JP2002187794A - シリコンウェーハおよびこれに用いるシリコン単結晶の製造方法 - Google Patents
シリコンウェーハおよびこれに用いるシリコン単結晶の製造方法Info
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- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
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- Y10T428/21—Circular sheet or circular blank
Abstract
(57)【要約】
【課題】表面の欠陥密度が極めて低く、ＢＭＤが均一に
かつ十分に形成されるシリコンウェーハおよびその製造
方法の提供。 【解決手段】ウェーハ面積の90％以上が赤外線散乱体欠
陥発生領域であり、その赤外線散乱体欠陥は、大きさが
平均0.1μm以下でかつ0.1μmを超える該欠陥密度が1×1
05cm-3以下であるシリコンウェーハ、およびこのウェー
ハを素材とし、酸素析出物形成熱処理、無欠陥層形成熱
処理また表面にエピタキシャル層を形成させたウェー
ハ。このウエーハの製造は、融液から引き上げる単結晶
の中心部が融点から1370℃までである温度域で、単結晶
の引き上げ軸方向の温度勾配が中心部はＧc、外周部で
はＧeであるとするとき、Ｇcが2.8℃／mm以上でかつＧc
／Ｇeが1以上としとして引き上げる。
かつ十分に形成されるシリコンウェーハおよびその製造
方法の提供。 【解決手段】ウェーハ面積の90％以上が赤外線散乱体欠
陥発生領域であり、その赤外線散乱体欠陥は、大きさが
平均0.1μm以下でかつ0.1μmを超える該欠陥密度が1×1
05cm-3以下であるシリコンウェーハ、およびこのウェー
ハを素材とし、酸素析出物形成熱処理、無欠陥層形成熱
処理また表面にエピタキシャル層を形成させたウェー
ハ。このウエーハの製造は、融液から引き上げる単結晶
の中心部が融点から1370℃までである温度域で、単結晶
の引き上げ軸方向の温度勾配が中心部はＧc、外周部で
はＧeであるとするとき、Ｇcが2.8℃／mm以上でかつＧc
／Ｇeが1以上としとして引き上げる。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、半導体材料として
使用されるシリコンウェーハとその表面にエピタキシャ
ル層を形成させたエピタキシャルシリコンウェーハ、お
よびこれらに用いるシリコン単結晶の製造方法に関す
る。
使用されるシリコンウェーハとその表面にエピタキシャ
ル層を形成させたエピタキシャルシリコンウェーハ、お
よびこれらに用いるシリコン単結晶の製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体材料のシリコンウェーハはシリコ
ン単結晶から切り出されるが、このシリコン単結晶の製
造に最も広く採用されているのは、チョクラルスキー法
（ＣＺ法）による単結晶の引き上げ育成方法である。
ン単結晶から切り出されるが、このシリコン単結晶の製
造に最も広く採用されているのは、チョクラルスキー法
（ＣＺ法）による単結晶の引き上げ育成方法である。
【０００３】ＣＺ法は、石英るつぼ内の溶融したシリコ
ンに種結晶を浸けて引き上げ、単結晶を成長させるもの
であるが、このシリコン単結晶の引き上げ育成技術の進
歩により、欠陥の少ない、無転位の大型単結晶が製造さ
れるようになってきている。半導体デバイスは、単結晶
から得られたウェーハを基板とし、多数のプロセスを経
過して製品化される。その過程で基板には数多くの物理
的処理、化学的処理、さらには熱的処理が施され、中に
は1150℃を超える高温処理など、過酷な熱的環境での処
理も含まれる。このため、デバイスの製造過程で顕在化
してその性能を低下させる結果をもたらす酸素誘起積層
欠陥（以下ＯＳＦ−Oxygen induced Stacking Fault−
という）のような欠陥はもちろんのこと、結晶育成時に
形成され、デバイスの性能に大きく影響する微細欠陥、
すなわちGrown-in欠陥が問題になる。
ンに種結晶を浸けて引き上げ、単結晶を成長させるもの
であるが、このシリコン単結晶の引き上げ育成技術の進
歩により、欠陥の少ない、無転位の大型単結晶が製造さ
れるようになってきている。半導体デバイスは、単結晶
から得られたウェーハを基板とし、多数のプロセスを経
過して製品化される。その過程で基板には数多くの物理
的処理、化学的処理、さらには熱的処理が施され、中に
は1150℃を超える高温処理など、過酷な熱的環境での処
理も含まれる。このため、デバイスの製造過程で顕在化
してその性能を低下させる結果をもたらす酸素誘起積層
欠陥（以下ＯＳＦ−Oxygen induced Stacking Fault−
という）のような欠陥はもちろんのこと、結晶育成時に
形成され、デバイスの性能に大きく影響する微細欠陥、
すなわちGrown-in欠陥が問題になる。
【０００４】Grown-in欠陥の代表的なものの分布は、た
とえば図１のように観察される。これは、成長直後の単
結晶からウェーハを切り出し、硝酸銅水溶液に浸けてＣ
ｕを付着させ、熱処理後、Ｘ線トポグラフ法により微小
欠陥分布の観察をおこなった結果を模式的に示した図で
ある。このウェーハは、リング状に分布したＯＳＦが現
れたものであるが、そのリングの内側部分には大きさが
0.1〜0.2μm程度の赤外線散乱体あるいはＣＯＰ（Cryst
al Originated Particle）などと呼ばれる欠陥が105〜1
06個／cm3程度検出され、外側には、転位クラスターと
呼ばれる大きさが10μm程度の欠陥が103〜104個／cm3程
度存在する領域がある。
とえば図１のように観察される。これは、成長直後の単
結晶からウェーハを切り出し、硝酸銅水溶液に浸けてＣ
ｕを付着させ、熱処理後、Ｘ線トポグラフ法により微小
欠陥分布の観察をおこなった結果を模式的に示した図で
ある。このウェーハは、リング状に分布したＯＳＦが現
れたものであるが、そのリングの内側部分には大きさが
0.1〜0.2μm程度の赤外線散乱体あるいはＣＯＰ（Cryst
al Originated Particle）などと呼ばれる欠陥が105〜1
06個／cm3程度検出され、外側には、転位クラスターと
呼ばれる大きさが10μm程度の欠陥が103〜104個／cm3程
度存在する領域がある。
【０００５】ＯＳＦは、酸化熱処理時に生じる格子間原
子による積層欠陥であり、デバイスの活性領域であるウ
エハ表面に生成、成長した場合には、リーク電流の原因
となり、デバイス特性を劣化させる。Grown-in欠陥の一
つである転位クラスターも、ここに形成されたデバイス
は良品が得られない。また赤外線散乱欠陥は初期の酸化
膜耐圧性を低下させる因子である。
子による積層欠陥であり、デバイスの活性領域であるウ
エハ表面に生成、成長した場合には、リーク電流の原因
となり、デバイス特性を劣化させる。Grown-in欠陥の一
つである転位クラスターも、ここに形成されたデバイス
は良品が得られない。また赤外線散乱欠陥は初期の酸化
膜耐圧性を低下させる因子である。
【０００６】上記の各欠陥の発生位置は、通常単結晶引
き上げの際の引き上げ速度と凝固直後の単結晶内温度分
布に大きく影響される。たとえば、引き上げ速度を徐々
に低下させつつ成長させた単結晶について、結晶中心の
引き上げ軸に沿って縦方向に切断した断面で各種の欠陥
の分布を調べると、模式的に示せば図２のような結果が
得られる。すなわち、ショルダー部を形成させ所要の単
結晶径とした後の引き上げ速度の速い段階では、結晶周
辺部にリング状ＯＳＦがあり、内部は赤外線散乱体欠陥
が多数発生する領域となっている。引き上げ速度の低下
にともなって、リング状ＯＳＦの径は次第に小さくな
り、やがてはなくなって、ウェーハ全面が図１のリング
状ＯＳＦの外側部分に相当する転位クラスター欠陥発生
領域ばかりになってしまう。すなわち図１は、図２にお
けるＡの位置、ないしはこの引き上げ速度にて育成した
単結晶のウェーハを示したものである。
き上げの際の引き上げ速度と凝固直後の単結晶内温度分
布に大きく影響される。たとえば、引き上げ速度を徐々
に低下させつつ成長させた単結晶について、結晶中心の
引き上げ軸に沿って縦方向に切断した断面で各種の欠陥
の分布を調べると、模式的に示せば図２のような結果が
得られる。すなわち、ショルダー部を形成させ所要の単
結晶径とした後の引き上げ速度の速い段階では、結晶周
辺部にリング状ＯＳＦがあり、内部は赤外線散乱体欠陥
が多数発生する領域となっている。引き上げ速度の低下
にともなって、リング状ＯＳＦの径は次第に小さくな
り、やがてはなくなって、ウェーハ全面が図１のリング
状ＯＳＦの外側部分に相当する転位クラスター欠陥発生
領域ばかりになってしまう。すなわち図１は、図２にお
けるＡの位置、ないしはこの引き上げ速度にて育成した
単結晶のウェーハを示したものである。
【０００７】赤外線散乱欠陥が転位クラスターほどの悪
影響は及ぼさないこともあり、生産性向上の効果もあっ
て、単結晶の育成時の引き上げ速度を速くし、ＯＳＦの
高密度発生領域であるリング状ＯＳＦの位置を、結晶の
外周側に移動させるように制御する単結晶引き上げが従
来よりおこなわれてきた。
影響は及ぼさないこともあり、生産性向上の効果もあっ
て、単結晶の育成時の引き上げ速度を速くし、ＯＳＦの
高密度発生領域であるリング状ＯＳＦの位置を、結晶の
外周側に移動させるように制御する単結晶引き上げが従
来よりおこなわれてきた。
【０００８】しかしながら、これらの欠陥をできるだけ
少なくしたウェーハを得るための、単結晶製造方法の検
討も種々試みられている。図１に示されるウェーハをよ
り詳細に観察すると、リング状ＯＳＦに接してすぐ外側
には、無欠陥で酸素析出の起こりやすい酸素析出促進領
域があり、その外側には無欠陥で酸素析出が起こりにく
い酸素析出抑制領域があって、それから転位クラスター
欠陥発生領域となっている。また、リング状ＯＳＦ発生
領域の内側にも赤外線散乱欠陥発生領域との間に、欠陥
のない領域がある。これらリング状ＯＳＦ発生領域およ
びその近傍の各領域は、引き上げ直後の単結晶内温度分
布や引き上げ速度によりその分布状態が変化し、しかも
この酸素析出促進領域や酸素析出抑制領域は、Grown-in
欠陥の発生が極めて少ない。そこで、この部分を単結晶
全体に拡大し、無欠陥のウェーハを得ようとする技術が
開発されている。
少なくしたウェーハを得るための、単結晶製造方法の検
討も種々試みられている。図１に示されるウェーハをよ
り詳細に観察すると、リング状ＯＳＦに接してすぐ外側
には、無欠陥で酸素析出の起こりやすい酸素析出促進領
域があり、その外側には無欠陥で酸素析出が起こりにく
い酸素析出抑制領域があって、それから転位クラスター
欠陥発生領域となっている。また、リング状ＯＳＦ発生
領域の内側にも赤外線散乱欠陥発生領域との間に、欠陥
のない領域がある。これらリング状ＯＳＦ発生領域およ
びその近傍の各領域は、引き上げ直後の単結晶内温度分
布や引き上げ速度によりその分布状態が変化し、しかも
この酸素析出促進領域や酸素析出抑制領域は、Grown-in
欠陥の発生が極めて少ない。そこで、この部分を単結晶
全体に拡大し、無欠陥のウェーハを得ようとする技術が
開発されている。
【０００９】たとえば、特開平8-330316号公報に開示さ
れた発明は、単結晶育成時の引き上げ速度をＶ（mm／mi
n）、融点から1300℃までの温度範囲における引き上げ
軸方向の結晶内温度勾配をＧ（℃／mm）とするとき、結
晶中心部より外周から30mmまでの内部位置ではＶ／Ｇを
0.20〜0.22｛mm2／（℃・min）｝とし、結晶外周に向か
ってはこれを漸次増加させるよう温度勾配を制御する。
このようにして引き上げをおこなうと、ＯＳＦおよび転
位クラスターを生成させることなく、リング状ＯＳＦの
外側部分の酸素析出促進領域や酸素析出抑制領域の無欠
陥領域のみが、引き上げ軸の垂直断面全面、さらには単
結晶全体に拡大する。この場合、るつぼとヒーターの位
置、育成単結晶の周囲に設置されたカーボンからなる半
円錐形状の熱輻射体の位置、ヒーター周囲の断熱体構造
等の種々の条件を総合伝熱計算によって検討し、上記条
件の温度条件になるように設定し育成をおこなうとして
いる。
れた発明は、単結晶育成時の引き上げ速度をＶ（mm／mi
n）、融点から1300℃までの温度範囲における引き上げ
軸方向の結晶内温度勾配をＧ（℃／mm）とするとき、結
晶中心部より外周から30mmまでの内部位置ではＶ／Ｇを
0.20〜0.22｛mm2／（℃・min）｝とし、結晶外周に向か
ってはこれを漸次増加させるよう温度勾配を制御する。
このようにして引き上げをおこなうと、ＯＳＦおよび転
位クラスターを生成させることなく、リング状ＯＳＦの
外側部分の酸素析出促進領域や酸素析出抑制領域の無欠
陥領域のみが、引き上げ軸の垂直断面全面、さらには単
結晶全体に拡大する。この場合、るつぼとヒーターの位
置、育成単結晶の周囲に設置されたカーボンからなる半
円錐形状の熱輻射体の位置、ヒーター周囲の断熱体構造
等の種々の条件を総合伝熱計算によって検討し、上記条
件の温度条件になるように設定し育成をおこなうとして
いる。
【００１０】この方法による場合を図２と同じような模
式的表現を用いるとすれば、図３に示すようになる。す
なわち、引き上げ速度を徐々に低下させつつ成長させた
単結晶について、結晶中心の引き上げ軸に沿って縦方向
に切断した断面で各種の欠陥の分布を調べると、図２で
はリング状ＯＳＦの発生領域はＶ字形であったものが、
引き上げ直後の単結晶内温度分布を変えることにより、
図３に示すようにＵ字形となる。そこで、Ｅで示した引
き上げ速度にて単結晶を育成すると、全体が無欠陥領域
となり、欠陥のないウェーハが得られる。
式的表現を用いるとすれば、図３に示すようになる。す
なわち、引き上げ速度を徐々に低下させつつ成長させた
単結晶について、結晶中心の引き上げ軸に沿って縦方向
に切断した断面で各種の欠陥の分布を調べると、図２で
はリング状ＯＳＦの発生領域はＶ字形であったものが、
引き上げ直後の単結晶内温度分布を変えることにより、
図３に示すようにＵ字形となる。そこで、Ｅで示した引
き上げ速度にて単結晶を育成すると、全体が無欠陥領域
となり、欠陥のないウェーハが得られる。
【００１１】しかしながら、このような無欠陥状態とす
るには条件範囲が限られ、引き上げ速度の増加や単結晶
の大口径化など、量産の場では安定して容易には実現し
難いところがある。
るには条件範囲が限られ、引き上げ速度の増加や単結晶
の大口径化など、量産の場では安定して容易には実現し
難いところがある。
【００１２】最近、デバイスの製造工程が低温化してき
たことや、高温熱処理時間が短くなってきたことで、Ｏ
ＳＦの悪影響が軽減され、デバイス特性を劣化させる因
子としては大きな問題とはならなくなりつつある。一
方、grown-in欠陥の赤外線散乱体は、とくに回路が微細
化していくにともない、良品歩留まりの低下を来たす結
果になり、この赤外線散乱体欠陥の密度を低減させるこ
とが重要課題となってきた。
たことや、高温熱処理時間が短くなってきたことで、Ｏ
ＳＦの悪影響が軽減され、デバイス特性を劣化させる因
子としては大きな問題とはならなくなりつつある。一
方、grown-in欠陥の赤外線散乱体は、とくに回路が微細
化していくにともない、良品歩留まりの低下を来たす結
果になり、この赤外線散乱体欠陥の密度を低減させるこ
とが重要課題となってきた。
【００１３】このような点から、特開平11-147786号公
報に開示された発明は、上記の特開平8-330316号公報と
同じ記号を用いて説明すれば、結晶の中心でシリコンの
融点から1400℃までの温度範囲で、Ｖ／Ｇを0.112〜0.1
42｛mm2／（℃・min）｝となるようにして引き上げる。
それによって、リング状ＯＳＦの発生領域の形態および
その両側に存在する無欠陥領域を拡大し、リング状ＯＳ
Ｆの発生領域は含まれるが、転位クラスター欠陥発生領
域または赤外線散乱体欠陥発生領域を含まないシリコン
単結晶ウェーハを得ようとするものである。
報に開示された発明は、上記の特開平8-330316号公報と
同じ記号を用いて説明すれば、結晶の中心でシリコンの
融点から1400℃までの温度範囲で、Ｖ／Ｇを0.112〜0.1
42｛mm2／（℃・min）｝となるようにして引き上げる。
それによって、リング状ＯＳＦの発生領域の形態および
その両側に存在する無欠陥領域を拡大し、リング状ＯＳ
Ｆの発生領域は含まれるが、転位クラスター欠陥発生領
域または赤外線散乱体欠陥発生領域を含まないシリコン
単結晶ウェーハを得ようとするものである。
【００１４】この発明を模式的に示すとすれば、図３に
てＤで示す近傍の範囲の条件にて単結晶を作る方法であ
ると考えられ、酸素含有量を24ppma未満とすることによ
りリング状ＯＳＦの発生を抑止すれば、かなり広い範囲
の単結晶製造条件で無欠陥のウェーハを得ることができ
るとしている。
てＤで示す近傍の範囲の条件にて単結晶を作る方法であ
ると考えられ、酸素含有量を24ppma未満とすることによ
りリング状ＯＳＦの発生を抑止すれば、かなり広い範囲
の単結晶製造条件で無欠陥のウェーハを得ることができ
るとしている。
【００１５】原因が単結晶育成過程にて生じ、その単結
晶から採取したウェーハにデバイスを形成させたときデ
バイス性能に大きな影響を及ぼす結果となる欠陥は、上
述のように単結晶に内在する無欠陥領域を拡大して育成
することにより、低減できる可能性があることがわかっ
てきた。
晶から採取したウェーハにデバイスを形成させたときデ
バイス性能に大きな影響を及ぼす結果となる欠陥は、上
述のように単結晶に内在する無欠陥領域を拡大して育成
することにより、低減できる可能性があることがわかっ
てきた。
【００１６】ウェーハに必要な特性は、上述のように欠
陥ができるだけ少ないことが必要であるが、さらにデバ
イスの基板としては、製造プロセスにおいて避けがたい
重金属汚染に対するゲッタリング作用も重要である。こ
のゲッタリング作用は、ウェーハ中に存在するＢＭＤ
（Bulk Micro Defect) と呼ばれるある種の欠陥が有効
であり、赤外線散乱体欠陥発生領域に生じる酸素析出物
もその一つと考えられる。
陥ができるだけ少ないことが必要であるが、さらにデバ
イスの基板としては、製造プロセスにおいて避けがたい
重金属汚染に対するゲッタリング作用も重要である。こ
のゲッタリング作用は、ウェーハ中に存在するＢＭＤ
（Bulk Micro Defect) と呼ばれるある種の欠陥が有効
であり、赤外線散乱体欠陥発生領域に生じる酸素析出物
もその一つと考えられる。
【００１７】ところが、ウェーハ上のリング状ＯＳＦの
発生領域の外側の無欠陥領域は、ＯＳＦの発生領域に接
する部分に酸素析出促進領域、その外側に酸素析出抑制
領域というように２つに分けられる。酸素析出促進領域
はＢＭＤとなる酸素析出が得られるが、酸素析出抑制領
域ではＢＭＤが形成されにくい傾向がある。リング状Ｏ
ＳＦ発生領域の外側の無欠陥領域を拡大している前述の
特開平8-330316号公報の発明の場合、この酸素析出抑制
領域も含まれてくるためＢＭＤ不足によるゲッタリング
能力の劣る部分の存在が予想される。また特開平11-147
786号公報の発明では、リング状ＯＳＦ発生領域の内側
と外側の両無欠陥領域を拡大しているので、場所により
ゲッタリング作用が異なるウェーハとなるおそれがあ
る。
発生領域の外側の無欠陥領域は、ＯＳＦの発生領域に接
する部分に酸素析出促進領域、その外側に酸素析出抑制
領域というように２つに分けられる。酸素析出促進領域
はＢＭＤとなる酸素析出が得られるが、酸素析出抑制領
域ではＢＭＤが形成されにくい傾向がある。リング状Ｏ
ＳＦ発生領域の外側の無欠陥領域を拡大している前述の
特開平8-330316号公報の発明の場合、この酸素析出抑制
領域も含まれてくるためＢＭＤ不足によるゲッタリング
能力の劣る部分の存在が予想される。また特開平11-147
786号公報の発明では、リング状ＯＳＦ発生領域の内側
と外側の両無欠陥領域を拡大しているので、場所により
ゲッタリング作用が異なるウェーハとなるおそれがあ
る。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】デバイスが形成される
ウェーハ表面の活性層は、可能な限り欠陥密度を低くす
る必要がある。そして、さらに急速昇降温熱処理または
ＲＴＡ（Rapid ThermalAnnealing)処理のような無欠陥
層形成や、エピタキシャル層形成などによって、活性層
の欠陥をより低減させたウェーハとすることもおこなわ
れるが、基材の欠陥密度はこのような層を形成させる場
合も、低ければ低いほど欠陥のないすぐれたウェーハと
なる。一方、これらのいずれのウェーハにおいても、内
部には良好なゲッタリング作用を有する、十分なＢＭＤ
が形成されることが望ましい。
ウェーハ表面の活性層は、可能な限り欠陥密度を低くす
る必要がある。そして、さらに急速昇降温熱処理または
ＲＴＡ（Rapid ThermalAnnealing)処理のような無欠陥
層形成や、エピタキシャル層形成などによって、活性層
の欠陥をより低減させたウェーハとすることもおこなわ
れるが、基材の欠陥密度はこのような層を形成させる場
合も、低ければ低いほど欠陥のないすぐれたウェーハと
なる。一方、これらのいずれのウェーハにおいても、内
部には良好なゲッタリング作用を有する、十分なＢＭＤ
が形成されることが望ましい。
【００１９】本発明の目的は、表面の欠陥密度が極めて
低く、ＢＭＤが均一にかつ十分に形成されるウェーハお
よびその製造方法の提供にある。
低く、ＢＭＤが均一にかつ十分に形成されるウェーハお
よびその製造方法の提供にある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、転位クラ
スターや赤外線散乱体などのgrown-in欠陥ができるだけ
少なく、かつゲッタリング能力のあるＢＭＤが十分に形
成されうるウェーハを得るための、単結晶の製造方法に
ついて種々検討をおこなった。
スターや赤外線散乱体などのgrown-in欠陥ができるだけ
少なく、かつゲッタリング能力のあるＢＭＤが十分に形
成されうるウェーハを得るための、単結晶の製造方法に
ついて種々検討をおこなった。
【００２１】典型的な検討結果例を示せば次のようにな
る。まず径は210mm、ボディ長さは1000mmを目標とし、
引き上げ速度を1.5mm／minから0.3mm／minまで連続的に
低下させ単結晶の育成をおこなった。その場合、引き上
げ軸に平行な縦断面において、図３に模式的に示すよう
にリング状ＯＳＦの発生領域がＵ字状になり、転位クラ
スター欠陥発生領域と赤外線散乱体欠陥発生領域との両
領域が存在しない範囲が拡大されるように、凝固直後の
単結晶内温度分布を制御した。
る。まず径は210mm、ボディ長さは1000mmを目標とし、
引き上げ速度を1.5mm／minから0.3mm／minまで連続的に
低下させ単結晶の育成をおこなった。その場合、引き上
げ軸に平行な縦断面において、図３に模式的に示すよう
にリング状ＯＳＦの発生領域がＵ字状になり、転位クラ
スター欠陥発生領域と赤外線散乱体欠陥発生領域との両
領域が存在しない範囲が拡大されるように、凝固直後の
単結晶内温度分布を制御した。
【００２２】この単結晶にて、引き上げ軸に垂直にウェ
ーハを採取すると、図中Ｃの位置は従来の量産の場で製
造されているウェーハに相当するものとなる。Ｂの位置
はこれよりも高速引き上げの高速冷却ウェーハとなり、
Ｄの位置はリング状ＯＳＦ発生領域を含む無欠陥領域の
ウェーハ、Ｅの位置はリング状ＯＳＦ発生領域の外側の
無欠陥領域での無欠陥ウェーハである。そこでこの単結
晶のＢ、Ｃ、ＤおよびＥの位置からそれぞれウェーハを
採取して、欠陥の発生状況、ＢＭＤの形成、酸化膜耐圧
特性（ＴＺＤＢ）等を調査し、さらには無欠陥層形成熱
処理、あるいはエピタキシャル層の形成に対する適合性
も検討した。
ーハを採取すると、図中Ｃの位置は従来の量産の場で製
造されているウェーハに相当するものとなる。Ｂの位置
はこれよりも高速引き上げの高速冷却ウェーハとなり、
Ｄの位置はリング状ＯＳＦ発生領域を含む無欠陥領域の
ウェーハ、Ｅの位置はリング状ＯＳＦ発生領域の外側の
無欠陥領域での無欠陥ウェーハである。そこでこの単結
晶のＢ、Ｃ、ＤおよびＥの位置からそれぞれウェーハを
採取して、欠陥の発生状況、ＢＭＤの形成、酸化膜耐圧
特性（ＴＺＤＢ）等を調査し、さらには無欠陥層形成熱
処理、あるいはエピタキシャル層の形成に対する適合性
も検討した。
【００２３】Ｂの位置のウェーハは、リング状ＯＳＦ発
生領域がほぼ外周に位置しており、欠陥分布の点からは
均質なウェーハが得られ、ＢＭＤも径方向に均一に形成
されるが、サイズの小さな赤外線散乱体欠陥が高密度に
発生するため、酸化膜耐圧特性の良品がほとんど採取で
きなかった。
生領域がほぼ外周に位置しており、欠陥分布の点からは
均質なウェーハが得られ、ＢＭＤも径方向に均一に形成
されるが、サイズの小さな赤外線散乱体欠陥が高密度に
発生するため、酸化膜耐圧特性の良品がほとんど採取で
きなかった。
【００２４】Ｄの位置のウェーハは、grown-in欠陥がほ
とんどない良好な結果が得られたが、ＢＭＤの形成はウ
ェーハの中心部には多いが周辺部では少ないというよう
に部位によって異なっていた。また、Ｅの位置のウェー
ハは、無欠陥という点においてすぐれているが、ＢＭＤ
が多くは形成されないと言う難点があった。
とんどない良好な結果が得られたが、ＢＭＤの形成はウ
ェーハの中心部には多いが周辺部では少ないというよう
に部位によって異なっていた。また、Ｅの位置のウェー
ハは、無欠陥という点においてすぐれているが、ＢＭＤ
が多くは形成されないと言う難点があった。
【００２５】このように調査していくと、通常の生産に
用いられるＣの位置のウェーハは、赤外線散乱体欠陥の
サイズが大きく酸化膜耐圧特性に難点があるとしても、
酸素量を制御することによる十分なＢＭＤの形成、ウェ
ーハ全体の均一性、さらには生産性等の点から実用に適
したものであるといえる。しかしながら、エピタキシャ
ルウェーハの基板として用いる場合、エピタキシャル層
を形成させると欠陥痕が多く残り、必ずしも良好な層が
得られないという問題がある。
用いられるＣの位置のウェーハは、赤外線散乱体欠陥の
サイズが大きく酸化膜耐圧特性に難点があるとしても、
酸素量を制御することによる十分なＢＭＤの形成、ウェ
ーハ全体の均一性、さらには生産性等の点から実用に適
したものであるといえる。しかしながら、エピタキシャ
ルウェーハの基板として用いる場合、エピタキシャル層
を形成させると欠陥痕が多く残り、必ずしも良好な層が
得られないという問題がある。
【００２６】このＣに対応するウェーハを、リング状Ｏ
ＳＦの発生領域がＵ字状になっている上述の単結晶によ
り調べると、引き上げ速度が遅い方、すなわちリング状
ＯＳＦに近づくにつれて赤外線散乱体欠陥は大きくな
り、密度が低下していく。さらにリング状ＯＳＦに近づ
き、その径が小さくなると、中央部はほとんど欠陥の現
れない無欠陥領域となるが、大きな赤外線散乱体欠陥の
発生領域と無欠陥領域との間に、欠陥の大きさが小さく
しかも低密度に分布する領域があるように思われた。
ＳＦの発生領域がＵ字状になっている上述の単結晶によ
り調べると、引き上げ速度が遅い方、すなわちリング状
ＯＳＦに近づくにつれて赤外線散乱体欠陥は大きくな
り、密度が低下していく。さらにリング状ＯＳＦに近づ
き、その径が小さくなると、中央部はほとんど欠陥の現
れない無欠陥領域となるが、大きな赤外線散乱体欠陥の
発生領域と無欠陥領域との間に、欠陥の大きさが小さく
しかも低密度に分布する領域があるように思われた。
【００２７】一方、grown-in欠陥のない無欠陥単結晶を
容易に得ることは、単結晶育成の一つの目標であり、リ
ング状ＯＳＦの発生領域に無欠陥領域が隣接しているこ
とから、無欠陥領域を拡大する目的で、図３におけるＵ
字形分布のＵ字底部の水平部分を拡大するための検討も
おこなった。その結果、凝固直後の温度域にて、引き上
げ軸方向の温度勾配をできるだけ大きくすること、およ
び単結晶中心部の引き上げ軸方向温度勾配を、外周表面
部のそれよりも大きくすること、の二つをを両立させれ
ば、Ｕ字底部水平部分の拡大が図れることがわかってき
た。
容易に得ることは、単結晶育成の一つの目標であり、リ
ング状ＯＳＦの発生領域に無欠陥領域が隣接しているこ
とから、無欠陥領域を拡大する目的で、図３におけるＵ
字形分布のＵ字底部の水平部分を拡大するための検討も
おこなった。その結果、凝固直後の温度域にて、引き上
げ軸方向の温度勾配をできるだけ大きくすること、およ
び単結晶中心部の引き上げ軸方向温度勾配を、外周表面
部のそれよりも大きくすること、の二つをを両立させれ
ば、Ｕ字底部水平部分の拡大が図れることがわかってき
た。
【００２８】このようにして、Ｕ字底部の水平部分を拡
大する温度分布となる、引き上げ単結晶の冷却部すなわ
ちホットゾーンを用い、図３の場合と同様に、引き上げ
速度を変えて単結晶の育成をおこなってみた。その場合
の例を模式的に図４に示すが、このようにＵ字底の水平
部分を拡大した条件で育成してみると、リング状ＯＳＦ
発生領域の上側の無欠陥領域と赤外線散乱体発生領域と
の間に、欠陥の大きさが小さく、しかも低密度に分布す
る領域が拡大されて存在していることが見いだされたの
である。
大する温度分布となる、引き上げ単結晶の冷却部すなわ
ちホットゾーンを用い、図３の場合と同様に、引き上げ
速度を変えて単結晶の育成をおこなってみた。その場合
の例を模式的に図４に示すが、このようにＵ字底の水平
部分を拡大した条件で育成してみると、リング状ＯＳＦ
発生領域の上側の無欠陥領域と赤外線散乱体発生領域と
の間に、欠陥の大きさが小さく、しかも低密度に分布す
る領域が拡大されて存在していることが見いだされたの
である。
【００２９】そこで、この低欠陥領域（以下Ｘ領域と呼
ぶことにする）から採取したウェーハ（Ｘウェーハ）に
ついて詳細に調査してみると、欠陥の大きさは前述図３
の単結晶のＢの位置における、高速引き上げウェーハに
見いだされるものと同程度ないしはそれ以下であるが、
その発生密度は遙かに低かった。酸化膜耐圧特性を調べ
てみると、欠陥の状態から推測されるように、すぐれた
結果を示した。さらに酸素析出処理をおこなってみる
と、十分なＢＭＤを形成させることができ、ウェーハと
して理想的なものが得られることが明らかになった。
ぶことにする）から採取したウェーハ（Ｘウェーハ）に
ついて詳細に調査してみると、欠陥の大きさは前述図３
の単結晶のＢの位置における、高速引き上げウェーハに
見いだされるものと同程度ないしはそれ以下であるが、
その発生密度は遙かに低かった。酸化膜耐圧特性を調べ
てみると、欠陥の状態から推測されるように、すぐれた
結果を示した。さらに酸素析出処理をおこなってみる
と、十分なＢＭＤを形成させることができ、ウェーハと
して理想的なものが得られることが明らかになった。
【００３０】このように、無欠陥領域と赤外線散乱体発
生領域との間に欠陥の大きさが小さくしかも低密度に分
布する領域が生じる理由は明らかではない。しかし、図
４に示すようなリング状ＯＳＦ発生領域をＵ字底の水平
部分が拡大された形状にするためには、凝固直後におけ
る引き上げ軸方向の温度勾配を大きくし、しかもその温
度勾配は単結晶の中心部の方を周辺の表面部の方よりも
大きくしなければならないが、このような温度分布の凝
固直後単結晶内における空孔や格子間シリコン原子の挙
動により生じたものと思われる。
生領域との間に欠陥の大きさが小さくしかも低密度に分
布する領域が生じる理由は明らかではない。しかし、図
４に示すようなリング状ＯＳＦ発生領域をＵ字底の水平
部分が拡大された形状にするためには、凝固直後におけ
る引き上げ軸方向の温度勾配を大きくし、しかもその温
度勾配は単結晶の中心部の方を周辺の表面部の方よりも
大きくしなければならないが、このような温度分布の凝
固直後単結晶内における空孔や格子間シリコン原子の挙
動により生じたものと思われる。
【００３１】引き上げ軸方向の温度勾配を大きくし、し
かもその温度勾配は単結晶の中心部の方を周辺の表面部
の方よりも大きくすることは、必ずしも容易ではない。
凝固直後の単結晶の熱は主として表面から排除されるこ
とから、引き上げ軸方向の温度勾配を大きくしようとす
れば、単結晶の表面からの抜熱を強化しなければならな
らない。そうすると、表面をより強力に冷却することに
なり、結果として表面部の温度勾配の方が、単結晶内部
よりも大きくなってしまう。
かもその温度勾配は単結晶の中心部の方を周辺の表面部
の方よりも大きくすることは、必ずしも容易ではない。
凝固直後の単結晶の熱は主として表面から排除されるこ
とから、引き上げ軸方向の温度勾配を大きくしようとす
れば、単結晶の表面からの抜熱を強化しなければならな
らない。そうすると、表面をより強力に冷却することに
なり、結果として表面部の温度勾配の方が、単結晶内部
よりも大きくなってしまう。
【００３２】これに対し本発明者らは、るつぼとヒータ
ーの相対的位置、熱遮蔽体の活用すなわち熱遮蔽体の形
状、融液面と熱遮蔽体までの距離、熱遮蔽体や冷却部材
と単結晶表面との間隔等を検討し、中心部の方が表面部
よりも温度勾配が大きい温度分布を実現させた。そし
て、まず引き上げ速度を変えて単結晶を育成し、引き上
げ速度と目的とする領域の得られる引き上げ速度を求め
る。そして、その速度にて育成することにより、単結晶
全長にわたりこのような欠陥分布状態とすることができ
るのである。
ーの相対的位置、熱遮蔽体の活用すなわち熱遮蔽体の形
状、融液面と熱遮蔽体までの距離、熱遮蔽体や冷却部材
と単結晶表面との間隔等を検討し、中心部の方が表面部
よりも温度勾配が大きい温度分布を実現させた。そし
て、まず引き上げ速度を変えて単結晶を育成し、引き上
げ速度と目的とする領域の得られる引き上げ速度を求め
る。そして、その速度にて育成することにより、単結晶
全長にわたりこのような欠陥分布状態とすることができ
るのである。
【００３３】このようにして得られた単結晶によるウェ
ーハは、grown-in欠陥がきわめて少ない。このウェーハ
は、従来知られている通常条件にて酸素析出物形成熱処
理をおこなうと、十分なＢＭＤを形成させることが可能
であり、ゲッタリング作用のすぐれた欠陥の少ないウェ
ーハを得ることができた。また無欠陥層形成形成熱処理
をおこなうと、容易に無欠陥層を表面に形成でき、しか
もＢＭＤの多いすぐれた半導体基板用ウェーハが得られ
た。またエピタキシャル層形成処理を施してみると、欠
陥のない良好なエピタキシャル層がえられ、さらに酸素
析出物形成熱処理をおこなえば、ゲッタリング能力にす
ぐれたエピタキシャルシリコンウェーハとなった。
ーハは、grown-in欠陥がきわめて少ない。このウェーハ
は、従来知られている通常条件にて酸素析出物形成熱処
理をおこなうと、十分なＢＭＤを形成させることが可能
であり、ゲッタリング作用のすぐれた欠陥の少ないウェ
ーハを得ることができた。また無欠陥層形成形成熱処理
をおこなうと、容易に無欠陥層を表面に形成でき、しか
もＢＭＤの多いすぐれた半導体基板用ウェーハが得られ
た。またエピタキシャル層形成処理を施してみると、欠
陥のない良好なエピタキシャル層がえられ、さらに酸素
析出物形成熱処理をおこなえば、ゲッタリング能力にす
ぐれたエピタキシャルシリコンウェーハとなった。
【００３４】以上のような検討結果に基づき、さらによ
りすぐれたウェーハを安定して得るための限界条件を明
らかにして本発明を完成させた。本発明の要旨とすると
ころは次のとおりである。 (1) ＣＺ法により引き上げ育成するシリコン単結晶から
切り出されるシリコンウェーハであって、ウェーハ面積
の80％以上が赤外線散乱体欠陥発生領域であり、その赤
外線散乱体欠陥は、大きさが平均0.1μm以下でかつ0.1
μmを超える該欠陥密度が1×105cm-3以下であることを
特徴とするシリコンウェーハ。 (2) 酸素濃度が25ppma（OLD ASTM）以上であることを特
徴とする上記(1)のシリコンウェーハ。 (3) ＣＺ法により引き上げ育成するシリコン単結晶の製
造において、融液から引き上げる単結晶の中心部が融点
から1370℃までである温度域で、単結晶の引き上げ軸方
向の温度勾配が中心部はＧc、外周部ではＧeであるとす
るとき、Ｇcが2.8℃／mm以上でかつＧc／Ｇeが1以上と
しとして引き上げることを特徴とする、上記(1)または
(2)のウェーハを得るシリコン単結晶の製造方法。 (4) 酸素析出物形成熱処理を施すことにより、酸素析出
物を断面にて測定した密度として1×104個／cm2以上形
成させたことを特徴とする、上記(1)または(2)のシリコ
ンウェーハ。 (5) 無欠陥層形成熱処理を施すことにより表面に無欠陥
層を形成させたことを特徴とする上記(1)または(2)のシ
リコンウェーハ。 (6) 上記(1)、(2)、(4)または(5)のシリコンウェーハの
表面にエピタキシャル層を形成させたことを特徴とする
エピタキシャルシリコンウェーハ。 (7) 上記(1)または(2)のシリコンウェーハ表面にエピタ
キシャル層を形成させた後、酸素析出物形成熱処理を施
すことにより、ウェーハ内部に酸素析出物を断面にて測
定した密度として1×104個／cm2以上形成させたことを
特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。 (8) 上記(5)のシリコンウェーハの表面にエピタキシャ
ル層を形成させた後、酸素析出物形成熱処理を施すこと
により、ウェーハ内部に酸素析出物を断面にて測定した
密度として1×104個／cm2以上形成させたことを特徴と
するエピタキシャルシリコンウェーハ。
りすぐれたウェーハを安定して得るための限界条件を明
らかにして本発明を完成させた。本発明の要旨とすると
ころは次のとおりである。 (1) ＣＺ法により引き上げ育成するシリコン単結晶から
切り出されるシリコンウェーハであって、ウェーハ面積
の80％以上が赤外線散乱体欠陥発生領域であり、その赤
外線散乱体欠陥は、大きさが平均0.1μm以下でかつ0.1
μmを超える該欠陥密度が1×105cm-3以下であることを
特徴とするシリコンウェーハ。 (2) 酸素濃度が25ppma（OLD ASTM）以上であることを特
徴とする上記(1)のシリコンウェーハ。 (3) ＣＺ法により引き上げ育成するシリコン単結晶の製
造において、融液から引き上げる単結晶の中心部が融点
から1370℃までである温度域で、単結晶の引き上げ軸方
向の温度勾配が中心部はＧc、外周部ではＧeであるとす
るとき、Ｇcが2.8℃／mm以上でかつＧc／Ｇeが1以上と
しとして引き上げることを特徴とする、上記(1)または
(2)のウェーハを得るシリコン単結晶の製造方法。 (4) 酸素析出物形成熱処理を施すことにより、酸素析出
物を断面にて測定した密度として1×104個／cm2以上形
成させたことを特徴とする、上記(1)または(2)のシリコ
ンウェーハ。 (5) 無欠陥層形成熱処理を施すことにより表面に無欠陥
層を形成させたことを特徴とする上記(1)または(2)のシ
リコンウェーハ。 (6) 上記(1)、(2)、(4)または(5)のシリコンウェーハの
表面にエピタキシャル層を形成させたことを特徴とする
エピタキシャルシリコンウェーハ。 (7) 上記(1)または(2)のシリコンウェーハ表面にエピタ
キシャル層を形成させた後、酸素析出物形成熱処理を施
すことにより、ウェーハ内部に酸素析出物を断面にて測
定した密度として1×104個／cm2以上形成させたことを
特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。 (8) 上記(5)のシリコンウェーハの表面にエピタキシャ
ル層を形成させた後、酸素析出物形成熱処理を施すこと
により、ウェーハ内部に酸素析出物を断面にて測定した
密度として1×104個／cm2以上形成させたことを特徴と
するエピタキシャルシリコンウェーハ。
【００３５】
【発明の実施の形態】本発明のシリコンウェーハは、Ｃ
Ｚ法により引き上げ育成したシリコン単結晶から切り出
されたものであって、ウェーハ面積の80％以上が低密度
の小赤外線散乱体欠陥発生領域（Ｘ領域）であり、その
赤外線散乱体欠陥のサイズは、平均0.1μm以下でかつ0.
1μmを超える欠陥の存在密度が1×105cm-3以下であるも
のとする。
Ｚ法により引き上げ育成したシリコン単結晶から切り出
されたものであって、ウェーハ面積の80％以上が低密度
の小赤外線散乱体欠陥発生領域（Ｘ領域）であり、その
赤外線散乱体欠陥のサイズは、平均0.1μm以下でかつ0.
1μmを超える欠陥の存在密度が1×105cm-3以下であるも
のとする。
【００３６】単結晶を引き上げ軸に垂直にスライスして
採取したシリコンウェーハの欠陥の存在分布は、図１に
模式的に示したように、一般的には、円盤形状の周辺部
には転移クラスター欠陥発生領域があり、中央部には赤
外線散乱体欠陥発生領域があって、その中間にリング状
ＯＳＦ発生領域がある。これらの幅や径、あるいは大き
さやその位置は製造条件により異なり、そして、リング
状ＯＳＦ発生領域に接して酸素析出促進領域などのgrow
n-in欠陥のない無欠陥領域が存在する。
採取したシリコンウェーハの欠陥の存在分布は、図１に
模式的に示したように、一般的には、円盤形状の周辺部
には転移クラスター欠陥発生領域があり、中央部には赤
外線散乱体欠陥発生領域があって、その中間にリング状
ＯＳＦ発生領域がある。これらの幅や径、あるいは大き
さやその位置は製造条件により異なり、そして、リング
状ＯＳＦ発生領域に接して酸素析出促進領域などのgrow
n-in欠陥のない無欠陥領域が存在する。
【００３７】本発明のウェーハは、ウェーハ面積の80％
以上を上記のＸ領域とするが、周辺に無欠陥領域、リン
グ状ＯＳＦ発生領域、あるいは酸素析出促進領域があっ
てもよい。しかしＸ領域が80％を下回るようになると、
酸素析出抑制領域や転移クラスター発生領域がウェーハ
外周部に含まれてくるので好ましくない。これは、酸素
析出抑制領域や転移クラスター発生領域は、ゲッタリン
グ能力のあるＢＭＤの析出が抑制され、ウェーハ全面か
ら性能のすぐれたデバイスを得ることができないからで
ある。Ｘ領域の面積が80％以上であれば、周辺には酸素
析出抑制領域や転移クラスター発生領域は含まれない。
以上を上記のＸ領域とするが、周辺に無欠陥領域、リン
グ状ＯＳＦ発生領域、あるいは酸素析出促進領域があっ
てもよい。しかしＸ領域が80％を下回るようになると、
酸素析出抑制領域や転移クラスター発生領域がウェーハ
外周部に含まれてくるので好ましくない。これは、酸素
析出抑制領域や転移クラスター発生領域は、ゲッタリン
グ能力のあるＢＭＤの析出が抑制され、ウェーハ全面か
ら性能のすぐれたデバイスを得ることができないからで
ある。Ｘ領域の面積が80％以上であれば、周辺には酸素
析出抑制領域や転移クラスター発生領域は含まれない。
【００３８】なお、ウェーハは育成後の単結晶の外径を
研削する丸め加工をおこなって製品化するので、Ｘ領域
の面積が80％以上というのは、引き上げ後の単結晶の引
き上げ軸に垂直な断面に対してではなく、外径研削後の
ウェーハ面積に対するものである。
研削する丸め加工をおこなって製品化するので、Ｘ領域
の面積が80％以上というのは、引き上げ後の単結晶の引
き上げ軸に垂直な断面に対してではなく、外径研削後の
ウェーハ面積に対するものである。
【００３９】赤外線散乱体欠陥は、大きさが平均して小
さく、かつその中でも大きいものが少なければ少ないほ
ど、酸化膜耐圧特性がすぐれる。Ｘ領域にて大きさが平
均0.1μm以下で、かつ0.1μmを超える赤外線散乱体欠陥
の存在密度が1×105cm-3以下とするのは、このような状
態になれば、実質的に無欠陥状態に近くなり、さらに無
欠陥層形成熱処理を施せば、無欠陥のウェーハが容易に
得られるからである。
さく、かつその中でも大きいものが少なければ少ないほ
ど、酸化膜耐圧特性がすぐれる。Ｘ領域にて大きさが平
均0.1μm以下で、かつ0.1μmを超える赤外線散乱体欠陥
の存在密度が1×105cm-3以下とするのは、このような状
態になれば、実質的に無欠陥状態に近くなり、さらに無
欠陥層形成熱処理を施せば、無欠陥のウェーハが容易に
得られるからである。
【００４０】欠陥の大きさやその存在密度は、試料表面
を研磨後、ＯＰＰ装置（バイオラッド社製、Oxygen Pre
cipitate Profiler）にて測定すればよい。この方法に
よれば、0.01μmまでの大きさの欠陥が検出可能であ
る。そして、これよりも小さい欠陥は存在していても酸
化膜耐圧特性に影響はおよぼさないと考えられる。
を研磨後、ＯＰＰ装置（バイオラッド社製、Oxygen Pre
cipitate Profiler）にて測定すればよい。この方法に
よれば、0.01μmまでの大きさの欠陥が検出可能であ
る。そして、これよりも小さい欠陥は存在していても酸
化膜耐圧特性に影響はおよぼさないと考えられる。
【００４１】ＢＭＤをとくに要しない場合や、ウェーハ
の強度が必要でない場合は、単結晶中の酸素は少なくて
もよいが、ＢＭＤを十分生じさせるためには25ppma（OL
D ASTM）以上の酸素を含有させるのが望ましい。だだし
過剰の酸素含有は、単結晶の転移などの欠陥を発生させ
ることがあるので、多くても36ppma以下とするのがよ
い。
の強度が必要でない場合は、単結晶中の酸素は少なくて
もよいが、ＢＭＤを十分生じさせるためには25ppma（OL
D ASTM）以上の酸素を含有させるのが望ましい。だだし
過剰の酸素含有は、単結晶の転移などの欠陥を発生させ
ることがあるので、多くても36ppma以下とするのがよ
い。
【００４２】リング状ＯＳＦの位置は、凝固から1370℃
まで冷却する過程でほぼ決定されるので、単結晶がこの
温度域にあるときに単結晶内の温度分布を制御する必要
がある。そしてこの温度域で、引き上げ軸方向の温度勾
配を2.8℃／mm以上とし、かつＧc／Ｇeが1以上、すなわ
ち温度勾配は、単結晶中心部よりも外周部の方を小さく
して引き上げなければならない。これは、このような温
度分布状態が実現できなければ、単結晶の引き上げ軸に
対する垂直断面、すなわちウェーハにて上記Ｘ領域が80
％を超えるものが得られないからである。
まで冷却する過程でほぼ決定されるので、単結晶がこの
温度域にあるときに単結晶内の温度分布を制御する必要
がある。そしてこの温度域で、引き上げ軸方向の温度勾
配を2.8℃／mm以上とし、かつＧc／Ｇeが1以上、すなわ
ち温度勾配は、単結晶中心部よりも外周部の方を小さく
して引き上げなければならない。これは、このような温
度分布状態が実現できなければ、単結晶の引き上げ軸に
対する垂直断面、すなわちウェーハにて上記Ｘ領域が80
％を超えるものが得られないからである。
【００４３】温度勾配は2.8℃／mm以上高いほどよいよ
うに思われたが、現実には6℃／mm程度が限界であり、
これ以上大きくすると多結晶化が発生しやすく、単結晶
が得られなくなる。またＧc／Ｇeは1.2〜1.5程度が好ま
しく1.8を超えるようにすると、冷却による歪み発生の
おそれがある上述の温度分布が得られるのであれば、ホ
ットゾーンの形態はとくに限定するものではない。この
ような温度分布を得るための方法は、たとえば、引き上
げる単結晶の周囲に設置する熱遮蔽体を、水平方向で見
ると下部は厚く上へ行くほど厚さが減じ、しかも単結晶
からの距離が大きくなるような構造とし、融液面からあ
る距離を置いて設置する。熱遮蔽体の下部を厚くするの
は、融液面からの輻射およびヒーターやるつぼ面からの
輻射による加熱の遮蔽を下部ほど有効にするためであ
る。一方この熱遮蔽体を融液面からある距離を置いて設
置するのは、融液面やるつぼ面からの輻射により、引き
上げ直後の単結晶表面の冷却を遅らせ、表面部の温度勾
配を小さくするためである。
うに思われたが、現実には6℃／mm程度が限界であり、
これ以上大きくすると多結晶化が発生しやすく、単結晶
が得られなくなる。またＧc／Ｇeは1.2〜1.5程度が好ま
しく1.8を超えるようにすると、冷却による歪み発生の
おそれがある上述の温度分布が得られるのであれば、ホ
ットゾーンの形態はとくに限定するものではない。この
ような温度分布を得るための方法は、たとえば、引き上
げる単結晶の周囲に設置する熱遮蔽体を、水平方向で見
ると下部は厚く上へ行くほど厚さが減じ、しかも単結晶
からの距離が大きくなるような構造とし、融液面からあ
る距離を置いて設置する。熱遮蔽体の下部を厚くするの
は、融液面からの輻射およびヒーターやるつぼ面からの
輻射による加熱の遮蔽を下部ほど有効にするためであ
る。一方この熱遮蔽体を融液面からある距離を置いて設
置するのは、融液面やるつぼ面からの輻射により、引き
上げ直後の単結晶表面の冷却を遅らせ、表面部の温度勾
配を小さくするためである。
【００４４】このようにして、熱遮蔽体の下端部を単結
晶表面の温度が1370℃近傍である位置におけば、単結晶
の表面部は凝固直後の冷却が遅れ、単結晶中心部は、熱
遮蔽体がおかれた位置より上の部分での抜熱によって伝
熱にて冷却され、中心部部分の温度勾配の方が表面部よ
り大きい状態を実現できる。熱遮蔽体の厚さを上に行く
ほど薄くして単結晶との距離が大きくなるようにするの
は、過剰な冷却により歪みが導入されるのを防止するた
めである。
晶表面の温度が1370℃近傍である位置におけば、単結晶
の表面部は凝固直後の冷却が遅れ、単結晶中心部は、熱
遮蔽体がおかれた位置より上の部分での抜熱によって伝
熱にて冷却され、中心部部分の温度勾配の方が表面部よ
り大きい状態を実現できる。熱遮蔽体の厚さを上に行く
ほど薄くして単結晶との距離が大きくなるようにするの
は、過剰な冷却により歪みが導入されるのを防止するた
めである。
【００４５】なお、単結晶内の温度分布は、総合伝熱解
析法により計算機を用いて求めることができる。しか
し、単結晶全長にわたってＸ領域とするためには、使用
する引き上げ装置により速度の影響が異なるので、各装
置毎に上記のようなホットゾーンを設置し、単結晶の引
き上げ速度を連続的に変化させ、得られた単結晶を調査
することにより、その装置の最適引き上げ速度を選定す
るのがよい。
析法により計算機を用いて求めることができる。しか
し、単結晶全長にわたってＸ領域とするためには、使用
する引き上げ装置により速度の影響が異なるので、各装
置毎に上記のようなホットゾーンを設置し、単結晶の引
き上げ速度を連続的に変化させ、得られた単結晶を調査
することにより、その装置の最適引き上げ速度を選定す
るのがよい。
【００４６】上述のＸ領域が主体となるウェーハは、酸
素析出物形成形成熱処理を施すことにより、ＢＭＤとな
る酸素析出物を断面にて測定した密度として1×104個／
cm2以上とすることができる。とくにこのＢＭＤの量を
増して確実に5×104個／cm2以上とするためには、単結
晶の酸素含有量を25ppma以上とするのが望ましい。酸素
析出物形成形成熱処理は、雰囲気として水素、窒素、ア
ルゴンなどのガス、あるいはこれらの混合ガス、さらに
は窒素、アルゴンなどの不活性ガスに少量の酸素を混合
したガスなどを用い、600〜1100℃の温度にて、1分〜24
時間の加熱をおこなえばよい。これにより、表面には有
害なgrown-in欠陥がほとんどなく、内部には十分なＢＭ
Ｄが存在するウェーハが得られる。
素析出物形成形成熱処理を施すことにより、ＢＭＤとな
る酸素析出物を断面にて測定した密度として1×104個／
cm2以上とすることができる。とくにこのＢＭＤの量を
増して確実に5×104個／cm2以上とするためには、単結
晶の酸素含有量を25ppma以上とするのが望ましい。酸素
析出物形成形成熱処理は、雰囲気として水素、窒素、ア
ルゴンなどのガス、あるいはこれらの混合ガス、さらに
は窒素、アルゴンなどの不活性ガスに少量の酸素を混合
したガスなどを用い、600〜1100℃の温度にて、1分〜24
時間の加熱をおこなえばよい。これにより、表面には有
害なgrown-in欠陥がほとんどなく、内部には十分なＢＭ
Ｄが存在するウェーハが得られる。
【００４７】なお、この酸素析出物形成熱処理の過程に
て、ＢＭＤとなる酸素析出物の析出促進や熱的安定性を
はかるため、単結晶の育成過程で、炭素の0.5×1016〜1
5×1016atoms／cm3の添加、あるいは窒素の1×1013〜1
×1015atoms／cm3の添加をおこなってもよい。
て、ＢＭＤとなる酸素析出物の析出促進や熱的安定性を
はかるため、単結晶の育成過程で、炭素の0.5×1016〜1
5×1016atoms／cm3の添加、あるいは窒素の1×1013〜1
×1015atoms／cm3の添加をおこなってもよい。
【００４８】このＸ領域が主体となるウェーハは、いわ
ゆる無欠陥層形成熱処理を施せば、容易に表面近傍のデ
バイスが形成される領域すなわち活性化領域を無欠陥と
することができ、表面に無欠陥層を有するウェーハとす
ることができる。この無欠陥層形成熱処理は、非酸化性
雰囲気中にて、1000〜1380℃の高温で長時間加熱し酸素
の外方拡散をおこなう方法、または急速昇降温加熱によ
り短時間形成させる方法があるが、いずれの方法でおこ
なってもよい。
ゆる無欠陥層形成熱処理を施せば、容易に表面近傍のデ
バイスが形成される領域すなわち活性化領域を無欠陥と
することができ、表面に無欠陥層を有するウェーハとす
ることができる。この無欠陥層形成熱処理は、非酸化性
雰囲気中にて、1000〜1380℃の高温で長時間加熱し酸素
の外方拡散をおこなう方法、または急速昇降温加熱によ
り短時間形成させる方法があるが、いずれの方法でおこ
なってもよい。
【００４９】また、ウェーハのＸ領域の周辺に、リング
状ＯＳＦ発生領域が存在する場合、この領域でデバイス
が形成されると、工程条件によりＯＳＦが顕在化し特性
不良となるおそれがでてくる。このような場合、上記無
欠陥層形成熱処理を施しておくことにより、ウェーハ全
面を有効に利用することができる。
状ＯＳＦ発生領域が存在する場合、この領域でデバイス
が形成されると、工程条件によりＯＳＦが顕在化し特性
不良となるおそれがでてくる。このような場合、上記無
欠陥層形成熱処理を施しておくことにより、ウェーハ全
面を有効に利用することができる。
【００５０】さらに無欠陥層形成熱処理の昇温過程で、
600〜1100℃の温度範囲における昇温速度を遅くするこ
とにより、表面の無欠陥層形成とともに、内部に酸素析
出物を成長させＢＭＤ密度を増すこともできる。
600〜1100℃の温度範囲における昇温速度を遅くするこ
とにより、表面の無欠陥層形成とともに、内部に酸素析
出物を成長させＢＭＤ密度を増すこともできる。
【００５１】Ｘ領域が主体となる本発明のウェーハは、
表面にエピタキシャル層を形成させる基板としてもすぐ
れている。エピタキシャル層の形成は一般的に実施され
ている方法を採用すればよく、それによって薄いエピタ
キシャル層であっても、赤外線散乱体欠陥痕のないエピ
タキシャルシリコンウェーハを得ることができる。
表面にエピタキシャル層を形成させる基板としてもすぐ
れている。エピタキシャル層の形成は一般的に実施され
ている方法を採用すればよく、それによって薄いエピタ
キシャル層であっても、赤外線散乱体欠陥痕のないエピ
タキシャルシリコンウェーハを得ることができる。
【００５２】また、エピタキシャル層の形成前、あるい
は形成後に、前述の酸素析出物形成形成熱処理を施せ
ば、ゲッタリング能力に優れた、活性領域に欠陥のない
エピタキシャルシリコンウェーハとなる。
は形成後に、前述の酸素析出物形成形成熱処理を施せ
ば、ゲッタリング能力に優れた、活性領域に欠陥のない
エピタキシャルシリコンウェーハとなる。
【００５３】
【実施例】〔実施例１〕図５に模式的に示した断面構造
の装置にて、単結晶目標直径210mm、ボディ長1000mmの
育成実験をおこなった。この図において、熱遮蔽体７
は、黒鉛で外殻を作り、内部に黒鉛フェルトを充填した
構造であるが、るつぼに入る部分の外径が480mm、最下
端における最小内径Ｓは270mm、半径方向の幅Ｗは105mm
で、内面は下端部から始まる逆円錐台面とし、その垂直
方向に対する傾きは21°であった。るつぼ１の内径は55
0mmのものを用い、熱遮蔽体７の下端の融液面からの高
さＨは、60mmとしている。
の装置にて、単結晶目標直径210mm、ボディ長1000mmの
育成実験をおこなった。この図において、熱遮蔽体７
は、黒鉛で外殻を作り、内部に黒鉛フェルトを充填した
構造であるが、るつぼに入る部分の外径が480mm、最下
端における最小内径Ｓは270mm、半径方向の幅Ｗは105mm
で、内面は下端部から始まる逆円錐台面とし、その垂直
方向に対する傾きは21°であった。るつぼ１の内径は55
0mmのものを用い、熱遮蔽体７の下端の融液面からの高
さＨは、60mmとしている。
【００５４】るつぼ内に高純度シリコンの多結晶を120k
g装入し、単結晶の電気抵抗率が約10Ωcmとなるように
ｐ型ドーパントのボロンを添加した。装置内をアルゴン
の減圧雰囲気とし、ヒータ２により加熱してシリコンを
溶融させ、融液３とした。シードチャック５に取り付け
た種結晶を融液３に浸漬し、るつぼ１および引き上げ軸
４を回転させつつ引き上げをおこなう。結晶方位は｛10
0｝とし、まず、結晶無転位化のためのシード絞りをお
こなった後、ショルダー部を形成させ、肩変えして目標
ボデイ径とする。
g装入し、単結晶の電気抵抗率が約10Ωcmとなるように
ｐ型ドーパントのボロンを添加した。装置内をアルゴン
の減圧雰囲気とし、ヒータ２により加熱してシリコンを
溶融させ、融液３とした。シードチャック５に取り付け
た種結晶を融液３に浸漬し、るつぼ１および引き上げ軸
４を回転させつつ引き上げをおこなう。結晶方位は｛10
0｝とし、まず、結晶無転位化のためのシード絞りをお
こなった後、ショルダー部を形成させ、肩変えして目標
ボデイ径とする。
【００５５】ボディ長さが300mmに達した時点で、引き
上げ速度を1.0mm／minに調整し、その後引き上げ長さに
応じてほぼ直線的に引き上げ速度を低下させ、ボディ長
さが600mmに達したときに0.3mm／minとなるようにし、
その後はこの引き上げ速度で育成を終了した。この引き
上げ時における融点から1370℃までの軸方向温度勾配
は、単結晶中心部（Ｇc）で2.9〜3.1℃／mmであり、周
辺部（Ｇe）では2.2〜2.4℃／mmで、Ｇc／Ｇeは約1.3で
あった。この状態は、引き上げ速度を変えてもほとんど
変わらなかった。
上げ速度を1.0mm／minに調整し、その後引き上げ長さに
応じてほぼ直線的に引き上げ速度を低下させ、ボディ長
さが600mmに達したときに0.3mm／minとなるようにし、
その後はこの引き上げ速度で育成を終了した。この引き
上げ時における融点から1370℃までの軸方向温度勾配
は、単結晶中心部（Ｇc）で2.9〜3.1℃／mmであり、周
辺部（Ｇe）では2.2〜2.4℃／mmで、Ｇc／Ｇeは約1.3で
あった。この状態は、引き上げ速度を変えてもほとんど
変わらなかった。
【００５６】得られた単結晶を引き上げ軸に沿って縦割
りし、引き上げ軸近傍を含む板状試片を作製し、この試
片によりにより硫酸銅水溶液に浸漬してＣｕデコレーシ
ョンをおこない、窒素雰囲気中900℃、20分の熱処理を
施して、Ｘ線トポグラフ法により欠陥の分布を調査し
た。
りし、引き上げ軸近傍を含む板状試片を作製し、この試
片によりにより硫酸銅水溶液に浸漬してＣｕデコレーシ
ョンをおこない、窒素雰囲気中900℃、20分の熱処理を
施して、Ｘ線トポグラフ法により欠陥の分布を調査し
た。
【００５７】結果は図４に示したように、リング状ＯＳ
Ｆがほぼ水平に近い状態に発生し、このＯＳＦの上側に
接して無欠陥領域が認められ、この領域と明確な赤外線
散乱体欠陥発生領域との間に、低密度の微少な赤外線散
乱体欠陥が存在すると思われる領域が見出された。
Ｆがほぼ水平に近い状態に発生し、このＯＳＦの上側に
接して無欠陥領域が認められ、この領域と明確な赤外線
散乱体欠陥発生領域との間に、低密度の微少な赤外線散
乱体欠陥が存在すると思われる領域が見出された。
【００５８】そこで、上記試片に隣接する位置から採取
した試片を用い表面を研磨後、ＯＰＰ法にてリング状Ｏ
ＳＦ発生領域と、赤外線散乱体欠陥発生領域との間に発
生している微少欠陥の状態を観察した。この結果から、
大きな赤外線散乱体欠陥が無く、欠陥の平均の大きさが
0.1μm以下であり、かつ0.1μmを超えるの欠陥密度が1
×105cm-3以下であるＸ領域が、引き上げ軸に垂直な断
面で80％以上の面積を占める引き上げ速度の範囲を選定
した。ただし、育成する単結晶の目標径は210mmである
が、丸め加工により直径200mmに切削してウェーハ製品
とするので、上記80％はこのウェーハに対する面積比で
ある。
した試片を用い表面を研磨後、ＯＰＰ法にてリング状Ｏ
ＳＦ発生領域と、赤外線散乱体欠陥発生領域との間に発
生している微少欠陥の状態を観察した。この結果から、
大きな赤外線散乱体欠陥が無く、欠陥の平均の大きさが
0.1μm以下であり、かつ0.1μmを超えるの欠陥密度が1
×105cm-3以下であるＸ領域が、引き上げ軸に垂直な断
面で80％以上の面積を占める引き上げ速度の範囲を選定
した。ただし、育成する単結晶の目標径は210mmである
が、丸め加工により直径200mmに切削してウェーハ製品
とするので、上記80％はこのウェーハに対する面積比で
ある。
【００５９】上述の調査結果から、この場合、引き上げ
速度を0.5〜0.7mm／minとすれば目的の単結晶が得られ
ることがわかった。引き上げ速度を低くして0.5mm／min
に近づくとウェーハの周辺にリング状ＯＳＦ発生領域が
現れ、さらに酸素析出促進領域までも含まれるようにな
る。他方、引き上げ速度を速くして0.7mm／minに近づけ
ると、丸め加工後にほぼ100％Ｘ領域となるウェーハが
得られるが、サイズの大きな赤外線散乱体欠陥が現れる
おそれが出てくる。
速度を0.5〜0.7mm／minとすれば目的の単結晶が得られ
ることがわかった。引き上げ速度を低くして0.5mm／min
に近づくとウェーハの周辺にリング状ＯＳＦ発生領域が
現れ、さらに酸素析出促進領域までも含まれるようにな
る。他方、引き上げ速度を速くして0.7mm／minに近づけ
ると、丸め加工後にほぼ100％Ｘ領域となるウェーハが
得られるが、サイズの大きな赤外線散乱体欠陥が現れる
おそれが出てくる。
【００６０】上記の結果から用いる単結晶育成装置の最
適引き上げ条件がわかったので、酸素量の目標値を26pp
maとし引き上げ速度を0.6mm／minとして、ほぼ全体がＸ
領域となる単結晶を育成した。得られた単結晶の中央部
よりウェーハ（Ｘ）を採取し、以下の調査をおこなっ
た。
適引き上げ条件がわかったので、酸素量の目標値を26pp
maとし引き上げ速度を0.6mm／minとして、ほぼ全体がＸ
領域となる単結晶を育成した。得られた単結晶の中央部
よりウェーハ（Ｘ）を採取し、以下の調査をおこなっ
た。
【００６１】比較材として、酸素量を26ppmaとし、図３
に示したような単結晶のＢの位置に対応する、引き上げ
速度が1.5mm／minの高速冷却単結晶によるウェーハ
（Ｂ）、Ｃの位置に対応する従来の単結晶によるウェー
ハ（Ｃ）、およびＥの位置に対応する無欠陥単結晶によ
るウェーハ（Ｅ）を用意した。
に示したような単結晶のＢの位置に対応する、引き上げ
速度が1.5mm／minの高速冷却単結晶によるウェーハ
（Ｂ）、Ｃの位置に対応する従来の単結晶によるウェー
ハ（Ｃ）、およびＥの位置に対応する無欠陥単結晶によ
るウェーハ（Ｅ）を用意した。
【００６２】ウェーハＢ、Ｃ、およびＸについて、その
赤外線散乱体欠陥の大きさとその存在密度をＯＰＰ装置
を用いて測定した。結果を図６に示す。
赤外線散乱体欠陥の大きさとその存在密度をＯＰＰ装置
を用いて測定した。結果を図６に示す。
【００６３】この結果から明らかなように、本発明のウ
ェーハＸは従来のウェーハＣに比較し欠陥の大きさが小
さく、そして欠陥の大きさは高速冷却のウェーハＢと同
程度であるが、欠陥発生の密度ははるかに小さい。
ェーハＸは従来のウェーハＣに比較し欠陥の大きさが小
さく、そして欠陥の大きさは高速冷却のウェーハＢと同
程度であるが、欠陥発生の密度ははるかに小さい。
【００６４】赤外線散乱体欠陥と同じものとして取り扱
われるＬＰＤ（Light Point Defect）の密度について、
表面検査装置（テンコール社製ＳＰ−１）を用いて測定
した。ウェーハ面上に存在する大きさが0.1μmを超える
ＬＰＤの発生状況を図７に示す。この図はＢ、Ｃおよび
Ｘのウェーハの各100枚について、それぞれのウェーハ1
枚の表面に存在する0.1μmを超える全欠陥（個／wfとし
て示す）を測定し、欠陥数が同じ範囲にあるウェーハの
枚数をそれぞれ示したものである。
われるＬＰＤ（Light Point Defect）の密度について、
表面検査装置（テンコール社製ＳＰ−１）を用いて測定
した。ウェーハ面上に存在する大きさが0.1μmを超える
ＬＰＤの発生状況を図７に示す。この図はＢ、Ｃおよび
Ｘのウェーハの各100枚について、それぞれのウェーハ1
枚の表面に存在する0.1μmを超える全欠陥（個／wfとし
て示す）を測定し、欠陥数が同じ範囲にあるウェーハの
枚数をそれぞれ示したものである。
【００６５】この図から明らかなように、従来結晶によ
るウェーハＣに比し本発明のウェーハＸは、大きなサイ
ズの欠陥が極めて少ない。
るウェーハＣに比し本発明のウェーハＸは、大きなサイ
ズの欠陥が極めて少ない。
【００６６】ウェーハＢ、ＣおよびＸのウェーハを各10
0枚づつ用意し、その酸化膜耐圧特性（ＴＺＤＢ）を以
下の条件にて測定し評価した。 (a) 酸化膜厚：25 nm (b) 電極面積：8 mm2 (c) 測定電極：リンドープ・ポリシリコン (d) 判定電流：1 mA／cm2 (e) 良品判定：絶縁破壊電界が 11 MV／cm 以上 評価の結果、酸化膜耐圧分布（発生頻度）を図８に示す
が、高速冷却単結晶から採取したウェーハＢは酸化膜耐
圧が著しく劣る。ウェーハＣとウェーハＸとは、いずれ
も良好な酸化膜耐圧結果が得られるが、本発明のウェー
ハＸの方がすぐれている。
0枚づつ用意し、その酸化膜耐圧特性（ＴＺＤＢ）を以
下の条件にて測定し評価した。 (a) 酸化膜厚：25 nm (b) 電極面積：8 mm2 (c) 測定電極：リンドープ・ポリシリコン (d) 判定電流：1 mA／cm2 (e) 良品判定：絶縁破壊電界が 11 MV／cm 以上 評価の結果、酸化膜耐圧分布（発生頻度）を図８に示す
が、高速冷却単結晶から採取したウェーハＢは酸化膜耐
圧が著しく劣る。ウェーハＣとウェーハＸとは、いずれ
も良好な酸化膜耐圧結果が得られるが、本発明のウェー
ハＸの方がすぐれている。
【００６７】ウェーハ内部に形成される酸素析出物密度
を調査するため、ウェーハＸおよびＥを用い、酸化雰囲
気中にて800℃、4時間加熱後、1000℃にて16時間加熱の
熱処理をおこなった。その後、ウェーハを劈開破壊して
ライトエッチ（クロム酸エッチング）処理後、劈開面を
光学顕微鏡で観察し、内部の酸素析出物密度を測定し
た。結果を図９に示す。
を調査するため、ウェーハＸおよびＥを用い、酸化雰囲
気中にて800℃、4時間加熱後、1000℃にて16時間加熱の
熱処理をおこなった。その後、ウェーハを劈開破壊して
ライトエッチ（クロム酸エッチング）処理後、劈開面を
光学顕微鏡で観察し、内部の酸素析出物密度を測定し
た。結果を図９に示す。
【００６８】図９から明らかなように、ウェーハＸは単
結晶の径方向にほぼ均一に、観察断面にて1.1×105個／
cm2のＢＭＤである酸素析出物が観察されているのに対
し、ウェーハＥでは8×103個／cm2前後の酸素析出物し
か形成されていない。
結晶の径方向にほぼ均一に、観察断面にて1.1×105個／
cm2のＢＭＤである酸素析出物が観察されているのに対
し、ウェーハＥでは8×103個／cm2前後の酸素析出物し
か形成されていない。
【００６９】このように本発明のシリコンウェーハは、
赤外線散乱体欠陥が小さくかつその密度が小で、酸化膜
耐圧特性が良好であり、内部に十分なＢＭＤの形成され
るゲッタリング能力にすぐれたものであることがわか
る。
赤外線散乱体欠陥が小さくかつその密度が小で、酸化膜
耐圧特性が良好であり、内部に十分なＢＭＤの形成され
るゲッタリング能力にすぐれたものであることがわか
る。
【００７０】〔実施例２〕上記実施例１に示したウェー
ハＸを用い、酸素を30％含有させた窒素ガス雰囲気中
で、780℃にて２時間加熱した後、1000℃、8時間の熱処
理をおこない、酸素析出物を形成させたウェーハを作製
した。このウェーハについて、劈開断面を観察した結
果、1.1×105個／cm2のＢＭＤである酸素析出物が観察
された。このウェーハについて、表面のgrown-in欠陥、
酸化膜耐圧特性、ゲッタリング能力、さらには、形成さ
れたデバイスの特性および良品収率等を調査した結果、
従来のウェーハよりもすぐれたものであることが確認さ
れた。
ハＸを用い、酸素を30％含有させた窒素ガス雰囲気中
で、780℃にて２時間加熱した後、1000℃、8時間の熱処
理をおこない、酸素析出物を形成させたウェーハを作製
した。このウェーハについて、劈開断面を観察した結
果、1.1×105個／cm2のＢＭＤである酸素析出物が観察
された。このウェーハについて、表面のgrown-in欠陥、
酸化膜耐圧特性、ゲッタリング能力、さらには、形成さ
れたデバイスの特性および良品収率等を調査した結果、
従来のウェーハよりもすぐれたものであることが確認さ
れた。
【００７１】〔実施例３〕実施例１に示した本発明範囲
のウェーハＸと、比較のため従来と同じウェーハＣとを
用い、高純度水素ガス中にて昇降温速度をいずれも3℃
／minとし1200℃、1時間の加熱処理をおこなった。処理
後のウェーハにて、ＳＣ−１洗浄（アンモニア水：過酸
化水素水：超純粋＝1：1：15の混合液による洗浄）を実
施した後、表面検査装置（テンコール社製ＳＰ−１）を
用い、大きさ0.8μm以上の欠陥の存在密度を測定した。
表面観察後、鏡面研削機にてウェーハ表層を1μm研磨し
て、ＳＣ−１洗浄をおこない上記欠陥を観察することを
次々と繰り返し、表層に形成された無欠陥層の厚さを測
定した。
のウェーハＸと、比較のため従来と同じウェーハＣとを
用い、高純度水素ガス中にて昇降温速度をいずれも3℃
／minとし1200℃、1時間の加熱処理をおこなった。処理
後のウェーハにて、ＳＣ−１洗浄（アンモニア水：過酸
化水素水：超純粋＝1：1：15の混合液による洗浄）を実
施した後、表面検査装置（テンコール社製ＳＰ−１）を
用い、大きさ0.8μm以上の欠陥の存在密度を測定した。
表面観察後、鏡面研削機にてウェーハ表層を1μm研磨し
て、ＳＣ−１洗浄をおこない上記欠陥を観察することを
次々と繰り返し、表層に形成された無欠陥層の厚さを測
定した。
【００７２】その結果、ウェーハＣでは無欠陥層が2〜3
μmであったのに対し、ウェーハＸでは、表面から20μm
の深さまで無欠陥層が形成されていることが確認され
た。
μmであったのに対し、ウェーハＸでは、表面から20μm
の深さまで無欠陥層が形成されていることが確認され
た。
【００７３】同様に実施例１に示した本発明範囲のウェ
ーハＸと、従来ウェーハＣとについて、ハロゲンランプ
光源による急速加熱冷却装置を用い、アルゴン雰囲気に
て1280℃、1分のＲＴＡ処理（Rapid Thermal Annealin
g）をおこなった。処理後のウェーハを、上記同様の手
法にて表面の無欠陥層深さを調べた結果、ウェーハＣで
は無欠陥層が1μmであるのに対し、ウェーハＸでは表面
から10μmの厚さの無欠陥層が形成されていた。
ーハＸと、従来ウェーハＣとについて、ハロゲンランプ
光源による急速加熱冷却装置を用い、アルゴン雰囲気に
て1280℃、1分のＲＴＡ処理（Rapid Thermal Annealin
g）をおこなった。処理後のウェーハを、上記同様の手
法にて表面の無欠陥層深さを調べた結果、ウェーハＣで
は無欠陥層が1μmであるのに対し、ウェーハＸでは表面
から10μmの厚さの無欠陥層が形成されていた。
【００７４】このように、本発明のウェーハは、厚さの
大きい無欠陥層を容易に形成させることができ、表面無
欠陥のウェーハを得ることができる。これは、赤外線散
乱体の大きさが小さくしかも少ないため、容易にマトリ
クス中に溶解消滅するためと思われる。
大きい無欠陥層を容易に形成させることができ、表面無
欠陥のウェーハを得ることができる。これは、赤外線散
乱体の大きさが小さくしかも少ないため、容易にマトリ
クス中に溶解消滅するためと思われる。
【００７５】〔実施例４〕実施例１で用いたウェーハ
Ｘ、実施例２でＸに酸素析出処理を施したウェーハＷ、
実施例３にてＸに水素中加熱処理を施したウェーハＹ、
ウェーハＷにさらに実施例３の水素中加熱処理を施した
ウェーハＺ、および比較のため実施例１の従来のウェー
ハＣの５種類のウェーハを用い、水素雰囲気中1200℃、
30秒の加熱処理をおこなった。ついで、ＳｉＨＣｌ3の
ガスを導入し堆積温度1100℃にて厚さ約1μmのエピタキ
シャル層を形成させた。
Ｘ、実施例２でＸに酸素析出処理を施したウェーハＷ、
実施例３にてＸに水素中加熱処理を施したウェーハＹ、
ウェーハＷにさらに実施例３の水素中加熱処理を施した
ウェーハＺ、および比較のため実施例１の従来のウェー
ハＣの５種類のウェーハを用い、水素雰囲気中1200℃、
30秒の加熱処理をおこなった。ついで、ＳｉＨＣｌ3の
ガスを導入し堆積温度1100℃にて厚さ約1μmのエピタキ
シャル層を形成させた。
【００７６】表面検査装置を用い、得られたエピタキシ
ャルウェーハ表面の、大きさ0.11μm以上の欠陥につい
て、その欠陥密度を測定した。
ャルウェーハ表面の、大きさ0.11μm以上の欠陥につい
て、その欠陥密度を測定した。
【００７７】従来のウェーハＣの場合、表面のエピタキ
シャル層に、平均して1000個／ウェーハの赤外線散乱体
欠陥痕が観察されたのに対し、ウェーハＸ、ＹおよびＺ
にはこのような欠陥痕はまったく見いだせなかった。ウ
ェーハＷには酸素析出物に起因したと考えられる積層欠
陥が若干観察されたが、このＷにさらに無欠陥層形成処
理を施したウェーハＺでは、このような欠陥は見出され
ていない。
シャル層に、平均して1000個／ウェーハの赤外線散乱体
欠陥痕が観察されたのに対し、ウェーハＸ、ＹおよびＺ
にはこのような欠陥痕はまったく見いだせなかった。ウ
ェーハＷには酸素析出物に起因したと考えられる積層欠
陥が若干観察されたが、このＷにさらに無欠陥層形成処
理を施したウェーハＺでは、このような欠陥は見出され
ていない。
【００７８】また、ウェーハＸおよびＹについては、エ
ピタキシャル層形成後、実施例２のような酸素析出物形
成処理を施すと、内部には1×104個／cm2以上のＢＭＤ
が形成されていた。このように、本発明のウェーハを用
いれば、薄いエピタキシャル層であっても欠陥がなく、
しかもゲッタリング能力すぐれたエピタキシャルウェー
ハを得ることができる。
ピタキシャル層形成後、実施例２のような酸素析出物形
成処理を施すと、内部には1×104個／cm2以上のＢＭＤ
が形成されていた。このように、本発明のウェーハを用
いれば、薄いエピタキシャル層であっても欠陥がなく、
しかもゲッタリング能力すぐれたエピタキシャルウェー
ハを得ることができる。
【００７９】
【発明の効果】本発明のウェーハは、赤外線散乱体欠陥
の大きさが小さくしかもその発生密度が低く、さらに内
部にＢＭＤとなる酸素析出物が熱処理によって容易にか
つ十分に形成される。また、無欠陥層形成熱処理を施せ
ば、十分な厚さの無欠陥層を容易に形成させることがで
きる。さらにエピタキシャルウェーハの基板として用い
れば、欠陥のないゲッタリング効果のすぐれたウェーハ
を容易に製造することができる。
の大きさが小さくしかもその発生密度が低く、さらに内
部にＢＭＤとなる酸素析出物が熱処理によって容易にか
つ十分に形成される。また、無欠陥層形成熱処理を施せ
ば、十分な厚さの無欠陥層を容易に形成させることがで
きる。さらにエピタキシャルウェーハの基板として用い
れば、欠陥のないゲッタリング効果のすぐれたウェーハ
を容易に製造することができる。
【図１】シリコンウェーハで観察される典型的な欠陥分
布の例を模式的に示した図である。
布の例を模式的に示した図である。
【図２】シリコン単結晶引き上げ時の、引き上げ速度と
結晶欠陥の発生位置との一般的な関係を、模式的に説明
した図である。
結晶欠陥の発生位置との一般的な関係を、模式的に説明
した図である。
【図３】単結晶内の引き上げ軸方向の温度勾配を改善し
て引き上げた場合の、引き上げ速度と結晶欠陥の発生位
置との関係を、模式的に説明した図である。
て引き上げた場合の、引き上げ速度と結晶欠陥の発生位
置との関係を、模式的に説明した図である。
【図４】Ｇcが2.8℃／mm以上で、かつＧc／Ｇeが1以上
としとして引き上げた時の、引き上げ速度と結晶欠陥の
発生位置との関係を、模式的に説明した図である。
としとして引き上げた時の、引き上げ速度と結晶欠陥の
発生位置との関係を、模式的に説明した図である。
【図５】実施例に用いたシリコン単結晶の製造装置の例
を模式的に示した図である。
を模式的に示した図である。
【図６】赤外線散乱体欠陥の大きさとその発生密度との
関係を測定した結果を示す図である。
関係を測定した結果を示す図である。
【図７】ウェーハ面上に存在する大きさが0.1μmを超え
るＬＰＤの発生状況を示す図である。
るＬＰＤの発生状況を示す図である。
【図８】ウェーハの酸化膜耐圧特性を測定した結果を示
す図である。
す図である。
【図９】ウェーハの酸素析出密度を測定した結果を示す
図である。
図である。
１．るつぼ １a．るつぼ保持容器 １b．るつぼ支持軸 ２．ヒーター ３．シリコン溶融液 ４．引き上げ軸 ５．シードチャック ６．単結晶 ７．熱遮蔽体
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/322 Ｈ０１Ｌ 21/322 Ｙ 21/324 21/324 Ｘ Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BA04 CF10 EA02 EB10 FE05 HA12 5F053 AA12 AA21 DD01 FF04 FF05 GG01 RR20
Claims (8)
- 【請求項１】チョクラルスキー法（ＣＺ法）により引き
上げ育成するシリコン単結晶から切り出されるシリコン
ウェーハであって、ウェーハ面積の80％以上が赤外線散
乱体欠陥発生領域であり、その赤外線散乱体欠陥は、大
きさが平均0.1μm以下で、かつ0.1μmを超える該欠陥密
度が1×105cm-3以下であることを特徴とするシリコンウ
ェーハ。 - 【請求項２】酸素濃度が25ppma（OLD ASTM）以上である
ことを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェーハ。 - 【請求項３】チョクラルスキー法（ＣＺ法）により引き
上げ育成するシリコン単結晶の製造において、融液から
引き上げる単結晶の中心部が融点から1370℃までである
温度域で、単結晶の引き上げ軸方向の温度勾配が中心部
はＧc、外周部ではＧeであるとするとき、Ｇcが2.8℃／
mm以上でかつＧc／Ｇeが1以上としとして引き上げるこ
とを特徴とする、請求項１または２に記載のウェーハを
得るシリコン単結晶の製造方法。 - 【請求項４】酸素析出物形成熱処理を施すことにより酸
素析出物を断面にて測定した密度として1×104個／cm2
以上形成させたことを特徴とする請求項１または２に記
載のシリコンウェーハ。 - 【請求項５】無欠陥層形成熱処理を施すことにより表面
に無欠陥層を形成させたことを特徴とする請求項１また
は２に記載のシリコンウェーハ。 - 【請求項６】請求項１、２、４または５に記載のシリコ
ンウェーハの表面にエピタキシャル層を形成させたこと
を特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。 - 【請求項７】請求項１または２に記載のシリコンウェー
ハ表面にエピタキシャル層を形成させた後、酸素析出物
形成熱処理を施すことにより、ウェーハ内部に酸素析出
物を断面にて測定した密度として1×104個／cm2以上形
成させたことを特徴とするエピタキシャルシリコンウェ
ーハ。 - 【請求項８】請求項５に記載のシリコンウェーハの表面
にエピタキシャル層を形成させた後、酸素析出物形成熱
処理を施すことにより、ウェーハ内部に酸素析出物を断
面にて測定した密度として1×104個／cm2以上形成させ
たことを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。
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