JP2002293691A - シリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶並びにシリコンウエーハ - Google Patents
シリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶並びにシリコンウエーハInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 特別な装置または工程を付加することなく酸
素析出量を増やし、シリコンウエーハ中の汚染原子のＩ
Ｇ能力を高め、かつ従来のポリッシュドウエーハと同様
に扱える優れたシリコンウエーハを簡単かつ安価に製造
する。 【解決手段】 チョクラルスキー（ＣＺ）法によるシリ
コン単結晶の製造方法において、育成されるシリコン単
結晶中の炭素濃度が０．１８×１０１６〜０．６１×１
０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（Ｎｅｗ ＡＳＴＭ）となる
ように、シリコン単結晶に炭素をドープするシリコン単
結晶の製造方法。およびシリコンウエーハであってシリ
コンウエーハ中の炭素濃度が０．１８×１０１６〜０．
６１×１０ １６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であるシリコンウエ
ーハ。
素析出量を増やし、シリコンウエーハ中の汚染原子のＩ
Ｇ能力を高め、かつ従来のポリッシュドウエーハと同様
に扱える優れたシリコンウエーハを簡単かつ安価に製造
する。 【解決手段】 チョクラルスキー（ＣＺ）法によるシリ
コン単結晶の製造方法において、育成されるシリコン単
結晶中の炭素濃度が０．１８×１０１６〜０．６１×１
０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（Ｎｅｗ ＡＳＴＭ）となる
ように、シリコン単結晶に炭素をドープするシリコン単
結晶の製造方法。およびシリコンウエーハであってシリ
コンウエーハ中の炭素濃度が０．１８×１０１６〜０．
６１×１０ １６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３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、シリコン単結晶に
おける高品質化且つ高酸素析出化を達成するシリコン単
結晶の製造方法及びシリコン単結晶並びにシリコンウエ
ーハに関するものである。
おける高品質化且つ高酸素析出化を達成するシリコン単
結晶の製造方法及びシリコン単結晶並びにシリコンウエ
ーハに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】チョクラルスキー（ＣＺ：Czochralsk
i）法によるシリコン単結晶の製造方法は、一般に、引
上炉内に設置された石英ルツボ内に該シリコン単結晶の
原料となるシリコン多結晶を充填し、前記ルツボの外側
に同心円状に配置された加熱ヒーターで該ルツボの側壁
を加熱し前記シリコン多結晶を溶解してシリコン融液を
生成し、引上軸に取り付けた種結晶をルツボ内のシリコ
ン融液に浸漬し、次いで特定直径の種絞りを行い、絞り
部(種絞り部分)を引き上げて該絞り部の単結晶を無転位
化し、その後コーン部の成長を経て目標の直径を有する
直胴部を成長することにより、無転位のシリコン単結晶
を得るものである。
i）法によるシリコン単結晶の製造方法は、一般に、引
上炉内に設置された石英ルツボ内に該シリコン単結晶の
原料となるシリコン多結晶を充填し、前記ルツボの外側
に同心円状に配置された加熱ヒーターで該ルツボの側壁
を加熱し前記シリコン多結晶を溶解してシリコン融液を
生成し、引上軸に取り付けた種結晶をルツボ内のシリコ
ン融液に浸漬し、次いで特定直径の種絞りを行い、絞り
部(種絞り部分)を引き上げて該絞り部の単結晶を無転位
化し、その後コーン部の成長を経て目標の直径を有する
直胴部を成長することにより、無転位のシリコン単結晶
を得るものである。
【０００３】前記の方法で製造したシリコン単結晶から
切り出したシリコンウエーハには酸素原子が含まれてお
り、デバイス作製工程中でシリコン原子と結び付き酸素
析出物を形成する。そして、この酸素析出物は、前記デ
バイス作製工程中にウエーハに取り込まれた汚染原子を
捕獲してデバイス特性を向上させるＩＧ（IntrinsicGet
tering）効果を持つことが知られている。したがって、
シリコンウエーハ中に形成される酸素析出物が多いと、
デバイスの高性能化につながる。
切り出したシリコンウエーハには酸素原子が含まれてお
り、デバイス作製工程中でシリコン原子と結び付き酸素
析出物を形成する。そして、この酸素析出物は、前記デ
バイス作製工程中にウエーハに取り込まれた汚染原子を
捕獲してデバイス特性を向上させるＩＧ（IntrinsicGet
tering）効果を持つことが知られている。したがって、
シリコンウエーハ中に形成される酸素析出物が多いと、
デバイスの高性能化につながる。
【０００４】また、前記のシリコンウエーハ中に形成さ
れる酸素析出物の量は、シリコン単結晶中の酸素濃度、
シリコン単結晶の引き上げ中または引き上げ後に受ける
熱履歴およびシリコン単結晶中の炭素濃度に依存するこ
とが知られている。
れる酸素析出物の量は、シリコン単結晶中の酸素濃度、
シリコン単結晶の引き上げ中または引き上げ後に受ける
熱履歴およびシリコン単結晶中の炭素濃度に依存するこ
とが知られている。
【０００５】しかし、酸素濃度を高くすることで酸素析
出物の量を増やすことはできるが、デバイスに悪影響を
及ぼすＯＳＦ（Oxidation-induced Stacking Fault）欠
陥も発生しやすくなるという問題がある為、安易に酸素
濃度を高くすることはできない。
出物の量を増やすことはできるが、デバイスに悪影響を
及ぼすＯＳＦ（Oxidation-induced Stacking Fault）欠
陥も発生しやすくなるという問題がある為、安易に酸素
濃度を高くすることはできない。
【０００６】また、シリコン単結晶の引き上げ時に、該
シリコン単結晶が低温域（４００〜８００℃）に滞留す
る時間を長くすることで、シリコン単結晶中の酸素析出
核を増やすことができ、その結果、前記デバイス作製工
程中に生成する酸素析出物の量(酸素析出量)を増やすこ
とはできるが、近年デバイスの高集積化が進むにつれ、
酸化膜耐圧の高いシリコンウエーハが要求されており、
その劣化因子であるＣＯＰ（Crystal Originated Parti
cle）、ＦＰＤ（Flow Pattern Defect）などの結晶欠陥
を低減する為に、高温域（１０８０〜１１５０℃)の滞
留時間も長くする必要がある。
シリコン単結晶が低温域（４００〜８００℃）に滞留す
る時間を長くすることで、シリコン単結晶中の酸素析出
核を増やすことができ、その結果、前記デバイス作製工
程中に生成する酸素析出物の量(酸素析出量)を増やすこ
とはできるが、近年デバイスの高集積化が進むにつれ、
酸化膜耐圧の高いシリコンウエーハが要求されており、
その劣化因子であるＣＯＰ（Crystal Originated Parti
cle）、ＦＰＤ（Flow Pattern Defect）などの結晶欠陥
を低減する為に、高温域（１０８０〜１１５０℃)の滞
留時間も長くする必要がある。
【０００７】つまり、シリコン単結晶中の酸素析出量の
増加とＣＯＰやＦＰＤなどの結晶欠陥の低減を、シリコ
ン単結晶引き上げ時の熱履歴制御によって両立させる為
には、結晶の引き上げ時に低温域および高温域の双方の
滞留時間を延長する必要がある。
増加とＣＯＰやＦＰＤなどの結晶欠陥の低減を、シリコ
ン単結晶引き上げ時の熱履歴制御によって両立させる為
には、結晶の引き上げ時に低温域および高温域の双方の
滞留時間を延長する必要がある。
【０００８】その対策として、例えば滞留時間を長くす
るために結晶の引上げ速度を遅くするという方法がある
が、生産性が低下するために非効率的であった。また、
シリコン単結晶を製造する引上炉内の熱分布を、上記の
シリコン単結晶の熱履歴を実現するように制御する方法
