JP2007022863A - シリコン単結晶の育成方法およびシリコンウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 単結晶を育成する雰囲気ガスが水素原子含有物質の気体を含んでいても、ＯＳＦ発生領域の発生する臨界引き上げ速度以上の引き上げ速度でシリコン単結晶を育成することができ、ＯＳＦ発生領域を含み水素欠陥のないシリコン単結晶を育成することができるシリコン単結晶の育成方法を提供すること。
【解決手段】 本発明のシリコン単結晶の育成方法は、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を育成する方法であって、単結晶を育成する雰囲気ガスが水素原子含有物質の気体を水素ガス換算分圧で４０〜４００Ｐａ含み、ＯＳＦ発生領域からなるリングの前記シリコン単結晶の径方向における外径（ａ）と前記シリコン単結晶の直径（ｂ）の比（ａ／ｂ）が０．７７以下となる引き上げ速度から前記ＯＳＦ発生領域が結晶中心部で消滅する引き上げ速度の範囲で、前記シリコン単結晶を引き上げることを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、シリコン単結晶の育成方法およびシリコンウェーハの製造方法に関し、特に、水素欠陥を発生させることなく、赤外線散乱体欠陥発生領域を含むシリコン単結晶が育成される引き上げ速度で引き上げることができるシリコン単結晶の育成方法に関する。

シリコンウェーハの素材であるシリコン単結晶の製造方法として、チョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という）による育成方法が知られている。
ＣＺ法で製造されたシリコン単結晶には、デバイスの製造過程で顕在化してくる微細欠陥、すなわちＧｒｏｗｎ-ｉｎ欠陥が生じることが知られている。図１は、ＣＺ法にて得られたシリコン単結晶の径方向における欠陥分布状態を説明するための断面図である。図１に示すように、ＣＺ法にて得られたシリコン単結晶のＧｒｏｗｎ-ｉｎ欠陥は、赤外線散乱体欠陥またはＣＯＰ（Crystal Originated Particle）などと呼ばれる大きさが０．１〜０．２μｍ程度の空孔欠陥、および転位クラスターと呼ばれる大きさが１０μｍ程度の微小転位からなる。

また、図１に示すシリコン単結晶では、酸素誘起積層欠陥（以下、「ＯＳＦ（Oxygen induced Stacking Fault）」という。）が外径の約２/３の領域にリング状に現れている。ＯＳＦが発生するＯＳＦ発生領域の内側部分には、赤外線散乱体欠陥が１０⁵〜１０^６個／ｃｍ^３程度検出される領域（赤外線散乱体欠陥発生領域）があり、外側部分には、転位クラスターが１０^３〜１０^４個／ｃｍ^３程度存在する領域（転位クラスター発生領域）がある。

図２は、引き上げ時の引き上げ速度を徐々に低下させて育成したシリコン単結晶の断面の欠陥分布状態を説明するための図である。なお、図１は、図２におけるＡの位置に相当する引き上げ速度で育成されたシリコン単結晶の断面図である。
図２に示すように、引き上げ速度の早い段階では、結晶周辺部にリング状のＯＳＦ発生領域が現れ、ＯＳＦ発生領域の内側部分が赤外線散乱体欠陥の多数発生する赤外線散乱体欠陥発生領域となっている。そして、引き上げ速度の低下にしたがって、ＯＳＦ発生領域の径が次第に小さくなってＯＳＦ発生領域の外側部分に転位クラスターの発生する転位クラスター発生領域が現れ、やがてＯＳＦ発生領域が消滅して、全面に転位クラスター発生領域が現れる。

また、リング状のＯＳＦ発生領域に接する外側には、酸素析出物（ＢＭＤ：Bulk Micro Defect）を形成させることのできる酸素析出促進領域（ＰＶ領域）があり、酸素析出促進領域と転位クラスター発生領域との間に酸素析出を生じない酸素析出抑制領域（ＰＩ領域）がある。酸素析出促進領域（ＰＶ領域）、酸素析出抑制領域（ＰＩ領域）、リング状のＯＳＦ発生領域は、いずれもＧｒｏｗｎ-ｉｎ欠陥の極めて少ない無欠陥領域である。

赤外線散乱体欠陥が検出されるシリコン単結晶は、転位クラスターが検出されるシリコン単結晶と比較してデバイスへの悪影響が小さく、引き上げ速度を速くすることができるため生産性に優れている。しかし、近年の集積回路の微細化に伴って、赤外線散乱体欠陥による酸化膜耐圧性の低下が指摘されている。

また、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を育成する場合のホットゾーン構造として、例えば、結晶中心部での温度勾配（Ｇｃ）が結晶外周部での温度勾配（Ｇｅ）と同一かこれより大きく（Ｇｃ≧Ｇｅ）なるホットゾーン構造（例えば、「特許文献１」参照）が提案されている。図３は、結晶中心部での温度勾配（Ｇｃ）が結晶外周部での温度勾配（Ｇｅ）と同一かこれより大きく（Ｇｃ≧Ｇｅ）なるホットゾーン構造をもつ育成装置を用い、引き上げ時の引き上げ速度を徐々に低下させて育成したシリコン単結晶の断面の欠陥分布状態を説明するための図である。
図３に示すように、（Ｇｃ≧Ｇｅ）となるホットゾーン構造を有する育成装置にて、図３に示すＢからＣの範囲の引き上げ速度で育成すると、固液界面近傍での結晶側の温度勾配Ｇが制御され、ウェーハ面全面にわたって均一な無欠陥領域となるシリコン単結晶が得られる。

さらに、特許文献１には、（Ｇｃ≧Ｇｅ）となるホットゾーン構造を有する育成装置を用い、引き上げ炉内に水素を添加することにより、無欠陥結晶の引き上げ速度マージンを大きくする技術が提案されている。図４は、図３と同じ（Ｇｃ≧Ｇｅ）となるホットゾーン構造を有する育成装置を用い、引き上げ炉内に水素が添加された不活性ガスを供給し、引き上げ時の引き上げ速度を徐々に低下させて育成したシリコン単結晶の断面の欠陥分布状態を説明するための図である。

単結晶を育成する雰囲気ガスを不活性ガスと水素との混合ガスとした場合、ＯＳＦ発生領域が結晶中心部で消滅する引き上げ速度が上がる。したがって、引き上げ炉内に水素を添加しない図３に示す例と比較して、図４に示すように、無欠陥結晶を引き上げることのできる引き上げ速度範囲（図３ではＢからＣの範囲、図４ではＤからＥの範囲）の臨界速度を高速とすることができる。
国際公開ＷＯ２００４／０８３４９６号パンフレット

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ＯＳＦ発生領域の発生する臨界引き上げ速度以下に引き上げ速度を低下させなくても、引き上げ炉内に水素を添加することで赤外線散乱体欠陥であるＣＯＰの生成を抑制できるが、ＯＳＦ発生領域の発生する臨界引き上げ速度以上の引き上げ速度でシリコン単結晶を育成した場合、水素欠陥からなる巨大空洞が発生することが問題となっていた。水素欠陥は、熱処理を施しても消滅しないため、水素欠陥が存在するシリコン単結晶は、半導体用のシリコンウェーハとして使用することはできない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、単結晶を育成する雰囲気ガスが水素含有物質の気体を含んでいても、ＯＳＦ発生領域の発生する臨界引き上げ速度以上の引き上げ速度でシリコン単結晶を育成することができ、ＯＳＦ発生領域を含み水素欠陥のないシリコン単結晶を育成することができるシリコン単結晶の育成方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記シリコン単結晶の育成方法によって育成されたシリコン単結晶の直胴部から採取された水素欠陥のないシリコンウェーハの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のシリコン単結晶の育成方法は、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を育成する方法であって、単結晶を育成する雰囲気ガスが水素含有物質を含む水素含有雰囲気であり、ＯＳＦ発生領域からなるリングの前記シリコン単結晶の径方向における外径（ａ）と前記シリコン単結晶の直径（ｂ）の比（ａ／ｂ）が０．７７以下となる引き上げ速度から前記ＯＳＦ発生領域が結晶中心部で消滅する引き上げ速度の範囲で、前記シリコン単結晶を引き上げることを特徴とする。
また、上記のシリコン単結晶の育成方法では、前記水素含有雰囲気中の水素含有物質の濃度を、水素ガス換算分圧で４０〜４００Ｐａの範囲とする方法とすることができる。
また、上記のシリコン単結晶の育成方法では、結晶中心部での温度勾配（Ｇｃ）が結晶外周部での温度勾配（Ｇｅ）と同一かこれより大きく（Ｇｃ≧Ｇｅ）なるホットゾーン構造を用いてシリコン単結晶を育成する方法とすることができる。
また、上記のシリコン単結晶の育成方法では、前記水素含有物質の気体が、水素ガスである方法とすることができる。
また、上記のシリコン単結晶の育成方法では、前記酸素濃度が１２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ Ｆ１２１−１９７９）以下である方法とすることができる。
また、上記のシリコン単結晶の育成方法では、前記リングの外側の領域が無欠陥領域である前記シリコン単結晶を引き上げる方法とすることができる。
また、上記課題を解決するために、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、上記のいずれかに記載のシリコン単結晶育成方法によって育成されたシリコン単結晶の直胴部から採取されたシリコンウェーハの表面に、エピタキシャル層を成長させることを特徴とする。
また、上記課題を解決するために、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、上記のいずれかに記載のシリコン単結晶育成方法によって育成されたシリコン単結晶の直胴部から採取されたシリコンウェーハに、無欠陥層形成熱処理を行なうことを特徴とする。

発明者は、鋭意研究を重ね、単結晶を育成する雰囲気ガスが水素含有物質（水素原子含有物質）の気体を水素ガス換算分圧（水素分子分圧）で４０〜４００Ｐａ含み、ＯＳＦ発生領域からなるリングの前記シリコン単結晶の径方向における外径（ａ）と前記シリコン単結晶の直径（ｂ）の比（ａ／ｂ）が０．７７以下となる引き上げ速度から前記ＯＳＦ発生領域が結晶中心部で消滅する引き上げ速度の範囲で、前記シリコン単結晶を引き上げることにより、後述するように、水素欠陥の発生が抑制できることを見出した。

本発明によれば、ＯＳＦリングの発生位置がシリコン単結晶外径に対して０．７７以下とすることにより、ＯＳＦリング内部のＣＯＰ領域において、空孔分布を水素欠陥の発生する閾値以下とすることが可能となるため、単結晶を育成する雰囲気ガスが水素含有物質の気体を含んでいても、ＯＳＦ発生領域を含み水素欠陥のないシリコン単結晶を育成することができる。
ここで、図７〜図９に示すように、ＯＳＦリング内部のＣＯＰ領域において、空孔分布は、結晶中心軸位置で最も高く結晶外周方向に向かって減少しＯＳＦリングのすぐ内側で最も低くなる分布状態を有すると考えられる。この空孔分布状態はＯＳＦリングの結晶径方向位置変化には依存せず、結晶中心軸位置で最も高く結晶外周方向に向かって減少しＯＳＦリングのすぐ内側で最も低くなる分布を保つ。また、図７〜図９に示すように、ＯＳＦリングに対応する径方向位置における空孔濃度は、ＯＳＦリングの発生する径方向位置によらず、引き上げ雰囲気等の条件に規定される所定の値をとる。したがって、ＯＳＦリングの径方向位置が外側から内側へと変化するにしたがって、図７、図９、図８にそれぞれ示されるように、結晶中心位置における空孔分布は減少する。

また、水素欠陥は空孔が凝集して形成されるが、その形成にはある閾値を有しており、空孔密度がある一定密度より小さい場合には発生しないと考えられる。このため、ＯＳＦリングが結晶径方向外側にある場合には、図７に示すように、ＯＳＦリング内部のＣＯＰ領域内の空孔密度が高く、水素欠陥発生閾値を越えてしまい、結果的に水素欠陥が発生する可能性が高い。また、ＯＳＦリングが結晶径方向内側にある場合には、図８に示すように、ＯＳＦリング内部のＣＯＰ領域内の空孔密度が低く、水素欠陥発生閾値を越えてしまうことがなく、結果的に水素欠陥が発生する可能性が非常に低い。
本願発明者らは、これらの事情に鑑み、ＯＳＦリングが結晶径方向の外径に対する比が３／４付近となる半径位置、より正確には０．７７以下となる位置にあれば、ＯＳＦリング内部のＣＯＰ領域内の空孔密度が低く、水素欠陥発生閾値を越えてしまうことがなく、結果的に水素欠陥が発生する可能性が非常に低いことを見出した。

したがって、ＯＳＦリングの発生位置を、結晶径方向の外径に対する比が３／４付近となる半径位置、より正確には０．７７以下となる位置より内側になるようにＶ／Ｇの値を設定することにより、ＯＳＦリング内部のＣＯＰ領域内の空孔密度を低く抑えて、水素欠陥発生閾値を越えないようにし水素欠陥が発生することのないシリコン単結晶を引き上げることが可能となる。
同時にまた、図５に示すように、水素含有雰囲気で引き上げることにより、水素がない引き上げ雰囲気の場合に比べてＯＳＦリングの幅寸法（リングの径方向への幅寸法）を縮小させて、ＯＳＦによる影響を低減することもできる。

また、本発明によれば、単結晶を育成する雰囲気ガスが水素原子含有物質の気体を含んでいても、ＯＳＦ発生領域の発生する臨界引き上げ速度以上の引き上げ速度でシリコン単結晶を育成することができ、従来よりも早い、引き上げ速度で育成することができる。
したがって、水素欠陥がなくＯＳＦリングの影響を低減した単結晶を速い速度で引き上げることが可能となるため、結果的に、シリコン単結晶およびシリコンウェーハの製造にかかる製造時間を短縮し、製造コストを低減することが可能となる。

さらに、本発明では、後述するように、ＣＯＰの平均サイズを小さくする効果が十分に得られる。したがって、育成されたシリコン単結晶から採取されたシリコンウェーハに無欠陥層形成熱処理を行なことにより、無欠陥で優れた酸化膜耐圧性を有するシリコンウェーハを得ることができる。しかも、本発明では、シリコン単結晶の育成装置内にリークして空気が流入したとしても、燃焼することなく安全に操業することが可能である。
また、本発明によれば、後述するように、育成されるシリコン単結晶中に転位クラスター発生領域が混在することはなく、転位クラスターによるデバイスへの悪影響が生じない優れたシリコン単結晶が育成できる。

以下に本発明の原理について説明する。
育成中の装置内では、不活性ガス雰囲気中に含まれる水素の分圧に比例した水素が、シリコン融液中に溶け込んで凝固するシリコン結晶中に分配される。
シリコン融液中の水素濃度は、ヘンリーの法則から気相中の水素分圧に依存して決まり、
Ｐ_Ｈ２＝ｋＣ_ＬＨ２と表される。
ここで、Ｐ_Ｈ２は雰囲気中の水素分圧、Ｃ_ＬＨ２はシリコン融液中の水素濃度、ｋは両者の間の係数である。
一方、シリコン単結晶中の濃度は、シリコン融液中の濃度と偏析との関係で決まり、
Ｃ_ＳＨ２ ＝ｋ′Ｃ_ＬＨ２ ＝（ｋ′／ｋ）Ｐ_Ｈ２と表される。
ここで、Ｃ_ＳＨ２は結晶中の水素濃度、ｋ′は水素のシリコン融液−結晶間の偏析係数である。

以上から、水素を含む不活性ガス雰囲気中で育成する際、凝固直後のシリコン単結晶中の水素濃度は、雰囲気中の水素分圧を制御することで結晶の軸方向に一定に所望する濃度で制御できる。この水素分圧は水素濃度と炉内圧力により制御できる。
なお、Ｇｒｏｗｎ-ｉｎ欠陥の形成に影響を及ぼした水素のほとんどは、その後の冷却の過程でシリコン単結晶外に逸散する。

本発明者は、雰囲気ガス中における水素原子含有物質の気体の水素分子分圧とＣＯＰとの関係を調べるために以下に示す実験を行なった。
「実験例１〜実験例５」
すなわち、図３と同じ（Ｇｃ≧Ｇｅ）となるホットゾーン構造を有する育成装置を用い、表１に示す実験例１〜実験例５の水素分子分圧となるように引き上げ炉内に水素が添加された不活性ガスを供給して、ＯＳＦ発生領域からなるリングがシリコン単結晶の最外周部に存在するシリコン単結晶を育成し、得られたシリコン単結晶から採取したシリコンウェーハのＣＯＰの平均サイズと密度とを求めた。
その結果を表１に示す。

なお、表１に示すＣＯＰの平均サイズは、赤外干渉法による欠陥評価装置（ＯＰＰ（Optical Precipitate Profiler）：High Yield Technology社製）を用い、ＣＯＰ体積を比較することにより求めた。
また、ＣＯＰの密度は、光散乱による表層部欠陥測定装置（ＭＯ６０１：三井金属鉱業製）を用いて測定したＣＯＰの数に基づいて算出した。

表１に示すように、水素分子分圧が大きくなるのに伴って、ＣＯＰの密度が大きくなり、ＣＯＰの平均サイズが小さくなっている。
水素分子分圧を４０Ｐａ未満とした場合、ＣＯＰの平均サイズが０．１１μｍを越え、ＣＯＰの平均サイズを小さくする効果が十分に得られないため好ましくない。ＣＯＰの平均サイズが、０．１１μｍ以上であると、育成されたシリコン単結晶から採取されたシリコンウェーハに無欠陥層形成熱処理を行なっても、無欠陥のシリコンウェーハを得ることができない場合が生じ、優れた酸化膜耐圧性が得られない虞がある。また、雰囲気ガス中における水素原子含有物質の気体の水素分子分圧を４００Ｐａ以下とすることで、仮に、シリコン単結晶の育成装置内にリークして空気が流入したとしても、燃焼することなく安全に操業することが可能である。

また、単結晶を育成する雰囲気ガスを、不活性ガスと水素原子含有物質の気体との混合ガスとし、不活性ガス雰囲気中に含まれる水素の分圧を調整することにより、無欠陥結晶の引き上げ速度マージンのうち、それぞれの領域のみの引き上げ速度マージンを調整することができる。

図５は、雰囲気中の水素分圧とＶ／Ｇとの関係を示したグラフである。引き上げ中の単結晶内部の温度分布は、ホットゾーン構造が同じであれば引き上げ速度が変化してもほとんど変化しないので、図５に示したＶ／Ｇは、引き上げ速度とみなされる。図５に示すように、雰囲気中の水素分圧の増加にしたがって、無欠陥結晶の得られる引き上げ速度は低下しているが、無欠陥結晶の引き上げ速度マージンは大きくなっている。
また、ＯＳＦ領域の引き上げ速度マージンは、水素分圧の増加にしたがって、狭くなっている。ＰＩ領域の引き上げ速度マージンは、水素分圧の増加にしたがって、大幅に拡大される。また、ＰＶ領域の引き上げ速度マージンは、水素分圧の増加にしたがって、広がったり狭まったりしているが、水素分圧が１００〜２５０Ｐａのときに引き上げ速度マージンが大きくなっている。

図５に示すように、本発明のシリコン単結晶の育成方法において、雰囲気ガス中における水素原子含有物質の気体の水素分子分圧を４０〜４００Ｐａとすることで、無欠陥結晶の引き上げ速度マージンを効果的に大きくすることができる。このため、本発明において育成されるＯＳＦ発生領域を含むシリコン単結晶中に、転位クラスター発生領域が混在しないように容易に作り分けすることができる。
なお、水素分子分圧を４０Ｐａ未満とした場合、無欠陥結晶の引き上げ速度マージンを大きくする効果が十分に得られないため好ましくない。また、雰囲気ガス中における水素原子含有物質の気体の水素分子分圧を４００Ｐａ以下とすることで、仮に、シリコン単結晶の育成装置内にリークして空気が流入したとしても、燃焼することなく安全に操業することが可能である。

また、本発明においては、結晶中心部での温度勾配（Ｇｃ）が結晶外周部での温度勾配（Ｇｅ）と同一かこれより大きく（Ｇｃ≧Ｇｅ）なるホットゾーン構造を用いてシリコン単結晶を育成する方法とすることで、ＯＳＦ発生領域からなるリングの外側の領域が無欠陥領域であるシリコン単結晶が育成される。
すなわち、図４に示すように、結晶中心部での温度勾配（Ｇｃ）が結晶外周部での温度勾配（Ｇｅ）と同一かこれより大きく（Ｇｃ≧Ｇｅ）なるホットゾーン構造を用いて、ＯＳＦ発生領域からなるリングの前記シリコン単結晶の径方向における外径（ａ）と前記シリコン単結晶の直径（ｂ）の比（ａ／ｂ）が０．７７以下となる引き上げ速度（図４における符号Ｆ）からＯＳＦ発生領域が結晶中心部で消滅する引き上げ速度（図４における符号Ｇ）の範囲（図３におけるＦからＧの範囲）でシリコン単結晶を引き上げた場合、ＯＳＦ発生領域からなるリングの外側の領域は、ＰＶ領域およびＰＩ領域となる。したがって、本発明において育成されるシリコン単結晶中に転位クラスター発生領域が混在することはなく、転位クラスターによるデバイスへの悪影響が生じない優れたシリコン単結晶が育成できる。

また、本発明では、ＯＳＦ発生領域を含むシリコン単結晶が育成されるので、酸素濃度が１２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ Ｆ１２１−１９７９）を越えると、得られたシリコン単結晶から採取したシリコンウェーハにおいて、デバイス工程の条件によりＯＳＦが顕在化して特性不良となるおそれがある。このため、本発明のシリコン単結晶の育成方法においては、酸素濃度を１２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ Ｆ１２１−１９７９）以下とすることが好ましい。
なお、酸素濃度の調整は、るつぼの回転数や炉内圧力、ヒータなどを調整することによって行なうことができる。

また、本発明では、ＯＳＦ発生領域を含み、ＣＯＰの平均サイズが０．１１μｍ未満であるシリコン単結晶が育成される。したがって、育成されたシリコン単結晶から採取されたシリコンウェーハに、例えば、非酸化性雰囲気で１１００℃〜１３００℃の温度で１時間〜２４時間の熱処理を行なう無欠陥層形成熱処理を行なうことで、シリコンウェーハの表面におけるデバイスが形成される領域すなわち活性化領域を容易に無欠陥とすることができ、表層部にＣＯＰやＯＳＦが存在しない無欠陥層を有するシリコンウェーハとすることができる。熱処理温度が１１００℃未満である場合には、デバイス活性領域が完全に無欠陥とならない虞が生じる。非酸化性雰囲気ガスとしては、Ａｒ、Ｈ_２、Ｎ_２、あるいはこれらの混合ガスなどが挙げられる。
また、本発明において育成されるシリコン単結晶から採取されたシリコンウェーハはＯＳＦ発生領域を含むシリコンウェーハであることから、デバイス工程で実施される熱処理条件によっては、ウェーハ表面のデバイス活性領域まで酸素析出物が形成されてしまい、デバイス特性を悪化させてしまう虞がある。上述した無欠陥層形成熱処理を実施すれば酸素外方拡散作用により、ウェーハ表層部に酸素析出核などが存在しないＤＺ層（Deneuded Zone）を形成することができるが、例えば、ウェーハに対してＡｒまたはＨｅ、またはＮＨ_３を含むＡｒまたはＨｅ雰囲気中で１１００℃から１３５０℃で０秒以上熱処理を行なうＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）処理を行なうことで、ウェーハ表層部の酸素析出核を消滅させたＤＺ層を短時間で容易に形成することができる。

なお、本発明において育成されるシリコン単結晶から採取されたシリコンウェーハにおいては、ドナーキラー、ＤＺ、ＩＧなどの熱処理は、酸化性雰囲気中、非酸化性雰囲気中、不活性ガス中、還元性雰囲気中、ＲＴＡ、枚用、バッチ式、などから選択される１以上の熱処理を、目標とするシリコンウェーハの性能に応じて適宜組み合わせ、後述するエピタキシャル層を形成させる処理の前後、または同時に行なうことができる。

また、本発明において育成されるシリコン単結晶から採取されたシリコンウェーハは、表面にエピタキシャル層を形成させる基板としても好適である。
エピタキシャル層の形成方法としては、一般的に実施されている方法を採用すればよく、それによって０．５〜２μｍ以下程度の薄いエピタキシャル層であっても、ＣＯＰ（赤外線散乱体欠陥）痕のないエピタキシャルシリコンウェーハを得ることができる。
具体的には、本発明において育成されたシリコン単結晶から採取された直径３００ｍｍのシリコンウェーハの表面に、ＳｉＨＣｌ_３のガスを用いて、堆積温度１０５０℃で厚さ０．５μｍのエピタキシャル層を形成させることで、シリコンウェーハの表面上における０．０９μｍ以上のエピ欠陥を１２個／ｗｆ未満とすることができる。

本発明のシリコンウェーハは、パーティクル確認用のシリコンウェーハとして適したものである。

本発明のシリコン単結晶の育成方法において、水素含有物質とは水素原子をその分子中に含む物質であって、シリコン融液中に溶け込んだ際に熱分解されてシリコン融液中に水素原子を供給できる物質である。この水素含有物質には水素ガス自体も含まれる。この水素含有物質を不活性ガスに混合してシリコン単結晶育成時の雰囲気中に導入することにより、シリコン融液中の水素濃度を向上させることができる。水素含有物質の具体例としては、水素ガス、Ｈ_２Ｏ、ＨＣｌ等の水素原子を含む無機化合物や、シランガス、ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_２などの炭化水素、アルコール、カルボン酸等の水素原子を含む有機化合物を例示できるが、特に水素ガスを用いることが望ましい。また、不活性ガスとしては、安価なＡｒガスが好ましく、これ以外にもＨｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅなどの各種希ガス単体またはこれらの混合ガスを用いることができる。水素含有物質としては、これらの気体から選択される１種または複数のガスを用いることができる。

また本発明では、水素含有雰囲気中における水素含有物質の濃度を、水素ガス換算分圧で上記の範囲としている。ここで、水素ガス換算分圧としたのは、水素含有物質が熱分解等して得られる水素原子の量は、水素含有物質に元来含まれる水素原子の数量等によって左右されるためである。例えば、Ｈ_２Ｏの１モルには１モル分のＨ_２が含まれるが、ＨＣｌの１モルには０．５モル分のＨ_２しか含まれない。
従って本発明においては、水素ガスが上記の分圧で不活性ガス中に導入されてなる水素含有雰囲気を基準とし、この基準となる雰囲気と同等の雰囲気が得られるように、水素含有物質の濃度を決めることが望ましく、このときの好ましい水素含有物質の分圧を水素ガス換算分圧として規定したものである。
即ち、本発明においては、水素含有物質がシリコン融液に溶解し高温のシリコン融液中で熱分解して水素原子に変換されると仮定した上で、変換後の雰囲気中の水素ガス換算分圧が上記の範囲になるように水素含有物質の添加量を調整すればよい。

なお、水素原子含有物質の気体として水素ガスを用いる場合には、市販の水素ガスボンベ、水素ガス貯蔵タンク、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させた水素タンク等から専用の配管を通じて引き上げ炉内に供給させることができる。

なお、不活性雰囲気中に酸素ガス（Ｏ_２）が存在する場合には、気体の水素分子換算での濃度と酸素ガスの濃度の２倍との濃度差が３体積％以上の濃度で存在できる。水素原子含有ガスの水素分子換算での濃度と酸素ガスの濃度の２倍の濃度差が３体積％未満であると、シリコン結晶中に取り込まれた水素原子によるＣＯＰおよび転位クラスター等のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の生成を抑制する効果が得られないことによる。

なお、本発明においては、炉内圧が1.3〜13.3ｋＰａ（10〜100Ｔｏｒｒ）の範囲である場合、雰囲気ガス中には、２０体積％以下の濃度で窒素（Ｎ_２）が存在してもよい。窒素濃度が２０体積％を超える場合、シリコン融液中への窒素の溶解量が高くなり、シリコン単結晶の成長に伴う濃度偏析によりシリコン融液中の窒素濃度が濃化し、ついには飽和濃度に到達する。窒素濃度が飽和濃度に到達すると、シリコン融液中に窒化シリコン化合物が析出し、シリコン単結晶が有転位化する恐れがある。

本発明によれば、単結晶を育成する雰囲気ガスが水素原子含有物質の気体を含んでいても、ＯＳＦ発生領域の発生する臨界引き上げ速度以上の引き上げ速度でシリコン単結晶を育成することができ、ＯＳＦ発生領域を含み水素欠陥のないシリコン単結晶を育成することができる。

以下、本発明に係る第１実施形態を、図面に基づいて説明する。
図６は、本実施形態におけるシリコン単結晶の育成方法を実施するのに適したＣＺ炉の縦断面図である。
図６に示すＣＺ炉は、チャンバー内の中心部に配置された坩堝１と、坩堝１の外側に配置されたヒータ２と、ヒータ２の外側に配置された磁場供給装置９とを備えている。坩堝１は、内側にシリコン融液３を収容する石英坩堝１ａを外側の黒鉛坩堝１ｂで保持する二重構造であり、ペディスタルと呼ばれる支持軸により回転および昇降駆動される。
坩堝１の上方には、円筒形状の熱遮蔽体７が設けられている。熱遮蔽体７は、黒鉛で外殻を作り、内部に黒鉛フェルトを充填した構造である。熱遮蔽体７の内面は、上端部から下端部にかけて内径が漸減するテーパー面になっている。熱遮蔽体７の上部外面は内面に対応するテーパー面であり、下部外面は、熱遮蔽体７の厚みを下方に向かって漸増させるようにほぼストレート面に形成されている。

このＣＺ炉は、結晶中心部での温度勾配（Ｇｃ）が結晶外周部での温度勾配（Ｇｅ）と同一かこれより大きく（Ｇｃ≧Ｇｅ）なるホットゾーン構造を備えたものである。

熱遮蔽体７は、ヒータ２およびシリコン融液３面からシリコン単結晶６の側面部への輻射熱を遮断するものであり、育成中のシリコン単結晶６の側面を包囲するとともに、シリコン融液３面を包囲するものである。熱遮蔽体７の仕様例を挙げると次のとおりである。半径方向の幅Ｗは例えば５０ｍｍ、逆円錐台面である内面の垂直方向に対する傾きθは例えば２１°、熱遮蔽体７の下端の融液面からの高さＨ１は例えば６０ｍｍとする。

なお、熱遮蔽体７の下端部内側には、育成中のシリコン単結晶６の側面部を冷却する水冷手段が設けられていてもよい。ここで使用される水冷手段としては、銅等からなるコイル状の通水管や、鉄等による通水隔壁を有する水冷ジャケット等を挙げることができる。

また、磁場供給装置９から供給される磁場の強度は、水平磁場（横磁場）にあっては２０００〜４０００Ｇ、より好ましくは２５００〜３５００Ｇとされ、磁場中心高さが融液液面に対して−１５０〜＋１００ｍｍ、より好ましくは−７５〜＋５０ｍｍの範囲内になるように設定される。
また、カスプ磁場にあっては、磁場供給装置９から供給される磁場の強度は、２００〜１０００Ｇ、より好ましくは３００〜７００Ｇとされ、磁場中心高さが融液液面に対して−１００〜＋１００ｍｍ、より好ましくは−５０〜＋５０ｍｍの範囲内になるように設定される。
上記の磁場の強度で上記の磁場中心高さ範囲で磁場供給装置９から磁場を供給することで、対流を抑えることができ、固液界面の形状を好ましい形状とすることができる。

次に、図６に示すＣＺ炉を用い、単結晶を育成する雰囲気ガスとして、不活性ガスと水素ガスとの混合ガスを用いて、シリコン単結晶６の育成を行う方法について説明する。
（操業条件の設定）
まず、目標とするＯＳＦ発生領域からなるリングのシリコン単結晶の径方向における外径（ａ）とシリコン単結晶の直径（ｂ）の比（ａ／ｂ）が０．７７以下となる引き上げ速度からＯＳＦ発生領域が結晶中心部で消滅する引き上げ速度の許容範囲などの操業条件を把握するために、雰囲気ガス中における水素分子分圧を例えば、０、２０、４０、１６０、２４０、４００Ｐａの混合比率とし、それぞれの条件で目標直径、例えば３００ｍｍの単結晶を育成する。

すなわち、るつぼ内に高純度シリコンの多結晶を例えば３００Ｋｇ装入し、単結晶の電気抵抗率を所望の値、例えば１０Ωｃｍになるようにｐ型（Ｂ，Ａｌ，Ｇａ等）またはｎ型（Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ等）のドーパントを添加する。装置内をアルゴン雰囲気で、減圧の１．３３〜13.3ｋＰａ（１０〜100ｔｏｒｒ）とし、雰囲気ガス中における水素分子分圧が上記の所定の混合比率となるように設定して炉内に流入させる。

次いで、磁場供給装置９から例えば３０００Ｇの水平磁場を磁場中心高さが融液液面に対して−７５〜＋５０ｍｍとなるように供給するとともに、ヒータ２によりシリコンの多結晶を加熱してシリコン融液３とし、シードチャック５に取り付けた種結晶をシリコン融液３に浸漬し、るつぼ１および引き上げ軸４を回転させつつ結晶引き上げをおこなう。このとき、所望の酸素濃度となるように、るつぼの回転数や炉内圧力、ヒータなどを調整する。結晶方位は｛１００｝、｛１１１｝または｛１１０｝のいずれかとし、結晶無転位化のためのシード絞りをおこなった後、ショルダー部を形成させ、肩変えして目標ボディ径とする。

そして、ボディ長さが例えば３００ｍｍに達した時点で、引き上げ速度を臨界速度よりも充分大きな、例えば１．０ｍｍ／ｍｉｎに調整し、その後引き上げ長さに応じてほぼ直線的に引き上げ速度を低下させ、ボディ長さが例えば６００ｍｍに達したときに臨界速度よりも小さい例えば０．３ｍｍ／ｍｉｎとなるようにし、その後はこの引き上げ速度で例えば１８００ｍｍまでボディ部を育成し、通常条件でテイル絞りを行った後、結晶成長を終了する。

このようにして、異なる水素濃度で育成された単結晶を引き上げ軸に沿って縦割りし、引き上げ軸近傍を含む板状試片を作製し、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の分布を観察するために、Ｃｕデコレーションを行う。まず、それぞれの試片を硫酸銅水溶液に浸漬した後自然乾燥し、窒素雰囲気中で９００℃で、２０分程度の熱処理を施す。その後、試片表層のＣｕシリサイド層を除去するために、ＨＦ／ＨＮＯ_３混合溶液中に浸漬し、表層数十ミクロンをエッチング除去した後、Ｘ線トポグラフ法によりＯＳＦリングの位置や各欠陥領域の分布を調査する。また、このスライス片のＣＯＰの密度を、例えばＯＰＰ法、転位クラスタの密度を例えばＳｅｃｃｏエッチング法にてそれぞれ調査する。

上記のような引き上げ実験によって、赤外線散乱体欠陥発生領域、ＯＳＦ発生領域、ＰＶ領域、ＰＩ領域、転位クラスター発生領域の各欠陥領域のＶ／Ｇと水素濃度との関係が得られる。また、引き上げ速度を変化させる位置を、３００ｍｍから６００ｍｍ、５００ｍｍから８００ｍｍおよび７００ｍｍから１０００ｍｍように異なる部位で数箇所実施することで、ＯＳＦ発生領域からなるリングのシリコン単結晶の径方向における外径（ａ）とシリコン単結晶の直径（ｂ）の比（ａ／ｂ）が０．７７以下となる引き上げ速度からＯＳＦ発生領域が結晶中心部で消滅する引き上げ速度の許容範囲（引き上げ速度マージン）と結晶軸方向位置との関係が求められ、操業条件の設定が可能となる。

（シリコン単結晶の育成）
次に、図６に示すＣＺ炉を用い、単結晶を育成する雰囲気ガスとして、不活性ガスと水素ガスとの混合ガスを用いて、上述した方法により設定された適切な操業条件で、シリコン単結晶６の育成を行う。
このようにしてシリコン単結晶が育成されると、通常の加工方法にしたがいＩＤソーまたはワイヤソー等の切断装置でスライスし、面取り、ラッピング、エッチング、研磨等の工程を経てシリコン単結晶ウェーハに加工する。なお、これらの工程の他にも洗浄等種々の工程があり、工程順の変更、省略等目的に応じ適宜工程は変更使用される。

このようにして得られたウェーハに、例えば、非酸化性雰囲気で１１００℃〜１３００℃の温度で１時間〜２４時間の熱処理を行なう無欠陥層形成熱処理を行なうことで、デバイス活性領域が完全に無欠陥である優れたウェーハとすることができる。

また、上述した実施形態においては、ウェーハに無欠陥層形成熱処理を行なう例について説明したが、本発明では無欠陥層形成熱処理を行なうことなく、ウェーハの表面にエピタキシャル層を形成させてもよいし、無欠陥層形成熱処理を行なう前にウェーハの表面にエピタキシャル層を形成させてもよい。このようにして得られたウェーハの表面にエピタキシャル層を形成させることで、ＣＯＰ（赤外線散乱体欠陥）痕のないエピタキシャルシリコンウェーハを得ることができる。

本発明を検証するために以下に示す実験を行なった。
「実験例６〜実験例１２」
結晶中心部での温度勾配（Ｇｃ）が結晶外周部での温度勾配（Ｇｅ）と同一かこれより大きく（Ｇｃ≧Ｇｅ）なるホットゾーン構造を有する育成装置を用い、表２に示す実験例６〜実験例１２の水素分子分圧となるように引き上げ炉内に水素が添加された不活性ガスを供給して、ＯＳＦ発生領域が結晶中心部で消滅する引き上げ速度よりも早い引き上げ速度で直径３００ｍｍのシリコン単結晶を育成し、得られたシリコン単結晶をスライスすることによりシリコンウェーハを得た。

このようにして得られた実験例６〜実験例１２のシリコンウェーハについて、ＯＳＦ発生領域からなるリングのシリコン単結晶の径方向における外径（ａ）とシリコン単結晶の直径（ｂ）の比（ａ／ｂ）を以下のようにして調べた。
すなわち、酸化雰囲気中で１６時間１１００℃に加熱する熱処理を行なった後、２μｍライトエッチング（クロム酸エッチング）し、光学顕微鏡で観察することによりＯＳＦ発生領域からなるリングの位置を決定して算出した。その結果を表２に示す。

また、実験例６〜実験例１２のシリコンウェーハのＬＰＤ個数を以下のようにして調べた。
すなわち、レーザ光散乱式パーティクルカウンター（ＳＦＳ６２２０：ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製）を用いて、シリコンウェーハ表面におけるＬＰＤ個数を求めた。その結果を表２に示す。なお、ここでのＬＰＤ個数とは、シリコンウェーハ１枚当たりの表面において検出された０．１１μｍ以上の大きさのＣＯＰ個数のことを意味する。

また、実験例６〜実験例１２のシリコンウェーハの水素欠陥の有無を以下のようにして調べた。
すなわち、赤外干渉法による欠陥評価装置（ＯＰＰ（Optical Precipitate Profiler）：High Yield Technology社製）を用いて観察した。その結果を表２に示す。

表２に示すように、実験例６〜実験例１０、実験例１２のシリコンウェーハでは、（ａ／ｂ）が０．７７以下であり、実験例１１のシリコンウェーハでは、（ａ／ｂ）が０．７７を越えていた。
そして、水素分子分圧が４０〜４００Ｐａで、（ａ／ｂ）が０．７７以下である本発明の実施例である実験例８〜実験例１０、実験例１２のシリコンウェーハでは、水素欠陥が無く、ＬＰＤ個数が１２個以下と少ないことが確認できた。
また、（ａ／ｂ）が０．７７を越える本発明の比較例である実験例１１のシリコンウェーハでは、水素分子分圧が実験例１０と同じであるにも関わらず水素欠陥が発生した。したがって、（ａ／ｂ）を０．７７以下とすることで、水素欠陥が抑止できることが明らかとなった。さらに、実験例１１では、実験例１０と比較してＬＰＤ個数が多かった。
また、水素分子分圧が４０Ｐａ未満である実験例６、実験例７のシリコンウェーハでは、水素分子分圧が低いため水素欠陥は無かったが、実験例８〜実験例１０、実験例１２と比較してＬＰＤ個数が多かった。

「実験例１３〜実験例１９」
実験例６〜実験例１２と同じ育成装置を用い、表３に示す実験例１３〜実験例１９の水素分子分圧となるように引き上げ炉内に水素が添加された不活性ガスを供給して、ＯＳＦ発生領域が結晶中心部で消滅する引き上げ速度よりも早い引き上げ速度で直径３００ｍｍのシリコン単結晶を育成し、得られたシリコン単結晶をスライスすることによりシリコンウェーハを得た。

このようにして得られた実験例１３〜実験例１９のシリコンウェーハについて、ＯＳＦ発生領域からなるリングのシリコン単結晶の径方向における外径（ａ）とシリコン単結晶の直径（ｂ）の比（ａ／ｂ）を実験例６〜実験例１２と同様にして調べた。その結果を表３に示す。

また、実験例１３〜実験例１９のシリコンウェーハの表面上に、ＳｉＨＣｌ_３ガスを用いて、堆積温度１０５０℃でエピタキシャル層を形成させ、表３に示す厚さのエピタキシャル層を形成させる毎に、エピ欠陥個数を以下のようにして調べた。
すなわち、レーザ光散乱式パーティクルカウンター（ＳＰ１（surfscan SP1）：ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製）を用いて、シリコンウェーハ表面におけるエピ欠陥個数を求めた。その結果を表３に示す。なお、ここでのエピ欠陥個数とは、シリコンウェーハ１枚当たりの表面において検出された０．０９μｍ以上の大きさのLPDを測定した結果である。

表３に示すように、実験例１３〜実験例１７、実験例１９のシリコンウェーハでは、（ａ／ｂ）が０．７７以下であり、実験例１８のシリコンウェーハでは、（ａ／ｂ）が０．７７を越えていた。
そして、水素分子分圧が４０〜４００Ｐａで、（ａ／ｂ）が０．７７以下である本発明の実施例である実験例１５〜実験例１７、実験例１９のシリコンウェーハでは、水素欠陥に起因するエピタキシャル層欠陥が無く、厚さ０．５μｍ以上のエピタキシャル層を形成させるとエピ欠陥個数が１２個／ｗｆ以下と少なくなることが確認できた。
なお、本発明の実施例である実験例１５〜実験例１７、実験例１９のシリコンウェーハであっても、厚さ０．３μｍのエピタキシャル層を形成させた段階では、エピ欠陥個数が非常に多かった。

また、表３に示すように、（ａ／ｂ）が０．７７を越える本発明の比較例である実験例１８のシリコンウェーハでは、水素分子分圧が実験例１７と同じであるにも関わらずエピタキシャル層欠陥が発生した。これらウェーハにはエピ成長前に水素欠陥が存在することから、これらエピ欠陥は水素欠陥に起因する。したがって、（ａ／ｂ）を０．７７以下とすることで、水素欠陥に起因するエピ欠陥が抑止できることが明らかとなった。さらに、実験例１８では、実験例１７と比較してエピ欠陥個数が非常に多く、厚さ４μｍのエピタキシャル層を形成させてもエピ欠陥個数が１２個／ｗｆ以下にはならなかった。
また、水素分子分圧が４０Ｐａ未満である実験例１３、実験例１４のシリコンウェーハでは、水素欠陥に起因するエピタキシャル層欠陥は無かったが、エピタキシャル層を形成させることによるエピ欠陥個数の減少量が少なく、エピ欠陥個数を１２個／ｗｆ以下と少なくするには、厚さ４μｍ以上のエピタキシャル層を形成させる必要があった。

「実験例２０〜実験例２６」
実験例６〜実験例１２と同じ育成装置を用い、表４に示す実験例２０〜実験例２６の水素分子分圧となるように引き上げ炉内に水素が添加された不活性ガスを供給して、ＯＳＦ発生領域が結晶中心部で消滅する引き上げ速度よりも早い引き上げ速度で直径３００ｍｍのシリコン単結晶を育成し、得られたシリコン単結晶をスライスすることによりシリコンウェーハを得た。

このようにして得られた実験例２０〜実験例２６のシリコンウェーハについて、ＯＳＦ発生領域からなるリングのシリコン単結晶の径方向における外径（ａ）とシリコン単結晶の直径（ｂ）の比（ａ／ｂ）を実験例６〜実験例１２と同様にして調べた。その結果を表４に示す。

また、このようにして得られた実験例２０〜実験例２６のシリコンウェーハに対して、アルゴン雰囲気中、１２００℃、１時間の熱処理を行なった後、表４に示す厚みで研磨してアニール中に消滅せず残存したＣＯＰ個数を以下のようにして調べた。
すなわち、レーザ光散乱式パーティクルカウンター（ＳＰ１（surfscan SP1）：ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製）を用いて、シリコンウェーハ表面におけるＣＯＰ個数を求めた。その結果を表４に示す。なお、ここでのＣＯＰ個数とは、シリコンウェーハ１枚当たりの表面において検出された０．０９μｍ以上の大きさのＣＯＰ痕数のことを意味する。その結果を表４に示す。

表４に示すように、実験例２０〜実験例２４、実験例２６のシリコンウェーハでは、（ａ／ｂ）が０．７７以下であり、実験例２５のシリコンウェーハでは、（ａ／ｂ）が０．７７を越えていた。
そして、水素分子分圧が４０〜４００Ｐａで、（ａ／ｂ）が０．７７以下である本発明の実施例である実験例２２〜実験例２４、実験例２６のシリコンウェーハでは、表４に示すように、厚さ５μｍ研磨したシリコンウェーハおよび厚さ１０μｍ研磨したシリコンウェーハのＣＯＰ個数が１２個／ｗｆ以下と少なくなることが確認できた。

また、表４に示すように、（ａ／ｂ）が０．７７を越える本発明の比較例である実験例２５のシリコンウェーハでは、水素分子分圧が実験例２４と同じであるにも関わらず、厚さ５μｍ研磨したシリコンウェーハおよび厚さ１０μｍ研磨したシリコンウェーハのＣＯＰ個数が１２個／ｗｆを越え多く、熱処理を施しても消滅しない水素欠陥が存在していることが明らかとなった。

また、水素分子分圧が４０Ｐａ未満である実験例２０、実験例２１のシリコンウェーハでは、厚さ５μｍ研磨したシリコンウェーハのＣＯＰ個数は１２個／ｗｆ以下と少なかったが、厚さ１０μｍ研磨したシリコンウェーハのＣＯＰ個数が非常に多かった。
このことより、本発明の実施例である実験例２２〜実験例２４、実験例２６では、実験例２０、実験例２１と比較して、熱処理条件が同じである場合、深いＤＺ層（無欠陥層）が形成できることが確認できた。

「実験例２７〜実験例３３」
実験例６〜実験例１２と同じ育成装置を用い、表５に示す実験例２７〜実験例３３の水素分子分圧となるように引き上げ炉内に水素が添加された不活性ガスを供給して、ＯＳＦ発生領域が結晶中心部で消滅する引き上げ速度よりも早い引き上げ速度で直径３００ｍｍのシリコン単結晶を育成し、得られたシリコン単結晶をスライスすることによりシリコンウェーハを得た。

このようにして得られた実験例２７〜実験例３３のシリコンウェーハについて、ＯＳＦ発生領域からなるリングのシリコン単結晶の径方向における外径（ａ）とシリコン単結晶の直径（ｂ）の比（ａ／ｂ）を実験例６〜実験例１２と同様にして調べた。その結果を表５に示す。

また、このようにして得られた実験例２７〜実験例３３のシリコンウェーハに対して、アルゴン雰囲気中、１１２５℃、２時間の熱処理を行なった後、表５に示す厚みで研磨してＣＯＰ個数を実験例２０〜実験例２６と同様にして調べた。その結果を表５に示す。

表５に示すように、実験例２７〜実験例３１、実験例３３のシリコンウェーハでは、（ａ／ｂ）が０．７７以下であり、実験例３２のシリコンウェーハでは、（ａ／ｂ）が０．７７を越えていた。
そして、水素分子分圧が４０〜４００Ｐａで、（ａ／ｂ）が０．７７以下である本発明の実施例である実験例２９〜実験例３１、実験例３３のシリコンウェーハでは、表５に示すように、厚さ５μｍ研磨したシリコンウェーハおよび厚さ１０μｍ研磨したシリコンウェーハのＣＯＰ個数が１２個／ｗｆ以下と少なくなることが確認できた。

また、表５に示すように、（ａ／ｂ）が０．７７を越える本発明の比較例である実験例３２のシリコンウェーハでは、水素分子分圧が実験例３１と同じであるにも関わらず、厚さ５μｍ研磨したシリコンウェーハおよび厚さ１０μｍ研磨したシリコンウェーハのＣＯＰ個数が１２個／ｗｆを越え多く、熱処理を施しても消滅しない水素欠陥が存在していることが明らかとなった。
また、水素分子分圧が４０Ｐａ未満である実験例２７、実験例２８のシリコンウェーハでは、厚さ５μｍ研磨したシリコンウェーハおよび厚さ１０μｍ研磨したシリコンウェーハのＣＯＰ個数が非常に多く、熱処理によるＣＯＰの消滅効果が十分に得られなかった。
このことより、本発明の実施例である実験例２９〜実験例３１、実験例３３では、実験例２７、実験例２８と比較して、熱処理温度が低くても無欠陥層が形成できることが確認できた。

「実験例３４〜実験例３５」
実験例６〜実験例１２と同じ育成装置を用い、表６に示す実験例３４〜実験例３５の水素分子分圧となるように引き上げ炉内に水素が添加された不活性ガスを供給して、ＯＳＦ発生領域が結晶中心部で消滅する引き上げ速度よりも早い引き上げ速度で直径３００ｍｍのシリコン単結晶を育成し、得られたシリコン単結晶をスライスすることによりシリコンウェーハを得た。

このようにして得られた実験例３４〜実験例３５のシリコンウェーハについて、ＯＳＦ発生領域からなるリングのシリコン単結晶の径方向における外径（ａ）とシリコン単結晶の直径（ｂ）の比（ａ／ｂ）を実験例６〜実験例１２と同様にして調べた。その結果を表６に示す。

また、このようにして得られた実験例３４〜実験例３５のシリコンウェーハに対して、アルゴン雰囲気中、１０７５℃、４時間の熱処理を行なった後、表６に示す厚みで研磨してＣＯＰ個数を実験例２０〜実験例２６と同様にして調べた。その結果を表６に示す。

表６に示すように、実験例３４〜実験例３５のシリコンウェーハでは、（ａ／ｂ）が０．７７以下であった。
実験例３４〜実験例３５のシリコンウェーハでは、表６に示すように、厚さ５μｍ研磨したシリコンウェーハおよび厚さ１０μｍ研磨したシリコンウェーハのＣＯＰ個数が非常に多く、熱処理によるＣＯＰの消滅効果が十分に得られなかった。

ＣＺ法にて得られたシリコン単結晶の径方向における欠陥分布状態を説明するための断面図である。 引き上げ時の引き上げ速度を徐々に低下させて育成したシリコン単結晶の断面の欠陥分布状態を説明するための図である。 結晶中心部での温度勾配（Ｇｃ）が結晶外周部での温度勾配（Ｇｅ）と同一かこれより大きく（Ｇｃ≧Ｇｅ）なるホットゾーン構造をもつ育成装置を用い、引き上げ時の引き上げ速度を徐々に低下させて育成したシリコン単結晶の断面の欠陥分布状態を説明するための図である。 図３と同じ（Ｇｃ≧Ｇｅ）となるホットゾーン構造を有する育成装置を用い、引き上げ炉内に水素が添加された不活性ガスを供給し、引き上げ時の引き上げ速度を徐々に低下させて育成したシリコン単結晶の断面の欠陥分布状態を説明するための図である。 雰囲気中の水素分圧とＶ／Ｇとの関係を示したグラフである。 本発明のシリコン単結晶の育成方法を実施するのに適したＣＺ炉の縦断面図である。 径方向におけるＯＳＦリング位置と空孔濃度分布との関係が水素欠陥発生に対してどのように変化するかを説明する図グラフである。 径方向におけるＯＳＦリング位置と空孔濃度分布との関係が水素欠陥発生に対してどのように変化するかを説明する図グラフである。 径方向におけるＯＳＦリング位置と空孔濃度分布との関係が水素欠陥発生に対してどのように変化するかを説明する図グラフである。

符号の説明

１ 坩堝、１ａ 石英坩堝、１ｂ 黒鉛坩堝、２ ヒータ、３ シリコン融液、４ 引上げ軸、５ シードチャック ６ 単結晶 ７ 熱遮蔽体、９磁場供給装置

Claims (8)

1. チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を育成する方法であって、
   単結晶を育成する雰囲気ガスが水素含有物質を含む水素含有雰囲気であり、
   ＯＳＦ発生領域からなるリングの前記シリコン単結晶の径方向における外径（ａ）と前記シリコン単結晶の直径（ｂ）の比（ａ／ｂ）が０．７７以下となる引き上げ速度から前記ＯＳＦ発生領域が結晶中心部で消滅する引き上げ速度の範囲で、前記シリコン単結晶を引き上げることを特徴とするシリコン単結晶の育成方法。
2. 前記水素含有雰囲気中の水素含有物質の濃度を、水素ガス換算分圧で４０〜４００Ｐａの範囲とす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. 結晶中心部での温度勾配（Ｇｃ）が結晶外周部での温度勾配（Ｇｅ）と同一かこれより大きく（Ｇｃ≧Ｇｅ）なるホットゾーン構造を用いてシリコン単結晶を育成す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育成方法。
4. 前記水素含有物質の気体が、水素ガスであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のシリコン単結晶育成方法。
5. 前記酸素濃度が１２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ Ｆ１２１−１９７９）以下であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のシリコン単結晶の育成方法。
6. 前記リングの外側の領域が無欠陥領域である前記シリコン単結晶を引き上げることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のシリコン単結晶育成方法。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載のシリコン単結晶育成方法によって育成されたシリコン単結晶の直胴部から採取されたシリコンウェーハに、無欠陥層形成熱処理を行なうことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
8. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載のシリコン単結晶育成方法によって育成されたシリコン単結晶の直胴部から採取されたシリコンウェーハの表面に、エピタキシャル層を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。
   
   

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