JP4857517B2 - Annealed wafer and method for manufacturing annealed wafer - Google Patents

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Description

本発明は、優れた酸化膜耐圧特性を有するウエーハ表層部と、優れたゲッタリング能力を有するウエーハバルク部を兼ね備えたアニールウエーハ及びそのアニールウエーハの製造方法に関する。   The present invention relates to an annealed wafer having a wafer surface layer portion having excellent oxide film breakdown voltage characteristics and a wafer bulk portion having excellent gettering capability, and a method for manufacturing the annealed wafer.

近年、半導体回路の高集積化に伴う素子の微細化が進むにつれて、その基板となるチョクラルスキー法(以下、CZ法と略記する)を利用して作製されたシリコンウエーハに対する品質要求が高まってきている。特に、FPD、LSTD、COP等のグローンイン(Grown−in)欠陥と呼ばれる酸化膜耐圧特性やデバイスの特性を悪化させる、単結晶成長起因の欠陥が存在し、その密度とサイズの低減が重要視されている。   In recent years, with the progress of miniaturization of elements due to high integration of semiconductor circuits, quality requirements for silicon wafers manufactured using the Czochralski method (hereinafter abbreviated as CZ method) as a substrate have increased. ing. In particular, there are defects due to single crystal growth that deteriorate the oxide breakdown voltage characteristics and device characteristics called Grown-in defects such as FPD, LSTD, and COP, and reduction of the density and size is regarded as important. ing.

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

シリコン単結晶において、V領域とは、Vacancy、つまりシリコン原子の不足から発生する凹部、穴のようなものが多い領域であり、I領域とは、シリコン原子が余分に存在することにより発生する転位や余分なシリコン原子の塊が多い領域のことであり、そしてV領域とI領域の間には、原子の不足や余分が無い(少ない)ニュートラル(Neutral、以下Nと略記することがある)領域が存在していることになる。そして、上記のグローンイン欠陥(FPD、LSTD、COP等)というのは、あくまでもVやIが過飽和な状態の時に発生するものであり、多少の原子の偏りがあっても、飽和以下であれば、グローンイン欠陥としては存在しないことが判ってきた。   In a silicon single crystal, the V region is a vacancy, that is, a region 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 generated by the presence of extra silicon atoms. Or a region having a large amount of excess silicon atoms, and a neutral (Neutral, hereinafter abbreviated as N) region between the V region and the I region without any shortage or excess of atoms. Will exist. And the above-mentioned grow-in defects (FPD, LSTD, COP, etc.) occur only when V or I is in a supersaturated state, and even if there is some atomic bias, if it is below saturation, It has been found that there is no Groin In defect.

これらの両点欠陥の濃度は、CZ法における結晶の引上げ速度F(成長速度)と結晶中の固液界面近傍の温度勾配Gとの関係から決まることが知られている。また、V領域とI領域との間のN領域にはOSF(酸化誘起積層欠陥、Oxidation Induced Stacking Fault)と呼ばれる欠陥(以下、OSFリングということがある)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していることが確認されている。   It is known that the concentration of these two point defects is determined by the relationship between the crystal pulling rate F (growth rate) in the CZ method and the temperature gradient G near the solid-liquid interface in the crystal. Further, a defect called an OSF (Oxidation Induced Stacking Fault) (hereinafter sometimes referred to as an OSF ring) is present in the N region between the V region and the I region. It was confirmed that it was distributed in a ring shape.

これら結晶成長起因の欠陥を分類すると、例えば成長速度が0.6mm/min程度以上と比較的高速の場合には、空孔タイプの点欠陥が集合したボイド起因とされているFPD、LSTD、COP等のグローンイン欠陥が結晶径方向全域に高密度に存在するV領域となる。   When these defects due to crystal growth are classified, for example, when the growth rate is relatively high, such as about 0.6 mm / min or more, FPD, LSTD, and COP that are attributed to voids in which vacancy-type point defects are gathered. Such a grown-in defect such as a V region exists in a high density throughout the crystal diameter direction.

また、成長速度が0.6mm/min程度以下の場合は、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転位ループ起因と考えられているL/D(Large Dislocation:格子間型転位ループの略号、LSEPD、LFPD等)の欠陥が低密度に存在する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0.4mm/min前後以下と低速にすると、OSFリングがウエーハの中心に凝集して消滅し、ウエーハ全面がI領域となる。   When the growth rate is about 0.6 mm / min or less, an OSF ring is generated from the periphery of the crystal as the growth rate is reduced, and L / D ( Large Dislocation (abbreviation for interstitial dislocation loop, LSEPD, LFPD, etc.) is an I region (sometimes referred to as an L / D region) in which defects exist at low density. Further, when the growth rate is reduced to about 0.4 mm / min or less, the OSF ring aggregates and disappears at the center of the wafer, and the entire surface of the wafer becomes the I region.

さらに、V領域とI領域の中間には、上記のようにN領域と呼ばれる、空孔起因のFPD、LSTD、COPも、転位ループ起因のLSEPD、LFPDも存在しない領域が存在している。このN領域はOSFリングの外側にあり、そして、酸素析出熱処理を施し、X−ray観察等で析出のコントラストを確認した場合に、酸素析出がほとんどなく、かつ、LSEPD、LFPDが形成されるほどリッチではないI領域側であると報告されている。さらに、近年では、OSFリングの内側にも、空孔起因の欠陥も、転位ループ起因の欠陥も存在しないN領域の存在が確認されている。   Further, in the middle of the V region and the I region, there is a region called the N region, as described above, in which neither FPD, LSTD, COP due to vacancy nor LSEPD, LFPD due to dislocation loop exist. This N region is outside the OSF ring, and when oxygen precipitation heat treatment is performed and the contrast of precipitation is confirmed by X-ray observation or the like, there is almost no oxygen precipitation, and LSEPD and LFPD are formed. It has been reported that it is the non-rich I region side. Furthermore, in recent years, it has been confirmed that there is an N region inside the OSF ring that is free from defects due to vacancies and defects due to dislocation loops.

これらのN領域は、通常の方法では、成長速度を下げて単結晶の育成を行った場合に成長軸方向に対して斜めに存在するため、ウエーハ面内では一部分にしか存在しなかった。このN領域についても、ボロンコフ理論(非特許文献1)では、引上げ速度Fと結晶固液界面近傍の温度勾配Gの比であるF/Gというパラメータが点欠陥のトータルな濃度を決定すると唱えている。このことから考えると、結晶径方向面内で引上げ速度は一定のはずであるから、一般的な単結晶の育成では面内でGが分布を持つために、例えば、ある引上げ速度では中心部がV領域となり、N領域を挟んで周辺部でI領域となるような単結晶しか得られなかった。   In the normal method, these N regions exist obliquely with respect to the growth axis direction when a single crystal is grown at a lower growth rate, and therefore exist only in a part of the wafer plane. Also for this N region, the Boronkov theory (Non-patent Document 1) argues that the parameter F / G, which is the ratio of the pulling speed F and the temperature gradient G near the crystal solid-liquid interface, determines the total concentration of point defects. Yes. Considering this, since the pulling speed should be constant in the plane in the crystal diameter direction, G is distributed in the plane in the growth of a general single crystal. Only a single crystal that becomes the V region and the I region in the peripheral portion across the N region was obtained.

そこで近年、面内のGの分布を改良して、例えば、引上げ速度Fを徐々に下げながら単結晶を引上げた時に、従来では斜めでしか存在しなかったN領域を径方向に拡大することができるようになり、ある引上げ速度で径方向全面がN領域となる単結晶を製造することが可能となった。また、このN領域が径方向全面に広がった時の引上げ速度を維持して単結晶の育成を行うことにより、全面N領域の結晶を長さ方向へ拡大することができる。特に、結晶が成長するに従ってGが変化することを考慮して、あくまでもF/Gが一定になるように引上げ速度を補正・調節することにより、全面N領域となる結晶を結晶成長方向に大きく拡大できるようになった(例えば、特許文献1)。   Therefore, in recent years, when the in-plane G distribution has been improved, for example, when the single crystal is pulled up while gradually lowering the pulling rate F, the N region, which has existed only at an angle in the past, can be expanded in the radial direction. As a result, it has become possible to produce a single crystal whose entire radial direction is an N region at a certain pulling rate. Further, by growing the single crystal while maintaining the pulling speed when the N region spreads over the entire radial direction, the crystal of the entire N region can be expanded in the length direction. In particular, taking into account that G changes as the crystal grows, the pulling speed is corrected and adjusted so that F / G is constant, so that the crystal that forms the entire N region is greatly expanded in the crystal growth direction. It became possible (for example, patent document 1).

また、OSFリングの外側にあるN領域をさらに分類すると、OSFリングの外側に隣接するNv領域(原子空孔の多い領域)と、I領域に隣接するNi領域(格子間シリコンの多い領域)とがあることがわかっている(例えば、特許文献2)。   Further, when the N region outside the OSF ring is further classified, the Nv region (region with many atomic vacancies) adjacent to the outside of the OSF ring, and the Ni region (region with many interstitial silicon) adjacent to the I region (For example, Patent Document 2).

尚、ここで上記に示した各用語について説明しておく。
1)FPD(Flow Pattern Defect)とは、成長後のシリコン単結晶棒からウエーハを切り出し、表面の歪み層をフッ酸と硝酸の混合液でエッチングして取り除いた後、KCrとフッ酸と水の混合液で表面をエッチング(Seccoエッチング)することにより、ピットおよびさざ波模様(流れ模様:Flow Pattern)が生じる。この流れ模様をFPDと称し、ウエーハ面内のFPD密度が高いほど酸化膜耐圧の不良が増える(特許文献3参照)。
Here, each term shown above will be explained.
1) FPD (Flow Pattern Defect) is a method in which a wafer is cut out from a grown silicon single crystal rod, a strained layer on the surface is removed by etching with a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid, K 2 Cr 2 O 7 and By etching the surface with a mixed solution of hydrofluoric acid and water (Secco etching), a pit and a ripple pattern (flow pattern) are generated. This flow pattern is referred to as FPD, and the higher the FPD density in the wafer surface, the higher the breakdown voltage of the oxide film (see Patent Document 3).

2)SEPD(Secco Etch Pit Defect)とは、FPDと同一のSeccoエッチングを施した時に、流れ模様を伴うものをFPDと呼び、流れ模様を伴わないものをSEPDと呼ぶ。この中で10μm以上の大きいSEPD(LSEPD)は転位クラスターに起因すると考えられ、デバイスに転位クラスターが存在する場合、この転位を通じて電流がリークし、P−Nジャンクションとしての機能を果たさなくなる。   2) With SEPD (Secco Etch Pit Defect), when the same Secco etching as FPD is performed, the one with a flow pattern is called FPD, and the one without the flow pattern is called SEPD. Among these, a large SEPD (LSEPD) of 10 μm or more is considered to be caused by a dislocation cluster. When a dislocation cluster exists in a device, a current leaks through the dislocation and does not function as a PN junction.

3)LSTD(Laser Scattering Tomography Defect)とは、成長後のシリコン単結晶からウエーハを切り出し、表面の歪み層をフッ酸と硝酸の混合液でエッチングして取り除いた後、ウエーハを劈開する。この劈開面(またはウエーハ表面)より赤外光を入射し、ウエーハ表面(または劈開面)から出た光を検出することで、ウエーハ内に存在する欠陥による散乱光を検出することができる。ここで観察される散乱体については学会等ですでに報告があり、酸素析出物とみなされている(非特許文献2参照)。また、最近の研究では、八面体のボイド(空洞)であるという結果も報告されている。   3) In LSTD (Laser Scattering Tomography Defect), a wafer is cut out from a grown silicon single crystal, a strained layer on the surface is removed by etching with a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid, and then the wafer is cleaved. Infrared light is incident from this cleavage plane (or wafer surface), and light emitted from the wafer surface (or cleavage plane) is detected, so that scattered light due to defects present in the wafer can be detected. The scatterers observed here have already been reported by academic societies and the like, and are regarded as oxygen precipitates (see Non-Patent Document 2). In addition, recent studies have reported the result of octahedral voids.

4)COP(Crystal Originated Particle)とは、ウエーハの酸化膜耐圧を劣化させる原因となる欠陥で、SeccoエッチではFPDになる欠陥が、SC−1洗浄(NHOH:H:HO=1:1:10の混合液による洗浄)では選択エッチング液として働き、COPになる。このピットの直径は1μm以下で光散乱法で調べる。 4) COP (Crystal Originated Particle) is a defect that causes deterioration of the oxide film breakdown voltage of the wafer, and the defect that becomes FPD in the Secco etch is SC-1 cleaning (NH 4 OH: H 2 O 2 : H 2 Cleaning with a mixed solution of O = 1: 1: 10) acts as a selective etching solution and becomes a COP. The diameter of the pit is 1 μm or less and is examined by a light scattering method.

5)L/D(Large Dislocation:格子間型転位ループの略号)には、LSEPD、LFPD等があり、転位ループ起因と考えられている欠陥である。LSEPDは、上記したようにSEPDの中でも10μm以上の大きいものをいう。また、LFPDは、上記したFPDの中でも先端ピットの大きさが10μm以上の大きいものをいう。   5) L / D (Large Dislocation: abbreviation for interstitial dislocation loop) includes LSEPD, LFPD, and the like, which are defects that are considered to be caused by the dislocation loop. As described above, LSEPD refers to a large SEPD having a size of 10 μm or more. The LFPD refers to a large one having a tip pit size of 10 μm or more among the above FPDs.

また一方、CZ法により育成されたシリコン単結晶中には、およそ1018atoms/cmの濃度で格子間酸素が不純物として含まれる。この格子間酸素は、結晶育成工程中の固化してから室温まで冷却されるまでの熱履歴(以下、結晶熱履歴と略すことがある。)や半導体素子の作製工程における熱処理工程において過飽和状態となるために析出して、シリコン酸化物の析出物(以下、酸素析出物、BMD(Bulk Micro Defects)、または単に析出物と呼ぶことがある)が形成される。 On the other hand, the silicon single crystal grown by the CZ method contains interstitial oxygen as an impurity at a concentration of approximately 10 18 atoms / cm 3 . This interstitial oxygen is in a supersaturated state in the heat history (hereinafter sometimes abbreviated as crystal heat history) until it is cooled to room temperature after solidification during the crystal growth process, and in the heat treatment process in the manufacturing process of the semiconductor element. Therefore, silicon oxide precipitates (hereinafter sometimes referred to as oxygen precipitates, BMD (Bulk Micro Defects), or simply precipitates) are formed.

この酸素析出物は、デバイスプロセスにおいて混入する重金属不純物を捕獲するゲッタリングサイトとして有効に働き(Internal Gettering:IG)、デバイス特性や歩留りを向上させることができる。しかしながら、酸素析出物は熱処理条件に強く依存するために、ユーザー毎に異なるデバイスプロセスにおいて適切な酸素析出物を得ることは極めて難しく、酸素析出物の制御は非常に重要な課題となっている。   This oxygen precipitate works effectively as a gettering site for capturing heavy metal impurities mixed in the device process (Internal Gettering: IG), and can improve device characteristics and yield. However, since oxygen precipitates strongly depend on heat treatment conditions, it is extremely difficult to obtain appropriate oxygen precipitates in different device processes for each user, and control of oxygen precipitates is a very important issue.

さらに、ウエーハはデバイスプロセスで熱履歴を受けるだけでなく、もともと結晶熱履歴を受けている。従って、アズ−グローン(as grown)結晶中には結晶熱履歴で形成された酸素析出核(グローンイン析出核)がすでに存在しており、このグローンイン析出核の存在が酸素析出物の制御をさらに難しくしている。   Furthermore, the wafer is not only subjected to a thermal history in the device process, but also originally receives a crystalline thermal history. Therefore, oxygen precipitate nuclei (grow-in precipitation nuclei) formed by the crystal thermal history are already present in the as-grown crystal, and the presence of this grow-in precipitation nuclei makes it more difficult to control the oxygen precipitates. is doing.

酸素析出の過程は、析出核形成とその成長過程から成る。通常のアズ−グローンウエーハの場合、結晶熱履歴において核形成が進行し、その後のデバイスプロセス等の熱履歴により大きく成長し、酸素析出物として検出されるようになる。従って、デバイスプロセス投入前の段階でウエーハに存在している酸素析出物は極めて小さく、IG能力を持たない。しかし、デバイスプロセスを経ることにより、酸素析出物は大きく成長してIG能力を有するようになる。   The process of oxygen precipitation consists of the formation of precipitation nuclei and their growth process. In the case of a normal as-grown wafer, nucleation progresses in the crystal thermal history, grows greatly due to the subsequent thermal history of the device process, etc., and is detected as oxygen precipitates. Therefore, the oxygen precipitates present on the wafer before the device process is charged are extremely small and do not have IG capability. However, through the device process, oxygen precipitates grow greatly and have IG capability.

