JP5976030B2 - Heat treatment method for silicon wafer - Google Patents

Heat treatment method for silicon wafer Download PDF

Info

Publication number
JP5976030B2
JP5976030B2 JP2014082050A JP2014082050A JP5976030B2 JP 5976030 B2 JP5976030 B2 JP 5976030B2 JP 2014082050 A JP2014082050 A JP 2014082050A JP 2014082050 A JP2014082050 A JP 2014082050A JP 5976030 B2 JP5976030 B2 JP 5976030B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wafer
heat treatment
bmd
oxidizing atmosphere
heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014082050A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015204326A (en
Inventor
治生 須藤
治生 須藤
荒木 浩司
浩司 荒木
青木 竜彦
竜彦 青木
前田 進
進 前田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GlobalWafers Japan Co Ltd
Original Assignee
GlobalWafers Japan Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GlobalWafers Japan Co Ltd filed Critical GlobalWafers Japan Co Ltd
Priority to JP2014082050A priority Critical patent/JP5976030B2/en
Priority to KR1020150049712A priority patent/KR101829505B1/en
Priority to TW104111696A priority patent/TWI591726B/en
Priority to CN201510167489.6A priority patent/CN104979191B/en
Publication of JP2015204326A publication Critical patent/JP2015204326A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5976030B2 publication Critical patent/JP5976030B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

この発明は、チョクラルスキー法で育成されたシリコンインゴットから切り出されたシリコンウェーハの熱処理方法、及びそのシリコンウェーハに関する。   The present invention relates to a heat treatment method for a silicon wafer cut out from a silicon ingot grown by the Czochralski method, and the silicon wafer.

近年、半導体デバイスの高集積化に伴い、その基板として使用されるシリコンウェーハ(以下、ウェーハという。)に対し、ウェーハ表層のデバイス活性領域(表面から7μm程度までの深さ領域)における結晶完全性の向上、ウェーハ表層及びウェーハ内部(ウェーハ表層を除いた部分のことを指し、以下、バルクという。)における十分な機械強度の確保、ウェーハ面内全体に亘る品質均一性等の品質要求が一層厳しくなってきている。   In recent years, with the high integration of semiconductor devices, the crystal perfection in the device active region (depth region from the surface to about 7 μm) of the wafer surface layer relative to the silicon wafer (hereinafter referred to as wafer) used as the substrate. Quality requirements such as improvement of the wafer surface, ensuring sufficient mechanical strength in the wafer surface and inside the wafer (referred to as the bulk, hereinafter referred to as bulk), and quality uniformity over the entire wafer surface. It has become to.

結晶完全性を向上させるために、例えば特許文献1に示すように、高温に保持したバッチ式熱処理炉内での熱処理が行なわれる。この熱処理は、例えば、水素を含む雰囲気中において、1300℃よりも低い保持温度において、1分〜48時間保持する条件で行われる。この熱処理を行うと、ウェーハ表層の格子間酸素が外方拡散して低酸素濃度化する。すると、そのウェーハ表層近傍(表面から10μm程度までの深さ領域)において、結晶育成時に導入された空孔の凝集体である空洞欠陥(Crystal Originated Particle、以下、COPという。)の内壁酸化膜が溶解し、さらにそのCOP内部に格子間シリコン原子が注入されて空洞が埋まり、COPを消滅させることができるとともに、格子間酸素と格子間シリコン原子の結合体である酸素析出物(Bulk Micro Defect、以下、BMDという。)を溶解することができる。これにより、ウェーハ表層に、COPやBMDがない無欠陥領域(Denuded Zone、以下、DZ層という。)を形成することができる。   In order to improve crystal integrity, for example, as shown in Patent Document 1, heat treatment is performed in a batch heat treatment furnace maintained at a high temperature. This heat treatment is performed, for example, in an atmosphere containing hydrogen at a holding temperature lower than 1300 ° C. for 1 minute to 48 hours. When this heat treatment is performed, interstitial oxygen on the surface layer of the wafer is diffused outward to reduce the oxygen concentration. Then, in the vicinity of the wafer surface layer (depth region from the surface to about 10 μm), an inner wall oxide film of a cavity defect (Crystal Originated Particle, hereinafter referred to as COP) which is an agglomeration of vacancies introduced during crystal growth. In addition, the interstitial silicon atoms are injected into the COP to fill the cavities, and the COP can be eliminated, and oxygen precipitates (Bulk Micro Defect, which is a combination of interstitial oxygen and interstitial silicon atoms). Hereinafter, it is referred to as BMD). As a result, a defect-free region (Dedicated Zone, hereinafter referred to as a DZ layer) having no COP or BMD can be formed on the wafer surface layer.

また、デバイス製造工程においては、複数のマスクを順次用いて露光が行なわれるが、その際に露光位置がずれるオーバレイや、製造工程中の熱応力に起因してウェーハの反り等の問題が生じることがある。これらの問題は、ウェーハの内部に導入された転位の挙動と密接な関係があることが知られている。上記の熱処理によって、バルクに所定以上の密度のBMDを形成しておくと、このバルク内をスリップ等の転位が移動する際に、この転位がBMDに引っ掛かり、その移動が抑制されることがある。このように、転位の移動を抑制することにより、ウェーハの強度向上を図ることができ、デバイス製造工程中におけるオーバレイ等の問題を回避することができる。   In the device manufacturing process, exposure is performed using a plurality of masks in sequence. However, there are problems such as overlay that shifts the exposure position and wafer warpage due to thermal stress during the manufacturing process. There is. These problems are known to be closely related to the behavior of dislocations introduced into the wafer. If a BMD having a density higher than a predetermined value is formed in the bulk by the heat treatment, when the dislocation such as slip moves in the bulk, the dislocation is caught by the BMD and the movement may be suppressed. . Thus, by suppressing the movement of dislocations, the strength of the wafer can be improved, and problems such as overlay during the device manufacturing process can be avoided.

さらに、バルクに形成されたBMDは、デバイス製造工程中にウェーハ表面に付着した重金属を捕獲するゲッタリング源としても作用する。このように、バルクにゲッタリング源としてのBMDを形成しておくことで、デバイスのライフタイム等の電気特性を良好な状態に保つとともに、白キズに係る問題の低減を図ることができる。   Further, the BMD formed in the bulk also acts as a gettering source for capturing heavy metals attached to the wafer surface during the device manufacturing process. In this way, by forming BMD as a gettering source in the bulk, it is possible to maintain the electrical characteristics such as the lifetime of the device in a good state and to reduce problems related to white scratches.

なお、BMDサイズが大きくなり過ぎると、非特許文献1に示すように、BMD自体が転位の発生源になることや、前記抑制の効果を発揮するには、BMD密度を所定密度以上としなければならないことが分かっており、この点を考慮した上で、BMDを形成するための熱処理の条件が調整される。   In addition, if the BMD size becomes too large, as shown in Non-Patent Document 1, the BMD itself must be a predetermined density or more in order to become a dislocation generation source or to exert the suppression effect. In consideration of this point, the heat treatment conditions for forming the BMD are adjusted.

ウェーハ面内において不均一性を生じさせる主な要因として、ウェーハの径方向に酸化誘起積層欠陥(Oxidation−induced Stacking Fault、以下、OSFという。)領域が含まれることが挙げられる。このOSF領域は結晶育成時において、シリコン融液から結晶中に取り込まれる空孔と格子間シリコン原子の濃度がちょうどバランスする領域近傍に、結晶引き上げ軸を中心としてリング状に出現する(以下、OSFリングという。)。このOSFリング領域近傍は、結晶育成時に結晶内に導入されるBMD核が非常に少ない。このため、この結晶から切り出されたウェーハに熱処理を行っても、ほとんどBMDが形成されず、OSFリング領域近傍と、それ以外の領域との間でBMD密度に差が生じ、ウェーハの面内均一性が確保できない問題が生じる。   A main factor causing non-uniformity in the wafer surface is that an oxidation-induced stacking fault (hereinafter referred to as OSF) region is included in the radial direction of the wafer. This OSF region appears in a ring shape around the crystal pulling axis in the vicinity of a region where the concentration of vacancies taken into the crystal from the silicon melt and the interstitial silicon atoms are just balanced during crystal growth (hereinafter referred to as OSF). It ’s called a ring.) In the vicinity of this OSF ring region, there are very few BMD nuclei introduced into the crystal during crystal growth. For this reason, even if heat treatment is performed on the wafer cut out from this crystal, almost no BMD is formed, and a difference in BMD density occurs between the vicinity of the OSF ring region and the other regions, and the wafer is uniform in the plane. The problem that cannot be secured.

そこで、OSFリング領域が存在するウェーハに対し、バッチ式熱処理炉を用いて上記のように1300℃よりも低い温度で熱処理を行うことで、ウェーハ表層における高品質なDZ層を形成するとともに、強度向上に有効なBMDをバルクに形成しつつ、OSFリング領域が面内に存在するウェーハの結晶育成履歴をリセットして、ウェーハ品質の面内均一性を高めるように試みることがある。   Therefore, a wafer having an OSF ring region is heat-treated at a temperature lower than 1300 ° C. as described above using a batch-type heat treatment furnace, thereby forming a high-quality DZ layer on the wafer surface layer and increasing the strength. In some cases, the BMD that is effective for improvement is formed in bulk, and the crystal growth history of the wafer in which the OSF ring region exists in the plane is reset to improve the in-plane uniformity of the wafer quality.

特開平6−295912号公報JP-A-6-295912

T.Ono,et al:ECS Trans.2(2006)No.2,109T.A. Ono, et al: ECS Trans. 2 (2006) No. 2 2,109

特許文献1に示すバッチ式熱処理を用いた熱処理では、面内の不均一をある程度改善できるに留まり、完全な面内均一性を得るのは困難である。これは、この熱処理温度が1300℃よりも低いため、BMDの溶け残り(あるいはBMD核)が残存してしまい、結晶育成履歴をリセットするには不十分であるためと考えられる。この熱処理の時間を延長して、BMDの溶け残りを防ぐことも考えられるが、熱処理の長時間化に伴って、スリップ等の結晶欠陥が多発したり、製造のスループットが低下して、製造コストが上昇したりする問題があるため現実的ではない。   In the heat treatment using the batch heat treatment shown in Patent Document 1, in-plane non-uniformity can be improved to some extent, and it is difficult to obtain complete in-plane uniformity. This is presumably because the heat treatment temperature is lower than 1300 ° C., so that undissolved BMD (or BMD nuclei) remains, which is insufficient to reset the crystal growth history. It is conceivable to extend the time of this heat treatment to prevent undissolved BMD, but as the heat treatment is prolonged, crystal defects such as slips occur frequently, the production throughput decreases, and the production cost decreases. It is not realistic because there is a problem of rising.

また、熱処理によって面内均一性を得るのではなく、結晶育成速度を低下させてOSFリングがウェーハ面内に形成されないようにするという手法もある。しかしながら、結晶育成速度の低下は、製造コストの上昇に直結するため、コスト削減要求の高い状況においては、採用しづらいのが現状である。   In addition, there is a method in which in-plane uniformity is not obtained by heat treatment, but the crystal growth rate is reduced so that the OSF ring is not formed in the wafer surface. However, since a decrease in crystal growth rate directly leads to an increase in manufacturing cost, it is difficult to adopt in a situation where cost reduction demands are high.

また、バッチ式熱処理炉を用いた熱処理は、一般的には少なくとも1時間は行われるので、その熱処理の間にウェーハ表層の格子間酸素がウェーハ表面への外方拡散によって抜けてしまい、ウェーハ表層に格子間酸素濃度が低い領域が形成される。この格子間酸素は、結晶強度を向上する作用を有することが知られており、ウェーハ表層が低酸素濃度となることにより表層に欠陥が導入されやすくなり、デバイスのリーク不良が誘発される恐れが高まる。   In addition, since heat treatment using a batch heat treatment furnace is generally performed for at least one hour, interstitial oxygen on the wafer surface layer escapes due to outward diffusion to the wafer surface during the heat treatment, and the wafer surface layer. A region having a low interstitial oxygen concentration is formed. This interstitial oxygen is known to have an effect of improving the crystal strength. When the wafer surface layer has a low oxygen concentration, defects are likely to be introduced into the surface layer, which may induce a device leakage failure. Rise.

そこで、この発明は、シリコンウェーハの表層及びバルクの強度を確保しつつ、結晶品質の面内均一性を高めることを課題とする。   Accordingly, an object of the present invention is to improve the in-plane uniformity of crystal quality while ensuring the strength of the surface layer and bulk of a silicon wafer.

上記の課題を解決するために、この発明においては、チョクラルスキー法で育成されたシリコンインゴットから切り出されたシリコンウェーハに対し、酸化雰囲気中において、1300℃以上1400℃以下の保持温度で熱処理する第1工程と、前記第1工程で熱処理したシリコンウェーハを、酸化雰囲気中において、10℃/秒以上150℃/秒以下の冷却速度で冷却する第2工程と、前記第2工程で冷却したシリコンウェーハを、酸化雰囲気中において、800℃以上1250℃以下の保持温度で1時間以上100時間以下熱処理する第3工程と、を有するシリコンウェーハの熱処理方法を構成した。   In order to solve the above problems, in the present invention, a silicon wafer cut out from a silicon ingot grown by the Czochralski method is heat-treated in an oxidizing atmosphere at a holding temperature of 1300 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower. A first step, a second step of cooling the silicon wafer heat-treated in the first step in an oxidizing atmosphere at a cooling rate of 10 ° C./second to 150 ° C./second, and the silicon cooled in the second step And a third step of heat-treating the wafer in an oxidizing atmosphere at a holding temperature of 800 ° C. to 1250 ° C. for 1 hour to 100 hours.

