JP2002012497A - Method for producing silicon single crystal and method for manufacturing epitaxial wafer - Google Patents

Method for producing silicon single crystal and method for manufacturing epitaxial wafer

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JP2002012497A
JP2002012497A JP2000188176A JP2000188176A JP2002012497A JP 2002012497 A JP2002012497 A JP 2002012497A JP 2000188176 A JP2000188176 A JP 2000188176A JP 2000188176 A JP2000188176 A JP 2000188176A JP 2002012497 A JP2002012497 A JP 2002012497A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture an epitaxial wafer reduced in epitaxial flaw density and excellent in intrinsic gettering effect. SOLUTION: This method for producing a silicon single crystal by CZ method is characterized in that nitrogen is doped in the range of 1×1012-1×1014 atoms/cm3 and the cooling rate at temperatures of 1,150-1,020 deg.C is regulated to more than 2.7 deg.C/min, or further that at temperatures of 1,000-850 deg.C is regulated to below 1.2 deg.C/min. Alternatively, the nitrogen is doped in the range of 5×1013-1×1016 atoms/cm3 and the cooling rate at temperatures of 1,150-800 deg.C is regulated to more than 6.5 deg.C/min. The method for manufacturing an epitaxial wafer comprises growing an epitaxial layer on the surface of the silicon wafer cut out from the silicon single crystal which is produced by the above production method.

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、半導体の集積回路
素子に使用されるシリコン単結晶の製造方法、およびそ
の方法で製造されたシリコン単結晶からエピタキシャル
ウェーハを製造する方法に関する。さらに詳しくは、窒
素ドープされたシリコン単結晶から得られたウェーハに
エピタキシャル層を成長させる際に、エピタキシャル層
中に発生する積層欠陥や転位等の欠陥(以下、「エピタ
キシャル欠陥」という)の発生が少なく、同時に優れた
ゲッタリング作用を発揮するエピタキシャルウェーハの
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 of manufacturing a silicon single crystal used for a semiconductor integrated circuit device, and a method of manufacturing an epitaxial wafer from the silicon single crystal manufactured by the method. More specifically, when growing an epitaxial layer on a wafer obtained from a nitrogen-doped silicon single crystal, defects such as stacking faults and dislocations (hereinafter referred to as “epitaxial defects”) generated in the epitaxial layer are generated. The present invention relates to a method for manufacturing an epitaxial wafer which exhibits a small and excellent gettering action at the same time.

【0002】[0002]

【従来技術】近年、シリコン半導体デバイスの集積高密
度化は、急速に進展しており、デバイスを形成するシリ
コンウェーハの品質に関する要求は厳しくなっている。
例えば、ウェーハ上でデバイスが形成される、いわゆる
「デバイス活性領域」において、転位等の結晶欠陥や金
属系不純物はリーク電流の増大やキャリアのライフタイ
ム低下原因となることから、高集積化で形成される回路
が微細になるにともない、一層厳しく制限される。
2. Description of the Related Art In recent years, the integration density of silicon semiconductor devices has been rapidly increasing, and the requirements regarding the quality of silicon wafers forming the devices have become strict.
For example, in the so-called "device active region" where devices are formed on a wafer, crystal defects such as dislocations and metallic impurities cause an increase in leakage current and a reduction in carrier lifetime, so they are formed with high integration. As circuits to be implemented become finer, they are more severely restricted.

【0003】従来から、半導体デバイス用として、チョ
クラルスキー法(以下、「CZ法」という)によって製
造されたシリコン単結晶から切り出されたウェーハが用
いられている。このウェーハには、通常、1018atoms/c
m3程度の過飽和な酸素が含まれている。この酸素はデバ
イス形成時の熱履歴によって、酸素析出物を形成し、転
位や積層欠陥などの結晶欠陥を形成する。しかし、デバ
イスの製造過程で、フィールド酸化膜のLOCOS(lo
cal oxidation of silicon)による形成やウエル拡散層
の形成時に、1100℃程度で数時間保持されるため、ウェ
ーハ表面近傍では酸素の外方拡散によって、厚さ数十μ
m前後の結晶欠陥のない、いわゆるDZ層(denuded zon
e)が形成される。このDZ層がデバイス活性領域となる
ので、結晶欠陥の発生が自然に抑制されていた。
Conventionally, a wafer cut from a silicon single crystal manufactured by the Czochralski method (hereinafter referred to as “CZ method”) has been used for semiconductor devices. This wafer typically contains 10 18 atoms / c
m 3 approximately supersaturated oxygen is contained. This oxygen forms an oxygen precipitate due to the thermal history at the time of device formation, and forms crystal defects such as dislocations and stacking faults. However, during the device manufacturing process, the LOCOS (lo
During the formation by cal oxidation of silicon and the formation of the well diffusion layer, it is maintained at about 1100 ° C for several hours.
so-called DZ layer (denuded zon
e) is formed. Since this DZ layer becomes a device active region, generation of crystal defects was naturally suppressed.

【0004】ところが、半導体デバイスの微細化にとも
ない、ウエル形成に高エネルギーイオン注入が採用さ
れ、デバイスプロセスが1000℃以下の低温で行われるよ
うになると、上記酸素外方拡散が十分に起こらず表面近
傍でDZ層が十分に形成されなくなる。このためウェー
ハの低酸素化が行われてきたが、結晶欠陥の発生を完全
に抑制することは困難であった。
However, with the miniaturization of semiconductor devices, high-energy ion implantation is used for forming wells, and when the device process is performed at a low temperature of 1000 ° C. or less, the above-mentioned oxygen outdiffusion does not sufficiently occur, and the surface of the oxygen is not sufficiently generated. The DZ layer is not sufficiently formed in the vicinity. For this reason, the oxygen of the wafer has been reduced, but it has been difficult to completely suppress the generation of crystal defects.

【0005】このようなことから、結晶欠陥をほぼ完全
に含まないエピタキシャル層をウェーハ上に成長させた
エピタキシャルウェーハが開発され、高集積化デバイス
に多く用いられるようになっている。しかし、結晶の完
全性が高いエピタキシャルウェーハを用いても、その後
のデバイス工程におけるエピタキシャル層の金属不純物
汚染によって、デバイス特性が悪化することになる。
[0005] Under such circumstances, an epitaxial wafer in which an epitaxial layer substantially free of crystal defects is grown on the wafer has been developed and has been widely used for highly integrated devices. However, even if an epitaxial wafer with high crystal perfection is used, device characteristics will be degraded due to metal impurity contamination of the epitaxial layer in a subsequent device process.

【0006】このような金属系元素の不純物による汚染
は、集積が高密度化するほどプロセスも複雑になって、
その機会が増加し影響も大きくなってくる。汚染の排除
は基本的にはプロセス環境および使用材料のクリーン化
にあるが、デバイスプロセスにおいて完全になくすこと
は困難であり、その対処手段としてゲッタリング技術が
必要になる。これは、汚染により侵入してきた不純物元
素をデバイス活性領域外の場所(シンク)に捕獲し、無
害化する手段である。
[0006] The contamination by such impurities of the metal element becomes more complicated as the integration becomes higher in density.
The opportunities increase and the impact increases. The elimination of contamination basically consists in making the process environment and the materials used clean, but it is difficult to completely eliminate it in the device process, and a gettering technique is required as a countermeasure. This is a means for capturing the impurity element that has entered due to contamination at a location (sink) outside the device active region and rendering it harmless.