しかしながら、近年のデバイスプロセスでは使用するウエーハの大口径化に伴い、低温化・短時間化が進行しており、例えば、一連のデバイスプロセスにおいて熱処理が全て1000℃以下の温度で行われたり、数十秒程度の熱処理時間しか行わないRTP(Rapid Thermal Processing)が頻繁に用いられるようになってきている。このようなデバイスプロセスでは、例えば全ての熱処理の熱履歴をトータルしても1000℃、2時間程度の熱処理にしか相当しない場合があるため、従来のように、デバイスプロセス中での酸素析出物の成長が期待できない。そのため、低温化・短時間化されたデバイスプロセスに対しては、デバイスプロセス投入前の段階でIG能力を有するような検出可能なサイズの酸素析出物が高密度で形成されていることが望ましい。また、その一方で、酸素析出物がウエーハ表面近傍のデバイス作製領域に存在すると、デバイス特性を劣化させるため、ウエーハ表面近傍では酸素析出物が存在しないことが望ましい。   However, with the recent increase in the diameter of wafers used in device processes, temperature reduction and shortening have progressed. For example, in a series of device processes, all heat treatments are performed at a temperature of 1000 ° C. or less, RTP (Rapid Thermal Processing), which performs only a heat treatment time of about ten seconds, is frequently used. In such a device process, for example, even if the heat history of all heat treatments is totaled, it may only correspond to heat treatment at 1000 ° C. for about 2 hours. I cannot expect growth. For this reason, it is desirable that oxygen precipitates of a detectable size having an IG capability are formed at a high density for a device process whose temperature has been reduced and shortened for a short time. On the other hand, if oxygen precipitates are present in the device fabrication region near the wafer surface, the device characteristics are deteriorated. Therefore, it is desirable that no oxygen precipitates exist near the wafer surface.

また、一般的に、CZ法により単結晶を育成する場合、生産性の向上等の理由から引き上げ速度を速くできるV領域で単結晶の育成が行われることがあるが、この場合、作製したCZウエーハには、上記のグローンイン析出核の他に、結晶引上げ時の熱履歴により導入されるグローンイン欠陥として、例えば前述のような原子空孔の凝集により形成されたCOP等のボイド(空孔)型の欠陥が存在する。このようなCOP等のボイド型欠陥がデバイス作製領域に存在すると、デバイス特性、特に重要な特性である酸化膜耐圧特性を劣化させることが知られている。したがって、デバイス作製領域となるウエーハ表層部(通常はウエーハ表面から数μm程度の領域)には、酸素析出物と同様に、ボイド型欠陥も存在しないことが望ましい。   In general, when a single crystal is grown by the CZ method, the single crystal may be grown in the V region where the pulling rate can be increased for reasons such as improvement of productivity. In addition to the above-mentioned grown-in precipitation nuclei, the wafer includes a void (hole) type such as COP formed by agglomeration of atomic vacancies as described above, as grown-in defects introduced by the thermal history during crystal pulling. Flaws exist. It is known that when such a void type defect such as COP is present in the device fabrication region, the device characteristics, particularly the oxide film breakdown voltage characteristics, which are important characteristics, are deteriorated. Therefore, it is desirable that no void-type defects exist in the wafer surface layer portion (usually, a region of about several μm from the wafer surface), which is a device manufacturing region, like oxygen precipitates.

そこで、このようなウエーハ表層部に存在するボイド型欠陥を消滅させるために、例えば、ウエーハに水素あるいはアルゴンなどの不活性雰囲気下で1200℃程度の高温熱処理を施すことが行われている。さらに、ウエーハ表層部に存在するCOP等のボイド型欠陥を消滅させるとともに、ウエーハ内部(バルク部)に酸素析出物を形成するために、例えば、結晶育成時に窒素を添加する方法が提案されている(例えば、特許文献4、5、6など)。   Therefore, in order to eliminate such void type defects existing in the surface layer of the wafer, for example, the wafer is subjected to high-temperature heat treatment at about 1200 ° C. in an inert atmosphere such as hydrogen or argon. Further, for example, a method of adding nitrogen at the time of crystal growth has been proposed in order to eliminate void type defects such as COP existing in the wafer surface layer portion and to form oxygen precipitates inside the wafer (bulk portion). (For example, Patent Documents 4, 5, and 6).

このように窒素を添加して単結晶を育成し、その単結晶からウエーハを作製することにより、ウエーハに存在するボイドのサイズが小さくなるためにウエーハ表面近傍では高温熱処理で欠陥が消滅しやすくなり、また、結晶熱履歴で単結晶中に形成されるグローンイン析出核が大きくなるために、高温熱処理を行ってもウエーハバルク部で析出核は消滅せずに成長して酸素析出物を形成することができ、ウエーハにIG能力を付加できる。さらに、最近では、この酸素析出物の密度の面内分布を均一にする方法についても提案されている(特許文献7)。   When nitrogen is added in this way to grow a single crystal and a wafer is produced from the single crystal, the size of voids existing in the wafer is reduced, so that defects are easily lost by high-temperature heat treatment near the wafer surface. In addition, since the grown-in precipitation nuclei formed in the single crystal become larger due to the crystal thermal history, the precipitation nuclei grow in the wafer bulk part without disappearing even if high-temperature heat treatment is performed to form oxygen precipitates. IG capability can be added to the wafer. Furthermore, recently, a method for making the in-plane distribution of the density of oxygen precipitates uniform has also been proposed (Patent Document 7).

しかし、窒素が添加されたウエーハを作製した場合でも、ウエーハ表層部のボイド型欠陥を消滅させるためには、1200℃程度の高温の熱処理が必要であり、場合によっては、高温熱処理を行っても検出できない程度の小さなボイド型欠陥が残留する恐れがある。また、サイズの大きなグローンイン析出核は、熱的に安定なためにウエーハ表層部でも消滅しにくく、表層部に残留する恐れがある。このようなボイド型欠陥やグローンイン析出核がウエーハ表層部に残留していると、その後デバイスを作製する際にデバイス特性が劣化する等の問題が生ずる。
さらに、上記のように結晶育成時に窒素を添加する場合は、結晶製造工程が複雑になると共に、窒素濃度の管理などに手間がかかるという問題があった。
However, even when a wafer to which nitrogen is added is produced, a high-temperature heat treatment of about 1200 ° C. is necessary to eliminate void-type defects in the wafer surface layer portion. There is a risk that void-type defects that cannot be detected remain. In addition, the large-sized grown-in precipitation nuclei are thermally stable and are therefore difficult to disappear even in the wafer surface layer portion and may remain in the surface layer portion. If such void type defects and grown-in precipitation nuclei remain in the wafer surface layer, problems such as deterioration of device characteristics occur when a device is manufactured thereafter.
Furthermore, when nitrogen is added at the time of crystal growth as described above, there are problems that the crystal manufacturing process becomes complicated and that it takes time to manage the nitrogen concentration.

特開平8−330316号公報JP-A-8-330316 特開2001−139396号公報JP 2001-139396 A 特開平4−192345号公報JP-A-4-192345 特開平11−322490号公報JP-A-11-322490 特開平11−322491号公報JP 11-322491 A 特開2000−211995号公報JP 2000-211995 A 特開2002−57160号公報JP 2002-57160 A 国際公開第WO 01/057293号パンフレットInternational Publication No. WO 01/057293 Pamphlet 国際公開第WO 02/002852号パンフレットInternational Publication No. WO 02/002852 Pamphlet 特開2002−226296号公報JP 2002-226296 A V.V.Voronkov,Journal of Crystal Growth,vol.59(1982),pp.625〜643V. V. Voronkov, Journal of Crystal Growth, vol. 59 (1982), pp. 625 to 643 Shinsuke Sadamitsu et al. Japanese Journal of Applied Physics Vol.32(1993),p.3679Shinsuke Sadamitsu et al. Japan Journal of Applied Physics Vol. 32 (1993), p. 3679

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、デバイス作製領域であるウエーハ表層部の酸化膜耐圧特性が優れており、且つ、ウエーハバルク部にデバイスプロセス投入前の段階で酸素析出物の密度が面内均一に高密度で存在し、優れたIG能力を有するアニールウエーハ及びそのアニールウエーハを製造する方法を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to have excellent oxide film breakdown voltage characteristics of a wafer surface layer portion which is a device manufacturing region, and a device process in a wafer bulk portion. An object of the present invention is to provide an annealed wafer in which the density of oxygen precipitates is uniformly high in the plane before the introduction and has an excellent IG capability, and a method of manufacturing the annealed wafer.

上記目的を達成するために、本発明によれば、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶から作製したシリコンウエーハに熱処理を施したアニールウエーハであって、ウエーハ全面がグローンイン欠陥もOSFも存在しないN領域であり、ウエーハ表面から少なくとも深さ5μmまでの領域における酸化膜耐圧特性の良品率が95%以上であり、且つ、ウエーハ内部における酸素析出物の密度が1×10/cm以上で、ウエーハ面内における酸素析出物の密度の最大値と最小値との比(最大値/最小値)の値が1〜10であることを特徴とするアニールウエーハが提供される In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided an annealed wafer obtained by performing heat treatment on a silicon wafer produced from a silicon single crystal grown by the Czochralski method, and the entire surface of the wafer has grown-in defects and OSFs. The non-defective N region, the non-defective rate of the oxide film pressure resistance in the region from the wafer surface to at least 5 μm in depth is 95% or more, and the density of oxygen precipitates in the wafer is 1 × 10 9 / cm 3 or more Thus, there is provided an annealed wafer characterized in that the ratio (maximum value / minimum value) between the maximum value and the minimum value of the density of oxygen precipitates in the wafer surface is 1 to 10 .

本発明のアニールウエーハは、ウエーハ全面がN領域で、酸化膜耐圧特性の良品率が95%以上であり、且つ、ウエーハ内部(バルク部)における酸素析出物の密度が1×10/cm以上で、ウエーハ面内における酸素析出物密度の(最大値/最小値)の値が1〜10であるものであるので、デバイス作製領域であるウエーハ表層部の酸化膜耐圧特性が非常に優れており、ウエーハバルク部にデバイスプロセス投入前の段階で酸素析出物の密度が面内均一に高密度で存在し、優れたIG能力を有するアニールウエーハとすることができる。 In the annealed wafer of the present invention, the entire surface of the wafer is in the N region, the yield rate of the oxide film withstand voltage characteristic is 95% or more, and the density of oxygen precipitates in the wafer (bulk portion) is 1 × 10 9 / cm 3. As described above, since the (maximum value / minimum value) value of the oxygen precipitate density in the wafer surface is 1 to 10, the oxide film withstand voltage characteristic of the wafer surface layer portion which is a device manufacturing region is very excellent. In addition, the density of oxygen precipitates exists in the wafer bulk portion at a stage before the device process is introduced in a uniform and high density in the plane, and an annealed wafer having excellent IG capability can be obtained.

また、本発明は、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶から作製したシリコンウエーハに熱処理を施したアニールウエーハであって、前記シリコンウエーハの全面がグローンイン欠陥もOSFも存在しない、原子空孔の多いNv領域のものであり、該シリコンウエーハに熱処理を施したものであることを特徴とするアニールウエーハを提供する The present invention also relates to an annealed wafer obtained by subjecting a silicon wafer produced from a silicon single crystal grown by the Czochralski method to a heat treatment, wherein the silicon wafer has no grown-in defects and no OSF. There is provided an annealed wafer characterized by being in the Nv region with a large amount of heat and being subjected to heat treatment on the silicon wafer .

このように、ウエーハ全面がグローンイン欠陥もOSFも存在しない、原子空孔の多いNv領域のシリコウエーハに熱処理を施したアニールウエーハであれば、ウエーハ表面のみならず、例えばウエーハ表面から5μmまでの領域が無欠陥層(DZ層)となるので、ウエーハ表層部の酸化膜耐圧特性が非常に優れたウエーハとすることができ、また、ウエーハバルク部に酸素析出物が例えば1×10/cm以上の高密度で面内均一に形成されたものとなるので、優れたIG能力を有するウエーハとすることができる。 As described above, if the annealed wafer in which the entire surface of the wafer is heat-treated on the silicon wafer in the Nv region having many atomic vacancies without the grown-in defect and the OSF, not only the wafer surface but also a region from the wafer surface to 5 μm, for example. Since this becomes a defect-free layer (DZ layer), it is possible to obtain a wafer having excellent oxide film pressure resistance characteristics of the wafer surface layer portion, and oxygen precipitates are, for example, 1 × 10 9 / cm 3 in the wafer bulk portion. Since it becomes the above-mentioned high density and uniform in-plane formation, it can be set as the wafer which has the outstanding IG capability.

この場合、前記アニールウエーハの直径が200mm以上であるものとすることができる
本発明のアニールウエーハは、上記のように酸素析出物が高密度で面内均一に形成されたものであり、またこの酸素析出物は、例えばウエーハを熱処理した際の熱応力によるスリップ転位の発生を抑制する効果があることが知られている。したがって、本発明のアニールウエーハが、熱処理によってスリップ転位の発生し易い200mm以上の直径を有するものであれば、例えばデバイスプロセス中の熱応力によるスリップ転位の発生を抑制できる大口径のウエーハとすることができ、特に今後の主流となる300mm以上のウエーハにおいて非常に有効なウエーハとなる。
In this case, the annealed wafer may have a diameter of 200 mm or more .
In the annealed wafer of the present invention, as described above, the oxygen precipitates are formed in a high density and uniformly in the plane, and the oxygen precipitates generate slip dislocations due to, for example, thermal stress when the wafer is heat-treated. It is known to have an effect of suppressing the above. Therefore, if the annealed wafer of the present invention has a diameter of 200 mm or more that is likely to cause slip dislocation by heat treatment, for example, a large-diameter wafer that can suppress the occurrence of slip dislocation due to thermal stress during the device process. In particular, it becomes a very effective wafer in a wafer of 300 mm or more which will be the mainstream in the future.

また、本発明によれば、チョクラルスキー法により育成したシリコン単結晶からシリコンウエーハを作製し、該作製したシリコンウエーハに熱処理を施してアニールウエーハを製造する方法において、前記シリコンウエーハとして、ウエーハの全面がグローンイン欠陥もOSFも存在しない、原子空孔の多いNv領域となるシリコンウエーハを作製した後、該作製したシリコンウエーハに、少なくとも、500℃以上700℃以下の温度T11℃で所定時間t11保持し、次に5℃/分以下の昇温速度で1000℃以上1230℃以下の温度T12℃まで昇温し、その後、該温度T12℃で所定時間t12保持する熱処理を行うことを特徴とするアニールウエーハの製造方法が提供される Further, according to the present invention, in the method of manufacturing a silicon wafer from a silicon single crystal grown by the Czochralski method, and subjecting the manufactured silicon wafer to a heat treatment to manufacture an annealed wafer, as the silicon wafer, After producing a silicon wafer that is an Nv region with many atomic vacancies, with no grown-in defects and no OSF on the entire surface, the produced silicon wafer is subjected to a temperature T 11 ° C. of at least 500 ° C. and 700 ° C. for a predetermined time t. 11 and then heated to a temperature T 12 ° C. of 1000 ° C. to 1230 ° C. at a temperature rising rate of 5 ° C./min or less, and then a heat treatment is performed for t 12 at the temperature T 12 ° C. for a predetermined time. A method for producing an annealed wafer is provided .

このように、原子空孔の多いNv領域となるシリコンウエーハを作製して、そのシリコンウエーハを、500℃以上700℃以下の温度で所定時間保持することにより、ウエーハ中のグローンイン析出核を成長させて消滅させにくくし、さらに新たな酸素析出核をウエーハに発生させることができ、次に5℃/分以下の昇温速度で1000℃以上1230℃以下の温度まで昇温することにより、ウエーハに存在する高密度のグローンイン析出核を消滅させずに効率的に成長させ、その後その温度で所定時間保持することにより、ウエーハバルク部の酸素析出物をさらに成長させると同時に、ウエーハ表面近傍の酸素を外方拡散させてウエーハ表層部の酸素析出核を消滅させ、ウエーハ表層部に酸素析出物もグローンイン析出核も存在しないDZ層を形成することができる。それによって、デバイス作製領域であるウエーハ表層部の酸化膜耐圧特性が非常に優れており、且つ、ウエーハバルク部にデバイスプロセス投入前の段階で酸素析出物が面内均一に高密度で存在して優れたIG能力を有するアニールウエーハを容易に製造することができる。   In this way, a silicon wafer to be an Nv region having many atomic vacancies is manufactured, and the silicon wafer is held at a temperature of 500 ° C. or higher and 700 ° C. or lower for a predetermined time, so that grown-in precipitation nuclei in the wafer are grown. Can be made difficult to disappear, and new oxygen precipitation nuclei can be generated in the wafer, and then heated to a temperature of 1000 ° C. to 1230 ° C. at a temperature rising rate of 5 ° C./min. By efficiently growing the existing high-density grown-in precipitation nuclei without annihilation, and then maintaining the temperature at that temperature for a predetermined time, oxygen precipitates in the wafer bulk portion are further grown, and oxygen near the wafer surface is simultaneously increased. D is diffused outward to eliminate oxygen precipitation nuclei on the wafer surface layer, and neither oxygen precipitates nor grown-in precipitation nuclei exist on the wafer surface D It is possible to form the layer. As a result, the oxide film withstand voltage characteristic of the wafer surface layer portion, which is a device fabrication region, is extremely excellent, and oxygen precipitates exist in the wafer bulk portion at a high density uniformly in the plane before the device process is introduced. An annealed wafer having excellent IG capability can be easily manufactured.

このとき、前記シリコンウエーハを500℃以上700℃以下の温度T11℃で保持する時間t11を15分以上とすることが好ましい
このように、シリコンウエーハを500℃以上700℃以下の温度で保持する時間t11を15分以上とすることにより、グローンイン析出核をより消滅しにくくすることができ、さらに新たな酸素析出核を効果的にウエーハに発生させることができ、酸素析出核をより高密度に形成できる。
In this case, the time t 11 for holding the silicon wafer at a temperature T 11 ° C. of 500 ° C. or higher 700 ° C. or less preferably 15 minutes or more.
Thus, by setting the time t 11 to hold the silicon wafer at a temperature of 500 ° C. or higher 700 ° C. or less 15 minutes or more, it can be more difficult to eliminate the grown-in precipitation nuclei, a further new oxygen precipitation nuclei It can be effectively generated in the wafer, and oxygen precipitation nuclei can be formed at a higher density.