このように、ウェーハの熱処理温度を1300℃以上1400℃以下の保持温度とすることにより、結晶育成中に導入された酸素析出物(BMD)の溶け残りを防ぐとともに空洞欠陥(COP)を速やかに消滅させて、結晶育成履歴をリセットした面内均一性の高いウェーハを製造することができる。しかも、熱処理温度を上記保持温度のように超高温化することにより、保持時間の短縮を図ることができ、スリップ等の結晶欠陥を低減したり、製造のスループットを向上して低コスト化を図ったりすることができる。また、この熱処理を酸化雰囲気中で行うことにより、ウェーハの表面に酸化膜(シリコン酸化膜)が形成され、この酸化膜から格子間シリコン原子がウェーハ内に注入される。格子間シリコン原子が注入されることにより、COPの消滅が一層速やかになされる。   In this way, by setting the heat treatment temperature of the wafer to a holding temperature of 1300 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower, oxygen precipitates (BMD) introduced during crystal growth can be prevented from remaining undissolved and cavity defects (COP) can be quickly generated. It is possible to manufacture a wafer with high in-plane uniformity in which the crystal growth history is reset by disappearing. In addition, the heat treatment temperature is raised to an ultra-high temperature like the above holding temperature, so that the holding time can be shortened, crystal defects such as slips can be reduced, and the manufacturing throughput is improved to reduce the cost. Can be. Further, by performing this heat treatment in an oxidizing atmosphere, an oxide film (silicon oxide film) is formed on the surface of the wafer, and interstitial silicon atoms are injected into the wafer from this oxide film. By injecting interstitial silicon atoms, COP disappears more rapidly.

また、この酸化膜からウェーハ中に格子間酸素が注入され、ウェーハ表層に低酸素濃度領域が形成されるのを防ぐことができる。このため、ウェーハ表層の強度低下が防止され、デバイスにリーク不良等の問題が発生するのを防ぐことができる。この1300℃以上の高温熱処理は、従来から一般的に用いられるバッチ式熱処理炉の代わりに、ランプアニール炉を用いることで実現できる。   Further, interstitial oxygen is injected from the oxide film into the wafer, and a low oxygen concentration region can be prevented from being formed on the wafer surface layer. For this reason, the strength reduction of the wafer surface layer can be prevented, and problems such as leakage failure can be prevented from occurring in the device. This high-temperature heat treatment at 1300 ° C. or higher can be realized by using a lamp annealing furnace instead of a batch-type heat treatment furnace generally used conventionally.

また、第1工程で熱処理を行ったウェーハを上記の冷却速度の範囲で冷却することにより、バルクに適切な濃度の空孔を残存させることができる。空孔を残存させることによって、引き続いて行われる熱処理において、バルクの強度確保のために必要な十分なサイズと密度のBMDを形成することができる。この冷却速度が10℃/秒より小さいと、高温で導入された空孔が、冷却中に格子間シリコン原子と対消滅し、あるいは拡散することによって失われるため、少なくとも10℃/秒以上の冷却速度で冷却する必要がある。その一方で、この冷却速度が150℃/秒より大きいと、ウェーハに大きな熱応力が作用してスリップ等の結晶欠陥が導入されやすいため、150℃/秒以下の冷却速度で冷却する必要がある。   In addition, by cooling the wafer that has been heat-treated in the first step within the range of the above cooling rate, it is possible to leave pores having an appropriate concentration in the bulk. By leaving the pores, a BMD having a sufficient size and density necessary for securing bulk strength can be formed in the subsequent heat treatment. If this cooling rate is less than 10 ° C./second, vacancies introduced at a high temperature are lost by pair annihilation or diffusion with interstitial silicon atoms during cooling, so cooling at least 10 ° C./second or more. Need to cool at speed. On the other hand, if the cooling rate is higher than 150 ° C./second, a large thermal stress acts on the wafer and crystal defects such as slips are easily introduced. Therefore, it is necessary to cool at a cooling rate of 150 ° C./second or less. .

さらに、第2工程で冷却したウェーハを上記の保持温度で、上記の時間熱処理することにより、バルクに十分なサイズと密度のBMDを形成することができる。このとき、この熱処理を酸化雰囲気中で行うことにより、ウェーハ表面に酸化膜が形成され、この酸化膜からウェーハ中に格子間シリコン原子が注入される。この格子間シリコン原子は、第2工程においてウェーハ表層に形成された酸素析出核を消滅させる作用を発揮する。このためウェーハ表層において酸素析出物が形成されるのを防ぐことができ、このウェーハ表層のDZ層の完全性を確保することができる。   Further, the wafer cooled in the second step is heat-treated at the above holding temperature for the above time, whereby a BMD having a sufficient size and density can be formed in the bulk. At this time, by performing this heat treatment in an oxidizing atmosphere, an oxide film is formed on the wafer surface, and interstitial silicon atoms are implanted into the wafer from this oxide film. The interstitial silicon atoms exert an effect of eliminating the oxygen precipitation nuclei formed on the wafer surface layer in the second step. For this reason, it is possible to prevent the formation of oxygen precipitates on the wafer surface layer, and to ensure the integrity of the DZ layer on the wafer surface layer.

上記のように、第1工程から第3工程までの各処理を酸化雰囲気中で行い、ウェーハ表面に酸化膜を形成することにより、熱処理部材(サセプタ等)や雰囲気ガス中にドーパント、カーボン、金属等の不純物が仮に含まれていたとしても、この酸化膜によりこれらの不純物がウェーハ内に拡散するのを遮蔽することもできる。   As described above, each process from the first process to the third process is performed in an oxidizing atmosphere, and an oxide film is formed on the wafer surface, so that the dopant, carbon, metal in the heat treatment member (susceptor, etc.) or the atmospheric gas. Even if impurities such as these are included, the diffusion of these impurities into the wafer can be shielded by this oxide film.

前記構成においては、前記第3工程で熱処理したシリコンウェーハを、非酸化雰囲気中において、800℃以上1250℃以下の保持温度で1時間以上100時間以下熱処理する第4工程をさらに有する構成とするのが好ましい。   The configuration further includes a fourth step of heat-treating the silicon wafer heat-treated in the third step in a non-oxidizing atmosphere at a holding temperature of 800 ° C. to 1250 ° C. for 1 hour to 100 hours. Is preferred.

上述したように、BMDはウェーハの強度向上を図るとともに、ゲッタリング能を付与することを目的として形成されるが、酸化雰囲気中でなされる第3工程で熱処理を終了すると、BMDのサイズ及び密度がゲッタリング能を発揮させるには不十分となることがある。これは、酸化雰囲気では、ウェーハ表面から格子間シリコン原子が注入され、この格子間シリコン原子が、BMDの核形成及び成長を抑制する作用を発揮するためである。そこで、第3工程に引き続いて、非酸化雰囲気中でなされる第4工程を設け、この第4工程で格子間シリコン原子の注入を抑制することで、BMDの核形成及び成長を促進することができる。これにより、ウェーハに十分なゲッタリング能を付与することができる。   As described above, the BMD is formed for the purpose of improving the strength of the wafer and imparting gettering ability, but when the heat treatment is completed in the third step performed in an oxidizing atmosphere, the size and density of the BMD are obtained. May be insufficient to exert the gettering ability. This is because, in an oxidizing atmosphere, interstitial silicon atoms are implanted from the wafer surface, and the interstitial silicon atoms exert an action of suppressing BMD nucleation and growth. Therefore, following the third step, a fourth step performed in a non-oxidizing atmosphere is provided, and by suppressing the implantation of interstitial silicon atoms in the fourth step, nucleation and growth of BMD can be promoted. it can. Thereby, sufficient gettering ability can be imparted to the wafer.

前記各構成においては、前記第1工程前の段階における前記シリコンウェーハ中に存在する空洞欠陥の平均サイズが、同体積の球状換算値において、直径80nm以下であり、かつ前記空洞欠陥の密度が100個/cm以上である構成とするのが好ましい。 In each of the above configurations, the average size of the cavity defects existing in the silicon wafer in the stage before the first step is a diameter of 80 nm or less in a spherical equivalent value of the same volume, and the density of the cavity defects is 100. It is preferable that the number of particles / cm 3 or more.

結晶育成時にウェーハ(シリコンインゴット)中に導入されるCOPのサイズ及び密度は、結晶の育成条件(特に、v/G値。ここでvは結晶育成速度(mm/分)、Gは融点近傍(融点から1350℃)の結晶内の軸方向温度勾配(℃/mm)をそれぞれ意味する。)や、シリコン融液への添加物の濃度(特に窒素)と密接に関係する。このv/Gを適切な値とすると、シリコン融液からインゴット中に導入される空孔と格子間シリコン原子の濃度がバランスし、COPが非常に低密度の完全結晶を得ることができる。しかしながら、このときのvの値は一般的に小さく、製造スループットの観点からは不利である。これに対し、COPの密度が100個/cmである結晶の育成速度vは、前記完全結晶の育成速度と比較して相対的に大きく、高い製造スループットを確保することができる。このため、ウェーハの製造コストの削減を図ることができる。また、COPサイズを80nm以下とすることで、このCOPを第一熱処理で確実に消滅させることができ、結晶完全性の高いウェーハ表層を確保することができる。 The size and density of the COP introduced into the wafer (silicon ingot) during crystal growth are the crystal growth conditions (particularly the v / G value, where v is the crystal growth rate (mm / min), and G is near the melting point ( It is closely related to the axial temperature gradient (° C./mm) in the crystal of 1350 ° C. from the melting point) and the concentration of the additive to the silicon melt (particularly nitrogen). When this v / G is set to an appropriate value, the concentration of vacancies introduced from the silicon melt into the ingot and the concentration of interstitial silicon atoms are balanced, and a complete crystal having a very low COP density can be obtained. However, the value of v at this time is generally small, which is disadvantageous from the viewpoint of manufacturing throughput. On the other hand, the growth rate v of a crystal having a COP density of 100 / cm 3 is relatively larger than the growth rate of the complete crystal, and a high production throughput can be secured. For this reason, the manufacturing cost of the wafer can be reduced. Further, by setting the COP size to 80 nm or less, this COP can be surely eliminated by the first heat treatment, and a wafer surface layer with high crystal integrity can be secured.

前記各構成においては、前記第2工程における冷却速度を変化させることによって、又は前記第3工程における保持時間を変化させることによって、シリコンウェーハ表面からの無欠陥層の深さを変化させる構成とするのが好ましい。   In each of the above configurations, the depth of the defect-free layer from the surface of the silicon wafer is changed by changing the cooling rate in the second step or by changing the holding time in the third step. Is preferred.

ウェーハ表面からの無欠陥層の深さ(DZ層の幅)は、このウェーハを用いて製造するデバイスの種類や用途に対応するように変更が求められることも多い。このように、冷却速度や熱処理の時間のようにウェーハの熱処理に係るパラメータを変更してDZ層の幅を変えることによって、種々のデバイスに対応するウェーハを容易に製造することができる。ここでいう無欠陥層とは、酸素析出物やCOP等の欠陥が存在しない領域のことを指し、この酸素析出物の検出法として、例えばレーザ散乱トモグラフを採用することができる。   In many cases, the depth of the defect-free layer from the wafer surface (the width of the DZ layer) is required to be changed in accordance with the type and application of the device manufactured using the wafer. As described above, wafers corresponding to various devices can be easily manufactured by changing the parameters related to the heat treatment of the wafer such as the cooling rate and the heat treatment time to change the width of the DZ layer. The defect-free layer here refers to a region where there are no defects such as oxygen precipitates and COPs. As a method for detecting the oxygen precipitates, for example, a laser scattering tomograph can be employed.

前記各構成に係るシリコンウェーハの熱処理方法によって熱処理されたシリコンウェーハであって、バルクにおける酸素析出物の面内平均密度が1.0×10個/cm以上1.0×1010個/cm以下であり、表面からの各深さ位置における前記酸素析出物密度の面内ばらつきが1桁以内であることを特徴とするシリコンウェーハを構成することができる。 A silicon wafer that has been heat-treated by the heat treatment method for silicon wafers according to each of the above-described structures, and the average in-plane density of oxygen precipitates in the bulk is 1.0 × 10 9 pieces / cm 3 or more and 1.0 × 10 10 pieces / A silicon wafer can be formed, which is equal to or less than cm 3 and has an in-plane variation of the oxygen precipitate density at each depth position from the surface within one digit.

酸素析出物(BMD)の面内平均密度が1.0×10個/cmよりも低い場合、このBMDによるゲッタリング能が低下し、ウェーハに重金属等の汚染が生じたときにライフタイム低下等の問題が生じる恐れがある。また、BMDの面内平均密度が1.0×1010個/cmを上回ると、ウェーハ中の格子間酸素原子が多く消費され、低酸素濃度化に伴うウェーハ強度低下の問題が顕著になる恐れがある。さらに、BMD密度の面内ばらつきを1桁以内とすることにより、ウェーハ品質の面内均一化を図ることができ、BMDが面内不均一に存在することに起因してスリップ等の結晶欠陥が発生するのを極力防ぐことができる。 When the in-plane average density of oxygen precipitates (BMD) is lower than 1.0 × 10 9 pieces / cm 3, the gettering ability by this BMD is lowered, and the lifetime is increased when contamination of heavy metals or the like occurs on the wafer. There is a risk of problems such as degradation. In addition, when the in-plane average density of BMD exceeds 1.0 × 10 10 atoms / cm 3 , many interstitial oxygen atoms are consumed in the wafer, and the problem of a decrease in wafer strength due to a low oxygen concentration becomes remarkable. There is a fear. Furthermore, by making the in-plane variation of the BMD density within one digit, in-plane uniformity of the wafer quality can be achieved, and crystal defects such as slips are caused by the presence of non-uniform BMD in the surface. It can prevent as much as possible.

また、BMDの面内平均密度を4.0×10個/cm以上1.0×1010個/cm以下の範囲内とすることにより、このBMDによる強度向上効果とゲッタリング能をさらに向上することができる。 In addition, by setting the in-plane average density of BMD within the range of 4.0 × 10 9 pieces / cm 3 or more and 1.0 × 10 10 pieces / cm 3 or less, the strength improvement effect and gettering ability by this BMD can be obtained. This can be further improved.

前記シリコンウェーハにおいては、バルクにおける全ての前記酸素析出物のうち、90%以上の数の酸素析出物のサイズが35〜75nmの範囲内である構成とするのが好ましい。   In the silicon wafer, it is preferable that the size of 90% or more of the oxygen precipitates in the bulk is in a range of 35 to 75 nm.

