JP2002241194A - Method for producing epitaxial silicon wafer and epitaxial silicon wafer - Google Patents

Method for producing epitaxial silicon wafer and epitaxial silicon wafer

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JP2002241194A
JP2002241194A JP2001038836A JP2001038836A JP2002241194A JP 2002241194 A JP2002241194 A JP 2002241194A JP 2001038836 A JP2001038836 A JP 2001038836A JP 2001038836 A JP2001038836 A JP 2001038836A JP 2002241194 A JP2002241194 A JP 2002241194A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the gettering capability of an epitaxial silicon wafer and to provide an epitaxial silicon wafer in which shortening of the carrier diffusion length is suppressed. SOLUTION: A method for producing the epitaxial silicon wafer comprises the steps of: growing a nitrogen-doped silicon single crystal rod by a Czochralski method; slicing the silicon single crystal rod into silicon single crystal wafers; subjecting the silicon single crystal wafers to heat treatment so as to diminish the crystal defects in the vicinity of the surface of each silicon single crystal wafer; further forming a silicon epitaxial layer on the surface of each silicon single crystal wafer; and subjecting each resultant silicon single crystal wafer to heat treatment comprising rapid heating and rapid cooling. The objective epitaxial silicon wafer is characterized in that the silicon epitaxial layer is formed on the nitrogen-doped silicon single crystal wafer, dislocation loops are contained in the bulk, the BMD density in the bulk is >=5×108 pieces/cm3, and the carrier diffusion length is 300 to 600 μm.

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、ゲッタリング能力
が高く、キャリア拡散長が長いエピタキシャルシリコン
ウエーハの製造方法及びエピタキシャルシリコンウエー
ハに関する。
The present invention relates to a method for manufacturing an epitaxial silicon wafer having a high gettering ability and a long carrier diffusion length, and an epitaxial silicon wafer.

【0002】[0002]

【従来の技術】エピタキシャルシリコンウエーハは、そ
の優れた特性から広く個別半導体やバイポーラIC等を
製造するウエーハとして、古くから用いられてきた。ま
た、MOS LSIについても、ソフトエラーやラッチ
アップ特性が優れている事から、マイクロプロセッサユ
ニットやフラッシュメモリデバイスに広く用いられてい
る。さらに、シリコン単結晶製造時に導入される、いわ
ゆるGrown−in欠陥によるDRAMの信頼性不良
を低減させるため、エピタキシャルシリコンウエーハの
需要はますます拡大している。
2. Description of the Related Art Epitaxial silicon wafers have been used for a long time as wafers for producing individual semiconductors, bipolar ICs and the like because of their excellent characteristics. MOS LSIs are also widely used in microprocessor units and flash memory devices because of their excellent soft errors and latch-up characteristics. Furthermore, the demand for epitaxial silicon wafers is increasing more and more in order to reduce the poor reliability of DRAMs caused by so-called grown-in defects introduced during the production of silicon single crystals.

【0003】このような半導体デバイスに使用されるエ
ピタキシャルシリコンウエーハ上に重金属不純物が存在
すると、半導体デバイスの特性不良を起こしてしまう。
特に最先端のデバイスに必要とされるクリーン度は重金
属不純物濃度が1×10atoms/cm以下と考えられて
おりシリコンウエーハ上に存在する重金属不純物は極力
減少させなければならない。
[0003] If heavy metal impurities are present on an epitaxial silicon wafer used for such a semiconductor device, the characteristics of the semiconductor device will be poor.
In particular, the degree of cleanliness required for the most advanced devices is considered that the concentration of heavy metal impurities is 1 × 10 9 atoms / cm 2 or less, and the heavy metal impurities existing on the silicon wafer must be reduced as much as possible.

【0004】このような重金属不純物を低減させる技術
の一つとしてゲッタリング技術の重要性がますます高く
なってきている。従来、エピタキシャルシリコン単結晶
ウエーハの製造には、ゲッタリング効果の高い、高ボロ
ン濃度の基板(例えば、3×1018atoms/cm以上、
0.02Ω・cm以下)が用いられており、そのためエピ
タキシャルシリコン単結晶ウエーハはチョクラルスキー
法により製造された通常抵抗のシリコン単結晶ウエーハ
に比べて高いデバイス歩留まりが得られていた。
As one of the techniques for reducing such heavy metal impurities, the importance of the gettering technique is increasing more and more. Conventionally, to manufacture an epitaxial silicon single crystal wafer, a substrate having a high gettering effect and a high boron concentration (for example, 3 × 10 18 atoms / cm 3 or more,
0.02 Ω · cm or less), so that the epitaxial silicon single crystal wafer has a higher device yield than a normal resistance silicon single crystal wafer manufactured by the Czochralski method.

【0005】しかし、最近はCMOSデバイス用のエピ
タキシャルシリコン単結晶ウエーハの基板として従来よ
りも低ボロン濃度の基板が用いられる傾向が高くなって
きており、高ボロン濃度の基板に比べてゲッタリング能
力が低いという問題が生じてきた。また、高ボロン濃度
の基板であっても、濃度によってはゲッタリング能力不
足が問題となっている。
However, recently, as a substrate of an epitaxial silicon single crystal wafer for a CMOS device, a substrate having a lower boron concentration than before has been increasingly used, and the gettering ability is higher than that of a substrate having a high boron concentration. The problem of low prices has arisen. Further, even for a substrate having a high boron concentration, there is a problem that the gettering ability is insufficient depending on the concentration.

【0006】そこで本出願人は先の出願において、エピ
タキシャルウエーハの基板に窒素をドープすることによ
り、ボロン濃度にかかわらず高いゲッタリング能力をも
つエピタキシャルウエーハを提供する方法を提案した
(特開2000−44389参照)。
In view of the above, the present applicant has proposed in a previous application a method of providing an epitaxial wafer having a high gettering ability irrespective of boron concentration by doping nitrogen into the substrate of the epitaxial wafer (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-2000). 44389).

