JP4380141B2 - Silicon wafer evaluation method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウエーハの評価方法、並びにその評価方法に基づいて判定した高品質のシリコンウエーハを用いたSOIウエーハの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、デバイス用基板として、支持基板上にシリコン活性層(SOI層)が形成されたSOIウエーハが広く利用されている。このようなSOIウエーハの製造方法として、例えば2枚のシリコンウエーハ同士を酸化膜を介して貼り合わせる貼り合わせ法が知られている。
図8は、貼り合わせ法の一つであるイオン注入剥離法によるSOIウエーハの製造工程の一例を示したものである。
【0003】
まず、最初の工程(1)では、SOI層となるボンドウエーハ21と支持基板となるベースウエーハ22とを準備し、続く工程(2)では、ボンドウエーハ21とベースウエーハ22のうちの少なくとも一方のウエーハの表面を酸化する。ここでは、ボンドウエーハ21を熱酸化しており、絶縁性の確保と熱処理時間とを考慮して、例えば、その表面に2nm〜3000nmの厚さの酸化膜23を形成する。
【0004】
工程(3)では、表面に酸化膜(絶縁層)23を形成したボンドウエーハ21の片側の表面から水素イオンをイオン注入する。なお、希ガスイオンあるいは水素イオンと希ガスイオンの混合ガスイオンをイオン注入してもよい。これにより、ウエーハ内部にイオンの平均進入深さにおいて表面に平行なイオン注入層24を形成することができる。なお、この時のイオン注入層の深さは、酸化膜23の厚さやイオン注入の際の注入加速電圧の大きさにより制御でき、最終的に形成されるSOI層の厚さに反映される。
【0005】
工程(4)は、ボンドウエーハ21のイオン注入された側の表面とベースウエーハ22の表面とを酸化膜23を介して貼り合わせる。例えば、常温の清浄な雰囲気下で2枚のウエーハ21,22の表面同士を接触させることにより、接着剤等を用いることなくウエーハ同士が接着する。
【0006】
次に、工程(5)では、熱処理によりボンドウエーハ21の一部をイオン注入層24で剥離する。例えば、ボンドウエーハ21とベースウエーハ22とを貼り合わせて接着したものに対し、不活性ガス雰囲気下約500℃以上の温度で熱処理を加えれば、結晶の再配列と気泡の凝集とによって剥離ウエーハ25とSOIウエーハ26(SOI層27+埋込み酸化膜23+ベースウエーハ22)に分離される。
【0007】
工程(6)では、SOIウエーハ26に対して結合熱処理を加える。前記(4)の貼り合わせ工程および(5)の剥離熱処理工程で接着させたウエーハ同士の結合力では、そのままデバイス作製工程で使用するには弱いので、結合熱処理としてSOIウエーハ26に高温の熱処理を施して結合強度を十分なものとする。例えば、この熱処理は不活性ガス雰囲気下、1050℃〜1200℃で30分から2時間の範囲で行うことができる。
【0008】
工程(7)では、SOIウエーハ26表面に形成された酸化膜を弗酸洗浄により除去するものである。
さらに工程(8)では、必要に応じ、SOI層27の厚さを調整するための酸化を行い、次いで(9)工程では弗酸洗浄により酸化膜28を除去して、SOI層27の厚さを調整することもできる。
以上のような工程(1)〜(9)を経て、絶縁層23上にシリコン活性層27が形成されてなるSOIウエーハ26を製造することができる。
【0009】
上記のようにSOIウェーハを製造する場合、ボンドウエーハとしては、これまでは通常、表面にサイズが50nm以上の微小ピット欠陥が存在するシリコンウエーハを使用するのが一般的であった。しかし、近年、シリコン活性層の薄膜化要求が増し、これに適用できるシリコンウエーハの品質要求も厳しくなっている。
【0010】
そこで、シリコン活性層の欠陥を低減させるものとして、エピタキシャル層を利用したものや、FPD、LSTD、COP等のグローンイン(Grown−in)欠陥と呼ばれる単結晶成長起因の欠陥の無い、いわゆるニュートラルな領域(N領域)のシリコン単結晶を利用したものが提案されている。
【0011】
例えば、シリコンウエーハ(ボンドウエーハ)上にエピタキシャル層を形成し、エピタキシャル層にボロンをイオン注入した後、支持基板に酸化膜を介して貼り合わせ、さらにボンドウエーハの裏面を研削研磨することによりSOIウエーハを製造する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
しかし、このようにエピタキシャル層を形成したウエーハをボンドウエーハとして使用した場合、SOI層の欠陥は改善されるが、エピタキシャル層を成長させる工程が増えるため、製造コストが著しく増加するという問題がある。
【0012】
一方、ボンドウエーハとして、FPDやCOP等の微小欠陥が存在しないN領域で育成したシリコンウエーハを用いる場合には、シリコン単結晶の育成条件を精密に制御する必要はあるが、エピタキシャル層を形成させるような工程は不要であるという利点がある。
【0013】
ここでN領域について説明しておくと、通常の結晶中固液界面近傍の温度勾配Gが大きい炉内構造(ホットゾーン:HZ)を使用したCZ引上げ機で結晶軸方向に成長速度Vを高速から低速に変化させた場合、図9に示したような欠陥分布図として得られることが知られている。
図9においてV領域とは、Vacancy、つまりシリコン原子の不足から発生する凹部、穴のようなものが多い領域であり、I領域とは、シリコン原子が余分に存在することにより発生する転位や余分なシリコン原子の塊が多い領域のことである。そして、V領域とI領域の間には、原子の不足や余分が無い(少ない)ニュートラル(Neutral、以下Nと略記することがある)領域が存在し、また、V領域の境界近辺にはOSF(酸化誘起積層欠陥、OxidationInduced Stacking Fault)と呼ばれる欠陥が、結晶成長軸に対する垂直方向の断面で見た時に、リング状に分布(以下、OSFリングということがある)していることも確認されている。
【0014】
そして、一般には、成長速度が比較的高速の場合には、空孔型の点欠陥が集合したボイド起因とされているFPD、LSTD、COP等のグローンイン欠陥が結晶径方向全域に高密度に存在し、これらの欠陥が存在する領域はV領域となる。また、成長速度の低下に伴い、OSFリングが結晶の周辺から発生し、このリングの外側に格子間シリコンが集合した転位ループ起因と考えられているL/D(Large Dislocation:格子間転位ループの略号、LSEPD、LFPD等)の欠陥(巨大転位クラスタ)が低密度に存在し、これらの欠陥が存在する領域はI領域(L/D領域ということがある)となる。さらに、成長速度を低速にすると、OSFリングがウエーハの中心に収縮して消滅し、全面がI領域となる(図9では、結晶成長界面の面内温度分布が均一なものを用いて結晶を成長させているため、V領域とI領域が大きく離れている例であり、上記説明とは完全には一致していない。)。
【0015】
そして、V領域とI領域の中間でOSFリングの外側のN領域は、空孔起因のFPD、LSTD、COPも、格子間シリコン起因のLSEPD、LFPDも存在しない領域となる。なお、最近では、N領域をさらに分類すると、図9に示されているように、OSFリングの外側に隣接するNv領域(空孔の多い領域)とI領域に隣接するNi領域(格子間シリコンが多い領域)とがあり、Nv領域では、熱酸化処理した際に酸素析出量が多く、Ni領域では酸素析出が殆ど無いことがわかっている。
さらに、ごく最近、Nv領域にはOSF消滅直後にCuデポジション法により極めて微細な欠陥が検出される領域が一部存在することも分かった(例えば、特許文献4参照。)。
【0016】
なお、Cuデポジション法とは、半導体ウエーハの欠陥の位置を正確に測定し、半導体ウエーハの欠陥に対する検出限度を向上させ、より微細な欠陥に対しても正確に測定し、分析できるウエーハの評価法である。
具体的には、ウエーハ表面上に所定の厚さの絶縁膜を形成させ、前記ウエーハの表面近くに形成された欠陥部位上の絶縁膜を破壊して欠陥部位にCu等の電解物質を析出(デポジション)するものである。つまり、Cuデポジション法は、Cuイオンが溶存する液体の中で、ウエーハ表面に形成した酸化膜に電位を印加すると、酸化膜が劣化している部位に電流が流れ、CuイオンがCuとなって析出することを利用した評価法である。酸化膜が劣化し易い部分にはCOP等の欠陥が存在していることが知られている。
Cuデポジションされたウエーハの欠陥部位は、集光灯下や直接的に肉眼で分析してその分布や密度を評価することができ、さらに顕微鏡観察、透過電子顕微鏡(TEM)または走査電子顕微鏡(SEM)等でも確認することができる。
【0017】
従来、原料融液から引き上げたシリコン単結晶インゴットをスライスしてウエーハとした場合、N領域はウエーハ面内では一部分にしか存在しなかったが、近年の技術の進歩により、引上げ速度(V)と結晶固液界面軸方向温度勾配(G)の比であるV/Gを制御することでN領域が横全面(ウェーハ全面)に広がった結晶が製造できるようになっている(図9参照)。
【0018】
そこで、SOIウエーハの製造においても、前記したようにボンドウエーハとして全面N領域となるシリコン単結晶ウエーハを用いる方法が提案されている。
例えば、チョクラルスキー法(CZ法)によりシリコン単結晶を引上げる際、引き上げ速度Vと引上げ軸方向の結晶固液界面の温度勾配Gとの比(V/G)を所定の範囲内に制御してN領域のシリコン単結晶を引上げ、ボンドウエーハとして、このN領域のシリコンウエーハを使用したSOIウエーハが提案されている(例えば、特許文献2及び特許文献3参照。)。
【0019】
【特許文献1】
特開平10−79498号公報(第4−6頁、図2)
【特許文献2】
特開2001−146498号公報(第5−8頁)
【特許文献3】
特開2001−44398号公報(第2−4頁、図1)
【特許文献4】
特開2002−201093号公報
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、引き上げたシリコン単結晶インゴットが所望の領域で育成されたものであることを確認するためにCuデポジション法による評価(Cuデポジション評価)を行うとなると、ウエーハの鏡面加工が必須である上、ウエーハ表面に酸化膜を形成させた後、Cuを析出させる処理(これらの処理を「Cuデポジション処理」と呼ぶ。)を行った上で分析を行う必要がある。従って、特にシリコン単結晶インゴットの引上げ直後にCuデポジション法により微小欠陥の有無を判定するには相当な日数を要し、リードタイムが長く、処理コストも大きいという問題がある。
【0021】
また、例えばイオン注入剥離法によりSOIウエーハを製造する際、ボンドウェーハとベースウェーハとの貼り合わせのための酸化処理及びSOI層の厚さを調整するための酸化処理を行った後、酸化膜除去のため弗酸洗浄を行う場合があるが、ボンドウエーハとしてN領域で育成したシリコン単結晶を用いても、SOI層がほぼ全面あるいは局部的に破壊するという不良が発生する場合があった。特にSOI層の厚さを薄く形成したときに上記のような不良が生じることが多かった。また、将来、さらにSOI層の薄膜化が要求されるようになった場合には、このような単にN領域で育成したシリコンウエーハをボンドウエーハとして使用してもSOI層が著しく劣化してしまうことが懸念されるほか、SOI層とベースウェーハの層間絶縁酸化膜の膜質を損なうという問題も予想される。
