JP4124151B2 - IG wafer manufacturing method - Google Patents
IG wafer manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP4124151B2 JP4124151B2 JP2004100326A JP2004100326A JP4124151B2 JP 4124151 B2 JP4124151 B2 JP 4124151B2 JP 2004100326 A JP2004100326 A JP 2004100326A JP 2004100326 A JP2004100326 A JP 2004100326A JP 4124151 B2 JP4124151 B2 JP 4124151B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wafer
- silicon
- region
- ingot
- osf
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
本発明は、DRAM等の半導体集積回路に適するシリコンウェーハを得るために、チョクラルスキー法(以下、CZ法という。)により引上げられたシリコン単結晶インゴットから切出されたシリコンウェーハからイントリンシックゲッタリング(intrinsic gettering、以下、IGという。)ウェーハを製造する方法に関するものである。 The present invention provides an intrinsic getter from a silicon wafer cut from a silicon single crystal ingot pulled up by the Czochralski method (hereinafter referred to as CZ method) in order to obtain a silicon wafer suitable for a semiconductor integrated circuit such as a DRAM. The present invention relates to a method for manufacturing a ring (intrinsic gettering, hereinafter referred to as IG) wafer.
近年、半導体集積回路を製造する工程において、歩留りを低下させる原因として酸化誘起積層欠陥(Oxidation Induced Stacking Fault、以下、OSFという。)の核となる酸素析出物の微小欠陥や、結晶に起因したパーティクル(Crystal Originated Particle、以下、COPという。)や、或いは侵入型転位(Interstitial-type Large Dislocation、以下、LDという。)の存在が挙げられている。OSFは、結晶成長時にその核となる微小欠陥が導入され、半導体デバイスを製造する際の熱酸化工程等で顕在化し、作製したデバイスのリーク電流の増加等の不良原因になる。またCOPは、鏡面研磨後のシリコンウェーハをアンモニアと過酸化水素の混合液で洗浄したときにウェーハ表面に出現する結晶に起因したピットである。このウェーハをパーティクルカウンタで測定すると、このピットも本来のパーティクルとともに光散乱欠陥として検出される。このCOPは電気的特性、例えば酸化膜の経時絶縁破壊特性(Time Dependent dielectric Breakdown、TDDB)、酸化膜耐圧特性(Time Zero Dielectric Breakdown、TZDB)等を劣化させる原因となる。またCOPがウェーハ表面に存在するとデバイスの配線工程において段差を生じ、断線の原因となり得る。そして素子分離部分においてもリーク等の原因となり、製品の歩留りを低くする。更にLDは、転位クラスタとも呼ばれたり、或いはこの欠陥を生じたシリコンウェーハをフッ酸を主成分とする選択エッチング液に浸漬するとピットを生じることから転位ピットとも呼ばれる。このLDも、電気的特性、例えばリーク特性、アイソレーション特性等を劣化させる原因となる。 In recent years, in the process of manufacturing a semiconductor integrated circuit, as a cause of decreasing the yield, microscopic defects of oxygen precipitates that are the core of oxidation-induced stacking faults (hereinafter referred to as OSF) and particles caused by crystals (Crystal Originated Particles, hereinafter referred to as COP) or the presence of interstitial-type large dislocation (hereinafter referred to as LD). OSF is introduced with a micro defect that becomes a nucleus during crystal growth, and becomes apparent in a thermal oxidation process or the like when manufacturing a semiconductor device, and causes a defect such as an increase in leakage current of the manufactured device. COPs are pits caused by crystals that appear on the wafer surface when the mirror-polished silicon wafer is washed with a mixture of ammonia and hydrogen peroxide. When this wafer is measured with a particle counter, this pit is also detected as a light scattering defect together with the original particles. This COP causes deterioration of electrical characteristics, for example, dielectric breakdown characteristics (Time Dependent dielectric Breakdown, TDDB) of oxide films, oxide breakdown voltage characteristics (Time Zero Dielectric Breakdown, TZDB), and the like. Further, if COP exists on the wafer surface, a step is generated in the device wiring process, which may cause disconnection. In addition, the element isolation portion also causes leakage and the like, thereby reducing the product yield. Furthermore, LD is also called a dislocation cluster, or a pit is formed when a silicon wafer having such a defect is immersed in a selective etching solution containing hydrofluoric acid as a main component. This LD also causes deterioration of electrical characteristics such as leakage characteristics and isolation characteristics.
以上のことから、半導体集積回路を製造するために用いられるシリコンウェーハからOSF、COP及びLDを減少させることが必要となっている。
このOSF、COP及びLDを有しない無欠陥のシリコンウェーハが開示されている(例えば、特許文献1参照。)。この無欠陥のシリコンウェーハは、シリコン単結晶インゴット内での空孔型点欠陥の凝集体及び格子間シリコン型点欠陥の凝集体がそれぞれ存在しないパーフェクト領域を[P]とするとき、パーフェクト領域[P]からなるインゴットから切出されたシリコンウェーハである。パーフェクト領域[P]は、格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域[I]と、シリコン単結晶インゴット内で空孔型点欠陥が支配的に存在する領域[V]との間に介在する。このパーフェクト領域[P]からなるシリコンウェーハは、インゴットの引上げ速度をV(mm/分)とし、シリコン融液とインゴットとの界面近傍におけるインゴット鉛直方向の温度勾配をG(℃/mm)とするとき、熱酸化処理をした際にリング状に発生するOSFがウェーハ中心部で消滅するように、V/G(mm2/分・℃)の値を決めて作られる。
From the above, it is necessary to reduce OSF, COP and LD from a silicon wafer used for manufacturing a semiconductor integrated circuit.
