JP4082394B2 - Evaluation method of silicon wafer - Google Patents

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本発明は、デバイスプロセスや結晶位置に依存せずに安定に酸素析出が得られるシリコンウエーハおよびその製造方法、ならびに、引上げ条件が未知のシリコンウエーハの欠陥領域を評価する方法に関する。   The present invention relates to a silicon wafer in which oxygen precipitation can be stably obtained without depending on a device process and a crystal position, a manufacturing method thereof, and a method for evaluating a defect region of a silicon wafer whose pulling conditions are unknown.

近年、DRAM等の半導体回路の高集積化に伴う素子の微細化に伴い、その基板となるチョクラルスキー法(以下、CZ法と略記することがある)で作製されたシリコン単結晶に対する品質要求が高まってきている。特に、FPD、LSTD、COP等のグローンイン(Grown−in)欠陥と呼ばれる欠陥が存在し、これがデバイス特性を悪化させるのでその低減が重要視されている。   In recent years, with the miniaturization of elements accompanying higher integration of semiconductor circuits such as DRAM, quality requirements for silicon single crystals produced by the Czochralski method (hereinafter sometimes abbreviated as CZ method) as the substrate Is growing. In particular, there are defects called “grown-in” defects such as FPD, LSTD, COP, etc., which deteriorate device characteristics, and their reduction is regarded as important.

これらの欠陥を説明するに当たって、先ず、シリコン単結晶に取り込まれるベイカンシイ(Vacancy、以下Vと略記することがある)と呼ばれる空孔型の点欠陥と、インタースティシアル−シリコン(Interstitial−Si、以下Iと略記することがある)と呼ばれる格子間型シリコン点欠陥のそれぞれの取り込まれる濃度を決定する因子について、一般的に知られていることを説明する。   In describing these defects, first, a vacancy-type point defect called vacancy (hereinafter sometimes abbreviated as V) incorporated in a silicon single crystal, and interstitial-silicon (interstitial-Si, hereinafter). What is generally known is a factor that determines the concentration of each interstitial silicon point defect called “I” (sometimes abbreviated as “I”).

シリコン単結晶において、V−領域とは、Vacancy、つまりシリコン原子の不足から発生する凹部、穴のようなものが多い領域であり、I−領域とは、シリコン原子が余分に存在することにより発生する転位や余分なシリコン原子の塊が多い領域のことであり、そしてV−領域とI−領域の間には、原子の不足や余分が無い(少ない)ニュートラル領域(Neutral領域、以下N−領域と略記することがある)が存在していることになる。そして、前記グローンイン欠陥(FPD、LSTD、COP等)というのは、あくまでもVやIが過飽和な状態の時に発生するものであり、多少の原子の偏りがあっても、飽和以下であれば、欠陥としては存在しないことが判ってきた。   In a silicon single crystal, the V-region is a vacancy, that is, a region having many recesses and holes generated due to a shortage of silicon atoms, and the I-region is generated by the presence of extra silicon atoms. A neutral region (Neutral region, hereinafter referred to as an N-region) that has a shortage of atoms and no (or few) atoms between the V-region and the I-region. May be abbreviated). The grow-in defects (FPD, LSTD, COP, etc.) are generated only when V or I is supersaturated. If there is some atomic bias, It has been found that it does not exist.

この両点欠陥の濃度は、CZ法における結晶の引上げ速度(成長速度)と結晶中の固液界面近傍の温度勾配Gとの関係から決まることが知られている。また、V−領域とI−領域との間のN−領域には、OSF(酸化誘起積層欠陥、Oxidation Induced Stacking Fault)と呼ばれるリング状に発生する欠陥の存在が確認されている。   It is known that the concentration of both point defects is determined from the relationship between the crystal pulling rate (growth rate) in the CZ method and the temperature gradient G in the vicinity of the solid-liquid interface in the crystal. In addition, in the N-region between the V-region and the I-region, it has been confirmed that there is a ring-shaped defect called OSF (Oxidation Induced Stacking Fault).

これら結晶成長起因の欠陥を分類すると、例えば成長速度が0.6mm/min前後以上と比較的高速の場合には、空孔タイプの点欠陥が集合したボイド起因とされているFPD、LSTD、COP等のグローンイン欠陥が結晶径方向全域に高密度に存在し、これら欠陥が存在する領域はV−リッチ領域と呼ばれている。また、成長速度が0.6mm/min以下の場合は、成長速度の低下に伴い、上記したOSFリングが結晶の周辺から発生し、このリングの外側に転位ループ起因と考えられているL/D(Large Dislocation:格子間転位ループの略号、LSEPD、LFPD等)の欠陥が低密度に存在し、これら欠陥が存在する領域はI−リッチ領域と呼ばれている。さらに、成長速度を0.4mm/min前後以下に低速にすると、OSFリングがウエーハの中心に凝集して消滅し、全面がI−リッチ領域となる。   When these defects due to crystal growth are classified, for example, when the growth rate is relatively high, such as about 0.6 mm / min or more, FPD, LSTD, and COP that are attributed to voids in which vacancy-type point defects are gathered. Groin-in defects such as these are present at high density throughout the crystal diameter direction, and a region where these defects exist is called a V-rich region. Further, when the growth rate is 0.6 mm / min or less, the OSF ring described above is generated from the periphery of the crystal as the growth rate is reduced, and L / D that is considered to be caused by a dislocation loop outside the ring. Defects (Large Dislocation: abbreviations for interstitial dislocation loops, LSEPD, LFPD, etc.) are present at a low density, and a region where these defects are present is called an I-rich region. Furthermore, when the growth rate is lowered to about 0.4 mm / min or less, the OSF ring aggregates and disappears at the center of the wafer, and the entire surface becomes an I-rich region.

また、最近V−リッチ領域とI−リッチ領域の中間でOSFリングの外側に、空孔起因のFPD、LSTD、COPも、転位ループ起因のLSEPD、LFPDも、さらにはOSFも存在しないN−領域の存在が発見されている。この領域はOSFリングの外側にあり、そして、酸素析出熱処理を施し、X−ray観察等で析出のコントラストを確認した場合に、酸素析出がほとんどなく、かつ、LSEPD、LFPDが形成されるほどリッチではないI−リッチ領域側である。
さらに、OSFリングの内側にも、空孔起因の欠陥も、転位ループ起因の欠陥も存在せず、OSFも存在しないN−領域の存在が確認されている。
Further, an N-region in which there is no vacancy-induced FPD, LSTD, COP, dislocation loop-induced LSEPD, LFPD, or even OSF outside the OSF ring between the V-rich region and the I-rich region recently. The presence of has been discovered. This region is outside the OSF ring, and when oxygen precipitation heat treatment is performed and the contrast of the precipitation is confirmed by X-ray observation or the like, there is almost no oxygen precipitation and is so rich that LSEPD and LFPD are formed. It is not the I-rich region side.
Further, it is confirmed that there are no defects caused by vacancies or dislocation loops inside the OSF ring, and there is an N-region in which no OSF exists.

これらのN−領域は、通常の方法では、成長速度を下げた時に成長軸方向に対して斜めに存在するため、ウエーハ面内では一部分にしか存在しなかった。
このN−領域について、ボロンコフ理論(非特許文献1参照)では、引上げ速度(F)と結晶固液界面軸方向温度勾配(G)の比であるF/Gというパラメータが点欠陥のトータルな濃度を決定すると唱えている。このことから考えると、面内で引上げ速度は一定のはずであるから、面内でGが分布を持つために、例えば、ある引上げ速度では中心がV−リッチ領域でN−領域を挟んで周辺でI−リッチ領域となるような結晶しか得られなかった。
In the normal method, these N-regions exist obliquely with respect to the growth axis direction when the growth rate is lowered, and therefore exist only in a part of the wafer plane.
In this N-region, in the Boronkov theory (see Non-Patent Document 1), the parameter F / G, which is the ratio of the pulling rate (F) and the temperature gradient (G) in the crystal solid-liquid interface axis direction, is the total concentration of point defects. It is said to decide. Considering this, since the pulling speed should be constant in the plane, since G has a distribution in the plane, for example, at a certain pulling speed, the center is the V-rich region and the N-region is sandwiched around it. Only crystals that would be in the I-rich region were obtained.

そこで最近、面内のGの分布を改良して、この斜めでしか存在しなかったN−領域を、例えば、引上げ速度Fを徐々に下げながら引上げた時に、ある引上げ速度でN−領域が横全面に広がった結晶が製造できるようになった。また、この全面N−領域の結晶を長さ方向へ拡大するには、このN−領域が横に広がった時の引上げ速度を維持して引上げればある程度達成できる。また、結晶が成長するに従ってGが変化することを考慮し、それを補正して、あくまでもF/Gが一定になるように、引上げ速度を調節すれば、それなりに成長方向にも、全面N−領域となる結晶が拡大できるようになった。   Therefore, recently, when the distribution of G in the plane has been improved, the N-region that has existed only at an angle, for example, when the pulling-up speed F is gradually lowered, the N-region is lateralized at a certain pulling speed. Crystals spread over the entire surface can be manufactured. Further, in order to expand the crystal of the entire N-region in the length direction, it can be achieved to some extent if the pulling rate is maintained while the N-region is expanded laterally. Also, considering that G changes as the crystal grows, if it is corrected and the pulling speed is adjusted so that F / G is constant, the entire surface N- The area crystal can be enlarged.

