JP4750916B2

JP4750916B2 - Method for growing silicon single crystal ingot and silicon wafer using the same

Info

Publication number: JP4750916B2
Application number: JP08388299A
Authority: JP
Inventors: 英一浅山; 繁梅野; 正隆宝来
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2019-03-26
Also published as: JP2000272997A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の集積回路素子に使用されるシリコン単結晶、さらにその単結晶から得られる集積回路を形成させるためのシリコンウェーハに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
半導体の高集積回路用材料として使用されるシリコン単結晶は、主としてチョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という）によって育成される。
【０００３】
図１は、ＣＺ法による単結晶の育成方法を説明する単結晶育成装置の模式的断面図である。図１に示すように、坩堝１は石英製の内層保持容器1aと、この内層保持容器1aの外側に嵌合された黒鉛製の外層保持容器1bとから構成されている。このような構成からなる坩堝１は、所定の速度で回転する支持軸1cに支持され、坩堝１の外側にはヒーター２が同心円筒状に配設されている。この坩堝１の内部には、前記ヒーター２の加熱によって溶融された原料の溶融液３が充填されており、坩堝１の中心にはワイヤー等からなる引上げ軸４が配設されている。この引上げ軸４の先には種結晶５が取り付けられており、単結晶６を育成するため、この種結晶５を溶融液３の表面に接触させる。さらに引上げ軸４を、支持軸1cによって回転される坩堝１と反対方向に所定の速度で回転させながら種結晶５を引き上げることによって、種結晶５の先端に溶融液３を凝固させて単結晶６を成長させていく。
【０００４】
このようにして育成されたシリコン単結晶から切り出されて、シリコンウェーハが作製され、高集積回路の形成に供される。ところが、この高集積回路の不良原因の大半がパーティクルに起因するものとされている。このパーティクルは市販される表面検査機器によって検査されるが、検出されるものにはプロセス装置単体から発生したり、実プロセスを行うことによって発生するパーティクルだけでなく、結晶育成時に生成する結晶欠陥も検出される。
【０００５】
近年、半導体の集積回路素子（デバイス）の集積高密度化の急速な進展により、シリコンウェーハの品質への要求は、ますます厳しくなっている。そして、デザインルールの一層の微細化にともない、製造ラインでのパーティクルを厳しく管理することが求められる。製造ラインにおけるパーティクル管理を徹底するため、ラインには製品用のウェーハだけでなく、パーティクルのモニター用として使われるダミーウェーハも投入される。当然ながら、このパーティクルモニターウェーハでは、表面検査機器によってパーティクルとして検出される結晶欠陥が低密度であることが要求されている。
【０００６】
ＣＺ法によって製造されたシリコン単結晶または切り出されたウェーハを、酸化雰囲気で高温熱処理を施すと、単結晶の引上げ軸を中心とするリング状の酸化誘起積層欠陥（ ring likely distributed oxidation-induced stacking faults :以下、「ＯＳＦリング」という）が発生することがある。その他に、その面内に数種類の微小欠陥が形成されるが、これらは単結晶の育成時に形成された結晶欠陥であって、いわゆるGrown-in欠陥と呼ばれる。
【０００７】
ＯＳＦリングが発生した単結晶では、その内側領域と外側領域では結晶物性は異なり、検出されるGrown-in欠陥も相違する。ＯＳＦリングの内側領域には、ＭＯＳ型デバイスのゲート膜耐圧特性を劣化させる点欠陥（空孔）に関係するGrown-in欠陥が10⁵〜10⁶個/cm³程度存在している。このGrown-in欠陥はＣＯＰと称され、内部が空洞の八面体構造を基本としている。0.35μｍ以下のデザインルールによるＵＬＳＩデバイスでは、ＣＯＰはゲート膜耐圧特性だけでなく、素子分離不良も生じさせる。
【０００８】
一方、ＯＳＦリングの外側領域には、デバイスのリ一ク電流特性を悪化させる点欠陥（格子間シリコン）に関係したGrown-in欠陥として、転位クラスターが10³〜から10⁴個/cm³程度存在している。
【０００９】
図２は、育成されたシリコン単結晶を引上げ軸と垂直な面と平行に切り出して、高温酸化処理を施したのち結晶面を観察した結果を模式的に示した図である。シリコン単結晶の中心部にはＣＯＰ領域があり、その外側にＯＳＦリング領域が拡がり、ＯＳＦリング領域の外側に酸素析出領域が位置する。さらに、酸素析出領域の外側には酸素析出抑制領域が拡がり、最外周に転位クラスター領域が拡がっている。
【００１０】
図２に示す結晶面において、ＯＳＦリング領域とこれに外接する酸素析出領域および酸素析出抑制領域には、微細なサイズ若しくは極低密度の酸素析出物以外にはGrown-in欠陥が存在しない領域である。前述の通り、ＯＳＦリング領域は高温の酸化処理によって、酸化誘起積層欠陥（Oxidation-induced stacking fault：以下単に「ＯＳＦ」という）を誘起する領域であるが、その核は酸素析出物である。しかし、高温酸化処理前の育成ままの状態、すなわち、as-grownの状態では、ＯＳＦリング領域において核を直接検出することは極めて困難であることから、上記の表面検査機器による評価では、Grown-in欠陥が観察されない領域として認識される。
【００１１】
ＯＳＦリングの発生位置は、育成中の引上げ速度の影響を受け、育成されるシリコン単結晶内の融点から1300℃近傍までの温度勾配Ｇとし、引上げ速度を∨とした場合に、∨／Ｇの関係によって制御される。したがって、単結晶の育成中に∨／Ｇ値を所定の範囲に設定することによって、結晶面内の任意位置にＯＳＦリングを現すことができる。
【００１２】
このようにＯＳＦリングを任意位置に発生できるので、発生位置を制御して、ウェーハ面の同心円状に発生するGrown-in欠陥を低減する方法が、従来から提案されている。まず、ＯＳＦリングをウェーハの外周部に発生させて、ＯＳＦリング領域の内側に発生するＣＯＰの密度を低減させる方法として、次の提案がある。
【００１３】
特公平３−80338号公報では、シリコンウェーハの表面に熱酸化膜を形成する工程の直前で、水素ガスを含む非酸化性雰囲気中で1100℃以上の熱処理で、表層のＣＯＰを消滅する方法が提案されている。また、特開平10−208987公報では、ＣＯＰの欠陥密度を高くすることによって、欠陥サイズを微細化させ、微細になった欠陥を熱処理により消滅させるとしている。さらに、特開平10−098047号公報では、窒素をドープすることによって、ＣＯＰのサイズ分布を小さい方にシフトさせる方法が開示されている。しかし、上述のＣＯＰを低減させる方法では、いずれも欠陥低減のために熱処理が必要になることから、工程増加が必須となり、製造コストの増大を招くことになる。
