JPH05319989A

JPH05319989A - 単結晶製造方法

Info

Publication number: JPH05319989A
Application number: JP4047644A
Authority: JP
Inventors: Masaki Omura; 雅紀大村; Shinji Ishii; 伸治石井
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1991-03-13
Filing date: 1992-02-04
Publication date: 1993-12-03

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、粒状ポリシリコン原料を連続して
供給しながら単結晶を製造する方法において、ウェハの
表面微小凹凸物を極力低減させる。【構成】本発明は、粒状ポリシリコン原料を連続的に
供給しながらシリコン単結晶を引上げる方法において、
比表面積が１０００（cm²／g ）以下の粒状ポリシリコ
ンを用いることを特徴とする単結晶製造方法であり、更
に、洗浄液としてフッ酸系水溶液を用い洗浄した粒状ポ
リシリコンを用いることを特徴とする。本発明法を用い
た単結晶製造法により得られた単結晶を加工したシリコ
ンウェハは表面微小凹凸物を極めて少なくすることが可
能となり、この発明によるシリコン単結晶から加工され
るシリコンウェハは良好な表面清浄度を保持し得て、高
集積デバイス用の基板として期待されるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、粒状ポリシリコン原料
をシリコン溶融液内に連続的に供給しながらシリコン単
結晶を製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、デバイスの高集積化に伴いシリコ
ン単結晶の高品質化並びに大口径化の要求が高まってい
る。これらの要求に応える単結晶製造方法としては、原
料を連続的に供給しながら単結晶を引上げる連続チョク
ラルスキ−法（以下連続ＣＺ法といい、例えば特公昭４
０−１０１８４号公報）が有利である。その理由は、シ
リコンウエハ面内は勿論インゴット長手方向において抵
抗値及び酸素濃度等の変化が少なく、インゴット内でほ
ぼ均一であり、また、るつぼの初期チャ−ジ量に制限を
受けずに長尺及び大口径の単結晶を引上げることが出来
るからである。

【０００３】また、供給原料としては、モノシランまた
はトリクロルシランを熱分解して作った粒状ポリシリコ
ンを使用することが、例えば特開昭６１−３６１７９７
号公報及び特開昭６２−２４１８８９号公報に開示され
ている。この粒状ポリシリコン原料を用いると、原料供
給量の制御が容易である利点がある。

【０００４】さらに、その他、連続ＣＺ法として特開平
１−２８２１９４号公報には、粒状シリコン原料中の残
留水素量または残留塩素量を規定して、原料融解時に生
ずる破裂現象の低減を目的とした単結晶製造方法が開示
されており、また特開平２−１８３７６号公報には、粒
状原料供給の案内管の先端に遮蔽部を設けシリコン融液
の波立ちを少なくすることにより、引上げている、シリ
コン単結晶の有転位化率を下げる方法が開示されてい
る。

【０００５】これらの研究は、近年のデバイスの高集積
化・高速度化に伴うシリコンウェハの高度な品質要求に
応えるべく進められている。しかし、これら連続ＣＺ法
の特許は単結晶製造の安定性に関するものばかりであ
り、シリコンウェハの大口径化に伴う品質に対する要請
を満足するものではない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】シリコンウェハ品質特
にシリコンウェハの表面品質については、ウェハ表面の
清浄度がしばしば問題とされる。表面の清浄度の目安と
しては、パ−ティクルと称される小さな塵の数微小表面凹凸物の数金属表面汚染物量があり、シリコンウェハ表面の清浄度を向上させるた
め、各種の研究が行われてきた。

【０００７】ここで、上述の、のパ−ティクルは、ウ
ェハの研磨，洗浄工程より由来する外来性のものであ
り、形状としては平滑なシリコンウェハ表面に塵の形で
点在する。

【０００８】はウェハ表面に点在する約１０μm 以下
の微小表面凹凸物であり、がシリコンウェハと異なる
異質物であるのに対し、これはシリコンウェハ表面の幾
何学的形状の変化したものである。

【０００９】，は表面検査計で定量的に測定される
が、パ−ティクル数として表されるなかにが含まれて
カウントされている場合もある。

【００１０】前述の粒状ポリシリコンを原料として、連
続ＣＺ法によって作ったシリコン単結晶を加工し得られ
たシリコンウェハには、表面に微小凹凸物が多数現れる
ことがあった。この表面微小凹凸物は、上述の如く、シ
リコンウェハ表面検査計で、パ−ティクルとしてもカウ
ントされてしまう。このことは、１６Ｍ級シリコンウェ
ハ等で要求される高い表面清浄度、例えば８インチシリ
コンウェハ面内にパ−ティクルが１０個以下とした目標
に対して、シリコンウェハ全面で１０個以下にしなけれ
ばならない、また、その他の表面欠陥も極力低減しなけ
ればならない。

