JP2001146498A - シリコン単結晶ウエーハおよびその製造方法並びにｓｏｉウエーハ - Google Patents
シリコン単結晶ウエーハおよびその製造方法並びにｓｏｉウエーハInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 窒素をドープしたＯＳＦ領域を含むＮ−領域
で引上げた結晶を無欠陥ウエーハとして使用するにはＯ
ＳＦ領域を不活性化することが必要で、そのための結晶
引上げ条件を探索し、制御幅が広く、制御し易い安定し
た製造条件の下で、ボイド型欠陥や転位クラスターを排
除した全面Ｎ−領域からなるＣＺ法による無欠陥シリコ
ン単結晶ウエーハおよびその製造方法を提供する。 【解決手段】 ＣＺ法によって育成されたシリコン単結
晶ウエーハであって、窒素がドープされ、全面Ｎ−領域
からなり、かつ格子間酸素濃度が８ｐｐｍａ以下、或は
窒素がドープされ、全面から少なくともボイド型欠陥と
転位クラスターが排除されており、かつ格子間酸素濃度
が８ｐｐｍａ以下であるシリコン単結晶ウエーハおよび
その製造方法。
で引上げた結晶を無欠陥ウエーハとして使用するにはＯ
ＳＦ領域を不活性化することが必要で、そのための結晶
引上げ条件を探索し、制御幅が広く、制御し易い安定し
た製造条件の下で、ボイド型欠陥や転位クラスターを排
除した全面Ｎ−領域からなるＣＺ法による無欠陥シリコ
ン単結晶ウエーハおよびその製造方法を提供する。 【解決手段】 ＣＺ法によって育成されたシリコン単結
晶ウエーハであって、窒素がドープされ、全面Ｎ−領域
からなり、かつ格子間酸素濃度が８ｐｐｍａ以下、或は
窒素がドープされ、全面から少なくともボイド型欠陥と
転位クラスターが排除されており、かつ格子間酸素濃度
が８ｐｐｍａ以下であるシリコン単結晶ウエーハおよび
その製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒素がドープさ
れ、結晶欠陥が殆どない無欠陥シリコン単結晶ウエーハ
およびその製造方法に関するものである。
れ、結晶欠陥が殆どない無欠陥シリコン単結晶ウエーハ
およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＤＲＡＭ等の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法と略記することがある）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、ＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰ等のグローン
イン（Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ）欠陥と呼ばれ、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、その密度の低減とサイズの縮小が重要視さ
れている。
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法と略記することがある）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、ＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰ等のグローン
イン（Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ）欠陥と呼ばれ、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、その密度の低減とサイズの縮小が重要視さ
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。
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、
Ｖａｃａｎｃｙ、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）ニュートラル領域（Ｎｅｕｔｒａ
ｌ領域、以下Ｎ−領域と略記することがある）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（Ｆ
ＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰ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。
Ｖａｃａｎｃｙ、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）ニュートラル領域（Ｎｅｕｔｒａ
ｌ領域、以下Ｎ−領域と略記することがある）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（Ｆ
ＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰ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）Ｆと結晶中の固液界面近傍
の温度勾配Ｇとの関係から決まることが知られている。
また、Ｖ−領域とＩ−領域との間のＮ−領域には、ＯＳ
Ｆ（酸化誘起積層欠陥、Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕ
ｓｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ）と呼ばれるリ
ング状に発生する欠陥の存在が確認されている。
晶の引上げ速度（成長速度）Ｆと結晶中の固液界面近傍
の温度勾配Ｇとの関係から決まることが知られている。
また、Ｖ−領域とＩ−領域との間のＮ−領域には、ＯＳ
Ｆ（酸化誘起積層欠陥、Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕ
ｓｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ）と呼ばれるリ
ング状に発生する欠陥の存在が確認されている。
【０００６】これら結晶成長起因の欠陥を分類すると、
例えば成長速度が０．６ｍｍ／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等のボイド
型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。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、上記した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 Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏ
ｎ：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−リッチ領域と呼ばれている。さらに、成長速度
を０．４ｍｍ／ｍｉｎ前後以下に低速にすると、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。
例えば成長速度が０．６ｍｍ／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等のボイド
型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。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、上記した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 Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏ
ｎ：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−リッチ領域と呼ばれている。さらに、成長速度
を０．４ｍｍ／ｍｉｎ前後以下に低速にすると、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。
【０００７】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、空孔起因のＦＰＤ、
ＬＳＴＤ、ＣＯＰも、転位ループ起因のＬＳＥＰＤ、Ｌ
ＦＰＤも、さらにはＯＳＦも存在しないＮ−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。さらに、
ＯＳＦリングの内側にも、空孔起因のボイド型欠陥も、
転位ループ起因の欠陥も存在せず、ＯＳＦも存在しない
Ｎ−領域の存在が確認されている。
域の中間でＯＳＦリングの外側に、空孔起因のＦＰＤ、
ＬＳＴＤ、ＣＯＰも、転位ループ起因のＬＳＥＰＤ、Ｌ
ＦＰＤも、さらにはＯＳＦも存在しないＮ−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。さらに、
ＯＳＦリングの内側にも、空孔起因のボイド型欠陥も、
転位ループ起因の欠陥も存在せず、ＯＳＦも存在しない
Ｎ−領域の存在が確認されている。
【０００８】これらのＮ−領域は、通常の方法では、成
長速度を下げた時に成長軸方向に対して斜めに存在する
ため、ウエーハ面内では一部分にしか存在しなかった。
このＮ−領域について、ボロンコフ理論（Ｖ．Ｖ．Ｖｏ
ｒｏｎｋｏｖ；Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ
Ｇｒｏｗｔｈ，５９（１９８２）６２５〜６４３）で
は、引上げ速度（Ｆ）と結晶固液界面軸方向温度勾配
（Ｇ）の比であるＦ／Ｇというパラメータが点欠陥のト
ータルな濃度を決定すると唱えている。このことから考
えると、面内で引上げ速度は一定のはずであるから、面
内でＧが分布を持つために、例えば、ある引上げ速度で
は中心がＶ−リッチ領域でＮ−領域を挟んで周辺でＩ−
リッチ領域となるような結晶しか得られなかった。
長速度を下げた時に成長軸方向に対して斜めに存在する
ため、ウエーハ面内では一部分にしか存在しなかった。
このＮ−領域について、ボロンコフ理論（Ｖ．Ｖ．Ｖｏ
