JPH06310517A - Semiconductor substrate and its manufacture - Google Patents

Semiconductor substrate and its manufacture

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JPH06310517A
JPH06310517A JP6024385A JP2438594A JPH06310517A JP H06310517 A JPH06310517 A JP H06310517A JP 6024385 A JP6024385 A JP 6024385A JP 2438594 A JP2438594 A JP 2438594A JP H06310517 A JPH06310517 A JP H06310517A
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JP
Japan
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heat treatment
bmd
wafer
substrate
crystal
Prior art date
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JP6024385A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoko Inoue
上 陽 子 井
Shuichi Samata
俣 秀 一 佐
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Toshiba Corp
Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Microelectronics Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Microelectronics Corp filed Critical Toshiba Corp
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce faults of a wafer surface and to improve gettering ability by performing heat treatment at a specified temperature for a fixed time in oxygen atmosphere, by further performing heat treatment at a specified temperature for a specified time and by making an average BMD density from a substrate surface to a specified depth during BMD observation within a specified range thereafter. CONSTITUTION:(ST1): Si crystal is formed by CZ method. (ST2): A CZ wafer is prepared. (STY): Heat treatment is performed in nonoxide atmosphere at 1150 deg.C or higher and for at least 30 minutes. (ST4): Heat treatment is performed for the wafer at 780 deg.C for 3 hours in oxygen atmosphere. (ST5): Successively, heat treatment is performed similarly at 1000 deg.C for 16 hours in oxygen atmosphere. Thereafter, a semiconductor substrate whose average BMD density from a substrate surface to a depth of 10mum during BMD observation is 5X10<2> to 5X10<6>cm<-3> is prepared. Thereby, it is possible to make an area near a wafer surface free from fault and to realize enough gettering ability.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体基板及びその製造
方法に関するもので、特にシリコン(Si)ウェーハの
表面に形成される酸素析出物の発生を制御し、デバイス
不良などを低減してデバイスの製造歩留りを向上させる
半導体基板を得ることに使用されるものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor substrate and a method of manufacturing the same, and more particularly to controlling the generation of oxygen precipitates formed on the surface of a silicon (Si) wafer to reduce device defects and the like. It is used to obtain a semiconductor substrate that improves the manufacturing yield.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来はデバイス不良減少のため基板内部
にBMD(Bulk Micro Defect)を形成したIG(Intrin
sic Gettering)基板が用いられている。BMDとは酸素
析出物である。このIG基板によれば、金属不純物をそ
のBMDによってゲッタし、デバイス特性とは関係の無
い場所に在る欠陥中心に吸収させ、ウェーハ表面での汚
染起因の結晶欠陥の発生、及びP−N接合リーク等のデ
バイス不良を低減させることができる。
2. Description of the Related Art Conventionally, an IG (Intrin) in which a BMD (Bulk Micro Defect) is formed inside a substrate to reduce device defects.
sic Gettering) substrate is used. BMD is an oxygen precipitate. According to this IG substrate, the metal impurities are gettered by the BMD, absorbed in the defect center existing in a place unrelated to the device characteristics, generation of crystal defects due to contamination on the wafer surface, and P-N junction. Device defects such as leaks can be reduced.

【0003】このIG効果はBMD密度に比例して高ま
るため、BMDは基板内部に多く含まれるほど望まし
い。
Since the IG effect increases in proportion to the BMD density, it is desirable that the BMD be contained in a large amount inside the substrate.

【0004】通常、このIG基板は、酸化性雰囲気中で
1200℃程度の熱処理を行うことにより、基板表面に
無欠陥層としてDZ(Denuded zone)層を形成し、その
後、その基板に対し800℃程度の低温熱処理と100
0℃程度の中温熱処理を施すことにより基板内部にのみ
BMDを形成している。
Usually, this IG substrate is subjected to a heat treatment at about 1200 ° C. in an oxidizing atmosphere to form a DZ (Denuded zone) layer as a defect-free layer on the substrate surface, and then 800 ° C. for the substrate. Low temperature heat treatment of about 100
BMD is formed only inside the substrate by performing a medium temperature heat treatment at about 0 ° C.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記DZ層内
は無欠陥と言われていたが、そのDZ層を詳しく調べた
結果、このDZ層にもBMDがかなりの密度で存在して
いた。
However, although it was said that the inside of the DZ layer was defect-free, as a result of detailed examination of the DZ layer, BMD was present in this DZ layer at a considerable density.

