JP2014159367A - Manufacturing method of silicon epitaxial wafer - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon epitaxial wafer that can reduce oxygen precipitation to prevent wafer deformation from occurring even when subjected to rapid temperature increase/decrease heat treatment and can prevent slip extension from occurring due to boat scratches and transfer scratches causing strength deterioration of a wafer.SOLUTION: A manufacturing method of a silicon epitaxial wafer includes an epitaxial step for growing an epitaxial layer on the surface of a substrate that is doped with boron so as to have an ohmic value of 0.02 Ωcm - 1 kΩcm and has an initial oxygen concentration Oi of 14.0×10- 22×10atoms/cm(Old-ASTM), and a deposition/dissolution/heat treatment step for subjecting the substrate to treatment under conditions of a treatment temperature of 1,150°C-1,300°C, a holding time of 5 sec - 1 min, and a temperature descending speed of 10°C/sec - 0.1°C/sec before and after the epitaxial step.

Description

本発明は、シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法に係り、特に、高い内部応力が発生する熱処理に供されるシリコンエピタキシャルウェーハの反り等変形発生防止に用いて好適な技術に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a silicon epitaxial wafer, and particularly to a technique suitable for use in preventing deformation such as warpage of a silicon epitaxial wafer subjected to a heat treatment in which high internal stress is generated.

デバイスプロセスでの熱プロセスは低温処理、高温処理が多数用いられるため、エピタキシャルウェーハを用いた場合でも基板ウェーハに酸素析出形成が起こる。従来、この酸素析出物はプロセス中に起こる可能性がある金属不純物捕獲(ゲッタリング)に有効であり、酸素析出物形成は望まれていた。   As the thermal process in the device process, a large number of low-temperature processes and high-temperature processes are used. Therefore, even when an epitaxial wafer is used, oxygen precipitates are formed on the substrate wafer. Conventionally, this oxygen precipitate is effective in capturing metal impurities (gettering) that may occur during the process, and the formation of oxygen precipitate has been desired.

ところが、最近のデバイス製造プロセスでは急速昇降温工程が多数用いられてきており、デバイスプロセス中の熱処理における応力負荷が増大している。特に、デバイスの高集積化によりこのような急速昇降温工程がよりいっそう短時間化、最高温度も高温化する傾向にある。45nmノード(hp65)からはFLA(flash lamp annealing)、LSA(Laser Spike Anneal )、LTP(laser thermal process )、Spike−RTA(Rapid Thermal Annealing )と呼ばれるアニール工程が用いられる場合がある。   However, in recent device manufacturing processes, many rapid heating / cooling steps have been used, and the stress load in heat treatment during the device process is increasing. In particular, due to the high integration of devices, such a rapid temperature raising / lowering process tends to be further shortened and the maximum temperature tends to be increased. An annealing process called FLA (flash lamp annealing), LSA (Laser Spike Anneal), LTP (laser thermal process), or Spike-RTA (Rapid Thermal Annealing) may be used from the 45 nm node (hp65).

このうち、FLA熱処理ではウェーハを400℃〜600℃の初期温度に昇温しておき、Xeランプ等の短波長の光を用いてウェーハ全面に光照射し、ウェーハ極表層のみを1100℃以上シリコンの融点付近まで急速加熱・急冷する。また、熱処理時間はμ(マイクロ)秒からミリ秒の単位(オーダー)である。
FLA処理に関する技術が以下の文献に開示されている。
Of these, in FLA heat treatment, the wafer is heated to an initial temperature of 400 ° C. to 600 ° C., and the entire surface of the wafer is irradiated with light having a short wavelength such as an Xe lamp, so that only the wafer surface layer is silicon at 1100 ° C. or more. Rapid heating and cooling to near the melting point. The heat treatment time is in units (order) from μ (micro) seconds to milliseconds.
Techniques relating to FLA processing are disclosed in the following documents.

特表2008−515200号公報Special table 2008-515200 特開2008−98640号公報JP 2008-98640 A

これらのような熱処理ではウェーハ表面と裏面に数100℃の温度差が生じ、以前からおこなわれてきたRTAに比べて非常に高い応力が負荷されることがある。具体的には、20MPaをこえるような熱応力が部分的に発生する可能性がある。   In such a heat treatment, a temperature difference of several hundred degrees Celsius occurs between the front surface and the back surface of the wafer, and an extremely high stress may be applied as compared with RTA that has been performed previously. Specifically, there is a possibility that a thermal stress exceeding 20 MPa is partially generated.

しかし、これらのような急速昇降温工程では、酸素析出物が形成した場合、形成した析出物はサイズのばらつきが生じて、サイズの大きな析出物から転位(Slip)を発生し、ウェーハを局所的に反らすという問題が生じることがある。反りを起こすと、デバイスプロセスにおいて露光時に下地パターンとの重ね合わせズレが起こるため、デバイス歩留まりを低下させることになる。また、このように局所的に反りを起こしたウェーハの形状を元に戻すことは不可能である。   However, in such a rapid temperature increase / decrease process, when oxygen precipitates are formed, the formed precipitates vary in size, and dislocations (Slip) are generated from the large-sized precipitates, and the wafer is localized. The problem of warping may occur. When warping occurs, the device process causes a misalignment with the underlying pattern during exposure, which lowers the device yield. Further, it is impossible to restore the shape of the wafer that has locally warped in this way.

一方、デバイスプロセスにおいてボート傷・搬送傷を完全に抑制することは不可能である。上述したようなウェーハ変形を生じさせる転位(Slip)はこのボート傷・搬送傷からも発生する。このようなスリップ伸展は、ウェーハの酸素濃度・ボロン濃度が高い方が抑制することが知られている。
しかし、酸素濃度の増大、ボロン濃度の増大は、同時に、上記酸素析出形成を促進する効果がある。したがって、酸素析出形成によるウェーハ変形・反りの発生を抑制しつつ、同時に、プロセス起因のSlip発生を抑制させることは困難であった。
On the other hand, it is impossible to completely suppress boat damage and conveyance damage in the device process. Dislocations (Slip) that cause wafer deformation as described above also occur from this boat flaw and transport flaw. It is known that such slip extension is suppressed when the oxygen concentration / boron concentration of the wafer is higher.
However, an increase in oxygen concentration and an increase in boron concentration have the effect of promoting the formation of oxygen precipitates at the same time. Therefore, it has been difficult to suppress the generation of slip caused by the process while suppressing the occurrence of wafer deformation and warpage due to the formation of oxygen precipitates.

さらには、プロセス中で析出形成が進むことで、酸素が消費され、格子間酸素が減少する。この場合、発生した転位の伸展がさらに抑制できないことになり、ウェーハ強度がさらに低下することが考えられる。しかも、特許文献2の0042段に記載されるように、不純物の拡散を抑制するためなどの理由により、FLAより後の工程においては700℃以上の熱処理を行なわないなど、デバイス製造工程においては処理条件における制約が多いため、デバイス製造前のシリコンウェーハにおいてこのような問題を解決したいという要求があった。   Furthermore, as precipitation formation proceeds in the process, oxygen is consumed and interstitial oxygen is reduced. In this case, extension of the generated dislocations cannot be further suppressed, and it is considered that the wafer strength further decreases. In addition, as described in the 0042th stage of Patent Document 2, in the device manufacturing process, heat treatment at 700 ° C. or higher is not performed in the process after the FLA for reasons such as suppressing diffusion of impurities. Since there are many restrictions on conditions, there has been a demand for solving such a problem in a silicon wafer before device manufacture.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、上述したようなデバイスプロセスにおける局所的なウェーハ変形を防止するため、デバイスプロセス中で析出形成が起こらず、Slip耐性の優れたエピタキシャルウェーハとその製造方法とを提供可能とすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in order to prevent local wafer deformation in the device process as described above, precipitation formation does not occur in the device process, and an epitaxial wafer excellent in slip resistance and An object of the present invention is to provide a manufacturing method thereof.

発明者らは、FLA,Spike−RTAなど急速昇降温工程においては、処理温度(ピーク温度)が高く、極めて短時間の間に昇温・降温がおこなわれるため、ウェーハにかかる応力が大きくなり、酸素析出の際に伸展するスリップによりウェーハに反り等の変形が発生するので、これに耐え得るウェーハを提供する手段を探求した。まず、従来のような条件の厳しくない熱処理時において、ウェーハ変形防止の手段として採用してきたウェーハ中の酸素析出物によるスリップ伸長防止は、上記の熱処理における温度条件が過酷で厳しすぎるため、逆に酸素析出からのスリップ伸展がウェーハ変形の原因となるため、無効であることがわかった。また、FLA,Spike−RTAにおいては、熱処理に供されるウェーハ種類の違いによりウェーハ中における応力(stress)の発生状態が異なるため、これらのウェーハ種類に対応した変形防止対策が必要であることがわかった。   The inventors have high processing temperature (peak temperature) in the rapid temperature rising / falling process such as FLA, Spike-RTA, etc., and the temperature rise / fall is performed in a very short time, so the stress applied to the wafer increases, Since a deformation such as a warp occurs in the wafer due to a slip that is extended during oxygen precipitation, a means for providing a wafer that can withstand this deformation was sought. First, during heat treatment that is not strict as in the conventional conditions, slip elongation prevention due to oxygen precipitates in the wafer that has been adopted as a means for preventing wafer deformation is conversely because the temperature conditions in the above heat treatment are too severe and strict. It was found that slip extension from oxygen precipitation is ineffective because it causes wafer deformation. Further, in FLA and Spike-RTA, since the state of stress generation in the wafer differs depending on the type of wafer subjected to heat treatment, it is necessary to take a deformation prevention measure corresponding to these wafer types. all right.

具体的には、大きなストレスを発生するデバイス工程に供する前に、ウェーハ内部の酸素析出を抑制するように、インゴット引き上げ時における酸素濃度の設定と、引き上げ時に添加するドーパント濃度の設定と、析出核を溶解するRTA処理の条件を設定する。その結果、後述する実施例のように、これらの条件を適切に設定することにより、急速昇降温工程によってウェーハに発生する変形の原因となるスリップ抑制状態と、同時に急速昇降温工程以外の処理で問題となるボート傷・搬送傷から発生するスリップ伸展をも防止可能とする状態を実現できることを見出した。   Specifically, before being subjected to a device process that generates a large stress, in order to suppress oxygen precipitation inside the wafer, setting of the oxygen concentration at the time of pulling up the ingot, setting of the dopant concentration added at the time of pulling, and precipitation nuclei RTA treatment conditions for dissolving As a result, by appropriately setting these conditions as in the examples described later, the slip suppression state that causes deformation in the wafer by the rapid temperature raising and lowering process and simultaneously processing other than the rapid temperature raising and lowering process. It has been found that it is possible to realize a state in which slip extension caused by a boat flaw or a conveyance flaw which is a problem can be prevented.