【0007】ゲッタリング技術としては、デバイスプロ
セスの熱処理中に自然に誘起される酸素起因の酸素析出
物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、単に「I
G」とする)と呼ばれるものがある。しかし、エピタキ
シャル工程で1050℃〜1200℃の高温熱処理がウェーハに
施されると、シリコン単結晶から切り出されたウェーハ
に内在する酸素析出核が縮小、消滅し、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
る酸素析出核を充分に誘起することが困難になる。この
ため、このゲッタリング技術を適用しても、プロセス全
体にわたって金属不純物に対して充分なIG効果を望め
ないという問題が生じる。
As a gettering technique, intrinsic gettering (hereinafter simply referred to as "I"), which captures an impurity element by utilizing oxygen precipitates caused by oxygen naturally induced during heat treatment in a device process.
G ”). However, when the wafer is subjected to a high-temperature heat treatment of 1050 ° C. to 1200 ° C. in the epitaxial process, the oxygen precipitation nuclei inherent in the wafer cut out of the silicon single crystal shrink and disappear, and in the subsequent device process, the wafer becomes It becomes difficult to sufficiently induce oxygen precipitation nuclei as a gettering source. Therefore, even if this gettering technique is applied, there arises a problem that a sufficient IG effect on metal impurities cannot be expected over the entire process.

【0008】従来から、このような問題を解決するた
め、CZ法によって単結晶を育成する際に窒素をドープ
し、エピタキシャル工程で施される高温熱処理によって
も消失し難い酸素析出核をウェーハ内部に形成するシリ
コン単結晶の製造方法が提案されている(例えば、特開
平11−189493号公報および特開2000−44389号公報等参
照)。
Conventionally, in order to solve such a problem, nitrogen is doped when growing a single crystal by the CZ method, and oxygen precipitation nuclei which are hardly lost even by a high-temperature heat treatment performed in an epitaxial process are formed inside the wafer. A method for producing a silicon single crystal to be formed has been proposed (see, for example, JP-A-11-189493 and JP-A-2000-44389).

【0009】提案された製造方法によれば、CZ法によ
って窒素をドープして育成することによって、結晶中の
酸素析出核の熱的安定性を増加させ、エピタキシャル工
程によっても酸素析出核が縮小、消滅しないシリコン単
結晶が得られる。そして、この単結晶から切り出された
ウェーハであれば、エピタキシャル工程後に残存した酸
素析出核はデバイス工程の初期段階から酸素析出物を形
成し、ゲッタリングのシンクとして有効に作用するた
め、デバイス工程の初期段階からIG効果が期待できる
としている。
According to the proposed manufacturing method, the thermal stability of the oxygen precipitate nuclei in the crystal is increased by doping and growing nitrogen by the CZ method, and the oxygen precipitate nuclei are reduced by the epitaxial process. A silicon single crystal that does not disappear can be obtained. In the case of a wafer cut out of this single crystal, oxygen precipitate nuclei remaining after the epitaxial process form oxygen precipitates from the initial stage of the device process and effectively act as a gettering sink, so The IG effect can be expected from the initial stage.

【0010】しかしながら、その後の研究結果によれ
ば、窒素を高濃度にドープした場合、例えば、窒素を1
×1014atoms/cm3以上の濃度でドープすると、エピタキ
シャル工程での高温熱処理でも消失しない熱的に安定し
た酸素析出核は、ウエーハ内部およびウエーハ表面近傍
においても形成される。このため、エピタキシャル工程
において、ウエーハ表面近傍に形成された熱的に安定な
酸素析出核を起点として、エピタキシャル層に積層欠陥
や転位等が発生し、エピタキシャル欠陥を誘起し易くな
るという問題があることが判明した。このエピタキシャ
ル欠陥は、デバイスリーク電流の増大や、酸化膜耐圧の
劣化等を引き起こすことになる。
[0010] However, according to the results of subsequent research, when nitrogen is doped at a high concentration, for example, nitrogen is doped at 1%.
When doped at a concentration of × 10 14 atoms / cm 3 or more, thermally stable oxygen precipitate nuclei that are not lost even by high-temperature heat treatment in the epitaxial process are formed inside the wafer and in the vicinity of the wafer surface. Therefore, in the epitaxial process, stacking faults and dislocations are generated in the epitaxial layer starting from the thermally stable oxygen precipitation nuclei formed in the vicinity of the wafer surface, and there is a problem that epitaxial defects are easily induced. There was found. This epitaxial defect causes an increase in device leak current, a deterioration in oxide film breakdown voltage, and the like.

【0011】一方、窒素を低濃度にドープした場合、例
えば、窒素を5×1013atoms/cm3以下の濃度でドープす
ると、エピタキシャル欠陥発生という問題は見られない
ものの、窒素添加による酸素析出核の熱安定性を増加さ
せるという効果が低いため、エピタキシャル工程での高
温熱処理によりウエーハ内部の酸素析出核までもが消滅
してしまい、その後、デバイス工程での高温熱処理を受
けても余り酸素析出物が形成されず、IG効果が低いと
いう問題がある。
Meanwhile, when doped with nitrogen in a low concentration, for example, when nitrogen is doped at a concentration of 5 × 10 13 atoms / cm 3 or less, although not seen a problem that epitaxial defects, oxygen precipitation nuclei by nitrogen addition Since the effect of increasing the thermal stability of the wafer is low, even high-temperature heat treatment in the epitaxial process causes even the oxygen precipitation nuclei inside the wafer to disappear. Is not formed, and the IG effect is low.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した窒
素ドープにともなうエピタキシャル欠陥に関する問題に
鑑みてなされたものであり、窒素をドープして育成され
たシリコン単結晶から作製されたエピタキシャルウェー
ハであっても、エピタキシャル欠陥の発生が抑制される
と同時に、デバイス工程での高温熱処理において十分に
酸素析出物が形成されるシリコン単結晶の製造方法およ
びエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを
目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems relating to epitaxial defects accompanying nitrogen doping, and has been made in consideration of an epitaxial wafer formed from a silicon single crystal grown by doping with nitrogen. Even so, the object of the present invention is to provide a method for manufacturing a silicon single crystal and a method for manufacturing an epitaxial wafer, in which the occurrence of epitaxial defects is suppressed and at the same time, oxygen precipitates are sufficiently formed in a high-temperature heat treatment in a device process. I have.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、CZ法で
窒素をドープした単結晶中に形成された酸素析出核の熱
安定性に及ぼす結晶熱履歴の影響を調査するために、直
径6”のシリコン単結晶を用いて、途中過程での引上げ
速度の変更実験を行った。
Means for Solving the Problems The present inventors have investigated the effect of crystal heat history on the thermal stability of oxygen precipitation nuclei formed in nitrogen-doped single crystals by the CZ method. Using a 6 ″ silicon single crystal, an experiment was performed to change the pulling speed in the middle of the process.

【0014】具体的な実験の方法としでは、引上げ速度
が0.7mm/minで長さ500mmまで直胴部を育成し、長さ500
mmの時点で引上げ速度を減速して0.2mm/minに、または
増速して1.2mm/minに変化させて、長さ550mmまで育成
する。その後は、再び、引上げ速度を0.7mm/minに戻し
て、そのまま850mmまで育成した後、テール絞りを行っ
て引上を終了する。このとき、単結晶にドープされた窒
素濃度は、1×1013atoms/cm3とした。
According to a specific experimental method, a straight body is grown up to a length of 500 mm at a pulling speed of 0.7 mm / min, and a length of 500 mm.
At the time of mm, the pulling speed is reduced to 0.2 mm / min or increased to 1.2 mm / min to grow to a length of 550 mm. After that, the pulling speed is returned to 0.7 mm / min again, and the seedling is grown to 850 mm, and then the tail drawing is performed to finish the pulling. At this time, the concentration of nitrogen doped in the single crystal was 1 × 10 13 atoms / cm 3 .