【００１４】
また、添加した窒素濃度が育成された結晶中にどの程度ドープされたかを検証する方法が確立されておらず、保証の点で問題が残る。特に、窒素ガスでドープする場合には、シリコン原料とともに窒化物を溶融する固体ドープ法よりもドープ量を把握しにくい。
【００１５】
一方、ＯＳＦリングをウェーハの内側に発生させて、欠陥部分を中心部に集中させるか、若しくは欠陥部分を中心部で消滅させる方法も提案されている。しかし、この方法では、引上げ速度を著しく低下させる必要があるため、生産性が低下する。さらに品質的にも、ＯＳＦリングを結晶内側に収縮させることによる転位発生の恐れがある。
【００１６】
また、ＯＳＦリング領域の外側に位置する酸素析出領域および酸素析出抑制領域をウェーハ全面にわたって形成させ、結晶軸の方向にも維持させる方法が提案されている。しかし、この方法を実効あるものにするには、欠陥分布が面内均一になるようなホットゾーンを作製すること、および前述の∨／Ｇ値を厳密に制御させながらの結晶育成を行う必要があることから、作業性の維持が困難になる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
前述の通り、ＯＳＦリングの発生位置を制御して、ＣＯＰ領域、ＯＳＦリング領域の欠陥を低減したり、酸素析出領域および酸素析出抑制領域をウェハ全面に拡げようとしても、工程の増加となり、製造コストの増大を招いたり、作業性が著しく低下するという問題が発生する。特に、パーティクルモニターウェーハとして使用する場合には、なるべく簡単に製造が可能で、さらに製造工程を増加させることなく、製造コストを低減させる必要がある。
【００１８】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、製造コストの増大をともなうことなく、簡易な製造工程で、ウェーハ全面に亘りＯＳＦリング領域を拡張し、Grown-in欠陥の発生を効果的に抑制することができるシリコン単結晶およびシリコンウェーハを提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
ＣＺ法によって製造されたシリコン単結晶ウェーハは、酸化性雰囲気で、1000〜1200℃、1〜20時間の高温酸化処理を施すと、ＯＳＦリングが発生する場合がある。ＯＳＦは1200℃以上の高温でも消滅し難い安定な酸素析出物を核とし、上記の高温酸化処理によって誘起される。しかし、高温酸化処理を施さず、育成直後のas-grownの状態で、ＯＳＦの核を検出することは極めて困難である。言い換えると、as-grown状態のＯＳＦリング領域は、Grown-in欠陥が存在しない領域と言うことができる。
【００２０】
通常、ウェーハ面に現れるＯＳＦリングは、数〜10数mmの幅を有するが、本発明者らは、ＣＺ法で単結晶を育成する過程で、窒素をドープすることによってＯＳＦリングの幅を拡大させることが可能であり、ウェーハ全面をＯＳＦからなる領域にできることを見いだした。
【００２１】
前述の通り、ＯＳＦリングは極僅かな密度の酸素析出物が存在するが、それ以外のGrown-in欠陥が殆ど存在しない領域であるから、ウェーハ全面をＯＳＦリング領域とすれば、パーティクルモニターウェーハとして用いるのに最適なウェーハを得ることができる。また、ＯＳＦリング領域の外側には酸素析出領域とその外側には酸素析出抑制領域が存在しているが、これらの領域でもGrown-in欠陥が殆ど検出されないことから、これらの領域からなるウェーハであれば、パーティクルモニターウェーハとして有効である。
【００２２】
図３は、パーティクルモニターウェーハとして用いるのに有効なウェーハ表面の構成を模式的に示した図である。図３(a)は全面にＯＳＦリング領域が拡張されたウェーハを、同(b)はＯＳＦリング領域とそれに外接する酸素析出領域からなるウェーハを、同(c)はＯＳＦリング領域、酸素析出領域および酸素析出抑制領域からなるウェーハをそれぞれ示している。図に示す表面構成からなるウェーハであれば、Grown-in欠陥が殆ど検出されないことから、パーティクルのモニター用として最適なものとなる。
【００２３】
さらに、ＯＳＦリング上に存在する低密度の酸素析出物は、酸素濃度を低減させることによって、ＯＳＦの誘起が抑制される。したがって、酸素濃度が低い状態で結晶育成を行うか、またはウェーハに酸素の外方拡散処理を施して、酸素濃度を低減すれば、電気特性の改善が図れ、デバイス特性に優れたシリコンウェーハを得ることができる。
【００２４】
また、高温酸化処理を施す際に生成するＯＳＦ密度と窒素ドープ量には良好な相関があることを明らかにした。すなわち、ＯＳＦ密度と窒素ドープ量とは互いに正の相関があり、ＯＳＦ密度を検出することで結晶中のドープ量を推定することが可能になる。特に、窒素をガスドープする場合のドープ量の推定に有効である。
【００２５】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記（１）のシリコン単結晶インゴットの育成方法、および（２）のシリコンウェーハを要旨としている。
【００２６】
（１）ＣＺ法によってシリコン単結晶インゴットを育成する方法において、単結晶インゴット中に窒素が１×１０¹²ａｔｏｍｓ／ｃｍ³〜５×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度でドープされ、育成された単結晶インゴットからウェーハを切り出して高温酸化処理を施した場合に、ウェーハ表面が酸化誘起積層欠陥領域からなる単結晶インゴットが得られる引き上げ速度を維持したまま引き上げ長さ方向に酸化誘起積層欠陥領域を連続的に育成することを特徴とするシリコン単結晶インゴットの育成方法である。
【００２７】
上記のシリコン単結晶の育成方法は、単結晶インゴット中に窒素が１×１０¹²ａｔｏｍｓ／ｃｍ³〜５×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度でドープされ、育成された単結晶インゴットからウェーハを切り出して高温酸化処理を施した場合に、ウェーハ表面が酸化誘起積層欠陥領域および酸素析出領域からなる単結晶インゴットが得られる引き上げ速度を維持したまま引き上げ長さ方向に酸化誘起積層欠陥領域および酸素析出領域からなる混合領域を連続的に育成することができる。
【００２８】
また、上記のシリコン単結晶の育成方法は、育成された単結晶インゴットからウェーハを切り出して高温酸化処理を施した場合に、ウェーハ表面が酸化誘起積層欠陥領域、酸素析出領域および酸素析出抑制領域からなる単結晶インゴットが得られる引き上げ速度を維持したまま引き上げ長さ方向に酸化誘起積層欠陥領域、酸素析出領域および酸素析出抑制領域からなる混合領域を連続的に育成することができる。
