JP2004250263A - High-quality wafer and its manufacture method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon wafer which, when annealed, reduces in the density of defects on its surface layer and uniformly and sufficiently forms a BMD in the surface and to provide its manufacture method. <P>SOLUTION: There are provided a wafer characterized in that the oxygen concentration is at least 24 ppma, the entire exists in a crystal originated particle (COP) formation region, the size of a COP is 0.1 to below 0.15 μm on the average, the existence density of bulk microdefects (BMD) formed inside is at least 2.5×10<SP>8</SP>defects/cm<SP>3</SP>, and the density distribution in the radial direction is at most 4 in terms of a maximum/minimum ratio; a wafer obtained by annealing the above wafer; a wafer manufacture method characterized in that G<SB>c</SB>is at least 3.0 in the range of the melting point to 1,000°C, the G<SB>c</SB>/G<SB>s</SB>ratio is at least 1.0 in the range of the melting point to 1,300°C, and the V/G<SB>c</SB>ratio is 0.17 to 0.25 (mm<SP>2</SP>/[°C×min]) (wherein V is the pulling speed; G<SB>c</SB>is the temperature gradient in the direction of the axis of pulling at the center; and G<SB>s</SB>is that temperature gradient at the periphery); and a wafer manufacturing method comprising heating for 0.5 to 6 hr at 1,100-1,250°C in a non-oxidizing and non-nitriding atmosphere. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、半導体材料として使用されるシリコンウェーハ、とくに高温加熱処理(アニール処理)することによって、そのウェーハの表面に無欠陥層を形成させたシリコンウェーハとその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体材料のシリコンウェーハはシリコン単結晶から切り出されるが、このシリコン単結晶の製造に最も広く採用されているのは、チョクラルスキー法(CZ法)による単結晶の引き上げ育成方法である。
【0003】
CZ法は、石英るつぼ内の溶融したシリコンに種結晶を浸けて引き上げ、単結晶を成長させるものであるが、このシリコン単結晶の引き上げ育成技術の進歩により、欠陥の少ない、無転位の大型単結晶が製造されるようになってきている。しかし、デバイスの回路の高密度化微細化が進むにつれ、従来問題とならなかった欠陥がデバイスの性能に大きく影響するようになり、結晶育成時に形成される微細欠陥、すなわちGrown−in欠陥も、できるだけ低減排除するよう種々の検討がおこなわれている。
【0004】
Grown−in欠陥の代表的なものの分布は、たとえば図1のように観察される。これは、成長直後の単結晶からウェーハを切り出し、硝酸銅水溶液に浸けてCuを付着させ、熱処理後、X線トポグラフ法により微小欠陥分布の観察をおこなった結果を模式的に示した図である。この図は、リング状に分布したOSF(Oxidation induced Stacking Fault:酸化誘起積層欠陥)が、ウェーハ径の1/2近傍に現れたウェーハの例を示すが、OSFリングの外側部分には、転位クラスターと呼ばれる大きさが10μm程度の欠陥が10〜10個/cm程度存在する領域があり、内側部分には、大きさが0.2μm程度以下の赤外線散乱体、あるいはCOP(Crystal Originated Particle)などと呼ばれる欠陥が10〜10個/cm程度検出される。
【0005】
OSFは、酸化熱処理時に生じる格子間原子による積層欠陥であり、デバイスの活性領域であるウェーハ表面に生成、成長した場合には、リーク電流の原因となり、デバイス特性を劣化させる。転位クラスターは、その存在部分に形成されたデバイスが動作不良品となり、またCOPが存在すると初期の酸化膜耐圧特性を低下させる。
【0006】
単結晶育成時の引き上げ速度を遅くすると、リング状OSFが小さくなり、やがては転位クラスターの発生しやすい領域のみとなってしまい、引き上げ速度を速くすると、リング状OSFはウェーハの外周位置に移動して中央部のCOPが発生しやすい領域が拡大してくる。従来は、転位クラスターによる不良発生の影響が大きいことや生産性の点から、健全な単結晶の得られる範囲で引き上げ速度を速くした、リング状OSFを外周近傍に位置させたウェーハが多く用いられてきた。
【0007】
しかしながら、よりGrown−in欠陥の少ないウェーハに対する要望の増大から、種々の対処法の検討がなされている。図1に示されるウェーハを詳細に観察すると、リング状OSFに接してすぐ外側には、酸素析出の起こりやすい酸素析出促進領域があり、その外側にはほとんど無欠陥の領域があって、それから転位クラスター欠陥発生領域となっている。また、リング状OSF発生領域の内側にもCOPの発生密度が極めて小さい領域がある。これらリング状OSF発生領域およびその近傍の各領域は、引き上げ直後の単結晶内温度分布や引き上げ速度によりその分布状態が変化する。
【0008】
そこで、これらのGrown−in欠陥の発生が極めて少ない部分が全面に拡大された、無欠陥のウェーハを得ようとする単結晶育成技術や処理方法が種々開発されてきた。
【0009】
たとえば、特許文献1に開示された発明は、単結晶育成時の引き上げ速度をV(mm/min)、融点から1300℃までの温度範囲における引き上げ軸方向の結晶内温度勾配をG(℃/mm)とするとき、結晶中心部より外周から30mmまでの内部位置ではV/Gを0.20〜0.22(mm/[℃・min])とし、結晶外周に向かってはこれを漸次増加させるよう、引き上げる単結晶周囲に置かれた構成物すなわちホットゾーンの改善により温度勾配を制御する。ホットゾーンをこのようにして引き上げ速度を調整し育成をおこなうと、OSFおよび転位クラスターを生成させることなく、リング状OSFの外側部分の酸素析出促進領域や、酸素析出抑制領域の無欠陥領域のみが、ウェーハ全面に拡大する。
【0010】
特許文献2や特許文献3に開示の発明は、酸素濃度を24ppma(old ASTM)未満としてリング状OSFが顕在化しないようにし、その上でV/Gを0.112〜0.142(mm/[℃・min])に制御して、リング状OSFの外側部分ばかりでなく、内側部分のCOPの発生のない部分まで含めた領域からなるウェーハを製造しようとしている。
【0011】
さらに、無欠陥領域をより安定して拡大するため、育成する単結晶の引き上げ軸方向の結晶内温度勾配Gについて、外周表面部より中心部の方が大きくなるようにしたホットゾ−ン構造を有する装置の発明が、特許文献4に開示されている。この装置は、引き上げ中の単結晶の周囲を取り囲んで、その内周面が引き上げ軸と同軸である冷却用部材と、この冷却用部材の外面の外側および下端面の下側とに熱遮蔽材とを設けたものである。上記冷却部材と熱遮蔽材とを組み合わせた構成物の、単結晶表面からの距離および融液面からの距離を制御することにより、単結晶下方の凝固直後の融点に近い温度の単結晶表面は、融液面やるつぼ内面からの輻射で保温され、より上方の冷却部材に面する部分は強制的に冷却されて、上述の温度勾配あるいは温度分布を実現させる。
【0012】
このような単結晶育成時に生じる無欠陥領域を、凝固直後の単結晶内温度分布と引き上げ速度の制御により、ウェーハ全面に拡大しようとする方法は、単結晶の引き上げ速度増加に限定を受け、その上、径の大きいウェーハには安定した実施が困難で、量産への適用は容易ではない。
【0013】
ウェーハとしては、集積回路が形成される表面層の部分には、できるだけ欠陥が少ないことが必須であるが、その集積回路形成部の下の基板部分は、製造プロセスにおいて避けがたい重金属などの汚染に対し、ゲッタリング効果を有していることも重要である。この内部ゲッタリング効果は、ウェーハ中のBMD(Bulk Micro Defect)と呼ばれる欠陥が作用しており、COP発生領域に生じる酸素析出物もその一つとされている。
【0014】
上述のウェーハは、集積回路形成に有害な欠陥は低減できるが、内部の欠陥も減少したり、不均一な分布となり、有効なBMDが十分に、あるいは均一に形成されないおそれがある。
【0015】
これに対し、単結晶をCOP発生領域の条件で作製し、得られたウェーハをアニールして、集積回路を形成させる表面層の欠陥を低減させる方法が提案されている。この場合、ウェーハのアニールは別途必要であるが、引き上げ速度の速い条件で単結晶の育成が可能であり、ウェーハ内部には、COPのもととなる空孔が作用してBMDが形成されるという利点がある。
【0016】
たとえば、特許文献5には、酸素濃度を4×1017原子/cm以上とし、単結晶引き上げ時の1100〜850℃間の温度領域の通過時間を80分未満の急冷とすることにより、COP欠陥のサイズを小さくして分布させ、1000℃以上かつ1時間以上のアニール処理により欠陥を低減させる、ウェーハの製造方法の発明が開示されている。COP欠陥のサイズを小さくすると、アニールによりウェーハ表面近傍の欠陥を容易に低減できるからである。また、この1100℃から850℃間の急冷の代わりに1×1014原子/cmの窒素をドーピングしても同様な効果が得られるとしている。