も考えられるが、従来のシリコン単結晶引上炉では困難
であった。
るために結晶の引上げ速度を遅くするという方法がある
が、生産性が低下するために非効率的であった。また、
シリコン単結晶を製造する引上炉内の熱分布を、上記の
シリコン単結晶の熱履歴を実現するように制御する方法
も考えられるが、従来のシリコン単結晶引上炉では困難
であった。
【０００９】その為、前記熱履歴の制御方法として、引
上炉内に加熱、保温、または冷却装置を配置する方法が
提案されているが、このような装置およびそのランニン
グコストが必要となり、コスト的に非効率的であった。
上炉内に加熱、保温、または冷却装置を配置する方法が
提案されているが、このような装置およびそのランニン
グコストが必要となり、コスト的に非効率的であった。
【００１０】また、引き上げ後のシリコン単結晶または
該シリコン単結晶から切り出されたシリコンウエーハに
熱処理を行うことによって、酸素析出量を増やす方法も
提案されているが、熱処理炉および熱処理工程が必要と
なり、やはり装置およびランニングコストの面で非効率
的であった。
該シリコン単結晶から切り出されたシリコンウエーハに
熱処理を行うことによって、酸素析出量を増やす方法も
提案されているが、熱処理炉および熱処理工程が必要と
なり、やはり装置およびランニングコストの面で非効率
的であった。
【００１１】また炭素濃度についても、近年シリコン単
結晶の原料となるシリコン多結晶の高純度化が進み、シ
リコン多結晶中の炭素濃度が極度に低減されている為、
原料中の炭素による酸素析出量の増加効果は期待できな
い。
結晶の原料となるシリコン多結晶の高純度化が進み、シ
リコン多結晶中の炭素濃度が極度に低減されている為、
原料中の炭素による酸素析出量の増加効果は期待できな
い。
【００１２】その為、シリコン融液中に炭素を故意にド
ープし、そこから引き上げるシリコン単結晶中の酸素析
出量を増やす方法が提案されている。しかし、従来開示
されている提案では、シリコン単結晶またはシリコンウ
エーハ中の炭素濃度は、ポリッシュドウエーハとして一
般的に使用されているシリコンウエーハに対して、非常
に炭素濃度が高く、かつその範囲が広く曖昧であり、不
純物濃度に対して厳しい規格を設けている例えばロジッ
ク系デバイス用ウエーハとしては、規格外のものとなる
ため、主にエピタキシャルウエーハの基板用途であっ
た。
ープし、そこから引き上げるシリコン単結晶中の酸素析
出量を増やす方法が提案されている。しかし、従来開示
されている提案では、シリコン単結晶またはシリコンウ
エーハ中の炭素濃度は、ポリッシュドウエーハとして一
般的に使用されているシリコンウエーハに対して、非常
に炭素濃度が高く、かつその範囲が広く曖昧であり、不
純物濃度に対して厳しい規格を設けている例えばロジッ
ク系デバイス用ウエーハとしては、規格外のものとなる
ため、主にエピタキシャルウエーハの基板用途であっ
た。
【００１３】以下、特に断りがない限り、炭素濃度をＮ
ｅｗ ＡＳＴＭ、酸素濃度をＯｌｄＡＳＴＭで表わす。
例えば、特開平１０−５０７１５号、特開平１０−２２
９０９３号、特開平１１−９２３００号、特開平１１−
２８３９８７号、特開２０００−８６３９３号には、エ
ピタキシャルウエーハの基板として用いられるシリコン
ウエーハであって、炭素濃度が０．１〜３２×１０１６
ａｔｏｍｓ／ｃｍ３あるいは０．５〜１５ｐｐｍである
故意に炭素をドープしたウエーハが開示されている。し
かし、その炭素濃度は極めて広い曖昧な範囲であり、エ
ピタキシャルウエーハの基板としてしか使用できないも
のであった。
ｅｗ ＡＳＴＭ、酸素濃度をＯｌｄＡＳＴＭで表わす。
例えば、特開平１０−５０７１５号、特開平１０−２２
９０９３号、特開平１１−９２３００号、特開平１１−
２８３９８７号、特開２０００−８６３９３号には、エ
ピタキシャルウエーハの基板として用いられるシリコン
ウエーハであって、炭素濃度が０．１〜３２×１０１６
ａｔｏｍｓ／ｃｍ３あるいは０．５〜１５ｐｐｍである
故意に炭素をドープしたウエーハが開示されている。し
かし、その炭素濃度は極めて広い曖昧な範囲であり、エ
ピタキシャルウエーハの基板としてしか使用できないも
のであった。
【００１４】また、特開平１１−３０２０９８号、特開
平１１−１９９３８０号にも、故意に炭素をドープした
シリコンウエーハが開示されている。しかし、これらの
ウエーハの炭素濃度は、１×１０１６ａｔｏｍｏｓ／ｃ
ｍ３以上の高濃度とするものであった。従来、ロジック
系デバイスの厳しい規格では、炭素濃度は、０．９×１
０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（０．１８ｐｐｍａ）以下で
あることが要求されることもあり、このようなシリコン
ウエーハではＩＧ能力は高くともロジック系デバイスの
規格外であり、そのまま鏡面研磨したままの状態では使
用することはできなかった。そのため、通常はエピタキ
シャルウエーハの基板用として用いられていた。さら
に、上記特開平１１−３０２０９８号、特開平１１−１
９９３８０号に開示された結晶は、結晶成長時の成長速
度等に制限が設けられており、簡単かつ安価に製造する
ことができなかった。
平１１−１９９３８０号にも、故意に炭素をドープした
シリコンウエーハが開示されている。しかし、これらの
ウエーハの炭素濃度は、１×１０１６ａｔｏｍｏｓ／ｃ
ｍ３以上の高濃度とするものであった。従来、ロジック
系デバイスの厳しい規格では、炭素濃度は、０．９×１
０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（０．１８ｐｐｍａ）以下で
あることが要求されることもあり、このようなシリコン
ウエーハではＩＧ能力は高くともロジック系デバイスの
規格外であり、そのまま鏡面研磨したままの状態では使
用することはできなかった。そのため、通常はエピタキ
シャルウエーハの基板用として用いられていた。さら
に、上記特開平１１−３０２０９８号、特開平１１−１
９９３８０号に開示された結晶は、結晶成長時の成長速
度等に制限が設けられており、簡単かつ安価に製造する
ことができなかった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の点に
鑑みなされたもので、その目的は、特別な装置または工
程を付加することなく酸素析出量を増やし、デバイス工
程中に受けたシリコンウエーハ中の汚染原子のＩＧ能力
を高め、かつ従来のポリッシュドウエーハと同様に扱え
る優れたシリコンウエーハを、簡単かつ安価に製造する
為のシリコン単結晶の製造方法を提供することを目的と
する。
鑑みなされたもので、その目的は、特別な装置または工
程を付加することなく酸素析出量を増やし、デバイス工
程中に受けたシリコンウエーハ中の汚染原子のＩＧ能力
を高め、かつ従来のポリッシュドウエーハと同様に扱え
る優れたシリコンウエーハを、簡単かつ安価に製造する
為のシリコン単結晶の製造方法を提供することを目的と
する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は、チョクラルスキー（ＣＺ）法によるシリコ
ン単結晶の製造方法において、育成されるシリコン単結
晶中の炭素濃度が０．１８×１０１６〜０．６１×１０
１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（Ｎｅｗ ＡＳＴＭ）となるよ
うに、シリコン単結晶に炭素をドープすることを特徴と
するシリコン単結晶の製造方法である（請求項１）。
の本発明は、チョクラルスキー（ＣＺ）法によるシリコ
ン単結晶の製造方法において、育成されるシリコン単結
晶中の炭素濃度が０．１８×１０１６〜０．６１×１０
１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（Ｎｅｗ ＡＳＴＭ）となるよ
うに、シリコン単結晶に炭素をドープすることを特徴と
するシリコン単結晶の製造方法である（請求項１）。
【００１７】本発明は、上記のように、ＣＺ法で引き上
げられるシリコン単結晶に微量の炭素をドープするとい
う簡単かつ安価な方法で、酸素析出量を増加させること
を特徴とする製造方法である。本発明者らは試行錯誤を
