JP6044277B2 - Manufacturing method of silicon single crystal wafer - Google Patents

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Description

本発明はメモリー、CPU、システムLSI、パワーデバイス、撮像素子、太陽電池など半導体デバイスの材料として用いられるシリコン単結晶ウェーハ、それを製造するためのシリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶ウェーハの製造方法に関する。   The present invention relates to a silicon single crystal wafer used as a material for a semiconductor device such as a memory, a CPU, a system LSI, a power device, an image sensor, and a solar cell, a method for manufacturing a silicon single crystal for manufacturing the silicon single crystal wafer, and a silicon single crystal wafer Regarding the method.

近年、先端半導体デバイスに用いられるウェーハは高品質化が進み、表層近傍の無欠陥化が標準的になりつつある。これらを満足させる方法として、結晶育成時に精密な制御をして無欠陥の結晶を育成する方法、結晶育成時にはVoid欠陥と呼ばれるVacancy型の点欠陥が集合した欠陥を有するがその上にエピタキシャル(EP)層を形成する方法、もしくは同様にVoid欠陥を有するウェーハを高温熱処理する方法、更には酸化膜を介して無欠陥層を貼り合わせる方法など、様々な方法で無欠陥化の達成が試みられている。上記の方法により製造されたウェーハの無欠陥化はパーティクルカウンター等の様々な方法で確認されるが、それらの高感度化に伴いより高いレベルでの無欠陥化が要求される様になってきている。   In recent years, the quality of wafers used for advanced semiconductor devices has been improved, and defect-free near the surface layer is becoming standard. As a method of satisfying these, there is a method of growing a defect-free crystal by precise control at the time of crystal growth, and at the time of crystal growth, there is a defect in which a vacancy type point defect called a void defect is gathered, but an epitaxial (EP ) Attempts to achieve defect-free by various methods such as a method of forming a layer, a method of high-temperature heat treatment of a wafer having a void defect, and a method of bonding a defect-free layer through an oxide film. Yes. Defect elimination of wafers manufactured by the above method is confirmed by various methods such as a particle counter, but with higher sensitivity, defect elimination at a higher level has come to be required. Yes.

一方で、無欠陥化だけでなく、ウェーハの抵抗率の精密な制御法も要求される様になってきている。例えば、携帯電話やデジタルカメラに使われる撮像素子では光電効果によりキャリアを生成させ、それをエネルギー障壁内に溜め、光の強弱を認識するが、光電効果やエネルギー障壁特性は抵抗率に依存して変化する。また、省エネルギーデバイスとして需要が伸びているパワーデバイスでは、電流を流しているときのOn抵抗や電流を止めている時の耐圧が重要な特性であるが、これも抵抗率に影響される。従って、抵抗率を精密に制御することが必要であるが、そのためにはデバイス中に発生するドナーにも注目する必要がある。   On the other hand, not only defect-free but also a precise control method of the resistivity of the wafer has been required. For example, image sensors used in mobile phones and digital cameras generate carriers by the photoelectric effect and store them in the energy barrier to recognize the intensity of light. The photoelectric effect and energy barrier characteristics depend on the resistivity. Change. In power devices where demand is increasing as energy-saving devices, On resistance when current is flowing and breakdown voltage when current is stopped are important characteristics, which are also affected by resistivity. Therefore, it is necessary to precisely control the resistivity, but in order to do so, it is also necessary to pay attention to the donor generated in the device.

一般的に、チョクラルスキー(CZ)法によって製造された結晶から切り出されたウェーハは酸素を含んでおり、この酸素がドナー化して抵抗率が変化してしまうというデメリットがある。従って、低酸素濃度化すればこのドナーの影響を低減することが可能である。一方で、この酸素がデバイス熱処理中に析出しBMD(Bulk Micro Defect)を形成すると汚染不純物を捕らえてくれる(ゲッタリング)というメリットもあり、従来は比較的高酸素濃度結晶が用いられてきた。しかし近年のデバイス工程の進歩により、必ずしもゲッタリング能力が必要ということはなくなってきており、また、BMDが耐圧劣化やリークを起こすというデメリットもあるため、ウェーハの低酸素濃度化が有効な選択肢のひとつと考えられてきている。   In general, a wafer cut from a crystal manufactured by the Czochralski (CZ) method contains oxygen, and this oxygen has a demerit that it becomes a donor and the resistivity changes. Therefore, if the oxygen concentration is lowered, the influence of this donor can be reduced. On the other hand, when oxygen is deposited during device heat treatment to form BMD (Bulk Micro Defect), there is a merit that it captures contaminating impurities (gettering). Conventionally, relatively high oxygen concentration crystals have been used. However, due to recent advances in device processes, gettering capability is no longer necessary, and there is a demerit that BMD causes breakdown voltage degradation and leakage, so reducing the oxygen concentration of the wafer is an effective option. It has been considered one.

CZ単結晶は、一般的に石英ルツボ内で溶融されたシリコン原料から育成される。この際に石英ルツボから酸素が溶出する。溶出した酸素の大半は蒸発してしまうが、極一部はシリコン原料のメルト内を通じて結晶成長界面直下まで届くので、育成されたシリコン単結晶は酸素を含有している。この含有された酸素はデバイス作製時等の熱処理によって移動凝集してBMDと呼ばれる酸素析出物を形成する。先に述べたように、BMDが形成されると不純物をゲッタリングすると言う利点がある一方、リークや耐圧の問題が発生する可能性がある。BMDは酸素濃度を低下させると極端に発生を抑えることができる。低酸素濃度化技術としては特許文献1には磁場印加CZ(MCZ)法で結晶回転やルツボ回転を低速化させることが開示されており、2×1017(atoms/cm)といったかなりの低酸素濃度を達成できることが知られている。 A CZ single crystal is generally grown from a silicon raw material melted in a quartz crucible. At this time, oxygen is eluted from the quartz crucible. Most of the dissolved oxygen evaporates, but a very small portion reaches the crystal growth interface directly through the melt of the silicon raw material, so that the grown silicon single crystal contains oxygen. The contained oxygen moves and aggregates by heat treatment during device fabrication or the like to form oxygen precipitates called BMD. As described above, when the BMD is formed, there is an advantage that the impurities are gettered. On the other hand, there is a possibility that problems of leakage and breakdown voltage may occur. Generation of BMD can be extremely suppressed when the oxygen concentration is lowered. As a technique for reducing the oxygen concentration, Patent Document 1 discloses that the crystal rotation and the crucible rotation are slowed down by a magnetic field application CZ (MCZ) method, which is considerably low as 2 × 10 17 (atoms / cm 3 ). It is known that oxygen concentrations can be achieved.

また、CZ単結晶中には結晶成長中に形成される結晶欠陥(Grown−in欠陥)が存在していることが知られている。通常、シリコン単結晶には、真性の点欠陥であるVacancyとInterstitial Siとがある。これらの真性の点欠陥の飽和濃度は温度の関数であり、結晶育成中の急激な温度の低下に伴い、点欠陥の過飽和状態が発生する。過飽和となった点欠陥は、対消滅や外方拡散・坂道拡散などによって、過飽和状態を緩和する方向に進む。一般的にはこの過飽和状態を完全に解消できるわけではなく、最終的にVacancyかInterstitial Siかのどちらか一方が優勢な過飽和の点欠陥として残る。結晶成長速度が速いとVacancyが過飽和状態となりやすく、逆に結晶成長速度が遅いとInterstitial Siが過飽和状態になりやすいことが知られている。この過飽和状態の濃度がある一定以上となれば、これらが凝集し、結晶成長中に結晶欠陥(Grown−in欠陥)を形成する。   Further, it is known that a crystal defect (Grown-in defect) formed during crystal growth exists in the CZ single crystal. Generally, silicon single crystals include vacancy and interstitial Si, which are intrinsic point defects. The saturation concentration of these intrinsic point defects is a function of temperature, and a supersaturation state of point defects occurs with a rapid decrease in temperature during crystal growth. The supersaturated point defect proceeds in the direction of mitigating the supersaturated state by pair annihilation, outward diffusion and slope diffusion. In general, this supersaturated state cannot be completely eliminated, and eventually either Vacancy or Interstitial Si remains as a dominant supersaturated point defect. It is known that when the crystal growth rate is high, vacancy is likely to be in a supersaturated state, and conversely, if the crystal growth rate is low, interstitial Si is likely to be in a supersaturated state. If the concentration of the supersaturated state becomes a certain level or more, they aggregate and form crystal defects (Grown-in defects) during crystal growth.

Vacancyが優勢な領域(V領域)の場合のGrown−in欠陥としてはOSF核やVoid欠陥が知られている。OSF核は、結晶から切り出したサンプルをウェット酸素雰囲気中で1100℃程度の高温で熱処理すると、表面からInterstitial Siが注入され、OSF核の周りで積層欠陥(SF)が成長し、このサンプルを選択エッチング液内で揺動させながら選択エッチングした際に積層欠陥として観察される欠陥である。酸化処理によって積層欠陥が成長することからOSF(Oxygen induced Stacking Fault)と呼ばれている。   OSF nuclei and void defects are known as grown-in defects in the case of a vacancy dominant region (V region). When the OSF nucleus is heat-treated at a high temperature of about 1100 ° C. in a wet oxygen atmosphere, Interstitial Si is injected from the surface, and stacking faults (SF) grow around the OSF nucleus, and this sample is selected. This is a defect observed as a stacking fault when selective etching is performed while rocking in the etching solution. This is called OSF (Oxygen Induced Stacking Fault) because stacking faults grow due to oxidation treatment.

Void欠陥は、Vacancyが集まってできた空洞状の欠陥であり、内部の壁に内壁酸化膜と呼ばれる酸化膜が形成されていることが知られている。この欠陥は、検出される方法によって幾つかの呼称が存在する。レーザー光線をウェーハ表面に照射し、その反射光・散乱光などを検出するパーティクルカウンターによって観察された場合はCOP(Crystal Originated Particle)と呼ばれる。選択エッチング液内でサンプルを揺動させないで比較的長時間放置したあとに流れ模様として観察された場合は、FPD(Flow Pattern Defect)と呼ばれる。赤外レーザー光線をウェーハの表面から入射し、その散乱光を検出する赤外散乱トモグラフ(LST: Laser Scattering Tomography)によって観察された場合には、LSTDと呼ばれる。これらは検出方法が異なっているが全てVoid欠陥であると考えられている。   The void defect is a hollow defect formed by collecting vacancy, and it is known that an oxide film called an inner wall oxide film is formed on the inner wall. This defect has several names depending on how it is detected. When it is observed by a particle counter that irradiates the wafer surface with a laser beam and detects its reflected light, scattered light, etc., it is called COP (Crystal Originated Particle). When the sample is observed as a flow pattern after being left for a relatively long time without shaking in the selective etching solution, it is called FPD (Flow Pattern Defect). When an infrared laser beam is incident from the surface of the wafer and observed by an infrared scattering tomograph (LST) that detects the scattered light, it is called LSTD. Although these detection methods are different, they are all considered to be void defects.

