JPS62202527A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPS62202527A
JPS62202527A JP4407886A JP4407886A JPS62202527A JP S62202527 A JPS62202527 A JP S62202527A JP 4407886 A JP4407886 A JP 4407886A JP 4407886 A JP4407886 A JP 4407886A JP S62202527 A JPS62202527 A JP S62202527A
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semiconductor device
manufacturing
silicon wafer
less
heat treatment
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松下 嘉明
Atsuko Kubota
敦子 窪田
Yoshihiko Saito
芳彦 斉藤
Koji Ogawa
浩二 小川
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Abstract

PURPOSE:To control surface-defect density generated in an element active region at a constant value by using the ratio of an absorption coefficient alpha1106 in a wave number of 1106cm<-1> resulting from interstitial oxygen in single crystal silicon to that in a wave number of 513cm<-1> resulting from substitutional type oxygen as a monitor for the generation of minute defects in an silicon semiconductor wafer. CONSTITUTION:When the absorption coefficients of infrared beams of 1106cm<-1> and 513cm<-1> before heat treatment are each represented by alpha1106 and alpha513 and relationship with internal minute-defect density to the k value = alpha1106/alpha513 of the absorption coefficients is taken, internal defect density extends over 2X10<8>cm<-3> or less in a sample having k<4.5, but surface dislocation density (a pattern-end dislocation generation rate) is also lowered when it is kept within the range. Accordingly, when an element formation process consists of a heat treatment process of 1,000 deg.C or less as seen in an nMOS having no well process, the generation of internal minute defects is inhibited by specifying the k value of an silicon wafer and holding k<4.5, thus preventing the generation of a surface dislocation.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、半導体装置の製造方法に関し、さらに詳しく
は、デバイスプロセス中に発生するウェハ表面の微小欠
陥又はウェハ内部の微小欠陥をウェハの赤外吸収特性か
ら予見する手法に基づいて改良した半導体装置の製造方
法に係るものである。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more specifically, to a method for manufacturing a semiconductor device, and more specifically, a method for eliminating micro defects on the surface of a wafer or micro defects inside the wafer that occur during a device process. This invention relates to an improved method of manufacturing a semiconductor device based on a method of predicting defects from the infrared absorption characteristics of a wafer.

(従来の技術) 通常、LSI等半導体装首用基板として使用されるシリ
コンウェハの品質には、ドーパント種、比抵抗、含有酸
素濃度、含有炭素濃度、酸化誘起積層欠陥等が注目され
ている。
(Prior Art) Usually, the quality of silicon wafers used as substrates for mounting semiconductors such as LSIs is focused on dopant species, resistivity, oxygen content, carbon content, oxidation-induced stacking faults, and the like.

ところで、シリコンウェハの多くは、チョクラルスキー
(CZ)法で引き上げ育成した単結晶インゴットから切
り出されているが、CZ法では石英ルツボを用いている
ため、酸素が5〜13X10”a(O1lS/C1m3
程度混入しており、過飽和に含有された酸素の大部分は
シリコン単結晶の格子間に存在している。 そこで含有
酸素濃度の測定には、一般に赤外吸収法が用いられてお
り、格子間酸素の吸収波数である1106c「1におけ
る室温での吸収係数をα77、と表して、酸素濃度[O
1]は次の(I)式で詐出されている。
Incidentally, most silicon wafers are cut from single-crystal ingots pulled and grown using the Czochralski (CZ) method, but since the CZ method uses a quartz crucible, the oxygen content is 5 to 13 C1m3
Most of the supersaturated oxygen exists between the lattices of the silicon single crystal. Therefore, the infrared absorption method is generally used to measure the oxygen concentration, and the absorption coefficient at room temperature at 1106c, which is the absorption wave number of interstitial oxygen
1] is falsified by the following equation (I).

[Oi ] = 3.01 XIO” Xα1.es 
atoms/ cnt”・・・(I) 第一に、この過飽和含有酸素は、よく知られているよう
に、デバイスプロセスで1000℃以下の熱処理を受け
ると、酸素析出物や転位等の微小欠陥を形成するととも
に、それらがさらに酸化誘起積層欠陥(O8F)や微細
パターンひずみによるパターン端での転位の発生源とな
る。 これら微小欠陥、O8Fおよび転位が素子活性領
域に導入されると、p−n接合のリークやメモリの保持
時間不良等の原因となり、LSIの歩留りを著しく低減
させてしまう。
[Oi] = 3.01 XIO” Xα1.es
atoms/cnt”...(I) Firstly, as is well known, this supersaturated oxygen content causes micro defects such as oxygen precipitates and dislocations to form when subjected to heat treatment at temperatures below 1000°C in the device process. At the same time, they become a source of oxidation-induced stacking faults (O8F) and dislocations at pattern edges due to micropattern distortion.When these microdefects, O8F, and dislocations are introduced into the device active region, p-n This causes junction leakage, poor memory retention time, etc., and significantly reduces the yield of LSI.

従って、従来は、作製されるLSI素子の工程に応じて
含有酸素濃度を規定したシリコンウェハを使用すること
により、素子活性領域に微小欠陥が導入されないように
していた。 例えばダイナミック・メモリ(DRAM)
のnチャネルMOS素子用にはIX 10” atom
s /CI’以下の比較的低酸素量のCZウェハを用い
ている。 なお、酸素含有岱が低すぎるとウェハが機械
的に弱くなりまた工程中に反りを発生して不良率が高く
なるので、含有酸素1は5X 10” atoIls 
/C112以上にしテいる。
Therefore, conventionally, by using a silicon wafer whose oxygen content is defined according to the process of the LSI device to be manufactured, micro defects are prevented from being introduced into the device active region. For example, dynamic memory (DRAM)
IX 10” atom for n-channel MOS device
A CZ wafer with a relatively low oxygen content of less than s /CI' is used. Note that if the oxygen content is too low, the wafer will become mechanically weak and warp will occur during the process, increasing the defective rate.
/ C112 or higher.

