JP2010109100A - Method of manufacturing silicon wafer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ＲＴＡ熱処理によりバルク部に空孔を形成し、ゲッタリング能力を付与するシリコンウェーハの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a silicon wafer in which holes are formed in a bulk portion by RTA heat treatment and gettering capability is imparted.
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製作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。酸素析出物は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 manufactured 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 oxygen precipitates are present on the surface on which the device is formed, the characteristics of the semiconductor device are greatly affected by causing an increase in leakage current and a decrease in oxide film breakdown voltage.
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共に、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（Ｄｅｎｕｄｅｄ Ｚｏｎｅ又は無欠陥層）を均一に形成する方法が用いられている（特許文献１参照）。そして、このＤＺ層形成後に、上記熱処理温度より低温で熱処理を施すことで、バルク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。このようにして得られるシリコンウェーハは、図３のように表層にＤＺ層３１、バルク部にＢＭＤ層３２を有する。 For this reason, conventional silicon wafer surfaces have been subjected to rapid thermal annealing (RTA: Rapid Thermal Annealing) at a high temperature of 1250 ° C. or higher for a short time in a predetermined atmosphere gas, and a high concentration of thermal equilibrium atoms inside. A vacancy (hereinafter simply referred to as a vacancy) is formed and frozen by rapid cooling, and a DZ layer (denuded zone or defect-free layer) is formed by outward diffusion of vacancies on the surface by subsequent heat treatment. A uniform forming method is used (see Patent Document 1). And after this DZ layer formation, the process of forming a BMD layer having a gettering effect by forming and stabilizing oxygen precipitation nuclei as a defect layer in the bulk part by performing heat treatment at a temperature lower than the above heat treatment temperature is adopted. Yes. The silicon wafer thus obtained has a DZ layer 31 in the surface layer and a BMD layer 32 in the bulk part as shown in FIG.
また、他の方法として、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により、シリコンウェーハ表面にＤＺ層、バルク部にＢＭＤ層の形成を行っている。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Ｎ２（窒素）が主に用いられている。すなわち、高温で窒素が分解され、シリコンウェーハ表面にＳｉｘＮｙ（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。 As another method, first, heat treatment is performed in an oxygen atmosphere, and then heat treatment is performed in a non-oxidizing atmosphere, thereby forming a DZ layer on the silicon wafer surface and a BMD layer on the bulk portion. Conventionally, N 2 (nitrogen) is mainly used as an atmospheric gas in heat treatment for forming holes. That is, nitrogen 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.
しかしながら、上記のような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。従来では、空孔形成のための熱処理を施す際に、窒素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、十分な量の空孔を得るために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。
However, the following problems remain in the heat treatment technology for silicon wafers as described above. Conventionally, when heat treatment for forming holes is performed, heat treatment is performed in an atmosphere gas mainly containing nitrogen. In this case, in order to obtain a sufficient amount of holes, the heat treatment is performed at 1250 ° C. or more and 10 seconds or more. A heat treatment was required.
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.
そこで、特許文献２では、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の雰囲気ガスを、Ｎ２が分解可能な温度よりも低い分解温度の窒化ガス（ＮＨ３等）を含む雰囲気ガスとすることを提案している。これにより、Ｎ２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、その後の熱処理で表面に十分なＤＺ層とバルク部に適度に高いＢＭＤ密度を有した高品質なウェーハを得ることができるとしている。 Therefore, in Patent Document 2, an atmosphere gas in a heat treatment process in which a silicon wafer is heat-treated to newly form vacancies therein is used as a nitriding gas (NH 3 or the like) having a decomposition temperature lower than a temperature at which N 2 can be decomposed. Proposed to contain atmospheric gas. As a result, 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 and vacancies can be injected into the inside, thereby suppressing the occurrence of slip during heat treatment. In addition, a high-quality wafer having a sufficient DZ layer on the surface and a moderately high BMD density in the bulk portion can be obtained by subsequent heat treatment.
しかしながら、有害なＮＨ３を供給するための設備が必要となり、設備コストが増大してしまうという問題があった。 However, there is a problem that equipment for supplying harmful NH 3 is required and equipment costs increase.