本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法は、最高温度が1050℃以上シリコンの融点以下で昇降温レートが150℃/sec以上の条件により、熱処理時にウェーハ内部で発生する内部応力が20MPaを超える様な条件とされる熱処理工程を有する半導体デバイスの製造プロセスに供されるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
窒素が1×1013〜5×1014atoms/cm ドープされた基板に対して、その表面にエピタキシャル層を成長するエピタキシャル工程と、該エピタキシャル工程後に処理温度1200℃〜1300℃の範囲、保持時間5sec〜1minの範囲、降温速度を空孔が凍結しない10℃/sec〜0.1℃/secの範囲とされる析出溶解熱処理工程とを有することにより、
1000℃,16hrの熱処理をおこなった場合におけるウェーハ内部での酸素析出物密度を、半導体デバイスの製造プロセスでのフォトリソ工程において析出物から発生したスリップ転位によって生じるウェーハの変形による最大ずれ量を許容基準値である10nmを超えない5×10個/cm以下とすることを特徴とする。
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法は、最高温度が1050℃以上シリコンの融点以下で昇降温レートが150℃/sec以上の条件により、熱処理時にウェーハ内部で発生する内部応力が20MPaを超える様な条件とされる熱処理工程を有する半導体デバイスの製造プロセスに供されるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
抵抗値が0.02Ωcm〜1kΩcmとなるようにボロンがドープされ、初期酸素濃度Oiが、14.0×1017〜22×1017atoms/cm (Old−ASTM)とされた基板に対して、その表面にエピタキシャル層を成長するエピタキシャル工程と、該エピタキシャル工程の前後において、処理温度1150℃〜1300℃の範囲、保持時間5sec〜1minの範囲、降温速度を空孔が凍結しない10℃/sec〜0.1℃/secの範囲とされる析出溶解熱処理工程とを有することにより、
1000℃,16hrの熱処理をおこなった場合におけるウェーハ内部での酸素析出物密度を、半導体デバイスの製造プロセスでのフォトリソ工程において析出物から発生したスリップ転位によって生じるウェーハの変形による最大ずれ量を許容基準値である10nmを超えない5×10個/cm以下とすることを特徴とする。
本発明において、最高温度が1050℃以上シリコンの融点以下で昇降温レートが150℃/sec以上の条件とされる熱処理工程を有する半導体デバイスの製造プロセスに供されるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
窒素が1×1013〜5×1014atoms/cm ドープされた基板に対して、その表面にエピタキシャル層を成長するエピタキシャル工程と、該エピタキシャル工程後に処理温度1200℃〜1300℃の範囲、保持時間5sec〜1minの範囲、降温速度10℃/sec〜0.1℃/secの範囲とされる析出溶解熱処理工程とを有することにより上記課題を解決した。
本発明は、最高温度が1050℃以上シリコンの融点以下で昇降温レートが150℃/sec以上の条件とされる熱処理工程を有する半導体デバイスの製造プロセスに供されるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
抵抗値が0.02Ωcm〜0.001Ωcmとなるようにボロンがドープされ、初期酸素濃度Oiが、11.0×1017〜3×1017atoms/cm (Old−ASTM)とされた基板に対して、その表面にエピタキシャル層を成長するエピタキシャル工程を有することにより上記課題を解決した。
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法は、最高温度が1050℃以上シリコンの融点以下で昇降温レートが150℃/sec以上の条件とされる熱処理工程を有する半導体デバイスの製造プロセスに供されるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
抵抗値が0.02Ωcm〜0.001Ωcmとなるようにボロンがドープされ、初期酸素濃度Oiが、11.0×1017〜18×1017atoms/cm (Old−ASTM)とされた基板に対して、その表面にエピタキシャル層を成長するエピタキシャル工程と、該エピタキシャル工程前において、処理温度1150℃〜1300℃の範囲、保持時間5sec〜1minの範囲、降温速度10℃/sec〜0.1℃/secの範囲とされる析出溶解熱処理工程とを有することにより上記課題を解決した。
本発明において、前記析出溶解熱処理工程において、処理雰囲気として窒素を含まない非酸化性ガス雰囲気とする手段を採用することもできる。
本発明において、前記析出溶解熱処理工程において、処理雰囲気として窒素を含まない非酸化性ガスと1%以上の酸素ガスの混合雰囲気とする手段を採用することもできる。
本発明において、前記析出溶解熱処理工程において、処理雰囲気として窒素を含まない非酸化性ガスと3%以上の酸素ガスの混合雰囲気とし、降温速度を50℃/sec〜20℃/secの範囲とする手段を採用することもできる。
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハにおいては、上記のいずれか記載のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法により製造されたことができる。
The method for producing a silicon epitaxial wafer according to the present invention is such that the internal stress generated in the wafer during heat treatment exceeds 20 MPa under the conditions that the maximum temperature is 1050 ° C. or higher and the melting point of silicon is 150 ° C./sec or higher. A method for manufacturing a silicon epitaxial wafer to be used in a semiconductor device manufacturing process having a heat treatment step as a condition,
An epitaxial process for growing an epitaxial layer on the surface of a substrate doped with 1 × 10 13 to 5 × 10 14 atoms / cm 3 of nitrogen, and a processing temperature in the range of 1200 to 1300 ° C. after the epitaxial process is maintained. By having a precipitation melting heat treatment step in which the range of time is 5 sec to 1 min, and the temperature drop rate is 10 ° C./sec to 0.1 ° C./sec in which the pores are not frozen,
Acceptable standard for oxygen precipitate density inside wafer when heat treatment at 1000 ° C for 16 hours is performed, and maximum deviation due to wafer deformation caused by slip dislocation generated from precipitate in photolithography process in semiconductor device manufacturing process The value is 5 × 10 4 pieces / cm 2 or less which does not exceed the value of 10 nm.
The method for producing a silicon epitaxial wafer according to the present invention is such that the internal stress generated in the wafer during heat treatment exceeds 20 MPa under the conditions that the maximum temperature is 1050 ° C. or higher and the melting point of silicon is 150 ° C./sec or higher. A method for manufacturing a silicon epitaxial wafer to be used in a semiconductor device manufacturing process having a heat treatment step as a condition,
For a substrate doped with boron to have a resistance value of 0.02 Ωcm to 1 kΩcm and an initial oxygen concentration Oi of 14.0 × 10 17 to 22 × 10 17 atoms / cm 3 (Old-ASTM) An epitaxial process for growing an epitaxial layer on the surface, and a treatment temperature range of 1150 ° C. to 1300 ° C., a holding time range of 5 sec to 1 min, and a temperature lowering rate before and after the epitaxial process are 10 ° C./sec. By having a precipitation dissolution heat treatment step in the range of ~ 0.1 ° C / sec,
Acceptable standard for oxygen precipitate density inside wafer when heat treatment at 1000 ° C for 16 hours is performed, and maximum deviation due to wafer deformation caused by slip dislocation generated from precipitate in photolithography process in semiconductor device manufacturing process The value is 5 × 10 4 pieces / cm 2 or less which does not exceed the value of 10 nm.
In the present invention, there is provided a method for producing a silicon epitaxial wafer used in a semiconductor device production process having a heat treatment step in which the maximum temperature is 1050 ° C. or more and below the melting point of silicon and the temperature rising / falling rate is 150 ° C./sec or more. And
An epitaxial process for growing an epitaxial layer on the surface of a substrate doped with 1 × 10 13 to 5 × 10 14 atoms / cm 3 of nitrogen, and a processing temperature in the range of 1200 to 1300 ° C. after the epitaxial process is maintained. The above problems have been solved by having a precipitation dissolution heat treatment step in which the time is in the range of 5 sec to 1 min and the temperature drop rate is in the range of 10 ° C./sec to 0.1 ° C./sec.
The present invention is a method for manufacturing a silicon epitaxial wafer to be used in a semiconductor device manufacturing process having a heat treatment step in which the maximum temperature is 1050 ° C. or higher and below the melting point of silicon and the heating / cooling rate is 150 ° C./sec or higher. And
Boron is doped so that the resistance value is 0.02 Ωcm to 0.001 Ωcm, and the initial oxygen concentration Oi is 11.0 × 10 17 to 3 × 10 17 atoms / cm 3 (Old-ASTM). On the other hand, the above-mentioned problem was solved by having an epitaxial process for growing an epitaxial layer on the surface.
The method for producing a silicon epitaxial wafer according to the present invention provides a silicon device for use in a semiconductor device production process having a heat treatment step in which the maximum temperature is 1050 ° C. or more and below the melting point of silicon and the temperature rising / falling rate is 150 ° C./sec or more. An epitaxial wafer manufacturing method comprising:
Boron is doped so that the resistance value becomes 0.02 Ωcm to 0.001 Ωcm, and the initial oxygen concentration Oi is 11.0 × 10 17 to 18 × 10 17 atoms / cm 3 (Old-ASTM). On the other hand, an epitaxial process for growing an epitaxial layer on the surface, and before the epitaxial process, a processing temperature range of 1150 ° C. to 1300 ° C., a holding time range of 5 sec to 1 min, and a cooling rate of 10 ° C./sec to 0.1 ° C. The above-described problems have been solved by having a precipitation dissolution heat treatment step in the range of / sec.
In the present invention, in the precipitation dissolution heat treatment step, it is also possible to employ means for making the treatment atmosphere a non-oxidizing gas atmosphere that does not contain nitrogen.
In the present invention, in the precipitation-melting heat treatment step, it is also possible to employ means for setting a mixed atmosphere of non-oxidizing gas not containing nitrogen and 1% or more oxygen gas as the processing atmosphere.
In the present invention, in the precipitation dissolution heat treatment step, a mixed atmosphere of non-oxidizing gas not containing nitrogen and 3% or more oxygen gas is used as the processing atmosphere, and the temperature lowering rate is in the range of 50 ° C./sec to 20 ° C./sec. Means can also be employed.
The silicon epitaxial wafer of the present invention can be manufactured by any one of the above-described silicon epitaxial wafer manufacturing methods.

(高酸素p-ウェーハにEpi前後にRTA処理)
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法は、最高温度が1050℃以上シリコンの融点以下で昇降温レートが150℃/sec以上の条件とされる熱処理工程を有する半導体デバイスの製造プロセスに供されるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
抵抗値が0.02Ωcm〜1kΩcmとなるようにボロンがドープされ、初期酸素濃度Oiが、14.0×1017〜22×1017atoms/cm (Old−ASTM)とされた基板に対して、その表面にエピタキシャル層を成長するエピタキシャル工程と、該エピタキシャル工程の前後において、処理温度1150℃〜1300℃の範囲、保持時間5sec〜1minの範囲、降温速度10℃/sec〜0.1℃/secの範囲とされる析出溶解熱処理工程とを有することにより、引き上げ時の設定で高酸素濃度とされ、かつ、スリップ伸長抑制効果を有するボロン濃度が比較的小さいp−ウェーハにおいても、析出溶解熱処理工程によって、変形原因となる酸素析出核を溶解することができ、これにより、従来のRTA処理に比べて条件が厳しく、最高温度が1050℃〜シリコン融点〜2000℃の範囲、昇降温レートが150℃/sec〜10000℃/sec、500℃/sec〜3000℃/sec、1000℃〜2000℃/secとされ、シリコンウェーハで生じる最大応力が20MPaを超えるような極めて過酷な条件であるデバイス製造プロセス急速昇降温熱処理に供した場合でも、変形が防止できるとともに、同時に、ウェーハ強度低下の原因となるボート傷・搬送傷から発生するスリップ伸展をも防止可能なシリコンウェーハを提供可能とすることができる。
(High oxygen p-wafer with RTA treatment before and after Epi)
The method for producing a silicon epitaxial wafer according to the present invention provides a silicon device for use in a semiconductor device production process having a heat treatment step in which the maximum temperature is 1050 ° C. or more and below the melting point of silicon and the temperature rising / falling rate is 150 ° C./sec or more. An epitaxial wafer manufacturing method comprising:
For a substrate doped with boron to have a resistance value of 0.02 Ωcm to 1 kΩcm and an initial oxygen concentration Oi of 14.0 × 10 17 to 22 × 10 17 atoms / cm 3 (Old-ASTM) An epitaxial process for growing an epitaxial layer on the surface, and before and after the epitaxial process, a processing temperature range of 1150 ° C. to 1300 ° C., a holding time range of 5 sec to 1 min, and a cooling rate of 10 ° C./sec to 0.1 ° C. / Precipitation dissolution heat treatment step having a range of sec, even in a p-wafer having a relatively low boron concentration having a high oxygen concentration at the time of pulling and having a slip elongation suppressing effect, Depending on the process, the oxygen precipitation nuclei that cause deformation can be dissolved. The conditions are severe, the maximum temperature is in the range of 1050 ° C. to the silicon melting point to 2000 ° C., the heating / cooling rate is 150 ° C./sec to 10,000 ° C./sec, 500 ° C./sec to 3000 ° C./sec, 1000 ° C. to 2000 ° C./sec. A boat that can prevent deformation and at the same time reduce the strength of the wafer even when it is subjected to the device manufacturing process rapid heating and cooling heat treatment, which is an extremely severe condition in which the maximum stress generated in the silicon wafer exceeds 20 MPa. It is possible to provide a silicon wafer that can prevent slip extension caused by a flaw or a conveyance flaw.

