【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は単結晶シリコンの製造方法、より詳細にはＬＳＩ等の回路素子の基板に用いられる単結晶シリコンの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、ＬＳＩ等の回路素子の基板として用いられている単結晶シリコン基板の大部分は、石英るつぼ内のシリコン溶融液からの回転引き上げ法、すなわちＣＺ法により作製された単結晶シリコンを用いている。 ＣＺ法を用いた場合、石英るつぼ自身がシリコン溶融液に溶解して酸素を溶出するため、引き上げられた結晶には約１０ ¹⁸ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ³の酸素不純物が含有されている。

【０００３】一方、シリコン中の酸素の固溶度は、例えばＬＳＩ製造時に行なわれる熱酸化の代表的温度である１０００℃のとき、約３×１０ ¹⁷ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ³である。 従って、ＬＳＩ製造のための熱処理ではシリコン基板に含有される酸素は常に過飽和状態となっているため、シリコン基板内に酸素が析出しやすい状態にある。

【０００４】シリコン単結晶中の酸素の働きは複雑であり、かつ多岐にわたっている。 酸素が結晶格子間に存在するときは転位を固着する効果があり、熱処理によるシリコン基板の反りを抑制する。 一方、酸素が析出してSi
O ₂に変化すると、体積膨張によりシリコン原子が放出されて積層欠陥を形成したり、さらに歪が大きい場合にはパンチアウト転位等の微小欠陥を形成する。

【０００５】シリコン基板においては、これら微小欠陥が表面から十分にはなれた内部にのみに発生すれば、Ｌ
ＳＩを製造する工程でシリコン基板の表面に付着した重金属等の汚染物質を吸着して素子の活性領域から除去する作用、いわゆるゲッタリング作用が働き、高品質のＬ
ＳＩを製造する上で有用となる。 しかし、上記した微小欠陥が素子の活性領域に存在すると、リーク電流を増大させる原因となる等、ＬＳＩにとって有害となる。

【０００６】そこで、ＬＳＩ製造の前処理としてシリコン基板の表面に無欠陥層（DenudedZone、以下「ＤＺ
層」と記す）を形成し、シリコン基板の内部に欠陥層（Intrinsic Gettering 、以下「ＩＧ層」と記す）を形成するために、単結晶シリコンのインゴットをスライスして得たシリコン基板を窒素雰囲気中で、例えば１１０
０℃程度の高温で加熱し、表面近傍の酸素を外方へ拡散させて酸素濃度を低下させ、次いで、例えば７００℃程度の低温で熱処理を施してシリコン基板内に酸素の析出核を形成する処理が行なわれている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ＣＺ法で作製した単結晶シリコンは、結晶引き上げ時においてそれぞれの部分が異なる条件で冷却されているため、インゴットの軸方向及びシリコン基板の面内方向に関し、場所により酸素析出物の量、大きさ、密度及び構造等、酸素の析出状態の差が生じている。 従って、ＬＳＩ製造の前処理である熱処理を施しても、シリコン基板によって、
あるいは一枚のシリコン基板でも場所によって、ＤＺ層及びＩＧ層の形成のされ方が異なり、シリコン基板上に形成された素子の特性にばらつきが生じるという課題があった。

【０００８】本発明はこのような課題に鑑み発明されたものであって、インゴットの軸方向及びシリコン基板の面内方向で、酸素の析出状態が均一となる単結晶シリコンの製造方法を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために本発明に係る単結晶シリコンの製造方法は、ＣＺ法等による結晶シリコンの引き上げの際、るつぼの回転速度あるいは炉内への酸素供給量等を調整して結晶シリコンインゴットの上部から下部に向けて格子間酸素濃度を増大させる工程、前記結晶シリコンインゴットをＦＺ法を用いて再結晶化させる工程を含むことを特徴としている。

【００１０】

【作用】上記した方法によれば、ＣＺ法等による結晶シリコンの引き上げの際、るつぼの回転速度あるいは炉内への酸素供給量等を調整して結晶シリコンインゴットの上部から下部に向けて格子間酸素濃度を増大させる工程、前記結晶シリコンインゴットをＦＺ法を用いて再結晶化させる工程を含むので、インゴットの軸方向に関して所望の格子間酸素濃度分布を持たせた結晶シリコンインゴットを成長させた後、酸素の析出物が溶融する温度よりも高温における熱処理、再結晶化が施されることとなる。 従って、酸素析出量のインゴットの軸方向についてのばらつきが減少し、さらに酸素析出物密度も均一となり、密度及びサイズ等の酸素の析出状態が均一となった単結晶シリコンインゴットが得られる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明に係る単結晶シリコンの製造方法の実施例を図面に基づいて説明する。 図１及び図２中１１はＣＺ法によって成長させた結晶シリコンインゴットを模式的に示している。 この結晶シリコンインゴット１１は酸素を含有するシリコンの単結晶あるいは多結晶であり、結晶シリコンインゴット１１の周囲には結晶シリコンインゴット１１を加熱するための高周波コイル１
２が設置されている。 なお、結晶シリコンインゴット１
１の加熱方法としては、上記した高周波コイル１２のほかに、赤外線ランプ、カーボンヒータを用いる方法、レーザ、電子線等のビームを用いる方法等がある。

【００１２】以下単結晶シリコンの製造方法を説明する。 まず、ＣＺ法による結晶シリコンの引き上げの際にるつぼの回転速度あるいは炉内への酸素供給量等を調節することにより、結晶成長軸方向について所望の格子間酸素濃度分布を有する結晶シリコンインゴット１１、つまり結晶シリコンインゴット１１の上部から下部に向けて格子間酸素濃度が増大している結晶シリコンインゴット１１を形成する。 次に結晶シリコンインゴット１１を結晶支持治具１３に取り付け、結晶シリコンインゴット１１周辺を油拡散ポンプで真空排気した後、アルゴンガスを導入して３０Ｔｏｒｒとした後、高周波発振器（図示せず）から高周波コイル１２に高周波電力を供給する。 この高周波電力によって、結晶シリコンインゴット１１の下端を加熱して溶帯を形成し、種結晶１４に溶着する（図１）。 その後いわゆるしぼり（直径約３ｍｍ、
長さ約３０ｍｍ）１５によって転位を表面に抜き、晶癖線により無転位になったことを確認する。

【００１３】そして図２に示したように、結晶シリコンインゴット１１の下方への移動速度及び高周波電力を調節しながら、ＦＺ法によって溶融、再結晶化させて単結晶シリコンインゴット１１ａを形成する。

【００１４】このようにして形成された直径５インチ、
インゴット長１１３０ｍｍ、比抵抗１０〜１５ΩｃｍのＰ型シリコンの酸素の析出状態が、均一となったかを次のようにして確認した。 まず、シリコンインゴット１１
ａをスライスして、所望の厚さの単結晶シリコン基板を作製し、次にこの単結晶シリコン基板を酸素ガス雰囲気中、８００℃で５時間、さらに１０００℃で１５時間、
熱処理を施した。

【００１５】このようにして得られた単結晶シリコン基板の格子間の酸素濃度を測定し、インゴットの軸方向の格子間酸素濃度の分布を図３中〇によって示した。 また図３には、ＣＺ法によって得られた結晶シリコンインゴット１１から作製した熱処理前のシリコン基板における格子間酸素濃度のインゴットの軸方向について分布を△
で示した。 さらに熱処理後の格子間酸素濃度のインゴット軸方向の分布を◇で示し、また、熱処理後の単結晶シリコン基板の酸素析出物密度を●で示した。 なお、格子間酸素濃度の測定はフーリエ変換型赤外分光装置（ＦＴ
−ＩＲ）を用いて行ない、酸素析出物密度の測定は熱処理後の単結晶シリコン基板の表面を均一に１００μｍエッチングした後、次にSiO ₂のみをエッチングする選択エッチングを行ない、SiO ₂がエッチングされて凹部となった数を顕微鏡によって観察する方法によって行なった。

【００１６】図３より明らかなように、酸素析出量（Ｆ
Ｚ処理後の単結晶シリコン基板の格子間酸素濃度−熱処理後の単結晶シリコン基板の格子間酸素濃度）のインゴットの軸方向におけるばらつきは±５％以内であり、また酸素析出物密度も約５×１０ ² ｃｍ ^-2と均一であり、
量、密度及びサイズ等の酸素の析出状態が均一である単結晶シリコン基板が得られていることが分かった。 なお、ＦＺ処理後の単結晶シリコン基板の格子間酸素濃度−ＣＺ法によって得られた単結晶シリコン基板の格子間酸素濃度はＣＺ法による結晶シリコン成長時の酸素析出物に含まれていた酸素量を示している。

【００１７】また比較例として図４に、引き上げの際の格子間酸素濃度を上部から下部にかけて一定にして成長させた単結晶シリコンインゴット１１を用いて作製した単結晶シリコン基板の格子間酸素濃度のインゴットの軸方向についての分布を示した。 図４中△はＣＺ法により引き上げたインゴットをスライスして形成した単結晶シリコン基板の格子間酸素濃度の分布を示しており、◇は上記実施例の場合と同様の条件で熱処理を行なった後の単結晶シリコン基板の格子間酸素濃度の分布を示しており、●は熱処理後の単結晶シリコン基板の酸素析出物密度を示している。

【００１８】図４から明らかなように、引き上げの際の格子間酸素濃度を上部から下部に向けて一定にして成長させた単結晶シリコンインゴット１１を用いて作製した単結晶シリコン基板の熱処理後の酸素析出量のインゴットの軸方向についてのばらつきは±５０％以上であり、
酸素析出物密度も１×１０ ³ 〜４×１０ ² ｃｍ ²とばらつきが大きかった。

【００１９】また、図５は上部から下部に向けて引き上げの際の格子間酸素濃度を増大させた単結晶シリコンインゴット１１を作成し、この単結晶シリコンインゴット１１用いて作製した単結晶シリコン基板の格子間酸素濃度のインゴット軸方向の分布を示している。 図５中△はＣＺ法により引き上げたインゴットをスライスして形成した単結晶シリコン基板の格子間酸素濃度の分布を示しており、◇は上記実施例の場合と同様の条件で熱処理を行なった後の単結晶シリコン基板の格子間酸素濃度の分布を示しており、●は熱処理後の単結晶シリコン基板の酸素析出物密度を示している。

【００２０】図５から明らかなように、上部から下部に向けて引き上げの際の格子間酸素濃度を増大させた単結晶シリコンインゴット１１を用いて作製した単結晶シリコン基板の、熱処理後における酸素析出量のインゴット軸方向についてのばらつきは±５％以内と考えられるが、酸素析出密度は９×１０ ² 〜４×１０ ² ｃｍ ^-2とばらつきが大きかった。

【００２１】このように、ＣＺ法による結晶シリコンの引き上げの際、るつぼの回転速度あるいは炉内への酸素供給量等を調整して結晶シリコンインゴットの上部から下部に向けて格子間酸素濃度を増大させて結晶シリコンインゴットを成長させた後、結晶シリコンインゴットをＦＺ法を用いて再結晶化させてインゴットの軸方向における格子間酸素濃度を一定にし、この単結晶シリコンインゴットを基板状にカットして熱処理を行なうと、酸素析出量のインゴットの軸方向におけるばらつきを減少させることができ、さらに酸素析出物密度も均一となり、
量、密度及びサイズ等の酸素の析出状態が均一な単結晶シリコン基板が得られる。 従って、単結晶シリコンインゴット１１ａのどの部分から切り出した単結晶シリコン基板を用いても、この上に形成されるＬＳＩ等の回路素子間に生じる特性のばらつきが少なくなり、高品質の素子を歩留まりよく作製することが可能となる。

【００２２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る単結晶シリコンの製造方法にあっては、ＣＺ法等による結晶シリコンの引き上げの際、るつぼの回転速度あるいは炉内への酸素供給量等を調整して結晶シリコンインゴットの上部から下部に向けて格子間酸素濃度を増大させる工程、前記結晶シリコンインゴットをＦＺ法を用いて再結晶化させる工程を含むので、インゴットの軸方向に所望の格子間酸素濃度分布を持たせた結晶シリコンインゴットを成長させた後、酸素の析出物が溶融する温度よりも高温における熱処理、再結晶化を施すことができる。 従って、酸素析出量のインゴットの軸方向におけるばらつきを減少させることができ、さらに酸素析出物密度も前記単結晶シリコンインゴット全体で均一とすることができ、量、密度及びサイズ等の酸素の析出状態が均一な単結晶シリコン基板を得ることができる。 このため、単結晶シリコンインゴットのどの部分から切り出した単結晶シリコン基板を用いても、この上に形成されるＬＳＩ等の回路素子間に生じる特性のばらつきが少なくなり、高品質の素子を歩留まりよく作製することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る単結晶シリコンの製造工程を示す模式的部分断面図である。

【図２】本発明に係る単結晶シリコンの製造工程を示す模式的部分断面図である。

【図３】単結晶シリコンのインゴット軸方向の格子間酸素濃度及び酸素析出物密度の分布を示すグラフである。

【図４】比較例に係る単結晶シリコンのインゴット軸方向の格子間酸素濃度及び酸素析出物密度の分布を示すグラフである。

【図５】別の比較例に係る単結晶シリコンのインゴット軸方向の格子間酸素濃度及び酸素析出物密度の分布を示すグラフである。

【符号の説明】

１１ 結晶シリコンインゴット