JP4510948B2 - Manufacturing method of silicon single crystal wafer - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶欠陥の少ないチョクラルスキー法(以下、Cz法と称す)によるシリコン単結晶ウェーハの製造方法に関する。特に、COP(Crystal Originated Particle)の少ないシリコン単結晶ウェーハの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のCz法により引き上げられたシリコン単結晶には、単結晶引き上げ中に結晶内に結晶欠陥が形成される。単結晶引き上げ中に形成される結晶欠陥はGrown−in欠陥と呼ばれており、Grown−in欠陥は、その検出方法によって様々な名称が付けられている。例えば、選択エッチング液であるセコ液にシリコンウェーハを浸漬することにより、ウェーハ表面に現れる特殊なさざなみ模様(フローパターン)のピットとして検出されるものはフローパターン欠陥と呼ばれる。また、赤外線レーザーをシリコンウェーハに入射し、その散乱により検出されるものは、赤外散乱欠陥と呼ばれる。さらに、シリコンウェーハの製造工程においてパーティクル除去のために一般的に行われるアンモニア水と過酸化水素水の混合溶液中で洗浄した後のウェーハ表面に0.05〜0.20μm程度(約0.15μm)の大きさのくぼみ(ピット)としてパーティクル検査装置により検出されるものは、COPと呼ばれる。なお、COPは、パーティクル検査装置により初めて発見されたため、結晶起因の“パーティクル”との名称が付けられているが、その後の調査で欠陥がパーティクルではなく、ピットであることが明らかにされている。
【0003】
ところで、COPが存在するシリコンウェーハを半導体デバイスに使用し、COPの存在する位置上に、半導体デバイスの基本素子構造であるMOS構造のゲート酸化膜が形成されるとその信頼性を著しく低下させ、また、配線が形成されるとパターン切れ等を引き起こす。特に、最近主力のデバイス(64M−DRAM)の素子構造は0.3μmと非常に微細なため、約0.15μmのピットは重大な不良原因となり、デバイスの製造歩留を著しく低下させてしまう。したがって、シリコンウェーハのCOPは極力低減させることが望ましい。
【0004】
最近の研究により、フローパターン欠陥、赤外散乱欠陥、COP等のGrown−in欠陥のオリジンは同じものであり、その実体は八面体のボイド(空洞)であることが明らかになった。このボイドは、単結晶が凝固した直後に取り込まれる原子空孔(点欠陥の一種)が、単結晶が冷却されるにつれて過飽和な状態となり、やがて1100℃〜1050℃付近の温度域を通過する際に凝集することで形成されたものであることが明らかになってきた。
【0005】
以上の知見に基づいて、Grown−in欠陥を低減する方法として、凝固後の単結晶の冷却条件の改善について数多くの提案がなされてきた。例えば、特開平3−275598号公報では、COPを低減するために、結晶が固化してから900℃までの冷却速度を1.2℃/分より大きくする方法が示され、一方、特開平4−42893号公報では、COPを低減するために、1200℃から800℃までの冷却速度を0.4℃/分より小さくする方法が示され、特開平6−1687号公報では、ゲート酸化膜の信頼性を向上させるために、シリコン融液の固液界面直上から3cmまでの範囲の温度勾配を5℃/cm以上とする方法が示され、特開平6−279188号公報では、COPあるいはフローパターン欠陥あるいは赤外散乱欠陥を低減するために、1420℃〜1200℃の間の温度に1時間以上シリコン単結晶を保持する方法が示され、特開平8−12493号公報では、赤外散乱欠陥を低減させる、あるいはゲート酸化膜の信頼性を改善するために、シリコン融液から1300℃までの温度範囲における結晶軸方向の温度勾配をG(℃/mm)とし、単結晶の引上速度をfp(mm/分)としたとき、fp/Gを0.25mm2/℃・分以上にし、かつ1150℃から1000℃までの冷却速度を2.0℃/分以下とする方法が示されている。
【0006】
しかしながら、これらの方法はいずれも単結晶の冷却条件を変更することによってGrown−in欠陥を低減させる手法であり、単結晶全長にわたって同じ効果を均一に与えるためには引上炉の構造や引上炉内部の構造を変更する必要があり、コストアップにつながっていた。また、これらの方法では、Grown−in欠陥のオリジンであるボイド欠陥のサイズを見かけ上小さくしたり、密度を見かけ上低下させることは可能であるが、ボイド欠陥の構成要素(原料)である原子空孔の濃度そのものを下げることはできなかった。したがって、単結晶育成中に原子空孔の濃度そのものを低減する方法が求められていたが、従来はそのような方法がなかった。
【0007】
一般的なCz法では、石英ルツボの中に多結晶シリコンを入れ溶解し、その融液にシリコン単結晶をシーディングした後、引き上げる。融液は常に石英ルツボに接触しているため石英ルツボから溶け出した酸素原子を多量に含んでおり、その融液から引き上げられたシリコン単結晶にも過飽和な固溶酸素原子が多量に含まれている。
【0008】
一方、一般的なCz法によりシリコン単結晶を製造する方法以外に、融液に磁場を印加しながらCz法により単結晶を引き上げる方法(MCZ法、Magnetic field applied Cz法)がある。
【0009】
MCZ法には、磁場の印加の仕方により、カスプ磁場印加MCZ法や水平磁場印加MCZ法がある。MCZ法は磁場により融液の流れを制御することによって、酸素濃度を制御する手法として提案されてきた。
【0010】
カスプ磁場印加MCZ法による単結晶引上装置は、例えば特開昭58−217493号公報に示されており、引上装置の外壁の上下に同極対向磁石(例えば超電導マグネット)と、磁場印加装置の両極の間に設けられた炉体と、炉体の内部に設けられシリコン融液を保持する石英ルツボと、シリコン融液を加熱するヒーターと、シリコン単結晶棒を回転させながら引き上げる引上機構とを有して構成されている。同極対向磁石により融液内には等軸対称的かつ放射状のカスプ磁場が形成される。カスプ磁場を印加することによって石英ルツボ内のシリコン融液の熱対流は均一に抑制され、軸対称の温度分布が得られるため、均一な結晶性を有する単結晶を引き上げることができる。また、半径方向の融液の対流を抑制することができるため、石英ルツボからの酸素の混入を低減することができる。しかし、従来のカスプ磁場印加MCZ法は、酸素濃度の低減に用いられることはあっても、COP等のGrown−in欠陥の低減に応用されることはなかった。
【0011】
また、水平磁場印加MCZ法による単結晶引上装置は、例えば特開昭56−45889号公報に示されており、水平方向に磁場を発生する磁場印加装置と、磁場印加装置の両極の間に設けられた炉体と、炉体内部に設けられシリコン融液を保持する石英ルツボと、シリコン融液を加熱するヒーターと、シリコン単結晶棒を回転させながら引き上げる引上機構とを有して構成されている。水平磁場を印加することによって石英ルツボ内のシリコン融液の熱対流を抑制することにより、石英ルツボからの酸素の混入を大幅に低減するとともに、シリコンの固液界面をより静的な状態に保つことができる。しかし、従来の水平磁場印加MCZ法は、酸素濃度の低減に用いられることはあっても、COP等のGrown−in欠陥の低減に応用されることはなかった。
【0012】
また、冷却方法を改善すること等によってGrown−in欠陥を低減した従来のシリコン単結晶ウェーハのCOPの面内分布は、ウェーハと中心を同じくする円の内側に存在する円盤状の形態を持つ場合はあったが、同心円の線上のみに分布したり、らせん状や放射状、あるいはそれらの組み合わせの分布形態を持つことはなかった。このような線上にCOPが分布しているウェーハを半導体デバイスに使用した場合には、COPが円盤状に分布する従来のウェーハに比べてCOPの影響を受けるデバイスが少なく、デバイス歩留が向上する。したがって、このように線上にCOPが分布するウェーハが求められていたが、従来は存在しなかった。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような問題点に鑑み、結晶欠陥の少ない、特にCOP等のGrown−in欠陥の少ないシリコン単結晶ウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記の手段により達成される。
【0028】
)チョクラルスキー法によるシリコン単結晶ウェーハの製造方法において、シリコン単結晶インゴットの育成中に、その全長にわたり、カスプ磁場の磁場強度あるいはゼロ磁場位置を連続的にあるいは周期的に変動させて印加することを特徴とするシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
【0029】
)前記磁場印加が、融液を収納する石英ルツボの壁において100ガウス以上のカスプ磁場の印加である()記載のシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
【0031】
【発明の実施の形態】
Cz法でシリコン単結晶を育成すると、固液界面から単結晶内に点欠陥(原子空孔と格子間原子)が取り込まれる。原子空孔と格子間原子は、単結晶が冷却されるにつれて対消滅して減少するが、単結晶に取り込まれる濃度は原子空孔の方が数桁高いために、対消滅後に単結晶内に残る点欠陥は原子空孔になる。この原子空孔は、単結晶が冷却されるに伴い過飽和な状態となり、単結晶が1100℃以下になると単体で存在するよりも凝集した方が安定となり、凝集体を形成する。COP等のGrown−in欠陥のオリジンであるボイド欠陥は、過飽和な原子空孔が1100℃以下で凝集したものである。
【0032】
本発明者等は、シリコン単結晶ウェーハにおけるこのボイド欠陥を抜本的に低減するには、ボイド欠陥の構成要素である原子空孔の濃度を低減することが必要であると考え、鋭意検討した。その結果、ウェーハ内の原子空孔の濃度を低減させるためには、特定形態の欠陥分布を持たせることが重要であることを見出した。即ち、Cz法により育成されたシリコン単結晶から得られたウェーハであって、該ウェーハに見られるCOP、酸素濃度及び/又は不純物濃度の面内分布が、同心円状、らせん状及び放射状の1種又は2種以上の形態であるシリコン単結晶ウェーハを用いて、半導体デバイスを作製した場合、COP等のGrown−in欠陥の存在する領域が線状(帯状)になるため、COP等の欠陥の影響を受けるデバイスが少なくなり、デバイス歩留が良好になる。
【0033】
そして、COP、酸素濃度及び/又は不純物濃度の面内分布の形態において、その間隔が1mm以上である場合には、Grown−in欠陥の存在しない領域をウェーハ内で広く確保でき、欠陥の影響を受けるデバイスを更に少なくできることから、デバイス歩留がより向上する。
【0034】
また、このようなCOPの面積密度が、ウェーハ全体の平均で1.6個/cm2以下である場合、そのウェーハを用いて製造した半導体デバイスの歩留は更に良好になる。
