JP4750916B2

JP4750916B2 - シリコン単結晶インゴットの育成方法およびそれを用いたシリコンウェーハ

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Publication number: JP4750916B2
Application number: JP08388299A
Authority: JP
Inventors: 英一浅山; 繁梅野; 正隆宝来
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2019-03-26
Also published as: JP2000272997A

Description

【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、さらにその単結晶から得られる集積回路を形成させるためのシリコンウェーハに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
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、主としてチョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という）によって育成される。
【０００３】
図１は、ＣＺ法による単結晶の育成方法を説明する単結晶育成装置の模式的断面図である。図１に示すように、坩堝１は石英製の内層保持容器1aと、この内層保持容器1aの外側に嵌合された黒鉛製の外層保持容器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支持軸1c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上げ軸４が配設されている。この引上げ軸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。さらに引上げ軸４を、支持軸1cによって回転される坩堝１と反対方向に所定の速度で回転させながら種結晶５を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。
【０００４】
このようにして育成されたシリコン単結晶から切り出されて、シリコンウェーハが作製され、高集積回路の形成に供される。ところが、この高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とされている。このパーティクルは市販される表面検査機器によって検査されるが、検出されるものにはプロセス装置単体から発生したり、実プロセスを行うことによって発生するパーティクルだけでなく、結晶育成時に生成する結晶欠陥も検出される。
【０００５】
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、ラインには製品用のウェーハだけでなく、パーティクルのモニター用として使われるダミーウェーハも投入される。当然ながら、このパーティクルモニターウェーハでは、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。
【０００６】
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、単結晶の引上げ軸を中心とするリング状の酸化誘起積層欠陥（ ring likely distributed oxidation-induced stacking faults :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。
【０００７】
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/cm³程度存在している。このGrown-in欠陥はＣＯＰと称され、内部が空洞の八面体構造を基本としている。0.35μｍ以下のデザインルールによるＵＬＳＩ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。
【０００８】
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10³〜から10⁴個/cm³程度存在している。
【０００９】
図２は、育成されたシリコン単結晶を引上げ軸と垂直な面と平行に切り出して、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。
【００１０】
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：以下単に「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。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リング領域において核を直接検出することは極めて困難であることから、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。
【００１１】
ＯＳＦリングの発生位置は、育成中の引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、引上げ速度を∨とした場合に、∨／Ｇの関係によって制御される。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リングを現すことができる。
【００１２】
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欠陥を低減する方法が、従来から提案されている。まず、ＯＳＦリングをウェーハの外周部に発生させて、ＯＳＦリング領域の内側に発生するＣＯＰの密度を低減させる方法として、次の提案がある。
【００１３】
特公平３−80338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中で1100℃以上の熱処理で、表層のＣＯＰを消滅する方法が提案されている。また、特開平10−208987公報では、ＣＯＰの欠陥密度を高くすることによって、欠陥サイズを微細化させ、微細になった欠陥を熱処理により消滅させるとしている。さらに、特開平10−098047号公報では、窒素をドープすることによって、ＣＯＰのサイズ分布を小さい方にシフトさせる方法が開示されている。しかし、上述のＣＯＰを低減させる方法では、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。
【００１４】
また、添加した窒素濃度が育成された結晶中にどの程度ドープされたかを検証する方法が確立されておらず、保証の点で問題が残る。特に、窒素ガスでドープする場合には、シリコン原料とともに窒化物を溶融する固体ドープ法よりもドープ量を把握しにくい。
【００１５】
一方、ＯＳＦリングをウェーハの内側に発生させて、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、この方法では、引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、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、工程の増加となり、製造コストの増大を招いたり、作業性が著しく低下するという問題が発生する。特に、パーティクルモニターウェーハとして使用する場合には、なるべく簡単に製造が可能で、さらに製造工程を増加させることなく、製造コストを低減させる必要がある。
【００１８】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、製造コストの増大をともなうことなく、簡易な製造工程で、ウェーハ全面に亘りＯＳＦリング領域を拡張し、Grown-in欠陥の発生を効果的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。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
ＣＺ法によって製造されたシリコン単結晶ウェーハは、酸化性雰囲気で、1000〜1200℃、1〜20時間の高温酸化処理を施すと、ＯＳＦリングが発生する場合がある。ＯＳＦは1200℃以上の高温でも消滅し難い安定な酸素析出物を核とし、上記の高温酸化処理によって誘起される。しかし、高温酸化処理を施さず、育成直後のas-grownの状態で、ＯＳＦの核を検出することは極めて困難である。言い換えると、as-grown状態のＯＳＦリング領域は、Grown-in欠陥が存在しない領域と言うことができる。
【００２０】
通常、ウェーハ面に現れるＯＳＦリングは、数〜10数mmの幅を有するが、本発明者らは、ＣＺ法で単結晶を育成する過程で、窒素をドープすることによってＯＳＦリングの幅を拡大させることが可能であり、ウェーハ全面をＯＳＦからなる領域にできることを見いだした。
【００２１】
前述の通り、ＯＳＦリングは極僅かな密度の酸素析出物が存在するが、それ以外のGrown-in欠陥が殆ど存在しない領域であるから、ウェーハ全面をＯＳＦリング領域とすれば、パーティクルモニターウェーハとして用いるのに最適なウェーハを得ることができる。また、ＯＳＦリング領域の外側には酸素析出領域とその外側には酸素析出抑制領域が存在しているが、これらの領域でもGrown-in欠陥が殆ど検出されないことから、これらの領域からなるウェーハであれば、パーティクルモニターウェーハとして有効である。
【００２２】
図３は、パーティクルモニターウェーハとして用いるのに有効なウェーハ表面の構成を模式的に示した図である。図３(a)は全面にＯＳＦリング領域が拡張されたウェーハを、同(b)はＯＳＦリング領域とそれに外接する酸素析出領域からなるウェーハを、同(c)はＯＳＦリング領域、酸素析出領域および酸素析出抑制領域からなるウェーハをそれぞれ示している。図に示す表面構成からなるウェーハであれば、Grown-in欠陥が殆ど検出されないことから、パーティクルのモニター用として最適なものとなる。
【００２３】
さらに、ＯＳＦリング上に存在する低密度の酸素析出物は、酸素濃度を低減させることによって、ＯＳＦの誘起が抑制される。したがって、酸素濃度が低い状態で結晶育成を行うか、またはウェーハに酸素の外方拡散処理を施して、酸素濃度を低減すれば、電気特性の改善が図れ、デバイス特性に優れたシリコンウェーハを得ることができる。
【００２４】
また、高温酸化処理を施す際に生成するＯＳＦ密度と窒素ドープ量には良好な相関があることを明らかにした。すなわち、ＯＳＦ密度と窒素ドープ量とは互いに正の相関があり、ＯＳＦ密度を検出することで結晶中のドープ量を推定することが可能になる。特に、窒素をガスドープする場合のドープ量の推定に有効である。
【００２５】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記（１）のシリコン単結晶インゴットの育成方法、および（２）のシリコンウェーハを要旨としている。
【００２６】
（１）ＣＺ法によってシリコン単結晶インゴットを育成する方法において、単結晶インゴット中に窒素が１×１０¹²ａｔｏｍｓ／ｃｍ³〜５×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度でドープされ、育成された単結晶インゴット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、ウェーハ表面が酸化誘起積層欠陥領域からなる単結晶インゴットが得られる引き上げ速度を維持したまま引き上げ長さ方向に酸化誘起積層欠陥領域を連続的に育成することを特徴とするシリコン単結晶インゴットの育成方法である。
【００２７】
上記のシリコン単結晶の育成方法は、単結晶インゴット中に窒素が１×１０¹²ａｔｏｍｓ／ｃｍ³〜５×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度でドープされ、育成された単結晶インゴット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、ウェーハ表面が酸化誘起積層欠陥領域および酸素析出領域からなる単結晶インゴットが得られる引き上げ速度を維持したまま引き上げ長さ方向に酸化誘起積層欠陥領域および酸素析出領域からなる混合領域を連続的に育成することができる。
【００２８】
また、上記のシリコン単結晶の育成方法は、育成された単結晶インゴット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、ウェーハ表面が酸化誘起積層欠陥領域、酸素析出領域および酸素析出抑制領域からなる単結晶インゴットが得られる引き上げ速度を維持したまま引き上げ長さ方向に酸化誘起積層欠陥領域、酸素析出領域および酸素析出抑制領域からなる混合領域を連続的に育成することができる。
【００２９】
（２）高温酸化処理により誘起されたＯＳＦの密度を測定することにより、結晶中へのドープ量が簡単に把握できることから、上記（１）の育成方法によって窒素をドープして育成されたシリコン単結晶から切り出され、高温酸化処理を施した場合に、当該酸化誘起積層欠陥領域の表面に１０³／ｃｍ²以上の酸化誘起積層欠陥が発生することを特徴とするシリコンウェーハである。
【００３０】
本発明によれば、ＣＺ法によって窒素をドープして育成されたシリコン単結晶から切り出されたウェーハに高温酸化処理を施した場合に、ウェーハ表面で検出される酸化誘起積層欠陥の密度に基づいてドープ量を推測することを特徴とするシリコンウェーハ中の窒素ドープ量の推定方法に適用できる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明では、育成中に窒素をドープし、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、ウェーハ結晶面の全域がＯＳＦからなる領域、またはＯＳＦ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ことを特徴としている。このとき、シリコン単結晶の窒素ドープ量が１×１０¹²ａｔｏｍｓ／ｃｍ³でＯＳＦリング領域の拡張効果が現れてくるが、１×１０¹⁴ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上とするのが望ましい。窒素添加によるＯＳＦリング領域を拡張する作用を充分に発揮させるためである。窒素ドープ量の上限は、極端に高濃度となると有転位化しやすくなるため、５×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³を上限にする。
【００３２】
ここで、ウェーハにドープした窒素濃度は、引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】
一般的に高速引上げで単結晶を育成すると、ＯＳＦリングがウェーハの外周部に現れるようになり、低速引上げで育成すると、現れる領域が外周側から内側に収縮する。ＯＳＦリングがウェーハ内部に現れる場合に、窒素ドープによるＯＳＦリング領域の拡張作用を有効に機能させることができる。したがって、ＯＳＦリングがウェーハ最外周部、またはウェーハ外に現れたり、ＯＳＦリングが中心部で消滅するような引上げ条件では、窒素ドープの効果は低減する。そのため、本発明においては、ＯＳＦリングがウェーハ最外周部に位置したり、ウェーハ中心部で消滅することのない引上げ条件を前提にするのが望ましい。
【００３５】
具体的には、育成された結晶の最大外径をDmaxとし、最小外径をDminとしたとき、（Dmax−Dmin）／Dmin×lOO（％）で表される結晶変形率が1.5〜2.0％となる速度を最大引上げ速度として、この最大引上げ速度の0.4倍〜0.8倍の引上げ速度で育成するのが望ましい。引上げ速度の下限を最大引上げ速度の0.4倍にすることにより、ＯＳＦリングを中心部に消滅させることがない。一方、引上げ速度の上限を最大引上げ速度の0.8倍にすることにより、ウェーハ最外周部に位置したり、またはウェーハ外に出てしまうようなことがない。
【００３６】
モニター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上げることにより、ＯＳＦの核を低減することが可能になる。本発明者らの研究によれば、ＯＳＦリング領域が全面に広がり、かつ含有される酸素濃度が９×10¹⁷atoms/cm³以下であるウェーハは、良好な電気特性を有し、モニター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ことが明らかになる。
【００３７】
また、９×10¹⁷atoms/cm³を超えた酸素濃度で育成された単結晶であっても、ウェーハに酸素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。ここでいう酸素外方拡散処理とは、後述する実施例で示すように、酸素析出物のサイズを収縮する熱処理であり、1200℃、さらに1300℃以上の高温処理が望ましい。
【００３８】
さらに、本発明者らの研究によって、見込みドープ量と、高温酸化処理を施した際に生成するＯＳＦ密度と良い相関を持つことが明らかになる。すなわち、高温酸化処理により誘起されるＯＳＦ密度を測定することによって、結晶中への窒素ドープ量を簡易に把握できる。このような観点から種々検討した結果、窒素ドープによるＯＳＦリング領域の拡張作用を有効に発揮させるには、高温酸化処理を施した場合に、ウェーハの表面に10³/cm²以上の酸化誘起積層欠陥が発生するのが望ましい。この評価方法は、特に窒素ガスによるドープの場合に有効である。
【００３９】
窒素ドープ方法としては、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。
【００４０】
【実施例】
本発明の効果を確認するため、次の４つの実験を実施した。
【００４１】
（実施例１）
図１に示す単結晶育成装置を用い、坩堝内で高純度多結晶シリコン100kgを溶融させ、ボロンをドーバントとして直径200mm、結晶方位<100>の単結晶を育成した。育成時の引上げ速度は、最大引上げ速度の0.6倍または0.9倍とした。酸素濃度は13〜15×10¹⁷atoms/cm³となるように育成した。
【００４２】
窒素の添加効果を調べるため、単結晶が肩下100mmまで成長したところから、窒素ガスを装置炉内に10ｌ/minで流した。育成後の単結晶から、結晶軸に平行に試験片を切り出し、酸素雰囲気中で800℃×４Hr＋1000℃×16Hrの熱酸化処理を施した。その後Ｘ線トポグラフ写真を撮影した。
【００４３】
図４はトポグラフ写真で観察した結果を模式的に図示したものであり、同図(a)、(b)は最大引上げ速度の0.6倍または0.9倍で窒素ドープした場合を、(c)は最大引上げ速度の0.9倍で窒素ドープしない場合の結果を示している。同図(c)に示すように、窒素ドープをせずに、引上げ速度を最大引上げ速度の0.9倍で育成すると、ＯＳＦリングは単結晶の外周部に発生している。
【００４４】
同図(a)から、最大引上げ速度の0.6倍の速度で引上げた結晶では、窒素をドープした位置からＯＳＦリングの幅が拡大し、徐々に全面がリング領域に変化していく過程が分かる。一方、同図(b)では、引上げ速度が最大引上げ速度の0.9倍になると、窒素をドープしているにも拘わらず、リング領域はそれほど大きな拡大を見せていない。したがって、窒素をドープした場合であっても、ＯＳＦリング幅の拡張挙動に引上げ速度が影響を及ぼすことなる。
【００４５】
（実施例２）前記図４（ａ）に示す単結晶と同じ育成条件、すなわち、育成時の引上げ速度を最大引上げ速度の０．６倍とし、窒素ガスを炉内に１０ｌ／ｍｉｎで流して結晶育成を行った。比較例として、窒素ガスを流さずに育成した単結晶も準備した（試験Ｎ０．１）。
【００４６】
育成後の単結晶から、結晶軸に垂直な面に平行にウェーハ状の試験片を切り出し、市販の表面検査機器（レーザーパーティクルカウンター）を用いて、Grown-in欠陥の密度を測定した。その結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】

【００４８】
表１から分かるように、窒素ドープした結晶（試験No.２）は、窒素ドープしない結晶（試験No.１）に比べGrown-in欠陥数が極めて低い。このことから、ＯＳＦリング領域がほぼ全面に拡がったウェーハはモニターウェーハとして有効であるといえる。さらに、酸素雰囲気中にて1100℃×16Hrの熱酸化処理を行って、ＯＳＦ密度を測定したが、窒素ドープした結晶（試験No.２）では、10⁴/cm²程度のＯＳＦをカウントした。
【００４９】
次いで、酸素低減の効果を確認するため、窒素ドープしたウェーハに、Ar雰囲気で1200℃×４Hrの熱処理による酸素外方拡散処理を施して、Grown-in欠陥の密度を測定した。その後、酸素雰囲気中にて1100℃×16Hrの熱酸化処理を行って、ＯＳＦ密度をカウントした（試験No.３）。その結果も表１に示すが、酸素外方拡散処理を施すことにより、ウェーハ表面のＯＳＦ密度が著しく低減していることが分かる。このことは、熱処理を施したことにより、パーティクルモニター用としてだけでなく、製品ウェーハとしても充分に使用できることを意味している。なお、この効果は、Ar以外の不活性ガス、水素または窒素若しくはそれらの混合ガスでも認められ、処理温度に関しては、さらに高温が適し、1300℃以上であることが望ましい。
【００５０】
（実施例３）
低酸素レベルで育成された単結晶の特性を確認するため、育成時の引上げ速度を最大引上げ速度の0.6倍とし、窒素ガスを炉内に10ｌ/minで流して、酸素濃度を8×lO¹⁷atoms/cm³である結晶を育成した。このシリコン単結晶から切り出したウェーハについて市販の表面検査枚器（レーザーパーティクルカウンター）を用いてGrown−in欠陥密度の評価を行った。さらに、酸素雰囲気中にて1100℃×16Hrの熱酸化処理を行って、ＯＳＦ密度を測定した（試験No.４）。その結果を、表１に示す。
【００５１】
