JP3508541B2 - Method for setting heat treatment conditions for silicon substrate, method for heat treating silicon substrate, and method for manufacturing silicon substrate - Google Patents

Method for setting heat treatment conditions for silicon substrate, method for heat treating silicon substrate, and method for manufacturing silicon substrate

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JP3508541B2 JP10034798A JP10034798A JP3508541B2 JP 3508541 B2 JP3508541 B2 JP 3508541B2 JP 10034798 A JP10034798 A JP 10034798A JP 10034798 A JP10034798 A JP 10034798A JP 3508541 B2 JP3508541 B2 JP 3508541B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン基板中の
不純物をシリコン基板中の欠陥にゲッタリングする、い
わゆるインターナルゲッタリングで不純物を除去する
際、効果的な熱処理温度や熱処理時間あるいは冷却速度
を設定することにより、表面が清浄なシリコン基板でデ
バイスを作製する技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an effective heat treatment temperature, heat treatment time, and cooling rate for removing impurities by so-called internal gettering, in which impurities in a silicon substrate are gettered to defects in the silicon substrate. The present invention relates to a technology for fabricating a device on a silicon substrate having a clean surface by setting.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、一般にICやLSI 等の半導体装置を
作製する半導体ウェーハとしては、チョクラルスキー法
(CZ 法) や浮遊帯溶融法(FZ 法) によって成長させたシ
リコン単結晶を用いるが、デバイス作製のための熱処理
中に、何らかの重金属汚染が発生した場合、完成したデ
バイスの動作に多大な悪影響が及ぼされた。そこで、重
金属不純物がウェーハ中に混入した際、デバイス動作領
域である表面から重金属不純物を除去し、ウェーハ内部
や裏面に閉じ込める手法が発達した。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a semiconductor wafer for manufacturing semiconductor devices such as ICs and LSIs, a Czochralski method is generally used.
A silicon single crystal grown by the (CZ method) or the floating zone melting method (FZ method) is used.If any heavy metal contamination occurs during the heat treatment for device fabrication, the operation of the completed device will be greatly adversely affected. Was exerted. Therefore, when heavy metal impurities are mixed into the wafer, a technique has been developed in which the heavy metal impurities are removed from the front surface, which is a device operation region, and confined inside or on the back surface of the wafer.

【0003】これをゲッタリング技術という。このゲッ
タリング法は、重金属不純物を閉じ込めるウェーハの位
置によって区別されており、ウェーハの内部に閉じ込め
る方法をインターナルゲッタリング(Internal Getterin
g:IG) 、裏面に閉じ込める方法をエクスターナルゲッタ
リング(External Gettering:EG) と呼ぶ。
[0003] This is called gettering technology. This gettering method is distinguished by the position of the wafer in which heavy metal impurities are confined, and the internal gettering method is used to confine heavy metal impurities inside the wafer.
g: IG), and the method of confining it on the back is called External Gettering (EG).

【0004】前者の代表例はウェーハ内部に酸素析出物
を形成し、それに重金属不純物を捕獲する方法で、後者
では、裏面に機械的歪み層を形成するサンドブラスト法
や多結晶シリコン膜を堆積するポリバックシール法(Pol
y-Si Back Seal:PBS) がある。従来、これらのゲッタリ
ング手法を単独または複合させ、シリコン単結晶ウェー
ハに付加し、重金属不純物をデバイス動作領域から除去
できる特性を持つ、優れたシリコン単結晶ウェーハが作
製されている。
[0004] A typical example of the former is a method in which an oxygen precipitate is formed inside a wafer and heavy metal impurities are trapped therein. In the latter, a sand blast method for forming a mechanically strained layer on the back surface or a polycrystal for depositing a polycrystalline silicon film is used. Back seal method (Pol
y-Si Back Seal (PBS). Conventionally, these gettering techniques have been used alone or in combination and added to a silicon single crystal wafer to produce an excellent silicon single crystal wafer having a characteristic of removing heavy metal impurities from a device operation region.

【0005】ところでIGで不純物を除去する場合、CZ-S
i 基板中に形成された酸素析出物を不純物の析出核と
し、デバイス作製熱処理中に不純物を酸素析出物に拡散
し、析出させることになる。その不純物が実際に捕獲さ
れる速度をゲッタリング速度と定義した場合、このゲッ
タリング速度には温度依存性があることが知られてい
る。
[0005] Incidentally, when impurities are removed by IG, CZ-S
i The oxygen precipitate formed in the substrate is used as a precipitation nucleus of the impurity, and the impurity is diffused into the oxygen precipitate during the heat treatment for manufacturing the device to be deposited. If the speed at which the impurities are actually captured is defined as the gettering speed, it is known that the gettering speed has temperature dependence.

【0006】つまり、高温ではシリコン基板中の不純物
の拡散は速いが、不純物の固溶度も高いため、酸素析出
物に捕獲できる量が少なくなり、また不純物の捕獲速度
も比較的低く、逆に低温では固溶度が低いため不純物析
出の駆動力は高いが、拡散が遅いので、ゲッタリング速
度としては低くなる。従って、適当な温度において最適
なゲッタリングが行われるはずだが、従来、適当な熱処
理条件を設定する方法が存在しなかったため、意図的な
ゲッタリング熱処理は行われておらず、熱処理条件は、
経験的に得られた条件を用いるか、あるいはデバイス工
程のデバイス作製上の都合により決められていた。その
ため、所望の不純物濃度のシリコン基板を得るのに不要
な時間を費やす場合が多かった。
That is, at high temperatures, the diffusion of impurities in the silicon substrate is fast, but the solid solubility of the impurities is high, so that the amount that can be captured by oxygen precipitates is small, and the capture rate of the impurities is relatively low. At low temperatures, the driving force for impurity precipitation is high due to low solid solubility, but the diffusion is slow and the gettering speed is low. Therefore, optimal gettering should be performed at an appropriate temperature, but conventionally, since there was no method for setting appropriate heat treatment conditions, intentional gettering heat treatment was not performed, and the heat treatment conditions were:
It is determined by using empirically obtained conditions or by the convenience of device fabrication in the device process. Therefore, unnecessary time is often spent to obtain a silicon substrate having a desired impurity concentration.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来の方法は前記のご
とく、不純物を除去するという観点から見た場合、経験
的に決定した場当り的なもので、必ずしも適当な条件で
はない場合が多かった。本発明はこのような問題点に鑑
みなされたもので、シリコン基板の初期重金属汚染量、
酸素析出物密度に応じて、より効果的にIG能力を発揮で
きる熱処理条件を見い出す方法を提供することを目的と
する。
As described above, the conventional method is an ad hoc one determined empirically from the viewpoint of removing impurities, and is not always an appropriate condition. . The present invention has been made in view of such problems, the initial heavy metal contamination amount of the silicon substrate,
It is an object of the present invention to provide a method for finding heat treatment conditions that can more effectively exert IG capability according to the density of oxygen precipitates.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、シリコン基板にインターナルゲッタリン
グを行う場合のシリコン基板の熱処理条件を設定する方
法において、シリコン基板中の初期重金属汚染濃度と、
酸素析出物密度と、所望の残留重金属不純物濃度とか
ら、熱処理温度および熱処理時間を算出することによっ
て、熱処理条件を設定することを特徴とするシリコン基
板の熱処理条件を設定する方法である。
According to the present invention, there is provided a method for setting a heat treatment condition for a silicon substrate when internal gettering is performed on the silicon substrate. When,
This is a method for setting heat treatment conditions for a silicon substrate, wherein heat treatment conditions are set by calculating a heat treatment temperature and a heat treatment time from an oxygen precipitate density and a desired residual heavy metal impurity concentration.

