单晶硅晶圆的热处理方法

文档序号:10540983阅读:1008来源:国知局
单晶硅晶圆的热处理方法
【专利摘要】本发明是一种单晶硅晶圆的热处理方法,其是在氧化性气氛下对单晶硅晶圆进行热处理的方法,其特征在于,基于由进行所述热处理时的热处理温度、进行所述热处理前的所述单晶硅晶圆中的氧浓度、以及进行所述热处理前的所述单晶硅晶圆中的Void尺寸这三者的相关关系求得的条件来进行热处理。由此,可提供一种单晶硅晶圆的热处理方法,其通过在氧化性气氛下的热处理,能够以低成本、高效且切实地消除单晶硅晶圆的Void缺陷及微小的氧析出核。
【专利说明】
单晶硅晶圆的热处理方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种在氧化性气氛下的单晶硅晶圆的热处理方法。
【背景技术】
[0002]近年来,伴随着元件的高集成化,对单晶硅(Si)晶圆的高品质要求变得越发严格。这里所称的高品质,是指在元件工作的区域没有缺陷。存储器、逻辑元件等以往被大量制造的元件大多数在晶圆表面附近工作,因此一直以来要使表面附近无缺陷化。作为可实现其的晶圆,有外延晶圆、退火晶圆、从无缺陷结晶切出得到的PW(抛光晶圆)等。
[0003]但是,最近从节能的观点考虑,功率元件等备受注目。在使用Si结晶制作这些元件的情况下,为了通入大量的电,沿晶圆的厚度方向通电的情况增多。因此,不仅仅是表层附近,在晶圆内部也越发需要无缺陷化。为了实现该目的,例如可以在外延晶圆中使外延层的厚度积层至可作为元件使用的厚度。然而,该方式成本非常高,并不现实。因此,在培育结晶的阶段消除Grown-1n缺陷,从而使结晶整体无缺陷化得到无缺陷结晶,并从该无缺陷结晶切出晶圆的方式颇为有效。
[0004]在Grown-1n缺陷中,已知存在下述两种类型的缺陷:晶格点的Si原子欠缺的Vacancy (空位)型的Void缺陷、以及Si原子进入晶格间的Interstitial-Si (晶格间Si,下面有时也表示为1-Si)型的位错簇(転位夕歹只夕)缺陷。该Grown-1n缺陷的形成状态,会根据单晶的成长速度、从硅熔液提拉出的单晶的冷却条件而产生不同。
[0005]已知例如在将成长速度设定得较大来培育单晶的情况下,Vacancy变得占优势。该Vacancy凝集而聚集成的空洞状的缺陷被称为Void缺陷,根据检测方法的不同而名称不同,称为FPD(Flow Pattern Defect)、C0P(Crystal Originated Particle)或者LSTD(LaserScattering Tomography Defect)等进行检测。认为若这些缺陷例如在娃基板上形成的氧化膜中被摄入,则会成为氧化膜的耐压不良的原因等、使电气特性劣化。
[0006]另一方面,已知在将成长速度设定为较低速来培育单晶的情况下,1-Si变得占优势。若该1-Si凝集而聚集,则会检测出被认为是位错环等发生集群的LEP(Large Etch Pit=位错簇缺陷)。已知若在产生该位错簇缺陷的区域形成元件,则将引起电流泄露等重大不良。
[0007]因此,若在Vacancy占优势的条件与1-Si占优势的条件之间的中间性条件下培育结晶,可得到没有Vacancy、1-S1、或者以不会形成Void缺陷、位错簇缺陷的程度仅少量存在Vacancy、1-S i的无缺陷区域。作为得到这样的无缺陷结晶的方法,例如提出了如专利文献I所示那样的基于炉内温度或成长速度的控制的方法。然而,无缺陷结晶一般成长速度慢,因此存在生产率相对低的问题。
[0008]进一步地,在CZ结晶中有各种各样判断无缺陷区域的手段,其中之一就有氧析出物。在CZ硅结晶中存在的氧,若施加热处理则会形成氧析出物(Si02)。该氧析出反应具有若存在Vacancy则变得容易进行的特性,因此利用因缺陷区域不同而使氧析出物的生成状况不同的现象来判断缺陷区域。
[0009]近年来,以功率元件、RF元件为首,在存储器、逻辑元件等各种元件中低氧品的需求日益增高。这是由于:若存在氧则在低温热处理中发生供体化,使电阻率发生变化;以及不再需要一直以来为使元件工艺完美而进行的如下技术等,该技术为在晶圆内部形成氧析出物从而对重金属杂质进行吸杂。另一方面,也存在如下问题,即由于低氧浓度化,上述的基于氧析出物进行的缺陷评价变得困难,无缺陷区域的判断变得越发困难。
