JP4131077B2 - Silicon wafer manufacturing method - Google Patents

Silicon wafer manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP4131077B2
JP4131077B2 JP2000198189A JP2000198189A JP4131077B2 JP 4131077 B2 JP4131077 B2 JP 4131077B2 JP 2000198189 A JP2000198189 A JP 2000198189A JP 2000198189 A JP2000198189 A JP 2000198189A JP 4131077 B2 JP4131077 B2 JP 4131077B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
silicon
ingot
wafer
silicon wafer
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 - Fee Related
Application number
JP2000198189A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002016071A (en
Inventor
嘉信 中田
弘幸 白木
孝明 塩多
久 降屋
パーク ジェア−グン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumco Corp
Original Assignee
Sumco Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumco Corp filed Critical Sumco Corp
Priority to JP2000198189A priority Critical patent/JP4131077B2/en
Publication of JP2002016071A publication Critical patent/JP2002016071A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4131077B2 publication Critical patent/JP4131077B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チョクラルスキー法(以下、CZ法という。)により作られた点欠陥の凝集体が存在しないシリコンウェーハにイントリンシックゲッタリング(以下、IG)効果をもたらす製造方法に関する。更に詳しくは、酸素析出核を十分に発現し、デバイス製造工程の熱処理でIG効果を発揮するシリコンウェーハの製造方法及びその方法で製造されたシリコンウェーハに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
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。
【0003】
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特開平11−1393号公報に開示されている。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。
一方、半導体デバイスメーカーの中には、OSF、COP及びLDを有しない上に、デバイス工程で生じる金属汚染をゲッタリングする能力を有するシリコンウェーハを求めるメーカーがある。ゲッタリング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。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
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。
本発明の目的は、領域[P V ]及び領域[P I ]の混合領域又は領域[P V ]のみからなり、かつ酸素濃度が0.5×1018〜1.1×1018atoms/cm3(旧ASTM)であるインゴットから切出されたシリコンウェーハであっても、このウェーハに比較的短時間の所定の熱処理を施すことにより、点欠陥の凝集体が存在せず、かつゲッタリング能力を有するIG層を形成できる、シリコンウェーハの製造方法及びその方法により製造されたシリコンウェーハを提供することにある。
本発明の別の目的は、酸素ドナーキラー処理を不要とする、シリコンウェーハの製造方法及びその方法により製造されたシリコンウェーハを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、図1〜図4に示すように、チョクラルスキー法により窒素が1×1010〜1×1014atoms/cm3ドープされたシリコン単結晶インゴットを育成し、インゴット内での格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域を[I]とし、空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を[V]とし、格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体が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点欠陥の凝集体が存在しないシリコンウェーハの製造方法である。
その特徴ある構成は、領域[I]に隣接しかつパーフェクト領域[P]に属し侵入型転位を形成し得る最低の格子間シリコン濃度未満の領域を[PI]とし、領域[V]に隣接しかつパーフェクト領域[P]に属しCOP又はFPDを形成し得る空孔濃度以下の領域を[PV]とするとき、領域[PV]及び領域[PI]の混合領域又は領域[PV]のみからなりかつ酸素濃度が0.5×1018〜1.1×1018atoms/cm3(旧ASTM)であるシリコン単結晶インゴットを引上げ、インゴットから切出されたシリコンウェーハをアルゴン及び窒素の混合ガス雰囲気下で室温から1100〜1300℃まで10〜100℃/秒の昇温速度で加熱し、1100〜1300℃で0〜10秒間保持し、更に1100〜1300℃から室温まで10〜100℃/秒の降温速度で冷却するところにある。
【0006】
この請求項1に記載されたシリコンウェーハの製造方法では、窒素ドープされたインゴットの酸素濃度が0.5×1018〜1.1×1018atoms/cm3(旧ASTM)である場合であって、シリコンウェーハが領域[P V ]及び領域[P I ]の混合領域又は領域[P V ]のみからなるときには、このインゴットから切出されたシリコンウェーハを上記のような比較的短時間の熱処理(急速加熱及び急速冷却)を施すことにより、結晶成長時に酸素析出核が導入されない領域[PI]にも酸素析出核が発現し、結晶成長時に酸素析出核が導入されている領域[PV]ではその酸素析出核の密度が高まる。従って、上記熱処理を行ったウェーハを半導体デバイスメーカーのデバイス製造工程で熱酸化処理すると、上記酸素析出核が酸素析出物(Bulk Micro Defect、以下、BMDという。)に成長し、領域[P V ]及び領域[P I ]の混合領域又は領域[P V ]のみからなるウェーハであっても、このウェーハにゲッタリング能力を有するIG層が形成される、即ちウェーハ全面がIG効果を発揮する。
【0008】
【発明の実施の形態】
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(窒素ドープ)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、このインゴットを切出して作製される。
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。
【0009】
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。
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、インゴットを切出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:K2Cr27(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。
【0010】
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)、インゴットとシリコン融液の界面近傍のインゴット鉛直方向の温度勾配を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を横軸にとり、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縦軸にとって、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。
【0011】
このパーフェクト領域[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。
本発明の所定の引上げ速度プロファイルは、インゴットがホットゾーン炉内のシリコン溶融物から引上げられる時、温度勾配に対する引上げ速度の比(V/G)が格子間シリコン型点欠陥の凝集体の発生を防止する第1臨界比((V/G)1)以上であって、空孔型点欠陥の凝集体をインゴットの中央にある空孔型点欠陥が支配的に存在する領域内に制限する第2臨界比((V/G)2)以下に維持されるように決められる。
【0012】
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切出すことで、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、軸方向に切出されたインゴットを横断方向に切出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各別に軸方向に切出される。最適のV/Gが軸方向の切出し、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。
【0013】
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。具体的には、図3におけるインゴット軸方向位置1(図3では丸数字1)3(図3では丸数字3)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のないパーフェクト領域であって、領域[P V ]及び領域[P I ]の混合領域(軸方向位置2(図3では丸数字2))と領域[P V ]のみ(軸方向位置1(図3では丸数字1))とが本発明に係る領域である。なお、図3における軸方向位置3(図3では丸数字3)は領域[P I ]のみであり、本発明の領域に含まれない。
【0014】
インゴットに窒素を1×1010〜1×1014atoms/cm3、好ましくは5×1012〜1×1014atoms/cm3ドープすることにより、領域[PV]又は領域[PI]のいずれか一方の領域又は双方の混合領域に点欠陥の凝集体が発生せず、領域[PV]の酸素析出核の密度が高まるとともに、領域[PI]にも所望の密度以上の酸素析出核を形成できる。インゴットに窒素をドープする方法としては、インゴットの引上げ時に窒化物が混合された多結晶シリコン又は窒化膜が形成された多結晶シリコン融液に投入するか、或いはインゴットを窒素雰囲気中で引上げることにより行われる。窒素のドープ量を1×1010〜1×1014atoms/cm3に限定したのは、1×1010atoms/cm3未満では酸素析出物の生成を促進するという効果を得られず、1×1014atoms/cm3を越えると電気的補償により所望の抵抗率から外れるからである。即ち、ホウ素のドープによりPタイプとなったウェーハに、ウェーハをNタイプにする窒素のドープ量(この窒素はシリコンと置換する。)が多くなると、上記Pタイプ及びNタイプが互いにキャンセルして抵抗値が上昇するからである。
【0015】
また空孔型点欠陥が支配的に存在する領域のパーフェクト領域に接する僅かな領域(図1の(V/G)2〜(V/G)3)は、ウェーハ面内でCOPもLDも発生していない領域である。しかしこの領域を含むシリコンウェーハに対して、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、OSFを生じる。即ち、上記ウェーハではウェーハの半径の1/2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。
【0016】
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。
本発明のシリコンウェーハは上述したインゴットの軸方向位置1(図3では丸数字1)及び2(図3では丸数字2)で切出したウェーハ1(図3では丸数字1)及び2(図3では丸数字2)であって、その平面図は図4(a)及び(b)にそれぞれ示される。ウェーハ1(図3では丸数字1)及び2(図3では丸数字2)は本発明の急速加熱及び急速冷却の熱処理によりウェーハ1(図3では丸数字1)及び2(図3では丸数字2)に所望の密度以上の酸素析出核を発生させるために、その酸素濃度が0.5×1018〜1.1×1018atoms/cm3(旧ASTM)であることが必要である。
