JP2003332344A - シリコン単結晶層の製造方法及びシリコン単結晶層 - Google Patents
シリコン単結晶層の製造方法及びシリコン単結晶層Info
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/06—Silicon
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
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- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/322—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to modify their internal properties, e.g. to produce internal imperfections
-
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- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 シリコン単結晶層の表面の品質を改善する。
【解決手段】 シリコンウェーハＷ（シリコン単結晶
層）を水素ガスまたは不活性ガスもしくはこれらの混合
ガスからなる雰囲気ガス中で、６００°Ｃ以上９５０°
Ｃ未満の温度で熱処理して、表面の品質を改善する。
層）を水素ガスまたは不活性ガスもしくはこれらの混合
ガスからなる雰囲気ガス中で、６００°Ｃ以上９５０°
Ｃ未満の温度で熱処理して、表面の品質を改善する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、デバイス形成の際
の基板となるシリコン単結晶層の表面の品質を改善する
シリコン単結晶層の製造方法及びシリコン単結晶層に関
する。
の基板となるシリコン単結晶層の表面の品質を改善する
シリコン単結晶層の製造方法及びシリコン単結晶層に関
する。
【０００２】
【従来の技術】上記のシリコン単結晶層としては、ＣＺ
（チョクラルスキー）法で引上成長されたシリコン単結
晶のインゴットを加工して作製されたシリコンウェーハ
や、基板上にエピタキシャル成長によって形成したシリ
コン単結晶層などがある。このようなシリコン単結晶層
の表面には、薄い酸化膜が形成されて、さらにその上に
各種の薄膜がフォトリソグラフィ工程やエッチング工程
等を経て所定のパターンで積層されることで、デバイス
が形成される。
（チョクラルスキー）法で引上成長されたシリコン単結
晶のインゴットを加工して作製されたシリコンウェーハ
や、基板上にエピタキシャル成長によって形成したシリ
コン単結晶層などがある。このようなシリコン単結晶層
の表面には、薄い酸化膜が形成されて、さらにその上に
各種の薄膜がフォトリソグラフィ工程やエッチング工程
等を経て所定のパターンで積層されることで、デバイス
が形成される。
【０００３】ここで、従来より用いられているシリコン
ウェーハのシリコン単結晶層の表面には、作製時の加工
に起因する微小な欠陥、例えば研磨処理等の機械的加工
によって生じたダメージや、溶液中の金属元素の化学的
作用によって生じた表面の不完全性や特異点等が残留し
ている。本発明者は、このような欠陥を有するシリコン
単結晶層の表面に洗浄やエッチングを施した場合、表面
に残留していた欠陥が顕在化して、表面に形成される酸
化膜の信頼性（GOI:Gate Oxide Integrity）が低下して
しまうことを発見した。これは、洗浄液やエッチャント
がシリコン単結晶層の表面において弱い部分に集中して
作用するためと思われ、洗浄液やエッチャントとして例
えばフッ酸系のものなど選択性の高い性質のものを用い
た場合に、より顕著に現れる。このように洗浄液やエッ
チャントを使用することによってシリコン単結晶層のＧ
ＯＩが低下することで、その後にシリコン単結晶層の表
面に形成されるデバイスの品質（例えば酸化膜の耐圧性
等）が不良となりやすく、歩留まりが悪くなる場合があ
った。
ウェーハのシリコン単結晶層の表面には、作製時の加工
に起因する微小な欠陥、例えば研磨処理等の機械的加工
によって生じたダメージや、溶液中の金属元素の化学的
作用によって生じた表面の不完全性や特異点等が残留し
ている。本発明者は、このような欠陥を有するシリコン
単結晶層の表面に洗浄やエッチングを施した場合、表面
に残留していた欠陥が顕在化して、表面に形成される酸
化膜の信頼性（GOI:Gate Oxide Integrity）が低下して
しまうことを発見した。これは、洗浄液やエッチャント
がシリコン単結晶層の表面において弱い部分に集中して
作用するためと思われ、洗浄液やエッチャントとして例
えばフッ酸系のものなど選択性の高い性質のものを用い
た場合に、より顕著に現れる。このように洗浄液やエッ
チャントを使用することによってシリコン単結晶層のＧ
ＯＩが低下することで、その後にシリコン単結晶層の表
面に形成されるデバイスの品質（例えば酸化膜の耐圧性
等）が不良となりやすく、歩留まりが悪くなる場合があ
った。
【０００４】従来より、シリコン単結晶層に熱処理を施
してその表面の品質を改善する方法がいくつか提案され
ている。例えば、後述する特許文献１には、水素ガスま
たはアルゴンガス雰囲気中において１１５０°Ｃから１
３００°Ｃの温度で、熱処理時間を１秒から６０秒の間
としてＲＴＡ処理を施すことによって、結晶起因の欠陥
であるＣＯＰ（Crystal Originated Particle）低減を
図るアニール処理が開示されている。また、後述する特
許文献２には、水素ガスまたはアルゴンガス雰囲気中に
おいて９５０°Ｃから１１５０°Ｃの温度で、熱処理時
間を１秒から３０００秒の間としてＲＴＡ処理を施すこ
とによって、表面のラフネスが改善されることが開示さ
れている。
してその表面の品質を改善する方法がいくつか提案され
ている。例えば、後述する特許文献１には、水素ガスま
たはアルゴンガス雰囲気中において１１５０°Ｃから１
３００°Ｃの温度で、熱処理時間を１秒から６０秒の間
としてＲＴＡ処理を施すことによって、結晶起因の欠陥
であるＣＯＰ（Crystal Originated Particle）低減を
図るアニール処理が開示されている。また、後述する特
許文献２には、水素ガスまたはアルゴンガス雰囲気中に
おいて９５０°Ｃから１１５０°Ｃの温度で、熱処理時
間を１秒から３０００秒の間としてＲＴＡ処理を施すこ
とによって、表面のラフネスが改善されることが開示さ
れている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１３５５１４号公報（段落
００１３、第１図、第２図）
００１３、第１図、第２図）
【０００６】
【特許文献２】特開２０００−９１３４２号公報（段落
０００９、第２図、第３図）
０００９、第２図、第３図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、シリコン単結
晶層の表面の品質を改善するために行われる上記のＲＴ
Ａ処理は、いずれも９５０°Ｃ以上の比較的高温で行わ
れるものであって、このような高温の熱処理を行うと、
熱処理に用いる熱処理装置（炉）からの金属汚染が避け
られない。また、シリコン単結晶層表面のマイクロラフ
ネスは改善しても、パーティクルカウンター（対象物の
表面からの反射光に基づいて表面の状態を光学的に調べ
る装置）によって表面の状態を調べる際に、パーティク
ルカウンターで測定される反射光のバックグラウンド
（ヘイズ）レベルが悪化してしまう。さらには、熱処理
するシリコン単結晶層が、ＣＺ法で引上成長されたシリ
コン単結晶のインゴットを加工して作製されたシリコン
ウェーハ等、内部に酸素析出核を設けたものである場合
には、このように高温で熱処理を行うことによってシリ
コン単結晶層中の酸素析出核が消滅し、デバイス熱処理
を経た後のシリコン単結晶層中のＢＭＤ密度が著しく低
下する欠点がある。