【0007】この方法によれば、デバイス作製プロセス
中に発生する重金属不純物等をバルク中の酸素析出物に
ゲッタリングさせることができるため、エピタキシャル
層の特性の劣化を防ぐことができるエピタキシャルウエ
ーハを高生産性でかつ簡単に製造することができ、極め
て有効なものであった。しかし、あえて欠点を挙げるな
らば、重金属不純物のゲッタリングサイトとなるものが
主に酸素析出物のみであるため、あらゆる種類の金属不
純物を効率よくゲッタリングできるわけではなく、他の
ゲッタリングサイトの導入が望まれていた。また、その
エピタキシャルウエーハ中のキャリアの拡散長が思った
ほど長くないことが判明し、デバイス特性への影響が懸
念されていた。
According to this method, heavy metal impurities and the like generated during the device fabrication process can be gettered to oxygen precipitates in the bulk, so that an epitaxial wafer capable of preventing the deterioration of the characteristics of the epitaxial layer can be obtained. It was highly productive and easy to manufacture, and was extremely effective. However, if the disadvantages are argued, since gettering sites for heavy metal impurities are mainly only oxygen precipitates, not all types of metal impurities can be efficiently gettered. The introduction was desired. In addition, it was found that the diffusion length of carriers in the epitaxial wafer was not as long as expected, and there was a concern that the influence on device characteristics would be caused.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
に鑑みてなされたものであり、窒素がドープされたエピ
タキシャルウエーハのゲッタリング能力をさらに向上さ
せ、しかもエピタキシャルウエーハ中のキャリアの拡散
長(すなわちキャリアのライフタイム)の低下が抑制さ
れたエピタキシャルシリコンウエーハを提供することを
目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and further improves the gettering ability of an epitaxial wafer doped with nitrogen, and furthermore, the diffusion length of carriers in the epitaxial wafer. It is an object of the present invention to provide an epitaxial silicon wafer in which a decrease in (ie, carrier lifetime) is suppressed.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は、エピタキシャルシリコンウエーハの製造方
法において、チョクラルスキー法により窒素をドープし
たシリコン単結晶棒を育成し、該シリコン単結晶棒をス
ライスしてシリコン単結晶ウエーハに加工した後、該シ
リコン単結晶ウエーハの表面近傍の結晶欠陥を消滅させ
るための熱処理を行い、さらに該シリコン単結晶ウエー
ハの表面にシリコンエピタキシャル層を形成した後、急
速加熱・急速冷却熱処理を行なうことを特徴とするエピ
タキシャルシリコンウエーハの製造方法である(請求項
1)。
According to the present invention, there is provided a method of manufacturing an epitaxial silicon wafer, comprising the steps of: growing a silicon single crystal rod doped with nitrogen by a Czochralski method; Is sliced and processed into a silicon single crystal wafer, heat treatment is performed to eliminate crystal defects near the surface of the silicon single crystal wafer, and further, after forming a silicon epitaxial layer on the surface of the silicon single crystal wafer, A method for producing an epitaxial silicon wafer, characterized by performing a rapid heating / cooling heat treatment (claim 1).

【0010】窒素がドープされたCZウエーハは、Grow
n-in欠陥のサイズが小さく、しかも高温で安定な酸素析
出核が形成されるので、その後の熱処理により表面近傍
の欠陥が消滅されやすく、かつバルク中の酸素析出核を
消滅させることなく成長させてゲッタリング能力を有す
る酸素析出物を形成することができる。そして、形成さ
れた酸素析出物はその後のエピタキシャル成長工程にお
いても消滅することがなく、さらにその後の急速加熱・
急速冷却熱処理によりバルク中には、新たなゲッタリン
グサイトとしての多量の転位ループが追加されるため、
ゲッタリング能力の向上が期待できる。加えて、キャリ
アの拡散長(ライフタイム)が向上し、電気的特性も良
好なものとなる。
[0010] CZ wafers doped with nitrogen can be obtained from Grow
Since the size of n-in defects is small and stable oxygen precipitate nuclei are formed at high temperature, defects near the surface are easily eliminated by subsequent heat treatment, and the oxygen precipitate nuclei in the bulk are grown without disappearing. Thus, an oxygen precipitate having gettering ability can be formed. Then, the formed oxygen precipitate does not disappear in the subsequent epitaxial growth step, and furthermore, rapid heating and
A large amount of dislocation loops as new gettering sites are added in the bulk by rapid cooling heat treatment,
An improvement in gettering ability can be expected. In addition, the diffusion length (lifetime) of the carrier is improved, and the electrical characteristics are also improved.

【0011】なお、ここで急速加熱・急速冷却熱処理
(以後、RTA(Rapid Thermal Ann
eal)ということがある)とは、数マイクロ秒から数
百秒の間で瞬間的に熱を加えて行うアニールのことをい
う。1枚づつのウエーハを熱容量の小さなチャンバに導
入し、主に赤外ランプなどの熱源で急激に温度を上昇さ
せ、また急速に温度を下降させて行う。従来のバッチ式
炉のように、ランプアップによる昇温、ランプダウンに
よる降温は行わない。
Here, the rapid heating / cooling heat treatment (hereinafter referred to as RTA (Rapid Thermal Anneal)
eal)) refers to annealing performed by instantaneously applying heat for several microseconds to several hundred seconds. Each wafer is introduced into a chamber having a small heat capacity, and the temperature is rapidly increased mainly by a heat source such as an infrared lamp, and the temperature is rapidly decreased. Unlike the conventional batch type furnace, the temperature rise by ramp-up and the temperature fall by ramp-down are not performed.

【0012】この場合、前記チョクラルスキー法によっ
て窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成する際に、
該単結晶棒にドープする窒素濃度を1×1012〜1×
10 14個/cmにすることが好ましい(請求項
2)。これは、窒素濃度が1×1014個/cmを超
えると、エピタキシャル層に結晶欠陥(転位ループや積
層欠陥)が発生しやすくなるからである。一方、1×1
12個/cm未満であると窒素ドープによる酸素析
出促進効果が十分に発揮されない可能性があるからであ
る。
In this case, the Czochralski method is used.
When growing a silicon single crystal rod doped with nitrogen,
The concentration of nitrogen doped in the single crystal rod is 1 × 1012~ 1 ×
10 14Pieces / cm3It is preferable that
2). This is because the nitrogen concentration is 1 × 1014Pieces / cm3Over
As a result, crystal defects (dislocation loops and product
This is because layer defects are likely to occur. On the other hand, 1 × 1
012Pieces / cm3If less than, oxygen precipitation by nitrogen doping
Because the effect of promoting
You.

【0013】この場合、前記シリコン単結晶ウエーハに
行う表面近傍の結晶欠陥を消滅させるための熱処理とし
て、1100〜1300℃で10〜300分の熱処理を
行なうことが好ましい(請求項3)。これは、1100
℃未満、または10分未満の熱処理では、表面近傍のGr
own-in欠陥の消滅が不十分となることがあり、エピタキ
シャル層に欠陥が形成されやすくなるおそれがあるから
である。また、1300℃を上回る温度では熱処理炉の
耐久性や金属汚染が懸念され、300分以上の熱処理時
間は生産性の低下を招くからである。
In this case, it is preferable to perform a heat treatment at 1100 to 1300 ° C. for 10 to 300 minutes as a heat treatment for eliminating crystal defects near the surface of the silicon single crystal wafer. This is 1100
In heat treatment of less than 10 ° C or less than 10 minutes, Gr near the surface
This is because the disappearance of the own-in defect may be insufficient, and the defect may be easily formed in the epitaxial layer. If the temperature is higher than 1300 ° C., the durability of the heat treatment furnace and metal contamination are concerned, and the heat treatment time of 300 minutes or more causes a decrease in productivity.

【0014】この場合、前記急速加熱・急速冷却熱処理
として、1100〜1350℃で1〜120秒の熱処理
を行なうことが好ましい(請求項4)。これは、110
0℃未満、または1秒未満の熱処理では、バルク中の新
たなゲッタリングサイトとしての転位ループが十分に形
成されず、ゲッタリング能力の向上が期待できなくなる
恐れがあるからである。また、1350℃を上回る温度
では金属汚染、スリップ転位の発生等の不都合が顕著に
発生するからである。さらに、急速加熱・急速冷却熱処
理装置(RTA装置)で120秒を超える熱処理を行な
うと装置の耐久性が問題となるばかりでなく、毎葉処理
であるため生産性が極端に低下するからである。
In this case, it is preferable to perform a heat treatment at 1100 to 1350 ° C. for 1 to 120 seconds as the rapid heating / rapid cooling heat treatment. This is 110
If the heat treatment is performed at a temperature of less than 0 ° C. or less than 1 second, a dislocation loop as a new gettering site in the bulk may not be sufficiently formed, and the improvement of the gettering ability may not be expected. Further, at a temperature higher than 1350 ° C., disadvantages such as generation of metal contamination and slip dislocation are remarkably generated. Further, if a heat treatment for more than 120 seconds is performed by a rapid heating / rapid cooling heat treatment apparatus (RTA apparatus), not only does durability of the apparatus become a problem, but productivity is extremely reduced due to the single-wafer treatment. .