また、前記シリコンウエーハを1000℃以上1230℃以下の温度T12℃で保持する時間t12を30分以上とすることが好ましい
このように、シリコンウエーハを1000℃以上1230℃以下の温度で保持する時間t12を30分以上とすることにより、酸素析出物をゲッタリング能力を有するサイズに安定して成長させることができ、また、ウエーハ表面近傍にDZ層を十分な幅で形成することができる。
Further, it is preferred that the time t 12 for holding the silicon wafer at a temperature T 12 ° C. of 1000 ° C. or higher 1230 ° C. or less and more than 30 minutes.
Thus, by the time t 12 to hold the silicon wafer at a temperature of 1230 ° C. 1000 ° C. or more and 30 minutes or more, it is possible to stably grow the oxygen precipitates to a size having a gettering capability, Further, the DZ layer can be formed with a sufficient width in the vicinity of the wafer surface.

さらに、本発明によれば、チョクラルスキー法により育成したシリコン単結晶からシリコンウエーハを作製し、該作製したシリコンウエーハに熱処理を施してアニールウエーハを製造する方法において、前記シリコンウエーハとして、ウエーハの全面がグローンイン欠陥もOSFも存在しない、原子空孔の多いNv領域となるシリコンウエーハを作製した後、該作製したシリコンウエーハに、少なくとも、温度T21℃から温度T22℃までR℃/分の昇温速度で昇温する昇温工程Aと、前記温度T22℃から温度T23℃まで前記昇温工程Aの昇温速度とは異なるR℃/分の昇温速度で昇温する昇温工程Bと、前記温度T23℃で所定時間t21保持する保持工程Cとを有する熱処理を行うことを特徴とするアニールウエーハの製造方法が提供される Further, according to the present invention, in the method of manufacturing a silicon wafer from a silicon single crystal grown by the Czochralski method, and subjecting the manufactured silicon wafer to a heat treatment to manufacture an annealed wafer, the silicon wafer is used as the silicon wafer. After producing a silicon wafer that is an Nv region with many atomic vacancies, with no grown-in defects and no OSF on the entire surface, at least R 1 ° C./min. From the temperature T 21 ° C. to the temperature T 22 ° C. is applied to the produced silicon wafer. The temperature rising step A 1 for raising the temperature at a temperature rising rate of R 2 ° C./min, which is different from the temperature rising rate of the temperature raising step A 1 from the temperature T 22 ° C to the temperature T 23 ° C. And performing a heat treatment including a temperature raising step B 1 for heating and a holding step C 1 for holding at a temperature T 23 ° C for a predetermined time t 21. A method of manufacturing a wafer is provided .

このように、原子空孔の多いNv領域となるシリコンウエーハを作製して、そのシリコンウエーハに昇温工程Aを施すことにより、ウエーハ中のグローンイン析出核を極力消滅させることなく成長させることができ、次に昇温速度が昇温工程Aとは異なる昇温工程Bを施して短時間で高温まで昇温することにより、ウエーハ表面近傍における酸素析出物の成長を抑制でき、その後、保持工程Cを施すことによりウエーハバルク部では昇温工程A及び昇温工程Bで成長した微小な酸素析出物をIG能力を有するようなサイズにさらに成長させることができ、ウエーハ表面近傍では酸素析出物を消滅させてDZ層を形成することができる。それによって、デバイス作製領域であるウエーハ表層部の酸化膜耐圧特性が非常に優れており、且つ、ウエーハバルク部にデバイスプロセス投入前の段階で酸素析出物が面内均一に高密度で存在して優れたIG能力を有するアニールウエーハを容易に製造することができる。 Thus, to prepare a silicon wafer to be a vacancy-rich Nv region, by applying a heated process A 1 on the silicon wafer, to be grown without causing as much as possible eliminate the grown-in precipitation nuclei in the wafer Next, by performing a temperature rising step B 1 having a temperature rising rate different from the temperature rising step A 1 and raising the temperature to a high temperature in a short time, it is possible to suppress the growth of oxygen precipitates in the vicinity of the wafer surface, holding step can be further grow fine oxygen precipitates grown at a heating step a 1 and heated step B 1 sized to have the IG capability in wafer bulk portion by applying a C 1, the wafer surface near Then, oxygen precipitates can be eliminated to form a DZ layer. As a result, the oxide film withstand voltage characteristic of the wafer surface layer portion, which is a device fabrication region, is extremely excellent, and oxygen precipitates exist in the wafer bulk portion at a high density uniformly in the plane before the device process is introduced. An annealed wafer having excellent IG capability can be easily manufactured.

このとき、前記昇温工程A、昇温工程B、及び保持工程Cを連続して行うことが好ましい
このように昇温工程A、昇温工程B及び保持工程Cの3工程を連続して行うことにより、熱処理工程全体の工程時間を短縮でき、熱処理工程の効率化や生産性の向上を図ることができる。
At this time, it is preferable that the temperature raising step A 1 , the temperature raising step B 1 , and the holding step C 1 are continuously performed .
Thus, by continuously performing the three steps of the temperature raising step A 1 , the temperature raising step B 1 and the holding step C 1 , the process time of the entire heat treatment step can be shortened, and the efficiency of the heat treatment step and the improvement of the productivity are achieved. Can be achieved.

また、前記昇温工程Aにおいて、前記温度T21を700℃以下、前記温度T22を800℃以上1000℃以下、前記昇温速度Rを3℃/分以下とすることが好ましい
このような条件で昇温工程Aを行うことにより、結晶成長工程で形成されたグローンイン析出核を極力消滅させることなく効率的に成長させて酸素析出物の密度を高めることができ、さらに工程時間の短縮にもつながる。
Further, in the heating step A 1, the temperature T 21 of 700 ° C. or less, the temperature T 22 of 800 ° C. or higher 1000 ° C. or less, it is preferable that the above heating rate R 1 3 ° C. / min or less.
By performing the heating step A 1 in such a condition, it is possible to increase the density of efficiently grown oxygen precipitate without as much as possible eliminate the grown-in precipitation nuclei formed in the crystal growth step, further steps It leads to shortening of time.

この場合、前記昇温工程Aを行う前に、前記温度T21で30分以上保持することが好ましい
このように、昇温工程Aを行う前にシリコンウエーハを温度T21で30分以上保持することにより、グローンイン析出核をより消滅しにくくすることができるだけでなく、さらにグローンイン析出核に加えて新たな酸素析出核を効果的に発生させて、シリコンウエーハに一層高密度の酸素析出核を形成することができる。
In this case, before performing the heating step A 1, it is preferable to keep the temperature T 21 in 30 minutes or more.
As described above, by holding the silicon wafer at the temperature T 21 for 30 minutes or more before performing the temperature raising step A 1 , not only can the grown-in precipitation nuclei be made more difficult to disappear, but in addition to the grown-in precipitation nuclei, New oxygen precipitation nuclei can be effectively generated to form higher density oxygen precipitation nuclei on the silicon wafer.

さらに、前記昇温工程Bにおいて、前記温度T22を800℃以上1000℃以下、前記温度T23を1050℃以上1230℃以下、前記昇温速度Rを5℃/分以上とすることが好ましい
このような条件で昇温工程Bを行うことにより、保持工程Cの保持温度まで短時間で昇温することができ、それにより、ウエーハ表面近傍における酸素析出物の成長を抑制して、その後の保持工程Cで表面近傍の酸素析出物を消滅させやすくすることができる。
Further, in the heating step B 1, the temperature T 22 of 800 ° C. or higher 1000 ° C. or less, the temperature T 23 1050 ° C. or higher 1230 ° C. or less, the heating rate R 2 be 5 ° C. / min or more Is preferred .
By performing the temperature raising step B 1 under such conditions, the temperature can be raised in a short time to the holding temperature of the holding step C 1 , thereby suppressing the growth of oxygen precipitates in the vicinity of the wafer surface, it can be in the subsequent holding step C 1 easy to eliminate the oxygen precipitates near the surface.

また、前記保持工程Cにおいて、前記温度T23を1050℃以上1230℃以下、前記保持時間t21を30分以上とすることが好ましい
このような条件で保持工程Cを行うことにより、上記昇温工程A及び昇温工程Bで成長したウエーハバルク部の酸素析出物を安定して成長させることができ、また同時に、ウエーハ表面近傍に酸素析出物のないDZ層を十分な幅で安定して形成することができる。
Further, in the holding step C 1, the temperature T 23 1050 ° C. or higher 1230 ° C. or less, it is preferable that the holding time t 21 to 30 minutes or more.
By performing the holding step C 1 under such conditions, the oxygen precipitates in the wafer bulk portion grown in the temperature raising step A 1 and the temperature raising step B 1 can be stably grown, and at the same time, the wafer A DZ layer having no oxygen precipitates in the vicinity of the surface can be stably formed with a sufficient width.

また、本発明のアニールウエーハの製造方法では、前記熱処理を施すシリコンウエーハとして、窒素を添加せずに育成したシリコン単結晶から作製したものを用いることが好ましい In the method for manufacturing an annealed wafer of the present invention, it is preferable to use a silicon wafer produced from a silicon single crystal grown without adding nitrogen as the silicon wafer subjected to the heat treatment .

このように、シリコンウエーハとして窒素を添加せずに育成したシリコン単結晶から作製したものを用いることにより、熱処理が加えられるシリコンウエーハに熱的に安定なグローンイン析出核、例えば、直径40nm以上の析出核が存在しないので、熱処理を行った際にウエーハ表面近傍からグローンイン析出核を容易に消滅させてDZ層を形成することができる。また、シリコン単結晶を育成する際に窒素を添加する必要がないので、結晶育成工程が複雑にならず、作業や管理などが容易になるという利点も有する。   As described above, by using a silicon wafer produced from a silicon single crystal grown without adding nitrogen, a thermally stable grown-in precipitation nucleus, for example, a precipitate having a diameter of 40 nm or more is applied to the silicon wafer to which heat treatment is applied. Since no nuclei exist, the grown-in precipitation nuclei can be easily eliminated from the vicinity of the wafer surface when heat treatment is performed, and a DZ layer can be formed. In addition, since it is not necessary to add nitrogen when growing a silicon single crystal, there is an advantage that the crystal growth process is not complicated and work and management are facilitated.

さらに、前記熱処理を施すシリコンウエーハの酸素濃度を14ppma以上とすることが好ましい
このように熱処理を施すシリコンウエーハの酸素濃度が14ppma以上であれば、熱処理をおこなうことによってウエーハバルク部に酸素析出物を一層高密度で形成することができ、アニールウエーハに一層優れたIG能力を付加することができる。また、シリコンウエーハの酸素濃度を14ppma以上と高くすることにより、酸素析出物の成長速度が速くなるので、全体の工程時間の短縮を図ることができる。
Furthermore, it is preferable that the oxygen concentration of the silicon wafer subjected to the heat treatment is 14 ppma or more .
If the oxygen concentration of the silicon wafer subjected to the heat treatment is 14 ppma or more, oxygen precipitates can be formed at a higher density in the wafer bulk portion by performing the heat treatment, and the annealed wafer has a more excellent IG capability. Can be added. Further, by increasing the oxygen concentration of the silicon wafer to 14 ppma or higher, the growth rate of oxygen precipitates is increased, so that the overall process time can be shortened.

そして、本発明では、前記製造するアニールウエーハの直径を200mm以上とすることができる
本発明のアニールウエーハの製造方法は、従来では熱処理でスリップ転位が発生し易かった直径200mm以上の大口径のアニールウエーハを製造する場合に特に好適に適用することができる。すなわち、本発明は、上述のようにウエーハ面内に大きなサイズの酸素析出物を高密度で均一に形成できるため、熱処理中に生じるスリップ転位がピンニングされる確率が高くなり、スリップ転位の発生を抑制できる。したがって、スリップ転位の発生してない大口径のアニールウエーハを安定して製造することが可能となる。
In the present invention, the diameter of the manufactured annealed wafer can be 200 mm or more .
The method for producing an annealed wafer according to the present invention can be applied particularly suitably when producing an annealed wafer having a large diameter of 200 mm or more, which has been easy to generate slip dislocation by heat treatment. That is, according to the present invention, as described above, large-size oxygen precipitates can be uniformly formed at a high density in the wafer surface, so that the probability that the slip dislocation generated during the heat treatment is pinned is increased, and the occurrence of slip dislocation is prevented. Can be suppressed. Therefore, it is possible to stably manufacture a large-diameter annealed wafer in which slip dislocation does not occur.

以上のように、本発明によれば、ウエーハの全面がグローンイン欠陥もOSFも存在しない、原子空孔の多いNv領域となるシリコンウエーハに所定の条件で熱処理を行ってアニールウエーハを製造することにより、デバイス作製領域であるウエーハ表層部の酸化膜耐圧特性が非常に優れており、ウエーハバルク部にデバイスプロセス投入前の段階で酸素析出物が面内均一に高密度で存在して優れたIG能力を有するアニールウエーハを提供することができる。   As described above, according to the present invention, an annealed wafer is manufactured by heat-treating a silicon wafer, which is an Nv region with many atomic vacancies, in which the entire surface of the wafer is free of grown-in defects and OSF, under predetermined conditions. In addition, the oxide film pressure resistance of the wafer surface layer, which is the device fabrication area, is extremely excellent, and the oxygen precipitates exist in the wafer bulk part at a stage before the device process is introduced, and the IG capability is excellent evenly in the surface. An annealed wafer having the following can be provided.

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明者等は、ウエーハ表層部の酸化膜耐圧特性が非常に優れており、ウエーハバルク部にデバイスプロセス投入前の段階で酸素析出物が面内均一に高密度で存在するウエーハを製造するために鋭意実験及び検討を重ねた。その結果、例えば800℃で4時間+1000℃で16時間というような酸素析出熱処理を行った際に酸素析出量(すなわち、酸素析出熱処理前の初期酸素濃度と酸素析出熱処理後の酸素濃度との差)が1ppma(JEIDA:日本電子工業振興協会規格)以上となるようなシリコンウエーハは、熱的に安定なグローンイン析出核を適度に有しているので、このようなシリコンウエーハに熱処理を行うことにより、ウエーハバルク部でグローンイン析出核を消滅させずに成長させて、酸素析出物を安定して形成できることがわかった。
Hereinafter, although an embodiment is described about the present invention, the present invention is not limited to these.
In order to produce a wafer in which the oxide film pressure resistance characteristics of the wafer surface layer portion are extremely excellent and the oxygen precipitates are present in the wafer bulk portion at a stage before the device process is introduced, in a uniform and high density in the surface. In addition, earnest experiment and examination were repeated. As a result, for example, when oxygen precipitation heat treatment is performed at 800 ° C. for 4 hours + 1000 ° C. for 16 hours, the amount of oxygen precipitation (that is, the difference between the initial oxygen concentration before the oxygen precipitation heat treatment and the oxygen concentration after the oxygen precipitation heat treatment) ) Is 1 ppma (JEIDA: Japan Electronics Industry Promotion Association standard) or more, silicon wafers have moderately stable grown-in precipitation nuclei, so that by performing heat treatment on such silicon wafers It was found that the oxygen precipitates can be stably formed by growing the grown-in precipitation nuclei in the wafer bulk part without annihilating them.

一方、ウエーハの酸化膜耐圧特性の向上を図るために、ウエーハ全面がグローンイン欠陥もOSFも存在しないN領域となるシリコンウエーハを用い、さらにこのN領域となるシリコンウエーハに酸素析出物を形成するために熱処理を行った場合、ウエーハ表面近傍にはDZ層を形成でき、またウエーハのバルク部には酸素析出物を形成することができる。しかしながら、N領域には前述のようにNv領域とNi領域があり、またNi領域はNv領域に比較して酸素析出が発生しにくい領域であるため、ウエーハ面内にNi領域とNv領域が混在するようなシリコンウエーハに熱処理を行った場合には、酸素析出物の密度がウエーハ面内で不均一となり、その結果、ウエーハの有するゲッタリング能力が面内で不均一となることが明らかとなった。さらに、この場合、酸素析出物の密度の面内バラツキに起因してウエーハに反り等が発生することがあることもわかった。   On the other hand, in order to improve the oxide film breakdown voltage characteristics of the wafer, a silicon wafer in which the entire surface of the wafer is an N region in which neither a grown-in defect nor an OSF exists is used, and further, oxygen precipitates are formed on the silicon wafer serving as the N region. When heat treatment is performed, a DZ layer can be formed in the vicinity of the wafer surface, and oxygen precipitates can be formed in the bulk portion of the wafer. However, as described above, the N region includes the Nv region and the Ni region, and the Ni region is a region in which oxygen precipitation is less likely to occur as compared with the Nv region. Therefore, the Ni region and the Nv region are mixed in the wafer surface. When such a silicon wafer is subjected to heat treatment, the density of oxygen precipitates becomes non-uniform in the wafer plane, and as a result, the gettering ability of the wafer becomes non-uniform in the plane. It was. Further, in this case, it has been found that the wafer may be warped due to in-plane variation in the density of oxygen precipitates.

そこで、本発明者等はさらに実験及び検討を重ねた結果、シリコンウエーハのNv領域では、上記のような酸素析出熱処理を行った際に酸素析出量が1ppma以上となることを見出し、そして、このようなNv領域がウエーハ全面に広がるシリコンウエーハに熱処理を行ってアニールウエーハを製造すれば、ウエーハ表層部の酸化膜耐圧特性が非常に優れており、ウエーハバルク部に酸素析出物が面内均一に高密度で存在するような高品質のアニールウエーハが得られることに想到し、本発明を完成させた。   Therefore, as a result of further experiments and examinations, the present inventors have found that, in the Nv region of a silicon wafer, the oxygen precipitation amount becomes 1 ppma or more when the above oxygen precipitation heat treatment is performed, and this When an annealed wafer is manufactured by heat-treating a silicon wafer in which the Nv region extends over the entire surface of the wafer, the oxide film pressure resistance characteristics of the wafer surface layer portion are very excellent, and oxygen precipitates are uniformly distributed in the wafer bulk portion. The present invention was completed by conceiving that a high-quality annealed wafer that exists at a high density can be obtained.

