JP3596257B2

JP3596257B2 - シリコン単結晶ウェーハの製造方法

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Publication number: JP3596257B2
Application number: JP31870497A
Authority: JP
Inventors: 正隆宝来; 和幸江頭; 忠美田中
Original assignee: 三菱住友シリコン株式会社
Priority date: 1997-11-19
Filing date: 1997-11-19
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2017-11-19
Also published as: US6113687A; JPH11157995A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体デバイスとして使用されるシリコン単結晶の製造方法に関し、さらに詳しくは、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という）によって、有害なＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のない高品質なシリコン単結晶ウェーハを製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体材料に用いられるシリコン単結晶を育成させる方法として種々の方法があるが、なかでもＣＺ法が多用されている。ＣＺ法によって製造されたシリコン単結晶ウェーハは、酸化性雰囲気下で、熱酸化処理（例えば、１０００〜１２００℃×１〜１０時間）を受けたとき、リング状に現れる酸化誘起積層欠陥（以下、ＯＳＦリングという）が発生する場合がある。このようにＯＳＦリングが潜在的に発生する領域は、育成中の引き上げ速度（ｍｍ／ｍｉｎ）の影響を受け、引き上げ速度を小さくしていくと、ＯＳＦリングが現われる領域が結晶の外周側から内側に収縮していく。言い換えると、高速で単結晶を育成するとＯＳＦリングの内側領域がウェーハ全体に広がることになり、低速で育成するとＯＳＦリングの外側領域がウェーハ全体に広がる。
【０００３】
ＣＺ法で製造された単結晶ウェーハのＯＳＦリングの内側領域には、空孔の集合体と推定される八面体ボイドが生成し、ＭＯＳ型ＬＳＩを製造する場合にゲート活性領域ではゲート酸化膜の耐圧特性を劣化させ、素子分離領域では分離不良を生じ、さらにトレンチキヤパシターを用いる場合にはキヤパシター間のパンチスルー等の特性不良を招くことが明らかにされている（例えば、山本秀和・小山浩：応用物理、６６，６６２（１９９７））。
【０００４】
このような問題に対応するため、従来から多くの方法が提案されている。まず、特開平２−２６７１９５号公報では、ＣＺ法によって直径１００ｍｍ以上のシリコン単結晶を製造する際に、引き上げ速度を０．８ｍｍ／ｍｉｎ以下にする方法が提案されている。すなわち、引き上げ速度を０．８ｍｍ／ｍｉｎ以下という低速に設定することによって、ＯＳＦリングが発生するであろう位置を結晶外周部から収縮させて、結晶の中心部で消滅させるようにしている。この方法によれば、ＯＳＦリングの外側領域では酸化膜耐圧が良好であることから、引き上げ速度の低下にともなって酸化膜耐圧特性を向上させることができるとしている。
【０００５】
しかし、ここで提案された方法では、確かに酸化膜耐圧特性は良好になるが、引き上げ速度が約０．４〜０．８ｍｍ／ｍｉｎの範囲では、熱酸化処理にともなってＯＳＦリングの領域に酸化誘起積層欠陥（以下、ＯＳＦという）の発生があり、さらに引き上げ速度を約０．４ｍｍ／ｍｉｎより小さくすると、ＯＳＦリングの外側領域に発生する転位クラスタによる特性劣化の問題が生じる。
