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JP7633837B2 - Silicon wafer and its manufacturing method - Google Patents
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Description

本発明は、シリコンウェーハ及びその製造方法に関し、表層に無欠陥層(DZ層)を有し、バルク層に酸素析出物(BMD)によるイントリンシックゲッタリング層(IG層)を有するシリコンウェーハ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a silicon wafer and its manufacturing method, and to a silicon wafer having a defect-free layer (DZ layer) on the surface and an intrinsic gettering layer (IG layer) made of oxygen precipitates (BMD) on the bulk layer, and to a manufacturing method thereof.

デバイス製造工程におけるシリコンウェーハへの熱処理において、ウェーハの内部に強い熱応力が生じると、酸素析出物(BMD)を起点としてスリップが発生することがある。デバイス製造工程にてスリップが発生すると、転位発生の前後においてアライメントのズレが生じるため、フォトリソグラフィ工程においていわゆるオーバーレイエラーが生じるという問題がある。 When strong thermal stress occurs inside the wafer during heat treatment of silicon wafers in the device manufacturing process, slips can occur starting from oxygen precipitates (BMD). When slips occur during the device manufacturing process, alignment shifts occur before and after dislocation generation, which causes the problem of so-called overlay errors in the photolithography process.

デバイス製造工程における熱処理によりシリコンウェーハ内部(バルク)に形成される前記BMD(酸素析出物)は、不純物のゲッタリングを行う役目を担っている。デバイス製造工程においては、BMDサイズが小さいと、ゲッタリング効果が不十分になるため、十分なゲッタリング作用を得るには、BMD密度が同じであればBMDサイズはより大きいことが好ましい。しかしながらBMDサイズが大きくなると、BMDがスリップ転位の発生源になる虞があった。 The BMDs (oxygen precipitates) formed inside the silicon wafer (bulk) by heat treatment in the device manufacturing process play a role in gettering impurities. In the device manufacturing process, if the BMD size is small, the gettering effect is insufficient, so in order to obtain a sufficient gettering effect, it is preferable for the BMD size to be larger for the same BMD density. However, if the BMD size becomes large, there is a risk that the BMDs will become a source of slip dislocations.

そのため、特許文献1にあっては、シリコンウェーハ中にサイズ20nm以下の酸素析出核を1×1010/cm以上の高密度で形成し、スリップ伸展を抑制する方法が開示されている。
しかしながら、特許文献1に開示された方法により得られるシリコンウェーハにあっては、深さ方向のBMDサイズが変化せず、深層部における酸素析出量が多いため、機械的強度が低下するという課題があった。
Therefore, Patent Document 1 discloses a method of forming oxygen precipitation nuclei having a size of 20 nm or less in a silicon wafer at a high density of 1×10 10 /cm 3 or more to suppress slip extension.
However, in the silicon wafer obtained by the method disclosed in Patent Document 1, the BMD size in the depth direction does not change and the amount of oxygen precipitated in the deep layer is large, which causes a problem of reduced mechanical strength.

このような課題に対し、特許文献2(特開平11-135510)では、DZ層の直下から深くなるにしたがってBMDサイズが小さくなっているシリコンウェーハが提案されている。
これにより深層部における酸素析出量が少なくなり、シリコンウェーハの機械的強度を確保しつつ、金属不純物に対するゲッタリング能力を維持するようにしている。
To address this issue, Patent Document 2 (JP Patent Publication No. 11-135510) proposes a silicon wafer in which the BMD size decreases with increasing depth from just below the DZ layer.
This reduces the amount of oxygen precipitated in the deep layers, ensuring the mechanical strength of the silicon wafer while maintaining the gettering capability against metal impurities.

特開2006-40980号公報JP 2006-40980 A 特開平11-135510号公報Japanese Patent Application Publication No. 11-135510

しかしながら、特許文献2に開示されたシリコンウェーハにあっては、ウェーハ深層部におけるBMD密度が、スリップ転位の伸展を抑制するだけの必要な密度(1×10/cm以上)を維持できない虞があるという課題があった。 However, the silicon wafer disclosed in Patent Document 2 has a problem in that the BMD density in the deep layer of the wafer may not be able to maintain a density (1×10 9 /cm 3 or more) required to suppress the extension of slip dislocations.

本発明の目的は、デバイス製造工程後において、金属不純物に対するゲッタリング能力を維持しつつ、スリップ転位による変形を抑制することのできるシリコンウェーハ、及びその製造方法を提供することを目的とする。 The object of the present invention is to provide a silicon wafer that can suppress deformation due to slip dislocations while maintaining the gettering ability for metal impurities after the device manufacturing process, and a method for manufacturing the same.

