JP4982034B2

JP4982034B2 - シリコン単結晶の製造方法

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Publication number: JP4982034B2
Application number: JP2004098829A
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Inventors: 義博児玉; 修二大森; 淳一岡田; 康彦澤崎
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2024-03-30
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Description

本発明は、ＦＺ法によるシリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶並びにシリコンウェーハに関するものであり、より詳しくはＦＺ法による低抵抗率でかつ高品質のＰ型またはＮ型のシリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶並びにシリコンウェーハに関する。

従来、ツェナーダイオードの作製には、一般に抵抗率が数ｍΩ・ｃｍ〜数Ω・ｃｍになるようにリンまたはボロン等の不純物（ドーパント）がドーピングされた、導電型がＰ型またはＮ型のシリコンウェーハが使用される。そして、従来、抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下のシリコンウェーハは、ＣＺ（チョクラルスキー）法で製造されたシリコン単結晶から作製されたものが用いられ、抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以上のシリコンウェーハは、ＦＺ（フロートゾーン）法で製造されたシリコン単結晶から作製されたものが用いられていた。このように、抵抗率の大きさにより使用されるシリコン単結晶の製造方法が異なるのは、ＦＺ法で０．１Ω・ｃｍ以下のような低抵抗率のシリコン単結晶を製造するのが技術上極めて困難であることによる。

ＦＺ法によってシリコン単結晶棒を製造する場合、モノシラン等の原料ガスを熱分解あるいは加熱還元して得られたシリコン多結晶原料棒の先端を、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中でヒータコイル等を用いた高周波誘導加熱により溶解し、種結晶と接触させてなじませた後、部分的な溶融帯域を、通常、原料棒の下部から上部に向かって移動させることにより、種結晶と同じ結晶軸をもつ単結晶化を行っている。このとき、ドーパントのドーピング方法としては、Ｎ型単結晶にする場合はホスフィン（ＰＨ_３）、Ｐ型単結晶にする場合はジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）をそれぞれ含むアルゴンガスを、ノズルを用いて溶融帯域に吹きつけるガスドープ法があり、これによりシリコン単結晶の抵抗率を制御することができる。

上記のガスドープ法によりシリコン単結晶を低抵抗率にするためには、極めて高い濃度のドープガスを吹きつける必要がある。例えばドープガスをＰＨ_３、ガス流量を５ｌ／ｍｉｎとして、抵抗率０．０１Ω・ｃｍのＮ型単結晶を製造する場合に必要なＰＨ_３ボンベ濃度（ガスボンベ中の濃度）は０．４％であり、ドープガスＢ_２Ｈ_６、ガス流量を５ｌ／ｍｉｎとして、抵抗率０．０１Ω・ｃｍのＰ型単結晶を製造する場合に必要なＢ_２Ｈ_６ボンベ濃度は０．３％といった極めて高い濃度にする必要がある。

しかしながら、これらのドープガスの人体への許容濃度はＰＨ_３の場合は０．３ｐｐｍ、Ｂ_２Ｈ_６の場合は０．１ｐｐｍであるため、安全のため、ドープガスが漏洩したとしても、作業エリアにおけるド−プガス濃度が前記許容濃度以下となるように、ＰＨ_３ボンベ濃度、Ｂ_２Ｈ_６ボンベ濃度ともに上限を２０ｐｐｍとしている。このようにＰＨ_３ボンベ濃度、Ｂ_２Ｈ_６ボンベ濃度を上限の２０ｐｐｍとしたときの抵抗率は、どちらも０．１Ω・ｃｍとなる。このような理由により、通常ＦＺ法により製造するシリコン単結晶はＮ型、Ｐ型ともに抵抗率を０．１Ω・ｃｍ以上とするのである。