【0017】
さらに、特許文献6には、窒素濃度を1013原子/cm以上とし、1200℃から1000℃までの冷却時間を200分以下として、リング状OSFが単結晶の外径の0.8以下の径になるように引き上げをおこない、得られた単結晶から採取したウェーハを、水素あるいはアルゴンを含む雰囲気中にて1000〜1350℃でアニールする、基板用ウェーハ製造方法の発明が提示されている。
また、特許文献7に開示された発明は、酸素濃度を25ppma以上とし、引き上げる単結晶の垂直方向の温度勾配が中心部ではG、表面部ではGとするとき、融点から1370℃までの温度領域で、Gが2.8℃/mm以上かつG/Gの比を1以上として、ウェーハ面全面がCOP発生領域になるようにして引き上げる。このようにして、COP欠陥の平均の大きさが0.1μm以下で0.1μmを超える欠陥の密度が10個/cm以下である単結晶を得るが、この単結晶から得られたウェーハは、アニール処理により容易に表面の無欠陥層が形成され、またBMDも生成されるとしている。
【0018】
以上のように、集積回路の形成される表面層の部分は欠陥がきわめて少なく、かつ内部においては効果的なゲッタリング効果を有するBMDが存在するウェーハを得るための、様々な検討もなされている。しかしながら、表面層の無欠陥状態を容易に実現させることができ、そして内部ではBMDが十分かつ全面均一に存在させることのできるウェーハが得られているとは言い難い。
【0019】
【特許文献1】
特開平8−330316号公報
【特許文献2】
特開平11−147786号公報
【特許文献3】
特開平11−157996号公報
【特許文献4】
特開2001−220289号公報
【特許文献5】
特開平10−98047号公報
【特許文献6】
特開2001−240490号公報
【特許文献7】
特開2002−187794号公報
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、不活性ガスや水素などの非酸化非窒化性のガス中でアニールすることにより、表面層の欠陥密度がきわめて低くなり、そしてBMDが面内に均一かつ十分に形成されたウェーハと、その製造方法の提供にある。
【0021】
【課題を解決するための手段】
集積回路を形成させるシリコンウェーハには、表面近傍の回路形成部分には欠陥が極めて少なく、かつゲッタリング効果を得るため内部には欠陥の存在が必要、という表面と内部とで相矛盾する状態を要求される。本発明者らは、このような特性を有するウェーハ製造の一つの手段として、比較的簡単な熱処理により表面部分の欠陥を消滅させ、それとともに内部にはゲッタリング効果のあるBMDを形成させる方法が望ましいと考え、それに適したウェーハまたはそのウェーハを得る単結晶の製造方法を検討した。
【0022】
表面の回路形成部分の欠陥を低減する熱処理法として、水素あるいはアルゴンなど非酸化非窒化性雰囲気中で1000℃以上にて1時間以上加熱するアニール法がある。この方法では、転位クラスターは消滅させることができないので、図1に示したリング状OSFが外周近くにあり、COP欠陥発生領域が大部分を占めるウェーハが用いられる。
【0023】
このアニールをおこなうとき、COP欠陥はそのサイズが微細なほど、容易に消滅させることができる。COP欠陥のサイズを小さく分散させるために、窒素をドープする方法がある。しかしながら検討の結果、窒素ドープはCOP欠陥を小さく分散させることはできても、実用上種々問題のあることがわかってきた。たとえば、窒素によって生じた酸素析出物欠陥が、アニールにをおこなったとき容易には消滅せず表面層に欠陥となって残るおそれがあること、引き上げ軸方向に窒素の偏析が大きく、それに起因すると考えられるBMDの不均質な分布が生じやすいこと、さらには径方向でも、リング状OSFの広がりによりBMDの面内分布が不均一になることなどである。
【0024】
そこで、窒素ドープなしにCOP欠陥を微細にかつ均一に分散させることの可能性について、単結晶引き上げ時の結晶内温度分布や引き上げ速度の影響を検討することにした。ここで、COP欠陥の検出はOPP装置(バイオラッド社製、Oxgen Precipitate Profiler)を用い、研磨したウェーハ表面にて、欠陥の大きさおよび分布密度を調べた。
【0025】
集積回路の形成には、ウェーハ表面に厚さ10ミクロンまたはそれ以上の無欠陥層が必要である。窒素ドープをしない単結晶によるウェーハにて、生じているCOP欠陥と、高純度アルゴンガス中アニールによる表面部分の無欠陥層の形成状況との関係について調べてみると、育成のまま(as grown)の単結晶ウェーハにて検出できる欠陥の大きさは、平均径が小さく、かつ特定の大きさを超えるもののないことが、アニールによる無欠陥層の形成を容易にし、そしてその層の残存欠陥を無くすために重要であることが確認された。
【0026】
アニールによる表面の無欠陥層形成に対し、好ましいCOP欠陥の分散状態を有するウェーハを実現するための、単結晶引き上げ条件について種々調査していくと、凝固後の単結晶内の引き上げ軸方向の温度勾配Gを大きくし、それとともに引き上げ速度Vを制御してV/Gをある範囲内とする必要のあることがわかってきた。
【0027】
この温度勾配Gを大きくすることにより、COP欠陥の分布やBMDの分布が改善される理由は、次のように考えられる。まず大きな温度勾配Gは、融点から1300℃近傍の温度範囲では、凝固時に取り込まれる空孔の濃度を低減してCOP欠陥を減少させ、1300℃から1150℃前後までの温度域の冷却では、空孔の結晶表面への拡散消滅を抑制して、ウェーハ内の空孔分布を均一化させる効果がある。次いで、略1150℃から1000℃の温度範囲では、空孔が凝集合体してCOP欠陥を形成していくが、ここでもGを大きくすれば、急冷されることによってCOP欠陥の成長が抑制されて、微細なものにすることができる。そして、このようなCOP欠陥の微細化は、同時にBMDのウェーハ内分布均一化に効果があると推測される。
【0028】
さらに略1000℃から800℃の温度域でも、Gを大きくして冷却すれば、より微細なBMDの均一分散に有効であった。これは、外周近傍に生成するリング状OSFの核となるBMDの生成を抑止し、それによるBMDの不均一を抑制すると考えられた。
【0029】
このようにGを大きくする場合、それに応じて引き上げ速度Vを大きくしなければ、ウェーハの大部分がCOP欠陥発生領域なる状態にすることができない。しかし、多結晶化の抑止など健全な単結晶を得るためにVは限定され、したがってV/Gは特定範囲に制御する必要がある。またV/Gは、大きくしすぎると径の大きなCOP欠陥が発生する傾向にある。
【0030】
しかしながら、Gを大きくし、V/Gを特定範囲に制御する引き上げ条件だけでは、ウェーハ面のCOP欠陥の密度分布改善には限界があることがわかってきた。COP欠陥の径を小さくし表面の無欠陥層の発達を容易にすることができても、内部に生じるCOP欠陥のもとになる空孔に起因すると推測されるBMDの密度が、ウェーハの面方向にて均一にならず、基板用としては必ずしも十分なウェーハが得られないのである。
【0031】
BMDは主として酸素析出物と考えられるが、酸素析出物は、育成のままではほとんど認められず、ウェーハの集積回路形成の過程における熱処理により形成されるものである。この酸素析出物を形成する熱処理は、ウェーハ上の集積回路により種々異なるが、ここでは典型的な酸素析出熱処理として、大気中にて900℃、4時間加熱後、1000℃にて16時間加熱する条件を適用することとした。この場合、熱処理後ウェーハ断面にて厚さ2μmのライトエッチングをおこない、検出された析出物の面積密度から体積密度を求め、そのウェーハの径方向の分布変化を調査し、これをBMDの密度および分布とした。
【0032】
COP欠陥は、凝固したシリコン結晶中の空孔が合体して形成されると考えられるが、この空孔は単結晶中に固溶する酸素の析出核に作用し、これが酸素析出物に成長してBMDになると推定される。したがって、育成のままの単結晶によるウェーハ面内で、空孔あるいはCOP欠陥がより均一に分布しているものほど、BMDの分布も均一になると考えられる。
【0033】
そこで、ウェーハ径方向の酸素析出物密度の、最大値/最小値の比が小さくなるよう、COP欠陥をウェーハ面内にてできるだけ均一に分布させる単結晶の製造条件をさらに検討した。その結果、凝固直後の単結晶内部の温度分布として、単結晶の引き上げ軸方向の中心部における温度勾配をG、外周部における温度勾配をGとするとき、G/Gの比を1.0超として引き上げをおこなうのがよいことがわかった。
【0034】
このG/Gの比を1.0超とする条件は、従来、ウェーハ全面をリング状OSF近傍の無欠陥領域とするための単結晶引き上げ方法として検討され、たとえば特許文献4に示されるように、ホットゾーンの構造を工夫した装置が公表されている。これに対し、同様なホットゾーンを有する装置を用い、COP欠陥発生領域がほぼウェーハ面全面となるようにして単結晶を製造すれば、COP欠陥の分布を均一にし、それによってBMDをウェーハ面全面に均一に発生させることができることを見出したのである。
【0035】
/Gの比が1.0を超える状態は、単結晶中の空孔や格子間Siが活発に移動する、凝固直後から1300℃までの温度範囲で実現されればよい。このように、G/G比を1.0超とすることがCOP欠陥の均一分布に効果がある理由は、次のように考えられる。
【0036】
単結晶の育成において、液相の凝固の過程で、空孔や格子間シリコン原子が固相の単結晶中に多量に取り込まれる。取り込まれる量は、凝固直後では空孔の方が格子間シリコン原子よりも多いが、固液界面から結晶中への、温度勾配に基づく引き上げ軸方向の拡散も同時に生じている。この拡散により流入する量は、空孔より格子間シリコン原子の方が大きく、引き上げ速度が小さくなるほどその差は大きくなる。凝固してから間もない高温の単結晶中を拡散する空孔と格子間シリコンは、衝突すれば対になって消滅する場合が多く、その数は急速に減少していくが、引き上げ速度が遅いときは格子間シリコン原子の残存に基づく転位クラスターのような欠陥が現れ、引き上げ速度が速いときは空孔の残存に基づくCOP欠陥や酸素析出物が多く存在する結果となる。
【0037】
通常の単結晶育成条件では、中心部よりも外周部の方が温度が低く、引き上げ軸方向の温度勾配は、中心部よりも外周部の方が大きくなる。格子間シリコン原子の拡散による移動量は、引き上げ速度が同じであれば、温度勾配に比例する傾向があり、この場合、外周部の方が格子間シリコン原子の流入量が多くなる。一方、空孔は、固液界面からはどの位置であってもほぼ同量取り込まれ、凝固直後では単結晶の径方向に大略同等に存在するが、外周面では消滅するので、次第に外周側の濃度が低下してくる。このような状態で、空孔と格子間シリコンの合体消滅が進行するので、空孔は、径方向に不均一な分布となり、その結果、BMDの分布が不均一なウェーハとなる。
