JP2000044388A - シリコン単結晶ウエーハ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱酸化処理をした際に結晶全面あるいは外周
部を除いた全面にＯＳＦまたはＯＳＦの核が存在し、か
つゲッタリング能力を有するＣＺ法によるシリコン単結
晶ウエーハを安定した製造条件下に製造する。 【解決手段】 結晶成長時に、結晶中の固液界面近傍の
融点から1400℃の間の温度勾配をＧ（温度変化量／結晶
軸方向長さ）［℃／ｃｍ］とし、結晶中心部分の温度勾
配Ｇｃと結晶周辺部分の温度勾配Ｇｅとの差を△Ｇ＝
（Ｇｅ−Ｇｃ）で表した時、△Ｇが０または負となるよ
うに、用いる装置の炉内温度を制御し、かつ結晶直径を
横軸に、引上げ速度を縦軸として欠陥分布を示した分布
図において、ＯＳＦ領域が帯状逆Ｍ字型またはＵ字型を
形成する時、ＯＳＦ領域の内側ラインの最小値に対応す
る引上げ速度と、ＯＳＦ領域の外側ラインの最大値に対
応する引上げ速度の範囲内に制御しながら結晶を引上げ
るシリコン単結晶の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、結晶欠陥が少な
く、ゲッタリング能力を備えたシリコン単結晶ウエーハ
及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年は、半導体回路の高集積化に伴う素
子の微細化に伴い、その基板となるチョクラルスキー法
（以下、ＣＺ法と略記する）で作製されたシリコン単結
晶に対する品質要求が高まってきている。特に、ＦＰ
Ｄ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰ等のグローンイン（Ｇｒｏｗｎ−
ｉｎ）欠陥と呼ばれる酸化膜耐圧特性やデバイスの特性
を悪化させる、単結晶成長起因の欠陥が存在しその密度
とサイズの低減が重要視されている。

【０００３】これらの欠陥を説明するに当たって、先
ず、シリコン単結晶に取り込まれるベイカンシイ（Ｖａ
ｃａｎｃｙ、以下Ｖと略記することがある）と呼ばれる
空孔型の点欠陥と、インタースティシアル−シリコン
（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ−Ｓｉ、以下Ｉと略記する
ことがある）と呼ばれる格子間型シリコン点欠陥のそれ
ぞれの取り込まれる濃度を決定する因子について、一般
的に知られていることを説明する。

【０００４】シリコン単結晶において、Ｖ領域とは、Ｖ
ａｃａｎｃｙ、つまりシリコン原子の不足から発生する
凹部、穴のようなものが多い領域であり、Ｉ領域とは、
シリコン原子が余分に存在することにより発生する転位
や余分なシリコン原子の塊が多い領域のことであり、そ
してＶ領域とＩ領域の間には、原子の不足や余分が無い
（少ない）ニュートラル（Ｎｅｕｔｒａｌ、以下Ｎと略
記することがある）領域が存在していることになる。そ
して、前記グローンイン欠陥（ＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯ
Ｐ等）というのは、あくまでもＶやＩが過飽和な状態の
時に発生するものであり、多少の原子の偏りがあって
も、飽和以下であれば、欠陥としては存在しないことが
判ってきた。

【０００５】この両点欠陥の濃度は、ＣＺ法における結
晶の引上げ速度（成長速度）と結晶中の固液界面近傍の
温度勾配Ｇとの関係から決まり、Ｖ領域とＩ領域との境
界近辺にはＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥、Ｏｘｉｄａｔｉ
ｏｎ Ｉｎｄｕｓｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌ
ｔ）と呼ばれる欠陥が、結晶成長軸に対する垂直方向の
断面で見た時に、リング状に分布（以下、ＯＳＦリング
ということがある）していることが確認されている。

【０００６】これら結晶成長起因の欠陥は、通常の結晶
中固液界面近傍の温度勾配Ｇが大きい炉内構造（ホット
ゾーン：ＨＺということがある）を使用したＣＺ引上げ
機で結晶軸方向に成長速度を高速から低速に変化させた
場合、図５に示したような欠陥分布図として得られる。

【０００７】そしてこれらを結晶径方向（面）で分類す
ると、図６に示したように、例えば成長速度が０．６ｍ
ｍ／ｍｉｎ前後以上と比較的高速の場合には、空孔タイ
プの点欠陥が集合したボイド起因とされているＦＰＤ、
ＬＳＴＤ、ＣＯＰ等のグローンイン欠陥が結晶径方向全
域に高密度に存在し、これら欠陥が存在する領域はＶ−
リッチ領域と呼ばれている（図５のライン（Ａ）、図６
（Ａ）参照）。 また、成長速度が０．６ｍｍ／ｍｉｎ
以下の場合は、成長速度の低下に伴い、ＯＳＦリングが
結晶の周辺から発生し、このリングの外側に転位ループ
起因と考えられているＬ／Ｄ（Ｌａｒｇｅ Ｄｉｓｌｏ
ｃａｔｉｏｎ：格子間転位ループの略号、ＬＳＥＰＤ、
ＬＦＰＤ等）の欠陥が低密度に存在し、これら欠陥が存
在する領域はＩ−リッチ領域（Ｌ／Ｄ領域ということが
ある）と呼ばれている。さらに、成長速度を０．４ｍｍ
／ｍｉｎ前後以下と低速にすると、ＯＳＦリングがウエ
ーハの中心に凝集して消滅し、全面がＩ−リッチ領域と
なる（図５のライン（Ｃ）、図６（Ｃ））。