さらにＢ_２Ｈ_６は爆発限界が０．８〜９８．０体積％であり、極めて高い爆発性を有している。即ち、人体への影響のみならず爆発性も考慮すると、高濃度のＰＨ_３やＢ_２Ｈ_６のガスを用いたガスドープ法では、僅かな漏洩も許されず、取扱い上も問題がある。従って、これらのガスを高濃度で用いるためには、装置、配管等を安全上特別な装置としたり、これらの有毒ガスを排気する設備を設置する必要があり、装置の大幅なコストアップを伴うものとなる。

さらに、上記のような高濃度のドープガスの使用は、ＦＺ成長炉のチャンバー内ばかりでなくそれが設置されているＦＺ室内のドーパント汚染をも招く可能性が高く、同一のＦＺ室でドーパント濃度が低い高抵抗率シリコン単結晶を製造する際に抵抗率制御の障害となるため、高濃度のドープガスを使用するチャンバーは隔離する必要がある。

一方、ＦＺ法によりＮ型シリコン単結晶を製造する場合は、上記のようにドーパントをドープすることなしにシリコン単結晶棒を成長させた後、該単結晶棒を原子炉内に挿入し中性子照射をすることにより、^３０Ｓｉを^３１Ｐに核反応で変化させたドーパントでドープする方法（中性子照射ドープ法）も知られている。

しかし、中性子照射ドープ法の場合は、原子炉を必要とするし、抵抗率を低下させるためには中性子照射量を増加させる必要があるが、中性子照射のコストはほとんどが中性子照射量に応じて設定されているため、抵抗率が３０Ω・ｃｍ以下となるとシリコン単結晶の製造コストは大幅に上昇する。さらに、抵抗率が３０Ω・ｃｍより大きい通常抵抗率とするためにシリコン単結晶に中性子照射を行なった場合では、単結晶の放射能としては主に中間生成物である^３１Ｓｉの放射能が支配的で、同じく中間生成物である^３２Ｐの放射能は無視できる程度であるが、低抵抗率にするために中性子照射を行なう場合には、中性子照射量の増加に伴い、^３２Ｐの放射能の影響が無視できなくなる。この^３２Ｐの半減期は^３１Ｓｉの２．６２時間に対して１４．３日もかかり、中性子線照射後も安全上すぐに原子炉からシリコン単結晶を取り出すことができないといった制限があるため、低抵抗率単結晶は通常抵抗率単結晶より製品納期が長くなるといった欠点も有している。このように、ＦＺ法で低抵抗率のシリコン単結晶を製造するのは技術上極めて困難であった。

一方、ＣＺ法で製造されたシリコン単結晶棒に関しては、結晶成長時の冷却条件の違いにより、軸方向で酸素析出物の量等に差が生じている場合があり、それを軸方向で均一にするために、ＣＺ法により上部から下部に向けて格子間酸素濃度を増大させたシリコン単結晶棒を引き上げ、これをＦＺ法を用いて再結晶化させる方法が開示されている（特許文献１参照）。

特開平５−４３３８２号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、高品質な低抵抗率のＰ型及びＮ型のシリコン単結晶を、ＦＺ法により低コスト且つ安全に製造する方法及びシリコン単結晶並びにシリコンウェーハを提供することにある。

上記目的達成のため、本発明は、ＦＺ法によるシリコン単結晶の製造方法であって、ＣＺ法により製造された抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下のＰ型またはＮ型のシリコン結晶棒をシリコン原料棒として、該シリコン原料棒をＦＺ法により再結晶化することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法を提供する。

このように、ＣＺ法により製造された抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下のＰ型またはＮ型のシリコン結晶棒をシリコン原料棒として、該シリコン原料棒をＦＺ法により再結晶化すれば、従来の高濃度のガスドープや長時間の中性子線照射を行うことなく抵抗率を０．１Ω・ｃｍ以下とできる。従って、爆発や人体への危険性がなく、また莫大なコストの設備投資を伴わず、さらに高コストの中性子線照射の必要がなく、製品納期の長期化も伴わずに、安全に、低コスト且つ短納期で、極めて容易にＣＯＰ（ＣｒｙｓｔａｌＯｒｉｇｉｎａｔｅｄＰａｒｔｉｃｌｅ）に代表される酸素起因結晶欠陥密度が極めて低く、また酸素析出量が極めて少ない高品質な低抵抗率のＰ型またはＮ型のシリコン単結晶を製造することが可能となる。