そこで、本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、シリコンウェーハに施すＲＴＡ熱処理の低温化又は短時間化を図り、シリコンウェーハのスリップの発生を抑制すると共に、ＮＨ３を使用することなく、シリコンウェーハ内部に空孔を注入し、高品質なシリコンウェーハを製造することができる方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of such problems, and it is possible to reduce the temperature or shorten the time of the RTA heat treatment applied to the silicon wafer, to suppress the occurrence of slip of the silicon wafer, and to use NH 3 . It is an object of the present invention to provide a method capable of manufacturing a high-quality silicon wafer by injecting holes into the silicon wafer without performing the above process.
上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも、雰囲気ガス中でシリコンウェーハにＲＴＡ熱処理を施す工程を有するシリコンウェーハの製造方法であって、前記雰囲気ガスとして、窒素ガスに５ｐｐｍ以上２５０ｐｐｍ以下の濃度の水分を混入させたものを用いてＲＴＡ熱処理を施すことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法を提供する（請求項１）。 In order to achieve the above object, the present invention is a method for producing a silicon wafer having at least a step of subjecting a silicon wafer to RTA heat treatment in an atmospheric gas, wherein the atmospheric gas has a nitrogen gas content of 5 ppm to 250 ppm. Provided is a method for producing a silicon wafer, characterized in that an RTA heat treatment is performed using a mixture of moisture at a concentration (claim 1).
このように、窒素ガスに微量の水分を混入させた雰囲気中でＲＴＡ熱処理を行うことにより、比較的低温の熱処理でもシリコンウェーハ表面に酸窒化膜を形成することができる。このため、窒素とシリコン原子が反応することで、シリコンウェーハ内部に効率的に空孔を注入することができる。これにより雰囲気ガスにＮＨ３等の有毒ガスを用いなくとも、比較的低温の熱処理で、シリコンウェーハ内部に十分な量の空孔を注入することができる。
従って、本発明のＲＴＡ熱処理を行うことで、その後の熱処理により表層にＤＺ層と、バルク部に十分な密度のＢＭＤを有したスリップのない高品質なシリコンウェーハを低コストで製造することができる。
As described above, by performing the RTA heat treatment in an atmosphere in which a minute amount of moisture is mixed into nitrogen gas, an oxynitride film can be formed on the surface of the silicon wafer even by a relatively low temperature heat treatment. For this reason, a vacancy can be efficiently inject | poured into a silicon wafer because nitrogen and a silicon atom react. Thus, a sufficient amount of vacancies can be injected into the silicon wafer by heat treatment at a relatively low temperature without using a toxic gas such as NH 3 as the atmospheric gas.
Therefore, by performing the RTA heat treatment of the present invention, a slip-free high-quality silicon wafer having a DZ layer on the surface layer and a BMD having a sufficient density in the bulk portion can be manufactured at a low cost by the subsequent heat treatment. .
このとき、前記雰囲気ガスとして、窒素ガスに１０ｐｐｍ以上１５０ｐｐｍ以下の濃度の水分を混入させたものを用いることが好ましい（請求項２）。
このように、窒素ガスに１０ｐｐｍ以上１５０ｐｐｍ以下の濃度の水分を混入させたものを雰囲気ガスとして用いることで、より多くの空孔をウェーハ内部に注入することができ、低温熱処理であっても、ＮＨ３を用いた雰囲気でＲＴＡ熱処理を行った場合と同等以上のＢＭＤ密度を得ることができる。
At this time, it is preferable to use nitrogen gas mixed with water having a concentration of 10 ppm or more and 150 ppm or less as the atmospheric gas.
In this way, by using a gas mixed with nitrogen gas with a concentration of 10 ppm or more and 150 ppm or less as an atmospheric gas, more vacancies can be injected into the wafer. A BMD density equal to or higher than that obtained when the RTA heat treatment is performed in an atmosphere using NH 3 can be obtained.
このとき、前記雰囲気ガスとして、窒素ガスの露点を制御することにより窒素ガスに混入させる水分の濃度を調整することが好ましい（請求項３）。
このように、窒素ガスの露点を制御することで、混入させる水分濃度の調整をより容易に行うことができる。
At this time, as the atmosphere gas, it is preferable to adjust the concentration of moisture mixed into the nitrogen gas by controlling the dew point of the nitrogen gas.
In this way, by controlling the dew point of nitrogen gas, it is possible to more easily adjust the moisture concentration to be mixed.