晶層の表面の品質を改善するために行われる上記のＲＴ
Ａ処理は、いずれも９５０°Ｃ以上の比較的高温で行わ
れるものであって、このような高温の熱処理を行うと、
熱処理に用いる熱処理装置（炉）からの金属汚染が避け
られない。また、シリコン単結晶層表面のマイクロラフ
ネスは改善しても、パーティクルカウンター（対象物の
表面からの反射光に基づいて表面の状態を光学的に調べ
る装置）によって表面の状態を調べる際に、パーティク
ルカウンターで測定される反射光のバックグラウンド
（ヘイズ）レベルが悪化してしまう。さらには、熱処理
するシリコン単結晶層が、ＣＺ法で引上成長されたシリ
コン単結晶のインゴットを加工して作製されたシリコン
ウェーハ等、内部に酸素析出核を設けたものである場合
には、このように高温で熱処理を行うことによってシリ
コン単結晶層中の酸素析出核が消滅し、デバイス熱処理
を経た後のシリコン単結晶層中のＢＭＤ密度が著しく低
下する欠点がある。
【０００８】また、従来、シリコンインゴットから切り
出したシリコンウェーハには、ラッピング、エッチング
を施したのちに洗浄し、さらに、このシリコン単結晶層
に存在する酸素に起因したサーマルドナーを消去するた
めに、上記の高温のＲＴＡ処理とは別にして、窒素等の
不活性雰囲気中で、６００°Ｃ〜８００°Ｃの温度で３
０分前後の熱処理（この熱処理はドナーキラー熱処理
（ＤＫ熱処理）と呼ばれている）を施し、そののちに研
磨を施している。しかし、このＤＫ処理は、エッチング
後の洗浄工程での残留金属汚染が工程中にウェーハ内部
に拡散することで、少数キャリアのライフタイム、拡散
長を低下させることがあった。さらに、その後の研磨工
程で、加工起因のシリコン表面の不完全性が少なからず
残留し、各種の薬液（ＨＦ、ＳＣ１）で洗浄あるいはエ
ッチングを行うと、ピットとして顕在化し、その後のデ
バイス形成工程におけるＧＯＩを劣化させる現象が生じ
ることが、本発明者らによって発見された。
出したシリコンウェーハには、ラッピング、エッチング
を施したのちに洗浄し、さらに、このシリコン単結晶層
に存在する酸素に起因したサーマルドナーを消去するた
めに、上記の高温のＲＴＡ処理とは別にして、窒素等の
不活性雰囲気中で、６００°Ｃ〜８００°Ｃの温度で３
０分前後の熱処理（この熱処理はドナーキラー熱処理
（ＤＫ熱処理）と呼ばれている）を施し、そののちに研
磨を施している。しかし、このＤＫ処理は、エッチング
後の洗浄工程での残留金属汚染が工程中にウェーハ内部
に拡散することで、少数キャリアのライフタイム、拡散
長を低下させることがあった。さらに、その後の研磨工
程で、加工起因のシリコン表面の不完全性が少なからず
残留し、各種の薬液（ＨＦ、ＳＣ１）で洗浄あるいはエ
ッチングを行うと、ピットとして顕在化し、その後のデ
バイス形成工程におけるＧＯＩを劣化させる現象が生じ
ることが、本発明者らによって発見された。
【０００９】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
ので、表面の品質を改善したシリコン単結晶層の製造方
法及びこの製造方法によって製造されたシリコン単結晶
層を提供することを目的としている。
ので、表面の品質を改善したシリコン単結晶層の製造方
法及びこの製造方法によって製造されたシリコン単結晶
層を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明
にかかるシリコン単結晶層の製造方法は、シリコン単結
晶層を、水素ガスまたは不活性ガスもしくはこれらの混
合ガスからなる雰囲気ガス中で６００°Ｃ以上９５０°
Ｃ未満の温度で短時間熱アニールによる熱処理を施す熱
処理工程を有することを特徴としている。また、本発明
のシリコン単結晶層の製造方法では、前記熱処理を行う
時間を、１秒以上３００秒以下とした技術が採用され
る。また、本発明のシリコン単結晶層の製造方法では、
上記のシリコン単結晶層の製造方法において、前記熱処
理されるシリコン単結晶層を、シリコン単結晶のインゴ
ット内での格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する
領域を〔Ｉ〕とし、空孔型点欠陥が支配的に存在する領
域を〔Ｖ〕とし、格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び
空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を
〔Ｐ〕とするときに、パーフェクト領域〔Ｐ〕からなる
インゴットから切り出された点欠陥の凝集体が存在しな
いシリコンウェーハとする技術が採用される。また、本
発明のシリコン単結晶層の製造方法では、上記のシリコ
ン単結晶層の製造方法において、シリコン単結晶層に、
研磨処理を施したのちに前記熱処理を施す技術が採用さ
れる。また、本発明のシリコン単結晶層の製造方法で
は、研磨処理後に施す熱処理工程において、６００°Ｃ
以上８００°Ｃ以下の温度で熱処理を施すことが好まし
い。
決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明
にかかるシリコン単結晶層の製造方法は、シリコン単結
晶層を、水素ガスまたは不活性ガスもしくはこれらの混
合ガスからなる雰囲気ガス中で６００°Ｃ以上９５０°
Ｃ未満の温度で短時間熱アニールによる熱処理を施す熱
処理工程を有することを特徴としている。また、本発明
のシリコン単結晶層の製造方法では、前記熱処理を行う
時間を、１秒以上３００秒以下とした技術が採用され
る。また、本発明のシリコン単結晶層の製造方法では、
上記のシリコン単結晶層の製造方法において、前記熱処
理されるシリコン単結晶層を、シリコン単結晶のインゴ
ット内での格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する
領域を〔Ｉ〕とし、空孔型点欠陥が支配的に存在する領
域を〔Ｖ〕とし、格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び
空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を
〔Ｐ〕とするときに、パーフェクト領域〔Ｐ〕からなる
インゴットから切り出された点欠陥の凝集体が存在しな
いシリコンウェーハとする技術が採用される。また、本
発明のシリコン単結晶層の製造方法では、上記のシリコ
ン単結晶層の製造方法において、シリコン単結晶層に、
研磨処理を施したのちに前記熱処理を施す技術が採用さ
れる。また、本発明のシリコン単結晶層の製造方法で
は、研磨処理後に施す熱処理工程において、６００°Ｃ
以上８００°Ｃ以下の温度で熱処理を施すことが好まし
い。
【００１１】本発明にかかるシリコン単結晶層は、請求
項１から５のいずれかに記載のシリコン単結晶層の製造
方法によって製造されるシリコン単結晶層であって、前
記熱処理により、表面の品質を改善してなることを特徴
としている。
項１から５のいずれかに記載のシリコン単結晶層の製造
方法によって製造されるシリコン単結晶層であって、前
記熱処理により、表面の品質を改善してなることを特徴
としている。
【００１２】このシリコン単結晶層の製造方法及びシリ
コン単結晶層では、シリコン単結晶層に、水素（Ｈ２）
ガスまたは不活性ガスもしくはこれらの混合ガスからな
る雰囲気ガス中で６００°Ｃ以上９５０°Ｃ未満の温度
で短時間熱アニールによる熱処理を施す熱処理工程を施
している。ここで、前記不活性ガスとしては、例えばア
ルゴン（Ａｒ）ガスや窒素（Ｎ２）ガス等が用いられ
る。このように水素ガスまたは不活性ガス、もしくはこ
れらの混合ガスからなる雰囲気ガス中で熱処理を行うこ
とで、シリコン単結晶層の表面の酸化膜が除去され、さ
らに表面のシリコン原子が移動してシリコン単結晶層の
表面の欠陥が消失する。この熱処理において、処理温度
が６００°Ｃよりも低温であると、温度が低すぎて、シ
リコン単結晶層の表面のシリコンの移動が起こりにく
い。一方、処理温度が９５０°Ｃ以上であると、熱処理
に用いる熱処理装置からの金属汚染が避けられず、ま
