JPH03218995A - シリコンウェハおよびシリコン単結晶体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体材料用シリコンウエハおよび該シリコ
ンウエハ材料としてのシリコン単結晶体の製造方法に関
し、デバイス工程におけるウエハの酸化膜耐圧を安定化
させ、少数キャリアのライフタイムを安定化させる技術
に関するものである。

［従来の技術コ 従来、ＩＣやＬＳＩなどの半導体デバイス製造用シリコ
ン単結晶の製造方法として、坩堝内の融液から結晶を成
長させつつ引上げるチョクラルスキー法（ＣＺ法）か広
く行なわれている。

ところで、シリコン単結晶中に存在する炭素原子が格子
間の酸素の析出を促進することか知られている（例えば
、超ＬＳＩ技術　７　プロセスの基礎一半導体研究２０
、工業調査会発行、第２２５頁〜第２２９頁）。デバイ
スの能動領域にこのような酸素析出による結晶欠陥が現
われるとデバイス特性が著しく劣化してしまう。このた
め従来、ＣＺ法においては、単結晶中に存在する炭素量
を極力低減化して、炭素の酸素析出への影響を小さなも
のとするように努力が図られており、例えば、その濃度
は２　Ｘ　１　０　１５ａｔｏｍｓ　／　ｃ　ｍ３以下
にまで低下されている。

しかしながら、このように単結晶中の炭素濃度を極く低
いものとした場合、デバイス工程における酸化膜耐圧特
性が不安定となり、また少数キャリアのライフタイムτ
６を不安定とすることが明らかとなった。酸化膜耐圧は
ゲート酸化膜の信頼性を決定する重要な材料特性の一つ
であり、ＭＯＳデバイス集積度の増大に伴ないその向上
は望まれるところである。また、少数キャリアのライフ
タイムτ６は、半導体デバイスの過渡特性や効率に直接
関係するため、一般に安定がっ長期化することが望まれ
ている。

さらに、１一記のごとく炭素量を低減化することは、操
業管理上非常に困難であり、またわずかな炭素がシリコ
ン融液中に混入したとしても、シリコンに対する炭素の
偏析係数ｋが１よりも極めて小さいために、引上げ量に
応じて単結晶中の炭素濃度が漸次増加し、軸方向におい
て大きく変動してしまうものであった。

なお、このような炭素原子が格子間の酸素の析出を促進
する作用を利用し、シリコンウェハ中に意図的に炭素を
添加して、デバイスとして使用する場合の特性の劣化を
もたらす結晶欠陥の発生を低減させるとともに、ゲッタ
リング作用を高めようとする技術も提唱されている。例
えば、特開昭５８−７０５３５号においては、１×１０
１７ａｔｏＩＩｌｓ／ｃＱｌ３以上の濃度の炭素を、ま
た特開昭６０−１４０７１６号においては、２　ｘ　１
　０　１＋−〜８×１　０　”ａｔｏｍｓ／Ｃｍ３の濃
度の炭素を添加することが提唱されている。しかしなが
ら、このように炭素を比較的高濃度で添加した場合、酸
素析出性が高くなり、ウェハ表面近傍にも析出欠陥か発
生しやすくなる問題があった。さらに、このように所望
の炭素濃度を有するシリコンウェハを得るために、Ｃｚ
法においてシリコン融液中に特開昭６０−１４０７１６
号に述べられるように、炭素あるいは炭化珪素を単に添
加した場合、前記したと同様の理由から引上げ曾に応じ
て単結晶中の炭素濃度が漸次増加してしまい、所望範囲
内の炭素濃度を有するシリコンウエハは、単結晶体のご
く一部からしか得られないものとなるものであった。

［発明が解決しようとする課題］ 従って本発明は、デバイス工程における酸化膜耐圧特性
に優れ、かつ少数キャリアのライフタイムτ６が十分に
長いシリコンウェハおよび該シリコンウェハ材料として
のシリコン単結晶体を製造する方法を提供することを目
的とするものである。