【０００８】また、最近Ｖ−リッチ領域とＩ−リッチ領
域の中間でＯＳＦリングの外側に、Ｎ領域と呼ばれる、
空孔起因のＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰも、転位ループ起
因のＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤも存在しない領域の存在が発
見されている。この領域はＯＳＦリングの外側にあり、
そして、酸素析出熱処理を施し、Ｘ−ｒａｙ観察等で析
出のコントラストを確認した場合に、酸素析出がほとん
どなく、かつ、ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤが形成されるほど
リッチではないＩ−リッチ領域側であると報告している
（図５のライン（Ｂ）、図６（Ｂ）参照）。

【０００９】そして、従来のＣＺ引上げ機ではウエーハ
の極一部にしか存在しないＮ領域を、引上げ機の炉内温
度分布を改良し、引上げ速度を調節して、Ｖ／Ｇ値（単
結晶引上げ速度をＶ［ｍｍ／ｍｉｎ］とし、シリコンの
融点から１３００℃の間の引上げ軸方向の結晶内温度勾
配の平均値をＧ［℃／ｍｍ］とするとき、Ｖ／Ｇで表わ
される比）を０．２０〜０．２２ｍｍ² ／℃・ｍｉｎと
してウエーハ全面及び結晶全長に対して制御すれば、Ｎ
領域をウエーハ全面に広げることが可能であると提案
（特開平８−３３０３１６号公報）している。

【００１０】しかしながら、このような極低欠陥領域を
結晶全体に広げて製造しようとすると、この領域がＩ−
リッチ領域側のＮ領域のみに限定されるため、製造条件
の上で制御範囲が極めて狭く、実験機ならともかく生産
機では精密制御が難しく、生産性に難点があって実用的
でない。

【００１１】一方、現行の通常のシリコン単結晶は、図
５に示すように結晶軸方向に成長速度を故意に高速から
低速に変化させる操業を行った場合、図６に示したよう
に（Ａ）全面Ｖ−リッチ領域型、（Ｂ）Ｖ−リッチ領域
とＮ−領域の共存型、（Ｃ）全面Ｉ−リッチ領域型（Ｌ
／Ｄリッチ領域型ということがある）及び（Ｄ）Ｖ−リ
ッチ領域とＩ−リッチ領域共存型（不図示）が形成さ
れ、目的用途に応じて各品質が得られるよう結晶軸方向
の成長速度を調整して製造している。

【００１２】そしてこれらの内、（Ａ）の全面Ｖ−リッ
チ領域型は標準品として量産されている。（Ｂ）のＶ−
Ｎ共存型は（Ａ）の改良品として製造されているが、デ
バイス工程でＮ−領域は高歩留りであってもＶ−リッチ
領域では低下し、不完全なものである。（Ｃ）の全面Ｉ
−リッチ領域型はパーティクルモニターとして製造して
いるが、Ｌ／Ｄが障害となり、デバイス作製用としては
使用されていない。また、（Ａ）、（Ｃ）、（Ｄ）各タ
イプのウエーハは、デバイス工程に投入しても、ウエー
ハ表面に残存しているサイズが大きい空孔や格子間転位
等の影響により、デバイスの歩留りが悪化する傾向があ
る。

【００１３】最近では、（Ｅ）タイプ（不図示）として
全面Ｎ−領域型が提案されており、全面で高歩留りが得
られるものの前述したように量産性が低いのが現状であ
る。さらに、（Ｂ）、（Ｅ）タイプの場合、熱処理して
も酸素が析出しないＩ−リッチ側のＮ−領域ではゲッタ
リング能力が不足する場合もあり、必ずしも安定的では
ない。一方、シリコン単結晶ウエーハを基板として使用
するエピタキシャルウエーハにおいては、ゲッタリング
能力向上のために、析出および欠陥の多い基板が望まれ
ている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題点に鑑みなされたもので、熱酸化処理をした際に結
晶全面あるいは外周部を除いた全面にＯＳＦまたはＯＳ
Ｆの核が形成され、高いゲッタリング能力を有するＣＺ
法によるシリコン単結晶ウエーハを安定した製造条件下
に得ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために為されたもので、本発明の請求項１に記載
した発明は、チョクラルスキー法により育成されたシリ
コン単結晶ウエーハであって、熱酸化処理をした際に結
晶全面あるいは外周部を除いた全面にＯＳＦまたはＯＳ
Ｆの核が存在するシリコン単結晶ウエーハである。この
ように、本発明のウエーハは、ＯＳＦあるいはその潜在
核が結晶全面あるいは外周部を除いた全面に形成された
ことにより、ゲッタリング能力が著しく向上したものと
なった。

【００１６】そして、本発明の請求項２に記載した発明
は、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結
晶ウエーハであって、熱酸化処理をした際にウエーハ全
面の９０％以上の面積にＯＳＦまたはＯＳＦの核が存在
するシリコン単結晶ウエーハである。

【００１７】この場合、請求項３に記載したように、請
求項１または請求項２に記載したシリコン単結晶ウエー
ハであって、ＦＰＤ、ＣＯＰ及びＬ／Ｄがウエーハ全面
内に存在しないシリコン単結晶ウエーハである。

【００１８】また、請求項４に記載したように、ウエー
ハの酸素濃度が２４ｐｐｍａ（ＡＳＴＭ’７９値）未満
であることが好ましい。このようにすると、熱酸化処理
をした際にＯＳＦの核は存在するが、ＯＳＦは発生せ
ず、かつ、ＦＰＤ、ＣＯＰ、Ｌ／Ｄ等がウエーハ全面内
に存在しないシリコン単結晶ウエーハとなる。