【００２９】
（２）高温酸化処理により誘起されたＯＳＦの密度を測定することにより、結晶中へのドープ量が簡単に把握できることから、上記（１）の育成方法によって窒素をドープして育成されたシリコン単結晶から切り出され、高温酸化処理を施した場合に、当該酸化誘起積層欠陥領域の表面に１０³／ｃｍ²以上の酸化誘起積層欠陥が発生することを特徴とするシリコンウェーハである。
【００３０】
本発明によれば、ＣＺ法によって窒素をドープして育成されたシリコン単結晶から切り出されたウェーハに高温酸化処理を施した場合に、ウェーハ表面で検出される酸化誘起積層欠陥の密度に基づいてドープ量を推測することを特徴とするシリコンウェーハ中の窒素ドープ量の推定方法に適用できる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明では、育成中に窒素をドープし、育成された単結晶からウェーハを切り出して高温酸化処理を施した場合に、ウェーハ結晶面の全域がＯＳＦからなる領域、またはＯＳＦおよび酸素析出領域、若しくはこれらの領域に加え酸素析出抑制領域で構成されることを特徴としている。このとき、シリコン単結晶の窒素ドープ量が１×１０¹²ａｔｏｍｓ／ｃｍ³でＯＳＦリング領域の拡張効果が現れてくるが、１×１０¹⁴ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上とするのが望ましい。窒素添加によるＯＳＦリング領域を拡張する作用を充分に発揮させるためである。窒素ドープ量の上限は、極端に高濃度となると有転位化しやすくなるため、５×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³を上限にする。
【００３２】
ここで、ウェーハにドープした窒素濃度は、引上げ前のシリコンに対するドープした窒素量、シリコンの融液並びに固相とでの窒素の分配係数、および結晶の固化率から計算される。すなわち、シリコン中の窒素の初期濃度Ｃ₀は、原料シリコンの原子量と添加した窒素原子数とから計算され、結晶中の窒素濃度Ｃ_Nは下記(a)式で計算される。
【００３３】
Ｃ_N＝Ｃ₀ｋ（１−ｘ）^k-1・・・ (a)
上記(a)式で、ｋは窒素の平行偏析係数であり、７×10^-4を使用できる。ｘは固化率であり、結晶引上げ重量を初期チャージ量で割ったものとして表される。
【００３４】
一般的に高速引上げで単結晶を育成すると、ＯＳＦリングがウェーハの外周部に現れるようになり、低速引上げで育成すると、現れる領域が外周側から内側に収縮する。ＯＳＦリングがウェーハ内部に現れる場合に、窒素ドープによるＯＳＦリング領域の拡張作用を有効に機能させることができる。したがって、ＯＳＦリングがウェーハ最外周部、またはウェーハ外に現れたり、ＯＳＦリングが中心部で消滅するような引上げ条件では、窒素ドープの効果は低減する。そのため、本発明においては、ＯＳＦリングがウェーハ最外周部に位置したり、ウェーハ中心部で消滅することのない引上げ条件を前提にするのが望ましい。
【００３５】
具体的には、育成された結晶の最大外径をDmaxとし、最小外径をDminとしたとき、（Dmax−Dmin）／Dmin×lOO（％）で表される結晶変形率が1.5〜2.0％となる速度を最大引上げ速度として、この最大引上げ速度の0.4倍〜0.8倍の引上げ速度で育成するのが望ましい。引上げ速度の下限を最大引上げ速度の0.4倍にすることにより、ＯＳＦリングを中心部に消滅させることがない。一方、引上げ速度の上限を最大引上げ速度の0.8倍にすることにより、ウェーハ最外周部に位置したり、またはウェーハ外に出てしまうようなことがない。
【００３６】
モニターウェーハとして使用する場合には、結晶中に含有される酸素濃度を特に規定しないが、酸素濃度の低い条件で引上げることにより、ＯＳＦの核を低減することが可能になる。本発明者らの研究によれば、ＯＳＦリング領域が全面に広がり、かつ含有される酸素濃度が９×10¹⁷atoms/cm³以下であるウェーハは、良好な電気特性を有し、モニターウェーハとしてだけでなく、製品ウェーハとしても使用可能であることが明らかになる。
【００３７】
また、９×10¹⁷atoms/cm³を超えた酸素濃度で育成された単結晶であっても、ウェーハに酸素外方拡散処理を施すことによって、ＯＳＦの発生は抑制され、電気特性の改善が図れる。ここでいう酸素外方拡散処理とは、後述する実施例で示すように、酸素析出物のサイズを収縮する熱処理であり、1200℃、さらに1300℃以上の高温処理が望ましい。
【００３８】
さらに、本発明者らの研究によって、見込みドープ量と、高温酸化処理を施した際に生成するＯＳＦ密度と良い相関を持つことが明らかになる。すなわち、高温酸化処理により誘起されるＯＳＦ密度を測定することによって、結晶中への窒素ドープ量を簡易に把握できる。このような観点から種々検討した結果、窒素ドープによるＯＳＦリング領域の拡張作用を有効に発揮させるには、高温酸化処理を施した場合に、ウェーハの表面に10³/cm²以上の酸化誘起積層欠陥が発生するのが望ましい。この評価方法は、特に窒素ガスによるドープの場合に有効である。
【００３９】
窒素ドープ方法としては、原料中または溶融液中への窒化物の混合や、炉内に窒素または窒素化合物ガスを流しながら単結晶を育成したり、溶融前に高温多結晶シリコンに窒素ガスまたは窒素化合物ガスを吹き付けるなどの慣用されている方法であればよい。さらに、原料として窒素を添加したＦＺシリコン結晶、または表面に窒化珪素膜を形成したウェーハを原料シリコンに添加して単結晶引上げを行う方法や、窒素または窒素化合物ガス雰囲気中で多結晶シリコンを溶融することにより原料シリコンに窒素を添加する方法や、窒化物製にするか、または石英坩堝に窒素を添加したものを坩堝として用いて単結晶の育成を行う方法なども採用することができる。
【００４０】
【実施例】
本発明の効果を確認するため、次の４つの実験を実施した。
【００４１】
（実施例１）
図１に示す単結晶育成装置を用い、坩堝内で高純度多結晶シリコン100kgを溶融させ、ボロンをドーバントとして直径200mm、結晶方位<100>の単結晶を育成した。育成時の引上げ速度は、最大引上げ速度の0.6倍または0.9倍とした。酸素濃度は13〜15×10¹⁷atoms/cm³となるように育成した。
【００４２】
窒素の添加効果を調べるため、単結晶が肩下100mmまで成長したところから、窒素ガスを装置炉内に10ｌ/minで流した。育成後の単結晶から、結晶軸に平行に試験片を切り出し、酸素雰囲気中で800℃×４Hr＋1000℃×16Hrの熱酸化処理を施した。その後Ｘ線トポグラフ写真を撮影した。
【００４３】
図４はトポグラフ写真で観察した結果を模式的に図示したものであり、同図(a)、(b)は最大引上げ速度の0.6倍または0.9倍で窒素ドープした場合を、(c)は最大引上げ速度の0.9倍で窒素ドープしない場合の結果を示している。同図(c)に示すように、窒素ドープをせずに、引上げ速度を最大引上げ速度の0.9倍で育成すると、ＯＳＦリングは単結晶の外周部に発生している。