［課題を解決するための手段コ Ｌ記諸目的は、３Ｘ１０１５〜５×１０・５ａｔｏｍｓ
　／　ｃ　ｍ３の範囲内の炭素を含何することを特徴と
するシリコンウエハによって達成される。

ト記諸目的はまた、坩堝内に形成されたシリコン融液中
からシリコン単結晶体を引１−げ成長させる方法におい
て、融液中に炭素、炭化珪素あるいは予め炭素が添加さ
れたシリコン原料を添加して、坩堝内におけるシリコン
単結晶体を引上げる部位の融液中の炭素濃度を、単結晶
体における３×１０１５〜５×１０１５ａｔＯｍＳ／Ｃ
ｍ３の範囲内の所望の炭素濃度をシリコンに対する炭素
の偏折係数ｋで割った値の±２０％以内となる値に設定
し、さらに単結晶の引上げ量に応じて、前記坩堝内にお
けるシリコン単結晶体を引上げる部位に、片料を連続的
もしくは断続的に補給して、単結晶引上げ操作を通じて
、前記坩堝内におけるシリコン単結晶体を引−ヒげる部
位の融液中の炭素濃度を前記所定範囲内に制御すること
を特徴とするシリコン単結晶体の製造方法によっても達
成される。

［作用コ 本発明のシリコンウェハは３×１０１５５〜５×１０・
５ａｔｏｍｓ　／　ｃ　ｍ３の範囲内の微量濃度の炭素
をｖｙ＋ｈすることを特徴とする。

炭素１９子は、シリコン原子よりもその原子半径か小さ
く、かつ置換位置に入るため、シリコン単結晶中に炭素
原子が添加されると、シリコン単結晶中の格子間Ｓｉの
密度が増加することとなる。

このようにシリコン単結晶中の格子間Ｓｉが増加すると
、酸化膜形成速度が遅くなる。これは酸化膜形成時に格
子間Ｓｉが放出されることから、格子間Ｓｉが多いと酸
化膜が形成されにくくなるためと考えられている（Ｔｈ
ｅ　　　　Ｇｒｏｗｔｈ　　　　ｏｆＯｘｉｄａｔｉｏ
ｎ　　Ｓｔａｃｋｉｎｇ　　Ｆａｕｌｔｓ　　ａｎｄ　
　ｔｈｅ　　ＰｏｉｎｔＤｃｆｃｅｔ　　Ｇｅｎｅｒａ
ｔｉｏｎ　　ａｔ　　Ｓｉ−ＳｉＯ　　Ｉｎｔｅｒｆａ
ｃｅｄｕｒｉｎｇ　　Ｔｈｅｒｍａｌ　　Ｏｘｉｄａｔ
ｉｏｎ　　ｏｆ　　Ｓｉｌｉｃｏｎ．　　Ａ．Ｍｉｉｎ
−Ｒｏｎ　　Ｌｉｎ　　ａｎｄ　　Ｒｏｂｅｒｔ　　Ｗ
．　　Ｄｕｔｔｏｎ，　　Ｊ．Ｅｌｃｅｔｒｏｃｈｃｍ
．　　Ｓｏｃ．，　　ＳＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥ　ＳＣＩ
ＥＮＣＥ　ＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ．　Ｍａｙ　１
９８１）。

本発明者らは、このような知見に基づき鋭意研究を行な
った結果、第３図に示すように３×１０５ａｔｏｍｓ　
／　ｃ　ｍ３以上の炭素原子をシリコン単結晶中に添加
することで、酸化膜形成速度が有意に低下するというこ
とを見い出した。なお、第３図は、本発明考らが実際に
炭素濃度の各種異なるシリコンウェハを作製し、このウ
ェハをｄｒｙ０２雰囲気において９００℃にて熱処理を
行うことにより酸化膜を形成した場合における、炭素濃
度と酸化膜形成速度との関係を示す図である。さらにこ
のように３　Ｘ　１　０　”ａｔｏｍｓ　／　ｃ　ｍ３
以上の炭素原子をシリコン単結晶中に添加したことによ
って酸化膜がゆっくりと形成された場合、酸化膜は良質
なものとなると思われ、酸化膜耐圧特性および少数キャ
リアのライフタイムτ６が向上するということを見い出
し、本発明に至ったものである。