この場合、前記再結晶化を行なう際に、前記シリコン原料棒の低抵抗側から高抵抗側に向かってゾーニングすることにより、前記シリコン原料棒を再結晶化することが好ましい。
このように、ＦＺ法による再結晶化を行なう際に、シリコン原料棒の低抵抗側から高抵抗側に向かってゾーニングすることによりシリコン原料棒を再結晶化すれば、低抵抗側から高抵抗側にドーパントが偏析するので、再結晶化したシリコン単結晶棒の軸方向の抵抗率分布を、元々のシリコン原料棒の軸方向の抵抗率分布よりもフラットにすることができる。従って例えばツェナーダイオードの作製に使用されるシリコンウェーハのように、抵抗率規格値が極めて狭い範囲のものであっても、効率よく製造することが可能となる。

また、前記再結晶化を行なう際に、前記シリコン原料棒の高抵抗側から低抵抗側に向かってゾーニングすることにより、前記シリコン原料棒を再結晶化することもできる。
このように、ＦＺ法による再結晶化を行なう際に、シリコン原料棒の高抵抗側から低抵抗側に向かってゾーニングすることによりシリコン原料棒を再結晶化すれば、高抵抗側から低抵抗側にドーパントが偏析するので、再結晶化した単結晶棒の軸方向の抵抗率分布を、元々のシリコン原料棒の軸方向の抵抗率分布よりも大きな傾きをもつ抵抗率分布とすることができる。従って例えばツェナーダイオードの作製に使用されるシリコンウェーハのように、抵抗率規格値が極めて狭い範囲であり且つ異なる品種の抵抗率規格値が連続している場合には、このように製造したシリコン単結晶を用いれば、異なる抵抗率規格値をもつ多くの品種に対応したウェーハを一度に製造することが可能となり、多品種少量生産に極めて有利である。

また、前記再結晶化を行なう際に、成長炉のチャンバー内雰囲気の窒素濃度を０．２〜０．５％とすることが好ましい。
このように、成長炉のチャンバー内雰囲気の窒素濃度を０．２〜０．５％とすれば、再結晶化したシリコン単結晶には適量の窒素がドープされ、シリコン原料棒内に存在するＦＰＤ（ＦｌｏｗＰａｔｔｅｒｎＤｅｆｅｃｔ）やスワール欠陥を消滅させることができるので、より高品質なシリコン単結晶が製造できる。

また、本発明は、前記のいずれかの方法により製造されたシリコン単結晶であって、抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下のものであることを特徴とするシリコン単結晶を提供する。

このように、前記のいずれかの方法により製造されたシリコン単結晶であって、抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下のものであれば、低コスト且つ短納期であり、ＣＯＰに代表される酸素起因結晶欠陥密度が極めて低く、また酸素析出量が極めて少ない高品質な低抵抗率のシリコン単結晶とできる。

また、本発明は、前記のシリコン単結晶から作製されたシリコンウェーハであって、少なくとも酸素析出量が０．２ｐｐｍａ以下のものであることを特徴とするシリコンウェーハを提供する。

このように、前記のシリコン単結晶から作製されたシリコンウェーハであって、少なくとも酸素析出量が０．２ｐｐｍａ以下のものであれば、ツェナーダイオード等の作製に適した、リーク電流不良の少ない低抵抗率のシリコンウェーハとできる。

本発明に係るシリコン単結晶の製造方法であれば、安全に、低コスト且つ短納期で、極めて容易にＣＯＰに代表される酸素起因結晶欠陥密度が極めて低く、また酸素析出量が極めて少ない高品質な低抵抗率のＰ型またはＮ型のシリコン単結晶を製造することができる。また、本発明に係るシリコン単結晶であれば、低コスト且つ短納期であり、ＣＯＰに代表される酸素起因結晶欠陥密度が極めて低く、また酸素析出量が極めて少ない高品質な低抵抗率のシリコン単結晶とできる。さらに、本発明に係るシリコンウェーハであれば、ツェナーダイオード等の作製に適した、リーク電流不良の少ない低抵抗率のシリコンウェーハとできる。