【００１１】次に、研磨シリコンウェハの表面凹凸物
は、ＡＳＴＭＦ１５４−８４によれば、ディンプル、
オレンジピ−ル、スクラッチがあることを示している。
その原因としてそれぞれ、ディンプルは研磨量の不足、
オレンジピ−ルは速すぎる研磨速度または研磨液の流れ
の非一様性、スクラッチは研磨液への異物の混入である
と述べられている。

【００１２】しかしながら、これらは加工時に外来的に
生ずる表面凹凸物であり、そこに述べられている原因に
対する解決手段を講じても、解決されなかった。

【００１３】さらに外来性の表面凹凸物の形態は、ディ
ンプルが輪郭のはっきりしない凹みで大きさ１０μm 程
度、オレンジピ−ルが面の荒れでミリオ−ダの広がり、
スクラッチが長さに対し幅が狭いいわゆるキズであり、
これら表面凹凸物はシリコンウェハ面内に中心・エッジ
にかかわらずランダムに分布すると報告されており、後
述する本発明者らが見知した表面微小凹凸物とは、これ
らの外来性の表面凹凸物がパ−ティクルとしてカウント
されない点で、明らかに異なっている。

【００１４】また、外来性の表面凹凸物以外の報告は、
降旗らの検討によるＳＣ1 （アンモニア過水）洗浄後の
パ−ティクルとして検出される微小ピットが第３７回応
用物理関係連合講演会講演予講集２９ｐ−Ｒ−１５およ
び１６に開示されている。

【００１５】しかし、これもバッチ式ＣＺ法により引上
げられた結晶に関するものであり、連続ＣＺ法とは異な
っている。またＳＣ1 洗浄の繰り返しにより、この微小
ピットが次第に大きくなるのに対し、本発明が問題とし
ている表面微小凹凸物は、ＳＣ1 洗浄の繰り返しによる
変化を受けない点で異なる。

【００１６】さらに、分布・形態の面でもこの微小ピッ
トがシリコンウェハ面内に面荒れの如く発生し、大きい
ものでもせいぜい０．５μm 深さ０．０６μm であるの
に対し、本発明が問題としている表面微小凹凸物は、シ
リコンウェハ中心部分に多く、その大きさ・深さともに
ミクロンオ−ダである。

【００１７】本発明の目的は、粒状ポリシリコン原料を
連続して供給しながらシリコン単結晶を製造する方法に
おいて、その単結晶から得られるシリコンウエハ表面に
生来的に導入される微小凹凸物を極力低減させることに
ある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前述した
知見に基づき、さらに、微小欠陥である表面微小凹凸物
を低減する方法を検討した結果、以下のことを発明した
ものである。

【００１９】本発明は、石英るつぼ内を単結晶育成部と
原料溶解部とに仕切り、その仕切りにシリコン溶融液が
流通できるように小孔を設け、原料溶解部に粒状ポリシ
リコン原料を連続的に供給し、チャンバ−内の雰囲気ガ
スがアルゴンで、減圧雰囲気であり、種結晶を単結晶育
成部の中心溶融液面に接した後、前記種結晶を回転手段
により引上げてシリコン単結晶を製造する方法におい
て、比表面積が１０００cm²／ｇ以下である粒状原料を
用いることを特徴とする単結晶製造方法であり、更に、
上述のシリコン単結晶を製造する方法において、フッ酸
系水溶液で洗浄した粒状原料を用いることを特徴とする
単結晶製造方法である。

【００２０】

【作用】本発明の単結晶製造方法において、前述した粒
状ポリシリコン原料を用いることにより、最終的に微小
表面欠陥である微小凹凸物が極めて少ないシリコンウェ
ハとなる単結晶を作ることが可能となるものである。

【００２１】本発明者らは、シリコンウェハ表面上の微
小凹凸物を排除するために、先ず、表面微小凹凸物につ
いて、種々解析し、本発明を完成したものである。

【００２２】次に、表面微小凹凸物の解析について述べ
る。表面微小凹凸物の解析図３および図４は、シリコンウェハ上に現れた表面微小
凹凸物の走査電子顕微鏡写真（それぞれ倍率×１０００
０，×７０００）である。これらの写真は表面微小凹凸
物が八角形などからなる多面体であることを示してい
る。