【0009】このように、シリコン基板中の初期重金属
汚染濃度と、酸素析出物密度と、所望の不純物濃度とか
ら、熱処理温度および熱処理時間を算出することによっ
て、熱処理条件を設定すれば、実際にシリコン基板にIG
を行う実験等をしなくとも、シリコン基板から効率よく
不純物を除去できる熱処理条件を簡単かつ迅速に求める
ことができる。
As described above, if the heat treatment conditions are set by calculating the heat treatment temperature and heat treatment time from the initial heavy metal contamination concentration in the silicon substrate, the oxygen precipitate density, and the desired impurity concentration, IG on silicon substrate
The heat treatment conditions for efficiently removing impurities from the silicon substrate can be easily and quickly obtained without conducting experiments or the like for performing the above.

【0010】また、本発明は、シリコン基板にインター
ナルゲッタリングを行う場合のシリコン基板の熱処理条
件を設定する方法において、シリコン基板中の初期重金
属汚染濃度と、酸素析出物密度と、所望の残留重金属
純物濃度とから、冷却速度を算出することによって、熱
処理条件を設定することを特徴とするシリコン基板の熱
処理条件を設定する方法である。
[0010] The present invention also provides a method of setting the heat treatment conditions of the silicon substrate in the case of performing the internal gettering in silicon substrate, an initial heavy metal contamination concentration in the silicon substrate, the oxygen precipitate density, the desired residual This is a method of setting heat treatment conditions for a silicon substrate, wherein heat treatment conditions are set by calculating a cooling rate from heavy metal impurity concentrations.

【0011】このように、シリコン基板中の初期重金属
汚染濃度と、酸素析出物密度と、所望の不純物濃度とか
ら、冷却速度を算出することによって、熱処理条件を設
定すれば、実際にシリコン基板にIGを行う実験等をしな
くとも、シリコン基板から効率よく不純物を除去できる
熱処理条件を簡単かつ迅速に求めることができる。
As described above, if the heat treatment conditions are set by calculating the cooling rate from the initial heavy metal contamination concentration in the silicon substrate, the oxygen precipitate density, and the desired impurity concentration, the silicon substrate is actually treated. The heat treatment conditions for efficiently removing impurities from the silicon substrate can be easily and quickly obtained without conducting an experiment or the like for performing IG.

【0012】さらに、本発明は、前記のシリコン基板の
熱処理条件を設定する方法において、シリコン基板中の
初期重金属汚染濃度と、酸素析出物密度と、所望の残留
重金属不純物濃度とから、下記(5)式よりゲッタリン
グ速度1/τを算出し、次に下記(7)式より熱処理温度
と熱処理時間の関係を算出し、算出された熱処理温度と
熱処理時間の関係から T-T-T線図を作成し、 T-T-T線図
のノーズ位置より熱処理温度と熱処理時間を決定するこ
とによって、熱処理条件を設定することを特徴とするシ
リコン基板の熱処理条件を設定する方法である。
Furthermore, the present invention provides a method of setting the heat treatment conditions of the silicon substrate, and the initial heavy metal contamination concentration in the silicon substrate, the oxygen precipitate density, the desired residual
The gettering rate 1 / τ is calculated from the following equation (5) from the heavy metal impurity concentration, and then the relationship between the heat treatment temperature and the heat treatment time is calculated from the following equation (7). This is a method for setting heat treatment conditions for a silicon substrate, wherein a heat treatment condition is set by creating a TTT diagram from the relationship and determining a heat treatment temperature and a heat treatment time from a nose position of the TTT diagram.

【数5】 (Equation 5)

【数6】 (ここで、1/τはゲッタリング速度、D は重金属の拡散
係数、C0は初期重金属汚染濃度、Ceq はシリコン中の重
金属の固溶度、Cpは析出物中の重金属濃度、n は酸素析
出物密度、t は熱処理時間、x は初期重金属汚染濃度/
所望の残留重金属不純物濃度である)。
(Equation 6) (Where 1 / τ is the gettering speed, D is the diffusion coefficient of heavy metal, C 0 is the initial heavy metal contamination concentration, C eq is the solid solubility of heavy metal in silicon, C p is the heavy metal concentration in the precipitate, n Is the oxygen precipitate density, t is the heat treatment time, x is the initial heavy metal contamination concentration /
Desired residual heavy metal impurity concentration).

【0013】このように、シリコン基板中の初期重金属
汚染濃度と、酸素析出物密度と、所望の不純物濃度とか
ら、前記(5)式よりゲッタリング速度1/τを算出し、
次に前記(7)式より熱処理温度と熱処理時間の関係を
算出し、算出された熱処理温度と熱処理時間の関係から
T-T-T線図を作成し、 T-T-T線図のノーズ位置より熱処
理温度および熱処理時間を決定することによって、熱処
理条件を設定すれば、実際に熱処理をした場合との誤差
が少なく、きわめて精度良くゲッタリングにより所望重
金属濃度に低減することができる熱処理条件を設定する
ことができる。
As described above, the gettering speed 1 / τ is calculated from the above equation (5) from the initial heavy metal contamination concentration in the silicon substrate, the oxygen precipitate density, and the desired impurity concentration.
Next, the relationship between the heat treatment temperature and the heat treatment time is calculated from the above equation (7), and the relationship between the calculated heat treatment temperature and the heat treatment time is calculated.
By creating a TTT diagram and determining the heat treatment temperature and heat treatment time from the nose position of the TTT diagram, if the heat treatment conditions are set, there will be little error with the actual heat treatment and extremely accurate gettering Heat treatment conditions that can reduce the desired heavy metal concentration can be set.

【0014】また、本発明は、前記のシリコン基板の熱
処理条件を設定する方法において、シリコン基板中の初
期重金属汚染濃度と、酸素析出物密度と、所望の残留重
金属不純物濃度とから、下記(5)式よりゲッタリング
速度1/τを算出し、次に下記(7)式より熱処理温度と
熱処理時間の関係を算出し、算出された熱処理温度と熱
処理時間の関係から T-T-T線図を作成し、作成した T-T
-T線図上で、前記初期重金属汚染濃度が固溶度となる温
度の T-T-T線図の温度軸上の点と、 T-T-T線図のノーズ
位置の点とを結んだ直線の傾きより、冷却速度を決定す
ることによって、熱処理条件を設定することを特徴とす
るシリコン基板の熱処理条件を設定する方法である。
Further, the present invention provides the method for setting the heat treatment conditions for a silicon substrate, wherein the initial heavy metal contamination concentration in the silicon substrate, the oxygen precipitate density, and the desired residual weight are determined.
The gettering speed 1 / τ is calculated from the following equation (5) from the metal impurity concentration, and then the relationship between the heat treatment temperature and the heat treatment time is calculated from the following equation (7). Create a TTT diagram from the relationship and create the TT
On the -T diagram, the cooling rate is calculated from the slope of a straight line connecting the point on the temperature axis of the TTT diagram of the temperature at which the initial heavy metal contamination concentration becomes the solid solubility and the point of the nose position of the TTT diagram. In this method, heat treatment conditions are set by determining the heat treatment conditions of the silicon substrate.