重ねた結果、ＣＺ法で引き上げられるシリコン単結晶に
微量の炭素をドープし、所定範囲の炭素濃度とすること
で、デバイスに悪影響を及ぼす結晶欠陥を発生させるこ
となく、酸素析出量を増加させることに成功した。
げられるシリコン単結晶に微量の炭素をドープするとい
う簡単かつ安価な方法で、酸素析出量を増加させること
を特徴とする製造方法である。本発明者らは試行錯誤を
重ねた結果、ＣＺ法で引き上げられるシリコン単結晶に
微量の炭素をドープし、所定範囲の炭素濃度とすること
で、デバイスに悪影響を及ぼす結晶欠陥を発生させるこ
となく、酸素析出量を増加させることに成功した。
【００１８】この場合、シリコン単結晶中の炭素濃度
は、０．１８×１０１６〜０．６１×１０１６ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ３（０．０３６〜０．１２２ｐｐｍａ）とす
る。炭素濃度がこの範囲よりも高いものは従来ポリッシ
ュドウエーハとして使用されておらず、デバイスに悪影
響を及ぼす可能性があるためである。また、炭素濃度が
この範囲よりも低い場合は酸素析出量を増加させる効果
が期待できず、本発明の目的が達成されないおそれがあ
るからである。
は、０．１８×１０１６〜０．６１×１０１６ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ３（０．０３６〜０．１２２ｐｐｍａ）とす
る。炭素濃度がこの範囲よりも高いものは従来ポリッシ
ュドウエーハとして使用されておらず、デバイスに悪影
響を及ぼす可能性があるためである。また、炭素濃度が
この範囲よりも低い場合は酸素析出量を増加させる効果
が期待できず、本発明の目的が達成されないおそれがあ
るからである。
【００１９】このように、本発明の炭素が微量にドープ
されたシリコン単結晶から切り出されたシリコンウエー
ハは、その炭素濃度がロジック系デバイス用ウエーハに
ついての規格である炭素濃度０．１８ｐｐｍａ以下を満
たしており、また、このような微量の炭素濃度では酸素
析出を促進する核として消費されてしまうので、デバイ
スに悪影響を及ぼすことがない。そのため、従来のポリ
ッシュドウエーハと同様に扱うことができる。さらに炭
素がドープされていることにより酸素析出が促進される
為、高いＩＧ能力を持つものとなる。
されたシリコン単結晶から切り出されたシリコンウエー
ハは、その炭素濃度がロジック系デバイス用ウエーハに
ついての規格である炭素濃度０．１８ｐｐｍａ以下を満
たしており、また、このような微量の炭素濃度では酸素
析出を促進する核として消費されてしまうので、デバイ
スに悪影響を及ぼすことがない。そのため、従来のポリ
ッシュドウエーハと同様に扱うことができる。さらに炭
素がドープされていることにより酸素析出が促進される
為、高いＩＧ能力を持つものとなる。
【００２０】この場合、前記シリコン単結晶への炭素の
ドープは、シリコン多結晶原料をルツボに充填する時
に、炭素粉末をルツボ内に投入することにより行うこと
が好ましい（請求項２）。
ドープは、シリコン多結晶原料をルツボに充填する時
に、炭素粉末をルツボ内に投入することにより行うこと
が好ましい（請求項２）。
【００２１】シリコン単結晶への炭素のドープは、ルツ
ボ内のシリコン多結晶原料を溶融した後に固形の炭素を
シリコン融液に投入しても良いし、原料溶融中あるいは
シリコン単結晶引上げ時の雰囲気ガスをＣＯ等の炭素を
含む雰囲気とすることによってもシリコン単結晶に炭素
をドープすることもできる。しかし炭素のドープを、シ
リコン多結晶原料をルツボに充填する時に、炭素粉末を
ルツボ内に投入することにより行うようにすれば、炭素
濃度の濃度制御が容易であり、かつ正確に行うことがで
きる。さらに、シリコン多結晶原料をルツボに充填した
後、シリコン多結晶塊の隙間から炭素粉末を投入するの
がより好ましい。このような方法であれば、シリコン融
液中に炭素粉末が溶け残って結晶の有転位化の心配もな
くなる。
ボ内のシリコン多結晶原料を溶融した後に固形の炭素を
シリコン融液に投入しても良いし、原料溶融中あるいは
シリコン単結晶引上げ時の雰囲気ガスをＣＯ等の炭素を
含む雰囲気とすることによってもシリコン単結晶に炭素
をドープすることもできる。しかし炭素のドープを、シ
リコン多結晶原料をルツボに充填する時に、炭素粉末を
ルツボ内に投入することにより行うようにすれば、炭素
濃度の濃度制御が容易であり、かつ正確に行うことがで
きる。さらに、シリコン多結晶原料をルツボに充填した
後、シリコン多結晶塊の隙間から炭素粉末を投入するの
がより好ましい。このような方法であれば、シリコン融
液中に炭素粉末が溶け残って結晶の有転位化の心配もな
くなる。
【００２２】この場合、前記シリコン単結晶にドープす
る炭素粉末の灰分値が、発光分光法による測定で２０ｐ
ｐｍ未満であることが好ましい（請求項３）。このよう
に、シリコン単結晶にドープする炭素粉末の灰分値が発
光分光法による測定で２０ｐｐｍ未満であれば、ＣＺ炉
内黒鉛部品の純度基準を満たす値であり、シリコン単結
晶を製造しても酸素誘起積層欠陥（ＯＳＦ）等の欠陥を
発生することはない。一方、灰分値が２０ｐｐｍをこえ
ると製造されたシリコン単結晶にＯＳＦ等の欠陥が発生
してしまうことがある。
る炭素粉末の灰分値が、発光分光法による測定で２０ｐ
ｐｍ未満であることが好ましい（請求項３）。このよう
に、シリコン単結晶にドープする炭素粉末の灰分値が発
光分光法による測定で２０ｐｐｍ未満であれば、ＣＺ炉
内黒鉛部品の純度基準を満たす値であり、シリコン単結
晶を製造しても酸素誘起積層欠陥（ＯＳＦ）等の欠陥を
発生することはない。一方、灰分値が２０ｐｐｍをこえ
ると製造されたシリコン単結晶にＯＳＦ等の欠陥が発生
してしまうことがある。
【００２３】上記のように灰分値を２０ｐｐｍ未満とす
ると、ＯＳＦが発生しなくなる理由は必ずしも明らかで
はないが、以下のように考えられる。一般に炭素中の灰
分に含まれる元素として、Ａｌ、Ｂ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃ
ｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｔｉ、
Ｖの１４元素が知られている。１４元素トータルの灰分
値を２０ｐｐｍとすると、結晶中に取り込まれる灰分は
２．７×１０−２ｐｐｂａとなる。仮に、これらのうち
偏析係数が最も大きい元素であるＢのみを含んだ灰分の
値が２０ｐｐｍであるとすると、結晶中に取り込まれる
Ｂは１．８×１０−１ｐｐｂａとなり、一方ＯＳＦ発生
に寄与することが知られているＦｅのみを含んだ灰分の
値が２０ｐｐｍであるとすると、６．４×１０−６ｐｐ
ｂａとなる。従って、灰分値を２０ｐｐｍ未満とする
と、少なくとも結晶中に取り込まれるＦｅが６．４×１
０−６ｐｐｂａ未満となることを意味する。そのため、
ドープする炭素粉末の灰分値を２０ｐｐｍ未満とするこ
とにより、少なくともＦｅの濃度は前記値以下となり、
ＯＳＦの発生を防止することができる。
ると、ＯＳＦが発生しなくなる理由は必ずしも明らかで
はないが、以下のように考えられる。一般に炭素中の灰
分に含まれる元素として、Ａｌ、Ｂ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃ
ｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｔｉ、
Ｖの１４元素が知られている。１４元素トータルの灰分
値を２０ｐｐｍとすると、結晶中に取り込まれる灰分は
２．７×１０−２ｐｐｂａとなる。仮に、これらのうち
偏析係数が最も大きい元素であるＢのみを含んだ灰分の
値が２０ｐｐｍであるとすると、結晶中に取り込まれる
Ｂは１．８×１０−１ｐｐｂａとなり、一方ＯＳＦ発生
に寄与することが知られているＦｅのみを含んだ灰分の
値が２０ｐｐｍであるとすると、６．４×１０−６ｐｐ
ｂａとなる。従って、灰分値を２０ｐｐｍ未満とする
と、少なくとも結晶中に取り込まれるＦｅが６．４×１
０−６ｐｐｂａ未満となることを意味する。そのため、
ドープする炭素粉末の灰分値を２０ｐｐｍ未満とするこ
とにより、少なくともＦｅの濃度は前記値以下となり、
