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公開番号2024111986
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-20
出願番号2023016773
出願日2023-02-07
発明の名称シリコン単結晶の評価方法、および、エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法
出願人株式会社SUMCO
代理人弁理士法人樹之下知的財産事務所
主分類C30B 29/06 20060101AFI20240813BHJP(結晶成長)
要約【課題】育成したシリコン単結晶の所定領域が、ゲッタリング能力が高くかつ半導体デバイスの品質不良発生を抑制できるエピタキシャルシリコンウェーハを作成可能な領域であるか否かを判定することができるシリコン単結晶の評価方法を提供すること。
【解決手段】シリコン単結晶の評価方法は、チョクラルスキー法により育成され、ボロンが添加された抵抗率が10mΩ・cm以下、かつ、酸素濃度が12×10¹⁷atoms/cm³以上16×10¹⁷atoms/cm³以下のシリコン単結晶の直胴部から取得された評価用ウェーハを有する評価用エピタキシャルウェーハに対して酸素析出核成長処理工程を行い、当該評価用エピタキシャルウェーハの評価用ウェーハのBMD密度が閾値以上の場合、評価用ウェーハの取得位置を含む所定領域が不合格領域であると判定し、閾値未満の場合、所定領域が合格領域であると判定する。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
チョクラルスキー法により育成され、ボロンが添加された抵抗率が１０ｍΩ・ｃｍ以下、かつ、酸素濃度が１２×１０
１７
ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３
以上１６×１０
１７
ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３
以下のシリコン単結晶の評価方法であって、
前記シリコン単結晶の直胴部におけるボトム側の領域から評価用ウェーハを取得する評価用ウェーハ取得工程と、
前記評価用ウェーハの表面にエピタキシャル層を成長させて、評価用エピタキシャルウェーハを作成する評価用エピタキシャルウェーハ作成工程と、
前記評価用エピタキシャルウェーハに対して、酸化性雰囲気下で以下の式（１）および式（２）を満たす条件で熱処理を行う酸素析出核成長処理工程と、
前記酸素析出核成長処理工程後の前記評価用エピタキシャルウェーハを構成する前記評価用ウェーハのＢＭＤ密度を測定するＢＭＤ密度測定工程と、
前記ＢＭＤ密度測定工程で測定された前記ＢＭＤ密度が閾値以上の場合、前記直胴部における前記評価用ウェーハの取得位置を含む所定領域が不合格領域であると判定し、前記閾値未満の場合、前記所定領域が合格領域であると判定する評価工程と、を備える、シリコン単結晶の評価方法。
Ｈ≧－０．０６×Ｔ＋７０ … （１）
９００≦Ｔ≦１１００ … （２）
Ｈ：熱処理時間（時間）
Ｔ：熱処理温度（℃）
続きを表示（約 810 文字）【請求項２】
前記酸素析出核成長処理工程後の評価用エピタキシャルウェーハに対してフラッシュランプ熱処理を行った際に、前記エピタキシャル層に転位欠陥が発生した前記評価用エピタキシャルウェーハを構成する前記評価用ウェーハのＢＭＤ密度を測定し、当該測定値以下に前記閾値を設定する閾値設定工程を備える、請求項１に記載のシリコン単結晶の評価方法。
【請求項３】
前記シリコン単結晶の前記直胴部は、当該直胴部から取得されたシリコンウェーハに対して、酸化性雰囲気下で８００℃の温度で３時間の熱処理後、１０００℃の温度で１６時間の熱処理を行った場合に、前記シリコンウェーハにおけるＢＭＤ密度が３×１０
９
個／ｃｍ
３
以上１×１０
１１
個／ｃｍ
３
を満たすように形成された直胴部である、請求項１に記載のシリコン単結晶の評価方法。
【請求項４】
前記シリコン単結晶の前記直胴部は、ＯＳＦ領域を含まない、請求項１に記載のシリコン単結晶の評価方法。
【請求項５】
予め、引き上げ炉内の温度測定、または、シミュレーションにより酸素析出核形成温度帯域を求めておき、育成中のシリコン単結晶が前記酸素析出核形成温度帯域に滞在した時間を算出する滞在時間算出工程を備え、
