JP5965607B2 - シリコンウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
Defect)等の欠陥を低減させてデバイス特性の向上を図ることができるシリコンウェーハの製造方法に関する。
本発明に係るシリコンウェーハの製造方法は、図1に示すように、シリコン単結晶インゴットを育成する工程(S101)、スライスウェーハを得る工程(S102)、平坦化処理する工程(S103)、エッチング処理する工程(S104)、鏡面研磨する工程(S105)、熱処理する工程(S106)を備える。
図2に示すように、ネック部2を形成した後、シリコン単結晶インゴット1の引き上げ速度V値を拡径部3側から縮径部4側にかけて漸減していくと、V/G値も減少し、これに伴って、シリコン単結晶インゴット1中の欠陥分布も変化する。なお、この場合は、G値はほとんど変化しない。
引き上げ速度V値が大きい、すなわち、V/G値が大きいときは、原子空孔(COP)が多く取り込まれたV−リッチ領域5が形成される。このV−リッチ領域5が消滅する臨界V/G値以下では、まず、酸化誘起積層欠陥(Oxidation-induced Stacking Fault:以下、OSFと略記する)がリング状に発生するリングOSF領域6が形成され、次に、空孔と格子間シリコン濃度との均衡により、原子の不足や余分の少ない無欠陥領域7が形成される。V/G値がさらに減少すると、格子間シリコンが多く取り込まれたI−リッチ領域8が形成される。
図3は、第1の熱処理におけるウェーハの表層部とバルク部のCOP欠陥が低減するメカニズムを説明するための概念図であり、(a)は最高到達温度が1300℃近傍である熱処理の場合、(b)は最高到達温度が1000℃〜1100℃である熱処理の場合、(c)は最高到達温度が1150℃〜1200℃である熱処理の場合をそれぞれ示す。
なお、前記内方拡散された酸素(Oi)は、表層部のCOPに取り込まれるためバルク部まで拡散されにくいものの、同様に最高到達温度が低温であるため、バルク部でもCOPの内壁酸化膜が溶解しにくく、これが格子間シリコン(i−Si)の注入を抑制するため、バルク部においてもCOPが残留するものと考えられる。
前記雰囲気が窒素ガスである場合には、シリコンウェーハのバルク部に空孔が形成されてしまい、バルク部における欠陥の低減の妨げとなるため好ましくない。
前記酸素分圧が1%未満である場合には、シリコンウェーハの内部に導入される格子間シリコンの発生量が低下するため、バルク部のCOP欠陥の低減を十分に図ることができない場合がある。
アルゴンガスを用いることにより、窒化膜等の他の膜の形成や化学的反応等が生じることがなく、熱処理を行うことができる。
前記第1の熱処理を1000℃から1100℃で行ったウェーハは、図3(b)に示すように表層部及びバルク部にCOPが残留している。このウェーハに対して、前記第2の熱処理を行った場合は、表層部においては、内壁酸化膜が溶解し、その後、原子の再配列によって当該COPが消滅すると考えられる(図4(a)表層部)。しかしながらバルク部ではこのような効果(内壁酸化膜が溶解し、COPが消滅)は不十分であるため、COPが残留すると考えられる(図4(a)バルク部)。
前記第1の熱処理における最高到達温度の保持時間は、好ましくは、1時間以上2時間以下である。
従って、前記第2の熱処理前に、前記第1の熱処理で形成された酸化膜を剥離することが好ましい。なお、前記酸化膜の剥離は周知の方法(フッ酸洗浄等)により行うことができる。
ここでいう「窒素ノンドープ」とは、シリコン単結晶インゴットの育成のため、故意に窒素ドープ(例えば、石英ルツボにおけるポリシリコン積載時に窒化膜が形成されたシリコンウェーハ片を同時に積載)を行わないことをいう。
このような酸素濃度とすることで、確実に、本願発明の効果を得ることができる。
更に、好ましくは、0.31×1018atoms/cm3以上0.44×1018atoms/cm3(old−ASTM)以下である。
このような昇温速度とすることで、生産性の低下及びスリップ転位の発生を抑制することができる。