このとき、前記雰囲気ガスとして、窒素ガスの露点を−６０℃以上−３８℃以下に制御することにより、窒素ガスに１０ｐｐｍ以上１５０ｐｐｍ以下の濃度の水分を混入させることが好ましい（請求項４）。
窒素ガスの露点を上記範囲に制御することで、１０ｐｐｍ以上１５０ｐｐｍ以下という好ましい水分濃度範囲内により容易に調整することができる。
At this time, as the atmospheric gas, it is preferable to mix water with a concentration of 10 ppm to 150 ppm into the nitrogen gas by controlling the dew point of the nitrogen gas to −60 ° C. or more and −38 ° C. or less.
By controlling the dew point of nitrogen gas within the above range, it can be easily adjusted within a preferable moisture concentration range of 10 ppm to 150 ppm.
このとき、前記ＲＴＡ熱処理が施されるシリコンウェーハの初期酸素濃度を、９ｐｐｍａ以上１４ｐｐｍａ以下とすることが好ましい（請求項５）。
このような、低酸素濃度のシリコンウェーハであっても本発明のＲＴＡ熱処理であれば、低温でも十分な空孔量を注入することができ、スリップがなく、高いＢＭＤ密度のシリコンウェーハにすることができるため、析出過多になることもなく好適である。
At this time, it is preferable that the initial oxygen concentration of the silicon wafer subjected to the RTA heat treatment is 9 ppma or more and 14 ppma or less.
Even with such a low oxygen concentration silicon wafer, if the RTA heat treatment of the present invention is used, a sufficient amount of vacancies can be injected even at a low temperature, and a silicon wafer having a high BMD density without slipping can be obtained. Therefore, it is preferable without excessive precipitation.
このとき、前記ＲＴＡ熱処理が施されたシリコンウェーハの表面に、エピタキシャル層を成長させることができる（請求項６）。
本発明のＲＴＡ熱処理が施されたシリコンウェーハであれば、バルク部に十分な量の空孔を有しており、表面の結晶性も良好であるので高温でエピタキシャル成長を行うシリコンウェーハの製造においても、良好な酸素析出が起こり、高いＢＭＤ密度を有することができるとともに、良好なエピタキシャル層を得ることができるので、好適である。
At this time, an epitaxial layer can be grown on the surface of the silicon wafer subjected to the RTA heat treatment.
A silicon wafer subjected to the RTA heat treatment of the present invention has a sufficient amount of vacancies in the bulk portion and has good surface crystallinity. Since favorable oxygen precipitation occurs, it can have a high BMD density, and a good epitaxial layer can be obtained, it is preferable.
本発明であれば、ＮＨ３等の有毒ガスを使用せずに、スリップがなく、ＤＺ層と高いＢＭＤ密度を有するシリコンウェーハを低コストで製造することができる。 According to the present invention, a silicon wafer having no DZ layer and a high BMD density can be produced at low cost without using a toxic gas such as NH 3 or the like.
従来、ＮＨ３等の有毒なガスを用いるか、又は高温の熱処理を行ってシリコンウェーハに空孔を注入していたが、スリップの発生やコストの問題等があった。
これに対して、本発明者らは、比較的低温の熱処理であっても、ＮＨ３等を用いること無く空孔を注入できる熱処理方法を鋭意検討した結果、ＲＴＡ熱処理の際の雰囲気として、窒素ガスに微量の水分を混入させたものを用いることで、比較的低温であってもシリコンウェーハ内部へ空孔が注入されることを見出した。
Conventionally, holes have been injected into a silicon wafer by using a toxic gas such as NH 3 or performing a high-temperature heat treatment, but there have been problems such as occurrence of slips and cost.
On the other hand, the present inventors have intensively studied a heat treatment method capable of injecting vacancies without using NH 3 or the like even in a relatively low temperature heat treatment. As a result, nitrogen has been used as an atmosphere during the RTA heat treatment. It has been found that by using a gas mixed with a small amount of moisture, vacancies are injected into the silicon wafer even at a relatively low temperature.
