(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶のインゴット又はこのインゴットを切断して得られたブロック若しくはウェーハである単結晶体(12)をこの単結晶体(12)と同一材質の板部材(26)上に載せてＳｉＣ製のコンテナ(13)に収容し、前記コンテナ(13)内に前記単結晶体(12)と同一材質で純度９９．９９９９９９９９９％以上かつ平均粒径０．３〜３．０ｍｍの多結晶粒子(27)を充填した状態で、前記単結晶体(12)の安定な雰囲気下、０．２〜３０４ＭＰａの圧力で前記単結晶体(12)の絶対温度による融点の０．８５倍以上の温度で５分間〜２０時間、熱間等方圧加圧処理を行った後に徐冷することを特徴とする単結晶体の熱処理方法。
【請求項２】
単結晶体の安定な雰囲気が不活性ガス雰囲気又は高蒸気圧元素の蒸気を含む雰囲気である請求項１記載の単結晶体の熱処理方法。
【請求項３】
圧力が１０〜２００ＭＰａである請求項１又は２記載の単結晶体の熱処理方法。
【請求項４】
０．２〜３０４ＭＰａの圧力のガスを導入可能な筒状の圧力容器(11)と、
前記圧力容器(11)内に挿入されかつ内部に、シリコン単結晶のインゴット又はこのインゴットを切断して得られたブロック若しくはウェーハである単結晶体(12)が収容されたＳｉＣ製のコンテナ(13)と、
前記コンテナ(13)の外周面を所定の間隔をあけて囲み前記単結晶体(12)をこの単結晶体(12)の絶対温度による融点の０．８５倍以上の温度まで加熱可能なヒータ(14)と
を備えた単結晶体の熱処理装置であって、
前記単結晶体(12)がこの単結晶体(12)と同一材質の板部材(26)を介して前記コンテナ(13)に収容され、
前記コンテナ(13)と前記単結晶体(12)との間にこの単結晶体(12)と同一材質で純度９９．９９９９９９９９９％以上かつ平均粒径０．３〜３．０ｍｍの多結晶粒子(27)が充填された
ことを特徴とする単結晶体の熱処理装置。
【請求項５】
単結晶体の安定な雰囲気が不活性ガス雰囲気又は高蒸気圧元素の蒸気を含む雰囲気である請求項４記載の単結晶体の熱処理装置。
【請求項６】
圧力が１０〜２００ＭＰａである請求項４又は５記載の単結晶体の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エレクトロニクス分野で用いられる集積回路若しくは素子の基板等に用いられる高品質の半導体の単結晶体の製造に関する。更に詳しくは単結晶体を従来の単結晶成長方法により製造した後に、特定の処理を行って、単結晶体の成長時に生じた格子欠陥レベルでの除去する熱処理技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年における電子・通信機器の発展には、その中心となる半導体集積回路（ＬＳＩ）の技術の進歩が大きく寄与している。このＬＳＩは通常、直径８インチ程度の半導体単結晶ウェーハの表面に、イオン注入法など種々の成膜方法やエッチング方法を組み合わせて素子や配線膜を形成し、最終的に一個一個のＬＳＩに切断することにより製造されている。製造されたＬＳＩの信頼性や製品としての歩留まりは、製造工程で発生する欠陥の影響を大きく受ける。
特に、単結晶ウェーハはＬＳＩのいわば土台となるものであり、単結晶ウェーハに格子欠陥が存在すると、ドナーやアクセプタのシンクとなり、いわゆる半導体としての電気特性が不良となる問題点がある。例えば、ＬＳＩの電気特性に影響を及す因子として、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という。）又はフローティングゾーン法（以下、ＦＺ法という。）により製造されたシリコン単結晶ウェーハには、点欠陥（格子間シリコン、空孔等）に起因するグローイン欠陥が存在することが知られている。グローイン欠陥には成長条件による違いから空孔型と格子間シリコン型のグローイン欠陥が存在する。
【０００３】
この空孔型グローイン欠陥を低減する方法として、シリコン単結晶ウェーハを７２３〜１１７３Ｋ（絶対温度）で０．５〜１６時間熱処理して単結晶ウェーハ内部に酸素析出物を発生させた後、水素ガス又は水素含有不活性ガス中において１２７３Ｋ（絶対温度）以上の高温で５分間〜５時間熱処理する半導体基板の製造方法が開示されている（特公平５−１８２５４号）。この方法によれば、ＬＳＩの活性層となる単結晶ウェーハ表面近傍に存在する空孔型のグローイン欠陥が低減する。
またグローイン欠陥のなかで空孔型の欠陥は、ＣＺ法において引上げ速度を速くすると出現する傾向にあるため、この空孔型グローイン欠陥を生じないようにするためには引上げ速度を低くしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特公平５−１８２５４号公報に示された方法では、単結晶ウェーハ表面近傍の空孔型グローイン欠陥を低減できるものの、表面近傍よりウェーハ内部では空孔型グローイン欠陥を低減することが困難である。また空孔型グローイン欠陥を低減するために、ＣＺ法において引上げ速度を低くすると、格子間シリコン型のグローイン欠陥が発生することと、シリコン単結晶の生産性が劣る不具合がある。
更に近年ＬＳＩ自体の高集積化と同時に成膜等の工程でコストダウンを目的としたシリコン単結晶ウェーハの大口径化（直径１２インチ）への要請が大きくなっているが、このように大口径化すればするほど、製造工程での欠陥制御及び品質制御が難しくなり、製造コストが増大する問題点もある。
【０００５】
本発明の第１の目的は、単結晶体の大きさに拘わらず、単結晶体の表面のみならず内部に存在する空孔型グローイン欠陥等の格子欠陥を消滅又は分散させることができる単結晶体の熱処理方法及びその熱処理装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、表面及び内部に空孔型グローイン欠陥等の格子欠陥がないか、或いは極めて少なくかつ微小である単結晶体を提供することにある。
本発明の第３の目的は、熱処理中における単結晶体の表面及び内部の揮発物質等による汚染を防止することができる単結晶体の熱処理方法及びその熱処理装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記従来の半導体単結晶の製造における欠陥発生の問題に関し、熱間等方圧加圧処理（以下、ＨＩＰ処理という。）を行うことにより、従来の単結晶成長法により製造された際に不可避的に発生した単結晶中の格子欠陥或いは格子欠陥の集合体を除去できることを見出し、本発明をなすに至った。
請求項１に係る発明は、図１に示すように、シリコン単結晶のインゴット又はこのインゴットを切断して得られたブロック若しくはウェーハである単結晶体１２をこの単結晶体１２と同一材質の板部材２６上に載せてＳｉＣ製のコンテナ１３に収容し、コンテナ１３内に単結晶体１２と同一材質で純度９９．９９９９９９９９９％以上かつ平均粒径０．３〜３．０ｍｍの多結晶粒子２７を充填した状態で、単結晶体１２の安定な雰囲気下、０．２〜３０４ＭＰａの圧力で単結晶体１２の絶対温度による融点の０．８５倍以上の温度で５分間〜２０時間、熱間等方圧加圧処理を行った後に徐冷することを特徴とする単結晶体の熱処理方法である。
【０００７】
単結晶体の内部に形成される格子欠陥には、原子１個レベルの欠陥である原子空孔（Atomic Vacancy）や格子間原子（Intersticial）、格子の乱れ的な欠陥である転位（Dislocation）や積層欠陥（Stacking Fault）、及びこれらの集合体、例えば原子空孔が集合して形成された比較的大きな穴（Piled-up Vacancy）などが知られている。これらのうち特に半導体基板として使用する際に問題となるのは、転位とPiled-up Vacancyである。原子空孔や格子間原子一つ一つは、量がさほど多くなければ、現在のＬＳＩの各素子や配線の寸法と比較してまだ遥かに小さく問題とはならない。また積層欠陥については、これが発生した境界に転位が発生することが多く、この転位が発生した場合に問題となる。これらの格子欠陥は、ＬＳＩ製造工程でのエッチング操作などにより、この欠陥部分のみが選択的にエッチングされるなどの現象を引き起こし、製造工程中での歩留まり低下に影響を及ぼし、又は最終製品としての信頼性も低下させる。
【０００８】
本発明者らは、このような格子欠陥を含むシリコン単結晶体を種々の高温高圧の不活性ガス雰囲気（Ａｒガス等）下で処理する方法について、圧力・温度条件を変化させた実験を行い、上記請求項１に記載した特定の条件下で熱処理した後に徐冷することが上記格子欠陥を除去、若しくは原子レベルの格子欠陥状態に分散させる効果があり、実用上で問題となるような寸法の格子欠陥を実質的に排除できることを見出した。即ち、単結晶体１２を熱処理すると、単結晶ウェーハ中に存在する空孔型グローイン欠陥等の格子欠陥が押しつぶされ、単結晶体１２を構成している原子が再配列して、空孔型グローイン欠陥等の格子欠陥が消滅又は分散した高品質の単結晶体１２が得られる。
【０００９】
また上記請求項１に記載された単結晶体の熱処理方法では、単結晶体１２の出し入れ時にコンテナ１３内に空気が混入したり、熱処理装置１０の構成部品から揮発した物質がコンテナ１３内に流入又は発生したりしても、上記空気や揮発物質は高温加熱されたときに多結晶粒子２７によりゲッタリングされるため、単結晶体１２表面に到達しない。
また上記請求項１に記載された熱処理方法において、単結晶体の安定な雰囲気は不活性ガス雰囲気又は高蒸気圧元素の蒸気を含む雰囲気であることが好ましく、圧力は１０〜２００ＭＰａであることが好ましい。
また上記請求項１ないし３いずれか１項に記載の方法により熱処理された単結晶体は上述のように、空孔型グローイン欠陥等の格子欠陥が消滅又は分散した高品質の単結晶体となり、かつ単結晶体の表面及び内部が熱処理中の空気や揮発物質で汚染されていないため、清浄な状態に保たれる。
【００１０】
請求項４に係る発明は、図１に示すように、０．２〜３０４ＭＰａの圧力のガスを導入可能な筒状の圧力容器１１と、この圧力容器１１内に挿入されかつ内部に、シリコン単結晶のインゴット又はこのインゴットを切断して得られたブロック若しくはウェーハである単結晶体１２が収容されたＳｉＣ製のコンテナ１３と、このコンテナ１３の外周面を所定の間隔をあけて囲み単結晶体１２をこの単結晶体１２の絶対温度による融点の０．８５倍以上の温度まで加熱可能なヒータ１４とを備えた単結晶体の熱処理装置である。
その特徴ある構成は、単結晶体１２がこの単結晶体１２と同一材質の板部材２６を介してコンテナ１３に収容され、コンテナ１３と単結晶体１２との間にこの単結晶体１２と同一材質で純度９９．９９９９９９９９９％以上かつ平均粒径０．３〜３．０ｍｍの多結晶粒子２７が充填されたところにある。
【００１１】
この請求項４に記載された単結晶体の熱処理装置では、コンテナ１３内に敷かれた板部材２６上に単結晶体１２を載せ、コンテナ１３と単結晶体１２との間に多結晶粒子２７を充填して、単結晶体１２を熱処理装置１０に収容した状態で、装置１０内に不活性ガスを導入しかつヒータ１４を作動して、装置１０内を所定の高圧・高温の状態に所定時間保持する。このとき単結晶体１２の熱処理装置１０への収容時にコンテナ１３内に混入した空気や、ヒータ１４やコンテナ１３等の熱処理装置１０の構成部品から揮発してコンテナ１３内に流入又は発生した物質は高温加熱されたときに多結晶粒子２７によりゲッタリングされるため、単結晶体１２表面に到達しない。
また上記請求項４に記載された熱処理装置において、単結晶体の安定な雰囲気は不活性ガス雰囲気又は高蒸気圧元素の蒸気を含む雰囲気であることが好ましく、圧力は１０〜２００ＭＰａであることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、本発明の単結晶体１２の欠陥を除去するための熱処理装置１０は熱間等方圧加圧装置（以下、ＨＩＰ装置という。）である。このＨＩＰ装置１０は高温・高圧に耐え得る円筒状の圧力容器１１と、この圧力容器１１内に挿入され単結晶体１２が収容されたＳｉＣ製のコンテナ１３と、このコンテナ１３の外周面を所定の間隔をあけて囲むヒータ１４とを備える。上記圧力容器１１は筒状の容器本体１６と、この容器本体１６の上端及び下端をそれぞれ閉止する上蓋１７及び下蓋１８と、下蓋１８上面に載置されコンテナ１３を載せるサポート１９とを有する。上蓋１７の中央には装置１０内にガスを導入するガス導入口１７ａが形成され、下蓋１８はサポート１９及びコンテナ１３とともに昇降し、下蓋１８が下降した状態でコンテナ１３をサポート１９に載せたり或いはサポート１９から降ろしたりできるように構成される。図１及び図２の符号２１はヒータ１４の外周面を所定の間隔をあけて囲みかつ下端周縁に複数の切欠き２１ａが形成された伏せ椀状の断熱筒であり、符号２２は容器本体１６及び断熱筒２１を支持するリング状の支持部材である。
【００１３】
単結晶体１２を上記ＨＩＰ装置１０に収容して熱処理を行うときには、装置１０内を単結晶体１２の安定な雰囲気にし、装置１０内の圧力を０．２〜３０４ＭＰａ、好ましくは１０〜２００ＭＰａに昇圧し、装置１０内の温度を絶対温度で単結晶体１２の融点の０．８５倍以上、好ましくは０．９倍以上の温度とし、更にこの状態に保持する時間を５分間〜２０時間、好ましくは０．５時間〜５時間（処理温度を融点の０．９倍以上の温度とした場合）とする。熱処理時の単結晶体１２の安定な雰囲気は不活性ガス雰囲気又は高蒸気圧元素の蒸気を含む雰囲気にすることが好ましい。例えば単結晶体１２がシリコンのような単一元素で蒸気圧もさほど高くならない場合には、圧力媒体のガスとしてはアルゴンガスのような不活性ガスを使用すればよい。
【００１４】
上記熱処理時の圧力を０．２〜３０４ＭＰａに限定したのは、０．２ＭＰａ未満では上記格子欠陥の消滅又は拡散する効果が現れず、圧力は高ければ高いほど上記格子欠陥の拡散の進行が促進されるが、３０４ＭＰａを超えるとＨＩＰ装置１０の強度上の問題が生じるからである。なお、圧力は実用面から２００ＭＰａ以下が適している。また熱処理時の温度を絶対温度で単結晶体１２の融点の０．８５倍以上に限定したのは、単結晶体１２内の格子欠陥の拡散を促進するためである。更に熱処理時間を５分間〜２０時間と限定したのは、５分間未満では上記格子欠陥の拡散が十分に進行せず、２０時間を超えると熱処理後の徐冷時間を含めて２４時間を超え生産性に支障をきたすからである。この熱処理時間を実用的な２４時間以内となるように処理することを考慮すると、絶対温度で単結晶体１２の融点の０．９倍以上の高温下で行うことが好ましい。また単結晶体１２は熱処理を行った後に装置１０内で自然冷却、即ち徐冷される。
【００１５】
コンテナ１３は箱状のコンテナ本体２３と、このコンテナ本体２３の上面の開口部２３ａを閉止する蓋体２４とを有する。コンテナ本体２３の開口部２３ａ周縁には複数のスリット２３ｂが形成され、これらのスリット２３ｂはコンテナ本体２３の開口部２３ａを蓋体２４により閉止した状態でコンテナ１３の内外を連通する深さに形成される。なお、コンテナの内外を連通するためにスリットではなく、コンテナ本体又は蓋体に複数の小孔を形成してもよい。またコンテナ本体２３内には単結晶体１２と同一材質の板部材２６が敷かれ、この板部材２６上に単結晶体１２が載せられる。またコンテナ本体２３と単結晶体１２との間にはこの単結晶体１２と同一材質で純度９９．９９９９９９９９９％以上の多結晶粒子２７が充填される。この多結晶粒子２７の平均粒径は０．３〜３．０ｍｍの範囲にあることが好ましく、更に０．５〜２．０ｍｍであることが好ましい。多結晶粒子２７の平均粒径を０．３〜３．０ｍｍの範囲に限定したのは、０．３ｍｍ未満では高温の場合に多結晶粒子２７がインゴットに付着する不具合があり、３．０ｍｍを超えると充填率が低下するからである。
【００１６】
一方、単結晶体１２はＣＺ法又はＦＺ法により育成された単結晶インゴットの状態でも、これを適当な長さに切断したブロックでも、或いは最終製品に近いウェーハであっても構わない。また単結晶体１２としてはシリコンの単結晶体が挙げられる。寸法が小さい場合には格子欠陥の一部は単結晶の表面から外部に抜けてしまうので、本質的な格子欠陥の除去が可能であるが、単結晶体１２の寸法が大きな場合には、格子欠陥の大部分は原子空孔となって大きな単結晶の全領域に分散した状態となることによって、見掛け上、即ち実用上では問題とならない欠陥フリーの状態となる。なお、この場合には大気圧近傍で再加熱すると、分散した原子空孔が集合してPiled-up Vacancyを形成する方が熱力学的に安定なこともあり、上記分散した原子空孔が集合するような温度まで加熱するようなプロセスで用いるには適さない。上記分散した原子空孔が集合するような温度とは、絶対温度で融点の０．９倍以上の高温域である。
【００１７】
このように構成された熱処理装置の使用方法を説明する。
先ずコンテナ本体２３内に板部材２６を敷き、この板部材２６上に単結晶体１２を載せる。次にコンテナ本体２３と単結晶体１２との間の隙間及び単結晶体１２の上面に多結晶粒子２７を充填した後に、蓋体２４にてコンテナ本体２３の開口部２３ａを閉止する。更に下蓋１８を図２の実線矢印で示す方向に下降させ、下蓋１８に載置されたサポート１９上に上記コンテナ１３を載せた後に（図２）、下蓋１８を破線矢印で示す方向に上昇させる。これにより単結晶体１２がＨＩＰ装置１０に収容される（図１）。この状態で上蓋１７のガス導入口１７ａから装置１０内にＡｒなどの不活性ガスを導入して装置１０内の圧力を０．２〜３０４ＭＰａとし、かつヒータ１４を作動して装置１０内を単結晶体１２の融点の０．８５倍以上の温度（絶対温度）に５分間〜２０時間保持する。一方、コンテナ１３内には単結晶体１２をこのＨＩＰ装置１０に収容するときに空気が混入したり、或いは高圧のガスは高密度で低粘性で極めて対流を起こし易い流体であるため、ヒータ１４等のＨＩＰ装置１０の構成部品から揮発した物質がスリット２３ｂからコンテナ１３内に流入したり、コンテナ１３から揮発した物質がコンテナ１３内に発生したりする。しかし、上記コンテナ１３内の空気や上記コンテナ１３内に流入又は発生した揮発物質は高温加熱されたときに多結晶粒子２７によりゲッタリングされるため、単結晶体１２表面に到達しない。この結果、単結晶体１２の表面及び内部の汚染を防止することができる。
【００１８】
上述の熱処理による単結晶体の欠陥除去のメカニズムを説明する。
図３は通常の単結晶成長方法により製造された一種類の元素からなる単結晶体１２の構造を模式的に示したものである。寸法的には誇張されているが、単結晶体１２の内部には格子欠陥３１と総称して呼ばれる数種類の欠陥３２〜３６が存在している。これらの欠陥の生成要因はいくつかあるが、転位３２は単結晶体１２を融液から成長させた後の降温過程でインゴットに生じる温度差による熱応力がその一因とされている。また積層欠陥３３は融液中の不純物元素や、単結晶成長時に原子３０がクラスタと称する原子３０の集まりを形成してから、単結晶母体と一体化する際にずれを生じるためである等とされている。また原子空孔３４や格子間原子３５は絶対零度以上での所定の温度及び圧力の条件下では特定の濃度で存在する方が熱力学的に安定であるという自然の法則により、特別な温度勾配を持たせて単結晶育成を行わない限り、必ず存在するものである。なお、図３の符号３６は集積空孔（Piled-up Vacancies）である。
【００１９】
上述の格子欠陥３１の安定性等については、高圧下では、全物質が大気圧下よりも、更に体積が小さいような構造をとる方がエネルギ的に安定であるという熱力学の法則と、このエネルギ的に安定な小体積の状態への変化（原子の拡散現象）が加速される傾向が強いという仮設がある。この考え方を単結晶体の欠陥に適用すると、ある種の格子欠陥は消滅若しくは分散して体積減少を生じる可能性が強い。なお、このような現象が生じることは、いわゆる固体圧領域といわれる１ＧＰａ以上の領域では指摘されているが、このような高圧域では大きな体積の単結晶体の処理は不可能であり、工業的な利用はできない。また固体圧の場合、圧力媒体に固体の粉末等を用いるため、圧力の伝達に伴う摩擦による剪断応力の発生を回避できず、この剪断応力による転位の量の増加を避け難く、本発明の対象材料のような単結晶体の処理には不向きである。本発明の優れた点の一つは、ガス圧の使用により、上記のような剪断応力の発生を極力抑制できる静水圧条件を工業レベルで実現できる点にある。
【００２０】
シリコン単結晶のように単一元素から構成されている場合には、熱処理により、定性的には次の▲１▼〜▲５▼のように欠陥が変化して、結果として問題となるような欠陥の総量は減少する。なお、原子空孔は格子欠陥ではあるが、前述のように量が多くなければ実用上は欠陥とならない。結果として、熱処理後の単結晶の結晶格子は模式的に示すと図４のようになる。即ち、原子空孔３５が単結晶体１２内に互いに独立して影響を与えない距離で存在するような組織となる。
【００２１】
▲１▼  刃状転位（特定の結晶面上に直線的に存在）は転位部に空隙を減少させる方向で変化してその量が減少する。
▲２▼  らせん転位（面のずれがらせん的に存在）の大きな減少は生じない。
▲３▼  積層欠陥は結晶方位（１１１）面でのずれが是正されてその量は低減する。
▲４▼  格子間原子はその存在する部分の格子が引き伸ばされて不安定となり、原子空孔部に移動してその総量は減少する。
▲５▼  Piled-up Vacancyは大きな穴として存在すると不安定なため、高温で長時間放置すると、原子空孔になって分散し、見掛け上は存在しなくなる。
【００２２】
次に本発明の第２の実施の形態を説明する。
この実施の形態では、単結晶体としてＣＺ法又はＦＺ法により育成される単結晶インゴットから切出された単結晶ウェーハを用いる。この単結晶ウェーハは研磨される前のものが好ましい。
本発明の熱処理で低減される空孔型グローイン欠陥としては、ＣＯＰ（cristal-originated particles）、ＦＰＤ（flow pattern defect）、ＬＳＴＤ（infrared light scattering tomograph defect）等が挙げられる。ここでＣＯＰとはＳＣ−１洗浄後にレーザパーティクルカウンタでパーティクルとしてカウントされた結晶に起因する底の深いエッチピットである。またＦＰＤとはＣＺ法で引上げられたシリコン単結晶から切出したシリコン単結晶ウェーハを３０分間Seccoエッチング液で化学エッチングしたときに現れる特異なフローパターンを呈する痕跡の源である。更にＬＳＴＤは赤外散乱欠陥といわれ、シリコン単結晶内に赤外線を照射したときにシリコンとは異なる屈折率を有し散乱光を発生する源である。
【００２３】
なお、単結晶体としてシリコン単結晶体（シリコンインゴット）を用い、多結晶粒子としてポリシリコン粒子を用い、更に単結晶体と同一材質の板部材として石英板を用いた場合には、０．５〜１０１．３ＭＰａの圧力で１４３６〜１６７３Ｋ（絶対温度）に０．５〜５時間保持することが好ましい。圧力、温度及び時間とも各下限値未満では単結晶ウェーハ中の空孔型グローイン欠陥が消滅又は低減する効果が表れず、また各上限値を超えて処理してもその低減の度合いがあまり変化せず、ＨＩＰ装置の耐久性の点から上記範囲が設定される。圧力、温度及び時間とも各下限値未満では単結晶ウェーハ中の空孔型グローイン欠陥が消滅又は低減する効果が表れず、また各上限値を超えて処理してもその低減の度合いがあまり変化せず、ＨＩＰ装置の耐久性の点から上記範囲が設定される。ここで、空孔型グローイン欠陥の低減とは、空孔が凝集して形成された空洞（void）のサイズが小さくなることのみならず、空洞の密度が減少することをいう。
【００２４】
【実施例】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
図１及び図２に示すように、単結晶体１２としてシリコン単結晶のインゴットを直径１５４ｍｍ及び高さ１００ｍｍのブロックに加工したものを用いた。この単結晶ブロック１２を処理直径２００ｍｍ及び高さ２００ｍｍのＨＩＰ装置１０に収容した。このＨＩＰ装置１０内にはモリブデン製のヒータ１４が設置される。またこのＨＩＰ装置１０は最高使用温度が１７２３Ｋ（絶対温度）であり、更に最高２００ＭＰａまで加圧可能である。圧力媒体のガスとしてはアルゴンガスを使用した。一方、コンテナ本体２３内に石英板２６を敷き、この石英板２６上に上記インゴット１２を載せた。この状態でコンテナ本体２３とインゴット１２との間の隙間及びインゴット１２の上面に平均直径が０．５〜２．０ｍｍのポリシリコン粒子２７を充填した後に、蓋体２４にてコンテナ本体２３の開口部２３ａを閉止した。次いで上記コンテナ１３をサポート１９の上に載せ、下蓋１８を上昇させてインゴット１２をＨＩＰ装置１０に収容した。
【００２５】
次にＨＩＰ装置１０内部を真空引きし、アルゴンガスによる置換操作を約１ＭＰａで２回行って前処理とした。更にアルゴンガスを注入してＨＩＰ装置１０内を１００ＭＰａに加圧すると同時にヒータ１４に通電して絶対温度で１５２３Ｋ［シリコン単結晶の融点（１６９０Ｋ）の０．９０１倍の温度］に加熱昇温し、この状態に４時間保持した。保持終了後、装置１０内温度が５７３Ｋ（絶対温度）以下になるまで装置１０内で自然冷却（徐冷）した後、アルゴンガスを放出して大気圧状態に戻し、インゴット１２を取出した。このインゴット１２を実施例１とした。
【００２６】
＜実施例２＞
ヒータに通電して絶対温度で１５７３Ｋ［シリコン単結晶の融点（１６９０Ｋ）の０．９３１倍の温度］に加熱昇温したことを除いて、実施例１と同様にインゴットを熱処理した。このインゴットを実施例２とした。
＜比較例１＞
コンテナ本体とインゴットとの間の隙間及びインゴットの上面にポリシリコン粒子を充填しなかったことを除いて、実施例１と同様にインゴットを熱処理した。このインゴットを比較例１とした。
＜比較例２＞
ヒータに通電して絶対温度で１５７３Ｋ［シリコン単結晶の融点（１６９０Ｋ）の０．９３１倍の温度］に加熱昇温したことを除いて、比較例１と同様にインゴットを熱処理した。このインゴットを比較例２とした。
【００２７】
＜比較試験及び評価＞
実施例１及び２と比較例１及び２のインゴットの中心部及び外周面の重金属汚染レベルを原子吸光分析装置（ＡＡＳ分析装置）により分析した。その結果を表１に示す。なお、表１においてＤ．Ｌ．とは上記分析装置の検出下限値（１．０×１０12atoms／cm3）未満の値であったことを示す。
【００２８】
【表１】
0003852545.tif 000002
【００２９】
表１から明らかなように、比較例１及び２ではインゴットの外周面で極めて高い重金属汚染レベルを示し、インゴットの中心部においてもＦｅやＣｕによる汚染が検出された。これに対し、実施例１及び２ではインゴットの中心部ではＣｒ，Ｆｅ，Ｎｉ及びＣｕの全てが検出下限値未満であり、またインゴットの外周面でもＣｒやＣｕが僅かに検出されたのみであった。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、単結晶体をこの単結晶体と同一材質の板部材上に載せてＳｉＣ製のコンテナに収容し、コンテナ内に単結晶体と同一材質で純度９９．９９９９９９９９９％以上の多結晶粒子を充填した状態で、単結晶体の安定な雰囲気下、０．２〜３０４ＭＰａの圧力で単結晶体の絶対温度による融点の０．８５倍以上の温度で５分間〜２０時間、熱間等方圧加圧処理を行った後に徐冷したので、単結晶体の表面及び内部に存在する空孔型グローイン欠陥等の格子欠陥が押しつぶされ、単結晶体を構成している原子が再配列して、空孔型グローイン欠陥等の格子欠陥が消滅するか、或いは分散した高品質の単結晶体が得られる優れた効果を有する。
【００３１】
この結果、ＬＳＩ製造のために不可欠な基板材料を欠陥を含まない高品質なものとすることができ、不良品の発生の低減による製造歩留まりの向上、ひいてはＬＳＩの製造コストの低減に大きく寄与することができる。また単結晶ウェーハ製造の前段階である単結晶インゴット製造における単結晶成長時間を長くすることなく高品質の単結晶体を製造することができ、特に今後期待されている大口径のシリコンインゴットの製造における単結晶成長時間の短縮、品質の確保と歩留まり向上への寄与は極めて大きい。
また単結晶体の出し入れ時にコンテナ内に空気が混入したり、熱処理装置の構成部品から揮発した物質がコンテナ内に流入又は発生したりしても、上記空気や揮発物質は高温加熱されたときに多結晶粒子によりゲッタリングされる。この結果、上記空気や揮発物質が単結晶体表面に到達しないので、単結晶体の表面及び内部の汚染を防止することができる。
【００３２】
また単結晶体をこの単結晶体と同一材質の板部材を介してＳｉＣ製のコンテナに収容し、コンテナと単結晶体との間にこの単結晶体と同一材質で純度９９．９９９９９９９９９％以上の多結晶粒子を充填すれば、上記と同様に単結晶体の熱処理装置への収容時にコンテナ内に混入した空気や、ヒータやコンテナ等の熱処理装置の構成部品から揮発してコンテナ内に流入又は発生した物質は高温加熱されたときに多結晶粒子によりゲッタリングされるため、単結晶体表面に到達しない。この結果、上記と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施形態の単結晶体の熱処理装置の縦断面図。
【図２】その熱処理装置から単結晶体を取出すために下蓋を下降させている状態を示す図１に対応する縦断面図。
【図３】通常の単結晶成長方法により製造された一種類の元素からなる単結晶体の構造を模式的に示した図。
【図４】本発明の単結晶体の熱処理方法で処理した、即ちＨＩＰ装置で熱処理した後の一種類の元素からなる単結晶体の構造を模式的に示した図。
【符号の説明】
１０  ＨＩＰ装置（熱処理装置）
１１  圧力容器
１２  シリコン単結晶体（単結晶体）
１３  コンテナ
１４  ヒータ
２６  石英板（板部材）
２７  ポリシリコン粒子（多結晶粒子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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