JP2009212537A - Method for producing silicon wafer and silicon wafer - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain superior surface roughness, by reducing the thermal processing temperature or shortening the time required for the thermal processing and by suppressing the occurrence of a slip, in a method of manufacturing a silicon wafer and a silicon wafer. <P>SOLUTION: A thermal processing step of forming new vacancies in a silicon wafer W by thermally processing it in an atmospheric gas G is provided, and the atmospheric gas in the thermal processing step contains a nitrided gas, having a decomposition temperature which is lower than the temperature at which N<SB>2</SB>can be decomposed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、シリコンウェーハを雰囲気ガス中で熱処理して内部に空孔を形成し、さらに熱処理して表層にDZ(Denuded Zone)層を形成するシリコンウェーハの製造方法及びこの方法で製造されたシリコンウェーハに関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a silicon wafer in which a silicon wafer is heat-treated in an atmospheric gas to form vacancies therein, and further heat-treated to form a DZ (Denuded Zone) layer on the surface layer, and silicon manufactured by this method Related to wafers.

CZ(チョクラルスキー)法で引上成長されたシリコン単結晶を加工して作製されたシリコンウェーハは、酸素不純物を多く含んでおり、この酸素不純物は転位や欠陥等を生じさせる酸素析出物(BMD:Bulk Micro Defect)となる。この酸素析出物がデバイスが形成される表面にある場合、リーク電流増大や酸化膜耐圧低下等の原因になって半導体デバイスの特性に大きな影響を及ぼす。   A silicon wafer produced by processing a silicon single crystal pulled and grown by the CZ (Czochralski) method contains a large amount of oxygen impurities. These oxygen impurities cause oxygen precipitates (dislocations, defects, etc.) BMD: Bulk Micro Defect). When this oxygen precipitate is present on the surface where the device is formed, it causes a leakage current increase, an oxide film breakdown voltage decrease, and the like, which greatly affects the characteristics of the semiconductor device.

このため、従来、シリコンウェーハ表面に対し、1250℃以上の高温で短時間の急速加熱・急冷の熱処理(RTA:Rapid Thermal Annealing)を所定の雰囲気ガス中で施し、内部に高濃度の熱平衡の原子空孔(Vacancy:以下、単に空孔と称す)を形成し、急冷により凍結するとともに、この後の熱処理で表面において空孔を外方拡散させることによりDZ層(無欠陥層)を均一に形成する方法が用いられている(例えば、特許文献1に記載の技術)。そして、上記DZ層形成後に、上記温度より低温で熱処理を施すことで、内部の欠陥層として酸素析出核を形成・安定化してゲッタリング効果を有するBMD層を形成する工程が採用されている。   For this reason, conventionally, rapid thermal annealing (RTA: Rapid Thermal Annealing) at a high temperature of 1250 ° C or higher is performed on the silicon wafer surface in a predetermined atmosphere gas, and high-concentration thermal equilibrium atoms are internally contained. Vacancy (hereinafter referred to simply as “vacancy”) is formed, frozen by rapid cooling, and the DZ layer (defect-free layer) is uniformly formed by outward diffusion of the pores on the surface by subsequent heat treatment. (For example, the technique described in Patent Document 1). Then, after the formation of the DZ layer, a process of forming a BMD layer having a gettering effect by forming and stabilizing an oxygen precipitation nucleus as an internal defect layer by performing heat treatment at a temperature lower than the above temperature is employed.

また、他の従来技術(例えば、特許文献2に記載の技術)として、先ず酸素雰囲気下で熱処理を行い、続けて非酸化性雰囲気下で熱処理を行うことで表面層でのDZと内部でのBMD形成を行っている。なお、従来、空孔形成のための熱処理においては、雰囲気ガスとしてN (窒素)が主に用いられている。すなわち、高温でNが分解され、シリコンウェーハ表面にSi(窒化膜)が形成されることにより、空孔を注入するものである。 In addition, as another conventional technique (for example, the technique described in Patent Document 2), first, heat treatment is performed in an oxygen atmosphere, and then heat treatment is performed in a non-oxidizing atmosphere, so that the DZ in the surface layer and the inside BMD formation is performed. Conventionally, N 2 (nitrogen) is mainly used as an atmospheric gas in heat treatment for forming holes. That is, N 2 is decomposed at a high temperature, and Si x N y (nitride film) is formed on the surface of the silicon wafer, thereby injecting holes.

国際公開第98/38675号パンフレットInternational Publication No. 98/38675 Pamphlet 国際公開第98/45507号パンフレットInternational Publication No. 98/45507 Pamphlet 特開平1−1393号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-1393

しかしながら、上記シリコンウェーハの熱処理技術では、以下のような課題が残されている。従来は、例えば空孔形成のための熱処理を施す際に、表面を酸化膜で覆い、N2 を主とした雰囲気ガス中で熱処理が行われるが、この場合、十分な熱処理効果を得るために1250℃以上かつ10sec以上の熱処理が必要であった。このため、シリコンウェーハには、高温の熱処理により、サセプタ又は支持ピン等と接触する部分からスリップが発生してしまい、割れ等の原因になる不都合があった。また、熱処理前のシリコンウェーハ表面は、少なからず酸化されて自然酸化膜が形成されているが、上記熱処理が施されるため表面の自然酸化膜が高温で昇華してしまい、表面が荒れるという不都合があった。   However, the following problems remain in the silicon wafer heat treatment technology. Conventionally, for example, when heat treatment for forming holes is performed, the surface is covered with an oxide film, and heat treatment is performed in an atmospheric gas mainly containing N 2. In this case, in order to obtain a sufficient heat treatment effect, 1250 is obtained. A heat treatment of at least 10 ° C. and at least 10 seconds was necessary. For this reason, the silicon wafer has a disadvantage that a high temperature heat treatment causes a slip from a portion that comes into contact with the susceptor or the support pins, which causes cracks and the like. In addition, the surface of the silicon wafer before the heat treatment is oxidized to some extent to form a natural oxide film. However, since the heat treatment is performed, the surface of the natural oxide film is sublimated at a high temperature and the surface becomes rough. was there.

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、熱処理の低温化又は短時間化を図りスリップの発生を抑制することができると共に、良好な表面ラフネスが得られるシリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and can reduce the occurrence of slip by reducing the temperature or shortening the heat treatment, and can provide a silicon wafer manufacturing method and silicon capable of obtaining good surface roughness. An object is to provide a wafer.

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。
すなわち、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、シリコンウェーハを、熱処理を施す反応室内に配置し、Nが分解可能な温度よりも低い分解温度の窒化ガスを含む雰囲気ガスを該反応室内に供給しながら、シリコンウェーハを熱処理し、表面窒化作用により又はその表面に窒化膜を形成して、その内部に新たに空孔を形成する空孔注入熱処理工程を有し、
該空孔注入熱処理工程は、前記窒化ガスとしてNHを含む雰囲気ガスを用い、前記窒化ガスにおける前記NHの濃度を0.5%以上又は前記NHの流量を10sccm以上とし、前記熱処理温度を1100℃から1150℃までの温度、前記熱処理時間を60sec以下、冷却速度を33.3℃/秒〜50℃/秒とする処理を行って、ウェーハ保持によるスリップの発生を0.4mm以下とすることを特徴とする。
本発明は上記のシリコンウェーハの製造方法において、前記窒化ガスは、ブラズマ化されていることができる。
本発明は、上記のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法において、前記空孔注入熱処理工程前に、前記シリコンウェーハ表面の酸化膜を除去又は薄膜化する酸化膜除去工程を有することができる。
本発明は、上記のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法において、前記酸化膜除去工程は、前記雰囲気ガスにNHを含む際に少なくとも前記酸化膜を膜厚が2nm未満になるまで除去することができる。
本発明は、上記のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法において、前記酸化膜除去工程は、前記反応室内の雰囲気ガス中に含まれる酸素を除去するパージ処理を行なってから前記窒化ガスを前記反応室内に供給することができる。
本発明は、上記のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法において、前記空孔注入熱処理工程後に、該空孔注入熱処理工程よりも低い温度で前記シリコンウェーハを熱処理して表層に無欠陥層を形成すると共に内部の空孔に酸素を析出させる析出処理工程を有することができる。
本発明は、上記のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法において、前記窒化ガスを含む雰囲気ガスとして、ArとNHとの混合ガスを用いることができる。
本発明は、上記のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法において、前記熱処理を、下記手順(i)〜(v)で行うことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
(i)800℃までの昇温を行う前に、Arのみを雰囲気ガスとして供給し、熱処理炉内の雰囲気ガスを置換して酸素を除去するパージ処理を行う。
(ii)酸素が完全に炉内から除去された状態で、次に、Arのみを雰囲気ガスとして供給しながら800℃まで昇温する。
(iii)次に、NHを熱処理炉に導入しArとNHとの混合ガスを雰囲気ガスとして供給しながら、800℃から前記熱処理温度まで急速加熱昇温を行い、該熱処理温度一定で所定時間の熱処理を行う。
(iv)その後800℃まで急冷する。
(v)その後、800℃一定でNHを完全に排出するまでArのみを雰囲気ガスとして流量を上げて供給し、排出完了後に再びArのみの雰囲気ガス中で降温する。
本発明は、上記のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法において、前記冷却速度が33.3℃/秒又は50℃/秒であることができる。
本発明は、上記のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法において、前記雰囲気ガスにおける流量を前記NH/Ar:2SLM/2SLMとすることができる。
本発明は、上記のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法において、前記シリコンウェーハとして、シリコン単結晶インゴット内での格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域を〔I〕とし、空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を〔V〕とし、格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を〔P〕とするときに、パーフェクト領域〔P〕からなるインゴットから切り出された点欠陥の凝集体が存在しないシリコンウェーハを用いることができる。
本発明のシリコンウェーハは、上記のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法により作製されたことを特徴とする。
The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems.
That is, in the method for producing a silicon wafer according to the present invention, the silicon wafer is placed in a reaction chamber where heat treatment is performed, and an atmospheric gas containing a nitriding gas having a decomposition temperature lower than the temperature at which N 2 can be decomposed is supplied into the reaction chamber. While, heat treatment of the silicon wafer, by forming a nitride film on the surface or by the surface nitriding action, has a hole injection heat treatment step of forming new holes in the interior,
The vacancy injection heat treatment step uses an atmosphere gas containing NH 3 as the nitriding gas, the concentration of NH 3 in the nitriding gas is 0.5% or more, or the flow rate of NH 3 is 10 sccm or more, and the heat treatment temperature Is performed at a temperature from 1100 ° C. to 1150 ° C., the heat treatment time is 60 sec or less, and the cooling rate is 33.3 ° C./sec to 50 ° C./sec. It is characterized by doing.
According to the present invention, in the method for manufacturing a silicon wafer, the nitriding gas can be made into a plasma.
In the method for manufacturing a silicon wafer according to any one of the above, the present invention may include an oxide film removing step for removing or thinning an oxide film on the surface of the silicon wafer before the hole injection heat treatment step.
The present invention provides the silicon wafer manufacturing method according to any one of the above, wherein the oxide film removing step removes at least the oxide film until the film thickness becomes less than 2 nm when the atmosphere gas contains NH 3. be able to.
The present invention provides the method for producing a silicon wafer according to any one of the above, wherein the oxide film removing step performs a purging process for removing oxygen contained in an atmospheric gas in the reaction chamber and then the nitriding gas. It can be fed into the reaction chamber.
The present invention provides the method for producing a silicon wafer according to any one of the above, wherein after the hole injection heat treatment step, the silicon wafer is heat-treated at a temperature lower than the hole injection heat treatment step to form a defect-free layer on a surface layer. It can have a precipitation treatment step of forming and precipitating oxygen in the internal vacancies.
In the method for manufacturing a silicon wafer according to any one of the above, the present invention can use a mixed gas of Ar and NH 3 as the atmospheric gas containing the nitriding gas.
The present invention provides the method for producing a silicon wafer according to any one of the above, wherein the heat treatment is performed by the following procedures (i) to (v).
(I) Before raising the temperature to 800 ° C., only Ar is supplied as an atmospheric gas, and a purge process is performed to replace the atmospheric gas in the heat treatment furnace and remove oxygen.
(Ii) With the oxygen completely removed from the furnace, the temperature is raised to 800 ° C. while supplying only Ar as the atmospheric gas.
(Iii) Next, while heating NH 3 into the heat treatment furnace and supplying a mixed gas of Ar and NH 3 as an atmospheric gas, rapid heating is performed from 800 ° C. to the heat treatment temperature, and the heat treatment temperature is constant and predetermined. Heat treatment for hours.
(Iv) Then, rapidly cool to 800 ° C.
(V) Thereafter, Ar is supplied as an atmospheric gas at a constant flow rate of 800 ° C. until NH 3 is completely discharged, and the temperature is lowered again in the atmospheric gas containing only Ar after the discharge is completed.
According to the present invention, in the silicon wafer manufacturing method according to any one of the above, the cooling rate may be 33.3 ° C./second or 50 ° C./second.
According to the present invention, in the silicon wafer manufacturing method according to any one of the above, the flow rate in the atmosphere gas may be the NH 3 / Ar: 2SLM / 2SLM.
The present invention provides a method for producing a silicon wafer according to any one of the above, wherein a region where interstitial silicon type point defects exist predominantly in a silicon single crystal ingot is defined as [I] in the silicon wafer. When the region where the hole type point defects exist predominantly is [V], and the perfect region where the aggregates of interstitial silicon type point defects and void type point defects do not exist is [P], It is possible to use a silicon wafer in which no agglomerates of point defects cut out from the ingot composed of the region [P] exist.
The silicon wafer of the present invention is produced by the method for producing a silicon wafer described above.

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用することができる。すなわち、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、雰囲気ガス中でシリコンウェーハを熱処理して内部に新たに空孔を形成する熱処理工程を有し、該熱処理工程の前記雰囲気ガスは、N2 が分解可能な温度よりも低い分解温度の窒化ガスを含むことを特徴とする。   The present invention can employ the following configurations in order to solve the above problems. That is, the silicon wafer manufacturing method of the present invention has a heat treatment step in which a silicon wafer is heat-treated in an atmospheric gas to newly form vacancies therein, and the atmospheric gas in the heat treatment step can decompose N2. It contains a nitriding gas having a decomposition temperature lower than the normal temperature.

このシリコンウェーハの製造方法では、熱処理工程の雰囲気ガスが、Nが分解可能な温度よりも低い分解温度の窒化ガス、例えばNH、NO、NO、N、ヒドラジン又はジメチルヒドラジン等を含むので、Nの場合よりも低い熱処理温度又は短い熱処理時間でも窒化ガスが分解されてシリコンウェーハ表面を窒化(窒化膜を形成)し、内部に空孔を注入することができ、熱処理時のスリップ発生を抑制することができる。 In this silicon wafer manufacturing method, the atmospheric gas in the heat treatment step is a nitriding gas having a decomposition temperature lower than the temperature at which N 2 can be decomposed, such as NH 3 , NO, N 2 O, N 2 O 2 , hydrazine or dimethylhydrazine. Etc., the nitriding gas is decomposed even at a lower heat treatment temperature or shorter heat treatment time than in the case of N 2 , so that the silicon wafer surface can be nitrided (form a nitride film), and vacancies can be injected into the inside. The occurrence of slip at the time can be suppressed.

また、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、前記窒化ガスが、NH(アンモニア)を含むことが好ましい。すなわち、このシリコンウェーハの製造方法では、NHを含んだ窒化ガスを用いることにより、NHが分解して生じたH(水素)がシリコンウェーハ表面の自然酸化膜等を除去するクリーニング効果を有しているため、さらに表面の窒化及び空孔の注入が促進される。また、NHには酸化膜を窒化させる効果があり、空孔の注入が促進される。なお、上記NHによるクリーニング効果は、水素の還元性によるものであり、自然酸化膜の高温時における単なる蒸発(昇華)とは異なるものである。 In the method for producing a silicon wafer of the present invention, it is preferable that the nitriding gas contains NH 3 (ammonia). That is, in this silicon wafer manufacturing method, by using a nitriding gas containing NH 3 , H (hydrogen) generated by decomposition of NH 3 has a cleaning effect of removing a natural oxide film or the like on the surface of the silicon wafer. Therefore, nitriding of the surface and injection of vacancies are further promoted. Further, NH 3 has an effect of nitriding the oxide film, and the injection of vacancies is promoted. The cleaning effect by NH 3 is due to the reducibility of hydrogen, and is different from mere evaporation (sublimation) at a high temperature of the natural oxide film.

また、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、前記窒化ガスにおける前記NHの濃度を0.5%以上又はNH3 の流量を10sccm以上にする技術が採用される。すなわち、このシリコンウェーハの製造方法では、窒化ガスにおけるNH3 の濃度を0.5%以上又はNH3 の流量を10sccm以上にするので、このガス条件では窒化反応が反応律速であり、この条件の窒化ガスを含んでいればウェーハ表面に形成される窒化膜厚は同じであり、ウェーハ面内で均一な空孔注入が可能になる。 In addition, the silicon wafer manufacturing method of the present invention employs a technique in which the NH 3 concentration in the nitriding gas is 0.5% or more, or the flow rate of NH 3 is 10 sccm or more. That is, in this silicon wafer manufacturing method, the concentration of NH3 in the nitriding gas is 0.5% or more or the flow rate of NH3 is 10 sccm or more. Under these gas conditions, the nitriding reaction is reaction-controlled. If this is included, the nitride film thickness formed on the wafer surface is the same, and uniform vacancy injection within the wafer surface becomes possible.

また、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、前記窒化ガスがブラズマ化されていることが好ましい。すなわち、このシリコンウェーハの製造方法では、窒化ガスがブラズマ化されていることにより、活性化された窒化ガスとなって、さらに表面の窒化及び空孔の注入が促進される。   In the silicon wafer manufacturing method of the present invention, the nitriding gas is preferably made into a plasma. That is, in this silicon wafer manufacturing method, since the nitriding gas is made into a plasma, it becomes an activated nitriding gas, which further promotes nitriding of the surface and injection of vacancies.

また、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、前記熱処理の温度が、900℃から1200℃までの温度であり、前記熱処理の時間が、60sec(秒)以下の時間であることが好ましい。すなわち、このシリコンウェーハの製造方法では、上記範囲の熱処理温度及び熱処理時間であることにより、スリップの発生を抑制すると共に十分に空孔を注入でき、適量なBMD層を得ることができる。また、後述するように、1200℃以下の温度で熱処理するため、結晶中に形成される格子間Siが少なく、表面の窒化膜により注入される空孔が格子間Siと対消滅せず、注入効率を高めることができる。   In the method for producing a silicon wafer of the present invention, it is preferable that the temperature of the heat treatment is a temperature from 900 ° C. to 1200 ° C., and the time of the heat treatment is a time of 60 sec (seconds) or less. That is, in this silicon wafer manufacturing method, the heat treatment temperature and heat treatment time within the above ranges can suppress slip generation and sufficiently inject vacancies, thereby obtaining an appropriate amount of BMD layer. Further, as will be described later, since the heat treatment is performed at a temperature of 1200 ° C. or less, the interstitial Si formed in the crystal is small, and the vacancies injected by the nitride film on the surface do not annihilate with the interstitial Si and are implanted. Efficiency can be increased.

また、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、前記熱処理工程前に、前記シリコンウェーハ表面の酸化膜を除去又は薄膜化する酸化膜除去工程を有することが好ましい。すなわち、このシリコンウェーハの製造方法は、熱処理工程前に、シリコンウェーハ表面の酸化膜を除去又は薄膜化する酸化膜除去工程を有するので、ウェーハ表面の自然酸化膜等の酸化膜が完全に除去又はほとんど除去された状態でRTA処理されることになり、窒化ガスによるウェーハ表面の窒化及び空孔注入が酸化膜により妨げられることを防ぐことができ、効果的な空孔注入が可能になる。   Moreover, it is preferable that the manufacturing method of the silicon wafer of this invention has the oxide film removal process of removing or thinning the oxide film of the said silicon wafer surface before the said heat treatment process. That is, this silicon wafer manufacturing method has an oxide film removing step for removing or thinning the oxide film on the silicon wafer surface before the heat treatment step, so that the oxide film such as a natural oxide film on the wafer surface is completely removed or removed. The RTA process is performed in a state of being almost removed, so that nitridation of the wafer surface and vacancy injection by the nitriding gas can be prevented from being hindered by the oxide film, and effective vacancy injection becomes possible.