さらに、本発明者らは、適切な水分量を調べるために、様々な水分濃度の窒素ガス雰囲気と、ＮＨ３を含む雰囲気によりＲＴＡ熱処理（１１７５℃／３０秒）を行ったシリコンウェーハに、酸素析出物であるＢＭＤを形成するための２段階熱処理（８００℃／４時間、１０００℃／１６時間）を施して、そのＢＭＤ密度を調べることにより、図１のような結果を得た。図１は、ＲＴＡ熱処理の雰囲気ガスとして窒素ガスに混入させた水分濃度と、ＢＭＤ密度の関係を示すグラフである。 Furthermore, in order to investigate an appropriate amount of water, the present inventors have applied oxygen gas to a silicon wafer that has been subjected to RTA heat treatment (1175 ° C./30 seconds) in a nitrogen gas atmosphere having various water concentrations and an atmosphere containing NH 3. A two-step heat treatment (800 ° C./4 hours, 1000 ° C./16 hours) for forming BMD as a precipitate was performed, and the BMD density was examined to obtain a result as shown in FIG. FIG. 1 is a graph showing the relationship between the BMD density and the moisture concentration mixed in nitrogen gas as the atmosphere gas for the RTA heat treatment.
図１からわかるように、ＲＴＡ熱処理温度が比較的低温であるため純粋な窒素ガス（Ｎ２）では酸素析出は不十分であるが、窒素ガスに水分を５ｐｐｍ（Ｎ２＋Ｈ２Ｏ（５ｐｐｍ））以上混入させることで酸素析出が良好に生じており、さらには、１０ｐｐｍ〜１５０ｐｐｍの範囲では、同様の熱処理条件でＮＨ３を含む雰囲気ガス（ＮＨ３／Ａｒ）中でＲＴＡ熱処理を行ったものよりもＢＭＤ密度が高いことがわかる。 As can be seen from FIG. 1, since the RTA heat treatment temperature is relatively low, pure nitrogen gas (N 2 ) is insufficient in oxygen precipitation, but moisture is added to the nitrogen gas at 5 ppm (N 2 + H 2 O (5 ppm)). ) Oxygen precipitation has been successfully generated by mixing the above, and in the range of 10 ppm to 150 ppm, RTA heat treatment was performed in an atmosphere gas (NH 3 / Ar) containing NH 3 under the same heat treatment conditions. It can be seen that the BMD density is higher than that.
また、水分濃度が２５０ｐｐｍを超えると大幅にＢＭＤ密度が低くなっているが、これは、ＲＴＡ熱処理中に水分により酸化膜が形成されてしまい、格子間Ｓｉが注入されて空孔量が減少して酸素析出が抑制されてしまうためと考えられる。 In addition, when the moisture concentration exceeds 250 ppm, the BMD density is significantly lowered. This is because an oxide film is formed by moisture during the RTA heat treatment, and interstitial Si is injected to reduce the amount of vacancies. This is considered to be because oxygen precipitation is suppressed.
以上から、ＲＴＡ熱処理の雰囲気ガスとして、窒素ガスに５ｐｐｍ以上２５０ｐｐｍ以下の濃度の水分、好ましくは１０ｐｐｍ以上１５０ｐｐｍ以下の濃度の水分を混入させたものを用いることで、比較的低温であっても十分な空孔注入ができ、高密度のＢＭＤ層を有するシリコンウェーハを製造できることを見出して、本発明を完成させた。 From the above, it is sufficient even at relatively low temperatures to use nitrogen gas mixed with moisture having a concentration of 5 ppm or more and 250 ppm or less, preferably 10 ppm or more and 150 ppm or less as the atmospheric gas for the RTA heat treatment. The present invention has been completed by finding that a silicon wafer having a high density of BMD layers can be manufactured by performing a simple hole injection.
以下、図を参照しながら、本発明の実施の形態について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
先ず、図２に本発明で使用することができるＲＴＡ用の熱処理炉の一例を示す。本発明ではＮＨ３等の有毒ガスを用いる必要が無いため、熱処理炉としては、実質的に従来のものと同様のものを使用できる。
熱処理炉２０は、シリコンウェーハＷの搬入口をふさぐための蓋２５、雰囲気ガスを供給するためのガス供給口２２、雰囲気ガスを排出するためのガス排出口２４、シリコンウェーハＷを載置するためのサセプタ２３とシリコンウェーハＷを加熱するランプ２１を具備している。
このような熱処理炉２０内にシリコンウェーハＷを載置して、ガス供給口２２から雰囲気ガスを流しながら、ＲＴＡ熱処理を行う。
First, FIG. 2 shows an example of a heat treatment furnace for RTA that can be used in the present invention. In the present invention, since it is not necessary to use a toxic gas such as NH 3 , a heat treatment furnace substantially the same as the conventional one can be used.
