは、例えば、経験的に又は(本明細書に記載する手段又はこの技術分野において標準的な手段を用いて)更にモデリングして、見積もることができ、更に精密にすることができる。結果を図18の複雑なチャートにまとめている。特に、図18は、一定の冷却速度(例えば、約1400℃から、所定の空孔濃度について、商業的に実用的な時間で空孔が動けなくなるある温度までの一定の冷却)及び組み込まれた空孔濃度(S0は、空孔濃度Cvを融点濃度Cvmへ標準化したもの)の関数として、空隙寸法/空隙密度/残存空孔スペースの計算を示している。これらの計算によって、「有用で機能的に完全な」シリコンを生じさせるために重要なパラメーターの数値が提供される。これらのパラメーターは:
1.空隙密度:Nv(cm−3)
2.空隙寸法:Rv(空隙のほぼ中央から外側縁部までの平均半径間隔(nm単位))
3.残存空孔濃度:Cres(cm−3)
1.組み込まれた空孔濃度(図18においてS0として識別される)。S0は空孔の融点溶解度へ標準化した結晶内に組み込まれた空孔の濃度である。この数は、結晶が成長したv/G0条件に関連する。2つを関連付ける簡単な分析的表現は、例えば、V.V.Voronkov et al., J. Appl. Phys., 86, 5675(1999)(引用することによってその開示内容を本願明細書に含めることとする)によって、既に述べた。一般的に、この関係は、
2.結晶の冷却速度−これらの計算における冷却速度は(上述した)空隙成長期間及び空隙核形成の双方により一定であると推定される。
1.Nv:約1×108cm−3以下(態様によっては、約5×107cm−3以下、約1×107cm−3以下、又は約5×106cm−3以下が好ましいこともある)
2.Rv:約70nm以下(態様によっては、約60nm以下、約50nm以下、約40nm以下、又は30nm以下が好ましいこともある)
3.Cres:約3×1012cm−3以下(態様によっては、約2×1012cm−3以下、約1×1012cm−3以下、約5×1011cm−3以下、約1×1011cm−3以下、約5×1010cm−3以下、又は約1×1011cm−3以下が好ましいこともある)。
図19を参照すると、「標準的モデル」を用い、冷却速度が(固化から、商業的に実用的な時間で空孔が動けなくなる温度まで)一定であると仮定して、上述の数値を満足する典型的な操作ウインドウが示されている。クロスハッチを付した領域に含まれる数値は、比較的高い冷却速度及び大きい値のv/G0(即ちこれらの数値は大きな軸方向温度勾配を形成するように意図されたホットゾーンのいて速い引き上げ速度で達成されるものである)にて、達成される。これらの温度勾配が適切に調節される場合、これらの条件が適合し得る引き上げ速度に実質的に上限はないということに注意されたい。従って、この理由から、所定の結晶引き上げ装置について可能な最も速い引き上げ速度、及び今日判明している最も有効な費用対効果に優れた条件にて、「有用で機能的に完全な」シリコンを製造することができる。
図20を参照すると、空隙/空孔消費現象についての第2の例示モデルが考えられる。特に、図20は、変更されたモデル下で得られた結果を示しており、ここでは、第1の又は標準的なモデルに、わずかであるが、重要な変化がなされている。ここで、「有用で機能的に完全な」シリコンは、(標準的なモデルの一定の冷却速度とは異なって)2段階冷却速度の条件下でのみ製造することができる。操作条件を強調している。
この例では、変更されたモデルの「有用で機能的に完全な」シリコンを製造する操作条件のためのプロセススペースは、一般に、小さすぎて、多くの場合に実用的でないS0の値である。従って、そのようなモデルでシリコンを製造するため、下側Cres制限をなくする2段階冷却が必要となる。
