JP2011222842A - Manufacturing method for epitaxial wafer, epitaxial wafer, and manufacturing method for imaging device - Google Patents

Manufacturing method for epitaxial wafer, epitaxial wafer, and manufacturing method for imaging device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method for an epitaxial wafer that can form a silicon epitaxial layer substantially without defect, an epitaxial wafer manufactured by the method, and a manufacturing method for an imaging device.SOLUTION: The manufacturing method for an epitaxial wafer comprises: RIE elimination step of eliminating defects that are detected by the RIE method and measurable in an area up to at least 0.5 μm depth from the surface of the silicon substrate, by applying rapid heat treatment to the silicon substrate; and a step of forming the silicon epitaxial layer on the surface of the silicon substrate where defects having been detected by the RIE method are eliminated.

Description

本発明は、シリコン基板上にエピタキシャル層を形成するエピタキシャルウェーハの製造方法、当該方法により製造されたエピタキシャルウェーハ及び撮像用デバイスの製造方法に関する。   The present invention relates to an epitaxial wafer manufacturing method for forming an epitaxial layer on a silicon substrate, an epitaxial wafer manufactured by the method, and an imaging device manufacturing method.

近年の半導体素子の高集積化・高性能化に伴い、半導体中の結晶欠陥、特に表面および表面近傍の結晶欠陥の低減が重要になってきている。このため、シリコン基板上に結晶性の優れたエピタキシャル層を形成したエピタキシャルウェーハの需要は年々高まっている。
ここでエピタキシャルウェーハの製造方法について、枚葉式気相成長を例に説明する(特許文献5参照)。図6は、一般的な枚葉式の気相成長装置の概略図である。
2. Description of the Related Art With the recent increase in integration and performance of semiconductor elements, it has become important to reduce crystal defects in semiconductors, particularly crystal defects on and near the surface. For this reason, the demand of the epitaxial wafer which formed the epitaxial layer excellent in crystallinity on the silicon substrate is increasing year by year.
Here, a method for manufacturing an epitaxial wafer will be described by taking single-wafer vapor deposition as an example (see Patent Document 5). FIG. 6 is a schematic view of a general single wafer type vapor phase growth apparatus.

図6に示す気相成長装置100は、シリコン基板Wが載置される座ぐり101aを有する厚さ数mmのサセプター101と、該サセプター101を下面側から支持して回転駆動するサセプター支持部材103と、シリコン基板Wを加熱するための加熱装置104と、反応ガスを反応容器102内に導入する反応ガス導入管105と、これと同じ側に設けられパージガスを導入するパージガス導入管106と、ガスを排気する排気管107を備えて構成されている。   A vapor phase growth apparatus 100 shown in FIG. 6 includes a susceptor 101 having a counterbore 101a on which a silicon substrate W is placed and a thickness of several millimeters, and a susceptor support member 103 that supports and rotates the susceptor 101 from the lower surface side. A heating device 104 for heating the silicon substrate W, a reaction gas introduction pipe 105 for introducing a reaction gas into the reaction vessel 102, a purge gas introduction pipe 106 for introducing a purge gas provided on the same side, a gas And an exhaust pipe 107 for exhausting the air.

まず、シリコン基板Wを、反応容器102内にある円盤状のサセプター101上に載置する。反応容器102内は、あらかじめ、反応ガス導入管105及びパージガス導入管106から水素ガスが導入されている。次いで、シリコン基板Wを、加熱装置104により所定温度(例えば1000℃から1200℃程度)にまで加熱する。次に、シリコン基板Wに、反応ガス導入管105から塩化水素ガスを導入して気相エッチングを0.1μm〜0.3μm程度行う気相エッチング工程、あるいは、水素ガスを流しながら所定温度で10−30秒程度保持する水素アニールを実施する。次に、シリコン基板Wの温度を成長温度にする。そして、反応ガス(例えばトリクロロシラン(TCS)及びキャリアガス(例えば水素ガス)を反応ガス導入管105から供給し、シリコン基板W上にエピタキシャル層を気相成長(気相成長工程)させて、エピタキシャルウェーハを製造することができる。この製造したエピタキシャルウェーハを、設定温度(例えば700℃程度)まで降温し、気相成長装置100より取り出す。   First, the silicon substrate W is placed on the disc-shaped susceptor 101 in the reaction vessel 102. Hydrogen gas is introduced into the reaction vessel 102 in advance from a reaction gas introduction pipe 105 and a purge gas introduction pipe 106. Next, the silicon substrate W is heated to a predetermined temperature (for example, about 1000 ° C. to 1200 ° C.) by the heating device 104. Next, a gaseous phase etching process in which hydrogen chloride gas is introduced into the silicon substrate W from the reaction gas introduction pipe 105 to perform vapor phase etching of about 0.1 μm to 0.3 μm, or 10% at a predetermined temperature while flowing hydrogen gas. -Perform hydrogen annealing for about 30 seconds. Next, the temperature of the silicon substrate W is set to the growth temperature. Then, a reactive gas (for example, trichlorosilane (TCS) and a carrier gas (for example, hydrogen gas) is supplied from the reactive gas introduction pipe 105, and an epitaxial layer is grown on the silicon substrate W by vapor phase growth (vapor phase growth step). A wafer can be manufactured, and the manufactured epitaxial wafer is cooled to a set temperature (for example, about 700 ° C.) and taken out from the vapor phase growth apparatus 100.

ここで、エピタキシャル層成長前に塩化水素による気相エッチングを行う効果は、シリコン基板表層に存在する線状形状欠陥を、エッチングにより消えやすい形状に変化させることができるため、その後、気相成長工程を行うことにより欠陥をエピタキシャル層に埋没させて殆ど観測されないくらいに消滅させることができる。これ以外にも、気相エッチング工程を行うと、エピタキシャル層に積層欠陥が発生することを抑制できることが知られている。
このように、シリコン基板表層にエピタキシャル層に欠陥を誘発あるいは完全に消滅させることができずに残存してしまう欠陥がある場合を考慮し、予めこれらの欠陥を消えやすい形にしたり、あるいは欠陥を取り除くために、エピタキシャル成長工程においてはエピタキシャル成長ステップの前に、塩化水素ガスによる気相エッチングを行う場合と、Hアニールを行う場合の2種類の工程があり、どちらも広く量産工程で採用されている。
Here, the effect of performing vapor phase etching with hydrogen chloride before growing the epitaxial layer is that the linear shape defects existing on the surface layer of the silicon substrate can be changed into a shape that easily disappears by etching. By performing the step, defects can be buried in the epitaxial layer and disappear so that they are hardly observed. In addition to this, it is known that the occurrence of stacking faults in the epitaxial layer can be suppressed by performing a gas phase etching process.
In this way, in consideration of the case where there are defects that cannot be induced or completely eliminated in the epitaxial layer on the surface layer of the silicon substrate and remain, these defects can be easily removed or the defects can be removed in advance. In order to eliminate this, in the epitaxial growth process, there are two types of processes, that is, the case of performing vapor phase etching with hydrogen chloride gas and the case of performing H 2 annealing before the epitaxial growth step, both of which are widely adopted in mass production processes. .

しかし、エピタキシャルウェーハ製造の問題点としては、例えばCOP等のグローイン欠陥が存在するシリコン基板上にエピタキシャル層を形成した場合、上記のような気相エッチング等を予め行っても、エピタキシャル層に欠陥が発生してしまうことがあった。   However, as a problem of epitaxial wafer manufacturing, for example, when an epitaxial layer is formed on a silicon substrate having a glow-in defect such as COP, the epitaxial layer has a defect even if the above-described vapor phase etching or the like is performed in advance. It sometimes occurred.

このグローイン欠陥は、CZ法で単結晶育成する際に、シリコン単結晶に取り込まれたベーカンシー(Vacancy、以下Vaと略記すことがある)と呼ばれる空孔型の点欠陥及びインタースティシアル−シリコン(Interstitial−Si、以下Iと略記すことがある)と呼ばれる格子間型シリコン点欠陥が、結晶冷却中に過飽和になって、酸素とともに凝集した複合欠陥であり、FPD、LSTD、COP、OSF等がある。また、このようなグローイン欠陥の評価をする方法としては、RIE法等がある(特許文献10参照)。   This grow-in defect is a vacancy-type point defect called interstitial-silicon (vacancy, which may be abbreviated as Va hereinafter) incorporated into a silicon single crystal when a single crystal is grown by the CZ method. Interstitial type silicon point defects called Interstitial-Si (hereinafter sometimes abbreviated as I) are complex defects that become supersaturated during crystal cooling and agglomerate with oxygen. FPD, LSTD, COP, OSF, etc. is there. Further, as a method for evaluating such a glow-in defect, there is an RIE method or the like (see Patent Document 10).

これらの欠陥を説明するに当たって、先ず、シリコン単結晶に取り込まれるVaとIのそれぞれの取り込まれる濃度を決定する因子について、一般的に知られていることを説明する。   In explaining these defects, first, what is generally known about the factors that determine the respective concentrations of Va and I taken into the silicon single crystal will be explained.

図7(a)は、特許文献1に記載されたCZ法で育成したシリコン単結晶インゴットの欠陥領域と引き上げ速度の関係を示す説明図であり、図7(b)は、シリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコン単結晶ウェーハの面内欠陥分布を示す説明図である。
図7(a)は、単結晶育成時の引き上げ速度V(mm/min)を変化させることによって、シリコン融点から1300℃までの温度範囲における引き上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値G(℃/mm)との比であるV/Gを変化させたものである。
FIG. 7A is an explanatory diagram showing the relationship between the defect region and the pulling speed of a silicon single crystal ingot grown by the CZ method described in Patent Document 1, and FIG. It is explanatory drawing which shows the in-plane defect distribution of the silicon single crystal wafer cut out.
FIG. 7A shows an average value G (° C.) of the temperature gradient in the crystal in the pulling axis direction in the temperature range from the silicon melting point to 1300 ° C. by changing the pulling rate V (mm / min) during single crystal growth. V / G, which is a ratio to / mm).

一般に、単結晶内の温度分布は、CZ炉内構造(以下、ホットゾーン(HZ)という)に依存しており、引き上げ速度を変えてもその分布は殆ど変わらないことが知られている。このため、同一構造のCZ炉の場合は、V/Gは引き上げ速度の変化のみに対応することになる。即ち、引き上げ速度VとV/Gは近似的には正比例の関係がある。したがって、図7(a)の縦軸には引き上げ速度Vを用いている。   In general, the temperature distribution in a single crystal depends on the structure in the CZ furnace (hereinafter referred to as hot zone (HZ)), and it is known that the distribution hardly changes even if the pulling rate is changed. For this reason, in the case of a CZ furnace having the same structure, V / G corresponds to only a change in pulling speed. That is, the pulling speed V and V / G are approximately directly proportional. Therefore, the pulling speed V is used on the vertical axis of FIG.

図7(a)に示すように、引き上げ速度Vが比較的高速な領域では、上述したベーカンシーと呼ばれる点欠陥である空孔が凝集したボイドと考えられるFPD、LSTD、COP等のグローイン欠陥が結晶径方向のほぼ全域に高密度に存在し、これらの欠陥が存在する領域はV−Rich領域と呼ばれている。
成長速度を遅くしていくと、結晶周辺部に発生していたOSFリングが結晶内部に向かって収縮していき、ついには消滅する。さらに成長速度を遅くすると、VaやIの過不足が少ないニュートラル(Neutral:以下Nという)領域が出現する。このN領域はVaやIの偏りはあるが飽和濃度以下であるため、凝集してグローイン欠陥とはならない。
As shown in FIG. 7A, in the region where the pulling rate V is relatively high, glow-in defects such as FPD, LSTD, and COP, which are considered to be voids in which the above-described point defects called vacancy, are aggregated, are crystallized. A region having a high density in almost the entire radial direction and having these defects is called a V-rich region.
As the growth rate is decreased, the OSF ring generated in the periphery of the crystal contracts toward the inside of the crystal and eventually disappears. When the growth rate is further slowed down, a neutral (Neutral: hereinafter referred to as “N”) region in which there is little excess or deficiency of Va and I appears. Although this N region has a bias of Va and I but is below the saturation concentration, it does not aggregate and form a glow-in defect.

このN領域は、Vaが優勢なNv領域とIが優勢なNi領域に分別される。Nv領域のウェーハでは、熱酸化処理した際に酸素析出物(Bulk Micro Defect、以下BMDという)が多く発生し、一方Ni領域のウェーハではこの酸素析出物が殆ど発生しないことがわかっている。
更に成長速度を遅くするとIが過飽和となり、その結果、Iが集合した転位ループと考えられるL/D(Large Dislocation:格子間転位ループの略語、LSEPD、LEPD等)のグローイン欠陥が低密度に存在するI−Rich領域と呼ばれる領域になる。
これらのことから、結晶の中心から径方向全域に渡ってN領域となるような範囲に成長速度を制御しながら引き上げた単結晶を切断、研磨することにより、ウェーハ全面がN領域になる極めて欠陥の少ないウェーハを得ることができる。
The N region is divided into an Nv region where Va is dominant and an Ni region where I is dominant. It has been found that a large amount of oxygen precipitates (Bulk Micro Defect, hereinafter referred to as BMD) are generated in the wafer in the Nv region during thermal oxidation treatment, whereas this oxygen precipitate is hardly generated in the wafer in the Ni region.
When the growth rate is further slowed, I becomes supersaturated. As a result, there is a low density of glow-in defects of L / D (Large Dislocation: abbreviations for interstitial dislocation loops, LSEPD, LEPD, etc.) that are considered to be dislocation loops in which I is aggregated. It becomes an area called an I-Rich area.
From these facts, the single crystal pulled up while controlling the growth rate in a range that becomes the N region from the center of the crystal to the entire radial direction is cut and polished so that the entire surface of the wafer becomes an N region. Can be obtained.

例として、図7(a)のA−Aの位置から切り出したウェーハは、図7(b)に示すようにウェーハ全面がNv領域となる。図7(a)のB−Bの位置から切り出したウェーハは、図7(b)に示すようにウェーハ中心部がNv領域で、その外周部がNi領域となるなる。図7(a)のC−Cから切り出したウェーハは、図7(b)に示すようにウェーハ全面がNi領域となる。   As an example, as shown in FIG. 7B, the entire surface of the wafer cut out from the position AA in FIG. 7A becomes the Nv region. As shown in FIG. 7B, the wafer cut out from the position B-B in FIG. 7A has an Nv region at the center of the wafer and an Ni region at the outer periphery. As shown in FIG. 7B, the entire surface of the wafer cut out from CC in FIG. 7A becomes the Ni region.

しかし、上記したようなN領域のシリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコン基板上にシリコンエピタキシャル層を形成してもエピタキシャル層に欠陥が生じる場合があり、エピタキシャル層の欠陥を抑制する方法として、例えば特許文献6に記載されている方法がある。   However, even if the silicon epitaxial layer is formed on the silicon substrate cut out from the silicon single crystal ingot in the N region as described above, defects may occur in the epitaxial layer. As a method for suppressing defects in the epitaxial layer, for example, There is a method described in Patent Document 6.