[0010]作为解决如上所述的无缺陷结晶中的问题的手段之一,是在可加快成长速度的Vacancy-rich区域中培育结晶。但是在该区域中,会产生Vacancy凝集的Void缺陷。于是过去公开有消除这些Vo i d缺陷的技术。
[0011]专利文献2、3中公开了一种利用非氧化性热处理+氧化热处理来消除Void缺陷的技术。在这些技术中,首先通过实施非氧化性热处理,使晶圆表层附近的氧向外扩散,使存在于空洞状的Void缺陷内壁上的内壁氧化膜熔解。然后进行氧化热处理,将1-Si从形成于表面的氧化膜注入晶圆内部,从而填埋Void缺陷。在专利文献4中公开了一种使处理顺序相反的氧化热处理+非氧化性热处理的技术。
[0012]虽然利用这些技术能够消除Void缺陷,但在这些技术中需要两个阶段的热处理,从而成本高。另外还存在仅能够消除表层附近的Void缺陷的问题。
[0013]另外,在专利文献5中,公开了一种以I,300°C进行氧化热处理的方法。该方法是单个阶段的热处理,但由于是I,300°C的高温,因此还存在难度大,晶圆污染、发生滑移位错的问题。
[0014]在上述技术中,氧浓度的影响并未明确化。作为明确记载氧浓度的影响的文献,例如有专利文献6。这是一种通过使多个Void缺陷连结的形态增加从而使得以热处理容易将Void缺陷消除的技术。但是,在该技术中,进行非氧化性热处理,其与下面记述的氧化热处理的方向不同,而使氧浓度增加或者使冷却速度变慢的方向较好。
[0015]相对于此,在专利文献7中,公开了一种在氧化热处理的情况下,若氧浓度低则仅以I,200°C以下的较低温的处理来消除Void缺陷的技术,并已成为公知技术。认为这是由于硅结晶中的氧固溶限度(平衡浓度)在例如I,200°C下为大约8ppma-JEIDA,在氧浓度比这更低的情况下,即使不像上述专利文献2、3那样进行非氧化性热处理,Void的内壁氧化膜也将熔解。同时是由于在表面形成氧化膜并注入1-Si,因此仅通过进行氧化热处理而不需要特别的工序就能够消除Void的缘故。
[0016]在专利文献8中公开了一种应用该技术,对低氧硅晶圆进行氧化热处理使Void缺陷消除的技术。然而,在专利文献8中并没有关于Void缺陷尺寸的记载。另外,在专利文献9中公开了同样的技术,其虽记载了 Void尺寸为100nm,是比较大的尺寸,但并未触及尺寸依赖性。在下面内容中将进行记述,若Vo id尺寸大,则即使进行氧化热处理,Vo id缺陷也不会完全消除,因此这些技术存在不能完全消除Void缺陷的问题。另外这些技术均以中子照射物为对象,可能是因为兼有其恢复热处理,因此热处理温度较高,而且处理时间较长。因此,从低成本化这点考虑存在问题,进一步地,在晶圆污染、发生滑移位错方面也存在问题。
[0017]现有技术文献
[0018]专利文献
[0019]专利文献1:日本专利公开平成11-157996号公报
[0020]专利文献2:日本专利公开平成11-260677号公报
[0021]专利文献3:W02000/012786号公报
[0022]专利文献4:日本专利公开2013-89783号公报
[0023]专利文献5:W02003/056621号公报
[0024]专利文献6:日本专利公开2000-272996号公报
[0025]专利文献7:W02004/073057号公报
[0026]专利文献8:日本专利公开2006-344823号公报
[0027]专利文献9:日本专利公开2010-265143号公报

【发明内容】

[0028](一)要解决的技术问题
[0029]本发明是为解决上述问题而完成的,其目的在于,提供一种单晶硅晶圆的热处理方法,其通过氧化性气氛下的热处理,能够以低成本、高效且切实地消除单晶硅晶圆的Void缺陷及微小的氧析出核。
[0030](二)技术方案
[0031]为了解决上述技术问题,本发明提供一种单晶硅晶圆的热处理方法,其是在氧化性气氛下对单晶硅晶圆进行热处理的方法,
[0032]基于由进行所述热处理时的热处理温度、进行所述热处理前的所述单晶硅晶圆中的氧浓度、以及进行所述热处理前的所述单晶硅晶圆中的Void尺寸这三者的相关关系求得的条件来进行热处理。
[0033]若为这样的热处理方法,则通过氧化性气氛下的热处理,能够以低成本、高效且切实地消除单晶硅晶圆的Void缺陷及微小的氧析出核。