The heat treatment furnace 20 mounts a
The silicon wafer W is placed in such a
本発明では、上記のような熱処理炉を用いたＲＴＡ熱処理における雰囲気ガスとして、窒素ガスに５ｐｐｍ以上２５０ｐｐｍ以下の濃度の水分を混入させたものを用いる。 In the present invention, as the atmosphere gas in the RTA heat treatment using the heat treatment furnace as described above, a nitrogen gas mixed with moisture having a concentration of 5 ppm or more and 250 ppm or less is used.
通常の純粋な窒素ガスは、少なくとも水分を２ｐｐｍ以下程度にされており、従来では水分を含まない雰囲気の方が空孔注入が起きるとされていたため、その純粋な窒素ガスの水分濃度はさらに小さくなるように調整されていた。
これに対して本発明では、窒素ガスに本発明の範囲の微量濃度の水分を故意に混入させた雰囲気中でＲＴＡ熱処理を行うことにより、比較的低温の熱処理でもシリコンウェーハ表面に酸窒化膜を形成することができる。これにより、窒素とシリコン原子が反応することで、シリコンウェーハ内部に効率的に空孔を注入することができる。このため、雰囲気ガスにＮＨ３等の有毒ガスを用いなくとも、比較的低温の熱処理で、シリコンウェーハ内部に十分な量の空孔を注入することができる。
以上のように本発明のＲＴＡ熱処理を行うことにより、内部に十分なＢＭＤ密度を有した高品質なスリップの無いシリコンウェーハを低コストで製造することができる。
Ordinary pure nitrogen gas has at least a moisture content of about 2 ppm or less. Conventionally, it has been assumed that vacancy injection occurs in an atmosphere that does not contain moisture, so the moisture concentration of the pure nitrogen gas is even smaller. It was adjusted to be.
On the other hand, in the present invention, an oxynitride film is formed on the surface of a silicon wafer even by a relatively low temperature heat treatment by performing an RTA heat treatment in an atmosphere in which a minute amount of moisture within the range of the present invention is intentionally mixed in nitrogen gas. Can be formed. As a result, the reaction between nitrogen and silicon atoms enables efficient injection of holes into the silicon wafer. Therefore, a sufficient amount of vacancies can be injected into the silicon wafer by heat treatment at a relatively low temperature without using a toxic gas such as NH 3 as the atmospheric gas.
As described above, by performing the RTA heat treatment of the present invention, a high-quality slip-free silicon wafer having a sufficient BMD density inside can be manufactured at a low cost.
また、窒素ガスに混入させる水分濃度を１０ｐｐｍ以上１５０ｐｐｍ以下とすることが好ましい。
このような濃度範囲で水分を混入させたものを雰囲気ガスとして用いることで、より多くの空孔を注入することができ、低温熱処理であっても、ＮＨ３を用いた雰囲気でＲＴＡ熱処理を行ったもの以上のＢＭＤ密度を得ることができるため、より高品質のシリコンウェーハを製造することができる。
Moreover, it is preferable that the water concentration mixed in nitrogen gas shall be 10 ppm or more and 150 ppm or less.
By using a mixture of moisture in such a concentration range as an atmosphere gas, more vacancies can be injected, and even in low temperature heat treatment, RTA heat treatment is performed in an atmosphere using NH 3. Therefore, a higher quality silicon wafer can be produced.
このとき、窒素ガスの露点を制御することにより窒素ガスに混入させる水分濃度を調整することが好ましく、窒素ガスの露点を−６０℃以上−３８℃以下に制御することにより、窒素ガスに１０ｐｐｍ以上１５０ｐｐｍ以下の濃度の水分を混入させることが好ましい（半導体産業で用いられる窒素ガスは、露点−７０℃以下とされる。）。
本発明のＲＴＡ熱処理において用いる窒素ガス中の水分濃度は非常に微量であるため、その露点を制御する方法によれば、水分濃度の調整を容易に行うことができ、さらには、上記のような好ましい水分濃度範囲内での調整もより容易となる。
以下、窒素ガスの露点と、水分濃度の関係を表１に示す。
At this time, it is preferable to adjust the moisture concentration to be mixed into the nitrogen gas by controlling the dew point of the nitrogen gas. By controlling the dew point of the nitrogen gas to -60 ° C. or more and −38 ° C. or less, the nitrogen gas has 10 ppm or more. It is preferable to mix water having a concentration of 150 ppm or less (nitrogen gas used in the semiconductor industry has a dew point of −70 ° C. or less).
