JPH08250505A - シリコンウエーハ及びその製造方法 - Google Patents
シリコンウエーハ及びその製造方法Info
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Abstract
よって、品質のより安定したシリコンウエーハ及びその
製造方法を提供する。 【構成】 単結晶シリコンインゴットから形成したウエ
ーハを用い、超微小酸素析出物(エンプリオ)の密度を
制御するための熱履歴初期化工程と、再析出核を制御し
つつ成長させるための核制御成長処理工程を行うことを
特徴とするシリコンウエーハの製造方法。前記方法によ
って製造され、BMD密度が106 個/cm3 以上で1
010個/cm3 以下であるBMD密度調整層がウエーハ
内部に形成されたシリコンウエーハ。
Description
シリコンウエーハ及びその製造方法に関するものであ
る。
ンゴットから切り出される。
よって製造することができる。すなわち、原料ポリシリ
コンを石英ガラス(SiO2 )質のルツボに入れ、これ
を加熱・溶融し、種結晶を用いてシリコン単結晶を引き
上げるのである。
リコン単結晶中には、酸素が固溶している。そして、単
結晶引上げ後の冷却過程において、シリコン単結晶は1
420℃の凝固温度から室温まで温度履歴(冷却履歴)
を受け、それぞれの温度において結晶内欠陥が形成され
る。
では、0.6〜0.9nmの超微小酸素析出物(エンプ
リオ)が発生する。エンプリオは、引上げ後に行う熱処
理工程、例えばデバイス工程において、析出核となり酸
素析出物(BMD)として成長する。このBMDは、ウ
エーハ表面に析出すると、デバイスの欠陥原因となり、
望ましくない。
MDは、汚染金属をトラップするため、有用な欠陥とな
る。これが、いわゆるイントリンシックゲッタリング
(IG)効果である。
造をデバイス工程前に積極的に導入した高品質のウエー
ハである。HIウエーハは、スライス加工後のミラーウ
エーハを1100〜1300℃の水素雰囲気中で0.1
〜数時間処理することにより、ウエーハ内部にBMD層
を形成し、かつ表層にDZ層を形成したものである。D
Z層とは、大きさが20nm以上の酸素酸素析出物の密
度が103 個/cm3以下の無欠陥層のことである。
エンプリオ、すなわち超微小酸素析出物の密度や大きさ
は、単結晶引上げ時の熱履歴やシリコン融液の状態によ
って大きく影響される。このため、水素処理工程で、エ
ンプリオを核として成長するBMDのサイズや密度も、
これらの条件によって大きく変化してしまう。従って、
製品として得られたシリコンウエーハの品質にもバラツ
キが生じる。
制御することは、技術的に非常に難しいことである。そ
れゆえ、エンプリオを核として成長するBMDのサイズ
や密度を正確に制御し、シリコンウエーハの品質を向上
することは、困難であると考えられていた。
発明は、BMD密度を調整することによって、品質のよ
り安定したシリコンウエーハ及びその製造方法を提供す
ることを目的としている。
シリコンインゴットから形成したウエーハを用い、超微
小酸素析出物(エンプリオ)の密度を制御するための熱
履歴初期化工程と、再析出核を制御しつつ成長させるた
めの核制御成長処理工程を行うことを特徴とするシリコ
ンウエーハの製造方法を要旨としている。
トから形成されるシリコンウエーハにおいて、熱履歴初
期化処理を施して超微小酸素析出物(エンプリオ)の密
度を制御し、核制御成長処理を施して再析出核を制御し
つつ成長させ、酸素析出物(BMD)の密度が106 個
/cm3 以上で1010個/cm3 以下であるBMD密度
調整層をウエーハ内部に形成したことを特徴とするシリ
コンウエーハを要旨としている。
(エンプリオ)の密度を制御する。また、核制御成長処
理工程によって、析出核を再度制御しつつ成長させる。
単結晶シリコンインゴットをスライスしたウエーハを用
い、超微小酸素析出物(エンプリオ)の密度を制御する
ための熱履歴初期化工程と、再度析出核を制御しつつ成
長させるための核制御成長処理工程を行う。これらの工
程によって、エンプリオの大きさを制御することも可能
である。
よって、酸素析出物(BMD)の密度を106 個/cm
3 以上で1010個/cm3 以下の範囲に調整したBMD
密度調整層を、ウエーハ内部に形成する。酸素析出物密
度のさらに好ましい範囲は107 個/cm3 以上で10
9 個/cm3 以下である。このように密度を限定する理
由は、106 個/cm3 未満ではIG効果が少なくな
り、1010個/cm3 を越えるとウエーハの機械的強度
が低下してスリップが発生しやすくなるからである。
ウエーハの結晶内酸素濃度([0i])は、1.2〜
1.8×1018atoms/cm3 であることが望まし
い。結晶内酸素濃度がこの範囲にない場合には、熱履歴
初期化工程と核制御成長処理工程を行っても、BMD密
度を十分に大きくすることが難しい。従って、十分なI
G効果を得ることができない。
e、Arの少なくとも1つからなる雰囲気において、7
00〜1000℃の温度範囲を、15〜1000℃/m
inの昇温速度で加熱昇温する熱処理工程である。昇温
速度が15℃/min未満及び1000℃/minを超
える場合には、エンプリオの密度や大きさのバラツキを
確実に初期化することができない。すなわち、エンプリ
オを溶態化させ、熱履歴を初期化することができないの
である。
He、Arの少なくとも1つからなる雰囲気において、
850〜980℃の温度範囲で0.5〜60分間保持す
る熱処理工程である。このように核制御成長処理工程で
再度析出核を制御成長させることにより、BMDを安定
して析出させることができる。
後で、水素、He、Arの少なくとも1つからなる雰囲
気において、1000〜1300℃の温度範囲を0.5
〜5℃/minの昇温速度で加熱昇温する熱処理工程
と、1100〜1300℃の温度範囲で5分間以上滞在
させる熱処理工程を行うことによって、ウエーハ内部で
BMDを安定析出(成長)させ、かつウエーハ表面にD
Z層を形成することができる。
出物(BMD)密度が103 個/cm3 以下である無欠
陥層である。DZ層は、ウエーハ表面から少なくとも3
μmの肉厚で形成することが望ましい。DZ層の肉厚が
3μm未満の場合には、デバイス工程でのリーク等の不
良発生という不具合が生じ、高品質のシリコンウエーハ
を得ることができない。
明図である。熱履歴初期化工程は、昇温速度1で示され
ている。また、核制御成長処理工程は、保持温度1(保
持時間1)として示されている。また、昇温速度2と処
理温度3(処理時間3)で示された工程においては、ウ
エーハ内部でBMDが安定析出(成長)し、ウエーハ表
面にDZ層が形成される。
例を概念的に示す断面図である。シリコンウエーハ11
は、内部のBMD密度調整層13と表面のDZ層12か
ら構成されている。また、両者の間には、通常、中間的
な層(図示せず)が形成される。
ーハを製造した。また、従来法でも同様にシリコンウエ
ーハを製造して、両者の比較を行った。
シリコンインゴットを引上げ、これをスライスしてウエ
ーハを形成した。その酸素濃度を調べたところ、表1の
結果が得られた。
理条件で熱処理を行った。各例では、それぞれ5枚のウ
エーハを準備し、5枚一緒に熱処理を行った。なお、従
来例では、850〜980℃の昇温途中で保持工程を行
わなかった。
のBMD密度を調べた。その結果を表3に示した。表3
で、BMD密度の単位は、×108 /cm3 、DZ層の
単位はμmである。
点で酸素濃度が等しいウエーハであっても、従来法で熱
処理した場合には、BMDのバラツキが50%以上もあ
り、極端な例では数倍以上バラツキがあった。
濃度が等しいウエーハであれば、BMD密度はおよそ1
5%以内のバラツキに収まることが分かる。本発明の実
施例におけるBMD密度のバラツキは、最悪の場合でも
40%以内にすることができた。
でBMDが大体均一に分布し、従って同一ウエーハ内に
おけるBMD密度のバラツキも非常に小さくできるもの
と予想される。
制御成長処理工程によって、ウエーハ内部のBMD密度
が調整される。従って、IG効果が大きく品質の安定し
たシリコンウエーハを製造することができる。
るための説明図。
図。
Claims (7)
- 【請求項1】 単結晶シリコンインゴットから形成した
ウエーハを用い、超微小酸素析出物(エンプリオ)の密
度を制御するための熱履歴初期化工程と、再析出核を制
御しつつ成長させるための核制御成長処理工程を行うこ
とを特徴とするシリコンウエーハの製造方法。 - 【請求項2】 熱履歴初期化工程が、水素、He、Ar
の少なくとも1つからなる雰囲気において、700〜1
000℃の温度範囲を15℃/min以上の昇温速度で
加熱昇温する熱処理工程であることを特徴とする請求項
1に記載のシリコンウエーハの製造方法。 - 【請求項3】 核制御成長処理工程が、水素、He、A
rの少なくとも1つからなる雰囲気において、850〜
980℃の温度範囲で0.5〜60分間保持する熱処理
工程であることを特徴とする請求項1又は2のいずれか
1項に記載のシリコンウエーハの製造方法。 - 【請求項4】 単結晶シリコンインゴットから形成した
ウエーハの結晶内酸素濃度([0i])が、1.2〜
1.8×1018atoms/cm3 であることを特徴と
する請求項1〜3のいずれか1項に記載のシリコンウエ
ーハの製造方法。 - 【請求項5】 熱履歴初期化工程と核制御成長処理工程
の後で、水素、He、Arの少なくとも1つからなる雰
囲気において、1000〜1300℃の温度範囲を0.
5〜5℃/minの昇温速度で加熱昇温する熱処理工程
と、1100〜1300℃の温度範囲で5分間以上滞在
させる熱処理工程を行い、大きさが20nm以上の酸素
析出物(BMD)の密度が103 個/cm3 以下である
無欠陥層(DZ層)をウエーハ表面に形成することを特
徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のシリコン
ウエーハの製造方法。 - 【請求項6】 単結晶シリコンインゴットから形成され
るシリコンウエーハにおいて、熱履歴初期化処理を施し
て超微小酸素析出物(エンプリオ)の密度を制御し、核
制御成長処理を施して再析出核を制御しつつ成長させ、
酸素析出物(BMD)の密度が106 個/cm3 以上で
1010個/cm3 以下であるBMD密度調整層をウエー
ハ内部に形成したことを特徴とするシリコンウエーハ。 - 【請求項7】 ウエーハ表面に、大きさが20nm以上
の酸素析出物(BMD)の密度が103 個/cm3 以下
である無欠陥層(DZ層)を形成し、その肉厚を少なく
とも3μmとしたことを特徴とする請求項6に記載のシ
リコンウエーハ。
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-
1995
- 1995-03-09 JP JP07709395A patent/JP3172389B2/ja not_active Expired - Lifetime
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