[0034]另外,此时,所述三者的相关关系优选为下述关系式所表示的关系。
[0035]T> 37.5[0i]+1.74Lvoid+890
[0036](在此,T:热处理温度(°C );[0i]:进行热处理前的单晶硅晶圆中的氧浓度(ppma-JEIDA); Lvoid:进行热处理前的单晶娃晶圆中的Void尺寸(nm)。)
[0037]通过设定满足这样的关系式的热处理温度、氧浓度、Void尺寸,从而能够切实地消除Void缺陷。
[0038]另外,此时,作为所述单晶娃晶圆,优选使用从不包含由Interstitial-Si引起的缺陷的单晶硅切出的单晶硅晶圆。
[0039]若使用这样的单晶娃晶圆,则能够得到不包含由Interstitial-Si引起的缺陷,且通过本发明的热处理方法使Void缺陷消除的无缺陷单晶硅晶圆。
[0040]另外,此时,优选地,所述热处理温度为900°C以上I,200°C以下,热处理时间为I分钟以上180分钟以下。
[0041]若为这样的热处理温度,则能够消除会对电气特性造成影响的尺寸大小的Void缺陷,并且能够抑制滑移位错的发生。
[0042]另外,若为这样的热处理时间,则足够消除Void缺陷,能够抑制成本的增加。
[0043]另外,此时,作为所述单晶娃晶圆,优选使用所述氧浓度为8ppma-JEIDA以下的单晶娃晶圆O
[0044]若为这样的氧浓度,则能够降低消除Void缺陷所需的热处理温度,能够降低成本,而且能够抑制发生热处理时的滑移位错,该滑移位错越高温越容易发生。
[0045]另外,此时,作为所述单晶硅晶圆,优选使用从不掺杂氮、或者掺杂有5X1015atoms/cm3以下的氮的单晶硅切出的单晶硅晶圆。
[0046]即使不掺杂氮,若满足上述条件则可使Void缺陷消除,若掺杂有氮,则能够提高对滑移位错的耐受性,缩小Vo id尺寸。
[0047]另外,此时,作为所述单晶硅晶圆,优选使用厚度为0.1mm以上20mm以下的单晶硅晶圆O
[0048]若为这样的厚度,则能够容易地保持晶圆的形状,另外由于热处理时间不会过长,因此能够抑制成本的增加。
[0049]另外,此时,作为所述Void尺寸,也可以应用由模拟而求得的Void尺寸。
[0050]由此,能够更加简便地求得热处理的条件。
[0051](三)有益效果
[0052]如上所述,若为本发明的单晶硅晶圆的热处理方法,则通过在氧化性气氛下的热处理,能够以低成本、高效且切实地抑制滑移位错的发生,同时消除单晶硅晶圆的Void缺陷及微小的氧析出核。
[0053]另外,由于使用不包含由1-Si引起的缺陷的晶圆,从而能够得到不包含由VoicU1-Si双方引起的缺陷的无缺陷单晶硅晶圆。若为这样的晶圆,则尤其适合作为如下所述无缺陷晶圆,该无缺陷晶圆用作存储器/CPU/功率元件等半导体元件的基板。
【附图说明】
[0054]图1是(实验)中对于氧浓度和Void尺寸标示各温度((a)I,150°C、(b) I,100°C、(C)I,050°C、(d) I,000°C)下的热处理时的Void缺陷消除条件的图表。
【具体实施方式】
[0055]如上所述,一直以来寻求一种热处理方法的研发,该热处理方法通过在氧化性气氛下的热处理,能够以低成本、高效且切实地消除单晶硅晶圆的Void缺陷及微小的氧析出核。
[0056]根据专利文献7,通过氧化热处理是否消除Void缺陷与热处理温度和晶圆的氧浓度有关已成为公知,但实际上若晶圆的Void尺寸大,则存在即使进行氧化热处理,Void缺陷也不能完全消除的问题。
[0057]本发明的发明人等着眼于这一点,经过反复深入研究,结果发现,对于能够消除Void缺陷的氧化热处理的条件不仅与热处理温度和晶圆的氧浓度有关,还与晶圆中的Void尺寸有关系,并基于由这三者的相关关系求出的条件来进行热处理,由此解决上述技术问题,完成本发明。
[0058]S卩,本发明是一种单晶硅晶圆的热处理方法,其是在氧化性气氛下对单晶硅晶圆进行热处理的方法,
[0059]基于由进行所述热处理时的热处理温度、进行所述热处理前的所述单晶硅晶圆中的氧浓度、以及进行所述热处理前的所述单晶硅晶圆中的Void尺寸这三者的相关关系求得的条件来进行热处理。
[0060]下面对本发明进行详细的说明,但本发明并不限定于此。