【００４４】
同図(a)から、最大引上げ速度の0.6倍の速度で引上げた結晶では、窒素をドープした位置からＯＳＦリングの幅が拡大し、徐々に全面がリング領域に変化していく過程が分かる。一方、同図(b)では、引上げ速度が最大引上げ速度の0.9倍になると、窒素をドープしているにも拘わらず、リング領域はそれほど大きな拡大を見せていない。したがって、窒素をドープした場合であっても、ＯＳＦリング幅の拡張挙動に引上げ速度が影響を及ぼすことなる。
【００４５】
（実施例２）前記図４（ａ）に示す単結晶と同じ育成条件、すなわち、育成時の引上げ速度を最大引上げ速度の０．６倍とし、窒素ガスを炉内に１０ｌ／ｍｉｎで流して結晶育成を行った。比較例として、窒素ガスを流さずに育成した単結晶も準備した（試験Ｎ０．１）。
【００４６】
育成後の単結晶から、結晶軸に垂直な面に平行にウェーハ状の試験片を切り出し、市販の表面検査機器（レーザーパーティクルカウンター）を用いて、Grown-in欠陥の密度を測定した。その結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】

【００４８】
表１から分かるように、窒素ドープした結晶（試験No.２）は、窒素ドープしない結晶（試験No.１）に比べGrown-in欠陥数が極めて低い。このことから、ＯＳＦリング領域がほぼ全面に拡がったウェーハはモニターウェーハとして有効であるといえる。さらに、酸素雰囲気中にて1100℃×16Hrの熱酸化処理を行って、ＯＳＦ密度を測定したが、窒素ドープした結晶（試験No.２）では、10⁴/cm²程度のＯＳＦをカウントした。
【００４９】
次いで、酸素低減の効果を確認するため、窒素ドープしたウェーハに、Ar雰囲気で1200℃×４Hrの熱処理による酸素外方拡散処理を施して、Grown-in欠陥の密度を測定した。その後、酸素雰囲気中にて1100℃×16Hrの熱酸化処理を行って、ＯＳＦ密度をカウントした（試験No.３）。その結果も表１に示すが、酸素外方拡散処理を施すことにより、ウェーハ表面のＯＳＦ密度が著しく低減していることが分かる。このことは、熱処理を施したことにより、パーティクルモニター用としてだけでなく、製品ウェーハとしても充分に使用できることを意味している。なお、この効果は、Ar以外の不活性ガス、水素または窒素若しくはそれらの混合ガスでも認められ、処理温度に関しては、さらに高温が適し、1300℃以上であることが望ましい。
【００５０】
（実施例３）
低酸素レベルで育成された単結晶の特性を確認するため、育成時の引上げ速度を最大引上げ速度の0.6倍とし、窒素ガスを炉内に10ｌ/minで流して、酸素濃度を8×lO¹⁷atoms/cm³である結晶を育成した。このシリコン単結晶から切り出したウェーハについて市販の表面検査枚器（レーザーパーティクルカウンター）を用いてGrown−in欠陥密度の評価を行った。さらに、酸素雰囲気中にて1100℃×16Hrの熱酸化処理を行って、ＯＳＦ密度を測定した（試験No.４）。その結果を、表１に示す。
【００５１】
表１から明らかなように、比較例の窒素ドープしない結晶（試験No.１）に比べ、実施例３で窒素ドープした結晶（試験No.４）は、Grown−in欠陥、ＯＳＦともに極めて低い。特に、ＯＳＦは、高温酸化処理によって殆ど誘起されていない。このことから、ＯＳＦリング領域がウェーハ全面に拡がったウェーハでも、結晶中の酸素濃度が低い場合には、ＯＳＦを誘起しないことが分かる。
【００５２】
（実施例４）
実施例１と同様に、図１に示す育成装置を用いて、さらに単結晶の育成を行った。ドープ量を見積もりやすくするために、窒素ガスドープ方式でなく、窒化膜を形成したシリコンウェーハを原料と共に仕込む方式とした。窒素濃度が10¹³〜から10¹⁵atoms/cm³の範囲で種々の濃度となるように窒化膜付きウェーハの投入量を調整した。
【００５３】
育成後の単結晶から、結晶軸に垂直な面に平行にウェーハ状の試験片を切り出し、酸素雰囲気中で1100℃×16hrの熱酸化処理を施した。その後ライトエッチング液で2分間選択エッチングした後、光学顕微鏡にてＯＳＦ密度を測定した。
【００５４】
図５は、ウェーハの中心から40mmの距離までに測定されたＯＳＦ密度の平均値である。同図から、ドープ量が増大するとＯＳＦ密度が増大しており、ＯＳＦ密度と仕込みの窒素濃度との間には良好な相関関係があることが明らかである。このことは、高温酸化処理により誘起されたＯＳＦの密度を測定すれば、仕込みの窒素濃度を推定できることを示している。したがって、ウェーハ表面で10³/cm²以上のＯＳＦをカウントすれば、育成された単結晶の窒素ドープ量は１×10¹⁴atoms/cm³以上であると推定することができる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明のシリコン単結晶およびシリコンウェーハによれば、製造コストの増大をともなうことなく、簡易な製造工程で、ウェーハ全面に亘りＯＳＦリング領域を拡張し、Grown-in欠陥の発生を効果的に抑制することができる。これにより、パーティクルモニター用として最適なウェーハを提供でき、さらに含有される酸素濃度を低減することによって、製品ウェーハとしても充分に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＺ法による単結晶の育成方法を説明する単結晶育成装置の模式的断面図である。
【図２】育成されたシリコン単結晶を引上げ軸と垂直な面と平行に切り出して、高温酸化処理を施したのち結晶面を観察した結果を模式的に示した図である。
【図３】パーティクルモニターウェーハとして用いるのに有効なウェーハ表面の構成を模式的に示した図である。
【図４】トポグラフ写真で観察した結果を模式的に図示したものであり、同図(a)、(b)は窒素ドープした場合を、(c)は窒素ドープしない場合の結果を示している。
【図５】ウェーハの中心から40mmの距離までに測定されたＯＳＦ密度の平均値である。
【符号の説明】
１：ルツボ、 1a：内層保持容器
1b：外層保持容器、 1c：支持軸
２：ヒーター、３：溶融液
４：引上げ軸、５：種結晶
６：単結晶[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a silicon single crystal used for a semiconductor integrated circuit element and a silicon wafer for forming an integrated circuit obtained from the single crystal.
[0002]
[Prior art]
A silicon single crystal used as a material for a semiconductor highly integrated circuit is grown mainly by the Czochralski method (hereinafter referred to as “CZ method”).