【0017】
次に上記シリコンウェーハ1(図3では丸数字1)及び2(図3では丸数字2)の急速加熱及び急速冷却の熱処理について説明する。
この熱処理はウェーハ1(図3では丸数字1)及び2(図3では丸数字2)をアルゴン及び窒素の混合ガス雰囲気下で室温から1100〜1300℃まで20〜70℃/秒の昇温速度で加熱し、1100〜1300℃で0〜10秒間保持し、更に1100〜1300℃から室温まで20〜100℃/秒の降温速度で冷却することにより行われる。ここで保持時間が0秒間とは、昇温した後に直ちに降温し、所定の温度に保持しないことを意味する。加熱は室温に維持された熱処理炉、又は連続運転の場合には余熱で数百度になっている熱処理炉の内部にウェーハを導入し、この熱処理炉内でシリコンウェーハに白熱ランプ、ハロゲンランプ、アークランプ、グラファイトヒータ等の放射光を照射し、10〜100℃/秒、好ましくは20〜70℃/秒の昇温速度で1100〜1300℃まで昇温する。昇温速度が10℃/秒未満では酸素析出核は増加するものの処理能力に劣り、実用的でない。また保持温度が1100℃未満では酸素析出核が十分に増加せず、半導体デバイスメーカーのデバイス製造工程で熱酸化処理を行ったときに、IG効果を十分に発揮できない。保持温度が1300℃を越えるか、又は保持時間が10秒を越える場合には、スリップが発生したり、熱処理の生産性が低下する不具合を生じる。また昇温速度が100℃/秒を越えると、自重応力や面内温度分布のバラツキによりスリップが発生する不具合を生じる。
【0018】
一方、冷却は上記所定の温度に保持された熱処理炉の白熱ランプ等の放射光の照射を停止、又は徐々に低下して、10〜100℃/秒、好ましくは20〜100℃/秒の降温速度で室温まで冷却する。降温速度が10℃/秒未満では十分な酸素析出核が形成されず、降温速度が100℃/秒を越えると、面内に温度分布の差が大きくなり、スリップが発生する不具合がある。上述のように従来と比べて短時間の熱処理(急速加熱時間、所定の温度での保持時間及び急速冷却時間の合計)で済むのは、ウェーハを切出す前のインゴットに窒素がドープされているためである。これによりウェーハの領域[PV]又は領域[PI]のいずれか一方の領域又は双方の混合領域に点欠陥の凝集体が存在せず、かつ領域[PV]の酸素析出核の密度が高まるとともに、領域[PI]にも所望の密度以上の酸素析出核が形成されるので、上記熱処理後のウェーハに半導体デバイス製造工程における熱酸化処理を行うことにより、ウェーハにゲッタリング能力を有するIG層が形成され、ウェーハはIG効果を発揮することができる。
【0019】
また上述のように熱処理を短時間化することにより、シリコンウェーハのヘイズ(シリコンウェーハをスポットライトで照射したときのウェーハ表面が白っぽく見える度合)、マイクロラフネス(シリコンウェーハを鏡面研磨した後のウェーハ表面の100〜1000nmのピッチでの表面粗さ)、スリップ(シリコンウェーハの結晶中ですべりにより生じた結晶欠陥)及び汚染(Cu,Fe,Cr,Ni)が低減される。更に上記熱処理を行うことにより、ウェーハプロセスのうちの酸素ドナーキラー処理が不要となる。
【0020】
【実施例】
次に本発明の実施例を参考例及び比較例とともに説明する。
参考例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)及び窒素(N)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0.9×1018atoms/cm3(旧ASTM)であった。インゴットは、引上げ時のV/Gを0.28mm2/分℃から0.16mm2/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の軸方向位置2(図3では丸数字2)のシリコンウェーハ2(図3では丸数字2)を切出し、試料とした。この例では試料となるウェーハは、中心部に領域[PV]を有し、その周囲に領域[PI]を有する図4(b)に示すウェーハ2(図3では丸数字2)である。
インゴットから切出し鏡面研磨したこのウェーハ2(図3では丸数字2)を窒素雰囲気下、室温から1250℃まで40℃/秒の昇温速度で加熱し、1250℃で3秒間保持し、更に50℃/秒の降温速度で冷却した。なお、表面の窒化を防ぐため、1250〜700℃までは、窒素と同時に1%の酸素を流した。
【0021】
参考例2
参考例1と同じインゴットから図3の軸方向位置1(図3では丸数字1)で切出し鏡面研磨したウェーハ1(図3では丸数字1)を用いて、参考例1と同様に熱処理した。
<参考例
参考例1と同じインゴットから図3の軸方向位置3(図3では丸数字3)で切出し鏡面研磨したウェーハ3(図3では丸数字3)を用いて、参考例1と同様に熱処理した。
【0022】
<参考例
参考例1と同じインゴットから図3の軸方向位置2(図3では丸数字2)で切出し鏡面研磨したウェーハ2(図3では丸数字2)を、アルゴン雰囲気下、室温から1250℃まで40℃/秒の昇温速度で加熱し、1250℃で約3秒間保持し、更に50℃/秒の降温速度で冷却した。
<実施例
参考例1と同じインゴットから図3の軸方向位置2(図3では丸数字2)で切出し鏡面研磨したウェーハ2(図3では丸数字2)を、アルゴン及び窒素がそれぞれ50%及び50%の雰囲気下、室温から1250℃まで40℃/秒の昇温速度で加熱し、1250℃で約3秒間保持し、更に50℃/秒の降温速度で冷却した。
【0023】
<比較例1>
参考例1と同様の条件で、窒素をドープしないで成長させたインゴットから図3の軸方向位置2(図3では丸数字2)で切出し鏡面研磨したウェーハ2(図3では丸数字2)を窒素雰囲気下、室温から1250℃まで40℃/秒の昇温速度で加熱し、1250℃で3秒間保持し、更に50℃/秒の降温速度で冷却した。
<比較例2>
比較例1と同じインゴットから図3の軸方向位置2(図3では丸数字2)で切出し鏡面研磨したウェーハ2(図3では丸数字2)を窒素雰囲気下、室温から1250℃まで40℃/秒の昇温速度で加熱し、1250℃で30秒間保持し、更に50℃/秒の降温速度で冷却した。
【0024】
<比較試験及び評価>
半導体デバイスメーカーのデバイス製造工程における熱処理に模して、実施例1と、参考例1〜4と、比較例1及び2のウェーハをそれぞれ2枚ずつ酸素雰囲気下、800℃で4時間保持した後、酸素雰囲気下、1000℃で16時間保持する熱処理を行った。次に2枚のうちの一方の各ウェーハのヘイズ及びマイクロラフネスをそれぞれ測定した。
また2枚のうちの他方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[PV]及び領域[PI]に相当する部分のスリップの有無、汚染の度合、BMD体積密度及びデヌーデッドゾーン(Denuded Zone:以下、DZという)の幅をそれぞれ測定した。
【0025】
なお、上記ヘイズはパーティクルカウンタ(Surf Scan 6200:KLA Tencor社製)を用いてゲイン7で測定することにより評価し、マイクロラフネスはAFM(原子間力顕微鏡)を用いて1000×1000nmの測定領域の平均粗さ(Ra)を測定することにより評価した。またスリップの有無はX線トポグラフィを用いて評価し、汚染の度合は原子吸光法を用いてウェーハ表面の金属汚染(Cu,Fe,Cr)を測定することにより評価した。更にBMD体積密度は光学顕微鏡の観察により、ウェーハ表面から深さ100μmにおけるウェーハ中心部からウェーハ周辺部までのウェーハ全面のBMD体積密度を測定することにより評価し、Dzの幅は光学顕微鏡によりバルク欠陥が全く観察されない領域のウェーハ表面からの深さを測定することにより評価した。
実施例1と、参考例1〜4と、比較例1及び2のウェーハの熱処理条件及び図3の切出し位置を表1に示し、ヘイズ、マイクロラフネス、スリップの有無、汚染の度合、BMD体積密度及びDzの幅を表2に示す。また表2において、汚染の度合のN.D.とは「Not Detect(検出下限以下)」の略である。
【0026】
【表1】
【0027】
【表2】
【0028】
表1及び表2から明らかなように、実施例1と参考例1〜4の窒素ドープしたウェーハでは3秒という短い熱処理時間(アニール時間)でも、十分な量の酸素析出が発生しており、またDz幅も確保されていることが判った。一方、窒素ドープをしなかった比較例1のウェーハでは、所定のBMD体積密度を確保することができず、また窒素ドープをしなかった比較例2のウェーハでは、熱処理時間(アニール時間)を30秒と長くして所定のBMD体積密度を確保できたけれども、スリップや汚染が発生し、更にウェーハの表面の粗れも大きくなっていることが判った。
【0029】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の熱処理方法によれば、領域[PV]及び領域[PI]の混合領域又は領域[PV]のみからなりかつ酸素濃度が0.5×1018〜1.1×1018atoms/cm3(旧ASTM)である窒素ドープされたシリコンウェーハを、アルゴン及び窒素の混合ガス雰囲気下で室温から1100〜1300℃まで10〜100℃/秒の昇温速度で加熱し、1100〜1300℃で0〜10秒間保持し、更に1100〜1300℃から室温まで10〜100℃/秒の降温速度で冷却するという短時間の熱処理を施すことにより、点欠陥の凝集体が存在しないことに加え、領域[PV]の酸素析出核の密度が高まるとともに、領域[PI]にも所望の密度以上の酸素析出核が形成される。この結果、上記熱処理を終了したウェーハに対して半導体デバイス製造工程における熱酸化処理を行うことにより、ウェーハにゲッタリング能力を有するIG層が形成されてウェーハはIG効果を発揮することができる。
また本発明の熱処理を行うことにより、従来行われていた酸素ドナーキラー処理が不要となる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 ボロンコフの理論を基づいた、V/G比が臨界点以上では空孔豊富インゴットが形成され、V/G比が臨界点以下では格子間シリコン豊富インゴットが形成されることを示す図。
【図2】 所望の引上げ速度プロファイルを決定するための引上げ速度の変化を示す特性図。
【図3】 本発明による基準インゴットの空孔が支配的に存在する領域、格子間シリコンが支配的に存在する領域及びパーフェクト領域を示すX線トポグラフィの概略図。
【図4】 (a) 図3の位置1(図3では丸数字1)に対応するシリコンウェーハに[PV]領域が出現するウェーハの平面図。
(b) 図3の位置2(図3では丸数字2)に対応するシリコンウェーハに[PV]領域及び[PI]領域が出現するウェーハの平面図。
(c) 図3の位置3(図3では丸数字3)に対応するシリコンウェーハに[PI]領域が出現するウェーハの平面図。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a manufacturing method that provides an intrinsic gettering (hereinafter referred to as IG) effect on a silicon wafer that is free from aggregates of point defects formed by the Czochralski method (hereinafter referred to as CZ method). More specifically, the present invention relates to a silicon wafer manufacturing method that sufficiently expresses oxygen precipitation nuclei and exhibits an IG effect by heat treatment in a device manufacturing process, and a silicon wafer manufactured by the method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in the process of manufacturing a semiconductor integrated circuit, as a cause of lowering yield, micro 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.
[0003]
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 in Japanese Patent Laid-Open No. 11-1393. 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.
