JP2000256092A - シリコンウエーハ - Google Patents
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- H01L21/3221—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to modify their internal properties, e.g. to produce internal imperfections of silicon bodies, e.g. for gettering
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- Y10T428/21—Circular sheet or circular blank
Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱処理による空洞欠陥の低減効果をより深い
領域まで拡大するのに適したシリコンウエーハを得る。 【解決手段】 ＣＺシリコンウエーハであって、その内
部に棒状の空洞欠陥および／または板状の空洞欠陥を含
むシリコンウエーハ。およびＣＺシリコンウエーハであ
って、その内部に空洞欠陥を含み、任意の{１１０}面に
投影された該空洞欠陥像に外接する任意の長方形におけ
る、長い辺の長さＬ１と短い辺の長さＬ２との比（Ｌ１
／Ｌ２）の最大値が２．５以上であるシリコンウエー
ハ。およびウエーハ内部に棒状の空洞欠陥および／また
は板状の空洞欠陥を含むシリコンウエーハであって、ウ
エーハ表面から少なくとも０．５μｍの深さにわたり空
洞欠陥がウエーハ内部の１／２以下の密度であるシリコ
ンウエーハ。
領域まで拡大するのに適したシリコンウエーハを得る。 【解決手段】 ＣＺシリコンウエーハであって、その内
部に棒状の空洞欠陥および／または板状の空洞欠陥を含
むシリコンウエーハ。およびＣＺシリコンウエーハであ
って、その内部に空洞欠陥を含み、任意の{１１０}面に
投影された該空洞欠陥像に外接する任意の長方形におけ
る、長い辺の長さＬ１と短い辺の長さＬ２との比（Ｌ１
／Ｌ２）の最大値が２．５以上であるシリコンウエー
ハ。およびウエーハ内部に棒状の空洞欠陥および／また
は板状の空洞欠陥を含むシリコンウエーハであって、ウ
エーハ表面から少なくとも０．５μｍの深さにわたり空
洞欠陥がウエーハ内部の１／２以下の密度であるシリコ
ンウエーハ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、チョクラルスキー
法（ＣＺ法）によってシリコン単結晶を引上げる際に結
晶内部に発生する結晶欠陥が、その後の熱処理によって
消滅しやすいシリコンウエーハに関する。
法（ＣＺ法）によってシリコン単結晶を引上げる際に結
晶内部に発生する結晶欠陥が、その後の熱処理によって
消滅しやすいシリコンウエーハに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路等のデバイスを作製する
ためのウエーハとしては、主にチョクラルスキー法（Ｃ
Ｚ法）によって育成されたシリコン単結晶ウエーハが用
いられている。このようなシリコン単結晶ウエーハに結
晶欠陥が存在すると、半導体デバイス作製時にパターン
不良などを引き起こしてしまう。特に、近年の高度に集
積化されたデバイスにおけるパターン幅は、０．３μｍ
以下といった非常に微細なものとなっているため、この
ようなパターン形成時には、０．１μｍサイズの結晶欠
陥の存在でもパターン不良等の原因になり、デバイスの
生産歩留あるいは品質特性を著しく低下させてしまう。
従って、シリコン単結晶ウエーハに存在する結晶欠陥は
極力サイズと密度を小さくさせなければならない。
ためのウエーハとしては、主にチョクラルスキー法（Ｃ
Ｚ法）によって育成されたシリコン単結晶ウエーハが用
いられている。このようなシリコン単結晶ウエーハに結
晶欠陥が存在すると、半導体デバイス作製時にパターン
不良などを引き起こしてしまう。特に、近年の高度に集
積化されたデバイスにおけるパターン幅は、０．３μｍ
以下といった非常に微細なものとなっているため、この
ようなパターン形成時には、０．１μｍサイズの結晶欠
陥の存在でもパターン不良等の原因になり、デバイスの
生産歩留あるいは品質特性を著しく低下させてしまう。
従って、シリコン単結晶ウエーハに存在する結晶欠陥は
極力サイズと密度を小さくさせなければならない。
【０００３】特に最近になって、ＣＺ法により育成され
たシリコン単結晶中には、グローイン（Grown-in）空洞
欠陥と呼ばれる、結晶成長中に導入された結晶欠陥が存
在することが報告されている。このような結晶欠陥の主
な発生原因は、単結晶製造中に凝集する原子空孔のクラ
スタあるいは石英ルツボから混入する酸素原子の凝集体
である酸素析出物であると考えられている。これらの結
晶欠陥がデバイスが形成されるウエーハの表層部に存在
すると、デバイス特性を劣化させる有害な欠陥となるの
で、このような結晶欠陥を低減して十分な深さを有する
無欠陥層（ＤＺ）を表層部に有するシリコンウエーハを
作製することが望ましい。
たシリコン単結晶中には、グローイン（Grown-in）空洞
欠陥と呼ばれる、結晶成長中に導入された結晶欠陥が存
在することが報告されている。このような結晶欠陥の主
な発生原因は、単結晶製造中に凝集する原子空孔のクラ
スタあるいは石英ルツボから混入する酸素原子の凝集体
である酸素析出物であると考えられている。これらの結
晶欠陥がデバイスが形成されるウエーハの表層部に存在
すると、デバイス特性を劣化させる有害な欠陥となるの
で、このような結晶欠陥を低減して十分な深さを有する
無欠陥層（ＤＺ）を表層部に有するシリコンウエーハを
作製することが望ましい。
【０００４】上記グローイン空洞欠陥の形状は、八面体
を基調とした空洞が数個つながった構造であり、サイズ
は１００〜３００ｎｍ程度で、表面は酸化膜で囲まれて
いることが知られている（M.Kato, T.Yoshida, Y.Ikeda
and Y.Kitagawa, Jpn.J.Appl.Phys.35,5597,1996）。
これらの空洞欠陥の{１１０}面に投影した透過型電子顕
微鏡の観察図を図３及び図４に示す。この欠陥は、チョ
クラルスキー法による単結晶製造中に、１１５０℃付近
の温度帯で原子空孔が凝集してできたと考えられてい
る。このような空洞欠陥が、デバイスが形成されるウエ
ーハの表層部（０〜５μｍ）に存在するとデバイス特性
を劣化させるため、このような欠陥を低減するための種
々の方法が検討されてきている。
を基調とした空洞が数個つながった構造であり、サイズ
は１００〜３００ｎｍ程度で、表面は酸化膜で囲まれて
いることが知られている（M.Kato, T.Yoshida, Y.Ikeda
and Y.Kitagawa, Jpn.J.Appl.Phys.35,5597,1996）。
これらの空洞欠陥の{１１０}面に投影した透過型電子顕
微鏡の観察図を図３及び図４に示す。この欠陥は、チョ
クラルスキー法による単結晶製造中に、１１５０℃付近
の温度帯で原子空孔が凝集してできたと考えられてい
る。このような空洞欠陥が、デバイスが形成されるウエ
ーハの表層部（０〜５μｍ）に存在するとデバイス特性
を劣化させるため、このような欠陥を低減するための種
々の方法が検討されてきている。
【０００５】例えば、上記グローイン空洞欠陥の密度を
低減する方法として、シリコンウエーハを高温熱処理す
ればよいことが知られている。ところが、従来のＣＺ法
によるシリコンウエーハに、この方法を適用するとウエ
ーハ表面から約０．３μｍ以上の深さの内部領域で欠陥
が多く残留してしまい、無欠陥層の深さが浅くなってし
まう問題があった。そのため、従来のシリコンウエーハ
では、デバイスを作製する際の自由度が低いという欠点
があった。
低減する方法として、シリコンウエーハを高温熱処理す
ればよいことが知られている。ところが、従来のＣＺ法
によるシリコンウエーハに、この方法を適用するとウエ
ーハ表面から約０．３μｍ以上の深さの内部領域で欠陥
が多く残留してしまい、無欠陥層の深さが浅くなってし
まう問題があった。そのため、従来のシリコンウエーハ
では、デバイスを作製する際の自由度が低いという欠点
があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題点に鑑みて為されたもので、熱処理による空洞欠陥
の低減効果を高め、より深い領域まで無欠陥層を拡大す
るのに適したシリコンウエーハを得ることを目的とす
る。
問題点に鑑みて為されたもので、熱処理による空洞欠陥
の低減効果を高め、より深い領域まで無欠陥層を拡大す
るのに適したシリコンウエーハを得ることを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項１に記載した発明は、チョクラルス
キー法により引上げられたシリコン単結晶棒をウエーハ
に加工して得られたシリコンウエーハであって、その内
部に棒状の空洞欠陥および／または板状の空洞欠陥を含
むことを特徴とするシリコンウエーハである。
め、本発明の請求項１に記載した発明は、チョクラルス
キー法により引上げられたシリコン単結晶棒をウエーハ
に加工して得られたシリコンウエーハであって、その内
部に棒状の空洞欠陥および／または板状の空洞欠陥を含
むことを特徴とするシリコンウエーハである。
【０００８】このように、ＣＺ法によって単結晶棒を育
成する際に、内部に含まれる欠陥の形状を棒状および／
または板状にすることにより、欠陥の体積に対する表面
積の相対的な比率が八面体の欠陥よりも高くなり、熱処
理を行った際に欠陥が深い領域まで低減される。
成する際に、内部に含まれる欠陥の形状を棒状および／
または板状にすることにより、欠陥の体積に対する表面
積の相対的な比率が八面体の欠陥よりも高くなり、熱処
理を行った際に欠陥が深い領域まで低減される。
【０００９】なお、ここでいう欠陥の形状が棒状および
／または板状とは、従来のウエーハ内部に含まれていた
空洞欠陥のような八面体形状や、球状でないことを意味
する。 例えば、ウエーハ内部を透過型電子顕微鏡を用
いて観察した場合において、任意の{１１０}面に投影さ
れた欠陥像の外側に接する任意の長方形を作図すると、
長い辺の長さＬ１と短い辺の長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ
２）の最大値が２．５以上になるものをいう。
／または板状とは、従来のウエーハ内部に含まれていた
空洞欠陥のような八面体形状や、球状でないことを意味
する。 例えば、ウエーハ内部を透過型電子顕微鏡を用
いて観察した場合において、任意の{１１０}面に投影さ
れた欠陥像の外側に接する任意の長方形を作図すると、
長い辺の長さＬ１と短い辺の長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ
２）の最大値が２．５以上になるものをいう。
【００１０】また、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引上げられたシリコン単
結晶棒をウエーハに加工して得られたシリコンウエーハ
であって、その内部に空洞欠陥を含み、任意の{１１０}
面に投影された該空洞欠陥像に外接する任意の長方形に
おける、長い辺の長さＬ１と短い辺の長さＬ２との比
（Ｌ１／Ｌ２）の最大値が２．５以上であることを特徴
とするシリコンウエーハである。
は、チョクラルスキー法により引上げられたシリコン単
結晶棒をウエーハに加工して得られたシリコンウエーハ
であって、その内部に空洞欠陥を含み、任意の{１１０}
面に投影された該空洞欠陥像に外接する任意の長方形に
おける、長い辺の長さＬ１と短い辺の長さＬ２との比
（Ｌ１／Ｌ２）の最大値が２．５以上であることを特徴
とするシリコンウエーハである。
【００１１】このように、任意の{１１０}面に投影され
た空洞欠陥像に外接する任意の長方形における、長い辺
の長さＬ１と短い辺の長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）の
最大値が２．５以上のウエーハは、欠陥の体積に対する
表面積の相対的な比率が八面体の欠陥よりも高くなり、
熱処理を行った際に欠陥が深い領域まで低減される。な
お、任意の{１１０}面に投影された空洞欠陥像を観察す
るには、透過型電子顕微鏡を用いれば容易に投影面を特
定でき、正確に欠陥像を観察することができる。