た、パーティクルカウンターで測定される反射光のバッ
クグラウンドレベルが悪化してしまう。さらに、高温で
の熱処理によってシリコン単結晶層中の酸素析出核が消
滅し、デバイス熱処理を経た後のＢＭＤ密度が著しく低
下してしまう。このため、本発明にかかるシリコン単結
晶層の製造方法において、シリコン単結晶層に施す熱処
理の温度は、６００°Ｃ以上９５０°Ｃ未満とされる。
コン単結晶層では、シリコン単結晶層に、水素（Ｈ２）
ガスまたは不活性ガスもしくはこれらの混合ガスからな
る雰囲気ガス中で６００°Ｃ以上９５０°Ｃ未満の温度
で短時間熱アニールによる熱処理を施す熱処理工程を施
している。ここで、前記不活性ガスとしては、例えばア
ルゴン（Ａｒ）ガスや窒素（Ｎ２）ガス等が用いられ
る。このように水素ガスまたは不活性ガス、もしくはこ
れらの混合ガスからなる雰囲気ガス中で熱処理を行うこ
とで、シリコン単結晶層の表面の酸化膜が除去され、さ
らに表面のシリコン原子が移動してシリコン単結晶層の
表面の欠陥が消失する。この熱処理において、処理温度
が６００°Ｃよりも低温であると、温度が低すぎて、シ
リコン単結晶層の表面のシリコンの移動が起こりにく
い。一方、処理温度が９５０°Ｃ以上であると、熱処理
に用いる熱処理装置からの金属汚染が避けられず、ま
た、パーティクルカウンターで測定される反射光のバッ
クグラウンドレベルが悪化してしまう。さらに、高温で
の熱処理によってシリコン単結晶層中の酸素析出核が消
滅し、デバイス熱処理を経た後のＢＭＤ密度が著しく低
下してしまう。このため、本発明にかかるシリコン単結
晶層の製造方法において、シリコン単結晶層に施す熱処
理の温度は、６００°Ｃ以上９５０°Ｃ未満とされる。
【００１３】また、本発明のシリコン単結晶層の製造方
法では、前記熱処理を行う時間を、１秒以上としたの
で、熱処理によるシリコン単結晶層表面のシリコン原子
の移動を行う時間が確保される。この熱処理を行う時間
を３００秒以下としたのは、それ以上の時間の熱処理を
施してもさらなる改善は見られず、生産性（スループッ
ト）が低下するためである。ここで、シリコン単結晶層
の表面のシリコン原子は、表面に酸化膜のない状態で
は、６００°Ｃ以上９５０°Ｃ未満という比較的低温の
熱処理でも容易に移動することができるので、熱処理を
１秒以上継続させることで、表面の酸化膜の除去とシリ
コン原子の移動とを行わせてシリコン単結晶層表面の欠
陥を消失させることができる。
法では、前記熱処理を行う時間を、１秒以上としたの
で、熱処理によるシリコン単結晶層表面のシリコン原子
の移動を行う時間が確保される。この熱処理を行う時間
を３００秒以下としたのは、それ以上の時間の熱処理を
施してもさらなる改善は見られず、生産性（スループッ
ト）が低下するためである。ここで、シリコン単結晶層
の表面のシリコン原子は、表面に酸化膜のない状態で
は、６００°Ｃ以上９５０°Ｃ未満という比較的低温の
熱処理でも容易に移動することができるので、熱処理を
１秒以上継続させることで、表面の酸化膜の除去とシリ
コン原子の移動とを行わせてシリコン単結晶層表面の欠
陥を消失させることができる。
【００１４】また、本発明のシリコン単結晶層の製造方
法では、シリコン単結晶層がパーフェクト領域〔Ｐ〕か
らなるインゴットから切り出された点欠陥の凝集体が存
在しないシリコンウェーハを用いてもよい。この場合に
は、本発明による加工起因の欠陥の改善効果に加えて、
結晶起因のボイド欠陥も存在せず、完全な酸化膜特性が
得られる。
法では、シリコン単結晶層がパーフェクト領域〔Ｐ〕か
らなるインゴットから切り出された点欠陥の凝集体が存
在しないシリコンウェーハを用いてもよい。この場合に
は、本発明による加工起因の欠陥の改善効果に加えて、
結晶起因のボイド欠陥も存在せず、完全な酸化膜特性が
得られる。
【００１５】また、本発明のシリコン単結晶層の製造方
法では、上記のシリコン単結晶層の製造方法において、
シリコン単結晶層に、研磨処理を施したのちに前記熱処
理を施してもよい。この場合には、この熱処理がＤＫ熱
処理となるので、この熱処理中に拡散する金属汚染を極
力減少させることができ、またこの熱処理が比較的低温
での水素ガスまたは不活性ガスもしくはこれらの混合ガ
スからなる雰囲気ガス中で行われるので、研磨起因の表
面の不完全性を改善し、表面特性に優れたシリコン単結
晶層を製造することができる。また、本発明のシリコン
単結晶層の製造方法では、研磨処理後に施す熱処理工程
において、６００°Ｃ以上８００°Ｃ以下の温度で熱処
理を施してもよい。この場合には、この熱処理が、ＤＫ
熱処理としてより好適な温度範囲で行われるので、サー
マルドナーの消去効果が高い。
法では、上記のシリコン単結晶層の製造方法において、
シリコン単結晶層に、研磨処理を施したのちに前記熱処
理を施してもよい。この場合には、この熱処理がＤＫ熱
処理となるので、この熱処理中に拡散する金属汚染を極
力減少させることができ、またこの熱処理が比較的低温
での水素ガスまたは不活性ガスもしくはこれらの混合ガ
スからなる雰囲気ガス中で行われるので、研磨起因の表
面の不完全性を改善し、表面特性に優れたシリコン単結
晶層を製造することができる。また、本発明のシリコン
単結晶層の製造方法では、研磨処理後に施す熱処理工程
において、６００°Ｃ以上８００°Ｃ以下の温度で熱処
理を施してもよい。この場合には、この熱処理が、ＤＫ
熱処理としてより好適な温度範囲で行われるので、サー
マルドナーの消去効果が高い。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて、図面を参照しながら説明する。本実施の形態で
は、本発明にかかるシリコン単結晶層を、ＣＺ法で引上
成長されたシリコン単結晶のインゴットを加工して作製
されたシリコンウェーハとしている。これに限らず、シ
リコン単結晶層は、基板上にエピタキシャル成長によっ
て形成したものであってもよい。
いて、図面を参照しながら説明する。本実施の形態で
は、本発明にかかるシリコン単結晶層を、ＣＺ法で引上
成長されたシリコン単結晶のインゴットを加工して作製
されたシリコンウェーハとしている。これに限らず、シ
リコン単結晶層は、基板上にエピタキシャル成長によっ
て形成したものであってもよい。
【００１７】このシリコンウェーハは、インゴットから
切り出されたのちに内部に新たに空孔を形成するＲＴＡ
処理（急加熱及び急冷却の短時間熱アニール）を行った
シリコンウェーハＷに対して、例えば図１に示す熱処理
装置１によってさらに急加熱及び急冷却の短時間熱処理
を施すことによって得られる。この熱処理装置１は、石
英チューブ２内に支持具等を用いてその内面から離間さ
せた状態にしてシリコンウェーハＷを設置するとともに
石英チューブ２内に雰囲気ガスＧを供給しながら外部か
ら赤外線ランプ３等を用いたランプ加熱による赤外線照
射を行って熱処理するものである。
切り出されたのちに内部に新たに空孔を形成するＲＴＡ
処理（急加熱及び急冷却の短時間熱アニール）を行った
シリコンウェーハＷに対して、例えば図１に示す熱処理
装置１によってさらに急加熱及び急冷却の短時間熱処理
を施すことによって得られる。この熱処理装置１は、石
英チューブ２内に支持具等を用いてその内面から離間さ
せた状態にしてシリコンウェーハＷを設置するとともに
石英チューブ２内に雰囲気ガスＧを供給しながら外部か
ら赤外線ランプ３等を用いたランプ加熱による赤外線照
射を行って熱処理するものである。
【００１８】なお、上記シリコンウェーハＷとしては、
図２に示すように、シリコン単結晶のインゴット内での
格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域を
〔Ｉ〕とし、空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を
〔Ｖ〕とし、格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔
型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を