【0035】
また、COPの存在していない無欠陥領域の面積が、ウェーハ全体の面積の20%以上である場合には、デバイス歩留はさらに良好になる。ここで、COPの存在領域とは、COP位置を中心に半径4mm以内の領域である。したがって、COPが存在していない領域とは、ウェーハ全面からCOPの存在領域を差し引いた領域を指す。
【0036】
なお、COPは、その大きさや個数をレーザーの散乱を利用する異物検査装置で測定できるし、原子間力顕微鏡(AFM、Atomic Force Microscopy)によって直接測定することもできる。
【0037】
このような品質を有するシリコン単結晶ウェーハであればその製造方法は特に限定しないが、効率良く製造するためには、単結晶育成中に単結晶内に点欠陥の吸収層を形成することが有効で、これにより点欠陥の吸収層の周囲に無欠陥層が幅広く形成されることを見出した。ここで、点欠陥の吸収層とは、点欠陥濃度の濃淡分布において濃度の高い領域のことを示している。即ち、周囲の点欠陥をゲッタリングしたため濃度が高くなった領域や、反応によって点欠陥が減少した領域に隣接する領域や、あるいは単結晶が凝固した時点で形成された点欠陥濃度の高い領域等も、点欠陥の吸収層に含まれる。
【0038】
さらに、本発明者等は、シリコン単結晶を育成中の固液界面におけるミクロな単結晶の成長速度の変動や、固液界面における融液温度変動による酸素濃度・不純物濃度の変動が5%未満となるような引上炉内部の組立構造(ホットゾーン構造)でシリコン単結晶を育成する場合には、点欠陥の吸収層を極めて制御良く形成できることを見出した。
【0039】
そして、点欠陥の吸収層をより積極的に形成するためには、シリコン単結晶を育成中の固液界面におけるミクロな単結晶の成長速度を変動させたり、あるいは固液界面における融液温度の変動により酸素濃度・不純物濃度を変動させたりすることにより、結晶軸方向のある間隔で、結晶軸に垂直に点欠陥の吸収層を形成することができることを見出した。ここで、不純物とは、ドーパントであるホウ素や燐を含め、炭素やアルミニウム、あるいは銅や錫等の金属元素を示している。
【0040】
この変動を連続的あるいは周期的に与えることによって、単結晶の長手方向に一定間隔で点欠陥の吸収層が形成できるため、単結晶全長にわたってGrown−in欠陥を低減するためには有効であることが判った。ここで、周期的とは、ある値から別の値に変動させる際にステップ的あるいはパルス的(即ちデジタル的)に変動させることである。また、連続的とは、緩やかに(アナログ的に)変動させることである。さらに、その変動が大きい程、効果は大きいことが判ったが、変動幅が5%を超えると、大きな結晶変形を起こし易くなるため、単結晶製造が難しくなる。
【0041】
また、連続的あるいは周期的な変動を与える間隔が、単結晶の引上方向に0.5mm未満の場合には、引き上げた単結晶をスライスし、厚さ0.5mm以上のシリコン単結晶ウェーハを製造する際に、点欠陥の吸収層と無欠陥層の分離が難しくなるため、変動を与える間隔は0.5mm以上が望ましい。
【0042】
また、単結晶育成中に、単結晶又はルツボの回転速度に変動を加えることにより、比較的容易に固液界面におけるミクロな単結晶の成長速度を変動させたり、あるいは固液界面における融液温度の変動により酸素濃度・不純物濃度を変動させたりすることができるため、有効である。この方法で形成される吸収層は、同心円状、らせん状又は放射状の形態やこれら形態を組み合わせた形態となる。
【0043】
特に、シリコン単結晶の直径をD(in)としたとき、単結晶の回転速度を2000/D2〜600/D2(rpm)から300/D2〜0(rpm)へ遷移時間2分〜1秒で減少させ、引き続き単結晶の回転速度を300/D2〜0(rpm)で1秒〜1分間単結晶を育成した後に、単結晶の回転速度を2000/D2〜600/D2(rpm)へ遷移時間2分〜1秒で増加させる変動を与えた場合、単結晶内に制御性良く点欠陥の吸収層を形成できるため好ましい。
【0044】
さらに、シリコン単結晶の引上速度を連続的あるいは周期的に変動させることも、簡便に固液界面におけるミクロな単結晶の成長速度を変動させたり、あるいは固液界面における融液温度の変動により酸素濃度・不純物濃度を変動させたりすることができるため、他の変動と共に点欠陥の吸収層を効果的に形成できるので好ましい。
【0045】
さらに本発明者等は、単結晶内の点欠陥の吸収層の形成をより正確に制御するためには、変動を加えていないときの結晶欠陥の生成を制御することが重要であるとの考えに至った。そこで、シリコン単結晶の育成中に、融液に対して磁場を印加した状態で、上述した操作を行ったところ、変動を加えていないときの融液の状態がより安定化して、極めて制御性良く点欠陥の吸収層を形成できることを見出した。
【0046】
そして、この磁場印加が、融液を収納するルツボの壁において100ガウス以上のカスプ磁場の印加である場合には、融液の熱対流が均一に抑制され、軸対称の温度分布が得られるため、融液の安定化に顕著な作用効果がある。なお、印加する磁場強度が100ガウス未満ではカスプ磁場を印加した効果が見られないため、100ガウス以上の磁場強度を印加することが望ましい。
【0047】
カスプ磁場の場合、同極対向磁石を用いるため、カスプ磁界の中心軸上には磁場強度が零になる位置が存在する(ゼロ磁場位置)。ゼロ磁場位置の高さは、同極対向磁石の全体を機械的に上下させたり、対向磁石のそれぞれの発生磁場強度を電気的に変更することによって、容易に変えることができる。カスプ磁場を印加した状態で、連続的あるいは周期的に磁場強度あるいはゼロ磁場位置を変更することにより、界面での融液の状態を安定させたまま制御することができるため、固液界面におけるミクロな単結晶の成長速度を変動させたり、あるいは固液界面における融液温度の変動により酸素濃度・不純物濃度を変動させたりすることが精度良く行うことができる。そのため、点欠陥の吸収層の形成の制御性に優れている。また、カスプ磁場を印加した状態で、引上速度を連続的あるいは周期的に変更することにより、界面での融液の状態を安定させたまま制御することができるため、固液界面におけるミクロな単結晶の成長速度を変動させたり、あるいは固液界面における融液温度の変動により酸素濃度・不純物濃度を変動させたりすることが精度良く行うことができる。そのため、点欠陥の吸収層の形成の制御性に優れている。
【0048】
また、磁場印加が、融液を収納する石英ルツボの壁において500ガウス以上の水平磁場の印加である場合には、ルツボ内の融液の熱対流を抑制することにより、固液界面をより静的な状態に保つため、融液の安定化に顕著な作用効果がある。なお、印加する磁場強度が500ガウス未満では水平磁場を印加した効果が見られないため、500ガウス以上の磁場強度を印加することが望ましい。
【0049】
水平磁場を印加した状態で、連続的あるいは周期的に磁場強度を変更することにより、界面での融液の状態を安定させたまま制御することができるため、点欠陥の吸収層の形成の制御性に優れている。
【0050】
本発明に用いた無転位シリコン単結晶製造装置は、通常のCz法による無転位シリコン単結晶製造に用いられるものであれば特に限定されるものではなく、図1に示すような製造装置を用いた。
【0051】
このCz法シリコン単結晶製造装置は、シリコン融液Mを収容する石英ルツボ6aとこれを保護する黒鉛製ルツボ6bとから構成されたルツボ6と育成された無転位シリコン単結晶インゴットSを収容する結晶引上炉1である。ルツボ6の側面部は加熱ヒーター4と加熱ヒーター4からの熱が結晶引上炉外部に逃げるのを防止するため断熱材3が取り囲むように配置されており、このルツボ6は図示されていない駆動装置と回転治具5によって接続され、この駆動装置によって所定の速度で回転されると共に、ルツボ6内のシリコン融液の減少に伴う液面低下を補うためにルツボ6を昇降させるようになっている。引上炉1内には、垂下された引上ワイヤ7が設置され、このワイヤの下端には種結晶8を保持するチャック9が設けられている。この引上ワイヤ7の上端側は、ワイヤ巻上機2に巻き取られて、無転位シリコン単結晶インゴットを引き上げるようになった引上装置が設けられている。そして、引上炉1内には、引上炉1に形成されたガス導入口10からArガスが導入され、引上炉1内を流通してガス流出口11から排出される。このようにArガスを流通させるのは、シリコンの溶融に伴って引上炉1内に発生するSiOをシリコン融液内に混入させないようにするためである。
【0052】
また、本発明に用いたカスプ磁場印加シリコン単結晶製造装置は、図2に示すように、同極対向磁石20を結晶軸に上下に配置する一般的な製造装置を用いた。
【0053】
また、本発明に用いた水平磁場印加シリコン単結晶製造装置は、図3に示すように、水平方向に磁場を発生することができる電磁石一対30を左右に配置する一般的な製造装置を用いた。
【0054】
本発明のシリコン単結晶ウェーハを用いて製造した半導体デバイスの歩留は、デバイスの基本構造であるMOS構造の中のゲート酸化膜の信頼性試験の合格率で知ることができる。ゲート酸化膜の信頼性はCOPに極めて敏感であるため、ゲート酸化膜の信頼性試験の合格率から、COPが原因となった半導体デバイス不良の発生率を知ることができる。本発明のシリコン単結晶ウェーハのゲート酸化膜の信頼性試験の具体的な方法は以下の通りである。鏡面加工を施したシリコンウェーハ試料上にMOSダイオードを形成し、1000℃の乾燥酸素雰囲気中で形成された25.0nmの二酸化珪素膜であるゲート酸化膜(絶縁酸化膜)の電気特性を調べることによって行った。MOSダイオードは、ゲート酸化膜上にリンを1×1021atoms/cm3以上ドープした多結晶シリコンとアルミニウムの2層構造からなり、面積20mm2の電極を有し、裏面にオーミック電極用に金電極が形成されている。上記構造を持つMOSダイオードを試料ウェーハの全面に作製した。基板シリコンから多数キャリアが注入される極性の直流電圧を各MOSダイオードに印加して電圧ラッピング法により試料ウェーハのゲート酸化膜の耐電圧特性を評価した。ゲート酸化膜を通して流れる電流密度が1mA/cm2のときのゲート酸化膜に印加される平均電界(絶縁破壊電界)を測定した。このとき、絶縁破壊電界が8.0MV/cm未満である場合は、COP等の結晶欠陥が原因となってゲート酸化膜の耐電圧特性を低下させていることが様々な研究によって明らかにされている。即ち、絶縁破壊電界が8.0MV/cm以上のMOSダイオードがゲート酸化膜試験に合格したダイオードである。
【0055】
従来の方法により製造されたシリコン単結晶から加工された一般的なウェーハの場合、絶縁破壊電界が8.0MV/cm以上のMOSダイオードの個数が総数に占める割合(即ち、ゲート酸化膜試験の合格率)は、たかだか30%未満である。したがって、ゲート酸化膜試験の合格率が60%以上である場合には、ゲート酸化膜の信頼性に優れている。即ち、半導体デバイス用ウェーハとして優れている。
【0056】
【実施例】