このN−領域をさらに分類すると、OSFリングの外側に隣接するNV領域(空孔の多い領域)とI−リッチ領域に隣接するNI領域(格子間シリコンが多い領域)とがあることがわかっている。   When this N-region is further classified, it can be seen that there are an NV region (region with many vacancies) adjacent to the outside of the OSF ring and an NI region (region with a lot of interstitial silicon) adjacent to the I-rich region. Yes.

さらに、CZ法シリコン基板では、このようなグローンイン欠陥を低減する重要性のほか、重金属不純物に対するインターナルゲッタリング効果の観点から、酸素析出の制御が益々重要になってきている。しかし、酸素析出は熱処理条件に強く依存するために、ユーザー毎に異なるデバイスプロセスにおいて、適切な酸素析出を得ることは極めて難しい問題である。さらに、ウエーハはデバイス工程のみでは無く、結晶引上げ工程で融点から室温まで冷却される熱処理(結晶熱履歴)を受けている。従って、アズ−グローン(as grown)結晶中には結晶熱履歴で形成された酸素析出核(グローンイン析出核)が既に存在している。このグローンイン析出核の存在が酸素析出の制御をさらに難しくしている。   Furthermore, in the CZ method silicon substrate, in addition to the importance of reducing such grow-in defects, the control of oxygen precipitation has become increasingly important from the viewpoint of the internal gettering effect on heavy metal impurities. However, since oxygen precipitation strongly depends on the heat treatment conditions, it is extremely difficult to obtain appropriate oxygen precipitation in a device process that is different for each user. Furthermore, the wafer is subjected not only to the device process but also to a heat treatment (crystal thermal history) that is cooled from the melting point to room temperature in the crystal pulling process. Therefore, the oxygen precipitation nuclei (grow-in precipitation nuclei) formed by the crystal thermal history are already present in the as-grown crystal. The presence of the grown-in precipitation nuclei makes it more difficult to control oxygen precipitation.

デバイス工程中での酸素析出過程は2種類に分類できる。1つは、デバイス工程の初段熱処理で残存したグローンイン析出核が成長する過程である。他の1つは、デバイス工程中に核発生して、その核が成長する過程である。後者の場合は酸素濃度に強く依存するので、酸素濃度の制御により酸素析出を制御できる。一方、前者の場合は、グローンイン析出核の熱的安定性(プロセス初段の温度においてどの程度の密度で残存できるか)が重要なポイントとなる。   The oxygen precipitation process in the device process can be classified into two types. One is a process of growing grown-in precipitation nuclei remaining in the first stage heat treatment of the device process. The other is a process in which nuclei are generated during the device process and the nuclei grow. In the latter case, since it strongly depends on the oxygen concentration, oxygen precipitation can be controlled by controlling the oxygen concentration. On the other hand, in the former case, the thermal stability of the grown-in precipitation nuclei (how much density can remain at the initial temperature of the process) is an important point.

例えば、グローンイン析出核が高密度であってもサイズが小さい場合には、熱的に不安定となりデバイス工程の初段熱処理で消滅してしまうために酸素析出を確保できない。ここでの問題は、グローンイン析出核の熱的安定性は結晶熱履歴に強く依存するために、初期酸素濃度が同一のウエーハでも、結晶引上げ条件や結晶軸方向の位置によって、デバイス工程での酸素析出挙動が大きくばらつくことである。従って、デバイス工程での酸素析出を制御するためには、酸素濃度のみでなく、結晶熱履歴を制御することによりグローンイン析出核の熱的安定性を制御することが重要となる。   For example, if the size of the grown-in precipitation nuclei is small but the size is small, it becomes thermally unstable and disappears in the first stage heat treatment of the device process, so oxygen precipitation cannot be secured. The problem here is that the thermal stability of grown-in precipitation nuclei strongly depends on the crystal thermal history, so even in the wafer with the same initial oxygen concentration, the oxygen in the device process depends on the crystal pulling conditions and the position in the crystal axis direction. The precipitation behavior varies greatly. Therefore, in order to control the oxygen precipitation in the device process, it is important to control the thermal stability of the grown-in precipitation nuclei by controlling not only the oxygen concentration but also the crystal thermal history.

V.V.Voronkov;Journal of Crystal Growth,59(1982)625〜643V. V. Voronkov; Journal of Crystal Growth, 59 (1982) 625-643.

前記したグローンイン欠陥を低減する技術は現在開発が進んでいるが、このような方法で作製された低欠陥結晶は、グローンイン欠陥を低減するために結晶熱履歴を制御している。このことにより、グローンイン析出核の熱的安定性も変化していると考えられる。しかし、どの程度変化しているかは全くわかっていない。
従って、このような低欠陥結晶のデバイス工程での酸素析出挙動は大きくばらつくことが予想され、結果としてデバイスの歩留まりの低下を招いている。
The technology for reducing the aforementioned grow-in defects is currently under development, but the low-defect crystal produced by such a method controls the crystal thermal history in order to reduce the grow-in defects. This is considered to change the thermal stability of the grown-in precipitation nuclei. However, it is completely unknown how much it has changed.
Therefore, it is expected that the oxygen precipitation behavior in the device process of such a low defect crystal varies greatly, resulting in a decrease in device yield.

また、欠陥領域が未知のウエーハの場合、そのウエーハがどの欠陥領域から作製されたものであるかを判断する方法が確立していなかったため、デバイス工程でどのような酸素析出挙動を示すのかを予測することが困難であった。   In addition, in the case of a wafer with an unknown defect region, a method for judging from which defect region the wafer was made has not been established, so it is predicted what oxygen precipitation behavior will be exhibited in the device process It was difficult to do.

本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、結晶位置やデバイスプロセスに依存せずに安定に酸素析出が得られるシリコンウエーハおよびその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、引上げ条件が未知で欠陥領域が不明のシリコンウエーハの欠陥領域を評価する方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a silicon wafer in which oxygen precipitation can be stably obtained without depending on a crystal position or a device process, and a manufacturing method thereof. Another object of the present invention is to provide a method for evaluating a defect region of a silicon wafer whose pulling condition is unknown and whose defect region is unknown.

本発明は、前記目的を達成するためになされたもので、シリコンウエーハの全面が、NV領域、OSFリング領域を含むNV領域、OSFリング領域のいずれかであり、かつ格子間酸素濃度が14ppma(日本電子工業振興協会(JEIDA)規格)以下であることを特徴とするシリコンウエーハである。   The present invention has been made to achieve the above object, and the entire surface of the silicon wafer is one of the NV region, the NV region including the OSF ring region, and the OSF ring region, and the interstitial oxygen concentration is 14 ppma ( This is a silicon wafer characterized in that it is below the Japan Electronics Industry Promotion Association (JEIDA) standard).

このようにシリコンウエーハの全面がNV領域または全面がOSFリング領域あるいはこれらが混在した領域であれば、熱的に安定な大きいグローンイン析出核が適度に存在するため、デバイスプロセスが異なっても酸素析出のバラツキが少なく、安定してBMD(Bulk Micro Defectと呼ばれる酸素析出物)を得ることができる。また、格子間酸素濃度が14ppma以下であれば、小さいグローンイン析出核の密度が低いので、酸素析出物の結晶位置によるバラツキを低減したシリコンウエーハとなる。   Thus, if the entire surface of the silicon wafer is the NV region, or the entire surface is the OSF ring region or a region in which these are mixed, there is an appropriate amount of thermally stable large grown-in precipitation nuclei. Therefore, BMD (oxygen precipitate called Bulk Micro Defect) can be obtained stably. Further, if the interstitial oxygen concentration is 14 ppma or less, the density of small grown-in precipitation nuclei is low, so that a silicon wafer with reduced variation due to crystal positions of oxygen precipitates is obtained.

そして、本発明は、チョクラルスキー法により窒素をドープして育成されたシリコン単結晶棒からスライスして得られたシリコンウエーハであって、該シリコンウエーハの全面が、NV領域、OSFリング領域を含むNV領域、OSFリング領域のいずれかであることを特徴とするシリコンウエーハである。   The present invention also provides a silicon wafer obtained by slicing a silicon single crystal rod grown by doping with nitrogen by the Czochralski method, wherein the entire surface of the silicon wafer includes an NV region and an OSF ring region. A silicon wafer characterized by being either an NV region or an OSF ring region.

このように、窒素がドープされたシリコンウエーハであり、かつ全面がNV領域またはOSFリング領域あるいはこれらが混在した領域であれば、熱的に安定な大きいグローンイン析出核が高密度で得られるので、デバイスプロセスにおいて十分なゲッタリング効果の得られるシリコンウエーハとなる。   As described above, if the silicon wafer is doped with nitrogen and the entire surface is an NV region or an OSF ring region or a region in which these are mixed, thermally stable large grown-in precipitation nuclei can be obtained at a high density. The silicon wafer can obtain a sufficient gettering effect in the device process.

さらに、本発明は、前記ドープされた窒素濃度が1×1010〜5×1015個/cm3 であることを特徴とするシリコンウエーハである。
すなわち、窒素ドープの効果により極めて高密度のBMDを得るためには少なくとも1×1010個/cm3 以上の窒素濃度が必要であることと、5×1015個/cm3 以上ではCZ法で単結晶棒を引き上げる際に、単結晶化の妨げとなる可能性があるからである。
Furthermore, the present invention is the silicon wafer, wherein the doped nitrogen concentration is 1 × 10 10 to 5 × 10 15 atoms / cm 3 .
That is, in order to obtain an extremely high density BMD due to the effect of nitrogen doping, a nitrogen concentration of at least 1 × 10 10 pieces / cm 3 or more is necessary, and at 5 × 10 15 pieces / cm 3 or more, the CZ method is used. This is because, when the single crystal rod is pulled up, it may hinder single crystallization.

また、窒素ドープしたウエーハの場合においても、格子間酸素濃度が14ppma以下であれば小さいグローンイン析出核の密度が低いので、結晶位置による酸素析出物のバラツキを低減することができる。   Also, in the case of a nitrogen-doped wafer, if the interstitial oxygen concentration is 14 ppma or less, the density of small grown-in precipitation nuclei is low, so that variations in oxygen precipitates due to crystal positions can be reduced.

次に、本発明は、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成する際に、引上げ速度をF[ mm/min] とし、シリコンの融点から1400℃の間の引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値をG[ ℃/mm] で表した時、結晶中心から結晶周辺までの距離D[ mm] を横軸とし、F/G[ mm2 /℃・min] の値を縦軸として欠陥分布を示した欠陥分布図のNV領域またはOSFリング領域内で結晶を引き上げる場合において、格子間酸素濃度が14ppma以下となるように結晶を引き上げることを特徴とするシリコン
ウエーハの製造方法である。
Next, according to the present invention, when a silicon single crystal is grown by the Czochralski method, the pulling rate is F [mm / min], and the temperature gradient in the crystal in the pulling axis direction between the melting point of silicon and 1400 ° C. When the average value is expressed in G [° C./mm], the distance D [mm] from the crystal center to the crystal periphery is taken as the horizontal axis, and the value of F / G [mm 2 / ° C./min] is taken as the vertical axis. When the crystal is pulled in the NV region or the OSF ring region of the defect distribution diagram showing the above, the silicon wafer is manufactured by pulling the crystal so that the interstitial oxygen concentration is 14 ppma or less.

このように、実験・調査の結果を解析して求めた図8の欠陥分布図を元に、V−リッチ領域とNV領域の境界線ならびにNV領域とNI領域の境界線で囲繞された領域内に収まるように、結晶の引上げ速度Fとシリコンの融点から1400℃の間の引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値Gを制御して結晶を引上げれば、育成された単結晶棒をスライスして得られたシリコンウエーハの全面を、NV領域、OSFリング領域を含むNV領域、OSFリング領域のいずれかにすることができ、これとともに格子間酸素濃度を14ppma以下に制御して結晶を引上げることができる。
従って、このような領域であれば、熱的に安定な大きいグローンイン析出核が適度に存在するため、デバイスプロセスが異なっても酸素析出のバラツキが少なく、安定してBMDを得ることができる。また、格子間酸素濃度を14ppma以下とするので小さいグローンイン析出核の密度を低くすることができ、結晶位置による酸素析出物のバラツキを低減することができる。
Thus, based on the defect distribution diagram of FIG. 8 obtained by analyzing the results of the experiment / investigation, the boundary between the V-rich region and the NV region and the region surrounded by the boundary between the NV region and the NI region. If the crystal is pulled by controlling the pulling rate F of the crystal and the average value G of the temperature gradient in the crystal in the pulling axis direction between the melting point of silicon and 1400 ° C., the grown single crystal rod is sliced. The entire surface of the silicon wafer obtained in this way can be made into either the NV region, the NV region including the OSF ring region, or the OSF ring region. At the same time, the interstitial oxygen concentration is controlled to 14 ppma or less to pull the crystal. Can be raised.
Accordingly, in such a region, there are moderately large grown-in precipitation nuclei that are thermally stable, so that even if the device process is different, there is little variation in oxygen precipitation, and BMD can be obtained stably. In addition, since the interstitial oxygen concentration is 14 ppma or less, the density of small grown-in precipitation nuclei can be lowered, and variations in oxygen precipitates due to crystal positions can be reduced.

そして、本発明は、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成する際に、引上げ速度をF[ mm/min] とし、シリコンの融点から1400℃の間の引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値をG[ ℃/mm] で表した時、結晶中心から結晶周辺までの距離D[ mm] を横軸とし、F/G[ mm2 /℃・min] の値を縦軸として欠陥分布を示した欠陥分布図のNV領域またはOSFリング領域内で結晶を引き上げる場合において、窒素をドープしながら結晶を引き上げることを特徴とするシリコンウエーハの製造方法である。 In the present invention, when growing a silicon single crystal by the Czochralski method, the pulling rate is F [mm / min], and the average temperature gradient in the crystal in the pulling axis direction between the melting point of silicon and 1400 ° C. When the value is expressed in G [° C./mm], the distance D [mm] from the crystal center to the crystal periphery is taken as the horizontal axis, and the value of F / G [mm 2 / ° C./min] is taken as the vertical axis. In the case of pulling up a crystal in the NV region or the OSF ring region of the defect distribution diagram shown, the silicon wafer manufacturing method is characterized by pulling up the crystal while doping nitrogen.

このような条件で結晶を引上げれば、育成された単結晶棒をスライスして得られたシリコンウエーハに窒素がドープされているとともに、全面を、NV領域、OSFリング領域を含むNV領域、OSFリング領域のいずれかにすることができる。
このように、窒素がドープされたシリコンウエーハであり、かつ全面がNV領域またはOSFリング領域あるいはこれらが混在した領域であれば、熱的に安定な大きいグローンイン析出核が高密度で得られるので、デバイスプロセスにおいて十分なゲッタリング効果の得られるウエーハを製造することができる。
When the crystal is pulled under such conditions, the silicon wafer obtained by slicing the grown single crystal rod is doped with nitrogen, and the entire surface is covered with the NV region, the NV region including the OSF ring region, and the OSF. It can be any of the ring areas.
As described above, if the silicon wafer is doped with nitrogen and the entire surface is an NV region or an OSF ring region or a region in which these are mixed, thermally stable large grown-in precipitation nuclei can be obtained at a high density. A wafer capable of obtaining a sufficient gettering effect in the device process can be manufactured.

この場合、前記ドープする窒素濃度を1×1010〜5×1015個/cm3 とすることができる。
さらにこの場合、前記CZ法によって結晶を育成する際に、格子間酸素濃度が14ppma以下となるように結晶を引き上げることができる。
In this case, the nitrogen concentration to be doped can be set to 1 × 10 10 to 5 × 10 15 atoms / cm 3 .
Further, in this case, when the crystal is grown by the CZ method, the crystal can be pulled up so that the interstitial oxygen concentration is 14 ppma or less.

このように、窒素ドープにより極めて高密度のBMDを得るためには1×1010個/cm3 以上の窒素濃度が必要であり、5×1015個/cm3 を超えるとCZ法で単結晶棒を引き上げる際に、単結晶化の妨げとなる可能性があるので5×1015個/cm3 以下とするのが好ましい。
また、窒素ドープする場合にも、格子間酸素濃度が14ppma以下であれば小さいグローンイン析出核の密度が低いので、結晶位置による酸素析出物のバラツキを低減することができる。
Thus, in order to obtain an extremely high density BMD by nitrogen doping, a nitrogen concentration of 1 × 10 10 pieces / cm 3 or more is necessary, and if it exceeds 5 × 10 15 pieces / cm 3 , a single crystal is obtained by the CZ method. When pulling up the rod, it may hinder single crystallization, so it is preferable to set it to 5 × 10 15 pieces / cm 3 or less.
In addition, even when nitrogen is doped, if the interstitial oxygen concentration is 14 ppma or less, the density of small grown-in precipitation nuclei is low, so that variations in oxygen precipitates due to crystal positions can be reduced.