【0015】また、本発明はエピタキシャルシリコンウ
エーハであって、窒素がドープされたシリコン単結晶ウ
エーハの表面にシリコンエピタキシャル層が形成された
ものであり、バルク中に転位ループと5×10個/c
以上のBMD密度を有し、かつ、キャリアの拡散長
が300μm以上であることを特徴とするエピタキシャ
ルシリコンウエーハである(請求項5)。このようにウ
エーハのバルク中に5×10個/cm以上の十分な
量のBMD(Bulk Micro Defect:内部微小欠陥)密度
を有し、さらにバルク中に転位ループを有するウエーハ
は、転位ループがゲッタリングサイトとして追加されて
いるため、優れたゲッタリング能力を有することが期待
できる。さらに、キャリアの拡散長が300μm以上で
あるためデバイス特性にも優れたものとなる。
The present invention also relates to an epitaxial silicon wafer wherein a silicon epitaxial layer is formed on the surface of a nitrogen-doped silicon single crystal wafer, and dislocation loops and 5 × 10 8 / c
An epitaxial silicon wafer having a BMD density of at least m 3 and a carrier diffusion length of at least 300 μm (claim 5). Thus, a wafer having a sufficient BMD (Bulk Micro Defect) density of 5 × 10 8 / cm 3 or more in the bulk of a wafer and further having a dislocation loop in the bulk is a dislocation loop. Is added as a gettering site, so it can be expected to have excellent gettering ability. Further, since the carrier diffusion length is 300 μm or more, the device characteristics are also excellent.

【0016】以下、本発明についてさらに詳述するが、
本発明はこれらに限定されるものではない。前述のよう
に、窒素をドープしたシリコン単結晶ウエーハの表面に
エピタキシャル層を形成したウエーハは、ゲッタリング
能力は従来に比べて向上しているものの、ゲッタリング
サイトとなるものが主に酸素析出物のみであるため、あ
らゆる種類の金属不純物等を効率よくゲッタリングでき
るわけではなく、他の種類のゲッタリングサイトの導入
が望まれていた。また、ウエーハ中のキャリアの拡散長
が予想よりも短いことが欠点であった。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The present invention is not limited to these. As described above, although the gettering ability of a wafer having an epitaxial layer formed on the surface of a silicon single crystal wafer doped with nitrogen is improved as compared with the conventional one, the one serving as a gettering site is mainly an oxygen precipitate. Therefore, not all types of metal impurities and the like can be efficiently gettered, and introduction of other types of gettering sites has been desired. Another drawback is that the diffusion length of carriers in the wafer is shorter than expected.

【0017】そこで、本発明者らは新たなゲッタリング
サイトをウエーハ中に導入し、キャリアの拡散長を長く
するために、エピタキシャルシリコンウエーハの製造条
件について検討を行った。そして、特開2000−44
389に記載されているような窒素がドープされ、ウエ
ーハ表面近傍の結晶欠陥を消滅させる熱処理が施された
シリコン単結晶ウエーハの表面にエピタキシャル層が形
成されたエピタキシャルシリコンウエーハに対して、急
速加熱・急速冷却熱処理を行うことを発想し、実験検討
を行った結果、以下の事実が判明した。
Therefore, the present inventors have introduced a new gettering site into the wafer and studied the manufacturing conditions of the epitaxial silicon wafer in order to increase the carrier diffusion length. And Japanese Patent Laid-Open No. 2000-44
No. 389, an epitaxial silicon wafer having an epitaxial layer formed on the surface of a silicon single crystal wafer which has been subjected to a heat treatment for eliminating crystal defects in the vicinity of the wafer surface is subjected to rapid heating. The following facts were found as a result of an experimental study with the idea of performing rapid cooling heat treatment.

【0018】このようなエピタキシャル成長後の急速加
熱・急速冷却熱処理によっては、ウエーハのBMD密度
及びBMDサイズ自体はほとんど変化しない。したがっ
て、エピタキシャル成長後に急速加熱・急速冷却熱処理
を行ったとしても、BMD密度及びサイズに影響はな
く、従来の窒素ドープウエーハのようなBMDによるゲ
ッタリング効果は確保されることが判った。
The rapid heating / cooling heat treatment after the epitaxial growth hardly changes the BMD density and the BMD size of the wafer. Therefore, even if the rapid heating / rapid cooling heat treatment is performed after the epitaxial growth, the BMD density and the size are not affected, and it is found that the gettering effect by the BMD like the conventional nitrogen-doped wafer is secured.

【0019】また、エピタキシャル成長後のウエーハに
急速加熱・急速冷却熱処理を行うと、ウエーハ内のキャ
リアの拡散長、ライフタイムが向上する。したがって、
エピタキシャル成長後に短時間の急速加熱・急速冷却熱
処理を行うだけで、従来のウエーハでは短かったキャリ
アの拡散長を長くすることができる。
When the wafer after the epitaxial growth is subjected to a rapid heating / rapid cooling heat treatment, the diffusion length and the lifetime of carriers in the wafer are improved. Therefore,
A short-time rapid heating / cooling heat treatment after epitaxial growth can increase the carrier diffusion length, which was short in conventional wafers.

【0020】さらに、上記急速加熱・急速冷却熱処理後
のウエーハ内においては、欠陥の形態が積層欠陥から転
位ループに変化する。したがって、多量の転位ループが
ウエーハバルクに新たなゲッタリングサイトとして導入
されることから、従来のウエーハとは異なる種類の欠陥
をゲッタリングに寄与させることができ、種々の重金属
不純物等をゲッタリングする効果が期待できる。本発明
は以上の知見に基づき、諸条件を精査して完成したもの
である。
Further, in the wafer after the rapid heating / rapid cooling heat treatment, the form of the defect changes from a stacking fault to a dislocation loop. Therefore, a large amount of dislocation loops are introduced as new gettering sites in the wafer bulk, so that different types of defects from the conventional wafer can contribute to gettering, and gettering of various heavy metal impurities and the like. The effect can be expected. The present invention has been completed by scrutinizing various conditions based on the above findings.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】本発明において、CZ法によって
窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成するには、例
えば特開昭60−251190号に記載されているよう
な公知の方法によれば良い。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, a silicon single crystal rod doped with nitrogen by the CZ method may be grown by a known method described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-251190. .

【0022】すなわち、この方法はCZ法において、石
英ルツボ中に収容された多結晶シリコン原料融液からシ
リコン単結晶棒を育成する方法であるが、あらかじめ石
英ルツボ内に窒化物を入れておくか、シリコン融液中に
窒化物を投入するか、雰囲気ガスを窒素を含む雰囲気等
とすることによって、引き上げ結晶中に窒素をドープす
ることができる。この際、窒化物の量あるいは窒素ガス
の濃度あるいは導入時間等を調整することによって、結
晶中のドープ量を制御することが出来る。
That is, this method is a method in which a silicon single crystal rod is grown from a polycrystalline silicon raw material melt accommodated in a quartz crucible in the CZ method. By introducing a nitride into the silicon melt or setting the atmosphere gas to an atmosphere containing nitrogen, nitrogen can be doped into the pulled crystal. At this time, the doping amount in the crystal can be controlled by adjusting the amount of the nitride, the concentration of the nitrogen gas, the introduction time, and the like.