さらに、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、前記酸化膜除去工程において、前記雰囲気ガスにNHを含む際に少なくとも前記酸化膜を膜厚が2nm未満になるまで除去することが好ましい。本発明者らは、後述するように、酸化膜が2nm以上表面に形成されていると、上記熱処理条件(熱処理の温度が、900℃から1200℃までの温度であり、熱処理の時間が、60sec(秒)以下の時間)内で十分に酸化膜を完全に除去したり酸窒化膜化できず、上記窒化ガスによる空孔注入効果を十分に得ることができないことを見い出した。すなわち、このシリコンウェーハの製造方法では、酸化膜除去工程において、雰囲気ガスにNHを含む際に少なくとも酸化膜を膜厚が2nm未満になるまで除去するので、後述するように、残った酸化膜を十分酸窒化膜化することができ、十分に空孔を注入する効果を得ることができる。 Furthermore, in the method for producing a silicon wafer according to the present invention, it is preferable that in the oxide film removing step, at least the oxide film is removed until the film thickness becomes less than 2 nm when NH 3 is contained in the atmospheric gas. As will be described later, when the oxide film is formed on the surface of 2 nm or more, the present inventors have said heat treatment conditions (the temperature of the heat treatment is a temperature from 900 ° C. to 1200 ° C., and the heat treatment time is 60 sec. It was found that the oxide film could not be completely removed or converted to an oxynitride film within a time of (second) or less), and the hole injection effect by the nitriding gas could not be sufficiently obtained. That is, in this silicon wafer manufacturing method, when the atmosphere gas contains NH 3 in the oxide film removing step, at least the oxide film is removed until the film thickness becomes less than 2 nm. Can be sufficiently formed into an oxynitride film, and a sufficient effect of injecting holes can be obtained.

また、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、前記熱処理工程において、前記シリコンウェーハを前記熱処理を施す反応室内に配置し、該反応室内の雰囲気ガス中に含まれる酸素を除去するパージ処理を行ってから前記窒化ガスを含む雰囲気ガスを反応室内に供給することが好ましい。すなわち、このシリコンウェーハの製造方法では、反応室内の雰囲気ガス中に含まれる酸素を除去するパージ処理を行ってから窒化ガスを含む雰囲気ガスを反応室内に供給するので、熱処理中の雰囲気ガスに酸素が含まれず、表面酸化によって空孔注入効果が抑制されることを防ぐことができる。   In the silicon wafer manufacturing method of the present invention, in the heat treatment step, the silicon wafer is disposed in a reaction chamber in which the heat treatment is performed, and a purge process is performed to remove oxygen contained in the atmospheric gas in the reaction chamber. The atmospheric gas containing the nitriding gas is preferably supplied into the reaction chamber. That is, in this method for producing a silicon wafer, an atmosphere gas containing a nitriding gas is supplied into the reaction chamber after performing a purge process for removing oxygen contained in the atmosphere gas in the reaction chamber. It is possible to prevent the vacancy injection effect from being suppressed by surface oxidation.

本発明のシリコンウェーハの製造方法は、前記熱処理工程後に、該熱処理工程よりも低い温度で前記シリコンウェーハを熱処理して表層に無欠陥層を形成すると共に内部の空孔に酸素を析出させる析出処理工程を有することを特徴とする。すなわち、このシリコンウェーハの製造方法では、熱処理工程後に、該熱処理工程よりも低い温度でシリコンウェーハを熱処理して表層に無欠陥層を形成すると共に内部の空孔に酸素を析出させる析出処理工程を有するので、デバイス形成に好適なDZ層を表層に有する共に近接ゲッタリング効果を有する高BMD密度領域を内部に有する高機能シリコンウェーハを作製することができる。   In the method for producing a silicon wafer of the present invention, after the heat treatment step, the silicon wafer is heat-treated at a temperature lower than the heat treatment step to form a defect-free layer on the surface layer and to precipitate oxygen in the internal vacancies. It has the process. That is, in this silicon wafer manufacturing method, after the heat treatment step, the silicon wafer is heat-treated at a temperature lower than that of the heat treatment step to form a defect-free layer on the surface layer and to precipitate oxygen in the internal vacancies. Therefore, a high-functional silicon wafer having a DZ layer suitable for device formation in the surface layer and a high BMD density region having a proximity gettering effect inside can be manufactured.

本発明のシリコンウェーハは、熱処理により内部に新たに空孔が形成されたシリコンウェーハであって、上記本発明のシリコンウェーハの製造方法により作製されたことを特徴とする。すなわち、このシリコンウェーハでは、上記本発明のシリコンウェーハの製造方法により作製されているので、スリップの発生が抑制されていると共に、その後の熱処理により表層に十分なDZ層と内部に適度に高いBMD密度とを有した高品質なウェーハが得られる。   The silicon wafer of the present invention is a silicon wafer in which holes are newly formed by heat treatment, and is produced by the above-described method for producing a silicon wafer of the present invention. That is, since this silicon wafer is produced by the above-described method for producing a silicon wafer according to the present invention, the occurrence of slip is suppressed, and a DZ layer sufficient for the surface layer and a moderately high BMD are formed by the subsequent heat treatment. A high-quality wafer having a high density can be obtained.

本発明のシリコンウェーハは、熱処理により内部に新たに空孔が形成されたシリコンウェーハであって、前記熱処理時に表面を窒化させたシリコン酸化窒化膜を表面に有することを特徴とする。すなわち、このシリコンウェーハでは、熱処理時に表面を窒化させたシリコン酸化窒化膜、すなわち熱処理時に表面の自然酸化膜等のシリコン酸化膜や酸素を蒸発させずに窒化させて形成したシリコン酸化窒化膜を有するので、表面の窒化によって内部に十分に空孔が注入されていると共に表面荒れが抑制された良好な表面ラフネスを有している。したがって、このシリコンウェーハに対して酸素析出のための熱処理をさらに施せば、内部に高いBMD密度のBMD層を有すると共に表面ラフネスが良好なDZ層を表層に有するウェーハを得ることができる。 The silicon wafer according to the present invention is a silicon wafer in which holes are newly formed by heat treatment, and has a silicon oxynitride film whose surface is nitrided during the heat treatment on the surface. That is, this silicon wafer has a silicon oxynitride film whose surface is nitrided during heat treatment, that is, a silicon oxide film such as a natural oxide film on the surface during heat treatment, or a silicon oxynitride film formed by nitriding without evaporating oxygen. Therefore, it has a good surface roughness in which vacancies are sufficiently injected into the inside by surface nitriding and surface roughness is suppressed. Therefore, if this silicon wafer is further subjected to heat treatment for oxygen precipitation, a wafer having a BMD layer having a high BMD density inside and a DZ layer having a good surface roughness on the surface layer can be obtained.

また、本発明のシリコンウェーハは、少なくとも表層に無欠陥層が形成されていると共に内部の前記空孔に酸素が析出されている技術が採用される。すなわち、このシリコンウェーハでは、少なくとも表層に無欠陥層が形成されていると共に内部の空孔に酸素が析出されているので、デバイス形成領域として好適なDZ層を有すると共に、内部に十分なBMD密度のBMD領域を有し、近接ゲッタリング効果を得ることができる。   The silicon wafer of the present invention employs a technique in which a defect-free layer is formed at least on the surface layer and oxygen is precipitated in the internal vacancies. That is, in this silicon wafer, since a defect-free layer is formed at least on the surface layer and oxygen is deposited in the internal vacancies, the silicon wafer has a suitable DZ layer as a device formation region and has a sufficient BMD density inside. It is possible to obtain a proximity gettering effect.

本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明のシリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハによれば、熱処理工程の雰囲気ガスが、Nが分解可能な温度よりも低い分解温度の窒化ガスを含むので、Nの場合よりも低い熱処理温度又は短い熱処理時間でも窒化ガスが分解されてシリコンウェーハ表面を窒化し、内部に空孔を注入することができ、熱処理時のスリップ発生を抑制することができると共に、その後の熱処理で十分なDZ層と内部に適度に高いBMD密度とを有した高品質なウェーハを得ることができる。特に、200mmよりも大きい径の300mmのウェーハにおいて、さらに有効である。
The present invention has the following effects.
According to the silicon wafer manufacturing method and silicon wafer of the present invention, since the atmospheric gas in the heat treatment step includes a nitriding gas having a decomposition temperature lower than the temperature at which N 2 can be decomposed, the heat treatment temperature is lower than in the case of N 2. Alternatively, even in a short heat treatment time, the nitriding gas is decomposed to nitride the silicon wafer surface, and vacancies can be injected into the inside, so that slip generation during heat treatment can be suppressed, and sufficient DZ layer can be obtained by the subsequent heat treatment. And a high-quality wafer having a moderately high BMD density inside. This is particularly effective for a 300 mm wafer having a diameter larger than 200 mm.

また、本発明のシリコンウェーハによれば、熱処理時に表面を窒化させたシリコン酸化窒化膜を有するので、内部に十分に空孔が注入されていると共に表面荒れが抑制された良好な表面ラフネスを有している。したがって、このシリコンウェーハに対して酸素析出のための熱処理をさらに施せば、内部に高いBMD密度のBMD層を有すると共に表面ラフネスが良好なDZ層を表層に有するウェーハを得ることができる。   In addition, since the silicon wafer of the present invention has a silicon oxynitride film whose surface is nitrided during heat treatment, it has a satisfactory surface roughness in which vacancies are sufficiently injected and surface roughness is suppressed. is doing. Therefore, if the silicon wafer is further subjected to heat treatment for oxygen precipitation, a wafer having a BMD layer having a high BMD density inside and a DZ layer having a good surface roughness on the surface can be obtained.

本発明に係るシリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハの一実施形態における熱処理炉を示す概略的な全体断面図である。It is a rough whole sectional view showing the heat treatment furnace in one embodiment of a manufacturing method of a silicon wafer concerning the present invention, and a silicon wafer. 本発明に係るシリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハの一実施形態における熱処理温度及びガス流量(slm)のタイムチャートを示すグラフである。It is a graph which shows the time chart of the heat processing temperature and gas flow rate (slm) in one Embodiment of the manufacturing method of the silicon wafer which concerns on this invention, and a silicon wafer. 本発明に係るシリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハの一実施形態におけるRTA処理後及びその後の酸素析出のための熱処理後のウェーハを示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing a wafer after heat treatment for RTA processing and subsequent oxygen precipitation in one embodiment of a manufacturing method of a silicon wafer concerning the present invention, and a silicon wafer. 本発明に係るシリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハの一実施形態において、表面にシリコン酸化窒化膜が形成される場合のRTA処理前後及びその後の酸素析出のための熱処理後のウェーハを示す拡大断面図である。1 is an enlarged cross-sectional view showing a wafer before and after an RTA treatment when a silicon oxynitride film is formed on the surface and after a heat treatment for oxygen precipitation in one embodiment of a silicon wafer manufacturing method and a silicon wafer according to the present invention; It is. ボロンコフ理論に基づいた、V/G比が臨界点以上では空孔豊富インゴットが形成され、V/G比が臨界点以下では格子間シリコン豊富インゴットが形成され、パーフェクト領域が第1臨界比((V/G))以上第2臨界比((V/G))以下であることを示す図である。Based on the Boronkov theory, when the V / G ratio is higher than the critical point, a void-rich ingot is formed, and when the V / G ratio is lower than the critical point, an interstitial silicon-rich ingot is formed, and the perfect region has the first critical ratio (( It is a figure which shows that it is below 2nd critical ratio ((V / G) 2 ) above V / G) 1 ). 本発明に係るシリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハの実施例における熱処理温度とBMD密度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the heat processing temperature and BMD density in the manufacturing method of the silicon wafer which concerns on this invention, and the Example of a silicon wafer. 本発明に係るシリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハの実施例における熱処理温度とDZ幅との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the heat processing temperature and DZ width in the manufacturing method of the silicon wafer which concerns on this invention, and the Example of a silicon wafer. 本発明に係るシリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハの実施例における熱処理温度が1100℃と1150℃との場合の熱処理温度とBMD密度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the heat processing temperature and BMD density in case the heat processing temperature in the manufacturing method of the silicon wafer which concerns on this invention, and the Example of a silicon wafer is 1100 degreeC and 1150 degreeC. 本発明に係るシリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハの従来例及び熱処理温度を変えた場合の実施例におけるスリップ長を示すグラフである。It is a graph which shows the slip length in the Example at the time of changing the manufacturing method of the silicon wafer concerning this invention, the prior art example of a silicon wafer, and heat processing temperature. 本発明に係るシリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハの従来例及びシリコン酸化窒化膜が形成された場合の実施例において、表面から深さ方向の元素分布測定による分析結果を示すグラフである。It is a graph which shows the analysis result by the element distribution measurement of the depth direction from the surface in the Example when the manufacturing method of the silicon wafer which concerns on this invention, the prior art example of a silicon wafer, and the silicon oxynitride film were formed.

以下、本発明に係るシリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハの一実施形態を、図1から図5に基づいて説明する。   Hereinafter, an embodiment of a method for producing a silicon wafer and a silicon wafer according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図1にあって、符号1はサセプタ、2は反応室を示している。図1は、本発明のシリコンウェーハの製造方法を実施するための枚葉式の熱処理炉を示すものである。該熱処理炉は、図1に示すように、シリコンウェーハWを載置可能な円環状のサセプタ1と、該サセプタ1を内部に収納した反応室2とを備えている。なお、反応室2の外部には、シリコンウェーハWを加熱するランプ(図示略)が配置されている。   In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a susceptor, and 2 denotes a reaction chamber. FIG. 1 shows a single wafer heat treatment furnace for carrying out the silicon wafer manufacturing method of the present invention. As shown in FIG. 1, the heat treatment furnace includes an annular susceptor 1 on which a silicon wafer W can be placed, and a reaction chamber 2 in which the susceptor 1 is housed. A lamp (not shown) for heating the silicon wafer W is disposed outside the reaction chamber 2.

サセプタ1は、シリコンカーバイト等で形成されており、内側に段部1aが設けられ、該段部1a上にシリコンウェーハWの周縁部を載置するようになっている。反応室2には、シリコンウェーハWの表面に雰囲気ガスGを供給する供給口2a及び供給された雰囲気ガスGを排出する排出口2bが設けられている。また、供給口2aは、雰囲気ガスGの供給源(図示略)に接続されている。   The susceptor 1 is formed of silicon carbide or the like, and a step portion 1a is provided on the inner side, and a peripheral portion of the silicon wafer W is placed on the step portion 1a. The reaction chamber 2 is provided with a supply port 2a for supplying the atmospheric gas G to the surface of the silicon wafer W and a discharge port 2b for discharging the supplied atmospheric gas G. The supply port 2a is connected to a supply source (not shown) of the atmospheric gas G.

雰囲気ガスGは、N2 が分解可能な温度よりも低い分解温度の窒化ガス、例えばNH、NO、NO、N、ヒドラジン、ジメチルヒドラジン等やこれらの混合ガス又はこれらの窒化ガスとAr(アルゴン)、N(窒素)、O(酸素)、H(水素)等との混合ガスである。なお、本実施形態では、NHを主とした雰囲気ガスGを用いている。 The atmospheric gas G is a nitriding gas having a decomposition temperature lower than the temperature at which N2 can be decomposed, such as NH 3 , NO, N 2 O, N 2 O 2 , hydrazine, dimethylhydrazine, etc., a mixed gas thereof, or a nitriding gas thereof And Ar (argon), N 2 (nitrogen), O 2 (oxygen), H 2 (hydrogen) and the like. In the present embodiment, an atmospheric gas G mainly composed of NH 3 is used.

この熱処理炉を用いて雰囲気ガス中でシリコンウェーハWをRTA処理(熱処理)し、内部に新たに空孔を形成する方法、さらにこのウェーハWの表層にDZ層を形成すると共に内部にBMD層を形成する熱処理を施す方法について、以下に説明する。まず、空孔を注入するためのRTA処理を行う前に、シリコンウェーハWの表面に形成されている自然酸化膜や他の処理などによる酸化膜を予め除去又は薄膜化しておくことが好ましい。すなわち、熱処理前のシリコンウェーハWをフッ酸などで洗浄し、表面の酸化膜を予め除去しておく。この場合、少なくとも酸化膜を膜厚が2nm未満になるまで除去する。なお、自然酸化膜が2nm未満の膜厚であるときは、後述するように、特に酸化膜除去処理を行わなくても構わない。   Using this heat treatment furnace, the silicon wafer W is subjected to RTA treatment (heat treatment) in an atmospheric gas to newly form vacancies inside, and further, a DZ layer is formed on the surface layer of the wafer W and a BMD layer is formed inside. A method for performing the heat treatment to be formed will be described below. First, before performing the RTA process for injecting vacancies, it is preferable that the natural oxide film formed on the surface of the silicon wafer W or the oxide film by other processes is removed or thinned in advance. That is, the silicon wafer W before the heat treatment is washed with hydrofluoric acid or the like, and the oxide film on the surface is removed in advance. In this case, at least the oxide film is removed until the film thickness becomes less than 2 nm. When the natural oxide film has a thickness of less than 2 nm, the oxide film removal process does not need to be performed as will be described later.

この熱処理炉によりシリコンウェーハWに熱処理、特にRTA処理(急加熱及び急冷却の熱処理)を施すには、サセプタ1にシリコンウェーハWを載置した後、供給口2aから上記雰囲気ガスGをシリコンウェーハWの表面に供給した状態で、900℃から1200℃までの範囲の熱処理温度かつ60sec以下の熱処理時間で、短時間の急速加熱・急冷(例えば、50℃/秒の昇温又は降温)の熱処理を行う。なお、この熱処理は、上記熱処理温度での熱処理時間が短時間(1sec未満)であるスパイクアニールを含むものである。   In order to perform heat treatment, particularly RTA treatment (rapid heating and rapid cooling heat treatment) on the silicon wafer W by this heat treatment furnace, after placing the silicon wafer W on the susceptor 1, the atmosphere gas G is supplied from the supply port 2a to the silicon wafer. Heat treatment with rapid heating / rapid cooling (for example, temperature increase / decrease of 50 ° C./second) in a short time with a heat treatment temperature in the range of 900 ° C. to 1200 ° C. and a heat treatment time of 60 sec or less while being supplied to the surface of W I do. This heat treatment includes spike annealing in which the heat treatment time at the heat treatment temperature is short (less than 1 sec).

この熱処理温度及び熱処理時間の範囲であれば、確実にスリップの発生を抑制すると共に、後述するその後の2段階熱処理により十分なDZ層及びBMD密度を得ることができる。なお、本実施形態では、よりスリップの発生抑制に好適な条件、900℃から1180℃までの熱処理温度かつ30sec以下の熱処理時間でRTA処理を行う。   If it is the range of this heat processing temperature and heat processing time, while generating generation | occurrence | production of a slip reliably, sufficient DZ layer and BMD density can be obtained by the subsequent two-step heat processing mentioned later. In the present embodiment, the RTA treatment is performed under conditions more suitable for suppressing the occurrence of slip, a heat treatment temperature from 900 ° C. to 1180 ° C., and a heat treatment time of 30 sec or less.

なお、上記熱処理では、例えば、図2の(a)(b)に示すように、まず、800℃までの昇温を行う前に、Arのみを雰囲気ガスとして高い流量で供給し、熱処理炉内の雰囲気ガスを置換して酸素を除去するパージ処理を行う。酸素が完全に炉内から除去された状態で、次に、Arのみを雰囲気ガスとして所定流量で供給しながら800℃まで昇温する。   In the above heat treatment, for example, as shown in FIGS. 2A and 2B, first, only Ar is supplied as an atmospheric gas at a high flow rate before the temperature is raised to 800 ° C. A purge process for removing oxygen by replacing the atmospheric gas is performed. With the oxygen completely removed from the furnace, the temperature is then raised to 800 ° C. while supplying only Ar as an atmospheric gas at a predetermined flow rate.

次に、NHを所定流量で熱処理炉に導入しArとNHとの混合ガスを雰囲気ガスとして供給しながら、800℃から所定の熱処理温度(例えば、1180℃)まで急速加熱昇温を行い、該熱処理温度一定で所定時間の熱処理し、さらにその後800℃まで急冷する。その後、800℃一定でNHを完全に排出するまでArのみを雰囲気ガスとして流量を上げて供給し、排出完了後に再びArのみの雰囲気ガス中で降温する。このように、昇温時の途中から急冷降温時の途中まで上記低分解温度の窒化ガスを雰囲気ガスとして供給している。なお、NHの導入時の熱処理温度を熱処理後のパージ時と同じ温度(800℃)としているのは、装置の負担を軽減するためである。 Next, rapid heating is performed from 800 ° C. to a predetermined heat treatment temperature (eg, 1180 ° C.) while introducing NH 3 into the heat treatment furnace at a predetermined flow rate and supplying a mixed gas of Ar and NH 3 as an atmospheric gas. The heat treatment is performed for a predetermined time at a constant heat treatment temperature, and then rapidly cooled to 800 ° C. Thereafter, only Ar is supplied as an atmospheric gas at a constant temperature of 800 ° C. until NH 3 is completely discharged, and the temperature is lowered again in the atmospheric gas containing only Ar after the discharge is completed. As described above, the low decomposition temperature nitriding gas is supplied as the atmospheric gas from the middle of the temperature rise to the middle of the rapid cooling / fall. The reason why the heat treatment temperature at the time of introducing NH 3 is set to the same temperature (800 ° C.) as that at the time of purging after the heat treatment is to reduce the burden on the apparatus.

なお、上記熱処理後、ウェーハWを熱処理炉から取り出すことにより急冷する。この際、上記パージ時の熱処理(800℃)及び取り出し時の急冷効果により、内部の酸素ドナーを消去することができる。上記熱処理により、シリコンウェーハWの表面には、従来に比べて低い熱処理温度でも窒化ガスが十分に分解して表面を窒化、すなわち窒化膜を形成して、図3の(a)に示すように、内部に空孔(Vacancy)Vを十分に注入することができる。   After the heat treatment, the wafer W is rapidly cooled by taking it out of the heat treatment furnace. At this time, the internal oxygen donor can be erased by the heat treatment (800 ° C.) during the purge and the rapid cooling effect during the extraction. As a result of the above heat treatment, the surface of the silicon wafer W is sufficiently decomposed by the nitriding gas even at a heat treatment temperature lower than that of the prior art to nitride the surface, that is, form a nitride film, as shown in FIG. , Vacancy V can be sufficiently injected inside.

さらに、上記熱処理(RTA処理)後に該熱処理より低い温度で、空孔Vへの酸素析出を行うために熱処理(例えば、800℃4時間の熱処理、N/O雰囲気)を熱処理炉等で施すことにより、図3の(b)に示すように、表層では、空孔の外方拡散と酸化膜形成に伴う格子間Siの注入による空孔と格子間Siによる対消滅によって表層にDZ層DZを形成すると共に、酸素析出核の安定を図り、さらに長時間の熱処理(例えば、1000℃16時間行う熱処理)を施すことにより、析出物の成長を行い、内部に高BMD密度のBMD層BMDを形成する。なお、この上記DZ層形成又は酸素析出のための熱処理を特に行わず、その後のデバイス作製工程に伴って行われる熱処理で行っても構わない。 Further, after the heat treatment (RTA treatment), heat treatment (for example, heat treatment at 800 ° C. for 4 hours, N 2 / O 2 atmosphere) is performed in a heat treatment furnace or the like in order to perform oxygen precipitation in the vacancies V at a temperature lower than the heat treatment. As shown in FIG. 3 (b), the surface layer has a DZ layer formed on the surface layer by pair annihilation due to vacancy and interstitial Si injection due to the outward diffusion of vacancies and interstitial Si injection accompanying oxide film formation. DZ is formed, oxygen precipitation nuclei are stabilized, and further heat treatment (for example, heat treatment performed at 1000 ° C. for 16 hours) is performed to grow precipitates, and a BMD layer BMD having a high BMD density inside. Form. Note that the heat treatment for the DZ layer formation or oxygen precipitation is not particularly performed, and the heat treatment performed in the subsequent device manufacturing process may be performed.

このように本実施形態では、雰囲気ガスGが、Nが分解可能な温度よりも低い分解温度のNH等の窒化ガスであるので、RTA処理における熱処理温度の低温化を図ることができ、熱処理時のスリップ発生を抑制することができる。また、NHを主とした雰囲気ガスGを用いることにより、NHが分解して発生したHがシリコンウェーハW表面の自然酸化膜等を除去するクリーニング効果を有しているため、さらに表面の窒化及び空孔Vの注入が促進される。また、NHには酸化膜を窒化させる効果があり、空孔Vの注入が促進される。 Thus, in this embodiment, since the atmospheric gas G is a nitriding gas such as NH 3 having a decomposition temperature lower than the temperature at which N 2 can be decomposed, the heat treatment temperature in the RTA process can be lowered. Slip generation during heat treatment can be suppressed. Further, by using the atmospheric gas G mainly composed of NH 3 , H generated by decomposition of NH 3 has a cleaning effect of removing a natural oxide film or the like on the surface of the silicon wafer W. Nitriding and injection of vacancies V are facilitated. Further, NH 3 has an effect of nitriding the oxide film, and the injection of the holes V is promoted.

さらに、本実施形態では、900℃から1200℃までの温度範囲内で熱処理し、この熱処理時間が、60sec以下の時間であるので、スリップの発生を抑制すると共に十分に空孔Vを注入でき、適量なBMD層を得ることができる。また、従来のように1200℃を越えた高温熱処理では、結晶中にフレンケルペアと呼ばれる空孔(Vacancy)と格子間Siとが同時に発生し、RTA処理で注入される空孔が格子間Siと対消滅してしまい、実際に析出に貢献する空孔の密度が低下してしまう。これに対して、本実施形態では、フレンケルペアの発生が少ない低温、すなわち1200℃以下で熱処理するため、結晶中に形成される格子間Siが少なく、表面の窒化膜により注入される空孔Vが格子間Siと対消滅せず、注入効率を高めることができると共に従来より深く内部に注入することができる。   Furthermore, in this embodiment, heat treatment is performed within a temperature range from 900 ° C. to 1200 ° C., and this heat treatment time is 60 seconds or less, so that generation of slips can be suppressed and holes V can be sufficiently injected, An appropriate amount of BMD layer can be obtained. Further, in the conventional high-temperature heat treatment exceeding 1200 ° C., vacancies called Frenkel pairs and interstitial Si are simultaneously generated in the crystal, and the vacancies injected in the RTA treatment are interstitial Si and interstitial Si. The pair disappears, and the density of vacancies that actually contribute to the precipitation decreases. On the other hand, in the present embodiment, since heat treatment is performed at a low temperature with little generation of Frenkel pairs, that is, 1200 ° C. or less, there are few interstitial Si formed in the crystal, and vacancies V are injected by the nitride film on the surface. Does not annihilate with interstitial Si, so that the injection efficiency can be increased and the injection can be deeper than before.

また、RTA処理前に、シリコンウェーハW表面の酸化膜を除去又は薄膜化するので、ウェーハW表面の自然酸化膜等の酸化膜が完全に除去又はほとんど除去された状態でRTA処理されることになり、窒化ガスによるウェーハW表面の窒化及び空孔注入が酸化膜により妨げられることを防ぐことができ、効果的な空孔注入が可能になる。なお、少なくとも酸化膜を膜厚が2nm未満になるまで除去するので、残った酸化膜をNHのクリーニング効果又は窒化効果で除去又は酸窒化膜化することができ、十分に空孔Vを注入する効果を得ることができる。 Further, since the oxide film on the surface of the silicon wafer W is removed or thinned before the RTA process, the RTA process is performed in a state in which an oxide film such as a natural oxide film on the surface of the wafer W is completely removed or almost removed. Thus, nitridation of the surface of the wafer W by the nitriding gas and hole injection can be prevented from being hindered by the oxide film, and effective hole injection becomes possible. Since at least the oxide film is removed until the film thickness is less than 2 nm, the remaining oxide film can be removed or formed into an oxynitride film by the cleaning effect or nitriding effect of NH 3 , and vacancies V are sufficiently injected. Effect can be obtained.

さらに、RTA熱処理後に、該熱処理よりも低い温度でシリコンウェーハWを熱処理して表層にDZ層DZを形成すると共に内部の空孔Vに酸素を析出させBMD層BMDを形成するので、デバイス形成に好適なDZ層DZを表層に有する共に近接ゲッタリング効果を有する高BMD密度のBMD層BMDを内部に有する高機能シリコンウェーハを作製することができる。   Further, after the RTA heat treatment, the silicon wafer W is heat-treated at a temperature lower than the heat treatment to form the DZ layer DZ on the surface layer, and oxygen is precipitated in the internal vacancies V to form the BMD layer BMD. A high-functional silicon wafer having a suitable DZ layer DZ as a surface layer and a BMD layer BMD having a high BMD density having a proximity gettering effect inside can be manufactured.

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。   The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上記実施形態では、熱処理温度を従来よりも下げたが、従来用いられていた雰囲気ガスのNと同様の高い熱処理温度であっても、Nよりも短い熱処理時間にすることができ、この場合でも熱処理温度を下げた場合と同様に、スリップを大幅に低減することができる。また、プラズマ化した上記窒化ガスを雰囲気ガスとしてもよい。この場合、上記窒化ガスがプラズマ化して活性化されているため、さらに表面の窒化及び空孔の注入が促進される。 For example, in the above-described embodiment, the heat treatment temperature has been lowered compared to the conventional case. However, even if the heat treatment temperature is the same as that of N 2 which has been conventionally used, the heat treatment time can be shorter than N 2. Even in this case, as in the case where the heat treatment temperature is lowered, the slip can be greatly reduced. Further, the nitriding gas converted into plasma may be used as the atmospheric gas. In this case, since the nitriding gas is activated by being turned into plasma, nitriding of the surface and injection of vacancies are further promoted.

また、雰囲気ガスが三種類以上の混合ガスである場合は、そのうちの一種類以上がNH等の窒化ガスであればよい。また、雰囲気ガスが二種類以上の混合ガスである場合は、含まれる窒化ガスは0.5%以上又は10sccm以上で絶対量の少ない方の量とされることが好ましい。すなわち、この範囲での窒化反応は反応律速であり、この最低限以上の窒化性のガスを含んでいれば、ウェーハ表面に形成される窒化膜厚は同じであり、その結果、導入される原子空孔濃度は同じで、析出量は同じである。なお、これ以下の0.05%以上0.5%未満、又は1sccmを越えて10sccm以下の範囲では、窒化膜厚は同一温度及び時間であれば、窒素の分圧により、窒化量が変化する。したがって、この領域は、拡散律速であり、窒素量により析出量をコントロールすることができる。 When the atmosphere gas is a mixed gas of three or more types, one or more of them may be a nitriding gas such as NH 3 . In addition, when the atmosphere gas is a mixed gas of two or more kinds, it is preferable that the contained nitriding gas is 0.5% or more or 10 sccm or more and is the smaller amount. In other words, the nitridation reaction in this range is reaction-controlled, and if the nitriding gas exceeding this minimum is included, the nitride film thickness formed on the wafer surface is the same. The vacancy concentration is the same and the amount of precipitation is the same. If the nitride film thickness is the same temperature and time within the range of 0.05% or more and less than 0.5% or less and 10 sccm or less, the amount of nitridation varies depending on the partial pressure of nitrogen. . Therefore, this region is diffusion-limited, and the amount of precipitation can be controlled by the amount of nitrogen.

また、上記雰囲気ガスの圧力は、減圧、常圧又は加圧のいずれの状態でもよい。また、上記実施形態によりウェーハ表面に形成される窒化膜、酸窒化膜(シリコン酸化窒化膜)は、Siを代表とするSiである。また、酸化膜を窒化した場合には、SiOを代表とするSi4−1.5xが形成される。すなわち、シリコン酸化窒化膜が形成される。このシリコン酸化窒化膜は、自然酸化膜、ケミカル酸化膜又は熱酸化膜を窒化させたものである。 Further, the pressure of the atmospheric gas may be any of reduced pressure, normal pressure, and increased pressure. Further, the nitride film and oxynitride film (silicon oxynitride film) formed on the wafer surface according to the above embodiment is Si x N y typified by Si 3 N 4 . Furthermore, when nitriding the oxide film, Si 2 N x O 4-1.5x typified by Si 2 N 2 O are formed. That is, a silicon oxynitride film is formed. This silicon oxynitride film is obtained by nitriding a natural oxide film, a chemical oxide film, or a thermal oxide film.

また、これらの窒化膜は、さらに膜中に水素が含まれていても構わない。なお、上記実施形態では、熱処理前のシリコンウェーハ表面に自然酸化膜が形成されている場合があるが、自然酸化膜程度の酸化膜であれば上述したようにNH3 等のクリーニング効果や酸化膜の窒化により十分な空孔注入効果を得ることができる。   These nitride films may further contain hydrogen in the film. In the above embodiment, a natural oxide film may be formed on the surface of the silicon wafer before the heat treatment. However, as described above, if the oxide film is about the natural oxide film, the cleaning effect such as NH3 or the oxide film A sufficient hole injection effect can be obtained by nitriding.

しかしながら、NH等の上記窒化ガスによる熱処理前に酸素を含む雰囲気ガス等で熱処理をして自然酸化膜よりも厚い酸化膜がシリコンウェーハ表面に形成されていると、NH等の表面窒化作用による空孔注入効果を十分に得ることができない。これは、表面の酸化膜が厚いため、NH等の雰囲気ガスで熱処理しても良好な空孔注入効果が可能な窒化膜(酸窒化膜を含む)がSi表面に形成できないためである。 However, the natural oxide thick oxide film than film to a heat treatment in an atmosphere gas and the like containing oxygen before the heat treatment by the nitriding gas such as NH 3 is formed on the silicon wafer surface, surface nitriding effects, such as NH 3 It is not possible to sufficiently obtain the hole injection effect due to. This is because the oxide film on the surface is thick, and therefore a nitride film (including an oxynitride film) capable of good vacancy injection effect cannot be formed on the Si surface even when heat-treated with an atmospheric gas such as NH 3 .

したがって、本実施形態におけるNH等の上記窒化ガスによる熱処理前に、自然酸化膜より厚い酸化膜をシリコンウェーハに積極的に形成したり、当該熱処理前に酸素を含む雰囲気ガス中で熱処理するような処理工程を行うことは好ましくない。また、本実施形態において、NH等の上記窒化ガスを反応室に供給する前に、雰囲気ガス中に含まれる酸素を除去するパージ処理工程を行うことが好ましい。 Therefore, before the heat treatment with the nitriding gas such as NH 3 in the present embodiment, an oxide film thicker than the natural oxide film is positively formed on the silicon wafer, or the heat treatment is performed in an atmosphere gas containing oxygen before the heat treatment. It is not preferable to perform a simple process. In the present embodiment, it is preferable to perform a purge process for removing oxygen contained in the atmospheric gas before supplying the nitriding gas such as NH 3 to the reaction chamber.

なお、上記RTA処理により上記シリコン酸化窒化膜が形成される場合について、図4を参照して以下に説明する。熱処理前のシリコンウェーハWには、図4の(a)に示すように、表面に自然酸化膜(シリコン酸化膜)SOが形成されており、特に酸化膜除去処理を施していない。この状態で、上述したRTA処理を行い、表面の自然酸化膜SO及びシリコンがNHにより窒化されると、図4の(b)に示すように、内部に空孔Vが注入されると共に表面にシリコン酸化窒化膜SNOが形成される。 The case where the silicon oxynitride film is formed by the RTA process will be described below with reference to FIG. As shown in FIG. 4A, a natural oxide film (silicon oxide film) SO is formed on the surface of the silicon wafer W before the heat treatment, and no oxide film removal treatment is performed. In this state, when the above-described RTA treatment is performed and the natural oxide film SO and silicon on the surface are nitrided by NH 3 , as shown in FIG. Then, a silicon oxynitride film SNO is formed.

このシリコンウェーハでは、熱処理時に表面を窒化させた酸窒化膜、すなわち熱処理時に表面の自然酸化膜SOを窒化させて形成したシリコン酸化窒化膜SNOを有するので、表面の窒化によって内部に十分に空孔Vが注入されていると共に表面荒れが抑制された良好な表面ラフネスを有している。したがって、このシリコンウェーハに対して酸素析出のための熱処理をさらに施せば、図4の(c)に示すように、内部に高いBMD密度のBMD層BMDを有すると共に表面ラフネスが良好なDZ層DZを表層に有するウェーハを得ることができる。   This silicon wafer has an oxynitride film whose surface is nitrided during the heat treatment, that is, a silicon oxynitride film SNO formed by nitriding the natural oxide film SO on the surface during the heat treatment. V has been implanted and has good surface roughness with suppressed surface roughness. Therefore, if the silicon wafer is further subjected to a heat treatment for oxygen precipitation, as shown in FIG. 4C, a DZ layer DZ having a BMD layer BMD with a high BMD density and a good surface roughness inside. Can be obtained on the surface layer.

また、上記実施形態では、通常のCZ法により引上成長されたインゴットからスライスされたシリコンウェーハを用いたが、他のCZ法により引上成長されたインゴットからのシリコンウェーハを採用しても構わない。例えば、上記シリコンウェーハとして、シリコン単結晶インゴット内での格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域を〔I〕とし、空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を〔V〕とし、格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を〔P〕とするときに、パーフェクト領域〔P〕からなるインゴットから切り出された点欠陥の凝集体が存在しないシリコンウェーハを用いてもよい。なお、空孔型点欠陥は、一つのシリコン原子がシリコン結晶格子で正常な一つから離脱した空孔による欠陥であり、また、格子間シリコン点欠陥は、原子がシリコン結晶の格子点以外の位置(インタースチシャルサイト)にある場合の欠陥をいう。   In the above embodiment, a silicon wafer sliced from an ingot pulled and grown by a normal CZ method is used. However, a silicon wafer from an ingot pulled and grown by another CZ method may be used. Absent. For example, in the silicon wafer, a region where interstitial silicon type point defects exist predominantly in a silicon single crystal ingot is [I], and a region where void type point defects exist predominantly is [V]. , When a perfect region where no agglomerates of interstitial silicon type point defects and agglomerates of vacancy type point defects exist is [P], agglomerates of point defects cut out from an ingot comprising the perfect region [P] A silicon wafer that does not exist may be used. A vacancy-type point defect is a defect due to a vacancy in which one silicon atom is separated from a normal one in a silicon crystal lattice, and an interstitial silicon point defect is a defect other than a lattice point of a silicon crystal. This refers to a defect when located at an interstitial site.

すなわち、このパーフェクト領域〔P〕からなるシリコンウェーハは、例えば特許文献3に提案されているように、CZ法によりホットゾーン内のシリコン融液からインゴットをボロンコフ(Voronkov)理論に基づいた引上速度プロファイルで引き上げられ、このインゴットをスライスして作製される。このインゴットは、引上速度をV(mm/分)とし、ルツボ中のシリコン融液とインゴットとの界面近傍におけるインゴット鉛直方向の温度勾配をG(℃/mm)とするとき、熱酸化処理をした際にリング状に発生するOSF(Oxidation Induced Stacking Fault;酸素誘起積層欠陥)がウェーハ中心部で消滅するように、V/G(mm2 /分・℃)の値を決めて作られる。   That is, the silicon wafer consisting of this perfect region [P], for example, as proposed in Patent Document 3, pulls the ingot from the silicon melt in the hot zone by the CZ method based on the Boronkov theory. It is pulled up with a profile and is made by slicing this ingot. This ingot is thermally oxidized when the pulling speed is V (mm / min) and the temperature gradient in the vertical direction of the ingot near the interface between the silicon melt and the ingot in the crucible is G (° C./mm). The value of V / G (mm 2 / min · ° C.) is determined so that an OSF (Oxidation Induced Stacking Fault) generated in a ring shape disappears at the center of the wafer.

上記ボロンコフ理論では、図5に示すように、V/Gを横軸にとり、空孔型点欠陥濃度と格子間シリコン型欠陥濃度を同一の縦軸にとって、V/Gと点欠陥濃度との関係を図式的に表現し、空孔領域と格子間シリコン領域の境界がV/Gによって決定されることを説明している。より詳しくは、V/G比が臨界点以上では空孔型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成される反面、V/G比が臨界点以上では格子間シリコン型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成される。図5において、〔I〕は格子間シリコン型点欠陥が支配的であって、格子間シリコン点欠陥が存在する領域((V/G)以下)を示し、〔V〕はインゴット内での空孔型点欠陥が支配的であって、空孔型点欠陥の凝集体が存在する領域((V/G)以下)を示し、〔P〕は空孔型点欠陥の凝集体及び格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域((V/G)〜(V/G))を示す。領域〔P〕に隣接する領域〔V〕にはOSF核を形成する領域〔OSF〕((V/G)〜(V/G))が存在する。 In the above-mentioned Boronkov theory, as shown in FIG. 5, the relationship between V / G and point defect concentration is shown with V / G on the horizontal axis and vacancy-type point defect concentration and interstitial silicon type defect concentration on the same vertical axis. Is described schematically, and it is explained that the boundary between the void region and the interstitial silicon region is determined by V / G. More specifically, when the V / G ratio is higher than the critical point, an ingot having a dominant vacancy-type point defect concentration is formed. On the other hand, when the V / G ratio is higher than the critical point, an ingot having a higher interstitial silicon type point defect concentration is formed. It is formed. In FIG. 5, [I] indicates a region where the interstitial silicon type point defect is dominant and an interstitial silicon point defect exists ((V / G) 1 or less), and [V] indicates an ingot in the ingot. A region where vacancy-type point defects are dominant and agglomerates of vacancy-type point defects are present ((V / G) 2 or less), and [P] is an agglomeration and lattice of vacancy-type point defects. The perfect area | region ((V / G) 1- (V / G) 2 ) where the aggregate of an interstitial silicon type point defect does not exist is shown. A region [OSF] ((V / G) 2 to (V / G) 3 ) that forms an OSF nucleus exists in the region [V] adjacent to the region [P].

したがって、シリコンウェーハに供されるインゴットの引上速度プロファイルは、インゴットがホットゾーン内のシリコン融液から引き上げられるとき、温度勾配に対する引上速度の比(V/G)が格子間シリコン型点欠陥の凝集体の発生を防止する第1臨界比((V/G) )以上であって、空孔型点欠陥の凝集体をインゴットの中央にある空孔型点欠陥が支配的に存在する領域内に制限する第2臨界比((V/G) )以下に維持されるように決められる。 Therefore, the pulling speed profile of the ingot supplied to the silicon wafer is such that when the ingot is pulled from the silicon melt in the hot zone, the ratio of pulling speed to the temperature gradient (V / G) is an interstitial silicon type point defect. The first critical ratio ((V / G) 1 ) or more for preventing the generation of aggregates of vacancy-type point defects is dominantly present in the center of the ingot. It is determined so as to be maintained below the second critical ratio ((V / G) 2 ) limiting within the region.

この引上速度のプロファイルは、実験的に基準インゴットを軸方向にスライスすることやシミュレーションによって上記ボロンコフ理論に基づいて決定される。   The profile of the pulling speed is determined based on the above-described Boronkov theory by experimentally slicing the reference ingot in the axial direction or by simulation.

このようにパーフェクト領域〔P〕で作製されたシリコンウェーハは、OSF、COP等を有しない無欠陥のウェーハとなるものであるが、逆にIG効果が低いため、上記実施形態による熱処理を施せば、十分に高密度なBMD層を内部に形成でき、近接ゲッタリング効果を備えることができる。   Thus, the silicon wafer produced in the perfect region [P] is a defect-free wafer having no OSF, COP, etc. However, since the IG effect is low, the heat treatment according to the above embodiment is performed. A sufficiently high density BMD layer can be formed inside, and a proximity gettering effect can be provided.

なお、COP等の点欠陥の凝集体が検出方法によって検出感度、検出下限値が異なる値を示すことがある。そのため、本明細書において、「点欠陥の凝集体が存在しない」の意味は、鏡面加工されたシリコン単結晶を無攪拌セコエッチングを施した後に光学顕微鏡により、観察面積とエッチング取り代との積を検査体積として観察した際に、フローパターン(空孔型欠陥)及び転位クラスタ(格子間シリコン型点欠陥)の各凝集体が1×10−3cmの検査体積に対して1個欠陥が検出された場合を検出下限値(1×10個/cm)とするとき、点欠陥の凝集体の数が上記検出下限値以下であることをいう。 In addition, agglomerates of point defects such as COP may show different values for detection sensitivity and detection lower limit depending on the detection method. Therefore, in this specification, the meaning of “there is no agglomeration of point defects” means that the product of the observation area and the etching allowance is measured by an optical microscope after the mirror-finished silicon single crystal is subjected to non-stirring secco etching. Is observed as an inspection volume, each aggregate of flow pattern (vacancy type defects) and dislocation clusters (interstitial silicon type point defects) has one defect with respect to the inspection volume of 1 × 10 −3 cm 3. When the detected case is defined as a detection lower limit (1 × 10 3 pieces / cm 3 ), it means that the number of point defect aggregates is equal to or lower than the detection lower limit.

次に、本発明に係るシリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハを実施例により具体的に説明する。   Next, a silicon wafer manufacturing method and a silicon wafer according to the present invention will be described in detail with reference to examples.

上記実施形態に基づいて、雰囲気ガスとしてNH3 /Ar:2SLM/2SLM、NH3 /N2 :2SLM/2SLMをそれぞれ実際に流した場合の熱処理温度(アニール温度)とBMD密度との関係を、図6に示す。また、同様に、雰囲気ガスとしてNH/Ar:2SLM/2SLM、NH/N2 :2SLM/2SLMをそれぞれ実際に流した場合の熱処理温度とDZ幅との関係を、図7に示す。なお、比較として従来と同様に雰囲気ガスとしてN:4SLMを流した場合も図示しておく。図6及び図7からわかるように、雰囲気ガスとしてNHを含んだ本発明の熱処理では、低い熱処理温度でも従来に比べて高いBMD密度が得られていると共に、実用上十分なDZ幅が得られている。 FIG. 6 shows the relationship between the heat treatment temperature (annealing temperature) and the BMD density when NH3 / Ar: 2SLM / 2SLM and NH3 / N2: 2SLM / 2SLM are actually flowed as the atmospheric gases based on the above embodiment. Show. Similarly, FIG. 7 shows the relationship between the heat treatment temperature and the DZ width when NH 3 / Ar: 2SLM / 2SLM and NH 3 / N 2: 2SLM / 2SLM are actually flowed as the atmospheric gases. For comparison, the case where N 2 : 4SLM is flowed as the atmospheric gas as in the conventional case is also illustrated. As can be seen from FIGS. 6 and 7, in the heat treatment of the present invention containing NH 3 as the atmospheric gas, a BMD density higher than the conventional one can be obtained even at a low heat treatment temperature, and a practically sufficient DZ width can be obtained. It has been.

また、雰囲気ガスとしてNH/N:2SLM/2SLMの条件で熱処理温度を1100℃と1150℃とした場合の熱処理時間(アニール時間)とBMD密度との関係を、図8に示す。図8からわかるように、同じ熱処理時間では高温の1150℃の場合の方が1100℃の場合よりも、高いBMD密度が得られている。また、その効果の差は、短い熱処理時間ほど顕著となっている。 FIG. 8 shows the relationship between the heat treatment time (annealing time) and the BMD density when the heat treatment temperature is 1100 ° C. and 1150 ° C. under the conditions of NH 3 / N 2 : 2SLM / 2SLM as the atmosphere gas. As can be seen from FIG. 8, at the same heat treatment time, a higher BMD density is obtained at 1150 ° C. than at 1100 ° C., which is a high temperature. Moreover, the difference in the effect becomes more remarkable as the heat treatment time is shorter.

なお、その他種々の条件により実験を行った結果、本発明によれば、従来より低温でも十分なBMD密度が得られると共に、本発明における上記窒化ガスの雰囲気ガス中の流量比を変えてもBMD密度はあまり変化しないことがわかった。さらに、本発明において冷却速度を高めると、より析出が多くなることも判明した。   As a result of experiments conducted under various other conditions, according to the present invention, a sufficient BMD density can be obtained even at a lower temperature than in the prior art, and even if the flow rate ratio of the nitriding gas in the present invention is changed, the BMD It was found that the density did not change much. Furthermore, it has also been found that precipitation is increased when the cooling rate is increased in the present invention.

また、スリップ長については、低温での熱処理の方が短いと共に、冷却速度が高い方が短くなることがわかった。さらに、アンモニアを含んだ雰囲気ガスとした場合、アンモニアが比較的少ない方が、スリップ長が短くなることがわかった。これは、アンモニアが分解した際に、熱伝導率が比較的高いH(水素)が少なくなるためと考えられる。したがって、比較的低い温度でかつ流量比の少ないアンモニアを含む雰囲気ガスを用いて熱処理を行い、さらに高い冷却速度で冷却すれば、よりスリップが抑制され、十分なBMD密度が得られることができる。図9は、従来方法(N/Ar、1220℃)と本発明(NH/Ar)で熱処理温度を下げてスリップの効果を明りょうに示すため、石英のピンでウェーハを保持したときのピン跡からのスリップの長さを示したものである。スリップ長さは、Secoエッチにより13μmoffしたあとの転位ビットの最大間隔を測定したものである。従来方法では3mm伸びていたスリップが、本発明では0.4mm以下となった。1130℃以下では、ゼロとなっており、スリップが大幅に低減できていることがわかった。 It was also found that the slip length was shorter for the heat treatment at low temperature and shorter for the higher cooling rate. Furthermore, it was found that when the atmosphere gas contains ammonia, the slip length is shorter when the amount of ammonia is relatively small. This is considered to be because H (hydrogen) having a relatively high thermal conductivity is reduced when ammonia is decomposed. Therefore, if heat treatment is performed using an atmosphere gas containing ammonia at a relatively low temperature and a small flow ratio, and cooling is performed at a higher cooling rate, slip can be further suppressed and a sufficient BMD density can be obtained. FIG. 9 shows a case where the wafer is held with quartz pins in order to clearly show the effect of slip by lowering the heat treatment temperature in the conventional method (N 2 / Ar, 1220 ° C.) and the present invention (NH 3 / Ar). It shows the length of the slip from the pin mark. The slip length is a measurement of the maximum distance between dislocation bits after 13 μm off by Seco etch. The slip which was extended by 3 mm in the conventional method became 0.4 mm or less in the present invention. It became zero at 1130 ° C. or less, and it was found that slip could be greatly reduced.