On the other hand, some semiconductor device manufacturers require a silicon wafer that does not have OSF, COP, and LD, but has the ability to getter metal contamination generated in the device process. When a wafer that does not have sufficient gettering capability is contaminated with metal in the device process, junction leakage, device malfunction due to trap levels due to metal impurities, and the like, resulting in a decrease in product yield.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
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.
The object of the present invention consists only of the mixed region or region [P V ] of the region [P V ] and the region [P I ] , and the oxygen concentration is 0.5 × 10 18 to 1.1 × 10 18 atoms / cm. 3 Even if a silicon wafer cut from an ingot (former ASTM) is subjected to a predetermined heat treatment for a relatively short time, there is no agglomeration of point defects and gettering ability It is providing the manufacturing method of a silicon wafer which can form the IG layer which has this, and the silicon wafer manufactured by the method.
Another object of the present invention is to provide a silicon wafer manufacturing method and a silicon wafer manufactured by the method, which do not require an oxygen donor killer treatment.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
As shown in FIGS. 1 to 4, the invention according to claim 1 grows a silicon single crystal ingot doped with nitrogen by 1 × 10 10 to 1 × 10 14 atoms / cm 3 by the Czochralski method. A region in which interstitial silicon type point defects exist predominantly in [I], a region in which vacancy type point defects exist predominantly [V], This is a method for producing a silicon wafer in which a point defect aggregate cut out from an ingot composed of a perfect region [P] does not exist, where [P] is a perfect region where no hole-type point defect aggregate exists.
The characteristic configuration is that the region below the lowest interstitial silicon concentration that is adjacent to the region [I] and belongs to the perfect region [P] and capable of forming an interstitial dislocation is [P I ], and is adjacent to the region [V]. In addition, when the region below the vacancy concentration that belongs to the perfect region [P] and can form COP or FPD is [P V ], the mixed region or region [P V of the region [P V ] and the region [P I ] ] consists only and oxygen concentration pulling a silicon single crystal ingot is 0.5 × 10 18 ~1.1 × 10 18 atoms / cm 3 ( old ASTM), a a silicon wafer cut out from an ingot argon and Heat from room temperature to 1100 to 1300 ° C. at a heating rate of 10 to 100 ° C./second in a mixed gas atmosphere of nitrogen, hold at 1100 to 1300 ° C. for 0 to 10 seconds, and further from 1100 to 1300 ° C. to room temperature. There is to be cooled at a cooling rate of 10~100 ℃ / sec.
[0006]
In the silicon wafer manufacturing method described in claim 1, the oxygen concentration of the nitrogen-doped ingot is 0.5 × 10 18 to 1.1 × 10 18 atoms / cm 3 (former ASTM). Thus, when the silicon wafer is composed of only the mixed region or region [P V ] of the region [P V ] and the region [P I ], the silicon wafer cut out from the ingot is heat-treated for a relatively short time as described above. By applying (rapid heating and rapid cooling), oxygen precipitation nuclei are also expressed in a region [P I ] where oxygen precipitation nuclei are not introduced during crystal growth, and regions where oxygen precipitation nuclei are introduced during crystal growth [P V ] Increases the density of the oxygen precipitation nuclei. Therefore, when the heat-treated wafer is thermally oxidized in the device manufacturing process of the semiconductor device manufacturer, the oxygen precipitation nuclei grow into oxygen precipitates (Bulk Micro Defect, hereinafter referred to as BMD), and the region [P V ]. Even if the wafer is composed of only the mixed region of the region [P I ] or the region [P V ] , an IG layer having gettering ability is formed on the wafer, that is, the entire surface of the wafer exhibits the IG effect.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The silicon wafer of the present invention is manufactured by pulling up an ingot (nitrogen-doped) from a silicon melt in a hot zone furnace with a predetermined pulling speed profile based on Boronkov theory by the CZ method, and then cutting out the ingot. Is done.
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.
[0009]
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.
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 appears when a silicon wafer produced by cutting 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) for 30 minutes. It is a source of traces that exhibit a unique flow pattern, and LSTD is a source that generates scattered light having a refractive index different from that of silicon when an infrared ray is irradiated into a silicon single crystal.
[0010]
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 in the vertical direction of the ingot near the interface between the ingot and the silicon melt is G (° C. / Mm), V / G (mm 2 / min · ° C.) is controlled. In this theory, as shown in FIG. 1, V / G is taken on the horizontal axis, and the vacancy-type point defect concentration and the interstitial silicon type point defect concentration are taken on the same vertical axis. Is described 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].
[0011]
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.
The predetermined pulling rate profile of the present invention shows that when the ingot is pulled from the silicon melt in the hot zone furnace, the ratio of the pulling rate to the temperature gradient (V / G) indicates the formation of agglomerates of interstitial silicon type point defects. The first critical ratio to be prevented ((V / G) 1 ) or higher, and the agglomeration of vacancy-type point defects is limited to a region where the vacancy-type point defects in the center of the ingot are dominantly present. It is determined so as to be maintained below the two critical ratio ((V / G) 2 ).