【0023】この場合、該単結晶棒にドープする窒素濃
度を1×1012〜1×1014個/cmにすること
が好ましい。前述のように窒素濃度が1×1014個/
cm を超えると、得られるシリコンウエーハの表面近
傍に、熱処理しても消滅させることが出来ないような欠
陥が発生し、これに起因して、この上に形成されるエピ
タキシャル層に結晶欠陥が発生しやすくなるからであ
る。一方、1×1012個/cm未満であると窒素ド
ープによる酸素析出促進効果が十分に発揮されず、ゲッ
タリング能力が不十分となる可能性があるからである。
In this case, the nitrogen concentration for doping the single crystal rod is
Degree 1 × 1012~ 1 × 1014Pieces / cm3To do
Is preferred. As mentioned above, the nitrogen concentration is 1 × 1014Pieces/
cm 3Over the surface of the resulting silicon wafer
In the vicinity, there is a defect that cannot be eliminated by heat treatment.
And an epitaxy formed on it
This is because crystal defects tend to occur in the taxi layer.
You. On the other hand, 1 × 1012Pieces / cm3If it is less than
The oxygen precipitation promoting effect of
This is because there is a possibility that the taring ability becomes insufficient.

【0024】こうして所望濃度の窒素がドープされたシ
リコン単結晶棒を製造し、これを通常の方法にしたが
い、内周刃スライサあるいはワイヤソー等の切断装置で
スライスした後、面取り、ラッピング、エッチング、研
磨等の工程を経てシリコン単結晶ウエーハに加工する。
もちろん、これらの工程は例示列挙したにとどまり、こ
の他にも洗浄、熱処理等種々の工程があり得るし、工程
順の変更、一部省略等目的に応じ適宜工程は変更使用さ
れている。
In this way, a silicon single crystal rod doped with a desired concentration of nitrogen is manufactured, and sliced with a cutting device such as an inner peripheral blade slicer or a wire saw according to a conventional method, followed by chamfering, lapping, etching and polishing. Through these steps, it is processed into a silicon single crystal wafer.
Of course, these steps are only exemplified and listed, and there may be various other steps such as washing and heat treatment, and the steps are appropriately changed and used according to the purpose such as a change in the order of the steps and a partial omission.

【0025】次に、エピタキシャル成長を行う前に、得
られたシリコン単結晶ウエーハにシリコン単結晶ウエー
ハの表面近傍の結晶欠陥を消滅させるための熱処理を行
う。このようにすることにより、ウエーハ表面近傍のC
OPや微小酸素析出物等の結晶欠陥を除去し、さらにウ
エーハ表面近傍の窒素や酸素を外方拡散させ、結晶欠陥
を消滅させることができる。この熱処理は前述のよう
に、1100〜1300℃で10〜300分の熱処理と
するのが好ましい。これは、1100℃未満、または1
0分未満の熱処理では、表面近傍のGrown-in欠陥の消滅
が不十分となり、この上に形成されるエピタキシャル層
に欠陥が形成されやすくなる怖れがあるからである。ま
た、1300℃を上回る温度では熱処理炉の耐久性や金
属汚染が懸念され、300分以上の熱処理時間は生産性
の低下を招くからである。
Next, before performing the epitaxial growth, the obtained silicon single crystal wafer is subjected to a heat treatment for eliminating crystal defects near the surface of the silicon single crystal wafer. By doing so, C in the vicinity of the wafer surface
Crystal defects such as OPs and minute oxygen precipitates can be removed, and nitrogen and oxygen near the wafer surface can be diffused outward to eliminate the crystal defects. As described above, this heat treatment is preferably performed at 1100 to 1300 ° C. for 10 to 300 minutes. This is less than 1100 ° C, or 1
This is because if the heat treatment is performed for less than 0 minute, the Gronn-in defects near the surface will not be sufficiently eliminated, and there is a fear that defects may be easily formed in the epitaxial layer formed thereon. If the temperature is higher than 1300 ° C., the durability of the heat treatment furnace and metal contamination are concerned, and the heat treatment time of 300 minutes or more causes a decrease in productivity.

【0026】なお、この熱処理をする際の雰囲気として
は、特に限定されるものではなく、水素、またはアルゴ
ン等の不活性ガス、あるいはこれらの混合ガス、場合に
よっては酸素等であっても良い。しかし、雰囲気が酸素
の場合は、熱処理条件次第ではウエーハ表面のOSF核
を成長させることがあり、表面に酸化膜が成膜されるこ
ともある。表面に酸化膜が形成されてしまうと、この酸
化膜を除去する工程が必要となるため、水素、アルゴン
等の膜形成のない雰囲気の方が好ましい。
The atmosphere for the heat treatment is not particularly limited, and may be hydrogen, an inert gas such as argon, or a mixed gas thereof, or oxygen in some cases. However, when the atmosphere is oxygen, OSF nuclei on the wafer surface may grow depending on the heat treatment conditions, and an oxide film may be formed on the surface. If an oxide film is formed on the surface, a step of removing the oxide film is required. Therefore, it is preferable to use an atmosphere in which a film is not formed, such as hydrogen or argon.

【0027】また、この熱処理に使用する装置として
は、熱処理時間が比較的短時間の場合には、エピタキシ
ャル成長装置を用いて、熱処理とエピタキシャル堆積を
連続的に行うようにすれば、高い生産性で処理できる。
また、熱処理を比較的長時間行う場合には、同時に数十
枚以上のウエーハの熱処理が可能なヒーター加熱方式の
熱処理炉を用いてバッチ処理すると効率的である。
As an apparatus used for this heat treatment, if the heat treatment time is relatively short, an epitaxial growth apparatus is used to perform the heat treatment and the epitaxial deposition continuously. Can be processed.
In addition, when the heat treatment is performed for a relatively long time, it is efficient to perform batch processing using a heat treatment furnace of a heater heating method capable of simultaneously heat treating several tens or more wafers.

【0028】このウエーハ表面近傍の結晶欠陥を消滅さ
せるための熱処理後に、ウエーハ表面にシリコンエピタ
キシャル層を形成する。このエピタキシャル成長は、一
般的なCVD法により行うことができる。このCVD法
では、例えばシリンダタイプのベルジャ内にシリコン基
板を載置するサセプタを配置した輻射加熱方式のエピタ
キシャル成長炉内にトリクロロシランを導入することに
より、シリコン単結晶ウエーハ上にシリコンをエピタキ
シャル成長させる。
After heat treatment for eliminating crystal defects near the wafer surface, a silicon epitaxial layer is formed on the wafer surface. This epitaxial growth can be performed by a general CVD method. In this CVD method, for example, silicon is epitaxially grown on a silicon single crystal wafer by introducing trichlorosilane into a radiation heating type epitaxial growth furnace in which a susceptor on which a silicon substrate is mounted is placed in a cylinder type bell jar.

【0029】ウエーハの表面にエピタキシャル層を形成
した後、急速加熱・急速冷却熱処理を行う。本発明で用
いられるシリコンウエーハの急速加熱・急速冷却装置と
しては、熱放射によるランプ加熱器のような装置を挙げ
ることができる。また、市販されているものとして、例
えばシュティアック マイクロテック インターナショ
ナル社製、SHS−2800のような装置を挙げること
ができ、これらは特別複雑なものではなく、高価なもの
でもない。
After forming an epitaxial layer on the surface of the wafer, a rapid heating / rapid cooling heat treatment is performed. Examples of the apparatus for rapidly heating and cooling a silicon wafer used in the present invention include an apparatus such as a lamp heater using heat radiation. Examples of commercially available devices include, for example, devices such as SHS-2800 manufactured by STEACH MICROTECH INTERNATIONAL, which are not particularly complicated and are not expensive.