ｒｏｎｋｏｖ；Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ
Ｇｒｏｗｔｈ，５９（１９８２）６２５〜６４３）で
は、引上げ速度（Ｆ）と結晶固液界面軸方向温度勾配
（Ｇ）の比であるＦ／Ｇというパラメータが点欠陥のト
ータルな濃度を決定すると唱えている。このことから考
えると、面内で引上げ速度は一定のはずであるから、面
内でＧが分布を持つために、例えば、ある引上げ速度で
は中心がＶ−リッチ領域でＮ−領域を挟んで周辺でＩ−
リッチ領域となるような結晶しか得られなかった。
【０００９】そこで最近、面内のＧの分布を改良して、
この斜めでしか存在しなかったＮ−領域を、例えば、引
上げ速度Ｆを徐々に下げながら引上げた時に、ある引上
げ速度でＮ−領域が横全面に広がった結晶が製造できる
ようになった。また、この全面Ｎ−領域の結晶を長さ方
向へ拡大するには、このＮ−領域が横に広がった時の引
上げ速度を維持して引上げればある程度達成できる。ま
た、結晶が成長するに従ってＧが変化することを考慮
し、それを補正して、あくまでもＦ／Ｇが一定になるよ
うに、引上げ速度を調節すれば、それなりに成長方向に
も、全面Ｎ−領域となる結晶が拡大できるようになっ
た。すなわち、ＣＺ結晶引上げ時のＦ／Ｇを制御し、全
面Ｎ−領域で引き上げることによりボイド型欠陥および
転位クラスターを低減することが可能となったが、Ｆ／
Ｇの制御幅のマージンが非常に狭いという問題があっ
た。
この斜めでしか存在しなかったＮ−領域を、例えば、引
上げ速度Ｆを徐々に下げながら引上げた時に、ある引上
げ速度でＮ−領域が横全面に広がった結晶が製造できる
ようになった。また、この全面Ｎ−領域の結晶を長さ方
向へ拡大するには、このＮ−領域が横に広がった時の引
上げ速度を維持して引上げればある程度達成できる。ま
た、結晶が成長するに従ってＧが変化することを考慮
し、それを補正して、あくまでもＦ／Ｇが一定になるよ
うに、引上げ速度を調節すれば、それなりに成長方向に
も、全面Ｎ−領域となる結晶が拡大できるようになっ
た。すなわち、ＣＺ結晶引上げ時のＦ／Ｇを制御し、全
面Ｎ−領域で引き上げることによりボイド型欠陥および
転位クラスターを低減することが可能となったが、Ｆ／
Ｇの制御幅のマージンが非常に狭いという問題があっ
た。
【００１０】一方、従来から、窒素をドープしたシリコ
ン単結晶が、ＦＺシリコン中の欠陥を減らすことが知ら
れており、この方法は、窒素の特異な酸素析出特性等を
利用しながらＣＺ法にも応用されている。そこで、本発
明者らは、特願平１１−０２２９１９号で、窒素をドー
プすることによりＮ−領域が拡大することを利用して、
全面Ｎ−領域のウエーハの歩留りおよび生産性を向上さ
せる製造条件を提案した。
ン単結晶が、ＦＺシリコン中の欠陥を減らすことが知ら
れており、この方法は、窒素の特異な酸素析出特性等を
利用しながらＣＺ法にも応用されている。そこで、本発
明者らは、特願平１１−０２２９１９号で、窒素をドー
プすることによりＮ−領域が拡大することを利用して、
全面Ｎ−領域のウエーハの歩留りおよび生産性を向上さ
せる製造条件を提案した。
【００１１】しかし、窒素をドープした場合に、ボイド
型欠陥がなく、Ｉ−リッチ領域に見られるような転位ク
ラスターのないＮ−領域が大きく拡大することは確かで
あるが、そのほとんどはＯＳＦ領域を含んだＮ−領域で
あり、無欠陥ウエーハとして実際に使用することのでき
るＯＳＦ領域を含まないＮ−領域の拡大は比較的少なか
った。また、この窒素をドープした場合のＯＳＦ領域
は、窒素ノンドープのＯＳＦ領域に比べてＯＳＦ核の密
度が数倍高く、さらにそのＯＳＦ核が起因となって発生
する転位ループが存在し、デバイスに悪影響を及ぼすと
いう問題もあった。
型欠陥がなく、Ｉ−リッチ領域に見られるような転位ク
ラスターのないＮ−領域が大きく拡大することは確かで
あるが、そのほとんどはＯＳＦ領域を含んだＮ−領域で
あり、無欠陥ウエーハとして実際に使用することのでき
るＯＳＦ領域を含まないＮ−領域の拡大は比較的少なか
った。また、この窒素をドープした場合のＯＳＦ領域
は、窒素ノンドープのＯＳＦ領域に比べてＯＳＦ核の密
度が数倍高く、さらにそのＯＳＦ核が起因となって発生
する転位ループが存在し、デバイスに悪影響を及ぼすと
いう問題もあった。
【００１２】
【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、窒素をドープした場合の
ＯＳＦ領域を含むＮ−領域で引上げた結晶を無欠陥ウエ
ーハとして使用するにはＯＳＦ領域を不活性化すること
が必要で、そのための結晶引上げ条件を探索し、制御幅
が広く、制御し易い安定した製造条件の下で、ボイド型
欠陥や転位クラスターを排除した全面Ｎ−領域からなる
ＣＺ法によるシリコン単結晶ウエーハを高生産性、高歩
留りを維持しながら製造することを目的とする。
問題点に鑑みなされたもので、窒素をドープした場合の
ＯＳＦ領域を含むＮ−領域で引上げた結晶を無欠陥ウエ
ーハとして使用するにはＯＳＦ領域を不活性化すること
が必要で、そのための結晶引上げ条件を探索し、制御幅
が広く、制御し易い安定した製造条件の下で、ボイド型
欠陥や転位クラスターを排除した全面Ｎ−領域からなる
ＣＺ法によるシリコン単結晶ウエーハを高生産性、高歩
留りを維持しながら製造することを目的とする。
【００１３】
【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って育成されたシ
リコン単結晶ウエーハであって、窒素がドープされ、全
面Ｎ−領域からなり、かつ格子間酸素濃度が８ｐｐｍａ
以下であることを特徴とするシリコン単結晶ウエーハで
ある。
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って育成されたシ
リコン単結晶ウエーハであって、窒素がドープされ、全
面Ｎ−領域からなり、かつ格子間酸素濃度が８ｐｐｍａ
以下であることを特徴とするシリコン単結晶ウエーハで
ある。
【００１４】このように、シリコンウエーハの格子間酸
素濃度を８ｐｐｍａ以下としたことによって、Ｎ−領域
中にＯＳＦ領域が含まれていたとしても、そのＯＳＦ領
域からＯＳＦが発生することはなく、セコエッチングに
より転位ループが観察されることもなく、デバイス特性
に影響を及ぼすような欠陥が存在しない実質的な無欠陥
ウエーハとなる。
素濃度を８ｐｐｍａ以下としたことによって、Ｎ−領域
中にＯＳＦ領域が含まれていたとしても、そのＯＳＦ領
域からＯＳＦが発生することはなく、セコエッチングに
より転位ループが観察されることもなく、デバイス特性
に影響を及ぼすような欠陥が存在しない実質的な無欠陥
ウエーハとなる。
【００１５】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って育成されたシリコン単
結晶ウエーハであって、窒素がドープされ、全面から少
なくともボイド型欠陥と転位クラスターが排除されてお
り、かつ格子間酸素濃度が８ｐｐｍａ以下であることを
特徴とするシリコン単結晶ウエーハである。このよう
に、結晶全面から少なくともボイド型欠陥と転位クラス
ターが排除されており、酸素濃度が８ｐｐｍａ以下であ
るので、請求項１と同様に実質的な無欠陥ウエーハとな
る。
は、チョクラルスキー法によって育成されたシリコン単
結晶ウエーハであって、窒素がドープされ、全面から少
なくともボイド型欠陥と転位クラスターが排除されてお
り、かつ格子間酸素濃度が８ｐｐｍａ以下であることを
特徴とするシリコン単結晶ウエーハである。このよう
に、結晶全面から少なくともボイド型欠陥と転位クラス
ターが排除されており、酸素濃度が８ｐｐｍａ以下であ
るので、請求項１と同様に実質的な無欠陥ウエーハとな
る。
【００１６】これらの場合、請求項３に記載したよう
に、格子間酸素濃度を５ｐｐｍａ以下とすることができ
る。このように、酸素濃度が５ｐｐｍａ以下であれば、
ほぼ完全に無欠陥シリコン単結晶ウエーハとすることが
できるので、このウエーハを用いて酸化膜耐圧（ＴＺＤ
Ｂ（Time Zero Dielectric Breakdown））を測定した場
合、ほぼ１００％の良品率が得られる。
に、格子間酸素濃度を５ｐｐｍａ以下とすることができ
る。このように、酸素濃度が５ｐｐｍａ以下であれば、
ほぼ完全に無欠陥シリコン単結晶ウエーハとすることが
できるので、このウエーハを用いて酸化膜耐圧（ＴＺＤ
Ｂ（Time Zero Dielectric Breakdown））を測定した場
合、ほぼ１００％の良品率が得られる。
【００１７】また、これらの場合、請求項４に記載した
ように、ドープされた窒素濃度を１×１０14／ｃｍ3 以
上とすることができる。このように、窒素濃度が１×１
０14／ｃｍ3 以上であれば、窒素の酸素析出促進効果に
より、低酸素でありながら、バルク部においてある程度
の酸素析出が得られるため、ＩＧ（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ
Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ、内部ゲッタリング）効果が期待
できる。
ように、ドープされた窒素濃度を１×１０14／ｃｍ3 以
上とすることができる。このように、窒素濃度が１×１
０14／ｃｍ3 以上であれば、窒素の酸素析出促進効果に
より、低酸素でありながら、バルク部においてある程度
の酸素析出が得られるため、ＩＧ（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ
Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ、内部ゲッタリング）効果が期待
できる。
【００１８】さらに、請求項５に記載したように、ドー
プされた窒素濃度が５×１０14／ｃｍ3 以上であること
が好ましい。このように、窒素濃度が５×１０14／ｃｍ
3 以上であればさらに酸素析出促進効果が向上し、ＩＧ
効果が高いものとなる。
プされた窒素濃度が５×１０14／ｃｍ3 以上であること
が好ましい。このように、窒素濃度が５×１０14／ｃｍ
3 以上であればさらに酸素析出促進効果が向上し、ＩＧ
効果が高いものとなる。
【００１９】そして本発明の請求項６に記載した発明
