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KR102680914B1 - Method for predicting occurrence of defects in epitaxial silicon wafers and method for manufacturing epitaxial silicon wafers - Google Patents

Method for predicting occurrence of defects in epitaxial silicon wafers and method for manufacturing epitaxial silicon wafers Download PDF

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KR102680914B1
KR102680914B1 KR1020237025220A KR20237025220A KR102680914B1 KR 102680914 B1 KR102680914 B1 KR 102680914B1 KR 1020237025220 A KR1020237025220 A KR 1020237025220A KR 20237025220 A KR20237025220 A KR 20237025220A KR 102680914 B1 KR102680914 B1 KR 102680914B1
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silicon
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epitaxial
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글로벌웨어퍼스 재팬 가부시키가이샤
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Abstract

임의의 인 농도 및 결정의 열 이력의 경우를 대상으로 한 에피택셜 실리콘 웨이퍼에 있어서의 결함(SF: 스태킹 폴트)의 발생 예측 방법을 제공한다. 결함의 발생 예측 방법은, 실리콘 단결정의 냉각 커브를 계산하는 단계와, 도프한 인의 농도로부터, 각 온도 과정에 있어서의 적어도 격자간 인의 농도를 계산하는 단계와, 냉각 중의 격자간 인의 과포화도로부터, 냉각 완료 시에 있어서의 인과 실리콘의 석출물의 사이즈 및 밀도를 계산하는 단계와, 인과 실리콘의 석출물의 사이즈 및 밀도로부터, 에피택셜 성장 후의 실리콘 웨이퍼에 있어서의 결함(SF: 스태킹 폴트)의 밀도를 추정하는 결함 추정 단계를 포함한다.A method for predicting the occurrence of defects (SF: stacking faults) in epitaxial silicon wafers for arbitrary phosphorus concentrations and thermal histories of crystals is provided. The method for predicting the occurrence of defects includes the steps of calculating the cooling curve of a silicon single crystal, calculating the concentration of at least interstitial phosphorus in each temperature process from the concentration of doped phosphorus, and calculating the concentration of interstitial phosphorus during cooling from the degree of supersaturation of interstitial phosphorus during cooling. Calculating the size and density of the phosphorus and silicon precipitates upon completion, and estimating the density of defects (SF: stacking faults) in the silicon wafer after epitaxial growth from the size and density of the phosphorus and silicon precipitates. Includes a defect estimation step.

Description

에피택셜 실리콘 웨이퍼에 있어서의 결함의 발생 예측 방법 및 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법 Method for predicting occurrence of defects in epitaxial silicon wafers and method for manufacturing epitaxial silicon wafers

본 발명은, 에피택셜 실리콘 웨이퍼에 있어서의 결함의 발생 예측 방법 및 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for predicting the occurrence of defects in an epitaxial silicon wafer and a method for manufacturing an epitaxial silicon wafer.

파워 MOS 트랜지스터용의 에피택셜 실리콘 웨이퍼에는, 기판의 저항률이 낮은 것이 요구된다. 이 때문에, 인(P)을 고농도로 도프한 실리콘 웨이퍼가 에피택셜 성장의 기판으로서 이용되고 있다.Epitaxial silicon wafers for power MOS transistors are required to have a low resistivity of the substrate. For this reason, a silicon wafer doped with phosphorus (P) at a high concentration is used as a substrate for epitaxial growth.

한편, 기판의 저항률이 0.9mΩcm보다 낮은 경우에는, 에피택셜막에 적층 결함(Stacking faults, 이하 SF라 함)이 다수 발생하는 것이 알려져 있다. 이들 SF(스태킹 폴트)는 에칭에 의해 검출할 수 있고, 육안이나 광학 현미경 하에서 확인할 수 있고, 밀도를 발생시킬 수 있다. 이 SF(스태킹 폴트)는 파워 MOS 트랜지스터를 작성함에 있어서 문제가 발생한다. 따라서, 당해 결함의 발생을 억제하기 위해 각종 방법이 시도되고 있다.On the other hand, when the resistivity of the substrate is lower than 0.9 mΩcm, it is known that many stacking faults (hereinafter referred to as SF) occur in the epitaxial film. These SFs (stacking faults) can be detected by etching, can be confirmed with the naked eye or under an optical microscope, and can generate densities. This SF (stacking fault) causes problems when creating power MOS transistors. Therefore, various methods are being attempted to suppress the occurrence of the defect.

예를 들면, 특허문헌 1에서는, 에피택셜막에 발생하는 SF(스태킹 폴트)의 원인은, 기판 결정의 결정 성장의 과정에 있어서 형성된 인과 산소가 결합하여 생긴 클러스터이며, 그들이 에피택셜막과의 계면에 있어서, SF(스태킹 폴트)의 발생의 기점이 된다고 추정하고 있다. 그리고, 결정의 냉각 중의 열 이력과의 관계를 조사하는 것에 의해, SF의 밀도는 결정이 570℃±70℃(500℃ 내지 640℃)의 온도 범위를 통과하는 체재 시간과 상관을 가지며, 그 체재 시간이 200분 이상인 경우에 에피택셜 웨이퍼에 있어서의 SF(스태킹 폴트)가 많아진다고 하고 있다. 다만, 특허문헌 1에서는, 인과 산소가 결합하여 발생한 클러스터의 존재는 확인되어 있지 않다. 또한, 특허문헌 1에서 인과 산소가 결합하여 생긴 클러스터를 SF의 원인으로 상정한 이유는, 570℃±70℃의 온도 범위에 있어서 인 원자는 확산할 수 없기 때문에, 확산의 가능성이 있는 산소 원자가 인 원자의 주위에 모이는 것을 추측했기 때문이다.For example, in Patent Document 1, the cause of SF (stacking fault) occurring in the epitaxial film is a cluster formed by combining phosphorus and oxygen during the crystal growth process of the substrate crystal, and they are formed at the interface with the epitaxial film. It is assumed that this is the starting point for the occurrence of SF (stacking fault). And, by examining the relationship with the thermal history during cooling of the crystal, the density of SF is correlated with the residence time during which the crystal passes through a temperature range of 570°C ± 70°C (500°C to 640°C), and the stay It is said that when the time is 200 minutes or more, SF (stacking faults) in the epitaxial wafer increases. However, in Patent Document 1, the existence of a cluster generated by combining phosphorus and oxygen has not been confirmed. In addition, the reason why the cluster formed by combining phosphorus and oxygen was assumed to be the cause of SF in Patent Document 1 is that phosphorus atoms cannot diffuse in the temperature range of 570°C ± 70°C, so oxygen atoms that have the possibility of diffusion are phosphorus. This is because it was assumed that they gather around atoms.

또한, 특허문헌 2에서는, 에피택셜 성장 전에 1200℃의 아르곤 분위기에서 30분의 어닐을 한 경우에, 에피택셜 성장 후에 발생하는 SF(스태킹 폴트)의 밀도와 인 농도, 결정의 570℃±70℃의 온도 범위에서의 체재 시간, 아르곤 어닐에서의 투입 온도, 에피택셜 성장 온도와의 사이의 관계의 실험식이 제안되어 있다.Additionally, in Patent Document 2, when annealing was performed for 30 minutes in an argon atmosphere at 1200°C before epitaxial growth, the density and phosphorus concentration of SF (stacking fault) occurring after epitaxial growth, and 570°C ± 70°C of the crystal. An empirical formula for the relationship between residence time in the temperature range, input temperature in argon annealing, and epitaxial growth temperature is proposed.

또한, 비특허문헌 3에서는, 인 도프의 1.0mΩcm의 결정을 400℃에서 800℃까지, 25℃ 단계로 온도를 올리면서 각 단계 500 시간의 추가 열처리를 실시하여, 인의 석출의 변화를 조사하고 있다. 그 결과, 500℃에서 700℃의 사이에서는 SiP가 석출되지만, 775℃로 가열하면 저온 측의 단계에서 발생한 SiP는 용해·소멸하고, SF 및 전위만이 관찰되는 것이 나타나 있다. 본 발명자들의 일부는, 고밀도의 SiP 석출물이 존재하고 있는 결정에 1130℃에서의 에피택셜 성장 처리를 가하면, 웨이퍼의 벌크부의 SiP는 소멸하여, As grown에 있어서 존재한 SiP의 밀도와 동일한 밀도의 SF(스태킹 폴트)가 존재하고 있는 것을 관찰하고 있다.Additionally, in Non-Patent Document 3, 1.0 mΩcm crystals of phosphorus dope were additionally heat treated for 500 hours at each step while raising the temperature from 400°C to 800°C in 25°C steps to investigate changes in phosphorus precipitation. . As a result, it was shown that SiP precipitates between 500°C and 700°C, but when heated to 775°C, SiP generated at the low temperature stage dissolves and disappears, and only SF and dislocation are observed. Some of the present inventors believe that when epitaxial growth treatment at 1130°C is applied to a crystal containing high-density SiP precipitates, SiP in the bulk portion of the wafer disappears, resulting in SF having the same density as the density of SiP present in As grown. (Stacking fault) is observed to exist.

특허문헌 1: 일본 특허 5890587호 공보Patent Document 1: Japanese Patent No. 5890587 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 2019-142733호Patent Document 2: Japanese Patent Publication No. 2019-142733

비특허문헌 1: Senda Takeshi, Ishikawa Takashi, Fujimori Hiroyuki, Matsumura Hisashi, Narimatsu Shingo, Abe Yoshiaki, Horikawa Tomoyuki:제78회응용물리학회 추계 학술 강연회 강연 예고집(2017 후쿠오카 국제회의장),7p-PB6-5Non-patent Document 1: Senda Takeshi, Ishikawa Takashi, Fujimori Hiroyuki, Matsumura Hisashi, Narimatsu Shingo, Abe Yoshiaki, Horikawa Tomoyuki: Lecture preview of the 78th Annual Meeting of the Applied Physics Society Fall Academic Lecture (2017 Fukuoka International Conference Center), 7p-PB6-5 비특허문헌 2: Vladimir Voronkov, Robert Falster, Maria Porrini, and Januscia Duchini, Physica status solidi a, Volume 209, No. 10,(2012) page 1898Non-patent Document 2: Vladimir Voronkov, Robert Falster, Maria Porrini, and Januscia Duchini, Physica status solidi a, Volume 209, No. 10, (2012) page 1898 비특허문헌 3: P.Ostoja, D.Nobili, A.Armigliato, and R.Angelucci, Journal of Electrochemical Society, Volume 123(1976) page 124Non-patent Document 3: P. Ostoja, D. Nobili, A. Armigliato, and R. Angelucci, Journal of Electrochemical Society, Volume 123 (1976) page 124 비특허문헌 4: V.V. Voronkov, R. Falster, Journal of Crystal Growth Volume 194(1998) page 76Non-patent Document 4: V.V. Voronkov, R. Falster, Journal of Crystal Growth Volume 194 (1998) page 76

상기와 같이, 에피택셜막에 있어서의 SF(스태킹 폴트)의 발생을 억제하는 방법이 제안되어 있지만, 이하에 설명하는 바와 같이, 아직 충분하지 않다는 상황에 있다. 또한, 이하의 분석은 본 발명자들에 의해 이루어진 것이다.As mentioned above, methods for suppressing the occurrence of SF (stacking fault) in the epitaxial film have been proposed, but as will be explained below, they are still not sufficient. Additionally, the following analysis was made by the present inventors.

예를 들어, 특허문헌 1에서는, 에피택셜막에 발생하는 SF(스태킹 폴트)의 원인은, 기판 결정의 결정 성장의 과정에 있어서 형성된 인과 산소가 결합하여 생긴 클러스터라고 하고 있다. 그러나, 본 발명자들의 일부는, 비특허문헌 1에 있어서, 고농도의 인 도프(저항률 0.87mΩcm)의 결정에서는, As grown(성장한 그대로)의 상태에 있어서, 고밀도의 SiP 석출물이 존재하고 있는 것을 TEM 관찰에 의해 보고하고 있다. 여기서, SiP는 실리콘과 인의 화합물이며, 특허문헌 1에서의 추측과는 달리, 산소를 포함하고 있지 않다.For example, in Patent Document 1, the cause of SF (stacking fault) occurring in the epitaxial film is said to be a cluster formed by combining phosphorus and oxygen formed during the crystal growth process of the substrate crystal. However, in Non-Patent Document 1, some of the present inventors observed through TEM that high-density SiP precipitates were present in the as-grown state in the crystal of high-concentration phosphorus dope (resistivity 0.87 mΩcm). It is reported by . Here, SiP is a compound of silicon and phosphorus, and, contrary to speculation in Patent Document 1, does not contain oxygen.

또한, 특허문헌 1에서는, 인 도프에서 저항률이 0.7mΩcm 이상 0.9mΩcm 이하인 기판을 이용한 에피택셜막에 있어서, SF(스태킹 폴트)를 0.1개/cm2이하로 하기 위해서는, 기판 결정의 결정 성장 과정에 있어서의 500℃에서 640℃의 온도 범위의 사이의 체재 시간을 200분 이하로 하는 것이 필요하다고 하고 있다. 그러나, 인 도프에서, 0.7mΩcm 이상 0.9mΩcm 이하인 경우는 관리해야 할 결정 성장 중의 온도 범위가 500℃ 내지 640℃인 것은 개시되어 있으나, 저항률이 상기 범위 외인 경우의 관리해야 할 온도 범위는 불분명하다. 관리해야 할 온도 범위는, SiP 석출물이 발생하여 성장하는 온도 구간에 대응한다고 생각되기 때문에, 저항률(인 농도)에 의존하여 변화한다고 생각되기 때문에, 특허문헌 1의 방법을 적용하기 위해서는, 저항률마다 관리해야 할 온도 범위를 실험에 의해 구할 필요가 있어, 매우 많은 실험 횟수를 필요로 한다.In addition, in Patent Document 1, in an epitaxial film using a substrate with a resistivity of 0.7 mΩcm or more and 0.9 mΩcm or less in phosphorus doping, in order to reduce SF (stacking fault) to 0.1/cm 2 or less, the crystal growth process of the substrate crystal is required. It is said that it is necessary to keep the residence time between the temperature range of 500°C and 640°C to 200 minutes or less. However, in the case of phosphorus dope, when the resistivity is 0.7 mΩcm or more and 0.9 mΩcm or less, it is disclosed that the temperature range during crystal growth that must be controlled is 500°C to 640°C, but the temperature range that must be controlled when the resistivity is outside the above range is unclear. The temperature range that needs to be managed is thought to correspond to the temperature range where SiP precipitates are generated and grow, and is thought to change depending on the resistivity (phosphorus concentration). Therefore, in order to apply the method of Patent Document 1, it is necessary to manage each resistivity. It is necessary to obtain the temperature range to be performed through experimentation, which requires a very large number of experiments.

또한, 특허문헌 2에 기재된 방법도 실험식이기 때문에, 실험식을 도출한 샘플의 조건의 범위에서만 적용할 수 있다. 또한, 특허문헌 2에 있어서 실험식을 도출한 샘플의 저항률은 0.6725, 0.68375, 0.7225mΩcm로, 적용 범위는 매우 좁다. 또한, 에피택셜 성장 전에 1200℃에서 30분의 아르곤 분위기에서의 어닐을 한 경우에만 적용할 수 있다.Additionally, since the method described in Patent Document 2 is also an empirical formula, it can be applied only within the range of sample conditions from which the empirical formula was derived. In addition, the resistivity of the sample for which the empirical formula was derived in Patent Document 2 is 0.6725, 0.68375, and 0.7225 mΩcm, and the application range is very narrow. In addition, it can only be applied when annealing in an argon atmosphere at 1200°C for 30 minutes is performed before epitaxial growth.

또한, 특허문헌 2에는, 프리 어닐 공정에 있어서의 웨이퍼 투입 시 로(爐)내 온도를 낮게 하는 것에 의해 SF(스태킹 폴트)가 저감하는 메커니즘의 하나로서, 웨이퍼 내에 도입되는 격자간 실리콘의 양이 적어지는 것을 들고 있다. 그러나, 비특허문헌 2에 개시되는 바와 같이, 인 도프 결정에 있어서는 인 원자의 대부분은 실리콘 원자가 존재하는 격자 위치를 치환한 위치에 존재하지만, 일부의 인 원자는 실리콘의 격자간에 존재한다. 그리고, 일반적으로 격자간 원자의 확산 계수는 치환 위치의 원자의 그것보다 몇 자릿수 크다. 한편, 특허문헌 2에 기재된 방법은, 격자간 인의 영향을 고려하는 것은 아니다.Additionally, in Patent Document 2, as one of the mechanisms for reducing SF (stacking fault) by lowering the temperature inside the furnace when the wafer is introduced in the pre-anneal process, the amount of interstitial silicon introduced into the wafer is Holding something that is shrinking. However, as disclosed in Non-Patent Document 2, in a phosphorus-doped crystal, most of the phosphorus atoms exist in positions that replace the lattice positions where silicon atoms exist, but some phosphorus atoms exist between the lattice positions of silicon. And, generally, the diffusion coefficient of interstitial atoms is several orders of magnitude larger than that of atoms at substitution sites. On the other hand, the method described in Patent Document 2 does not take into account the influence of interstitial phosphorus.

이와 같이, 에피택셜막에 있어서의 SF(스태킹 폴트)의 발생을 억제하는 방법이 제안되고 있는데, 임의의 저항률(즉, 인 농도)에 적용할 수 있는 것은 아니다. 또한, 결정의 열 이력에 관한 적용 범위도 한정적이다.In this way, a method for suppressing the occurrence of SF (stacking fault) in the epitaxial film has been proposed, but it cannot be applied to any resistivity (i.e., phosphorus concentration). Additionally, the scope of application regarding the thermal history of crystals is limited.

본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 임의의 인 농도 및 결정의 열 이력의 경우를 대상으로 한 에피택셜 실리콘 웨이퍼에 있어서의 결함의 발생 예측 방법 및 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was made in view of the above problems, and provides a method for predicting the occurrence of defects in an epitaxial silicon wafer and a method for manufacturing an epitaxial silicon wafer, targeting a certain phosphorus concentration and thermal history of the crystal. The purpose is to

상기 목적을 달성하기 위해 이루어진 본 발명에 관련되는 에피택셜 실리콘 웨이퍼에 있어서의 결함의 발생 예측 방법은, 인을 도프한 실리콘 단결정을 기판에 사용하여 에피택셜막을 성장시켜 제조하는 에피택셜 실리콘 웨이퍼에 있어서의 결함의 발생 예측 방법으로서,The method for predicting the occurrence of defects in an epitaxial silicon wafer according to the present invention made to achieve the above object is an epitaxial silicon wafer manufactured by growing an epitaxial film using a phosphorus-doped silicon single crystal as a substrate. As a method for predicting the occurrence of defects,

상기 실리콘 단결정을 제조하는 인상 장치를 포함한 온도 특성과 인상 속도로부터 상기 실리콘 단결정의 냉각 커브를 계산하는 열 이력 계산 단계와,A thermal history calculation step of calculating a cooling curve of the silicon single crystal from temperature characteristics and a pulling speed including a pulling device for manufacturing the silicon single crystal;

상기 실리콘 단결정에 도프한 인의 농도로부터, 상기 냉각 커브의 각 온도 과정에 있어서의 적어도 격자간(格子間) 인의 농도를 계산하는 농도 계산 단계와,A concentration calculation step of calculating at least an interstitial phosphorus concentration in each temperature process of the cooling curve from the concentration of phosphorus doped in the silicon single crystal;

상기 실리콘 단결정의 냉각 중의 격자간 인의 과포화도로부터, 냉각 완료 시에 있어서의 인과 실리콘의 석출물의 사이즈 및 밀도를 계산하는 석출물 계산 단계와,A precipitate calculation step of calculating the size and density of phosphorus and silicon precipitates upon completion of cooling from the degree of supersaturation of interstitial phosphorus during cooling of the silicon single crystal;

상기 인과 실리콘의 석출물의 사이즈 및 밀도로부터, 에피택셜 성장 후의 실리콘 웨이퍼에 있어서의 결함(SF: 스태킹 폴트)의 밀도를 추정하는 결함 추정 단계를 포함한다.and a defect estimation step of estimating the density of defects (SF: stacking faults) in the silicon wafer after epitaxial growth from the size and density of the phosphorus silicon precipitates.

상기의 구성의 에피택셜 실리콘 웨이퍼에 있어서의 결함의 발생 예측 방법은, 에피택셜 실리콘 웨이퍼에 있어서의 적층 결함(SF: 스태킹 폴트)의 원인이 되는 인과 실리콘의 석출물은, 치환 위치에 존재하는 인보다도, 격자간 인이 원인이라고 생각되기 때문에, 격자간 인의 농도를 중심으로 계산하는 것에 의해, 결함의 발생 예측 방법을 개선할 수 있다.The method for predicting the occurrence of defects in an epitaxial silicon wafer of the above configuration is that the phosphorus and silicon precipitates that cause stacking faults (SF: stacking faults) in the epitaxial silicon wafer are higher than the phosphorus present at the substitution position. Since it is thought that interstitial phosphorus is the cause, the method for predicting the occurrence of defects can be improved by calculating the concentration of interstitial phosphorus as the center.

또한, 상기 농도 계산 단계에서는, 상기 격자간 인의 농도뿐만 아니라, 공공(空孔), 격자간 실리콘, 인과 공공의 반응물의 농도도 함께 계산하는 것이 바람직하다.In addition, in the concentration calculation step, it is desirable to calculate not only the concentration of interstitial phosphorus but also the concentration of vacancies, interstitial silicon, and reactants of phosphorus and vacancies.

결정의 냉각 과정에서는, 격자간 인이, 공공, 격자간 실리콘, 및 인과 공공의 반응물과 각종 반응을 행하기 때문이다.This is because, in the cooling process of the crystal, various reactions occur with interstitial phosphorus, vacancies, interstitial silicon, and reactants of phosphorus and vacancies.

그리고, 상기 결함 추정 단계에서는, 사전의 실험에서 정해진 검출해야 할 인과 실리콘의 석출물의 사이즈의 임계치를 사용하여, 상기 에피택셜 성장 후의 실리콘 웨이퍼에 있어서의 결함의 밀도를 추정하는 것이 바람직하다.In the defect estimation step, it is preferable to estimate the density of defects in the epitaxially grown silicon wafer using a threshold value of the size of phosphorus and silicon precipitates to be detected determined in a prior experiment.

에피택셜 성장의 전(前) 단계에서 실시되는 프리베이크의 조건에 따라서는 어닐링 아웃되는 SF(스태킹 폴트)의 크기도 달라지기 때문이다.This is because the size of SF (stacking fault) that is annealed out varies depending on the prebake conditions performed in the previous stage of epitaxial growth.

예를 들면, 상기 인과 실리콘의 석출물의 사이즈의 임계치를 12nm로 하면, 1130℃의 수소 분위기에서 60초의 프리베이크를 실시하고, 그 후, 1130℃에서 3 ㎛의 에피택셜막을 성장시키는 에피택셜 조건의 경우에 적합하다.For example, if the critical value of the size of the phosphorus and silicon precipitates is 12 nm, prebake is performed for 60 seconds in a hydrogen atmosphere at 1130°C, and then a 3 μm epitaxial film is grown at 1130°C. Suitable for cases.

또한, 본 발명에 관련되는 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법에서는, 상기 결함의 발생 예측을 실시하고, 예측되는 결함의 밀도가 규정의 수준을 만족시키지 않는 경우, 인상 속도의 조정을 실시하는 것에 의해 예측되는 결함의 밀도가 규정의 수준을 만족시키는 조건으로 인을 도프한 실리콘 단결정을 제조하고, 상기 실리콘 단결정을 기판에 사용하여 에피택셜막을 성장시켜 제조하는 것이 바람직하다. 실제의 제조 전에 결함의 밀도의 예측을 실시하는 것에 의해 수율이 향상된다. 또한, 에피택셜 성장의 전 단계에 있어서 실시되는 프리베이크의 조건을 조정하는 것도 생각된다.In addition, in the method for producing an epitaxial silicon wafer according to the present invention, the occurrence of the defect is predicted, and when the predicted defect density does not meet the specified level, the pulling speed is adjusted to predict the defect. It is preferable to manufacture a phosphorus-doped silicon single crystal under the condition that the density of defects satisfies a specified level, and to grow an epitaxial film using the silicon single crystal as a substrate. Yield is improved by predicting the density of defects before actual manufacturing. In addition, it is also conceivable to adjust the conditions of the prebake performed in all stages of epitaxial growth.

본 발명에 의하면, 임의의 인 농도 및 결정의 열 이력의 경우를 대상으로 한 에피택셜 실리콘 웨이퍼에 있어서의 결함의 발생 예측 방법 및 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a method for predicting the occurrence of defects in an epitaxial silicon wafer and a method for manufacturing an epitaxial silicon wafer for any phosphorus concentration and thermal history of the crystal.

도 1은, CZ법에 의한 단결정 인상 장치의 일례의 개략도이다.
도 2는, 결정(A) 및 결정(B)의 직동(直胴)의 각 위치에 있어서의 저항률을 나타내는 그래프이다.
도 3은, 결정(A)의 직동의 각 위치에 있어서의 냉각 커브를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 결정(B)의 직동의 각 위치에 있어서의 냉각 커브를 나타내는 그래프이다.
도 5는, 결정(A) 및 결정(B)에 있어서의 직동의 각 위치에서의 결정을 기판으로서 사용한 경우의 에피택셜 성장 후의 SF(스태킹 폴트)의 밀도를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 결정(A)에 대하여 계산한 SiP의 밀도를 나타내는 그래프이다.
도 7은 결정(B)에 대하여 계산한 SiP의 밀도를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 결정(A)에 있어서의 에피택셜막의 SF(스태킹 폴트)의 밀도와 직동 위치의 관계의 실험 결과와 계산 결과를 비교한 그래프이다.
도 9는, 결정(B)에 있어서의 에피택셜막의 SF(스태킹 폴트)의 밀도와 직동 위치의 관계의 실험 결과와 계산 결과를 비교한 그래프이다.
도 10은, 결함의 발생 예측 방법의 수순을 개략적으로 도시하는 플로우차트이다.
1 is a schematic diagram of an example of a single crystal pulling device by the CZ method.
Figure 2 is a graph showing the resistivity at each position of the crystal (A) and crystal (B) in a straight line.
Figure 3 is a graph showing the cooling curve at each position of the crystal (A) in the linear motion.
Figure 4 is a graph showing the cooling curve at each position of the crystal (B) in the linear motion.
Figure 5 is a graph showing the density of SF (stacking faults) after epitaxial growth when crystals at each linear position in crystal (A) and crystal (B) are used as a substrate.
Figure 6 is a graph showing the density of SiP calculated for crystal (A).
Figure 7 is a graph showing the density of SiP calculated for crystal (B).
Figure 8 is a graph comparing experimental results and calculation results of the relationship between the density of SF (stacking fault) of the epitaxial film in crystal (A) and the linear position.
Figure 9 is a graph comparing experimental results and calculation results of the relationship between the density of SF (stacking faults) of the epitaxial film in crystal (B) and the linear position.
Fig. 10 is a flow chart schematically showing the procedures of the defect occurrence prediction method.

이하, 본 발명의 실시 형태에 관련되는 에피택셜 실리콘 웨이퍼에 있어서의 결함의 발생 예측 방법에 대해, 도면에 기초하여 설명한다. 다만, 본 발명의 실시 형태에 관련되는 에피택셜 실리콘 웨이퍼에 있어서의 결함의 발생 예측 방법이 이하에서 설명하는 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 첨부의 도면은 모식적인 것이며, 각 요소의 치수나 비율 등이 실제와 상이한 경우가 있다.Hereinafter, a method for predicting the occurrence of defects in an epitaxial silicon wafer according to an embodiment of the present invention will be described based on the drawings. However, the method for predicting the occurrence of defects in an epitaxial silicon wafer according to the embodiment of the present invention is not limited to the embodiment described below. The attached drawings are schematic, and the dimensions and proportions of each element may differ from the actual ones.

우선, 비특허문헌 1 및 비특허문헌 3의 결과, 및 특허문헌 1의 결과를 함께 생각하면, 인 도프에서 0.9mΩcm 이하의 기판 웨이퍼를 이용한 경우의 에피택셜막에 있어서의 SF(스태킹 폴트)의 발생은 다음과 같은 과정에 의해 생성된다고 추찰된다.First, considering the results of Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 3, and the results of Patent Document 1 together, the SF (stacking fault) in the epitaxial film when using a substrate wafer of 0.9 mΩcm or less in phosphorus dope is It is assumed that occurrence is produced by the following process.

(1) 인 도프에서 0.9mΩcm 이하의 결정에 있어서는, 결정의 냉각 과정의 570℃±70℃(500℃ 내지 640℃)의 온도 구간의 사이에서 SiP가 발생하여 성장한다.(1) For crystals of 0.9 mΩcm or less in phosphorus dope, SiP is generated and grows in the temperature range of 570°C ± 70°C (500°C to 640°C) during the crystal cooling process.

(2) 에피택셜 성장의 전 단계에 있어서 실시되는 프리베이크의 가열 중에 있어서, SiP는 용해되고, SF가 결정에 잔존한다.(2) During the prebake heating performed in the previous stage of epitaxial growth, SiP is dissolved and SF remains in the crystal.

(3) 결정 성장에 있어서의 냉각 과정에 있어서 570℃±70℃(500℃ 내지 640℃)의 온도 구간 사이의 체재 시간이 짧은 경우에는, SiP의 사이즈가 작기 때문에, 발생하는 SF의 사이즈도 작고, 프리베이크의 과정에 있어서 표층 부근의 SF(스태킹 폴트)는 어닐링 아웃되고, 에피택셜 성장을 개시하였을 때에는 표층에 SF는 잔존하지 않는다.(3) In the cooling process of crystal growth, when the residence time between the temperature range of 570℃±70℃ (500℃ to 640℃) is short, the size of SiP is small, so the size of SF generated is also small. , During the prebake process, SF (stacking faults) near the surface layer are annealed out, and when epitaxial growth is started, SF does not remain in the surface layer.

(4) 한편, 결정 성장에서의 냉각 과정에서 570℃±70℃(500℃ 내지 640℃)의 온도 구간 사이의 체재 시간이 긴 경우에는, SiP의 사이즈가 커지기 때문에, 발생하는 SF(스태킹 폴트)의 사이즈도 커서, 프리베이크 과정에서 표층 부근의 SF(스태킹 폴트)는 어닐링 아웃되지 않는다. 그리고, 에피택셜 성장을 개시했을 때에 표층에 잔존하는 SF는, 에피택셜막 중에 SF로서 전반(傳搬)된다.(4) On the other hand, when the residence time between the temperature range of 570°C ± 70°C (500°C to 640°C) is long during the cooling process in crystal growth, the size of SiP increases, resulting in SF (stacking fault). Because the size of is large, SF (stacking faults) near the surface layer are not annealed out during the prebake process. Then, SF remaining in the surface layer when epitaxial growth is started is propagated as SF in the epitaxial film.

이러한 과정에서 저저항률 기판에 있어서의 에피택셜막의 SF가 형성된다고 생각하면, 에피택셜막에 SF로서 전파하는 핵이 되는 SiP 석출물의 밀도를 예측하는 것이 중요하다. 그리고, 예측되는 SiP의 사이즈 분포와, 에피택셜막의 스태킹 폴트 밀도의 관계를 구하고, 그 관계로부터, 에피택셜막의 스태킹 폴트를 추정한다.Considering that SF of the epitaxial film in the low-resistivity substrate is formed in this process, it is important to predict the density of SiP precipitates that serve as nuclei that propagate as SF to the epitaxial film. Then, the relationship between the predicted size distribution of SiP and the stacking fault density of the epitaxial film is obtained, and the stacking fault of the epitaxial film is estimated from the relationship.

먼저, 예측되는 SiP의 사이즈 분포와, 에피택셜막의 SF(스태킹 폴트) 밀도의 관계를 구하는 방법을 설명한다.First, we will explain how to obtain the relationship between the predicted size distribution of SiP and the SF (stacking fault) density of the epitaxial film.

(1) 결정 성장 중의 냉각 커브를 계산에 의해 구한다.(1) The cooling curve during crystal growth is obtained by calculation.

(2) 인 농도와 냉각 커브에 의해, 냉각 중에 있어서의 SiP의 발생과 성장을 계산한다.(2) Calculate the generation and growth of SiP during cooling based on the phosphorus concentration and cooling curve.

(3) 냉각 후의 SiP의 사이즈 분포를 구한다.(3) Determine the size distribution of SiP after cooling.

(4) 대응하는 인 농도와 냉각 커브에 대한 에피택셜막의 SF(스태킹 폴트)의 밀도를 실험에 의해 평가한다.(4) The density of SF (stacking faults) of the epitaxial film for the corresponding phosphorus concentration and cooling curve is evaluated experimentally.

(5) SiP의 사이즈 분포와 에피택셜막에 있어서의 SF(스태킹 폴트)의 관계를 파악한다.(5) Determine the relationship between the size distribution of SiP and SF (stacking fault) in the epitaxial film.

이하, (1) 내지 (5)의 과정 각각을 설명한다.Hereinafter, each of the processes (1) to (5) will be described.

도 1은, CZ(Czochralski; 초크랄스키)법에 의한 단결정 인상 장치의 일례의 개략도이다. 도 1에 도시하는 인상 장치는, 일반적인 구조이며, 로(1) 내의 중앙에는, 원료 융액(2)이 충전된 석영 도가니(3)가 회전 가능하게 설치되어 있다. 석영 도가니(3)의 주위에는, 석영 도가니(3)를 측부 둘레로부터 가열하기 위해 사이드 히터(4) 및 바닥부로부터 가열하기 위한 보텀 히터(5)가 설치되어 있다. 또한, 석영 도가니(3)의 상방에는, 석영 도가니(3) 내의 원료 융액(2)이나 인상되는 결정(9)의 온도 제어 등을 위한 복사 쉴드(6)가 설치되어 있다.1 is a schematic diagram of an example of a single crystal pulling device by the CZ (Czochralski) method. The pulling device shown in FIG. 1 has a general structure, and a quartz crucible 3 filled with the raw material melt 2 is rotatably installed in the center of the furnace 1. Around the quartz crucible 3, a side heater 4 is installed to heat the quartz crucible 3 from the side and a bottom heater 5 is installed to heat the quartz crucible 3 from the bottom. Additionally, a radiation shield 6 is installed above the quartz crucible 3 for controlling the temperature of the raw material melt 2 and the pulled crystal 9 in the quartz crucible 3.

CZ법에 의한 단결정 인상 장치에서는, 석영 도가니(3) 내의 원료 융액(2)의 액면에 와이어(7)의 하단에 유지된 종결정(8)을 착액시키고, 석영 도가니(3) 및 종결정(8)을 각각 회전시키면서, 와이어(7)를 인상해 가는 것에 의해 결정(9)을 성장시킨다.In the single crystal pulling device by the CZ method, the seed crystal 8 held at the lower end of the wire 7 is brought into contact with the liquid surface of the raw material melt 2 in the quartz crucible 3, and the quartz crucible 3 and the seed crystal ( The crystal 9 is grown by pulling the wire 7 while rotating each 8).

도 1에 도시하는 바와 같은 결정 성장에 이용한 인상기의 구조를 메시 구조에 의해 모델화하고, 각 부재마다의 물성치를 입력하며, 또한 결정의 길이 위치에 대응하는 인상 속도를 입력한다. 그리고, 히터의 발열량 및 각 부재의 복사율에 기초하여 각 부재의 표면 온도 분포를 계산한다. 한편, 각 부재의 내부 온도 분포는, 각 부재의 표면 온도 분포 및 열전도율에 기초하여 열전도 방정식을 푸는 것에 의해 계산한다. 이와 같이 하여, 인상되는 결정의 내부의 온도 분포를 계산한다. 또한, 결정의 인상 속도를 고려하는 것에 의해, 결정의 내부의 온도 분포를 포함한, 결정 전체의 냉각 커브를 계산한다.The structure of the puller used for crystal growth as shown in FIG. 1 is modeled using a mesh structure, the physical properties of each member are input, and the pulling speed corresponding to the length position of the crystal is input. Then, the surface temperature distribution of each member is calculated based on the heating value of the heater and the emissivity of each member. Meanwhile, the internal temperature distribution of each member is calculated by solving the heat conduction equation based on the surface temperature distribution and thermal conductivity of each member. In this way, the temperature distribution inside the pulled crystal is calculated. Additionally, by considering the pulling speed of the crystal, the cooling curve of the entire crystal, including the temperature distribution inside the crystal, is calculated.

이들 계산 프로세스는, 당해 기술자에 있어서 일반적으로 사용되고 있는 종합 전열 해석의 소프트웨어를 사용하여 계산할 수 있다. 종합 전열 해석의 소프트웨어는, 예를 들어, 1) CGSim(STR사), 2) CrysMAS(Crystal Growth Laboratory of the Fraunhofer Institute of Integrated Systems and Device Technology), 3) FEMAG(FEMAG soft사) 등, 3종류의 것을 예시할 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 계산예에서는 CGSim를 사용하고 있다.These calculation processes can be calculated using comprehensive electrothermal analysis software commonly used by those skilled in the art. There are three types of comprehensive electrothermal analysis software, for example, 1) CGSim (STR), 2) CrysMAS (Crystal Growth Laboratory of the Fraunhofer Institute of Integrated Systems and Device Technology), and 3) FEMAG (FEMAG soft). can be exemplified. Additionally, CGSim is used in the calculation examples described below.

다음으로 냉각 과정에 있어서 인 원자가 응집하여 SiP를 형성하는 과정을 계산한다. 비특허문헌 2에 개시되어 있는 바와 같이, 실리콘 중의 인 원자는 주로 실리콘 격자점을 치환한 위치에 존재하고, 일부가 실리콘의 격자간(格子間) 사이트에 존재한다고 생각되고 있다. 치환 위치에 존재하는 인 원자의 확산 계수는 잘 알려져 있고, SiP가 발생한다고 생각되는 온도 영역에서는 거의 움직이지 않는 것은 알려져 있다. 한편, 격자간에 존재하는 원자는 일반적으로 고속 확산한다. 따라서, SiP를 형성하는 것은, 치환 위치에 존재하는 인보다, 격자간 인이라고 생각된다.Next, calculate the process by which phosphorus atoms aggregate to form SiP during the cooling process. As disclosed in Non-Patent Document 2, it is thought that phosphorus atoms in silicon mainly exist at positions replacing silicon lattice points, and some exist in interstitial sites of silicon. The diffusion coefficient of the phosphorus atom present at the substitution site is well known, and it is known that SiP hardly moves in the temperature range where it is thought to occur. Meanwhile, atoms existing between lattices generally diffuse at high speed. Therefore, it is believed that interstitial phosphorus, rather than phosphorus present at substitution positions, forms SiP.

따라서, 우선, 결정의 냉각 중의 인의 반응을 비특허문헌 2에 따라 설명한다. 여기서는 인 원자와 실리콘 결정 중의 점결함과의 반응을 다음과 같이 가정한다. 실리콘 중에서의 인의 형태로서 격자점에 있어서의 실리콘 원자를 치환하는 위치에 존재하는 경우를 PS로 하고, 실리콘의 격자간에 있는 경우를 Pi로 하였다. 또한, 원자 공공(空孔)을 V, 격자간 실리콘을 I로 하고 있다.Therefore, first, the reaction of phosphorus during cooling of the crystal will be explained according to Non-Patent Document 2. Here, the reaction between phosphorus atoms and point defects in the silicon crystal is assumed as follows. As a form of phosphorus in silicon, the case where it exists at a position replacing a silicon atom in a lattice point was designated as P S , and the case where it exists between the lattices of silicon was designated as Pi . Additionally, the atomic vacancy is V, and the interstitial silicon is I.

PS+V=PV …(1)P S +V=PV… (One)

PS++I+2e-=Pi-…(2)P S+ +I+2e - =P i- … (2)

여기서, PV는 인과 공공과의 반응물, Ps+는 플러스로 하전된 치환 위치의 인, e는 전자, Pi-는 마이너스로 하전된 격자간의 인이다. 또한, 공공과의 반응을 나타내는 식(1)에 있어서는, 공공과 인의 화합물은 전기적으로 뉴트럴인 것을 가정하고 있다. 그리고, 식(2)에 있어서는, 격자간 인 Pi은 음으로 챠지하고 있다고 가정했기 때문에, 전하의 변화를 고려하고 있다. 이 가정은 비특허문헌 2를 참조하였다.Here, PV is the reactant between phosphorus and vacancy, P s+ is the positively charged phosphorus at the substitution site, e is the electron, and P i- is the negatively charged interstitial phosphorus. Additionally, in equation (1) representing the reaction with vacancy, it is assumed that the compound of vacancy and phosphorus is electrically neutral. And, in equation (2), since it is assumed that P i , which is between lattices, is negatively charged, the change in charge is taken into consideration. For this assumption, refer to Non-Patent Document 2.

식(1) 및 식(2)에 있어서의 반응 상수를 각각 KV, KI로 하면, 질량 작용의 법칙에 의해, 이하의 식(3) 및 식(4)의 관계가 얻어진다.If the reaction constants in equations (1) and (2) are K V and K I , respectively, the following equations (3) and (4) are obtained according to the law of mass action.

CVN/CPV=KV…(3)C V N/C PV =K V … (3)

CIN/CPi=KI(ni/n)2…(4)C I N/C Pi =K I (n i /n) 2 … (4)

여기서, CV는 공공 농도, N은 인의 농도, CPV는 PV의 농도이며, CI는 격자간 실리콘의 농도, CPi는 Pi의 농도, n은 전자의 농도, ni는 인트린식한 전자 농도이다. 여기서, ni는 식(5)에 의해 표시된다.Here, C V is the vacancy concentration, N is the phosphorus concentration, C PV is the PV concentration, C I is the interstitial silicon concentration, C Pi is the Pi concentration, n is the electron concentration, and ni is the intrinsic It is the electron concentration. Here, n i is expressed by equation (5).

ni(cm-3)=1.568×1015T3/2exp[-{1.17-(4.9×10-4T2/(T+655))}/2kBT]…(5)n i (cm -3 )=1.568×10 15 T 3/2 exp[-{1.17-(4.9×10 -4 T 2 /(T+655))}/2k B T]… (5)

여기서, T는 절대 온도(K), kB는 볼츠만 상수 8.6257×10-5(eV/K)이다.Here, T is the absolute temperature (K), and k B is the Boltzmann constant 8.6257×10 -5 (eV/K).

전자 농도 n과 도너형 불순물 농도 N의 관계는, 이하의 식(6)이 된다.The relationship between the electron concentration n and the donor impurity concentration N is expressed in the following equation (6).

n=N/2+[N2/4+ni 2]1/2…(6)n=N/2+[N 2 /4+n i 2 ] 1/2 ... (6)

여기서, 식(3)으로부터 CPV는 N에 비례함을 알 수 있다. 한편, 식(4) 및 식(6)으로부터, CPi는 다음과 같이 변화한다. 식(6)으로부터, 전자 농도 n은, N<<ni에서는, n=ni가 되고, N>>ni에서는, n=N이 된다. 따라서, 인 농도가 낮은 경우, N<<ni에서는, CPi는 N에 비례하고, 인 농도가 높은 경우, N>>ni에서는, CPi는 N의 3승에 비례하는 것을 알 수 있다. 즉, 인 농도 N이 인트린식한 전자 농도를 초과한 경우에 격자간 인의 농도 CPi가 급격하게 증가하는 것이 예상된다. 이것은 본 발명에서 문제로 하는 인 농도 N에서는, 격자간 인의 농도 CPi가 지배적으로 되는 것을 나타내고 있다.Here, from equation (3), it can be seen that C PV is proportional to N. Meanwhile, from equations (4) and (6), C Pi changes as follows. From equation (6), the electron concentration n becomes n=n i when N<<n i , and n=N when N>>n i . Therefore, when the phosphorus concentration is low, N<<n i , C Pi is proportional to N, and when the phosphorus concentration is high, when N>>n i , C Pi is proportional to the third power of N. . That is, when the phosphorus concentration N exceeds the intrinsic electron concentration, the interstitial phosphorus concentration C Pi is expected to increase rapidly. This shows that at the phosphorus concentration N, which is the problem in the present invention, the interstitial phosphorus concentration C Pi becomes dominant.

그런데, 결정 성장 중에 발생하는 또 하나의 반응은 식(7)에 나타나는 공공과 격자간 실리콘의 대소멸(對消滅) 반응이다.However, another reaction that occurs during crystal growth is the great annihilation reaction of silicon between vacancies and interstitials shown in equation (7).

V+I=0 …(7)V+I=0... (7)

그리고, 대소멸 반응의 반응 속도는 식(8)에 의해 나타난다.And, the reaction rate of the large extinction reaction is expressed by equation (8).

dCV/dt=dCI/dt=-KIV(CVCI-CV eqCI eq)…(8)dC V /dt=dC I /dt=-K IV (C V C I -C V eq C I eq )… (8)

여기서, CV eq, CI eq는, 각각 공공과 격자간 실리콘의 열 평형 농도이다.Here, C V eq and C I eq are the thermal equilibrium concentrations of vacancy and interstitial silicon, respectively.

또한, KIV는 식(9)에 의해 표시된다.Additionally, K IV is expressed by equation (9).

KIV=4πac(DV+DI)exp(-ΔG/kBT)…(9)K IV =4πa c (D V +D I )exp(-ΔG/k B T)… (9)

여기서, ac=0.543×10-7cm이며, DV와 DI는 각각 공공과 격자간 실리콘의 확산 계수이다. ΔG는 대소멸 반응의 배리어이며, 일반적으로 ΔG는 제로로 되기 때문에, 여기에서는 제로로 하였다.Here, a c =0.543×10 -7 cm, and D V and D I are the diffusion coefficients of vacancy and interstitial silicon, respectively. ΔG is a barrier to large extinction reactions, and since ΔG is generally zero, it is set to zero here.

다음으로 결정의 냉각 과정에 있어서의 CV, CI, CPV, CPi의 농도의 변화를 나타낸다. V, PV, I, Pi는, 식(1) 및 식(2)의 반응이 항상 정상 밸런스한 상태를 유지하면서 변화한다고 가정하였다. 즉, 식(3) 및 식(4)를 항상 만족하게 된다.Next, changes in the concentrations of C V , C I , C PV , and C Pi during the cooling process of the crystal are shown. V, PV, I, and P i were assumed to change while maintaining a normal balance in the reactions of equations (1) and (2). That is, equations (3) and (4) are always satisfied.

우선, CV와 CPV의 관계에 대해서 나타낸다. 여기서, CPV<<N이기 때문에, PV가 형성되는 것에 의한 인 농도 N의 변화는 무시한다. 그리고, V와 PV의 농도의 합을 식(10)과 같이 CV T로 한다.First, the relationship between C V and C PV is shown. Here, since C PV << N, the change in phosphorus concentration N due to the formation of PV is ignored. And, the sum of the concentrations of V and PV is taken as C V T as shown in equation (10).

CV T=CV+CPV…(10)C V T =C V +C P V … (10)

그러면, 식(3)은 식(11)이 된다.Then, equation (3) becomes equation (11).

(CV T-CPV)N/CPV=KV…(11)(C V T -C PV )N/C PV =K V … (11)

즉, CV T를 알면 식(12)를 사용하여 CPV를 얻을 수 있다.In other words, if C V T is known, C PV can be obtained using equation (12).

CPV=CV T/(KV/N+1)…(12)C PV =C V T /(K V /N+1)… (12)

다음으로, 식(4)로부터 CI, CPi의 농도의 관계를 구한다. 여기서, CPi<<N이기 때문에, Pi가 형성되는 것에 의한 인 농도 N의 변화는 무시한다. 또한, Pi의 평형 농도와 PS의 농도비를 식(13)과 같이 R로 한다.Next, the relationship between the concentrations of CI and C Pi is obtained from equation (4). Here, since C Pi <<N, the change in phosphorus concentration N due to the formation of Pi is ignored. In addition, the ratio of the equilibrium concentration of P i and the concentration of P S is taken as R as shown in equation (13).

R=CPi eq/N…(13)R=C Pi eq /N… (13)

여기서, R이라는 새로운 파라미터를 나타냈기 때문에, KI와의 관계를 이하에 나타낸다. 우선, 식(4)는, 각각의 성분이 평형 농도일 때도 성립되기 때문에, 식(14)와 같이 기재할 수 있다.Here, since a new parameter called R is shown, the relationship with K I is shown below. First, since equation (4) holds even when each component is at the equilibrium concentration, it can be written as equation (14).

CIN/CPi=CI eqN/CPi eq…(14)C I N/C Pi =C I eq N/C Pi eq … (14)

따라서,thus,

CIN/CPi=CI eq/R…(15)C I N/C Pi =C I eq /R… (15)

또한, 식(13) 및 식(14)로부터, R과 KI의 관계는 식(16)이 되는 것을 알 수 있다.Additionally, from equations (13) and (14), it can be seen that the relationship between R and K I is equation (16).

R=CI eq(n/ni)2/KI…(16)R=C I eq (n/n i ) 2 /K I … (16)

또한, I와 Pi의 농도의 합을 식(17)과 같이 CI T로 한다.Additionally, the sum of the concentrations of I and P i is taken as C I T as shown in equation (17).

CI T=CI+CPi…(17)C I T =C I +C Pi … (17)

그러면, 식(15)로부터, 식(18)을 얻는다.Then, from equation (15), equation (18) is obtained.

CPi/N=R(CI T-CPi)/CI eq…(18)C Pi /N=R(C I T -C Pi )/C I eq … (18)

이것을 전개하여 정리하면, 식(19)를 얻는다.If we expand and organize this, we get equation (19).

CPi=CI T/{CI eq/(NR)+1}…(19)C Pi =C I T /{C I eq /(NR)+1}… (19)

그런데, 여기까지 도출한 식에 의해, 냉각 중의 V, I, PV, Pi의 변화를 계산할 수 있다. 다음으로, 구체적인 계산의 순서를 나타낸다. 여기에서는, 고액 계면 즉 1685K에 있어서의 농도를 초기 조건으로 한다. 그리고, 고액 계면에서는, 모든 농도가 열 평형 농도라고 가정한다. 즉, 초기 농도는 하기 식(20)에 의해 주어진다.However, using the equations derived so far, changes in V, I, PV, and P i during cooling can be calculated. Next, the specific calculation sequence is shown. Here, the concentration at the solid-liquid interface, that is, 1685K, is taken as the initial condition. And, at the solid-liquid interface, it is assumed that all concentrations are thermal equilibrium concentrations. That is, the initial concentration is given by the following equation (20).

CV=CV eq at 1685KC V =C V eq at 1685K

CI=CI eq at 1685KC I =C I eq at 1685K

CPV=CV eqN/KV at 1685KC PV =C V eq N/K V at 1685K

CPi=NR at 1685K …(20)C Pi =NR at 1685K … (20)

냉각 중의 V, I의 변화는, 온도의 저하마다 식(8)에 의해 구하고, CV, CI의 변화를 결정한다. 그리고, CV, CI의 변화로부터 CV T, CI T의 변화를 구하고, 식(12) 및 식(19)로부터, CPV, CPi가 구해진다. 이것을 온도의 저하 단계마다 구하는 것에 의해, V, I, PV, Pi의 농도 변화가 구해진다.The changes in V and I during cooling are obtained using equation (8) for each decrease in temperature, and the changes in C V and C I are determined. Then, the changes in C V T and C I T are obtained from the changes in C V and C I , and C PV and C Pi are obtained from equations (12) and (19). By determining this for each temperature decrease step, the concentration changes of V, I, PV, and Pi are determined.

또한, 온도 의존의 각 파라미터는 식(21)에서 식(26)과 같이 설정한다.Additionally, each temperature-dependent parameter is set as shown in Equation (21) to Equation (26).

CV eq=6.49×1014exp[-3.94{1/(kBT)-1/(1685kB)}]…(21)C V eq =6.49×10 14 exp[-3.94{1/(k B T)-1/(1685k B )}]… (21)

CI eq=4.84×1014exp[-4.05{1/(kBT)-1/(1685kB)}]…(22)C I eq =4.84×10 14 exp[-4.05{1/(k B T)-1/(1685k B )}]… (22)

DV=4.45×10-5exp[-0.3{1/(kBT)-1/(1685kB)}]…(23)D V =4.45×10 -5 exp[-0.3{1/(k B T)-1/(1685k B )}]… (23)

DI=5.0×10-4exp[-0.9{1/(kBT)-1/(1685kB)}]…(24)D I =5.0×10 -4 exp[-0.9{1/(k B T)-1/(1685k B )}]… (24)

KV=9.61×1019exp[-1.0{1/(kBT)-1/(1685kB)}]…(25)K V =9.61×10 19 exp[-1.0{1/(k B T)-1/(1685k B )}]… (25)

KI=3.5×1020exp[-1.2{1/(kBT)-1/(1685kB)}]…(26)K I =3.5×10 20 exp[-1.2{1/(k B T)-1/(1685k B )}]… (26)

여기에서의 kB는, 8.6257×10-5(eV/K)이다.k B here is 8.6257×10 -5 (eV/K).

다음으로 SiP의 핵 발생과 성장 과정을 나타내는 모델을 설명한다. 핵 발생 속도 모델로서는, 비특허문헌 4에 제안되어 있는 공공의 클러스터에 관한 모델을 참고로 하여, SiP에 대하여 적용한다.Next, we describe a model representing the nucleation and growth process of SiP. As a nucleation rate model, the public cluster model proposed in Non-Patent Document 4 is referred to and applied to SiP.

고전적 핵 형성 이론에 있어서 핵 발생은 클러스터 형성에 수반되는 에너지 장벽을 열 요동에 의해 초과하는 과정으로서 생각한다. 여기에서는 SiP를 구체라고 가정한다. 핵을 구체라고 가정하면 반경 R의 입자의 발생에 수반되는 자유 에너지 변화는 다음과 같이 부여된다.In classical nucleation theory, nucleation is considered a process in which the energy barrier accompanying cluster formation is exceeded by thermal fluctuations. Here, SiP is assumed to be a sphere. Assuming that the nucleus is a sphere, the free energy change accompanying the generation of a particle of radius R is given as follows.

ΔG(R)=-(4πR3/3Ω)f+4πR2σ …(27)ΔG(R)=-(4πR 3 /3Ω)f+4πR 2 σ … (27)

f=kBTln(CPi/CPi eq)…(28)f=k B Tln(C Pi /C Pi eq )… (28)

여기서, Ω는, SiP의 1분자당의 체적이다(4.08×10-23cm3). 또한, f는 인의 케미컬 포텐셜이며, -f는 1개의 SiP가 석출되었을 때의 계의 에너지 변화를 나타낸다. 4πR2σ의 항은 표면 에너지를 나타내고, σ는, SiP의 단위 면적당의 표면 에너지이다(σ=556erg/cm2). 또한, 식(27) 및 식(28)에 있어서의 kB는, 1.381×10-16(erg/K)이다.Here, Ω is the volume per molecule of SiP (4.08×10 -23 cm 3 ). In addition, f is the chemical potential of phosphorus, and -f represents the energy change of the system when one SiP is precipitated. The term 4πR 2 σ represents surface energy, and σ is the surface energy per unit area of SiP (σ=556erg/cm 2 ). Additionally, k B in equations (27) and (28) is 1.381×10 -16 (erg/K).

ΔG(R)는, 반경의 증가에 수반하여 극대값을 취한다. 극대값에 있어서의 반경이 임계 반경 Rcri이며, ΔG(R)의 극대값이 ΔG*가 된다. ΔG*는 클러스터 형성에 수반하는 에너지 장벽을 나타낸다.ΔG(R) takes its maximum value as the radius increases. The radius at the local maximum is the critical radius Rcri , and the local maximum of ΔG(R) is ΔG*. ΔG* represents the energy barrier accompanying cluster formation.

Rcri=2σΩ/f …(29)R cri =2σΩ/f … (29)

ΔG*=16πσ3Ω2/(3f)2…(30)ΔG*=16πσ 3 Ω 2 /(3f) 2 … (30)

핵 발생의 빈도는 열 요동에 의해 Rcri의 사이즈의 핵이 발생하는 빈도와, 그 핵에 대하여 또 다른 하나의 원자가 더해짐으로써, 극대치의 산을 넘어 석출물이 되는 빈도로서 정의된다. 그 때, 정상 핵 발생 속도 I는, 식(31)로 표시된다.The frequency of nucleation is defined as the frequency at which a nucleus of the size R cri is generated due to thermal fluctuations and the frequency at which another atom is added to the nucleus, thereby exceeding the maximum value and forming a precipitate. At that time, the normal nucleation rate I is expressed by equation (31).

I=βZρeq …(31)I=βZρ eq ... (31)

여기서, β는 임계핵으로의 원소의 포획 속도이며, Z는, Zeldovich 인자라고 불리며 열 평형 밀도와 정상 상태에 있어서의 밀도의 비를 보정하는 계수이다. ρeq는 임계핵의 열 평형 밀도이다.Here, β is the capture rate of the element into the critical nucleus, and Z is called the Zeldovich factor and is a coefficient that corrects the ratio of the density in thermal equilibrium and the density in the steady state. ρ eq is the thermal equilibrium density of the critical core.

ρeq=ρexp(-ΔG*/kBT)…(32)ρ eq =ρexp(-ΔG*/k B T)… (32)

여기서, ρ는 실리콘 사이트의 밀도이다(5×1022cm-3).Here, ρ is the density of silicon sites (5×10 22 cm -3 ).

β=4πRcriDPiCPi…(33)β=4πR cri D Pi C Pi … (33)

여기서, DPi는 격자간 인의 확산 계수이다.Here, D Pi is the diffusion coefficient of interstitial phosphorus.

Z=f(12πΔG*kBT)-1/2…(34)Z=f(12πΔG*k B T) -1/2 … (34)

따라서, 각 발생 속도 I는, 하기 식(35)로 표시된다.Therefore, each generation rate I is expressed by the following equation (35).

I=(4πRcriDPiCPi)Zρexp(-ΔG*/kBT)(1/sec·cm3)…(35)I=(4πR cri D Pi C Pi )Zρexp(-ΔG*/k B T)(1/sec·cm 3 )… (35)

즉, 결정의 냉각 중, 식(35)에 나타내는 속도로 SiP가 발생한다. 30초마다 그 사이에 발생한 SiP의 밀도를 적산하고, 각각의 시간 구간에 있어서 발생한 SiP의 성장 및 격자간 인의 흡수를 냉각이 종료될 때까지 계산한다.That is, during cooling of the crystal, SiP is generated at the rate shown in equation (35). The density of SiP generated in the meantime is integrated every 30 seconds, and the growth of SiP generated in each time period and the absorption of interstitial phosphorus are calculated until cooling is completed.

SiP의 성장 속도를 식(36)으로 나타낸다.The growth rate of SiP is expressed in equation (36).

dR/dt =ΩDPi(CPi-CPi eq)/R…(36)dR/dt =ΩD Pi (C Pi -C Pi eq )/R… (36)

초기 사이즈를 Rcri로 하여, 시간 단계마다의 반경의 변화 dR을 식(36)에 의해 구하고, 반경을 R=R+dR로 하여 구하였다. SiP에 의한 인의 흡수 플럭스를 식(37)에 나타낸다.With the initial size as Rcri , the change in radius at each time step, dR, was obtained using equation (36), and the radius was determined as R=R+dR. The absorption flux of phosphorus by SiP is shown in equation (37).

J=4πRDPi(CPi-CPi eq)…(37)J=4πRD Pi (C Pi -C Pi eq )… (37)

상기 식(37)은 1개의 SiP에 의해 흡수된 격자간 인을 나타낸다. 이것을 적산하여 격자간 인의 농도의 변화에 더한다. 여기서, DPi는 식(38)에 의해 주어진다.The above equation (37) represents the interstitial phosphorus absorbed by one SiP. This is integrated and added to the change in interstitial phosphorus concentration. Here, D Pi is given by equation (38).

DPi=3×10-7exp[-1.1{1/(kBT)-1/(1685kB)}]…(38)D Pi =3×10 -7 exp[-1.1{1/(k B T)-1/(1685k B )}]… (38)

여기서 kB는, 8.6257×10-5(eV/K)이다.Here, k B is 8.6257×10 -5 (eV/K).

이상과 같이 하여, 결정의 냉각 과정에 있어서의 원자 공공 V, 격자간 실리콘 I, 인과 공공의 반응물 PV, 격자간 인 Pi의 농도를 구하여, SiP의 발생과 성장을 계산한다.As described above, the concentrations of atomic vacancies V, interstitial silicon I, phosphorus and vacancy reactant PV, and interstitial phosphorus Pi during the cooling process of the crystal are determined, and the generation and growth of SiP are calculated.

다음에, 계산에 의해 추정되는 SiP의 사이즈 분포와 대응하는 실험 조건에 있어서의 에피택셜막에 있어서의 SF(스태킹 폴트)의 밀도의 관계를 조사한다.Next, the relationship between the size distribution of SiP estimated by calculation and the density of SF (stacking faults) in the epitaxial film under the corresponding experimental conditions is investigated.

<실험><Experiment>

평가에 이용한 결정은, 결정(A) 및 결정(B)의 2개의 결정이며, 직경은 200mm이다. 도 2는, 결정(A) 및 결정(B)의 직동(直胴) 각 위치에 있어서의 저항률을 나타내는 그래프이다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 결정(A)은, 저항률이 0.9mΩcm로부터 0.7mΩcm로 변화하고, 결정(B)은, 저항률이 0.75mΩcm로부터 0.55mΩcm로 변화한다. 결정(A) 및 결정(B)을 이용하는 것에 의해, 광범위한 저항률에 있어서의 결함의 발생을 평가한다.The crystals used for evaluation were two crystals, crystal (A) and crystal (B), and had a diameter of 200 mm. Figure 2 is a graph showing the resistivity at each position of crystal (A) and crystal (B) in direct motion. As shown in FIG. 2, the resistivity of crystal (A) changes from 0.9 mΩcm to 0.7 mΩcm, and the resistivity of crystal (B) changes from 0.75 mΩcm to 0.55 mΩcm. By using crystal (A) and crystal (B), the occurrence of defects in a wide range of resistivities is evaluated.

