JP2000281490A - Silicon semiconductor substrate and its production - Google Patents

Silicon semiconductor substrate and its production

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JP2000281490A
JP2000281490A JP8491099A JP8491099A JP2000281490A JP 2000281490 A JP2000281490 A JP 2000281490A JP 8491099 A JP8491099 A JP 8491099A JP 8491099 A JP8491099 A JP 8491099A JP 2000281490 A JP2000281490 A JP 2000281490A
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JP
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temperature
silicon
heat treatment
less
semiconductor substrate
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JP8491099A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Ikari
敦 碇
Yasumitsu Ota
泰光 太田
Hiroyuki Deai
博之 出合
Akiyoshi Tachikawa
昭義 立川
Hideki Yokota
秀樹 横田
Hikari Sakamoto
光 坂本
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a silicon semiconductor substrate by which defects of a region near the surface of a silicon wafer can be detoxicat ed and a high-quality denuded zone(DZ) can be formed by heat treatment in a relatively short time. SOLUTION: A silicon melt having >=1×1016 and <=1.5×1019 atoms/cm3 nitrogen content is used to grow a single crystal at a cooling rate of >=2 deg.C/min in a temperature region from the melt temperature to 800 deg.C during the growth of the crystal. A silicon wafer prepared from the resultant single crystal is heated up to >=800 deg.C temperature at >=1 deg.C/s heating rate and then kept at the end-point temperature for >=1 min. The resultant silicon wafer is subsequently heat-treated at >=1,000 and <=1,300 deg.C temperature for >=1 h to form a DZ.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はシリコン半導体基板
の品質改善に関し、特に、シリコンウェハ表面領域に熱
処理により高品質なDZを作成するシリコン半導体基板
の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for improving the quality of a silicon semiconductor substrate, and more particularly to a method for manufacturing a silicon semiconductor substrate in which a high-quality DZ is formed on a surface region of a silicon wafer by heat treatment.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコン半導体基板を用いて半導体デバ
イスを作成する際に、基板中の結晶欠陥がデバイスの動
作不良を引き起こし、基板中の結晶欠陥密度によりデバ
イスの製造歩留りが変化することが知られている。近
年、このデバイス動作不良を引き起こす結晶欠陥とし
て、COP(Crystal Originated Particle)と呼ばれ
る欠陥が注目されている。これは、シリコン半導体基板
をアンモニア−過酸化水素の混合液でエッチングした
際、結晶中の格子欠陥を原因としたピットが基板表面に
生じ、基板表面のパーティクルを計数する検査装置によ
りこのピットが測定されるため、このように呼ばれてい
る。COPとはこのような測定法で検出される欠陥全般
を指す名称であるが、通常のチョクラルスキー(CZ)
法もしくは磁場を印加したCZ法により育成されたシリ
コン単結晶では、この欠陥の実体は結晶中の八面体様の
空隙(以下、空孔欠陥と称す)と考えられており、これ
がデバイスの構造的な破壊を引き起こすと推定されてい
る。このようなデバイス作成に有害なCOPを低減ある
いは消滅させる技術として、これまでにいくつかの提案
がなされている。
2. Description of the Related Art When manufacturing a semiconductor device using a silicon semiconductor substrate, it is known that a crystal defect in the substrate causes an operation failure of the device, and the manufacturing yield of the device changes depending on the density of the crystal defects in the substrate. ing. In recent years, attention has been paid to a defect called COP (Crystal Originated Particle) as a crystal defect that causes this device operation failure. This is because when a silicon semiconductor substrate is etched with a mixed solution of ammonia and hydrogen peroxide, pits are generated on the substrate surface due to lattice defects in the crystals, and the pits are measured by an inspection device that counts particles on the substrate surface. It is so called. The COP is a name indicating all the defects detected by such a measuring method, and is generally called Czochralski (CZ).
In a silicon single crystal grown by the CZ method or a CZ method to which a magnetic field is applied, the substance of this defect is considered to be an octahedral-like void in the crystal (hereinafter, referred to as a hole defect), and this is called the structural defect of the device. It is estimated to cause severe destruction. Several techniques have been proposed so far as a technique for reducing or eliminating COPs harmful to device fabrication.

【0003】COPを消滅させる技術として、単結晶育
成の際の結晶成長速度を0.8mm/min以下とする
ことが知られている(特開平2−267195号公
報)。これは、空孔欠陥を作る要素である空孔型点欠陥
(vacancy)の結晶成長界面での導入量を減少させ、ま
た単結晶の冷却速度を緩やかなものとすることにより、
冷却中に発生する過飽和な空孔型点欠陥(vacancy)の
発生を抑えるものである。しかしながら、この方法で
は、成長速度の低下による生産性の低下を招くととも
に、転位ループ等のCOPとは別種の結晶欠陥を発生さ
せると言う問題がある。
As a technique for eliminating COP, it is known that the crystal growth rate during growing a single crystal is 0.8 mm / min or less (Japanese Patent Laid-Open No. 2-267195). This is because by reducing the amount of vacancy-type point defects (vacancy), which is an element that creates vacancy defects, at the crystal growth interface, and by slowing down the cooling rate of the single crystal,
This is to suppress the occurrence of supersaturated vacancy type point defects (vacancies) generated during cooling. However, this method has a problem that productivity is reduced due to a reduction in the growth rate, and another type of crystal defect such as a dislocation loop is generated from the COP.

【0004】COP発生を抑制する技術としては、単結
晶の冷却挙動の制御、特に単結晶が約1200℃から1
000℃の温度範囲を通過する時間の制御が有効である
ことが知られている(特開平8−12493号公報、特
開平8−91983号公報、特開平9−227289号
公報)。これらの技術は、単結晶の成長速度を大きく低
下させないため、生産性という点では問題はないが、C
OP密度の低減下限は概ね105 個/cm3 程度であ
り、更なる低減、例えば104 個/cm3 以下の密度を
達成することは困難である。
As a technique for suppressing the generation of COP, control of the cooling behavior of a single crystal, in particular, when the single crystal
It is known that the control of the time for passing through the temperature range of 000 ° C. is effective (JP-A-8-12493, JP-A-8-91983, and JP-A-9-227289). Since these techniques do not significantly reduce the growth rate of the single crystal, there is no problem in terms of productivity.
The lower limit of the OP density reduction is about 10 5 / cm 3 , and it is difficult to achieve a further reduction, for example, a density of 10 4 / cm 3 or less.

【0005】また、単結晶育成時のCOP低減技術以外
にも、単結晶からスライス・研磨して基板とした後に熱
処理をすることにより、基板表面のCOPを低減・消滅
させる技術も知られている。例えば、特開平3−233
936号公報には、800〜1250℃で10時間以下
の熱処理を行うことが提案されている。しかしながら、
この公報の実施例に示されている酸化雰囲気で熱処理を
行うと、基板表面の酸化侵食に伴い、空孔欠陥が基板表
面に転写され、基板表面のピットの増大を招くと言う欠
点があるとともに、基板表面から深さ1μmの範囲内の
COP密度を104 個/cm3 以下とすることは困難で
ある。
In addition to the COP reduction technique at the time of growing a single crystal, there is also known a technique of reducing and eliminating COP on the substrate surface by performing a heat treatment after slicing and polishing a single crystal to form a substrate. . For example, JP-A-3-233
No. 936 proposes performing a heat treatment at 800 to 1250 ° C. for 10 hours or less. However,
When heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere shown in the examples of this publication, there is a defect that vacancy defects are transferred to the substrate surface due to oxidative erosion of the substrate surface and pits on the substrate surface increase, and It is difficult to reduce the COP density within a range of 1 μm from the substrate surface to 10 4 / cm 3 or less.

【0006】また、結晶育成時に結晶を冷却する際85
0℃〜1100℃の温度範囲での冷却中の単結晶の保持
時間を80分未満とし、または結晶を育成する際窒素濃
度が1×1014/cm3であるシリコン単結晶を育成
し、その後シリコンウェハに加工後1000℃以上の温
度で1時間以上熱処理する技術が知られている(特開平
10−98047号公報)。これは、結晶製造時に発生
するCOPのサイズ分布をより小さい方にシフトさせる
ことにより熱処理の際に欠陥を消滅させやすくする技術
である。しかしながら、このサイズ減少の効果は酸素濃
度が低いほど顕著とされており、このため、通常基板中
の酸素濃度を高めることにより得られる基板内部での酸
素析出物の発生を利用したゲッタリング能の付与とCO
Pの低減との両立が難しく、チョクラルスキー法で常用
される7〜10×1017/cm3の酸素濃度では実施さ
れていない。
Further, when cooling the crystal during crystal growth,
The holding time of the single crystal during cooling in the temperature range of 0 ° C. to 1100 ° C. is set to less than 80 minutes, or when growing the crystal, growing a silicon single crystal having a nitrogen concentration of 1 × 10 14 / cm 3 , There is known a technique in which a silicon wafer is heat treated at a temperature of 1000 ° C. or more for 1 hour or more after processing the silicon wafer (Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-98047). This is a technique that makes it easier to eliminate defects during heat treatment by shifting the size distribution of COP generated during crystal production to a smaller size. However, the effect of this size reduction is more remarkable as the oxygen concentration is lower. Therefore, the gettering ability using the generation of oxygen precipitates inside the substrate usually obtained by increasing the oxygen concentration in the substrate is reduced. Grant and CO
It is difficult to achieve a balance with the reduction of P, and it has not been carried out at an oxygen concentration of 7 to 10 × 10 17 / cm 3 commonly used in the Czochralski method.