特許文献6では、常圧下でエピタキシャル成長するとエピタキシャル層の厚さが2μm以上でないとエピタキシャル層表面にCOPの消え残りが発生すると記載されている。この対策として、特許文献6では、シリコン基板を1150〜1200℃で1〜10分間、Hガス雰囲気中で熱処理した後に、常圧下でエピタキシャル成長する場合は0.4μm以上、減圧下でエピタキシャル成長する場合は4μm以上の厚さのエピタキシャル層を形成することで、大きさ130nm以上のCOPの消え残りが0.3個/cm以下に抑制できると報告している。 Patent Document 6 describes that when epitaxial growth is performed under normal pressure, the COP disappears on the surface of the epitaxial layer unless the thickness of the epitaxial layer is 2 μm or more. As a countermeasure, in Patent Document 6, when a silicon substrate is heat-treated at 1150 to 1200 ° C. for 1 to 10 minutes in an H 2 gas atmosphere and then epitaxially grown under normal pressure, 0.4 μm or more, and when epitaxially grown under reduced pressure Reported that by forming an epitaxial layer having a thickness of 4 μm or more, the disappearance of COPs having a size of 130 nm or more can be suppressed to 0.3 pieces / cm 2 or less.

しかしながらデバイスの微細化が進展した現在では、欠陥サイズの要求は50nm以下のサイズの欠陥発生がないことが要求されており、要求品質を満足できない状況となっている。また、COPの消え残りを無くすためには、ある厚さ以上のエピタキシャル層を形成する必要がある点や、減圧下のエピタキシャル成長条件は圧力200Torr以上でないと効果がない点から、成長条件に制約があるといった問題点がある。   However, at the present time when device miniaturization has progressed, the requirement for defect size is that no defect having a size of 50 nm or less is generated, and the required quality cannot be satisfied. In order to eliminate the disappearance of COP, there is a limitation on the growth conditions because it is necessary to form an epitaxial layer with a certain thickness or more, and the epitaxial growth conditions under reduced pressure are effective unless the pressure is 200 Torr or higher. There is a problem that there is.

このようなシリコン基板表面のCOP、OSF核、酸素析出物等のような酸素関連の欠陥を縮小あるいは消滅させるためには、酸素濃度を固溶限以下にする必要がある。例えば通常の熱処理炉を用いて1150℃以上で熱処理し、酸素の外方拡散を利用して表層の酸素濃度を低下させることにより固溶限以下にする方法で欠陥を縮小あるいは消滅させることができる。しかし、熱処理時間が長いため、酸素の外方拡散により表層の酸素濃度が著しく低下してしまい、表層の機械的強度も低下し、エピタキシャル成長を行うとスリップ転位が発生しやすいという問題点もある。   In order to reduce or eliminate such oxygen-related defects such as COP, OSF nuclei, oxygen precipitates, etc. on the silicon substrate surface, it is necessary to make the oxygen concentration below the solid solubility limit. For example, defects can be reduced or eliminated by a method in which the heat treatment is performed at 1150 ° C. or higher using a normal heat treatment furnace and the oxygen concentration in the surface layer is reduced using oxygen out-diffusion to bring it below the solid solution limit. . However, since the heat treatment time is long, the oxygen concentration in the surface layer is remarkably reduced due to the outward diffusion of oxygen, the mechanical strength of the surface layer is also lowered, and slip dislocation is liable to occur during epitaxial growth.

また、特許文献6に記載のCOPを消滅あるいは縮小させるための熱処理をエピタキシャル炉中で行い、その後連続してエピタキシャル成長を行う方法も考えられる。しかし、この場合においてもエピタキシャル成長工程中で1分〜10分の熱処理を行うと、特に枚葉式気相成長装置の場合、エピタキシャルウェーハの生産性が著しく低下するため生産コストの増大を招くといった問題点もある。   Another possible method is to perform heat treatment for eliminating or reducing the COP described in Patent Document 6 in an epitaxial furnace, and then performing epitaxial growth continuously. However, even in this case, if the heat treatment is performed for 1 to 10 minutes in the epitaxial growth process, particularly in the case of a single-wafer type vapor phase growth apparatus, the productivity of the epitaxial wafer is remarkably lowered, which causes an increase in production cost. There is also a point.

また、特許文献7には、COPのサイズが130nm以下のシリコン基板を用いて1100℃以上の温度で等温・等圧の熱処理後に連続してエピタキシャル層を形成する一連のアニール−エピタキシャル工程を行うことにより、アニール工程でCOP形状を浅い形状にすることができ、その後連続して行うエピタキシャル成長でCOPを埋めることができると報告されている。
しかし、120nm以上のサイズのCOPの消え残りのデーターであり、上記したように、デバイスの微細化が進展した現在では、欠陥サイズの要求は50nm以下のサイズの欠陥発生がないことが要求されており、要求品質を満足できない状況となっている。またCOPの消え残りを無くすためには、ある厚さ以上のエピタキシャル層を形成する必要がある点は、特許文献6と基本的に同様である点や、シリコン基板のCOPサイズを130nm以下にする必要があるといった制約があり、問題である。
Further, in Patent Document 7, a series of annealing-epitaxial processes are performed in which an epitaxial layer is continuously formed after isothermal / isobaric heat treatment at a temperature of 1100 ° C. or higher using a silicon substrate having a COP size of 130 nm or less. Thus, it has been reported that the COP shape can be made shallow in the annealing process, and the COP can be filled by epitaxial growth performed continuously thereafter.
However, this is the remaining data of COPs with a size of 120 nm or more. As described above, with the progress of miniaturization of devices, the requirement for defect size is that there is no generation of defects with a size of 50 nm or less. Therefore, the required quality cannot be satisfied. In order to eliminate the disappearance of COP, it is necessary to form an epitaxial layer with a certain thickness or more, which is basically the same as in Patent Document 6, and the COP size of the silicon substrate is 130 nm or less. There is a restriction that it is necessary, and it is a problem.

特許文献6及び特許文献7の問題点は、いずれもエピタキシャル成長前の熱処理でCOP等を消えやすい形あるいは縮小させて、エピタキシャル成長中に完全に消滅あるいはCOPの溝を埋めることにより、欠陥を消滅させるため、当然エピタキシャル成長条件に制約を生じるという根本的な問題がある。   The problems of Patent Document 6 and Patent Document 7 are that COP and the like are easily disappeared or reduced by heat treatment before epitaxial growth, and the defects are eliminated by completely annihilating or filling the COP groove during epitaxial growth. Of course, there is a fundamental problem that the epitaxial growth conditions are limited.

また、エピタキシャルウェーハの一般的な問題として、上記シリコン基板表面の欠陥以外に、エピタキシャル成長は、通常1100℃以上の水素雰囲気中で行われるために、基板内部に格子間シリコンの注入が生じ、シリコン基板中に存在する酸素析出物が消滅してしまうため、必要なBMDが得られないという問題がある。   Further, as a general problem of an epitaxial wafer, in addition to the defects on the surface of the silicon substrate, epitaxial growth is normally performed in a hydrogen atmosphere at 1100 ° C. or higher. There is a problem that the necessary BMD cannot be obtained because the oxygen precipitates present therein disappear.

このようなBMDがデバイス活性領域以外のバルクに存在すると、デバイスプロセス中に混入した金属不純物を捕獲するゲッタリングサイトとして機能するため有効である。
また、BMDはサイズが小さい場合は転位の運動を抑制するため、ウェーハの強度を高める作用、所謂析出強化の作用を発揮し有効であるが、密度が高すぎたりBMDサイズが大きすぎると、ウェーハに大きなソリが生じるといった弊害が発生するため、密度とサイズを、使用するデバイスに応じて適切な範囲に制御することが重要であり、そのためにはBMDを精度良く制御する技術が重要である。
The presence of such BMD in the bulk other than the device active region is effective because it functions as a gettering site for capturing metal impurities mixed during the device process.
In addition, since BMD suppresses the movement of dislocation when the size is small, it is effective to increase the strength of the wafer, that is, the so-called precipitation strengthening effect. However, if the density is too high or the BMD size is too large, Therefore, it is important to control the density and size within an appropriate range according to the device to be used. For this purpose, a technique for accurately controlling the BMD is important.

近年、BMDのほとんど発生しないNi領域等のシリコン基板内部に、BMDを形成する方法として、RTP(Rapid Thermal Process)処理する方法(以下、急速加熱・急速冷却処理、または急速熱処理ともいう)が提案されている。
このRTP処理とは、N、NH等の窒化物形成雰囲気ガス、あるいは、これらのガスとAr、H等の窒化物非形成雰囲気ガスとの混合ガスの雰囲気中で、例えば50℃/秒といった昇温速度で室温から急速昇温し、1200℃前後の温度で数十秒程度加熱保持した後、例えば50℃/秒といった降温速度で急速に冷却する熱処理方法である。
Recently, as a method for forming BMD in a silicon substrate such as a Ni region where BMD hardly occurs, a method of RTP (Rapid Thermal Process) treatment (hereinafter also referred to as rapid heating / cooling treatment or rapid heat treatment) has been proposed. Has been.
The RTP treatment is performed in an atmosphere of a nitride forming atmosphere gas such as N 2 or NH 3 or a mixed gas of these gases and a non-nitride forming atmosphere gas such as Ar or H 2 , for example, at 50 ° C. / This is a heat treatment method in which the temperature is rapidly increased from room temperature at a temperature increase rate of seconds, heated and held at a temperature of about 1200 ° C. for about several tens of seconds, and then rapidly cooled at a temperature decrease rate of 50 ° C./second.

ここで、RTP処理後に酸素析出熱処理を行うことによって、BMDが形成されるメカニズムについて、簡単に説明する(特許文献2、特許文献3参照)。
まず、RTP処理では、例えばN雰囲気中で1200℃という高温保持中にウェーハ表面よりVaの注入が起こり、1200℃から700℃の温度範囲を例えば5℃/秒という降温速度で冷却する間に、Vaの拡散による再分布及びIとの消滅が起きる。
Here, the mechanism by which BMD is formed by performing oxygen precipitation heat treatment after RTP treatment will be briefly described (see Patent Document 2 and Patent Document 3).
First, in the RTP process, for example, Va is injected from the wafer surface while maintaining a high temperature of 1200 ° C. in an N 2 atmosphere, and the temperature range of 1200 ° C. to 700 ° C. is cooled at a rate of temperature decrease of 5 ° C./second, for example. , Va redistribution due to diffusion and disappearance of I occurs.

その結果、バルク中にはVaが不均一に分布した状態になる。このような状態のウェーハを例えば800℃で熱処理すると、高いVa濃度の領域では酸素が急速にクラスター化するが、低いVa濃度の領域では酸素がクラスター化しない。   As a result, Va is unevenly distributed in the bulk. When the wafer in such a state is heat-treated at, for example, 800 ° C., oxygen is rapidly clustered in a high Va concentration region, but oxygen is not clustered in a low Va concentration region.

次いで、この状態で例えば1000℃で一定時間熱処理すると、クラスター化した酸素が成長してBMDが形成される。このように、RTP処理後のシリコン基板に酸素析出熱処理を施すと、RTP処理で形成されたVaの濃度プロファイルに従って、ウェーハ深さ方向に分布を有するBMDが形成されることになる。したがって、RTP処理の雰囲気や最高温度、保持時間等の条件を制御して行うことにより、シリコン基板に所望のVa濃度プロファイルを形成し、その後シリコン基板に酸素析出熱処理を行うことによって、所望のDZ幅及び深さ方向のBMDプロファイルを有するウェーハを製造することができる。   Next, when heat treatment is performed at 1000 ° C. for a certain time in this state, for example, clustered oxygen grows to form BMD. As described above, when the oxygen precipitation heat treatment is performed on the silicon substrate after the RTP process, a BMD having a distribution in the wafer depth direction is formed according to the concentration profile of Va formed by the RTP process. Therefore, the desired Va concentration profile is formed on the silicon substrate by controlling the conditions such as the atmosphere, maximum temperature, and holding time of the RTP process, and then the desired DZ is performed by performing the oxygen precipitation heat treatment on the silicon substrate. Wafers with BMD profiles in the width and depth directions can be manufactured.

また、特許文献4には、酸素ガス雰囲気中でRTP処理すると、表面に酸化膜が形成されることにより酸化膜界面からウェーハ内にIが注入され、BMD形成が抑制されることが開示されている。
このようにRTP処理は雰囲気ガス、最高保持温度および他の条件により、BMD形成を促進することも、逆に抑制することも可能である。またRTP処理は、極めて短時間のアニールであるため、酸素の外方拡散が殆ど発生せず、ウェーハ表層での酸素濃度の低下は少ない。
Patent Document 4 discloses that when RTP treatment is performed in an oxygen gas atmosphere, an oxide film is formed on the surface, so that I is injected into the wafer from the oxide film interface, thereby suppressing BMD formation. Yes.
As described above, the RTP treatment can promote BMD formation or conversely, depending on the atmospheric gas, the maximum holding temperature, and other conditions. In addition, since the RTP process is an extremely short time annealing, oxygen outdiffusion hardly occurs, and the oxygen concentration in the wafer surface layer is hardly lowered.

また、特許文献8には、シリコン基板を1200℃以上かつ融点以下の温度で10〜30秒の急速加熱・急速冷却の熱処理(RTP処理)を行うことにより、シリコン基板中に空孔を新たに形成し、その後1170℃以下でRTP処理温度より30℃以上低い温度でエピタキシャル成長する製造方法が開示されている。   Further, Patent Document 8 discloses that a void is newly formed in a silicon substrate by performing a rapid heating / cooling heat treatment (RTP process) for 10 to 30 seconds at a temperature of 1200 ° C. or higher and a melting point or lower. A manufacturing method is disclosed in which it is formed and then epitaxially grown at a temperature of 1170 ° C. or lower and 30 ° C. or lower than the RTP processing temperature.

特許文献8には、BMDを制御するにはRTP温度とエピタキシャル成長温度との差は65−115℃が良いと記載されている。このため、特許文献8では、エピタキシャル成長温度を1170℃以下と規定していることから、RTP温度は最大でも1285℃であることになる。実際、特許文献8の実施例のRTP処理の最高温度は1200℃である。この方法は確かにエピタキシャルウェーハにBMDを形成するには有効であるが、エピタキシャル成長用のシリコン基板のCOPなどのグローイン欠陥についての検討がされていない。   Patent Document 8 describes that the difference between the RTP temperature and the epitaxial growth temperature is preferably 65 to 115 ° C. in order to control BMD. For this reason, since Patent Document 8 defines the epitaxial growth temperature as 1170 ° C. or lower, the RTP temperature is 1285 ° C. at the maximum. In fact, the maximum temperature of the RTP process in the example of Patent Document 8 is 1200 ° C. Although this method is certainly effective for forming BMD on an epitaxial wafer, no investigation has been made on glow-in defects such as COP of a silicon substrate for epitaxial growth.