前記課題を解決するためになされた、本発明に係るシリコンウェーハは、熱処理により酸素析出物が形成されたシリコンウェーハであって、ウェーハ表面から50μmごとに区切った各層において、無欠陥層を含む表面から深さ50μmまでの第一層の酸素析出物の平均サイズが、前記第一層の直下の第二層の平均サイズより小さく、前記第二層より深い層ほど酸素析出物の平均サイズが小さくなり、且つ、全ての層において酸素析出物の密度が1×10 /cm 以上であり、前記第二層における酸素析出物の平均サイズが70~90nmであって、深さ250~300μmの第六層における酸素析出物の平均サイズが60nm以下であることに特徴を有する
The silicon wafer according to the present invention, which has been made to solve the above problems, is a silicon wafer in which oxygen precipitates are formed by heat treatment, and is characterized in that, in each layer divided every 50 μm from the wafer surface, the average size of oxygen precipitates in a first layer from the surface including a defect-free layer to a depth of 50 μm is smaller than the average size of a second layer immediately below the first layer, the average size of oxygen precipitates decreases in layers deeper than the second layer, the density of oxygen precipitates is 1×10 9 /cm 3 or more in all layers, the average size of oxygen precipitates in the second layer is 70 to 90 nm, and the average size of oxygen precipitates in a sixth layer at a depth of 250 to 300 μm is 60 nm or less .

このように構成されたシリコンウェーハによれば、無欠陥層を含むウェーハ表面から所定深さまでの第一層の酸素析出物サイズを小さく形成することによって、酸素析出物がスリップの起点となりデバイス活性層へ波及することを防ぐことができる。
さらに、その下のバルク部(第二層)の酸素析出物のサイズを大きく形成することにより、デバイス活性層の不純物が無欠陥層に近い層で補足できるようにゲッタリング能力を維持することができる。
加えて、より深いバルク部分(第三層から第六層)の酸素析出物サイズを小さく維持し、且つ、全ての層において酸素析出物の密度を1×10/cm以上とすることにより、スリップ伸展を抑制し、ウェーハの変形によるオーバレイエラーを防ぐことができる。
In the silicon wafer thus constructed, the size of oxygen precipitates in the first layer extending from the wafer surface including the defect-free layer to a predetermined depth can be made small, thereby making it possible to prevent the oxygen precipitates from becoming the starting point of slip and spreading to the device active layer.
Furthermore, by forming the size of the oxygen precipitates in the bulk portion (second layer) below it to be large, it is possible to maintain the gettering ability so that impurities in the device active layer can be captured in a layer close to the defect-free layer.
In addition, by maintaining the size of oxygen precipitates small in the deeper bulk portion (the third to sixth layers) and by making the density of oxygen precipitates 1×10 9 /cm 3 or more in all layers, slip extension can be suppressed and overlay errors due to wafer deformation can be prevented.

また、前記課題を解決するためになされた、本発明に係るシリコンウェーハの製造方法は、酸素析出核を含むシリコンウェーハの製造方法であって、チョクラルスキー法により、酸素濃度が0.8×1018atoms/cm以上1.4×1018atoms/cm以下、窒素濃度が0.2×1015atoms/cm以上5.0×1015atoms/cm以下となるシリコン単結晶を育成する工程と、前記シリコン単結晶をスライスして得られたシリコンウェーハに対し、急速昇降温熱処理において、炉内の酸素分圧を5%、アルゴン分圧を95%とし、最高温度1350℃で10sec維持して熱処理する工程と、を備えることに特徴を有する。
このような方法により、前記特徴を有するシリコンウェーハを製造することができる。
Further, a method for producing a silicon wafer according to the present invention, which has been made to solve the above-mentioned problems, is a method for producing a silicon wafer containing oxygen precipitation nuclei, and is characterized by comprising: a step of growing a silicon single crystal having an oxygen concentration of 0.8× 10 atoms/cm or more and 1.4× 10 atoms/cm or less and a nitrogen concentration of 0.2× 10 atoms/cm or more and 5.0× 10 atoms/cm or less by the Czochralski method; and a step of subjecting a silicon wafer obtained by slicing the silicon single crystal to a heat treatment in a rapid temperature increase and decrease heat treatment by setting the oxygen partial pressure in a furnace to 5% and the argon partial pressure to 95%, and maintaining the maximum temperature at 1350° C. for 10 sec.
By this method, it is possible to manufacture silicon wafers having the above characteristics.

本発明によれば、デバイス製造工程後において、金属不純物に対するゲッタリング能力を維持しつつ、スリップ転位による変形を抑制することのできるシリコンウェーハ、及びその製造方法を提供することができる。 The present invention provides a silicon wafer that can suppress deformation due to slip dislocations while maintaining gettering capability against metal impurities after the device manufacturing process, and a method for manufacturing the same.

図1は、本発明のシリコンウェーハの一部断面を拡大して示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an enlarged partial cross section of a silicon wafer according to the present invention. 図2は、図1のシリコンウェーハの製造方法において適用されるシリコン単結晶の育成に用いる単結晶引き上げ装置の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a single crystal pulling apparatus used for growing a silicon single crystal in the silicon wafer manufacturing method of FIG. 図3は、本発明のシリコンウェーハの製造方法が適用される急速昇降温熱処理装置(RTP装置)の一形態を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing one embodiment of a rapid temperature increase/decrease heat treatment apparatus (RTP apparatus) to which the method for producing a silicon wafer of the present invention is applied. 図4は、実施例の結果を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the results of the examples. 図5は、実施例の他の結果を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing other results of the examples.