[0012]
The profile of the pulling speed is determined based on the above-mentioned Boronkov theory by simulation, by experimentally cutting a reference ingot in the axial direction, or by combining these techniques. That is, this determination is performed by cutting the ingot cut in the axial direction in the transverse direction after the simulation, confirming it in the wafer state, and 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 up at different speeds are cut in the axial direction. The optimum V / G is determined from the correlation of the results of axial cutting, wafer verification and simulation, then the optimum pulling speed profile is determined, and an 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.
[0013]
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. Specifically, the axial positions 1 (circle numeral 1 in FIG. 3 ) to 3 (circle numeral 3 in FIG. 3 ) of the ingot in FIG. 3 are aggregates of hole type point defects and interstitial silicon type point defects. It is a perfect region without a collection, and only the region [P V ] and the region [P I ] mixed region (axial position 2 (circle numeral 2 in FIG. 3)) and region [P V ] (axial position 1 ( In FIG. 3, the circled numbers 1)) are the areas according to the present invention . Note that the axial position 3 in FIG. 3 (circle numeral 3 in FIG. 3) is only the region [P I ] and is not included in the region of the present invention.
[0014]
By doping the ingot with nitrogen at 1 × 10 10 to 1 × 10 14 atoms / cm 3 , preferably 5 × 10 12 to 1 × 10 14 atoms / cm 3 , the region [P V ] or the region [P I ] is doped. Aggregation of point defects does not occur in any one region or both mixed regions, the density of oxygen precipitation nuclei in the region [P V ] increases, and oxygen precipitation of a desired density or more also occurs in the region [P I ]. Nuclei can be formed. As a method of doping the ingot with nitrogen, when the ingot is pulled up, it is poured into a polycrystalline silicon mixed with nitride or a polycrystalline silicon melt formed with a nitride film, or the ingot is pulled up in a nitrogen atmosphere. Is done. The reason for limiting the doping amount of nitrogen to 1 × 10 10 to 1 × 10 14 atoms / cm 3 is that the effect of promoting the formation of oxygen precipitates cannot be obtained if it is less than 1 × 10 10 atoms / cm 3. This is because if it exceeds × 10 14 atoms / cm 3 , it deviates from the desired resistivity due to electrical compensation. That is, if the amount of nitrogen doping that makes the wafer N-type (this nitrogen replaces silicon) increases in the wafer that has become P-type due to boron doping, the P-type and N-type cancel each other and resistance This is because the value rises.
[0015]
In addition, in a slight region ((V / G) 2 to (V / G) 3 in FIG. 1) in contact with the perfect region where the vacancy-type point defects exist predominantly, COP and LD are generated in the wafer surface. It is an area that is not. But for the silicon-way Ha containing this region, according to the conventional OSF manifestation heat treatment under an oxygen atmosphere, and heat-treated 2-5 hours at a temperature of 1000 ° C. ± 30 ° C., subsequently 1130 ° C. at a temperature of ± 30 ° C. When heat-treated for 1 to 16 hours, OSF is generated. That is, the OSF ring occurs in the vicinity of a half of the radius of the wafer. COP tends to appear in the region where the vacancy-type point defects surrounded by the OSF ring are dominant.
[0016]
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 silicon wafer of the present invention is obtained by cutting wafers 1 (circle number 1 in FIG. 3) and 2 (circle number 1 in FIG. 3 ) cut out at the axial positions 1 (circle number 1 in FIG. 3) and 2 (circle number 2 in FIG. In FIG. 4A and FIG. 4B, the plan view is a circled number 2) . Wafers 1 (circled number 1 in FIG. 3) and 2 (circled number 2 in FIG. 3) are processed by rapid heating and rapid heat treatment of the present invention . In order to generate oxygen precipitation nuclei having a desired density or higher in 2) , it is necessary that the oxygen concentration be 0.5 × 10 18 to 1.1 × 10 18 atoms / cm 3 (former ASTM).
[0017]
Next, rapid heating and rapid cooling heat treatment of the silicon wafer 1 (circled number 1 in FIG. 3) and 2 (circled number 2 in FIG. 3) will be described.
This heat treatment wafer 1 (FIG. 3 circled numeral 1) and 2 (circled number 2 in FIG. 3) to 1100 to 1300 ° C. from room temperature under a mixed gas atmosphere of an argon and nitrogen 20 to 70 ° C. / sec Atsushi Nobori It heats at a speed | rate, hold | maintains at 1100-1300 degreeC for 0 to 10 second, and also cools by cooling at a temperature-fall rate of 20-100 degrees C / second from 1100-1300 degreeC to room temperature. Here, the holding time of 0 seconds means that the temperature is lowered immediately after the temperature is raised and is not kept at a predetermined temperature. The wafer is introduced into a heat treatment furnace maintained at room temperature or a heat treatment furnace with a residual heat of several hundred degrees in continuous operation, and an incandescent lamp, halogen lamp, arc is applied to the silicon wafer in this heat treatment furnace. Radiation light such as a lamp or a graphite heater is irradiated, and the temperature is raised to 1100 to 1300 ° C. at a temperature raising rate of 10 to 100 ° C./second, preferably 20 to 70 ° C./second. When the rate of temperature increase is less than 10 ° C./second, the oxygen precipitation nuclei increase, but the processing ability is inferior and is not practical. Further, when the holding temperature is lower than 1100 ° C., the oxygen precipitation nuclei do not increase sufficiently, and when the thermal oxidation treatment is performed in the device manufacturing process of the semiconductor device manufacturer, the IG effect cannot be sufficiently exhibited. If the holding temperature exceeds 1300 ° C. or the holding time exceeds 10 seconds, a slip occurs or the heat treatment productivity decreases. On the other hand, if the rate of temperature rise exceeds 100 ° C./second, there is a problem that slip occurs due to variations in self-weight stress and in-plane temperature distribution.