【００１９】さらに、請求項５に記載したように、前記
熱酸化処理をした際に発生するＯＳＦの密度が１００個
／ｃｍ² 以下であるという極低欠陥のシリコン単結晶ウ
エーハである。この程度のＯＳＦ密度ならば、エピタキ
シャル層の結晶性に悪影響を及ぼすことはない。

【００２０】本発明の請求項６に記載した発明は、請求
項１ないし請求項５に記載したシリコン単結晶ウエーハ
を基板としたエピタキシャルウエーハであり、ゲッタリ
ング能力に優れており、高抵抗のｐ型基板でもゲッタリ
ングが十分に実現できる。

【００２１】そして、このようなシリコン単結晶ウエー
ハの製造方法としては、本発明の請求項７に記載したよ
うに、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を製
造する場合において、育成されるシリコン単結晶が結晶
成長時に、結晶中の固液界面近傍の融点から１４００℃
の間の温度勾配をＧ（温度変化量／結晶軸方向長さ）
［℃／ｃｍ］とし、結晶中心部分の温度勾配Ｇｃ［℃／
ｃｍ］と結晶周辺部分の温度勾配Ｇｅ［℃／ｃｍ］との
差を△Ｇ＝（Ｇｅ−Ｇｃ）で表した時、△Ｇが０または
負となるように、用いる装置の炉内温度を制御し、かつ
結晶直径を横軸に、引上げ速度を縦軸として欠陥分布を
示した欠陥分布図において、ＯＳＦ領域が帯状逆Ｍ字型
またはＵ字型を形成する時、ＯＳＦ領域の内側ラインの
最小値に対応する引上げ速度と、ＯＳＦ領域の外側ライ
ンの最大値に対応する引上げ速度の範囲内に制御しなが
ら結晶を引上げるシリコン単結晶の製造方法である。

【００２２】このように、実験・調査の結果を解析して
求めた図１の欠陥分布図を元に、シリコンの融点から１
４００℃の間の引上げ軸方向の結晶内温度勾配Ｇの結晶
中心と結晶周辺との差△Ｇが０または負となるように用
いる装置の炉内温度を制御し、引上げ速度を上記で規定
した範囲内に制御しながら結晶を引上げれば、本発明の
ような、熱酸化処理をした際に結晶全面あるいは外周部
を除いた全面にＯＳＦまたはＯＳＦの核が存在し、か
つ、ＦＰＤ、ＣＯＰ及びＬ／Ｄ等の欠陥がウエーハ全面
内に存在しないシリコン単結晶を作製することができ
る。

【００２３】この場合、請求項８に記載したように、前
記チョクラルスキー法によるシリコン単結晶を製造する
場合に、磁場を印加するＭＣＺ法を用いれば、より安定
してシリコン単結晶を製造することができる。そして特
に請求項９に記載したように、前記ＭＣＺ法によるシリ
コン単結晶を製造する場合に、横磁場で２０００Ｇａｕ
ｓｓ以上の磁場を印加すれば、より一層安定性が得られ
る。

【００２４】さらに、請求項１０に記載したように、前
記結晶成長時の引上げ速度の精度を、結晶定径部（単結
晶の直胴部分をいう）の成長長さ１０ｃｍごとに算出し
た引上げ速度の平均値±０．０１［ｍｍ／ｍｉｎ］以内
とすることが望ましい。引上げ速度の精度をこのように
高精度にすれば、容易に請求項７ないし請求項９で規定
する条件下でシリコン単結晶を安定して製造することが
できる。

【００２５】また、請求項１１に記載したように、炉内
温度を制御するためには、引上げ装置内に環状固液界面
断熱材を設け、この下端と融液表面との間隔を５〜１０
ｃｍに設定すればよい。こうすれば、上記結晶中心部分
の温度勾配Ｇｃ［℃／ｃｍ］と結晶周辺部分の温度勾配
Ｇｅ［℃／ｃｍ］との差△Ｇ＝（Ｇｅ−Ｇｃ）が０また
は負、すなわち結晶周辺の温度勾配と結晶中心の温度勾
配が等しいか、あるいは結晶周辺の温度勾配の方が結晶
中心より低くなるように炉内温度を制御することがで
き、ＯＳＦ分布を帯状逆Ｍ字型あるいはＵ字型にするこ
とができる。

【００２６】そして、上記請求項７ないし請求項１１に
記載のシリコン単結晶の製造方法で製造されたシリコン
単結晶をスライスして得られるシリコン単結晶ウエーハ
（請求項１２）は、これを基板として、エピタキシャル
層を成長すれば、ゲッタリング能力に優れたエピタキシ
ャルウエーハを製造することができる。

【００２７】以下、本発明につき詳細に説明するが、本
発明はこれらに限定されるものではない。説明に先立ち
各用語につき予め解説しておく。１）ＦＰＤ（Ｆｌｏｗ
Ｐａｔｔｅｒｎ Ｄｅｆｅｃｔ）とは、成長後のシリ
コン単結晶棒からウェーハを切り出し、表面の歪み層を
弗酸と硝酸の混合液でエッチングして取り除いた後、Ｋ
₂ Ｃｒ₂ Ｏ₇ と弗酸と水の混合液で表面をエッチング
（Ｓｅｃｃｏエッチング）することによりピットおよび
さざ波模様が生じる。このさざ波模様をＦＰＤと称し、
ウェーハ面内のＦＰＤ密度が高いほど酸化膜耐圧の不良
が増える（特開平４−１９２３４５号公報参照）。

【００２８】２）ＳＥＰＤ（Ｓｅｃｃｏ Ｅｔｃｈ Ｐ
ｉｔ Ｄｅｆｅｃｔ）とは、ＦＰＤと同一のＳｅｃｃｏ
エッチングを施した時に、流れ模様（ｆｌｏｗ ｐａｔ
ｔｅｒｎ）を伴うものをＦＰＤと呼び、流れ模様を伴わ
ないものをＳＥＰＤと呼ぶ。この中で１０μｍ以上の大
きいＳＥＰＤ（ＬＳＥＰＤ）は転位クラスターに起因す
ると考えられ、デバイスに転位クラスターが存在する場
合、この転位を通じて電流がリークし、Ｐ−Ｎジャンク
ションとしての機能を果たさなくなる。

【００２９】３）ＬＳＴＤ（Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｔｔｅ
ｒｉｎｇ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ Ｄｅｆｅｃｔ）と
は、成長後のシリコン単結晶棒からウエーハを切り出
し、表面の歪み層を弗酸と硝酸の混合液でエッチングし
て取り除いた後、ウエーハを劈開する。この劈開面より
赤外光を入射し、ウエーハ表面から出た光を検出するこ
とでウエーハ内に存在する欠陥による散乱光を検出する
ことができる。ここで観察される散乱体については学会
等ですでに報告があり、酸素析出物とみなされている
（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ． Ｖｏｌ．３２，
Ｐ３６７９，１９９３参照）。また、最近の研究では、
八面体のボイド（穴）であるという結果も報告されてい
る。

【００３０】４）ＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉ
ｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）とは、ウエーハの中心
部の酸化膜耐圧を劣化させる原因となる欠陥で、Ｓｅｃ
ｃｏエッチではＦＰＤになる欠陥が、ＳＣ−１洗浄（Ｎ
Ｈ₄ ＯＨ：Ｈ₂ Ｏ₂ ：Ｈ₂ Ｏ＝１：１：１０の混合液に
よる洗浄）では選択エッチング液として働き、ＣＯＰに
なる。このピットの直径は１μｍ以下で光散乱法で調べ
る。

【００３１】５）Ｌ／Ｄ（Ｌａｒｇｅ Ｄｉｓｌｏｃａ
ｔｉｏｎ：格子間転位ループの略号）には、ＬＳＥＰ
Ｄ、ＬＦＰＤ等があり、転位ループ起因と考えられてい
る欠陥である。ＬＳＥＰＤは、上記したようにＳＥＰＤ
の中でも１０μｍ以上の大きいものをいう。また、ＬＦ
ＰＤは、上記したＦＰＤの中でも先端ピットの大きさが
１０μｍ以上の大きいものをいい、こちらも転位ループ
起因と考えられている。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明者ら
は、先に特願平９−１９９４１５号で提案したように、
ＣＺ法によるシリコン単結晶成長に関し、Ｖ領域とＩ領
域の境界近辺について、詳細に調査したところ、この境
界近辺の極く狭い領域にＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰの数
が著しく少なく、Ｌ／Ｄも存在しないニュートラルな領
域があることを発見した。

【００３３】そこで、このニュートラルな領域をウエー
ハ全面に広げることができれば、点欠陥を大幅に減らせ
ると発想し、成長（引上げ）速度と温度勾配の関係の中
で、結晶のウエーハ面内では、引上げ速度はほぼ一定で
あるから、面内の点欠陥の濃度分布を決定する主な因子
は温度勾配である。つまり、ウエーハ面内で、軸方向の
温度勾配に差があることが問題で、この差を減らすこと
が出来れば、ウエーハ面内の点欠陥の濃度差も減らせる
ことを見出し、結晶中心部の温度勾配Ｇｃと結晶周辺部
分の温度勾配Ｇｅとの差を△Ｇ＝（Ｇｅ−Ｇｃ）≦５℃
／ｃｍとなるように炉内温度を制御して引上げ速度を調
節すれば、ウエーハ全面がＮ領域からなる欠陥のないウ
エーハが得られるようになった。

【００３４】本発明では、上記のような温度勾配の差△
Ｇが小さいＣＺ法による結晶引上げ装置を使用し、炉内
構造を組み変えて△Ｇを変化させ、引上げ速度を変えて
結晶面内を調査した結果、新たに次のような知見を得
た。使用した装置の炉内構造は図４（ａ）に示したよう
に、湯面から環状固液界面断熱材の下端までの間隔を変
えて△Ｇを変化させ、単結晶定径部の平均引上げ速度を
例えば０．６〜０．３ｍｍ／ｍｉｎまで、１０ｃｍ毎に
０．０５ｍｍ／ｍｉｎづつ減速して変化させて、ＯＳＦ
リングが結晶バルク中心で消滅し、Ｌ／Ｄ領域が形成さ
れる様子を調査した。

【００３５】その結果を解析して図１に欠陥分布図とし
て示した。横軸は結晶直径方向、縦軸は成長速度であ
る。図１は、△Ｇが０または負、すなわち結晶周辺の温
度勾配Ｇｅと結晶中心の温度勾配Ｇｃが等しいか、ある
いは結晶周辺の温度勾配Ｇｅの方が結晶中心の温度勾配
Ｇｃより低い場合で、かつ成長速度が０．４８〜０．４
５ｍｍ／ｍｉｎの範囲において、ＯＳＦが帯状で逆Ｍ字
型あるいはＵ字型に分布していることを表している。そ
してこの分布の内、成長速度が０．４７〜０．４５ｍｍ
／ｍｉｎの範囲を結晶面として見ると、図３（ａ）のよ
うに外周部（Ｉ−リッチ側のＮ−領域）を除いた９０％
以上の面積がＯＳＦ領域で、ＯＳＦまたはその潜在核が
存在するウエーハとなっていることが判る。

【００３６】そして、本発明は図１の欠陥分布図におい
て、ＯＳＦ領域が帯状逆Ｍ字型またはＵ字型を形成する
時、ＯＳＦ領域の内側ラインの最小値に対応する引上げ
速度と、ＯＳＦ領域の外側ラインの最大値に対応する引
上げ速度の範囲内に引上げ速度を制御しながら結晶を引
上げようというもので、上記の例で具体的に言えば、成
長速度を０．４７〜０．４５ｍｍ／ｍｉｎの範囲内に設
定し、結晶定径部の成長長さ１０ｃｍごとに算出した目
標成長速度の平均値±０．０１ｍｍ／ｍｉｎ以内となる
ように高精度に制御して引上げる。こうして得られた単
結晶棒を縦割りにし、前記同様欠陥分布を調査した。そ
の結果を図２に示す。図２から明らかなように最適成長
速度を維持して引上げた部分はその全長に亙ってＯＳＦ
領域が円柱状に分布し、ＯＳＦ領域以外の外周部がＩ−
リッチ側のＮ−領域であることが判る。

【００３７】図３（ｂ）は、こうして得られた単結晶棒
の外周のＯＳＦ未発生領域（Ｎ−領域）を研削して除去
し、スライスして得たウエーハを表しており、面内１０
０％にＯＳＦあるいはその潜在核が存在しているシリコ
ン単結晶ウエーハである。

【００３８】逆に△Ｇが０を超えてプラスの場合、すな
わち結晶周辺の温度勾配Ｇｅの方が結晶中心の温度勾配
Ｇｃより高い場合は、成長速度が約０．６〜０．４ｍｍ
／ｍｉｎの範囲において、図５に示したようにＯＳＦは
帯状で三日月型に分布しており、図６の結晶面内分布で
見ても本発明品のように、全面或は外周部を除いた全面
がＯＳＦ領域で、ウエーハ全面の９０％以上と言った広
い面積でＯＳＦまたはその潜在核が存在し、外周部がＩ
−リッチ側のＮ−領域で形成されたウエーハが現れるこ
とはないことが判る。以上のことは従来の△Ｇがプラス
側に大きい結晶引上げ装置で実験した場合には発見され
ず、今回上記の△Ｇが０または負の結晶引上げ装置を使
用した結晶を調査した結果、発見したものである。

【００３９】この調査における引上げ装置の炉内温度に
ついては、総合伝熱解析ソフトＦＥＭＡＧ（Ｆ．Ｄｕｐ
ｒｅｔ，Ｐ．Ｎｉｃｏｄｅｍｅ，Ｙ．Ｒｙｃｋｍａｎ
ｓ，Ｐ．Ｗｏｕｔｅｒｓ，ａｎｄ Ｍ．Ｊ．Ｃｒｏｃｈ
ｅｔ，Ｉｎｔ．Ｊ．ＨｅａｔＭａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅ
ｒ，３３，１８４９（１９９０））を使用して鋭意解析
を行った結果、判明したものである。

【００４０】一方、本発明のウエーハに存在するＯＳＦ
については、最近の研究からウエーハ全面内で低酸素濃
度とした場合には、ＯＳＦの核が存在しても熱酸化処理
によりＯＳＦを発生することはなく、デバイスに影響を
与えないということが判ってきている。この酸素濃度の
限界値は、同一の結晶引上げ装置を使用して、数種類の
酸素濃度レベルの結晶を引上げた結果、ウエーハ全面内
の酸素濃度が２４ｐｐｍａ（ＡＳＴＭ’７９）未満であ
れば、ウエーハの熱酸化処理を行った時にＯＳＦ密度を
１００個／ｃｍ² 以下に抑制できること、あるいは発生
しないことが確認された。

【００４１】すなわち、調査によれば、一本の結晶を引
上げ中に徐々に酸素濃度を下げていった時に、結晶全長
にわたってＯＳＦとなる核は存在するが、ウエーハの熱
酸化処理を行った時にＯＳＦが観察されるのは２４ｐｐ
ｍａまでで、２４ｐｐｍａ未満ではＯＳＦの核は存在す
るが、熱酸化処理によるＯＳＦは発生していないことが
判った。

【００４２】ちなみに、成長結晶中の酸素濃度を２４ｐ
ｐｍａ未満にするには、従来から一般に用いられている
方法で行えばよく、例えば、ルツボの回転数あるいは融
液内温度分布等を調整して融液の対流を制御する等の手
段により簡単に行うことができる。

【００４３】なお、本発明により作製されたウエーハの
熱酸化処理をした際に発生するＯＳＦの密度は、１００
個／ｃｍ² 以下と極めて低欠陥で、この程度のＯＳＦ密
度ならば、エピタキシャルウエーハとした場合に、エピ
タキシャル層の結晶性に悪影響を及ぼすことはない。こ
の場合、ＯＳＦ密度の測定は、シリコン単結晶ウエーハ
に、１２００℃／１００分の熱処理を施したのち、ライ
ト（Ｗｒｉｇｈｔ）液で選択エッチング処理して測定し
た。

【００４４】以下、本発明で使用するＣＺ法による単結
晶引上げ装置の構成例を図４（ａ）により説明する。図
４（ａ）に示すように、この単結晶引上げ装置３０は、
引上げ室３１と、引上げ室３１中に設けられたルツボ３
２と、ルツボ３２の周囲に配置されたヒータ３４と、ル
ツボ３２を回転させるルツボ保持軸３３及びその回転機
構（図示せず）と、シリコンの種結晶５を保持するシー
ドチャック６と、シードチャック６を引上げるワイヤ７
と、ワイヤ７を回転又は巻き取る巻取機構（図示せず）
を備えて構成されている。ルツボ３２は、その内側のシ
リコン融液（湯）２を収容する側には石英ルツボが設け
られ、その外側には黒鉛ルツボが設けられている。ま
た、ヒータ３４の外側周囲には断熱材３５が配置されて
いる。

【００４５】また、本発明の製造方法に関わる製造条件
を設定するために、結晶の固液界面４の外周に環状の固
液界面断熱材８を設けている。この固液界面断熱材８
は、その下端とシリコン融液２の湯面３との間に５〜１
０ｃｍの間隔１０を設けて設置されている。図４（ｂ）
に示したヒータを囲繞する断熱材３５の上に設けられた
上部断熱材９は、炉内温度条件によって使用するもの
で、その場合は、間隔１０を調節することになる。さら
に、冷却ガスを吹き付けたり、輻射熱を遮って単結晶を
冷却する筒状の冷却装置（不図示）を設けることもあ
る。別に、最近では引上げ室３１の水平方向の外側に、
図示しない磁石を設置し、シリコン融液２に水平方向あ
るいは垂直方向等の磁場を印加することによって、融液
の対流を抑制し、単結晶の安定成長をはかる、いわゆる
ＭＣＺ法が用いられることも多い。

【００４６】次に、上記の単結晶引上げ装置３０による
単結晶育成方法について説明する。まず、ルツボ３２内
でシリコンの高純度多結晶原料を融点（約１４２０°
Ｃ）以上に加熱して融解する。次に、ワイヤ７を巻き出
すことにより融液２の表面略中心部に種結晶５の先端を
接触又は浸漬させる。その後、ルツボ保持軸３３を適宜
の方向に回転させるとともに、ワイヤ７を回転させなが
ら巻き取り種結晶５を引上げることにより、単結晶育成
が開始される。以後、引上げ速度と温度を適切に調節す
ることにより略円柱形状の単結晶棒１を得ることができ
る。

【００４７】この場合、本発明では、本発明の目的を達
成するために特に重要であるのは、図４（ａ）または図
４（ｂ）に示したように、引上げ室３１の湯面上の単結
晶棒１中の液状部分の外周空間において、湯面近傍の結
晶の融点から１４００℃までの温度域が制御できるよう
に環状の固液界面断熱材８を設けたことと、断熱材３５
の上に上部断熱材９を配置したことである。

【００４８】すなわち、この炉内温度を制御するため
に、図４（ａ）に示したように、引上げ室３１内に環状
固液界面断熱材８を設け、この下端と融液表面との間隔
１０を５〜１０ｃｍに設定すればよい。こうすれば、上
記結晶中心部分の温度勾配Ｇｃ［℃／ｃｍ］と結晶周辺
部分の温度勾配Ｇｅ［℃／ｃｍ］との差△Ｇ＝（Ｇｅ−
Ｇｃ）が０または負、すなわち結晶周辺の温度勾配と結
晶中心の温度勾配が等しいか、あるいは結晶周辺の温度
勾配の方が結晶中心より低くなるように炉内温度を制御
することができる。別の方法としては、図４（ｂ）に示
したように、上記間隔１０を調節すると共に、上部断熱
体９を断熱材３５の上に継ぎ足して上部空間からの放熱
を制御する方法もある。

【００４９】また、前記結晶成長時の引上げ速度の精度
については、結晶定径部の成長長さ１０ｃｍごとに算出
した引上げ速度の平均値±０．０１［ｍｍ／ｍｉｎ］以
内とすることが望ましく、引上げ速度の精度がこの範囲
にあれば、上記炉内温度（△Ｇ）と引上げ速度条件値と
の相乗効果により、結晶全長に亙り、かつ、面内９０％
以上に円柱状のＯＳＦ領域またはその潜在核が存在する
シリコン単結晶を安定して製造することができる。

【００５０】以上述べたシリコン単結晶の製造方法で製
造されたシリコン単結晶をスライスして得られるシリコ
ン単結晶ウエーハは、ウエーハに熱酸化処理をした際
に、結晶全面あるいは外周部を除いた全面にＯＳＦまた
はＯＳＦの核が形成されることによりゲッタリング能力
が著しく向上し、かつＦＰＤ、ＣＯＰ及びＬ／Ｄがウエ
ーハ全面内に存在しないために酸化膜耐圧も良好な極低
欠陥品である。そして、低酸素化を併用すれば、熱酸化
処理をした際に発生するＯＳＦの密度が１００個／ｃｍ
² 以下の低密度となり、エピタキシャルウエーハの基板
として、エピタキシャル層に悪影響を与えることなく、
ゲッタリング能力を有するシリコン単結晶ウエーハを製
造することができる。

【００５１】

【実施例】以下、本発明の実施例を挙げて説明するが、
本発明はこれらに限定されるものではない。 （実施例１）図４（ａ）に示した引上げ装置３０で、２
４インチ石英ルツボに原料多結晶シリコンを１００Ｋｇ
チャージし、直径８インチ、方位＜１００＞、直胴長さ
約１ｍのシリコン単結晶棒を引上げた。使用した炉内構
造（ホットゾーン：ＨＺ）は、湯面３と環状固液界面断
熱材８の下端との間隔１０を６０ｍｍに設定し、シリコ
ン融液２の湯温を約１４２０℃に保持した。そしてこの
場合、磁場として３０００Ｇａｕｓｓの横磁場を印加し
た。

【００５２】以上の条件下で平均引上げ速度を０．６〜
０．３ｍｍ／ｍｉｎまで、１０ｃｍ毎に０．０５ｍｍ／
ｍｉｎづつ減速して変化させて、ＯＳＦが結晶バルク中
心で消滅し、Ｌ／Ｄ領域が形成される様子を調査した。
調査方法は、結晶を厚さ２ｍｍに縦割りにし、表面の加
工歪みをエッチング除去して２枚の試料を作製した。１
枚は３０分間セコ・エッチングを施した後、ＦＰＤ、Ｌ
／Ｄを観察した。また、残りの１枚については、１２０
０℃／１００分間の熱処理を施した後、ライト液で選択
エッチング処理してＯＳＦの発生状況を確認した。その
結果をまとめて図１に欠陥分布図として示した。横軸は
結晶直径方向、縦軸は引上げ速度である。図からＯＳＦ
が帯状で逆Ｍ字型またはＵ字型に分布していることが判
る。これを見ると、この炉内構造では、本発明品を得る
ためには、成長速度を０．４７〜０．４５ｍｍ／ｍｉｎ
に制御すれば良いことが判る。

【００５３】次に、上記調査・実験結果を元に、結晶面
内全面がＯＳＦ領域である本発明品を結晶軸方向に拡大
するために、最適成長速度（０．４７〜０．４５ｍｍ／
ｍｉｎ）に設定し、結晶定径部の成長長さ１０ｃｍごと
に算出した目標成長速度の平均値±０．０１以内となる
ように制御して引上げた。こうして得られた単結晶棒を
縦割りにし、前記同様欠分布を調査した。その結果を図
２に示す。図から明らかなように最適成長速度を維持し
て引上げた部分はその全長に亙ってＯＳＦ領域が円柱状
に分布し、ＯＳＦ領域以外の外周がＩ−リッチ側のＮ−
領域であることが判る。

【００５４】別に上記と同条件で単結晶棒を引上げ、鏡
面研磨仕上げウエーハに加工し、ＦＰＤ、Ｌ／Ｄ、ＯＳ
Ｆの評価を行った。その結果、図３（ａ）に示したよう
なＯＳＦが９５％の円形に分布し、ＯＳＦ領域以外の外
周がＩ−リッチ側のＮ−領域であるウエーハであった。
そして、ＦＰＤ、Ｌ／Ｄは観察されなかった。なお、こ
のウエーハの酸化膜耐圧特性は、Ｃ−モード良品率で１
００％となった。Ｃ−モード測定条件は、次の通りであ
る。 １）酸化膜厚：２５ｎｍ、 ２）測定電極：リンド
ープ・ポリシリコン、 ３）電極面積：８ｍｍ² 、 ４）判定電流：１ｍＡ
／ｃｍ² 、 ５）判 定：絶縁破壊電界が８ＭＶ／ｃｍ以上のものを
良品と判定した。

【００５５】（実施例２）炉内構造を図４（ｂ）に示し
たように、断熱材３５の上に上部断熱材９を設置し、シ
リコン融液面３と環状固液界面断熱材８の下端との間隔
１０を５０ｍｍとした以外は実施例１と同じ条件で引上
げた結果、実施例１とほぼ同じ品質の単結晶棒を得た。

【００５６】（実施例３）成長結晶中の酸素濃度を２４
ｐｐｍａ以下に抑えた以外は、実施例１と同条件で引上
げ、欠陥を評価したところ、ＯＳＦ領域におけるＯＳＦ
の密度は、０〜１０個／ｃｍ² 、平均約２個／ｃｍ² で
あり、極めて低密度であり、殆ど観察されなかった。

【００５７】（実施例４）本発明の実施例で得たシリコ
ン基板を用い、エピタキシャル成長を行った。実施例１
で作製した基板上にエピタキシャル層を通常行われてい
る方法で成長させた。そして、エピタキシャル層の表面
をライト液による選択エッチング処理を施し、観察した
が、ＳＦ（積層欠陥、Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ）
等の結晶欠陥は全く観察されず、極めて良好なエピタキ
シャルウエーハであった。

【００５８】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明
の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同
一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いか
なるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【００５９】例えば、上記実施形態においては、直径８
インチのシリコン単結晶を育成する場合につき例を挙げ
て説明したが、本発明はこれには限定されず、直径１０
〜１６インチあるいはそれ以上のシリコン単結晶にも適
用できる。また、本発明は、シリコン融液に水平磁場、
縦磁場、カスプ磁場等を印加するいわゆるＭＣＺ法にも
適用できることは言うまでもない。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱酸化処理をした際に、結晶全面あるいは外周部を除い
た全面にＯＳＦまたはＯＳＦの核が形成されることによ
りゲッタリング能力が著しく向上し、かつＦＰＤ、ＣＯ
Ｐ及びＬ／Ｄがウエーハ全面内に存在しないウエーハを
容易に高歩留りで作製することができる。そして、低酸
素化を併用すればＯＳＦも低密度となり、エピタキシャ
ルウエーハの基板としてゲッタリング能力を有するシリ
コン単結晶ウエーハを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシリコン単結晶軸方向における、結晶
の径方向位置を横軸とし、成長速度を縦軸とした場合の
諸欠陥分布図である。

【図２】本発明で作製した単結晶棒の軸方向の諸欠陥分
布を表した縦断面説明図である。

【図３】本発明の引上げ条件で引上げた場合の結晶面内
諸欠陥分布を表した説明図である。（ａ）本発明の引上
げ条件で引上げた場合、（ｂ）：（ａ）の外周を研削除
去した場合。

【図４】本発明で使用したＣＺ法による単結晶引上げ装
置の概略説明図である。（ａ）特定の炉内構造とした
例、（ｂ）：（ａ）の炉内構造に上部断熱材を付加した
例。

【図５】従来の引上げ方法によるシリコン単結晶軸方向
における、結晶の径方向位置を横軸とし、成長速度を縦
軸とした場合の諸欠陥分布図である。

【図６】従来の引上げ方法における引上げ速度と結晶面
内欠陥分布との関係を表した説明図である。（Ａ）高速
引上げの場合、（Ｂ）中速引上げの場合、（Ｃ）低速引
上げの場合。

【符号の説明】

１…成長単結晶棒、２…シリコン融液、３…シリコン融
液面（湯面）、４…固液界面、５…種結晶、６…シード
チャック、７…ワイヤ、８…環状固液界面断熱材、９…
上部断熱材、１０…湯面と固液界面断熱材下端との間
隔、３０…単結晶引上げ装置、３１…引上げ室、３２…
ルツボ、３３…ルツボ保持軸、３４…ヒータ、３５…断
熱材。Ｖ…Ｖ−リッチ領域、Ｎ…Ｎ−領域、ＯＲ…ＯＳ
Ｆ領域、Ｌ／Ｄ…Ｌ／Ｄ領域（Ｉ−リッチ領域）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 友彦 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番地 信越半導体株式会社白河工場内 Ｆターム(参考） 4G077 AA02 AB01 BA04 EA07 ED04 ED06 EG19 EH07 EH09 EJ02 FE04 HA12 PA03 QA34 QA38 QA71 TK01 5F053 AA12 AA13 AA14 BB04 BB08 BB13 DD01 FF04 GG01 HH10 PP20 RR20

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チョクラルスキー法により育成されたシ
   リコン単結晶ウエーハであって、熱酸化処理をした際に
   結晶全面あるいは外周部を除いた全面にＯＳＦまたはＯ
   ＳＦの核が存在することを特徴とするシリコン単結晶ウ
   エーハ。
2. 【請求項２】 チョクラルスキー法により育成されたシ
   リコン単結晶ウエーハであって、熱酸化処理をした際に
   ウエーハ全面の９０％以上の面積にＯＳＦまたはＯＳＦ
   の核が存在することを特徴とするシリコン単結晶ウエー
   ハ。
3. 【請求項３】 前記請求項１または請求項２に記載した
   シリコン単結晶ウエーハであって、ＦＰＤ、ＣＯＰ及び
   Ｌ／Ｄがウエーハ全面内に存在しないことを特徴とする
   シリコン単結晶ウエーハ。
4. 【請求項４】 前記ウエーハの酸素濃度が２４ｐｐｍａ
   未満であることを特徴とする請求項１ないし請求項３の
   いずれか１項に記載したシリコン単結晶ウエーハ。
5. 【請求項５】 前記熱酸化処理をした際に発生するＯＳ
   Ｆの密度が１００個／ｃｍ² 以下であることを特徴とす
   る請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載したシ
   リコン単結晶ウエーハ。
6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項５に記載したシリ
   コン単結晶ウエーハを基板とすることを特徴とするエピ
   タキシャルウエーハ。
7. 【請求項７】 チョクラルスキー法によってシリコン単
   結晶を製造する場合において、育成されるシリコン単結
   晶が結晶成長時に、結晶中の固液界面近傍の融点から１
   ４００℃の間の温度勾配をＧ（温度変化量／結晶軸方向
   長さ）［℃／ｃｍ］とし、結晶中心部分の温度勾配Ｇｃ
   ［℃／ｃｍ］と結晶周辺部分の温度勾配Ｇｅ［℃／ｃ
   ｍ］との差を△Ｇ＝（Ｇｅ−Ｇｃ）で表した時、△Ｇが
   ０または負となるように、用いる装置の炉内温度を制御
   し、かつ結晶直径を横軸に、引上げ速度を縦軸として欠
   陥分布を示した欠陥分布図において、ＯＳＦ領域が帯状
   逆Ｍ字型またはＵ字型を形成する時、ＯＳＦ領域の内側
   ラインの最小値に対応する引上げ速度と、ＯＳＦ領域の
   外側ラインの最大値に対応する引上げ速度の範囲内に制
   御しながら結晶を引上げることを特徴とするシリコン単
   結晶の製造方法。
8. 【請求項８】 前記チョクラルスキー法によるシリコン
   単結晶を製造する場合に、磁場を印加するＭＣＺ法を用
   いることを特徴とする請求項７に記載したシリコン単結
   晶の製造方法。
9. 【請求項９】 前記ＭＣＺ法によるシリコン単結晶を製
   造する場合に、横磁場で２０００Ｇａｕｓｓ以上の磁場
   を印加することを特徴とする請求項８に記載したシリコ
   ン単結晶の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記結晶成長時の引上げ速度の精度
    を、結晶定径部の成長長さ１０ｃｍごとに算出した引上
    げ速度の平均値±０．０１［ｍｍ／ｍｉｎ］以内とする
    ことを特徴とする請求項７ないし請求項９のいずれか１
    項に記載したシリコン単結晶の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記炉内温度を制御するために、引上
    げ装置内に環状固液界面断熱材を設け、これと融液表面
    との間隔を５〜１０ｃｍに設定することを特徴とする請
    求項７ないし請求項１０のいずれか１項に記載したシリ
    コン単結晶の製造方法。
12. 【請求項１２】 請求項７ないし請求項１１の方法で得
    られたシリコン単結晶から得られるシリコン単結晶ウエ
    ーハを基板として、エピタキシャル層を成長することを
    特徴とするエピタキシャルウエーハの製造方法。