JP2001332594A - パーティクルモニター用単結晶シリコンウェーハの製造方法 - Google Patents

パーティクルモニター用単結晶シリコンウェーハの製造方法

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JP2001332594A
JP2001332594A JP2000154132A JP2000154132A JP2001332594A JP 2001332594 A JP2001332594 A JP 2001332594A JP 2000154132 A JP2000154132 A JP 2000154132A JP 2000154132 A JP2000154132 A JP 2000154132A JP 2001332594 A JP2001332594 A JP 2001332594A
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wafer
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nitrogen
ingot
silicon
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Shoji Akiyama
昌次 秋山
Masaro Tamazuka
正郎 玉塚
Norihiro Kobayashi
徳弘 小林
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェーハ表面のピットの少ないパーティクル
モニター用シリコン単結晶ウェーハを安価で生産性良く
製造する。 【解決手段】 窒素ドープインゴットの肩部や尾部など
を溶融原料の一部として用い、COPのないパーティク
ルモニター用ウェーハを安価に製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、チョクラルスキー
(CZ)法により単結晶シリコンウェーハを製造する方
法に関し、特にウェーハ表面のピットの少ないパーティ
クルモニター用単結晶シリコンウェーハの製造方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイスに使用される単結晶シリ
コンウェーハ(以下、単にシリコンウェーハ、ウェーハ
と呼ぶことがある)上にパーティクルが付着すると、半
導体デバイス製造時にパターン切れなどを引き起こして
しまう。特に最先端のデバイスのパターン幅は非常に微
細であるため、このようなパターン形成時には0.1μ
mのパーティクルの存在でもパターン切れ等の異常を引
き起こし、デバイス製造時の歩留りを著しく低下させて
しまう。従ってシリコンウェーハ上に付着するパーティ
クルは極力減少させなければならない。
【0003】そのため、シリコンウェーハやデバイスの
製造工程では、パーティクルカウンターを使用してパー
ティクルの厳重な管理(製品製造工程中の発塵状況、洗
浄効果のチェック、クリーンルームの清浄度管理等)が
行われている。このとき、パーティクルモニター用ウェ
ーハが用いられ、パーティクルカウンター等で製造工程
中に付着したパーティクルの管理がなされている。
【0004】しかし、通常のチョクラルスキー法(CZ
法)で製造されたシリコンウェーハにはCOP(Crysta
l Originated Particle)と呼ばれる微細な結晶欠陥が
存在する。このウェーハをパーティクル除去の為に一般
に行われるアンモニア水(NH OH+水)と過酸化水
素水(H+水)の混合液中で洗浄すると、結晶欠
陥部はエッチング速度が速いため、ウェーハ表面に窪み
(ピット)が形成され、上記のパーティクルカウンター
による測定ではCOPもパーティクルとしてカウントさ
れ、製造工程中に付着したパーティクルと区別できない
という問題点があり、パーティクルモニターとしてウェ
ーハ表面にCOPがないものが求められている。
【0005】そこで、CZ法においてシリコン単結晶育
成時に導入される結晶欠陥(COP)を減少させるため
には、結晶成長速度を極端に低下させることで、著しく
改善できることも知られている(例えば、特開平2−267
195)。しかし、COPを改善するために、例えば結晶
成長速度を1mm/min以上から0.4mm/min
以下に低下させた場合、COPは改善できるものの、単
結晶の生産性が半分以下となってしまう。
【0006】またパーティクルモニター用ウェーハとし
てエピタキシャルウェーハを用いるという提案もなされ
ており、エピタキシャルウェーハを用いるとウェーハ表
面上にCOPが存在せず、上記の問題を回避することが
できるものの、エピタキシャル工程が追加されることに
よりコストが上昇するという問題点があった。
【0007】これらの問題点を解決するために結晶引上
げ時のシリコン原料として窒化珪素膜を成長させたウェ
ーハを添加することにより結晶中に窒素ドープを行い、
COPを消滅・縮小させる方法が提案されている(特開
2000−53489)。これは窒素によるシリコン中の原子空
孔の凝集抑制効果を利用したものである(T.Abe andH.T
akeno, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol.262.3, 199
2)。
【0008】しかし、この方法でも窒化珪素膜をシリコ
ンウェーハ上に成長させた窒化珪素膜付きウェーハを別
に用意しなければならないことから、生産性の悪化、コ