単結晶シリコンインゴットについての一定の直径の部分で、かなりの長さにわたって空孔が優勢なシリコンを得るために、v/G0の制御に関する一般的な事項は、当業者に一般に知られており、例えば、国際特許出願PCT/US98/07304、同07305、及び同07306に記載されている。しかしながら、本発明によれば一般に、インゴットのほぼ中心軸から周縁部へ測定して、インゴットの少なくとも一定直径の領域(例えば、インゴットの中心軸に沿って測定して、10%、20%、40%、60%、80%、90%、95%又はそれ以上)について、又はインゴットの側表面について、インゴットの半径長に対して少なくとも約25%、50%、75%、85%、95%又はそれ以上の幅を有する軸対称な領域が、空孔が優勢な真性点欠陥となるように、生産速度v及び平均軸方向温度勾配G0を制御することになる。しかしながら、ある態様では、この領域はインゴットの中心軸から側表面へ延びることが好ましく、即ち、その領域の幅は、インゴットの一定直径の部分の幅に本質的に等しくなることが好ましい。しかしながら、この領域が中心軸から側表面へ延びない場合には、もう1つの軸対称な領域によって包囲する場合もあり、その場合には、例えば国際特許出願PCT/US98/07365に記載されているように、シリコン自己格子間原子が優勢な真性点欠陥であって、凝集した真性点欠陥を実質的に有さない。
一般に、単結晶シリコンは、少なくとも2つの代替アプローチによって、凝集空孔欠陥のための核形成温度、場合によって商業的に実用的な時間で空孔が動けなくなる温度で冷却することができる。第1のアプローチでは、インゴット全体(又は本発明の向上したゲート酸化物完全性を有することが望まれるインゴットの少なくともその部分)が、インゴットのテイルが完成するまで、核形成温度を超える温度に保持される。それからインゴットは溶融物から取り外され、ホットゾーンへの熱の入力が停止される。単結晶シリコンは、チョクラルスキー法反応装置のホットゾーンから、そのホットゾーンから離れているチャンバーへ、例えば結晶受け入れチャンバー又は他のチャンバーへ移され、そこで結晶全体(又は少なくともその上述した部分)が本発明に従って冷却される。冷媒、例えば冷却水を用いるように設計された熱交換器デバイスによって冷却チャンバーをジャケットで覆って、単結晶シリコンを冷媒に直接的に接触させることなく、所望の速度で単結晶シリコンインゴットを冷却するのに充Bンな速度で冷却チャンバーから熱を除去することができる。別法として、又は冷却ジャケットに加えて、予め冷却したガス、例えばヘリウムガスを用いて、結晶受け入れチャンバー又は他の冷却チャンバーを連続的にパージして、より迅速に冷却を行うこともできる。プロセスの装置から熱を除去する方法は、この技術分野においてよく知られており、当業者は種々の手段を用いて、過度の実験を必要とすることなく、結晶受け入れチャンバー又は他の冷却チャンバーから熱を除去することができる。
従って、本発明の「窒素無ドープ」ウエハは「窒素ドープ」されたウエハから、両者を熱処理(例えば、実質的に酸素を存在させずに、約1200℃へ急速加熱)及び冷却に付し、その後、酸素析出熱処理(例えば、約800℃で約4時間、次いで約1000℃で約16時間)に付した場合に、本発明の「窒素無ドープ」ウエハにおける酸素析出の濃度は約1×108/cm3(例えば、約5×107以下、約1×107以下、約5×106以下、約1×106以下、又はそれ以下)であり、一方、「窒素ドープ」ウエハの濃度はそうはならない。
更に、本発明によって製造されるウエハは、水素又はアルゴンアニーリング処理、例えば欧州特許出願第503816A1号に記載されている処理と組み合わせることにも適している。
一般的に言えば、本発明に従って製造するシリコンウエハは、エピタキシャル層を析出させる基材として用いるのに適している。ホモエピタキシャル析出は、この技術分野において一般的ないずれかの方法によって行うことができる。これらの態様の中のいくつかにおいて、空隙寸法及び密度は狭いことが重要である。その理由は、エピタキシャル析出プロセスは、そうしなければゲート酸化物完全性を阻害する、ウエハ表面に存在する空隙を埋める(fill in)からである。これらの態様において、残存空隙濃度を制御すると、(「有用で機能的に完全な」シリコンについて上述したように)過度の酸素析出が防止される。
凝集欠陥はいくつかの異なる技術によって検出することができる。例えば、フローパターン欠陥またはD欠陥は典型的には単結晶シリコンサンプルをSeccoエッチング溶液中で約30分間選択的にエッチングした後、サンプルの顕微鏡観察を行うことによって検出する(例えば、H. Yamagishi et al., Semicond. Sci. Technol. 7, A135 (1992)参照)。この方法は凝集空孔欠陥の検出に標準的なものであるが、A欠陥を検出するためにも使用できる。この技術を用いると、かかる欠陥は存在する場合にはサンプル表面上の大きなピットとして見られる。