A defect-free silicon wafer having no OSF, COP, and LD is disclosed (for example, see Patent Document 1). This defect-free silicon wafer has a perfect region [P] where a perfect region where agglomerates of vacancy-type point defects and agglomerates of interstitial silicon-type point defects do not exist in a silicon single crystal ingot, respectively. P] is a silicon wafer cut out from an ingot. The perfect region [P] is between a region [I] where interstitial silicon type point defects exist predominantly and a region [V] where hole type point defects exist predominantly within the silicon single crystal ingot. Intervene. In the silicon wafer composed of the perfect region [P], the ingot pulling speed is V (mm / min), and the temperature gradient in the ingot vertical direction in the vicinity of the interface between the silicon melt and the ingot is G (° C./mm). When the thermal oxidation treatment is performed, a value of V / G (mm 2 / min · ° C.) is determined so that the OSF generated in a ring shape disappears in the center of the wafer.
しかし、上記パーフェクト領域[P]からなるインゴットから切出されたシリコンウェーハは、OSF、COP及びLDを有しないけれども、デバイス製造工程の熱処理において、必ずしもウェーハ内部で酸素析出が起らず、これによりIG効果が十分に得られないおそれがある。IG能力が十分に備わっていないウェーハでは、デバイス工程で金属により汚染されると、接合リークや、金属不純物によるトラップ準位によるデバイスの動作不良等を生じ、これにより製品の歩留りが低下する。
従来、シリコン単結晶インゴットから切出された、研削研磨した直後のシリコンウェーハを500〜800℃で0.5〜20時間保持してウェーハ内に酸素析出核を導入する工程と、この酸素析出核を含むシリコンウェーハを室温から800〜1000℃まで急速加熱して0.5〜20分間保持する工程と、急速加熱して0.5〜20分間保持したシリコンウェーハを更に室温まで放冷する工程と、放冷したシリコンウェーハを500〜700℃から2〜10℃/分の速度で800〜1100℃まで加熱しその温度で2〜48時間保持する工程とを含むIG処理法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
However, although the silicon wafer cut out from the ingot composed of the perfect region [P] does not have OSF, COP, and LD, oxygen precipitation does not necessarily occur inside the wafer in the heat treatment of the device manufacturing process. The IG effect may not be sufficiently obtained. When a wafer that does not have sufficient IG capability is contaminated with metal in the device process, junction leakage, device malfunction due to trap levels caused by metal impurities, and the like, resulting in a decrease in product yield.
Conventionally, a process of introducing an oxygen precipitation nucleus into a wafer by holding a silicon wafer cut out from a silicon single crystal ingot immediately after grinding and polishing at 500 to 800 ° C. for 0.5 to 20 hours, and this oxygen precipitation nucleus A step of rapidly heating a silicon wafer containing a temperature from 800 to 1000 ° C. and holding it for 0.5 to 20 minutes, and a step of further cooling the silicon wafer that has been rapidly heated and held for 0.5 to 20 minutes to room temperature In addition, an IG treatment method including a step of heating a cooled silicon wafer from 500 to 700 ° C. to 800 to 1100 ° C. at a rate of 2 to 10 ° C./min and holding at that temperature for 2 to 48 hours has been proposed ( For example, see
この処理法では、上記温度条件で急速加熱すると、ウェーハ表面は勿論、ウェーハ内部も一時的に熱平衡濃度以下になり、格子間シリコン原子が欠乏状態になり、酸素析出核が安定に成長し易い環境になる。同時にこの欠乏した格子間シリコン原子を補って安定状態になるために、ウェーハ表面では格子間シリコン原子の生成が起こり、生成した格子間シリコン原子はウェーハ内部に拡散し始める。格子間シリコン原子の欠乏状態にあったウェーハ表面付近は格子間シリコン原子の生成ですぐに飽和状態になり、酸素析出核は消滅を始める。しかし、ウェーハ表面で生成した格子間シリコン原子がウェーハ内部にまで拡散するにはある程度の時間を要するため、ウェーハ表面から内部に深く入るほど酸素析出核が成長し易い環境が長く続く。従って、ウェーハ表面に近いほど酸素析出核の密度は低く、またこの熱処理時間(0.5〜20分)が長いほど酸素析出核、即ち欠陥の形成されない層(以下、DZ層という。)の厚さは大きくなる。また800〜1000℃の範囲で温度が高いほど、格子間シリコン原子の拡散係数が大きく、短時間でDZ層の厚さは大きくなる。
急速加熱し、室温に放冷した後で800〜1100℃まで再び加熱すると、急速加熱で生き残ったウェーハ内部の酸素析出核が成長して酸素析出物となり、安定なIG源となる。
When rapidly heated and allowed to cool to room temperature and then heated again to 800 to 1100 ° C., oxygen precipitation nuclei inside the wafer that survived the rapid heating grow to become oxygen precipitates, which become a stable IG source.