なお、ここで炭素濃度はＡＳＴＭ　（Ｆ１２３−８３）
法によって求めた値である。

また本発明のシリコン単結晶体の製造方法においては、
まず融液中に炭素、炭化珪素あるいは予め炭素が添加さ
れたシリコン原料を添加して、坩堝内における少なくと
もシリコン単結晶体を引−トげる部位の融液中の炭素濃
度を、単結晶体における所望する炭素濃度をシリコンに
対する炭素の偏析係数ｋで割った値から所定範囲内にあ
る濃度に設定して単結晶引上げ操作を開始し、その後、
単結晶の引１−け量に応じて、前記坩堝内におけるンノ
コン単結晶体を引上げる部位に、原料を連続的もしくは
断続的に補給しながら、該部位の融液中の炭素濃度を前
記設定濃度範囲内に制御して単結晶体を成長させる。こ
のため、前記坩堝内におけるシリコン単結晶体を引上げ
る部位の融液中の炭素濃度は、単結晶成長に伴う炭素の
濃化にもかかわらず、単結晶引上げ操作を通じて前記所
定範囲内に制御され、従って得られる単結晶体において
は、添加された炭素濃度の軸方向における所望値からの
変動が抑えられたものとなるのである。

本発明におけるシリコン単結晶は、リン、硼素などがド
ーピングされたものも含む。また本発明法において、単
結晶の引上げ量に応じて坩堝内に原料を補給し、融液中
の炭素濃度を制御するには、多結晶シリコン原料ととも
に炭素を補給する場合と炭素を補給しない場合がある。

炭素を補給する場合は、炭素、炭化珪素あるいは予め炭
素が添加された多結晶シリコンを坩堝内に補給する。炭
素を補給しない場合は、単結晶の引上げ量よりも少ない
量の原料を補給する。

以下、本発明を実施態様に基づきより詳細に説明する。

本発明のシリコンウエハにおいて、添加される炭素の所
望濃度Ｃ（ｉ．ｉとは、該単結晶体より得られるシリコ
ンウエハにおいて酸化膜耐圧特性および少数キャリアの
ライフタイムτＧを十分良好なものとするために必要と
される最適な炭素濃度であり、３ｘ　１　０１５〜５Ｘ
　１　０１５ａｔｏｍｓ　／ａｍ３の範囲内にある。す
なわち、炭素濃度Ｃ（ｍ．ｉが３×１　０　１５ａｔｏ
ｍｓ　／　ｃ　ｍ３未満であると、酸化膜成長速度が所
望のものに低下せず、この結果酸化膜耐圧特性および少
数キャリアのライフタイムτＧに改善が見られない虞れ
が高く、一方５Ｘ１０１５ａｔｏｍｓ　／　ｃ　ｍ３を
越えるものであると、このような酸化膜成長速度は低下
するものの、結晶の酸素析出性が高くなり、シリコンウ
エハ表面近傍にも析出欠陥が発生し、酸化膜の形成不良
を引起しやすくなる問題がある。

このようなシリコンウエハを得るために用いられるシリ
コン単結晶体においては、添加された炭素濃度Ｃ。５か
軸方向においてこのような所定濃度ＣＣｓ．ｉからでき
る限り変動しないことが望まれるが、そのばらつきが、
所定濃度ＣＣｉ．ｉの±２０％以内であれば、シリコン
単結晶体の各部位から得られたシリコンウェハを同一の
デバイス工程にて処理した場合にその特性に実質的な差
異が認められないので、許容できるものである。

本発明においては、このように意図的に炭素が添加され
、かつその濃度の軸方向における所望値Ｃ（ｓ．ｉから
の変動の少ないシリコン単結晶体を製造するために、シ
リコン単結晶体の引上げ工程を通じて、坩堝内における
シリコン単結晶体を引上げる部位の融液中の炭素濃度Ｃ
（ｏ．ａを、単結晶体における３×１０１５〜５×１０
１５ａｔｏＩＩｌｓ／ｃｍ３の範囲内の所望の炭素濃度
Ｃ。５．１をシリコンに対する炭素の偏＋Ｊｉ係数ｋで
割った値の±２０％以内の濃度に制御する、すなわち、
次の条件式（Ａ）０．８　　（　Ｃ　ｃ−１／ｋ）≦Ｃ
０１≦１．２　　（　Ｃ　ｃ−．　＝／ｋ）・・・（Ａ
） か成立するように制御する。