は、前記請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載
したシリコン単結晶ウエーハの一主面に、ＥＧ処理が施
されているシリコン単結晶ウエーハである。このよう
に、窒素濃度を高めることによりある程度のＩＧ効果が
期待できるが、それだけでは不十分である場合もあるの
で、デバイスが作製される主面とは反対側の主面に、例
えばＰＢＳ（ポリバックシール（登録商標））やＢＳＤ
（バックサイドダメージ）などのＥＧ（Ｅｘｔｒｉｎｓ
ｉｃ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ、外部ゲッタリング）処理を
施すことが好ましい。
は、前記請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載
したシリコン単結晶ウエーハの一主面に、ＥＧ処理が施
されているシリコン単結晶ウエーハである。このよう
に、窒素濃度を高めることによりある程度のＩＧ効果が
期待できるが、それだけでは不十分である場合もあるの
で、デバイスが作製される主面とは反対側の主面に、例
えばＰＢＳ（ポリバックシール（登録商標））やＢＳＤ
（バックサイドダメージ）などのＥＧ（Ｅｘｔｒｉｎｓ
ｉｃ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ、外部ゲッタリング）処理を
施すことが好ましい。
【００２０】さらに本発明の請求項７に記載した発明
は、前記請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載
したシリコン単結晶ウエーハを、ＳＯＩ層として用いた
ＳＯＩウエーハである。このような実質的に無欠陥ウエ
ーハをＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａ
ｔｏｒ）層として使用すれば、ボイド型欠陥がＳＯＩ層
を貫通するために生ずる絶縁不良が発生せず、また、Ｃ
Ｚウエーハであるため大口径化が可能であり、しかも比
較的安価に得られるので、高品質のＳＯＩウエーハの製
造コスト低減を図ることができる。
は、前記請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載
したシリコン単結晶ウエーハを、ＳＯＩ層として用いた
ＳＯＩウエーハである。このような実質的に無欠陥ウエ
ーハをＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａ
ｔｏｒ）層として使用すれば、ボイド型欠陥がＳＯＩ層
を貫通するために生ずる絶縁不良が発生せず、また、Ｃ
Ｚウエーハであるため大口径化が可能であり、しかも比
較的安価に得られるので、高品質のＳＯＩウエーハの製
造コスト低減を図ることができる。
【００２１】次に本発明の請求項８に記載した発明は、
チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を育成する際
に、窒素をドープしながら結晶全面がＮ−領域となり、
かつ格子間酸素濃度が８ｐｐｍａ以下となる条件で引上
げた単結晶から製造するシリコン単結晶ウエーハの製造
方法である。
チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を育成する際
に、窒素をドープしながら結晶全面がＮ−領域となり、
かつ格子間酸素濃度が８ｐｐｍａ以下となる条件で引上
げた単結晶から製造するシリコン単結晶ウエーハの製造
方法である。
【００２２】このように、実質的な無欠陥ウエーハは、
格子間酸素濃度を８ｐｐｍａ以下に制御しながら、窒素
をドープすることにより拡大されたＮ−領域を使用して
引上げることができる。これにより、引上げ速度ＦとＦ
／Ｇ値のＮ−領域マージンを格段に増加することがで
き、従来に比べ高生産性、高歩留りが実現できる。引上
げられた結晶からウエーハへの加工は公知の方法で行え
ばよい。
格子間酸素濃度を８ｐｐｍａ以下に制御しながら、窒素
をドープすることにより拡大されたＮ−領域を使用して
引上げることができる。これにより、引上げ速度ＦとＦ
／Ｇ値のＮ−領域マージンを格段に増加することがで
き、従来に比べ高生産性、高歩留りが実現できる。引上
げられた結晶からウエーハへの加工は公知の方法で行え
ばよい。
【００２３】この場合、請求項９に記載したように、こ
の無欠陥ウエーハは、ドープする窒素濃度を１×１０14
／ｃｍ3 以上とし、かつ結晶全面がＮ−領域となる条件
として、Ｆ／Ｇ（Ｆ：引上速度、Ｇ：結晶固液界面の温
度勾配）値が結晶面内の全ての位置で０．１４〜０．２
２ｍｍ2 ／Ｋ・ｍｉｎの範囲内で育成した単結晶から製
造することができる。このように、引上げ条件として具
体的に窒素濃度が１×１０14／ｃｍ3 以上であれば、Ｆ
／Ｇを０．１４〜０．２２ｍｍ2 ／Ｋ・ｍｉｎの範囲内
に制御すればよく、容易に制御することができる。
の無欠陥ウエーハは、ドープする窒素濃度を１×１０14
／ｃｍ3 以上とし、かつ結晶全面がＮ−領域となる条件
として、Ｆ／Ｇ（Ｆ：引上速度、Ｇ：結晶固液界面の温
度勾配）値が結晶面内の全ての位置で０．１４〜０．２
２ｍｍ2 ／Ｋ・ｍｉｎの範囲内で育成した単結晶から製
造することができる。このように、引上げ条件として具
体的に窒素濃度が１×１０14／ｃｍ3 以上であれば、Ｆ
／Ｇを０．１４〜０．２２ｍｍ2 ／Ｋ・ｍｉｎの範囲内
に制御すればよく、容易に制御することができる。
【００２４】さらにこの場合、請求項１０に記載したよ
うに、ドープする窒素濃度を５×１０14／ｃｍ3 以上と
し、かつ結晶全面がＮ−領域となる条件として、Ｆ／Ｇ
値が結晶面内の全ての位置で０．１２〜０．２４ｍｍ2
／Ｋ・ｍｉｎの範囲内で育成した単結晶から製造するこ
とが好ましい。このように、ドープする窒素濃度が５×
１０14／ｃｍ3 以上の場合には、Ｆ／Ｇ値は０．１２〜
０．２４ｍｍ2 ／Ｋ・ｍｉｎの範囲でよいので、制御幅
が広く、非常に制御が容易である。
うに、ドープする窒素濃度を５×１０14／ｃｍ3 以上と
し、かつ結晶全面がＮ−領域となる条件として、Ｆ／Ｇ
値が結晶面内の全ての位置で０．１２〜０．２４ｍｍ2
／Ｋ・ｍｉｎの範囲内で育成した単結晶から製造するこ
とが好ましい。このように、ドープする窒素濃度が５×
１０14／ｃｍ3 以上の場合には、Ｆ／Ｇ値は０．１２〜
０．２４ｍｍ2 ／Ｋ・ｍｉｎの範囲でよいので、制御幅
が広く、非常に制御が容易である。
【００２５】本発明の請求項１１に記載した発明は、前
記請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載した
製造方法により製造されたシリコン単結晶ウエーハに熱
処理を施すことを特徴とするシリコン単結晶ウエーハの
製造方法である。このように、本発明の製造方法により
製造されたシリコン単結晶ウエーハは、その酸素濃度が
８ｐｐｍａ以下であるので、ＯＳＦが発生することはな
いが、残存している微小な酸素析出物が表面に出ると若
干耐圧特性を劣化させる場合がある。そこで、表面に熱
処理を施して、その微小な酸素析出物を溶解させること
により、より確実に高品質ウエーハを得ることができ
る。
記請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載した
製造方法により製造されたシリコン単結晶ウエーハに熱
処理を施すことを特徴とするシリコン単結晶ウエーハの
製造方法である。このように、本発明の製造方法により
製造されたシリコン単結晶ウエーハは、その酸素濃度が
８ｐｐｍａ以下であるので、ＯＳＦが発生することはな
いが、残存している微小な酸素析出物が表面に出ると若
干耐圧特性を劣化させる場合がある。そこで、表面に熱
処理を施して、その微小な酸素析出物を溶解させること
により、より確実に高品質ウエーハを得ることができ
る。
【００２６】この場合、請求項１２に記載したように、
熱処理を急速加熱・急速冷却装置（ＲＴＡ装置、Ｒａｐ
ｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｅｒ）を用いて行
うことが望ましい。この装置は、枚葉式の自動連続熱処
理装置であって、熱処理前後の加熱、冷却を数秒〜数百
秒で行うので、弊害の多い長時間の熱履歴をウエーハに
与えることなく、数秒〜数百秒の短時間の効果的な熱処
理を施すことができる。また、表面に露出した微小な酸
素析出物は、高温短時間のＲＴＡプロセスのアルゴン、
水素等によるアニールで簡単に消滅させることができ
る。さらに、より強力にＩＧ能力を付加したい場合に
は、窒素雰囲気でのＲＴＡプロセス等により、ＩＧ能力
を増加させることもできる。
熱処理を急速加熱・急速冷却装置（ＲＴＡ装置、Ｒａｐ
ｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｅｒ）を用いて行
うことが望ましい。この装置は、枚葉式の自動連続熱処
理装置であって、熱処理前後の加熱、冷却を数秒〜数百
秒で行うので、弊害の多い長時間の熱履歴をウエーハに
与えることなく、数秒〜数百秒の短時間の効果的な熱処
理を施すことができる。また、表面に露出した微小な酸
素析出物は、高温短時間のＲＴＡプロセスのアルゴン、
水素等によるアニールで簡単に消滅させることができ
る。さらに、より強力にＩＧ能力を付加したい場合に
は、窒素雰囲気でのＲＴＡプロセス等により、ＩＧ能力
を増加させることもできる。
【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 Ｄｅｆｅｃ
ｔ）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、Ｋ2 Ｃｒ2 Ｏ7 と弗酸と水の混合
液で表面を無攪拌でエッチング（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）。
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 Ｄｅｆｅｃ
ｔ）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、Ｋ2 Ｃｒ2 Ｏ7 と弗酸と水の混合
液で表面を無攪拌でエッチング（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。