[0061]此外,在本说明书中,在仅称作“氧浓度”的情况下,其表示“热处理前的单晶硅晶圆中的氧浓度”,在仅称作“Void尺寸”的情况下,其表示“热处理前的单晶硅晶圆中的Void尺寸”。
[0062]在下面内容中将进行记述,准备各种试样并变更氧化热处理中的热处理温度、热处理时间、氧浓度、Void尺寸来进行实验,从而求得Void缺陷消除条件,结果判断出Void缺陷是否消除依赖于热处理温度、氧浓度和Void尺寸。
[0063]另外,根据上述实验,判断出Void缺陷在热处理温度高时容易消除,在氧浓度越低或Void尺寸越小时越容易消除。另一方面,并未受热处理时间较大的影响。这可以认为是由于1-Si的扩散系数较大,因此在几分钟左右1-Si就扩散至晶圆的内部。因此,基于由热处理温度、氧浓度、Void尺寸这三者的相关关系求得的条件来进行热处理非常有效。
[0064]若将这三者的关系以具体数式表示,则可以通过下式来表示。
[0065]T> 37.5[0i]+1.74Lvoid+890 (I)
[0066]另外,若将该式变形为表示[0i]、Lvoid的式子,则为下式。
[0067][Oi]< 0.0267T-0.0464Lvoid-23.7 (2)
[0068]Lvoid < 0.575T-21.5[0i]-510 (3)
[0069]在此,T为热处理温度(°C ),[ Oi ]为进行热处理前的单晶硅晶圆中的氧浓度(ppma-JEIDA),Lvoid为进行热处理前的单晶娃晶圆中的Void尺寸(nm)。
[0070]此外,由于表示氧浓度的单位各种各样,因此在此使用“ppma-JEIDA”。若将其转换成较广泛使用的 “atoms/Cm3-ASTM’ 79”,则为[0i Kppma-JEIDA) = [Oi ] ’ (atoms/Cm3-ASTM’79)/(8X1016)。因此,在使用“atoms/cm3-ASTM’79”作为单位的情况下,将[0i]’/(8X1016)代入上述式(I)?(3)的[0i]来使用即可。
[0071]上述式(I)的意思是将该热处理温度设定为由氧浓度和Void尺寸求得的温度以上来进行热处理;
[0072]上述式(2)的意思是将氧浓度控制在由热处理温度和Void尺寸求得的浓度以下;
[0073]上述式(3)的意思是将Void尺寸控制在由热处理温度和氧浓度求得的尺寸以下,
[0074]本发明的热处理方法具体而言,只要进行满足它们中的任意一种的热处理或控制即可。
[0075]通过设定满足该条件的热处理温度、氧浓度、Void尺寸,能够切实地消除Void缺陷。进一步地,若应用该关系,例如将氧浓度控制得较低,且将Void尺寸控制得较小,从而可降低热处理温度。若能够使热处理温度低温化,则不但能够降低成本,而且能够抑制发生越高温越容易发生的热处理时的滑移位错。
[0076]本发明的热处理方法虽能够消除Void缺陷,但无法消除由1-Si引起的缺陷。因此,作为单晶硅晶圆,优选使用从不包含由1-Si引起的缺陷的单晶硅中切出的单晶硅晶圆。
[0077 ]在单晶中,在比产生Vo i d缺陷的区域低速的成长侧,存在产生OSF核的区域(OSF区域),在更低速侧存在无缺陷区域。在无缺陷区域,存在大量含有Vacancy的区域(Nv区域)以及大量含有1-Si的区域(Ni区域),在Nv区域存在含有微小的氧析出物的核的部分。在更低速侧存在产生以1-Si为起因的缺陷的1-rich区域。
[0078]在本发明的热处理方法中,认为OSF核、微小氧析出核也能够消除。因此,对于可有效应用本发明的热处理方法的单晶硅,除了上述的1-rich区域,Void缺陷产生区域、OSF区域、Nv区域、Ni区域为对象区域。
[0079]也就是说,本发明的热处理方法当然可改善VO i d缺陷产生区域,也能够期待其改善OSF区域、Nv区域的效果。因此,在没有因1-Si引起的缺陷的区域的整个区域,本发明的热处理方法颇为有效。
[0080]在本发明的热处理方法中,热处理温度优选为900°C以上1,200°C以下。若热处理温度为900°C以上,则能够消除会对电气特性造成影响的尺寸大小的Void缺陷。另外,通过将热处理温度设为I,200°C以下,能够抑制成本,并抑制滑移位错的发生。另外,若为I,150°C以下,则能够进一步抑制滑移位错的发生,因此更加优选设为I,150°C以下。