【００２３】また図５は、シリコンウェハを傾斜させた
場合の表面微小凹凸物の内部を観察した走査電子顕微鏡
写真（倍率×７０００）である。この図５より表面微小
凹凸物の内部は凹状の欠陥であることが判る。

【００２４】また、この欠陥の内面は滑らかな状態で、
空洞となっている。空洞内には異粒子の痕跡がまったく
認められない。また空洞内のＥＤＳ（ＥｎｅｒｇｙＤ
ｉｓｐｅｒｓｉｖｅＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析
結果も空洞内表面がバルクと同一組成を有することを示
していた。

【００２５】これらのことから、シリコンウェハ上に表
面微小凹凸物として認められた欠陥は、単結晶状態で
は、その結晶の中になんらかのガスが充填された気孔の
ように思われる。またその形態も球に近い多面体であ
り、その直径も１０μm 程度と比較的に大きいことか
ら、この欠陥が気孔であることを裏付けている。

【００２６】表面微小凹凸物の分布状況次に、表面微小凹凸物の分布を調査するために、シリコ
ンウェハの状態で２次元的に調査した結果、この表面微
小凹凸物がシリコンウェハ中心部に多く発見された。シ
リコンウェハ中心部は単結晶引上げの際に、最も凝固が
遅れるところであり、金属学的にみて最も気孔が出やす
い箇所である。このことから問題としている表面微小凹
凸物が気孔であることが推定される。

【００２７】ガス侵入経路の追及上記およびからこの欠陥の原因が凝固の際、発生す
る気泡によるものであることが推察された。気泡が固体
と融液の固液界面での溶解度の差異に基づくものである
か、融液内を浮上する気泡が固液界面でたまたまトラッ
プされたものであるのかは不明である。しかしながら、
融液中のガス量が臨界値よりも大きくなっていることが
原因である。そこでガスの侵入原因を追及した。

【００２８】融液へのガス成分の溶解は (1)供給原料が融液に触れる際の気液界面でのガス吸
収、 (2)供給原料に起因する、ことが考えられるが、本発明が問題としている場合の気
泡の原因は後者である。何故なら、るつぼのシリコン融
液面にポリシリコン原料を供給する際、シランなどの気
相から熱分解で作った粒状ポリシリコンを用いた場合と
ポリシリコンロッドを加熱することにより、得られたシ
リコン融液を用いた場合とで比較してみると、表面微小
凹凸物は前者に特定して認められ、後者には全く認めら
れなかったからである。

【００２９】粒状原料と欠陥の関連粒状ポリシリコンを原料として用いた場合には、必ず表
面微小凹凸物が多量に発生するとは限らず、粒状ポリシ
リコンの性状により表面微小凹凸物に差異があることが
判った。そこで、表面微小凹凸物が多い粒状ポリシリコ
ンと少ない粒状ポリシリコンのそれぞれを、表面状態・
断面・構成元素について詳細に調べた。

【００３０】1) 表面状態図６，７は粒状ポリシリコンの表面の走査電子顕微鏡拡
大写真（倍率×１００００）である。

【００３１】図６はシリコンウェハに表面微小凹凸物が
多く発生した粒状ポリシリコンの表面であり、表面に微
細粒子が多く存在し表面の凹凸が大きく、また隙間が粒
の内部までつながっているように見える。一方、図７
は、シリコンウェハに表面微小凹凸物が少なかった場合
の粒状ポリシリコンの表面であり、表面に膜状のものが
覆っている割合が多く、表面の凹凸が少い。

【００３２】2) 断面図８，９は、粒状ポリシリコン原料の破断面に見られる
空隙を示す走査電子顕微鏡の拡大写真（倍率×３００
０）である。図８はシリコンウェハに表面微小凹凸物が
多く発生した粒状ポリシリコンの破断面であり、粒内に
隙間があることを示している。またその隙間は微細粒子
が充填した際に生ずる空隙のような状態を呈しており、
この空隙が粒の表面までつながっていることを示唆して
いる。すなわち、粒状原料はシリコン微粒子の焼結体で
あり、原料粒子内の各空隙は微粒子間の隙間を通過し、
原料粒子表面に通じているのである。一方、図９は、シ
リコンウェハに表面微小凹凸物が少なかった場合の粒状
ポリシリコンの破断面であり、粒内に隙間が少いことを
示している。