一方、RTP処理によりCOPやOSFといったグローイン欠陥が消滅するといった報告もなされている。
例えば特許文献9には、水素ガス雰囲気で1200℃以上の温度でRTP処理することによりCOPが消滅し、表層にDZ層が形成され、酸化膜信頼性のひとつであるTZDB(Time Zero Dielectric Breakdown)特性と長期信頼性である経時絶縁破壊特性であるTDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown)特性が改善することが開示されている。
On the other hand, it has been reported that glow-in defects such as COP and OSF disappear due to RTP processing.
For example, in Patent Document 9, COP disappears by RTP treatment at a temperature of 1200 ° C. or higher in a hydrogen gas atmosphere, a DZ layer is formed on the surface layer, and TZDB (Time Zero Dielectric Breakdown) is one of oxide film reliability. It is disclosed that TDDB (Time Dependent Dielectric Breakdown) characteristics, which are dielectric breakdown characteristics over time, which are characteristics and long-term reliability, are improved.

特開2007−191320号公報JP 2007-191320 A 特開2001−203210号公報JP 2001-203210 A 特表2001−503009号公報Special table 2001-503209 gazette 特開2003−297839号公報JP 2003-297839 A 特開2003−197547号公報JP 2003-197547 A 特許第3763629号公報Japanese Patent No. 3763629 特開2001−68420号公報JP 2001-68420 A 特許第3791446号公報Japanese Patent No. 3791446 特開平10−326790号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-326790 特開2000−58509号公報JP 2000-58509 A 特開2009−249205号公報JP 2009-249205 A

しかし、上記いずれの方法でも、シリコンエピタキシャル層に生じる50nm以下のサイズの欠陥を十分に抑制することはできなかった。   However, any of the above methods cannot sufficiently suppress defects having a size of 50 nm or less generated in the silicon epitaxial layer.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、欠陥のほとんどないシリコンエピタキシャル層を形成できるエピタキシャルウェーハの製造方法、当該方法により製造されたエピタキシャルウェーハ及び撮像用デバイスの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides an epitaxial wafer manufacturing method capable of forming a silicon epitaxial layer having almost no defects, an epitaxial wafer manufactured by the method, and an imaging device manufacturing method. The purpose is to do.

上記目的を達成するために、本発明は、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコン基板の表面上にシリコンエピタキシャル層を形成してエピタキシャルウェーハを製造する方法であって、少なくとも、前記シリコン基板に急速熱処理を施すことによって、少なくとも前記シリコン基板の表面から0.5μmの深さまでの領域に存在するRIE法により検出される欠陥を消滅させるRIE欠陥消滅工程と、前記RIE法により検出される欠陥を消滅させたシリコン基板の表面上に前記シリコンエピタキシャル層を形成する工程とを具備することを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。   In order to achieve the above object, the present invention is a method of manufacturing an epitaxial wafer by forming a silicon epitaxial layer on the surface of a silicon substrate cut out from a silicon single crystal ingot grown by the Czochralski method. An RIE defect extinguishing step of extinguishing defects detected by an RIE method existing at least in a region from the surface of the silicon substrate to a depth of 0.5 μm by performing rapid thermal processing on the silicon substrate; And a step of forming the silicon epitaxial layer on the surface of the silicon substrate from which defects detected by the method have been eliminated, and a method for producing an epitaxial wafer.

このように、シリコン基板に急速熱処理を施すことによって、少なくともシリコン基板の表面から0.5μmの深さまでの領域に存在するRIE法により検出される欠陥を消滅させるRIE欠陥消滅工程を行うことによって、シリコン基板の表層を研磨、気相エッチング等により除去しても、シリコン基板表面に欠陥が露出することもなく、その後の工程において、欠陥のほとんどないシリコンエピタキシャル層を成長条件等によらず形成することができる。さらに、シリコンエピタキシャル層形成前の研磨、気相エッチング等を十分に行うことができるため、汚染や欠陥をより低減することができる。また、急速熱処理であれば、内部のBMD密度を効果的に制御することができる。
以上より、本発明によれば、所望のBMD密度を有し、欠陥のほとんどない高品質のエピタキシャルウェーハを製造することができる。
Thus, by performing a rapid heat treatment on the silicon substrate, by performing an RIE defect extinction step of eliminating defects detected by the RIE method existing at least in a region from the surface of the silicon substrate to a depth of 0.5 μm, Even if the surface layer of the silicon substrate is removed by polishing, vapor phase etching or the like, defects are not exposed on the surface of the silicon substrate, and a silicon epitaxial layer having almost no defects is formed in the subsequent steps regardless of growth conditions. be able to. Furthermore, since polishing and vapor phase etching before forming the silicon epitaxial layer can be sufficiently performed, contamination and defects can be further reduced. Moreover, if it is rapid thermal processing, an internal BMD density can be controlled effectively.
As described above, according to the present invention, a high quality epitaxial wafer having a desired BMD density and almost no defects can be manufactured.

このとき、前記RIE欠陥消滅工程において、前記急速熱処理を、急速加熱・急速冷却装置を用いて、窒化膜形成雰囲気ガス及びArガスのうちの少なくとも一種類のガスを含む雰囲気で1300℃より高く1400℃以下の温度で1〜60秒間施し、前記シリコンエピタキシャル層形成工程において、前記シリコン基板の表面上に1175℃以下の成長温度で前記シリコンエピタキシャル層を形成することができる。
このように、急速熱処理を、急速加熱・急速冷却装置を用いて、窒化膜形成雰囲気ガス及びArガスのうちの少なくとも一種類のガスを含む雰囲気で1300℃より高く1400℃以下の温度で1〜60秒間施すことにより、少なくともシリコン基板の表面から0.5μmの深さまでの領域に存在するRIE法により検出される欠陥を確実に消滅させることができ、同時にシリコン基板内部に新たな空孔を形成することができる。そして、シリコンエピタキシャル層形成工程で、欠陥の無いシリコンエピタキシャル層を形成しながら、1175℃以下の成長温度であれば、急速熱処理より125℃以上低温であるため、形成した新たな空孔がエピタキシャル層形成工程で消滅することも抑制できる。これにより、デバイス作製工程等の際に、BMD形成が大幅に促進されてゲッタリング能力を効率的に向上させることができる。
At this time, in the RIE defect disappearance step, the rapid thermal treatment is performed at a temperature higher than 1300 ° C. and 1400 ° C. in an atmosphere containing at least one kind of a gas for forming a nitride film and an Ar gas using a rapid heating / rapid cooling device. In the silicon epitaxial layer forming step, the silicon epitaxial layer can be formed at a growth temperature of 1175 ° C. or lower on the surface of the silicon substrate.
As described above, the rapid heat treatment is performed at a temperature higher than 1300 ° C. and lower than 1400 ° C. in an atmosphere containing at least one kind of gas of the nitride film forming atmosphere and Ar gas using a rapid heating / rapid cooling device. By applying for 60 seconds, defects detected by the RIE method existing at least in the region from the surface of the silicon substrate to a depth of 0.5 μm can be surely eliminated, and at the same time, new vacancies are formed inside the silicon substrate. can do. Then, while forming a silicon epitaxial layer having no defect in the silicon epitaxial layer forming step, if the growth temperature is 1175 ° C. or less, the temperature is 125 ° C. or more lower than the rapid thermal processing, and thus the formed new vacancy is an epitaxial layer. Disappearance in the formation process can also be suppressed. As a result, during the device manufacturing process or the like, BMD formation is greatly promoted and the gettering ability can be improved efficiently.

また、前記RIE欠陥消滅工程において、前記急速熱処理を、急速加熱・急速冷却装置を用いて、酸素雰囲気で1300℃より高く1400℃以下の温度で1〜60秒間施し、前記シリコンエピタキシャル層形成工程において、前記シリコン基板の表面上に1175℃以下の成長温度で前記シリコンエピタキシャル層を形成することができる。
このように、急速熱処理を、急速加熱・急速冷却装置を用いて、酸素雰囲気で1300℃より高く1400℃以下の温度で1〜60秒間施すことによって、少なくともシリコン基板の表面から0.5μmの深さまでの領域に存在するRIE法により検出される欠陥を確実に消滅させることができ、同時にシリコン基板内部に新たな格子間シリコンを形成することができる。そして、シリコンエピタキシャル層形成工程で、欠陥の無いシリコンエピタキシャル層を形成しながら、1175℃以下の成長温度であれば、急速熱処理より125℃以上低温であるため、形成した新たな格子間シリコンがエピタキシャル層形成工程で消滅することも抑制できる。これにより、デバイス作製工程等の際に、BMD形成を抑制することもできる。
In the RIE defect elimination step, the rapid thermal treatment is performed in an oxygen atmosphere at a temperature higher than 1300 ° C. and lower than 1400 ° C. for 1 to 60 seconds using a rapid heating / rapid cooling device, and in the silicon epitaxial layer forming step, The silicon epitaxial layer can be formed on the surface of the silicon substrate at a growth temperature of 1175 ° C. or lower.
In this way, the rapid heat treatment is performed at a temperature higher than 1300 ° C. and not higher than 1400 ° C. for 1 to 60 seconds using a rapid heating / rapid cooling device to at least a depth of 0.5 μm from the surface of the silicon substrate. Defects detected by the RIE method existing in the previous region can be surely eliminated, and at the same time, new interstitial silicon can be formed inside the silicon substrate. Then, while forming a silicon epitaxial layer having no defect in the silicon epitaxial layer forming step, if the growth temperature is 1175 ° C. or less, the temperature is 125 ° C. or more lower than the rapid heat treatment, and thus the newly formed interstitial silicon is epitaxially formed. Disappearance in the layer forming process can also be suppressed. Thereby, BMD formation can also be suppressed in the device manufacturing process or the like.

このとき、シリコン基板を、全面がOSF領域、全面がN領域、又はOSF領域及びN領域が混合した領域であるシリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコン単結晶ウェーハとすることが好ましい。
このように、シリコン基板を、全面がOSF領域、全面がN領域、又はOSF領域及びN領域が混合した領域であるシリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコン単結晶ウェーハとすれば、急速熱処理によって、シリコン基板の表面からより深い領域に存在する欠陥を消滅させることができ、シリコンエピタキシャル層形成前の研磨、エッチング等を十分に行っても、シリコン基板表面に欠陥の露出が無く、より高品質のエピタキシャルウェーハを製造することができる。
At this time, the silicon substrate is preferably a silicon single crystal wafer cut out from a silicon single crystal ingot whose entire surface is an OSF region, the entire surface is an N region, or a region where the OSF region and the N region are mixed.
Thus, if the silicon substrate is a silicon single crystal wafer cut out from a silicon single crystal ingot whose entire surface is an OSF region, the entire surface is an N region, or a region where the OSF region and the N region are mixed, rapid thermal annealing is performed. Defects that exist in deeper regions from the surface of the silicon substrate can be eliminated, and even if polishing, etching, etc. before the formation of the silicon epitaxial layer are sufficiently performed, there is no exposure of defects on the silicon substrate surface, resulting in higher quality An epitaxial wafer can be manufactured.

このとき、前記シリコン基板を、9×1017atoms/cm(JEIDA:日本電子工業振興協会による換算係数)以下の濃度の酸素を含有するシリコン単結晶ウェーハとすることが好ましい。
このように、シリコン基板を、9×1017atoms/cm(JEIDA)以下の濃度の酸素を含有するシリコン単結晶ウェーハとすることで、グローイン欠陥のサイズがより小さいため、急速熱処理によって容易に欠陥を消滅させることができる。
At this time, it is preferable that the silicon substrate is a silicon single crystal wafer containing oxygen at a concentration equal to or lower than 9 × 10 17 atoms / cm 3 (JEIDA: conversion coefficient by Japan Electronics Industry Promotion Association).
In this way, by making the silicon substrate a silicon single crystal wafer containing oxygen at a concentration of 9 × 10 17 atoms / cm 3 (JEIDA) or less, the size of the glow-in defect is smaller. Defects can be eliminated.

このとき、前記シリコン基板を、1×1011〜1×1015atoms/cmの濃度の窒素及び/又は1×1016〜1×1017atoms/cmの濃度の炭素を含有するシリコン単結晶ウェーハとすることが好ましい。
このように、シリコン基板を、1×1011〜1×1015atoms/cmの濃度の窒素及び/又は1×1016〜1×1017atoms/cmの濃度の炭素を含有するシリコン単結晶ウェーハとすることで、製造されるシリコンエピタキシャルウェーハの強度をより向上させることができ、BMD形成促進も、より効率的に行うことができる。
At this time, the silicon substrate is made of a silicon single substance containing nitrogen having a concentration of 1 × 10 11 to 1 × 10 15 atoms / cm 3 and / or carbon having a concentration of 1 × 10 16 to 1 × 10 17 atoms / cm 3. A crystal wafer is preferable.
In this way, the silicon substrate is made of silicon containing nitrogen at a concentration of 1 × 10 11 to 1 × 10 15 atoms / cm 3 and / or carbon at a concentration of 1 × 10 16 to 1 × 10 17 atoms / cm 3. By setting it as a crystal wafer, the intensity | strength of the silicon epitaxial wafer manufactured can be improved more, and BMD formation promotion can also be performed more efficiently.

また、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法により製造されたものであることを特徴とするエピタキシャルウェーハを提供する。
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法により製造されたエピタキシャルウェーハであれば、所望のBMD密度を有し、欠陥のほとんどない高品質のエピタキシャルウェーハとすることができる。
Moreover, the epitaxial wafer manufactured by the manufacturing method of the epitaxial wafer of this invention is provided.
If it is the epitaxial wafer manufactured by the manufacturing method of the epitaxial wafer of this invention, it can be set as the high quality epitaxial wafer which has a desired BMD density and has few defects.

また、本発明のエピタキシャルウェーハを用いて撮像用デバイスを製造することを特徴とする撮像用デバイスの製造方法を提供する。
本発明のエピタキシャルウェーハであれば、欠陥がほとんどなく、ウェーハ全体にわたって均一なBMDを有するため、撮像用デバイスの製造に用いることで、CCDやMOSイメージセンサーの特性の面内バラツキを低減することができる。
Moreover, the imaging device manufacturing method characterized by manufacturing an imaging device using the epitaxial wafer of this invention is provided.
Since the epitaxial wafer of the present invention has almost no defects and has a uniform BMD over the entire wafer, in-plane variation in characteristics of CCD and MOS image sensors can be reduced by using it for manufacturing imaging devices. it can.

以上のように、本発明によれば、所望のBMD密度を有し、欠陥のほとんどない高品質のエピタキシャルウェーハを製造することができる。   As described above, according to the present invention, a high quality epitaxial wafer having a desired BMD density and almost no defects can be manufactured.

本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の実施態様の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the embodiment of the manufacturing method of the epitaxial wafer of this invention. シリコン単結晶の引き上げ速度V、引き上げたシリコン単結晶から得られたシリコン単結晶ウェーハをRTP処理するときの温度、RTP処理後のウェーハについてTDDB特性を評価した結果の関係を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the relationship of the result of having evaluated the TDDB characteristic about the temperature at the time of carrying out RTP processing of the silicon single crystal wafer obtained from the pulled silicon single crystal, RTP processing, and the wafer after RTP processing. . シリコン単結晶インゴットの成長速度と各欠陥分布を示す。The growth rate of silicon single crystal ingot and each defect distribution are shown. 急速加熱・急速冷却装置を示す概略図である。It is the schematic which shows a rapid heating and rapid cooling apparatus. RIE法による欠陥の評価を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the evaluation of the defect by RIE method. 一般的な枚葉式の気相成長装置の概略図である。1 is a schematic view of a general single wafer type vapor phase growth apparatus. FIG. 図7(a)CZ法で育成したシリコン単結晶インゴットの欠陥領域と引き上げ速度の関係を示す説明図であり、図7(b)シリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコン単結晶ウェーハの面内欠陥分布を示す説明図である。FIG. 7 (a) is an explanatory view showing the relationship between the defect region of the silicon single crystal ingot grown by the CZ method and the pulling speed, and FIG. 7 (b) the in-plane defects of the silicon single crystal wafer cut out from the silicon single crystal ingot. It is explanatory drawing which shows distribution. 単結晶引き上げ装置の概略図である。It is the schematic of a single crystal pulling apparatus.

近年のデバイスにおいては、デバイス動作領域には酸素関連のグローイン欠陥やグローイン酸素析出物がなく、しかも、デバイス動作領域より深いバルクにおいてはBMDが適切に制御されたエピタキシャルウェーハが有効である。
そこで、本発明者らは、従来技術について考察するとともに、上記のようなエピタキシャルウェーハを得るために、RTP処理やTDDB特性、RIE欠陥、さらにはウェーハ表層の酸素濃度の関係について鋭意研究を行った。
In recent devices, an epitaxial wafer having no oxygen-related glow-in defects or glow-in oxygen precipitates in the device operating region, and appropriately controlled BMD in the bulk deeper than the device operating region is effective.
Therefore, the present inventors considered the prior art, and in order to obtain an epitaxial wafer as described above, conducted extensive research on the relationship between RTP processing, TDDB characteristics, RIE defects, and oxygen concentration on the wafer surface layer. .

まず、前述した特許文献2には、シリコン基板としてVaやIの凝集体の存在しないN領域の単結晶から切り出し、全面がN領域からなるシリコン基板をRTP処理する方法が記載されている。
この方法の場合は、材料となるシリコン基板中にグローイン欠陥が存在しないため、RTP処理しても問題ないように考えられるが、全面がN領域のシリコン基板を準備し、RTP処理を行った後、酸化膜の長期信頼性であるTDDB特性を測定すると、シリコン基板のNv領域においてTZDB特性は殆ど低下しないが、TDDB特性は低下する場合がある(特許文献1参照)。
First, in Patent Document 2 described above, a method is described in which a silicon substrate is cut out from a single crystal in an N region where Va and I aggregates are not present, and a silicon substrate having an entire N region is subjected to RTP treatment.
In this method, since there is no glow-in defect in the silicon substrate as a material, it can be considered that there is no problem even if the RTP process is performed. However, after preparing the silicon substrate having the entire N region and performing the RTP process, When the TDDB characteristic, which is the long-term reliability of the oxide film, is measured, the TZDB characteristic is hardly lowered in the Nv region of the silicon substrate, but the TDDB characteristic may be lowered (see Patent Document 1).

図2は、特許文献1に記載されたシリコン単結晶の引き上げ速度V、引き上げたシリコン単結晶から得られたシリコン単結晶ウェーハをRTP処理するときの温度、RTP処理後のウェーハについてTDDB特性を評価した結果(○:良好、△:やや低下、×:低下)の関係を示した説明図である。
図2から分かるように、引き上げ速度Vが0.56mm/min以下の場合、すなわち図7(a)に示すウェーハ全面がNi領域の場合、そのウェーハをRTP処理し、その後にTDDB特性を評価すると、RTP処理温度とは無関係にTDDB特性は良好である。
FIG. 2 shows the pulling speed V of the silicon single crystal described in Patent Document 1, the temperature when the silicon single crystal wafer obtained from the pulled silicon single crystal is RTP processed, and the TDDB characteristics of the wafer after the RTP processing. It is explanatory drawing which showed the relationship of the result ((circle): favorable, (triangle | delta): some fall, x: fall).
As can be seen from FIG. 2, when the pulling speed V is 0.56 mm / min or less, that is, when the entire surface of the wafer shown in FIG. 7A is a Ni region, the wafer is subjected to RTP treatment, and then the TDDB characteristics are evaluated. The TDDB characteristics are good regardless of the RTP treatment temperature.

しかしながら、0.57mm/minで引き上げられたシリコン単結晶インゴットから切り出されたウェーハの場合は、RTP処理温度が1190℃以上になると酸化膜の真性故障モードであるγモードの良品率が低下し、1270℃でも低下したままであることが判る。
該ウェーハは、図7(b)で示したB−Bのウェーハに相当し、中心がNv領域で、その外周部にNi領域が存在するウェーハである。
However, in the case of a wafer cut from a silicon single crystal ingot pulled up at 0.57 mm / min, when the RTP processing temperature is 1190 ° C. or higher, the non-defective product rate of the γ mode, which is an intrinsic failure mode of the oxide film, decreases. It can be seen that it remains lowered even at 1270 ° C.
The wafer corresponds to the wafer BB shown in FIG. 7B, and is a wafer having an Nv region at the center and a Ni region on the outer periphery thereof.

ここで、特許文献1の実験結果ではRTP処理によりTDDB特性が低下しているのに対して、特許文献9の図5、6に開示された結果では、1200℃以上の温度でRTP処理するとTZDB特性、TDDB特性は共に改善しており、矛盾しているように考えられる。   Here, in the experimental results of Patent Document 1, the TDDB characteristics are deteriorated by the RTP process, whereas in the results disclosed in FIGS. 5 and 6 of Patent Document 9, when the RTP process is performed at a temperature of 1200 ° C. or higher, the TZDB characteristic is reduced. Both the characteristics and the TDDB characteristics are improved and seem to be contradictory.

特許文献1と特許文献9との違いは、特許文献1がNv領域とNi領域混在のウェーハを用いて、NHとArガスの混合ガス雰囲気中でRTP処理しているのに対して、特許文献9に開示された実験では、点欠陥である空孔が凝集したグローイン欠陥であるCOPが発生しているV−Rich領域のウェーハを、水素ガス中でRTP処理した後にTDDB特性の評価を行っている点にある。 The difference between Patent Document 1 and Patent Document 9 is that Patent Document 1 uses an Nv region and Ni region mixed wafer and performs RTP treatment in a mixed gas atmosphere of NH 3 and Ar gas. In the experiment disclosed in Document 9, the TDDB characteristics were evaluated after RTP treatment was performed in hydrogen gas on a wafer in the V-Rich region where COPs, which are glow-in defects, in which vacancies, which are point defects, were agglomerated, were generated. There is in point.

特許文献2には、水素ガス雰囲気のRTP処理は、ArガスやArガスとNガス混合雰囲気のRTP処理に比べてCOP分解性が高いことが開示されている。
また特許文献9には、RTP処理後に1050℃で30分の酸化処理をすると、TZDB、TDDB特性が15−20%程度低下することも報告されている。
Patent Document 2 discloses that the RTP treatment in a hydrogen gas atmosphere has higher COP decomposability than the RTP treatment in an Ar gas or Ar gas and N 2 gas mixed atmosphere.
Patent Document 9 also reports that the TZDB and TDDB characteristics are reduced by about 15 to 20% when an oxidation treatment is performed at 1050 ° C. for 30 minutes after the RTP treatment.

これらのことから判断すると、特許文献9においては、Hガス雰囲気のRTP処理で、表面あるいは表面から極浅の領域のみのCOPは消滅したためTDDB特性は回復したが、RTP処理後に1050℃で30分酸化処理し、極薄の酸化膜の形成後に、当該酸化膜を除去して、表層の極浅の領域を除去するとTDDB特性が低下している。すなわち、酸化膜の厚さの分だけ除去された深さの位置にあったCOPは完全には分解できていないことを、本発明者らは見出した。 Judging from these facts, in Patent Document 9, in the RTP treatment in the H 2 gas atmosphere, the COP only in the surface or in the extremely shallow region from the surface disappeared, so that the TDDB characteristic was recovered. After the partial oxidation treatment and the formation of the ultrathin oxide film, the oxide film is removed, and when the super shallow region of the surface layer is removed, the TDDB characteristics are deteriorated. That is, the present inventors have found that the COP at the position where the depth is removed by the thickness of the oxide film cannot be completely decomposed.

Nv領域には、グローイン酸素析出物が存在、すなわちRIE欠陥が存在する。特許文献1の実験は、1270℃以下の温度で、かつ、欠陥分解性がHガスより劣るNHとAr混合雰囲気でRTP処理しており、この温度範囲では、Nv領域に存在するグローイン酸素析出物が完全には溶解しなかったためTDDBが低下したと考えられる。
以上により、特許文献1と特許文献9に矛盾がないことが判る。
In the Nv region, glow-in oxygen precipitates exist, that is, RIE defects exist. In the experiment of Patent Document 1, RTP treatment is performed at a temperature of 1270 ° C. or less and in an NH 3 and Ar mixed atmosphere in which defect decomposition is inferior to H 2 gas. In this temperature range, glow-in oxygen present in the Nv region It is considered that the TDDB was lowered because the precipitate was not completely dissolved.
From the above, it can be seen that there is no contradiction between Patent Document 1 and Patent Document 9.

前述したようにエピタキシャル成長工程では、エピタキシャル層を成長する前段階で塩化水素ガスでシリコン基板の表層を0.1〜0.3μm程度気相エッチングを行う工程も広く採用されており、表層から少なくとも0.3μm以上は欠陥が完全に消滅している必要があるが、特許文献9記載の方法では表層から0.3μm以内にCOPが残存しており、問題である。   As described above, in the epitaxial growth step, a step of performing vapor phase etching of the surface layer of the silicon substrate by about 0.1 to 0.3 μm with hydrogen chloride gas before the growth of the epitaxial layer is widely adopted. In the method described in Patent Document 9, COP remains within 0.3 μm from the surface layer, which is a problem.

次に、本発明者はRIE欠陥とTDDB特性との関係を、鋭意検討した。
ここで、RIE法とは、半導体単結晶基板中の酸化珪素(以下、SiOxという)を含有する微小な結晶欠陥を、深さ方向の分解能を付与しつつ評価する方法として、特許文献10に開示された方法が知られている。
この方法は、基板の主表面に対して、反応性イオンエッチングなどの高選択性の異方性エッチングを一定厚さで施し、残ったエッチング残渣を検出することにより結晶欠陥の評価を行うものである。
Next, the present inventors diligently studied the relationship between RIE defects and TDDB characteristics.
Here, the RIE method is disclosed in Patent Document 10 as a method for evaluating a minute crystal defect containing silicon oxide (hereinafter referred to as SiOx) in a semiconductor single crystal substrate while providing resolution in the depth direction. Method is known.
This method evaluates crystal defects by performing highly selective anisotropic etching such as reactive ion etching at a constant thickness on the main surface of the substrate and detecting the remaining etching residue. is there.

SiOxを含有する結晶欠陥の形成領域と、含有しない非形成領域とでは、エッチング速度が相違するので(前者の方がエッチング速度が小さい)、上記反応性イオンエッチングを施すと、基板の主表面にはSiOxを含有する結晶欠陥を頂点とした円錐状のヒロックが残留する。結晶欠陥が異方性エッチングによる突起部の形で強調され、微小な欠陥であっても容易に検出することができる。   Since the etching rate is different between the crystal defect forming region containing SiOx and the non-forming region not containing (the former has a lower etching rate), when the reactive ion etching is performed, the main surface of the substrate is formed. Remains a cone-shaped hillock with a crystal defect containing SiOx as a vertex. Crystal defects are emphasized in the form of protrusions by anisotropic etching, and even minute defects can be easily detected.

以上のようなRIE法とTDDB特性を比較した場合、例えば特許文献11に記載されているように、Nv領域にはRIE欠陥が存在する領域と存在しない領域があり、RIE欠陥が存在しない領域ではTDDB特性の低下が発生しないことを見出した。
また、RIE欠陥はあっても、その密度が少ない場合は、TDDB特性が低下しないことも見出した。すなわちRIE法による欠陥評価方法はTDDB特性より欠陥検出精度が高いことを見出した。
When comparing the RIE method and the TDDB characteristics as described above, for example, as described in Patent Document 11, there are a region where the RIE defect exists and a region where the RIE defect does not exist, and a region where there is no RIE defect. It has been found that the TDDB characteristics do not deteriorate.
It was also found that even if RIE defects exist, the TDDB characteristics do not deteriorate when the density is low. That is, it has been found that the defect evaluation method based on the RIE method has higher defect detection accuracy than the TDDB characteristic.

以上のような考察を踏まえ、さらに調査を行い、RTP処理後にTDDB特性が低下する原因を、本発明者らがRIE法を用いて鋭意検討を行った。
その結果、急速熱処理により、BMD密度の制御を行いながら、基板表面から深さ0.5μmまでのRIE欠陥を消滅させることで、後工程の気相エッチング等で表層を除去しても、エピタキシャル層欠陥を効果的に低減できることを見出した。また、従来報告されている温度領域である1300℃以下でのRTP処理を行ったときには、表面の欠陥のみしか除去できず、TDDB特性が悪化する場合においても、1300℃より高い温度でRTP処理することによって、少なくとも基板表面から深さ0.5μmまでのRIE欠陥を確実に消滅させることができることを本発明者らは見出した。このような高い温度でのRTP処理であれば、表層のCOPやOSF核も消滅させることができる。
これにより、本発明の急速熱処理したシリコン基板上にエピタキシャル層を形成し、その欠陥をレーザー異物検査装置でサイズ47nm以上の欠陥の評価を行った結果、従来の方法と比較して欠陥発生の少ない良好なエピタキシャルウェーハが得られることを見出し、本発明を完成させた。
Based on the above considerations, further investigations were made, and the present inventors diligently investigated the cause of the decrease in TDDB characteristics after RTP processing using the RIE method.
As a result, by controlling the BMD density by rapid thermal processing, the RIE defects from the substrate surface to a depth of 0.5 μm are eliminated, so that the epitaxial layer can be removed even if the surface layer is removed by subsequent vapor phase etching or the like. It has been found that defects can be effectively reduced. In addition, when RTP treatment is performed at a temperature range of 1300 ° C. or lower, which has been reported in the past, only surface defects can be removed, and RTP treatment is performed at a temperature higher than 1300 ° C. even when TDDB characteristics deteriorate. Thus, the present inventors have found that RIE defects at least from the substrate surface to a depth of 0.5 μm can be reliably eliminated. With RTP treatment at such a high temperature, COP and OSF nuclei on the surface layer can also be eliminated.
As a result, an epitaxial layer was formed on the rapidly heat-treated silicon substrate of the present invention, and the defects were evaluated for defects having a size of 47 nm or more using a laser particle inspection apparatus. The inventors have found that a good epitaxial wafer can be obtained and completed the present invention.

以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図1は、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の実施態様の一例を示すフロー図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail as an example of an embodiment with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
FIG. 1 is a flow chart showing an example of an embodiment of a method for producing an epitaxial wafer of the present invention.

図1(a)に示すように、本発明の製造方法では、まずシリコン単結晶インゴットを育成して、当該シリコン単結晶インゴットを切り出したシリコン基板を作製する。
育成するシリコン単結晶インゴットの直径等は特に限定されず、例えば150mm〜300mm、あるいはそれ以上とすることができ、用途に合わせて所望の大きさに育成することができる。
As shown in FIG. 1A, in the manufacturing method of the present invention, a silicon single crystal ingot is first grown, and a silicon substrate cut out from the silicon single crystal ingot is manufactured.
The diameter or the like of the silicon single crystal ingot to be grown is not particularly limited, and can be, for example, 150 mm to 300 mm or more, and can be grown to a desired size according to the application.