急速昇降温工程の一例として、45nmノード(hp65)で、MOS FETのアニール工程があり、ここでは、従前のRTAに比べて、より高温、短時間なアニールがおこなわれる。これは、図3に示すように、符号Mosで示すMOS FETのソースMs、ドレインMdに隣接し基板表面からの深さ(接合深さ)Xiが20nm程度と浅い不純物拡散領域である極浅接合Mexにおいて、図4に示すような箱形の不純物プロファイル、つまり、極浅接合Mex領域内における不純物濃度の均一性と境界での急峻な変化状態の実現が必要だからである。このように、高い加熱温度により打ち込んだ不純物を充分に活性化して抵抗を下げ、同時に、短い加熱時間により不純物の不必要な拡散を抑えるとともに活性化した不純物の失活(deactination)を避けるためである。   As an example of the rapid temperature raising / lowering process, there is an annealing process of a MOS FET at a 45 nm node (hp65). Here, annealing is performed at a higher temperature and in a shorter time than conventional RTA. As shown in FIG. 3, this is an ultra-shallow junction which is a shallow impurity diffusion region having a depth (junction depth) Xi of about 20 nm adjacent to the source Ms and drain Md of the MOS FET indicated by the symbol Mos. This is because, in Mex, it is necessary to realize a box-shaped impurity profile as shown in FIG. 4, that is, a uniform impurity concentration in the ultra-shallow junction Mex region and a steep change state at the boundary. In this way, the impurities implanted by the high heating temperature are fully activated to lower the resistance, and at the same time, the unnecessary diffusion of the impurities is suppressed by the short heating time and the deactivation of the activated impurities is avoided. is there.

このように、45nmノード(hp65)で要求される20nmを下回る接合深さXiを実現するために、ウェーハを400℃〜600℃以下の初期温度に昇温しておき、Xeフラッシュランプ等の短波長の光を用いてウェーハ全面に光照射しミリ秒単位の熱処理時間でウェーハ極表層のみを900℃〜1350℃程度まで急速加熱・急冷するFLAや、ウェーハをホットプレート上で400℃〜600℃の初期温度に昇温しておき、連続発振レーザを照射してウェーハをスポット走査することで、μ秒からミリ秒熱処理時間となるように1100℃以上シリコンの融点付近まで急速加熱・急冷するLSAなどがおこなわれる。
FLA、LSAにおいては、haloの不純物濃度分布特性維持、接合リークの低減、ゲート・リークの抑制、ソース・ドレインの寄生抵抗の低減、ゲートの空乏化も抑制を実現可能な処理条件が選択される。
As described above, in order to realize the junction depth Xi lower than 20 nm required for the 45 nm node (hp65), the wafer is heated to an initial temperature of 400 ° C. to 600 ° C. or less, and a short such as Xe flash lamp is used. FLA that irradiates the entire surface of the wafer with light of a wavelength and heats and cools only the wafer surface layer to about 900 ° C. to 1350 ° C. with a heat treatment time in milliseconds, or 400 ° C. to 600 ° C. on the hot plate. LSA is heated to 1100 ° C. or higher and rapidly cooled to near the melting point of silicon so that the heat treatment time is from microseconds to millisecond by irradiating a continuous wave laser and spot scanning the wafer. Etc. are performed.
For FLA and LSA, processing conditions are selected that can maintain halo impurity concentration distribution characteristics, reduce junction leakage, suppress gate leakage, reduce source / drain parasitic resistance, and suppress gate depletion. .

上記のような条件とされたFLAなどにおいては、熱処理時にウェーハで発生する内部応力が50〜150MPaというレベルに達することがある。本発明における急速昇降温工程としては、このFLAに限らず、発生する内部応力が20MPaを超えるような条件の厳しい熱処理を全て対象とする。   In FLA and the like under the above conditions, the internal stress generated in the wafer during heat treatment may reach a level of 50 to 150 MPa. The rapid temperature raising / lowering process in the present invention is not limited to this FLA, but covers all severe heat treatments under conditions where the generated internal stress exceeds 20 MPa.

また、FLAや、急速昇降温工程としてのSpike−RTAにおいては、温度条件が高く、昇温速度、降温速度が大きいため、上記のように大きな熱応力によりサイズの大きな酸素析出物からスリップ転位が発生する。
この結果、オーバーレイエラー(Overlay Error )すなわち、デバイス製造における急速昇降温工程前後でおこなわれるフォトリソ工程でパターンの重ね合わせがずれてしまうという事態が生じる。
In addition, in FLA and Spike-RTA as a rapid temperature raising / lowering process, the temperature conditions are high, and the rate of temperature rise and temperature drop is large. Therefore, slip dislocation is caused from large-sized oxygen precipitates due to a large thermal stress as described above. Occur.
As a result, an overlay error (Overlay Error), that is, a situation in which the pattern overlay is shifted in the photolithography process performed before and after the rapid heating / cooling process in the device manufacturing, occurs.

一例として、IC、LSI等の製造に見られるようにシリコンウェーハにパターンを露光する場合は、図5に示すように、ウェーハ1をワークステージ2上に真空吸着により保持固定し、フォトマスク3をワークステージ2より上方のマスクホルダ4に保持固定し、ワークステージ2を上昇させ薄板状ワーク1をフォトマスク3に密着させ、しかる後露光を行う。ウェーハ1の表面には予めフォトレジスト膜(図示せず)が形成されており、このフォトレジスト膜に対して露光が行われ、フォトマスク3のパターンが焼き付けられる。   As an example, when a pattern is exposed on a silicon wafer as seen in the manufacture of IC, LSI, etc., as shown in FIG. 5, the wafer 1 is held and fixed on the work stage 2 by vacuum suction, and the photomask 3 is attached. It is held and fixed to a mask holder 4 above the work stage 2, the work stage 2 is raised, the thin plate-like work 1 is brought into close contact with the photomask 3, and then post-exposure is performed. A photoresist film (not shown) is formed on the surface of the wafer 1 in advance. The photoresist film is exposed to light and a pattern of the photomask 3 is baked.

図6においては、ウェーハ上で急速昇降温工程の前工程で形成したパターンに対して、急速昇降温工程の後工程で形成しようとするパターンを重ね合わせた際に発生した水平方向の変化量をウェーハ各点における矢印の長さで示している。露光時にはウェーハがステージ上に真空吸着されるが、この吸着されるウェーハに反り等の変形があると、吸着時に反りなどの変形が矯正された状態でステージにウェーハが固定されるため、ウェーハの矯正された変形分だけ前工程でウェーハ上に形成されたパターンが変形(水平移動)し、本来あるべき位置からずれてしまいオーバーレイエラーが生じると考えられる。   In FIG. 6, the amount of change in the horizontal direction generated when a pattern to be formed in the subsequent process of the rapid heating / cooling process is superimposed on the pattern formed in the previous process of the rapid heating / cooling process on the wafer. The length of the arrow at each point on the wafer is shown. During exposure, the wafer is vacuum-sucked on the stage. If there is deformation such as warping, the wafer is fixed to the stage with the deformation such as warping corrected during suction. It is considered that the pattern formed on the wafer in the previous process is deformed (horizontal movement) by the corrected deformation and is shifted from the original position to cause an overlay error.

このウェーハの反りなどの変形は、サイズの大きな析出物から発生したスリップ転位によって生じると考えられる。反りなどの変形により、一定以上の変形が生じた場合には、この変形は矯正できないことから、当該ウェーハは排棄されることになり、デバイス収率が著しく低下するとともに、全体としてのデバイス製造コストが大幅に増大してしまう。   It is considered that deformation such as warpage of the wafer is caused by slip dislocations generated from precipitates having a large size. If deformation above a certain level occurs due to deformation such as warping, the deformation cannot be corrected, and the wafer will be discarded, resulting in a significant decrease in device yield and overall device manufacturing. Cost will increase significantly.

本願発明者らの知見として、このようなオーバーレイエラーは、発生するBMD(酸素析出物)の密度によってほぼ予測でき、図7に示すように、発生するBMD密度が5×10 個/cm を超える程度で急激に変形が発生し、最大ずれ量が許容基準値である10nmを超えてしまう。図に示す最大ずれ量の増大は、スリップ発生量の増大に起因していると考えられる。 As the inventors' knowledge, such an overlay error can be almost predicted by the density of the generated BMD (oxygen precipitate), and as shown in FIG. 7, the generated BMD density is 5 × 10 4 pieces / cm 2. Deformation occurs abruptly at a level exceeding 1, and the maximum deviation amount exceeds the allowable reference value of 10 nm. The increase in the maximum deviation amount shown in the figure is considered to be caused by the increase in the slip generation amount.

また、従来、ウェーハには酸素析出物によってゲッタリング能を付与してきたが、現実にゲッタリングが必要となる頻度、すなわち、重金属汚染が発生する頻度は、現状のデバイス製造工程においては極めて低い。これは、ゲッタリングを必要としていたφ200mmウェーハを主に使用していた製造ラインおよびこのラインが設置された環境における清浄度(異物の存在していない率)に対して、現在のφ300mmウェーハのそれ、またはφ450mmウェーハのそれが極めて向上しているためである。従って、発生確率の低い汚染への対策であるゲッタリング能付与に比べて、ダイレクトにデバイス収率に影響を及ぼすオーバーレイエラーへの対策として、BMDを低減することを選択したものである。   Conventionally, a wafer has been provided with gettering ability by oxygen precipitates, but the frequency at which gettering is actually required, that is, the frequency of occurrence of heavy metal contamination, is extremely low in the current device manufacturing process. This is because the cleanliness of the production line that mainly used φ200mm wafers that required gettering and the environment in which this line was installed (the rate at which foreign matter does not exist) is that of the current φ300mm wafers. This is because that of a φ450 mm wafer is extremely improved. Therefore, compared with the provision of gettering capability, which is a measure against contamination with a low probability of occurrence, we chose to reduce BMD as a measure against overlay errors that directly affect the device yield.

また、同時に、FLAや、急速昇降温工程としてのSpike−RTAにおいては、リング状のサセプタがウェーハのエッジ部分とのみ接触するようにしてウェーハを支持した状態で、熱処理がおこなわれる。このため、<4,0,0>方向における反射鉱によるX線トポグラフィーで観測した際に、図8に示すような支持されているウェーハエッジ部分にスリップ転位が発生する。   At the same time, in Spike-RTA as the FLA or rapid temperature raising / lowering process, heat treatment is performed in a state where the wafer is supported such that the ring-shaped susceptor is in contact only with the edge portion of the wafer. For this reason, when observed by X-ray topography by reflection ore in the <4, 0, 0> direction, slip dislocation occurs at the supported wafer edge portion as shown in FIG.

このスリップ転位は支持部分付近、すなわち、ウェーハエッジ部分のみで、デバイス部分にかからない周縁部から3mm程度であれば、デバイス部分そのものに影響がないとは考えられるが、結果的に、このスリップからウェーハの割れが発生するなど、ウェーハ自体の強度が低下し、やはりデバイス収率の低下の原因となる。従来は酸素析出物でのスリップ伸長抑制が可能であったが、スリップ伸長抑制効果のある酸素析出物があると、急速昇降温工程でのウェーハ変形によるオーバーレイエラーが生じてしまうため、この手法以外の対策が好ましい。   This slip dislocation is considered to have no effect on the device portion itself if it is about 3 mm from the periphery of the support portion, that is, the edge portion of the wafer that does not cover the device portion. As a result, the strength of the wafer itself is reduced, which causes a decrease in device yield. Previously, it was possible to suppress slip extension with oxygen precipitates. However, if there is oxygen precipitates that have a slip extension suppressing effect, an overlay error will occur due to wafer deformation in the rapid heating and cooling process. This measure is preferable.