上述したように、BMDはウェーハの強度向上作用等のメリットを有する一方で、そのサイズが大きくなりすぎると、このBMD自体が転位の発生源になるという問題を生じ得る。そこで、酸素析出物(BMD)のサイズ範囲を上記のように制御することにより、BMDによるウェーハの強度向上作用及びゲッタリング能の確保を図りつつ、BMDから転位等の結晶欠陥が発生してウェーハ品質が低下するのを防ぐことができる。   As described above, while BMD has advantages such as an effect of improving the strength of the wafer, if the size is too large, this BMD itself may cause a dislocation generation source. Therefore, by controlling the size range of oxygen precipitates (BMD) as described above, the BMD generates crystal defects such as dislocations from the BMD while ensuring the effect of improving the strength of the wafer and ensuring the gettering ability. It is possible to prevent the quality from deteriorating.

この発明では、ウェーハに対し、酸化雰囲気中において、1300℃以上1400℃以下の保持温度で熱処理する第1工程と、前記第1工程で熱処理したウェーハを、10℃/秒以上150℃/秒以下の冷却速度で冷却する第2工程と、前記第2工程で冷却したウェーハを、酸化雰囲気中において、800℃以上1250℃以下の保持温度で1時間以上100時間以下熱処理する第3工程と、を有するウェーハの熱処理方法を構成した。この構成によると、第1工程を上記保持温度で行うことにより、BMDやCOPの面内分布等の結晶育成履歴をリセットすることができ、結晶品質の面内均一性を高めることができる。   In the present invention, the wafer is heat-treated at a holding temperature of 1300 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower in an oxidizing atmosphere, and the wafer heat-treated in the first step is 10 ° C./second or higher and 150 ° C./second or lower. A second step of cooling at a cooling rate of, and a third step of heat-treating the wafer cooled in the second step in an oxidizing atmosphere at a holding temperature of 800 ° C. to 1250 ° C. for 1 hour to 100 hours. A wafer heat treatment method is provided. According to this configuration, by performing the first step at the above holding temperature, it is possible to reset the crystal growth history such as in-plane distribution of BMD and COP, and to improve the in-plane uniformity of crystal quality.

また、第1工程を酸化雰囲気で行うことにより、ウェーハ表層の低酸素化を防いでこの表層の強度を確保することができる。さらに、第1から第3工程を酸化雰囲気で行うことにより、ウェーハ内に格子間シリコン原子を注入して、良好なDZ層を形成しつつ十分なサイズ及び密度のBMDを形成することができる。   Further, by performing the first step in an oxidizing atmosphere, it is possible to prevent the oxygen concentration of the wafer surface layer and to secure the strength of the surface layer. Furthermore, by performing the first to third steps in an oxidizing atmosphere, interstitial silicon atoms are implanted into the wafer, and a BMD having a sufficient size and density can be formed while forming a good DZ layer.

この発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法のシーケンスを示す図The figure which shows the sequence of the heat processing method of the silicon wafer which concerns on this invention この発明に係る第一熱処理を行ったときのCOP及びBMDの挙動を示す図The figure which shows the behavior of COP and BMD when the 1st heat treatment concerning this invention is performed 一般的なバッチ式熱処理炉で熱処理を行ったときのCOP及びBMDの挙動を示す図Diagram showing the behavior of COP and BMD when heat treatment is performed in a general batch heat treatment furnace ウェーハ中の空孔及び格子間シリコン原子の挙動を示す図Diagram showing behavior of vacancies and interstitial silicon atoms in wafer ウェーハに熱処理を行ったときの空孔及び格子間シリコン原子の挙動を示す図であって、(a)は第一熱処理の保持温度での保持後、(b)は第一熱処理の冷却後、(c)は第二熱処理(酸化雰囲気)完了後It is a figure which shows the behavior of a void | hole and an interstitial silicon atom when heat-processing to a wafer, Comprising: (a) after holding | maintenance at the holding temperature of 1st heat processing, (b) after cooling of 1st heat processing, (C) after the completion of the second heat treatment (oxidizing atmosphere) ウェーハに熱処理を行ったときの空孔及び格子間シリコン原子の挙動を示す図であって、(a)は第一熱処理の保持温度での保持後、(b)は第一熱処理の冷却後、(c)は第二熱処理(非酸化雰囲気)完了後It is a figure which shows the behavior of a void | hole and an interstitial silicon atom when heat-processing to a wafer, Comprising: (a) after holding | maintenance at the holding temperature of 1st heat processing, (b) after cooling of 1st heat processing, (C) after completion of the second heat treatment (non-oxidizing atmosphere) ウェーハに熱処理を行ったときの酸素濃度のウェーハ深さ方向分布を示す図The figure which shows the wafer depth direction distribution of oxygen concentration when heat-treating a wafer この発明に係る熱処理を行ったときのBMDの面内分布評価結果を示し、(a)はウェーハの中心、(b)は中心から75mm、(c)は中心から100mm、(d)は中心から120mm、(e)は中心から140mm、(f)は中心から147mmの位置The result of in-plane distribution evaluation of BMD when the heat treatment according to the present invention is performed is shown, (a) is the center of the wafer, (b) is 75 mm from the center, (c) is 100 mm from the center, (d) is from the center. 120mm, (e) is 140mm from the center, (f) is 147mm from the center この発明に係る熱処理を行ったときのBMD密度のウェーハ深さ方向分布を示す図The figure which shows the wafer depth direction distribution of BMD density when heat processing concerning this invention are performed この発明に係る熱処理を行ったときのBMDサイズのウェーハ深さ方向分布を示す図The figure which shows the wafer depth direction distribution of BMD size when the heat processing which concerns on this invention is performed 第一熱処理の冷却速度を変更したときのBMDサイズ、BMD密度、及びDZ層の幅を示す図The figure which shows the width of BMD size, BMD density, and DZ layer when changing the cooling rate of the first heat treatment バッチ式熱処理炉でBMDを成長させる一般的な熱処理を行ったときのBMDの面内分布評価結果を示し、(a)はウェーハの中心、(b)は中心から75mm、(c)は中心から100mm、(d)は中心から120mm、(e)は中心から140mm、(f)は中心から147mmの位置The results of evaluation of in-plane distribution of BMD when performing general heat treatment for growing BMD in a batch heat treatment furnace are shown. (A) is the center of the wafer, (b) is 75 mm from the center, and (c) is from the center. 100mm, (d) is 120mm from the center, (e) is 140mm from the center, (f) is 147mm from the center バッチ式熱処理炉でBMDを成長させる一般的な熱処理を行ったときのBMD密度のウェーハ深さ方向分布を示す図The figure which shows the wafer depth direction distribution of the BMD density at the time of performing the general heat treatment which grows BMD in a batch type heat treatment furnace バッチ式熱処理炉でBMDを成長させる一般的な熱処理を行ったときのBMDサイズのウェーハ深さ方向分布を示す図The figure which shows the wafer depth direction distribution of BMD size at the time of performing the general heat treatment which grows BMD in a batch type heat treatment furnace 実施例1に係る第一熱処理を行ったときの空孔及び格子間シリコン原子のウェーハ深さ方向分布を示す図The figure which shows the wafer depth direction distribution of a void | hole and an interstitial silicon atom when performing the 1st heat processing which concerns on Example 1. FIG. 比較例1に係る第一熱処理を行ったときの空孔及び格子間シリコン原子のウェーハ深さ方向分布を示す図The figure which shows the wafer depth direction distribution of a void | hole and the interstitial silicon atom at the time of performing the 1st heat processing which concerns on the comparative example 1 比較例2に係る第一熱処理を行ったときの空孔及び格子間シリコン原子のウェーハ深さ方向分布を示す図The figure which shows the wafer depth direction distribution of a void | hole and an interstitial silicon atom when performing the 1st heat processing which concerns on the comparative example 2

(1)本願発明に係る熱処理シーケンスについて
この発明に係るシリコンウェーハ(以下、ウェーハという。)の熱処理方法のシーケンスの一例を図1に示す。この熱処理方法は、ランプアニール炉を用いた第一熱処理HTと、バッチ式熱処理炉を用いた第二熱処理HTの2つの熱処理を連続して行うことで構成される。
(1) About the heat processing sequence which concerns on this invention An example of the sequence of the heat processing method of the silicon wafer (henceforth a wafer) which concerns on this invention is shown in FIG. This heat treatment method is configured by successively performing two heat treatments, a first heat treatment HT 1 using a lamp annealing furnace and a second heat treatment HT 2 using a batch heat treatment furnace.

本図には示されていないが、第一熱処理HTに引き続いて、ウェーハ表面に形成された酸化膜を剥離する工程が設けられる。この剥離工程は、省略される場合もある。また、第二熱処理HT2に引き続いて、ウェーハの表裏面の両面研磨(片面当たり5〜6μm程度)、及びウェーハ表面の片面研磨(1μm程度)が行なわれる。この研磨を行うことで、ウェーハのラフネスが改善されるとともに、第一熱処理後にウェーハの極表層(表面から1μm程度の範囲)に残存したCOPやBMD(後述)を除去することができる。この研磨工程は、片面研磨を省略して両面研磨のみ行う、両面研磨を省略して片面研磨のみ行う等、適宜変更することも許容される。研磨工程後、ウェーハの洗浄工程及び検査工程を経て製品として出荷される。 Although not shown in the figure, following the first heat treatment HT 1, the step of peeling is provided an oxide film formed on the wafer surface. This peeling process may be omitted. Subsequent to the second heat treatment HT 2 , double-side polishing (about 5 to 6 μm per side) of the front and back surfaces of the wafer and single-side polishing (about 1 μm) of the wafer surface are performed. By performing this polishing, the roughness of the wafer is improved, and COP and BMD (described later) remaining on the extreme surface layer (in the range of about 1 μm from the surface) of the wafer after the first heat treatment can be removed. The polishing process may be appropriately changed, such as omitting single-side polishing and performing only double-side polishing, or omitting double-side polishing and performing only single-side polishing. After the polishing process, it is shipped as a product through a wafer cleaning process and an inspection process.

以下、第一熱処理HT及び第二熱処理HT2がウェーハ中の点欠陥の挙動に与える影響を詳しく説明する。 Hereinafter, the influence of the first heat treatment HT 1 and the second heat treatment HT 2 on the behavior of point defects in the wafer will be described in detail.

(a)第一熱処理について
第一熱処理HTは、図1に示すように、まず、ウェーハを酸化雰囲気としたランプアニール炉内に搬入し、昇温速度Rで保持温度Tまで昇温する。次に、保持温度Tでウェーハを所定時間保持する。ウェーハを保持温度Tで保持時間Dだけ保持した後に、冷却速度Rで冷却する。
(A) First Heat Treatment As shown in FIG. 1, the first heat treatment HT 1 is first carried into a lamp annealing furnace having the wafer in an oxidizing atmosphere and heated to a holding temperature T 1 at a temperature rising rate R 1. To do. Next, for a predetermined period of time the wafer at a holding temperature T 1. After the wafer is held at the holding temperature T 1 for the holding time D 1 , it is cooled at the cooling rate R 2 .

ウェーハを高温の保持温度Tで保持すると、図2に示すように、ウェーハ内の格子間酸素濃度(一般的なウェーハで、(1〜20)×1017atoms/cm(old ASTM))よりも、その保持温度における格子間酸素の溶解度(例えば、1300℃において、21×1017atoms/cm(old ASTM))の方が高くなり、ウェーハ内の格子間酸素が未飽和の状態となる。すると、シリコンの酸化物であるBMDが次第に溶解して最終的に消滅する。また、COPの内壁酸化膜が溶解するとともに、ウェーハ表面に形成された酸化膜から格子間シリコン原子がウェーハ内に注入されて、COPの空洞が次第に埋まって最終的に消滅する。このBMD及びCOPの消滅効果は、ウェーハ表層のみならずウェーハの厚さ方向全体において生じるため、結晶育成履歴がリセットされ、面内均一性が高いウェーハを得ることができる。 Holding the wafer at a high temperature holding temperature T 1, as shown in FIG. 2, the interstitial oxygen concentration in the wafer (a typical wafer, (1~20) × 10 17 atoms / cm 3 (old ASTM)) Rather than the solubility of interstitial oxygen at that holding temperature (for example, 21 × 10 17 atoms / cm 3 (old ASTM) at 1300 ° C.), and the interstitial oxygen in the wafer is in an unsaturated state. Become. Then, BMD which is an oxide of silicon gradually dissolves and finally disappears. Further, the inner wall oxide film of the COP is dissolved, and interstitial silicon atoms are injected into the wafer from the oxide film formed on the wafer surface, so that the cavity of the COP is gradually filled and finally disappears. This disappearance effect of BMD and COP occurs not only on the wafer surface layer but also in the entire thickness direction of the wafer, so that the crystal growth history is reset and a wafer with high in-plane uniformity can be obtained.

なお、この第一熱処理HTは酸化雰囲気で行われるため、ウェーハ表面に酸化膜が形成され、この酸化膜から第一熱処理HTの保持温度Tにおける溶解度よりも高い濃度の格子間酸素が注入される(図2における表層における酸素濃度分布の盛り上がり部分を参照)。このように、表層で酸素濃度が高くなる結果、このウェーハの極表層(表面から1μm程度の範囲)で、COPの内壁酸化膜やBMDが溶解せずに、そのまま残存する現象が生じる。このようにCOP等が残存したとしても、上述したように、ラフネスの改善を主目的として、ウェーハの表層は数μm程度、COP等の残存層を含めて研磨によって除去されるため、ウェーハ品質として全く問題は生じない。 Since the first heat treatment HT 1 is performed in an oxidizing atmosphere, an oxide film is formed on the wafer surface, and interstitial oxygen having a concentration higher than the solubility at the holding temperature T 1 of the first heat treatment HT 1 is generated from the oxide film. It is injected (see the rising portion of the oxygen concentration distribution on the surface layer in FIG. 2). As described above, the oxygen concentration in the surface layer becomes high, and as a result, the inner surface oxide film of the COP and the BMD remain undissolved in the extreme surface layer (in the range of about 1 μm from the surface) of the wafer. Even if COP or the like remains in this way, as described above, the surface layer of the wafer is removed by polishing, including the remaining layer of COP or the like, for the purpose of improving roughness. There is no problem at all.