【0038】
これに対し、単結晶の中心部よりも外周の表面部の方が温度が高いという状態を現出させれば、G/Gの比は1.0超となる。そうすると、引き上げ軸方向の温度勾配は、中心部の方が外周部より大きいので、中心部の方が格子間シリコン原子の流入量は増してくる。空孔の量は、外周方向への拡散によって中心部の方が外周部よりも多くなる傾向があるが、流入する格子間シリコンの量が増せば、消滅するものが多くなり、その結果として空孔濃度の面内分布は均一化される。冷却するにしたがい、空孔は合体してCOP欠陥が形成されたり、BMDの析出核となっていくので、空孔の均一分布がおこなわれれば、これらは均一分布化する結果になる。
【0039】
上記のように、引き上げ時に凝固した単結晶部分において、Gを大きくして、かつG/Gの比を1.0超とし、その上でCOP欠陥発生領域がほぼウェーハ面全面となるように引き上げ速度を大きくすると、OSFがウェーハ上に現れなくなる。しかしながらその場合、酸素量を低く抑えるとBMDの量が不足する傾向になるので、酸素はBMDが十分生成される程度にまで多く含有させる必要がある。
【0040】
以上のような検討結果に基づき、表面に無欠陥層を形成させるための非酸化非窒化性雰囲気中アニールをおこなって、基板用としてすぐれたウェーハの得られる単結晶およびその製造方法の限界をあきらかにして本発明を完成させた。本発明の要旨は次のとおりである。
【0041】
(1) 酸素濃度が24ppma(old ASTM)以上で、表面で観察されるCOP欠陥の大きさが平均0.1μm以下、かつ0.15μmを超えるものがなく、酸素析出評価熱処理を施したときにウェーハ内部で形成される酸素析出物の密度が2.5×10個/cm以上、かつウェーハの径方向の酸素析出物の密度分布が最大値/最小値比にて4以下であることを特徴とするシリコンウェーハ。
【0042】
(2) 酸素濃度が24ppma(old ASTM)以上で、表面で観察されるCOP欠陥が0.5個/cm以下である無欠陥層が、深さ5μm以上存在することを特徴とする上記(1)のシリコンウェーハより作製されたアニールウェーハ。
【0043】
(3) チョクラルスキー法(CZ法)により引き上げ育成するシリコン単結晶の製造において、単結晶引き上げ速度をV(mm/min)、単結晶の引き上げ軸方向の中心部における温度勾配をG(℃/mm)、外周部における温度勾配をG(℃/mm)とするとき、中心部が融点から1000℃までの温度範囲ではGが3.0以上であり、融点から1300℃まではG/Gの比が1.0を超えかつV/Gが0.17〜0.25(mm/[℃・min])として引き上げた単結晶より採取することを特徴とする上記(1)のシリコンウェーハの製造方法。
【0044】
(4) 上記(3)のシリコン単結晶製造方法において、さらに中心部が1000℃を超え800℃までの温度範囲では、Gが2.5以上として引き上げることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【0045】
(5) 上記(1)のシリコンウェーハ用い、水素ガス、アルゴンガス、またはこれらのガスの混合ガス雰囲気中にて、1100〜1250℃の温度で0.5〜6時間加熱することを特徴とする請求項2に記載のアニールウェーハの製造方法。
【0046】
【発明の実施の形態】
本発明のシリコンウェーハは、素材となる単結晶育成においては窒素ドープはおこなわず、酸素濃度は24ppma(old ASTM)以上とする。窒素ドープは、COP欠陥の径を小さくすることができるが、偏析が著しく、結晶の引き上げ軸方向に濃度の不均一を生じることや、アニール温度を高くしなければ、窒素ドープにより促進された酸素に起因する欠陥が、表面で低減されにくいなど好ましくない影響が残るからである。
【0047】
酸素濃度を24ppma以上とするのは、24ppma未満の場合、ウェーハ内部に形成されるBMDの量が不十分になり、ゲッタリング効果が十分得られなくなることがあるからである。しかし、多すぎると表面の集積回路形成部分にまで、OSFが発生したり酸素析出物が生じることがあるので、多くても34ppma以下であることが好ましい。
【0048】
単結晶のシリコンウェーハを切り出す胴の部分は、空洞欠陥(COP)発生領域であることとする。これは、図1に示した単結晶の引き上げ軸に垂直に切断した断面において、これより相対的に引き上げ速度が大きい場合に得られる、リング状OSFが外周部近傍に位置するものである。そして、この切り出されたウェーハにおいて検出されるCOP欠陥の大きさは、その平均の径が0.1μm以下で、かつ0.15μmを超えるものがないこととする。
【0049】
COP欠陥の平均の径を0.1μm以下とするのは、これより大きい場合、1200℃以下のアニール処理では、COP欠陥の極めて少ない表面無欠陥層が形成できなくなるからである。より望ましくは平均の径を0.07μm以下とすることである。
【0050】
また0.15μmを超えるCOP欠陥は、アニールをおこなっても表面層から消失せず、形成した集積回路の動作不良の原因となる。これもより望ましくは0.12μmを超えないようにするのがよい。
【0051】
ウェーハ内部(表面の無欠陥層を除く部分)で形成される酸素析出物の密度が2.5×10個/cm以上であり、かつウェーハの径方向のその密度分布が最大値/最小値比にて4以下であることとする。この酸素析出物は、単結晶から切り出されたままの状態のウェーハでは、ほとんど検出されないが、集積回路形成の過程における熱処理により形成され、効果的なゲッタリング作用を有するBMDとなるものである。
【0052】
酸素析出物の形成は、熱履歴により多少変動するが、ここでは、一般的な処理条件での形成をシミュレートできる条件として、900℃、4時間加熱後、1000℃、16時間の熱処理を施したときに、ウェーハ内部で形成される酸素析出物で評価する。この評価熱処理条件は、とくに限定するものではなく、ウェーハの有する処理工程におけるBMD形成能力が評価できる条件であればよい。アニール処理をおこなったウェーハでは、1000℃、16時間の熱処理で、酸素析出物の評価が可能である。
【0053】
酸素析出物の密度が2.5×10個/cm未満の場合、内部ゲッタリング効果が不十分になるおそれがある。ただし多すぎるとアニール後の表面無欠陥層に酸素析出物が残存したり、ウェーハのそりや割れの原因となるので、多くても5×1010個/cmまでであることが望ましい。このようなBMDは、ゲッタリング作用によりウェーハ表層の活性領域の重金属汚染を抑止し、集積回路デバイス製造時の不良品発生を低減するので、できるだけウェーハの全面にわたって均一に分布していることが重要である。このため、酸素析出物の面積密度の分布は、ウェーハ径方向にて最大値/最小値の比が4以下であることとする。より望ましいのは、この最大値/最小値の比が2以下であることである。
【0054】
上記のようなウェーハ、すなわちCOP欠陥が微細に分布しており、非酸化非窒化性雰囲気中アニールにより容易に表面に無欠陥層が形成され、しかも内部に十分な量のBMDを均一に分布させることのできるウェーハの製造は、以下のようにしておこなう。
【0055】
CZ法によるシリコン単結晶の引き上げ育成において、引き上げ速度をV(mm/min)、単結晶の引き上げ軸方向の、中心部における温度勾配をG(℃/mm)、外周部における温度勾配をG(℃/mm)とするとき、中心部が融点から1000℃までの温度範囲ではGが3.0以上とし、融点から1300℃まではG/Gが1.0以上で、かつV/Gが0.17〜0.25(mm/[℃・min])として引き上げる。なお、ここで温度勾配は、対象とする温度範囲の最高温度と最低温度との差をその二点間の距離で除した、平均の値を用いればよい。
【0056】
融点から1000℃までの中心部における温度勾配Gを3.0(℃/mm)以上とするのは、3.0を下回ってしまうと、COP欠陥の平均径が0.1μm以下でかつ0.15μmを超えるものがないウェーハが得られなくなること、所要のBMD密度を実現するための引き上げ速度が限定され、引き上げ速度によるその密度変動が大きくなること、そしてウェーハの径方向でのBMD密度変動が大きくなり最大値/最小値の比が4を超えてしまうこと、などの問題が生じてくるためである。
【0057】
さらに1000℃から800℃までの温度範囲においても、温度勾配Gを2.5(℃/mm)以上とすれば、BMDの分布がより一層均一になる。この温度領域では、OSF発生の核となるBMDが形成されるが、この欠陥は上記引き上げ条件では結晶の外周近傍で生成されやすく、BMDの密度分布を不均一させる。この温度範囲において温度勾配Gを2.5(℃/mm)以上とすれば、このような欠陥の生成を抑制することができ、ウェーハ径方向BMD密度分布の最大値/最小値の比を2以下にまで低下させることが可能になる。
【0058】
これら融点から1000℃まで、および1000℃から800℃までの温度範囲の、Gの上限はとくには定めないが、非接触による冷却方法には限度があり、無転位結晶育成が急冷により困難になることや結晶の割れ発生のおそれもあるので、大きくても6.0(℃/mm)までとするのが好ましい。
【0059】
融点から1300℃までは、G/Gの値を1.0超とするのは、上記の単結晶内温度勾配と組み合わせることにより、COP欠陥およびBMDの分布をウェーハの目標値とするために必要である。この温度域でG/Gの値が1.0を超えるということは、単結晶のウェーハ面方向の温度分布は、中心部より外周部の方が高い状態になっていることを意味し、これはCOPやBMD生成の元となる空孔の、固液界面での結晶面内取り込み量を均一にし、かつ冷却時の空孔の分布を均一にする効果がある。
【0060】
次に、単結晶中心部の融点から1300℃までの温度範囲で、V/Gを0.17〜0.25(mm/[℃・min])とするのは、0.17を下回る場合、リング状OSFの発生位置がウェーハ内部に移行し、BMDの面積密度の変動が大きくなるからであり、0.25を超えると0.15μm以上のCOP欠陥が発生しやすくなるからである。
【0061】
本発明の単結晶を得るために用いる製造装置において、ホットゾーンすなわち引き上げ中の単結晶の冷却部分周辺の構造は、たとえば特許文献4に示されるような、水冷による冷却部材と熱遮蔽材とを組み合わせた構成物とするのが望ましい。このホットゾーンを有する引き上げ装置断面の模式図を図2に示すが、ここで、るつぼ1の中の溶融シリコン2から、シリコン単結晶4が上方に引き上げ育成されるものとする。ホットゾ−ンは、引き上げ中の単結晶4の周囲を取り囲んで、その内周面が引き上げ軸と同軸である内部水冷等による冷却用部材6と、この冷却用部材の外面の外側および下端面の下側とに熱遮蔽材5とを設けたものである。
【0062】