〔Ｐ〕とするときに、パーフェクト領域〔Ｐ〕からなる
インゴットから切り出された点欠陥の凝集体が存在しな
いものを用いている。なお、空孔型点欠陥は、一つのシ
リコン原子がシリコン結晶格子で正常な一つから離脱し
た空孔による欠陥であり、また、格子間シリコン点欠陥
は、原子がシリコン結晶の格子点以外の位置（インター
スチシャルサイト）にある場合の欠陥をいう。すなわ
ち、このパーフェクト領域〔Ｐ〕からなるシリコンウェ
ーハは、例えば特開平１−１３９３号公報に提案されて
いるように、ＣＺ法によりホットゾーン内のシリコン融
液からインゴットをボロンコフ(Voronkov）理論に基づ
いた引上速度プロファイルで引き上げられ、このインゴ
ットをスライスして作成される。
図２に示すように、シリコン単結晶のインゴット内での
格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域を
〔Ｉ〕とし、空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を
〔Ｖ〕とし、格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔
型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を
〔Ｐ〕とするときに、パーフェクト領域〔Ｐ〕からなる
インゴットから切り出された点欠陥の凝集体が存在しな
いものを用いている。なお、空孔型点欠陥は、一つのシ
リコン原子がシリコン結晶格子で正常な一つから離脱し
た空孔による欠陥であり、また、格子間シリコン点欠陥
は、原子がシリコン結晶の格子点以外の位置（インター
スチシャルサイト）にある場合の欠陥をいう。すなわ
ち、このパーフェクト領域〔Ｐ〕からなるシリコンウェ
ーハは、例えば特開平１−１３９３号公報に提案されて
いるように、ＣＺ法によりホットゾーン内のシリコン融
液からインゴットをボロンコフ(Voronkov）理論に基づ
いた引上速度プロファイルで引き上げられ、このインゴ
ットをスライスして作成される。
【００１９】このインゴットは、引上速度をＶ（ｍｍ／
分）とし、ルツボ中のシリコン融液とインゴットとの界
面近傍におけるインゴット鉛直方向の温度勾配をＧ（°
Ｃ／ｍｍ）とするとき、熱酸化処理をした際にリング状
に発生するＯＳＦ（Oxidation Induced Stacking Faul
t;酸素誘起積層欠陥）がウェーハ中心部で消滅するよう
に、Ｖ／Ｇ（ｍｍ２／分・°Ｃ）の値を決めて作られ
る。
分）とし、ルツボ中のシリコン融液とインゴットとの界
面近傍におけるインゴット鉛直方向の温度勾配をＧ（°
Ｃ／ｍｍ）とするとき、熱酸化処理をした際にリング状
に発生するＯＳＦ（Oxidation Induced Stacking Faul
t;酸素誘起積層欠陥）がウェーハ中心部で消滅するよう
に、Ｖ／Ｇ（ｍｍ２／分・°Ｃ）の値を決めて作られ
る。
【００２０】上記ボロンコフ理論では、図２に示すよう
に、Ｖ／Ｇを横軸にとり、空孔型点欠陥濃度と格子間シ
リコン型欠陥濃度を同一の縦軸にとって、Ｖ／Ｇと点欠
陥濃度との関係を図式的に表現し、空孔領域と格子間シ
リコン領域の境界がＶ／Ｇによって決定されることを説
明している。より詳しくは、Ｖ／Ｇ比が臨界点以上では
空孔型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成される反
面、Ｖ／Ｇ比が臨界点以上では格子間シリコン型点欠陥
濃度が優勢なインゴットが形成される。図２において、
〔Ｉ〕は格子間シリコン型点欠陥が支配的であって、格
子間シリコン点欠陥が存在する領域（（Ｖ／Ｇ）１以
下）を示し、〔Ｖ〕はインゴット内での空孔型点欠陥が
支配的であって、空孔型点欠陥の凝集体が存在する領域
（（Ｖ／Ｇ） ２以下）を示し、〔Ｐ〕は空孔型点欠陥の
凝集体及び格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しな
いパーフェクト領域（（Ｖ／Ｇ）１〜（Ｖ／Ｇ）２）を
示す。領域〔Ｐ〕に隣接する領域〔Ｖ〕にはＯＳＦ核を
形成する領域〔ＯＳＦ〕（（Ｖ／Ｇ）２〜（Ｖ／
Ｇ）３）が存在する。
に、Ｖ／Ｇを横軸にとり、空孔型点欠陥濃度と格子間シ
リコン型欠陥濃度を同一の縦軸にとって、Ｖ／Ｇと点欠
陥濃度との関係を図式的に表現し、空孔領域と格子間シ
リコン領域の境界がＶ／Ｇによって決定されることを説
明している。より詳しくは、Ｖ／Ｇ比が臨界点以上では
空孔型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成される反
面、Ｖ／Ｇ比が臨界点以上では格子間シリコン型点欠陥
濃度が優勢なインゴットが形成される。図２において、
〔Ｉ〕は格子間シリコン型点欠陥が支配的であって、格
子間シリコン点欠陥が存在する領域（（Ｖ／Ｇ）１以
下）を示し、〔Ｖ〕はインゴット内での空孔型点欠陥が
支配的であって、空孔型点欠陥の凝集体が存在する領域
（（Ｖ／Ｇ） ２以下）を示し、〔Ｐ〕は空孔型点欠陥の
凝集体及び格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しな
いパーフェクト領域（（Ｖ／Ｇ）１〜（Ｖ／Ｇ）２）を
示す。領域〔Ｐ〕に隣接する領域〔Ｖ〕にはＯＳＦ核を
形成する領域〔ＯＳＦ〕（（Ｖ／Ｇ）２〜（Ｖ／
Ｇ）３）が存在する。
【００２１】したがって、シリコンウェーハに供される
インゴットの引上速度プロファイルは、インゴットがホ
ットゾーン内のシリコン融液から引き上げられるとき、
温度勾配に対する引上速度の比（Ｖ／Ｇ）が格子間シリ
コン型点欠陥の凝集体の発生を防止する第１臨界比
（（Ｖ／Ｇ）１）以上であって、空孔型点欠陥の凝集体
をインゴットの中央にある空孔型点欠陥が支配的に存在
する領域内に制限する第２臨界比（（Ｖ／Ｇ）２）以下
に維持されるように決められる。
インゴットの引上速度プロファイルは、インゴットがホ
ットゾーン内のシリコン融液から引き上げられるとき、
温度勾配に対する引上速度の比（Ｖ／Ｇ）が格子間シリ
コン型点欠陥の凝集体の発生を防止する第１臨界比
（（Ｖ／Ｇ）１）以上であって、空孔型点欠陥の凝集体
をインゴットの中央にある空孔型点欠陥が支配的に存在
する領域内に制限する第２臨界比（（Ｖ／Ｇ）２）以下
に維持されるように決められる。
【００２２】この引上速度のプロファイルは、実験的に
基準インゴットを軸方向にスライスすることやシミュレ
ーションによって上記ボロンコフ理論に基づいて決定さ
れる。
基準インゴットを軸方向にスライスすることやシミュレ
ーションによって上記ボロンコフ理論に基づいて決定さ
れる。
【００２３】なお、ＣＯＰ等の点欠陥の凝集体が検出方
法によって検出感度、検出下限値が異なる値を示すこと
がある。そのため、本明細書において、「点欠陥の凝集
体が存在しない」の意味は、鏡面加工されたシリコン単
結晶のインゴットを無攪拌セコエッチングを施した後に
光学顕微鏡により、観察面積とエッチング取り代との積
を検査体積として観察した際に、フローパターン（空孔
型欠陥）及び転位クラスタ（格子間シリコン型点欠陥）
の各凝集体が１×１０−３ｃｍ３の検査体積に対して１
個欠陥が検出された場合を検出下限値（１×１０３個／
ｃｍ３）とするとき、点欠陥の凝集体の数が上記検出下
限値以下であることをいう。
法によって検出感度、検出下限値が異なる値を示すこと
がある。そのため、本明細書において、「点欠陥の凝集
体が存在しない」の意味は、鏡面加工されたシリコン単
結晶のインゴットを無攪拌セコエッチングを施した後に
光学顕微鏡により、観察面積とエッチング取り代との積
を検査体積として観察した際に、フローパターン（空孔
型欠陥）及び転位クラスタ（格子間シリコン型点欠陥）
の各凝集体が１×１０−３ｃｍ３の検査体積に対して１
個欠陥が検出された場合を検出下限値（１×１０３個／
ｃｍ３）とするとき、点欠陥の凝集体の数が上記検出下
限値以下であることをいう。
【００２４】このシリコンウェーハＷに施される熱処理
は、水素ガスまたは不活性ガスもしくはこれらの混合ガ
スからなる雰囲気ガス中で、６００°Ｃ以上９５０°Ｃ