次にこのサンプルを脱イオン水ですすぎ、約35〜約55分間、サンプルをSeccoまたはWrightエッチング溶液に浸漬するか、それで処理することによる第二のエッチング工程を行う。典型的には約1:2比率の0.15M二クロム酸カリウムおよびフッ化水素酸(49重量%溶液)を含むSeccoエッチング溶液を用いてサンプルのエッチングを行う。このエッチング工程は存在しうる凝集欠陥を露出させ、描出する働きをする。
単結晶シリコン中の結晶格子空孔の測定は、白金拡散分析によって行うことができる。一般に、白金は、Frank Turnbull機構が白金拡散を支配するが、白金原子による空孔修飾の定常状態に達するのに十分なように、拡散時間及び温度を選択して、試料に析出し、水平表面で拡散する。本発明に典型的な空孔濃度を有するウエハについては、730℃の温度で20分間の拡散時間を用いることができるが、より低い温度、例えば約680℃でより正確なトラッキングが認められる。更に、ケイ化プロセスによって受け得る影響を低減するため、白金析出法によって1つのモノレイヤー以下の表面濃度が生じることが好ましい。
本明細書において以下のフレーズは所定の意味を有することに留意すべきである。「凝集真性点欠陥」とは、空孔が凝集する反応によってD−欠陥、フローパターン欠陥、ゲートオキシドインテグリティ欠陥、クリスタルオリジネーテッドパーティクル欠陥、およびそのような空孔に関連する欠陥が生じる反応、又は(ii)自己格子間原子が凝集して転位ループ及びネットワーク、及びその他の自己格子間原子に関連する欠陥を意味する。「凝集格子間原子欠陥」とは、シリコン自己格子間原子が凝集する反応によって生じる凝集真性点欠陥を意味する。「凝集空孔欠陥」とは、結晶格子空孔が凝集する反応によって生じる凝集空孔点欠陥を意味する。ウエハまたはインゴットについての「半径」とは、ウエハまたはインゴットの中心軸から側表面までを測定した距離を意味する。「凝集真性点欠陥を実質的に含まない」とは、これらの欠陥の検出限界(現在のところ約103欠陥/cm3)より低い、凝集欠陥濃度を意味する。「空孔優勢」および「自己格子間原子優勢」とは、その真性点欠陥が主としてそれぞれ空孔または自己格子間原子である材料を意味する。
本発明の範囲から逸脱しない限り、上記の材料及びプロセスにおいては種々の変更が可能であるので、上記の説明に含まれる全ての事柄は例として説明されるものであり、限定を意味するものではない。
Claims (49)
- 単結晶シリコンインゴットを成長させる方法であって、
インゴットは、中心軸、シードコーン、テイルエンド、及び側表面を有し、中心軸から側表面へ延びる半径を有するシードコーンとテイルエンドとの間の直径一定部分を有してなり、
前記インゴットをチョクラルスキー法に従って、シリコン融液からインゴットを成長させること、及びその後に、固化温度から冷却させることを含む方法であって、
結晶の直径一定部分を成長させる間に、成長速度v及び平均軸方向温度勾配G0を制御して、中心軸まわりに、結晶格子空孔が優勢な真性点欠陥である軸対称な領域であって、前記半径の少なくとも25%の半径幅を有する軸対称な領域を形成すること;並びに
インゴットを冷却して、軸対称な領域に凝集空孔欠陥及び残存する濃度の結晶格子空孔真性点欠陥を生じさせ、前記凝集空孔欠陥は70nm以下の平均半径を有するようにし、及び前記結晶格子空孔真性点欠陥の残存空孔濃度を3×10 12 cm −3 以下にすること
を特徴として含んでなる方法。 - インゴットは少なくとも200mmの公称直径を有する請求項1記載の方法。
- 前記領域は、インゴットの中心軸に沿って測定して、インゴットの直径一定部分の長さの少なくとも20%である請求項1記載の方法。
- 前記領域は、インゴットの直径一定部分の半径の少なくとも75%の半径幅を有する請求項1記載の方法。
- インゴットは少なくとも200mmの公称直径を有する請求項4記載の方法。
- 平均空隙密度は1×108cm−3以下である請求項1記載の方法。
- 平均空隙密度は5×106cm−3以上である請求項6記載の方法。
- 平均空隙密度は5×106cm−3以上である請求項1記載の方法。
- 凝集空孔欠陥は、50nm以下の平均半径を有する請求項1記載の方法。