Since the moisture concentration in the nitrogen gas used in the RTA heat treatment of the present invention is very small, according to the method for controlling the dew point, the moisture concentration can be easily adjusted. Adjustment within a preferable moisture concentration range is also facilitated.
The relationship between the dew point of nitrogen gas and the water concentration is shown in Table 1.
表１に示すように、窒素ガスを本発明の水分濃度範囲（５ｐｐｍ以上２５０ｐｐｍ以下）に調整するためには、その露点を−６５℃以上−３４℃以下に制御すればよく、さらに好ましい水分濃度範囲（１０ｐｐｍ以上１５０ｐｐｍ以下）に調整するためには、窒素ガスの露点を−６０℃以上−３８℃以下に制御すればよいことがわかる。 As shown in Table 1, in order to adjust the nitrogen gas to the moisture concentration range (5 ppm or more and 250 ppm or less) of the present invention, the dew point may be controlled to −65 ° C. or more and −34 ° C. or less, and more preferable moisture concentration. In order to adjust to the range (10 ppm or more and 150 ppm or less), it turns out that the dew point of nitrogen gas should just be controlled to -60 degreeC or more and -38 degreeC or less.
このような本発明のＲＴＡ熱処理を施すシリコンウェーハとしては、特に限定されないが、例えば初期酸素濃度が９ｐｐｍａ以上１４ｐｐｍａ以下（ＪＥＩＤＡ）のシリコンウェーハが好ましい。
このような、比較的低酸素濃度のシリコンウェーハであっても本発明のＲＴＡ熱処理であれば、低温でも十分な空孔量を注入することができ、スリップがなく、高いＢＭＤ密度のシリコンウェーハを製造することができるとともに、析出過多となることもなく、好適である。
The silicon wafer subjected to the RTA heat treatment of the present invention is not particularly limited, but for example, a silicon wafer having an initial oxygen concentration of 9 ppma to 14 ppma (JEIDA) is preferable.
Even with such a relatively low oxygen concentration silicon wafer, if the RTA heat treatment of the present invention is used, a sufficient amount of vacancies can be injected even at a low temperature, and a silicon wafer having a high BMD density without slipping can be obtained. It can be manufactured and is suitable without causing excessive precipitation.
また、このような本発明のＲＴＡ熱処理の条件についても、特に限定されず、例えば、２０〜５０℃／ｓｅｃで昇温し、１１００℃〜１２００℃で６０秒以下の熱処理を施した後、２０〜５０℃／ｓｅｃで降温することができる。
このように、本発明のＲＴＡ熱処理であれば、１１００〜１２００℃といった比較的低温の熱処理であっても空孔注入できるため、シリコンウェーハにスリップが生じず、良好な熱処理を行うことができる。また、１２００℃を超える温度で熱処理を行う場合には、熱処理時間を１０秒未満とすることもでき、短時間であっても十分な空孔を注入することができる。なお、降温速度をより速くして、より多くの空孔を凍結することもできる。
Also, the conditions for the RTA heat treatment of the present invention are not particularly limited. For example, the temperature is raised at 20 to 50 ° C./sec, subjected to heat treatment at 1100 ° C. to 1200 ° C. for 60 seconds or less, and then 20 The temperature can be lowered at -50 ° C / sec.
As described above, the RTA heat treatment of the present invention can inject vacancies even at a relatively low temperature of 1100 to 1200 ° C. Therefore, the silicon wafer does not slip and can be satisfactorily heat treated. When heat treatment is performed at a temperature exceeding 1200 ° C., the heat treatment time can be set to less than 10 seconds, and sufficient vacancies can be injected even in a short time. It is also possible to freeze more holes by increasing the temperature drop rate.
