JP2004161566A - シリコンウェーハの製造方法およびその製造装置およびシリコンウェーハ - Google Patents
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Abstract
【課題】生産性を損なうことなくボイド欠陥のサイズ、密度を精度よく一定レベル以下に制御できるようにする。
【解決手段】引上げ機構によるシリコン結晶１０の引上げ速度Ｖを調整するとともに、クーラの冷却量を調整して、シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１を大きくさせ、成長速度Ｖが限界速度Ｖｍａｘの９７％〜７５％の範囲で固液界面を融液面に対して上に凸の形状にした状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させて、シリコン結晶１０が引上げ成長される。これによりウェーハ面内にＯＳＦ領域が存在しないシリコンウェーハが製造される。また引上げ機構４による引上げ速度Ｖを調整するとともに、クーラの冷却量を調整して、前記Ｇ１を大きくさせた状態で、Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させて、シリコン結晶が引上げ成長される。これにより面の中心から外周より内側１０ｍｍまでの領域においてＯＳＦが存在しないシリコンウェーハが製造される。
【選択図】 図２
【解決手段】引上げ機構によるシリコン結晶１０の引上げ速度Ｖを調整するとともに、クーラの冷却量を調整して、シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１を大きくさせ、成長速度Ｖが限界速度Ｖｍａｘの９７％〜７５％の範囲で固液界面を融液面に対して上に凸の形状にした状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させて、シリコン結晶１０が引上げ成長される。これによりウェーハ面内にＯＳＦ領域が存在しないシリコンウェーハが製造される。また引上げ機構４による引上げ速度Ｖを調整するとともに、クーラの冷却量を調整して、前記Ｇ１を大きくさせた状態で、Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させて、シリコン結晶が引上げ成長される。これにより面の中心から外周より内側１０ｍｍまでの領域においてＯＳＦが存在しないシリコンウェーハが製造される。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシリコンウェーハの製造方法およびその製造装置およびシリコンウェーハに関し、特に、ボイド欠陥のサイズ、ボイド欠陥の密度を減らすことができる製造方法、製造装置およびこれらによって製造されたシリコンウェーハに関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
シリコン結晶はＣＺ（チョクラルスキー法）によって引上げ成長されることによって製造される。引上げ成長されたシリコン結晶のインゴットはシリコンウェーハにスライスされる。半導体デバイスはシリコンウェーハの表面にデバイス層を形成するデバイス工程を経て作成される。
【０００３】
しかしシリコン結晶の成長の過程でグローイン（Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ）欠陥（結晶成長時導入欠陥）と呼ばれる結晶欠陥が発生する。
【０００４】
近年、半導体回路の高集積化、微細化の進展に伴い、シリコンウェーハのうちデバイスが作成される表層近くには、こうしたグローイン欠陥が存在することが許されなくなってきている。このため無欠陥結晶の製造の可能性が検討されている。
【０００５】
一般にシリコン結晶に含まれデバイスの特性を劣化させる結晶欠陥は、以下の３種類の欠陥である。
【０００６】
ａ） ＣＯＰ（Ｃｒｙｔｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）などと呼ばれる、空孔が凝集して生じるボイド （ 空洞 ）欠陥。
【０００７】
ｂ）ＯＳＦ （ 酸化誘起積層欠陥， Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ ）
ｃ） 格子間シリコンが凝集して生じる転位ループクラスタ（格子間シリコン型転位欠陥、Ｉ−ｄｅｆｅｃｔ）。
【０００８】
無欠陥のシリコン単結晶とは、上記３種の欠陥のいずれも含まないか、実質的に含まない結晶として認識ないしは定義されている。
【０００９】
上記３種の欠陥の発生挙動は成長条件によって以下のように変化することが知られている。図２を併せ参照して説明する。図２において横軸は、後述する成長条件Ｖ／Ｇ１であり、Ｇ１を固定とすれば成長速度Ｖの関数と考えられる。図２において１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅはシリコン結晶１０から取得されるシリコンウェーハ１００の面中心と端（エッジ）の間における各種欠陥のサイズと密度を概念的に示している。シリコンウェーハ１００の面中心と端は、シリコン結晶１０の結晶中心と結晶端（結晶外周）に対応している。
【００１０】
ｉ）成長速度Ｖが速い場合には、図２に１００Ａ、１００Ｂに示されるように、シリコン結晶１０は空孔型点欠陥が過剰となり、ボイド欠陥のみが発生する。
【００１１】
ｉｉ）成長速度Ｖを減じると、シリコン結晶１０の外周付近にリング状にＯＳＦ（Ｒ−ＯＳＦ）が発生し、Ｒ−ＯＳＦ部の内側にボイド欠陥が存在する構造となる。
【００１２】
ｉｉｉ）成長速度Ｖを更に減じると、リング状のＯＳＦ（Ｒ−ＯＳＦ）の半径は減少し、リング状ＯＳＦ部の外側に欠陥が存在しない領域が、その外側には転位ループクラスタが生じ、Ｒ−ＯＳＦ部の内側にボイド欠陥が存在する構造となる。
【００１３】
ｉＶ）さらに成長速度Ｖを減じると、１００Ｅに示すように、シリコン結晶１０全体に転位ループラスタが存在する構造となる。
【００１４】
上述した現象が起こるのは成長速度Ｖの減少に伴いシリコン結晶１０が空孔型点欠陥過剰な状態から格子間シリコン型点欠陥過剰な状態へと変化するためであると考えられており、その変化はシリコン結晶１０の外周部から始まると理解されている。
【００１５】
上記３種の欠陥のうち特にａ）のボイド欠陥は、微細化したデバイスで素子分離不良などの原因となるため、その低減が特に必要とされている。
【００１６】
ボイド欠陥は、結晶成長時にシリコン融液から取り込まれた原子空孔（点欠陥）が、結晶冷却中に臨界過飽和度に達することによって凝集して生じるものであり、その欠陥検出方法によってＬＰＤ（レーザ パーティクル ディフェクト）、ＣＯＰ（クリスタル オリジネイティド パーティクル）、ＦＰＤ（フロー パターン ディフェクト）、ＬＳＴＤ（レーザ スキャッタリング トモグラフィ ディフェクト）などと呼ばれる。
【００１７】
現状では図２に１００Ａ、１００Ｂに示されるように、シリコン結晶１０はボイド欠陥がシリコンウェーハ全面に存在するような領域で作成されている。このシリコン結晶１０から取得されたシリコンウェーハ１００では、表面にボイド欠陥が顕在化したＣＯＰが存在する。シリコンウェーハ表層の無欠陥の完全性が要求され、特にデバイス線幅がＣＯＰサイズ近くまで微細化が進んだ現在では、ＣＯＰの低減が必要になっている。
【００１８】
欠陥が存在しないシリコン結晶１０を製造すればＣＯＰが存在しないシリコンウェーハが得られる。しかし、そのためのシリコン結晶製造には非常に精密な引上げ制御が必要であり、また生産性も劣るという欠点がある。
【００１９】
ここでデバイス回路が作成される表層付近においてＣＯＰなどのグローイン欠陥を含まないシリコンウェーハを得るための方法の１つに、「エピタキシャル成長によりウェーハ表面に無欠陥層を成長させる」という方法がある。しかしこの方法はエピタキシャル成長層形成の工程が入るためポリッシュドウェーハに比べて製造コストが高くなってしまうという問題がある。また水素やアルゴン雰囲気下でアニールする方法も同様にウェーハ表層付近をＣＯＰなどを含まない無欠陥層とすることができるが、アニールの工程が入るため同様にポリッシュドウェーハに比してコスト高を招く。
【００２０】
デバイスの品質を保証する上で必ずしもＣＯＰの完全除去は必要でなく、そのサイズを一定レベル以下に小さくできればデバイス不良の歩留まりを向上させることができる。つまりＣＯＰサイズをデバイス線幅よりも小さくすれば素子分離する上で問題がなくデバイス不良に与える影響は少ない。具体的にはパーティクルカウンタで測定される約０．１０μｍ以上のＣＯＰが問題視されておりその低減が必要であるものの、その大きさより低いサイズのＣＯＰについては影響は小さいことがわかってきている。
【００２１】
以上のように製造コスト、価格の優位性を考慮して完全にＣＯＰを排除するのではなく、ＣＯＰが存在するものの通常よりもＣＯＰが微細化されサイズの大きいＣＯＰを減少させたポリッシュドウェーハを製造することが必要になってきている。
【００２２】
ここでボイド欠陥の形成メカニズムについて図１を参照して説明する。図１（ａ）はシリコン融液５から引上げ成長されるシリコン結晶１０中の欠陥を概念的に示し、図１（ｂ）は図１（ａ）に対応させてシリコン結晶１０の軸方向の温度と点欠陥濃度、ボイド欠陥密度との関係を示している。図１（ｂ）においてＣｖはシリコン結晶１０中の空孔濃度で、Ｃｖ，ｅｑはシリコン結晶１０中の空孔の熱平衡濃度である。空孔が過剰に取り込まれた場合、温度の低下に伴い空孔の過飽和度（Ｃｖ／Ｃｖ，ｅｑ）が増加し、臨界値に達したところでボイド欠陥が形成される。
【００２３】
同図１に示すように、シリコン融点（約１３５０゜Ｃ）近傍（〜約１１５０゜Ｃ）では空孔過飽和度が臨界値に達していないため点欠陥のままでボイド欠陥が形成されないが、空孔過飽和度が臨界値に達するとボイド欠陥が発生し始めボイド欠陥発生温度帯（約１１５０゜Ｃ〜約１０８０゜Ｃ）でボイド欠陥密度が徐々に増加し一定の密度に達する。
【００２４】
このようにボイド欠陥の発生、成長は、結晶成長中にシリコン結晶が受ける熱履歴に強く影響を受ける。特に融点近傍の軸方向温度勾配Ｇ１、ボイド欠陥発生温度帯での軸方向温度勾配Ｇ２、シリコン結晶１０の成長速度Ｖがボイド欠陥の密度、サイズを制御する重要なパラメータとなる。
【００２５】
ボイド欠陥のサイズ、密度は、結晶引上げ中の熱履歴を表した成長条件Ｖ／Ｇ１、Ｖ・Ｇ２に影響されることが知られている。このうち成長条件Ｖ／Ｇ１はボイド欠陥を構成する空孔量に影響し、初期に導入される空孔濃度を決定する。成長条件Ｖ・Ｇ２はボイド欠陥発生温度帯での結晶冷却速度であり、ボイド欠陥の成長に影響する。
【００２６】
成長条件Ｖ／Ｇ１（Ｖ・Ｇ２）と点欠陥（空孔）濃度と欠陥種の関係は前掲した図２に示す概念図で表される。
【００２７】
現状では、図２に１００Ａ、１００Ｂで示されるように、ＯＳＦ領域を結晶外周に逃がした比較的空孔濃度の安定した高Ｖ／Ｇ１の領域で、ボイド欠陥発生温度帯における冷却速度Ｖ・Ｇ２を変化させてボイド欠陥の密度、サイズを制御している（通常条件）。
【００２８】
ボイド欠陥の密度とサイズの間の関係は図３に示されるように、概ね逆比例の関係にあり、欠陥サイズは冷却速度Ｖ・Ｇ２が大きくなるほど小さくなり、欠陥密度は冷却速度Ｖ・Ｇ２が小さくなるほど大きくなる。高Ｖ／Ｇ１の領域では、ボイド欠陥を構成する総空孔濃度はほぼ一定であり、Ｖ／Ｇ１は殆ど影響せず冷却速度Ｖ・Ｇ２だけで１００Ａ、１００Ｂに示すように欠陥の密度とサイズが決定される。
【００２９】
しかしＶ／Ｇ１がボイド欠陥領域からＯＳＦ領域に変化する臨界値に近い領域では、１００Ｃ、１００Ｄに示されるように、Ｖ／Ｇ１が臨界値に近づき総空孔濃度が低くなるほど、Ｖ／Ｇ１の影響によって欠陥サイズを小さくする効果が顕れる（低Ｖ／Ｇ１効果）。すなわちボイド欠陥のサイズは、Ｖ／Ｇ１が臨界値に近い領域では、Ｖ／Ｇ１が小さいほどＶ・Ｇ２が大きいほど、小さくなる。このメカニズムについて説明する。
【００３０】
ボイド欠陥は、空孔の過飽和度が臨界値を超えてから形成される。総空孔濃度が低い場合には図１（ｂ）に一点鎖線で示すように空孔の過飽和度Ｃ′ｖ／Ｃｖ，ｅｑが臨界値（臨界過飽和度）を超えるときの温度が低くなる。このためボイド欠陥の形成温度が低下するとともにボイド欠陥の成長速度（空孔の凝集速度）が低下してボイドサイズが大きくならない。また空孔過飽和度の解消が遅れ過剰空孔を吸収するため新規にボイドの核が発生する結果、ボイド欠陥密度は増加するがボイド欠陥サイズは大きくならない。
【００３１】
更にシリコンウェーハの性能保証ということを考慮すると、シリコンウェーハ１００の径方向（面中心〜端）で、ボイド欠陥サイズが小さい状態を均一に作り出すことが必要になる。シリコン結晶１０は、その表面から抜熱されるため融点近傍の軸方向温度勾配Ｇ１の径方向分布は結晶中心で小さくシリコン結晶外周にいくに従って大きくなっていく。このためＧ１が分布差が大きいと、低Ｖ／Ｇ１を達成するために成長速度Ｖを低下させていくだけでは、シリコンウェーハ１００の周辺部ではＶ／Ｇ１が相対的に低くなり、周辺部でＲ−ＯＳＦが発生したり、ウェーハ面内でボイド欠陥サイズ、ボイド欠陥密度が不均一になることから部分的に欠陥サイズ、密度が増大するおそれがある。
【００３２】
つぎに特許文献に示された従来技術について説明する。
【００３３】
（従来技術１）
特許文献１（特開２００１−２７８６９２号公報）には、シリコン結晶中心における成長条件Ｖ／Ｇ１、Ｖ・Ｇ２（ただしボイド欠陥発生温度帯通過時間で定義されている）を制御することにより、サイズの大きなＣＯＰを減少させるという発明が記載されている。しかしこの特許文献１では、温度勾配Ｇ１を結晶中心で規定しており、温度勾配Ｇ１の径方向分布については何ら考慮されていない。このため上述したようにウェーハ周辺部でＲ−ＯＳＦが発生したり、ウェーハ面内で部分的に欠陥サイズ、密度が増大するおそれがある。また特許文献１には、成長中のシリコン結晶を急冷する冷却筒を設けて温度勾配Ｇ１を大きくするという技術が記載されている。
【００３４】
（従来技術２）
特許文献２（特開２０００−３１３６９５号公報）には、成長条件Ｖ／Ｇ１の径方向分布（ΔＶ／Ｇ１）を１０％以下にして、ＣＯＰを減少させるという発明が記載されている。しかし後述するように単に成長条件Ｖ／Ｇ１の径方向分布（ΔＶ／Ｇ１）というパラメータを制御しただけでは、成長速度Ｖを一定レベル以上に上げることができない。引上げ速度に限界があることから生産性が損なわれるおそれがある。
【００３５】
（従来技術３）
本出願人に係る特許文献３（特開２００１−２６１４９５号公報）には、シリコン結晶１０とシリコン融液との境界である固液界面の形状によって、臨界値、Ｖ／Ｇ１の径方向分布が変化することが記載されている。
【００３６】
ここで上述した従来技術１、２は、固液界面の形状を何ら考慮したものではない。すなわち従来技術１、２において、固液界面の形状を考慮して臨界値、Ｖ／Ｇ１の径方向分布の変化を捕らえないと、精度よく欠陥サイズ、密度を制御することができない。
【００３７】
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、生産性を損なうことなくボイド欠陥のサイズ、密度を精度よく一定レベル以下に制御できるようにしてデバイス不良の歩留まりを向上させることを解決課題とするものである。
【００３８】
【課題を解決するための手段、作用および効果】
第１発明は、
シリコン融液からシリコン結晶を引上げ成長させ、引き上げ成長されたシリコン結晶からシリコンウェーハを取得するようにしたシリコンウェーハの製造方法において、
シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１を大きくさせ、シリコン結晶引上げ中の融液とシリコン結晶との境界である固液界面を融液面に対して上に凸の形状にした状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１（Ｖ：成長速度、Ｇ１：シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配）を臨界値近傍まで低下させて、
シリコン結晶を引上げ成長させること
を特徴とする。
【００３９】
第２発明は、第１発明において、
クーラによってシリコン結晶を冷却することにより、成長速度ＶがＶｍａｘ（シリコン結晶が変形せずに成長できる限界成長速度）の９７％〜７５％の範囲で前記固液界面を融液面に対して上に凸の形状にした状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させて、
シリコンウェーハ全面においてＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥）の領域が存在しないシリコン結晶を引上げ成長させること
を特徴とする。
【００４０】
第３発明は、第１発明において、
クーラによってシリコン結晶を冷却することにより、シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１を大きくさせた状態で成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させること
を特徴とする。
【００４１】
第４発明は、第１発明において、
シリコン融液に磁場を印加することにより、前記固液界面を融液面に対して上に凸の形状にすること
を特徴とする。
【００４２】
第５発明は、第１発明において、
クーラによってシリコン結晶を冷却するとともに、シリコン結晶の回転数またはシリコン融液を収容するるつぼの回転数を調整することにより
、前記固液界面を融液面に対して上に凸の形状にすること
を特徴とする。
【００４３】
第６発明は、
シリコン融液からシリコン結晶を引上げ成長させ、引き上げ成長されたシリコン結晶からシリコンウェーハを取得するようにしたシリコンウェーハの製造方法において、
クーラによってシリコン結晶を冷却することにより、シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１を大きくさせた状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させて、
シリコンウェーハの面内のうち少なくとも面の中心から外周より内側１０ｍｍまでの領域においてＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥）の領域が存在しないシリコン結晶を引上げ成長させること
を特徴とする。
【００４４】
第７発明は、第６発明において、
シリコン結晶中の酸素濃度が１２．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３ （１９７９年ＡＳＴＭ）以下に制御されること
を特徴とする。
【００４５】
第８発明は、第６発明において、
シリコンウェーハでＯＳＦ核がＯＳＦに顕在化しないように、シリコンウェーハに１０００゜Ｃ以上の熱処理を施すこと
を特徴とする。
【００４６】
第９発明は、第６発明において、
シリコンウェーハでＯＳＦ核がＯＳＦに顕在化しないように、かつシリコンウェーハ表層でボイド欠陥が消滅するように、シリコンウェーハに非酸化性雰囲気で１０００゜Ｃ以上の熱処理を施すこと
を特徴とする。
【００４７】
第１０発明は、
シリコン融液からシリコン結晶を引上げ機構によって引上げ成長させ、引き上げ成長されたシリコン結晶からシリコンウェーハを取得するようにしたシリコンウェーハの製造装置において、
前記シリコン融液の上方に、シリコン結晶を冷却するクーラが設けられ、
前記引上げ機構によるシリコン結晶引上げ速度と、前記クーラの冷却量を調整することにより、
シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１を大きくさせ、シリコン結晶引上げ中の融液とシリコン結晶との境界である固液界面を融液面に対して上に凸の形状にした状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１（Ｖ：成長速度、Ｇ１：シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配）を臨界値近傍まで低下させて、
シリコン結晶を引上げ成長させること
を特徴とする。
【００４８】
第１１発明は、第１０発明において、
クーラによってシリコン結晶を冷却することにより、成長速度ＶがＶｍａｘ（シリコン結晶が変形せずに成長できる限界成長速度）の９７％〜７５％の範囲で前記固液界面を融液面に対して上に凸の形状にした状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させて、
シリコンウェーハ全面においてＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥）の領域が存在しないシリコン結晶を引上げ成長させること
を特徴とする。
【００４９】
第１２発明は、
シリコン融液からシリコン結晶を引上げ成長させ、引き上げ成長されたシリコン結晶からシリコンウェーハを取得するようにしたシリコンウェーハの製造装置において、
前記シリコン融液の上方に、シリコン結晶を冷却するクーラが設けられ、
前記引上げ機構によるシリコン結晶引上げ速度と、前記クーラの冷却量を調整することにより、
シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１を大きくさせた状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させて、
シリコンウェーハの面内のうち少なくとも面の中心から外周より内側１０ｍｍまでの領域においてＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥）の領域が存在しないシリコン結晶を引上げ成長させること
を特徴とする。
【００５０】
第１３発明は、第１０発明または第１２発明において、
前記クーラは、シリコン融液から３０ｍｍ〜５００ｍｍの距離に、シリコン結晶を囲むように配置されていること
を特徴とする。
【００５１】
第１４発明は、第１０発明または第１２発明において、
前記シリコン融液の上方に、熱遮蔽板が設けられ、当該熱遮蔽板の下端とシリコン融液表面との間隙のギャップが、２０ｍｍ〜１００ｍｍに設定されていること
を特徴とする。
【００５２】
第１５発明は、
シリコン融液から引上げ成長されることによって取得されたシリコンウェーハであって、
シリコンウェーハ全面においてＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥）の領域が存在せず、シリコンウェーハ全面における平均ボイド欠陥密度が５×１０６／ｃｍ３ 以下でって、シリコンウェーハ全面における平均ボイド欠陥サイズが１００ｎｍ以下であるシリコンウェーハであることを特徴とする。
【００５３】
第１６発明は、
シリコン融液から引上げ成長されることによって取得されたシリコンウェーハであって、
シリコンウェーハの面内のうち少なくとも面の中心から外周より内側１０ｍｍまでの領域においてＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥）の領域が存在せず、シリコンウェーハの面内のうち少なくとも面の中心から外周より内側１０ｍｍまでの領域ににおける平均ボイド欠陥密度が５×１０６／ｃｍ３ 以下であって、平均ボイド欠陥サイズが１００ｎｍ以下であるシリコンウェーハであることを特徴とする。
【００５４】
第１発明、第２発明、第３発明、第４発明、第５発明、第１０発明、第１１発明、第１３発明、第１４発明では、ウェーハ面内にＯＳＦ領域が存在しないシリコンウェーハが製造される。
【００５５】
本発明では、引上げ機構４によるシリコン結晶１０の引上げ速度Ｖを調整するとともに、クーラ３０の冷却量を調整して、シリコン結晶１０の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１を大きくさせ、成長速度ＶがＶｍａｘ（シリコン結晶が変形せずに成長できる限界成長速度）の９７％〜７５％の範囲で固液界面を融液面に対して上に凸の形状にした状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させて、シリコン結晶１０が引上げ成長される。なおクーラ３０の冷却量を調整することに加え必要に応じてシリコン結晶回転数Ｓ／Ｒ、るつぼ回転数Ｃ／Ｒが調整されて固液界面が融液面に対して上に凸の形状にされる。またクーラ３０の冷却量を調整する代わりに磁場をシリコン融液に印加することで固液界面が融液面に対して上に凸の形状にされる。
【００５６】
クーラ３０でシリコン結晶１０を冷却することでＧ１が増加し、Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させたときの速度ＶをＶｍａｘの７５％以上に高く維持することができる（図１０）。図１０は、直径２００ｍｍのシリコン結晶１０の成長速度と固液界面形状の関係を示したものである。この図１０でＶｍａｘは１．４８ｍｍ／ｍｉｎに相当し、Ｖｍａｘの７５％のＶの値は１．１１ｍｍ／ｍｉｎに相当する。ただしボイド欠陥サイズの縮小効果を得るために引き上げ速度Ｖは、ＯＳＦを発生させない下限速度（Ｖｍａｘの７５％）近傍の低速にすることが望ましい（図１２）。低速とはいえクーラ３０のない通常の引上げ条件でＯＳＦを発生させない下限引上げ速度（０．７６ｍｍ：図８）と比較しても十分高速であり、生産性が劣ることはない。
【００５７】
本発明によれば、固液界面を融液面に対して上に凸の形状にした状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させているので、図７（ｃ）と同様にウェーハ面内でのＶ／Ｇ１の径方向分布が一定レベル以上に均一になりウェーハ面内でＯＳＦを発生させないようにすることができるとともに、低Ｖ／Ｇ１効果によりボイド欠陥のサイズ、密度を縮小することができる。しかも速度Ｖは通常条件より高く維持されているのでＶ・Ｇ２が大きくなり、高Ｖ・Ｇ２効果により欠陥サイズを更に小さくすることができる（図３参照）。このため図２に１００Ｄで示すシリコンウェーハが得られ、シリコンウェーハ１００Ｄの全面にわたるボイド欠陥のサイズ、密度を図５に斜線に示すレベルまで小さくすることができる。図２でシリコンウェーハ１００Ｄの図中横幅が通常条件で得られるシリコンウェーハ１００Ａ、１００Ｂの横幅よりも狭くなっているのは、ウェーハ面内でＶ／Ｇ１が均一化され、ボイド欠陥サイズ、密度がウェーハ面内で均一に縮小されていることを示している。
【００５８】
しかも本発明では、クーラ３０を用いて固液界面を上に凸形状にしたので、水平磁場印加で同様のことを達成する場合と比較して装置コストを低く抑えることができる。
【００５９】
第６発明、第７発明、第８発明、第９発明、第１２発明、第１３発明、第１４発明では、シリコンウェーハの面内のうち少なくとも面の中心から外周より内側１０ｍｍまでの領域においてＯＳＦが存在しないシリコンウェーハが製造される。
【００６０】
本発明では、引上げ機構４によるシリコン結晶１０の引上げ速度Ｖを調整するとともに、クーラ３０の冷却量を調整して、シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１を大きくさせた状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させて、シリコン結晶１０が引上げ成長される。
【００６１】
本発明によればクーラ３０でシリコン結晶１０を冷却することでＧ１が増加し、Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させたときの速度Ｖを高く維持することができる。ただしシリコン結晶１０の外周部にＯＳＦ領域が発生することを許容しているため図１０に示すように固液界面はやや下に凸の形状になるとともに、図１２に示すように引上げ速度ＶはＶｍａｘの７０％程度となりＯＳＦ領域の存在を許容しない場合よりも低くなる。このため引上げ速度Ｖの更なる低下によりボイド欠陥サイズの縮小効果が一層高まる。低速とはいえ通常の引上げ条件でＯＳＦを発生させない下限引上げ速度（０．７６ｍｍ：図８）と同程度のレベルであり、生産性が劣ることはない。
【００６２】
本発明によれば、Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させているので低Ｖ／Ｇ１効果が得られ、ボイド欠陥のサイズ、密度を縮小することができる。しかも速度Ｖは通常条件と同レベルに高く維持されているのでＶ・Ｇ２が大きくなり、高Ｖ・Ｇ２効果により欠陥サイズを更に小さくすることができる（図３参照）。このため図２に１００Ｃで示すシリコンウェーハが得られ、シリコンウェーハ１００Ｃの面内のうち少なくとも面の中心から外周より内側１０ｍｍまでの領域において、ボイド欠陥のサイズ、密度を図５に斜線に示すレベルまで小さくすることができる。
【００６３】
図２でシリコンウェーハ１００Ｃの図中横幅が通常条件で得られるシリコンウェーハ１００Ａ、１００Ｂの横幅よりも狭くなっているのは、ウェーハ面内でＶ／Ｇ１が均一化され、ボイド欠陥サイズ、密度がウェーハ面内で均一に縮小されていることを示している。
【００６４】
第１５発明は、第１発明、第２発明、第３発明、第４発明、第５発明、第１０発明、第１１発明、第１３発明、第１４発明の製造方法、製造装置によって製造されたシリコンウェーハである。本発明のシリコンウェーハ１００Ｄは面中心〜端のシリコンウェーハ全面においてＯＳＦ領域が存在しないように製造される。図５の斜線で示される領域は，本発明のシリコンウェーハ１００Ｄの全面における平均ボイド欠陥密度、平均ボイド欠陥サイズの範囲を示している。本発明のシリコンウェーハ１００Ｄはウェーハ全面における平均ボイド欠陥密度が５×１０６／ｃｍ３ 以下となり、平均ボイド欠陥サイズが１００ｎｍ以下となる。
【００６５】
第１６発明は、第６発明、第７発明、第８発明、第９発明、第１２発明、第１３発明、第１４発明の製造方法、製造装置によって製造されたシリコンウェーハである。本発明のシリコンウェーハ１００Ｃはシリコンウェーハの面内のうち少なくとも面の中心から外周より内側１０ｍｍまでの領域においてＯＳＦ領域が存在しないように製造される。図５の斜線で示される領域は，本発明のシリコンウェーハ１００ＣのＲ−ＯＳＦの内側領域における平均ボイド欠陥密度、平均ボイド欠陥サイズの範囲を示している。本発明のシリコンウェーハ１００ＣはＲ−ＯＳＦの内側領域における平均ボイド欠陥密度が５×１０６／ｃｍ３ 以下となり、平均ボイド欠陥サイズが１００ｎｍ以下となる。
【００６６】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００６７】
図１５は実施形態に用いられるシリコン結晶製造装置の構成の一例を側面からみた図である。
【００６８】
同図１５に示すように、実施形態の単結晶引上げ装置１は、単結晶引上げ用容器としてのＣＺ炉（チャンバ）２を備えている。
【００６９】
ＣＺ炉２内には、多結晶シリコンの原料を溶融して融液５として収容する石英るつぼ３が設けられている。石英るつぼ３は、その外側が黒鉛るつぼ１１によって覆われている。石英るつぼ３の外側にあって側方には、石英るつぼ３内の多結晶シリコン原料を加熱して溶融する主ヒータ９が設けられている。石英るつぼ３の底部には、石英るつぼ底面を補助的に加熱して、石英るつぼ３の底部の融液５の固化を防止する補助ヒータ（ボトムヒータ）１９が設けられている。主ヒータ９、補助ヒータ１９はそれらの出力（パワー；ｋＷ）は独立して制御され、融液５に対する加熱量が独立して調整される。たとえば、融液５の温度が検出され、検出温度をフィードバック量とし融液５の温度が目標温度になるように、主ヒータ９、補助ヒータ１９の各出力が制御される。
【００７０】
主ヒータ９とＣＺ炉２の内壁との間には、保温筒１３が設けられている。
【００７１】
石英るつぼ３の上方には引上げ機構４が設けられている。引上げ機構４は、引上げ軸４ａと引上げ軸４ａの先端のシードチャック４ｃを含む。シードチャック４ｃによって種結晶１４が把持される。
【００７２】
石英るつぼ３内で多結晶シリコン（Ｓｉ）が加熱され溶融される。融液５の温度が安定化すると、引上げ機構４が動作し融液５からシリコン結晶１０（シリコン単結晶）が引き上げられる。すなわち引上げ軸４ａが降下され引上げ軸４ａの先端のシードチャック４ｃに把持された種結晶１４が融液５に浸漬される。種結晶１４を融液５になじませた後引上げ軸４ａが上昇する。シードチャック４ｃに把持された種結晶１４が上昇するに応じてシリコン結晶１０が成長する。引上げの際、石英るつぼ３は回転軸１１０によって回転速度Ｃ／Ｒで回転する。また引上げ機構４の引上げ軸４ａは回転軸１１０と逆方向にあるいは同方向に回転速度Ｓ／Ｒで回転する。
【００７３】
回転軸１１０は鉛直方向に駆動することができ、石英るつぼ３を上下動させ任意の位置に移動させることができる。
【００７４】
ＣＺ炉２内と外気を遮断することで炉２内は真空（たとえば２０Ｔｏｒｒ程度）に維持される。すなわちＣＺ炉２には不活性ガスとしてのアルゴンガス７が供給され、ＣＺ炉２の排気口からポンプによって排気される。これにより炉２内は所定の圧力に減圧される。
【００７５】
単結晶引上げのプロセス（１バッチ）の間で、ＣＺ炉２内には種々の蒸発物が発生する。そこでＣＺ炉２にアルゴンガス７を供給してＣＺ炉２外に蒸発物とともに排気してＣＺ炉２内から蒸発物を除去しクリーンにしている。アルゴンガス７の供給流量は１バッチ中の各工程ごとに設定する。
【００７６】
シリコン結晶１０の引上げに伴い融液５が減少する。融液５の減少に伴い融液５と石英るつぼ３との接触面積が変化し石英るつぼ３からの酸素溶解量が変化する。この変化が、引き上げられるシリコン結晶１０中の酸素濃度分布に影響を与える。そこで、これを防止するために、融液５が減少した石英るつぼ３内に多結晶シリコン原料または単結晶シリコン原料を引上げ後あるいは引上げ中に追加供給してもよい。
【００７７】
石英るつぼ３の上方にあって、シリコン結晶１０の周囲には、略逆円錐台形状の熱遮蔽板８（ガス整流筒）が設けられている。熱遮蔽板８は、保温筒１３に支持されている。熱遮蔽板８は、ＣＺ炉２内に上方より供給されるキャリアガスとしてのアルゴンガス７を、融液表面５ａの中央に導き、さらに融液表面５ａを通過させて融液表面５ａの周縁部に導く。そして、アルゴンガス７は、融液５から蒸発したガスとともに、ＣＺ炉２の下部に設けた排気口から排出される。このため液面上のガス流速を安定化することができ、融液５から蒸発する酸素を安定な状態に保つことができる。
【００７８】
また熱遮蔽板８は、種結晶１４および種結晶１４により成長されるシリコン結晶１０を、石英るつぼ３、融液５、主ヒータ９などの高温部で発生する輻射熱から、断熱、遮蔽する。また熱遮蔽板８は、シリコン結晶１０に、炉内で発生した不純物（たとえばシリコン酸化物）等が付着して、単結晶育成を阻害することを防止する。熱遮蔽板８の下端と融液表面５ａとの間隙のギャップ２０の大きさは、回転軸１１０を上昇下降させ、石英るつぼ３の上下方向位置を変化させることで調整することができる。また熱遮蔽板８を昇降装置により上下方向に移動させてギャップ２０を調整してもよい。
【００７９】
シリコン融液５の上方にあって、シリコン融液５から３０ｍｍ〜５００ｍｍの距離には、シリコン結晶１０を囲むようにシリコン結晶１０を冷却するクーラ３０が設けられている。
【００８０】
ギャップ２０、引上げ軸４ａの引上げ速度Ｖ、クーラ３０の冷却量を調整することによって、後述するようにＶ／Ｇ１（Ｖ：成長速度、Ｇ１：シリコン結晶１０の融点近傍での軸方向温度勾配）、Ｖ・Ｇ２（Ｖ：成長速度、Ｇ２：シリコン結晶のボイド欠陥発生温度帯での軸方向温度勾配）、成長速度Ｖ、シリコン結晶１０の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１、シリコン結晶１０の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１の径方向分布の各パラメータが制御される。
【００８１】
また引上げ中に、るつぼ回転数Ｃ／Ｒ、引上げ軸回転数Ｓ／Ｒ、アルゴンガス流量、炉内圧等を調整することによって、シリコン結晶１０中の酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）が制御される。
【００８２】
図１５の装置によって製造されたシリコン結晶１０のインゴットは切断装置によって切断されて、シリコンウェーハ１００が採取される。
【００８３】
（第１の実施形態）
図２に示す１００Ｄは、第１の実施形態のシリコンウェーハを示している。実施形態のシリコンウェーハ１００Ｄは面中心〜端のシリコンウェーハ全面においてＯＳＦ領域が存在しないように製造される。
【００８４】
図５の斜線で示される領域は，第１の実施形態のシリコンウェーハ１００Ｄの全面における平均ボイド欠陥密度、平均ボイド欠陥サイズの範囲を示している。第１の実施形態のシリコンウェーハ１００Ｄはウェーハ全面における平均ボイド欠陥密度が５×１０６／ｃｍ３ 以下となり、平均ボイド欠陥サイズが１００ｎｍ以下となる。
【００８５】
第１の実施形態のシリコン結晶１０は、直径２００ｍｍで、１．１１〜１．４５ｍｍ／ｍｉｎの速度Ｖで引き上げ成長される。
【００８６】
このように第１の実施形態によれば、シリコンウェーハ全面における平均ボイド欠陥密度が５×１０６／ｃｍ３ 以下に、平均ボイド欠陥サイズが１００ｎｍ以下になるので、ボイド欠陥に起因するデバイス特性劣化をなくすことができる。またシリコンウェーハ全面でＯＳＦ領域が存在しないので、ＯＳＦに起因するデバイス特性劣化をなくすことができる。またシリコン結晶１０を１．１１〜１．４５ｍｍ／ｍｉｎの高速で引上げ成長させているので、生産性を高めることができる。
【００８７】
つぎにこうしたシリコンウェーハ１００Ｄを製造するための条件について検討を加える。
【００８８】
前述したように、現状では、図２に１００Ａ、１００Ｂで示されるように、ＯＳＦ領域を結晶外周に逃がした比較的空孔濃度の安定した高Ｖ／Ｇ１の領域で、ボイド欠陥発生温度帯における冷却速度Ｖ・Ｇ２を変化させてボイド欠陥の密度、サイズを制御している。
【００８９】
ボイド欠陥の密度とサイズの間の関係は図３に示されるように、概ね逆比例の関係にあり、欠陥サイズは冷却速度Ｖ・Ｇ２が大きくなるほど小さくなり（高Ｖ・Ｇ２効果）、欠陥密度は冷却速度Ｖ・Ｇ２が小さくなるほど大きくなる。高Ｖ／Ｇ１の領域では、ボイド欠陥を構成する総空孔濃度はほぼ一定であり、Ｖ／Ｇ１は殆ど影響せず冷却速度Ｖ・Ｇ２だけで図２に１００Ａ、１００Ｂにて示すように欠陥の密度とサイズが決定される。
【００９０】
図６はＶ／Ｇ１が臨界値の２倍以上の場合、１１００゜Ｃにおける冷却速度と欠陥サイズを関係を示したものである。このように高Ｖ／Ｇ１のときには冷却速度を表すＶ・Ｇ２を大きく変化させるだけで欠陥サイズを低下させることができる（高Ｖ・Ｇ２効果）。
しかしＶ／Ｇ１がボイド欠陥領域からＯＳＦ領域に変化する臨界値に近い領域では、１００Ｃ、１００Ｄに示されるように、Ｖ／Ｇ１が臨界値に近づき総空孔濃度が低くなるほど、Ｖ／Ｇ１の影響によって欠陥サイズを小さくする効果が顕れる（低Ｖ／Ｇ１効果）。ボイド欠陥のサイズは、Ｖ／Ｇ１が臨界値に近い領域では、Ｖ／Ｇ１が小さいほどＶ・Ｇ２が大きいほど、小さくなる。
【００９１】
このため欠陥サイズを縮小させるには、主にＶ・Ｇ２を大きくさせる方法と、主にＶ／Ｇ１を小さくさせる方法が考えられる。ただし成長速度Ｖだけを変化させただけでは、Ｖ・Ｇ２を大きくすることとＶ／Ｇ１が小さくすることとを両立させることはできないので後述するようにＧ１を大きくする方法が必要になる。
【００９２】
図７はシリコンウェーハ中心とシリコンウェーハ外周（端）との間におけるＶ／Ｇ１の分布を示した図である。以下図７を併せ参照して説明する。
【００９３】
Ｖ・Ｇ２を大きくさせるのに有効な方法としてクーラ３０によってＧ２を高くするとともにシリコン結晶１０が変形しないで成長させられる成長速度Ｖの限界速度Ｖｍａｘを高めて、高速に引上げを行うという方法が考えられる（方法▲１▼）。
【００９４】
この方法▲１▼では引上げ速度が速く生産性が向上する利点がある。
【００９５】
しかし図７（ａ）に破線にて示すように方法▲１▼はＶ／Ｇ１が臨界値よりも遙かに大きく低Ｖ／Ｇ１効果が得られないため、ボイド欠陥サイズの縮小化、低密度化には限界がある。
【００９６】
Ｖ／Ｇ１を小さくさせる方法では、欠陥種がボイド欠陥からＯＳＦに変わる臨界値近傍までＶ／Ｇ１を低下させないと、低Ｖ／Ｇ１効果が顕れない。これは図２においてシリコンウェーハ１００Ａのシリコンウェーハ端を臨界値近傍まで移動させたことに相当する。
【００９７】
通常行われている引上げ条件では、図７（ａ）に実線で示すようにシリコンウェーハ外周のＶ／Ｇ１を臨界値まで低下させたとしても、シリコンウェーハ中心のＶ／Ｇ１との差が大きいため、シリコンウェーハ中心部で高Ｖ／Ｇ１となり低Ｖ／Ｇ１効果が得られない。このためシリコンウェーハ中心部でのボイド欠陥サイズの縮小化、低密度化には限界がある。
【００９８】
そこで、この問題を解決するために、つぎのような方法が考えられる。
【００９９】
・方法▲２▼
図７（ｂ）に実線にて示すように、シリコンウェーハ外周部でＯＳＦ領域、無欠陥領域に入ることを許容して、シリコンウェーハ中心部でのＶ／Ｇ１を低下させ低Ｖ／Ｇ１効果を得る。
【０１００】
・方法▲３▼
図７（ｃ）に実線にて示すように、シリコンウェーハの中心〜外周間でのＶ／Ｇ１の差が小さくなるように、シリコンウェーハ面内のＶ／Ｇ１を一定レベル以上に均一にし、シリコンウェーハ面内全体にわたってＶ／Ｇ１を低下させ、低Ｖ／Ｇ１効果を得る。この方法▲３▼は前述した従来技術２に相当する方法である。
【０１０１】
上記方法▲２▼によればウェーハ面内のボイド欠陥存在領域が狭くなることによってボイド欠陥数が減少する。しかしこのシリコン結晶１０ではＯＳＦ領域が存在するという問題がある。シリコン結晶１０中の酸素濃度を低く抑えることで熱処理後にシリコンウェーハ１００でＯＳＦ核がＯＳＦに顕在化しくくすることができるが、酸素析出不足によってゲッタリング能力が不足するおそれがある。また通常のシリコン結晶１０を引き上げる場合と比較して成長速度Ｖが低下することから生産性が劣る。
【０１０２】
上記方法▲３▼によれば、ウェーハ全面でボイド欠陥サイズが縮小する。しかしウェーハ面内のＶ／Ｇ１を一定レベル以上に均一にする条件は通常の条件で製造する場合に比べて引上げ速度Ｖが遅くなる。本発明者らの実験によると直径２００ｍｍのシリコン結晶１００を引上げ成長させる場合、引上げ速度Ｖを０．８ｍｍ／ｍｉｎよりも大きくすることができなかった。このように方法▲３▼によれば生産性が劣るおそれがある。
【０１０３】
つぎに従来技術１を検討する。
【０１０４】
図４は従来技術１のシリコン結晶１０の中心における成長条件Ｖ／Ｇ１、Ｖ・Ｇ２の範囲を斜線にて示している。従来技術１では、Ｖ・Ｇ２はその逆数であるボイド欠陥発生温度帯通過時間Ｌ／Ｖ（Ｌ：温度領域長さ）で定義されている。
【０１０５】
図４はＶ／Ｇ１に対してボイド欠陥形成温度帯における通過時間Ｌ／Ｖをプロットし、０．１０μｍサイズ以上のパーティクル密度が１ヶ／ｃｍ２ となるしきい線ｙ＝０．２８／（ｘ−０．２２５）２ （ｘ：横軸、ｙ：縦軸）を示している。しきい線を境界とする斜線で示される領域がＲ−ＯＳＦの発生がなく０．１０μｍサイズ以上のパーティクル密度が１ヶ／ｃｍ２ 以下となる。
【０１０６】
ここで従来技術３によれば、シリコン結晶１０とシリコン融液との境界である固液界面の形状によって、臨界値、Ｖ／Ｇ１の径方向分布が変化することが記載されている。
【０１０７】
図４に示される斜線領域は、ある条件下での臨界値で欠陥サイズが低下し低密度化する領域であり、固液界面の形状によっては図４に示される斜線領域で欠陥サイズ低下、低密度化が常に成立するとはいえない。
【０１０８】
また従来技術１のＶ／Ｇ１は結晶中心部での値であり、Ｖ／Ｇ１の径方向分布については何ら考慮されていない。このため固液界面の形状が変化すれば結晶中心部で同じＶ／Ｇ１値であったとしてもＶ／Ｇ１の径方向分布が異なるものとなってしまうことにより結晶端部でボイド欠陥領域ではなくなりＯＳＦ領域になることもある。また固液界面形状が異なれば結晶端部でボイド欠陥サイズに差が生じることがある。
【０１０９】
このように従来技術１に示される図４の斜線領域は、ウェーハ全面で常にボイド欠陥領域となり常に欠陥サイズが低下し低密度化するとはいえない。
【０１１０】
すなわち従来技術１を適用したとしても、確かに図４に示される条件にしたがい結晶中心部を低Ｖ／Ｇ１化することでボイド欠陥サイズ、密度は低下するものの、図７（ｂ）と同様にして結晶中心部を低Ｖ／Ｇ１化することで結晶端部でのＶ／Ｇ１は臨界値を下回りＲ−ＯＳＦが発生すると考えられる。
【０１１１】
図８は通常の引上げ条件（磁場印加無し、クーラ設置無し）のときに固液界面の形状が変化することを調べた実験結果を示す。図８の横軸はシリコン結晶１０の中心からの距離（半径方向距離）であり縦軸は固液界面の各部の高さＸである。固液界面高さＸ、固液界面中心高さ（突出量）Ｘｃｅｎは図１６で定義される。固液界面中心高さＸｃｅｎが正の値のとき固液界面は上に凸となり、固液界面中心高さＸｃｅｎが負の値のとき固液界面は下に凸となる。図８は、成長速度Ｖを０．５３ｍｍ／ｍｉｎ〜１．１４ｍｍ／ｍｉｎの範囲で変化させたときの各成長速度における固液界面形状、ＯＳＦが発生する成長速度およびそのときの固液界面形状を示している。
【０１１２】
同図８に示すように通常条件では低Ｖ／Ｇ１にするために引上げ速度Ｖを低下させていくにつれて固液界面は徐々に上に凸の形状から下に凸の形状になる。Ｒ−ＯＳＦが発生する臨界値まで引上げ速度Ｖを低下させると固液界面形状は下に凸となる。このときの引上げ速度Ｖは０．７６ｍｍ／ｍｉｎであった。
【０１１３】
なお図２０は図８とは異なる直径のシリコン結晶を通常の引上げ条件（磁場印加無し、クーラ設置無し）で引上げ成長させたときの固液界面の形状の変化を調べた実験結果を示す。図２０の横軸、縦軸は図８の横軸、縦軸に対応している。図２０は、成長速度Ｖを０．３５ｍｍ／ｍｉｎ、０．４１ｍｍ／ｍｉｎ、０．４８ｍｍ／ｍｉｎにそれぞれ変化させたときの各成長速度における固液界面形状を示している。この成長速度域では固液界面形状は下に凸となっているのがわかる。
【０１１４】
ここで本発明者らは固液界面が上に凸の形状になっているときにはウェーハ面内でのＧ１分布が一定レベル以上に均一なものとなりＶ／Ｇ１の径方向分布は一定レベル以上に均一になるが、逆に固液界面が下に凸の形状になっているときにはウェーハ面内でのＧ１分布がばらつきＶ／Ｇ１の径方向分布は均一にはならないことをみいだした。
【０１１５】
通常条件では図８に示すようにＶ／Ｇ１を臨界値まで低下させたときに固液界面は下に凸となるので、ウェーハ面内のＧ１分布に差がつきウェーハ端部でＲ−ＯＳＦが発生しやすくなると考えられる。つまり図７（ｂ）と同様にして結晶中心部を低Ｖ／Ｇ１化したとしても結晶端部でのＶ／Ｇ１は臨界値を下回りＲ−ＯＳＦが発生する。
【０１１６】
そこでこれを回避するために引上げ速度Ｖいかんにかかわらず固液界面を上に凸形状にする方法として、シリコン融液５に２５００Ｇ以上の水平磁場を印加することが考えられる（方法▲４▼）。
【０１１７】
図９はギャップ２０を５７ｍｍにしるつぼ回転数Ｃ／Ｒを３ｒｐｍにし３０００Ｇの水平磁場をシリコン融液５に印加するという引上げ条件で固液界面の形状の変化を調べた実験結果を示す。図９の横軸、縦軸は図８の横軸、縦軸に対応している。成長速度Ｖを０．３５ｍｍ／ｍｉｎ〜０．５５ｍｍ／ｍｉｎの範囲で変化させた。
【０１１８】
同図９に示すように水平磁場を印加する条件では引上げ速度Ｖいかんにかかわらず固液界面を上に凸の形状にすることができる。
【０１１９】
つぎにクーラ３０でシリコン結晶１０を冷却することで、引上げ速度Ｖを生産性を落とすことない高速に維持にした状態で固液界面を上に凸形状にする方法を考えた（方法▲５▼）。
【０１２０】
図１０はギャップ２０を３０ｍｍにしるつぼ回転数Ｃ／Ｒを４ｒｐｍにしシリコン結晶回転数Ｓ／Ｒを１３ｒｐｍにしクーラ３０をシリコン融液５から距離８０ｍｍだけ離間した上方に配置するという引上げ条件で直径２００ｍｍのシリコン結晶１０を作製したときの固液界面の形状の変化を調べた実験結果を示す。図１０の横軸、縦軸は図８の横軸、縦軸に対応している。成長速度Ｖを０．７８ｍｍ／ｍｉｎ〜１．４８ｍｍ／ｍｉｎの範囲で変化させた。
【０１２１】
同図１０に示すようにクーラ３０でシリコン結晶１０を冷却するという条件では、Ｒ−ＯＳＦが発生する臨界値まで引上げ速度Ｖを低下させたとしても固液界面形状は上に凸となる。そして、Ｖ／Ｇ１を臨界値まで低下させたときの下限の引上げ速度Ｖは図８と比較してわかるように１．１１ｍｍ／ｍｉｎという高速であった。
【０１２２】
図１１は図１０と条件を異ならせてるつぼ回転数Ｃ／Ｒを１ｒｐｍにしたときに、Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させたときの引上げ速度Ｖを調べた結果を示す。Ｒ−ＯＳＦを発生させない引上げ速度Ｖは１．１５ｍｍ／ｍｉｎ以上であった。図１０と比べてＲ−ＯＳＦを発生させない引上げ速度での固液界面が上に凸になっていることがわかる。このようにクーラ設置に加えて更にるつぼ回転数を調整することは、固液界面を上に凸にするのに効果的であることがわかった。
【０１２３】
そこでるつぼ回転数Ｃ／Ｒ、シリコン結晶回転数Ｓ／Ｒの各パラメータが固液界面の形状に及ぼす影響について検討した。
【０１２４】
図１８は、磁場印加無しでるつぼ回転数Ｃ／Ｒ等他の引上げ条件を同一条件にして、シリコン結晶回転数Ｓ／Ｒだけを変化させたときの固液界面の形状の変化を調べた実験結果を示す。図１８の横軸、縦軸は図８の横軸、縦軸に対応している。シリコン結晶回転数Ｓ／Ｒを４ｒｐｍ、８ｒｐｍ、１２ｒｐｍにそれぞれ変化させた。
【０１２５】
同図１８に示すようにシリコン結晶回転数Ｓ／Ｒを上げるほど固液界面を上に凸にする効果が高まることがわかる。
【０１２６】
図１９は、磁場印加無しでシリコン結晶回転数Ｓ／Ｒ等他の引上げ条件を同一条件にして、るつぼ回転数Ｃ／Ｒだけを変化させたときの固液界面の形状の変化を調べた実験結果を示す。図１９の横軸、縦軸は図８の横軸、縦軸に対応している。るつぼ回転数Ｃ／Ｒを６ｒｐｍ、７ｒｐｍ、８ｒｐｍ、１０ｒｐｍにそれぞれ変化させた。
【０１２７】
同図１９に示すようにるつぼ回転数Ｃ／Ｒを上げるほど固液界面を上に凸にする効果が高まることがわかる。
【０１２８】
したがってクーラ３０を設置することに加えてシリコン結晶回転数Ｓ／Ｒ、るつぼ回転数Ｃ／Ｒを調整することで、Ｒ−ＯＳＦが発生する臨界値まで引上げ速度Ｖを低下させたときの固液界面形状を上に凸にすることができる。
【０１２９】
このようにクーラ設置という条件またはクーラ設置に加えてシリコン結晶回転数Ｓ／Ｒ、るつぼ回転数Ｃ／Ｒを調整することで、通常条件（図８）よりもシリコンウェーハ面内でＲ−ＯＳＦを発生させない引上げ速度Ｖを高速にすることができる。これはクーラ３０でシリコン結晶１０を冷却することでＧ１が増加し、Ｖ／Ｇ１が臨界値まで小さくなったときの速度Ｖを高くできるからである。
【０１３０】
図１２はクーラ３０によりシリコン結晶１０を冷却したときの引上げ速度比Ｖ／Ｖｍａｘとシリコン結晶中心部でのボイド欠陥サイズとの関係を示している。
【０１３１】
引上げ速度比Ｖ／Ｖｍａｘは、シリコン結晶１０が変形するときの限界速度Ｖｍａｘに対する引上げ速度Ｖの比率である。
【０１３２】
同図１２に示すように引上げ速度Ｖを低くし引上げ速度比Ｖ／Ｖｍａｘを低下させるほど欠陥サイズが小さくすることがわかる。
【０１３３】
引上げ速度Ｖの低下はＶ・Ｇ２の低下を意味しＶ・Ｇ２のパラメータに限ればボイド欠陥サイズの増加を意味するが、このＶ・Ｇ２の低下によるマイナスの効果以上に低Ｖ／Ｇ１効果がきいて、欠陥サイズを縮小させていると考えられる。
【０１３４】
以上の検討結果からつぎのような製造方法でシリコンウェーハ１００Ｄを製造することが望ましい。
【０１３５】
（製造方法１）
この製造方法１では、上記方法▲５▼が適用されクーラ３０がＣＺ炉２内に設置される。クーラ３０は、シリコン融液５から３０ｍｍ〜５００ｍｍの距離に、シリコン結晶１０を囲むように配置される。シリコン結晶１０の直径を２００ｍｍとした。
【０１３６】
熱遮蔽板８の下端とシリコン融液表面５ａとの間隙のギャップ２０が、２０ｍｍ〜１００ｍｍに設定される。
【０１３７】
そして 引上げ機構４によるシリコン結晶１０の引上げ速度Ｖを調整するとともに、クーラ３０の冷却量を調整して、シリコン結晶１０の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１を大きくさせ、成長速度Ｖが１．１１〜１．４５ｍｍ／ｍｉｎの範囲で固液界面を融液面に対して上に凸の形状にした状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させる。このとき固液界面中心高さＸｃｅｎは０〜２０ｍｍにすることが望ましい。また必要に応じてシリコン結晶回転数Ｓ／Ｒ、るつぼ回転数Ｃ／Ｒが調整される。
【０１３８】
本製造方法によれば図１０で説明したようにクーラ３０でシリコン結晶１０を冷却することでＧ１が増加し、Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させたときの速度Ｖを１．１１ｍｍ／ｍｉｎ以上に高く維持することができる。ただし図１２で説明したようにボイド欠陥サイズの縮小効果を得るために引き上げ速度Ｖは、ＯＳＦを発生させない下限速度１．１１ｍｍ／ｍｉｎ近傍の低速にすることが望ましい。低速とはいえ通常の引上げ条件でＯＳＦを発生させない下限引上げ速度（０．７６ｍｍ）と比較しても十分高速であり、生産性が劣ることはない。
【０１３９】
本製造方法によれば、固液界面を融液面に対して上に凸の形状にした状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させているので、図７（ｃ）と同様にウェーハ面内でのＶ／Ｇ１の径方向分布が一定レベル以上に均一になりウェーハ面内でＯＳＦを発生させないようにすることができるとともに、低Ｖ／Ｇ１効果によりボイド欠陥のサイズ、密度を縮小することができる。しかも速度Ｖは通常条件より高く維持されているのでＶ・Ｇ２が大きくなり、高Ｖ・Ｇ２効果により欠陥サイズを更に小さくすることができる（図３参照）。このためシリコンウェーハ１００Ｄの全面にわたるボイド欠陥のサイズ、密度を図５に斜線に示すレベルまで小さくすることができる。
【０１４０】
図２でシリコンウェーハ１００Ｄの図中横幅が通常条件で得られるシリコンウェーハ１００Ａ、１００Ｂの横幅よりも狭くなっているのは、ウェーハ面内でＶ／Ｇ１が均一化され、ボイド欠陥サイズ、密度がウェーハ面内で均一に縮小されていることを示している。
【０１４１】
しかもこの製造方法１では、クーラ３０を用いて固液界面を上に凸形状にしたので（方法▲５▼）、水平磁場印加で同様のことを達成する場合（方法▲４▼）と比較して装置コストを低く抑えることができる。
【０１４２】
つぎに製造方法１の効果を図１３を用いて説明する。
【０１４３】
図１３は引上げ速度と結晶中心部における欠陥サイズとの関係を示している。図１３は図７に対応している。
【０１４４】
通常の条件では図１３（ａ）に示すように、引上げ速度Ｖを低下させていくと結晶中心部で低Ｖ／Ｇ１効果を十分得られる前の速度Ｖ１で結晶外周部にＯＳＦが発生してしまう。このため低Ｖ／Ｇ１効果は得られないが高Ｖ・Ｇ２効果が得られる引上げ速度Ｖ２まで速度Ｖを高くして欠陥サイズを低下させるようにしている。しかし高Ｖ・Ｇ２効果だけでは欠陥サイズの縮小効果に限界がある。
【０１４５】
方法▲２▼では図１３（ｂ）に示すように、引上げ速度Ｖを低下させてＶ３にすることで結晶中心部で低Ｖ／Ｇ１効果を十分得られ欠陥サイズを十分に低下させることができる。しかし結晶外周部にＯＳＦが発生してしまうおそれがあるとともに引上げ速度の低下により生産性が悪くなる。
【０１４６】
これに対してクーラ３０を用いた本発明の場合には図１３（ｃ）に示すように、引上げ速度Ｖを高い速度Ｖ５に維持できた上に低Ｖ／Ｇ１効果が得られるため欠陥サイズを十分に低下させることができる。これに対して方法▲１▼では、クーラによってＧ２を高め限界速度Ｖｍａｘを高めているため引上げ速度Ｖを限界速度Ｖｍａｘ付近の極めて高い速度Ｖ４にでき生産性が向上するものの、高Ｖ・Ｇ２効果だけで低Ｖ／Ｇ１効果が得られないため欠陥サイズの縮小効果に限界がある。
【０１４７】
図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は引上げ速度を１．４５ｍｍ／ｍｉｎ（引上げ速度比Ｖ／Ｖｍａｘ＝０．９７）、１．２５ｍｍ／ｍｉｎ（引上げ速度比Ｖ／Ｖｍａｘ＝０．８３）、１．１５ｍｍ／ｍｉｎ（引上げ速度比Ｖ／Ｖｍａｘ＝０．７７）、１．０５ｍｍ／ｍｉｎ（引上げ速度比Ｖ／Ｖｍａｘ＝０．７０）と変化させたときのウェーハ面内のＲ−ＯＳＦ領域の有無と、ウェーハ１枚当たりのＬＰＤ数のヒストグラムを示している。
【０１４８】
ヒストグラムの横軸は、ウェーハ１枚あたりでサイズ０．１０μｍ以上のパーティクルをカウントできた数を示し、縦軸は各カウント数に対応するウェーハ枚数を示している。
【０１４９】
同図１４に示すように引上げ速度Ｖを１．４５ｍｍ／ｍｉｎから１．０５ｍｍ／ｍｉｎまで低下させるにつれてウェーハ１枚当たりの大きなサイズのボイド欠陥が低減していることがわかる。また１．１５ｍｍ／ｍｉｎから１．０５ｍｍ／ｍｉｎの間の引上げ速度でウェーハ面内にＯＳＦが発生（図１０より１．１１ｍｍ／ｍｉｎが下限）していることがわかる。
【０１５０】
つぎに従来技術１、従来技術２（方法▲３▼）と比較した本実施形態の効果について説明する。
【０１５１】
従来技術１では固液界面の形状、Ｖ／Ｇ１の径方向分布を何ら考慮したものではないので、図４に示す斜線領域は必ずしもボイド欠陥サイズ、密度を低減させることができる領域とはいえるものではなかった。しかし本実施形態によれば、クーラ３０の冷却量を調整することにより固液界面を上に凸形状にしてＶ／Ｇ１の径方向分布を均一にしたので、ウェーハ全面で精度よく欠陥サイズ、密度を小さくすることができる。このためデバイス不良の歩留まりが向上する。
【０１５２】
つぎに従来技術２と比較する。
【０１５３】
成長中のシリコン結晶の固液界面近傍では、次式に示されるステファン条件で熱収支がバランスしている。
【０１５４】
Ｋｓ・Ｇｓ＝Ｈ・Ｖ＋ＫＬ・ＧＬ
Ｋｓ：結晶の熱伝導率
ＫＬ：融液の熱伝導率
Ｇｓ：結晶の温度勾配
ＧＬ：融液の温度勾配
Ｈ：凝固潜熱
Ｖ：引上げ速度
従来技術２（方法▲３▼）では、結晶径方向のＶ／Ｇ１分布を均一にしているが、一般にＶ／Ｇ１分布を均一にするには、結晶の表面からの抜熱を抑える必要がある。このため凝固潜熱の吐き出し効果が弱まり、上記式でＫｓ・Ｇｓが小さくなり、引上げ速度Ｖを大きくできなくなる。ひいてはボイド欠陥発生温度帯での冷却速度の低下つまりＶ・Ｇ２の低下を招く。このためボイド欠陥縮小化、生産性を阻害することになる。これに対して本実施形態ではクーラ３０によりシリコン結晶１０を冷却したのでＧ１が大きくなり、引上げ速度Ｖを大きくしてもＶ／Ｇ１を小さくすることができ界面形状を上に凸にしたのでＶ／Ｇ１の面内分布もほぼ均一な状態に保てる。また引上げ速度Ｖが大きいためＶ・Ｇ２を大きくすることができる。このため従来技術２と比較してボイド欠陥縮小化、生産性を向上させることができる。
【０１５５】
図１７は本発明と方法▲１▼、方法▲２▼、方法▲３▼（従来技術２）とを、サイズ０．１０μｍ以上のＣＯＰ数の低減、生産性、Ｒ−ＯＳＦの有無について比較したものである。同図１７において◎が非常に優れているという評価を示し、○が優れているという評価を示し、△がやや劣るという評価を示している。同図１７に示すに本発明は他の方法と比較して、総合的に最も優れているという評価が得られた。
【０１５６】
（製造方法２）
上記方法▲４▼を適用して製造方法１と同様にシリコンウェーハ１００Ｄを製造してもよい。この場合、シリコン融液５に２５００Ｇ以上の水平磁場を印加して固液界面を上に凸形状にする以外は、製造方法１と同様な制御が行われる。製造方法２では、引上げ速度Ｖいかんにかかわらず固液界面を上に凸形状にすることができるので、引上げ速度Ｖの自由度が向上する。
【０１５７】
さて上述した第１の実施形態では、シリコンウェーハでのＯＳＦの発生を回避するようにしている。しかし結晶構造的にＯＳＦ領域であったとしてもデバイスを作製するプロセスでＯＳＦ核がＯＳＦに顕在化しない場合には、シリコンウェーハの特性として問題にならない場合がある。すなわちＲ−ＯＳＦの核はシリコン結晶中の酸素析出物であることが知られているため、シリコン結晶中の酸素濃度を低下させたり、シリコンウェーハ作製後にＯＳＦ核が消失可能な熱処理を加えることでＯＳＦの非顕在化が可能にする。そこで、つぎのような製造方法を採用してもよい。
【０１５８】
（第２の実施形態）
図２に示す１００Ｃは、第２の実施形態のシリコンウェーハを示している。実施形態のシリコンウェーハ１００Ｃは、その面内のうち少なくとも面の中心から外周より内側１０ｍｍまでの領域においてＯＳＦが存在しないように製造される。
【０１５９】
図５の斜線で示される領域は，第２の実施形態のシリコンウェーハ１００ＣのＲ−ＯＳＦの内側領域における平均ボイド欠陥密度、平均ボイド欠陥サイズの範囲を示している。第２の実施形態のシリコンウェーハ１００ＣはＲ−ＯＳＦの内側領域における平均ボイド欠陥密度が５×１０６／ｃｍ３ 以下となり、平均ボイド欠陥サイズが１００ｎｍ以下となる。
【０１６０】
第２の実施形態の製造方法は以下のとおりである。
【０１６１】
（製造方法３）
この製造方法３では、上記方法▲５▼が適用されクーラ３０がＣＺ炉２内に設置される。シリコン結晶１０の直径は２００ｍｍとした。
【０１６２】
そして 引上げ機構４によるシリコン結晶１０の引上げ速度Ｖを調整するとともに、クーラ３０の冷却量を調整して、シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１を大きくさせた状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させる。
【０１６３】
本製造方法によれば図１０で説明したようにクーラ３０でシリコン結晶１０を冷却することでＧ１が増加し、Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させたときの速度Ｖを高く維持することができる。ただしシリコン結晶１０の外周部にＯＳＦ領域が発生することを許容しているため図１０に示すように固液界面は製造方法１の場合と比較してやや下に凸の形状になるとともに、図１２に示すように引上げ速度Ｖは製造方法１の場合よりも低くなる。このため引上げ速度Ｖの更なる低下によりボイド欠陥サイズの縮小効果が一層高まる。低速とはいえ通常の引上げ条件でＯＳＦを発生させない下限引上げ速度（０．７６ｍｍ／ｍｉｎ）と同程度のレベルであり、生産性が劣ることはない。
【０１６４】
本製造方法によれば、Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させているので低Ｖ／Ｇ１効果が得られ、ボイド欠陥のサイズ、密度を縮小することができる。しかも速度Ｖは通常条件と同レベルに高く維持されているのでＶ・Ｇ２が大きくなり、高Ｖ・Ｇ２効果により欠陥サイズを更に小さくすることができる（図３参照）。このためシリコンウェーハ１００Ｃは、その面内のうち少なくとも面の中心から外周より内側１０ｍｍまでの領域において、ボイド欠陥のサイズ、密度を図５に斜線に示すレベルまで小さくすることができる。
【０１６５】
図２でシリコンウェーハ１００Ｃの図中横幅が通常条件で得られるシリコンウェーハ１００Ａ、１００Ｂの横幅よりも狭くなっているのは、ウェーハ面内でＶ／Ｇ１が均一化され、ボイド欠陥サイズ、密度がウェーハ面内で均一に縮小されていることを示している。
【０１６６】
本製造方法では、ＯＳＦ核がＯＳＦに顕在化しないようにシリコン結晶１０中の酸素濃度が制御されるとともにシリコンウェーハ１００Ｃに熱処理が施される。具体的には以下の各工程のいずれか若しくはこれらの工程が適宜組み合わされて実施される。
【０１６７】
（工程１）シリコン結晶１０中の酸素濃度が１２．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下に制御される。
【０１６８】
（工程２）シリコンウェーハ１００Ｃに１０００゜Ｃ以上の熱処理が施される。（工程３）シリコンウェーハ１００Ｃに非酸化性雰囲気で１０００゜Ｃ以上の熱処理が施される。
【０１６９】
工程３によればシリコンウェーハ表層でのボイド欠陥を消滅させる効果が得られる。
【０１７０】
もちろん第１の実施形態の製造方法１、２に（工程１）、（工程２）、（工程３）を適宜加えるようにしてもよい。また第２の実施形態の製造方法３で（工程１）、（工程２）、（工程３）を省略してもよい。
【０１７１】
本発明はポリッシュドウェーハを製造する場合のみならずアニールウェーハを製造する場合にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は欠陥形成メカニズムを概念的に示す図である。
【図２】図２は欠陥種と点欠陥（空孔、格子間シリコン）濃度の関係を示す図である。
【図３】図３は冷却速度とボイド欠陥密度およびボイド欠陥サイズとの関係を示す図である。
【図４】図４は従来技術を説明する図で、Ｖ／Ｇ１と通過時間との関係を示す図である。
【図５】図５はボイド欠陥密度とボイド欠陥サイズの関係を示す図である。
【図６】図６は１１００゜Ｃでの冷却速度とボイド欠陥サイズとの関係を示す図である。
【図７】図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はシリコンウェーハの径方向各位置とＶ／Ｇ１との関係を示す図である。
【図８】通常条件での引上げ速度と固液界面形状、ＯＳＦ発生速度との関係を説明する図である。
【図９】図９は水平磁場を印加した条件での引上げ速度と固液界面形状、ＯＳＦ発生速度との関係を説明する図である。
【図１０】図１０はクーラを設置した条件での引上げ速度と固液界面形状、ＯＳＦ発生速度との関係を説明する図である。
【図１１】図１１はクーラを設置した条件でＯＳＦが発生しない下限速度を説明する図である。
【図１２】図１２はクーラを設置条件での引上げ速度比と結晶中心部におけるボイド欠陥サイズとの関係を示す図である。
【図１３】図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は実施形態の効果を説明する図で、引上げ速度と結晶中心部におけるボイド欠陥サイズとの関係を示す図である。
【図１４】図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はクーラ設置条件での引上げ速度比とＯＳＦ領域の有無、ウェーハ１枚当たりのＬＰＤ数のヒストグラムとの対応を示す図である。
【図１５】図１５は実施形態の製造装置を示す図である。
【図１６】図１６は固液界面を説明する図である。
【図１７】図１７は従来のＣＯＰ低減方法と本発明による方法とを比較した図である。
【図１８】図１８はシリコン結晶回転数を変化させたときの固液界面の形状の変化を示す図である。
【図１９】図１９はるつぼ回転数を変化させたときの固液界面の形状の変化を示す図である。
【図２０】図２０は図８とは異なる直径のシリコン結晶について、引上げ速度と固液界面形状との関係を説明する図である。
【符号の説明】
４ 引上げ機構
５ 融液
１０ シリコン結晶
３０ クーラ
１００Ｃ、１００Ｄ シリコンウェーハ
【発明の属する技術分野】
本発明はシリコンウェーハの製造方法およびその製造装置およびシリコンウェーハに関し、特に、ボイド欠陥のサイズ、ボイド欠陥の密度を減らすことができる製造方法、製造装置およびこれらによって製造されたシリコンウェーハに関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
シリコン結晶はＣＺ（チョクラルスキー法）によって引上げ成長されることによって製造される。引上げ成長されたシリコン結晶のインゴットはシリコンウェーハにスライスされる。半導体デバイスはシリコンウェーハの表面にデバイス層を形成するデバイス工程を経て作成される。
【０００３】
しかしシリコン結晶の成長の過程でグローイン（Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ）欠陥（結晶成長時導入欠陥）と呼ばれる結晶欠陥が発生する。
【０００４】
近年、半導体回路の高集積化、微細化の進展に伴い、シリコンウェーハのうちデバイスが作成される表層近くには、こうしたグローイン欠陥が存在することが許されなくなってきている。このため無欠陥結晶の製造の可能性が検討されている。
【０００５】
一般にシリコン結晶に含まれデバイスの特性を劣化させる結晶欠陥は、以下の３種類の欠陥である。
【０００６】
ａ） ＣＯＰ（Ｃｒｙｔｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）などと呼ばれる、空孔が凝集して生じるボイド （ 空洞 ）欠陥。
【０００７】
ｂ）ＯＳＦ （ 酸化誘起積層欠陥， Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ ）
ｃ） 格子間シリコンが凝集して生じる転位ループクラスタ（格子間シリコン型転位欠陥、Ｉ−ｄｅｆｅｃｔ）。
【０００８】
無欠陥のシリコン単結晶とは、上記３種の欠陥のいずれも含まないか、実質的に含まない結晶として認識ないしは定義されている。
【０００９】
上記３種の欠陥の発生挙動は成長条件によって以下のように変化することが知られている。図２を併せ参照して説明する。図２において横軸は、後述する成長条件Ｖ／Ｇ１であり、Ｇ１を固定とすれば成長速度Ｖの関数と考えられる。図２において１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅはシリコン結晶１０から取得されるシリコンウェーハ１００の面中心と端（エッジ）の間における各種欠陥のサイズと密度を概念的に示している。シリコンウェーハ１００の面中心と端は、シリコン結晶１０の結晶中心と結晶端（結晶外周）に対応している。
【００１０】
ｉ）成長速度Ｖが速い場合には、図２に１００Ａ、１００Ｂに示されるように、シリコン結晶１０は空孔型点欠陥が過剰となり、ボイド欠陥のみが発生する。
【００１１】
ｉｉ）成長速度Ｖを減じると、シリコン結晶１０の外周付近にリング状にＯＳＦ（Ｒ−ＯＳＦ）が発生し、Ｒ−ＯＳＦ部の内側にボイド欠陥が存在する構造となる。
【００１２】
ｉｉｉ）成長速度Ｖを更に減じると、リング状のＯＳＦ（Ｒ−ＯＳＦ）の半径は減少し、リング状ＯＳＦ部の外側に欠陥が存在しない領域が、その外側には転位ループクラスタが生じ、Ｒ−ＯＳＦ部の内側にボイド欠陥が存在する構造となる。
【００１３】
ｉＶ）さらに成長速度Ｖを減じると、１００Ｅに示すように、シリコン結晶１０全体に転位ループラスタが存在する構造となる。
【００１４】
上述した現象が起こるのは成長速度Ｖの減少に伴いシリコン結晶１０が空孔型点欠陥過剰な状態から格子間シリコン型点欠陥過剰な状態へと変化するためであると考えられており、その変化はシリコン結晶１０の外周部から始まると理解されている。
【００１５】
上記３種の欠陥のうち特にａ）のボイド欠陥は、微細化したデバイスで素子分離不良などの原因となるため、その低減が特に必要とされている。
【００１６】
ボイド欠陥は、結晶成長時にシリコン融液から取り込まれた原子空孔（点欠陥）が、結晶冷却中に臨界過飽和度に達することによって凝集して生じるものであり、その欠陥検出方法によってＬＰＤ（レーザ パーティクル ディフェクト）、ＣＯＰ（クリスタル オリジネイティド パーティクル）、ＦＰＤ（フロー パターン ディフェクト）、ＬＳＴＤ（レーザ スキャッタリング トモグラフィ ディフェクト）などと呼ばれる。
【００１７】
現状では図２に１００Ａ、１００Ｂに示されるように、シリコン結晶１０はボイド欠陥がシリコンウェーハ全面に存在するような領域で作成されている。このシリコン結晶１０から取得されたシリコンウェーハ１００では、表面にボイド欠陥が顕在化したＣＯＰが存在する。シリコンウェーハ表層の無欠陥の完全性が要求され、特にデバイス線幅がＣＯＰサイズ近くまで微細化が進んだ現在では、ＣＯＰの低減が必要になっている。
【００１８】
欠陥が存在しないシリコン結晶１０を製造すればＣＯＰが存在しないシリコンウェーハが得られる。しかし、そのためのシリコン結晶製造には非常に精密な引上げ制御が必要であり、また生産性も劣るという欠点がある。
【００１９】
ここでデバイス回路が作成される表層付近においてＣＯＰなどのグローイン欠陥を含まないシリコンウェーハを得るための方法の１つに、「エピタキシャル成長によりウェーハ表面に無欠陥層を成長させる」という方法がある。しかしこの方法はエピタキシャル成長層形成の工程が入るためポリッシュドウェーハに比べて製造コストが高くなってしまうという問題がある。また水素やアルゴン雰囲気下でアニールする方法も同様にウェーハ表層付近をＣＯＰなどを含まない無欠陥層とすることができるが、アニールの工程が入るため同様にポリッシュドウェーハに比してコスト高を招く。
【００２０】
デバイスの品質を保証する上で必ずしもＣＯＰの完全除去は必要でなく、そのサイズを一定レベル以下に小さくできればデバイス不良の歩留まりを向上させることができる。つまりＣＯＰサイズをデバイス線幅よりも小さくすれば素子分離する上で問題がなくデバイス不良に与える影響は少ない。具体的にはパーティクルカウンタで測定される約０．１０μｍ以上のＣＯＰが問題視されておりその低減が必要であるものの、その大きさより低いサイズのＣＯＰについては影響は小さいことがわかってきている。
【００２１】
以上のように製造コスト、価格の優位性を考慮して完全にＣＯＰを排除するのではなく、ＣＯＰが存在するものの通常よりもＣＯＰが微細化されサイズの大きいＣＯＰを減少させたポリッシュドウェーハを製造することが必要になってきている。
【００２２】
ここでボイド欠陥の形成メカニズムについて図１を参照して説明する。図１（ａ）はシリコン融液５から引上げ成長されるシリコン結晶１０中の欠陥を概念的に示し、図１（ｂ）は図１（ａ）に対応させてシリコン結晶１０の軸方向の温度と点欠陥濃度、ボイド欠陥密度との関係を示している。図１（ｂ）においてＣｖはシリコン結晶１０中の空孔濃度で、Ｃｖ，ｅｑはシリコン結晶１０中の空孔の熱平衡濃度である。空孔が過剰に取り込まれた場合、温度の低下に伴い空孔の過飽和度（Ｃｖ／Ｃｖ，ｅｑ）が増加し、臨界値に達したところでボイド欠陥が形成される。
【００２３】
同図１に示すように、シリコン融点（約１３５０゜Ｃ）近傍（〜約１１５０゜Ｃ）では空孔過飽和度が臨界値に達していないため点欠陥のままでボイド欠陥が形成されないが、空孔過飽和度が臨界値に達するとボイド欠陥が発生し始めボイド欠陥発生温度帯（約１１５０゜Ｃ〜約１０８０゜Ｃ）でボイド欠陥密度が徐々に増加し一定の密度に達する。
【００２４】
このようにボイド欠陥の発生、成長は、結晶成長中にシリコン結晶が受ける熱履歴に強く影響を受ける。特に融点近傍の軸方向温度勾配Ｇ１、ボイド欠陥発生温度帯での軸方向温度勾配Ｇ２、シリコン結晶１０の成長速度Ｖがボイド欠陥の密度、サイズを制御する重要なパラメータとなる。
【００２５】
ボイド欠陥のサイズ、密度は、結晶引上げ中の熱履歴を表した成長条件Ｖ／Ｇ１、Ｖ・Ｇ２に影響されることが知られている。このうち成長条件Ｖ／Ｇ１はボイド欠陥を構成する空孔量に影響し、初期に導入される空孔濃度を決定する。成長条件Ｖ・Ｇ２はボイド欠陥発生温度帯での結晶冷却速度であり、ボイド欠陥の成長に影響する。
【００２６】
成長条件Ｖ／Ｇ１（Ｖ・Ｇ２）と点欠陥（空孔）濃度と欠陥種の関係は前掲した図２に示す概念図で表される。
【００２７】
現状では、図２に１００Ａ、１００Ｂで示されるように、ＯＳＦ領域を結晶外周に逃がした比較的空孔濃度の安定した高Ｖ／Ｇ１の領域で、ボイド欠陥発生温度帯における冷却速度Ｖ・Ｇ２を変化させてボイド欠陥の密度、サイズを制御している（通常条件）。
【００２８】
ボイド欠陥の密度とサイズの間の関係は図３に示されるように、概ね逆比例の関係にあり、欠陥サイズは冷却速度Ｖ・Ｇ２が大きくなるほど小さくなり、欠陥密度は冷却速度Ｖ・Ｇ２が小さくなるほど大きくなる。高Ｖ／Ｇ１の領域では、ボイド欠陥を構成する総空孔濃度はほぼ一定であり、Ｖ／Ｇ１は殆ど影響せず冷却速度Ｖ・Ｇ２だけで１００Ａ、１００Ｂに示すように欠陥の密度とサイズが決定される。
【００２９】
しかしＶ／Ｇ１がボイド欠陥領域からＯＳＦ領域に変化する臨界値に近い領域では、１００Ｃ、１００Ｄに示されるように、Ｖ／Ｇ１が臨界値に近づき総空孔濃度が低くなるほど、Ｖ／Ｇ１の影響によって欠陥サイズを小さくする効果が顕れる（低Ｖ／Ｇ１効果）。すなわちボイド欠陥のサイズは、Ｖ／Ｇ１が臨界値に近い領域では、Ｖ／Ｇ１が小さいほどＶ・Ｇ２が大きいほど、小さくなる。このメカニズムについて説明する。
【００３０】
ボイド欠陥は、空孔の過飽和度が臨界値を超えてから形成される。総空孔濃度が低い場合には図１（ｂ）に一点鎖線で示すように空孔の過飽和度Ｃ′ｖ／Ｃｖ，ｅｑが臨界値（臨界過飽和度）を超えるときの温度が低くなる。このためボイド欠陥の形成温度が低下するとともにボイド欠陥の成長速度（空孔の凝集速度）が低下してボイドサイズが大きくならない。また空孔過飽和度の解消が遅れ過剰空孔を吸収するため新規にボイドの核が発生する結果、ボイド欠陥密度は増加するがボイド欠陥サイズは大きくならない。
【００３１】
更にシリコンウェーハの性能保証ということを考慮すると、シリコンウェーハ１００の径方向（面中心〜端）で、ボイド欠陥サイズが小さい状態を均一に作り出すことが必要になる。シリコン結晶１０は、その表面から抜熱されるため融点近傍の軸方向温度勾配Ｇ１の径方向分布は結晶中心で小さくシリコン結晶外周にいくに従って大きくなっていく。このためＧ１が分布差が大きいと、低Ｖ／Ｇ１を達成するために成長速度Ｖを低下させていくだけでは、シリコンウェーハ１００の周辺部ではＶ／Ｇ１が相対的に低くなり、周辺部でＲ−ＯＳＦが発生したり、ウェーハ面内でボイド欠陥サイズ、ボイド欠陥密度が不均一になることから部分的に欠陥サイズ、密度が増大するおそれがある。
【００３２】
つぎに特許文献に示された従来技術について説明する。
【００３３】
（従来技術１）
特許文献１（特開２００１−２７８６９２号公報）には、シリコン結晶中心における成長条件Ｖ／Ｇ１、Ｖ・Ｇ２（ただしボイド欠陥発生温度帯通過時間で定義されている）を制御することにより、サイズの大きなＣＯＰを減少させるという発明が記載されている。しかしこの特許文献１では、温度勾配Ｇ１を結晶中心で規定しており、温度勾配Ｇ１の径方向分布については何ら考慮されていない。このため上述したようにウェーハ周辺部でＲ−ＯＳＦが発生したり、ウェーハ面内で部分的に欠陥サイズ、密度が増大するおそれがある。また特許文献１には、成長中のシリコン結晶を急冷する冷却筒を設けて温度勾配Ｇ１を大きくするという技術が記載されている。
【００３４】
（従来技術２）
特許文献２（特開２０００−３１３６９５号公報）には、成長条件Ｖ／Ｇ１の径方向分布（ΔＶ／Ｇ１）を１０％以下にして、ＣＯＰを減少させるという発明が記載されている。しかし後述するように単に成長条件Ｖ／Ｇ１の径方向分布（ΔＶ／Ｇ１）というパラメータを制御しただけでは、成長速度Ｖを一定レベル以上に上げることができない。引上げ速度に限界があることから生産性が損なわれるおそれがある。
【００３５】
（従来技術３）
本出願人に係る特許文献３（特開２００１−２６１４９５号公報）には、シリコン結晶１０とシリコン融液との境界である固液界面の形状によって、臨界値、Ｖ／Ｇ１の径方向分布が変化することが記載されている。
【００３６】
ここで上述した従来技術１、２は、固液界面の形状を何ら考慮したものではない。すなわち従来技術１、２において、固液界面の形状を考慮して臨界値、Ｖ／Ｇ１の径方向分布の変化を捕らえないと、精度よく欠陥サイズ、密度を制御することができない。
【００３７】
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、生産性を損なうことなくボイド欠陥のサイズ、密度を精度よく一定レベル以下に制御できるようにしてデバイス不良の歩留まりを向上させることを解決課題とするものである。
【００３８】
【課題を解決するための手段、作用および効果】
第１発明は、
シリコン融液からシリコン結晶を引上げ成長させ、引き上げ成長されたシリコン結晶からシリコンウェーハを取得するようにしたシリコンウェーハの製造方法において、
シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１を大きくさせ、シリコン結晶引上げ中の融液とシリコン結晶との境界である固液界面を融液面に対して上に凸の形状にした状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１（Ｖ：成長速度、Ｇ１：シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配）を臨界値近傍まで低下させて、
シリコン結晶を引上げ成長させること
を特徴とする。
【００３９】
第２発明は、第１発明において、
クーラによってシリコン結晶を冷却することにより、成長速度ＶがＶｍａｘ（シリコン結晶が変形せずに成長できる限界成長速度）の９７％〜７５％の範囲で前記固液界面を融液面に対して上に凸の形状にした状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させて、
シリコンウェーハ全面においてＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥）の領域が存在しないシリコン結晶を引上げ成長させること
を特徴とする。
【００４０】
第３発明は、第１発明において、
クーラによってシリコン結晶を冷却することにより、シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１を大きくさせた状態で成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させること
を特徴とする。
【００４１】
第４発明は、第１発明において、
シリコン融液に磁場を印加することにより、前記固液界面を融液面に対して上に凸の形状にすること
を特徴とする。
【００４２】
第５発明は、第１発明において、
クーラによってシリコン結晶を冷却するとともに、シリコン結晶の回転数またはシリコン融液を収容するるつぼの回転数を調整することにより
、前記固液界面を融液面に対して上に凸の形状にすること
を特徴とする。
【００４３】
第６発明は、
シリコン融液からシリコン結晶を引上げ成長させ、引き上げ成長されたシリコン結晶からシリコンウェーハを取得するようにしたシリコンウェーハの製造方法において、
クーラによってシリコン結晶を冷却することにより、シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１を大きくさせた状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させて、
シリコンウェーハの面内のうち少なくとも面の中心から外周より内側１０ｍｍまでの領域においてＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥）の領域が存在しないシリコン結晶を引上げ成長させること
を特徴とする。
【００４４】
第７発明は、第６発明において、
シリコン結晶中の酸素濃度が１２．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３ （１９７９年ＡＳＴＭ）以下に制御されること
を特徴とする。
【００４５】
第８発明は、第６発明において、
シリコンウェーハでＯＳＦ核がＯＳＦに顕在化しないように、シリコンウェーハに１０００゜Ｃ以上の熱処理を施すこと
を特徴とする。
【００４６】
第９発明は、第６発明において、
シリコンウェーハでＯＳＦ核がＯＳＦに顕在化しないように、かつシリコンウェーハ表層でボイド欠陥が消滅するように、シリコンウェーハに非酸化性雰囲気で１０００゜Ｃ以上の熱処理を施すこと
を特徴とする。
【００４７】
第１０発明は、
シリコン融液からシリコン結晶を引上げ機構によって引上げ成長させ、引き上げ成長されたシリコン結晶からシリコンウェーハを取得するようにしたシリコンウェーハの製造装置において、
前記シリコン融液の上方に、シリコン結晶を冷却するクーラが設けられ、
前記引上げ機構によるシリコン結晶引上げ速度と、前記クーラの冷却量を調整することにより、
シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１を大きくさせ、シリコン結晶引上げ中の融液とシリコン結晶との境界である固液界面を融液面に対して上に凸の形状にした状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１（Ｖ：成長速度、Ｇ１：シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配）を臨界値近傍まで低下させて、
シリコン結晶を引上げ成長させること
を特徴とする。
【００４８】
第１１発明は、第１０発明において、
クーラによってシリコン結晶を冷却することにより、成長速度ＶがＶｍａｘ（シリコン結晶が変形せずに成長できる限界成長速度）の９７％〜７５％の範囲で前記固液界面を融液面に対して上に凸の形状にした状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させて、
シリコンウェーハ全面においてＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥）の領域が存在しないシリコン結晶を引上げ成長させること
を特徴とする。
【００４９】
第１２発明は、
シリコン融液からシリコン結晶を引上げ成長させ、引き上げ成長されたシリコン結晶からシリコンウェーハを取得するようにしたシリコンウェーハの製造装置において、
前記シリコン融液の上方に、シリコン結晶を冷却するクーラが設けられ、
前記引上げ機構によるシリコン結晶引上げ速度と、前記クーラの冷却量を調整することにより、
シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１を大きくさせた状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させて、
シリコンウェーハの面内のうち少なくとも面の中心から外周より内側１０ｍｍまでの領域においてＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥）の領域が存在しないシリコン結晶を引上げ成長させること
を特徴とする。
【００５０】
第１３発明は、第１０発明または第１２発明において、
前記クーラは、シリコン融液から３０ｍｍ〜５００ｍｍの距離に、シリコン結晶を囲むように配置されていること
を特徴とする。
【００５１】
第１４発明は、第１０発明または第１２発明において、
前記シリコン融液の上方に、熱遮蔽板が設けられ、当該熱遮蔽板の下端とシリコン融液表面との間隙のギャップが、２０ｍｍ〜１００ｍｍに設定されていること
を特徴とする。
【００５２】
第１５発明は、
シリコン融液から引上げ成長されることによって取得されたシリコンウェーハであって、
シリコンウェーハ全面においてＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥）の領域が存在せず、シリコンウェーハ全面における平均ボイド欠陥密度が５×１０６／ｃｍ３ 以下でって、シリコンウェーハ全面における平均ボイド欠陥サイズが１００ｎｍ以下であるシリコンウェーハであることを特徴とする。
【００５３】
第１６発明は、
シリコン融液から引上げ成長されることによって取得されたシリコンウェーハであって、
シリコンウェーハの面内のうち少なくとも面の中心から外周より内側１０ｍｍまでの領域においてＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥）の領域が存在せず、シリコンウェーハの面内のうち少なくとも面の中心から外周より内側１０ｍｍまでの領域ににおける平均ボイド欠陥密度が５×１０６／ｃｍ３ 以下であって、平均ボイド欠陥サイズが１００ｎｍ以下であるシリコンウェーハであることを特徴とする。
【００５４】
第１発明、第２発明、第３発明、第４発明、第５発明、第１０発明、第１１発明、第１３発明、第１４発明では、ウェーハ面内にＯＳＦ領域が存在しないシリコンウェーハが製造される。
【００５５】
本発明では、引上げ機構４によるシリコン結晶１０の引上げ速度Ｖを調整するとともに、クーラ３０の冷却量を調整して、シリコン結晶１０の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１を大きくさせ、成長速度ＶがＶｍａｘ（シリコン結晶が変形せずに成長できる限界成長速度）の９７％〜７５％の範囲で固液界面を融液面に対して上に凸の形状にした状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させて、シリコン結晶１０が引上げ成長される。なおクーラ３０の冷却量を調整することに加え必要に応じてシリコン結晶回転数Ｓ／Ｒ、るつぼ回転数Ｃ／Ｒが調整されて固液界面が融液面に対して上に凸の形状にされる。またクーラ３０の冷却量を調整する代わりに磁場をシリコン融液に印加することで固液界面が融液面に対して上に凸の形状にされる。
【００５６】
クーラ３０でシリコン結晶１０を冷却することでＧ１が増加し、Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させたときの速度ＶをＶｍａｘの７５％以上に高く維持することができる（図１０）。図１０は、直径２００ｍｍのシリコン結晶１０の成長速度と固液界面形状の関係を示したものである。この図１０でＶｍａｘは１．４８ｍｍ／ｍｉｎに相当し、Ｖｍａｘの７５％のＶの値は１．１１ｍｍ／ｍｉｎに相当する。ただしボイド欠陥サイズの縮小効果を得るために引き上げ速度Ｖは、ＯＳＦを発生させない下限速度（Ｖｍａｘの７５％）近傍の低速にすることが望ましい（図１２）。低速とはいえクーラ３０のない通常の引上げ条件でＯＳＦを発生させない下限引上げ速度（０．７６ｍｍ：図８）と比較しても十分高速であり、生産性が劣ることはない。
【００５７】
本発明によれば、固液界面を融液面に対して上に凸の形状にした状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させているので、図７（ｃ）と同様にウェーハ面内でのＶ／Ｇ１の径方向分布が一定レベル以上に均一になりウェーハ面内でＯＳＦを発生させないようにすることができるとともに、低Ｖ／Ｇ１効果によりボイド欠陥のサイズ、密度を縮小することができる。しかも速度Ｖは通常条件より高く維持されているのでＶ・Ｇ２が大きくなり、高Ｖ・Ｇ２効果により欠陥サイズを更に小さくすることができる（図３参照）。このため図２に１００Ｄで示すシリコンウェーハが得られ、シリコンウェーハ１００Ｄの全面にわたるボイド欠陥のサイズ、密度を図５に斜線に示すレベルまで小さくすることができる。図２でシリコンウェーハ１００Ｄの図中横幅が通常条件で得られるシリコンウェーハ１００Ａ、１００Ｂの横幅よりも狭くなっているのは、ウェーハ面内でＶ／Ｇ１が均一化され、ボイド欠陥サイズ、密度がウェーハ面内で均一に縮小されていることを示している。
【００５８】
しかも本発明では、クーラ３０を用いて固液界面を上に凸形状にしたので、水平磁場印加で同様のことを達成する場合と比較して装置コストを低く抑えることができる。
【００５９】
第６発明、第７発明、第８発明、第９発明、第１２発明、第１３発明、第１４発明では、シリコンウェーハの面内のうち少なくとも面の中心から外周より内側１０ｍｍまでの領域においてＯＳＦが存在しないシリコンウェーハが製造される。
【００６０】
本発明では、引上げ機構４によるシリコン結晶１０の引上げ速度Ｖを調整するとともに、クーラ３０の冷却量を調整して、シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１を大きくさせた状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させて、シリコン結晶１０が引上げ成長される。
【００６１】
本発明によればクーラ３０でシリコン結晶１０を冷却することでＧ１が増加し、Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させたときの速度Ｖを高く維持することができる。ただしシリコン結晶１０の外周部にＯＳＦ領域が発生することを許容しているため図１０に示すように固液界面はやや下に凸の形状になるとともに、図１２に示すように引上げ速度ＶはＶｍａｘの７０％程度となりＯＳＦ領域の存在を許容しない場合よりも低くなる。このため引上げ速度Ｖの更なる低下によりボイド欠陥サイズの縮小効果が一層高まる。低速とはいえ通常の引上げ条件でＯＳＦを発生させない下限引上げ速度（０．７６ｍｍ：図８）と同程度のレベルであり、生産性が劣ることはない。
【００６２】
本発明によれば、Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させているので低Ｖ／Ｇ１効果が得られ、ボイド欠陥のサイズ、密度を縮小することができる。しかも速度Ｖは通常条件と同レベルに高く維持されているのでＶ・Ｇ２が大きくなり、高Ｖ・Ｇ２効果により欠陥サイズを更に小さくすることができる（図３参照）。このため図２に１００Ｃで示すシリコンウェーハが得られ、シリコンウェーハ１００Ｃの面内のうち少なくとも面の中心から外周より内側１０ｍｍまでの領域において、ボイド欠陥のサイズ、密度を図５に斜線に示すレベルまで小さくすることができる。
【００６３】
図２でシリコンウェーハ１００Ｃの図中横幅が通常条件で得られるシリコンウェーハ１００Ａ、１００Ｂの横幅よりも狭くなっているのは、ウェーハ面内でＶ／Ｇ１が均一化され、ボイド欠陥サイズ、密度がウェーハ面内で均一に縮小されていることを示している。
【００６４】
第１５発明は、第１発明、第２発明、第３発明、第４発明、第５発明、第１０発明、第１１発明、第１３発明、第１４発明の製造方法、製造装置によって製造されたシリコンウェーハである。本発明のシリコンウェーハ１００Ｄは面中心〜端のシリコンウェーハ全面においてＯＳＦ領域が存在しないように製造される。図５の斜線で示される領域は，本発明のシリコンウェーハ１００Ｄの全面における平均ボイド欠陥密度、平均ボイド欠陥サイズの範囲を示している。本発明のシリコンウェーハ１００Ｄはウェーハ全面における平均ボイド欠陥密度が５×１０６／ｃｍ３ 以下となり、平均ボイド欠陥サイズが１００ｎｍ以下となる。
【００６５】
第１６発明は、第６発明、第７発明、第８発明、第９発明、第１２発明、第１３発明、第１４発明の製造方法、製造装置によって製造されたシリコンウェーハである。本発明のシリコンウェーハ１００Ｃはシリコンウェーハの面内のうち少なくとも面の中心から外周より内側１０ｍｍまでの領域においてＯＳＦ領域が存在しないように製造される。図５の斜線で示される領域は，本発明のシリコンウェーハ１００ＣのＲ−ＯＳＦの内側領域における平均ボイド欠陥密度、平均ボイド欠陥サイズの範囲を示している。本発明のシリコンウェーハ１００ＣはＲ−ＯＳＦの内側領域における平均ボイド欠陥密度が５×１０６／ｃｍ３ 以下となり、平均ボイド欠陥サイズが１００ｎｍ以下となる。
【００６６】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００６７】
図１５は実施形態に用いられるシリコン結晶製造装置の構成の一例を側面からみた図である。
【００６８】
同図１５に示すように、実施形態の単結晶引上げ装置１は、単結晶引上げ用容器としてのＣＺ炉（チャンバ）２を備えている。
【００６９】
ＣＺ炉２内には、多結晶シリコンの原料を溶融して融液５として収容する石英るつぼ３が設けられている。石英るつぼ３は、その外側が黒鉛るつぼ１１によって覆われている。石英るつぼ３の外側にあって側方には、石英るつぼ３内の多結晶シリコン原料を加熱して溶融する主ヒータ９が設けられている。石英るつぼ３の底部には、石英るつぼ底面を補助的に加熱して、石英るつぼ３の底部の融液５の固化を防止する補助ヒータ（ボトムヒータ）１９が設けられている。主ヒータ９、補助ヒータ１９はそれらの出力（パワー；ｋＷ）は独立して制御され、融液５に対する加熱量が独立して調整される。たとえば、融液５の温度が検出され、検出温度をフィードバック量とし融液５の温度が目標温度になるように、主ヒータ９、補助ヒータ１９の各出力が制御される。
【００７０】
主ヒータ９とＣＺ炉２の内壁との間には、保温筒１３が設けられている。
【００７１】
石英るつぼ３の上方には引上げ機構４が設けられている。引上げ機構４は、引上げ軸４ａと引上げ軸４ａの先端のシードチャック４ｃを含む。シードチャック４ｃによって種結晶１４が把持される。
【００７２】
石英るつぼ３内で多結晶シリコン（Ｓｉ）が加熱され溶融される。融液５の温度が安定化すると、引上げ機構４が動作し融液５からシリコン結晶１０（シリコン単結晶）が引き上げられる。すなわち引上げ軸４ａが降下され引上げ軸４ａの先端のシードチャック４ｃに把持された種結晶１４が融液５に浸漬される。種結晶１４を融液５になじませた後引上げ軸４ａが上昇する。シードチャック４ｃに把持された種結晶１４が上昇するに応じてシリコン結晶１０が成長する。引上げの際、石英るつぼ３は回転軸１１０によって回転速度Ｃ／Ｒで回転する。また引上げ機構４の引上げ軸４ａは回転軸１１０と逆方向にあるいは同方向に回転速度Ｓ／Ｒで回転する。
【００７３】
回転軸１１０は鉛直方向に駆動することができ、石英るつぼ３を上下動させ任意の位置に移動させることができる。
【００７４】
ＣＺ炉２内と外気を遮断することで炉２内は真空（たとえば２０Ｔｏｒｒ程度）に維持される。すなわちＣＺ炉２には不活性ガスとしてのアルゴンガス７が供給され、ＣＺ炉２の排気口からポンプによって排気される。これにより炉２内は所定の圧力に減圧される。
【００７５】
単結晶引上げのプロセス（１バッチ）の間で、ＣＺ炉２内には種々の蒸発物が発生する。そこでＣＺ炉２にアルゴンガス７を供給してＣＺ炉２外に蒸発物とともに排気してＣＺ炉２内から蒸発物を除去しクリーンにしている。アルゴンガス７の供給流量は１バッチ中の各工程ごとに設定する。
【００７６】
シリコン結晶１０の引上げに伴い融液５が減少する。融液５の減少に伴い融液５と石英るつぼ３との接触面積が変化し石英るつぼ３からの酸素溶解量が変化する。この変化が、引き上げられるシリコン結晶１０中の酸素濃度分布に影響を与える。そこで、これを防止するために、融液５が減少した石英るつぼ３内に多結晶シリコン原料または単結晶シリコン原料を引上げ後あるいは引上げ中に追加供給してもよい。
【００７７】
石英るつぼ３の上方にあって、シリコン結晶１０の周囲には、略逆円錐台形状の熱遮蔽板８（ガス整流筒）が設けられている。熱遮蔽板８は、保温筒１３に支持されている。熱遮蔽板８は、ＣＺ炉２内に上方より供給されるキャリアガスとしてのアルゴンガス７を、融液表面５ａの中央に導き、さらに融液表面５ａを通過させて融液表面５ａの周縁部に導く。そして、アルゴンガス７は、融液５から蒸発したガスとともに、ＣＺ炉２の下部に設けた排気口から排出される。このため液面上のガス流速を安定化することができ、融液５から蒸発する酸素を安定な状態に保つことができる。
【００７８】
また熱遮蔽板８は、種結晶１４および種結晶１４により成長されるシリコン結晶１０を、石英るつぼ３、融液５、主ヒータ９などの高温部で発生する輻射熱から、断熱、遮蔽する。また熱遮蔽板８は、シリコン結晶１０に、炉内で発生した不純物（たとえばシリコン酸化物）等が付着して、単結晶育成を阻害することを防止する。熱遮蔽板８の下端と融液表面５ａとの間隙のギャップ２０の大きさは、回転軸１１０を上昇下降させ、石英るつぼ３の上下方向位置を変化させることで調整することができる。また熱遮蔽板８を昇降装置により上下方向に移動させてギャップ２０を調整してもよい。
【００７９】
シリコン融液５の上方にあって、シリコン融液５から３０ｍｍ〜５００ｍｍの距離には、シリコン結晶１０を囲むようにシリコン結晶１０を冷却するクーラ３０が設けられている。
【００８０】
ギャップ２０、引上げ軸４ａの引上げ速度Ｖ、クーラ３０の冷却量を調整することによって、後述するようにＶ／Ｇ１（Ｖ：成長速度、Ｇ１：シリコン結晶１０の融点近傍での軸方向温度勾配）、Ｖ・Ｇ２（Ｖ：成長速度、Ｇ２：シリコン結晶のボイド欠陥発生温度帯での軸方向温度勾配）、成長速度Ｖ、シリコン結晶１０の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１、シリコン結晶１０の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１の径方向分布の各パラメータが制御される。
【００８１】
また引上げ中に、るつぼ回転数Ｃ／Ｒ、引上げ軸回転数Ｓ／Ｒ、アルゴンガス流量、炉内圧等を調整することによって、シリコン結晶１０中の酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）が制御される。
【００８２】
図１５の装置によって製造されたシリコン結晶１０のインゴットは切断装置によって切断されて、シリコンウェーハ１００が採取される。
【００８３】
（第１の実施形態）
図２に示す１００Ｄは、第１の実施形態のシリコンウェーハを示している。実施形態のシリコンウェーハ１００Ｄは面中心〜端のシリコンウェーハ全面においてＯＳＦ領域が存在しないように製造される。
【００８４】
図５の斜線で示される領域は，第１の実施形態のシリコンウェーハ１００Ｄの全面における平均ボイド欠陥密度、平均ボイド欠陥サイズの範囲を示している。第１の実施形態のシリコンウェーハ１００Ｄはウェーハ全面における平均ボイド欠陥密度が５×１０６／ｃｍ３ 以下となり、平均ボイド欠陥サイズが１００ｎｍ以下となる。
【００８５】
第１の実施形態のシリコン結晶１０は、直径２００ｍｍで、１．１１〜１．４５ｍｍ／ｍｉｎの速度Ｖで引き上げ成長される。
【００８６】
このように第１の実施形態によれば、シリコンウェーハ全面における平均ボイド欠陥密度が５×１０６／ｃｍ３ 以下に、平均ボイド欠陥サイズが１００ｎｍ以下になるので、ボイド欠陥に起因するデバイス特性劣化をなくすことができる。またシリコンウェーハ全面でＯＳＦ領域が存在しないので、ＯＳＦに起因するデバイス特性劣化をなくすことができる。またシリコン結晶１０を１．１１〜１．４５ｍｍ／ｍｉｎの高速で引上げ成長させているので、生産性を高めることができる。
【００８７】
つぎにこうしたシリコンウェーハ１００Ｄを製造するための条件について検討を加える。
【００８８】
前述したように、現状では、図２に１００Ａ、１００Ｂで示されるように、ＯＳＦ領域を結晶外周に逃がした比較的空孔濃度の安定した高Ｖ／Ｇ１の領域で、ボイド欠陥発生温度帯における冷却速度Ｖ・Ｇ２を変化させてボイド欠陥の密度、サイズを制御している。
【００８９】
ボイド欠陥の密度とサイズの間の関係は図３に示されるように、概ね逆比例の関係にあり、欠陥サイズは冷却速度Ｖ・Ｇ２が大きくなるほど小さくなり（高Ｖ・Ｇ２効果）、欠陥密度は冷却速度Ｖ・Ｇ２が小さくなるほど大きくなる。高Ｖ／Ｇ１の領域では、ボイド欠陥を構成する総空孔濃度はほぼ一定であり、Ｖ／Ｇ１は殆ど影響せず冷却速度Ｖ・Ｇ２だけで図２に１００Ａ、１００Ｂにて示すように欠陥の密度とサイズが決定される。
【００９０】
図６はＶ／Ｇ１が臨界値の２倍以上の場合、１１００゜Ｃにおける冷却速度と欠陥サイズを関係を示したものである。このように高Ｖ／Ｇ１のときには冷却速度を表すＶ・Ｇ２を大きく変化させるだけで欠陥サイズを低下させることができる（高Ｖ・Ｇ２効果）。
しかしＶ／Ｇ１がボイド欠陥領域からＯＳＦ領域に変化する臨界値に近い領域では、１００Ｃ、１００Ｄに示されるように、Ｖ／Ｇ１が臨界値に近づき総空孔濃度が低くなるほど、Ｖ／Ｇ１の影響によって欠陥サイズを小さくする効果が顕れる（低Ｖ／Ｇ１効果）。ボイド欠陥のサイズは、Ｖ／Ｇ１が臨界値に近い領域では、Ｖ／Ｇ１が小さいほどＶ・Ｇ２が大きいほど、小さくなる。
【００９１】
このため欠陥サイズを縮小させるには、主にＶ・Ｇ２を大きくさせる方法と、主にＶ／Ｇ１を小さくさせる方法が考えられる。ただし成長速度Ｖだけを変化させただけでは、Ｖ・Ｇ２を大きくすることとＶ／Ｇ１が小さくすることとを両立させることはできないので後述するようにＧ１を大きくする方法が必要になる。
【００９２】
図７はシリコンウェーハ中心とシリコンウェーハ外周（端）との間におけるＶ／Ｇ１の分布を示した図である。以下図７を併せ参照して説明する。
【００９３】
Ｖ・Ｇ２を大きくさせるのに有効な方法としてクーラ３０によってＧ２を高くするとともにシリコン結晶１０が変形しないで成長させられる成長速度Ｖの限界速度Ｖｍａｘを高めて、高速に引上げを行うという方法が考えられる（方法▲１▼）。
【００９４】
この方法▲１▼では引上げ速度が速く生産性が向上する利点がある。
【００９５】
しかし図７（ａ）に破線にて示すように方法▲１▼はＶ／Ｇ１が臨界値よりも遙かに大きく低Ｖ／Ｇ１効果が得られないため、ボイド欠陥サイズの縮小化、低密度化には限界がある。
【００９６】
Ｖ／Ｇ１を小さくさせる方法では、欠陥種がボイド欠陥からＯＳＦに変わる臨界値近傍までＶ／Ｇ１を低下させないと、低Ｖ／Ｇ１効果が顕れない。これは図２においてシリコンウェーハ１００Ａのシリコンウェーハ端を臨界値近傍まで移動させたことに相当する。
【００９７】
通常行われている引上げ条件では、図７（ａ）に実線で示すようにシリコンウェーハ外周のＶ／Ｇ１を臨界値まで低下させたとしても、シリコンウェーハ中心のＶ／Ｇ１との差が大きいため、シリコンウェーハ中心部で高Ｖ／Ｇ１となり低Ｖ／Ｇ１効果が得られない。このためシリコンウェーハ中心部でのボイド欠陥サイズの縮小化、低密度化には限界がある。
【００９８】
そこで、この問題を解決するために、つぎのような方法が考えられる。
【００９９】
・方法▲２▼
図７（ｂ）に実線にて示すように、シリコンウェーハ外周部でＯＳＦ領域、無欠陥領域に入ることを許容して、シリコンウェーハ中心部でのＶ／Ｇ１を低下させ低Ｖ／Ｇ１効果を得る。
【０１００】
・方法▲３▼
図７（ｃ）に実線にて示すように、シリコンウェーハの中心〜外周間でのＶ／Ｇ１の差が小さくなるように、シリコンウェーハ面内のＶ／Ｇ１を一定レベル以上に均一にし、シリコンウェーハ面内全体にわたってＶ／Ｇ１を低下させ、低Ｖ／Ｇ１効果を得る。この方法▲３▼は前述した従来技術２に相当する方法である。
【０１０１】
上記方法▲２▼によればウェーハ面内のボイド欠陥存在領域が狭くなることによってボイド欠陥数が減少する。しかしこのシリコン結晶１０ではＯＳＦ領域が存在するという問題がある。シリコン結晶１０中の酸素濃度を低く抑えることで熱処理後にシリコンウェーハ１００でＯＳＦ核がＯＳＦに顕在化しくくすることができるが、酸素析出不足によってゲッタリング能力が不足するおそれがある。また通常のシリコン結晶１０を引き上げる場合と比較して成長速度Ｖが低下することから生産性が劣る。
【０１０２】
上記方法▲３▼によれば、ウェーハ全面でボイド欠陥サイズが縮小する。しかしウェーハ面内のＶ／Ｇ１を一定レベル以上に均一にする条件は通常の条件で製造する場合に比べて引上げ速度Ｖが遅くなる。本発明者らの実験によると直径２００ｍｍのシリコン結晶１００を引上げ成長させる場合、引上げ速度Ｖを０．８ｍｍ／ｍｉｎよりも大きくすることができなかった。このように方法▲３▼によれば生産性が劣るおそれがある。
【０１０３】
つぎに従来技術１を検討する。
【０１０４】
図４は従来技術１のシリコン結晶１０の中心における成長条件Ｖ／Ｇ１、Ｖ・Ｇ２の範囲を斜線にて示している。従来技術１では、Ｖ・Ｇ２はその逆数であるボイド欠陥発生温度帯通過時間Ｌ／Ｖ（Ｌ：温度領域長さ）で定義されている。
【０１０５】
図４はＶ／Ｇ１に対してボイド欠陥形成温度帯における通過時間Ｌ／Ｖをプロットし、０．１０μｍサイズ以上のパーティクル密度が１ヶ／ｃｍ２ となるしきい線ｙ＝０．２８／（ｘ−０．２２５）２ （ｘ：横軸、ｙ：縦軸）を示している。しきい線を境界とする斜線で示される領域がＲ−ＯＳＦの発生がなく０．１０μｍサイズ以上のパーティクル密度が１ヶ／ｃｍ２ 以下となる。
【０１０６】
ここで従来技術３によれば、シリコン結晶１０とシリコン融液との境界である固液界面の形状によって、臨界値、Ｖ／Ｇ１の径方向分布が変化することが記載されている。
【０１０７】
図４に示される斜線領域は、ある条件下での臨界値で欠陥サイズが低下し低密度化する領域であり、固液界面の形状によっては図４に示される斜線領域で欠陥サイズ低下、低密度化が常に成立するとはいえない。
【０１０８】
また従来技術１のＶ／Ｇ１は結晶中心部での値であり、Ｖ／Ｇ１の径方向分布については何ら考慮されていない。このため固液界面の形状が変化すれば結晶中心部で同じＶ／Ｇ１値であったとしてもＶ／Ｇ１の径方向分布が異なるものとなってしまうことにより結晶端部でボイド欠陥領域ではなくなりＯＳＦ領域になることもある。また固液界面形状が異なれば結晶端部でボイド欠陥サイズに差が生じることがある。
【０１０９】
このように従来技術１に示される図４の斜線領域は、ウェーハ全面で常にボイド欠陥領域となり常に欠陥サイズが低下し低密度化するとはいえない。
【０１１０】
すなわち従来技術１を適用したとしても、確かに図４に示される条件にしたがい結晶中心部を低Ｖ／Ｇ１化することでボイド欠陥サイズ、密度は低下するものの、図７（ｂ）と同様にして結晶中心部を低Ｖ／Ｇ１化することで結晶端部でのＶ／Ｇ１は臨界値を下回りＲ−ＯＳＦが発生すると考えられる。
【０１１１】
図８は通常の引上げ条件（磁場印加無し、クーラ設置無し）のときに固液界面の形状が変化することを調べた実験結果を示す。図８の横軸はシリコン結晶１０の中心からの距離（半径方向距離）であり縦軸は固液界面の各部の高さＸである。固液界面高さＸ、固液界面中心高さ（突出量）Ｘｃｅｎは図１６で定義される。固液界面中心高さＸｃｅｎが正の値のとき固液界面は上に凸となり、固液界面中心高さＸｃｅｎが負の値のとき固液界面は下に凸となる。図８は、成長速度Ｖを０．５３ｍｍ／ｍｉｎ〜１．１４ｍｍ／ｍｉｎの範囲で変化させたときの各成長速度における固液界面形状、ＯＳＦが発生する成長速度およびそのときの固液界面形状を示している。
【０１１２】
同図８に示すように通常条件では低Ｖ／Ｇ１にするために引上げ速度Ｖを低下させていくにつれて固液界面は徐々に上に凸の形状から下に凸の形状になる。Ｒ−ＯＳＦが発生する臨界値まで引上げ速度Ｖを低下させると固液界面形状は下に凸となる。このときの引上げ速度Ｖは０．７６ｍｍ／ｍｉｎであった。
【０１１３】
なお図２０は図８とは異なる直径のシリコン結晶を通常の引上げ条件（磁場印加無し、クーラ設置無し）で引上げ成長させたときの固液界面の形状の変化を調べた実験結果を示す。図２０の横軸、縦軸は図８の横軸、縦軸に対応している。図２０は、成長速度Ｖを０．３５ｍｍ／ｍｉｎ、０．４１ｍｍ／ｍｉｎ、０．４８ｍｍ／ｍｉｎにそれぞれ変化させたときの各成長速度における固液界面形状を示している。この成長速度域では固液界面形状は下に凸となっているのがわかる。
【０１１４】
ここで本発明者らは固液界面が上に凸の形状になっているときにはウェーハ面内でのＧ１分布が一定レベル以上に均一なものとなりＶ／Ｇ１の径方向分布は一定レベル以上に均一になるが、逆に固液界面が下に凸の形状になっているときにはウェーハ面内でのＧ１分布がばらつきＶ／Ｇ１の径方向分布は均一にはならないことをみいだした。
【０１１５】
通常条件では図８に示すようにＶ／Ｇ１を臨界値まで低下させたときに固液界面は下に凸となるので、ウェーハ面内のＧ１分布に差がつきウェーハ端部でＲ−ＯＳＦが発生しやすくなると考えられる。つまり図７（ｂ）と同様にして結晶中心部を低Ｖ／Ｇ１化したとしても結晶端部でのＶ／Ｇ１は臨界値を下回りＲ−ＯＳＦが発生する。
【０１１６】
そこでこれを回避するために引上げ速度Ｖいかんにかかわらず固液界面を上に凸形状にする方法として、シリコン融液５に２５００Ｇ以上の水平磁場を印加することが考えられる（方法▲４▼）。
【０１１７】
図９はギャップ２０を５７ｍｍにしるつぼ回転数Ｃ／Ｒを３ｒｐｍにし３０００Ｇの水平磁場をシリコン融液５に印加するという引上げ条件で固液界面の形状の変化を調べた実験結果を示す。図９の横軸、縦軸は図８の横軸、縦軸に対応している。成長速度Ｖを０．３５ｍｍ／ｍｉｎ〜０．５５ｍｍ／ｍｉｎの範囲で変化させた。
【０１１８】
同図９に示すように水平磁場を印加する条件では引上げ速度Ｖいかんにかかわらず固液界面を上に凸の形状にすることができる。
【０１１９】
つぎにクーラ３０でシリコン結晶１０を冷却することで、引上げ速度Ｖを生産性を落とすことない高速に維持にした状態で固液界面を上に凸形状にする方法を考えた（方法▲５▼）。
【０１２０】
図１０はギャップ２０を３０ｍｍにしるつぼ回転数Ｃ／Ｒを４ｒｐｍにしシリコン結晶回転数Ｓ／Ｒを１３ｒｐｍにしクーラ３０をシリコン融液５から距離８０ｍｍだけ離間した上方に配置するという引上げ条件で直径２００ｍｍのシリコン結晶１０を作製したときの固液界面の形状の変化を調べた実験結果を示す。図１０の横軸、縦軸は図８の横軸、縦軸に対応している。成長速度Ｖを０．７８ｍｍ／ｍｉｎ〜１．４８ｍｍ／ｍｉｎの範囲で変化させた。
【０１２１】
同図１０に示すようにクーラ３０でシリコン結晶１０を冷却するという条件では、Ｒ−ＯＳＦが発生する臨界値まで引上げ速度Ｖを低下させたとしても固液界面形状は上に凸となる。そして、Ｖ／Ｇ１を臨界値まで低下させたときの下限の引上げ速度Ｖは図８と比較してわかるように１．１１ｍｍ／ｍｉｎという高速であった。
【０１２２】
図１１は図１０と条件を異ならせてるつぼ回転数Ｃ／Ｒを１ｒｐｍにしたときに、Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させたときの引上げ速度Ｖを調べた結果を示す。Ｒ−ＯＳＦを発生させない引上げ速度Ｖは１．１５ｍｍ／ｍｉｎ以上であった。図１０と比べてＲ−ＯＳＦを発生させない引上げ速度での固液界面が上に凸になっていることがわかる。このようにクーラ設置に加えて更にるつぼ回転数を調整することは、固液界面を上に凸にするのに効果的であることがわかった。
【０１２３】
そこでるつぼ回転数Ｃ／Ｒ、シリコン結晶回転数Ｓ／Ｒの各パラメータが固液界面の形状に及ぼす影響について検討した。
【０１２４】
図１８は、磁場印加無しでるつぼ回転数Ｃ／Ｒ等他の引上げ条件を同一条件にして、シリコン結晶回転数Ｓ／Ｒだけを変化させたときの固液界面の形状の変化を調べた実験結果を示す。図１８の横軸、縦軸は図８の横軸、縦軸に対応している。シリコン結晶回転数Ｓ／Ｒを４ｒｐｍ、８ｒｐｍ、１２ｒｐｍにそれぞれ変化させた。
【０１２５】
同図１８に示すようにシリコン結晶回転数Ｓ／Ｒを上げるほど固液界面を上に凸にする効果が高まることがわかる。
【０１２６】
図１９は、磁場印加無しでシリコン結晶回転数Ｓ／Ｒ等他の引上げ条件を同一条件にして、るつぼ回転数Ｃ／Ｒだけを変化させたときの固液界面の形状の変化を調べた実験結果を示す。図１９の横軸、縦軸は図８の横軸、縦軸に対応している。るつぼ回転数Ｃ／Ｒを６ｒｐｍ、７ｒｐｍ、８ｒｐｍ、１０ｒｐｍにそれぞれ変化させた。
【０１２７】
同図１９に示すようにるつぼ回転数Ｃ／Ｒを上げるほど固液界面を上に凸にする効果が高まることがわかる。
【０１２８】
したがってクーラ３０を設置することに加えてシリコン結晶回転数Ｓ／Ｒ、るつぼ回転数Ｃ／Ｒを調整することで、Ｒ−ＯＳＦが発生する臨界値まで引上げ速度Ｖを低下させたときの固液界面形状を上に凸にすることができる。
【０１２９】
このようにクーラ設置という条件またはクーラ設置に加えてシリコン結晶回転数Ｓ／Ｒ、るつぼ回転数Ｃ／Ｒを調整することで、通常条件（図８）よりもシリコンウェーハ面内でＲ−ＯＳＦを発生させない引上げ速度Ｖを高速にすることができる。これはクーラ３０でシリコン結晶１０を冷却することでＧ１が増加し、Ｖ／Ｇ１が臨界値まで小さくなったときの速度Ｖを高くできるからである。
【０１３０】
図１２はクーラ３０によりシリコン結晶１０を冷却したときの引上げ速度比Ｖ／Ｖｍａｘとシリコン結晶中心部でのボイド欠陥サイズとの関係を示している。
【０１３１】
引上げ速度比Ｖ／Ｖｍａｘは、シリコン結晶１０が変形するときの限界速度Ｖｍａｘに対する引上げ速度Ｖの比率である。
【０１３２】
同図１２に示すように引上げ速度Ｖを低くし引上げ速度比Ｖ／Ｖｍａｘを低下させるほど欠陥サイズが小さくすることがわかる。
【０１３３】
引上げ速度Ｖの低下はＶ・Ｇ２の低下を意味しＶ・Ｇ２のパラメータに限ればボイド欠陥サイズの増加を意味するが、このＶ・Ｇ２の低下によるマイナスの効果以上に低Ｖ／Ｇ１効果がきいて、欠陥サイズを縮小させていると考えられる。
【０１３４】
以上の検討結果からつぎのような製造方法でシリコンウェーハ１００Ｄを製造することが望ましい。
【０１３５】
（製造方法１）
この製造方法１では、上記方法▲５▼が適用されクーラ３０がＣＺ炉２内に設置される。クーラ３０は、シリコン融液５から３０ｍｍ〜５００ｍｍの距離に、シリコン結晶１０を囲むように配置される。シリコン結晶１０の直径を２００ｍｍとした。
【０１３６】
熱遮蔽板８の下端とシリコン融液表面５ａとの間隙のギャップ２０が、２０ｍｍ〜１００ｍｍに設定される。
【０１３７】
そして 引上げ機構４によるシリコン結晶１０の引上げ速度Ｖを調整するとともに、クーラ３０の冷却量を調整して、シリコン結晶１０の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１を大きくさせ、成長速度Ｖが１．１１〜１．４５ｍｍ／ｍｉｎの範囲で固液界面を融液面に対して上に凸の形状にした状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させる。このとき固液界面中心高さＸｃｅｎは０〜２０ｍｍにすることが望ましい。また必要に応じてシリコン結晶回転数Ｓ／Ｒ、るつぼ回転数Ｃ／Ｒが調整される。
【０１３８】
本製造方法によれば図１０で説明したようにクーラ３０でシリコン結晶１０を冷却することでＧ１が増加し、Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させたときの速度Ｖを１．１１ｍｍ／ｍｉｎ以上に高く維持することができる。ただし図１２で説明したようにボイド欠陥サイズの縮小効果を得るために引き上げ速度Ｖは、ＯＳＦを発生させない下限速度１．１１ｍｍ／ｍｉｎ近傍の低速にすることが望ましい。低速とはいえ通常の引上げ条件でＯＳＦを発生させない下限引上げ速度（０．７６ｍｍ）と比較しても十分高速であり、生産性が劣ることはない。
【０１３９】
本製造方法によれば、固液界面を融液面に対して上に凸の形状にした状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させているので、図７（ｃ）と同様にウェーハ面内でのＶ／Ｇ１の径方向分布が一定レベル以上に均一になりウェーハ面内でＯＳＦを発生させないようにすることができるとともに、低Ｖ／Ｇ１効果によりボイド欠陥のサイズ、密度を縮小することができる。しかも速度Ｖは通常条件より高く維持されているのでＶ・Ｇ２が大きくなり、高Ｖ・Ｇ２効果により欠陥サイズを更に小さくすることができる（図３参照）。このためシリコンウェーハ１００Ｄの全面にわたるボイド欠陥のサイズ、密度を図５に斜線に示すレベルまで小さくすることができる。
【０１４０】
図２でシリコンウェーハ１００Ｄの図中横幅が通常条件で得られるシリコンウェーハ１００Ａ、１００Ｂの横幅よりも狭くなっているのは、ウェーハ面内でＶ／Ｇ１が均一化され、ボイド欠陥サイズ、密度がウェーハ面内で均一に縮小されていることを示している。
【０１４１】
しかもこの製造方法１では、クーラ３０を用いて固液界面を上に凸形状にしたので（方法▲５▼）、水平磁場印加で同様のことを達成する場合（方法▲４▼）と比較して装置コストを低く抑えることができる。
【０１４２】
つぎに製造方法１の効果を図１３を用いて説明する。
【０１４３】
図１３は引上げ速度と結晶中心部における欠陥サイズとの関係を示している。図１３は図７に対応している。
【０１４４】
通常の条件では図１３（ａ）に示すように、引上げ速度Ｖを低下させていくと結晶中心部で低Ｖ／Ｇ１効果を十分得られる前の速度Ｖ１で結晶外周部にＯＳＦが発生してしまう。このため低Ｖ／Ｇ１効果は得られないが高Ｖ・Ｇ２効果が得られる引上げ速度Ｖ２まで速度Ｖを高くして欠陥サイズを低下させるようにしている。しかし高Ｖ・Ｇ２効果だけでは欠陥サイズの縮小効果に限界がある。
【０１４５】
方法▲２▼では図１３（ｂ）に示すように、引上げ速度Ｖを低下させてＶ３にすることで結晶中心部で低Ｖ／Ｇ１効果を十分得られ欠陥サイズを十分に低下させることができる。しかし結晶外周部にＯＳＦが発生してしまうおそれがあるとともに引上げ速度の低下により生産性が悪くなる。
【０１４６】
これに対してクーラ３０を用いた本発明の場合には図１３（ｃ）に示すように、引上げ速度Ｖを高い速度Ｖ５に維持できた上に低Ｖ／Ｇ１効果が得られるため欠陥サイズを十分に低下させることができる。これに対して方法▲１▼では、クーラによってＧ２を高め限界速度Ｖｍａｘを高めているため引上げ速度Ｖを限界速度Ｖｍａｘ付近の極めて高い速度Ｖ４にでき生産性が向上するものの、高Ｖ・Ｇ２効果だけで低Ｖ／Ｇ１効果が得られないため欠陥サイズの縮小効果に限界がある。
【０１４７】
図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は引上げ速度を１．４５ｍｍ／ｍｉｎ（引上げ速度比Ｖ／Ｖｍａｘ＝０．９７）、１．２５ｍｍ／ｍｉｎ（引上げ速度比Ｖ／Ｖｍａｘ＝０．８３）、１．１５ｍｍ／ｍｉｎ（引上げ速度比Ｖ／Ｖｍａｘ＝０．７７）、１．０５ｍｍ／ｍｉｎ（引上げ速度比Ｖ／Ｖｍａｘ＝０．７０）と変化させたときのウェーハ面内のＲ−ＯＳＦ領域の有無と、ウェーハ１枚当たりのＬＰＤ数のヒストグラムを示している。
【０１４８】
ヒストグラムの横軸は、ウェーハ１枚あたりでサイズ０．１０μｍ以上のパーティクルをカウントできた数を示し、縦軸は各カウント数に対応するウェーハ枚数を示している。
【０１４９】
同図１４に示すように引上げ速度Ｖを１．４５ｍｍ／ｍｉｎから１．０５ｍｍ／ｍｉｎまで低下させるにつれてウェーハ１枚当たりの大きなサイズのボイド欠陥が低減していることがわかる。また１．１５ｍｍ／ｍｉｎから１．０５ｍｍ／ｍｉｎの間の引上げ速度でウェーハ面内にＯＳＦが発生（図１０より１．１１ｍｍ／ｍｉｎが下限）していることがわかる。
【０１５０】
つぎに従来技術１、従来技術２（方法▲３▼）と比較した本実施形態の効果について説明する。
【０１５１】
従来技術１では固液界面の形状、Ｖ／Ｇ１の径方向分布を何ら考慮したものではないので、図４に示す斜線領域は必ずしもボイド欠陥サイズ、密度を低減させることができる領域とはいえるものではなかった。しかし本実施形態によれば、クーラ３０の冷却量を調整することにより固液界面を上に凸形状にしてＶ／Ｇ１の径方向分布を均一にしたので、ウェーハ全面で精度よく欠陥サイズ、密度を小さくすることができる。このためデバイス不良の歩留まりが向上する。
【０１５２】
つぎに従来技術２と比較する。
【０１５３】
成長中のシリコン結晶の固液界面近傍では、次式に示されるステファン条件で熱収支がバランスしている。
【０１５４】
Ｋｓ・Ｇｓ＝Ｈ・Ｖ＋ＫＬ・ＧＬ
Ｋｓ：結晶の熱伝導率
ＫＬ：融液の熱伝導率
Ｇｓ：結晶の温度勾配
ＧＬ：融液の温度勾配
Ｈ：凝固潜熱
Ｖ：引上げ速度
従来技術２（方法▲３▼）では、結晶径方向のＶ／Ｇ１分布を均一にしているが、一般にＶ／Ｇ１分布を均一にするには、結晶の表面からの抜熱を抑える必要がある。このため凝固潜熱の吐き出し効果が弱まり、上記式でＫｓ・Ｇｓが小さくなり、引上げ速度Ｖを大きくできなくなる。ひいてはボイド欠陥発生温度帯での冷却速度の低下つまりＶ・Ｇ２の低下を招く。このためボイド欠陥縮小化、生産性を阻害することになる。これに対して本実施形態ではクーラ３０によりシリコン結晶１０を冷却したのでＧ１が大きくなり、引上げ速度Ｖを大きくしてもＶ／Ｇ１を小さくすることができ界面形状を上に凸にしたのでＶ／Ｇ１の面内分布もほぼ均一な状態に保てる。また引上げ速度Ｖが大きいためＶ・Ｇ２を大きくすることができる。このため従来技術２と比較してボイド欠陥縮小化、生産性を向上させることができる。
【０１５５】
図１７は本発明と方法▲１▼、方法▲２▼、方法▲３▼（従来技術２）とを、サイズ０．１０μｍ以上のＣＯＰ数の低減、生産性、Ｒ−ＯＳＦの有無について比較したものである。同図１７において◎が非常に優れているという評価を示し、○が優れているという評価を示し、△がやや劣るという評価を示している。同図１７に示すに本発明は他の方法と比較して、総合的に最も優れているという評価が得られた。
【０１５６】
（製造方法２）
上記方法▲４▼を適用して製造方法１と同様にシリコンウェーハ１００Ｄを製造してもよい。この場合、シリコン融液５に２５００Ｇ以上の水平磁場を印加して固液界面を上に凸形状にする以外は、製造方法１と同様な制御が行われる。製造方法２では、引上げ速度Ｖいかんにかかわらず固液界面を上に凸形状にすることができるので、引上げ速度Ｖの自由度が向上する。
【０１５７】
さて上述した第１の実施形態では、シリコンウェーハでのＯＳＦの発生を回避するようにしている。しかし結晶構造的にＯＳＦ領域であったとしてもデバイスを作製するプロセスでＯＳＦ核がＯＳＦに顕在化しない場合には、シリコンウェーハの特性として問題にならない場合がある。すなわちＲ−ＯＳＦの核はシリコン結晶中の酸素析出物であることが知られているため、シリコン結晶中の酸素濃度を低下させたり、シリコンウェーハ作製後にＯＳＦ核が消失可能な熱処理を加えることでＯＳＦの非顕在化が可能にする。そこで、つぎのような製造方法を採用してもよい。
【０１５８】
（第２の実施形態）
図２に示す１００Ｃは、第２の実施形態のシリコンウェーハを示している。実施形態のシリコンウェーハ１００Ｃは、その面内のうち少なくとも面の中心から外周より内側１０ｍｍまでの領域においてＯＳＦが存在しないように製造される。
【０１５９】
図５の斜線で示される領域は，第２の実施形態のシリコンウェーハ１００ＣのＲ−ＯＳＦの内側領域における平均ボイド欠陥密度、平均ボイド欠陥サイズの範囲を示している。第２の実施形態のシリコンウェーハ１００ＣはＲ−ＯＳＦの内側領域における平均ボイド欠陥密度が５×１０６／ｃｍ３ 以下となり、平均ボイド欠陥サイズが１００ｎｍ以下となる。
【０１６０】
第２の実施形態の製造方法は以下のとおりである。
【０１６１】
（製造方法３）
この製造方法３では、上記方法▲５▼が適用されクーラ３０がＣＺ炉２内に設置される。シリコン結晶１０の直径は２００ｍｍとした。
【０１６２】
そして 引上げ機構４によるシリコン結晶１０の引上げ速度Ｖを調整するとともに、クーラ３０の冷却量を調整して、シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１を大きくさせた状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させる。
【０１６３】
本製造方法によれば図１０で説明したようにクーラ３０でシリコン結晶１０を冷却することでＧ１が増加し、Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させたときの速度Ｖを高く維持することができる。ただしシリコン結晶１０の外周部にＯＳＦ領域が発生することを許容しているため図１０に示すように固液界面は製造方法１の場合と比較してやや下に凸の形状になるとともに、図１２に示すように引上げ速度Ｖは製造方法１の場合よりも低くなる。このため引上げ速度Ｖの更なる低下によりボイド欠陥サイズの縮小効果が一層高まる。低速とはいえ通常の引上げ条件でＯＳＦを発生させない下限引上げ速度（０．７６ｍｍ／ｍｉｎ）と同程度のレベルであり、生産性が劣ることはない。
【０１６４】
本製造方法によれば、Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させているので低Ｖ／Ｇ１効果が得られ、ボイド欠陥のサイズ、密度を縮小することができる。しかも速度Ｖは通常条件と同レベルに高く維持されているのでＶ・Ｇ２が大きくなり、高Ｖ・Ｇ２効果により欠陥サイズを更に小さくすることができる（図３参照）。このためシリコンウェーハ１００Ｃは、その面内のうち少なくとも面の中心から外周より内側１０ｍｍまでの領域において、ボイド欠陥のサイズ、密度を図５に斜線に示すレベルまで小さくすることができる。
【０１６５】
図２でシリコンウェーハ１００Ｃの図中横幅が通常条件で得られるシリコンウェーハ１００Ａ、１００Ｂの横幅よりも狭くなっているのは、ウェーハ面内でＶ／Ｇ１が均一化され、ボイド欠陥サイズ、密度がウェーハ面内で均一に縮小されていることを示している。
【０１６６】
本製造方法では、ＯＳＦ核がＯＳＦに顕在化しないようにシリコン結晶１０中の酸素濃度が制御されるとともにシリコンウェーハ１００Ｃに熱処理が施される。具体的には以下の各工程のいずれか若しくはこれらの工程が適宜組み合わされて実施される。
【０１６７】
（工程１）シリコン結晶１０中の酸素濃度が１２．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下に制御される。
【０１６８】
（工程２）シリコンウェーハ１００Ｃに１０００゜Ｃ以上の熱処理が施される。（工程３）シリコンウェーハ１００Ｃに非酸化性雰囲気で１０００゜Ｃ以上の熱処理が施される。
【０１６９】
工程３によればシリコンウェーハ表層でのボイド欠陥を消滅させる効果が得られる。
【０１７０】
もちろん第１の実施形態の製造方法１、２に（工程１）、（工程２）、（工程３）を適宜加えるようにしてもよい。また第２の実施形態の製造方法３で（工程１）、（工程２）、（工程３）を省略してもよい。
【０１７１】
本発明はポリッシュドウェーハを製造する場合のみならずアニールウェーハを製造する場合にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は欠陥形成メカニズムを概念的に示す図である。
【図２】図２は欠陥種と点欠陥（空孔、格子間シリコン）濃度の関係を示す図である。
【図３】図３は冷却速度とボイド欠陥密度およびボイド欠陥サイズとの関係を示す図である。
【図４】図４は従来技術を説明する図で、Ｖ／Ｇ１と通過時間との関係を示す図である。
【図５】図５はボイド欠陥密度とボイド欠陥サイズの関係を示す図である。
【図６】図６は１１００゜Ｃでの冷却速度とボイド欠陥サイズとの関係を示す図である。
【図７】図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はシリコンウェーハの径方向各位置とＶ／Ｇ１との関係を示す図である。
【図８】通常条件での引上げ速度と固液界面形状、ＯＳＦ発生速度との関係を説明する図である。
【図９】図９は水平磁場を印加した条件での引上げ速度と固液界面形状、ＯＳＦ発生速度との関係を説明する図である。
【図１０】図１０はクーラを設置した条件での引上げ速度と固液界面形状、ＯＳＦ発生速度との関係を説明する図である。
【図１１】図１１はクーラを設置した条件でＯＳＦが発生しない下限速度を説明する図である。
【図１２】図１２はクーラを設置条件での引上げ速度比と結晶中心部におけるボイド欠陥サイズとの関係を示す図である。
【図１３】図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は実施形態の効果を説明する図で、引上げ速度と結晶中心部におけるボイド欠陥サイズとの関係を示す図である。
【図１４】図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はクーラ設置条件での引上げ速度比とＯＳＦ領域の有無、ウェーハ１枚当たりのＬＰＤ数のヒストグラムとの対応を示す図である。
【図１５】図１５は実施形態の製造装置を示す図である。
【図１６】図１６は固液界面を説明する図である。
【図１７】図１７は従来のＣＯＰ低減方法と本発明による方法とを比較した図である。
【図１８】図１８はシリコン結晶回転数を変化させたときの固液界面の形状の変化を示す図である。
【図１９】図１９はるつぼ回転数を変化させたときの固液界面の形状の変化を示す図である。
【図２０】図２０は図８とは異なる直径のシリコン結晶について、引上げ速度と固液界面形状との関係を説明する図である。
【符号の説明】
４ 引上げ機構
５ 融液
１０ シリコン結晶
３０ クーラ
１００Ｃ、１００Ｄ シリコンウェーハ
Claims (16)
- シリコン融液からシリコン結晶を引上げ成長させ、引き上げ成長されたシリコン結晶からシリコンウェーハを取得するようにしたシリコンウェーハの製造方法において、
シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１を大きくさせ、シリコン結晶引上げ中の融液とシリコン結晶との境界である固液界面を融液面に対して上に凸の形状にした状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１（Ｖ：成長速度、Ｇ１：シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配）を臨界値近傍まで低下させて、
シリコン結晶を引上げ成長させること
を特徴とするシリコンウェーハの製造方法。 - クーラによってシリコン結晶を冷却することにより、成長速度ＶがＶｍａｘ（シリコン結晶が変形せずに成長できる限界成長速度）の９７％〜７５％の範囲で前記固液界面を融液面に対して上に凸の形状にした状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させて、
シリコンウェーハ全面においてＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥）の領域が存在しないシリコン結晶を引上げ成長させること
を特徴とする請求項１記載のシリコンウェーハの製造方法。 - クーラによってシリコン結晶を冷却することにより、シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１を大きくさせた状態で成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させること
を特徴とする請求項１記載のシリコンウェーハの製造方法。 - シリコン融液に磁場を印加することにより、前記固液界面を融液面に対して上に凸の形状にすること
を特徴とする請求項１記載のシリコンウェーハの製造方法。 - クーラによってシリコン結晶を冷却するとともに、シリコン結晶の回転数またはシリコン融液を収容するるつぼの回転数を調整することにより、前記固液界面を融液面に対して上に凸の形状にすること
を特徴とする請求項１記載のシリコンウェーハの製造方法。 - シリコン融液からシリコン結晶を引上げ成長させ、引き上げ成長されたシリコン結晶からシリコンウェーハを取得するようにしたシリコンウェーハの製造方法において、
クーラによってシリコン結晶を冷却することにより、シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１を大きくさせた状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させて、
シリコンウェーハの面内のうち少なくとも面の中心から外周より内側１０ｍｍまでの領域においてＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥）の領域が存在しないシリコン結晶を引上げ成長させること
を特徴とするシリコンウェーハの製造方法。 - シリコン結晶中の酸素濃度が１２．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（１９７９年ＡＳＴＭ）以下に制御されること
を特徴とする請求項６記載のシリコンウェーハの製造方法。 - シリコンウェーハでＯＳＦ核がＯＳＦに顕在化しないように、シリコンウェーハに１０００゜Ｃ以上の熱処理を施すこと
を特徴とする請求項６記載のシリコンウェーハの製造方法。 - シリコンウェーハでＯＳＦ核がＯＳＦに顕在化しないように、かつシリコンウェーハ表層でボイド欠陥が消滅するように、シリコンウェーハに非酸化性雰囲気で１０００゜Ｃ以上の熱処理を施すこと
を特徴とする請求項６記載のシリコンウェーハの製造方法。 - シリコン融液からシリコン結晶を引上げ機構によって引上げ成長させ、引き上げ成長されたシリコン結晶からシリコンウェーハを取得するようにしたシリコンウェーハの製造装置において、
前記シリコン融液の上方に、シリコン結晶を冷却するクーラが設けられ、
前記引上げ機構によるシリコン結晶引上げ速度と、前記クーラの冷却量を調整することにより、
シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１を大きくさせ、シリコン結晶引上げ中の融液とシリコン結晶との境界である固液界面を融液面に対して上に凸の形状にした状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１（Ｖ：成長速度、Ｇ１：シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配）を臨界値近傍まで低下させて、
シリコン結晶を引上げ成長させること
を特徴とするシリコンウェーハの製造装置。 - クーラによってシリコン結晶を冷却することにより、成長速度ＶがＶｍａｘ（シリコン結晶が変形せずに成長できる限界成長速度）の９７％〜７５％の範囲で前記固液界面を融液面に対して上に凸の形状にした状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させて、
シリコンウェーハ全面においてＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥）の領域が存在しないシリコン結晶を引上げ成長させること
を特徴とする請求項１０記載のシリコンウェーハの製造装置。 - シリコン融液からシリコン結晶を引上げ成長させ、引き上げ成長されたシリコン結晶からシリコンウェーハを取得するようにしたシリコンウェーハの製造装置において、
前記シリコン融液の上方に、シリコン結晶を冷却するクーラが設けられ、
前記引上げ機構によるシリコン結晶引上げ速度と、前記クーラの冷却量を調整することにより、
シリコン結晶の融点近傍での軸方向温度勾配Ｇ１を大きくさせた状態で、成長条件Ｖ／Ｇ１を臨界値近傍まで低下させて、
シリコンウェーハの面内のうち少なくとも面の中心から外周より内側１０ｍｍまでの領域においてＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥）の領域が存在しないシリコン結晶を引上げ成長させること
を特徴とするシリコンウェーハの製造装置。 - 前記クーラは、シリコン融液から３０ｍｍ〜５００ｍｍの距離に、シリコン結晶を囲むように配置されていること
を特徴とする請求項１０または１２記載のシリコンウェーハの製造装置。 - 前記シリコン融液の上方に、熱遮蔽板が設けられ、当該熱遮蔽板の下端とシリコン融液表面との間隙のギャップが、２０ｍｍ〜１００ｍｍに設定されていること
を特徴とする請求項１０または１２記載のシリコンウェーハの製造装置。 - シリコン融液から引上げ成長されることによって取得されたシリコンウェーハであって、
シリコンウェーハ全面においてＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥）の領域が存在せず、シリコンウェーハ全面における平均ボイド欠陥密度が５×１０６／ｃｍ３ 以下でって、シリコンウェーハ全面における平均ボイド欠陥サイズが１００ｎｍ以下であること
を特徴とするシリコンウェーハ。 - シリコン融液から引上げ成長されることによって取得されたシリコンウェーハであって、
シリコンウェーハの面内のうち少なくとも面の中心から外周より内側１０ｍｍまでの領域においてＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥）の領域が存在せず、シリコンウェーハの面内のうち少なくとも面の中心から外周より内側１０ｍｍまでの領域ににおける平均ボイド欠陥密度が５×１０６／ｃｍ３ 以下であって、平均ボイド欠陥サイズが１００ｎｍ以下であること
を特徴とするシリコンウェーハ。
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