- インゴットは、少なくとも200nmの公称直径を有し、前記領域は、インゴットの中心軸に沿って測定して、インゴットの直径一定部分の長さの少なくとも20%の長さを有し、及び、インゴットの直径一定部分の半径の少なくとも50%の半径幅を有する請求項1記載の方法。
- 平均空隙密度は1×108cm−3以下である請求項10記載の方法。
- 平均空隙密度は5×106cm−3以上である請求項11記載の方法。
- 平均空隙密度は5×106cm−3以上である請求項10記載の方法。
- 凝集空孔欠陥は、60nm以下の平均半径を有する請求項10記載の方法。
- インゴットは凝集空隙欠陥が核形成する第1の温度範囲を通って第1の冷却速度にて冷却され、その後、空孔真性点欠陥が前記領域を通って拡散し、核形成凝集空孔欠陥に組み入れられる第2の温度範囲を通る第2の冷却速度にて冷却され、第1の冷却速度は第2の冷却速度よりも大きい請求項1記載の方法。
- 第1の温度範囲は、1000℃〜1200℃である請求項15記載の方法。
- 第2の温度範囲は、900℃〜1100℃である請求項15記載の方法。
- 前部表面、背部表面、前部表面と背部表面とを連絡する側表面、前部表面及び背部表面に垂直な中心軸、並びに前部表面から背部表面へ実質的に延びる中心軸まわりにて軸対称な領域であって、結晶格子空孔が優勢な真性点欠陥である軸対称な領域を有してなる単結晶シリコンウエハであって、
前記領域は半径の少なくとも25%の半径幅を有しており、並びに凝集空孔欠陥及び残存する濃度の結晶格子空孔を有しており、(i)凝集空孔欠陥は70nm以下の平均半径を有すること、並びに(ii)結晶格子空孔真性点欠陥の残存空孔濃度は3×10 12 cm −3 以下であることを特徴として含んでなる単結晶シリコンウエハ。 - 酸素を本質的に存在させずに、ウエハを1200℃の温度へ急速に加熱した後、冷却する急速な熱アニーリングに付し、その後、ウエハを800℃にて4時間アニーリングした後、1000℃にて16時間アニーリングすることから本質的になる酸素析出熱処理に付して、1×108cm−3以下の酸素析出濃度を有することができる請求項18記載の単結晶シリコンウエハ。
- 前記ウエハは少なくとも200mmの公称直径を有する請求項18記載のウエハ。
- 前記領域は、ウエハの半径の少なくとも50%の幅を有する請求項18記載のウエハ。
- 前記領域は、ウエハの半径の少なくとも75%の幅を有する請求項18記載のウエハ。
- 前記領域は、ウエハの半径の少なくとも95%の幅を有する請求項18記載のウエハ。
- 前記凝集空孔欠陥は、60nm以下の平均半径を有する請求項18記載のウエハ。
- 前記凝集空孔欠陥は、50nm以下の平均半径を有する請求項18記載のウエハ。
- 前記凝集空孔欠陥は、40nm以下の平均半径を有する請求項18記載のウエハ。
- 前記凝集空孔欠陥は、30nm以下の平均半径を有する請求項18記載のウエハ。
- 前記ウエハは平均空隙密度によって特徴付けられ、および、前記平均空隙密度は、1×108cm−3以下である請求項18記載のウエハ。
- 前記ウエハは平均空隙密度によって特徴付けられ、および、前記平均空隙密度は、5×107cm−3以下である請求項18記載のウエハ。
- 前記ウエハは平均空隙密度によって特徴付けられ、および、前記平均空隙密度は、1×107cm−3以下である請求項18記載のウエハ。
- 前記ウエハは平均空隙密度によって特徴付けられ、および、前記平均空隙密度は、5×106cm−3以下である請求項18記載のウエハ。
- 前記ウエハは平均空隙密度によって特徴付けられ、および、前記平均空隙密度は、5×106cm−3以上である請求項18記載のウエハ。
- 前記ウエハは平均空隙密度によって特徴付けられ、および、前記平均空隙密度は、1×107cm−3以上である請求項18記載のウエハ。
- 前記ウエハは平均空隙密度によって特徴付けられ、および、前記平均空隙密度は、5×107cm−3以上である請求項18記載のウエハ。
- 前記ウエハは平均空隙密度によって特徴付けられ、および、前記平均空隙密度は、1×108cm−3以上である請求項18記載のウエハ。
- 酸素含量が13PPMA以下である請求項18記載のウエハ。
- 炭素濃度が5×1016原子/cm3以下である請求項36記載のウエハ。
- 窒素含量が1×1013原子/cm3以下である請求項37記載のウエハ。