た空洞欠陥像に外接する任意の長方形における、長い辺
の長さＬ１と短い辺の長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）の
最大値が２．５以上のウエーハは、欠陥の体積に対する
表面積の相対的な比率が八面体の欠陥よりも高くなり、
熱処理を行った際に欠陥が深い領域まで低減される。な
お、任意の{１１０}面に投影された空洞欠陥像を観察す
るには、透過型電子顕微鏡を用いれば容易に投影面を特
定でき、正確に欠陥像を観察することができる。
【００１２】この場合、請求項３に記載したように、前
記シリコン単結晶棒はチョクラルスキー法により窒素を
ドープされたものとすることができる。空洞欠陥の形状
を、上記の棒状および／または板状とするためには、例
えばシリコン単結晶棒をチョクラルスキー法により育成
する際に窒素をドープすることにより、グローイン欠陥
の形状を、通常の八面体形状から棒状あるいは板状の形
状へと容易に変化させることができる。
記シリコン単結晶棒はチョクラルスキー法により窒素を
ドープされたものとすることができる。空洞欠陥の形状
を、上記の棒状および／または板状とするためには、例
えばシリコン単結晶棒をチョクラルスキー法により育成
する際に窒素をドープすることにより、グローイン欠陥
の形状を、通常の八面体形状から棒状あるいは板状の形
状へと容易に変化させることができる。
【００１３】また、本発明の請求項４に記載した発明
は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のシ
リコンウエーハを１０００℃以上の温度で１０秒以上の
熱処理をしたシリコンウエーハである。このように、棒
状および／または板状の欠陥を含むウエーハを熱処理す
ることにより、従来の八面体形状の欠陥を含むウエーハ
よりも深い領域までウエーハ表面近傍の空洞欠陥が効果
的に消滅し、品質の高いシリコンウエーハを得ることが
できる。しかも、熱処理による欠陥の消滅効果が高いた
め、従来のウエーハよりも短時間の熱処理で、より大き
な欠陥消滅効果を得ることができる。
は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のシ
リコンウエーハを１０００℃以上の温度で１０秒以上の
熱処理をしたシリコンウエーハである。このように、棒
状および／または板状の欠陥を含むウエーハを熱処理す
ることにより、従来の八面体形状の欠陥を含むウエーハ
よりも深い領域までウエーハ表面近傍の空洞欠陥が効果
的に消滅し、品質の高いシリコンウエーハを得ることが
できる。しかも、熱処理による欠陥の消滅効果が高いた
め、従来のウエーハよりも短時間の熱処理で、より大き
な欠陥消滅効果を得ることができる。
【００１４】この場合、本発明の請求項５に記載したよ
うに、請求項４に記載のシリコンウエーハであって、前
記熱処理後におけるウエーハ表面から少なくとも０．５
μｍの深さの空洞欠陥密度が、熱処理前の空洞欠陥密度
の１／２以下であるシリコンウエーハとすることがで
き、このようなシリコンウエーハは、例えば本発明の請
求項６に記載したように、ウエーハ内部に棒状の空洞欠
陥および／または板状の空洞欠陥を含むシリコンウエー
ハであって、ウエーハ表面から少なくとも０．５μｍの
深さにわたり空洞欠陥がウエーハ内部の１／２以下の密
度であるシリコンウエーハである。
うに、請求項４に記載のシリコンウエーハであって、前
記熱処理後におけるウエーハ表面から少なくとも０．５
μｍの深さの空洞欠陥密度が、熱処理前の空洞欠陥密度
の１／２以下であるシリコンウエーハとすることがで
き、このようなシリコンウエーハは、例えば本発明の請
求項６に記載したように、ウエーハ内部に棒状の空洞欠
陥および／または板状の空洞欠陥を含むシリコンウエー
ハであって、ウエーハ表面から少なくとも０．５μｍの
深さにわたり空洞欠陥がウエーハ内部の１／２以下の密
度であるシリコンウエーハである。
【００１５】このようなシリコンウエーハであれば、表
面に厚い無欠陥層を有するためデバイスを作製する際の
自由度が高くなるという利点がある。さらに、ウエーハ
内部はゲッタリングサイトとなる十分な密度の欠陥を有
するため、必要なだけのゲッタリング能力を持つウエー
ハとすることができる。
面に厚い無欠陥層を有するためデバイスを作製する際の
自由度が高くなるという利点がある。さらに、ウエーハ
内部はゲッタリングサイトとなる十分な密度の欠陥を有
するため、必要なだけのゲッタリング能力を持つウエー
ハとすることができる。
【００１６】以下、本発明についてさらに詳述するが、
本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、
ＣＺ法によって育成したシリコン単結晶中に存在するグ
ローイン空洞欠陥の形状が、結晶育成時の条件によって
変化する現象に着目し、欠陥の体積に対する表面積の相
対的な比率が大きくなる棒状あるいは板状の形状にする
ことにより、熱処理での欠陥低減効果をより深い領域ま
で拡大させ得ることを見出し、完成されたものである。
本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、
ＣＺ法によって育成したシリコン単結晶中に存在するグ
ローイン空洞欠陥の形状が、結晶育成時の条件によって
変化する現象に着目し、欠陥の体積に対する表面積の相
対的な比率が大きくなる棒状あるいは板状の形状にする
ことにより、熱処理での欠陥低減効果をより深い領域ま
で拡大させ得ることを見出し、完成されたものである。
【００１７】空洞欠陥が熱処理で低減されるためには、
空洞欠陥の内壁に存在する酸化膜表面部から酸素原子が
溶解し、シリコン結晶中に拡散することが第一過程とし
て必要である。これは酸素析出物の再溶解の現象と同様
である。酸素析出物の再溶解の場合、その溶解速度が欠
陥のサイズと、特に形状に影響されることが知られてお
り、同体積ではその表面積が大きいほど溶解しやすい
（F.Shimura,Appl.Phys.Lett.39,987,1981）。
空洞欠陥の内壁に存在する酸化膜表面部から酸素原子が
溶解し、シリコン結晶中に拡散することが第一過程とし
て必要である。これは酸素析出物の再溶解の現象と同様
である。酸素析出物の再溶解の場合、その溶解速度が欠