ＯＳＦの発生を防止することができる。
【００２４】そして、本発明の製造方法により製造され
たシリコン単結晶は（請求項４）、酸素析出量が多く、
高いＩＧ能力を有したシリコン単結晶となる。また、こ
のシリコン単結晶から作製されたシリコンウエーハは
（請求項５）、例えば、シリコンウエーハであって、シ
リコンウエーハ中の炭素濃度が０．１８×１０１６〜
０．６１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることを特
徴とするシリコンウエーハである（請求項６）。
たシリコン単結晶は（請求項４）、酸素析出量が多く、
高いＩＧ能力を有したシリコン単結晶となる。また、こ
のシリコン単結晶から作製されたシリコンウエーハは
（請求項５）、例えば、シリコンウエーハであって、シ
リコンウエーハ中の炭素濃度が０．１８×１０１６〜
０．６１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることを特
徴とするシリコンウエーハである（請求項６）。
【００２５】このように、本発明のシリコンウエーハ中
の炭素濃度が０．１８×１０１６〜０．６１×１０１６
ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であるシリコンウエーハは、簡単な
製造方法により製造されているにもかかわらず、酸素析
出量が多く、高いＩＧ能力を有するものとなる。従って
後にエピタキシャル層を成長させなくとも、そのまま表
面をポリッシュした鏡面研磨ウエーハとして用いること
ができる。さらに、このような微量の炭素ドープ量であ
れば、ロジック系デバイスに用いられるウエーハについ
ての厳しい炭素濃度規格も満たしているため、また、酸
素析出を促進する核として消費されてしまうので、デバ
イス工程等で問題となることもない。
の炭素濃度が０．１８×１０１６〜０．６１×１０１６
ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であるシリコンウエーハは、簡単な
製造方法により製造されているにもかかわらず、酸素析
出量が多く、高いＩＧ能力を有するものとなる。従って
後にエピタキシャル層を成長させなくとも、そのまま表
面をポリッシュした鏡面研磨ウエーハとして用いること
ができる。さらに、このような微量の炭素ドープ量であ
れば、ロジック系デバイスに用いられるウエーハについ
ての厳しい炭素濃度規格も満たしているため、また、酸
素析出を促進する核として消費されてしまうので、デバ
イス工程等で問題となることもない。
【００２６】この場合、ウエーハ表面のＦＰＤ密度が５
００個／ｃｍ２以下であるものとすることができる（請
求項７）。本発明のシリコンウエーハは、微量の炭素を
ドープされているだけなため、デバイス作製に有害なＦ
ＰＤも５００個／ｃｍ２以下と従来のポリッシュドウエ
ーハと同等の品質とすることができる。
００個／ｃｍ２以下であるものとすることができる（請
求項７）。本発明のシリコンウエーハは、微量の炭素を
ドープされているだけなため、デバイス作製に有害なＦ
ＰＤも５００個／ｃｍ２以下と従来のポリッシュドウエ
ーハと同等の品質とすることができる。
【００２７】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。前述のよう
に、従来よりシリコン単結晶中に炭素を故意にドープす
ることにより、酸素析出量の増加を図る方法は提案され
ていた。しかし、例えば、前述の特開平１１−２８３９
８７号においては、炭素濃度を０．１〜５．０×１０
１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３といった極めて広い曖昧な範囲
とするものであり、どの程度の炭素濃度で十分なＩＧ能
力が得られ、かつデバイスに悪影響を及ぼさないかにつ
いては、十分に検討されていなかった。そのため、炭素
濃度によってはシリコンウエーハ表面に結晶欠陥が発生
するおそれがあり、そのまま厳格な規格下でポリッシュ
ドウエーハとして用いることはできず、エピタキシャル
ウエーハの基板として用いられていた。
本発明はこれらに限定されるものではない。前述のよう
に、従来よりシリコン単結晶中に炭素を故意にドープす
ることにより、酸素析出量の増加を図る方法は提案され
ていた。しかし、例えば、前述の特開平１１−２８３９
８７号においては、炭素濃度を０．１〜５．０×１０
１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３といった極めて広い曖昧な範囲
とするものであり、どの程度の炭素濃度で十分なＩＧ能
力が得られ、かつデバイスに悪影響を及ぼさないかにつ
いては、十分に検討されていなかった。そのため、炭素
濃度によってはシリコンウエーハ表面に結晶欠陥が発生
するおそれがあり、そのまま厳格な規格下でポリッシュ
ドウエーハとして用いることはできず、エピタキシャル
ウエーハの基板として用いられていた。
【００２８】そこで、本発明者らは、デバイスにおける
厳しい規格を満たすとともに、十分なＩＧ能力を発揮す
る炭素濃度について実験・検討を行った。その結果、本
発明者らは炭素濃度を０．１８×１０１６〜０．６１×
１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３という極めて微量で、狭い
範囲の値とすれば、ロジック系デバイス等の規格を満た
し、かつ十分なＩＧ能力を得ることができるので、ポリ
ッシュドウエーハとしてそのまま十分デバイス作製基板
として使用し得ることを初めて発見した。本発明は以上
の知見に基づき、諸条件を精査して完成したものであ
る。
厳しい規格を満たすとともに、十分なＩＧ能力を発揮す
る炭素濃度について実験・検討を行った。その結果、本
発明者らは炭素濃度を０．１８×１０１６〜０．６１×
１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３という極めて微量で、狭い
範囲の値とすれば、ロジック系デバイス等の規格を満た
し、かつ十分なＩＧ能力を得ることができるので、ポリ
ッシュドウエーハとしてそのまま十分デバイス作製基板
として使用し得ることを初めて発見した。本発明は以上
の知見に基づき、諸条件を精査して完成したものであ
る。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は
これらに限定されるものではない。
て添付図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は
これらに限定されるものではない。
【００３０】図１、２は、本発明のシリコン単結晶を製
造する方法を実施する時に用いる製造装置の一例を示す
概略断面図である。図１に示すように、シリコン単結晶
引上炉１内の中心軸上で、ルツボ昇降回転駆動機構６に
ルツボ支持軸５が連結され、該ルツボ支持軸５の上には
黒鉛製ルツボ３が連結され、該黒鉛製ルツボ３の内側に
は石英製ルツボ２が装填され、これらは前記ルツボ昇降
回転駆動機構６により回転昇降自在となっている。
造する方法を実施する時に用いる製造装置の一例を示す
概略断面図である。図１に示すように、シリコン単結晶
引上炉１内の中心軸上で、ルツボ昇降回転駆動機構６に
ルツボ支持軸５が連結され、該ルツボ支持軸５の上には
黒鉛製ルツボ３が連結され、該黒鉛製ルツボ３の内側に
は石英製ルツボ２が装填され、これらは前記ルツボ昇降
回転駆動機構６により回転昇降自在となっている。
【００３１】そして、シリコン単結晶引き上げの開始前
に、該シリコン単結晶の原料となるシリコン多結晶原料
Ｐを前記石英製ルツボ２の内側に充填する。その後、炭
素粉末Ｃを前記シリコン多結晶原料Ｐの隙間に投入す
る。なお、この時投入される炭素粉末Ｃは発光分光法に
よる測定で灰分２０ｐｐｍ未満の高純度品であり、その
量はシリコン単結晶中で所望の炭素濃度となるよう予め
計算され、電子天秤等により正確に秤量されたものであ
る。このような高純度炭素であれば、例え原料中にドー
プしてもＯＳＦが発生するおそれもない。なお、前記シ
リコン単結晶中の炭素濃度は、前述のように０．１８×