単結晶引上げ操作開始時において、単結晶引上げ部位の
シリコン融液中の炭素濃度Ｃ。。．を上記範囲内に保持
することは容易であり、シリコン融液量に応じて所定の
炭素濃度となるように炭素、炭化珪素あるいはあらかじ
め炭素を添加されたシリコンを添加すればよい。

しかしながら、シリコンに対する炭素の偏析係数ｋは０
．０７であるために、そのまま何らシリコン融液に操作
を加えないとすると、シリコン単結晶体の成長に伴ない
、単結晶引上げ部位の融液中の炭素濃度Ｃｃ。．ほかな
りの速度で濃縮され、すぐに上記の範囲を逸脱すること
となる。従って、本発明の製造方法においては、単結晶
の引上げ量に応じて、前記坩堝内におけるシリコン単結
晶体を引上げる部位に、原料を連続的もしくは断続的に
補給する操作を加え、融液中の炭素濃度Ｃ。ｏ．ｍを上
記条件式（Ａ）の範囲内に制御する。なお、このように
単結晶の引上げ量に応じて、前記坩堝内におけるシリコ
ン単結晶体を引上げる部位に、１京料を補給する操作と
しては、以下に具体的に示すようにいくつかの態様が考
えられる。

第１図は本発明のシリコン単結晶体の製造方法の一実施
態様における構成を模式的に示す図である。この実施態
様においては、第１図に示すようにシリコン融液１を形
成する坩堝２を、底部に貫通孔３を有する内坩堝２ａと
、これを取囲む外坩堝２ｂとで構成して２重構造となし
ている。さらに外坩堝２ｂは、駆動手段（図示せず）に
連結された支持体４に支持されているために上下動が可
能であり、固定された内坩堝２ａに対して相対的位置関
係を変動することができるものである。

このような構成の坩堝を有する引上げ装置を用いて、本
発明に係わる単結晶体を成長させるにはまず、坩堝２（
内坩堝２ａおよび外坩堝２ｂの双方）に多結晶シリコン
原料およひ必要に応じてドーパントとしての不純物を装
填してシリコン融液１を形成する際ないしはシリコン単
結晶体引上げ直前に、炭素、炭化珪素あるいは炭素を含
むシリコンを、内坩堝２ａ内の内側（内坩堝２　ａ　｛
ｆｉｌｌ）およひ内坩堝２ａの外側（外用堝２ｂ側）に
、それぞれ内坩堝２ａ内の融液１ａ中の炭素濃度Ｃｃａ
．ａおよび内坩堝２ａ外の融液１ｂ中の炭素濃度Ｃｃ。

，が以下のような値となるように添加する。

Ｃ　（ａ１＝　Ｃ　Ｃ．．　，／　ｋ Ｃｃ．，．＝Ｃ。， そして、内坩堝２ａ内の融液１ａ中に、引上げワイヤ５
の先端に固定された種結晶６を浸漬し、所定速度にて種
結晶６を引上げて種結晶６先端に単結晶体７を成長させ
るが、これと同時に内坩堝２ａ内の融液１ａｆｆｌが一
定となるように、その引上げ量に応じて、外坩堝２ｂを
押上げていくものである。従って、内坩堝２ａ内の融液
１ａから単結晶中に取込まれて減少していく炭素量と、
外坩堝２ｂの押上げによって外坩堝２ｂ側から貫通孔３
を通じて内坩堝２ａ側へと流入する融液中の炭素量の均
衡か図られ、単結晶体７引−ヒけ操作を通じて内坩堝２
ａ内（坩堝２における単結晶引１二げ部位）の融液１ａ
中の炭素濃度Ｃ。１、．．が、前記条件式（Ａ）を八た
すものとなるものである。