しかしながら、上記のように含有酸素濃度を5〜IOX
 10” atols /C13というように一定の範
囲に規定する従来方法によっても、表面活性領域におけ
る微小欠陥の発生密度は一定にならない。
However, as mentioned above, the contained oxygen concentration is 5 to IOX.
Even with the conventional method of defining a certain range such as 10'' atols/C13, the density of microdefects in the surface active region does not become constant.

その原因は、微小欠陥発生密度が含有酸素濃度ばかりで
なく結晶育成中の固液界面の安定性、熱履歴、他の残留
不純物(例えば炭素)などによっても左右されるからで
あると考えられているが、さらにそれらの条件を管理し
ても欠陥密度が十分制御されるとは限らない。 従って
、ウェハの適否を実際に決定するには、予め抜き取りウ
ェハについて製造工程と同一の熱処理を施し、発生する
欠陥密度を評価するシュミュレーションが行われている
が、この方法は欠陥評価が破壊検査であることのために
大幅なコスト増加を招くという問題点を有していた。
The reason for this is thought to be that the density of microdefects is affected not only by the concentration of oxygen contained, but also by the stability of the solid-liquid interface during crystal growth, thermal history, and other residual impurities (e.g. carbon). However, even if these conditions are further controlled, the defect density may not be sufficiently controlled. Therefore, in order to actually determine the suitability of a wafer, a simulation is performed in which sampled wafers are subjected to the same heat treatment as in the manufacturing process and the defect density that occurs is evaluated. However, because of this, there was a problem in that it caused a significant increase in cost.

第二に、これもよく知られているように、酸素の析出に
基づく微小欠陥は、それをウェハ内部に高密度に発生さ
せてゲッタリングに寄与さぜるとともにウェハ表面近傍
を高温熱処理によって無欠陥領域とし、該無欠陥領域に
素子形成をするイントリンシック・ゲッタリング(IG
)技術として利用されている。
Second, as is also well known, micro-defects due to oxygen precipitation are generated in high density inside the wafer and contribute to gettering, and are also eliminated by high-temperature heat treatment near the wafer surface. Intrinsic gettering (IG) is used to form a defective region and an element is formed in the defect-free region.
) is used as a technology.

例えば、バイポーラ素子のプロセスでは埋め込み拡散工
程とエピタキシャル成長工程がプロセスの初期段階にあ
るのが普通であるので、含有酸素濃度9.5X 10”
 atoms /C1113以上のシリコンウェハをプ
ロセスに投入する前に低温熱処理をして酸素析出核を形
成し、拡散及びエピタキシャルの高温工程を利用してウ
ニ八表面近傍の酸素や核を外方拡散させ、表面付近に無
欠陥層を形成した後エピタキシャル成長を行う。 また
0MOS素子のプロセスにおいても同様であり、そのウ
ェル形成工程がバイポーラ素子プロセスにおける埋め込
み拡散工程やエピタキシャル成長工程の高温熱処理に相
当する。
For example, in the process of bipolar devices, the buried diffusion step and epitaxial growth step are usually in the early stages of the process, so the oxygen concentration is 9.5×10”.
Before introducing silicon wafers of atoms /C1113 or higher into the process, we perform low-temperature heat treatment to form oxygen precipitation nuclei, and use high-temperature diffusion and epitaxial processes to outwardly diffuse oxygen and nuclei near the surface of the sea urchin. After forming a defect-free layer near the surface, epitaxial growth is performed. The same holds true for the OMOS element process, and the well formation process corresponds to the buried diffusion process and the high temperature heat treatment of the epitaxial growth process in the bipolar element process.

上記例示の方法は、デバイスプロセス投入前に低温熱処
理をする一段熱処理法であるが、その他に投入前に低温
熱処理〜高温熱処理、高温熱処理〜低温熱処理〜中温熱
処理などをする多段熱処理法も採用されている。
The method exemplified above is a single-stage heat treatment method in which low-temperature heat treatment is performed before device processing, but multi-stage heat treatment methods such as low-temperature heat treatment - high temperature heat treatment, high temperature heat treatment - low temperature heat treatment - medium temperature heat treatment, etc. are also adopted before device processing. has been done.

しかしながら、上記従来のIG法において、ウェハにつ
いて同一の酸素濃度の範囲を規定して使用しても表面無
欠陥層の幅や内部欠陥密度が異なることがしばしばあり
、常にある一定以上のIG効果を期待することは不可能
であり、従ってプロセス前のウェハの段階で製品歩留り
を予見することは困難であった。
However, in the conventional IG method described above, even if the same oxygen concentration range is specified for the wafer, the width of the surface defect-free layer and the internal defect density often differ, and the IG effect always exceeds a certain level. Therefore, it has been difficult to predict product yield at the wafer stage before processing.

本発明では赤外波数513c「1における吸収係数を取
上げるが、従来波数513c「1における吸収はシリコ
ンの置換型酸素による吸収であることだけが知られてい
た( 17thConference on  S o
f 1d3tate[)evicas andMate
rials、 Tokyo、1985゜p291〜29
2参照)。
In the present invention, we will focus on the absorption coefficient at an infrared wave number of 513c "1," but conventionally it was known that the absorption at a wave number of 513c "1" was only due to absorption by substitutional oxygen in silicon (17th Conference on SO
f 1d3tate[)evicas andMate
Rials, Tokyo, 1985゜p291-29
(see 2).