そして本発明は、CZ法により作製されたシリコンウエーハの欠陥領域の評価方法であって、下記の工程により測定した少なくとも2つの酸素析出物密度を比較することにより評価対象であるシリコンウエーハの欠陥領域を評価する方法である。
(1)評価対象であるウエーハを2枚以上のウエーハ片(A、B、・・・)に分割する。
(2)分割されたウエーハのウエーハ片Aを600〜900℃の温度範囲から選択した温度T1[℃]で保持された熱処理炉内に投入する。
(3)T1[℃]から昇温速度t[℃/min]で1000℃以上の温度T2[℃]まで昇温し、ウエーハ片Aの中の酸素析出物が検出可能なサイズに成長するまで保持する(ただし、t≦3℃/min)。
(4)ウエーハ片Aを熱処理炉より取り出し、ウエーハ内部の酸素析出物密度を測定する。
(5)分割されたウエーハの別のウエーハ片Bを800〜1100℃の温度範囲から選択した温度T3[℃]で保持された熱処理炉内に投入する(ただし、T1<T3<T2とする)。
(6)T3[℃]から前記昇温速度t[℃/min]で前記T2[℃]まで昇温してウエーハ中の酸素析出物が検出可能なサイズに成長するまで保持する。
(7)ウエーハ片Bを熱処理炉より取り出し、ウエーハ内部の酸素析出物密度を測定する。
The present invention also relates to a method for evaluating a defect region of a silicon wafer produced by the CZ method, wherein the defect region of a silicon wafer to be evaluated is compared by comparing the density of at least two oxygen precipitates measured by the following steps. It is a method to evaluate.
(1) A wafer to be evaluated is divided into two or more wafer pieces (A, B,...).
(2) The wafer piece A of the divided wafer is put into a heat treatment furnace held at a temperature T1 [° C.] selected from a temperature range of 600 to 900 ° C.
(3) The temperature is increased from T1 [° C.] to a temperature T2 [° C.] of 1000 ° C. or more at a temperature increase rate t [° C./min] until the oxygen precipitate in the wafer piece A grows to a detectable size. Hold (however, t ≦ 3 ° C./min).
(4) The wafer piece A is taken out from the heat treatment furnace, and the oxygen precipitate density inside the wafer is measured.
(5) Another wafer piece B of the divided wafer is put into a heat treatment furnace held at a temperature T3 [° C.] selected from a temperature range of 800 to 1100 ° C. (provided that T1 <T3 <T2). .
(6) The temperature is increased from T3 [° C.] to the T2 [° C.] at the rate of temperature increase t [° C./min] and maintained until oxygen precipitates in the wafer grow to a detectable size.
(7) The wafer piece B is taken out from the heat treatment furnace, and the oxygen precipitate density inside the wafer is measured.

従来、欠陥領域が未知のウエーハの場合、そのウエーハがどの欠陥領域から作製されたものであるかを判断する方法が確立していなかったため、デバイス工程でどのような酸素析出挙動を示すのかを予測することが困難であったが、上記欠陥領域の評価方法によれば、引上げ条件が未知で欠陥領域が不明のシリコンウエーハの欠陥領域を評価することができ、併せてデバイス工程における酸素析出挙動を予測することが可能となった。   Conventionally, in the case of a wafer whose defect area is unknown, a method for judging from which defect area the wafer was made has not been established, so it is predicted what oxygen precipitation behavior will be exhibited in the device process However, according to the above-described defect region evaluation method, it is possible to evaluate the defect region of the silicon wafer whose pulling condition is unknown and the defect region is unknown. It became possible to predict.

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
本発明者らは、以下の実験を行うことにより、グローンイン析出核の熱的安定性を調査した。
まず、異なる欠陥領域を有する数種類のウエーハを用意し、これらのウエーハに次の様な熱処理を施した。
ウエーハをT℃(T=700、800、900、1000)に設定した炉内に挿入した後、T℃から1050℃まで1.5℃/minの速度で昇温して、1050℃で4時間保持した。この熱処理では、遅い速度の昇温によりT℃以上で安定なグローンイン析出核を1050℃で消滅しないサイズまで成長させて、さらに1050℃で4時間保持することにより既存の評価方法で検出可能なサイズまで成長させる。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The present inventors investigated the thermal stability of grown-in precipitation nuclei by conducting the following experiments.
First, several types of wafers having different defect areas were prepared, and these wafers were subjected to the following heat treatment.
After inserting the wafer into a furnace set at T ° C. (T = 700, 800, 900, 1000), the temperature was raised from T ° C. to 1050 ° C. at a rate of 1.5 ° C./min, and then at 1050 ° C. for 4 hours. Retained. In this heat treatment, the growth speed of a slow rate is increased to a size at which a stable grown-in precipitation nucleus at T ° C. or higher does not disappear at 1050 ° C., and further maintained at 1050 ° C. for 4 hours. Grow until.

重要な点は、昇温速度の最適化によりグローンイン析出核を十分に成長させ、かつ熱処理工程で新たな析出核を発生させない条件になっていることである。従って、この熱処理後の酸素析出物(BMD:Bulk Micro Defect)密度はT℃以上で安定なグローンイン析出核密度を示すことになる。熱処理後のBMD密度は赤外線散乱トモグラフ法(LST)で測定した。測定位置はエッジから10mm入ったところから10mm間隔で中心部まで、深さは表面から約50μm〜180μmの領域である。   The important point is that the conditions are such that growth-in precipitation nuclei are sufficiently grown by optimizing the heating rate and that no new precipitation nuclei are generated in the heat treatment step. Therefore, the oxygen precipitate (BMD: Bulk Micro Defect) density after this heat treatment shows a stable grown-in precipitation nucleus density at T ° C. or higher. The BMD density after the heat treatment was measured by infrared scattering tomography (LST). The measurement position is 10 mm from the edge to the center at 10 mm intervals, and the depth is an area of about 50 μm to 180 μm from the surface.

以上のような実験の結果、グローンイン析出核の熱的安定性は、OSFリングを指標とした欠陥領域(リング内側、リング上、リング外側)、酸素濃度、結晶軸方向位置に影響されることがわかった。以下にその結果を示す。   As a result of the experiments described above, the thermal stability of the grown-in precipitation nuclei can be influenced by the defect region (inside the ring, on the ring, outside the ring), the oxygen concentration, and the position in the crystal axis direction using the OSF ring as an index. all right. The results are shown below.

(1)グローンイン析出核と欠陥領域との関係
熱処理開始温度T℃とBMD密度との関係を図1に示す。記号の塗潰しは低酸素品(12−14ppma)を、白抜きは高酸素品(15〜17ppma)を示している。尚、記号の形状の違いは、ウエーハの種類(結晶引上げ条件)の違いを示しているが、これらの違いはここでは議論しないものとする。
グラフの見方としては、例えば700℃でBMD密度が1×109 /cm3 である場合、700℃で残存可能なグローンイン析出核の密度が1×109 /cm3 であることを示している。理論的に、温度が高くなるとその温度で残存できる析出核のサイズ(臨界サイズ)が大きくなる。高温で残存可能な大きい析出核は低温でも残存できる。従って、700℃でのBMD密度は、700℃以上の温度で残存可能な全ての析出核の密度となる。
(1) Relationship between Grown-In Precipitation Nuclei and Defect Region FIG. 1 shows the relationship between the heat treatment start temperature T ° C. and the BMD density. The symbol indicates the low oxygen product (12-14 ppma), and the white symbol indicates the high oxygen product (15-17 ppma). The difference in symbol shape indicates the difference in wafer type (crystal pulling condition), but these differences are not discussed here.
For example, when the BMD density is 1 × 10 9 / cm 3 at 700 ° C., the density of grown-in precipitation nuclei that can remain at 700 ° C. is 1 × 10 9 / cm 3 . . Theoretically, the higher the temperature, the larger the size (critical size) of precipitation nuclei that can remain at that temperature. Large precipitation nuclei that can remain at high temperatures can remain at low temperatures. Therefore, the BMD density at 700 ° C. is the density of all precipitation nuclei that can remain at a temperature of 700 ° C. or higher.

(1−1)OSFリング内側領域(V−リッチ領域)
図1(a)はOSFリング内側での結果を示している。熱処理開始温度が高いほどBMD密度が低くなっている。つまり、析出核のサイズが大きいほどその密度が低くなっている。特に、900℃以上では106 /cm3 オーダー以下となり極めて低い。このことから、OSFリングの内側領域では、熱的に安定な比較的大きいグローンイン析出核の密度が極めて低いことがわかる。また、温度依存性が強いことから、デバイスプロセス条件(初段熱処理温度)が異なるとBMD密度が大きく異なることが推測される。
(1-1) OSF ring inner area (V-rich area)
FIG. 1A shows the result inside the OSF ring. The higher the heat treatment start temperature, the lower the BMD density. That is, the larger the size of the precipitation nuclei, the lower the density. In particular, at 900 ° C. or higher, it is 10 6 / cm 3 or less and is extremely low. This shows that the density of thermally stable relatively large grown-in precipitation nuclei is extremely low in the inner region of the OSF ring. Further, since the temperature dependence is strong, it is estimated that the BMD density is greatly different when the device process conditions (first-stage heat treatment temperature) are different.

(1−2)OSFリング上とNV領域
OSFリング上とNV領域での結果をそれぞれ図1(b)と(c)に示す。両者はほぼ同じ傾向を示した。OSFリング内側と比較して、900℃以上でのBMD密度が明らかに高くなっていることがわかる。つまり、熱的に安定な析出核密度が高くなっている。温度依存性が弱くなっていることから、デバイスプロセス条件が異なってもBMD密度は大きく変化しないことがわかる。OSFリング上とNV領域には、高温酸化でOSFが発生するか否かの大きな違いがある。この違いは1000℃よりも高い温度で安定な析出核密度の違いに起因していると考えられる。
(1-2) OSF ring and NV region The results on the OSF ring and the NV region are shown in FIGS. 1B and 1C, respectively. Both showed the same tendency. It can be seen that the BMD density at 900 ° C. or higher is clearly higher than that inside the OSF ring. That is, the thermally stable precipitation nucleus density is high. Since the temperature dependence is weak, it can be seen that the BMD density does not change greatly even if the device process conditions are different. There is a significant difference between whether or not OSF is generated by high-temperature oxidation between the OSF ring and the NV region. This difference is considered to be due to the difference in the density of precipitation nuclei stable at a temperature higher than 1000 ° C.

