JP2019094224A - シリコン単結晶の育成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】デバイス工程を経ても軽元素不純物に起因するドナーの発生を抑制することができ、目標の抵抗率からの変化量を抑えることができる高抵抗率のシリコン単結晶の育成方法を提供する。【解決手段】ＣＺ法により高抵抗率シリコン単結晶を育成する方法であって、前記シリコン単結晶を育成するとき、前記シリコン単結晶の目標抵抗率に寄与するドーパント濃度の１／３の値を算出し、前記育成後のシリコン単結晶にデバイスを製造したときに形成される可能性のある軽元素不純物起因のドナーによるキャリア濃度変化量が、前記算出値以下になるように、育成するシリコン単結晶中の前記軽元素不純物の濃度を制御するための育成条件を設定し、該設定した育成条件に基づいて、前記目標抵抗率を有するシリコン単結晶を育成するシリコン単結晶の育成方法。【選択図】図１

Description

本発明はチョクラルスキー法（以下、単にＣＺ法とも言い、磁場印加チョクラルスキー法（ＭＣＺ法）を含む）によってシリコン単結晶を育成する方法に関し、特には通信デバイスなどに用いられるＲＦデバイスやパワーデバイス用などの高抵抗率のものに関するものであり、デバイス工程における軽元素不純物に起因するドナーの発生を抑制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。

携帯電話など通信用にＲＦ（高周波）デバイスが用いられている。このＲＦデバイスには専ら化合物半導体が用いられてきた。しかし近年ＣＭＯＳプロセスの微細化が進んだこと、低コスト化したいことなどから、シリコンをベースとしたＲＦデバイスが実現可能となってきた。シリコン単結晶ウェーハを用いたＲＦデバイスにおいては、基板抵抗率が低いと高導電性のために損失が大きく、高抵抗率が用いられ、１０００Ωｃｍ以上の要求がある。ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）と呼ばれるシリコン基板表層部に薄い酸化膜と薄いシリコン層が形成されたウェーハを用いることもあるが、この場合も高抵抗率が望まれる。またパワーデバイス用としても、高耐圧用として高抵抗率単結晶が望まれている。

従来ＣＺ法では石英ルツボに含まれる不純物が溶け出すため高抵抗率単結晶が育成できず、一般的には高抵抗率単結晶としてＦＺ結晶が用いられることが多かった。しかし、ＣＺ法においても特許文献１に開示されたように合成石英ルツボが用いられるようになり、ノンドープであれば非常に高抵抗率の単結晶の製造が可能となってきた。今では天然石英ルツボの内側に合成石英粉から造られた合成石英層が形成されたハイブリッド石英ルツボが主流となっており、ＣＺ法でも高抵抗率が達成可能になってきた。
一方で原料であるシリコン多結晶中にもＢやＰなどのドーパントが不純物として含まれており、高抵抗率化の阻害要因である。これらも不純物を減らす努力が行われ、日々改善されてきている。

また、軽元素が起因となるドナーが発生することがしばしばある（例えば特許文献２−４など参照）。例えば酸素起因のサーマルドナー（ＴＤ）は４００−５００℃で発生し、６５０℃以上で消滅することが知られている。また、窒素に起因する窒素−酸素ドナー（ＮＯドナー）は６００−７００℃程度で発生する。炭素はＴＤを抑制するがニュードナー（ＮＤ）を助長するといわれ、また炭素がドナーを形成するという説もあり、その関連も複雑であるが概ね６５０−８００℃程度で炭素起因ドナーを発生させる。

デバイス工程では、種々の熱処理が行われる。このため例えばドナーが工程途中で発生したり、その後の高温の熱処理で消滅したりする。しかし最終的にはパッケージの工程があり、ここでは比較的低温の熱処理が施され、これ以降に高温の熱処理は行われないため、上述したような軽元素不純物に起因したドナーが問題となることがある。特に高抵抗率単結晶においては、これらのドナーの発生による抵抗率の変化が起こりやすいという問題がある。

特開平５−０５８７８８号公報 特開２０１３−１１９４８６号公報 特開２０１３−０５７５８５号公報 特開２００９−２７４９０１号公報 特開２０１３−１４２０５４号公報 特開平５−１５５６８２号公報 国際公開第２０００／０５５３９７号 特開２００２−１００６３２号公報 特開２００４−００６６１５号公報 特開２００２−２２６２９５号公報

この様に発生してしまうドナーを利用する方法として、例えば特許文献５のように、デバイス製造工程後において所望の抵抗率を有する最終製品が得られるように酸素濃度を制御しておく技術が開示されている。しかしながら結晶を育成する段階において、デバイス製造工程の条件を把握しておくことは一般的に難しい。デバイス条件がわからなければ、この方法を用いることができず、汎用性は低い。

そこで一般的には、高抵抗率ではドナーの影響を避けるために、低酸素結晶が用いられることが多い。例えば特許文献６では低酸素濃度結晶育成技術が開示されており、特許文献７では高抵抗率単結晶で酸素析出させて低酸素化する技術が開示されている。この様な技術を用いれば、高抵抗率単結晶においても低酸素濃度化が可能であるといえる。しかしこれらの技術では、酸素濃度を下げることは記載されているが、他の軽元素に関しては触れられておらず、十分な技術とはいえない。

さらに特許文献８では、窒素ドープして高抵抗率単結晶で酸素析出させて低酸素化する特許文献７の改良技術、そして特許文献９では炭素ドープして高抵抗率単結晶で酸素析出させて低酸素化する特許文献７の改良技術が開示されている。しかしこれらの手法では、酸素に関して考慮されているが、ドナーを形成する炭素や窒素に関しては考慮されておらず、むしろ窒素や炭素に起因するドナーを助長してしまう、という問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、デバイス工程を経ても軽元素不純物に起因するドナーの発生を抑制することができ、目標の抵抗率からの変化量を抑えることができる高抵抗率の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。

上記目的を達成するために、本発明は、チョクラルスキー法により高抵抗率のシリコン単結晶を育成する方法であって、前記シリコン単結晶を育成するとき、前記シリコン単結晶の目標抵抗率に寄与するドーパント濃度の１／３の値を算出し、前記育成後のシリコン単結晶にデバイスを製造したときに形成される可能性のある軽元素不純物起因のドナーによるキャリア濃度変化量が、前記算出値以下になるように、育成するシリコン単結晶中の前記軽元素不純物の濃度を制御するための育成条件を設定し、該設定した育成条件に基づいて、前記目標抵抗率を有する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育成方法を提供する。