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 ＴｏｍｏｇｒａｐｈｙＤｅｆｅｃｔ）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（Ｊ．
Ｊ．Ａ．Ｐ． 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。
ｒｉｎｇ ＴｏｍｏｇｒａｐｈｙＤｅｆｅｃｔ）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（Ｊ．
Ｊ．Ａ．Ｐ． 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。
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。
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】従来方法によりＦ／Ｇを制御して作製され
る無欠陥結晶は、Ｎ−領域となる引上げ速度が低速であ
り、また、Ｆ／Ｇのマージンも少ないためため、生産
性、歩留まり共に低かった。これに対し、本発明者らが
先に特願平１１−０２２９１９号で提案したように、窒
素をドープしてＦ／Ｇを制御した場合、Ｎ−領域、すな
わち、ボイド型欠陥（ＦＰＤ，ＣＯＰ等）が存在せずＩ
−リッチ領域に見られるような転位クラスターも存在し
ない領域は大きく拡大するが、その殆どはＯＳＦ領域を
含む領域の拡大であり、無欠陥ウエーハとして実際に使
用することのできるＯＳＦ領域を含まないＮ−領域の拡
大は比較的少ないので、その部分の引上げ速度は従来方
法に比べてさほど向上しない。つまり、Ｆ／Ｇのマージ
ンがある程度拡大することにより、無欠陥結晶の製造歩
留りの向上は期待できるが、生産性はさほど変化がない
ということになる。
る無欠陥結晶は、Ｎ−領域となる引上げ速度が低速であ
り、また、Ｆ／Ｇのマージンも少ないためため、生産
性、歩留まり共に低かった。これに対し、本発明者らが
先に特願平１１−０２２９１９号で提案したように、窒
素をドープしてＦ／Ｇを制御した場合、Ｎ−領域、すな
わち、ボイド型欠陥（ＦＰＤ，ＣＯＰ等）が存在せずＩ
−リッチ領域に見られるような転位クラスターも存在し
ない領域は大きく拡大するが、その殆どはＯＳＦ領域を
含む領域の拡大であり、無欠陥ウエーハとして実際に使
用することのできるＯＳＦ領域を含まないＮ−領域の拡
大は比較的少ないので、その部分の引上げ速度は従来方
法に比べてさほど向上しない。つまり、Ｆ／Ｇのマージ
ンがある程度拡大することにより、無欠陥結晶の製造歩
留りの向上は期待できるが、生産性はさほど変化がない
ということになる。
【００３３】また、この窒素をドープした場合のＯＳＦ
領域は、窒素ノンドープのＯＳＦ領域に比べてＯＳＦ核
の密度が数倍高く、さらにそのＯＳＦ核が起因となって
発生する転位ループが存在し、デバイスに悪影響を及ぼ
すため、実際には使用することが困難なものであった。
領域は、窒素ノンドープのＯＳＦ領域に比べてＯＳＦ核
の密度が数倍高く、さらにそのＯＳＦ核が起因となって
発生する転位ループが存在し、デバイスに悪影響を及ぼ
すため、実際には使用することが困難なものであった。
【００３４】そこで本発明者らは先ず、無欠陥結晶の生
産性を向上し製造コストを下げるために、窒素ドープに
より拡大したＯＳＦ領域を有効に利用する方法を考え
た。すなわち、この領域にはボイド型欠陥が存在せず、
Ｉ−リッチ領域に見られるような転位クラスターも存在
せず、しかも比較的高速で育成可能で、かつＦ／Ｇのマ
ージンが広いためである。
産性を向上し製造コストを下げるために、窒素ドープに
より拡大したＯＳＦ領域を有効に利用する方法を考え
た。すなわち、この領域にはボイド型欠陥が存在せず、
Ｉ−リッチ領域に見られるような転位クラスターも存在
せず、しかも比較的高速で育成可能で、かつＦ／Ｇのマ
ージンが広いためである。
【００３５】このようにＯＳＦ領域を含むＮ−領域で引
上げた結晶も無欠陥ウエーハとして使用することができ
るかどうかを検討した結果、引上げ結晶中に含まれる酸
素濃度を極低酸素にすれば、ＯＳＦを不活性にすること
ができる（デバイス特性に影響を与えない）ことを見出
した。すなわち、ＯＳＦが不活性であれば拡大Ｎ−領域
を有効に利用できるので、従来に比べて極めて高生産
性、高歩留りで無欠陥ウエーハを製造することが可能と
なる。
上げた結晶も無欠陥ウエーハとして使用することができ
るかどうかを検討した結果、引上げ結晶中に含まれる酸
素濃度を極低酸素にすれば、ＯＳＦを不活性にすること
ができる（デバイス特性に影響を与えない）ことを見出
した。すなわち、ＯＳＦが不活性であれば拡大Ｎ−領域
を有効に利用できるので、従来に比べて極めて高生産
性、高歩留りで無欠陥ウエーハを製造することが可能と
なる。
【００３６】そこで、この窒素ドープによる拡大ＯＳＦ
領域と酸素濃度の関係に注目し、詳細な実験と調査を行
った。その結果、酸素濃度が高い場合（１８ｐｐｍａ
（日本電子工業振興協会（ＪＥＩＤＡ）規格）以上）に
は、１１５０℃／１００分、ウエットＯ2 雰囲気下のＯ
ＳＦテストによってＯＳＦが発生した。また、セコ エ
ッチング（ＳｅｃｃｏＥｔｃｈｉｎｇ）により転位ルー
プが高密度に観察されたが、酸素濃度が１０ｐｐｍａ以
下になると、ＯＳＦおよび転位ループの密度は減少し、
さらに８ｐｐｍａ以下になると、ＯＳＦや転位ループは
全く発生しなくなった。つまり、この窒素ドープにより
拡大したＯＳＦ領域を使用しても、酸素濃度を８ｐｐｍ
ａ以下にすることにより、ＯＳＦを不活性にできるとい
うことになり、ボイド型欠陥、転位クラスター、ＯＳ
Ｆ、およびＯＳＦ上の転位ループ等の無い無欠陥シリコ
ン単結晶が、高生産性および高歩留まりで製造可能であ
ることが判明した。
領域と酸素濃度の関係に注目し、詳細な実験と調査を行
った。その結果、酸素濃度が高い場合（１８ｐｐｍａ
（日本電子工業振興協会（ＪＥＩＤＡ）規格）以上）に
は、１１５０℃／１００分、ウエットＯ2 雰囲気下のＯ
ＳＦテストによってＯＳＦが発生した。また、セコ エ
ッチング（ＳｅｃｃｏＥｔｃｈｉｎｇ）により転位ルー
プが高密度に観察されたが、酸素濃度が１０ｐｐｍａ以
下になると、ＯＳＦおよび転位ループの密度は減少し、
さらに８ｐｐｍａ以下になると、ＯＳＦや転位ループは
全く発生しなくなった。つまり、この窒素ドープにより
拡大したＯＳＦ領域を使用しても、酸素濃度を８ｐｐｍ
ａ以下にすることにより、ＯＳＦを不活性にできるとい
うことになり、ボイド型欠陥、転位クラスター、ＯＳ
Ｆ、およびＯＳＦ上の転位ループ等の無い無欠陥シリコ
ン単結晶が、高生産性および高歩留まりで製造可能であ
ることが判明した。
【００３７】次にこれらの結晶の酸化膜耐圧特性につい
て調査した。その結果、酸素濃度が低下するほど、良好
な耐圧特性を示す結果となった。これは、ＯＳＦ核とな
り得る酸素析出物のサイズに依存しているものと思われ
る。すなわち、酸素濃度の低下に伴い酸素析出物のサイ
ズが小さくなり、酸化膜耐圧特性に影響しにくくなった
ものと考えられる。そして、酸素濃度が５ｐｐｍａ以下
になると、耐圧特性（ＴＺＤＢ）は良品率がほぼ１００
％となった。但し、５ｐｐｍａ以下の酸素濃度のウエー
ハでは析出物もなく低酸素であるため、ゲッタリング能
力が殆どなくなる。よって、程良くゲッタリング能力
（ＩＧ能力）も必要な場合の酸素濃度は５〜８ｐｐｍａ
までの選択となる。
て調査した。その結果、酸素濃度が低下するほど、良好
な耐圧特性を示す結果となった。これは、ＯＳＦ核とな
り得る酸素析出物のサイズに依存しているものと思われ
る。すなわち、酸素濃度の低下に伴い酸素析出物のサイ
ズが小さくなり、酸化膜耐圧特性に影響しにくくなった
ものと考えられる。そして、酸素濃度が５ｐｐｍａ以下
になると、耐圧特性（ＴＺＤＢ）は良品率がほぼ１００
％となった。但し、５ｐｐｍａ以下の酸素濃度のウエー
ハでは析出物もなく低酸素であるため、ゲッタリング能
力が殆どなくなる。よって、程良くゲッタリング能力
（ＩＧ能力）も必要な場合の酸素濃度は５〜８ｐｐｍａ
までの選択となる。
【００３８】実際の引上げ方法においては、ＯＳＦ領域
の発生は窒素濃度によって変化する。例えば窒素濃度が
１×１０14／ｃｍ3 以上のときは、Ｆ／Ｇ値を引上げ結
晶の面内全ての位置で、０．１４〜０．２２ｍｍ2 ／Ｋ
・ｍｉｎの範囲内で結晶を育成し、酸素濃度を８ｐｐｍ
ａ以下に調整すれば、全面が潜在的にＯＳＦ核を持って
いる領域（潜在ＯＳＦ領域：酸素濃度が８ｐｐｍａを超
えればＯＳＦが発生する領域）となる。
の発生は窒素濃度によって変化する。例えば窒素濃度が
１×１０14／ｃｍ3 以上のときは、Ｆ／Ｇ値を引上げ結
晶の面内全ての位置で、０．１４〜０．２２ｍｍ2 ／Ｋ
・ｍｉｎの範囲内で結晶を育成し、酸素濃度を８ｐｐｍ
ａ以下に調整すれば、全面が潜在的にＯＳＦ核を持って
いる領域（潜在ＯＳＦ領域：酸素濃度が８ｐｐｍａを超
えればＯＳＦが発生する領域）となる。
【００３９】ここで、酸素濃度の制御方法は従来より慣
用されているように、ルツボ回転速度や磁場印加、そし
てガス流の制御等によりコントロールすることができ
る。また、窒素濃度が高くなれば、この潜在ＯＳＦ領域
もさらに拡大し、例えば窒素を５×１０14／ｃｍ3 以上
ドープした場合は、Ｆ／Ｇ値を引上げ結晶の面内すべて
の位置で、０．１２〜０．２４ｍｍ2 ／Ｋ・ｍｉｎの範
囲内で結晶を育成すればよい。
用されているように、ルツボ回転速度や磁場印加、そし
てガス流の制御等によりコントロールすることができ
る。また、窒素濃度が高くなれば、この潜在ＯＳＦ領域
もさらに拡大し、例えば窒素を５×１０14／ｃｍ3 以上
ドープした場合は、Ｆ／Ｇ値を引上げ結晶の面内すべて
の位置で、０．１２〜０．２４ｍｍ2 ／Ｋ・ｍｉｎの範
囲内で結晶を育成すればよい。
【００４０】このような方法によれば、単結晶の育成が
高速成長かつ広いマージンで可能となる。次いでこれを
通常の方法に従い、スライス、面取り、研削、エッチン
グ、鏡面仕上げ研磨等の工程を経てウエーハに加工すれ
ば、ボイドもＯＳＦも転位クラスターも、さらにはＯＳ
Ｆ上の転位ループも存在しない無欠陥シリコン単結晶ウ
エーハを製造することができる。
高速成長かつ広いマージンで可能となる。次いでこれを