(1−3)NIとI−リッチ領域
NIとI−リッチ領域での結果を図1(d)に示す。データ数が少ないが、傾向はOSFリング内側の場合とほぼ同じである。
(1-3) NI and I-rich region The results in the NI and I-rich region are shown in FIG. Although the number of data is small, the tendency is almost the same as the case inside the OSF ring.

以上の結果から、例えば開始温度が800℃と1000℃の熱処理におけるBMD密度を測定すれば、そのウエーハがどの欠陥領域になっているか判断できることがわかった。   From the above results, it was found that, for example, by measuring the BMD density in the heat treatment at the start temperatures of 800 ° C. and 1000 ° C., it can be determined which defect region the wafer is in.

(2)酸素濃度依存性
(2−1)結晶位置の影響を考慮した場合
BMD密度の酸素濃度依存性を図2に示す。記号の違い(丸、三角、四角)は結晶位置の違いを示しており、それぞれ結晶肩から0〜40cm、40〜80cm、80cm〜で分類した。
図2(a)では、700℃でのBMD密度と800℃でのBMD密度との差を示している。この差は、700℃では残存できるが800℃では残存できないグローンイン析出核、つまり極めて小さい析出核のみの密度を示している。この結果から、小さい析出核の密度の酸素濃度依存性は強く、酸素濃度が低くなると密度が減少することがわかる。また、結晶位置依存性もあり、結晶肩から80cm以上の位置で密度が減少していることがわかる。
(2) Dependence of oxygen concentration (2-1) Considering the influence of crystal position The oxygen concentration dependency of BMD density is shown in FIG. Differences in symbols (circles, triangles, and squares) indicate differences in crystal positions, which were classified from 0 to 40 cm, 40 to 80 cm, and 80 cm from the crystal shoulder.
FIG. 2A shows the difference between the BMD density at 700 ° C. and the BMD density at 800 ° C. This difference indicates the density of only grown-in precipitation nuclei that can remain at 700 ° C. but cannot remain at 800 ° C., that is, very small precipitation nuclei. From this result, it can be seen that the density of small precipitation nuclei is strongly dependent on the oxygen concentration, and the density decreases as the oxygen concentration decreases. Further, there is crystal position dependency, and it can be seen that the density decreases at a position of 80 cm or more from the crystal shoulder.

図2(b)に示したように、800〜900℃で安定な析出核の密度においても酸素濃度依存性がみられるが、結晶位置の影響は明確に現れていない。
一方、図2(c)、(d)に示したように、900〜1000℃及び1000℃以上で安定な大きい析出核のみの密度においては、酸素濃度依存性や結晶位置依存性がほとんどないことがわかる。
As shown in FIG. 2B, the oxygen concentration dependence is observed even in the density of the precipitated nuclei stable at 800 to 900 ° C., but the influence of the crystal position does not appear clearly.
On the other hand, as shown in FIGS. 2C and 2D, the density of only large precipitation nuclei that is stable at 900 to 1000 ° C. and 1000 ° C. or higher has almost no oxygen concentration dependency or crystal position dependency. I understand.

(2−2)欠陥領域の影響を考慮した場合
BMD密度の酸素濃度依存性において欠陥領域の影響を考慮した結果を図3に示す。欠陥領域間の境界付近のデータは省いた。欠陥領域の影響は温度領域が高くなるほど、つまり析出核サイズが大きくなるほど明確に現れている。図3(c)、(d)に示したように、900〜1000℃及び1000℃以上で安定な大きい析出核の密度は、OSFリング上とNV領域で明らかに高くなっている。但し、酸素濃度依存性はほとんどない。
(2-2) Considering Effect of Defect Region FIG. 3 shows the result of considering the effect of the defect region in the oxygen concentration dependence of the BMD density. Data near the boundary between defect areas was omitted. The influence of the defect region clearly appears as the temperature region increases, that is, as the precipitation nucleus size increases. As shown in FIGS. 3C and 3D, the density of large precipitation nuclei that are stable at 900 to 1000 ° C. and 1000 ° C. or higher is clearly higher on the OSF ring and in the NV region. However, there is almost no oxygen concentration dependency.

(2−1)と(2−2)の結果を合わせると次のことがわかる。
比較的小さなグローンイン析出核の密度は、酸素濃度と結晶位置に強く依存するが、欠陥領域の影響は受けにくい。一方、高温で安定な大きいグローンイン析出核の密度は、酸素濃度や結晶位置にはほとんど依存しないが、欠陥領域に強く依存する。
When the results of (2-1) and (2-2) are combined, the following can be understood.
The density of relatively small grown-in precipitation nuclei depends strongly on the oxygen concentration and the crystal position, but is hardly affected by the defect region. On the other hand, the density of large grown-in precipitation nuclei that are stable at high temperatures hardly depends on the oxygen concentration or crystal position, but strongly depends on the defect region.

(3)酸素析出の面内均一性
上述したように、グローンイン析出核の熱的安定性はOSFリングを指標とした欠陥領域に強く依存することがわかった。従って、複数の欠陥領域を含んでいるウエーハでは、酸素析出の面内均一性が悪くなることが容易に想像できる。その結果を図4及び図5に示す。
(3) In-plane uniformity of oxygen precipitation As described above, it was found that the thermal stability of the grown-in precipitation nuclei strongly depends on the defect region using the OSF ring as an index. Therefore, it can be easily imagined that in-plane uniformity of oxygen precipitation is deteriorated in a wafer including a plurality of defect regions. The results are shown in FIGS.

(3−1)高酸素品の場合
高酸素品(15〜17ppma)での結果を図4に示す。記号の違いは熱処理開始温度の違いを示している。複数の欠陥領域を含んでいるウエーハ(図4(c)〜(f))では、温度が高い場合にBMD密度の面内均一性が悪くなっている。これは、(2)で述べたように高温で安定な大きいグローンイン析出核の密度が欠陥領域の影響を強く受けるためである。但し、温度が低くなると面内均一性は良くなる。これは、小さいグローンイン析出核の密度は、欠陥領域の影響をほとんど受けず酸素濃度に強く依存しているためである。この結果からデバイスプロセスの影響を考えると、初段温度が低い低温プロセス(700〜800℃)ではBMD密度の面内均一性は悪くならないが、初段温度が高い高温プロセス(〜900℃)では面内均一性が悪くなると推測される。このことは従来の低欠陥結晶での問題点になると考えられる。
(3-1) In the case of a high oxygen product FIG. 4 shows the results of a high oxygen product (15 to 17 ppma). The difference in the symbols indicates the difference in the heat treatment start temperature. In a wafer including a plurality of defect regions (FIGS. 4C to 4F), the in-plane uniformity of the BMD density is deteriorated when the temperature is high. This is because, as described in (2), the density of large grown-in precipitation nuclei that is stable at high temperatures is strongly influenced by the defect region. However, the in-plane uniformity improves as the temperature decreases. This is because the density of small grown-in precipitation nuclei is hardly affected by the defect region and strongly depends on the oxygen concentration. Considering the influence of the device process from this result, the in-plane uniformity of the BMD density is not deteriorated in a low temperature process (700 to 800 ° C.) with a low initial stage temperature, but in a high temperature process (to 900 ° C.) with a high initial stage temperature. It is presumed that the uniformity will deteriorate. This is considered to be a problem in the conventional low defect crystal.

(3−2)低酸素品の場合
図5に低酸素品(12〜14ppma)での結果を示す。高酸素品と比較すると低酸素品では、熱処理開始温度が低温でもBMD密度の面内分布が悪くなっている。これは、酸素濃度が低い場合には小さい析出核の密度が減少することにより、何れの温度においても欠陥領域の影響を強く受ける大きい析出核が支配的になってしまうためである。この結果から、低酸素品では何れのデバイスプロセスにおいてもBMD密度の面内均一性が悪くなることが示唆される。
(3-2) Case of Low Oxygen Product FIG. 5 shows the result of a low oxygen product (12 to 14 ppma). Compared with the high oxygen product, the low oxygen product has a poor in-plane distribution of BMD density even when the heat treatment start temperature is low. This is because, when the oxygen concentration is low, the density of small precipitation nuclei decreases, and large precipitation nuclei that are strongly influenced by the defect region become dominant at any temperature. From this result, it is suggested that the in-plane uniformity of the BMD density is deteriorated in any device process in the low oxygen product.

本発明者は、以上の(1)〜(3)により得られた知見を踏まえた上で鋭意検討を重ね、高温プロセスから低温プロセスまで全てのデバイスプロセスにおいて、安定にBMD密度を得る方法について下記の考察を加え本発明に想到したものである。以下の考察に関わる概念図を図6に示す。   The present inventor has repeatedly studied earnestly based on the knowledge obtained by the above (1) to (3), and a method for stably obtaining a BMD density in all device processes from a high temperature process to a low temperature process is described below. In view of the above, the present invention has been conceived. A conceptual diagram related to the following consideration is shown in FIG.