【0007】本発明者らは、半導体デバイス作成用のシ
リコン半導体基板において、前述したような従来の技術
では完全には除去できないデバイス作成上問題となる空
孔欠陥を、効果的に低減あるいは消滅させたシリコン半
導体基板を生産性良く製造する方法として、特定濃度の
窒素を含有するシリコン融液を用いてCZ法により育成
したシリコン単結晶から得たシリコン半導体基板を、非
酸化性雰囲気下で1000℃以上1300℃以下の温度
で1時間以上熱処理するシリコン単結晶基板の製造方法
を提案した(特願平10−122284号)。このよう
に窒素ドープの結晶においては、結晶育成時の点欠陥濃
度及び点欠陥の凝集挙動が変化して、結晶中に空孔欠陥
を形成せず、grown−in欠陥として酸素析出物が
高密度に形成され、ゲッタリングサイトとして活用する
ことができること、またこのgrown−in欠陥はD
Zを作成する際に容易に消滅し、高品質なDZを作成で
きるというものである。
[0007] The present inventors have found that a silicon semiconductor substrate for fabricating a semiconductor device can effectively reduce or eliminate vacancy defects which are a problem in device fabrication which cannot be completely removed by the conventional technique as described above. As a method of manufacturing a silicon semiconductor substrate with high productivity, a silicon semiconductor substrate obtained from a silicon single crystal grown by a CZ method using a silicon melt containing a specific concentration of nitrogen is heated at 1000 ° C. in a non-oxidizing atmosphere. A method of manufacturing a silicon single crystal substrate which is heat-treated at a temperature of 1300 ° C. or less for 1 hour or more was proposed (Japanese Patent Application No. 10-122284). As described above, in the nitrogen-doped crystal, the point defect concentration and the aggregation behavior of the point defects at the time of growing the crystal are changed, so that no vacancy defect is formed in the crystal, and the oxygen precipitate is formed as a grown-in defect at a high density. And can be utilized as a gettering site, and this grown-in defect
Z is easily eliminated when Z is created, and a high-quality DZ can be created.

【0008】しかしながら、通常の熱処理炉を用いると
800℃程度の温度で炉内に挿入し、約10℃/分程度
で焼鈍温度まで昇温せざるを得ず、この昇温過程での欠
陥の成長が避けられなかった。
However, if a normal heat treatment furnace is used, it must be inserted into the furnace at a temperature of about 800 ° C. and heated to an annealing temperature at about 10 ° C./min. Growth was inevitable.

【0009】さらに急速熱アニール(RTA、rapid th
ermal annealing)のみでDZの品質を制御する技術と
して、MDZ(Magic Denuded Zone)技術が知られてい
る(Electrochmical Society Proceeding Volume 98-13
p.135, R. Falster et al.)。これは急速昇温を利用
して基板表面の点欠陥の濃度を抑制し、窒素無添加結晶
の見かけ上の析出を抑える技術である。点欠陥の制御に
より酸素析出を抑えるため、昇温方法等には複雑な制御
が必要であり、また効果はあくまでも一時的な見かけ上
のものにすぎないため、デバイスの熱処理プロセスによ
っては効果がない場合がある。
Further, rapid thermal annealing (RTA, rapid th
Magic Denuded Zone (MDZ) technology is known as a technology for controlling the quality of DZ only by thermal annealing (Electrochmical Society Proceeding Volume 98-13).
p.135, R. Falster et al.). This is a technique for suppressing the apparent precipitation of nitrogen-free crystals by suppressing the concentration of point defects on the substrate surface using rapid temperature rise. In order to suppress oxygen precipitation by controlling point defects, complicated control is required for the heating method and the like, and the effect is only a temporary appearance, so there is no effect depending on the heat treatment process of the device There are cases.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】このように、近年の半
導体デバイスの一層の微細化、高集積化に伴なう要求特
性に答えられる半導体基板として、シリコン基板の表面
近傍の結晶欠陥を消去し、高品質なDZを有する半導体
基板を低コストで供給することが要望されている。
As described above, as a semiconductor substrate which can meet the required characteristics accompanying further miniaturization and high integration of semiconductor devices in recent years, crystal defects near the surface of a silicon substrate are eliminated. It is desired to supply a semiconductor substrate having high quality DZ at low cost.

【0011】そこで、本発明は、上述した従来技術にお
ける問題点を解決し、比較的短時間の熱処理により、シ
リコンウェハ表面近傍領域の欠陥を無害化し、高品質の
DZを形成し得るシリコン半導体基板の製造方法を提供
することを目的とする。
Accordingly, the present invention solves the above-mentioned problems in the prior art, and makes a defect in a region near the surface of a silicon wafer harmless by a heat treatment for a relatively short time to form a silicon semiconductor substrate capable of forming a high quality DZ. It is an object of the present invention to provide a method for producing the same.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】シリコンウェハ、特に窒
素添加シリコンウェハの表面領域における結晶欠陥を熱
処理により効率よく消滅させることについて、実験並び
に理論考察を繰り返し鋭意検討した結果、ウェハ、特に
窒素添加シリコンウェハのDZ作成のためのアニール処
理の前処理として、RTAアニールを行うことで、熱処
理時間の短縮が図られると共に、通常の熱処理炉を用い
ていては避けることのできない昇温時での欠陥の成長を
なくし、また窒素ドープ材に特有の酸素析出物の消滅を
該析出物が成長する前に、その形状が不安定となる高温
まで昇温させて促進することで、表面領域での欠陥の消
滅深さをより深いものとすることができるとの、新たな
知見を得、本発明を完成させたものである。
As a result of repeated and extensive studies on experiments and theoretical considerations on the efficient elimination of crystal defects in the surface region of a silicon wafer, particularly a nitrogen-added silicon wafer, by heat treatment, the wafer, especially a nitrogen-added silicon wafer, was obtained. By performing RTA annealing as a pretreatment for the annealing process for producing the DZ of the wafer, the heat treatment time can be shortened, and defects at the time of temperature rise, which cannot be avoided using a normal heat treatment furnace, can be avoided. Eliminating the growth and promoting the disappearance of oxygen precipitates specific to the nitrogen-doped material by increasing the temperature to a high temperature at which the shape becomes unstable before the precipitates grow, thereby reducing defects in the surface region. The present inventors have obtained a new finding that the annihilation depth can be made deeper, and have completed the present invention.

【0013】即ち、本発明は、(1)チョクラルスキー
法により製造されたシリコン単結晶であって、結晶育成
中の融液温度〜800℃までの温度域を2℃/分以上の
冷却速度で育成した単結晶より作成したシリコンウェハ
を、800℃以上の温度まで1℃/秒以上の温度で昇温
させた後、到達温度で1分以上保持することを特徴とす
るシリコン半導体基板の製造方法である。
That is, the present invention relates to (1) a silicon single crystal produced by the Czochralski method, wherein the temperature range from the melt temperature to 800 ° C. during crystal growth is 2 ° C./min or more. Manufacturing a silicon semiconductor substrate characterized in that a silicon wafer formed from the single crystal grown in the step (1) is heated to a temperature of 800 ° C. or more at a temperature of 1 ° C./sec or more, and then held at an attained temperature for 1 minute or more. Is the way.

【0014】本発明はまた、(2)窒素含有量が1×1
16atoms/cm3 以上1.5×1019atoms/cm3以下のシ
リコン融液を用いてチョクラルスキー法により育成した
シリコン単結晶より作成したシリコンウェハを、800
℃以上の温度まで1℃/秒以上の温度で昇温させた後、
到達温度で1分以上保持することを特徴とするシリコン
半導体基板の製造方法である。
The present invention also provides (2) a nitrogen content of 1 × 1
A silicon wafer made from a silicon single crystal grown by a Czochralski method using a silicon melt having a density of 0 16 atoms / cm 3 or more and 1.5 × 10 19 atoms / cm 3 or less is 800
After heating to a temperature of 1 ° C / sec or more to a temperature of 1 ° C or more,
A method for manufacturing a silicon semiconductor substrate, wherein the temperature is maintained for at least one minute at an attained temperature.