【０００６】
次ぎに、特開平９−２０２６９０号公報では、ウェーハ面積比で５０％以上、または外周から３０ｍｍ以上の領域が耐圧劣化や耐圧不良のない無欠陥領域であるシリコン単結晶ウェーハと、これを育成するため、引き上げ速度が炉固有の最大引き上げ速度に対し８０〜６０％の引き上げ速度で製造する方法が開示されている。そして、この方法によれば、低酸素（１７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、１３×ｌＯ^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３相当）であることから、後述するように、ＯＳＦの潜在核の形成がなく、デバイス工程での熱酸化処理によってもＯＳＦの発生はない。
【０００７】
上記の開示によれば、酸化膜耐圧の劣化や不良のない無欠陥領域においてＦＰＤ、ＬＳＴＤおよびＯＳＦがないことは明記されているが、転位クラスタに関する記述はない。すなわち、上記の製造条件では、ＯＳＦリングの外側領域に転位クラスタが発生することが考慮されておらず、これを防止するための手段や方法も開示されていない。このため、ＯＳＦリングの外側領域の酸化膜耐圧特性は良好であるが、転位クラスタの発生によって、ＰＮ接合リーク等の特性不良を招くことは明らかである。
【０００８】
最後に、特開平８−３３０３１６号公報では、単結晶育成時の引上げ速度と結晶内の温度勾配を制御して、転位クラスターを生成させることなく、ＯＳＦリングの外側領域のみを結晶全面に拡げる方法が提案されている。しかし、提案の方法では極めて限定された面内の温度勾配の分布と引上げ条件が同時に要求されるので、今後、一層大口径化し、大量生産を要求されるシリコン単結晶の育成において、新たな改善が要求される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した従来のＣＺ法によるシリコン単結晶の製造方法に関する問題に鑑みてなされたものであり、ウェーハ面内でのＯＳＦリングの潜在的な発生領域でのＯＳＦの発生を無くすとともに、ＯＳＦリングの外側領域での転位クラスタの発生を抑制することができ、しかも許容される製造条件が比較的広く、生産性の低下がないシリコン単結晶ウェーハの製造方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、下記（１）および（２）のシリコン単結晶ウェーハの製造方法を要旨としている。
【００１１】
（１）ＣＺ法によって、結晶面内にリング状に現れる酸化誘起積層欠陥の潜在領域が存在するようにして、引き上げ速度をＶ（ｍｍ／ｍｉｎ）とし、シリコン融点から１３００℃までの範囲内の特定温度域における引き上げ軸方向の結晶内温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）とするとき、結晶の径方向のＶ／Ｇ値（ｍｍ ² ／℃・ｍｉｎ）が転位クラスターが発生しない領域のみを横切る温度分布を有するホットゾーンを用い、酸素濃度が１３×ｌ０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³未満であるシリコン単結晶を製造する方法であって、結晶面内に現れる前記潜在領域の半径が結晶半径の７０％〜０％（中心部で消滅する場合を除く）の範囲になるようにして、かつ、前記Ｖ／Ｇ値（ｍｍ²／℃・ｍｉｎ）を結晶の最外周から５ｍｍの範囲を除く径方向位置において所定の限界値以上で制御することを特徴とするシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
【００１２】