通常の方法に従い、スライス、面取り、研削、エッチン
グ、鏡面仕上げ研磨等の工程を経てウエーハに加工すれ
ば、ボイドもＯＳＦも転位クラスターも、さらにはＯＳ
Ｆ上の転位ループも存在しない無欠陥シリコン単結晶ウ
エーハを製造することができる。
【００４１】ここでさらにウエーハの機能を高めるため
に、デバイスの作製が予定される主面の反対側の主表面
にＰＢＳ、ＢＳＤ等のＥＧ処理を施しても良い。特に、
５ｐｐｍａ以下の低酸素の場合は、様々な欠陥が完全に
フリーとなる結晶であるため、欠陥や電気特性は大変良
好であるが、バルクの欠陥も存在しないため、ゲッタリ
ング能力に欠ける。よって、デバイス製造ラインによっ
てゲッタリング能力が必要とされる場合には、ＰＢＳ、
ＢＳＤ等のＥＧ処理を行い、ゲッタリング能力を付加し
ても良い。
に、デバイスの作製が予定される主面の反対側の主表面
にＰＢＳ、ＢＳＤ等のＥＧ処理を施しても良い。特に、
５ｐｐｍａ以下の低酸素の場合は、様々な欠陥が完全に
フリーとなる結晶であるため、欠陥や電気特性は大変良
好であるが、バルクの欠陥も存在しないため、ゲッタリ
ング能力に欠ける。よって、デバイス製造ラインによっ
てゲッタリング能力が必要とされる場合には、ＰＢＳ、
ＢＳＤ等のＥＧ処理を行い、ゲッタリング能力を付加し
ても良い。
【００４２】また、酸素濃度が８〜５ｐｐｍａの場合に
は、ＯＳＦは発生させないが、微小な析出物が残存して
いる。よってゲッタリング能力は上記のウエーハよりも
あるが、微小析出物が表面に出ると、若干耐圧特性を劣
化させる場合がある。そこで、この場合は何らかの熱処
理を施すことにより、表面のみその微小な酸素析出物を
溶解させてしまえば良く、例えば、ＲＴＡプロセスにお
いて、アルゴン、水素、窒素等の雰囲気下でのアニール
で簡単に消滅させることができる。この場合、この析出
物は非常に小さいため、ＲＴＡ装置の高温短時間プロセ
スでも十分消滅させることが可能である。
は、ＯＳＦは発生させないが、微小な析出物が残存して
いる。よってゲッタリング能力は上記のウエーハよりも
あるが、微小析出物が表面に出ると、若干耐圧特性を劣
化させる場合がある。そこで、この場合は何らかの熱処
理を施すことにより、表面のみその微小な酸素析出物を
溶解させてしまえば良く、例えば、ＲＴＡプロセスにお
いて、アルゴン、水素、窒素等の雰囲気下でのアニール
で簡単に消滅させることができる。この場合、この析出
物は非常に小さいため、ＲＴＡ装置の高温短時間プロセ
スでも十分消滅させることが可能である。
【００４３】ここで、ＲＴＡプロセスとは、熱処理をＲ
ＴＡ装置（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ
ｅｒ、急速加熱・急速冷却装置）を用いて行う工程であ
って、この装置は、枚葉式の自動連続熱処理装置であ
り、熱処理前後の加熱、冷却を数秒〜数百秒で行うの
で、弊害の多い長時間の熱履歴をウエーハに与えること
なく、数秒〜数百秒の短時間の効果的な熱処理を施すこ
とができるものである。
ＴＡ装置（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ
ｅｒ、急速加熱・急速冷却装置）を用いて行う工程であ
って、この装置は、枚葉式の自動連続熱処理装置であ
り、熱処理前後の加熱、冷却を数秒〜数百秒で行うの
で、弊害の多い長時間の熱履歴をウエーハに与えること
なく、数秒〜数百秒の短時間の効果的な熱処理を施すこ
とができるものである。
【００４４】さらに、どのウエーハに対しても、より強
力にゲッタリング能力を付加したい場合には、すでに良
く知られている、窒素雰囲気下でのＲＴＡプロセス等に
より、ゲッタリング能力を増加させてもよい。
力にゲッタリング能力を付加したい場合には、すでに良
く知られている、窒素雰囲気下でのＲＴＡプロセス等に
より、ゲッタリング能力を増加させてもよい。
【００４５】加えて、このような実質的に無欠陥である
シリコン単結晶ウエーハをＳＯＩ層として使用すれば、
ボイド型欠陥がＳＯＩ層を貫通するために生ずる不良が
発生することはない。すなわち、例えば２枚のシリコン
ウエーハを酸化膜を介して貼り合わせた後、デバイス作
製側基板を薄膜化してＳＯＩ層を作製する際に、貼り合
せるシリコンウエーハの内、少なくともＳＯＩ層となる
デバイス作製側基板を本発明のシリコンウエーハとすれ
ば、薄膜化後のＳＯＩ層にも欠陥は存在せず、極めて良
好な特性を有するものとなる。また、ＣＺウエーハであ
るため大口径化が可能であり、しかも比較的安価に得ら
れるので、高品質のＳＯＩウエーハの製造コストの低減
を図ることができる。
シリコン単結晶ウエーハをＳＯＩ層として使用すれば、
ボイド型欠陥がＳＯＩ層を貫通するために生ずる不良が
発生することはない。すなわち、例えば２枚のシリコン
ウエーハを酸化膜を介して貼り合わせた後、デバイス作
製側基板を薄膜化してＳＯＩ層を作製する際に、貼り合
せるシリコンウエーハの内、少なくともＳＯＩ層となる
デバイス作製側基板を本発明のシリコンウエーハとすれ
ば、薄膜化後のＳＯＩ層にも欠陥は存在せず、極めて良
好な特性を有するものとなる。また、ＣＺウエーハであ
るため大口径化が可能であり、しかも比較的安価に得ら
れるので、高品質のＳＯＩウエーハの製造コストの低減
を図ることができる。
【００４６】
【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。まず、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
１により説明する。図１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３２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
およびその回転機構（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３
５が配置されている。
て、図面を参照しながら詳細に説明する。まず、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
１により説明する。図１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３２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
およびその回転機構（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３
５が配置されている。
【００４７】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１の固液界面４の外周に環状の
固液界面断熱材８を設け、その上に上部囲繞断熱材９が
配置されている。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３〜５ｃｍの隙間１０
を設けて設置されている。上部囲繞断熱材９は条件によ
っては使用しないこともある。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不図示の筒
状の冷却装置を設けてもよい。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。
を設定するために、結晶１の固液界面４の外周に環状の
固液界面断熱材８を設け、その上に上部囲繞断熱材９が
配置されている。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３〜５ｃｍの隙間１０
を設けて設置されている。上部囲繞断熱材９は条件によ
っては使用しないこともある。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不図示の筒
状の冷却装置を設けてもよい。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。
【００４８】次に、上記の単結晶引上げ装置３０による
窒素ドープ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１
４２０°Ｃ）以上に加熱して融解する。この時、窒素を
ドープするために、例えば窒化膜付きシリコンウエーハ
を投入しておく。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
り略円柱形状の窒素をドープした単結晶棒１を得ること
ができる。
窒素ドープ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１
４２０°Ｃ）以上に加熱して融解する。この時、窒素を
ドープするために、例えば窒化膜付きシリコンウエーハ
を投入しておく。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
り略円柱形状の窒素をドープした単結晶棒１を得ること
ができる。
【００４９】この場合、本発明では、結晶内の温度勾配
を制御するために、図１に示したように、前記固液界面
断熱材８の下端とシリコン融液２の湯面３との隙間１０
の間隔を調整するとともに、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
結晶の温度が例えば１４２０℃から１４００℃までの温
度域に環状の固液界面断熱材８を設け、その上に上部囲
繞断熱材９を配置するようにしている。さらに、必要に
応じてこの断熱材の上部に結晶を冷却する装置を設け
て、これに上部より冷却ガスを吹きつけて結晶を冷却で
きるものとし、筒下部に輻射熱反射板を取り付けて制御
するようにしてもよい。
を制御するために、図１に示したように、前記固液界面
断熱材８の下端とシリコン融液２の湯面３との隙間１０
の間隔を調整するとともに、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
結晶の温度が例えば１４２０℃から１４００℃までの温
度域に環状の固液界面断熱材８を設け、その上に上部囲
繞断熱材９を配置するようにしている。さらに、必要に
応じてこの断熱材の上部に結晶を冷却する装置を設け
て、これに上部より冷却ガスを吹きつけて結晶を冷却で
きるものとし、筒下部に輻射熱反射板を取り付けて制御
するようにしてもよい。
【００５０】引上げ中に、ルツボ回転数、結晶回転数、
導入ガス流量、雰囲気圧力、印加磁場の強度や方向を制
御することによって、結晶中の酸素濃度を８ｐｐｍａ以
下となるようにすることができる。例えば、ルツボ回転
数を低く、ガス流量を多く、圧力を低く、磁場を強くす
ることによって、酸素を所望の値以下に低減化させるこ
とができる。
導入ガス流量、雰囲気圧力、印加磁場の強度や方向を制
御することによって、結晶中の酸素濃度を８ｐｐｍａ以
下となるようにすることができる。例えば、ルツボ回転
数を低く、ガス流量を多く、圧力を低く、磁場を強くす
ることによって、酸素を所望の値以下に低減化させるこ
とができる。
【００５１】次に、得られた窒素含有シリコン単結晶棒
を、例えばスライス、面取り、研削、エッチング、鏡面
仕上げ研磨することによって、本発明のウエーハに加工
することができる。もちろん、ウエーハ加工方法はこれ
に限定されるものではなく、通常用いられている方法で
あれば、いずれの方法であってもよい。
を、例えばスライス、面取り、研削、エッチング、鏡面
仕上げ研磨することによって、本発明のウエーハに加工
することができる。もちろん、ウエーハ加工方法はこれ
に限定されるものではなく、通常用いられている方法で
あれば、いずれの方法であってもよい。
【００５２】続いて得られたウエーハに熱処理を加えて
ウエーハ表面に残存していた微小な酸素析出物を溶解、
消滅させるようにしてもよい。本発明ではこの熱処理に
急速加熱・急速冷却できる装置を使用することにした。
このＲＴＡ装置としては、熱放射によるランプ加熱器の
ような装置を挙げることができる。また、その他市販さ
れているものとして、例えばＡＳＴ社製、ＳＨＳ−２８
００のような装置を挙げることができ、これらは特別複
雑で高価なものではない。
ウエーハ表面に残存していた微小な酸素析出物を溶解、
消滅させるようにしてもよい。本発明ではこの熱処理に
急速加熱・急速冷却できる装置を使用することにした。
このＲＴＡ装置としては、熱放射によるランプ加熱器の
ような装置を挙げることができる。また、その他市販さ
れているものとして、例えばＡＳＴ社製、ＳＨＳ−２８
００のような装置を挙げることができ、これらは特別複
雑で高価なものではない。
【００５３】ここで、本発明で用いたシリコン単結晶ウ
エーハの急速加熱・急速冷却装置（ＲＴＡ装置）の一例
を示す。図２は、ＲＴＡ装置の概略図である。図２の熱
処理装置２０は、石英からなるチャンバー２１を有し、
このチャンバー２１内でウエーハを熱処理するようにな
っている。加熱は、チャンバー２１を上下左右から囲繞
するように配置される加熱ランプ２２によって行う。こ
のランプはそれぞれ独立に供給される電力を制御できる
ようになっている。
エーハの急速加熱・急速冷却装置（ＲＴＡ装置）の一例
を示す。図２は、ＲＴＡ装置の概略図である。図２の熱
処理装置２０は、石英からなるチャンバー２１を有し、
このチャンバー２１内でウエーハを熱処理するようにな
っている。加熱は、チャンバー２１を上下左右から囲繞
するように配置される加熱ランプ２２によって行う。こ
のランプはそれぞれ独立に供給される電力を制御できる
ようになっている。
【００５４】ガスの供給側は、不図示の水素ガス供給
源、アルゴン供給源及び窒素ガス供給源が接続されてお
り、任意の混合比でこれらを混合してチャンバー２１内
に供給することができるようにされている。ガスの排気
側は、オートシャッター２３が装備され、外気を封鎖し
ている。オートシャッター２３は、ゲートバルブによっ
て開閉可能に構成される不図示のウエーハ挿入口が設け
られている。また、オートシャッター２３にはガス排気
口が設けられており、炉内雰囲気圧力を調整できるよう
になっている。
源、アルゴン供給源及び窒素ガス供給源が接続されてお
り、任意の混合比でこれらを混合してチャンバー２１内
に供給することができるようにされている。ガスの排気
側は、オートシャッター２３が装備され、外気を封鎖し
ている。オートシャッター２３は、ゲートバルブによっ
て開閉可能に構成される不図示のウエーハ挿入口が設け
られている。また、オートシャッター２３にはガス排気
口が設けられており、炉内雰囲気圧力を調整できるよう
になっている。
【００５５】そして、ウエーハ２８は石英トレイ２４に
形成された３点支持部２５の上に配置される。トレイ２
４のガス導入口側には、石英製のバッファ２６が設けら
れており、導入ガスがウエーハ２８に直接当たるのを防
ぐことができる。また、チャンバー２１には不図示の温
度測定用特殊窓が設けられており、チャンバー２１の外
部に設置されたパイロメータ２７により、その特殊窓を
通してウエーハ２８の温度を測定することができる。
形成された３点支持部２５の上に配置される。トレイ２
４のガス導入口側には、石英製のバッファ２６が設けら
れており、導入ガスがウエーハ２８に直接当たるのを防
ぐことができる。また、チャンバー２１には不図示の温
度測定用特殊窓が設けられており、チャンバー２１の外
部に設置されたパイロメータ２７により、その特殊窓を
通してウエーハ２８の温度を測定することができる。
【００５６】以上のような熱処理装置２０によって、ウ
エーハを急速加熱・急速冷却する処理は次のように行わ
れる。まず、熱処理装置２０に隣接して配置される、不
図示のウエーハハンドリング装置によってウエーハ２８
を挿入口からチャンバー２１内に入れ、トレイ２４上に
配置した後、オートシャッター２３を閉める。チャンバ
ー２１内は所定の水素を含む還元性雰囲気で満たされ
る。
エーハを急速加熱・急速冷却する処理は次のように行わ
れる。まず、熱処理装置２０に隣接して配置される、不
図示のウエーハハンドリング装置によってウエーハ２８
を挿入口からチャンバー２１内に入れ、トレイ２４上に
配置した後、オートシャッター２３を閉める。チャンバ
ー２１内は所定の水素を含む還元性雰囲気で満たされ
る。
【００５７】そして、加熱ランプ２２に電力を供給し、
ウエーハ２８を例えば１１００〜シリコンの融点、特に
は１３００℃以下の所定の温度に昇温する。この際、目
的の温度になるまでに要する時間は例えば２０秒程度で
ある。次にその温度において所定時間保持することによ
り、ウエーハ２８に高温熱処理を加えることができる。
ウエーハ２８を例えば１１００〜シリコンの融点、特に
は１３００℃以下の所定の温度に昇温する。この際、目
的の温度になるまでに要する時間は例えば２０秒程度で
ある。次にその温度において所定時間保持することによ
り、ウエーハ２８に高温熱処理を加えることができる。
【００５８】所定時間経過し高温熱処理が終了したな
ら、ランプ２２の出力を下げウエーハ２８の温度を下げ
る。本発明の熱処理方法は、熱処理における最高温度か
ら７００℃までの降温速度を２０℃／ｓｅｃ以下とする
方法であるが、この方法を実施する際には、パイロメー
タ２７でウエーハ２８の温度を測定しつつ、従来２０〜
４０秒間程度の時間をかけ降温速度３０〜６０℃／ｓｅ
ｃで降温していたのを、ランプ２２の出力を適当に調整
して降温速度を２０℃／ｓｅｃ以下に低めるだけで良
い。従って、従来から使用されているＲＴＡ装置にほと
んど改造を加えずに、本発明の方法を実施することがで
きる。最後に、ウエーハの降温が終了したらウエーハハ
ンドリング装置によってウエーハを取り出すことによ
り、熱処理を完了する。
ら、ランプ２２の出力を下げウエーハ２８の温度を下げ
る。本発明の熱処理方法は、熱処理における最高温度か
ら７００℃までの降温速度を２０℃／ｓｅｃ以下とする
方法であるが、この方法を実施する際には、パイロメー
タ２７でウエーハ２８の温度を測定しつつ、従来２０〜
４０秒間程度の時間をかけ降温速度３０〜６０℃／ｓｅ
ｃで降温していたのを、ランプ２２の出力を適当に調整
して降温速度を２０℃／ｓｅｃ以下に低めるだけで良
い。従って、従来から使用されているＲＴＡ装置にほと
んど改造を加えずに、本発明の方法を実施することがで
きる。最後に、ウエーハの降温が終了したらウエーハハ
ンドリング装置によってウエーハを取り出すことによ
り、熱処理を完了する。
【００５９】降温時間を短縮したい時は、パイロメータ
２７で測定したウエーハ２８の温度が７００℃未満にな
ったら、例えばランプ２２の出力をＯＦＦにしてウエー
ハ２８を急冷するようにすれば良い。あるいは、ウエー
ハハンドリング装置によってウエーハ２８を取り出して
室温の空間に移動させることによっても、７００℃未満
の降温速度を速めて降温時間を短縮することができる。
２７で測定したウエーハ２８の温度が７００℃未満にな
ったら、例えばランプ２２の出力をＯＦＦにしてウエー
ハ２８を急冷するようにすれば良い。あるいは、ウエー
ハハンドリング装置によってウエーハ２８を取り出して
室温の空間に移動させることによっても、７００℃未満
の降温速度を速めて降温時間を短縮することができる。
【００６０】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施の形態を実施例
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１に示した引上げ装置３０で、１８イン
チ石英ルツボに原料多結晶シリコンをチャージし、直径
６インチ、方位＜１００＞、導電型Ｐ型のシリコン単結
晶棒を引上げた。シリコン融液には３０００ガウスの水
平磁場を印加し、対流を抑制した。引上げ速度を０．４
９〜０．７７ｍｍ／ｍｉｎの範囲で変化させて結晶を育
成した。
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１に示した引上げ装置３０で、１８イン
チ石英ルツボに原料多結晶シリコンをチャージし、直径
６インチ、方位＜１００＞、導電型Ｐ型のシリコン単結
晶棒を引上げた。シリコン融液には３０００ガウスの水
平磁場を印加し、対流を抑制した。引上げ速度を０．４
９〜０．７７ｍｍ／ｍｉｎの範囲で変化させて結晶を育
成した。
【００６１】また、湯面から環状の固液界面断熱材の下
端までは、４ｃｍの空間とし、その上に１０ｃｍ高さの
環状固液界面断熱材を配置し、湯面から引上げ室天井ま
での高さをルツボ保持軸を調整して３０ｃｍに設定し、
上部囲繞断熱材を配備した。窒素ドープは、窒化膜付き
ウエーハの投入量を調整して行い、酸素濃度は、４ｐｐ