すなわち、本発明のアニールウエーハは、CZ法により育成されたシリコン単結晶から作製したシリコンウエーハに熱処理を施したアニールウエーハであって、前記シリコンウエーハの全面がグローンイン欠陥もOSFも存在しない、原子空孔の多いNv領域のものであり、該シリコンウエーハに熱処理を施したものであることに特徴を有するものである。   That is, the annealed wafer according to the present invention is an annealed wafer obtained by performing heat treatment on a silicon wafer produced from a silicon single crystal grown by the CZ method, and the entire surface of the silicon wafer is free from any grown-in defects or OSFs. The Nv region has many holes, and is characterized in that the silicon wafer is heat-treated.

また、このような本発明のアニールウエーハは、ウエーハ全面がグローンイン欠陥もOSFも存在しないN領域であり、ウエーハ表面から少なくとも深さ5μmまでの領域における酸化膜耐圧特性の良品率が95%以上であり、且つ、ウエーハ内部における酸素析出物の密度が1×10/cm以上で、ウエーハ面内における酸素析出物の密度の最大値と最小値との比(最大値/最小値)の値が1〜10であることに特徴を有するものとすることができる。 In addition, the annealed wafer of the present invention is an N region where the entire surface of the wafer is free of grow-in defects and OSF, and the non-defective rate of the oxide film withstand voltage in the region at least 5 μm deep from the wafer surface is 95% or more. And the density of oxygen precipitates in the wafer is 1 × 10 9 / cm 3 or more, and the ratio of the maximum value and the minimum value of the density of oxygen precipitates in the wafer plane (maximum value / minimum value) Can be characterized by being 1-10.

このように、本発明のアニールウエーハは、ウエーハ表面のみならず、ウエーハ表面から少なくとも深さ5μmまでの領域において無欠陥層が形成されたものとなるので、良品率が95%以上となる優れた酸化膜耐圧特性を有するものとなり、例えばウエーハ表層部の比較的深い領域までデバイスを作製する場合であっても、デバイス特性を劣化させることのないウエーハとすることができる。ここで、本発明における酸化膜耐圧特性とは、TZDB(Time Zero Dielectric Breakdown)特性のことを意味し、その良品率は、例えば、判定電流値を1mA/cmとして、絶縁破壊電界が8MV/cm以上となるものの割合を示す。 As described above, the annealed wafer of the present invention has a defect-free layer formed not only on the wafer surface but also in a region at least 5 μm deep from the wafer surface. For example, even when a device is manufactured up to a relatively deep region of the surface layer portion of the wafer, it is possible to obtain a wafer that does not deteriorate the device characteristics. Here, the oxide film breakdown voltage characteristic in the present invention means a TZDB (Time Zero Dielectric Breakdown) characteristic, and the non-defective rate is, for example, a determination current value of 1 mA / cm 2 and a dielectric breakdown electric field of 8 MV / cm 2. The ratio of what becomes cm or more is shown.

尚、ウエーハ表層部の欠陥を検出する簡便な方法として、例えばパーティクルカウンターや選択エッチング法がある。しかし、これらの方法を用いて欠陥の検査を行う場合でも、検出下限以下の小さいサイズの欠陥が存在し、酸化膜耐圧特性を劣化させる場合がある。したがって、上記のように、本発明のアニールウエーハが、良品率が95%以上、さらに100%であるような優れた酸化膜耐圧特性を有することは極めて重要である。   As a simple method for detecting defects on the surface layer of the wafer, for example, there are a particle counter and a selective etching method. However, even when defects are inspected using these methods, there are cases where defects having a size smaller than the detection lower limit exist and the oxide film breakdown voltage characteristic is deteriorated. Therefore, as described above, it is extremely important that the annealed wafer of the present invention has excellent oxide film breakdown voltage characteristics such that the yield rate is 95% or more, and further 100%.

また、本発明のアニールウエーハは、上記のようにウエーハ内部(バルク部)において検出されるIG能力を有するサイズ以上の酸素析出物の密度が1×10/cm以上であるので、デバイスプロセス投入前の段階で優れたIG能力を有するものとなり、近年の低温化・短時間化が進むデバイスプロセスにおいても、ウエーハバルク部の酸素析出物がデバイスプロセスの初期段階からゲッタリングサイトとして働き、特別な熱処理を追加しなくても十分なゲッタリング能力を発揮できるウエーハとすることができる。このとき、アニールウエーハの機械的強度を考慮すると、析出過多による劣化を防止するため、酸素析出物の密度は1×1013/cm以下とすることが好ましい。 Further, since the annealed wafer of the present invention, the density of oxygen precipitate above size having an IG capability is detected in the wafer interior (bulk portion) as described above it is 1 × 10 9 / cm 3 or more, the device process Even in device processes that have excellent IG capability at the stage prior to the introduction and the recent trend toward lower temperatures and shorter times, oxygen precipitates in the wafer bulk part function as gettering sites from the initial stage of the device process. It is possible to obtain a wafer that can exhibit a sufficient gettering ability without additional heat treatment. At this time, considering the mechanical strength of the annealed wafer, the density of oxygen precipitates is preferably 1 × 10 13 / cm 3 or less in order to prevent deterioration due to excessive precipitation.

尚、本発明において、IG能力を有する酸素析出物のサイズは、実験的に検出可能な酸素析出物のサイズ(例えば、直径30〜40nm程度)を目安にしており、特に、ゲッタリング能力を有する酸素析出物のサイズとしては直径約40nm以上であることが好ましい。一般的には、実験的に検出できないサイズの酸素析出物でもIG能力を有すると考えられているので、このように実験的に検出可能なサイズ、例えば直径40nm以上の酸素析出物であれば十分にIG能力を有するものと判断できる。このような酸素析出物は、例えば、光散乱法の1つである赤外散乱トモグラフ法により検出可能である。   In the present invention, the size of the oxygen precipitate having the IG ability is based on the size of the oxygen precipitate that can be detected experimentally (for example, about 30 to 40 nm in diameter), and particularly has a gettering ability. The size of the oxygen precipitate is preferably about 40 nm or more in diameter. In general, oxygen precipitates of a size that cannot be detected experimentally are considered to have IG capability, and thus an oxygen precipitate having a size that can be detected experimentally, such as a diameter of 40 nm or more, is sufficient. Can be judged to have IG capability. Such oxygen precipitates can be detected by, for example, an infrared scattering tomography method which is one of light scattering methods.

さらに、従来のウエーハではウエーハ面内における酸素析出物の密度の最大値と最小値との比(最大値/最小値)の値が20以上、あるいは桁違いの数値を示していたが、本発明のアニールウエーハは、ウエーハ面内における酸素析出物の密度の最大値と最小値との比(最大値/最小値)の値が1〜10、さらには1〜5となるものであるので、ウエーハバルク部におけるIG能力の面内バラツキを著しく低減でき、ウエーハ全面に渡って非常に優れたゲッタリング能力を均一に有するウエーハとすることができる。またこの場合、従来のアニールウエーハにおいて酸素析出物の密度の面内バラツキに起因して発生していたウエーハの反り等の問題も容易に解決することができる。   Further, in the conventional wafer, the ratio (maximum value / minimum value) between the maximum value and the minimum value of the density of oxygen precipitates in the wafer surface is 20 or more, or an order of magnitude numerical value. In this annealed wafer, the ratio (maximum value / minimum value) between the maximum value and the minimum value of the density of oxygen precipitates in the wafer surface is 1 to 10, and more preferably 1 to 5. The in-plane variation of the IG capability in the bulk portion can be remarkably reduced, and a wafer having a very excellent gettering capability uniformly over the entire surface of the wafer can be obtained. Further, in this case, problems such as wafer warpage caused by the in-plane variation in the density of oxygen precipitates in the conventional annealed wafer can be easily solved.

また、本発明のアニールウエーハが、熱処理によってスリップ転位の発生し易い直径200mm以上のウエーハであれば、スリップ転位の発生を抑制する効果のある酸素析出物をウエーハ面内で均一にかつ高密度で有しているため、デバイスプロセスにおいてスリップ転位の発生が抑制される大口径のウエーハとなり、特に今後の主流となる300mm以上のウエーハにおいて非常に有効なウエーハとなる。   Further, if the annealed wafer of the present invention is a wafer having a diameter of 200 mm or more that is likely to generate slip dislocation by heat treatment, oxygen precipitates having an effect of suppressing the occurrence of slip dislocation are uniformly and densely within the wafer surface. Therefore, it becomes a large-diameter wafer in which the occurrence of slip dislocation is suppressed in the device process, and it becomes a very effective wafer particularly in a wafer of 300 mm or more which will be the mainstream in the future.

次に、上記のような本発明のアニールウエーハを製造するための方法について、図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
先ず、本発明の第1の態様に係るアニールウエーハの製造方法は、CZ法により育成したシリコン単結晶からシリコンウエーハを作製し、該作製したシリコンウエーハに熱処理を施してアニールウエーハを製造する方法において、前記シリコンウエーハとして、ウエーハの全面がグローンイン欠陥もOSFも存在しない、原子空孔の多いNv領域となるシリコンウエーハを作製した後、該作製したシリコンウエーハに、少なくとも、500℃以上700℃以下の温度T11℃で所定時間t11保持し、次に5℃/分以下の昇温速度で1000℃以上1230℃以下の温度T12℃まで昇温し、その後、該温度T12℃で所定時間t12保持する熱処理を行うことに特徴を有するものである。
Next, a method for producing the annealed wafer of the present invention as described above will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to this.
First, a method for producing an annealed wafer according to the first aspect of the present invention is a method of producing an annealed wafer by producing a silicon wafer from a silicon single crystal grown by a CZ method, and subjecting the produced silicon wafer to a heat treatment. As the silicon wafer, a silicon wafer having an Nv region with many atomic vacancies in which the entire surface of the wafer does not have a grown-in defect and no OSF is manufactured, and then the silicon wafer is at least 500 ° C. to 700 ° C. predetermined time at a temperature T 11 ° C. t 11 holds, then 5 ° C. / min or less was raised to a temperature T 12 ° C. of 1000 ° C. or higher 1230 ° C. or less at a Atsushi Nobori rate, then, a predetermined time temperature T 12 ° C. those having features to performing heat treatment for t 12 holds.

以下、本発明の第1の態様に係るアニールウエーハの製造方法について、より具体的に説明する。ここで、図1は、本発明の第1の態様に係るアニールウエーハの製造方法の一例を示すフロー図であり、また図2は、シリコンウエーハに施す熱処理のパターンを模式的に示す模式図である。   Hereinafter, the manufacturing method of the annealed wafer according to the first aspect of the present invention will be described more specifically. Here, FIG. 1 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing an annealed wafer according to the first aspect of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram schematically showing a heat treatment pattern applied to a silicon wafer. is there.

先ず、アニールウエーハの原料となるシリコンウエーハを、CZ法で育成したシリコン単結晶から作製する(図1のステップ101)。このとき、作製するシリコンウエーハが、ウエーハの全面がグローンイン欠陥もOSFも存在しない、原子空孔の多いNv領域となるものとなれば、その作製方法は特に限定されるものではなく、例えば特許文献8、9、10などに記載されているように、単結晶を育成する際の引上げ速度Fと引上げ結晶中の固液界面近傍の温度勾配Gとの比F/Gを制御して単結晶の引上げを行う方法を利用してウエーハの作製を行うことができる。ここで、本発明においてシリコンウエーハを作製する方法の一例を具体的に説明する。   First, a silicon wafer as a raw material for the annealed wafer is produced from a silicon single crystal grown by the CZ method (step 101 in FIG. 1). At this time, if the silicon wafer to be manufactured becomes an Nv region with many atomic vacancies in which the entire surface of the wafer does not have any grown-in defects or OSFs, the manufacturing method is not particularly limited. As described in 8, 9, 10 and the like, the ratio F / G between the pulling rate F when growing a single crystal and the temperature gradient G in the vicinity of the solid-liquid interface in the pulling crystal is controlled to control the single crystal. Wafers can be manufactured using a pulling method. Here, an example of a method for producing a silicon wafer in the present invention will be specifically described.

シリコン単結晶を引上げるための単結晶引上げ装置の一例を図5に示す。図5に示すように、この単結晶引上げ装置20は、メインチャンバ1内に、原料融液4を収容する石英ルツボ5と、この石英ルツボ5を保護する黒鉛ルツボ6とがルツボ駆動機構(不図示)によって回転・昇降自在に保持軸19で支持されており、またこれらのルツボ5、6を取り囲むように加熱ヒーター7と断熱材8が配置されている。メインチャンバ1の上部には育成した単結晶3を収容し、取り出すための引上げチャンバ2が連接されており、引上げチャンバ2の上部には単結晶3をワイヤー16で回転させながら引上げる引上げ機構(不図示)が設けられている。   An example of a single crystal pulling apparatus for pulling a silicon single crystal is shown in FIG. As shown in FIG. 5, the single crystal pulling apparatus 20 includes a main crucible 5 having a quartz crucible 5 for containing a raw material melt 4 and a graphite crucible 6 for protecting the quartz crucible 5 in a crucible driving mechanism (not shown). The heater 7 and the heat insulating material 8 are disposed so as to surround the crucibles 5 and 6. A pulling chamber 2 for accommodating and taking out the grown single crystal 3 is connected to the upper portion of the main chamber 1, and a pulling mechanism for pulling up the single crystal 3 while rotating it with a wire 16 is connected to the upper portion of the pulling chamber 2. (Not shown) is provided.

また、メインチャンバ1の内部にはガス整流筒13が設けられており、このガス整流筒13の下部には原料融液4と対向するように遮熱部材14を設置して、原料融液4の表面からの輻射をカットするとともに原料融液4の表面を保温するようにしている。このとき、遮熱部材14は、例えばその下端と原料融液4の表面との間隔が2〜20cm程度となるように設置されている。さらに、ガス整流筒13の上方には冷却筒11が設置されており、冷媒導入口12から冷却媒体を流すことによって単結晶3を強制冷却できるようになっている。   In addition, a gas rectifying cylinder 13 is provided inside the main chamber 1, and a heat shield member 14 is installed at the lower part of the gas rectifying cylinder 13 so as to face the raw material melt 4. The radiation from the surface of the material is cut and the surface of the raw material melt 4 is kept warm. At this time, the heat shielding member 14 is installed so that the space | interval of the lower end and the surface of the raw material melt 4 will be about 2-20 cm, for example. Furthermore, a cooling cylinder 11 is installed above the gas rectifying cylinder 13, and the single crystal 3 can be forcibly cooled by flowing a cooling medium from the refrigerant inlet 12.

さらに、引上げチャンバ2の上部に設けられたガス導入口10からはアルゴンガスのような不活性ガス等を導入でき、引上げ中の単結晶3とガス整流筒13との間を通過させた後、遮熱部材14と原料融液4の融液面との間を通過させ、ガス流出口9から排出することができる。   Further, an inert gas such as argon gas can be introduced from the gas inlet 10 provided in the upper part of the pulling chamber 2, and after passing between the single crystal 3 being pulled and the gas rectifying cylinder 13, The heat shielding member 14 and the melt surface of the raw material melt 4 can be passed between and discharged from the gas outlet 9.

また、メインチャンバ1の水平方向の外側に磁石(不図示)を設置することができ、それによって、原料融液4に水平方向あるいは垂直方向等の磁場を印加して原料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法を用いることができる。   Further, a magnet (not shown) can be installed outside the main chamber 1 in the horizontal direction, thereby suppressing the convection of the raw material melt by applying a horizontal or vertical magnetic field to the raw material melt 4. In addition, a so-called MCZ method for achieving stable growth of a single crystal can be used.

このような単結晶引上げ装置20を用いて、例えばシリコン単結晶をCZ法により育成する場合、まず、石英ルツボ5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、ワイヤー16を巻き出すことによりシリコン融液4の表面略中心部に種ホルダー18に固定された種結晶17を接触又は浸漬させる。その後、ルツボ保持軸19を適宜の方向に回転させるとともに、ワイヤー16を回転させながら巻き取って種結晶を引上げることにより、単結晶の育成が開始される。以後、単結晶の引上げ速度とシリコン融液の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3を成長させることができる。   For example, when a silicon single crystal is grown by the CZ method using such a single crystal pulling apparatus 20, first, a high-purity polycrystalline material of silicon is heated to a melting point (about 1420 ° C.) or higher in a quartz crucible 5. Melt. Next, the seed crystal 17 fixed to the seed holder 18 is brought into contact with or immersed in the approximate center of the surface of the silicon melt 4 by unwinding the wire 16. Thereafter, the crucible holding shaft 19 is rotated in an appropriate direction, and the wire 16 is wound while being wound to pull up the seed crystal, thereby starting the growth of the single crystal. Thereafter, the substantially cylindrical silicon single crystal 3 can be grown by appropriately adjusting the pulling rate of the single crystal and the temperature of the silicon melt.