（２）ＣＺ法によって、結晶面内にリング状に現れる酸化誘起積層欠陥の潜在領域が存在するようにして、引き上げ速度をＶ（ｍｍ／ｍｉｎ）とし、シリコン融点から１３００℃までの範囲内の特定温度域における引き上げ軸方向の結晶内温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）とするとき、結晶の径方向のＶ／Ｇ値（ｍｍ ² ／℃・ｍｉｎ）が転位クラスターが発生しない領域のみを横切る温度分布を有するホットゾーンを用い、酸素濃度が１３×ｌ０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上であるシリコン単結晶を製造する方法であって、結晶面内に現れる前記潜在領域の半径が結晶半径の７０％〜０％（中心部で消滅する場合を除く）の範囲になるようにして、かつ、前記Ｖ／Ｇ値（ｍｍ²／℃・ｍｉｎ）を結晶の最外周から５ｍｍの範囲を除く径方向位置において所定の限界値以上で制御し、さらに引き上げ速度を１．０ｍｍ／ｍｉｎ以上とすることを特徴とするシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
【００１３】
上記（１）および（２）のシリコン単結晶ウェーハの製造方法において、引き上げ軸方向の結晶内温度勾配Ｇを伝熱計算によって１３００℃と１４００℃での温度勾配の平均値から算出し、Ｖ／Ｇの限界値を０．２０ｍｍ²／℃・ｍｉｎとして、Ｖ／Ｇ値をそれ以上になるように制御するのが望ましい。ここで、所定の限界値とは、後述するように、結晶面内に転位クラスタが発生しないように制御し得る限界を意図している。
さらに、上記（１）および（２）のシリコン単結晶ウェーハの製造方法において、ホットゾーン構造の製造装置で育成される結晶の外径が変形することなく円形を維持することができる最大の引き上げ速度に対して、操業時の平均の引き上げ速度を７０％〜４０％の範囲で制御するのが望ましい。
【００１４】
前述の通り、ＣＺ法で育成されたシリコン単結晶ウェーハは、デバイス工程における酸化性雰囲気下での高温熱処理によって、潜在的なＯＳＦリングの発生領域にＯＳＦを発生する場合がある。これは結晶中のＯＳＦリングの発生領域に存在する酸素析出核が、上記の高温熱処理によって成長し、２次欠陥としてＯＳＦを誘起するためである。以下の本発明の説明において、ＯＳＦがリング状に発生する領域、言い換えると、ＯＳＦの潜在核がリング状に存在する領域を、単に「ＯＳＦリングの発生領域」または「ＯＳＦリングの発生位置」と表現する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、本発明の目的を達成するため、ＣＺ法による単結晶の育成条件を改善して、ウェーハ面内のＯＳＦリングの発生領域を中心に近い特定範囲に限定し、ＯＳＦリングの外領域に近接して存在する析出促進領域や無欠陥領域をウェーハの広い領域に拡大させることに着眼し、種々の検討を行った。
【００１６】
まず、ＯＳＦリングの発生位置に関して、引き上げ速度をＶ（ｍｍ／ｍｉｎ）とし、シリコン融点から１３００℃までの範囲内の特定温度域における引き上げ軸方向の結晶内温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）とするとき、Ｖ／Ｇの比の影響を受けることを明らかにした。同一の構造を有する製造装置では、ＯＳＦリングの半径は単結晶の引き上げ速度に依存するが、ホットゾーン構造が変化すると、同一の引き上げ速度であってもＯＳＦリングの半径が異なる。しかし、上記のＶ／Ｇ値を適切に制御することによって、ＯＳＦリングの半径をほぼ一義的に定めることができ、ＯＳＦリングの発生領域を調整できる。
【００１７】