【数7】 (Equation 7)

【数8】 (ここで、1/τはゲッタリング速度、D は重金属の拡散
係数、C0は初期重金属汚染濃度、Ceq はシリコン中の重
金属の固溶度、Cpは析出物中の重金属濃度、n は酸素析
出物密度、t は熱処理時間、x は初期重金属汚染濃度/
所望の残留重金属不純物濃度である)。
(Equation 8) (Where 1 / τ is the gettering speed, D is the diffusion coefficient of heavy metal, C 0 is the initial heavy metal contamination concentration, C eq is the solid solubility of heavy metal in silicon, C p is the heavy metal concentration in the precipitate, n Is the oxygen precipitate density, t is the heat treatment time, x is the initial heavy metal contamination concentration /
Desired residual heavy metal impurity concentration).

【0015】このように、シリコン基板中の初期重金属
汚染濃度と、酸素析出物密度と、所望の不純物濃度とか
ら、前記(5)式よりゲッタリング速度1/τを算出し、
次に前記(7)式より熱処理温度と熱処理時間の関係を
算出し、算出された熱処理温度と熱処理時間の関係から
T-T-T線図を作成し、作成した T-T-T線図上で、初期重
金属汚染濃度が固溶度となる温度の T-T-T線図の温度軸
上の点と、 T-T-T線図のノーズ位置の点とを結んだ直線
の傾きより、冷却速度を決定することによって、熱処理
条件を設定すれば、実際に熱処理をした場合との誤差が
少なく、きわめて精度良く冷却中にゲッタリングが起り
所望重金属濃度に低減できる熱処理条件を設定すること
ができる。
As described above, the gettering speed 1 / τ is calculated from the above equation (5) from the initial heavy metal contamination concentration in the silicon substrate, the oxygen precipitate density, and the desired impurity concentration.
Next, the relationship between the heat treatment temperature and the heat treatment time is calculated from the above equation (7), and the relationship between the calculated heat treatment temperature and the heat treatment time is calculated.
A TTT diagram was created, and on the created TTT diagram, the point on the temperature axis of the TTT diagram at the temperature at which the initial heavy metal contamination concentration became solid solubility was connected to the point at the nose position on the TTT diagram. If the heat treatment conditions are set by determining the cooling rate from the slope of the straight line, there is little error with the actual heat treatment, gettering occurs during cooling with extremely high accuracy, and the heat treatment conditions can be reduced to the desired heavy metal concentration. Can be set.

【0016】そして、本発明である、前記のいずれかの
方法により設定された熱処理条件によって、シリコン基
板の熱処理を行えば、不純物を除去するのに適当な熱処
理条件によって熱処理を行うことができるため、効率よ
くシリコン基板から不純物を除去することができる。
If the heat treatment of the silicon substrate is performed under the heat treatment conditions set by any one of the above-described methods according to the present invention, the heat treatment can be performed under a heat treatment condition suitable for removing impurities. Thus, impurities can be efficiently removed from the silicon substrate.

【0017】また、本発明である、前記のシリコン基板
の熱処理を行う工程を有することを特徴とするシリコン
基板の製造方法は、ゲッタリングにより所望の不純物濃
度となったシリコン基板を確実に製造することができる
製造方法である。そのためデバイス歩留りの向上を確実
に図ることができる。
Further, the method for manufacturing a silicon substrate according to the present invention, comprising the step of performing a heat treatment of the silicon substrate, reliably manufactures a silicon substrate having a desired impurity concentration by gettering. Manufacturing method. Therefore, the device yield can be reliably improved.

【0018】そして、本発明は、コンピュータによって
シリコン基板の熱処理条件を設定するためのプログラム
を記録した記録媒体であって、該プログラムはコンピュ
ータに、前記のいずれかの方法によって前記熱処理条件
を算出させるものであることを特徴とするシリコン基板
の熱処理条件を設定するためのプログラムを記録した記
録媒体である。
[0018] Then, the present invention provides a recording medium recording a program for setting the heat treatment conditions of the silicon substrate by a computer, the program in the computer to calculate the heat treatment conditions by any method of the A recording medium for recording a program for setting heat treatment conditions for a silicon substrate.

【0019】このように、本発明を実行するためのプロ
グラムは、コンピュータに、前記のいずれかの方法によ
って前記熱処理条件を算出させるものであるから、これ
を記録媒体に記録しておけば、必要時に必要な場所にお
いて、各コンピュータに入力して使用することができる
ので、極めて便利である。
As described above, since the program for executing the present invention causes the computer to calculate the heat treatment condition by any of the above methods, it is necessary to record the condition on a recording medium. It is very convenient because it can be used by inputting it to each computer at a necessary place at times.

【0020】以下、本発明につき更に詳細に説明する。
本発明者は、従来は、種々の初期重金属汚染濃度、酸素
析出物密度をもったシリコン基板を、種々の熱処理条件
で、実際に多量のシリコン基板に長時間の熱処理を施す
ことによって、適正な熱処理条件を経験的に模索してい
たのを、もっと簡単に数値計算により割り出すことがで
きないか、種々検討した結果、本発明を開発したもので
ある。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The inventor of the present invention has proposed that a silicon substrate having various initial heavy metal contamination concentrations and oxygen precipitate densities can be appropriately treated by applying a long-time heat treatment to a large amount of silicon substrates under various heat treatment conditions. The present invention was developed as a result of various investigations as to whether or not it was possible to more easily determine the heat treatment conditions by empirical exploration of the heat treatment conditions.

【0021】すなわち、本発明は、初期重金属汚染濃
度、酸素析出物濃度および所望の不純物濃度を決定する
だけで数値計算により短時間に、かつ高精度で、より効
果的な熱処理温度及び熱処理時間の組合せ、あるいはよ
り効果的な冷却速度を知ることを可能とした。特に、本
発明では、前記(5)式よりゲッタリング速度1/τを算
出し、次に前記(7)式より熱処理温度と熱処理時間の
関係を算出し、算出された熱処理温度と熱処理時間の関
係から T-T-T線図を作成し、作成した T-T-T線図上で、
熱処理温度及び熱処理時間の組合せ、あるいは冷却速度
を決定することにより、熱処理条件設定の精度を格段に
向上させている点に特徴を有する。
That is, according to the present invention, only the initial heavy metal contamination concentration, oxygen precipitate concentration and desired impurity concentration are determined. It became possible to know the combination or a more effective cooling rate. In particular, in the present invention, the gettering speed 1 / τ is calculated from the above equation (5), and then the relationship between the heat treatment temperature and the heat treatment time is calculated from the above equation (7). Create a TTT diagram from the relationship, and on the created TTT diagram,
It is characterized in that the accuracy of setting the heat treatment conditions is remarkably improved by determining the combination of the heat treatment temperature and the heat treatment time or the cooling rate.