引き上げ中単結晶4の表面の、凝固直後から熱遮蔽材5の下端部までの間は、ヒータ3により加熱されたるつぼ1の壁および溶融シリコン2の液面からの熱輻射により保温された状態にある。一方、それより上の部分の表面は、冷却用部材6に面していて相対的に強く冷却される。この冷却部材6および熱遮蔽材5からなる構成物の位置を調整することにより、凝固直後の単結晶の中心部においては、上の部分の表面に対する冷却の熱伝導により温度が低下し、融点から約1300℃までの温度範囲では、引き上げ軸方向における表面部の温度勾配Gよりも中心部の温度勾配Gの方が大きい結果となる。すなわち、G/Gの比が1.0を超える状態が実現される。
【0063】
この冷却部材6の設置は、融点から1000℃までのGを3.0(℃/mm)以上とするのに効果があり、さらに1000℃から800℃の温度範囲でGを2.5(℃/mm)以上とするためにも有効である。
【0064】
本発明の単結晶から採取したウェーハを用い、表面にCOPの無欠陥層を形成させるには、水素、アルゴン、あるいはこれらの混合ガス雰囲気中にて1100〜1250℃の温度で0.5〜6時間加熱するのがよい。このような非酸化非窒化性雰囲気中アニールにより、表面から深さ10μm以上のBMDが存在しない無欠陥層が形成される。
【0065】
【実施例】
電気抵抗が10ΩcmとなるようドーパントのBを添加したシリコン原料120kgをるつぼ内に充填し、目標直径210mm、ボディ長1000mm、酸素濃度13×1017原子/cm(26ppma)の単結晶の育成実験をおこなった。育成条件は、装置内をアルゴンの減圧雰囲気として、ヒーター加熱によりるつぼ内で原料を溶融し、結晶方位は引き上げ軸が<100>として種結晶を融液に馴染ませた後、るつぼと引き上げ治具とを回転させつつシード絞りをおこない、ショルダー部を形成させ、ボディ長さが200mmに達した時点で所定引き上げ速度となるようにし、その後は一定速度でボディ長さ1000mmまで育成し、それからテイルにして終了する。
【0066】
図2に示したホットゾーンを有する装置にて、融液面と熱遮蔽材下端との間隔を70mmとし、ボディ長さが200mmに達したときの引き上げ速度Vを0.80mm/minとして、単結晶育成をおこなった。そのときの融点から1000℃までおよび1000℃から800℃までの単結晶中心部における平均温度勾配G、融点から1300℃までの温度範囲でのV/G、同じく表面部における温度勾配Gに対するGの比G/G等は、表1の試験材番号1に示すとおりであった。上記のホットゾーンにて、融液面と熱遮蔽材下端との間隔を90mmとして、温度勾配Gを小さくした場合を試験材番号2に、そしてさらに融液面と熱遮蔽材下端との間隔を60mmとした場合を試験材番号3として示す。
【0067】
また比較例として、黒鉛製熱遮蔽材を用いて、G/Gが1以上になるようにして、COP欠陥発生領域がウェーハ面全面を占める引き上げ速度にした場合を試験材番号4、このような特別な対策をおこなわないG/Gが1以下である従来型のホットゾーンによるもので、COP欠陥発生領域がウェーハ面全面を占める引き上げ速度にした場合を試験材番号5、その従来型ホットゾーンで、COP欠陥発生領域がウェーハ面の70%である引き上げ速度にした場合を試験材番号6にそれぞれ示す。
【0068】
各試料単結晶の中央部から切り出し表面を研磨したウェーハにて、OPP装置を用い、COP欠陥の密度、平均径および最大の欠陥の径を調べた。酸素析出物については、900℃にて4時間加熱後、1000℃にて16時間加熱し、ウェーハの半径方向の5カ所以上の種々の位置にて破面で2μmのライトエッチングをおこなって析出物の密度を測定し、その最小値および最大値を求めた。これらの結果も合わせて表1に示す。また、試験材番号1、2、4および5のウェーハについては、観察されたCOP欠陥の大きさとその欠陥の密度との関係を図3に、ウェーハの半径方向の位置による酸素析出物(BMD)の密度変化を図4にそれぞれ示す。
【0069】
【表1】

Figure 2004250263
【0070】
次に、表1に示した6種の試験材それぞれから得たウェーハにて、育成のまま、高純度アルゴン中にて1200℃、1時間加熱のアニール処理、および同じく1150℃、1時間のアニール処理の3種のウェーハを作製した。
【0071】
得られた各ウェーハにて、光散乱による表層部欠陥測定装置(三井金属工業社製MO601)を用いて、表面における大きさが0.1μmを超えるCOP欠陥の密度を測定した。さらに、それぞれの条件ごとに5枚ずつウェーハを用意し、その酸化膜耐圧特性を以下の条件で測定した。
(a)酸化膜厚:25nm
(b)電極面積:8mm
(c)測定電極:リンドープ・ポリシリコン
(d)判定電流:1 mA/cm
(e)良品判定:絶縁破壊電界が11 MV/cm以上
また、アニール処理後のウェーハ内部BMDの状況を見るため、上記の1200℃アニール処理後のウェーハにて、1000℃、16時間の加熱処理をおこなった後、破面にて2μmのライトエッチングを施してその密度を測定した。これらの結果を表2に示す。さらに、試験材番号2のウェーハについて、1150℃のアニール処理および1000℃、16時間のBMD発生加熱処理をおこなったときの、径方向における表面無欠陥層の深さ分布および内部のBMD密度の分布を調べた結果を図5に示す。
【0072】
【表2】
Figure 2004250263
【0073】
表1、図3および図4の、試験材番号1および2、あるいは3の結果からわかるように、本発明のウェーハは、as grown の状態においてCOP欠陥の大きさは小さいが、その密度が高く、そして発生する酸素析出物は、その密度が高く、かつウェーハ面内で均一に分布している。そして、このようなウェーハは、素材となる単結晶育成時に、冷却の温度勾配を大きくし、凝固直後では単結晶表面部よりも内部の方の温度勾配を大きくして、V/Gを特定範囲に制御し育成することにより製造できる。
【0074】
表2に示された結果から、試験材1、2および3の本発明のウェーハは、 as grown の状態においては酸化膜耐圧特性の良品率はよくないが、アニール処理を施すことにより良品率が100%近いウェーハとなることが明らかである。それに加えて、ウェーハ内部におけるBMD発生量が多く、位置によるばらつきも小さい。
【0075】
これに対し、従来の方法で製造された試験材4、5および6のウェーハは、As grownの状態では、酸化膜耐圧特性が本発明のウェーハより良好であるが、アニール処理をおこなっても大きくは改善されない。その上、BMDの発生量が少なく、ばらつきが大きい。
【0076】
さらに図5からわかるように、本発明のウェーハは、1150℃という低いアニール処理温度であるにもかかわらず、ウェーハ表面のCOP欠陥のほとんどない無欠陥層の厚さは15μm以上形成されており、内部のBMDの発生密度は少ない部位でも35×10個/cm以上ある。しかも多い位置でも65×10個/cm以下であり、密度分布は最大値/最小値比において2以下のすぐれた分布を示している。
【0077】
【発明の効果】
本発明のシリコンウェーハは、非酸化非窒化雰囲気中での高温加熱によるアニールを施すことにより、表面層にCOP欠陥の極めて少ない無欠陥層を形成させることとができ、しかも内部にはゲッタリング作用のあるBMDを十分多く、ウェーハ面内で均一に分布させることができる。このウェーハはその上に形成される集積回路の良品歩留まりを大きく向上させ、集積回路すなわちICの製造コスト低減に大きく寄与する。
【0078】
【図面の簡単な説明】
【図1】シリコンウェーハで観察される、典型的な欠陥分布の例を模式的に示した図である。
【図2】実施例に用いたシリコン単結晶の製造装置の断面を模式的に示した図である。
【図3】各ウェーハにおけるCOP欠陥の大きさとその存在密度を示した図である。
【図4】各ウェーハ内部に発生したBMDの密度のウェーハ面内での分布を示す図である。
【図5】1150℃のアニール後、酸素析出処理をおこなったウェーハの面方向における、表面のBMD無欠陥層の厚さ分布、および内部のBMDの密度分布を示す図である。
【符号の説明】
1. るつぼ
2. シリコン溶融液
3. ヒーター
4. 単結晶
5. 熱遮蔽材
6. 冷却材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a silicon wafer used as a semiconductor material, particularly to a silicon wafer having a defect-free layer formed on a surface of the wafer by high-temperature heat treatment (annealing treatment) and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
A silicon wafer of a semiconductor material is cut out of a silicon single crystal, and the most widely used method for producing the silicon single crystal is a single crystal pulling and growing method by a Czochralski method (CZ method).
[0003]
In the CZ method, a seed crystal is immersed in molten silicon in a quartz crucible and pulled up to grow a single crystal. Due to the progress of the silicon single crystal pulling and growing technique, a large number of dislocation-free large single crystals has been developed. Crystals are being manufactured. However, as the circuit density of the device has become higher and smaller, defects that have not been a problem in the past have a great influence on the performance of the device, and fine defects formed during crystal growth, that is, grown-in defects, Various studies have been made to reduce and eliminate as much as possible.