その一方で、従来のバッチ式熱処理炉を用いてウェーハを熱処理した場合、図3に示すように、熱処理中に格子間酸素がウェーハ表面から外方拡散し、ウェーハ表層の格子間酸素濃度が低下する。このため、ウェーハの表層においては、BMD及びCOPの消滅効果が発揮されるが、バルクでは格子間酸素が溶解度と比較して過飽和の状態となっているため、BMD及びCOPを消滅させることはできない。このため、結晶育成履歴をリセットすることができず、ウェーハ面内に不均一性がある場合には、熱処理後もその状態がそのまま残存することになる。   On the other hand, when the wafer is heat-treated using a conventional batch-type heat treatment furnace, interstitial oxygen diffuses outward from the wafer surface during the heat treatment, and the interstitial oxygen concentration on the wafer surface layer decreases, as shown in FIG. To do. For this reason, in the surface layer of the wafer, the effect of annihilation of BMD and COP is exhibited, but in the bulk, interstitial oxygen is in a supersaturated state as compared with the solubility, so that BMD and COP cannot be eliminated. . For this reason, the crystal growth history cannot be reset, and when there is non-uniformity in the wafer surface, the state remains as it is even after the heat treatment.

第一熱処理HT中における点欠陥(格子間シリコン原子I、空孔V)の挙動について、図4及び図5を用いて説明する。ウェーハを保持温度Tで保持すると、ウェーハ表面から保持温度Tに対応する熱平衡濃度の格子間シリコン原子I及び空孔Vがウェーハ内に注入される。また、この第一熱処理HTは酸化雰囲気中で行われるため、ウェーハ表面にシリコンと酸素が結合した酸化膜(シリコン酸化膜)が形成され、この酸化膜から、格子間酸素及び過剰な格子間シリコン原子Iがウェーハ内に注入される(図4、図5(a)参照)。 The behavior of point defects (interstitial silicon atoms I, vacancies V) in the first heat treatment HT 1 will be described with reference to FIGS. Holding the wafer at a holding temperature T 1 of, interstitial silicon atoms I and vacancies V thermal equilibrium concentration corresponding to the holding temperature T 1 of the wafer surface is injected into the wafer. In addition, since the first heat treatment HT 1 is performed in an oxidizing atmosphere, an oxide film (silicon oxide film) in which silicon and oxygen are combined is formed on the wafer surface. From the oxide film, interstitial oxygen and excessive interstitial interstices are formed. Silicon atoms I are implanted into the wafer (see FIGS. 4 and 5A).

保持温度からの冷却工程において、この格子間シリコン原子Iと空孔Vは、互いに対消滅したり、逆にフレンケルペアとして新たに生成したりする現象を繰り返す(図4参照)。また、空孔Vの一部は、冷却工程の1050℃付近において、シリコン表面から注入された格子間酸素と結合して複合体(OV)を形成し、この複合体が酸素析出核として作用する(図5(b)参照)。 In the cooling process from the holding temperature, the interstitial silicon atoms I and the vacancies V repeat the phenomenon that they disappear from each other or are newly generated as Frenkel pairs (see FIG. 4). Also, some of the vacancies V combine with interstitial oxygen injected from the silicon surface to form a complex (O 2 V) near 1050 ° C. in the cooling step, and this complex serves as an oxygen precipitation nucleus. It works (see FIG. 5B).

第一熱処理HTの酸化雰囲気における酸素濃度は、ウェーハ表面に酸化膜が形成される程度であればよく、例えば1〜100%の範囲内とすることができる。この酸素濃度の範囲を25%以上とし、酸化膜からの格子間シリコン原子Iの十分な注入量を確保することにより、COPの消滅効果をさらに高めることができる。 The oxygen concentration in the oxidizing atmosphere of the first heat treatment HT 1 may as long as an oxide film on the wafer surface is formed, for example, be in the range of 1% to 100%. By making the range of this oxygen concentration 25% or more and ensuring a sufficient injection amount of interstitial silicon atoms I from the oxide film, the COP disappearance effect can be further enhanced.

昇温速度Rは、通常は1℃/秒以上150℃/秒以下の範囲に設定される。昇温速度Rが1℃/秒よりも小さいと製造スループットが低下し、昇温速度Rが150℃/秒より大きいと昇温中にスリップ等の結晶欠陥が発生する問題が生じ得るためである。 Heating rate R 1 is usually set within the following range 1 ° C. / sec or more 0.99 ° C. / sec. If the temperature rising rate R 1 is lower than 1 ° C./second, the production throughput is lowered. If the temperature rising rate R 1 is higher than 150 ° C./second, there may be a problem that crystal defects such as slips occur during the temperature rising. It is.

保持温度Tは、結晶育成中に導入されたBMD及びCOPを消滅させるのに必要な温度であればよく、1300℃以上1400℃以下の範囲内とすることができる。保持温度Tが1300℃より低いとシリコン中の格子間酸素濃度が高い場合にBMD等を消滅させることができなかったり、消滅に長時間を要したりすることがあるためであり、保持温度Tが1400℃より高いと熱処理中にスリップ等の結晶欠陥が発生する問題が生じ得るためである。 Holding temperatures T 1 may be a temperature necessary to extinguish the BMD and COP introduced during crystal growth, can be in the range of 1300 ° C. or higher 1400 ° C. or less. Or unable to extinguish BMD etc. If the holding temperature T 1 is higher concentration of interstitial oxygen in silicon lower than 1300 ° C., and because sometimes it takes a long time to disappear, holding temperature This is because if T 1 is higher than 1400 ° C., there may be a problem that crystal defects such as slip occur during heat treatment.

保持時間Dは、結晶育成中に導入されたBMD及びCOPを消滅させるのに必要な時間であればよく、BMD及びCOPのサイズに対応して、1秒以上600秒以下の範囲内とすることができる。保持時間Dが1秒より短いとBMD等を十分に消滅させることができず、保持時間Dが600秒よりも長いと、保持中にスリップ等の結晶欠陥が発生する問題が生じ得るためである。 Retention time D 1 may be any time required to extinguish the BMD and COP introduced during crystal growth, corresponding to the size of the BMD and COP, in the range of less than 600 seconds 1 second be able to. Retention time D 1 can not be eliminated sufficiently short and BMD like than 1 second, the holding time D 1 is longer than 600 seconds, the crystal defects of slippage may occur a problem that occurs during the hold It is.

冷却速度Rは、10℃/秒以上150℃/秒以下とする。冷却速度Rが10℃/秒より小さいと、保持温度Tで導入された空孔Vが、冷却中に格子間シリコン原子Iと対消滅し、あるいは拡散することによって失われ、後述する第二熱処理HTで、十分なサイズ及び密度のBMDを形成することができないためであり、冷却速度Rが150℃/秒より大きいと、ウェーハに大きな熱応力が作用してスリップ等の結晶欠陥が発生する問題が生じ得るためである。 Cooling rate R 2 is a 10 ° C. / sec or more 0.99 ° C. / sec or less. When the cooling rate R 2 is less than 10 ° C./second, the vacancies V introduced at the holding temperature T 1 are lost due to pair annihilation or diffusion with the interstitial silicon atoms I during cooling. This is because the BMD having a sufficient size and density cannot be formed by the second heat treatment HT 2 , and if the cooling rate R 2 is higher than 150 ° C./second, a large thermal stress acts on the wafer to cause crystal defects such as slips. This is because a problem may occur.

(b)第二熱処理について
第二熱処理HTは、図1に示すように、まず、炉内温度を所定温度(例えば600℃)に保持するとともに酸化雰囲気としたバッチ式熱処理炉内にウェーハを搬入し、その搬入後、前記所定温度から保持温度Tまで所定の昇温速度Rで昇温する。炉内温度が保持温度Tに到達したら、その保持温度Tで第一保持時間D21そのまま保持する。第一保持時間D21を経過したら、炉内の雰囲気を酸化雰囲気から非酸化雰囲気に切り替える。そして、この非酸化雰囲気において、さらに第二保持時間D22そのまま保持する。第二保持時間D22を経過したら、この保持温度Tから所定温度(例えば600℃)まで所定の冷却速度Rで冷却し、所定温度(例えば600℃)に到達したら、炉内からウェーハを搬出する。
(B) Second Heat Treatment As shown in FIG. 1, the second heat treatment HT 2 first holds the wafer in a batch heat treatment furnace that maintains the furnace temperature at a predetermined temperature (for example, 600 ° C.) and uses an oxidizing atmosphere. loading and, after its loading, to raise the temperature at a predetermined heating rate R 3 from the predetermined temperature to the holding temperature T 2. Once the furnace temperature reached the holding temperature T 2, the holding at temperature T 2 First holding time D 21 held as it is. After the lapse of the first hold time D 21, switched to a non-oxidizing atmosphere the atmosphere in the furnace from the oxidizing atmosphere. Then, in the non-oxidizing atmosphere, holding still intact second hold time D 22. After the lapse of the second holding time D 22, Once this from the holding temperature T 2 to a predetermined temperature (e.g. 600 ° C.) and cooled at a predetermined cooling rate R 4, reaches a predetermined temperature (e.g. 600 ° C.), the wafers from the furnace Take it out.

なお、本図においては、バッチ式熱処理炉内の雰囲気を酸化雰囲気から非酸化雰囲気に切り替える構成について示したが、第二熱処理HTの全体に亘って、酸化雰囲気で熱処理を行う構成とすることも許容される。酸化雰囲気で熱処理を行うことにより、後述するように、ウェーハ表層のBMD核を消滅させて、このウェーハ表層の結晶完全性を高める作用が発揮されるためである。また、本図においては、酸化雰囲気と非酸化雰囲気における保持温度Tを同一とした構成について示したが、各雰囲気における熱処理を異なる温度で行うこともできる。 In the present view, it is shown the structure for switching the atmosphere of a batch type heat treatment furnace in a non-oxidizing atmosphere from the oxidation atmosphere, that throughout the second heat treatment HT 2, and configured to perform heat treatment in an oxidizing atmosphere Is also acceptable. This is because by performing heat treatment in an oxidizing atmosphere, the effect of enhancing the crystal integrity of the wafer surface layer by annihilating BMD nuclei on the wafer surface layer as described later is exhibited. Further, in this view, it is shown for the case where a same holding temperature T 2 in the oxidizing atmosphere and a non-oxidizing atmosphere, it is also possible to perform the heat treatment in the atmosphere at different temperatures.

第二熱処理HT中における点欠陥(空孔V、格子間シリコン原子I)の挙動について、図5を用いて説明する。第一熱処理HTを施したウェーハに対し、酸化雰囲気中で熱処理を行うと、第一熱処理HTでウェーハ表層に形成された酸素析出核(OV)が(本図(b)参照)、酸化膜からウェーハ内に注入された格子間シリコン原子Iによって消滅する(本図(c)参照)。この消滅は、ウェーハ表面からウェーハ内部に13μm程度までの深さ領域で顕著に生じる。上述したように、ウェーハ表層は、ラフネス改善を目的として表面研磨されるが、その研磨深さは通常数μm程度である。この研磨深さ近傍に酸素析出核が存在すると、表面研磨を行ってもウェーハ表層(デバイス活性領域)に酸素析出物が残存して、デバイスのリーク不良等の問題を引き起こすことがある。そこで、第二熱処理HTで酸化雰囲気での熱処理を行い、酸素析出核を消滅させることによって、表面研磨を行った際に酸素析出物がウェーハ表層に残存するのを防いで、高品質なウェーハを提供することができる。 The behavior of point defects (vacancies V, interstitial silicon atoms I) in the second heat treatment HT 2 will be described with reference to FIG. When the wafer subjected to the first heat treatment HT 1 is subjected to heat treatment in an oxidizing atmosphere, oxygen precipitation nuclei (O 2 V) formed on the wafer surface layer by the first heat treatment HT 1 (see this figure (b)). Then, it disappears due to interstitial silicon atoms I implanted into the wafer from the oxide film (see FIG. 4C). This disappearance occurs remarkably in a depth region of about 13 μm from the wafer surface to the inside of the wafer. As described above, the surface of the wafer is polished for the purpose of improving the roughness, but the polishing depth is usually about several μm. If oxygen precipitation nuclei are present in the vicinity of the polishing depth, oxygen precipitates may remain on the wafer surface layer (device active region) even when surface polishing is performed, which may cause problems such as device leakage failure. Therefore, by performing heat treatment in an oxidizing atmosphere with the second heat treatment HT 2 and eliminating the oxygen precipitation nuclei, it is possible to prevent oxygen precipitates from remaining on the wafer surface when performing surface polishing, and to produce a high-quality wafer. Can be provided.

なお、第二熱処理HTを非酸化雰囲気で行う場合、図6に示すように、酸素析出核が周囲の固溶酸素と空孔を取り込んでそのまま酸素析出物として成長する(本図(c)参照)。このため、前記表面研磨を行っても、酸素析出物がウェーハ表層に残存して、デバイスのリーク不良等の問題を引き起こす恐れが高まる。 When the second heat treatment HT 2 is performed in a non-oxidizing atmosphere, as shown in FIG. 6, the oxygen precipitation nuclei take in the surrounding solid solution oxygen and vacancies and grow as they are as oxygen precipitates (this figure (c)). reference). For this reason, even if the surface polishing is performed, there is a high possibility that oxygen precipitates remain on the wafer surface layer and cause problems such as device leakage failure.

第二熱処理HTの酸化雰囲気における酸素濃度は、ウェーハ表面に酸化膜が形成される程度であればよく、例えば1〜100%の範囲内とすることができる。この酸素濃度を25%以上とすることにより、酸素析出核の消滅効果をさらに高めることができる。また、非酸化雰囲気においては、例えばアルゴン(Ar)等の不活性ガスを用いることができる。 The oxygen concentration in the oxidizing atmosphere of the second heat treatment HT2 only needs to be such that an oxide film is formed on the wafer surface, and can be, for example, in the range of 1 to 100%. By making this oxygen concentration 25% or more, the effect of eliminating the oxygen precipitation nuclei can be further enhanced. In a non-oxidizing atmosphere, for example, an inert gas such as argon (Ar) can be used.