(発明が解決しようとする問題点) 本発明の目的は、シリコンデバイスプロセスにおいて素
子活性領域に発生する表面欠陥密度を一定に制御する半
導体装置の製造方法を提供することである。 また別の
目的は、該プロセスにおいてイントリンシック・ゲッタ
リングの効果を一定に制御する半導体装置の製造方法を
提供することである。 そしてまた本発明の別の目的は
、該プロセスにおける半導体装置の特性歩留りなどをプ
ロセス投入前のウェハの段階で予見することのできる半
導体装置の製造方法などを提供することである。
(Problems to be Solved by the Invention) An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device in which the density of surface defects generated in an element active region in a silicon device process is controlled to be constant. Another object is to provide a method for manufacturing a semiconductor device in which the effect of intrinsic gettering is controlled to a constant level in the process. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device, etc., in which the characteristic yield of the semiconductor device in the process can be predicted at the wafer stage before inputting the process.

[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本発明は、赤外吸収法において、単結晶シリコン中の格
子間酸素に基因する波数1106cr1における吸収係
数αnいと置換型酸素に基因する波数513c「1にお
ける吸収係数α51.との比(α77./α、1.)を
求め、該比(以下、k値という)をシリコン半導体ウェ
ハの微小欠陥発生のモニタとする新規な手法に基づくも
のである。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention uses an infrared absorption method to calculate the absorption coefficient αn at a wave number of 1106 cr1 caused by interstitial oxygen in single crystal silicon and the wave number caused by substitutional oxygen. 513c "Based on a new method in which the ratio (α77./α, 1.) with the absorption coefficient α51. at 1 is determined and the ratio (hereinafter referred to as k value) is used to monitor the occurrence of micro defects in silicon semiconductor wafers. It is.

そして第一発明は、k値が4.5以下のシリコン基板に
1000℃以下の処理温度で素子形成をする半導体装置
の製造方法である。 第一発明は、特にウェル工程のな
いn MOS素子などの形成に好適である。
The first invention is a method for manufacturing a semiconductor device in which elements are formed on a silicon substrate with a k value of 4.5 or less at a processing temperature of 1000° C. or less. The first invention is particularly suitable for forming an n-type MOS device without a well process.

また第二発明は、kgbが4.0以上のシリコン基板に
1100℃以上の高温熱処理工程を含んで素子形成をす
る半導体装置の製造方法である。 第二発明は、110
0℃以上の熱処理工程として■族V族の埋め込み拡散工
程、その後エピタキシャル成長工程を行うバイポーラ素
子や、ウェル工程を行う0MOS素子などの形成をする
場合に特に好適である。
A second invention is a method for manufacturing a semiconductor device, which includes forming a device on a silicon substrate having a kgb of 4.0 or more, including a high-temperature heat treatment process at 1100° C. or more. The second invention is 110
This method is particularly suitable for forming bipolar devices, which perform a buried diffusion process of group V groups, followed by an epitaxial growth process, or OMOS devices, which perform a well process as a heat treatment process at 0° C. or higher.

(作用) 第一発明においては、波数1106cn+−1における
吸収係数と波数5130Im−1における吸収係数の比
α7.e。
(Function) In the first invention, the ratio of the absorption coefficient at wave number 1106 cn+-1 to the absorption coefficient at wave number 5130 Im-1 is α7. e.

/α513、すなわちに値は、内部微小欠陥密度とプラ
スの相関関係があるので、k値が4.5以下のウェハに
ついて1000℃以下の低温の処理温度で素子形成をす
ると、素子活性領域には微小欠陥の発生が抑制されて実
質上無欠陥のままで素子の形成ができる。
/α513, that is, has a positive correlation with the internal microdefect density, so if devices are formed at a low processing temperature of 1000°C or less on a wafer with a k value of 4.5 or less, there will be no damage to the device active region. The generation of micro defects is suppressed, and devices can be formed with virtually no defects.

第一発明における上記作用をより詳細に説明する。The above operation in the first invention will be explained in more detail.

C7法で育成シタ3本ノ12511IIllφ(7) 
(100) シリコン単結晶棒からウェハを切り出して
赤外吸収法により波数1106cr’および513cm
−’での吸収係数を測定した。 波数1106cm”で
の吸収係数から(I)式により酸素濃度[Oi ]を求
めたところ5〜10×1017a【0IIS/Cl11
3の範囲にあった。 これらのシリコンウェハに部分的
に窒化珪MrQを形成し、それをマスクとし、酸素雰囲
気中、1000℃で8時間熱処理をすることにより、フ
ィールド酸化膜を形成する。 その榎表面酸化膜および
窒化膜を全部剥離し、表面をライトエツチングして、パ
ターン境界に発生する転位を光学顕微鏡により観察した
。 またそれらのウェハを(011)面でベキ間し、ヘ
キ開面をライトエツチングしてウェハ内部に発生してい
る微小欠陥密度を調べた。
3 plants grown using C7 method 12511IIllφ (7)
(100) Cut out a wafer from a silicon single crystal rod and measure wave numbers of 1106 cr' and 513 cm using infrared absorption method.
-' absorption coefficient was measured. The oxygen concentration [Oi] was calculated from the absorption coefficient at a wave number of 1106 cm by formula (I) and found to be 5 to 10 x 1017a0IIS/Cl11
It was in the range of 3. Silicon nitride MrQ is partially formed on these silicon wafers, and using this as a mask, heat treatment is performed at 1000° C. for 8 hours in an oxygen atmosphere to form a field oxide film. The oxide film and nitride film on the Enoki surface were completely peeled off, the surface was light etched, and dislocations occurring at pattern boundaries were observed using an optical microscope. Furthermore, the wafers were squared on the (011) plane, and the cleavage plane was light etched to investigate the density of minute defects occurring inside the wafers.