以下に、本発明について実施例を挙げて説明するが、本発明がこれらの実施例の記載によって制限されるものではないことは言うまでもない。
【0057】
なお、ここで示す「安定したホットゾーン」の使用とは、シリコン単結晶を育成中の固液界面におけるミクロな単結晶の成長速度の変動や、固液界面における融液温度変動による酸素濃度・不純物濃度の変動が5%未満となるような引上炉内部の組立構造(ホットゾーン構造)を用いてシリコン単結晶を育成する場合を意味する。また、「変動間隔」とは、図4に例示するように、シリコン単結晶の育成に伴って、連続的あるいは周期的に変動を加える間隔を意味し、この間隔は時間単位でも結晶の成長長さ単位でも良い。そして、この変動の結果として生じるウェーハ内の変動分布は、図5に例示するように、ホットゾーンに起因するマクロなベース変動とミクロなベース変動と共に人為的に与える連続的あるいは周期的な変動によるミクロな人為変動とが重畳した分布となる。
【0058】
また、「COP面積密度」とは、ウェーハの面積全体における直径換算で0.10μm以上のCOPの平均密度である。「COP無存在領域率」とは、ウェーハ全面の面積からCOPの存在領域を差し引いた領域のウェーハ全面に占める割合を意味する。なお、COPの存在領域とは、COP位置を中心に半径4mm以内の領域である。
【0059】
(実施例1)
図1の装置を用いて、以下の条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単結晶インゴットを育成した。
【0060】
点欠陥の吸収層:あり
安定したホットゾーン:なし
単結晶の回転速度:18rpmから1rpmへ2秒間で低下させ、1rpmで5秒間保持した後、1rpmから18rpmへ2秒間で上昇させる操作を周期的に実施
坩堝の回転速度:8rpm一定
平均引上げ速度:1.0mm/分
固液界面での成長速度の人為的変動:あり
固液界面での融液温度の人為的変動:あり
変動の間隔:0.3mm
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表1〜3に示す。
【0061】
(実施例2)
図1の装置を用いて、以下の条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単結晶インゴットを育成した。
【0062】
点欠陥の吸収層:あり
安定したホットゾーン:あり
単結晶の回転速度:20rpm一定
坩堝の回転速度:8rpm一定
引上げ速度:1.0mm/分から0.2mm/分へ3秒間で低下させ、0.2mm/分で10秒間保持した後に、0.2mm/分から1.0mm/分へ2秒間で上昇させる操作を周期的に実施
固液界面での成長速度の人為的変動:あり
固液界面での融液温度の人為的変動:あり
変動の間隔:0.4mm
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表1〜3に示す。
【0063】
(実施例3)
図1の装置を用いて、以下の条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単結晶インゴットを育成した。
【0064】
点欠陥の吸収層:あり
安定したホットゾーン:なし
単結晶の回転速度:19rpm一定
坩堝の回転速度:10rpmから1rpmへ3秒間で低下させ、1rpmで10秒間保持した後、1rpmから10rpmへ3秒間で上昇させる操作を連続的に実施
平均引上げ速度:0.6mm/分
固液界面での成長速度の人為的変動:あり
固液界面での融液温度の人為的変動:あり
変動の間隔:0.5mm
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表1〜3に示す。
【0065】
(実施例4)
図1の装置を用いて、以下の条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単結晶インゴットを育成した。
【0066】
点欠陥の吸収層:あり
安定したホットゾーン:あり
単結晶の回転速度:18rpmから1rpmへ130秒間で低下させ、1rpmで20秒間保持した後、1rpmから18rpmへ130秒間で上昇させる操作を周期的に実施
坩堝の回転速度:8rpm一定
平均引上げ速度:0.2mm/分
固液界面での成長速度の人為的変動:あり
固液界面での融液温度の人為的変動:あり
変動の間隔:1.5mm
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表1〜3に示す。
【0067】
(実施例5)
図1の装置を用いて、以下の条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単結晶インゴットを育成した。
【0068】
点欠陥の吸収層:あり
安定したホットゾーン:あり
単結晶の回転速度:18rpm一定
坩堝の回転速度:8rpmから1rpmへ2秒間で低下させ、1rpmで20秒間保持した後、1rpmから10rpmへ2秒間で上昇させる操作を連続的に実施
平均引上げ速度:1.0mm/分
固液界面での成長速度の人為的変動:あり
固液界面での融液温度の人為的変動:あり
変動の間隔:2.0mm
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表1〜3に示す。
【0069】
(実施例6)
図1の装置を用いて、以下の条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単結晶インゴットを育成した。
【0070】
点欠陥の吸収層:あり
安定したホットゾーン:なし
単結晶の回転速度:18rpmから1rpmへ3秒間で低下させ、1rpmで20秒間保持した後、1rpmから18rpmへ3秒間で上昇させる操作を周期的に実施
坩堝の回転速度:9rpm一定
平均引上げ速度:1.2mm/分
固液界面での成長速度の人為的変動:あり
固液界面での融液温度の人為的変動:あり
変動の間隔:3.5mm
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表1〜3に示す。
【0071】
(実施例7)
図1の装置を用いて、以下の条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単結晶インゴットを育成した。
【0072】
点欠陥の吸収層:あり
安定したホットゾーン:あり
単結晶の回転速度:18rpm一定
坩堝の回転速度:12rpm一定
引上げ速度:1.0mm/分から0.0mm/分へ5秒間で低下させ、0.0mm/分で30秒間保持した後に、0.0mm/分から1.0mm/分へ5秒間で上昇させる操作を周期的に実施
固液界面での成長速度の人為的変動:あり
固液界面での融液温度の人為的変動:あり
変動の間隔:4.0mm
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表1〜3に示す。
【0073】
(実施例8)
図2の装置を用いて、以下の条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単結晶インゴットを育成した。
【0074】
点欠陥の吸収層:あり
安定したホットゾーン:あり
単結晶の回転速度:18rpmから1rpmへ2秒間で低下させ、1rpmで20秒間保持した後、1rpmから18rpmへ2秒間で上昇させる操作を周期的に実施
坩堝の回転速度:8rpm一定
平均引上げ速度:1.2mm/分
磁場印加:カスプ磁場
石英坩堝壁での磁場強度:1300ガウス一定
ゼロ磁場位置:融液表面位置より50mm下方
固液界面での成長速度の人為的変動:あり
固液界面での融液温度の人為的変動:あり
変動の間隔:5.2mm
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表1〜3に示す。
【0075】
(実施例9)
図2の装置を用いて、以下の条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単結晶インゴットを育成した。
【0076】
点欠陥の吸収層:あり
安定したホットゾーン:あり
単結晶の回転速度:18rpm一定
坩堝の回転速度:6rpm一定
平均引上げ速度:0.9mm/分
磁場印加:カスプ磁場
石英坩堝壁での磁場強度:400ガウスから300ガウスへ115秒間で低下させ、300ガウスで40秒間保持した後、300ガウスから400ガウスへ115秒で上昇させる操作を周期的に実施
ゼロ磁場位置:融液表面位置より40mm下方
固液界面での成長速度の変動:あり
固液界面での融液温度の変動:あり
変動の間隔:6.0mm
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表1〜3に示す。
【0077】
(実施例10)
図2の装置を用いて、以下の条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単結晶インゴットを育成した。
【0078】
点欠陥の吸収層:あり
安定したホットゾーン:あり
単結晶の回転速度:18rpm一定
坩堝の回転速度:7rpm一定
平均引上げ速度:1.0mm/分
磁場印加:カスプ磁場
石英坩堝壁での磁場強度:1000ガウス
ゼロ磁場位置:融液表面より40mm下方から50mm下方へ115秒で下降させ、該位置で40秒間保持した後、50mm下方から40mm下方へ115秒で上昇させる操作を周期的に実施
固液界面での成長速度の人為的変動:あり
固液界面での融液温度の人為的変動:あり
変動の間隔:7.0mm
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表1〜3に示す。
【0079】
(実施例11)
図3の装置を用いて、以下の条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単結晶インゴットを育成した。
【0080】
点欠陥の吸収層:あり
安定したホットゾーン:あり
単結晶の回転速度:18rpmから1rpmへ2秒間で低下させ、1rpmで20秒間保持した後、1rpmから18rpmへ2秒間で上昇させる操作を周期的に実施
坩堝の回転速度:4rpm一定
平均引上げ速度:1.0mm/分
磁場印加:水平磁場
石英坩堝壁での磁場強度:3000ガウス一定
固液界面での成長速度の人為的変動:あり
固液界面での融液温度の人為的変動:あり
変動の間隔:8.0mm
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表1〜3に示す。
【0081】
(実施例12)
図3の装置を用いて、以下の条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単結晶インゴットを育成した。
【0082】
点欠陥の吸収層:あり
安定したホットゾーン:あり
単結晶の回転速度:18rpm一定
坩堝の回転速度:1.5rpm一定
平均引上げ速度:1.0mm/分
磁場印加:カスプ磁場
石英坩堝壁での磁場強度:2000ガウスから1500ガウスへ115秒間で低下させ、1500ガウスで60秒間保持した後、1500ガウスから2000ガウスへ115秒で上昇させる操作を周期的に実施
固液界面での成長速度の人為的変動:あり
固液界面での融液温度の人為的変動:あり
変動の間隔:8.0mm
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表1〜3に示す。
【0083】
(比較例1)
図1の装置を用いて、以下の条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単結晶インゴットを育成した。
【0084】
点欠陥の吸収層:なし
安定したホットゾーン:あり
単結晶の回転速度:30rpm一定
坩堝の回転速度:10rpm一定
平均引上げ速度:0.8mm/分
固液界面での成長速度の人為的変動:なし
固液界面での融液温度の人為的変動:なし
変動の間隔:なし
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表1〜3に示す。
【0085】
(比較例2)
図2の装置を用いて、以下の条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単結晶インゴットを育成した。
【0086】
点欠陥の吸収層:なし
安定したホットゾーン:なし
単結晶の回転速度:25rpm一定
坩堝の回転速度:6rpm一定
平均引上げ速度:0.8mm/分
磁場印加:カスプ磁場
石英坩堝壁での磁場強度:1000ガウス一定
ゼロ磁場位置:融液表面位置より40mm下方
固液界面での成長速度の人為的変動:なし
固液界面での融液温度の人為的変動:なし
変動の間隔:なし
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表1〜3に示す。
【0087】
(比較例3)
図3の装置を用いて、以下の条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単結晶インゴットを育成した。
【0088】
点欠陥の吸収層:なし
安定したホットゾーン:なし
単結晶の回転速度:18rpm一定
坩堝の回転速度:1rpm一定
平均引上げ速度:0.9mm/分
磁場印加:水平磁場
石英坩堝壁での磁場強度:3000ガウス一定
固液界面での成長速度の人為的変動:なし
固液界面での融液温度の人為的変動:なし
変動の間隔:なし
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表1〜3に示す。
【0089】
【表1】

Figure 0004510948
【0090】
【表2】
Figure 0004510948
【0091】
【表3】
Figure 0004510948
【0092】
これらの結果から明らかなように、本発明の実施例では、酸素濃度、不純物濃度、COPの何れの分布状態も特有の形態を示し、何れのウェーハも信頼性試験の合格率は60%以上となり、結晶欠陥の少ない、半導体デバイス製造に適したウェーハであることが判った。特に、酸素濃度、不純物濃度、COPの何れもが明確な分布形態を示す場合には、信頼性試験の合格率は70%以上となり、結晶欠陥の極めて少ない、半導体デバイス製造に適したウェーハであることが判った。
【0093】
一方、比較例では、人為的な変動を加えていないため、酸素濃度、不純物濃度、COPの何れもがウェーハ全面に均一に分布(円盤状)しており、信頼性試験の合格率も10%以下と極めて悪い結果となり、結晶欠陥の極めて多い、半導体デバイス製造に適さないウェーハであることが判った。
【0094】
【発明の効果】
発明のシリコン単結晶ウェーハの製造方法は、従来のシリコン単結晶製造装置に改造を加えることなく適用できるため、製造コストを上昇させることなく、高品質のシリコン単結晶ウェーハを歩留良く製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1〜7及び比較例1で用いたCz法シリコン単結晶製造装置の模式図。
【図2】 実施例8〜10及び比較例2で用いたカスプ磁場印加Czシリコン単結晶製造装置の模式図。
【図3】 実施例11〜12及び比較例3で用いた水平磁場印加Czシリコン単結晶製造装置の模式図。
【図4】 実施例11における結晶回転の人為的変動の模式図。
【図5】 8inウェーハにおける不純物濃度の変動分布の一例。
【符号の説明】
1 … Cz無転位シリコン単結晶引上炉
2 … ワイヤ巻上機
3 … 断熱材
4 … 加熱ヒーター
5 … 回転治具
6 … ルツボ
6a … 石英ルツボ
6b … 黒鉛ルツボ
7 … ワイヤ
8 … 種結晶
9 … チャック
10 … ガス導入口
11 … ガス排出口
20 … カスプ磁場印加用同軸対向電磁石
30 … 水平磁場印加用電磁石[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a silicon single crystal wafer by the Czochralski method (hereinafter referred to as Cz method) with few crystal defects. Ha It relates to a manufacturing method. In particular, a silicon single crystal wafer with less COP (Crystal Originated Particle) Ha It relates to a manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
In the silicon single crystal pulled by the conventional Cz method, crystal defects are formed in the crystal during the single crystal pulling. Crystal defects formed during single crystal pulling are referred to as grown-in defects, and the grown-in defects are given various names depending on the detection method. For example, what is detected as a pit of a special ripple pattern (flow pattern) appearing on the wafer surface by immersing a silicon wafer in a Seco solution that is a selective etching solution is called a flow pattern defect. An infrared laser incident on a silicon wafer and detected by scattering is called an infrared scattering defect. Furthermore, about 0.05 to 0.20 μm (about 0.15 μm) is formed on the wafer surface after cleaning in a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide water, which is generally performed for particle removal in the silicon wafer manufacturing process. What is detected by the particle inspection device as a pit having a size of) is called COP. Since COP was first discovered by a particle inspection device, it was named “particle” due to the crystal, but subsequent investigations revealed that the defect was not a particle but a pit. .
[0003]
By the way, when a silicon wafer having a COP is used for a semiconductor device and a gate oxide film having a MOS structure, which is a basic element structure of the semiconductor device, is formed on a position where the COP is present, the reliability is significantly lowered. Further, when the wiring is formed, the pattern is cut off. In particular, since the element structure of the mainstay device (64M-DRAM) is as very fine as 0.3 μm, a pit of about 0.15 μm causes a serious defect and significantly reduces the manufacturing yield of the device. Therefore, it is desirable to reduce the COP of the silicon wafer as much as possible.
[0004]
Recent studies have revealed that the origins of grown-in defects such as flow pattern defects, infrared scattering defects, and COPs are the same, and their substance is an octahedral void. This void is when atomic vacancies (a kind of point defect) taken in immediately after the single crystal is solidified becomes supersaturated as the single crystal is cooled, and eventually passes through a temperature range of about 1100 ° C to 1050 ° C. It has become clear that it is formed by agglomeration.