以下、本発明について詳述する。
前述のように、ツェナーダイオードの作製には、一般に抵抗率が数ｍΩ・ｃｍ〜数Ω・ｃｍのシリコンウェーハが使用され、抵抗率の大きさに応じてＦＺ法またはＣＺ法で製造されたシリコン単結晶が使用される。一方で、高品質のツェナーダイオードを作製するためには、リーク電流不良の原因となるＣＯＰに代表される酸素起因結晶欠陥密度が低く、また酸素析出量が極めて少ないウェーハを用いることが好ましい。ＣＺ法で製造したシリコン単結晶は酸素が不可避的に混入するため酸素濃度が高くなり易くＣＯＰに代表される酸素起因結晶欠陥密度が高くなり易いが、ＦＺ法で製造したシリコン単結晶は酸素が混入せず酸素濃度が低いのでＣＯＰに代表される酸素起因結晶欠陥密度が極めて低く、酸素析出量も極めて低いものとできる。しかし、前述のように、従来のＦＺ法で用いられていたドーピング法では、０．１Ω・ｃｍ以下のような低抵抗率のシリコン単結晶を製造するのが技術上極めて困難であった。

本発明者らは、高品質なツェナーダイオード作製用のシリコンウェーハとして、抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下の低抵抗率のものについても、ＦＺ法で製造されるようなＣＯＰに代表される酸素起因結晶欠陥密度が極めて低く、酸素析出量が極めて少ないものが強く望まれるようになってきたことに鑑み、ＣＺ法により製造されたシリコン結晶棒をシリコン原料棒としてこれをＦＺ法により再結晶化すれば、ＣＺ法によって製造された高酸素濃度でＣＯＰに代表される酸素起因結晶欠陥密度が高く、酸素析出量が多いシリコン単結晶をシリコン原料棒として用いたとしても、ＦＺ中に、原料中の酸素を飛散させることができるので、酸素濃度やＣＯＰに代表される酸素起因結晶欠陥密度が極めて低く、酸素析出量も極めて少なくするものとできることに着目した。そして、ＣＺ法で製造するシリコン結晶棒は、従来の方法でドーピングされたＦＺシリコン単結晶とは異なり、極めて容易に抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下の低抵抗率のものとできる。従って、予めＣＺ法で抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下のシリコン結晶棒を製造し、これをシリコン原料棒として用いてＦＺ法により再結晶化すれば、抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下の低抵抗率でかつＣＯＰに代表される酸素起因結晶欠陥密度が極めて低く、酸素析出量も極めて少ないシリコン単結晶を、従来よりもはるかに容易に製造できることに想到し、本発明を完成させた。

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は、本発明に係るシリコン単結晶の製造に用いるＦＺ単結晶製造装置の一例を示す模式的部分断面図である。
まず、ＦＺ法によるシリコン単結晶の製造に用いるシリコン原料棒となる、例えば直径１００〜１５０ｍｍのシリコン結晶棒をＣＺ法により育成する。例えば導電型がＰ型、直径１３０ｍｍのシリコン結晶棒を育成する場合、例えば口径４５０ｍｍの石英ルツボに６０ｋｇのシリコン多結晶を充填し、さらに肩部の抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下の所望の抵抗率となるようにドーパントとして所定量のボロンやガリウム等のＰ型のドーパントを石英ルツボ内に投入する。ドーパントとしては、例えばボロンを高濃度にドープしたシリコン片を用いることができる。このように、ＣＺ法であれば、ＦＺ法に比べて高濃度のドーピングが容易にできる。なお、導電型をＮ型とする場合には、リン、ヒ素、アンチモン等のＮ型のドーパントを投入すればよい。