一方でInterstitial Siが優勢な場合、Interstitial Siが凝集した結晶欠陥が形成される。これの正体は明確ではないが転位ループ等と考えられており、巨大なものは転位ループクラスターとしてTEM(Transmission Electron Microscopy)観察される。このInterstitial SiのGrown−in欠陥は、FPDと同様のエッチング方法、つまり選択エッチング液内でサンプルを揺動させないで比較的長時間放置することで、貝殻状の大きなピットとして観察される。これはLEP(Large Etch Pit)と呼ばれている。   On the other hand, when Interstitial Si is dominant, crystal defects in which Interstitial Si is aggregated are formed. Although the identity of this is not clear, it is considered as a dislocation loop or the like, and a huge one is observed as a dislocation loop cluster by TEM (Transmission Electron Microscopy). This Inter-Si Grown-in defect is observed as a large shell-like pit when the sample is left for a relatively long time without shaking the sample in the selective etching solution, that is, the same etching method as FPD. This is called LEP (Large Etch Pit).

特開平5−155682号公報JP-A-5-155682 特開2000−44389号公報JP 2000-44389 A 特開2000−109396号公報JP 2000-109396 A 特開2001−106594号公報JP 2001-106594 A 特開2000−344598号公報JP 2000-344598 A 特開2010−16099号公報JP 2010-16099 A

前述したように、EPウェーハは、サブウェーハ表面にVoid欠陥があってもEP層を堆積させる際に埋まるので、表面無欠陥を満たすことのできるウェーハのひとつである。そのため、従来ではサブに用いるウェーハに低欠陥ウェーハや無欠陥ウェーハを用いることはなかった。しかし、EPウェーハでは、EP層の堆積時にウェーハが高温の熱履歴を受けることにより、酸素析出ができにくくなり、ゲッタリング能力が低くなるという問題があった。この問題に対し、特許文献2では窒素をドープしてゲッタリング能力を向上する技術が開示されている。しかし、窒素ドープにより高温でも安定した酸素析出物が発生し、EP層に欠陥が生じてしまうという問題がさらに起こった。特許文献3ではこのような欠陥を防ぐためサブの欠陥サイズを直径換算で0.1μm以上かつ欠陥密度を5×10/cm以下と規定している。また、この問題に対し、特許文献4ではウェーハを低酸素濃度化する方法が開示されている。それでもなお、これらはまだ充分に低欠陥レベルとは言えなかった。特に最近では、EPウェーハのコストダウンのためにEP層を薄くしたり、評価機器の高感度化などにより、EP層の下のサブのGrown−in欠陥が透けて見えたり、サブのGrown−in欠陥のためにわずかにEP層が窪んだり、という問題が顕在化してきており、このレベルでは不十分であった。 As described above, the EP wafer is one of the wafers that can fill the surface-free defects because the EP wafer is filled when the EP layer is deposited even if there are void defects on the surface of the sub-wafer. Therefore, conventionally, a low-defective wafer or a non-defective wafer has not been used as a wafer used for the sub. However, the EP wafer has a problem that the wafer is subjected to a high-temperature thermal history during the deposition of the EP layer, so that it is difficult to precipitate oxygen and the gettering ability is lowered. To solve this problem, Patent Document 2 discloses a technique for improving gettering ability by doping nitrogen. However, nitrogen doping resulted in the generation of stable oxygen precipitates even at high temperatures, which further caused defects in the EP layer. In Patent Document 3, in order to prevent such a defect, the sub defect size is defined as 0.1 μm or more in terms of diameter and the defect density is 5 × 10 4 / cm 3 or less. In order to solve this problem, Patent Document 4 discloses a method for reducing the oxygen concentration of a wafer. Nevertheless, these were not yet sufficiently low defect levels. In particular, recently, the EP layer has been thinned to reduce the cost of the EP wafer, and the sub-grown-in defect under the EP layer can be seen through due to the increased sensitivity of the evaluation equipment, etc. The problem that the EP layer is slightly depressed due to defects has become apparent, and this level is insufficient.

さらに特許文献5では、窒素と炭素とをドープして無欠陥にしたウェーハにEP層を積む技術が開示されている。しかし、炭素をドープするとキャリアが異常拡散したり、酸素析出が過剰に発生したり、または炭素と酸素からなるNewドナーを形成したり、といった問題がある。なお、上記に示した発明は、いずれもゲッタリング能力を期待してなされたものであり、BMDが発生することを狙っている。しかし、先に述べたように、近年のデバイスプロセスの向上によりゲッタリング能力が不要な場合もでてきており、そのような場合に用いるにはBMDは耐圧特性やリーク特性の劣化を招く可能性がある技術であった。   Further, Patent Document 5 discloses a technique for stacking an EP layer on a wafer that has been made defect-free by doping nitrogen and carbon. However, when carbon is doped, there are problems such as abnormal diffusion of carriers, excessive precipitation of oxygen, or formation of a new donor composed of carbon and oxygen. The above-described inventions are all made with the expectation of gettering ability and aim to generate BMD. However, as described above, there are cases where gettering capability is not required due to recent improvements in device processes, and BMD may cause deterioration of breakdown voltage characteristics and leakage characteristics in such cases. There was a technology.

これらを解決可能な技術として、特許文献6には低酸素無欠陥結晶から切り出されたサブにEP層を積む技術が開示されている。しかしながら、低酸素濃度化することによりウェーハ強度が低下してしまい、EP層を積む際にスリップが生じてしまうという問題があった。
このような状況から、EPウェーハのサブとして用いることのできる低欠陥ウェーハ又は無欠陥ウェーハが要求されていた。
As a technique that can solve these problems, Patent Document 6 discloses a technique in which an EP layer is stacked on a sub-cut from a low oxygen defect-free crystal. However, there has been a problem that the wafer strength is reduced by reducing the oxygen concentration, and slipping occurs when the EP layer is stacked.
Under such circumstances, a low-defective wafer or a non-defective wafer that can be used as a sub of the EP wafer has been demanded.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、CZ法によるシリコン単結晶の製造方法であって、Grown−in欠陥特性に優れ、かつスリップ耐性があり、さらに酸素ドナーが発生しにくく、EPサブ等に用いた場合にも好適な結晶を製造できる成長条件を明らかにし、さらに酸素濃度の低下によって製造のマージンが広がる点を明確にすることで効率よく製造できることを示し、それにより先端半導体デバイスの材料として好適に用いることのできるシリコン単結晶を高生産性(高成長速度)かつ高歩留り(高製造マージン)で製造する方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is a method for producing a silicon single crystal by the CZ method, has excellent Grown-in defect characteristics, has slip resistance, and generates oxygen donors. It is difficult to clarify the growth conditions that can produce suitable crystals even when used in EP subs, etc., and further shows that the production margin can be expanded by decreasing the oxygen concentration, and that it can be efficiently produced, thereby It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a silicon single crystal that can be suitably used as a material for advanced semiconductor devices with high productivity (high growth rate) and high yield (high manufacturing margin).

上記課題を解決するために、本発明は、
チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、
前記シリコン単結晶中の窒素濃度[N]が1×1013(/cm)以上5×1015(/cm)以下、かつ、酸素濃度[Oi]が9.2×1017(atoms/cm ASTM’79)以下であり、前記シリコン単結晶の育成における成長速度をV(mm/min)、結晶成長界面近傍での温度勾配をG(K/mm)とした場合にその比V/Gが、0.17≦V/G≦−1.85×10−19×[Oi]+0.36を満たす成長条件で単結晶を成長することで、選択エッチングによりFPD及びLEPが検出されないシリコン単結晶を製造することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention provides:
A method for producing a silicon single crystal by the Czochralski method,
The nitrogen concentration [N] in the silicon single crystal is 1 × 10 13 (/ cm 3 ) or more and 5 × 10 15 (/ cm 3 ) or less, and the oxygen concentration [Oi] is 9.2 × 10 17 (atoms / cm 3 ASTM'79) or less, the growth rate in growing the silicon single crystal is V (mm / min), and the temperature gradient in the vicinity of the crystal growth interface is G (K / mm). G grows a single crystal under the growth conditions satisfying 0.17 ≦ V / G ≦ −1.85 × 10 −19 × [Oi] +0.36, so that FPD and LEP are not detected by selective etching. A method for producing a silicon single crystal, characterized by producing a crystal.

このようなシリコン単結晶の製造方法によれば、Grown−in欠陥特性に優れ、かつスリップ耐性があり、さらに酸素ドナーが発生しにくいシリコン単結晶を製造できる。   According to such a method for producing a silicon single crystal, it is possible to produce a silicon single crystal that has excellent Grown-in defect characteristics, has slip resistance, and is unlikely to generate oxygen donors.

また、前記シリコン単結晶中の酸素濃度[Oi]が4.0×1017(atoms/cm ASTM’79)以下であり、前記成長条件を0.17≦V/G≦−1.25×10−19×[Oi]+0.24を満たすものとすることで、LSTDが検出されないシリコン単結晶を製造することが好ましい。 The oxygen concentration [Oi] in the silicon single crystal is 4.0 × 10 17 (atoms / cm 3 ASTM′79) or less, and the growth condition is 0.17 ≦ V / G ≦ −1.25 ×. By satisfying 10 −19 × [Oi] +0.24, it is preferable to manufacture a silicon single crystal in which LSTD is not detected.

このようなシリコン単結晶の製造方法であれば、さらにGrown−in欠陥特性を向上させたシリコン単結晶を製造することができる。   With such a silicon single crystal manufacturing method, a silicon single crystal with further improved Grown-in defect characteristics can be manufactured.

さらに、前記シリコン単結晶の製造方法で製造されたシリコン単結晶から切り出したシリコン単結晶ウェーハにエピタキシャル層を堆積させるシリコン単結晶ウェーハの製造方法を提供する。   Furthermore, the present invention provides a method for producing a silicon single crystal wafer in which an epitaxial layer is deposited on a silicon single crystal wafer cut out from the silicon single crystal produced by the method for producing a silicon single crystal.

このような製造方法であれば、低酸素濃度であっても窒素がドープされているためスリップ耐性に優れておりエピタキシャル層の堆積を容易に行うことができる。また、サブのGrown−in欠陥特性が優れているため、エピ欠陥のないエピタキシャルウェーハを製造できる。   Such a manufacturing method is excellent in slip resistance because nitrogen is doped even at a low oxygen concentration, and the epitaxial layer can be easily deposited. Moreover, since the sub-Grown-in defect characteristic is excellent, an epitaxial wafer having no epi defect can be manufactured.