【0006】図3(A)は従来の基板内のBMD密度に
関する深さ方向プロファイルを図解している。実線はC
Z(CZochralski)法により育成した結晶体を材料とする
CZ基板、破線は上記IG基板についてそれぞれ示して
おり、CZではBMDを顕在化するために800℃程度
の低温熱処理と1000℃程度の中温熱処理を施してあ
る。この図に示すようにIG基板といえどもDZ層とな
る表面から10μm深さまでの領域に107 〜188
-3のBMDが存在しているのがわかる。
FIG. 3A illustrates a depth-wise profile of BMD density in a conventional substrate. The solid line is C
A CZ substrate made of a crystal grown by the Z (CZochralski) method and a broken line are shown for the IG substrate, respectively. In CZ, a low temperature heat treatment of about 800 ° C. and a medium temperature heat treatment of about 1000 ° C. are made to reveal BMD. It has been processed. As shown in this figure, even in the IG substrate, 10 7 to 18 8 c are formed in a region from the surface to be the DZ layer to a depth of 10 μm.
It can be seen that BMD of m -3 is present.

【0007】また、図3(B)は従来のIG基板に対し
所定の処理を施してその深さ方向の断面を取り顕微鏡で
観察した場合に見られるBMD分布状態を図解するもの
である。31は基板表面、32はBMDである。この図
に示すように、BMDはウェーハ表面でも多数存在する
ことがわかる。
Further, FIG. 3B illustrates a BMD distribution state observed when a conventional IG substrate is subjected to a predetermined process and a cross section in the depth direction thereof is taken and observed with a microscope. Reference numeral 31 is a substrate surface, and 32 is a BMD. As shown in this figure, it can be seen that many BMDs are present on the wafer surface.

【0008】そして、この無欠陥と言われていたDZ層
内のBMDがデバイス不良を起こすことが判明するに至
った。
Then, it has become clear that the BMD in the DZ layer, which is said to be defect-free, causes device failure.

【0009】前述したようにIG効果を上げるにはBM
D密度を上げ、ゲッタ能力を高めるのが望ましいが、基
板内部のBMD密度を上げることにより、DZ層内のB
MDも増加するため、ゲッタ能力の向上には実用上限界
を生じている。
As mentioned above, in order to improve the IG effect, BM
It is desirable to increase the D density and getter capability, but by increasing the BMD density inside the substrate, the B in the DZ layer is increased.
Since MD also increases, there is a practical limit to improving the getter ability.

【0010】LSIの微細化が進むに伴い、かかる問題
点の改善要求が高まる一方となっている。
As the miniaturization of LSI progresses, demands for improvement of such problems are increasing.

【0011】本発明はそのような事情に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、ウェーハ表面付近の
欠陥が低減されると同時にゲッタ能力の向上した半導体
基板及びその製造方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor substrate and a manufacturing method thereof in which defects near the wafer surface are reduced and at the same time getter capability is improved. Especially.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体基板は、
酸素雰囲気中で、780℃、3時間の熱処理を施し、続
いて、酸素雰囲気中で、1000℃、16時間の熱処理
を施した後に、BMD観察を行ったときの基板表面から
10μmの深さまでの平均BMD密度が5×102 〜5
×106 cm-3である。
The semiconductor substrate of the present invention comprises:
After performing heat treatment at 780 ° C. for 3 hours in an oxygen atmosphere, and subsequently performing heat treatment at 1000 ° C. for 16 hours in an oxygen atmosphere, a BMD observation was performed up to a depth of 10 μm from the substrate surface. Average BMD density is 5 × 10 2 to 5
It is × 10 6 cm -3 .

【0013】また、前記表面から20μm以上の深さの
層におけるBMD密度が5×107cm-3以上であるこ
とに存在する。
The BMD density of the layer having a depth of 20 μm or more from the surface is 5 × 10 7 cm −3 or more.

【0014】さらに、本発明の半導体基板は、溶融半導
体中に、単結晶の半導体種子結晶をひたし、そして引き
上げて、前記種子結晶の方位配列を有する半導体結晶を
得る工程と、上記半導体結晶からなる結晶体を基板状に
成形する工程と、その基板状成形体に対し非酸化雰囲気
中で、1150℃以上、30分以上の熱処理を施す工程
とを含む製造方法によって作成することができる。
Further, the semiconductor substrate of the present invention comprises a step of immersing a single crystal semiconductor seed crystal in a molten semiconductor and pulling it up to obtain a semiconductor crystal having an orientational arrangement of the seed crystal, and the semiconductor crystal. It can be prepared by a manufacturing method including a step of molding a crystal body into a substrate shape and a step of subjecting the substrate-shaped molded body to a heat treatment at 1150 ° C. or higher for 30 minutes or longer in a non-oxidizing atmosphere.

【0015】前記熱処理工程は、H、CO、CO
Ar、He、Ne、Kr、Xeの少なくとも1つの非酸
化雰囲気中で、前記基板状成形体に熱処理を施すように
してもよい。
In the heat treatment step, H 2 , CO, CO 2 ,
The substrate-shaped compact may be heat-treated in at least one non-oxidizing atmosphere of Ar, He, Ne, Kr, and Xe.

【0016】[0016]

【作用】本発明半導体基板によれば、基板表面からの深
さが20μm以上の内部では5×107 cm-3以上であ
って、上記基板表面付近の浅い層では5×102 〜5×
106 cm-3となる深さ方向のBMD密度プロファイル
を有し、表面付近の5×102 〜5×166 cm-3とい
うBMD密度はデバイス特性に対し無視できる程度のも
のであるとともに、内部BMD層のBMD密度によれば
十分なゲッタ能力を実現可能となる。よって、ウェーハ
表面付近の欠陥が低減されると同時にゲッタ能力の向上
した半導体基板が得られることとなる。
According to the semiconductor substrate of the present invention, the depth from the surface of the substrate is 5 × 10 7 cm −3 or more in the inside of 20 μm or more, and 5 × 10 2 to 5 × in the shallow layer near the substrate surface.
It has a BMD density profile in the depth direction of 10 6 cm −3, and a BMD density of 5 × 10 2 to 5 × 16 6 cm −3 near the surface is negligible to the device characteristics, and A sufficient getter capability can be realized according to the BMD density of the internal BMD layer. Therefore, it is possible to obtain a semiconductor substrate with improved getter capability while reducing defects near the wafer surface.

【0017】また、表面から20μm以上の深さの内部
BMD層のBMD密度は表面付近の層との境から5×1
7 cm-3以上となって急激に高くなるため、その高密
度内部BMD層をウェーハ表面付近に近付けることが可
能となり、ゲッタ効果をより確実に獲得することができ
る。
The BMD density of the internal BMD layer having a depth of 20 μm or more from the surface is 5 × 1 from the boundary with the layer near the surface.
Since it becomes 0 7 cm −3 or more and becomes sharply higher, the high density internal BMD layer can be brought close to the wafer surface, and the getter effect can be obtained more reliably.

【0018】[0018]

【実施例】以下に本発明の実施例について図面を参照し
つつ説明する。図1は本発明に係る半導体基板の製造方
法の一実施例を示すものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention.

【0019】この図において、まず、CZ法によりSi
結晶を育成し(ステージST1)、次いで、例えばその
Si結晶からなる棒状の結晶体に対しダイヤモンドカッ
タ等の切断装置で薄板状に切断し、その各薄板の一方の
面をミラー様に研磨してウェーハ表面を形成する等の処
理を行うことにより、CZウェーハを作成する(ステー
ジST2)。
In this figure, first, Si is formed by the CZ method.
A crystal is grown (stage ST1), and then, for example, a rod-shaped crystal body made of the Si crystal is cut into a thin plate shape by a cutting device such as a diamond cutter, and one surface of each thin plate is polished like a mirror. A CZ wafer is created by performing processing such as forming the wafer surface (stage ST2).

【0020】ここで、Czochralski 法について説明す
る。まず、結晶の素材であるシリコンを石英等の坩堝に
入れ、加熱してシリコンを溶かし、シリコンの融点より
少し高い温度に保つ。この溶けたシリコン中に単結晶の
種子結晶をひたし、その後ゆっくり引き上げて種子結晶
の方位配列を有する大きな円柱状のシリコン単結晶を得
る。
Here, the Czochralski method will be described. First, silicon, which is a material for crystals, is put into a crucible such as quartz, heated to melt the silicon, and kept at a temperature slightly higher than the melting point of silicon. A single crystal seed crystal is immersed in the melted silicon, and then slowly pulled up to obtain a large columnar silicon single crystal having the orientation of the seed crystal.

【0021】Czochralski 法の変形例の1つには連続C
Z(CCZ)法があり、種々の方法でシリコン原料を坩
堝に追加しながらシリコン単結晶を成長させるものであ
る。
One of the modifications of the Czochralski method is continuous C
There is a Z (CCZ) method, and a silicon single crystal is grown by adding a silicon raw material to the crucible by various methods.

【0022】別の変形例に磁気CZ(MCZ)法があ
り、溶融シリコン上に一定の磁界を印加することによ
り、坩堝中の溶融シリコンの流れを制御するものであ
る。
Another modification is a magnetic CZ (MCZ) method, which controls the flow of molten silicon in a crucible by applying a constant magnetic field on the molten silicon.

【0023】さらなる変形例としては二層CZ(DLC
Z)法があり、坩堝内の固体シリコン層上に溶融シリコ
ン層を積層し、坩堝内の温度分布を制御して、固体シリ
コン層を溶融しながら、種子結晶をひたし、引き上げる
ものである。
As a further modification, a two-layer CZ (DLC
There is a Z) method, in which a molten silicon layer is laminated on a solid silicon layer in a crucible, the temperature distribution in the crucible is controlled, and the solid silicon layer is melted while the seed crystal is dropped and pulled up.

【0024】なお、DLCZ法を除いて、上記CZ法
は、Materials Science and Engineering,B4(1989)のp
1〜10のStatus and Future of Silicon Grystal Gro
wth (Werner Zulehner著)に開示されている。
Except for the DLCZ method, the CZ method is described in Materials Science and Engineering, B4 (1989) p.
1-10 Status and Future of Silicon Grystal Gro
Wth (Werner Zulehner).

【0025】上記のようにして作成されたCZウェーハ
に対して、非酸化雰囲気中で、1150℃以上、30分
以上の熱処理を施す(ステージST3)。これは例えば
100%の水素ガス中で、1200℃、1時間の熱処理
という態様を取ることができる。
The CZ wafer produced as described above is subjected to a heat treatment at 1150 ° C. or higher for 30 minutes or longer in a non-oxidizing atmosphere (stage ST3). This can take the form of heat treatment at 1200 ° C. for 1 hour in 100% hydrogen gas, for example.

【0026】以上のステージST1〜ST3によって、
図2(A)に示すような、表面21からの深さが20μ
m以上の内部では5×107 cm-3以上であって、上記
表面21付近の浅い層では5×102 〜5×106 cm
-3となる深さ方向のBMD密度プロファイルを有するウ
ェーハが作成される。
By the above stages ST1 to ST3,
As shown in FIG. 2A, the depth from the surface 21 is 20 μm.
5 × 10 7 cm −3 or more in the inside of m or more, and 5 × 10 2 to 5 × 10 6 cm in the shallow layer near the surface 21.
A wafer having a BMD density profile in the depth direction of −3 is created.

【0027】このBMD密度プロファイルは、このウェ
ーハに対し、次のような処理を施すことで顕微鏡等によ
り図2(B)に示すような状態に視認可能になる。
This BMD density profile can be visually confirmed by a microscope or the like in a state as shown in FIG. 2B by subjecting this wafer to the following processing.

【0028】すなわち、まず、そのウェーハに対し、酸
素雰囲気中で、780℃、3時間の熱処理を施す(ステ
ージST4)。続いて、同じく酸素雰囲気中で、100
0℃、16時間の熱処理を施す(ステージST5)。こ
れにより、ステージST4で形成されたBMD核が大き
くなり、図2(B)に示すような状態となるのである。
That is, first, the wafer is heat-treated at 780 ° C. for 3 hours in an oxygen atmosphere (stage ST4). Then, in the same oxygen atmosphere, 100
Heat treatment is performed at 0 ° C. for 16 hours (stage ST5). As a result, the BMD nuclei formed on the stage ST4 become large, and the state shown in FIG. 2B is obtained.

【0029】これにより、ウェーハの評価が可能とな
る。実際に、ステージST3として、前述した、100
%Hガス中での1200℃、1時間の熱処理を採用
し、作成したウェーハを試料として評価を行ってみた。
このとき比較のために、第1の従来例としてCZウェー
ハを、第2の従来例としてCZウェーハに対し、N
雰囲気中で、1200℃、4時間熱処理を行ったI
Gウェーハを、同時に試料として評価を行った。
As a result, the wafer can be evaluated. Actually, as the stage ST3, the above-mentioned 100
A heat treatment was performed at 1200 ° C. for 1 hour in a% H 2 gas, and the produced wafer was evaluated as a sample.
At this time, for comparison, with respect to the CZ wafer as the first conventional example and the CZ wafer as the second conventional example, N 2 /
I was heat-treated at 1200 ° C. for 4 hours in an O 2 atmosphere I
The G wafer was simultaneously evaluated as a sample.

【0030】この際、もちろん各ウェーハに対し上記ス
テージST4,ST5の熱処理を施した。
At this time, of course, each wafer was subjected to the heat treatment of the stages ST4 and ST5.

【0031】赤外トモグラフ法により、本発明により作
成されたウェーハと、従来のCZウェーハ、IGウェー
ハのBMD密度を観察すると、本実施例では図2(A)
に示すよう明確なDZ層が観察される。第1の従来例で
あるCZウェーハは、図3(A)に示すように、表面B
MD密度も高く、深さ方向にほぼ均一にBMDが観察さ
れた。第2の従来例であるIGウェーハ図3(B)では
図3(A)に見られるように表面BMDの低下がCZウ
ェーハよりは見られるが、本実施例図2(A)に比べ多
くなっており、ウェーハ内部に向いゆるやかなBMD増
加が見られる。
By observing the BMD densities of the wafer prepared according to the present invention and the conventional CZ wafer and IG wafer by the infrared tomography method, it is shown in FIG.
A clear DZ layer is observed as shown in FIG. The CZ wafer, which is the first conventional example, has a surface B as shown in FIG.
The MD density was also high, and BMD was observed almost uniformly in the depth direction. IG wafer as a second conventional example In FIG. 3 (B), the lowering of the surface BMD is seen as compared with the CZ wafer as shown in FIG. 3 (A), but it is larger than that of this embodiment in FIG. 2 (A). Therefore, a moderate increase in BMD is seen toward the inside of the wafer.

【0032】更に、本実施例のステージST1〜ST3
より作成されたウェーハと、第1、第2従来例のウェー
ハを用い、16MDRAMを試作してそのデバイス特性
を調べた結果、製造歩留まりは実施例>第2従来例>第
1従来例であった。
Furthermore, the stages ST1 to ST3 of this embodiment
Using the wafers thus prepared and the wafers of the first and second conventional examples, 16MDRAM was prototyped and the device characteristics were examined. As a result, the manufacturing yield was Example> Second conventional example> First conventional example. .

【0033】因みに、本実施例によれば10%の製造歩
留まり向上が見られた。これは表面部分の結晶欠陥に起
因するP−N接合リーク不良やキャパシタのデータ保持
能力を示すポーズ不良が減少したためであることを確認
した。また、内部BMD密度を従来例と比べ高くできる
ため、デバイスプロセスでの汚染を起因とする製造歩留
まりの不安定化防止ができたためであるとも確認した。
Incidentally, according to the present embodiment, the manufacturing yield was improved by 10%. It was confirmed that this was due to a decrease in P-N junction leak defects due to crystal defects on the surface portion and pause defects indicating the data retention capacity of the capacitor. It was also confirmed that the internal BMD density can be made higher than that of the conventional example, so that destabilization of the manufacturing yield due to contamination in the device process could be prevented.

【0034】また、本実施例のウェーハと、第1従来例
ウェーハ、及び第2従来例ウェーハそれぞれに対し上記
ステージST4,ST5の熱処理を施し、それぞれのウ
ェーハの表面〜10μmの平均BMD密度、及び20μ
m以降のBMD密度を評価した所、表1に示すように本
実施例が本発明の条件を満すことを確認した。また、表
面欠陥の一種であるSMD(Surface Micro Defed)、酸
化膜耐圧及び酸化膜の絶縁性破壊の時間依存性であるT
DDB(Time Dependent Dielectric Breakdown)試験に
おける偶発不良率を評価した。表2は各評価結果を示
す。
Further, the wafer of this embodiment, the first conventional example wafer, and the second conventional example wafer were each subjected to the heat treatment of the stages ST4 and ST5, and the average BMD density of the surface of each wafer to 10 μm, and 20μ
When the BMD density after m was evaluated, it was confirmed that this example satisfies the conditions of the present invention as shown in Table 1. In addition, SMD (Surface Micro Defed), which is a type of surface defect, time resistance of oxide film breakdown voltage and dielectric breakdown of oxide film, T
The random failure rate in the DDB (Time Dependent Dielectric Breakdown) test was evaluated. Table 2 shows each evaluation result.

【0035】なお、SMDについては、各ウェーハに対
し、1970年に米国RCA社が提唱したRCA洗浄の
うちのアンモニア:過酸化水素:水=1:1〜2:5〜
7のSC−1液を用いた洗浄(以下、SC−1洗浄とい
う。)後評価を行った。
With respect to SMD, ammonia: hydrogen peroxide: water = 1: 1 to 2: 5 to 5 in the RCA cleaning proposed by the American RCA Company in 1970 for each wafer.
The post-evaluation was performed using the SC-1 solution of No. 7 (hereinafter referred to as SC-1 cleaning).

【0036】[0036]

【表1】 [Table 1]

【0037】[0037]

【表2】 表2から解るように、本実施例のウェーハでは基板表面
部分のBMD以外の結晶欠陥であるSMDにおいても第
1従来例、第2従来例と比べて低密度であり、本実施例
により酸化膜耐圧不良、TDDB偶発不良いづれも大幅
に低減できることが確認できた。
[Table 2] As can be seen from Table 2, in the wafer of this embodiment, the SMD, which is a crystal defect other than BMD on the surface of the substrate, has a lower density than those of the first conventional example and the second conventional example. It was confirmed that the withstand voltage failure and TDDB accidental failure can be significantly reduced.

【0038】なお、上記ステージST3の熱処理を行う
場合、H、CO、CO、Ar、He、Ne、Kr、
Xe等の単独の非酸化雰囲気でも、また、上記ガスを混
合した雰囲気でも同様の効果が得られることも確認して
いる。熱処理温度、時間は1150℃以上、及び30分
以上でなければSi基板に固溶している酸素の十分な外
拡散が行えずウェーハ表面付近の十分な結晶欠陥低減が
行えないため、1150℃以上、30分以上の熱処理温
度、時間が必要である。ただし、ステージST3の熱処
理では温度が1415℃以上になると、シリコンの溶解
が生じる。したがって、熱処理温度は1150℃以上、
1415℃未満とする。
When performing the heat treatment of the stage ST3, H 2 , CO, CO 2 , Ar, He, Ne, Kr,
It has been confirmed that similar effects can be obtained in a single non-oxidizing atmosphere such as Xe or in an atmosphere in which the above gases are mixed. Unless the heat treatment temperature and time are 1150 ° C or higher and 30 minutes or longer, oxygen out of solution in the Si substrate cannot be sufficiently out-diffused and sufficient crystal defects near the wafer surface cannot be reduced. The heat treatment temperature and time of 30 minutes or more are required. However, in the heat treatment of stage ST3, when the temperature becomes 1415 ° C. or higher, silicon is melted. Therefore, the heat treatment temperature is 1150 ° C. or higher,
It is less than 1415 ° C.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ウ
ェーハ表面からの深さが20μm以上の内部では5×1
7 cm-3以上であって、上記表面付近の浅い層では5
×102 〜5×106 cm-3となる深さ方向のBMD密
度プロファイルを有する半導体基板が作成され、ウェー
ハ表面付近を事実上無欠陥化することができると同時に
内部においては十分なゲッタ能力を実現することができ
る。
As described above, according to the present invention, when the depth from the wafer surface is 20 μm or more, 5 × 1
0 7 cm -3 or more, 5 in the shallow layer near the surface
A semiconductor substrate having a BMD density profile in the depth direction of x10 2 to 5x10 6 cm -3 is created, and the vicinity of the wafer surface can be made virtually defect-free, while at the same time a sufficient gettering capability is obtained. Can be realized.

【0040】なお、ウェーハ表面より10μmまでのB
MD密度が5×106 cm-3より多い場合は表層BMD
によるP−N接合リーク不良等のデバイス不良が発生し
問題となる。この場合に当るのが第2従来例であり、よ
り極端な場合が第1従来例である。一方、本発明ではB
MD密度プロファイルが急峻となる。また、BMDの実
体はSi基板内に固溶している酸素がSiOとして析
出したものであり、BMDの成長に従いBMDの体積増
加が消費される母体Si結晶の体積減少を上まわる。こ
のためBMDの成長に従い格子歪みが発生し、本発明の
ような急峻なBMD密度プロファイルでは一層格子歪み
が増大する。このためBMDによる格子歪みが大きすぎ
るとデバイス製造プロセス中熱工程での熱ストレスでS
iウェーハに転位が発生し、転位によりP−N接合不良
等のデバイス不良が発生する。対策としてはプロセス中
熱工程での熱ストレスの緩和がまず考えられるが、デバ
イス製造プロセスのスループットを落とすことになるた
め、本発明では表面から10μmまでのBMD密度を5
×102 cm-3以上とすることによりデバイス製造プロ
セスのスループットを極端に落とすことなくBMD密度
プロファイル起因の格子歪みの問題を解決した。また、
ウェーハ表面から10μmまでのBMD密度が5×10
2 cm-3未満では現状のSi結晶成長方法では基板内部
のBMD密度が5×107 cm-3以下となってしまい、
デバイス製造工程での十分なゲッタリング能力が得られ
ずデバイス不良が発生してしまうためこの観点からも表
面から10μmまでのBMD密度を5×102 cm-3
上とする必要がある。実際に20μm以上内部でのBM
D密度が5×107 cm-3以下ではゲッタ能力不足のた
めデバイス製造プロセス中の金属汚染によりウェーハ表
面に結晶欠陥(OSF、転位)が発生し、P−N接合リ
ーク不良等のデバイス不良が発生する事を16MDRA
M、及びゲートアレイで確認しており、表面より20μ
m以上内部のBMD密度は5×107 cm-3以上必要で
ある事を確認した。
B from the wafer surface to 10 μm
Surface BMD when MD density is more than 5 × 10 6 cm -3
This causes a device defect such as a P-N junction leak defect, which is a problem. This case corresponds to the second conventional example, and the more extreme case is the first conventional example. On the other hand, in the present invention, B
The MD density profile becomes steep. In addition, the substance of BMD is that oxygen dissolved in the Si substrate is precipitated as SiO 2 , and the increase in the volume of BMD as the BMD grows exceeds the decrease in the volume of the host Si crystal. For this reason, lattice strain occurs as the BMD grows, and the lattice strain further increases in the steep BMD density profile of the present invention. For this reason, if the lattice strain due to BMD is too large, S due to thermal stress in the thermal process during the device manufacturing process.
Dislocations occur in the i-wafer, and the dislocations cause device defects such as PN junction defects. As a countermeasure, relief of thermal stress in the thermal process during the process can be considered first. However, since this lowers the throughput of the device manufacturing process, in the present invention, the BMD density from the surface to 10 μm is 5%.
The problem of lattice distortion due to the BMD density profile was solved without drastically reducing the throughput of the device manufacturing process by setting it to be 10 2 cm -3 or more. Also,
BMD density from wafer surface to 10μm is 5 × 10
If it is less than 2 cm −3 , the BMD density inside the substrate becomes 5 × 10 7 cm −3 or less by the current Si crystal growth method,
From this viewpoint, it is necessary to set the BMD density from the surface to 10 μm to 5 × 10 2 cm −3 or more because sufficient gettering ability cannot be obtained in the device manufacturing process and device failure occurs. Actually BM inside 20 μm or more
When the D density is 5 × 10 7 cm −3 or less, crystal defects (OSFs, dislocations) occur on the wafer surface due to metal contamination during the device manufacturing process due to insufficient getter capability, resulting in device defects such as PN junction leak defects. 16 MDRA to occur
Confirmed with M and gate array, 20μ from the surface
It was confirmed that the internal BMD density of m or more was required to be 5 × 10 7 cm −3 or more.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係る製法プロセスの流れを
示すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing a flow of a manufacturing process according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す製法によって作成されるウェーハの
BMD密度プロファイルをグラフ(A)及び拡大断面図
(B)によって示す説明図。
FIG. 2 is an explanatory view showing a BMD density profile of a wafer produced by the manufacturing method shown in FIG. 1 by a graph (A) and an enlarged sectional view (B).

【図3】従来のウェーハのBMD密度プロファイルをグ
ラフ(A)(CZ、IG)及び拡大断面図(B)(I
G)によって示す説明図。
FIG. 3 is a graph (A) (CZ, IG) and an enlarged sectional view (B) (I) showing the BMD density profile of a conventional wafer.
Explanatory drawing shown by G).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

ST1 チョクラルスキー(CZ)法によるSi育成ス
テージ ST2 ウェーハ成形ステージ ST3 BMD密度プロファイル形成のための熱処理ス
テージ ST4 BMD核形成のための熱処理ステージ ST5 BMD核拡大のための熱処理ステージ ST6 BMD評価ステージ 21 デバイス形成面(ウェーハ表面) 22 BMD
ST1 Si growth stage by Czochralski (CZ) method ST2 Wafer forming stage ST3 Heat treatment stage for BMD density profile formation ST4 Heat treatment stage for BMD nucleation formation ST5 B Heat treatment stage for BMD nucleus expansion ST6 BMD evaluation stage 21 Device Formation surface (wafer surface) 22 BMD

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】酸素雰囲気中で、780℃、3時間の熱処
理を施し、続いて、酸素雰囲気中で、1000℃、16
時間の熱処理を施した後にBMD観察を行ったときの基
板表面から10μmの深さまでの平均BMD密度が5×
102 〜5×166 cm-3であることを特徴とする半導
体基板。
1. A heat treatment is performed in an oxygen atmosphere at 780 ° C. for 3 hours, and subsequently in an oxygen atmosphere at 1000 ° C. for 16 hours.
The average BMD density from the substrate surface to the depth of 10 μm is 5 × when the BMD observation is performed after the heat treatment for a time.
A semiconductor substrate having a size of 10 2 to 5 × 16 6 cm −3 .
【請求項2】基板表面から、20μm以上の深さの層に
おけるBMD密度が5×107 cm-3以上であることを
特徴とする請求項1記載の半導体基板。
2. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein the BMD density in the layer having a depth of 20 μm or more from the substrate surface is 5 × 10 7 cm −3 or more.
【請求項3】溶融半導体中に単結晶の半導体種子結晶を
ひたし、そして引き上げて、前記種子結晶の方位配列を
有する半導体結晶を得る工程と、 前記半導体結晶からなる結晶体を基板状に成形する工程
と、 その基板状成形体に対し非酸化雰囲気中で、1150℃
以上、30分以上の熱処理を施す工程とを含むことを特
徴とする半導体基板の製造方法。
3. A step of immersing a single crystal semiconductor seed crystal in a molten semiconductor and pulling it up to obtain a semiconductor crystal having an orientational arrangement of the seed crystal, and molding a crystal body of the semiconductor crystal into a substrate shape. Process and the substrate-shaped compact in a non-oxidizing atmosphere at 1150 ° C
As described above, the method for manufacturing a semiconductor substrate includes the step of performing heat treatment for 30 minutes or more.
【請求項4】前記熱処理工程は、H、CO、CO
Ar、He、Ne、Kr、Xeの少なくとも1つの非酸
化雰囲気中で、前記基板状成形体に熱処理を施すことを
特徴とする請求項3記載の半導体基板の製造方法。
4. The heat treatment step comprises: H 2 , CO, CO 2 ,
4. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 3, wherein the substrate-shaped compact is heat-treated in at least one non-oxidizing atmosphere of Ar, He, Ne, Kr, and Xe.
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