ストの上昇という問題点が依然として存在する。この問
題は、特に窒素を多量にドープするパーティクルモニタ
ー用ウェーハでは深刻である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】前述のようにCOPの
問題を解消したパーティクルモニター用ウェーハを作製
するには、生産性の悪化、コストの上昇という問題点が
ある。本発明はかかる技術的課題に鑑み、安価で生産性
の良いパーティクルモニター用ウェーハを製造すること
を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】CZ法にて通常のデバイ
ス作製用単結晶シリコンインゴットに窒素ドープする場
合、一つの方法としてシリコン原料溶融時に窒化珪素膜
付きウェーハを投入することによる窒素ドープが行われ
ている。その理由は結晶中の窒素濃度によりウェーハの
結晶欠陥の挙動や酸化膜耐圧等の電気特性が大きく変化
するためであり、窒化膜付きウェーハにより窒素の添加
量を厳密にコントロールする必要がある。しかし、パー
ティクルモニター用のウェーハで問題となるのはCOP
と呼ばれるボイド欠陥のみであり、酸化膜耐圧等の電気
特性は考慮に入れる必要がなく、窒素の添加量が増える
に従い、その欠陥サイズが縮小することが知られてい
る。よって添加する窒素の濃度は必要と考えられる量以
上のある程度の範囲内であれば問題く、窒素の添加量を
厳密にコントロールする必要がなくなる。
【0011】また、CZ法により引き上げられたシリコ
ン単結晶インゴットには、通常ウェーハとして使用でき
ない肩部と尾部が存在する。しかも窒素ドープしたCZ
シリコン単結晶インゴット尾部には、窒素の偏析により
インゴット肩部よりも高濃度の窒素が含まれている(図
1参照)。従って、本発明者らはこのインゴット肩部や
尾部をパーティクルモニター用の単結晶シリコン製造時
に窒素ドープ源とすることで、通常では再利用の難しい
窒素ドープ結晶インゴットの肩部や尾部を効率良く再利
用することを見出した。さらに、窒素ドープ単結晶イン
ゴットのうち、規格外部位もまた再利用しパーティクル
モニター用インゴットの窒素ドープ源とすることができ
る。そして、窒化膜付きウェーハを用意する必要が無い
ため、生産性の向上そしてコストダウンを図ることがで
きる。
【0012】この場合、請求項3に記載したように、チ
ョクラルスキー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、単結晶棒にドープする窒素濃度
を、1×1010〜5×1015(個/cm)にする
ことが好ましい。これは、結晶欠陥の成長を充分に抑制
するには1×1010(個/cm)以上にするのが望
ましいことと、シリコン単結晶の単結晶化の妨げになら
ないようにするためには、5×1015(個/cm
以下とするのが好ましい。
【0013】そして本発明の製造方法で製造されたパー
ティクルモニター用シリコン単結晶ウェーハはきわめて
低欠陥なものとなり、請求項4に記載したようにウェー
ハ表面に存在するサイズが0.10μm以上のボイド欠
陥が0.64個/cm以内とすることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につき
説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
CZ法によってシリコン単結晶を育成するには、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が、窒素をド
ープしたシリコン単結晶棒を育成するには、あらかじめ
石英ルツボ内に窒化膜付きウェーハを入れ溶融して結晶
を引き上げる方法がある。この方法により単結晶中の窒
素ドープ量を制御することができる。
【0015】パーティクルモニター用単結晶シリコンを
製造するには、細かく窒素濃度を制御する必要性はない
ため、添加する窒素源として窒化膜付きウェーハでな
く、窒素ドープし引き上げられた結晶の製品ウェーハと
して用いられない部分を再利用することができる。製品
ウェーハとして用いられない部分としては、結晶肩部、
結晶尾部や、酸素濃度などが規格外となり製品にならな
かった結晶などがあげられる。
【0016】
【実施例】(実施例1)ここではデバイス作製用として
CZ法にて窒素を添加し引き上げられた結晶の尾部を再
利用して、直径8インチのパーティクルモニター用イン
ゴットを作製した(図2を参照)。LPD(COP)測
定にはKLAテンコール社製のSurfScanSP1を用い
た。まずデバイス作製用として引き上げる結晶では、窒
化珪素膜付きウェーハを原料シリコン中に加え、肩部分
で窒素濃度が計算上1.4×1014個/cmとなる
ようにした。図1によれば長さ150cmの部分では肩
部分の約4倍の窒素濃度を有することが判る。実際に引
き上げたインゴット尾部の窒素濃度はSIMSの測定に
より約5.9×1014個/cmであった。このよう
にしてデバイス作製用として引き上げた複数本のインゴ
ットから得たインゴット尾部を、パーティクルモニター
用インゴットを引き上げる際に使用する原料シリコンの
重量の約半分となるように加える。このように製造され
たインゴットの窒素濃度は結晶の肩の部分で約3×10
14個/cmであり、長さ150cmの部分では約
1.2×1015個/cmである。このようにして引
き上げられたインゴットから作製されたウェーハのパー
ティクル数を図3に示す。肩部分からのウェーハと長さ
150cm部分からのウェーハを比較してある。両ウェ
ーハともサイズ0.10μm以上の欠陥が0.64個/
cm2(200個/8インチウェーハ)以内のパーティ
クルレベルを十分満たしており、パーティクルモニター
用ウェーハとして適していることが判る。
【0017】(実施例2)次に、前述実施例1と同窒素
濃度(約5.9×1014個/cm)のインゴット尾
部を原料シリコンの重量の約20%となるように加えて
作製した直径200mmウェーハのパーティクルレベル
を図3に示す。インゴットの窒素濃度は結晶の肩部分で
約1.1×1014個/cmであり、肩から150c
mの部分では約4.8×1014個/cmである。こ
の時の窒素濃度は実施例1の約40%程度であるが、両
ウェーハとも十分にサイズ0.10μm以上の欠陥が
0.64個/cm2(200個/8インチウェーハ)以
内のパーティクルレベルを満たしており、パーティクル
モニター用ウェーハとして適していることがわかる。よ
って実施例1と実施例2より、窒素濃度はある程度高濃
度であれば厳密に管理する必要が無いといえる。
【0018】(比較例)また、前述実施例2と同じよう
に原料シリコンの重量の約20%となるようにインゴッ
ト尾部を加えて同一引上条件で直径8インチのインゴッ
トを作成した。ただし、原料シリコンに加えたインゴッ
ト尾部は窒素を加えずに引き上げたインゴットの尾部を
使用した。このインゴットの肩部分と、肩から150c
mの部分のウェーハについてパーティクル数を測定した
結果1200〜1500個/8インチウェーハであっ
た。窒素を添加していないためパーティクル数が多く、
このレベルではパーティクルモニター用ウェーハとして
は適さない。
【0019】次に上記例で得られたウェーハを、窒素を
添加しない通常のCZ法で製造されたP型、結晶方位
(100)、抵抗率5Ω・cmの8インチウェーハと一
緒に熱処理工程を行い、パーティクルモニター用ウェー
ハからの重金属汚染をライフタイム(μ−PCD法)で
評価した。実施例1、実施例2、比較例のそれぞれのウ
ェーハと一緒に処理したCZウェーハのライフタイム
は、上記例のウェーハを加えず熱処理したウェーハのラ
イフタイムと同レベルで、全て100μ−sec以上の
ライフタイムを示した。
【0020】尚、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、いかなる場
合であっても本発明の技術的範囲に包含される。
【0021】例えば、本発明で言うチョクラルスキー法
とは、坩堝内の融液に磁場を印加しながら単結晶を成長
させるMCZ法も含むものであり、カスプ磁場印加法、
水平磁場印加法、垂直磁場印加法もこれに含まれる。
【0022】
【発明の効果】本発明では、ウェーハ表面の結晶欠陥の
少ないパーティクルモニター用シリコンウェーハを低コ
ストで得ることが可能となる。また、通常再利用の困難
な窒素ドープインゴットの肩部や尾部を再利用できるこ
とから、原材料の節約にもつながる。
【図面の簡単な説明】
【図1】CZ法結晶中の窒素濃度分布。
【図2】本発明の実験フロー。
【図3】パーティクルレベル。
【符号の説明】
1 窒素ドープ単結晶シリコンインゴット 2 ウェーハ作製用ブロック 3 窒素ドープインゴット肩部 4 窒素ドープインゴット尾部 5 石英ルツボ 6 シリコン融液 11 窒素ドープ単結晶インゴット 12 パーティクルモニター用ブロック 13 窒素ドープインゴット尾部 14 窒素ドープインゴット尾部 15 石英ルツボ 16 シリコン融液

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CZ法による窒素をドープした単結晶シ
    リコンの製造工程において、窒素ドープ単結晶シリコン
    インゴットの一部もしくは複数の部分を原料シリコンと
    して、インゴットを引き上げることを特徴とする単結晶
    シリコン製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の方法により製造された
    単結晶シリコンを用い、パーティクルモニター用に作成
    された単結晶シリコンウェーハ。
  3. 【請求項3】 窒素濃度が1×1010〜5×1015
    (個/cm)であることを特徴とする請求項2記載の
    パーティクルモニター用単結晶シリコンウェーハ。
  4. 【請求項4】 ウェーハ表面に存在するサイズが0.1
    0μm以上のボイド欠陥が0.64個/cm以内であ
    ることを特徴とする請求項2記載のパーティクルモニタ
    ー用単結晶シリコンウェーハ。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004065667A1 (ja) * 2003-01-20 2004-08-05 Shin-Etsu Handotai Co.,Ltd. 単結晶の製造方法
JP2008087972A (ja) * 2006-09-29 2008-04-17 Covalent Materials Corp シリコン単結晶の製造方法
JP2008180590A (ja) * 2007-01-24 2008-08-07 Sumco Techxiv株式会社 半導体ウェハ収納容器の清浄度評価方法
JP2009249265A (ja) * 2008-04-10 2009-10-29 Sumco Corp 窒素ドープシリコン単結晶の製造方法

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