[0005]
Based on the above knowledge, as a method for reducing Grown-in defects, many proposals have been made for improving the cooling condition of the single crystal after solidification. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-275598 discloses a method of increasing the cooling rate to 900 ° C. after the crystal is solidified to be higher than 1.2 ° C./min in order to reduce COP. Japanese Patent No. 42893 discloses a method of reducing the cooling rate from 1200 ° C. to 800 ° C. below 0.4 ° C./min in order to reduce COP. In order to improve the reliability, a method of setting the temperature gradient in the range from directly above the solid-liquid interface of the silicon melt to 3 cm to 5 ° C./cm or more is disclosed. Japanese Patent Laid-Open No. 6-279188 discloses COP or flow pattern In order to reduce defects or infrared scattering defects, a method of holding a silicon single crystal at a temperature between 1420 ° C. and 1200 ° C. for 1 hour or more is shown. In order to reduce infrared scattering defects or improve the reliability of the gate oxide film, the temperature gradient in the crystal axis direction in the temperature range from the silicon melt to 1300 ° C. is G (° C./mm), and the single crystal Lifting speed is f p F (mm / min) p / G is 0.25mm 2 A method of setting the cooling rate from 1150 ° C. to 1000 ° C. to 2.0 ° C./min or less is shown.
[0006]
However, all of these methods are techniques for reducing the grown-in defects by changing the cooling conditions of the single crystal. In order to provide the same effect uniformly over the entire length of the single crystal, the structure of the pulling furnace and the pulling up It was necessary to change the internal structure of the furnace, leading to increased costs. In these methods, the size of the void defect, which is the origin of the Grown-in defect, can be apparently reduced or the density can be apparently reduced. However, the atoms that are constituent elements (raw materials) of the void defect The vacancy concentration itself could not be lowered. Therefore, there has been a demand for a method for reducing the atomic vacancy concentration itself during single crystal growth, but there has been no such method in the past.
[0007]
In a general Cz method, polycrystalline silicon is dissolved in a quartz crucible, and a silicon single crystal is seeded in the melt, and then pulled up. Since the melt is always in contact with the quartz crucible, it contains a large amount of oxygen atoms that have melted out of the quartz crucible, and the silicon single crystal pulled up from the melt also contains a large amount of supersaturated solid solution oxygen atoms. ing.
[0008]
On the other hand, in addition to a method for producing a silicon single crystal by a general Cz method, there is a method for pulling up a single crystal by a Cz method while applying a magnetic field to a melt (MCZ method, Magnetic field applied Cz method).
[0009]
The MCZ method includes a cusp magnetic field application MCZ method and a horizontal magnetic field application MCZ method, depending on how the magnetic field is applied. The MCZ method has been proposed as a technique for controlling the oxygen concentration by controlling the flow of the melt with a magnetic field.
[0010]
A single crystal pulling apparatus based on the MCZ method with cusp magnetic field application is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-217493, and the same-pole opposed magnets (for example, superconducting magnets) and magnetic field applying apparatuses Furnace body provided between the two electrodes, a quartz crucible provided inside the furnace body for holding the silicon melt, a heater for heating the silicon melt, and a pulling mechanism for pulling up the silicon single crystal rod while rotating And is configured. An equiaxed symmetrical and radial cusp magnetic field is formed in the melt by the same-pole opposed magnet. By applying a cusp magnetic field, the thermal convection of the silicon melt in the quartz crucible is uniformly suppressed and an axially symmetric temperature distribution is obtained, so that a single crystal having uniform crystallinity can be pulled up. Further, since convection of the melt in the radial direction can be suppressed, mixing of oxygen from the quartz crucible can be reduced. However, even though the conventional cusp magnetic field application MCZ method is used to reduce the oxygen concentration, it has not been applied to the reduction of grown-in defects such as COP.
[0011]
Further, a single crystal pulling apparatus based on the horizontal magnetic field application MCZ method is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 56-45889, and between a magnetic field applying apparatus that generates a magnetic field in the horizontal direction and both poles of the magnetic field applying apparatus. Consists of a furnace body provided, a quartz crucible provided inside the furnace body for holding the silicon melt, a heater for heating the silicon melt, and a pulling mechanism for pulling up the silicon single crystal rod while rotating Has been. Suppressing the thermal convection of the silicon melt in the quartz crucible by applying a horizontal magnetic field greatly reduces oxygen contamination from the quartz crucible and keeps the silicon solid-liquid interface in a more static state. be able to. However, the conventional horizontal magnetic field application MCZ method is used for reducing the oxygen concentration, but has not been applied to reducing grown-in defects such as COP.
[0012]
In addition, the COP in-plane distribution of a conventional silicon single crystal wafer in which the grown-in defects are reduced by improving the cooling method or the like has a disk-like form existing inside a circle having the same center as the wafer. However, it was not distributed only on concentric circles, nor was it distributed in a spiral, radial, or combination thereof. When a wafer in which COP is distributed on such a line is used for a semiconductor device, the number of devices affected by COP is less than that of a conventional wafer in which COP is distributed in a disk shape, and the device yield is improved. . Therefore, there has been a demand for a wafer in which COP is distributed on the line as described above, but it has not existed in the past.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above-described problems, the present invention provides a silicon single crystal wafer having few crystal defects, particularly few grown-in defects such as COP. Ha An object is to provide a manufacturing method.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The object of the present invention is achieved by the following means.
[0028]
( 1 ) In the manufacturing method of silicon single crystal wafer by Czochralski method, silicon single crystal ingot During the training of Over its entire length, A method for producing a silicon single crystal wafer, wherein a magnetic field strength of a cusp magnetic field or a zero magnetic field position is applied continuously or periodically.
[0029]
( 2 The magnetic field application is an application of a cusp magnetic field of 100 gauss or more on the wall of the quartz crucible containing the melt ( 1 ) A method for producing a silicon single crystal wafer as described above.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
When a silicon single crystal is grown by the Cz method, point defects (atomic vacancies and interstitial atoms) are taken into the single crystal from the solid-liquid interface. As the single crystal is cooled, the vacancies and interstitial atoms decrease by pair annihilation, but the concentration taken into the single crystal is several orders of magnitude higher in the single crystal. The remaining point defects become atomic vacancies. These atomic vacancies become supersaturated as the single crystal is cooled, and when the single crystal is 1100 ° C. or lower, the agglomerates are more stable than the single crystals, and form aggregates. A void defect, which is the origin of a grown-in defect such as COP, is an aggregation of supersaturated atomic vacancies at 1100 ° C. or lower.
[0032]
The inventors of the present invention considered that it is necessary to reduce the concentration of atomic vacancies, which are constituent elements of the void defect, in order to drastically reduce the void defect in the silicon single crystal wafer, and conducted an extensive study. As a result, in order to reduce the concentration of atomic vacancies in the wafer, it has been found that it is important to have a specific form of defect distribution. That is, a wafer obtained from a silicon single crystal grown by the Cz method, and the in-plane distribution of COP, oxygen concentration and / or impurity concentration seen in the wafer is one of concentric, spiral and radial types. Alternatively, when a semiconductor device is manufactured using a silicon single crystal wafer of two or more types, the region where a grown-in defect such as COP exists is linear (band-like), so the influence of defects such as COP The number of devices that receive them is reduced, and the device yield is improved.
[0033]
In the in-plane distribution form of COP, oxygen concentration and / or impurity concentration, when the interval is 1 mm or more, a region where no grown-in defect exists can be secured widely in the wafer, and the influence of the defect can be reduced. Since the number of devices to be received can be further reduced, the device yield is further improved.
[0034]
Further, the area density of such COPs is 1.6 / cm2 on average for the entire wafer. 2 In the case of the following, the yield of the semiconductor device manufactured using the wafer is further improved.
[0035]
Further, when the area of the defect-free region where no COP is present is 20% or more of the entire area of the wafer, the device yield is further improved. Here, the COP existence area is an area within a radius of 4 mm centering on the COP position. Therefore, the area where no COP exists refers to an area obtained by subtracting the COP existing area from the entire wafer surface.
[0036]
The size and number of COPs can be measured by a foreign substance inspection apparatus using laser scattering, or can be directly measured by an atomic force microscope (AFM, Atomic Force Microscopy).
[0037]
The manufacturing method is not particularly limited as long as it is a silicon single crystal wafer having such quality, but in order to manufacture efficiently, it is effective to form a point defect absorbing layer in the single crystal during single crystal growth. Thus, it has been found that a defect-free layer is widely formed around the point-defect absorbing layer. Here, the point defect absorbing layer indicates a region having a high concentration in the density distribution of the point defect concentration. That is, a region where the concentration is high because gettering of surrounding point defects, a region adjacent to a region where point defects are reduced by reaction, a region where the concentration of point defects formed when the single crystal is solidified, etc. Is also included in the point defect absorbing layer.
[0038]
Furthermore, the present inventors have found that fluctuations in oxygen concentration / impurity concentration due to fluctuations in the growth rate of micro single crystals at the solid-liquid interface during the growth of silicon single crystals and fluctuations in the melt temperature at the solid-liquid interface are less than 5%. When growing a silicon single crystal with an assembly structure (hot zone structure) inside the pulling furnace as described above, it was found that an absorption layer of point defects can be formed with extremely good control.
[0039]
In order to more actively form a point defect absorption layer, the growth rate of the micro single crystal at the solid-liquid interface during the growth of the silicon single crystal is changed, or the melt temperature at the solid-liquid interface is changed. It has been found that an absorption layer of point defects can be formed perpendicular to the crystal axis at a certain interval in the crystal axis direction by changing the oxygen concentration / impurity concentration by the change. Here, the impurities refer to metal elements such as carbon, aluminum, copper, and tin, including dopants such as boron and phosphorus.
[0040]
By applying this variation continuously or periodically, point defect absorption layers can be formed at regular intervals in the longitudinal direction of the single crystal, which is effective in reducing Grown-in defects over the entire length of the single crystal. I understood. Here, the term “periodic” refers to stepwise or pulse-like (ie, digital) change when changing from one value to another. Further, “continuous” means gradual (analog) fluctuation. Furthermore, it has been found that the greater the variation, the greater the effect. However, when the variation exceeds 5%, large crystal deformation is likely to occur, making it difficult to produce a single crystal.
[0041]
If the interval giving continuous or periodic fluctuation is less than 0.5 mm in the pulling direction of the single crystal, the pulled single crystal is sliced and a silicon single crystal wafer having a thickness of 0.5 mm or more is obtained. When manufacturing, since it becomes difficult to separate the point-defect absorbing layer and the defect-free layer, the interval giving the fluctuation is preferably 0.5 mm or more.
[0042]
Also, during the growth of the single crystal, by changing the rotation speed of the single crystal or the crucible, the growth rate of the micro single crystal at the solid-liquid interface can be changed relatively easily, or the melt temperature at the solid-liquid interface can be changed. This is effective because the oxygen concentration / impurity concentration can be changed by the change of the above. The absorption layer formed by this method has a concentric, spiral or radial form or a combination of these forms.
[0043]
In particular, when the diameter of the silicon single crystal is D (in), the rotational speed of the single crystal is 2000 / D. 2 ~ 600 / D 2 (Rpm) to 300 / D 2 Reduced to ~ 0 (rpm) in transition time 2 minutes to 1 second, and subsequently the rotation speed of the single crystal is 300 / D 2 After growing the single crystal at ˜0 (rpm) for 1 second to 1 minute, the rotational speed of the single crystal is set to 2000 / D. 2 ~ 600 / D 2 It is preferable to change (rpm) to increase the transition time from 2 minutes to 1 second because a point defect absorption layer can be formed in the single crystal with good controllability.
[0044]
In addition, the pulling speed of the silicon single crystal can be changed continuously or periodically by simply changing the growth rate of the micro single crystal at the solid-liquid interface or by changing the melt temperature at the solid-liquid interface. Since the oxygen concentration / impurity concentration can be varied, a point defect absorption layer can be formed effectively together with other variations, which is preferable.
[0045]
Furthermore, the present inventors consider that it is important to control the generation of crystal defects when no fluctuation is applied in order to more accurately control the formation of the point defect absorption layer in the single crystal. It came to. Therefore, when the above-described operation was performed while a magnetic field was applied to the melt during the growth of the silicon single crystal, the state of the melt when the fluctuation was not applied became more stable and extremely controllable. It was found that a point defect absorbing layer can be formed well.
[0046]
When this magnetic field application is a cusp magnetic field of 100 gauss or more on the wall of the crucible containing the melt, the thermal convection of the melt is uniformly suppressed and an axially symmetric temperature distribution is obtained. There is a remarkable effect in stabilizing the melt. In addition, since the effect which applied the cusp magnetic field is not seen if the magnetic field intensity to apply is less than 100 gauss, it is desirable to apply the magnetic field intensity of 100 gauss or more.
[0047]
In the case of a cusp magnetic field, since the same-pole opposed magnet is used, a position where the magnetic field intensity becomes zero exists on the central axis of the cusp magnetic field (zero magnetic field position). The height of the zero magnetic field position can be easily changed by mechanically moving the entire same-pole counter magnet up and down or electrically changing the generated magnetic field strength of each counter magnet. By changing the magnetic field strength or the zero magnetic field position continuously or periodically with the cusp magnetic field applied, the melt state at the interface can be controlled stably. It is possible to accurately change the growth rate of a single crystal or to change the oxygen concentration / impurity concentration by changing the melt temperature at the solid-liquid interface. Therefore, the controllability of the formation of the point defect absorption layer is excellent. In addition, by changing the pulling speed continuously or periodically with the cusp magnetic field applied, it is possible to control the melt state at the interface in a stable manner. It is possible to accurately change the growth rate of the single crystal or change the oxygen concentration / impurity concentration by changing the melt temperature at the solid-liquid interface. Therefore, the controllability of the formation of the point defect absorption layer is excellent.
[0048]
In addition, when the magnetic field application is a horizontal magnetic field of 500 gauss or more on the wall of the quartz crucible containing the melt, the solid-liquid interface is made more static by suppressing the thermal convection of the melt in the crucible. Therefore, there is a remarkable effect in stabilizing the melt. In addition, since the effect of applying a horizontal magnetic field is not seen if the applied magnetic field strength is less than 500 gauss, it is desirable to apply a magnetic field strength of 500 gauss or more.
[0049]
By changing the magnetic field strength continuously or periodically with a horizontal magnetic field applied, the state of the melt at the interface can be controlled with stability, so the formation of the point defect absorption layer can be controlled. Excellent in properties.
[0050]
The dislocation-free silicon single crystal production apparatus used in the present invention is not particularly limited as long as it can be used for the production of dislocation-free silicon single crystals by a normal Cz method, and a production apparatus as shown in FIG. 1 is used. It was.
[0051]
This Cz method silicon single crystal manufacturing apparatus accommodates a crucible 6 composed of a quartz crucible 6a for accommodating a silicon melt M and a graphite crucible 6b for protecting the same, and a grown dislocation-free silicon single crystal ingot S. A crystal pulling furnace 1. The side surface of the crucible 6 is arranged so that the heat insulating material 3 surrounds the heater 4 and heat from the heater 4 to prevent the heat from the crystal pulling furnace from escaping. The crucible 6 is not shown in the drawing. The crucible 6 is moved up and down in order to compensate for the liquid level drop accompanying the decrease of the silicon melt in the crucible 6 while being connected to the apparatus by the rotating jig 5 and rotated at a predetermined speed by the driving device. Yes. A suspended pulling wire 7 is installed in the pulling furnace 1, and a chuck 9 for holding a seed crystal 8 is provided at the lower end of the wire. An upper end side of the pulling wire 7 is provided with a pulling device that is wound around the wire hoisting machine 2 to pull up the dislocation-free silicon single crystal ingot. Then, Ar gas is introduced into the pulling furnace 1 from a gas inlet 10 formed in the pulling furnace 1, flows through the pulling furnace 1, and is discharged from the gas outlet 11. The reason why the Ar gas is circulated in this way is to prevent SiO generated in the pulling furnace 1 from melting into the silicon melt from being mixed into the silicon melt.
[0052]
Moreover, the cusp magnetic field application silicon single crystal manufacturing apparatus used for this invention used the general manufacturing apparatus which arrange | positions the same-pole opposing magnet 20 up and down on a crystal axis, as shown in FIG.
[0053]
Moreover, the horizontal magnetic field application silicon single crystal manufacturing apparatus used for this invention used the general manufacturing apparatus which arrange | positions the electromagnet pair 30 which can generate | occur | produce a magnetic field horizontally as shown in FIG. .
[0054]
The yield of the semiconductor device manufactured using the silicon single crystal wafer of the present invention can be known from the pass rate of the reliability test of the gate oxide film in the MOS structure which is the basic structure of the device. Since the reliability of the gate oxide film is extremely sensitive to COP, the occurrence rate of the semiconductor device failure caused by COP can be known from the pass rate of the reliability test of the gate oxide film. The specific method of the reliability test of the gate oxide film of the silicon single crystal wafer of the present invention is as follows. A MOS diode is formed on a mirror-finished silicon wafer sample, and the electrical characteristics of a gate oxide film (insulating oxide film) that is a 25.0 nm silicon dioxide film formed in a dry oxygen atmosphere at 1000 ° C. are examined. Went by. The MOS diode has 1 × 10 phosphorous on the gate oxide film. twenty one atoms / cm Three It has a two-layer structure of doped polycrystalline silicon and aluminum, and has an area of 20 mm. 2 The gold electrode for the ohmic electrode is formed on the back surface. A MOS diode having the above structure was fabricated on the entire surface of the sample wafer. A DC voltage having a polarity in which majority carriers are injected from the substrate silicon was applied to each MOS diode, and the withstand voltage characteristics of the gate oxide film of the sample wafer were evaluated by a voltage wrapping method. The current density flowing through the gate oxide is 1 mA / cm 2 The average electric field (dielectric breakdown field) applied to the gate oxide film was measured. At this time, when the dielectric breakdown electric field is less than 8.0 MV / cm, various studies have revealed that the withstand voltage characteristics of the gate oxide film are lowered due to crystal defects such as COP. Yes. That is, a MOS diode having a dielectric breakdown electric field of 8.0 MV / cm or more is a diode that has passed the gate oxide film test.
[0055]
In the case of a general wafer processed from a silicon single crystal manufactured by a conventional method, the ratio of the number of MOS diodes having a breakdown electric field of 8.0 MV / cm or more to the total number (that is, passing the gate oxide film test) Rate) is at most less than 30%. Therefore, when the pass rate of the gate oxide film test is 60% or more, the reliability of the gate oxide film is excellent. That is, it is excellent as a semiconductor device wafer.
[0056]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but it goes without saying that the present invention is not limited by the description of these examples.
