JP4911042B2 - 単結晶ウエーハ及びエピタキシャルウエーハ - Google Patents
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本発明者等はナノトポロジー特性について研究を重ねた結果、従来の低抵抗率単結晶ウエーハはゲッタリング能力に優れているものの、抵抗率制御のために添加されるドーパントの作用で、不均一縞の影響によるナノトポロジーの劣化が深刻であることがわかってきた。したがって、本発明の単結晶が、上述のようにシリコンであり、その抵抗率が0.1Ω・cm以下と低抵抗率を示すものとすれば、ナノトポロジーの劣化を確実に防止し、ゲッタリング能力に優れている上に、ナノトポロジー特性も非常に優れたウエーハが得られる単結晶とすることができるため、非常に有益である。
一般的に直径が200mm以上の大口径結晶では、ある程度の高速での結晶成長が難しく、やや遅い速度範囲で育成することが多い。この結果、大口径結晶、特に直径が200mm以上の結晶ではナノトポロジー特性が悪化せざるを得なかった。本発明では、成長速度をある程度速くすることによりナノトポロジー特性を改善できることがわかったため、直径が200mm以上の単結晶でも優れたナノトポロジー特性を有するウエーハが得られるものとすることができる。また、成長速度を速くしてナノトポロジー特性を改善するということは、品質向上だけでなく生産性向上を図ることも可能である。
このように、単結晶を育成する際に、V×F/sinθが1.5mm以下または2.3mm以上となるようにすることによって、2mm×2mm角のナノトポロジーレベルが非常に優れた単結晶ウエーハを切り出すことのできる単結晶を得ることができる。
このように、本発明によって育成する単結晶をシリコンとし、その抵抗率を0.1Ω・cm以下にすることによって、低抵抗率単結晶において問題となるナノトポロジーの劣化を防止し、優れたゲッタリング能力と優れたナノトポロジー特性を有するウエーハを切り出すことのできる単結晶を製造することができる。
従来、ナノトポロジー特性は、主にウエーハ表面の加工工程におけるエッチング条件や研磨条件等で決定されると考えられており、ウエーハ表面加工以外の観点からナノトポロジー特性を改善する試みが行われることはなかった。
本発明の単結晶育成方法において用いられる単結晶育成装置は特に限定されるものではないが、例えば図10に示すような単結晶育成装置を用いることができる。以下に図10を参照しながら、本発明の単結晶育成方法を行うための単結晶育成装置について説明する。
このような単結晶ウエーハであれば、ナノトポロジー特性に優れている高品質のウエーハとすることができる。特に、2mm×2mm角の領域におけるナノトポロジーレベルをウエーハ全面にわたり測定した際に、その最大値の平均が14nm以下の良好なレベルが達成された単結晶ウエーハとなる。
尚、以下の実施例及び比較例においては、ナノトポロジーの測定を2mm×2mm角の領域で行うものとする。また、ここで用いた単結晶育成装置で同直径のシリコン単結晶を育成する場合の結晶成長界面形状、すなわち結晶成長界面の水平面に対する角度θを予め調べるために、以下のようなX線トポグラフによる観察を行った。先ず、成長速度及び磁場強度を変化させながら単結晶を育成し、この単結晶を結晶成長軸方向にスライスして縦割りサンプルを作製した後、これに800℃で4時間+1000℃で16時間の析出熱処理を行った。その後、X線トポグラフにより熱処理した縦割りサンプルを観察した。その観察結果を図2に示す(半径部分のみ)。このX線トポグラフによる観察結果から、結晶成長界面の水平面に対する角度θを求めた結果、θ=10でほとんど変化がないことが分かった。
先ず、図10に示した単結晶育成装置(直径800mmの石英ルツボを装備)を用い、石英ルツボにシリコン原料を320kgの量でチャージし、中心磁場強度4000Gの水平磁場を印加しながら、直径300mmで直胴長さ約120cmのシリコン単結晶を育成した。その際、ホウ素をドープすることによって、単結晶の抵抗率を0.006〜0.009Ω・cmとなるようにした。このとき、図5に示した磁場強度と温度変動周期の関係から4000Gの磁場強度での温度変動周期は0.55minであるので、成長速度を0.44mm/minに制御することとし、実施例1におけるV×F/sinθの値を、V×F/sinθ=0.44×0.55/sin10=1.39(mm)となるようにした。
実施例1と同じ単結晶育成装置を用いて、中心磁場強度3000Gの水平磁場を印加しながら、直径300mmで直胴長さ約120cmのシリコン単結晶を育成した。その際、実施例1と同様に単結晶の抵抗率を0.006〜0.009Ω・cmとなるようにした。このとき、3000Gの磁場強度での温度変動周期は0.50minであるので、成長速度を0.92mm/minに制御することとし、実施例2におけるV×F/sinθの値を、V×F/sinθ=0.92×0.50/sin10=2.65(mm)となるようにした。
上記と同じ単結晶育成装置を用いて、磁場を印加せずに、直径300mmで直胴長さ約120cmのシリコン単結晶を育成した。その際、単結晶の抵抗率を0.006〜0.009Ω・cmとなるようにした。このとき、0Gの磁場強度での温度変動周期は0.26minであるので、成長速度を0.82mm/minに制御し、実施例3では、V×F/sinθ=0.82×0.26/sin10=1.23(mm)となるようにした。
上記実施例と同じ単結晶育成装置を用いて、中心磁場強度4000Gの水平磁場を印加しながら、直径300mmで直胴長さ約120cmのシリコン単結晶を育成した。その際、実施例と同様に単結晶の抵抗率を0.006〜0.009Ω・cmとなるようにした。このとき、成長速度を0.55mm/minに制御して、V×F/sinθ=0.55×0.55/sin10=1.74(mm)となるようにした。この値は今回のナノトポロジー測定領域となる2mmに近い値である。
上記と同じ単結晶育成装置を用いて、中心磁場強度4000Gの水平磁場を印加しながら、直径300mmで直胴長さ約120cmのシリコン単結晶を育成した。その際、単結晶の抵抗率を0.006〜0.009Ω・cmとなるようにした。このとき、成長速度を0.63mm/minに制御して、V×F/sinθ=0.63×0.55/sin10=1.99(mm)となるようにした。この値は今回のナノトポロジー測定領域とほぼ同じ値である。
Claims (4)
- 単結晶引き上げ法により得られたシリコン単結晶であって、結晶成長時の結晶融液の温度変動に起因して単結晶中に取り込まれる不均一縞の間隔が、結晶成長軸方向に対して垂直な面内において、1.5mm以下または2.3mm以上に制御されたものであり、かつその抵抗率が0.1Ω・cm以下であるシリコン単結晶より切り出された単結晶ウエーハであって、
前記単結晶ウエーハのウエーハ全面において、2mm×2mm角の領域におけるナノトポロジーレベルの最大値の平均が14nm以下であることを特徴とする単結晶ウエーハ。 - 前記単結晶ウエーハの直径が200mm以上であることを特徴とする請求項1に記載の単結晶ウエーハ。
- 請求項1または請求項2に記載の単結晶ウエーハの表面にエピタキシャル層が形成されているものであることを特徴とするエピタキシャルウエーハ。
- 前記エピタキシャルウエーハのウエーハ全面において、2mm×2mm角の領域におけるナノトポロジーレベルの最大値の平均が14nm以下であることを特徴とする請求項3に記載のエピタキシャルウエーハ。
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