【0022】そして、上記のような方法によって設定さ
れた熱処理条件により、シリコン基板の熱処理を行い、
シリコン基板を製造すれば、従来のように場当たり的
で、経験的に決定されたものではなく、精度が良い熱処
理条件なため、簡単かつ確実に所望の不純物濃度のシリ
コン基板を得ることができる。
Then, the heat treatment of the silicon substrate is performed under the heat treatment conditions set by the above method,
When a silicon substrate is manufactured, a conventional silicon substrate having a desired impurity concentration can be obtained simply and reliably because heat treatment conditions with high accuracy are not ad hoc and empirically determined as in the related art, but are accurate.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
的な計算をするモデルの内容を例示して説明するが、発
明はこれらに限定されるものではない。図1は、熱処理
温度600 ℃における酸素析出物密度n が、n=7 ×106
8 ×107 、8 ×109 個/cm3 であり、初期重金属汚染濃
度が1 ×1014原子/cm3 である場合のFeのゲッタリング
が進行する速さ、すなわち酸素析出物へFeが析出するこ
とによる固溶Fe濃度の減衰の様子を、実際にシリコン基
板に熱処理を施して測定した値と下記の(1)式による
数値計算の値とをプロットして示したものである。この
ように、シリコン基板中に過飽和に固溶した不純物のFe
原子の濃度は、時間の指数関数に従い減少することが知
られており(F.S.Ham;J.Phys.Chem.Solids 6(1958)335.
およびD,Gilles et al. ;Phys.Rev.Lett.64(1990)196.
参照) 、次の(1)式で記述される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below by exemplifying the contents of a model for performing a specific calculation, but the invention is not limited to these. FIG. 1 shows that the oxygen precipitate density n at a heat treatment temperature of 600 ° C. is n = 7 × 10 6 ,
8 × 10 7 , 8 × 10 9 / cm 3 , the speed at which the gettering of Fe proceeds when the initial heavy metal contamination concentration is 1 × 10 14 atoms / cm 3, that is, Fe to the oxygen precipitate This graph shows how the concentration of dissolved Fe due to precipitation is attenuated by plotting a value measured by actually performing a heat treatment on a silicon substrate and a value calculated by the following equation (1). As described above, the impurity Fe dissolved in a supersaturated solid solution
It is known that the concentration of atoms decreases according to an exponential function of time (FSHam; J. Phys. Chem. Solids 6 (1958) 335.
And D, Gilles et al .; Phys. Rev. Lett. 64 (1990) 196.
) Is described by the following equation (1).

【数9】 (Equation 9)

【0024】ここで、C はシリコン中でのFe固溶濃度、
C0は初期重金属汚染濃度、Ceq はシリコン中の重金属の
固溶度、t は熱処理時間、τは時定数、D はFeの拡散係
数、n は酸素析出物密度、r は酸素析出物半径であり、
この(1)式における、1/τをゲッタリング速度と呼
ぶ。
Where C is the concentration of solid solution of Fe in silicon,
C 0 is the initial heavy metal contamination concentration, C eq is the solid solubility of heavy metal in silicon, t is the heat treatment time, τ is the time constant, D is the diffusion coefficient of Fe, n is the oxygen precipitate density, and r is the oxygen precipitate radius. And
In Expression (1), 1 / τ is called the gettering speed.

【0025】ゲッタリング進行の様子は図1からこの
(1)式で的確に表現できることがわかる。この図1に
ならい、一定の酸素析出物量、初期汚染量の場合のゲッ
タリング速度を種々の温度において計測した結果をプロ
ットしたものが図2である。この図2に示すように、ゲ
ッタリング速度はある温度(この場合は約800 ℃近傍)
で最大となり、ピーク値を持つ。従って、この温度での
保持がゲッタリングの最適条件であることがわかる。
It can be seen from FIG. 1 that the state of the gettering progress can be accurately represented by the equation (1). FIG. 2 is a plot of the results obtained by measuring the gettering speed at various temperatures according to FIG. 1 in the case where the amount of oxygen precipitate is constant and the amount of initial contamination is constant. As shown in FIG. 2, the gettering speed is a certain temperature (in this case, about 800 ° C.)
And has a peak value. Therefore, it is understood that holding at this temperature is the optimum condition for gettering.

【0026】しかし数1を用いた従来の理論では、この
図2の挙動を説明することはできない。なぜなら、ゲッ
タリング速度1/τに関係する温度依存量は、Feの拡散係
数であるD のみであり、その拡散係数D は温度の指数関
数で単調に増加するのみだからである。従って、酸素析
出物密度と酸素析出物半径が分かっている2種類のウェ
ーハについて実験で得られたゲッタリング速度1/τを、
(1)式から実測の酸素析出物密度n 、酸素析出物半径
r を用いて計算された理論的1/τと比較すると、1/τが
値が大きくなるにつれて1:1の相関線から外れてしま
う。図3はその相関の様子を示している。
However, the conventional theory using Equation 1 cannot explain the behavior of FIG. This is because the temperature-dependent amount related to the gettering speed 1 / τ is only D, which is the diffusion coefficient of Fe, and the diffusion coefficient D only increases monotonically with an exponential function of temperature. Therefore, gettering speed 1 / τ obtained experimentally for two types of wafers whose oxygen precipitate density and oxygen precipitate radius are known,
From equation (1), the measured oxygen precipitate density n and the oxygen precipitate radius
When compared with the theoretical 1 / τ calculated using r, the 1 / τ deviates from the 1: 1 correlation line as the value increases. FIG. 3 shows the state of the correlation.

【0027】この(1)式の欠点は、r が変化しないこ
とを前提にしている事にある。実際はr は定数ではな
く、Feが析出するにつれ徐々に大きくなるはずである。
そこで本発明では、(1)式のHam の理論の考え方から
さらに応用し工夫した。Ham によれば、(1)式は、析
出物半径r を析出末期におけるある程度析出物の半径増
大速度が飽和した後のr で固定し、理論的に析出現象を
考慮した結果、導かれた式である(F.S.Ham;J.Phys.Che
m.Solids 6(1958)335.参照)。
The disadvantage of equation (1) is that it is assumed that r does not change. Actually, r is not a constant and should gradually increase as Fe precipitates.
Therefore, in the present invention, the present invention is further applied and devised from the concept of Ham's theory of the equation (1). According to Ham, equation (1) is obtained by fixing the precipitate radius r to r after the rate of increase of the precipitate radius at the end of the precipitation is saturated to some extent, and theoretically considering the precipitation phenomenon. (FSHam; J.Phys.Che
m. Solids 6 (1958) 335.).

【0028】しかし従来、析出物の半径r は測定が困難
であり、Fe析出の核である酸素析出物の半径を透過型電
子顕微鏡等で測定し、r の代用としていた。そこで発明
者は、析出末期のr を想定しているのであるから、Feの
析出可能な量が全て析出した後、その全量が析出物とな
った場合を考えた。そして、シリコン基板中で半径R の
球を仮定し、その中心に酸素析出物が1 つのみ存在する
空間を考えてみた。すると以下の(2)式が成り立つ
(F.S.Ham;J.Phys.Chem.Solids6(1958)335. 参照) 。
However, conventionally, it is difficult to measure the radius r of the precipitate, and the radius of the oxygen precipitate, which is the nucleus of Fe precipitation, is measured with a transmission electron microscope or the like, and used as a substitute for r. Therefore, the inventor assumed that r was at the end of the precipitation, and considered the case where all the precipitateable amount of Fe was precipitated and then the entire amount became a precipitate. Then, assuming a sphere having a radius R in the silicon substrate, a space in which only one oxygen precipitate exists at the center is considered. Then, the following equation (2) holds.
(See FSHam; J. Phys. Chem. Solids 6 (1958) 335.).

【数10】 (Equation 10)

【0029】また上述のように固溶Fe濃度が減衰し、固
溶度に達した際、その減少量が全て析出したと仮定する
と次の(3)式が成り立つ。
As described above, when it is assumed that when the concentration of solid solution Fe attenuates and the solid solution reaches the solid solubility, all of the decrease is precipitated, the following equation (3) is established.

【数11】 (Equation 11)

【0030】ここでCPはFe析出物(FeSi2 を仮定)の密
度(=25.6×1021nm-3) 、Ceq はシリコン中のFeの固溶度
(=4.3 ×1022exp(-2.1eV/kT)) (M.Aoki et al;J.Appl.
Phys. 72(3)(1992)895-898参照)、k はボルツマン定
数、T は絶対温度(K) である。
Here, C P is the density of Fe precipitates (assuming FeSi 2 ) (= 25.6 × 10 21 nm −3 ), and C eq is the solid solubility of Fe in silicon.
(= 4.3 × 10 22 exp (-2.1eV / kT)) (M.Aoki et al; J.Appl.
Phys. 72 (3) (1992) 895-898), where k is Boltzmann's constant and T is the absolute temperature (K).