１０１６〜０．６１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とす
る。
に、該シリコン単結晶の原料となるシリコン多結晶原料
Ｐを前記石英製ルツボ２の内側に充填する。その後、炭
素粉末Ｃを前記シリコン多結晶原料Ｐの隙間に投入す
る。なお、この時投入される炭素粉末Ｃは発光分光法に
よる測定で灰分２０ｐｐｍ未満の高純度品であり、その
量はシリコン単結晶中で所望の炭素濃度となるよう予め
計算され、電子天秤等により正確に秤量されたものであ
る。このような高純度炭素であれば、例え原料中にドー
プしてもＯＳＦが発生するおそれもない。なお、前記シ
リコン単結晶中の炭素濃度は、前述のように０．１８×
１０１６〜０．６１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とす
る。
【００３２】次に図２に示すように、シリコン単結晶引
上炉１のメイン水冷チャンバー１ｂの上部を上部水冷チ
ャンバー１ａで密閉した後、真空ポンプ（図示せず）を
稼働させ排ガス管１１より排気をしながら上部水冷チャ
ンバー１ａのポートよりＡｒガスを流し、引上炉１内を
Ａｒ雰囲気に置換する。
上炉１のメイン水冷チャンバー１ｂの上部を上部水冷チ
ャンバー１ａで密閉した後、真空ポンプ（図示せず）を
稼働させ排ガス管１１より排気をしながら上部水冷チャ
ンバー１ａのポートよりＡｒガスを流し、引上炉１内を
Ａｒ雰囲気に置換する。
【００３３】次に、黒鉛製ルツボ３を同心円状に配され
た加熱ヒーター４で加熱して石英製ルツボ２内に充填さ
れたシリコン多結晶原料Ｐを融解し、シリコン融液Ｍを
得る。この時、石英製ルツボ２内に投入された炭素粉末
Ｃは、前記シリコン融液Ｍに溶解される。この時、炭素
粉末は原料溶融当初よりルツボ内に投入されているの
で、溶け残ることなく溶解される。
た加熱ヒーター４で加熱して石英製ルツボ２内に充填さ
れたシリコン多結晶原料Ｐを融解し、シリコン融液Ｍを
得る。この時、石英製ルツボ２内に投入された炭素粉末
Ｃは、前記シリコン融液Ｍに溶解される。この時、炭素
粉末は原料溶融当初よりルツボ内に投入されているの
で、溶け残ることなく溶解される。
【００３４】次に、引上ワイヤー巻き取り装置（図示せ
ず）に連結された昇降自在な引上ワイヤー１２に取り付
けた種結晶Ｓを、前記シリコン融液Ｍの表面まで降下さ
せて浸漬し、特定直径の種絞り（ネッキング）を行い、
絞り部（種絞り部分）を無転位化させる。
ず）に連結された昇降自在な引上ワイヤー１２に取り付
けた種結晶Ｓを、前記シリコン融液Ｍの表面まで降下さ
せて浸漬し、特定直径の種絞り（ネッキング）を行い、
絞り部（種絞り部分）を無転位化させる。
【００３５】次に、コーン部（拡径部）の成長を経て目
標の直径に到達後肩部を形成した後、予め設定した長さ
まで直胴部（定径部）を成長させ、該直胴部が設定長さ
に到達後テール部（縮径部）を形成し、前記シリコン融
液Ｍからシリコン単結晶を切り離す。
標の直径に到達後肩部を形成した後、予め設定した長さ
まで直胴部（定径部）を成長させ、該直胴部が設定長さ
に到達後テール部（縮径部）を形成し、前記シリコン融
液Ｍからシリコン単結晶を切り離す。
【００３６】その後、前記引上ワイヤー巻き取り装置で
引上ワイヤー１２を巻き取り、引き上がったシリコン単
結晶を所定の位置まで巻き上げ、十分冷却した後、該シ
リコン単結晶を引上炉１から取り出す。
引上ワイヤー１２を巻き取り、引き上がったシリコン単
結晶を所定の位置まで巻き上げ、十分冷却した後、該シ
リコン単結晶を引上炉１から取り出す。
【００３７】こうして、ＣＺ法により所望濃度の炭素が
ドープされたシリコン単結晶棒が得られる。これを通常
の方法にしたがい、内周刃スライサあるいはワイヤソー
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。本発明のシリコンウエーハの炭素濃
度は極めて微量であり、規格の厳しいロジック系デバイ
スの規格も満たしているため、また、このような微量の
炭素濃度では酸素析出を促進する核として消費されてし
まうので、デバイス工程で悪影響を及ぼすこともない。
また、そのままポリッシュドウエーハとして用いること
ができる。さらに、このような極微量の炭素濃度を有す
るポリッシュドウエーハ上にエピタキシャル成長を行っ
てもよい。
ドープされたシリコン単結晶棒が得られる。これを通常
の方法にしたがい、内周刃スライサあるいはワイヤソー
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。本発明のシリコンウエーハの炭素濃
度は極めて微量であり、規格の厳しいロジック系デバイ
スの規格も満たしているため、また、このような微量の
炭素濃度では酸素析出を促進する核として消費されてし
まうので、デバイス工程で悪影響を及ぼすこともない。
また、そのままポリッシュドウエーハとして用いること
ができる。さらに、このような極微量の炭素濃度を有す
るポリッシュドウエーハ上にエピタキシャル成長を行っ
てもよい。
【００３８】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例を挙げて説明
する。 （実施例１）図２に示したような製造装置で、１８イン
チ径の石英ルツボに７０ｋｇのシリコン多結晶原料を充
填した後、発光分光法による測定で灰分値２０ｐｐｍ未
満の炭素粉末２０ｍｇを投入し、直径６インチ、結晶方
位＜１００＞、導電型Ｐ型、抵抗率８〜１２Ω・cmのシ
リコン単結晶（直胴部長さ９４ｃｍ）を引き上げた。
する。 （実施例１）図２に示したような製造装置で、１８イン
チ径の石英ルツボに７０ｋｇのシリコン多結晶原料を充
填した後、発光分光法による測定で灰分値２０ｐｐｍ未
満の炭素粉末２０ｍｇを投入し、直径６インチ、結晶方
位＜１００＞、導電型Ｐ型、抵抗率８〜１２Ω・cmのシ
リコン単結晶（直胴部長さ９４ｃｍ）を引き上げた。
【００３９】その後、前記シリコン単結晶の直胴部の肩
側から、５、１５、３０、４５、６０、７５、９４ｃｍ
の位置より厚さ２ｍｍのウエーハを切り出してそれぞれ
４分割し、その内の各1枚づつについて炭素濃度Ｃｓを
ＦＴ−ＩＲ法（フーリエ変換赤外分光法）にて測定し
た。その結果は図３に示すように、炭素濃度Ｃｓは直胴
部の肩側５〜９４ｃｍにかけて０．２５×１０１６〜
０．５７×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。
側から、５、１５、３０、４５、６０、７５、９４ｃｍ
の位置より厚さ２ｍｍのウエーハを切り出してそれぞれ
４分割し、その内の各1枚づつについて炭素濃度Ｃｓを
ＦＴ−ＩＲ法（フーリエ変換赤外分光法）にて測定し
た。その結果は図３に示すように、炭素濃度Ｃｓは直胴
部の肩側５〜９４ｃｍにかけて０．２５×１０１６〜
０．５７×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。
【００４０】次に、前記シリコンウエーハの初期酸素濃
度Ｏｉ（Ｉ）をＦＴ−ＩＲ法にて測定した。その結果は
図４に示すように、初期酸素濃度Ｏｉ（Ｉ）は直胴部の
肩側５〜９４ｃｍで１４．６×１０１７〜１５．３×１
０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（Ｏｌｄ ＡＳＴＭ）の範囲
であった。
度Ｏｉ（Ｉ）をＦＴ−ＩＲ法にて測定した。その結果は
図４に示すように、初期酸素濃度Ｏｉ（Ｉ）は直胴部の
肩側５〜９４ｃｍで１４．６×１０１７〜１５．３×１
０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（Ｏｌｄ ＡＳＴＭ）の範囲
であった。
【００４１】次に、前記シリコンウエーハに６００℃で
３時間、１１００℃で３０分間、９００℃で３０分間、
１１００℃で３時間の熱処理を行い、酸素析出量の評価
を行った。なお、酸素析出量（ΔＯｉ）は、該ウエーハ
の熱処理後酸素濃度Ｏｉ（Ｈ）をＦＴ−ＩＲ法で測定
し、その結果を式（１）に代入して求めた。この結果を
図５に示す。 ΔＯｉ = Ｏｉ（Ｉ） - Ｏｉ（Ｈ）・・・式（１）
３時間、１１００℃で３０分間、９００℃で３０分間、