また、N/Arを雰囲気ガスとして用いた従来のRTA処理を施した場合と、上記実施形態に基づいて表面にシリコン酸化窒化膜が形成される場合とについて、実際に表面反応膜の組成をXPSとスパッタリングとを組み合わせた分析法により分析した結果を図10の(a)(b)に示す。この分析結果からもわかるように、従来例の場合は、図10の(a)に示すように、表面でほとんど酸素が検出されておらず、シリコン及び窒素のみしか検出されていないのに対し、本実施形態に基づく実施例では、図10の(b)に示すように、表面で酸素が窒素と同レベルで検出されており、シリコン酸化窒化膜が形成されている。 In addition, the composition of the surface reaction film is actually changed between the case where the conventional RTA treatment using N 2 / Ar as the atmospheric gas is performed and the case where the silicon oxynitride film is formed on the surface based on the above embodiment. The results of analysis by an analysis method combining XPS and sputtering are shown in FIGS. As can be seen from the analysis results, in the case of the conventional example, as shown in FIG. 10A, almost no oxygen is detected on the surface, and only silicon and nitrogen are detected. In the example based on this embodiment, as shown in FIG. 10B, oxygen is detected on the surface at the same level as nitrogen, and a silicon oxynitride film is formed.

1 サセプタ
2 反応室
BMD BMD層
DZ DZ層(無欠陥層)
G 雰囲気ガス
SO 自然酸化膜(シリコン酸化膜)
SNO シリコン酸化窒化膜
V 空孔(Vacancy)
W シリコンウェーハ
1 susceptor 2 reaction chamber BMD BMD layer DZ DZ layer (defect-free layer)
G Atmospheric gas SO Natural oxide film (silicon oxide film)
SNO Silicon oxynitride film V Vacancy
W Silicon wafer

Claims (12)

シリコンウェーハを、熱処理を施す反応室内に配置し、Nが分解可能な温度よりも低い分解温度の窒化ガスを含む雰囲気ガスを該反応室内に供給しながら、シリコンウェーハを熱処理し、表面窒化作用により又はその表面に窒化膜を形成して、その内部に新たに空孔を形成する空孔注入熱処理工程を有し、
該空孔注入熱処理工程は、前記窒化ガスとしてNHを含む雰囲気ガスを用い、前記窒化ガスにおける前記NHの濃度を0.5%以上又は前記NHの流量を10sccm以上とし、前記熱処理温度を1100℃から1150℃までの温度、前記熱処理時間を60sec以下、冷却速度を33.3℃/秒〜50℃/秒とする処理を行って、ウェーハ保持によるスリップの発生を0.4mm以下とすることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
The silicon wafer is placed in a reaction chamber where heat treatment is performed, and the silicon wafer is heat-treated while supplying an atmospheric gas containing a nitriding gas having a decomposition temperature lower than the temperature at which N 2 can be decomposed to surface nitridation. Or forming a nitride film on the surface thereof, and having a hole injection heat treatment step for forming new holes in the inside,
The vacancy injection heat treatment step uses an atmosphere gas containing NH 3 as the nitriding gas, the concentration of NH 3 in the nitriding gas is 0.5% or more, or the flow rate of NH 3 is 10 sccm or more, and the heat treatment temperature Is performed at a temperature from 1100 ° C. to 1150 ° C., the heat treatment time is 60 sec or less, and the cooling rate is 33.3 ° C./sec to 50 ° C./sec. A method for producing a silicon wafer, comprising:
請求項1に記載のシリコンウェーハの製造方法において、前記窒化ガスは、ブラズマ化されていることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。 2. The method for manufacturing a silicon wafer according to claim 1, wherein the nitriding gas is made into a plasma. 請求項1又は2に記載のシリコンウェーハの製造方法において、前記空孔注入熱処理工程前に、前記シリコンウェーハ表面の酸化膜を除去又は薄膜化する酸化膜除去工程を有することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。 3. The silicon wafer manufacturing method according to claim 1, further comprising an oxide film removing step for removing or thinning an oxide film on the surface of the silicon wafer before the hole injection heat treatment step. Manufacturing method. 請求項3に記載のシリコンウェーハの製造方法において、前記酸化膜除去工程は、前記雰囲気ガスにNHを含む際に少なくとも前記酸化膜を膜厚が2nm未満になるまで除去することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。 The method of manufacturing a silicon wafer according to claim 3, wherein the oxide film removing step, film thickness of at least the oxide film when containing NH 3 to the atmospheric gas, and removing to below 2nm Silicon wafer manufacturing method. 請求項1から4のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法において、前記酸化膜除去工程は、前記反応室内の雰囲気ガス中に含まれる酸素を除去するパージ処理を行なってから前記窒化ガスを前記反応室内に供給することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。 5. The method for producing a silicon wafer according to claim 1, wherein the oxide film removing step performs a purging process for removing oxygen contained in an atmospheric gas in the reaction chamber, and then the nitriding gas is added to the nitriding gas. A method for producing a silicon wafer, characterized in that the silicon wafer is supplied into a reaction chamber. 請求項1から5のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法において、前記空孔注入熱処理工程後に、該空孔注入熱処理工程よりも低い温度で前記シリコンウェーハを熱処理して表層に無欠陥層を形成すると共に内部の空孔に酸素を析出させる析出処理工程を有することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。 6. The method of manufacturing a silicon wafer according to claim 1, wherein after the vacancy injection heat treatment step, the silicon wafer is heat-treated at a temperature lower than the vacancy injection heat treatment step to form a defect-free layer on a surface layer. A method for producing a silicon wafer, characterized by comprising a precipitation treatment step of forming and precipitating oxygen in internal vacancies. 請求項1から6のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法において、前記窒化ガスを含む雰囲気ガスとして、ArとNHとの混合ガスを用いることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。 The method for manufacturing a silicon wafer according to claim 1, wherein a mixed gas of Ar and NH 3 is used as the atmospheric gas containing the nitriding gas. 請求項7に記載のシリコンウェーハの製造方法において、前記熱処理を、下記手順(i)〜(v)で行うことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
(i)800℃までの昇温を行う前に、Arのみを雰囲気ガスとして供給し、熱処理炉内の雰囲気ガスを置換して酸素を除去するパージ処理を行う。
(ii)酸素が完全に炉内から除去された状態で、次に、Arのみを雰囲気ガスとして供給しながら800℃まで昇温する。
(iii)次に、NHを熱処理炉に導入しArとNHとの混合ガスを雰囲気ガスとして供給しながら、800℃から前記熱処理温度まで急速加熱昇温を行い、該熱処理温度一定で所定時間の熱処理を行う。
(iv)その後800℃まで急冷する。
(v)その後、800℃一定でNHを完全に排出するまでArのみを雰囲気ガスとして流量を上げて供給し、排出完了後に再びArのみの雰囲気ガス中で降温する。
8. The method for manufacturing a silicon wafer according to claim 7, wherein the heat treatment is performed by the following procedures (i) to (v).
(I) Before raising the temperature to 800 ° C., only Ar is supplied as an atmospheric gas, and a purge process is performed to replace the atmospheric gas in the heat treatment furnace and remove oxygen.
(Ii) With the oxygen completely removed from the furnace, the temperature is raised to 800 ° C. while supplying only Ar as the atmospheric gas.
(Iii) Next, while heating NH 3 into the heat treatment furnace and supplying a mixed gas of Ar and NH 3 as an atmospheric gas, rapid heating is performed from 800 ° C. to the heat treatment temperature, and the heat treatment temperature is constant and predetermined. Heat treatment for hours.
(Iv) Then, rapidly cool to 800 ° C.
(V) Thereafter, Ar is supplied as an atmosphere gas at a constant flow rate of 800 ° C. until NH 3 is completely discharged, and the temperature is lowered again in the atmosphere gas containing only Ar after the discharge is completed.
請求項1から8のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法において、前記冷却速度が33.3℃/秒又は50℃/秒であることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。 9. The method for producing a silicon wafer according to claim 1, wherein the cooling rate is 33.3 ° C./second or 50 ° C./second. 請求項7から9のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法において、前記雰囲気ガスにおける流量を前記NH/Ar:2SLM/2SLMとすることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。 10. The method of manufacturing a silicon wafer according to claim 7, wherein a flow rate of the atmosphere gas is the NH 3 / Ar: 2SLM / 2SLM. 11. 請求項1から10のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法において、前記シリコンウェーハとして、シリコン単結晶インゴット内での格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域を〔I〕とし、空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を〔V〕とし、格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を〔P〕とするときに、パーフェクト領域〔P〕からなるインゴットから切り出された点欠陥の凝集体が存在しないシリコンウェーハを用いることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。 11. The method of manufacturing a silicon wafer according to claim 1, wherein a region where interstitial silicon type point defects exist predominantly in the silicon single crystal ingot is defined as [I] in the silicon wafer. When the region where the hole type point defects exist predominantly is [V], and the perfect region where the aggregates of the interstitial silicon type point defects and the hole type point defects do not exist is [P], A method for producing a silicon wafer, comprising using a silicon wafer free from agglomerates of point defects cut out from an ingot composed of region [P]. 請求項1から11のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法により作製されたことを特徴とするシリコンウェーハ。 A silicon wafer produced by the method for producing a silicon wafer according to claim 1.
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