【0015】このようにして育成された単結晶は、引上
げ速度の変更にともなって、引上げ速度を減速した場合
には、減速開始時の温度から低温側へ100℃前後の温度
範囲で徐冷され、一方、引上げ速度を増速した場合に
は、減速開始時の温度から低温側へ100℃前後の温度範
囲で急冷されることになる。引上げ後に、単結晶のうち
1400〜800℃の温度範囲で冷却された部位からサンプル
を切り出して、高温熱処理として1100℃×16hrの処理を
行い、熱処理誘起欠陥の個数を測定して、酸素析出物密
度を測定し、CZ引上げで形成された酸素析出物の熱安
定性について調査した。
When the pulling speed is reduced in accordance with the change of the pulling speed, the single crystal grown in this manner is gradually cooled from the temperature at the start of the deceleration to a lower temperature side in a temperature range of about 100 ° C. On the other hand, when the pulling speed is increased, the temperature is rapidly cooled from the temperature at the start of deceleration to a lower temperature side in a temperature range of about 100 ° C. After pulling, of the single crystal
A sample is cut out from the part cooled in the temperature range of 1400 to 800 ° C, subjected to a high-temperature heat treatment at 1100 ° C x 16 hours, the number of heat-induced defects is measured, the oxygen precipitate density is measured, and the CZ is pulled up. The thermal stability of the oxygen precipitate formed in was investigated.

【0016】図1は、CZ法による途中過程での引上げ
速度の変更実験による熱処理誘起欠陥の個数と引上げ速
度変更開始時の温度との関係を示す図である。図1の結
果から、1150℃〜1020℃の温度範囲を急冷することによ
って、熱処理誘起欠陥の個数が増加し、酸素析出物の密
度が増大することが分かる。また、1000℃〜850℃の温
度範囲を徐冷することによっても、酸素析出物の密度が
安定して増大していることが分かる。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the number of heat treatment-induced defects and the temperature at the start of the pulling rate change in an experiment of changing the pulling rate in the middle of the process by the CZ method. From the results in FIG. 1, it can be seen that by rapidly cooling the temperature range of 1150 ° C. to 1020 ° C., the number of heat treatment induced defects increases and the density of oxygen precipitates increases. Also, it can be seen that the density of oxygen precipitates is stably increased by gradually cooling in the temperature range of 1000 ° C to 850 ° C.

【0017】さらに、本発明者らは、窒素ドープによる
単結晶の育成時に形成する空孔型欠陥である空洞、およ
び酸素析出核が形成する温度範囲を調査するため、CZ
法による切り離し急冷実験を行った。具体的には、単結
晶の直胴部を所定長さ形成した後、引上げを所定時間停
止し、その後、単結晶を融液から切り離して、単結晶の
欠陥密度を測定する実験方法である(必要なれば、特開
平10−236897号公報参照)。
Furthermore, the present inventors investigated the temperature range in which cavities, which are vacancy-type defects formed during the growth of single crystals by nitrogen doping, and the temperature range in which oxygen precipitation nuclei are formed.
Separation quenching experiment by the method was performed. Specifically, after forming a straight body of a single crystal for a predetermined length, the pulling is stopped for a predetermined time, and thereafter, the single crystal is separated from the melt, and the defect density of the single crystal is measured ( If necessary, see JP-A-10-236897).

【0018】上記の実験では、結晶育成時の欠陥形成温
度を顕著にするため、窒素を1×10 14atoms/cm3の濃度
でドープして、直径6”シリコン単結晶を育成する。実
験条件は、引上げ速度1.Omm/minで直胴部を育成中に5
Hr結晶育成を止めて、次いで固液界面から切り離した
後、単結晶を引上げ方向に縦割り加工して、空洞欠陥の
発生密度を測定することとしている。そして、空洞欠陥
の検出には、バイオラッド社製の欠陥検出装置OPP
(Optical Precipitate Profiler)を用いてその密度を
評価した。
In the above experiment, the defect formation temperature during crystal growth was
Nitrogen should be 1 × 10 14atoms / cmThreeConcentration of
To grow a 6 ″ diameter silicon single crystal.
The test conditions were as follows: 5 while raising the straight body at a pulling speed of 1.0 mm / min.
Hr crystal growth stopped, then separated from solid-liquid interface
Later, the single crystal is vertically split in the pulling direction to
The generation density is to be measured. And cavity defects
Is detected by Bio-Rad's defect detector OPP
(Optical Precipitate Profiler)
evaluated.

【0019】図2は、CZ法による切り離し急冷実験に
よるOPP欠陥密度と結晶切り離し時の温度との関係を
示す図である。図2の結果から、空洞欠陥が形成し易い
温度範囲は1100℃〜1020℃であることが分かる。従来、
窒素を添加しない場合には、空洞欠陥が形成する温度域
は、1100℃〜1070℃であることが報告されていた(H.Ni
shikawa、T. Tanaka,Y. Yanase,M. Hourai, M. Sanno
and H. Tsuya,Jpn.J. Appl. Phys. Vol36(1997)p65
95)。しかし、上記の結果から、窒素をドープすること
で欠陥形成の温度域が約50℃低温側に広がることが明ら
かとなる。すなわち、窒素を添加することによって、空
孔の拡散が抑制され、1070℃以下でも空孔の過飽和度が
高く空洞欠陥を形成したことを示している。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the OPP defect density and the temperature at the time of crystal separation in a separation and rapid cooling experiment by the CZ method. From the results in FIG. 2, it can be seen that the temperature range in which cavity defects are easily formed is 1100 ° C. to 1020 ° C. Conventionally,
It was reported that when nitrogen was not added, the temperature range in which cavity defects were formed was 1100 ° C to 1070 ° C (H.Ni
shikawa, T. Tanaka, Y. Yanase, M. Hourai, M. Sanno
and H. Tsuya, Jpn.J. Appl. Phys. Vol36 (1997) p65
95). However, from the above results, it becomes clear that the temperature range of defect formation is expanded to about 50 ° C. lower by doping with nitrogen. That is, it is indicated that the addition of nitrogen suppressed the diffusion of vacancies, and the vacancies had a high degree of supersaturation even at 1070 ° C. or less, and formed cavity defects.

【0020】次に、酸素析出核の形成温度を明らかにす
るため、切り離し急冷実験による試料を1050℃で4hrの
等温熱処理後に、エッチングしてその密度を測定した。
Next, in order to clarify the formation temperature of the oxygen precipitation nucleus, the sample obtained by the cutting and quenching experiment was subjected to an isothermal heat treatment at 1050 ° C. for 4 hours and then etched to measure its density.

【0021】図3は、CZ法による切り離し急冷実験に
よるエッチピット密度と結晶切り離し時の温度との関係
を示す図である。図3の結果から、切り離し時の温度が
1050℃以下でエッチピットが観察されることが分かる。
特に、切り離し時の温度が1050℃〜800℃の範囲で顕著
である。これは、結晶育成時の冷却過程において、安定
な酸素析出核は1050℃以下の温度範囲で形成されている
ことを示している。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the etch pit density and the temperature at the time of crystal separation in a separation and rapid cooling experiment by the CZ method. From the results in Fig. 3, the temperature at the time of disconnection is
It can be seen that etch pits are observed below 1050 ° C.
In particular, it is remarkable when the temperature at the time of separation is in the range of 1050 ° C to 800 ° C. This indicates that stable oxygen precipitation nuclei are formed in a temperature range of 1050 ° C. or less in the cooling process during crystal growth.

