JP2007073594A - Method of manufacturing epitaxial silicon wafer - Google Patents

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成志 三田
Yasuo Fukuda
泰夫 福田
Naoki Ikeda
直紀 池田
Makoto Takemura
誠 竹村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce generation of epitaxial defect without addition of new heat treatment process and change in the condition of heat treatment. <P>SOLUTION: The entire surface of a silicon wafer obtained from the nitrogen-doped silicon single crystal is etched in the depth of 4 to 15 nm, an epitaxial layer is grown on the same silicon wafer surface. The doped nitrogen concentration is in the range of 0.5×10<SP>13</SP>atom/cm<SP>3</SP>to 3×10<SP>15</SP>atom/cm<SP>3</SP>. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体用の高集積度デバイスに使用されるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法に関する。更に詳しくは、窒素ドープされたシリコン単結晶から得られたシリコンウェーハにエピタキシャル層を成長させるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing an epitaxial silicon wafer used in a highly integrated device for semiconductors. More particularly, the present invention relates to an epitaxial silicon wafer manufacturing method in which an epitaxial layer is grown on a silicon wafer obtained from a nitrogen-doped silicon single crystal.

従来、高集積度デバイスの基板として用いられるシリコンウェーハは、チョクラルスキー法(以下、「CZ法」という)によって育成されたシリコン単結晶から加工される。CZ法は、内側の石英製容器と外側の黒鉛製容器とから構成される坩堝の内部に充填したシリコン多結晶をヒーターで加熱溶融した後、この融液の表面に種結晶を浸し、これを回転させつつ成長させ、上方に引き上げることによって単結晶を育成させる方法である。このCZ法で育成されたシリコンウェーハには、結晶育成中に過剰に導入された点欠陥(空孔)が凝集して生じる微小空洞欠陥が含まれている。この空洞欠陥は、研磨によってウェーハ表面に露出すると、微小なピットとなる。ウェーハ表面に露出されたピットは、レーザーパーティクルカウンターによって微小欠陥として検出され、結晶に起因したパーティクル(Crystal Originated Particle 以下、「COP」という)と呼ばれる。   Conventionally, a silicon wafer used as a substrate of a highly integrated device is processed from a silicon single crystal grown by the Czochralski method (hereinafter referred to as “CZ method”). In the CZ method, a silicon polycrystal filled in a crucible composed of an inner quartz container and an outer graphite container is heated and melted with a heater, and a seed crystal is immersed in the surface of the melt. This is a method for growing a single crystal by growing it while rotating it and pulling it upward. The silicon wafer grown by the CZ method includes minute cavity defects that are generated by agglomeration of point defects (vacancies) introduced excessively during crystal growth. When this cavity defect is exposed on the wafer surface by polishing, it becomes a minute pit. The pits exposed on the wafer surface are detected as minute defects by a laser particle counter and are called particles caused by crystals (hereinafter referred to as “COP”).

このCOPはデバイスの歩留まりを低下させることから、ウェーハのCOP密度(単位面積当たりのCOP個数)を低減させる必要がある。また、ウェーハ表面に露出していない微小空洞欠陥であっても、ウェーハ表面近傍のデバイス活性領域中に存在すれば、デバイスの特性を劣化させる。このため、高集積度デバイスとして用いられるシリコンウェーハウェーハでは、表面で検出されるCOPだけでなく、ウェーハ表面近傍のデバイス活性領域に存在する微小空洞欠陥の密度も低減させる必要がある。
一方、CZ法によるシリコン単結晶の育成時には、微小空洞欠陥が形成される温度領域(1100℃前後)が存在することが認識されている。このため、ウェーハ中の形成される空洞欠陥を低減するため、この温度領域を徐冷する方法が行われている。しかし、この徐冷方法を採用すると、単位体積当たりの欠陥個数を減少させることができるが、個別の空洞欠陥のサイズが肥大化することになる。最近のように、デバイスの高集積化の進展に伴ってパターンサイズの微細化が促進されると、COPや微小空洞欠陥のサイズが無視できなくなり、表面及びデバイス活性領域に、COPや微小空洞欠陥が存在しないウェーハが要請されることになる。
Since this COP lowers the device yield, it is necessary to reduce the COP density (the number of COPs per unit area) of the wafer. Further, even if a microcavity defect that is not exposed on the wafer surface is present in the device active region near the wafer surface, the device characteristics are deteriorated. For this reason, in a silicon wafer wafer used as a highly integrated device, it is necessary to reduce not only the COP detected on the surface but also the density of microcavity defects existing in the device active region near the wafer surface.
On the other hand, when a silicon single crystal is grown by the CZ method, it is recognized that there exists a temperature region (around 1100 ° C.) where a microcavity defect is formed. For this reason, in order to reduce the cavity defect formed in the wafer, a method of gradually cooling this temperature region is performed. However, when this slow cooling method is adopted, the number of defects per unit volume can be reduced, but the size of individual cavity defects is enlarged. Recently, when the miniaturization of the pattern size is promoted with the progress of the high integration of the device, the size of the COP and the microcavity defect cannot be ignored, and the COP and the microcavity defect are formed on the surface and the device active region. A wafer that does not exist is required.