本願発明者らは、シリコンウェーハの製造工程において、このようなウェーハ変形発生防止とスリップ発生防止とを同時に可能とする対策を見出したものである。
なお、本発明において、エピタキシャル工程における処理温度は、析出溶解熱処理工程における処理温度より低ければよく、一般的な条件とすることが可能である。また、降温速度とは、析出を溶解するために寄与の大きい少なくとも最高温度から700℃までの範囲における冷却速度を意味するものである。またエピタキシャル層におけるボロン等ドーパント濃度は形成されるデバイスの規格によって設定されるが、本願のスリップや変形に対する寄与は小さいため、どのようなものでも適用可能である。
The inventors of the present application have found a countermeasure capable of simultaneously preventing the occurrence of wafer deformation and the occurrence of slip in a silicon wafer manufacturing process.
In the present invention, the processing temperature in the epitaxial process may be lower than the processing temperature in the precipitation-melting heat treatment process, and general conditions can be set. Further, the temperature decreasing rate means a cooling rate in a range from at least the highest temperature to 700 ° C. which greatly contributes to dissolving the precipitate. Further, the dopant concentration such as boron in the epitaxial layer is set according to the standard of the device to be formed. However, since any contribution to slip and deformation of the present application is small, any material can be applied.

(N-dope版 高温RTA)
本発明において、最高温度が1050℃以上シリコンの融点以下で昇降温レートが150℃/sec以上の条件とされる熱処理工程を有する半導体デバイスの製造プロセスに供されるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
窒素が1×1013〜5×1014atoms/cm ドープされた基板に対して、その表面にエピタキシャル層を成長するエピタキシャル工程と、該エピタキシャル工程後に処理温度1200℃〜1300℃の範囲、保持時間5sec〜1minの範囲、降温速度10℃/sec〜0.1℃/secの範囲とされる析出溶解熱処理工程とを有することにより、酸素析出物の形成しやすい窒素のドープされたp−ウェーハにおいても、ウェーハ変形発生防止とスリップ発生防止とを同時に可能とすることができる。
(N-dope high temperature RTA)
In the present invention, there is provided a method for producing a silicon epitaxial wafer used in a semiconductor device production process having a heat treatment step in which the maximum temperature is 1050 ° C. or more and below the melting point of silicon and the temperature rising / falling rate is 150 ° C./sec or more. And
An epitaxial process for growing an epitaxial layer on the surface of a substrate doped with 1 × 10 13 to 5 × 10 14 atoms / cm 3 of nitrogen, and a processing temperature in the range of 1200 to 1300 ° C. after the epitaxial process is maintained. Nitrogen-doped p-wafer that is easy to form oxygen precipitates by having a precipitation dissolution heat treatment step with a time range of 5 sec to 1 min and a temperature drop rate of 10 ° C./sec to 0.1 ° C./sec In this case, it is possible to simultaneously prevent wafer deformation and slip.

(低酸素p/p+, p/p++ウェーハ)
本発明は、最高温度が1050℃以上シリコンの融点以下で昇降温レートが150℃/sec以上の条件とされる熱処理工程を有する半導体デバイスの製造プロセスに供されるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
抵抗値が0.02Ωcm〜0.001Ωcmとなるようにボロンがドープされ、初期酸素濃度Oiが、11.0×1017〜3×1017atoms/cm (Old−ASTM)とされた基板に対して、その表面にエピタキシャル層を成長するエピタキシャル工程を有することにより、引き上げ時の設定で低酸素濃度とされ、かつ、スリップ伸長抑制効果を有するボロン濃度が比較的大きいp+ウェーハまたはp++ウェーハにおいても、ウェーハ変形発生防止とスリップ発生防止とを同時に可能とすることができる。
(Low oxygen p / p +, p / p ++ wafer)
The present invention is a method for manufacturing a silicon epitaxial wafer to be used in a semiconductor device manufacturing process having a heat treatment step in which the maximum temperature is 1050 ° C. or higher and below the melting point of silicon and the heating / cooling rate is 150 ° C./sec or higher. And
Boron is doped so that the resistance value is 0.02 Ωcm to 0.001 Ωcm, and the initial oxygen concentration Oi is 11.0 × 10 17 to 3 × 10 17 atoms / cm 3 (Old-ASTM). On the other hand, by having an epitaxial process for growing an epitaxial layer on the surface of the p + wafer or p ++ wafer, which has a low oxygen concentration at the time of pulling up and a relatively high boron concentration that has a slip extension suppressing effect. Further, it is possible to simultaneously prevent wafer deformation and slip.

本発明のシリコンエピタキシャルウェーハがスライスされるシリコン単結晶(シリコンインゴット)において、CZ(チョクラルスキー)法で育成する際、上記の酸素濃度の範囲に設定する場合には、シリコン融液への磁場印加、ルツボ・結晶回転数制御等で対応することができるが、通常のCZ法では格子間酸素濃度を4×1017atoms/cm以下にするのは困難な場合があるので、低酸素の場合はシリコン融液に磁場を印加して単結晶を育成するMCZ法によって、格子間酸素濃度を4×1017atoms/cm以下にすることが可能である。また、石英ルツボおよび引き上げる単結晶の回転速度を低速にすることによっても格子間酸素濃度の低減が図られる。 When a silicon single crystal (silicon ingot) into which the silicon epitaxial wafer of the present invention is sliced is grown by the CZ (Czochralski) method, the magnetic field applied to the silicon melt is set in the above oxygen concentration range. Although it can be handled by application, crucible / crystal rotation number control, etc., it may be difficult to reduce the interstitial oxygen concentration to 4 × 10 17 atoms / cm 3 or less in the normal CZ method. In this case, the interstitial oxygen concentration can be reduced to 4 × 10 17 atoms / cm 3 or less by MCZ method in which a single crystal is grown by applying a magnetic field to the silicon melt. The interstitial oxygen concentration can also be reduced by reducing the rotation speed of the quartz crucible and the single crystal to be pulled up.

実質的には、石英ルツボの回転数をR1(rpm)、結晶回転数をR2(rpm)とするとき、R1:0.1以上2以下、R2:1以上7以下、の範囲であって、R1:0.5以上0.7以下の場合、R2<7−5(R1−0.5)を満足し、R1:0.7以上1以下の場合、R2<6を満足し、R1:1以上2以下の場合、R2<6−4(R1−1)を満足する範囲に設定することができる。この場合、単結晶中の格子間酸素濃度を4.0×1017atoms/cm以下として低酸素濃度のシリコン単結晶を育成できる。 Substantially, when the rotation speed of the quartz crucible is R1 (rpm) and the rotation speed of the crystal is R2 (rpm), the range is R1: 0.1 or more and 2 or less, R2: 1 or more and 7 or less, When R1: 0.5 or more and 0.7 or less, R2 <7-5 (R1-0.5) is satisfied, and when R1: 0.7 or more and 1 or less, R2 <6 is satisfied, and R1: 1 In the case of 2 or less, it can be set in a range satisfying R2 <6-4 (R1-1). In this case, a silicon single crystal having a low oxygen concentration can be grown by setting the interstitial oxygen concentration in the single crystal to 4.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less.

さらに、石英ルツボ回転数R1(rpm)と結晶回転数R2(rpm)とをR1:0.1以上2以下、R2:1以上7以下、の範囲であって、但しR1:0.3以上、0.5以下の場合、R2<7−5(R1−0.3)を満足し、R1:0.5以上0.7以下の場合、R2<6を満足し、R1:0.7以上1以下の場合、R2<6−3.4(R1−0.7)を満足する範囲に設定すればよい。この場合、単結晶中の格子間酸素濃度が3.5×1017atoms/cm以下として、低酸素濃度のシリコン単結晶を提供できる。 Further, the quartz crucible rotation speed R1 (rpm) and the crystal rotation speed R2 (rpm) are in the range of R1: 0.1 or more and 2 or less, R2: 1 or more and 7 or less, provided that R1: 0.3 or more, When 0.5 or less, R2 <7-5 (R1-0.3) is satisfied, and when R1: 0.5 or more and 0.7 or less, R2 <6 is satisfied, and R1: 0.7 or more and 1 In the following cases, it may be set in a range satisfying R2 <6-3.4 (R1-0.7). In this case, a silicon single crystal having a low oxygen concentration can be provided by setting the interstitial oxygen concentration in the single crystal to 3.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less.

また、本発明では、シリコン融液に印加する磁場は水平磁場やカスプ磁場など採用することができ、例えば水平磁場の強度としては、3000〜5000G(0.3T〜0.5T)とすることができる。磁場強度が上記の範囲以下であるとシリコン融液の対流抑制効果が充分でなく固液界面の形状を好ましい形状とすることができない上、酸素濃度を充分低下することができず好ましくない。また、上記の範囲以上に磁場強度を上げると、対流が抑制されすぎて、高温のシリコン融液が石英ルツボ内表面の劣化を進め、結晶の無転位化率が低下するため好ましくない。
また、本発明では、磁場中心位置と結晶引き上げ時の融液表面位置を−75〜+50mm、より好ましくは、20〜45mmとすることが好ましい。ここで、ここで磁場中心位置とは、水平磁場にあっては磁場発生コイルの中心が位置する高さ位置を意味し、−75mmとは、融液液面から上方75mmであることを意味している。
In the present invention, the magnetic field applied to the silicon melt can be a horizontal magnetic field, a cusp magnetic field, or the like. For example, the intensity of the horizontal magnetic field is 3000 to 5000 G (0.3 T to 0.5 T). it can. If the magnetic field strength is not more than the above range, the effect of suppressing convection of the silicon melt is not sufficient, and the shape of the solid-liquid interface cannot be made preferable, and the oxygen concentration cannot be lowered sufficiently, which is not preferable. Further, if the magnetic field strength is increased beyond the above range, convection is suppressed too much, and the high temperature silicon melt advances the deterioration of the inner surface of the quartz crucible, and the dislocation-free rate of the crystal is lowered.
In the present invention, the magnetic field center position and the melt surface position during crystal pulling are preferably −75 to +50 mm, more preferably 20 to 45 mm. Here, the magnetic field center position means a height position where the center of the magnetic field generating coil is located in a horizontal magnetic field, and −75 mm means 75 mm above the melt surface. ing.

また、CZ法またはMCZ法による引き上げにおいて シリコン融液の対流を抑制し 石英ルツボの溶解量を減らすと共に、合成石英ルツボを使用し 石英ルツボ中の不純物濃度を低減させ、よりFZ結晶に近い品質のCZ結晶を育成できる。
ここで、合成石英ルツボとは、少なくとも原料融液に当接する内表面が以下のような合成石英から形成されたものを意味する。
Also, in the pulling by the CZ method or the MCZ method, the convection of the silicon melt is suppressed, the amount of dissolution of the quartz crucible is reduced, and the synthetic quartz crucible is used to reduce the impurity concentration in the quartz crucible so that the quality closer to that of the FZ crystal CZ crystals can be grown.
Here, the synthetic quartz crucible means that at least the inner surface in contact with the raw material melt is formed of the following synthetic quartz.

合成石英は、化学的に合成・製造した原料であり、合成石英ガラス粉は非晶質である。合成石英の原料は気体又は液体であるため、容易に精製することが可能であり、合成石英粉は天然石英粉よりも高純度とすることができる。合成石英ガラス原料としては四塩化炭素などの気体の原料由来とケイ素アルコキシドのような液体の原料由来がある。合成石英粉ガラスでは、すべての不純物を0.1ppm以下とすることが可能である。
合成石英ガラス粉を溶融して得られたガラスでは、光透過率を測定すると、波長200nm程度までの紫外線を良く透過し、紫外線光学用途に用いられている四塩化炭素を原料とした合成石英ガラスに近い特性であると考えられる。
合成石英ガラス粉を溶融して得られたガラスでは、波長245nmの紫外線で励起して得られる蛍光スペクトルを測定すると、天然石英粉の溶融品のような蛍光ピークは見られない。
Synthetic quartz is a chemically synthesized and manufactured raw material, and synthetic quartz glass powder is amorphous. Since the raw material of synthetic quartz is gas or liquid, it can be easily purified, and synthetic quartz powder can have a higher purity than natural quartz powder. Synthetic quartz glass raw materials are derived from gaseous raw materials such as carbon tetrachloride and liquid raw materials such as silicon alkoxide. In synthetic quartz powder glass, all impurities can be made 0.1 ppm or less.
In the glass obtained by melting synthetic quartz glass powder, when the light transmittance is measured, the synthetic quartz glass is made of carbon tetrachloride, which is used for ultraviolet optical applications as a raw material, and transmits ultraviolet rays up to a wavelength of about 200 nm. It is considered that the characteristics are close to.
In a glass obtained by melting synthetic quartz glass powder, when a fluorescence spectrum obtained by excitation with ultraviolet rays having a wavelength of 245 nm is measured, a fluorescence peak like a melted product of natural quartz powder is not observed.