<考察1>結晶位置によるBMD密度のバラツキを低減する方法
酸素析出制御における大きな問題点は、結晶位置によるバラツキが大きいことである。今回の実験において、結晶位置の影響は700〜800℃で安定な小さい析出核の密度に対して顕著であることがわかった。この析出核は結晶熱履歴の700℃以下の温度帯で形成されると考えられる。つまり、結晶位置によるバラツキを低減するためには、700℃以下の熱履歴を結晶のトップ部(肩部側(K側))とボトム部(尾部側(P側))で同じにすれば良いことになるが、これは極めて困難である。そこで、密度を低くすれば結晶位置のバラツキが低減すると考える。図2の結果から、小さい析出核の密度を低くするためには、酸素濃度を14ppma以下にする必要がある。14ppmaを超えると本発明の目的である結晶位置によるバラツキを低減することができなくなる。この酸素析出の結晶位置依存性をなくそうという発想は、窒素ドープの場合にも適用され、酸素濃度を14ppma以下にすればよい。
<Discussion 1> Method for reducing variation in BMD density due to crystal position A major problem in oxygen precipitation control is that there is large variation due to crystal position. In this experiment, it was found that the influence of the crystal position is remarkable for the density of small precipitation nuclei that are stable at 700 to 800 ° C. This precipitation nucleus is considered to be formed in a temperature zone of 700 ° C. or lower of the crystal thermal history. In other words, in order to reduce the variation due to the crystal position, the heat history of 700 ° C. or less may be made the same at the top portion (shoulder side (K side)) and the bottom portion (tail side (P side)) of the crystal. This is extremely difficult. Therefore, it is considered that the variation in crystal position is reduced if the density is lowered. From the result of FIG. 2, in order to reduce the density of small precipitation nuclei, the oxygen concentration needs to be 14 ppma or less. When it exceeds 14 ppma, it becomes impossible to reduce the variation due to the crystal position, which is the object of the present invention. The idea of eliminating the crystal position dependence of oxygen precipitation is also applied to the case of nitrogen doping, and the oxygen concentration may be made 14 ppma or less.

<考察2>熱的に安定なグローンイン析出核を形成する方法
デバイスプロセスが異なっても安定してBMDを得るためには、熱的に安定な大きい析出核が必要となる。大きい析出核の密度は欠陥領域に強く依存し、OSFリング上とNV領域で高くなる。ただし、OSFリング上では高温プロセスの場合にOSFが発生する可能性があるから、最適な領域はNV領域であると考えられる。
<Discussion 2> Method for forming thermally stable grown-in precipitation nuclei To obtain BMD stably even if the device process is different, large thermally stable precipitation nuclei are required. The density of large precipitation nuclei depends strongly on the defect region, and increases on the OSF ring and in the NV region. However, since there is a possibility that OSF may occur in the case of a high-temperature process on the OSF ring, the optimum region is considered to be the NV region.

考察1 と合わせて、結晶位置やデバイスプロセスに依存せずに安定にBMDが得られるウエーハは、酸素濃度が14ppma以下で、かつ全面がNV領域(または全面がOSFリング領域を含むNV領域、或いは全面がOSFリング領域)となるウエーハであると言える。但し、従来のNV領域では析出核密度が107/cm3 オーダーであり必ずしも十分とは言えない。 In combination with consideration 1, a wafer in which BMD can be stably obtained without depending on the crystal position and device process has an oxygen concentration of 14 ppma or less and the entire surface is an NV region (or the entire surface is an NV region including an OSF ring region), or It can be said that this is a wafer whose entire surface becomes an OSF ring region. However, in the conventional NV region, the density of precipitation nuclei is on the order of 10 7 / cm 3, which is not necessarily sufficient.

<考察3>NV領域での析出核密度を増加させる方法
図3に示したように、熱的に安定な大きい析出核の密度は酸素濃度にほとんど依存しないことから、高酸素化による密度の増加は期待できない。
ここで、NV領域において安定な析出核が形成されるメカニズムを考える。図7にその概念図を示す。結晶引上げ条件:F/G(F:引上げ速度,G:成長界面近傍での温度勾配)の制御により、NV領域では空孔の過飽和度が減少してボイドの形成が抑制されている。このことにより、ボイド形成温度帯より低い温度においては、ボイドが形成された領域よりもNV領域の方が空孔過剰となる。過剰空孔により比較的高温での酸素析出核形成が促進される現象は、種々の実験により確認されている。つまり、NV領域では過剰空孔により高温(1000〜750℃程度の範囲であると思われる)での析出核形成が促進されていると考えられる。高温で核が形成された場合は、その後の冷却過程で十分成長できるので、熱的に安定な大きいサイズの析出核となる。
<Consideration 3> Method of increasing the density of precipitation nuclei in the NV region As shown in FIG. 3, the density of thermally stable large precipitation nuclei hardly depends on the oxygen concentration. Cannot be expected.
Here, consider the mechanism by which stable precipitation nuclei are formed in the NV region. FIG. 7 shows a conceptual diagram thereof. By controlling the crystal pulling condition: F / G (F: pulling rate, G: temperature gradient near the growth interface), the supersaturation degree of vacancies is reduced in the NV region, and the formation of voids is suppressed. As a result, at a temperature lower than the void formation temperature zone, the NV region becomes more vacant than the region where the void is formed. The phenomenon that oxygen precipitation nucleation at a relatively high temperature is promoted by excessive vacancies has been confirmed by various experiments. That is, in the NV region, it is considered that the formation of precipitation nuclei at a high temperature (which seems to be in the range of about 1000 to 750 ° C.) is promoted by excess vacancies. When nuclei are formed at a high temperature, they can grow sufficiently in the subsequent cooling process, so that they become thermally stable and large sized precipitation nuclei.

上述したメカニズムに基づけば、空孔濃度を高くすることにより熱的に安定な析出核の密度が増加することになる。しかし、空孔濃度が高くなるとボイド形成が促進されるので、結果として析出核形成に寄与する空孔濃度が低下してしまう。従って、空孔濃度が高くてもその凝集が抑制できる何らかの方法が必要となる。   Based on the mechanism described above, the density of thermally stable precipitation nuclei is increased by increasing the vacancy concentration. However, since the void formation is promoted when the vacancy concentration is increased, the vacancy concentration contributing to the formation of precipitation nuclei is lowered as a result. Therefore, there is a need for some method that can suppress the aggregation even when the pore concentration is high.

そこで、窒素をドープすることを発想した。図6にも示したが、窒素ドープを行えば、空孔の凝集が抑制され残存した過剰空孔が高温での析出核形成を促進して、結果的には熱的に安定な析出核の密度が増加することになる。但し、OSFリング内側領域は微小COP(微小ボイド欠陥)の多発によりデバイス特性を悪化させるので使用できない。従って、窒素ドープ結晶のNV領域が好ましく、デバイスプロセスに依存せずに安定な酸素析出物が得られるという効果がある。   Therefore, the idea was to dope nitrogen. As shown in FIG. 6, if nitrogen doping is performed, the aggregation of vacancies is suppressed and the remaining excess vacancy promotes the formation of precipitation nuclei at a high temperature, resulting in the formation of thermally stable precipitation nuclei. The density will increase. However, the OSF ring inner region cannot be used because it deteriorates device characteristics due to frequent occurrence of minute COPs (minute void defects). Therefore, the NV region of the nitrogen-doped crystal is preferable, and there is an effect that a stable oxygen precipitate can be obtained without depending on the device process.

本発明によれば、結晶位置やデバイスプロセスに依存せずに安定した酸素析出が得られるので、酸素析出物密度のバラツキが少なく安定したゲッタリング能力を有するウエーハを得ることができる。さらに、本発明の評価方法を用いることにより、引上げ条件が未知で欠陥領域が不明のシリコンウエーハの欠陥領域を比較的容易に判断することができる。   According to the present invention, stable oxygen precipitation can be obtained without depending on the crystal position and the device process, so that a wafer having a stable gettering ability with little variation in oxygen precipitate density can be obtained. Furthermore, by using the evaluation method of the present invention, it is possible to relatively easily determine a defect region of a silicon wafer whose pulling condition is unknown and whose defect region is unknown.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、本発明で使用するCZ法による単結晶引上げ装置の構成例を図9により説明する。図9に示すように、この単結晶引上げ装置30は、引上げ室31と、引上げ室31中に設けられたルツボ32と、ルツボ32の周囲に配置されたヒータ34と、ルツボ32を回転させるルツボ保持軸33及びその回転機構(図示せず)と、シリコンの種結晶5を保持するシードチャック6と、シードチャック6を引上げるワイヤ7と、ワイヤ7を回転又は巻き取る巻取機構(図示せず)を備えて構成されている。ルツボ32は、その内側のシリコン融液(湯)2を収容する側には石英ルツボが設けられ、その外側には黒鉛ルツボが設けられている。また、ヒータ34の外側周囲には断熱材35が配置されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, a configuration example of a single crystal pulling apparatus by the CZ method used in the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 9, the single crystal pulling apparatus 30 includes a pulling chamber 31, a crucible 32 provided in the pulling chamber 31, a heater 34 disposed around the crucible 32, and a crucible that rotates the crucible 32. Holding shaft 33 and its rotation mechanism (not shown), seed chuck 6 holding silicon seed crystal 5, wire 7 pulling up seed chuck 6, and winding mechanism (not shown) for rotating or winding wire 7 Z). The crucible 32 is provided with a quartz crucible on the inner side containing the silicon melt (hot water) 2 and on the outer side with a graphite crucible. A heat insulating material 35 is disposed around the outside of the heater 34.