表面に発生した転位の発生率を、オリエンテーション・
フラットに垂直方向に並んだチップのうち、転位の発生
したチップの割合で表すと、内部微小欠陥密度と転位発
生率の関係は第1図に示すようになる。 すなわち、第
1図でみるように、内部微小欠陥密度が増大してゆくと
、表面にまで転位が発生して転位発生率が太き(なって
ゆくが、表面の転位は接合リークや保持時間不良の原因
となるため、結局内部微小欠陥密度は高くなるほど素子
不良率が増大することになり、歩留りを左右することが
わかる。
The incidence of dislocations on the surface can be determined by
The relationship between the internal microdefect density and the dislocation generation rate is shown in FIG. 1 when expressed as the percentage of chips in which dislocations have occurred among the chips arranged in a flat vertical direction. In other words, as shown in Figure 1, as the internal microdefect density increases, dislocations occur on the surface and the dislocation generation rate becomes thicker. Since it becomes a cause of defects, it can be seen that the higher the internal microdefect density, the higher the element failure rate, which affects the yield.

ところで、内部微小欠陥密度は、従来、格子間酸素濃度
および炭素濃度に依存するといわれていたが、本サンプ
ルの場合は全て炭素は検出限界以下であるので、内部微
小欠陥密度は格子間酸素濃度に相関関係があるはずであ
る。 ところが、実際に測定された格子間酸素濃度と微
小欠陥密度との関係は第2図のようになっており、明確
に相関性はみられない。 すなわち、格子間酸素濃度お
よび炭素濃度だけでは、発生する内部微小欠陥!度を予
見することは不可能である。
By the way, the internal microdefect density was conventionally said to depend on the interstitial oxygen concentration and carbon concentration, but in the case of this sample, all carbon is below the detection limit, so the internal microdefect density depends on the interstitial oxygen concentration. There must be a correlation. However, the actually measured relationship between the interstitial oxygen concentration and the microdefect density is as shown in FIG. 2, and no clear correlation can be seen. In other words, interstitial oxygen and carbon concentrations alone can cause internal micro-defects! It is impossible to predict the degree.

そこで本発明におけるように、熱処理前の1106c「
1および513cr’の赤外光の吸収係数をそれぞれC
1,α513としてそのに値−α、6/α6,3に対す
る内部微小欠陥密度との関係をとると、第3図に示すよ
うになる。 すなわち、k< 4.5のサンプルでは、
内部欠陥密度が2X 10” cr’以下であるが、そ
の節回であると第1図にみるように、表面転位密度も低
くなる。 従って、ウェル工程のないn MOSにおけ
るように素子形成工程が1000℃以下の熱処理工程か
らなるときには、シリコンウェハのに値を規定してk<
4.5にすることにより内部微小欠陥の発生が抑制され
、その結果表面転位の発生を防止することが可能である
Therefore, as in the present invention, 1106c'' before heat treatment is used.
The absorption coefficient of infrared light of 1 and 513 cr' is C
If we take the relationship between the internal microdefect density and the value -α,6/α6,3 as 1,α513, the result will be as shown in FIG. That is, for samples with k < 4.5,
Although the internal defect density is below 2X 10"cr', the surface dislocation density is also low at that point, as shown in Figure 1. Therefore, the element formation process is required as in nMOS without a well process. When it consists of a heat treatment process at 1000°C or less, the value of the silicon wafer is defined and k<
By setting the value to 4.5, the occurrence of internal micro-defects is suppressed, and as a result, it is possible to prevent the occurrence of surface dislocations.

第二発明においては、ウェハのに値を4.0以上にして
それとプラスの相関のある内部の微小欠陥密度を高める
とともに1100℃以上の熱処理工程の外方拡散により
表面に素子形成用の無欠陥領域を形成して、安定したI
G効果を発揮させるものである。
In the second invention, the wafer's n value is set to 4.0 or higher to increase the internal microdefect density, which has a positive correlation with it, and the surface is free from defects for forming elements by outward diffusion during the heat treatment process at 1100°C or higher. Forming a region and stabilizing I
This is to bring out the G effect.

第二発明における上記作用をより詳細に説明する。The above operation in the second invention will be explained in more detail.

第11図に示ずように、CZ法で作製した、含有酸素S
度7〜10X 10” atoIlls /C13、含
有炭素m IIIが検出限界(2x 10” atom
s /am” )以下、ホウ素をドープした抵抗率2〜
6ΩC1のP型シリコンウェハ1について、赤外吸収法
により1106a「1および513cm−’それぞれの
吸収係数αn、。
As shown in Fig. 11, the oxygen-containing S produced by the CZ method
degree 7~10X 10" atoIlls/C13, contained carbon m III is the detection limit (2x 10" atom
s/am”) below, boron-doped resistivity 2~
For a P-type silicon wafer 1 of 6ΩC1, absorption coefficients αn, 1106a ``1 and 513 cm-'', respectively, were obtained by infrared absorption method.

