JP2002179496A

JP2002179496A - シリコン単結晶の育成方法およびシリコンウェーハ

Info

Publication number: JP2002179496A
Application number: JP2000375344A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Ono; 敏昭小野; Tadami Tanaka; 忠美田中; Shigeru Umeno; 繁梅野; Hidekazu Asayama; 英一浅山; Hideshi Nishikawa; 英志西川
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-12-11
Filing date: 2000-12-11
Publication date: 2002-06-26
Anticipated expiration: 2020-12-11
Also published as: JP4182640B2

Abstract

(57)【要約】【課題】Grown-in欠陥を抑制し、パーティクルモニター
用として、さらにデバイス製造に適した低欠陥ウェーハ
を製造できる。【解決手段】(1) ＣＺ法によって窒素濃度を１×10¹³at
oms/cm³〜１×10¹⁵atoms/cm³とし、単結晶温度が1150℃
〜1000℃での冷却速度を2.5℃/min以上としてシリコン
単結晶を育成する方法であって、ＯＳＦの円形領域の外
径がウェーハ直径の３/５以下になるように単結晶を引
き上げることを特徴とするシリコン単結晶の育成方法、
およびこれから作製されるシリコンウェーハである。 (2) さらに、酸素濃度が９×10¹⁷atoms/cm³（ASTM'79）
以下にし、電気特性を向上させるために、酸素の外方拡
散処理を施すことが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の集積回路
素子に使用されるシリコン単結晶、およびその単結晶か
ら得られ、デバイス製造に用いられるシリコンウェー
ハ、または集積回路を形成させる工程を管理するために
用いられるパーティクルモニター用シリコンウェーハに
関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来から、半導体の高集積回路用材料とし
て使用されるシリコン単結晶は、主に、チョクラルスキ
ー法（以下、「ＣＺ法」という）によって製造される。

【０００３】図１は、ＣＺ法によるシリコン単結晶の育
成方法を説明する単結晶育成装置の概略構成を示す図で
ある。育成装置の中心位置に坩堝１が配され、この坩堝
１は二重構造であり、内側の石英製容器1aとこの外側に
配置された黒鉛製容器1bとから構成されている。このよ
うな構成からなる坩堝１は、所定の速度で回転するよう
に支持され、坩堝１の外側にはヒーター２が同心円筒状
に配設されている。この坩堝１の内部には、前記ヒータ
ー２の加熱によって溶融された原料の溶融液３が充填さ
れており、坩堝１の中心にはワイヤー等からなる引き上
げ軸４が装置の上方から配設されている。

【０００４】前記の引き上げ軸４の先には種結晶５が取
り付けられており、単結晶６を育成するため、この種結
晶５を溶融液３の表面に接触させる。さらに、溶融液３
の表面上方では単結晶６を囲繞するように熱シールド材
７が配置される。そして、引き上げ軸４を、坩堝１の回
転と反対方向に所定の速度で回転させながら種結晶５を
熱シールド材７で囲繞しながら引き上げることによっ
て、種結晶５の先端に溶融液３を凝固させて単結晶６を
成長させていく。

【０００５】このように育成されたシリコン単結晶から
シリコンウェーハが切り出され、半導体の高集積回路用
の材料に供される。ところが、この集積回路の不良原因
の大半がパーティクルに起因するものである。このよう
なパーティクルは市販される表面検査装置によって検出
されるが、この検出結果によれば、不良原因となるパー
ティクルとして集積回路作製時に発生したり、プロセス
装置から発生したパーティクルが検出されるだけではな
く、単結晶の育成時に形成された空洞（Void）欠陥も検
出される。

【０００６】近年、半導体の集積回路素子（デバイス）
の集積高密度化の急速な進展により、シリコンウェーハ
の品質への要求は、ますます厳しくなっている。そし
て、デザインルールの一層の微細化にともない、製造ラ
インでのパーティクルを厳しく管理することが求められ
る。製造ラインにおけるパーティクル管理を徹底するた
め、製造ラインにはデバイス製造用のウェーハだけでな
く、パーティクルをモニターするために使用されるダミ
ーウェーハも投入されている。当然のことながら、この
パーティクルモニター用ウェーハでは、表面検査機器に
よってパーティクルとして検出される結晶欠陥が低密度
であることが要求されている。

【０００７】ＣＺ法によって製造されたシリコン単結晶
または切り出されたウェーハを、酸化雰囲気で高温熱処
理を施すと、単結晶の引き上げ軸を中心とするリング状
の酸化誘起積層欠陥（以下、「ＯＳＦリング」という）
が発生することがある。その他に、その面内に数種類の
微小欠陥が形成されるが、これらは単結晶の育成時に形
成された結晶欠陥であって、いわゆるGrown-in欠陥と呼
ばれる。

【０００８】ＯＳＦリングが発生した単結晶では、その
内側領域と外側領域では結晶物性は異なり、検出される
Grown-in欠陥も相違する。ＯＳＦリングの内側領域に
は、ＭＯＳ型デバイスのゲート膜耐圧特性を劣化させる
点欠陥（空孔）に関係するGrown-in欠陥が10⁵〜10⁶個/c
m³程度存在している。このGrown-in欠陥はＣＯＰと称さ
れ、内部が空洞（Void）の八面体構造を基本としてい
る。

【０００９】0.35μｍ以下のデザインルールによるＵＬ
ＳＩデバイスでは、ＣＯＰはゲート膜耐圧特性だけでな
く、素子分離不良も生じさせる。このため、高い歩留ま
りでデバイス製造を行うには、このＣＯＰをウェーハ表
層から除く必要がある。また、表面検査機器によれば、
ＣＯＰは表面異物として検出されるので、パーティクル
モニターとして用いられるウェーハは、そのサイズを縮
小あるいは消滅させる必要がある。一方、ＯＳＦリング
の外側領域には、デバイスのリ一ク電流特性を悪化させ
る点欠陥（格子間シリコン）に関係したGrown-in欠陥と
して、転位クラスターが10 ³〜から10⁴個/cm³程度存在し
ている。

【００１０】図２は、育成されたシリコン単結晶を切り
出して、高温酸化処理を施したのち結晶面を観察した結
果を模式的に示した図である。シリコン単結晶の中心部
にはＣＯＰ領域があり、その外側にＯＳＦリング領域が
拡がり、ＯＳＦリング領域の外側に酸素析出領域が位置
する。さらに、酸素析出領域の外側には酸素析出抑制領
域が拡がり、最外周に転位クラスター領域が拡がってい
る。

【００１１】図２に示す結晶面において、ＯＳＦリング
領域とこれに外接する酸素析出領域および酸素析出抑制
領域には、微細なサイズ若しくは極低密度の酸素析出物
以外にはGrown-in欠陥が存在しない領域である。前述の
通り、ＯＳＦリング領域は高温の酸化処理によって、酸
化誘起積層欠陥（Oxidation-induced stacking fault：
以下、「ＯＳＦ」という）を誘起する領域であるが、そ
の核は酸素析出物であると考えられている。しかし、高
温酸化処理前の育成ままの状態、すなわち、as-grownの
状態では、ＯＳＦを誘起する核（以下、「ＯＳＦ核」と
いう）を直接検出することは極めて困難であり、上記の
表面検査機器による評価では、Grown-in欠陥が観察され
ない領域として認識される。

【００１２】ＯＳＦリングの発生位置は、育成中の引き
上げ速度の影響を受け、育成されるシリコン単結晶内の
融点から1300℃近傍までの温度勾配Ｇとし、引き上げ速
度を∨とした場合に、∨／Ｇの関係によって制御される
ことが確認されている。したがって、単結晶の育成中に
∨／Ｇ値を所定の範囲に設定することによって、結晶面
内の任意位置にＯＳＦリングを発生させることができ
る。

【００１３】このようにＯＳＦリングを任意位置に発生
できるので、発生位置を制御して、ウェーハ面の同心円
状に発生するGrown-in欠陥を低減させる方法が提案され
ている。まず、ＯＳＦリングをウェーハの外周部に発生
させて、ＯＳＦリングの内側に発生するＣＯＰ密度を低
減させる方法として、次の提案がある。

【００１４】特公平３-080338号公報では、シリコンウ
ェーハの表面に熱酸化膜を形成する工程の直前で、水素
ガスを含む非酸化性雰囲気で1100℃以上の温度で熱処理
することにより、表層のＣＯＰを消滅させる方法が開示
されている。また、特開平10-208987号公報によれば、a
s-grownの状態でＣＯＰ密度を高くすることによって欠
陥サイズを微細にし、微細なサイズになったＣＯＰを熱
処理によって消滅させる方法が提案されている。しか
し、これら上述したＣＯＰ密度の低減方法では、いずれ
も欠陥低減のために熱処理が必要になることから、工程
増加が必須となり、製造コストの増大を招くことにな
る。

【００１５】一方、ＯＳＦリングをウェーハの内側に発
生させて、ＣＯＰによる欠陥部分を中心部に集中させる
か、若しくは欠陥部分を中心部で消滅させる方法も提案
されている。しかし、このらの方法では、引き上げ速度
を著しく低下させる必要があるため、生産性が低下す
る。さらに品質的にも、ＯＳＦリングを結晶内側に収縮
させることによる転位発生の恐れがある。

【００１６】また、ＯＳＦリング領域の外側に位置する
酸素析出領域および酸素析出抑制領域をウェーハ全面に
わたって形成させ、結晶軸の方向にも維持させる方法が
提案されている。しかし、この方法を実効あるものにす
るには、欠陥分布が面内均一になるようなホットゾーン
を作製すること、および前述の∨／Ｇ値を厳密に制御さ
せながらの結晶育成を行う必要があることから、作業性
の維持が困難になる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】前述の通り、従来技術
によってＯＳＦリングの発生位置を制御して、ＣＯＰ領
域、ＯＳＦリング領域の欠陥を低減したり、酸素析出領
域および酸素析出抑制領域をウェハ全面に拡げようとし
ても、有効な対策とはなり得なかった。

【００１８】これらの問題点を解決するため、本願出願
人は、先に、育成中に窒素をドープすることによって、
ウェーハ結晶面の全域がＯＳＦ核からなる領域、または
ＯＳＦ核および酸素析出領域、若しくはこれらの領域に
加え酸素析出抑制領域で構成されるシリコン単結晶の製
造方法を提案している（特開2000-272997号公報参
照）。

【００１９】この提案の方法によって得られたシリコン
ウェーハは、製造コストの増大を伴うことなく、Grown-
in欠陥の発生を効果的に抑制できることが確認されてい
るが、条件によっては、極めて微細なＣＯＰがウェーハ
中心部に存在することがある。このような微細なＣＯＰ
は、繰り返しウェーハ洗浄によってピットとして顕在化
する場合もあることから、ウェーハ中心部に存在する微
細なＣＯＰをなくすため、さらなる改善が必要になる。

【００２０】本発明は、上述した従来技術の問題点の解
決、または先に提案した製造方法のさらなる改善を図る
ためになされたものであり、製造コストの増大を伴うこ
となく、簡易な製造工程で、ＣＺ法による引き上げ条件
およびウェーハの中央部に発生するＯＳＦ核の円形領域
の外径を規定することによって、Grown-in欠陥の発生を
有効に抑制することができるシリコン単結晶およびシリ
コンウェーハを提供することを目的としている。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、窒素ドー
プがシリコン単結晶の欠陥挙動に及ぼす影響を明らかに
するため、ＣＺ法によって窒素をドープした場合、ドー
プしない場合に区分して直径６”の単結晶を育成し、Gr
own-in欠陥の分布を調査した。

【００２２】図３(a)は、ＣＺ法で窒素をドープするこ
となく、引き上げ速度が0.7mm/minで育成した単結晶か
ら切り出したウェーハのas-grownの状態で欠陥状況を観
察した結果を模式的に示す図である。同図に示すよう
に、ウェーハの中心部にはＣＯＰ領域であって、空洞
（Void）が存在する領域があり、その外側にウェーハ直
径のほぼ１/２の直径を有するＯＳＦ核が存在する領域
がある。そのＯＳＦ核領域の外側に酸素析出領域が拡が
り、酸素析出領域の外側に酸素析出抑制領域が拡がり、
最外周に転位クラスター領域が拡がっている。

【００２３】図３(b)は、ＣＺ法で窒素を濃度１×10¹⁴a
toms/cm³でドープして、引き上げ速度が0.7mm/minで育
成した単結晶から切り出したウェーハのas-grownの状態
で欠陥状況を観察した結果を模式的に示す図である。窒
素を所定濃度でドープすることによって、ＯＳＦ核と空
洞（Void）とが混在する領域がウェーハの中心部に発生
している。これにより、ＯＳＦ核が存在する領域がウェ
ーハ中心に向かって拡大し、円形領域を形成している。
それと同時に、ＯＳＦ核領域の外側でも酸素析出領域が
外周側に拡大している。対象ウェーハを酸化性雰囲気で
1100℃×16hrの高温酸化処理を施して、ＯＳＦ密度を測
定すると、ＯＳＦ核領域およびＯＳＦ核と空洞（Void）
の混在領域とも10³/cm²以上が観察される。

【００２４】さらに、本発明者らは、窒素ドープされた
結晶中のＣＯＰ形成に及ぼす熱履歴の影響を調査するた
め、ＣＺ法で窒素をドープして、直径６”のシリコン単
結晶の引き上げ途中過程での引き上げ速度変更実験を実
施した。具体的な実験条件は、シリコン原料の融液中に
１×10¹⁴atoms／cm³の窒素をドープし、引き上げ速度が
0.7mm/minで長さ500mmまで直胴部を育成し、長さ500mm
の時点で引き上げ速度を1.4mm/minに変更して育成を続
け、育成長さが550mmになった時点で、再び引き上げ速
度を0.7mm/minとして、そのまま長さ850mmまで育成した
後、テール絞りを行って引き上げ過程を終了した。

【００２５】このようにして育成された単結晶は、引き
上げ速度の変更にともなって、その熱履歴が変化する。
すなわち、引き上げ速度を増速することによって、引き
上げ速度変更開始時の温度から低温側へ100℃前後の温
度領域で急冷されることになる。そして、窒素ドープさ
れ引き上げ速度の変更によって急冷された単結晶は、図
３(b)に示すと同様の欠陥状況が観察されることが確認
された。

【００２６】図４は、引き上げ速度変更実験によって得
られたウェーハ表面におけるＬＰＤ（1ight point defe
ct）を測定した結果を示す図である。供試されたウェー
ハは、結晶温度1400〜800℃から急冷された結晶部位か
ら切り出され、次いで、繰り返し10回のSC−１洗浄（St
andard Cleaning）が行われ、表面検査装置を用いてＬ
ＰＤ密度を測定している。

【００２７】図４から、SC−１洗浄を繰り返すことによ
って、ウェーハ表面近傍に存在する緻密な空洞（Void）
を顕在化させ、ＬＰＤとして検出できることが分かる。
しかし、引き上げ過程で結晶温度が1150℃〜1000℃の範
囲から急冷する場合には、ＬＰＤ密度が著しく減少する
ことが分かる。

【００２８】確認のため、窒素をドープしない結晶につ
いて、同様の引き上げ速度変更実験試験を行い、ＬＰＤ
密度を測定したが、多数のＬＰＤが観察された。すなわ
ち、窒素をドープしない場合には、引き上げ過程で結晶
温度が1150℃〜1000℃の範囲から急冷しても、SC−１洗
浄を数回繰り返すことによって、表面検査装置によって
ウェーハ表面近傍でＬＰＤが多数観察される。このこと
から、窒素をドープすることによって、結晶中における
空孔の拡散速度が減速され、さらに、1150℃〜1000℃の
温度範囲での空孔の形成温度を急冷することで、その形
成を完全に抑制できることが分かる。

【００２９】本発明は、上述したＣＺ法による窒素ドー
プが欠陥挙動に及ぼす影響調査、および引き上げ速度変
更実験の解析結果から得られた知見に基づいて完成され
たものであり、下記(1)〜(2)のシリコン単結晶の育成方
法、および(3)〜(4)のシリコンウェーハを要旨としてい
る。 (1) ＣＺ法によって窒素濃度を１×10¹³atoms/cm³〜１
×10¹⁵atoms/cm³とし、単結晶温度が1150℃〜1000℃で
の冷却速度を2.5℃/min以上としてシリコン単結晶を育
成する方法であって、育成された単結晶からウェーハを
切り出して高温酸化処理を施した場合に、ウェーハの中
央部に発生するＯＳＦの円形領域の外径がウェーハ直径
の３/５以下になるように単結晶を引き上げることを特
徴とするシリコン単結晶の育成方法である。 (2) 上記のシリコン単結晶の育成方法では、シリコン単
結晶中の酸素濃度が９×10¹⁷atoms/cm³（ASTM'79）以下
であるのが望ましい。 (3) ＣＺ法によって単結晶温度が1150℃〜1000℃での冷
却速度を2.5℃/min以上として育成され、窒素濃度が１
×10¹³atoms/cm³〜１×10¹⁵atoms/cm³であり、高温酸化
処理を施した後に、ウェーハの中央部に発生するＯＳＦ
の円形領域の外径がウェーハ直径の３/５以下であるこ
とを特徴とするシリコンウェーハである。 (4) 上記シリコンウェーハでは、酸素濃度が９×10¹⁷at
oms/cm³（ASTM'79）以下にするのが望ましい。また、電
気特性を向上させるために、酸素の外方拡散処理を施す
ことが望ましい。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明の方法では、ＣＺ法によっ
て窒素をドープし、結晶温度が1150℃〜1000℃の範囲で
急冷して育成されたシリコン単結晶からウェーハを切り
出し、高温酸化処理を施した場合に、ウェーハの中央部
に発生するＯＳＦの円形領域の外径がウェーハ直径の３
/５以下になるように育成することを特徴としている。
ただし、上記のＯＳＦの円形領域は、前記図３(b)に示
すas-grownの状態では、ＯＳＦ核領域およびＯＳＦ核と
空洞（Void）の混在領域に相当する。

【００３１】ＣＺ法の引き上げ過程でシリコン単結晶に
ドープする窒素濃度は、１×10¹³atoms/cm³〜１×10¹⁵a
toms/cm³とする。窒素ドープによる空孔の拡散抑制の作
用は、濃度１×10¹³atoms/cm³以上で発揮されるので、
これを濃度下限と規定する。一方、窒素が高濃度にドー
プされると、as-grownの状態でＯＳＦ核が高密度に結晶
全面に形成することになるので、その上限を１×10¹⁵at
oms/cm³と規定した。

【００３２】ここで、ウェーハにドープした窒素濃度
は、引き上げ前のシリコンに対するドープした窒素量、
シリコンの融液並びに固相とでの窒素の分配係数、およ
び結晶の固化率から計算される。すなわち、シリコン中
の窒素の初期濃度Ｃ₀は、原料シリコンの原子量と添加
した窒素原子数とから計算され、結晶中の窒素濃度Ｃ_N
は下記(a)式で計算される。

【００３３】Ｃ_N＝Ｃ₀ｋ（１−ｘ）^k-1 ・・・ (a) 上記(a)式で、ｋは窒素の平行偏析係数であり、７×10
^-4を使用できる。ｘは固化率であり、結晶引き上げ重量
を初期チャージ量で割ったものとして表される。

【００３４】一般的に高速引き上げで単結晶を育成する
と、ＯＳＦ核領域が外周に発生するようになり、低速で
育成すると、発生する領域が外周から内側に収縮するよ
うになる。ＯＳＦ核領域がウェーハ内部に現れる場合に
は、窒素ドープによる空洞欠陥の縮小機能が有効に発揮
される。これに対し、ＯＳＦ核領域がウェーハ最外周部
に発生したり、またはウェーハ外に外れたりする場合に
は、空洞欠陥の縮小機能が発揮されないことがある。本
発明では、窒素ドープによる空洞欠陥の縮小機能を有効
に発揮させるため、ウェーハの中央部に発生するＯＳＦ
の円形領域の外径がウェーハ直径の３/５以下になるよ
うにしている。

【００３５】さらに、本発明の方法では、シリコン単結
晶の1150℃〜1000℃の温度範囲での冷却速度を2.5℃/mi
n以上にする。対象とする結晶温度を1150℃〜1000℃と
限定しているのは、当該温度範囲が空洞（Void）の形成
温度域に相当し、前記図４に示すように、該当温度範囲
を急冷することによって、ＬＰＤ密度を著しく減少でき
るからである。また、このときの冷却速度を2.5℃/min
以上としているのは、後述する実施例で示すように、各
実験での試行結果に基づくものであり、空孔の形成を完
全に抑制するためである。冷却速度の上限は特に限定し
ないが、育成中の単結晶を過度に冷却すると結晶内部に
残留応力が発生し、単結晶が割れる恐れがあることから
8.5℃/min以下にするのが望ましい。

【００３６】モニター用ウェーハとして使用する場合に
は、結晶中に含有される酸素濃度を特に規定しないが、
酸素濃度の低い条件で引き上げることにより、ＯＳＦ核
の発生密度を低減することは可能である。本発明者ら
は、ＯＳＦ核領域を含むウェーハであっても、酸素濃度
が９×10¹⁷atoms/cm³以下で育成された結晶から切り出
されたウェーハは、良好な電気特性を有することから、
モニター用ウェーハとしてだけでなく、製品ウェーハと
しても使用可能である。

【００３７】本発明のウェーハでは、９×10¹⁷atoms/cm
³を超えた酸素濃度で育成された単結晶から切り出され
た場合であっても、酸素の外方拡散処理を施すことによ
って、ＯＳＦの発生は抑制され、電気特性の改善が図れ
る。酸素の外方拡散処理を施すことでウェーハ表面近傍
に存在しているＯＳＦ核を収縮または消滅させることが
可能になり、ウェーハの全面にわたって表面近傍に空洞
またはＯＳＦ核が存在しないウェーハが作製することが
できる。酸素の外方拡散は高温で行うほど処理時間が短
縮できるので、処理温度は900℃以上で行うのが望まし
い。また、非酸化性雰囲気で外方拡散処理することによ
って、ウェーハ表面での酸化膜の成長が阻害されるの
で、表面近傍の酸素濃度がより低下することになり、外
方拡散の効果が促進される。

【００３８】本発明で採用する窒素ドープ方法は、原料
中または溶融液中への窒化物の混合や、炉内に窒素また
は窒素化合物ガスを流しながら単結晶を育成したり、溶
融前に高温多結晶シリコンに窒素ガスまたは窒素化合物
ガスを吹き付けるなどの慣用されている方法であればよ
い。さらに、原料として窒素を添加したＦＺシリコン結
晶、または表面に窒化珪素膜を形成したウェーハを原料
シリコンに添加して単結晶引き上げを行う方法や、窒素
または窒素化合物ガス雰囲気中で多結晶シリコンを溶融
することにより原料シリコンに窒素を添加する方法や、
窒化物製にするか、または石英坩堝に窒素を添加したも
のを坩堝として用いて単結晶の育成を行う方法なども採
用することができる。