ｍａ（ＪＥＩＤＡ）となるように制御した。そして、結
晶中心部でのＦ／Ｇ値を０．１４〜０．２２ｍｍ2 ／Ｋ
・ｍｉｎの範囲内で引上げた。
端までは、４ｃｍの空間とし、その上に１０ｃｍ高さの
環状固液界面断熱材を配置し、湯面から引上げ室天井ま
での高さをルツボ保持軸を調整して３０ｃｍに設定し、
上部囲繞断熱材を配備した。窒素ドープは、窒化膜付き
ウエーハの投入量を調整して行い、酸素濃度は、４ｐｐ
ｍａ（ＪＥＩＤＡ）となるように制御した。そして、結
晶中心部でのＦ／Ｇ値を０．１４〜０．２２ｍｍ2 ／Ｋ
・ｍｉｎの範囲内で引上げた。
【００６２】ここで得られた単結晶棒の窒素濃度が計算
上２×１０14／ｃｍ3 となる部分からウエーハを切り出
し、鏡面加工を施してシリコン単結晶の鏡面ウエーハを
作製し、ボイド型欠陥（ＦＰＤ、ＬＳＰＤ、ＣＯＰ）や
転位クラスターの測定を行った。また、熱酸化処理を施
してＯＳＦリング発生の有無を確認した。その結果、結
晶全長で上記グローイン欠陥もＯＳＦも観察されなかっ
た。
上２×１０14／ｃｍ3 となる部分からウエーハを切り出
し、鏡面加工を施してシリコン単結晶の鏡面ウエーハを
作製し、ボイド型欠陥（ＦＰＤ、ＬＳＰＤ、ＣＯＰ）や
転位クラスターの測定を行った。また、熱酸化処理を施
してＯＳＦリング発生の有無を確認した。その結果、結
晶全長で上記グローイン欠陥もＯＳＦも観察されなかっ
た。
【００６３】次に、このウエーハの酸化膜耐圧特性につ
いて評価した。まず、ＴＺＤＢのＣモード収率を求め
た。ウエーハの表面にリンドープポリシリコン電極（酸
化膜厚２５ｎｍ、電極面積８ｍｍ2 ）を作製し、判定電
流値１ｍＡ／ｃｍ2 で評価した絶縁破壊電界８ＭＶ／ｃ
ｍ以上の良品率で評価した。また、ＴＤＤＢのγモード
収率についても測定を行った。これは上記リンドープポ
リシリコン電極にストレス電流０．０１ｎＡ／ｃｍ2 を
継続的に流し、電荷量２５Ｃ／ｃｍ2 以上で絶縁破壊が
発生するものを良品として、その良品率で評価した。
いて評価した。まず、ＴＺＤＢのＣモード収率を求め
た。ウエーハの表面にリンドープポリシリコン電極（酸
化膜厚２５ｎｍ、電極面積８ｍｍ2 ）を作製し、判定電
流値１ｍＡ／ｃｍ2 で評価した絶縁破壊電界８ＭＶ／ｃ
ｍ以上の良品率で評価した。また、ＴＤＤＢのγモード
収率についても測定を行った。これは上記リンドープポ
リシリコン電極にストレス電流０．０１ｎＡ／ｃｍ2 を
継続的に流し、電荷量２５Ｃ／ｃｍ2 以上で絶縁破壊が
発生するものを良品として、その良品率で評価した。
【００６４】測定の結果、ＴＺＤＢは１００％であり、
ＴＤＤＢは平均９４％と高い良品率を示した。したがっ
て、本発明のシリコンウエーハは酸化膜耐圧特性に優れ
ており、このウエーハをデバイス作製に用いた場合、デ
バイス特性の向上と歩留りの向上が期待できる。
ＴＤＤＢは平均９４％と高い良品率を示した。したがっ
て、本発明のシリコンウエーハは酸化膜耐圧特性に優れ
ており、このウエーハをデバイス作製に用いた場合、デ
バイス特性の向上と歩留りの向上が期待できる。
【００６５】（比較例１）比較例として窒素ドープを行
わず、引上げ速度を０．４２〜０．８４ｍｍ／ｍｉｎと
して引上げた以外は実施例１と全く同様の条件でシリコ
ン単結晶棒の引上げを行い、シリコンウエーハを作製し
た。そして、実施例と同様にグローイン欠陥の測定とＯ
ＳＦの有無を測定した。その結果、ウエーハが切り出さ
れた単結晶棒の部位によっては、グローイン欠陥やＯＳ
Ｆリングが観察された。これは、窒素をドープしない場
合は、ＯＳＦが無いＮ−領域は極めて狭い範囲であり、
安定して全面Ｎ−領域ウエーハを製造することは難しい
ことを意味している。
わず、引上げ速度を０．４２〜０．８４ｍｍ／ｍｉｎと
して引上げた以外は実施例１と全く同様の条件でシリコ
ン単結晶棒の引上げを行い、シリコンウエーハを作製し
た。そして、実施例と同様にグローイン欠陥の測定とＯ
ＳＦの有無を測定した。その結果、ウエーハが切り出さ
れた単結晶棒の部位によっては、グローイン欠陥やＯＳ
Ｆリングが観察された。これは、窒素をドープしない場
合は、ＯＳＦが無いＮ−領域は極めて狭い範囲であり、
安定して全面Ｎ−領域ウエーハを製造することは難しい
ことを意味している。
【００６６】（実施例２）原料に投入する窒素膜付きウ
エーハを増加させ、酸素濃度を７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤ
Ａ）に制御し、結晶中心部でのＦ／Ｇ値を０．１２〜
０．２４ｍｍ2 ／Ｋ・ｍｉｎの範囲内で引上げた以外
は、実施例１と同様にして、窒素がドープされたシリコ
ン単結晶棒を引上げた。次に、得られた単結晶棒の窒素
濃度が計算上６×１０14／ｃｍ3 となる部分からウエー
ハを切り出し、このウエーハに、８００℃×４時間＋１
０００℃×１６時間の熱処理を施した。そして、熱処理
後のウエーハの内部欠陥密度を測定した。内部欠陥密度
の測定は、ＯＰＰ（Optical Precipitate Profiler、バ
イオラッド社製）を用いて測定した。
エーハを増加させ、酸素濃度を７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤ
Ａ）に制御し、結晶中心部でのＦ／Ｇ値を０．１２〜
０．２４ｍｍ2 ／Ｋ・ｍｉｎの範囲内で引上げた以外
は、実施例１と同様にして、窒素がドープされたシリコ
ン単結晶棒を引上げた。次に、得られた単結晶棒の窒素
濃度が計算上６×１０14／ｃｍ3 となる部分からウエー
ハを切り出し、このウエーハに、８００℃×４時間＋１
０００℃×１６時間の熱処理を施した。そして、熱処理
後のウエーハの内部欠陥密度を測定した。内部欠陥密度
の測定は、ＯＰＰ（Optical Precipitate Profiler、バ
イオラッド社製）を用いて測定した。
【００６７】測定結果は５×１０8 〜１×１０9 ケ／ｃ
ｍ3 となり、極低酸素でありながら、内部欠陥密度はそ
れほど低くないことが判った。このことは、このウエー
ハのゲッタリング効果の高さを示すものである。
ｍ3 となり、極低酸素でありながら、内部欠陥密度はそ
れほど低くないことが判った。このことは、このウエー
ハのゲッタリング効果の高さを示すものである。
【００６８】（比較例２）比較例として窒素ドープを行
わず、実施例２と同様に酸素濃度を７ｐｐｍａ（ＪＥＩ
ＤＡ）としてシリコン単結晶棒を引上げた。実施例２と
同様に、得られた単結晶棒からウエーハを切り出し、こ
のウエーハに、８００℃×４時間＋１０００℃×１６時
間の熱処理を施した。そして、熱処理後のウエーハの内
部欠陥密度を実施例２と同様にＯＰＰを用いて測定し
た。測定結果は、１×１０6 〜１×１０7 ケ／ｃｍ3 と
低い数値に留まった。これは、窒素をドープしていない
場合は酸素析出が促進されないためであると考えられ
る。
わず、実施例２と同様に酸素濃度を７ｐｐｍａ（ＪＥＩ
ＤＡ）としてシリコン単結晶棒を引上げた。実施例２と
同様に、得られた単結晶棒からウエーハを切り出し、こ
のウエーハに、８００℃×４時間＋１０００℃×１６時
間の熱処理を施した。そして、熱処理後のウエーハの内
部欠陥密度を実施例２と同様にＯＰＰを用いて測定し
た。測定結果は、１×１０6 〜１×１０7 ケ／ｃｍ3 と
低い数値に留まった。これは、窒素をドープしていない
場合は酸素析出が促進されないためであると考えられ
る。
【００６９】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。
【００７０】例えば、上記実施形態においては、直径６
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、窒素をド
ープしながら結晶全面がＮ−領域となるように制御すれ
ば、直径８〜１６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。
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、窒素をド
ープしながら結晶全面がＮ−領域となるように制御すれ
ば、直径８〜１６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。
【００７１】また、本発明のＣＺ法には、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際に、
融液に磁場を印加するいわゆるＭＣＺ法も含まれること
は言うまでもない。
て窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成する際に、
融液に磁場を印加するいわゆるＭＣＺ法も含まれること
は言うまでもない。
【００７２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、窒
素ドープＣＺ結晶の引上げ結晶中に含まれる酸素濃度を
５ｐｐｍａ以下の極低酸素にすることにより、Ｎ領域中
のＯＳＦ領域の有無に拘らず、拡大したＮ領域を有効に
利用できるようになり、従来法に比べて極めて高生産
性、高歩留り、低コストでボイド型欠陥もＯＳＦも転位
クラスターもない無欠陥シリコン単結晶ウエーハを製造
することが可能となる。この場合、ＩＧ能力を付加した
ければ、ＰＢＳ等の方法を追加すればよい。
素ドープＣＺ結晶の引上げ結晶中に含まれる酸素濃度を
５ｐｐｍａ以下の極低酸素にすることにより、Ｎ領域中
のＯＳＦ領域の有無に拘らず、拡大したＮ領域を有効に
利用できるようになり、従来法に比べて極めて高生産
性、高歩留り、低コストでボイド型欠陥もＯＳＦも転位
クラスターもない無欠陥シリコン単結晶ウエーハを製造
することが可能となる。この場合、ＩＧ能力を付加した
ければ、ＰＢＳ等の方法を追加すればよい。
【００７３】また、酸素濃度を５〜８ｐｐｍａとして、
窒素ドープにより拡大するＯＳＦ領域を利用すれば、Ｏ
ＳＦを発生せず、ＯＳＦ核起因の転位ループの発生のな
い結晶から無欠陥ウエーハを開発した。しかも微小酸素
析出物が存在するのでＩＧ能力を持つものとなる。この
場合、微小酸素析出物で耐圧特性が若干劣化することが
あるので、ＲＴＡ装置等で熱処理にかければ耐圧特性を
向上させることができる。さらに、このような実質的に
無欠陥ウエーハをＳＯＩ層として使用すれば、ボイド型
欠陥がＳＯＩ層を貫通するために生ずる不良が発生せ
