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半導体用語集

BMD

英語表記：Bulk Microdefect

CZ シリコン結晶中に過飽和に固溶していた格子間酸素が、熱処理によりSiO2 またはSiOzとして析出した酸素 析出物。また広義には析出時の高い圧 縮応力により発生する転位ループ (dislocation loop)、プリズマティッ クなパンチアウト転位(Punched Out Dislocation: POD)やパンチアウト転位複合体(Punched-out Dislocation Complex: PDC)、二次的に発生したバルク結晶中の積層欠陥 (bulk Stacking Fault: b-SF)を含めてBMDと呼ぶ。
BMDの評価には、古くから選択ェッチングによりエッチピット(腐食孔)として検出できるので、光学顕微鏡観察と併用して用いられてきた。最 近では、赤外散乱トモグラフィによる密度やサイズの評価も一般的になっている。酸素析出物の面内分布測定には X線トポグラフィが、またBMD本体の解析にはTEM観察が有効である。
酸素析出物の形態・構造は熱処理温度によって分類でき、低温(600~ 800℃)、中温(800~1,100℃)、高温 (1,100℃以上)で特徴が異なる。低温では高密度のSiO、微小析出物が形成される。これらは結晶(cristobalite)または非品質 SiO2と考えられている。中温では板状の酸素析出物が形成され、{100}に平行で<110> に囲まれた形態を取る。この構造は結品(cristobalite)と確認されている。 板状酸素析出物は界面の圧縮応力により発生したPODやｂ-SFを伴うこと が多い。1,000℃付近では析出の進行が最も進むため、析出物周囲に転位が発達してPDCとなる。高温では多面体の酸素析出物が形成される。これは 非晶質 SiO2がシリコン結晶の負結晶として{111｝面で構成された正八面体や{111}と{100}とを併せ持つ正八面体(cubo-octahedron)の形態を取る。多面体酸素析出の界面の歪は小さく,転位を伴わないか、あっても短い転位ループに留まる。
素子活性領域にBMDがあると、ゲート酸化膜の耐圧劣化や接合リーク電流の増大を引き起こすため、この領域から除去する必要がある。そのため 1,100℃以上の高温熱処理によりウェハ表面の酸素を外方拡散させ、表面から10~数 10μmの深さにBMDが形成されない無欠陥層(Denuded Zone: DZ)を形成する方法がよく用いられる。ただし最近 DZには空洞欠陥のような grown-in 欠陥が残留することが わかりつつあり、DZはBMDがない層という方が正確である。
BMDはウェハ内部に存在する場合はイントリシシックゲッタリング (IG)に寄与する点は利点だが、酸素析出が進行すると酸素析出物周辺の歪の増加に伴う転位が成長して結晶の機械強度を劣化させる欠点もあり、BMDの制御は重要な技術である。

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