[0018]
On the other hand, the cooling is performed by stopping or gradually decreasing the irradiation of radiant light such as an incandescent lamp of a heat treatment furnace maintained at the predetermined temperature, and the temperature is lowered by 10 to 100 ° C / second, preferably 20 to 100 ° C / second. Cool to room temperature at speed. When the rate of temperature decrease is less than 10 ° C./second, sufficient oxygen precipitation nuclei are not formed, and when the rate of temperature decrease exceeds 100 ° C./second, a difference in temperature distribution increases in the plane, causing slip. As described above, the heat treatment (rapid heating time, holding time at a predetermined temperature, and rapid cooling time) that is shorter than the conventional heat treatment can be completed by doping the ingot before cutting the wafer with nitrogen. Because. As a result, no agglomerates of point defects are present in one or both of the region [P V ] and the region [P I ] of the wafer, and the density of oxygen precipitation nuclei in the region [P V ] is high. At the same time, oxygen precipitation nuclei having a desired density or more are formed in the region [P I ], so that the wafer has gettering capability by performing thermal oxidation treatment in the semiconductor device manufacturing process on the wafer after the heat treatment. An IG layer is formed, and the wafer can exhibit the IG effect.
[0019]
In addition, by shortening the heat treatment time as described above, the haze of the silicon wafer (the degree to which the wafer surface looks whitish when irradiated with a spotlight), microroughness (the wafer surface after mirror polishing the silicon wafer) Surface roughness at a pitch of 100 to 1000 nm), slip (crystal defects caused by sliding in silicon wafer crystals) and contamination (Cu, Fe, Cr, Ni) are reduced. Furthermore, by performing the above heat treatment, the oxygen donor killer treatment in the wafer process becomes unnecessary.
[0020]
【Example】
Next, examples of the present invention will be described together with reference examples and comparative examples.
< Reference Example 1 >
A p-type silicon ingot doped with boron (B) and nitrogen (N) having a diameter of 8 inches was pulled using a silicon single crystal pulling apparatus. The ingot had a length of 1200 mm, a crystal orientation of (100), a resistivity of about 10 Ωcm, and an oxygen concentration of 0.9 × 10 18 atoms / cm 3 (former ASTM). Two ingots were grown under the same conditions while continuously decreasing the V / G at the time of pulling from 0.28 mm 2 / min ° C. to 0.16 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, and the position of each region is examined. From another one, the axial position 2 in FIG. 3 (circle number 2 in FIG. 3) A silicon wafer 2 (circled number 2 in FIG. 3) was cut out and used as a sample. In this example, the wafer to be a sample is the wafer 2 shown in FIG. 4B having a region [P V ] at the center and a region [P I ] around it (circle numeral 2 in FIG. 3). .
This wafer 2 cut out from the ingot and mirror-polished (circled number 2 in FIG. 3) is heated from room temperature to 1250 ° C. at a heating rate of 40 ° C./second in a nitrogen atmosphere, held at 1250 ° C. for 3 seconds, and further 50 ° C. It was cooled at a rate of temperature decrease of / sec. In order to prevent nitriding of the surface, 1% oxygen was allowed to flow simultaneously with nitrogen up to 1250 to 700 ° C.
[0021]
< Reference Example 2 >
Heat treatment was performed in the same manner as in Reference Example 1 using a wafer 1 (circled number 1 in FIG. 3) cut out from the same ingot as in Reference Example 1 at an axial position 1 in FIG. 3 (circled number 1 in FIG. 3) and mirror-polished.
<Reference Example 3 >
Using the wafer 3 (circle number 3 in FIG. 3) cut out from the same ingot as that of Reference Example 1 at the axial position 3 in FIG. 3 (circle number 3 in FIG. 3), heat treatment was performed in the same manner as in Reference Example 1 .
[0022]
<Reference Example 4 >
Wafer 2 (circle number 2 in FIG. 3) cut out from the same ingot as in Reference Example 1 at the axial position 2 in FIG. 3 (circle number 2 in FIG. 3) is 40 ° C. from room temperature to 1250 ° C. in an argon atmosphere. The sample was heated at a rate of temperature increase of / sec, held at 1250 ° C for about 3 seconds, and further cooled at a rate of temperature decrease of 50 ° C / sec.
<Example 1 >
Wafer 2 (circle numeral 2 in FIG. 3) cut out from the same ingot as in Reference Example 1 at the axial position 2 in FIG. 3 (circle numeral 2 in FIG. 3), and argon and nitrogen are 50% and 50%, respectively. Under an atmosphere, the sample was heated from room temperature to 1250 ° C. at a temperature increase rate of 40 ° C./second, held at 1250 ° C. for about 3 seconds, and further cooled at a temperature decrease rate of 50 ° C./second.
[0023]
<Comparative Example 1>
Under the same conditions as in Reference Example 1 , a wafer 2 (circle number 2 in FIG. 3) that was cut out from the ingot grown without doping nitrogen at the axial position 2 in FIG. 3 (circle number 2 in FIG. 3) and mirror-polished was obtained. Under a nitrogen atmosphere, the sample was heated from room temperature to 1250 ° C. at a temperature increase rate of 40 ° C./second, held at 1250 ° C. for 3 seconds, and further cooled at a temperature decrease rate of 50 ° C./second.