前記第1及び第2の熱処理における前記最高到達温度からの降温速度は、1℃/分以上5℃/分以下であることが好ましい。
このような降温速度とすることで、生産性の低下及びスリップ転位の発生を抑制することができる。
CZ法により窒素ノンドープにてV/G値(V:引き上げ速度、G:シリコン融点から1300℃までの温度範囲における引き上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値)を0.28〜0.32mm2/℃・minに制御して直胴部がV−リッチ領域からなる酸素濃度0.31×1018〜0.44×1018atoms/cm3(old−ASTM)、窒素濃度6.0×1013atoms/cm3以下(SIMS実測値)、比抵抗39.3〜43.3Ω・cm、N−type、面方位(100)であるシリコン単結晶インゴットを育成後、該インゴットの直胴部を切断してV−リッチ領域からなる直径200mmの円板状のスライスウェーハを得た。
次に、前記第1の熱処理を行ったウェーハを5%フッ酸水溶液に所定時間浸漬させて、前記第1の熱処理で形成された少なくとも半導体デバイス形成面となる表面の酸化膜を除去した。
次に、酸化膜を除去したウェーハを、アルゴンガス100%雰囲気中、最高到達温度を変化させて、前記最高到達温度の保持時間については1時間として熱処理(第2の熱処理)を行った。
また、前記第2の熱処理を行ったアニールウェーハについて、ウェーハ裏面に発生するスリップ長をX線トポグラフィ(株式会社リガク製 XRT300)にて評価し、10枚における当該スリップ長の平均値を算出した。
更に、前記第2の熱処理を行ったアニールウェーハに対して、2段階熱処理(780℃で3時間熱処理した後、1000℃で16時間熱処理)を施した後のバルク部(深さ10μm、50μm及び100μm)のBMD密度をIRトモグラフィ(株式会社レイテックス製 MO−411)にて測定した。本試験における試験条件及び評価結果を表1に示す。
チョクラルスキー法により育成するシリコン単結晶インゴットの酸素濃度を1.20〜1.30×1018atoms/cm3(old−ASTM)として、その他は、試験1と同様な方法で熱処理を行った。
その結果、いずれのサンプルにおいても、表面の欠陥密度が30/cm2以上であり、前記第1の熱処理において成長した内壁酸化膜を有する表面のCOPを前記第2の熱処理で低減しきれていないことが認められた。
2 ネック部
3 拡径部
4 縮径部
5 V−リッチ領域
6 リングOSF領域
7 無欠陥領域
8 I−リッチ領域
Claims (4)
- チョクラルスキー法によりV/G値(V:引き上げ速度、G:シリコン融点から1300℃までの温度範囲における引き上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値)を制御してV−リッチ領域からなる酸素濃度が0.8×1018atoms/cm3(old−ASTM)以下であるシリコン単結晶インゴットを育成し、前記育成されたシリコン単結晶インゴットを切断したV−リッチ領域からなる円板状のシリコンウェーハを、酸化性ガス雰囲気中、1150℃以上1200℃以下の最高到達温度で5分以上2時間以下保持する第1の熱処理を行い、続いて、非酸化性ガス雰囲気中、1100℃以上1200℃以下の最高到達温度で30分以上2時間以下保持する第2の熱処理を行うことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
- 前記第1の熱処理後、前記第2の熱処理前に、前記第1の熱処理で形成された酸化膜を剥離することを特徴とする請求項1に記載のシリコンウェーハの製造方法。
- 前記シリコン単結晶インゴットの育成は、窒素ノンドープにて行うことを特徴とする請求項1又は2に記載のシリコンウェーハの製造方法。
- 前記育成されたシリコン単結晶インゴット中の窒素濃度は、6.0×1013atoms/cm3以下であることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法。
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