[0081]另外,热处理时间根据所使用的晶圆的厚度不同而不同,优选为I分钟以上180分钟以下。如先前所述,1-Si的扩散较快,在I分钟可得到将近通常的晶圆厚度Imm的扩散距离,因此热处理时间为I分钟左右就已足够。另一方面,若热处理时间变长,则成本增加,因此无需超过180分钟的处理时间。
[0082]另外,作为单晶硅晶圆,优选使用氧浓度为8ppma_JEIDA以下的单晶硅晶圆。这是由于上述优选的热处理温度即1,200°C的氧固溶限度为大约8ppma-JEIDA,而超过其的氧浓度需要在更高温下处理。另外,更加优选使用氧浓度为6ppma-JEIDA以下的单晶硅晶圆。这是由于I,150°C的氧固溶限度为大约6ppma-JEIDA,若为I,150°C以下则能够进一步抑制滑移位错的发生。另外并无氧浓度的下限,根据上述式可判断,氧浓度越低则越能够降低消除Void缺陷所需要的热处理温度,因此不但能够降低成本,而且能够抑制发生越高温越容易发生的热处理时的滑移位错。另外,不仅对于从CZ结晶切出的晶圆,对于从像FZ结晶这样几乎不含氧的结晶切出的晶圆也可以使用本发明的热处理方法。
[0083]本发明的热处理方法所使用的单晶硅晶圆优选是从通常的结晶切出的单晶硅晶圆,该结晶除了掺杂用于控制电阻率的掺杂剂,并未故意掺杂杂质。这是由于即使为通常的结晶,只要为满足上述条件的低氧浓度即可消除Void缺陷。
[0084]另一方面,已知若掺杂氮则可提高对滑移位错的耐受性。另外,若掺杂氮,则缺陷形成温度带会低温化,Void尺寸容易变小。因此,在本发明的热处理方法中,也优选使用从除了掺杂用于控制电阻率的掺杂剂还故意地掺杂了氮的结晶中切出的单晶硅晶圆。
[0085]此时,作为掺杂氮的量,优选为5X 1015atomS/Cm3以下。已知硅结晶中的氮的固溶限度为15次幂,因此通过设为上述浓度以下,不会发生由于掺杂高浓度氮而使结晶错位。另一方面,在氮浓度低的方面,无论多低都可以。这是由于即使在不掺杂氮的情况下,也能够毫无问题地使用本发明的热处理方法。
[0086]另外,在本发明的热处理方法中,作为单晶硅晶圆,优选使用厚度为0.1mm以上20mm以下的单晶硅晶圆。在本发明的热处理方法中,即使晶圆变薄也完全没有问题,但若为0.1mm以上,则容易保持晶圆的形状,因此优选。
[0087]另一方面,如上所述,从成本等方面考虑,热处理优选在I,2000C以下进行180分钟以下。在I,200°C、180分钟的热处理下的1-Si的扩散距离为1mm左右。氧化膜形成于表面和背面双面,并从此处供给1-Si,因此,即使进行I,200°C、180分钟的热处理,也仅可改性至20mm左右的晶圆厚度。因此,为了在上述的热处理温度、热处理时间内消除晶圆整体的Void缺陷,优选使用晶圆的厚度为20mm以下的晶圆。
[0088]另外,本发明的热处理方法中使用的单晶硅晶圆的表面状态只要是例如研磨面、蚀刻面、抛光面(lap surface;歹、;/7°面)、磨削面、剖切面等、在硅晶圆制造工程所使用的范围的面状态即可。在本发明的热处理方法中,由于只要形成氧化膜即可,因此无需特别注意表面的状态。为了放入热处理炉而需要清洗等,但无需其他特殊的表面处理等,在制造晶圆的工序的任意位置都能够进行热处理。因此,只要在硅晶圆制造工程中所使用的某处的面状态下进行热处理即可。
[0089]另外,在本发明的热处理方法中,关于Void尺寸,理想情况是例如通过TEM、SEM直接观察来求得。但是,对每个培育成的结晶都进行评价并不简单。
[0090]因此,作为Void尺寸,可以应用由模拟求得的Void尺寸。由此,省去实际上测定Void尺寸的工作量,能够更加简便地求得热处理的条件。
[0091]此外,模拟的方法各种各样,关于计算中使用的值,报告有多个值的情况较多。因此,由各个模拟求得的Void尺寸也不一定一致。
[0092]因此,在使用模拟的情况下,优选用通过TEM或SEM等进行观察而得到的Void尺寸(实测值)对由模拟求得的Void尺寸进行修正并使用。若这样做,则能够更加准确地反映现实的Void尺寸,另外即使模拟的方法不同,若计算合理则也能够进行比较。
[0093]另外,本发明的热处理方法是在氧化性气氛下进行的方法,只要为含氧气氛即可,此时的氧流量等并无特别限定。