[0004]
A typical distribution of the grown-in defects is observed, for example, as shown in FIG. This is a diagram schematically showing a result obtained by cutting a wafer from a single crystal immediately after growth, immersing the wafer in an aqueous copper nitrate solution to attach Cu, and after heat treatment, observing the distribution of minute defects by X-ray topography. . This figure shows an example of a wafer in which an OSF (Oxidation induced Stacking Fault: Oxidation induced Stacking Fault) distributed in a ring shape appears in the vicinity of half of the wafer diameter. Defects with a size of about 10 μm3-104Pieces / cm3In the inner part, there is an infrared scatterer having a size of about 0.2 μm or less, or a defect called COP (Crystal Originated Particle).5-106Pieces / cm3Degree is detected.
[0005]
OSF is a stacking fault caused by interstitial atoms generated during oxidation heat treatment, and when generated and grown on a wafer surface which is an active region of a device, causes a leak current and deteriorates device characteristics. In the dislocation cluster, a device formed in a portion where the dislocation cluster exists becomes an operationally defective product, and when a COP is present, the initial breakdown voltage characteristics of the oxide film are reduced.
[0006]
If the pulling speed at the time of growing a single crystal is reduced, the ring-shaped OSF becomes small, and only a region where dislocation clusters are likely to be generated eventually. If the pulling speed is increased, the ring-shaped OSF moves to the outer peripheral position of the wafer. As a result, an area where COP is likely to be generated in the center is enlarged. Conventionally, from the viewpoint of the large influence of the occurrence of defects due to dislocation clusters and the productivity, wafers with a ring-shaped OSF positioned near the outer periphery, where the pulling speed is increased within a range where a sound single crystal can be obtained, are often used. Have been.
[0007]
However, due to the increasing demand for wafers with fewer grown-in defects, various countermeasures have been studied. When observing the wafer shown in FIG. 1 in detail, there is an oxygen precipitation promoting region where oxygen precipitation is likely to occur immediately outside the ring-shaped OSF, and there is a substantially defect-free region outside the region. It is a cluster defect generation area. In addition, there is a region inside the ring-shaped OSF generation region where the COP generation density is extremely low. The distribution of these ring-shaped OSF generation regions and the respective regions in the vicinity thereof changes depending on the temperature distribution in the single crystal immediately after the pulling and the pulling speed.
[0008]
Therefore, various single crystal growing techniques and processing methods have been developed to obtain a defect-free wafer in which a portion where generation of such a grown-in defect is extremely small is enlarged over the entire surface.
[0009]
For example, in the invention disclosed in Patent Document 1, the pulling speed at the time of growing a single crystal is V (mm / min), and the temperature gradient in the pulling axis direction in the temperature range from the melting point to 1300 ° C. is G (° C./mm). ), V / G is set to 0.20 to 0.22 (mm2/ [° C. · min]), and the temperature gradient is controlled by improving the components placed around the single crystal to be pulled, that is, the hot zone, so as to gradually increase the temperature toward the outer periphery of the crystal. When the growth rate is adjusted by adjusting the pulling speed of the hot zone in this manner, only the oxygen precipitation promoting region outside the ring-shaped OSF and the defect-free region of the oxygen precipitation suppressing region are formed without generating OSF and dislocation cluster. , Spread over the entire surface of the wafer.
[0010]
The inventions disclosed in Patent Literature 2 and Patent Literature 3 set the oxygen concentration to less than 24 ppma (old ASTM) so that the ring-shaped OSF does not become apparent, and further reduce the V / G to 0.112 to 0.142 (mm).2/ [° C. · min]) to manufacture a wafer including a region including not only the outer portion of the ring-shaped OSF but also the inner portion where no COP is generated.
[0011]
Further, in order to more stably expand the defect-free region, a hot zone structure is provided in which the temperature gradient G in the crystal in the pulling axis direction of the single crystal to be grown is larger in the central portion than in the outer peripheral surface portion. An apparatus invention is disclosed in Patent Document 4. This device surrounds the periphery of the single crystal being pulled up, and has a heat shielding material having a cooling member whose inner peripheral surface is coaxial with the pulling axis and an outer surface of the cooling member and a lower side of the lower end surface. Are provided. By controlling the distance from the single crystal surface and the distance from the melt surface of the component combining the cooling member and the heat shielding material, the single crystal surface at a temperature close to the melting point immediately after solidification below the single crystal is The temperature is maintained by the radiation from the melt surface or the inner surface of the crucible, and the portion facing the cooling member above is forcibly cooled to realize the above-described temperature gradient or temperature distribution.
[0012]
The method of expanding the defect-free region generated during the growth of such a single crystal over the entire surface of the wafer by controlling the temperature distribution and the pulling speed in the single crystal immediately after solidification is limited by an increase in the pulling speed of the single crystal. In addition, stable implementation is difficult for large diameter wafers, and application to mass production is not easy.
[0013]
It is essential for the wafer to have as few defects as possible on the surface layer where the integrated circuits are formed, but the substrate below the integrated circuit formation area must be contaminated with heavy metals and other unavoidable parts during the manufacturing process. On the other hand, it is also important to have a gettering effect. This internal gettering effect is caused by a defect called BMD (Bulk Micro Defect) in the wafer, and oxygen precipitates generated in the COP generation region are one of them.
[0014]
Although the above-described wafer can reduce defects harmful to the formation of an integrated circuit, the number of defects inside the wafer may be reduced or the distribution may be non-uniform, and effective BMD may not be sufficiently or uniformly formed.
[0015]
On the other hand, there has been proposed a method in which a single crystal is produced under conditions of a COP generation region, and the obtained wafer is annealed to reduce defects in a surface layer for forming an integrated circuit. In this case, it is necessary to separately anneal the wafer, but it is possible to grow a single crystal under a condition of a high pulling rate, and a hole serving as a source of COP acts inside the wafer to form a BMD. There is an advantage.
[0016]
For example, in Patent Document 5, an oxygen concentration of 4 × 1017Atom / cm3As described above, the size of COP defects is reduced and distributed by rapidly cooling the passage time in the temperature range between 1100 to 850 ° C. during pulling of the single crystal to less than 80 minutes, and annealing at 1000 ° C. or more and 1 hour or more is performed. An invention of a wafer manufacturing method for reducing defects by processing is disclosed. This is because when the size of the COP defect is reduced, defects near the wafer surface can be easily reduced by annealing. Also, instead of the rapid cooling between 1100 ° C and 850 ° C, 1 × 1014Atom / cm3It is stated that a similar effect can be obtained by doping with nitrogen.
[0017]
Further, Patent Document 6 discloses that a nitrogen concentration of 10ThirteenAtom / cm3As described above, the cooling time from 1200 ° C. to 1000 ° C. was set to 200 minutes or less, and the ring-shaped OSF was pulled up to a diameter of 0.8 or less of the outer diameter of the single crystal, and was collected from the obtained single crystal. An invention of a method of manufacturing a wafer for a substrate, in which a wafer is annealed at 1000 to 1350 ° C. in an atmosphere containing hydrogen or argon, has been proposed.
In the invention disclosed in Patent Document 7, the oxygen concentration is set to 25 ppma or more, and the temperature gradient in the vertical direction of the single crystal to be pulled is G at the center.C, G on the surfaceSIn the temperature range from the melting point to 1370 ° C., GCIs 2.8 ° C / mm or more and GC/ GSIs raised to 1 or more so that the entire surface of the wafer becomes a COP generation region. Thus, the average density of COP defects is 0.1 μm or less, and the density of defects exceeding 0.1 μm is 10 μm.5Pieces / cm3The following single crystal is obtained, and it is stated that a wafer obtained from this single crystal easily forms a defect-free layer on the surface by annealing, and also generates BMD.
[0018]
As described above, various studies have been made to obtain a wafer in which a BMD having an extremely effective gettering effect exists inside a surface layer portion where an integrated circuit is formed and has very few defects. . However, it is difficult to say that a wafer capable of easily realizing a defect-free state of the surface layer and having BMDs sufficiently and uniformly present on the entire surface is obtained.
[0019]
[Patent Document 1]
JP-A-8-330316
[Patent Document 2]
JP-A-11-147786
[Patent Document 3]
JP-A-11-157996
[Patent Document 4]
JP 2001-220289 A
[Patent Document 5]
JP-A-10-98047
[Patent Document 6]
JP 2001-240490 A
[Patent Document 7]
JP-A-2002-187794
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to anneal in a non-oxidizing and non-nitriding gas such as an inert gas or hydrogen so that the defect density of the surface layer becomes extremely low and the BMD is formed uniformly and sufficiently in the plane. An object of the present invention is to provide a wafer and a manufacturing method thereof.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
On silicon wafers on which integrated circuits are formed, there are very few defects in the circuit formation area near the surface, and there must be defects inside to obtain the gettering effect. Required. The present inventors have proposed a method of manufacturing a wafer having such characteristics as a method of eliminating defects on a surface portion by a relatively simple heat treatment and forming a BMD having a gettering effect therein. Considering this as desirable, a method for producing a wafer suitable for it or a single crystal for obtaining the wafer was studied.
[0022]
As a heat treatment method for reducing defects in a circuit formation portion on the surface, there is an annealing method in which heating is performed at 1000 ° C. or more for one hour or more in a non-oxidizing non-nitriding atmosphere such as hydrogen or argon. In this method, since the dislocation clusters cannot be eliminated, a wafer having the ring-shaped OSF shown in FIG. 1 near the outer periphery and occupying most of the COP defect generation region is used.
[0023]
When performing this annealing, the smaller the size of the COP defect, the more easily it can be eliminated. There is a method of doping with nitrogen in order to reduce the size of the COP defects to a small value. However, as a result of the investigation, it has been found that nitrogen doping has various practical problems even though it can disperse COP defects to a small extent. For example, oxygen precipitate defects caused by nitrogen may not easily disappear when annealing is performed and may remain as defects on the surface layer, and segregation of nitrogen in the pulling axis direction is large, which is caused by this. Possible uneven distribution of BMD is likely to occur, and furthermore, in the radial direction, the in-plane distribution of BMD becomes uneven due to the spread of the ring-shaped OSF.
