JP3627498B2 - シリコン単結晶の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶欠陥が少ないシリコン単結晶の製造方法およびシリコン単結晶ウエーハに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年は、半導体回路の高集積化に伴う素子の微細化に伴い、その基板となるチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法と略記する）で作製されたシリコン単結晶に対する品質要求が高まってきている。特に、ＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰ等のグローンイン（Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ）欠陥と呼ばれる酸化膜耐圧特性やデバイスの特性を悪化させる、単結晶成長起因の欠陥が存在しその密度とサイズの低減が重要視されている。
【０００３】
これらの欠陥を説明するに当たって、先ず、シリコン単結晶に取り込まれるベイカンシイ（Ｖａｃａｎｃｙ、以下Ｖと略記することがある）と呼ばれる空孔型の点欠陥と、インタースティシアル−シリコン（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ−Ｓｉ、以下Ｉと略記することがある）と呼ばれる格子間型シリコン点欠陥のそれぞれの取り込まれる濃度を決定する因子について、一般的に知られていることを説明する。
【０００４】
シリコン単結晶において、Ｖ領域とは、Ｖａｃａｎｃｙ、つまりシリコン原子の不足から発生する凹部、穴のようなものが多い領域であり、Ｉ領域とは、シリコン原子が余分に存在することにより発生する転位や余分なシリコン原子の塊が多い領域のことであり、そしてＶ領域とＩ領域の間には、原子の不足や余分が無い（少ない）ニュートラル（Ｎｅｕｔｒａｌ、以下Ｎと略記することがある）領域が存在していることになる。そして、前記グローンイン欠陥（ＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰ等）というのは、あくまでもＶやＩが過飽和な状態の時に発生するものであり、多少の原子の偏りがあっても、飽和以下であれば、欠陥としては存在しないことが判ってきた。
【０００５】
この両点欠陥の濃度は、ＣＺ法における結晶の引上げ速度（成長速度）と結晶中の固液界面近傍の温度勾配Ｇとの関係から決まり、Ｖ領域とＩ領域との境界近辺にはＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥、Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｓｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ）と呼ばれるリング状の欠陥の存在が確認されている。
【０００６】
これら結晶成長起因の欠陥を分類すると、例えば結晶径が６インチの場合、成長速度が０．６ｍｍ／ｍｉｎ前後以上と比較的高速の場合には、空孔タイプの点欠陥が集合したボイド起因とされているＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰ等のグローンイン欠陥が結晶径方向全域に高密度に存在し、これら欠陥が存在する領域はＶ−リッチ領域と呼ばれている（図４（ａ）参照）。
【０００７】
また、成長速度が０．６ｍｍ／ｍｉｎ以下の場合は、成長速度の低下に伴い、上記したＯＳＦリングが結晶の周辺から発生し、このリングの外側に転位ループ起因と考えられているＬ／Ｄ（Ｌａｒｇｅ Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ：格子間転位ループの略号、ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ等）の欠陥が低密度に存在し、これら欠陥が存在する領域はＩ−リッチ領域と呼ばれている（図４（ｂ）参照）。さらに、成長速度を０．４ｍｍ／ｍｉｎ前後以下と低速にすると、ＯＳＦリングがウエーハの中心に凝集して消滅し、全面がＩ−リッチ領域となる（図４（ｃ））。
【０００８】
また、最近Ｖ−リッチ領域とＩ−リッチ領域の中間でＯＳＦリングの外側に、Ｎ領域と呼ばれる、空孔起因のＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰも、転位ループ起因のＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤも存在しない領域の存在が発見されている（特開平８−３３０３１６号参照）。この領域はＯＳＦリングの外側にあり、そして、酸素析出熱処理を施し、Ｘ−ｒａｙ観察等で析出のコントラストを確認した場合に、酸素析出がほとんどなく、かつ、ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤが形成されるほどリッチではないＩ−リッチ領域側であると報告している（図３（ａ）参照）。
【０００９】
そして、従来のＣＺ引上げ機ではウエーハの極一部にしか存在しないＮ領域を、引上げ機の炉内温度分布を改良し、引上げ速度を調節して、Ｆ／Ｇ値（単結晶引上げ速度をＦ［ｍｍ／ｍｉｎ］とし、シリコンの融点から１３００℃の間の引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値をＧ［℃／ｍｍ］とするとき、Ｆ／Ｇで表わされる比）が０．２０〜０．２２ｍｍ２ ／℃・ｍｉｎとなるように制御して結晶を引上げれば、Ｎ領域をウエーハ全面に広げることが可能であると提案している（図３（ｂ）参照）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような極低欠陥領域を結晶全体に広げて製造しようとすると、この領域がＩ−リッチ領域側のＮ領域のみに限定されるため、製造条件の上で制御範囲が極めて狭く、実験機ならともかく生産機では精密制御が難しく、実際問題単結晶棒の一部分において製造ができるのみで、結晶棒全体で低欠陥結晶を得ることは、不可能であった。従って、生産性、歩留が極めて低く、工業化に大きな障害となっている。
さらに、この発明に開示されていた欠陥分布図は、本発明者らが実験・調査して求めたデータや、データを基にした作成した欠陥分布図（図１参照）とは大幅に異なることが判明した。
【００１１】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、制御幅が広く、制御し易い製造条件の下で、Ｖ−リッチ領域およびＩ−リッチ領域のいずれも存在しない、結晶全面に亙って極低欠陥密度であるＣＺ法によるシリコン単結晶ウエーハを、単結晶棒の全体で作製可能とし、高生産性、高歩留を維持しながら製造することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために為されたもので、本発明は、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成する際に、引上げ速度をＦ［ｍｍ／ｍｉｎ］とし、シリコンの融点から１４００℃の間の引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値をＧ［℃／ｍｍ］で表した時、結晶中心から結晶周辺までの距離Ｄ［ｍｍ］を横軸とし、Ｆ／Ｇ［ｍｍ2 ／℃・ｍｉｎ］の値を縦軸として欠陥分布を示した欠陥分布図において、ＯＳＦ領域と、その外側のＮ−領域の範囲内で結晶を引上げることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法である。
【００１３】
このように、実験・調査の結果を解析して求めた図１の欠陥分布図を基に、ＯＳＦ領域（通常リング形状であるが、中央でＦＰＤ等が消滅すれば円状に形成される）と、その外側のＮ−領域の範囲内で結晶を引上げるようにすれば、制御範囲が広がり、ＦＰＤ及びＬ／Ｄがウエーハ全面内に存在しないシリコン単結晶ウエーハを容易に作製することができる。そして、中央部に存在するＯＳＦ領域は、ウエーハ全面積に対し極めて小さい面積となり、デバイス歩留への影響はわずかで済む。
【００１４】
すなわち、本発明によって引き上げられるシリコン単結晶は、熱酸化処理時にＯＳＦを発生し得る領域を含んだままではあるが、ＯＳＦリング外のＮ領域を最大限拡大するようにして引上げるので、引上げ速度と結晶内温度勾配との制御範囲が広くなり、一般の生産機においても製造条件設定が容易になり、Ｎ領域の多いウエーハを簡単に作製することができる。
【００１５】
この場合、より具体的条件としては、引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値Ｇ［℃／ｍｍ］を、３．０［℃／ｍｍ］以下として結晶を引上げ、また、引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値Ｇ［℃／ｍｍ］の値を、結晶中心部分の温度勾配Ｇｃ［℃／ｍｍ］と結晶周辺部分の温度勾配Ｇｅ［℃／ｍｍ］との差△Ｇ＝（Ｇｅ−Ｇｃ）で表した時、△Ｇが１℃／ｍｍ以内として結晶を引き上げるようにする。
【００１６】
このような引上げ条件とすることによって、中央部にＯＳＦ領域があるものの、ウエーハ全面内にＦＰＤもＬ／Ｄも存在しないシリコン単結晶を育成することができる。
【００１７】
次に、本発明は、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成する際に、引上げ速度Ｆ［ｍｍ／ｍｉｎ］を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度に対し、±０．０２［ｍｍ／ｍｉｎ］以内に制御しつつ結晶を引上げることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法である。
【００１８】
このように、引上げ速度Ｆ［ｍｍ／ｍｉｎ］を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度に対し、±０．０２［ｍｍ／ｍｉｎ］以内に制御しつつ結晶を引上げるようにすれば、熱酸化処理時にＯＳＦを発生し得る領域を含んだままではあるが、ＯＳＦ外側のＮ領域を最大限拡大した、ウエーハ全面内にＦＰＤもＬ／Ｄも存在しないシリコン単結晶を育成することができる。しかも、引上げ速度を精度良く制御するだけであるので、一般の生産機においても十分に対応することができる。
【００１９】
そして、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成する際に、引上げ速度Ｆ［ｍｍ／ｍｉｎ］の平均値を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度の平均値に対し、±０．０１［ｍｍ／ｍｉｎ］以内に制御しつつ結晶を引上げるようにすれば、１本の結晶棒全体において、ＯＳＦ外側のＮ領域を最大限拡大した、ウエーハ全面内にＦＰＤもＬ／Ｄも存在しないシリコン単結晶を育成することができる。
【００２０】
また、本発明においては、引上げ中シリコン融液に磁場を印加しつつ結晶を引上げるのが望ましい。
磁場を印加することによって、シリコン融液中の対流が抑制され、前記本発明の引上げ条件に制御するのが容易になるからである。
【００２１】
特に、印加する磁場を水平磁場とし、また、印加する磁場の強度を２０００Ｇ以上とするのが好ましい。
結晶内温度勾配Ｇおよび面内での温度勾配の差△Ｇを小さくし、結晶中のＮ領域を広げるためには水平磁場の方が好ましいし、２０００Ｇ未満では、磁場印加効果が少ないからである。
【００２２】
そして、上記シリコン単結晶の製造方法によって製造されたシリコン単結晶は、結晶バルクの中央部に熱酸化処理をした際にＯＳＦが発生するか、あるいはＯＳＦの核が存在するものであり、かつ、ＦＰＤ及びＬ／Ｄが結晶内に存在しないものを得ることができる。
したがって、このようなシリコン単結晶をスライスして得られるシリコン単結晶ウエーハは、ウエーハの中央部に熱酸化処理をした際にＯＳＦが発生するか、あるいはＯＳＦの核が存在するものであり、かつ、ＦＰＤ及びＬ／Ｄがウエーハ全面内に存在しないシリコン単結晶ウエーハとなる。
【００２３】