しかしながら、このような構成の坩堝２を用いて単結晶
体引−ヒげ操作を行なう場合に、単結晶体７引トげ操作
を通じて内坩堝２ａ内の融液１ａ中の炭素濃度Ｃ。ｏ．
ｍが、前記条件式（Ａ）を満たすものとなれば、内坩堝
２ａ内の融液１ａ中の炭素濃度Ｃ（ｏ．ｍおよび内坩堝
２ａ外の融液１ｂ中の炭素濃度Ｃｃ。．。の設定値は必
ずしも上記のごとき値に限定する必要はない。例えは、
シリコン融液中の炭素濃度は結晶成長に伴って濃化する
ものであるので、引上げ開始時には融液１ａ中の炭素濃
度Ｃ（ｏ．ａを前記条件式（Ａ）を満すものとし、融液
１ｂは炭素を念まないものとしておき、引上げ開始後に
貫通孔３を通して融液１ａ中に流入する融液１ｂの単位
一時間当りの量が、単位時間当りの単結晶引上げ量の（
１−ｋ）倍となるように外坩堝２ｂを押し上げていけば
、単結晶体７引上げ操作を通じて内坩堝２ａ内の融液１
ａ中の炭素濃度Ｃ。。．が前記条件式（Ａ）を満たすも
のとなる。さらに、坩堝２の構造も第１図に示すような
形状に何ら限定されるものではなく、坩堝が単結晶引−
トげか行なわれる部位と、この単結晶引Ｌげ部位と区画
された別の部位とを有し、かつ単結晶引上げ量に応じて
当該別の部位から単結晶引上げ部位に融液の補充ができ
るような構造を有するものであれば、上記のごとき操作
によって所望の単結晶体を作製することができるもので
ある。

第２図は本発明のシリコン単結晶体の製造方法の別の実
施態様における構成を模式的に示す図である。この実施
態様においては、第１図に示すようにシリコン融液１を
形成する坩堝２に対し、その周縁端部側から原料を供給
可能な原料供給用管８が配置してある。

このような構成を有する引上げ装置を用いて、本発明に
係わる単結晶体を成長させるにはまず、坩堝２に多結晶
シリコン原料および必要に応じてドーバントとしての不
純物を装填してシリコン融７夜１を形成する際ないしは
シリコン単結晶体引上げ直前に、炭素、炭化珪素あるい
は炭素を含むシリコンを、坩堝２内の融液１中の炭素濃
度Ｃ。。．．か以下のような値となるように添加する。

Ｃ　ｃ．，，　．　＝Ｃ　ｃ．，　：　／　ｋ一方、原
料供給用管８へと連通ずる原料供給ホッパー（図示せず
）には、粒状または粉状の多結晶シリコン原料および必
要に応じてドーパントとしての不純物に加えて、同じく
粒状または粉状の炭素、炭化珪素あるいは炭素を含むシ
リコンを、この補給原料における炭素濃度Ｃｃ＋ｎを以
下のような値となるように装填する。

Ｃ　Ｃｍ　＝　Ｃ　ｃ　ｓ そして、坩堝２内の融液１中に、引上げワイヤ５の先端
に固定された種結晶６を浸漬し、所定速度にて種結晶６
を引上げて種結晶６先端に単結晶体７を成長させるが、
これと同時にその引上げ量に応じて、原料供給用管８よ
り上記のごとく調製した補給原料を坩堝２内の融液１に
連続的に補給していくものである。従って、坩堝２内の
融液１から単結晶中に取込まれて減少していく炭素量と
、原料供給用管８より融液１に補給される補給原料中の
炭素量の均衡が図られ、単結晶体７引Ｌげ操作を通じて
坩堝２内の融液１中の炭素濃度Ｃ（ｏ．ｍが、前記条件
式（Ａ’）を満たすものとなるものである。