上記の温度勾配Ｇ（℃／ｍｍ）の算出に必要な結晶内の温度分布は、次の▲１▼〜▲３▼の方法によって実測或いは伝熱計算から求めることができる。まず、▲１▼模擬実験で、結晶内に熱伝対を挿入して結晶内の温度を実測する方法がある。また、▲２▼引き上げられる結晶の特定部位の表面温度を光学的に測定し（例えば、ＣＣＤカメラ）、実測された表面温度と上記の実測値との相関から、結晶内部の温度を推定する方法もある。さらに、▲３▼各種の実測可能な温度、物性値から、総合的な伝熱解析を加えて結晶内部の温度を計算する方法がある（例えば、Ｓ．Ｍｉｙａｈａｒａ他：Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ９９，６９６（１９９０）、Ｔ．Ｆｕｊｉｗａｒａ他：Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ１２８，２７５（１９９３））。
【００１８】
本発明においては、上記の▲１▼〜▲３▼のいずれによって温度勾配Ｇ（℃／ｍｍ）を算出してもよいが、伝熱解析を行う場合には、融液内の対流による温度分布への影響が反映されないと、実際と異なる固液界面の形状が得られ、結晶内の温度分布も実際のものと異なってくる。そのため、伝熱解析に際しては、特に高温部での正確な温度分布を得るため、固液界面の形状を実際の結晶から計測し、これから伝熱解析での境界条件を修正して、結晶内部の軸方向の温度分布を計算する必要がある。
【００１９】
本発明者らは、温度勾配Ｇ（℃／ｍｍ）の算出に際して、上記▲３▼の方法で引き上げ方向に平行な同一軸上の１４００℃と１３００℃での温度勾配を求め、これらの平均値からＧ（℃／ｍｍ）を算出した。そののち、引き上げ速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）との関係で、Ｖ／Ｇ値を求めて、ウェーハ面内における欠陥分布に及ぼす影響を調査した。ここで説明した温度勾配Ｇ（℃／ｍｍ）の算出方法は、本発明の実施に当たり結晶内の温度勾配の算出方法を規定するものでなく、また、これらに限定するものでもない。上記の温度勾配Ｇ（℃／ｍｍ）の算出によれば、転位クラスタの発生しない結晶を得るには、Ｖ／Ｇの限界値は０．２０ｍｍ^２／℃・ｍｉｎとなり、Ｖ／Ｇ値をそれ以上に制御する必要があることが分かる。すなわち、Ｖ／Ｇ値を０．２０ｍｍ^２／℃・ｍｉｎ以上にすれば、ウェーハ面に転位クラスタが発生することがない。
【００２０】
しかしながら、温度勾配Ｇ（℃／ｍｍ）の算出方法が異なれば、転位クラスタを発生させないためのＶ／Ｇの限界値も異なってくる。そのため、温度勾配Ｇ（℃／ｍｍ）の算出方法ごとに、実験的に転位クラスタの発生しないＶ／Ｇの限界値を求めて、Ｖ／Ｇ値をこれを基準として、それ以上に制御することによって、転位クラスタの発生しない結晶を得ることができる。このような制御の一例を、本発明者らが実施した、ウェーハ面内における欠陥分布に及ぼすＶ／Ｇ値の影響を調査した伝熱解析に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、ウェーハ中心からの径方向位置を横軸とし、Ｖ／Ｇ値を縦軸としてウェーハ面内に現れる欠陥分布を示す図である。図１に示すように、ウェーハ１の面内にはＯＳＦリング２を中心にして、内側領域３と外側領域とに区分されている。さらにＯＳＦリングの外側領域は、析出促進領域４、転位クラスター領域５および無欠陥領域６とに分かれる。転位クラスター領域５ではデバイス特性の低下が懸念されるが、析出促進領域４および無欠陥領域６ではそのような問題はない。析出促進領域４は、酸化膜耐圧を劣化させるボイド欠陥やＰＮ接合リークを招く転位クラスタの発生がないが、８００℃程度以下の低温熱処理によって酸素析出が起こる領域である。また、無欠陥領域６は、前記のボイド欠陥、転位クラスタおよび低温熱処理による酸素析出も起こらない領域である。
【００２２】
図１から明らかなように、Ｖ／Ｇ値が０．２０ｍｍ^２／℃・ｍｉｎ未満になると、径方向のほぼ全域において転位クラスタが発生する。ただし、外周部の表層は除かれる。通常、このように転位クラスタが発生しない外周部は、最外周から５ｍｍ程度の範囲である。Ｖ／Ｇ値が大きくなるに従い、ＯＳＦリングの外側領域には、析出促進領域４および無欠陥領域６が広がる。したがって、ＯＳＦリングの外側領域に転位クラスタを発生させないためには、最外周部を除いた部分でＶ／Ｇ値を０．２０ｍｍ^２／℃・ｍｉｎ以上に設定する必要がある。