【0015】本発明はまた、(3)窒素含有量が1×1
16atoms/cm3 以上1.5×1019atoms/cm3以下のシ
リコン融液を用いて、結晶育成中の融液温度〜800℃
までの温度域を2℃/分以上の冷却速度で育成した単結
晶より作成したシリコンウェハを、800℃以上の温度
まで1℃/秒以上の温度で昇温させた後、到達温度で1
分以上保持することを特徴とするシリコン半導体基板の
製造方法である。
The present invention also provides (3) a nitrogen content of 1 × 1
Using a silicon melt of 0 16 atoms / cm 3 or more and 1.5 × 10 19 atoms / cm 3 or less, the melt temperature during crystal growth to 800 ° C.
A silicon wafer formed from a single crystal grown at a cooling rate of 2 ° C./min or more at a temperature range of 1 ° C./sec or more at a temperature of 1 ° C./sec or more, and then at a temperature of 1 ° C./sec or more.
This is a method for manufacturing a silicon semiconductor substrate, wherein the silicon semiconductor substrate is held for at least one minute.

【0016】本発明はまた、(4)上記(1)〜(3)
に記載の製造方法で作成したシリコン半導体基板を、さ
らに1000℃以上1300℃以下の温度で1時間以上
熱処理することを特徴とするシリコン半導体基板の製造
方法である。
The present invention also provides (4) the above (1) to (3)
And further heat-treating the silicon semiconductor substrate produced by the method described in 1) at a temperature of 1000 ° C. or more and 1300 ° C. or less for 1 hour or more.

【0017】本発明はさらに、(5)チョクラルスキー
法により製造されたシリコン単結晶であって、結晶育成
中の融液温度〜800℃までの温度域を2℃/分以上の
冷却速度で育成した単結晶より作成したシリコンウェハ
を、800℃以上の温度まで1℃/秒以上の温度で昇温
させた後、熱処理温度を低下させずに引き続き1000
℃以上1300℃以下の温度で1時間以上処理すること
を特徴とするシリコン半導体基板の製造方法である。
The present invention further provides (5) a silicon single crystal produced by the Czochralski method, wherein the temperature range from the melt temperature to 800 ° C. during crystal growth is set at a cooling rate of 2 ° C./min or more. A silicon wafer formed from the grown single crystal is heated at a temperature of 1 ° C./sec or more to a temperature of 800 ° C. or more, and then continuously heated at 1000 ° C. without lowering the heat treatment temperature.
A method for manufacturing a silicon semiconductor substrate, comprising performing treatment at a temperature of not less than 1300 ° C. for not less than 1 hour.

【0018】本発明はまた、(6)窒素含有量が1×1
16atoms/cm3 以上1.5×1019atoms/cm3以下のシ
リコン融液を用いて育成した単結晶より作成したシリコ
ンウェハを、800℃以上の温度まで1℃/秒以上の温
度で昇温させた後、熱処理温度を低下させずに引き続き
1000℃以上1300℃以下の温度で1時間以上処理
することを特徴とするシリコン半導体基板の製造方法で
ある。
The present invention also provides (6) a method wherein the nitrogen content is 1 × 1
A silicon wafer formed from a single crystal grown using a silicon melt of 0 16 atoms / cm 3 or more and 1.5 × 10 19 atoms / cm 3 or less at a temperature of 1 ° C./sec or more up to a temperature of 800 ° C. or more. A method for manufacturing a silicon semiconductor substrate, comprising: performing a heat treatment at a temperature of 1,000 ° C. or more and 1300 ° C. or less for one hour or more without lowering the heat treatment temperature after the temperature is increased.

【0019】本発明はさらに、(7)窒素含有量が1×
1016atoms/cm3 以上1.5×10 19atoms/cm3以下の
シリコン融液を用いて、結晶育成中の融液温度〜800
℃までの温度域を2℃/分以上の冷却速度で育成した単
結晶より作成したシリコンウェハを、800℃以上の温
度まで1℃/秒以上の温度で昇温させた後、熱処理温度
を低下させずに引き続き1000℃以上1300℃以下
の温度で1時間以上処理することを特徴とするシリコン
半導体基板の製造方法である。
The present invention further provides (7) a nitrogen content of 1 ×
1016atoms / cmThree1.5 × 10 or more 19atoms / cmThreebelow
Using silicon melt, melt temperature during crystal growth up to 800
Single temperature grown up to 2 ° C at a cooling rate of 2 ° C / min or more
A silicon wafer made from crystals is heated to a temperature of 800 ° C or higher.
After heating at a temperature of 1 ° C / sec or more to the temperature, heat treatment temperature
1000 ° C or more and 1300 ° C or less without lowering
Silicon treated at a temperature of at least 1 hour
This is a method for manufacturing a semiconductor substrate.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明を以下に詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention will be described in detail below.

【0021】先ず、第1の発明は、チョクラルスキー法
により製造されたシリコン単結晶であって、結晶育成中
の融液温度〜800℃までの温度域を2℃/分以上の冷
却速度で育成した単結晶より作成したシリコンウェハ
を、800℃以上の温度まで1℃/秒以上の温度で昇温
させた後、到達温度で1分以上保持することを特徴とす
るシリコン半導体基板の製造方法である。
First, a first invention relates to a silicon single crystal produced by the Czochralski method, wherein a temperature range from a melt temperature to 800 ° C. during crystal growth is set at a cooling rate of 2 ° C./min or more. A method for manufacturing a silicon semiconductor substrate, comprising: raising a silicon wafer formed from a grown single crystal to a temperature of 800 ° C. or more at a temperature of 1 ° C./sec or more, and holding the temperature at an attained temperature for 1 minute or more. It is.

【0022】シリコン単結晶引上成長中において、融点
温度〜800℃の温度領域を2.0℃/分以上で急冷さ
せることは、点欠陥の凝集を抑制し空孔欠陥を低減化さ
せる。また、当該温度領域における酸素析出物の核形成
が抑制し、すなわち高温で安定な酸素析出物の発生を抑
制する。
During the silicon single crystal pull-up growth, quenching the temperature range from the melting point to 800 ° C. at 2.0 ° C./min or more suppresses aggregation of point defects and reduces vacancy defects. Further, nucleation of oxygen precipitates in the temperature range is suppressed, that is, generation of oxygen precipitates stable at high temperatures is suppressed.

【0023】さらに望ましくは、結晶育成中の融液温度
〜800℃までの温度域を2℃/分以上、800℃〜4
00℃の温度領域を1.0℃/分以上での冷却速度で育
成した単結晶より作成したシリコンウェハを用いる。8
00℃〜400℃の温度領域を1.0℃/分以上で急冷
させることは、空孔欠陥については空孔欠陥が内部酸化
され安定な酸化物に変化することを防止し、その結果、
空孔欠陥は熱処理に対して不安定化させる。一方、酸素
析出物は核形成速度は抑制されるが核密度を増加させ微
細・分散化を促進する。従って、上記融点温度〜800
℃までの温度領域における急冷と組み合わせることによ
って、シリコン基板の表層領域においては空孔欠陥や酸
素析出物をさらに微細化・不安定化させる。
More preferably, the temperature range from the melt temperature to 800 ° C. during crystal growth is 2 ° C./min or more, and 800 ° C. to 4 ° C.
A silicon wafer formed from a single crystal grown in a temperature range of 00 ° C. at a cooling rate of 1.0 ° C./min or more is used. 8
Quenching the temperature range of 00 ° C. to 400 ° C. at a rate of 1.0 ° C./min or more prevents vacancy defects from being internally oxidized and changed into a stable oxide, and as a result,
Vacancy defects destabilize heat treatment. On the other hand, oxygen precipitates suppress the nucleation rate but increase the nucleus density and promote fineness and dispersion. Therefore, the above melting point temperature ~ 800
In combination with rapid cooling in a temperature region up to ° C., vacancy defects and oxygen precipitates are further miniaturized and destabilized in the surface layer region of the silicon substrate.

【0024】また、単結晶シリコンインゴットを引上成
長中に冷却効果を高めることは、通常、凝固界面での冷
却能力を高めることになり結晶成長速度を増加し結晶生
産性が向上する効果ももたらし、低コスト化させる効果
もある。
In addition, increasing the cooling effect during pulling and growing a single crystal silicon ingot usually increases the cooling capacity at the solidification interface, thereby increasing the crystal growth rate and improving the crystal productivity. It also has the effect of reducing costs.

