JPH046196A - シリコンウェハおよびその製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はシリコンウェハおよびその製造方法に関するも
のである。詳しく述べると本発明は強度面において優れ
、デバイス工程において反りの生じにくいシリコンウェ
ハおよびその製造方法に関するものである。

［従来の技術］ デバイス工程などにおいて、シリコン結晶に不純物を拡
散したり、表面に酸化膜を形成するときにウェハを高温
で加熱するが、その過程でウェハ内に温度分布が発生す
る。この温度分布により応力が生じ、その値が大きい場
合には、熱応力転位と呼ばれる転位が発生する。熱応力
転位が発生するとウェハは反りやす（なる。

さらに近年、シリコンウェハの需要の高まりと、デバイ
スメーカーにおける生産性向上のため、シリコンウェハ
の大径化が望まれているが、シリコンウェハが大径化す
ると上記したような熱応力の発生がさらに顕著なものと
なり、ウェハの反りの問題はますます深刻なものとなる
。

ウェハに反りが生じると、デバイス工程においてフォト
エツチング技術を用いてウェハ表面に微細加工を施す際
に、リソグラフィの分解能を低下させ、製品歩留を低下
させることとなってしまうために、これを極力防止する
ことが望まれる。

従来、ＩＣやＬＳＩなどの半導体デバイス製造用シリコ
ンウェハとしては、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）により製造さ
れたウェハが広く利用されている。同法で製造されたシ
リコンウェハは、石英ルツボからシリコン融液中に溶は
出した酸素原子が、結晶内にドープされるために、フロ
ー”ティングゾーン法（ＦＺ法）によって得られるウェ
ハに比較して多くの酸素原子を念んでおり、この酸素原
子の含有貴の高さか、ＣＺ法により得られるウェハが広
く利用されている主な要因である。

すなわち、シリコン結晶中の酸素は転位に析出し、転位
の運動を阻止する働きがある［Ｉｍａｉ、　Ｍ、　ａｎ
ｄＳｕｍｉｎｏ、　Ｋ、、　”Ｉｎ−５ｉｔｕ　Ｘ−ｒ
ａｙ　Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ　５ｔｕｄｙｏｆ　Ｔｈ
ｅ　Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ　Ｍｏｂｉｌｉｔｙ　ｉｎ
　ｌｌｉｇｈ−Ｐｕｒｉｔｙａｎｄ　Ｉｍｐｕｒｉｔｙ
−Ｄｏｐｅｄ　５ｉｌｉｃｏｎ　Ｃｙｓｔａｌｓ、”　
Ｐｈ１１．　Ｍａｇ、、　Ｖｏｌ、　Ａ４７．　ｐｐ５
９９−６２１　（１９８３）コため、熱応力による転位
の伝播が起りにくく、ウェノ＼の反りの発生を低減させ
るためである。また、シリコン結晶中の酸素は析出物と
して微小欠陥を形成し重金属等の不純物のゲッタリング
の面においても有用である。この酸素によるイントリン
シック・ゲッタリングは半導体集積回路の製造において
広く利用されている技術である。しかしなから、結晶内
部に多数の微小欠陥が存在していると、熱応力が加わっ
た際に微小欠陥をもとにして転位の増殖が起り、ウェハ
が反りやすくなってしまう。

このような点からＣＺ法によって得られるシリコンウェ
ハにおいて、酸素濃度を制御することのみでは、ウェハ
の反りを”１−分に防止することは期待できないもので
あった。

さらに、ウェハの反りを防止する方法として、デバイス
工程においてウェハにかかる熱応力を小さくする技術、
例えば、まず低温にした炉内にウェハを挿入し、その後
に炉の温度を上昇させるランピング法などが、また、シ
リコンウェハの強度を向上させる技術、例えばシリコン
結晶中にＧｅを添加する方法などが提唱されているが、
いずれも十分な効果を得るには至っていないものである
。

［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中の熱処理によるウェハ
の反りの生じ難い高強変のシリコンウェハおよびその製
造方法を提供することを０的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記諸目的は、５　Ｘ　１０１５〜３　Ｘ　１０１１′
ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲内の硫黄、５×１０１５〜５
×１０１０１９ａｔｏ　／　ｃ　ｍ３の範囲内の錫、ま
たは５×１０１５〜５　Ｘ　１０１９ａｔｏｍｓ　／　
ｃ　ｍ３の範囲内の鉛を含有することを特徴とするシリ
コンウェハによって達成される。