【0022】
そこで本発明者らは、SOIウエーハを製造する際、N領域の中でも、Cuデポジション法により検出される欠陥領域(以下「Cuデポジション欠陥領域」という場合がある。)が存在しないN領域となるような条件下でシリコン単結晶インゴットを引上げ、このインゴットから得たシリコンウエーハをボンドウエーハとして用いれば、弗酸洗浄等により微小ピットが発生せずに優れた電気特性を持つSOIウエーハを製造することができることを発想した。
【0023】
本発明は前述したような問題点に鑑みてなされたもので、シリコンウエーハについて、V領域、OSF領域、巨大転位クラスタ(LSEP、LFPD)領域、及びCuデポジション法により検出される欠陥領域を含まないニュートラル領域(N領域)のものであることを、迅速、容易に、かつ的確に判定することができるシリコンウエーハの評価方法を提供することを主な目的とする。
【0024】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明によれば、シリコンウエーハの評価方法であって、シリコンウェーハ中の初期酸素濃度がXppma(ASTM’79)であり、該ウエーハに対してドライ酸素雰囲気中900℃から1100℃の温度領域で2時間から4時間の酸化処理を施し、次いで前記ドライ酸素雰囲気よりも水蒸気を多く含むウエット酸素雰囲気中1100℃から1200℃の温度領域で1時間から2時間の酸化処理を施すことによりウエーハの表面に生成されるOSF最大密度がY個/cmであったとき、Y≦1.3X−10Xを満たすことを基準として判定を行うことを特徴とするシリコンウェーハの評価方法が提供される
【0025】
本発明者らは、Cuデポジション法により検出される欠陥領域が存在しないN領域のシリコンウエーハのほとんどが、上記のような評価方法においてY≦1.3X−10Xを満たすことを見出した。従って、この評価方法に従えば、シリコンウエーハの初期酸素濃度と、2段階の熱処理後のOSF最大密度との関係から、Cuデポジション法により検出される欠陥領域が存在しないN領域のものであることを容易に、かつ的確に判定することができる。また、このような評価方法は、必ずしも鏡面研磨が必要では無いなど、Cuデポジション法に比べて処理が容易であり、処理時間及び処理コストを抑えることができる。
【0026】
このような評価方法を適用する場面は特に限定されないが、例えば、前記評価方法による判定を、少なくとも、原料融液からシリコン単結晶インゴットを引上げる引上げ工程と、該インゴットをスライスしてシリコンウエーハを得るスライス工程と、該シリコンウエーハを鏡面化する鏡面加工工程によりシリコンウエーハを製造する際の前記スライス工程の前と前記鏡面加工工程の後の少なくともいずれかにおいて行うことができる
【0027】
例えば、引上げたシリコン単結晶インゴットをスライスする前にサンプルとして切り出したシリコンウエーハに対して前記評価方法を適用すれば、そのインゴット全体から得られるシリコンウエーハについて効率的に評価することができ、その後、スライス工程を行うか否かの判断を素早く、かつ的確に行うことができる。
一方、鏡面加工工程の後であれば、多数のウエーハの中から任意に抜き取った鏡面化ウエーハに対して評価を行うことができ、最終的な判定を素早く、かつ高い信頼性を持って行うことができる。
【0028】
また、前記評価方法による判定を行う前と後の少なくともいずれかにおいて、さらにグローンイン欠陥の有無の判定を行うことが好ましい
グローンイン欠陥が存在するV領域やI領域のシリコンウエーハも前記のようなY≦1.3X−10Xを満たす場合があり得るので、さらにグローンイン欠陥の有無の判定を行うことで、Cuデポジション欠陥領域が存在しないN領域のシリコンウエーハであることをより確実に判定することができる。
【0029】
また、前記評価方法による判定を前記スライス工程の前に行い、かつ前記鏡面加工工程の後にCuデポジション法による評価を行ってもよい
Cuデポジション法による評価を行うには鏡面加工を必須とするが、初期酸素濃度とOSF最大密度との関係を求める方法ではスライス工程の前の段階で素早く判定でき、その後、鏡面加工まで進んだ段階ではウエーハは既に鏡面化されているので、例えば任意に抜き取った鏡面ウェーハに対してCuデポジション法による評価を行うことで、所望の領域のシリコンウエーハであることを、一層高い信頼性を持って判定することができる。
【0030】
さらに、本発明によれば、前記評価方法を適用したSOIウエーハの製造方法が提供される。すなわち、絶縁層上にシリコン活性層が形成されてなるSOIウエーハの製造方法において、前記シリコンウエーハの評価方法によりCuデポジション法により検出される欠陥領域が存在しないN領域のシリコンウエーハとして判定したものを、前記SOIウエーハのシリコン活性層を形成するウエーハとして用いることを特徴とするSOIウエーハの製造方法が提供される
【0031】
このように本発明に係る評価方法によりCuデポジション欠陥領域が存在しないN領域のシリコンウエーハとして判定したものを、SOIウエーハのシリコン活性層を形成するウエーハとして用いてSOIウエーハを製造すれば、例えば、シリコン活性層の厚さが200nm以下となるような場合であっても、弗酸洗浄等により欠陥が拡大してシリコン活性層が破壊されることがなく、高品質のSOIウエーハを製造することができる。
【0032】
この場合、前記SOIウエーハの製造は、イオン注入剥離法により行うことができる
前記評価方法により所望のウエーハとして判定したシリコンウエーハを用いてイオン注入剥離法によりSOIウエーハの製造を行えば、シリコン活性層を極めて薄く厚さの均一なものとすることができる上、欠陥の無い極めて高品質のSOIウエーハを製造することができる。
【0033】
また、前記シリコン活性層を形成するシリコンウエーハとしては、初期酸素濃度が15ppma(ASTM’79)以上のものを用いることが好ましい
このような初期酸素濃度を有するものであれば、前記評価を行うための酸化処理において、判定に必要なOSFを十分生成させることができ、また、シリコン活性層において、悪影響となる不純物等を除去するゲッタリング能力を十分発揮させることができる。
【0034】
以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
本発明者らは、Cuデポジション欠陥領域が存在しないN領域となるようにシリコン単結晶インゴットを引き上げ、これをスライスして鏡面ウエーハとするまでに、Cuデポジション法により検出される欠陥領域が存在しないN領域のシリコンウエーハであることを、Cuデポジション法によらずに、容易に、かつ高い信頼性を持って評価することができる方法について鋭意研究を行った。
その結果、シリコンウエーハに対して所定の熱処理を施して強制的に発生させたOSFの密度と、初期酸素濃度を判断基準とすることで、Cuデポジション法により検出される微小欠陥の存在を、簡単に、かつ的確に評価することができることを見出した。
【0035】
具体的には、本発明者らは、ドライ酸素雰囲気中と、ウエット酸素雰囲気中とで、所定の温度と時間で2段階の酸化処理を施した後、薬液で酸化膜を除去するとOSFが高感度に検出されたことを確認した。
ここで本発明者らは、ウエーハ面内のOSF最大密度(個/cm2)とウェーハの初期酸素濃度ppma(ASTM’79)の関係調査を行った。その際、初期酸素濃度の増加に伴いOSF密度が増加し、また、そのOSFは結晶を高速から低速へ漸減する際、OSF領域で最大密度を示し、V領域、Nv領域およびI領域の一部にも低密度で発生するが、Ni領域に近づくほど減少することを確認した。
さらに、Cuデポジション欠陥が存在するN領域とCuデポジション欠陥フリーのN領域の境界を調査した。
【0036】
その結果、図3のようなグラフが得られ、OSF最大密度をY(個/cm2)、初期酸素濃度をXppma(ASTM’79)とした場合、Cuデポジション欠陥フリーのN領域は、Y≦1.3X2−10Xの関係を満たすOSF最大密度領域にほぼ相当することがわかった。そこで、Y≦1.3X−10Xを満たすことを基準とすれば、Cuデポジション法により検出される欠陥領域が存在しないN領域のシリコンウエーハであるか否かを鏡面研磨等を行わずに、迅速かつ感度良く判定することができることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【0037】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について具体的に説明する。なお、本発明に係るシリコンウエーハの評価方法は、評価するシリコンウエーハの用途等は特に限定されず、どのようなシリコンウエーハについても適用することができるが、好適な態様として、シリコン単結晶インゴットを引き上げ、SOIウエーハを製造するまでの工程において適用する場合について説明する。
【0038】
図1は、シリコン単結晶インゴットからSOIウエーハを製造するまでの工程において、本発明の評価方法を取り入れた一例を示すフロー図である。
まず、最初の結晶製造工程(A)、すなわちシリコン単結晶の引き上げ工程では、チョクラルスキー法(CZ法)により原料融液からシリコン単結晶インゴットを引上げる。このとき、例えば図4に示されるような単結晶引上げ装置を使用し、V/Gを制御しながらN領域であってCuデポジョン欠陥領域の無いシリコン単結晶となるように育成する。
【0039】
この単結晶引上げ装置30について説明すると、引上げ室31と、引上げ室31中に設けられたルツボ32と、ルツボ32の周囲に配置されたヒータ34と、ルツボ32を回転させるルツボ保持軸33及びその回転機構(図示せず)と、シリコンの種結晶を保持するシードチャック6と、シードチャック6を引上げるワイヤ7と、ワイヤ7を回転又は巻き取る巻取機構(図示せず)を備えている。また、ヒータ34の外側周囲には断熱材35が配置されている。
【0040】
ルツボ32は、その内側のシリコン融液(湯)2を収容する側には石英ルツボが設けられ、その外側には黒鉛ルツボが設けられている。なお、引上げ室31の水平方向の外側に、図示しない磁石を設置し、シリコン融液2に水平方向あるいは垂直方向等の磁場を印加することによって、融液の対流を抑制し、単結晶の安定成長をはかる、いわゆるMCZ法が用いられることも多い。
【0041】
また、育成したシリコン単結晶1を囲むようにして筒状の黒鉛筒(遮熱板)12が設けられており、さらに結晶の固液界面4近傍の外周に環状の外側断熱材10が、内側には内側断熱材11がそれぞれ設けられている。これらの断熱材10,11は、その下端とシリコン融液2の湯面3との間に2〜20cmの間隔を設けて設置されている。このような黒鉛筒(遮熱板)12や断熱材10,11を設けることにより、結晶中心部分の温度勾配Gc[℃/cm]と結晶周辺部分の温度勾配Geとの差が小さくなり、例えば結晶周辺の温度勾配の方が結晶中心より低くなるように炉内温度を制御することもできる。