【0030】ここで、本発明で用いるシリコン単結晶ウ
エーハの急速加熱・急速冷却装置(RTA装置)の一例
を示す。図5は、RTA装置の概略図である。図5の熱
処理装置10は、石英からなるチャンバー1を有し、こ
のチャンバー1内でウエーハを熱処理するようになって
いる。加熱は、チャンバー1を上下左右から囲繞するよ
うに配置される加熱ランプ2によって行う。このランプ
はそれぞれ独立に供給される電力を制御できるようにな
っている。
Here, an example of a rapid heating / rapid cooling apparatus (RTA apparatus) for a silicon single crystal wafer used in the present invention will be described. FIG. 5 is a schematic diagram of an RTA apparatus. The heat treatment apparatus 10 shown in FIG. 5 has a chamber 1 made of quartz, and heats a wafer in the chamber 1. Heating is performed by a heating lamp 2 arranged so as to surround the chamber 1 from above, below, left and right. The lamps can independently control the power supplied.

【0031】ガスの供給側は、不図示の酸素ガス供給源
や窒素ガス等の供給源が接続されており、任意の混合比
で雰囲気ガスを混合してチャンバー1内に供給すること
ができるようにされている。ガスの排気側は、オートシ
ャッター3が装備され、外気を封鎖している。オートシ
ャッター3は、ゲートバルブによって開閉可能に構成さ
れる不図示のウエーハ挿入口が設けられている。また、
オートシャッター3にはガス排気口が設けられており、
炉内雰囲気圧力を調整できるようになっている。
The supply side of the gas is connected to a supply source such as an oxygen gas supply source or a nitrogen gas (not shown) so that the atmosphere gas can be mixed at an arbitrary mixing ratio and supplied into the chamber 1. Has been. The gas exhaust side is equipped with an auto shutter 3 to block outside air. The automatic shutter 3 is provided with a wafer insertion opening (not shown) that can be opened and closed by a gate valve. Also,
The auto shutter 3 is provided with a gas exhaust port,
The atmosphere pressure in the furnace can be adjusted.

【0032】そして、ウエーハ8は石英トレイ4に形成
された3点支持部5の上に配置される。トレイ4のガス
導入口側には、石英製のバッファ6が設けられており、
導入ガスがウエーハ8に直接当たるのを防ぐようにして
いる。また、チャンバー1には不図示の温度測定用特殊
窓が設けられており、チャンバー1の外部に設置された
パイロメータ7により、その特殊窓を通してウエーハ8
の温度を測定することができる。
Then, the wafer 8 is placed on the three-point support 5 formed on the quartz tray 4. A buffer 6 made of quartz is provided on the gas inlet side of the tray 4.
The introduction gas is prevented from directly hitting the wafer 8. Further, a special window (not shown) for temperature measurement is provided in the chamber 1, and a wafer 8 is passed through the special window by a pyrometer 7 installed outside the chamber 1.
Temperature can be measured.

【0033】以上のような熱処理装置10によって、ウ
エーハを急速加熱・急速冷却する処理は次のように行わ
れる。まず、熱処理装置10に隣接して配置される、不
図示のウエーハハンドリング装置によってウエーハ8を
挿入口からチャンバー1内に入れ、トレイ4上に配置し
た後、オートシャッター3を閉める。チャンバー1内は
所定の雰囲気で満たされる。
The processing for rapidly heating / cooling the wafer by the heat treatment apparatus 10 as described above is performed as follows. First, the wafer 8 is put into the chamber 1 from the insertion port by a wafer handling device (not shown) arranged adjacent to the heat treatment device 10, placed on the tray 4, and then the automatic shutter 3 is closed. The inside of the chamber 1 is filled with a predetermined atmosphere.

【0034】そして、加熱ランプ2に電力を供給し、ウ
エーハ8を1100〜1350℃の所定の温度に昇温す
る。この際、目的の温度になるまでに要する時間は例え
ば20秒程度である。次にその温度において所定時間保
持することにより、ウエーハ8に高温熱処理を加えるこ
とができる。所定時間経過し高温熱処理が終了したな
ら、ランプの出力を下げウエーハの温度を下げる。この
降温も例えば20秒程度で行うことができる。最後に、
ウエーハハンドリング装置によってウエーハを取り出す
ことにより、熱処理を完了する。
Then, electric power is supplied to the heating lamp 2 to raise the temperature of the wafer 8 to a predetermined temperature of 1100 to 1350 ° C. At this time, the time required to reach the target temperature is, for example, about 20 seconds. Next, by holding the wafer at that temperature for a predetermined time, the wafer 8 can be subjected to a high-temperature heat treatment. When a predetermined time has elapsed and the high-temperature heat treatment has been completed, the output of the lamp is reduced to lower the temperature of the wafer. This cooling can be performed in about 20 seconds, for example. Finally,
The heat treatment is completed by removing the wafer by the wafer handling device.

【0035】この急速加熱・急速冷却熱処理は、110
0〜1350℃で1〜120秒の熱処理を行なうことが
好ましい。これは、前述のように1100℃未満、また
は1秒未満の熱処理では、バルク中の新たなゲッタリン
グサイトとしての転位ループが十分に形成されず、ゲッ
タリング能力の向上が期待できないからである。また、
1350℃を上回る温度では金属汚染、スリップ転位の
発生等の不都合が顕著に発生するからである。さらに、
RTA装置で120秒を超える熱処理を行なうと装置の
耐久性が問題となるばかりでなく、毎葉処理であるため
生産性が極端に低下するからである。
This rapid heating / rapid cooling heat treatment is performed at 110
It is preferable to perform heat treatment at 0 to 1350 ° C. for 1 to 120 seconds. This is because, as described above, the dislocation loop as a new gettering site in the bulk is not sufficiently formed by the heat treatment at less than 1100 ° C. or less than 1 second, so that an improvement in gettering ability cannot be expected. Also,
At a temperature higher than 1350 ° C., disadvantages such as metal contamination and occurrence of slip dislocation are remarkably generated. further,
This is because if the heat treatment is performed for more than 120 seconds with the RTA apparatus, not only the durability of the apparatus becomes a problem but also the productivity is extremely reduced due to the single-wafer processing.