また、本発明の製造方法に関わる製造条件を設定するために、結晶1の固液界面4の外周に環状の固液界面断熱材8を設け、その上に上部囲繞断熱材9が配置されている。この固液界面断熱材8は、その下端とシリコン融液2の湯面3との間に3〜5cmの隙間10を設けて設置されている。上部囲繞断熱材9は条件によっては使用しないこともある。さらに、冷却ガスを吹き付けたり、輻射熱を遮って単結晶を冷却する不図示の筒状の冷却装置を設けてもよい。
別に、最近では引上げ室31の水平方向の外側に、図示しない磁石を設置し、シリコン融液2に水平方向あるいは垂直方向等の磁場を印加することによって、融液の対流を抑制し、単結晶の安定成長をはかる、いわゆるMCZ法が用いられることも多い。
Moreover, in order to set the manufacturing conditions related to the manufacturing method of the present invention, an annular solid-liquid interface heat insulating material 8 is provided on the outer periphery of the solid-liquid interface 4 of the crystal 1, and an upper surrounding heat insulating material 9 is disposed thereon. Yes. The solid-liquid interface heat insulating material 8 is provided with a gap 10 of 3 to 5 cm between its lower end and the molten metal surface 3 of the silicon melt 2. The upper surrounding heat insulating material 9 may not be used depending on conditions. Further, a cylindrical cooling device (not shown) that cools the single crystal by blowing cooling gas or blocking radiant heat may be provided.
In addition, recently, a magnet (not shown) is installed outside the pulling chamber 31 in the horizontal direction, and a magnetic field in the horizontal direction or the vertical direction is applied to the silicon melt 2 to suppress the convection of the melt. The so-called MCZ method is often used to achieve stable growth.

次に、上記の単結晶引上げ装置30による単結晶育成方法の一例として窒素ドープ単結晶育成方法について説明する。まず、ルツボ32内でシリコンの高純度多結晶原料を融点(約1420°C)以上に加熱して融解する。この時、窒素をドープするために、例えば窒化膜付きシリコンウエーハを投入しておく。次に、ワイヤ7を巻き出すことにより融液2の表面略中心部に種結晶5の先端を接触又は浸漬させる。その後、ルツボ保持軸33を適宜の方向に回転させるとともに、ワイヤ7を回転させながら巻き取り種結晶5を引上げることにより、単結晶育成が開始される。以後、引上げ速度と温度を適切に調節することにより略円柱形状の窒素をドープした単結晶棒1を得ることができる。   Next, a nitrogen-doped single crystal growth method will be described as an example of a single crystal growth method using the single crystal pulling apparatus 30 described above. First, in a crucible 32, a high-purity polycrystalline raw material of silicon is heated to a melting point (about 1420 ° C.) or higher and melted. At this time, in order to dope nitrogen, for example, a silicon wafer with a nitride film is introduced. Next, the tip of the seed crystal 5 is brought into contact with or immersed in the approximate center of the surface of the melt 2 by unwinding the wire 7. Thereafter, the crucible holding shaft 33 is rotated in an appropriate direction, and the winding seed crystal 5 is pulled up while rotating the wire 7, thereby starting single crystal growth. Thereafter, the single crystal rod 1 doped with substantially cylindrical nitrogen can be obtained by appropriately adjusting the pulling speed and temperature.

この場合、本発明では、結晶内の温度勾配を制御するために、図9に示したように、前記固液界面断熱材8の下端とシリコン融液2の湯面3との間の隙間10の間隔を調整するとともに、引上げ室31の湯面上の単結晶棒1中の液状部分の外周空間において、湯面近傍の結晶の温度が例えば1420℃から1400℃までの温度域に環状の固液界面断熱材8を設け、その上に上部囲繞断熱材9を配置するようにしている。さらに、必要に応じてこの断熱材の上部に結晶を冷却する装置を設けて、これに上部より冷却ガスを吹きつけて結晶を冷却できるものとし、筒下部に輻射熱反射板を取り付けて制御するようにしてもよい。   In this case, in the present invention, in order to control the temperature gradient in the crystal, as shown in FIG. 9, the gap 10 between the lower end of the solid-liquid interface heat insulating material 8 and the molten metal surface 3 of the silicon melt 2 is used. In the outer peripheral space of the liquid portion in the single crystal rod 1 on the molten metal surface of the pulling chamber 31, the temperature of the crystal near the molten metal surface is, for example, in a temperature range from 1420 ° C to 1400 ° C. The liquid interface heat insulating material 8 is provided, and the upper surrounding heat insulating material 9 is disposed thereon. Furthermore, if necessary, a device for cooling the crystal is provided above the heat insulating material, and the crystal can be cooled by blowing a cooling gas from above, and a radiant heat reflector is attached to the bottom of the cylinder for control It may be.

以下、本発明の具体的な実施の形態を実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
CZ法により、直径24インチの石英ルツボに原料多結晶シリコンをチャージし、全面がNV領域となる領域を有する単結晶棒が形成されるようにF/Gを制御しながら、直径8インチ、p型、方位<100>、格子間酸素濃度12〜14ppma(JEIDA(Japan Electronic Industry Development Association)換算)の単結晶棒を引き上げた。この際、酸素濃度の制御は、引上げ中のルツボ回転を制御することにより行い、また、多結晶原料中に予め所定量の窒化珪素膜を有するシリコンウエーハの投入の有無により2種類の単結晶棒を引上げ、これらの単結晶棒から全面がNV領域からなる鏡面研磨ウエーハ(窒素ドープウエーハ及び窒素ノンドープウエーハ)を作製した。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described by way of examples, but the present invention is not limited to these examples.
Example 1
By using the CZ method, raw material polycrystalline silicon is charged into a quartz crucible having a diameter of 24 inches, and the F / G is controlled so that a single crystal rod having a region where the entire surface becomes an NV region is formed. The single crystal rod of the type, orientation <100>, and interstitial oxygen concentration of 12 to 14 ppma (converted to JEIDA (Japan Electronic Industry Association)) was pulled up. At this time, the oxygen concentration is controlled by controlling the rotation of the crucible during pulling, and two kinds of single crystal rods are added depending on whether or not a silicon wafer having a predetermined amount of silicon nitride film in advance is put in the polycrystalline raw material. Thus, mirror-polished wafers (nitrogen doped wafer and nitrogen non-doped wafer) whose entire surface is composed of the NV region were produced from these single crystal rods.

なお、窒素ドープウエーハは、原料多結晶中への窒素投入量と、窒素の偏析係数より算出した窒素濃度が1×1014個/cm3 となる位置からスライスしてウエーハに加工したものである。 The nitrogen-doped wafer is sliced from a position where the nitrogen concentration calculated from the amount of nitrogen introduced into the raw material polycrystal and the segregation coefficient of nitrogen is 1 × 10 14 pieces / cm 3 and processed into a wafer. .

これらのウエーハに対して、デバイスプロセスにおける初段熱処理の代わりに、1000℃に設定した炉内に挿入した後、1000℃から1050℃まで1.5℃/minの速度で昇温して、1050℃で4時間保持する熱処理を行った。そして、熱処理後のBMD密度を赤外線散乱トモグラフ法(LST)によりそれぞれ測定した。測定位置はエッジから10mm入ったところから10mm間隔で中心部まで、深さは表面から約50〜180μmの領域である。   For these wafers, instead of the first stage heat treatment in the device process, the wafer was inserted into a furnace set at 1000 ° C. and then heated from 1000 ° C. to 1050 ° C. at a rate of 1.5 ° C./min. Then, heat treatment was performed for 4 hours. And the BMD density after heat processing was measured by the infrared scattering tomography method (LST), respectively. The measurement position is 10 mm from the edge to the center at 10 mm intervals, and the depth is an area of about 50 to 180 μm from the surface.

その結果、BMD密度は、窒素ドープウエーハが3×109 〜8×109 個/cm3 であり、窒素ノンドープウエーハが2×107 〜5×107 個/cm3 であった。従って、デバイスプロセスの初段に比較的高温の熱処理を行ったとしても、いずれのウエーハとも、面内均一性に優れた相当量のBMD密度を有することがわかった。すなわちこれは、両ウエーハ共に、高温で安定なサイズの大きなグローンイン酸素析出核が面内均一に形成されていることを示している。また、窒素ドープウエーハの場合はかなり高密度のBMDが得られ、極めてゲッタリング効果が高いものであることがわかった。 As a result, BMD density, nitrogen-doped wafer is 3 × 10 9 ~8 × 10 9 pieces / cm 3, a nitrogen undoped wafer was 2 × 10 7 ~5 × 10 7 cells / cm 3. Therefore, it was found that even if a relatively high temperature heat treatment was performed in the first stage of the device process, all the wafers had a considerable amount of BMD density with excellent in-plane uniformity. That is, this shows that large grown-in oxygen precipitation nuclei having a stable size at a high temperature are uniformly formed in both the wafers. Further, in the case of a nitrogen-doped wafer, a considerably high density BMD was obtained, and it was found that the gettering effect was extremely high.