【００２３】
一方、１枚のシリコン単結晶ウェーハから製造できるデバイスの歩留まりを向上させるため、結晶面内に現れるＯＳＦリングの半径が結晶半径の７０％〜０％の範囲になるようにする。通常、ウェーハ面内に発生するＯＳＦリングは、数ｍｍ〜１０ｍｍ程度の幅を有する。したがって、ＯＳＦリングの半径が結晶半径の７０％になるとは、ＯＳＦリングの外周が結晶半径の７０％に該当する場合であり、ＯＳＦリングの半径が結晶半径の０％になるとは、ＯＳＦリングが中心部で消滅する場合である。
【００２４】
ＯＳＦリングの半径を結晶半径の７０％〜０％の範囲になるようにするには、本発明者らの検討結果によれば、ＣＺ法による製造装置固有の最大引き上げ速度Ｖｍａｘに対して、操業時の平均の引き上げ速度Ｖを７０％〜４０％の範囲で制御すればよい。ここで、固有の最大引き上げ速度Ｖｍａｘとは、それを超えて引き上げ速度を上げると育成される結晶の外径が変形して、円形が維持されない速度を言う。したがって、最大引き上げ速度Ｖｍａｘは製造装置固有の数値であり、ホットゾーンの構造が変わることによって変化するものである。
【００２５】
図２は、ＯＳＦリングの半径を結晶半径の７０％〜０％の範囲内で、ほぼ一定の半径に発生させた場合の欠陥の分布状況を示す図である。図２の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は異なる製造装置で、固有の最大引き上げ速度Ｖｍａｘに対して、操業時の平均の引き上げ速度Ｖを制御してＯＳＦリングの発生位置をほぼ一定にしたものである。（ａ）では、ＯＳＦリング２の外側領域に析出促進領域４が近接して存在しているが、その外側に無欠陥領域６と転位クラスタ領域５が広がっている。これに対し、（ｂ）および（ｃ）では転位クラスタ領域５の発生がなかった。
【００２６】
上記のように、ＯＳＦリングの発生位置がほぼ一定であっても欠陥分布が相違するのは、製造装置のホットゾーンの構造に起因してＶ／Ｇの分布が異なるからである。前記図１中に、図２の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に対応したウェーハ中心からの径方向位置と結晶温度１４００℃と１３００℃での温度勾配の平均値Ｇとした場合のＶ／Ｇの分布を示している。図２の（ｂ）および（ｃ）のように、ＯＳＦリングの外側領域に転位クラスタを発生させないためには、特定のホットゾーン構造の製造装置において最外周部を除く径方向の位置でＶ／Ｇ値を０．２０ｍｍ^２／℃・ｍｉｎ以上に設定する必要があることが分かる。
【００２７】
以上説明したように、ＣＺ法で製造されたシリコン単結晶ウェーハは、ＯＳＦリングの半径が結晶半径の７０％〜０％の範囲になり、結晶の径方向のＶ／Ｇ値が転位クラスタが発生しない領域を横切るようにホットゾーン内の温度分布を調整すれば、ＯＳＦリングの外側領域に転位クラスタが存在せず、デバイス特性を低下させることのない、優れた品質のウェーハとなる。
【００２８】
ところで、ＣＺ法で育成されるシリコン単結晶は、構造的に溶融原料を収容する石英坩堝から溶出する酸素不純物を含有することになる。シリコン単結晶中の酸素含有量が１３×ｌＯ^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上になると、デバイスプロセスでの酸化性雰囲気下の高温熱処理によって、ＯＳＦリングの発生領域でＯＳＦが誘起されることがある。このようなＯＳＦは種々のデバイス特性の劣化要因となるため、デバイス歩留まりを低下させることになる。しかし、シリコン単結晶が含有する酸素濃度が１３×ｌＯ^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満である場合には、上記の熱処理によって、ＯＳＦリングの発生領域でＯＳＦは誘起されない。このようにＯＳＦが顕在化しないのは、育成時に単結晶中に形成される析出核が、酸素濃度が低いために成長できず、ＯＳＦを誘起するのに充分なサイズにならないためである。