【0036】[0036]

【実施例】以下、本発明の実施例および比較例を挙げて
具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるもの
ではない。 (実施例、比較例)チョクラルスキー法により初期酸素
濃度が13ppma(JEIDA:日本電子工業振興協
会規格)、窒素濃度が5×1013個/cmの直径1
50mm、p型、抵抗率10Ωcm、面方位(100)
のCZシリコン単結晶ウエーハを用意し、Ar100%
雰囲気下で1150℃、4時間の熱処理(アニール)を
行いウエーハ表面近傍の結晶欠陥(COP,微小酸素析
出物等)を除去した。その後、そのウエーハの表面に下
記条件でCVD法によりエピタキシャル成長を行い、さ
らに下記条件で急速加熱・急速冷却熱処理を施したエピ
タキシャルウエーハを作製し、下記項目の評価を行なっ
た。また、上記ウエーハのAr100%雰囲気の熱処理
のみを行なった段階と、その後にエピタキシャル成長を
行なった段階においても同様に下記項目の評価を行なっ
て比較した。
EXAMPLES The present invention will now be described specifically with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples. (Examples and Comparative Examples) A diameter 1 having an initial oxygen concentration of 13 ppma (JEIDA: Japan Electronics Industry Development Association Standard) and a nitrogen concentration of 5 × 10 13 / cm 3 by the Czochralski method.
50 mm, p-type, resistivity 10 Ωcm, plane orientation (100)
Prepare a CZ silicon single crystal wafer of 100% Ar
Heat treatment (annealing) at 1150 ° C. for 4 hours was performed in an atmosphere to remove crystal defects (COP, minute oxygen precipitates, etc.) near the wafer surface. Thereafter, epitaxial growth was performed on the surface of the wafer by the CVD method under the following conditions, and further, an epitaxial wafer subjected to rapid heating / rapid cooling heat treatment under the following conditions was produced, and the following items were evaluated. The following items were also evaluated and compared at the stage where only the heat treatment of the wafer was performed in the Ar 100% atmosphere and the stage where the epitaxial growth was performed thereafter.

【0037】(エピタキシャル成長条件) 原料ガス:トリクロロシラン 堆積条件:1130℃、3μm 抵抗率:10Ωcm(Epitaxial growth conditions) Source gas: trichlorosilane Deposition conditions: 1130 ° C., 3 μm Resistivity: 10 Ωcm

【0038】(RTA処理条件) 熱処理温度:1200℃ 熱処理時間:30秒 雰囲気ガス:3%Oを含むN雰囲気 使用装置:シュティアック マイクロテック インター
ナショナル社製 SHS−2800
(RTA treatment conditions) Heat treatment temperature: 1200 ° C. Heat treatment time: 30 seconds Atmosphere gas: N 2 atmosphere containing 3% O 2 Applicable equipment: SHS-2800 manufactured by STEACH MICROTECH INTERNATIONAL CO., LTD.

【0039】(評価項目) 1)OPP(Optical Precipitate Profiler)法による
BMD密度及びサイズ測定 2)SPV(Surface Photo Voltage)法によるキャリ
ア拡散長およびライフタイム測定 3)TEM(透過型電子顕微鏡)によるBMD形態観察
(Evaluation items) 1) Measurement of BMD density and size by OPP (Optical Precipitate Profiler) method 2) Measurement of carrier diffusion length and lifetime by SPV (Surface Photo Voltage) method 3) BMD by TEM (transmission electron microscope) Morphological observation

【0040】ここで、BMD密度及びサイズ測定のため
に用いたOPP(Optical Precipitate Profiler)法と
は、ノルマルスキータイプ微分干渉顕微鏡を応用したも
ので、まず光源から出たレーザー光を偏光プリズムで2
本の互いに直交する90°位相が異なる直線偏光のビー
ムに分離して、ウエーハ鏡面側から入射させる。この時
1つのビームが欠陥を横切ると位相シフトが生じ、もう
一つのビームとの位相差が生じる。この位相差をウエー
ハ裏面透過後に、偏光アナライザーにより検出すること
によりGrown−in欠陥のサイズを検出することが
できる。
Here, the OPP (Optical Precipitate Profiler) method used for measuring the BMD density and size is an application of a normal ski type differential interference microscope. First, laser light emitted from a light source is applied to a polarizing prism.
The beams are separated into linearly polarized beams orthogonal to each other and having a phase difference of 90 °, and are incident from the wafer mirror side. At this time, when one beam crosses the defect, a phase shift occurs, and a phase difference occurs with another beam. The size of the grown-in defect can be detected by detecting this phase difference with a polarization analyzer after passing through the back surface of the wafer.

【0041】また、評価項目の一つであるキャリア拡散
長およびライフタイム測定に用いたSPV法(Surface
Photovoltage Method)は、まず透明電極のついたエピ
タキシャルシリコンウエーハに波長の異なる光を照射し
て少数キャリアを誘起させる。誘起された少数キャリア
は、ウエーハ表面に集められ表面起電力が発生する。次
に各波長での表面起電力が一定になるように照射光強度
を変える。照射光の波長が異なると吸収係数が変わるの
で、吸収係数の逆数と照射光強度をプロットする。そし
て、両者から直線関係が得られるが、この直線を外挿
し、吸収係数の軸をよぎった値から拡散長を求めること
ができる。
The SPV method (Surface) used for measurement of carrier diffusion length and lifetime as one of the evaluation items was used.
In the Photovoltage Method, first, an epitaxial silicon wafer with a transparent electrode is irradiated with light of different wavelengths to induce minority carriers. The induced minority carriers are collected on the wafer surface to generate a surface electromotive force. Next, the irradiation light intensity is changed so that the surface electromotive force at each wavelength becomes constant. Since the absorption coefficient changes when the wavelength of the irradiation light differs, the reciprocal of the absorption coefficient and the irradiation light intensity are plotted. Then, a linear relationship can be obtained from both, and this line can be extrapolated and the diffusion length can be obtained from the value across the axis of the absorption coefficient.

【0042】また、BMD形態観察に用いたTEM(透
過型電子顕微鏡)は、光学顕微鏡での光の代わりに、光
より波長の短い電子ビームを用いることで、空間分解能
を上げようという目的で開発されたものである。空間分
解能は、光学顕微鏡を用いた場合0.2μm以下は無理
であるが、TEMを用いると0.1nmも可能である。
The TEM (transmission electron microscope) used for BMD morphology observation was developed with the aim of increasing the spatial resolution by using an electron beam having a shorter wavelength than light instead of light from an optical microscope. It was done. The spatial resolution cannot be less than 0.2 μm when using an optical microscope, but it can be as small as 0.1 nm when using a TEM.

【0043】図1、2にそれぞれ前記各評価段階におけ
るBMD密度とサイズのOPP測定結果を示す。Arア
ニールのみの段階におけるBMD密度は1×10個/
cm 弱であり、後のエピ成長やRTA熱処理後でもそ
の密度とサイズに変化は見られなかった。理由はArア
ニールの温度より低温であるエピタキシャル成長熱処理
は、BMDを消滅させる方向には働かなかったことが考
えられる。また、RTAについては、Arアニールより
高温だが短時間であるためにBMDを成長させる方向に
はほとんど影響しなかったためと考えられる。
FIG. 1 and FIG.
4 shows the results of OPP measurement of BMD density and size. Arua
The BMD density in the neal only stage is 1 × 109Pieces/
cm 3It is weak even after epi growth or RTA heat treatment.
No change was observed in the density and size of. The reason is Ar
Epitaxial growth heat treatment below Neil temperature
Considers that it did not work in the direction of eliminating BMD
available. For RTA, use Ar annealing
High temperature but short time to grow BMD
Is considered to have had little effect.

【0044】したがって、Arアニールのみを行ったア
ズアニール(as anneal)のウエーハにエピタキシャル
成長を行ない、その後にRTAを行ったとしても、BM
D密度及びサイズに影響はなく、従来の窒素ドープウエ
ーハのようなBMDによるゲッタリング効果は確保され
ることが判る。
Therefore, even if epitaxial growth is performed on an as-annealed wafer that has been subjected only to Ar annealing, and then RTA is performed, the BM
It is found that there is no influence on the D density and the size, and that the gettering effect by the BMD like the conventional nitrogen-doped wafer is secured.