(実施例2)
欠陥領域が未知のウエーハを2分割し、1片を800℃に設定した炉内に挿入した後、800℃から1050℃まで1.5℃/minの速度で昇温して、1050℃で4時間保持し、析出核を検出可能なサイズまで成長させた。
同様に残りの1片を1000℃に設定した炉内に挿入した後、1000℃から1050℃まで1.5℃/minの速度で昇温して、1050℃で4時間保持し析出核を検出可能なサイズまで成長させた。
(Example 2)
A wafer having an unknown defect area is divided into two, and a piece is inserted into a furnace set at 800 ° C., and then heated from 800 ° C. to 1050 ° C. at a rate of 1.5 ° C./min. Holding for a time, the nuclei were grown to a detectable size.
Similarly, after inserting the remaining piece into a furnace set at 1000 ° C., the temperature was raised from 1000 ° C. to 1050 ° C. at a rate of 1.5 ° C./min, and kept at 1050 ° C. for 4 hours to detect precipitation nuclei. Grown to possible size.

そして、熱処理後のBMD密度を赤外線散乱トモグラフ法(LST)によりそれぞれ測定した。測定位置はエッジから10mm入ったところから10mm間隔で中心部まで、深さは表面から約50〜180μmの領域である。   And the BMD density after heat processing was measured by the infrared scattering tomography method (LST), respectively. The measurement position is 10 mm from the edge to the center at 10 mm intervals, and the depth is an area of about 50 to 180 μm from the surface.

BMD密度は、800℃から昇温したものは1×109 個/cm3 で、1000℃から昇温したものは3×106 個/cm3 であった。すなわち、800℃と1000℃でBMD密度の差が2桁以上あることから、このウエーハの欠陥領域はOSFリング内側のV−リッチ領域であると判断できる。 The BMD density was 1 × 10 9 pieces / cm 3 when heated from 800 ° C., and 3 × 10 6 pieces / cm 3 when heated from 1000 ° C. That is, since the difference in BMD density between 800 ° C. and 1000 ° C. is two orders of magnitude or more, it can be determined that the defect region of the wafer is a V-rich region inside the OSF ring.

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

例えば、上記実施形態においては、直径8インチのシリコン単結晶を育成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、直径6インチ以下、直径10〜16インチあるいはそれ以上のシリコン単結晶にも適用できる。   For example, in the above-described embodiment, the case where a silicon single crystal having a diameter of 8 inches is grown has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to the above silicon single crystal.

熱処理開始温度とBMD密度との関係を表す図である。(a)OSFリング内側領域、(b)OSFリング上、(c)NV領域、(d)NI領域とI−リッチ領域。It is a figure showing the relationship between heat processing start temperature and BMD density. (A) OSF ring inner region, (b) On the OSF ring, (c) NV region, (d) NI region and I-rich region. BMD密度の酸素濃度依存性を示す図である。(a)700℃でのBMD密度と800℃でのBMD密度との密度差、すなわち極小析出核のみの結晶位置別密度分布、(b)800℃と900℃とのBMD密度差と結晶位置別密度分布、(c)900℃と1000℃とのBMD密度差と結晶位置別密度分布、(d)1000℃以上における結晶位置別BMD密度分布。It is a figure which shows the oxygen concentration dependence of BMD density. (A) Density difference between BMD density at 700 ° C. and BMD density at 800 ° C., that is, density distribution by crystal position of only minimal precipitation nuclei, (b) BMD density difference between 800 ° C. and 900 ° C. and by crystal position Density distribution, (c) BMD density difference between 900 ° C. and 1000 ° C. and density distribution by crystal position, (d) BMD density distribution by crystal position at 1000 ° C. or higher. BMD密度の酸素濃度依存性における欠陥領域の影響を考慮した結果を示す図である。(a)700℃と800℃とのBMD密度差と欠陥領域別BMD密度分布、(b)800℃と900℃とのBMD密度差と欠陥領域別BMD密度分布、(c)900℃と1000とのBMD密度差と欠陥領域別BMD密度分布、(d)1000℃以上における欠陥領域別BMD密度分布。It is a figure which shows the result which considered the influence of the defect area | region in the oxygen concentration dependence of BMD density. (A) BMD density difference between 700 ° C. and 800 ° C. and BMD density distribution by defect region, (b) BMD density difference between 800 ° C. and 900 ° C. and BMD density distribution by defect region, (c) 900 ° C. and 1000 ° C. BMD density difference and BMD density distribution by defect area, (d) BMD density distribution by defect area at 1000 ° C. or higher. 高酸素品のBMD密度の面内分布を示す図である[(a)〜(f)]。It is a figure which shows in-plane distribution of the BMD density of a high oxygen product [(a)-(f)]. 低酸素品のBMD密度の面内分布を示す図である[(a)〜(h)]。It is a figure which shows in-plane distribution of the BMD density of a low oxygen product [(a)-(h)]. 酸素析出核密度の結晶位置によるバラツキを低減する方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the method of reducing the variation by the crystal position of oxygen precipitation nucleus density. NV領域での酸素析出核密度を増加させる方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the method of increasing the oxygen precipitation nucleus density in NV area | region. シリコン単結晶内における結晶の径方向位置を横軸とし、F/G値を縦軸とした場合の諸欠陥分布図である。FIG. 5 is a distribution diagram of various defects when the radial position of the crystal in the silicon single crystal is the horizontal axis and the F / G value is the vertical axis. 本発明で使用したCZ法による単結晶引上げ装置の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the single crystal pulling apparatus by CZ method used by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…成長単結晶棒、 2…シリコン融液、 3…湯面、 4…固液界面、
5…種結晶、 6…シードチャック、 7…ワイヤ、 8…固液界面断熱材、
9…上部囲繞断熱材、 10…湯面と固液界面断熱材下端との隙間、
30…単結晶引上げ装置、 31…引上げ室、 32…ルツボ、
33…ルツボ保持軸、 34…ヒータ、 35…断熱材。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Growing single crystal rod, 2 ... Silicon melt, 3 ... Hot water surface, 4 ... Solid-liquid interface,
5 ... Seed crystal, 6 ... Seed chuck, 7 ... Wire, 8 ... Solid-liquid interface heat insulating material,
9: Upper Go insulator, 10 ... Gap between hot water surface and lower end of solid-liquid interface insulator,
30 ... Single crystal pulling device, 31 ... Pulling chamber, 32 ... Crucible,
33 ... crucible holding shaft, 34 ... heater, 35 ... heat insulating material.

Claims (1)

チョクラルスキー法により作製されたシリコンウエーハの欠陥領域の評価方法であって、下記の工程により測定した少なくとも2つの酸素析出物密度を比較することにより評価対象であるシリコンウエーハの欠陥領域を評価する方法。
(1)評価対象であるウエーハを2枚以上のウエーハ片(A、B、・・・)に分割する。
(2)分割されたウエーハのウエーハ片Aを600〜900℃の温度範囲から選択した温度T1[℃]で保持された熱処理炉内に投入する。
(3)T1[℃]から昇温速度t[℃/min]で1000℃以上の温度T2[℃]まで昇温し、ウエーハ片Aの中の酸素析出物が検出可能なサイズに成長するまで保持する(ただし、t≦3℃/min)。
(4)ウエーハ片Aを熱処理炉より取り出し、ウエーハ内部の酸素析出物密度を測定する。
(5)分割されたウエーハの別のウエーハ片Bを800〜1100℃の温度範囲から選択した温度T3[℃]で保持された熱処理炉内に投入する(ただし、T1<T3<T2とする)。
(6)T3[℃]から前記昇温速度t[℃/min]で前記T2[℃]まで昇温してウエーハ中の酸素析出物が検出可能なサイズに成長するまで保持する。
(7)ウエーハ片Bを熱処理炉より取り出し、ウエーハ内部の酸素析出物密度を測定する。
A method for evaluating a defect region of a silicon wafer manufactured by the Czochralski method, wherein a defect region of a silicon wafer to be evaluated is evaluated by comparing the density of at least two oxygen precipitates measured by the following steps Method.
(1) A wafer to be evaluated is divided into two or more wafer pieces (A, B,...).
(2) The wafer piece A of the divided wafer is put into a heat treatment furnace held at a temperature T1 [° C.] selected from a temperature range of 600 to 900 ° C.
(3) The temperature is increased from T1 [° C.] to a temperature T2 [° C.] of 1000 ° C. or more at a temperature increase rate t [° C./min] until the oxygen precipitate in the wafer piece A grows to a detectable size. Hold (however, t ≦ 3 ° C./min).
(4) The wafer piece A is taken out from the heat treatment furnace, and the oxygen precipitate density inside the wafer is measured.
(5) Another wafer piece B of the divided wafer is put into a heat treatment furnace held at a temperature T3 [° C.] selected from a temperature range of 800 to 1100 ° C. (provided that T1 <T3 <T2). .
(6) The temperature is increased from T3 [° C.] to the T2 [° C.] at the rate of temperature increase t [° C./min] and maintained until oxygen precipitates in the wafer grow to a detectable size.
(7) The wafer piece B is taken out from the heat treatment furnace, and the oxygen precipitate density inside the wafer is measured.
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