【0022】従来、窒素を添加しない結晶では、酸素析
出核の形成が観察されるのは切り離し時の温度が900℃
以下の温度範囲であるとされていたが、上記の結果か
ら、窒素を添加することによって、酸素析出核の形成す
る温度範囲が高温化したことが分かる。これは、窒素添
加の影響で残留空孔が増大して、酸素析出核が形成する
自由エネルギーが低下し、従来より高温の温度領域で酸
素析出核の形成が可能になったからである。
Conventionally, in crystals without addition of nitrogen, formation of oxygen precipitation nuclei is observed only when the temperature at the time of separation is 900 ° C.
Although the temperature range was described as follows, it can be seen from the above results that the temperature range in which oxygen precipitation nuclei were formed was increased by adding nitrogen. This is because the residual vacancies increase due to the effect of nitrogen addition, the free energy for forming oxygen precipitation nuclei decreases, and it becomes possible to form oxygen precipitation nuclei in a higher temperature range than before.

【0023】本発明は、上述したCZ法による引上げ速
度変更実験および切り離し急冷実験によって得られた知
見に基づいて完成されたものであり、特に、ドープする
窒素濃度に応じて、エピタキシャル欠陥が発生せず、酸
素析出物密度に優れた単結晶を製造するための適正な冷
却速度が存在することを知見し、本発明を完成させたも
のである。
The present invention has been completed on the basis of the findings obtained by the above-described pulling speed change experiment and the separation quenching experiment by the CZ method. In particular, epitaxial defects are generated according to the concentration of nitrogen to be doped. The present inventors have found that there is an appropriate cooling rate for producing a single crystal having an excellent oxygen precipitate density, and have completed the present invention.

【0024】請求項1に記載されるシリコン単結晶の製
造方法は、CZ法によって窒素が1×1012atoms/cm3
1×1014atoms/cm3の範囲でドープされたシリコン単結
晶の製造方法であって、単結晶が1150℃〜1020℃である
温度範囲で冷却速度を2.7℃/min以上とすることを特徴
としている(以下、「第1の方法」という)。
In the method of manufacturing a silicon single crystal according to the first aspect, nitrogen is preferably 1 × 10 12 atoms / cm 3 or less by a CZ method.
A method for producing a silicon single crystal doped in a range of 1 × 10 14 atoms / cm 3 , wherein a cooling rate is set to 2.7 ° C./min or more in a temperature range where the single crystal is 1150 ° C. to 1020 ° C. (Hereinafter, referred to as “first method”).

【0025】第1の方法において、ドープする窒素濃度
の範囲を1×1012atoms/cm3〜1×1014atoms/cm3と限
定するのは、1×1012atoms/cm3よりも濃度が低い場合
には、酸素析出核の熱安定性効果が低いために、エピタ
キシャル工程の高温熱処理によりウエーハ内部の酸素析
出核まで消滅してしまうからであり、1×1014atoms/c
m3よりも濃度が高い場合には、逆に酸素析出核の熱安定
性効果が高すぎるために、エピタキシャル工程の高温熱
処理を受けてもウエーハ表面近傍に存在する熱安定性の
高い酸素析出核が消滅せず、エピタキシャル欠陥を発生
させてしまうからである。
In the first method, the range of the concentration of nitrogen to be doped is limited to 1 × 10 12 atoms / cm 3 to 1 × 10 14 atoms / cm 3 because the concentration of nitrogen is lower than 1 × 10 12 atoms / cm 3. Is low, the thermal stability effect of the oxygen precipitate nuclei is low, so that the oxygen precipitate nuclei inside the wafer are extinguished by the high-temperature heat treatment in the epitaxial step, and 1 × 10 14 atoms / c
If concentrations than m 3 is high, in the thermal stability effect of oxygen precipitation nuclei is too high, high thermal stability oxygen precipitate nuclei present in the vicinity of the wafer surface even when subjected to high temperature heat treatment of the epitaxial step Does not disappear and an epitaxial defect is generated.

【0026】冷却する温度範囲を1150℃〜1020℃と限定
するのは、前記図1の結果から明らかなように、この温
度範囲を急冷することによって、熱処理誘起欠陥の個数
が増加し、酸素析出物の密度が増大することができるか
らである。さらに、冷却速度を2.7℃/min以上の急冷と
規定しているのは、上述の引上げ速度変更試験で確保さ
れる冷却速度であり、十分な冷却効果が発揮されること
を確認している。
The reason why the temperature range for cooling is limited to 1150 ° C. to 1020 ° C. is that, as is apparent from the result of FIG. This is because the density of the object can be increased. Furthermore, what sets the cooling rate to be rapid cooling of 2.7 ° C./min or more is the cooling rate secured in the pulling rate change test described above, and it has been confirmed that a sufficient cooling effect is exhibited.

【0027】すなわち、第1の方法では、窒素濃度の範
囲を1×1012atoms/cm3〜1×1014atoms/cm3と比較的
低濃度にすることで、熱的に安定な酸素析出核の形成を
抑制し、一方で単結晶が1150℃〜1020℃の温度範囲で急
冷することによって、固液界面で取り込まれた空孔の凝
集を阻止して残留空孔の濃度を高く保つことにより、酸
素析出核の形成をより高温側で開始させて、酸素析出核
の成長を図るものである。これによりエピタキシャル欠
陥の発生を防止し、エピタキシャル成長後の熱処理にお
いても十分に酸素析出物を形成することができる。
That is, in the first method, by setting the range of the nitrogen concentration to a relatively low concentration of 1 × 10 12 atoms / cm 3 to 1 × 10 14 atoms / cm 3 , thermally stable oxygen deposition Suppress nucleation while keeping the single crystal quenched in the temperature range of 1150 ° C to 1020 ° C to prevent agglomeration of vacancies captured at the solid-liquid interface and keep the concentration of residual vacancies high Thus, the formation of oxygen precipitation nuclei is started at a higher temperature, thereby achieving the growth of oxygen precipitation nuclei. Thereby, generation of epitaxial defects can be prevented, and oxygen precipitates can be sufficiently formed even in heat treatment after epitaxial growth.

【0028】請求項2に記載されるシリコン単結晶の製
造方法は、CZ法によって窒素が1×1012atoms/cm3
1×1014atoms/cm3の範囲でドープされたシリコン単結
晶の製造方法であって、単結晶が1150℃〜1020℃である
温度範囲での冷却速度を2.7℃/min以上とし、次いで10
00℃〜850℃の温度範囲での冷却速度を1.2℃/min以下
とすることを特徴としている(以下、「第2の方法」と
いう)。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a silicon single crystal, wherein nitrogen is set to 1 × 10 12 atoms / cm 3 or less by a CZ method.
A method for producing a silicon single crystal doped in the range of 1 × 10 14 atoms / cm 3 , wherein the single crystal has a cooling rate of 2.7 ° C./min or more in a temperature range of 1150 ° C. to 1020 ° C.
The cooling rate in the temperature range of 00 ° C. to 850 ° C. is 1.2 ° C./min or less (hereinafter, referred to as “second method”).

【0029】第2の方法は、1000℃〜850℃の温度範囲
での冷却速度を1.2℃/min以下にする規定を除いては、
第1の方法と同じである。ここで、1000℃〜850℃の温
度範囲で徐冷することとしているのは、前記図1の結果
から明らかなように、この温度範囲を徐冷することによ
っても、酸素析出核の成長が促進されるからであり、こ
れにより比較的サイズの大きな酸素析出核を形成するこ
とができる。
The second method is as follows, except that the cooling rate in the temperature range of 1000 ° C. to 850 ° C. is set to 1.2 ° C./min or less.
It is the same as the first method. Here, the slow cooling in the temperature range of 1000 ° C. to 850 ° C. is, as is apparent from the results of FIG. 1, that the slow cooling in this temperature range also promotes the growth of oxygen precipitation nuclei. This makes it possible to form oxygen precipitation nuclei having a relatively large size.