【0031】(2)式と(3)式を連立させ、(1)式
中のr を解くと、次の(4)式が成り立つ。
When the equations (2) and (3) are made simultaneous and r is solved in the equation (1), the following equation (4) is established.

【数12】 (Equation 12)

【0032】この(4)式を用いて(1)式で表された
ゲッタリング速度1/τを解き直すと、次の(5)式が成
り立つ。
When the gettering speed 1 / τ expressed by the equation (1) is solved again using the equation (4), the following equation (5) is established.

【数13】 (Equation 13)

【0033】ここで、1/τはゲッタリング速度、D は重
金属の拡散係数、C0は初期重金属汚染濃度、Ceq はシリ
コン中の重金属の固溶度、Cpは析出物中の重金属濃度、
n は酸素析出物密度である。
Where 1 / τ is the gettering rate, D is the diffusion coefficient of heavy metal, C 0 is the initial heavy metal contamination concentration, C eq is the solid solubility of heavy metal in silicon, and C p is the heavy metal concentration in the precipitate. ,
n is the oxygen precipitate density.

【0034】このように変形すると、ゲッタリング速度
1/τは拡散係数D 、酸素析出物密度n 、初期重金属汚染
濃度C0、固溶度Ceq に依存する。これらのパラメータの
うち、温度依存性を含むものは固溶度Ceq と拡散係数D
である。そこで(5)式の形を用いて、1/τを温度で微
分し、その微分係数が0 となる条件から、図2のピーク
温度が求められる。この際、固溶度は(3)式中で示さ
れた青木の式を用い、また拡散係数はD=1.3 ×10-3exp
(-0.68eV/kT) (E.R.Weber; Appl.Phys.A30(1983)1. 参
照) を用いると便利である。従って、予め酸素析出物密
度を赤外散乱トモグラフィ(Laser scattering Tomograp
hy,LST) や赤外干渉法等を用いて測定しておけば、求め
たい初期汚染量におけるゲッタリング速度の温度依存性
が、(5)式を用いて推定できる。
When deformed in this manner, the gettering speed
1 / τ depends on the diffusion coefficient D, the oxygen precipitate density n, the initial heavy metal contamination concentration C 0 , and the solid solubility C eq . Among these parameters, those that include temperature dependence are the solid solubility C eq and the diffusion coefficient D.
It is. Thus, 1 / τ is differentiated by temperature using the form of equation (5), and the peak temperature in FIG. At this time, the solid solubility was determined using the Aoki equation shown in equation (3), and the diffusion coefficient was D = 1.3 × 10 −3 exp
It is convenient to use (-0.68 eV / kT) (ERWeber; see Appl. Phys. A30 (1983) 1.). Therefore, the density of oxygen precipitates is determined in advance by infrared scattering tomography (Laser scattering Tomograp).
hy, LST) or infrared interferometry, the temperature dependence of the gettering speed in the desired initial contamination amount can be estimated using equation (5).

【0035】この(5)式を用いて推定されたゲッタリ
ング速度1/τと実験値との相関図を図4に示す。図4の
相関は明らかに、(1)式で得られた数値との相関であ
る図3よりも実験値を忠実に表現できており、(5)式
の実用的確からしさの実験的証明になっていることがわ
かる。また(5)式の適用範囲は、図4中の全測定範囲
から、温度で250 〜900 ℃、初期重金属汚染濃度で1012
〜1014原子/cm3 、酸素析出物密度で106 〜1010個/cm
3 であり、ほぼ実際のデバイス作製熱処理条件やIGウェ
ーハ作製条件を満たしているが、実際には外挿によりさ
らに広範囲の条件に適用可能である。
FIG. 4 shows a correlation diagram between the experimental value and the gettering speed 1 / τ estimated using the equation (5). The correlation of FIG. 4 clearly expresses the experimental value more faithfully than FIG. 3, which is the correlation with the numerical value obtained by the equation (1), and the experimental proof of the practical certainty of the equation (5) is obtained. You can see that it has become. The range of application of equation (5) is as follows: from the entire measurement range in FIG. 4, the temperature is 250 to 900 ° C. and the initial heavy metal contamination concentration is 10 12.
1010 14 atoms / cm 3 , oxygen precipitate density 10 6 610 10 atoms / cm 3
3 , which satisfies almost the actual conditions for heat treatment for device fabrication and IG wafer fabrication, but can be applied to a wider range of conditions by extrapolation.

【0036】このように実験では時間をかけなければ得
られないゲッタリング速度を、本発明では(5)式によ
って、計算で簡便に求められる。図2中の実線は(5)
式を用いて計算した結果であり、実験値を見事に再現で
きていることがわかる。
As described above, in the present invention, the gettering speed that cannot be obtained without taking much time in the experiment can be easily obtained by calculation according to equation (5). The solid line in FIG. 2 is (5)
It is the result of calculation using the formula, and it can be seen that the experimental value was reproduced successfully.

【0037】しかし実際には図2のピーク温度がゲッタ
リングの最適温度であるとは限らない。なぜならIGの場
合、固溶Fe濃度をその温度の固溶度以下にすることは不
可能だからである。例えば、図2のピーク温度付近での
固溶度は6 ×1012原子/cm3と推定され、初期重金属汚
染濃度3 ×1013原子/cm3 と比較しても8割減でしかな
く、この濃度以下に固溶Fe濃度を減少させることはでき
ない。そのため、あくまでFe濃度の減少を所望するな
ら、ピーク温度より低温に保持し、もっと時間をかけて
でも固溶Fe濃度を減少させねばならない場合も考えられ
る。従って予めこの濃度まで減少させたいという具体的
目標があるのであれば、その濃度になるよう、適当な熱
処理条件および冷却速度を設定する必要がある。
However, actually, the peak temperature in FIG. 2 is not always the optimum temperature for gettering. This is because in the case of IG, it is impossible to make the concentration of solid solution Fe equal to or lower than the solid solubility at that temperature. For example, the solid solubility around the peak temperature in FIG. 2 is estimated to be 6 × 10 12 atoms / cm 3 , which is only 80% smaller than the initial heavy metal contamination concentration of 3 × 10 13 atoms / cm 3 , It is not possible to reduce the concentration of solid solution Fe below this concentration. For this reason, if it is desired to reduce the Fe concentration, it may be necessary to maintain the temperature lower than the peak temperature and to reduce the dissolved Fe concentration even more time. Therefore, if there is a specific target to reduce the concentration to this level in advance, it is necessary to set appropriate heat treatment conditions and cooling rates so as to achieve the concentration.

【0038】そのためには以下に示す方法で作成される
T-T-T(Time-Temperature-Transformation)線図を用いる
と便利である。以下に、実験で応用可能と判断された上
記の(5)式を用いて、T-T-T 線図を求める方法を示
す。
For this purpose, the following method is used.
It is convenient to use a TTT (Time-Temperature-Transformation) diagram. A method of obtaining a TTT diagram using the above equation (5) determined to be applicable in an experiment will be described below.

【0039】例えば、(5)式で各温度におけるゲッタ
リング速度1/τが計算できるが、ゲッタリング終了後、
ウェーハ内に残存していても構わない汚染量が初期汚染
量の1/10であるとする。この場合、(1)式におけるC
がC0の1/10に等しいとして、(1)式からその場合の熱
処理時間を計算する。その熱処理時間t は以下の(6)
式で示される。
For example, the gettering speed 1 / τ at each temperature can be calculated by equation (5).
It is assumed that the amount of contamination that may be left in the wafer is 1/10 of the initial amount of contamination. In this case, C in equation (1)
Is equal to 1/10 of C 0 , the heat treatment time in that case is calculated from equation (1). The heat treatment time t is as follows (6)
It is shown by the formula.

