JP2021107325A - ｎ型シリコン単結晶のインゴット、シリコンウェーハ、およびエピタキシャルシリコンウェーハ - Google Patents

Abstract

【課題】従来にはない、直径３００ｍｍという大径であり、かつ低抵抗率のｎ型シリコン単結晶のインゴットを提供する。【解決手段】赤リンを主たるドーパントとして含み、シリコン単結晶の直胴部開始位置の電気抵抗率が１．２ｍΩｃｍ以上、１．７ｍΩｃｍ以下であり、シリコン単結晶の直胴部最後部の電気抵抗率が０．８ｍΩｃｍ以上、１．０ｍΩｃｍ以下である直径３００ｍｍウェーハ用のｎ型シリコン単結晶のインゴット。【選択図】図２

Description

本発明は、ｎ型シリコン単結晶のインゴット、シリコンウェーハ、およびエピタキシャルシリコンウェーハに関する。

近年、携帯電話機等の携帯機器が広く普及している。こうした携帯機器では、長時間携行して使用可能なことが強く求められており、携帯機器に内蔵されるバッテリーの大容量化や、携帯機器自体の消費電力を低減させる取り組みがなされている。
携帯機器自体の消費電力を低減させるには、携帯機器の内部に搭載される半導体デバイスの消費電力を低減させることが必要である。

例えば、携帯機器の電力用デバイスとして使用される低耐圧パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semi-Conductor Field Effect Transistor）は、通電状態となったときにその内部にある一定の電気抵抗を有するので、低耐圧パワーＭＯＳＦＥＴに流れる電流に応じてそれ自身が電力を消費する。
したがって、低耐圧パワーＭＯＳＦＥＴが通電状態となったときの内部抵抗を小さくすることができれば、携帯機器の消費電力を低減させることが可能となる。そのような背景から、低耐圧パワーＭＯＳＦＥＴが通電状態となったときの抵抗を小さくするために、低電気抵抗率（以下、低抵抗率と称す）のｎ型シリコン単結晶が強く求められている。

ところで、従来、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法において、特許文献１には、シリコン単結晶の直径（直胴径）に対して、石英ルツボの内径を３倍以上とすることが好ましく、これにより、大口径のシリコン単結晶の引き上げに際しても、安定したシリコン単結晶の引き上げを行うことができるという技術が開示されている。

また、シリコンウェーハの低抵抗率化を図ることのできるドーパントとして、赤リン、ヒ素が挙げられるが、赤リンをドーパントとして低抵抗率化を図る技術として、特許文献２が提案されている。
さらに、ヒ素をドーパントとして低抵抗率化を図る技術として、特許文献３が提案されている。

特開２００９−２９２６８４号公報 特許第５８９０５８７号公報 特開２０１１−４４５０５号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の技術を、低抵抗率のｎ型シリコン単結晶の引き上げに利用しようとすると、揮発性ドーパントである赤リン、ヒ素等のｎ型ドーパントが引き上げ中に蒸発してしまい所望する低抵抗率範囲となるシリコン単結晶の歩留まり低下を生じたり、ｎ型ドーパントの添加量増加に伴い、シリコン単結晶の有転位化が発生するという課題がある。

また、前記特許文献２に記載の技術では、赤リンをドーパントとして低抵抗率のシリコンウェーハを製造できるが、実施例に開示されるシリコンウェーハの径は、直径２００ｍｍでしかない。
さらに、前記特許文献３に記載の技術では、ヒ素をドーパントとして低抵抗率のシリコンウェーハを製造することはできるが、実施例に開示されるシリコンウェーハの径は、直径１５０ｍｍでしかない。

本発明の目的は、赤リンまたはヒ素をドーパントとして、従来にはない、直径３００ｍｍという大径であり、かつ低抵抗率のｎ型シリコン単結晶のインゴット、シリコンウェーハ、およびエピタキシャルシリコンウェーハを提供することにある。

本発明のｎ型シリコン単結晶のインゴットは、赤リンを主たるドーパントとして含み、シリコン単結晶の直胴部開始位置の電気抵抗率が１．２ｍΩｃｍ以上、１．７ｍΩｃｍ以下であり、前記シリコン単結晶の直胴部最後部の電気抵抗率が０．８ｍΩｃｍ以上、１．０ｍΩｃｍ以下であることを特徴とする直径３００ｍｍウェーハ用のｎ型シリコン単結晶のインゴットである。
本発明のシリコンウェーハは、前述したｎ型シリコン単結晶のインゴットから切り出され、電気抵抗率が０．８ｍΩｃｍ以上、１．０ｍΩｃｍ以下の直径３００ｍｍのシリコンウェーハである。
本発明のエピタキシャルシリコンウェーハは、前述したシリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜が形成されていることを特徴とする。