表１から明らかなように、比較例の窒素ドープしない結晶（試験No.１）に比べ、実施例３で窒素ドープした結晶（試験No.４）は、Grown−in欠陥、ＯＳＦともに極めて低い。特に、ＯＳＦは、高温酸化処理によって殆ど誘起されていない。このことから、ＯＳＦリング領域がウェーハ全面に拡がったウェーハでも、結晶中の酸素濃度が低い場合には、ＯＳＦを誘起しないことが分かる。
【００５２】
（実施例４）
実施例１と同様に、図１に示す育成装置を用いて、さらに単結晶の育成を行った。ドープ量を見積もりやすくするために、窒素ガスドープ方式でなく、窒化膜を形成したシリコンウェーハを原料と共に仕込む方式とした。窒素濃度が10¹³〜から10¹⁵atoms/cm³の範囲で種々の濃度となるように窒化膜付きウェーハの投入量を調整した。
【００５３】
育成後の単結晶から、結晶軸に垂直な面に平行にウェーハ状の試験片を切り出し、酸素雰囲気中で1100℃×16hrの熱酸化処理を施した。その後ライトエッチング液で2分間選択エッチングした後、光学顕微鏡にてＯＳＦ密度を測定した。
【００５４】
図５は、ウェーハの中心から40mmの距離までに測定されたＯＳＦ密度の平均値である。同図から、ドープ量が増大するとＯＳＦ密度が増大しており、ＯＳＦ密度と仕込みの窒素濃度との間には良好な相関関係があることが明らかである。このことは、高温酸化処理により誘起されたＯＳＦの密度を測定すれば、仕込みの窒素濃度を推定できることを示している。したがって、ウェーハ表面で10³/cm²以上のＯＳＦをカウントすれば、育成された単結晶の窒素ドープ量は１×10¹⁴atoms/cm³以上であると推定することができる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明のシリコン単結晶およびシリコンウェーハによれば、製造コストの増大をともなうことなく、簡易な製造工程で、ウェーハ全面に亘りＯＳＦリング領域を拡張し、Grown-in欠陥の発生を効果的に抑制することができる。これにより、パーティクルモニター用として最適なウェーハを提供でき、さらに含有される酸素濃度を低減することによって、製品ウェーハとしても充分に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＺ法による単結晶の育成方法を説明する単結晶育成装置の模式的断面図である。
【図２】育成されたシリコン単結晶を引上げ軸と垂直な面と平行に切り出して、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】パーティクルモニターウェーハとして用いるのに有効なウェーハ表面の構成を模式的に示した図である。
【図４】トポグラフ写真で観察した結果を模式的に図示したものであり、同図(a)、(b)は窒素ドープした場合を、(c)は窒素ドープしない場合の結果を示している。
【図５】ウェーハの中心から40mmの距離までに測定されたＯＳＦ密度の平均値である。
【符号の説明】
１：ルツボ、 1a：内層保持容器
1b：外層保持容器、 1c：支持軸
２：ヒーター、３：溶融液
４：引上げ軸、５：種結晶
６：単結晶

Claims

チョクラルスキー法によってシリコン単結晶インゴットを育成する方法において、
単結晶インゴット中に窒素が１×１０¹²ａｔｏｍｓ／ｃｍ³〜５×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度でドープされ、
育成された単結晶インゴット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、ウェーハ表面が酸化誘起積層欠陥領域からなる単結晶インゴットが得られる引き上げ速度を維持したまま引き上げ長さ方向に酸化誘起積層欠陥領域を連続的に育成することを特徴とするシリコン単結晶インゴットの育成方法。
チョクラルスキー法によってシリコン単結晶インゴットを育成する方法において、
単結晶インゴット中に窒素が１×１０¹²ａｔｏｍｓ／ｃｍ³〜５×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度でドープされ、
育成された単結晶インゴット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、ウェーハ表面が酸化誘起積層欠陥領域および酸素析出領域からなる単結晶インゴットが得られる引き上げ速度を維持したまま引き上げ長さ方向に酸化誘起積層欠陥領域および酸素析出領域からなる混合領域を連続的に育成することを特徴とするシリコン単結晶インゴットの育成方法。
チョクラルスキー法によってシリコン単結晶インゴットを育成する方法において、
単結晶インゴット中に窒素が１×１０¹²ａｔｏｍｓ／ｃｍ³〜５×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度でドープされ、
育成された単結晶インゴット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、ウェーハ表面が酸化誘起積層欠陥領域、酸素析出領域および酸素析出抑制領域からなる単結晶インゴットが得られる引き上げ速度を維持したまま引き上げ長さ方向に酸化誘起積層欠陥領域、酸素析出領域および酸素析出抑制領域からなる混合領域を連続的に育成することを特徴とするシリコン単結晶インゴットの育成方法。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のシリコン単結晶の育成方法によって製造されたシリコン単結晶から切り出され、高温酸化処理を施した場合に、当該酸化誘起積層欠陥領域の表面に１０³／ｃｍ²以上の酸化誘起積層欠陥が発生することを特徴とするシリコンウェーハ。