[0003]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a single crystal growth apparatus for explaining a method for growing a single crystal by the CZ method. As shown in FIG. 1, the crucible 1 is composed of an inner layer holding container 1a made of quartz and an outer layer holding container 1b made of graphite fitted outside the inner layer holding container 1a. The crucible 1 having such a configuration is supported by a support shaft 1c that rotates at a predetermined speed, and a heater 2 is disposed concentrically outside the crucible 1. The crucible 1 is filled with a raw material melt 3 melted by the heating of the heater 2, and a pulling shaft 4 made of a wire or the like is disposed at the center of the crucible 1. A seed crystal 5 is attached to the tip of the pulling shaft 4, and the seed crystal 5 is brought into contact with the surface of the melt 3 to grow a single crystal 6. Further, by pulling up the seed crystal 5 while rotating the pulling shaft 4 at a predetermined speed in a direction opposite to the crucible 1 rotated by the support shaft 1 c, the melt 3 is solidified at the tip of the seed crystal 5, thereby producing a single crystal 6. Will grow.
[0004]
A silicon wafer is cut out from the silicon single crystal grown in this way, and a silicon wafer is produced and used for forming a highly integrated circuit. However, most of the causes of defects in this highly integrated circuit are attributed to particles. This particle is inspected by a commercially available surface inspection device, but what is detected is not only a particle generated by a process apparatus alone or by performing an actual process, but also a crystal defect generated during crystal growth. Detected.
[0005]
In recent years, due to the rapid progress of integration and integration of semiconductor integrated circuit elements (devices), requirements for the quality of silicon wafers have become more and more severe. And with further miniaturization of design rules, it is required to strictly manage particles on the production line. In order to ensure thorough particle management in the production line, not only product wafers but also dummy wafers used for particle monitoring will be put into the line. Needless to say, this particle monitor wafer is required to have a low density of crystal defects detected as particles by a surface inspection device.
[0006]
When a silicon single crystal or a cut wafer produced by the CZ method is subjected to high-temperature heat treatment in an oxidizing atmosphere, ring-like distributed oxidation-induced stacking faults centering on the single crystal pulling axis (ring likely distributed oxidation-induced stacking faults) : Hereinafter referred to as “OSF ring”). In addition, several kinds of minute defects are formed in the plane, and these are crystal defects formed during the growth of a single crystal, which are called so-called Grown-in defects.
[0007]
In the single crystal in which the OSF ring is generated, the crystal properties are different between the inner region and the outer region, and the detected Grown-in defects are also different. The inner region of the OSF ring, Grown-in defects related to point defects degrade the gate dielectric breakdown voltage characteristics of the MOS device (vacancies) exist about ¹⁰⁵ ^{to 106} pieces / cm ^3. This Grown-in defect is called COP and is based on an octahedral structure having a hollow inside. In ULSI devices with a design rule of 0.35 μm or less, COP causes not only gate breakdown voltage characteristics but also element isolation defects.
[0008]
On the other hand, in the outer region of the OSF ring, a Grown-in defects related to points exacerbate Li one leakage current characteristics of the device defects (interstitial silicon), dislocation clusters 10 ³ 10 ⁴ / cm ³ order of ~ Existing.
[0009]
FIG. 2 is a diagram schematically showing the result of observing the crystal plane after the grown silicon single crystal is cut out parallel to the plane perpendicular to the pulling axis and subjected to high-temperature oxidation treatment. There is a COP region at the center of the silicon single crystal, the OSF ring region expands outside it, and the oxygen precipitation region is located outside the OSF ring region. Furthermore, an oxygen precipitation suppression region is expanded outside the oxygen precipitation region, and a dislocation cluster region is expanded on the outermost periphery.
[0010]
In the crystal plane shown in FIG. 2, the OSF ring region and the oxygen precipitation region and the oxygen precipitation suppression region circumscribing the OSF ring region are regions where there are no Grown-in defects other than fine precipitates having a very small density or extremely low density. is there. As described above, the OSF ring region is a region that induces an oxidation-induced stacking fault (hereinafter simply referred to as “OSF”) by high-temperature oxidation treatment, and its nucleus is an oxygen precipitate. However, in the as-grown state before the high-temperature oxidation treatment, that is, in the as-grown state, it is extremely difficult to directly detect nuclei in the OSF ring region. It is recognized as a region where no defect is observed.
[0011]
The generation position of the OSF ring is affected by the pulling speed during the growth, and the temperature gradient G from the melting point in the silicon single crystal to be grown to around 1300 ° C. is used. Controlled by relationship. Therefore, the OSF ring can appear at an arbitrary position in the crystal plane by setting the ∨ / G value within a predetermined range during the growth of the single crystal.
[0012]
As described above, since the OSF ring can be generated at an arbitrary position, a method has been conventionally proposed in which the generation position is controlled to reduce the Grown-in defect generated concentrically on the wafer surface. First, as a method of reducing the density of COP generated inside the OSF ring region by generating the OSF ring on the outer peripheral portion of the wafer, there is the following proposal.
[0013]
In Japanese Patent Publication No. 3-80338, there is a method in which COP on the surface layer is extinguished by heat treatment at 1100 ° C. or higher in a non-oxidizing atmosphere containing hydrogen gas immediately before the step of forming the thermal oxide film on the surface of the silicon wafer. Proposed. Japanese Patent Laid-Open No. 10-208987 discloses that the defect size is reduced by increasing the defect density of COP, and the refined defect is eliminated by heat treatment. Furthermore, Japanese Patent Laid-Open No. 10-098047 discloses a method of shifting the size distribution of COP to a smaller one by doping nitrogen. However, any of the above-described methods for reducing COP requires heat treatment for reducing defects, so that an increase in the number of steps is essential, leading to an increase in manufacturing cost.
[0014]
In addition, a method for verifying how much the added nitrogen concentration is doped in the grown crystal has not been established, and there remains a problem in terms of assurance. In particular, when doping with nitrogen gas, it is difficult to grasp the amount of doping compared to the solid doping method in which nitride is melted together with the silicon raw material.
[0015]
On the other hand, a method has also been proposed in which an OSF ring is generated inside the wafer so that the defective portion is concentrated at the central portion or the defective portion is eliminated at the central portion. However, this method requires a significant reduction in the pulling speed, which reduces productivity. Further, in terms of quality, there is a risk of causing dislocations by contracting the OSF ring inside the crystal.
[0016]
Further, a method has been proposed in which an oxygen precipitation region and an oxygen precipitation suppression region located outside the OSF ring region are formed over the entire surface of the wafer and maintained in the direction of the crystal axis. However, in order to make this method effective, it is necessary to produce a hot zone in which the defect distribution is uniform in the plane and to perform crystal growth while strictly controlling the above-mentioned ∨ / G value. Therefore, it becomes difficult to maintain workability.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, controlling the generation position of the OSF ring to reduce defects in the COP region and the OSF ring region, or expanding the oxygen precipitation region and the oxygen precipitation suppression region over the entire surface of the wafer results in an increase in the number of processes. There arises a problem that the cost is increased and the workability is remarkably lowered. In particular, when used as a particle monitor wafer, it is possible to manufacture as easily as possible, and it is necessary to reduce the manufacturing cost without increasing the manufacturing process.
[0018]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems. The OSF ring region is expanded over the entire surface of the wafer in a simple manufacturing process without increasing the manufacturing cost, and Grown-in defects are eliminated. It aims at providing the silicon single crystal and silicon wafer which can suppress generation | occurrence | production effectively.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
When a silicon single crystal wafer manufactured by the CZ method is subjected to a high-temperature oxidation treatment at 1000 to 1200 ° C. for 1 to 20 hours in an oxidizing atmosphere, an OSF ring may be generated. OSF has a stable oxygen precipitate that does not easily disappear even at a high temperature of 1200 ° C. or more as a nucleus, and is induced by the above-described high-temperature oxidation treatment. However, it is extremely difficult to detect OSF nuclei in an as-grown state immediately after growth without performing high-temperature oxidation treatment. In other words, the OSF ring region in the as-grown state can be said to be a region where no Grown-in defect exists.
[0020]
Normally, the OSF ring appearing on the wafer surface has a width of several to several tens of millimeters, but the present inventors expanded the width of the OSF ring by doping nitrogen in the process of growing a single crystal by the CZ method. It was found that the entire surface of the wafer can be made into an area composed of OSF.
[0021]
As described above, the OSF ring has an extremely small density of oxygen precipitates, but the other Grown-in defects are almost nonexistent. Therefore, if the entire surface of the wafer is an OSF ring region, a particle monitor wafer can be obtained. An optimum wafer to be used can be obtained. In addition, an oxygen precipitation region and an oxygen precipitation suppression region exist outside the OSF ring region, but almost no Grown-in defects are detected in these regions. If present, it is effective as a particle monitor wafer.
[0022]
FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of a wafer surface effective for use as a particle monitor wafer. 3 (a) shows a wafer with an OSF ring region expanded on the entire surface, FIG. 3 (b) shows a wafer comprising an OSF ring region and an oxygen precipitation region circumscribing the OSF ring region, and FIG. 3 (c) shows an OSF ring region and an oxygen precipitation region. And wafers composed of oxygen precipitation suppression regions. In the case of a wafer having the surface configuration shown in the figure, since a Grown-in defect is hardly detected, it is optimal for monitoring particles.
[0023]
Further, the low density oxygen precipitates present on the OSF ring can suppress the induction of OSF by reducing the oxygen concentration. Therefore, if the crystal growth is performed in a state where the oxygen concentration is low, or the wafer is subjected to oxygen outward diffusion treatment to reduce the oxygen concentration, the electrical characteristics can be improved and a silicon wafer having excellent device characteristics can be obtained. be able to.
[0024]
In addition, it has been clarified that there is a good correlation between the OSF density generated during high-temperature oxidation treatment and the nitrogen doping amount. That is, the OSF density and the nitrogen doping amount have a positive correlation with each other, and the doping amount in the crystal can be estimated by detecting the OSF density. In particular, this is effective for estimating the doping amount when nitrogen gas doping is performed.
[0025]
The present invention has been completed based on the above findings, and the method growth of a silicon single crystal ingot, and a silicon-way Ha (2) Summary of the following (1).
[0026]
(1) In a method of growing a silicon single crystal ingot by the CZ method, nitrogen is doped in the single crystal ingot at a concentration of 1 × 10 ¹² atoms / cm ^{3 to} 5 × 10 ¹⁵ atoms / cm ³ and grown. When a wafer is cut out from a crystal ingot and subjected to high-temperature oxidation, the oxidation-induced stacking fault region continues in the pulling length direction while maintaining the pulling speed at which the wafer surface can obtain a single crystal ingot consisting of the oxidation-induced stacking fault region. it is a method for growing a silicon single crystal ingot, characterized in that to cultivate.
[0027]
Method for growing the silicon single crystal, nitrogen in the single crystal ingot is doped at a concentration of ^{^{1 × 10 12 atoms / cm 3}} ~5 × 10 15 atoms / cm 3, cut out wafers from a single crystal ingot grown Te when subjected to high-temperature oxidation process, the wafer surface oxidation induced stacking defect region and oxygen precipitation area or Ranaru oxidation induced stacking faults regions and oxygen pulling length direction while the single crystal ingot was maintained pulling speed obtained A mixed region composed of precipitation regions can be continuously grown.
[0028]
In addition, the silicon single crystal growth method described above is such that when the wafer is cut out from the grown single crystal ingot and subjected to high-temperature oxidation treatment, the wafer surface is separated from the oxidation-induced stacking fault region, the oxygen precipitation region, and the oxygen precipitation suppression region. A mixed region composed of an oxidation-induced stacking fault region, an oxygen precipitation region, and an oxygen precipitation suppression region can be continuously grown in the pulling length direction while maintaining the pulling rate at which a single crystal ingot is obtained .
[0029]
(2) By measuring the density of OSF induced by high-temperature oxidation treatment, the amount of doping into the crystal can be easily grasped. Therefore, the silicon unit grown by doping nitrogen with the growth method of (1) above is used. The silicon wafer is characterized in that when it is cut out from a crystal and subjected to high-temperature oxidation treatment, an oxidation-induced stacking fault of 10 ³ / cm ² or more occurs on the surface of the oxidation-induced stacking fault region.
[0030]
According to the present invention, based on the density of oxidation-induced stacking faults detected on the wafer surface when a wafer cut from a silicon single crystal grown by doping nitrogen with the CZ method is subjected to high-temperature oxidation treatment. The present invention can be applied to a method for estimating the nitrogen doping amount in a silicon wafer, which is characterized by estimating the doping amount.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, when the wafer is cut out from the grown single crystal and subjected to high temperature oxidation treatment during the growth, the entire region of the wafer crystal plane is made of OSF, or the OSF and oxygen precipitation region, or In addition to these regions, it is characterized by comprising an oxygen precipitation suppression region. At this time, the effect of expanding the OSF ring region appears when the nitrogen doping amount of the silicon single crystal is 1 × 10 ¹² atoms / cm ³ , but it is preferably 1 × 10 ¹⁴ atoms / cm ³ or more. This is because the effect of expanding the OSF ring region by adding nitrogen is sufficiently exhibited. Upper limit of the nitrogen doping amount, it becomes extremely easy to high concentration the dislocations, you a 5 × 10 ¹⁵ atoms / cm ³ to the upper limit.
[0032]
Here, the concentration of nitrogen doped in the wafer is calculated from the amount of doped nitrogen with respect to silicon before pulling, the distribution coefficient of nitrogen in the silicon melt and solid phase, and the solidification rate of crystals. That is, the initial concentration C ₀ of nitrogen in silicon is calculated from the atomic weight of the raw silicon and the number of added nitrogen atoms, and the nitrogen concentration C _N in the crystal is calculated by the following equation (a).