昇温速度Rは、通常は1℃/分以上30℃/分以下の範囲に設定される。昇温速度が1℃/分より小さいと製造スループットが低下し、昇温速度が30℃/分より大きいと昇温中にスリップ等の結晶欠陥が発生したり、第一熱処理HTで導入されたBMD核が昇温中に消滅して、十分なBMD密度を得ることができなかったりする問題が生じ得るためである。この昇温速度Rは、ウェーハの搬入温度である前記所定温度(例えば600℃)から保持温度Tまで一定である必要はなく、例えば、前記所定温度から中間温度(例えば800℃)までは第一昇温速度、前記中間温度から保持温度Tまでは前記第一昇温速度とは異なる第二昇温速度、というように温度領域ごとに変更することもできる。 Heating rate R 3 is usually set in the range of 1 ° C. / min or higher 30 ° C. / min or less. If the rate of temperature increase is less than 1 ° C./min, the production throughput decreases. If the rate of temperature increase is greater than 30 ° C./min, crystal defects such as slips occur during the temperature increase or are introduced in the first heat treatment HT 1. This is because the problem that the BMD nuclei disappear during heating and a sufficient BMD density cannot be obtained may occur. The heating rate R 3 is not necessary is constant from the predetermined temperature is carried temperature of the wafer (e.g., 600 ° C.) to the holding temperature T 2, for example, from the predetermined temperature to an intermediate temperature (e.g., 800 ° C.) the first heating rate, said from the intermediate temperature to the holding temperature T 2 may be changed for each temperature region and so, different second heating rate from said first IchiNoboru rise rate.

保持温度Tは、第一熱処理HTにおいてウェーハ面内均一に新たに導入されたBMD核を成長させ得る温度であればよく、800℃以上1250℃以下の範囲内とすることができる。保持温度Tが800℃より低いとBMDの成長に長時間を要し、製造スループットが低下するためであり、保持温度Tが1250℃より高いと、熱処理中にスリップ等の結晶欠陥が発生する問題が生じ得るためである。 Holding temperature T 2 may be a temperature that can be grown wafer plane uniformly newly introduced BMD nuclei in the first heat treatment HT 1, it can be in the range of 800 ° C. or higher 1250 ° C. or less. This is because if the holding temperature T 2 is lower than 800 ° C., it takes a long time to grow BMD and the production throughput is lowered. If the holding temperature T 2 is higher than 1250 ° C., crystal defects such as slips are generated during the heat treatment. This is because a problem may occur.

保持時間D(D21、D22)は、BMDを十分に成長させるのに必要な時間であればよく、酸化雰囲気中で1時間以上100時間以下、非酸化雰囲気中で1時間以上100時間以下とすることができる。いずれの雰囲気においても、保持時間D21、D22が1時間より短いとBMDを十分に成長させることができず、保持時間D21、D22が100時間より長いと、保持中にスリップ等の結晶欠陥が発生するとともに、製造スループットが低下する問題を生じ得るためである。 The holding time D 2 (D 21 , D 22 ) may be a time required to sufficiently grow BMD, and is 1 hour to 100 hours in an oxidizing atmosphere, and 1 hour to 100 hours in a non-oxidizing atmosphere. It can be as follows. In any atmosphere, if the holding times D 21 and D 22 are shorter than 1 hour, the BMD cannot be sufficiently grown. If the holding times D 21 and D 22 are longer than 100 hours, slipping or the like may occur during holding. This is because a crystal defect may occur and a problem that the manufacturing throughput may be reduced.

冷却速度Rは、0.5℃/分以上10℃/分以下とする。冷却速度Rが0.5℃/分より小さいと製造スループットが低下し、冷却速度Rが10℃/分より大きいと、ウェーハに大きな熱応力が作用してスリップ等の結晶欠陥が発生する問題が生じ得るためである。 Cooling rate R 4 is a 0.5 ° C. / min or higher 10 ° C. / min or less. When the cooling rate R 4 is less than 0.5 ° C./min, the manufacturing throughput is lowered, and when the cooling rate R 4 is greater than 10 ° C./min, a large thermal stress acts on the wafer to generate crystal defects such as slips. This is because problems may arise.

(2)実験条件
本実施形態においては、チョクラルスキー法によって育成されたインゴットから切り出された、面内にOSFリングを含む直径300mmのウェーハを用いた。このウェーハの格子間酸素濃度は11×1017atoms/cm(old ASTM)である。この育成に用いた融液には窒素が添加されている。窒素は、結晶育成時に導入されるCOPのサイズを小さくする作用を有し、COPのサイズを小さくすることによって、第一熱処理HTにおいて、より短時間でCOPを消滅させることができるためである。この窒素は偏析係数が大きいためインゴットのトップ部からテール部に向けて濃度が大きく変化し、トップ部で2×1014atoms/cm、テール部で10×1014atoms/cm程度となる。なお、窒素を添加しないウェーハを使用することもできる。
(2) Experimental conditions In this embodiment, a wafer having a diameter of 300 mm including an OSF ring in a plane cut out from an ingot grown by the Czochralski method was used. The interstitial oxygen concentration of this wafer is 11 × 10 17 atoms / cm 3 (old ASTM). Nitrogen is added to the melt used for this growth. This is because nitrogen has the effect of reducing the size of the COP introduced during crystal growth, and the COP can be extinguished in a shorter time in the first heat treatment HT 1 by reducing the size of the COP. . The nitrogen becomes polarized due析係number is greater toward the top of the ingot in the tail density greatly changes, the top portion is 2 × 10 14 atoms / cm 3 , 10 × 10 14 atoms / cm 3 approximately at the tail . A wafer to which nitrogen is not added can also be used.

第一熱処理HT及び第二熱処理HTにおける処理条件を表1に示す。第一熱処理HTにおける昇温速度R及び保持時間D、第二熱処理HTにおける昇温速度R、及び冷却速度Rは、全ての実施例及び比較例について共通である。雰囲気の欄に記載の「O」は100%O雰囲気を、「Ar」は100%Ar雰囲気を意味する。また、第二熱処理HTの雰囲気の欄に記載の「O/Ar」は前半が100%O雰囲気、後半が100%Ar雰囲気であることを意味する。この場合の前半及び後半の保持時間(図1中のD21、D22)は、第二熱処理HTの保持時間Dの欄に記載されている(斜線前半が酸化雰囲気(O中)の保持時間D21を、斜線後半が非酸化雰囲気(Ar中)の保持時間D22を示す。)。 Table 1 shows processing conditions in the first heat treatment HT 1 and the second heat treatment HT 2 . The first heat treatment HT heating rate R 1 and the holding time D 1 in 1, the second heat treatment HT 2 heating rate R 3 in, and the cooling rate R 4 is the same for all the examples and comparative examples. “O 2 ” in the column of atmosphere means 100% O 2 atmosphere, and “Ar” means 100% Ar atmosphere. Further, “O 2 / Ar” described in the column of the atmosphere of the second heat treatment HT 2 means that the first half is a 100% O 2 atmosphere and the second half is a 100% Ar atmosphere. In this case, the first and second half holding times (D 21 and D 22 in FIG. 1) are described in the column of the holding time D 2 of the second heat treatment HT 2 (the first half hatched area is an oxidizing atmosphere (in O 2 )). the retention time D 21, the second half diagonal lines show the retention times D 22 of a non-oxidizing atmosphere (in Ar).).

熱処理後におけるウェーハ深さ方向の格子間酸素濃度を二次イオン質量分析装置(Secondary Ion Mass Spectrometry(SIMS)、CAMECA社製IMS7f)を用いて評価した。また、欠陥のウェーハ深さ方向分布をレーザ散乱トモグラフ装置(Laser Scattering Tomography、レイテックス社製MO441)を用いて評価した。さらに、ウェーハ表層の欠陥を面検機(KLA Tencor社製SurfScan(SP2))を用いて評価した。また、面検機で評価した欠陥の実体を、走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope(SEM))及びエネルギー分散型X線分析装置(Energy Dispersive X−ray Spectrometry(EDX))を用いて解析した。   The interstitial oxygen concentration in the wafer depth direction after the heat treatment was evaluated using a secondary ion mass spectrometer (Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS), IMS7f manufactured by CAMECA). Moreover, the wafer depth direction distribution of the defect was evaluated using a laser scattering tomograph (Laser Scattering Tomography, MO441 manufactured by Raytex). Furthermore, the defect of the wafer surface layer was evaluated using a surface inspection machine (SurfScan (SP2) manufactured by KLA Tencor). Moreover, the substance of the defect evaluated with the surface inspection machine was analyzed using a scanning electron microscope (Scanning Electron Microscope (SEM)) and an energy dispersive X-ray analyzer (Energy Dispersive X-ray Spectrometry (EDX)).

(3)評価結果
第一熱処理HT及び第二熱処理HTを行った後に、SIMSを用いて測定した酸素濃度のウェーハ深さ方向分布を図7に示す。この酸素濃度は、old ASTM規格による換算濃度である。第一熱処理HTを酸化雰囲気(O中)で行うと、ウェーハ表面に酸化膜が形成され、この酸化膜から格子間酸素がウェーハ内に注入される。このため、格子間酸素濃度がウェーハ表層の1〜3μmの深さ範囲で特に高くなる分布となる(本図中のA参照)。このように、第一熱処理HTを酸化雰囲気で行い、ウェーハ表層の格子間酸素濃度を高めることにより、ウェーハ表層の強度が向上し、ウェーハ表層に欠陥が導入されることに起因してデバイスのリーク不良が生じるのを防ぐことができる。
(3) Evaluation result after performing the first heat treatment HT 1 and the second heat treatment HT 2, shows a wafer depth direction distribution of oxygen concentration measured by SIMS in FIG. This oxygen concentration is a conversion concentration according to the old ASTM standard. When the first heat treatment HT 1 is performed in an oxidizing atmosphere (in O 2 ), an oxide film is formed on the wafer surface, and interstitial oxygen is injected into the wafer from this oxide film. Thus, the interstitial oxygen concentration is particularly high distribution in a depth range of 1~3μm the wafer surface (see A 1 in the figure). Thus, by performing the first heat treatment HT 1 in an oxidizing atmosphere and increasing the interstitial oxygen concentration of the wafer surface layer, the strength of the wafer surface layer is improved, and defects are introduced into the wafer surface layer. Leak failure can be prevented from occurring.

表層の格子間酸素濃度を高めたウェーハに対し、第二熱処理HTを非酸化雰囲気(Ar中)で行った後に、ウェーハ表層を所定量研磨除去し、研磨後の表面をSP2を用いて評価したところ、研磨量が13μmよりも少ない場合に、SP2のプローブ光を散乱する微小な欠陥(Light Point Defect(LPD))が検出された。このLPDは、特にウェーハ表面から3〜5μmの深さ領域で高密度に(SP2による測定数がオーバーフローする程度に)存在した。このLPDが存在する箇所を、EDXを用いて組成分析したところ、シリコンと酸素が検出された。このEDXによる分析結果と、SEMによる形状観察結果を併せて考察すると、LPDの実体は酸素析出物であるといえる。 After the second heat treatment HT 2 is performed in a non-oxidizing atmosphere (in Ar) on the wafer having an increased interstitial oxygen concentration in the surface layer, a predetermined amount of the wafer surface layer is polished and removed, and the polished surface is evaluated using SP2. As a result, when the polishing amount was less than 13 μm, a minute defect (Light Point Defect (LPD)) that scattered the SP2 probe light was detected. This LPD was present at a high density in a depth region of 3 to 5 μm from the wafer surface (to the extent that the number of measurements by SP2 overflowed). The composition of the location where LPD was present was analyzed using EDX, and silicon and oxygen were detected. When the analysis result by EDX and the shape observation result by SEM are considered together, it can be said that the substance of LPD is an oxygen precipitate.

このLPD(酸素析出物)のウェーハ深さ方向の分布結果は、図7中に示す分布A21において、ウェーハ表面から2〜5μmの深さ領域で高濃度の酸素が検出された結果と整合しており、この高濃度の酸素の起源は酸素析出物であると考えるのが妥当である。このようにウェーハ表面近傍の数μmから13μm程度の深さ領域(特に2〜5μmの深さ領域)において酸素析出物が形成される理由として、後で説明するように、第一熱処理HTによってウェーハ表面からウェーハ内に注入された空孔Vの濃度が、酸素析出核(OV)の形成に必要とされる1×1013/cmの閾値を越えており、第一熱処理HTにおいて新たに形成された酸素析出核が周囲の格子間酸素と空孔Vを取り込んで酸素析出物へ成長するためであると考えられる。 The distribution result of the LPD (oxygen precipitate) in the wafer depth direction is consistent with the result of high concentration oxygen detected in a depth region of 2 to 5 μm from the wafer surface in the distribution A 21 shown in FIG. It is reasonable to consider that the origin of this high concentration of oxygen is oxygen precipitates. The reason why oxygen precipitates are formed in a depth region of about several μm to 13 μm (particularly a depth region of 2 to 5 μm) in the vicinity of the wafer surface as described above is that by the first heat treatment HT 1 as will be described later. The concentration of vacancies V injected into the wafer from the wafer surface exceeds the threshold of 1 × 10 13 / cm 3 required for the formation of oxygen precipitation nuclei (O 2 V), and the first heat treatment HT 1 This is considered to be because the newly formed oxygen precipitation nuclei take in the surrounding interstitial oxygen and vacancies V and grow into oxygen precipitates.

このように、ウェーハ表層に酸素析出物が形成された場合、熱処理後にウェーハのラフネス改善のためにウェーハ表層を5〜6μm程度表面研磨したときに、表面研磨後のウェーハ表層に酸素析出物が残存していることがSP2を用いた評価によって確認された。このように表層に酸素析出物が残存したウェーハにデバイスを形成すると、リーク不良等の問題が生じる恐れがある。   Thus, when oxygen precipitates are formed on the wafer surface layer, oxygen precipitates remain on the wafer surface layer after surface polishing when the surface of the wafer surface is polished by about 5 to 6 μm to improve the roughness of the wafer after heat treatment. It was confirmed by evaluation using SP2. When a device is formed on a wafer in which oxygen precipitates remain on the surface layer in this manner, problems such as leakage defects may occur.