도 3은, 결정(A)의 직동의 각 위치에 있어서의 냉각 커브를 나타내는 그래프이고, 도 4는, 결정(B)의 직동의 각 위치에 있어서의 냉각 커브를 나타내는 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing the cooling curve at each position of the crystal (A) in the linear motion, and FIG. 4 is a graph showing the cooling curve at each position in the linear motion of the crystal (B).

<에피택셜 조건><Epitaxial conditions>

에피택셜막의 제조 조건은, 이하와 같다. 우선, 프리베이크로서, 1130℃의 수소 분위기에서 60초의 프리베이크를 실시한다. 그 후, 에피택셜 성장으로서, 1130℃에서 3㎛의 에피택셜막을 성장시킨다.The manufacturing conditions for the epitaxial film are as follows. First, as a prebake, a prebake for 60 seconds is performed in a hydrogen atmosphere at 1130°C. Afterwards, as epitaxial growth, a 3 µm epitaxial film is grown at 1130°C.

<SF: 스태킹 폴트 평가><SF: Stacking fault evaluation>

상기와 같이 작성한 에피택셜 실리콘 웨이퍼에 있어서의 스태킹 폴트의 검사를 실시한다. 에칭에 의해 SF(스태킹 폴트)는 검출할 수 있고, 육안이나 광학 현미경 하에서 확인할 수 있고, 밀도를 알 수 있다.Stacking faults in the epitaxial silicon wafer prepared as described above are inspected. By etching, SF (stacking faults) can be detected, confirmed with the naked eye or under an optical microscope, and the density can be determined.

도 5는, 결정(A) 및 결정(B)에 있어서의 직동의 각 위치에서의 결정을 기판으로서 이용한 경우의 에피택셜 성장 후의 SF(스태킹 폴트)의 밀도를 나타내는 그래프이다. 이 실험 결과와, 상기 설명한 계산 방법에 의해 구한 SiP를 비교한다.FIG. 5 is a graph showing the density of SF (stacking faults) after epitaxial growth when crystals at each linear position in crystal (A) and crystal (B) are used as a substrate. The results of this experiment are compared with SiP obtained by the calculation method described above.

도 6 및 도 7은, 각각 결정(A) 및 결정(B)에 대하여 상기에서 설명한 방법으로 계산한 SiP의 밀도를 나타내는 그래프이다. 도 6은, 결정(A)의 제조 조건에서의 계산에 의한 SiP의 반경이, 각각 >4, >6, >8, >10, >12, >14, >16nm인 것의 밀도와 직동에 있어서의 위치와의 관계를 표시하고 있다. 도 7은, 결정(B)의 제조 조건에서의 동일한 계산 결과를 나타내고 있다.Figures 6 and 7 are graphs showing the density of SiP calculated by the method described above for crystal (A) and crystal (B), respectively. Figure 6 shows the density and linearity of SiP with radii of >4, >6, >8, >10, >12, >14, and >16 nm, respectively, calculated under the manufacturing conditions of crystal (A). It indicates the relationship with the location. Figure 7 shows the same calculation results under the production conditions of crystal (B).

또한, 도 6 및 도 7은, 단위 체적당의 SiP의 수(개/cm3)를 나타내고 있는 것에 반해, 실험 결과인 도 5는 단위 면적당의 SF(스태킹 폴트)의 밀도(개/cm2)이다. 따라서, 양자를 직접 비교할 수 없다. 따라서, 다음과 같이 생각한다.In addition, while Figures 6 and 7 show the number of SiPs per unit volume (pieces/cm 3 ), Figure 5, which is an experimental result, shows the density of SF (stacking faults) per unit area (pieces/cm 2 ). . Therefore, the two cannot be directly compared. Therefore, think as follows.

우선, SiP는 에피택셜 처리에 앞서 실시되는 수소 베이크의 과정에서 용해되어 SF를 잔존시키지만, 표층 부근의 작은 SF(스태킹 폴트)는 소멸한다. 그리고, SiP가 용해된 후에 잔존한 SF의 사이즈는 SiP의 크기에 의해 결정된다. 따라서, SiP의 발생·성장 구간이라고 생각되는 570℃±70℃을 통과하는 시간이 길수록 SiP의 사이즈가 커져, 수소 베이크의 과정에서 소멸되지 않는 SF가 많아진다. 여기서, SiP가 용해 후에 발생하는 SF의 사이즈는, SiP의 사이즈와 동일하다고 가정한다.First, SiP is dissolved in the process of hydrogen baking prior to epitaxial processing, leaving SF remaining, but small SF (stacking faults) near the surface layer disappear. And, the size of SF remaining after SiP is dissolved is determined by the size of SiP. Therefore, the longer the time it takes to pass 570°C ± 70°C, which is considered to be the generation/growth section of SiP, the larger the size of SiP becomes, and the more SF that does not disappear during the hydrogen bake. Here, it is assumed that the size of SF generated after SiP is dissolved is the same as the size of SiP.

그러면, 표면에 그 일부를 노출시켜, 에피택셜막에 SF가 인계되는 밀도는, 반경 r의 입자의 밀도가 D(r)(개/cm3)로 하면, 표면에 나타나는 수는 2rD(r)이 된다. 또한, SiP의 반경이 임계 반경 Rcri보다 작으면, SiP의 용해 후에 발생한 SF는 수소 베이크에 의해 소멸된다고 생각된다. 그래서, 반경 r이 임계 반경 Rcri로부터, 큰 것이 표면에 노출되는 면적당의 수를 계산하였다. 반경 R 이상의 입자가 표면에 나타나는 밀도 SF(R)(개/cm2)는, 이하의 식(39)과 같이 나타낸다.Then, when a part of it is exposed to the surface, the density at which SF is transferred to the epitaxial film is D(r) (piece/cm 3 ) if the density of particles of radius r is D(r) (piece/cm 3 ), the number appearing on the surface is 2rD(r) This happens. Additionally, if the radius of SiP is smaller than the critical radius R cri , it is believed that SF generated after dissolution of SiP is annihilated by hydrogen baking. So, from the critical radius R cri where radius r is large, the number per area exposed to the surface was calculated. The density SF(R) (piece/cm 2 ) at which particles of radius R or more appear on the surface is expressed as the following equation (39).

여기서, 식(39)에 있어서의 SF(R)은 반경 R 이상의 SiP를 나타내고, 즉 SF가 표면에 노출되는 면적당의 개수를 나타내고 있다.Here, SF(R) in equation (39) represents SiP of radius R or more, that is, represents the number of SFs per area exposed to the surface.

도 8 및 도 9는, 각각 결정(A) 및 결정(B)에 있어서의 에피택셜막의 SF(스태킹 폴트)의 밀도와 직동 위치의 관계의 실험 결과와, 임계치를 8, 10, 12, 14, 16nm으로 한 계산에 의한 SF(스태킹 폴트) 밀도와 직동 위치의 관계를 비교한 것이다. 도 8 및 도 9로부터, 임계치를 12nm로 한 계산에 의한 SF(스태킹 폴트) 밀도가 실험 결과와 일치하는 것을 알 수 있다.Figures 8 and 9 show the experimental results of the relationship between the density of SF (stacking fault) of the epitaxial film in crystal (A) and crystal (B) and the linear position, respectively, and the threshold values are 8, 10, 12, 14, This is a comparison of the relationship between SF (stacking fault) density and linear position based on calculations made at 16 nm. From Figures 8 and 9, it can be seen that the SF (stacking fault) density calculated with a threshold of 12 nm is consistent with the experimental results.

이상의 결과로부터, 인을 도프한 실리콘을 기판으로 하여 에피택셜막을 성장시켜 제조하는 에피택셜 실리콘 웨이퍼에 있어서, 이하와 같은 결함의 발생 예측 방법이 유효한 것을 알 수 있다. 도 10은, 결함의 발생 예측 방법의 수순을 개략적으로 도시하는 플로우차트이다.From the above results, it can be seen that the following method for predicting the occurrence of defects is effective in epitaxial silicon wafers manufactured by growing an epitaxial film using phosphorus-doped silicon as a substrate. Fig. 10 is a flow chart schematically showing the procedures of the defect occurrence prediction method.

우선, 준비 단계로서, 인을 도프한 실리콘 단결정을 제조하는 인상 장치를 포함한 온도 특성을 취득한다(Step S1). 인상 장치는, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같은 구조를 갖고 있기 때문에, 사이드 히터(4)나 보텀 히터(5)의 능력이나 복사 쉴드(6) 등의 위치 관계, 각 부재마다의 물성값을 사용하여 전열 해석을 하기 위한 정보를 취득한다.First, as a preparatory step, temperature characteristics including a pulling device for producing a phosphorus-doped silicon single crystal are acquired (Step S1). Since the lifting device has a structure as shown in FIG. 1, for example, the capabilities of the side heater 4 and the bottom heater 5, the positional relationship between the radiation shield 6, etc., and the physical property values for each member are Use this to acquire information for electric heat analysis.

그 후, 실제로 인을 도프한 실리콘 단결정을 제조하기 위한 인상 속도로부터, 결정의 냉각 커브를 계산한다(Step S2).After that, the cooling curve of the crystal is calculated from the pulling speed for actually producing a phosphorus-doped silicon single crystal (Step S2).

