(57)【要約】【課題】半導体用シリコンウェーハの原料となるＳｉ単結晶を金属不純物の少ないものとし得るＳｉ単結晶の製造方法の提供。【解決手段】チョクラルスキー法により引き上げられたＳｉ単結晶インゴット中の金属不純物を外周部に偏析させた後、Ｓｉ単結晶インゴットの外周部を研削して除去する。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法により引き上げられたＳｉ単結晶インゴット中の金属不純物を外周部に偏析させた後、Ｓｉ単結晶インゴットの外周部を研削して除去することを特徴とするＳｉ単結晶の製造方法。
【請求項２】
前記金属不純物の外周部への偏析を、Ｓｉ単結晶インゴットの外周に対するＳｉＯ２粉末又はＳｉＣ粉末の吹き付けによる外周部へのダメージの付与と、その後のＨ２、Ｏ２、Ａｒ又はＮ２のいずれかのガス雰囲気あるいはそれらの混合ガス雰囲気における８００〜１３００℃の温度での熱処理とにより行うことを特徴とする請求項１記載のＳｉ単結晶の製造方法。
【請求項３】
前記金属不純物の外周部への偏析を、Ｓｉ単結晶インゴットに対する８００〜１３００℃の温度での酸化熱処理により行うことを特徴とする請求項１記載のＳｉ単結晶の製造方法。
【請求項４】
前記金属不純物の外周部への偏析を、Ｓｉ単結晶インゴットの外周に対する膜厚０．５〜１．５μｍのｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の成膜処理により行うことを特徴とする請求項１記載のＳｉ単結晶の製造方法。
【請求項５】
前記金属不純物の外周部への偏析を、Ｓｉ単結晶インゴットの外周に対する膜厚０．２５〜１．０μｍのＳｉ３Ｎ４膜の成膜処理により行うことを特徴とする請求項１記載のＳｉ単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体用シリコンウェーハの原料となるＳｉ単結晶の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコンウェーハの原料となるＳｉ単結晶は、石英るつぼにｐｏｌｙ（多結晶）−Ｓｉをチャージして約１５００℃の高温下で溶融し、チョクラルスキー法によりＳｉ単結晶インゴットとして引き上げた後、Ｓｉ単結晶インゴットの外周部を研削して所定の直径に加工し、かつ、所定の長さに切断することにより製造されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の製造方法によるＳｉ単結晶を原料とする半導体用シリコンウェーハには、金属汚染が存在するため、洗浄を行うときの薬液組成や処理温度等を工夫することにより、汚染レベルの改善が行われている。
半導体用シリコンウェーハに金属汚染が存在するのは、Ｓｉ単結晶インゴットの引き上げの際に、引き上げ装置等からＦｅ（鉄）等の金属不純物がＳｉ単結晶インゴットに取り込まれるためと考えられる。
一方、近年のデバイスプロセスの微細化に伴い、これまでは大きな問題とはならなかったレベルの微量の金属汚染までが問題となってきており、デバイスプロセスでの歩留まりを改善するためにも、半導体用シリコンウェーハの原料となるＳｉ単結晶の段階からの金属汚染レベルを改善することが求められている。
【０００４】
そこで、本発明は、半導体用シリコンウェーハの原料となるＳｉ単結晶を金属不純物の少ないものとし得るＳｉ単結晶の製造方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明のＳｉ単結晶の製造方法は、チョクラルスキー法により引き上げられたＳｉ単結晶インゴット中の金属不純物を外周部に偏析させた後、Ｓｉ単結晶インゴットの外周部を研削して除去することを特徴とする。
ここで、Ｓｉ単結晶インゴットとは、外周が蛇腹状を呈しているものをいい、Ｓｉ単結晶とは、Ｓｉ単結晶インゴットの外周部を研削して所定の直径に加工し、かつ、所定の長さに切断した円柱状を呈しているものをいう。
【０００６】
一方、前記金属不純物の外周部への偏析は、Ｓｉ単結晶インゴットの外周に対するＳｉＯ２（二酸化珪素）粉末又はＳｉＣ（炭化珪素）粉末の吹き付けによる外周部へのダメージの付与と、その後のＨ２（水素ガス）、Ｏ２（酸素ガス）、Ａｒ（アルゴンガス）又はＮ２（窒素ガス）のいずれかのガス雰囲気あるいはそれらの混合ガス雰囲気における８００〜１３００℃の温度での熱処理とにより行うことが好ましい。
【０００７】
又、前記金属不純物の外周部への偏析は、Ｓｉ単結晶インゴットに対する８００〜１３００℃の温度での酸化熱処理により行ってもよい。
【０００８】
更に、前記金属不純物の外周部への偏析は、Ｓｉ単結晶インゴットの外周に対する膜厚０．５〜１．５μｍのｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の成膜処理により行ってもよい。
【０００９】
更に又、前記金属不純物の外周部への偏析は、Ｓｉ単結晶インゴットの外周に対する膜厚０．２５〜１．０μｍのＳｉ３Ｎ４（窒化珪素）膜の成膜処理により行ってもよい。
【００１０】
【作用】
本発明のＳｉ単結晶の製造方法においては、Ｓｉ単結晶インゴットの製造プロセス中に取り込まれたＦｅ等の金属不純物が外周部に集められてから、その部分ごと外周研削により取り除かれる。
【００１１】
一方、金属不純物の外周部への偏析を、Ｓｉ単結晶インゴットの外周に対するＳｉＯ２粉末又はＳｉＣ粉末の吹き付けによる外周部へのダメージの付与と、その後のＨ２、Ｏ２、Ａｒ又はＮ２のいずれかのガス雰囲気あるいはそれらの混合ガス雰囲気において８００〜１３００℃の温度での熱処理とにより行うことによって、ダメージがゲッタリングサイトとして機能し、Ｓｉ単結晶インゴット中の金属不純物が所要ガス雰囲気での熱処理に伴って外周部へ集められる。
【００１２】
吹き付けにＳｉＯ２粉末又はＳｉＣ粉末を用いることにより、高純度のものを入手し易くなり、かつ、粒径を制御し易くなる。又、粒径、及び吹き付ける強さを制御することにより、ダメージ量、すなわち、ゲッタリングサイトとしての能力を容易に制御することが可能となる。
雰囲気ガスとしてＨ２、Ｏ２、Ａｒ及びＮ２のいずれか１種以上を用いることにより、高純度のものを入手し易くなり、かつ、処理、管理が容易となる。特に、Ｆｅ等は酸化膜中にトラップされ易いことから、Ｏ２を用いることが望ましい。
熱処理温度が、８００℃未満であると、Ｆｅ等の拡散係数の低い元素は拡散距離が短く、ゲッタリングサイトのあるＳｉ単結晶インゴットの外周部まで拡散させるには、非常に長時間の熱処理が必要となり、量産レベルでの製造に適しない。一方、１３００℃を超えると、熱処理炉部材の維持・管理（清浄度、ライフ等）が困難になること、及び上記部材からの逆汚染が生じ易くなってしまうため適しない。
より好ましい熱処理温度は、９００〜１２００℃である。
【００１３】
又、金属不純物の外周部への偏析を、Ｓｉ単結晶インゴットに対する８００〜１３００℃の温度での酸化熱処理により行うことによって、Ｆｅ等の金属不純物は酸化膜中に選択的に取り込まれ易いことから、Ｓｉ単結晶インゴット中の金属不純物が外周部の酸化膜中に選択的に集められる。
【００１４】
酸化熱処理温度が、８００℃未満であると、前述したように、金属不純物をＳｉ単結晶インゴットの外周部まで拡散させ、酸化膜中に選択的に効率良く取り込むためには、非常に長時間の処理が必要となり、量産レベルでの製造に適しない。一方、１３００℃を超えると、熱処理炉部材の維持・管理（清浄度、ライフ等）が困難になること、及び上記部材からの逆汚染が生じ易くなってしまうため適しない。
より好ましい酸化熱処理温度は、９００〜１２００℃である。
【００１５】
更に、金属不純物の外周部への偏析を、Ｓｉ単結晶インゴットの外周に対するｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の成膜処理により行うことによって、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜とＳｉとは膨張係数が異なるため、Ｓｉ単結晶インゴットの外周に大きなストレスが生じ、このストレスがゲッタリングサイトとして機能し、かつ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜が有する粒界のストレスもゲッタリングサイトとして機能し、これらがＳｉ単結晶インゴット中の金属不純物を外周部に選択的に集める。
ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の膜厚が、０．５μｍ未満であると、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜とのストレス、及びｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の粒界のストレスが弱く、ゲッタリングサイトとしての機能が不十分となる。一方、１．５μｍを超えると、成膜したｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の剥離やその防止のためのメンテナンス頻度増につながるため、量産レベルの製造に適しない。
より好ましいｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の膜厚は、０．５〜１．０μｍである。
【００１６】
更に又、金属不純物の外周部への偏析を、Ｓｉ単結晶インゴットの外周に対するＳｉ３Ｎ４膜の成膜処理により行うことによって、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の成膜処理の場合と同様に、Ｓｉ３Ｎ４膜とＳｉとは膨張係数が大きく異なるため、Ｓｉ単結晶インゴットの外周に大きなストレスが生じ、このストレスがゲッタリングサイトとして機能し、これがＳｉ単結晶インゴット中の金属不純物を外周部に選択的に集める。
Ｓｉ３Ｎ４膜の膜厚が、０．２５μｍ未満であると、ＳｉとＳｉ３Ｎ４膜とのストレスが弱く、ゲッタリングサイトとしての機能が不十分となる。一方、１．０μｍを超えると、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の場合と同様の理由から、量産レベルの製造に適しない。
より好ましいＳｉ３Ｎ４膜の膜厚は、０．２５〜０．５μｍである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について具体的な実施例を参照して説明する。
実施例１
先ず、チョクラルスキー法により引き上げられた直径８インチ、ｐタイプ、（１００）面の４本のＳｉ単結晶インゴットを用い、外周に＃３０００のＳｉＯ２粉末を１．０ｋｇ／ｃｍ２の圧力で吹き付けてダメージを与え、その後、Ｎ２雰囲気において１１００℃の温度で２４時間の熱処理を行ったサンプル（サンプル１−１）と、外周に＃１２００のＳｉＯ２粉末を１．０ｋｇ／ｃｍ２の圧力で吹き付けてダメージを与え、その後、Ｎ２雰囲気において１１００℃の温度で２４時間の熱処理を行ったサンプル（サンプル１−２）と、外周にサンプル１−２と同様の＃１２００のＳｉＯ２粉末を１．５ｋｇ／ｃｍ２の圧力で吹き付けてダメージを与え、その後、Ｎ２雰囲気において１１００℃の温度で２４時間の熱処理を行ったサンプル（サンプル１−３）と、ＳｉＯ２粉末の吹き付け、及び熱処理を行わなかったサンプル（サンプル１−４）とを作製した。
次に、これらのサンプルの外周部を研削して所定の直径に加工し、かつ、所定の長さに切断してそれぞれのＳｉ単結晶を得た。
【００１８】
そして、得られた各Ｓｉ単結晶からポリッシュドウェーハを作製し、ＳＰＶ法によりそれぞれのＳｉウェーハ中のＦｅ−Ｂ濃度を測定したところ、図１に示すようになった。
図１から分るように、何も処理を施していないサンプル１−４に比べ、ＳｉＯ２粉末を吹き付け、かつ、Ｎ２雰囲気において熱処理を施したサンプル１−１〜１−３では、金属不純物量が１／４程度と少なくなっている。又、吹き付けるＳｉＯ２粉末の粒径が大きく、吹き付け圧力が高い方が、金属不純物量が少なくなっている。
【００１９】
なお、熱処理の雰囲気ガスは、Ｎ２に限らず、Ｈ２、Ｏ２又はＡｒでもよく、あるいは、それらの混合ガスでもよい。
【００２０】
実施例２
先ず、チョクラルスキー法により引き上げられた直径８インチ、ｐタイプ、（１００）面の３本のＳｉ単結晶インゴットを用い、１０００℃の温度で２時間のＷｅｔ酸化熱処理を行って外周部に約５５０ｎｍの厚さの酸化膜を形成したサンプル（サンプル２−１）と、１２００℃の温度で４時間のＷｅｔ酸化熱処理を行って外周部に約１５００ｎｍの厚さの酸化膜を形成したサンプル（サンプル２−２）と、酸化熱処理を行わなかったサンプル（サンプル２−３）とを作製した。
次に、これらのサンプルの外周部を研削して所定の直径に加工し、かつ、所定の長さに切断してそれぞれのＳｉ単結晶を得た。
【００２１】
そして、得られた各Ｓｉ単結晶からポリッシュドウェーハを作製し、ＳＰＶ法によりそれぞれのＳｉウェーハ中のＦｅ−Ｂ濃度を測定したところ、図２に示すようになった。
図２から分るように、何も処理を施していないサンプル２−３に比べ、酸化熱処理を施したサンプル２−１、２−２では、金属不純物量が１／２以下と少なくなっている。又、酸化熱処理温度の高い方が、金属不純物量が少なくなっている。
【００２２】
なお、Ｓｉ単結晶インゴットに対するＷｅｔ酸化熱処理は、引き上げ装置から取り出されたものに施してもよく、あるいは引き上げ装置中のものに、装置中の雰囲気ガスをＯ２に切り替え、酸化熱処理を施すようにしてもよい。
【００２３】
実施例３
先ず、チョクラルスキー法により引き上げられた直径８インチ、ｐタイプ、（１００）面の３本のＳｉ単結晶インゴットを用い、ＬＰ−ＣＶＤ法により６５０℃の温度で外周に膜厚０．５μｍのｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成したサンプル（サンプル３−１）と、同様にＬＰ−ＣＶＤ法により６５０℃の温度で外周に膜厚１．５μｍのｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成したサンプル（サンプル３−２）と、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の形成を行わなかったサンプル（サンプル３−３）とを作製した。
次に、これらのサンプルの外周部を研削して所定の直径に加工し、かつ、所定の長さに切断してそれぞれのＳｉ単結晶を得た。
【００２４】
そして、得られた各Ｓｉ単結晶からポリッシュドウェーハを作製し、ＳＰＶ法によりそれぞれのＳｉウェーハ中のＦｅ−Ｂ濃度を測定したところ、図３に示すようになった。
図３から分るように、何も処理を施していないサンプルに比べ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成したサンプル３−１、３−２では、金属不純物量が１／２以下と少なくなっている。又、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の膜厚の厚い方が、金属不純物量が少なくなっている。
【００２５】
実施例４
先ず、チョクラルスキー法により引き上げられた直径８インチ、ｐタイプ、（１００）面のＳｉ単結晶インゴットを用い、ＬＰ−ＣＶＤ法により７００℃の温度で外周に膜厚０．２５μｍのＳｉ３Ｎ４膜を形成したサンプル（サンプル４−１）と、同様にＬＰ−ＣＶＤ法により７００℃の温度で外周に膜厚１．０μｍのＳｉ３Ｎ４膜を形成したサンプル（サンプル４−２）と、Ｓｉ３Ｎ４膜の形成を行わなかったサンプル（サンプル４−３）とを作製した。
次に、これらのサンプルの外周部を研削して所定の直径に加工し、かつ、所定の長さに切断してそれぞれのＳｉ単結晶を得た。
【００２６】
そして、得られた各Ｓｉ単結晶からポリッシュドウェーハを作製し、ＳＰＶ法によりそれぞれのＳｉウェーハ中のＦｅ−Ｂ濃度を測定したところ、図４に示すようになった。
図４から分るように、何も処理を施していないサンプルに比べ、Ｓｉ３Ｎ４膜を形成したサンプル４−１、４−２では、金属不純物量が１／３以下と少なくなっている。又、Ｓｉ３Ｎ４膜の膜厚の厚い方が、金属不純物量が少なくなっている。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＳｉ単結晶の製造方法によれば、Ｓｉ単結晶インゴットの製造プロセス中に取り込まれたＦｅ等の金属不純物が外周部に集められてから、その部分ごと外周研削により取り除かれるので、半導体用シリコンウェーハの原料となるＳｉ単結晶を金属不純物の少ないものとすることができ、ひいては、デバイスプロセスでの歩留まりを向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＳｉ単結晶の製造方法の実施例１によるＳｉ単結晶から得られたシリコンウェーハ中のＦｅ−Ｂ濃度評価結果を示す説明図である。
【図２】本発明に係るＳｉ単結晶の製造方法の実施例２によるＳｉ単結晶から得られたシリコンウェーハ中のＦｅ−Ｂ濃度評価結果を示す説明図である。
【図３】本発明に係るＳｉ単結晶の製造方法の実施例３によるＳｉ単結晶から得られたシリコンウェーハ中のＦｅ−Ｂ濃度評価結果を示す説明図である。
【図４】本発明に係るＳｉ単結晶の製造方法の実施例４によるＳｉ単結晶から得られたシリコンウェーハ中のＦｅ−Ｂ濃度評価結果を示す説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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