これに対し、表層の格子間酸素濃度を高めたウェーハに対し、第二熱処理HTの前半を酸化雰囲気(O中)で行うと(図1参照)、ウェーハ表面に酸化膜が形成されて、この第二熱処理HT中に酸化膜とシリコンの界面からウェーハ中に格子間シリコン原子Iが注入される。この格子間シリコン原子Iは、第一熱処理HTによってウェーハ表層に形成された酸素析出核を消滅させる作用を発揮する(図5(c)参照)。このため、この第二熱処理HTによってウェーハ表層に酸素析出物がない結晶完全性の高い領域を形成するとともに、この第二熱処理HTで注入された格子間シリコン原子Iが到達しないバルクにおいて十分な密度のBMDを形成することができる。前半の酸化雰囲気での熱処理に引き続いて、後半を非酸化雰囲気で熱処理を行っても(図1参照)、酸素析出物に起因すると考えられるウェーハ表層での酸素濃度の盛り上がりは確認できなかった(図7中のA22参照)。 On the other hand, when the first half of the second heat treatment HT 2 is performed in an oxidizing atmosphere (in O 2 ) on a wafer having an increased interstitial oxygen concentration in the surface layer (see FIG. 1), an oxide film is formed on the wafer surface. , interstitial silicon atoms I is injected into the wafer during the interface between the oxide film and the silicon to the second heat treatment in HT 2. This interstitial silicon atom I exhibits the action of eliminating the oxygen precipitation nuclei formed on the wafer surface layer by the first heat treatment HT 1 (see FIG. 5C). For this reason, the second heat treatment HT 2 forms a region having high crystal integrity without oxygen precipitates on the wafer surface layer, and is sufficient in the bulk where the interstitial silicon atoms I implanted by the second heat treatment HT 2 do not reach. BMD having a high density can be formed. Even after the heat treatment in the oxidizing atmosphere in the first half and the heat treatment in the non-oxidizing atmosphere in the latter half (see FIG. 1), the rise of the oxygen concentration on the wafer surface layer considered to be caused by oxygen precipitates could not be confirmed ( see a 22 in FIG. 7).

ちなみに、第一熱処理HTを非酸化雰囲気(Ar中)で行うと、第一熱処理HT及び第二熱処理HT中にウェーハ表面から格子間酸素が外方拡散し(図7中のB(第一熱処理HT後)、B(第二熱処理HT後)参照)、ウェーハ表層に格子間酸素濃度が低い領域が形成されることから、第二熱処理HTを非酸化雰囲気(Ar中)で行ったとしても、濃度分布A21に見られた酸素析出物に起因する酸素濃度の盛り上がりは観察されなかった。しかしながら、第一熱処理HTでウェーハ表面に酸化膜が形成されないことから、格子間シリコン原子Iが注入されず、ウェーハ表層のCOPを十分消滅させることができないという問題がある。 Incidentally, when the first heat treatment HT 1 is performed in a non-oxidizing atmosphere (in Ar), interstitial oxygen diffuses outward from the wafer surface during the first heat treatment HT 1 and the second heat treatment HT 2 (B 1 in FIG. 7). (Refer to the first heat treatment HT 1 ), B 2 (after the second heat treatment HT 2 ), and since a region having a low interstitial oxygen concentration is formed on the wafer surface layer, the second heat treatment HT 2 is treated in a non-oxidizing atmosphere (Ar even performed in middle), swelling of the oxygen concentration due to oxygen precipitates was observed in the concentration distribution a 21 was observed. However, since the oxide film is not formed on the wafer surface in the first heat treatment HT 1, not injected interstitial silicon atoms I, the COP of the wafer surface layer it is impossible to sufficiently eliminated.

実施例1(表1参照)に係るウェーハに対し、第一熱処理HT及び第二熱処理HTを行った後におけるレーザ散乱トモグラフ装置を用いた評価結果を図8に示す。本図(a)はウェーハ中心、(b)は中心から75mm、(c)は中心から100mm、(d)は中心から120mm、(e)は中心から140mm、(f)は中心から147mmの位置における結果である。 FIG. 8 shows the evaluation results using the laser scattering tomograph device after the first heat treatment HT 1 and the second heat treatment HT 2 were performed on the wafer according to Example 1 (see Table 1). (A) is the wafer center, (b) is 75 mm from the center, (c) is 100 mm from the center, (d) is 120 mm from the center, (e) is 140 mm from the center, and (f) is 147 mm from the center. This is the result.

このウェーハは、結晶育成段階において面内にOSFリングを含み、面内均一性が当初は良好ではなかったにもかかわらず、BMDサイズ及びBMD密度、DZ幅等について非常に高い面内均一性が得られていることが確認できた。これは、結晶育成時に導入されたBMDが高温の第一熱処理HTにおいて消滅し、結晶育成履歴がリセットされた後に、この第一熱処理HTの冷却時に新たに面内均一にBMD核が導入されるためである。また、SP2評価及びSEM観察によって、ウェーハ表層に酸素析出物が形成されておらず、高い結晶完全性が確保できていることも確認できた。これは、第二熱処理HTの前半を酸化雰囲気で行ったことにより、ウェーハ内に格子間シリコン原子Iが注入され、この格子間シリコン原子Iによって、第一熱処理HTによってウェーハ表層に導入された酸素析出核が消滅したためである(図5(c)参照)。 This wafer contains an OSF ring in the plane in the crystal growth stage, and the in-plane uniformity is not good at first, but the BMD size, BMD density, DZ width, etc. are very high in-plane uniformity. It was confirmed that it was obtained. This is because the BMD introduced at the time of crystal growth disappears in the high-temperature first heat treatment HT 1 , and after the crystal growth history is reset, new BMD nuclei are uniformly introduced in the plane when the first heat treatment HT 1 is cooled. It is to be done. Moreover, it was also confirmed by SP2 evaluation and SEM observation that oxygen precipitates were not formed on the wafer surface layer and high crystal integrity was ensured. This is because interstitial silicon atoms I are implanted into the wafer by performing the first half of the second heat treatment HT 2 in an oxidizing atmosphere, and the interstitial silicon atoms I are introduced into the wafer surface layer by the first heat treatment HT 1 . This is because the oxygen precipitation nuclei disappeared (see FIG. 5C).

また、図9に示すように、ウェーハ表面から約60μmまでの深さ領域に、酸素析出物がほとんど存在しない高品質なDZ層が形成されているとともに、約80μmの深さからBMD密度が立ち上がりはじめ、約200μm以上の深さのバルクでは、BMDの面内平均密度は4.0×10個/cm以上1.0×1010個/cm以下であり、BMD密度の面内ばらつきは1桁以内(本図中に示す矢印の長さの範囲内)であることが確認できた。このように高い密度のBMDが形成されていることにより、バルクの高い強度と、十分なゲッタリング能を確保することができる。 As shown in FIG. 9, a high-quality DZ layer having almost no oxygen precipitates is formed in a depth region from the wafer surface to about 60 μm, and the BMD density rises from a depth of about 80 μm. First, in the bulk having a depth of about 200 μm or more, the in-plane average density of BMD is 4.0 × 10 9 pieces / cm 3 or more and 1.0 × 10 10 pieces / cm 3 or less, and the in-plane variation of the BMD density Was within one digit (within the range of the length of the arrow shown in the figure). By forming a BMD having a high density in this way, it is possible to ensure a high bulk strength and a sufficient gettering ability.

このDZ層の幅は、このウェーハを用いて製造するデバイスの種類や用途に対応するように変更が求められることも多いが、第一熱処理HTにおける冷却速度Rや、第二熱処理HTにおける保持時間Dを変更することによって、その幅を自在に変更することができる。 The width of the DZ layer is often required to be changed so as to correspond to the type and application of a device manufactured using this wafer. However, the cooling rate R 2 in the first heat treatment HT 1 and the second heat treatment HT 2 are used. by changing the holding time D 2 in, it is possible to change the width freely.

また、図10に示すように、バルクにおけるBMDの平均サイズは約50nmであり、90%以上の数のBMDのサイズが35〜75nmの範囲内に収まっていることが確認できた。BMDはそのサイズが大きく(例えば100nm以上)なると、BMD自体が転位源となってウェーハの強度が低下し、デバイス製造工程においてオーバレイ等の問題を引き起こすことがある。そこで、BMDを上記のサイズ範囲内に制御することにより、ウェーハの強度低下に係る問題を防ぐことができる。   Moreover, as shown in FIG. 10, it was confirmed that the average size of BMD in the bulk was about 50 nm, and the size of BMD of 90% or more was within the range of 35 to 75 nm. When the size of the BMD is large (for example, 100 nm or more), the BMD itself becomes a dislocation source and the strength of the wafer is lowered, which may cause problems such as overlay in the device manufacturing process. Therefore, by controlling the BMD within the above size range, it is possible to prevent a problem related to a decrease in wafer strength.

第一熱処理HT(酸化雰囲気、保持温度Tが1350℃、冷却速度Rが5〜120℃/秒)及び第二熱処理HT(酸化/非酸化雰囲気、保持温度Tが1000℃)(実施例1〜4、比較例1)を行った後のBMD密度、BMD平均サイズ、及びDZ層幅の評価結果を図11に示す。冷却速度Rが小さくなるほどBMD密度は小さくなり、冷却速度Rが5℃/秒(比較例1)ではBMDがほとんど確認できなかった。また、冷却速度Rが小さくなるほどDZ層の幅は拡大した。その一方で、BMD平均サイズは、冷却速度Rを変化させてもほとんど変化せず、45〜60nmの範囲内であった。 First heat treatment HT 1 (oxidizing atmosphere, holding temperature T 1 is 1350 ° C., cooling rate R 2 is 5 to 120 ° C./second) and second heat treatment HT 2 (oxidizing / non-oxidizing atmosphere, holding temperature T 2 is 1000 ° C.) The evaluation results of the BMD density, the BMD average size, and the DZ layer width after (Examples 1 to 4, Comparative Example 1) are shown in FIG. As the cooling rate R 2 decreases, the BMD density decreases. When the cooling rate R 2 is 5 ° C./second (Comparative Example 1), BMD was hardly confirmed. The width enough DZ layer cooling rate R 2 becomes small expanded. On the other hand, BMD average size, be varied cooling rate R 2 hardly changes were within 45~60Nm.

上記のように、結晶育成履歴がリセットできることにより、OSFリングを含むウェーハのように、結晶引き上げ速度が比較的大きく、高い製造スループットを有する低コストのウェーハを採用することができ、多数のウェーハを一度に熱処理するバッチ式熱処理炉でなく枚葉式のランプアニール炉を用いたとしても、製造コストの面で優位に立つことができる。   As described above, since the crystal growth history can be reset, a low-cost wafer having a relatively high crystal pulling speed and a high manufacturing throughput can be adopted, such as a wafer including an OSF ring. Even if a single-wafer lamp annealing furnace is used instead of a batch-type heat treatment furnace that performs heat treatment at a time, it can stand out in terms of manufacturing cost.

第一熱処理HTにおける保持温度Tを1300℃とした場合(実施例5〜8)も、保持温度Tを1350℃とした場合と同様に、ウェーハ表層に高品質なDZ層が形成されているとともに、バルクには高い強度とゲッタリング能の確保に寄与し得る、十分なサイズと密度のBMDが形成されていることが確認できた。なお、結晶育成後に導入されたCOPのサイズによっては、第一熱処理HTにおける保持時間Dを若干長め(例えば45秒)とし、COPが確実に消滅するように条件変更した方が好ましい場合もある。 If the holding temperature T 1 of the first heat treatment HT 1 and 1300 ° C. (Examples 5-8) also the holding temperature T 1 of similarly to the case of the 1350 ° C., high-quality DZ layer is formed on the wafer surface layer In addition, it was confirmed that BMD having sufficient size and density that can contribute to securing high strength and gettering ability was formed in the bulk. Depending on the size of the COP introduced after crystal growth, the retention time D 1 in the first heat treatment HT 1 slightly with longer (e.g., 45 seconds), even if the COP is it is preferable that conditions changed to disappear reliably is there.

第一熱処理HTを実施例1と同様に行い、第二熱処理HTを酸化雰囲気のみで行った場合(実施例9)も、ウェーハ表層に高品質なDZ層が形成されることが確認できた。なお、第二熱処理HTを酸化雰囲気で行うと、非酸化雰囲気で行った場合と比較して、同じ保持時間DであってもBMDのサイズが小さめとなることがあるため、そのときは、第二熱処理HTの保持時間Dを適宜延長(例えば6時間)するように条件変更した方が好ましい場合もある。 When the first heat treatment HT 1 is performed in the same manner as in Example 1 and the second heat treatment HT 2 is performed only in an oxidizing atmosphere (Example 9), it can be confirmed that a high-quality DZ layer is formed on the wafer surface layer. It was. When the second heat treatment HT 2 is performed in an oxidizing atmosphere, the size of the BMD may be smaller even when the holding time D 2 is the same as that in a non-oxidizing atmosphere. there second heat treatment HT appropriate 2 of the holding time D 2 extending (e.g. 6 hours) when it is preferable that the conditions changed to be.

第一熱処理HTにおける雰囲気を非酸化雰囲気とした場合(比較例3)、この第一熱処理HT後に、SP2評価及びSEM観察によって、ウェーハ表層にCOPが残存していることが確認された。これは、非酸化雰囲気としたことによりウェーハ表面に酸化膜が形成されず、COPを消滅させるのに十分な量の格子間シリコン原子Iがウェーハ内に注入されなかったためと考えられる。 When the atmosphere in the first heat treatment HT 1 was a non-oxidizing atmosphere (Comparative Example 3), it was confirmed that after this first heat treatment HT 1 , COP remained on the wafer surface layer by SP2 evaluation and SEM observation. This is presumably because an oxide film was not formed on the wafer surface due to the non-oxidizing atmosphere, and a sufficient amount of interstitial silicon atoms I for annihilating COP was not injected into the wafer.