[0094]如上所述,根据本发明的单晶硅晶圆的热处理方法,通过在氧化性气氛下的热处理,能够以低成本、高效且切实地抑制滑移位错的发生,同时消除单晶硅晶圆的Void缺陷及微小的氧析出核。
[0095]另外,由于使用不包含由1-Si引起的缺陷的晶圆,从而能够得到不包含由VoicU1-Si双方引起的缺陷的无缺陷单晶硅晶圆。若为这样的晶圆,则尤其适合作为如下所述无缺陷晶圆,该无缺陷晶圆用作存储器/CPU/功率元件等半导体元件的基板。
[0096]实施例
[0097]下面利用实施例及比较例对本发明进行具体的说明,但本发明并不限定于此。
[0098](实验)
[0099]使用CZ法或者施加磁场D的CZ(MCZ)法,培育出直径略超过200mm或300mm粗细的单晶硅。此时变更氧浓度及Voi d尺寸并培育出结晶。氧浓度是改变结晶转速、坩祸转速、炉内压力、为清扫而流通的Ar气体的流量等来进行控制的。另一方面,对于Void尺寸,除了有无掺杂氮,是控制炉内部件的结构、成长速度来进行变化的。此时,调整结晶成长条件,使得不包含由1-Si引起的缺陷。
[0100]在对该结晶进行外圆磨削从而加工成所希望粗细的圆柱状的块体之后,从块体切出厚度大约1.2mm的晶圆状试样。此外,此时,试样是在一处的邻接的位置分别切出3片,其中I片试样作为用于测定热处理前的氧浓度、有无FPD/LEP/LSTD、Void尺寸的试样(下面称为测定用试样),其他两片试样实际上作为进行后述的热处理,并测定热处理后的FPD.LSTD的试样(下面称为热处理用试样)。另外,关于试样,包含在晶圆内的面内分布在内,准备35个水准。其中5个水准为掺杂有氮的试样,其浓度为4?12 X 1013atoms/cm3。
[0101]将测定用试样进行高亮度平面磨削后,通过FT-1R法来求得氧浓度。此时测定用试样的氧浓度为 0.4?12.2ppma-JEIDA(0.3?9.8 X 1017atoms/cm3-ASTM’ 79)之间。进一步地,使用由氟酸、硝酸、醋酸构成的混合酸来对测定用试样进行了镜面蚀刻。接着,将测定用试样不使其摇晃地放置在由氟酸、硝酸、醋酸、水构成的具有选择性的蚀刻液中,进行了选择性蚀刻。对于这些测定用试样,观察到FPD,但没有观察到LEP,从而可以确认没有因1-Si引起的缺陷。
[0102]进一步地,劈开这些测定用试样并用红外散射断层摄影仪M0441(rayteC公司(V彳亍、;/夕社)制)对LSTD进行了观察。此外,用M0441观察了从表面至深度大约400μπι。红外散射断层摄影仪通过其光学系统的高灵敏度,能够检测尺寸达到20nm的缺陷。另外,在红外散射法中,从缺陷散射出的强度与缺陷体积的2次方、缺陷尺寸的6次方成比例。若利用该特征,则能够求得缺陷尺寸。然而,由于散射光强度与缺陷尺寸的6次方成比例,因此在观察较小缺陷的情况与观察较大缺陷的情况下的动态范围过大,难以对所有尺寸进行尺寸比较评价。
[0103]因此在本方法中,基于沃龙科夫氏首次提出(参照V.V.Voronkov; Journal ofCrystal Growth ,59(1982)625?643)并发展的单晶娃中的Grown-1n缺陷的理解,来求出在界面导入的点缺陷在坡道扩散、对消之后呈过饱和的缺陷量,计算了其凝集的过程。利用进行多个点的SEM观察而明确了平均Void尺寸的试样,将由该Grown-1n缺陷的尺寸模拟求得的缺陷尺寸规范化,来计算Void尺寸,并用红外散射断层摄影仪的散射光强度来对其检验,求得最终的Void尺寸。其结果为,本次测定用试样中Void尺寸在21nm至11 Inm的范围变更。此外,通过模拟求得的缺陷尺寸是作为假定为球体的直径来计算的。
[0104]这样一来,就测定了包括晶圆内的面内分布在内的35个水准的测定用试样的热处理前的氧浓度及Void尺寸。
[0105]接着,使用上述热处理用试样实际进行热处理。
[0106]首先,作为热处理的预处理,将2片热处理用试样进行高亮度平面研磨后,将其分别分割成4份并通过上述混合酸进行了镜面蚀刻。蚀刻后,在干氧3L/min的氧化性气氛下对热处理用试样进行了热处理。此时,将热处理温度及热处理时间分别设为:(&)1,150°(:、30分钟或60分钟、(b) I ,100C、30分钟或60分钟、(c)l,050°C、60分钟或120分钟、(d)l,000°C、60分钟或120分钟这4 X 2 = 8种类型。