【0045】また、図3、4にそれぞれ各段階における
キャリアの拡散長とライフタイムのSPV測定結果を示
す。図3、4の結果から、エピ成長を行っても拡散長及
びライフタイムは変化しない。ところが、エピタキシャ
ル成長後にRTAを施すと拡散長が上昇していることが
判る。すなわち、エピタキシャル成長させると拡散長が
低下する傾向が見られ、300μmを割り込んでいる。
一方、本発明のように、RTAを施すと、300μm以
上となり、400あるいは500μmに達している。ま
た、図4に示すように、この傾向はライフタイムの測定
結果で見ても同様であった。
FIGS. 3 and 4 show SPV measurement results of the carrier diffusion length and lifetime at each stage. From the results of FIGS. 3 and 4, the diffusion length and the lifetime do not change even when the epi growth is performed. However, it can be seen that the diffusion length increases when RTA is performed after the epitaxial growth. In other words, the diffusion length tends to be reduced when epitaxial growth is performed, and is below 300 μm.
On the other hand, when RTA is performed as in the present invention, the thickness becomes 300 μm or more, and reaches 400 or 500 μm. Further, as shown in FIG. 4, this tendency was the same even in the measurement results of the lifetime.

【0046】尚、ここでのSPVによる拡散長およびラ
イフタイムの情報は、ウエーハ厚全部の積算に相当する
と考えられる。つまり、アズアニールのウエーハにエピ
タキシャル成長を行い、RTAを行うことにより、拡散
長(ライフタイム)を向上させる効果があることが判
る。
Here, the information on the diffusion length and lifetime by SPV is considered to correspond to the integration of the entire wafer thickness. In other words, it can be understood that the epitaxial growth is performed on the as-annealed wafer and the RTA is performed, thereby improving the diffusion length (life time).

【0047】ここで、図3の拡散長のプロット(白丸、
黒丸)はそれぞれ、SPVの測定に際し、210℃の熱
処理を加えた前後の測定結果を示したものである。参考
として210℃での熱処理を加える理由を以下に説明す
る。
Here, a plot of the diffusion length in FIG.
Black circles) show the measurement results before and after the heat treatment at 210 ° C. in the SPV measurement, respectively. The reason for applying the heat treatment at 210 ° C. will be described below for reference.

【0048】p型Si中のFeは、格子間にあるもの
(Feiと表記する)とFeとBの複合体(Fe−Bと
表記する)の二つの存在が知られている。このうちFe
iは+の電荷を持っており、Bは−電荷であるので、場
合によっては引きあって複合体を形成する。その変換温
度が200℃程度にあって、この温度以上ではFei
が、この温度以下ではFe−Bが優勢ということにな
る。
It is known that there are two types of Fe in p-type Si, one between lattices (denoted as Fei) and a complex of Fe and B (denoted as Fe-B). Of these, Fe
Since i has a positive charge and B has a negative charge, it sometimes attracts to form a complex. The conversion temperature is about 200 ° C.
However, below this temperature, Fe-B predominates.

【0049】そのためSPV法では、200℃程度の熱
処理を行い、その前後に拡散長の測定を行うことによ
り、FeiとFe−Bの拡散長(ライフタイム)に及ぼ
す影響を別個に調べて比較することで、拡散長のみなら
ず、併せてFe濃度を測定することができるという原理
になっている。図3の結果からは、Feiの方が拡散長
が短く、電気特性をより悪化させていることがわかる。
しかし、いずれの状態で測定した場合も拡散長が増加し
ていることから、エピタキシャル成長後の急速加熱・急
速冷却熱処理により確実に拡散長を向上させることがで
きることが判る。
For this reason, in the SPV method, the heat treatment at about 200 ° C. is performed, and the diffusion length is measured before and after the heat treatment. Thus, the principle is that not only the diffusion length but also the Fe concentration can be measured. From the results shown in FIG. 3, it is understood that the diffusion length of Fei is shorter, and the electrical characteristics are further deteriorated.
However, since the diffusion length is increased in any of the measurements, it can be seen that the diffusion length can be reliably improved by the rapid heating / cooling heat treatment after the epitaxial growth.

【0050】またTEM観察によりBMDの種類、形態
を調査したところ、Arアニールのみを施したウエーハ
では典型的な板状の酸素析出物のみが観察された。ま
た、これにエピ成長を施したウエーハには、板状酸素析
出物も存在していたが、それに加えて積層欠陥と転位ル
ープが発生していることが確認された。すなわち、特開
2000−44389の一実施形態である、窒素ドープ
基板にアニールを行なった後エピタキシャル成長を行な
ったエピタキシャルウエーハは、ゲッタリングサイトと
して酸素析出物だけでなく、積層欠陥と転位ループが存
在していることが発見された。一方、このようなウエー
ハにさらにRTAを施したウエーハは、積層欠陥は観察
されなくなり、酸素析出物の他には特徴的な六角形の形
態を持つ転位ループのみが多数観察された。したがっ
て、急速加熱・急速冷却熱処理によりこのような転位ル
ープをゲッタリングサイトとして導入することができる
ことが判る。
When the type and morphology of the BMD were examined by TEM observation, only a typical plate-like oxygen precipitate was observed in the wafer subjected to only Ar annealing. Further, plate-like oxygen precipitates were also present in the wafer subjected to the epitaxial growth, but it was confirmed that stacking faults and dislocation loops were additionally generated. That is, an epitaxial wafer which is an embodiment of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-44389, in which an epitaxial growth is performed after annealing a nitrogen-doped substrate, has not only oxygen precipitates as gettering sites but also stacking faults and dislocation loops. It was discovered that On the other hand, in a wafer obtained by further performing RTA on such a wafer, stacking faults were no longer observed, and only a large number of dislocation loops having a characteristic hexagonal shape were observed in addition to oxygen precipitates. Therefore, it is understood that such a dislocation loop can be introduced as a gettering site by rapid heating / rapid cooling heat treatment.

【0051】このように欠陥の形態が変化する理由は、
以下のように推測される。すなわち、アズアニールで存
在していた酸素析出物はエピ成長時に格子間Siを掃き
出し、これらが冷却時に集積して積層欠陥を形成する。
さらにRTAを施すと、不安定な積層欠陥が何らかの要
因で特徴的な六角形の転位ループに変化する。このよう
に考えると欠陥種形成の様子が理解できる。
The reason why the form of the defect changes is as follows.
It is estimated as follows. That is, the oxygen precipitates that existed by the as-annealing sweep out the interstitial Si during the epi-growth, and they accumulate during cooling to form stacking faults.
When RTA is further performed, unstable stacking faults change into characteristic hexagonal dislocation loops for some reason. With this consideration, the state of defect seed formation can be understood.

【0052】また、このようにRTAを施すことによ
り、キャリアの拡散長、ライフタイムが長くなる理由は
今のところ明確ではないが、ウエーハ内の積層欠陥が転
位ループになった事によってゲッタリング効果が高くな
ったこと、あるいは欠陥形態が変わったこと自体によっ
てライフタイムに何らかの影響を及ぼしたこと等が原因
として考えられる。
Although the reason why the RTA is used to increase the carrier diffusion length and the lifetime is not clear at present, the gettering effect due to the stacking faults in the wafer forming dislocation loops is not clear. It can be considered as a cause that the life time is affected by the increase of the defect or the change of the defect form itself.