しかしながら、このような構成の引上げ装置を用いて単
結晶体引上げ操作を行なう場合においても、前記第１図
の実施態様の場合と同様に、単結晶体７引上げ操作を通
じて坩堝２内の融液１中の炭素濃度Ｃ。。．．が、前記
条件式（Ａ）を１工たすものとなれば、坩堝２内の融液
１中の炭素濃度ＣＣｏ。の初期値および補給原料中の炭
素濃度Ｃ０の設定値は必ずしも上記のごとき値に限定す
る必要はない。さらに、この実施態様においては、融液
１中に原料供給用管８から供給される補給原料を、予め
所定濃度の炭素を含有するものとして調製しているが、
多結晶シリコン原料ないしドーパントとしての不純物に
、炭素成分原料としての炭素、炭化珪素あるいは炭素を
含むシリコンを予め添加しておくことなく、これらをそ
れぞれ別々の原料供給用￥５′８から融液１へと補給す
る構成とすることも可能である。この場合、多結晶シリ
コン涼料の補給量に対する炭素成分原料の補給量を随時
変化させることが可能であるために、単結晶体引上げ操
作中に融液１へと補給される補給原料中の炭素濃度ＣＣ
ｍを容易に変化させることができ、融液１に対し、単結
晶体引上げ操作の進行に応じて、より微妙な炭素濃度調
節が可能となるものである。

また、補給原料が炭素を含まないものであっても、単位
時間当りの原料補給量を単位時間当りの単結晶引上げ量
の（１−ｋ）倍とすることにより、単結晶体７引上げ操
作を通じて融液１中の炭素濃度Ｃｃ。，．が前記条件式
（Ａ）を満たすものとなる。

さらに本発明のシリコン単結晶体の製造方法において、
単結晶の引上げ量に応じて、前記坩堝内におけるシリコ
ン単結晶体を引上げる部位に、シリコン原料とともに炭
素成分を補給する別の態様として、第１図に示す実施態
様におけるように単結晶引上げが行なわれる部位とこの
単結晶引上げ部位と区画された別の部位とを有する坩堝
（但し、双方の区画の相対的位置関係は変動しなくてよ
い。

）と、この坩堝の当該別の部位に対して原料を供給可能
な第２図に示す実施態様におけるような原料供給用管と
を何する構成の引上げ装置を用いることも可能である。

この場合、単結晶体の引上げ量に応じて、原料供給用管
より供給された固形状の補給原料は、坩堝の当該別の部
位で溶融され、融液の形態として坩堝内におけるシリコ
ン単結晶体を引上げる部位に供給されるものである。な
お、このような構成おいて単結晶体引上げ操作を通じて
坩堝内におけるシリコン単結晶体を引上げる部位の融液
中の炭素濃度Ｃｃ。，８が、前記条件式（Ａ）を満たす
ものとするように制御するには、上記した第１図および
第２図に示す構成の場合と同様に種々の態様を取ること
ができるが、例えば単結晶体引上げ開始直前に、坩堝の
シリコン単結晶体を引上げる部位およびこの部位と区画
されたその他の部位の双方に、炭素、炭化珪素あるいは
あらかじめ炭素を添加されたシリコンを添加し、シリコ
ン単結晶体を引上げる部位の融液中の炭素濃度ＣＣｏ．
　ａをＣ（ｓ　、／ｋに、またその他の部位の融液中の
炭素濃度Ｃ　Ｃａ　．　ｂをＣ（ｓ．ｉに設定しておき
、一方、引上げ操作の進行に伴ない引上げ量に応じて坩
堝の前記他の部位に原料供給用管から補給される補給原
料中の炭素濃度ＣＣｍをＣ（ｓ．ｉに設定しておけはよ
い。

［実施例］ 以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。

第１図に示すような構成を有する坩堝２内において、ま
ず多結晶シリコン原料およびドーパントとしての硼素を
所定量溶融して融液１を形成する。

さらに内坩堝２ａ内には、この内坩堝２ａ内の融液１ａ
の量に対して５．　　７Ｘ１０１６ａｔｏｍｓ　／ｃｍ
３の濃度に相当する量の炭素を添加し、一方外坩堝２ｂ
内には、内坩堝２ａ外の融液１ｂの量に対して４　Ｘ　
１　０　”ａｔｏｍｓ　／　ｃ　ｍ３の濃度に相当する
量の炭素を添加した。そして内坩堝２ａ内の融液１ａの
量が一定になるように外坩堝２ｂを漸次押上げながら、
内坩堝２ａ内の融液１ａから常法に基つき直径５インチ
の単結晶体を引上げ重量が約２５ｋｇとなるまで育成さ
せた。