[0107]由于热处理过的试样在表面形成有氧化膜,因此用氟酸将其去除。
[0108]之后,与测定用试样同样地,用混合酸对表面进行镜面蚀刻后进行选择性蚀刻,并进行Fro的观察。与没有进行热处理的测定用试样相比,存在Fro消除的试样。接着,将该试样劈开,使用M0441确认有无LSTD。在此,也与没有进行热处理的测定用试样相比,可以确认到LSTD消除的试样。
[0109]表面状态虽为蚀刻面,但毫无问题地通过氧化处理消除了缺陷。Fro消除的情况与LSTD消除的情况基本上具有相同的倾向。只是可观察出Fro有容易消除的倾向。可以认为这是观察到FPD为表层数十微米,而与此相对,观察到LSTD达到晶圆内部的缘故。另一方面,在各热处理温度下将热处理时间变更2个水准,但缺陷是否消除几乎并不依赖于热处理时间。
[0110]将以上结果示于图1中的(a)?(d),其中将横轴设为氧浓度、将纵轴设为Void尺寸,将消除了缺陷的情况设为?、将有残留的情况设为X来进行标示。此外,由于仅在表层附近观察到FPD,因此在图1示出了LSTD的结果。另外,由于不存在对热处理时间的依赖,因此仅示出了在各热处理温度(a)?(d)下热处理时间为60分钟的实验的结果。
[0111]纵观以图1的各温度消除了Void缺陷的条件,可判断出氧浓度越低,或Void尺寸越小越容易消除。另外可判断温度从1,150°C越是向1,000°C下降,消除变得愈加困难。
[0112]在此,鉴于Void缺陷消除的过程,首先内壁氧化膜消失,接着1-Si填埋Void缺陷。如之前所述,内壁氧化膜能否消失在于氧浓度是否低于在热处理温度下的氧固溶限度。也就是说,可以认为是否消除的温度依赖性是由氧固溶限度来决定的。
[0113]氧固溶限度已多次被报告,例如记述为[Oi] =2.65 X 14exp [-1.035/{k(T+273)}]。在此沽为玻尔兹曼常数,为8.62\10—5。若使用该式则在1,150°(:下为大约6??111&-JEIDA,在1,000°C下为大约2ppma-JEIDA。因此若为该温度范围,则在温度与氧浓度之间,大致成立Ta37.5[0i]的关系。若基于此来求得图1中的(a)?(d)的消除的条件,可求得T237.5[0i] + 1.74Lvoid+890。若针对氧浓度而对消除的条件进行求取,则可得到[Oi] <0.0267T-0.0464Lvoid-23.7,若针对Void尺寸而对消除的条件进行求取,则可得到Lvoid <0.575T-21.5[0i]-510o
[0114]从以上实验可知,通过热处理温度、氧浓度、Void尺寸这三者的关系来决定是否通过氧化消除了 Void缺陷。
[0115](实施例1)
[0116]在上述的实验中准备的块体中,从直径为300mm、氧浓度为3.2ppma-JEIDA、Void尺寸为38nm的没有掺杂氮的块体的局部切出晶圆,制作出厚度为775μπι的抛光晶圆(PW=研磨面)。将测定出的氧浓度[0i]及Void尺寸Lvoid代入关系式中,求得需要的热处理温度,为T> 37.5X3.2+1.74X38+890 = I,076。基于该求出的热处理温度,对晶圆在干氧3L/min的氧化性气氛下,以I,150°C进行了30分钟的热处理。
[0117]在热处理后除去了氧化膜,之后用M0441对该晶圆进行缺陷观察,结果并未检测出LSTD0
[0118](实施例2)
[0119]使用坩祸的外径大约为660mm的拉晶装置,通过MCZ法培育出直径大约200mm的结晶。在该结晶中掺杂了氮。从该结晶的邻接的位置切出2片厚度为1.2mm的晶圆。在切出晶圆的位置处的氮浓度为8X1013atomS/Cm3。对切出的晶圆中的I片进行双面研磨后,通过FT-1R测定氧浓度,结果为2.8ppma-JEIDA。使用由氟酸、硝酸、醋酸构成的混合酸对该测定用晶圆进行镜面蚀刻后,将其劈开并使用M0441进行观察,结果为检测出LSTD,其尺寸为40nm。将测定出的氧浓度[0i]及Void尺寸Lvoid代入关系式中,求得需要的热处理温度,为T 2 37.5 X