１１００℃で３時間の熱処理を行い、酸素析出量の評価
を行った。なお、酸素析出量（ΔＯｉ）は、該ウエーハ
の熱処理後酸素濃度Ｏｉ（Ｈ）をＦＴ−ＩＲ法で測定
し、その結果を式（１）に代入して求めた。この結果を
図５に示す。 ΔＯｉ = Ｏｉ（Ｉ） - Ｏｉ（Ｈ）・・・式（１）
【００４２】図４および図５より、本実施例１の炭素ド
ープシリコン単結晶は、後述する炭素がドープされてい
ないシリコン単結晶(比較例２)に比べて、初期酸素濃度
が同等でも酸素析出量は１．０×１０１７〜４．７×１
０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３増加していることが判る。
ープシリコン単結晶は、後述する炭素がドープされてい
ないシリコン単結晶(比較例２)に比べて、初期酸素濃度
が同等でも酸素析出量は１．０×１０１７〜４．７×１
０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３増加していることが判る。
【００４３】さらに、図６に示す初期酸素濃度と酸素析
出量の関係をプロットしたグラフでは、本実施例１の炭
素ドープシリコン単結晶の方が、炭素がドープされてい
ないシリコン単結晶（比較例２）よりも明らかに酸素析
出量が増えていることが判る。
出量の関係をプロットしたグラフでは、本実施例１の炭
素ドープシリコン単結晶の方が、炭素がドープされてい
ないシリコン単結晶（比較例２）よりも明らかに酸素析
出量が増えていることが判る。
【００４４】また、前記シリコン単結晶から切り出して
４分割したシリコンウエーハについて、残り３枚の内１
枚づつを１１５０℃で１００分間酸化雰囲気中で熱処理
を行い、その後Ｓｅｃｃｏ液にて５分間の選択エッチン
グを行い、顕微鏡でシリコンウエーハ表面のＯＳＦ観察
を行ったが、ＯＳＦの発生は無かった。
４分割したシリコンウエーハについて、残り３枚の内１
枚づつを１１５０℃で１００分間酸化雰囲気中で熱処理
を行い、その後Ｓｅｃｃｏ液にて５分間の選択エッチン
グを行い、顕微鏡でシリコンウエーハ表面のＯＳＦ観察
を行ったが、ＯＳＦの発生は無かった。
【００４５】さらに、前記シリコン単結晶から切り出し
て４分割したシリコンウエーハについて、残り２枚の内
１枚づつをＳｅｃｃｏ液にて３０分間の選択エッチング
を行い、顕微鏡でシリコンウエーハ表面のＦＰＤ観察を
行ったが、ＦＰＤの密度は後述する炭素がドープされて
いないシリコン単結晶（比較例２）と同レベルの５００
個／ｃｍ３以下であった。この結果を図７に示す。
て４分割したシリコンウエーハについて、残り２枚の内
１枚づつをＳｅｃｃｏ液にて３０分間の選択エッチング
を行い、顕微鏡でシリコンウエーハ表面のＦＰＤ観察を
行ったが、ＦＰＤの密度は後述する炭素がドープされて
いないシリコン単結晶（比較例２）と同レベルの５００
個／ｃｍ３以下であった。この結果を図７に示す。
【００４６】上記結果より、微量の炭素をドープし、低
濃度の炭素を含んだシリコン単結晶は、デバイスに悪影
響を及ぼす結晶欠陥を増加させることなく、酸素析出量
を増加させることが判る。
濃度の炭素を含んだシリコン単結晶は、デバイスに悪影
響を及ぼす結晶欠陥を増加させることなく、酸素析出量
を増加させることが判る。
【００４７】（実施例２、比較例１）図２に示したよう
な製造装置で、１８インチ径のルツボに７０ｋｇのシリ
コン多結晶原料を充填した後、灰分値２０ｐｐｍ未満の
炭素粉末１２ｍｇを投入し、直径６インチ、結晶方位＜
１００＞、導電型Ｐ型、抵抗率８〜１２Ω・ｃｍのシリ
コン単結晶直胴部長さ９４ｃｍを引き上げた。
な製造装置で、１８インチ径のルツボに７０ｋｇのシリ
コン多結晶原料を充填した後、灰分値２０ｐｐｍ未満の
炭素粉末１２ｍｇを投入し、直径６インチ、結晶方位＜
１００＞、導電型Ｐ型、抵抗率８〜１２Ω・ｃｍのシリ
コン単結晶直胴部長さ９４ｃｍを引き上げた。
【００４８】その後、前記シリコン単結晶の直胴部の肩
側から、５、１５、３０、４５、６０、７５、９４ｃｍ
の位置より厚さ２ｍｍのウエーハを切り出してそれぞれ
４分割し、その内の各１枚づつについて炭素濃度Ｃｓを
ＦＴ−ＩＲ法（フーリエ変換赤外分光法）にて測定し
た。その結果は図３に示すように、炭素濃度Ｃｓは直胴
部の肩側５〜９４ｃｍにかけて０．１２×１０１６〜
０．２８×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、本発明
のシリコン単結晶の炭素濃度範囲である部分と本発明の
炭素濃度ではない部分とが存在することが判る。
側から、５、１５、３０、４５、６０、７５、９４ｃｍ
の位置より厚さ２ｍｍのウエーハを切り出してそれぞれ
４分割し、その内の各１枚づつについて炭素濃度Ｃｓを
ＦＴ−ＩＲ法（フーリエ変換赤外分光法）にて測定し
た。その結果は図３に示すように、炭素濃度Ｃｓは直胴
部の肩側５〜９４ｃｍにかけて０．１２×１０１６〜
０．２８×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、本発明
のシリコン単結晶の炭素濃度範囲である部分と本発明の
炭素濃度ではない部分とが存在することが判る。
【００４９】次に、前記シリコンウエーハの初期酸素濃
度Ｏｉ（Ｉ）をＦＴ−ＩＲ法にて測定した。その結果は
図４に示すように、初期酸素濃度Ｏｉ（Ｉ）は直胴部の
肩側５〜９４ｃｍで１４．５×１０１７〜１４．８×１
０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲であった。
度Ｏｉ（Ｉ）をＦＴ−ＩＲ法にて測定した。その結果は
図４に示すように、初期酸素濃度Ｏｉ（Ｉ）は直胴部の
肩側５〜９４ｃｍで１４．５×１０１７〜１４．８×１
０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲であった。
【００５０】次に、前記シリコンウエーハに６００℃で
３時間、１１００℃で３０分間、９００℃で３０分間、
１１００℃で３時間の熱処理を行い、実施例１と同様に
して酸素析出量の評価を行った。この結果を図５に示
す。
３時間、１１００℃で３０分間、９００℃で３０分間、
１１００℃で３時間の熱処理を行い、実施例１と同様に
して酸素析出量の評価を行った。この結果を図５に示
す。
【００５１】図３および図５より、この実施例２、比較
例１の炭素ドープシリコン単結晶では、後述の炭素がド
ープされていないシリコン単結晶(比較例２)に対して、
炭素濃度が０．１８×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上
の本発明の部分でしか酸素析出量の増加効果が見られな
いことが判る。
例１の炭素ドープシリコン単結晶では、後述の炭素がド
ープされていないシリコン単結晶(比較例２)に対して、
炭素濃度が０．１８×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上
の本発明の部分でしか酸素析出量の増加効果が見られな
いことが判る。
【００５２】この要因として、炭素濃度が０．１８×１
０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３より低い部分では、炭素濃度
が低すぎるため酸素析出量を増加させる効果を十分に得
ることができないことが考えられる。また、図４に示し
たように、シリコン単結晶引き上げ時の初期酸素濃度の
ばらつきにより、本実施例２、比較例１のシリコン単結
晶の初期酸素濃度が比較例２の炭素がドープされていな
いシリコン単結晶の初期酸素濃度よりも低かったことも
原因として挙げられる。
０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３より低い部分では、炭素濃度
が低すぎるため酸素析出量を増加させる効果を十分に得
ることができないことが考えられる。また、図４に示し
たように、シリコン単結晶引き上げ時の初期酸素濃度の
ばらつきにより、本実施例２、比較例１のシリコン単結
晶の初期酸素濃度が比較例２の炭素がドープされていな
いシリコン単結晶の初期酸素濃度よりも低かったことも
原因として挙げられる。
【００５３】しかし、図６に示す初期酸素濃度と酸素析
出量の関係では、本実施例２、比較例１の炭素ドープシ
リコン単結晶の方が、比較例２の炭素がドープされてい
ないシリコン単結晶よりも明らかに酸素析出量が増えて
いることが判る。
出量の関係では、本実施例２、比較例１の炭素ドープシ
リコン単結晶の方が、比較例２の炭素がドープされてい
ないシリコン単結晶よりも明らかに酸素析出量が増えて
いることが判る。
【００５４】ただし、上記のように、シリコン単結晶中
の炭素濃度が０．１８×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未
満の範囲では、量産工程で通常発生するシリコン単結晶
引き上げ時の初期酸素濃度のばらつきにより、酸素析出
量の増加効果が得られないおそれがあるため、前記炭素
濃度は、０．１８×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上と
する。
の炭素濃度が０．１８×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未
満の範囲では、量産工程で通常発生するシリコン単結晶
引き上げ時の初期酸素濃度のばらつきにより、酸素析出
量の増加効果が得られないおそれがあるため、前記炭素
濃度は、０．１８×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上と
する。
【００５５】次に、前記シリコン単結晶から切り出して
４分割したシリコンウエーハについて、残り３枚の内１
枚づつを１１５０℃で１００分間酸化雰囲気中で熱処理
を行い、その後Ｓｅｃｃｏ液にて５分間の選択エッチン
グを行い、顕微鏡で該シリコンウエーハ表面のＯＳＦ観
察を行ったが、炭素濃度が０．１８×１０１６ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ３より高い部分か低い部分かにかかわらずＯＳ
Ｆの発生は無かった。
４分割したシリコンウエーハについて、残り３枚の内１
枚づつを１１５０℃で１００分間酸化雰囲気中で熱処理
を行い、その後Ｓｅｃｃｏ液にて５分間の選択エッチン
グを行い、顕微鏡で該シリコンウエーハ表面のＯＳＦ観
察を行ったが、炭素濃度が０．１８×１０１６ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ３より高い部分か低い部分かにかかわらずＯＳ
Ｆの発生は無かった。
【００５６】さらに、前記シリコン単結晶から切り出し
て４分割したシリコンウエーハについて、残り２枚の内
１枚づつをＳｅｃｃｏ液にて３０分間の選択エッチング
を行い、顕微鏡で該シリコンウエーハ表面のＦＰＤ観察
を行ったが、炭素濃度が０．１８×１０１６ａｔｏｍｓ
／ｃｍ３より高い部分か低い部分かにかかわらず、ＦＰ
Ｄの密度は炭素がドープされていないシリコン単結晶
（比較例２）と同レベルの５００個／ｃｍ３以下であっ
た。この結果を図７に示す。
て４分割したシリコンウエーハについて、残り２枚の内
１枚づつをＳｅｃｃｏ液にて３０分間の選択エッチング
を行い、顕微鏡で該シリコンウエーハ表面のＦＰＤ観察
を行ったが、炭素濃度が０．１８×１０１６ａｔｏｍｓ
／ｃｍ３より高い部分か低い部分かにかかわらず、ＦＰ
Ｄの密度は炭素がドープされていないシリコン単結晶
（比較例２）と同レベルの５００個／ｃｍ３以下であっ
た。この結果を図７に示す。
【００５７】上記結果より、炭素濃度が０．１８×１０
１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上含まれたシリコン単結晶
は、シリコン単結晶引き上げ時の初期酸素濃度のばらつ
きに影響されることなく、酸素析出量を増加させる効果
が得られ、かつデバイスに悪影響を及ぼす結晶欠陥を増
加させないことが判る。
１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上含まれたシリコン単結晶
は、シリコン単結晶引き上げ時の初期酸素濃度のばらつ
きに影響されることなく、酸素析出量を増加させる効果
が得られ、かつデバイスに悪影響を及ぼす結晶欠陥を増
加させないことが判る。
【００５８】（比較例２）炭素をドープした実施例１お
よび実施例２、比較例１と同一の引き上げ条件で、炭素
をドープしないシリコン単結晶の引き上げを行い、上記
と同様にして炭素濃度、酸素析出量、ＯＳＦおよびＦＰ
Ｄ密度の測定を行った。
よび実施例２、比較例１と同一の引き上げ条件で、炭素
をドープしないシリコン単結晶の引き上げを行い、上記
と同様にして炭素濃度、酸素析出量、ＯＳＦおよびＦＰ
Ｄ密度の測定を行った。
【００５９】その結果、ＯＳＦの発生はなく、図７に示
すようにＦＰＤ密度も炭素をドープした結晶（実施例
１、実施例２）と同レベルであったが、図４〜図６で示
すように、初期酸素濃度が同等でも酸素析出量は炭素を
ドープした結晶（実施例１、実施例２）よりも少なく、
ＩＧ能力は本発明のシリコン単結晶に劣ることが判る。
すようにＦＰＤ密度も炭素をドープした結晶（実施例
１、実施例２）と同レベルであったが、図４〜図６で示
すように、初期酸素濃度が同等でも酸素析出量は炭素を
ドープした結晶（実施例１、実施例２）よりも少なく、
ＩＧ能力は本発明のシリコン単結晶に劣ることが判る。
【００６０】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。
【００６１】例えば、上記説明においては、ＣＺ法にお
いて炭素を添加してシリコン単結晶を製造する場合につ
き説明したが、本発明はＭＣＺ（Magnetic field appli
ed czochralski）法にも適用できるし、シリコン単結晶
の規格においても直径、結晶方位、導電型、抵抗率等も
上記例に限定されるものでもない。例えば直径について
３〜１６インチあるいはそれ以上の直径のシリコン単結
晶にも適用できるものであって、有効に作用し得ること
は言うまでもない。
いて炭素を添加してシリコン単結晶を製造する場合につ
き説明したが、本発明はＭＣＺ（Magnetic field appli
ed czochralski）法にも適用できるし、シリコン単結晶
の規格においても直径、結晶方位、導電型、抵抗率等も
上記例に限定されるものでもない。例えば直径について
３〜１６インチあるいはそれ以上の直径のシリコン単結
晶にも適用できるものであって、有効に作用し得ること
は言うまでもない。
【００６２】
【発明の効果】以上より明らかなように、本発明によれ
ば、酸素析出量が多く高いＩＧ能力を有したシリコン単
結晶を、微量の炭素をドープするだけの簡単かつ安価な
方法を用い、装置またはプロセスの大幅な変更を伴うこ
となく製造することができる。また、シリコン単結晶引
き上げ時の初期酸素濃度ばらつきによる酸素析出量への
影響が緩和される為、初期酸素濃度に多少のばらつきが
生じても、同様に酸素析出量を得ることができる。この
波及効果として、従来所定の酸素析出量を得る必要上規
定された初期酸素濃度規格不良とされた部分の低減が可
能になるなど、生産のコストダウンにもつながる。
ば、酸素析出量が多く高いＩＧ能力を有したシリコン単
結晶を、微量の炭素をドープするだけの簡単かつ安価な
方法を用い、装置またはプロセスの大幅な変更を伴うこ
となく製造することができる。また、シリコン単結晶引
き上げ時の初期酸素濃度ばらつきによる酸素析出量への
影響が緩和される為、初期酸素濃度に多少のばらつきが
生じても、同様に酸素析出量を得ることができる。この
波及効果として、従来所定の酸素析出量を得る必要上規
定された初期酸素濃度規格不良とされた部分の低減が可
能になるなど、生産のコストダウンにもつながる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法で用いられる装置の一例を示す概
略断面図である。
略断面図である。
【図２】実施例および比較例のシリコン単結晶の引き上
げに用いられた製造装置の概略断面図である。
げに用いられた製造装置の概略断面図である。
【図３】実施例および比較例のシリコン単結晶の炭素濃
度を比較したグラフである。
度を比較したグラフである。
【図４】実施例および比較例のシリコン単結晶の初期酸
素濃度を比較したグラフである。
素濃度を比較したグラフである。
【図５】実施例および比較例のシリコン単結晶の酸素析
出量を比較したグラフである。
出量を比較したグラフである。
【図６】実施例および比較例のシリコン単結晶の初期酸
素濃度と酸素析出量の関係をプロットしたグラフであ
る。
素濃度と酸素析出量の関係をプロットしたグラフであ
る。
【図７】実施例および比較例のシリコン単結晶のＦＰＤ
密度を比較したグラフである。
密度を比較したグラフである。
１…引上炉、 １ａ…上部水冷チャンバー、 １ｂ…メ
イン水冷チャンバー、１ｃ…底部水冷チャンバー、 ２
…石英製ルツボ、 ３…黒鉛製ルツボ、４…加熱ヒータ
ー、 ５…ルツボ支持軸、 ６…ルツボ昇降回転駆動機
構、７…金属製電極部、 ８…黒鉛製電極部、 ９…湯
洩れ受け皿、 １０…断熱材、１１…排ガス管、 １２
…引上ワイヤー、Ｃ…ドープ用炭素粉末、 Ｐ…シリコ
ン多結晶原料、 Ｍ…シリコン融液、Ｓ…種結晶。
イン水冷チャンバー、１ｃ…底部水冷チャンバー、 ２
…石英製ルツボ、 ３…黒鉛製ルツボ、４…加熱ヒータ
ー、 ５…ルツボ支持軸、 ６…ルツボ昇降回転駆動機
構、７…金属製電極部、 ８…黒鉛製電極部、 ９…湯
洩れ受け皿、 １０…断熱材、１１…排ガス管、 １２
…引上ワイヤー、Ｃ…ドープ用炭素粉末、 Ｐ…シリコ
ン多結晶原料、 Ｍ…シリコン融液、Ｓ…種結晶。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小田 道明 福井県武生市北府２丁目13番50号 信越半 導体株式会社武生工場内 (72)発明者 星 亮二 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番 信越半導体株式会社白河研究所内 Ｆターム(参考） 4G077 AA02 AB01 BA04 EB01 PB01 PB05 PB09
Claims (7)
- 【請求項１】 チョクラルスキー（ＣＺ）法によるシリ
コン単結晶の製造方法において、育成されるシリコン単
結晶中の炭素濃度が０．１８×１０１６〜０．６１×１
０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（Ｎｅｗ ＡＳＴＭ）となる
ように、シリコン単結晶に炭素をドープすることを特徴
とするシリコン単結晶の製造方法。 - 【請求項２】 前記シリコン単結晶への炭素のドープ
は、シリコン多結晶原料をルツボに充填する時に、炭素
粉末をルツボ内に投入することにより行うことを特徴と
する請求項１に記載のシリコン単結晶の製造方法。 - 【請求項３】 前記シリコン単結晶にドープする炭素粉
末の灰分値が、発光分光法による測定で２０ｐｐｍ未満
であることを特徴とする請求項２に記載のシリコン単結
晶の製造方法。 - 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
に記載のシリコン単結晶の製造方法により製造されたこ
とを特徴とするシリコン単結晶。 - 【請求項５】 請求項４に記載のシリコン単結晶より作
製されたことを特徴とするシリコンウエーハ。 - 【請求項６】 シリコンウエーハであって、シリコンウ
エーハ中の炭素濃度が０．１８×１０１６〜０．６１×
１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることを特徴とするシ
リコンウエーハ。 - 【請求項７】 ウエーハ表面のＦＰＤ密度が５００個／
ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項５または請求
項６に記載のシリコンウエーハ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001101320A JP2002293691A (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | シリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶並びにシリコンウエーハ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001101320A JP2002293691A (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | シリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶並びにシリコンウエーハ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002293691A true JP2002293691A (ja) | 2002-10-09 |
Family
ID=18954655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001101320A Pending JP2002293691A (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | シリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶並びにシリコンウエーハ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002293691A (ja) |
Cited By (5)
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|---|---|---|---|---|
| JP2004175620A (ja) * | 2002-11-27 | 2004-06-24 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 単結晶の製造方法 |
| WO2008146443A1 (ja) * | 2007-05-30 | 2008-12-04 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | シリコン単結晶の育成方法 |
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| US7909930B2 (en) | 2004-05-10 | 2011-03-22 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Method for producing a silicon single crystal and a silicon single crystal |
| JP2015162489A (ja) * | 2014-02-26 | 2015-09-07 | 信越半導体株式会社 | フラッシュランプアニール用半導体基板、アニール基板、半導体装置、並びに半導体装置の製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2001
- 2001-03-30 JP JP2001101320A patent/JP2002293691A/ja active Pending
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| US9103048B2 (en) | 2007-04-27 | 2015-08-11 | Frieberger Compound Materials Gmbh | Device and process for producing poly-crystalline or multi-crystalline silicon; ingot as well as wafer of poly-crystalline or multi-crystalline silicon produced thereby, and use for the manufacture of solar cells |
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