JP2008088045A - シリコン単結晶の製造方法およびシリコンウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】結晶軸方位が［１１０］のシリコンウェーハを得ることができ、しかも転位が十分に除去された抵抗率の低いシリコン単結晶の製造方法、およびこの方法により得られたシリコン単結晶から結晶軸方位が［１１０］の低抵抗シリコンウェーハを製造する方法を提供する。
【解決手段】ＣＺ法によるシリコン単結晶の製造方法であって、ドーパントとしてボロンが６．２５×１０¹⁷〜２．５×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度となるように添加されたシリコン溶融液に、中心軸が［１１０］結晶軸に対して０．６°〜１０°傾斜し、かつ前記シリコン溶融液から育成される単結晶に形成されるネック部のボロン濃度と略同一濃度のシリコン種結晶を浸漬させることにより、中心軸が［１１０］結晶軸に対して０．６°〜１０°傾斜したシリコン単結晶を育成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法、およびこの方法で得られたシリコン単結晶を用いるシリコンウェーハの製造方法に関する。

シリコン半導体の集積回路素子（デバイス）の高集積化は、急速に進んでおり、それに伴い集積回路は微細化し、デバイスが形成されるシリコンウェーハの品質に対する要求は、ますます厳しくなっている。そのため、デバイスが形成されるいわゆるデバイス活性領域では、転位などの結晶欠陥および金属系不純物の存在が厳しく制限される。これらは、リーク電流の増大およびキャリアのライフタイム低下の原因となるからである。

一方、近年、電源コントロールなどの用途にパワー半導体デバイスが用いられている。パワー半導体デバイス用の基板としては、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法と記す）により育成されたシリコン単結晶インゴットを切り出し、得られたシリコンウェーハの表面に、結晶欠陥をほぼ完全に除去したシリコンエピタキシャル層を成長させたエピタキシャルシリコンウェーハが主に利用されている。

このパワー半導体デバイス用基板としては、さらなる低消費電力化に向け、抵抗率が低いシリコンウェーハの提供が求められている。エピタキシャルウェーハに低抵抗シリコンウェーハが採用されるのは、デバイスが動作する場合に生じる浮遊電荷が寄生トランジスタを動作させる、いわゆるラッチアップ現象を、低抵抗シリコンウェーハを用いることにより防止でき、デバイスの設計が容易になるという設計上の理由によるものである。また、トレンチ構造のキャパシタを用いる場合に、トレンチ周辺の電圧印加時の空乏層広がりが低抵抗シリコンウェーハを用いることによって防止できるという利点があることも理由の一つである。

この低抵抗シリコンウェーハには、一般に、ドーパントが高濃度にドープされている。ｐ型のシリコンウェーハの場合は、ｐ型のドーパントであるボロン（Ｂ）が高濃度にドープされ、ｎ型シリコンウェーハの場合は、ｎ型のドーパントであるリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などが高濃度にドープされる。

ＣＺ法によりシリコン単結晶を育成する際、種結晶をシリコン溶融液と接触させるときのヒートショックにより種結晶内に転位が発生するが、従来から多用されている結晶軸［１００］のシリコン単結晶では、ネッキングプロセスにより発生した転位を消滅させることができる。

しかし、結晶軸方位が［１１０］のシリコン単結晶では、結晶構造上、引き上げ軸方向と平行なスベリ面である｛１１１｝面を有しているので、シリコン溶融液との接触により発生した転位は、ネッキングプロセスでは種結晶外に抜けにくい。そのため、ネック部を通じて転位が成長結晶に引き継がれてしまい、無転位のシリコン単結晶の育成ができないという問題がある。

加えて、シリコン単結晶インゴットの大口径・大重量化に伴い、ネック径を太くする必要があり、この観点からも転位除去が一層難しくなってきている。

すなわち、直径３００ｍｍの単結晶引き上げを例にとると、種結晶そのものの耐荷重が大きくなるように直径１０ｍｍ以上の種結晶を使用して、直径４ｍｍ〜６ｍｍ程度のネック部となるようにネック径を減径していた。しかしながら、直径の大きな種結晶を使用すると、種結晶の中心部と外周部との温度分布の均一化が難しく、温度のバラツキを生じて転位が発生しやすい。また、シリコン溶融液との接触面積が大きくなることによっても種結晶内での転位発生量が増加する。

この問題に対して、特許文献１に、＜１１０＞結晶方位が種結晶の軸方向に対して傾斜された状態で当該種結晶を引き上げることにより、ネッキング工程ですべり転位が除去されたシリコン単結晶を引き上げる単結晶シリコンの製造方法が提案されている。そして、前記傾斜させる方向が、この＜１１０＞結晶方位に対して垂直な位置関係にある別の＜１１０＞結晶方位を回転軸として回転する方向であれば、引き上げた単結晶の結晶方位を検出する際にＸ線の回折面として使用する｛２２０｝面（｛１１０｝面と平行）は他の＜１００＞軸結晶や＜１１１＞軸結晶における｛２２０｝面と平行になるので、Ｘ線回折装置や、検出された方位に基づいてオリエンテーションフラットやノッチの加工等を行う加工装置を、引き上げた単結晶の結晶方位に関係なく共用できるので望ましいとしている。

図１は、特許文献１の図２に記載されている図で、シリコン結晶の結晶方位と種結晶の軸方向との関係を説明する図である。この図には、種結晶をシリコン融液６に浸漬して引き上げる際のネック部（図１では、滑り転位除去部４と表示）にシリコン結晶７の構造を示す図が重ね合わせ、示されている。前記「種結晶の軸方向に対して傾斜させる方向」とは、この図１において、＜１１０＞方位１０に対して垂直な位置関係にある別の＜１１０＞結晶方位、すなわち図１に太い下線を付して示した｛１１０｝面の方位、を回転軸として回転する方向であり、その方向に回転させた結果、シリコン結晶７の＜１１０＞方位１０が種結晶の軸方向（結晶引上げ方向）９に対してθ°傾斜した状態になっている。

一方、ボロンなどのドーパントが高濃度に添加された１００ｍΩｃｍ以下のｐ型低抵抗シリコン単結晶の育成にあっては、種結晶とシリコン溶融液のドーパント濃度が異なると、格子定数の違いにより、種結晶と溶融液の接触時に種結晶内にミスフィット転位が発生し易いという問題がある。

これについては、例えば、特許文献２では、シリコン溶融液中のボロン濃度と同レベルのボロン濃度を有する種結晶を使用して格子定数の違いによる転位発生を回避する技術が提案されている。

また、特許文献３には、種結晶として無転位単結晶を用い、種結晶と成長結晶との間のボロン濃度の差を所定値以下とする無転位シリコン単結晶の製造方法が記載されている。しかし、結晶軸方位が［１１０］のシリコン単結晶の育成においては、この単結晶が先に述べた引き上げ軸方向と同方向のスベリ面（｛１１１｝面）を有していることから、転位除去効果は十分ではない。

また、ウェーハ表面が（１１０）面のシリコンウェーハを用いてエピタキシャル成長処理を行った場合、エピタキシャル層表面のヘイズが悪化するという問題もある。

特開２００３−３１３０８９号公報 特開平９−２５５４９０号公報 特開２００１−２４０４９３号公報

本発明は、前述の問題を解決して、結晶軸方位が［１１０］のシリコンウェーハを得ることができ、しかも転位が十分に除去されたシリコン単結晶の製造方法とそれに用いるシリコン種結晶、およびこの方法により得られたシリコン単結晶から結晶軸方位が［１１０］で抵抗率が低いシリコンウェーハを製造する方法を提供することを目的としている。