これらの発明によれば、赤リンをドーパントとして、従来にはない、直径３００ｍｍという大径であり、かつ低抵抗率のシリコン単結晶のインゴット、低抵抗率シリコンウェーハ、および低抵抗率エピタキシャルシリコンウェーハを得ることができる。

本発明のｎ型シリコン単結晶のインゴットは、ヒ素を主たるドーパントとして含み、シリコン単結晶の直胴部開始位置の電気抵抗率が２．５ｍΩｃｍ以上、３．１ｍΩｃｍ以下であり、前記シリコン単結晶の直胴部最後部の電気抵抗率が１．７ｍΩｃｍ以上、２．０ｍΩｃｍ以下であることを特徴とする直径３００ｍｍウェーハ用のｎ型シリコン単結晶のインゴットである。
本発明のシリコンウェーハは、前述したｎ型シリコン単結晶のインゴットから切り出され、電気抵抗率が１．７ｍΩｃｍ以上、２．０ｍΩｃｍ以下であることを特徴とする直径３００ｍｍのシリコンウェーハである。
本発明のエピタキシャルシリコンウェーハは、前述したシリコンウェーハの表面にエピタキシャル成長膜が形成されていることを特徴とする。

これらの発明によれば、ヒ素をドーパントとして、従来にはない、直径３００ｍｍという大径であり、かつ低抵抗率のシリコン単結晶のインゴット、低抵抗率シリコンウェーハ、および低抵抗率エピタキシャルシリコンウェーハを得ることができる。

本発明の実施形態に係るシリコン単結晶の引き上げ装置の構造の一例を示す模式図。 実施例における赤リンをドーパントとした場合のシリコン単結晶（直胴径２０１〜２３０ｍｍ）の直胴長さと、抵抗率の関係を示すグラフ。 実施例における赤リンをドーパントとした場合のシリコン単結晶（直胴径２０１〜２３０ｍｍ）の直胴長さと、抵抗率の関係を示すグラフ。 実施例における赤リンをドーパントとした場合のシリコン単結晶（直胴径３０１〜３３０ｍｍ）の直胴長さと、抵抗率の関係を示すグラフ。 実施例におけるヒ素をドーパントとした場合のシリコン単結晶（直胴径３０１〜３３０ｍｍ）の直胴長さと、抵抗率の関係を示すグラフ。

［１］シリコン単結晶の引き上げ装置１の構造
図１には、本発明の実施形態に係るシリコン単結晶の製造方法を適用できるシリコン単結晶の引き上げ装置１の構造の一例を表す模式図が示されている。引き上げ装置１は、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶１０を引き上げる装置であり、外郭を構成するチャンバ２と、チャンバ２の中心部に配置されるルツボ３とを備える。
ルツボ３は、内側の石英ルツボ３Ａと、外側の黒鉛ルツボ３Ｂとから構成される二重構造であり、回転および昇降が可能な支持軸４の上端部に固定されている。

ルツボ３の内側の石英ルツボ３Ａの内径は、シリコン単結晶１０の引き上げ時の直胴径に対して、１．７倍以上、２．３倍以下とされる。
具体的には、シリコン単結晶１０の直胴径が２０１ｍｍ以上、２３０ｍｍ以下である場合、石英ルツボ３Ａの内径は、シリコン単結晶１０の直胴径の２．１倍以上、２．３倍以下とするのが好ましい。一方、シリコン単結晶１０の直胴径が３０１ｍｍ以上、３３０ｍｍ以下である場合、石英ルツボ３Ａの内径は、シリコン単結晶１０の直胴径の１．７倍以上、２．０倍以下とするのが好ましい。

ルツボ３の内径をこれよりも大きくすると、熱遮蔽板１２や、チャンバ２の開口径が大きくなるため、ドーパント蒸着物が炉体に付着し、シリコン単結晶１０に異物が付着して、有転位化が発生し易くなる。
ルツボ３の内径をこのような範囲とすることにより、シリコン単結晶１０と石英ルツボ３Ａの間の隙間を少なくすることができるため、赤リン、ヒ素等のドーパントの蒸発を抑え、ドーパントの偏析現象による直胴部開始部における有転位化の発生を防止することができる。

ルツボ３の外側には、ルツボ３を囲む抵抗加熱式のヒータ５が設けられ、その外側には、チャンバ２の内面に沿って断熱材６が設けられている。なお、ヒータ５は、単体のものだけでなく、上下に分割され、それぞれが独立して温度設定が可能とされていてもよい。
ルツボ３の上方には、支持軸４と同軸上で逆方向または同一方向に所定の速度で回転するワイヤなどの引き上げ軸７が設けられている。この引き上げ軸７の下端には種結晶８が取り付けられている。
なお、チャンバ２内には、シリコン融液９の上方で育成中のシリコン単結晶１０を囲む円筒形の水冷体が設けられていてもよい。
水冷体は、例えば、銅などの熱伝導性の良好な金属からなり、内部に流通される冷却水により強制的に冷却される。水冷体は、育成中のシリコン単結晶１０の冷却を促進し、単結晶中心部および単結晶外周部の引き上げ軸方向の温度勾配を制御する役割を担う。

チャンバ２内には、筒状の熱遮蔽板１２が配置されている。
熱遮蔽板１２は、育成中のシリコン単結晶１０に対して、ルツボ３内のシリコン融液９やヒータ５やルツボ３の側壁からの高温の輻射熱を遮断するとともに、結晶成長界面である固液界面の近傍に対しては、外部への熱の拡散を抑制し、単結晶中心部および単結晶外周部の引き上げ軸方向の温度勾配を制御する役割を担う。

チャンバ２の上部には、Ａｒガスなどの不活性ガスをチャンバ２内に導入するガス導入口１３が設けられている。チャンバ２の下部には、図示しない真空ポンプの駆動によりチャンバ２内の気体を吸引して排出する排気口１４が設けられている。
ガス導入口１３からチャンバ２内に導入された不活性ガスは、育成中のシリコン単結晶１０と熱遮蔽板１２との間を下降し、熱遮蔽板１２の下端とシリコン融液９の液面との隙間（液面Ｇａｐ）を経た後、熱遮蔽板１２の外側、さらにルツボ３の外側に向けて流れ、その後にルツボ３の外側を下降し、排気口１４から排出される。

このような育成装置を用いたシリコン単結晶１０の育成の際、チャンバ２内を減圧下の不活性ガス雰囲気に維持した状態で、ルツボ３に充填した多結晶シリコンなどの固形原料をヒータ５の加熱により溶融させ、シリコン融液９を形成する。ルツボ３内にシリコン融液９が形成されると、引き上げ軸７を下降させて種結晶８をシリコン融液９に浸漬し、ルツボ３および引き上げ軸７を所定の方向に回転させながら、引き上げ軸７を徐々に引き上げ、これにより種結晶８に連なったシリコン単結晶１０を育成する。

［２］シリコン単結晶の製造方法
前述した引き上げ装置１を用いて本実施形態のｎ型シリコン単結晶であるシリコン単結晶１０を製造する場合、シリコン融液９中に、赤リンまたはヒ素を主たるドーパントとして、引き上げ当初に添加したり、または引き上げ中に適宜添加することにより、製造することができる。赤リンまたはヒ素を主たるドーパントとする場合、ｎ型ドーパントのうち５０質量％以上を赤リンまたはヒ素とするが、さらに他のドーパントを添加してもよい。
直胴径２０１ｍｍ以上、２３０ｍｍ以下のシリコン単結晶１０のインゴットの引き上げにおいて、赤リンをドーパントとした場合では、シリコン単結晶１０の直胴部開始位置で、抵抗率を０．８ｍΩｃｍ以上、１．０５ｍΩｃｍ以下に制御し、その後、シリコン単結晶１０を引き上げて成長させるにつれて、順次シリコン単結晶１０の抵抗率を下げていき、最終的に０．５ｍΩｃｍ以上、０．７ｍΩｃｍ以下のシリコン単結晶１０を得る。

直胴径３０１ｍｍ以上、３３０ｍｍ以下のシリコン単結晶１０のインゴットの引き上げにおいて、赤リンをドーパントとした場合では、シリコン単結晶１０の直胴部開始位置で、抵抗率を１．２ｍΩｃｍ以上、１．７ｍΩｃｍ以下に制御し、その後、シリコン単結晶１０を引き上げて成長させるにつれて、順次シリコン単結晶１０の抵抗率を下げていき、最終的にインゴットの一部が０．８ｍΩｃｍ以上、１．０ｍΩｃｍ以下となるシリコン単結晶１０を得る。

直胴径３０１ｍｍ以上、３３０ｍｍ以下のシリコン単結晶１０のインゴットの引き上げにおいて、ヒ素をドーパントとした場合では、シリコン単結晶１０の直胴部開始位置で、抵抗率を２．５ｍΩｃｍ以上、３．１ｍΩｃｍ以下に制御し、その後、シリコン単結晶１０を引き上げて成長させるにつれて、順次シリコン単結晶１０の抵抗率を下げていき、最終的にインゴットの一部が１．７ｍΩｃｍ以上、２．０ｍΩｃｍ以下となるシリコン単結晶１０を得る。
本実施形態のシリコン単結晶１０のインゴットは、一般的な引き上げ条件で引き上げることができる。その際、ルツボ３内のシリコン融液９における赤リンやヒ素といったドーパント濃度を増加させる手段としては、引き上げ中にドーパントの添加量を変化させたり、引き上げに伴う偏析現象によるドーパント濃度の上昇を利用したり、チャンバ２内に導入される不活性ガスの導入量を変化させてドーパントの蒸発を抑制し、チャンバ２内の圧力を変化させることが挙げられる。

具体的には、シリコン単結晶１０の直胴部引き上げの前半においては、ドーパントの蒸発を抑制し、ルツボ３内のシリコン融液９におけるドーパント濃度を上げたい場合、Ａｒ流量を５０Ｌ／ｍｉｎ〜１５０Ｌ／ｍｉｎ、炉内圧力を４０ｋＰａ〜８０ｋＰａとする。
一方、シリコン単結晶１０の直胴部引き上げの後半においては、ドーパントの蒸発を促進し、シリコン単結晶１０の育成の進行に伴う偏析によるドーパント濃度の濃化と相殺させて、ルツボ３内のシリコン融液９におけるドーパント濃度を維持したい場合、Ａｒ流量を５０Ｌ／ｍｉｎ〜２００Ｌ／ｍｉｎ、炉内圧力を２０ｋＰａ〜８０ｋＰａ（好ましくは３０ｋＰａ以上、４０ｋＰａ以下）とする。
また、シリコン単結晶１０の引き上げに際しては、磁場強度０．２Ｔ以上、０．４Ｔ以下の磁場を印加するのも好ましい。磁場を印加することにより、引き上げ中のシリコン単結晶１０のメルト対流を抑制し、メルト内の温度ムラや乱流現象を低減することができるため、有転位化を発生させずに、確実にシリコン単結晶１０の引き上げを行うことができる。

シリコン単結晶１０の引き上げに際して、ヒータ５が独立して温度設定が可能な上部ヒータおよび下部ヒータを使用する場合、上部ヒータによる加熱量と下部ヒータによる加熱量の比を１以上、４以下とすることが好ましい。
１未満、すなわち下部ヒータの加熱量が上部ヒータの加熱量よりも小さいと、ルツボ３の底から、固液界面に下に向かう対流が強くならず、ドーパントが添加されたシリコン融液９の表面から結晶に液温が不安定な対流を弱くできないため、温度の不安定化の有転位化の発生を抑制できない。
一方、加熱量の比が、４を超えると、ルツボの下部の熱負荷が大きくなり、ルツボ３の変形や石英の剥離が生じる可能性がある。

シリコン単結晶１０の肩部を形成する場合には、高さの大きなリメルト領域（たとえば、２００μｍ以上）を発生させないように、シリコン単結晶１０を引き上げるのが好ましい。リメルト領域とは、シリコン融液９から引き上げられて固化したシリコン単結晶１０が、引き上げ時に再び溶融して液化した領域をいう。
具体的には、肩部形成の最初は、１６ｒｐｍ以上、３０ｒｐｍ以下の回転数でルツボ３を回転させながら引き上げ、その後、肩部の直径がシリコン単結晶１０の直胴径の半分以上となったら、ルツボ３の回転数を徐々に下げていき、４ｒｐｍ以上、１２ｒｐｍ以下とする。

肩部形成の最初に３０ｒｐｍを超える回転数で引き上げると、引き上げ装置１の稼働が安定せず、肩部が変形する可能性が高くなる。
次に、肩部の直径がシリコン単結晶１０の直胴径の半分以上となった場合に、ルツボ３の回転数を４ｒｐｍ未満とすると、ドーパントが添加されたシリコン融液９が安定せず、有転位化が発生する可能性が高くなる。
一方、ルツボ３の回転数が、１２ｒｐｍを超えると、シリコン単結晶１０の面内の酸素密度や抵抗率のばらつきが大きくなり、結晶品質が安定しない。

シリコン単結晶１０の直胴部を形成する場合には、高さの大きなリメルト領域（たとえば、２００μｍ以上）を発生させないように、引き上げるのが好ましい。具体的には、直胴部形成の最初は、９ｒｐｍ以上、３０ｒｐｍ以下の回転数でルツボ３を回転させながら引き上げ、５０ｍｍ以上、２００ｍｍ以下、シリコン単結晶１０の直胴部を引き上げたら、ルツボ３の回転数を０．１ｒｐｍ以上、７ｒｐｍ以下とする。

直胴部形成の最初に３０ｒｐｍを超える回転数で引き上げると引き上げ装置１の稼働が安定しないうえ、直胴部が変形する可能性が高くなる。
次に、直胴部開始位置から５０ｍｍ以上、２００ｍｍ以下の範囲で、ルツボ３の回転数が０．１ｒｐｍ未満だと、ドーパントが添加されたシリコン融液９が安定せず、有転位化の発生の原因となる可能性が高い。
一方、ルツボ３の回転数が７ｒｐｍを超えると、シリコン単結晶１０の面内の酸素濃度や電気抵抗率のばらつきが大きくなり、結晶品質が安定しない。

このような引き上げ装置１で引き上げられた直胴径２０１ｍｍ以上、２３０ｍｍ以下のシリコン単結晶１０の一部は、赤リンをドーパントとした場合、シリコン単結晶１０のテールに近い部分で、抵抗率が０．５ｍΩｃｍ以上、０．７ｍΩｃｍ以下のシリコン単結晶１０のインゴットが得られる。
シリコン単結晶１０のインゴットの外周研削を行って直胴径２００ｍｍとした後、当該部分をワイヤーソー等でシリコンウェーハに切り出し、切り出されたシリコンウェーハに、ラッピング工程、研磨工程を施すことにより、抵抗率０．５ｍΩｃｍ以上、０．７ｍΩｃｍ以下の直径２００ｍｍのシリコンウェーハを得ることができる。
さらに、シリコンウェーハの加工後、シリコンウェーハの表面に、エピタキシャル膜を形成して、直径２００ｍｍのエピタキシャルシリコンウェーハを製造し、顧客に出荷する。

また、直胴径３０１ｍｍ以上、３３０ｍｍ以下のシリコン単結晶１０のインゴットの一部は、赤リンをドーパントとした場合、シリコン単結晶のテールに近い部分で、抵抗率０．８ｍΩｃｍ以上、１．０ｍΩｃｍ以下のシリコン単結晶１０のインゴットが得られる。
シリコン単結晶１０のインゴットの外周研削を行って直胴径３００ｍｍとした後、当該部分をワイヤーソー等でシリコンウェーハに切り出し、切り出されたシリコンウェーハに、ラッピング工程、研磨工程を施すことにより、抵抗率０．８ｍΩｃｍ以上、１．０ｍΩｃｍ以下の直径３００ｍｍのシリコンウェーハを得ることができる。
さらに、シリコンウェーハの加工後、シリコンウェーハの表面に、エピタキシャル成長膜を形成して、直径３００ｍｍのエピタキシャルシリコンウェーハを製造し、顧客に出荷する。

一方、ヒ素をドーパントとした場合、直胴径３０１ｍｍ以上、３３０ｍｍ以下のシリコン単結晶１０のテールに近い部分で、抵抗率が１．７ｍΩｃｍ以上、２．０ｍΩｃｍ以下のシリコン単結晶１０のインゴットが得られる。
シリコン単結晶１０のインゴットの外周研削を行って直胴径３００ｍｍとした後、当該部分をワイヤーソー等でシリコンウェーハに切り出し、切り出されたシリコンウェーハに、ラッピング工程、研磨工程を施した後、直径３００ｍｍのシリコンウェーハを得ることができる。
さらに、シリコンウェーハの加工後、シリコンウェーハの表面に、エピタキシャル膜を形成して、直径３００ｍｍのエピタキシャルシリコンウェーハを製造し、顧客に出荷する。

次に、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲で他の構成を許容するものである。
［１］直胴径２０１ｍｍ以上、２３０ｍｍ以下のシリコン単結晶１０のインゴットの場合
結晶径２０１ｍｍ以上、２３０ｍｍ以下のシリコン単結晶１０を引き上げるに際し、シリコン単結晶１０の直胴部開始位置（肩終わり位置）における抵抗率を、０．８ｍΩｃｍ以上、１．０５ｍΩｃｍ以下に制御した。ルツボ３の内径と結晶径の比率（＝ルツボ３の内径／結晶径）を、実施例においては２．１〜２．３、比較例および参考例においては２．６〜３．０とし、チャージ量を８０ｋｇ〜１８０ｋｇとした。また、引き上げ速度は、０．３ｍｍ／ｍｉｎ〜１．０ｍｍ／ｍｉｎとし、結晶回転数を９〜１７ｒｐｍとし、ルツボ３の回転数は、０．２ｒｐｍ〜２２ｒｐｍとした。
さらに、シリコン単結晶１０の直胴部前半では、アルゴンガス流量を５０Ｌ／ｍｉｎ〜１５０Ｌ／ｍｉｎとし、炉内圧を４０ｋＰａ〜８０ｋＰａとした。シリコン単結晶１０の直胴部後半では、アルゴンガス流量を５０Ｌ／ｍｉｎ〜２００Ｌ／ｍｉｎとし、炉内圧を２０ｋＰａ〜８０ｋＰａとした。

［1-1］抵抗率０．６ｍΩｃｍ以上、０．７ｍΩｃｍ以下の場合
シリコン単結晶１０の直胴径に対して、石英ルツボ３Ａの内径を変更し、複数の水準について、赤リンドーパント添加、Ａｒ流量、炉内圧、熱遮蔽板１２の液面高さ、シリコン単結晶１０の引き上げ速度、およびこれらの組み合わせによって、抵抗率制御を行いながら、赤リンをドーピングしたシリコン単結晶１０の引き上げを行った。結果を表１および図２に示す。なお、以下の説明において、直胴長０％位置とは、シリコン単結晶１０の直胴部開始位置を意味し、直胴長１００％位置とは、シリコン単結晶１０のテール開始位置を意味する。また、直胴合格長さとは、抵抗率が合格（所望の抵抗範囲内）かつ無転位である直胴領域の長さを、直胴全長で割った値であり、無転位化成功率とは、引き上げｔｒｙ数のうち、無転位で引き上げることのできたｔｒｙ数の割合をいう。

比較例１および比較例２と、実施例１から実施例３とを比較すると、実施例１から実施例３の方が、明らかに無転位化成功率が高くなっており、結晶歩留も大きくなっていて、シリコン単結晶１０のインゴットの一部が抵抗率０．６ｍΩｃｍ以上、０．７ｍΩｃｍ以下となっている部分をより多く確保できていることがわかる。したがって、赤リンをドーパントとして、目標とする抵抗率０．６ｍΩｃｍ以上、０．７ｍΩｃｍ以下のシリコン単結晶１０のインゴットを製造する場合、シリコン単結晶１０の直胴径に対して、石英ルツボ３Ａの内径は、２．１倍以上、２．３倍以下とするのが好ましいことが確認された。

［1-2］抵抗率０．５ｍΩｃｍ以上、０．６ｍΩｃｍ以下の場合
直胴径２０１ｍｍ以上、２３０ｍｍ以下のシリコン単結晶１０のインゴットの一部が、抵抗率０．５ｍΩｃｍ以上、０．６ｍΩｃｍ以下となる場合において、石英ルツボ３Ａの内径の影響を確認した。
具体的には、Ａｒ流量・炉内圧・引上速度の制御による抵抗率制御は、制御方向が蒸発抑制と蒸発促進の２方向があり、シリコン単結晶１０の結晶トップ側から、所望抵抗率以下になるところまでは、蒸発を抑制する。次に、所望抵抗率範囲に入ったところで、偏析の効果を相殺するために、蒸発促進側へプロファイルを変えていく。０．６ｍΩｃｍ以上、０．７ｍΩｃｍ以下の狙い値に対し、０．５ｍΩｃｍ以上、０．６ｍΩｃｍ以下の範囲においては、蒸発抑制区間が結晶位置のより後半側まで（≦０．６ｍΩｃｍになるところまで）長く占める。
結果を表２および図３に示す。

参考例１および参考例２では結晶合格長さが０％と、シリコン単結晶１０のインゴットの一部を、目標の０．５ｍΩｃｍ以上、０．６ｍΩｃｍ以下とすることができなかった。これに対して、実施例４から実施例６では、目標とする抵抗率範囲の部分の結晶合格長さを確保することができることを確認することができた。したがって、赤リンをドーパントとして、目標とする抵抗率０．５ｍΩｃｍ以上、０．６ｍΩｃｍ以下のシリコン単結晶１０のインゴットを製造する場合も、シリコン単結晶１０の直胴径に対して、石英ルツボ３Ａの内径は、２．１倍以上、２．３倍以下とするのが好ましいことが確認された。

特に、実施例７では、シリコン単結晶１０の引上げの進行につれて大きく抵抗率が低下することが示されている。この抵抗率の大きな低下により、直胴部開始位置での抵抗率を１．０５ｍΩｃｍとして直胴長２０％までの結晶部分の抵抗率を比較的高くして有転位化を抑制し、その後、抵抗率を大きく低下させて、目標の抵抗率０．５ｍΩｃｍ以上、０．６ｍΩｃｍ以下あるいは０．７ｍΩｃｍ以下となる単結晶を歩留まりよく得ることができる。なお、直胴部開始位置での抵抗率を１．０５ｍΩｃｍ超とすると、目標の抵抗率０．５ｍΩｃｍ以上、０．６ｍΩｃｍ以下となる直胴部の長さが僅かとなり、歩留まりが低くなる。

また、実施例８に示すように、直胴部開始位置での抵抗率を０．８ｍΩｃｍとすることにより、有転位化を抑制しつつ、目標の抵抗率０．５ｍΩｃｍ以上、０．６ｍΩｃｍ以下となる直胴部の占める割合を直胴部全体の３５％、抵抗率０．５ｍΩｃｍ以上、０．７ｍΩｃｍ以下となる直胴部の占める割合を、直胴部全体の７０％と極めて高くすることができる。なお、直胴部開始位置の抵抗率を０．８ｍΩｃｍよりも低い０．７５ｍΩｃｍとした場合、直胴長２０％までに有転位化が頻発して単結晶を育成することができなかった。

［２］直胴径３０１ｍｍ以上、３３０ｍｍ以下のシリコン単結晶１０のインゴットの場合
結晶径３０１ｍｍ以上、３３０ｍｍ以下のシリコン単結晶１０を引き上げた。
実施例および比較例において、ルツボ３の内径と結晶径の比率（＝ルツボ３の内径／結晶径）を、実施例においては１．７〜２．０とし、比較例においては２．５〜２．６とし、チャージ量を８０ｋｇ〜２５０ｋｇとし、引き上げ速度を０．３ｍｍ／ｍｉｎ〜１．０ｍｍ／ｍｉｎとし、結晶回転数を５ｒｐｍ〜１７ｒｐｍとし、ルツボ３の回転数を０．２ｒｐｍ〜２２ｒｐｍとした。
また、シリコン単結晶１０の直胴部前半では、アルゴンガス流量を５０Ｌ／ｍｉｎ〜１５０Ｌ／ｍｉｎとし、炉内圧を４０ｋＰａ〜８０ｋＰａとした。シリコン単結晶１０の直胴部後半では、アルゴンガス流量を５０Ｌ／ｍｉｎ〜２００Ｌ／ｍｉｎとし、炉内圧を２０ｋＰａ〜８０ｋＰａとした。

［2-1］赤リンをドーパントとした場合（０．８ｍΩｃｍ以上、１．０ｍΩｃｍ以下）
赤リンをドーパントとした場合、結晶径３０１ｍｍ以上、３３０ｍｍ以下のシリコン単結晶１０を引き上げるに際し、シリコン単結晶１０の直胴開始位置（肩終わり位置）における抵抗率を、１．２ｍΩｃｍ以上、１．７ｍΩｃｍ以下に制御した。
シリコン単結晶１０の直胴径３０１ｍｍ以上、３３０ｍｍ以下の場合について、前述と同様にシリコン単結晶１０の直胴径に対する石英ルツボ３Ａの内径を変更し、複数の水準について、赤リンドーパント添加による抵抗率制御を行いながら、赤リンをドーピングしたシリコン単結晶１０の引き上げを行った。結果を表３および図４に示す。

比較例３および比較例４では、無転位で単結晶を引き上げることができなかった（有転位の状態で抵抗率を測定した結果を図４に破線で示すが、抵抗率についても１．０ｍΩｃｍ以下とすることができなかった）。
一方、実施例９から実施例１２によれば、無転位化成功率を２０％以上実現することができ、結晶合格長さも７％から５０％まであるので、シリコン単結晶１０のインゴットの一部の抵抗率が、０．８ｍΩｃｍ以上、１．０ｍΩｃｍ以下のものを確保することができた。したがって、赤リンをドーパントとして、目標とする抵抗率０．８ｍΩｃｍ以上、１．０ｍΩｃｍ以下のシリコン単結晶１０のインゴットを製造する場合、少なくとも石英ルツボ３Ａの内径を、シリコン単結晶１０の直胴径の１．７倍以上、２．０倍以下とすればよいことが確認された。

［2-2］ヒ素をドーパントとした場合（１．７ｍΩｃｍ以上、２．０ｍΩｃｍ以下）
シリコン単結晶１０の直胴径３０１ｍｍ以上、３３０ｍｍ以下の場合について、前述と同様にシリコン単結晶１０の直胴径に対する石英ルツボ３Ａの内径を変更し、複数の水準について、ヒ素ドーパント添加による抵抗率制御を行いながら、ヒ素をドーピングしたシリコン単結晶１０の引き上げを行った。
このとき、シリコン単結晶１０の直胴開始位置（肩終わり位置）における抵抗率を、２．５ｍΩｃｍ以上、３．１ｍΩｃｍ以下に制御した。結果を表４および図５に示す。

比較例５および比較例６では、無転位で単結晶を引き上げることができなかった（有転位の状態で抵抗率を測定した結果を図５に破線で示すが、抵抗率についても２．０ｍΩｃｍ以下とすることができなかった）。
実施例１３から実施例１６によれば、無転位化成功率を１０％以上実現することができ、結晶合格長さも１３％から６１％あるので、シリコン単結晶１０のインゴットの一部の抵抗率が、１．７ｍΩｃｍ以上、２．０ｍΩｃｍ以下のものを確保することができた。したがって、ヒ素をドーパントとして、目標とする抵抗率１．７ｍΩｃｍ以上、２．０ｍΩｃｍ以下のシリコン単結晶１０のインゴットを製造する場合、少なくとも石英ルツボ３Ａの内径を、シリコン単結晶１０の直胴径の１．７倍以上、２．０倍以下とすればよいことが確認された。

１…引き上げ装置、２…チャンバ、３…ルツボ、３Ａ…石英ルツボ、３Ｂ…黒鉛ルツボ、４…支持軸、５…ヒータ、６…断熱材、７…引き上げ軸、８…種結晶、９…シリコン融液、１０…シリコン単結晶、１２…熱遮蔽板、１３…ガス導入口、１４…排気口。

Claims (6)

1. 赤リンを主たるドーパントとして含み、シリコン単結晶の直胴部開始位置の電気抵抗率が１．２ｍΩｃｍ以上、１．７ｍΩｃｍ以下であり、前記シリコン単結晶の直胴部最後部の電気抵抗率が０．８ｍΩｃｍ以上、１．０ｍΩｃｍ以下であることを特徴とする直径３００ｍｍウェーハ用のｎ型シリコン単結晶のインゴット。
2. 請求項１に記載のｎ型シリコン単結晶のインゴットから切り出され、電気抵抗率が０．８ｍΩｃｍ以上、１．０ｍΩｃｍ以下であることを特徴とする直径３００ｍｍのシリコンウェーハ。
3. 請求項２に記載のシリコンウェーハの表面に、エピタキシャル膜が形成されていることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。
4. ヒ素を主たるドーパントとして含み、シリコン単結晶の直胴部開始位置の電気抵抗率が２．５ｍΩｃｍ以上、３．１ｍΩｃｍ以下であり、前記シリコン単結晶の直胴部最後部の電気抵抗率が１．７ｍΩｃｍ以上、２．０ｍΩｃｍ以下であることを特徴とする直径３００ｍｍウェーハ用のｎ型シリコン単結晶のインゴット。
5. 請求項４に記載のｎ型シリコン単結晶のインゴットから切り出され、電気抵抗率が１．７ｍΩｃｍ以上、２．０ｍΩｃｍ以下であることを特徴とする直径３００ｍｍのシリコンウェーハ。
6. 請求項５に記載のシリコンウェーハの表面に、エピタキシャル膜が形成されていることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。

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