上記諸目的はさらに、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、融液中にシリコン原料とともに硫黄、錫または鉛の
いずれかを添加して、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において、硫黄濃度を、単結晶
体における５×１０１５〜３×１０１６ａｔＯＩＩｌｓ
／ｃｍ３の範囲内の所望の硫黄濃度をシリコンに対する
硫黄の偏析係数ｋＳで割った値の±２０％以内となる値
に設定する、または錫もしくは鉛の濃度を単結晶体にお
ける５×１０１５〜５×１０１９ａｔｏＩＩｌｓ／ｃｍ
３の範囲内の所望の錫もしくは鉛濃度を、シリコンに対
する錫もしくは鉛の偏析係数ｋＳｎもしくはに、・ゎで
割った値の±２０％以内となる値に設定し、さらに単結
晶の引−Ｆ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硫
黄、錫または鉛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上記したような範囲内の微量
濃度の硫黄、錫または鉛を含有することを特徴とする。

硫黄、錫および鉛元素はいずれも、シリコン原子とはそ
の原子半径が異なるため、シリコン単結晶中にこれらの
原子が添加されると、シリコン単結晶中に歪み場が形成
されることとなる。このように歪み場が形成されている
と、例えばデバイス工程における熱処理時のように、高
温状態での応力の場においても転位が移動しにくく、シ
リコンウェハが反り難いものとなるものである。

なお、第３図〜第５図は、本発明者らが実際に硫黄、錫
または鉛をシリコンウェハに添加し、かつそれぞれにお
いて各種濃度の異なる複数の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８００℃にて１
時間、同じ＜ｄｒｙ０２雰囲気にて１０００℃で１０時
間、さらにｄｒｙ０２雰囲気にて１０００℃に保たれた
炉に９０ｃｍ／分の速度で挿入し、２０分保持したのち
、９０ｃｍ／分の速度で取出す熱処理を行なった場合に
おけるウェハ中の硫黄、錫あるいは鉛濃度と反りの大き
さとの関係を示す図である。

また本発明のシリコン単結晶体の製造方法においては、
まず融液中に融液中にシリコン原料とともに硫黄、錫ま
たは鉛のいずれかを添加して、坩堝内における少なくと
もシリコン単結晶体を引−Ｌげる部位の融液中において
、硫黄、錫または鉛の濃度を、単結晶体における上記所
望濃度をシリコンに対する硫黄、錫または鉛の偏析係数
ｋＳ、ｋ５．、またはｋｐｂで割った値から所定の範囲
内となる値に設定して単結晶引上げを開始し、その後、
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
続的に補給しながら、該部位の融液中の硫黄、錫または
鉛の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硫黄、錫または鉛の濃度
は、単結晶成長に伴うこれらの元素の偏析による濃化に
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
加されたこれらの元素の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
の硫黄、錫または鉛濃度を制御するには、多結晶シリコ
ン原料とともにこれらの元素成分を補給する場合と補給
しない場合がある。これらの元素成分を補給する場合は
、これらの元素あるいは予めこれらの元素が添加された
多結晶シリコンを坩堝内に補給する。これらの元素を補
給しない場合は、単結晶の引上げ量よりも少ない口のシ
リコン原料を補給する、あるいは、単結晶引上げ量と同
酋のシリコン原料を補給する。

これは硫黄、錫、鉛はシリコンに対する偏析係数がいず
れも比較的小さく、特に硫黄および鉛の場合は偏析係数
が１０−５程度と非常に小さいために、単結晶引上げ量
と同じ量の多結晶シリコン原料のみを坩堝内に補給する
ことによっても、融液中のこれらの元素濃度は所定範囲
内に保つことができるためである。