[0033]
C _N = C ₀ k (1-x) ^k−1 (a)
In the above formula (a), k is a parallel segregation coefficient of nitrogen, and 7 × 10 ⁻⁴ can be used. x is the solidification rate, and is expressed as the crystal pulling weight divided by the initial charge amount.
[0034]
In general, when a single crystal is grown by high-speed pulling, an OSF ring appears on the outer peripheral portion of the wafer, and when it is grown by low-speed pulling, the appearing region contracts inward from the outer peripheral side. When the OSF ring appears inside the wafer, the expansion of the OSF ring region by nitrogen doping can be effectively functioned. Therefore, under the pulling conditions where the OSF ring appears on the outermost periphery of the wafer or outside the wafer, or the OSF ring disappears at the center, the effect of nitrogen doping is reduced. Therefore, in the present invention, it is desirable to assume a pulling condition in which the OSF ring is not located at the outermost peripheral portion of the wafer or disappears at the central portion of the wafer.
[0035]
Specifically, when the maximum outer diameter of the grown crystal is Dmax and the minimum outer diameter is Dmin, the crystal deformation ratio represented by (Dmax−Dmin) / Dmin × lOO (%) is 1.5 to 2.0%. It is desirable to grow at a pulling speed that is 0.4 to 0.8 times the maximum pulling speed, with the speed that becomes the maximum pulling speed. By making the lower limit of the pulling speed 0.4 times the maximum pulling speed, the OSF ring is not disappeared in the center. On the other hand, when the upper limit of the pulling speed is set to 0.8 times the maximum pulling speed, the wafer is not located at the outermost peripheral portion of the wafer or goes out of the wafer.
[0036]
When used as a monitor wafer, the concentration of oxygen contained in the crystal is not particularly defined, but the OSF nucleus can be reduced by pulling up under a low oxygen concentration condition. According to the study by the present inventors, a wafer in which the OSF ring region extends over the entire surface and the contained oxygen concentration is 9 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or less has good electrical characteristics and is used as a monitor wafer. It becomes clear that it can be used not only as a product wafer.
[0037]
Further, even if a single crystal is grown at an oxygen concentration exceeding 9 × 10 ¹⁷ atoms / cm ^3, by performing oxygen outward diffusion treatment on the wafer, generation of OSF is suppressed, and electrical characteristics are improved. I can plan. The oxygen outward diffusion treatment here is a heat treatment for shrinking the size of the oxygen precipitates, as shown in the examples described later, and a high temperature treatment at 1200 ° C., further 1300 ° C. or higher is desirable.
[0038]
Furthermore, the present inventors' research reveals that there is a good correlation between the expected dope amount and the OSF density generated when high-temperature oxidation treatment is performed. That is, by measuring the OSF density induced by the high-temperature oxidation treatment, the nitrogen doping amount in the crystal can be easily grasped. As a result of various investigations from this point of view, in order to effectively expand the OSF ring region by nitrogen doping, an oxidation-induced stacking of 10 ³ / cm ² or more on the wafer surface when high-temperature oxidation treatment is performed. It is desirable for defects to occur. This evaluation method is particularly effective in the case of doping with nitrogen gas.
[0039]
Nitrogen doping methods include mixing nitrides in the raw material or melt, growing single crystals while flowing nitrogen or nitrogen compound gas in the furnace, or adding nitrogen gas or nitrogen to high-temperature polycrystalline silicon before melting. Any conventional method such as spraying a compound gas may be used. Furthermore, FZ silicon crystal with nitrogen added as a raw material, or a method of pulling a single crystal by adding a wafer with a silicon nitride film formed on the surface to the raw material silicon, or melting polycrystalline silicon in a nitrogen or nitrogen compound gas atmosphere Thus, a method of adding nitrogen to the raw material silicon, a method of making a nitride, or a method of growing a single crystal using a material obtained by adding nitrogen to a quartz crucible as a crucible can be employed.
[0040]
【Example】
In order to confirm the effect of the present invention, the following four experiments were conducted.
[0041]
Example 1
Using a single crystal growth apparatus shown in FIG. 1, 100 kg of high-purity polycrystalline silicon was melted in a crucible, and a single crystal having a diameter of 200 mm and a crystal orientation <100> was grown using boron as a dopant. The pulling speed at the time of growing was 0.6 times or 0.9 times the maximum pulling speed. The oxygen concentration was grown to 13 to 15 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ .
[0042]
In order to investigate the effect of adding nitrogen, nitrogen gas was allowed to flow into the apparatus furnace at 10 l / min after the single crystal had grown to 100 mm below the shoulder. A test piece was cut out from the grown single crystal in parallel with the crystal axis, and subjected to thermal oxidation treatment at 800 ° C. × 4 Hr + 1000 ° C. × 16 Hr in an oxygen atmosphere. Thereafter, an X-ray topograph was taken.
[0043]
Fig. 4 schematically shows the results of observation with a topographic photograph. Fig. 4 (a) and (b) show the case of nitrogen doping at 0.6 or 0.9 times the maximum pulling rate, and Fig. 4 (c) shows the maximum. The result in the case of not doping with nitrogen at 0.9 times the pulling rate is shown. As shown in FIG. 5C, when the pulling rate is grown at 0.9 times the maximum pulling rate without nitrogen doping, the OSF ring is generated on the outer periphery of the single crystal.
[0044]
From the figure (a), it can be seen that in the crystal pulled at a speed that is 0.6 times the maximum pulling speed, the width of the OSF ring is expanded from the position doped with nitrogen and the entire surface gradually changes into the ring region. On the other hand, in FIG. 5B, when the pulling rate is 0.9 times the maximum pulling rate, the ring region does not show a great expansion despite being doped with nitrogen. Therefore, even when nitrogen is doped, the pulling speed affects the expansion behavior of the OSF ring width.
[0045]
(Example 2) The same growth conditions as those of the single crystal shown in FIG. 4 (a), that is, the pulling speed at the time of growing is set to 0.6 times the maximum pulling speed, and nitrogen gas is allowed to flow into the furnace at 10 l / min. Crystal growth was performed. As a comparative example, a single crystal grown without flowing nitrogen gas was also prepared (Test N0.1).
[0046]
From the grown single crystal, a wafer-like test piece was cut out parallel to a plane perpendicular to the crystal axis, and the density of the Grown-in defect was measured using a commercially available surface inspection device (laser particle counter). The results are shown in Table 1.
[0047]
[Table 1]

[0048]
As can be seen from Table 1, the nitrogen-doped crystal (Test No. 2) has a much lower number of Grown-in defects than the crystal not doped with nitrogen (Test No. 1). From this, it can be said that a wafer in which the OSF ring region extends over almost the entire surface is effective as a monitor wafer. Furthermore, thermal oxidation treatment at 1100 ° C. × 16 Hr was performed in an oxygen atmosphere, and the OSF density was measured. In the nitrogen-doped crystal (test No. 2), OSF of about 10 ⁴ / cm ² was counted.
[0049]
Next, in order to confirm the effect of reducing oxygen, the oxygen-diffusion treatment was performed on the nitrogen-doped wafer by heat treatment at 1200 ° C. × 4 Hr in an Ar atmosphere, and the density of Grown-in defects was measured. Thereafter, thermal oxidation was performed at 1100 ° C. × 16 Hr in an oxygen atmosphere, and the OSF density was counted (Test No. 3). The results are also shown in Table 1, and it can be seen that the OSF density on the wafer surface is significantly reduced by performing the oxygen outward diffusion treatment. This means that the heat treatment can be used not only for particle monitoring but also as a product wafer. This effect is also observed with an inert gas other than Ar, hydrogen or nitrogen, or a mixed gas thereof, and a higher processing temperature is suitable, preferably 1300 ° C. or higher.
[0050]
(Example 3)
In order to confirm the characteristics of the single crystal grown at the low oxygen level, the pulling rate during growth was set to 0.6 times the maximum pulling rate, and nitrogen gas was flowed into the furnace at 10 l / min, so that the oxygen concentration was 8 × lO ¹⁷ Crystals of atoms / cm ³ were grown. The wafer cut out from the silicon single crystal was evaluated for the Grown-in defect density using a commercially available surface inspection plate (laser particle counter). Furthermore, thermal oxidation treatment at 1100 ° C. × 16 Hr was performed in an oxygen atmosphere, and the OSF density was measured (Test No. 4). The results are shown in Table 1.
[0051]
As is apparent from Table 1, both the Grown-in defect and the OSF of the crystal doped with nitrogen in Example 3 (Test No. 4) are much lower than the crystal without nitrogen doping (Test No. 1) of the comparative example. In particular, OSF is hardly induced by the high temperature oxidation treatment. From this, it can be seen that even when the OSF ring region is spread over the entire surface of the wafer, OSF is not induced when the oxygen concentration in the crystal is low.
[0052]
Example 4
Similarly to Example 1, a single crystal was further grown using the growing apparatus shown in FIG. In order to make it easy to estimate the amount of doping, a method of charging a silicon wafer with a nitride film together with a raw material was used instead of the nitrogen gas doping method. The input amount of the nitride-coated wafer was adjusted so that the nitrogen concentration was various in the range of 10 ¹³ to 10 ¹⁵ atoms / cm ³ .
[0053]
A wafer-like test piece was cut out from the grown single crystal parallel to a plane perpendicular to the crystal axis, and subjected to thermal oxidation treatment at 1100 ° C. for 16 hours in an oxygen atmosphere. Then, after selective etching with a light etching solution for 2 minutes, the OSF density was measured with an optical microscope.
[0054]
FIG. 5 shows the average value of the OSF density measured up to a distance of 40 mm from the center of the wafer. From the figure, it is clear that the OSF density increases as the doping amount increases, and there is a good correlation between the OSF density and the charged nitrogen concentration. This indicates that the concentration of the charged nitrogen can be estimated by measuring the density of OSF induced by the high-temperature oxidation treatment. Therefore, if the OSF of 10 ³ / cm ² or more is counted on the wafer surface, the nitrogen doping amount of the grown single crystal can be estimated to be 1 × 10 ¹⁴ atoms / cm ³ or more.
[0055]
【The invention's effect】
According to the silicon single crystal and the silicon wafer of the present invention, the OSF ring region is expanded over the entire surface of the wafer by a simple manufacturing process without increasing the manufacturing cost, and the generation of Grown-in defects is effectively suppressed. can do. As a result, an optimum wafer for particle monitoring can be provided, and further, it can be sufficiently used as a product wafer by reducing the oxygen concentration contained therein.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a single crystal growth apparatus for explaining a method for growing a single crystal by a CZ method.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a result of observing a crystal plane after a grown silicon single crystal is cut out parallel to a plane perpendicular to a pulling axis and subjected to high-temperature oxidation treatment.
FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of a wafer surface effective for use as a particle monitor wafer.
FIGS. 4A and 4B schematically show the results of observation with topographic photographs. FIGS. 4A and 4B show the results when nitrogen is doped, and FIG. 4C shows the results when nitrogen is not doped. .
FIG. 5 is an average value of OSF density measured up to a distance of 40 mm from the center of the wafer.
[Explanation of symbols]
1: crucible, 1a: inner layer holding container
1b: outer layer holding container, 1c: support shaft 2: heater, 3: molten liquid 4: pulling shaft, 5: seed crystal 6: single crystal

Claims

In a method of growing a silicon single crystal ingot by the Czochralski method,
Nitrogen is doped into the single crystal ingot at a concentration of 1 × 10 ¹² atoms / cm ^{3 to} 5 × 10 ¹⁵ atoms / cm ³ ,
When a wafer is cut out from the grown single crystal ingot and subjected to high temperature oxidation treatment, oxidation induced lamination is performed in the pulling length direction while maintaining the pulling speed to obtain a single crystal ingot in which the wafer surface consists of oxidation induced stacking fault regions. A method for growing a silicon single crystal ingot , wherein the defect region is continuously grown.

In a method of growing a silicon single crystal ingot by the Czochralski method,
Nitrogen is doped into the single crystal ingot at a concentration of 1 × 10 ¹² atoms / cm ^{3 to} 5 × 10 ¹⁵ atoms / cm ³ ,
When the wafer is cut out from the grown single crystal ingot and subjected to high temperature oxidation treatment, the pulling length direction is maintained while maintaining the pulling speed at which the wafer surface can obtain a single crystal ingot consisting of an oxidation-induced stacking fault region and an oxygen precipitation region. A method for growing a silicon single crystal ingot , comprising continuously growing a mixed region comprising an oxidation-induced stacking fault region and an oxygen precipitation region .

In a method of growing a silicon single crystal ingot by the Czochralski method,
Nitrogen is doped into the single crystal ingot at a concentration of 1 × 10 ¹² atoms / cm ^{3 to} 5 × 10 ¹⁵ atoms / cm ³ ,
When the wafer was cut out from the grown single crystal ingot and subjected to high temperature oxidation treatment, the wafer surface maintained the pulling speed at which a single crystal ingot consisting of an oxidation-induced stacking fault region, an oxygen precipitation region, and an oxygen precipitation suppression region was obtained. A method for growing a silicon single crystal ingot , comprising continuously growing a mixed region comprising an oxidation-induced stacking fault region, an oxygen precipitation region, and an oxygen precipitation suppression region in the pulling length direction .

When the silicon single crystal produced by the method for growing a silicon single crystal according to any one of claims 1 to 3 is cut out and subjected to high-temperature oxidation treatment, 10 ³ is formed on the surface of the oxidation-induced stacking fault region. A silicon wafer in which oxidation-induced stacking faults of / cm ² or more occur.