[0057]
Note that the use of the “stable hot zone” described here means that the oxygen concentration due to fluctuations in the growth rate of the micro single crystal at the solid-liquid interface during the growth of the silicon single crystal and the melt temperature fluctuation at the solid-liquid interface It means a case where a silicon single crystal is grown using an assembly structure (hot zone structure) inside the pulling furnace such that the variation in impurity concentration is less than 5%. In addition, “fluctuation interval” means an interval in which variation is continuously or periodically accompanied with the growth of a silicon single crystal, as illustrated in FIG. A unit may be used. As shown in FIG. 5, the fluctuation distribution in the wafer resulting from this fluctuation is caused by the continuous or periodic fluctuation given artificially together with the macro base fluctuation and the micro base fluctuation caused by the hot zone. The distribution is superimposed with micro-artificial fluctuations.
[0058]
The “COP area density” is an average density of COPs of 0.10 μm or more in terms of diameter in the entire area of the wafer. The “COP non-existing area ratio” means the ratio of the area of the entire wafer surface to the area obtained by subtracting the COP existing area from the area of the entire wafer surface. The COP existence area is an area within a radius of 4 mm with the COP position as the center.
[0059]
Example 1
Using the apparatus shown in FIG. 1, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.
[0060]
Absorption layer of point defects: Yes
Stable hot zone: none
Single crystal rotation speed: Decrease from 18 rpm to 1 rpm in 2 seconds, hold at 1 rpm for 5 seconds, then periodically raise from 1 rpm to 18 rpm in 2 seconds
Crucible rotational speed: 8 rpm constant
Average pulling speed: 1.0 mm / min
Artificial variation in growth rate at solid-liquid interface: yes
Artificial fluctuation of melt temperature at solid-liquid interface: yes
Variation interval: 0.3 mm
Tables 1 to 3 show the results of cutting a wafer from an ingot grown under these conditions, measuring the oxygen concentration, impurity (boron) concentration, and COP distribution and performing a reliability test on the gate oxide film.
[0061]
(Example 2)
Using the apparatus shown in FIG. 1, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.
[0062]
Absorption layer of point defects: Yes
Stable hot zone: Yes
Single crystal rotation speed: constant 20 rpm
Crucible rotational speed: 8 rpm constant
Pulling speed: Decreasing from 1.0 mm / min to 0.2 mm / min in 3 seconds, holding at 0.2 mm / min for 10 seconds, then increasing from 0.2 mm / min to 1.0 mm / min in 2 seconds Performed periodically
Artificial variation in growth rate at solid-liquid interface: yes
Artificial fluctuation of melt temperature at solid-liquid interface: yes
Fluctuation interval: 0.4mm
Tables 1 to 3 show the results of cutting a wafer from an ingot grown under these conditions, measuring the oxygen concentration, impurity (boron) concentration, and COP distribution and performing a reliability test on the gate oxide film.
[0063]
(Example 3)
Using the apparatus shown in FIG. 1, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.
[0064]
Absorption layer of point defects: Yes
Stable hot zone: none
Single crystal rotation speed: 19 rpm constant
Crucible rotation speed: Decrease from 10 rpm to 1 rpm in 3 seconds, hold at 1 rpm for 10 seconds, then continuously increase from 1 rpm to 10 rpm in 3 seconds
Average pulling speed: 0.6mm / min
Artificial variation in growth rate at solid-liquid interface: yes
Artificial fluctuation of melt temperature at solid-liquid interface: yes
Variation interval: 0.5mm
Tables 1 to 3 show the results of cutting a wafer from an ingot grown under these conditions, measuring the oxygen concentration, impurity (boron) concentration, and COP distribution and performing a reliability test on the gate oxide film.
[0065]
Example 4
Using the apparatus shown in FIG. 1, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.
[0066]
Absorption layer of point defects: Yes
Stable hot zone: Yes
Single crystal rotation speed: Decrease from 18 rpm to 1 rpm in 130 seconds, hold at 1 rpm for 20 seconds, and then periodically increase from 1 rpm to 18 rpm in 130 seconds
Crucible rotational speed: 8 rpm constant
Average pulling speed: 0.2mm / min
Artificial variation in growth rate at solid-liquid interface: yes
Artificial fluctuation of melt temperature at solid-liquid interface: yes
Fluctuation interval: 1.5mm
Tables 1 to 3 show the results of cutting a wafer from an ingot grown under these conditions, measuring the oxygen concentration, impurity (boron) concentration, and COP distribution and performing a reliability test on the gate oxide film.
[0067]
(Example 5)
Using the apparatus shown in FIG. 1, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.
[0068]
Absorption layer of point defects: Yes
Stable hot zone: Yes
Single crystal rotation speed: constant 18 rpm
Crucible rotation speed: Decreasing from 8 rpm to 1 rpm in 2 seconds, holding at 1 rpm for 20 seconds, then continuously increasing from 1 rpm to 10 rpm in 2 seconds
Average pulling speed: 1.0 mm / min
Artificial variation in growth rate at solid-liquid interface: yes
Artificial fluctuation of melt temperature at solid-liquid interface: yes
Change interval: 2.0 mm
Tables 1 to 3 show the results of cutting a wafer from an ingot grown under these conditions, measuring the oxygen concentration, impurity (boron) concentration, and COP distribution and performing a reliability test on the gate oxide film.
[0069]
(Example 6)
Using the apparatus shown in FIG. 1, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.
[0070]
Absorption layer of point defects: Yes
Stable hot zone: none
Single crystal rotation speed: Decrease from 18 rpm to 1 rpm in 3 seconds, hold at 1 rpm for 20 seconds, and then periodically increase from 1 rpm to 18 rpm in 3 seconds
Crucible rotation speed: 9 rpm constant
Average pulling speed: 1.2mm / min
Artificial variation in growth rate at solid-liquid interface: yes
Artificial fluctuation of melt temperature at solid-liquid interface: yes
Fluctuation interval: 3.5mm
Tables 1 to 3 show the results of cutting a wafer from an ingot grown under these conditions, measuring the oxygen concentration, impurity (boron) concentration, and COP distribution and performing a reliability test on the gate oxide film.
[0071]
(Example 7)
Using the apparatus shown in FIG. 1, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.
[0072]
Absorption layer of point defects: Yes
Stable hot zone: Yes
Single crystal rotation speed: constant 18 rpm
Crucible rotation speed: constant 12 rpm
Pulling speed: An operation of decreasing from 1.0 mm / min to 0.0 mm / min in 5 seconds, holding at 0.0 mm / min for 30 seconds, and then increasing from 0.0 mm / min to 1.0 mm / min in 5 seconds Performed periodically
Artificial variation in growth rate at solid-liquid interface: yes
Artificial fluctuation of melt temperature at solid-liquid interface: yes
Variation interval: 4.0 mm
Tables 1 to 3 show the results of cutting the wafer from the ingot grown under these conditions, measuring the oxygen concentration, the impurity (boron) concentration, the distribution state of the COP, and the reliability test of the gate oxide film.
[0073]
(Example 8)
Using the apparatus shown in FIG. 2, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.
[0074]
Absorption layer of point defects: Yes
Stable hot zone: Yes
Single crystal rotation speed: Decrease from 18 rpm to 1 rpm in 2 seconds, hold at 1 rpm for 20 seconds, and then periodically increase from 1 rpm to 18 rpm in 2 seconds
Crucible rotational speed: 8 rpm constant
Average pulling speed: 1.2mm / min
Magnetic field application: cusp magnetic field
Magnetic field strength at quartz crucible wall: 1300 gauss constant
Zero magnetic field position: 50mm below the melt surface position
Artificial variation in growth rate at solid-liquid interface: yes
Artificial fluctuation of melt temperature at solid-liquid interface: yes
Variation interval: 5.2 mm
Tables 1 to 3 show the results of cutting the wafer from the ingot grown under these conditions, measuring the oxygen concentration, the impurity (boron) concentration, the distribution state of the COP, and the reliability test of the gate oxide film.
[0075]
Example 9
Using the apparatus shown in FIG. 2, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.
[0076]
Absorption layer of point defects: Yes
Stable hot zone: Yes
Single crystal rotation speed: constant 18 rpm
Crucible rotational speed: 6 rpm constant
Average pulling speed: 0.9mm / min
Magnetic field application: cusp magnetic field
Magnetic field strength at the quartz crucible wall: Decrease from 400 gauss to 300 gauss in 115 seconds, hold at 300 gauss for 40 seconds, then periodically increase from 300 gauss to 400 gauss in 115 seconds
Zero magnetic field position: 40mm below the melt surface position
Variation in growth rate at solid-liquid interface: yes
Variation in melt temperature at the solid-liquid interface: yes
Change interval: 6.0 mm
Tables 1 to 3 show the results of cutting a wafer from an ingot grown under these conditions, measuring the oxygen concentration, impurity (boron) concentration, and COP distribution and performing a reliability test on the gate oxide film.
[0077]
(Example 10)
Using the apparatus shown in FIG. 2, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.
[0078]
Absorption layer of point defects: Yes
Stable hot zone: Yes
Single crystal rotation speed: constant 18 rpm
Crucible rotation speed: 7 rpm constant
Average pulling speed: 1.0 mm / min
Magnetic field application: cusp magnetic field
Magnetic field strength at the quartz crucible wall: 1000 gauss
Zero magnetic field position: Lowering from the melt surface from 40 mm down to 50 mm down in 115 seconds, holding at that position for 40 seconds, and then periodically raising from 50 mm down to 40 mm down in 115 seconds
Artificial variation in growth rate at solid-liquid interface: yes
Artificial fluctuation of melt temperature at solid-liquid interface: yes
Variation interval: 7.0 mm
Tables 1 to 3 show the results of cutting a wafer from an ingot grown under these conditions, measuring the oxygen concentration, impurity (boron) concentration, and COP distribution and performing a reliability test on the gate oxide film.
