JP4080657B2 - シリコン単結晶インゴットの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシリコン単結晶インゴットの製造方法に係わり、特に窒素ドーピングシリコン単結晶インゴットのＯＳＦリングに起因するＢＭＤ密度のウェーハ面内における不均一性を解消するシリコン単結晶インゴットの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスに用いられるシリコンウエーハは、主としてポリシリコンからＣＺ法により引上げられた単結晶インゴットをスライスして製造される。
【０００３】
ＣＺ法は、石英ルツボ内に供給された原料のポリシリコンを加熱溶融し、このシリコン融液に種結晶の先端を接触させ、なじませた後、シリコン単結晶インゴットを育成し引上げるものである。
【０００４】
このようにして製造されたシリコンウェーハに、このシリコンウェーハの結晶表面に存在する重金属などの不純物をゲッタリングするために、ＢＭＤ（Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔ：酸素析出物）を利用したＩＧ法（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）が用いられている。
【０００５】
近年、半導体デバイスの高密度化が進んでおり、これに伴ってシリコン単結晶インゴットにも低酸素化が要求されている。一方、このシリコン単結晶インゴットから製造されるシリコンウェーハ中のＢＭＤはＩＧ法のために不可欠のものであるが、低酸素化のためにＢＭＤが低減している。
【０００６】
そこで、ポリシリコン融液中に窒素をドーピングして、シリコンウェーハの結晶中に酸素の析出を促進させることが行われているが、窒素ドーピングは同時に、このようにして製造されたシリコンウェーハが熱酸化処理を受けたときに、ＯＳＦ（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ：酸化誘起積層欠陥）リングと呼ばれるリング状の酸化誘起積層欠陥を生じ易くする。このＯＳＦリングは結晶育成中の熱履歴に強く依存してリング径が変化し、冷却速度を速くすることでＯＳＦリング径が大きくなり、また、冷却速度を遅くすることでＯＳＦリング径が小さくなる。
【０００７】
さらに冷却速度を十分速くすることでウェーハ作成面より外側にＯＳＦリングを排除することができ、また、十分に冷却速度を遅くすることでＯＳＦリングを消滅させることができる。さらに、ＯＳＦリングはドーパントとその濃度にも影響を受け、窒素をある濃度以上ドーピングした場合にＯＳＦリングが発生しやすくなる。
【０００８】
結晶育成中での冷却過程において、シリコン融液に窒素をドーピングすることで、ＯＳＦのもとになるＯＳＦ核が結晶育成中に形成される温度領域が拡大され、この温度領域を結晶が通過すると、この体験時間が長くなることからＯＳＦ核が形成されやすくなる。
【０００９】
このためＯＳＦリングをウェーハ作成面より外周側に排除しようとした場合、窒素をドーピングしないときに比べて、さらに冷却速度を速めなければならない。このことは窒素のドーピング濃度に依存し、結晶中の窒素濃度が１．２×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上で顕著に現れる。
【００１０】
また、このＯＳＦリング近傍には、ＢＭＤ密度が著しく低くなる範囲が存在し、ＢＭＤ密度が著しく低く、ウェーハ面内におけるＢＭＤ密度が不均一となり、この不均一部分では、他の部分に比べてゲッタリング能力が不足し、所定のゲッタリング能力が得られず、酸化膜耐圧を低下させ、半導体デバイスの歩留を低下させていた。
【００１１】
特開平５―２９４７８０号公報には、ポリシリコン融液中に窒素をドーピングする方法が行われているが、窒素ドーピングによりセコエッチピットの発生を効果的に抑制することができるが、ＯＳＦリングに起因するＢＭＤ密度のウェーハ面内における不均一性を解消するものではない。
【００１２】
さらに、特開平１１―１１６３９１号公報には、低速引上げにより育成されるシリコン単結晶が結晶成長時に、１１５０〜１０８０℃の温度域を通過する時間を２０分以下にし、グローイン欠陥の密度とサイズを同時に低減し、酸化耐圧特性良品率に優れたシリコン単結晶の製造方法に関するものであるが、窒素ドーピングされたシリコン単結晶においてＯＳＦリングに起因するＢＭＤ密度のウェーハ面内における不均一性を解消するものではない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、ＣＺ法により窒素をドーピングしたシリコン単結晶インゴットの引上げにおいて、ＯＳＦリングに起因するＢＭＤ密度のウェーハ面内における不均一性を解消するシリコン単結晶インゴットの製造方法が要望されている。
【００１４】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、ＣＺ法により窒素をドーピングしたシリコン単結晶インゴットの引上げにおいて、ＯＳＦリングに起因するＢＭＤ密度のウェーハ面内における不均一性を解消するシリコン単結晶インゴットの製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するためになされた本願請求項１の発明は、ポリシリコンに窒素をドーピングしたシリコン融液からチョクラルスキー法を用いて引上げられ、その結晶中の窒素濃度は１×１０^１３ 〜１．２×１０^１５ ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ 、酸素濃度は０．７×１０^１８ 〜１．２×１０^１８ ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であり、結晶育成中に結晶が体験する１１００〜７００℃の温度領域の通過時間を引上げ速度により調整し、１７５分〜２００分以下となるようにしたことを特徴とするシリコン単結晶インゴットの製造方法であることを要旨としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わるシリコン単結晶インゴットの製造方法の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１８】
図１に示すように、本発明に係わるシリコン単結晶インゴットの製造方法に用いられるＣＺ法は、単結晶引上装置１のチャンバ２内に設置した石英ガラスルツボ３に原料であるポリシリコンを充填し、さらに、窒素Ｎをドーピングするためのドーパントとして、育成中の窒素濃度が１×１０^１３〜１．２×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３になるように窒化珪素を所定量入れ、さらに酸素濃度が所定濃度、例えば、酸素濃度は０．７×１０^１８〜１．２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３になるように調整し、石英ガラスルツボ３の外周に設けたヒータ４によってポリシリコンを加熱溶解し、しかる後、この窒素がドーピングされたシリコン融液５にシードチャック６に取付けた種結晶７を浸漬し、シードチャック７および石英ガラスルツボ４を同方向または逆方向に所定の回転数で回転させながらシードチャック７を引上げてシリコン単結晶インゴット８を成長させ、所定の引上げ速度で引上げることにより行われる。さらに、この育成工程において、育成中の結晶が体験する１１００〜７００℃の温度領域を通過する時間を２００分以下にする。
【００１９】
なお、上記のような所定の範囲に酸素濃度を調整する方法は、一般に用いられている方法、例えば、ルツボ回転数の制御、雰囲気圧力の制御、導入ガス流量の制御、シリコン融液の温度分布、対流の調整の諸手段を講じることによって、容易に行うことが可能である。このように、酸素濃度を０．７×１０^１８〜１．２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３に調整することにより、結晶欠陥の成長を抑制することができるとともに、表面層でのＢＭＤの形成を防止することもでき、また、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、低酸素濃度にしても均一かつ十分にＢＭＤを析出させることができ、さらにＯＳＦの形成も抑制できる。
【００２０】
上記のように育成中の窒素濃度を１×１０^１３〜１．２×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３になるようにし、酸素濃度を所定濃度、好ましくは０．７×１０^１８〜１．２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３に調整し、さらに、育成中の結晶が体験する１１００〜７００℃の温度領域を通過する時間を２００分以下にすることにより、低酸素濃度のシリコン融液であっても、窒素ドーピングをすることにより酸素の析出を促進させて、ＯＳＦリング形状の近傍に発生するＢＭＤ密度の低濃度域の改善が行えて、ＢＭＤ密度を面内に均一にでき、イントリンシックゲッタリングによる重金属等の不純物含有量低減効果を改善できる。また、高速での引上げも可能であるので、シリコン単結晶引上げの生産性も向上させることができる。
【００２１】
【実施例】
試験１： 図１に示すようなシリコン単結晶引上装置を用い、本発明に係わるシリコン単結晶引上げ方法により、育成中の窒素濃度が窒素濃度を１×１０^１３〜１．２×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、酸素濃度を０．７×１０^１８〜１．２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３として、直径８インチのシリコンインゴットを引上げ、ＢＭＤ密度の不均一の有無を調べた。育成中の結晶が体験する１１００〜７００℃の温度領域を通過する時間を変化させるため、表１に示すように引上げ速度を変えた。
【００２２】
（結果）：試験結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
・育成中の結晶が体験する１１００〜７００℃の温度領域を通過する時間が、２００分以下で、比較例１〜比較例３に比べて高速引上げの実施例１、実施例２は、ともにＢＭＤ密度の不均一が存在しないことが確認された。
・これに対して、２００分を超え、実施例１、実施例２に比べて低速引上げの比較例１〜比較例３では、いずれもＢＭＤ密度の不均一が確認された。
【００２５】
【発明の効果】
本発明に係わるシリコン単結晶インゴットの製造方法によれば、ＣＺ法により窒素をドーピングしたシリコン単結晶インゴットの引上げにおいて、ＯＳＦリングに起因するＢＭＤ密度のウェーハ面内における不均一性を解消するシリコン単結晶インゴットを製造することができるシリコン単結晶インゴットの製造方法を提供できる。
【００２６】
すなわち、ポリシリコンに窒素をドーピングしたシリコン融液からチョクラルスキー法を用いて引上げられ、その結晶中の窒素濃度は１×１０^１３〜１．２×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であり、結晶育成中に結晶が体験する１１００〜７００℃の温度領域の通過時間を引上げ速度により調整し、１７５分〜２００分以下とするシリコン単結晶インゴットの製造方法であるので、ＯＳＦリングに起因するＢＭＤ密度のウェーハ面内における不均一性を解消することができ、イントリンシックゲッタリングによる重金属等の不純物含有量低減効果を改善できる。さらに、高速での引上げも可能であるので、シリコン単結晶引上げの生産性も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるシリコン単結晶インゴットの引上げに用いられる単結晶引上装置の説明図。
【符号の説明】
１ シリコン単結晶引上装置
２ チャンバ
３ 石英ガラスルツボ
４ ヒータ
５ シリコン融液
６ シードチャック
７ 種結晶
８ シリコン単結晶インゴット
Ｎ 窒素

Claims (1)

1. ポリシリコンに窒素をドーピングしたシリコン融液からチョクラルスキー法を用いて引上げられ、その結晶中の窒素濃度は１×１０^１３ 〜１．２×１０^１５ ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ 、酸素濃度は０．７×１０^１８ 〜１．２×１０^１８ ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であり、結晶育成中に結晶が体験する１１００〜７００℃の温度領域の通過時間を引上げ速度により調整し、１７５分〜２００分以下となるようにしたことを特徴とするシリコン単結晶インゴットの製造方法。

Images