本発明者らは、上記の課題を解決するために、パワー半導体デバイス用の基板として主に利用されている低抵抗のエピタキシャルシリコンウェーハへの適用も考慮して、ボロンをドーパントとして添加し、中心軸が［１１０］結晶軸に対して所定角度傾斜した無転位のシリコン単結晶のＣＺ法による製造、およびこのシリコン単結晶を用いての結晶軸方位が［１１０］のシリコンウェーハの製造について検討し、本発明をなすに至った。

本発明の要旨は、下記（１）のシリコン単結晶の製造方法、（２）または（３）のシリコンウェーハの製造方法、（４）のシリコン種結晶にある。

（１）ＣＺ法によるシリコン単結晶の製造方法であって、ドーパントとしてボロンが６．２５×１０¹⁷〜２．５×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度となるように添加されたシリコン溶融液に、中心軸が［１１０］結晶軸に対して０．６°〜１０°傾斜し、かつ前記シリコン溶融液から育成される単結晶に形成されるネック部のボロン濃度と略同一濃度のシリコン種結晶を浸漬させることにより、中心軸が［１１０］結晶軸に対して０．６°〜１０°傾斜したシリコン単結晶を育成することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法である。

前記（１）のシリコン単結晶の製造方法において、シリコン種結晶の中心軸が、前記［１１０］結晶軸に垂直な＜１００＞結晶軸を回転軸として回転する方向に傾斜していれば、他の方向に傾斜している場合に比べてネック部の長さが短くてもネッキングの間に転位を除去できるので、望ましい。

また、前記（１）のシリコン単結晶の製造方法において、種結晶として、シリコン溶融液と接する種結晶下端部の直径が少なくとも８ｍｍ以下のものを使用し、直径４〜６ｍｍのネック部を形成するのが望ましい。

（２）前記（１）に記載の方法により得られたシリコン単結晶からウェーハを切り出す際に、前記種結晶の傾斜角度に対応する角度でシリコン単結晶を斜めに切断して、表面が（１１０）面を持つシリコンウェーハを切り出すシリコンウェーハの製造方法である。

（３）前記（１）に記載の方法により得られたシリコン単結晶からウェーハを切り出す際に、前記シリコン単結晶の直径方向に対して最大傾斜角度が±１０°以下となるようにシリコン単結晶を切断するシリコンウェーハの製造方法である。

前記（２）または（３）に記載の方法により得られたシリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を形成することとすれば、ヘイズの発生が抑制されたエピタキシャルシリコンウェーハを製造することができる。

（４）ボロン濃度が５×１０¹⁷〜２×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³であり、かつ中心軸が［１１０］結晶軸に対して０．６°〜１０°傾斜しているシリコン種結晶である。すなわち、前記シリコン溶融液のボロン濃度で育成される単結晶に形成されるネック部のボロン濃度を、ボロンの偏析係数から想定し、これと略同一濃度のシリコン種結晶を用いるのが望ましい。

前記（４）のシリコン種結晶の中心軸が、前記［１１０］結晶軸に垂直な＜１００＞結晶軸を回転軸として回転する方向に傾斜していれば、この種結晶を用いてシリコン単結晶の引き上げを行うに際し、転位を除去できるネック部の長さを短くすることができる。

本発明のシリコン単結晶の製造方法によれば、ミスフィット転位の発生を抑制するとともに、ネッキングプロセスにおいて抜けにくい転位が十分に除去された、中心軸が［１１０］結晶軸に対して０．６°〜１０°傾斜しているシリコン単結晶を製造することができる。この方法の実施には、本発明のシリコン種結晶を用いるのが特に好適である。

また、本発明のシリコンウェーハの製造方法によれば、結晶軸方位が［１１０］で無転位の低抵抗シリコンウェーハを製造することができる。ウェーハ表面に形成されたエピタキシャル層表面におけるヘイズ発生が抑制されたウェーハの製造も可能である。

以下に、前記（１）〜（４）に記載の本発明のシリコン単結晶の製造方法と、その製造に用いるシリコン種結晶、およびシリコンウェーハの製造方法について説明する。

前記（１）に記載のシリコン単結晶の製造方法は、ＣＺ法によるシリコン単結晶の製造方法であって、ドーパントとしてボロンが６．２５×１０¹⁷〜２．５×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度となるように添加されたシリコン溶融液に、中心軸が［１１０］結晶軸に対して０．６°〜１０°傾斜したシリコン種結晶を浸漬させてシリコン単結晶を育成する方法である。

すなわち、すべり面（｛１１１｝面）を成長方向（つまり、引き上げ軸方向）から傾けて引き上げるので、種結晶の外周部に導入された熱ショック転位がすべり面上にのり、ネッキングの間にネック側面から開放される。その結果、転位が十分に除去された、無転位のシリコン単結晶を製造することができる。このシリコン単結晶の中心軸は［１１０］結晶軸に対して０．６°〜１０°傾斜している。

種結晶の傾斜角度の範囲を前記のように設定するのは、以下の理由によるものである。

まず、ネッキングの間におけるネック部の直径を６ｍｍと仮定して、すべり面上の転位がネック側面から開放されるために必要なネック部の長さ（Ｌ）を求めると、表１のようになる。

ここで、θは、［１１０］結晶軸に垂直な＜１００＞（より具体的には［００１］または［００−１］）を中心として回転した場合に、［１１０］結晶軸と種結晶の中心軸がなす角（以下、「種結晶の傾斜角度」または単に「傾斜角度」と記す）であり、φは、｛１１１｝すべり面（具体的には、（−１１１）、（１−１１）、（１−１−１）、（−１１−１）の４面である）が種結晶の中心軸となす角である。θとφの間には、下記（ａ）式で表される関係がある。

このようにして育成したシリコン単結晶を後述するように表面が（１１０）面を持つウェーハに切り出すためには、シリコン単結晶の中心軸をワイヤーソーに対して傾けて設置する必要がある。切り出されたウェーハは真円ではなく、楕円となる。楕円の短軸は真円とするために余分な部分を研削して丸めた後の直径となる。長軸は種結晶の傾斜角度により変化する。

表２に、シリコン単結晶の直径が３００ｍｍの場合における種結晶の傾斜角度（θ）と長軸（ｂ）の関係を示す。

切り出されたウェーハの扁平になった部分は、切り出し（以下、「スライス」ともいう）後に、真円にするための研削で加工ロスとなる部分である。

また、シリコン単結晶の中心軸を傾けてワイヤーソーにセットするために生じるふり幅は、ブロック長（単結晶インゴットを後述するように適当な長さに切断して得られるブロックの長さで、シリコン単結晶の直径に相当する）が３００ｍｍの場合、表３のようになる。なお、前記のふり幅とは、ブロックを傾けてセットすることによって切り出しに必要な加工長さが若干増すが、その増え代をいう。

表３に、シリコン単結晶の直径が３００ｍｍの場合における種結晶の傾斜角度（θ）とふり幅（Ｄ）の関係を示す。

直径３００ｍｍのシリコン単結晶をスライスするためには、少なくとも、３００ｍｍに表３に示すふり幅Ｄを加えた「Ｄ＋３００ｍｍ」の幅の結晶をスライスすることのできる加工能力が必要となる。

以上の表１〜表３に示したネック部の長さＬ、楕円を真円に丸めるための加工ロス、およびふり幅Ｄを総合的に勘案して、種結晶の傾斜角度を０．６°〜１０°とした。より望ましくは、１°〜１０°である。傾斜角度がこれより小さい場合は、転位を除去するためのネック部の長さが長くなりすぎ、十分な転位除去効果も得られない。また、種結晶の傾斜角度がこれより大きい場合は、スライス後の扁平度合が大きく、加工ロスとなる部分が増え、必要となるワイヤーソーの加工能力も大きくなりすぎるからである。

本発明においては、種結晶を傾ける方向は、｛１１１｝すべり面が引き上げ軸に対して傾斜する方向であればよい。例えば、種結晶の中心軸を［１１０］結晶軸に対して傾ける際に、［１１０］結晶軸に垂直な＜１１１＞結晶軸（より詳しくは、［−１１−１］、［１−１１］、「１−１−１」、［−１１１］結晶軸）方向（正確には、＜１１１＞結晶軸を中心として回転する方向）とは異なる方向に傾けてもよい。また、［１１０］結晶軸に垂直な＜１００＞結晶軸（より詳しくは、［００１］、［００−１］結晶軸）方向、すなわち、前記表１に示した結果を得た場合のように、＜１００＞結晶軸を中心として回転する方向に傾けてもよい。

シリコン種結晶の中心軸が、前記［１１０］結晶軸に垂直な＜１００＞結晶軸を回転軸として回転する方向に傾斜していれば、ネッキングの間に転位を除去できるネック部の長さ（Ｌ）を以下に述べるように短くすることができ、単結晶引き上げの際の制約を緩和できるので、望ましい。

前記の「［１１０］結晶軸に垂直な＜１００＞結晶軸を回転軸として回転する方向」とは、前記図１において、太い下線を付した｛１００｝面の方位を回転軸として回転する方向である。すなわち、θ°が０°の状態において、前記｛１００｝面の方位を回転軸として、図１の紙面に対し手前方向に、またはその反対方向に回転する方向である。

前記表１に示したネック部の長さ（Ｌ）は、種結晶の中心軸の［１１０］結晶軸に対する傾斜方向を、［１１０］結晶軸に垂直な＜１００＞結晶軸を回転軸として回転する方向とした場合であるが、例えば、前掲の特許文献１に記載されるように、＜１１０＞結晶方位に対して垂直な位置関係にある別の＜１１０＞結晶方位を回転軸として回転する方向に傾けた場合は、αとφの間に下記（ｂ）式で表される関係が成り立つ。ここで、αは種結晶の傾斜角度で、前記（ａ）式におけるθに対応する。また、φは｛１１１｝すべり面が種結晶の中心軸となす角である。

この（ｂ）式を用いて前記表１の場合と同様にネック部の長さ（Ｌ）を算出すると、表４のようになる。

表１および表４において、ネック部の長さ（Ｌ）を比較すると、表１におけるネック部の長さ（Ｌ）の方が格段に短く、種結晶の中心軸の［１１０］結晶軸に対する傾斜方向を、［１１０］結晶軸に垂直な＜１００＞結晶軸を中心として回転する方向とした場合、転位を除去できるネック部の長さ（Ｌ）を短くすることができる。

この結果に基づき、実際に、傾斜角度を６°または１０°として比較したところ、種結晶の傾斜方向を、［１１０］結晶軸に垂直な＜１００＞結晶軸を回転軸として回転する方向とした場合、転位を除去できるネック部の長さ（Ｌ）が短くなることが確認できた。

本発明のシリコン単結晶の製造方法では、ドーパントとしてボロンが６．２５×１０¹⁷〜２．５×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度となるように添加されたシリコン溶融液に、該シリコン溶融液から育成される単結晶に形成されるネック部のボロン濃度と略同一濃度のシリコン種結晶を浸漬させる。

ｐ型低抵抗シリコン単結晶の育成においては、種結晶とシリコン溶融液のドーパント濃度が異なることによる格子定数の違いから、種結晶内にミスフィット転位が発生し易いが、種結晶とシリコン溶融液の育成結晶のネック部のボロン濃度を略同一にすることにより、低抵抗シリコン単結晶の育成で問題となるミスフィット転位の発生を抑制することができる。

前記の略同一濃度とは、種結晶とシリコン溶融液の育成結晶のネック部のうちの一方のボロン濃度が他方のボロン濃度に対して１０〜１０００％（すなわち、０．１〜１０倍）の範囲内の濃度とするのが望ましい。この範囲内の濃度差であれば、ミスフィット転位発生の抑制効果が認められる。

シリコン溶融液の育成結晶のネック部と種結晶のボロン濃度を前記のように規定したのは、後述する実施例の結果に基づく。

本発明に適用するシリコン種結晶は、ボロン濃度が５×１０¹⁷〜２×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³であり、かつ中心軸が［１１０］結晶軸に対して０．６°〜１０°傾斜している種結晶である。

本発明のシリコン単結晶の製造方法においては、シリコン種結晶としてシリコン溶融液の育成結晶のネック部のボロン濃度と略同一濃度の種結晶を用いるが、実質的に同一濃度の種結晶を用いることとすれば、成長結晶との格子定数の違いをなくし、ミスフィット転位発生の抑制効果をより高めることができる。

すなわち、ボロンの偏析係数を考慮して、前記シリコン溶融液のボロン濃度で育成される単結晶に形成されるネック部のボロン濃度をボロンの偏析係数から想定し、これと略同一濃度となる、５×１０¹⁷〜２×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³であるシリコン種結晶を用いるのが望ましい。

本発明のシリコン単結晶の製造方法では、種結晶として、シリコン溶融液と接する種結晶下端部の直径が少なくとも８ｍｍ以下のものを使用し、直径４〜６ｍｍのネック部を形成することとすれば、溶融液と接触する接触面積が小さく、予熱によって種結晶温度を十分に均一化できるので、転位の発生量をさらに低減することが可能になるので望ましい。

前記（２）に記載のシリコンウェーハの製造方法は、本発明の製造方法により得られた抵抗率の低いシリコン単結晶からウェーハを切り出す際に、前記種結晶の傾斜角度に対応する角度でシリコン単結晶を斜めに切断して、表面が（１１０）面を持つシリコンウェーハを切り出すシリコンウェーハの製造方法である。

種結晶の傾斜角度に対応する角度でシリコン単結晶を斜めに切断して、その切断面が（１１０）面を持つシリコンウェーハを切り出すので、結晶軸方位が［１１０］で無転位の低抵抗シリコンウェーハを製造することができる。

また、前記（３）に記載のシリコンウェーハの製造方法は、同じく本発明の製造方法により得られたシリコン単結晶からウェーハを切り出す際に、前記シリコン単結晶の直径方向（単結晶の端面に水平の方向）に対して最大傾斜角度が±１０°以下となるようにシリコン単結晶を切断するシリコンウェーハの製造方法である。

シリコン単結晶をこのように単結晶を切断することにより、［１１０］結晶軸に対して結晶軸が傾斜した無転位の低抵抗シリコンウェーハを製造することができる。このシリコンウェーハ表面は、（１１０）面ではないので、エピタキシャル成長処理時に問題となるエピタキシャル層表面のヘイズ発生を抑制することができる。

本発明のシリコン単結晶の製造方法により、シリコンウェーハを製造する加工フローの概略は以下のとおりである。

まず初めに、引き上げられたシリコン単結晶（インゴット）に外周研削を施す。インゴットは、品質上の要求や、引き上げ中の外乱により直径変動が発生することを考慮して、目的とするウェーハ径よりも数％大きな直径のインゴットとして引き上げられるので、このインゴットを外周研削により目的とする直径まで研削する。

次に、インゴットのショルダー部やテイル部を切断し、さらに適当な長さのブロックに切断する。

続いて、ブロックをカーボンの土台に接着し、ブロックの中心軸を傾けてワイヤーソーにセットする。このときＸ線回折装置により結晶の方位を測定して、スライス後の表面が（１１０）面となるように、またはシリコン単結晶の直径方向に対して最大傾斜角度が±１０°以下となるようにセットし、ワイヤーソーにより切断する。

スライスされたウェーハは扁平した楕円形状をなしているので、余分な部分を研削によりとぎ落として、真円とする。その後、ポリッシングにより表面を鏡面にする。

（実施例１）
以下に示す結晶育成条件でシリコン単結晶を育成し、単結晶の有転位化の有無を調査した。なお、シリコン結晶中のボロン濃度および種結晶の傾斜角度におけるいずれの水準についても、シリコン単結晶の引き上げ本数は３本とした。

シリコン種結晶のボロン濃度については、便宜的に使われている表記を用いた。Ｐに付した「＋」または「＋＋」はドーパント濃度（ここでは、ボロン濃度）が高く、結晶の抵抗率が低いことを、「−」はその逆であることを表す。ドーパント濃度や抵抗率に対して明確な定義はないので、ここでは、特にドーパント濃度を高めたＰ＋、Ｐ＋＋について、以下のように定義する。

ｐ＋ ：ボロン濃度 ５×１０¹⁷〜７×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³
抵抗率 １００〜２０ｍΩｃｍ
ｐ＋＋：ボロン濃度 ７×１０¹⁸〜２×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³
抵抗率 ２０〜０．８ｍΩｃｍ
なお、Ｐ＋やＰ＋＋の単結晶を育成するためには、偏析現象を考慮して融液中のドーパント濃度は１／偏析係数倍（１／０．８＝１．２５倍：ボロンの場合）の濃度にする必要がある。
＜結晶育成条件＞
結晶軸方位：＜１１０＞
単結晶直径：３００ｍｍ
育成結晶のボロン濃度：ｐ−、ｐ、ｐ＋、ｐ＋＋
種結晶のボロン濃度：ｐ
種結晶の傾斜角度：０°、０．７°、１°、５°、１０°
ネック部長さ：３００ｍｍ
調査結果を表５に示す。表５において、３本全てのシリコン単結晶を無転位で育成できた場合を○とし、一部のシリコン単結晶が有転位化した場合を△とし、全ての単結晶が有転位化した場合を×として評価した。実施例２〜実施例４においても同様である。

表５から明らかなように、種結晶の中心軸を傾けず（傾斜角度：０°）に育成した条件１では、ｐ−結晶など、ボロン濃度が低いシリコン溶融液を用いて育成した比較的高抵抗のシリコン単結晶の場合には、３本中の一部のシリコン単結晶を無転位で育成することもできたが、ｐ＋、ｐ＋＋のシリコン単結晶（低抵抗結晶）の育成では全て有転位化した。

種結晶を傾けて引き上げた条件２〜５では、無転位単結晶の収率が全体的に向上したが、ｐ＋＋の結晶育成では全て有転位化した。これは、種結晶の中心軸を［１１０］結晶軸に対して傾斜させた引き上げだけでは、ミスフィット転位を除去する効果が小さいためと考えられる。

（実施例２）
ネック長さを４００ｍｍに変更した以外は実施例１と同一の条件でシリコン単結晶を育成した。シリコン単結晶の有転位化の有無の調査結果を表６に示す。

表６に示すように、ネック長さを長くすることにより、ネック長さ３００ｍｍでは無転位化のできていなかった条件でも無転位化できた。

（実施例３）
ネック長さを６００ｍｍに変更した以外は実施例１と同一の条件でシリコン単結晶を育成した。調査結果を表７に示す。

表７から明らかなように、ネック長さを長くすることにより、実施例１、２で無転位化のできていなかった条件でも無転位化できるようになった。実施例２、３で特徴的なのは、ｐ＋結晶の育成についてはネック長を長くすることにより、無転位の成功率の向上が見られるのに対し、ｐ＋＋結晶の育成ではネック長を長くしても無転位の成功率に向上が見られないことである。シリコン溶融液のドーパント濃度が高い方が種結晶の傾斜角度の調整による改善効果が小さいことが分かる。

（実施例４）
種結晶のボロン濃度を育成結晶のボロン濃度に合わせた以外は、全て実施例１と同条件でシリコン単結晶を引き上げた。調査結果を表８に示す。

表８から明らかなように、条件１〜５の全てにおいて、無転位で単結晶育成を行うことができた。

（実施例５）
種結晶の傾斜角度を５°とし、実施例１と同一の条件で、ボロン濃度がｐ＋＋の種結晶を用いてｐ＋＋のシリコン単結晶を育成し、（１１０）面に対する傾斜角度を種々変更してシリコンウェーハを切り出した。各ウェーハに対してエピタキシャル成長処理を施してウェーハ表面にエピタキシャル層を形成した後、エピタキシャル層表面の表面粗さを測定した。

エピタキシャル成長条件は、原料ソースガスとしてトリクロロシラン（ＴＣＳ）を用いて１１３０℃の温度で、抵抗率ｐ、厚さ３μｍのエピタキシャル層をウェーハ表面に形成した。その結果を表９に示す。表９において、「表面粗さＲＭＳ」とは、下記（ｃ）式で定義されるウェーハ表面の微視的ラフネス（マイクロラフネス）で、ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）により測定、評価した。

表９から、ウェーハ表面が（１１０）面である場合（表９の条件１）の表面粗さと比較して表面粗さが小さかった。すなわち、（１１０）面に対する傾斜角度を変更した場合は、ヘイズ発生が抑制されたものと推測される。

本発明のシリコン単結晶の製造方法は、シリコン溶融液とそれに浸漬させる種結晶のボロン濃度、および種結晶の［１１０］結晶軸に対する傾斜角度を規定する方法で、転位が十分に除去された、中心軸が［１１０］結晶軸に対して０．６°〜１０°傾斜しているシリコン単結晶を製造することができる。この方法の実施には、本発明のシリコン種結晶を用いるのが好適である。このシリコン単結晶を用いる本発明のシリコンウェーハの製造方法によれば、結晶軸方位が［１１０］で無転位の低抵抗シリコンウェーハを製造することができる。ウェーハ表面にヘイズ発生が抑制されたエピタキシャル層を形成させることも可能である。

したがって、本発明のシリコン単結晶の製造方法とそれに用いるシリコン種結晶、およびシリコンウェーハの製造方法は、シリコン半導体材料およびデバイスの製造に好適に利用することができる。

シリコン結晶の結晶方位と種結晶の軸方向との関係を説明する図である。

符号の説明

４：滑り転位除去部
５：滑り転位
６：融液、６ａ：融液表面
７：シリコン結晶
８：｛１１１｝面稜線方向
９：種結晶軸方向（結晶引上げ方向）
１０：＜１１０＞方位

Claims (8)

1. チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、ドーパントとしてボロンが６．２５×１０¹⁷〜２．５×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度となるように添加されたシリコン溶融液に、中心軸が［１１０］結晶軸に対して０．６°〜１０°傾斜し、かつ前記シリコン溶融液から育成される単結晶に形成されるネック部のボロン濃度と略同一濃度のシリコン種結晶を浸漬させることにより、中心軸が［１１０］結晶軸に対して０．６°〜１０°傾斜したシリコン単結晶を育成することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
2. シリコン種結晶の中心軸は、前記［１１０］結晶軸に垂直な＜１００＞結晶軸を回転軸として回転する方向に傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶の製造方法。
3. 前記種結晶として、シリコン溶融液と接する種結晶下端部の直径が８ｍｍ以下のものを使用し、直径４〜６ｍｍのネック部を形成することを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン単結晶の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の方法により得られたシリコン単結晶からウェーハを切り出す際に、前記種結晶の傾斜角度に対応する角度でシリコン単結晶を斜めに切断して、表面が（１１０）面を持つシリコンウェーハを切り出すことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載の方法により得られたシリコン単結晶からウェーハを切り出す際に、前記シリコン単結晶の直径方向に対して最大傾斜角度が±１０°以下となるように単結晶を切断することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
6. 請求項４または５に記載の方法により得られたシリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を形成することを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
7. ボロン濃度が５×１０¹⁷〜２×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³であり、かつ中心軸が［１１０］結晶軸に対して０．６°〜１０°傾斜していることを特徴とするシリコン種結晶。
8. シリコン種結晶の中心軸は、前記［１１０］結晶軸に垂直な＜１００＞結晶軸を回転軸として回転する方向に傾斜していることを特徴とする請求項７に記載のシリコン種結晶。

Images