また、黒鉛筒12の上には冷却筒14があって冷却媒体を流して強制冷却している。さらに、冷却ガスを吹き付けたり、輻射熱を遮って単結晶を冷却する筒状の冷却手段を設けてもよい。
【0042】
このような単結晶引上げ装置30を用いてシリコン単結晶を製造するには、まず、ルツボ32内でシリコンの高純度多結晶原料を融点(約1420℃)以上に加熱して融解する。次に、ワイヤ7を巻き出すことにより融液2の表面略中心部に種結晶の先端を接触又は浸漬させる。その後、ルツボ保持軸33を回転させるとともに、ワイヤ7を回転させながら巻き取る。これにより種結晶も回転しながら引上げられ、単結晶の育成が開始され、以後、引上げ速度と温度を適切に調節することにより略円柱形状のシリコン単結晶インゴット1を得ることができる。
【0043】
そして、N領域であって、Cuデポジション欠陥領域が存在しないシリコン単結晶を育成するには、例えば、引上げ中のシリコン単結晶の成長速度を漸減した場合、OSFリングが消滅した後に残存する、Cuデポジション法により検出される欠陥領域が消滅する境界の成長速度と、さらに成長速度を漸減した場合に格子間転位ループが発生する境界の成長速度との間の成長速度に制御して結晶を育成する。すなわち、引上げ中のシリコン単結晶の成長速度を結晶肩から直胴尾部にかけて高速から低速へ漸減させた場合、図5に示したように、成長速度Vに応じて、V領域、OSF領域、Cuデポジション欠陥領域、Nv領域、Ni領域、I領域(巨大転位クラスタ発生領域)の順に各相が形成されるが、N領域のうち、OSFリング消滅後に残存するCuデポジションにより検出される欠陥領域が消滅する境界の成長速度と、さらに成長速度を漸減した場合に、I領域が発生する成長速度との間の成長速度に制御して単結晶を育成する。このような方法によれば、FPD等のV領域欠陥、巨大転位クラスタ(LSEPD、LFPD)等のI領域欠陥、OSF領域を含まず、かつCuデポジション法により検出される微細な欠陥もないN領域のシリコン単結晶インゴットを引き上げることができる。
【0044】
なお、シリコン単結晶中の酸素濃度に関しては、要求されるゲッタリング能力等に応じて適宜設定すればよいが、酸素濃度が低過ぎると、後に評価を行うための酸化処理において、判定に必要なOSFを十分生成させることができないおそれがあるので、初期酸素濃度は15ppma(ASTM’79)以上となるように制御することが好ましい。また、このような酸素濃度であれば、後のデバイス作製工程において、不純物等を除去するゲッタリング能力を十分発揮させることができる。なお、酸素濃度の上限に関しては特に限定されないが、例えば酸素析出物等を考慮すると30ppma程度が適当である。
【0045】
次に、引き上げたシリコン単結晶インゴットをスライスしてウエーハとするが、上記のようにCuデポジション欠陥領域を含まないN領域を育成するには極めて厳密な制御が必要であるため、必ずしも狙った領域の単結晶が育成できるとは限らない。
そこで、所望の単結晶が製造できたか否かを検査する必要があり、スライス工程の前に本発明に係る評価方法(以下、「OSF評価」という場合がある)を適用して判定する(a)。
具体的には、例えば、インゴット直胴部の両端からサンプルとしてのウエーハを数枚切り出し、必要に応じてラッピング等を行った後、初期酸素濃度X(ppma)を測定する。
【0046】
次に、サンプルのシリコンウエーハに対してドライ酸素雰囲気中900℃から1100℃の温度領域で2時間から4時間の酸化処理(ドライ酸化処理)を施す。さらに、前記ドライ酸素雰囲気よりも水蒸気を多く含むウエット酸素雰囲気中1100℃から1200℃の温度領域で1時間から2時間の酸化処理(ウエット酸化処理)を施し(以下、このような2段階の酸化処理を「OSF熱処理」という場合がある)、OSFを強制的に生成させる。
【0047】
そして、このような2段階の熱処理(OSF熱処理)を施した後、ウエーハの表面に生成されるOSF最大密度がY(個/cm)であったとき、Y≦1.3X−10Xを満たすことを基準として合否判定を行う。すなわち、この式を満たす場合には、引き上げたシリコン単結晶インゴットをスライスして得られるシリコンウエーハは、Cuデポジション欠陥領域が存在しないN領域である可能性が極めて高く、合格と判定してスライス工程に移すことができる。一方、上記式が満たされない場合には、狙ったものとは違う領域のシリコン単結晶が育成されたことが予想されるので、スライス工程に移すのを中止する等の措置をとることができる。なお、図3に示されているように、わずかではあるが、Y≦1.3X−10Xを満たさない場合でも、Cuデポジション欠陥領域が存在しないN領域のものもあるので、不合格と判定された場合には、ここで、あるいは後に、Cuデポジション法による判定を行い、再度確認することもできる。
こうしてインゴットをスライスする前に、迅速にCuデポジション欠陥領域が無い結晶であるか否かを判定することができ、工程上極めて都合が良い。
【0048】
一方、何らかの理由によりN領域から外れてV領域あるいはI領域のシリコン単結晶が育成された場合であっても、上記のような評価方法を行ったときに、Y≦1.3X−10Xを満たす可能性がある。
そのため、インゴットの両端から切り出したサンプル用の別のウエーハを用い、さらにV領域並びにI領域のそれぞれに存在するグローンイン欠陥について評価を行い、それらの欠陥の有無の判定を行うことが望ましい(b)。
具体的には、サンプルのウエーハを、所定のエッチング液を用いてエッチングするなどしてFPD等のV領域欠陥、及び巨大転位クラスタ(LSEPD、LFPD)等のI領域欠陥について、それらの有無を判定すれば良い。なお、このようなグローンイン欠陥についての評価は、OSF評価(a)の前に行ってもよい。
【0049】
これらの評価(a),(b)の結果、引き上げられたシリコン単結晶インゴットは、V領域あるいはI領域ではなく、Cuデポジション欠陥領域が存在しないN領域である(合格)と判定したら、CW製造工程(B)に移し、スライス工程においてインゴットをスライスしてシリコンウエーハを得る。その後、これらのシリコンウエーハに対し、面取り、ラッピング、エッチング等の加工を施し、ラッピングとエッチングにより平坦化されたウエーハ(CW)を得る。
【0050】
続くPW製造工程(C)、すなわち鏡面加工工程では、研磨装置を用いてシリコンウエーハを鏡面研磨し、鏡面ウエーハ(PW)とする。
そして、ここで鏡面化されたシリコンウエーハは、インゴットの両端から切り出されたサンプルに対する先の評価(a),(b)において合格と判定されたものと同じインゴットから得られたものであるので、Cuデポジション欠陥領域が存在しないN領域の可能性が極めて高いが、必ずしもインゴット全体が同じ領域で育成されているとは限らない。
【0051】
そこで、必要に応じ、鏡面加工工程の後、多数の鏡面研磨ウエーハ(PW)から任意に抜き取ったものに対して先の評価方法を再度適用することが望ましい(PW抜き取りOSF評価(c))。このような抜き取り評価を行うことにより、同じインゴットから得られた他の鏡面ウエーハについても所望の領域となっていることを、より確実に判定することができる。なお、具体的な評価手順については前記と同様である。
また、同様の理由からグローンイン欠陥(FPD、LFPD、LSEP等)の有無の判定も再度行えば(PW抜き取りグローンイン欠陥評価(d))、信頼性を一層高めることができる。
【0052】
一方、図2に示されるように、鏡面加工工程の後、OSF評価に代えて、Cuデポジション法による評価を行っても良い(PW抜き取りCuデポジション欠陥評価(e))。
本発明に係る評価方法は、Cuデポジション法により検出される欠陥を感度良く反映するが、Cuデポジション法による評価結果と完全に一致するものではない。また、前記したようにCuデポジション法による評価は、鏡面加工を必須とし、判定に時間がかかるが、この段階ではウエーハは既に鏡面化されている。そこで、鏡面加工工程の後、任意に抜き取った鏡面ウェーハに対してCuデポジション法による評価を行えば、所望の領域のシリコンウエーハであることをより高い信頼性を持って比較的容易に判定することができる。
なお、Cuデポジション法による評価を行った後、前記と同様にグローンイン欠陥の有無についても判定を行うことで、V領域でもI領域でもないことを再度確認しても良い(d)。
【0053】
上記のような抜き取り評価((c)又は(e)、及び(d))でも合格と判定された場合には、同じインゴットから得られた全てのシリコンウエーハは、Cuデポジション法により検出される欠陥領域が存在しないN領域のシリコンウエーハ(合格品)として判定することができる。
【0054】
このように、本発明に係る評価方法によれば、引き上げたインゴットをスライスする前に、Cuデポジション欠陥領域が存在しないN領域のシリコン単結晶を引き上げることができたことを容易に、かつ的確に判定することができ、そのような判定を行った上で、後のスライス工程等に進めて所望の領域のシリコンウエーハを確実に製造することができる。従って、インゴットを実際にスライスする工程に入るまでに、評価結果待ちの時間を短くすることができ、工程を効率化することができる。また、スライス、鏡面研磨等行った後にCuデポジション欠陥有りとの判定となることを最小限に抑制することができる。
【0055】
そして、上記のようにCuデポジション法により検出される欠陥領域が存在しないN領域のシリコンウエーハとして判定したものを、SOIウエーハのシリコン活性層を形成するウエーハとして用いてSOIウエーハを製造すれば、極めて高品質のSOIウエーハを得ることができる。
例えばイオン注入剥離法によりSOIウエーハを製造する場合、本発明に係る評価方法により合格と判定したウエーハをボンドウエーハとして使用すれば、シリコン活性層が例えば200nm以下となるように薄く形成しても、フッ酸洗浄によりシリコン活性層が破壊されず、電気的に信頼性の高いSOIウエーハを、高歩留まりで効率的に製造することができる。
【0056】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
(実験1):OSF密度と初期酸素濃度に基づく判定基準の確認
図4に示したような単結晶製造装置30を用いて、以下のように結晶成長速度の漸減実験を行い、各領域の境界における成長速度を調べた。
まず、24インチ(600mm)径の石英ルツボに原料となる多結晶シリコンを150kgチャージし、V領域からN領域の範囲内で8インチ(200mm)径のシリコン単結晶インゴットを引き上げた。このインゴットを切断して結晶ブロックに分割した後、各結晶ブロックを、結晶軸方向に頭側から順にスライスしてウェーハを得た。このとき、切断順序がわかるようにレーザーマーキングにて番号を印字し、鏡面ウェーハに加工した。
【0057】
そして、各結晶ブロック単位のロットから2枚隣接する鏡面ウエーハを抜き取り、1枚はOSF熱処理後、セコエッチングにより酸化膜を除去してOSFの分布状況を確認した。なお、OSF評価は、1000℃の温度領域で3時間のドライ酸化処理を施し、次いで1150℃の温度領域で100分間のパイロ酸化処理(ウエット酸化処理)後、冷却(800℃出し入れ)し、薬液で酸化膜を除去したあと、密度測定および分布の確認を行った。