陥のサイズと、特に形状に影響されることが知られてお
り、同体積ではその表面積が大きいほど溶解しやすい
（F.Shimura,Appl.Phys.Lett.39,987,1981）。
【００１８】空洞欠陥の場合も、酸素析出物の再溶解と
同様に、同じ体積の空洞欠陥で比較する場合、空洞の表
面積が大きいほど縮小する速度が速くなる。つまり、従
来の八面体形状等の多面体型の空洞欠陥を、同体積でも
表面積の大きい棒状および／または板状とすることによ
り、欠陥が熱処理で消滅しやすくすることができる。
同様に、同じ体積の空洞欠陥で比較する場合、空洞の表
面積が大きいほど縮小する速度が速くなる。つまり、従
来の八面体形状等の多面体型の空洞欠陥を、同体積でも
表面積の大きい棒状および／または板状とすることによ
り、欠陥が熱処理で消滅しやすくすることができる。
【００１９】そして本発明者らは、上記のようにウエー
ハ内部に含まれる空洞欠陥の形状を、棒状あるいは板状
とするためには、例えばＣＺ法でシリコン単結晶を引上
げる際に窒素をドープすれば、容易に棒状の空洞欠陥お
よび／または板状の空洞欠陥を含むシリコンウエーハを
得ることができることを発見した。
ハ内部に含まれる空洞欠陥の形状を、棒状あるいは板状
とするためには、例えばＣＺ法でシリコン単結晶を引上
げる際に窒素をドープすれば、容易に棒状の空洞欠陥お
よび／または板状の空洞欠陥を含むシリコンウエーハを
得ることができることを発見した。
【００２０】本発明者らは、ＣＺ法によりシリコン単結
晶を育成する際に、窒素をドープすると、どのようにグ
ローイン欠陥の形状が変化するかを実験調査した。ここ
で、図３と図４は通常のＣＺ法により育成されたシリコ
ン単結晶棒をウエーハに切り出し、ウエーハに含まれる
空洞欠陥の形状を透過型電子顕微鏡で{１１０}面に投影
したものである。両者の欠陥のサイズが異なるのは、空
洞欠陥が凝集する１１５０℃付近の通過時間を変化させ
たためである。
晶を育成する際に、窒素をドープすると、どのようにグ
ローイン欠陥の形状が変化するかを実験調査した。ここ
で、図３と図４は通常のＣＺ法により育成されたシリコ
ン単結晶棒をウエーハに切り出し、ウエーハに含まれる
空洞欠陥の形状を透過型電子顕微鏡で{１１０}面に投影
したものである。両者の欠陥のサイズが異なるのは、空
洞欠陥が凝集する１１５０℃付近の通過時間を変化させ
たためである。
【００２１】図３および図４に示されているように、従
来のウエーハに含まれる空洞欠陥の形状は八面体形状を
しており、任意の{１１０}面に投影された欠陥像の外側
に接する任意の長方形を作図した時の長い辺の長さＬ１
と短い辺の長さＬ２の比（Ｌ１／Ｌ２）が、最大の値を
とっても２．５未満となっている。そのため、空洞欠陥
の体積に対する表面積の相対的な比が小さく、熱処理を
施しても結晶欠陥を除去する効果は少なかった。
来のウエーハに含まれる空洞欠陥の形状は八面体形状を
しており、任意の{１１０}面に投影された欠陥像の外側
に接する任意の長方形を作図した時の長い辺の長さＬ１
と短い辺の長さＬ２の比（Ｌ１／Ｌ２）が、最大の値を
とっても２．５未満となっている。そのため、空洞欠陥
の体積に対する表面積の相対的な比が小さく、熱処理を
施しても結晶欠陥を除去する効果は少なかった。
【００２２】一方、図１および図２に示したのは、ＣＺ
法で窒素をドープして育成されたシリコン単結晶棒をウ
エーハに切り出し、図３および図４と同様に結晶欠陥の
形状を測定したものである。窒素をドープしたことによ
り、欠陥の形状は従来の八面体形状からは大きく変化し
ている。図１の欠陥は様々な角度から観察したところ棒
状の欠陥が３個結合したものであることが判明した。ま
た図２の欠陥は角度を変えてみると紙面に対して２００
μｍの奥行きのある平板型欠陥であることが判明した。
法で窒素をドープして育成されたシリコン単結晶棒をウ
エーハに切り出し、図３および図４と同様に結晶欠陥の
形状を測定したものである。窒素をドープしたことによ
り、欠陥の形状は従来の八面体形状からは大きく変化し
ている。図１の欠陥は様々な角度から観察したところ棒
状の欠陥が３個結合したものであることが判明した。ま
た図２の欠陥は角度を変えてみると紙面に対して２００
μｍの奥行きのある平板型欠陥であることが判明した。
【００２３】そして図１および図２に示されているよう
に、ＣＺ法で窒素をドープして育成されたシリコン単結
晶から成るウエーハは、前述のＬ１／Ｌ２の最大値が、
図１では約３、図２では約４と従来のシリコンウエーハ
よりも大きい値となっている。この数値が大きいこと
は、同時に欠陥の体積に対する表面積の相対的な比が大
きいことを意味する。したがって、熱処理を行った場合
における空洞欠陥の消滅効果は極めて大きい。
に、ＣＺ法で窒素をドープして育成されたシリコン単結
晶から成るウエーハは、前述のＬ１／Ｌ２の最大値が、
図１では約３、図２では約４と従来のシリコンウエーハ
よりも大きい値となっている。この数値が大きいこと
は、同時に欠陥の体積に対する表面積の相対的な比が大
きいことを意味する。したがって、熱処理を行った場合
における空洞欠陥の消滅効果は極めて大きい。
【００２４】
【発明の実施の形態】本発明において、ＣＺ法によって
窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成するには、例
えば特開昭６０−２５１１９０号に記載されているよう
な公知の方法によれば良い。
窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成するには、例
えば特開昭６０−２５１１９０号に記載されているよう
な公知の方法によれば良い。
【００２５】すなわち、ＣＺ法は、石英ルツボ中に収容
された多結晶シリコン原料の融液に種結晶を接触させ、
これを回転させながらゆっくりと引き上げて所望直径の
シリコン単結晶棒を育成する方法であるが、あらかじめ
石英ルツボ内に窒化物を入れておくか、シリコン融液中
に窒化物を投入するか、雰囲気ガスを窒素を含む雰囲気
とすること等によって、簡単に引き上げ結晶中に窒素を
ドープすることができる。この際、窒化物の量あるいは
窒素ガスの濃度あるいは導入時間等を調整することによ
って、結晶中のドープ量を制御することが出来る。
された多結晶シリコン原料の融液に種結晶を接触させ、
これを回転させながらゆっくりと引き上げて所望直径の
シリコン単結晶棒を育成する方法であるが、あらかじめ
石英ルツボ内に窒化物を入れておくか、シリコン融液中
に窒化物を投入するか、雰囲気ガスを窒素を含む雰囲気
とすること等によって、簡単に引き上げ結晶中に窒素を
ドープすることができる。この際、窒化物の量あるいは
窒素ガスの濃度あるいは導入時間等を調整することによ
って、結晶中のドープ量を制御することが出来る。
【００２６】このように、ＣＺ法によって単結晶棒を育
成する際に、窒素をドープすることによって、棒状ある
いは板状の欠陥を含むシリコン単結晶棒を簡単に得るこ
とができる。この際、ドープする窒素の濃度は、１．０
×１０１０〜５．０×１０１５atoms/cm3の間に制御す
ることが好ましい。
成する際に、窒素をドープすることによって、棒状ある
いは板状の欠陥を含むシリコン単結晶棒を簡単に得るこ
とができる。この際、ドープする窒素の濃度は、１．０
×１０１０〜５．０×１０１５atoms/cm3の間に制御す
ることが好ましい。
【００２７】こうして、ＣＺ法において所望濃度の窒素
がドープされ、所望の棒状あるいは板状の空洞欠陥を含
有するシリコン単結晶棒が得られる。これを通常の方法
に従い、内周刃スライサあるいはワイヤーソー等の切断
装置でスライスした後、面取り、ラッピング、エッチン
グ、研磨等の工程を経て、シリコン単結晶ウエーハに加
工する。もちろん、これらの工程は例示列挙したにとど
まり、この他にも洗浄等の種々の工程があり得るし、工
程順の変更、一部省略等目的に応じ適宜工程は変更使用
されている。
がドープされ、所望の棒状あるいは板状の空洞欠陥を含
有するシリコン単結晶棒が得られる。これを通常の方法
に従い、内周刃スライサあるいはワイヤーソー等の切断
装置でスライスした後、面取り、ラッピング、エッチン
グ、研磨等の工程を経て、シリコン単結晶ウエーハに加
工する。もちろん、これらの工程は例示列挙したにとど
まり、この他にも洗浄等の種々の工程があり得るし、工
程順の変更、一部省略等目的に応じ適宜工程は変更使用
されている。
【００２８】次に、本発明の棒状および／または板状の
結晶欠陥を有するシリコンウエーハを熱処理する場合に
は、ウエーハを１０００℃以上の温度で１０秒以上熱処
理できるものであれば、バッチ式の抵抗加熱炉、ランプ
加熱炉等、どのようなものであってもよい。例えば、こ
の熱処理を行うのに急速加熱・急速冷却装置（ＲＴＡ：
Rapid Thermal Annealer）を適用することもできる。こ
のような装置であれば、熱処理を効率良く行うことがで
き、ウエーハ製造の効率を向上させることができる。
結晶欠陥を有するシリコンウエーハを熱処理する場合に
は、ウエーハを１０００℃以上の温度で１０秒以上熱処
理できるものであれば、バッチ式の抵抗加熱炉、ランプ
加熱炉等、どのようなものであってもよい。例えば、こ
の熱処理を行うのに急速加熱・急速冷却装置（ＲＴＡ：
Rapid Thermal Annealer）を適用することもできる。こ
のような装置であれば、熱処理を効率良く行うことがで
き、ウエーハ製造の効率を向上させることができる。
【００２９】また、熱処理の雰囲気としては、酸素、水
素、アルゴンあるいはこれらの混合雰囲気下で行うよう
にすれば、シリコンウエーハに有害となる表面被膜を形
成させることなく、ウエーハ内部の空洞欠陥の形状を棒
状や板状にすることができ、加えて、有効に酸素、窒素
を外方拡散させ、容易にウエーハ表面層の空洞欠陥密度
を減少させることができる。特に、水素、アルゴンある
いはこれらの混合雰囲気のような、非酸化性あるいは還
元性の雰囲気で高温熱処理を行なうと、ウエーハ表面の
結晶欠陥が消滅し易いのでより好ましい。また、水素と
アルゴンの混合雰囲気とすると、熱処理中にウエーハに
スリップが発生しにくくなることが確認された。
素、アルゴンあるいはこれらの混合雰囲気下で行うよう
にすれば、シリコンウエーハに有害となる表面被膜を形
成させることなく、ウエーハ内部の空洞欠陥の形状を棒
状や板状にすることができ、加えて、有効に酸素、窒素
を外方拡散させ、容易にウエーハ表面層の空洞欠陥密度
を減少させることができる。特に、水素、アルゴンある
いはこれらの混合雰囲気のような、非酸化性あるいは還
元性の雰囲気で高温熱処理を行なうと、ウエーハ表面の
結晶欠陥が消滅し易いのでより好ましい。また、水素と
アルゴンの混合雰囲気とすると、熱処理中にウエーハに
スリップが発生しにくくなることが確認された。
【００３０】
【実施例】以下、本発明の実施例および比較例を挙げて
具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるもの
ではない。 （実施例、比較例）ＣＺ法により、直径６インチ、導電
型Ｐ型、方位＜１００＞の結晶棒を、通常の引上げ速度
（１．２ｍｍ／ｍｉｎ）で６本引上げた。この内、２本
の引上げでは、原料中にあらかじめ窒化珪素膜を有する
シリコンウエーハを投入し窒素濃度が５×１０１４atom
s/cm3になるように制御した。同時に酸素濃度は１５ｐ
ｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）となるように制御した。空洞欠陥
の凝集する１１５０℃付近の通過時間を変えることによ
り欠陥のサイズが異なる２種類の窒素ドープ結晶を用意
した。
具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるもの
ではない。 （実施例、比較例）ＣＺ法により、直径６インチ、導電
型Ｐ型、方位＜１００＞の結晶棒を、通常の引上げ速度
（１．２ｍｍ／ｍｉｎ）で６本引上げた。この内、２本
の引上げでは、原料中にあらかじめ窒化珪素膜を有する
シリコンウエーハを投入し窒素濃度が５×１０１４atom
s/cm3になるように制御した。同時に酸素濃度は１５ｐ
ｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）となるように制御した。空洞欠陥
の凝集する１１５０℃付近の通過時間を変えることによ
り欠陥のサイズが異なる２種類の窒素ドープ結晶を用意
した。
【００３１】残りの４本は比較用試料として、酸素濃度
は上記と同様として、窒素をドープせずに引上げた。こ
の場合も１１５０℃付近の通過時間を変化させ、欠陥サ
イズが異なる４種類の窒素ドープをしていない結晶を用
意した。
は上記と同様として、窒素をドープせずに引上げた。こ
の場合も１１５０℃付近の通過時間を変化させ、欠陥サ
イズが異なる４種類の窒素ドープをしていない結晶を用
意した。
【００３２】ここで得られた単結晶棒から、ワイヤーソ
ーを用いてウエーハを切り出し、面取り、ラッピング、
エッチング、鏡面研磨加工を施して、窒素のドープの有
無、１１５０℃付近の通過時間以外の条件はほぼ同一と
した６種類の直径６インチのシリコン単結晶鏡面ウエー
ハを作製した。
ーを用いてウエーハを切り出し、面取り、ラッピング、
エッチング、鏡面研磨加工を施して、窒素のドープの有
無、１１５０℃付近の通過時間以外の条件はほぼ同一と
した６種類の直径６インチのシリコン単結晶鏡面ウエー
ハを作製した。
【００３３】こうして得られたシリコンウエーハ内部の
空洞欠陥の形状を、透過型電子顕微鏡で欠陥を{１１０}
面に投影することにより観察した。その結果、窒素をド
ープした２枚のシリコンウエーハは、大部分の空洞欠陥
の形状は、図１および図２に示したような棒状あるいは
板状の形状になり、前述のＬ１／Ｌ２の最大値は２．５
以上となっていることを確認した。一方、窒素をドープ
していない４枚のシリコンウエーハの空洞欠陥の形状
は、図３および図４に示したように、従来から知られて
いる八面体形状をしており、Ｌ１／Ｌ２は最大でも２．
５未満であった。尚、透過型電子顕微鏡用の試料作成
は、赤外散乱トモグラフ装置で空洞欠陥の位置を同定
し、その後、集束イオンビーム装置で切り出しを行なっ
た。
空洞欠陥の形状を、透過型電子顕微鏡で欠陥を{１１０}
面に投影することにより観察した。その結果、窒素をド
ープした２枚のシリコンウエーハは、大部分の空洞欠陥
の形状は、図１および図２に示したような棒状あるいは
板状の形状になり、前述のＬ１／Ｌ２の最大値は２．５
以上となっていることを確認した。一方、窒素をドープ
していない４枚のシリコンウエーハの空洞欠陥の形状
は、図３および図４に示したように、従来から知られて
いる八面体形状をしており、Ｌ１／Ｌ２は最大でも２．
５未満であった。尚、透過型電子顕微鏡用の試料作成
は、赤外散乱トモグラフ装置で空洞欠陥の位置を同定
し、その後、集束イオンビーム装置で切り出しを行なっ
た。
【００３４】このような、棒状の空洞欠陥および／また
は板状の空洞欠陥を含むシリコンウエーハ２枚と、従来
の八面体形状の空洞欠陥を含むシリコンウエーハ４枚
の、合計６枚のウエーハについて、熱処理前と熱処理後
で欠陥の密度を比較した。
は板状の空洞欠陥を含むシリコンウエーハ２枚と、従来
の八面体形状の空洞欠陥を含むシリコンウエーハ４枚
の、合計６枚のウエーハについて、熱処理前と熱処理後
で欠陥の密度を比較した。
【００３５】熱処理は、ＲＴＡ装置（急速加熱・急速冷
却装置、シュティアック マイクロテック インターナ
ショナル社製ＳＨＳ−２８００型）を使用し、温度１２
００℃で１０秒間、アルゴン７５％に水素２５％を加え
た雰囲気で急速加熱・急速冷却熱処理を行った。密度の
測定には光散乱法を用い、表層０．５μｍまでの深さの
欠陥密度を測定した。
却装置、シュティアック マイクロテック インターナ
ショナル社製ＳＨＳ−２８００型）を使用し、温度１２
００℃で１０秒間、アルゴン７５％に水素２５％を加え
た雰囲気で急速加熱・急速冷却熱処理を行った。密度の
測定には光散乱法を用い、表層０．５μｍまでの深さの
欠陥密度を測定した。
【００３６】測定結果を図５と図６に示す。図５は表面
から０．３μｍまでの浅い領域、図６は表面から０．３
〜０．５μｍまでの深さ領域での欠陥残存率を表してい
る。いずれも、横軸に熱処理前における各ウエーハ中の
欠陥の平均サイズを示し、縦軸には熱処理前に対する熱
処理後の欠陥密度の比が表示されている。図中の丸プロ
ットは八面体形状の空洞欠陥を有するシリコンウエーハ
のデータを示し、三角プロットは棒状あるいは板状の空
洞欠陥を含むシリコンウエーハのデータを示している。
から０．３μｍまでの浅い領域、図６は表面から０．３
〜０．５μｍまでの深さ領域での欠陥残存率を表してい
る。いずれも、横軸に熱処理前における各ウエーハ中の
欠陥の平均サイズを示し、縦軸には熱処理前に対する熱
処理後の欠陥密度の比が表示されている。図中の丸プロ
ットは八面体形状の空洞欠陥を有するシリコンウエーハ
のデータを示し、三角プロットは棒状あるいは板状の空
洞欠陥を含むシリコンウエーハのデータを示している。
【００３７】図５の深さ０．３μｍまでの浅い領域で
は、空洞欠陥の形状に関わらず欠陥が消滅していること
が判る。一方、図６の深い領域での結果を見ると、棒状
あるいは板状の空洞欠陥が、八面体形状の空洞欠陥に比
べて消滅しやすいことが判る。
は、空洞欠陥の形状に関わらず欠陥が消滅していること
が判る。一方、図６の深い領域での結果を見ると、棒状
あるいは板状の空洞欠陥が、八面体形状の空洞欠陥に比
べて消滅しやすいことが判る。
【００３８】光散乱法で測定される欠陥のサイズは、欠
陥からの散乱光強度をもとに欠陥を球体と過程してその
直径が計算される。そのため、この図５及び図６のグラ
フ中で同一サイズと示されるデータは、実際には同じ体
積を意味している。つまり、同体積の空洞欠陥であって
も、棒状あるいは板状の空洞欠陥は、八面体形状の空洞
欠陥に比べて消滅しやすいことを意味している。これ
は、棒状や板状の空洞欠陥の方が八面体形状の空洞欠陥
より表面積が大きいために消滅しやすいためであると推
定される。
陥からの散乱光強度をもとに欠陥を球体と過程してその
直径が計算される。そのため、この図５及び図６のグラ
フ中で同一サイズと示されるデータは、実際には同じ体
積を意味している。つまり、同体積の空洞欠陥であって
も、棒状あるいは板状の空洞欠陥は、八面体形状の空洞
欠陥に比べて消滅しやすいことを意味している。これ
は、棒状や板状の空洞欠陥の方が八面体形状の空洞欠陥
より表面積が大きいために消滅しやすいためであると推
定される。
【００３９】また図６が示すように、実施例のシリコン
ウエーハは、熱処理後の空洞欠陥の密度が、ウエーハ表