このとき、単結晶直胴部を育成する際の引上げ速度をF[mm/min]とし、シリコン融点から1400℃の間の引上げ軸方向の結晶温度勾配をG[℃/mm]で表した時、F/G[mm/℃・min]の値がNv領域となるように引上げ速度Fを制御してシリコン単結晶を育成する。この場合、例えば上記のように遮熱部材14の下端と原料融液4の表面との間隔を2〜20cm程度に設定することにより結晶中心部分の温度勾配Gcと結晶周辺部分の温度勾配Geとの差を小さくしたり、また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ができ、結晶径方向の全面を容易にNv領域となるようにすることが可能となる。さらに、例えばガス整流筒13の上方に設置した冷却筒11によってボイド欠陥を形成する温度帯(1080〜1150℃)を急冷して、結晶成長軸方向にNv領域を広げることが可能となるので、直胴部全体が径方向全面でNv領域となる単結晶を容易に育成することができる。 At this time, when the pulling rate when growing the single crystal straight body portion is F [mm / min], and the crystal temperature gradient in the pulling axis direction between the silicon melting point and 1400 ° C. is expressed by G [° C./mm] The silicon single crystal is grown by controlling the pulling rate F so that the value of F / G [mm 2 / ° C./min] is in the Nv region. In this case, for example, by setting the distance between the lower end of the heat shield member 14 and the surface of the raw material melt 4 to about 2 to 20 cm as described above, the temperature gradient Gc at the crystal central portion and the temperature gradient Ge at the crystal peripheral portion The temperature inside the furnace can be controlled so that the temperature gradient around the crystal is lower than the crystal center, and the entire surface in the crystal diameter direction can be easily made into the Nv region. It becomes possible. Furthermore, for example, it becomes possible to rapidly cool a temperature zone (1,080 to 1150 ° C.) in which a void defect is formed by the cooling cylinder 11 installed above the gas rectifying cylinder 13 to expand the Nv region in the crystal growth axis direction. It is possible to easily grow a single crystal in which the entire straight body portion is an Nv region over the entire radial direction.

このようにして得られたシリコン単結晶をスライスして得られるシリコンウエーハは、グローンイン欠陥もOSFも存在しない、原子空孔の多いNv領域となるシリコンウエーハとなる。このようなシリコンウエーハであれば、その後熱処理を行った際にウエーハ表層部にグローンイン欠陥や酸素析出物が存在せず、またウエーハバルク部で高い酸素析出量が得られるウエーハとすることができる。   The silicon wafer obtained by slicing the silicon single crystal thus obtained is a silicon wafer that is an Nv region with many atomic vacancies and does not have any grown-in defects or OSFs. Such a silicon wafer can be a wafer in which no grown-in defects or oxygen precipitates are present in the wafer surface layer portion when heat treatment is performed thereafter, and a high oxygen precipitation amount can be obtained in the wafer bulk portion.

この場合、シリコンウエーハは、窒素を添加せずに育成したシリコン単結晶から作製することが好ましい。このように窒素を添加せずに育成したシリコン単結晶から作製したシリコンウエーハであれば、ウエーハに熱的に安定なグローンイン析出核、例えば直径40nm以上の析出核が存在しないので、以下に示すような本発明の熱処理を行った際にウエーハ表面近傍からグローンイン析出核を消滅させてDZ層を安定して形成することができる。また、シリコン単結晶を育成する際に窒素を添加する必要がないので、結晶育成工程が複雑にならず、作業や管理などが簡便になるという利点を有する。   In this case, the silicon wafer is preferably produced from a silicon single crystal grown without adding nitrogen. In the case of a silicon wafer produced from a silicon single crystal grown without adding nitrogen as described above, there is no thermally stable grown-in precipitation nucleus, for example, a precipitation nucleus having a diameter of 40 nm or more on the wafer. When the heat treatment according to the present invention is performed, the grown-in precipitation nuclei are eliminated from the vicinity of the wafer surface, and the DZ layer can be formed stably. Further, since it is not necessary to add nitrogen when growing the silicon single crystal, the crystal growing process is not complicated, and there is an advantage that work and management are simplified.

尚、本発明では、シリコン単結晶からシリコンウエーハを作製する方法も特に限定されず、例えばシリコン単結晶からシリコンウエーハをスライスした後、従来行われているような面取り、ラッピング、エッチング、鏡面研磨等の各工程を順次施すことによって、シリコンウエーハを容易に作製することができる。   In the present invention, a method for producing a silicon wafer from a silicon single crystal is not particularly limited. For example, after slicing a silicon wafer from a silicon single crystal, chamfering, lapping, etching, mirror polishing, etc., which are conventionally performed. By sequentially performing these steps, a silicon wafer can be easily manufactured.

次に、上記のように作製したシリコンウエーハを、例えば500℃以上700℃以下の温度T11℃に維持されている熱処理炉に投入した後(図1のステップ102)、図2に示すように、その温度T11℃で所定時間t11保持する(図1のステップ103)。このように温度T11℃で所定時間t11保持することにより、単結晶の育成で形成されたウエーハ中のグローンイン析出核を成長させて、ウエーハバルク部に存在する析出核を消滅させにくくすることができ、さらに新たな酸素析出核をウエーハに発生させることができる。 Next, after the silicon wafer manufactured as described above is put into a heat treatment furnace maintained at a temperature T 11 ° C. of, for example, 500 ° C. or more and 700 ° C. or less (step 102 in FIG. 1), as shown in FIG. The temperature T 11 ° C is maintained for a predetermined time t 11 (step 103 in FIG. 1). By maintaining the temperature T 11 ° C for a predetermined time t 11 in this way, it is possible to grow the grown-in precipitation nuclei in the wafer formed by growing the single crystal and to make it difficult to eliminate the precipitation nuclei existing in the wafer bulk portion. In addition, new oxygen precipitation nuclei can be generated on the wafer.

このとき、保持温度T11は、グローンイン析出核を成長させることが出来る温度であれば、低い温度であるほど熱処理後のアニールウエーハにおける酸素析出物の密度を高めることができるが、工程時間が長くなって生産性の低下を招く恐れがあるので、温度T11は500℃以上にすることが望ましい。また一方、温度T11が700℃を超える温度にすると、酸素析出物の密度を十分に高めることができなくなる恐れがある。 In this case, the holding temperature T 11, if the temperature capable of growing grown-in precipitation nuclei, but can increase the density of oxygen precipitates in annealed wafer after the heat treatment as is at low temperatures, long process time because it and can lead to reduced productivity, the temperature T 11 is preferably set to more than 500 ° C.. On the other hand, when the temperature T 11 is the temperature in excess of 700 ° C., it may become impossible to sufficiently increase the density of oxygen precipitates.

さらにこの場合、シリコンウエーハを温度T11で保持する時間t11は15分以上とすることが好ましく、それによって、グローンイン析出核をより消滅しにくくすることができるとともに、新たな酸素析出核を効果的にウエーハに発生させて、酸素析出核をより高密度に形成することができる。また、保持時間t11を余り長くし過ぎると全体の工程時間が長くなり、生産性に影響を及ぼすことが考えられるため、保持時間t11はおよそ60分以下とすることが好ましい。尚、このようにシリコンウエーハを温度T11で保持する場合、一定温度に高精度に保持するだけに限らず、条件に応じて温度T11付近で若干の温度変化(例えば±100℃程度の昇温、降温等)を伴うこともできる。すなわち、温度T11は、500℃以上700℃以下であれば良いので、温度を保持する場合はこの温度範囲で保持すれば良く、必ずしも一定の温度とする必要はない。つまり、本発明でいう温度T11℃で所定時間保持するとは、このように温度T11500〜700℃の範囲内で変動させて保持する場合を含む。 Furthermore, in this case, it is preferable that a silicon wafer temperature T 11 time t 11 to hold the 15 minutes or more, thereby it is possible to more difficult to eliminate grown-in precipitation nuclei, the effect of a new oxygen precipitation nuclei Therefore, it is possible to form oxygen precipitate nuclei at a higher density by generating them on the wafer. Further, the overall process time is too much longer holding time t 11 is long, since it is considered to affect the productivity, the holding time t 11 is preferable to be less approximately 60 minutes. In addition, when the silicon wafer is held at the temperature T 11 as described above, it is not limited to holding the silicon wafer at a constant temperature with high accuracy, and a slight temperature change (for example, an increase of about ± 100 ° C.) near the temperature T 11 depending on conditions. Temperature, temperature drop, etc.). That is, the temperature T 11, since it is sufficient 500 ° C. or higher 700 ° C. or less, to retain the temperature may be maintained at this temperature range, not necessarily a constant temperature. That is, holding at a temperature T 11 ° C. for a predetermined time in the present invention includes such a case where the temperature T 11 is changed and maintained within a range of 500 to 700 ° C.

次に、500℃以上700℃以下の温度T11で保持したシリコンウエーハを、図2に示すように、5℃/分以下の昇温速度で1000℃以上1230℃以下の温度T12℃まで昇温する(ステップ104)。このように、シリコンウエーハを5℃/分以下の速度で昇温することにより、ウエーハに存在する高密度のグローンイン析出核を極力消滅させずに効率的に成長させることができ、特に昇温速度を低速にするほど析出物密度を高めることができる。したがって、このように昇温工程を行うことにより、単結晶を育成する際に形成されたグローンイン析出核を効果的に成長させることができるので、例えば酸素析出核をウエーハに新たに形成するための熱処理工程を別途に行わなくても析出物密度を十分に高くすることができるし、さらに、全体の工程時間の短縮を図ることができる。このとき、温度T11から温度T12℃まで昇温する速度が5℃/分を越えるような高速になると、グローンイン析出核が成長できずに消滅してしまう割合が高くなり、酸素析出物の密度が十分に得られない場合がある。また一方、あまり低速過ぎると工程時間が必要以上に長くなるので、昇温速度は約1℃/分以上とすることが好ましい。 Next, as shown in FIG. 2, the silicon wafer held at a temperature T 11 of 500 ° C. or higher and 700 ° C. or lower is raised to a temperature T 12 ° C. of 1000 ° C. or higher and 1230 ° C. or lower at a temperature rising rate of 5 ° C./min or lower. Warm (step 104). In this way, by heating the silicon wafer at a rate of 5 ° C./min or less, it is possible to efficiently grow the high-density grown-in precipitation nuclei existing on the wafer without annihilation as much as possible. The lower the is, the higher the precipitate density can be. Therefore, by performing the temperature raising step in this way, the grown-in precipitation nuclei formed when growing the single crystal can be effectively grown. For example, for newly forming oxygen precipitation nuclei on the wafer Even if the heat treatment step is not performed separately, the precipitate density can be made sufficiently high, and the overall process time can be shortened. At this time, the speed of raising the temperature from the temperature T 11 to a temperature T 12 ° C. become faster as exceeding 5 ° C. / min, the higher the percentage of grown-in precipitation nuclei disappear unable growth of oxygen precipitates The density may not be sufficiently obtained. On the other hand, if the process speed is too low, the process time becomes longer than necessary, and therefore the rate of temperature rise is preferably about 1 ° C./min or more.

尚、本発明において、上記温度T11が低いほど、また温度T11での保持時間t11が長いほど、さらに温度T11から温度T12までの昇温速度が遅いほど、シリコンウエーハに新たな酸素析出核を形成させ易く、熱処理後のアニールウエーハにおける酸素析出物の密度を高くすることができ、所望するアニールウエーハの品質に応じて、温度T11、保持時間t11、及び温度T11から温度T12までの昇温速度を適宜設定することができる。 In the present invention, as the temperature T 11 is low, and as the holding time t 11 at the temperature T 11 is long, as further heating rate from the temperature T 11 to the temperature T 12 is slow, a new silicon wafer Oxygen precipitate nuclei can be easily formed, and the density of oxygen precipitates in the annealed wafer after heat treatment can be increased. From the temperature T 11 , the holding time t 11 , and the temperature T 11 , depending on the desired quality of the anneal wafer. it is possible to set the heating rate to a temperature T 12 as appropriate.

そして、上記のようにシリコンウエーハを1000℃以上1230℃以下の温度T12℃まで昇温した後、その温度T12℃で所定時間t12保持する(ステップ105)。このように温度T12で所定時間保持することにより、ウエーハバルク中の酸素析出物をさらに成長させてゲッタリング能力を有するサイズまで大きくすると同時にウエーハ表面近傍の酸素を外方拡散させて酸素析出核を消滅させ、ウエーハ表層部に酸素析出物のないDZ層を形成することができる。 Then, as described above, the temperature of the silicon wafer is raised to a temperature T 12 ° C. of 1000 ° C. or more and 1230 ° C. or less, and then held at the temperature T 12 ° C. for a predetermined time t 12 (step 105). By holding this way at a temperature T 12 a predetermined time, and the oxygen at the same time the wafer surface near the larger to the size having a gettering capability further grow oxide precipitates in the wafer bulk is outward diffusion of oxygen precipitate nuclei And a DZ layer free from oxygen precipitates can be formed on the surface layer of the wafer.

このとき、上記温度T12が1000℃よりも低くなると、ウエーハバルク部の酸素析出物を大きく成長させるための時間が長くなり、全体の工程時間が長くなってしまう。一方、この温度T12を高くするほど酸素析出物を所望のサイズ、すなわちゲッタリング能力を有するサイズまで成長させる時間が短くなり、全体の工程時間を短くすることができるが、約1230℃を超える高温では熱処理炉からの金属汚染が顕著に発生する恐れがあるため、温度T12は1230℃以下とすることが好ましい。さらに、熱処理中にウエーハに生じるスリップ転位の発生を抑制するためには、温度T12は1200℃以下、さらには1150℃以下とすることがより好ましく、このように1200℃以下、さらには1150℃以下の温度でシリコンウエーハを保持することにより、ウエーハバルク部の酸素析出物を成長させると同時にウエーハ表層部にDZ層を形成できるので、従来ではスリップ転位の発生し易かった直径200mm以上の大口径ウエーハを熱処理する場合に特に有効となる。 In this case, the the temperature T 12 is lower than 1000 ° C., the longer it takes to grow a large oxide precipitates wafer bulk portion, becomes longer overall process time. On the other hand, the oxygen precipitate the desired size the higher the temperature T 12, that is, the time to grow to a size having a gettering capability is reduced, it is possible to shorten the total process time, greater than about 1230 ° C. because at high temperatures there is a risk that the metal contamination from a heat treatment furnace occurs significantly, the temperature T 12 is preferably set to 1230 ° C. or less. Furthermore, in order to suppress the generation of the slip dislocation occurring wafer during the heat treatment, the temperature T 12 is 1200 ° C. or less, further more preferably in the 1150 ° C. or less, thus 1200 ° C. or less, more 1150 ° C. By holding the silicon wafer at the following temperature, it is possible to grow the oxygen precipitates in the wafer bulk part and at the same time form a DZ layer on the wafer surface layer part. This is particularly effective when heat treating the wafer.

また、この温度T12で保持する時間t12は、ウエーハバルク部のグローンイン析出核をゲッタリング能力を有するサイズに確実に成長させるため、また、ウエーハ表層部に十分な幅をもつDZ層を形成するために30分以上とすることが好ましい。保持時間t12をこのように30分、またはそれ以上に長くすることにより、バルク部の酸素析出物のサイズを大きくして、直径30nm〜40nm程度、さらには約50nm以上のサイズを有するように成長させることができるし、またそれと同時に、ウエーハ表面近傍にDZ幅を形成してその幅を広げることができる。しかしながら、時間t12が長くなり過ぎると生産性の低下を招く恐れがあるので、時間t12は約4時間以下、さらには約2時間以下とするのが好ましく、また成長させる酸素析出物のサイズは100nm以下とすることが好ましい。一方、保持時間t12が30分より短くなると、時間の僅かなばらつきにより所望のサイズの酸素析出物やDZ幅が得られなくなる可能性がある。 The time t 12 to hold at this temperature T 12, in order to reliably grow the grown-in precipitation nuclei of wafer bulk portion size with a gettering ability, also form the DZ layer having a sufficient width to wafer surface In order to do this, it is preferable to set it for 30 minutes or more. Retention time t 12 in this manner for 30 minutes, or by lengthening more than that, by increasing the size of the oxygen precipitates in the bulk portion, a diameter of about 30 nm to 40 nm, as further has a size of more than about 50nm At the same time, a DZ width can be formed in the vicinity of the wafer surface to increase the width. However, there is a fear that the productivity is reduced and the time t 12 becomes too long, the size of the time t 12 is about 4 hours or less, more preferably to more than about 2 hours, the oxygen precipitates grown Is preferably 100 nm or less. On the other hand, the holding time t 12 is shorter than 30 minutes, there may not be obtained oxygen precipitates and DZ width of the desired size by a slight variation in time.

さらに、このような温度T12で保持する工程(ステップ105)は、シリコンウエーハを熱処理炉に投入してから温度T12℃まで昇温するまでの工程(ステップ102〜104)で成長したバルク中の酸素析出物をさらに成長させること、および表面近傍にDZ層を形成することを目的としている。従って、その目的が達成できるのであれば、一定温度に高精度に保持するだけに限らず、条件に応じて温度T12付近で若干の温度変化(例えば±100℃程度の昇温、降温等)を伴うこともできる。すなわち、温度T12は、1000℃以上1230℃以下であれば良いので、温度を保持する場合はこの温度範囲で保持すれば良く、必ずしも一定の温度とする必要はない。本発明でいう温度T12℃で所定時間保持するとは、このように温度T12を1000〜1230℃の範囲内で変動させて保持する場合を含む。さらに、本発明ではシリコンウエーハを高温で保持する温度T12及びその保持時間t12を調整することにより、アニールウエーハに形成される酸素析出物のサイズを容易に制御することができる。 Further, the step of maintaining the temperature T 12 (step 105) is performed in the bulk grown in the steps (steps 102 to 104) from when the silicon wafer is put into the heat treatment furnace until the temperature is raised to the temperature T 12 ° C. The purpose is to further grow the oxygen precipitate and to form a DZ layer near the surface. Therefore, if the object can be achieved, not limited to only retain a high accuracy at a constant temperature, a slight temperature change around the temperature T 12 in accordance with the conditions (for example, about ± 100 ° C. Atsushi Nobori, cooling, etc.) Can also be accompanied. That is, the temperature T12 may be 1000 ° C. or higher and 1230 ° C. or lower. Therefore, when the temperature is held, the temperature T 12 may be held within this temperature range, and does not necessarily need to be a constant temperature. In the present invention, holding at a temperature T 12 ° C. for a predetermined time includes the case where the temperature T 12 is changed and held in the range of 1000 to 1230 ° C. in this way. Furthermore, in the present invention by adjusting the temperature T 12 and the holding time t 12 to hold the silicon wafer at a high temperature, it is possible to easily control the size of the oxygen precipitate formed in the annealed wafer.