さらに、前記シリコン単結晶の製造方法で製造されたシリコン単結晶から切り出したシリコン単結晶ウェーハに熱処理を施すシリコン単結晶ウェーハの製造方法を提供する。   Furthermore, the present invention provides a method for producing a silicon single crystal wafer, in which a silicon single crystal wafer cut out from the silicon single crystal produced by the method for producing a silicon single crystal is subjected to heat treatment.

このような製造方法であれば、低酸素濃度であっても窒素がドープされているため熱処理を施す際のスリップ耐性を強化することができ、また、サブのGrown−in欠陥特性が優れているので、表面近傍の欠陥が消えているアニールウェーハを製造できる。   With such a manufacturing method, since nitrogen is doped even at a low oxygen concentration, the slip resistance during heat treatment can be enhanced, and the sub-row-in defect characteristics are excellent. Therefore, an annealed wafer in which defects near the surface have disappeared can be manufactured.

また、前記シリコン単結晶ウェーハの裏面に、ポリシリコン膜形成、サンドブラスト、イオン注入のいずれかの処理を施し外因性ゲッタリング能力を付加させることが好ましい。   Further, it is preferable to add an exogenous gettering capability to the back surface of the silicon single crystal wafer by performing any one of polysilicon film formation, sandblasting, and ion implantation.

このように、上記製造方法で製造されたシリコン単結晶ウェーハは、必要に応じて外因性ゲッタリング能力を付加させることができる。   In this way, the silicon single crystal wafer manufactured by the above manufacturing method can be added with an exogenous gettering capability as required.

さらに、上記シリコン単結晶ウェーハの製造方法により製造されたシリコン単結晶ウェーハを提供する。   Furthermore, the present invention provides a silicon single crystal wafer manufactured by the method for manufacturing a silicon single crystal wafer.

このようなシリコン単結晶ウェーハは、欠陥特性に優れている上、低酸素濃度であるためデバイス等の熱処理による酸素ドナーの発生量が少なく、先端半導体デバイスの材料として好適に用いることができる。   Such a silicon single crystal wafer is excellent in defect characteristics and has a low oxygen concentration, so that the amount of oxygen donors generated by heat treatment of the device or the like is small, and can be suitably used as a material for advanced semiconductor devices.

本発明のシリコン単結晶の製造方法は、低酸素濃度かつ窒素ドープによりGrown−in欠陥特性に優れ、かつスリップ耐性及び酸素ドナー特性に優れた結晶を製造できる成長条件を明らかにし、さらに酸素濃度の低下によって製造のマージンが広がる点を明確にすることで効率よく製造できることを示すことで、先端半導体デバイスの材料として好適に用いることができるシリコン単結晶を高生産性(高成長速度)かつ高歩留り(高製造マージン)で製造できる。さらに、このシリコン単結晶をウェーハとしたときにはスリップ耐性も優れているため、例えば、EP層を積むことが容易であり、酸素ドナーによる抵抗率変動が少ないので、より精密な抵抗率制御を必要とする撮像素子などにも好適に用いることができる。   The method for producing a silicon single crystal according to the present invention clarifies the growth conditions that can produce a crystal having a low oxygen concentration, excellent growth-in defect characteristics by nitrogen doping, and excellent slip resistance and oxygen donor characteristics. By demonstrating that efficient manufacturing can be achieved by clarifying the point where the manufacturing margin widens due to the decrease, silicon single crystals that can be used favorably as materials for advanced semiconductor devices have high productivity (high growth rate) and high yield. It can be manufactured with (high manufacturing margin). Furthermore, when this silicon single crystal is used as a wafer, the slip resistance is also excellent. For example, it is easy to stack an EP layer, and the resistivity variation due to the oxygen donor is small, so that more precise resistivity control is required. It can also be suitably used for an imaging device or the like.

CZ単結晶製造装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the CZ single crystal manufacturing apparatus. 実験で調査した窒素ドープした場合におけるV/Gと酸素濃度との関係性を表し、結晶欠陥発生状況をプロットしたグラフである。It is the graph which expressed the relationship between V / G and oxygen concentration in the case of nitrogen dope investigated by experiment, and plotted the crystal defect generation | occurrence | production situation. 実験で調査した窒素ドープ無しの場合におけるV/Gと酸素濃度との関係性を表し、結晶欠陥発生状況をプロットしたグラフである。It is the graph which expressed the relationship between V / G and oxygen concentration in the case of no nitrogen dope investigated by experiment, and plotted the crystal defect generation condition. 実施例1で作製したポリッシュドウェーハのパーティクルを観察した一例を示した概略図である。FIG. 3 is a schematic view showing an example in which particles of a polished wafer produced in Example 1 are observed. 実施例2で作製したエピウェーハのパーティクルを観察した一例を示した概略図である。6 is a schematic view showing an example of observing particles of an epi-wafer produced in Example 2. FIG.

前述したように、先端半導体デバイスの材料として用いるウェーハには、結晶欠陥が少ないことと酸素濃度が低いことが望まれている。
前述の結晶欠陥の検出法の感度は、パーティクルカウンターの性能(波長や検出感度)、赤外散乱トモグラフの性能(入射光強度や検出感度)、加えて酸素濃度などによって影響されるので一概には決め付けられないが、本発明者らの実験の結果から、少なくとも低酸素濃度領域ではLSTD>COP〜FPDとなり、LSTDの感度が高いと考えられる。この検出感度の差は、低酸素濃度化によってVoid欠陥中の内壁酸化膜が薄くなる等の変化が生じるためと考えられる。FPDは選択エッチングという化学反応による検出法であり検出感度が内壁酸化膜に影響されるのに対し、LSTDは誘電率差による光の散乱という物理現象による検出法であり、内壁酸化膜が無い方が誘電率差が大きくなるためではないかと想像される。
As described above, a wafer used as a material for advanced semiconductor devices is desired to have few crystal defects and low oxygen concentration.
The sensitivity of the above-mentioned crystal defect detection method is influenced by the performance of the particle counter (wavelength and detection sensitivity), the performance of the infrared scattering tomograph (incident light intensity and detection sensitivity), and the oxygen concentration. Although not determined, from the results of experiments by the present inventors, it is considered that LSTD> COP to FPD at least in the low oxygen concentration region, and the sensitivity of LSTD is high. This difference in detection sensitivity is considered to be caused by changes such as the inner wall oxide film in the void defect becoming thinner due to the lower oxygen concentration. FPD is a detection method based on a chemical reaction called selective etching, and the detection sensitivity is affected by the inner wall oxide film, whereas LSTD is a detection method based on the physical phenomenon of light scattering due to the dielectric constant difference, and there is no inner wall oxide film. It is imagined that this is because the difference in dielectric constant increases.

これに対して、本発明者らは低酸素濃度でかつ少なくともVoid欠陥がFPDとして検出されない程度の低欠陥ウェーハであれば、パワーデバイス用等の先端品種に用いることができること、また、欠陥形成温度帯の急冷化によって、低酸素濃度でかつFPDが検出されない結晶を製造できることを見出した。   On the other hand, the present inventors can use a low-defect wafer having a low oxygen concentration and at least a void defect that is not detected as FPD, and can be used for a leading-edge product such as for power devices, and a defect formation temperature. It has been found that by quenching the band, a crystal having a low oxygen concentration and no FPD can be produced.

上記のことを踏まえ、本発明者らはさらに、結晶の成長速度と結晶成長界面近傍の温度勾配との比の上限値が結晶中の酸素濃度との関数にできることを見出し、この関数がFPDやLSTDといった結晶欠陥の検出されない領域を表すことができることを見出し、さらに、結晶中の窒素濃度の値を特定の値にし、酸素濃度を低減させていくことで結晶欠陥が検出されない領域が広がっていくことを見出して本発明を完成させた。   Based on the above, the present inventors have further found that the upper limit of the ratio between the crystal growth rate and the temperature gradient in the vicinity of the crystal growth interface can be a function of the oxygen concentration in the crystal. It is found that a region in which crystal defects such as LSTD are not detected can be represented, and further, by setting the nitrogen concentration value in the crystal to a specific value and reducing the oxygen concentration, the region in which no crystal defects are detected expands. As a result, the present invention was completed.

すなわち、本発明によれば、
チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、
前記シリコン単結晶中の窒素濃度[N]が1×1013(/cm)以上5×1015(/cm)以下、かつ、酸素濃度[Oi]が9.2×1017(atoms/cm ASTM’79)以下であり、前記シリコン単結晶の育成における成長速度をV(mm/min)、結晶成長界面近傍での温度勾配をG(K/mm)とした場合にその比V/Gが、0.17≦V/G≦−1.85×10−19×[Oi]+0.36を満たす成長条件で単結晶を成長することで、選択エッチングによりFPD及びLEPが検出されないシリコン単結晶を製造することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法を提供する。
That is, according to the present invention,
A method for producing a silicon single crystal by the Czochralski method,
The nitrogen concentration [N] in the silicon single crystal is 1 × 10 13 (/ cm 3 ) or more and 5 × 10 15 (/ cm 3 ) or less, and the oxygen concentration [Oi] is 9.2 × 10 17 (atoms / cm 3 ASTM'79) or less, the growth rate in growing the silicon single crystal is V (mm / min), and the temperature gradient in the vicinity of the crystal growth interface is G (K / mm). G grows a single crystal under the growth conditions satisfying 0.17 ≦ V / G ≦ −1.85 × 10 −19 × [Oi] +0.36, so that FPD and LEP are not detected by selective etching. A method for producing a silicon single crystal, characterized by producing a crystal.