すなわち、本発明のシリコン単結晶ウエーハは、該ウエーハを熱酸化処理をした際に、ウエーハ中央部にＯＳＦは発生し、あるいはＯＳＦの核は潜在しているが、ＦＰＤ及びＬ／Ｄ（ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ）は、ウエーハ全面内に存在しないというウエーハで、図２（ｂ）に示したように、いわゆるウエーハ全面にＶ−リッチ領域もＩ−リッチ領域も存在せず、中性なＮ領域の面積が非常に大きなものである。このようなＮ領域の大きい本発明のシリコン単結晶ウエーハには、ＯＳＦの核は潜在しており、該ウエーハを熱酸化処理した際には中央部にＯＳＦが発生し得るＯＳＦ領域が存在するが、ウエーハ中央部でその面積を最大限抑制し、一方ＯＳＦ外側のＮ領域を最大限に拡大した新規な欠陥構造を持ったウエーハである。
【００２４】
こうして得られるシリコン単結晶ウエーハは、例えばウエーハ中央部のＯＳＦ領域が、ウエーハ面積の５％以下であり、あるいはウエーハ中央部のＯＳＦ領域が、直径２０ｍｍ以下とすることができる。
したがって、ウエーハの全面積に対するＯＳＦ領域の比率が小さく、Ｎ領域の面積が大きいので、デバイス歩留を向上することができるシリコン単結晶ウエーハとなる。
【００２５】
そして、本発明のシリコン単結晶ウエーハでは、ウエーハ中央部に存在するＯＳＦ密度を、１００個／ｃｍ2 以下とすることができ、特に、ウエーハ全面の酸素濃度を２４ｐｐｍａ（ＡＳＴＭ’７９値）以下とすれば、酸素析出熱処理によりＯＳＦの潜在核は存在するが、ＯＳＦ熱酸化処理をした際にはＯＳＦは発生せず、かつ、ＦＰＤ及びＬ／Ｄがウエーハ全面内に存在しないシリコン単結晶ウエーハとすることができる。
【００２６】
このように、成長結晶内の酸素濃度を２４ｐｐｍａ以下に抑えれば、ＯＳＦ核の成長を阻害することができ、実質上、ＯＳＦあるいはＯＳＦの潜在核がウエーハ内に存在してもデバイスに影響を与えることはないので、結局該ウエーハをＯＳＦ熱酸化処理をした際に、ＯＳＦの核は潜在しているが、ＯＳＦを発生することはなく、ＦＰＤ及びＬ／Ｄ（ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ）もウエーハ全面内に存在しないという、いわゆるウエーハ全面がＶ−リッチ領域、Ｉ−リッチ領域も、害を及ぼすようなＯＳＦも存在しない全面使用可能な極低欠陥密度のウエーハを得ることができる。しかもこの場合、前述のようにＦ／Ｇの制御も広い制御範囲とすることが可能であり、ウエーハを工業上容易に作製することができる。
【００２７】
以下、本発明につき詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。説明に先立ち各用語につき予め解説しておく。
１）ＦＰＤ（Ｆｌｏｗ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｄｅｆｅｃｔ）とは、成長後のシリコン単結晶棒からウェーハを切り出し、表面の歪み層を弗酸と硝酸の混合液でエッチングして取り除いた後、Ｋ２ Ｃｒ２ Ｏ７ と弗酸と水の混合液で表面をエッチング（Ｓｅｃｃｏエッチング）することによりピットおよびさざ波模様が生じる。このさざ波模様をＦＰＤと称し、ウェーハ面内のＦＰＤ密度が高いほど酸化膜耐圧の不良が増える（特開平４−１９２３４５号公報参照）。
【００２８】
２）ＳＥＰＤ（Ｓｅｃｃｏ Ｅｔｃｈ Ｐｉｔ Ｄｅｆｅｃｔ）とは、ＦＰＤと同一のＳｅｃｃｏエッチングを施した時に、流れ模様（ｆｌｏｗ ｐａｔｔｅｒｎ）を伴うものをＦＰＤと呼び、流れ模様を伴わないものをＳＥＰＤと呼ぶ。この中で１０μｍ以上の大きいＳＥＰＤ（ＬＳＥＰＤ）は転位クラスターに起因すると考えられ、デバイスに転位クラスターが存在する場合、この転位を通じて電流がリークし、Ｐ−Ｎジャンクションとしての機能を果たさなくなる。
【００２９】
３）ＬＳＴＤ（Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ Ｄｅｆｅｃｔ）とは、成長後のシリコン単結晶棒からウエーハを切り出し、表面の歪み層を弗酸と硝酸の混合液でエッチングして取り除いた後、ウエーハを劈開する。この劈開面より赤外光を入射し、ウエーハ表面から出た光を検出することでウエーハ内に存在する欠陥による散乱光を検出することができる。ここで観察される散乱体については学会等ですでに報告があり、酸素析出物とみなされている（Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ． Ｖｏｌ．３２，Ｐ３６７９，１９９３参照）。また、最近の研究では、八面体のボイド（穴）であるという結果も報告されている。
【００３０】
４）ＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）とは、ウエーハの中心部の酸化膜耐圧を劣化させる原因となる欠陥で、ＳｅｃｃｏエッチではＦＰＤになる欠陥が、アンモニア過酸化水素水洗浄（ＮＨ４ ＯＨ：Ｈ２ Ｏ２ ：Ｈ２ Ｏ＝１：１〜２：５〜７の混合液による洗浄）では選択エッチング液として働き、ＣＯＰになる。このピットの直径は１μｍ以下で光散乱法で調べる。
【００３１】
５）Ｌ／Ｄ（Ｌａｒｇｅ Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ：格子間転位ループの略号）には、ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ等があり、転位ループ起因と考えられている欠陥である。ＬＳＥＰＤは、上記したようにＳＥＰＤの中でも１０μｍ以上の大きいものをいう。また、ＬＦＰＤは、上記したＦＰＤの中でも先端ピットの大きさが１０μｍ以上の大きいものをいい、こちらも転位ループ起因と考えられている。
【００３２】
本発明者らは、先に特願平９−１９９４１５号で提案したように、ＣＺ法によるシリコン単結晶成長に関し、Ｖ領域とＩ領域の境界近辺について、詳細に調査したところ、この境界近辺の極く狭い領域にＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰの数が著しく少なく、ＬＳＥＰＤも存在しないニュートラルな領域があることを発見した。
【００３３】
そこで、このニュートラルな領域をウエーハ全面に広げることができれば、点欠陥を大幅に減らせると発想した。そして、成長速度（引上げ速度）と温度勾配の関係の中で、結晶のウエーハ面内では、引上げ速度はほぼ一定であるから、面内の点欠陥の濃度分布を決定する主な因子は温度勾配である。つまり、ウエーハ面内で、軸方向の温度勾配に差があることが問題で、この差を減らすことが出来れば、ウエーハ面内の点欠陥の濃度差も減らせることを見出し、結晶中心部の温度勾配Ｇｃと結晶周辺部分の温度勾配Ｇｅとの差を△Ｇ＝（Ｇｅ−Ｇｃ）≦０．５℃／ｍｍとなるように炉内温度を制御して引上げ速度を調節すれば、ウエーハ全面がＮ領域からなる欠陥のないウエーハが得られるようになった。
【００３４】
本発明では、上記のような温度勾配の差△Ｇが小さいＣＺ法による結晶引上げ装置を使用し、引上げ速度を変えて結晶面内を調査した結果、新たに図１に示すような欠陥分布図を得ることができた。
Ｖ−リッチ領域とＩ−リッチ領域の間に存在するＮ領域は、従来はＯＳＦリング（核）の外側のみと考えられていたが、ＯＳＦリングの内側にも、Ｎ領域が存在することを確認した（図２（ａ）参照）。すなわち、上記特願平９−１９９４１５号の場合、ＯＳＦリングは、Ｖ−リッチ領域とＮ領域の境界領域となっていた（図３（ａ）参照）が、この二つは必ずしも一致しないことがわかった。このことは従来の△Ｇの大きい結晶引上げ装置で実験した場合には発見されず、今回上記の△Ｇの小さい結晶引上げ装置を使用した結晶を調査した結果、発見したものである。
【００３５】
ところが、このＯＳＦリング外側のＮ領域のみ、あるいはＯＳＦリング内側のＮ領域のみで結晶を引き上げようとすると、制御範囲が狭く、単結晶棒全体でＮ領域とするのが困難であり、歩留、生産性が低く、工業生産上好ましくないという、前記従来技術と同様の問題が生じる。
【００３６】
そこで、本発明者らは、図１をもとに検討した結果、ＣＺ法により量産性を考慮し、結晶棒全体で作製可能な品質として、ＯＳＦを結晶棒のバルク中央部に分布させ、最大限その領域の大きさを抑制し、残りをＯＳＦリング外側のＮ領域として結晶を引き上げることを発想して、本発明を完成させたものである。
すなわち、図１の欠陥分布図でいうならば、ＯＳＦ領域と、その外側のＮ−領域の範囲内で結晶を引上げるということである。
【００３７】
このように、実験・調査の結果を解析して求めた図１の欠陥分布図を基に、ＯＳＦ領域と、その外側のＮ−領域の範囲内で結晶を引上げるようにすれば、制御範囲が広がり、ＦＰＤ及びＬ／Ｄがウエーハ全面内に存在しないシリコン単結晶およびウエーハを容易に作製することができる。そして、中央部に存在するＯＳＦ領域は、ウエーハ全面積に対して極めて小さい面積となり、デバイス歩留への影響はわずかで済む。
【００３８】
この場合、ＯＳＦリングとその内側のＮ領域とで結晶を引き上げることも考えられるが、できるウエーハは内側がＮ領域、外側がＯＳＦ領域となり、相対的にＯＳＦ領域が広くなってしまうため好ましくない。
【００３９】
そして、上記本発明にかかる結晶中央部にＯＳＦ領域があり、その外側がＮ領域となる引上げ装置の炉内温度を、総合伝熱解析ソフトＦＥＭＡＧ（Ｆ．Ｄｕｐｒｅｔ，Ｐ．Ｎｉｃｏｄｅｍｅ，Ｙ．Ｒｙｃｋｍａｎｓ，Ｐ．Ｗｏｕｔｅｒｓ，ａｎｄ Ｍ．Ｊ．Ｃｒｏｃｈｅｔ，Ｉｎｔ．Ｊ．Ｈｅａｔ Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ，３３，１８４９（１９９０））を使用して鋭意解析を行った。
【００４０】
その結果、引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値Ｇ［℃／ｍｍ］を、３．０［℃／ｍｍ］以下として結晶を引上げればよいことがわかった。また、引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値Ｇ［℃／ｍｍ］の値を、結晶中心部分の温度勾配Ｇｃ［℃／ｍｍ］と結晶周辺部分の温度勾配Ｇｅ［℃／ｍｍ］との差△Ｇ＝（Ｇｅ−Ｇｃ）については、△Ｇが１℃／ｍｍ以内として結晶を引き上げるようにすればよいことがわかった。
この値は、先に提案した、結晶全面をＮ領域とするための条件である△Ｇ＝（Ｇｅ−Ｇｃ）≦０．５℃／ｍｍに比べて格段に制御しやすく、量産性があるものである。
【００４１】
このような引上げ条件で単結晶を育成することによって、結晶中央部に熱酸化処理をした際にＯＳＦが発生するか、あるいはＯＳＦの核が存在するものの、ＦＰＤ及びＬ／Ｄが結晶内に存在しないシリコン単結晶を得ることができる。
したがって、このようなシリコン単結晶をスライスして得られるシリコン単結晶ウエーハは、ウエーハの中央部に熱酸化処理をした際にＯＳＦが発生するか、あるいはＯＳＦの核が存在するものであるとともに、ＦＰＤ及びＬ／Ｄがウエーハ全面内に存在しないシリコン単結晶ウエーハとなる。
【００４２】
すなわち、本発明のシリコン単結晶ウエーハは、該ウエーハを熱酸化処理をした際に、ウエーハ中央部にＯＳＦは発生し、あるいはＯＳＦの核は潜在しているが、ＦＰＤ及びＬ／Ｄ（ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ）は、ウエーハ全面内に存在しないというウエーハで、図２（ｂ）に示したように、いわゆるウエーハ全面にＶ−リッチ領域とＩ−リッチ領域は存在せず、中性なＮ領域の面積が非常に大きなものである。このようなＮ領域の大きい本発明のシリコン単結晶ウエーハには、ＯＳＦの核は潜在しており、該ウエーハを熱酸化処理した際には中央部にＯＳＦが発生し得るＯＳＦ領域が存在するが、ウエーハ中央部でその面積を最大限抑制し、一方ＯＳＦ外側のＮ領域を最大限に拡大したという新規な欠陥構造を持ったウエーハである。
【００４３】
この場合、ＯＳＦの外側領域には、本来ならばＩ−リッチ領域が形成され、その領域には、Ｌ／Ｄが発生するはずであるが、本発明の単結晶製造方法では、前述のように、引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値Ｇ［℃／ｍｍ］を、３．０［℃／ｍｍ］以下とし、また、引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値Ｇ［℃／ｍｍ］の値を、結晶中心部分の温度勾配Ｇｃ［℃／ｍｍ］と結晶周辺部分の温度勾配Ｇｅ［℃／ｍｍ］との差△Ｇ＝（Ｇｅ−Ｇｃ）については、△Ｇが１℃／ｍｍ以内として結晶を引き上げているので、ＯＳＦリング外側のＮ領域が広がり、Ｉ−リッチ領域は形成されない。