[0024]
Therefore, regarding the possibility of finely and uniformly dispersing the COP defects without nitrogen doping, the influence of the temperature distribution in the single crystal at the time of pulling the single crystal and the pulling speed was determined. Here, the size and distribution density of the COP defect were examined on the polished wafer surface using an OPP device (Oxgen Precipitate Profiler, manufactured by Bio-Rad).
[0025]
The formation of integrated circuits requires a defect-free layer of 10 microns or more in thickness on the wafer surface. Investigation into the relationship between the COP defects generated in a single crystal wafer without nitrogen doping and the state of formation of a defect-free layer on the surface by annealing in high-purity argon gas shows that the wafer is grown as is (as grown). The size of a defect that can be detected in a single crystal wafer has a small average diameter and does not exceed a specific size, thereby facilitating the formation of a defect-free layer by annealing and eliminating residual defects in the layer. It was confirmed to be important.
[0026]
In order to realize a wafer having a favorable state of dispersion of COP defects for forming a defect-free layer on the surface by annealing, various investigations were made on single crystal pulling conditions. It has been found that it is necessary to increase the gradient G and, at the same time, control the lifting speed V to keep V / G within a certain range.
[0027]
The reason why the COP defect distribution and the BMD distribution are improved by increasing the temperature gradient G is considered as follows. First, in the temperature range from the melting point to the vicinity of 1300 ° C., the large temperature gradient G reduces the concentration of vacancies taken in at the time of solidification to reduce COP defects, and the cooling in the temperature range from 1300 ° C. to about 1150 ° C. This has the effect of suppressing the diffusion and extinction of holes to the crystal surface, thereby making the distribution of holes in the wafer uniform. Next, in a temperature range of about 1150 ° C. to 1000 ° C., the pores aggregate and coalesce to form a COP defect. However, if G is also increased here, the growth of the COP defect is suppressed by rapid cooling. , Can be fine. It is presumed that such miniaturization of COP defects is also effective in making the distribution of BMD in the wafer uniform.
[0028]
Further, even in the temperature range of about 1000 ° C. to 800 ° C., if G was increased and cooled, it was effective for uniform dispersion of finer BMD. This was considered to suppress the generation of BMD which is a nucleus of the ring-shaped OSF generated in the vicinity of the outer periphery, thereby suppressing the non-uniformity of the BMD.
[0029]
When G is increased in this manner, unless the pulling speed V is increased accordingly, most of the wafer cannot be brought into a COP defect generation region. However, V is limited in order to obtain a sound single crystal such as suppression of polycrystallization, and therefore, it is necessary to control V / G to a specific range. If V / G is too large, a COP defect having a large diameter tends to occur.
[0030]
However, it has been found that there is a limit to improving the density distribution of COP defects on the wafer surface only by increasing the conditions for increasing G and controlling V / G to a specific range. Even though the diameter of the COP defect can be reduced to facilitate the development of a defect-free layer on the surface, the density of the BMD, which is presumed to be caused by vacancies that cause the COP defect generated inside, is reduced. This is not uniform in the direction, and a sufficient wafer for the substrate is not necessarily obtained.
[0031]
BMD is considered to be mainly an oxygen precipitate, but the oxygen precipitate is hardly recognized as it is grown, and is formed by heat treatment in the process of forming an integrated circuit on the wafer. The heat treatment for forming the oxygen precipitate varies depending on the integrated circuit on the wafer, but here, as a typical oxygen precipitation heat treatment, is heated in air at 900 ° C. for 4 hours, and then heated at 1000 ° C. for 16 hours. The conditions were applied. In this case, a light etching of 2 μm in thickness is performed on the wafer cross section after the heat treatment, the volume density is determined from the detected area density of the precipitate, the distribution change in the radial direction of the wafer is investigated, and the BMD density and Distribution.
[0032]
It is considered that COP defects are formed by the coalescence of vacancies in the solidified silicon crystal. These vacancies act on the precipitation nuclei of oxygen dissolved in the single crystal, which grow into oxygen precipitates. Is estimated to be BMD. Therefore, it is considered that the more uniformly the vacancies or COP defects are distributed in the as-grown single crystal wafer surface, the more uniform the distribution of BMD.
[0033]
Therefore, the production conditions of a single crystal in which COP defects are distributed as uniformly as possible in the wafer plane were further studied so that the ratio of the maximum value / minimum value of the oxygen precipitate density in the wafer radial direction was reduced. As a result, as the temperature distribution inside the single crystal immediately after solidification, the temperature gradient at the center of the single crystal in the pulling axis direction is represented by GC, The temperature gradient at the outer peripherySAnd GC/ GSIt was found that it was better to raise the ratio by setting the ratio to more than 1.0.
[0034]
This GC/ GSHas been conventionally studied as a single crystal pulling method for making the entire surface of the wafer a defect-free region in the vicinity of the ring-shaped OSF. For example, as shown in Patent Document 4, A device with a devised structure has been published. On the other hand, if a single crystal is manufactured by using a device having a similar hot zone so that the COP defect generation region is almost entirely over the wafer surface, the distribution of COP defects can be made uniform, and thereby the BMD can be reduced over the entire wafer surface. It was found that they can be generated uniformly.
[0035]
GC/ GSMay be realized in a temperature range from immediately after solidification to 1300 ° C. where vacancies and interstitial Si in a single crystal actively move. Thus, GC/ GSThe reason why the ratio is more than 1.0 is effective for the uniform distribution of the COP defects is considered as follows.
[0036]
In the growth of a single crystal, a large amount of vacancies and interstitial silicon atoms are incorporated into the solid single crystal during the solidification of the liquid phase. Immediately after solidification, the amount of vacancy is larger in the vacancies than in the interstitial silicon atoms, but diffusion in the direction of the pulling axis from the solid-liquid interface into the crystal also occurs simultaneously due to the temperature gradient. The amount of inflow due to this diffusion is larger for interstitial silicon atoms than for vacancies, and the difference increases as the pulling speed decreases. Vacancies and interstitial silicon that diffuse in a high-temperature single crystal shortly after solidification often disappear in pairs when colliding, and the number rapidly decreases, but the pulling speed increases. When it is slow, defects such as dislocation clusters appear due to the remaining interstitial silicon atoms, and when the pulling speed is fast, many COP defects and oxygen precipitates exist due to the remaining vacancies.
[0037]
Under normal conditions for growing a single crystal, the temperature is lower at the outer periphery than at the center, and the temperature gradient in the pulling axis direction is greater at the outer periphery than at the center. The amount of movement of interstitial silicon atoms by diffusion tends to be proportional to the temperature gradient when the pulling speed is the same, and in this case, the inflow of interstitial silicon atoms is larger at the outer peripheral portion. On the other hand, the vacancies are taken in by the same amount at any position from the solid-liquid interface, and almost immediately exist in the radial direction of the single crystal immediately after solidification, but disappear on the outer peripheral surface, so that the outer peripheral side gradually disappears. The concentration decreases. In such a state, the combined disappearance of the voids and the interstitial silicon proceeds, so that the voids have a non-uniform distribution in the radial direction, and as a result, the wafer has a non-uniform BMD distribution.
[0038]
On the other hand, if a state in which the temperature is higher at the outer peripheral surface than at the central part of the single crystal appears, GC/ GSIs more than 1.0. Then, since the temperature gradient in the pulling axis direction is larger at the center than at the outer periphery, the inflow of interstitial silicon atoms increases at the center. The amount of vacancies tends to be larger in the center than in the outer periphery due to diffusion in the outer peripheral direction. However, as the amount of interstitial silicon flowing in increases, many of the voids disappear, and as a result, vacancies increase. The in-plane distribution of the pore concentration is made uniform. As the cooling is performed, the vacancies coalesce to form COP defects or to become precipitation nuclei of BMD. Therefore, if the vacancies are uniformly distributed, the vacancies become uniform.
[0039]
As described above, in the single crystal portion solidified at the time of pulling, G is increased and G is increased.C/ GSIf the pulling speed is increased so that the COP defect generation region is substantially the entire surface of the wafer, the OSF will not appear on the wafer. However, in this case, if the amount of oxygen is kept low, the amount of BMD tends to be insufficient. Therefore, oxygen needs to be contained in an amount large enough to generate BMD sufficiently.
[0040]
Based on the above study results, annealing in a non-oxidizing and non-nitriding atmosphere for forming a defect-free layer on the surface clearly reveals the limitations of a single crystal that can be obtained as an excellent wafer for a substrate and a manufacturing method thereof. Thus, the present invention has been completed. The gist of the present invention is as follows.
[0041]
(1) When the oxygen concentration is 24 ppma (old ASTM) or more, the size of COP defects observed on the surface is 0.1 μm or less on average and none exceeds 0.15 μm. The density of oxygen precipitates formed inside the wafer is 2.5 × 108Pieces / cm3A silicon wafer, wherein the density distribution of oxygen precipitates in the radial direction of the wafer is 4 or less in a ratio of maximum value / minimum value.
[0042]
(2) When the oxygen concentration is 24 ppma (old ASTM) or more, the number of COP defects observed on the surface is 0.5 / cm.2An annealed wafer produced from the silicon wafer according to the above (1), wherein the following defect-free layer exists at a depth of 5 μm or more.
[0043]
(3) In the production of a silicon single crystal which is pulled and grown by the Czochralski method (CZ method), the single crystal pulling speed is V (mm / min), and the temperature gradient at the center of the single crystal in the pulling axis direction is G.C(° C./mm) and the temperature gradient at the outerS(° C./mm), the center is G in the temperature range from the melting point to 1000 ° C.CIs 3.0 or more, and G is from the melting point to 1300 ° C.C/ GSIs greater than 1.0 and V / GCIs 0.17 to 0.25 (mm2/ [° C. · min]), wherein the silicon wafer is collected from a single crystal pulled up.
[0044]
(4) In the method for producing a silicon single crystal according to the above (3), if the temperature in the central portion is more than 1000 ° C. and up to 800 ° C., GCIs raised to 2.5 or more.
[0045]
(5) The method is characterized in that the silicon wafer of (1) above is heated at a temperature of 1100 to 1250 ° C. for 0.5 to 6 hours in an atmosphere of hydrogen gas, argon gas or a mixture of these gases. A method for manufacturing an annealed wafer according to claim 2.
[0046]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the silicon wafer of the present invention, in growing a single crystal as a material, nitrogen doping is not performed, and the oxygen concentration is 24 ppma (old ASTM) or more. Although nitrogen doping can reduce the diameter of COP defects, segregation is remarkable and non-uniformity of concentration occurs in the crystal pulling axis direction. If the annealing temperature is not increased, oxygen promoted by nitrogen doping can be reduced. This is because undesired effects remain, such as the defects caused by the surface being hardly reduced on the surface.
[0047]
The reason why the oxygen concentration is set to 24 ppma or more is that if the oxygen concentration is less than 24 ppma, the amount of BMD formed inside the wafer becomes insufficient and the gettering effect may not be sufficiently obtained. However, if the content is too large, OSF may be generated or oxygen precipitates may be generated even in the integrated circuit forming portion on the surface. Therefore, the content is preferably at most 34 ppma or less.
[0048]
The portion of the body from which a single-crystal silicon wafer is cut is a cavity defect (COP) generation region. In the cross section of the single crystal shown in FIG. 1 cut perpendicular to the pulling axis, the ring-shaped OSF obtained when the pulling speed is relatively higher is located near the outer peripheral portion. It is assumed that the size of the COP defect detected in the cut wafer has an average diameter of 0.1 μm or less and does not exceed 0.15 μm.
[0049]
The reason why the average diameter of the COP defects is 0.1 μm or less is that if the average diameter is larger than this, the annealing process at 1200 ° C. or less cannot form a surface defect-free layer having extremely few COP defects. More preferably, the average diameter is set to 0.07 μm or less.
[0050]
COP defects exceeding 0.15 μm do not disappear from the surface layer even when annealing is performed, and cause a malfunction of the formed integrated circuit. It is more preferable that the thickness does not exceed 0.12 μm.
[0051]
The density of oxygen precipitates formed inside the wafer (excluding the defect-free layer on the surface) is 2.5 × 108Pieces / cm3That is, it is assumed that the density distribution in the radial direction of the wafer is 4 or less in the maximum value / minimum value ratio. Although this oxygen precipitate is hardly detected on a wafer that has been cut out of a single crystal, it is formed by heat treatment in the process of forming an integrated circuit, and becomes a BMD having an effective gettering action.
[0052]
Although the formation of oxygen precipitates slightly fluctuates depending on the thermal history, here, as conditions that can simulate the formation under general processing conditions, heat treatment is performed at 900 ° C. for 4 hours and then at 1000 ° C. for 16 hours. Then, evaluation is performed on oxygen precipitates formed inside the wafer. This evaluation heat treatment condition is not particularly limited, and may be any condition as long as the BMD forming ability in the processing step of the wafer can be evaluated. With respect to the wafer subjected to the annealing treatment, it is possible to evaluate oxygen precipitates by heat treatment at 1000 ° C. for 16 hours.
[0053]
The density of oxygen precipitates is 2.5 × 108Pieces / cm2If it is less than 3, the internal gettering effect may be insufficient. However, if the amount is too large, oxygen precipitates may remain in the surface defect-free layer after annealing or cause warpage or cracking of the wafer.10Pieces / cm2It is desirable to be up to. Such a BMD suppresses heavy metal contamination in the active region of the wafer surface layer by the gettering action and reduces the occurrence of defective products in the manufacture of integrated circuit devices. Therefore, it is important that the BMD is uniformly distributed over the entire surface of the wafer as much as possible. It is. Therefore, the distribution of the area density of oxygen precipitates is such that the ratio of the maximum value / minimum value in the radial direction of the wafer is 4 or less. More preferably, the ratio of the maximum value / minimum value is 2 or less.
[0054]
The wafer as described above, that is, the COP defects are finely distributed, a defect-free layer is easily formed on the surface by annealing in a non-oxidizing and non-nitriding atmosphere, and a sufficient amount of BMD is uniformly distributed inside. The production of a wafer that can be performed is performed as follows.
[0055]
In pulling and growing a silicon single crystal by the CZ method, the pulling speed is V (mm / min), and the temperature gradient at the center in the pulling axis direction of the single crystal is G.C(° C./mm) and the temperature gradient at the outerS(° C./mm), the center is G in the temperature range from the melting point to 1000 ° C.CIs 3.0 or more, and G is from the melting point to 1300 ° C.C/ GSIs not less than 1.0 and V / GCIs 0.17 to 0.25 (mm2/ [° C. · min]). Here, the temperature gradient may be an average value obtained by dividing the difference between the highest temperature and the lowest temperature in the target temperature range by the distance between the two points.
[0056]
Temperature gradient G at the center from melting point to 1000 ° C.CIs set to 3.0 (° C./mm) or more, if it is less than 3.0, a wafer having an average diameter of COP defects of 0.1 μm or less and having no average diameter of more than 0.15 μm cannot be obtained. The pulling speed for realizing the required BMD density is limited, the density fluctuation due to the pulling speed becomes large, and the BMD density fluctuation in the radial direction of the wafer becomes large, so that the ratio of the maximum value / minimum value becomes four. This is because there are problems such as exceeding.
[0057]
Further, even in the temperature range from 1000 ° C. to 800 ° C., the temperature gradient GCIs set to 2.5 (° C./mm) or more, the distribution of BMD becomes even more uniform. In this temperature range, a BMD which is a nucleus of OSF generation is formed. However, under the above-mentioned pulling condition, this defect is easily generated in the vicinity of the outer periphery of the crystal and makes the BMD density distribution non-uniform. In this temperature range, the temperature gradient GCIs set to 2.5 (° C./mm) or more, generation of such defects can be suppressed, and the ratio of the maximum value / minimum value of the BMD density distribution in the wafer radial direction can be reduced to 2 or less. Will be possible.
[0058]
G in the temperature range from these melting points to 1000 ° C. and from 1000 ° C. to 800 ° C.CAlthough there is no particular upper limit, the non-contact cooling method has a limit, and it is difficult to grow dislocation-free crystals due to rapid cooling, and there is a risk of crystal cracking. / Mm).
[0059]
G from melting point to 1300 ° CC/ GSIs required to make the distribution of COP defects and BMD the target value of the wafer by combining with the above-mentioned temperature gradient in the single crystal. G in this temperature rangeC/ GSIs greater than 1.0 means that the temperature distribution in the direction of the wafer surface of the single crystal is higher at the outer peripheral portion than at the central portion, which is a cause of COP and BMD generation. This has the effect of making the amount of vacancies to be taken into the crystal plane at the solid-liquid interface uniform, and uniforming the distribution of vacancies during cooling.
[0060]
Next, in a temperature range from the melting point of the central portion of the single crystal to 1300 ° C., V / GC0.17 to 0.25 (mm2/ [° C. · min]) is because when less than 0.17, the generation position of the ring-shaped OSF shifts into the inside of the wafer, and the variation in the area density of the BMD becomes large, and exceeds 0.25. This is because a COP defect of 0.15 μm or more tends to occur.
[0061]
In the manufacturing apparatus used to obtain the single crystal of the present invention, the structure around the hot zone, that is, the cooling portion of the single crystal during pulling, includes a cooling member by water cooling and a heat shielding material as shown in Patent Document 4, for example. Desirably, the composition is a combination. FIG. 2 is a schematic view of a cross section of the pulling apparatus having the hot zone. Here, it is assumed that the silicon single crystal 4 is pulled upward from the molten silicon 2 in the crucible 1 and grown. The hot zone surrounds the periphery of the single crystal 4 being pulled up, and has a cooling member 6 by internal water cooling or the like whose inner peripheral surface is coaxial with the pulling axis, and an outer surface and a lower end surface of the outer surface of the cooling member. The heat shield 5 is provided on the lower side.
[0062]
During the pulling, the surface of the single crystal 4 from immediately after solidification to the lower end of the heat shielding material 5 is kept warm by heat radiation from the wall of the crucible 1 heated by the heater 3 and the liquid surface of the molten silicon 2. It is in. On the other hand, the surface of the upper portion faces the cooling member 6 and is relatively strongly cooled. By adjusting the position of the component composed of the cooling member 6 and the heat shielding material 5, in the central portion of the single crystal immediately after solidification, the temperature decreases due to heat conduction of cooling to the surface of the upper portion, and the temperature decreases from the melting point. In the temperature range up to about 1300 ° C., the temperature gradient G of the surface in the pulling axis directionSTemperature gradient G in the centerCIs larger. That is, GC/ GSIs realized, the ratio of which exceeds 1.0.
[0063]
The cooling member 6 is installed at a temperature between the melting point and 1000 ° C.CTo 3.0 (° C./mm) or more, and further, G in a temperature range of 1000 ° C. to 800 ° C.CIs 2.5 (° C./mm) or more.
[0064]
In order to form a defect-free layer of COP on the surface using a wafer collected from the single crystal of the present invention, 0.5 to 6 at a temperature of 1100 to 1250 ° C. in an atmosphere of hydrogen, argon, or a mixed gas thereof. It is good to heat for hours. By performing annealing in such a non-oxidizing and non-nitriding atmosphere, a defect-free layer having a depth of 10 μm or more from the surface and having no BMD is formed.
[0065]
【Example】
A crucible is filled with 120 kg of a silicon raw material to which a dopant B is added so that the electric resistance becomes 10 Ωcm, and the target diameter is 210 mm, the body length is 1000 mm, and the oxygen concentration is 13 × 1017Atom / cm3A (26 ppma) single crystal growth experiment was performed. The growth conditions were as follows: the apparatus was set in a vacuum atmosphere of argon, the raw material was melted in a crucible by heating with a heater, the crystal orientation was set to <100>, and the seed crystal was adapted to the melt. The seed is squeezed while rotating, so that a shoulder portion is formed, and when the body length reaches 200 mm, the pulling speed is set to a predetermined value. To end.