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明のシリコンウェーハWの一部断面を拡大して示す模式図である。
図1に示すシリコンウェーハWは、デバイス工程熱処理後に形成される酸素析出物(BMDと呼ぶ)の平均サイズに特徴を有する。具体的には、ウェーハを厚さ方向に深さ50μmずつ区切ったとき、無欠陥層(DZ層と呼ぶ)を含むウェーハ表面から深さ50μmまでの表層部(第一層)の平均サイズは、その直下の深さ50μmから100μmまでの第二層における平均サイズより小さく、50μmより深いバルク部(第二層から第六層)の平均サイズが深いほど小さくなる。前記第一層における酸素析出物の平均サイズは67nmであり、前記第二層における酸素析出物の平均サイズは70~90nmであって、深さ250~300μmの第六層における酸素析出物の平均サイズは60nm以下である。いずれの層においてもBMD密度は1×10/cm以上である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram showing an enlarged cross section of a silicon wafer W according to an embodiment of the present invention.
The silicon wafer W shown in FIG. 1 is characterized by the average size of oxygen precipitates (called BMDs) formed after heat treatment in the device process. Specifically, when the wafer is divided into sections of 50 μm in depth in the thickness direction, the average size of the surface layer (first layer) from the wafer surface to a depth of 50 μm including the defect-free zone (called the DZ layer) is smaller than the average size of the second layer immediately below it from a depth of 50 μm to 100 μm, and the average size of the bulk portion (second to sixth layers) deeper than 50 μm becomes smaller the deeper it is. The average size of the oxygen precipitates in the first layer is 67 nm, the average size of the oxygen precipitates in the second layer is 70 to 90 nm, and the average size of the oxygen precipitates in the sixth layer at a depth of 250 to 300 μm is 60 nm or less. In all layers, the BMD density is 1×10 9 /cm 3 or more.

このようにDZ層を含むウェーハ表面から50μmまでの第一層のBMDサイズを小さくすることによって、BMDがスリップの起点となりデバイス活性層へ波及することを防いでいる。さらに、その下のバルク部(第二層)のBMDサイズを大きくすることにより、デバイス活性層の不純物がDZ層に近い層で補足できるようにゲッタリング能力を維持するようにしている。 In this way, by reducing the BMD size in the first layer up to 50 μm from the wafer surface, including the DZ layer, it is possible to prevent the BMDs from becoming the starting point for slip and spreading to the device active layer. Furthermore, by increasing the BMD size in the bulk portion (second layer) below, it is possible to maintain the gettering ability so that impurities in the device active layer can be captured in a layer closer to the DZ layer.

加えて、より深いバルク部分(第三層から第六層)のBMDサイズは小さく維持して、スリップ伸展を抑制し、ウェーハの変形によるオーバレイエラーを防ぐ効果を発揮できるようにしている。このように、第二層から第六層におけるバルク部のBMDサイズは深いほど小さくなるとともに、BMD密度は第一層と同様に1×10/cm以上を維持し、スリップ転位の伸展を抑制するように構成されている。 In addition, the BMD size in the deeper bulk portion (third to sixth layers) is kept small to suppress slip extension and to prevent overlay errors due to wafer deformation. In this way, the BMD size in the bulk portion in the second to sixth layers becomes smaller the deeper, and the BMD density is maintained at 1×10 9 /cm 3 or more, similar to the first layer, to suppress the extension of slip dislocations.

尚、BMD密度、サイズの測定にはIRトモグラフィ(例えばシステム精工製MO-441)を用いることができる。またTEMによる実像観察から求めてもよい。BMDサイズは、TEMで観察した八面体の辺の間の長さの平均値と赤外散乱強度平均値との相関式を作成して換算した値である。 The BMD density and size can be measured using IR tomography (e.g. MO-441 manufactured by System Seiko). They may also be obtained from actual image observation using a TEM. The BMD size is a value calculated by creating a correlation equation between the average side length of octahedrons observed with a TEM and the average infrared scattering intensity.

続いて、このようなシリコンウェーハWの製造方法について説明する。
先ずは、シリコン単結晶をチョクラルスキー法(CZ法)により育成し製造する。
CZ法によるシリコン単結晶の育成は、図2に示すようなチャンバ50内に設置した石英ルツボ51に原料であるポリシリコンを充填し、石英ルツボ51の周囲に設けられたヒータ52によってポリシリコンを加熱して溶融し、シリコン融液Mとする。
Next, a method for manufacturing such a silicon wafer W will be described.
First, a silicon single crystal is grown and manufactured by the Czochralski method (CZ method).
In growing silicon single crystals by the CZ method, a quartz crucible 51 installed in a chamber 50 as shown in FIG. 2 is filled with polysilicon as a raw material, and the polysilicon is heated and melted by a heater 52 provided around the quartz crucible 51 to obtain a silicon melt M.

このとき、育成するシリコン単結晶の酸素濃度が0.8×1018atoms/cm以上1.4×1018atoms/cm以下、窒素濃度が0.2×1015atoms/cm以上5.0×1015atoms/cm以下となるようシリコン融液M中の酸素濃度、及び窒素濃度を調整する。
尚、育成するシリコン単結晶の酸素濃度が0.8×1018atoms/cm以下であると強度不足でスリップ耐性が劣るため好ましくなく、酸素濃度が1.4×1018atoms/cm以上であるとBMD析出過多となり好ましくない。
また、育成するシリコン単結晶の窒素濃度が0.2×1015atoms/cm以下であるとRTP処理によりボイド欠陥を消滅させる効果が弱くなり、RTP後にボイド欠陥が残留する畏れがあるため好ましくなく、窒素濃度が5.0×1015atoms/cm以上であると、結晶育成時に単結晶化が妨げられるため、好ましくない。
シリコン融液Mの形成後、シードチャックに取り付けた種結晶(シード)Pを当該シリコン融液Mに浸漬し、シードチャックおよび石英ルツボ51を同方向または逆方向に回転させながらシードチャックを引上げる。
At this time, the oxygen concentration and nitrogen concentration in the silicon melt M are adjusted so that the silicon single crystal to be grown has an oxygen concentration of 0.8×10 18 atoms/cm 3 or more and 1.4×10 18 atoms/cm 3 or less, and a nitrogen concentration of 0.2×10 15 atoms/cm 3 or more and 5.0×10 15 atoms/cm 3 or less.
Incidentally, if the oxygen concentration of the silicon single crystal to be grown is 0.8×10 18 atoms/cm 3 or less, the strength will be insufficient and the slip resistance will be poor, which is undesirable, whereas if the oxygen concentration is 1.4×10 18 atoms/cm 3 or more, excessive BMD precipitation will occur, which is undesirable.
Furthermore, if the nitrogen concentration of the silicon single crystal to be grown is 0.2× 1015 atoms/ cm3 or less, the effect of eliminating void defects by the RTP treatment becomes weak, and there is a risk that void defects will remain after the RTP, which is undesirable. On the other hand, if the nitrogen concentration is 5.0× 1015 atoms/ cm3 or more, single crystallization is hindered during crystal growth, which is undesirable.
After the silicon melt M is formed, a seed crystal (seed) P attached to a seed chuck is immersed in the silicon melt M, and the seed chuck is pulled up while rotating the seed chuck and the quartz crucible 51 in the same or opposite directions.

引上げ開始に先立ち、シリコン融液Mの温度が安定した後、種結晶Pをシリコン融液Mに接触させて種結晶Pの先端部を溶解するネッキングを行う。ネッキングとは、種結晶Pとシリコン融液Mとの接触で発生するサーマルショックによりシリコン単結晶に生じる転位を除去するための不可欠の工程である。
このネッキングによりネック部P1が形成される。尚、このネック部P1は、直径が3~4mmで、その長さが最低でも30mm以上が必要である。
Prior to the start of pulling, after the temperature of the silicon melt M has stabilized, a seed crystal P is brought into contact with the silicon melt M to perform necking, which melts the tip of the seed crystal P. The necking is an essential process for removing dislocations that occur in the silicon single crystal due to thermal shock caused by the contact between the seed crystal P and the silicon melt M.
This necking forms a neck portion P1, which must have a diameter of 3 to 4 mm and a length of at least 30 mm.

また、引上げ開始後の工程としては、ネッキング終了後、直胴部直径(例えば直径300mm)にまで結晶を広げる肩部C1の形成工程、製品となる単結晶を育成する直胴部C2の形成工程、直胴部形成工程後の単結晶直径を徐々に小さくするテール部(図示せず)の形成工程を行う。 In addition, after the start of pulling, the following processes are carried out: after necking, a shoulder portion C1 is formed to expand the crystal to the diameter of the straight body portion (e.g., a diameter of 300 mm), a straight body portion C2 is formed to grow the single crystal that will become the product, and a tail portion (not shown) is formed to gradually reduce the diameter of the single crystal after the straight body portion formation process.

このようにして、シリコン単結晶を育成し、製造した後、このシリコン単結晶をスライスし、直径300mmの複数のシリコンウェーハを得る。
これらのシリコンウェーハに対しては、例えば図3に示す急速昇降温熱処理装置(RTP装置)を用いて所定の熱処理を行う。
図3に示すようにRTP装置1は、雰囲気ガス導入口20a及び雰囲気ガス排出口20bを備えたチャンバ(反応管)20と、チャンバ20の上部に離間して配置された複数のランプ30と、チャンバ20内の反応空間25にシリコンウェーハWを支持する基板支持部40とを備える。また、図示しないが、シリコンウェーハWをその中心軸周りに所定速度で回転させる回転手段を備えている。
After the silicon single crystal is grown and produced in this manner, the silicon single crystal is sliced to obtain a plurality of silicon wafers each having a diameter of 300 mm.
These silicon wafers are subjected to a predetermined heat treatment using, for example, a rapid temperature change (RTP) apparatus shown in FIG.
3, the RTP apparatus 1 includes a chamber (reaction tube) 20 having an atmospheric gas inlet 20a and an atmospheric gas outlet 20b, a plurality of lamps 30 spaced apart from one another in the upper portion of the chamber 20, and a substrate support 40 that supports a silicon wafer W in a reaction space 25 within the chamber 20. In addition, although not shown, the apparatus includes a rotating means for rotating the silicon wafer W around its central axis at a predetermined speed.

基板支持部40は、シリコンウェーハWの外周部を支持するリング10と、リング10を支持するステージ40aとを備える。チャンバ20は、例えば、石英で構成されている。ランプ30は、例えば、ハロゲンランプで構成されている。ステージ40aは、例えば、石英で構成されている。このRTP装置1は10~300℃/秒の昇温・降温の温度勾配でシリコンウェーハWの全体を均一に加熱して処理することができる。 The substrate support 40 comprises a ring 10 that supports the outer periphery of the silicon wafer W, and a stage 40a that supports the ring 10. The chamber 20 is made of, for example, quartz. The lamps 30 are made of, for example, halogen lamps. The stage 40a is made of, for example, quartz. This RTP apparatus 1 can uniformly heat and process the entire silicon wafer W with a temperature rise/fall gradient of 10 to 300°C/sec.

尚、このRTP装置1における反応空間25内の温度制御は、基板支持部40のステージ40aに埋め込まれた複数の放射温度計によってシリコンウェーハWの下部の基板径方向における基板面内多点(例えば9点)の平均温度を測定し、その測定された温度に基づいて複数のハロゲンランプ30の制御(各ランプの個別のON-OFF制御や、発光する光の発光強度の制御等)を行う。 The temperature in the reaction space 25 in this RTP device 1 is controlled by measuring the average temperature at multiple points (e.g., nine points) in the radial direction of the lower part of the silicon wafer W using multiple radiation thermometers embedded in the stage 40a of the substrate support part 40, and controlling the multiple halogen lamps 30 (individual ON-OFF control of each lamp, control of the emission intensity of the emitted light, etc.) based on the measured temperature.

このように構成されたRTP装置1においては、先ずリング10にシリコンウェーハWを載置して固定する。このリング10を、酸化雰囲気下の反応空間25内に設置されたステージ40aの上部にシリコンウェーハWの上面が略平行になるように固定する。 In the RTP apparatus 1 configured in this manner, first, the silicon wafer W is placed and fixed on the ring 10. This ring 10 is then fixed to the top of the stage 40a installed in the reaction space 25 under an oxidizing atmosphere so that the top surface of the silicon wafer W is approximately parallel to the top of the stage 40a.

また、雰囲気ガス導入口20aよりプロセスガスを導入するとともに雰囲気ガス排出口20bから反応空間25内のガスを排気し、シリコンウェーハW上に所定の気流を形成する。ここで、反応空間25内は、好ましくは酸素分圧5%、アルゴンガス95%となされる。
次いで、等配列に配置されたハロゲンランプ30をシリコンウェーハWの表面温度からのフィードバックにより個々に制御してシリコンウェーハWの表面温度を制御しながら急速に加熱してシリコンウェーハWの加熱処理を行う。
A process gas is introduced from the atmospheric gas inlet 20a, and the gas in the reaction space 25 is exhausted from the atmospheric gas outlet 20b, forming a predetermined air flow above the silicon wafer W. The reaction space 25 preferably has an oxygen partial pressure of 5% and an argon gas partial pressure of 95%.
Next, the halogen lamps 30 arranged in an equal arrangement are individually controlled by feedback from the surface temperature of the silicon wafer W to rapidly heat the silicon wafer W while controlling the surface temperature of the silicon wafer W, thereby carrying out a heat treatment of the silicon wafer W.

具体的には、加熱開始後60secまでにウェーハ表面温度を1250℃まで加熱する。次いで、加熱開始後62~70secまでにウェーハ表面温度を1350℃まで加熱し、その状態を10sec継続する。
その後、炉内を急冷し、急速昇降温熱処理を完了する。
Specifically, the wafer surface temperature is raised to 1250° C. within 60 seconds after the start of heating, and then raised to 1350° C. within 62 to 70 seconds after the start of heating, and this state is maintained for 10 seconds.
Thereafter, the inside of the furnace is rapidly cooled, completing the rapid temperature increase and decrease heat treatment.

このように急速昇降温熱処理されたシリコンウェーハWは、ウェーハ表層にボイド欠陥が存在せず、かつウェーハ内部にBMDの元となる酸素析出核が所望の深さ、密度で存在し、デバイス製造工程で任意のBMD構造が形成されるという特性を有する。 Silicon wafers W that have been subjected to this rapid temperature increase and decrease heat treatment have the following characteristics: no void defects are present on the wafer surface, and oxygen precipitation nuclei that are the source of BMDs are present at the desired depth and density inside the wafer, allowing any BMD structure to be formed during the device manufacturing process.

そのため、デバイス製造工程における熱処理において、例えば、アルゴン(Ar)雰囲気下において780℃の熱処理を3時間、さらに1000℃の熱処理を16時間施された場合に、図1に示したようなサイズと密度を有するBMDの構成がウェーハ中に形成される。
このとき、DZ層を含むウェーハ表面から50μmまでの第一層のBMDサイズが小さく形成されることによって、BMDがスリップの起点となりデバイス活性層へ波及することが防止される。さらに、その下のバルク部(第二層)のBMDサイズが大きく形成されるため、デバイス活性層の不純物をDZ層に近い層で補足できるゲッタリング能力が維持される。
さらに、より深いバルク部分(第三層から第六層)のBMDサイズが小さく形成されるため、スリップ伸展を抑制し、ウェーハの変形によるオーバレイエラーを防止する効果が発揮される。
Therefore, in the heat treatment in the device manufacturing process, for example, when a heat treatment is performed at 780° C. for 3 hours in an argon (Ar) atmosphere and then at 1000° C. for 16 hours, a BMD structure having the size and density shown in FIG. 1 is formed in the wafer.
At this time, the BMD size of the first layer from the wafer surface including the DZ layer to 50 μm is made small, which prevents the BMD from becoming the starting point of slip and spreading to the device active layer. Furthermore, the BMD size of the bulk part (second layer) below is made large, so the gettering ability that can capture impurities in the device active layer in the layer close to the DZ layer is maintained.
Furthermore, since the BMD size in the deeper bulk portion (third to sixth layers) is small, slip extension is suppressed, and the effect of preventing overlay errors due to wafer deformation is exerted.

以上のように本発明に係る実施の形態によれば、DZ層を含むウェーハ表面から50μmまでの第一層のBMDサイズを小さく形成することによって、BMDがスリップの起点となりデバイス活性層へ波及することを防ぐことができる。
さらに、その下のバルク部(第二層)のBMDサイズを大きく形成することにより、デバイス活性層の不純物がDZ層に近い層で補足できるようにゲッタリング能力を維持することができる。
加えて、より深いバルク部分(第三層から第六層)のBMDサイズを小さく維持し、且つ、全ての層においてBMD密度を1×10/cm以上とすることにより、スリップ伸展を抑制し、ウェーハの変形によるオーバレイエラーを防ぐことができる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, by forming the BMD size small in the first layer up to 50 μm from the wafer surface including the DZ layer, it is possible to prevent the BMDs from becoming the starting point of slip and spreading to the device active layer.
Furthermore, by forming the BMD size of the bulk portion (second layer) below it to be large, it is possible to maintain the gettering ability so that impurities in the device active layer can be captured in a layer close to the DZ layer.
In addition, by maintaining the BMD size small in the deeper bulk portion (the third to sixth layers) and keeping the BMD density at 1×10 9 /cm 3 or more in all layers, slip extension can be suppressed and overlay errors due to wafer deformation can be prevented.

尚、前記実施の形態においては、ウェーハを厚さ方向に深さ50μmずつ区切り、第一層から第六層までのBMDサイズを規定したが、本発明にあっては、その形態に限定されるものではなく、所定の深さごとに各層を区切ってもよい。 In the above embodiment, the wafer is divided into sections of 50 μm in depth in the thickness direction, and the BMD sizes for the first through sixth layers are specified, but the present invention is not limited to this configuration, and each layer may be divided at a specified depth.

本発明に係るシリコンウェーハ及びその製造方法について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施の形態に基づき以下の実験を行った。 The silicon wafer and manufacturing method thereof according to the present invention will be further described with reference to an example. In this example, the following experiment was carried out based on the above embodiment.

(実施例1)
実施例1では、先ず、引き上げるシリコン単結晶の酸素濃度が1.2×1018atoms/cm、窒素濃度が5.0×1014atoms/cmとなる部位を含むよう、チョクラルスキー法により直径300mmのシリコン単結晶を育成した。
次いで得られたシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハとし、急速昇降温熱処理装置(RTP装置)において、炉内の酸素分圧を5%、アルゴン分圧を95%とし、最高温度1350℃で10sec維持して熱処理した。
Example 1
In Example 1, first, a silicon single crystal having a diameter of 300 mm was grown by the Czochralski method so as to include a portion in which the oxygen concentration of the pulled silicon single crystal was 1.2×10 18 atoms/cm 3 and the nitrogen concentration was 5.0×10 14 atoms/cm 3 .
The silicon single crystal thus obtained was then sliced into silicon wafers, which were then heat-treated in a rapid temperature change (RTP) apparatus, in which the oxygen partial pressure in the furnace was set to 5% and the argon partial pressure was set to 95%, and the maximum temperature was maintained at 1350° C. for 10 seconds.

その後、デバイス工程熱処理を模擬し、アルゴン(Ar)雰囲気下において、780℃で3時間、更に1000℃で16時間、連続して熱処理し、IRトモグラフィ(システム精工(株)製MO441)にてウェーハ断面のBMDサイズ、及びBMD密度を測定した。このBMDサイズの結果を図4のグラフに示し、BMD密度の結果を図5のグラフに示す。図4のグラフの縦軸は、BMD平均サイズ(nm)を示し、横軸はウェーハ表面からの深さ(μm)を示す。また、図5のグラフの縦軸は、BMD平均密度(cm-3)を示し、横軸はウェーハ表面からの深さ(μm)を示す。BMDサイズは、IRトモグラフィの散乱強度をTEM観察によるBMDサイズに基づき換算した値である。 Thereafter, to simulate the heat treatment of the device process, the wafer was successively heat-treated in an argon (Ar) atmosphere at 780°C for 3 hours and then at 1000°C for 16 hours, and the BMD size and BMD density of the wafer cross section were measured by IR tomography (MO441 manufactured by System Seiko Co., Ltd.). The results of the BMD size are shown in the graph of FIG. 4, and the results of the BMD density are shown in the graph of FIG. 5. The vertical axis of the graph of FIG. 4 indicates the average BMD size (nm), and the horizontal axis indicates the depth (μm) from the wafer surface. The vertical axis of the graph of FIG. 5 indicates the average BMD density (cm -3 ), and the horizontal axis indicates the depth (μm) from the wafer surface. The BMD size is a value obtained by converting the scattering intensity of the IR tomography based on the BMD size obtained by TEM observation.