以上のように、本発明のＲＴＡ熱処理が施されたシリコンウェーハは、スリップがなく、十分な空孔量を有するため、後工程の酸素を析出させる熱処理により、５×１０８／ｃｍ３以上、さらには２×１０９／ｃｍ３以上という十分に高いＢＭＤ密度をバルク部に有し、表面にＤＺ層を有する高品質のシリコンウェーハになる。 As described above, since the silicon wafer subjected to the RTA heat treatment of the present invention has no slip and has a sufficient amount of pores, 5 × 10 8 / cm 3 or more is obtained by heat treatment for precipitating oxygen in the subsequent step. Furthermore, it becomes a high-quality silicon wafer having a sufficiently high BMD density of 2 × 10 9 / cm 3 or more in the bulk part and having a DZ layer on the surface.
そして、本発明のＲＴＡ熱処理が施されたシリコンウェーハは、その表面にエピタキシャル層を形成するのが好ましい。
本発明のＲＴＡ熱処理が施されたシリコンウェーハであれば、十分な量の空孔を有しているため、高温でエピタキシャル成長を行うシリコンウェーハの製造においても、良好な酸素析出が起こり、高いＢＭＤ密度を有するエピタキシャルウェーハとすることができ、好適である。
And it is preferable to form an epitaxial layer on the surface of the silicon wafer subjected to the RTA heat treatment of the present invention.
Since the silicon wafer subjected to the RTA heat treatment of the present invention has a sufficient amount of vacancies, good oxygen precipitation occurs in the production of a silicon wafer epitaxially grown at a high temperature, and a high BMD density. It is possible to make an epitaxial wafer having
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
（実施例、比較例）
熱処理を施すシリコンウェーハとして、初期酸素濃度が１２ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）のシリコンウェーハを準備した。
雰囲気ガスとして、窒素ガスに混入させる水分濃度を０ｐｐｍ〜３００ｐｐｍの範囲で変えて、ＲＴＡ熱処理温度１１７５℃、熱処理時間３０秒、昇温速度５０℃／ｓｅｃ、降温速度３３℃／ｓｅｃで、準備したシリコンウェーハにＲＴＡ熱処理を施した。また、同様の条件で、ただし雰囲気ガスとしてＮＨ３とＡｒの混合ガスを用いてシリコンウェーハに熱処理を施した。
(Examples and comparative examples)
A silicon wafer having an initial oxygen concentration of 12 ppma (JEIDA) was prepared as a silicon wafer to be heat-treated.
As the atmosphere gas, the moisture concentration mixed in the nitrogen gas was changed in the range of 0 ppm to 300 ppm, and the RTA heat treatment temperature was 1175 ° C., the heat treatment time was 30 seconds, the temperature rising rate was 50 ° C./sec, and the temperature falling rate was 33 ° C./sec. The silicon wafer was subjected to RTA heat treatment. Further, the silicon wafer was subjected to heat treatment under the same conditions except that a mixed gas of NH 3 and Ar was used as the atmospheric gas.
上記のようにＲＴＡ熱処理を施したシリコンウェーハに、ＢＭＤ評価のために２段階熱処理（８００℃／４時間、１０００℃／１６時間）を施した。この２段階熱処理後のシリコンウェーハを、へき開、エッチングして表層から５００μｍまでのＢＭＤ層を観察し、ＢＭＤ密度を測定した。図４はＢＭＤ層を観察した図である。
図１及び表２にＢＭＤ密度の測定結果を示す。
The silicon wafer subjected to the RTA heat treatment as described above was subjected to a two-step heat treatment (800 ° C./4 hours, 1000 ° C./16 hours) for BMD evaluation. The silicon wafer after the two-stage heat treatment was cleaved and etched to observe the BMD layer from the surface layer to 500 μm, and the BMD density was measured. FIG. 4 is a diagram observing the BMD layer.
FIG. 1 and Table 2 show the BMD density measurement results.
図１、表２からわかるように、純粋な窒素ガス（Ｎ２）の雰囲気で熱処理を行った場合にはＢＭＤ密度が非常に小さいが、窒素ガスに水分を混入させた雰囲気ガス（Ｎ２＋Ｈ２Ｏ（５ｐｐｍ以上））で行った場合にはＢＭＤ密度が高く、ＲＴＡ熱処理において十分な空孔注入が行われていることがわかる。
また、水分濃度が２５０ｐｐｍを超えると酸化膜が形成されてしまい、格子間Ｓｉの注入量が多くなって空孔が減るため、ＢＭＤ密度が非常に小さくなっていることがわかる。
As can be seen from FIG. 1 and Table 2, when the heat treatment is performed in an atmosphere of pure nitrogen gas (N 2 ), the BMD density is very small, but the atmosphere gas (N 2 + H) in which moisture is mixed into the nitrogen gas. When performed at 2 O (5 ppm or more), the BMD density is high, and it can be seen that sufficient hole injection is performed in the RTA heat treatment.
