WO2002000969A1 - Procede de fabrication d'une tranche de silicium et d'une tranche epitaxiale ;tranche epitaxiale - Google Patents

Description

明 細 書 シリ コンゥエーハおよぴェピタキシャルゥエーハの製造方法な らぴ にェピタキシ レゥ

技術分野

本発明は、 ェピタキシャル層の結晶欠陥が極めて少な く 、 かつ、 ゲッ タ リ ング効果を有するェピタキシャルゥ ハおよびその基板と しての シリ コンゥ ハの製造方法、 な らびにそのよ う な特性を有するェピタ キシャルゥ エーハに関する。 背景技術

チヨ ク ラルスキー法 （ C Z法） によ り 引上げられた C Z シ リ コ ン単結 晶中に存在するグロ一ンイ ン欠陥 （G r o w n — i n欠陥） は、 ゥエー ハの酸化膜耐圧特性を劣化させたり、 デバイス作製工程においてァイ ソ レーシ ョ ン不良を引き起こすこ となどが良く知られてお り 、 これらを回 避するために様々な方法が提案されている。

例えば、 C Z法によ り 単結晶を引上げ中にグローンィ ン欠陥を低減さ せる方法や、 ゥエーハに水素やアルゴン雰囲気中で高温ァニールを施し て表面の欠陥を消去させる方法、 あるいはェピタキシャル層を成長させ たェピタキシャルゥ ハを用いる方法などである。

そして、 近年の半導体素子の高集積化に伴い、 半導体中の結晶欠陥、 特に表面おょぴ表面近傍の結晶欠陥の低減が重要になってきている。 こ のため、 上記ゥ ハ表面に結晶性に優れたェピタキシャル層を形成し たェピタキシャルゥエーハの需要は年々高まっている。

と ころで、 ェピタキシャルゥ ハを用いてデバイスを作製する場合、 ェピタキシャル成長のほかに各種熱処理工程が行われるのが通常である これらの工程中に重金属不純物等の汚染がある とデパイ ス特性が著しく 劣化してしま う ので、 このよ う な汚染物等はェピタキシャル層から極力 排除しなければならない。 従って、 ェピタキシャル成長用の基板と して は、 ゲッタ リ ング効果の高い基板が要求される。

ゲッタ リ ングには、 ェクス ト リ ンシックゲッタ リ ング ( E G ) とイ ン ト リ ンシックゲッタ リ ング ( I G ) とがある。 代表的な E G手法と して は、 基板の裏面にポリ シ リ コ ン膜を堆積するポリ バックシール （登録商 標） や、 裏面に機械的なダメージを与える手法があるが、 これらの手法 は、 発塵等の問題点を有するだけでなく 、 特別な工程が必要となるので コス ト面で非常に不利であった。

一方、 I Gは酸素を含む C Z法シ リ コ ンゥエーハに熱処理を行う こ と によ り ゲッタ リ ングサイ ト となる酸素析出物を基板のバルク中に発生さ せる ものである。 し力 し、 ェピタ キシャルゥエーハの場合、 基板に元々 存在している酸素析出核が、 高温でのェピタキシャル成長中に消滅して しまい、 その後のデバイス熱処理で酸素析出物が形成 · 成長しにく いた めにゲッタ リ ング能力が不十分となる という問題があった。

そこで、 従来のェピタキシャルゥエ ーハの製造においては、 ボロンを 高濃度に含有した基板 （ p + 基板） がゲッタ リ ング効果を有するこ と を 利用 し、 p + 基板上に低ボロ ン濃度 （ p ) のェピタキシャル層を形成 した： — / p + ェピタキシャルゥエ ーハが用いられるこ とが多かった。 しかしながら、 p + 基板にェピタキシャル成長を行う とェピタキシャル 成長中に高濃度に ドープされたボロンが基板から気化してェピタキシャ ル層に取り 込まれるオー ト ドーピングや、 ボロ ンが基板表面からェピタ キシャル層内に固相外方拡散によって取り込まれる とい う問題があった _c また、 最近では、 C M O Sデバイス用 と して p - 基板を用いたェピタキ シャルゥエ ーハの需要が高まっており 、 ゲッタ リ ング能力不足が問題と なっている。

さ らに、 ごく最近では、 C Z ゥエ ーハ表面近傍のグローンイ ン欠陥を 低減したゥエ ーハを得る手法と して、 高温ァニール時の欠陥の消滅し易 さを向上させるため、 結晶に窒素を ドープし、 グローンイ ンボイ ド欠陥 のサイズを小さ くする こ とによ り 、 よ り深く までァニールによ り欠陥を 消滅させる技術や、 ェピタキシャルゥエーハにおいて、 窒素を ドープし た結晶を基板と して用いるこ とによ り 、 デバイ ス熱処理中における酸素 析出物の形成を促進し、 B M D ( B u l k M i c r o D e f e c t ) を増加させて I G能力を高めたェピタキシャルゥェ一ハを製造する技術 等、 窒素 ドープした結晶の特性を生かした有効利用が盛んに行われてき ている。

このよ う な窒素 ドープ結晶をェピタキシャル成長用基板に用いる一例 と して、 特開平 1 1一 1 8 9 4 9 3号公報に記載された技術は、 窒素を 1 0 ¹³個 / c m³ 以上ドープして育成したシリ コン単結晶をェピタキシ ャルゥエーハ用に使用する ものである。 これは、 C Z法による単結晶引 上げ条件によ り リ ング状に発生する O S F (O x i d a t i o n i n d u c e d S t a c k i n g F a u l t s : 酸化誘起積層欠陥） 領 域を含む基板上にェピタキシャル層を形成する と、 O S F リ ング領域の 酸素析出核は消失せず、 ェピタキシャル形成後のデバイス製造工程にお いて、 効果的なゲッタ リ ングサイ ト と して機能する とい う知見と、 単結 晶育成時に窒素を ドープするこ とによ り O S F リ ング幅の拡大が可能と な り 、 ドープする窒素の量を 1 0 ¹³個 / c m³ 以上とすれば、 ゲッタ リ ングに有効な O S Fの核を単結晶全体に均一に分散させるこ とができ る とい う知見に基づいたものであった。

しかしなが ら、 本発明者らが調査したと ころによる と、 窒素 ドープを したゥエーハ上にェピタキシャル層を形成する と、 ェピタキシャル層に

L P D ( L i g h t P o i n t D e f e c t : レーザー光を用いた ゥエーハ表面検査装置によ り観察される輝点欠陥の総称） と呼ばれる、 デバイスにと って有害となる欠陥が生じ易いこ とが明 らかとなった。 ま た、 こ の L P Dは、 窒素濃度が高い場合 （ 1 X I 0 ¹⁴個/ c m ³ 以上） に特に顕著に観察されるこ とがわかった。 このよ う に窒素濃度が高けれ ばデパイ スプロセス中に発生するパルク 中の B MD密度は高く な り I G 能力は高く なる という利点はあるも のの、 ェピ層表面に観察される欠陥 が直径 2 0 O mmのゥエーハで数十〜数百個発生し、 ェピタキシャル層 の完全性が損なわれる とい う 問題があった。

従って、 その対策と して窒素濃度を 1 X I 0 ¹⁴個 / c m ³ 以下にする こ とが考えられるが、 この場合、 ェピ表面の欠陥は少な く表層の完全性 は高く なるが、 酸素析出の促進による I G能力の向上効果が弱まる結果 と なってしま う。 特にゥエーハの外周部に於いて B MDが少なく な り 、 ゲッタ リ ング能力が十分とは言えなかった。 発明の開示

そこで本発明は、 このよ う な問題点に鑑みてなされたもので、 窒素を ドープした C Zシリ コン単結晶ゥエーハにェピタキシャル成長を行う際、 ェピタキシャル層に発生する結晶欠陥 （以下、 ェピ欠陥と呼ぶこ とがあ る） を抑制し、 しかも優れた I G能力を有するェピタキシャルゥエーハ 用基板およびその基板を用いたェピタキシャルゥエーハ、 ならびにそれ らの製造方法を提供するこ と を目的と している。

上記課題を解決するために、 本発明に係るシ リ コ ンゥエーハの製造方 法は、 C Z法によ り窒素が ドープされたシ リ コ ン単結晶を育成し、 該シ リ コ ン単結晶からシリ コンゥエーハを製造する方法において、 ドープす る窒素濃度を 1 X I 0 ¹⁴個 Z c m ³ 以下と し、 製造されたシ リ コ ンゥェ ーハに発生する B M Dが所定の密度となる様に前記シ リ コ ン単結晶を育 成する際の引上げ速度 Vと固液界面温度勾配 Gの比 （V / G ) を設定す るこ とを特徴と している。

このよ う に、 ェピ欠陥の発生が極めて少なく 、 かつ十分なグッタ リ ン グ効果を有するェピタ キシャルゥエーハを得るためのシ リ コ ンゥエーハ を製造するためには、 窒素濃度を 1 X 1 0 ¹⁴個 / c m ³ 以下と してェピ 欠陥の発生を抑制する と と もに、 ェピタキシャル成長後に、 8 0 0 °C、 4時間および 1 0 0 0 °C、 1 6時間の熱処理を施した場合に発生する B M Dが所定の密度となる様に単結晶育成時の V Gを十分高い値に設定 すれば、 デバイスプロセスにおいて十分なゲッタ リ ング効果が得られる B MD密度を発生させるための B MDの核が得られるこ とが判った。 す なわち、 窒素 ドープ結晶においては、 単結晶育成条件である V Z Gの値 とェピタキシャル成長後の熱処理で発生する B MD密度とが大き く相関 するこ とを発見したのである。

こ こで所定の B MD密度と は、 作製されるデパイ スの種類によ り必要 と される密度は異なるが、 少なく と も 1 X 1 0 ⁸ 個 Z c m³ であるこ と が好ましい。 従って、 B MDが 1 X I 0 ⁸ 個 Z c m³ 以上の所望の密度 となるよ う に VZG値を設定するこ と になる。 具体的には、 窒素濃度を 1 X I 0 ¹⁴個 / c m ³ 以下と し、 V / Gを様々な条件で引上げた結晶か らシリ コ ンゥエーハを作製し、 これらに所望のェピタキシャル層を形成 した後の B MD密度を測定するこ とによ り求め られる B MD密度と V / G との相関関係を予め求めておき、 この相関関係に基づいて Vノ Gを設 定すればよい。 その場合、 窒素 ドープによる酸素析出促進効果を十分に 得るためには、 窒素濃度は 1 X 1 0 ¹²個 Z c m³ 以上であるこ とが好ま しい

この場合、 VZGを、 育成されるシ リ コ ン単結晶の径方向の少なく と も 9 0 %の範囲で 0 . 3 m m² / K · m i n以上となるよ うにするのカ 好ましい。

このよ う に、 設定すべき V/ Gを 0 . 3 mm² / K · m i n以上とな るよ う にすれば、 デバイスプロセスにおいて十分なゲッタ リ ング効果を 示す B M D密度を得るこ とができ る。

そしてこの場合、 V / Gのパラツキが、 育成されるシリ コン単結晶の 径方向において ± 0 . 0 1 5 mm² / K · m i nの範囲とする こ とがで き る。

このよ う に、 V/ Gの面内分布が均一になる H Z (ホ ッ トゾーン、 炉 内構造） を設計して結晶を育成するこ とによ り 、 B MDの面内分布が均 一なシリ コンゥエーノ、を作製するこ とができ る。 すなわち、 ゥエーハ面 内で均一なゲッタ リ ング効果を有する ゥエーハを製造するこ とができる。

さ らにこの場合、 ドープする窒素濃度を 1 X I 0 ¹³個/ c m³ 以上と するこ とができ る。 このよ う に、 あるデバイスプロセスにおける十分なゲッタ リ ング効果 を示す指標と して、 ゥエーハ全面において 5 X 1 0 ⁸ 個 Z c m ³ 以上の B MD密度が必要と される場合には、 ドープする窒素濃度を 1 X I 0 ¹³ 個/ c m ³ 以上とするのがよい。

そして、 本発明に係るェピタキシャルゥエーハの製造方法は、 前記製 造方法によ り製造されたシリ コンゥエーハに、 ェピタキシャル層を形成 するこ と を特徴と している。

このよ う にすれば、 ェピ表面の欠陥は少なく 、 表層の完全性は高く な ると ともに、 酸素析出が促進され B MD密度が増大し I G能力の極めて 高いェピタキシャルゥエーハを製造するこ とができ る。

そして本発明によれば、 前記製造方法によ り 製造されたェピ欠陥のな いェピ層を形成した I G能力の極めて高いェピタキシャルゥエーハが提 供される。

さ らに、 本発明によれば、 ェピタキシャル層が形成されたシ リ コ ンゥ エーハに、 8 0 0 °C、 4時間および 1 0 0 0 °C、 1 6時間の熱処理を施 した場合に、 基板であるシ リ コ ンゥエーハ のノ ルク中に 5 X I 0 ^s 個/ c m³ 以上の B MDが発生するェピタキシャノレゥエーハであって、 ェピ タキシャルゥエーハの表層部の結晶欠陥が 0 . 0 6 4個 。 ₁₁1 ² 以下で あるこ と を特徴とするェピタキシャルゥエーハが提供される。

尚、 こ のパーティ クルカ ウンターで観察されるェピタキシャル層表層 部の結晶欠陥には、 少なく と も転位ループおよびェピ積層欠陥 （ S F ) が含まれる。

この場合、 シリ コンゥエーハ中の窒素濃度を 1 X I 0 ¹³〜 1 X I 0 ¹⁴ 個 / c m ³ とする こ とができ る。

このよ う に、 シ リ コ ンゥェ一ハの窒素濃度を規定すれば、 I G能力が 高いと と もにェピ欠陥の少ないェピ層を形成したェピタキシャルゥエー ハが提供される。

また、 本発明によれば、 基板となるシリ コ ンゥエーハ表面の転位ルー プの密度が 2 0 ケ c m² 以下であるシリ コ ンゥエーハにェピタキシャ ル層が形成されたェピタキシャルゥエ ーハが提供されるので、 ェピ欠陥 の少ないェピタキシャルゥエ ーハを確実に得る こ とができる。

さ らに、 基板と なるシリ コ ンゥエ ーハ表面の O S F密度を 1 0 0個/ c m² 未満とする こ と によ り 、 O S F発生の核となる酸素析出物が少な いシリ コ ンゥエ ー ハであるにもかかわらず、 高密度の B MDを有し、 高 いゲッタ リ ング能力を有し、 かつ、 ェピ欠陥が極めて少ないェピタキシ ャルゥエ ーハが提供される。

以上説明したよ う に、 本発明によれば、 窒素を ドープした C Z法シリ コン単結晶ゥエーハにェピタキシャル成長を行 う際、 ェピタキシャル層 に発生する結晶欠陥を極力抑制し、 しかも優れた I G能力を有するェピ タキシャルゥエ ーハ用基板おょぴその基板を用いたェピタキシャルゥェ ー ハ 、 な らびにそれらの製造方法を提供するこ とができ る。 図面の簡単な説明

図 1 は、 窒素が 2 X 1 0 ¹³個/ c m³ ドープされた C Z法シリ コン単 結晶を引上げた際の V / Gの面内分布を示した結果図である （引上げ速 度は 1 . I mmZm i n と 1 . S mmZm i ii と した）。

図 2は、 図 1 の引上げ条件で引上げたシリ コ ン単結晶ィンゴッ トから シリ コン鏡面ゥエ ーハを作製し、 これに 1 1 2 5 °Cで 5 /x mのェピタキ シャル層を形成した後、 B MDを検出可能なサイズに成長させるため 8 0 0 °C、 4時間および 1 0 0 0 °C、 1 6時間の熱処理を加え、 O P P装 置を用いて面内の B MD密度を測定した結果を示した結果図である。 図 3は、 実施例 1 において、 窒素が 3 X 1 0 ¹³個 / c m³ ドープされ た C Z法シリ コン単結晶を引上げた際の VZ Gの面内分布を示した結果 図である （引上げ速度は 1 . 2 mm/m i n と 1 . O mm/m i n と し た）。

図 4は、 図 3 の引上げ条件で引上げたシリ コ ン単結晶イ ンゴッ トから シリ コ ン鏡面ゥエ ーハを作製し、 これに 1 1 2 ⁵ °Cで 5 μ πιのェピタキ シャル層を形成した後、 B MDを検出可能なサイズに成長させるため 8 0 0 °C、 4時間おょぴ 1 0 0 0 °C、 1 6時間の熱処理を加え、 O P P装 置を用いて面内の B M D密度を測定した結果を示した結果図である。 図 5 は、 単結晶引上げ装置 A (実施例 2、 5、 比較例 1 、 2 )、 B (実 施例 3 )、 C (実施例 4 ) において、 それぞれの結晶引上げ時の Gの結晶 径方向の面内分布を示す図である。

図 6 は、 実施例 2〜 5、 比較例 1 、 2 において、 窒素が ドープされた C Z法シリ コ ン単結晶を引上げた際の V Z Gの面内分布を示した図であ る。

図 7 は、 本発明で使用した C Z法による単結晶引上げ装置の概略説明 図である。

図 8 は、 本発明で使用した M C Z法によ る単結晶引上げ装置の概略説 明図である。

図 9は、 本発明で使用した通常の単結晶引上げ装置の概略説明図であ る。

図 1 0 は、 実施例 6 において作製したシリ コ ンゥエーハの O S F密度 分布を示した図である。

図 1 1 は、 実施例 6 において作製したェピタキシャルゥエーハの B M D密度の面内分布を示した図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の形態について詳細に説明する。

本発明が目的とするェピタキシャル層表層部の結晶欠陥のない完全性 とバルタ中の I G能力を両立させるには、 2つの手法が考えられる。 即 ち、 高窒素濃度にして B M Dを十分に発生させ、 他の方法でェピ欠陥を 低減するか、 あるいは低窒素濃度でェピ欠陥は押さえて他の方法で B M Dを増大させるかである。

この中で、 まず前者の高窒素濃度にする方法について述べる。 本出願 人が先に出願した WO 0 1 / 2 7 3 6 2 A1 に記載した通り、 ェピ層表 面に現れるェピ欠陥には転位ループと スタ ッキングフォルト （ S F と も いう） の 2種類があるこ とが判っていた。 また、 そのェピ欠陥の多く は 転位ループであったこ とから、 その転位ループを低減するための方法と して先の WO 0 1 / 2 7 3 6 2 A1 を提案した。 従って、 この方法によ り ェピ欠陥の大多数である転位ループを極力低減するこ とができたので、 結果と してェピ層表面に見られるェピ欠陥である L P D ( L i g h t

P o i n t D e f e c t ： レーザ光を用いたゥエーハ表面検査装置に よ り観察される輝点欠陥の総称） は低減していた。

しかし、 この様な方法をシリ コ ンィ ンゴッ トの全長に対して適用する こ と は必ずしも容易ではなく 、 コス ト的にも不利な面を有していた。 ま た、 当然のこ とながらェピ欠陥はでき るだけ皆無に近づけるこ とが好ま しく 、 そのためには、 転位ループの低減だけでなく 、 S Fの発生も抑制 する必要があった。

そこで、 本発明者等は後者の方法、 即ち低窒素濃度で両方のェピ欠陥 (転位ループおよび S F ) を減ら し、 B M Dを他の方法で増加できない かど う かについて鋭意検討した結果、 シリ コ ン単結晶の引上げ条件であ る V G (シ リ コン単結晶を育成する際の引上げ速度 V とシリ コンの融 点から 1 4 0 0 °Cの間の成長軸方向の固液界面温度勾配 Gの比） の面内 分布とェピタキシャル成長後の B MD密度の面内分布に大きな相関があ るこ と を発見し、 諸条件を精査して本発明を完成させた。

図 1 は、 ある引上げ装置を用いて窒素が 2 X 1 0 ¹³個/ c m³ ドープ (引上げ結晶の肩の位置での計算値） された C Zシ リ コ ン単結晶を引上 げた際の V / Gの面内分布の例を示した図である （引上げ速度は 1 . 1 m m Z m i n と 1 . 3 mm/m i n の 2条件）。 図 1 力、らゎ力 るよ う に、 こ の引上げ条件においては V / Gは引上げ結晶の周辺に向って低下して いる。 尚、 結晶の酸素濃度は 1 2〜 1 5 p p m a ( J E I D A ： 日本電 子工業振興協会規格） の範囲であった。

一方、 図 2 は図 1 の引上げ条件で引上げたシリ コン単結晶イ ンゴッ ト からシリ コン鏡面ゥエ ーハを作製した後、 1 1 2 5 °Cで 5 / mのェピタ キシャル層を形成した後、 B MDを検出可能なサイズに成長させるため 8 0 0 °C、 4時間おょぴ 1 0 0 0 °C、 1 6時間の熱処理を加え、 O P P (O t i c a l P r e c i p i t a t e P r o f i l e r ) 装置 を用いて面内の B MD密度を測定した結果を示したものである。 図 2 よ り 、 窒素が 1 3乗台の比較的低濃度でも、 ゥエーハの中心付近はある程 度高い B MD密度を有し、 周辺下がり の分布になっている。 すなわち、 V/ Gの面内分布とェピタキシャル成長後の B MDの面内分布の傾向が —致しており 、 高 V/ G 髙 B MDとなっているこ とが判った。

また、 これらの図 1 、 図 2から、 十分なゲッタ リ ング効果を有するた めの 1 つの目安である B MD密度が、 5 X I 0⁸ 個 Z c m ³ 以上を達成 するためには、 V / Gが概ね 0 . 3 m m ² / K · m i n以上であればよ いこ とが判る。

このこ と を確認するため、 引上げ装置の炉内構造 （ H Z _: ホッ トゾー ン） および引上げ速度を調節して V_/ Gが約 0 . 4 3 mm² / Κ · m i nで面内分布がフラ ッ ト （ 0 . 4 3 ± 0 . 0 1 5 ) になる よ う にして （G が約 2. 8 K/mm、 引上げ速度が 1 . 2 mm/m i n )、 窒素を肩の位 置で 2 X 1 0 ¹³個 Z c m³ と なるよ う に ドープして結晶を育成し、 ェピ 成長後の BMDを前記と同様の方法によ り観察したと ころ、 B MD密度 は約 2 X 1 0⁹ 個 Z c m ³ で面内分布はほぼ均一となった。

こ のよ う に VZ Gを 0 . 3 mm² / K ■ m i n以上にするには、 先ず 例えば Gの面内分布がフラ ッ トな H Zを使用して引上げ速度を高速にす. る方法がある。 この場合は、 通常の C Z法、 あるいは磁場を印加したい わゆる M C Z法とに関係なく 達成するこ とができ る。 こ の方法では、 ェ ピタ キシャル成長後の B MDの面内の分布も安定したものとなる。

また、 Gの面内分布がフラ ッ トでなく ても V Gの最小値がとにかく 0 . 3 を越えていれば良いと考えれば、 どのよ う な G分布となる H Zを 使用 しても、 引上げ速度をよ り高速にしてとにかく VZ Gが 0 . 3 mm² / K · m i nを越えるよ う に引上げればよい。 この方法の場合は MC Z 法の方がよ り容易に達成でき る。 その理由は、 引上げ結晶が変形するこ となく育成可能な最大引上げ速度が、 M C Z法の方が通常の C Z法よ り も Gに対して高速である力 らである。 ただし、 このよ う な場合は、 Vノ Gが面内分布をもつのと同様にェピタキシャル成長後の B MDも面内分 布を持つこ とにはなる。 しかし、 引上げ条件次第で B M Dの最低密度を 約 5 X 1 0 8 [個/ _{c m} ³ ] にするこ とは可能であ り 、 ゥエーハのほぼ 全面で十分な I G能力を持つこ とになる。 尚、 窒素 ドープ基板上へのェ ピタ キシャル成長の場合、 ェ ピタ キシャル成長後の B MD密度は、 ェピ タキシャル成長前の基板の酸素濃度にはあま り 依存せず、 1 1 〜 1 6 p p m a ( J E I D A ) 程度であれば大きな差は出ない。

なお、 上記のよ う に V Z G値は、 0 . 3 mm² ノ Κ · m i n よ り 大き ければ大きいほどよいが、 あま り に大き くする と結晶が変形するので、 通常は 0 . 5 5 mm² / K · m i n程度が限界である。

以下、 本発明で使用 した単結晶引上げ装置について、 図面を参照しな 力 ら説明する。

まず、 本発明において V Z Gが面内でフラ ッ ト （すなわち、 固液界面 温度勾配 Gが径方向でフラ ッ ト） になるよ う にするための単結晶引上げ 装置の構成例を図 7 を用いて説明する。 図 7 に示すよ う に、 こ の単結晶 引上げ装置 3 0 は、 引上げ室 3 1 と、 引上げ室 3 1 中に設けられたルツ ボ 3 2 と、 ルツボ 3 2 の周囲に配置されたヒータ 3 4 と、 ルツボ 3 2 を 回転させるルツボ保持軸 3 3およびその回転機構 （図示せず） と、 シリ コ ンの種結晶 5 を保持するシー ドチャ ック 6 と、 シー ドチャ ック 6 を引 上げるワイヤ 7 と、 ワイヤ 7 を回転又は卷き取る巻取機構 （図示せず） を備えて構成されている。 ルツボ 3 2 は、 その内側のシリ コ ン融液 （湯） 2 を収容する側には石英ルッボが設けられ、 その外側には黒鉛ルッボが 設けられている。 また、 ヒータ 3 4の外側周囲には断熱材 3 5が配置さ れている。

また、 本発明の製造方法に関わる製造条件 （面内でフラ ッ トな G ) を 設定するために、 結晶の固液界面の外周に環状の固液界面断熱材 8 を設 け、 その上に上部囲繞断熱材 9が配置されている。 この固液界面断熱材 8 は、 その下端と シリ コン融液 2の湯面との間に 3 〜 5 c mの隙間 1 0 を設けて設置されている。 上部囲繞断熱材 9 は条件によっては使用しな いこ と もある。 さ らに、 冷却ガスを吹き付けた り 、 輻射熱を遮って単結 晶を冷却する筒状の冷却装置 3 6 を設けてもよい。

別に、 最近では図 8 に見られるよ う に引上げ室 3 1 の水平方向の外側 に、 常伝導あるいは超電導コイル等からなる磁石 3 8 を設置し、 シリ コ ン融液 2に水平方向あるいは垂直方向等の磁場を印加するこ とによつて、 融液の対流を抑制し、 単結晶の安定成長をはかる、 いわゆる M C Z法が 用いられるこ と も多い。 融液に印加される磁場の方向は、 磁石の配置に よって簡単に変更するこ とが出来る。 例えば、 一つのコイルを引上げ室 3 1 を水平方向に取り 囲むよ う に配置すれば、 融液には垂直方向の磁場 (縦磁場） が印加されるこ とにな り、 二つのコイルを引上げ室 3 1 の水 平方向の外側で対向配置すれば、 融液には水平方向の磁場 （横磁場） が 印加されるこ とになる。 そ して、 本発明においても、 前述のよ う にこの M C Z法を用いれば、 引上げ結晶の変形を生ずるこ となく育成可能な最 大引上げ速度を、 通常の C Z法に比^て高速にするこ とができ る。

一方、 Gがフラ ッ トでなく ても V Z Gの最小値が 0 . 3 m m ² / Κ · m i nを越えていれば良い場合には、 どのよ う な G分布となる H Z を使 用しても引上げ速度をよ り高速にすればよいので、 図 9 に示したよ うな 通常用いられる単結晶引上げ装置を用いるこ と ができ る。 基本的な構造 については、 図 7 の引上げ装置と同じであるが、 固液界面断熱材 8 ^上 部囲繞断熱材 9 は装備していない。 図 9 の装置に磁石を配備して M C Z 法によ り 高 V Z Gで結晶を引上げるよ う にしてもよい。

次に、 上記図 7 の単結晶引上げ装置 3 0 によ る単結晶育成方法につい て説明する。 まず、 ルツボ 3 2内でシリ コンの高純度多結晶原料を融点 (約 1 4 2 0 °C ) 以上に加熱して融解する。 次に、 ワイヤ 7 を卷き出す こ とによ り融液 2 の表面略中心部に種結晶 5 の先端を接触又は浸漬させ る。 その後、 ルツボ保持軸 3 3 を適宜の方向に回転させると と もに、 ヮ ィャ 7 を回転させながら卷き取り種結晶 5 を引上げるこ とによ り 、 単結 晶育成が開始される。 以後、 引上げ速度と温度を適切に調節するこ とに よ り略円柱形状の単結晶棒 1 を得るこ とができ る。

図 7 のよ う に液面の直上の位置に所定の隙間を設けて断熱材を配置し、 さ らにこの断熱材の上部に結晶を冷却する装置を設けた構造とするこ と によって、 結晶成長界面近傍では輻射熱によ り保温効果が得られ、 結晶 の上部ではヒータ等からの輻射熱をカ ッ トするこ とが出来るので、 結晶 周辺部の温度勾配 G e が小さ く なる。 その結果、 結晶中心部での温度勾 配 G c との差がなく な り、 温度勾配 Gのフラ ッ トな面内分布を得るこ と ができる。 尚、 結晶の冷却装置と しては、 前記筒状の冷却装置 3 6 とは 別に、 結晶の周囲を囲繞する空冷ダク トゃ水冷蛇管等を設けて所望の温 度勾配を確保する よ う にしても良い。

以下、 本発明の実施例と比較例を挙げて本発明を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 )

図 8 と同様の単結晶引上げ装置を用いて、 直径 1 8イ ンチ （ 4 5 0 m m) の石英ルツボに原料多結晶シ リ コ ンと窒化膜付きシ リ コンゥエ ーハ を所定量投入し、 結晶方位 < 1 0 0 >、 導電型 p型、 窒素濃度 3 X 1 0 ^{1 3}個/ c m ³ (引上げ結晶の肩の位置での計算値） のシ リ コ ン単結晶ィ ンゴッ トを引上げ （ M C Z法で磁場印加あ り）、 こ の単結晶イ ンゴ ッ ト の 肩付近からゥエーハを切り 出し、 抵抗率が 1 0 Ω · c mで直径 1 5 0 m mのシ リ コ ン鏡面ゥエ ーハを作製した。 酸素濃度は、 1 2〜 1 5 p p m a ( J E I D A ) であった。

引上げ速度は 1 . 2 mm/:m i n と 1 . O mm/m i nの 2条件で行 い、 結晶引上げ中の V / Gの結晶径方向の面内分布を図 3に示した。 尚、 V / Gの算出は総合伝熱解析ソ フ ト F E MA G ( F . D u p r e t ， P . N i c o d e m e , Y . R y c K m a n s , P . W o u t e r s a n d M. J . C r o c h e t , I n t . J . H e a t M a s s T r a n s f e r , 3 3 ， 1 8 4 9 ( 1 9 9 0 )) を用いて引上げ装置の H Z を考慮して行った。 図 3 から明 らかなよ う に、 V / Gの面内分布は均一な値が得られ、 引 上げ速度が 1 . O mm/m i nの場合には約 0 . 3 6 ± 0 . 0 1 mm² /K . m i nの範囲、 1 . S mmZm i nの場合には約 0 . 4 3 ± 0 . 0 1 5 mm² / K - m i nの範囲であった。

作製されたシリ コンゥエーノヽに 1 1 2 5 °Cで 5 μ mのェピタキシャル 層を形成した後、 K L Aテ ンコール社製の表面検查装置 S P - 1 を用い てサイズが 0 . Ι ΐ μ πι以上の欠陥 （ L P D) を測定した。 観察された L P Dはいずれのゥエーハの場合も数個/ゥエーハ程度と極めて低欠陥 であった。

さ らに、 これらのェピタキシャルゥエーハに 8 0 0 °C、 4時間 + 1 0

0 0 °C、 1 6時間の熱処理を加え、 酸素析出物を検出可能なサイズに成 長させて力ゝら、 B i o - R a d社製 O P P装置を用いて B MD密度を測 定した。 測定結果を図 4に示した。 図 4に示す通り 、 得られた B MD密 度は面内均一であ り、 しかもいずれも 5 X 1 0⁸ 個ノ c m³ を越えてお り 、 十分なゲッタ リ ング効果を有する こ とが判った。

(実施例 2〜 5、 比較例 1 、 2 )

H Zの異なる 3種類の単結晶引上げ装置 （装置 A (磁場印加なし）、 装 置 B、 C (磁場印加あり）） を用いて 6種類の窒素 ドープシリ コ ン単結晶 (結晶方位く 1 0 0 >、 導電型 p型） を引上げ、 これらの単結晶イ ンゴ ッ トの肩付近からゥエーハを切り 出し、 抵抗率が 1 0 Ω · c mで直径 2 0 O mmのシ リ コ ン鏡面ゥエーハを作製した。 いずれのゥエーノヽの酸素 濃度も 1 1 〜 ： L 6 p p m a ( J E I D A) の範囲であった。

装置 A， B， Cそれぞれの結晶引上げ時の Gの結晶径方向の面内分布 は図 5の通り であり、 装置 Aについては引上げ速度を 3条件 （ 1 . 3、 1 . 1 、 1 . 0 m m / m i II ) で 3本の結晶を引上げ （それぞれ実施例 2、 実施例 5、 比較例 1 とする）、 装置 B、 Cについては引上げ時に結晶 が変形しない最大速度で引上げた （それぞれ実施例 3、 実施例 4 とする）。 また、 実施例 2 と窒素濃度が異なる以外は同一の引上げ条件で引上げた ものを比較例 2 と した。 これら 6種類の結晶引上げ時の V Z Gの面内分 布を図 6 に示した。

そして表 1 には、 これら 6種類の結晶引上げ条件と、 作製された基板 およぴェピタキシャル層の品質の評価結果をま とめて示した。 各品質の 評価手法は実施例 1 と同様であるが、 基板の転位ループは、 基板をセコ エッチングした後光学顕微鏡にて観察し、 ェピ層の S Fは、 L P D と し て観察された欠陥を光学顕微鏡によ り観察するこ とによ り計測したもの である。

(表 1 )

表 1 の実施例 2 〜 4 の結果から、 窒素濃度が 1 X 1 0 ¹⁴個 Z c m ³ 以 下であり 、 V Z Gが 0 . 3 m m ² / K · m i n以上の領域が結晶の径方 向で 9 0 %以上あれば、 基板に転位ループが観察されず、 その密度を 2 0個/ c m ²以下とするこ とができ る。 その結果、 得られるェピ層の S F を含む欠陥 （ L P D ) を著しく低減し、 2 0個ノウエーハ以下にするこ とができ るこ とが判る。 また、 実施例 4のよ う に V / Gの面内分布が 0 . 4 3 5 ± 0 . 0 1 5 mm² /Κ · m i nの範囲にあれば、 BMDの面内 分布も均一になり 、 面内均一なゲッタ リ ング効果を有するこ とが判る。 実施例 5は、 V/Gが 0 . 3 mm² ZK ' m i n以上の領域が結晶の 径方向で 9 0 %を下回る場合の例であるが、 こ の例においては V / Gが 0 . 3 mm² /Κ · m i n未満の領域である周辺 1 0 mmの付近におけ る B MD密度が小さい点 （ 3 1 0⁸ 個ノ <： 111 ³ ) においてのみ実施例 2 ~ 4 と比較して効果が劣るが、 デバイス作製において要求される B M D密度の下限が 3 X 1 0 ⁸ 個 / c m ³ 程度であれば問題はない。 すなわ ち、 V_ Gが 0. 3 mm² Z K . m i n以上の領域が必ずしも 9 0 %以 上なく ても、 要求される B MD密度に合わせて、 ェピ層の L P D力 2 0 個 Z 2 0 0 mmゥエーハ （ 0 . 0 6 4個 Z c m² ) 以下となる よ う に V / Gを制御すればよいこ とがわかる。

一方、 比較例 1 は、 V/ Gが 0 . 3 mm² /Κ · m i n以上の領域が 4 0 %程度の例であり 、 この場合は Vノ Gが低下した周辺部において基 板に窒素 ドープ基板に特有の転位ループが観察され、 その結果ェピ層の L P Dが増加した結果となったものである。 同様に、 比較例 2 は、 窒素 濃度が 1 X I 0 ¹⁴個/ c m³ 以上になった場合においても L P Dが多い 結果となった。 (実施例 6 )

実施例 4 と同一条件で作製したシ リ コ ン鏡面ゥエーハに乾燥酸素雰囲 気中で 1 1 0 0 °C、 1 6時間の熱酸化処理を施した後、 選択エッチング を行い、 光学顕微鏡にて O S F密度を測定した。 O S F密度の測定は、 ゥエーハ外周端から _{5 m m}間隔でゥエーハ中心まで測定した （図 1 0 )。 また、 そのゥエーハが作製されたイ ンゴ ッ ト と同一イ ンゴ ッ ト の隣接 する位置から切り 出して作製した別のシ リ コ ン鏡面ゥェ一八を用いて、 実施例 1 と同様に、 ェピタキシャルゥエーハを作製してェピタキシャル 層表面の L P Dを測定した。 観察された L P Dは 5 ケ /ゥエーハと極め て少なかった。 さ らに、 このェピタキシャルゥエーハの B MD密度の面 内分布を実施例 1 と同様の方法によ り測定した （図 1 1 )。

図 1 0および図 1 1 の結果から、 本発明によれば、 ェピタキシャル層 を形成するシ リ コ ンゥエーハ中に元々存在する O S F発生の核となる酸 素析出物が 1 0 0個/ c m ² 未満と少ないシリ コンゥエーハを用いても 高密度の B M Dを有し、 高いゲッタ リ ング能力をするェピタキシャルゥ エーハが得られるこ とがわかる。 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。

Claims

請 求 の 範 囲 1. c z法によ り 窒素が ドープされたシリ コ ン単結晶を育成し、 該 シリ コン単結晶からシリ コ ンゥエーハを製造する方法において、 ドープ する窒素濃度を 1 X 1 0 ¹⁴個 / c m³ 以下と し、 製造されたシ リ コ ンゥ エーハにェピタキシャル層を形成した後に発生する B M Dが所定の密度 となる様に前記シ リ コ ン単結晶を育成する際の引上げ速度 Vと固液界面 温度勾配 Gの比 （VZ G) を設定するこ と を特徴とするシリ コ ンゥエー ハの製造方法。

2. 前記 V/ Gを、 育成されるシリ コ ン単結晶の径方向の少なく と も 9 0 %の範囲で 0 . 3 mm² / K · m i n以上となる よ う にするこ と を特徴とする請求項 1 に記載されたシリ コ ンゥエーハの製造方法。

3 . 前記 V/ Gのバラツキが、 育成されるシリ コン単結晶の径方向 において ± 0 . 0 1 5 mm² / K - m i nの範囲であるこ とを特徴とす る請求項 1 または請求項 2 に記載されたシリ コ ンゥエーハの製造方法。

4 . 前記 ドープする窒素濃度を 1 X I 0 ¹³ 個/ c m³ 以上とするこ と を特徴とする請求項 1 ないし請求項 3 のいずれか 1項に記載されたシ リ コンゥエーハの製造方法。

5 . 請求項 1 ないし請求項 4 のいずれか 1 項に記載された製造方法 によ り製造されたシリ コンゥエーハに、 ェピタキシャル層を形成するこ と を特徴とするェピタキシャルゥエーハの製造方法。

6 . 請求項 5 に記載の製造方法によ り製造されたこ とを特徴とする ェピタキシヤノレゥエーノヽ。

7. ェピタキシャル層が形成されたシ リ コ ンゥエ ーハに、 8 0 0 °C、 4時間および 1 0 0 0 °C、 1 6時間の熱処理を施した場合に、 基板であ るシ リ コ ンゥエ ー ハ の ノ ルク中に 5 X 1 0 ⁸ 個 Z c m³ 以上の B MDが 発生するェピタキシャルゥエ ーハであって、 該ェピタキシャルゥエ ーハ の表層部の結晶欠陥が 0 . 0 6 4個 0 !11 ² 以下であるこ と を特徴とす るェピタ キシヤ ノレゥエ ー ノヽ 。

8 . 前記シリ コンゥエーハ中の窒素濃度が 1 X 1 0 ¹³〜 1 X 1 0 ¹⁴ 個 / c m ³ である こ と を特徴とする請求項 7 に記載のェピタキシャルゥ エ ー ハ 。

9 . 前記シリ コンゥエーハ表面の転位ループの密度が 2 0個/ c m² 以下である こ と を特徴とする請求項 7 または請求項 8 に記載されたェピ タキシヤ ノレゥエ ー ノヽ 。

1 0 . 前記シリ コンゥエ ーハ表面の O S F密度が 1 0 0個 Z c m² 未 満であるこ と を特徴とする請求項 7 から請求項 9のいずれか 1 項に記載 されたェピタキシャルゥエ ー ハ 。