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ェハにおいて、硫黄を添加しようと
する場合、硫黄の所望濃度Ｃ５，ｌとは、単結晶体より
得られるシリコンウェハにおける強度を良好なものとす
るために必要とされる最適な濃度であり、５×１０”　
〜３Ｘ１０”　　ａｔｏｍｓ　／ｃｍ３、より好ましく
は５×　１０１５〜Ｉ　Ｘ　１０”ａｔＯＩＩＩＳ／ｃ
ｍ３の範囲内にある。すなわち、ウェハ中の硫Ｍｅ度Ｃ
５が５　Ｘ　１０１５ａｔｏｍｓ　／　ｃ　ｍ３未満で
あると、熱応力がかかった際における転位の動きを抑制
する効果が十分なものとならず、反りが大きなものとな
り、−万３　Ｘ　１０　”ａｔｏｍｓ　／ｃｍ３を越え
て添加しても、ウェハの強度の改善が実質的にそれ以上
なされず、また結晶育成中に硫黄が析出し結晶が有転位
化しやすくなるためである。

また本発明のシリコンウェハにおいて、錫または鉛を添
加しようとする場合も、錫の所望濃度Ｃ５ｎ、　ｉある
いは鉛の所望濃度ＣＰｂ、ｉとは、単結晶体より得られ
るシリコンウェハにおける強度を良好なものとするため
に必要とされる最適な濃度であり、いずれも５×１０”
〜５×１０７９ａｔｏｍｓ　７ｃｍ３の範囲内にある。

なお、より好ましい濃度としては、錫および鉛のいずれ
も、Ｉ×１０１６〜５×　１０１９ａｔｏｍｓ　／　ｃ
　ｍ３である。すなわち、ウェハ中の錫濃度Ｃ５ｎある
いは鉛濃度Ｃｌ−５が５×１゜１５ａｔｏｍｓ　／　ｃ
　ｍ３未満であると、熱応力がかかった際における転位
の動きを抑制する効果が十分なものとならず、反りが大
きなものとなり、一方３Ｘ　１０１９ａｔｏｍｓ　／　
ｃ　ｍ３を越えて添加しても、ウェハの強度の改善が実
質的にそれ以上なされず、また結晶育成中に錫あるいは
鉛が析出し結晶が有転位化しやす（なるためである。

このようなシリコンウェ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、添加された硫黄の濃度Ｃ５、
錫の濃度Ｃｓｎあるいは鉛の濃度Ｃ２，が軸方向におい
てこのような所定の濃度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硫黄、錫または
鉛が添加され、かつその濃度の軸方向における所望値か
らの変動の少ないシリコン単結晶体を製造するために、
次のような方法を用いるものである。

すなわち、まず硫黄を添加する場合には、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硫黄濃度Ｃ５，。を、
単結晶体における５×１０１５〜３×１０１６ａｔｏＩ
Ｉｌｓ／ｃｍ３の範囲内の所望硫黄濃度Ｃ３，１をシリ
コンに対する硫黄の偏析係数ｋＳ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　　（Ｃｓ、　１／ｋＳ　）≦Ｃ５，。≦１．２
　　（Ｃｓ、　＋　／ｋＳ　）・・・（Ａ） が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
シリコン融液中の硫黄濃度Ｃｓ、。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
濃度となるようにシリコン原料とともに硫黄を、あるい
は予め硫黄を添加されたシリコンを添加すればよい。

しかしながら、シリコンに対する硫黄の偏析係数ｋＳは
ｌＸｌ０−５程度と非常に小さいものであるために、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
液中の硫黄濃度Ｃ３，。

はかなりの連吟で濃縮され、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、融液中の硫黄濃度Ｃ５，。

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、原料を補給する操作
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を何する内坩堝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、固定された内用堝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（
内用堝２ａおよび外坩堝２ｂの双方）に多結晶シリコン
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、硫黄あるいは硫黄を含むシリコン
を、内用堝２ａ内の内側（内用堝２ａ側）および内用堝
２ａの外側（外坩堝２ｂ側）に、それぞれ内用堝２ａ内
の融液１ａ中の硫黄濃度Ｃ３゜および内用堝２ａ外の融
液１ｂ中の硫右濃度ＣＳ、　ｓ。、か以下のような値と
なるように添加する。

Ｃｓ、、　＝Ｃｓ、　、／　ｋＳ Ｃ５，。ｐ＝ｃｓ そして、内用堝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、これと同時に内用６堝２ａ内の融液１ａｆｆｌか
一定となるように、その引上げ世に応じて、外坩堝２ｂ
を押−Ｌげていくものである。従って、内用堝２ａ内の
融液１ａから単結晶中に取込まれて減少していく硫ｆｆ
ｔｆｆｌと、外坩堝２ｂ−の押上げによって外坩堝２ｂ
側から貫通孔３を通じて内用堝２ａ側へと流入する融液
中の硫黄足の均衡が図られ、単結晶体７引上げ操作を通
じて内用堝２ａ内（坩堝２における単結晶引上げ部位）
の融液１ａ中の硫黄濃度Ｃ５，。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、このような構成の坩堝２を用いて単結晶
体引上げ操作を行なう場合に、単結晶体７引−りげ操作
を通じて内用堝２ａ内の融液１ａ中の硫黄濃度Ｃ３゜が
、前記条件式（Ａ）を満たすものとなれば、内用堝２ａ
内の融液１ａ中の硫黄濃度Ｃｓ、。および内用堝２ａ外
の融ｉ（ｋ　ｌ　ｂ中の硫黄濃度Ｃ５，ｌ。いの設定値
は必ずしも１−記のごとき値に限定する必要はない。例
えば、シリコン融液中の硫黄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
硫黄濃度Ｃ５，。を前記条件式（Ａ）を満すものとし、
融液１ｂは硫黄を含まないもの、すなわちＣ３，５ｕｐ
＝０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の単位時間当りの量が、単位
時間当りの単結晶引上げ量の（１−ｋＳ）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−Ｆげ
操作を通じて内用堝２ａ内の融液１ａ中の硫黄濃度ＣＳ
、　、が前記条件式％式％ さらに、より操作性に優れる実践的方法として、次に示
すようなものが呈示できる。すなわち、引上げ開始時に
は融液１ａ中の硫黄濃度Ｃ５，。を前記条件式（Ａ）を
満すものとし、融液１ｂは硫黄を含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の単位時間当りの量か、単位時間当りの単
結晶引上げ量と同量となるように外坩堝２ｂを押し−１
−げていくものである。これは、硫黄の偏析係数に５は
ｌＸｌ０−５程度と非常に小さいものであり、融液中か
ら単結晶へと取込まれ減少していく硫黄の量が極めて微
量であるために、引上げ操作時を通じて融液１ａの量が
一定となるように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）のみを添加し硫黄を補
充しなくても、通常の引上げ貴の範囲であれば、単結晶
体７引上げ操作を通じて内用堝２ａ内の融液１ａ中の硫
黄濃度Ｃ５，。が前記条件式（Ａ）を逸脱することはな
いためである。

また、坩堝の構造も第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ｍｄ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かできるものである。

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が配置しである。

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、硫黄あるいは硫黄を含む
シリコンを、坩堝２内の融液１中の硫黄濃度Ｃ５゜が以
下のような値となるように添加する。

Ｃ３，。−ＣＳ、／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硫黄あるいは硫黄をａむシリ
コンを、この補給原料における硫黄濃度ＣＳ、　ｂ。、
を以下のような値となるように装填する。

ＣＳ、　ｓｕｐ　＝ＣＳ 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を浸請し、所定速度にて種結晶６
を引上けて種結晶６先端に単結ＩＷ体７を成長させるが
、これと同時にその引」−け量に応じて、原料供給用管
８より上記のこ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硫黄
量と、原料供給用管８より融液１に補給される補給原料
中の硫黄量の均衡が図られ、単結晶体７引上げ操作を通
じて坩堝２内の融液１中の硫黄濃度ＣＳ、　。

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１−げ装置を用いて
単結晶体用」二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、単結情体７引１−げ操
作を通じて坩堝２内の融ｌイｋ　１中の硫黄濃度ＣＳ、
。か、前記条件式（Ａ）を満たすものとなれば、坩堝２
内の融液１中の硫黄濃度Ｃ８゜の初期値および補給原料
中の硫黄濃度Ｃ３２，。２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、予め所定濃度の硫黄を吉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、硫黄成分原料としての硫黄、あるいは
硫黄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１重重供給用管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
シリコン原料の補給量に対する硫黄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、単結晶体用１
−け操作中に融液１へと補給される補給原料中の硫黄濃
度ＣＳ、　ｓ。２を容易に変化させることかでき、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
妙な硫黄濃度調節か可能となるものである。

また、補給原料が硫黄を含まないもの、すなわちＣＳ、
　＊。、−０であっても、単位時間当りの１重重補給量
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」こげ操作を通して融液１
中の硫黄濃度Ｃ５ｏが前記条件式（Ａ）を満たすものと
なる。あるいはより実践的には、単位時間当りの原料補
給量を単ｆ）？時間当りの単結品用」−げ量と同量とし
ても、前記したように硫黄の偏析係数が非常に小さいゆ
えに、単結晶体７引上げ操作を通じて融液１中の硫黄濃
度Ｃ５０が前記条件式（Ａ）を満たすものとなる。

また、錫を添加する場合には、シリコン単結晶体の引」
二げ工程を通じて、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錫濃度ｃ５゜。を、単結晶体に
おける５×１０１５〜５×１０”ａｔｏｍｓ　／　ｃ　
ｍ３の範囲内の所望錫濃度Ｃ３゜、１をシリコンに対す
る錫の偏析係数に、。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（Ｂ） ０．８　　（Ｃｓ。、／ｋＳｏ）≦Ｃ５ｎ、ｏ≦１．２
　　（Ｃｓｏ１／ｋＳｏ）・・　（Ｂ） が成立するように制御する。

さらに鉛を添加する場合にも同様に、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鉛濃度Ｃｐｂ。を、単結晶
体における５×１０１５〜５×１０　”ａｔｏｍｓ　／
　ｃ　ｍ３の範囲内の所望鉛濃度Ｃｐｂ、１をシリコン
に対する鉛の偏析係数ｋＰｂ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（Ｃ） ０．８　　（Ｃｐ＝、　１／ｋｒ−）≦Ｃｐｂ≦１゜２
　　（Ｃｐ−、＋／ｋｐ−）・・・（Ｃ） が成立するように制御する。

なお、シリコン単結晶体に錫あるいは鉛を添加する場合
における具体的な単結晶引上げ操作は、シリコン単結晶
体に硫黄を添加する場合に関し上記に例示したものと同
様の方法か用いられる。但し錫を添加する場合において
は、シリコンに対する偏析係数の極めて小さい硫黄を添
加する場合においては可能である方法の１つとして示し
た、坩堝内におけるシリコン単結晶を引上げる部位の融
液に、シリコン単結品用」二げ重量と同量の多結晶シリ
コン原料（およびドーパント）のみを補充する方法は、
シリコンに対する錫の偏析係数に５ｏが１．６Ｘ１０−
２であり、硫黄の偏析係数に５よりもかなり大きく、引
上げの進行に伴ない前記条件式（Ｂ）を逸脱する虞れか
あるために、引上げ重量が大きい態様においてはあまり
適当なものとは言えない。

［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。

本発明に係わるシリコンウェハとして、まず硫黄が微量
添加されたウェハを作製しその特性を調べた。

まず、第２図に示すような構成を何する引」−げ装置に
おいて、坩堝２内で多結晶シリコン原料を所定量溶融し
て融液１を形成する。さらに坩堝２内の融液１の量に対
して５．　　ＯＸ　１０　”’ａｔｏＩＩ＋ｓ　／ｃｍ
３の濃度に相当する量の硫黄を添加した。そして常法に
基つき直径５インチの単結晶体を引上げながら、引」二
げ量と同和、の粉状多結晶シリコン原料を、原料供給用
管８から坩堝２内に連続的に供給して、引上げ重量が約
３０ｋｇ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、軸方
向における各部位の硫黄濃度Ｃ５を化学分析法により分
析したところ、いずれの部位においても約５×１０１５
ａｔｏＩＩｌｓ／ｃｍ３て均一であり、軸方向に均一に
硫黄を含有する単結晶体が得られた。

さらに、このようにして得られたシリコン単結晶体をス
ライスし、表面研財してウェハ（肉厚６００μｍ）を作
製した。

そしてこのシリコンウェハに対して、ｄｒｙ。

２雰囲気において８００℃にて１時間、同じ（ｄｒｙ０
２雰囲気にて１０００℃で１０時間、さらにｄｒｙ０２
雰囲気にて１０００℃に保たれた炉に９０ｃｍ／分の速
度で挿入し、２０分保持したのち、９０ｃｍ／分の速度
で取出す熱処理を行ない、この熱処理後のウェハの反り
の大きさを測定した。ウェハにおける反りの大きさは、
１０個の試料の平均で１３μｍと小さく、硫黄を添加し
たこのウェハの強度が優れていることが示された。

次に、本発明に係わるシリコンウェハとして錫の微量添
加されたウェハを作製し、同様にその特性を調べた。

まず、第２図に示すような構成を有する引」二げ装置に
おいて、坩堝２内で多結晶シリコン原料を所定量溶融し
て融液１を形成する。さらに坩堝２内の融液ｌの量に対
して３．０ＸＩＯ’°ａｔｏｍｓ　／ｃｍ３の濃度に相
当する茸の錫を添加した。そしてその後は上記した硫黄
を添加した場合と同様に常法に基づき直径５インチの単
結晶体を引上げながら、引上げ量と同量の粒状多結晶シ
リコン原料を、原料供給用管８から坩堝２内に連続的に
供給して、引上げ重量が約３０ｋｇ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、軸方
向における各部位の錫濃度Ｃ５ｎを原子吸光法により分
析したところ、いずれの部位においても約５　ｘ　ｌ　
０１８ａｔｏｍｓ　／　ｃ　ｍ３で均一であり、軸方向
に均一に錫を含有する単結晶体か寿られた。

さらに、このようにして得られたシリコン単結晶体をス
ライスし、表面研磨してウエノ＼（肉厚６００μｍ）を
作製した。

そしてこのシリコンウェハに対して、上記と同様の熱処
理を施し、この熱処理後のウニ／＼の反りの大きさを測
定した。ウェハにおける反りの大きさは、１０個の試料
の平均で１０μｍと小さく、錫を添加したこのウェハの
強度か優れていることが示された。

さらに本発明に係わるシリコンウェハとして鉛の微量添
加されたウェノ１を作製し、同様にその特性を調べた。

まず、第２図に示すような構成を有する引上げ装置にお
いて、坩堝２内で多結晶シリコン原料を所定量溶融して
融液１を形成する。さらに坩堝２内の融液１の量に対し
て１．　　ＯＸ　１０”ａｔｏｍｓ　／ｃｍ３の濃度に
相当する歯の鉛を添加した。そしてその後は上記した硫
黄を添加した場合と同様に常法に基づき直径５インチの
単結晶体を引上げながら、引上は量と同量の粒状多結晶
シリコン１京＋１を、１重重供給用肯８から坩堝２内に
連続的に供給して、引上げ重量が約３０ｋｇ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、軸方
向における各部位の鉛濃度Ｃ１，６を片ｆ−吸光法によ
り分析したところ、いずれの部位においても約Ｉ　Ｘ　
１０　”ａｔｏｍｓ　／　ｃ　ｍ３で均一であり、軸方
向に均一に鉛を金白°する単結晶体か得られた。

さらに、このようにして得られたシリコン単結晶体をス
ライスし、表面研磨してウエノ＼（肉厚６００μｍ）を
作製した。

そしてこのシリコンウェハに対して、上記と同様の熱処
理を施し、この熱処理後のウェハの反りの大きさを測定
した。ウェハにおける反りの大きさは、１０個の試料の
平均で１２μｍと小さく、鉛を添加したこのウェハの強
度か優れていることが示された。

さらに比較のために、硫黄、錫および鉛のいずれも添加
されていないシリコンウェハを作製し、同様にその特性
を調べた。

まず、第２図に示すような構成を有する引上げ装置にお
いて、坩堝２内で多結晶シリコン原料を所定量溶融して
融液１を形成する。そしてその後常法に基づき直径５イ
ンチの単結晶体を引上げながら、引上げ量と同量の粒状
多結晶シリコン原料を、原料供給用管８から坩堝２内に
連続的に供給して、引上げ重量が約３０ｋｇとなるまで
育成を行なった。さらに、このようにして得られたシリ
コン単結晶体をスライスし、表面研磨してウェハ（肉厚
６００μｍ）を作製した。

そしてこのシリコンウェハに対して、上記と同様の熱処
理を施し、この熱処理後のウェハの反りの大きさを測定
した。ウェハにおける反りの大きさは、１０個の試料の
平均で２２μｍであり、硫黄、錫あるいは鉛を添加した
ウェハと比較してその強度が大きく劣るものであった。

。 ［発明の効果コ 以上述べたように本発明のシリコンウェハは、５×１０
１５〜３Ｘ１０１Ｌ′ａｔｏｍｓ　／ｃｍ３の範囲内の
硫黄、５×１０１５〜５×１０］９ａｔＯ１ｌＩＳ／ｃ
ｍ３の範囲内の錫、または５×１０１５〜５×１０１０
１９ａｔｏ　／　ｃ　ｍ３の範囲内の鉛を含Ｈすること
を特徴とするものであって、優れた強度を白−しており
、デバイス工程において加わる熱応力によっても反りの
発生が少ない。このため、ウェハ表面に微細加工を施、
す際に、リソグラフィの分解能を低下させることかなく
、製品歩留の向」二と製品品質の向上か期待できるもの
となる。

また本発明のシリコン単結晶体の製造方法においては、
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、融液中にシリコン
原料とともに硫黄、錫または鉛のいずれかを添加して、
坩堝内におけるシリコン単結晶体を引」−げる部位の融
液中において、礫質濃度を、単結晶体における５×１０
１５〜３×１０１ｂａｔｏｍｓ　／　ｃ　ｍ３の範囲内
の所望の硫？ｌ濃度をシリコンに対する礫質の偏析係Ｉ
ｔ　ｋＳで割った値の±２０％以内となる値に設定する
、または錫もしくは鉛の濃度を単結晶体における５×１
０・５〜５　Ｘ　１０１９ａｔｏｍｓ　／　ｃ　ｍ”の
範囲内の所望の錫もしくは錫濃度を、シリコンに対する
錫もしくは鉛の偏析係数ｋＳｎもしくはに、ｂ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
上げ母に応じて、前記坩堝内におけるシリコン単結晶体
を引」二げる部位に、原料を連続的もしくは断続的に補
給して、単結品用上げ操作を通じて、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硫黄、錫
または錫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であるから、得られる
単結晶体は上記所望範囲内の濃度の硫黄、錫あるいは鉛
をＳ有し、かつこの硫黄、錫あるいは鉛の濃度の軸方向
におけるばらつきか前記所定濃度の±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６
シリコンウエハは、いずれも良好な強度を発揮すること
となり、品質のばらつきが少なくなり製品歩留りが向ト
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図はシリコンウェハ中の硫黄濃度と反りの大きさと
の関係を示す図、第４図はシリコンウェハ中の錫濃度と
反りの大きさとの関係を示す図、第５図はシリコンウェ
ハ中の錫濃度と反りの大きさとの関係を示す図である。 １・・・融液、　１ａ・・・内用鍋内の融液、１ｂ・・
・内用堝外の融液、　２・・・坩堝、２ａ・・・内用堝
、　２ｂ・・・外坩堝、　３・・・貫通孔、４・・・支
持体、　５・・・引上げワイヤ、　６・・・種結晶、７
・・・単結晶体、８・・・原料供給用管。 特許出願人　　　　　　　新日本製鐵株式會社代理人　
　弁理士　　八　１Ｈ幹　雄（他１名）第３図 ５０９Ｓ量（ａｔｏｍｓ／ｃｒｎ”）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）５×１０＾１＾５〜３×１０＾１＾６ａｔｏｍｓ
   ／ｃｍ＾３の範囲内の硫黄、５×１０＾１＾５〜５×１
   ０＾１＾９ａｔｏｍｓ／ｃｍ＾３の範囲内の錫、または
   ５×１０＾１＾５〜５×１０＾１＾９ａｔｏｍｓ／ｃｍ
   ＾３の範囲内の鉛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、融液中にシ
   リコン原料とともに硫黄、錫または鉛のいずれかを添加
   して、坩堝内におけるシリコン単結晶体を引上げる部位
   の融液中において、硫黄濃度を、単結晶体における５×
   １０＾１＾５〜３×１０＾１＾６ａｔｏｍｓ／ｃｍ＾３
   の範囲内の所望の硫黄濃度をシリコンに対する硫黄の偏
   析係数ｋ＿Ｓで割った値の±２０％以内となる値に設定
   する、または錫もしくは鉛の濃度を単結晶体における５
   ×１０＾１＾５〜５×１０＾１＾９ａｔｏｍｓ／ｃｍ＾
   ３の範囲内の所望の錫もしくは鉛濃度を、シリコンに対
   する錫もしくは鉛の偏析係数ｋ＿Ｓ＿ｎもしくはｋ＿Ｐ
   ＿ｂ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
   の硫黄、錫または鉛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。