【００２９】
一方、酸素濃度が１３×ｌＯ^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である場合には、ＯＳＦリングの発生領域でＯＳＦが誘起されることを想定しなければならない。しかし、この場合には、シリコン単結晶を育成する際に、引き上げ速度を１．０ｍｍ／ｍｉｎ以上にすることによって、ＯＳＦの発生を抑制することができる。すなわち、結晶育成時の冷却過程における、リング領域でＯＳＦの発生核となる酸素析出核が形成される温度範囲が約１０００℃から８５Ｏ℃であり、引き上げ速度を１．０ｍｍ／ｍｉｎ以上にすることによって、酸素析出核が形成される温度範囲を早く通過させることができ、ＯＳＦの潜在核の成長を抑制できるからである。
【００３０】
【実施例】
本発明の効果を、実施例１および２に基づいて説明する。
【００３１】
（実施例１）
１８”石英坩堝およびカーボン坩堝が設置された６”単結晶の育成が可能なＣＺ炉を用いて、単結晶の引上げを行った。このとき、坩堝の周囲に設置された円筒状のカーボンヒーターと坩堝との相対位置、育成される結晶の周囲に設置されたカーボンからなる厚さ５ｍｍ、開口径２００ｍｍの半円錐形状の輻射遮蔽体の先端と融液表面との距離、ヒータ周囲の断熱材構造等の条件を総合伝熱解析によって検討し、引き上げ速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）と引き上げ軸方向の結晶内温度勾配Ｇ（℃／ｍｍ）との比、Ｖ／Ｇ値を定めた。ただし、温度勾配Ｇは結晶温度１４００℃と１３００℃での温度勾配の平均とした。
【００３２】
図３は、実施例１で用いた２種のホットゾーンＡ、ＢのＶ／Ｇ（ｍｍ^２／℃・ｍｉｎ）値を示す図である。最大引き上げ速度は、ホットゾーンＡでは１．８ｍｍ／ｍｉｎ、ホットゾーンＢでは１．４ｍｍ／ｍｉｎであった。
【００３３】
石英坩堝に高純度多結晶シリコンを６５ｋｇ入れ、ボロンをドープして、多結晶シリコンを加熱溶解した後、直径１５Ｏｍｍ（６”）の結晶成長方位が＜１００＞で、抵抗率が約１０Ωｃｍの単結晶を、ホットゾーンＡおよびＢを用いて育成した。ホットゾーンＡによる単結晶の育成では、肩下１００ｍｍで引上速度を１．８ｍｍ／ｍｉｎにし、肩下５００ｍｍで０．４ｍｍ／ｍｉｎになるように一定の割合で徐々に引き上げ速度を低下させた。また、ホットゾーンＢによる育成では、肩下１００ｍｍで１．４ｍｍ／ｍｉｎにし、肩下５００ｍｍで０．４ｍｍ／ｍｉｎになるように引き上げ速度を徐々に低下させた。その後、これらの結晶は肩下５００ｍｍ以降を０．４ｍｍ／ｍｉｎの引き上げ速度速度で７００ｍｍまで育成した後、通常の方法でティル絞りを行って、育成を終了した。
【００３４】
育成後の結晶を結晶軸方向と平行に厚さ１．５ｍｍで切り出し、ＨＦおよびＨＮＯ₃からなる混酸溶液中で加工歪を溶解除去し、さらに希ＨＦ溶液中に浸漬し、その後超純水でリンスし乾燥させた。これらのサンプル中の格子間酸素濃度をＦＴ−ＩＲによって測定したところ、１１〜１３×ｌＯ¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³未満であった．これらのサンプルを、まず、乾燥酸素の雰囲気で８００℃×４ｈｒ＋１０００℃×１６ｈｒの熱処理した後、Ｘ線トポグラフによって結晶欠陥の発生状況を調べた。また、別のサンプルウェーハを１０００ｐｐｍ、ＣｕＮＯ３水溶液中に浸漬し、自然乾燥したのち、窒素雰囲気中で９００℃×２０ｍｉｎの熱処理した。その後、ＨＦおよびＨＮＯ₃からなる混酸溶液中に浸漬して、表層シリサイド層を約１００μｍエッチング除去した後、Ｘ線トポグラフによって、Ｃｕデコレーションの分布を調べた。
【００３５】
図４は、実施例１において■線トポグラフで観察された結晶欠陥の分布状況を示す図であり、（ａ）はホットゾーンＡで育成された結晶の欠陥分布を、（ｂ）はホットゾーンＢで育成された結晶の欠陥分布を示している。図４の縦軸には、ホットゾーンＡでの引き上げ速度（１．８ｍｍ／ｍｉｎ〜０．４ｍｍ／ｍｉｎ）およびホットゾーンＢでの引き上げ速度（１．４ｍｍ／ｍｉｎ〜０．４ｍｍ／ｍｉｎ）を表示している。
【００３６】
図５は、図４に示す引き上げ速度での伝熱解析によるＶ／Ｇ値のウェーハ面内の径方向の分布を示す図であり、（ａ）はホットゾーンＡで育成された場合を、（ｂ）はホットゾーンＢで育成された場合を示している。図４および図５の結果から、Ｖ／Ｇ値が０．２０ｍｍ^２／℃・ｍｉｎ以上である場合には、ＯＳＦリングの外側領域には析出促進領域および無欠陥領域が広がり、転位クラスタが発生しないことが確認できた。
【００３７】
さらに、別のサンプルを乾燥酸素雰囲気中で１１００℃×１６ｈｒの熱処理をして酸化を行った。酸化膜をＨＦ水溶液で除去したのち、ライトエッチング液で約５分選択エッチングを行い、ＯＳＦの発生状況を調査したが、ＯＳＦの発生は認められなかった。この結果から、酸素濃度が１３×ｌＯ^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満である場合には、ＯＳＦリングの発生領域であってもＯＳＦが発生しないことが確認された。
【００３８】
（実施例２）
実施例１で用いた６”単結晶の育成が可能なＣＺ炉を用いて、さらに単結晶の引上げを行った。単結晶の育成は２種のホットゾーンＡ、Ｂで行い、同じく、最大引き上げ速度は、ホットゾーンＡで１．８ｍｍ／ｍｉｎ、ホットゾーンＢで１．４ｍｍ／ｍｉｎとした。坩堝回転を除く条件を実施例１と同様の条件で単結晶を育成した後、同様の要領によってこの結晶内の欠陥の発生状況を調査した。
【００３９】
図６は、実施例２において、実施例１と同じ方法で観察された欠陥の分布状況を示す図であり、（ａ）はホットゾーンＡで育成された結晶、（ｂ）はホットゾーンＢで育成された結晶の欠陥分布を示している。これらの結晶中の格子間酸素濃度は、１３〜１５×ｌＯ^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であった。ＯＳＦリングおよび転位クラスタの発生状況は、実施例１とほぼ同様であり、有意差は認められなかった。
【００４０】
次ぎに実施例１と同じ方法で、結晶面におけるＯＳＦの発生状況を調査した結果、ホットゾーンＡ、Ｂのいずれで育成された単結晶であっても、引き上げ速度が１．０ｍｍ／ｍｉｎ未満になると、ＯＳＦリングの発生領域にＯＳＦの発生が認められた。これに対し、引き上げ速度が１．０ｍｍ／ｍｉｎ以上で育成された領域では、ＯＳＦの発生は認められなかった。以上の結果から、引き上げ速度が１．０ｍｍ／ｍｉｎ以上で育成する場合には、単結晶中の酸素濃度が１３×ｌＯ^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の場合であっても、ＯＳＦリングの発生領域でＯＳＦを誘起することはないことが確認された。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、単結晶ウェーハ面内のＯＳＦリングの発生領域の外側には転位クラスタを発生させることなく、無欠陥領域とすることができる。しかも、結晶中に含有される酸素濃度にかかわらず、ＯＳＦリングの潜在核を形成させないので、ＯＳＦリングの発生領域であってもＯＳＦを誘起させることがない。これにより、結晶欠陥が存在せず、デバイス特性に優れた単結晶ウェーハを製造することができる
【図面の簡単な説明】