<Comparative example 2>
Wafer 2 (circle number 2 in FIG. 3) cut out from the same ingot as in Comparative Example 1 at axial position 2 in FIG. 3 (circle number 2 in FIG. 3) and mirror-polished in a nitrogen atmosphere from room temperature to 1250 ° C. at 40 ° C. / The sample was heated at a rate of temperature increase of 1 second, held at 1250 ° C. for 30 seconds, and further cooled at a temperature decrease rate of 50 ° C./second.
[0024]
<Comparison test and evaluation>
After holding the wafers of Example 1 , Reference Examples 1 to 4 , and Comparative Examples 1 and 2 in an oxygen atmosphere at 800 ° C. for 4 hours in a similar manner to the heat treatment in the device manufacturing process of a semiconductor device manufacturer. Then, a heat treatment was performed for 16 hours at 1000 ° C. in an oxygen atmosphere. Next, the haze and microroughness of each one of the two wafers were measured.
In addition, the other of the two wafers is cleaved, and the wafer surface is further selectively etched with a Wright etching solution. By observation with an optical microscope, a region [P V ] and a region at a depth of 350 μm from the wafer surface are observed. The presence / absence of slip in the portion corresponding to [P I ], the degree of contamination, the BMD volume density, and the width of the denuded zone (hereinafter referred to as DZ) were measured.
[0025]
The haze is evaluated by measuring at a gain of 7 using a particle counter (Surf Scan 6200: manufactured by KLA Tencor), and the microroughness is measured in an area of 1000 × 1000 nm using an AFM (atomic force microscope). Evaluation was made by measuring the average roughness (Ra). The presence or absence of slip was evaluated using X-ray topography, and the degree of contamination was evaluated by measuring metal contamination (Cu, Fe, Cr) on the wafer surface using an atomic absorption method. Furthermore, the BMD volume density is evaluated by measuring the BMD volume density of the entire wafer surface from the wafer center to the wafer periphery at a depth of 100 μm from the wafer surface by observation with an optical microscope. Evaluation was made by measuring the depth from the wafer surface in a region where no observable was observed.
Table 1 shows the heat treatment conditions of the wafers of Example 1, Reference Examples 1 to 4 , Comparative Examples 1 and 2, and the cutting position of FIG. 3, and shows haze, microroughness, presence or absence of slip, degree of contamination, and BMD volume density. And Table 2 shows the widths of Dz. Also, in Table 2, N. D. Is an abbreviation of “Not Detect”.
[0026]
[Table 1]
[0027]
[Table 2]
[0028]
As is clear from Tables 1 and 2, in the nitrogen-doped wafers of Example 1 and Reference Examples 1 to 4 , a sufficient amount of oxygen was generated even in a short heat treatment time (annealing time) of 3 seconds, It was also found that the Dz width was secured. On the other hand, in the wafer of Comparative Example 1 that was not doped with nitrogen, a predetermined BMD volume density could not be secured, and in the wafer of Comparative Example 2 that was not doped with nitrogen, the heat treatment time (annealing time) was 30. Although a predetermined BMD volume density could be ensured by extending the time to a second, it was found that slipping and contamination occurred, and the surface roughness of the wafer was also increased.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the heat treatment method of the present invention, the region [P V ] and the mixed region of the region [P I ] or only the region [P V ] and the oxygen concentration is 0.5 × 10 18 to 1 .1 × 10 18 atoms / cm 3 (former ASTM) of a silicon wafer doped with nitrogen at a temperature rising rate of 10 to 100 ° C./second from room temperature to 1100 to 1300 ° C. in a mixed gas atmosphere of argon and nitrogen Aggregates of point defects by heating and holding at 1100 to 1300 ° C. for 0 to 10 seconds and further cooling from 1100 to 1300 ° C. to room temperature at a cooling rate of 10 to 100 ° C./sec. In addition to the fact that the density of oxygen precipitation nuclei in the region [P V ] increases, oxygen precipitation nuclei having a desired density or more are also formed in the region [P I ]. As a result, by performing the thermal oxidation process in the semiconductor device manufacturing process on the wafer that has been subjected to the heat treatment, an IG layer having gettering capability is formed on the wafer, and the wafer can exhibit the IG effect.
Further, by performing the heat treatment of the present invention, there is an advantage that the oxygen donor killer treatment which has been conventionally performed becomes unnecessary.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing that a void-rich ingot is formed when the V / G ratio is higher than a critical point, and an interstitial silicon-rich ingot is formed when the V / G ratio is lower than the critical point, based on the Boronkov theory. .
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a change in pulling speed for determining a desired pulling speed profile.
FIG. 3 is a schematic view of an X-ray topography showing a region in which vacancies are dominant in a reference ingot according to the present invention, a region in which interstitial silicon is dominant and a perfect region.
4A is a plan view of a wafer in which a [P V ] region appears on the silicon wafer corresponding to position 1 in FIG. 3 (circled number 1 in FIG. 3) .
(B) A plan view of a wafer in which a [P V ] region and a [P I ] region appear on the silicon wafer corresponding to position 2 in FIG. 3 (circled number 2 in FIG. 3) .
(C) Plan view of the wafer in which the [P I ] region appears on the silicon wafer corresponding to position 3 in FIG. 3 (circle numeral 3 in FIG. 3) .