【0030】限定された温度範囲での冷却速度を1.2℃
/min以下の徐冷と規定しているのは、上述の引上げ速
度変更試験に基づくものであり、十分な酸素析出核の成
長が図れるからである。
The cooling rate in a limited temperature range is 1.2 ° C.
The reason why the slow cooling is set to be not more than / min is based on the above-mentioned pulling rate change test, and is because sufficient growth of oxygen precipitation nuclei can be achieved.

【0031】請求項3に記載されるシリコン単結晶の製
造方法は、CZ法によって窒素が5×1013atoms/cm3
1×1016atoms/cm3の範囲でドープされたシリコン単結
晶の製造方法であって、単結晶が1150℃〜800℃の温度
範囲での冷却速度を6.5℃/min以上とすることを特徴と
する(以下、「第3の方法」という)。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a silicon single crystal, wherein nitrogen is 5 × 10 13 atoms / cm 3 or less by a CZ method.
A method for producing a silicon single crystal doped in the range of 1 × 10 16 atoms / cm 3 , wherein the single crystal has a cooling rate of 6.5 ° C./min or more in a temperature range of 1150 ° C. to 800 ° C. (Hereinafter, referred to as “third method”).

【0032】エピタキシャル欠陥の発生を防止する観点
からは、窒素濃度を低く設定することが有効であること
は上述の通りであるが、窒素濃度を高くすることはウエ
ーハ内部の酸素析出核が熱的に安定化し、高温熱処理に
よりその消滅が抑制されて、酸素析出物密度の増大に寄
与することから、これを利用することは有効である。
As described above, it is effective to set the nitrogen concentration low from the viewpoint of preventing the generation of epitaxial defects. However, when the nitrogen concentration is increased, the oxygen precipitation nuclei inside the wafer are thermally reduced. Therefore, it is effective to use the heat treatment since high temperature heat treatment suppresses its disappearance and contributes to increase in oxygen precipitate density.

【0033】このため、本発明者は熱的に安定な酸素析
出核であっても、そのサイズが大きくなければ、エピタ
キシャル成長の高温熱処理によってウエーハ表面近傍の
酸素析出核は消滅すると考え、第3の方法を発明するに
至った。
Therefore, the present inventor believes that even if the thermally stable oxygen precipitation nuclei are not large in size, the oxygen precipitation nuclei near the wafer surface will disappear by the high-temperature heat treatment of epitaxial growth. Invented a method.

【0034】第3の方法では、まずドープする窒素濃度
の範囲を5×1013atoms/cm3〜1×1016atoms/cm3と比
較的高濃度にすることによって、熱的に安定な酸素析出
核の形成を図っている。そして、1150℃〜800℃の温度
範囲を6.5℃/min以上で急冷することことによって、空
洞欠陥が形成する温度範囲(前記図2参照)と酸素析出
核が成長する温度範囲(前記図3参照)に相当する1150
℃〜800℃の温度範囲を出来るだけ急冷することで、エ
ピタキシャル欠陥の発生原因と推定される空洞欠陥の形
成および熱的に安定な酸素析出核の成長それぞれについ
て、その抑制を図っている。
In the third method, first, the range of the concentration of nitrogen to be doped is set to a relatively high concentration of 5 × 10 13 atoms / cm 3 to 1 × 10 16 atoms / cm 3 , so that a thermally stable oxygen is added. The formation of precipitation nuclei is aimed at. By rapidly cooling the temperature range of 1150 ° C. to 800 ° C. at 6.5 ° C./min or more, a temperature range in which cavity defects are formed (see FIG. 2) and a temperature range in which oxygen precipitate nuclei grow (see FIG. 3) 1150)
By cooling as quickly as possible in the temperature range of ℃ to 800 ℃, the formation of cavity defects and the growth of thermally stable oxygen precipitate nuclei, which are presumed to be the cause of epitaxial defects, are suppressed.

【0035】第3の方法でドープする窒素濃度の上限を
1×1016atoms/cm3以下としているのは、これを超える
と単結晶育成時に結晶軸切れ発生による単結晶の有転位
化が多発し、製品歩留まりが大きく低下してしまうから
である。また、冷却速度を6.5℃/min以上の急冷と規定
しているのは、これより低いと、ドープする窒素濃度が
高いために空孔の凝縮を抑制する効果が小さく、酸素析
出核の成長を抑制する効果が低いことから、熱的に安定
なサイズの大きな酸素析出核が形成されてしまうからで
ある。
The upper limit of the nitrogen concentration to be doped in the third method is set to 1 × 10 16 atoms / cm 3 or less. If the upper limit is exceeded, dislocation of the single crystal due to generation of a crystal axis breakage occurs during single crystal growth. However, the product yield is greatly reduced. Also, the cooling rate is defined as rapid cooling at 6.5 ° C./min or more. If the cooling rate is lower than this, the effect of suppressing the condensation of vacancies is small due to the high concentration of nitrogen to be doped. This is because a large oxygen precipitation nucleus having a thermally stable large size is formed because the effect of suppressing is low.

【0036】請求項4に記載されるエピタキシャルウェ
ーハの製造方法では、第1〜第3の方法で得られたシリ
コン単結晶から切り出されたシリコンウェーハの表面上
に、エピタキシャル層を成長させることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an epitaxial wafer, wherein an epitaxial layer is grown on a surface of a silicon wafer cut from a silicon single crystal obtained by the first to third methods. And

【0037】優れたIG効果を発揮するとともに、エピ
タキシャル欠陥の発生が少ないエピタキシャルウェーハ
を製造することができる。言い換えると、デバイス活性
領域に欠陥がない高品質のエピタキシャルウェーハを製
造することができる。
It is possible to produce an epitaxial wafer which exhibits an excellent IG effect and has few epitaxial defects. In other words, a high quality epitaxial wafer having no defect in the device active region can be manufactured.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】本発明では、十分なIG効果を得
るために必要な酸素析出量を確保するため、育成する単
結晶中の酸素濃度を4×1017atoms/cm3(ASTM'79)以
上にすることが望ましい。前述の通り、CZ法によって
製造されたシリコン単結晶には、通常、1018atoms/cm3
程度の過飽和な酸素が含まれているが、含有される酸素
濃度が不足すると、ウェーハ強度が著しく低下したり、
十分なIG効果が発揮できなくなるからである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, the oxygen concentration in a single crystal to be grown is set to 4 × 10 17 atoms / cm 3 (ASTM'79 ) Is desirable. As described above, a silicon single crystal manufactured by the CZ method usually contains 10 18 atoms / cm 3
Although the degree of supersaturated oxygen is contained, if the contained oxygen concentration is insufficient, the wafer strength is significantly reduced,
This is because a sufficient IG effect cannot be exhibited.

【0039】本発明で採用するドープの方法は、所要濃
度の窒素をドープできるのであれば、どもような方法で
もよく、例えば、原料中または融液中への窒化物の混
合、窒素を添加したフローティングゾーン法(FZ法)
によるシリコン結晶や表面に窒化珪素膜を形成させたウ
ェーハの原料への混合、炉内への窒素あるいは窒素化合
物ガスを流しながらの単結晶育成、溶融前の高温にて多
結晶シリコンへの窒素あるいは窒素化合物ガスの吹き付
け、窒化物製るつぼの使用等があげられる。
The doping method employed in the present invention may be any method as long as it can dope a required concentration of nitrogen. For example, mixing of a nitride in a raw material or a melt, and addition of nitrogen Floating zone method (FZ method)
Of silicon crystal and wafer with silicon nitride film formed on the surface by mixing, raw material growth, single crystal growth while flowing nitrogen or nitrogen compound gas into furnace, nitrogen to polycrystalline silicon at high temperature before melting Blowing of a nitrogen compound gas, use of a crucible made of nitride and the like can be mentioned.