上記のようにして熱処理を行った後、図2に示すように、例えば熱処理炉内の温度をT12℃から700℃までおよそ2℃/分程度の速度で降温した後(降温工程:ステップ106)、シリコンウエーハを熱処理炉外に取り出す(ステップ107)。なお、上記降温速度及び降温した後のウエーハ取り出し温度については特に限定されないが、例えばウエーハの降温時、または取り出し時に熱応力によるスリップ転位が発生しないような条件とすることが望ましい。 After performing the heat treatment as described above, as shown in FIG. 2, for example, the temperature in the heat treatment furnace is lowered from T 12 ° C. to 700 ° C. at a rate of about 2 ° C./min (temperature lowering step: step 106). ), The silicon wafer is taken out of the heat treatment furnace (step 107). The temperature lowering speed and the wafer take-out temperature after the temperature drop are not particularly limited. For example, it is desirable to set conditions such that slip dislocation due to thermal stress does not occur when the wafer is lowered or taken out.

さらに、本発明では、上記熱処理を行う際の熱処理雰囲気も特に限定されない。例えば、酸素雰囲気、酸素と窒素の混合雰囲気、アルゴン雰囲気、水素雰囲気などで上記熱処理を行うことができる。特に、アルゴンや水素の非酸化性雰囲気の場合は、ウエーハ表面に酸化膜が形成されないので、酸化性雰囲気の場合と比べると酸素の外方拡散が促進され、より好ましい場合がある。   Furthermore, in the present invention, the heat treatment atmosphere when performing the heat treatment is not particularly limited. For example, the heat treatment can be performed in an oxygen atmosphere, a mixed atmosphere of oxygen and nitrogen, an argon atmosphere, a hydrogen atmosphere, or the like. In particular, in a non-oxidizing atmosphere of argon or hydrogen, since an oxide film is not formed on the wafer surface, the outward diffusion of oxygen is promoted compared to the oxidizing atmosphere, which may be more preferable.

以上のようにして、Nv領域となるシリコンウエーハを作製した後、その作製したシリコンウエーハに上記の条件で熱処理を行うことによって、前記で説明した本発明のアニールウエーハ、すなわち、ウエーハ全面がグローンイン欠陥もOSFも存在しないN領域であり、ウエーハ表面から少なくとも深さ5μmまでの領域における酸化膜耐圧特性の良品率が95%以上であり、且つ、ウエーハ内部における酸素析出物の密度が1×10/cm以上で、ウエーハ面内における酸素析出物の密度の最大値と最小値との比(最大値/最小値)の値が1〜10である高品質のアニールウエーハを容易にかつ安定して製造することができる。 As described above, after the silicon wafer to be the Nv region is manufactured, the manufactured silicon wafer is subjected to heat treatment under the above-described conditions, whereby the above-described annealed wafer of the present invention, that is, the entire wafer surface is grown-in defect. N region where neither OSF nor OSF exists, the non-defective rate of the oxide film breakdown voltage characteristic in the region from the wafer surface to a depth of at least 5 μm is 95% or more, and the density of oxygen precipitates inside the wafer is 1 × 10 9. / Cm 3 or higher, and easily and stably a high-quality annealed wafer having a ratio (maximum value / minimum value) between the maximum density value and the minimum density value of oxygen precipitates in the wafer plane of 1-10. Can be manufactured.

また、本発明では、上記熱処理を施すシリコンウエーハとして、ウエーハの酸素濃度が14ppma以上であるものを使用することにより、ウエーハバルク部に酸素析出物を一層高密度で形成することができ、アニールウエーハに一層優れたIG能力を付加することができる。また、シリコンウエーハの酸素濃度を14ppma以上と高くすれば、酸素析出物の成長速度が速くなるので、全体の工程時間の短縮を図ることができるが、一方、シリコン単結晶製造の容易性を考慮すると、熱処理を施すシリコンウエーハの酸素濃度は23ppma以下、さらに17ppma以下とするのが好ましい。   In the present invention, the silicon wafer to be subjected to the above heat treatment is one having an oxygen concentration of 14 ppma or more, so that oxygen precipitates can be formed at a higher density in the wafer bulk portion. It is possible to add more excellent IG capability. In addition, if the oxygen concentration of the silicon wafer is increased to 14 ppma or more, the growth rate of oxygen precipitates can be increased, so that the overall process time can be shortened. Then, the oxygen concentration of the silicon wafer to be heat-treated is preferably 23 ppma or less, more preferably 17 ppma or less.

次に、本発明の第2の態様に係るアニールウエーハの製造方法について説明する。
本発明の第2の態様に係るアニールウエーハの製造方法は、CZ法により育成したシリコン単結晶からシリコンウエーハを作製し、該作製したシリコンウエーハに熱処理を施してアニールウエーハを製造する方法において、前記シリコンウエーハとして、ウエーハの全面がグローンイン欠陥もOSFも存在しない、原子空孔の多いNv領域となるシリコンウエーハを作製した後、該作製したシリコンウエーハに、少なくとも、温度T21℃から温度T22℃までR℃/分の昇温速度で昇温する昇温工程Aと、前記温度T22℃から温度T23℃まで前記昇温工程Aの昇温速度とは異なるR℃/分の昇温速度で昇温する昇温工程Bと、前記温度T23℃で所定時間t21保持する保持工程Cとを有する熱処理を行うことに特徴を有するものである。
Next, a method for manufacturing an annealed wafer according to the second aspect of the present invention will be described.
The method for producing an annealed wafer according to the second aspect of the present invention is a method for producing an annealed wafer by producing a silicon wafer from a silicon single crystal grown by a CZ method and subjecting the produced silicon wafer to a heat treatment. As a silicon wafer, a silicon wafer having an Nv region with many atomic vacancies in which the entire surface of the wafer is free from grow-in defects and OSF is fabricated, and then the fabricated silicon wafer is subjected to at least a temperature T 21 ° C to a temperature T 22 ° C. until the heating step a 1 for heating at a heating rate of R 1 ° C. / min, wherein different from the temperature T from 22 ° C. to a temperature T 23 ° C. Atsushi Nobori rate of the heating step a 1 R 2 ° C. / min And performing a heat treatment including a temperature raising step B 1 for raising the temperature at a temperature raising rate and a holding step C 1 for holding for a predetermined time t 21 at the temperature T 23 ° C. And have the characteristics.

以下、本発明の第2の態様に係るアニールウエーハの製造方法について、より具体的に説明する。ここで、図3は、本発明の第2の態様に係るアニールウエーハの製造方法を示すフロー図であり、また図4は、シリコンウエーハに施す熱処理のパターンを模式的に示す模式図である。   Hereinafter, the manufacturing method of the annealed wafer according to the second aspect of the present invention will be described more specifically. Here, FIG. 3 is a flow chart showing a method for manufacturing an annealed wafer according to the second aspect of the present invention, and FIG. 4 is a schematic view schematically showing a heat treatment pattern applied to the silicon wafer.

先ず、アニールウエーハの原料となるシリコンウエーハをCZ法で育成したシリコン単結晶から作製する(図3のステップ201)。シリコンウエーハの作製は、前述した第1の態様でウエーハを作製した方法(図1のステップ101)と同様の方法を用いて行うことができる。   First, a silicon wafer as a raw material for the annealed wafer is produced from a silicon single crystal grown by the CZ method (step 201 in FIG. 3). The silicon wafer can be manufactured using a method similar to the method (step 101 in FIG. 1) in which the wafer is manufactured in the first embodiment described above.

次に、この作製したシリコンウエーハを、例えば温度T21℃に維持されている熱処理炉に投入した後(図3のステップ202)、図4に示すように、温度T21℃から温度T22℃までR℃/分の昇温速度で昇温する昇温工程Aを行う(図3のステップ203)。このように昇温工程Aを行うことにより、結晶成長工程で形成されたグローンイン析出核を極力消滅させることなく効率的に成長させて酸素析出物の密度を高めることができる。 Next, after the produced silicon wafer is put into a heat treatment furnace maintained at a temperature T 21 ° C, for example (step 202 in FIG. 3), as shown in FIG. 4, the temperature T 21 ° C to a temperature T 22 ° C are obtained. until the heating step a 1 for heating at a heating rate of R 1 ° C. / min (step 203 in FIG. 3). By thus performing the temperature increase step A 1, it is possible to increase the density of efficiently grown oxygen precipitate without as much as possible eliminate the grown-in precipitation nuclei formed in the crystal growth step.

このとき、上記温度T21が700℃を超える温度であると、ウエーハに存在するグローンイン析出核が消滅し易く、熱処理後のアニールウエーハにおける酸素析出物の濃度が十分に得られなくなる恐れがあるので、温度T21は700℃以下とすることが好ましい。また、温度T21は低くするほど成長可能なグローンイン析出核の密度が高くなるので酸素析出物の密度を一層高めることができるが、グローンイン析出核を成長させるのに必要な工程時間が長くなり、生産性の低下を招く恐れがあるので、温度T21は500℃以上とすることが好ましい。 At this time, when the temperature T 21 is a temperature exceeding 700 ° C., tends to grown-in precipitation nuclei disappear present in the wafer, the concentration of oxygen precipitates in annealed wafer after the heat treatment which may not be sufficiently obtained The temperature T 21 is preferably 700 ° C. or lower. Further, it is possible to further increase the density of oxygen precipitate the density of viable grown-in precipitation nuclei higher temperature T 21 is lower becomes higher, the longer the process time required to grow the grown-in precipitation nuclei, since there is a possibility that the productivity is reduced, the temperature T 21 is preferably set to 500 ° C. or higher.

また、昇温工程Aにおける温度T21から温度T22までの昇温速度Rが3℃/分を超えると、グローンイン析出核を十分に成長させることができず、その後の工程でグローンイン析出核が消滅してしまう恐れがあるので、昇温速度Rは3℃/分以下とすることが好ましい。また、昇温速度Rは低速であるほどグローンイン析出核が消滅せずに成長する割合が高くなるため望ましいが、あまり低速すぎると工程時間が長くなってしまい効率的でないので、昇温速度Rは0.5℃/分以上とすることが好ましい。 In addition, when the temperature rising rate R 1 from the temperature T 21 to the temperature T 22 in the temperature increasing step A 1 exceeds 3 ° C./min, the grown-in precipitation nuclei cannot be sufficiently grown, and the growth-in precipitation is performed in the subsequent steps. Since the nuclei may disappear, it is preferable to set the temperature rising rate R 1 to 3 ° C./min or less. Further, it is desirable that the rate of temperature increase R 1 is lower because the rate of growth without growth of grown-in precipitation nuclei is higher. However, if the rate is too low, the process time becomes longer and is not efficient. 1 is preferably 0.5 ° C./min or more.

さらにこの場合、昇温後の温度T22を800℃以上1000℃以下とすることが好ましい。この温度T22が、800℃未満であると昇温工程Aにおいてグローンイン析出核が十分に成長できず、その後の昇温工程B1で消滅する割合が高くなり、酸素析出物の密度が十分に得られない場合がある。一方、温度T22が1000℃を越える温度であると、ウエーハ表面近傍のグローンイン析出核も大きく成長してしまい、その後の昇温工程B及び保持工程Cを経ても酸素析出物が表面近傍に残存して、ウエーハ表層部にDZ層を形成できず、酸化膜耐圧特性の低下を招く恐れがある。 Furthermore, in this case, the temperature T 22 after heating preferably set to 800 ° C. or higher 1000 ° C. or less. The temperature T 22 can not be grown-in precipitation nuclei are sufficiently grown in heating step A 1 is less than 800 ° C., the rate increases to disappear in the subsequent heating step B1, is sufficiently density of oxygen precipitates It may not be obtained. On the other hand, if the temperature T 22 is higher than 1000 ° C., the grown-in precipitation nuclei near the wafer surface also grow greatly, and oxygen precipitates are near the surface even after the subsequent temperature raising step B 1 and holding step C 1. In other words, the DZ layer cannot be formed on the surface layer of the wafer, and the oxide film breakdown voltage characteristic may be deteriorated.

また、本発明では、この昇温工程Aを行う前に温度T21で30分以上保持することが好ましい。このように、昇温工程Aの前にシリコンウエーハを温度T21で30分以上保持することにより、グローンイン析出核を一層消滅しにくくすることができ、さらにグローンイン析出核に加えて新たな酸素析出核を効果的に発生させて、シリコンウエーハに一層高密度の酸素析出核を形成することができる。このとき、温度T21での保持時間を長くし過ぎると工程時間が必要以上に長くなるので、約4時間以下とすることが好ましい。尚、このようにシリコンウエーハを温度T21で保持する場合、一定温度に高精度に保持するだけに限らず、条件に応じて温度T21付近で若干の温度変化を伴うこともできる。すなわち、温度T21は700℃以下であれば、必ずしも一定の温度とする必要はなく、700℃以下の範囲で変動させて保持する場合を含む。 In the present invention, it is preferable to keep at a temperature T 21 30 minutes or more before performing the heating step A 1. In this way, by keeping the silicon wafer at temperature T 21 for 30 minutes or more before the temperature raising step A 1 , it is possible to make the grow-in precipitation nuclei more difficult to disappear, and in addition to the grow-in precipitation nuclei, new oxygen is added. Precipitation nuclei can be effectively generated to form higher density oxygen precipitation nuclei on the silicon wafer. At this time, since the process time is too long holding time at the temperature T 21 is longer than necessary, it is preferably not more than about 4 hours. Note that when the silicon wafer is held at the temperature T 21 as described above, it is not limited to holding the silicon wafer at a constant temperature with high accuracy, and a slight temperature change in the vicinity of the temperature T 21 can be accompanied depending on conditions. That is, if the temperature T 21 is 700 ° C. or lower, it is not necessarily required to be a constant temperature, and includes a case where the temperature T 21 is changed and maintained within a range of 700 ° C. or lower.

上記昇温工程Aを行った後、図4に示すように、温度T22℃から温度T23℃まで昇温工程Aよりも速いR℃/分の昇温速度で昇温する昇温工程Bを行う(図3のステップ204)。このように昇温工程Bを行うことにより、ウエーハ表面近傍における酸素析出物の成長を抑制して短時間で高温の温度T23まで昇温することができ、ウエーハ表層部の酸素析出物が必要以上に成長するのを抑制して、その後の保持工程Cでウエーハ表面近傍の酸素析出物を消滅し易くすることができる。 After the heating step A 1, as shown in FIG. 4, the temperature of heating at a heating rate of fast R 2 ° C. / min than the temperature T 23 ° C. until heating step A 1 from the temperature T 22 ° C. the rise step B 1 (step 204 in FIG. 3). By performing the temperature raising step B 1 in this manner, the growth of oxygen precipitates in the vicinity of the wafer surface can be suppressed, and the temperature can be raised to a high temperature T 23 in a short time. and prevented from growing more than necessary, the subsequent holding step oxygen precipitates wafer surface near a C 1 can be easily extinguished.

このとき、温度T22から温度T23までの昇温速度Rが、5℃/分未満であると表面近傍の酸素析出物が大きく成長してしまい、その後の保持工程Cにおいて消滅しにくくなる恐れがあるので、昇温工程Bにおける昇温速度Rは5℃/分以上とすることが好ましい。また一方、昇温速度Rが高速過ぎるとウエーハバルク部の酸素析出物も保持工程Cで消滅する恐れがあり、酸素析出物密度が低下してしまうことが考えられるので、昇温速度Rは10℃/分以下であることが望ましい。 At this time, heating rate R 2 from the temperature T 22 to a temperature T 23 is, 5 ° C. / oxygen precipitates near the surface is less than min will grow significantly, hardly disappear in the subsequent holding step C 1 Therefore, it is preferable that the heating rate R 2 in the heating step B 1 is 5 ° C./min or more. On the other hand, if the heating rate R 2 is too high, oxygen precipitates in the wafer bulk portion may also disappear in the holding step C 1 , and the oxygen precipitate density may be reduced. 2 is preferably 10 ° C./min or less.