ここで、予めCZ単結晶製造装置について説明しておく。
図1のCZ単結晶製造装置20は、メインチャンバー1と、メインチャンバー1内で原料融液4を収容する石英ルツボ5及び黒鉛ルツボ6と、石英ルツボ5及び黒鉛ルツボ6の周囲に配置された加熱ヒーター7と、加熱ヒーター7の外側周囲の断熱部材8と、メインチャンバー1の上部に接続され、育成したシリコン単結晶棒3を収納する引き上げチャンバー2とを備えて構成されている。引き上げチャンバー2には炉内を循環させるガスを導入するガス導入口10が設けられ、メインチャンバー1の底部には炉内を循環したガスを排出するガス流出口9が設けられている。また、加熱ヒーター7や原料融液4からの熱の輻射を遮断するための遮熱部材13も設けることができる。石英ルツボ5及び黒鉛ルツボ6は結晶成長軸方向に昇降可能であり、結晶成長中に結晶化して減少した原料融液4の液面下降分を補うように石英ルツボ5及び黒鉛ルツボ6を上昇させる。これにより、原料融液4の液面の高さはほぼ一定に保たれる。
Here, the CZ single crystal manufacturing apparatus will be described in advance.
The CZ single crystal manufacturing apparatus 20 of FIG. 1 is arranged around the main chamber 1, the quartz crucible 5 and the graphite crucible 6 that house the raw material melt 4 in the main chamber 1, and the quartz crucible 5 and the graphite crucible 6. A heating heater 7, a heat insulating member 8 around the outside of the heating heater 7, and a pulling chamber 2 connected to the upper portion of the main chamber 1 and containing the grown silicon single crystal rod 3 are configured. The pulling chamber 2 is provided with a gas inlet 10 for introducing a gas to be circulated in the furnace, and a gas outlet 9 for discharging the gas circulated in the furnace is provided at the bottom of the main chamber 1. Further, a heat shield member 13 for blocking heat radiation from the heater 7 and the raw material melt 4 can also be provided. The quartz crucible 5 and the graphite crucible 6 can be moved up and down in the direction of the crystal growth axis, and the quartz crucible 5 and the graphite crucible 6 are raised so as to compensate for the descending level of the raw material melt 4 that has been crystallized and decreased during crystal growth. . Thereby, the height of the liquid surface of the raw material melt 4 is kept substantially constant.

さらに、製造条件に合わせて、メインチャンバー1の外側に磁場発生装置(不図示)を設置し、原料融液4に水平方向あるいは垂直方向の磁場を印加することによって、原料融液4の対流を抑制し、単結晶の安定成長を図る、いわゆるMCZ法の装置として用いることもできる。   Furthermore, according to manufacturing conditions, a magnetic field generator (not shown) is installed outside the main chamber 1, and a horizontal or vertical magnetic field is applied to the raw material melt 4 to convect the raw material melt 4. It can also be used as a so-called MCZ method apparatus that suppresses and achieves stable growth of a single crystal.

また、このようなCZ単結晶製造装置20は、メインチャンバー1の天井部から石英ルツボ5に収容された原料融液4の液面に向かって延伸し、育成中のシリコン単結晶棒3を囲繞する円筒形状の冷却筒11と、該冷却筒11の内側に取り付けられた冷却補助筒14とを有することができる。さらに、この冷却筒11には、冷却媒体を導入するための冷却媒体導入口12を設けることができる。   Such a CZ single crystal manufacturing apparatus 20 extends from the ceiling of the main chamber 1 toward the surface of the raw material melt 4 accommodated in the quartz crucible 5 and surrounds the silicon single crystal rod 3 being grown. And a cooling auxiliary cylinder 14 attached to the inner side of the cooling cylinder 11. Further, the cooling cylinder 11 can be provided with a cooling medium inlet 12 for introducing the cooling medium.

このような冷却筒11の材質としては、鉄、クロム、ニッケル、銅、チタン、モリブデン、タングステン、及びこれらのいずれかを含む合金のうちのいずれかであることが好ましい。または、チタン、モリブデン、タングステン、ニッケル、及び白金族金属のうちのいずれかの金属で被覆されたものであることも好ましい。
冷却筒11の材質として、特には、鉄、クロム、ニッケルの合金であるSUSが汎用性が高く使いやすい。
The material of the cooling cylinder 11 is preferably iron, chromium, nickel, copper, titanium, molybdenum, tungsten, or an alloy containing any of these. Or it is also preferable that it is what was coat | covered with the metal in any one of titanium, molybdenum, tungsten, nickel, and a platinum group metal.
As the material of the cooling cylinder 11, SUS, which is an alloy of iron, chromium, and nickel, is particularly versatile and easy to use.

また、冷却補助筒14の材質は、高温で安定であり、且つ熱伝導率の高いものが好ましく、黒鉛材、炭素複合材、ステンレス、モリブデン、及びタングステンのいずれかであることが好ましい。特には、熱伝導率が良いことに加え、熱の輻射率が高く結晶からの熱を吸熱しやすい黒鉛材が好ましい。   The material of the auxiliary cooling cylinder 14 is preferably a material that is stable at high temperatures and has high thermal conductivity, and is preferably any one of graphite, carbon composite, stainless steel, molybdenum, and tungsten. In particular, in addition to good thermal conductivity, a graphite material that has high heat radiation rate and can easily absorb heat from the crystal is preferable.

以下に、上記のような単結晶製造装置20によるシリコン単結晶の育成方法の一例を説明する。
まず、石英ルツボ5内で、シリコンの高純度多結晶原料を融点(1412℃)以上に加熱して融解し、原料融液4とする。次に、ワイヤを巻き出すことにより、原料融液4の表面略中心部に種結晶の先端を接触または浸漬させる。その後、石英ルツボ5、黒鉛ルツボ6を適宜の方向に回転させるとともに、ワイヤを回転させながら巻き取り、種結晶を引き上げることにより、シリコン単結晶棒3の育成を開始する。
Below, an example of the growth method of the silicon single crystal by the above-mentioned single crystal manufacturing apparatus 20 is demonstrated.
First, in a quartz crucible 5, a high-purity polycrystalline raw material of silicon is heated to a melting point (1412 ° C.) or higher to be melted to obtain a raw material melt 4. Next, by unwinding the wire, the tip of the seed crystal is brought into contact with or immersed in the approximate center of the surface of the raw material melt 4. Thereafter, the quartz crucible 5 and the graphite crucible 6 are rotated in appropriate directions, the wire is wound while being wound, and the seed crystal is pulled up to start growing the silicon single crystal rod 3.

本発明のシリコン単結晶の製造方法は、シリコン単結晶中の窒素濃度[N]、酸素濃度[Oi]、単結晶の成長速度Vと結晶成長界面近傍での温度勾配Gとの比V/Gを適切な値に調整することで、低欠陥又は無欠陥のシリコン単結晶を得ることができる。   The method for producing a silicon single crystal according to the present invention includes a ratio V / G of the nitrogen concentration [N], the oxygen concentration [Oi], the growth rate V of the single crystal, and the temperature gradient G in the vicinity of the crystal growth interface. By adjusting to an appropriate value, a silicon single crystal having low or no defects can be obtained.

シリコン単結晶中の窒素濃度[N]は、例えば、窒素をドープすることで調製することができる。[N]が1×1013(/cm)以上5×1015(/cm)以下になるように窒素をドープすることにより、Grown−in欠陥のサイズを縮小することができる。[N]が1×1013(/cm)未満となると、窒素ドープによる欠陥縮小効果が弱くなってしまう。また、5×1015(/cm)を超えるとシリコン中の窒素の固溶限界に近づいてしまい、単結晶化が難しくなってしまう。 The nitrogen concentration [N] in the silicon single crystal can be prepared, for example, by doping nitrogen. By doping nitrogen so that [N] is 1 × 10 13 (/ cm 3 ) or more and 5 × 10 15 (/ cm 3 ) or less, the size of the grown-in defect can be reduced. When [N] is less than 1 × 10 13 (/ cm 3 ), the defect reduction effect by nitrogen doping is weakened. On the other hand, if it exceeds 5 × 10 15 (/ cm 3 ), it approaches the solid solution limit of nitrogen in silicon, and single crystallization becomes difficult.

シリコン単結晶中の酸素濃度[Oi]を、9.2×1017(atoms/cm ASTM’79)以下の低酸素濃度側とするのは、低酸素濃度化によって欠陥が検出されない領域を広げることができるからである。[Oi]が低ければ低いほどその効果が大きいが、石英ルツボを使ったCZ法においては、[Oi]が完全に0となることは無いので、現実的には0.1×1017(atoms/cm ASTM’79)以上である。また、窒素ドープ品では、窒素と酸素から成るNOドナーが形成されて抵抗率に悪影響を及ぼす可能性がある。このNOドナーの発生量は[Oi]に強く依存するため、低酸素濃度化によってこの影響を抑制することができる。なお、ここで酸素濃度を[Oi]と表記しているが、添え字の「i」はInterstitialを意味する。酸素原子はシリコン結晶中で格子間(Interstitial)に存在し、FT−IR(赤外吸収)法を用いると、格子間酸素Oiによる特定の波長の吸収が観察され、その吸光度から酸素の濃度を求められる。これによって求められた酸素濃度は格子間酸素Oiの濃度であるので[Oi]と表している。 The oxygen concentration [Oi] in the silicon single crystal is set to the low oxygen concentration side of 9.2 × 10 17 (atoms / cm 3 ASTM'79) or less to widen the region where no defect is detected due to the low oxygen concentration. Because it can. The lower the [Oi] is, the greater the effect is. However, in the CZ method using a quartz crucible, [Oi] is never completely zero, so in reality it is 0.1 × 10 17 (atoms). / Cm 3 ASTM '79) or more. Further, in a nitrogen-doped product, a NO donor composed of nitrogen and oxygen is formed, which may adversely affect the resistivity. Since the generation amount of this NO donor strongly depends on [Oi], this influence can be suppressed by reducing the oxygen concentration. Here, the oxygen concentration is expressed as [Oi], but the subscript “i” means Interstitial. Oxygen atoms exist in the interstitial (interstitial) in the silicon crystal, and when the FT-IR (infrared absorption) method is used, absorption at a specific wavelength by the interstitial oxygen Oi is observed. Desired. Since the oxygen concentration thus obtained is the concentration of interstitial oxygen Oi, it is expressed as [Oi].

本発明のシリコン単結晶の製造方法は、シリコン単結晶の育成における成長速度をV(mm/min)、結晶成長界面近傍での温度勾配をG(K/mm)とした場合にその比V/Gが、0.17≦V/G≦−1.85×10−19×[Oi]+0.36を満たす成長条件で単結晶を成長させる。V/Gが0.17(mm/(K・min))未満となると選択エッチングによりLEPが検出され、デバイス作製時にリーク等の問題を引き起こしてしまう。また、V/Gが−1.85×10−19×[Oi]+0.36(mm/(K・min))を超えると、選択エッチングによりFPDが検出され、デバイス作製時に耐圧劣化等の問題を引き起こしてしまう。
ここで、V/Gの上限値を酸素濃度[Oi]の関数としたのは、FPDが検出されない領域が酸素濃度の低下によって広がっていくことを見出し、条件式として表すことが可能となったからである。
The method for producing a silicon single crystal of the present invention has a ratio V / when the growth rate in growing a silicon single crystal is V (mm / min) and the temperature gradient near the crystal growth interface is G (K / mm). A single crystal is grown under growth conditions where G satisfies 0.17 ≦ V / G ≦ −1.85 × 10 −19 × [Oi] +0.36. When V / G is less than 0.17 (mm 2 / (K · min)), LEP is detected by selective etching, causing problems such as leakage during device fabrication. Further, when V / G exceeds −1.85 × 10 −19 × [Oi] +0.36 (mm 2 / (K · min)), FPD is detected by selective etching, and the breakdown voltage is deteriorated at the time of device fabrication. Cause problems.
Here, the reason why the upper limit value of V / G is used as a function of the oxygen concentration [Oi] is that the region in which no FPD is detected is found to expand as the oxygen concentration decreases, and can be expressed as a conditional expression. It is.