未満の温度範囲内で行われるものである。ここで、不活
性ガスとしては、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスや窒素
（Ｎ２）ガス等が用いられる。この熱処理は、急速加
熱、急速冷却（例えば、１０°Ｃ／秒の昇温または降
温）のＲＴＡ処理であって、例えば１秒以上３００秒以
下の間行われる。本実施の形態では、水素ガス雰囲気中
で、９００°Ｃで１０秒の熱処理を行った。
は、水素ガスまたは不活性ガスもしくはこれらの混合ガ
スからなる雰囲気ガス中で、６００°Ｃ以上９５０°Ｃ
未満の温度範囲内で行われるものである。ここで、不活
性ガスとしては、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスや窒素
（Ｎ２）ガス等が用いられる。この熱処理は、急速加
熱、急速冷却（例えば、１０°Ｃ／秒の昇温または降
温）のＲＴＡ処理であって、例えば１秒以上３００秒以
下の間行われる。本実施の形態では、水素ガス雰囲気中
で、９００°Ｃで１０秒の熱処理を行った。
【００２５】この熱処理を施すことによって、シリコン
ウェーハＷの表面に形成された酸化膜が除去され、さら
に表面のシリコン原子が移動してシリコンウェーハＷの
表面の欠陥が消失する。ここで、シリコンウェーハＷの
表面のシリコン原子は、表面に酸化膜のない状態では、
６００°Ｃ以上９５０°Ｃ未満という比較的低温の熱処
理でも容易に移動することができる。そして、上記の熱
処理の温度は６００°Ｃ以上であるので、シリコンウェ
ーハＷの表面の酸化膜の除去及び表面のシリコン原子の
移動が確実に行われる。一方、熱処理温度は９５０°Ｃ
未満であるので、熱処理装置１由来のシリコンウェーハ
の金属汚染が生じにくく、また、パーティクルカウンタ
ーで測定される反射光のバックグラウンドレベルの悪化
が抑えられる。さらに、熱処理温度が低温であるため、
シリコンウェーハＷ中の酸素析出核が消滅しにくく、デ
バイス熱処理を経た後のＢＭＤ密度の低下を抑えること
ができる。
ウェーハＷの表面に形成された酸化膜が除去され、さら
に表面のシリコン原子が移動してシリコンウェーハＷの
表面の欠陥が消失する。ここで、シリコンウェーハＷの
表面のシリコン原子は、表面に酸化膜のない状態では、
６００°Ｃ以上９５０°Ｃ未満という比較的低温の熱処
理でも容易に移動することができる。そして、上記の熱
処理の温度は６００°Ｃ以上であるので、シリコンウェ
ーハＷの表面の酸化膜の除去及び表面のシリコン原子の
移動が確実に行われる。一方、熱処理温度は９５０°Ｃ
未満であるので、熱処理装置１由来のシリコンウェーハ
の金属汚染が生じにくく、また、パーティクルカウンタ
ーで測定される反射光のバックグラウンドレベルの悪化
が抑えられる。さらに、熱処理温度が低温であるため、
シリコンウェーハＷ中の酸素析出核が消滅しにくく、デ
バイス熱処理を経た後のＢＭＤ密度の低下を抑えること
ができる。
【００２６】また、この熱処理は、熱処理によるシリコ
ン単結晶層表面のシリコン原子の移動を行う時間を確保
するために、１秒以上継続させて行っており、これによ
りシリコンウェーハＷの表面の酸化膜の除去とシリコン
原子の移動とが確実に行われる。この熱処理を行う時間
は、改善効果と生産性のため、３００秒以下とすること
が好ましい。
ン単結晶層表面のシリコン原子の移動を行う時間を確保
するために、１秒以上継続させて行っており、これによ
りシリコンウェーハＷの表面の酸化膜の除去とシリコン
原子の移動とが確実に行われる。この熱処理を行う時間
は、改善効果と生産性のため、３００秒以下とすること
が好ましい。
【００２７】このシリコンウェーハＷは、さらに酸素
（Ｏ２）ガス雰囲気中で９５０°Ｃ未満の温度で熱処理
を施すことで表面に酸化膜が形成されて、表面の品質が
改善されたシリコンウェーハが得られる。このシリコン
ウェーハには、酸化膜の上に各種の薄膜がフォトリソグ
ラフィ工程やエッチング工程等を経て所定のパターンで
積層されることで、デバイスが形成される。このように
表面の品質が改善された本発明にかかるシリコンウェー
ハは、以降は洗浄液やエッチャントを使用してもＧＯＩ
が低下することがない。このため、その後にシリコン単
結晶層の表面に形成されるデバイスの品質（例えば酸化
膜の耐圧性等）が不良となりにくく、歩留まりを向上さ
せることができる。
（Ｏ２）ガス雰囲気中で９５０°Ｃ未満の温度で熱処理
を施すことで表面に酸化膜が形成されて、表面の品質が
改善されたシリコンウェーハが得られる。このシリコン
ウェーハには、酸化膜の上に各種の薄膜がフォトリソグ
ラフィ工程やエッチング工程等を経て所定のパターンで
積層されることで、デバイスが形成される。このように
表面の品質が改善された本発明にかかるシリコンウェー
ハは、以降は洗浄液やエッチャントを使用してもＧＯＩ
が低下することがない。このため、その後にシリコン単
結晶層の表面に形成されるデバイスの品質（例えば酸化
膜の耐圧性等）が不良となりにくく、歩留まりを向上さ
せることができる。
【００２８】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば、上記実施の形態では、シリコンウェーハＷに熱処
理を施す際に赤外線ランプ３を使ってシリコンウェーハ
Ｗに赤外線を照射して加熱したが、他の光線（可視光
等）により加熱しても構わない。また、上記の熱処理装
置１のようなＲＴＡ炉の代わりに、従来の電気炉を用い
てもよい。
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば、上記実施の形態では、シリコンウェーハＷに熱処
理を施す際に赤外線ランプ３を使ってシリコンウェーハ
Ｗに赤外線を照射して加熱したが、他の光線（可視光
等）により加熱しても構わない。また、上記の熱処理装
置１のようなＲＴＡ炉の代わりに、従来の電気炉を用い
てもよい。
【００２９】
【実施例】ここで、シリコン単結晶層に施した熱処理の
条件による表面の品質の差を検証するために、以下の試
験及び検査を行った。以下の試験及び検査では、ほぼ同
一の品質のシリコン単結晶層にそれぞれ熱処理温度また
は熱処理時間の異なる熱処理を施してなる複数のシリコ
ン単結晶層を用意し、これらシリコン単結晶層に、同じ
条件でエッチングと洗浄とを施し、さらに酸素（Ｏ２）
ガス雰囲気中で９００°Ｃの熱処理を施して表面に９ｎ
ｍの厚みの酸化膜を形成したものを用いた。ここで、以
下の試験及び検査では、シリコン単結晶層として、ＣＺ
法で引上成長されたシリコン単結晶のインゴットを加工
して作製されたシリコンウェーハを用い、熱処理の雰囲
気ガスとしては水素ガスを用いた。また、エッチャント
としては、Ｈ２Ｏ（水）：ＨＦ（フッ化水素）＝５０：
１となるエッチャントを用い、洗浄液としては、ＮＨ４
ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：１：５となる洗浄液を用
いた。
条件による表面の品質の差を検証するために、以下の試
験及び検査を行った。以下の試験及び検査では、ほぼ同
一の品質のシリコン単結晶層にそれぞれ熱処理温度また
は熱処理時間の異なる熱処理を施してなる複数のシリコ
ン単結晶層を用意し、これらシリコン単結晶層に、同じ
条件でエッチングと洗浄とを施し、さらに酸素（Ｏ２）
ガス雰囲気中で９００°Ｃの熱処理を施して表面に９ｎ
ｍの厚みの酸化膜を形成したものを用いた。ここで、以
下の試験及び検査では、シリコン単結晶層として、ＣＺ
法で引上成長されたシリコン単結晶のインゴットを加工
して作製されたシリコンウェーハを用い、熱処理の雰囲
気ガスとしては水素ガスを用いた。また、エッチャント
としては、Ｈ２Ｏ（水）：ＨＦ（フッ化水素）＝５０：
１となるエッチャントを用い、洗浄液としては、ＮＨ４
ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：１：５となる洗浄液を用
いた。
【００３０】〔酸化膜の耐圧性能試験〕この試験では、
上記の熱処理において熱処理温度または熱処理時間が異
なる各シリコン単結晶層の表面に、フォトリソグラフィ