また、育成するシリコン単結晶インゴットの欠陥領域については、例えば、全面がV−Rich領域、OSF領域、N領域、又はこれらの領域が混合した領域からなるものを育成することができるが、好ましくは、全面がOSF領域、全面がN領域、又はOSF領域及びN領域が混合した領域であるシリコン単結晶インゴットを育成する。
COP等が発生しやすい、V−Rich領域を含むシリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコン基板であっても、本発明であれば、欠陥の少ないエピタキシャルウェーハを製造できる。また、全面がOSF領域、全面がN領域、又はOSF領域及びN領域が混合した領域であるシリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコン基板であれば、最も消滅しにくいCOPをほとんど含まないため、本発明の急速熱処理によって確実に欠陥を消滅させることができ、また、より深い位置のRIE欠陥も消滅させることが容易であるため、特に有効である。
As for the defect region of the silicon single crystal ingot to be grown, for example, the entire surface can be grown from a V-Rich region, an OSF region, an N region, or a region in which these regions are mixed. Then, a silicon single crystal ingot in which the entire surface is an OSF region, the entire surface is an N region, or a region where the OSF region and the N region are mixed is grown.
Even if it is a silicon substrate cut out from a silicon single crystal ingot including a V-Rich region where COP or the like is likely to occur, an epitaxial wafer with few defects can be manufactured according to the present invention. In addition, since a silicon substrate cut out from a silicon single crystal ingot whose entire surface is an OSF region, the entire surface is an N region, or a region where the OSF region and the N region are mixed, the COP hardly hardly disappears. This is particularly effective because the rapid thermal processing of the invention can surely eliminate the defects, and it is easy to eliminate the RIE defects at deeper positions.

ここで、本発明の製造方法に用いることができる単結晶引き上げ装置について説明する。
図8に単結晶引き上げ装置30を示す。この単結晶引き上げ装置30は、引き上げ室31と、引き上げ室31中に設けられたルツボ32と、ルツボ32の周囲に配置されたヒータ34と、ルツボ32を回転させるルツボ保持軸33及びその回転機構(図示せず)と、シリコンの種結晶を保持するシードチャック41と、シードチャック41を引き上げるワイヤ39と、ワイヤ39を回転または巻き取る、巻き取り機構(図示せず)とを備えて構成されている。ルツボ32は、その内側のシリコン融液(湯)38を収容する側には石英ルツボが設けられ、その外側には黒鉛ルツボが設けられている。また、ヒータ34の外側周囲には断熱材35が配置されている。
Here, a single crystal pulling apparatus that can be used in the manufacturing method of the present invention will be described.
FIG. 8 shows a single crystal pulling apparatus 30. The single crystal pulling apparatus 30 includes a pulling chamber 31, a crucible 32 provided in the pulling chamber 31, a heater 34 disposed around the crucible 32, a crucible holding shaft 33 that rotates the crucible 32, and a rotation mechanism thereof. (Not shown), a seed chuck 41 that holds a seed crystal of silicon, a wire 39 that pulls up the seed chuck 41, and a winding mechanism (not shown) that rotates or winds the wire 39. ing. The crucible 32 is provided with a quartz crucible on the inner side containing the silicon melt (hot water) 38 and on the outer side with a graphite crucible. A heat insulating material 35 is disposed around the outside of the heater 34.

また製造条件に合わせて、図8のように環状の黒鉛筒(整流筒)36を設けたり、結晶の固液界面37の外周に、環状の外側断熱材(図示せず)を設けることもできる。さらに、冷却ガスを吹き付けたり、輻射熱を遮って単結晶を冷却する筒状の冷却装置を設けることも可能である。
また、引き上げ室31の水平方向の外側に、磁石(図示せず)を設置し、シリコン融液38に水平方向あるいは垂直方向の磁場を印加することによって、融液の対流を抑制し、単結晶の安定成長を図る、いわゆるMCZ法の装置を用いることもできる。
これらの装置の各部は、例えば従来と同様のものとすることができる。
Further, according to the manufacturing conditions, an annular graphite tube (rectifying tube) 36 can be provided as shown in FIG. 8, or an annular outer heat insulating material (not shown) can be provided on the outer periphery of the solid-liquid interface 37 of the crystal. . Further, it is possible to provide a cylindrical cooling device that blows cooling gas or cools the single crystal by blocking radiant heat.
Further, a magnet (not shown) is installed outside the pulling chamber 31 in the horizontal direction, and a magnetic field in the horizontal direction or the vertical direction is applied to the silicon melt 38 to suppress the convection of the melt, thereby producing a single crystal. It is also possible to use a so-called MCZ method apparatus for achieving stable growth.
Each part of these apparatuses can be the same as that of the prior art, for example.

以下に、上記のような単結晶引き上げ装置30による単結晶育成方法の一例について説明する。
まず、ルツボ32内で、シリコンの高純度多結晶原料を融点(約1420℃)以上に加熱して融解する。次に、ワイヤ39を巻き出すことにより、シリコン融液38の表面略中心部に種結晶の先端を接触または浸漬させる。その後、ルツボ保持軸33を適宜の方向に回転させるとともに、ワイヤ39を回転させながら巻き取り、種結晶を引き上げることにより、シリコン単結晶インゴット40の育成を開始する。
以後、引き上げ速度と温度を適切に調整することにより、略円柱形状のシリコン単結晶インゴット40を得る。
Below, an example of the single crystal growth method by the above single crystal pulling apparatus 30 is demonstrated.
First, in a crucible 32, a high-purity polycrystalline silicon raw material is heated to a melting point (about 1420 ° C.) or higher and melted. Next, by unwinding the wire 39, the tip of the seed crystal is brought into contact with or immersed in the substantially central portion of the surface of the silicon melt 38. Thereafter, the crucible holding shaft 33 is rotated in an appropriate direction, and the wire 39 is wound while being rotated, and the seed crystal is pulled up to start growing the silicon single crystal ingot 40.
Thereafter, the silicon single crystal ingot 40 having a substantially cylindrical shape is obtained by appropriately adjusting the pulling speed and temperature.

この所望の引き上げ速度(成長速度)を効率よく制御するにあたっては、例えば、予め、引き上げ速度を変化させながらインゴットを育成し、引き上げ速度と欠陥領域の関係を調査する予備試験を行い、その後、その関係に基づいて、改めて、本試験で引き上げ速度を制御して、所望の欠陥領域が得られるようにシリコン単結晶インゴットを製造することができる。   In order to efficiently control the desired pulling rate (growth rate), for example, an ingot is grown in advance while changing the pulling rate, and a preliminary test is performed to investigate the relationship between the pulling rate and the defect region, and then Based on the relationship, the silicon single crystal ingot can be manufactured again so that a desired defect region can be obtained by controlling the pulling rate in this test.

以下に、上記予備試験及び本試験について説明する。
予備試験では、シリコン単結晶インゴットを引き上げる際に、成長速度を、0.7mm/minから0.4mm/minの範囲で、結晶頭部から尾部にかけて漸減させるように制御した。単結晶の酸素濃度は、6×1017〜7×1017atoms/cm(JEIDA)となるように育成した。
The preliminary test and the main test will be described below.
In the preliminary test, when pulling up the silicon single crystal ingot, the growth rate was controlled to gradually decrease from the crystal head to the tail in the range of 0.7 mm / min to 0.4 mm / min. The oxygen concentration of the single crystal was grown so as to be 6 × 10 17 to 7 × 10 17 atoms / cm 3 (JEIDA).

引き上げたシリコン単結晶インゴットを結晶軸方向に縦割り切断して、複数の板状ブロックを作製した。
この板状ブロックの1つ目は、結晶軸方向に10cm毎の長さに切断し、ウエーハ熱処理炉で650℃、2時間、窒素雰囲気中で熱処理し、その後800℃まで昇温し、4時間保持した後、酸素雰囲気に切り替えて1000℃まで昇温し、16時間保持した後、冷却して取り出した。
The pulled silicon single crystal ingot was vertically cut in the crystal axis direction to produce a plurality of plate-like blocks.
The first of these plate-like blocks is cut to a length of every 10 cm in the crystal axis direction, heat treated in a wafer heat treatment furnace at 650 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere, and then heated to 800 ° C. for 4 hours. After holding, the temperature was changed to an oxygen atmosphere, the temperature was raised to 1000 ° C., held for 16 hours, and then cooled and taken out.

その後、X線トポグラフィー像を撮影し、SEMILAB社製WT−85によりウェーハライフタイムのマップを作成した。
また板状ブロックの2つ目は、Wet 酸素雰囲気中で1100℃、1時間のOSF熱処理後にセコエッチングして、OSFの分布状況を確認した。
Thereafter, an X-ray topography image was taken, and a wafer lifetime map was created using WT-85 manufactured by SEMILAB.
The second block was subjected to seco etching after 1 hour OSF heat treatment in a wet oxygen atmosphere at 1100 ° C. for 1 hour to confirm the OSF distribution.

これらの知見に基づいて、V−Rich領域、OSF領域、Nv領域、Ni領域、I−Rich領域を特定した。この予備試験によるシリコン単結晶インゴットの成長速度と各欠陥分布を図3に示す。   Based on these findings, the V-Rich region, OSF region, Nv region, Ni region, and I-Rich region were identified. The growth rate and each defect distribution of the silicon single crystal ingot by this preliminary test are shown in FIG.

以下、図3に示す引き上げた単結晶の各欠陥領域の境界の成長速度を一例として示す。
V−Rich/OSF領域境界: 0.591mm/min
OSF消滅境界 : 0.581mm/min
Nv/Ni領域境界 : 0.520mm/min
Ni/I−Rich領域境界 : 0.503mm/min
In the following, the growth rate at the boundary of each defect region of the pulled single crystal shown in FIG. 3 is shown as an example.
V-Rich / OSF region boundary: 0.591 mm / min
OSF extinction boundary: 0.581 mm / min
Nv / Ni region boundary: 0.520 mm / min
Ni / I-Rich region boundary: 0.503 mm / min

ここで、本試験として、上記の成長速度と欠陥分布の関係を踏まえ、欠陥領域を同定したのと同一の炉内構造で、所望の欠陥領域を有するように引き上げ速度を制御して、新たにシリコン単結晶インゴット40を育成する。   Here, as the main test, based on the relationship between the growth rate and the defect distribution, the pulling rate is controlled so as to have a desired defect region in the same in-furnace structure where the defect region is identified. A silicon single crystal ingot 40 is grown.

例えば、図3の場合、引き上げ速度Vが0.610mm/minになるように制御しながらシリコン単結晶インゴットを育成し、径方向に切り出せば、ウエーハほぼ全面にわたってCOPが存在するV−Rich領域で、最外周部近傍にOSF領域が存在するV−Rich領域とOSF領域の混合ウエーハを得ることができる(以下、V−Rich+OSFウエーハという)。
また、引き上げ速度Vが0.586mm/minになるように制御しながらシリコン単結晶インゴットを育成し、径方向に切り出せば、ウエーハ中心部がOSF領域で、その外周部がNv領域となって、OSF領域とNv領域の混合ウエーハを得ることができる(以下、OSF+Nvウエーハという)。
For example, in the case of FIG. 3, if a silicon single crystal ingot is grown while controlling the pulling speed V to be 0.610 mm / min and cut out in the radial direction, the V-Rich region where COP exists over almost the entire surface of the wafer. Thus, a mixed wafer of a V-Rich region and an OSF region in which an OSF region exists in the vicinity of the outermost peripheral portion can be obtained (hereinafter referred to as a V-Rich + OSF wafer).
Further, if the silicon single crystal ingot is grown while controlling the pulling speed V to be 0.586 mm / min and cut out in the radial direction, the wafer center is the OSF region, and the outer peripheral portion is the Nv region. A mixed wafer of the OSF region and the Nv region can be obtained (hereinafter referred to as OSF + Nv wafer).

当然これらの欠陥領域に限定されず、引き上げ速度、さらには炉内構造等を調整し、径方向において、上記したような所望の欠陥領域を有するシリコン単結晶インゴットを育成することができる。   Of course, the present invention is not limited to these defect regions, and it is possible to grow a silicon single crystal ingot having a desired defect region as described above in the radial direction by adjusting the pulling speed and the in-furnace structure.

また、育成するシリコン単結晶インゴットの酸素濃度についても特に限定されず、例えば、9×1017atoms/cm(JEIDA)以下の濃度の酸素を含有するようにインゴットを育成することにより、これをスライスして9×1017atoms/cm(JEIDA)以下の濃度の酸素を含有するシリコン単結晶ウェーハを得て、本発明で用いるシリコン基板とすることが好ましい。
このように、9×1017atoms/cm(JEIDA)以下の酸素濃度のシリコン単結晶ウェーハであれば、グローイン欠陥やグローイン酸素析出物のサイズが大きくなりすぎるのを防ぐことができ、本発明の急速熱処理の条件において必要以上に高温化/長時間化する必要性がなくなり、より効率的に本発明の製造方法を実施することができ、工業生産的に有利である。
Also, the oxygen concentration of the silicon single crystal ingot to be grown is not particularly limited. For example, by growing the ingot so as to contain oxygen at a concentration of 9 × 10 17 atoms / cm 3 (JEIDA) or less, It is preferable to slice and obtain a silicon single crystal wafer containing oxygen at a concentration of 9 × 10 17 atoms / cm 3 (JEIDA) or less to obtain a silicon substrate used in the present invention.
Thus, if the silicon single crystal wafer has an oxygen concentration of 9 × 10 17 atoms / cm 3 (JEIDA) or less, it is possible to prevent the size of glow-in defects and glow-in oxygen precipitates from becoming too large. This eliminates the need for a higher temperature / longer time than necessary under the conditions of the rapid heat treatment, and enables the production method of the present invention to be carried out more efficiently, which is advantageous for industrial production.

また、例えば、育成するシリコン単結晶インゴットに1×1011〜1×1015atoms/cmの濃度の窒素をドープすることにより、1×1011〜1×1015atoms/cmの濃度の窒素を含有するシリコン単結晶ウェーハを得て、本発明で用いるシリコン基板とすることが好ましい。
このような窒素濃度のウェーハとすれば、ウエーハ強度の向上や、バルク部でのBMD形成の促進を図ることができる。
Further, for example, by doping a 1 × 10 11 ~1 × 10 15 atoms / cm 3 concentration of nitrogen in silicon single crystal ingot growing, the 1 × 10 11 ~1 × 10 15 atoms / cm 3 concentration of It is preferable to obtain a silicon single crystal wafer containing nitrogen to obtain a silicon substrate used in the present invention.
If the wafer has such a nitrogen concentration, it is possible to improve the wafer strength and promote the formation of BMD in the bulk portion.