そして、その後、ヒータによりシリコン多結晶を加熱溶融した原料融液に種結晶を浸し、種結晶を回転させながら所定の成長速度で直径１３０ｍｍ、直胴長さ１００ｃｍのシリコン結晶を成長させる。このとき、シリコン結晶は抵抗率が目標とする抵抗率に制御されたものであればよく、その他の製造条件や特性、例えば酸素濃度、ＣＯＰ密度、ＦＰＤ密度、酸素析出量は特に限定されない。なお、結晶方位としては、最終的に製造するシリコン単結晶又はウェーハと同じとすることが好ましい。

次に、シリコン結晶の抵抗率およびスリップ転位の有無を確認する。スリップ転位が存在していると、シリコン結晶棒をＦＺのシリコン原料棒としてＦＺ単結晶製造装置にセットする時やＦＺ法でシリコン単結晶を再結晶化中に原料棒落下の原因となるので、スリップ転位がある場合は、スリップ転位の部分を予め取り除く必要がある。なお、このようなスリップ転位以外の結晶欠陥は存在していても特に問題はなく、シリコン結晶棒が完全に高品質な単結晶となっているものでなくともよい。すなわち、このようにＣＺ法で製造されたシリコン結晶棒であれば、従来ＦＺ法のシリコン原料棒として用いられていたシリコン多結晶原料棒と比較して結晶性がはるかに高いので、ＦＺ法により再結晶化して得られるシリコン単結晶は従来のものより高品質とできるし、例えば所望の品質のシリコン単結晶を得るために従来ではゾーニングを複数回行なう必要がある場合であっても、本発明では原則として１回のゾーニングで済み、その回数を減らすことができる。

次に、こうしてＣＺ法により得られたシリコン結晶棒を円筒研削後、ＦＺ法で溶融を開始する部分をコーン形状に加工し、その後、加工歪みを除去するために表面のエッチングを行なう。このシリコン結晶棒は、例えばリンをドープした場合には、シリコン結晶が成長するに従ってドープされるリン濃度が高くなるので、抵抗率は低くなる。その結果、シリコン結晶棒には軸方向に抵抗率分布が生じている。従って、シリコン結晶棒の一端をコーン形状に加工してコーン部を形成する際に、シリコン結晶棒の低抵抗側から高抵抗側に向かってゾーニングするときはシリコン結晶棒の低抵抗側をコーン形状に加工し、シリコン結晶棒の高抵抗側から低抵抗側に向かってゾーニングするときは、シリコン結晶棒の高抵抗側をコーン形状に加工する。

そして、このようにＣＺ法により製造された抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下のＰ型またはＮ型のシリコン結晶棒を、ＦＺ成長炉のチャンバー内に設置された図１に示すＦＺ単結晶製造装置１の上軸４の上部保持冶具６にネジ等で固定してシリコン原料棒２とし、下軸８の下部保持冶具１０には種結晶１２を取り付ける。次に、シリコン原料棒２のコーン部の下端をカーボンリング（不図示）で予備加熱する。その後、チャンバー下部より窒素ガスを含んだＡｒガスを供給しチャンバー上部より排気して、炉内圧力を例えば０．０５ＭＰａとする。そして、シリコン原料棒２を高周波コイル１４で加熱溶融した後、コーン部先端を種結晶１２に融着させ、絞り１６により無転位化し、上軸４と下軸８を回転させながらシリコン原料棒２を例えば２．０〜２．３ｍｍ／ｍｉｎの成長速度で下降させることで溶融帯（メルト）１８をシリコン原料棒上端まで移動させてゾーニングし、シリコン原料棒２を再結晶化してシリコン単結晶３を成長させる。なお、上記のようにチャンバー内を窒素を含む雰囲気にすれば、シリコン単結晶中に窒素がドープされ、シリコン原料棒２の内部に存在したＦＰＤやスワール欠陥が消滅するのでより高品質のシリコン単結晶を成長させることができるので好ましい。この場合、雰囲気中の窒素濃度を０．２〜０．５％とすれば、上記の欠陥を消滅させるのに適当な濃度の窒素がドープされるので好ましい。また、窒素ガスの代わりにアンモニア、ヒドラジン、三フッ化窒素等の窒素を含む化合物ガスを用いてもよい。このときシリコン単結晶にドープされる窒素濃度は、例えば３×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度である。