このようにして得られたシリコン単結晶体を常法により
スライスし、表面研磨してウエ／＼とした。

このシリコン単結晶体の軸方向の各部位より得られたウ
エハの炭素濃度ＣＣｓを分析した結果、いずれも所望の
炭素濃度４　Ｘ　１　０　”ａｔｏＩＩｌｓ　／　ｃ　
ｍ３±２０％の範囲内のものであった。

また、このようにして製造したウエハを、ｄｒｙ０２雰
囲気において９００℃にて熱処理し、酸化膜形成を行な
った。その結果、８０分間の処理により２５５八の酸化
膜が形成された。従って、酸化膜の成長速度は約３．２
人／分であった。

その後さらに、シリコンウエハ上にＭＯＳダイオードを
２０個実装し、シリコンウエノ１の特性を評価した。そ
の結果、少数キャリアのライフタイムτ６の平均は、９
．８ｍｓｅｃであり、またシリコン単結晶の酸化膜耐圧
特性の評価として、直径５ｍｍの多結晶シリコン電極に
よってかける電界が８．０ＭＶ／ｃｒｎにおいて電流密
度が１μＡ／ｃｍ２以上リークしないＭＯＳダイオード
の個数の割合を調べたところ約７０％であった。

また、第２図に示すような構成を有する引トげ装置にお
いて、坩堝２内において、ます′多結晶シリコン原料お
よびドーパントとしての硼素を所定量溶融して融液１を
形成する。さらに坩堝２内の融液１の回に対して５．　
　７　Ｘ　１　０　１６ａｔｏｍｓ　／　ｃ　ｍ３の濃
度に相当する歯の炭素を添加した。そして常法に基づき
直径５インチの単結晶体を引上げながら、引上げ量に応
じて、原料供給用管８から４×１０１５ａｔｏＩＩｌｓ
／ｃｍ３の濃度の炭素成分オヨヒ所定濃度のドーパント
を含有する粒状多結晶シリコン原料を坩堝２内に連続的
に供給して、引上げ重量が約２５ｋｇとなるまで育成を
行なった。

このようにして得られたシリコン単結晶体に関しても、
軸方向における各部位の炭素濃度Ｃ。３を分析し、また
製造したウエハを、ｄｒｙ０２雰囲気において９００℃
にて熱処理し、その後さらに、ンリコンウェハ．トにＭ
ＯＳダイオードを実装し、シリコンウエハの特性を評価
した。その結果、前記と同様な良好な結果が得られた。

一方、比較のために、坩堝内に多結晶シリコン！東料お
よびドーパントとしての硼素を所定量溶融して３０ｋｇ
の融液を形成し、融液に炭素を添加することなく、常法
に基づき直径５インチの単結晶体を引上げ重量が約２０
ｋｇとなるまで育成させた。

このようにして得られたシリコン単結晶体を常法により
スライスし、表面研磨してウエハとした。

このウェハの炭素濃度Ｃｃ．を分析した結果、測定限界
であるＩ　Ｘ　１　０　１５ａｔｏｍｓ　／　ｃ　ｍ３
以下のものであった。さらに前記と同様にこのウエハを
、ｄｒｙ０２雰囲気において９００℃にて熱処理し、酸
化膜形成を行なった。その結果、６４分間の処理により
２５５八の酸化膜が形成された。従って、酸化膜の成長
速度は約４．０八／分であった。

その後さらに、前記と同様にしてシリコンウエハ上にＭ
ＯＳダイオードを実装し、シリコンウエハの特性を評価
した。その結果、少数キャリアのライフタイムτ６の平
均は、３．７ｍｓｅｃであり、またＶ直径５ｍｍの多結
晶シリコン電極によってかける電界か８．０ＭＶ／ｃｍ
において電流密度か１μＡ／ｃｍ２以上リークしないＭ
ＯＳダイオードの個数の割合は５３％であった。