It can also be seen that when the water concentration exceeds 250 ppm, an oxide film is formed, the amount of interstitial Si injection increases, and vacancies decrease, resulting in a very low BMD density.
ＲＴＡ熱処理において、実施例（Ｎ２＋Ｈ２Ｏ（５〜２５０ｐｐｍ））と比較例（ＮＨ３／Ａｒ）では共にシリコンウェーハ表面に酸窒化膜または窒化膜が形成されていたが、実施例では１ｎｍ程度の厚さで、比較例に比べてその膜厚は薄かった。しかし、実施例の方が比較例よりもＢＭＤ密度が高いケースもあった。これは、空孔注入量が多いほどＢＭＤのサイズが小さく、サイズの小さいＢＭＤは後の熱処理工程で消滅しやすいため、実施例の方が比較例（ＮＨ３／Ａｒ）よりも適度な空孔注入量であったことがわかる。
このため、本発明のＲＴＡ熱処理を施したシリコンウェーハは、高温熱処理を必要とするエピタキシャル層成長用ウェーハに好適であることがわかる。
In the RTA heat treatment, an oxynitride film or a nitride film was formed on the silicon wafer surface in both the example (N 2 + H 2 O (5 to 250 ppm)) and the comparative example (NH 3 / Ar). The film thickness was thin compared to the comparative example. However, in some cases, the BMD density was higher in the example than in the comparative example. This is because the larger the amount of holes injected, the smaller the size of the BMD, and the smaller BMD tends to disappear in the subsequent heat treatment step. Therefore, the example has more appropriate holes than the comparative example (NH 3 / Ar). It turns out that it was the injection amount.
For this reason, it can be seen that the silicon wafer subjected to the RTA heat treatment of the present invention is suitable for a wafer for epitaxial layer growth that requires high-temperature heat treatment.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is merely an example, and the present invention has the same configuration as that of the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
２０…熱処理炉、 ２１…ランプ、 ２２…ガス供給口、
２３…サセプタ、 ２４…ガス排出口、 ２５…蓋、
３１…ＤＺ層、 ３２…ＢＭＤ層、 Ｗ…シリコンウェーハ。
20 ... Heat treatment furnace, 21 ... Lamp, 22 ... Gas supply port,
23 ... susceptor, 24 ... gas outlet, 25 ... lid,
31 ... DZ layer, 32 ... BMD layer, W ... silicon wafer.
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|---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003031582A (en) * | 2000-11-28 | 2003-01-31 | Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp | Manufacturing method for silicon wafer and silicon wafer |
| JP2004537161A (en) * | 2001-04-11 | 2004-12-09 | エムイーエムシー・エレクトロニック・マテリアルズ・インコーポレイテッド | Control of thermal donor generation in high resistivity CZ silicon |
| JP2008016652A (en) * | 2006-07-06 | 2008-01-24 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Method of manufacturing silicon wafer |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003031582A (en) * | 2000-11-28 | 2003-01-31 | Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp | Manufacturing method for silicon wafer and silicon wafer |
| JP2004537161A (en) * | 2001-04-11 | 2004-12-09 | エムイーエムシー・エレクトロニック・マテリアルズ・インコーポレイテッド | Control of thermal donor generation in high resistivity CZ silicon |
| JP2008016652A (en) * | 2006-07-06 | 2008-01-24 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Method of manufacturing silicon wafer |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012023233A1 (en) * | 2010-08-18 | 2012-02-23 | 信越半導体株式会社 | Heat treatment method for wafer, method for producing silicon wafer, silicon wafer, and heat treatment apparatus |
| JP2012043931A (en) * | 2010-08-18 | 2012-03-01 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Wafer thermal treatment method, manufacturing method of silicon wafer, silicon wafer, and thermal treatment device |
| TWI508180B (en) * | 2010-08-18 | 2015-11-11 | Shinetsu Handotai Kk | Wafer heat treatment method, silicon wafer manufacturing method, silicon wafer and heat treatment device |
| JP2012124531A (en) * | 2012-03-14 | 2012-06-28 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Manufacturing method of epitaxial silicon wafer |
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