2.8+1.74 X 40+890 = I,065。对切出的晶圆中的另I片进行平面研磨后,进行镜面蚀刻,基于如上述那样求得的热处理温度,对该晶圆在干氧3L/min的氧化性气氛下,以1,100°C进行30分钟的热处理。
[0120]在热处理后除去了氧化膜,之后用M0441对该晶圆进行缺陷观察,结果并未检测出LSTD0
[0121](比较例I)
[0122]使用坩祸的外径大约为660mm的拉晶装置,通过MCZ法培育出直径大约200mm的结晶。在该结晶中惨杂了氣。从该结晶的邻接的位置切出2片1.2mm厚度的晶圆。在切出晶圆的位置处的氮浓度为7X1013atomS/Cm3。对切出的晶圆中的I片进行了平面研磨后,进行镜面蚀刻,并不进行氧浓度及Void尺寸的测定,而是在干氧3L/min的氧化性气氛下,以I,150°C进行30分钟的热处理。
[0123]在热处理后除去了氧化膜,之后用M0441对该晶圆进行缺陷观察,结果为检测出LSTD0
[0124]为了确认,对切出的晶圆中的另I片进行双面研磨后,通过FT-1R测定氧浓度,结果为11.2ppma-JEIDA。使用由氟酸、硝酸、醋酸构成的混合酸对该测定用晶圆进行镜面蚀刻后,将其劈开并使用M0441进行观察,结果为检测出LSTD,其尺寸为22nm,非常小。将测定出的氧浓度[Oi ]及Void尺寸Lvoid代入关系式中,求得需要的热处理温度,为T 2 37.5 X 11.2+1.74 X 22+890 = 1,348,通过将热处理温度设为I,150 °C的热处理,LSTD并没有消除,这说明是由于没有满足由相关关系求得的热处理温度的缘故。
[0125]从上述可知,若为本发明的单晶硅晶圆的热处理方法,则通过在氧化性气氛下的热处理,能够以低成本、高效且切实地消除单晶硅晶圆的Void缺陷及微小的氧析出核。
[0126]此外,本发明并不限定于上述实施方式。上述实施方式为示例,与本发明的权利要求书所述的技术性思想具有实质相同的结构、起到同样的作用效果的所有方式均包含于本发明的技术的范围。
【主权项】
1.一种单晶硅晶圆的热处理方法,其是在氧化性气氛下对单晶硅晶圆进行热处理的方法,其特征在于, 基于由进行所述热处理时的热处理温度、进行所述热处理前的所述单晶硅晶圆中的氧浓度、以及进行所述热处理前的所述单晶硅晶圆中的Void尺寸这三者的相关关系求得的条件来进行热处理。2.根据权利要求1所述的单晶硅晶圆的热处理方法,其特征在于,所述三者的相关关系为下述关系式所表示的关系, T> 37.5[0i]+1.74Lvoid+890 在此,T:热处理温度(°C) ; [Oi]:进行热处理前的单晶硅晶圆中的氧浓度(ppma-JEIDA); Lvoid:进行热处理前的单晶娃晶圆中的Void尺寸(nm)。3.根据权利要求1或2所述的单晶硅晶圆的热处理方法,其特征在于, 作为所述单晶娃晶圆,使用从不包含由Interstitial-Si引起的缺陷的单晶娃切出的单晶娃晶圆O4.根据权利要求1至3中任意一项所述的单晶硅晶圆的热处理方法,其特征在于,所述热处理温度为900°C以上I,200°C以下,热处理时间为I分钟以上180分钟以下。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的单晶硅晶圆的热处理方法,其特征在于,作为所述单晶娃晶圆,使用所述氧浓度为8ppma-JEIDA以下的单晶娃晶圆。6.根据权利要求1至5中任意一项所述的单晶硅晶圆的热处理方法,其特征在于,作为所述单晶硅晶圆,使用从不掺杂氮、或者掺杂有5X1015atomS/Cm3以下的氮的单晶硅切出的单晶娃晶圆O7.根据权利要求1至6中任意一项所述的单晶硅晶圆的热处理方法,其特征在于,作为所述单晶娃晶圆,使用厚度为0.1mm以上20mm以下的单晶娃晶圆。8.根据权利要求1至7中任意一项所述的单晶硅晶圆的热处理方法,其特征在于,作为所述Void尺寸,应用由模拟而求得的Void尺寸。
【文档编号】C30B29/06GK105900220SQ201580003982
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年1月8日
【发明人】星亮二, 镰田洋之
【申请人】信越半导体株式会社
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