【００４４】
そして、シリコン単結晶育成時に、ＯＳＦが結晶中央部で消滅する臨界速度近傍で成長させ、中央部のＯＳＦ領域の大きさをできるだけ小さくするようにすれば、シリコン単結晶ウエーハとした時のＯＳＦ領域を、例えばウエーハ面積の５％以下とし、あるいはウエーハ中央部のＯＳＦ領域が、直径２０ｍｍ以下とすることができる。
したがって、ウエーハの全面積に対するＯＳＦ領域の比率が小さく、ＦＰＤもＬ／Ｄもない、Ｎ領域の面積が大きいことから、デバイス歩留を向上することができるシリコン単結晶ウエーハとなる。
【００４５】
そして、中央部のＯＳＦ領域についても、上述のようにシリコン単結晶育成時に、ＯＳＦが結晶中央部で消滅する臨界速度近傍で成長させ、中央部のＯＳＦ領域の大きさをできるだけ小さくなるようにすれば、ウエーハ中央部に存在するＯＳＦ密度は、１００個／ｃｍ２ 以下とすることが可能であり、実質上０になることもあった。したがって、デバイス工程での歩留への影響もそれほど大きくないものとすることができる。
【００４６】
一方、ＯＳＦリングについては、最近の研究からウエーハ全面内で低酸素濃度の場合には、ＯＳＦリングの核が存在しても熱酸化処理によりＯＳＦリングを発生することはなく、デバイスに影響を与えないということが判ってきている。
この酸素濃度の限界値は、同一の結晶引上げ装置を使用して、数種類の酸素濃度レベルの結晶を引上げた結果、ウエーハ全面内の酸素濃度が２４ｐｐｍａ以下であれば、ウエーハの熱酸化処理を行った時にＯＳＦリングが発生しないことが確認されている。
【００４７】
すなわち、図５は、一本の結晶を引上げ中に徐々に酸素濃度を下げていった時に、結晶全長にわたってＯＳＦとなる核は存在するが、ウエーハの熱酸化処理を行った時にＯＳＦリングが観察されるのは２４ｐｐｍａまでで、２４ｐｐｍａ以下ではＯＳＦリング核は存在するが、熱酸化処理によるＯＳＦリングは発生していないことを表している。
【００４８】
ちなみに、成長結晶中の酸素濃度を２４ｐｐｍａ以下にするには、従来から一般に用いられている方法で行えばよく、例えば、ルツボの回転数あるいは融液内温度分布、雰囲気圧力、ガス流量等を調整する手段により簡単に行うことができる。
【００４９】
したがって、本発明でも、ウエーハ全面の酸素濃度を２４ｐｐｍａ（ＡＳＴＭ’７９値）以下とすれば、中央部に存在するＯＳＦ核の成長を阻害することができ、実質上、ＯＳＦあるいはＯＳＦの潜在核がウエーハ内に存在してもデバイスに影響を与えることはないので、結局該ウエーハをＯＳＦ熱酸化処理をした際に、ＯＳＦの核は潜在しているが、ＯＳＦを発生することはなく、ＦＰＤ及びＬ／Ｄ（ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ）もウエーハ全面内に存在しないという、いわゆるウエーハ全面がＶ−リッチ領域、Ｉ−リッチ領域も、害を及ぼすようなＯＳＦも存在しない全面使用可能な極低欠陥密度のウエーハを得ることができる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、本発明で使用するＣＺ法による単結晶引上げ装置の構成例を図６により説明する。図６に示すように、この単結晶引上げ装置３０は、引上げ室３１と、引上げ室３１中に設けられたルツボ３２と、ルツボ３２の周囲に配置されたヒータ３４と、ルツボ３２を回転させるルツボ保持軸３３及びその回転機構（図示せず）と、単結晶シリコンの種結晶５を保持するシードチャック６と、シードチャック６を引上げるワイヤ７と、ワイヤ７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。ルツボ３２は、その内側のシリコン融液（湯）２を収容する側には石英ルツボが設けられ、その外側には黒鉛ルツボが設けられている。また、ヒータ３４の外側周囲には断熱材３５が配置されている。
【００５１】
また、本発明の製造方法に関わる結晶内温度勾配等の製造条件を充足するために、結晶の固液界面の外周に環状の固液界面断熱材８を設け、その上に上部囲繞断熱材９が配置されている。この固液界面断熱材８は、その下端とシリコン融液２の湯面との間に３〜５ｃｍの隙間１０を設けて設置されている。上部囲繞断熱材９は条件によっては使用しないこともある。さらに、冷却ガスを吹き付けたり、輻射熱を遮って単結晶を冷却する筒状の冷却装置３６を設けている。
また、本実施形態では、引上げ室３１の水平方向の外側に、例えば超伝導コイル等からなる磁石３７を設置し、シリコン融液２に水平方向の磁場を印加することによって、融液の対流を抑制し、単結晶の安定成長をはかる、いわゆるＭＣＺ法が用いられている。
【００５２】
この場合、本発明の条件を満足するのに特に重要であるのは、図６に示したように、引上げ室３１の湯面上の単結晶棒１中の結晶成長界面（固液界面４）の外周空間において、湯面近傍の結晶の温度が１４２０℃から１４００℃までの温度域に環状の固液界面断熱材８を設けたことと、その上に上部囲繞断熱材９を配置したこと、および引上げ室３１の外側に磁石３７を配置したことである。これによって、結晶内温度勾配の平均値Ｇを、３．０［℃／ｍｍ］以下とすることができるし、結晶中心部分の温度勾配Ｇｃ［℃／ｍｍ］と結晶周辺部分の温度勾配Ｇｅ［℃／ｍｍ］との差△Ｇ＝（Ｇｅ−Ｇｃ）を１℃／ｍｍ以内として結晶を引き上げることを可能とするとともに、引上げ速度を安定化させて、高精度制御を可能とすることが出来る。
さらに、必要に応じてこの断熱材の上部に結晶を冷却する装置、例えば冷却装置３６を設けて、これに上部より冷却ガスを吹きつけて結晶を冷却できるものとし、筒下部に輻射熱反射板を取り付けた構造としてもよい。
【００５３】
このように液面の直上の位置に所定の隙間を設けて断熱材を配置し、さらにこの断熱材の上部に結晶を冷却する装置を設けた構造とすることによって、結晶成長界面近傍では輻射熱により保温効果が得られ、結晶の上部ではヒータ等からの輻射熱をカットできるので、本発明の製造条件を満足させることができる。
この結晶の冷却装置としては、前記筒状の冷却装置３６とは別に、結晶の周囲を囲繞する空冷ダクトや水冷蛇管等を設けて所望の温度勾配を確保するようにしても良い。
【００５４】
次に、上記の単結晶引上げ装置３０による単結晶育成方法について説明する。まず、ルツボ３２内でシリコンの高純度多結晶原料を融点（約１４２０℃）以上に加熱して融解する。次に、ワイヤ７を巻き出すことにより融液２の表面略中心部に種結晶５の先端を接触又は浸漬させる。その後、ルツボ保持軸３３を適宜の方向に回転させるとともに、ワイヤ７を回転させながら巻き取り種結晶５を引上げることにより、単結晶育成が開始される。以後、引上げ速度と温度を適切に調節することにより略円柱形状の単結晶棒１を得ることができる。
【００５５】
そして、単結晶棒育成中は、その直径を所望値に制御する必要がある。そこで結晶引上げ中は、例えば引上げ室３１に設けられた窓から、ＣＣＤカメラ等を用いて結晶棒の直径が測定される。直径の測定は、前記ＣＣＤカメラ等で結晶成長界面近傍を観測し、シリコン融液と結晶との境界部に存在するフユージョンリングとよばれる明部を光量信号から検出して、その位置を特定することによって行なわれる。
【００５６】
得られた直径データは、引上げ装置に付設されているコンピュータのＣＰＵに入力され、目標直径との誤差を計算し、ヒータ３４を制御する温度調節器およびワイヤ７の引上げ速度調節機構に、その補正量に相当する電圧信号を送る等のフィードバック制御が自動的に行なわれる。すなわち、ヒータ３４の出力およびワイヤ７を巻きあげるモータの回転数を制御することにより、シリコン融液の温度と結晶引上げ速度を制御している。そして、この直径制御は、その誤差を縮小するために、温度および引上げ速度の補正量は、ＰＩＤ演算方式等により算出される。 こうして、直径制御がなされつつ１本の単結晶棒が育成される。
【００５７】
そして、本発明では、結晶引上げ速度Ｆ［ｍｍ／ｍｉｎ］は、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度近傍で引き上げるように制御される。これによって、結晶中央部でＦＰＤ等が発生するようなＶ領域が形成されることが無いとともに、ＯＳＦ領域を極力小さくすることができる。
ここで大切なことは、結晶引上げ速度を、臨界速度に対して一定の範囲内に精度良く制御することである。
【００５８】
すなわち、本発明のように、前記欠陥分布図において、ＯＳＦ領域と、その外側のＮ−領域の範囲内として結晶を引上げ、ウエーハの中央部に熱酸化処理をした際にＯＳＦ領域を有するものの、ＦＰＤ及びＬ／Ｄがウエーハ全面内に存在しないものを得るためには、結晶の引上げ速度を、臨界速度に対して±０．０２［ｍｍ／ｍｉｎ］以内に制御しつつ結晶を引上げることが必要である。
【００５９】
そこで、本発明では引上げ速度制御の高精度化を図ることとした。
引上げ速度の高精度化は、どのような方式で行なっても良いが、ここでは、前記直径制御における、フィードバック制御の応答性を高めることによって対応した。
【００６０】
すなわち、フィードバック制御は、ある一定時間内に検出された直径データを平均し、これをＣＰＵに送信し、設定直径との偏差を算出し、その補正量を出力するという制御を繰り返す仕組みになっているが、この直径データを検出し平均する時間を短縮し（例えば、６０秒を３０秒とする）、フィードバックのサイクルを早め、応答性を高めた。特に、温調系への応答性を速くし、結晶成長速度（引上げ速度）の変動を最大限に抑制するようにした。
しかも、このような方法によれば、フィードバック制御の一設定値を変更するだけであるので、一般の生産機においても十分に対応することができ、簡単である。
【００６１】
そして、上記のような制御を、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成する際に行なえば、結晶棒のうち上記制御が行なわれた部位について、所望品質のものとなるが、結晶棒全体を本発明の品質を有するものとして、歩留を向上させるためには、引上げ速度Ｆ［ｍｍ／ｍｉｎ］の平均値を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度の平均値に対し、±０．０１［ｍｍ／ｍｉｎ］以内に制御しつつ結晶を引上げるようにする必要がある。
【００６２】
この場合、精度良く前記欠陥分布図において、ＯＳＦ領域と、その外側のＮ−領域の範囲内とし、また、結晶の引上げ速度を、臨界速度に対して±０．０２［ｍｍ／ｍｉｎ］以内に制御し、あるいは、引上げ速度の平均値を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度の平均値に対し、±０．０１［ｍｍ／ｍｉｎ］以内とするためには、上記フィードバック制御の応答性の改善の他、引上げ中シリコン融液に磁場を印加しつつ結晶を引上げるのが望ましい。
磁場を印加することによって、シリコン融液中の対流が抑制され、より上記引上げ条件に制御するのが容易になるため、結晶棒全体を所望品質とし易くなるからである。
【００６３】
特に、印加する磁場を水平磁場とし、また、印加する磁場の強度を２０００Ｇ以上、より好ましくは３０００Ｇ以上とするのが良い。
シリコン融液の対流を抑制し、引上げ速度を安定化するためには、いわゆる縦磁場、あるいはカスプ磁場等を印加してもよいが、結晶内温度勾配Ｇおよび面内の温度勾配の差△Ｇを小さくし、結晶中のＮ領域を広げるためには、結晶成長界面に磁場が水平に作用する水平磁場の方が好ましい。
また、印加する磁場強度は、強ければ強いほど対流抑制効果が強いので良いが、８０００Ｇもあれば充分である。逆に、２０００Ｇ未満では、磁場印加効果が少なくなり、引上げ速度の安定化効果が小さくなる。
【００６４】
このように、例えば磁場を４０００Ｇ以上印加し、結晶の引上げ速度を高精度化して、臨界速度に対して±０．０２［ｍｍ／ｍｉｎ］以内に制御し、引上げ速度の平均値を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度の平均値に対し、±０．０１［ｍｍ／ｍｉｎ］以内として、引上げ速度をきわめて安定させて結晶を引き上げれば、単結晶中央部のＯＳＦはきわめて低密度となり、殆ど発生しないこともある。
【００６５】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施の形態を実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図６に示した水平磁場印加可能な引上げ装置で、２５インチ石英ルツボに原料多結晶シリコンを１００Ｋｇチャージし、直径８インチ、方位＜１００＞、直胴部の長さ約１ｍのシリコン単結晶棒を引き上げた。
シリコン融液の湯温は約１４２０℃、湯面から環状の固液界面断熱材の下端までは、４ｃｍの空間とし、その上に１０ｃｍ高さの環状固液界面断熱材、および３０ｃｍ高さの上部囲繞断熱材を配備した。
【００６６】
この条件で、平均引上げ速度を０．８〜０．３ｍｍ／ｍｉｎまで変化させて結晶を引上げ、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度を調査したところ、単結晶棒の肩部で０．５０ｍｍ／ｍｉｎであり、直胴の終端部で０．４５ｍｍ／ｍｉｎであった。したがって、この臨界引上げ速度を目標引上げ速度として結晶を引き上げることにした。
【００６７】
得られた単結晶棒は、結晶成長方向に縦割にし、厚さ２ｍｍのサンプルを２枚切り出し、その表面に鏡面加工を施した。そのうちの１枚は、３０分Ｓｅｃｃｏエッチングを施した後、顕微鏡観察することによって、ＦＰＤ、Ｌ／Ｄ等のグローンイン欠陥の測定を行った。残りの１枚については、（水蒸気＋酸素）雰囲気下、１２００℃／１００分の熱酸化処理を施して、Ｘ線トポグラフで観察し、ＯＳＦリング等の発生状況を確認した。
【００６８】
（実施例１）
印加磁場強度を０とし、直径制御のフィードバックのサイクルを、従来の６０秒から３０秒として応答性を高め、結晶成長速度（引上げ速度）の変動を最大限に抑制するようにし、結晶の引上げ速度を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度に対して±０．０２［ｍｍ／ｍｉｎ］以内となるように制御をしつつ結晶を引上げた。
【００６９】
出来た結晶棒の結晶成長速度（引上げ速度）の制御結果と結晶棒中の欠陥発生状況の結果を図７に示した。図７（ａ）は、成長速度の結果図、図７（ｂ）は、結晶欠陥の結果図である。
【００７０】
この結果を見ると、結晶の引上げ速度を、臨界速度に対して±０．０２［ｍｍ／ｍｉｎ］以内となるように制御が行なわれている部分（図中のＡ領域）は、本発明の所望品質の結晶、すなわち結晶中央部にＯＳＦ領域があるとともに、ＦＰＤ及びＬ／Ｄが結晶内に存在しないものとなることがわかる。一方、上記本発明の引上げ速度条件を上にはずれた部分では、結晶中央部にＦＰＤ領域が形成され（図中のＢ領域）、逆に本発明の引上げ速度条件を下にはずれた部分では、Ｌ／Ｄ領域が形成されている（図中のＣ領域）。そして、ＯＳＦ領域とＬ／Ｄ領域との間では、無欠陥領域であるＮ領域が、単結晶棒の一部で形成されている。
このように、実施例１では、本発明の品質もしくはＮ領域のみの結晶が、単結晶棒の約４０〜５０％の部位で得ることが出来た。
【００７１】
（実施例２）
印加磁場強度を４０００Ｇとし、直径制御のフィードバックのサイクルを、従来の６０秒から３０秒として応答性を高め、結晶成長速度（引上げ速度）の変動を最大限に抑制するようにし、結晶の引上げ速度の平均値を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度に対して±０．０２［ｍｍ／ｍｉｎ］以内となるように制御をしつつ結晶を引上げた。
【００７２】
出来た結晶棒の結晶成長速度（引上げ速度）の制御結果と結晶棒中の欠陥発生状況の結果を図８に示した。図８（ａ）は、成長速度の結果図、図８（ｂ）は、結晶欠陥の結果図である。
【００７３】
この結果を見ると、磁場を印加することにより引上げ速度が安定し、結晶の引上げ速度を、殆どの部位で臨界速度に対して±０．０２［ｍｍ／ｍｉｎ］以内となるように制御が行なわれていることがわかる。本発明の所望品質の結晶、すなわち結晶中央部にＯＳＦ領域があるとともに、ＦＰＤ及びＬ／Ｄが結晶内に存在しないものとなる部位（図中のＡ領域）が、単結晶棒の約８０％の部位で得ることが出来た。
【００７４】
一方、まだ一部の部位において、本発明の品質を具備しない部分があり、結晶中央部にＦＰＤが形成されている（図中のＢ領域）。この部分を調べてみると引上げ速度は、ほぼ±０．０２［ｍｍ／ｍｉｎ］以内に制御することは出来ているが、引上げ速度の平均値が臨界速度に対して、全体的に高めになっていることがわかる。
【００７５】
（実施例３）
そこで、引上げ速度の平均値も制御することとし、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度の平均値に対し、±０．０１［ｍｍ／ｍｉｎ］以内となるようにした。
すなわち、印加磁場強度を４０００Ｇとし、直径制御のフィードバックのサイクルを、従来の６０秒から３０秒として応答性を高め、結晶成長速度（引上げ速度）の変動を最大限に抑制するようにし、結晶の引上げ速度を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度に対して±０．０２［ｍｍ／ｍｉｎ］以内、結晶引上げ速度の平均値を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度の平均値に対し、±０．０１［ｍｍ／ｍｉｎ］以内となるように制御をしつつ結晶を引上げた。
【００７６】
出来た結晶棒の結晶成長速度（引上げ速度）の制御結果と結晶棒中の欠陥発生状況の結果を図９に示した。図９（ａ）は、成長速度の結果図、図９（ｂ）は、結晶欠陥の結果図である。
【００７７】
この結果を見ると、磁場を印加することにより引上げ速度が安定し、結晶の引上げ速度の平均値を、結晶棒全体でほぼ臨界速度に対して±０．０１［ｍｍ／ｍｉｎ］以内となるように制御が行なわれていることがわかる。したがって、本発明の所望品質の結晶、すなわち結晶中央部にＯＳＦ領域があるとともに、ＦＰＤ及びＬ／Ｄが結晶内に存在しないものとなる部位（図中のＡ領域）が、１本の単結晶棒全体で得ることが出来た。
【００７８】
（実施例４）
次に、上記実施例で縦割りにされ残ったかまぼこ型の単結晶棒のうち、本発明の品質を有する部位から、半月型のウエーハを切り出し、これに鏡面加工を施して半月型のシリコン単結晶の鏡面ウエーハを作製し、グローンイン欠陥の測定を行った。また、熱酸化処理を施してＯＳＦ発生の有無を確認した。さらに、酸化膜耐圧特性についても調べた。
【００７９】
その結果、ウエーハの中央部において、直径約２０ｍｍ以下のＯＳＦ領域は存在するが、該ＯＳＦ領域の外側の部分はグローンイン欠陥の存在しない無欠陥領域であり、Ｎ領域を最大限拡大した極低欠陥ウエーハを得た。このＯＳＦ領域の面積は、直径８インチウエーハの面積の約１％以下であり、実質上デバイス歩留の低下要因としての影響をわずかなものとすることが出来る。なお、直径８インチ以外の単結晶においても同様に引上げテストをしてみたところ、ＯＳＦ領域の面積は、ウエーハ面積の５％以下に抑制出来ることが確認出来た。
【００８０】
特に、ウエーハ面内酸素濃度が２４ｐｐｍａ以下のウエーハでは、中央部のＯＳＦ領域で、ＯＳＦ核は存在するが熱酸化処理によってもＯＳＦは発生せず、ウエーハ全面がデバイス歩留の良好なものであった。
【００８１】
このウエーハの酸化膜耐圧特性は、Ｃ−モード良品率９７〜１００％となった。
なお、Ｃ−モード測定条件は、次の通りである。
１）酸化膜厚：２５ｎｍ、 ２）測定電極：リンドープ・ポリシリコン、
３）電極面積：８ｍｍ２ 、 ４）判定電流：１ｍＡ／ｃｍ２ 、
５）良品判定：絶縁破壊電界が８ＭＶ／ｃｍ以上のものを良品と判定した。
【００８２】
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。
【００８３】
例えば、上記実施形態においては、直径８インチのシリコン単結晶を育成する場合につき例を挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、直径６インチ以下、１０〜１６インチあるいはそれ以上のシリコン単結晶にも適用できることは言うまでもない。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、単結晶育成条件の制御範囲が広くなり、中央部にＯＳＦ領域を有するものの、ＯＳＦ領域外側のＮ領域を最大限拡大したウエーハを、容易に作製することができる。しかも、単結晶棒の全体で作製可能であるので、高生産性、高歩留を維持しながら製造することができる。
また、ＯＳＦ領域の面積を小さく抑制出来る上に、低酸素化も併用すればＯＳＦも発生せず、実質上ウエーハ全面が無欠陥のシリコン単結晶ウエーハを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリコン単結晶の径方向位置を横軸とし、Ｆ／Ｇ値を縦軸とした場合の諸欠陥分布図である。
【図２】本発明品質のウエーハの結晶面内諸欠陥分布を表した説明図である。
（ａ）通常の引上げ条件で引上げた場合、（ｂ）本発明の引上げ条件で引上げた場合。
【図３】従来の引上げ方法における結晶面内諸欠陥分布を表した説明図である。
（ａ）通常の引上げ条件で引上げた場合、（ｂ）引上げ速度と結晶内温度勾配を精密制御して引上げた場合。
【図４】従来の引上げ方法における引上げ速度と結晶面内欠陥分布との関係を表した説明図である。
（ａ）高速引上げの場合、（ｂ）中速引上げの場合、（ｃ）低速引上げの場合。
【図５】ウエーハに熱酸化処理を施した際のＯＳＦリングの発生領域とＯＳＦ核の存在領域との境界位置が結晶中酸素濃度に影響されていることを表した説明図である。
（ａ）結晶棒の長さ方向位置と酸素濃度の関係を表したグラフ、（ｂ）結晶縦断面において、ＯＳＦリングの発生領域とＯＳＦ核の潜在領域との境界位置を示す説明図である。
【図６】本発明で使用したＣＺ法による単結晶引上げ装置の概略説明図である。
【図７】実施例１の結果図である。
（ａ） 成長速度の結果図、
（ｂ） 結晶欠陥の結果図。
【図８】実施例２の結果図である。
（ａ） 成長速度の結果図、
（ｂ） 結晶欠陥の結果図。
【図９】
実施例３の結果図である。
（ａ） 成長速度の結果図、
（ｂ） 結晶欠陥の結果図。
【符号の説明】
１…成長単結晶棒、
２…シリコン融液、
３…湯面、
４…固液界面、
５…種結晶、
６…シードチャック、
７…ワイヤ、
８…固液界面断熱材、
９…上部囲繞断熱材、
１０…湯面と固液界面断熱材下端との隙間、
３０…単結晶引上げ装置、
３１…引上げ室、
３２…ルツボ、
３３…ルツボ保持軸、
３４…ヒータ、
３５…断熱材、
３６…冷却装置、
３７…磁石。
Ｖ …Ｖ−リッチ領域、
Ｎ …Ｎ−領域、
Ｉ …Ｉ−リッチ領域、
ＯＲ…ＯＳＦ領域。
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶欠陥が少ないシリコン単結晶の製造方法およびシリコン単結晶ウエーハに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年は、半導体回路の高集積化に伴う素子の微細化に伴い、その基板となるチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法と略記する）で作製されたシリコン単結晶に対する品質要求が高まってきている。特に、ＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰ等のグローンイン（Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ）欠陥と呼ばれる酸化膜耐圧特性やデバイスの特性を悪化させる、単結晶成長起因の欠陥が存在しその密度とサイズの低減が重要視されている。
【０００３】
これらの欠陥を説明するに当たって、先ず、シリコン単結晶に取り込まれるベイカンシイ（Ｖａｃａｎｃｙ、以下Ｖと略記することがある）と呼ばれる空孔型の点欠陥と、インタースティシアル−シリコン（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ−Ｓｉ、以下Ｉと略記することがある）と呼ばれる格子間型シリコン点欠陥のそれぞれの取り込まれる濃度を決定する因子について、一般的に知られていることを説明する。
【０００４】
シリコン単結晶において、Ｖ領域とは、Ｖａｃａｎｃｙ、つまりシリコン原子の不足から発生する凹部、穴のようなものが多い領域であり、Ｉ領域とは、シリコン原子が余分に存在することにより発生する転位や余分なシリコン原子の塊が多い領域のことであり、そしてＶ領域とＩ領域の間には、原子の不足や余分が無い（少ない）ニュートラル（Ｎｅｕｔｒａｌ、以下Ｎと略記することがある）領域が存在していることになる。そして、前記グローンイン欠陥（ＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰ等）というのは、あくまでもＶやＩが過飽和な状態の時に発生するものであり、多少の原子の偏りがあっても、飽和以下であれば、欠陥としては存在しないことが判ってきた。
【０００５】
この両点欠陥の濃度は、ＣＺ法における結晶の引上げ速度（成長速度）と結晶中の固液界面近傍の温度勾配Ｇとの関係から決まり、Ｖ領域とＩ領域との境界近辺にはＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥、Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｓｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ）と呼ばれるリング状の欠陥の存在が確認されている。
【０００６】
これら結晶成長起因の欠陥を分類すると、例えば結晶径が６インチの場合、成長速度が０．６ｍｍ／ｍｉｎ前後以上と比較的高速の場合には、空孔タイプの点欠陥が集合したボイド起因とされているＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰ等のグローンイン欠陥が結晶径方向全域に高密度に存在し、これら欠陥が存在する領域はＶ−リッチ領域と呼ばれている（図４（ａ）参照）。
【０００７】
また、成長速度が０．６ｍｍ／ｍｉｎ以下の場合は、成長速度の低下に伴い、上記したＯＳＦリングが結晶の周辺から発生し、このリングの外側に転位ループ起因と考えられているＬ／Ｄ（Ｌａｒｇｅ Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ：格子間転位ループの略号、ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ等）の欠陥が低密度に存在し、これら欠陥が存在する領域はＩ−リッチ領域と呼ばれている（図４（ｂ）参照）。さらに、成長速度を０．４ｍｍ／ｍｉｎ前後以下と低速にすると、ＯＳＦリングがウエーハの中心に凝集して消滅し、全面がＩ−リッチ領域となる（図４（ｃ））。
【０００８】
また、最近Ｖ−リッチ領域とＩ−リッチ領域の中間でＯＳＦリングの外側に、Ｎ領域と呼ばれる、空孔起因のＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰも、転位ループ起因のＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤも存在しない領域の存在が発見されている（特開平８−３３０３１６号参照）。この領域はＯＳＦリングの外側にあり、そして、酸素析出熱処理を施し、Ｘ−ｒａｙ観察等で析出のコントラストを確認した場合に、酸素析出がほとんどなく、かつ、ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤが形成されるほどリッチではないＩ−リッチ領域側であると報告している（図３（ａ）参照）。
【０００９】
そして、従来のＣＺ引上げ機ではウエーハの極一部にしか存在しないＮ領域を、引上げ機の炉内温度分布を改良し、引上げ速度を調節して、Ｆ／Ｇ値（単結晶引上げ速度をＦ［ｍｍ／ｍｉｎ］とし、シリコンの融点から１３００℃の間の引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値をＧ［℃／ｍｍ］とするとき、Ｆ／Ｇで表わされる比）が０．２０〜０．２２ｍｍ２ ／℃・ｍｉｎとなるように制御して結晶を引上げれば、Ｎ領域をウエーハ全面に広げることが可能であると提案している（図３（ｂ）参照）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような極低欠陥領域を結晶全体に広げて製造しようとすると、この領域がＩ−リッチ領域側のＮ領域のみに限定されるため、製造条件の上で制御範囲が極めて狭く、実験機ならともかく生産機では精密制御が難しく、実際問題単結晶棒の一部分において製造ができるのみで、結晶棒全体で低欠陥結晶を得ることは、不可能であった。従って、生産性、歩留が極めて低く、工業化に大きな障害となっている。
さらに、この発明に開示されていた欠陥分布図は、本発明者らが実験・調査して求めたデータや、データを基にした作成した欠陥分布図（図１参照）とは大幅に異なることが判明した。
【００１１】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、制御幅が広く、制御し易い製造条件の下で、Ｖ−リッチ領域およびＩ−リッチ領域のいずれも存在しない、結晶全面に亙って極低欠陥密度であるＣＺ法によるシリコン単結晶ウエーハを、単結晶棒の全体で作製可能とし、高生産性、高歩留を維持しながら製造することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために為されたもので、本発明は、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成する際に、引上げ速度をＦ［ｍｍ／ｍｉｎ］とし、シリコンの融点から１４００℃の間の引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値をＧ［℃／ｍｍ］で表した時、結晶中心から結晶周辺までの距離Ｄ［ｍｍ］を横軸とし、Ｆ／Ｇ［ｍｍ2 ／℃・ｍｉｎ］の値を縦軸として欠陥分布を示した欠陥分布図において、ＯＳＦ領域と、その外側のＮ−領域の範囲内で結晶を引上げることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法である。
【００１３】
このように、実験・調査の結果を解析して求めた図１の欠陥分布図を基に、ＯＳＦ領域（通常リング形状であるが、中央でＦＰＤ等が消滅すれば円状に形成される）と、その外側のＮ−領域の範囲内で結晶を引上げるようにすれば、制御範囲が広がり、ＦＰＤ及びＬ／Ｄがウエーハ全面内に存在しないシリコン単結晶ウエーハを容易に作製することができる。そして、中央部に存在するＯＳＦ領域は、ウエーハ全面積に対し極めて小さい面積となり、デバイス歩留への影響はわずかで済む。
【００１４】
すなわち、本発明によって引き上げられるシリコン単結晶は、熱酸化処理時にＯＳＦを発生し得る領域を含んだままではあるが、ＯＳＦリング外のＮ領域を最大限拡大するようにして引上げるので、引上げ速度と結晶内温度勾配との制御範囲が広くなり、一般の生産機においても製造条件設定が容易になり、Ｎ領域の多いウエーハを簡単に作製することができる。
【００１５】
この場合、より具体的条件としては、引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値Ｇ［℃／ｍｍ］を、３．０［℃／ｍｍ］以下として結晶を引上げ、また、引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値Ｇ［℃／ｍｍ］の値を、結晶中心部分の温度勾配Ｇｃ［℃／ｍｍ］と結晶周辺部分の温度勾配Ｇｅ［℃／ｍｍ］との差△Ｇ＝（Ｇｅ−Ｇｃ）で表した時、△Ｇが１℃／ｍｍ以内として結晶を引き上げるようにする。
【００１６】
このような引上げ条件とすることによって、中央部にＯＳＦ領域があるものの、ウエーハ全面内にＦＰＤもＬ／Ｄも存在しないシリコン単結晶を育成することができる。
【００１７】
次に、本発明は、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成する際に、引上げ速度Ｆ［ｍｍ／ｍｉｎ］を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度に対し、±０．０２［ｍｍ／ｍｉｎ］以内に制御しつつ結晶を引上げることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法である。
【００１８】
このように、引上げ速度Ｆ［ｍｍ／ｍｉｎ］を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度に対し、±０．０２［ｍｍ／ｍｉｎ］以内に制御しつつ結晶を引上げるようにすれば、熱酸化処理時にＯＳＦを発生し得る領域を含んだままではあるが、ＯＳＦ外側のＮ領域を最大限拡大した、ウエーハ全面内にＦＰＤもＬ／Ｄも存在しないシリコン単結晶を育成することができる。しかも、引上げ速度を精度良く制御するだけであるので、一般の生産機においても十分に対応することができる。
【００１９】
そして、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成する際に、引上げ速度Ｆ［ｍｍ／ｍｉｎ］の平均値を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度の平均値に対し、±０．０１［ｍｍ／ｍｉｎ］以内に制御しつつ結晶を引上げるようにすれば、１本の結晶棒全体において、ＯＳＦ外側のＮ領域を最大限拡大した、ウエーハ全面内にＦＰＤもＬ／Ｄも存在しないシリコン単結晶を育成することができる。
【００２０】
また、本発明においては、引上げ中シリコン融液に磁場を印加しつつ結晶を引上げるのが望ましい。
磁場を印加することによって、シリコン融液中の対流が抑制され、前記本発明の引上げ条件に制御するのが容易になるからである。
【００２１】
特に、印加する磁場を水平磁場とし、また、印加する磁場の強度を２０００Ｇ以上とするのが好ましい。
結晶内温度勾配Ｇおよび面内での温度勾配の差△Ｇを小さくし、結晶中のＮ領域を広げるためには水平磁場の方が好ましいし、２０００Ｇ未満では、磁場印加効果が少ないからである。
【００２２】
そして、上記シリコン単結晶の製造方法によって製造されたシリコン単結晶は、結晶バルクの中央部に熱酸化処理をした際にＯＳＦが発生するか、あるいはＯＳＦの核が存在するものであり、かつ、ＦＰＤ及びＬ／Ｄが結晶内に存在しないものを得ることができる。
したがって、このようなシリコン単結晶をスライスして得られるシリコン単結晶ウエーハは、ウエーハの中央部に熱酸化処理をした際にＯＳＦが発生するか、あるいはＯＳＦの核が存在するものであり、かつ、ＦＰＤ及びＬ／Ｄがウエーハ全面内に存在しないシリコン単結晶ウエーハとなる。
【００２３】
すなわち、本発明のシリコン単結晶ウエーハは、該ウエーハを熱酸化処理をした際に、ウエーハ中央部にＯＳＦは発生し、あるいはＯＳＦの核は潜在しているが、ＦＰＤ及びＬ／Ｄ（ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ）は、ウエーハ全面内に存在しないというウエーハで、図２（ｂ）に示したように、いわゆるウエーハ全面にＶ−リッチ領域もＩ−リッチ領域も存在せず、中性なＮ領域の面積が非常に大きなものである。このようなＮ領域の大きい本発明のシリコン単結晶ウエーハには、ＯＳＦの核は潜在しており、該ウエーハを熱酸化処理した際には中央部にＯＳＦが発生し得るＯＳＦ領域が存在するが、ウエーハ中央部でその面積を最大限抑制し、一方ＯＳＦ外側のＮ領域を最大限に拡大した新規な欠陥構造を持ったウエーハである。
【００２４】
こうして得られるシリコン単結晶ウエーハは、例えばウエーハ中央部のＯＳＦ領域が、ウエーハ面積の５％以下であり、あるいはウエーハ中央部のＯＳＦ領域が、直径２０ｍｍ以下とすることができる。
したがって、ウエーハの全面積に対するＯＳＦ領域の比率が小さく、Ｎ領域の面積が大きいので、デバイス歩留を向上することができるシリコン単結晶ウエーハとなる。
【００２５】
そして、本発明のシリコン単結晶ウエーハでは、ウエーハ中央部に存在するＯＳＦ密度を、１００個／ｃｍ2 以下とすることができ、特に、ウエーハ全面の酸素濃度を２４ｐｐｍａ（ＡＳＴＭ’７９値）以下とすれば、酸素析出熱処理によりＯＳＦの潜在核は存在するが、ＯＳＦ熱酸化処理をした際にはＯＳＦは発生せず、かつ、ＦＰＤ及びＬ／Ｄがウエーハ全面内に存在しないシリコン単結晶ウエーハとすることができる。
【００２６】
このように、成長結晶内の酸素濃度を２４ｐｐｍａ以下に抑えれば、ＯＳＦ核の成長を阻害することができ、実質上、ＯＳＦあるいはＯＳＦの潜在核がウエーハ内に存在してもデバイスに影響を与えることはないので、結局該ウエーハをＯＳＦ熱酸化処理をした際に、ＯＳＦの核は潜在しているが、ＯＳＦを発生することはなく、ＦＰＤ及びＬ／Ｄ（ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ）もウエーハ全面内に存在しないという、いわゆるウエーハ全面がＶ−リッチ領域、Ｉ−リッチ領域も、害を及ぼすようなＯＳＦも存在しない全面使用可能な極低欠陥密度のウエーハを得ることができる。しかもこの場合、前述のようにＦ／Ｇの制御も広い制御範囲とすることが可能であり、ウエーハを工業上容易に作製することができる。
【００２７】
以下、本発明につき詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。説明に先立ち各用語につき予め解説しておく。
１）ＦＰＤ（Ｆｌｏｗ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｄｅｆｅｃｔ）とは、成長後のシリコン単結晶棒からウェーハを切り出し、表面の歪み層を弗酸と硝酸の混合液でエッチングして取り除いた後、Ｋ２ Ｃｒ２ Ｏ７ と弗酸と水の混合液で表面をエッチング（Ｓｅｃｃｏエッチング）することによりピットおよびさざ波模様が生じる。このさざ波模様をＦＰＤと称し、ウェーハ面内のＦＰＤ密度が高いほど酸化膜耐圧の不良が増える（特開平４−１９２３４５号公報参照）。
【００２８】
２）ＳＥＰＤ（Ｓｅｃｃｏ Ｅｔｃｈ Ｐｉｔ Ｄｅｆｅｃｔ）とは、ＦＰＤと同一のＳｅｃｃｏエッチングを施した時に、流れ模様（ｆｌｏｗ ｐａｔｔｅｒｎ）を伴うものをＦＰＤと呼び、流れ模様を伴わないものをＳＥＰＤと呼ぶ。この中で１０μｍ以上の大きいＳＥＰＤ（ＬＳＥＰＤ）は転位クラスターに起因すると考えられ、デバイスに転位クラスターが存在する場合、この転位を通じて電流がリークし、Ｐ−Ｎジャンクションとしての機能を果たさなくなる。
【００２９】
３）ＬＳＴＤ（Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ Ｄｅｆｅｃｔ）とは、成長後のシリコン単結晶棒からウエーハを切り出し、表面の歪み層を弗酸と硝酸の混合液でエッチングして取り除いた後、ウエーハを劈開する。この劈開面より赤外光を入射し、ウエーハ表面から出た光を検出することでウエーハ内に存在する欠陥による散乱光を検出することができる。ここで観察される散乱体については学会等ですでに報告があり、酸素析出物とみなされている（Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ． Ｖｏｌ．３２，Ｐ３６７９，１９９３参照）。また、最近の研究では、八面体のボイド（穴）であるという結果も報告されている。
【００３０】
４）ＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）とは、ウエーハの中心部の酸化膜耐圧を劣化させる原因となる欠陥で、ＳｅｃｃｏエッチではＦＰＤになる欠陥が、アンモニア過酸化水素水洗浄（ＮＨ４ ＯＨ：Ｈ２ Ｏ２ ：Ｈ２ Ｏ＝１：１〜２：５〜７の混合液による洗浄）では選択エッチング液として働き、ＣＯＰになる。このピットの直径は１μｍ以下で光散乱法で調べる。
【００３１】
５）Ｌ／Ｄ（Ｌａｒｇｅ Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ：格子間転位ループの略号）には、ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ等があり、転位ループ起因と考えられている欠陥である。ＬＳＥＰＤは、上記したようにＳＥＰＤの中でも１０μｍ以上の大きいものをいう。また、ＬＦＰＤは、上記したＦＰＤの中でも先端ピットの大きさが１０μｍ以上の大きいものをいい、こちらも転位ループ起因と考えられている。
【００３２】
本発明者らは、先に特願平９−１９９４１５号で提案したように、ＣＺ法によるシリコン単結晶成長に関し、Ｖ領域とＩ領域の境界近辺について、詳細に調査したところ、この境界近辺の極く狭い領域にＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰの数が著しく少なく、ＬＳＥＰＤも存在しないニュートラルな領域があることを発見した。
【００３３】
そこで、このニュートラルな領域をウエーハ全面に広げることができれば、点欠陥を大幅に減らせると発想した。そして、成長速度（引上げ速度）と温度勾配の関係の中で、結晶のウエーハ面内では、引上げ速度はほぼ一定であるから、面内の点欠陥の濃度分布を決定する主な因子は温度勾配である。つまり、ウエーハ面内で、軸方向の温度勾配に差があることが問題で、この差を減らすことが出来れば、ウエーハ面内の点欠陥の濃度差も減らせることを見出し、結晶中心部の温度勾配Ｇｃと結晶周辺部分の温度勾配Ｇｅとの差を△Ｇ＝（Ｇｅ−Ｇｃ）≦０．５℃／ｍｍとなるように炉内温度を制御して引上げ速度を調節すれば、ウエーハ全面がＮ領域からなる欠陥のないウエーハが得られるようになった。
【００３４】
本発明では、上記のような温度勾配の差△Ｇが小さいＣＺ法による結晶引上げ装置を使用し、引上げ速度を変えて結晶面内を調査した結果、新たに図１に示すような欠陥分布図を得ることができた。
Ｖ−リッチ領域とＩ−リッチ領域の間に存在するＮ領域は、従来はＯＳＦリング（核）の外側のみと考えられていたが、ＯＳＦリングの内側にも、Ｎ領域が存在することを確認した（図２（ａ）参照）。すなわち、上記特願平９−１９９４１５号の場合、ＯＳＦリングは、Ｖ−リッチ領域とＮ領域の境界領域となっていた（図３（ａ）参照）が、この二つは必ずしも一致しないことがわかった。このことは従来の△Ｇの大きい結晶引上げ装置で実験した場合には発見されず、今回上記の△Ｇの小さい結晶引上げ装置を使用した結晶を調査した結果、発見したものである。
【００３５】
ところが、このＯＳＦリング外側のＮ領域のみ、あるいはＯＳＦリング内側のＮ領域のみで結晶を引き上げようとすると、制御範囲が狭く、単結晶棒全体でＮ領域とするのが困難であり、歩留、生産性が低く、工業生産上好ましくないという、前記従来技術と同様の問題が生じる。
【００３６】
そこで、本発明者らは、図１をもとに検討した結果、ＣＺ法により量産性を考慮し、結晶棒全体で作製可能な品質として、ＯＳＦを結晶棒のバルク中央部に分布させ、最大限その領域の大きさを抑制し、残りをＯＳＦリング外側のＮ領域として結晶を引き上げることを発想して、本発明を完成させたものである。
すなわち、図１の欠陥分布図でいうならば、ＯＳＦ領域と、その外側のＮ−領域の範囲内で結晶を引上げるということである。
【００３７】
このように、実験・調査の結果を解析して求めた図１の欠陥分布図を基に、ＯＳＦ領域と、その外側のＮ−領域の範囲内で結晶を引上げるようにすれば、制御範囲が広がり、ＦＰＤ及びＬ／Ｄがウエーハ全面内に存在しないシリコン単結晶およびウエーハを容易に作製することができる。そして、中央部に存在するＯＳＦ領域は、ウエーハ全面積に対して極めて小さい面積となり、デバイス歩留への影響はわずかで済む。
【００３８】
この場合、ＯＳＦリングとその内側のＮ領域とで結晶を引き上げることも考えられるが、できるウエーハは内側がＮ領域、外側がＯＳＦ領域となり、相対的にＯＳＦ領域が広くなってしまうため好ましくない。
【００３９】
そして、上記本発明にかかる結晶中央部にＯＳＦ領域があり、その外側がＮ領域となる引上げ装置の炉内温度を、総合伝熱解析ソフトＦＥＭＡＧ（Ｆ．Ｄｕｐｒｅｔ，Ｐ．Ｎｉｃｏｄｅｍｅ，Ｙ．Ｒｙｃｋｍａｎｓ，Ｐ．Ｗｏｕｔｅｒｓ，ａｎｄ Ｍ．Ｊ．Ｃｒｏｃｈｅｔ，Ｉｎｔ．Ｊ．Ｈｅａｔ Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ，３３，１８４９（１９９０））を使用して鋭意解析を行った。
【００４０】
その結果、引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値Ｇ［℃／ｍｍ］を、３．０［℃／ｍｍ］以下として結晶を引上げればよいことがわかった。また、引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値Ｇ［℃／ｍｍ］の値を、結晶中心部分の温度勾配Ｇｃ［℃／ｍｍ］と結晶周辺部分の温度勾配Ｇｅ［℃／ｍｍ］との差△Ｇ＝（Ｇｅ−Ｇｃ）については、△Ｇが１℃／ｍｍ以内として結晶を引き上げるようにすればよいことがわかった。
この値は、先に提案した、結晶全面をＮ領域とするための条件である△Ｇ＝（Ｇｅ−Ｇｃ）≦０．５℃／ｍｍに比べて格段に制御しやすく、量産性があるものである。
【００４１】
このような引上げ条件で単結晶を育成することによって、結晶中央部に熱酸化処理をした際にＯＳＦが発生するか、あるいはＯＳＦの核が存在するものの、ＦＰＤ及びＬ／Ｄが結晶内に存在しないシリコン単結晶を得ることができる。
したがって、このようなシリコン単結晶をスライスして得られるシリコン単結晶ウエーハは、ウエーハの中央部に熱酸化処理をした際にＯＳＦが発生するか、あるいはＯＳＦの核が存在するものであるとともに、ＦＰＤ及びＬ／Ｄがウエーハ全面内に存在しないシリコン単結晶ウエーハとなる。
【００４２】
すなわち、本発明のシリコン単結晶ウエーハは、該ウエーハを熱酸化処理をした際に、ウエーハ中央部にＯＳＦは発生し、あるいはＯＳＦの核は潜在しているが、ＦＰＤ及びＬ／Ｄ（ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ）は、ウエーハ全面内に存在しないというウエーハで、図２（ｂ）に示したように、いわゆるウエーハ全面にＶ−リッチ領域とＩ−リッチ領域は存在せず、中性なＮ領域の面積が非常に大きなものである。このようなＮ領域の大きい本発明のシリコン単結晶ウエーハには、ＯＳＦの核は潜在しており、該ウエーハを熱酸化処理した際には中央部にＯＳＦが発生し得るＯＳＦ領域が存在するが、ウエーハ中央部でその面積を最大限抑制し、一方ＯＳＦ外側のＮ領域を最大限に拡大したという新規な欠陥構造を持ったウエーハである。
【００４３】
この場合、ＯＳＦの外側領域には、本来ならばＩ−リッチ領域が形成され、その領域には、Ｌ／Ｄが発生するはずであるが、本発明の単結晶製造方法では、前述のように、引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値Ｇ［℃／ｍｍ］を、３．０［℃／ｍｍ］以下とし、また、引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値Ｇ［℃／ｍｍ］の値を、結晶中心部分の温度勾配Ｇｃ［℃／ｍｍ］と結晶周辺部分の温度勾配Ｇｅ［℃／ｍｍ］との差△Ｇ＝（Ｇｅ−Ｇｃ）については、△Ｇが１℃／ｍｍ以内として結晶を引き上げているので、ＯＳＦリング外側のＮ領域が広がり、Ｉ−リッチ領域は形成されない。
【００４４】
そして、シリコン単結晶育成時に、ＯＳＦが結晶中央部で消滅する臨界速度近傍で成長させ、中央部のＯＳＦ領域の大きさをできるだけ小さくするようにすれば、シリコン単結晶ウエーハとした時のＯＳＦ領域を、例えばウエーハ面積の５％以下とし、あるいはウエーハ中央部のＯＳＦ領域が、直径２０ｍｍ以下とすることができる。
したがって、ウエーハの全面積に対するＯＳＦ領域の比率が小さく、ＦＰＤもＬ／Ｄもない、Ｎ領域の面積が大きいことから、デバイス歩留を向上することができるシリコン単結晶ウエーハとなる。
【００４５】
そして、中央部のＯＳＦ領域についても、上述のようにシリコン単結晶育成時に、ＯＳＦが結晶中央部で消滅する臨界速度近傍で成長させ、中央部のＯＳＦ領域の大きさをできるだけ小さくなるようにすれば、ウエーハ中央部に存在するＯＳＦ密度は、１００個／ｃｍ２ 以下とすることが可能であり、実質上０になることもあった。したがって、デバイス工程での歩留への影響もそれほど大きくないものとすることができる。
【００４６】
一方、ＯＳＦリングについては、最近の研究からウエーハ全面内で低酸素濃度の場合には、ＯＳＦリングの核が存在しても熱酸化処理によりＯＳＦリングを発生することはなく、デバイスに影響を与えないということが判ってきている。
この酸素濃度の限界値は、同一の結晶引上げ装置を使用して、数種類の酸素濃度レベルの結晶を引上げた結果、ウエーハ全面内の酸素濃度が２４ｐｐｍａ以下であれば、ウエーハの熱酸化処理を行った時にＯＳＦリングが発生しないことが確認されている。
【００４７】
すなわち、図５は、一本の結晶を引上げ中に徐々に酸素濃度を下げていった時に、結晶全長にわたってＯＳＦとなる核は存在するが、ウエーハの熱酸化処理を行った時にＯＳＦリングが観察されるのは２４ｐｐｍａまでで、２４ｐｐｍａ以下ではＯＳＦリング核は存在するが、熱酸化処理によるＯＳＦリングは発生していないことを表している。
【００４８】
ちなみに、成長結晶中の酸素濃度を２４ｐｐｍａ以下にするには、従来から一般に用いられている方法で行えばよく、例えば、ルツボの回転数あるいは融液内温度分布、雰囲気圧力、ガス流量等を調整する手段により簡単に行うことができる。
【００４９】
したがって、本発明でも、ウエーハ全面の酸素濃度を２４ｐｐｍａ（ＡＳＴＭ’７９値）以下とすれば、中央部に存在するＯＳＦ核の成長を阻害することができ、実質上、ＯＳＦあるいはＯＳＦの潜在核がウエーハ内に存在してもデバイスに影響を与えることはないので、結局該ウエーハをＯＳＦ熱酸化処理をした際に、ＯＳＦの核は潜在しているが、ＯＳＦを発生することはなく、ＦＰＤ及びＬ／Ｄ（ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ）もウエーハ全面内に存在しないという、いわゆるウエーハ全面がＶ−リッチ領域、Ｉ−リッチ領域も、害を及ぼすようなＯＳＦも存在しない全面使用可能な極低欠陥密度のウエーハを得ることができる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、本発明で使用するＣＺ法による単結晶引上げ装置の構成例を図６により説明する。図６に示すように、この単結晶引上げ装置３０は、引上げ室３１と、引上げ室３１中に設けられたルツボ３２と、ルツボ３２の周囲に配置されたヒータ３４と、ルツボ３２を回転させるルツボ保持軸３３及びその回転機構（図示せず）と、単結晶シリコンの種結晶５を保持するシードチャック６と、シードチャック６を引上げるワイヤ７と、ワイヤ７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。ルツボ３２は、その内側のシリコン融液（湯）２を収容する側には石英ルツボが設けられ、その外側には黒鉛ルツボが設けられている。また、ヒータ３４の外側周囲には断熱材３５が配置されている。
【００５１】
また、本発明の製造方法に関わる結晶内温度勾配等の製造条件を充足するために、結晶の固液界面の外周に環状の固液界面断熱材８を設け、その上に上部囲繞断熱材９が配置されている。この固液界面断熱材８は、その下端とシリコン融液２の湯面との間に３〜５ｃｍの隙間１０を設けて設置されている。上部囲繞断熱材９は条件によっては使用しないこともある。さらに、冷却ガスを吹き付けたり、輻射熱を遮って単結晶を冷却する筒状の冷却装置３６を設けている。
また、本実施形態では、引上げ室３１の水平方向の外側に、例えば超伝導コイル等からなる磁石３７を設置し、シリコン融液２に水平方向の磁場を印加することによって、融液の対流を抑制し、単結晶の安定成長をはかる、いわゆるＭＣＺ法が用いられている。
【００５２】
この場合、本発明の条件を満足するのに特に重要であるのは、図６に示したように、引上げ室３１の湯面上の単結晶棒１中の結晶成長界面（固液界面４）の外周空間において、湯面近傍の結晶の温度が１４２０℃から１４００℃までの温度域に環状の固液界面断熱材８を設けたことと、その上に上部囲繞断熱材９を配置したこと、および引上げ室３１の外側に磁石３７を配置したことである。これによって、結晶内温度勾配の平均値Ｇを、３．０［℃／ｍｍ］以下とすることができるし、結晶中心部分の温度勾配Ｇｃ［℃／ｍｍ］と結晶周辺部分の温度勾配Ｇｅ［℃／ｍｍ］との差△Ｇ＝（Ｇｅ−Ｇｃ）を１℃／ｍｍ以内として結晶を引き上げることを可能とするとともに、引上げ速度を安定化させて、高精度制御を可能とすることが出来る。
さらに、必要に応じてこの断熱材の上部に結晶を冷却する装置、例えば冷却装置３６を設けて、これに上部より冷却ガスを吹きつけて結晶を冷却できるものとし、筒下部に輻射熱反射板を取り付けた構造としてもよい。
【００５３】
このように液面の直上の位置に所定の隙間を設けて断熱材を配置し、さらにこの断熱材の上部に結晶を冷却する装置を設けた構造とすることによって、結晶成長界面近傍では輻射熱により保温効果が得られ、結晶の上部ではヒータ等からの輻射熱をカットできるので、本発明の製造条件を満足させることができる。
この結晶の冷却装置としては、前記筒状の冷却装置３６とは別に、結晶の周囲を囲繞する空冷ダクトや水冷蛇管等を設けて所望の温度勾配を確保するようにしても良い。
【００５４】
次に、上記の単結晶引上げ装置３０による単結晶育成方法について説明する。まず、ルツボ３２内でシリコンの高純度多結晶原料を融点（約１４２０℃）以上に加熱して融解する。次に、ワイヤ７を巻き出すことにより融液２の表面略中心部に種結晶５の先端を接触又は浸漬させる。その後、ルツボ保持軸３３を適宜の方向に回転させるとともに、ワイヤ７を回転させながら巻き取り種結晶５を引上げることにより、単結晶育成が開始される。以後、引上げ速度と温度を適切に調節することにより略円柱形状の単結晶棒１を得ることができる。
【００５５】
そして、単結晶棒育成中は、その直径を所望値に制御する必要がある。そこで結晶引上げ中は、例えば引上げ室３１に設けられた窓から、ＣＣＤカメラ等を用いて結晶棒の直径が測定される。直径の測定は、前記ＣＣＤカメラ等で結晶成長界面近傍を観測し、シリコン融液と結晶との境界部に存在するフユージョンリングとよばれる明部を光量信号から検出して、その位置を特定することによって行なわれる。
【００５６】
得られた直径データは、引上げ装置に付設されているコンピュータのＣＰＵに入力され、目標直径との誤差を計算し、ヒータ３４を制御する温度調節器およびワイヤ７の引上げ速度調節機構に、その補正量に相当する電圧信号を送る等のフィードバック制御が自動的に行なわれる。すなわち、ヒータ３４の出力およびワイヤ７を巻きあげるモータの回転数を制御することにより、シリコン融液の温度と結晶引上げ速度を制御している。そして、この直径制御は、その誤差を縮小するために、温度および引上げ速度の補正量は、ＰＩＤ演算方式等により算出される。 こうして、直径制御がなされつつ１本の単結晶棒が育成される。
【００５７】
そして、本発明では、結晶引上げ速度Ｆ［ｍｍ／ｍｉｎ］は、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度近傍で引き上げるように制御される。これによって、結晶中央部でＦＰＤ等が発生するようなＶ領域が形成されることが無いとともに、ＯＳＦ領域を極力小さくすることができる。
ここで大切なことは、結晶引上げ速度を、臨界速度に対して一定の範囲内に精度良く制御することである。
【００５８】
すなわち、本発明のように、前記欠陥分布図において、ＯＳＦ領域と、その外側のＮ−領域の範囲内として結晶を引上げ、ウエーハの中央部に熱酸化処理をした際にＯＳＦ領域を有するものの、ＦＰＤ及びＬ／Ｄがウエーハ全面内に存在しないものを得るためには、結晶の引上げ速度を、臨界速度に対して±０．０２［ｍｍ／ｍｉｎ］以内に制御しつつ結晶を引上げることが必要である。
【００５９】
そこで、本発明では引上げ速度制御の高精度化を図ることとした。
引上げ速度の高精度化は、どのような方式で行なっても良いが、ここでは、前記直径制御における、フィードバック制御の応答性を高めることによって対応した。
【００６０】
すなわち、フィードバック制御は、ある一定時間内に検出された直径データを平均し、これをＣＰＵに送信し、設定直径との偏差を算出し、その補正量を出力するという制御を繰り返す仕組みになっているが、この直径データを検出し平均する時間を短縮し（例えば、６０秒を３０秒とする）、フィードバックのサイクルを早め、応答性を高めた。特に、温調系への応答性を速くし、結晶成長速度（引上げ速度）の変動を最大限に抑制するようにした。
しかも、このような方法によれば、フィードバック制御の一設定値を変更するだけであるので、一般の生産機においても十分に対応することができ、簡単である。
【００６１】
そして、上記のような制御を、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成する際に行なえば、結晶棒のうち上記制御が行なわれた部位について、所望品質のものとなるが、結晶棒全体を本発明の品質を有するものとして、歩留を向上させるためには、引上げ速度Ｆ［ｍｍ／ｍｉｎ］の平均値を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度の平均値に対し、±０．０１［ｍｍ／ｍｉｎ］以内に制御しつつ結晶を引上げるようにする必要がある。
【００６２】
この場合、精度良く前記欠陥分布図において、ＯＳＦ領域と、その外側のＮ−領域の範囲内とし、また、結晶の引上げ速度を、臨界速度に対して±０．０２［ｍｍ／ｍｉｎ］以内に制御し、あるいは、引上げ速度の平均値を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度の平均値に対し、±０．０１［ｍｍ／ｍｉｎ］以内とするためには、上記フィードバック制御の応答性の改善の他、引上げ中シリコン融液に磁場を印加しつつ結晶を引上げるのが望ましい。
磁場を印加することによって、シリコン融液中の対流が抑制され、より上記引上げ条件に制御するのが容易になるため、結晶棒全体を所望品質とし易くなるからである。
【００６３】
特に、印加する磁場を水平磁場とし、また、印加する磁場の強度を２０００Ｇ以上、より好ましくは３０００Ｇ以上とするのが良い。
シリコン融液の対流を抑制し、引上げ速度を安定化するためには、いわゆる縦磁場、あるいはカスプ磁場等を印加してもよいが、結晶内温度勾配Ｇおよび面内の温度勾配の差△Ｇを小さくし、結晶中のＮ領域を広げるためには、結晶成長界面に磁場が水平に作用する水平磁場の方が好ましい。
また、印加する磁場強度は、強ければ強いほど対流抑制効果が強いので良いが、８０００Ｇもあれば充分である。逆に、２０００Ｇ未満では、磁場印加効果が少なくなり、引上げ速度の安定化効果が小さくなる。
【００６４】
このように、例えば磁場を４０００Ｇ以上印加し、結晶の引上げ速度を高精度化して、臨界速度に対して±０．０２［ｍｍ／ｍｉｎ］以内に制御し、引上げ速度の平均値を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度の平均値に対し、±０．０１［ｍｍ／ｍｉｎ］以内として、引上げ速度をきわめて安定させて結晶を引き上げれば、単結晶中央部のＯＳＦはきわめて低密度となり、殆ど発生しないこともある。
【００６５】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施の形態を実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図６に示した水平磁場印加可能な引上げ装置で、２５インチ石英ルツボに原料多結晶シリコンを１００Ｋｇチャージし、直径８インチ、方位＜１００＞、直胴部の長さ約１ｍのシリコン単結晶棒を引き上げた。
シリコン融液の湯温は約１４２０℃、湯面から環状の固液界面断熱材の下端までは、４ｃｍの空間とし、その上に１０ｃｍ高さの環状固液界面断熱材、および３０ｃｍ高さの上部囲繞断熱材を配備した。
【００６６】
この条件で、平均引上げ速度を０．８〜０．３ｍｍ／ｍｉｎまで変化させて結晶を引上げ、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度を調査したところ、単結晶棒の肩部で０．５０ｍｍ／ｍｉｎであり、直胴の終端部で０．４５ｍｍ／ｍｉｎであった。したがって、この臨界引上げ速度を目標引上げ速度として結晶を引き上げることにした。
【００６７】
得られた単結晶棒は、結晶成長方向に縦割にし、厚さ２ｍｍのサンプルを２枚切り出し、その表面に鏡面加工を施した。そのうちの１枚は、３０分Ｓｅｃｃｏエッチングを施した後、顕微鏡観察することによって、ＦＰＤ、Ｌ／Ｄ等のグローンイン欠陥の測定を行った。残りの１枚については、（水蒸気＋酸素）雰囲気下、１２００℃／１００分の熱酸化処理を施して、Ｘ線トポグラフで観察し、ＯＳＦリング等の発生状況を確認した。
【００６８】
（実施例１）
印加磁場強度を０とし、直径制御のフィードバックのサイクルを、従来の６０秒から３０秒として応答性を高め、結晶成長速度（引上げ速度）の変動を最大限に抑制するようにし、結晶の引上げ速度を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度に対して±０．０２［ｍｍ／ｍｉｎ］以内となるように制御をしつつ結晶を引上げた。
【００６９】
出来た結晶棒の結晶成長速度（引上げ速度）の制御結果と結晶棒中の欠陥発生状況の結果を図７に示した。図７（ａ）は、成長速度の結果図、図７（ｂ）は、結晶欠陥の結果図である。
【００７０】
この結果を見ると、結晶の引上げ速度を、臨界速度に対して±０．０２［ｍｍ／ｍｉｎ］以内となるように制御が行なわれている部分（図中のＡ領域）は、本発明の所望品質の結晶、すなわち結晶中央部にＯＳＦ領域があるとともに、ＦＰＤ及びＬ／Ｄが結晶内に存在しないものとなることがわかる。一方、上記本発明の引上げ速度条件を上にはずれた部分では、結晶中央部にＦＰＤ領域が形成され（図中のＢ領域）、逆に本発明の引上げ速度条件を下にはずれた部分では、Ｌ／Ｄ領域が形成されている（図中のＣ領域）。そして、ＯＳＦ領域とＬ／Ｄ領域との間では、無欠陥領域であるＮ領域が、単結晶棒の一部で形成されている。
このように、実施例１では、本発明の品質もしくはＮ領域のみの結晶が、単結晶棒の約４０〜５０％の部位で得ることが出来た。
【００７１】
（実施例２）
印加磁場強度を４０００Ｇとし、直径制御のフィードバックのサイクルを、従来の６０秒から３０秒として応答性を高め、結晶成長速度（引上げ速度）の変動を最大限に抑制するようにし、結晶の引上げ速度の平均値を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度に対して±０．０２［ｍｍ／ｍｉｎ］以内となるように制御をしつつ結晶を引上げた。
【００７２】
出来た結晶棒の結晶成長速度（引上げ速度）の制御結果と結晶棒中の欠陥発生状況の結果を図８に示した。図８（ａ）は、成長速度の結果図、図８（ｂ）は、結晶欠陥の結果図である。
【００７３】
この結果を見ると、磁場を印加することにより引上げ速度が安定し、結晶の引上げ速度を、殆どの部位で臨界速度に対して±０．０２［ｍｍ／ｍｉｎ］以内となるように制御が行なわれていることがわかる。本発明の所望品質の結晶、すなわち結晶中央部にＯＳＦ領域があるとともに、ＦＰＤ及びＬ／Ｄが結晶内に存在しないものとなる部位（図中のＡ領域）が、単結晶棒の約８０％の部位で得ることが出来た。
【００７４】
一方、まだ一部の部位において、本発明の品質を具備しない部分があり、結晶中央部にＦＰＤが形成されている（図中のＢ領域）。この部分を調べてみると引上げ速度は、ほぼ±０．０２［ｍｍ／ｍｉｎ］以内に制御することは出来ているが、引上げ速度の平均値が臨界速度に対して、全体的に高めになっていることがわかる。
【００７５】
（実施例３）
そこで、引上げ速度の平均値も制御することとし、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度の平均値に対し、±０．０１［ｍｍ／ｍｉｎ］以内となるようにした。
すなわち、印加磁場強度を４０００Ｇとし、直径制御のフィードバックのサイクルを、従来の６０秒から３０秒として応答性を高め、結晶成長速度（引上げ速度）の変動を最大限に抑制するようにし、結晶の引上げ速度を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度に対して±０．０２［ｍｍ／ｍｉｎ］以内、結晶引上げ速度の平均値を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度の平均値に対し、±０．０１［ｍｍ／ｍｉｎ］以内となるように制御をしつつ結晶を引上げた。
【００７６】
出来た結晶棒の結晶成長速度（引上げ速度）の制御結果と結晶棒中の欠陥発生状況の結果を図９に示した。図９（ａ）は、成長速度の結果図、図９（ｂ）は、結晶欠陥の結果図である。
【００７７】
この結果を見ると、磁場を印加することにより引上げ速度が安定し、結晶の引上げ速度の平均値を、結晶棒全体でほぼ臨界速度に対して±０．０１［ｍｍ／ｍｉｎ］以内となるように制御が行なわれていることがわかる。したがって、本発明の所望品質の結晶、すなわち結晶中央部にＯＳＦ領域があるとともに、ＦＰＤ及びＬ／Ｄが結晶内に存在しないものとなる部位（図中のＡ領域）が、１本の単結晶棒全体で得ることが出来た。
【００７８】
（実施例４）
次に、上記実施例で縦割りにされ残ったかまぼこ型の単結晶棒のうち、本発明の品質を有する部位から、半月型のウエーハを切り出し、これに鏡面加工を施して半月型のシリコン単結晶の鏡面ウエーハを作製し、グローンイン欠陥の測定を行った。また、熱酸化処理を施してＯＳＦ発生の有無を確認した。さらに、酸化膜耐圧特性についても調べた。
【００７９】
その結果、ウエーハの中央部において、直径約２０ｍｍ以下のＯＳＦ領域は存在するが、該ＯＳＦ領域の外側の部分はグローンイン欠陥の存在しない無欠陥領域であり、Ｎ領域を最大限拡大した極低欠陥ウエーハを得た。このＯＳＦ領域の面積は、直径８インチウエーハの面積の約１％以下であり、実質上デバイス歩留の低下要因としての影響をわずかなものとすることが出来る。なお、直径８インチ以外の単結晶においても同様に引上げテストをしてみたところ、ＯＳＦ領域の面積は、ウエーハ面積の５％以下に抑制出来ることが確認出来た。
【００８０】
特に、ウエーハ面内酸素濃度が２４ｐｐｍａ以下のウエーハでは、中央部のＯＳＦ領域で、ＯＳＦ核は存在するが熱酸化処理によってもＯＳＦは発生せず、ウエーハ全面がデバイス歩留の良好なものであった。
【００８１】
このウエーハの酸化膜耐圧特性は、Ｃ−モード良品率９７〜１００％となった。
なお、Ｃ−モード測定条件は、次の通りである。
１）酸化膜厚：２５ｎｍ、 ２）測定電極：リンドープ・ポリシリコン、
３）電極面積：８ｍｍ２ 、 ４）判定電流：１ｍＡ／ｃｍ２ 、
５）良品判定：絶縁破壊電界が８ＭＶ／ｃｍ以上のものを良品と判定した。
【００８２】
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。
【００８３】
例えば、上記実施形態においては、直径８インチのシリコン単結晶を育成する場合につき例を挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、直径６インチ以下、１０〜１６インチあるいはそれ以上のシリコン単結晶にも適用できることは言うまでもない。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、単結晶育成条件の制御範囲が広くなり、中央部にＯＳＦ領域を有するものの、ＯＳＦ領域外側のＮ領域を最大限拡大したウエーハを、容易に作製することができる。しかも、単結晶棒の全体で作製可能であるので、高生産性、高歩留を維持しながら製造することができる。
また、ＯＳＦ領域の面積を小さく抑制出来る上に、低酸素化も併用すればＯＳＦも発生せず、実質上ウエーハ全面が無欠陥のシリコン単結晶ウエーハを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリコン単結晶の径方向位置を横軸とし、Ｆ／Ｇ値を縦軸とした場合の諸欠陥分布図である。
【図２】本発明品質のウエーハの結晶面内諸欠陥分布を表した説明図である。
（ａ）通常の引上げ条件で引上げた場合、（ｂ）本発明の引上げ条件で引上げた場合。
【図３】従来の引上げ方法における結晶面内諸欠陥分布を表した説明図である。
（ａ）通常の引上げ条件で引上げた場合、（ｂ）引上げ速度と結晶内温度勾配を精密制御して引上げた場合。
【図４】従来の引上げ方法における引上げ速度と結晶面内欠陥分布との関係を表した説明図である。
（ａ）高速引上げの場合、（ｂ）中速引上げの場合、（ｃ）低速引上げの場合。
【図５】ウエーハに熱酸化処理を施した際のＯＳＦリングの発生領域とＯＳＦ核の存在領域との境界位置が結晶中酸素濃度に影響されていることを表した説明図である。
（ａ）結晶棒の長さ方向位置と酸素濃度の関係を表したグラフ、（ｂ）結晶縦断面において、ＯＳＦリングの発生領域とＯＳＦ核の潜在領域との境界位置を示す説明図である。
【図６】本発明で使用したＣＺ法による単結晶引上げ装置の概略説明図である。
【図７】実施例１の結果図である。
（ａ） 成長速度の結果図、
（ｂ） 結晶欠陥の結果図。
【図８】実施例２の結果図である。
（ａ） 成長速度の結果図、
（ｂ） 結晶欠陥の結果図。
【図９】
実施例３の結果図である。
（ａ） 成長速度の結果図、
（ｂ） 結晶欠陥の結果図。
【符号の説明】
１…成長単結晶棒、
２…シリコン融液、
３…湯面、
４…固液界面、
５…種結晶、
６…シードチャック、
７…ワイヤ、
８…固液界面断熱材、
９…上部囲繞断熱材、
１０…湯面と固液界面断熱材下端との隙間、
３０…単結晶引上げ装置、
３１…引上げ室、
３２…ルツボ、
３３…ルツボ保持軸、
３４…ヒータ、
３５…断熱材、
３６…冷却装置、
３７…磁石。
Ｖ …Ｖ−リッチ領域、
Ｎ …Ｎ−領域、
Ｉ …Ｉ−リッチ領域、
ＯＲ…ＯＳＦ領域。
Claims (7)
- チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成する際に、引上げ速度をＦ［ｍｍ／ｍｉｎ］とし、シリコンの融点から１４００℃の間の引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値をＧ［℃／ｍｍ］で表した時、結晶中心から結晶周辺までの距離Ｄ［ｍｍ］を横軸とし、Ｆ／Ｇ［ｍｍ2 ／℃・ｍｉｎ］の値を縦軸として欠陥分布を示した欠陥分布図において、Ｖ−リッチ領域とＩ−リッチ領域は存在せず、ＯＳＦ領域と、その外側のＮ−領域の範囲内で結晶を引上げ、且つ前記引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値Ｇ［℃／ｍｍ］を、３．０［℃／ｍｍ］以下とし、前記引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値Ｇ［℃／ｍｍ］の値を、結晶中心部分の温度勾配Ｇｃ［℃／ｍｍ］と結晶周辺部分の温度勾配Ｇｅ［℃／ｍｍ］との差△Ｇ＝（Ｇｅ−Ｇｃ）で表した時、△Ｇが１℃／ｍｍ以内とすることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
- チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成する際に、引上げ速度Ｆ［ｍｍ／ｍｉｎ］を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度に対し、±０．０２［ｍｍ／ｍｉｎ］以内に制御しつつ結晶を引上げ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。
- チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成する際に、引上げ速度Ｆ［ｍｍ／ｍｉｎ］の平均値を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度の平均値に対し、±０．０１［ｍｍ／ｍｉｎ］以内に制御しつつ結晶を引上げることを特徴とする請求項２に記載のシリコン単結晶の製造方法。
- 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のシリコン単結晶の製造方法において、引上げ中シリコン融液に磁場を印加しつつ結晶を引上げることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
- 請求項４に記載のシリコン単結晶の製造方法において、印加する磁場を水平磁場とすることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
- 請求項４または請求項５に記載のシリコン単結晶の製造方法において、印加する磁場の強度を２０００Ｇ以上とすることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
- 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のシリコン単結晶の製造方法において、前記結晶中の酸素濃度を２４ｐｐｍａ以下にすることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
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