工程によって縦横０．５μｍの大きさのポリシリコン電
極を形成し、各シリコン単結晶層についてポリシリコン
電極の耐圧性能、すなわちシリコン単結晶層表面の酸化
膜の耐圧性能を検証した。ここでは、各シリコン単結晶
層の表面に、５ｍｍ×４ｍｍのパターンでポリシリコン
電極を複数パターニングし、各ポリシリコン電極にそれ
ぞれ電圧を引加した。この印加電圧は、印加開始から次
第にステップ状に上げてゆき、各ポリシリコン電極に、
最大１ｍＡ（およそ１１ＭＶ／ｃｍ２の電界強度に相
当）のストレスを印加した。このように電圧を印加した
のち、シリコン単結晶層上に形成したポリシリコン電極
の総数に占める、壊れなかったポリシリコン電極の比率
を良品率（％）とした。
上記の熱処理において熱処理温度または熱処理時間が異
なる各シリコン単結晶層の表面に、フォトリソグラフィ
工程によって縦横０．５μｍの大きさのポリシリコン電
極を形成し、各シリコン単結晶層についてポリシリコン
電極の耐圧性能、すなわちシリコン単結晶層表面の酸化
膜の耐圧性能を検証した。ここでは、各シリコン単結晶
層の表面に、５ｍｍ×４ｍｍのパターンでポリシリコン
電極を複数パターニングし、各ポリシリコン電極にそれ
ぞれ電圧を引加した。この印加電圧は、印加開始から次
第にステップ状に上げてゆき、各ポリシリコン電極に、
最大１ｍＡ（およそ１１ＭＶ／ｃｍ２の電界強度に相
当）のストレスを印加した。このように電圧を印加した
のち、シリコン単結晶層上に形成したポリシリコン電極
の総数に占める、壊れなかったポリシリコン電極の比率
を良品率（％）とした。
【００３１】そして、熱処理時間は同一（６０秒）で熱
処理温度の異なる各シリコン単結晶層の良品率を求め
て、ＲＴＡ処理温度に対する良品率の依存性を求めた。
この結果を図３のグラフに示す。
処理温度の異なる各シリコン単結晶層の良品率を求め
て、ＲＴＡ処理温度に対する良品率の依存性を求めた。
この結果を図３のグラフに示す。
【００３２】また、熱処理時間は同一（６０秒）で熱処
理温度の異なる各シリコン単結晶層を各熱処理温度ごと
に二枚用意し、各シリコン単結晶層について、表面に形
成したポリシリコン電極の耐圧性能における良品の分布
を求めた。この結果を図４に示す。図４において、シリ
コン単結晶層の表面のます目一つがそれぞれひとつのパ
ターン（ポリシリコン電極）を示しており、白色のます
目は良品を示し、黒色のます目は不良品を示している。
理温度の異なる各シリコン単結晶層を各熱処理温度ごと
に二枚用意し、各シリコン単結晶層について、表面に形
成したポリシリコン電極の耐圧性能における良品の分布
を求めた。この結果を図４に示す。図４において、シリ
コン単結晶層の表面のます目一つがそれぞれひとつのパ
ターン（ポリシリコン電極）を示しており、白色のます
目は良品を示し、黒色のます目は不良品を示している。
【００３３】図３及び図４に示すように、熱処理温度が
６００°Ｃよりも低温である場合には、明らかに不良率
が高く、熱処理温度が６００°Ｃ以上である場合には、
良品率はほぼ９０％以上に向上していることがわかる。
このことから、熱処理温度が６００°Ｃよりも低いシリ
コン単結晶層では、ＨＦエッチングによる酸化膜の耐圧
性能の低下が生じており、熱処理温度が６００°Ｃ以上
の場合には、酸化膜の耐圧性能の低下が生じていないこ
とがわかる。
６００°Ｃよりも低温である場合には、明らかに不良率
が高く、熱処理温度が６００°Ｃ以上である場合には、
良品率はほぼ９０％以上に向上していることがわかる。
このことから、熱処理温度が６００°Ｃよりも低いシリ
コン単結晶層では、ＨＦエッチングによる酸化膜の耐圧
性能の低下が生じており、熱処理温度が６００°Ｃ以上
の場合には、酸化膜の耐圧性能の低下が生じていないこ
とがわかる。
【００３４】また、前記の熱処理において熱処理温度は
同一（９００°Ｃ）で熱処理時間のみが異なる各シリコ
ン単結晶層を複数用意し、これらシリコン単結晶層の表
面に形成したポリシリコン電極に前記の耐圧試験を行
い、熱処理時間に対する良品率の依存性を求めた。この
結果を図５のグラフに示す。図５から、熱処理時間が１
秒と極めて短時間でも、シリコン単結晶層の表面の品質
の改善効果が高いことがわかる。
同一（９００°Ｃ）で熱処理時間のみが異なる各シリコ
ン単結晶層を複数用意し、これらシリコン単結晶層の表
面に形成したポリシリコン電極に前記の耐圧試験を行
い、熱処理時間に対する良品率の依存性を求めた。この
結果を図５のグラフに示す。図５から、熱処理時間が１
秒と極めて短時間でも、シリコン単結晶層の表面の品質
の改善効果が高いことがわかる。
【００３５】〔表面検査〕次に、上記の熱処理において
熱処理時間は同一（６０秒）で熱処理温度の異なる各シ
リコン単結晶層について、ＳＰＶ（表面光電位測定）に
よってシリコン単結晶層表面のＦｅ汚染レベルを測定
し、熱処理温度に対するＦｅ汚染レベルの依存性を調べ
た。この結果を図６のグラフに示す。図６から、熱処理
温度が６００°Ｃから９５０°Ｃ未満の範囲にある場合
にはＦｅ汚染レベルはほぼ一定であるのに対し、熱処理
温度が９５０°Ｃ以上の場合には、熱処理温度が９５０
°Ｃ未満の場合に比べてＦｅ汚染レベルが増加している
ことがわかる。
熱処理時間は同一（６０秒）で熱処理温度の異なる各シ
リコン単結晶層について、ＳＰＶ（表面光電位測定）に
よってシリコン単結晶層表面のＦｅ汚染レベルを測定
し、熱処理温度に対するＦｅ汚染レベルの依存性を調べ
た。この結果を図６のグラフに示す。図６から、熱処理
温度が６００°Ｃから９５０°Ｃ未満の範囲にある場合
にはＦｅ汚染レベルはほぼ一定であるのに対し、熱処理
温度が９５０°Ｃ以上の場合には、熱処理温度が９５０
°Ｃ未満の場合に比べてＦｅ汚染レベルが増加している
ことがわかる。
【００３６】さらに、これらシリコン単結晶層につい
て、パーティクルカウンターによってシリコン単結晶層
表面の散乱光強度を測定してヘイズレベル（バックグラ
ウンドレベル）を求め、熱処理温度に対するヘイズレベ
ルの依存性を示した。この結果を図７のグラフに示す。
図７から、熱処理温度が９５０°Ｃ未満の場合には、熱
処理温度が高くなるに従ってヘイズレベルはごく緩やか
に増加しているが、熱処理温度が９５０°Ｃ以上になる
とヘイズレベルが急激に増加しており、熱処理温度が９
５０°Ｃ未満の場合と９５０°Ｃ以上の場合とでは、シ
リコン単結晶層の表面状態に明らかな差が生じているこ
とがわかる。
て、パーティクルカウンターによってシリコン単結晶層
表面の散乱光強度を測定してヘイズレベル（バックグラ
ウンドレベル）を求め、熱処理温度に対するヘイズレベ
ルの依存性を示した。この結果を図７のグラフに示す。
図７から、熱処理温度が９５０°Ｃ未満の場合には、熱
処理温度が高くなるに従ってヘイズレベルはごく緩やか
に増加しているが、熱処理温度が９５０°Ｃ以上になる
とヘイズレベルが急激に増加しており、熱処理温度が９
５０°Ｃ未満の場合と９５０°Ｃ以上の場合とでは、シ
リコン単結晶層の表面状態に明らかな差が生じているこ
とがわかる。
【００３７】〔ＢＭＤ密度測定〕次に、上記の熱処理に
おいて熱処理時間は同一（６０秒）で熱処理温度の異な
る各シリコン単結晶層について、セコエッチングを行
い、シリコン単結晶層内部のＢＭＤ密度を観察した。こ
の結果を図８に示す。この測定では、シリコン単結晶層
として、上記の熱処理の前に、熱処理温度８００°Ｃで
４時間の熱処理を行い、さらに１０００°Ｃで１６時間
の熱処理を行って表層でのＤＺと内部でのＢＭＤ形成を
行ったシリコンウェーハを用いた。図８から、熱処理温
度が９５０°Ｃ未満の場合には、熱処理温度が高くなる
につれてシリコン単結晶層中のＢＭＤ密度は緩やかに低
下している。そして、熱処理温度が９５０°Ｃ以上にな
るとＢＭＤ密度は急激に低下していることがわかる。
おいて熱処理時間は同一（６０秒）で熱処理温度の異な
る各シリコン単結晶層について、セコエッチングを行
い、シリコン単結晶層内部のＢＭＤ密度を観察した。こ
の結果を図８に示す。この測定では、シリコン単結晶層
として、上記の熱処理の前に、熱処理温度８００°Ｃで