【数14】 [Equation 14]

【0040】この(6)式でτとCeq は温度の関数であ
る。従って、(6)式で表される残存Fe濃度が初期重金
属汚染濃度の1/10になる熱処理時間t も温度の関数とな
る。ある温度に対して(5)式を用いて得られたτを
(6)式に代入し、熱処理時間t を得た後、温度に対し
て熱処理時間t をプロットしたものが、T-T-T 線図であ
り、その例を図5に示す。
In equation (6), τ and C eq are functions of temperature. Therefore, the heat treatment time t 1 at which the residual Fe concentration represented by the equation (6) becomes 1/10 of the initial heavy metal contamination concentration is also a function of the temperature. Substituting τ obtained by using equation (5) for a certain temperature into equation (6) to obtain heat treatment time t, and then plotting heat treatment time t against temperature is a TTT diagram. Yes, and an example is shown in FIG.

【0041】この例では、酸素析出物密度n が 1× 109
個/cm3 、初期重金属汚染濃度C0が1 ×1012原子/cm3
の場合を計算している。図5において残留Fe濃度が初期
重金属汚染濃度の1/10になる最短の熱処理温度と熱処理
時間は図5中の曲線A のノーズ(鼻)を形成しているa
点であることがわかる。つまりゲッタリングのための最
適熱処理条件は610 ℃、110minの等温熱処理であり、そ
の後任意に冷却しても所望の残留Fe濃度のシリコンウェ
ーハを得ることができる。
In this example, the oxygen precipitate density n is 1 × 10 9
Pieces / cm 3 , initial heavy metal contamination concentration C 0 is 1 × 10 12 atoms / cm 3
Is calculated. In FIG. 5, the shortest heat treatment temperature and the shortest heat treatment time at which the residual Fe concentration becomes 1/10 of the initial heavy metal contamination concentration form the nose of curve A in FIG.
It turns out that it is a point. In other words, the optimal heat treatment condition for gettering is isothermal heat treatment at 610 ° C. for 110 minutes, and a silicon wafer having a desired residual Fe concentration can be obtained even if cooling is performed arbitrarily thereafter.

【0042】また、等温熱処理でなく、ある速度での冷
却で所望の濃度までゲッタリングを進行させたい場合
は、図5の温度軸上、すなわち時間0 における初期重金
属汚染濃度が固溶度となる温度のb 点から図5のa 点を
結ぶ直線を引く。例えば最終段の温度が1000℃の場合、
1000℃からb 点の間のゲッタリングが起こらない温度域
の冷却方法は任意であるが、b 点の温度まで冷却した場
合、その後はb 点とa 点を結ぶ直線に沿って冷却する。
この直線の傾きが、最適冷却速度であり、図5の例では
-3.8℃/ 分である。所望の残留Fe濃度が初期重金属汚染
濃度の1/x である場合、(6)式を一般化し、以下の
(7)式を用いればよい。
When it is desired to proceed the gettering to a desired concentration by cooling at a certain speed instead of the isothermal heat treatment, the initial heavy metal contamination concentration on the temperature axis in FIG. A straight line connecting point a in FIG. 5 from point b at a certain temperature is drawn. For example, if the temperature of the last stage is 1000 ° C,
The method of cooling in the temperature range between 1000 ° C and point b where no gettering occurs does not matter, but after cooling to the temperature at point b, it is then cooled along the straight line connecting point b and point a.
The slope of this straight line is the optimum cooling rate, and in the example of FIG.
-3.8 ° C / min. When the desired residual Fe concentration is 1 / x of the initial heavy metal contamination concentration, the equation (6) is generalized, and the following equation (7) may be used.

【数15】 (Equation 15)

【0043】図5に曲線Bとして、(7)式のx=100 、
つまり初期重金属汚染濃度の1/100までゲッタリングを
進行させたい場合も示してある。このようにして、各条
件のT-T-T 線図を作成し、ゲッタリングに最適な等温熱
処理温度とそれに必要な最短熱処理時間が得られ、また
は最適冷却速度を求めることができる。
FIG. 5 shows a curve B as x = 100,
In other words, the case where gettering is to be advanced to 1/100 of the initial heavy metal contamination concentration is also shown. In this way, a TTT diagram under each condition is created, and an optimum isothermal heat treatment temperature for gettering and a shortest heat treatment time required for it can be obtained, or an optimum cooling rate can be obtained.

【0044】なお、ここで前記の最適熱処理温度、最短
熱処理時間、および最適冷却速度といった熱処理条件
は、あくまでも所定の濃度までFeをIGで除去するのに最
適・最短である条件という意味であり、実際にシリコン
基板を製造するにあたっては、デバイス工程等の都合に
より上記最適熱処理条件以外の条件で実施してもかまわ
ない。すなわち、例えば熱処理温度を設定するにあたっ
ては、必ずしもノーズ点であるa 点の条件に限定される
わけではなく、ノーズ点周辺の範囲の条件で実施すれば
十分に本発明の効果を得ることができ、本発明が実施さ
れる条件に応じて適当に熱処理条件を変更・修正して実
施することが可能である。
Here, the heat treatment conditions such as the above-mentioned optimum heat treatment temperature, shortest heat treatment time, and optimum cooling rate mean conditions that are optimal and shortest to remove Fe to a predetermined concentration by IG. When actually manufacturing the silicon substrate, the silicon substrate may be manufactured under conditions other than the above-mentioned optimum heat treatment conditions due to the device process and the like. In other words, for example, when setting the heat treatment temperature, the effect of the present invention can be sufficiently obtained by performing the process under the conditions in the range around the nose point, but is not necessarily limited to the condition of the nose point a. The heat treatment conditions can be changed / corrected appropriately according to the conditions under which the present invention is carried out.

【0045】[0045]

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示すが、本発
明はこれらに限定されるものではない。 (実施例)シリコン基板にインターナルゲッタリングを
行う場合のシリコン基板の熱処理条件を、シリコン基板
中の初期重金属汚染濃度と、酸素析出物密度と、所望の
不純物濃度とから、熱処理温度および熱処理時間の関係
を算出することによって、熱処理条件を設定し、熱処理
の進行の計算予測を行った。次に、上記の計算により求
めた結果を検証するために、実際にシリコン基板に熱処
理を行う実験を行い、上記計算予測と比較した。
The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, but it should not be construed that the invention is limited thereto. (Example) When performing internal gettering on a silicon substrate, the heat treatment conditions of the silicon substrate were determined based on the initial heavy metal contamination concentration in the silicon substrate, the oxygen precipitate density, and the desired impurity concentration. By calculating the relationship, the heat treatment conditions were set, and the progress of the heat treatment was calculated and predicted. Next, in order to verify the result obtained by the above calculation, an experiment of actually performing a heat treatment on the silicon substrate was performed and compared with the above calculation prediction.