第一熱処理HTを実施例1と同様に行い、第二熱処理HTを非酸化雰囲気のみで行った場合(比較例4)、ウェーハ表層(ウェーハ表面から13μm程度までの深さ領域)に低密度の酸素析出物が存在していることが、SP2評価及びSEM観察によって確認された。これは、第一熱処理HTによって形成されたウェーハ表層の酸素析出核(OV)が、第二熱処理HTにおいて格子間シリコン原子Iが注入されなかったことにより、消滅することなくそのまま残存したためと考えられる。 When the first heat treatment HT 1 is performed in the same manner as in Example 1 and the second heat treatment HT 2 is performed only in a non-oxidizing atmosphere (Comparative Example 4), the wafer surface layer (depth region from the wafer surface to about 13 μm) is low. The presence of density oxygen precipitates was confirmed by SP2 evaluation and SEM observation. This is because the oxygen precipitation nuclei (O 2 V) on the wafer surface layer formed by the first heat treatment HT 1 remain as they are without disappearing because the interstitial silicon atoms I are not implanted in the second heat treatment HT 2 . It is thought that it was because.

なお、実施例1に係るウェーハと同じウェーハに対し、第一熱処理HT及び第二熱処理HTを行う代わりに、バッチ式熱処理炉を用いて、非酸化雰囲気(Ar中)においてBMDを成長させる熱処理(1100℃4時間)を行った。この熱処理後におけるレーザ散乱トモグラフ装置を用いた評価結果を図12に、BMD密度の深さ方向分布を図13に、BMDサイズの深さ方向分布を図14にそれぞれ示す。 In addition, instead of performing the first heat treatment HT 1 and the second heat treatment HT 2 on the same wafer as the wafer according to the first embodiment, a BMD is grown in a non-oxidizing atmosphere (in Ar) using a batch heat treatment furnace. Heat treatment (1100 ° C. for 4 hours) was performed. FIG. 12 shows the evaluation results using the laser scattering tomograph after the heat treatment, FIG. 13 shows the depth direction distribution of the BMD density, and FIG. 14 shows the depth direction distribution of the BMD size.

図12の結果から、BMDの形成状態がウェーハの面内位置によって大きく異なることが確認された。すなわち、結晶育成時にOSFリングが形成された領域(ウェーハの中心から100〜120mmの領域。本図(c)及び(d)参照)において、その内外と比較してBMD密度が低くなっていた。これは、本願発明においては、第一熱処理HTで1300℃以上の熱処理を行うことにより、結晶育成履歴がリセットされ、冷却中に新たにBMDの核形成がなされたのに対し、バッチ式熱処理炉による熱処理では熱処理温度が相対的に低いことに起因して、結晶育成履歴がそのまま残ってしまい、OSFリング領域で新たにBMDの核形成がなされなかったことに起因するためと考えられる。 From the result of FIG. 12, it was confirmed that the formation state of BMD greatly differs depending on the in-plane position of the wafer. That is, in the region where the OSF ring was formed during crystal growth (region of 100 to 120 mm from the center of the wafer; see FIGS. 3C and 3D), the BMD density was lower than that inside and outside. In the present invention, the crystal growth history is reset by performing heat treatment at 1300 ° C. or higher in the first heat treatment HT 1 , whereas BMD nucleation is newly performed during cooling, whereas batch-type heat treatment is performed. In the heat treatment by the furnace, it is considered that the crystal growth history remains as it is because the heat treatment temperature is relatively low, and this is because new BMD nucleation is not performed in the OSF ring region.

また、図13に示すように、BMD密度は1桁以上の大きな面内ばらつきがあることが確認された。このようにBMD密度に大きな面内ばらつきがあると、デバイス製造中に、ウェーハの特定箇所に応力が集中して、ウェーハが変形したり、応力によって新たに転位等の結晶欠陥が導入されたりする問題が生じ得る。また、ウェーハ表層のDZ層の幅は約10μmであった。このDZ層の幅は、本願発明の場合と異なり、熱処理条件の調整によって変更することが難しく、種類や用途の異なる種々のデバイス用として、容易に対応できない問題がある。   Further, as shown in FIG. 13, it was confirmed that the BMD density had a large in-plane variation of one digit or more. Thus, when there is a large in-plane variation in the BMD density, stress concentrates on a specific portion of the wafer during device manufacture, and the wafer is deformed, or crystal defects such as dislocations are newly introduced by the stress. Problems can arise. In addition, the width of the DZ layer on the wafer surface layer was about 10 μm. Unlike the case of the present invention, the width of the DZ layer is difficult to change by adjusting the heat treatment conditions, and there is a problem that it cannot be easily handled for various devices of different types and uses.

また、図14に示すように、バルクにおけるBMDのサイズは大サイズ側に偏っていることが確認できた。なお、レーザ散乱トモグラフ装置を用いた評価においては、BMDサイズが95nmを超えると測定が飽和状態となり、そのサイズが95nmであると評価されるため、実際には95nmよりもサイズが大きいBMDが多く存在している。このようにBMDサイズが大きくなると、ウェーハに熱応力等の外部応力が作用したときに、このBMD自体が転位源となって、ウェーハの変形やオーバレイ等の問題が生じる恐れが高まる。   Moreover, as shown in FIG. 14, it has confirmed that the size of BMD in the bulk was biased to the large size side. In the evaluation using the laser scattering tomograph device, when the BMD size exceeds 95 nm, the measurement is saturated, and the size is evaluated to be 95 nm. Therefore, there are actually many BMDs having a size larger than 95 nm. Existing. When the BMD size is increased in this way, when an external stress such as a thermal stress acts on the wafer, the BMD itself becomes a dislocation source, and there is a high possibility that problems such as wafer deformation and overlay will occur.

(4)第一熱処理後の空孔及び格子間シリコン原子のウェーハ深さ方向分布について
第一熱処理HTにおいて、ウェーハに導入される空孔V及び格子間シリコン原子Iのウェーハ深さ方向分布をシミュレーションした。このシミュレーションにおいては、空孔V及び格子間シリコン原子Iの拡散及び対消滅を考慮した次の数1に示す数式を用いている(K.Nakamura、Ph.D.Thesis,Tohoku University、Sendai.(2001))。右辺第1項が空孔V又は格子間シリコン原子Iのフラックス(拡散)を、右辺第2項が空孔Vと格子間シリコン原子Iの対消滅に相当する。
(4) Wafer depth direction distribution of vacancies and interstitial silicon atoms after first heat treatment In the first heat treatment HT 1 , the wafer depth direction distribution of vacancies V and interstitial silicon atoms I introduced into the wafer is shown. Simulated. In this simulation, the following equation 1 is used in consideration of diffusion and pair annihilation of vacancies V and interstitial silicon atoms I (K. Nakamura, Ph. D. Thesis, Tohoku University, Sendai. ( 2001)). The first term on the right side corresponds to the flux (diffusion) of vacancies V or interstitial silicon atoms I, and the second term on the right side corresponds to the pair annihilation of vacancies V and interstitial silicon atoms I.

数1におけるCは空孔V又は格子間シリコン原子Iの濃度、tは時間、Jは空孔V又は格子間シリコン原子Iのフラックス、Kは対消滅の反応定数であり、各添え字は、Vが空孔、Iが格子間シリコン原子、eqが熱平衡濃度を意味している。JI、Vは数2で、Kは数3でそれぞれ表される。 In Equation 1, C is the concentration of vacancies V or interstitial silicon atoms I, t is time, J is the flux of vacancies V or interstitial silicon atoms I, K is the reaction constant of pair annihilation, and each subscript is V is a vacancy, I is an interstitial silicon atom, and eq is a thermal equilibrium concentration. JI and V are expressed by Equation 2, and K is expressed by Equation 3, respectively.

数2、数3におけるDは拡散定数、aは対消滅反応の臨界距離、ΔGが対消滅反応のエネルギー障壁、kはボルツマン定数、Tは絶対温度である。 Number 2, the D in equation 3 diffusion constant, a c is the critical length of the annihilation reaction, the energy barrier of ΔG is annihilation reaction, k b is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature.

また、シリコン酸化界面での格子間シリコン原子の過飽和度は、次の数4に示す数式で求められる(S.Dunham,J.Appl.Phys.,71,685(1992))。   Further, the supersaturation degree of interstitial silicon atoms at the silicon oxide interface can be obtained by the following mathematical formula (S. Dunham, J. Appl. Phys., 71, 685 (1992)).

数4におけるA1、A2は、酸化の物性値から決まるパラメータである。   A1 and A2 in Equation 4 are parameters determined from the physical property values of oxidation.

また、数4中のdX/dtはシリコン表面の酸化速度であり、数5で表すことができる(B.E.Deal,A.S.Grove,J.Appl.Phys.,36,3770(1965))。   DX / dt in Equation 4 is the oxidation rate of the silicon surface and can be expressed by Equation 5 (BE Deal, AS Grove, J. Appl. Phys., 36, 3770 (1965). )).

数5におけるXは酸化膜厚さ、kはリニアレートコンスタント、kはパラボリックレートコンスタントである。 In Equation 5, X is the oxide film thickness, k l is the linear rate constant, and k p is the parabolic rate constant.

上記の各数式を用いて、第一熱処理HTを行ったときの空孔V及び格子間シリコン原子Iのウェーハ深さ方向分布をシミュレーションした。保持温度Tを1350℃、冷却速度Rを120℃/秒(実施例1)としたときの結果を図15に、保持温度Tを1350℃、冷却速度Rを5℃/秒(比較例1)としたときの結果を図16に、保持温度Tを1250℃、冷却速度Rを120℃/秒(比較例2)としたときの結果を図17に示す。いずれの熱処理も酸化雰囲気中で行っており、保持時間Dは30秒である。 The wafer depth direction distribution of the vacancies V and the interstitial silicon atoms I when the first heat treatment HT 1 was performed was simulated using the above mathematical formulas. FIG. 15 shows the results when the holding temperature T 1 is 1350 ° C. and the cooling rate R 2 is 120 ° C./second (Example 1), the holding temperature T 1 is 1350 ° C., and the cooling rate R 2 is 5 ° C./second ( FIG. 16 shows the results when Comparative Example 1) is shown, and FIG. 17 shows the results when the holding temperature T 1 is 1250 ° C. and the cooling rate R 2 is 120 ° C./second (Comparative Example 2). Any of the heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere, the retention time D 1 is 30 seconds.

各図においては、中央に第一熱処理HTのシーケンスを示し、さらに、熱処理の昇温中、保持温度Tでの保持中、冷却後の各段階(A〜E又はA〜D)における空孔V(破線)及び格子間シリコン原子I(実線)のウェーハ深さ方向分布をグラフで示している。 In each figure, the sequence of the first heat treatment HT 1 is shown at the center, and further, during the temperature rise of the heat treatment, during the holding at the holding temperature T 1 , and in each stage (A to E or A to D) after cooling. The wafer depth direction distribution of holes V (broken lines) and interstitial silicon atoms I (solid lines) is shown in a graph.

図15に示すように、昇温過程においては、ウェーハ表面から空孔V及び格子間シリコン原子Iがウェーハ内に注入され、両者の濃度が次第に上昇する(本図中のA〜C参照)。保持温度T(1350℃)に30秒保持すると、ウェーハの厚さ方向全体に亘って、空孔V及び格子間シリコン原子Iが保持温度Tにおける熱平衡濃度にほぼ達する。この保持温度Tにおける熱平衡濃度は格子間シリコン原子Iよりも空孔Vの濃度の方が若干高い。この保持温度Tからウェーハを冷却(120℃/秒)すると、空孔V、格子間シリコン原子Iともに、拡散及び対消滅によって濃度が低下するが、その低下の度合いは格子間シリコン原子Iの方が顕著である。このため、ウェーハの冷却後において、ウェーハ内に空孔Vが優勢に残存している。 As shown in FIG. 15, in the temperature rising process, vacancies V and interstitial silicon atoms I are injected into the wafer from the wafer surface, and the concentrations of both gradually increase (see AC in this figure). When held at the holding temperature T 1 (1350 ° C.) for 30 seconds, the vacancies V and interstitial silicon atoms I almost reach the thermal equilibrium concentration at the holding temperature T 1 over the entire thickness direction of the wafer. The thermal equilibrium concentration at the holding temperature T 1 is slightly higher in the concentration of the vacancies V than in the interstitial silicon atoms I. The holding temperature T 1 of the cooling wafers from (120 ° C. / sec), the vacancy V, interstitial silicon atoms I together, although the concentration by diffusion and annihilation decreases, the degree of decrease of the interstitial silicon atoms I Is more prominent. For this reason, after cooling of the wafer, vacancies V predominately remain in the wafer.

第一熱処理HTを行った後における空孔Vの濃度が1×1013/cm以上のときに、第二熱処理HTを行ったときのBMDの形成が促進されることが分かっており、図15に示す第一熱処理HTの条件においては、空孔濃度が1×1013/cm以上となるウェーハ表面から40μm以上の深さ領域でBMDが形成されることが予想される。この予想は、例えば図8等において確認できたDZ層の幅とほぼ整合している。 It has been found that when the concentration of vacancies V after the first heat treatment HT 1 is 1 × 10 13 / cm 3 or more, formation of BMD is promoted when the second heat treatment HT 2 is performed. Under the conditions of the first heat treatment HT 1 shown in FIG. 15, it is expected that BMD is formed in a depth region of 40 μm or more from the wafer surface where the vacancy concentration is 1 × 10 13 / cm 3 or more. This expectation is substantially consistent with the width of the DZ layer confirmed in FIG.