さらにもう1枚については、熱酸化膜形成後、Cuデポジション法による処理を施し、酸化膜欠陥の分布状況を確認した。評価条件は次のとおりである。
1)酸化膜:25nm
2)電界強度:6MV/cm
3)電圧印加時間:5分間
【0058】
OSF最大密度Y(個/cm)と初期酸素濃度Xppma(ASTM’79)との関係、及びこれらとCuデポジション欠陥との相関について調査したところ、図3に示したものと同様の関係が得られ、Cuデポジション欠陥フリーである条件は、Y≦1.3X−10Xの範囲内であることがわかった。
【0059】
(実験2):引上げ条件の確認
図4に示した引き上げ装置の24インチ石英ルツボに原料多結晶シリコンを150kgチャージし、成長速度を0.7mm/minから0.3mm/minの範囲で直径210mmのインゴットの結晶頭部から尾部にかけて漸減させるように制御した。また、酸素濃度は23〜26ppma(ASTM’79)となるようにした。
【0060】
そして、図6(A)(B)に示すとおり、引上げた単結晶の頭部から尾部にかけて結晶軸方向に縦割り切断し、その後、直径200mmのウェーハ形状の鏡面加工仕上げのサンプルを4枚作製した。
4枚のサンプルのうち3枚は、ウエーハライフタイム(WLT)測定(測定器:SEMILAB WT−85)およびセコエッチングによりV領域、OSF領域、I領域の各領域の分布状況、FPD、LEPの分布状況、そして2段熱処理によるOSF発生状況を調査し、各領域境界の成長速度を確認した。
さらに結晶軸方向に縦割り切断したサンプルのうち1枚は200mmφのウェーハ形状にくり抜き加工し、1枚は鏡面加工仕上げの上、ウェーハ表面に熱酸化膜形成後、Cuデポジション処理を施し、酸化膜欠陥の分布状況を確認した。
本実験における詳細は以下のとおりである。
【0061】
(1)直径210mmのインゴットを結晶軸方向10cm毎の長さでブロックに切断後、結晶軸方向に縦割り切断加工し、その後、図7に示されるように結晶軸に対し垂直方向に直径200mm(8インチ)の円柱状にくり抜き加工後ウェーハ形状の鏡面加工サンプルを4枚仕上げた。
【0062】
(2)上記サンプルのうち1枚目は、ウェーハ熱処理炉内620℃・2時間(窒素雰囲気)熱処理後、800℃・4時間(窒素雰囲気)と1000℃・16時間(ドライ酸素雰囲気)の2段熱処理を施した後に冷却し、SEMILAB WT−85によるWLTマップを作成した。
また2枚目は、ミラーエッチング後、セコエッチングを施し、FPDおよびLEPの分布を観察した。
【0063】
(3)3枚目は、OSF熱処理後、セコエッチング後酸化膜を除去し、OSFの分布状況を確認した。なお、OSF評価は、1000℃の温度領域で3時間ドライ酸化処理を施し、次いで1150℃の温度領域で100分間のウエット酸化処理後冷却(800℃出し入れ)し、薬液で酸化膜を除去したあと、密度測定および分布の確認を行った。
【0064】
(4)4枚目は、ウェーハ表面に熱酸化膜形成後Cuデポジション処理を施し、酸化膜欠陥の分布状況を確認した。評価条件は次のとおりである。
1)酸化膜:25nm
2)電界強度:6MV/cm
3)電圧印加時間:5分間
【0065】
実験結果
上記実験から、V領域、OSF領域、N領域、I領域の各領域を特定し、各領域におけるOSFの最大密度を測定した。
V領域 : 220個/cm2
OSF領域 : 2259個/cm2
Cuデポジション欠陥領域 : 1283個/cm2
Cuデポジション欠陥フリーN領域 : 856個/cm2
非析出N領域 : 0個/cm2
I領域 : 48個/cm2
【0066】
さらに、上記の結果から、V領域、OSF領域、N領域、I領域の各領域境界の成長速度を確認した。
V領域/OSF領域境界 : 0.523mm/min
OSF消滅境界 : 0.510mm/min
Cuデポジション欠陥消滅境界 : 0.506mm/min
析出N領域/非析出N領域境界 : 0.497mm/min
非析出N領域/I領域境界 : 0.488mm/min
このような結果から、今回用いた結晶引き上げ装置において、Cuデポジション欠陥領域が存在しないN領域となるようにシリコン単結晶を育成するには、成長速度が0.506〜0.488mm/minの範囲内となるように設定すれば良いことが分かった。
【0067】
(実験3):SOIウエーハの製造
図4に示した実験1と同じ引き上げ装置により、Y≦1.3X−10X(23≦X≦25:初期酸素濃度(ppma))を確実に満たすように、直胴部10cmから直胴尾部までの成長速度を0.50〜0.49mm/minに設定してシリコン単結晶を引上げた。
そして引き上げた全長110cmの結晶を10cm毎の長さに切断し、頭部10cmを除く各結晶ブロックを鏡面仕上げのウェーハに加工し、単位ロットから鏡面ウェーハを任意に抜き取った後、初期酸素濃度、FPD、LFPD、LSEP、2段熱処理によるOSF、Cuデポジション欠陥、酸化膜耐圧(Cモード)の各品質の評価をおこなった。なお、酸化膜耐圧特性の評価を行った際、Cモード測定条件は次のとおりである。
1)酸化膜:25nm
2)測定電極:リンドープ・ポリシリコン
3)電極面積:8mm
4)判定電流:1mA/cm
【0068】
FPD:結晶全ブロック発生なし
LFPD、LSEP:結晶全ブロック発生なし
Cuデポジション欠陥:結晶全ブロック発生なし
酸化膜耐圧(Cモード):結晶全ブロック100%
【0069】
また、各単位ロットからの抜き取りによる初期酸素濃度と2段熱処理後のOSF評価の結果を表1示す。なお、評価の際、鏡面ウェーハを1/2のサイズに分割した。
表1から、全てのブロックにおいて、Y≦1.3X−10Xを満たすことが分かった。
【0070】
【表1】

Figure 0004380141
【0071】
さらに、イオン注入剥離法に基づき、上記ロットの鏡面ウェーハをボンドウェーハとして使用し、ベースウェーハとの結合後に50nm厚のSOI層に加工してSOIウエーハを製造した。
このように製造されたSOIウェーハの表面をパーティクルカウンター(KLA−Tencor社製Surfscan SP−1)により測定したところ、欠陥等はほとんど検出されなかった。さらにその後、50%弗酸溶液に30分間無攪拌のまま放置し欠陥密度測定を行った場合でもエッチピット欠陥は検出されなかった。
【0072】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【0073】
例えば、上記実施形態では、イオン注入剥離法によりSOIウエーハを製造する際、本発明に係る評価方法に基づいて合格と判定したものをボンドウエーハとして使用する場合について説明したが、本発明のシリコンウエーハの評価方法は、上記のようにSOIウエーハを製造する場合に限定して適用されるものではない。
【0074】
例えば、SOIウエーハの製造に関して言えば、酸化膜を介さずに絶縁性の支持基板、例えば石英、SiC、サファイア等の基板に直接貼り合わせてSOIウエーハを製造する場合、また、SIMOX法、すなわちシリコンウエーハに酸素をイオン注入した後、熱処理してSOIウエーハを製造する場合においても、使用するシリコンウエーハの合否を本発明の評価方法によって的確に判定して、高品質のSOIウエーハを効率的に製造することができる。
また、本発明に係るシリコンウエーハの評価方法は、SOIウエーハの製造に限らず、エピタキシャルウエーハの製造等、様々なデバイス作製用ウエーハの製造においてシリコンウエーハを評価する際に適用することができる。
【0075】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るシリコンウエーハの評価方法によれば、V領域、OSF領域、巨大転位クラスタ(LSEP、LFPD)領域およびCuデポジション欠陥領域を含まないニュートラル領域(N領域)であることを、迅速、容易に、かつ的確に判定することができる。そして、このような評価方法をSOIウエーハの製造において適用すれば、SOI製造工程内で表面に微小ピットが発生しない、優れた電気特性を持つSOIウェーハを高歩留まりで効率的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】SOIウエーハの製造において本発明に係る評価方法を適用する場合の一例を示すフロー図である。
【図2】SOIウエーハの製造において本発明に係る評価方法を適用する場合の他の一例を示すフロー図である。
【図3】初期酸素濃度とOSF密度との関係、及びそれらとCuデポジション欠陥領域との関係示すグラフである。
【図4】本発明で使用することができるシリコン単結晶製造装置の一例を示す概略図である。
【図5】本発明の評価方法により判定し得る領域を示す説明図である。
【図6】(A)単結晶成長速度と結晶切断位置の関係を示す関係図である。
(B)成長速度と各領域を示す説明図である。
【図7】Cuデポジション評価試料の作製方法を示す説明図である。
【図8】SOIウエーハの製造工程の一例を示すフロー図である。
【図9】ボンドウエーハとして従来使用されている結晶領域を表す説明図である。
【符号の説明】
1…シリコン単結晶インゴット、 2…シリコン融液、 3…湯面、
4…固液界面、 6…シードチャック、 7…ワイヤ、 10…外側断熱材、
11…内側断熱材、 12…黒鉛筒、 21…ボンドウエーハ、
22…ベースウエーハ、 23…酸化膜(絶縁層)、
24…イオン注入層、 25…剥離ウエーハ、 26…SOIウエーハ、
27…シリコン活性層(SOI層)、 28…酸化膜、
30…単結晶引上げ装置、 31…引上げ室、 32…ルツボ、
33…ルツボ保持軸、 34…ヒータ、 35…断熱材。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for evaluating a silicon wafer, and a method for manufacturing an SOI wafer using a high-quality silicon wafer determined based on the evaluation method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an SOI wafer in which a silicon active layer (SOI layer) is formed on a support substrate has been widely used as a device substrate. As a method for manufacturing such an SOI wafer, for example, a bonding method in which two silicon wafers are bonded together through an oxide film is known.
FIG. 8 shows an example of a manufacturing process of an SOI wafer by an ion implantation separation method which is one of bonding methods.