４時間の熱処理を行い、さらに１０００°Ｃで１６時間
の熱処理を行って表層でのＤＺと内部でのＢＭＤ形成を
行ったシリコンウェーハを用いた。図８から、熱処理温
度が９５０°Ｃ未満の場合には、熱処理温度が高くなる
につれてシリコン単結晶層中のＢＭＤ密度は緩やかに低
下している。そして、熱処理温度が９５０°Ｃ以上にな
るとＢＭＤ密度は急激に低下していることがわかる。
【００３８】以上の試験及び検査の結果より求められ
た、酸化膜の耐圧性能、Ｆｅ汚染レベル、パーティクル
カウンターによる測定のバックグラウンド（ヘイズ）レ
ベル、シリコン単結晶層内部に残存するＢＭＤ量等の特
性から、シリコン単結晶層を製造する際の熱処理温度の
範囲は、６００°Ｃ以上９５０°Ｃ未満とすることで、
洗浄液やエッチャントに対する耐性が高く、酸化膜の耐
圧性能が良好であるシリコン単結晶層の製造が可能とな
ることがわかる。
た、酸化膜の耐圧性能、Ｆｅ汚染レベル、パーティクル
カウンターによる測定のバックグラウンド（ヘイズ）レ
ベル、シリコン単結晶層内部に残存するＢＭＤ量等の特
性から、シリコン単結晶層を製造する際の熱処理温度の
範囲は、６００°Ｃ以上９５０°Ｃ未満とすることで、
洗浄液やエッチャントに対する耐性が高く、酸化膜の耐
圧性能が良好であるシリコン単結晶層の製造が可能とな
ることがわかる。
【００３９】次に、上記試験で用いたシリコンウェーハ
に、上記熱処理を施したのちに仕上げ研磨及び洗浄を施
したものと、上記試験で用いたシリコンウェーハに、仕
上げ研磨と洗浄を施したのちに上記熱処理を施したもの
の両方について、上記試験と同様にして、シリコンウェ
ーハ表面の品質の差を検証した。ここで、熱処理後に仕
上げ研磨及び洗浄を施したシリコンウェーハとして、８
００°Ｃを超える温度で上記熱処理を施したもの（以
下、実施例１とする）と、８００°Ｃ以下の温度で上記
熱処理を施したもの（以下、実施例２とする）とを用意
し、また仕上げ研磨及び洗浄を施したのちに上記熱処理
を施したシリコンウェーハとして、８００°Ｃを超える
温度で上記熱処理を施したもの（以下、実施例３とす
る）と、８００°Ｃ以下の温度で上記熱処理を施したも
の（以下、実施例４とする）とを用意した。また、これ
らシリコンウェーハの洗浄は、上記試験で用いたものと
同じ洗浄液によって行った。
に、上記熱処理を施したのちに仕上げ研磨及び洗浄を施
したものと、上記試験で用いたシリコンウェーハに、仕
上げ研磨と洗浄を施したのちに上記熱処理を施したもの
の両方について、上記試験と同様にして、シリコンウェ
ーハ表面の品質の差を検証した。ここで、熱処理後に仕
上げ研磨及び洗浄を施したシリコンウェーハとして、８
００°Ｃを超える温度で上記熱処理を施したもの（以
下、実施例１とする）と、８００°Ｃ以下の温度で上記
熱処理を施したもの（以下、実施例２とする）とを用意
し、また仕上げ研磨及び洗浄を施したのちに上記熱処理
を施したシリコンウェーハとして、８００°Ｃを超える
温度で上記熱処理を施したもの（以下、実施例３とす
る）と、８００°Ｃ以下の温度で上記熱処理を施したも
の（以下、実施例４とする）とを用意した。また、これ
らシリコンウェーハの洗浄は、上記試験で用いたものと
同じ洗浄液によって行った。
【００４０】これら実施例１〜４について、上記試験と
同様にして、酸化膜の耐圧性能試験、表面検査、ＢＭＤ
密度測定を行ったところ、実施例１よりも実施例２の方
が品質がよく、また実施例３は、これら実施例１、２よ
りもさらに品質がよく、実施例４では、これら実施例中
で最も品質が良いことが確認できた。このことから、上
記熱処理をＤＫ熱処理として行う場合、より高品質なシ
リコン単結晶層を得るためには、シリコン単結晶層に仕
上げ研磨及び洗浄を施したのちに上記熱処理を施すこと
が好ましく、またその際の熱処理温度を８００°Ｃ以下
とすることで、より高品質なシリコン単結晶層が得られ
ることがわかる。
同様にして、酸化膜の耐圧性能試験、表面検査、ＢＭＤ
密度測定を行ったところ、実施例１よりも実施例２の方
が品質がよく、また実施例３は、これら実施例１、２よ
りもさらに品質がよく、実施例４では、これら実施例中
で最も品質が良いことが確認できた。このことから、上
記熱処理をＤＫ熱処理として行う場合、より高品質なシ
リコン単結晶層を得るためには、シリコン単結晶層に仕
上げ研磨及び洗浄を施したのちに上記熱処理を施すこと
が好ましく、またその際の熱処理温度を８００°Ｃ以下
とすることで、より高品質なシリコン単結晶層が得られ
ることがわかる。
【００４１】
【発明の効果】本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明にかかるシリコン単結晶層の製造方法によれば、
水素ガスまたは不活性ガス、もしくはこれらの混合ガス
からなる雰囲気ガス中で、シリコン単結晶層に６００°
Ｃ以上９５０°Ｃ未満の温度で熱処理を施すので、シリ
コン単結晶層の表面の酸化膜が除去されるとともに表面
のシリコン原子が移動して、表面の欠陥が消失すること
となり、シリコン単結晶層の表面の品質を改善すること
ができる。これにより、シリコン単結晶層の表面に金属
汚染及びパーティクルカウンターによる測定の際のバッ
クグラウンドレベルが抑えられ、さらにはシリコン単結
晶層中のＢＭＤ密度の低下も抑えられた、洗浄液やエッ
チャントに対する耐性の高い本発明のシリコン単結晶層
を製造することができる。従って、このシリコン単結晶
層の製造方法は、大口径化されるウェーハに好適であ
り、特に２００ｍｍよりも大きい径の３００ｍｍのウェ
ーハにおいて、さらに有効である。
本発明にかかるシリコン単結晶層の製造方法によれば、
水素ガスまたは不活性ガス、もしくはこれらの混合ガス
からなる雰囲気ガス中で、シリコン単結晶層に６００°
Ｃ以上９５０°Ｃ未満の温度で熱処理を施すので、シリ
コン単結晶層の表面の酸化膜が除去されるとともに表面
のシリコン原子が移動して、表面の欠陥が消失すること
となり、シリコン単結晶層の表面の品質を改善すること
ができる。これにより、シリコン単結晶層の表面に金属
汚染及びパーティクルカウンターによる測定の際のバッ
クグラウンドレベルが抑えられ、さらにはシリコン単結
晶層中のＢＭＤ密度の低下も抑えられた、洗浄液やエッ
チャントに対する耐性の高い本発明のシリコン単結晶層
を製造することができる。従って、このシリコン単結晶
層の製造方法は、大口径化されるウェーハに好適であ
り、特に２００ｍｍよりも大きい径の３００ｍｍのウェ
ーハにおいて、さらに有効である。
【図１】 本発明にかかるシリコン単結晶層の製造方法
を概略的に示す図である。
を概略的に示す図である。
【図２】 ボロンコフ理論に基づいた、Ｖ／Ｇ比が臨界
点以上では空孔豊富インゴットが形成され、Ｖ／Ｇ比が
臨界点以下では格子間シリコン豊富インゴットが形成さ
れ、パーフェクト領域が第１臨界比（（Ｖ）／Ｇ）１）
以上第２臨界比（Ｖ／Ｇ）２）以下であることを示す図
である。
点以上では空孔豊富インゴットが形成され、Ｖ／Ｇ比が
臨界点以下では格子間シリコン豊富インゴットが形成さ
れ、パーフェクト領域が第１臨界比（（Ｖ）／Ｇ）１）
以上第２臨界比（Ｖ／Ｇ）２）以下であることを示す図
である。
【図３】 シリコン単結晶層に施したＲＴＡ処理温度に
対する良品率の依存性を示すグラフである。
対する良品率の依存性を示すグラフである。
【図４】 ＲＴＡ処理温度の異なる複数のシリコン単結
晶層において表面に形成したポリシリコン電極の耐圧性
能における良品の分布を示す図である。
晶層において表面に形成したポリシリコン電極の耐圧性
能における良品の分布を示す図である。
【図５】 シリコン単結晶層に施したＲＴＡ処理の処理
時間に対する良品率の依存性を示すグラフである。
時間に対する良品率の依存性を示すグラフである。
【図６】 シリコン単結晶層に施した熱処理温度に対す
るＦｅ汚染レベルの依存性を示すグラフである。
るＦｅ汚染レベルの依存性を示すグラフである。
【図７】 シリコン単結晶層に施したＲＴＡ処理の熱処
理温度に対する、パーティクルカウンターによる測定の
ヘイズレベル（バックグラウンドレベル）の依存性を示
すグラフである。