しかし、上記IG処理法は、IG源を生成するための前処理として、研削研磨した直後のシリコンウェーハを500〜800℃で0.5〜20時間保持してウェーハ内に酸素析出核を導入する工程を必要とし、更に急速加熱を行った後でウェーハ内部の酸素析出核を酸素析出物に成長させるための熱処理を必要とした。このため、ウェーハの状態での熱処理回数が多い不具合があった。
本発明の目的は、点欠陥の凝集体が存在しないことに加えて、シリコンウェーハの状態での熱処理回数が少なくして所望のIG効果を発揮するウェーハの製造方法を提供することにある。
However, in the IG processing method, as a pretreatment for generating the IG source, the silicon wafer immediately after grinding and polishing is held at 500 to 800 ° C. for 0.5 to 20 hours to introduce oxygen precipitation nuclei into the wafer. A process was required, and after rapid heating, a heat treatment was required to grow oxygen precipitate nuclei inside the wafer into oxygen precipitates. For this reason, there has been a problem that the number of heat treatments in the wafer state is large.
An object of the present invention is to provide a method for producing a wafer that exhibits a desired IG effect by reducing the number of heat treatments in the state of a silicon wafer in addition to the absence of agglomerates of point defects .
請求項1に係る発明は、OSF顕在化熱処理をした際にウェーハの中心部にウェーハ総面積の25%以上の面積でOSFがディスク状に発生しかつ転位発生を伴わない酸素析出物を1×105〜3×107個/cm2 の密度で発生し、更にCOPフリーであってLDの発生もないシリコンウェーハを水素ガス又は水素ガスを含む雰囲気下で室温から1100〜1250℃まで3℃/分〜150℃/秒の昇温速度で急速加熱し、1分〜2時間保持するIGウェーハの製造方法である。
請求項1に係る発明では、ウェーハとして、上記割合で存在するOSF領域に所定密度の酸素析出物を含むウェーハを用いることにより、従来のウェーハ内に酸素析出核を導入する前熱処理工程及び酸素析出核の成長工程が不要となり、研磨後のウェーハを上記条件で急速加熱することにより、高いIG効果を発揮する。
According to the first aspect of the present invention, when the OSF revealing heat treatment is performed, OSF is generated in a disk shape at an area of 25% or more of the total area of the wafer at the center of the wafer, and 1 × A silicon wafer which is generated at a density of 10 5 to 3 × 10 7 pieces / cm 2 and which is free of COP and free of LD is heated from room temperature to 1100 to 1250 ° C. in an atmosphere containing hydrogen gas or hydrogen gas at 3 ° C. This is a method for producing an IG wafer that is rapidly heated at a temperature elevation rate of 1 minute to 150 ° C./second and held for 1 minute to 2 hours.
In the invention according to
請求項1記載の方法から作られたIGウェーハは、酸素析出物の形成されない層(DZ層)がウェーハ表面から1〜100μmの深さにわたって形成され、このDZ層より深い部分に2×104〜2×108個/cm2の酸素析出物を有する特性を有し、高いIG効果を発揮する。
請 Motomeko 1 IG wafer made of the described methods, the layer is not formed of the oxygen precipitates (DZ layer) is formed over 1~100μm depth from the wafer surface, 2 × 10 deeper portion than the DZ layer 4 has characteristics that have a to 2 × 10 8 pieces / cm 2 of oxygen precipitates, exhibits high IG effect.
以上述べたように、請求項1に係る発明によれば、点欠陥の凝集体が存在しないことに加えて、シリコンウェーハの状態での熱処理回数が少なくして所望のIG効果を発揮するウェーハを得ることができる。
As described above, according to the invention according to
本発明のシリコンウェーハは、CZ法によりホットゾーン炉内のシリコン融液からインゴットをボロンコフ(Voronkov)の理論に基づいた所定の引上げ速度プロファイルで引上げた後、このインゴットをスライスして作製される。
一般的に、CZ法によりホットゾーン炉内のシリコン融液からシリコン単結晶のインゴットを引上げたときには、シリコン単結晶における欠陥として、点欠陥(point defect)と点欠陥の凝集体(agglomerates:三次元欠陥)が発生する。点欠陥は空孔型点欠陥と格子間シリコン型点欠陥という二つの一般的な形態がある。空孔型点欠陥は一つのシリコン原子がシリコン結晶格子で正常的な位置の一つから離脱したものである。このような空孔が空孔型点欠陥になる。一方、原子がシリコン結晶の格子点以外の位置(インタースチシャルサイト)で発見されるとこれが格子間シリコン点欠陥になる。
The silicon wafer of the present invention is produced by slicing an ingot from a silicon melt in a hot zone furnace with a predetermined pulling speed profile based on Boronkov theory by the CZ method.
In general, when a silicon single crystal ingot is pulled from a silicon melt in a hot zone furnace by the CZ method, point defects and agglomerates (agglomerates: three-dimensional) Defect) occurs. There are two general forms of point defects: vacancy-type point defects and interstitial silicon-type point defects. A vacancy-type point defect is one in which one silicon atom leaves one of the normal positions in the silicon crystal lattice. Such holes become hole-type point defects. On the other hand, when an atom is found at a position (interstitial site) other than the lattice point of the silicon crystal, this becomes an interstitial silicon point defect.
点欠陥は一般的にシリコン融液(溶融シリコン)とインゴット(固状シリコン)の間の接触面で形成される。しかし、インゴットを継続的に引上げることによって接触面であった部分は引上げとともに冷却し始める。冷却の間、空孔型点欠陥又は格子間シリコン型点欠陥は拡散により互いに合併して、空孔型点欠陥の凝集体(vacancy agglomerates)又は格子間シリコン型点欠陥の凝集体(interstitial agglomerates)が形成される。言い換えれば、凝集体は点欠陥の合併に起因して発生する三次元構造である。 Point defects are generally formed at the contact surface between a silicon melt (molten silicon) and an ingot (solid silicon). However, by continuously pulling up the ingot, the portion that was the contact surface begins to cool as it is pulled up. During cooling, vacancy point defects or interstitial silicon point defects merge with each other by diffusion to form vacancy agglomerates or interstitial agglomerates. Is formed. In other words, the aggregate is a three-dimensional structure generated due to the merge of point defects.
空孔型点欠陥の凝集体は前述したCOPの他に、LSTD(Laser Scattering Tomograph Defects)又はFPD(Flow Pattern Defects)と呼ばれる欠陥を含み、格子間シリコン型点欠陥の凝集体は前述したLDと呼ばれる欠陥を含む。FPDとは、インゴットをスライスして作製されたシリコンウェーハを30分間セコエッチング(Secco etching、HF:K2Cr2O7(0.15mol/l)=2:1の混合液によるエッチング)したときに現れる特異なフローパターンを呈する痕跡の源であり、LSTDとは、シリコン単結晶内に赤外線を照射したときにシリコンとは異なる屈折率を有し散乱光を発生する源である。 The agglomerates of vacancy-type point defects include defects called LSTD (Laser Scattering Tomograph Defects) or FPD (Flow Pattern Defects) in addition to the above-mentioned COP. Contains a defect called. FPD means when a silicon wafer produced by slicing an ingot is subjected to secco etching (Secco etching, etching with a mixed solution of HF: K 2 Cr 2 O 7 (0.15 mol / l) = 2: 1). LSTD is a source that generates a scattered light having a refractive index different from that of silicon when an infrared ray is irradiated into a silicon single crystal.
ボロンコフの理論は、欠陥の数が少ない高純度インゴットを成長させるために、インゴットの引上げ速度をV(mm/分)、ホットゾーン構造でインゴット−シリコン融液の接触面の温度勾配をG(℃/mm)とするときに、V/G(mm2/分・℃)を制御することである。この理論では、図1に示すように、V/Gをよこ軸にとり、空孔型点欠陥濃度と格子間シリコン型点欠陥濃度を同一のたて軸にとって、V/Gと点欠陥濃度との関係を図式的に表現し、空孔領域と格子間シリコン領域の境界がV/Gによって決定されることを説明している。より詳しくは、V/G比が臨界点以上では空孔型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成される反面、V/G比が臨界点以下では格子間シリコン型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成される。図1において、[I]は格子間シリコン型点欠陥が支配的であって、格子間シリコン型点欠陥が存在する領域((V/G)1以下)を示し、[V]はインゴット内での空孔型点欠陥が支配的であって、空孔型点欠陥の凝集体が存在する領域((V/G)2以上)を示し、[P]は空孔型点欠陥の凝集体及び格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域((V/G)1〜(V/G)2)を示す。領域[P]に隣接する領域[V]にはOSF核を形成する領域[OSF]((V/G)2〜(V/G)3)が存在する。 Boronkov's theory is that in order to grow a high-purity ingot with a small number of defects, the ingot pulling speed is V (mm / min), and the temperature gradient at the contact surface of the ingot-silicon melt is G (° C. in a hot zone structure. / Mm), V / G (mm 2 / min · ° C.) is controlled. In this theory, as shown in FIG. 1, V / G is taken as the horizontal axis, and V / G and point defect concentration are set to the same vertical axis for the vacancy type point defect concentration and the interstitial silicon type point defect concentration. The relationship is represented schematically, and it is explained that the boundary between the void region and the interstitial silicon region is determined by V / G. More specifically, when the V / G ratio is equal to or higher than the critical point, an ingot having a dominant vacancy-type point defect concentration is formed. On the other hand, when the V / G ratio is lower than the critical point, an ingot having a dominant interstitial silicon-type point defect concentration is formed. It is formed. In FIG. 1, [I] indicates a region where an interstitial silicon type point defect is dominant and an interstitial silicon type point defect exists ((V / G) 1 or less), and [V] indicates an ingot. The vacancy-type point defect is dominant and indicates a region ((V / G) 2 or more) where the vacancy-type point defect aggregate exists, [P] A perfect region ((V / G) 1 to (V / G) 2 ) in which an aggregate of interstitial silicon type point defects does not exist is shown. A region [OSF] ((V / G) 2 to (V / G) 3 ) that forms an OSF nucleus exists in the region [V] adjacent to the region [P].
なお、COPやLDなどの点欠陥の凝集体は検出方法によって検出感度、検出下限値が異なる値を示すことがある。そのため、本明細書において、「点欠陥の凝集体が存在しない」の意味は、鏡面加工されたシリコン単結晶を無攪拌セコエッチングを施した後に光学顕微鏡により、観察面積とエッチング取り代との積を検査体積として観察した際に、フローパターン(空孔型欠陥)及び転位クラスタ(格子間シリコン型点欠陥)の各凝集体が1×10-3cm3の検査体積に対して1個欠陥が検出された場合を検出下限値(1×103個/cm3)とするとき、点欠陥の凝集体の数が上記検出下限値以下であることをいう。
上記パーフェクト領域[P]は更に領域[PI]と領域[PV]に分類される。[PI]はV/G比が上記(V/G)1から臨界点までの領域であり、[PV]はV/G比が臨界点から上記(V/G)2までの領域である。即ち、[PI]は領域[I]に隣接し、かつ侵入型転位を形成し得る最低の格子間シリコン型点欠陥濃度未満の格子間シリコン型点欠陥濃度を有する領域であり、[PV]は領域[V]に隣接し、かつOSFを形成し得る最低の空孔型点欠陥濃度未満の空孔型点欠陥濃度を有する領域である。
In addition, agglomerates of point defects such as COP and LD may show different values for detection sensitivity and detection lower limit depending on the detection method. Therefore, in this specification, the meaning of “there is no agglomeration of point defects” means that the product of the observation area and the etching allowance is measured by an optical microscope after the mirror-finished silicon single crystal is subjected to non-stirring secco etching. Is observed as an inspection volume, each aggregate of flow pattern (vacancy type defects) and dislocation clusters (interstitial silicon type point defects) has one defect for the inspection volume of 1 × 10 −3 cm 3. When the detected case is defined as a detection lower limit (1 × 10 3 pieces / cm 3 ), it means that the number of point defect aggregates is not more than the above detection lower limit.
The perfect region [P] is further classified into a region [P I ] and a region [P V ]. [P I ] is a region where the V / G ratio is from the above (V / G) 1 to the critical point, and [P V ] is a region where the V / G ratio is from the critical point to the above (V / G) 2. is there. That is, [P I ] is a region adjacent to the region [I] and having an interstitial silicon type point defect concentration lower than the lowest interstitial silicon type point defect concentration capable of forming interstitial dislocations, and [P V]. ] Is a region adjacent to the region [V] and having a vacancy-type point defect concentration lower than the lowest vacancy-type point defect concentration capable of forming an OSF.
本願請求項1に係る発明の所定の引上げ速度プロファイルは、OSF核を形成する領域[OSF]に相当する第2臨界比((V/G)2)以上であって第3臨界比((V/G)3)以下に維持されるように決められる。
The predetermined pulling speed profile of the invention according to
この引上げ速度のプロファイルは、実験的に基準インゴットを軸方向にスライスすることで、又はこれらの技術を組合わせることで、シミュレーションによって上記ボロンコフの理論に基づき決定される。即ち、この決定は、シミュレーションの後、軸方向にスライスされたインゴットを横断方向にスライスしてウェーハ状態で確認し、更にシミュレーションを繰り返すことによりなされる。シミュレーションのために複数種類の引上げ速度が所定の範囲で決められ、複数個の基準インゴットが成長される。図2に示すように、シミュレーションのための引上げ速度プロファイルは1.2mm/分のような高い引上げ速度(a)から0.5mm/分の低い引上げ速度(c)及び再び高い引上げ速度(d)に調整される。上記低い引上げ速度は0.4mm/分又はそれ以下であることもあってもよく、引上げ速度(b)及び(d)での変化は線形的なものが望ましい。
異なった速度で引上げられた複数個の基準インゴットはそれぞれ別々に軸方向にスライスされる。最適のV/Gが軸方向のスライス、ウェーハの確認及びシミュレーションの結果の相関関係から決定され、続いて最適な引上げ速度プロファイルが決定され、そのプロファイルでインゴットが製造される。実際の引上げ速度プロファイルは所望のインゴットの直径、使用される特定のホットゾーン炉及びシリコン融液の品質等を含めてこれに限定されない多くの変数に依存する。
The pulling speed profile is determined based on the above-mentioned Boronkov theory by simulation by slicing a reference ingot in the axial direction experimentally or by combining these techniques. That is, this determination is made by slicing the ingot sliced in the axial direction in the transverse direction after the simulation, checking it in the wafer state, and further repeating the simulation. For the simulation, a plurality of types of pulling speeds are determined within a predetermined range, and a plurality of reference ingots are grown. As shown in FIG. 2, the pulling speed profile for the simulation is from a high pulling speed (a) such as 1.2 mm / min to a low pulling speed (c) of 0.5 mm / min and again a high pulling speed (d). Adjusted to The low pulling speed may be 0.4 mm / min or less, and the change in pulling speeds (b) and (d) is preferably linear.
A plurality of reference ingots pulled at different speeds are each sliced separately in the axial direction. The optimal V / G is determined from the correlation between the axial slice, wafer verification and simulation results, and then the optimal pulling speed profile is determined and the ingot is manufactured with that profile. The actual pull rate profile will depend on many variables including, but not limited to, the desired ingot diameter, the particular hot zone furnace used and the quality of the silicon melt.
引上げ速度を徐々に低下させてV/Gを連続的に低下させたときのインゴットの断面図を描いてみると、図3に示される事実が分かる。図3には、インゴット内での空孔型点欠陥が支配的に存在する領域が[V]、格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域が[I]、及び空孔型点欠陥の凝集体及び格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域が[P]としてそれぞれ示される。前述したようにパーフェクト領域[P]は更に領域[PI]と領域[PV]に分類される。領域[PV]はパーフェクト領域[P]の中でも凝集体にならない空孔型点欠陥が存在する領域であり、領域[PI]はパーフェクト領域[P]の中でも凝集体にならない格子間シリコン型点欠陥が存在する領域である。
図3に示すように、インゴットの軸方向位置P1は、中央に空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を含む。位置P2は位置P1に比べて中央に小さい空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を含む。位置P3は中央に空孔型点欠陥もなく、縁部分に格子間シリコン型点欠陥もないので全てパーフェクト領域である。また位置P4は格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在するリング領域及び中央のパーフェクト領域を含む。
Drawing the cross-sectional view of the ingot when V / G is continuously reduced by gradually reducing the pulling speed, the fact shown in FIG. 3 can be seen. FIG. 3 shows a region [V] in which vacancy type point defects exist predominantly in the ingot [V], a region in which interstitial silicon type point defects exist predominantly [I], and vacancy type point defects. A perfect region where no agglomerates and no agglomerates of interstitial silicon type point defects exist is indicated as [P]. As described above, the perfect region [P] is further classified into a region [P I ] and a region [P V ]. The region [P V ] is a region where vacant point defects that do not become aggregates exist in the perfect region [P], and the region [P I ] is an interstitial silicon type that does not become aggregates in the perfect region [P]. This is an area where point defects exist.
As shown in FIG. 3, the axial position P 1 of the ingot includes a region where a vacancy-type point defect exists predominantly in the center. The position P 2 includes a region in which a small hole-type point defect exists predominantly in the center as compared with the position P 1 . The position P 3 is a perfect region because there is no hole type point defect in the center and no interstitial silicon type point defect in the edge portion. The position P 4 includes a ring region where an interstitial silicon type point defect exists predominantly and a perfect region in the center.
図3から明らかなように、位置P1に対応したウェーハW1は、中央に空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を含む。このウェーハW1に対して、従来のOSF顕在化熱処理に従った、酸素雰囲気下、1000℃±30℃の温度で2〜5時間熱処理し、引続き1130℃±30℃の温度で1〜16時間熱処理すると、図4に示すようにウェーハW1ではウェーハの周縁付近にOSFリングが発生する。このOSFリングで囲まれた空孔型点欠陥が支配的に存在する領域はCOPが出現する傾向がある。位置P4に対応したウェーハW4は、格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在するリング及び中央のパーフェクト領域を含む。 As is apparent from FIG. 3, the wafer W 1 corresponding to the position P 1 includes a region where a vacancy-type point defect exists predominantly in the center. This wafer W 1 was heat-treated in an oxygen atmosphere at a temperature of 1000 ° C. ± 30 ° C. for 2 to 5 hours according to a conventional OSF clarification heat treatment, and subsequently at a temperature of 1130 ° C. ± 30 ° C. for 1 to 16 hours. When the heat treatment is performed, an OSF ring is generated in the vicinity of the periphery of the wafer W 1 as shown in FIG. COP tends to appear in the region where the vacancy-type point defects surrounded by the OSF ring are dominant. The wafer W 4 corresponding to the position P 4 includes a ring in which interstitial silicon type point defects exist predominantly and a central perfect region.
[1] 請求項1に係るシリコンウェーハ
請求項1に係るウェーハは図3の位置P2に対応したウェーハW2である。このウェーハW2はウェーハW1に比べて中央にウェーハ総面積の1/2の面積(50%)で空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を含む。このウェーハW2に対して上記OSF顕在化熱処理を行うと、OSFはリング状にならずに、ウェーハの中心部にディスク状に発生する。請求項1に係るウェーハW2は、ウェーハ総面積の25%以上にOSFが発生する。OSFがウェーハ総面積の25%未満では、BMDの発生領域が狭く、十分なIG効果を得にくい。好ましくは50〜80%である。このウェーハW2は、図5に示すようにOSFがリング状でなく、中心部に顕在化するように選定して決められた引上げ速度プロファイルで成長したインゴットをスライスして作製される。図6はその平面図である。このウェーハW2ではOSFがリング状を形成しないため、COPフリーである。またLD(侵入型転位)の発生もない。このウェーハW2を作り出すインゴットは、転位発生を伴わない酸素析出物を2×104〜2×108個/cm2の割合で含む。このため、特開平8−45945号公報に示されるように急速加熱の前にウェーハの状態で500〜800℃の比較的低温で0.5〜20時間保持して、ウェーハ内に高密度に酸素析出核を導入しなくてもよい。BMD密度が2×104個/cm2未満では、ウェーハ状態で急速加熱を行ったときに十分なIG効果を得にくい。また2×108個/cm2はOSF領域に発生し得る最大のBMD密度である。
[1] wafer according to the
[2] 請求項1に係る熱処理方法
請求項1に係る熱処理方法は1回の急速加熱である。この急速加熱は水素ガス又は水素ガスを含む雰囲気下で行われる。具体的には転位発生を伴わない酸素析出物を上記割合で含む室温のシリコンウェーハW2を1100〜1250℃の温度に加熱した炉に素早く入れ、1分〜2時間保持する。別の方法として、転位発生を伴わない酸素析出物を上記割合で含む室温のシリコンウェーハW2を高熱発生可能なランプを用いた高速加熱炉内に配置し、ランプスイッチを入れて熱射を開始し急速に1100〜1250℃の温度に加熱し、1分〜2時間保持する。ここで急速加熱とは、3℃/分以上150℃/秒以下、好ましくは30℃/分以上100℃/秒以下の昇温速度で熱処理することをいう。ランプ光照射で急速加熱する場合にはウェーハを均一に加熱できるため、予め加熱した炉に入れる場合と比較してウェーハがより反りにくいという利点がある。急速加熱して到達する最終温度が、1100℃未満ではウェーハ表面近傍における酸素析出物の消滅が不十分でDZ層を十分に確保できない。また1250℃を越えると、ウェーハ表面近傍の酸素析出物が消滅する前に転位が発生し、DZ層を十分に確保できない。また保持時間が1分未満ではウェーハ表面における酸素析出物を縮小させる時間が短すぎ、ウェーハ表面での酸素析出物の消滅が不十分でDZ層を十分に確保できない。また2時間を越えると、必要以上の厚さのDZ層が得られ、しかも生産性に悪影響を及ぼす。好ましい保持時間は1分〜1.5時間に決められる。
この急速加熱の後、シリコンウェーハを室温まで放冷すれば、ウェーハ表面から1〜100μmの深さにわたってDZ層が形成され、このDZ層より深い部分のBMD密度が2×104〜2×108個/cm3のIGウェーハが得られる。
[2] Heat treatment method according to
After this rapid heating, if the silicon wafer is allowed to cool to room temperature, a DZ layer is formed over a depth of 1 to 100 μm from the wafer surface, and the BMD density in a portion deeper than this DZ layer is 2 × 10 4 to 2 × 10 6. 8 wafers / cm 3 of IG wafer can be obtained.
次に本発明の実施例を比較例とともに説明する。
<実施例1>
シリコン単結晶引上げ装置を用いて直径8インチのボロン(B)がドープされたp型のシリコンインゴットを引上げた。このインゴットは直胴部の長さが1200mm、結晶方位が(100)、抵抗率が約10Ωcm、酸素濃度が1.0×1018atoms/cm3(旧ASTM)であった。インゴットは、引上げ時のV/Gを0.24mm2/分℃から0.18mm2/分℃まで連続的に減少させながら、同一条件で2本育成した。そのうちの1本のインゴットは図3に示すように引上げ方向にインゴット中心を切断し、各領域の位置を調べ、別の1本から図3のP2に対応する位置のシリコンウェーハW2を切出し、試料とした。この例では試料となるウェーハW2は中央にウェーハ総面積の1/2の面積(50%)で空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を含む。このウェーハW2に対して上記OSF顕在化熱処理を行うと、図6に示すようにOSFはリング状にならずに、ウェーハの中心部にウェーハ総面積の25%以上の面積でディスク状に発生する。
インゴットから切出し鏡面研磨したこのウェーハW2を水素ガス10%とアルゴンガス90%の雰囲気下、室温から1200℃まで約50℃/分の昇温速度で加熱し、1200℃で90秒間保持することにより、熱処理を行った。
Next, examples of the present invention will be described together with comparative examples.
<Example 1>
A p-type silicon ingot doped with boron (B) having a diameter of 8 inches was pulled using a silicon single crystal pulling apparatus. This ingot had a length of the straight body of 1200 mm, a crystal orientation of (100), a resistivity of about 10 Ωcm, and an oxygen concentration of 1.0 × 10 18 atoms / cm 3 (former ASTM). Two ingots were grown under the same conditions while continuously decreasing the V / G during pulling from 0.24 mm 2 / min ° C. to 0.18 mm 2 / min ° C. One of the ingots is cut in the center of the ingot in the pulling direction as shown in FIG. 3, the position of each region is examined, and the silicon wafer W 2 corresponding to P 2 in FIG. 3 is cut out from the other ingot. A sample was prepared. In this example, the sample wafer W 2 includes an area in which the vacancy-type point defects exist predominantly in the center with an area (50%) of ½ of the total area of the wafer. When the OSF revealing heat treatment is performed on the wafer W 2 , the OSF is not formed in a ring shape as shown in FIG. 6, but is generated in a disk shape with an area of 25% or more of the total wafer area at the center of the wafer. To do.
The wafer W 2 cut out from the ingot and mirror-polished is heated from room temperature to 1200 ° C. at a heating rate of about 50 ° C./minute in an atmosphere of 10% hydrogen gas and 90% argon gas and held at 1200 ° C. for 90 seconds. Then, heat treatment was performed.
<比較例1>
実施例1と同一装置を用いて直径8インチのボロン(B)がドープされたp型のシリコンインゴットを引上げた。このインゴットは直胴部の長さ、結晶方位、抵抗率、酸素濃度が実施例1と同一であった。インゴットは実施例1と同様にV/Gを制御して、同一条件で2本育成した。そのうちの1本のインゴットは図3に示すように引上げ方向にインゴット中心を切断し、各領域の位置を調べ、別の1本から図3のP3に対応する位置のシリコンウェーハW3を切出し、試料とした。この例では試料となるウェーハW3はOSF顕在化熱処理をしたときに実施例1のディスクが縮小してディスクのないウェーハである。このウェーハW3を実施例1と同様に熱処理した。
<Comparative Example 1>
Using the same apparatus as in Example 1, a p-type silicon ingot doped with boron (B) having a diameter of 8 inches was pulled up. This ingot had the same length as the straight body portion, crystal orientation, resistivity, and oxygen concentration as in Example 1. Two ingots were grown under the same conditions by controlling V / G in the same manner as in Example 1. One of the ingots is cut in the center of the ingot in the pulling direction as shown in FIG. 3, the position of each region is examined, and a silicon wafer W 3 at a position corresponding to P 3 in FIG. 3 is cut out from the other ingot. A sample was prepared. In this example, the wafer W 3 as a sample is a wafer without a disk due to the reduction of the disk of Example 1 when the OSF revealing heat treatment is performed. This wafer W 3 was heat-treated in the same manner as in Example 1.
<比較評価その1>
実施例1及び比較例1の各ウェーハを劈開し、更にウェーハ表面をライト(Wright)エッチング液で選択エッチングを行い、光学顕微鏡の観察により、ウェーハ表面から深さ350μmにおける領域部分のBMD面積密度を測定した。これらの結果を表1に示す。
表1から明らかなように、OSF顕在化熱処理をしたときに、酸素析出物が比較例1のウェーハより実施例1のウェーハの方が多いため、実施例1のウェーハは比較例1のウェーハと比べてより高いIG効果が得られる。
<
Each wafer of Example 1 and Comparative Example 1 was cleaved, and the wafer surface was further selectively etched with a Wright etchant, and the BMD area density of the region at a depth of 350 μm from the wafer surface was observed by observation with an optical microscope. It was measured. These results are shown in Table 1.
As is clear from Table 1, since the oxygen precipitate is more in the wafer of Example 1 than in the wafer of Comparative Example 1 when the OSF revealing heat treatment is performed, the wafer of Example 1 is the same as the wafer of Comparative Example 1. A higher IG effect can be obtained.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004100326A JP4124151B2 (en) | 2004-03-30 | 2004-03-30 | IG wafer manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004100326A JP4124151B2 (en) | 2004-03-30 | 2004-03-30 | IG wafer manufacturing method |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000005210A Division JP3687456B2 (en) | 2000-01-05 | 2000-01-05 | Heat treatment method for imparting IG effect to silicon wafer and IG wafer imparted with IG effect by this method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004241786A JP2004241786A (en) | 2004-08-26 |
JP4124151B2 true JP4124151B2 (en) | 2008-07-23 |
Family
ID=32959891
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004100326A Expired - Lifetime JP4124151B2 (en) | 2004-03-30 | 2004-03-30 | IG wafer manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4124151B2 (en) |
-
2004
- 2004-03-30 JP JP2004100326A patent/JP4124151B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004241786A (en) | 2004-08-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100369761B1 (en) | Silicon Wafer and Heat Treatment Method of the Same | |
JP4743010B2 (en) | Silicon wafer surface defect evaluation method | |
JP2000053497A (en) | Low defect density silicon single crystal wafer doped with nitrogen and its production | |
JP3731417B2 (en) | Method for producing silicon wafer free of agglomerates of point defects | |
JP2001217251A (en) | Method of heat-treating silicon wafer | |
JP4131077B2 (en) | Silicon wafer manufacturing method | |
JP6802243B2 (en) | How to evaluate defective areas of wafers | |
US6682597B2 (en) | Silicon wafer, and heat treatment method of the same and the heat-treated silicon wafer | |
US6428619B1 (en) | Silicon wafer, and heat treatment method of the same and the heat-treated silicon wafer | |
JP4107628B2 (en) | Pre-heat treatment method for imparting IG effect to silicon wafer | |
JP3903655B2 (en) | IG processing method of silicon wafer | |
JP3687456B2 (en) | Heat treatment method for imparting IG effect to silicon wafer and IG wafer imparted with IG effect by this method | |
JP4366956B2 (en) | High quality wafer and manufacturing method thereof | |
JP3687403B2 (en) | Silicon wafer | |
JP3933010B2 (en) | Method for measuring point defect distribution of silicon single crystal ingot | |
JP4124151B2 (en) | IG wafer manufacturing method | |
JP2001089294A (en) | Method of continuously pulling up silicon single crystal free from agglomerates of point defects | |
JP3915606B2 (en) | Method for measuring point defect distribution of silicon single crystal ingot | |
JP4003351B2 (en) | IG processing method | |
JP3855527B2 (en) | Heat treatment method for silicon wafer | |
JP3855531B2 (en) | Silicon wafer with polysilicon layer and method for manufacturing the same | |
JP2001102385A (en) | Silicon wafer without aggregate of dot-like defect | |
JP2009218620A (en) | Method of manufacturing silicon wafer | |
JP2002134517A (en) | Method for heat-treating silicon wafer | |
JP4259708B2 (en) | Manufacturing method of SOI substrate |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071113 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080115 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080415 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080428 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4124151 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110516 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120516 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130516 Year of fee payment: 5 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |