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JP2005286220A - Quality evaluation method of silicon wafer - Google Patents

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JP2005286220A
JP2005286220A JP2004100532A JP2004100532A JP2005286220A JP 2005286220 A JP2005286220 A JP 2005286220A JP 2004100532 A JP2004100532 A JP 2004100532A JP 2004100532 A JP2004100532 A JP 2004100532A JP 2005286220 A JP2005286220 A JP 2005286220A
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JP
Japan
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egg
silicon
pits
silicon wafer
pit
Prior art date
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Pending
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JP2004100532A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kunihito Harada
邦仁 原田
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.)
Coorstek KK
Original Assignee
Toshiba Ceramics Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toshiba Ceramics Co Ltd filed Critical Toshiba Ceramics Co Ltd
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Abstract

【課題】この発明は、従来のフローパターン欠陥、セコエッチピット欠陥の外に、格子間シリコン過剰領域で、卵型のピットと、卵型が複数重なったピットと、さらにはこの卵型が複数重なった個所から線が入っているピットを計数することによって、簡単な方法でしかも短時間にシリコンウェーハの品質を評価できるとともに、その境界線をも評価、判別できる品質評価方法を提供しようとするものである。
【解決手段】シリコン単結晶からシリコンウェーハを切り出し、切り出した際の切断歪をフッ酸と硝酸の混合液で除去し、次にこれを過酸化水素水とアンモニア水の混合液に漬け、さらに希フッ酸に浸した後、フッ化水素酸と二クロム酸カリウムの混合液に浸漬し、その表面に現われた卵型のピットと、卵型が複数重なりあったピット、卵型が複数重なり合った個所から線が入っているピットを計数することにより、格子間シリコン過剰領域内のシリコンウェーハの品質を評価することを特徴とするシリコンウェーハの品質評価方法である。
【選択図】 図1
In addition to conventional flow pattern defects and Secco etch pit defects, the present invention provides an egg-shaped pit, a pit with a plurality of egg molds, and a plurality of egg molds in an interstitial silicon excess region. By counting the number of pits that contain lines from overlapping locations, it is possible to evaluate the quality of silicon wafers in a simple manner and in a short time, and to provide a quality evaluation method that can also evaluate and discriminate the boundaries. Is.
A silicon wafer is cut out from a silicon single crystal, and the cutting strain at the time of cutting is removed with a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid, and then immersed in a mixed solution of hydrogen peroxide and ammonia. After immersing in hydrofluoric acid, immerse in a mixed solution of hydrofluoric acid and potassium dichromate, the egg-shaped pits appearing on the surface, the pits with multiple egg molds, and the parts where multiple egg molds overlap The silicon wafer quality evaluation method is characterized in that the quality of the silicon wafer in the interstitial silicon excess region is evaluated by counting the pits containing the lines from.
[Selection] Figure 1

Description

この発明は、シリコンウェーハの品質評価方法に関する。   The present invention relates to a quality evaluation method for silicon wafers.

一般的に、シリコンウェーハを製造する場合には、チョクラルスキー法により単結晶を引上げるのが通例である。シリコン単結晶の引上げにおいては、引上速度Vと引上結晶−融液境界の温度勾配Gの比、V/Gによって点欠陥の種類および濃度を決定することができることが知られている。   In general, when manufacturing a silicon wafer, it is usual to pull up a single crystal by the Czochralski method. In pulling a silicon single crystal, it is known that the type and concentration of point defects can be determined by the pulling speed V and the ratio of the temperature gradient G at the pulling crystal-melt boundary, V / G.

図4に、V/G値とシリコン単結晶インゴット中の点欠陥分布との関係を模式的に示す。同図に示すように、ネックを育成した後、単結晶インゴットの引上速度をヘッド側からテイル側にかけて漸減していくとV/G値も減少していくが、これに伴って単結晶インゴット中の点欠陥分布も変化する。図4に示すように、引上結晶−融液境界の温度勾配Gの値は変化が少なくて、引上速度Vが大きいとき、すなわちV/Gが大きいと空孔過剰領域5が形成される。V/Gの値が低下していくと、空孔が凝集してボイド欠陥が生成する。前記空孔過剰領域5が消滅する臨界V/G値以下では、リングOSF(Ring Oxidation‐induced Stacking Fault)領域6が形成される。次に、空孔と格子間シリコン濃度の均衡により、無欠陥領域7が形成される。V/G値がさらに減少すると、格子間シリコン過剰領域8が形成され、格子間シリコンの凝集欠陥が生成する。   FIG. 4 schematically shows the relationship between the V / G value and the distribution of point defects in the silicon single crystal ingot. As shown in the figure, the V / G value also decreases as the pulling speed of the single crystal ingot gradually decreases from the head side to the tail side after growing the neck. The point defect distribution inside also changes. As shown in FIG. 4, the value of the temperature gradient G at the pulling crystal-melt boundary is small, and when the pulling speed V is large, that is, when V / G is large, the void excess region 5 is formed. . As the value of V / G decreases, the voids aggregate and void defects are generated. Below the critical V / G value where the void excess region 5 disappears, a ring OSF (Ring Oxidation-induced Stacking Fault) region 6 is formed. Next, the defect-free region 7 is formed by the balance between the vacancies and the interstitial silicon concentration. When the V / G value further decreases, an interstitial silicon excess region 8 is formed, and an interstitial silicon agglomerated defect is generated.

これらの領域において発生している点欠陥の集合体の評価について、先行技術には、成長直後のシリコン半導体結晶棒からウェーハを切出し、表面の歪層をフッ酸と硝酸の混合溶液でエッチングして取り除いた後、KCrとフッ酸と水の混合液によってピットおよびさざ波模様を生じさせ、そのピットとさざ波模様の密度を調べ、かかるピットとさざ波模様との密度と点欠陥の集合体の相関関係を利用することにより点欠陥の集合体の評価を行うことが開示されている(特許文献1)。また、他の先行技術には、弗化水素酸と重クロム酸カリウムとの混合液にシリコンウェーハを浸漬し、当該シリコンウェーハの結晶欠陥部位の存在によって生じるV字型のエッチングむらであるフローパターンと、当該フローパターンを伴わない結晶欠陥であるセコエッチピットとを計数し、これらの合計によりシリコンウェーハの品質を評価する方法が記載されている(特許文献2)。
特開平4−285100号公報(特許請求の範囲) 特開平8−306753号公報(特許請求の範囲)
Regarding the evaluation of aggregates of point defects occurring in these regions, the prior art includes cutting a wafer from a silicon semiconductor crystal rod immediately after growth and etching a strained layer on the surface with a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid. After removal, pits and ripples are generated by a mixture of K 2 Cr 2 O 7 , hydrofluoric acid and water, and the density of the pits and ripples is examined. The density of such pits and ripples and the collection of point defects It has been disclosed to evaluate a collection of point defects by utilizing the correlation of bodies (Patent Document 1). In another prior art, a flow pattern is a V-shaped etching unevenness caused by immersing a silicon wafer in a mixed solution of hydrofluoric acid and potassium dichromate and the presence of a crystal defect portion of the silicon wafer. And a method of counting the number of seco etch pits which are crystal defects not accompanied by the flow pattern, and evaluating the quality of the silicon wafer based on the total of these (Patent Document 2).
JP-A-4-285100 (Claims) JP-A-8-306753 (Claims)

前記特許文献1のシリコンウェーハの品質検査方法は、迅速かつ安価に点欠陥の集合体の評価を行える手法を提供するのものであるが、これによっては格子間シリコン過剰領域内の品質評価をすることは出来ない。また、特許文献2のシリコンウェーハの品質評価方法は、フローパターン欠陥のみならずセコエッチピットをも計測し評価するもので、これによって従来不安定であったシリコンウェーハの欠陥評価方法の信頼性を大幅に向上させるものであるが、これによっても格子間シリコン過剰領域内の品質評価をするものではなかった。   The silicon wafer quality inspection method disclosed in Patent Document 1 provides a method capable of evaluating a cluster of point defects quickly and inexpensively. According to this method, quality evaluation is performed in an interstitial silicon excess region. I can't do that. In addition, the quality evaluation method for silicon wafers in Patent Document 2 measures and evaluates not only flow pattern defects but also seco etch pits, thereby improving the reliability of silicon wafer defect evaluation methods that have been unstable in the past. This is a significant improvement, but this also did not evaluate the quality in the interstitial silicon excess region.

さらに、その他の従来技術である1000℃に保持した均熱炉中で銅をデコレーションする銅デコレーション法では、銅をデコレートする手数がかかり、その後のX線撮影にも時間がかかる上に、この方法ではマクロ的な評価はできるが定量的な評価はできず、また格子間シリコン過剰領域内の品質を評価することは出来なかった。   Furthermore, in the copper decoration method of decorating copper in a soaking furnace maintained at 1000 ° C., which is another conventional technique, it takes time to decorate copper, and subsequent X-ray photography takes time, and this method However, it was possible to evaluate macroscopically but not quantitatively, and it was impossible to evaluate the quality in the interstitial silicon excess region.

この発明は、従来のフローパターン欠陥、セコエッチピット欠陥の外に、格子間シリコン過剰領域で、卵型のピットと、卵型が複数重なったピットと、さらにはこの卵型が複数重なった個所から線が入っているピットを計数することによって、簡単な方法でしかも短時間にシリコンウェーハの品質を評価できるとともに、その境界線をも評価、判別できる品質評価方法を提供しようとするものである。   In addition to conventional flow pattern defects and Secco etch pit defects, the present invention provides an egg-shaped pit, a plurality of egg-shaped pits, and a plurality of egg-shaped overlapping portions in an interstitial silicon excess region. It is intended to provide a quality evaluation method that can evaluate the quality of silicon wafers in a simple method and in a short time by counting the pits that contain lines from the edge, and also evaluate and discriminate the boundaries. .

この発明は、シリコン単結晶からシリコンウェーハを切り出し、切り出した際の切断歪をフッ酸と硝酸の混合液で除去し、次にこれを過酸化水素水とアンモニア水の混合液に漬け、さらに希フッ酸に浸した後、フッ化水素酸と二クロム酸カリウムの混合液に浸漬し、その表面に現われた卵型のピットと、卵型が複数重なりあったピット、卵型が複数重なり合った個所から線が入っているピットを計数することにより、格子間シリコン過剰領域内のシリコンウェーハの品質を評価することを特徴とするシリコンウェーハの品質評価方法である。   In this invention, a silicon wafer is cut out from a silicon single crystal, the cutting strain at the time of cutting is removed with a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid, and then immersed in a mixed solution of hydrogen peroxide and ammonia. After immersing in hydrofluoric acid, immerse in a mixed solution of hydrofluoric acid and potassium dichromate, the egg-shaped pits appearing on the surface, the pits where the egg molds overlapped, the location where the egg molds overlapped The silicon wafer quality evaluation method is characterized in that the quality of the silicon wafer in the interstitial silicon excess region is evaluated by counting the pits containing the lines from.

この発明によると、従来のフローパターン欠陥やセコエッチピット欠陥の他に、卵型のピットと、卵型が複数重なったピットと、さらにはこの卵型が複数重なった個所から線が入っているピットの密度によって、シリコンウェーハの格子間シリコン過剰領域内の品質評価を行うことができるので、シリコンウェーハの歩留を評価するための情報をより多く収集することができるものである。また、この発明によると、こうしたシリコンウェーハの品質評価を簡単な方法で、しかも短時間で、さらに定量的に行うことが可能となるものである。また、この評価方法を取り入れることによって、耐圧強度がより優れたウェーハを供給することが可能となり、歩留を一層向上することが可能となるものである。   According to the present invention, in addition to the conventional flow pattern defect and seco etch pit defect, there is a line from the egg-shaped pit, the pit with a plurality of egg molds overlapped, and further, the portion where the egg molds overlapped. Since quality evaluation can be performed in the interstitial silicon excess region of the silicon wafer based on the density of the pits, more information for evaluating the yield of the silicon wafer can be collected. Further, according to the present invention, the quality evaluation of such a silicon wafer can be performed quantitatively in a simple method and in a short time. Further, by adopting this evaluation method, it becomes possible to supply a wafer with a higher pressure resistance, and it is possible to further improve the yield.

以下に、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。   An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

常法により、CZ法で直径205〜225mmのシリコン単結晶インゴットを育成した。このインゴット育成の際に、径22インチの石英ルツボ中にボロンをドープし、電気抵抗率が10.5Ωcmとなるように調整した。育成させたシリコン単結晶の成長方位は<100>である。また、シリコン単結晶を育成する際に、格子間シリコン過剰領域を形成させるために、V/Gを調整し育成速度を0.5〜0.55mm/minとなるようにシリコン単結晶を育成した。   By a conventional method, a silicon single crystal ingot having a diameter of 205 to 225 mm was grown by the CZ method. During the growth of the ingot, boron was doped into a quartz crucible having a diameter of 22 inches, and the electrical resistivity was adjusted to 10.5 Ωcm. The growth direction of the grown silicon single crystal is <100>. Further, when growing the silicon single crystal, the silicon single crystal was grown so that the V / G was adjusted and the growth rate was 0.5 to 0.55 mm / min in order to form an interstitial silicon excess region. .

このようにして育成したシリコン単結晶から、厚さ1mmシリコンウェーハを切り出して評価サンプルとした。このシリコンウェーハをフッ化水素酸と硝酸の混合液によって切断の際の歪を除去した。その後、これをよく水洗してから過酸化水素とアンモニア水の混合液に漬け、さらに希フッ酸水に浸漬したのち、9.70mol/lのフッ化水素酸と0.050mol/lの二クロム酸カリウムの混合液に30分浸漬し、このサンプルを光学顕微鏡で観察した。   A silicon wafer having a thickness of 1 mm was cut out from the thus grown silicon single crystal and used as an evaluation sample. The strain at the time of cutting this silicon wafer with a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid was removed. Then, wash it thoroughly with water, soak it in a mixture of hydrogen peroxide and ammonia water, and then immerse it in dilute hydrofluoric acid, then 9.70 mol / l hydrofluoric acid and 0.050 mol / l potassium dichromate And the sample was observed with an optical microscope.

その際に、観察された卵型のピット、卵型が複数個重なりあったピット、さらには卵型が重なりあった個所から線が入っているピットの状態を模式的に示すと図1の通りであった。また、卵型のピット、卵型が複数個重なりあったピット、さらに卵型が重なりあった個所から線が入っているピットの密度分布を示すと図2の通りである。同図は、上記のピットが、ウェーハの中心からどの位置に存在しているかを示したものである。なお、図2中のI−リッチ領域と定義されている領域は、従来技術である1000℃に保持した均熱炉中で銅をデコレートするCuデコレーション法で格子間シリコン過剰領域の中でも高密度で格子間シリコンが存在している領域(I−リッチ領域)と確認されているものである。これらの結果から、本発明で卵型のピット、卵型が重なり合ったピット、さらには卵型が重なり合った個所から線が入っているピットがあらわれた場合は、I−リッチ領域であることが判別できる。このように、本発明では銅デコレーション法を行わずとも、より簡単にI−リッチ領域が判別可能である。   In this case, the state of the observed egg-shaped pit, the pit where a plurality of egg shapes overlap, and the pit where the line enters from the place where the egg shapes overlapped are schematically shown in FIG. Met. Further, FIG. 2 shows the density distribution of egg-shaped pits, pits in which a plurality of egg molds are overlapped, and pits having lines from the positions where the egg molds are overlapped. This figure shows where the pits are located from the center of the wafer. The region defined as the I-rich region in FIG. 2 is a high density among the interstitial silicon excess regions by the Cu decoration method in which copper is decorated in a soaking furnace maintained at 1000 ° C., which is a conventional technology. It is confirmed that the region where the interstitial silicon exists (I-rich region). From these results, if an egg-shaped pit, a pit with overlapping egg molds, or a pit with a line from a position where egg molds are overlapped appears in the present invention, it is determined that the region is an I-rich region. it can. Thus, in the present invention, the I-rich region can be more easily discriminated without performing the copper decoration method.

図3は、本発明の品質評価法で判定した領域で、卵型のピット、卵型が重なり合ったピット、さらには卵型が重なり合った個所から線がはいっているピットの数がウェーハ1枚当たりで、平均3個/cm以下のウェーハの格子間シリコン過剰領域(1〜3)では、いずれも優れた耐圧強度(Cモード率)を示すことが明らかである。図3で4は、卵型のピット、卵型が重なり合ったピット、さらには卵型が重なり合った個所から線がはいっているピットの数が、4個以上の場合のウェーハの格子間シリコン過剰領域の耐圧強度(Cモード率)を示したものである。また、5は空孔過剰領域の耐圧強度(Cモード率)を示すものである。 FIG. 3 shows areas determined by the quality evaluation method of the present invention. The number of egg-shaped pits, pits with overlapping egg molds, and the number of pits with a line from the overlapped part of the egg molds per wafer. Thus, it is clear that the interstitial silicon excess regions (1 to 3) of the wafers having an average of 3 pieces / cm 2 or less all exhibit excellent pressure strength (C mode ratio). In FIG. 3, reference numeral 4 denotes an egg-shaped pit, an egg-shaped overlapping pit, and an interstitial silicon excess region of the wafer when the number of pits that are inserted from the overlapping portion of the egg-shaped is four or more. This shows the pressure strength (C mode ratio). Reference numeral 5 denotes the pressure strength (C mode ratio) of the void excess region.

卵型のピット、卵型が複数個重なりあったピット、卵型が重なりあった個所から線が入っているピットの状態を模式的に示す説明図。Explanatory drawing which shows typically the state of the pit of the egg-shaped pit, the pit where two or more egg molds overlapped, and the pit where the line has entered from the part where the egg molds overlapped. ウェーハ中心からの距離とピット密度との関係示した線図。A diagram showing the relationship between the distance from the wafer center and the pit density. 本発明で評価した各種ウェーハと酸化膜耐圧強度との関係を示した図。The figure which showed the relationship between the various wafers evaluated by this invention, and oxide film pressure | voltage resistant strength. V/Gとシリコン単結晶インゴット中の点欠陥部分との関係を模式的に示す説明図。Explanatory drawing which shows typically the relationship between V / G and the point defect part in a silicon single crystal ingot.

符号の説明Explanation of symbols

1…フローパターン欠陥、2…セコエッチピット、3,4…この発明の評価で確認されたエッチングピット、5…空孔過剰領域、6…リングOSF領域、7…無欠陥領域、8…格子間シリコン過剰領域。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Flow pattern defect, 2 ... Seco etch pit, 3, 4 ... Etching pit confirmed by evaluation of this invention, 5 ... Excess void area, 6 ... Ring OSF area, 7 ... Defect-free area, 8 ... Interstitial Silicon excess area.

Claims (1)

シリコン単結晶からシリコンウェーハを切り出し、切り出した際の切断歪をフッ酸と硝酸の混合液で除去し、次にこれを過酸化水素水とアンモニア水の混合液に漬け、さらに希フッ酸に浸した後、フッ化水素酸と二クロム酸カリウムの混合液に浸漬し、その表面に現われた卵型のピットと、卵型が複数重なりあったピットと、卵型が複数重なり合った個所から線が入っているピットを計数することにより、格子間シリコン過剰領域内のシリコンウェーハの品質を評価することを特徴とするシリコンウェーハの品質評価方法。 A silicon wafer is cut out from a silicon single crystal, and the cutting strain at the time of cutting is removed with a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid, and then immersed in a mixed solution of hydrogen peroxide and ammonia and further immersed in dilute hydrofluoric acid. After that, it is immersed in a mixed solution of hydrofluoric acid and potassium dichromate, and an egg-shaped pit that appears on the surface, a pit that has multiple egg molds, and a line from where the egg molds overlap. A quality evaluation method for a silicon wafer, wherein the quality of the silicon wafer in the interstitial silicon excess region is evaluated by counting the number of pits contained.
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TWI498972B (en) * 2008-09-03 2015-09-01 Soitec Silicon On Insulator Semiconductor on insulator substrate with reduced SECCO defect density

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TWI498972B (en) * 2008-09-03 2015-09-01 Soitec Silicon On Insulator Semiconductor on insulator substrate with reduced SECCO defect density

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