図4のグラフに示すように、深さ49μmまでのBMD平均サイズは70nmより小さく、深さ50~99μmまでの平均サイズは80nm近くとなり、より深くなるにつれ、BMDサイズは小さくなっていることがわかる。
また、図5のグラフに示すように、BMD密度は、いずれの深さであっても1×10/cm以上を維持している。
また、同じシリコンウェーハに対しX線トポグラフィ((株)リガク製XRT300)にて評価し、転位の有無を確認した。その結果、ウェーハボート指示位置から伸びた転位長さの合計は2mmであった。
As shown in the graph of FIG. 4, the average BMD size is smaller than 70 nm up to a depth of 49 μm, and the average size is close to 80 nm from a depth of 50 to 99 μm, and it can be seen that the deeper the BMD size becomes, the smaller the BMD size becomes.
Furthermore, as shown in the graph of FIG. 5, the BMD density remains at 1×10 9 /cm 3 or more at any depth.
In addition, the same silicon wafer was evaluated by X-ray topography (XRT300 manufactured by Rigaku Corporation) to confirm the presence or absence of dislocations. As a result, the total length of dislocations extending from the wafer boat position was 2 mm.

また、熱処理後のシリコンウェーハに、Niを含む溶液を1×1012atoms/cmになるようスピンコートで塗布した後、900℃で0.5時間の拡散処理を行い、エッチングしてウェーハ表面のシャローピットの発生有無を目視で確認した。これは、冷却時に表面にNiが存在すると、表面でNiシリサイドを形成しシャローピットとして検出できる。その結果、このサンプルではシャローピットの発生はなく、表面を汚染したNiは大部分が内部のBMDにゲッタリングされたと判断した。 In addition, a solution containing Ni was applied to the silicon wafer after heat treatment by spin coating to a concentration of 1×10 12 atoms/cm 2 , and then a diffusion treatment was performed at 900° C. for 0.5 hours, followed by etching to visually check whether shallow pits had occurred on the wafer surface. This is because if Ni is present on the surface upon cooling, Ni silicide is formed on the surface and can be detected as shallow pits. As a result, it was determined that no shallow pits had occurred in this sample, and most of the Ni that had contaminated the surface had been gettered into the internal BMDs.

(比較例1)
比較例1では、実施例と同じシリコン単結晶から得られたシリコンウェーハに対し、急速昇降温熱処理装置(RTP装置)において、炉内の酸素分圧を75%、アルゴン分圧を25%とし、最高温度1350℃で10sec維持して熱処理した。
その後、デバイス工程熱処理を模擬し、アルゴン(Ar)雰囲気下において、780℃で3時間、更に1000℃で16時間、連続して熱処理し、IRトモグラフィ(システム精工(株)製MO441)にてウェーハ断面のBMDサイズ、及びBMD密度を測定した。このBMDサイズの結果を実施例1と同じく図4のグラフに示し、BMD密度の結果を図5のグラフに示す。
比較例1では、転位長さの合計は74mmであり、転位の抑制効果は小さかった。また、実施例1と同じ方法でNi汚染したところシャローピットの発生はなかった。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, a silicon wafer obtained from the same silicon single crystal as in the Example was heat-treated in a rapid temperature change thermal processing apparatus (RTP apparatus) with an oxygen partial pressure of 75% and an argon partial pressure of 25% in a furnace, and maintained at a maximum temperature of 1350° C. for 10 seconds.
Thereafter, simulating the heat treatment in the device process, the wafer was heat-treated in an argon (Ar) atmosphere at 780° C. for 3 hours and then at 1000° C. for 16 hours in succession, and the BMD size and BMD density of the wafer cross section were measured by IR tomography (MO441 manufactured by System Seiko Co., Ltd.) The results of the BMD size are shown in the graph of FIG. 4 as in Example 1, and the results of the BMD density are shown in the graph of FIG.
In Comparative Example 1, the total length of dislocations was 74 mm, and the effect of suppressing dislocations was small. Furthermore, when Ni contamination was performed in the same manner as in Example 1, no shallow pits were generated.

(比較例2)
比較例2では、引き上げるシリコン単結晶の酸素濃度が1.2×1018atoms/cm、窒素濃度が1.0×1014atoms/cmとなる部位を含むよう、チョクラルスキー法により直径300mmのシリコン単結晶を育成した。
次いで、急速昇降温熱処理装置(RTP装置)において、炉内の酸素分圧を75%、アルゴン分圧を25%とし、最高温度1350℃で10sec維持して熱処理した。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, a silicon single crystal having a diameter of 300 mm was grown by the Czochralski method so as to include a portion in which the pulled silicon single crystal had an oxygen concentration of 1.2×10 18 atoms/cm 3 and a nitrogen concentration of 1.0×10 14 atoms/cm 3 .
Next, in a rapid temperature change (RTP) processing apparatus, the oxygen partial pressure in the furnace was set to 75%, the argon partial pressure was set to 25%, and the maximum temperature was maintained at 1350° C. for 10 seconds for heat treatment.

その後、デバイス工程熱処理を模擬し、アルゴン(Ar)雰囲気下において、780℃で3時間、更に1000℃で16時間、連続して熱処理し、IRトモグラフィ(システム精工(株)製MO441)にてウェーハ断面のBMDサイズ、及びBMD密度を測定した。このBMDサイズの結果を実施例1と同じく図4のグラフに示し、BMD密度の結果を図5のグラフに示す。
比較例2の結果、転位長さの合計は5mmであった。また、実施例1と同じ方法でNi汚染したところシャローピットの発生が確認されゲッタリング能力が不十分であると判断した。
Thereafter, simulating the heat treatment in the device process, the wafer was heat-treated in an argon (Ar) atmosphere at 780° C. for 3 hours and then at 1000° C. for 16 hours in succession, and the BMD size and BMD density of the wafer cross section were measured by IR tomography (MO441 manufactured by System Seiko Co., Ltd.) The results of the BMD size are shown in the graph of FIG. 4 as in Example 1, and the results of the BMD density are shown in the graph of FIG.
The total dislocation length was 5 mm in Comparative Example 2. When Ni was contaminated in the same manner as in Example 1, shallow pits were observed, and it was determined that the gettering ability was insufficient.

以上の実施例の結果により、本発明の構成により、デバイス製造工程後において、金属不純物に対するゲッタリング能力を維持しつつ、スリップ転位による変形を抑制することができると確認した。 The results of the above examples confirm that the configuration of the present invention can suppress deformation due to slip dislocations while maintaining gettering capability for metal impurities after the device manufacturing process.

1 RTP装置
20 チャンバ(炉)
25 反応空間
30 ハロゲンランプ
40 基板支持部
40a ステージ
50 チャンバ
C シリコン単結晶
M シリコン融液
W シリコンウェーハ
1 RTP device 20 chamber (furnace)
25 Reaction space 30 Halogen lamp 40 Substrate support 40a Stage 50 Chamber C Silicon single crystal M Silicon melt W Silicon wafer

Claims (2)

熱処理により酸素析出物が形成されたシリコンウェーハであって、
ウェーハ表面から50μmごとに区切った各層において、無欠陥層を含む表面から深さ50μmまでの第一層の酸素析出物の平均サイズが、前記第一層の直下の第二層の平均サイズより小さく、前記第二層より深い層ほど酸素析出物の平均サイズが小さくなり、
且つ、全ての層において酸素析出物の密度が1×10 /cm 以上であり、
前記第二層における酸素析出物の平均サイズが70~90nmであって、深さ250~300μmの第六層における酸素析出物の平均サイズが60nm以下であることを特徴とするシリコンウェーハ。
A silicon wafer in which oxygen precipitates are formed by heat treatment,
In each layer divided every 50 μm from the wafer surface, the average size of oxygen precipitates in a first layer from the surface including a defect-free layer to a depth of 50 μm is smaller than the average size of a second layer immediately below the first layer, and the average size of oxygen precipitates becomes smaller in layers deeper than the second layer;
and the density of oxygen precipitates is 1×10 9 /cm 3 or more in all layers;
A silicon wafer, characterized in that the average size of oxygen precipitates in the second layer is 70 to 90 nm, and the average size of oxygen precipitates in a sixth layer having a depth of 250 to 300 μm is 60 nm or less .
酸素析出核を含むシリコンウェーハの製造方法であって、
チョクラルスキー法により、酸素濃度が0.8×1018atoms/cm以上1.4×1018atoms/cm以下、窒素濃度が0.2×1015atoms/cm以上5.0×1015atoms/cm以下となるシリコン単結晶を育成する工程と、
前記シリコン単結晶をスライスして得られたシリコンウェーハに対し、急速昇降温熱処理において、炉内の酸素分圧を5%、アルゴン分圧を95%とし、最高温度1350℃で10sec維持して熱処理する工程と、
を備えることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
A method for producing a silicon wafer containing oxygen precipitation nuclei, comprising the steps of:
growing a silicon single crystal having an oxygen concentration of 0.8×10 18 atoms/cm 3 or more and 1.4×10 18 atoms/cm 3 or less and a nitrogen concentration of 0.2×10 15 atoms/cm 3 or more and 5.0×10 15 atoms/cm 3 or less by the Czochralski method;
A step of heat-treating the silicon wafer obtained by slicing the silicon single crystal by rapid temperature increase and decrease heat treatment in a furnace with an oxygen partial pressure of 5% and an argon partial pressure of 95%, and maintaining the maximum temperature at 1350° C. for 10 seconds;
A method for producing a silicon wafer, comprising:
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