含有する不純物濃度を測定するか、シラノール量の違い、あるいは、光透過率を測定するか、波長245nmの紫外線で励起して得られる蛍光スペクトルを測定することにより、ガラス材料が天然石英であったか合成石英であったかを判別することができる。   Whether the glass material was natural quartz by measuring the concentration of impurities contained, measuring the amount of silanol, or measuring the light transmittance, or measuring the fluorescence spectrum obtained by excitation with ultraviolet light having a wavelength of 245 nm. It can be determined whether it was quartz.

また、本発明では、シリコン融液表面のガス流状態を制御するために、炉内圧力は、10torr(1.3kPa)以上、好ましくは30torr〜200torr(4.0〜27kPa)、さらに、好ましくは、30torr〜70torr(4.0〜9.3kPa)が望ましい。炉内圧力の上限は、炉内の圧力が増大するとAr等の不活性ガスの融液上でのガス流速が低下することにより、融液から蒸発したSiO等の反応物ガスが排気しにくくなることにより、結晶中の酸素濃度が高くなり、また、SiOが炉内の融液上部の1100℃程度またはより低温の部分に凝集することで、ダストを発生させ融液に落下することで結晶の有転位化を引き起こすため、これらを防止するために上記の上限の圧力を規定した。
また、本発明では、CZ炉内に供給する雰囲気ガス流量を100〜200リットル/min以上とし、CZ炉内の圧力を6700pa以下として、溶融液表面から蒸発するSiOを効果的に装置外に排出すると共に、溶融液表面を漂う異物もルツボ壁に追いやるとともに、結晶中の酸素濃度が高くなることを防止することができる。
In the present invention, the pressure in the furnace is 10 torr (1.3 kPa) or more, preferably 30 to 200 torr (4.0 to 27 kPa), more preferably, in order to control the gas flow state on the surface of the silicon melt. 30 to 70 torr (4.0 to 9.3 kPa) is desirable. The upper limit of the pressure in the furnace is that when the pressure in the furnace increases, the gas flow rate on the melt of inert gas such as Ar decreases, so that it is difficult to exhaust the reactant gas such as SiO evaporated from the melt. As a result, the oxygen concentration in the crystal increases, and SiO aggregates in the upper part of the melt in the furnace at about 1100 ° C. or at a lower temperature, thereby generating dust and dropping into the melt. In order to prevent dislocations, the upper limit of the pressure was specified to prevent them.
In the present invention, the atmospheric gas flow rate supplied to the CZ furnace is set to 100 to 200 liters / min or more, the pressure in the CZ furnace is set to 6700 pa or less, and SiO evaporated from the melt surface is effectively discharged out of the apparatus. At the same time, foreign matter drifting on the surface of the melt can be driven to the crucible wall, and the oxygen concentration in the crystal can be prevented from increasing.

(高酸素p+, p++ウェーハにEpi前、RTA処理後)
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法は、最高温度が1050℃以上シリコンの融点以下で昇降温レートが150℃/sec以上の条件とされる熱処理工程を有する半導体デバイスの製造プロセスに供されるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
抵抗値が0.02Ωcm〜0.001Ωcmとなるようにボロンがドープされ、初期酸素濃度Oiが、11.0×1017〜18×1017atoms/cm (Old−ASTM)とされた基板に対して、その表面にエピタキシャル層を成長するエピタキシャル工程と、該エピタキシャル工程前において、処理温度1150℃〜1300℃の範囲、保持時間5sec〜1minの範囲、降温速度10℃/sec〜0.1℃/secの範囲とされる析出溶解熱処理工程とを有することにより、引き上げ時の設定で高酸素濃度とされ、かつ、酸素析出増大効果を有するボロン濃度が比較的大きいp+ウェーハまたはp++ウェーハにおいても、ウェーハ変形発生防止とスリップ発生防止とを同時に可能とすることができる。
(High oxygen p +, p ++ wafer before Epi, after RTA treatment)
The method for producing a silicon epitaxial wafer according to the present invention provides a silicon device for use in a semiconductor device production process having a heat treatment step in which the maximum temperature is 1050 ° C. or more and below the melting point of silicon and the temperature rising / falling rate is 150 ° C./sec or more. An epitaxial wafer manufacturing method comprising:
Boron is doped so that the resistance value becomes 0.02 Ωcm to 0.001 Ωcm, and the initial oxygen concentration Oi is 11.0 × 10 17 to 18 × 10 17 atoms / cm 3 (Old-ASTM). On the other hand, an epitaxial process for growing an epitaxial layer on the surface, and before the epitaxial process, a processing temperature range of 1150 ° C. to 1300 ° C., a holding time range of 5 sec to 1 min, and a cooling rate of 10 ° C./sec to 0.1 ° C. In the p + wafer or p ++ wafer having a high oxygen concentration at the time of pulling and having a relatively large boron concentration having an effect of increasing oxygen precipitation, It is possible to simultaneously prevent wafer deformation and slip.

また、本発明において、前記析出溶解熱処理工程において、処理雰囲気として窒素を含まない非酸化性ガス雰囲気とする手段か、処理雰囲気として窒素を含まない非酸化性ガスと1%以上の酸素ガスの混合雰囲気とする手段か、処理雰囲気として窒素を含まない非酸化性ガスと3%以上の酸素ガスの混合雰囲気とし、降温速度を50℃/sec〜20℃/secの範囲とする手段を採用することにより、空孔注入ガスである窒素を含まない雰囲気で処理することで、ウェーハ変形発生防止とスリップ発生防止とを同時に可能とすることができる。さらに、これに加えて上記の手段のなかでは比較的高い酸素濃度である場合には大きな降温速度とすることで、ウェーハ変形発生防止とスリップ発生防止とを同時に可能とすることができる。   Further, in the present invention, in the precipitation dissolution heat treatment step, a non-oxidizing gas atmosphere containing no nitrogen as a processing atmosphere, or a mixture of a non-oxidizing gas containing no nitrogen and 1% or more oxygen gas as a processing atmosphere. Adopting a means for setting the atmosphere or a means for setting the temperature drop rate in the range of 50 ° C./sec to 20 ° C./sec with a mixed atmosphere of non-oxidizing gas not containing nitrogen and 3% or more oxygen gas as the processing atmosphere Thus, by performing the treatment in an atmosphere that does not contain nitrogen, which is a hole injection gas, it is possible to simultaneously prevent wafer deformation and slip. Further, in addition to this, when the oxygen concentration is relatively high among the above means, it is possible to simultaneously prevent the wafer from being deformed and to prevent the slip from occurring by increasing the temperature decreasing rate.

本発明のシリコンエピタキシャルウェーハにおいては、上記のいずれか記載のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法により製造されたことで、図6に示すオーバーレイエラーの原因となるウェーハの反り等の変形発生と、図5に示すような支持されているウェーハエッジ部分のスリップ転位発生とを同時に防止可能なウェーハとすることができる。   The silicon epitaxial wafer of the present invention is produced by any one of the above-described methods for producing a silicon epitaxial wafer, thereby causing deformation such as wafer warpage causing an overlay error shown in FIG. As shown, a wafer capable of preventing the occurrence of slip dislocation at the supported wafer edge portion at the same time can be obtained.

なお、ウェーハまたはデバイス生産に係る製造工程においては、ウェーハの反り等の変形とエッジ部分のスリップ転位とは、スリップ長によって判断することができる。具体的には、後述するように、0.5〜2mmを○、2〜5mmを△、5〜10mmを×としてそれぞれを判別する。   In the manufacturing process related to wafer or device production, the deformation such as the warp of the wafer and the slip dislocation of the edge portion can be determined by the slip length. Specifically, as will be described later, 0.5 to 2 mm is indicated as ◯, 2 to 5 mm as Δ, and 5 to 10 mm as ×, respectively.

本発明によれば、従来のRTA処理に比べて条件が厳しく、シリコンウェーハで生じる最大応力が20MPaを超えるようなデバイス製造プロセス急速昇降温熱処理に供した場合でも、原因となる酸素析出を低減してウェーハ変形発生を防止できるとともに、同時に、ウェーハ強度低下の原因となるボート傷・搬送傷から発生するスリップ伸展をも防止可能なシリコンエピタキシャルウェーハを提供可能とすることができる。   According to the present invention, the conditions are stricter than those of the conventional RTA treatment, and even when subjected to a device manufacturing process rapid heating / cooling heat treatment in which the maximum stress generated in the silicon wafer exceeds 20 MPa, the oxygen precipitation that causes the reduction is reduced. Thus, it is possible to provide a silicon epitaxial wafer that can prevent wafer deformation and, at the same time, prevent slip extension caused by boat damage and transport damage that causes a reduction in wafer strength.

本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第1実施形態を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows 1st Embodiment of the manufacturing method of the silicon epitaxial wafer which concerns on this invention. RTA処理装置の一部を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows a part of RTA processing apparatus. MOS FETを示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows MOS FET. 不純物濃度と接合深さとの関係において箱形の不純物プロファイルを示すグラフである。It is a graph which shows a box-shaped impurity profile in the relationship between impurity concentration and junction depth. 従来の露光機におけるワークステージの断面図である。It is sectional drawing of the work stage in the conventional exposure machine. オーバーレイエラーを示す平面図である。It is a top view which shows an overlay error. BMD密度とスリップ発生による最大ずれ量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between BMD density and the maximum deviation | shift amount by slip generation | occurrence | production. X線トポグラフィーによりウェーハエッジ部分のスリップ転位発生状態を示す図である。It is a figure which shows the slip dislocation generation state of a wafer edge part by X-ray topography. 本発明に係るシリコンウェーハの縁部を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing the edge of the silicon wafer concerning the present invention.

以下、本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハおよびその製造方法の第1実施形態を、図面に基づいて説明する。
図1は、本実施形態におけるシリコンエピタキシャルウェーハおよびその製造方法を示すフローチャートである。
Hereinafter, a first embodiment of a silicon epitaxial wafer and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a flowchart showing a silicon epitaxial wafer and a manufacturing method thereof in the present embodiment.

本実施形態におけるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法は、図1に示すように、製造条件設定工程S0と、ウェーハ準備工程S11と、析出溶解熱処理工程に対する設定をおこなう設定工程S12と、エピタキシャル工程S13と、析出溶解熱処理工程S2とを有し、製造されたシリコンエピタキシャルウェーハは、急速昇降温熱処理工程S52を有するデバイス製造工程S5に供されるものとされる。   As shown in FIG. 1, the method for manufacturing a silicon epitaxial wafer in the present embodiment includes a manufacturing condition setting step S0, a wafer preparation step S11, a setting step S12 for setting a precipitation dissolution heat treatment step, an epitaxial step S13, The manufactured silicon epitaxial wafer having the precipitation melting heat treatment step S2 is subjected to the device manufacturing step S5 having the rapid heating / cooling heat treatment step S52.