前記評価用ウェーハ取得工程において、前記滞在時間算出工程で算出された滞在時間が所定滞在時間を超える前記ボトム側の領域から前記評価用ウェーハを取得する、請求項１に記載のシリコン単結晶の評価方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の評価方法で合格領域と判定された領域から取得したウェーハにエピタキシャル成長処理を行ってエピタキシャルウェーハを製造する、エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン単結晶の評価方法、および、エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの基板材料としてエピタキシャルシリコンウェーハ（以下、「エピウェーハ」と言う場合がある）が広く使用されている。エピウェーハは、チョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」と言う場合がある）により育成されたシリコン単結晶から切り出したシリコンウェーハ（以下、「ウェーハ」と言う場合がある）の表面に、エピタキシャル層（以下、「エピ層」と言う場合がある）が形成されたものであり、エピ層の結晶の完全性が高いため、高品質で信頼性が高い半導体デバイスを製造することが可能である。
【０００３】
近年、デバイス工程におけるラッチアップ現象の防止や、トレンチ構造のキャパシタを用いる場合にトレンチ周辺の電圧印加時の空乏層広がりを防止することを目的に、ボロンを高濃度にドープしたｐ＋シリコンウェーハの表面にエピ層を形成したエピウェーハの提供が求められている。
【０００４】
一方、エピウェーハのエピ層が金属不純物で汚染されていると、半導体デバイス特性が悪化してしまう。そこで、エピ層の金属不純物による汚染を排除するために、ゲッタリング作用を有するエピウェーハの提供が求められる。
ゲッタリング技術としては、一般的に、デバイスプロセスの熱処理中に誘起される酸素起因の微小な酸素析出物（ＢＭＤ：Bulk Micro Defect)を利用して不純物元素を捕獲するイントリンシックゲッタリング（intrinsic gettering、以下、ＩＧという)が採用される。
【０００５】
しかしながら、エピ層の形成工程で高温熱処理がウェーハに施されることにより、ウェーハに内在する微小な酸素析出核が縮小、消滅してしまい、その後のデバイスプロセスにおいて、ウェーハ内にゲッタリング源となるＢＭＤを十分に誘起させることができず、エピウェーハはゲッタリング能力が低いという問題がある。
このような問題を解決するために、特許文献１では、ＣＺ法でシリコン単結晶を製造する段階で、育成中のシリコン単結晶が６５０℃付近の酸素析出核形成温度帯域に滞在する滞在時間を長くし、かつ、シリコン単結晶内に取り込まれる酸素濃度が均一になるように製造条件を制御することにより、トップからボトムまでの直胴部全体に亘ってＢＭＤ密度が均一にかつ高密度のシリコン単結晶の製造方法が報告されている。
【０００６】
また、特許文献２では、ボロンは酸素析出核の安定性を増大させるため、シリコン単結晶のボロン濃度を高濃度に添加すると、酸素析出物が形成されやすいことが報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１０－２０８８９４号公報
特開２０１７－２４９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
シリコン単結晶の製造過程において、酸素析出核を形成するようにシリコン単結晶の酸素濃度や熱履歴を調整することは有効な手段であり、ボロン濃度を高濃度にするほどウェーハ中のＢＭＤ密度の増大を図ることができる。このため、本発明者はボロンをより高濃度に添加したｐ＋＋シリコンウェーハ、具体的には、ボロンが添加された抵抗率が１０ｍΩ・ｃｍ以下のウェーハにエピタキシャル層を形成したエピウェーハの提供を想起した。
【０００９】
ところが、酸素濃度が高く、かつ高濃度にボロンが添加されたウェーハ表面にエピ層を形成したエピウェーハに対してＦＬＡ（flash lamp annealing）などの熱処理を行うと、ウェーハ中のＢＭＤを起点に転位が発生し、転位がエピタキシャル層にまで達した転位欠陥が発生する場合があることが判明した。この原因について鋭意研究し、以下の知見を得た。
【００１０】
通常、エピウェーハのウェーハ中のＢＭＤはそのサイズが小さいため、直接、ウェーハ中のＢＭＤ密度を測定することができない。このため、ウェーハ中のＢＭＤ密度を測定するには、一般的に、エピウェーハに対して８００℃以下の低温熱処理を行ってウェーハ内に酸素析出核を形成する処理を行った後、１０００℃以上の高温熱処理を行って酸素析出核を成長させて酸素析出物として顕在化させる処理が行われる。具体的には、８００℃の温度で３時間の熱処理を行った後、引き続き１０００℃の温度で１６時間の熱処理を施す２－ｓｔｅｐ熱処理が実施される。その後、この２－ｓｔｅｐ熱処理が施されたエピウェーハについて、光学顕微鏡や赤外散乱トモグラフ法などを用いて、ウェーハ中のＢＭＤ密度が測定される。
（【００１１】以降は省略されています）

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