なお、再結晶化の際に、シリコン原料棒２の低抵抗側をコーン部として低抵抗側から高抵抗側に向かってゾーニングすれば、シリコン単結晶３の軸方向の抵抗率分布を、シリコン原料棒２の軸方向の抵抗率分布よりもフラットにすることができる。従って例えばツェナーダイオードの作製に使用されるシリコンウェーハのように、抵抗率規格値が極めて狭い範囲のものであっても、効率よく製造することが可能となる。また逆に、シリコン原料棒２の高抵抗側をコーン部として高抵抗側から低抵抗側に向かってゾーニングすれば、シリコン単結晶３の軸方向の抵抗率分布を、シリコン原料棒２の軸方向の抵抗率分布よりも大きな傾きをもつ抵抗率分布とすることができる。従って例えばツェナーダイオードの作製に使用されるシリコンウェーハのように、抵抗率規格値が極めて狭い範囲であり且つ異なる品種の抵抗率規格値が連続している場合には、このように製造したシリコン単結晶を用いれば、異なる抵抗率規格値をもつ多くの品種に対応したウェーハを一度に製造することが可能となり、多品種少量生産に極めて有利である。

以上のように、予めＣＺ法により抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下の低抵抗率に調整されて製造されたシリコン結晶をシリコン原料棒として、これをＦＺ法により再結晶化させて製造した抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下のシリコン単結晶は、従来のＦＺ法で製造されたものより低コスト且つ短納期であり、従来ＣＺ法で製造されたものよりＣＯＰに代表される酸素起因結晶欠陥密度が極めて低く、また酸素析出量が極めて少ない高品質な、低抵抗率のシリコン単結晶となる。
そして、このシリコン単結晶から作製したシリコンウェーハは、少なくとも酸素析出量が０．２ｐｐｍａ以下のものとできるので、ツェナーダイオード等、低抵抗率であり、また結晶欠陥が主な原因となるリーク電流不良が少ないことが要求される半導体デバイスの作製に適したシリコンウェーハとなる。

なお、結晶中の酸素濃度は、赤外吸収測定装置等を用いれば評価することができ、シリコンウェーハ表面のＣＯＰ密度は、パーティクルカウンター等を用いれば測定することができる。また、酸素析出量は初期酸素濃度と６５０℃２ｈｒｓ＋８００℃４ｈｒｓ＋１０００℃１６ｈｒｓの熱処理後の酸素濃度との差として求めることができる。

以下に本発明の実施例をあげてさらに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１）
肩部の抵抗率が０．０１Ω・ｃｍになるようにリンのドーパントを添加して一般的なＣＺ法の製造条件により製造した、導電型がＮ型であり、図２に示すように抵抗率が全長で０．００７９〜０．０１０９Ω・ｃｍの間で分布し、直径１３０ｍｍ、直胴長さ１００ｃｍ、酸素濃度１４〜１７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）のスリップ転位のないＣＺシリコン単結晶をシリコン原料棒として用意した。これの低抵抗側にコーン部を形成し、図２に矢印で方向を示すように、ＦＺ法によりシリコン原料棒の低抵抗側から高抵抗側に成長速度２．０〜２．３ｍｍ／ｍｉｎでゾーニングして直径１５０ｍｍ、直胴長さ５４ｃｍのシリコン単結晶を製造した。このときのＦＺ単結晶製造装置の炉内圧力を０．０５ＭＰａ、Ａｒ流量を３０ｌ／ｍｉｎ、チャンバー内窒素濃度を０．２〜０．５％とした。