【0046】まず、本実施例において実際に熱処理を行
うシリコン基板の初期重金属汚染濃度と、酸素析出物密
度を測定した。測定の結果は、初期重金属汚染濃度が3
×1013原子/cm3 、酸素析出物密度が2 ×109 個/cm3
であった。それらに従って、上記熱処理条件の設定にお
いても初期重金属汚染濃度C0= 3 ×1013原子/cm3 、酸
素析出物密度n=2 ×109 個/cm3 として、熱処理条件を
設定した。また、所望の不純物濃度は初期重金属汚染濃
度の1/10及び1/100 、すなわちx=10及びx=100 とし、こ
の2つの場合についての熱処理条件を設定した。そし
て、各数値を前記(5)式に入れて、ゲッタリング速度
1/τを算出し、次に前記(7)式より熱処理温度と熱処
理時間の関係を算出し、算出された熱処理温度と熱処理
時間からT-T-T 線図を作成した。
First, in this example, the initial heavy metal contamination concentration and the oxygen precipitate density of the silicon substrate actually subjected to the heat treatment were measured. The measurement results show that the initial heavy metal contamination
× 10 13 atoms / cm 3 , oxygen precipitate density 2 × 10 9 / cm 3
Met. In accordance with them, the heat treatment conditions were set such that the initial heavy metal contamination concentration C 0 = 3 × 10 13 atoms / cm 3 and the oxygen precipitate density n = 2 × 10 9 / cm 3 . The desired impurity concentration was 1/10 and 1/100 of the initial heavy metal contamination concentration, that is, x = 10 and x = 100, and heat treatment conditions for these two cases were set. Then, each numerical value is put into the above equation (5) to obtain the gettering speed.
1 / τ was calculated, then the relationship between the heat treatment temperature and the heat treatment time was calculated from the above equation (7), and a TTT diagram was created from the calculated heat treatment temperature and heat treatment time.

【0047】次に、上記の計算により求めた結果を検証
するために、前記の初期重金属汚染濃度C0、酸素析出物
密度n を測定したシリコン基板に、実際にインターナル
ゲッタリングによって重金属不純物を除去する熱処理を
行う実験を行い、計算と比較した。この実験では、種々
の熱処理温度により等温熱処理を行い、各熱処理温度に
おいて不純物濃度が初期重金属汚染濃度の1/10及び、1/
100 になる時間を測定した。
Next, in order to verify the results obtained by the above calculations, heavy metal impurities were actually added to the silicon substrate on which the above-mentioned initial heavy metal contamination concentration C 0 and oxygen precipitate density n were measured by internal gettering. An experiment was conducted in which a heat treatment for removal was performed and compared with the calculation. In this experiment, isothermal heat treatment was performed at various heat treatment temperatures, and at each heat treatment temperature, the impurity concentration was 1/10 and 1/1, of the initial heavy metal contamination concentration.
The time to reach 100 was measured.

【0048】図6に作成されたT-T-T 線図の計算予測線
と実験値(プロット)を示す。初期重金属汚染濃度に対
し1/10、1/100 になる時間の実験値は計算による予測と
良く一致していることがわかる。例えば熱処理温度が60
0 ℃の場合、計算で予測された熱処理時間は1/10に到達
する時間で約10分、1/100 では約20分となる。実験結果
は、600 ℃の等温熱処理を10分行った場合のFe濃度は
2.8 ×1012原子/cm3 、20分行った場合のFe濃度は2.
6 ×1011原子/cm3 となり、初期重金属汚染濃度3 ×10
13原子/cm3 に対し、10分後、20分後でほぼ1/10、1/10
0 の濃度に低減できたことになり、計算の正しさが実証
されていることがわかる。
FIG. 6 shows the calculated predicted lines of the TTT diagram and the experimental values (plots). It can be seen that the experimental values at 1/10 and 1/100 of the initial heavy metal contamination concentration agree well with the calculated predictions. For example, if the heat treatment temperature is 60
At 0 ° C., the heat treatment time predicted by calculation is about 10 minutes to reach 1/10, and about 20 minutes at 1/100. The experimental results show that when the isothermal heat treatment at 600 ° C is performed for 10 minutes, the Fe concentration is
2.8 × 10 12 atoms / cm 3 for 20 minutes, the Fe concentration is 2.
6 × 10 11 atoms / cm 3 , initial heavy metal contamination concentration 3 × 10
About 1/10, 1/10 after 10 minutes and 20 minutes for 13 atoms / cm 3
It can be seen that the concentration was reduced to 0, and the correctness of the calculation was verified.

【0049】尚、本発明は、上記実施形態および実施例
に限定されるものではない。上記実施形態等は、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 and examples. The above embodiments and the like are exemplifications, and have substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device having the same function and effect can be realized by the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

【0050】例えば、本発明で言う熱処理条件とは、シ
リコン単結晶インゴットをウエーハ形状に加工する工
程、デバイス作製工程等で加わる全ての熱処理のことを
示しており、したがって、設定されるシリコン基板の熱
処理条件とは、単に特定デバイス工程後の場合に限られ
るものではなく、ウエーハ加工後、デバイス工程中、デ
バイス工程後等いずれの場合であっても、シリコン基板
に熱処理を加える場合であれば、本発明を適用して熱処
理条件を設定することができる。
For example, the heat treatment conditions referred to in the present invention indicate all heat treatments applied in a process of processing a silicon single crystal ingot into a wafer shape, a device fabrication process, and the like. The heat treatment conditions are not limited to the case just after the specific device process, but any case after the wafer processing, during the device process, after the device process, etc., as long as the heat treatment is applied to the silicon substrate, Heat treatment conditions can be set by applying the present invention.

【0051】また、上記では、重金属不純物として、Fe
をゲッタリング除去する場合につき例を挙げて説明した
が、本発明は、これには限定されず、Cu、Ni、Co等他の
重金属汚染の除去においても、当然適用でき、効果を奏
するものである。
In the above description, Fe is used as a heavy metal impurity.
Although the case of gettering removal has been described by way of example, the present invention is not limited to this, and can be naturally applied to the removal of other heavy metal contamination such as Cu, Ni, Co, etc. is there.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明によれば、シリコン基板にインタ
ーナルゲッタリングを行う場合のシリコン基板の熱処理
条件を設定する方法において、シリコン基板中の初期重
金属汚染濃度と、酸素析出物密度と、所望の不純物濃度
とから、きわめて短時間で、簡単かつ正確に、熱処理温
度および熱処理時間の組合せ、あるいは冷却速度を算出
することができ、それによって適正な熱処理条件を設定
することができる。
According to the present invention, there is provided a method for setting a heat treatment condition of a silicon substrate when performing internal gettering on the silicon substrate. The combination of the heat treatment temperature and the heat treatment time or the cooling rate can be calculated in a very short time, simply and accurately, from the impurity concentration of, so that appropriate heat treatment conditions can be set.

【0053】したがって、初期重金属汚染濃度や酸素析
出物密度の異なる多量のウエーハを用いて実際に長時間
の熱処理をする必要がなくなり、きわめて迅速かつ低コ
ストで適正な熱処理条件を決定することができる。そし
て、従来のように場当たり的で、経験的に決定されたも
のではなく、精度が良い熱処理条件なため、実際にシリ
コン基板の製造工程に基板を流してみた場合に、デバイ
ス歩留りの向上を確実に図ることができる。
Therefore, it is not necessary to actually perform a long-time heat treatment using a large number of wafers having different initial heavy metal contamination concentrations and oxygen precipitate densities, and it is possible to determine appropriate heat treatment conditions very quickly and at low cost. . In addition, since the heat treatment conditions are accurate and not ad hoc and empirically determined as in the past, the improvement in device yield can be ensured when the substrate is actually flowed into the silicon substrate manufacturing process. It can be aimed at.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】固溶Fe濃度と熱処理時間の関係を示した図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the concentration of dissolved Fe and the heat treatment time.

【図2】ゲッタリング速度と熱処理温度との関係を示し
た図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between gettering speed and heat treatment temperature.