さらには、例えば、育成するシリコン単結晶インゴットに1×1016〜1×1017atoms/cmの濃度の炭素をドープすることにより、1×1016〜1×1017atoms/cmの濃度の炭素を含有するシリコン単結晶ウェーハを得て、本発明で用いるシリコン基板とすることが好ましい。
このような炭素濃度のウェーハとすれば、デバイス工程時の熱処理が低温長時間(例えば400−600℃)の場合、当該熱処理中に発生する酸素ドナーの形成を抑制することができる。また、バルク部でのBMD形成の促進を図ることもできる。
Furthermore, for example, by doping carbon concentration of the silicon single crystal ingot to 1 × 10 16 ~1 × 10 17 atoms / cm 3 to develop, the concentration of 1 × 10 16 ~1 × 10 17 atoms / cm 3 It is preferable to obtain a silicon single crystal wafer containing the above carbon and use it as the silicon substrate used in the present invention.
If the wafer has such a carbon concentration, when the heat treatment during the device process is performed at a low temperature for a long time (for example, 400 to 600 ° C.), formation of oxygen donors generated during the heat treatment can be suppressed. In addition, it is possible to promote the formation of BMD in the bulk portion.

次に、図1(b)に示すように、上記のように作製したシリコン基板に急速熱処理を施すことによって、少なくともシリコン基板の表面から0.5μmの深さまでの領域に存在するRIE法により検出される欠陥を消滅させるRIE欠陥消滅工程を行う。   Next, as shown in FIG. 1B, the silicon substrate manufactured as described above is subjected to rapid thermal processing, and is detected by the RIE method existing at least in a region from the surface of the silicon substrate to a depth of 0.5 μm. RIE defect extinction process is performed to eliminate the defects to be generated.

このRIE欠陥消滅工程でシリコン基板の表面から0.5μmの深さまでの領域に存在するRIE法により検出される欠陥を消滅させることにより、エピタキシャル成長工程で通常行われる塩化水素ガスによる気相エッチングを例えば0.3μm程度行っても、シリコン基板の表面には欠陥が露出しないため、欠陥のないシリコン基板表面にエピタキシャル成長を行うことができるため、成長条件等によらずエピタキシャル層に生じる欠陥を効果的に抑制できる。   In this RIE defect extinction process, defects detected by the RIE method existing in the region from the surface of the silicon substrate to a depth of 0.5 μm are extinguished, so that vapor phase etching with hydrogen chloride gas usually performed in the epitaxial growth process is performed, for example. Even if the thickness is about 0.3 μm, no defects are exposed on the surface of the silicon substrate, so that epitaxial growth can be performed on the surface of the silicon substrate having no defects. Can be suppressed.

ここで、RIE法を用いた結晶欠陥の評価方法について、図5を参照して説明する。
まず、図5(a)に示すように、シリコン基板W中には、熱処理等によって過飽和に溶存していた酸素が、SiOxとして析出した酸素析出欠陥111が形成されている。
そして、このシリコン基板Wを、市販のRIE装置を用いて、ハロゲン系混合ガス(例えば、HBr/Cl/He+O)雰囲気中で、シリコン基板Wの主表面から、シリコン基板W内に含まれる酸素析出欠陥111に対して高選択比の異方性エッチングを行うと、図5(b)に示すようになる。すなわち、酸素析出欠陥111に起因した円錐状突起物がエッチング残渣(ヒロック112)として形成される。したがって、このヒロック112に基づいて結晶欠陥を評価することができる。
Here, a crystal defect evaluation method using the RIE method will be described with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 5A, in the silicon substrate W, oxygen precipitation defects 111 are formed in which oxygen dissolved in supersaturation by heat treatment or the like is precipitated as SiOx.
The silicon substrate W is included in the silicon substrate W from the main surface of the silicon substrate W in a halogen-based mixed gas (eg, HBr / Cl 2 / He + O 2 ) atmosphere using a commercially available RIE apparatus. When anisotropic etching with a high selection ratio is performed on the oxygen precipitation defect 111, the result is as shown in FIG. That is, a conical protrusion due to the oxygen precipitation defect 111 is formed as an etching residue (hillock 112). Therefore, crystal defects can be evaluated based on the hillock 112.

例えば、得られたヒロック112の数を数えれば、エッチングした範囲のシリコン基板W中のBMDの密度を求めることができる。
このRIE法で検出できる欠陥(RIE欠陥)は、酸素析出物関連欠陥であり、空孔が酸素とともに凝集した複合欠陥であるCOPやOSF核といったグローイン欠陥および酸素単体が凝集したグローインの酸素析出物である。
For example, if the number of hillocks 112 obtained is counted, the density of BMD in the silicon substrate W in the etched range can be obtained.
Defects that can be detected by this RIE method (RIE defects) are oxygen precipitate-related defects, which are complex defects in which vacancies are agglomerated with oxygen, such as COP and OSF nuclei, and glow-in oxygen precipitates in which oxygen alone is agglomerated. It is.

本発明の製造方法では、急速熱処理後のシリコン基板表面をエッチング、研磨等により0.5μm除去し、その表面を上記RIE法で欠陥評価することで、急速熱処理条件を調べることができる。上記したように、RIE法は欠陥検出精度が高いため、急速熱処理によって、基板表面から深さ0.5μmまでの欠陥が消滅したかを確実に調べることができ、エピタキシャル層に生じる50nm以下の欠陥の抑制も効果的に行うことができる。   In the production method of the present invention, the surface of the silicon substrate after the rapid heat treatment is removed by 0.5 μm by etching, polishing, etc., and the surface is subjected to defect evaluation by the RIE method, whereby the rapid heat treatment conditions can be examined. As described above, since the RIE method has high defect detection accuracy, it is possible to surely determine whether or not defects from the substrate surface to a depth of 0.5 μm have disappeared by rapid thermal processing, and defects of 50 nm or less generated in the epitaxial layer. Can also be effectively suppressed.

また、本発明の急速熱処理に用いることができる急速加熱・急速冷却装置としては、特に限定されず、市販されている従来と同様のものを用いることができ、本発明の急速熱処理に用いることができる急速加熱・急速冷却装置の一例の概略図を図4に示す。
この急速加熱・急速冷却装置52は、石英からなるチャンバー53を有し、このチャンバー53内でシリコン基板Wを急速熱処理できるようになっている。加熱は、チャンバー53を上下左右から囲繞するように配置される加熱ランプ54(例えばハロゲンランプ)によって行う。この加熱ランプ54は、それぞれ独立に供給される電力を制御できるようになっている。
In addition, the rapid heating / cooling apparatus that can be used for the rapid thermal processing of the present invention is not particularly limited, and a commercially available conventional one can be used. FIG. 4 shows a schematic view of an example of a rapid heating / cooling device that can be used.
The rapid heating / cooling device 52 has a chamber 53 made of quartz, and the silicon substrate W can be rapidly heat-treated in the chamber 53. Heating is performed by a heating lamp 54 (for example, a halogen lamp) disposed so as to surround the chamber 53 from above, below, left, and right. The heating lamps 54 can control power supplied independently.

ガスの排気側は、オートシャッター55が装備され、外気を封鎖している。オートシャッター55は、ゲートバルブによって開閉可能に構成される不図示のウエーハ挿入口が設けられている。また、オートシャッター55にはガス排気口51が設けられており、炉内雰囲気を調整できるようになっている。
そして、シリコン基板Wは、石英トレイ56に形成された3点支持部57上に配置される。石英トレイ56のガス導入口側には、石英製のバッファ58が設けられており、酸化性ガスや窒化性ガス、Arガス等の導入ガスが、シリコン基板Wに直接当たるのを防ぐことができる。
On the gas exhaust side, an auto shutter 55 is provided to block outside air. The auto shutter 55 is provided with a wafer insertion port (not shown) configured to be opened and closed by a gate valve. Further, the auto shutter 55 is provided with a gas exhaust port 51 so that the furnace atmosphere can be adjusted.
The silicon substrate W is disposed on a three-point support portion 57 formed on the quartz tray 56. A quartz buffer 58 is provided on the gas inlet side of the quartz tray 56, and can prevent an introduced gas such as an oxidizing gas, a nitriding gas, and an Ar gas from directly hitting the silicon substrate W. .

また、チャンバー53には不図示の温度測定用特殊窓が設けられており、チャンバー53の外部に設置されたパイロメータ59により、その特殊窓を通してシリコン基板Wの温度を測定することができる。   The chamber 53 is provided with a temperature measurement special window (not shown), and the pyrometer 59 installed outside the chamber 53 can measure the temperature of the silicon substrate W through the special window.

このような急速加熱・急速冷却装置を用い、シリコン基板に急速熱処理を施すが、急速熱処理条件としては、少なくともシリコン基板の表面から0.5μmの深さまでの領域に存在するRIE法により検出される欠陥を消滅させることができれば、特に限定されないが、1300℃より高く1400℃以下の温度で1〜60秒間の急速熱処理を行うことが好ましい。
このような熱処理条件の急速熱処理であれば、シリコン基板の表面から0.5μmの深さまでの領域に存在するグローイン欠陥やRIE欠陥を効果的に消滅させることができ、同時に新たな空孔等をシリコン基板中に形成できる。また、全面がOSF領域、全面がN領域、又はOSF領域及びN領域が混合した領域であるシリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコン基板を用いた場合には、急速熱処理によって少なくともシリコン基板表面から5μmの深さまでのRIE欠陥を消滅させることができる。このため、シリコンエピタキシャル層形成工程前に、異物や汚染を除去するために、例えば4μm程度の研磨代で研磨しても、基板表面にRIE欠陥が露出することが無い。さらに、このような研磨により、表層の酸素濃度が低下した領域を完全に除去して表層の酸素濃度低下が無いシリコン基板とすることができるため、エピタキシャル成長時の温度によりスリップ転位が発生することを防止でき、より生産性良くエピタキシャルウェーハを製造することができる。
Such a rapid heating / cooling apparatus is used to perform rapid thermal processing on the silicon substrate. The rapid thermal processing conditions are detected by the RIE method existing at least in a region from the surface of the silicon substrate to a depth of 0.5 μm. Although it will not specifically limit if a defect can be eliminated, It is preferable to perform rapid heat processing for 1 to 60 second at the temperature of 1400 degreeC or more higher than 1300 degreeC.
With rapid thermal processing under such heat treatment conditions, glow-in defects and RIE defects existing in a region from the surface of the silicon substrate to a depth of 0.5 μm can be effectively eliminated, and new vacancies and the like can be created at the same time. It can be formed in a silicon substrate. In addition, when a silicon substrate cut out from a silicon single crystal ingot in which the entire surface is an OSF region, the entire surface is an N region, or a region where the OSF region and the N region are mixed, is used at least 5 μm from the surface of the silicon substrate by rapid thermal processing. The RIE defect up to the depth can be eliminated. For this reason, even if polishing is performed with a polishing allowance of about 4 μm, for example, in order to remove foreign matters and contamination before the silicon epitaxial layer forming step, RIE defects are not exposed on the substrate surface. Further, by such polishing, a region where the oxygen concentration of the surface layer is reduced can be completely removed to obtain a silicon substrate that does not have a decrease in the oxygen concentration of the surface layer, so that slip dislocation occurs due to the temperature during epitaxial growth. The epitaxial wafer can be manufactured with higher productivity.

また、本発明の急速熱処理の昇温、降温速度としては、例えば、50℃/秒の昇温速度で昇温し、一定時間保持した後、50℃/秒の降温速度で降温することができる。この昇温速度、降温速度は適宜設定することができる。   Further, as the temperature increase / decrease rate of the rapid heat treatment of the present invention, for example, the temperature can be increased at a temperature increase rate of 50 ° C./second, held for a certain time, and then decreased at a temperature decrease rate of 50 ° C./second. . The temperature increase rate and temperature decrease rate can be set as appropriate.

このような急速熱処理の雰囲気としては、例えば窒素、NH等の窒化膜形成雰囲気ガス及びArガスのうちの少なくとも一種類のガスを含む雰囲気とすることができる。
このような雰囲気であれば、基板表層のRIE欠陥を消滅させると同時に、基板内部に新たな空孔等の点欠陥を均一に形成することができ、後工程のシリコンエピタキシャル層形成工程やデバイス熱処理時等にBMD形成が大幅に促進され、ゲッタリング能力の高いエピタキシャルウェーハを製造することができる。
As an atmosphere for such rapid thermal processing, for example, an atmosphere containing at least one kind of a gas for forming a nitride film such as nitrogen and NH 3 and an Ar gas can be used.
In such an atmosphere, RIE defects on the surface layer of the substrate can be eliminated, and point defects such as new vacancies can be uniformly formed inside the substrate. At times, the formation of BMD is greatly promoted, and an epitaxial wafer having a high gettering ability can be manufactured.

また、急速熱処理の雰囲気としては、例えば酸素雰囲気とすることもできる。
この場合は、基板表層のRIE欠陥を消滅させると同時に、基板内部に新たな格子間シリコン等の点欠陥を均一に形成することができ、後工程のシリコンエピタキシャル層形成工程やデバイス熱処理時等にBMD形成が大幅に抑制される。
このように、本発明の製造方法では、急速熱処理の際の雰囲気によっても、後工程で形成されるBMD密度を高精度かつ大幅に制御することができる。
Moreover, as an atmosphere of rapid thermal processing, it can also be set as an oxygen atmosphere, for example.
In this case, RIE defects on the surface layer of the substrate can be eliminated, and at the same time, point defects such as new interstitial silicon can be uniformly formed inside the substrate. BMD formation is greatly suppressed.
Thus, in the manufacturing method of the present invention, the BMD density formed in the post-process can be controlled with high accuracy and greatly depending on the atmosphere during the rapid heat treatment.

次に、図1(c)に示すように、上記表層のRIE欠陥を消滅させたシリコン基板上に、シリコンエピタキシャル層を形成する。このエピタキシャル成長前に、気相エッチングを行って、シリコン基板表面の異物、汚染等を除去することが好ましい。また、さらにポリッシングを行うこともより好ましい。
このような、本発明の急速熱処理を施したシリコン基板であれば、上記のポリッシング、気相エッチングを行っても、基板表面に欠陥が露出しないため、欠陥のほとんどないシリコンエピタキシャル層を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 1C, a silicon epitaxial layer is formed on the silicon substrate from which the RIE defects in the surface layer have been eliminated. Before this epitaxial growth, it is preferable to perform vapor phase etching to remove foreign matter, contamination, and the like on the surface of the silicon substrate. Further, it is more preferable to perform further polishing.
In the case of such a silicon substrate subjected to the rapid thermal processing of the present invention, even if the above polishing and vapor phase etching are performed, defects are not exposed on the substrate surface, so that a silicon epitaxial layer having almost no defects is formed. Can do.

このときのエピタキシャル成長条件としては、特に限定されず、例えば、シリコン基板の表面上に1175℃以下の成長温度でシリコンエピタキシャル層を形成することが好ましい。
このように、成長温度1175℃以下とすることで、本発明の急速熱処理を1300℃より高い温度で行った場合と比べて125℃以上低温であるため、急速熱処理において基板内部に形成された空孔、格子間シリコン等がエピタキシャル成長中に消滅することを抑制できる。これにより、後工程でのエピタキシャルウェーハ中のBMD密度制御を効果的に行うことができる。
The epitaxial growth conditions at this time are not particularly limited. For example, it is preferable to form a silicon epitaxial layer on the surface of the silicon substrate at a growth temperature of 1175 ° C. or lower.
Thus, by setting the growth temperature to 1175 ° C. or less, the temperature is 125 ° C. or more lower than that when the rapid heat treatment of the present invention is performed at a temperature higher than 1300 ° C. It is possible to suppress the disappearance of holes, interstitial silicon, and the like during epitaxial growth. Thereby, the BMD density control in the epitaxial wafer in a post process can be performed effectively.