[0066]
In the apparatus having the hot zone shown in FIG. 2, the distance between the melt surface and the lower end of the heat shielding material was set to 70 mm, and the lifting speed V when the body length reached 200 mm was set to 0.80 mm / min. Crystal growth was performed. The average temperature gradient G at the center of the single crystal from the melting point to 1000 ° C. and from 1000 ° C. to 800 ° C.CV / G in the temperature range from the melting point to 1300 ° C.C, Also the temperature gradient G at the surfaceSG forCRatio GC/ GSAnd the like were as shown in Test Material No. 1 in Table 1. In the above hot zone, the temperature gradient G was set to 90 mm between the melt surface and the lower end of the heat shield.CIs shown as Test Material No. 2 and the case where the distance between the melt surface and the lower end of the heat shielding material is set to 60 mm is shown as Test Material No. 3.
[0067]
Also, as a comparative example, GC/ GSIn the case where the COP defect generation area is set to a pull-up speed that occupies the entire surface of the wafer so that the COP defect generation area is 1 or more, the test material No. 4 is used.C/ GSIn the case of the conventional hot zone in which the COP defect occurrence area is set to a pulling speed that occupies the entire surface of the wafer, the test material No. 5 is used. Test material No. 6 shows the case where the lifting speed was 70%.
[0068]
Using a OPP apparatus, the density, average diameter, and maximum defect diameter of COP defects were measured on a wafer cut from the center of each sample single crystal and polished on the surface. Oxygen precipitates were heated at 900 ° C for 4 hours, then heated at 1000 ° C for 16 hours, and subjected to 2 μm light etching at the fracture surface at five or more locations in the radial direction of the wafer. Was measured, and its minimum and maximum values were determined. Table 1 also shows these results. FIG. 3 shows the relationship between the size of the observed COP defects and the density of the defects for the wafers of Test Material Nos. 1, 2, 4, and 5, and FIG. FIG. 4 shows the change in density of each sample.
[0069]
[Table 1]
Figure 2004250263
[0070]
Next, as grown, wafers obtained from each of the six test materials shown in Table 1 were subjected to annealing at 1200 ° C. for 1 hour in high-purity argon, and annealing at 1150 ° C. for 1 hour in the same manner. Three types of wafers were prepared for processing.
[0071]
In each of the obtained wafers, the density of COP defects having a size of more than 0.1 μm on the surface was measured using a surface layer defect measuring device by light scattering (MO601 manufactured by Mitsui Kinzoku Kogyo KK). Further, five wafers were prepared for each condition, and the breakdown voltage characteristics of the oxide film were measured under the following conditions.
(A) Oxide film thickness: 25 nm
(B) Electrode area: 8 mm2
(C) Measurement electrode: phosphorus-doped polysilicon
(D) Judgment current: 1 mA / cm2
(E) Non-defective product: dielectric breakdown electric field is 11 MV / cm or more
Further, in order to check the state of the BMD inside the wafer after the annealing, the wafer after the above 1200 ° C. annealing was subjected to a heating treatment at 1000 ° C. for 16 hours, and then a 2 μm light etching was performed on the fractured surface. The density was measured. Table 2 shows the results. Furthermore, the distribution of the depth of the surface defect-free layer and the distribution of the internal BMD density in the radial direction when the annealing treatment at 1150 ° C. and the heating treatment at 1000 ° C. for 16 hours were performed on the wafer of Test Material No. 2 FIG. 5 shows the results of the examination.
[0072]
[Table 2]
Figure 2004250263
[0073]
As can be seen from the results of Test Material Nos. 1 and 2 or 3 in Table 1, FIG. 3 and FIG. 4, in the wafer of the present invention, the size of the COP defect is small in the as-grown state, but the density is high. The generated oxygen precipitate has a high density and is uniformly distributed in the wafer plane. In such a wafer, when growing a single crystal as a raw material, the temperature gradient of cooling is increased, and immediately after solidification, the temperature gradient inside is larger than the surface portion of the single crystal, and V / GCCan be produced by controlling and cultivating a specific range.
[0074]
From the results shown in Table 2, the wafers of the present invention of Test Materials 1, 2 and 3 do not have a good non-defective rate of oxide film breakdown voltage characteristics in the as-grown state, but have a high non-defective rate by performing annealing. It is clear that the wafer is close to 100%. In addition, the amount of BMD generated inside the wafer is large, and the variation due to the position is small.
[0075]
On the other hand, the wafers of the test materials 4, 5, and 6 manufactured by the conventional method have better oxide film breakdown voltage characteristics than the wafer of the present invention in the as-grown state. Does not improve. In addition, the amount of BMD generated is small and the variation is large.
[0076]
Further, as can be seen from FIG. 5, despite the low annealing temperature of 1150 ° C., the wafer of the present invention has a defect-free layer with almost no COP defects formed on the wafer surface with a thickness of 15 μm or more. 35 × 10 even at low internal BMD generation density8Pieces / cm3That's it. And 65 × 10 even in many positions8Pieces / cm3Below, and the density distribution shows an excellent distribution of 2 or less in the maximum value / minimum value ratio.
[0077]
【The invention's effect】
By subjecting the silicon wafer of the present invention to annealing by high-temperature heating in a non-oxidizing and non-nitriding atmosphere, a defect-free layer having extremely few COP defects can be formed on the surface layer, and the gettering action is provided inside. BMDs with defects can be distributed sufficiently in the wafer surface. This wafer greatly improves the yield of non-defective products of the integrated circuits formed thereon, and greatly contributes to the reduction of the manufacturing cost of integrated circuits, that is, ICs.
[0078]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a typical defect distribution observed on a silicon wafer.
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a cross section of a silicon single crystal manufacturing apparatus used in Examples.
FIG. 3 is a diagram showing the size of COP defects and their existing density in each wafer.
FIG. 4 is a diagram showing the distribution of the density of BMD generated inside each wafer in the plane of the wafer.
FIG. 5 is a view showing a thickness distribution of a BMD defect-free layer on the surface and a density distribution of BMD inside the wafer in a plane direction of the wafer subjected to the oxygen precipitation treatment after annealing at 1150 ° C.
[Explanation of symbols]
1. Crucible
2. Silicon melt
3. heater
4. Single crystal
5. Heat shield
6. Coolant

Claims (5)

酸素濃度が24ppma(old ASTM)以上で、表面で観察されるCOP欠陥の大きさが平均0.1μm以下、かつ0.15μmを超えるものがなく、酸素析出評価熱処理を施したときにウェーハ内部で形成される酸素析出物の密度が2.5×10個/cm以上、かつウェーハの径方向の酸素析出物の密度分布が最大値/最小値比にて4以下であることを特徴とするシリコンウェーハ。When the oxygen concentration is 24 ppma (old ASTM) or more, the size of COP defects observed on the surface is 0.1 μm or less on average and none exceeds 0.15 μm. The density of the formed oxygen precipitate is 2.5 × 10 8 / cm 3 or more, and the density distribution of the oxygen precipitate in the radial direction of the wafer is 4 or less in a maximum value / minimum value ratio. Silicon wafer. 酸素濃度が24ppma(old ASTM)以上で、表面で観察されるCOP欠陥が0.5個/cm以下である無欠陥層が、深さ5μm以上存在することを特徴とする請求項1に記載のシリコンウェーハより作製されたアニールウェーハ。 2. The defect-free layer having an oxygen concentration of 24 ppma (old ASTM) or more and COP defects observed on the surface of 0.5 defects / cm 2 or less, having a depth of 5 μm or more, 2. Annealed wafer made from a silicon wafer. チョクラルスキー法(CZ法)により引き上げ育成するシリコン単結晶の製造において、単結晶引き上げ速度をV(mm/min)、単結晶の引き上げ軸方向の中心部における温度勾配をG(℃/mm)、外周部における温度勾配をG(℃/mm)とするとき、中心部が融点から1000℃までの温度範囲ではGが3.0以上であり、融点から1300℃まではG/Gの比が1.0を超えかつV/Gが0.17〜0.25(mm/[℃・min])として引き上げた単結晶より採取することを特徴とする請求項1に記載のシリコンウェーハの製造方法。In the production of a silicon single crystal pulled and grown by the Czochralski method (CZ method), the single crystal pulling speed is V (mm / min), and the temperature gradient at the center of the single crystal in the pulling axis direction is G C (° C./mm). ), Assuming that the temperature gradient at the outer peripheral portion is G S (° C./mm), GC is 3.0 or more in the temperature range from the melting point to 1000 ° C. in the central portion, and GC / C from the melting point to 1300 ° C. in claim 1 in which the ratio of G S exceeds 1.0 and V / G C is characterized in that collected from a single crystal was pulled as 0.17~0.25 (mm 2 / [℃ · min]) A method for producing a silicon wafer as described above. 請求項3に記載のシリコン単結晶製造方法において、さらに中心部が1000℃を超え800℃までの温度範囲では、Gが2.5以上として引き上げることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。In a silicon single crystal manufacturing method according to claim 3, in a temperature range of more central portion to 800 ° C. exceed 1000 ° C., a manufacturing method of a silicon wafer, comprising G C pulls up as 2.5 or more. 請求項1に記載のシリコンウェーハを用い、水素ガス、アルゴンガス、またはこれらのガスの混合ガス雰囲気中にて、1100〜1250℃の温度で0.5〜6時間加熱することを特徴とする請求項2に記載のアニールウェーハの製造方法。The silicon wafer according to claim 1, wherein the silicon wafer is heated at a temperature of 1100 to 1250 ° C for 0.5 to 6 hours in a hydrogen gas, an argon gas, or a mixed gas atmosphere of these gases. Item 3. A method for producing an annealed wafer according to item 2.
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