한편, 실리콘 단결정에 도프한 인의 농도로부터, 냉각 커브의 각 온도 과정에 있어서의 적어도 격자간 인의 농도를 계산한다(Step S3). 상기 설명한 바와 같이, 에피택셜 실리콘 웨이퍼에 있어서의 적층 결함(SF: 스태킹 폴트)의 원인이 되는 인과 실리콘의 석출물(SiP)은, 치환 위치에 존재하는 인보다도, 격자간 인(Pi)이 원인이라고 생각되기 때문이다.Meanwhile, from the concentration of phosphorus doped in the silicon single crystal, at least the interstitial phosphorus concentration in each temperature process of the cooling curve is calculated (Step S3). As explained above, the phosphorus and silicon precipitates (SiP) that cause stacking faults (SF: stacking faults) in epitaxial silicon wafers are caused by interstitial phosphorus (P i ) rather than phosphorus present at substitution positions. Because it is thought that

다만, 이는 격자간 인(Pi)의 농도만을 계산하는 것으로 한정하는 것은 아니다. 결정의 냉각 과정에서는, 격자간 인(Pi)이 공공(V), 격자간 실리콘(I), 인과 공공과의 반응물(PV)과 각종 반응을 행하기 때문이다. 따라서, Step S3에 있어서의 계산에서는, 격자간 인의 농도뿐만 아니라, 공공(V), 격자간 실리콘(I), 인과 공공의 반응물(PV)의 농도도 함께 계산하는 것이 바람직하다.However, this is not limited to calculating only the concentration of interstitial phosphorus (P i ). This is because during the cooling process of the crystal, interstitial phosphorus (P i ) undergoes various reactions with vacancies (V), interstitial silicon (I), and the reactant between phosphorus and vacancies (PV). Therefore, in the calculation in Step S3, it is desirable to calculate not only the concentration of interstitial phosphorus but also the concentration of vacancies (V), interstitial silicon (I), and the reactant of phosphorus and vacancies (PV).

이후, 결정의 냉각 중인 격자간 인(Pi)의 과포화도로부터, 냉각 완료 시에 있어서의 인과 실리콘의 석출물(SiP)의 사이즈 및 밀도를 계산한다(Step S4).Afterwards, the size and density of phosphorus and silicon precipitates (SiP) at the time of completion of cooling are calculated from the degree of supersaturation of interstitial phosphorus (P i ) of the crystal during cooling (Step S4).

그리고, 냉각 완료 시에 있어서의 인과 실리콘의 석출물(SiP)의 사이즈 및 밀도로부터, 에피택셜 성장 후의 실리콘 웨이퍼에 있어서의 결함의 밀도를 추정한다(Step S5). 또한, 이 추정에는, 인과 실리콘의 석출물(SiP)의 사이즈 및 밀도와, 에피택셜 성장 후의 실리콘 웨이퍼에 있어서의 결함의 밀도의 관계에 대해서 사전에 실험을 실시하고, 검출해야 할 인과 실리콘의 석출물(SiP)의 사이즈의 임계치를 정해 두는 것이 바람직하다. 에피택셜 성장의 전 단계에서 실시되는 프리베이크의 조건에 따라서는, 어닐링 아웃되는 SF(스태킹 폴트)의 크기도 달라지기 때문이다.Then, the density of defects in the silicon wafer after epitaxial growth is estimated from the size and density of phosphorus and silicon precipitates (SiP) at the time of completion of cooling (Step S5). In addition, in this estimation, experiments were conducted in advance on the relationship between the size and density of phosphorus silicon precipitates (SiP) and the density of defects in the silicon wafer after epitaxial growth, and the phosphorus silicon precipitates (SiP) to be detected were tested in advance. It is desirable to set a threshold value for the size of SiP). This is because the size of SF (stacking fault) that is annealed out varies depending on the prebake conditions performed in the previous stage of epitaxial growth.

또한, 에피택셜 조건으로서, 1130℃의 수소 분위기에서 60초의 프리베이크를 실시하고, 그 후, 1130℃에서 3㎛의 에피택셜막을 성장시키는 경우에는, 인과 실리콘의 석출물(SiP)의 사이즈의 임계치를 12nm로 하면, SF(스태킹 폴트) 밀도가 실험 결과와 일치한다.In addition, as epitaxial conditions, when prebaking is performed for 60 seconds in a hydrogen atmosphere at 1130°C and then a 3 μm epitaxial film is grown at 1130°C, the critical value of the size of phosphorus and silicon precipitates (SiP) is When set to 12 nm, the SF (stacking fault) density is consistent with the experimental results.

상기 설명한 결함의 발생 예측 방법은, 인을 도프한 실리콘을 기판으로 하여 에피택셜막을 성장시키는 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법으로서 실시하는 것도 가능하다.The method for predicting the occurrence of defects described above can also be implemented as a method for manufacturing an epitaxial silicon wafer in which an epitaxial film is grown using phosphorus-doped silicon as a substrate.

즉, 실리콘 단결정에 도프한 인의 농도와 결정의 인상 속도로부터 결함의 발생 예측을 실시하고, 예측되는 결함의 밀도가 규정의 수준을 만족시키지 않는 경우, 인상 속도의 조정을 실시하는 것에 의해 예측되는 결함의 밀도가 규정의 수준을 만족하는 조건으로 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조를 실시하는 것을 생각할 수 있다.In other words, the occurrence of defects is predicted based on the concentration of phosphorus doped in the silicon single crystal and the pulling speed of the crystal, and when the density of predicted defects does not meet the specified level, the pulling speed is adjusted to predict defects. It is conceivable to manufacture epitaxial silicon wafers under the condition that the density satisfies the specified level.

예측되는 결함의 밀도가 규정의 수준을 만족시키지 않는 경우, 에피택셜 성장의 전 단계에 있어서 실시되는 프리베이크의 조건을 조정하는 것도 생각된다.If the predicted density of defects does not meet the specified level, it is also considered to adjust the conditions of the prebake performed in all stages of epitaxial growth.

이상, 본 발명을 실시 형태에 기초하여 설명해 왔지만, 본 발명은 상기의 실시 형태에 의해 한정되는 것은 아니다.Although the present invention has been described above based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments.

1 로
2 원료 융액
3 석영 도가니
4 사이드 히터
5 보텀 히터
6 복사 쉴드
7 와이어
8 종결정
9 결정
1 to
2 Raw melt
3 Quartz Crucible
4 side heater
5 Bottom heater
6 Copy Shield
7 wire
8 seed crystals
9 decision

Claims (6)

인을 도프한 실리콘 단결정을 기판에 사용하여 에피택셜막을 성장시켜 제조하는 에피택셜 실리콘 웨이퍼에 있어서의 결함의 발생 예측 방법으로서,
상기 실리콘 단결정을 제조하는 인상 장치를 포함한 온도 특성과 인상 속도로부터 상기 실리콘 단결정의 냉각 커브를 계산하는 열 이력 계산 단계와,
상기 실리콘 단결정에 도프한 인의 농도로부터, 상기 냉각 커브의 각 온도 과정에 있어서의 적어도 격자간 인의 농도를 계산하는 농도 계산 단계와,
상기 실리콘 단결정의 냉각 중의 격자간 인의 과포화도로부터, 냉각 완료 시에 있어서의 인과 실리콘의 석출물의 사이즈 및 밀도를 계산하는 석출물 계산 단계와,
상기 인과 실리콘의 석출물의 사이즈 및 밀도로부터, 에피택셜 성장 후의 실리콘 웨이퍼에 있어서의 결함의 밀도를 추정하는 결함 추정 단계
를 포함하는, 에피택셜 실리콘 웨이퍼에 있어서의 결함의 발생 예측 방법.
A method for predicting the occurrence of defects in an epitaxial silicon wafer manufactured by growing an epitaxial film using a phosphorus-doped silicon single crystal as a substrate, comprising:
A thermal history calculation step of calculating a cooling curve of the silicon single crystal from temperature characteristics and a pulling speed including a pulling device for manufacturing the silicon single crystal;
a concentration calculation step of calculating at least an interstitial phosphorus concentration in each temperature process of the cooling curve from the concentration of phosphorus doped in the silicon single crystal;
A precipitate calculation step of calculating the size and density of phosphorus and silicon precipitates upon completion of cooling from the degree of supersaturation of interstitial phosphorus during cooling of the silicon single crystal;
A defect estimation step of estimating the density of defects in the silicon wafer after epitaxial growth from the size and density of the phosphorus silicon precipitate.
A method for predicting the occurrence of defects in an epitaxial silicon wafer, including a method.
제1항에 있어서,
상기 농도 계산 단계에서는, 상기 격자간 인의 농도뿐만 아니라, 공공(空孔), 격자간 실리콘, 인과 공공의 반응물의 농도도 함께 계산하는 것인, 에피택셜 실리콘 웨이퍼에 있어서의 결함의 발생 예측 방법.
According to paragraph 1,
In the concentration calculation step, not only the concentration of interstitial phosphorus but also the concentration of vacancies, interstitial silicon, and reactants of phosphorus and vacancies are also calculated.
제1항에 있어서,
상기 결함 추정 단계에서는, 사전의 실험에서 정해진 검출해야 할 인과 실리콘의 석출물의 사이즈의 임계치를 사용하여, 상기 에피택셜 성장 후의 실리콘 웨이퍼에 있어서의 결함의 밀도를 추정하는 것인, 에피택셜 실리콘 웨이퍼에 있어서의 결함의 발생 예측 방법.
According to paragraph 1,
In the defect estimation step, the density of defects in the epitaxially grown silicon wafer is estimated using the threshold value of the size of the phosphorus and silicon precipitates to be detected determined in a prior experiment. A method for predicting the occurrence of defects in
제3항에 있어서,
상기 인과 실리콘의 석출물의 사이즈의 임계치를 12nm로 하는 것인, 에피택셜 실리콘 웨이퍼에 있어서의 결함의 발생 예측 방법.
According to paragraph 3,
A method for predicting the occurrence of defects in an epitaxial silicon wafer, wherein the critical value of the size of the phosphorus silicon precipitate is set to 12 nm.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 결함의 발생 예측을 실시하고, 예측되는 결함의 밀도가 규정의 수준을 만족시키지 않는 경우, 인상 속도의 조정을 실시하는 것에 의해 예측되는 결함의 밀도가 규정의 수준을 만족시키는 조건으로 인을 도프한 실리콘 단결정을 제조하고, 상기 실리콘 단결정을 기판에 사용하여 에피택셜막을 성장시켜 제조하는, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.The density of defects predicted by predicting the occurrence of defects described in any one of paragraphs 1 to 4, and adjusting the pulling speed when the predicted density of defects does not satisfy the specified level. A method of producing an epitaxial silicon wafer, which includes manufacturing a silicon single crystal doped with phosphorus under conditions that satisfy the specified level, and growing an epitaxial film using the silicon single crystal as a substrate. 제5항에 있어서,
추가적으로 에피택셜 성장의 전(前) 단계에 있어서 실시되는 프리베이크의 조건을 조정하는 것인, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.
According to clause 5,
Additionally, a method of manufacturing an epitaxial silicon wafer, which involves adjusting the conditions of the prebake performed in the previous stage of epitaxial growth.
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