以上より、本発明であれば、シリコンエピタキシャル層の厚さを厚くする等のエピタキシャル成長中に欠陥を消滅させるための従来方法の制約から解放され、エピタキシャル成長条件やエピタキシャル層の厚さとは無関係に欠陥の極めて少ない良好な品質のエピタキシャルウエーハを製造できる。   From the above, the present invention is freed from the limitations of the conventional method for eliminating defects during epitaxial growth, such as increasing the thickness of the silicon epitaxial layer, and is free from defects regardless of the epitaxial growth conditions and the thickness of the epitaxial layer. It is possible to manufacture an epitaxial wafer having a very small and good quality.

このように、本発明の製造方法により製造されたエピタキシャルウェーハであれば、欠陥がほとんどなく、ウェーハ全体にわたって均一なBMDを有するため、撮像用デバイスの製造に用いることで、CCDやMOSイメージセンサーの特性の面内バラツキを低減することができる。   As described above, an epitaxial wafer manufactured by the manufacturing method of the present invention has almost no defects and has a uniform BMD over the entire wafer. In-plane variation in characteristics can be reduced.

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。
(実施例1−4、比較例1−6)
図8の単結晶引き上げ装置を用い、横磁場を印加して、MCZ法により様々な欠陥領域のシリコン単結晶インゴット(直径12インチ(300mm)、方位<100>、導電型P型)を育成し、そこから切り出したシリコン基板を準備した。
なお、シリコン単結晶インゴットの成長速度及び欠陥領域の関係に関する予備試験では、図3と同様の関係が得られ、この関係を基にして、本試験で所望の欠陥領域(V−Rich+OSFとOSF+Nv)を有するインゴットを育成して、シリコン基板を切り出した。
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.
(Example 1-4, Comparative Example 1-6)
Using the single crystal pulling apparatus of FIG. 8, a lateral magnetic field is applied to grow silicon single crystal ingots (diameter 12 inches (300 mm), orientation <100>, conductivity type P type) in various defect regions by the MCZ method. A silicon substrate cut out therefrom was prepared.
In the preliminary test regarding the relationship between the growth rate of the silicon single crystal ingot and the defect region, the same relationship as in FIG. 3 is obtained, and based on this relationship, the desired defect region (V-Rich + OSF and OSF + Nv) is obtained. An ingot having the structure was grown and a silicon substrate was cut out.

次に、図4の急速加熱・急速冷却装置(ここでは、Applied Materials社製VANTAGE)を用い、Arガス雰囲気中で50℃/秒の昇温速度で室温より急速昇温し、1200−1350℃の最高温度で10秒間保持した後、50℃/秒の降温速度で急速冷却し、シリコン基板(サンプル1−3)を3枚ずつ準備した。また、上記RTP処理を施していないシリコン基板(サンプル1−3)も3枚ずつ準備した。   Next, using the rapid heating / rapid cooling device of FIG. 4 (here, VANTAGE manufactured by Applied Materials), the temperature was rapidly raised from room temperature at a heating rate of 50 ° C./second in an Ar gas atmosphere, and 1200-1350 ° C. Was held at the maximum temperature for 10 seconds, and then rapidly cooled at a temperature drop rate of 50 ° C./second to prepare three silicon substrates (samples 1-3). In addition, three silicon substrates (samples 1-3) not subjected to the RTP treatment were also prepared.

サンプル1は、ポリッシュを0.5μm程度行った後、マグネトロンRIE装置(Applied Materials社製P−5000)を用いてエッチングを行った。その後レーザー散乱方式の異物検査装置(KLA−Tencor社製 SP1)で、エッチング後のヒロックを計測した。また、ヒロックの個数を電子顕微鏡を用いて計測し、欠陥密度を算出した。   Sample 1 was polished by about 0.5 μm and then etched using a magnetron RIE apparatus (P-5000 manufactured by Applied Materials). Thereafter, hillocks after etching were measured with a laser scattering foreign matter inspection apparatus (SP1 manufactured by KLA-Tencor). Moreover, the number of hillocks was measured using an electron microscope, and the defect density was calculated.

サンプル2は、ポリッシュを5μm程度行った後、マグネトロンRIE装置(Applied Materials社製P−5000)を用いてエッチングを行った。その後、レーザー散乱方式の異物検査装置(KLA−Tencor社製 SP1)で、エッチング後のヒロックを計測した。また、ヒロックの個数を電子顕微鏡を用いて計測し、欠陥密度を算出した。   Sample 2 was polished for about 5 μm and then etched using a magnetron RIE apparatus (P-5000 manufactured by Applied Materials). Then, the hillock after an etching was measured with the laser scattering type foreign material inspection apparatus (SP1 made by KLA-Tencor). Moreover, the number of hillocks was measured using an electron microscope, and the defect density was calculated.

サンプル3は、市販の枚葉式エピタキシャル成長装置(Applied Materials社製Centura)にて、エピタキシャル成長を行った。エピタキシャル成長は、常圧下でまず1150℃まで加熱し、塩化水素ガスを流して0.5μm気相エッチングを行った後、TCSガスを流してエピタキシャル成長を行った。
エピタキシャル層の厚さは0.5μm形成し、導電型はP型で抵抗率10Ωcmである。その後、レーザー散乱方式の異物検査装置(KLA−Tencor社製SP2)で、エピタキシャル層表面の47nm以上の大きさの欠陥を測定した。
Sample 3 was epitaxially grown using a commercially available single wafer epitaxial growth apparatus (Centura manufactured by Applied Materials). Epitaxial growth was first heated to 1150 ° C. under normal pressure, 0.5 μm vapor phase etching was performed by flowing hydrogen chloride gas, and then epitaxial growth was performed by flowing TCS gas.
The thickness of the epitaxial layer is 0.5 μm, the conductivity type is P type, and the resistivity is 10 Ωcm. Thereafter, a defect having a size of 47 nm or more on the surface of the epitaxial layer was measured with a laser scattering foreign matter inspection apparatus (SP2 manufactured by KLA-Tencor).

実施例1−4、比較例1−6のエピタキシャルウエーハ作製条件は以下の通りである。
(実施例1)(V−Rich+OSF)
引き上げ速度:0.610mm/min、 RTP処理温度:1320℃
(実施例2)(V−Rich+OSF)
引き上げ速度:0.610mm/min、 RTP処理温度:1350℃
(実施例3)(OSF+Nv)
引き上げ速度:0.585mm/min、 RTP処理温度:1320℃
(実施例4)(OSF+Nv)
引き上げ速度:0.585mm/min、 RTP処理温度:1350℃
The epitaxial wafer fabrication conditions of Example 1-4 and Comparative Example 1-6 are as follows.
Example 1 (V-Rich + OSF)
Lifting speed: 0.610 mm / min, RTP processing temperature: 1320 ° C.
(Example 2) (V-Rich + OSF)
Lifting speed: 0.610 mm / min, RTP processing temperature: 1350 ° C.
Example 3 (OSF + Nv)
Lifting speed: 0.585 mm / min, RTP processing temperature: 1320 ° C.
(Example 4) (OSF + Nv)
Lifting speed: 0.585 mm / min, RTP processing temperature: 1350 ° C.

(比較例1)(V−Rich+OSF)
引き上げ速度:0.610mm/min、 RTP処理なし
(比較例2)(V−Rich+OSF)
引き上げ速度:0.610mm/min、 RTP処理温度:1250℃
(比較例3)(V−Rich+OSF)
引き上げ速度:0.610mm/min、 RTP処理温度:1270℃
(比較例4)(OSF+NV)
引き上げ速度:0.585mm/min、 RTP処理なし
(比較例5)(OSF+NV)
引き上げ速度:0.585mm/min、 RTP処理温度:1250℃
(比較例6)(OSF+NV)
引き上げ速度:0.585mm/min、 RTP処理温度:1270℃
(Comparative Example 1) (V-Rich + OSF)
Lifting speed: 0.610 mm / min, no RTP treatment (Comparative Example 2) (V-Rich + OSF)
Lifting speed: 0.610 mm / min, RTP processing temperature: 1250 ° C.
(Comparative Example 3) (V-Rich + OSF)
Lifting speed: 0.610 mm / min, RTP processing temperature: 1270 ° C.
(Comparative Example 4) (OSF + NV)
Lifting speed: 0.585 mm / min, no RTP treatment (Comparative Example 5) (OSF + NV)
Lifting speed: 0.585 mm / min, RTP processing temperature: 1250 ° C.
(Comparative Example 6) (OSF + NV)
Lifting speed: 0.585 mm / min, RTP processing temperature: 1270 ° C.

表1に、サンプル1、2のRIE法で検出された欠陥密度と、サンプル3のエピタキシャルウエーハ表面の欠陥数を示す。   Table 1 shows the defect density detected by the RIE method of Samples 1 and 2 and the number of defects on the surface of the epitaxial wafer of Sample 3.

Figure 2011222842
Figure 2011222842

表1から明確なように、V−Rich+OSFウエーハとOSF+Nvウエーハのいずれにおいても、RTP温度が1300℃より高くなると(実施例1−4)、欠陥数が急激に減少し、RIE法で検出される欠陥が完全に消滅している。これは、いずれの場合にも、実施例のRTP処理によって、ウェーハの少なくとも表面から0.5μmの深さに存在するRIE欠陥が消滅したことが分かる。
また、OSF+Nvウエーハの場合は、消滅しにくいCOPが存在しないため、RTP処理後に5μmポリッシュした場合でも(サンプル2)、RIE欠陥は完全に消滅しており、このOSF+Nvウエーハの場合は、1300℃より高温でRTP処理すれば、表面から少なくとも5μmより深い位置までの欠陥を完全に消滅できることがわかる。
As is clear from Table 1, in both the V-Rich + OSF wafer and the OSF + Nv wafer, when the RTP temperature is higher than 1300 ° C. (Example 1-4), the number of defects decreases rapidly and is detected by the RIE method. The defect has disappeared completely. In any case, it can be seen that the RIE defects existing at a depth of 0.5 μm from at least the surface of the wafer disappeared by the RTP process of the example.
In addition, in the case of OSF + Nv wafer, since there is no COP that hardly disappears, even when polished by 5 μm after RTP treatment (Sample 2), the RIE defect is completely disappeared. It can be seen that if the RTP treatment is performed at a high temperature, defects from the surface to a position deeper than at least 5 μm can be completely eliminated.

また、サンプル3のRTP処理後にエピタキシャル成長したエピタキシャルウエーハの欠陥は、いずれの場合も1300℃より高温でRTP処理した実施例では、47nmという極めて小さなサイズの欠陥まで評価しても10個以下であり、本発明の製造方法により製造されたエピタキシャルウエーハは良好な品質を有していることが分かる。
本実施例の場合はエピタキシャル成長ステップ直前に塩化水素ガスによる気相エッチングを0.5μm行っている。このことから、1300℃より高温でRTP処理したシリコン基板においては、表面から少なくとも0.5μmの範囲に存在していた欠陥は全て消滅したことが分かる。逆に、比較例に示したようにRTP温度が1300℃以下の場合は、欠陥数が10個以上のものがあり、エピタキシャル層に欠陥の消え残りが発生していることがわかる。
In addition, the defect of the epitaxial wafer epitaxially grown after the RTP treatment of Sample 3 is 10 or less even in the case of the RTP treatment performed at a temperature higher than 1300 ° C. in any case, even when the defect having an extremely small size of 47 nm is evaluated. It can be seen that the epitaxial wafer manufactured by the manufacturing method of the present invention has good quality.
In this embodiment, vapor phase etching with hydrogen chloride gas is performed at 0.5 μm immediately before the epitaxial growth step. From this, it can be seen that in the silicon substrate subjected to the RTP treatment at a temperature higher than 1300 ° C., all the defects existing in the range of at least 0.5 μm from the surface disappeared. On the contrary, as shown in the comparative example, when the RTP temperature is 1300 ° C. or lower, the number of defects is 10 or more, and it can be seen that the defects remaining in the epitaxial layer are generated.

(実施例5、6、比較例7−9)
図3に示すシリコン単結晶インゴットの成長速度及び欠陥領域の関係に基づいて、シリコン単結晶インゴットを育成して、OSF+Nvウエーハを準備した。
次に、図4の急速加熱・急速冷却装置(Applied Materials社製VANTAGE)を用い、Arガス雰囲気中で50℃/秒の昇温速度で室温より急速昇温し、1200−1350℃の最高温度で10秒間保持した後、50℃/秒の降温速度で急速冷却し、エピタキシャルウエーハ成長用のシリコン基板(サンプル)を準備した。また、同様に準備され、ただし上記RTP処理を施していないシリコン基板(サンプル)も準備した。
(Examples 5 and 6, Comparative Example 7-9)
Based on the relationship between the growth rate and defect region of the silicon single crystal ingot shown in FIG. 3, the silicon single crystal ingot was grown to prepare an OSF + Nv wafer.
Next, using the rapid heating / rapid cooling device (Applied Materials VANTAGE) shown in FIG. 4, the temperature was rapidly raised from room temperature at a heating rate of 50 ° C./second in an Ar gas atmosphere, and the maximum temperature of 1200 to 1350 ° C. Was held for 10 seconds, and then rapidly cooled at a temperature drop rate of 50 ° C./second to prepare a silicon substrate (sample) for epitaxial wafer growth. Further, a silicon substrate (sample) prepared in the same manner but not subjected to the RTP treatment was also prepared.

これらのサンプルを5μm程度ポリッシュした後、市販の枚葉式エピタキシャル成長装置(Applied Materials社製Centura)にて、エピタキシャル成長を行った。エピタキシャル成長は、常圧下で、まず1150℃まで加熱し、塩化水素ガスを流して0.5μm気相エッチングを行った後、TCSガスを流してエピタキシャル成長を行った。
エピタキシャル層の厚さは0.5μmであり、導電型はP型で抵抗率10Ωcmである。その後、レーザー散乱方式の異物検査装置(KLA−Tencor社製SP2)で、47nm以上の大きさの欠陥を測定した。
After polishing these samples by about 5 μm, epitaxial growth was performed using a commercially available single wafer epitaxial growth apparatus (Centura manufactured by Applied Materials). Epitaxial growth was first heated to 1150 ° C. under normal pressure, 0.5 μm vapor phase etching was performed by flowing hydrogen chloride gas, and then epitaxial growth was performed by flowing TCS gas.
The thickness of the epitaxial layer is 0.5 μm, the conductivity type is P-type, and the resistivity is 10 Ωcm. Thereafter, defects with a size of 47 nm or more were measured with a laser scattering foreign matter inspection apparatus (SP2 manufactured by KLA-Tencor).