またこの昇温工程Bでは、昇温後の温度T23を1050℃以上1230℃以下とすることが好ましい。温度T23が1050℃未満の場合、保持工程Cでバルク部の酸素析出物を所望のサイズに成長させるために長い時間が必要となり、生産性の低下を招く恐れがあるが、このように温度T23を1050℃以上とすることにより、保持工程Cにおいてバルク部の酸素析出物を効率的に十分な大きさに成長させるとともに、表面近傍の酸素を外方拡散させて表面近傍の酸素析出核を消滅させることができる。また、温度T23が高くなるほどバルク部の酸素析出物が大きくなり、またDZ幅が広くなるものの、1230℃を越える高温では熱処理炉からの金属汚染が発生する恐れがあるので、温度T23は1230℃以下とすることが好ましい。さらに、熱処理中にウエーハに生じるスリップ転位の発生を抑制するためには、温度T23は1200℃以下、さらには1150℃以下とすることがより好ましい。 Also in this heating step B 1, the temperature T 23 after heating preferably set to 1050 ° C. or higher 1230 ° C. or less. If the temperature T 23 is less than 1050 ° C., a long time to grow the oxygen precipitates in the bulk portion to a desired size by holding step C 1 is required, there is a fear that the productivity is reduced, thus by the temperature T 23 and 1050 ° C. or higher, with growing oxygen precipitates in the bulk portion in the holding step C 1 to efficiently enough, the oxygen in the vicinity of the surface by outward diffusion in the vicinity of the surface oxygen Precipitation nuclei can be eliminated. Further, as the temperature T 23 is increased increases oxygen precipitates in the bulk portion, but also although the DZ width increases, since at high temperatures exceeding 1230 ° C. may occur metal contamination from a heat treatment furnace, the temperature T 23 is It is preferable to set it as 1230 degrees C or less. Furthermore, in order to suppress the generation of the slip dislocation occurring wafer during the heat treatment, the temperature T 23 is 1200 ° C. or less, further more preferably set to 1150 ° C. or less.

そして、昇温工程Bを行った後、図4に示すように、温度T23℃で所定時間t21保持する保持工程Cを行う(図3のステップ205)。このように保持工程Cを行うことにより、上記の昇温工程A及び昇温工程Bで成長した微小な酸素析出物をウエーハバルク部ではIG能力を有するようなサイズ、例えば直径約40nm以上、さらには直径約50nm以上のサイズに成長させることができ、またウエーハ表面近傍では酸素析出物をより完全に消滅させることができるので、極めて高品質のDZ層を効率的に形成することができる。 Then, after the heating step B 1, as shown in FIG. 4, for holding step C 1 for a predetermined time t 21 maintained at a temperature T 23 ° C. (Step 205 in FIG. 3). By carrying out the holding step C 1 in this way, the fine oxygen precipitates grown in the temperature raising step A 1 and the temperature raising step B 1 are sized so as to have IG capability in the wafer bulk portion, for example, a diameter of about 40 nm. As described above, it can be grown to a size of about 50 nm or more in diameter, and oxygen precipitates can be more completely eliminated in the vicinity of the wafer surface, so that an extremely high quality DZ layer can be efficiently formed. it can.

このとき、保持工程Cの保持時間t21が30分より短くなると、時間の僅かなばらつきにより所望のサイズの酸素析出物やDZ幅が得られなくなる可能性があるので、保持時間t21は30分以上とすることが好ましい。また、この保持時間t21が長くなるほどバルク部の酸素析出物のサイズが大きくなり、またDZ幅が広くなるため好ましいが、アニールウエーハの生産性を考慮すると、保持時間t21は約4時間以下とするのが望ましい。 At this time, the holding time t 21 the holding step C 1 is shorter than 30 minutes, the oxygen precipitates and DZ width of the desired size by a slight variation in time could not be obtained, the retention time t 21 is It is preferable to set it as 30 minutes or more. The size of the oxygen precipitates in the bulk portion as the holding time t 21 becomes longer increases, also is preferred because the DZ width increases, in consideration of the productivity of the annealed wafer, the retention time t 21 is less than or equal to about 4 hours Is desirable.

また、この保持工程Cにおいて、シリコンウエーハを高温で保持する温度T23及び保持時間t21を調整することにより、アニールウエーハのバルク部に形成される酸素析出物のサイズやウエーハ表層部のDZ幅を容易に制御することができ、所望の品質を有するアニールウエーハを効率的に安定して得ることができる。尚、保持工程Cでは、前記本発明の第1の態様に係る方法と同様に、一定の温度T23で高精度に保持するだけに限らず、条件に応じて温度T23付近で若干の温度変化(例えば±100℃程度の昇温、降温等)を伴うこともできる。すなわち、温度T23は、1050℃以上1230℃以下であれば良いので、温度を保持する場合はこの温度範囲で保持すれば良く、必ずしも一定の温度とする必要はない。本発明でいう温度T23℃で所定時間保持するとは、このように温度T23を1050〜1230℃の範囲内で変動させて保持する場合を含む。 Further, in the holding step C 1, by adjusting the temperature T 23 and the holding time t 21 for holding the silicon wafer at high temperature, the size and the wafer surface of the oxygen it precipitates formed in a bulk portion of the annealed wafer DZ The width can be easily controlled, and an annealed wafer having a desired quality can be obtained efficiently and stably. In the holding step C 1 , as well as the method according to the first aspect of the present invention, the holding step C 1 is not limited to high-precision holding at the constant temperature T 23 , and a little in the vicinity of the temperature T 23 depending on conditions. A temperature change (for example, temperature increase or decrease of about ± 100 ° C.) can be accompanied. That is, the temperature T23 may be 1050 ° C. or higher and 1230 ° C. or lower. Therefore, when the temperature is held, the temperature T 23 may be held within this temperature range, and does not necessarily need to be a constant temperature. In the present invention, holding at a temperature T 23 ° C for a predetermined time includes the case where the temperature T 23 is changed and held in the range of 1050 to 1230 ° C in this way.

上記のようにして熱処理を行った後、図4に示すように、例えば温度T23℃から700℃までおよそ3℃/分程度の速度で降温した後(降温工程:ステップ206)、シリコンウエーハを熱処理炉外に取り出す(ステップ207)。なお、上記降温速度及び降温した後のウエーハ取り出し温度については特に限定されないが、例えばウエーハの降温時、または取り出し時に熱応力によるスリップ転位が発生しないような条件とすることが望ましい。さらに、本発明では、熱処理を行う際の熱処理雰囲気も前記第1の態様と同様に特に限定されない。 After performing the heat treatment as described above, as shown in FIG. 4, for example, after the temperature is lowered at a rate of about 3 ° C./minute from a temperature T 23 ° C. to 700 ° C. (temperature lowering step: step 206), the silicon wafer is It is taken out of the heat treatment furnace (step 207). The temperature lowering speed and the wafer take-out temperature after the temperature drop are not particularly limited. For example, it is desirable to set conditions such that slip dislocation due to thermal stress does not occur when the wafer is lowered or taken out. Further, in the present invention, the heat treatment atmosphere during the heat treatment is not particularly limited as in the first embodiment.

また、本発明の第2の態様に係るアニールウエーハの製造方法において、例えば上記の昇温工程Aと昇温工程Bの間、及び昇温工程Bと保持工程Cの間においてウエーハを熱処理炉外に取り出して、昇温工程A、昇温工程B及び保持工程Cを個々に行うこともできるが、本発明では、これらの昇温工程A、昇温工程B、及び保持工程Cを連続して行うことが好ましく、それにより、熱処理工程全体の工程時間を短縮でき、熱処理工程の効率化や生産性の向上を図ることができる。 In the method for producing annealed wafer according to the second aspect of the present invention, such as the above-mentioned heating during step A 1 and heated Step B 1, and the wafer during the elevated Step B 1 and holding step C 1 Can be taken out of the heat treatment furnace, and the temperature raising step A 1 , the temperature raising step B 1 and the holding step C 1 can be individually performed. In the present invention, these temperature raising step A 1 and temperature raising step B 1 are performed. , and it is preferable to perform the holding step C 1 are continuously, thereby possible to shorten the process time of the entire heat treatment process, it is possible to improve the efficiency and productivity of the heat treatment process.

以上のようにして、Nv領域となるシリコンウエーハを作製した後、その作製したシリコンウエーハに、少なくとも昇温工程A、昇温工程B及び保持工程Cを有する熱処理を行うことによって、前記本発明のアニールウエーハを容易にかつ安定して製造することができる。 As described above, after producing a silicon wafer to be an Nv region, the produced silicon wafer is subjected to a heat treatment having at least a temperature raising step A 1 , a temperature raising step B 1, and a holding step C 1. The annealed wafer of the present invention can be manufactured easily and stably.

またこの場合、上記熱処理を施すシリコンウエーハとして、ウエーハの酸素濃度が14ppma以上であるものを使用することが好ましく、それにより、ウエーハバルク部に酸素析出物を一層高密度で形成することができ、アニールウエーハに一層優れたIG能力を付加することができる。さらに、シリコンウエーハの酸素濃度を14ppma以上と高くすれば、酸素析出物の成長速度が速くなるので、全体の工程時間の短縮を図ることができる。しかしながら、シリコンウエーハの酸素濃度を高くし過ぎてしまうと、シリコンウエーハに熱処理を行った際にウエーハ表面近傍の酸素析出物が高温で消滅しにくくなる恐れがあるし、またシリコン単結晶の製造が困難になる可能性も考えられるので、熱処理を施すシリコンウエーハの酸素濃度は23ppma以下、特に17ppma以下とするのが好ましい。   In this case, it is preferable to use a silicon wafer to be subjected to the heat treatment, the wafer having an oxygen concentration of 14 ppma or more, whereby oxygen precipitates can be formed at a higher density in the wafer bulk portion. An even better IG capability can be added to the annealed wafer. Furthermore, if the oxygen concentration of the silicon wafer is increased to 14 ppma or more, the growth rate of oxygen precipitates increases, so that the overall process time can be shortened. However, if the oxygen concentration of the silicon wafer is excessively high, oxygen precipitates near the wafer surface may become difficult to disappear at a high temperature when the silicon wafer is heat-treated, and the production of a silicon single crystal may be difficult. Since it may be difficult, the oxygen concentration of the silicon wafer to be heat-treated is preferably 23 ppma or less, particularly preferably 17 ppma or less.

そして、上記本発明の第1の態様及び第2の態様に係るアニールウエーハの製造方法は、従来では熱処理でスリップ転位の発生し易かった直径200mm以上の大口径のアニールウエーハを製造する場合に特に好適に用いることができる。すなわち、本発明は、上述のようにウエーハ面内に大きなサイズの酸素析出物を高密度で均一に形成できるため、熱処理中に生じるスリップ転位がピンニングされる確率が高くなり、スリップ転位の発生を抑制できる。したがって、スリップ転位の発生し易い大口径のウエーハにおいて有効であり、スリップ転位の発生していない大口径のアニールウエーハ、特に今後の主流となる直径200mm、さらには300mm以上のアニールウエーハを、安定して高歩留まりで製造することができる。   The method for manufacturing the annealed wafer according to the first and second aspects of the present invention is particularly suitable for manufacturing an annealed wafer having a large diameter of 200 mm or more, which has been conventionally susceptible to slip dislocation by heat treatment. It can be used suitably. That is, according to the present invention, as described above, large-size oxygen precipitates can be uniformly formed at a high density in the wafer surface, so that the probability that the slip dislocation generated during the heat treatment is pinned is increased, and the occurrence of slip dislocation is prevented. Can be suppressed. Therefore, it is effective in a large-diameter wafer where slip dislocation is likely to occur, and a large-diameter annealed wafer in which slip dislocation does not occur, in particular, an annealing wafer having a diameter of 200 mm, more than 300 mm, which will become the mainstream in the future, is stable. And can be manufactured at a high yield.

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例)
図5に示したような、冷却媒体を流して単結晶を強制冷却する冷却筒11を具備し、原料融液に水平方向の磁場を印加できる単結晶引き上げ装置20を使用して、24インチ石英ルツボにシリコン多結晶を150kgをチャージし、中心磁場強度4000ガウスの水平磁場を印加しながら直径200mm、方位<100>、酸素濃度が約15ppma(JEIDA)のシリコン単結晶を直胴部の長さが約130cmとなるように育成した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
(Example)
A cooling cylinder 11 for forcedly cooling the single crystal by flowing a cooling medium as shown in FIG. 5 and using a single crystal pulling apparatus 20 capable of applying a horizontal magnetic field to the raw material melt, 24 inch quartz The crucible is charged with 150 kg of silicon polycrystal, and a silicon single crystal with a diameter of 200 mm, an orientation <100>, and an oxygen concentration of about 15 ppma (JEIDA) is applied to the length of the straight body while applying a horizontal magnetic field with a central magnetic field strength of 4000 gauss. Was grown to about 130 cm.

このとき、育成する単結晶に窒素は添加せず、また単結晶面内の結晶温度勾配Gの差(すなわち、結晶中心部分の温度勾配Gcと結晶周辺部分の温度勾配Geの差)を小さく保つようにシリコン融液面と遮熱部材14の間隔を60mmとし、さらに結晶成長軸方向に対して結晶成長速度を徐々に低下させるようにして単結晶を育成した。   At this time, nitrogen is not added to the single crystal to be grown, and the difference in the crystal temperature gradient G in the single crystal plane (that is, the difference between the temperature gradient Gc at the crystal central portion and the temperature gradient Ge at the crystal peripheral portion) is kept small. As described above, the distance between the silicon melt surface and the heat shield member 14 was set to 60 mm, and the single crystal was grown by gradually reducing the crystal growth rate with respect to the crystal growth axis direction.

次に育成したシリコン単結晶を縦割りにしてサンプルを作製し、その縦割りサンプルを選択エッチングによってFPD、LEPDの発生状況を確認し、また1150℃で100分間の熱酸化処理を行いOSFの発生状況を確認した。そして、800℃、4時間後1000℃、16時間の析出熱処理を行いライフタイムマッピングなどから、シリコン単結晶の結晶欠陥領域を同定した。その結果を図7に示す。図7に示したように、冷却筒11の急冷効果により無欠陥領域、特にNv領域が非常に大きく広がっていることがわかる。   Next, the grown silicon single crystal is vertically divided to prepare a sample, and the vertical sample is subjected to selective etching to confirm the occurrence of FPD and LEPD, and is subjected to thermal oxidation at 1150 ° C. for 100 minutes to generate OSF. Checked the situation. Then, precipitation heat treatment was performed at 800 ° C. for 4 hours and 1000 ° C. for 16 hours, and the crystal defect region of the silicon single crystal was identified from lifetime mapping and the like. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 7, it can be seen that the defect-free region, particularly the Nv region, is greatly expanded due to the rapid cooling effect of the cooling cylinder 11.

また、上記で作製した縦割りサンプルについて、成長軸方向に析出熱処理前の初期酸素濃度と析出熱処理後の析出酸素濃度とを測定し、この初期酸素濃度と析出熱処理後の析出酸素濃度との差である酸素析出量を求めた。図7に測定した初期酸素濃度と酸素析出量を表すグラフを示す。その結果、Nv領域では酸素析出量が1ppma(JEIDA)以上であるのに対し、Ni領域ではほとんど析出してないことがわかる。   Further, for the vertically divided sample prepared above, the initial oxygen concentration before the precipitation heat treatment and the precipitated oxygen concentration after the precipitation heat treatment were measured in the growth axis direction, and the difference between the initial oxygen concentration and the precipitated oxygen concentration after the precipitation heat treatment was measured. The amount of precipitated oxygen was determined. FIG. 7 shows a graph showing the measured initial oxygen concentration and oxygen precipitation amount. As a result, it can be seen that the amount of precipitated oxygen is 1 ppma (JEIDA) or more in the Nv region, whereas almost no precipitation occurs in the Ni region.

次に、上記の結果を踏まえて、Nv領域のみの単結晶が得られるような成長速度でシリコン単結晶の引き上げを行った。このとき、初期酸素濃度は上記と同様に15ppmaとなるように製造条件を調整した。こうして得られたシリコン単結晶を成長軸方向に20cm間隔でサンプルウエーハを切り出し、切り出したサンプルウエーハについて面内を10mm間隔で初期酸素濃度を測定した。その後、このサンプルウエーハに800℃、4時間の熱処理後1000℃、16時間の析出熱処理を加え、熱処理起因の酸化膜を取り除いた後に、熱処理前と同じように酸素濃度を測定した。その結果、初期酸素濃度から析出熱処理後の酸素濃度を差し引いて求めた酸素析出量は、切り出した全てのサンプルウエーハにおいて、面内全ての測定点で1ppmaを上回った。このことから、今回育成したシリコン単結晶は単結晶直胴部の全域に亘り、全面Nv領域にすることができたと考えられる。   Next, based on the above results, the silicon single crystal was pulled at a growth rate such that a single crystal only in the Nv region was obtained. At this time, the production conditions were adjusted so that the initial oxygen concentration was 15 ppma as described above. Sample wafers were cut out at 20 cm intervals in the growth axis direction from the silicon single crystals thus obtained, and the initial oxygen concentration was measured at 10 mm intervals within the surface of the cut out sample wafers. Thereafter, a heat treatment was performed at 800 ° C. for 4 hours, followed by a precipitation heat treatment at 1000 ° C. for 16 hours. The oxide film resulting from the heat treatment was removed, and the oxygen concentration was measured in the same manner as before the heat treatment. As a result, the oxygen precipitation amount obtained by subtracting the oxygen concentration after the precipitation heat treatment from the initial oxygen concentration exceeded 1 ppma at all measurement points in the plane in all the cut sample wafers. From this, it is considered that the silicon single crystal grown this time was able to form the entire Nv region over the entire area of the single crystal straight body.