【００３９】

【実施例】本発明の効果を確認するために、次の実施例
１、２によって確認実験を実施した。以下、実験結果を
詳細に説明するが、本発明の内容はこれら実施例に限定
されるものではない。（実施例１）図１に示した育成装置を用いて、窒素を4.
0×10¹²atoms/cm³〜1.3×10¹⁴atoms/cm³の濃度範囲でド
ープした、Ｐ型（100）、直径８インチ（203.2mm）のシ
リコン単結晶を育成した。この単結晶の初期酸素濃度は
8.5×10¹⁷atoms/cm³〜9.8×10¹⁷atoms/cm³（ASTM'79）
の範囲とし、ＯＳＦ核領域が結晶面に存在する引き上げ
条件にて育成した。このとき、引き上げ速度または熱シ
ールド材の条件を変更して、1150℃〜1000℃の温度範囲
の冷却速度を1.56℃/min〜2.87の範囲で変化させた。育
成条件を表１に示す。

【００４０】育成された各単結晶からウェーハを切り出
して表面研磨洗浄後に、これらのウェーハを1100℃で16
時間の高温熱処理を施した。次いで、これらのウェーハ
をライトエッチング液で２分間の選択エッチングを行
い、研磨面を光学顕微鏡にてエッチングピット密度をカ
ウントして、ウェーハ面に形成されているＯＳＦ領域を
確認した。

【００４１】さらに、空洞（Void）欠陥を顕在化させる
ために、ウェーハを切り出して、繰り返しSC−１洗浄を
10回繰り返した後に、表面検査装置を用いてＬＰＤ（1i
ghtpoint defect）を測定した。測定したＯＳＦ円形領
域の外径およびＬＰＤ密度を表１に示す。

【００４２】

【表１】表１の結果から明らかなように、ＯＳＦ円形領域の外径
がウェーハ直径の３/５以下（0.52）で、窒素濃度が１
×10¹³atoms/cm³以上で、かつ1150℃〜1030℃の温度範
囲での冷却速度が2.5℃/min以上の単結晶から作製され
たウェーハは、10回繰り返し洗浄後にもＬＰＤが殆ど観
察されない（サンプル１およびサンプル２）。これに対
し、窒素濃度およびＯＳＦ円形領域の外径が本発明で規
定する範囲であっても、冷却速度が2.5℃/min以下で徐
冷する場合には、ウェーハ中心部でＬＰＤが多数観察さ
れた（サンプル５およびサンプル６）。これは急冷が充
分でなく、空洞（Void）形成が完全に抑制されていない
ことを示している。

【００４３】ＯＳＦ円形領域の外径がウェーハ直径の３
/５以上（0.74）に存在するウェーハでは、他の条件が
本発明の規定範囲を具備する場合でも、ウェーハ中心部
で高密度のＬＰＤが観察された（サンプル３）。また、
窒素濃度が１×10¹³atoms/cm ³より低濃度である場合に
は、窒素ドープによる空洞（Void）抑制作用が不充分な
ため、結晶中心部で多数のＬＰＤが観察された（サンプ
ル４）。（実施例２）実施例１と同様に、窒素を1.1〜1.6×10¹⁴
atoms/cm³の濃度範囲でドープした、Ｐ型（100）、直径
８インチのシリコン単結晶を育成した。この単結晶の初
期酸素濃度は8.5×10¹⁷atoms/cm³〜13.1×10¹⁷atoms/cm
³（ASTM'79）の範囲とし、高温処理後のＯＳＦ円形領域
の外径がウェーハ直径の３／５以下になる引き上げ条件
で育成した。このとき、1150℃〜1000℃の温度範囲の冷
却速度は、2.25〜2.67℃/minとほぼ一定とした。

【００４４】実施例１と同様に、1100℃で16時間の高温
熱処理を施して、選択エッチングを行い、光学顕微鏡を
用いて、ＯＳＦ領域を確認した。また、育成された単結
晶からウェーハを切り出し表面研磨洗浄後に、これらの
ウェーハに1150℃で４時間の酸素の外方拡散処理をで行
った。その後に赤外散乱装置を用いて、表面無欠陥層の
厚さを測定してウェーハ表層の完全性を調査した。ＯＳ
Ｆ円形領の外径および調査結果を表２に示す。