【0025】本第1発明では、このようにして育成時の
冷却速度を制御することにより、空孔欠陥や酸素析出物
等の結晶欠陥を微細化・不安定化させて製造されたシリ
コン単結晶から作成されたシリコンウェハに対し、80
0℃以上、より好ましくは1000℃の温度まで1℃/
秒以上、より好ましくは10℃/秒以上の温度で昇温さ
せた後、到達温度で1分以上保持する熱処理を行う。即
ち、通常の熱処理炉を用いると約800℃程度の温度で
ウェハを炉内に挿入し約10℃/分程度でアニール温度
まで昇温せざるを得なかったが、本発明によれば上記の
ように昇温速度を急峻なものとした前熱処理(RTA)
を行うことで、この昇温課程での結晶欠陥の成長を抑制
し、その後に行われるDZ作成のための長時間の熱処理
での昇温時に析出物が成長することを抑制する。このよ
うに本発明は、上記結晶育成工程における冷却速度制御
によりas grown結晶において結晶欠陥を低減、
微細化し、さらに結晶欠陥を高温で不安定なものとし
て、高温熱処理によるこれら欠陥の消滅を容易とし、さ
らに上記RTAによる前熱処理によって昇温過程におけ
る結晶欠陥の成長を抑制して、品質の良いDZを作成す
ることを可能とするものである。
In the first aspect of the present invention, by controlling the cooling rate during the growth in this manner, a silicon single crystal manufactured by miniaturizing and destabilizing crystal defects such as vacancy defects and oxygen precipitates. 80 for silicon wafers made from
0 ° C or higher, more preferably 1 ° C /
After the temperature is raised at a temperature of at least 10 seconds / second, more preferably at a temperature of at least 10 ° C./second, a heat treatment is performed at a temperature attained for at least 1 minute. That is, when a normal heat treatment furnace is used, the wafer must be inserted into the furnace at a temperature of about 800 ° C. and heated to an annealing temperature at about 10 ° C./min. Heat treatment (RTA) with a rapid heating rate
By doing so, the growth of crystal defects in this temperature rise process is suppressed, and the growth of precipitates during the temperature rise in a long-time heat treatment for DZ formation performed thereafter is suppressed. Thus, the present invention reduces crystal defects in as grown crystals by controlling the cooling rate in the crystal growing step,
By miniaturizing and making crystal defects unstable at high temperatures, it is easy to eliminate these defects by high-temperature heat treatment, and furthermore, by the pre-heat treatment by RTA, the growth of crystal defects in the temperature-raising process is suppressed, and high quality DZ Can be created.

【0026】なお、第1発明に係るシリコン半導体基板
の製造において用いられるチョクラルスキー(CZ)法
としては、通常のCZ法のみならず、例えば、磁場印加
CZ法等の従来知られる種々の付加的要件を付したCZ
法が含まれ得、上記のような所定の製造条件を満たす限
りにおいて、そのいずれを用いることも可能である。こ
の点に関しては、以下に述べる第2〜7の発明に係る製
造方法に関しても同様である。
The Czochralski (CZ) method used in the manufacture of the silicon semiconductor substrate according to the first invention is not limited to the usual CZ method, but also includes various conventionally known addition methods such as a magnetic field application CZ method. CZ with special requirements
Any of them can be used as long as the above-mentioned predetermined manufacturing conditions are satisfied. In this regard, the same applies to the manufacturing methods according to the second to seventh inventions described below.

【0027】次に第2の発明は、窒素含有量が1×10
16atoms/cm3 以上1.5×1019atoms/cm3以下のシリ
コン融液を用いてチョクラルスキー法により育成したシ
リコン単結晶より作成したシリコンウェハを、800℃
以上の温度まで1℃/秒以上の温度で昇温させた後、到
達温度で1分以上保持することを特徴とするシリコン半
導体基板の製造方法である。
Next, in the second invention, the nitrogen content is 1 × 10
A silicon wafer formed from a silicon single crystal grown by a Czochralski method using a silicon melt of 16 atoms / cm 3 or more and 1.5 × 10 19 atoms / cm 3 or less was heated to 800 ° C.
A method for manufacturing a silicon semiconductor substrate, characterized in that the temperature is raised at a temperature of 1 ° C./sec or more to the above temperature, and the temperature is maintained at the reached temperature for 1 minute or more.

【0028】シリコンウェハの電気的特性の変化やデバ
イス熱処理時の積層欠陥などの欠陥発生を起こすことな
く、ウェハ表面の微小ピットの発生を抑制するために
は、シリコンウェハ中の窒素含有量を1.0×1013at
oms/cm3 以上1.0×1016atoms/cm3 以下とする必要
がある。シリコンウェハ中の窒素含有量が、1.0×1
13atoms/cm3 未満ではウェハ表面の微小ピットの発生
を抑制できず、1.0×1016atoms/cm3 超では、キャ
リアライフタイムや抵抗率などの電気的特性が変化した
り積層欠陥が発生したりして、DZを形成しても良好な
シリコン半導体基板を得ることができないゆえである。
凝固後の結晶中に取り込まれる窒素の偏析係数は文献
W. Zulehner and D. Huber; Crystals 8 -Growth, Prop
erties, and Applications-, p.28 (Springer-Verlag,
New York, 1982)に示されるように7×10-4であり、
前述の窒素濃度の融液を用いて結晶育成することにより
窒素を1.0×1013atoms/cm3 以上1.0×1016at
oms/cm3 以下含有するシリコンウェハの製造が可能とな
る。なお、ウェハ中の窒素含有量は、SIMS(Second
ary Ion Mass Spectroscopy:2次イオン質量分析装
置)を用いることにより測定できる。但しSIMS測定
の場合1013オーダーの測定は難しく、低い窒素濃度は
定量できない場合もあるが、この場合でも窒素の信号が
バックグラウンドの信号よりも2倍以上の強度で局所的
な増加を示す場合があり、この結晶でも窒素添加の効果
は同様に起こる。
In order to suppress the generation of minute pits on the wafer surface without causing defects such as a change in electrical characteristics of the silicon wafer and a stacking fault during device heat treatment, the nitrogen content in the silicon wafer must be reduced by 1%. 0.0 × 10 13 at
It is necessary to be oms / cm 3 or more and 1.0 × 10 16 atoms / cm 3 or less. The nitrogen content in the silicon wafer is 1.0 × 1
If it is less than 0 13 atoms / cm 3 , generation of minute pits on the wafer surface cannot be suppressed, and if it exceeds 1.0 × 10 16 atoms / cm 3 , electrical characteristics such as carrier lifetime and resistivity change, and stacking faults This is because a good silicon semiconductor substrate cannot be obtained even if DZ is formed due to occurrence of phenomena.
The segregation coefficient of nitrogen incorporated in the crystal after solidification is described in the literature.
W. Zulehner and D. Huber; Crystals 8 -Growth, Prop
erties, and Applications-, p.28 (Springer-Verlag,
New York, 1982) in a 7 × 10 -4 As shown,
Nitrogen is grown at 1.0 × 10 13 atoms / cm 3 or more and 1.0 × 10 16 at by growing crystals using the melt having the above-mentioned nitrogen concentration.
It is possible to manufacture a silicon wafer containing oms / cm 3 or less. The nitrogen content in the wafer was determined by SIMS (Second
ary Ion Mass Spectroscopy: secondary ion mass spectrometer). However, in the case of SIMS measurement, it is difficult to measure on the order of 10 13 , and a low nitrogen concentration may not be quantified in some cases. In this crystal, the effect of nitrogen addition similarly occurs.

【0029】窒素が結晶育成時の点欠陥濃度及び点欠陥
の凝集挙動を変化させ、結晶中にCOPに代表される
0.1μm程度かそれ以上の空孔欠陥を形成させない。
通常、結晶成長時に結晶温度が1150℃〜1050℃
程度の範囲の比較的高温で空孔欠陥を形成するが、窒素
を所定量含有させると窒素が原子空孔の凝集を抑制する
ことで該空孔欠陥を低減化する。一方、窒素は1000
℃〜450℃の低温領域での酸素析出物の核形成を助長
し、高密度に微細で分散化させた酸素析出物を発生させ
る。
Nitrogen changes the concentration of point defects and the aggregation behavior of point defects during crystal growth, and does not form vacancy defects of about 0.1 μm or more typified by COP in the crystal.
Usually, the crystal temperature during crystal growth is 1150 ° C. to 1050 ° C.
Vacancy defects are formed at a relatively high temperature within a range of about the same level. When a predetermined amount of nitrogen is contained, nitrogen suppresses agglomeration of atomic vacancies, thereby reducing the vacancy defects. On the other hand, nitrogen is 1000
It promotes the nucleation of oxygen precipitates in a low temperature range of from about 400C to about 450C, and generates high-density, finely dispersed oxygen precipitates.