そして、上記のNv領域を有するシリコン単結晶からウエーハをスライスした後、面取り、ラッピング、エッチング、鏡面研磨を施して鏡面研磨シリコンウエーハを作製し、そのウエーハに対してアルゴン雰囲気下で以下の熱処理を施した。すなわち、シリコンウエーハを700℃に加熱した熱処理炉に投入してから30分間保持した後、900℃まで3℃/分の速度で昇温し、さらに1150℃まで5℃/分の速度で昇温し、1150℃で2時間保持した。その後、熱処理炉内温度を700℃まで3℃/分の速度で降温してから、ウエーハを熱処理炉から取り出した。   Then, after slicing the wafer from the silicon single crystal having the Nv region, chamfering, lapping, etching, and mirror polishing are performed to produce a mirror-polished silicon wafer, and the wafer is subjected to the following heat treatment in an argon atmosphere. gave. That is, after putting the silicon wafer in a heat treatment furnace heated to 700 ° C. and holding it for 30 minutes, the temperature is raised to 900 ° C. at a rate of 3 ° C./min, and further raised to 1150 ° C. at a rate of 5 ° C./min. And held at 1150 ° C. for 2 hours. Thereafter, the temperature in the heat treatment furnace was lowered to 700 ° C. at a rate of 3 ° C./min, and then the wafer was taken out from the heat treatment furnace.

上記の熱処理を行ったアニールウエーハについて、ウエーハ内部の酸素析出物(BMD)の密度を赤外散乱トモグラフ法により10mm間隔で測定し、面内分布を調査した。この赤外散乱トモグラフ法によれば、直径40nm以上のサイズを有する酸素析出物を検出することができる。その結果を図9に示す。   For the annealed wafer subjected to the above heat treatment, the density of oxygen precipitates (BMD) inside the wafer was measured at 10 mm intervals by an infrared scattering tomography method, and the in-plane distribution was investigated. According to this infrared scattering tomography method, oxygen precipitates having a diameter of 40 nm or more can be detected. The result is shown in FIG.

図9に示したように、ウエーハ面内の全ての測定点で酸素析出物の密度は1×10/cm以上となり、また、このときのウエーハ面内における酸素析出物の密度の最大値と最小値との比(最大値/最小値)の値は2.7であり、ウエーハバルク部に酸素析出物が面内均一に高密度で存在していることがわかった。 As shown in FIG. 9, the density of oxygen precipitates is 1 × 10 9 / cm 3 or more at all measurement points in the wafer plane, and the maximum density of oxygen precipitates in the wafer plane at this time The ratio (maximum value / minimum value) between the minimum value and the minimum value was 2.7, and it was found that oxygen precipitates were uniformly present in the wafer bulk portion at a high density.

さらに、上記で製造したアニールウエーハの酸化膜耐圧特性を調べるために、ウエーハに乾燥雰囲気中で熱酸化処理を行って25nmのゲート酸化膜を形成し、その上に8mmの電極面積を有するリンをドープしたポリシリコン電極を形成した。そして、この酸化膜上に形成したポリシリコン電極に電圧を印加し、判定電流値を1mA/cm、絶縁破壊電界を8MV/cm以上としてTZDB評価を行った。その結果、酸化膜耐圧特性の良品率は100%であることがわかった。
さらに、上記で製造した別のアニールウエーハを機械的化学的研磨により表面から5μm研磨加工した後、上記と同様のTZDB評価を行った。その結果、酸化膜耐圧特性の良品率は97%であった。
Further, in order to investigate the oxide film breakdown voltage characteristics of the annealed wafer manufactured as described above, a thermal oxidation treatment is performed on the wafer in a dry atmosphere to form a 25 nm gate oxide film on which a phosphorous having an electrode area of 8 mm 2 is formed. A polysilicon electrode doped with is formed. Then, a voltage was applied to the polysilicon electrode formed on the oxide film, and a TZDB evaluation was performed with a judgment current value of 1 mA / cm 2 and a dielectric breakdown electric field of 8 MV / cm or more. As a result, it was found that the non-defective rate of the oxide film withstand voltage characteristic was 100%.
Further, another annealed wafer manufactured as described above was polished by 5 μm from the surface by mechanical chemical polishing, and then TZDB evaluation similar to the above was performed. As a result, the yield rate of the oxide film withstand voltage characteristic was 97%.

(比較例)
次に、図5に示した単結晶引き上げ装置20から冷却筒11を取り外し、この冷却筒11を具備してない単結晶引き上げ装置を使用して、24インチ石英ルツボにシリコン多結晶を150kgをチャージし、中心磁場強度4000ガウスの水平磁場を印加しながら直径200mm、方位<100>、酸素濃度が約15ppma(JEIDA)のシリコン単結晶を上記実施例と同様に結晶成長速度を徐々に低下させるようにして育成した。ここで、上記実施例と比較例で用いた単結晶引き上げ装置の温度分布を解析した結果を図6に示す。図6に示したように、比較例の単結晶引き上げ装置は、冷却筒を具備する実施例に比較して急冷の度合いが低いことが確認できる。
(Comparative example)
Next, the cooling cylinder 11 is removed from the single crystal pulling apparatus 20 shown in FIG. 5, and 150 kg of silicon polycrystal is charged in a 24-inch quartz crucible using the single crystal pulling apparatus not equipped with the cooling cylinder 11. Then, while applying a horizontal magnetic field with a central magnetic field strength of 4000 gauss, the crystal growth rate of a silicon single crystal having a diameter of 200 mm, an orientation <100>, and an oxygen concentration of about 15 ppma (JEIDA) is gradually reduced as in the above embodiment. I was brought up. Here, FIG. 6 shows the result of analyzing the temperature distribution of the single crystal pulling apparatus used in the examples and comparative examples. As shown in FIG. 6, it can be confirmed that the single crystal pulling apparatus of the comparative example has a low degree of rapid cooling as compared with the example having the cooling cylinder.

続いて、上記実施例と同様に、育成したシリコン単結晶から縦割りサンプルを作製し、シリコン単結晶の結晶欠陥領域を同定した。その結果を図8に示す。図8に示したように、上記実施例に比較して無欠陥領域(N領域)が非常に狭く、全面がNv領域となる単結晶を育成することが殆どできないことがわかる。   Subsequently, as in the above example, a vertically divided sample was produced from the grown silicon single crystal, and a crystal defect region of the silicon single crystal was identified. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 8, it can be seen that a defect-free region (N region) is very narrow compared to the above example, and it is almost impossible to grow a single crystal whose entire surface is an Nv region.

次に、上記の結果を踏まえて、Nv領域とNi領域の両方が存在する無欠陥領域を有する単結晶が得られるような成長速度でシリコン単結晶の引き上げを行った。このとき、初期酸素濃度は15ppmaとなるように製造条件を調整した。こうして得られたシリコン単結晶を成長軸方向に20cm間隔でサンプルウエーハを切り出し、上記実施例と同様の方法で酸素析出量を求めた。   Next, based on the above results, the silicon single crystal was pulled at a growth rate such that a single crystal having a defect-free region in which both the Nv region and the Ni region existed was obtained. At this time, the production conditions were adjusted so that the initial oxygen concentration was 15 ppma. A sample wafer was cut out from the silicon single crystal thus obtained in the growth axis direction at intervals of 20 cm, and the amount of precipitated oxygen was determined by the same method as in the above example.

その結果、切り出されたいずれのサンプルウエーハも酸素析出量が1ppmaを面内全ての測定点で上回ることはなく、酸素析出量が1ppma以上の部分とほとんど析出していない部分が存在していた。このことから、今回育成したシリコン単結晶は結晶全域に亘り、Nv領域とNi領域が共存していると考えられる。   As a result, in any of the sample wafers cut out, the oxygen precipitation amount did not exceed 1 ppma at all measurement points in the surface, and there were portions where the oxygen precipitation amount was 1 ppma or more and portions where there was almost no precipitation. From this, it is considered that the Nv region and the Ni region coexist in the silicon single crystal grown this time over the entire crystal region.

そして、このNv領域とNi領域とを有するシリコン単結晶から実施例と同様に鏡面研磨シリコンウエーハを作製し、実施例と同様の条件で熱処理を施した。そして、熱処理を行ったアニールウエーハについて、ウエーハ内部の酸素析出物(BMD)の密度を赤外散乱トモグラフ法により10mm間隔で測定し、面内分布を調査した。その結果を図9に重ねて示す。   Then, a mirror-polished silicon wafer was produced from the silicon single crystal having the Nv region and the Ni region in the same manner as in the example and subjected to heat treatment under the same conditions as in the example. And about the annealed wafer which heat-processed, the density of the oxygen precipitate (BMD) inside a wafer was measured at an interval of 10 mm by the infrared scattering tomography method, and in-plane distribution was investigated. The results are shown in FIG.

図9に示したように、比較例で製造したアニールウエーハは、面内全ての測定点で酸素析出物密度は1×10/cm以上とはならずに、低い酸素析出物密度を示す部分があった。また、このときのウエーハ面内における酸素析出物の密度の最大値と最小値との比(最大値/最小値)の値は25となり、酸素析出物密度の面内分布は不均一であった。 As shown in FIG. 9, the annealed wafer manufactured in the comparative example shows a low oxygen precipitate density without the oxygen precipitate density being 1 × 10 9 / cm 3 or more at all measurement points in the plane. There was a part. At this time, the ratio of the maximum value and the minimum value of the density of oxygen precipitates in the wafer surface (maximum value / minimum value) was 25, and the in-plane distribution of the oxygen precipitate density was uneven. .

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

本発明の第1の態様に係るアニールウエーハの製造方法の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing method of the annealed wafer which concerns on the 1st aspect of this invention. 本発明の第1の態様においてシリコンウエーハに施す熱処理のパターンを模式的に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows typically the pattern of the heat processing performed to a silicon wafer in the 1st aspect of this invention. 本発明の第2の態様に係るアニールウエーハの製造方法の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing method of the annealed wafer which concerns on the 2nd aspect of this invention. 本発明の第2の態様においてシリコンウエーハに施す熱処理のパターンを模式的に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows typically the pattern of the heat processing performed to a silicon wafer in the 2nd aspect of this invention. 本発明のアニールウエーハの製造方法で用いることのできる単結晶引上げ装置の一例を示す構成概略図である。It is the structure schematic which shows an example of the single crystal pulling apparatus which can be used with the manufacturing method of the annealed wafer of this invention. 実施例で使用した単結晶引上げ装置と、比較例で使用した単結晶引上げ装置の温度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature distribution of the single crystal pulling apparatus used in the Example, and the single crystal pulling apparatus used by the comparative example. 実施例の縦割りサンプルについて、結晶欠陥領域を同定した結果と初期酸素濃度及び酸素析出量を求めた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having calculated | required the result of having identified the crystal defect area | region, the initial oxygen concentration, and the amount of oxygen precipitation about the vertically divided sample of an Example. 比較例の縦割りサンプルについて結晶欠陥領域を同定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having identified the crystal defect area | region about the vertically divided sample of a comparative example. 実施例及び比較例で製造したアニールウエーハにおける酸素析出物(BMD)の密度の値及び面内分布を示すグラフである。It is a graph which shows the value of the density of oxygen precipitates (BMD) and the in-plane distribution in the annealing wafer manufactured by the Example and the comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

1…メインチャンバ、 2…引上げチャンバ、
3…単結晶(シリコン単結晶)、 4…原料融液(シリコン融液)、
5…石英ルツボ、 6…黒鉛ルツボ、
7…加熱ヒーター、 8…断熱材、
9…ガス流出口、 10…ガス導入口、 11…冷却筒、
12…冷媒導入口、 13…ガス整流筒、 14…遮熱部材、
16…ワイヤー、 17…種結晶、
18…種ホルダー、 19…保持軸、 20…単結晶引上げ装置。
1 ... main chamber, 2 ... pulling chamber,
3 ... single crystal (silicon single crystal), 4 ... raw material melt (silicon melt),
5 ... quartz crucible, 6 ... graphite crucible,
7 ... Heater, 8 ... Insulation,
9 ... Gas outlet, 10 ... Gas inlet, 11 ... Cooling tube,
12 ... Refrigerant introduction port, 13 ... Gas rectifier, 14 ... Heat shield member,
16 ... wire, 17 ... seed crystal,
18 ... Seed holder, 19 ... Holding shaft, 20 ... Single crystal pulling device.

Claims (6)

チョクラルスキー法により窒素を添加せずに育成されたシリコン単結晶から作製したシリコンウエーハに熱処理を施したアニールウエーハであって、前記シリコンウエーハの全面がグローンイン欠陥もOSFも存在しない、原子空孔の多いNv領域のものであり、該シリコンウエーハに熱処理を施したものでありウエーハ表面から少なくとも深さ5μmまでの領域におけるTZDB特性の良品率が95%以上であり、且つ、ウエーハ内部における直径40nm以上のサイズを有する酸素析出物の密度が1×10/cm以上で、ウエーハ面内における酸素析出物の密度の最大値と最小値との比(最大値/最小値)の値が1〜10であることを特徴とするアニールウエーハ。 An annealed wafer obtained by performing heat treatment on a silicon wafer produced from a silicon single crystal grown without adding nitrogen by the Czochralski method, wherein the entire surface of the silicon wafer is free from grown-in defects and OSF. The Nv region has a large amount, the silicon wafer is heat-treated, the non-defective rate of the TZDB characteristic in the region from the wafer surface to at least 5 μm in depth is 95% or more, and the diameter inside the wafer The density of oxygen precipitates having a size of 40 nm or more is 1 × 10 9 / cm 3 or more, and the ratio (maximum value / minimum value) between the maximum value and the minimum value of the density of oxygen precipitates in the wafer surface is An annealed wafer characterized by being 1 to 10. 前記アニールウエーハの直径が200mm以上であることを特徴とする請求項1に記載のアニールウエーハ。   The annealed wafer according to claim 1, wherein the diameter of the annealed wafer is 200 mm or more. チョクラルスキー法により窒素を添加せずに育成したシリコン単結晶から酸素濃度が14ppma以上のシリコンウエーハを作製し、該作製したシリコンウエーハに熱処理を施してアニールウエーハを製造する方法において、前記シリコンウエーハとして、ウエーハの全面がグローンイン欠陥もOSFも存在しない、原子空孔の多いNv領域となるシリコンウエーハを作製した後、該作製したシリコンウエーハに、少なくとも、500℃以上700℃以下の温度T11℃で15分以上の所定時間t11保持し、次に5℃/分以下の昇温速度で1000℃以上1230℃以下の温度T12℃まで昇温し、その後、該温度T12℃で30分以上の所定時間t12保持する熱処理を行うことを特徴とするアニールウエーハの製造方法。 In the method of producing an annealed wafer by producing a silicon wafer having an oxygen concentration of 14 ppma or more from a silicon single crystal grown without adding nitrogen by the Czochralski method, and subjecting the produced silicon wafer to heat treatment As described above, after a silicon wafer having an Nv region with many atomic vacancies in which the entire surface of the wafer has no grown-in defects and no OSF is fabricated, a temperature T 11 ° C. of at least 500 ° C. to 700 ° C. is applied to the fabricated silicon wafer. in 15 minutes or more for a predetermined time t 11 holding, then 5 ° C. / min or less was raised to a temperature T 12 ° C. of 1000 ° C. or higher 1230 ° C. or less at a Atsushi Nobori rate, then 30 minutes at that temperature T 12 ° C. method for producing annealed wafer and performing heat treatment for more than a predetermined time t 12 holding. チョクラルスキー法により窒素を添加せずに育成したシリコン単結晶から酸素濃度が14ppma以上のシリコンウエーハを作製し、該作製したシリコンウエーハに熱処理を施してアニールウエーハを製造する方法において、前記シリコンウエーハとして、ウエーハの全面がグローンイン欠陥もOSFも存在しない、原子空孔の多いNv領域となるシリコンウエーハを作製した後、該作製したシリコンウエーハに、少なくとも、700℃以下の温度T 21 ℃で30分以上保持し、前記温度T21℃から800℃以上1000℃以下の温度T22℃まで3℃/分以下の昇温速度R℃/分で昇温する昇温工程Aと、前記温度T22℃から1050℃以上1230℃以下の温度T23℃まで前記昇温工程Aの昇温速度とは異なる5℃/分以上の昇温速度R℃/分で昇温する昇温工程Bと、前記温度T23℃で30分以上の所定時間t21保持する保持工程Cとを有する熱処理を行うことを特徴とするアニールウエーハの製造方法。 In the method of producing an annealed wafer by producing a silicon wafer having an oxygen concentration of 14 ppma or more from a silicon single crystal grown without adding nitrogen by the Czochralski method, and subjecting the produced silicon wafer to heat treatment As described above, after producing a silicon wafer having an Nv region with many atomic vacancies in which the entire surface of the wafer does not have any grown-in defects and OSF, the produced silicon wafer is subjected to at least a temperature T 21 ° C. of 700 ° C. or less for 30 minutes. The temperature increasing step A 1 for maintaining the temperature T 21 ° C. to a temperature T 22 ° C. of 800 ° C. or more and 1000 ° C. or less at a temperature increase rate R 1 ° C./min of 3 ° C./min, and the temperature T from 22 ° C. to a temperature T 23 ° C. of 1050 ° C. or higher 1230 ° C. or less different from the heating rate of the heating step a 1 5 / Min or more between heating step B 1 of raising the temperature at a heating rate R 2 ° C. / min, performing the heat treatment and a holding step C 1 for holding the temperature T 23 ° C. for 30 minutes or more for a predetermined time t 21 An annealed wafer manufacturing method characterized by the above. 前記昇温工程A、昇温工程B、及び保持工程Cを連続して行うことを特徴とする請求項4に記載のアニールウエーハの製造方法。 The method for manufacturing an annealed wafer according to claim 4, wherein the temperature raising step A 1 , the temperature raising step B 1 , and the holding step C 1 are successively performed. 前記製造するアニールウエーハの直径を200mm以上とすることを特徴とする請求項3ないし請求項のいずれか一項に記載のアニールウエーハの製造方法。


Method for producing annealed wafer according to any one of claims 3 to 5, characterized in that the diameter of the annealed wafer and 200mm or more for the production.


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