実施例、比較例のエピタキシャルウエーハ作製条件は以下の通りである。
(実施例5)(OSF+Nv)
引き上げ速度:0.585mm/min、 RTP処理温度:1320℃
(実施例6)(OSF+Nv)
引き上げ速度:0.585mm/min、 RTP処理温度:1350℃
(比較例7)(OSF+NV)
引き上げ速度:0.585mm/min、 RTP処理なし
(比較例8)(OSF+NV)
引き上げ速度:0.585mm/min、 RTP処理温度:1250℃
(比較例9)(OSF+NV)
引き上げ速度:0.585mm/min、 RTP処理温度:1270℃
The epitaxial wafer production conditions of the examples and comparative examples are as follows.
(Example 5) (OSF + Nv)
Lifting speed: 0.585 mm / min, RTP processing temperature: 1320 ° C.
(Example 6) (OSF + Nv)
Lifting speed: 0.585 mm / min, RTP processing temperature: 1350 ° C.
(Comparative Example 7) (OSF + NV)
Lifting speed: 0.585 mm / min, no RTP treatment (Comparative Example 8) (OSF + NV)
Lifting speed: 0.585 mm / min, RTP processing temperature: 1250 ° C.
(Comparative Example 9) (OSF + NV)
Lifting speed: 0.585 mm / min, RTP processing temperature: 1270 ° C.

表2に、各サンプルの製造されたエピタキシャルウエーハ表面の欠陥数を示す。   Table 2 shows the number of defects on the surface of the epitaxial wafer produced for each sample.

Figure 2011222842
Figure 2011222842

表2から明確なように、実施例5、6では、OSF+Nvウエーハの場合は、1300℃より高温でRTP処理後に5μmと多めにポリッシュし、エピタキシャル成長しても、エピタキシャル層の欠陥数は3個と良好である。
この結果と表1の結果とを合わせて考えると、OSF+Nvウエーハに存在するOSF核やRIE欠陥は、1300℃より高温であれば、表面から少なくとも5μmにわたって完全に消滅させることができるため、RTP処理後に5μmのポリッシュを行っても、シリコン基板表面は欠陥のない無欠陥状態を保っており、この表面にエピタキシャル成長した場合、欠陥の発生のない良質なエピタキシャル層が形成できることが分かる。このことから、OSF領域とNv領域が混在するウエーハをエピタキシャル成長用のシリコン基板に用いる場合は、RTP処理後に表面をポリッシュできるため、RTP処理中に異物付着や汚染を受けた場合でも、その後行うポリッシュで除去でき、歩留まり向上と品質向上の両者を達成できるというメリットがある。
As is clear from Table 2, in Examples 5 and 6, in the case of the OSF + Nv wafer, the number of defects in the epitaxial layer is 3 even after polishing with an excess of 5 μm after RTP treatment at a temperature higher than 1300 ° C. and epitaxial growth. It is good.
Considering these results together with the results in Table 1, OSF nuclei and RIE defects present in the OSF + Nv wafer can be completely extinguished from the surface over at least 5 μm at temperatures higher than 1300 ° C. It can be seen that even if polishing of 5 μm is performed later, the surface of the silicon substrate is maintained in a defect-free state without defects, and a high-quality epitaxial layer free from defects can be formed when epitaxially grown on this surface. For this reason, when a wafer in which an OSF region and an Nv region are mixed is used for a silicon substrate for epitaxial growth, the surface can be polished after the RTP process. There is an advantage that both yield improvement and quality improvement can be achieved.

(実施例7、8、比較例10)
図3に示すシリコン単結晶インゴットの成長速度および欠陥領域の関係に基づいて、シリコン単結晶インゴットを育成し、OSF+Nvウエーハを3枚準備した。
(Examples 7 and 8, Comparative Example 10)
Based on the relationship between the growth rate and defect region of the silicon single crystal ingot shown in FIG. 3, the silicon single crystal ingot was grown and three OSF + Nv wafers were prepared.

1枚目は、図4の急速加熱・急速冷却装置(ここでは、Applied Materials社製VANTAGE)を用い、Arガス雰囲気中で50℃/秒の昇温速度で室温より急速昇温し、1350℃の最高温度で10秒間保持した後、50℃/秒の降温速度で急速冷却し、その後表面を5μm程度ポリッシュした(シリコン基板−1)。
2枚目は酸素ガス雰囲気中で50℃/秒の昇温速度で室温より急速昇温し、1350℃の最高温度で10秒間保持した後、50℃/秒の降温速度で急速冷却し、その後表面を5μm程度ポリッシュした(シリコン基板−2)。
3枚目はRTP処理を行わずに、表面を5μm程度ポリッシュした(シリコン基板−3)。
シリコン基板−1、シリコン基板−2、シリコン基板−3に、市販の枚葉式エピタキシャル成長装置(Applied Materials社製Centura)にて、エピタキシャル成長を行った。
The first sheet is rapidly heated from room temperature at a heating rate of 50 ° C./second in an Ar gas atmosphere using the rapid heating / rapid cooling device of FIG. 4 (here, VANTAGE manufactured by Applied Materials), and 1350 ° C. Was held at the maximum temperature for 10 seconds, and then rapidly cooled at a temperature decrease rate of 50 ° C./second, and then the surface was polished by about 5 μm (silicon substrate-1).
The second sheet was rapidly heated from room temperature in an oxygen gas atmosphere at a temperature increase rate of 50 ° C./second, held at the maximum temperature of 1350 ° C. for 10 seconds, and then rapidly cooled at a temperature decrease rate of 50 ° C./second. The surface was polished by about 5 μm (silicon substrate-2).
The third sheet was polished about 5 μm without performing RTP treatment (silicon substrate-3).
Epitaxial growth was performed on the silicon substrate-1, the silicon substrate-2, and the silicon substrate-3 by using a commercially available single wafer epitaxial growth apparatus (Centura manufactured by Applied Materials).

エピタキシャル成長は、常圧下で、まず1150℃まで加熱し塩化水素ガスを流して0.5μm気相エッチングを行った後、TCSガスを流してエピタキシャル成長を行った。エピタキシャル層の厚さは5μmである。その後、酸素析出熱処理としてNガス雰囲気中で800℃で4時間の熱処理を施した後、さらに1000℃で16時間の熱処理を行った。その後、シリコン基板をBMD測定した。
BMD測定結果を表3に示す。
Epitaxial growth was carried out under normal pressure by first heating to 1150 ° C., flowing hydrogen chloride gas and performing 0.5 μm vapor phase etching, and then flowing TCS gas for epitaxial growth. The thickness of the epitaxial layer is 5 μm. Thereafter, a heat treatment was performed at 800 ° C. for 4 hours in an N 2 gas atmosphere as an oxygen precipitation heat treatment, and then a heat treatment was further performed at 1000 ° C. for 16 hours. Thereafter, BMD measurement was performed on the silicon substrate.
Table 3 shows the BMD measurement results.

Figure 2011222842
Figure 2011222842

表3から明確なように、Ar雰囲気中でRTP処理したシリコン基板にエピタキシャル層を形成したエピタキシャルウエーハのBMDは(実施例7)、3×10と極めて高密度のBMDが発生している。これはRTP処理中にシリコン基板中に新たに形成させた空孔が、エピタキシャル成長工程中の熱処理やその後の熱処理で、析出核形成の不均一核として働く結果である。
逆に、酸素雰囲気中でRTP処理したシリコン基板上にエピタキシャル層を形成した場合のBMDは(実施例8)、1×10であり、RTP処理せずに作製したエピタキシャルウエーハ(比較例10)のBMDの1×10より約2桁程度BMD発生が抑制されている。
As is clear from Table 3, BMD of an epitaxial wafer in which an epitaxial layer is formed on a silicon substrate subjected to RTP treatment in an Ar atmosphere (Example 7) has an extremely high density of 3 × 10 7 BMD. This is a result of the vacancies newly formed in the silicon substrate during the RTP process acting as non-uniform nuclei for the formation of precipitation nuclei in the heat treatment during the epitaxial growth process and the subsequent heat treatment.
Conversely, the BMD when an epitaxial layer is formed on a silicon substrate that has been RTP treated in an oxygen atmosphere is (Example 8), 1 × 10 3 , and an epitaxial wafer fabricated without RTP treatment (Comparative Example 10). The occurrence of BMD is suppressed by about 2 digits from 1 × 10 5 of BMD.

これはRTP処理中にシリコン基板中に新たに形成させた格子間シリコンが、エピタキシャル成長工程中の熱処理や、その後の熱処理で析出核形成を抑制する結果である。
このように、RTP処理の雰囲気を変えることにより、BMDを増加させることも、抑制することも可能である。また、雰囲気以外にもRTP処理の保持温度、保持時間、あるいは冷却速度等の条件を適宜選択することにより、シリコン基板の欠陥を溶解させるだけでなく、同時に所望のBMDを形成させることが可能となり、デバイスで要求されるエピタキシャル層中の欠陥発生がなく、しかもシリコン基板中にはゲッタリング能力や強度改善に必要量のBMDを形成させたエピタキシャルウエーハが製造可能となる。
This is a result of the interstitial silicon newly formed in the silicon substrate during the RTP process suppressing the formation of precipitate nuclei by the heat treatment during the epitaxial growth process and the subsequent heat treatment.
Thus, BMD can be increased or suppressed by changing the atmosphere of the RTP process. In addition to the atmosphere, by appropriately selecting conditions such as the holding temperature, holding time, or cooling rate of the RTP treatment, it becomes possible not only to dissolve defects in the silicon substrate but also to form a desired BMD at the same time. Thus, there is no generation of defects in the epitaxial layer required for the device, and an epitaxial wafer in which a BMD in an amount necessary for improving the gettering capability and strength is formed in the silicon substrate can be manufactured.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as 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.

30…単結晶引き上げ装置、 31…引き上げ室、 32…ルツボ、
33…ルツボ保持軸、 34…ヒータ、 35…断熱材、 36…整流筒、
37…固液界面、 38…シリコン融液、 39…ワイヤ、
40…シリコン単結晶インゴット、 41…シードチャック、
51…ガス排気口、 52…急速加熱・急速冷却装置、 53…チャンバー、
54…加熱ランプ、 55…オートシャッター、 56…石英トレイ、
57…支持部、 58…バッファ、 59…パイロメーター
W…シリコン基板。
30 ... Single crystal pulling device, 31 ... Pulling chamber, 32 ... Crucible,
33 ... crucible holding shaft, 34 ... heater, 35 ... heat insulating material, 36 ... rectifying cylinder,
37 ... solid-liquid interface, 38 ... silicon melt, 39 ... wire,
40 ... Silicon single crystal ingot, 41 ... Seed chuck,
51 ... Gas exhaust port, 52 ... Rapid heating / cooling device, 53 ... Chamber,
54 ... Heating lamp, 55 ... Auto shutter, 56 ... Quartz tray,
57 ... support part, 58 ... buffer, 59 ... pyrometer W ... silicon substrate.

Claims (8)

チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコン基板の表面上にシリコンエピタキシャル層を形成してエピタキシャルウェーハを製造する方法であって、少なくとも、
前記シリコン基板に急速熱処理を施すことによって、少なくとも前記シリコン基板の表面から0.5μmの深さまでの領域に存在するRIE法により検出される欠陥を消滅させるRIE欠陥消滅工程と、前記RIE法により検出される欠陥を消滅させたシリコン基板の表面上に前記シリコンエピタキシャル層を形成する工程とを具備することを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
A method for producing an epitaxial wafer by forming a silicon epitaxial layer on the surface of a silicon substrate cut out from a silicon single crystal ingot grown by the Czochralski method, comprising:
RIE defect extinguishing step for eliminating defects detected by the RIE method existing at least in a region from the surface of the silicon substrate to a depth of 0.5 μm by performing a rapid heat treatment on the silicon substrate, and detecting by the RIE method And a step of forming the silicon epitaxial layer on the surface of the silicon substrate from which the defects to be eliminated have been eliminated.
前記RIE欠陥消滅工程において、前記急速熱処理を、急速加熱・急速冷却装置を用いて、窒化膜形成雰囲気ガス及びArガスのうちの少なくとも一種類のガスを含む雰囲気で1300℃より高く1400℃以下の温度で1〜60秒間施し、前記シリコンエピタキシャル層形成工程において、前記シリコン基板の表面上に1175℃以下の成長温度で前記シリコンエピタキシャル層を形成することを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。   In the RIE defect extinction step, the rapid thermal treatment is performed at a temperature higher than 1300 ° C. and lower than 1400 ° C. in an atmosphere containing at least one of a nitride film forming atmosphere gas and an Ar gas using a rapid heating / cooling apparatus. 2. The epitaxial wafer according to claim 1, wherein the silicon epitaxial layer is formed at a temperature of 1175 ° C. or less on the surface of the silicon substrate in the silicon epitaxial layer forming step. Manufacturing method. 前記RIE欠陥消滅工程において、前記急速熱処理を、急速加熱・急速冷却装置を用いて、酸素雰囲気で1300℃より高く1400℃以下の温度で1〜60秒間施し、前記シリコンエピタキシャル層形成工程において、前記シリコン基板の表面上に1175℃以下の成長温度で前記シリコンエピタキシャル層を形成することを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。   In the RIE defect disappearance step, the rapid thermal treatment is performed in an oxygen atmosphere at a temperature higher than 1300 ° C. and lower than 1400 ° C. for 1 to 60 seconds using a rapid heating / rapid cooling device, and in the silicon epitaxial layer forming step, The method for producing an epitaxial wafer according to claim 1, wherein the silicon epitaxial layer is formed on the surface of the silicon substrate at a growth temperature of 1175 ° C. or lower. 前記シリコン基板を、全面がOSF領域、全面がN領域、又はOSF領域及びN領域が混合した領域であるシリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコン単結晶ウェーハとすることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。   The silicon substrate is a silicon single crystal wafer cut out from a silicon single crystal ingot whose entire surface is an OSF region, and whose entire surface is an N region, or a region where the OSF region and the N region are mixed. The manufacturing method of the epitaxial wafer as described in any one of Claim 3. 前記シリコン基板を、9×1017atoms/cm(JEIDA)以下の濃度の酸素を含有するシリコン単結晶ウェーハとすることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。 5. The silicon substrate according to claim 1, wherein the silicon substrate is a silicon single crystal wafer containing oxygen at a concentration of 9 × 10 17 atoms / cm 3 (JEIDA) or less. Epitaxial wafer manufacturing method. 前記シリコン基板を、1×1011〜1×1015atoms/cmの濃度の窒素及び/又は1×1016〜1×1017atoms/cmの濃度の炭素を含有するシリコン単結晶ウェーハとすることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。 A silicon single crystal wafer containing nitrogen at a concentration of 1 × 10 11 to 1 × 10 15 atoms / cm 3 and / or carbon at a concentration of 1 × 10 16 to 1 × 10 17 atoms / cm 3 ; An epitaxial wafer manufacturing method according to any one of claims 1 to 5, wherein: 請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法により製造されたものであることを特徴とするエピタキシャルウェーハ。   An epitaxial wafer manufactured by the method for manufacturing an epitaxial wafer according to any one of claims 1 to 6. 請求項7に記載のエピタキシャルウェーハを用いて撮像用デバイスを製造することを特徴とする撮像用デバイスの製造方法。   An imaging device is manufactured using the epitaxial wafer according to claim 7, wherein the imaging device manufacturing method is characterized.
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