【００４５】

【表２】酸素濃度が９×10¹⁷atoms/cm³以下であると、表面無欠
陥層の厚さが10μｍ以上確保でき、良好な特性である。
これに対し、酸素濃度が10×10¹⁷atoms/cc以上になる
と、単結晶の育成時に形成されたＯＳＦのサイズが増大
して、ウェーハ表面近傍での無欠陥層厚さが悪化する。

【００４６】

【発明の効果】本発明のシリコン単結晶の育成方法およ
びシリコンウェーハによれば、ＣＺ法による引き上げ条
件およびウェーハの中央部に発生するＯＳＦ核の円形領
域の外径を規定することによって、製造コストの増大を
伴うことなく、簡易な製造工程で、Grown-in欠陥の発生
を有効に抑制することができるシリコン単結晶およびシ
リコンウェーハを製造できる。しかも、さらに酸素濃度
を規定し、酸素の外方拡散処理を施すことによって、パ
ーティクルモニター用として最適なウェーハ、若しく
は、デバイス製造に適した低欠陥ウェーハを製造でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＣＺ法によるシリコン単結晶の育成方法を説明
する単結晶育成装置の概略構成を示す図である。

【図２】育成されたシリコン単結晶を切り出して、高温
酸化処理を施したのち結晶面を観察した結果を模式的に
示した図である。

【図３】ＣＺ法で窒素をドープする場合とドープしない
場合とに区分して育成した単結晶から切り出したウェー
ハのas-grownの状態で欠陥状況を観察した結果を模式的
に示す図である。

【図４】引き上げ速度変更実験によって得られたウェー
ハでのＬＰＤを測定した結果を示す図である。

【符号の説明】

１：坩堝、 1a：石英製容器 1b：黒鉛製容器、２：加熱ヒーター３：融液、４：引き上げ軸５：種結晶、６：単結晶７：熱シールド材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者梅野繁佐賀県杵島郡江北町大字上小田2201番地住友金属工業株式会社シチックス事業本部内 (72)発明者浅山英一佐賀県杵島郡江北町大字上小田2201番地住友金属工業株式会社シチックス事業本部内 (72)発明者西川英志佐賀県杵島郡江北町大字上小田2201番地住友金属工業株式会社シチックス事業本部内Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BA04 CF10 EA02 EB01 EH09 HA12 PA06 PA10 PA16 5F053 AA13 AA23 DD01 FF04 GG01 HH04 RR03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チョクラルスキー法によって窒素濃度を１
×10¹³atoms/cm³〜１×10¹⁵atoms/cm³とし、単結晶温度
が1150℃〜1000℃での冷却速度を2.5℃/min以上として
シリコン単結晶を育成する方法であって、育成された単
結晶からウェーハを切り出して高温酸化処理を施した場
合に、ウェーハの中央部に発生する酸化誘起積層欠陥の
円形領域の外径がウェーハ直径の３/５以下になるよう
に単結晶を引き上げることを特徴とするシリコン単結晶
の育成方法。
【請求項２】さらに、シリコン単結晶中の酸素濃度が９
×10¹⁷atoms/cm³（ASTM'79）以下であることを特徴とす
る請求項１に記載のシリコン単結晶の育成方法。
【請求項３】チョクラルスキー法によって単結晶温度が
1150℃〜1000℃での冷却速度を2.5℃/min以上として育
成され、窒素濃度が１×10¹³atoms/cm³〜１×10¹⁵atoms
/cm³であり、高温酸化処理を施した後に、ウェーハの中
央部に発生する酸化誘起積層欠陥の円形領域の外径がウ
ェーハ直径の３/５以下であることを特徴とするシリコ
ンウェーハ。
【請求項４】さらに、酸素濃度が９×10¹⁷atoms/cm³（A
STM'79）以下であることを特徴とする請求項３に記載の
シリコンウェーハ。
【請求項５】酸素の外方拡散処理を施したことを特徴と
する請求項３または４に記載のシリコンウェーハ。