【0040】本発明で製造されるエピタキシャルウェー
ハは、第1〜第3の方法で窒素ドープされ、熱履歴が制
御されたシリコン単結晶をスライスし、表面を研磨、洗
浄後にエピタキシャル層が形成される。エピタキシャル
層を成長させる際には、上述の単結晶を切り出したウェ
ーハ表面に、気相成長法の熱分解法など、結晶欠陥のな
いエピタキシャル層の形成方法であればどのような方法
でも適用することができる。
The epitaxial wafer manufactured according to the present invention is doped with nitrogen by the first to third methods, slices a silicon single crystal having a controlled thermal history, polishes the surface, and forms an epitaxial layer after cleaning. . When growing an epitaxial layer, apply any method for forming an epitaxial layer without crystal defects, such as a thermal decomposition method of a vapor phase growth method, on the wafer surface obtained by cutting out the single crystal described above. Can be.

【0041】[0041]

【実施例】本発明の第1〜第3の方法の効果を確認する
ため、下記の実施例1〜3に基づいて確認試験を実施し
た。ただし、本発明の内容は、これらの実施例に限定さ
れるものではない。
EXAMPLES In order to confirm the effects of the first to third methods of the present invention, confirmation tests were performed based on the following Examples 1 to 3. However, the content of the present invention is not limited to these examples.

【0042】図4は、実施例で用いたCZ法によるシリ
コン単結晶の製造装置の概略構成を説明する図である。
装置の中心位置に坩堝1が配され、石英製容器1aとこの
外側に嵌合された黒鉛製容器1bとから構成されている。
坩堝1の外周には、加熱ヒーター2が同心円筒状に配設
され、坩堝1内にはこの加熱ヒーターにより溶融された
融液3が収容されている。坩堝1の上方には、引上げ軸
4が種結晶5を装着して、回転、および昇降可能に垂設
され、種結晶5の下端から単結晶6を成長させていく。
そして、育成される単結晶6を囲繞して熱シールド材7
が配置される。
FIG. 4 is a view for explaining a schematic configuration of an apparatus for producing a silicon single crystal by the CZ method used in the embodiment.
A crucible 1 is arranged at the center of the apparatus, and is composed of a quartz container 1a and a graphite container 1b fitted to the outside thereof.
A heater 2 is disposed concentrically around the outer periphery of the crucible 1, and a melt 3 melted by the heater is accommodated in the crucible 1. Above the crucible 1, a pulling shaft 4 is provided with a seed crystal 5 attached thereto, and is rotatably and vertically movable so that the single crystal 6 can be grown from the lower end of the seed crystal 5.
The heat shield material 7 surrounds the single crystal 6 to be grown.
Is arranged.

【0043】第2の方法では、第1の方法に加え1000℃
〜850℃の温度範囲で徐冷することとしている。第2の
方法を図4に示す製造装置を用いて実施するには、種々
の方法がある。例えば、熱シールド材7を最適化するこ
とによっても可能になる。図5に示すように、熱シール
ド材7の断熱材を部分的に薄くすることによって、加熱
ヒーター2からの熱輻射量を増加させ、シリコン単結晶
が1000℃〜850℃の温度範囲で徐冷することができる。 (実施例1)実施例1では、第1の方法の効果を確認す
るため、前記図4に示す製造装置を用いて、8インチ、
p型(100)のシリコン単結晶(初期酸素濃度:1×10
18atoms/cm3(ASTM'79))を製造した。引上げ時の115
0℃〜1020℃の温度範囲の冷却は、引上げ速度を0.7mm/
min〜2.Omm/minの範囲で制御し、ドープする窒素濃度
も変化させて単結晶を製造した。このときの窒素濃度お
よび冷却速度を表1に示す。
In the second method, in addition to the first method, 1000 ° C.
It is to be cooled slowly in the temperature range of ~ 850 ° C. There are various methods for implementing the second method using the manufacturing apparatus shown in FIG. For example, it becomes possible by optimizing the heat shield material 7. As shown in FIG. 5, the heat radiation from the heater 2 is increased by partially thinning the heat insulating material of the heat shield material 7, and the silicon single crystal is gradually cooled in a temperature range of 1000 ° C. to 850 ° C. can do. (Example 1) In Example 1, in order to confirm the effect of the first method, using the manufacturing apparatus shown in FIG.
p-type (100) silicon single crystal (initial oxygen concentration: 1 × 10
18 atoms / cm 3 (ASTM'79)). 115 when pulled up
For cooling in the temperature range of 0 ° C to 1020 ° C, the pulling speed is 0.7mm /
A single crystal was manufactured by controlling the concentration in the range of min to 2.0 mm / min and changing the concentration of nitrogen to be doped. Table 1 shows the nitrogen concentration and the cooling rate at this time.

【0044】製造された単結晶からウェーハを切り出し
て、表面研磨、洗浄後に、堆積温度が1150℃の条件でエ
ピタキシャル層を成長させ、エピタキシャル欠陥密度を
市販の表面欠陥測定装置で測定した。次に、これらのウ
ェーハを1000℃で16時間で熱処理し、ウェーハを劈開し
てライトエッチング液で5分間の選択エッチングを行っ
て、光学顕微鏡にてエッチングピット密度をカウントし
て、ウェーハ中に形成された熱処理誘起の欠陥密度を測
定した。これらの測定結果を表1に示す。
A wafer was cut out from the manufactured single crystal, and after polishing and cleaning the surface, an epitaxial layer was grown at a deposition temperature of 1150 ° C., and the epitaxial defect density was measured by a commercially available surface defect measuring device. Next, these wafers are heat-treated at 1000 ° C for 16 hours, the wafers are cleaved, selective etching is performed for 5 minutes with a light etching solution, and the etching pit density is counted with an optical microscope to form the wafers. The heat treatment induced defect density was measured. Table 1 shows the measurement results.

【0045】[0045]

【表1】 サンプル1は、1150℃〜1020℃の温度範囲での冷却速度
が2.5℃/min以上で急冷され、窒素濃度が1.3×1014ato
ms/cm3と高濃度にドープされているため、熱処理誘起
欠陥は8.7×104/cm2と高密度で観察された。これは高
濃度の窒素添加によって、酸素析出核の熱安定性が著し
く向上したためであるが、同時にエピタキシャル欠陥の
密度も著しく増加している。したがって、窒素濃度が1
×1014atoms/cm3を超えてドープすることは、第1の方
法においてエピタキシャル欠陥の増加を来すので望まし
くないことが分かる。
[Table 1] Sample 1 was quenched at a cooling rate of 2.5 ° C./min or more in a temperature range of 1150 ° C. to 1020 ° C., and the nitrogen concentration was 1.3 × 10 14 ato.
Due to the high concentration of doping at ms / cm 3 , the heat-induced defects were observed at a high density of 8.7 × 10 4 / cm 2 . This is because the thermal stability of the oxygen precipitation nuclei was significantly improved by the addition of a high concentration of nitrogen. At the same time, the density of epitaxial defects was also significantly increased. Therefore, when the nitrogen concentration is 1
It can be seen that doping exceeding × 10 14 atoms / cm 3 is not desirable because it increases epitaxial defects in the first method.