Claims (1)

チョクラルスキー法により窒素が1×1010〜1×1014atoms/cm3ドープされたシリコン単結晶インゴットを育成し、前記インゴット内での格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域を[I]とし、空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を[V]とし、格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を[P]とするとき、
前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点欠陥の凝集体が存在しないシリコンウェーハの製造方法であって、
前記領域[I]に隣接しかつ前記パーフェクト領域[P]に属し侵入型転位を形成し得る最低の格子間シリコン濃度未満の領域を[PI]とし、前記領域[V]に隣接しかつ前記パーフェクト領域[P]に属しCOP又はFPDを形成し得る空孔濃度以下の領域を[PV]とするとき、
前記領域[PV]及び前記領域[PI]の混合領域又は前記領域[PV]のみからなりかつ酸素濃度が0.5×1018〜1.1×1018atoms/cm3(旧ASTM)であるシリコン単結晶インゴットを引上げ、
前記インゴットから切出されたシリコンウェーハをアルゴン及び窒素の混合ガス雰囲気下で室温から1100〜1300℃まで10〜100℃/秒の昇温速度で加熱し、1100〜1300℃で0〜10秒間保持し、更に1100〜1300℃から室温まで10〜100℃/秒の降温速度で冷却することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
A silicon single crystal ingot doped with 1 × 10 10 to 1 × 10 14 atoms / cm 3 of nitrogen is grown by the Czochralski method, and a region in which interstitial silicon type point defects exist predominantly in the ingot. [V] is a region where vacancy-type point defects exist predominantly, and [P] is a perfect region where there are no interstitial silicon-type point defect aggregates and no vacancy-type point defect aggregates. And when
A method for producing a silicon wafer in which no agglomerates of point defects cut out from an ingot comprising the perfect region [P] exist,
A region below the lowest interstitial silicon concentration that is adjacent to the region [I] and belongs to the perfect region [P] and capable of forming an interstitial dislocation is defined as [P I ], adjacent to the region [V] and the When the region below the vacancy concentration that belongs to the perfect region [P] and can form COP or FPD is [P V ],
The region [P V ] and the mixed region of the region [P I ] or the region [P V ] alone, and the oxygen concentration is 0.5 × 10 18 to 1.1 × 10 18 atoms / cm 3 (former ASTM ) Is a silicon single crystal ingot,
A silicon wafer cut out from the ingot was heated at a heating rate of 10 to 100 ° C. / sec to 1100 to 1300 ° C. from room temperature under a mixed gas atmosphere of an argon and nitrogen, 0-10 seconds at 1100 to 1300 ° C. A method for producing a silicon wafer, wherein the silicon wafer is held and further cooled from 1100 to 1300 ° C. to room temperature at a cooling rate of 10 to 100 ° C./second.
JP2000198189A 2000-06-30 2000-06-30 Silicon wafer manufacturing method Expired - Fee Related JP4131077B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000198189A JP4131077B2 (en) 2000-06-30 2000-06-30 Silicon wafer manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000198189A JP4131077B2 (en) 2000-06-30 2000-06-30 Silicon wafer manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002016071A JP2002016071A (en) 2002-01-18
JP4131077B2 true JP4131077B2 (en) 2008-08-13