【００３３】3) 水素・塩素分析粒状ポリシリコン原料の製造原理から、当然ながら水素
・塩素が、粒内に含有される。粒状ポリシリコンの水素
・塩素分析をしたところ、ウェハ上の表面微小凹凸物の
出現の多少にかかわらず、水素・塩素の含有量に差は認
められなかった。特に、水素含有量の範囲は０．５〜５
ｐｐｍであり、粒状ポリシリコン原料の水素含有量と表
面微小凹凸物の出現個数との間には相関がなかった。

【００３４】そこで、粒状ポリシリコンの表面状態と内
部の空隙を合せて表す量として、表面の凹凸や内部の細
孔の多少を単位質量当たりの全表面積で表す比表面積を
採用した。

【００３５】以上の如く、本発明者らは、シリコンウェ
ハ表面上の表面微小凹凸物について、種々解析し実験を
行った。まず後述する実施例１に示すように種々試験し
た結果、粒状ポリシリコン原料の単位質量当りの全面積
で表す比表面積（cm²／g ）と表面微小凹凸物（個／ウ
ェハ）との間に、図１に示す如く、比表面積が１０００
cm²／g 以下である場合に表面微小凹凸物が２（個／ウ
ェハ）以下となることを知見した。

【００３６】この場合、表面微小凹凸物を２（個／ウェ
ハ）以下に規定したのは、デバイスの高集積化に伴い、
シリコンウェハ表面清浄度に対する要求は厳しく６〜８
インチのシリコンウェハでは、シリコンウェハ面内でパ
−ティクル数が１０個以下で、表面凹凸物は数個以下と
なっている。本発明における微小欠陥は、パ−ティクル
及び表面凹凸物の両方にカウントされるため、数（個／
ウェハ）以下、定量的には２（個／ウェハ）以下にしな
ければならないためである。

【００３７】次に、粒状ポリシリコン原料中の比表面積
が少ないとき、シリコンウェハ段階での表面微小凹凸物
が少ない理由としては、以下のことが考えられる。

【００３８】例えば、図２の単結晶製造装置において
は、粒状ポリシリコン原料９が仕切り部材１０外に装
入、溶解され、溶融シリコンは小孔１１を通過して、シ
リコン単結晶５に連続して凝固する。比表面積の大きな
粒状ポリシリコン原料は、その粒内に気体が存在してい
る。

【００３９】粒状ポリシリコン原料９がシリコン融液に
入り溶解するときに、粒内の気体の一部は、シリコン融
液中に溶解するが、その大部分は、シリコン融液中に溶
解することなく残存する。そのときの粒状ポリシリコン
粒内の気体は、粒内の微細な気孔を通して集まり、シリ
コン融液中に気泡として存在する。その気泡は、シリコ
ン融液の圧力、温度により体積膨脹する。シリコン融液
中の強制及び自然対流によりかなりの気泡は雰囲気中に
排出されるが、直接凝固界面に到達した気泡はインゴッ
ト中に取り込まれ空隙となり、これをシリコンウェハに
した場合、表面微小凹凸物となる。

【００４０】すなわち、炉中雰囲気ガスが粒状ポリシリ
コンを構成している微粒シリコン粒子間の隙間をぬって
粒内の空隙に入り、これが原料溶解時にシリコン融液中
に混入する。このシリコン融液中に混入した炉中雰囲気
のバブルが結晶にトラップされ、表面微小凹凸物のもと
である結晶内の空洞になるのである。そして、比表面積
の小さい粒状ポリシリコンであれば、バブルの混入が減
り、その結果、表面微小凹凸物が少なくなるのである。

【００４１】又、本発明者等は、比表面積が大きい粒状
原料でもフッ酸系水溶液で洗浄エッチングすることによ
り所定の比表面積の小さい粒状原料を得ることができ、
これら表面が円滑な粒状原料を使用することにより表面
微小凹凸物の少ない単結晶が得られることを後述する実
施例２に示す如く知見した。以上の結果、本発明により
得られたシリコン単結晶は、品質として抵抗値及び酸素
濃度がインゴット長が手方向及びシリコンウェハ面内方
向で均一であるため、高集積デバイス用の基板として期
待され、そのため、連続原料供給のシリコン単結晶から
加工されるシリコンウェハは、従来にもまして良好な表
面清浄度を保持するものである。次に本発明の実施例に
ついて述べる。