C513を測定した。 このシリコンウェハ1に部分的
にヒ素を1200℃で埋め込み拡散してN+埋込層2を
形成し、ざらにN型エピタキシャル層3を厚さ約10μ
l程形成した。 このシリコンウェハを酸素雰囲気中で
1000℃、16時間の酸化熱処理を行い、エピタキシ
ャル層表面3aに発生したO8Fをエツチング法で発現
させて光、学顕微鏡で十字観察した。 観察したO5F
密度を含有酸素濃度に対してプロットすると第4図に示
すごとくである。
C513 was measured. Arsenic is partially embedded and diffused into this silicon wafer 1 at 1200°C to form an N+ buried layer 2, and an N-type epitaxial layer 3 is roughly formed to a thickness of about 10 μm.
About 1 was formed. This silicon wafer was subjected to an oxidation heat treatment at 1000° C. for 16 hours in an oxygen atmosphere, and O8F generated on the surface 3a of the epitaxial layer was exposed by an etching method and cross-sectionally observed using an optical and optical microscope. Observed O5F
The density is plotted against the oxygen concentration as shown in FIG.

すなわち、O8F密度と含有酸素濃度との間に明確な相
関性がない。
That is, there is no clear correlation between the O8F density and the oxygen content concentration.

これに対して、k値(αI1.l/α、1.)に対して
O8F密度の相関性をとると、第5図に示すごとくであ
る。 すなわち、k<4.5のウェハについてはO8F
密度がほとんど0のものから10’ am−2オーダー
まで発生するものがあるが、k≧4.5のウェハに対し
ては50cm−2以下と小さく、IGが効率よく行われ
、高品質のエピタキシャル層が形成されていることがわ
かる。
On the other hand, when the correlation between O8F density and k value (αI1.l/α, 1.) is taken, it is as shown in FIG. That is, for wafers with k<4.5, O8F
Densities range from almost 0 to the order of 10' am-2, but for wafers with k≧4.5, the density is as small as 50 cm-2 or less, allowing efficient IG and high-quality epitaxial production. It can be seen that layers are formed.

〈実施例〉 第一発明にかかる第一実施例を説明する。<Example> A first embodiment of the first invention will be described.

第一実施例として、C2法の育成炉に引き上げたインゴ
ットを徐冷する後ヒーターをつけ、特に尾部形成直後か
ら尾部のに値が所望の4.5以下となるように後ヒータ
ーで尾部を850〜550℃間で4時間かけて徐冷した
1本のインゴットからウェハを切り出した。 シード端
部から尾部までのウェハについて、k値と、(I)式か
ら求めた格子間1’[I素ai1度と、1000℃、 
16hr熱処理を施した後の内部微小欠陥密度とを測定
して、第6図の結果を得た。
As a first example, after slowly cooling the ingot pulled into the growth furnace of the C2 method, a heater is attached, and the tail is heated to 850°C so that the value of the tail becomes 4.5 or less, especially immediately after the formation of the tail. A wafer was cut from one ingot that was slowly cooled at ~550°C for 4 hours. For the wafer from the seed end to the tail, the k value, the lattice interval 1' [I element ai 1 degree, 1000°C,
The internal microdefect density after 16 hours of heat treatment was measured, and the results shown in FIG. 6 were obtained.

対照例として、後ヒーターをつけない通常のC7法で育
成された1本のインゴットから切り出されたウェハにつ
いても、k値と、格子間酸素濃度と、内部微小欠陥を測
定して第7図の結果を得た。
As a control example, the k value, interstitial oxygen concentration, and internal micro defects were measured for a wafer cut from a single ingot grown by the normal C7 method without adding a post-heater, and the results shown in Figure 7 were measured. Got the results.

対照例(第7図)で微小欠陥が多発する尾部領域をみれ
ば、微小欠陥密度に対してより優れた相関があるのは、
格子I!lWI素密度ではなく、k値であることがわか
る。 従って、k値をモニターとすることにより、CZ
法インゴット引上げの熱履歴プログラムを、第一実施例
のようにすれば、ウェハ表面における微小欠陥の発生密
度を抑制し、かつ一定に制御することができる(第6図
)。
Looking at the tail region where many micro-defects occur in the control example (Figure 7), we can see that there is a better correlation with the micro-defect density.
Lattice I! It can be seen that it is not the lWI elementary density but the k value. Therefore, by using the k value as a monitor, CZ
If the thermal history program for pulling the process ingot is set as in the first embodiment, the density of micro defects on the wafer surface can be suppressed and controlled to be constant (FIG. 6).

第一発明にかかる第二実施例として、第一実施例のよう
に育成されたもの、通常のC7法で育成されたもの、3
本の125mmφの(100)シリコン単結晶棒から酸
素濃度が5〜iox io” atoms /am’の
ウェハを切り出して、それをに≦4.5のウェハ群と、
k>4.5のウェハ群とに分けた。 両群のウェハをn
MOSLSIのプロセスに投入したところ、k≦ 4.
5の群では平均歩留りが63%と好歩留りであるのに対
して、k〉4.5の群では平均歩留りが42%であった
。 その不良原因を調べてみると、ウェハ表面に転位が
発生しビット不良となっていることが認められた。 ら
なみに、ウェハのに値と転位発生率との関係を調べてみ
ると第8図のごと(k>4.5で転位発生率が急激に上
昇しており、また内部微小欠陥密度と転位発生率との関
係を調べてみると第9図のごとく内部微小欠陥密度が2
X 10” Cl−3以上で転位発生率が急激に上昇し
ている。
As a second embodiment of the first invention, one grown as in the first embodiment, one grown by the normal C7 method, 3
Cut out a wafer with an oxygen concentration of 5 to iox io''atoms/am' from a 125 mmφ (100) silicon single crystal rod, and combine it with a group of wafers with an oxygen concentration of ≦4.5.
The wafers were divided into groups with k>4.5. Both groups of wafers are
When it was put into the MOSLSI process, k≦4.
The group with k>4.5 had a good average yield of 63%, while the group with k>4.5 had an average yield of 42%. When the cause of the defect was investigated, it was found that dislocations had occurred on the wafer surface, resulting in bit defects. Incidentally, when we investigated the relationship between the wafer's n value and the dislocation generation rate, we found that the dislocation generation rate increased rapidly when k > 4.5, as shown in Figure 8. Examining the relationship with the occurrence rate, we found that the internal microdefect density was 2 as shown in Figure 9.
The dislocation occurrence rate increases rapidly above X 10'' Cl-3.