Family

ID=18696384

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000198189A Expired - Fee Related JP4131077B2 (en) 2000-06-30 2000-06-30 Silicon wafer manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4131077B2 (en)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10205084B4 (en) * 2002-02-07 2008-10-16 Siltronic Ag Process for the thermal treatment of a silicon wafer and silicon wafer produced thereby
JP2004063685A (en) * 2002-07-26 2004-02-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacture of semiconductor device
JP2008066357A (en) * 2006-09-05 2008-03-21 Shin Etsu Handotai Co Ltd Silicon single crystal wafer and method of manufacturing the same
JP5590644B2 (en) * 2009-03-09 2014-09-17 グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 Heat treatment method for silicon wafer
JP2010040588A (en) * 2008-07-31 2010-02-18 Covalent Materials Corp Silicon wafer
JP5498678B2 (en) * 2008-09-25 2014-05-21 グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 Silicon wafer manufacturing method
JP2010123588A (en) * 2008-11-17 2010-06-03 Sumco Corp Silicon wafer and heat treatment method thereof
JP5515406B2 (en) * 2009-05-15 2014-06-11 株式会社Sumco Silicon wafer and manufacturing method thereof
JP2013175742A (en) * 2013-03-29 2013-09-05 Shin Etsu Handotai Co Ltd Epitaxial wafer manufacturing method, epitaxial wafer and imaging device manufacturing method
US9634098B2 (en) * 2013-06-11 2017-04-25 SunEdison Semiconductor Ltd. (UEN201334164H) Oxygen precipitation in heavily doped silicon wafers sliced from ingots grown by the Czochralski method

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3747123B2 (en) * 1997-11-21 2006-02-22 信越半導体株式会社 Method for producing silicon single crystal with few crystal defects and silicon single crystal wafer
JP3353681B2 (en) * 1997-12-26 2002-12-03 三菱住友シリコン株式会社 Silicon wafer and crystal growing method
JP3614019B2 (en) * 1998-03-09 2005-01-26 信越半導体株式会社 Manufacturing method of silicon single crystal wafer and silicon single crystal wafer
JP3692812B2 (en) * 1998-06-04 2005-09-07 信越半導体株式会社 Nitrogen-doped low-defect silicon single crystal wafer and manufacturing method thereof
JP3711199B2 (en) * 1998-07-07 2005-10-26 信越半導体株式会社 Heat treatment method for silicon substrate
JP3994602B2 (en) * 1999-11-12 2007-10-24 信越半導体株式会社 Silicon single crystal wafer, manufacturing method thereof, and SOI wafer

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002016071A (en) 2002-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100369761B1 (en) Silicon Wafer and Heat Treatment Method of the Same
US8231852B2 (en) Silicon wafer and method for producing the same
KR100971163B1 (en) Annealed wafer and annealed wafer manufacturing method
JP2008066357A (en) Silicon single crystal wafer and method of manufacturing the same
JP4131077B2 (en) Silicon wafer manufacturing method
JP2001217251A (en) Method of heat-treating silicon wafer
JP3731417B2 (en) Method for producing silicon wafer free of agglomerates of point defects
JP3614019B2 (en) Manufacturing method of silicon single crystal wafer and silicon single crystal wafer
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
JP3687403B2 (en) Silicon wafer
JP4715402B2 (en) Single crystal silicon wafer manufacturing method, single crystal silicon wafer, and wafer inspection method
JP3687456B2 (en) Heat treatment method for imparting IG effect to silicon wafer and IG wafer imparted with IG effect by this 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
JP2002134517A (en) Method for heat-treating silicon wafer
JP4124151B2 (en) IG wafer manufacturing method
JP4003351B2 (en) IG processing method
KR100369767B1 (en) Silicon Wafer, Heat Treatment Method of the Same, and the Heat-treated Silicon Wafer
JP4259708B2 (en) Manufacturing method of SOI substrate
JP4748178B2 (en) Method for producing silicon wafer free of agglomerates of point defects
JP2003335599A (en) Process for identifying defect distribution in silicon single crystal ingot

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20041129

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070612

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070809

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20071120

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080121

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: 20080430

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: 20080513

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110606

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 4131077

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: 20110606

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120606

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: 20120606

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130606

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

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees