JPH11349394A - Nitrogen-doped silicon single crystal wafer having low defect density and it production - Google Patents

Nitrogen-doped silicon single crystal wafer having low defect density and it production

Info

Publication number
JPH11349394A
JPH11349394A JP17227498A JP17227498A JPH11349394A JP H11349394 A JPH11349394 A JP H11349394A JP 17227498 A JP17227498 A JP 17227498A JP 17227498 A JP17227498 A JP 17227498A JP H11349394 A JPH11349394 A JP H11349394A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
single crystal
crystal
silicon single
wafer
nitrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP17227498A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Iida
誠 飯田
Masaro Tamazuka
正郎 玉塚
Masaki Kimura
雅規 木村
Shozo Muraoka
正三 村岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Handotai Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shin Etsu Handotai Co Ltd filed Critical Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority to JP17227498A priority Critical patent/JPH11349394A/en
Publication of JPH11349394A publication Critical patent/JPH11349394A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To produce a nitrogen-doped silicon single crystal wafer in high productivity by excluding dislocation cluster while remaining excess interstitial silicon atoms over the whole surface or a part of crystal. SOLUTION: A silicon single crystal is grown by Czochralski process by pulling up the crystal while doping the crystal with nitrogen under a condition to hold excess interstitial silicon atoms over the whole area of a part of the crystal. The distribution of defect is shifted to the high-speed side of the pull-up speed and the generation of dislocation cluster ordinarily occuring at an I-rich region is prevented by this process. Accordingly, the controlling tolerance is widened and the control becomes easy when the crystal is pulled up in a region having I-rich region over the whole surface or a part of the crystal and a silicon single crystal having extremely low defect density and free from dislocation cluster even in an I-rich region can be produced in high productivity. Preferably, the amount of doped nitrogen is >=1×10<14> atoms/cm<3> and the oxygen concentration in the crystal is <=1×10<18> atoms/cm<3> .

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、結晶欠陥が少ない
シリコン単結晶ウエーハおよびその製造方法に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a silicon single crystal wafer having few crystal defects and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、DRAM等の半導体回路の高集積
化に伴う素子の微細化に伴い、その基板となるチョクラ
ルスキー法(以下、CZ法と略記する)で作製されたシ
リコン単結晶に対する品質要求が高まってきている。特
に、FPD、LSTD、COP等のグローンイン(Gr
own−in)欠陥と呼ばれる酸化膜耐圧特性やデバイ
スの特性を悪化させる、単結晶成長起因の欠陥が存在し
その密度とサイズの低減が重要視されている。
2. Description of the Related Art In recent years, along with the miniaturization of elements accompanying the high integration of semiconductor circuits such as DRAMs, a silicon single crystal produced by the Czochralski method (hereinafter abbreviated as CZ method) serving as a substrate has been developed. Quality requirements are increasing. In particular, the grown-in (Gr.) Of FPD, LSTD, COP, etc.
There is a defect called “own-in” defect, which is caused by single crystal growth and deteriorates the withstand voltage characteristic of an oxide film and the characteristics of a device, and reduction in the density and size of the defect is regarded as important.

【0003】これらの欠陥を説明するに当たって、先
ず、シリコン単結晶に取り込まれるベイカンシイ(Va
cancy、以下Vと略記することがある)と呼ばれる
空孔型の点欠陥と、インタースティシアル−シリコン
(Interstitial−Si、以下Iと略記する
ことがある)と呼ばれる格子間型シリコン点欠陥のそれ
ぞれの取り込まれる濃度を決定する因子について、一般
的に知られていることを説明する。
In explaining these defects, first, vacancy (Va) incorporated into a silicon single crystal is used.
vacancy (hereinafter sometimes abbreviated as V) and interstitial silicon point defect called interstitial-Si (hereinafter sometimes abbreviated as I), respectively. What is generally known about factors that determine the concentration in which is taken up will be explained.

【0004】シリコン単結晶において、V領域とは、V
acancy、つまりシリコン原子の不足から発生する
凹部、穴のようなものが多い領域であり、I領域とは、
シリコン原子が余分に存在することにより発生する転位
や余分なシリコン原子の塊が多い領域のことであり、そ
してV領域とI領域の間には、原子の不足や余分が無い
(少ない)ニュートラル(Neutral、以下Nと略
記することがある)領域が存在していることになる。そ
して、前記グローンイン欠陥(FPD、LSTD、CO
P等)というのは、あくまでもVやIが過飽和な状態の
時に発生するものであり、多少の原子の偏りがあって
も、飽和以下であれば、欠陥としては存在しないことが
判ってきた。
In a silicon single crystal, the V region is defined as V
area, which is a region where there are many recesses and holes generated due to lack of silicon atoms.
This is a region in which dislocations and extra silicon atoms are lumped due to the presence of extra silicon atoms, and between the V region and the I region, there is no (small) neutral (less or less) atoms. Neutral (hereinafter sometimes abbreviated as N)). And, the above-mentioned grown-in defect (FPD, LSTD, CO
P, etc.) are generated only when V and I are supersaturated, and it has been found that even if there is a slight bias of atoms, they do not exist as defects if they are not more than saturated.

【0005】この両点欠陥の濃度は、CZ法における結
晶の引上げ速度(成長速度)と結晶中の固液界面近傍の
温度勾配Gとの関係から決まり、V領域とI領域との境
界近辺にはOSF(酸化誘起積層欠陥、Oxidati
on Indused Stacking Faul
t)と呼ばれるリング状の欠陥の存在が確認されてい
る。
[0005] The concentration of these two point defects is determined by the relationship between the crystal pulling rate (growth rate) in the CZ method and the temperature gradient G near the solid-liquid interface in the crystal, and is near the boundary between the V region and the I region. Is OSF (oxidation induced stacking fault, Oxidati
on Induced Stacking Foul
The presence of a ring-shaped defect called t) has been confirmed.

【0006】これら結晶成長起因の欠陥を分類すると、
例えば成長速度が0.6mm/min前後以上と比較的
高速の場合には、空孔タイプの点欠陥が集合したボイド
起因とされているFPD、LSTD、COP等のグロー
ンイン欠陥が結晶径方向全域に高密度に存在し、これら
欠陥が存在する領域はV−リッチ領域と呼ばれている。
また、成長速度が0.6mm/min以下の場合は、成
長速度の低下に伴い、上記したOSFリングが結晶の周
辺から発生し、このリングの外側に転位ループ起因と考
えられているL/D(Large Dislocati
on:格子間転位ループの略号、LSEPD、LFPD
等:これらは転位クラスターとも呼ばれる)の欠陥が低
密度に存在し、これら欠陥が存在する領域はI−リッチ
領域と呼ばれている。さらに、成長速度を0.4mm/
min前後以下に低速にすると、OSFリングがウエー
ハの中心に凝集して消滅し、全面がI−リッチ領域とな
る。
[0006] When these defects caused by crystal growth are classified,
For example, when the growth rate is relatively high, such as about 0.6 mm / min or more, grown-in defects such as FPDs, LSTDs, and COPs, which are considered to be caused by voids in which vacancy-type point defects are aggregated, are formed over the entire area in the crystal diameter direction. A region that exists at high density and has these defects is called a V-rich region.
When the growth rate is 0.6 mm / min or less, the above-mentioned OSF ring is generated from the periphery of the crystal due to the decrease in the growth rate, and the L / D is considered to be caused by dislocation loops outside the ring. (Large Dislocati
on: abbreviation for interstitial dislocation loop, LSEPD, LFPD
Etc .: these are also called dislocation clusters) at low density, and the region where these defects are present is called an I-rich region. Further, the growth rate is set to 0.4 mm /
When the speed is reduced to about min or less, the OSF ring aggregates at the center of the wafer and disappears, and the entire surface becomes an I-rich region.

【0007】また、最近V−リッチ領域とI−リッチ領
域の中間でOSFリングの外側に、N領域と呼ばれる、
空孔起因のFPD、LSTD、COPも、転位ループ起
因のLSEPD、LFPDも存在しない領域の存在が発
見されている。この領域はOSFリングの外側にあり、
そして、酸素析出熱処理を施し、X−ray観察等で析
出のコントラストを確認した場合に、酸素析出がほとん
どなく、かつ、LSEPD、LFPD等の転位クラスタ
ーが形成されるほどリッチではないI−リッチ領域側で
ある。
[0007] Recently, a region called an N region outside the OSF ring between the V-rich region and the I-rich region,
It has been discovered that there are regions where neither vacancy-induced FPD, LSTD, or COP nor dislocation loop-induced LSEPD, LFPD exist. This area is outside the OSF ring,
When an oxygen precipitation heat treatment is performed and the contrast of the precipitation is confirmed by X-ray observation or the like, an I-rich region where there is almost no oxygen precipitation and is not rich enough to form dislocation clusters such as LSEPD and LFPD. Side.

【0008】このN−領域は、通常の方法では、成長速
度を下げた時に成長軸方向に対して斜めに存在するた
め、ウエーハ面内では一部分にしか存在しなかった。こ
のN−領域について、ボロンコフ理論(V.V.Vor
onkov;Journal of Crystal
Growth,59(1982)625〜643)で
は、引上げ速度(F)と結晶固液界面軸方向温度勾配
(G)の比であるF/Gというパラメータが点欠陥のト
ータルな濃度を決定すると唱えている。このことから考
えると、面内で引上げ速度は一定のはずであるから、面
内でGが分布を持つために、例えば、ある引上げ速度で
は中心がV−リッチ領域でN−領域を挟んで周辺でI−
リッチ領域となるような結晶しか得られなかった。
In the usual method, the N-region exists obliquely with respect to the direction of the growth axis when the growth rate is reduced. Therefore, the N-region exists only partially in the wafer plane. For this N-region, the Bornkov theory (VVor
onkov; Journal of Crystal
Growth, 59 (1982) 625 to 643), argues that the parameter F / G, which is the ratio of the pulling rate (F) to the temperature gradient (G) in the axial direction of the crystal-solid interface, determines the total concentration of point defects. I have. Considering this, the pulling speed should be constant in the plane, so that G has a distribution in the plane. For example, at a certain pulling speed, the center is located around the N- region in the V-rich region. And I-
Only a crystal that could be a rich region was obtained.

【0009】そこで最近、面内のGの分布を改良して、
この斜めでしか存在しなかったN−領域を、例えば、引
上げ速度Fを徐々に下げながら引上げた時に、ある引上
げ速度でN−領域が横全面に広がった結晶が製造できる
ようになった。また、この全面N−領域の結晶を長さ方
向へ拡大するには、このN−領域が横に広がった時の引
上げ速度を維持して引上げればある程度達成できる。ま
た、結晶が成長するに従ってGが変化することを考慮
し、それを補正して、あくまでもF/Gが一定になるよ
うに、引上げ速度を調節すれば、それなりに成長方向に
も、全面N−領域となる結晶が拡大できるようになっ
た。この全面N−領域結晶にはグローンイン欠陥が全く
存在せず、酸化膜耐圧特性も良好である。
Therefore, recently, the distribution of G in the plane has been improved,
When the N- region existing only obliquely is pulled up, for example, while gradually lowering the pulling speed F, a crystal in which the N- region spreads over the entire horizontal surface at a certain pulling speed can be manufactured. Further, in order to enlarge the crystal of this entire N-region in the length direction, it can be achieved to some extent by pulling while maintaining the pulling speed when the N-region spreads laterally. Also, considering that G changes as the crystal grows, it is corrected and the pulling speed is adjusted so that F / G is kept constant. The crystal serving as a region can be enlarged. This whole N-region crystal has no grown-in defect at all, and has good oxide film breakdown voltage characteristics.

【0010】以上の他、現状で行われている欠陥低減法
としては、徐冷法がある。これは、比較的速い引上げ速
度で、結晶を全面V−リッチ領域と呼ばれる、空孔が過
剰に存在するような領域で結晶を引上げておいて、結晶
引上げ中に、1150〜1080℃の温度帯域の通過時
間を長くすることにより、欠陥の密度を低減する方法
で、これにより酸化膜耐圧特性が改善されている。
In addition to the above, there is a slow cooling method as a defect reduction method currently performed. This is because, at a relatively high pulling rate, the crystal is pulled in a region called a V-rich region in which vacancies are excessively present, and a temperature band of 1150 to 1080 ° C. In this method, the density of defects is reduced by lengthening the transit time, thereby improving the oxide film breakdown voltage characteristics.

【0011】また、引上げ速度を遅くして、I−リッチ
領域と呼ばれる格子間シリコンが過剰に存在するような
領域で、結晶を引上げる方法があり、この方法によれば
COP等は殆ど存在せず、酸化膜耐圧特性も良い。さら
に従来から、V−リッチの結晶に窒素をドープする方法
が行われており、FPDやCOPが極めて少ないものが
作られている。
Further, there is a method in which the crystal is pulled in a region where interstitial silicon is excessively present, called an I-rich region, by lowering the pulling speed. According to this method, almost no COP or the like exists. Also, the oxide film withstand voltage characteristics are good. Further, conventionally, a method of doping nitrogen into a V-rich crystal has been performed, and a crystal with extremely small FPD and COP has been manufactured.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、全面N
−領域のような極低欠陥領域を結晶全体に広げて製造し
ようとする時に、引上げ速度Fを高速化しようとする場
合に、ボロンコフの理論からすれば、結晶の固液界面軸
方向温度勾配Gを大きくすればよいが、Gを結晶の横方
向で均一にする必要があり、結晶成長装置の炉内構造
(ホットゾーン:HZ)に限界があるために、成長速度
を高速化するのには限界があった。また、N−領域とな
る引上げ速度の制御範囲が狭く、結晶の軸方向にN−領
域を拡大することは困難であり、量産化には不向きであ
った。
However, the entire N
In the case where a very low defect region such as a region is to be spread over the entire crystal and the pulling speed F is to be increased, the temperature gradient G in the solid-liquid interface axial direction of the crystal is determined according to Bornkov's theory. However, since it is necessary to make G uniform in the lateral direction of the crystal, and there is a limit in the in-furnace structure (hot zone: HZ) of the crystal growth apparatus, it is necessary to increase the growth rate. There was a limit. Further, the control range of the pulling speed, which is the N-region, is narrow, and it is difficult to expand the N-region in the axial direction of the crystal, which is not suitable for mass production.

【0013】また、V−リッチ領域徐冷法は、欠陥の密
度を下げても、欠陥のサイズを大きくしていることが確
認されており、根本的な解決にはなっていない。さら
に、I−リッチ結晶には巨大転位ループ(転位クラスタ
ー)が存在することが判っており、デバイスにおいてこ
の転位を通じて電流がリークし、P−Nジャンクション
としての機能を果たさなくなることが知られている。ま
た、同じ酸素濃度で比較すると、V−リッチ結晶よりも
酸素析出が起こりにくくゲッタリング能力が不足してい
る。
Further, it has been confirmed that the V-rich region slow cooling method increases the size of the defect even if the density of the defect is reduced, and has not been a fundamental solution. Furthermore, it is known that a large dislocation loop (dislocation cluster) exists in the I-rich crystal, and it is known that a current leaks through the dislocation in a device, and the device does not function as a PN junction. . Further, when compared at the same oxygen concentration, oxygen precipitation is less likely to occur than the V-rich crystal, and the gettering ability is insufficient.

【0014】そして、窒素をドープした通常のCZ法の
結晶(V−リッチ結晶が大半)は、一見グローンイン欠
陥が観察されないが、詳細に評価を行うと、窒素は欠陥
の凝集を抑えるだけの効果しかなく、小さい欠陥が大量
に高密度に存在することが確認された。さらにこの結晶
の酸化膜耐圧測定を行ったところあまり良くなかった。
At first glance, a crystal grown by ordinary CZ method doped with nitrogen (most of V-rich crystals) does not show any grown-in defects, but when evaluated in detail, nitrogen has an effect of suppressing the aggregation of defects. However, it was confirmed that a large number of small defects existed in high density. Further, the oxide film breakdown voltage measurement of this crystal was not so good.

【0015】本発明は、このような問題点に鑑みなされ
たもので、高速下に制御幅が広く、制御し易い製造条件
の下で、I−リッチ結晶の全面に亙って極低欠陥密度
で、特に転位クラスターを排除したI−リッチ領域から
なるCZ法によるシリコン単結晶ウエーハを、高生産性
を維持しながら得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has an extremely low defect density over the entire surface of an I-rich crystal under a high-speed, wide control range and easily controllable manufacturing condition. Accordingly, it is an object of the present invention to obtain a silicon single crystal wafer by the CZ method comprising an I-rich region in which dislocation clusters are eliminated, while maintaining high productivity.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために為されたもので、本発明の請求項1に記記
載した発明は、チョクラルスキー法によって育成された
シリコン単結晶ウエーハであって、結晶全面あるいは一
部の領域に格子間シリコンが過剰に存在するが、転位ク
ラスターが排除されていることを特徴とするシリコン単
結晶ウエーハである。
Means for Solving the Problems The present invention has been made to achieve the above object, and the invention described in claim 1 of the present invention is directed to a silicon single crystal grown by the Czochralski method. This is a silicon single crystal wafer characterized in that interstitial silicon is excessively present on the entire surface or in a part of the crystal, but dislocation clusters are eliminated.

【0017】そして請求項2に記載した発明は、チョク
ラルスキー法によって育成されたシリコン単結晶ウエー
ハであって、窒素がドープされ、かつ結晶全面あるいは
一部の領域に格子間シリコンが過剰に存在することを特
徴とするシリコン単結晶ウエーハである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a silicon single crystal wafer grown by the Czochralski method, wherein nitrogen is doped and interstitial silicon is excessively present on the entire surface of the crystal or a partial region thereof. A silicon single crystal wafer characterized by the following.

【0018】さらに請求項3に記載した発明は、チョク
ラルスキー法によって育成されたシリコン単結晶ウエー
ハであって、窒素がドープされ、かつ結晶全面あるいは
一部の領域に格子間シリコンが過剰に存在するが転位ク
ラスターが排除されていることを特徴とするシリコン単
結晶ウエーハである。
A third aspect of the present invention is a silicon single crystal wafer grown by the Czochralski method, wherein nitrogen is doped and excess interstitial silicon is present on the entire surface or a part of the crystal. However, this is a silicon single crystal wafer characterized by eliminating dislocation clusters.

【0019】そして、請求項4に記載した発明は、請求
項1ないし請求項3に記載されたシリコン単結晶ウエー
ハであって、結晶全面から空孔型欠陥が排除されている
ものとすることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the silicon single crystal wafer according to the first to third aspects, wherein the vacancy-type defects are eliminated from the entire surface of the crystal. it can.

【0020】そして、この場合、請求項5のように、ド
ープされた窒素濃度を1×1014atoms/cm3
上とし、請求項6のように、結晶中酸素濃度を1×10
18atoms/cm3 以下とすることができる。
In this case, the concentration of the doped nitrogen is set to 1 × 10 14 atoms / cm 3 or more, and the concentration of oxygen in the crystal is set to 1 × 10 atoms / cm 3.
It can be 18 atoms / cm 3 or less.

【0021】そして、本発明の請求項7に記載した発明
は、前記請求項2ないし請求項6のいずれか1項に記載
したシリコン単結晶ウエーハであって、ウエーハ表面の
窒素が熱処理により外方拡散されているものである。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the silicon single crystal wafer according to any one of the second to sixth aspects, wherein nitrogen on the surface of the wafer is reduced by heat treatment. It is something that is spread.

【0022】そして、このようなシリコン単結晶ウエー
ハの製造方法は、本発明の請求項8に記載したように、
チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成する
際に、窒素をドープしながら結晶全面あるいは一部の領
域で格子間シリコンが過剰となる条件で引上げることを
特徴とするシリコン単結晶ウエーハの製造方法である。
The method of manufacturing a silicon single crystal wafer is as described in claim 8 of the present invention.
A method for producing a silicon single crystal wafer, comprising: growing a silicon single crystal by the Czochralski method while doping with nitrogen and pulling the silicon single crystal under conditions in which interstitial silicon is excessive in the entire surface or in a part of the crystal. It is.

【0023】このように窒素をドープしながら結晶を引
上げれば、欠陥分布が引上げ速度の高速側にシフトする
と共に、I−リッチ領域に発生する筈の転位クラスター
が排除される。従って、全面あるいは一部がI−リッチ
領域である領域で結晶を引上げれば、制御幅が広く、制
御も容易でありかつI−リッチ領域でありながら転位ク
ラスターを排除した極低欠陥シリコン単結晶ウエーハを
高生産性を維持して製造することができる。
When the crystal is pulled while doping with nitrogen as described above, the defect distribution shifts to a higher pulling speed, and dislocation clusters that would occur in the I-rich region are eliminated. Therefore, if the crystal is pulled in a region where the entire surface or a part thereof is an I-rich region, an ultra-low defect silicon single crystal which has a wide control range, is easy to control, and excludes dislocation clusters while being an I-rich region. Wafers can be manufactured while maintaining high productivity.

【0024】さらに、請求項9に記載した発明は、チョ
クラルスキー法によってシリコン単結晶を育成する際
に、窒素をドープしながら結晶全面あるいは一部の領域
で格子間シリコンが過剰となり、かつ結晶全面に空孔型
欠陥が生じない条件で引上げることを特徴とするシリコ
ン単結晶ウエーハの製造方法である。このようにすれ
ば、空孔型欠陥が存在するいわゆるV−リッチ領域やO
SFリングの形成が排除されるのでの全面あるいは一部
がI−リッチ領域である領域で容易に結晶を引上げるこ
とができる。
Further, according to the ninth aspect of the present invention, when growing a silicon single crystal by the Czochralski method, the interstitial silicon becomes excessive over the entire surface or a part of the region while doping with nitrogen, and A method for producing a silicon single crystal wafer, characterized in that the silicon single crystal wafer is pulled up under conditions that do not cause vacancy defects on the entire surface. By doing so, the so-called V-rich region where vacancy-type defects exist or O
Since the formation of the SF ring is eliminated, the crystal can be easily pulled in a region where the entire surface or a part is the I-rich region.

【0025】加えて本発明の請求項10に記載した発明
は、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成
する際に、引上げ速度をF[mm/min]とし、シリ
コンの融点から1400℃の間の引上げ軸方向の結晶内
温度勾配の平均値をG[℃/mm]で表した時、結晶中
心から結晶周辺までの距離D[mm]を横軸とし、F/
G[mm2 /℃・min]の値を縦軸として欠陥分布を
示した欠陥分布図のI−リッチ領域内で結晶を引上げる
場合において、窒素をドープしながら結晶を引上げるこ
とを特徴とするシリコン単結晶ウエーハの製造方法であ
る。
In addition, according to the present invention, when growing a silicon single crystal by the Czochralski method, the pulling rate is set to F [mm / min] and the temperature is set to 1400 ° C. from the melting point of silicon. When the average value of the temperature gradient in the crystal in the direction of the pulling axis is expressed by G [° C./mm], the distance D [mm] from the center of the crystal to the periphery of the crystal is represented by the horizontal axis, and F /
When pulling a crystal in an I-rich region of a defect distribution diagram showing a defect distribution with the value of G [mm 2 / ° C. · min] as a vertical axis, the crystal is pulled while doping with nitrogen. This is a method for producing a silicon single crystal wafer.

【0026】このように、実験・調査の結果を解析して
求めた図1の欠陥分布図を基に、窒素をドープしなが
ら、I−リッチ領域内に収まるように、結晶の引上げ速
度Fとシリコンの融点から1400℃の間の引上げ軸方
向の結晶内温度勾配の平均値Gを制御して結晶を引上げ
れば、引上げ速度が高速側にシフトすると共に、転位ク
ラスターが排除される。従って、窒素をドープしながら
I−リッチ領域結晶製造条件で引上げれば、制御幅が広
く、制御も容易でありかつ比較的高速で引上げることが
できるので、高生産性を維持してシリコン単結晶ウエー
ハを製造することができる。
As described above, based on the defect distribution diagram of FIG. 1 obtained by analyzing the results of the experiments and investigations, the crystal pulling speed F and the crystal pulling speed F are adjusted so as to be within the I-rich region while doping with nitrogen. If the crystal is pulled by controlling the average value G of the temperature gradient in the crystal in the pulling axis direction between the melting point of silicon and 1400 ° C., the pulling speed shifts to a higher speed side and dislocation clusters are eliminated. Therefore, if pulling is performed under the conditions for manufacturing an I-rich region crystal while doping with nitrogen, the width of control is wide, control is easy, and pulling can be performed at a relatively high speed. A crystal wafer can be manufactured.

【0027】すなわち、この方法によれば、結晶全面あ
るいは一部の領域に格子間シリコンが過剰に存在する
が、転位クラスターが排除されているシリコン単結晶ウ
エーハ、または窒素がドープされ、かつ結晶全面あるい
は一部の領域に格子間シリコンが過剰に存在するシリコ
ン単結晶ウエーハ或は窒素がドープされ、かつ結晶全面
あるいは一部の領域に格子間シリコンが過剰に存在する
が転位クラスターが排除されているシリコン単結晶ウエ
ーハを製造することが出来る。これらのシリコン単結晶
ウエーハは、酸化膜耐圧特性に優れ、リーク系の不良が
起きないという特性を有している。
That is, according to this method, an interstitial silicon is excessively present on the entire surface of the crystal or in a part of the region, but a silicon single crystal wafer from which dislocation clusters are eliminated or nitrogen is doped, and Alternatively, a silicon single crystal wafer or nitrogen that is excessively present in some regions is doped with nitrogen, and interstitial silicon is excessively present in the entire crystal surface or in some regions, but dislocation clusters are eliminated. A silicon single crystal wafer can be manufactured. These silicon single crystal wafers are excellent in oxide film breakdown voltage characteristics, and have such characteristics that leakage-type failure does not occur.

【0028】この場合、請求項11に記載したように、
チョクラルスキー法によって結晶を育成するに際し、磁
場を印加することが望ましい。このようにいわゆるMC
Z法によれば、窒素ドープの効果と相乗し、引上げ速度
が高速側にシフトする。従って、磁場を印加し、かつ窒
素をドープしながらI−リッチ領域結晶製造条件で引上
げれば、制御幅が広く、制御も容易でありかつ引上げ速
度を高速化して高生産性を維持して極低欠陥のシリコン
単結晶ウエーハを製造することができる。
In this case, as described in claim 11,
When growing a crystal by the Czochralski method, it is desirable to apply a magnetic field. Thus, the so-called MC
According to the Z method, the pulling speed shifts to a higher speed side in synergy with the effect of nitrogen doping. Therefore, if the pull-up is performed under the conditions for manufacturing the I-rich region crystal while applying a magnetic field and doping with nitrogen, the control range is wide, the control is easy, the pulling speed is increased, and the productivity is maintained. A low-defect silicon single crystal wafer can be manufactured.

【0029】また、請求項12に記載したように、ドー
プする窒素濃度を1×1014atoms/cm3 以上に
することが好ましい。これは、I−リッチ結晶内の転位
クラスターの形成を抑制し、消滅させるには、1×10
14atoms/cm3 以上にするのが望ましいからであ
る。
As described in claim 12, it is preferable that the concentration of nitrogen to be doped is 1 × 10 14 atoms / cm 3 or more. This reduces the formation of dislocation clusters in the I-rich crystal by 1 × 10
This is because it is desirable to set it to 14 atoms / cm 3 or more.

【0030】さらに、請求項13に記載したように、結
晶中酸素濃度を1×1018atoms/cm3 以下とす
ることが好ましい。このように、低酸素とすれば、結晶
欠陥の形成を一層抑制することが出来るし、熱処理にお
ける異常酸素析出を低減することも出来る。
Further, as described in claim 13, it is preferable that the oxygen concentration in the crystal is 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less. As described above, when the oxygen content is low, the formation of crystal defects can be further suppressed, and abnormal oxygen precipitation during heat treatment can be reduced.

【0031】次に、本発明の請求項14に記載した発明
は、請求項8ないし請求項13に記載の方法で得られた
シリコン単結晶ウエーハに、熱処理を加えてウエーハ表
面の窒素を外方拡散させるようにしたシリコン単結晶ウ
エーハの製造方法である。このようにすれば、ウエーハ
表面において窒素がなく、異常酸素析出を防ぐことがで
きる。また、ウエーハのバルク部は、窒素が含有されて
いるため、酸素の析出が促進され、十分にイントリンシ
ックゲッタリング効果(IG効果)を有するウエーハを
製造することができる。
Next, according to a fourteenth aspect of the present invention, a silicon single crystal wafer obtained by the method according to the eighth to thirteenth aspects is subjected to a heat treatment to remove nitrogen on the wafer surface. This is a method for manufacturing a silicon single crystal wafer to be diffused. By doing so, there is no nitrogen on the wafer surface, and abnormal oxygen precipitation can be prevented. Further, since nitrogen is contained in the bulk portion of the wafer, the precipitation of oxygen is promoted, and a wafer having a sufficient intrinsic gettering effect (IG effect) can be manufactured.

【0032】この場合、請求項15に記載したように、
前記熱処理を急速加熱・急速冷却装置[以下、RTA
(Rapid Thermal Anneler )装置ということがある]に
より行うことが望ましい。この装置は、枚葉式の自動連
続熱処理装置であって、熱処理前後の加熱、冷却を数秒
〜数百秒で行うので、弊害の多い長時間の熱履歴をウエ
ーハに与えることなく、数秒〜数百秒の短時間の効果的
な熱処理を施すことができる。
In this case, as described in claim 15,
The heat treatment is performed by a rapid heating / rapid cooling device [hereinafter, RTA
(Rapid Thermal Anneler) device]. This apparatus is a single-wafer type automatic continuous heat treatment apparatus, and performs heating and cooling before and after the heat treatment in several seconds to several hundred seconds. Effective heat treatment for a short time of 100 seconds can be performed.

【0033】以下、本発明につき詳細に説明するが、本
発明はこれらに限定されるものではない。説明に先立ち
各用語につき予め解説しておく。 1)FPD(Flow Pattern Defec
t)とは、成長後のシリコン単結晶棒からウェーハを切
り出し、表面の歪み層を弗酸と硝酸の混合液でエッチン
グして取り除いた後、K2 Cr27 と弗酸と水の混合
液で表面をエッチング(Seccoエッチング)するこ
とによりピットおよびさざ波模様が生じる。このさざ波
模様をFPDと称し、ウェーハ面内のFPD密度が高い
ほど酸化膜耐圧の不良が増える(特開平4−19234
5号公報参照)。
Hereinafter, the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited thereto. Prior to the explanation, each term will be explained in advance. 1) FPD (Flow Pattern Defec)
t) means that a wafer is cut out from a silicon single crystal rod after growth, the strained layer on the surface is removed by etching with a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid, and then K 2 Cr 2 O 7 , hydrofluoric acid and water are mixed. Pits and ripples are produced by etching the surface with the liquid (Secco etching). This ripple pattern is called FPD, and the higher the FPD density in the wafer surface, the more the failure of the oxide film breakdown voltage increases (JP-A-4-19234).
No. 5).

【0034】2)SEPD(Secco Etch P
it Defect)とは、FPDと同一のSecco
エッチングを施した時に、流れ模様(flow pat
tern)を伴うものをFPDと呼び、流れ模様を伴わ
ないものをSEPDと呼ぶ。この中で10μm以上の大
きいSEPD(LSEPD)は転位クラスターに起因す
ると考えられ、デバイスに転位クラスターが存在する場
合、この転位を通じて電流がリークし、P−Nジャンク
ションとしての機能を果たさなくなる。
2) SEPD (Secco Etch P)
it Defect) is the same as Secco as FPD
When etching is performed, a flow pattern (flow pat)
The one with tern) is called FPD, and the one without flow pattern is called SEPD. Among them, a large SEPD (LSEPD) of 10 μm or more is considered to be caused by a dislocation cluster. When a dislocation cluster exists in a device, a current leaks through the dislocation and the device does not function as a PN junction.

【0035】3)LSTD(Laser Scatte
ring Tomography Defect)と
は、成長後のシリコン単結晶棒からウエーハを切り出
し、表面の歪み層を弗酸と硝酸の混合液でエッチングし
て取り除いた後、ウエーハを劈開する。この劈開面より
赤外光を入射し、ウエーハ表面から出た光を検出するこ
とでウエーハ内に存在する欠陥による散乱光を検出する
ことができる。ここで観察される散乱体については学会
等ですでに報告があり、酸素析出物とみなされている
(J.J.A.P. Vol.32,P3679,19
93参照)。また、最近の研究では、八面体のボイド
(穴)であるという結果も報告されている。
3) LSTD (Laser Scatte)
In “Ring Tomography Defect”, a wafer is cut out from a silicon single crystal rod after growth, and a strained layer on the surface is removed by etching with a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid, and then the wafer is cleaved. By irradiating infrared light from the cleavage plane and detecting light emitted from the wafer surface, scattered light due to defects existing in the wafer can be detected. The scatterers observed here have already been reported in academic societies and the like, and are regarded as oxygen precipitates (JJAP Vol. 32, P3679, 19).
93). Recent studies have also reported that it is an octahedral void.

【0036】4)COP(Crystal Origi
nated Particle)とは、ウエーハの中心
部の酸化膜耐圧を劣化させる原因となる欠陥で、Sec
coエッチではFPDになる欠陥が、SC−1洗浄(N
4 OH:H22 :H2 O=1:1:10の混合液に
よる洗浄)では選択エッチング液として働き、COPに
なる。このピットの直径は1μm以下で光散乱法で調べ
る。
4) COP (Crystal Origin)
A “nated particle” is a defect that causes deterioration of the oxide film breakdown voltage at the center of the wafer, and
The defect that becomes FPD in the co-etch is SC-1 cleaning (N
In the case of washing with a mixed solution of H 4 OH: H 2 O 2 : H 2 O = 1: 1: 10), it works as a selective etching solution and becomes COP. The diameter of the pit is 1 μm or less and is examined by a light scattering method.

【0037】5)L/D(Large Disloca
tion:格子間転位ループの略号)には、LSEP
D、LFPD等があり、転位ループ起因と考えられてい
る欠陥で、転位クラスターあるいは巨大転位ループとも
いわれている。LSEPDは、上記したようにSEPD
の中でも10μm以上の大きいものをいう。また、LF
PDは、上記したFPDの中でも先端ピットの大きさが
10μm以上の大きいものをいい、こちらも転位ループ
起因の転位クラスターと考えられている。
5) L / D (Large Disloca)
tion: abbreviation for interstitial dislocation loop)
D, LFPD, etc., which are considered to be caused by dislocation loops, are also called dislocation clusters or giant dislocation loops. LSEPD is the SEPD
Among them, those having a size of 10 μm or more are referred to. Also, LF
PD refers to the above-mentioned FPD having a large size of the tip pit of 10 μm or more, which is also considered as a dislocation cluster caused by a dislocation loop.

【0038】本発明者らは、先に特願平9−19941
5号で提案したように、CZ法によるシリコン単結晶成
長に関し、V領域とI領域の境界近辺について、詳細に
調査したところ、この境界近辺の極く狭い領域にFP
D、LSTD、COPの数が著しく少なく、LSEPD
も存在しないニュートラルな領域(N−領域)があるこ
とを発見した。
The present inventors have previously disclosed in Japanese Patent Application No. 9-19994.
As proposed in No. 5, a detailed investigation was made on the vicinity of the boundary between the V region and the I region with respect to silicon single crystal growth by the CZ method.
The number of D, LSTD, COP is extremely small, and LSEPD
It has been found that there is a neutral region (N-region) that does not exist.

【0039】そこで、このN−領域をウエーハ全面に広
げることができれば、点欠陥を大幅に減らせると発想
し、成長(引上げ)速度と温度勾配の関係の中で、結晶
のウエーハ面内では、引上げ速度はほぼ一定であるか
ら、面内の点欠陥の濃度分布を決定する主な因子は温度
勾配である。つまり、ウエーハ面内で、軸方向の温度勾
配に差があることが問題で、この差を減らすことが出来
れば、ウエーハ面内の点欠陥の濃度差も減らせることを
見出し、結晶中心部の温度勾配Gcと結晶周辺部分の温
度勾配Geとの差を△G=(Ge−Gc)≦5℃/cm
となるように炉内温度を制御して引上げ速度を調節すれ
ば、ウエーハ全面がN領域からなる欠陥のないウエーハ
が得られるようになった。しかしながら、この方法では
HZの構造に限界があるため、成長速度を高速化するの
には限界があった。
Therefore, it was conceived that if the N- region could be spread over the entire surface of the wafer, the point defects could be greatly reduced, and in the relationship between the growth (pulling) speed and the temperature gradient, the following conditions were obtained: Since the pulling speed is almost constant, the main factor that determines the concentration distribution of point defects in the plane is the temperature gradient. In other words, it is a problem that there is a difference in the temperature gradient in the axial direction in the wafer plane, and if this difference can be reduced, it is found that the difference in the concentration of point defects in the wafer plane can be reduced. The difference between the temperature gradient Gc and the temperature gradient Ge around the crystal is represented by ΔG = (Ge−Gc) ≦ 5 ° C./cm
If the pulling speed is adjusted by controlling the temperature in the furnace so as to obtain a defect-free wafer in which the entire surface of the wafer is composed of an N region, it has become possible to obtain a wafer without defects. However, in this method, there is a limit in the structure of HZ, and there is a limit in increasing the growth rate.

【0040】一方、窒素等の軽元素不純物をドープした
場合、グローンイン欠陥分布に対する不純物の影響につ
いては、従来からボロンをドープした場合に、OSFリ
ングが縮小する成長速度がやや速くなることや転位ルー
プが発生しにくくなることが報告されている。また、窒
素をシリコン単結晶中にドープすると、シリコン中の原
子空孔の凝集が抑制され、結晶欠陥密度が低下すること
が指摘されている(T.Abe and H.Takeno,Mat.Res.Soc.S
ymp.Proc.Vol.262,3,1992 )。
On the other hand, when doping with a light element impurity such as nitrogen, the influence of the impurity on the growth-in defect distribution is as follows. Are reported to be less likely to occur. In addition, it has been pointed out that doping nitrogen into a silicon single crystal suppresses the aggregation of atomic vacancies in silicon and lowers the crystal defect density (T. Abe and H. Takeno, Mat. Res. Soc. .S
ymp.Proc.Vol.262,3,1992).

【0041】そこで、窒素ドープについて、結晶中心部
と結晶周辺部の温度勾配の差である△Gが大きい通常の
炉内構造を備えた結晶引上げ装置を使用し、引上げ速度
を変えて結晶面内を調査した結果、新たに次のような知
見を得、諸条件を確立して本発明を完成させた。
Therefore, for nitrogen doping, a crystal pulling apparatus having a normal furnace structure having a large ΔG, which is the difference in temperature gradient between the center of the crystal and the periphery of the crystal, is used. As a result of investigation, the following findings were newly obtained, and various conditions were established to complete the present invention.

【0042】すなわち、窒素をドープすることによっ
て、欠陥分布に関する引上げ速度が高速側にシフトする
と共に、I−リッチ領域内で発生する筈の転位クラスタ
ーがなくなることが判った。これは、窒素をドープしな
がら引上げ速度を変化させて結晶を成長させ、得られた
単結晶棒からウエーハを切り出し、グローイン欠陥を測
定し、また、熱酸化処理を施してOSFリング発生の有
無を確認した結果判明したものである。その結果を元に
作成したのが図1及び図5の欠陥分布図である。
That is, it has been found that the doping with nitrogen shifts the pulling speed related to the defect distribution to the high-speed side and eliminates dislocation clusters that would be generated in the I-rich region. This is because the crystal is grown by changing the pulling rate while doping with nitrogen, a wafer is cut out from the obtained single crystal rod, glow-in defects are measured, and thermal oxidation treatment is performed to determine whether or not OSF rings are generated. It was found as a result of checking. The defect distribution diagrams of FIGS. 1 and 5 were created based on the results.

【0043】図1は、直径6インチのシリコン単結晶
で、窒素ドープ量を1×1014atoms/cm3 とし
た場合、引上げ速度を下げながら引上げた時の欠陥晶分
布であり、結晶の径方向位置を横軸とし、F/G値を縦
軸として表している。図1から明らかなように、V−リ
ッチ領域を排除した境界は、結晶中心位置と中心から約
50mmまでの位置との間では0.237mm2 /℃・
minから緩やかに上昇し、この位置から外周にかけて
はF/G値を増大した線上にある。またN−領域/I−
リッチ領域との境界は、窒素ドープの場合明確ではない
が、△Gが大きいので図5のように全面N−領域にはな
らず、周辺の一部分はI−リッチ領域になっている。つ
まり図1の中で説明すると、1枚のウエーハ、つまり結
晶の半径方向は、破線で示すようなF/G線をたどるこ
とになる。従って、ウエーハ内のV−リッチ領域を排除
した全面あるいは一部がI−リッチ領域となる領域を最
大限に利用するには、結晶中心位置で0.237mm2
/℃・min以下となるようにすればよい。
FIG. 1 shows the distribution of defective crystals when a silicon single crystal having a diameter of 6 inches and a nitrogen doping amount was set at 1 × 10 14 atoms / cm 3 while the pulling speed was lowered. The directional position is shown on the horizontal axis, and the F / G value is shown on the vertical axis. As is clear from FIG. 1, the boundary excluding the V-rich region is 0.237 mm 2 / ° C. * between the center of the crystal and a position up to about 50 mm from the center.
It gradually rises from min and is on the line where the F / G value is increased from this position to the outer periphery. Also, N-region / I-
Although the boundary with the rich region is not clear in the case of nitrogen doping, ΔG is large, so that the entire surface does not become the N-region as shown in FIG. 5 and a part of the periphery is an I-rich region. That is, as described in FIG. 1, the radial direction of one wafer, that is, the crystal follows the F / G line shown by the broken line. Therefore, in order to maximize the use of a region in which the whole or a part of the wafer is an I-rich region excluding the V-rich region, 0.237 mm 2
/ ° C · min or less.

【0044】図5は、直径6インチのシリコン単結晶
で、窒素ドープ量を1×1014atoms/cm3 とし
た場合、引上げ速度を下げながら引上げた時の欠陥晶分
布であり、結晶の径方向位置を横軸とし、引上げ速度を
縦軸として表している。図5から引上げ速度が0.84
mm/min以下(図1ではF/G値が0.237mm
2 /℃・min以下)でV−リッチ領域が縮小している
ことが判る。そしてこの外側のI−リッチ領域には転位
クラスターが存在しないことが確認された。通常の窒素
ドープなしで引上げた場合に現れるN−領域/I−リッ
チ領域の境界線(図6参照)は、窒素ドープの場合には
確認出来なかったが、本発明のようにGが大きい通常の
HZを使用した場合には、V−リッチ領域が縮小した
時、その周辺はI−リッチ領域となっているようであ
る。また、極小さいCOP等のピットも存在せず、この
ウエーハの酸化膜耐圧特性は、C−モード良品率で10
0%であった。
FIG. 5 shows the distribution of defective crystals when a silicon single crystal having a diameter of 6 inches and a nitrogen doping amount is set to 1 × 10 14 atoms / cm 3 when the pulling rate is lowered while the pulling rate is low. The directional position is shown on the horizontal axis, and the pulling speed is shown on the vertical axis. From Figure 5, the pulling speed is 0.84
mm / min or less (in FIG. 1, the F / G value is 0.237 mm
2 / ° C./min or less), the V-rich region is reduced. It was confirmed that no dislocation cluster was present in the outer I-rich region. The boundary line of the N-region / I-rich region (see FIG. 6) that appears when the substrate is pulled without normal nitrogen doping could not be confirmed in the case of nitrogen doping. When the HZ is used, when the V-rich region is reduced, the periphery thereof seems to be an I-rich region. Also, no pits such as extremely small COPs exist, and the oxide breakdown voltage characteristic of this wafer is 10% in C-mode non-defective rate.
It was 0%.

【0045】この例では、V−リッチ領域がなくなっ
て、全面或は一部の領域がI−リッチ領域となる引上げ
速度は0.84mm/min以下となり、窒素ドープな
しの場合の引上げ速度0.6mm/min以下(図6参
照)と比較すると約40%も高速化していることがわか
る。しかも本来この領域で発生する転位クラスターは検
出されなかった。なお、こうした条件で引上げた結晶の
外周部にN−領域が形成されているのは、結晶成長後の
冷却過程で格子間シリコンが外方拡散するためである。
このように△Gについて配慮する必要はないので結晶を
急冷出来るだけ急冷しGが大きいHZを使用し、窒素ド
ープの欠陥分布シフト効果を併用すれば、より一層高速
化を図ることができる。従って、窒素をドープしながら
I−リッチ領域結晶製造条件で引上げれば、全面または
一部の領域でI−リッチ領域であり、極低欠陥、特に転
位クラスターの存在しないウエーハを、高速かつ容易に
製造することができ、歩留りと生産性の向上ならびにコ
ストダウンを図ることができる。
In this example, the pulling speed at which the V-rich region disappears and the entire surface or a part of the region becomes the I-rich region is 0.84 mm / min or less, and the pulling speed in the case of no nitrogen doping is 0.8 mm / min. Compared with 6 mm / min or less (see FIG. 6), it can be seen that the speed is increased by about 40%. Moreover, dislocation clusters originally occurring in this region were not detected. The reason why the N − region is formed in the outer peripheral portion of the crystal pulled under such conditions is that interstitial silicon diffuses outward in a cooling process after the crystal growth.
Since there is no need to consider ΔG, if the crystal is quenched as quickly as possible and HZ having a large G is used and the defect distribution shift effect of nitrogen doping is used, the speed can be further increased. Therefore, if the wafer is pulled under the conditions for manufacturing the I-rich region while doping with nitrogen, the wafer which is an I-rich region on the entire surface or a part of the region and has extremely low defects, particularly, a wafer having no dislocation clusters can be easily and quickly formed. It can be manufactured, and yield and productivity can be improved and cost can be reduced.

【0046】本発明において、CZ法によって窒素をド
ープしたシリコン単結晶棒を育成するには、例えば特開
昭60−251190号に記載されているような公知の
方法によれば良い。すなわち、CZ法は、石英ルツボ中
に収容された多結晶シリコン原料の融液に種結晶を接触
させ、これを回転させながらゆっくりと引き上げて所望
直径のシリコン単結晶棒を育成する方法であるが、あら
かじめ石英ルツボ内に窒化物を入れておくか、シリコン
融液中に窒化物を投入するか、雰囲気ガスを窒素を含む
雰囲気等とすることによって、引き上げ結晶中に窒素を
ドープすることができる。この際、窒化物の量あるいは
窒素ガスの濃度あるいは導入時間等を調整することによ
って、結晶中のドープ量を制御することが出来る。この
ように、CZ法によって単結晶棒を育成する際に、窒素
をドープすることによって、結晶成長中に導入される結
晶欠陥の発生を抑制することが出来る。
In the present invention, a silicon single crystal rod doped with nitrogen by the CZ method may be grown by a known method, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-251190. That is, the CZ method is a method in which a seed crystal is brought into contact with a melt of a polycrystalline silicon raw material contained in a quartz crucible, and is slowly pulled up while rotating to grow a silicon single crystal rod having a desired diameter. By pulling nitride in a quartz crucible in advance, putting nitride in a silicon melt, or setting the atmosphere gas to an atmosphere containing nitrogen, nitrogen can be doped into the pulled crystal. . At this time, the doping amount in the crystal can be controlled by adjusting the amount of the nitride, the concentration of the nitrogen gas, the introduction time, and the like. As described above, when a single crystal rod is grown by the CZ method, the generation of crystal defects introduced during crystal growth can be suppressed by doping with nitrogen.

【0047】この場合、CZ法によって結晶を育成する
に際し、磁場を印加してもよい。このようにいわゆるM
CZ法によれば、窒素ドープの効果と相乗して、引上げ
速度がさらに高速側にシフトする。シリコン融液に印加
する磁場は、水平磁場、縦磁場またはカスプ磁場等が使
用される。印加する磁場の強度は、2000G以上、好
ましくは3000G以上が良く、2000G未満では磁
場印加効果が少ないからである。従って、磁場を印加
し、かつ窒素をドープしながらI−リッチ領域結晶製造
条件で引上げれば、制御幅が広く、制御も容易でありか
つ高生産性を維持して極低欠陥のシリコン単結晶ウエー
ハを製造することができる。
In this case, a magnetic field may be applied when growing the crystal by the CZ method. Thus, the so-called M
According to the CZ method, the pulling speed shifts to a higher speed side in synergy with the effect of nitrogen doping. As the magnetic field applied to the silicon melt, a horizontal magnetic field, a vertical magnetic field, a cusp magnetic field, or the like is used. This is because the strength of the applied magnetic field is preferably 2000 G or more, and more preferably 3000 G or more, and if it is less than 2000 G, the effect of applying the magnetic field is small. Therefore, by pulling up under the conditions for manufacturing the I-rich region crystal while applying a magnetic field and doping with nitrogen, a silicon single crystal having a very low defect width with a wide control range, easy control and high productivity can be maintained. Wafers can be manufactured.

【0048】本発明における窒素のドープ量は、1×1
14atoms/cm3 以上とするのが好ましい。この
場合、窒素を少しドープすれば引上げ速度は高速側にシ
フトし、窒素ドープの効果は非常に大きく、ドープ量に
対してリニアに効いていることが判ったが、I−リッチ
結晶に対しては、1×1014atoms/cm3 以上と
することで結晶欠陥の形成を抑制する効果が大きく、転
位クラスターを消滅させることができた。
In the present invention, the doping amount of nitrogen is 1 × 1
It is preferably at least 0 14 atoms / cm 3 . In this case, if a little nitrogen is doped, the pulling speed shifts to a high speed side, and the effect of nitrogen doping is very large, and it is found that the effect is linear with respect to the doping amount. By setting it to 1 × 10 14 atoms / cm 3 or more, the effect of suppressing the formation of crystal defects was large, and dislocation clusters could be eliminated.

【0049】また、結晶中酸素濃度は、1×1018at
oms/cm3 以下とすることが好ましい。このよう
に、低酸素とすれば、結晶欠陥の形成を一層抑制するこ
とが出来るし、熱処理における異常酸素析出を防ぐこと
も出来るからである。
The oxygen concentration in the crystal is 1 × 10 18 at.
oms / cm 3 or less. As described above, if the oxygen content is low, the formation of crystal defects can be further suppressed, and abnormal oxygen precipitation during heat treatment can be prevented.

【0050】このようにして、結晶全面あるいは一部の
領域に格子間シリコンが過剰に存在するが、転位クラス
ターが排除されているシリコン単結晶ウエーハ、または
窒素がドープされ、かつ結晶全面あるいは一部の領域に
格子間シリコンが過剰に存在するシリコン単結晶ウエー
ハ或は窒素がドープされ、かつ結晶全面あるいは一部の
領域に格子間シリコンが過剰に存在するが転位クラスタ
ーが排除されているシリコン単結晶ウエーハを安定して
高生産性で製造することができる。
As described above, the interstitial silicon is excessively present on the entire surface or a part of the crystal, but a silicon single crystal wafer from which dislocation clusters are eliminated, or doped with nitrogen, and Silicon single crystal wafers with excessive interstitial silicon in the region or silicon doped with nitrogen, and interstitial silicon excessive in the whole surface or in some regions but dislocation clusters eliminated Wafers can be manufactured stably with high productivity.

【0051】この場合、結晶中に過剰に存在する窒素
は、窒素ドープして得られたシリコン単結晶ウエーハに
熱処理を加えてウエーハ表面の窒素を外方拡散させれば
よい。このようにすれば、ウエーハ表面において極めて
結晶欠陥の少ないウエーハを得ることができる。また、
ウエーハのバルク部は、窒素が含有されているため、酸
素の析出が促進され、十分にIG効果(イントリンシッ
クゲッタリング効果)を有するウエーハを製造すること
ができる。
In this case, the excess nitrogen in the crystal may be obtained by subjecting a silicon single crystal wafer obtained by nitrogen doping to a heat treatment to outwardly diffuse nitrogen on the wafer surface. In this way, a wafer having extremely few crystal defects on the wafer surface can be obtained. Also,
Since nitrogen is contained in the bulk portion of the wafer, precipitation of oxygen is promoted, and a wafer having a sufficient IG effect (intrinsic gettering effect) can be manufactured.

【0052】ウエーハ表面の窒素を外方拡散させる具体
的な熱処理の条件としては、900℃〜シリコンの融点
以下の温度で行なうのが好ましい。このような温度範囲
で熱処理をすることによって、十分にウエーハ表面層の
窒素を外方拡散できるとともに、同時に酸素をも外方拡
散させることができるので、表面層における酸素析出物
に起因する欠陥の発生をほぼ完全に防止することが出来
るからである。一方、バルク部においては、上記熱処理
によって酸素析出物を成長させることができるので、I
G効果を有するウエーハとすることができる。特に、本
発明では、バルク部においては、窒素の存在により酸素
析出が促進されるので、IG効果の高いものとなり、た
とえ低酸素濃度のシリコンウエーハであっても十分にI
G効果を発揮することが出来るものとなる。
As a specific heat treatment condition for outwardly diffusing nitrogen on the wafer surface, the heat treatment is preferably performed at a temperature of 900 ° C. to the melting point of silicon or lower. By performing the heat treatment in such a temperature range, nitrogen in the wafer surface layer can be sufficiently diffused outward, and oxygen can also be diffused outward at the same time, so that defects caused by oxygen precipitates in the surface layer can be reduced. This is because generation can be almost completely prevented. On the other hand, in the bulk portion, oxygen precipitates can be grown by the above-described heat treatment.
A wafer having the G effect can be obtained. In particular, in the present invention, in the bulk portion, the precipitation of oxygen is promoted by the presence of nitrogen, so that the IG effect is high.
G effect can be exhibited.

【0053】この場合、熱処理を急速加熱・急速冷却装
置により行うことが望ましい。この装置は、いわゆるR
TA装置と呼ばれるもので、枚葉式の自動連続熱処理装
置であって、熱処理前後の加熱、冷却を数秒〜数百秒で
行うので、弊害の多い長時間の熱履歴をウエーハに与え
ることなく、数秒〜数百秒の短時間の効果的な熱処理を
施すことができる。
In this case, it is desirable that the heat treatment is performed by a rapid heating / rapid cooling device. This device is a so-called R
It is called a TA device and is a single-wafer type automatic continuous heat treatment device.Because heating and cooling before and after heat treatment are performed in a few seconds to several hundred seconds, without giving a long-term heat history with harmful effects to the wafer, An effective heat treatment for a short time of several seconds to several hundred seconds can be performed.

【0054】また、ウエーハ表面の窒素を外方拡散させ
るための熱処理雰囲気を、酸素、水素、アルゴンあるい
はこれらの混合雰囲気下で行なうのが好ましい。このよ
うなガス雰囲気で熱処理をすることによって、シリコン
ウエーハに有害となる表面被膜を形成させることなく、
効率的に窒素を外方拡散させることができる。特に、水
素、アルゴンあるいはこれらの混合雰囲気のような、還
元性の雰囲気で高温熱処理を行なうと、ウエーハ表面の
結晶欠陥が消滅し易いのでより好ましい。
The heat treatment for diffusing nitrogen on the wafer surface outward is preferably performed in an atmosphere of oxygen, hydrogen, argon or a mixture of these. By performing heat treatment in such a gas atmosphere, without forming a harmful surface film on the silicon wafer,
It is possible to efficiently diffuse nitrogen outward. In particular, it is more preferable to perform the high-temperature heat treatment in a reducing atmosphere such as an atmosphere of hydrogen, argon, or a mixture thereof because crystal defects on the wafer surface are easily eliminated.

【0055】このようにして、窒素をドーププしたCZ
法によるシリコン単結晶ウエーハであって、該シリコン
単結晶ウエーハ表面の窒素が、熱処理により外方拡散さ
れているという本発明のシリコン単結晶ウエーハを得る
ことが出来る。
Thus, the CZ doped with nitrogen is
A silicon single crystal wafer according to the present invention, wherein nitrogen on the surface of the silicon single crystal wafer is diffused outward by heat treatment.

【0056】[0056]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。まず、本発明
で使用するCZ法による単結晶引上げ装置の構成例を図
3により説明する。図3に示すように、この単結晶引上
げ装置30は、引上げ室31と、引上げ室31中に設け
られたルツボ32と、ルツボ32の周囲に配置されたヒ
ータ34と、ルツボ32を回転させるルツボ保持軸33
及びその回転機構(図示せず)と、シリコンの種結晶5
を保持するシードチャック6と、シードチャック6を引
上げるワイヤ7と、ワイヤ7を回転又は巻き取る巻取機
構(図示せず)を備えて構成されている。ルツボ32
は、その内側のシリコン融液(湯)2を収容する側には
石英ルツボが設けられ、その外側には黒鉛ルツボが設け
られている。また、ヒータ34の外側周囲には断熱材3
5が配置されている。また、冷却ガスを吹き付けたり、
輻射熱を遮って単結晶を冷却する不図示の筒状の冷却装
置を設けてもよい。別に、最近では引上げ室31の水平
方向の外側に、図示しない磁石を設置し、シリコン融液
2に水平方向あるいは垂直方向等の磁場を印加すること
によって、融液の対流を抑制し、単結晶の安定成長をは
かる、いわゆるMCZ法が用いられることも多い。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. First, a configuration example of a single crystal pulling apparatus using the CZ method used in the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the single crystal pulling apparatus 30 includes a pulling chamber 31, a crucible 32 provided in the pulling chamber 31, a heater 34 disposed around the crucible 32, and a crucible for rotating the crucible 32. Holding shaft 33
And its rotation mechanism (not shown), and a silicon seed crystal 5.
, A wire 7 for pulling up the seed chuck 6, and a winding mechanism (not shown) for rotating or winding the wire 7. Crucible 32
Is provided with a quartz crucible on the side for containing the silicon melt (hot water) 2 inside, and a graphite crucible on the outside thereof. A heat insulating material 3 is provided around the outside of the heater 34.
5 are arranged. Also, spraying cooling gas,
A cylindrical cooling device (not shown) that blocks the radiant heat to cool the single crystal may be provided. Separately, recently, a magnet (not shown) is installed outside the pulling chamber 31 in the horizontal direction, and a magnetic field in the horizontal direction or the vertical direction is applied to the silicon melt 2 to suppress the convection of the melt and obtain a single crystal. In many cases, a so-called MCZ method is used to achieve stable growth.

【0057】次に、上記の単結晶引上げ装置30による
単結晶育成方法について説明する。まず、ルツボ32内
でシリコンの高純度多結晶原料を融点(約1420°
C)以上に加熱して融解する。この時、窒素をドープす
るために、例えば窒化膜付きシリコンウエーハを投入し
ておく。次に、ワイヤ7を巻き出すことにより融液2の
表面略中心部に種結晶5の先端を接触又は浸漬させる。
その後、ルツボ保持軸33を適宜の方向に回転させると
ともに、ワイヤ7を回転させながら巻き取り種結晶5を
引上げることにより、単結晶育成が開始される。以後、
引上げ速度と温度を適切に調節することにより略円柱形
状の窒素をドープした単結晶棒1を得ることができる。
Next, a method of growing a single crystal using the above-described single crystal pulling apparatus 30 will be described. First, a high-purity polycrystalline silicon material is melted in a crucible 32 at a melting point (about 1420 °).
C) Heat to melt above. At this time, for example, a silicon wafer with a nitride film is charged in order to dope nitrogen. Next, by unwinding the wire 7, the tip of the seed crystal 5 is brought into contact with or immersed substantially in the center of the surface of the melt 2.
Thereafter, the crucible holding shaft 33 is rotated in an appropriate direction, and at the same time, the wound seed crystal 5 is pulled up while rotating the wire 7, thereby starting single crystal growth. Since then
By appropriately adjusting the pulling speed and the temperature, a substantially cylindrical nitrogen-doped single crystal rod 1 can be obtained.

【0058】次に、得られた窒素含有シリコン単結晶棒
をスライスして、所定のウエーハ加工を施して得られる
ウエーハに熱処理を加えてウエーハ表面の窒素を外方拡
散させることになるが、本発明ではこの熱処理に急速加
熱・急速冷却できる装置を使用することにした。このR
TA装置としては、熱放射によるランプ加熱器のような
装置を挙げることができる。また、その他市販されてい
るものとして、例えばAST社製、SHS−2800の
ような装置を挙げることができ、これらは特別複雑で高
価なものではない。
Next, the obtained nitrogen-containing silicon single crystal rod is sliced, and the wafer obtained by subjecting the wafer to a predetermined wafer processing is subjected to a heat treatment to diffuse nitrogen on the wafer surface outward. In the present invention, a device capable of rapid heating / cooling is used for this heat treatment. This R
Examples of the TA device include a device such as a lamp heater using heat radiation. Other commercially available devices such as SHS-2800 manufactured by AST are not particularly complicated and expensive.

【0059】ここで、本発明で使用するRTA装置の一
例を図4に示す。図4の熱処理装置20は、例えば炭化
珪素あるいは石英からなるベルジャ21を有し、このベ
ルジャ21内でウエーハを熱処理するようになってい
る。加熱は、ベルジャ21を囲繞するように配置される
加熱ヒータ22,22’によって行う。この加熱ヒータ
は上下方向で分割されており、それぞれ独立に供給され
る電力を制御できるようになっている。もちろん加熱方
式は、これに限定されるものではなく、いわゆる輻射加
熱、高周波加熱方式としてもよい。加熱ヒータ22,2
2’の外側には、熱を遮蔽するためのハウジング23が
配置されている。
FIG. 4 shows an example of the RTA apparatus used in the present invention. The heat treatment apparatus 20 shown in FIG. 4 has a bell jar 21 made of, for example, silicon carbide or quartz, and heats a wafer in the bell jar 21. The heating is performed by heaters 22 and 22 ′ arranged to surround the bell jar 21. The heater is divided in the vertical direction, so that the power supplied independently can be controlled. Of course, the heating method is not limited to this, and may be a so-called radiant heating or high-frequency heating method. Heater 22,2
A housing 23 for shielding heat is arranged outside 2 '.

【0060】炉の下方には、水冷チャンバ24とベース
プレート25が配置され、ベルジャ21内と、外気とを
封鎖している。そしてシリコンウエーハ28はステージ
27上に保持されるようになっており、ステージ27は
モータ29によって上下動自在な支持軸26の上端に取
りつけられている。水冷チャンバ24には横方向からウ
エーハを炉内に出し入れできるように、ゲートバルブに
よって開閉可能に構成される不図示のウエーハ挿入口が
設けられている。また、ベースプレート25には、ガス
流入口と排気口が設けられており、炉内ガス雰囲気を調
整できるようになっている。
A water cooling chamber 24 and a base plate 25 are disposed below the furnace, and seal the inside of the bell jar 21 from the outside air. The silicon wafer 28 is held on a stage 27, and the stage 27 is attached to the upper end of a support shaft 26 which can be moved up and down by a motor 29. The water cooling chamber 24 is provided with a wafer insertion port (not shown) that can be opened and closed by a gate valve so that the wafer can be taken in and out of the furnace from the lateral direction. Further, the base plate 25 is provided with a gas inlet and an outlet, so that the gas atmosphere in the furnace can be adjusted.

【0061】以上のような熱処理装置20によって、窒
素含有シリコンウエーハの急速加熱・急速冷却する熱処
理は次のように行われる。まず、加熱ヒータ22,2
2’によってベルジャ21内を、例えば900℃〜シリ
コンの融点以下の所望温度に加熱し、その温度に保持す
る。分割された加熱ヒータそれぞれを独立して供給電力
を制御すれば、ベルジャ21内を高さ方向に沿って温度
分布をつけることができる。したがって、ウエーハの処
理温度は、ステージ27の位置、すなわち支持軸26の
炉内への挿入量によって決定することができる。熱処理
雰囲気は、酸素、水素、アルゴンあるいはこれらの混合
ガスが使用される。
The heat treatment for rapidly heating and rapidly cooling the nitrogen-containing silicon wafer by the above-described heat treatment apparatus 20 is performed as follows. First, the heaters 22 and 2
The inside of the bell jar 21 is heated to a desired temperature of, for example, 900 ° C. to the melting point of silicon by 2 ′, and is maintained at that temperature. If the supply power is controlled independently for each of the divided heaters, a temperature distribution can be provided in the bell jar 21 along the height direction. Therefore, the processing temperature of the wafer can be determined by the position of the stage 27, that is, the insertion amount of the support shaft 26 into the furnace. As the heat treatment atmosphere, oxygen, hydrogen, argon, or a mixed gas thereof is used.

【0062】ベルジャ21内が所望温度で維持されたな
ら、熱処理装置20に隣接して配置される、不図示のウ
エーハハンドリング装置によってウエーハを水冷チャン
バ24の挿入口から入れ、最下端位置で待機させたステ
ージ27上に例えばSiCボートを介してウエーハを乗
せる。この時、水冷チャンバ24およびベースプレート
25は水冷されているので、ウエーハはこの位置では高
温化しない。
When the inside of the bell jar 21 is maintained at the desired temperature, the wafer is inserted from the insertion port of the water cooling chamber 24 by a wafer handling device (not shown) disposed adjacent to the heat treatment device 20 and is made to stand by at the lowermost position. A wafer is placed on the stage 27, for example, via a SiC boat. At this time, since the water-cooling chamber 24 and the base plate 25 are water-cooled, the temperature of the wafer does not rise at this position.

【0063】そして、ウエーハのステージ27上への載
置が完了したなら、すぐにモータ29によって支持軸2
6を炉内に挿入することによって、ステージ27を90
0℃〜シリコンの融点以下の所望温度位置まで上昇さ
せ、ステージ上のシリコンウエーハに高温熱処理を加え
る。この場合、水冷チャンバ24内のステージ下端位置
から、所望温度位置までの移動には、例えば20秒程度
しかかからないので、ウエーハは急速に加熱されること
になる。
When the mounting of the wafer on the stage 27 is completed, the support shaft 2 is immediately driven by the motor 29.
6 into the furnace, the stage 27
The temperature is raised to a desired temperature position from 0 ° C. to the melting point of silicon, and a high-temperature heat treatment is applied to the silicon wafer on the stage. In this case, the movement from the lower end position of the stage in the water cooling chamber 24 to the desired temperature position takes, for example, only about 20 seconds, so that the wafer is rapidly heated.

【0064】そして、ステージ27を所望温度位置で、
所定時間停止(数秒〜数百秒)させることによって、ウ
エーハに停止時間分の高温熱処理を加えることができ
る。所定時間が経過し高温熱処理が終了したなら、すぐ
にモータ29によって支持軸26を炉内から引き抜くこ
とによって、ステージ27を下降させ水冷チャンバ24
内の下端位置とする。この下降動作も、例えば20秒程
度で行うことができる。ステージ27上のウエーハは、
水冷チャンバ24およびベースプレート25が水冷され
ているので、急速に冷却される。最後に、ウエーハハン
ドリング装置によって、ウエーハを取り出すことによっ
て、熱処理を完了する。さらに熱処理するウエーハがあ
る場合には、熱処理装置20の温度を降温させていない
ので、次々にウエーハを投入し連続的に熱処理をするこ
とができる。
Then, the stage 27 is moved to a desired temperature position.
By stopping for a predetermined time (several seconds to several hundred seconds), the wafer can be subjected to high-temperature heat treatment for the stop time. After the predetermined time has elapsed and the high-temperature heat treatment has been completed, the stage 27 is lowered by immediately pulling out the support shaft 26 from the furnace by the motor 29 to lower the water-cooling chamber 24.
At the lower end position. This lowering operation can be performed, for example, in about 20 seconds. The wafer on stage 27
Since the water cooling chamber 24 and the base plate 25 are water-cooled, they are rapidly cooled. Finally, the heat treatment is completed by taking out the wafer with a wafer handling device. Further, when there is a wafer to be heat-treated, the temperature of the heat treatment apparatus 20 is not lowered, so that the wafers can be charged one after another to perform the heat treatment continuously.

【0065】[0065]

【実施例】以下、本発明の具体的な実施の形態を実施例
を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるもの
ではない。 (実施例)図3に示した引上げ装置30で、20インチ
石英ルツボに原料多結晶シリコンを60Kgチャージ
し、直径6インチ、方位<100>のシリコン単結晶棒
を平均引上げ速度を1.20〜0.40mm/minに
下げながら引上げを行った(単結晶棒の直胴長さ約60
cm)。シリコン融液の湯温は約1420℃、炉内構造
(HZ)は通常のものを使用し、結晶軸方向温度勾配等
に特別の配慮はしなかった。窒素ドープ量は1×1014
atoms/cm3 とし、酸素濃度は、7〜10ppm
a(JEIDA)とした。そして、引上げ速度を1.0
〜0.3mm/min(結晶中心部のF/G値で0.2
82〜0.084mm2 /℃・min)に変化させて引
上げた。
EXAMPLES Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to these. (Embodiment) A 20-inch quartz crucible is charged with 60 kg of raw material polycrystalline silicon using a pulling apparatus 30 shown in FIG. 3, and a silicon single crystal rod having a diameter of 6 inches and an orientation of <100> is pulled at an average pulling rate of 1.20 to 1.20. Pulling was carried out while lowering to 0.40 mm / min.
cm). The temperature of the silicon melt was about 1420 ° C., the furnace structure (HZ) was a normal one, and no special consideration was given to the temperature gradient in the crystal axis direction. Nitrogen doping amount is 1 × 10 14
atoms / cm 3 and the oxygen concentration is 7 to 10 ppm
a (JEIDA). And the pulling speed is 1.0
0.3 mm / min (F / G value at the center of the crystal is 0.2
82 to 0.084 mm 2 / ° C. · min) and pulled up.

【0066】ここで得られた単結晶棒から、ウエーハを
切り出し、鏡面加工を施してシリコン単結晶の鏡面ウエ
ーハを作製し、グローンイン欠陥(FPD、LEP(L
SEP、LFPD))の測定を行った。また、熱酸化処
理を施してOSFリング発生の有無を確認した。その結
果を基に、図5及び図1の欠陥分布図を作成した。図5
から引上げ速度が0.84mm/min以下(図1では
F/G値が0.237mm2 /℃・min以下)でV−
リッチ領域が縮小していることが判る。そしてこの外側
のI−リッチ領域には転位クラスターが存在しないこと
が確認された。通常の窒素ドープなしで引上げた場合に
現れるN−領域/I−リッチ領域の境界線(図6参照)
は、窒素ドープの場合には確認出来なかった。また、極
小さいCOP等のピットも存在せず、このウエーハの酸
化膜耐圧特性は、C−モード良品率で100%であっ
た。
A wafer is cut out from the obtained single crystal rod and mirror-finished to produce a mirror-finished silicon single crystal wafer, and a grown-in defect (FPD, LEP (L
SEP, LFPD)). In addition, thermal oxidation treatment was performed to check for the occurrence of an OSF ring. Based on the results, the defect distribution diagrams of FIGS. 5 and 1 were created. FIG.
From V- at a pulling speed of 0.84 mm / min or less (F / G value of 0.237 mm 2 / ° C · min or less in FIG. 1).
It can be seen that the rich area has been reduced. It was confirmed that no dislocation cluster was present in the outer I-rich region. N-region / I-rich region boundary that appears when pulling up without normal nitrogen doping (see FIG. 6)
Could not be confirmed in the case of nitrogen doping. Also, no pits such as extremely small COPs were present, and the oxide film breakdown voltage characteristic of this wafer was 100% in terms of the C-mode non-defective rate.

【0067】(比較例)比較例として窒素ドープを行わ
ず、引上げ速度を0.7〜0.4mm/minに下げな
がら引上げた以外は実施例と全く同様の条件で引上げを
行った。その結果、図6及び図2に示した欠陥分布図を
得た。図6からも明らかなように、V−リッチ領域を縮
小させるには引上速度で0.6mm/min(図2では
F/G:0.157mm2 /℃・min)以下と低速で
あった。しかも、この領域には転位クラスターが検出さ
れた。
(Comparative Example) As a comparative example, pulling was performed under exactly the same conditions as in the example except that the pulling was performed while lowering the pulling speed to 0.7 to 0.4 mm / min without nitrogen doping. As a result, the defect distribution diagrams shown in FIGS. 6 and 2 were obtained. As is clear from FIG. 6, in order to reduce the V-rich region, the pulling speed was as low as 0.6 mm / min (F / G: 0.157 mm 2 / ° C. · min in FIG. 2). . Moreover, dislocation clusters were detected in this region.

【0068】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 embodiment is an exemplification, and has substantially the same configuration as the technical idea described in the scope of the claims of the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

【0069】例えば、上記実施形態においては、直径6
インチのシリコン単結晶を育成する場合につき例を挙げ
て説明したが、本発明はこれには限定されず、結晶全面
で格子間シリコンが過剰となる条件で引上げるととも
に、窒素をドープしながら結晶を引上げるようにすれ
ば、直径8〜16インチあるいはそれ以上のシリコン単
結晶にも適用できる。
For example, in the above embodiment, the diameter 6
The case of growing an inch silicon single crystal has been described by way of example, but the present invention is not limited to this, and the crystal is grown while doping with nitrogen while pulling up under the condition that the interstitial silicon is excessive on the entire surface of the crystal. Can be applied to a silicon single crystal having a diameter of 8 to 16 inches or more.

【0070】[0070]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
窒素をドープしながら結晶全面で格子間シリコンが過剰
となる条件で結晶を引上げた場合、I−リッチ領域とな
る引上げ速度を高速側にシフトさせることができると共
に、I−リッチ領域にある転位クラスターを排除させる
ことができ、極低欠陥結晶を安定して高生産性と高歩留
りで作製することができる。さらにこの結晶に熱処理を
施すことにより、表面近傍では窒素が外方拡散し、バル
ク中では窒素によるゲッタリングに十分な酸素析出が起
こり、酸化膜耐圧特性に優れたシリコン単結晶ウエーハ
を高生産性でかつ簡単に製造することができる。
As described above, according to the present invention,
When the crystal is pulled under the condition that the interstitial silicon becomes excessive over the entire surface of the crystal while doping with nitrogen, the pulling speed of the I-rich region can be shifted to a higher speed side, and the dislocation clusters in the I-rich region can be shifted. And a very low defect crystal can be stably manufactured with high productivity and high yield. Furthermore, by subjecting this crystal to heat treatment, nitrogen diffuses outward in the vicinity of the surface, and oxygen precipitates sufficiently in the bulk for gettering by nitrogen, and a silicon single crystal wafer with excellent oxide film breakdown voltage characteristics can be produced with high productivity. And can be easily manufactured.

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

【図1】本発明の窒素をドープしたシリコン単結晶にお
ける、結晶の径方向位置を横軸とし、F/G値を縦軸と
した場合の諸欠陥分布図である。
FIG. 1 is a distribution diagram of various defects in a nitrogen-doped silicon single crystal of the present invention, where the horizontal axis represents the radial position of the crystal and the vertical axis represents the F / G value.

【図2】従来の引上げ方法における結晶内の結晶の径方
向位置を横軸とし、F/G値を縦軸とした場合の諸欠陥
分布図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating various defect distributions in a case where a horizontal axis represents a radial position of a crystal in a crystal and a vertical axis represents an F / G value in a conventional pulling method.

【図3】本発明で使用したCZ法による単結晶引上げ装
置の概略説明図である。
FIG. 3 is a schematic explanatory view of a single crystal pulling apparatus by a CZ method used in the present invention.

【図4】本発明で使用した急速加熱・急速冷却装置の一
例を示す概略説明図である。
FIG. 4 is a schematic explanatory view showing one example of a rapid heating / rapid cooling device used in the present invention.

【図5】本発明の窒素をドープしたシリコン単結晶にお
ける、結晶の径方向位置を横軸とし、引上げ速度を縦軸
とした場合の諸欠陥分布図である。
FIG. 5 is a diagram showing various defect distributions in a nitrogen single crystal of silicon of the present invention, where the horizontal axis represents the radial position of the crystal and the vertical axis represents the pulling rate.

【図6】従来の引上げ方法における結晶内の結晶の径方
向位置を横軸とし、引上げ速度を縦軸とした場合の諸欠
陥分布図である。
FIG. 6 is a diagram showing various defect distributions in a case where a horizontal axis represents a radial position of a crystal in a crystal and a vertical axis represents a pulling speed in a conventional pulling method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…成長単結晶棒、2…シリコン融液、3…湯面、4…
固液界面、5…種結晶、6…シードチャック、7…ワイ
ヤ、30…単結晶引上げ装置、31…引上げ室、32…
ルツボ、33…ルツボ保持軸、34…ヒータ、35…断
熱材。20…熱処理装置、21…ベルジャ、 22,2
2’…加熱ヒータ、23…ハウジング、24…水冷チャ
ンバ、 25…ベースプレート、26 …支持軸、27
…ステージ、 28…シリコンウエーハ、29…モー
タ。
1 ... grown single crystal rod, 2 ... silicon melt, 3 ... hot surface, 4 ...
Solid-liquid interface, 5: seed crystal, 6: seed chuck, 7: wire, 30: single crystal pulling device, 31: pulling chamber, 32 ...
Crucible, 33: crucible holding shaft, 34: heater, 35: heat insulating material. 20: heat treatment apparatus, 21: bell jar, 22, 2
2 ': heater, 23: housing, 24: water cooling chamber, 25: base plate, 26: support shaft, 27
... stage, 28 ... silicon wafer, 29 ... motor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村岡 正三 群馬県安中市磯部2丁目13番1号 信越半 導体株式会社半導体磯部研究所内 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Shozo Muraoka 2-3-1-1, Isobe, Annaka-shi, Gunma Prefecture Semiconductor Isobe Laboratory, Shin-Etsu Semiconductor Co., Ltd.

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 チョクラルスキー法によって育成された
シリコン単結晶ウエーハであって、結晶全面あるいは一
部の領域に格子間シリコンが過剰に存在するが、転位ク
ラスターが排除されていることを特徴とするシリコン単
結晶ウエーハ。
1. A silicon single crystal wafer grown by the Czochralski method, wherein interstitial silicon is excessively present on the entire surface of the crystal or in a part of the crystal, but dislocation clusters are excluded. Silicon single crystal wafer.
【請求項2】 チョクラルスキー法によって育成された
シリコン単結晶ウエーハであって、窒素がドープされ、
かつ結晶全面あるいは一部の領域に格子間シリコンが過
剰に存在することを特徴とするシリコン単結晶ウエー
ハ。
2. A silicon single crystal wafer grown by the Czochralski method, wherein the wafer is doped with nitrogen.
A silicon single crystal wafer characterized in that interstitial silicon is excessively present on the entire surface or a part of the crystal.
【請求項3】 チョクラルスキー法によって育成された
シリコン単結晶ウエーハであって、窒素がドープされ、
かつ結晶全面あるいは一部の領域に格子間シリコンが過
剰に存在するが転位クラスターが排除されていることを
特徴とするシリコン単結晶ウエーハ。
3. A silicon single crystal wafer grown by the Czochralski method, wherein the wafer is doped with nitrogen.
A silicon single crystal wafer characterized in that interstitial silicon is excessively present on the entire surface or in a part of the crystal, but dislocation clusters are eliminated.
【請求項4】 結晶全面から空孔型欠陥が排除されてい
ることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか
1項に記載したシリコン単結晶ウエーハ。
4. The silicon single crystal wafer according to claim 1, wherein vacancy-type defects are eliminated from the entire surface of the crystal.
【請求項5】 前記ドープされた窒素濃度が1×1014
atoms/cm3 以上であることを特徴とする請求項
2ないし請求項4のいずれか1項に記載したシリコン単
結晶ウエーハ。
5. The method according to claim 1, wherein said doped nitrogen concentration is 1 × 10 14.
a silicon single crystal wafer according to any one of claims 2 to 4, characterized in that it is atoms / cm 3 or more.
【請求項6】 結晶中酸素濃度が1×1018atoms
/cm3 以下であることを特徴とする請求項1ないし請
求項5のいずれか1項に記載したシリコン単結晶ウエー
ハ。
6. The oxygen concentration in the crystal is 1 × 10 18 atoms.
/ Cm 3 or less, the silicon single crystal wafer according to any one of claims 1 to 5, wherein
【請求項7】 前記請求項2ないし請求項6のいずれか
1項に記載したシリコン単結晶ウエーハであって、ウエ
ーハ表面の窒素を熱処理により外方拡散させたものであ
ることを特徴とするシリコン単結晶ウエーハ。
7. The silicon single crystal wafer according to claim 2, wherein nitrogen on the wafer surface is outwardly diffused by heat treatment. Single crystal wafer.
【請求項8】 チョクラルスキー法によってシリコン単
結晶を育成する際に、窒素をドープしながら結晶全面あ
るいは一部の領域で格子間シリコンが過剰となる条件で
引上げることを特徴とするシリコン単結晶ウエーハの製
造方法。
8. A method of growing a silicon single crystal by the Czochralski method, wherein the silicon single crystal is pulled under nitrogen under a condition that the interstitial silicon becomes excessive over the entire surface or a part of the crystal while doping with nitrogen. A method for producing a crystal wafer.
【請求項9】 チョクラルスキー法によってシリコン単
結晶を育成する際に、窒素をドープしながら結晶全面あ
るいは一部の領域で格子間シリコンが過剰となり、かつ
結晶全面に空孔型欠陥が生じない条件で引上げることを
特徴とするシリコン単結晶ウエーハの製造方法。
9. When growing a silicon single crystal by the Czochralski method, interstitial silicon is excessive in the entire crystal or in a part of the crystal while doping with nitrogen, and vacancy-type defects do not occur in the entire crystal. A method for producing a silicon single crystal wafer, wherein the wafer is pulled under conditions.
【請求項10】 チョクラルスキー法によってシリコン
単結晶を育成する際に、引上げ速度をF[mm/mi
n]とし、シリコンの融点から1400℃の間の引上げ
軸方向の結晶内温度勾配の平均値をG[℃/mm]で表
した時、結晶中心から結晶周辺までの距離D[mm]を
横軸とし、F/G[mm2 /℃・min]の値を縦軸と
して欠陥分布を示した欠陥分布図のI−リッチ領域内で
結晶を引上げる場合において、窒素をドープしながら結
晶を引上げることを特徴とするシリコン単結晶ウエーハ
の製造方法。
10. When growing a silicon single crystal by the Czochralski method, the pulling speed is set to F [mm / mi.
n], and the average value of the temperature gradient in the crystal in the pulling axis direction from the melting point of silicon to 1400 ° C. is represented by G [° C./mm]. When the crystal is pulled in the I-rich region of the defect distribution diagram showing the defect distribution with the value of F / G [mm 2 / ° C. · min] as the axis and the value of F / G [mm 2 / ° C. · min], the crystal is pulled while doping with nitrogen. A method for producing a silicon single crystal wafer, comprising:
【請求項11】 前記チョクラルスキー法によって結晶
を育成するに際し、磁場を印加することを特徴とする請
求項8ないし請求項10のいずれか1項に記載したシリ
コン単結晶ウエーハの製造方法。
11. The method of manufacturing a silicon single crystal wafer according to claim 8, wherein a magnetic field is applied when growing the crystal by the Czochralski method.
【請求項12】 前記ドープする窒素濃度を1×1014
atoms/cm3 以上とすることを特徴とする請求項
8ないし請求項11のいずれか1項に記載したシリコン
単結晶ウエーハの製造方法。
12. The nitrogen concentration for doping is 1 × 10 14.
The method for producing a silicon single crystal wafer according to any one of claims 8 to 11, wherein the density is set to atoms / cm 3 or more.
【請求項13】 結晶中酸素濃度を1×1018atom
s/cm3 以下とすることを特徴とする請求項8ないし
請求項12のいずれか1項に記載したシリコン単結晶ウ
エーハの製造方法。
13. An oxygen concentration in a crystal of 1 × 10 18 atoms.
13. The method for producing a silicon single crystal wafer according to claim 8, wherein the silicon single crystal wafer is set to s / cm 3 or less.
【請求項14】 前記請求項8ないし請求項13のいず
れか1項に記載した方法で得られたシリコン単結晶ウエ
ーハに熱処理を加えてウエーハ表面の窒素を外方拡散さ
せることを特徴とするシリコン単結晶ウエーハの製造方
法。
14. A silicon single crystal wafer obtained by the method according to any one of claims 8 to 13, wherein the silicon single crystal wafer is subjected to heat treatment to diffuse nitrogen on the wafer surface outward. A method for producing a single crystal wafer.
【請求項15】 前記熱処理を急速加熱・急速冷却装置
により行うことを特徴とする請求項14に記載したシリ
コン単結晶ウエーハの製造方法。
15. The method for producing a silicon single crystal wafer according to claim 14, wherein the heat treatment is performed by a rapid heating / cooling device.
JP17227498A 1998-06-04 1998-06-04 Nitrogen-doped silicon single crystal wafer having low defect density and it production Pending JPH11349394A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17227498A JPH11349394A (en) 1998-06-04 1998-06-04 Nitrogen-doped silicon single crystal wafer having low defect density and it production

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17227498A JPH11349394A (en) 1998-06-04 1998-06-04 Nitrogen-doped silicon single crystal wafer having low defect density and it production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11349394A true JPH11349394A (en) 1999-12-21

Family

ID=15938886

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP17227498A Pending JPH11349394A (en) 1998-06-04 1998-06-04 Nitrogen-doped silicon single crystal wafer having low defect density and it production

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11349394A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006306640A (en) * 2005-04-26 2006-11-09 Komatsu Electronic Metals Co Ltd Method for manufacturing silicon wafer
JP2007284324A (en) * 2006-04-20 2007-11-01 Sumco Corp Manufacturing device and manufacturing method for semiconductor single crystal
JP2007284323A (en) * 2006-04-20 2007-11-01 Sumco Corp Manufacturing device and manufacturing method for semiconductor single crystal
US7582159B2 (en) 2003-05-13 2009-09-01 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Method for producing a single crystal
CN102108549A (en) * 2009-12-29 2011-06-29 硅电子股份公司 Silicon wafer and method for producing the same

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7582159B2 (en) 2003-05-13 2009-09-01 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Method for producing a single crystal
JP2006306640A (en) * 2005-04-26 2006-11-09 Komatsu Electronic Metals Co Ltd Method for manufacturing silicon wafer
US8864906B2 (en) 2005-04-26 2014-10-21 Sumco Techxiv Kabushiki Kaisha Method for producing silicon wafer
DE112006001092B4 (en) 2005-04-26 2020-01-16 Sumco Techxiv K.K. Manufacturing process for silicon wafers
JP2007284324A (en) * 2006-04-20 2007-11-01 Sumco Corp Manufacturing device and manufacturing method for semiconductor single crystal
JP2007284323A (en) * 2006-04-20 2007-11-01 Sumco Corp Manufacturing device and manufacturing method for semiconductor single crystal
CN102108549A (en) * 2009-12-29 2011-06-29 硅电子股份公司 Silicon wafer and method for producing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6261361B1 (en) Silicon single crystal wafer having few defects wherein nitrogen is doped and a method for producing it
US6843847B1 (en) Silicon single crystal wafer and production method thereof and soi wafer
JP3692812B2 (en) Nitrogen-doped low-defect silicon single crystal wafer and manufacturing method thereof
JP3255114B2 (en) Method for producing nitrogen-doped low defect silicon single crystal
JP3460551B2 (en) Silicon single crystal wafer with few crystal defects and method of manufacturing the same
KR101715645B1 (en) Silicon single crystal wafer
KR101684873B1 (en) Method of manufacturing silicon substrate, and silicon substrate
JP4853027B2 (en) Method for producing silicon single crystal wafer
JP2000001391A (en) Silicon single crystal wafer and its production
JPH11157996A (en) Production of silicon single crystal with reduced crystal defect and silicon single crystal wafer
JP4699675B2 (en) Annealed wafer manufacturing method
JP2008066357A (en) Silicon single crystal wafer and method of manufacturing the same
US6632411B2 (en) Silicon wafer and method for producing silicon single crystal
JP3601324B2 (en) Silicon single crystal wafer with few crystal defects and method of manufacturing the same
JP3634133B2 (en) Method for producing silicon single crystal with few crystal defects and silicon single crystal wafer
JP3614019B2 (en) Manufacturing method of silicon single crystal wafer and silicon single crystal wafer
JP2004043256A (en) Silicon wafer for epitaxial growth and epitaxial wafer, and method for manufacturing the same
JP4857517B2 (en) Annealed wafer and method for manufacturing annealed wafer
JPH11349394A (en) Nitrogen-doped silicon single crystal wafer having low defect density and it production
JP2005119964A (en) Nitrogen-doped silicon single crystal wafer having few defects and method for producing the same