[0003]
First, in the first step (1), a bond wafer 21 serving as an SOI layer and a base wafer 22 serving as a support substrate are prepared, and in a subsequent step (2), at least one of the bond wafer 21 and the base wafer 22 is prepared. Oxidizes the wafer surface. Here, the bond wafer 21 is thermally oxidized, and an oxide film 23 having a thickness of 2 nm to 3000 nm, for example, is formed on the surface in consideration of ensuring insulation and heat treatment time.
[0004]
In the step (3), hydrogen ions are ion-implanted from the surface on one side of the bond wafer 21 having the oxide film (insulating layer) 23 formed on the surface. Note that rare gas ions or mixed gas ions of hydrogen ions and rare gas ions may be ion-implanted. Thereby, the ion implantation layer 24 parallel to the surface can be formed inside the wafer at the average ion penetration depth. Note that the depth of the ion implantation layer at this time can be controlled by the thickness of the oxide film 23 and the magnitude of the acceleration voltage at the time of ion implantation, and is reflected in the thickness of the finally formed SOI layer.
[0005]
In the step (4), the ion-implanted surface of the bond wafer 21 and the surface of the base wafer 22 are bonded together via the oxide film 23. For example, by bringing the surfaces of the two wafers 21 and 22 into contact with each other in a clean atmosphere at room temperature, the wafers are bonded to each other without using an adhesive or the like.
[0006]
Next, in step (5), a part of the bond wafer 21 is peeled off by the ion implantation layer 24 by heat treatment. For example, if a bond wafer 21 and a base wafer 22 are bonded and bonded to each other and subjected to a heat treatment at a temperature of about 500 ° C. or higher in an inert gas atmosphere, the separation wafer 25 is caused by crystal rearrangement and bubble aggregation. And SOI wafer 26 (SOI layer 27 + buried oxide film 23 + base wafer 22).
[0007]
In step (6), a bonding heat treatment is applied to the SOI wafer 26. Since the bonding force between the wafers bonded in the bonding step (4) and the peeling heat treatment step (5) is weak to use in the device manufacturing process as it is, a high temperature heat treatment is applied to the SOI wafer 26 as a bonding heat treatment. To give sufficient bond strength. For example, the heat treatment can be performed in an inert gas atmosphere at 1050 ° C. to 1200 ° C. for 30 minutes to 2 hours.
[0008]
In step (7), the oxide film formed on the surface of the SOI wafer 26 is removed by hydrofluoric acid cleaning.
Further, in step (8), oxidation is performed to adjust the thickness of the SOI layer 27 as necessary. Next, in step (9), the oxide film 28 is removed by hydrofluoric acid cleaning, and the thickness of the SOI layer 27 is then removed. Can also be adjusted.
Through the steps (1) to (9) as described above, the SOI wafer 26 in which the silicon active layer 27 is formed on the insulating layer 23 can be manufactured.
[0009]
In the case of manufacturing an SOI wafer as described above, as a bond wafer, a silicon wafer having a surface having a minute pit defect having a size of 50 nm or more is generally used. However, in recent years, the demand for thinning the silicon active layer has increased, and the quality requirements of silicon wafers applicable to this have become strict.
[0010]
Therefore, as a method for reducing defects in the silicon active layer, a so-called neutral region free from defects caused by single crystal growth, such as those using an epitaxial layer, or grown-in defects such as FPD, LSTD, and COP. A material using a silicon single crystal of (N region) has been proposed.
[0011]
For example, an epitaxial layer is formed on a silicon wafer (bond wafer), boron is ion-implanted into the epitaxial layer, and then bonded to a support substrate through an oxide film, and the back surface of the bond wafer is ground and polished to thereby polish the SOI wafer. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
However, when the wafer having the epitaxial layer formed as described above is used as a bond wafer, defects in the SOI layer are improved, but there is a problem that the manufacturing cost is remarkably increased because the number of steps for growing the epitaxial layer is increased.
[0012]
On the other hand, when a silicon wafer grown in an N region where there is no minute defect such as FPD or COP is used as the bond wafer, it is necessary to precisely control the growth conditions of the silicon single crystal, but an epitaxial layer is formed. There is an advantage that such a process is unnecessary.
[0013]
Here, the N region will be explained. A growth rate V is increased in the crystal axis direction with a CZ puller using a furnace structure (hot zone: HZ) having a large temperature gradient G in the vicinity of a solid-liquid interface in a crystal. It is known that a defect distribution map as shown in FIG. 9 is obtained when the speed is changed from low to low.
In FIG. 9, the V region is a vacancy, that is, a region in which there are many such as recesses and holes generated due to a shortage of silicon atoms, and the I region is a dislocation or excess generated due to the presence of extra silicon atoms. This is a region with a lot of silicon masses. There is a neutral (Neutral, hereinafter abbreviated as N) region where there is no shortage or excess of atoms between the V region and the I region, and the OSF is near the boundary of the V region. It has also been confirmed that defects called oxidation induced stacking faults (Oxidation Induced Stacking Faults) are distributed in a ring shape (hereinafter sometimes referred to as OSF rings) when viewed in a cross section perpendicular to the crystal growth axis. Yes.
[0014]
In general, when the growth rate is relatively high, there are high density of grown-in defects such as FPD, LSTD, COP, etc., which are attributed to voids in which vacancy-type point defects are gathered in the entire crystal diameter direction. The region where these defects exist is the V region. As the growth rate decreases, an OSF ring is generated from the periphery of the crystal, and L / D (Large Dislocation) is considered to be caused by a dislocation loop in which interstitial silicon is gathered outside the ring. Defects (abbreviated symbols, LSEPD, LFPD, etc.) (giant dislocation clusters) exist at a low density, and a region where these defects exist is an I region (sometimes referred to as an L / D region). Furthermore, when the growth rate is slowed down, the OSF ring shrinks to the center of the wafer and disappears, and the entire surface becomes the I region (in FIG. This is an example in which the V region and the I region are greatly separated because they are grown, and the above description does not completely match.)
[0015]
The N region outside the OSF ring between the V region and the I region is a region in which neither FPD, LSTD, or COP caused by holes nor LSEPD or LFPD caused by interstitial silicon exists. Recently, when the N region is further classified, as shown in FIG. 9, an Nv region (a region with many vacancies) adjacent to the outside of the OSF ring and an Ni region (interstitial silicon) adjacent to the I region are provided. It is known that in the Nv region, the amount of precipitated oxygen is large when thermal oxidation is performed, and in the Ni region, there is almost no oxygen precipitation.
Furthermore, very recently, it has also been found that there is a part of the Nv region in which extremely fine defects are detected by the Cu deposition method immediately after the disappearance of OSF (see, for example, Patent Document 4).
[0016]
The Cu deposition method is an evaluation of a wafer that can accurately measure the position of defects in a semiconductor wafer, improve the detection limit for defects in a semiconductor wafer, and accurately measure and analyze even finer defects. Is the law.
Specifically, an insulating film having a predetermined thickness is formed on the wafer surface, the insulating film on the defective portion formed near the surface of the wafer is destroyed, and an electrolytic substance such as Cu is deposited on the defective portion ( Deposition). In other words, in the Cu deposition method, when a potential is applied to an oxide film formed on the wafer surface in a liquid in which Cu ions are dissolved, a current flows through a portion where the oxide film is degraded, and the Cu ions become Cu. This is an evaluation method using the precipitation. It is known that a defect such as COP exists in a portion where the oxide film easily deteriorates.
The defect portion of the Cu-deposited wafer can be analyzed under a condenser lamp or directly with the naked eye to evaluate its distribution and density. Further, it is possible to evaluate the distribution and density of the wafer by using a microscope, a transmission electron microscope (TEM) or a scanning electron microscope ( SEM) or the like can also be confirmed.
[0017]
Conventionally, when a silicon single crystal ingot pulled up from a raw material melt is sliced into a wafer, the N region was only partially present in the wafer plane, but due to recent technological advances, the pulling speed (V) By controlling V / G, which is the ratio of the temperature gradient (G) in the axial direction of the crystal solid-liquid interface, a crystal in which the N region spreads across the entire lateral surface (wafer entire surface) can be manufactured (see FIG. 9).
[0018]
Therefore, also in the manufacture of SOI wafers, as described above, there has been proposed a method using a silicon single crystal wafer that becomes the entire N region as a bond wafer.
For example, when pulling a silicon single crystal by the Czochralski method (CZ method), the ratio (V / G) between the pulling speed V and the temperature gradient G at the crystal solid-liquid interface in the pulling axis direction is controlled within a predetermined range. Then, an SOI wafer using the N region silicon wafer is proposed as a bond wafer by pulling up the N region silicon single crystal (see, for example, Patent Document 2 and Patent Document 3).
[0019]
[Patent Document 1]
JP-A-10-79498 (page 4-6, FIG. 2)
[Patent Document 2]
JP 2001-146498 A (page 5-8)
[Patent Document 3]
JP 2001-44398 A (page 2-4, FIG. 1)
[Patent Document 4]
JP 2002-201093 A
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in order to confirm that the pulled silicon single crystal ingot is grown in a desired region, when performing an evaluation by a Cu deposition method (Cu deposition evaluation), mirror surface processing of the wafer is essential. In addition, after forming an oxide film on the wafer surface, it is necessary to perform an analysis after performing a process of depositing Cu (these processes are referred to as “Cu deposition process”). Therefore, it takes a considerable number of days to determine the presence or absence of microdefects by the Cu deposition method immediately after pulling up the silicon single crystal ingot, leading to a problem that the lead time is long and the processing cost is high.
[0021]
For example, when an SOI wafer is manufactured by an ion implantation separation method, an oxide film is removed after performing an oxidation process for bonding the bond wafer and the base wafer and an oxidation process for adjusting the thickness of the SOI layer. Therefore, hydrofluoric acid cleaning may be performed. However, even when a silicon single crystal grown in the N region is used as a bond wafer, a defect that the SOI layer is almost entirely or locally broken may occur. In particular, the above-described defects often occur when the SOI layer is formed thin. In the future, when it is required to further reduce the thickness of the SOI layer, even if a silicon wafer grown in such an N region is used as a bond wafer, the SOI layer will be significantly deteriorated. In addition, there is a possibility that the quality of the interlayer insulating oxide film of the SOI layer and the base wafer is impaired.
[0022]
Therefore, the inventors of the present invention, when manufacturing an SOI wafer, include an N region in which no defect region detected by the Cu deposition method (hereinafter, also referred to as “Cu deposition defect region”) exists in the N region. If a silicon single crystal ingot is pulled under such a condition and a silicon wafer obtained from this ingot is used as a bond wafer, an SOI wafer having excellent electrical characteristics is produced without generating micro-pits by hydrofluoric acid cleaning or the like. I thought that I could do it.
[0023]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and includes a silicon wafer including a V region, an OSF region, a giant dislocation cluster (LSEP, LFPD) region, and a defect region detected by a Cu deposition method. The main object of the present invention is to provide a silicon wafer evaluation method that can quickly, easily, and accurately determine that it is in a neutral region (N region).