面から０．３〜０．５μｍまでの深い領域であっても３
０％以下と低いものとなっている。このことは、本発明
の棒状あるいは板状の空洞欠陥を含むシリコンウエーハ
は、ウエーハの空洞欠陥の密度を表面から少なくとも
０．５μｍの深さにわたって、ウエーハ内部の１／２以
下の密度とすることができることを意味している。すな
わち、本発明のシリコンウエーハは厚い無欠陥層を持
ち、ウエーハの内部にはゲッタリングサイトとなる空洞
欠陥を有するので、デバイス作製の自由度や歩留りが高
いシリコンウエーハとすることができる。
ウエーハは、熱処理後の空洞欠陥の密度が、ウエーハ表
面から０．３〜０．５μｍまでの深い領域であっても３
０％以下と低いものとなっている。このことは、本発明
の棒状あるいは板状の空洞欠陥を含むシリコンウエーハ
は、ウエーハの空洞欠陥の密度を表面から少なくとも
０．５μｍの深さにわたって、ウエーハ内部の１／２以
下の密度とすることができることを意味している。すな
わち、本発明のシリコンウエーハは厚い無欠陥層を持
ち、ウエーハの内部にはゲッタリングサイトとなる空洞
欠陥を有するので、デバイス作製の自由度や歩留りが高
いシリコンウエーハとすることができる。
【００４０】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。
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。
【００４１】例えば、本発明で内部に棒状の空洞欠陥お
よび／または板状の空洞欠陥を含むとは、必ずしも、図
１および図２に示したような直方体形状や平板形状のも
のに限定されるものではなく、例えば円柱状のものや不
規則な凹凸のある板状のものであっても、Ｌ１／Ｌ２の
最大値が２．５以上の空洞欠陥を含むものであれば、本
発明の効果を奏するものである。
よび／または板状の空洞欠陥を含むとは、必ずしも、図
１および図２に示したような直方体形状や平板形状のも
のに限定されるものではなく、例えば円柱状のものや不
規則な凹凸のある板状のものであっても、Ｌ１／Ｌ２の
最大値が２．５以上の空洞欠陥を含むものであれば、本
発明の効果を奏するものである。
【００４２】また上記実施形態では、ウエーハ内部の空
洞欠陥を棒状および／または板状にするのに、ＣＺ法に
より窒素をドープすることによって行う方法を中心に説
明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、窒
素以外の添加物を添加したり、結晶の引上げ条件を調整
することにより、空洞欠陥の形状を棒状あるいは板状に
変える場合も含むものである。
洞欠陥を棒状および／または板状にするのに、ＣＺ法に
より窒素をドープすることによって行う方法を中心に説
明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、窒
素以外の添加物を添加したり、結晶の引上げ条件を調整
することにより、空洞欠陥の形状を棒状あるいは板状に
変える場合も含むものである。
【００４３】さらに、本発明において、ＣＺ法によって
シリコン単結晶棒を育成するに際しては、融液に磁場が
印加されているかいないかは問われていないものであ
り、本発明のＣＺ法はいわゆる磁場を印加するＭＣＺ法
も含まれるものである。
シリコン単結晶棒を育成するに際しては、融液に磁場が
印加されているかいないかは問われていないものであ
り、本発明のＣＺ法はいわゆる磁場を印加するＭＣＺ法
も含まれるものである。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明はＣＺ法に
より得られたシリコンウエーハにおいて、その内部に含
まれる空洞欠陥の形状を、棒状および／または板状とす
ることにより、その後の熱処理によってウエーハ表面の
深い領域まで空洞欠陥を消滅させた、無欠陥層の厚いシ
リコンウエーハを得ることができる。
より得られたシリコンウエーハにおいて、その内部に含
まれる空洞欠陥の形状を、棒状および／または板状とす
ることにより、その後の熱処理によってウエーハ表面の
深い領域まで空洞欠陥を消滅させた、無欠陥層の厚いシ
リコンウエーハを得ることができる。
【図１】シリコンウエーハの内部に含まれる棒状あるい
は板状の空洞欠陥の形状を測定した図であり、比較的欠
陥のサイズが大きいものを示した図である。
は板状の空洞欠陥の形状を測定した図であり、比較的欠
陥のサイズが大きいものを示した図である。
【図２】シリコンウエーハの内部に含まれる棒状あるい
は板状の空洞欠陥の形状を測定した図であり、比較的欠
陥のサイズが小さいものを示した図である。
は板状の空洞欠陥の形状を測定した図であり、比較的欠
陥のサイズが小さいものを示した図である。
【図３】シリコンウエーハの内部に含まれる八面体形状
の空洞欠陥の形状を測定した図であり、比較的欠陥のサ
イズが大きいものを示した図である。
の空洞欠陥の形状を測定した図であり、比較的欠陥のサ
イズが大きいものを示した図である。
【図４】シリコンウエーハの内部に含まれる八面体形状
の空洞欠陥の形状を測定した図であり、比較的欠陥のサ
イズが小さいものを示した図である。
の空洞欠陥の形状を測定した図であり、比較的欠陥のサ
イズが小さいものを示した図である。
【図５】熱処理後の欠陥残存率を示した図であり、表面
から０．３μｍまでの深さ領域での欠陥残存率について
示した図である。
から０．３μｍまでの深さ領域での欠陥残存率について
示した図である。
【図６】熱処理後の欠陥残存率を示した図であり、表面
から０．３〜０．５μｍまでの深さ領域での欠陥残存率
について示した図である。
から０．３〜０．５μｍまでの深さ領域での欠陥残存率
について示した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今井 修 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越半 導体株式会社半導体磯部研究所内 (72)発明者 木村 明浩 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越半 導体株式会社半導体磯部研究所内 (72)発明者 吉田 知佐 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越半 導体株式会社半導体磯部研究所内 Ｆターム(参考） 4G077 AA02 AB01 BA04 CF05 EB05 EC10 EH09 FE11 FE14 FG11 FG16 GA02 GA06 GA10 HA12 PB05
Claims (6)
- 【請求項１】 チョクラルスキー法により引上げられた
シリコン単結晶棒をウエーハに加工して得られたシリコ
ンウエーハであって、その内部に棒状の空洞欠陥および
／または板状の空洞欠陥を含むことを特徴とするシリコ
ンウエーハ。 - 【請求項２】 チョクラルスキー法により引上げられた
シリコン単結晶棒をウエーハに加工して得られたシリコ
ンウエーハであって、その内部に空洞欠陥を含み、任意
の{１１０}面に投影された該空洞欠陥像に外接する任意
の長方形における、長い辺の長さＬ１と短い辺の長さＬ
２との比（Ｌ１／Ｌ２）の最大値が２．５以上であるこ
とを特徴とするシリコンウエーハ。 - 【請求項３】 前記シリコン単結晶棒はチョクラルスキ
ー法により窒素をドープされたものであることを特徴と
する請求項１または請求項２に記載のシリコンウエー
ハ。 - 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
に記載のシリコンウエーハを１０００℃以上の温度で１
０秒以上の熱処理をしたシリコンウエーハ。 - 【請求項５】 請求項４に記載のシリコンウエーハであ
って、前記熱処理後におけるウエーハ表面から少なくと
も０．５μｍの深さの空洞欠陥密度が、熱処理前の空洞
欠陥密度の１／２以下であることを特徴とするシリコン
ウエーハ。 - 【請求項６】 ウエーハ内部に棒状の空洞欠陥および／
または板状の空洞欠陥を含むシリコンウエーハであっ
て、ウエーハ表面から少なくとも０．５μｍの深さにわ
たり空洞欠陥がウエーハ内部の１／２以下の密度である
事を特徴とするシリコンウエーハ。
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|---|---|---|---|
| JP11057738A JP2000256092A (ja) | 1999-03-04 | 1999-03-04 | シリコンウエーハ |
| US09/673,955 US6599603B1 (en) | 1999-03-04 | 2000-02-25 | Silicon wafer |
| JP2000602843A JP3800960B2 (ja) | 1999-03-04 | 2000-02-25 | シリコンウエーハ |
| PCT/JP2000/001125 WO2000052236A1 (fr) | 1999-03-04 | 2000-02-25 | Plaquette de silicium |
| EP00905368A EP1087042A4 (en) | 1999-03-04 | 2000-02-25 | SILICON PLATE |
| KR1020007011856A KR100688628B1 (ko) | 1999-03-04 | 2000-02-25 | 실리콘 웨이퍼 |
| TW089103834A TW531575B (en) | 1999-03-04 | 2000-03-03 | Silicon wafer and the manufacturing method of the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11057738A JP2000256092A (ja) | 1999-03-04 | 1999-03-04 | シリコンウエーハ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000256092A true JP2000256092A (ja) | 2000-09-19 |
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Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11057738A Pending JP2000256092A (ja) | 1999-03-04 | 1999-03-04 | シリコンウエーハ |
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|---|---|---|---|
| JP2000602843A Expired - Lifetime JP3800960B2 (ja) | 1999-03-04 | 2000-02-25 | シリコンウエーハ |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP1087042A4 (ja) |
| JP (2) | JP2000256092A (ja) |
| KR (1) | KR100688628B1 (ja) |
| TW (1) | TW531575B (ja) |
| WO (1) | WO2000052236A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030043387A (ko) * | 2001-11-28 | 2003-06-02 | 주식회사 실트론 | 단결정 실리콘 웨이퍼 제조 방법 |
| US6767848B2 (en) | 2001-09-14 | 2004-07-27 | Wacker Siltronic Gesellschaft Für Halbleiter Materialien AG | Silicon semiconductor substrate and method for production thereof |
| JP2007251004A (ja) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 半導体装置の特性予測方法及び特性予測装置 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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