【図１】ウェーハ中心からの径方向位置を横軸とし、Ｖ／Ｇ値を縦軸としてウェーハ面内に現れる欠陥分布を示す図である。
【図２】ＯＳＦリングの半径を結晶半径の７０％〜０％の範囲内で、ほぼ一定の半径に発生させた場合の欠陥の分布状況を示す図である。
【図３】実施例１で用いた２種のホットゾーンＡ、ＢのＶ／Ｇ（ｍｍ^２／℃・ｍｉｎ）値を示す図である。
【図４】実施例１において■線トポグラフで観察された結晶欠陥の分布状況を示す図である。
【図５】図４に示す引き上げ速度での伝熱解析によるＶ／Ｇ値のウェーハ面内の径方向の分布を示す図である。
【図６】実施例２において■線トポグラフで観察された結晶欠陥の分布状況を示す図である。
【符号の説明】
１：ウェーハ、２：ＯＳＦリング
３：ＯＳＦリングの内側領域
４：析出促進領域
５：転位クラスタ領域
６：無欠陥領域

Claims

チョクラルスキー法によって、結晶面内にリング状に現れる酸化誘起積層欠陥の潜在領域が存在するようにして、引き上げ速度をＶ（ｍｍ／ｍｉｎ）とし、シリコン融点から１３００℃までの範囲内の特定温度域における引き上げ軸方向の結晶内温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）とするとき、結晶の径方向のＶ／Ｇ値（ｍｍ ² ／℃・ｍｉｎ）が転位クラスターが発生しない領域のみを横切る温度分布を有するホットゾーンを用い、酸素濃度が１３×ｌ０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³未満であるシリコン単結晶を製造する方法であって、
結晶面内に現れる前記潜在領域の半径が結晶半径の７０％〜０％（中心部で消滅する場合を除く）の範囲になるようにして、かつ、前記Ｖ／Ｇ値（ｍｍ²／℃・ｍｉｎ）を結晶の最外周から５ｍｍの範囲を除く径方向位置において所定の限界値以上で制御することを特徴とするシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
チョクラルスキー法によって、結晶面内にリング状に現れる酸化誘起積層欠陥の潜在領域が存在するようにして、引き上げ速度をＶ（ｍｍ／ｍｉｎ）とし、シリコン融点から１３００℃までの範囲内の特定温度域における引き上げ軸方向の結晶内温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）とするとき、結晶の径方向のＶ／Ｇ値（ｍｍ ² ／℃・ｍｉｎ）が転位クラスターが発生しない領域のみを横切る温度分布を有するホットゾーンを用い、酸素濃度が１３×ｌ０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上であるシリコン単結晶を製造する方法であって、
結晶面内に現れる前記潜在領域の半径が結晶半径の７０％〜０％（中心部で消滅する場合を除く）の範囲になるようにして、かつ、前記Ｖ／Ｇ値（ｍｍ²／℃・ｍｉｎ）を結晶の最外周から５ｍｍの範囲を除く径方向位置において所定の限界値以上で制御し、さらに引き上げ速度を１．０ｍｍ／ｍｉｎ以上とすることを特徴とするシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
上記の結晶内温度勾配Ｇを伝熱計算によって１３００℃と１４００℃での温度勾配の平均値から算出し、上記の限界値を０．２０ｍｍ²／℃・ｍｉｎとしてＶ／Ｇ値をそれ以上にすることを特徴とする請求項１または２記載のシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
チョクラルスキー法による請求項１または２記載のホットゾーン構造の製造装置で育成される結晶の外径が変形することなく円形を維持することができる最大の引き上げ速度に対して、操業時の平均の引き上げ速度を７０％〜４０％の範囲で制御することを特徴とするシリコン単結晶ウェーハの製造方法。