- 窒素含量が1×1013原子/cm3以下である請求項36記載のウエハ。
- 炭素濃度が5×1016原子/cm3以下である請求項18記載のウエハ。
- 窒素含量が1×1013原子/cm3以下である請求項40記載のウエハ。
- 窒素含量が1×1013原子/cm3以下である請求項18記載のウエハ。
- 残存空孔濃度が2×1012cm−3以下である請求項18〜42のいずれかに記載のウエハ。
- 残存空孔濃度が1×1012cm−3以下である請求項18〜42のいずれかに記載のウエハ。
- 残存空孔濃度が5×1011cm−3以下である請求項18〜42のいずれかに記載のウエハ。
- 残存空孔濃度が1×1011cm−3以下である請求項18〜42のいずれかに記載のウエハ。
- 残存空孔濃度が5×1010cm−3以下である請求項18〜42のいずれかに記載のウエハ。
- 残存空孔濃度が1×1010cm−3以下である請求項18〜42のいずれかに記載のウエハ。
- 前部表面に析出したホモエピタキシャル層を有する請求項18〜42のいずれかに記載のウエハ。
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US20090004426A1 (en) * | 2007-06-29 | 2009-01-01 | Memc Electronic Materials, Inc. | Suppression of Oxygen Precipitation in Heavily Doped Single Crystal Silicon Substrates |
US20090004458A1 (en) * | 2007-06-29 | 2009-01-01 | Memc Electronic Materials, Inc. | Diffusion Control in Heavily Doped Substrates |
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US6485807B1 (en) * | 1997-02-13 | 2002-11-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Silicon wafers having controlled distribution of defects, and methods of preparing the same |
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JPH11349393A (ja) * | 1998-06-03 | 1999-12-21 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | シリコン単結晶ウエーハおよびシリコン単結晶ウエーハの製造方法 |
JP2002519283A (ja) * | 1998-06-26 | 2002-07-02 | エムイーエムシー・エレクトロニック・マテリアルズ・インコーポレイテッド | 低欠陥、自己侵入型優勢シリコンの成長用結晶引き上げ装置 |
JP2000058612A (ja) * | 1998-08-10 | 2000-02-25 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体素子の絶縁膜の評価方法 |
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TW505710B (en) * | 1998-11-20 | 2002-10-11 | Komatsu Denshi Kinzoku Kk | Production method for silicon single crystal and production device for single crystal ingot, and heat treating method for silicon single crystal wafer |
JP3644284B2 (ja) * | 1999-01-14 | 2005-04-27 | 株式会社豊田中央研究所 | 経時絶縁破壊特性の予測方法及び予測装置 |
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