理温度に対する、パーティクルカウンターによる測定の
ヘイズレベル（バックグラウンドレベル）の依存性を示
すグラフである。
【図８】 シリコン単結晶層に施したＲＴＡ処理の熱処
理温度に対する、シリコン単結晶層内部のＢＭＤ密度の
依存性を示すグラフである。
理温度に対する、シリコン単結晶層内部のＢＭＤ密度の
依存性を示すグラフである。
Ｗ シリコンウェーハ（シリコン単結晶層）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 新行内 隆之
東京都港区芝浦一丁目２番１号 三菱住友
シリコン株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】 シリコン単結晶層に、水素ガスまたは不
活性ガスもしくはこれらの混合ガスからなる雰囲気ガス
中で６００°Ｃ以上９５０°Ｃ未満の温度で短時間熱ア
ニールによる熱処理を施す熱処理工程を有することを特
徴とするシリコン単結晶層の製造方法。 - 【請求項２】 前記熱処理を行う時間を、１秒以上３０
０秒以下としたことを特徴とする請求項１記載のシリコ
ン単結晶層の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１または２のいずれかに記載のシ
リコン単結晶層の製造方法において、前記熱処理される
シリコン単結晶層は、シリコン単結晶のインゴット内で
の格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域を
〔Ｉ〕とし、空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を
〔Ｖ〕とし、格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔
型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を
〔Ｐ〕とするときに、パーフェクト領域〔Ｐ〕からなる
インゴットから切り出された点欠陥の凝集体が存在しな
いシリコンウェーハからなることを特徴とするシリコン
単結晶層の製造方法。 - 【請求項４】 前記シリコン単結晶層に、研磨処理を施
したのちに前記熱処理を施すことを特徴とする請求項１
から３のいずれかに記載のシリコン単結晶層の製造方
法。 - 【請求項５】 前記熱処理工程において、６００°Ｃ以
上８００°Ｃ以下の温度で熱処理を施すことを特徴とす
る請求項４記載のシリコン単結晶層の製造方法。 - 【請求項６】 請求項１から５のいずれかに記載のシリ
コン単結晶層の製造方法によって製造されるシリコン単
結晶層であって、前記熱処理により、表面の品質を改善
してなることを特徴とするシリコン単結晶層。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002261286A JP5052728B2 (ja) | 2002-03-05 | 2002-09-06 | シリコン単結晶層の製造方法 |
| AU2003221316A AU2003221316A1 (en) | 2002-03-05 | 2003-03-05 | Process for producing silicon single crystal layer and silicon single crystal layer |
| KR1020047013821A KR100712057B1 (ko) | 2002-03-05 | 2003-03-05 | 실리콘 단결정층의 제조 방법 및 실리콘 단결정층 |
| PCT/JP2003/002568 WO2003075336A1 (fr) | 2002-03-05 | 2003-03-05 | Procede de fabrication d'une couche de silicium monocristallin et couche de silicium monocristallin |
| US10/506,534 US7229496B2 (en) | 2002-03-05 | 2003-03-05 | Process for producing silicon single crystal layer and silicon single crystal layer |
| TW092104697A TWI222139B (en) | 2002-03-05 | 2003-03-05 | Process for producing silicon single crystal layer and silicon single crystal layer |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003332344A true JP2003332344A (ja) | 2003-11-21 |
| JP5052728B2 JP5052728B2 (ja) | 2012-10-17 |
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ID=27790972
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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| KR (1) | KR100712057B1 (ja) |
| AU (1) | AU2003221316A1 (ja) |
| TW (1) | TWI222139B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| SG64470A1 (en) | 1997-02-13 | 1999-04-27 | Samsung Electronics Co Ltd | Methods of manufacturing monocrystalline silicon ingots and wafers by controlling pull rate profiles in a hot zone furnace and ingots and wafers manufactured thereby |
| JP3346249B2 (ja) | 1997-10-30 | 2002-11-18 | 信越半導体株式会社 | シリコンウエーハの熱処理方法及びシリコンウエーハ |
| JP3478141B2 (ja) | 1998-09-14 | 2003-12-15 | 信越半導体株式会社 | シリコンウエーハの熱処理方法及びシリコンウエーハ |
-
2002
- 2002-09-06 JP JP2002261286A patent/JP5052728B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2003
- 2003-03-05 KR KR1020047013821A patent/KR100712057B1/ko active IP Right Grant
- 2003-03-05 AU AU2003221316A patent/AU2003221316A1/en not_active Abandoned
- 2003-03-05 WO PCT/JP2003/002568 patent/WO2003075336A1/ja active Application Filing
- 2003-03-05 US US10/506,534 patent/US7229496B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-03-05 TW TW092104697A patent/TWI222139B/zh not_active IP Right Cessation
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|---|---|---|---|---|
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