これに対し、図16に示すように、保持温度T(1350℃)からの冷却速度Rを小さくした場合(5℃/秒)、保持温度Tでの保持終了時点までの空孔V及び格子間シリコン原子Iの深さ方向分布は図15に示した場合と同じであるが、冷却速度Rが小さいことに起因して、空孔V及び格子間シリコン原子Iの拡散及び対消滅によって、冷却速度Rが大きい場合と比較してこれらの濃度がさらに低下する。特に空孔Vについて着目すると、その濃度はBMD形成の目安となる1×1013/cmを大きく下回っており、BMDが形成されないことが予想される。この予想は、図11において示したBMD密度の測定結果(本図中の比較例1参照)と整合している。 On the other hand, as shown in FIG. 16, when the cooling rate R 2 from the holding temperature T 1 (1350 ° C.) is reduced (5 ° C./second), the holes V up to the end of holding at the holding temperature T 1 and although the depth direction distribution of the interstitial silicon atoms I is the same as that shown in FIG. 15, due to the cooling rate R 2 is small, diffusion and annihilation of vacancies V and interstitial silicon atoms I Accordingly, these concentrations further reduced compared to when the cooling rate R 2 is large. In particular, when attention is paid to the pores V, the concentration is significantly lower than 1 × 10 13 / cm 3 which is a standard of BMD formation, and it is expected that BMD is not formed. This expectation is consistent with the measurement result of the BMD density shown in FIG. 11 (see Comparative Example 1 in this figure).

また、図17に示すように、保持温度Tを1250℃と低温化した場合、この保持温度Tで30秒保持した後の空孔V及び格子間シリコン原子Iの濃度は、図15等の場合と比較して、いずれも若干低めとなるとともに、図15等の場合と異なり、空孔Vよりも格子間シリコン原子Iの濃度の方が若干高い。この保持温度Tからウェーハを冷却(120℃/秒)すると、格子間シリコン原子Iと比較して空孔Vの濃度が顕著に減少する。その濃度はBMD形成の目安となる1×1013/cmを下回っており、BMDが形成されないことが予想される。この予想は、比較例2に係るウェーハにおいてBMDが形成されなかった結果(図示なし)と整合する。 As shown in FIG. 17, when the holding temperature T 1 is lowered to 1250 ° C., the concentrations of the vacancies V and the interstitial silicon atoms I after holding at the holding temperature T 1 for 30 seconds are as shown in FIG. Compared to the case of FIG. 15, both are slightly lower and the concentration of interstitial silicon atoms I is slightly higher than the holes V, unlike the case of FIG. The holding temperature T 1 of the cooling wafers from (120 ° C. / sec) Then, as compared to the interstitial silicon atoms I is the concentration of vacancies V significantly reduced. The concentration is lower than 1 × 10 13 / cm 3 which is a standard for BMD formation, and it is expected that BMD is not formed. This expectation is consistent with the result (not shown) in which BMD was not formed in the wafer according to Comparative Example 2.

(5)総括
上記のように、酸化雰囲気中において、ウェーハを1300℃以上1400℃以下の保持温度Tの範囲内で保持し、さらに10℃/秒以上150℃/秒以下の冷却速度Rで冷却する第一熱処理HTと、酸化雰囲気中において、ウェーハを800℃以上1250℃以下の保持温度Tの範囲内で保持する第二熱処理HTを連続的に行うことにより、ウェーハ表層のDZ層の結晶完全性を確保しつつ、バルクに十分な強度及びゲッタリング能を付与するためのBMDを形成することができる。
(5) Summary As described above, in the oxidizing atmosphere, the wafer is held within the range of the holding temperature T 1 of 1300 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower, and further the cooling rate R 2 of 10 ° C./second or higher and 150 ° C./second or lower. The first heat treatment HT 1 cooled in step 1 and the second heat treatment HT 2 for holding the wafer within the range of the holding temperature T 2 of 800 ° C. or higher and 1250 ° C. or lower in an oxidizing atmosphere are continuously performed. A BMD for imparting sufficient strength and gettering ability to the bulk can be formed while ensuring the crystal integrity of the DZ layer.

また、第一熱処理HTを酸化雰囲気で行うことにより、ウェーハ表面から格子間酸素がウェーハ表層に注入され、このウェーハ表層の高い強度を確保することができる。しかも、第一熱処理HTを高温の酸化雰囲気で行うことにより、結晶育成時に導入されたCOP及びBMD(BMD核)が完全に消滅し、結晶育成履歴をリセットすることができる。このため、ウェーハ面内にOSFリングが含まれるウェーハのように、ウェーハ自体の製造スループットが高いものの面内均一性に劣るウェーハも問題なく採用することができ、結晶育成からウェーハ熱処理まで含めたトータルの製造コストの削減を図ることができる。 Further, by performing the first heat treatment HT 1 in an oxidizing atmosphere, interstitial oxygen from the wafer surface is injected into the wafer surface layer, it is possible to secure high strength of the wafer surface layer. Moreover, the first heat treatment HT 1 by performing a high temperature oxidizing atmosphere, COP was introduced during crystal growth and BMD (BMD nuclei) was disappeared completely, it is possible to reset the crystal growth history. For this reason, wafers with high wafer manufacturing throughput but inferior in-plane uniformity, such as wafers that include an OSF ring in the wafer surface, can be used without problems, and the total including crystal growth and wafer heat treatment can be adopted. The manufacturing cost can be reduced.

なお、上記の第一熱処理HT及び第二熱処理HTのシーケンスはあくまでも一例である。ウェーハの表層及びバルクの強度を確保しつつ、結晶品質の面内均一性を高める、という本願発明の課題を解決し得る限りにおいて、例えば、保持温度Tを時間経過ともに1300℃以上1400℃以下の範囲内で徐々に変化させたり、第一熱処理HTと第二熱処理HTの間、あるいはその前後に、追加的な熱処理を行ったりすることも許容される。また、酸化雰囲気において形成された酸化膜を、一連の工程の途中で剥離する工程を設けることもできる。 Incidentally, the first heat treatment HT 1 and the second heat treatment HT 2 sequences described above is merely an example. As long as the problem of the present invention of improving the in-plane uniformity of the crystal quality can be solved while ensuring the strength of the surface layer and the bulk of the wafer, for example, the holding temperature T 1 is 1300 ° C. or more and 1400 ° C. or less over time. gradually or varied in the range of, between the first heat treatment HT 1 and the second heat treatment HT 2 or before and after, it is acceptable or perform additional heat treatment. In addition, a step of peeling the oxide film formed in the oxidizing atmosphere in the middle of a series of steps can be provided.

Claims (3)

チョクラルスキー法で育成されたシリコンインゴットから切り出されたシリコンウェーハに対し、酸化雰囲気中において、1300℃以上1400℃以下の保持温度で熱処理する第1工程と、
前記第1工程で熱処理したシリコンウェーハを、酸化雰囲気中において、10℃/秒以上150℃/秒以下の冷却速度で冷却する第2工程と、
前記第2工程で冷却したシリコンウェーハを、酸化雰囲気中において、800℃以上1250℃以下の保持温度で1時間以上100時間以下熱処理する第3工程と、
前記第3工程で熱処理したシリコンウェーハを、非酸化雰囲気中において、800℃以上1250℃以下の保持温度で1時間以上100時間以下熱処理する第4工程と、
を有するシリコンウェーハの熱処理方法。
A first step of heat-treating a silicon wafer cut from a silicon ingot grown by the Czochralski method at a holding temperature of 1300 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower in an oxidizing atmosphere;
A second step of cooling the silicon wafer heat-treated in the first step at a cooling rate of 10 ° C./second or more and 150 ° C./second or less in an oxidizing atmosphere;
A third step of heat-treating the silicon wafer cooled in the second step in an oxidizing atmosphere at a holding temperature of 800 ° C. to 1250 ° C. for 1 hour to 100 hours;
A fourth step of heat-treating the silicon wafer heat-treated in the third step at a holding temperature of 800 ° C. or higher and 1250 ° C. or lower for 1 hour or more and 100 hours or less in a non-oxidizing atmosphere ;
A method for heat treating a silicon wafer.
前記第1工程前の段階における前記シリコンウェーハ中に存在する空洞欠陥の平均サイズが、同体積の球状換算値において、直径80nm以下であり、かつ前記空洞欠陥の密度が100個/cm以上である請求項に記載のシリコンウェーハの熱処理方法。 The average size of the cavity defects existing in the silicon wafer in the stage before the first step is a diameter of 80 nm or less and the density of the cavity defects is 100 pieces / cm 3 or more in a spherical equivalent value of the same volume. The silicon wafer heat treatment method according to claim 1 . 前記第2工程における冷却速度を変化させることによって、又は前記第3工程における保持時間を変化させることによって、シリコンウェーハ表面からの無欠陥層の深さを変化させる請求項1又は2に記載のシリコンウェーハの熱処理方法。 By varying the cooling rate in the second step, or by changing the retention time in the third step, the silicon according to claim 1 or 2 to change the depth of the denuded from the silicon wafer surface Wafer heat treatment method.
JP2014082050A 2014-04-11 2014-04-11 Heat treatment method for silicon wafer Active JP5976030B2 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014082050A JP5976030B2 (en) 2014-04-11 2014-04-11 Heat treatment method for silicon wafer
KR1020150049712A KR101829505B1 (en) 2014-04-11 2015-04-08 Method for heat treatment of silicon wafer and silicon wafer
TW104111696A TWI591726B (en) 2014-04-11 2015-04-10 Silicon wafer heat treatment methods, and silicon wafers
CN201510167489.6A CN104979191B (en) 2014-04-11 2015-04-10 The heat treatment method and silicon wafer of silicon wafer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014082050A JP5976030B2 (en) 2014-04-11 2014-04-11 Heat treatment method for silicon wafer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015204326A JP2015204326A (en) 2015-11-16
JP5976030B2 true JP5976030B2 (en) 2016-08-23

Family

ID=54275590

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014082050A Active JP5976030B2 (en) 2014-04-11 2014-04-11 Heat treatment method for silicon wafer

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP5976030B2 (en)
KR (1) KR101829505B1 (en)
CN (1) CN104979191B (en)
TW (1) TWI591726B (en)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107154354B (en) 2016-03-03 2020-12-11 上海新昇半导体科技有限公司 Method for heat treatment of wafer
JP6558308B2 (en) * 2016-06-08 2019-08-14 信越半導体株式会社 Highly sensitive defect evaluation method for silicon wafer and method for producing silicon single crystal
US9899297B1 (en) 2016-09-30 2018-02-20 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor device having a through-silicon via and manufacturing method thereof
DE102017219255A1 (en) 2017-10-26 2019-05-02 Siltronic Ag Semiconductor wafer of monocrystalline silicon
JP6978928B2 (en) * 2017-12-25 2021-12-08 グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 Evaluation method of silicon wafer
DE102018203945B4 (en) * 2018-03-15 2023-08-10 Siltronic Ag Process for the manufacture of semiconductor wafers
JP7051560B2 (en) * 2018-04-26 2022-04-11 グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 Heat treatment method for silicon wafer
CN110965127A (en) * 2019-12-10 2020-04-07 中国电子科技集团公司第四十六研究所 Heat treatment strengthening process for ultrathin silicon single crystal slices
JP2021130578A (en) * 2020-02-19 2021-09-09 グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 Method for manufacturing semiconductor silicon wafer
CN112652532A (en) * 2020-12-22 2021-04-13 长江存储科技有限责任公司 Method for forming semiconductor structure
CN114280072B (en) * 2021-12-23 2023-06-20 宁夏中欣晶圆半导体科技有限公司 Method for detecting BMD in monocrystalline silicon body
JP2024008390A (en) * 2022-07-08 2024-01-19 株式会社Sumco Silicon wafer and manufacturing method therefor

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05275431A (en) * 1992-03-25 1993-10-22 Mitsubishi Materials Corp Ig heat treatment method of silicon wafer
JP4385539B2 (en) * 2001-03-29 2009-12-16 株式会社Sumco Heat treatment method for silicon single crystal wafer
US8476149B2 (en) * 2008-07-31 2013-07-02 Global Wafers Japan Co., Ltd. Method of manufacturing single crystal silicon wafer from ingot grown by Czocharlski process with rapid heating/cooling process
JP2010040587A (en) * 2008-07-31 2010-02-18 Covalent Materials Corp Method of manufacturing silicon wafer
KR101657970B1 (en) * 2009-04-13 2016-09-20 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 Anneal wafer, method for manufacturing anneal wafer, and method for manufacturing device
JP5944643B2 (en) * 2011-09-28 2016-07-05 グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 Heat treatment method for silicon wafer

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150118037A (en) 2015-10-21
TW201546902A (en) 2015-12-16
JP2015204326A (en) 2015-11-16
CN104979191A (en) 2015-10-14
KR101829505B1 (en) 2018-02-14
TWI591726B (en) 2017-07-11
CN104979191B (en) 2018-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5976030B2 (en) Heat treatment method for silicon wafer
KR100573473B1 (en) Silicon wafer and method of fabricating the same
JP6044660B2 (en) Silicon wafer manufacturing method
KR101684873B1 (en) Method of manufacturing silicon substrate, and silicon substrate
JP2008028355A (en) Silicon wafer manufacturing method, and silicon wafer manufactured by the method
JP5251137B2 (en) Single crystal silicon wafer and manufacturing method thereof
US20230307505A1 (en) Silicon wafer and manufacturing method of the same
WO2012114659A1 (en) Method of manufacturing silicon substrate and silicon substrate
JP6293087B2 (en) Semiconductor wafer made of silicon and method of manufacturing the same
KR20150017684A (en) Silicon wafer and method for manufacturing the same
JP5567259B2 (en) Silicon wafer and manufacturing method thereof
JP6118765B2 (en) Heat treatment method for silicon single crystal wafer
JP5944643B2 (en) Heat treatment method for silicon wafer
JP2010003922A (en) Production process of silicon wafer
JP2008166517A (en) Manufacturing method of semiconductor substrate
US20130078588A1 (en) Method for heat-treating silicon wafer
JP6317700B2 (en) Silicon wafer manufacturing method
KR20100127682A (en) Silicon wafer having proximity gettering ability at low-temperature processes and manufacturing method therefor
JP5441261B2 (en) Heat treatment method for silicon wafer
JP2024008390A (en) Silicon wafer and manufacturing method therefor
JP2019192831A (en) Heat treatment method for silicon wafer
JP2010123588A (en) Silicon wafer and heat treatment method thereof
KR20130100987A (en) Heat treatment method for wafer, method for producing silicon wafer, silicon wafer, and heat treatment apparatus
JP2005272239A (en) Method for manufacturing silicon single crystal substrate

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160308

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160412

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160531

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160621

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160719

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5976030

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250