[0024]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a silicon wafer evaluation method, wherein the initial oxygen concentration in the silicon wafer is Xppma (ASTM'79), and the wafer is 900 ° C. in a dry oxygen atmosphere. Oxidation treatment for 2 to 4 hours in the temperature range of 1 to 1100 ° C., and then oxidation treatment for 1 to 2 hours in the temperature range of 1100 to 1200 ° C. in a wet oxygen atmosphere containing more water vapor than the dry oxygen atmosphere. OSF maximum density generated on the surface of the wafer by applying Y / cm2When Y ≦ 1.3X2A method for evaluating a silicon wafer is provided, wherein determination is performed based on satisfying −10X..
[0025]
The inventors of the present invention have found that most of the N region silicon wafers in which no defect region is detected by the Cu deposition method are used in the evaluation method as described above.2It was found to satisfy −10X. Therefore, according to this evaluation method, from the relationship between the initial oxygen concentration of the silicon wafer and the maximum OSF density after the two-stage heat treatment, the N region has no defect region detected by the Cu deposition method. This can be easily and accurately determined. Further, such an evaluation method is easier to process than the Cu deposition method because mirror polishing is not necessarily required, and processing time and processing cost can be suppressed.
[0026]
  Although the scene to which such an evaluation method is applied is not particularly limited, for example, the determination by the evaluation method includes at least a pulling step of pulling up a silicon single crystal ingot from a raw material melt, and slicing the ingot to form a silicon wafer. It can be performed at least one of before the slicing step and after the mirror surface processing step in manufacturing the silicon wafer by a slicing step to be obtained and a mirror surface processing step to mirror the silicon wafer.
[0027]
For example, if the evaluation method is applied to a silicon wafer cut out as a sample before slicing the pulled silicon single crystal ingot, the silicon wafer obtained from the entire ingot can be efficiently evaluated. It is possible to quickly and accurately determine whether or not to perform the slicing process.
On the other hand, after the mirror finishing process, evaluation can be performed on mirror-finished wafers arbitrarily extracted from a large number of wafers, and final judgment should be made quickly and with high reliability. Can do.
[0028]
  Further, it is preferable to further determine the presence or absence of a grow-in defect before and after performing the determination by the evaluation method..
  The silicon wafers in the V region and I region where the grown-in defect exists are also Y ≦ 1.3X as described above.2Since −10X may be satisfied, by further determining whether or not there is a grown-in defect, it is possible to more reliably determine that the silicon wafer is an N region in which no Cu deposition defect region exists.
[0029]
  Further, the determination by the evaluation method may be performed before the slicing step, and the evaluation by the Cu deposition method may be performed after the mirror finishing step..
  Mirror finishing is indispensable for evaluation by the Cu deposition method, but the method for obtaining the relationship between the initial oxygen concentration and the maximum OSF density allows quick determination at a stage before the slicing process, and then advances to mirror finishing. Since the wafer has already been mirror-finished at the stage, for example, by performing evaluation using a Cu deposition method on an arbitrarily extracted mirror-finished wafer, the silicon wafer in the desired region has higher reliability. Can be determined.
[0030]
  Furthermore, according to the present invention, there is provided a method for manufacturing an SOI wafer to which the evaluation method is applied. That is, in an SOI wafer manufacturing method in which a silicon active layer is formed on an insulating layer, the silicon wafer evaluation method is determined as an N region silicon wafer in which no defect region detected by the Cu deposition method exists. Is used as a wafer for forming a silicon active layer of the SOI wafer, and a method for manufacturing an SOI wafer is provided..
[0031]
Thus, if an SOI wafer is manufactured by using, as the wafer for forming the silicon active layer of the SOI wafer, what is determined as the silicon wafer in the N region where the Cu deposition defect region does not exist by the evaluation method according to the present invention, for example, Even when the thickness of the silicon active layer is 200 nm or less, the silicon active layer is not destroyed by the hydrofluoric acid cleaning or the like and the silicon active layer is destroyed, and a high quality SOI wafer is manufactured. Can do.
[0032]
  In this case, the SOI wafer can be manufactured by an ion implantation delamination method..
  When an SOI wafer is manufactured by an ion implantation delamination method using a silicon wafer determined as a desired wafer by the evaluation method, the silicon active layer can be made extremely thin and uniform in thickness, and there is no defect. An extremely high quality SOI wafer can be manufactured.
[0033]
  Further, as the silicon wafer for forming the silicon active layer, one having an initial oxygen concentration of 15 ppma (ASTM'79) or more is preferably used..
  If it has such an initial oxygen concentration, the OSF necessary for the determination can be sufficiently generated in the oxidation process for performing the evaluation, and impurities that are adversely affected in the silicon active layer can be removed. The gettering ability to perform can be fully exhibited.
[0034]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The present inventors have raised the silicon single crystal ingot so that it becomes an N region where no Cu deposition defect region exists, and there is no defect region detected by the Cu deposition method until this is sliced into a mirror wafer. Intensive research was conducted on a method that can easily and reliably evaluate the existence of a non-existing N region silicon wafer without using the Cu deposition method.
As a result, the presence of minute defects detected by the Cu deposition method can be determined by using the density of OSF forcibly generated by subjecting the silicon wafer to a predetermined heat treatment and the initial oxygen concentration as a criterion. It was found that evaluation can be performed easily and accurately.
[0035]
Specifically, the present inventors perform two-step oxidation treatment at a predetermined temperature and time in a dry oxygen atmosphere and a wet oxygen atmosphere, and then remove the oxide film with a chemical solution to increase the OSF. It was confirmed that the sensitivity was detected.
Here, the present inventors set the OSF maximum density (pieces / cm 2) in the wafer plane.2) And the initial oxygen concentration of the wafer ppma (ASTM'79). At that time, the OSF density increases as the initial oxygen concentration increases, and when the OSF gradually decreases the crystal from high speed to low speed, the OSF shows the maximum density in the OSF region, and part of the V region, Nv region, and I region. It was confirmed that it was generated at a low density but decreased as it approached the Ni region.
Further, the boundary between the N region where the Cu deposition defect exists and the N region where the Cu deposition defect is free was investigated.
[0036]
As a result, a graph as shown in FIG. 3 is obtained, and the maximum OSF density is Y (pieces / cm2), When the initial oxygen concentration is Xppma (ASTM'79), the N region free of Cu deposition defects is Y ≦ 1.3X2It was found that it substantially corresponds to the OSF maximum density region that satisfies the relationship of −10X. So, Y ≦ 1.3X2Based on satisfying −10X, whether or not the defect region detected by the Cu deposition method is an N region silicon wafer can be determined quickly and with high sensitivity without performing mirror polishing or the like. As a result, the present invention has been completed.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. The silicon wafer evaluation method according to the present invention is not particularly limited in use of the silicon wafer to be evaluated, and can be applied to any silicon wafer. However, as a preferred embodiment, a silicon single crystal ingot is used. The case of applying in the process up to the manufacturing of the SOI wafer will be described.
[0038]
  FIG. 1 is a flowchart showing an example in which the evaluation method of the present invention is adopted in the process from manufacturing a silicon single crystal ingot to manufacturing an SOI wafer.
  First, in the first crystal manufacturing step (A), that is, the silicon single crystal pulling step, the silicon single crystal ingot is pulled from the raw material melt by the Czochralski method (CZ method). At this time, for example, using a single crystal pulling apparatus as shown in FIG.ShiThe silicon single crystal is grown without any defect region.
[0039]
The single crystal pulling apparatus 30 will be described. A pulling chamber 31, a crucible 32 provided in the pulling chamber 31, a heater 34 arranged around the crucible 32, a crucible holding shaft 33 for rotating the crucible 32, and its A rotation mechanism (not shown), a seed chuck 6 that holds a silicon seed crystal, a wire 7 that pulls up the seed chuck 6, and a winding mechanism (not shown) that rotates or winds the wire 7 are provided. . A heat insulating material 35 is disposed around the outside of the heater 34.
[0040]
The crucible 32 is provided with a quartz crucible on the inner side containing the silicon melt (hot water) 2 and on the outer side with a graphite crucible. A magnet (not shown) is installed outside the pulling chamber 31 in the horizontal direction, and a magnetic field in the horizontal direction or the vertical direction is applied to the silicon melt 2 to suppress convection of the melt and stabilize the single crystal. The so-called MCZ method is often used to achieve growth.
[0041]
Further, a cylindrical graphite tube (heat shield plate) 12 is provided so as to surround the grown silicon single crystal 1, and an annular outer heat insulating material 10 is provided on the outer periphery in the vicinity of the solid-liquid interface 4 of the crystal, and on the inner side. Inner heat insulating materials 11 are provided. These heat insulating materials 10 and 11 are installed with an interval of 2 to 20 cm between the lower end thereof and the molten metal surface 3 of the silicon melt 2. By providing such a graphite tube (heat shield plate) 12 and the heat insulating materials 10 and 11, the difference between the temperature gradient Gc [° C./cm] at the crystal central portion and the temperature gradient Ge at the crystal peripheral portion becomes small. The furnace temperature can also be controlled so that the temperature gradient around the crystal is lower than the crystal center.
Further, a cooling cylinder 14 is provided on the graphite cylinder 12 and forced cooling is performed by flowing a cooling medium. Further, a cylindrical cooling means for blowing a cooling gas or blocking the radiant heat to cool the single crystal may be provided.
[0042]
In order to manufacture a silicon single crystal using such a single crystal pulling apparatus 30, first, a high-purity polycrystalline silicon raw material of silicon is heated to a melting point (about 1420 ° C.) or higher in a crucible 32 to be melted. Next, the tip of the seed crystal is brought into contact with or immersed in the approximate center of the surface of the melt 2 by unwinding the wire 7. Thereafter, the crucible holding shaft 33 is rotated and the wire 7 is wound while being rotated. As a result, the seed crystal is also pulled up while rotating to start growing a single crystal. Thereafter, a substantially cylindrical silicon single crystal ingot 1 can be obtained by appropriately adjusting the pulling speed and temperature.
[0043]
In order to grow a silicon single crystal which is an N region and does not have a Cu deposition defect region, for example, when the growth rate of the silicon single crystal being pulled is gradually reduced, it remains after the OSF ring disappears. The crystal is controlled by controlling the growth rate between the growth rate of the boundary where the defect region detected by the Cu deposition method disappears and the growth rate of the boundary where the interstitial dislocation loop is generated when the growth rate is further reduced. Cultivate. That is, when the growth rate of the silicon single crystal being pulled is gradually decreased from a high speed to a low speed from the crystal shoulder to the straight tail, the V region, the OSF region, the Cu region according to the growth rate V as shown in FIG. Each phase is formed in the order of a deposition defect region, an Nv region, a Ni region, and an I region (giant dislocation cluster generation region). Among the N regions, a defect region detected by Cu deposition remaining after the OSF ring disappears The single crystal is grown by controlling the growth rate between the growth rate at the boundary where the annihilation disappears and the growth rate at which the I region is generated when the growth rate is gradually reduced. According to such a method, there is no V region defect such as FPD, I region defect such as giant dislocation cluster (LSEPD, LFPD), no OSF region, and no fine defect detected by the Cu deposition method. The silicon single crystal ingot in the region can be pulled up.
[0044]
Note that the oxygen concentration in the silicon single crystal may be set as appropriate according to the required gettering ability and the like, but if the oxygen concentration is too low, it is necessary for the determination in the oxidation treatment for later evaluation. Since there is a possibility that OSF cannot be generated sufficiently, it is preferable to control the initial oxygen concentration to be 15 ppma (ASTM'79) or more. In addition, with such an oxygen concentration, gettering ability for removing impurities and the like can be sufficiently exhibited in a subsequent device manufacturing process. The upper limit of the oxygen concentration is not particularly limited, but about 30 ppma is appropriate considering, for example, oxygen precipitates.
[0045]
Next, the pulled silicon single crystal ingot is sliced to obtain a wafer. However, as described above, since extremely strict control is required to grow the N region not including the Cu deposition defect region, it is not always aimed. A single crystal in a region cannot always be grown.
Therefore, it is necessary to inspect whether or not a desired single crystal has been manufactured, and the evaluation method according to the present invention (hereinafter sometimes referred to as “OSF evaluation”) is applied before the slicing step to determine (a ).
Specifically, for example, several wafers as samples are cut out from both ends of the ingot straight body, and lapping or the like is performed as necessary, and then the initial oxygen concentration X (ppma) is measured.
[0046]
Next, the sample silicon wafer is subjected to an oxidation treatment (dry oxidation treatment) for 2 hours to 4 hours in a temperature range of 900 ° C. to 1100 ° C. in a dry oxygen atmosphere. Further, oxidation treatment (wet oxidation treatment) is performed in a wet oxygen atmosphere containing more water vapor than the dry oxygen atmosphere in a temperature range of 1100 ° C. to 1200 ° C. for 1 hour to 2 hours (hereinafter referred to as such two-stage oxidation). The process may be referred to as “OSF heat treatment”), and the OSF is forcibly generated.
[0047]
After such two-stage heat treatment (OSF heat treatment), the maximum OSF density generated on the surface of the wafer is Y (pieces / cm2), Y ≦ 1.3X2A pass / fail decision is made based on satisfying −10X. In other words, if this equation is satisfied, the silicon wafer obtained by slicing the pulled silicon single crystal ingot is very likely to be an N region in which no Cu deposition defect region exists. It can be transferred to the process. On the other hand, when the above formula is not satisfied, it is expected that a silicon single crystal in a region different from the target is grown, and therefore, it is possible to take measures such as stopping the transfer to the slicing step. In addition, as shown in FIG. 3, although it is slight, Y ≦ 1.3X2Even if it does not satisfy −10X, there is an N region where there is no Cu deposition defect region. Therefore, if it is determined to be unacceptable, a determination is made here or later by the Cu deposition method, and again It can also be confirmed.
Thus, before slicing the ingot, it can be quickly determined whether or not the crystal has no Cu deposition defect region, which is extremely convenient in terms of the process.
[0048]
On the other hand, even if the V region or I region silicon single crystal is grown out of the N region for some reason, when the evaluation method as described above is performed, Y ≦ 1.3X2There is a possibility of satisfying −10X.
Therefore, it is desirable to use another wafer for the sample cut from both ends of the ingot, further evaluate the grown-in defects present in each of the V region and the I region, and determine the presence or absence of those defects (b). .
Specifically, the presence or absence of V region defects such as FPD and I region defects such as giant dislocation clusters (LSEPD and LFPD) is determined by etching a sample wafer using a predetermined etching solution. Just do it. In addition, you may perform evaluation about such a grow-in defect before OSF evaluation (a).
[0049]
As a result of these evaluations (a) and (b), if it is determined that the pulled silicon single crystal ingot is not an V region or an I region but an N region in which no Cu deposition defect region exists (pass), CW It moves to a manufacturing process (B) and slices an ingot in a slicing process, and obtains a silicon wafer. Thereafter, chamfering, lapping, etching and the like are performed on these silicon wafers to obtain a wafer (CW) flattened by lapping and etching.
[0050]
In the subsequent PW manufacturing process (C), that is, the mirror finishing process, the silicon wafer is mirror-polished using a polishing apparatus to obtain a mirror wafer (PW).
And since the silicon wafer mirror-finished here was obtained from the same ingot as the one determined to pass in the previous evaluations (a) and (b) for the sample cut from both ends of the ingot, The possibility of the N region where there is no Cu deposition defect region is very high, but the entire ingot is not necessarily grown in the same region.
[0051]
Therefore, if necessary, it is desirable to apply the previous evaluation method again to a sample that is arbitrarily extracted from a number of mirror-polished wafers (PW) after the mirror-finishing step (PW sampling OSF evaluation (c)). By performing such a sampling evaluation, it can be more reliably determined that the other specular wafer obtained from the same ingot is also a desired region. The specific evaluation procedure is the same as described above.
For the same reason, if it is determined again whether or not there is a grow-in defect (FPD, LFPD, LSEP, etc.) (PW sampling grow-in defect evaluation (d)), the reliability can be further improved.
[0052]
On the other hand, as shown in FIG. 2, after the mirror surface processing step, instead of OSF evaluation, evaluation by a Cu deposition method may be performed (PW sampling Cu deposition defect evaluation (e)).
The evaluation method according to the present invention reflects the defects detected by the Cu deposition method with high sensitivity, but does not completely match the evaluation results by the Cu deposition method. In addition, as described above, the evaluation by the Cu deposition method requires mirror finishing, and it takes time to determine, but at this stage, the wafer is already mirror-finished. Therefore, if a mirror wafer is arbitrarily extracted after the mirror processing step and evaluated by the Cu deposition method, it is relatively easy to determine that the silicon wafer is in a desired region with higher reliability. be able to.
In addition, after performing the evaluation by the Cu deposition method, it may be confirmed again that it is neither the V region nor the I region by determining whether or not there is a grow-in defect similarly to the above (d).
[0053]
If the sampling evaluation ((c) or (e) and (d)) as described above is judged to pass, all silicon wafers obtained from the same ingot are detected by the Cu deposition method. It can be determined as an N region silicon wafer (accepted product) in which no defect region exists.
[0054]
As described above, according to the evaluation method of the present invention, before slicing the pulled ingot, it is easily and accurately confirmed that the silicon single crystal in the N region where no Cu deposition defect region exists can be pulled up. After making such a determination, it is possible to proceed to a subsequent slicing step or the like to reliably manufacture a silicon wafer in a desired region. Accordingly, it is possible to shorten the waiting time for the evaluation result before entering the step of actually slicing the ingot, and the process can be made more efficient. In addition, it is possible to minimize the determination that there is a Cu deposition defect after slicing, mirror polishing, or the like.
[0055]
Then, if an SOI wafer is manufactured by using, as described above, a wafer that forms a silicon active layer of an SOI wafer, what is determined as a silicon wafer of an N region where there is no defect region detected by the Cu deposition method as described above, An extremely high quality SOI wafer can be obtained.
For example, when manufacturing an SOI wafer by an ion implantation delamination method, if a wafer determined to be acceptable by the evaluation method according to the present invention is used as a bond wafer, even if the silicon active layer is formed thinly to be 200 nm or less, The silicon active layer is not destroyed by the hydrofluoric acid cleaning, and an electrically reliable SOI wafer can be efficiently manufactured with a high yield.
[0056]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated, this invention is not limited to this.
(Experiment 1): Confirmation of criteria based on OSF density and initial oxygen concentration
Using the single crystal manufacturing apparatus 30 as shown in FIG. 4, the crystal growth rate was gradually decreased as follows, and the growth rate at the boundary of each region was examined.
First, 150 kg of polycrystalline silicon as a raw material was charged in a quartz crucible having a diameter of 24 inches (600 mm), and a silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches (200 mm) was pulled in the range from the V region to the N region. The ingot was cut and divided into crystal blocks, and then each crystal block was sliced sequentially from the head side in the crystal axis direction to obtain a wafer. At this time, a number was printed by laser marking so that the cutting order could be understood and processed into a mirror surface wafer.
[0057]
Then, two adjacent mirror wafers were extracted from each crystal block unit lot, and after one OSF heat treatment, the oxide film was removed by Secco etching to confirm the OSF distribution. In addition, OSF evaluation is performed by dry oxidation treatment for 3 hours in a temperature range of 1000 ° C., and then pyrooxidation treatment (wet oxidation treatment) for 100 minutes in a temperature range of 1150 ° C., followed by cooling (800 ° C. in and out), After removing the oxide film, the density measurement and the distribution were confirmed.
In addition, after the thermal oxide film was formed on the other sheet, a Cu deposition method was performed to confirm the distribution of oxide film defects. The evaluation conditions are as follows.
1) Oxide film: 25 nm
2) Electric field strength: 6 MV / cm
3) Voltage application time: 5 minutes
[0058]
OSF maximum density Y (pieces / cm2) And the initial oxygen concentration Xppma (ASTM'79), and the correlation between these and the Cu deposition defects, the same relationship as that shown in FIG. One condition is Y ≦ 1.3X2It was found to be in the range of -10X.
[0059]
(Experiment 2): Confirmation of pulling conditions
The 24 inch quartz crucible of the pulling apparatus shown in FIG. 4 is charged with 150 kg of raw material polycrystalline silicon, and the growth rate ranges from 0.7 mm / min to 0.3 mm / min from the crystal head to the tail of a 210 mm diameter ingot. Control was made to gradually decrease. The oxygen concentration was 23 to 26 ppma (ASTM'79).
[0060]
Then, as shown in FIGS. 6 (A) and 6 (B), it is vertically cut in the direction of the crystal axis from the head to the tail of the pulled single crystal, and then four wafer-shaped mirror-finished samples with a diameter of 200 mm are produced. did.
Three out of the four samples were measured for wafer lifetime (WLT) measurement (measuring instrument: SEMILAB WT-85) and seco-etching, distribution of each region of V region, OSF region, I region, FPD, LEP distribution The situation and the OSF generation state by the two-step heat treatment were investigated, and the growth rate of each region boundary was confirmed.
Furthermore, one of the samples cut vertically in the crystal axis direction is cut into a 200 mmφ wafer shape, and one is mirror-finished, a thermal oxide film is formed on the wafer surface, Cu deposition treatment is performed, and oxidation is performed. The distribution of film defects was confirmed.
Details in this experiment are as follows.