このようなシリコン単結晶の育成方法であれば、デバイス工程の際に形成される軽元素不純物を起因とするドナーの発生を抑制することができ、その結果、シリコン単結晶の抵抗率が、当初の目標抵抗率から大きく外れてしまうのを防ぐことができる。抵抗率が大きく変化するとデバイス特性に大きな影響を与えてしまうが、本発明であれば抵抗率の変化量を抑制して許容範囲内に収めることが可能である。そのため不良品が発生するのを防ぐことができ、歩留りを向上させることができる。

なお、ここで、ドナーによるキャリア濃度変化量、という表現を用いているのは、軽元素不純物に起因するひとつのドナーがひとつの電子（キャリア）を供給するとは限らないためである。ＴＤにおいてはひとつのドナーが２個または複数のキャリアを供給するといわれている。ここではドナー濃度ではなく、最終的に抵抗率に影響するキャリア濃度が重要であるため、ドナーによるキャリア濃度変化量、という表現を用いている。

また、前記目標抵抗率に寄与するドーパント濃度の１／３の値を算出するとき、前記ドーパント濃度を、アービンカーブにより算出することができる。

アービンカーブはドーパント濃度と抵抗率の換算によく用いられており、目標抵抗率に寄与するドーパント濃度を簡便に算出することができる。

また、前記育成するシリコン単結晶の抵抗率を、Ｐ型単結晶では１００Ωｃｍ以上とし、Ｎ型単結晶では３３Ωｃｍ以上とすることができる。

本発明は、軽元素不純物起因のドナーの発生による影響が大きく出やすい、上記のような高抵抗率範囲のシリコン単結晶に関して特に有効である。

また、前記軽元素不純物を、酸素原子、炭素原子、および窒素原子のうちのいずれか１つ以上とし、前記軽元素不純物の濃度を制御するための育成条件を設定するとき、前記軽元素不純物起因のドナーによるキャリア濃度変化量を、前記シリコン単結晶育成時の酸素濃度を［Ｏｉ］、窒素濃度を［Ｎ］、炭素濃度を［Ｃｓ］としたとき、
α×［Ｏｉ］^４＋β×［Ｃｓ］＋γ×［Ｎ］×［Ｏｉ］^３
（ここで、α、β、γは定数）
として見積もることができる。

これらの軽元素不純物を起因としてデバイス工程においてドナーが発生することが多いため、これらによる影響を予め考慮しておくことは特に有効である。そして、上記式であれば、そのドナー発生によるキャリア濃度変化量を、近似的に、より簡単に見積もることが可能である。

また、前記αの値を、酸素濃度の単位をａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）としたとき、５×１０^−５９とし、前記βの値を、炭素濃度の単位をａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（Ｎｅｗ ＡＳＴＭ）としたとき、５×１０^−４とし、前記のγ値を、窒素濃度の単位をａｔｏｍｓ／ｃｍ^３としたとき、２×１０^−５６とすることができる。

このようなα、β、γの値により、軽元素不純物起因のドナーによるキャリア濃度変化量の近似値をより精度良く求めることができる。

以上のように、本発明のシリコン単結晶の育成方法であれば、従来問題となっていた、デバイス工程での軽元素不純物を起因とするドナーの発生による、シリコン単結晶の抵抗率の目標抵抗率からの大きな変動を抑制することができる。抵抗率の変化量を許容範囲内に抑制することができ、歩留りの向上を図ることができる。

本発明のシリコン単結晶の育成方法の一例を示すフロー図である。 実験１で得られたＴＤに起因するキャリア濃度変化量を表したグラフである。 実験１で得られたキャリア濃度変化量の近似線を変えて表したグラフである。 実験２で得られた炭素起因ドナーによるキャリア濃度変化量を表したグラフである。 実験３で得られたＮＯドナーによるキャリア変化量を表したグラフである。 単結晶引上げ装置の一例を示す概略図である。

前述したように、デバイス特性は抵抗率に大きく影響される。そこで抵抗率は、目標抵抗率からある程度の範囲内に収めることが望まれる。この点について、本発明者は鋭意研究を行った。

デバイスの種類や問題となる特性によってその許容範囲は異なるが、例えばメモリなどのＭＯＳ構造に用いられる結晶では抵抗率の最大／最小の比が１．５程度あっても許容される可能性がある。下記に計算例を示すように、発生するドナーに起因するキャリア濃度変化量をドーパント濃度の１／３以下に抑制すれば、抵抗率の最大／最小の比を１．５以下に抑えることができる。

後に詳述する実験１−３でも示すように、１×１０^１３／ｃｍ^３程度の軽元素不純物起因ドナーによるキャリア濃度変化は比較的容易に発生する。例えばＰ型１０００Ωｃｍのドーパント濃度は１．３×１０^１３／ｃｍ^３程度、Ｎ型３００Ωｃｍのドーパント濃度は１．４×１０^１３／ｃｍ^３程度であり、仮に１×１０^１３／ｃｍ^３程度のドナーが発生してしまえば、Ｐ型なら１０００Ωｃｍから４２６５Ωｃｍへ、Ｎ型なら３００Ωｃｍから１７６Ωｃｍへと抵抗率が大きく変化してしまう。

そこで、Ｐ型、Ｎ型のそれぞれでドナー発生量を１／３に抑制できたとすれば、Ｐ型の抵抗率は１０００Ωｃｍから１５００Ωｃｍへ、Ｎ型の抵抗率は３００Ωｃｍから２２５Ωｃｍへと変化する程度となり、最大／最小がＰ型は１５００／１０００、Ｎ型は３００／２２５といずれも１．５以下に抑制することが可能である。従ってデバイス製造の際に形成される可能性のある軽元素不純物起因のドナーによるキャリア濃度変化量を、目標抵抗率に寄与するドーパント濃度の１／３以下に抑制できるように、軽元素不純物濃度を制御することが重要である。本発明者はこれらのことを見出し、本発明を完成させた。

以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
まず、本発明のシリコン単結晶の育成方法を実施することができる装置について図６を用いて説明する。
図６に示すように、単結晶引上げ装置１は、引上げ室２と、引上げ室２中に設けられたルツボ３（内側に石英ルツボ、外側に黒鉛ルツボ）と、ルツボ３の周囲に配置されたヒータ４と、ルツボ３を回転・昇降させるルツボ保持軸５及びその回転・昇降機構（図示せず）と、シリコンの種結晶６を保持するシードチャック７と、シードチャック７を引上げるワイヤ８と、ワイヤ８を回転又は巻き取る巻取機構（図示せず）を備えて構成されている。また、ヒータ４の外側周囲には断熱材９が配置されている。
シリコン単結晶１０は、原料のシリコン融液１１からワイヤ８によって引上げられる。

このような図６の単結晶引上げ装置１を用いて、シリコン単結晶１０を育成するときは、ルツボ３を回転させながら、ルツボ３中のシリコン融液１１に、シードチャック７に保持された種結晶６を浸漬する。そして、ワイヤ８を回転・巻き取りしながら、シリコン融液１１から棒状のシリコン単結晶１０を引き上げる。
ルツボ３はルツボ保持軸５により結晶成長軸方向に昇降可能であり、結晶成長中に結晶化して減少した融液の液面下降分を補うように該ルツボ３を上昇させる。結晶の側方にはシリコン融液１１から発する酸化性蒸気を整流するために不活性ガスが流されている。

この他、磁場印加装置をさらに備えることもでき、磁場を印加しつつシリコン単結晶１０を育成する磁場印加ＣＺ法（ＭＣＺ法）を行うことも可能である。

次に、上記のような単結晶引上げ装置を用いた、本発明のシリコン単結晶の育成方法について説明する。図１に、本発明のシリコン単結晶の育成方法のフローの一例を示す。以下、図１に従って工程の説明をする。
（工程１）
まず、シリコン単結晶の目標抵抗率に寄与するドーパント濃度の１／３の値を算出する（図１：工程１）。
本発明で育成するシリコン単結晶の目標抵抗率は高抵抗率であれば良く、その具体値は特に限定されないが、例えば、Ｐ型単結晶であれば１００Ωｃｍ以上、Ｎ型単結晶であれば３３Ωｃｍ以上とすることができる。

先行技術を例にとれば、抵抗率１００Ωｃｍ以上の結晶において、特許文献８では残存酸素濃度を８ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）（６．４×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ ＡＳＴＭ’７９）以下、特許文献９では残存酸素濃度を１２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ ＡＳＴＭ’７９以下にすることが好ましいことが記載してある。
デバイス工程の最終パッケージにて４５０℃相当で２時間程度の熱処理が施される可能性はあるので、仮に４５０℃２時間で試算すると、後に実験１で求める式（１）を用いると、酸素濃度が６．４×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ ＡＳＴＭ’７９の場合で、９×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のＴＤ起因のキャリア濃度変化が生ずる。また、酸素濃度が１２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の場合で２×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のＴＤ起因のキャリア濃度変化が生ずる。

１００Ωｃｍの時のＰ型（ボロン）のドーパント濃度は１．３×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であり、Ｎ型（リン）のドーパント濃度は４．３×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。従って高抵抗率結晶におけるＴＤ抑制を狙った先行技術で示された範囲、つまり抵抗率が１００Ωｃｍ以上で酸素濃度が１２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であっても、すでに予測されるＴＤ起因のキャリア濃度変化量がドーパント濃度を上回ってしまっていることがわかる。従って少なくともＰ型では抵抗率が１００Ωｃｍにおいては軽元素不純物起因ドナーを考慮するのが好ましいことがわかる。

ここでＮ型半導体のキャリアは電子であり、Ｐ型半導体のキャリアは正孔である。電子と正孔では半導体中の移動度が異なるため、同じ密度であっても伝導率が異なる。つまりは同じ濃度のドーパントが存在していたとしても、Ｐ型とＮ型とでは抵抗率が異なる。同じ量のドーパントであればおおよそＰ型の抵抗率の１／３がＮ型の抵抗率となる。従って上述のようにＰ型１００Ωｃｍでドナーの影響がでるのであれば、それと同じ量のドーパント量であるＮ型は３３Ωｃｍでは同じようにドナーの影響がでる。従ってＮ型であれば３３Ωｃｍ以上では軽元素不純物起因ドナーを考慮するのが好ましいことがわかる。

なお、目標抵抗率の上限についても特に限定されない。高抵抗率であるほど、発生するドナーにより抵抗率が変動しやすいので、ドナーの発生を抑制できる本発明はより有効である。

また、目標抵抗率に寄与するドーパント濃度の１／３以下は、アービンカーブにより求められることが好ましく、アービンカーブとしては、例えば以下の式を用いることが好ましい。

Ｐ型単結晶では：ρ＝１．３０５×１０^１６／［Ｄ］＋１．１３３×１０^１７／（［Ｄ］×［１＋（２．５８×１０^−１９×［Ｄ］）^{−０．７３７}］）、
Ｎ型単結晶では：ρ＝（６．２４２×１０^１８／［Ｄ］）×１０^Ｚ、
Ｚ＝（−３．０７６９＋２．２１０８×Ｙ−０．６２２７２×Ｙ^２＋０．０５７５０１×Ｙ^３）／（１−０．６８１５７×Ｙ＋０．１９８３３×Ｙ^２−０．０１８３７６×Ｙ^３）
Ｙ＝（ｌｏｇ１０［Ｄ］）−１６
（ここでρ：抵抗率、［Ｄ］：ドーパント濃度）

なお、ここでＰ型、Ｎ型や、ドーパント濃度［Ｄ］に関して、例えば特許文献１０などに開示される技術のように、Ｐ型とＮ型の反対極性のドーパントを加えて補償する場合がある。この様な補償する技術は高抵抗率結晶においてしばしば用いられることがある。このような反対極性のドーパントが共存する場合には、Ｐ型のドーパント総量（濃度）を［Ｄｐ］とし、Ｎ型のドーパント総量（濃度）を［Ｄｎ］として、［Ｄｐ］＞［Ｄｎ］の場合には［Ｄ］＝［Ｄｐ］−［Ｄｎ］としてＰ型のアービンカーブを用い、［Ｄｎ］＞［Ｄｐ］の場合には［Ｄ］＝［Ｄｎ］−［Ｄｐ］としてＮ型のアービンカーブを用いることが望ましい。

このアービンカーブから明らかなように、抵抗率が高くなればなるほど、抵抗率に関わるドーパントの濃度は低下する。そのため軽元素不純物に起因するドナーがわずかに発生しただけでも、抵抗率が変化してしまう。従って高抵抗率結晶ほど、軽元素不純物に起因するドナーによるキャリア濃度変化量を抑える必要がある。

以上のように、ＣＺ法により育成される高抵抗率（特には、Ｐ型単結晶の場合は１００Ωｃｍ以上、Ｎ型単結晶の場合は３３Ωｃｍ以上）のシリコン単結晶では、デバイス製造で形成される可能性のある軽元素不純物起因のドナーによるキャリア濃度変化量を、目標抵抗率に寄与するドーパント濃度の１／３以下に抑制できるように、軽元素不純物量を制御することが重要である。

（工程２）
上記のようにして、目標抵抗率に寄与するドーパント濃度の１／３の値を算出した後、目標抵抗率を有するシリコン単結晶を育成するための育成条件を設定する。このとき、育成後のシリコン単結晶にデバイスを製造したときに形成される可能性のある軽元素不純物起因のドナーによるキャリア濃度変化量が、上記算出値以下になるように、育成するシリコン単結晶中の軽元素不純物の濃度を制御するための育成条件を設定する（図１：工程２）。
この育成条件の設定をするにあたっては、上述した軽元素不純物起因のドナーによるキャリア濃度変化量を予め見積もる必要がある。以下、その見積方法、および、その方法を見出すにあたって本発明者が行った実験内容について詳述する。

なお、軽元素不純物の種類は特に限定されず、例えば酸素原子、炭素原子、窒素原子などが挙げられる。これらのうち１つ以上について考慮するのが好ましいが、ＣＺシリコン単結晶の育成では酸素原子が取り込まれるため、少なくとも酸素原子については考慮するのが好ましい。
ここでは、一例として、上述した種類の軽元素不純物に起因されるドナーによるキャリア濃度変化量について具体的に説明する。

まず、軽元素不純物として酸素原子を含む場合について説明する。
（実験１）
図６に概略図を示した引上げ装置を用いてＭＣＺ法により酸素濃度を振ったＰ型及びＮ型の単結晶を育成し、そこからウェーハ状のサンプルを切り出した。
ＣＺ法やＭＣＺ法では、前述したように、シリコン融液が充填された石英ルツボと、該ルツボを取り囲むように配置されたヒーターを有する。このルツボ中に種結晶を浸漬した後、シリコン融液から棒状のシリコン単結晶が引き上げられる。ルツボは結晶成長軸方向に昇降可能であり、結晶成長中に結晶化して減少した融液の液面下降分を補うように該ルツボを上昇させる。結晶の側方にはシリコン融液から発する酸化性蒸気を整流するために不活性ガスが流されている。

シリコン融液が入った石英ルツボはシリコンと酸素から成っているので、酸素原子がシリコン融液内へと溶出する。この酸素原子はシリコン融液内を対流等に乗って移動し、最終的には表面から蒸発していく。この時ほとんどの酸素は蒸発するが、一部の酸素は結晶に取り込まれ、格子間酸素Ｏｉとなる。

このときにルツボや結晶の回転数を変更したり、ＭＣＺ法では磁場印加条件を変更したりすることでシリコン溶融液内の対流の流れを制御可能であるし、また不活性ガスの流量調整や炉内の圧力制御により表面からの酸素蒸発量を制御可能である。

これらの制御因子を種々組み合わせることにより、酸素濃度［Ｏｉ］＝２×１０^１７から８×１０^１７（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ ＡＳＴＭ’７９）のサンプルを用意した。
酸素濃度はウェーハ状のサンプルを用いて、室温のＦＴ−ＩＲ法によって求めた。ここで酸素濃度［Ｏｉ］でＯｉと記載しているのは、通常酸素原子はシリコン結晶中ではＩｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌの位置に存在しており、ＦＴ−ＩＲ法ではこのＩｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ位置の酸素起因の赤外吸収を測定して酸素濃度と表記しているためである。

次にサンプルにＴＤ消去熱処理を施した。結晶育成後の結晶中にはＴＤが存在している。ＴＤは４５０℃前後の比較的低温領域で生成される。このＴＤは、例えば６５０℃で２０分程度の軽微な熱処理をすれば消去されることが知られている。ドナー消去熱処理はこのほかにも各種提案されており、例えばＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）を用いた高温短時間処理のものもある。ここでは特にその温度と時間を規定するものではなく、ＴＤを消去できる方法であれば良いので６５０℃で２０分の熱処理を行った。

ＴＤ消去熱処理を施した後、ＰＮ判定を行った上で、４探針法を用いて抵抗率を測定した。その抵抗率からアービンカーブを用いてキャリア濃度を求めた。次にそれぞれのサンプルを分割し、ＴＤが生成しやすい４５０℃の熱処理を行った。ここでは、１時間（３６００秒）及び２時間（７２００秒）の２水準で施した。
そして、熱処理後に再度抵抗率を測定し、アービンカーブを用いてキャリア濃度を再度求めた。

熱処理前のキャリア濃度から熱処理後のキャリア濃度を差し引いたものを、ＴＤに起因するキャリア発生量（キャリア濃度変化量）として求めた。ただし、サンプルで熱処理後にＰ型からＮ型に反転したサンプルにおいては、熱処理前のキャリア濃度と熱処理後のキャリア濃度との和をＴＤ起因のキャリア発生量とした。このキャリア発生量（キャリア濃度変化量）を酸素濃度に対してプロットしたのが図２である。
それをフィッティングできる計算式を調査した結果、以下のように求められた。

［Ｃｃ］＝６．１０×１０^−５６×［Ｏｉ］^４×［１−ｅｘｐ（−６．２５×１０^−７×Ｄ（Ｔ）・［Ｏｉ］・ｔ）］ …式（１）
（ここで、［Ｏｉ］：酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ ＡＳＴＭ’７９）、Ｔ：熱処理温度（Ｋ）、ｔ：熱処理時間（ｓｅｃ）、Ｄ（Ｔ）：温度Ｔでの酸素濃度拡散係数（ｃｍ^２／ｓｅｃ））

なお、このとき酸素の拡散係数Ｄ（Ｔ）はＤ（Ｔ）＝Ｄｏ×ｅｘｐ（−Ｅ／ｋＴ）でＤｏ＝０．１３（ｃｍ^２／ｓｅｃ）、Ｅ＝２．５３（ｅＶ）、ｋ：ボルツマン定数＝８．６２×１０^−５（ｅＶ／Ｋ）として計算した。
この様に求められた式を、図２上において、４５０℃で１時間及び２時間の場合を破線及び実線で記載した。その結果、実験値と良く一致している。

上記の式では、酸素の拡散係数や熱処理時間等の変数が入っており、いちいち計算するのが煩わしい。そこでデバイス工程の最終パッケージ工程で想定される４５０℃相当の時間は２時間程度以下と思われるので、４５０℃で２時間とし、簡単のためα×［Ｏｉ］^４という形で近似すると、α＝５×１０^−５９となる。

図３では図２の縦軸を対数表示から線形表示とし、５×１０^−５９×［Ｏｉ］^４を実線で表示した。少なくとも今回用意した［Ｏｉ］≦８×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のサンプルでは５×１０^−５９×［Ｏｉ］^４が４５０℃で２時間熱処理後のキャリア濃度変化量を良く表していることがわかる。

この実験１の結果についてまとめると以下のことがいえる。
デバイス製造時に形成される可能性のある軽元素不純物起因のドナーによるキャリア濃度変化量を、結晶育成時の酸素濃度を［Ｏｉ］として、α×［Ｏｉ］^４（ここでαは定数）として見積もることができる。

前述したように、チョクラルスキー法（ＣＺ法）又は磁場印加ＣＺ法（ＭＣＺ法）を用いてシリコン単結晶を育成する場合、一般にシリコン融液を石英のルツボに保持して、単結晶を育成する。このため石英から溶出した酸素原子がシリコン融液を通して、育成中のシリコン単結晶に取り込まれるのが一般的である。従ってＣＺ法により育成されるシリコン単結晶においては、特には酸素に起因するドナーの発生量を考慮するのが好ましく、ドナー発生量についてより精度を高めることができる。

しかし単結晶を育成する時点では、育成された単結晶がどのようなデバイス処理を施されるのかがわかっているわけではない。そこで、デバイス工程通過後のＴＤに起因するキャリア発生量を見積もる必要がある。実験１に示されるようにＴＤ発生量は熱処理時間や［Ｏｉ］に依存する。またＴＤによるキャリア発生量は酸素の拡散係数を考慮した複雑な式として表される。実験１では、これらの式を求めた上で、より簡便な計算が可能なようにＴＤによるキャリア濃度変化量をα×［Ｏｉ］^４として近似することができた。

軽元素不純物として酸素原子のみを考慮する場合は、このα×［Ｏｉ］^４のみを見積もればよく、目標抵抗率に寄与するドーパント濃度の１／３以下（前工程で算出した値）に抑制できるように、酸素濃度を制御するための育成条件を設定すればよい。
また、上述してきたαの値を、酸素濃度の単位をａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ ＡＳＴＭ’７９としたとき、５×１０^−５９とすることができる。
上記のような近似式、αの値によって、より簡単に、精度よく、酸素起因のドナーによるキャリア濃度変化量の近似値を求めることができる。なお、当然、上記式やαの値に限定されるものではなく、各種条件等に応じて適宜決定することができる。

しかし、一般的には炉内部品や原料に起因する炭素原子が結晶中に含まれるので、余程の炭素低減化管理をした場合を除いては炭素を考慮するのが望ましい。そこで、次に、軽元素不純物が炭素原子を含む場合について説明する。
（実験２）
実験１と同様の引上げ装置を用いて、結晶中の炭素濃度が３×１０^１６−１３×１０^１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ Ｎｅｗ ＡＳＴＭ）、結晶の抵抗率が１５−３０Ωｃｍとなるように、それぞれ炭素およびＰ（リン）をドープして単結晶を育成した。
その単結晶の数箇所からウェーハ状のサンプルを切り出し、ＦＴ−ＩＲによる炭素濃度測定及び４探針測定機による抵抗率測定を行った。このとき抵抗率測定の前に６５０℃でＴＤ消去処理を行った。
このサンプルにＢＭＤ形成熱処理（１１５０℃／１ｈ＋７００℃／５ｈ＋１０００℃／８ｈ）を行い、再度抵抗率を測定した。この熱処理では７００℃の処理が含まれているため、炭素起因のドナーによる抵抗率の変化が予想される。

そこで熱処理前後の抵抗率差から、熱処理によって発生したキャリア量を求めた。このキャリア濃度変化量を熱処理前の炭素濃度に対してプロットしたものが図４である。この熱処理では、ＢＭＤ形成を目的としたため、７００℃で炭素起因ドナーを形成した後に、１０００℃の熱処理をして、ドナーの一部を消滅した可能性がある。そのためキャリア発生量の絶対値は正確ではないと考えられるが、炭素濃度に対するキャリア発生の傾向は読み取ることができる。炭素起因のドナーによるキャリア発生量は炭素濃度にほぼ比例しておりβ×［Ｃｓ］と表せることがわかった。

そこで次に上記サンプルのうち最も高い炭素濃度１．３×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のサンプルを用い、６５０℃のＴＤ消去熱処理を行なった後に抵抗率を測定した。更にその後、デバイス工程の最終パッケージ工程で想定される７５０℃相当の時間は１時間程度以下と思われるので、７５０℃で１時間の炭素起因ドナー形成熱処理を行い、抵抗率を測定した。その結果、炭素起因のドナーによるキャリア発生量は６×１０^１３／ｃｍ^３であった。
以上より、７５０℃で１時間の熱処理後の炭素起因ドナーに起因するキャリア発生量は５×１０^−４×［Ｃｓ］と計算されることがわかった。

実験１の結果に加え、この実験２の結果についてまとめると以下のことがいえる。
デバイス製造時に形成される可能性のある軽元素起因のドナーによるキャリア濃度変化量を、結晶育成時の酸素濃度を［Ｏｉ］、炭素濃度を［Ｃｓ］として、α×［Ｏｉ］^４＋β×［Ｃｓ］（ここでα、βは定数）として見積もることができる。

ＣＺ法では、原料に含まれていたり、原料に付着していたり、結晶育成炉内にあるヒーターをはじめとした炭素部品からシリコン溶液中へと入ったりして、炭素が混入する場合がある。更には主にＢＭＤを形成する目的で炭素を故意に添加することがある。従って、一般にシリコン結晶中には炭素が含まれている可能性が高く、酸素に加え、炭素も考慮するのがより好ましい。

炭素は先述したように諸説ありその関連も複雑であるが、概ね６５０−８００℃程度で炭素起因ドナーを発生させる。実験２で示したように、１１５０℃で１時間＋７００℃で５時間＋１０００℃で８時間のＢＭＤ形成熱処理を行った後に、７００℃の熱処理に起因すると考えられる炭素に起因したキャリア濃度変化が見られ、炭素起因のドナーによるキャリア濃度変化量をβ×［Ｃｓ］として見積もることができる。なお、ここで炭素濃度を［Ｃｓ］として添え字ｓを付しているのは、炭素原子が置換位置（Ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎａｌ）に存在していることに起因している。

従って、余程の炭素低減化管理をした場合を除いては、ＴＤ起因ドナーによるキャリア濃度変化量に、炭素起因ドナーによるキャリア濃度変化量を加えたα×［Ｏｉ］^４＋β×［Ｃｓ］を、目標抵抗率に寄与するドーパント濃度の１／３以下に抑制できるように、酸素濃度及び炭素濃度を制御するための育成条件を設定することが好ましい。もちろんデバイスでの熱処理条件によっては、ＴＤ又は炭素起因ドナーによるキャリアを考慮しなくても良い可能性はある。しかし、単結晶育成時点では、デバイス熱処理が確定しているわけではないので、より安全な設計として、両ドナーに起因するキャリア発生量を合算したものを指標とすることが望ましい。

炭素濃度の測定法としては、従来、フーリエ変換赤外分光（ＦＴ−ＩＲ法）などが用いられているが、近年ではより高感度の炭素濃度測定法として、イオン注入又は電子線照射後の低温ＰＬ法が用いられている。この手法を用いれば、１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の炭素濃度も検出可能である。現行技術では測定できないほどの低濃度で、且つ計算等からも求められないほどの低濃度であれば［Ｃｓ］＝０として扱うこともできる。

また、上述してきたβの値を、炭素濃度の単位をａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ Ｎｅｗ ＡＳＴＭとしたとき、５×１０^−４とすることができる。
ただし、先述したように炭素濃度測定法として、イオン注入又は電子線照射後の低温ＰＬ法が用いられている。しかしこれは新しい技術であり統一された基準はないので、他社と比較する場合にはβの値が変化する可能性があり、絶対的な値ではない。

次に、軽元素不純物が窒素原子を含む場合について説明する。
（実験３）
実験１と同様の引上げ装置を用いて、狙いの窒素濃度水準を６×１０^１３−２３×１０^１３（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）と振り、また酸素濃度水準を２．５×１０^１７−１２×１０^１７（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ ＡＳＴＭ’７９）と振った種々の窒素ドープシリコン単結晶サンプルを用意した。窒素のドープは窒化膜付ウェーハを用意し、それをシリコン原料とともにルツボ内に投入し溶融することでドープした。窒素ドープ量は窒化膜の膜厚とウェーハの質量から計算して求めた。また初期ドープ量がわかっているので、偏析計算によってサンプルを切り出した位置の窒素濃度を算出して、その値をそれぞれのサンプルの窒素濃度とした。

以上のサンプルにおいて、先ずＴＤ消去熱処理として６５０℃で２０分の熱処理を行った。その後に、実験１と同様に、ＰＮ判定及び抵抗率測定を行った。この抵抗率からアービンカーブを用いてキャリア濃度を算出した。また同じサンプルを用いてＦＴ−ＩＲ法により酸素濃度［Ｏｉ］の測定を行った。

次にこれらのサンプルに確実にＮＯドナーが消去すると思われる１０００℃で１６時間の熱処理を施し、ＮＯドナーを消去した。この熱処理後に再度抵抗率測定をし、キャリア濃度を算出した。これを熱処理前のキャリア濃度と差し引きすることで、キャリア濃度変化量を算出した。

このキャリア変化量を近似できる式を求めたところ、窒素濃度の１乗と酸素濃度の３乗との積である、［Ｎ］×［Ｏｉ］^３に比例することがわかった。その結果を図５に示す。以上から、ＮＯドナーによるキャリア濃度変化量はγ×［Ｎ］×［Ｏｉ］^３と表すことができると考えられる。

そこで、次に酸素濃度を１１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３とし、窒素濃度を８×１０^１３、４×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の２水準に振ったサンプルを用意し、ウェーハに加工した。このウェーハに１１５０℃でＮＯドナー消去熱処理を行なった後、抵抗率を測定した。更にその後、デバイス工程の最終パッケージ工程で想定される６００℃相当の時間は１時間程度以下と思われるので、６００℃で１時間のＮＯドナー形成熱処理を行い、抵抗率を測定した。

ＮＯドナー形成熱処理前後の抵抗率から、ＮＯドナーによるキャリア発生量を求めたところ、窒素濃度８×１０^１３、４×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３に対し、２×１０^１２／ｃｍ^３、１１×１０^１２／ｃｍ^３であった。以上より、６００℃で１時間熱処理後のＮＯドナーに起因するキャリア発生量は２×１０^−５６×［Ｎ］×［Ｏｉ］^３と計算されることがわかった。

実験１、２の結果に加え、この実験３の結果についてまとめると以下のことがいえる。
単結晶中に窒素が含まれている可能性のある場合には、デバイス製造時に形成される可能性のある軽元素起因のドナーによるキャリア濃度変化量を、単結晶育成時の酸素濃度を［Ｏｉ］、窒素濃度を［Ｎ］、炭素濃度を［Ｃｓ］として、
α×［Ｏｉ］^４＋β×［Ｃｓ］＋γ×［Ｎ］×［Ｏｉ］^３（ここでα、β、γは定数）…式（２）
として見積もることができる。

ＣＺ法においては、ＢＭＤを形成したり、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を制御したりするために、窒素を故意に添加することがある。窒素に関しては、故意でなくても空気中に大量に含まれている窒素が、原料に付着したり、ガス中に含まれていたりして、混入する場合がある。従って、窒素が含まれている可能性のある単結晶においては、酸素と炭素に加え、窒素に関しても考慮するのがより好ましい。

実験３で示したように、単結晶育成後に形成されているＮＯドナーによるキャリア濃度変化量は［Ｎ］×［Ｏｉ］^３に比例する。そこでＮＯドナーによるキャリア濃度変化量をγ×［Ｎ］×［Ｏｉ］^３として見積もることが好ましい。

従ってＴＤと炭素起因ドナーによるキャリア濃度変化量に、ＮＯドナーによるキャリア濃度変化量を加えたα×［Ｏｉ］^４＋β×［Ｃｓ］＋γ×［Ｎ］×［Ｏｉ］^３を目標抵抗率に寄与するドーパント濃度の１／３以下に抑制できるように、酸素濃度、炭素濃度及び窒素濃度を制御するための育成条件を設定することが好ましい。もちろんデバイスでの熱処理によっては、ＴＤ、炭素起因ドナー、ＮＯドナーのいずれかによるキャリアを考慮しなくても良い可能性はある。しかし単結晶育成時点では、デバイス熱処理が確定しているわけではないので、より安全な設計として、全てのドナーに起因するキャリア量を合算したものを指標とすることが望ましい。

ただし、窒素濃度の測定は二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）やフーリエ変換赤外分光（ＦＴ−ＩＲ法）などあるが、これの検出感度は１４乗台からせいぜい１３乗後半台程度である。これらの手法で測定できる範囲では、それらの測定値を［Ｎ］として用いることができる。
しかしこれらの検出下限以下の窒素ドープが行われる場合もある。その場合、シリコンメーカーでは測定可能な高濃度ドープした際のデータを基にドープ量を調整し、測定不可能な濃度範囲を制御している場合がある。従って、窒素濃度計算値で制御している場合には、窒素濃度の狙い値や計算値を用いることができる。現行技術では測定できないほどの低濃度で、且つ計算等からも求められないほどの低濃度であれば［Ｎ］＝０として扱うこともできる。

上述してきたγの値を、酸素濃度の単位をａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ ＡＳＴＭ’７９、窒素濃度の単位をａｔｏｍｓ／ｃｍ^３としたとき、２×１０^−５６とすることができる。
ただし、前述したように窒素濃度の検出下限は比較的高く、窒素ドープする場合は計算による濃度制御が行なわれる。この様に計算による窒素濃度の狙い値を用いる場合、統一された基準はないので、他社と比較する場合にはγの値が変化する可能性があり、絶対的な値ではない。

以上のように、式（２）のような近似式や、α、β、γの値を用いることで、上記キャリア濃度変化量の近似値を、より簡単に、精度良く見積もることが可能になる。なお、考慮から省く不純物がある場合は、例えば上記式においてその濃度をゼロとして計算すればよい。ただ、前述したように、特に酸素原子に関しては、ＣＺ法においては石英ルツボからシリコン融液を介してシリコン単結晶に取り込まれるので、常に考慮するのが好ましい。
更には、余程の炭素低減化管理をした場合を除いては、高感度炭素測定装置の検出下限以上の濃度で炭素原子が含まれているので、一般的には炭素濃度を加えて考慮するのが好ましい。
また、上記式（２）に限定されず、より多くの情報やデータを基に、より正確なキャリア変化量を記述できれば、より正確な制御が可能となることは言うまでもなく、より正確に改良された式も含めて本技術の範疇と言える。

そして、上記のようにして見積もったキャリア濃度変化量が、先の工程１での算出値の１／３以下になるように、育成するシリコン単結晶中の軽元素不純物の濃度を制御するための育成条件を設定する。１／３以下であればよく、更にデバイスによっては重要な特性の許容範囲が小さいものもあるので、デバイスの種類によっては、１／５以下や１／１０以下に抑制した方が良い場合もある。
この設定方法は特に限定されないが、例えばシミュレーションソフトを用いて予め実験を行うことができる。それにより、各種の育成条件と育成結果（軽元素不純物の含有濃度）の関係を調査することができる。あるいは実際の単結晶引上げ装置を用いて単結晶引上げを行い、その結果からそれらの関係を調査することもできる。
例えば、前述した近似式を用いてキャリア濃度変化量を見積り、前記算出値の１／３以下になるような軽元素不純物の適切な濃度を適宜決定し、そして上記関係から、その適切な濃度を得るための適切な育成条件を定めることができる。

なお、酸素濃度の制御方法としては、例えば、ルツボや結晶の回転速度、炉内圧、炉内ガス流量の調整が挙げられる。
また、炭素濃度の制御方法としては、例えば、ルツボ内に原料シリコン多結晶を充填する際に炭素粉をドープ剤として投入したり、ルツボ内に充填する原料シリコン多結晶の選別、炉内圧、炉内ガス流量、単結晶引上げ長さによる調整が考えられる。
また、窒素濃度の制御方法としては、例えば、ルツボ内に原料シリコン多結晶を充填する際に窒化膜付ウェーハを投入することや単結晶引上げ長さによる調整が挙げられる。

（工程３）
上記のようにして育成条件を設定した後は、その育成条件に基づいて、予め定めていた目標抵抗率のシリコン単結晶を育成すればよい（図１：工程３）。
このようにすれば、育成後のシリコン単結晶をデバイス工程にかけても、そこで形成される酸素等の軽元素不純物起因のドナーによるキャリア濃度変化量を上記算出値以下に抑えることができる。したがって、従来のように目標抵抗率から大きく変化してしまうのを防ぐことができ、抵抗率の変化量を許容範囲内に留めることが可能である。そのため、所望のデバイス品質を得ることができ、不良品が発生するのが抑制され、歩留まりを向上させることができる。

以下、実施例及び比較例を示して、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例）
概略図を図６に示した引上げ装置を用いて、Ｎ型（リン）７０−５５Ωｃｍのデバイス向けシリコン単結晶を３本育成した。このサンプル３本のうち２本は窒素ノンドープ品であり、１本は窒素ドープ品である。規格内の最も高抵抗側である７０ΩｃｍにおけるＮ型ドーパント濃度は６．１×１０^１３／ｃｍ^３であり、その１／３である２．０×１０^１３／ｃｍ^３以下に軽元素不純物起因のドナーによるキャリア発生量を抑制することが好ましい。

そこで酸素濃度を３水準に振った単結晶を育成した。上記のキャリア発生量（キャリア濃度変化量）以内に抑制するため、酸素濃度はルツボ回転と結晶回転を変えながら極低酸素濃度とした。また中間の酸素濃度を狙った単結晶には窒素をドープしてその影響も調査した。窒化膜付きウェーハをドープ剤として用い、後に示す比較例よりは低濃度に調整した。炭素に関しては高感度測定装置の検出下限となるほどの低炭素化処理や操業条件までは用いていないが、高純度原料を用いた。

この様にして得られた窒素ノンドープ結晶、及び窒素ドープ結晶からウェーハ形状サンプルを切出し、室温のＦＴ−ＩＲ法により、酸素濃度と炭素濃度を測定した。
その結果、各々のサンプルにおいて、次のように目標を達成する測定値が得られた。

サンプル１は、酸素濃度測定値が２．９×１０^１７（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ ＡＳＴＭ’７９）、炭素濃度測定値が１．５×１０^１５（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ Ｎｅｗ ＡＳＴＭ）であった。これにより予想される軽元素起因ドナーによるキャリア発生量は、５×１０^−５９×［Ｏｉ］^４＋５×１０^−４×［Ｃｓ］を用いて１．１×１０^１２／ｃｍ^３と計算され、目標の２．０×１０^１３／ｃｍ^３を大きく下回った。

サンプル２は、酸素濃度測定値が４．２×１０^１７（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ ＡＳＴＭ’７９）、炭素濃度測定値が２．６×１０^１５（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ Ｎｅｗ ＡＳＴＭ）であり、切出し位置での窒素濃度計算値が８．６×１０^１３（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）であった。これにより予想される軽元素起因ドナーによるキャリア発生量は、５×１０^−５９×［Ｏｉ］^４＋５×１０^−４×［Ｃｓ］＋２×１０^−５６×［Ｎ］×［Ｏｉ］^３を用いて３．１×１０^１２／ｃｍ^３と計算され、目標の２．０×１０^１３／ｃｍ^３を十分下回った。

サンプル３は、酸素濃度測定値が６．７×１０^１７（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ ＡＳＴＭ’７９）、炭素濃度測定値が２．８×１０^１５（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ Ｎｅｗ ＡＳＴＭ）であった。これにより予想される軽元素起因ドナーによるキャリア発生量は、５×１０^−５９×［Ｏｉ］^４＋５×１０^−４×［Ｃｓ］を用いて１．２×１０^１３／ｃｍ^３と計算され、目標の２．０×１０^１３／ｃｍ^３よりは下回った。

評価用サンプルを切出した位置に隣接する結晶部位をスライス、研磨してＰＷ（ポリッシュドウェーハ）を製造した。このＰＷを目的のデバイス工程に投入したところ、問題なく製品が製造された。

（比較例）
実施例に対して、目標抵抗率は実施例のままで、狙い窒素濃度を高くし、微量の炭素をドープした比較サンプル４の単結晶を育成した。また、実施例で作製したサンプルよりルツボ回転を高くし、炉内に流すＡｒガス流量を少なくした比較サンプル５の単結晶を育成した。なお、これらの単結晶の育成にあたっては、実施例とは異なり、軽元素不純物起因ドナーの考慮は行っていない。
これらの単結晶からウェーハ形状サンプルを切出し、室温のＦＴ−ＩＲ法により、酸素濃度と炭素濃度を測定した。

その結果、比較サンプル４の酸素濃度は７．５×１０^１７（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ ＡＳＴＭ’７９）、炭素濃度は１．４×１０^１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ ＮＥＷ ＡＳＴＭ）であり、切出した位置での窒素濃度計算値は１．７×１０^１４（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）であった。
この比較例では予めキャリア濃度変化量の見積りは行っていないが、後で、試しに見積り計算をしたところ、上記濃度により予想される軽元素起因ドナーによるキャリア発生量は５×１０^−５９×［Ｏｉ］^４＋５×１０^−４×［Ｃｓ］＋２×１０^−５６×［Ｎ］×［Ｏｉ］^３を用いて２．５×１０^１３／ｃｍ^３と計算され、目標の２．０×１０^１３／ｃｍ^３より上回っていた。

もう一方の比較サンプル５の酸素濃度は９．８×１０^１７（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ ＡＳＴＭ’７９）、炭素濃度は３．１×１０^１５（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ Ｎｅｗ ＡＳＴＭ）であった。
この比較例では予めキャリア濃度変化量の見積りは行っていないが、後で、試しに見積り計算をしたところ、上記濃度により予想される軽元素起因ドナーによるキャリア発生量は５×１０^−５９×［Ｏｉ］^４＋５×１０^−４×［Ｃｓ］を用いて４．９×１０^１３／ｃｍ^３と計算され、目標の２．０×１０^１３／ｃｍ^３を大きく上回っていた。

評価用サンプルを切出した位置に隣接する結晶部位をスライス、研磨してＰＷ（ポリッシュドウェーハ）を製造した。実施例と同様に、このＰＷを目的のデバイスに投入したところ、目標のデバイス特性が得られず不良品となった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１…単結晶引上げ装置、 ２…引上げ室、 ３…ルツボ、 ４…ヒータ、
５…ルツボ保持軸、 ６…種結晶、 ７…シードチャック、
８…ワイヤ、 ９…断熱材、 １０…シリコン単結晶、 １１…シリコン融液。

また、目標抵抗率に寄与するドーパント濃度の１／３の値は、アービンカーブにより求められることが好ましく、アービンカーブとしては、例えば以下の式を用いることが好ましい。

Claims (5)

1. チョクラルスキー法により高抵抗率のシリコン単結晶を育成する方法であって、
   前記シリコン単結晶を育成するとき、
   前記シリコン単結晶の目標抵抗率に寄与するドーパント濃度の１／３の値を算出し、
   前記育成後のシリコン単結晶にデバイスを製造したときに形成される可能性のある軽元素不純物起因のドナーによるキャリア濃度変化量が、前記算出値以下になるように、育成するシリコン単結晶中の前記軽元素不純物の濃度を制御するための育成条件を設定し、
   該設定した育成条件に基づいて、前記目標抵抗率を有する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育成方法。
2. 前記目標抵抗率に寄与するドーパント濃度の１／３の値を算出するとき、
   前記ドーパント濃度を、アービンカーブにより算出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。
3. 前記育成するシリコン単結晶の抵抗率を、Ｐ型単結晶では１００Ωｃｍ以上とし、Ｎ型単結晶では３３Ωｃｍ以上とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリコン単結晶の育成方法。
4. 前記軽元素不純物を、酸素原子、炭素原子、および窒素原子のうちのいずれか１つ以上とし、前記軽元素不純物の濃度を制御するための育成条件を設定するとき、
   前記軽元素不純物起因のドナーによるキャリア濃度変化量を、
   前記シリコン単結晶育成時の酸素濃度を［Ｏｉ］、窒素濃度を［Ｎ］、炭素濃度を［Ｃｓ］としたとき、
   α×［Ｏｉ］^４＋β×［Ｃｓ］＋γ×［Ｎ］×［Ｏｉ］^３
   （ここで、α、β、γは定数）
   として見積もることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の育成方法。
5. 前記αの値を、酸素濃度の単位をａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）としたとき、５×１０^−５９とし、
   前記βの値を、炭素濃度の単位をａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（Ｎｅｗ ＡＳＴＭ）としたとき、５×１０^−４とし、
   前記のγ値を、窒素濃度の単位をａｔｏｍｓ／ｃｍ^３としたとき、２×１０^−５６とすることを特徴とする請求項４に記載のシリコン単結晶の育成方法。

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