[0079]
(Example 11)
Using the apparatus of FIG. 3, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.
[0080]
Absorption layer of point defects: Yes
Stable hot zone: Yes
Single crystal rotation speed: Decrease from 18 rpm to 1 rpm in 2 seconds, hold at 1 rpm for 20 seconds, and then periodically increase from 1 rpm to 18 rpm in 2 seconds
Crucible rotation speed: constant 4 rpm
Average pulling speed: 1.0 mm / min
Magnetic field application: horizontal magnetic field
Magnetic field strength at the quartz crucible wall: constant 3000 Gauss
Artificial variation in growth rate at solid-liquid interface: yes
Artificial fluctuation of melt temperature at solid-liquid interface: yes
Fluctuation interval: 8.0mm
Tables 1 to 3 show the results of cutting a wafer from an ingot grown under these conditions, measuring the oxygen concentration, impurity (boron) concentration, and COP distribution and performing a reliability test on the gate oxide film.
[0081]
(Example 12)
Using the apparatus of FIG. 3, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.
[0082]
Absorption layer of point defects: Yes
Stable hot zone: Yes
Single crystal rotation speed: constant 18 rpm
Crucible rotation speed: constant 1.5 rpm
Average pulling speed: 1.0 mm / min
Magnetic field application: cusp magnetic field
Magnetic field strength at the quartz crucible wall: Decrease from 2000 gauss to 1500 gauss in 115 seconds, hold at 1500 gauss for 60 seconds, and then increase from 1500 gauss to 2000 gauss in 115 seconds
Artificial variation in growth rate at solid-liquid interface: yes
Artificial fluctuation of melt temperature at solid-liquid interface: yes
Fluctuation interval: 8.0mm
Tables 1 to 3 show the results of cutting a wafer from an ingot grown under these conditions, measuring the oxygen concentration, impurity (boron) concentration, and COP distribution and performing a reliability test on the gate oxide film.
[0083]
(Comparative Example 1)
Using the apparatus shown in FIG. 1, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.
[0084]
Absorption layer of point defects: None
Stable hot zone: Yes
Single crystal rotation speed: 30 rpm constant
Crucible rotation speed: constant 10 rpm
Average pulling speed: 0.8mm / min
Artificial variation in growth rate at solid-liquid interface: None
Artificial variation of melt temperature at solid-liquid interface: None
Variation interval: None
Tables 1 to 3 show the results of cutting a wafer from an ingot grown under these conditions, measuring the oxygen concentration, impurity (boron) concentration, and COP distribution and performing a reliability test on the gate oxide film.
[0085]
(Comparative Example 2)
Using the apparatus shown in FIG. 2, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.
[0086]
Absorption layer of point defects: None
Stable hot zone: none
Single crystal rotation speed: constant 25 rpm
Crucible rotational speed: 6 rpm constant
Average pulling speed: 0.8mm / min
Magnetic field application: cusp magnetic field
Magnetic field strength at the quartz crucible wall: 1000 gauss constant
Zero magnetic field position: 40mm below the melt surface position
Artificial variation in growth rate at solid-liquid interface: None
Artificial variation of melt temperature at solid-liquid interface: None
Variation interval: None
Tables 1 to 3 show the results of cutting a wafer from an ingot grown under these conditions, measuring the oxygen concentration, impurity (boron) concentration, and COP distribution and performing a reliability test on the gate oxide film.
[0087]
(Comparative Example 3)
Using the apparatus of FIG. 3, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.
[0088]
Absorption layer of point defects: None
Stable hot zone: none
Single crystal rotation speed: constant 18 rpm
Crucible rotation speed: 1 rpm constant
Average pulling speed: 0.9mm / min
Magnetic field application: horizontal magnetic field
Magnetic field strength at the quartz crucible wall: constant 3000 Gauss
Artificial variation in growth rate at solid-liquid interface: None
Artificial variation of melt temperature at solid-liquid interface: None
Variation interval: None
Tables 1 to 3 show the results of cutting a wafer from an ingot grown under these conditions, measuring the oxygen concentration, impurity (boron) concentration, and COP distribution and performing a reliability test on the gate oxide film.
[0089]
[Table 1]
Figure 0004510948
[0090]
[Table 2]
Figure 0004510948
[0091]
[Table 3]
Figure 0004510948
[0092]
As is clear from these results, in the examples of the present invention, the distribution states of oxygen concentration, impurity concentration, and COP each show a specific form, and the pass rate of the reliability test is 60% or more for any wafer. The wafer was found to be suitable for semiconductor device manufacturing with few crystal defects. In particular, when all of oxygen concentration, impurity concentration, and COP show a clear distribution form, the pass rate of the reliability test is 70% or more, and the wafer is suitable for semiconductor device manufacturing with very few crystal defects. I found out.
[0093]
On the other hand, in the comparative example, since no artificial variation is applied, all of the oxygen concentration, impurity concentration, and COP are uniformly distributed (disk shape) over the entire wafer surface, and the pass rate of the reliability test is 10%. The following results were extremely bad, and it was found that the wafer was extremely unsuitable for manufacturing semiconductor devices with a large number of crystal defects.
[0094]
【The invention's effect】
Book Since the method for producing a silicon single crystal wafer according to the invention can be applied to a conventional silicon single crystal production apparatus without modification, a high-quality silicon single crystal wafer can be produced without increasing the production cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a Cz method silicon single crystal manufacturing apparatus used in Examples 1 to 7 and Comparative Example 1. FIG.
2 is a schematic diagram of a cusp magnetic field applied Cz silicon single crystal manufacturing apparatus used in Examples 8 to 10 and Comparative Example 2. FIG.
3 is a schematic diagram of a horizontal magnetic field applied Cz silicon single crystal manufacturing apparatus used in Examples 11 to 12 and Comparative Example 3. FIG.
4 is a schematic diagram of an artificial variation of crystal rotation in Example 11. FIG.
FIG. 5 shows an example of an impurity concentration fluctuation distribution in an 8-in wafer.
[Explanation of symbols]
1 ... Cz-free dislocation silicon single crystal pulling furnace
2… Wire hoisting machine
3… Insulation
4 ... Heater
5… Rotating jig
6… crucible
6a Quartz crucible
6b Graphite crucible
7 ... Wire
8 ... Seed crystal
9… Chuck
10 ... Gas inlet
11 ... Gas outlet
20 ... Coaxial counter electromagnet for cusp magnetic field application
30 ... Electromagnet for applying horizontal magnetic field

Claims (2)

チョクラルスキー法によるシリコン単結晶ウェーハの製造方法において、
シリコン単結晶インゴットの育成中に、その全長にわたり、カスプ磁場の磁場強度あるいはゼロ磁場位置を連続的にあるいは周期的に変動させて印加することを特徴とするシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
In the method for producing a silicon single crystal wafer by the Czochralski method,
A method for producing a silicon single crystal wafer, wherein a magnetic field strength of a cusp magnetic field or a zero magnetic field position is continuously or periodically varied during the growth of a silicon single crystal ingot .
前記磁場印加が、融液を収納する石英ルツボの壁において100ガウス以上のカスプ磁場の印加である請求項記載のシリコン単結晶ウェーハの製造方法。The magnetic field applied, the method for manufacturing a silicon single crystal wafer according to claim 1 wherein the application of 100 gauss or more cusp field in the wall of the quartz crucible for accommodating melt.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7704318B2 (en) * 2003-02-25 2010-04-27 Sumco Corporation Silicon wafer, SOI substrate, method for growing silicon single crystal, method for manufacturing silicon wafer, and method for manufacturing SOI substrate
JP2005097049A (en) * 2003-09-25 2005-04-14 Toshiba Corp Method for manufacturing silicon single crystal
KR102011210B1 (en) 2018-01-18 2019-08-14 에스케이실트론 주식회사 Pulling control device for single crystal ingot growth and pulling control method applied to it
EP3956499B1 (en) * 2019-04-18 2023-11-29 GlobalWafers Co., Ltd. Methods for growing a single crystal silicon ingot using continuous czochralski method
CN113279049B (en) * 2021-04-14 2024-04-12 上海大学 Device and method for controlling formation of monocrystalline metal casting platform impurity crystals and application thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09175895A (en) * 1995-12-26 1997-07-08 Shin Etsu Handotai Co Ltd Production of silicon single crystal
JPH107487A (en) * 1996-06-20 1998-01-13 Komatsu Electron Metals Co Ltd Production of single semiconductor crystal by magnetic field impression

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5983996A (en) * 1982-11-05 1984-05-15 Nec Corp Preparation of ingot of silicon single crystal by crystal pulling method
JPH06271388A (en) * 1993-03-22 1994-09-27 Nippon Steel Corp Production of semiconductor single crystal rod

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09175895A (en) * 1995-12-26 1997-07-08 Shin Etsu Handotai Co Ltd Production of silicon single crystal
JPH107487A (en) * 1996-06-20 1998-01-13 Komatsu Electron Metals Co Ltd Production of single semiconductor crystal by magnetic field impression

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