ここで、FPD及びLEPの検出方法としては、例えば、フッ酸・硝酸・酢酸・水からなる選択性のあるエッチング液に、シリコン単結晶から切り出されたサンプルを揺動せずに放置する選択エッチング方法を挙げることができる。このような検出方法により、流れ模様を伴うピットであるFPD及び貝殻状のピットであるLEPと呼ばれる欠陥が観察される。   Here, as a method for detecting FPD and LEP, for example, selective etching in which a sample cut from a silicon single crystal is left in a selective etching solution made of hydrofluoric acid, nitric acid, acetic acid, and water without shaking. A method can be mentioned. By such a detection method, defects called FPD that is a pit with a flow pattern and LEP that is a shell-like pit are observed.

上記の条件、すなわち、[N]が1×1013(/cm)以上5×1015(/cm)以下で、かつ、[Oi]が9.2×1017(atoms/cm ASTM’79)以下であり、成長速度Vと結晶成長界面近傍での温度勾配Gとの比V/Gが0.17≦V/G≦−1.85×10−19×[Oi]+0.36を満たす成長条件でシリコン単結晶を育成すれば、その結晶から切り出されたサンプルを選択エッチングしてもFPD及びLEPが検出されない低欠陥結晶を得ることが可能であり、先端半導体デバイスの好適なシリコン単結晶を得ることができる。 The above conditions, that is, [N] is 1 × 10 13 (/ cm 3 ) or more and 5 × 10 15 (/ cm 3 ) or less, and [Oi] is 9.2 × 10 17 (atoms / cm 3 ASTM). '79) and the ratio V / G between the growth rate V and the temperature gradient G in the vicinity of the crystal growth interface is 0.17 ≦ V / G ≦ −1.85 × 10 −19 × [Oi] +0.36 If a silicon single crystal is grown under growth conditions that satisfy the above conditions, it is possible to obtain a low-defect crystal in which FPD and LEP are not detected even if a sample cut out from the crystal is selectively etched. A single crystal can be obtained.

上記で述べた条件で育成した結晶ではFPD及びLEPは検出されない。しかし、この結晶をさらに詳細に見ると、FPDは見えないものの、赤外散乱法によって検出される欠陥(LSTD)が見える場合がある。これは先に述べたように、少なくとも低酸素濃度領域においては、LSTD>FPDとLSTDの検出感度が高いことによる。   FPD and LEP are not detected in crystals grown under the conditions described above. However, when this crystal is seen in more detail, the defect (LSTD) detected by the infrared scattering method may be seen although the FPD is not visible. As described above, this is because the detection sensitivity of LSTD> FPD and LSTD is high at least in the low oxygen concentration region.

このLSTDも検出されない結晶を得るためには、[N]が1×1013(/cm)以上、5×1015(/cm)以下であり、かつ、[Oi]が4.0×1017(atoms/cm ASTM’79)以下であって、成長速度Vと結晶成長界面近傍での温度勾配Gとの比V/G(mm/(K・min))を0.17≦V/G≦−1.25×10−19×[Oi]+0.24とする成長条件でシリコン単結晶を育成すればよい。この様にすればFPD、LEPも検出されることはなく、さらに、LSTDが検出されないため好ましい。 In order to obtain a crystal in which LSTD is not detected, [N] is 1 × 10 13 (/ cm 3 ) or more and 5 × 10 15 (/ cm 3 ) or less, and [Oi] is 4.0 ×. 10 17 (atoms / cm 3 ASTM'79) or less, and the ratio V / G (mm 2 / (K · min)) between the growth rate V and the temperature gradient G in the vicinity of the crystal growth interface is 0.17 ≦ A silicon single crystal may be grown under the growth condition of V / G ≦ −1.25 × 10 −19 × [Oi] +0.24. This is preferable because FPD and LEP are not detected, and LSTD is not detected.

酸素濃度[Oi]を4.0×1017(atoms/cm ASTM’79)以下のとするのは、LSTDすら見えない無欠陥領域が低酸素濃度化によって得やすくなるためである。酸素濃度が低ければ低いほどその効果が大きいが、石英ルツボを使ったCZ法においては、酸素濃度が完全に0となることは無いので、現実的には0.1×1017(atoms/cm ASTM’79)以上である。 The reason why the oxygen concentration [Oi] is 4.0 × 10 17 (atoms / cm 3 ASTM'79) or less is that a defect-free region in which even LSTD is not visible is easily obtained by reducing the oxygen concentration. The lower the oxygen concentration, the greater the effect. However, in the CZ method using a quartz crucible, the oxygen concentration is never completely zero, so in reality 0.1 × 10 17 (atoms / cm 3 ASTM '79) or more.

成長速度と結晶成長界面近傍での温度勾配との比V/Gを0.17(mm/(K・min))以上とするのはLEPが検出されないためである。また、V/Gを−1.25×10−19×[Oi]+0.24以下とするのは、これ以上ではLSTDが検出されるからである。
ここにおいても、V/Gの上限値を酸素濃度[Oi]の関数としたのは、LSTDが検出されない範囲がFPDと同様に酸素濃度の低下によって広がっていくことを見出し、条件式として表すことが可能となったからである。また、FPDが検出されない場合におけるV/Gの上限値よりも低い値となっているのは、先に述べたように、少なくとも低酸素濃度領域においては、LSTD>FPDとLSTDの検出感度が高いことによる。
The reason why the ratio V / G between the growth rate and the temperature gradient near the crystal growth interface is 0.17 (mm 2 / (K · min)) or more is because LEP is not detected. Further, the reason why V / G is set to −1.25 × 10 −19 × [Oi] +0.24 or less is that LSTD is detected at more than this.
Here, the upper limit value of V / G is used as a function of the oxygen concentration [Oi] because the range in which LSTD is not detected expands as the oxygen concentration decreases as in FPD, and is expressed as a conditional expression. This is because it became possible. Further, the lower value of the upper limit value of V / G when FPD is not detected is that the detection sensitivity of LSTD> FPD and LSTD is high at least in the low oxygen concentration region as described above. It depends.

上記の条件、すなわち、[N]が1×1013(/cm)以上5×1015(/cm)以下で、かつ、[Oi]が4.0×1017(atoms/cm ASTM’79)以下であり、成長速度Vと結晶成長界面近傍での温度勾配Gとの比V/Gが0.17≦V/G≦−1.25×10−19×[Oi]+0.24を満たす条件でシリコン単結晶育成すれば、その結晶から切り出されたサンプルを選択エッチングしてもFPD及びLEPが検出されず、さらにLSTDが検出されることの無い無欠陥結晶を得ることが可能であり、先端半導体デバイスにより好適なシリコン単結晶を得ることができる。 The above conditions, that is, [N] is 1 × 10 13 (/ cm 3 ) or more and 5 × 10 15 (/ cm 3 ) or less and [Oi] is 4.0 × 10 17 (atoms / cm 3 ASTM). '79) or less, and the ratio V / G between the growth rate V and the temperature gradient G near the crystal growth interface is 0.17 ≦ V / G ≦ −1.25 × 10 −19 × [Oi] +0.24 If a silicon single crystal is grown under the conditions that satisfy the above conditions, it is possible to obtain a defect-free crystal in which FPD and LEP are not detected even if a sample cut from the crystal is selectively etched, and further, LSTD is not detected. Yes, it is possible to obtain a silicon single crystal suitable for the advanced semiconductor device.

上記のような製造方法で製造されたシリコン単結晶は、例えば通常の方法に従い、スライス、面取り、研削、エッチング、鏡面仕上げ研磨等の工程を経てウェーハに加工することで、低欠陥又は無欠陥のシリコン単結晶ウェーハを製造することができる。このようなシリコン単結晶ウェーハはそのままの状態でデバイス作製の工程に移ることができるが、目的に応じて各種処理を施す工程を加えることができる。   The silicon single crystal manufactured by the above manufacturing method is processed into a wafer through processes such as slicing, chamfering, grinding, etching, mirror finish polishing, etc., for example, according to a normal method, so that it has low or no defects. A silicon single crystal wafer can be manufactured. Such a silicon single crystal wafer can be transferred to a device manufacturing process as it is, but various processes can be added depending on the purpose.

本発明のシリコン単結晶ウェーハは、エピタキシャル(EP)層を堆積させることができる。また、抵抗率を変化させる構造を作製するために、EP層の抵抗率を基板(サブ)と異なるものとすることができる。このサブは、窒素がドープされた低酸素濃度ウェーハなので、従来の窒素ドープしたウェーハで問題となるような高温で安定な巨大酸素析出物が無く、EP層を形成した場合にも欠陥が発生することが無い。しかもFPD・LEPが検出されないレベルに制御されているので、数μm程度の薄いEP層を積んだ場合においても、サブウェーハの欠陥がEP層に転写されて段差となったり、サブウェーハの欠陥が透けて見えたり、といった問題が発生することが無い。   The silicon single crystal wafer of the present invention can deposit an epitaxial (EP) layer. Further, the resistivity of the EP layer can be different from that of the substrate (sub) in order to produce a structure that changes the resistivity. Since this sub wafer is a low oxygen concentration wafer doped with nitrogen, there is no giant oxygen precipitate stable at a high temperature that would be a problem with conventional nitrogen doped wafers, and defects occur even when an EP layer is formed. There is nothing. Moreover, since the FPD / LEP is controlled to a level at which it is not detected, even when a thin EP layer of about several μm is stacked, the sub-wafer defect is transferred to the EP layer to form a step, or the sub-wafer defect is There is no problem of see-through.

また、低酸素濃度ウェーハをサブウェーハとして用いた場合においては、酸素原子の減少により材料強度が低下し、降伏応力が低下し、スリップ耐性が弱まることが知られている。例えば、低酸素濃度サブウェーハではEP層を積んだだけでスリップが多発してしまう。しかしながら、本発明に係るシリコン単結晶ウェーハでは、低酸素濃度ではあるが、窒素をドープしたことによりスリップ耐性が向上しており、EP成長等の熱処理を行ってもスリップの発生を抑制することができる。   In addition, when a low oxygen concentration wafer is used as a sub-wafer, it is known that the material strength is reduced due to the reduction of oxygen atoms, the yield stress is lowered, and the slip resistance is weakened. For example, in a low oxygen concentration sub-wafer, slips occur frequently only by loading an EP layer. However, in the silicon single crystal wafer according to the present invention, although it has a low oxygen concentration, slip resistance is improved by doping with nitrogen, and even if heat treatment such as EP growth is performed, generation of slip is suppressed. it can.

このように、本発明のシリコン単結晶ウェーハはEP層を容易に堆積させることができ、特に、基板の酸素濃度や表層の結晶欠陥の影響を受けやすいEP層の厚さが10μm以下の薄膜のEPウェーハとして好適に用いることができる。このようなEPウェーハは、低酸素濃度基板のため、酸素ドナーによる抵抗率変化の心配が少なく、例えば、パワーデバイスや撮像素子の材料として好適に用いることができる。   As described above, the silicon single crystal wafer of the present invention can easily deposit an EP layer, and in particular, a thin film having an EP layer thickness of 10 μm or less that is susceptible to the oxygen concentration of the substrate and the surface crystal defects. It can be suitably used as an EP wafer. Since such an EP wafer is a low oxygen concentration substrate, there is little fear of a change in resistivity due to an oxygen donor, and for example, it can be suitably used as a material for a power device or an imaging device.

また、本発明のシリコン単結晶ウェーハは、アニール用のサブウェーハとし、これに熱処理(アニール)を施したアニールウェーハとすることにより先端半導体デバイスで良好なパフォーマンスを発揮することができる。このときの熱処理条件は特に限定されず、通常の条件を適用することができる。   In addition, the silicon single crystal wafer of the present invention is a sub-wafer for annealing, and an annealed wafer obtained by subjecting it to a heat treatment (annealing) can exhibit good performance in advanced semiconductor devices. The heat treatment conditions at this time are not particularly limited, and normal conditions can be applied.

通常、サブウェーハにアニールを行う目的は、サブウェーハの表層近傍の欠陥特性を改質したり、表層近傍の酸素を外方拡散して低酸素濃度化したりすることにある。しかし、本発明に係るシリコン単結晶ウェーハは、元々欠陥特性に優れ、酸素濃度も低いので、軽微な熱処理を施すだけで改質されやすく、目的の品質を容易に得ることが可能である。このためコストの高いアニール処理を短時間化できたり、低温化できたりと、コスト面でのメリットが生じる。またアニールした際に問題となるスリップも、窒素をドープしてあるためにスリップ耐性の強化が図られており、発生を抑制することができる。   Usually, the purpose of annealing the sub-wafer is to modify the defect characteristics in the vicinity of the surface layer of the sub-wafer, or to reduce the oxygen concentration by outward diffusion of oxygen in the vicinity of the surface layer. However, since the silicon single crystal wafer according to the present invention is originally excellent in defect characteristics and has a low oxygen concentration, it can be easily modified only by a slight heat treatment, and the desired quality can be easily obtained. For this reason, there is a merit in terms of cost, for example, the costly annealing process can be shortened or the temperature can be lowered. Moreover, since slip which becomes a problem when annealed is doped with nitrogen, the slip resistance is enhanced, and the generation of slip can be suppressed.

一方、上記で述べてきたシリコン単結晶ウェーハは窒素ドープされたものではあるものの低酸素濃度のため、BMDによるゲッタリング効果はほとんど期待できない。近年のデバイス工程の進歩によりゲッタリング能力は必ずしも必要ではないが、必要な場合には上述のシリコン単結晶ウェーハの裏面に、ポリシリコン膜形成、サンドブラスト、イオン注入のいずれかを施し外因性ゲッタリング(EG)能力を付加させることができる。   On the other hand, although the silicon single crystal wafer described above is nitrogen-doped, the gettering effect by BMD can hardly be expected due to the low oxygen concentration. Gettering capability is not always necessary due to recent advances in device processes, but if necessary, extrinsic gettering can be performed by applying polysilicon film formation, sand blasting, or ion implantation to the backside of the silicon single crystal wafer described above. (EG) ability can be added.

シリコン単結晶ウェーハの裏面にポリシリコン膜形成又はサンドブラストによるEG処理を行うことによって、デバイス活性層側の不純物や欠陥を低減させることができる。ポリシリコン膜形成、サンドブラストは公知のいずれの方法をも適用できる。   Impurities and defects on the device active layer side can be reduced by performing polysilicon film formation or EG treatment by sandblasting on the back surface of the silicon single crystal wafer. Any known method can be applied for forming the polysilicon film and sandblasting.

また、EG処理としてイオン注入を行うことによって、デバイス活性層の近くの特定の深さにゲッタリング能力を有する歪み層を形成することができるため、デバイス活性層の不純物濃度の低減を容易に達成することができる。このイオン注入としては、例えば炭素イオン注入を挙げることができる。   In addition, by performing ion implantation as an EG process, a strained layer having a gettering ability can be formed at a specific depth near the device active layer, so that the impurity concentration of the device active layer can be easily reduced. can do. Examples of this ion implantation include carbon ion implantation.

このように、本発明のシリコン単結晶ウェーハは、目的に応じて各種処理を施す工程を加えることができ、メモリー、CPU、システムLSI、パワーデバイス、撮像素子、太陽電池など先端半導体デバイスの材料として好適に用いることができる。   As described above, the silicon single crystal wafer of the present invention can be subjected to various processes according to the purpose, and can be used as a material for advanced semiconductor devices such as memory, CPU, system LSI, power device, imaging device, solar cell and the like. It can be used suitably.

以下、実験例、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an experiment example, an Example, and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.

(実験)
本発明を完成させるにあたり、各種Grown−in欠陥の発生するV/Gの酸素濃度依存性を調査した。各種欠陥が発生する条件はV/Gによって大きく影響されることが知られている。また窒素ドープによっても影響されることが知られている。この他にも、欠陥形成温度帯の通過時間によっても欠陥サイズが小さくなり、FPDやLSTDとして検出されなくなり無欠陥領域が広がる。従って、極端な急冷もしくは徐冷の場合には欠陥領域がV/Gだけで線引きできなくなってしまう。そこで今回は概略図を図1に示した、冷却水によって冷却された冷却筒を有する構造を持つ、比較的急冷が可能なCZ単結晶製造装置を用いてすべてのデータ取りを行った。これらの製造装置における、欠陥形成温度帯と言われる1150℃から1080℃までの距離は、結晶中心部で成長界面から上に17mmから35mmの間である。尚、窒素ドープをすると欠陥形成温度が低温化すると言われるが、ここでは簡単のため窒素ドープしていない場合の欠陥形成温度帯を用いて表現した。また成長速度を様々に変化させることで、V/Gも変化させたが、この時の成長速度は0.4mm/minから1.1mm/minの間であって、極端に欠陥形成温度帯の通過時間を短くするような条件は用いていない。またCZ法(MCZ法を含む)を用いて、直径が200mmまたは300mmの結晶を育成した。実際の直径は円筒研削によって削り取る分があるため、2−3%程度太めに育成している。
(Experiment)
In completing the present invention, the oxygen concentration dependence of V / G in which various grown-in defects occur was investigated. It is known that the conditions under which various defects occur are greatly affected by V / G. It is also known to be affected by nitrogen doping. In addition to this, the defect size is also reduced by the passage time of the defect formation temperature zone, and it is not detected as FPD or LSTD, and the defect-free region is expanded. Therefore, in the case of extreme rapid cooling or gradual cooling, the defective area cannot be drawn only by V / G. Therefore, this time, all data was collected using a CZ single crystal manufacturing apparatus that has a structure having a cooling cylinder cooled by cooling water, which is schematically shown in FIG. In these manufacturing apparatuses, a distance from 1150 ° C. to 1080 ° C., which is called a defect formation temperature zone, is between 17 mm and 35 mm above the growth interface at the center of the crystal. In addition, although it is said that the defect formation temperature is lowered when nitrogen doping is performed, here, for simplicity, the defect formation temperature is expressed using a defect formation temperature zone when nitrogen doping is not performed. Moreover, V / G was also changed by changing the growth rate in various ways, but the growth rate at this time was between 0.4 mm / min and 1.1 mm / min. Conditions that shorten the transit time are not used. A crystal having a diameter of 200 mm or 300 mm was grown using the CZ method (including the MCZ method). Since the actual diameter has a portion that is scraped off by cylindrical grinding, it grows thicker by about 2-3%.

これらの条件の下、窒素をドープした場合と窒素をドープしていない場合、それぞれで結晶を育成した。それらの結晶の酸素濃度及び結晶欠陥発生状況を調査し、欠陥マップを完成させた。窒素をドープした結晶においては、結晶中での窒素濃度[N]が3×1013(/cm)以上、1×1015(/cm)以下となる条件にて結晶を育成した。育成した結晶の酸素濃度は、結晶から切り出されたウェーハ状のサンプルを高輝度平面研削した後、FT−IR法により求めた。FPD及びLEP評価はウェーハ状サンプルを平面研削・洗浄・混酸によるミラーエッチングを行った後、フッ酸・硝酸・酢酸・水からなる選択性のあるエッチング液にサンプルを揺動せず放置し、エッチングによる取り代が両側で25±3μmになるまで放置した後、光学顕微鏡によってカウントした。LSTDの評価は同一サンプルをへき開し、赤外散乱トモグラフ(三井金属社製MO441)を用いて調査した。なお同サンプルをウェット酸素雰囲気中で1150℃100min熱処理した後、サンプルを揺動させながら選択エッチングし、光学顕微鏡により積層欠陥を観察してOSFも調査した。 Under these conditions, crystals were grown in the case where nitrogen was doped and in the case where nitrogen was not doped. The oxygen concentration of these crystals and the occurrence of crystal defects were investigated and the defect map was completed. In the crystal doped with nitrogen, the crystal was grown under the condition that the nitrogen concentration [N] in the crystal was 3 × 10 13 (/ cm 3 ) or more and 1 × 10 15 (/ cm 3 ) or less. The oxygen concentration of the grown crystal was obtained by FT-IR method after high-luminance surface grinding of a wafer-like sample cut out from the crystal. For FPD and LEP evaluations, wafer-like samples are subjected to surface grinding, cleaning, and mirror etching by mixed acid, and then left in a selective etching solution consisting of hydrofluoric acid, nitric acid, acetic acid, and water, without shaking, and etching is performed. After leaving until the removal allowance of 25 ± 3 μm on both sides, it was counted with an optical microscope. The LSTD was evaluated by cleaving the same sample and using an infrared scattering tomograph (MO441 manufactured by Mitsui Kinzoku Co., Ltd.). The sample was heat-treated in a wet oxygen atmosphere at 1150 ° C. for 100 min, then selectively etched while rocking the sample, and the stacking fault was observed with an optical microscope to check the OSF.

以上の調査結果を、それぞれ測定された酸素濃度を横軸に、成長速度と育成した結晶装置における結晶成長界面近傍での温度勾配から計算したV/Gを縦軸にしてプロットした。結晶成長界面近傍での温度勾配は市販のシミュレーションソフトFEMAGを用いて計算した温度分布から、融点(1412℃)と1400℃との間で求めた。窒素をドープした場合の結果を図2に、窒素ノンドープの場合の結果を図3に示した。この結果から、窒素をドープしない場合、FPDは検出されないがLSTDが検出される領域(もちろんLSTDが検出されるのでV−rich側でありLEPは検出されない)や、FPD,LEP,LSTDのいずれも検出されない領域が酸素濃度の低下と共にわずかに広がっている様子がわかる。   The above investigation results are plotted with the measured oxygen concentration on the horizontal axis and V / G calculated from the growth rate and the temperature gradient near the crystal growth interface in the grown crystal apparatus on the vertical axis. The temperature gradient near the crystal growth interface was determined between the melting point (1412 ° C.) and 1400 ° C. from the temperature distribution calculated using commercially available simulation software FEMAG. FIG. 2 shows the result when nitrogen is doped, and FIG. 3 shows the result when nitrogen is not doped. From this result, when nitrogen is not doped, FPD is not detected but LSTD is detected (of course, LSTD is detected, so it is on the V-rich side and LEP is not detected), and FPD, LEP, and LSTD are all It can be seen that the undetected region slightly expands as the oxygen concentration decreases.

これに対し、窒素をドープした場合は、FPDは検出されないがLSTDが検出される領域は酸素濃度の低下と共に広がり、V/Gが−1.85×10−19×[Oi]+0.36以下を満たす広い領域で観察された。またFPD,LEP,LSTDのいずれも検出されない領域も酸素濃度の低下と共に広がり、V/Gが−1.25×10−19×[Oi]+0.24以下を満たす広い領域で観察された。 On the other hand, when nitrogen is doped, FPD is not detected, but the region where LSTD is detected expands with a decrease in oxygen concentration, and V / G is −1.85 × 10 −19 × [Oi] +0.36 or less. Observed over a wide area. In addition, a region where none of FPD, LEP, and LSTD were detected expanded with a decrease in oxygen concentration, and was observed in a wide region satisfying V / G of −1.25 × 10 −19 × [Oi] +0.24 or less.

(実施例1)
概略図を図1に示したCZ単結晶製造装置を用い、MCZ法により直径200mmの単結晶を育成した。この単結晶製造装置における結晶成長界面近傍での温度勾配は3.50(K/mm)である。この装置を用い、窒素濃度3〜6×1014(/cm)の範囲で窒素をドープし、成長速度を(1)0.64mm/min、(2)0.70mm/min、(3)0.90mm/minとした3水準の結晶を育成した。従ってV/Gはそれぞれ(1)0.183(mm/(K・min))、(2)0.200(mm/(K・min))、(3)0.257(mm/(K・min))であった。また狙い酸素濃度を(1)と(3)は3×1017(atoms/cm ASTM’79)、(2)を7.5×1017(atoms/cm ASTM’79)とした。これらの結晶からウェーハ状サンプルを切り出して実験と同様の方法でFT−IR法により酸素濃度を測定した。その結果、それぞれの酸素濃度は(1)3.2×1017(atoms/cm ASTM’79)、(2)7.2×1017(atoms/cm ASTM’79)、(3)2.6×1017(atoms/cm ASTM’79)であった。従って、(1)のサンプルはFPD,LEP,LSTDのいずれも検出されない領域、(2)、(3)のサンプルは FPDは検出されないがLSTDが検出される領域で育成したことになる。
Example 1
A single crystal having a diameter of 200 mm was grown by the MCZ method using the CZ single crystal manufacturing apparatus whose schematic diagram is shown in FIG. The temperature gradient near the crystal growth interface in this single crystal manufacturing apparatus is 3.50 (K / mm). Using this apparatus, nitrogen is doped in a nitrogen concentration range of 3 to 6 × 10 14 (/ cm 3 ), and the growth rates are (1) 0.64 mm / min, (2) 0.70 mm / min, (3) Three levels of crystals were grown at 0.90 mm / min. Therefore, V / G is (1) 0.183 (mm 2 / (K · min)), (2) 0.200 (mm 2 / (K · min)), and (3) 0.257 (mm 2 / (K · min)). The target oxygen concentrations (1) and (3) were 3 × 10 17 (atoms / cm 3 ASTM′79), and (2) was 7.5 × 10 17 (atoms / cm 3 ASTM′79). Wafer samples were cut from these crystals, and the oxygen concentration was measured by the FT-IR method in the same manner as in the experiment. As a result, the respective oxygen concentrations were (1) 3.2 × 10 17 (atoms / cm 3 ASTM'79), (2) 7.2 × 10 17 (atoms / cm 3 ASTM'79), (3) 2 6 × 10 17 (atoms / cm 3 ASTM'79). Therefore, the sample (1) is grown in a region where none of FPD, LEP, and LSTD are detected, and the samples (2) and (3) are grown in a region where FPD is not detected but LSTD is detected.

実際にこれら結晶から切り出したサンプルを用いて、欠陥の評価を行った。欠陥の評価方法は実験と同じ方法を用いて行った。その結果、サンプル(1)ではFPD、LEP、LSTDのいずれも検出されなかった。一方で、サンプル(2)と(3)ではFPD、LEPは検出されなかったが、LSTDが検出された。従って、実験で求められた関係が正しいことが確認された。   Defects were evaluated using samples actually cut from these crystals. The evaluation method of the defect was performed using the same method as the experiment. As a result, none of FPD, LEP, and LSTD was detected in sample (1). On the other hand, FPD and LEP were not detected in samples (2) and (3), but LSTD was detected. Therefore, it was confirmed that the relationship obtained in the experiment was correct.

これらの結晶から切り出されたブロックから、スライス、エッチング、ポリッシュ等の工程を経てポリッシュドウェーハ(PW)を作製した。これらのウェーハをパーティクルカウンターにより評価した(図4参照)。その結果、実パーティクルも含めて0.1μm以上のパーティクルが(1)1.6個/wafer、(2)4.8個/wafer、(3)9.1個/wafer、といずれも0.03/cm以下であった。このポリッシュドウェーハでパワーデバイスの重要特性であるOn抵抗特性・リーク特性・耐圧特性を評価した結果、従来パワー用として用いられてきたFZ−PWと同等の性能が得られ、問題なく使えることがわかった。 A polished wafer (PW) was produced from the blocks cut out from these crystals through processes such as slicing, etching, and polishing. These wafers were evaluated with a particle counter (see FIG. 4). As a result, 0.1 μm or more particles including actual particles (1) 1.6 particles / wafer, (2) 4.8 particles / wafer, and (3) 9.1 particles / wafer are all 0. 03 / cm 2 or less. As a result of evaluating the on-resistance characteristics, leakage characteristics, and breakdown voltage characteristics, which are important characteristics of power devices, with this polished wafer, performance equivalent to that of FZ-PW that has been used for conventional power can be obtained and used without problems. all right.

(比較例1)
成長速度を0.9mm/minとし、従ってV/Gが0.257(mm/(K・min))であり、酸素濃度を実施例1より高い8.5×1017(atoms/cm ASTM’79)及び12×1017(atoms/cm ASTM’79)を狙ったことを除いては、実施例1と同条件で結晶(4)及び(5)を育成した。この結晶から切り出されたサンプルで酸素濃度を測定したところ、それぞれ(4)8.4×1017(atoms/cm ASTM’79)、(5)12.2×1017(atoms/cm ASTM’79)、であった。従って、FPDが検出される領域で結晶を育成したことになる。
(Comparative Example 1)
The growth rate is 0.9 mm / min. Therefore, V / G is 0.257 (mm 2 / (K · min)), and the oxygen concentration is 8.5 × 10 17 (atoms / cm 3 ) higher than that in Example 1. Crystals (4) and (5) were grown under the same conditions as in Example 1 except that ASTM'79) and 12 × 10 17 (atoms / cm 3 ASTM′79) were aimed. When the oxygen concentration was measured with the sample cut out from the crystal, (4) 8.4 × 10 17 (atoms / cm 3 ASTM'79) and (5) 12.2 × 10 17 (atoms / cm 3 ASTM), respectively. '79). Therefore, the crystal is grown in the region where FPD is detected.

これらの結晶から切り出したサンプルを用いて、結晶欠陥の調査を行った。その結果、LEPは検出されなかったが、FPD及びLSTDが観察された。更にこれらの結晶からポリッシュドウェーハを作製して、特性を評価したところ、リーク特性が実施例1のサンプルに比較して劣化していた。FPDとして観察される欠陥がリーク劣化を起こしたものと考えられる。   Crystal defects were investigated using samples cut out from these crystals. As a result, LEP was not detected, but FPD and LSTD were observed. Furthermore, when a polished wafer was produced from these crystals and the characteristics were evaluated, the leak characteristics were degraded as compared with the sample of Example 1. It is considered that defects observed as FPD caused leakage deterioration.

(実施例2)
実施例1で作製したポリッシュドウェーハをサブウェーハとし、このウェーハに厚さ2μmのEP層を成長させた。このEPWをパーティクルカウンターで測定したところ、図5に示すようにほとんどパーティクルは検出されなかった。またパーティクルカウンターに設けられているスリップを評価するモードを用いて観察しても、スリップは観察されなかった。さらにパーティクルカウンターに比較すると波長がやや長く(532nm)、EP層上だけでなくサブ表面の欠陥も検出することができるMAGICS(レーザーテック社製)を用いて欠陥を観察した。その結果やはり欠陥は検出されなかった。これは本発明により作製されたサブウェーハは結晶欠陥がFPDとして検出されないほどの小さいサイズに制御されており、直径換算0.1μm以上のパーティクルは0.03個/cm以下と、例えば特許文献4で示された密度5×10(/cm)(これを面積当たりに換算すると0.5/cm程度)に比較すると一桁以上少ないためであると考えられる。
(Example 2)
The polished wafer produced in Example 1 was used as a sub-wafer, and an EP layer having a thickness of 2 μm was grown on this wafer. When this EPW was measured with a particle counter, almost no particles were detected as shown in FIG. Further, no slip was observed even when observed using a mode for evaluating slip provided in the particle counter. Furthermore, defects were observed using MAGICS (manufactured by Lasertec), which has a slightly longer wavelength (532 nm) than the particle counter and can detect defects on the sub-surface as well as on the EP layer. As a result, no defects were detected. This is because the sub-wafer fabricated according to the present invention is controlled to a size that does not detect crystal defects as FPD, and particles having a diameter of 0.1 μm or more are 0.03 particles / cm 2 or less. Compared to the density 5 × 10 4 (/ cm 3 ) shown in FIG. 4 (which is about 0.5 / cm 2 in terms of area), this is considered to be because it is less than one digit.

(比較例2)
窒素をドープしなかったことを除いては、結晶(5)と同じ条件で結晶(6)を育成した。この結晶からウェーハ状サンプルを切り出して酸素濃度を測定したところ12.4×1017(atoms/cm ASTM’79)であった。この結晶から切り出したサンプルを用いて、結晶欠陥の調査を行った。その結果、LEPは検出されなかったが、FPD及びLSTDが観察された。
(Comparative Example 2)
A crystal (6) was grown under the same conditions as the crystal (5) except that nitrogen was not doped. When a wafer-like sample was cut out from this crystal and the oxygen concentration was measured, it was 12.4 × 10 17 (atoms / cm 3 ASTM'79). A crystal defect was investigated using a sample cut out from the crystal. As a result, LEP was not detected, but FPD and LSTD were observed.

この結晶(6)及び比較例1で育成した結晶(4)及び(5)からポリッシュドウェーハを作製した。このウェーハをパーティクルカウンターで観察したところ、どのウェーハもパーティクルが多数カウントされた。これはFPDが検出されない条件ではないため、このFPDとして観察される欠陥がウェーハ表面に多数存在し、これが検出されたためと考えられる。EPサブとして用いる場合、サブの時点で欠陥が観察されてもEP層を積んだ際にそれが埋められるなどして、無害化されていれば問題ないので、次にEP層成長後の評価を行った。   A polished wafer was prepared from the crystal (6) and the crystals (4) and (5) grown in Comparative Example 1. When this wafer was observed with a particle counter, many particles were counted on each wafer. Since this is not a condition in which FPD is not detected, it is considered that a large number of defects observed as the FPD exist on the wafer surface and are detected. When used as an EP sub, even if a defect is observed at the sub time, there is no problem if it is detoxified by filling the EP layer when it is stacked. went.

先ずこれらのPWをサブウェーハとして厚さ2μmのEP層を形成した。これをパーティクルカウンターで観察した。その結果、結晶(4)及び(6)から作製したEPWではパーティクルはほとんど観察されなかったが、結晶(5)から作製したEPWではEP層表面にEP欠陥が観察された。これは窒素をドープした上、酸素濃度も高めであるために、高温でも安定な巨大酸素析出ができてしまい、これがEP層成長時にEP欠陥を形成したためと考えられる。   First, an EP layer having a thickness of 2 μm was formed using these PWs as sub-wafers. This was observed with a particle counter. As a result, almost no particles were observed in the EPW produced from the crystals (4) and (6), but EP defects were observed on the EP layer surface in the EPW produced from the crystal (5). This is probably because nitrogen was doped and the oxygen concentration was high, so that stable large oxygen precipitation was possible even at high temperatures, which formed EP defects during the growth of the EP layer.

更に波長の長いMAGICSでEPWを観察したところ、どのウェーハでも欠陥が観察された。これは結晶(4)、(5)、(6)どれもFPD欠陥が検出されており、これが2μmという薄いEP層を通して観察されたものと考えられる。   Further, when EPW was observed with MAGICS having a long wavelength, defects were observed in any wafer. It is considered that FPD defects were detected in all of the crystals (4), (5), and (6), and this was observed through a thin EP layer of 2 μm.

最後にこれらのEPWをパーティクルカウンターのスリップモードを用いて、スリップ評価した。その結果、結晶(4)及び(5)から作製されたEPWではスリップが見られなかったが、結晶(6)から作製されたEPWでは約25%の頻度でスリップが見られた。これは酸素濃度が比較的高めではあるものの、窒素がドープされていないためスリップ耐性が弱く、スリップが入ったものと考えられる。   Finally, these EPWs were evaluated for slip using a particle counter slip mode. As a result, no slip was observed in the EPW produced from the crystals (4) and (5), but slip was observed in the EPW produced from the crystal (6) at a frequency of about 25%. Although the oxygen concentration is relatively high, slip resistance is considered weak because nitrogen is not doped and slip resistance is weak.

(実施例3)
実施例1で作製した結晶(3)から作製したポリッシュドウェーハをサブウェーハとし、このウェーハに1200℃で1時間のアニール処理を行った。アニール後のウェーハをパーティクルカウンターで観察した結果、ほとんどパーティクルが検出されなかった。これは元々9個/wafer程度しかなかったサイズの小さい欠陥が、比較的軽微な熱処理によって消滅したためと考えられる。
Example 3
The polished wafer produced from the crystal (3) produced in Example 1 was used as a sub-wafer, and this wafer was annealed at 1200 ° C. for 1 hour. As a result of observing the annealed wafer with a particle counter, almost no particles were detected. This is presumably because a small defect of which there were originally only about 9 pieces / wafer disappeared by a relatively slight heat treatment.

本発明に係るシリコン単結晶は結晶中に特定の窒素濃度を有するとともに低酸素濃度とするものであり、このようなシリコン単結晶を成長速度と温度勾配との比V/Gの範囲を指定して製造することによりFPDやLSTDといった結晶欠陥が検出されない領域が拡大したものである。従って、本発明のシリコン単結晶の製造方法は製造マージンが拡大するので歩留が向上し、成長速度も高速化するので生産性が向上する。更にはこのような領域に含まれる成長条件で作製したシリコン単結晶ウェーハをサブウェーハとして用いたEPウェーハやアニールウェーハは優れた品質を有する。従って、この主旨に入るものはV/Gの数値が異なっていたとしても、範囲の上限値が酸素濃度との関数であるという定義であれば、本発明の範囲内であると言える。   The silicon single crystal according to the present invention has a specific nitrogen concentration and a low oxygen concentration in the crystal. Such a silicon single crystal is designated by a range of the ratio V / G between the growth rate and the temperature gradient. As a result, the region where crystal defects such as FPD and LSTD are not detected is enlarged. Accordingly, the manufacturing method of the silicon single crystal according to the present invention increases the manufacturing margin, thereby improving the yield and increasing the growth rate, thereby improving the productivity. Furthermore, EP wafers and annealed wafers using silicon single crystal wafers produced under the growth conditions included in such regions as sub-wafers have excellent quality. Therefore, even if the numerical value of V / G is different, what is included in this gist is considered to be within the scope of the present invention as long as the upper limit value of the range is a function of the oxygen concentration.

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

1…メインチャンバー、 2…引き上げチャンバー、 3…シリコン単結晶棒、
4…原料融液、 5…石英ルツボ、 6…黒鉛ルツボ、 7…加熱ヒーター、
8…断熱部材、 9…ガス流出口、 10…ガス導入口、 11…冷却筒、
12…冷却媒体導入口、 13…遮熱部材、 14、…冷却補助筒、
20…CZ単結晶製造装置。
1 ... main chamber, 2 ... pulling chamber, 3 ... silicon single crystal rod,
4 ... Raw material melt, 5 ... Quartz crucible, 6 ... Graphite crucible, 7 ... Heater,
8 ... heat insulating member, 9 ... gas outlet, 10 ... gas inlet, 11 ... cooling cylinder,
12 ... Cooling medium introduction port, 13 ... Heat shield member, 14, ... Cooling auxiliary cylinder,
20: CZ single crystal manufacturing apparatus.

Claims (3)

シリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、
シリコン単結晶中の窒素濃度[N]が1×1013(/cm)以上5×1015(/cm)以下、かつ、酸素濃度[Oi]が9.2×1017(atoms/cm ASTM’79)以下であり、前記シリコン単結晶の育成における成長速度をV(mm/min)、結晶成長界面近傍での温度勾配をG(K/mm)とした場合にその比V/Gにおいて、選択エッチングによりFPD及びLEPが検出されないシリコン単結晶を製造するための範囲を、0.17≦V/G≦−1.85×10−19×[Oi]+0.36という酸素濃度[Oi]の関数とする条件式で表し、該条件式を満たす成長条件で単結晶を成長することで、選択エッチングによりFPD及びLEPが検出されないシリコン単結晶をチョクラルスキー法により製造し、該製造されたシリコン単結晶から切り出したシリコン単結晶ウェーハにエピタキシャル層を堆積させることを特徴とするシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
A method for producing a silicon single crystal wafer,
The nitrogen concentration [N] in the silicon single crystal is 1 × 10 13 (/ cm 3 ) or more and 5 × 10 15 (/ cm 3 ) or less, and the oxygen concentration [Oi] is 9.2 × 10 17 (atoms / cm). 3 ASTM'79) or less, and the ratio V / G when the growth rate in the growth of the silicon single crystal is V (mm / min) and the temperature gradient near the crystal growth interface is G (K / mm). in the range for the production of silicon single crystal FPD and LEP is not detected by the selective etching, 0.17 ≦ V / G ≦ -1.85 × 10 -19 × [Oi] oxygen concentration of +0.36 [Oi A silicon single crystal in which FPD and LEP are not detected by selective etching is manufactured by the Czochralski method by growing a single crystal under a growth condition satisfying the conditional expression. A method of manufacturing a silicon single crystal wafer, comprising depositing an epitaxial layer on a silicon single crystal wafer cut out from the manufactured silicon single crystal.
前記シリコン単結晶中の酸素濃度[Oi]が4.0×1017(atoms/cm ASTM’79)以下であり、前記成長条件を0.17≦V/G≦−1.25×10−19×[Oi]+0.24を満たすものとすることで、LSTDが検出されないシリコン単結晶を製造することを特徴とする請求項1に記載のシリコン単結晶ウェーハの製造方法。 The silicon single crystal oxygen concentration in the [Oi] is 4.0 × 10 17 (atoms / cm 3 ASTM'79) or less, the growth conditions of 0.17 ≦ V / G ≦ -1.25 × 10 - 2. The method for producing a silicon single crystal wafer according to claim 1, wherein a silicon single crystal in which LSTD is not detected is produced by satisfying 19 × [Oi] +0.24. 前記シリコン単結晶ウェーハの裏面に、ポリシリコン膜形成、サンドブラスト、イオン注入のいずれかの処理を施し外因性ゲッタリング能力を付加させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のシリコン単結晶ウェーハの製造方法。   3. The silicon single crystal according to claim 1, wherein an exogenous gettering capability is added to the back surface of the silicon single crystal wafer by performing any one of polysilicon film formation, sandblasting, and ion implantation. Crystal wafer manufacturing method.
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