【0030】本第2発明では、このようにして窒素添加
して製造されたシリコン単結晶から作成されたシリコン
ウェハに対し、800℃以上、より好ましくは1000
℃の温度まで1℃/秒以上、より好ましくは10℃/秒
以上の温度で昇温させた後、到達温度で1分以上保持す
る熱処理を行う。窒素添加結晶中に生成した酸素析出物
は、DZの生成熱処理時に酸素濃度の減少により溶解す
ると考えられる。DZ生成熱処理では前記したように目
標温度に到達するまで数時間を要し、この間に上記酸素
析出物が成長し、溶解しにくくなる。本第2発明では上
記のように昇温速度を急峻なものとした前熱処理を行う
ことで、酸素析出物を昇温で成長させずに、酸素析出物
が不安定となる温度まで昇温させ、溶解させやすくする
とともに、その後に行われるDZ作成のための長時間の
熱処理での昇温時に析出物が成長することを抑制し、品
質の良いDZを作成することを可能とするものである。
According to the second aspect of the present invention, a silicon wafer formed from a silicon single crystal manufactured by adding nitrogen in this manner is subjected to a temperature of 800 ° C. or more, more preferably 1000 ° C.
After the temperature is raised to a temperature of 1 ° C./sec or more, more preferably 10 ° C./sec or more, a heat treatment is performed in which the temperature is maintained at the reached temperature for 1 minute or more. It is considered that the oxygen precipitate generated in the nitrogen-added crystal is dissolved due to a decrease in the oxygen concentration during the heat treatment for forming DZ. In the DZ generation heat treatment, it takes several hours to reach the target temperature as described above, during which time the oxygen precipitate grows and becomes difficult to dissolve. In the second aspect of the present invention, by performing the pre-heat treatment at a steep heating rate as described above, the oxygen precipitate is not grown at an elevated temperature, and the temperature is raised to a temperature at which the oxygen precipitate becomes unstable. In addition, it facilitates dissolution, suppresses the growth of precipitates at the time of raising the temperature by a long-time heat treatment for DZ production performed thereafter, and enables to produce high-quality DZ. .

【0031】次に第3の本発明は、窒素含有量が1×1
16atoms/cm3 以上1.5×1019atoms/cm3以下のシ
リコン融液を用いて、結晶育成中の融液温度〜800℃
までの温度域を2℃/分以上の冷却速度で育成した単結
晶より作成したシリコンウェハを、800℃以上の温度
まで1℃/秒以上の温度で昇温させた後、到達温度で1
分以上保持することを特徴とするシリコン半導体基板の
製造方法である。
Next, according to the third invention, the nitrogen content is 1 × 1
Using a silicon melt of 0 16 atoms / cm 3 or more and 1.5 × 10 19 atoms / cm 3 or less, the melt temperature during crystal growth to 800 ° C.
A silicon wafer formed from a single crystal grown at a cooling rate of 2 ° C./min or more at a temperature range of 1 ° C./sec or more at a temperature of 1 ° C./sec or more, and then at a temperature of 1 ° C./sec or more.
This is a method for manufacturing a silicon semiconductor substrate, wherein the silicon semiconductor substrate is held for at least one minute.

【0032】すなわち、この第3の発明は、チョクラル
スキー法による結晶育成に際し、上記第1の発明におけ
る冷却温度制御技術と上記第2の発明の発明における窒
素ドープ技術とを組み合わせて、育成結晶における析出
欠陥のより良好な制御を行った上で、前記したような昇
温速度を急峻なものとした前熱処理を行うことで、その
後に行われるDZ作成のための熱処理によって、さら
に、品質の良いDZを作成することを可能とするもので
ある。なお、この第3の発明の製造方法における、各条
件に関する作用効果およびその好適範囲等については、
それぞれ上記に説明したものとほぼ共通のものである。
That is, in the third invention, when growing a crystal by the Czochralski method, the grown crystal is formed by combining the cooling temperature control technique in the first invention with the nitrogen doping technique in the second invention. After performing better control of the precipitation defects in the above, by performing the pre-heat treatment with the steep heating rate as described above, by the subsequent heat treatment for DZ production, further quality of This makes it possible to create a good DZ. In the manufacturing method according to the third aspect of the present invention, the operation and effect of each condition and the preferable range thereof are as follows.
Each is almost the same as that described above.

【0033】次に第4の発明は、上記した第1〜第3の
発明に係る製造方法で作成したシリコン半導体基板を、
さらに1000℃以上1300℃以下の温度で1時間以
上熱処理することを特徴とするシリコン半導体基板の製
造方法である。
Next, a fourth invention provides a method of manufacturing a semiconductor device according to the first to third inventions, comprising:
A method for manufacturing a silicon semiconductor substrate, further comprising performing heat treatment at a temperature of 1000 ° C. or more and 1300 ° C. or less for 1 hour or more.

【0034】第1〜第3の発明に係る製造方法で作成し
たシリコン半導体基板は、上記したような昇温速度を急
峻なものとした前熱処理を受けているために、その後に
1000℃以上1300℃以下の温度で1時間以上とい
うDZ生成熱処理を受けた際に、その昇温時において析
出物が成長せず、また酸素析出物も溶解しやすい状態と
なっているために、上記熱処理温度域に保持した際、ウ
ェハ表面領域で結晶欠陥の消滅が効果的に進行し、高品
質でかつより深さのあるDZが形成される。
Since the silicon semiconductor substrate formed by the manufacturing method according to the first to third aspects of the present invention has been subjected to the pre-heat treatment in which the heating rate is increased as described above, the silicon semiconductor substrate thereafter has a temperature of 1000 ° C. or more and 1300 ° C. When subjected to a DZ generation heat treatment at a temperature of not more than 1 ° C. for 1 hour or more, precipitates do not grow at the time of the temperature rise, and oxygen precipitates are easily dissolved. In this case, the elimination of crystal defects effectively progresses in the wafer surface region, and a high-quality and deeper DZ is formed.

【0035】なお、基板内部の微細な酸素析出物は、基
板表面近傍に存在するものとは異なり、酸素が外方拡散
して分解消滅することなく上記高温で長時間の熱処理を
経ても完全には溶解消滅せず高密度、例えば、108
/cm3 以上で残留し、デバイス製造工程の熱処理にお
いて成長し、IG作用に有効な結晶欠陥を誘起させる。
It should be noted that the fine oxygen precipitates inside the substrate, unlike those existing near the substrate surface, are completely diffused even after the heat treatment at the above-mentioned high temperature for a long time without the oxygen being diffused outward and being eliminated. Remains without dissolving and disappearing at a high density, for example, 10 8 / cm 3 or more, grows in the heat treatment in the device manufacturing process, and induces crystal defects effective for the IG action.

【0036】第4の発明に係る熱処理温度に関しては1
000℃以上1300℃以下、望ましくは1100℃以
上1200℃以下が適当である。温度が低いと酸素の外
方拡散に多大の時間を要し、温度が高すぎると結晶中の
熱平衡酸素固溶度が上がり酸素の外方拡散が起きなくな
る。また、1150℃以上では高温になればなるほど基
板表面の面荒れの問題が生じる。また一般的に、熱処理
炉を高温で稼働させる際には予期しない炉体の汚染が生
じやすくなるため、その危険性を減少させるためには熱
処理温度を低くできることが望ましい。従って、必要な
DZの深さおよび経済的な観点からの熱処理時間の許容
時間を勘案しながら、表記の温度範囲でできるだけ低い
温度で熱処理することが望ましい。
The heat treatment temperature according to the fourth invention is 1
The temperature is preferably from 000 ° C to 1300 ° C, more preferably from 1100 ° C to 1200 ° C. If the temperature is low, a large amount of time is required for out-diffusion of oxygen, and if the temperature is too high, the thermal equilibrium solid solubility in the crystal is increased and the out-diffusion of oxygen does not occur. At 1150 ° C. or higher, the higher the temperature becomes, the more the surface of the substrate becomes rough. Generally, when the heat treatment furnace is operated at a high temperature, unexpected contamination of the furnace body is likely to occur. Therefore, it is desirable that the heat treatment temperature can be lowered to reduce the risk. Therefore, it is desirable to perform the heat treatment at the lowest possible temperature in the indicated temperature range, taking into account the required depth of the DZ and the allowable time of the heat treatment time from an economic viewpoint.

【0037】熱処理雰囲気としてはウエハ表面の酸素濃
度を効果的に低減でき、その結果窒素添加により発生し
た酸素析出物を容易に消滅させることができる非酸化性
雰囲気が好ましい。非酸化性ガスとしては、経済性の観
点からアルゴンガスが望ましい。含有不純物純度、特に
ガス中の不純物酸素の量を減らすという点ではヘリウム
ガスを用いる利点があるが、経済性および、ヘリウムガ
スの大きな熱伝導性に由来する熱処理炉の取り扱いの難
しさの等の問題がある。窒素ガスは基板表面に窒化物を
形成するため不適当である。水素などの還元性雰囲気も
アルゴンガスと同等の効果を持つため使用することが可
能であるが、取り扱いの難しさ、特に爆発の危険性があ
ることから、必ずしも適当であるとは言えない。
The heat treatment atmosphere is preferably a non-oxidizing atmosphere in which the oxygen concentration on the wafer surface can be effectively reduced, and as a result, oxygen precipitates generated by the addition of nitrogen can be easily eliminated. As the non-oxidizing gas, an argon gas is desirable from the viewpoint of economy. Although the use of helium gas has the advantage of reducing the purity of the contained impurities, especially the amount of impurity oxygen in the gas, it is economical and difficult to handle the heat treatment furnace due to the large thermal conductivity of helium gas. There's a problem. Nitrogen gas is inappropriate because it forms nitride on the substrate surface. A reducing atmosphere such as hydrogen can be used because it has the same effect as argon gas, but it is not always suitable because of the difficulty of handling, especially the danger of explosion.

【0038】さらに付記すべきは、熱処理中に混入する
不純物の量をできる限り減らす必要があることである。
これは、試料の炉体内への挿入時を含む炉内雰囲気中の
酸素がDZの完全性や結晶表面の面荒れに大きな影響を
与えるためである。この点に関しては特願平9−297
158号で指摘しているとおりである。また、これには
不純物を低減することにより、表層の結晶の完全性をよ
り上げることができることを指摘しており、この効果を
用いて熱処理前に結晶表面に存在したCOPピットを平
滑化することが可能である。
It should be further noted that it is necessary to reduce the amount of impurities mixed during the heat treatment as much as possible.
This is because oxygen in the furnace atmosphere, including when the sample is inserted into the furnace, greatly affects the integrity of the DZ and the surface roughness of the crystal surface. Regarding this point, Japanese Patent Application No. 9-297
As pointed out in No. 158. It also points out that by reducing impurities, it is possible to further improve the crystallinity of the surface layer, and to use this effect to smooth the COP pits present on the crystal surface before heat treatment. Is possible.

【0039】雰囲気ガスとして非酸化性雰囲気ではな
く、酸素を0.01vol%以上100vol%以下含
む雰囲気を用いることもできるが、この場合は表面の再
研磨が必要である。酸素を混合させるメリットとしては
前節で指摘した、熱処理中に混入する水分などの不純物
の管理をゆるめることができることが挙げられる。具体
的な雰囲気としては、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気
中に酸素を混合したガスが用いられる。混合させる酸素
の量としては数%が望ましいが、100vol%酸素ガ
スを用いることも可能である。混合量が0.01vol
%未満であると、雰囲気ガスへの水分などの不純物の混
入を厳密に管理せねばならなくなり、酸素を混合させる
メリットが無くなる。熱処理後のウエハ表面には、熱処
理中に発生した酸化膜により結晶欠陥の痕が、化学エッ
チングのピットのようにウエハ表面に発生するため、表
面の再研磨が必要である。欠陥痕を完全に除去するため
には表面を0.5μm以上研磨する必要がある。また、
再研磨量が1.0μmより大きいと、直径換算で0.1
μm以上の結晶欠陥の密度が104 個/cm3 以下であ
る表面無欠陥層の厚みを1μm以上とすることが困難で
ある。
An atmosphere containing not less than 0.01 vol% and not more than 100 vol% of oxygen may be used as the atmosphere gas instead of the non-oxidizing atmosphere. In this case, the surface needs to be polished again. The merit of mixing oxygen is that the management of impurities such as moisture mixed during the heat treatment, which was pointed out in the previous section, can be relaxed. As a specific atmosphere, a gas in which oxygen is mixed in an inert gas atmosphere such as argon is used. Although the amount of oxygen to be mixed is desirably several%, it is also possible to use 100 vol% oxygen gas. The mixing amount is 0.01 vol
If it is less than%, it is necessary to strictly control the entry of impurities such as moisture into the atmospheric gas, and the merit of mixing oxygen is lost. On the wafer surface after the heat treatment, traces of crystal defects are generated on the wafer surface like pits of chemical etching due to an oxide film generated during the heat treatment, and thus the surface needs to be polished again. In order to completely remove defect marks, the surface needs to be polished by 0.5 μm or more. Also,
If the re-polishing amount is larger than 1.0 μm, the re-polishing amount becomes 0.1
It is difficult to make the thickness of the surface defect-free layer in which the density of crystal defects of μm or more is 10 4 / cm 3 or less 1 μm or more.

【0040】次に、第5の発明は、チョクラルスキー法
により製造されたシリコン単結晶であって、結晶育成中
の融液温度〜800℃までの温度域を2℃/分以上の冷
却速度で育成した単結晶より作成したシリコンウェハ
を、800℃以上の温度まで1℃/秒以上の温度で昇温
させた後、熱処理温度を低下させずに引き続き1000
℃以上1300℃以下の温度で1時間以上処理すること
を特徴とするシリコン半導体基板の製造方法である。
Next, a fifth invention relates to a silicon single crystal produced by the Czochralski method, wherein the temperature range from the melt temperature to 800 ° C. during crystal growth is set at a cooling rate of 2 ° C./min or more. After raising the temperature of the silicon wafer formed from the single crystal grown in the above at a temperature of 1 ° C./sec or more to a temperature of 800 ° C. or more, the silicon wafer is continuously heated at 1000 ° C. without lowering the heat treatment temperature.
A method for manufacturing a silicon semiconductor substrate, comprising performing treatment at a temperature of not less than 1300 ° C. for not less than 1 hour.

【0041】また第6の発明は、窒素含有量が1×10
16atoms/cm3 以上1.5×1019atoms/cm3以下のシリ
コン融液を用いて育成した単結晶より作成したシリコン
ウェハを、800℃以上の温度まで1℃/秒以上の温度
で昇温させた後、熱処理温度を低下させずに引き続き1
000℃以上1300℃以下の温度で1時間以上処理す
ることを特徴とするシリコン半導体基板の製造方法であ
る。
In the sixth invention, the nitrogen content is 1 × 10
A silicon wafer formed from a single crystal grown using a silicon melt of 16 atoms / cm 3 or more and 1.5 × 10 19 atoms / cm 3 or less is heated at a temperature of 1 ° C./sec or more to a temperature of 800 ° C. or more. After heating, continue the heat treatment without lowering the temperature.
A method for manufacturing a silicon semiconductor substrate, comprising performing treatment at a temperature of 000 ° C. or more and 1300 ° C. or less for 1 hour or more.

【0042】さらに、第7の発明は、窒素含有量が1×
1016atoms/cm3 以上1.5×10 19atoms/cm3以下の
シリコン融液を用いて、結晶育成中の融液温度〜800
℃までの温度域を2℃/分以上の冷却速度で育成した単
結晶より作成したシリコンウェハを、800℃以上の温
度まで1℃/秒以上の温度で昇温させた後、熱処理温度
を低下させずに引き続き1000℃以上1300℃以下
の温度で1時間以上処理することを特徴とするシリコン
半導体基板の製造方法である。
Further, in the seventh invention, the nitrogen content is 1 ×
1016atoms / cmThree1.5 × 10 or more 19atoms / cmThreebelow
Using silicon melt, melt temperature during crystal growth up to 800
Single temperature grown up to 2 ° C at a cooling rate of 2 ° C / min or more
A silicon wafer made from crystals is heated to a temperature of 800 ° C or higher.
After heating at a temperature of 1 ° C / sec or more to the temperature, heat treatment temperature
1000 ° C or more and 1300 ° C or less without lowering
Silicon treated at a temperature of at least 1 hour
This is a method for manufacturing a semiconductor substrate.

【0043】これら第5〜第7の発明は、それぞれ前記
第1〜第3の発明の製造方法におけるシリコンウェハに
対する急峻な昇温による前熱処理工程の終了後に、一旦
ウェハを冷却することなく、引き続いて連続的に、前記
第4の発明の製造方法におけるDZ作成のための高温熱
処理と同様の処理を行うものである。従って、前熱処理
後、一旦冷却しさらに再度当該前熱処理の温度域まで昇
温する工程が省かれるため、処理時間のさらなる短縮化
および処理に要する消費エネルギーの節減が図られる。
さらに、この冷却および再昇温工程が省かれるため、こ
れらの工程における結晶欠陥の発生、成長といった問題
自体も生起せず、結果的に、前記第4の発明と同等ない
しはそれ以上に優れた、DZを作成可能である。
According to the fifth to seventh aspects of the present invention, after the pre-heat treatment step for the silicon wafer in the manufacturing method according to the first to third aspects of the present invention is performed without cooling the wafer, the step is continued. Then, the same process as the high-temperature heat treatment for producing DZ in the manufacturing method of the fourth invention is continuously performed. Therefore, after the pre-heat treatment, the step of once cooling and then again raising the temperature to the temperature range of the pre-heat treatment is omitted, so that the processing time is further shortened and the energy consumption required for the processing is reduced.
Further, since the cooling and re-heating steps are omitted, problems such as generation and growth of crystal defects in these steps do not occur, and as a result, the same or better than the fourth invention is obtained. DZ can be created.

【0044】なお、これら第5〜第7の製造方法におけ
る、各条件に関する作用効果およびその好適範囲等につ
いては、それぞれ上記に説明したものとほぼ共通のもの
である。
In the fifth to seventh manufacturing methods, the operation and effect relating to each condition and the preferable range thereof are substantially the same as those described above.

【0045】[0045]

【実施例】以下に本発明の実施例を挙げて説明するが、
本発明はこれらの実施例の記載によって制限されるもの
ではない。
The present invention will be described below with reference to examples of the present invention.
The present invention is not limited by the description of these examples.

【0046】まず、本発明に係る以下の実施例において
共通に用いる結晶の仕様について述べる。
First, the specification of a crystal commonly used in the following embodiments according to the present invention will be described.

【0047】結晶A 直径150mm、ボロンドープ比抵抗10Ωcmの結晶
を作成した。この結晶の引上げ時の冷却速度は、融点か
ら800℃までが3℃/分、800℃から400℃まで
が2℃/分であった。
Crystal A A crystal having a diameter of 150 mm and a boron-doped specific resistance of 10 Ωcm was prepared. The cooling rate at the time of pulling up the crystal was 3 ° C./min from the melting point to 800 ° C., and 2 ° C./min from 800 ° C. to 400 ° C.

【0048】結晶B 直径150mm、ボロンドープ比抵抗100Ωcmの結
晶を作成した。この結晶の引上げ時の冷却速度は、融点
から800℃までが2℃/分、800℃から400℃ま
でが1℃/分であった。
Crystal B A crystal having a diameter of 150 mm and a boron-doped specific resistance of 100 Ωcm was prepared. The cooling rate at the time of pulling up the crystals was 2 ° C./min from the melting point to 800 ° C. and 1 ° C./min from 800 ° C. to 400 ° C.

【0049】結晶C 直径150mm、ボロンドープ比抵抗10Ωcmの結晶
を作成した。この結晶の引上げ時の冷却速度は、融点か
ら800℃までが1℃/分、800℃から400℃まで
が1℃/分であった。
Crystal C A crystal having a diameter of 150 mm and a boron-doped specific resistance of 10 Ωcm was prepared. The cooling rate at the time of pulling up the crystal was 1 ° C./min from the melting point to 800 ° C., and 1 ° C./min from 800 ° C. to 400 ° C.

【0050】結晶D 窒化珪素を原料と共に融解し、結晶を作成した。なお、
窒化珪素は、原料のシリコン融液中の窒素濃度が3×1
17atoms/cm3となるように添加された。この
融液を用いて、直径150mm、ボロンドープ比抵抗1
0Ωcmの結晶を作成した。この結晶の引上げ時の冷却
速度は、融点から800℃までが3℃/分、800℃か
ら400℃までが2℃/分であった。
Crystal D Silicon nitride was melted together with the raw materials to form a crystal. In addition,
Silicon nitride has a nitrogen concentration of 3 × 1 in the raw material silicon melt.
0 17 atoms / cm 3 were added. Using this melt, a diameter of 150 mm and a boron-doped specific resistance of 1
A crystal of 0 Ωcm was formed. The cooling rate at the time of pulling up the crystal was 3 ° C./min from the melting point to 800 ° C., and 2 ° C./min from 800 ° C. to 400 ° C.

【0051】結晶E 窒化珪素を原料と共に融解し、結晶を作成した。なお、
窒化珪素は、原料のシリコン融液中の窒素濃度が1×1
18atoms/cm3となるように添加された。この
融液を用いて、直径150mm、ボロンドープ比抵抗1
0Ωcmの結晶を作成した。この結晶の引上げ時の冷却
速度は、融点から800℃までが1℃/分、800℃か
ら400℃までが1℃/分であった。
Crystal E Silicon nitride was melted together with the raw materials to form a crystal. In addition,
Silicon nitride has a nitrogen concentration of 1 × 1 in the raw material silicon melt.
0 18 atoms / cm 3 were added. Using this melt, a diameter of 150 mm and a boron-doped specific resistance of 1
A crystal of 0 Ωcm was formed. The cooling rate at the time of pulling up the crystal was 1 ° C./min from the melting point to 800 ° C., and 1 ° C./min from 800 ° C. to 400 ° C.

【0052】実施例1 結晶A、B、C、D、Eのそれぞれの結晶をランプ加熱
炉で熱処理した。熱処理は室温(20℃±3℃)から2
0℃/秒で1200℃まで昇温し1200℃で1分保持
した後、室温まで冷却した。このときの熱処理の前後
で、SCl洗浄の繰り返し洗浄によりウェハ最表面に存
在する0.1μm以上のCOP密度を評価した。また、
さらに表面を1μm研磨した後にもCOP密度を評価し
た。得られた結果を表1に示す。
Example 1 Each of the crystals A, B, C, D and E was heat-treated in a lamp heating furnace. Heat treatment from room temperature (20 ℃ ± 3 ℃) to 2
The temperature was raised to 1200 ° C. at 0 ° C./sec, kept at 1200 ° C. for 1 minute, and then cooled to room temperature. Before and after the heat treatment at this time, the COP density of 0.1 μm or more existing on the outermost surface of the wafer was evaluated by repeating the SCl cleaning. Also,
Furthermore, the COP density was evaluated after polishing the surface by 1 μm. Table 1 shows the obtained results.

【0053】[0053]

【表1】 [Table 1]

【0054】表1に示すように上記熱処理を行うことに
より、ウェハ表面での欠陥低減効果が見られた。しかし
表面からより深い部分ではあまり改善が見られなかっ
た。
As shown in Table 1, the effect of reducing the defects on the wafer surface was observed by performing the above heat treatment. However, there was not much improvement in the areas deeper from the surface.

【0055】実施例2 結晶A、B、C、D、Eのそれぞれの結晶をランプ加熱
炉で熱処理した。熱処理は室温(20℃±3℃)から2
0℃/秒で1200℃まで昇温し1200℃で1分保持
した後、室温まで冷却した。その後、これらのウェハを
800℃で通常の熱処理炉内に挿入し、挿入後10℃/
分で昇温し1150℃で8時間保持した後、−10℃/
分で降温し800℃で基板を取り出した。熱処理に用い
たガスはコールドエバポレーターにより供給されたアル
ゴンガスをユースポイントで純化装置により生成したガ
スを用いた。ガス中の不純物濃度は5ppm以下であっ
た。このガスを上記熱処理を通して雰囲気として用い
た。また基板の挿入時には炉前に設けられたパージボッ
クスによりパージを行い、試料を待機させている炉前の
雰囲気が不純物5ppm以下のアルゴン雰囲気になった
ことを確認した後、炉口を開け、基板を挿入した。
Example 2 Each of the crystals A, B, C, D and E was heat-treated in a lamp heating furnace. Heat treatment from room temperature (20 ℃ ± 3 ℃) to 2
The temperature was raised to 1200 ° C. at 0 ° C./sec, kept at 1200 ° C. for 1 minute, and then cooled to room temperature. Thereafter, these wafers are inserted into a normal heat treatment furnace at 800 ° C., and 10 ° C. /
After raising the temperature in 1 minute and holding at 1150 ° C. for 8 hours, −10 ° C. /
The temperature was lowered in minutes and the substrate was taken out at 800 ° C. As a gas used for the heat treatment, a gas produced by a purifier at a use point using argon gas supplied by a cold evaporator was used. The impurity concentration in the gas was 5 ppm or less. This gas was used as an atmosphere throughout the heat treatment. At the time of inserting the substrate, purging was performed by a purge box provided in front of the furnace, and after confirming that the atmosphere in front of the furnace in which the sample was on standby was an argon atmosphere with impurities of 5 ppm or less, the furnace port was opened and the substrate was opened. Was inserted.

【0056】その後実施例1と同様にしてCOP密度を
評価した。得られた結果を表2に示す。
Thereafter, the COP density was evaluated in the same manner as in Example 1. Table 2 shows the obtained results.

【0057】[0057]

【表2】 [Table 2]

【0058】表2に示すように実施例2の熱処理を施し
た場合、前記実施例1と比較して、表面からさらに深い
領域においても欠陥低減効果が見られた。
As shown in Table 2, when the heat treatment of Example 2 was performed, the effect of reducing defects was observed even in a region deeper than the surface as compared with Example 1.

【0059】実施例3 結晶A、B、C、D、Eのそれぞれの結晶を通常の熱処
理炉内に挿入し、挿入後10℃/分で昇温し1150℃
で8時間保持した後、−10℃/分で降温し900℃で
基板を取り出した。900℃でウェハを挿入する速度を
速め、ボード近傍にある熱電対で計測したウェハ温度の
推定値よりウェハの800℃までの昇温温速度は約2℃
/秒であった。熱処理に用いたガスはコールドエバポレ
ーターにより供給されたアルゴンガスをユースポイント
で純化装置により生成したガスを用いた。ガス中の不純
物濃度は5ppm以下であった。このガスを上記熱処理
を通して雰囲気として用いた。また基板の挿入時には炉
前に設けられたパージボックスによりパージを行い、試
料を待機させている炉前の雰囲気が不純物5ppm以下
のアルゴン雰囲気になったことを確認した後、炉口を開
け、基板を挿入した。
Example 3 Each of the crystals A, B, C, D and E was inserted into a normal heat treatment furnace, and after the insertion, the temperature was increased at 10 ° C./min to 1150 ° C.
, And the temperature was lowered at -10 ° C / min, and the substrate was taken out at 900 ° C. At 900 ° C., the speed at which the wafer is inserted is increased, and the temperature rise rate of the wafer to 800 ° C. is about 2 ° C. based on the estimated wafer temperature measured by a thermocouple near the board.
/ Sec. As a gas used for the heat treatment, a gas produced by a purifier at a use point using argon gas supplied by a cold evaporator was used. The impurity concentration in the gas was 5 ppm or less. This gas was used as an atmosphere throughout the heat treatment. At the time of inserting the substrate, purging was performed by a purge box provided in front of the furnace, and after confirming that the atmosphere in front of the furnace in which the sample was on standby was an argon atmosphere with impurities of 5 ppm or less, the furnace port was opened and the substrate was opened. Was inserted.

【0060】その後実施例1と同様にしてCOP密度を
評価した。得られた結果を表3に示す。
Thereafter, the COP density was evaluated in the same manner as in Example 1. Table 3 shows the obtained results.

【0061】[0061]

【表3】 [Table 3]

【0062】表3に示すように実施例3の熱処理を施し
た場合、前記実施例1と比較して、表面からさらに深い
領域においても欠陥低減効果が見られ、実施例2と比較
しても同等あるいはそれ以上の欠陥低減効果が見られ
た。
As shown in Table 3, when the heat treatment of the third embodiment was performed, the effect of reducing defects was observed even in a region deeper than the surface as compared with the first embodiment. Equal or better defect reduction effects were observed.

【0063】[0063]

【発明の効果】以上述べたように、本発明の製造方法に
よれば、熱処理時間の短縮化が図られ、かつ得られるシ
リコン半導体基板の表面領域に形成されるDZの品質が
向上し、またDZの深さもより深いものとなる。
As described above, according to the manufacturing method of the present invention, the heat treatment time can be shortened, and the quality of DZ formed in the surface region of the obtained silicon semiconductor substrate can be improved. The depth of the DZ is also deeper.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // G05D 23/19 H01L 21/26 F (72)発明者 出合 博之 神奈川県川崎市中原区井田3−35−1 新 日本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者 立川 昭義 神奈川県川崎市中原区井田3−35−1 新 日本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者 横田 秀樹 神奈川県川崎市中原区井田3−35−1 新 日本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者 坂本 光 神奈川県川崎市中原区井田3−35−1 新 日本製鐵株式会社技術開発本部内 Fターム(参考) 4G077 AA02 AB01 BA04 CF00 EA01 EC10 EH07 FE11 GA01 HA12 5H323 AA40 CA06 EE05 KK05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) // G05D 23/19 H01L 21/26 F (72) Inventor Hiroyuki Deai 3- Ida, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture 35-1 Nippon Steel Corporation Technology Development Division (72) Inventor Akiyoshi Tachikawa 3-35-1 Ida, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture 35-1 Nippon Steel Corporation Technology Development Division (72) Inventor Hideki Yokota Kanagawa (3) Inventor Hikaru Sakamoto 3-35-1 Ida, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture F term (reference) 4G077 AA02 AB01 BA04 CF00 EA01 EC10 EH07 FE11 GA01 HA12 5H323 AA40 CA06 EE05 KK05

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 チョクラルスキー法により製造されたシ
リコン単結晶であって、結晶育成中の融液温度〜800
℃までの温度域を2℃/分以上の冷却速度で育成した単
結晶より作成したシリコンウェハを、800℃以上の温
度まで1℃/秒以上の温度で昇温させた後、到達温度で
1分以上保持することを特徴とするシリコン半導体基板
の製造方法。
1. A silicon single crystal produced by the Czochralski method, wherein the temperature of the melt during crystal growth is from 800 to 800.
A silicon wafer prepared from a single crystal grown at a cooling rate of 2 ° C./min or more at a temperature range of up to 2 ° C. is heated to a temperature of 800 ° C. or more at a temperature of 1 ° C./sec or more, and then reaches a temperature of 1 ° C. A method for manufacturing a silicon semiconductor substrate, wherein the silicon semiconductor substrate is held for at least one minute.
【請求項2】 窒素含有量が1×1016atoms/cm3 以上
1.5×1019atoms/cm3以下のシリコン融液を用いて
チョクラルスキー法により育成したシリコン単結晶より
作成したシリコンウェハを、800℃以上の温度まで1
℃/秒以上の温度で昇温させた後、到達温度で1分以上
保持することを特徴とするシリコン半導体基板の製造方
法。
2. Silicon prepared from a silicon single crystal grown by a Czochralski method using a silicon melt having a nitrogen content of 1 × 10 16 atoms / cm 3 or more and 1.5 × 10 19 atoms / cm 3 or less. Wafer is heated to 800 ° C or higher
A method for producing a silicon semiconductor substrate, comprising: raising a temperature at a temperature of not less than ° C./sec;
【請求項3】 窒素含有量が1×1016atoms/cm3 以上
1.5×1019atoms/cm3以下のシリコン融液を用い
て、結晶育成中の融液温度〜800℃までの温度域を2
℃/分以上の冷却速度で育成した単結晶より作成したシ
リコンウェハを、800℃以上の温度まで1℃/秒以上
の温度で昇温させた後、到達温度で1分以上保持するこ
とを特徴とするシリコン半導体基板の製造方法。
3. A temperature from a melt temperature during crystal growth to 800 ° C. using a silicon melt having a nitrogen content of 1 × 10 16 atoms / cm 3 or more and 1.5 × 10 19 atoms / cm 3 or less. 2 areas
The method is characterized in that a silicon wafer formed from a single crystal grown at a cooling rate of at least 1 ° C./min is heated at a temperature of at least 1 ° C./sec to a temperature of at least 800 ° C., and then held at the attained temperature for at least 1 minute. Of manufacturing a silicon semiconductor substrate.
【請求項4】 請求項1〜3に記載の製造方法で作成し
たシリコン半導体基板を、さらに1000℃以上130
0℃以下の温度で1時間以上熱処理することを特徴とす
るシリコン半導体基板の製造方法。
4. The method according to claim 1, further comprising the step of:
A method for manufacturing a silicon semiconductor substrate, comprising performing heat treatment at a temperature of 0 ° C. or less for 1 hour or more.
【請求項5】 チョクラルスキー法により製造されたシ
リコン単結晶であって、結晶育成中の融液温度〜800
℃までの温度域を2℃/分以上の冷却速度で育成した単
結晶より作成したシリコンウェハを、800℃以上の温
度まで1℃/秒以上の温度で昇温させた後、熱処理温度
を低下させずに引き続き1000℃以上1300℃以下
の温度で1時間以上処理することを特徴とするシリコン
半導体基板の製造方法。
5. A silicon single crystal produced by the Czochralski method, wherein the temperature of the melt during crystal growth is from 800 to 800.
A silicon wafer formed from a single crystal grown at a cooling rate of 2 ° C./min or more at a temperature range of up to 2 ° C. is heated to a temperature of 800 ° C. or more at a temperature of 1 ° C./sec or more, and then the heat treatment temperature is lowered. A method for producing a silicon semiconductor substrate, wherein the treatment is continued at a temperature of 1000 ° C. or more and 1300 ° C. or less for 1 hour or more without performing the treatment.
【請求項6】 窒素含有量が1×1016atoms/cm3 以上
1.5×1019atoms/cm3以下のシリコン融液を用いて
育成した単結晶より作成したシリコンウェハを、800
℃以上の温度まで1℃/秒以上の温度で昇温させた後、
熱処理温度を低下させずに引き続き1000℃以上13
00℃以下の温度で1時間以上処理することを特徴とす
るシリコン半導体基板の製造方法。
6. A silicon wafer formed from a single crystal grown using a silicon melt having a nitrogen content of 1 × 10 16 atoms / cm 3 or more and 1.5 × 10 19 atoms / cm 3 or less,
After heating to a temperature of 1 ° C / sec or more to a temperature of 1 ° C or more,
1000 ° C or higher without lowering the heat treatment temperature 13
A method for producing a silicon semiconductor substrate, comprising treating at a temperature of 00 ° C. or less for 1 hour or more.
【請求項7】 窒素含有量が1×1016atoms/cm3 以上
1.5×1019atoms/cm3以下のシリコン融液を用い
て、結晶育成中の融液温度〜800℃までの温度域を2
℃/分以上の冷却速度で育成した単結晶より作成したシ
リコンウェハを、800℃以上の温度まで1℃/秒以上
の温度で昇温させた後、熱処理温度を低下させずに引き
続き1000℃以上1300℃以下の温度で1時間以上
処理することを特徴とするシリコン半導体基板の製造方
法。
7. A temperature from a melt temperature during crystal growth to 800 ° C. using a silicon melt having a nitrogen content of 1 × 10 16 atoms / cm 3 or more and 1.5 × 10 19 atoms / cm 3 or less. 2 areas
A silicon wafer formed from a single crystal grown at a cooling rate of not less than 1 ° C./min is heated to a temperature of not less than 800 ° C. at a temperature of not less than 1 ° C./sec. A method for producing a silicon semiconductor substrate, comprising treating at a temperature of 1300 ° C. or less for 1 hour or more.
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