JPH11322490A

JPH11322490A - シリコン単結晶ウエ―ハの製造方法およびシリコン単結晶ウエ―ハ

Info

Publication number: JPH11322490A
Application number: JP4463499A
Authority: JP
Inventors: Masaro Tamazuka; 正郎玉塚; Norihiro Kobayashi; 徳弘小林; Tetsushi Oka; 哲史岡
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1998-03-09
Filing date: 1999-02-23
Publication date: 1999-11-24
Anticipated expiration: 2019-02-23
Also published as: JP3614019B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＣＺ法によって作製されるシリコン単結晶ウ
エーハにおける、結晶欠陥の成長を抑制し、特にウエー
ハの表面層での結晶欠陥の成長をなくすと共に、たとえ
低密度の結晶欠陥が発生しても、短時間の熱処理により
確実に除去して、きわめて低欠陥のシリコン単結晶ウエ
ーハを、高生産性でかつ簡単に作製する製造方法を提供
する。【解決手段】チョクラルスキー法によって窒素をドー
プしたシリコン単結晶棒を育成し、該単結晶棒をスライ
スしてシリコン単結晶ウエーハに加工した後、該シリコ
ン単結晶ウエーハに急速加熱・急速冷却装置により熱処
理を加えることを特徴とするシリコン単結晶ウエーハの
製造方法、およびこの方法で製造されたシリコン単結晶
ウエーハ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チョクラルスキー
法（以下、ＣＺ法という）によってシリコン単結晶を引
き上げる際に、窒素をドープして結晶内部に存在するグ
ローンイン（Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ）欠陥と呼ばれる結晶欠
陥のサイズを小さくするとともに、ウエーハに急速加熱
・急速冷却装置によって高温の熱処理を加えることによ
って、ウエーハ表面の結晶欠陥を除去したシリコン単結
晶ウエーハを高生産性で製造する方法、およびこの方法
で製造されたシリコン単結晶ウエーハに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路等のデバイスを作製する
ためのウエーハとしては、主にチョクラルスキー法（Ｃ
Ｚ法）によって育成された、シリコン単結晶ウエーハが
用いられている。このようなシリコン単結晶ウエーハに
結晶欠陥が存在すると、半導体デバイス作製時にパター
ン不良などを引き起こしてしまう。特に、近年の高度に
集積化されたデバイスにおけるパターン幅は、０．３５
ミクロン以下といった非常に微細となっているため、こ
のようなパターン形成時には、０．１ミクロンサイズの
結晶欠陥の存在でもパターン不良等の原因になり、デバ
イスの生産歩留あるいは品質特性を著しく低下させてし
まう。従って、シリコン単結晶ウエーハに存在する結晶
欠陥は極力減少させなければならない。

【０００３】特に最近になって、ＣＺ法により育成され
たシリコン単結晶中には、上記グローンイン欠陥と呼ば
れる、結晶成長中に導入された結晶欠陥がさまざまな測
定法で見いだされることが報告されている。例えば、こ
れらの結晶欠陥は商業レベルで生産されている一般的な
成長速度（例えば、約１ｍｍ／ｍｉｎ以上）で引き上げ
られた単結晶では、Ｓｅｃｃｏ液（Ｋ₂ Ｃｒ₂ Ｏ₇ と弗
酸と水の混合液）で表面を選択的にエッチング（Ｓｅｃ
ｃｏエッチング）することによりピットとして検出が可
能である（特開平４−１９２３４５号公報参照）。

【０００４】このピットの主な発生原因は、単結晶製造
中に凝集する原子空孔のクラスタあるいは石英ルツボか
ら混入する酸素原子の凝集体である酸素析出物であると
考えられている。これらの結晶欠陥はデバイスが形成さ
れるウエーハの表層部（０〜５ミクロン）に存在する
と、デバイス特性を劣化させる有害な欠陥となるので、
このような結晶欠陥を低減するための種々の方法が検討
されている。

【０００５】例えば、上記原子空孔のクラスタの密度を
低減するためには、結晶成長速度を極端に低下（例え
ば、０．４ｍｍ／ｍｉｎ以下）して結晶を育成させれば
よいことが知られている（特開平２−２６７１９５号公
報参照）。ところが、この方法であると、新たに過剰な
格子間シリコンが集まって形成する転位ループと考えら
れる結晶欠陥が発生し、デバイス特性を著しく劣化さ
せ、問題の解決とはならないことがわかってきた。しか
も、結晶成長速度を従来の約１．０ｍｍ／ｍｉｎ以上か
ら、０．４ｍｍ／ｍｉｎ以下に低下させるのであるか
ら、著しい単結晶の生産性の低下、コストの上昇をもた
らしてしまう。

【０００６】一方、ウエーハ表層部の酸素析出物に起因
する結晶欠陥を低減するために、１１００℃以上の高温
でウエーハを熱処理することにより、結晶中の酸素を外
方拡散し酸素析出物を溶解消滅せしめる解決方法が取ら
れている。しかし、この方法では、熱処理を例えば４時
間以上と言った長時間行なわなければならず、生産性、
コストの面で不利である上に、ウエーハの昇降温に時間
がかかるため、昇降温中にデバイス形成層で酸素析出物
が形成されてしまい、所期の目的、効果を奏しない場合
も多い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題点に鑑みて為されたもので、ＣＺ法によって作製され
るシリコン単結晶ウエーハにおける、結晶欠陥（グロー
ンイン欠陥）の成長を抑制し、たとえサイズの小さい結
晶欠陥が発生しても、短時間の熱処理により確実に除去
して、ウエーハ表層部がきわめて低欠陥のシリコン単結
晶ウエーハを、高生産性でかつ簡単に作製する製造方法
を提供することを主たる目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項１に記載した発明は、チョクラルス
キー法によって窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育
成し、該単結晶棒をスライスしてシリコン単結晶ウエー
ハに加工した後、該シリコン単結晶ウエーハに急速加熱
・急速冷却装置により熱処理を加えることを特徴とする
シリコン単結晶ウエーハの製造方法である。

【０００９】このように、ＣＺ法によって単結晶棒を育
成する際に、窒素をドープすることによって、前記結晶
成長中に導入される結晶欠陥の成長を抑制することが出
来る。また、結晶欠陥の成長が抑制される結果、結晶成
長速度を高速化することが出来るので、結晶の生産性を
著しく改善することが出来る。

【００１０】そして、このような窒素をドープしたシリ
コン単結晶から加工されたウエーハに急速加熱・急速冷
却装置によって熱処理を加えれば、ウエーハ表面の酸素
および窒素は外方拡散され、ウエーハ表面層の結晶欠陥
を効率よく消滅させることが出来る。したがって、ウエ
ーハ表面の結晶欠陥がきわめて少ないシリコン単結晶ウ
エーハを得ることが出来る。しかも、急速に昇降温をす
ることが出来るので、新たに昇降温中に酸素析出等に起
因する結晶欠陥が生じるようなこともないし、熱処理に
要する時間をきわめて短縮することができる。一方、ウ
エーハのバルク部では窒素の存在により酸素析出が促進
されるので、いわゆるイントリンシックゲッタリング効
果（ＩＧ効果）にもすぐれたウエーハを製造することが
出来る。

【００１１】この場合、請求項２に記載したように、チ
ョクラルスキー法によって窒素をドープしたシリコン単
結晶棒を育成する際に、単結晶棒にドープする窒素濃度
を、１×１０¹⁰〜５×１０¹⁵atoms/cm³ にすることが好
ましい。これは、結晶欠陥の成長を充分に抑制するに
は、１×１０¹⁰atoms/cm³ 以上にするのが望ましいこと
と、シリコン単結晶の単結晶化の妨げにならないように
するためには、５×１０¹⁵atoms/cm³ 以下とするのが好
ましいからである。

【００１２】また、請求項３に記載したように、チョク
ラルスキー法によって窒素をドープしたシリコン単結晶
棒を育成する際に、単結晶棒に含有される酸素濃度を、
１．２×１０¹⁸atoms/cm³ （ＡＳＴＭ ’７９値）以下
にするのが好ましい。このように、低酸素とすれば、結
晶欠陥の成長を一層抑制することができるし、表面層で
の酸素析出物の形成を防止することも出来る。一方、バ
ルク部では、窒素の存在により酸素析出が促進されるの
で、低酸素としても十分にＩＧ効果を発揮することが出
来る。

【００１３】次に、本発明の請求項４に記載した発明で
は、ウエーハに急速加熱・急速冷却装置により加える熱
処理を、１１００℃〜シリコンの融点以下の温度で、１
〜６０秒間行なうようにした。このように急速加熱・急
速冷却装置を用いて、１１００℃〜シリコンの融点以下
といった高温で熱処理をすることによって、十分にウエ
ーハ表面層の酸素、窒素を外方拡散できるので、確実に
結晶欠陥を消滅させることができるし、熱処理時間を６
０秒以下といったきわめて短時間化することができる。

【００１４】この場合、請求項５に記載したように、ウ
エーハに急速加熱・急速冷却装置により加える熱処理
を、酸素、水素、アルゴンあるいはこれらの混合雰囲気
下で行なうのが好ましい。このようなガス雰囲気で熱処
理をすることによって、シリコンウエーハに有害となる
表面被膜を形成させることなく、有効に酸素、窒素を外
方拡散させ、ウエーハ表面層の結晶欠陥を消滅させるこ
とができる。

【００１５】そして、本発明の製造方法で製造されたシ
リコン単結晶ウエーハ（請求項６）は、きわめて低結晶
欠陥なものとなり、特に、請求項７のように、ウエーハ
表面層の結晶欠陥の密度を１０ケ／ｃｍ² 以下とするこ
とができるし、また請求項８のように、ウエーハ表面か
ら０．２μｍの深さまでの領域におけるＣＯＰ密度が８
×１０^４個／ｃｍ^３以下とすることができるので、デバ
イス作製時の歩留を著しく改善出来るものとなる。

【００１６】以下、本発明についてさらに詳述するが、
本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、
ＣＺ法によってシリコン単結晶育成中に窒素をドープす
る技術とシリコン単結晶ウエーハに急速加熱・急速冷却
装置により熱処理を加えてウエーハ表面の結晶欠陥を消
滅させる技術とを組み合わせることによって、デバイス
形成層（ウエーハ表面層）中の結晶欠陥がきわめて少な
いシリコン単結晶ウエーハを、高生産性で得ることが出
来ることを見出し、諸条件を精査して本発明を完成させ
たものである。

【００１７】すなわち、窒素をシリコン単結晶中にドー
プすると、シリコン中の原子空孔の凝集が抑制され、結
晶欠陥のサイズが縮小することが指摘されている（T.Ab
e and H.Takeno,Mat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.262,3,199
2 ）。この効果は原子空孔の凝集過程が、均一核形成か
ら不均一核形成に移行するためであると考えられる。し
たがって、ＣＺ法によりシリコン単結晶を育成する際
に、窒素をドープすれば、結晶欠陥サイズを非常に小さ
くしたシリコン単結晶およびこれを加工してシリコン単
結晶ウエーハを得ることが出来る。しかも、この方法に
よれば、前記従来法のように、結晶成長速度を必ずしも
低速化する必要がないため、高生産性でシリコン単結晶
ウエーハを得ることが出来る可能性がある。

【００１８】ところが、このシリコン単結晶中の窒素原
子は、酸素析出を助長させる効果があることが知られて
おり（例えば、F.Shimura and R.S.Hockett,Appl.Phys.
Lett.48,224,1986）、ＣＺ法によるシリコン単結晶ウエ
ーハ中にドープすると、デバイス工程中の熱処理等で、
デバイス形成層中にＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥）等の酸
素析出起因の欠陥を多発させる。したがって、従来窒素
をドープしたＣＺシリコン単結晶ウエーハは、デバイス
作製用のウエーハとしては用いられていなかった。

【００１９】そこで、本発明では、窒素ドープ結晶では
結晶欠陥（グローンイン欠陥）が成長しにくいと言う利
点を生かすこととし、一方酸素析出が助長されることに
起因して発生する欠陥は、ウエーハに急速加熱・急速冷
却装置により高温熱処理を加えて、表面層の酸素および
窒素を外方拡散させることによって、ウエーハ表面にお
いてきわめて結晶欠陥の少ないシリコン単結晶ウエーハ
を得ることに成功した。

【００２０】また、ウエーハのバルク部には窒素が含有
されているため、酸素の析出が促進される結果、窒素の
入っていない通常のウエーハの同じ酸素濃度のものより
も析出物が多くＩＧ効果が強いものとなる。したがっ
て、含有酸素濃度を低減することができ、一層表面にお
ける結晶欠陥の発生を抑制することが出来る。しかも、
ＣＺ法において結晶引上げ速度を低下させる必要がない
ため高生産性であるという利点もある。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明において、ＣＺ法によって
窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成するには、例
えば特開昭６０−２５１１９０号に記載されているよう
な公知の方法によれば良い。

【００２２】すなわち、ＣＺ法は、石英ルツボ中に収容
された多結晶シリコン原料の融液に種結晶を接触させ、
これを回転させながらゆっくりと引き上げて所望直径の
シリコン単結晶棒を育成する方法であるが、あらかじめ
石英ルツボ内に窒化物を入れておくか、シリコン融液中
に窒化物を投入するか、雰囲気ガスを窒素を含む雰囲気
等とすることによって、引き上げ結晶中に窒素をドープ
することができる。この際、窒化物の量あるいは窒素ガ
スの濃度あるいは導入時間等を調整することによって、
結晶中のドープ量を制御することが出来る。

【００２３】このように、ＣＺ法によって単結晶棒を育
成する際に、窒素をドープすることによって、結晶成長
中に導入される結晶欠陥の成長を抑制することが出来
る。また、従来法のように、結晶欠陥の発生を抑制する
ために、結晶成長速度を例えば、０．４ｍｍ／ｍｉｎ以
下といった低速化する必要がないので、結晶の生産性を
著しく改善することが出来る。

【００２４】窒素をシリコン単結晶中にドープすると、
シリコン中に導入される結晶欠陥の成長が抑制される理
由は、前述の通り原子空孔の凝集過程が、均一核形成か
ら不均一核形成に移行するためであると考えられる。従
って、ドープする窒素の濃度は、十分に不均一核形成を
引き起こす、１×１０¹⁰atoms/cm³ 以上にするのが好ま
しく、より好ましくは５×１０¹³atoms/cm³以上とする
のがよい。これによって結晶欠陥の成長を充分に抑制す
ることができる。一方、窒素濃度が、シリコン単結晶中
の固溶限界である５×１０¹⁵atoms/cm³を越えると、シ
リコン単結晶の単結晶化そのものが阻害されるので、こ
の濃度を越えないようにする。

【００２５】また、本発明では、ＣＺ法によって窒素を
ドープしたシリコン単結晶棒を育成する際に、単結晶棒
に含有される酸素濃度を、１．２×１０¹⁸atoms/cm³ 以
下にするのが好ましい。シリコン単結晶中の酸素濃度
を、このように低酸素とすれば、窒素が含有されている
こととも相まって、結晶欠陥の成長を一層抑制すること
ができるし、前記ＯＳＦの形成等も抑制出来るからであ
る。

【００２６】シリコン単結晶棒を育成する際に、含有さ
れる酸素濃度を上記範囲に低下させる方法は、従来から
慣用されている方法によれば良い。例えば、ルツボ回転
数の減少、導入ガス流量の増加、雰囲気圧力の低下、シ
リコン融液の温度分布および対流の調整等の手段によっ
て、簡単に上記酸素濃度範囲とすることが出来る。

【００２７】こうして、ＣＺ法において所望濃度の窒素
がドープされ、所望濃度の酸素を含有する、シリコン単
結晶棒が得られる。これを通常の方法にしたがい、内周
刃スライサあるいはワイヤソー等の切断装置でスライス
した後、面取り、ラッピング、エッチング、研磨等の工
程を経てシリコン単結晶ウエーハに加工する。もちろ
ん、これらの工程は例示列挙したにとどまり、この他に
も洗浄等種々の工程があり得るし、工程順の変更、一部
省略等目的に応じ適宜工程は変更使用されている。

【００２８】次に、得られたシリコン単結晶ウエーハに
急速加熱・急速冷却装置により熱処理を加えてウエーハ
表面の酸素および窒素を外方拡散させ、結晶欠陥を消滅
させる。ここで、急速加熱・急速冷却とは、所望温度範
囲に設定された熱処理炉中にウエーハを直ちに投入し、
所望熱処理時間の経過後、直ちに取り出す方法や、ウエ
ーハを熱処理炉内の設定位置に設置した後、ランプ加熱
器等で直ちに加熱処理する方法である。この直ちに投入
し、取り出すというのは、従来より行われている一定時
間での昇温、降温操作や熱処理炉内にウエーハを、ゆっ
くり投入し、取り出すいわゆるローディング、アンロー
ディング操作を行わないということである。ただし、炉
内の所定位置まで運ぶには、ある程度の時間を有するの
は当然であり、ウエーハを投入するための移動装置の能
力に従い、数秒から数分間で行われる。

【００２９】そして、本発明で用いられるシリコンウエ
ーハの急速加熱・急速冷却装置としては、熱放射による
ランプ加熱器のような装置を挙げることができる。ま
た、市販されているものとして、例えばＡＳＴ社製、Ｓ
ＨＳ−２８００のような装置を挙げることができ、これ
らは特別複雑なものではなく、高価なものでもない。

【００３０】ここで、本発明で用いたシリコンウエーハ
の急速加熱・急速冷却装置の一例を示す。図３は、急速
加熱・急速冷却装置の概略図である。図３の熱処理装置
１０は、例えば炭化珪素あるいは石英からなるベルジャ
１を有し、このベルジャ１内でウエーハを熱処理するよ
うになっている。加熱は、ベルジャ１を囲繞するように
配置される加熱ヒータ２，２’によって行う。この加熱
ヒータは上下方向で分割されており、それぞれ独立に供
給される電力を制御できるようになっている。もちろん
加熱方式は、これに限定されるものではなく、いわゆる
輻射加熱、高周波加熱方式としてもよい。加熱ヒータ
２，２’の外側には、熱を遮蔽するためのハウジング３
が配置されている。

【００３１】炉の下方には、水冷チャンバ４とベースプ
レート５が配置され、ベルジャ１内と、大気とを封鎖し
ている。そしてシリコンウエーハ８はステージ７上に保
持されるようになっており、ステージ７はモータ９によ
って上下動自在な支持軸６の上端に取りつけられてい
る。水冷チャンバ４には横方向からウエーハを炉内に出
し入れできるように、ゲートバルブによって開閉可能に
構成される不図示のウエーハ挿入口が設けられている。
また、ベースプレート５には、ガス流入口と排気口が設
けられており、炉内ガス雰囲気を調整できるようになっ
ている。

【００３２】以上のような熱処理装置１０によって、シ
リコンウエーハの急速加熱・急速冷却する熱処理は次の
ように行われる。まず、加熱ヒータ２，２’によってベ
ルジャ１内を、例えば所望ガス雰囲気下１１００〜シリ
コンの融点以下の所望温度に加熱し、その温度に保持す
る。分割された加熱ヒータそれぞれを独立して供給電力
を制御すれば、ベルジャ１内を高さ方向に沿って温度分
布をつけることができる。したがって、ウエーハの処理
温度は、ステージ７の位置、すなわち支持軸６の炉内へ
の挿入量によって決定することができる。

【００３３】ベルジャ１内が所望温度で維持されたな
ら、熱処理装置１０に隣接して配置される、不図示のウ
エーハハンドリング装置によってシリコンウエーハを水
冷チャンバ４の挿入口から入れ、最下端位置で待機させ
たステージ７上に例えばＳｉＣボートを介してウエーハ
を乗せる。この時、水冷チャンバ４およびベースプレー
ト５は水冷されているので、ウエーハはこの位置では高
温化しない。

【００３４】そして、ウエーハのステージ７上への載置
が完了したなら、すぐにモータ９によって支持軸６を炉
内に挿入することによって、ステージ７を１１００〜シ
リコンの融点以下の所望温度位置まで上昇させ、ステー
ジ上のシリコンウエーハに高温熱処理を加える。この場
合、水冷チャンバ４内のステージ下端位置から、所望温
度位置までの移動には、例えば２０秒程度しかかからな
いので、シリコンウエーハは急速加熱されることにな
る。

【００３５】そして、ステージ７を所望温度位置で、所
定時間停止（例えば１〜６０秒）させることによって、
ウエーハに停止時間分の高温熱処理を加えることができ
る。所定時間が経過し高温熱処理が終了したなら、すぐ
にモータ９によって支持軸６を炉内から引き抜くことに
よって、ステージ７を下降させ水冷チャンバ４内の下端
位置とする。この下降動作も、例えば２０秒程度で行う
ことができる。ステージ７上のウエーハは、水冷チャン
バ４およびベースプレート５が水冷されているので、急
速に冷却される。最後に、ウエーハハンドリング装置に
よって、ウエーハを取り出すことによって、熱処理を完
了する。さらに熱処理するウエーハがある場合には、熱
処理装置１０の温度を降温させていないので、次々にウ
エーハを投入し連続的に熱処理をすることができる。

【００３６】このように、本発明のウエーハに急速加熱
・急速冷却装置により熱処理をする場合、加える熱処理
条件としては、１１００℃〜シリコンの融点以下の温度
で、１〜６０秒間行なうのが好ましい。これは急速加熱
・急速冷却装置を用いて、１１００℃〜シリコンの融点
以下といった高温で熱処理をすることによって、十分に
ウエーハ表面層の酸素、窒素を外方拡散できるので、確
実に結晶欠陥を消滅させることができるし、熱処理時間
を６０秒以下といったきわめて短時間化することができ
るからである。

【００３７】この場合、熱処理時間を１〜６０秒間とす
るのは、酸素および窒素を充分に外方拡散させるために
は１秒は熱処理する必要があり、６０秒も行なえば充分
であるからである。しかも、昇降温を急速に出来るの
で、新たに昇降温中に結晶欠陥、酸素析出が生じるよう
なこともない。

【００３８】また、熱処理の雰囲気としては、酸素、水
素、アルゴンあるいはこれらの混合雰囲気下で行なうよ
うにすれば、シリコンウエーハに有害となる表面被膜を
形成させることなく、有効に酸素、窒素を外方拡散さ
せ、ウエーハ表面層の結晶欠陥を消滅させることができ
る。特に、水素、アルゴンあるいはこれらの混合雰囲気
のような、還元性の雰囲気で高温熱処理を行なうと、ウ
エーハ表面の結晶欠陥が消滅し易いのでより好ましい。
また、水素とアルゴンの混合雰囲気とすると、熱処理中
にウエーハにスリップが発生しにくくなることが確認さ
れた。

【００３９】こうして、窒素をドープしたＣＺ法による
シリコン単結晶ウエーハであって、該シリコン単結晶ウ
エーハ表面の結晶欠陥がきわめて少ない、シリコン単結
晶ウエーハを得ることができる。特に、ウエーハ表面層
の結晶欠陥の密度を、確実に１０ケ／ｃｍ² 以下とする
ことができ、実質上ゼロとすることも可能である。ま
た、ウエーハ表面から０．２μｍの深さまでの領域にお
けるＣＯＰ密度を８×１０^４個／ｃｍ^３以下とすること
ができ、デバイス作製歩留を確実に向上させることがで
きる。

【００４０】

【実施例】以下、本発明の実施例および比較例を挙げて
具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるもの
ではない。（実施例１、比較例１）ＣＺ法により、直径１８インチ
の石英ルツボに、原料多結晶シリコン４０ｋｇをチャー
ジし、直径６インチ、Ｐ型、方位＜１００＞の結晶棒
を、通常の引き上げ速度である、０．８〜１．５ｍｍ／
ｍｉｎの範囲の種々の速度で１０本引き上げた。そのう
ち５本の引き上げでは、原料中にあらかじめ０．１２ｇ
の窒化珪素膜を有するシリコンウエーハを投入しておい
たが、残り５本の結晶の引き上げでは窒素をドープしな
かった。また、何れの結晶とも、引き上げ中ルツボ回転
を制御して、単結晶中の酸素濃度が０．９〜１．０×１
０¹⁸atoms/cm³ となるようにした。

【００４１】窒素をドープした方の結晶棒の尾部の窒素
濃度をＦＴ−ＩＲにより測定したところ、平均で５．０
×１０¹⁴atoms/cm³ であった（窒素の偏析係数は非常に
小さいので、結晶棒の直胴部の濃度はこの値以下とな
る。）。また、すべての単結晶棒の酸素濃度をＦＴ−Ｉ
Ｒにより測定したところ、どの結晶もおよそ０．９〜
１．０×１０¹⁸atoms/cm³ の酸素濃度となっていること
を確認した。

【００４２】ここで得られた単結晶棒から、ワイヤソー
を用いてウエーハを切り出し、面取り、ラッピング、エ
ッチング、鏡面研磨加工を施して、窒素のドープの有無
以外の条件はほぼ同一とした、２種類の直径６インチの
シリコン単結晶鏡面ウエーハを作製した。

【００４３】得られたシリコン単結晶ウエーハにＳｅｃ
ｃｏエッチングを施し、表面を顕微鏡観察してピット密
度を測定することによって、表面から深さ５μｍまでの
結晶欠陥（グローンイン欠陥）の密度を測定した。測定
結果を、図１に示した。黒丸が窒素をドープした本発明
方法であり、白丸が窒素をドープしていない従来法であ
る。

【００４４】この結果を見ると、窒素をドープした本発
明方法では、引き上げ速度を１．０ｍｍ／ｍｉｎ以上と
いう、従来と同等以上の速度で引き上げているにもかか
わらず、従来法より結晶欠陥密度が２０分の１程度にま
で減少している。すなわち、窒素をドープすることによ
って、結晶欠陥の成長が抑制され、検出できるほど大き
くなっているものが減少することがわかる。

【００４５】次に、上記のウエーハに、図３に示したよ
うな急速加熱・急速冷却装置を用いて、１２００℃で１
０秒間の急速加熱・急速冷却熱処理を施した。雰囲気ガ
スとしては、１００％酸素ガス雰囲気、１００％アルゴ
ンガス雰囲気、１００％水素ガス雰囲気、５０％アルゴ
ンと５０％水素の混合ガス雰囲気とした。

【００４６】熱処理後のウエーハに、Ｓｅｃｃｏエッチ
ングを施し、再び表面を顕微鏡観察してピット密度を測
定することによって、結晶欠陥密度に変化があるかを測
定した。窒素をドープした場合の測定結果を、図１に合
わせてプロットした。

【００４７】この結果を見ると、窒素をドープしたウエ
ーハ表面層の結晶欠陥は、１２００℃の急速加熱・急速
冷却熱処理によって、約１０ケ／ｃｍ² 以下にまで減少
することがわかる。すなわち、熱処理によって、窒素お
よび酸素が外方拡散し、ウエーハの表面が無欠陥化され
ることがわかる。特に、ウエーハ表面層の結晶欠陥の密
度を、実質上ゼロにすることも可能であることがわか
る。

【００４８】次に、上記熱処理後のウエーハの酸化膜耐
圧特性（Ｃ−モード）を測定した。酸化膜耐圧特性（Ｃ
−モード）の測定条件は、酸化膜厚：２５ｎｍ、測定電
極：リンドープ・ポリシリコン、電極面積：８ｍｍ² 、
判定電流：１ｍＡ／ｃｍ²とした。一般に、絶縁破壊電
界が８ＭＶ／ｃｍ以上のものが良品と判定される。測定
結果を、図２に示した。

【００４９】本発明の窒素をドープしたシリコン単結晶
ウエーハに急速加熱・急速冷却装置により熱処理を加え
たものは（曲線Ａ〜Ｄ）、いずれの熱処理雰囲気として
も、８ＭＶ／ｃｍ以上の良品が発生度数が高く、殆どが
良品となるのに対し、従来法（曲線Ｅ）では、８ＭＶ／
ｃｍに満たない不良品が、約７０％も発生することがわ
かる。

【００５０】（実施例２、比較例２）実施例１、比較例
１と同様にＣＺ法により直径８インチ、ｐ型、方位＜１
００＞の単結晶棒を、下記表１の条件で５本引上げ、こ
れより５種類の直径８インチのシリコン単結晶鏡面ウエ
ーハ（a，b，c，d，e）を作製した。

【００５１】

【表１】

【００５２】得られた５種類のウエーハについて、その
表面に存在する原子空孔のクラスタと考えられている結
晶欠陥であるＣＯＰ（Crystal Originated Particl
e）の個数を測定した。ＣＯＰ測定は、測定ウエーハの
ウエーハ表面に約０．４４μmの熱酸化膜を形成し、そ
の酸化膜をフッ酸で除去してからパーティクル測定装置
（KLA／Tencor社製、SP1）を用いて、ウエーハ表面に存
在する０．１０μm以上のＣＯＰについてカウントし
た。このようにすれば、ウエーハ表面から約０．２μm
の深さまでの領域に存在するＣＯＰが積分された形で測
定できる。

【００５３】また、５種類のウエーハの別の一組には、
急速加熱・急速冷却装置（ＡＳＴ社製、ＳＨＳ−２８０
０）により、５０％アルゴンと５０％水素の混合ガス雰
囲気で１２００℃で１０秒間の熱処理を加えた後、同様
に、約０．４４μｍの熱酸化膜を形成し、その酸化膜を
除去してからＣＯＰを測定した。こうして得られた各ウ
エーハのＣＯＰ数の結果を図４に示した。

【００５４】図４から明らかであるあるように、急速加
熱・急速冷却装置による熱処理によるＣＯＰの低減効果
は、窒素をドープしたウエーハ（図４のａ，ｂ，ｃ）の
方が、ノンドープのウエーハ（図４のｄ，ｅ）に比べて
大きいことがわかる。そして、窒素ドープしたウエーハ
に急速加熱・急速冷却装置による熱処理を加えること
で、ウエーハ表面から深さ０．２μｍまでのＣＯＰ数を
８インチウエーハで確実に５００個／ウエーハ以下、Ｃ
ＯＰ密度に換算すると約８×１０^４個／ｃｍ^３以下にす
ることができることがわかった。

【００５５】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明
の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同
一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いか
なるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【００５６】例えば、本発明においてチョクラルスキー
法によって窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成す
るに際しては、融液に磁場が印加されているか否かは問
われないものであり、本発明のチョクラルスキー法には
いわゆる磁場を印加するＭＣＺ法も含まれる。

【００５７】また、上記では、含有酸素濃度を低酸素濃
度とした場合に、より低結晶欠陥とすることができるこ
とを示したが、本発明はこれには限定されず、例え酸素
濃度が１．２〜１．５×１０¹⁸atoms/cm³ 、あるいはそ
れ以上の高酸素濃度の場合であっても、効果を有するも
のであることは言うまでもない。

【００５８】

【発明の効果】本発明では、窒素をドープしたシリコン
単結晶ウエーハに急速加熱・急速冷却装置により熱処理
を施すことによって、ＣＺ法によって作製されるシリコ
ン単結晶中の結晶欠陥の成長を抑制するとともに、ウエ
ーハの表面層の結晶欠陥を消滅させることが出来るの
で、きわめて低欠陥のシリコン単結晶ウエーハを、高生
産性でかつ簡単に作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１、比較例１において、Ｓｅｃｃｏエッ
チング後、表面を顕微鏡観察してピット密度を測定した
結果と熱処理の効果を示す結果図である（黒丸が窒素を
ドープした本発明方法であり、白丸が窒素をドープして
いない従来法である。）。

【図２】熱処理後のウエーハの酸化膜耐圧特性（Ｃ−モ
ード）を測定した結果を示す結果図である。

【図３】シリコンウエーハを急速加熱・急速冷却できる
装置の一例を示した概略図である。

【図４】実施例２、比較例２の結果図である。

【符号の説明】

１…ベルジャ、２，２’…加熱ヒータ、３…ハウジ
ング、４…水冷チャンバ、５…ベースプレート、６
…支持軸、７…ステージ、８…シリコンウエーハ、
９…モータ、１０…熱処理装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チョクラルスキー法によって窒素をドー
プしたシリコン単結晶棒を育成し、該単結晶棒をスライ
スしてシリコン単結晶ウエーハに加工した後、該シリコ
ン単結晶ウエーハに急速加熱・急速冷却装置により熱処
理を加えることを特徴とするシリコン単結晶ウエーハの
製造方法。
【請求項２】前記チョクラルスキー法によって窒素を
ドープしたシリコン単結晶棒を育成する際に、該単結晶
棒にドープする窒素濃度を、１×１０¹⁰〜５×１０¹⁵at
oms/cm³ にすることを特徴とする請求項１に記載したシ
リコン単結晶ウエーハの製造方法。
【請求項３】前記チョクラルスキー法によって窒素を
ドープしたシリコン単結晶棒を育成する際に、該単結晶
棒に含有される酸素濃度を、１．２×１０¹⁸atoms/cm³
以下にすることを特徴とする請求項１または請求項２に
記載したシリコン単結晶ウエーハの製造方法。
【請求項４】前記ウエーハに急速加熱・急速冷却装置
により加える熱処理を、１１００℃〜シリコンの融点以
下の温度で、１〜６０秒間行なうことを特徴とする請求
項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のシリコン単
結晶ウエーハの製造方法。
【請求項５】前記ウエーハに急速加熱・急速冷却装置
により加える熱処理を、酸素、水素、アルゴンあるいは
これらの混合雰囲気下で行なうことを特徴とする請求項
１ないし請求項４のいずれか１項に記載のシリコン単結
晶ウエーハの製造方法。
【請求項６】請求項１〜請求項５に記載した方法によ
って製造されたシリコン単結晶ウエーハ。
【請求項７】請求項６に記載のシリコン単結晶ウエー
ハであって、ウエーハ表面層の結晶欠陥の密度が１０ケ
／ｃｍ² 以下であることを特徴とするシリコン単結晶ウ
エーハ。
【請求項８】請求項６に記載のシリコン単結晶ウエー
ハであって、ウエーハ表面から０．２μｍの深さまでの
領域におけるＣＯＰ密度が８×１０^４個／ｃｍ ^３以下で
あることを特徴とするシリコン単結晶ウエーハ。