またに値が3.9,4.4,4,6,4.8のウェハか
ら製作した256kD RA Mについて、175℃で
1000時間まで熱処理をしてメモリ保持時間特性と熱
処理時間との依存性を求めて信頼性を調べてみると、第
10図のごとく、どのチップでも最初は150a+se
c程度の保持時間を示しているが、k値が3.9(図示
の(a))と4.4(b)つまりに≦4.5のものは1
000時間後でも変化がないが、k値が4.6(c)、
4.8(d)つまりk>4.5のものは徐々に劣化して
信頼性が低下していた。
In addition, 256kD RAM fabricated from wafers with values of 3.9, 4.4, 4, 6, and 4.8 were heat-treated at 175°C for up to 1000 hours, and the dependence of memory retention time characteristics and heat treatment time was investigated. When we investigated the reliability in order to determine the
It shows a retention time of about c, but those with k values of 3.9 ((a) in the figure) and 4.4 (b), that is, ≦4.5, are 1.
There is no change even after 000 hours, but the k value is 4.6 (c),
4.8(d), that is, those with k>4.5 gradually deteriorated and their reliability decreased.

第二発明にかかる第三実施例として、Cl法で作製した
含有酸素濃度7〜10x 10” atoms / c
e’、含有炭素濃度が検出限界(2X1016atom
s 70m” )以下、k≧4.5であるP型のシリコ
ンウェハ(抵抗率2〜6ΩC■)を用いて、第11図に
に示すように、1200℃でN1埋込層次いでN型エピ
タキシャル層を形成し、そこにバイポーラICを作製し
た。 一方、対照例として含有酸素濃度29,5X10
” atoms /C1l’以上、含有炭素濃度が検出
限界(2X 10” atoms /Cm3)以下、k
<4.5であるP型シリコンウェハ(抵抗率2〜6Ωc
n)を用いてバイポーラICを作製した。
As a third embodiment according to the second invention, an oxygen content of 7 to 10 x 10" atoms/c was produced by the Cl method.
e', the concentration of carbon contained is at the detection limit (2X1016 atoms
Using a P-type silicon wafer (resistivity 2 to 6 ΩC) with k≧4.5 (resistivity: 2 to 6 ΩC), an N1 buried layer and an N-type epitaxial layer were formed at 1200°C at 1200°C. A bipolar IC was fabricated on the layer.On the other hand, as a control example, the oxygen concentration was 29.5×10
” atoms /C1l' or more, the carbon concentration is less than the detection limit (2X 10” atoms /Cm3), k
<4.5 P-type silicon wafer (resistivity 2~6Ωc
A bipolar IC was produced using the method.

このICにおけるバイポーラトランジスタのV−■特性
により、ICの歩留りを検討したところ、k≧4.5と
規定した第三実施例の平均歩留りは70%と高かったが
、含有酸素濃度だけで規定した対照例の平均歩留りは3
8〜74%とバラついていた。
When the yield of the IC was examined based on the V-■ characteristics of the bipolar transistor in this IC, the average yield of the third embodiment, which was defined as k≧4.5, was as high as 70%; The average yield of the control example is 3
It varied between 8 and 74%.

この際の不良チップの主たる原因は、エビタキシ1?ル
層中に発生したO8Fであることが認められた。 すな
わち、k値≧4.5のウェハを用いて1150℃以、E
の熱処理を含む工程によりバイポーラ素子形成をすると
、IGの効果としてO8F密度を低減でき、その結果歩
留り向上を実現することができる。
The main cause of the defective chip in this case is Ebitaxi 1? It was recognized that this was O8F that had occurred in the Le layer. That is, using a wafer with a k value of 4.5, temperature
When a bipolar element is formed by a process including heat treatment, the O8F density can be reduced as an effect of IG, and as a result, yield can be improved.

第二発明にかかる第四実施例として、Cl法でに値が所
望の4.0〜5.0になるように育成した、3本の12
5a+lφの(100)シリコン単結晶棒から酸素濃度
7.5〜11,5x 10” atoms / Cl1
13のN型ウェハを切り出し、該ウェハに1150℃で
5時間ホウ素のウェル熱拡散を行い、MOSダイオード
を作成した。
As a fourth embodiment of the second invention, three 12
Oxygen concentration 7.5-11.5x 10" atoms / Cl1 from (100) silicon single crystal rod of 5a + lφ
No. 13 N-type wafers were cut out, and boron well thermal diffusion was performed on the wafers at 1150° C. for 5 hours to produce MOS diodes.

一方対照例として、k値が2゜8〜5.0にバラつく常
法のCZ法で育成し、酸素濃度1.5〜11,5x10
” atols /cm’のN型ウェハを用いて、第四
実施例と同様にMOSダイオードを作成した。
On the other hand, as a control example, plants were grown using the conventional CZ method in which the k value varied from 2.8 to 5.0, and the oxygen concentration was 1.5 to 11.5 x 10.
A MOS diode was fabricated in the same manner as in the fourth embodiment using an N-type wafer of "atols/cm'.

第四実施例のMOSダイオードでは全てジェネレーショ
ンライフタイムが300μsec以上であったが、対象
例のMOSダイオードでは50〜300μsecとバラ
ついた値を示した。
The MOS diodes of the fourth example all had generation lifetimes of 300 μsec or more, but the MOS diodes of the target examples showed values that varied from 50 to 300 μsec.

また、第四実施例とその対象例の試験で、k値に加えて
酸素濃度を規定することは極めて好ましい結果が得られ
たことを、第12図に示す。 第12図は、k値とO8
F密度との相関を示す図であるが、同図において、Q印
でプロットした点は酸素濃度を7.5〜11.5X 1
G” atoms /CI’の範囲に規定した群の点く
ちなみに、第四実施例の点はk fl[が4.0以上の
0印の点である)、−印でプロットした点はM素濃度が
11,5x 101017ato / am3を超えた
群の点、・印でプロットした点は酸素濃度が7.5X 
10” atoras 701未満の群の点である。
Furthermore, FIG. 12 shows that in the tests of the fourth example and its target example, very favorable results were obtained by specifying the oxygen concentration in addition to the k value. Figure 12 shows the k value and O8
This is a diagram showing the correlation with F density. In the diagram, the points plotted with Q marks indicate oxygen concentration of 7.5 to 11.5X 1
Points in the group defined in the range of G'' atoms /CI' Incidentally, the points in the fourth example are points with a 0 mark where kfl[is 4.0 or more], and the points plotted with a - sign are M elements. Points in the group where the concentration exceeds 11.5x 101017ato/am3, points plotted with ・ are where the oxygen concentration is 7.5x
10" atoras 701.

同図でわかるようにに値が4〜5であるとともに酸素濃
度が7.5〜11,5x 10” atoms / c
m3と規定すれば、k値だけ4〜5と規定するよりはる
かに優れた結果が得られる。 なお、k値に加えて酸素
11度を規定することが好ましいことは第一ないし第三
実施例においても同様であった。
As can be seen in the figure, the value is 4 to 5 and the oxygen concentration is 7.5 to 11.5 x 10” atoms/c.
By specifying m3, much better results can be obtained than by specifying only the k value as 4 to 5. In addition, the fact that it is preferable to specify 11 degrees of oxygen in addition to the k value was the same in the first to third embodiments.

また、以上の実施例におけるように赤外吸収法の検出限
度内(2x 101016ato /cm3以下)に炭
素濃度を規定することも有効であることが認められた。
It was also found to be effective to specify the carbon concentration within the detection limit of the infrared absorption method (2x 101016ato/cm3 or less) as in the above examples.

第三及び第四実施例では、デバイスプロセスにおける1
100℃以上の熱処理によってウェハ内部のゲッタリン
グ核が形成されるとともに表面近傍の無欠陥層が形成さ
れるので、従来プロセスのように複雑な熱処理工程によ
るものと同様なIG効果が達成されるが、さらにデバイ
スプロセスに投入する前に600〜800℃で熱処理を
施せば一段と1G効果の^められることも認められた。
In the third and fourth embodiments, 1 in the device process
Heat treatment at 100°C or higher forms gettering nuclei inside the wafer and also forms a defect-free layer near the surface, so an IG effect similar to that achieved by complicated heat treatment steps in conventional processes can be achieved. Furthermore, it was also recognized that the 1G effect could be further improved if heat treatment was performed at 600 to 800°C before inputting into the device process.

[発明の効果] 本発明によって、赤外吸収法におけるに値(α17、/
α39.)をモニターとする新規な方法が、デバイスプ
ロセスにおける微小欠陥の発生を制御できることが明ら
かになったので、半導体装置の製造に極めて有効に利用
することができる。 その利用は本明細山で指摘した無
欠陥素子活性領域の形成、有効なイントリンシック・ゲ
ッタリングのほかにも必要に応じて考えることができる
[Effect of the invention] According to the present invention, the value (α17, /
α39. ) has been found to be able to control the occurrence of micro defects in device processes, and can be used extremely effectively in the manufacture of semiconductor devices. Its use can be considered in addition to the formation of a defect-free device active region and effective intrinsic gettering as pointed out in the main part of this specification, as required.

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

第1図ないし第3図は第一発明の詳細な説明するグラフ
、第4図及び第5図は第二発明の詳細な説明するグラフ
、第6図及び第7図は第一実施例の効果を説明するグラ
フ、第8図ないし第10図は第二実施例の効果を説明す
るグラフ、第11図は第三実施例における素子形成工程
の一部を説明する素子断面図、第12図は第三実施例の
効果を説明するグラフである。 1・・・シリコンウェハ、 2・・・埋込層、 3・・
・エピタキシャル層。 特許出願人 株式会社 東  芝 内部微小欠陥密度(cr”) 第1図 格子間酸素濃度(xlo” atoms/cm3)第2
図 に値 第3図 第4図 に値 第5図 第6図 第7図 に値 第8図 内部微小欠陥密度(CS−3) 第9図 第10図 第11図 に値 第12図
Figures 1 to 3 are graphs explaining the first invention in detail, Figures 4 and 5 are graphs explaining the second invention in detail, and Figures 6 and 7 are the effects of the first embodiment. 8 to 10 are graphs explaining the effects of the second embodiment, FIG. 11 is a cross-sectional view of the device explaining a part of the device formation process in the third embodiment, and FIG. 12 is a graph explaining the effect of the second embodiment. It is a graph explaining the effect of the third example. 1... Silicon wafer, 2... Buried layer, 3...
-Epitaxial layer. Patent applicant: Toshiba Corporation Internal microdefect density (cr”) Fig. 1 Interstitial oxygen concentration (xlo” atoms/cm3) Fig. 2
Values shown in Figure 3 Figure 4 Values Figure 5 Figure 6 Figure 7 Values Figure 8 Internal micro defect density (CS-3) Figure 9 Figure 10 Figure 11 Values Figure 12

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 赤外線波数が1106cm^−^1および513c
m^−^1における室温での吸収係数をそれぞれα_1
_1_0_6、α_5_1_3と表して、α_1_1_
0_6/α_5_1_3が4.5以下のシリコンウェハ
を基板とし、n型及びp型の素子領域並びに素子分離領
域を1000℃以下の形成温度で形成することを特徴と
する半導体装置の製造方法。 2 シリコンウェハが含有酸素濃度1×10^1^8a
toms/cm^3以下である特許請求の範囲第1項記
載の半導体装置の製造方法。 3 シリコンウェハが含有炭素濃度2×10^1^6a
toms/cm^3以下である特許請求の範囲第1項又
は第2項記載の半導体装置の製造方法。 4 赤外線波数が1106cm^−^1および513c
m^−^1における室温での吸収係数をそれぞれα_1
_1_0_6、α_5_1_3と表して、α_1_1_
0_6/α_5_1_3が4.0以上のシリコンウェハ
を基板とし、1100℃以上の高温熱処理をする工程を
含んで素子形成を行うことを特徴とする半導体装置の製
造方法。 5 基板が、α_1_1_0_6/α_5_1_3が4
.0以上のシリコンウェハを600〜800℃の温度で
4hr以上熱処理をしたものである特許請求の範囲第4
項記載の半導体装置の製造方法。 6 α_1_1_0_6/α_5_1_3が4.5以上
であるとともに高温熱処理工程がIII族若しくはV族の
不純物の埋込層拡散工程であり、該拡散後エピタキシャ
ル成長を行い、そこにバイポーラ素子を形成する特許請
求の範囲第4項記載の半導体装置の製造方法。 7 シリコンウェハが含有酸素濃度7.5〜9.5×1
0^1^7atoms/cm^3以下である特許請求の
範囲第6項記載の半導体装置の製造方法。 8 シリコンウェハが含有炭素濃度2×10^1^6a
toms/cm^3以下である特許請求の範囲第6項又
は第7項記載の半導体装置の製造方法。 9 高温熱処理工程がウェル形成工程であり、ウェル形
成後の表面層にMOS素子を形成する特許請求の範囲第
4項記載の半導体装置の製造方法。 10 シリコンウェハが含有酸素濃度7.5〜11.5
×10^1^7atoms/cm^3以下である特許請
求の範囲第9項記載の半導体装置の製造方法。 11 シリコンウェハが含有炭素濃度2×10^1^6
atoms/cm^3以下である特許請求の範囲第9項
又は第10項記載の半導体装置の製造方法。
[Claims] 1. Infrared wave number is 1106cm^-^1 and 513c
The absorption coefficient at room temperature at m^-^1 is α_1, respectively.
_1_0_6, α_5_1_3, α_1_1_
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that n-type and p-type element regions and element isolation regions are formed at a formation temperature of 1000° C. or less using a silicon wafer having a ratio of 0_6/α_5_1_3 of 4.5 or less as a substrate. 2 Silicon wafer contains oxygen concentration 1×10^1^8a
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the toms/cm^3 or less. 3 Silicon wafer contains carbon concentration 2×10^1^6a
3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the toms/cm^3 or less. 4 Infrared wave number is 1106cm^-^1 and 513c
The absorption coefficient at room temperature at m^-^1 is α_1, respectively.
_1_0_6, α_5_1_3, α_1_1_
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that element formation is performed using a silicon wafer having a ratio of 0_6/α_5_1_3 of 4.0 or more as a substrate and including a step of performing high-temperature heat treatment at 1100° C. or more. 5 The board is α_1_1_0_6/α_5_1_3 is 4
.. Claim 4, which is obtained by heat-treating a silicon wafer of 0 or more at a temperature of 600 to 800°C for 4 hours or more.
A method for manufacturing a semiconductor device according to section 1. 6 α_1_1_0_6/α_5_1_3 is 4.5 or more, and the high-temperature heat treatment step is a buried layer diffusion step of group III or group V impurities, and epitaxial growth is performed after the diffusion to form a bipolar element therein. 5. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 4. 7 Silicon wafer contains oxygen concentration 7.5 to 9.5 x 1
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the amount is 0^1^7atoms/cm^3 or less. 8 Silicon wafer contains carbon concentration 2×10^1^6a
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6 or 7, wherein the toms/cm^3 or less. 9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the high temperature heat treatment step is a well forming step, and a MOS element is formed in the surface layer after the well is formed. 10 Silicon wafer contains oxygen concentration 7.5 to 11.5
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the amount is less than ×10^1^7 atoms/cm^3. 11 Silicon wafer contains carbon concentration 2×10^1^6
11. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9 or 10, wherein the semiconductor device has a density of at most atoms/cm^3.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100777198B1 (en) * 2006-02-15 2007-11-19 후지쯔 가부시끼가이샤 Wafer processing method, semiconductor device manufacturing method, and wafer processing apparatus

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