【００４２】

【実施例】

［実施例１］（１）粒状ポリシリコン原料の製造法。本発明方法に用いる粒状ポリシリコン原料は、次のよう
にして製造される。粒状ポリシリコン原料の製造法は、
モノシランまたはトリクロルシランを、流動層内に導入
し熱分解により粒状ポリシリコンを形成させるものであ
る。

【００４３】この粒状ポリシリコンの品質は、流動層の
操業条件、特にモノシラン等の原料ガス流量の時間変化
及び流動層内の温度分布に強く影響される。

【００４４】粒状ポリシリコンの原料の品質としては、
比表面積が重要である。これは以下に述べる操業条件に
起因している。

【００４５】粒状ポリシリコンは、モノシランまたはト
リクロルシランを流動層中で熱分解させ析出させている
が、この時の反応としては、１）シード上極近傍で原料ガスが分解しシリコンが析出
し成長していくもの、２）気相中で反応して生成された微粉がシリコン粒子に
付着し焼結するというプロセスを繰り返し成長していく
ものがある。前者の場合、表面の凹凸が小さく、内部の細孔
が少い稠密な構造となり、後者の場合は表面の凹凸が大
きく、内部の細孔が多い比表面積の大きいものとなる。

【００４６】本発明の粒状ポリシリコン原料は、稠密な
粒子を原料とすることにより達成されることはいうまで
もない。後者の場合でも、微粉を十分に焼結させ成長さ
せれば比表面積の少ない稠密な粒子を製造でき、本発明
の目的を達成できる。これらは、例えば、前述したモノ
シランまたはトリクロルシラン等の原料ガス流量を少な
くおよび流動層内の温度を低くすることにより可能とな
る。

【００４７】（２）原料供給及び単結晶製造方法。上記により製造した粒状ポリシリコン原料を用いて、図
２に示す単結晶製造装置により単結晶インゴットを製造
する。図２において、１は石英るつぼで、黒鉛るつぼ２
の中にセットされており、黒鉛るつぼ２はペデスタル４
上に上下動及び回転可能に支持されている。５はシリコ
ン単結晶で、７は石英るつぼ１内に入れられた原料シリ
コン溶融液で、これらシリコン溶融液７から柱状に育成
されたシリコン単結晶５が引き上げられる。３は黒鉛る
つぼ２を取り囲む電気抵抗加熱体（ヒーター）、６はこ
の電気抵抗加熱体３を取り囲むホットゾーン断熱材で、
これらはチャンバー８内に収容されており、これらの単
結晶製造装置は通常のＣＺ法によるシリコン単結晶の製
造装置と基本的には同じである。

【００４８】１０は高純度の石英からなり、石英るつぼ
１内にこれと同心的に配設されたリング状の仕切り部材
で、高さ方向のほぼ中央部から下の領域には、１個又は
数個の小孔１１が貫設されている。この仕切り部材１０
は、粒状ポリシリコン原料９のチャージ時に一緒に石英
るつぼ１内にセットされ、原料の溶融後は、シリコン単
結晶５を取り囲むようにシリコン溶融液７内に配設され
ており、上縁部はシリコン溶融液面から露出している。
また、下縁部は石英るつぼ１に殆ど融着した状態とな
り、浮き上がることはない。従って、仕切り部材１０の
外側の原料供給部１２のシリコン溶融液は小孔１１を介
してのみ静かに内側の単結晶育成部１３に移動出来るだ
けのため、原料供給部１２と単結晶育成部１３とを十分
に仕切ることが出来る。

【００４９】１５はチャンバ−８に、原料供給部１２の
溶融液面に対応して設けた開口部で、この開口部１５に
は粒状又は塊状のポリシリコン原料の供給装置１４が挿
入固定されており、供給装置１４の先端部は原料供給部
１２のシリコン溶融液面と対向している。この供給装置
１４は、図示する如く、チャンバ−８の外部に設けた原
料供給チャンバ−（図示せず）に連結されており、原料
供給部１２のシリコン溶融液面上に粒状原料ポリシリコ
ン９を連続的に供給する。

【００５０】なお、チャンバ−８の上部には、原料供給
部１２の溶融液面の温度、他方の単結晶育成部１３の溶
融液面の温度を夫々測定するための温度検出器１６及び
１７が配設されている。１８は保温板で、高強度の黒鉛
板で出来ている。この保温板１８は外周がホットゾ−ン
断熱材６に支持され、仕切り部材１０及び原料供給部１
２を囲むようにセットされている。この保温板１８は、
仕切り部材１０の溶融液から露出した部分から発生する
溶融液の凝固を防止すると共に、原料供給部１２の溶融
液の保温効果を高めるため、底部（内周部）をシリコン
溶融液面に近接（本実施例では１０mm程度）して配置さ
れている。１９は温度検出器の視野領域に対応して設け
た穴、２０は粒状ポリシリコンの供給路に設けた穴であ
る。

【００５１】なお、図２の単結晶製造装置においては、
図示しないが原料供給部１２及び単結晶育成部１３の温
度を確実に制御する制御手段、単結晶引上げ及び回転手
段、るつぼ回転手段、不活性ガスの供給及び排出手段を
備えることは勿論である。

【００５２】次に、図２に示すように構成した単結晶製
造装置においては、石英るつぼ１内に配設した仕切り部
材１０の内側と外側には、前述のようにモノシランまた
はトリクロルシランを流動層中で熱分解させ析出させて
得られた粒状ポリシリコン９を溶融原料として入れて、
電気抵抗加熱体３にてるつぼ１及び２を加熱し、原料供
給部１２の粒状ポリシリコン９を溶融する。この場合両
者の溶融面は同一レベルに保持されている。

【００５３】いま、種結晶を単結晶育成部１３の溶融液
面に接した後、回転手段（図示なし）により回転させな
がら、また引上げ手段（図示なし）により、所定の速度
（１mm／分）にて徐々に引上げると、接触液面の凝固と
共に結晶成長が行われ、直径６インチの円柱状のシリコ
ン単結晶５が得られる。この間、原料供給装置１４から
原料供給部１２のシリコン溶融液表面上に粒状ポリシリ
コン９が連続的に供給され、この粒状ポリシリコン９
は、原料供給部１２のシリコン溶融液によって溶解さ
れ、仕切り部材１０の小孔１１を通って単結晶育成部１
３に静かに移動し、溶融原料の原料粒状ポリシリコン９
の液面レベルを一定に保持する。このとき、原料供給部
１２の溶融液面上への粒状ポリシリコン９の供給によっ
て生ずるシリコン融液の乱れや波立ちは仕切り部材１０
によって阻止され、単結晶育成部１３には伝播されな
い。

【００５４】なお、当初の粒状ポリシリコン原料の融解
開始から単結晶引上げ完了までの間、不活性ガスの供給
及び排出手段（図示なし）により、雰囲気ガスが導入さ
れる。雰囲気ガスはアルゴンガスで圧力は２０Ｔｏｒｒ
である。

【００５５】上記のような単結晶製造装置を用い単結晶
を製造するに当たっては、予め粒状シリコン原料の比表
面積の異なった粒状ポリシリコン原料を用いてシリコン
単結晶インゴットを製造し、得られた単結晶を通常のウ
ェハ加工プロセスによりシリコンウェハ加工を行い品質
を評価した。

【００５６】なお、シリコンウェハ品質の評価として
は、表面検査計を用いて、シリコンウェハ表面の微小凹
凸物を測定した。この時バルク結晶品質に由来するもの
とシリコンウェハ加工工程から発生する微小凹凸物を識
別した。識別法としては表面検査計のパーテクル測定
時、大径と小径とに分離し、大径サイズのパーテクルを
カウントすることにより行った。これは、光学顕微鏡で
観察した多面体形状のバルク結晶性に由来する表面微小
凹凸物と表面検査計による上述のカウント数が極めて強
い相関を示したことに基づくものである。

【００５７】以上の識別した結果と粒状ポリシリコン原
料の表面の凹凸や内部の細孔の多少を単位質量当りの全
面積で表わす比表面積（cm²／g ）との関係を調べた。

【００５８】図１は表面微小凹凸物（個／ウェハ）に与
える粒状ポリシリコン原料の比表面積（cm²／g ）との
実験結果を示すグラフであり、横軸にＢＥＴ法による粒
状ポリシリコン原料の比表面積（cm²／g ）を、縦軸に
表面微小凹凸物（個／ウェハ）をとって示してある。

【００５９】なお、比表面積（cm²／g ）の計測は、吸
着法の一種で粒子の表面に吸着したガスの単分子層吸着
量から算出するＢＥＴ法（例えば、化学工学便覧改訂五
版p.230 丸善）によった。

【００６０】図１に明らかなように、比表面積が１００
０（cm²／g ）以下の場合には表面微小凹凸物が２（個
／ウェハ）以下となり、粒状ポリシリコン原料の比表面
積が少いときシリコンウェハ段階での表面微小凹凸物が
少なかった。

【００６１】ここで本測定装置の測定下限は１００（cm
²／g ）であるので、それ以下の場合は測定値０として
示した。

【００６２】図６と図７に、シリコンウェハ加工した場
合の表面の微小凹凸物による欠陥の多少をもたらす粒状
ポリシリコンの表面状態の外観を示す走査電子顕微鏡拡
大写真（倍率×１００００）を示す。図６はシリコンウ
ェハに表面微小凹凸物が多く発生した場合の表面であ
り、表面に微細粒子が多く存在し表面の凹凸が大きく、
また隙間が粒の内部までつながっているように見られ
る。一方、図７は、シリコンウェハに表面微小凹凸物が
少なかった場合の表面であり、表面に膜状のものが覆っ
ている割合が多く、表面の凹凸が少い。

【００６３】図８，９に、シリコンウェハ加工した場合
の表面の微小凹凸物による欠陥の多少をもたらす粒状ポ
リシリコンの破断面の走査電子顕微鏡の拡大写真（倍率
×３０００）を示す。図８はシリコンウェハに表面微小
凹凸物が多く発生した場合の破断面であり、粒内に隙間
があり、その隙間は微細粒子が充填した際に生ずる空隙
のような状態（影の部分）を呈しており、この空隙が粒
の表面までつながっていることを示唆している。一方、
図９は、シリコンウェハに表面微小凹凸物が少なかった
場合の粒状ポリシリコンの破断面であり、粒内に隙間が
少いことを示している。

【００６４】［実施例２］比表面積が小さい粒状原料
は、流動層条件を変えることにより達成できることは前
述したが、比表面積が大きい粒状原料でも洗浄エッチン
グすることにより所定の比表面積の小さい粒状原料を得
ることができる。具体的にはフッ酸５％の水溶液中で平
均比表面積が１５，０００cm²／g の粒状ポリシリコン
原料を１５分洗浄，表面エッチングした。洗浄，表面エ
ッチングした粒状ポリシリコン原料の平均比表面積を測
定したところ７００cm²／g となった。この原料を用い
て、実施例１と同一の条件で単結晶引き上げを行いシリ
コンウェハにした後、シリコンウェハの表面微小凹凸物
を測定した。その結果、表面微小凹凸物はシリコンウェ
ハ全面で１個であった。本発明方法は比表面積の低減は
勿論のこと付加的に表面汚れも低減できる効果を持つ。

【００６５】本発明において用いる粒状ポリシリコン原
料は、モノシランまたはトリクロルシランのいずれの方
法によるものが適用できる。

【００６６】

【発明の効果】本発明法による、比表面積が１０００
（cm²／g ）以下又は表面洗浄した粒状ポリシリコン原
料を、連続的に供給する単結晶製造法により、得られた
単結晶を加工したシリコンウェハは、表面微小凹凸物を
極めて少なくすることが可能になり、品質としての抵抗
値及び酸素濃度がインゴット長が手方向及びシリコンウ
ェハ面内方向で均一であるため、高集積デバイス用の基
板として期待され、そのため、連続原料供給のシリコン
単結晶から加工されるシリコンウェハは、従来にもまし
て良好な表面清浄度を保持し得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】粒状シリコン原料の比表面積（cm²／g ）と表
面微小凹凸物（個／ウェハ）との関係グラフ。

【図２】本発明の実施例において用いた単結晶製造装置
の模式的断面説明図。

【図３】シリコンウェハ上に現れた表面微小凹凸物の走
査電子顕微鏡写真（倍率×１００００）。

【図４】シリコンウェハ上に現れた表面微小凹凸物の走
査電子顕微鏡写真（倍率×７０００）。

【図５】シリコンウェハを傾斜させた場合の表面微小凹
凸物の走査電子顕微鏡写真。

【図６】表面微小凹凸物が多く発生した場合の粒状ポリ
シリコン原料の表面状態の外観を示す走査電子顕微鏡写
真。

【図７】表面微小凹凸物が少かった場合の粒状ポリシリ
コン原料の表面状態の外観を示す走査電子顕微鏡写真。

【図８】表面微小凹凸物が多く発生した場合の粒状ポリ
シリコン原料の破断面に見られる空隙を示す走査電子顕
微鏡写真。

【図９】表面微小凹凸物が少かった場合の粒状ポリシリ
コン原料の破断面に見られる空隙を示す走査電子顕微鏡
写真。

【符号の説明】

１石英るつぼ、２黒鉛るつぼ、３電気抵抗加熱体（ヒ−タ）、４ペデスタル、５シリコン単結晶、６断熱材、７シリコン溶融液、８チャンバ−、９粒状ポリシリコン原料、１０仕切り部材、１１小孔、１２原料供給部、１３単結晶育成部、１４原料供給装置、１５開口部、１６温度検出器、１７温度検出器、１８保温板、１９穴、２０穴。

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【手続補正書】

【提出日】平成５年４月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図３】シリコンウェハの表面の結晶構造を示す走査電
子顕微鏡写真（倍率×１００００）。

【図４】シリコンウェハの表面の結晶構造を示す走査電
子顕微鏡写真（倍率×７０００）。

【図５】シリコンウェハを傾斜させた場合の表面の結晶
構造を示す走査電子顕微鏡写真（倍率×７０００）。

【図６】粒状ポリシリコン原料の表面の金属組織を示す
走査電子顕微鏡写真（倍率×１００００）。

【図７】粒状ポリシリコン原料の表面の金属組織を示す
走査電子顕微鏡写真（倍率×１００００）。

【図８】粒状ポリシリコン原料の破断面の金属組織を示
す走査電子顕微鏡写真（倍率×３０００）。

【図９】粒状ポリシリコン原料の破断面の金属組織を示
す走査電子顕微鏡写真（倍率×３０００）。

【符号の説明】１石英るつぼ、２黒鉛るつぼ、３電気抵抗加熱体（ヒ−タ）、４ペデスタル、５シリコン単結晶、６断熱材、７シリコン溶融液、８チャンバ−、９粒状ポリシリコン原料、１０仕切り部材、１１小孔、１２原料供給部、１３単結晶育成部、１４原料供給装置、１５開口部、１６温度検出器、１７温度検出器、１８保温板、１９穴、２０穴。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石英るつぼ内を単結晶育成部と原料溶解
部とに仕切り、該仕切りにシリコン溶融液が流通できる
ように小孔を設け、前記原料溶解部に粒状ポリシリコン
原料を連続的に供給し、チャンバ−内の雰囲気ガスがア
ルゴンで減圧雰囲気であり、種結晶を前記単結晶育成部
の中心溶融液面に接した後、前記種結晶を回転手段によ
り引上げてシリコン単結晶を製造する方法において、比表面積が１０００cm²／ｇ以下である粒状原料を用い
ることを特徴とする単結晶製造方法。
【請求項２】石英るつぼ内を単結晶育成部と原料溶解
部とに仕切り、該仕切りにシリコン溶融液が流通できる
ように小孔を設け、前記原料溶解部に粒状ポリシリコン
原料を連続的に供給し、チャンバ−内の雰囲気ガスがア
ルゴンで減圧雰囲気であり、種結晶を前記単結晶育成部
の中心溶融液面に接した後、前記種結晶を回転手段によ
り引上げてシリコン単結晶を製造する方法において、洗浄した粒状原料を用いることを特徴とする単結晶製造
方法。
【請求項３】石英るつぼ内を単結晶育成部と原料溶解
部とに仕切り、該仕切りにシリコン溶融液が流通できる
ように小孔を設け、前記原料溶解部に粒状ポリシリコン
原料を連続的に供給し、チャンバ−内の雰囲気ガスがア
ルゴンで減圧雰囲気であり、種結晶を前記単結晶育成部
の中心溶融液面に接した後、前記種結晶を回転手段によ
り引上げてシリコン単結晶を製造する方法において、フッ酸系水溶液で洗浄した粒状原料を用いることを特徴
とする単結晶製造方法。
【請求項４】前記シリコン単結晶を製造する方法にお
いて、洗浄した粒状原料を用いることを特徴とする請求項１記
載の単結晶製造方法。
【請求項５】前記シリコン単結晶を製造する方法にお
いて、フッ酸系水溶液で洗浄した粒状原料を用いることを特徴
とする単結晶製造方法。