［発明の効果コ 以上述べたように本発明のシリコンウエハは、３×１０
１５〜５×１０１５ａｔｏＯｌｓ／ｃｍ３の範囲内の炭
素を含有することを特徴とするものであって、良好な酸
化膜耐圧特性および安定した少数キャリアのライフタイ
ムを有しており、ＭＯＳデバイス等の半導体材料用のウ
エハとして適したものである。

また本発明のシリコン単結晶体の製造方法においては、
融液中に炭素、炭化珪素あるいは予め炭素か添加された
シリコン原料を添加して、坩堝内におけるシリコン単結
晶体を引上げる部位の融液中の炭素濃麿を、単結晶体に
おける３×１０１５〜５　Ｘ　１　０　１５ａｔｏｍｓ
　／　ｃ　ｍ３の範囲内の炭素濃度をシリコンに対する
炭素の偏析係数ｋで割った値の±２０％以内となる値に
設定し、さらに単結晶の引上げ量に応じて、前記坩堝内
におけるシリコン単結晶体を引上げる部位に、原料を連
続的もしくは断続的に袖給して、単結晶引トげ操作を通
じて、前記坩堝内におけるシリコン単結晶体を引−Ｌげ
る部位の融液中の炭素濃度を前記所定範囲内に制御しな
がらシリコン単結晶体を成長させることによって、得ら
れる単結晶体は３Ｘ１０１５〜５×１０１５ａｔｏｍｓ
　／　ｃ　ｍ３の範囲内の濃度の炭素を含有し、かつこ
の炭素濃度の軸方向におけるばらつきが前記所定濃度の
±２０％以内のものとなる。従って、該シリコン単結晶
体より製造される各シリコンウエハは、上記したように
いすれも良好な酸化膜耐圧特性および安定した少数キャ
リアのライフタイムを発揮するのに望まれる所定濃度の
炭素を念有することとなり、品質のばらつきが少なくな
り製品歩留りか向上するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のシリコン単結晶体の製造方法の一実
施態様において用いられる装置構成を模式的に示す図、
第２図は本発明のシリコン単結晶体の製造方法の別の実
施態様において用いられる装置構成を模式的に示す図、
第３図はシリコンウエハ中の炭素濃度と酸化膜成長速度
との関係を示す図である。 １・・・融液、　１ａ・・・内坩堝内の融液、１ｂ・・
・内坩堝外の融液、　２・・・坩堝、２　ａ　．．．内
坩堝、　２ｂ・・・外坩堝、　３・・・貫通孔、４・・
・支持体、　５・・・引−トげワイヤ、　６・・・種結
晶、７・・・単結晶体、８・・・原料供給用管。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）３×１０＾１＾５〜５×１０＾１＾５ａｔｏｍｓ
   ／ｃｍ＾３の範囲内の炭素を含有することを特徴とする
   シリコンウェハ。
2. （２）坩堝内に形成されたシリコン融液中からシリコン
   単結晶体を引上げ成長させる方法において、融液中に炭
   素、炭化珪素あるいは予め炭素が添加されたシリコン原
   料を添加して、坩堝内におけるシリコン単結晶体を引上
   げる部位の融液中の炭素濃度を、単結晶体における３×
   １０＾１＾５〜５×１０＾１＾５ａｔｏｍｓ／ｃｍ＾３
   の範囲内の所望の炭素濃度をシリコンに対する炭素の偏
   析係数ｋで割った値の±２０％以内となる値に設定し、
   さらに単結晶の引上げ量に応じて、前記坩堝内における
   シリコン単結晶体を引上げる部位に、原料を連続的もし
   くは断続的に補給して、単結晶引上げ操作を通じて、前
   記坩堝内におけるシリコン単結晶体を引上げる部位の融
   液中の炭素濃度を前記所定範囲内に制御することを特徴
   とするシリコン単結晶体の製造方法。