【0046】サンプル2、5は、窒素濃度が1×1014at
oms/cm3以下になるようにドープして、1150℃〜1020℃
の温度範囲での冷却速度が2.5℃/min以下と規定外であ
ったため、熱処理誘起欠陥は6.5×103/cm2以下と低密
度であった。また、エピタキシャル欠陥の密度も低い値
であった。
Samples 2 and 5 have a nitrogen concentration of 1 × 10 14 at.
oms / cm 3 or less, 1150 ℃ ~ 1020 ℃
Since the cooling rate in the temperature range was 2.5 ° C./min or less, which was out of the specified range, the heat treatment-induced defect was as low as 6.5 × 10 3 / cm 2 or less. Further, the density of epitaxial defects was also low.

【0047】一方、サンプル3、4、6、7は、いずれ
も1150℃〜1020℃の温度範囲で2.7℃/min以上で急冷さ
れているので、熱処理誘起欠陥の密度を増大させ、エピ
タキシャル欠陥の密度を低減させることができた。本発
明で規定通りの冷却を実施することによって、固液界面
において取り込まれた空孔の凝集を抑制し、残留空孔濃
度を高くすることによって酸素析出核の成長を促進させ
ることができる。 (実施例2)実施例2では、第2の方法の効果を確認す
るため、図5に示す熱シールド材を使用した単結晶製造
装置を用いて、実施例1と同じ8インチ、p型(100)
のシリコン単結晶を製造した。引上げ時には1150℃〜10
20℃の温度範囲の冷却速度を2.7℃/min以上になり、さ
らに1000℃〜850℃の温度範囲の冷却速度が1.2℃/min
以下になるように、引上げ速度を1.3mm/minで制御し
た。また、ドープする窒素濃度も変化させて単結晶を製
造した。このときの窒素濃度および冷却速度を表2に示
す。
On the other hand, since Samples 3, 4, 6, and 7 were all quenched at a temperature of 1150 ° C. to 1020 ° C. at a rate of 2.7 ° C./min or more, the density of the heat-induced defects was increased, and The density could be reduced. By performing cooling as specified in the present invention, the aggregation of vacancies taken in at the solid-liquid interface can be suppressed, and the growth of oxygen precipitation nuclei can be promoted by increasing the residual vacancy concentration. Example 2 In Example 2, in order to confirm the effect of the second method, the same 8-inch p-type (Example) as in Example 1 was used by using a single crystal manufacturing apparatus using a heat shield material shown in FIG. 100)
Was produced. 1150 ℃ ~ 10 when pulled up
The cooling rate in the temperature range of 20 ° C is 2.7 ° C / min or more, and the cooling rate in the temperature range of 1000 ° C to 850 ° C is 1.2 ° C / min.
The pulling speed was controlled at 1.3 mm / min so as to be as follows. Further, a single crystal was manufactured by changing the concentration of nitrogen to be doped. Table 2 shows the nitrogen concentration and the cooling rate at this time.

【0048】製造された単結晶からウェーハを切り出し
て、表面研磨、洗浄後に、堆積温度が1150℃の条件でエ
ピタキシャル層を成長させ、実施例1と同様に、エピタ
キシャル欠陥密度を測定するとともに、ウェーハ中に形
成された熱処理誘起の欠陥密度を測定した。これらの測
定結果を表2に示す。
A wafer was cut out of the manufactured single crystal, and after polishing and cleaning the surface, an epitaxial layer was grown under the conditions of a deposition temperature of 1150 ° C., and the epitaxial defect density was measured in the same manner as in Example 1. The density of the heat-induced defects formed therein was measured. Table 2 shows the measurement results.

【0049】[0049]

【表2】 サンプル8〜11は全て、第1の方法の冷却条件を満足す
るため、エピタキシャル欠陥密度が低く、熱処理誘起欠
陥の密度もそれなりに高い結果が得られていることがわ
かる。
[Table 2] Samples 8 to 11 all satisfy the cooling conditions of the first method, so that the results show that the epitaxial defect density is low and the heat treatment induced defect density is relatively high.

【0050】サンプル8、9は、更に第2の方法で規定
する1000℃〜850℃の温度範囲の冷却速度が1.2℃/min
以下の徐冷条件を満足するため、エピタキシャル欠陥の
密度は低いままで、低窒素濃度であるサンプル8におい
ても、熱処理誘起欠陥の密度は1.2×104/cm2以上と高
い値が確保されている。
Samples 8 and 9 further have a cooling rate of 1.2 ° C./min in a temperature range of 1000 ° C. to 850 ° C. specified in the second method.
Since the following slow cooling conditions are satisfied, the density of the heat treatment-induced defect is as high as 1.2 × 10 4 / cm 2 or more even in Sample 8 having a low nitrogen concentration while the density of the epitaxial defect remains low. I have.

【0051】サンプル10、11は、第2の方法の冷却条件
を満足しないときの結果であるが、1000℃〜850℃の温
度範囲の冷却速度が異なる以外は、ほぼ同条件であるサ
ンプル9とサンプル11を比較した場合、第2の方法の徐
冷条件を満足するサンプル9において、約2倍の熱処理
誘起欠陥密度が得られていることがわかる。
Samples 10 and 11 are results obtained when the cooling conditions of the second method are not satisfied. However, except that the cooling rates in the temperature range of 1000 ° C. to 850 ° C. are different, samples 9 and 11 have the same conditions. Comparison of Sample 11 shows that Sample 9 satisfying the slow cooling condition of the second method has about twice the heat treatment induced defect density.

【0052】サンプル8、9のように、1150℃〜1020℃
の温度範囲を急冷して早く通過させることで、固液界面
で取り込まれた空孔の凝集を抑制し、残留空孔濃度を高
くして酸素析出核の形成をより高温側から開始させて、
酸素析出核の成長が促進される加えて1000℃〜850℃
の温度範囲を徐冷することによって、さらに酸素析出核
を成長させることができる。 (実施例3)実施例3では、第3の方法の効果を確認す
るため、6インチ、p型(100)のシリコン単結晶(初
期酸素濃度:1.2×1018atoms/cm3(ASTM'79))を製造
した。引上げ時に1150℃〜800℃の温度範囲の冷却速度
は、引上げ速度を1.2mm/minまたは1.9mm/minの2条件
で変化させて制御して単結晶を製造した。単結晶にドー
プする窒素は、5×1014atoms/cm3と高濃度とした。こ
のときの条件を表3に示す。
As in Samples 8 and 9, 1150 ° C to 1020 ° C
By rapidly cooling and passing through the temperature range of above, the aggregation of vacancies taken in at the solid-liquid interface is suppressed, the concentration of residual vacancies is increased, and the formation of oxygen precipitation nuclei is started from a higher temperature side,
The growth of oxygen precipitation nuclei is promoted . 1000 ℃ ~ 850 ℃
By gradually cooling the temperature range, oxygen precipitation nuclei can be further grown. Example 3 In Example 3, in order to confirm the effect of the third method, a 6-inch, p-type (100) silicon single crystal (initial oxygen concentration: 1.2 × 10 18 atoms / cm 3 (ASTM'79 )). A single crystal was manufactured by controlling the cooling rate in the temperature range of 1150 ° C. to 800 ° C. during the pulling by changing the pulling rate under two conditions of 1.2 mm / min or 1.9 mm / min. The concentration of nitrogen doped into the single crystal was as high as 5 × 10 14 atoms / cm 3 . Table 3 shows the conditions at this time.

【0053】製造された単結晶からウェーハを切り出し
て、表面研磨、洗浄後に、堆積温度が1150℃の条件でエ
ピタキシャル層を成長させ、実施例1と同様に、エピタ
キシャル欠陥密度を測定するとともに、ウェーハ中に形
成された熱処理誘起の欠陥密度を測定した。これらの測
定結果を表3に示す。
A wafer was cut from the manufactured single crystal, and after polishing and cleaning the surface, an epitaxial layer was grown under the conditions of a deposition temperature of 1150 ° C., and the epitaxial defect density was measured in the same manner as in Example 1. The density of the heat-induced defects formed therein was measured. Table 3 shows the measurement results.