ず、また、ＣＺウエーハであるため大口径化が可能であ
り、しかも比較的安価に得られるので、高品質のＳＯＩ
ウエーハの製造コスト低減を図ることができる。
窒素ドープにより拡大するＯＳＦ領域を利用すれば、Ｏ
ＳＦを発生せず、ＯＳＦ核起因の転位ループの発生のな
い結晶から無欠陥ウエーハを開発した。しかも微小酸素
析出物が存在するのでＩＧ能力を持つものとなる。この
場合、微小酸素析出物で耐圧特性が若干劣化することが
あるので、ＲＴＡ装置等で熱処理にかければ耐圧特性を
向上させることができる。さらに、このような実質的に
無欠陥ウエーハをＳＯＩ層として使用すれば、ボイド型
欠陥がＳＯＩ層を貫通するために生ずる不良が発生せ
ず、また、ＣＺウエーハであるため大口径化が可能であ
り、しかも比較的安価に得られるので、高品質のＳＯＩ
ウエーハの製造コスト低減を図ることができる。
【図１】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。
置の概略説明図である。
【図２】本発明で使用した急速加熱・急速冷却装置の一
例を示す概略説明図である。
例を示す概略説明図である。
１…成長単結晶棒、 ２…シリコン融液、 ３…湯面、
４…固液界面、５…種結晶、 ６…シードチャック、
７…ワイヤ、 ８…固液界面断熱材、９…上部囲繞断
熱材、 １０…湯面と固液界面断熱材下端との隙間、３
０…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。２０…熱処理装置、 ２１…チャンバー、 ２
２…加熱ランプ、２３…オートシャッター、 ２４…石
英トレイ、 ２５…３点支持部、２６…バッファ、 ２
７…パイロメータ、 ２８…ウエーハ。
４…固液界面、５…種結晶、 ６…シードチャック、
７…ワイヤ、 ８…固液界面断熱材、９…上部囲繞断
熱材、 １０…湯面と固液界面断熱材下端との隙間、３
０…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。２０…熱処理装置、 ２１…チャンバー、 ２
２…加熱ランプ、２３…オートシャッター、 ２４…石
英トレイ、 ２５…３点支持部、２６…バッファ、 ２
７…パイロメータ、 ２８…ウエーハ。
Claims (12)
- 【請求項１】 チョクラルスキー法によって育成された
シリコン単結晶ウエーハであって、窒素がドープされ、
全面Ｎ−領域からなり、かつ格子間酸素濃度が８ｐｐｍ
ａ以下であることを特徴とするシリコン単結晶ウエー
ハ。 - 【請求項２】 チョクラルスキー法によって育成された
シリコン単結晶ウエーハであって、窒素がドープされ、
全面から少なくともボイド型欠陥と転位クラスターが排
除されており、かつ格子間酸素濃度が８ｐｐｍａ以下で
あることを特徴とするシリコン単結晶ウエーハ。 - 【請求項３】 前記格子間酸素濃度が５ｐｐｍａ以下で
あることを特徴とする請求項１または請求項２に記載し
たシリコン単結晶ウエーハ。 - 【請求項４】 前記ドープされた窒素濃度が１×１０14
／ｃｍ3 以上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。 - 【請求項５】 前記ドープされた窒素濃度が５×１０14
／ｃｍ3 以上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。 - 【請求項６】 前記請求項１ないし請求項５のいずれか
１項に記載したシリコン単結晶ウエーハの一主面に、Ｅ
Ｇ処理が施されていることを特徴とするシリコン単結晶
ウエーハ。 - 【請求項７】 前記請求項１ないし請求項６のいずれか
１項に記載したシリコン単結晶ウエーハを、ＳＯＩ層と
して用いたことを特徴とするＳＯＩウエーハ。 - 【請求項８】 チョクラルスキー法によりシリコン単結
晶を育成する際に、窒素をドープしながら結晶全面がＮ
−領域となり、かつ格子間酸素濃度が８ｐｐｍａ以下と
なる条件で引上げた単結晶から製造することを特徴とす
るシリコン単結晶ウエーハの製造方法。 - 【請求項９】 前記ドープする窒素濃度を１×１０14／
ｃｍ3 以上とし、かつ結晶全面がＮ−領域となる条件と
して、Ｆ／Ｇ（Ｆ：引上速度、Ｇ：結晶固液界面の温度
勾配）値が結晶面内の全ての位置で０．１４〜０．２２
ｍｍ2 ／Ｋ・ｍｉｎの範囲内で育成した単結晶から製造
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
晶ウエーハの製造方法。 - 【請求項１０】 前記ドープする窒素濃度を５×１０14
／ｃｍ3 以上とし、かつ結晶全面がＮ−領域となる条件
として、Ｆ／Ｇ値が結晶面内の全ての位置で０．１２〜
０．２４ｍｍ2 ／Ｋ・ｍｉｎの範囲内で育成した単結晶
から製造することを特徴とする請求項８に記載したシリ
コン単結晶ウエーハの製造方法。 - 【請求項１１】 前記請求項８ないし請求項１０のいず
れか１項に記載した製造方法により製造されたシリコン
単結晶ウエーハに熱処理を施すことを特徴とするシリコ
ン単結晶ウエーハの製造方法。 - 【請求項１２】 前記熱処理を急速加熱・急速冷却装置
により行うことを特徴とする請求項１１に記載したシリ
コン単結晶ウエーハの製造方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32248799A JP3994602B2 (ja) | 1999-11-12 | 1999-11-12 | シリコン単結晶ウエーハおよびその製造方法並びにｓｏｉウエーハ |
| US09/869,912 US6843847B1 (en) | 1999-11-12 | 2000-11-07 | Silicon single crystal wafer and production method thereof and soi wafer |
| EP00971821A EP1170405A4 (en) | 1999-11-12 | 2000-11-07 | SILICON CRYSTAL WAFER, METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF AND SOI WAFER |
| PCT/JP2000/007809 WO2001036719A1 (fr) | 1999-11-12 | 2000-11-07 | Plaquette en silicium monocristallin, procede de production associe et plaquette soi |
| KR1020017007829A KR100765343B1 (ko) | 1999-11-12 | 2000-11-07 | 실리콘 단결정 웨이퍼 및 그 제조방법, 그리고 ｓｏｉ웨이퍼 |
| TW089123875A TWI247058B (en) | 1999-11-12 | 2000-11-10 | Silicon single crystal wafer, method for producing the same and SOI wafer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32248799A JP3994602B2 (ja) | 1999-11-12 | 1999-11-12 | シリコン単結晶ウエーハおよびその製造方法並びにｓｏｉウエーハ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001146498A true JP2001146498A (ja) | 2001-05-29 |
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ID=18144198
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32248799A Expired - Fee Related JP3994602B2 (ja) | 1999-11-12 | 1999-11-12 | シリコン単結晶ウエーハおよびその製造方法並びにｓｏｉウエーハ |
Country Status (6)
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| EP (1) | EP1170405A4 (ja) |
| JP (1) | JP3994602B2 (ja) |
| KR (1) | KR100765343B1 (ja) |
| TW (1) | TWI247058B (ja) |
| WO (1) | WO2001036719A1 (ja) |
Cited By (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002016071A (ja) * | 2000-06-30 | 2002-01-18 | Mitsubishi Materials Silicon Corp | シリコンウェーハの製造方法及びその方法により製造されたシリコンウェーハ |
| JP2003055088A (ja) * | 2001-08-09 | 2003-02-26 | Wacker Nsce Corp | シリコン半導体基板およびその製造方法 |
| JP2003068744A (ja) * | 2001-08-30 | 2003-03-07 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | シリコンウエーハの製造方法及びシリコンウエーハ並びにｓｏｉウエーハ |
| JP2003077925A (ja) * | 2001-08-31 | 2003-03-14 | Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp | シリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハ |
| JP2004153081A (ja) * | 2002-10-31 | 2004-05-27 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Ｓｏｉウエーハ及びｓｏｉウエーハの製造方法 |
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