図1に示す製造条件設定工程S0は、デバイス製造工程S5に供されるウェーハの規格や、ウェーハ準備工程S1におけるCZ(チョクラルスキー)法によりシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる際の条件を設定するものとされる。
この製造条件設定工程S0においては、ウェーハ準備工程S1における操業条件として引き上げ時に制御するパラメーターとなるシリコンウェーハ(基板)の酸素濃度Oi、ドーパント濃度としてのボロン濃度、窒素濃度が設定される。
ウェーハ準備工程S1は、CZ法で単結晶を引き上げるとともに、引き上げられたシリコンインゴットからスライス加工、および、面取り、研削、研磨、洗浄等の表面処理によって、エピタキシャル層を成膜するためのシリコンウェーハを準備する工程である。ここで、シリコンウェーハは径寸法φ300mm以上450mm程度のものが適応可能である。
In the manufacturing condition setting step S0 shown in FIG. 1, conditions for pulling a silicon single crystal from a silicon melt by the CZ (Czochralski) method in the wafer preparation step S1 and the standard of the wafer used in the device manufacturing step S5 are set. It shall be set.
In this manufacturing condition setting step S0, the oxygen concentration Oi of the silicon wafer (substrate), the boron concentration as the dopant concentration, and the nitrogen concentration, which are parameters to be controlled during pulling, are set as operating conditions in the wafer preparation step S1.
In the wafer preparation step S1, a single crystal is pulled by the CZ method, and a silicon wafer for forming an epitaxial layer is formed from the pulled silicon ingot by surface processing such as slicing, chamfering, grinding, polishing, and washing. It is a process to prepare. Here, a silicon wafer having a diameter of φ300 mm to 450 mm can be applied.

図1に示す設定工程S12は、ウェーハ準備工程S11で準備したシリコンウェーハにエピタキシャル工程S3を介した後にこのシリコンエピタキシャルウェーハを供する後工程としての半導体デバイスの製造工程S5におけるFLA等の急速昇温冷却熱処理工程S52に応じて、ウェーハで発生する応力とこの応力に対応して要求される酸素析出状態を所望の状態に設定するものとされ、析出溶解熱処理工程S3における処理条件を、デバイス工程S5において、シリコンウェーハが供される熱処理が、最高温度が1050℃以上シリコンの融点以下で昇降温レートが150℃/sec以上の条件とされる急速昇温冷却熱処理工程S52の前後で、前フォトリソ工程S51で形成されたパターンと、後フォトリソ工程S53で形成するパターンとにずれが生じオーバーレイエラーとならないように、この急速昇温冷却熱処理工程S52において、変形発生とスリップ発生を抑制可能な条件を設定することになる。同時に、析出溶解熱処理工程S3とエピタキシャル工程S2との処理順も含めて設定することになる。このとき、析出溶解熱処理工程S3をおこなわないことも選択できる。つまり、設定工程S12においては、製造条件設定工程S0での条件と、急速昇温冷却熱処理工程S52における条件とを考慮して、析出溶解熱処理工程S3の条件を決定することになる。   In the setting step S12 shown in FIG. 1, the silicon wafer prepared in the wafer preparation step S11 is passed through the epitaxial step S3 and then provided with this silicon epitaxial wafer, followed by rapid heating and cooling such as FLA in the semiconductor device manufacturing step S5. According to the heat treatment step S52, the stress generated in the wafer and the oxygen precipitation state required corresponding to this stress are set to a desired state. The treatment conditions in the precipitation dissolution heat treatment step S3 are set in the device step S5. The pre-litho process S51 is performed before and after the rapid heating / cooling heat treatment process S52 in which the heat treatment provided for the silicon wafer is performed under conditions where the maximum temperature is 1050 ° C. or more and the melting point of silicon and the heating / cooling rate is 150 ° C./sec or more And the pattern formed in the post photolithography step S53. As the deviation in the emission does not overlay error occurs in this rapid heating cooling heat treatment process S52, thereby setting the suppressible conditions deformation occurs and slip occurrence. At the same time, the processing order including the precipitation dissolution heat treatment step S3 and the epitaxial step S2 is set. At this time, it is possible to select not to perform the precipitation dissolution heat treatment step S3. In other words, in the setting step S12, the conditions for the precipitation dissolution heat treatment step S3 are determined in consideration of the conditions in the manufacturing condition setting step S0 and the conditions in the rapid heating / cooling heat treatment step S52.

これらの製造条件設定工程S0と設定工程S12とにおける条件は、それぞれ以下のものを選択することができる。   As the conditions in the manufacturing condition setting step S0 and the setting step S12, the following can be selected.

製造条件設定工程S0において、抵抗値が0.02Ωcm〜1kΩcmとなるようにボロンがドープされ、初期酸素濃度Oiが、14.0×1017〜22×1017atoms/cm (Old−ASTM)とするとともに、設定工程S12において、処理温度1150℃〜1300℃の範囲、保持時間5sec〜1minの範囲、降温速度10℃/sec〜0.1℃/secの範囲とする。 In the manufacturing condition setting step S0, boron is doped so that the resistance value is 0.02 Ωcm to 1 kΩcm, and the initial oxygen concentration Oi is 14.0 × 10 17 to 22 × 10 17 atoms / cm 3 (Old-ASTM). In the setting step S12, the processing temperature is in the range of 1150 ° C. to 1300 ° C., the holding time is in the range of 5 sec to 1 min, and the cooling rate is in the range of 10 ° C./sec to 0.1 ° C./sec.

製造条件設定工程S0において、窒素が1×1013〜5×1014atoms/cm ドープされ、設定工程S12とにおいて、エピタキシャル工程S2後に析出溶解熱処理工程S3をおこなうとともに、処理温度1200℃〜1300℃の範囲、保持時間5sec〜1minの範囲、降温速度10℃/sec〜0.1℃/secの範囲とする。 In the manufacturing condition setting step S0, nitrogen is doped by 1 × 10 13 to 5 × 10 14 atoms / cm 3, and in the setting step S12, the precipitation solution heat treatment step S3 is performed after the epitaxial step S2, and the processing temperature is 1200 ° C. to 1300. A range of ° C., a holding time of 5 sec to 1 min, and a temperature drop rate of 10 ° C./sec to 0.1 ° C./sec.

製造条件設定工程S0において、抵抗値が0.02Ωcm〜0.001Ωcmとなるようにボロンがドープされ、初期酸素濃度Oiが、11.0×1017〜3×1017atoms/cm (Old−ASTM))とするとともに、設定工程S12において、析出溶解熱処理工程S3をおこなわないこととする。 In the manufacturing condition setting step S0, boron is doped so that the resistance value is 0.02 Ωcm to 0.001 Ωcm, and the initial oxygen concentration Oi is 11.0 × 10 17 to 3 × 10 17 atoms / cm 3 (Old− ASTM)) and the precipitation dissolution heat treatment step S3 is not performed in the setting step S12.

製造条件設定工程S0において、抵抗値が0.02Ωcm〜0.001Ωcmとなるようにボロンがドープされ、初期酸素濃度Oiが、11.0×1017〜18×1017atoms/cm (Old−ASTM)とするとともに、設定工程S12において、該エピタキシャル工程S2前に析出溶解熱処理工程S3をおこなうとともに、処理温度1150℃〜1300℃の範囲、保持時間5sec〜1minの範囲、降温速度10℃/sec〜0.1℃/secの範囲とする。 In the manufacturing condition setting step S0, boron is doped so that the resistance value is 0.02 Ωcm to 0.001 Ωcm, and the initial oxygen concentration Oi is 11.0 × 10 17 to 18 × 10 17 atoms / cm 3 (Old− In addition, in the setting step S12, the precipitation dissolution heat treatment step S3 is performed before the epitaxial step S2, the treatment temperature is in the range of 1150 ° C. to 1300 ° C., the holding time is in the range of 5 sec to 1 min, and the cooling rate is 10 ° C./sec. The range is set to ˜0.1 ° C./sec.

設定工程S12において、析出溶解熱処理工程S3の処理雰囲気として窒素を含まない非酸化性ガス雰囲気とするか、窒素を含まない非酸化性ガスと1%以上の酸素ガスの混合雰囲気とするか、窒素を含まない非酸化性ガスと3%以上の酸素ガスの混合雰囲気とし、降温速度を50℃/sec〜20℃/secの範囲とする。   In the setting step S12, the treatment atmosphere of the precipitation dissolution heat treatment step S3 is a non-oxidizing gas atmosphere containing no nitrogen, or a mixed atmosphere of a non-oxidizing gas containing no nitrogen and 1% or more oxygen gas, or nitrogen. A mixed atmosphere of a non-oxidizing gas containing no oxygen and 3% or more oxygen gas is used, and the temperature lowering rate is in the range of 50 ° C./sec to 20 ° C./sec.

図1に示すエピタキシャル工程S2においては、ウェーハ表面にエピタキシャル層を成膜するものとされ、例えば、p/p−タイプとすることができる。これは、p−タイプウェーハの上にp−タイプのエピタキシャル層を1〜10μmの膜厚で積層したウェーハを意味する。ここで、ボロン(B)濃度がp−タイプとは抵抗率0.1〜100Ωcmに相当する濃度であり、pタイプとは抵抗率0.1Ωcm〜100Ωcmに相当する濃度である。   In the epitaxial step S2 shown in FIG. 1, an epitaxial layer is formed on the wafer surface and can be, for example, p / p-type. This means a wafer obtained by laminating a p-type epitaxial layer with a film thickness of 1 to 10 μm on a p-type wafer. Here, the boron (B) concentration is a concentration corresponding to a resistivity of 0.1 to 100 Ωcm, and the p type is a concentration corresponding to a resistivity of 0.1 to 100 Ωcm.

図1に示す析出溶解熱処理工程S3は、上記の条件としてRTA処理装置10にてエピタキシャル工程S2での処理温度より高い処理温度としておこなわれる。RTA処理装置10は、図2に示すように、炉内に設けられたSiCからなるリング状のエッジリング11で周縁部を支持され水平状態とされたウェーハWを、上記のように設定された雰囲気ガスG雰囲気とした状態で、透明石英等からなるアッパードーム12を通して複数のランプ13により加熱することで、ウェーハW内部の析出核となる元を溶解する。RTA処理装置10におけるランプ13は、それぞれ金メッキなどの表面処理をされたリフレクタ14内部に設けられており、また、SUSからなる壁部15により、アッパードーム12とロアードームとが接続されてこれらによりチャンバ(炉)が形成されている。   The precipitation dissolution heat treatment step S3 shown in FIG. 1 is performed at a treatment temperature higher than the treatment temperature in the epitaxial step S2 in the RTA treatment apparatus 10 as the above-described conditions. As shown in FIG. 2, the RTA processing apparatus 10 is set as described above for the wafer W that is supported in a horizontal state by a ring-shaped edge ring 11 made of SiC provided in the furnace and whose peripheral portion is supported. In an atmosphere gas G atmosphere, heating is performed by a plurality of lamps 13 through the upper dome 12 made of transparent quartz or the like, so that the element that becomes the precipitation nucleus inside the wafer W is dissolved. The lamps 13 in the RTA processing apparatus 10 are each provided inside a reflector 14 that has been subjected to surface treatment such as gold plating, and the upper dome 12 and the lower dome are connected to each other by a wall portion 15 made of SUS. (Furnace) is formed.

図1に示すデバイス製造工程S5では、65nmノードや45nmノードによるデバイスをシリコンウェーハに作り込むための必要な処理がおこなわれ、Spike−RTAやFLA等の急速昇温冷却熱処理工程S52を有するものとされる。   In the device manufacturing process S5 shown in FIG. 1, a necessary process for making a device with a 65 nm node or a 45 nm node into a silicon wafer is performed, and a rapid heating / cooling heat treatment process S52 such as Spike-RTA or FLA is included. Is done.

図1に示す前フォトリソ工程S51と後フォトリソ工程S53においては、図5に示すように、ウェーハ1をワークステージ2上に真空吸着により保持固定し、フォトマスク3をワークステージ2より上方のマスクホルダ4に保持固定し、ワークステージ2を上昇させ薄板状ワーク1をフォトマスク3に密着させ、しかる後露光を行う。ウェーハ1の表面には予めフォトレジスト膜(図示せず)が形成されており、このフォトレジスト膜に対して露光が行われ、フォトマスク3のパターンが焼き付けられる。   In the pre-photolithography step S51 and the post-photolithography step S53 shown in FIG. 1, as shown in FIG. 5, the wafer 1 is held and fixed on the work stage 2 by vacuum suction, and the photomask 3 is a mask holder above the work stage 2. 4, the work stage 2 is raised, the thin plate-like work 1 is brought into close contact with the photomask 3, and post-exposure is performed. A photoresist film (not shown) is formed on the surface of the wafer 1 in advance. The photoresist film is exposed to light and a pattern of the photomask 3 is baked.