【0054】[0054]

【表3】 サンプル12、14では、1150℃から800℃の温度範囲での
冷却速度は4.1℃/minであり、第3の方法で規定する条
件と異なるため、窒素濃度5×1014atoms/cm3のサンプ
ル12で、熱処理誘起欠陥の密度は4.8×105/cm2以上観
察されたが、エピタキシャル欠陥の密度も著しく高いも
のとなった。
[Table 3] In Samples 12 and 14, the cooling rate in the temperature range of 1150 ° C. to 800 ° C. was 4.1 ° C./min, which was different from the condition specified in the third method. Therefore, the sample having a nitrogen concentration of 5 × 10 14 atoms / cm 3 was used. In FIG. 12, the density of the heat treatment-induced defects was observed to be 4.8 × 10 5 / cm 2 or more, but the density of the epitaxial defects was also extremely high.

【0055】一方、サンプル13、15は、第3の方法で規
定する条件で冷却したことから、窒素濃度5×1014atom
s/cm3のサンプル13で、熱処理誘起欠陥の密度は2.0×1
05/cm2以上観察され、同時にエピタキシャル欠陥の密
度も十分に低く、デバイス活性領域に欠陥がない高品質
のエピタキシャルウェーハを得ることができる。
On the other hand, since the samples 13 and 15 were cooled under the conditions specified in the third method, the nitrogen concentration was 5 × 10 14 atom
Sample 13 of s / cm 3 , the density of heat-induced defects was 2.0 × 1
0 5 / cm 2 or more, and at the same time, the density of epitaxial defects is sufficiently low, and a high-quality epitaxial wafer having no defects in the device active region can be obtained.

【0056】[0056]

【発明の効果】本発明のシリコン単結晶およびエピタキ
シャルウェーハの製造方法によれば、窒素をドープして
製造されたシリコン単結晶から作製されたウェーハであ
っても、エピタキシャル欠陥の密度を低くして、同時に
優れたIG能力を発揮する半導体デバイス用のシリコン
単結晶を得ることができる。すなわち、このシリコン単
結晶から切り出したウェーハを用いると、デバイス活性
領域に欠陥がない高品質のエピタキシャルウェーハを製
造することができる。
According to the method for producing a silicon single crystal and an epitaxial wafer of the present invention, even if the wafer is produced from a silicon single crystal produced by doping with nitrogen, the density of epitaxial defects can be reduced. At the same time, a silicon single crystal for a semiconductor device exhibiting excellent IG capability can be obtained. That is, by using a wafer cut from this silicon single crystal, a high-quality epitaxial wafer having no defect in the device active region can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】CZ法による途中過程での引上げ速度の変更実
験による熱処理誘起欠陥の個数と引上げ速度変更開始時
の温度との関係を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the number of heat treatment-induced defects and the temperature at the start of pulling rate change in an experiment of changing the pulling rate in the middle of the process by the CZ method.

【図2】CZ法による切り離し急冷実験によるOPP欠
陥密度と結晶切り離し時の温度との関係を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the OPP defect density and the temperature at the time of crystal separation in a separation rapid cooling experiment by the CZ method.

【図3】CZ法による切り離し急冷実験によるエッチピ
ット密度と結晶切り離し時の温度との関係を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between an etch pit density and a temperature at the time of crystal separation in a separation rapid cooling experiment by a CZ method.

【図4】実施例で用いたCZ法によるシリコン単結晶の
製造装置の概略構成を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of an apparatus for manufacturing a silicon single crystal by a CZ method used in an example.

【図5】最適化された熱シールド材の形状例を示す図で
ある。
FIG. 5 is a view showing an example of the shape of an optimized heat shield material.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:坩堝、 1a:石英製容器 1b:黒鉛製容器、 2:加熱ヒーター 3:融液、 4:引上げ軸 5:種結晶、 6:単結晶 7:熱シールド材 1: Crucible, 1a: Quartz container 1b: Graphite container, 2: Heater 3: Melt, 4: Pulling shaft 5: Seed crystal, 6: Single crystal 7: Heat shield material

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅山 英一 佐賀県杵島郡江北町上小田2201 住友金属 工業株式会社シチックス事業本部内 Fターム(参考) 4G077 AA02 AA03 BA04 CF10 DB01 EA02 EB01 ED04 HA06 HA12 5F053 AA12 AA25 AA49 DD01 FF04 GG01 KK10 RR03 RR20  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Eiichi Asayama 2201 Kamioda, Ehoku-cho, Kishima-gun, Saga Prefecture F-term (reference) 4G077 AA02 AA03 BA04 CF10 DB01 EA02 EB01 ED04 HA06 HA12 5F053 AA12 AA25 AA49 DD01 FF04 GG01 KK10 RR03 RR20

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】チョクラルスキー法によって窒素が1×10
12atoms/cm3〜1×1014atoms/cm3の範囲でドープされ
たシリコン単結晶の製造方法であって、前記単結晶が11
50℃〜1020℃である温度範囲での冷却速度を2.7℃/min
以上とすることを特徴とするシリコン単結晶の製造方
法。
1. The method according to claim 1, wherein the nitrogen content is 1 × 10 by the Czochralski method.
A method for producing a silicon single crystal doped in the range of 12 atoms / cm 3 to 1 × 10 14 atoms / cm 3 , wherein the single crystal is
2.7 ℃ / min cooling rate in the temperature range of 50 ℃ ~ 1020 ℃
A method for producing a silicon single crystal, characterized by the above.
【請求項2】チョクラルスキー法によって窒素が1×10
12atoms/cm3〜1×1014atoms/cm3の範囲でドープされ
たシリコン単結晶の製造方法であって、前記単結晶が11
50℃〜1020℃である温度範囲での冷却速度を2.7℃/min
以上とし、次いで1000℃〜850℃である温度範囲での冷
却速度を1.2℃/min以下とすることを特徴とするシリコ
ン単結晶の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the nitrogen content is 1 × 10 by the Czochralski method.
A method for producing a silicon single crystal doped in the range of 12 atoms / cm 3 to 1 × 10 14 atoms / cm 3 , wherein the single crystal is
2.7 ℃ / min cooling rate in the temperature range of 50 ℃ ~ 1020 ℃
A method for producing a silicon single crystal, wherein the cooling rate in a temperature range of 1000 ° C. to 850 ° C. is 1.2 ° C./min or less.
【請求項3】チョクラルスキー法によって窒素が5×10
13atoms/cm3〜1×1016atoms/cm3の範囲でドープされ
たシリコン単結晶の製造方法であって、前記単結晶が11
50℃〜800℃である温度範囲での冷却速度を6.5℃/min
以上とすることを特徴とするシリコン単結晶の製造方
法。
3. The method according to claim 1, wherein said Czochralski method comprises 5 × 10 5 nitrogen.
A method for producing a silicon single crystal doped in the range of 13 atoms / cm 3 to 1 × 10 16 atoms / cm 3 , wherein the single crystal is 11
6.5 ℃ / min cooling rate in the temperature range of 50 ℃ ~ 800 ℃
A method for producing a silicon single crystal, characterized by the above.
【請求項4】請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の
方法によって製造されたシリコン単結晶から切り出され
たシリコンウェーハの表面上に、エピタキシャル層を成
長させることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製
造方法。
4. An epitaxial wafer characterized by growing an epitaxial layer on a surface of a silicon wafer cut from a silicon single crystal produced by the method according to claim 1. Production method.
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