【図3】(1)式より求められたゲッタリング速度と実
験から求められたゲッタリング速度との関係を示した比
較図である。
FIG. 3 is a comparison diagram showing a relationship between the gettering speed obtained from the equation (1) and the gettering speed obtained from an experiment.

【図4】(5)式より求められたゲッタリング速度と実
験から求められたゲッタリング速度との関係を示した比
較図である。
FIG. 4 is a comparison diagram showing a relationship between the gettering speed obtained from the equation (5) and the gettering speed obtained from an experiment.

【図5】T-T-T 線図の一例を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a TTTT diagram.

【図6】実施例と実際に熱処理を行い測定した例との比
較図である。
FIG. 6 is a comparison diagram between an example and an example in which heat treatment was actually performed and measured.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 PHYSICAL REVIEW L ETTERS,1990年,vol.64,N o.2,pp.196−199 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/322 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References PHYSICAL REVIEW L ETTERS, 1990, vol. 64, No. 2, pp. 196-199 (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/322

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 シリコン基板にインターナルゲッタリン
グを行う場合のシリコン基板の熱処理条件を設定する方
法において、シリコン基板中の初期重金属汚染濃度と、
酸素析出物密度と、所望の残留重金属不純物濃度とか
ら、下記(5)式よりゲッタリング速度 1/ τを算出し、
次に下記(7)式より熱処理温度および熱処理時間を算
出することによって、熱処理条件を設定することを特徴
とするシリコン基板の熱処理条件を設定する方法。【数1】 【数2】 (ここで、 1/ τはゲッタリング速度、 D は重金属の拡散
係数、 C 0 は初期重金属汚染濃度、 C eq はシリコン中の重
金属の固溶度、 C p は析出物中の重金属濃度、 n は酸素析
出物密度、 t は熱処理時間、 x は初期重金属汚染濃度/
所望の残留重金属不純物濃度である)。
1. A method of setting heat treatment conditions for a silicon substrate when performing internal gettering on the silicon substrate, the method comprising:
From the oxygen precipitate density and the desired residual heavy metal impurity concentration, a gettering rate 1 / τ is calculated from the following equation (5) ,
Next , a heat treatment condition is set by calculating a heat treatment temperature and a heat treatment time from the following equation (7) . (Equation 1) (Equation 2) (Where 1 / τ is the gettering speed, D is the diffusion of heavy metal
Coefficient, C 0 is the initial heavy metal contamination concentration, C eq is the weight in silicon
Solid solubility of metal, C p is heavy metal concentration in precipitate, n is oxygen precipitation
Output density, t is heat treatment time, x is initial heavy metal contamination concentration /
Desired residual heavy metal impurity concentration).
【請求項2】 シリコン基板にインターナルゲッタリン
グを行う場合のシリコン基板の熱処理条件を設定する方
法において、シリコン基板中の初期重金属汚染濃度と、
酸素析出物密度と、所望の残留重金属不純物濃度とか
ら、冷却速度を算出することによって、熱処理条件を設
定することを特徴とするシリコン基板の熱処理条件を設
定する方法。
2. A method for setting heat treatment conditions for a silicon substrate when performing internal gettering on the silicon substrate, the method comprising:
A method for setting heat treatment conditions for a silicon substrate, wherein heat treatment conditions are set by calculating a cooling rate from an oxygen precipitate density and a desired residual heavy metal impurity concentration.
【請求項3】 請求項1に記載のシリコン基板の熱処理
条件を設定する方法において、前記算出された熱処理温
度と熱処理時間の関係から T-T-T線図を作成し、 T-T-T
線図のノーズ位置より熱処理温度と熱処理時間を決定す
ることによって、熱処理条件を設定することを特徴とす
るシリコン基板の熱処理条件を設定する方法。
3. The method for setting heat treatment conditions for a silicon substrate according to claim 1, wherein a TTT diagram is created from a relationship between the calculated heat treatment temperature and heat treatment time.
A method of setting heat treatment conditions for a silicon substrate, wherein heat treatment conditions are set by determining a heat treatment temperature and a heat treatment time from a nose position of a diagram.
【請求項4】 請求項2に記載のシリコン基板の熱処理
条件を設定する方法において、前記シリコン基板中の初
期重金属汚染濃度と、前記酸素析出物密度と、前記所望
残留重金属不純物濃度とから、下記(5)式よりゲッ
タリング速度1/τを算出し、次に下記(7)式より熱処
理温度と熱処理時間の関係を算出し、算出された熱処理
温度と熱処理時間の関係から T-T-T線図を作成し、作成
した T-T-T線図上で、前記初期重金属汚染濃度が固溶度
となる温度の T-T-T線図の温度軸上の点と、 T-T-T線図
のノーズ位置の点とを結んだ直線の傾きより、冷却速度
を決定することによって、熱処理条件を設定することを
特徴とするシリコン基板の熱処理条件を設定する方法。 【数3】 【数4】 (ここで、1/τはゲッタリング速度、D は重金属の拡散
係数、C0は初期重金属汚染濃度、Ceq はシリコン中の重
金属の固溶度、Cpは析出物中の重金属濃度、n は酸素析
出物密度、t は熱処理時間、x は初期重金属汚染濃度/
所望の残留重金属不純物濃度である)。
4. The method for setting heat treatment conditions for a silicon substrate according to claim 2, wherein the concentration of the initial heavy metal contamination in the silicon substrate, the density of the oxygen precipitate, and the concentration of the desired residual heavy metal impurity are determined. The gettering speed 1 / τ is calculated from the following equation (5), then the relationship between the heat treatment temperature and the heat treatment time is calculated from the following equation (7), and a TTT diagram is obtained from the calculated relationship between the heat treatment temperature and the heat treatment time. On the created TTT diagram, the slope of the straight line connecting the point on the temperature axis of the TTT diagram of the temperature at which the initial heavy metal contamination concentration becomes the solid solubility and the point of the nose position of the TTT diagram A method for setting heat treatment conditions for a silicon substrate, wherein heat treatment conditions are set by determining a cooling rate. [Equation 3] (Equation 4) (Where 1 / τ is the gettering speed, D is the diffusion coefficient of heavy metal, C 0 is the initial heavy metal contamination concentration, C eq is the solid solubility of heavy metal in silicon, C p is the heavy metal concentration in the precipitate, n Is the oxygen precipitate density, t is the heat treatment time, x is the initial heavy metal contamination concentration /
Desired residual heavy metal impurity concentration).
【請求項5】 請求項1ないし請求項4のいずれか1項
に記載の方法により設定された熱処理条件によって、シ
リコン基板の熱処理を行うことを特徴とするシリコン基
板を熱処理する方法。
5. A method for heat-treating a silicon substrate, wherein the heat treatment is performed on the silicon substrate under heat-treatment conditions set by the method according to claim 1. Description:
【請求項6】 請求項5のシリコン基板の熱処理を行う
工程を有することを特徴とするシリコン基板の製造方
法。
6. A method for manufacturing a silicon substrate, comprising the step of heat-treating the silicon substrate according to claim 5.
【請求項7】 コンピュータによってシリコン基板の熱
処理条件を設定するためのプログラムを記録した記録媒
体であって、該プログラムはコンピュータに、請求項1
ないし請求項4のいずれか1項に記載の方法によって前
記熱処理条件を算出させるものであることを特徴とする
シリコン基板の熱処理条件を設定するためのプログラム
を記録した記録媒体。
7. A recording medium recording a program for setting heat treatment conditions for a silicon substrate by a computer, wherein the program is stored in a computer.
A recording medium recording a program for setting heat treatment conditions for a silicon substrate, wherein the heat treatment conditions are calculated by the method according to claim 4.
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