【0053】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明
の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同
一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いか
なるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is an exemplification, and has substantially the same configuration as the technical idea described in the scope of the claims of the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

【0054】例えば、本発明においてチョクラルスキー
法によって窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成す
るに際しては、融液に磁場が印加されているか否かは問
われないものであり、本発明でいうチョクラルスキー法
にはいわゆる磁場を印加するMCZ法も含まれる。
For example, in growing a silicon single crystal rod doped with nitrogen by the Czochralski method in the present invention, it does not matter whether a magnetic field is applied to the melt or not. The Czochralski method includes a so-called MCZ method in which a magnetic field is applied.

【0055】また、エピタキシャル成長を行うにあたっ
ても、CVDによるエピタキシャル成長に限られず、M
BEによりエピタキシャル成長を行いエピタキシャルシ
リコンウエーハを製造する場合にも本発明を適用するこ
とができる。
Further, the epitaxial growth is not limited to the epitaxial growth by CVD.
The present invention can be applied to a case where an epitaxial silicon wafer is manufactured by performing epitaxial growth by BE.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、エピ
タキシャルシリコンウエーハの基板として窒素をドープ
したシリコンウエーハを用い、該シリコン単結晶ウエー
ハの表面近傍の結晶欠陥を消滅させるための熱処理を行
い、さらに該シリコン単結晶ウエーハの表面にシリコン
エピタキシャル層を形成した後、急速加熱・急速冷却熱
処理を行なうことにより、ウエーハ内のキャリアの拡散
長を長くすることができ、ウエーハの電気的特性を向上
させることができる。また、ウエーハのバルク部には多
量の転位ループをゲッタリングサイトとして導入するこ
とができるため、従来とは異なる種類の金属不純物等を
ゲッタリングできることが期待できる。
As described above, according to the present invention, a silicon wafer doped with nitrogen is used as a substrate of an epitaxial silicon wafer, and a heat treatment for eliminating crystal defects near the surface of the silicon single crystal wafer is performed. Furthermore, after a silicon epitaxial layer is formed on the surface of the silicon single crystal wafer, a rapid heating / cooling heat treatment is performed, so that the diffusion length of carriers in the wafer can be increased, and the electrical characteristics of the wafer can be improved. be able to. Further, since a large amount of dislocation loops can be introduced as gettering sites into the bulk portion of the wafer, it is expected that gettering of metal impurities and the like different from the conventional type can be achieved.

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

【図1】エピタキシャルシリコンウエーハの各評価段階
におけるBMD密度のOPP測定結果を示した図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing OPP measurement results of a BMD density at each evaluation stage of an epitaxial silicon wafer.

【図2】エピタキシャルシリコンウエーハの各評価段階
におけるBMDサイズのOPP測定結果を示した図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing results of OPP measurement of a BMD size at each evaluation stage of an epitaxial silicon wafer.

【図3】エピタキシャルシリコンウエーハの各評価段階
におけるキャリアの拡散長のSPV測定結果を示した図
である。
FIG. 3 is a diagram showing SPV measurement results of the carrier diffusion length at each evaluation stage of an epitaxial silicon wafer.

【図4】エピタキシャルシリコンウエーハの各評価段階
におけるキャリアのライフタイムのSPV測定結果を示
した図である。
FIG. 4 is a diagram showing SPV measurement results of the lifetime of a carrier at each evaluation stage of an epitaxial silicon wafer.

【図5】シリコンウエーハを急速加熱・急速冷却できる
装置の一例を示した概略断面図である。
FIG. 5 is a schematic sectional view showing an example of an apparatus capable of rapidly heating and rapidly cooling a silicon wafer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…チャンバー、 2…加熱ランプ、 3…オートシャ
ッター、4…石英トレイ、 5…3点支持部、 6…バ
ッファ、 7…パイロメータ、8…ウエーハ、 10…
熱処理装置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Chamber, 2 ... Heat lamp, 3 ... Auto shutter, 4 ... Quartz tray, 5 ... Three-point support part, 6 ... Buffer, 7 ... Pyrometer, 8 ... Wafer, 10 ...
Heat treatment equipment.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 エピタキシャルシリコンウエーハの製造
方法において、チョクラルスキー法により窒素をドープ
したシリコン単結晶棒を育成し、該シリコン単結晶棒を
スライスしてシリコン単結晶ウエーハに加工した後、該
シリコン単結晶ウエーハの表面近傍の結晶欠陥を消滅さ
せるための熱処理を行い、さらに該シリコン単結晶ウエ
ーハの表面にシリコンエピタキシャル層を形成した後、
急速加熱・急速冷却熱処理を行なうことを特徴とするエ
ピタキシャルシリコンウエーハの製造方法。
In a method of manufacturing an epitaxial silicon wafer, a silicon single crystal rod doped with nitrogen is grown by the Czochralski method, and the silicon single crystal rod is sliced and processed into a silicon single crystal wafer. After performing a heat treatment to eliminate crystal defects near the surface of the single crystal wafer, and further forming a silicon epitaxial layer on the surface of the silicon single crystal wafer,
A method for producing an epitaxial silicon wafer, comprising performing a rapid heating / rapid cooling heat treatment.
【請求項2】 前記チョクラルスキー法によって窒素を
ドープしたシリコン単結晶棒を育成する際に、該単結晶
棒にドープする窒素濃度を1×1012〜1×1014
個/cmにすることを特徴とする請求項1に記載され
たエピタキシャルシリコンウエーハの製造方法。
2. When growing a silicon single crystal rod doped with nitrogen by the Czochralski method, the concentration of nitrogen doped into the single crystal rod is 1 × 10 12 to 1 × 10 14.
2. The method for producing an epitaxial silicon wafer according to claim 1, wherein the number is set to the number of pieces / cm < 3 >.
【請求項3】 前記シリコン単結晶ウエーハに行う表面
近傍の結晶欠陥を消滅させるための熱処理として、11
00〜1300℃で10〜300分の熱処理を行なうこ
とを特徴とする請求項1または請求項2に記載されたエ
ピタキシャルシリコンウエーハの製造方法。
3. A heat treatment for eliminating crystal defects near the surface performed on the silicon single crystal wafer includes the steps of:
3. The method for producing an epitaxial silicon wafer according to claim 1, wherein a heat treatment is performed at 00 to 1300 [deg.] C. for 10 to 300 minutes.
【請求項4】 前記急速加熱・急速冷却熱処理として、
1100〜1350℃で1〜120秒の熱処理を行なう
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1
項に記載されたエピタキシャルシリコンウエーハの製造
方法。
4. The rapid heating / rapid cooling heat treatment includes:
4. The method according to claim 1, wherein the heat treatment is performed at 1100 to 1350 [deg.] C. for 1 to 120 seconds.
13. The method for producing an epitaxial silicon wafer according to the above item.
【請求項5】 エピタキシャルシリコンウエーハであっ
て、窒素がドープされたシリコン単結晶ウエーハの表面
にシリコンエピタキシャル層が形成されたものであり、
バルク中に転位ループと5×10個/cm以上のB
MD密度を有し、かつ、キャリアの拡散長が300μm
以上であることを特徴とするエピタキシャルシリコンウ
エーハ。
5. An epitaxial silicon wafer comprising a silicon single crystal wafer doped with nitrogen and a silicon epitaxial layer formed on a surface thereof.
Dislocation loops in the bulk and more than 5 × 10 8 B / cm 3 B
MD density and carrier diffusion length is 300μm
An epitaxial silicon wafer characterized by the above.
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