[0061]
(1) An ingot with a diameter of 210 mm is cut into blocks with a length of every 10 cm in the direction of the crystal axis, and then cut into pieces in the direction of the crystal axis, and then, as shown in FIG. After punching into a (8 inch) cylindrical shape, four wafer-shaped mirror-finished samples were finished.
[0062]
(2) Of the above samples, the first sample was heat treated in a wafer heat treatment furnace at 620 ° C. for 2 hours (nitrogen atmosphere), followed by 800 ° C. for 4 hours (nitrogen atmosphere) and 1000 ° C. for 16 hours (dry oxygen atmosphere). After performing the step heat treatment, it was cooled and a WLT map by SEMILAB WT-85 was prepared.
The second sheet was mirror-etched and then seco-etched to observe the distribution of FPD and LEP.
[0063]
(3) For the third sheet, after the OSF heat treatment, the oxide film was removed after seco etching, and the OSF distribution state was confirmed. In addition, OSF evaluation was performed after dry oxidation treatment was performed for 3 hours in a temperature range of 1000 ° C., and then wet oxidation treatment was performed for 100 minutes in a temperature range of 1150 ° C. (cooling in and out at 800 ° C.), and the oxide film was removed with a chemical The density measurement and the distribution were confirmed.
[0064]
(4) For the fourth sheet, a Cu deposition process was performed on the wafer surface after forming the thermal oxide film, and the distribution of oxide film defects was confirmed. The evaluation conditions are as follows.
1) Oxide film: 25 nm
2) Electric field strength: 6 MV / cm
3) Voltage application time: 5 minutes
[0065]
Experimental result
From the above experiments, the V region, the OSF region, the N region, and the I region were specified, and the maximum density of OSF in each region was measured.
V region: 220 / cm2
OSF area: 2259 / cm2
Cu deposition defect area: 1283 / cm2
Cu deposition defect free N region: 856 / cm2
Non-deposited N region: 0 / cm2
I region: 48 / cm2
[0066]
Furthermore, from the above results, the growth rate of each region boundary of the V region, the OSF region, the N region, and the I region was confirmed.
V region / OSF region boundary: 0.523 mm / min
OSF extinction boundary: 0.510 mm / min
Cu deposition defect disappearance boundary: 0.506 mm / min
Precipitation N region / non-deposition N region boundary: 0.497 mm / min
Non-deposited N region / I region boundary: 0.488 mm / min
From these results, in the crystal pulling apparatus used this time, in order to grow a silicon single crystal so as to be an N region in which no Cu deposition defect region exists, the growth rate is 0.506 to 0.488 mm / min. It turned out that it only has to be set to be within the range.
[0067]
(Experiment 3): Production of SOI wafer
With the same pulling device as Experiment 1 shown in FIG. 4, Y ≦ 1.3X2-10X (23 ≦ X ≦ 25: Initial oxygen concentration (ppma)) is set so that the growth rate from the straight body portion 10 cm to the straight body tail portion is set to 0.50 to 0.49 mm / min. The single crystal was pulled up.
Then, the pulled up crystal of 110 cm in length is cut into 10 cm lengths, each crystal block except the head 10 cm is processed into a mirror-finished wafer, and the mirror wafer is arbitrarily extracted from the unit lot, and then the initial oxygen concentration, Each quality of FPD, LFPD, LSEP, OSF by two-step heat treatment, Cu deposition defect, and oxide film breakdown voltage (C mode) was evaluated. In addition, when the oxide film withstand voltage characteristics are evaluated, the C-mode measurement conditions are as follows.
1) Oxide film: 25 nm
2) Measuring electrode: phosphorus-doped polysilicon
3) Electrode area: 8mm2
4) Judgment current: 1 mA / cm2
[0068]
FPD: No generation of all crystal blocks
LFPD, LSEP: No crystal block generation
Cu deposition defect: no crystal block generated
Oxide breakdown voltage (C mode): 100% of all blocks in crystal
[0069]
  Table 1 shows the initial oxygen concentration by sampling from each unit lot and the results of OSF evaluation after two-stage heat treatment.InShow. In the evaluation, the mirror wafer was divided into ½ size.
  From Table 1, Y ≦ 1.3X in all blocks2It was found to satisfy −10X.
[0070]
[Table 1]
Figure 0004380141
[0071]
Furthermore, based on the ion implantation delamination method, the mirror wafer of the above lot was used as a bond wafer, and after bonding with the base wafer, it was processed into an SOI layer having a thickness of 50 nm to produce an SOI wafer.
When the surface of the SOI wafer manufactured in this way was measured with a particle counter (Surfscan SP-1 manufactured by KLA-Tencor), almost no defects were detected. Further, etch pit defects were not detected even when the defect density was measured by leaving the sample in a 50% hydrofluoric acid solution for 30 minutes without stirring.
[0072]
The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
[0073]
For example, in the above-described embodiment, when manufacturing an SOI wafer by the ion implantation delamination method, a case where a wafer determined to be acceptable based on the evaluation method according to the present invention is used as a bond wafer has been described. This evaluation method is not limited to the case of manufacturing an SOI wafer as described above.
[0074]
For example, in the case of manufacturing an SOI wafer, when an SOI wafer is manufactured by directly bonding to an insulating support substrate such as quartz, SiC or sapphire without an oxide film, the SIMOX method, that is, silicon Even when oxygen is ion-implanted into a wafer and heat-treated to produce an SOI wafer, the pass / fail of the silicon wafer to be used is accurately judged by the evaluation method of the present invention, and a high-quality SOI wafer is efficiently produced. can do.
The silicon wafer evaluation method according to the present invention is not limited to the manufacture of SOI wafers, but can be applied to the evaluation of silicon wafers in the manufacture of various wafers for device fabrication such as the manufacture of epitaxial wafers.
[0075]
【The invention's effect】
As described above, according to the silicon wafer evaluation method of the present invention, the V region, the OSF region, the giant dislocation cluster (LSEP, LFPD) region, and the neutral region (N region) that does not include the Cu deposition defect region. It can be determined quickly, easily and accurately. If such an evaluation method is applied in the manufacture of SOI wafers, an SOI wafer having excellent electrical characteristics in which no micro-pits are generated on the surface in the SOI manufacturing process can be obtained efficiently with a high yield.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing an example of applying an evaluation method according to the present invention in the manufacture of an SOI wafer.
FIG. 2 is a flowchart showing another example in the case of applying the evaluation method according to the present invention in the manufacture of an SOI wafer.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the initial oxygen concentration and the OSF density and the relationship between them and the Cu deposition defect region.
FIG. 4 is a schematic view showing an example of a silicon single crystal manufacturing apparatus that can be used in the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing regions that can be determined by the evaluation method of the present invention.
FIG. 6A is a relationship diagram showing the relationship between single crystal growth rate and crystal cutting position.
(B) It is explanatory drawing which shows a growth rate and each area | region.
FIG. 7 is an explanatory view showing a method for producing a Cu deposition evaluation sample.
FIG. 8 is a flowchart showing an example of a manufacturing process of an SOI wafer.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a crystal region conventionally used as a bond wafer.
[Explanation of symbols]
1 ... Silicon single crystal ingot, 2 ... Silicon melt, 3 ... Hot water surface,
4 ... Solid-liquid interface, 6 ... Seed chuck, 7 ... Wire, 10 ... Outer insulation,
11 ... Inner heat insulating material, 12 ... Graphite cylinder, 21 ... Bond wafer,
22 ... Base wafer, 23 ... Oxide film (insulating layer),
24 ... Ion implantation layer 25 ... Peeling wafer 26 ... SOI wafer
27 ... Silicon active layer (SOI layer), 28 ... Oxide film,
30 ... Single crystal pulling device, 31 ... Pulling chamber, 32 ... Crucible,
33 ... crucible holding shaft, 34 ... heater, 35 ... heat insulating material.

Claims (4)

シリコンウエーハの評価方法であって、シリコンウェーハ中の初期酸素濃度が15ppma(ASTM’79)以上30ppma以下のXppma(ASTM’79)であり、該ウエーハに対してドライ酸素雰囲気中900℃から1100℃の温度領域で2時間から4時間の酸化処理を施し、次いで前記ドライ酸素雰囲気よりも水蒸気を多く含むウエット酸素雰囲気中1100℃から1200℃の温度領域で1時間から2時間の酸化処理を施すことによりウエーハの表面に生成されるOSF最大密度がY個/cmであったとき、Y≦1.3X−10Xを満たすことを基準としてCuデポジション法により検出される欠陥領域が存在しないN領域のシリコンウエーハであるかの判定を行うことを特徴とするシリコンウェーハの評価方法。A silicon wafer evaluation method, wherein an initial oxygen concentration in a silicon wafer is Xppma (ASTM'79) of 15 ppma (ASTM'79) or more and 30 ppma or less , and the wafer is subjected to 900 to 1100 ° C in a dry oxygen atmosphere. The oxidation treatment is performed for 2 to 4 hours in the temperature range, and then the oxidation treatment is performed for 1 hour to 2 hours in the temperature region of 1100 ° C. to 1200 ° C. in a wet oxygen atmosphere containing more water vapor than the dry oxygen atmosphere. When the maximum OSF density generated on the surface of the wafer by Y is Y / cm 2 , there is no defect region detected by the Cu deposition method on the basis of satisfying Y ≦ 1.3X 2 −10X. A method for evaluating a silicon wafer, comprising determining whether the silicon wafer is in a region. 前記評価方法による判定を、少なくとも、原料融液からシリコン単結晶インゴットを引上げる引上げ工程と、該インゴットをスライスしてシリコンウエーハを得るスライス工程と、該シリコンウエーハを鏡面化する鏡面加工工程によりシリコンウエーハを製造する際の前記スライス工程の前と前記鏡面加工工程の後の少なくともいずれかにおいて行うことを特徴とする請求項1に記載のシリコンウエーハの評価方法。  The determination by the evaluation method is performed by at least a pulling process for pulling up a silicon single crystal ingot from a raw material melt, a slicing process for slicing the ingot to obtain a silicon wafer, and a mirror finishing process for mirroring the silicon wafer. 2. The method for evaluating a silicon wafer according to claim 1, wherein the evaluation is performed at least one of before the slicing step and after the mirror finishing step when manufacturing a wafer. 前記評価方法による判定を行う前と後の少なくともいずれかにおいて、さらにグローンイン欠陥の有無の判定を行うことを特徴とする請求項2に記載のシリコンウェーハの評価方法。  3. The method for evaluating a silicon wafer according to claim 2, wherein the presence or absence of a grown-in defect is further determined before and after the determination by the evaluation method. 前記評価方法による判定を前記スライス工程の前に行い、かつ前記鏡面加工工程の後にCuデポジション法による評価を行うことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載のシリコンウェーハの評価方法。  4. The method for evaluating a silicon wafer according to claim 2, wherein the evaluation by the evaluation method is performed before the slicing step, and the evaluation by the Cu deposition method is performed after the mirror finishing step.
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