このような要請から、最先端のデバイス用基板として、COPや微小空洞欠陥が殆ど存在することがないエピタキシャル層をウェーハ上に成長させたエピタキシャルウェーハが開発され、高集積化デバイスに多く用いられるようになっている。しかし、欠陥が少なく結晶の完全性が高いエピタキシャルウェーハを用いるとしても、その後のデバイス工程におけるエピタキシャル層の金属不純物による汚染によって、デバイス特性が悪化することになる。
このような金属系元素の不純物による汚染は、デバイスの集積が高密度化するほどプロセスも複雑になって、その機会が増加し影響も大きくなってくる。金属汚染の排除は、基本的にはプロセス環境及び使用材料のクリーン化にあるが、デバイスプロセスにおいて金属汚染を完全になくすことは困難であり、その対処手段としてゲッタリング技術の開発が重要になる。このゲッタリング技術は、汚染により侵入してきた不純物元素をデバイス活性領域外の場所(シンク)に捕獲し、デバイス活性領域で無害化する手段である。
In response to such a demand, an epitaxial wafer in which an epitaxial layer having almost no COP or microcavity defect is grown on the wafer has been developed as a state-of-the-art device substrate, and is likely to be used in many highly integrated devices. It has become. However, even if an epitaxial wafer having few defects and high crystal integrity is used, device characteristics are deteriorated due to contamination of the epitaxial layer by metal impurities in the subsequent device process.
Such contamination by impurities of metal-based elements becomes more complicated as the density of device integration increases, increasing the opportunity and impact. The elimination of metal contamination is basically the process environment and the cleaning of the materials used, but it is difficult to completely eliminate metal contamination in the device process, and it is important to develop gettering technology as a countermeasure. . This gettering technique is a means for trapping an impurity element that has entered due to contamination in a place (sink) outside the device active region and detoxifying it in the device active region.

ゲッタリング技術としては、デバイスプロセスの熱処理中に自然に誘起される酸素起因の酸素析出物を利用して不純物元素を捕獲する、イントリンシックゲッタリング(intrinsic gettering、以下、「IG」という)と呼ばれるものがある。しかし、エピタキシャル工程で1050℃〜1200℃の高温熱処理がウェーハに施されると、シリコン単結晶から切り出されたウェーハに内在する酸素析出核が縮小、消滅し、その後のデバイスプロセスにおいて、ウェーハ内にゲッタリング源となる酸素析出物を十分に誘起することが困難になる。このため、このゲッタリング技術を適用しても、プロセス全体にわたって金属不純物に対して十分なIG効果を望めないという問題が生じる。
従来から、このような問題を解決するため、CZ法によって単結晶を育成する際に窒素をドープし、エピタキシャル工程で施される高温熱処理によっても消失し難い酸素析出核をウェーハ内部に形成するシリコン単結晶の製造方法が提案されている(例えば、特許文献1及び2参照)。即ち、提案された製造方法によれば、CZ法によって窒素をドープして育成することによって、結晶中の酸素析出核の熱的安定性を増加させ、エピタキシャル工程によっても酸素析出核が縮小、消滅しないシリコンウェーハの作り込みが可能になるとしている。
特開平11−189493号公報(明細書[0009]〜[0011]、図1) 特開2000−44389号公報(明細書[0012]、図1)
The gettering technology is called intrinsic gettering (hereinafter referred to as “IG”), which captures impurity elements using oxygen precipitates that are naturally induced during the heat treatment of the device process. There is something. However, when a high temperature heat treatment at 1050 ° C. to 1200 ° C. is performed on the wafer in the epitaxial process, oxygen precipitate nuclei existing in the wafer cut out from the silicon single crystal are reduced and disappear, and in the subsequent device process, It becomes difficult to sufficiently induce oxygen precipitates serving as gettering sources. For this reason, even if this gettering technique is applied, there arises a problem that a sufficient IG effect cannot be expected for metal impurities throughout the entire process.
Conventionally, in order to solve such problems, silicon is doped with nitrogen when growing a single crystal by the CZ method, and forms oxygen precipitate nuclei inside the wafer that are not easily lost even by high-temperature heat treatment performed in an epitaxial process. A method for producing a single crystal has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2). That is, according to the proposed manufacturing method, the thermal stability of the oxygen precipitation nuclei in the crystal is increased by doping and growing nitrogen by the CZ method, and the oxygen precipitation nuclei are reduced and disappeared even by the epitaxial process. It is said that it will be possible to build a silicon wafer that does not.
JP-A-11-189493 (specifications [0009] to [0011], FIG. 1) JP 2000-44389 A (specifications [0012], FIG. 1)

しかし、ウェーハ表面上に形成されるエピタキシャル層には全く欠陥が存在しないのではなく、エピタキシャル層中には積層欠陥や転位等の欠陥、即ち、エピタキシャル欠陥が存在する。このエピタキシャル欠陥を低減するため、上記で提案された方法では、エピタキシャル処理前に水素雰囲気や不活性ガス雰囲気中で短時間の高温熱処理を施すことが開示されているけれども、高温熱処理でエピタキシャル欠陥を低減させようとすると、従来から採用されていた水素ベークより高温又は長時間の熱処理を行う必要がある。また、このような熱処理条件をウェーハに施すと、高温の熱処理によってウェーハにスリップが発生したり、長時間の熱処理によってスループットが低下するという新たな問題が生ずることになる。
本発明の目的は、新たな熱処理プロセスの追加や熱処理条件の変更を行うことなく、エピタキシャル欠陥の発生を低減することができるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を提供することにある。
However, the epitaxial layer formed on the wafer surface does not have any defects, but defects such as stacking faults and dislocations, that is, epitaxial defects exist in the epitaxial layer. In order to reduce this epitaxial defect, although the method proposed above discloses that a high-temperature heat treatment is performed for a short time in a hydrogen atmosphere or an inert gas atmosphere before the epitaxial treatment, the epitaxial defect is removed by the high-temperature heat treatment. In order to reduce the temperature, it is necessary to perform heat treatment at a higher temperature or for a longer time than conventionally employed hydrogen bake. Further, when such a heat treatment condition is applied to the wafer, a new problem arises in that the wafer is slipped by a high temperature heat treatment or the throughput is lowered by a long time heat treatment.
An object of the present invention is to provide an epitaxial silicon wafer manufacturing method capable of reducing the occurrence of epitaxial defects without adding a new heat treatment process or changing heat treatment conditions.

請求項1に係る発明は 窒素がドープされたシリコン単結晶から切り出されたシリコンウェーハの鏡面加工後からエピタキシャル工程前までの洗浄工程においてシリコンウェーハ表面全体をエッチングした後、そのシリコンウェーハ表面上にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法である。
請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明であって、シリコンウェーハ表面全体のエッチング量が4〜15nmであることを特徴とする。
本発明者らは、CZ法で窒素をドープする条件、エピタキシャル処理条件を変動させながら、エピタキシャル欠陥の発生要因を調査した結果、後述する実施例で証明されるように、窒素がドープされたシリコン単結晶から切り出されたシリコンウェーハを鏡面加工後からエピタキシャル工程前までの洗浄工程において、表面側のエッチング量をコントロールすることによって、エピタキシャル欠陥の発生を低減できることが明らかになった。従って、この請求項1に記載されたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法では、エピタキシャル成長前にそのシリコンウェーハの表面をエッチングすることによって、エピタキシャル欠陥の発生を抑制することができる。そして、エッチング量を4〜15nmとすることにより、エピタキシャル工程において、新たな熱処理プロセスの追加や熱処理条件の変更を行うことなく、エピタキシャル欠陥の発生が少ない、高品質なエピタキシャルウェーハを提供することができる。
According to the first aspect of the present invention, the entire surface of the silicon wafer is etched in the cleaning process from the mirror surface processing of the silicon wafer cut out from the silicon single crystal doped with nitrogen to before the epitaxial process, and then epitaxially formed on the silicon wafer surface. An epitaxial silicon wafer manufacturing method for growing layers.
The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, characterized in that the etching amount of the entire surface of the silicon wafer is 4 to 15 nm.
As a result of investigating the cause of epitaxial defects while changing the conditions for doping nitrogen and the epitaxial processing conditions by the CZ method, the present inventors have found that silicon doped with nitrogen as proved in Examples described later. It has been clarified that the generation of epitaxial defects can be reduced by controlling the etching amount on the surface side in the cleaning process from mirror processing to pre-epitaxial process of a silicon wafer cut out from a single crystal. Therefore, in the method for manufacturing an epitaxial silicon wafer according to the first aspect, the generation of epitaxial defects can be suppressed by etching the surface of the silicon wafer before epitaxial growth. Then, by setting the etching amount to 4 to 15 nm, it is possible to provide a high-quality epitaxial wafer with few epitaxial defects without adding a new heat treatment process or changing the heat treatment conditions in the epitaxial process. it can.

請求項3に係る発明は、請求項1又は2に係る発明であって、エッチングが、HF溶液とO3水溶液の混合供給或いはHF溶液とO3水の単独交互供給による洗浄液又はSC1洗浄液により行われることを特徴とする。
この請求項3に記載されたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法では、上記洗浄液により、ウェーハの平坦度及び清浄度を劣化させることなく、ウェーハの表面厚さを4〜15nm除去することができる。
Invention is an invention according to claim 1 or 2, the etching is, row by cleaning liquid or SC1 cleaning solution by a single alternating supply of the HF solution and O 3 aqueous mixture feed or HF solution and O 3 water according to claim 3 It is characterized by being.
In the method for manufacturing an epitaxial silicon wafer according to the third aspect, the cleaning liquid can remove the surface thickness of the wafer by 4 to 15 nm without deteriorating the flatness and cleanliness of the wafer.

請求項4に係る発明は、請求項1ないし3いずれか1項に係る発明であって、ドープされた窒素濃度が0.5×1013atoms/cm3〜5×1015atoms/cm3であることを特徴とする。
この請求項4に記載されたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法では、ゲッタリング源となる酸素析出核を有効に確保することができる。
The invention according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the doped nitrogen concentration is 0.5 × 10 13 atoms / cm 3 to 5 × 10 15 atoms / cm 3 . It is characterized by being.
In this epitaxial silicon wafer manufacturing method, oxygen precipitation nuclei that serve as gettering sources can be effectively ensured.

本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法によれば、窒素をドープして育成されたシリコン単結晶から作製されたエピタキシャルウェーハであっても、エピタキシャル成長前にそのシリコンウェーハの表面を4nm以上エッチングすることによって、エピタキシャル欠陥の発生を抑制することができる。即ち、エピタキシャル工程において、新たな熱処理プロセスの追加や熱処理条件の変更を行うことなく、エピタキシャル欠陥の発生が少ない、高品質なエピタキシャルウェーハを提供することができる。そして、エッチングが、HF溶液とO3水溶液の混合供給或いはHF溶液とO3水の単独交互供給による洗浄液又はSC1洗浄液により行うようにすれば、シリコンウェーハの平坦度及び清浄度を劣化させることなく、ウェーハの表面厚さを4〜15nm除去することができ、ドープされた窒素濃度が0.5×1013atoms/cm3〜5×1015atoms/cm3であれば、ゲッタリング源となる酸素析出核を有効に確保することができる。 According to the method for producing an epitaxial silicon wafer of the present invention, even an epitaxial wafer made from a silicon single crystal grown by doping nitrogen is etched by 4 nm or more on the surface of the silicon wafer before epitaxial growth. The generation of epitaxial defects can be suppressed. That is, it is possible to provide a high-quality epitaxial wafer with few occurrences of epitaxial defects without adding a new heat treatment process or changing heat treatment conditions in the epitaxial process. Then, etching is, if to be performed by the cleaning liquid or SC1 cleaning solution by a single alternating supply of the mixed feed or HF solution and O 3 water solution of HF and O 3 aqueous solution, without deteriorating the flatness and cleanness of the silicon wafer When the surface thickness of the wafer can be removed by 4 to 15 nm and the doped nitrogen concentration is 0.5 × 10 13 atoms / cm 3 to 5 × 10 15 atoms / cm 3 , it becomes a gettering source. Oxygen precipitation nuclei can be effectively secured.

次に本発明を実施するための最良の形態を説明する。
本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法は、CZ法によって窒素をドープしたシリコン単結晶を育成し、このシリコン単結晶から切り出されたシリコンウェーハの鏡面加工後からエピタキシャル工程前までの洗浄工程においてシリコンウェーハ表面全体を4nm以上エッチングした後、そのウェーハ表面上にエピタキシャル層を成長させることを特徴としている。本発明で採用する窒素ドープの方法は、所要濃度の窒素をドープできるのであれば、どのような方法でもよく、例えば、原料中又は融液中への窒化物の混合、炉内への窒素あるいは窒素化合物ガスを流しながらの単結晶育成、溶融前の高温にて多結晶シリコンへの窒素あるいは窒素化合物ガスの吹き付け、窒化物製るつぼの使用等があげられる。いずれの場合であっても、窒化物の量、窒素ガスの濃度、又はこれらの吹き付け時間を調整することによって、結晶中にドープされる窒素濃度を調整することができる。
Next, the best mode for carrying out the present invention will be described.
The method for producing an epitaxial silicon wafer of the present invention grows a silicon single crystal doped with nitrogen by the CZ method, and in the cleaning process from the mirror processing of the silicon wafer cut out from the silicon single crystal to before the epitaxial process. After etching the entire surface by 4 nm or more, an epitaxial layer is grown on the wafer surface. The nitrogen doping method employed in the present invention may be any method as long as it can dope a required concentration of nitrogen, for example, mixing of nitride into the raw material or melt, nitrogen into the furnace or Single crystal growth with flowing nitrogen compound gas, spraying of nitrogen or nitrogen compound gas onto polycrystalline silicon at a high temperature before melting, use of a crucible made of nitride, and the like can be mentioned. In any case, the concentration of nitrogen doped in the crystal can be adjusted by adjusting the amount of nitride, the concentration of nitrogen gas, or the spraying time thereof.

CZ法による育成中に、シリコン単結晶に窒素をドープすることによって、結晶中の酸素の凝縮を促進し、酸素析出核の密度を高くするとともに、熱的な安定性を増加させる。このため、ドープする窒素濃度は、0.5×1013atoms/cm3〜5×1015atoms/cm3の範囲にするのが望ましい。これによって、酸素析出核の熱的な安定性を確保することができる。ドープする窒素濃度が0.5×1013atoms/cm3より小さい場合には、酸素析出核の形成が促進されず、一方、窒素濃度が5×1015atoms/cm3を超える場合には、単結晶が有転位化するという問題がある。ここで、ドープされる窒素濃度の更に好ましい範囲は0.8×1013atoms/cm3〜1×1014atoms/cm3である。
CZ法によって育成されたシリコン単結晶は、通常の方法に従ってウェーハに加工される。例えば、外周研削、オリエンテーションフラット加工の後、内周刃ソーやワイヤーソーによってスライスされ、面取り、ラッピングに続いて、加工変質層を除去するために化学エッチングが施され、さらに研磨によって光学的な光沢をもつ鏡面ウェーハに仕上げられる。
During the growth by the CZ method, the silicon single crystal is doped with nitrogen to promote the condensation of oxygen in the crystal, increase the density of oxygen precipitation nuclei, and increase the thermal stability. For this reason, it is desirable that the concentration of nitrogen to be doped be in the range of 0.5 × 10 13 atoms / cm 3 to 5 × 10 15 atoms / cm 3 . As a result, the thermal stability of the oxygen precipitation nuclei can be ensured. When the doping nitrogen concentration is smaller than 0.5 × 10 13 atoms / cm 3 , the formation of oxygen precipitation nuclei is not promoted, whereas when the nitrogen concentration exceeds 5 × 10 15 atoms / cm 3 , There is a problem that the single crystal is dislocated. Here, a more preferable range of the nitrogen concentration to be doped is 0.8 × 10 13 atoms / cm 3 to 1 × 10 14 atoms / cm 3 .
A silicon single crystal grown by the CZ method is processed into a wafer according to a normal method. For example, after outer periphery grinding and orientation flat processing, it is sliced with an inner peripheral saw or wire saw, chamfered, lapped, then subjected to chemical etching to remove the work-affected layer, and further polished to an optical gloss It is finished to a mirror surface wafer.

本発明の特徴ある点は、このように鏡面研磨によって仕上げられたシリコンウェーハの表面を4nm以上エッチングした後、そのシリコンウェーハの表面上にエピタキシャル層を成長させるところにある。ここでエッチングを行う目的は、研磨によってウェーハ表面に露出してエピタキシャル欠陥の要因となるCOPを除去することである。この目的から、このエッチングはエピタキシャル成長の直前に実施することを要件とする。このエッチングが4nm未満であると、エピタキシャル欠陥の要因となるCOPを十分に除去することができない。このエッチングの好ましい範囲は、4nm以上15nm以下である。15nmを越えてエッチングを行ってもエピタキシャル欠陥の要因となるCOPをそれ以上除去することができない。このエッチングの更に好ましい範囲は、6nm以上10nm以下である。   The characteristic point of the present invention is that an epitaxial layer is grown on the surface of the silicon wafer after etching the surface of the silicon wafer finished by mirror polishing in this manner by 4 nm or more. Here, the purpose of etching is to remove COP that is exposed on the wafer surface by polishing and causes epitaxial defects. For this purpose, this etching must be carried out immediately before the epitaxial growth. If this etching is less than 4 nm, COP that causes epitaxial defects cannot be sufficiently removed. A preferable range of this etching is 4 nm or more and 15 nm or less. Even if etching is performed beyond 15 nm, COP that causes epitaxial defects cannot be further removed. A more preferable range of this etching is 6 nm or more and 10 nm or less.

シリコンウェーハの表面の洗浄は、エッチング効果を有する洗浄液によりその表面を洗浄することにより行うことが好ましい。ここでエッチング効果を有する洗浄液としては、HF溶液とO3水溶液の混合供給或いはHF溶液とO3水の単独交互供給による洗浄液又はSC1洗浄液が挙げられる。これらに例示される洗浄液により行う洗浄は、その洗浄時間及び洗浄温度によりエッチング量が異なる。このため、洗浄条件及び回数を増減させることにより、シリコンウェーハ表面のエッチング量をコントロールするようにする。 The surface of the silicon wafer is preferably cleaned by cleaning the surface with a cleaning liquid having an etching effect. Here, examples of the cleaning liquid having an etching effect include a cleaning liquid by mixing supply of HF solution and O 3 aqueous solution, or a single alternating supply of HF solution and O 3 water, or SC1 cleaning liquid. The amount of etching differs depending on the cleaning time and the cleaning temperature in the cleaning performed using the cleaning liquid exemplified in these. Therefore, the amount of etching on the silicon wafer surface is controlled by increasing or decreasing the cleaning conditions and the number of times.

次に、本発明の実施例を比較例とともに説明する。
<実施例1>
結晶中の窒素濃度が0.5×1013atoms/cm3〜5×1015atoms/cm3になるようにCZ法によって窒素がドープされ、その酸素濃度が13×1017atoms/cm3であるシリコン単結晶から切り出して、面取り、ラッピング、化学エッチング後に鏡面研磨されたウェーハを2枚(以下、「低酸素濃度ウェーハ」という。)準備した。
また、これとは別に、結晶中の窒素濃度が0.5×1013atoms/cm3〜5×1015atoms/cm3になるようにCZ法によって窒素がドープされ、その酸素濃度が15×1017atoms/cm3であるシリコン単結晶から切り出して、面取り、ラッピング、化学エッチング後に鏡面研磨されたウェーハを2枚(以下、「高酸素濃度ウェーハ」という。)準備した。
これらのシリコンウェーハを、H22:NH4OH:H2O=1:1:5及び洗浄液温度70℃のSC−1洗浄液を用いて洗浄時間をコントロールさせることで、シリコンウェーハ表面を12nmエッチングした後、エピタキシャル成長させた。このように鏡面加工後のエピタキシャル工程にてシリコンウェーハ表面を12nmエッチングした後にエピタキシャル処理して得られた4枚のエピタキシャルシリコンウェーハをそれぞれ実施例1とした。
Next, examples of the present invention will be described together with comparative examples.
<Example 1>
Nitrogen is doped by the CZ method so that the nitrogen concentration in the crystal is 0.5 × 10 13 atoms / cm 3 to 5 × 10 15 atoms / cm 3 , and the oxygen concentration is 13 × 10 17 atoms / cm 3 . Two wafers cut from a silicon single crystal and mirror-polished after chamfering, lapping, and chemical etching (hereinafter referred to as “low oxygen concentration wafers”) were prepared.
Separately, nitrogen is doped by the CZ method so that the nitrogen concentration in the crystal is 0.5 × 10 13 atoms / cm 3 to 5 × 10 15 atoms / cm 3 , and the oxygen concentration is 15 × Two wafers (hereinafter referred to as “high oxygen concentration wafers”) that were cut out from a silicon single crystal at 10 17 atoms / cm 3 and mirror-polished after chamfering, lapping, and chemical etching were prepared.
By controlling the cleaning time of these silicon wafers using SC-1 cleaning liquid having H 2 O 2 : NH 4 OH: H 2 O = 1: 1: 5 and a cleaning liquid temperature of 70 ° C., the surface of the silicon wafer was reduced to 12 nm. After etching, epitaxial growth was performed. In this manner, each of the four epitaxial silicon wafers obtained by performing the epitaxial process after etching the surface of the silicon wafer by 12 nm in the epitaxial process after the mirror finish was designated as Example 1.

<実施例2>
実施例1と同一の低酸素濃度ウェーハを2枚と、実施例1と同一の高酸素濃度ウェーハを2枚それぞれ準備した。
これらの鏡面研磨されたシリコンウェーハを、H22:NH4OH:H2O=1:1:5及び洗浄液温度70℃のSC−1洗浄液を用いて洗浄を実施した。その後HF溶液とO3水溶液の混合供給による洗浄液、及びHF溶液とO3水の単独交互供給による洗浄液を用いて洗浄時間をコントロールさせることで、シリコンウェーハ表面を7.5nmエッチングした。
その後、表面がエッチングされたそれぞれのシリコンウェーハを実施例1と同一の条件でエピタキシャル成長させた。このように鏡面加工後のエピタキシャル工程にてシリコンウェーハ表面を7.5nmエッチングした後にエピタキシャル処理して得られた4枚のエピタキシャルシリコンウェーハをそれぞれ実施例2とした。
<Example 2>
Two low oxygen concentration wafers identical to Example 1 and two high oxygen concentration wafers identical to Example 1 were prepared.
These mirror-polished silicon wafers were cleaned using an SC-1 cleaning solution having H 2 O 2 : NH 4 OH: H 2 O = 1: 1: 5 and a cleaning solution temperature of 70 ° C. Thereafter, the surface of the silicon wafer was etched by 7.5 nm by controlling the cleaning time by using a cleaning solution by a mixed supply of an HF solution and an O 3 aqueous solution, and a cleaning solution by a single alternating supply of HF solution and O 3 water.
Thereafter, each silicon wafer whose surface was etched was epitaxially grown under the same conditions as in Example 1. In this manner, each of the four epitaxial silicon wafers obtained by performing the epitaxial process after etching the silicon wafer surface by 7.5 nm in the epitaxial process after the mirror finishing was designated as Example 2.

<比較例1>
実施例1と同一の低酸素濃度ウェーハを2枚と、実施例1と同一の高酸素濃度ウェーハを2枚それぞれ準備した。
これらの鏡面研磨されたシリコンウェーハを、H22:NH4OH:H2O=1:1:5及び洗浄液温度70℃のSC−1洗浄液を用いて洗浄を実施した。その後HF溶液とO3水溶液の混合供給による洗浄液、及びHF溶液とO3水の単独交互供給による洗浄液を用いて洗浄時間をコントロールさせることで、シリコンウェーハ表面を3.5nmエッチングした。
その後、表面がエッチングされたそれぞれのシリコンウェーハを実施例1と同一の条件でエピタキシャル成長させた。このように鏡面加工後のエピタキシャル工程にてシリコンウェーハ表面を3.5nmエッチングした後にエピタキシャル処理して得られた4枚のエピタキシャルシリコンウェーハをそれぞれ比較例1とした。
<Comparative Example 1>
Two low oxygen concentration wafers identical to Example 1 and two high oxygen concentration wafers identical to Example 1 were prepared.
These mirror-polished silicon wafers were cleaned using an SC-1 cleaning solution having H 2 O 2 : NH 4 OH: H 2 O = 1: 1: 5 and a cleaning solution temperature of 70 ° C. Thereafter, the surface of the silicon wafer was etched by 3.5 nm by controlling the cleaning time by using a cleaning solution by a mixed supply of HF solution and O 3 aqueous solution and a cleaning solution by a single alternate supply of HF solution and O 3 water.
Thereafter, each silicon wafer whose surface was etched was epitaxially grown under the same conditions as in Example 1. Thus, the four epitaxial silicon wafers obtained by carrying out the epitaxial process after etching the silicon wafer surface by 3.5 nm in the epitaxial process after the mirror finish were used as Comparative Example 1, respectively.

<比較試験及び評価>
実施例1及び2並びに比較例1におけるエピタキシャルシリコンウェーハを、面検査装置を用いてエピタキシャル層の表面で検出されるエピタキシャル欠陥の数を測定した。
この結果を表1に示すとともに、エッチング量とエピタキシャル欠陥の数との関係を図1に示す。
<Comparison test and evaluation>
The epitaxial silicon wafers in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were measured for the number of epitaxial defects detected on the surface of the epitaxial layer using a surface inspection apparatus.
The results are shown in Table 1, and the relationship between the etching amount and the number of epitaxial defects is shown in FIG.

Figure 2007073594
Figure 2007073594

表1及び図1から明らかなように、シリコンウェーハの表面を4nm以上エッチングした後エピタキシャル層を形成する実施例1及び2では、そのエピタキシャル欠陥の数がいずれも50未満である。従って、シリコンウェーハの表面を4nm以上エッチングした後エピタキシャル層を形成する本発明の製造方法では、新たな熱処理プロセスの追加や熱処理条件の変更を行うことなく、エピタキシャル欠陥の発生を50個未満にまで低減することができることが判る。これに対して、シリコンウェーハの表面におけるエッチングが4nm未満である比較例1では、エピタキシャル欠陥の数が50以上のものが含まれている。これは、エピタキシャル欠陥の要因となるCOPを十分に除去できていないことに起因するものと考えられる。   As apparent from Table 1 and FIG. 1, in Examples 1 and 2 in which the epitaxial layer is formed after etching the surface of the silicon wafer by 4 nm or more, the number of epitaxial defects is less than 50. Therefore, in the manufacturing method of the present invention in which the epitaxial layer is formed after etching the surface of the silicon wafer by 4 nm or more, the number of epitaxial defects is reduced to less than 50 without adding a new heat treatment process or changing the heat treatment conditions. It can be seen that it can be reduced. On the other hand, Comparative Example 1 in which the etching on the surface of the silicon wafer is less than 4 nm includes those having 50 or more epitaxial defects. This is considered to be due to the fact that COP that causes epitaxial defects cannot be sufficiently removed.

本発明実施例のエッチング量とエピタキシャル欠陥の数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the etching amount of this invention Example, and the number of epitaxial defects.

Claims (4)

窒素がドープされたシリコン単結晶から切り出されたシリコンウェーハの鏡面加工後からエピタキシャル工程前までの洗浄工程においてシリコンウェーハ表面全体をエッチングした後、前記シリコンウェーハ表面上にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。   Epitaxial silicon wafer for growing an epitaxial layer on the silicon wafer surface after etching the entire silicon wafer surface in a cleaning process after mirror processing of the silicon wafer cut out from the silicon single crystal doped with nitrogen and before the epitaxial process Manufacturing method. シリコンウェーハ表面全体のエッチング量が4〜15nmである請求項1記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。   The method for producing an epitaxial silicon wafer according to claim 1, wherein an etching amount of the entire surface of the silicon wafer is 4 to 15 nm. エッチングが、HF溶液とO3水溶液の混合供給或いはHF溶液とO3水の単独交互供給による洗浄液又はSC1洗浄液により行われる請求項1又は2に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。 The method for producing an epitaxial silicon wafer according to claim 1 or 2, wherein the etching is performed by a cleaning solution or SC1 cleaning solution by a mixed supply of an HF solution and an O 3 aqueous solution, or a single alternate supply of HF solution and O 3 water. ドープされた窒素濃度が0.5×1013atoms/cm3〜5×1015atoms/cm3である請求項1ないし3いずれか1項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
4. The method for producing an epitaxial silicon wafer according to claim 1, wherein the doped nitrogen concentration is 0.5 × 10 13 atoms / cm 3 to 5 × 10 15 atoms / cm 3 .
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