本実施形態におけるシリコンエピタキシャルウェーハは、設定工程S12において、製造条件設定工程S0での条件と、急速昇温冷却熱処理工程S52における条件とを考慮して、析出溶解熱処理工程S3の条件を決定し、これらの条件に従って、製造工程としての処理をおこなったため、ウェーハ内部にスリップ転位が発生する5×10 個/cm を超える程度の密度およびサイズの析出物が形成されることがないため、このような析出物に起因し、図5に示すように、ウェーハ1をワークステージ2上に真空吸着により保持固定した場合でも、図7に示す最大ずれ量が許容基準値である10nmを超えてしまうことがないため、図6に示すオーバーレイエラーを起こす原因となる反り・変形を生じることがない。
同時に、図8に示すような支持されているウェーハWのエッジ部分でスリップ転位が発生することを防止して、ウェーハの強度が低下することを防止できる。
In the silicon epitaxial wafer in the present embodiment, in the setting step S12, the conditions in the manufacturing condition setting step S0 and the conditions in the rapid heating / cooling heat treatment step S52 are considered, and the conditions for the precipitation dissolution heat treatment step S3 are determined. Since the processing as a manufacturing process was performed according to these conditions, precipitates having a density and size exceeding 5 × 10 4 pieces / cm 2 in which slip dislocation occurs inside the wafer are not formed. Due to such precipitates, as shown in FIG. 5, even when the wafer 1 is held and fixed on the work stage 2 by vacuum suction, the maximum deviation amount shown in FIG. 7 exceeds the allowable reference value of 10 nm. Therefore, there is no warping or deformation that causes the overlay error shown in FIG.
At the same time, it is possible to prevent slip dislocation from occurring at the edge portion of the supported wafer W as shown in FIG. 8 and to prevent the strength of the wafer from being lowered.

なお、急速昇降温工程S52としてSpike−RTA処理を行う場合には、図2に示すRTA装置10において、条件を設定して行うことが可能である。   In addition, when performing Spike-RTA process as rapid temperature raising / lowering process S52, it is possible to set and perform conditions in the RTA apparatus 10 shown in FIG.

さらに、図9に示すように、ウェーハの表面22には、平坦面である主面W23と、周縁部に形成された表面側面取り部W24とが設けられている。また、裏面Wrには、平坦面である主面W27と、周縁部に形成された裏面側面取り部W28とが設けられている。表面側面取り部W24は、その周縁端Wtからウェーハ半径方向内方に向けた方向の幅A1が、裏面側面取り部W28の周縁端Wtからウェーハ半径方向内方に向けた方向の幅A2よりも狭められている。表面側面取り部W24の幅A1は50μmから200μmの範囲が好ましい。また、裏面側面取り部W28の幅A2は200μmから300μmの範囲が好ましい。   Furthermore, as shown in FIG. 9, the front surface 22 of the wafer is provided with a main surface W23 that is a flat surface, and a surface chamfered portion W24 formed at the peripheral edge. The back surface Wr is provided with a main surface W27 that is a flat surface and a back surface side chamfered portion W28 formed at the peripheral edge. The front side chamfered portion W24 has a width A1 in the direction from the peripheral edge Wt inward in the wafer radial direction, and a width A2 in the direction from the peripheral edge Wt in the rear surface side chamfered portion W28 inward in the wafer radial direction. It is narrowed. The width A1 of the surface chamfered portion W24 is preferably in the range of 50 μm to 200 μm. Further, the width A2 of the back side chamfered portion W28 is preferably in the range of 200 μm to 300 μm.

また、表面側面取り部W24は、表面Wuの主面W23に対して傾斜する第一傾斜面W11を有しており、裏面側面取り部W28は、裏面Wrの主面W27に対して傾斜する第二傾斜面W12を有している。第一傾斜面W11の傾斜角度θ1は10°から50°の範囲が好ましく、第二傾斜面W12の傾斜角度θ2は10°から30°の範囲が好ましく、更にθ1≦θ2とされていることが好ましい。
また、第一傾斜面W11と周縁端Wtとの間には、これらを接続する第一曲面W13が表面最外周Wutに設けられている。また、第二傾斜面W12と周縁端Wtとの間には、これらを接続する第二曲面W14が裏面最外周部Wrtに設けられている。第一曲面W13の曲率半径R1の範囲は80μmから250μmの範囲が好ましく、第二曲面W14の曲率半径R2の範囲は100μmから300μmの範囲が好ましい。
The front side chamfered portion W24 has a first inclined surface W11 that is inclined with respect to the main surface W23 of the front surface Wu, and the back side chamfered portion W28 is a first inclined surface with respect to the main surface W27 of the back surface Wr. Two inclined surfaces W12 are provided. The inclination angle θ1 of the first inclined surface W11 is preferably in the range of 10 ° to 50 °, the inclination angle θ2 of the second inclined surface W12 is preferably in the range of 10 ° to 30 °, and θ1 ≦ θ2 is satisfied. preferable.
In addition, a first curved surface W13 that connects the first inclined surface W11 and the peripheral edge Wt is provided on the outermost surface Wut of the surface. Further, between the second inclined surface W12 and the peripheral edge Wt, a second curved surface W14 that connects them is provided on the back outermost peripheral portion Wrt. The range of the radius of curvature R1 of the first curved surface W13 is preferably from 80 μm to 250 μm, and the range of the radius of curvature R2 of the second curved surface W14 is preferably from 100 μm to 300 μm.

上記の端部構成とすることで、ウェーハハンドリング時における傷発生を低減することが可能となる。本実施形態においては、急速昇降温工程S52での処理条件を設定することに加えて、このようなウェーハ周縁部において条件を設定することで、厳しい条件である急速昇降温工程S52においてさらなる割れ発生防止を可能とするものである。   By using the above-described end configuration, it is possible to reduce the occurrence of scratches during wafer handling. In the present embodiment, in addition to setting the processing conditions in the rapid temperature raising / lowering step S52, further cracks are generated in the rapid temperature raising / lowering step S52, which is a severe condition, by setting the conditions in such a wafer peripheral portion. It is possible to prevent.

以下本発明に係る実施例を説明する。   Examples according to the present invention will be described below.

<実験例>
ボロン濃度(抵抗率)、初期酸素濃度、窒素濃度等を表に示すように設定して引き上げられた直径300mmのシリコン単結晶インゴットから、スライス、両面研磨(DSP)によって、(100)ウェーハを準備した。
このシリコンウェーハに、析出溶解熱処理工程S3の条件を表に示すように設定し、RTA処理をおこなうとともに、エピタキシャル工程1150℃で膜厚4μmのエピタキシャル膜を成膜した。
<Experimental example>
A (100) wafer is prepared by slicing and double-side polishing (DSP) from a 300 mm diameter silicon single crystal ingot pulled up by setting the boron concentration (resistivity), initial oxygen concentration, nitrogen concentration, etc. as shown in the table. did.
On this silicon wafer, the conditions of the precipitation dissolution heat treatment step S3 were set as shown in the table, the RTA treatment was performed, and an epitaxial film having a thickness of 4 μm was formed at an epitaxial step of 1150 ° C.

さらに、デバイス製造工程における熱処理を次の条件と模して、変形発生に対する強制熱応力試験としてのRTA熱処理を施し、酸素析出物(BMD)起因のスリップ発生有無をX線トポグラフィーにて確認した。
・デバイス製造工程における処理模擬
1step; 850℃ 30分
2step; 1000℃ 30分
3step; 1000℃ 60分
4step; 850℃ 30分
(いずれも昇降温速度は5℃/min)
・RTA炉熱応力負荷試験条件
700℃からの昇降温レート150℃/secとして、最高温度を1250℃、保持時間を1secとした。
Furthermore, the RTA heat treatment as a forced thermal stress test for deformation generation was performed by simulating the heat treatment in the device manufacturing process as the following conditions, and the presence or absence of slip generation due to oxygen precipitates (BMD) was confirmed by X-ray topography. .
・ Process simulation 1 step in the device manufacturing process; 850 ° C. 30 minutes 2 steps; 1000 ° C. 30 minutes 3 steps; 1000 ° C. 60 minutes 4 steps; 850 ° C. 30 minutes (both heating and cooling rate is 5 ° C./min)
-RTA furnace thermal stress load test conditions The temperature rising / lowering rate from 700 ° C was 150 ° C / sec, the maximum temperature was 1250 ° C, and the holding time was 1 sec.

この結果を表にRTA炉応力負荷試験結果(BMD起因Slip発生)として示す。
ここで、BMD密度の測定は、上記デバイスシミュレーション後に1000℃/16hrの顕在化熱処理後のライトエッチング2μm後に実施した。
The results are shown in the table as RTA furnace stress load test results (BMD-induced slip generation).
Here, the measurement of the BMD density was performed after light etching 2 μm after the above-mentioned device simulation and after the obvious heat treatment at 1000 ° C./16 hr.

また、傷発生に対する応力負荷試験として、次の条件でバッチ炉にて熱処理をおこなった後、X線トポグラフィーを用いてスリップの長さを測定した。この結果を表に縦型炉応力負荷試験結果(ボート起因Slip)として示す。
・縦型炉熱応力試験条件
700℃から1150℃までの昇温レートを8℃/minとして1150℃に60min保持し、1.5℃/minの降温レートで700℃まで冷却した。
Further, as a stress load test for the generation of scratches, heat treatment was performed in a batch furnace under the following conditions, and then the slip length was measured using X-ray topography. This result is shown in the table as a vertical furnace stress load test result (boat-derived slip).
-Vertical furnace thermal stress test conditions The temperature rising rate from 700 ° C to 1150 ° C was set at 8 ° C / min, held at 1150 ° C for 60 min, and cooled to 700 ° C at a temperature decreasing rate of 1.5 ° C / min.

Figure 2014159367
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Figure 2014159367
Figure 2014159367

Figure 2014159367
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ここで、結果の表記は、X線トポグラフィーにより測定したスリップ発生の有無、あるいはスリップ長が次の範囲のものである。
RTA炉熱応力負荷試験結果については、X線トポグラフィーにて、微小スリップ発生がウェーハ面内に確認できた場合は×、微小スリップ発生が確認できない場合は○とした。RTA処理は短時間であるため、スリップ長が微細であり、Slip長の測定が困難である。
一方、縦型炉熱応力負荷試験では、ボート跡から伸展したSlip長を測定し以下のように表記した。
○;スリップ長0.5〜2mm
△;スリップ長2〜5mm
×;スリップ長5〜10mm
Here, the notation of the result is the presence or absence of slip occurrence measured by X-ray topography or the slip length in the following range.
As for the RTA furnace thermal stress load test result, X is obtained when X-ray topography confirms the occurrence of minute slip in the wafer surface, and ○ is indicated when occurrence of minute slip cannot be confirmed. Since the RTA treatment is a short time, the slip length is fine and it is difficult to measure the Slip length.
On the other hand, in the vertical furnace thermal stress load test, the Slip length extended from the boat trace was measured and expressed as follows.
○: Slip length 0.5-2mm
Δ: Slip length 2-5mm
X: Slip length 5 to 10 mm

また、エピ成長後、BMD密度(/cm2)において、<1e4は実質検出限界以下を意味している。   Further, after epi growth, in the BMD density (/ cm @ 2), <1e4 means a value below the real detection limit.

サンプル1においては、Epi(エピ)成長後でも酸素析出核形成を低レベルとしためにEpi成長+析出処理でも析出物の形成がない。したがってBMD起因のSlip発生なし。しかし、縦型炉試験では、酸素濃度が低いためにボート起因のSlipが伸びてしまうのでNG。   In Sample 1, even after Epi (epi) growth, there is no precipitate formation even with Epi growth + precipitation treatment in order to keep oxygen precipitation nucleation at a low level. Therefore, there is no slip caused by BMD. However, in the vertical furnace test, because the oxygen concentration is low, the slip caused by the boat grows, so it is NG.

サンプル2においては、酸素濃度は低いが、ボロン濃度が高く、EPi後の熱処理で析出核を形成した。ボロン濃度が高いためにボート起因のSlip発生は抑制されるが、BMD起因のSlip発生でNG。   In Sample 2, the oxygen concentration was low, but the boron concentration was high, and precipitation nuclei were formed by the heat treatment after EPi. Slip generation due to boat is suppressed due to high boron concentration, but NG due to generation of Slip due to BMD.

サンプル3においては、酸素もボロン濃度も高く、BMD起因のSlip発生。ボート起因のSlip発生は抑制。したがってNG。   In sample 3, oxygen and boron concentrations are high, and BMD-derived slip is generated. Slip generation caused by boats is suppressed. Therefore NG.

サンプル4においては、酸素もボロン濃度も高く、BMD起因のSlip発生。ボート起因のSlip発生は非常に抑制。したがってNG。   In sample 4, both oxygen and boron concentrations are high, and BMD-induced slip is generated. Slip generation caused by boats is extremely suppressed. Therefore NG.

サンプル5においては、低酸素化によりEpi後析出を抑制。ボロンの効果で縦型炉Slipを抑制。したがってOK。   In Sample 5, precipitation after Epi was suppressed by reducing oxygen. The vertical furnace slip is suppressed by the effect of boron. So OK.

サンプル6においては、低酸素化によりEpi後析出を抑制。さらに高濃度ボロンの効果で縦型炉Slipを抑制。したがってOK。   In sample 6, precipitation after Epi was suppressed by reducing oxygen. Furthermore, the vertical furnace slip is suppressed by the effect of high-concentration boron. So OK.

サンプル7においては、RTA処理にてBMD形成を抑制。したがってOK。   In sample 7, BMD formation was suppressed by RTA treatment. So OK.

サンプル8においては、RTA処理にてBMD形成を抑制。したがってOK。   In sample 8, BMD formation was suppressed by RTA treatment. So OK.

サンプル9においては、RTA処理にてBMD形成を抑制。したがってOK。   In sample 9, BTA formation was suppressed by RTA treatment. So OK.

サンプル10においては、RTA処理にてBMD形成を抑制。したがってOK。   In sample 10, BTA formation was suppressed by RTA treatment. So OK.

サンプル11においては、RTA温度が1150℃以下でBMD起因のSlip発生。したがってNG。   In sample 11, when the RTA temperature is 1150 ° C. or lower, BMD-induced slip occurs. Therefore NG.

サンプル12においては、RTAが急速冷却で空孔を凍結しBMD形成でBMD起因のSlip発生。したがってNG。   In sample 12, RTA freezes the vacancies by rapid cooling, and BMD formation causes SMD generation. Therefore NG.

サンプル13においては、酸素濃度が高く、Epi成長後でも容易に酸素析出核形成でBMD起因のSlip発生。酸素が高いためにボート起因のSlipは抑制。したがってNG。   In sample 13, the oxygen concentration is high, and SMD generation due to BMD is easily caused by oxygen precipitation nucleation even after Epi growth. Slip caused by boats is suppressed due to high oxygen. Therefore NG.

サンプル14においては、BMDなし、高酸素基板だからボートSlipなし。したがってOK。   Sample 14 has no BMD and no boat slip because it is a high oxygen substrate. So OK.

サンプル15においては、BMDなし、高酸素基板だからボートSlipなし。したがってOK。   In sample 15, there is no BMD and no boat slip because it is a high oxygen substrate. So OK.

サンプル16においては、BMDなし、高酸素基板だからボートSlipなし。したがってOK。   Sample 16 has no BMD and no boat slip because it is a high oxygen substrate. So OK.

サンプル17においては、酸素濃度が高酸素故、RTA処理後でもBMDの形成が促進でBMD起因のSlip発生。したがってNG。   In sample 17, since the oxygen concentration is high, the formation of BMD is promoted even after the RTA treatment, and slip caused by BMD is generated. Therefore NG.

サンプル18においては、冷却速度が速すぎて空孔凍結でBMD起因のSlip発生。したがってNG。   In sample 18, the cooling rate was too fast, and freezing of the holes caused slippage due to BMD. Therefore NG.

サンプル19においては、RTA処理時間不足でBMD核でBMD起因のSlip発生。したがってNG。   In sample 19, BMD-derived slip was generated in the BMD nucleus due to insufficient RTA processing time. Therefore NG.

サンプル20においては、窒素により窒化膜形成によるvacancy注入があり、酸素析出物形成でBMD起因のSlip発生。したがってNG。   In sample 20, there was vacancy injection by forming a nitride film with nitrogen, and BMD-derived slip was generated by oxygen precipitate formation. Therefore NG.

サンプル21においては、BMDなし、高酸素基板だからボートSlipなし。したがってOK。   In sample 21, there is no BMD and no boat slip because it is a high oxygen substrate. So OK.

サンプル22においては、RTA処理中に酸化膜形成により格子間Si注入され、10℃/sec以上で冷却してもvacancyの凍結がなされないのでOK。   In sample 22, interstitial Si was injected by forming an oxide film during the RTA process, and vacancy was not frozen even when cooled at 10 ° C./sec or higher.

サンプル23においては、RTA処理中に酸化膜形成により格子間Si注入され、10℃/sec以上で冷却してもvacancyの凍結がなされないのでOK。   In Sample 23, interstitial Si was injected by forming an oxide film during the RTA process, and vacancy was not frozen even when cooled at 10 ° C./sec or higher.

サンプル24においては、酸化膜形成すれども、冷却速度が速すぎて、空孔凍結されてBMD起因のSlip発生。したがってNG。   In sample 24, although the oxide film was formed, the cooling rate was too fast, and the pores were frozen to generate slip caused by BMD. Therefore NG.

サンプル25においては、窒素ドープの効果により、BMDが形成された。したがって、NG。   In sample 25, BMD was formed by the effect of nitrogen doping. Therefore, NG.

サンプル26においては、窒素ドープのエピウェーハのBMDは高温安定なので、1150℃のRTAでは消滅しない。したがって、NG。   In sample 26, the BMD of the nitrogen-doped epi-wafer is stable at a high temperature and does not disappear at 1150 ° C. RTA. Therefore, NG.

サンプル27〜30においては、濃度によらず窒素ドープでもBMDが消滅。高酸素基板だからボートSlipなし。したがって、OK。   In Samples 27 to 30, BMD disappears even with nitrogen doping regardless of the concentration. There is no boat slip because it is a high oxygen substrate. Therefore, OK.

この結果から、酸素濃度、ボロン濃度、RTA処理の条件を設定することで、変形およびスリップ転位伸長を防止することが可能であることがわかる。   From this result, it is understood that deformation and slip dislocation elongation can be prevented by setting the oxygen concentration, boron concentration, and RTA treatment conditions.

W…シリコンウェーハ W ... Silicon wafer

Claims (4)

最高温度が1050℃以上シリコンの融点以下で昇降温レートが150℃/sec以上の条件により、熱処理時にウェーハ内部で発生する内部応力が20MPaを超える様な条件とされる熱処理工程を有する半導体デバイスの製造プロセスに供されるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
窒素が1×1013〜5×1014atoms/cm ドープされた基板に対して、その表面にエピタキシャル層を成長するエピタキシャル工程と、該エピタキシャル工程後に処理温度1200℃〜1300℃の範囲、保持時間5sec〜1minの範囲、降温速度を空孔が凍結しない10℃/sec〜0.1℃/secの範囲とされる析出溶解熱処理工程とを有することにより、
1000℃,16hrの熱処理をおこなった場合におけるウェーハ内部での酸素析出物密度を、半導体デバイスの製造プロセスでのフォトリソ工程において析出物から発生したスリップ転位によって生じるウェーハの変形による最大ずれ量を許容基準値である10nmを超えない5×10個/cm以下とすることを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
A semiconductor device having a heat treatment process in which an internal stress generated in a wafer during heat treatment exceeds 20 MPa under conditions where the maximum temperature is 1050 ° C. or more and below the melting point of silicon and the temperature rising / falling rate is 150 ° C./sec or more. A method for producing a silicon epitaxial wafer to be subjected to a production process,
An epitaxial process for growing an epitaxial layer on the surface of a substrate doped with 1 × 10 13 to 5 × 10 14 atoms / cm 3 of nitrogen, and a processing temperature in the range of 1200 to 1300 ° C. after the epitaxial process is maintained. By having a precipitation melting heat treatment step in which the range of time is 5 sec to 1 min, and the temperature drop rate is 10 ° C./sec to 0.1 ° C./sec in which the pores are not frozen,
Acceptable standard for oxygen precipitate density inside wafer when heat treatment at 1000 ° C for 16 hours is performed, and maximum deviation due to wafer deformation caused by slip dislocation generated from precipitate in photolithography process in semiconductor device manufacturing process A method for producing a silicon epitaxial wafer, wherein the value is 5 × 10 4 pieces / cm 2 or less which does not exceed a value of 10 nm.
最高温度が1050℃以上シリコンの融点以下で昇降温レートが150℃/sec以上の条件により、熱処理時にウェーハ内部で発生する内部応力が20MPaを超える様な条件とされる熱処理工程を有する半導体デバイスの製造プロセスに供されるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
抵抗値が0.02Ωcm〜1kΩcmとなるようにボロンがドープされ、初期酸素濃度Oiが、14.0×1017〜22×1017atoms/cm (Old−ASTM)とされた基板に対して、その表面にエピタキシャル層を成長するエピタキシャル工程と、該エピタキシャル工程の前後において、処理温度1150℃〜1300℃の範囲、保持時間5sec〜1minの範囲、降温速度を空孔が凍結しない10℃/sec〜0.1℃/secの範囲とされる析出溶解熱処理工程とを有することにより、
1000℃,16hrの熱処理をおこなった場合におけるウェーハ内部での酸素析出物密度を、半導体デバイスの製造プロセスでのフォトリソ工程において析出物から発生したスリップ転位によって生じるウェーハの変形による最大ずれ量を許容基準値である10nmを超えない5×10個/cm以下とすることを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
A semiconductor device having a heat treatment process in which an internal stress generated in a wafer during heat treatment exceeds 20 MPa under conditions where the maximum temperature is 1050 ° C. or more and below the melting point of silicon and the temperature rising / falling rate is 150 ° C./sec or more. A method for producing a silicon epitaxial wafer to be subjected to a production process,
For a substrate doped with boron to have a resistance value of 0.02 Ωcm to 1 kΩcm and an initial oxygen concentration Oi of 14.0 × 10 17 to 22 × 10 17 atoms / cm 3 (Old-ASTM) An epitaxial process for growing an epitaxial layer on the surface, and a treatment temperature range of 1150 ° C. to 1300 ° C., a holding time range of 5 sec to 1 min, and a temperature lowering rate before and after the epitaxial process are 10 ° C./sec. By having a precipitation dissolution heat treatment step in the range of ~ 0.1 ° C / sec,
Acceptable standard for oxygen precipitate density inside wafer when heat treatment at 1000 ° C for 16 hours is performed, and maximum deviation due to wafer deformation caused by slip dislocation generated from precipitate in photolithography process in semiconductor device manufacturing process A method for producing a silicon epitaxial wafer, wherein the value is 5 × 10 4 pieces / cm 2 or less which does not exceed a value of 10 nm.
前記析出溶解熱処理工程において、処理雰囲気として窒素を含まない非酸化性ガス雰囲気とすることを特徴とする請求項1または2記載のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。   3. The method for producing a silicon epitaxial wafer according to claim 1, wherein in the precipitation solution heat treatment step, a non-oxidizing gas atmosphere containing no nitrogen is used as a processing atmosphere. 前記析出溶解熱処理工程において、処理雰囲気として窒素を含まない非酸化性ガスと1%以上の酸素ガスの混合雰囲気とすることを特徴とする請求項1または2記載のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。   3. The method for producing a silicon epitaxial wafer according to claim 1, wherein in the precipitation dissolution heat treatment step, a mixed atmosphere of a non-oxidizing gas not containing nitrogen and 1% or more oxygen gas is used as a processing atmosphere.
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