このように製造したシリコン単結晶の上下部両端と中央部の抵抗率、酸素濃度を測定した。そして、酸素濃度測定サンプルに６５０℃２ｈｒｓ＋８００℃４ｈｒｓ＋１０００℃１６ｈｒｓの熱処理後の酸素濃度を測定し、その差として酸素析出量を求めた。次に、このシリコン単結晶からウェーハを２枚切り出し、ＣＯＰ密度を評価した。
その結果、図２に示すように、実施例１のシリコン単結晶の抵抗率は全長で０．００９０〜０．００９８Ω・ｃｍの範囲のものとなり、軸方向の抵抗率分布がフラットとなった。また、酸素濃度は０．３ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）で酸素析出量は０．２ｐｐｍａ以下、ＣＯＰ密度は０．０１個／ｃｍ^２と極めて低かった。

（実施例２）
実施例１と同じように肩部の抵抗率が０．０１Ω・ｃｍになるようにリンのドーパントを添加して一般的なＣＺ法の製造条件により製造した、導電型がＮ型であり、図２に示すように抵抗率が全長で０．００９０〜０．０１３５Ω・ｃｍの間で分布し、直径１３０ｍｍ、直胴長さ１２０ｃｍ、酸素濃度１４〜１７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）のスリップ転位のないＣＺシリコン単結晶をシリコン原料棒として、高抵抗側にコーン部を形成し、図２に矢印で方向をしめすように、ＦＺ法によりシリコン原料棒の高抵抗側から低抵抗側に成長速度２．０〜２．３ｍｍ／ｍｉｎでゾーニングして直径１５０ｍｍ、直胴長さ５４ｃｍのシリコン単結晶を製造した。このときのＦＺ単結晶製造装置の炉内圧力を０．０５ＭＰａ、Ａｒ流量を３０ｌ／ｍｉｎ、チャンバー内窒素濃度を０．２〜０．５％とした。

そして、上記実施例１と同様に、このように製造したシリコン単結晶の上下部両端と中央部の抵抗率、酸素濃度及び酸素析出量を測定した。次に、このシリコン単結晶からウェーハを２枚切り出し、ＣＯＰ密度を評価した。
その結果、図２に示すように、実施例２のシリコン単結晶の抵抗率は全長で０．００９６〜０．０１２４Ω・ｃｍの間に分布するものとなり、軸方向の抵抗率分布が大きな傾きをもつものとなった。また、実施例１と同様、酸素濃度は０．３ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）で酸素析出量は０．２ｐｐｍａ以下、ＣＯＰ密度は０．０１個／ｃｍ^２と極めて低かった。

（比較例１）
実施例１と同じように、肩部の抵抗率が０．０１Ω・ｃｍになるようにリンのドーパントを添加して、導電型がＮ型であり、直径１３０ｍｍ、直胴長さ１００ｃｍのＣＺシリコン単結晶を一般的なＣＺ法の製造条件により製造し、上下部両端と中央部の抵抗率、酸素濃度及び酸素析出量を測定した。そして、前記シリコン単結晶からウェーハを２枚切り出し、ＣＯＰ密度を評価した。
その結果、抵抗率が全長で０．００８１〜０．０１１０Ω・ｃｍの間に分布するものとなり、抵抗率分布の傾きは実施例１、２の間の大きさとなった。また、酸素濃度が１４．０〜１７．６ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、酸素析出量が０．４〜１０．０ｐｐｍａ、ＣＯＰ密度が１．７５個／ｃｍ^２と実施例より大幅に高かった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、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。

本発明に係るＦＺ単結晶製造装置の一例を示す模式的部分断面図である。実施例１及び実施例２のシリコン原料棒の抵抗率分布とＦＺ法によりゾーニングした後の抵抗率分布を示す図である。

符号の説明

１…ＦＺ単結晶製造装置、２…シリコン原料棒、３…シリコン単結晶、
４…上軸、６…上部保持治具、８…下軸、１０…下部保持治具、
１２…種結晶、１４…高周波コイル、１６…絞り、１８…溶融帯（メルト）。

Claims

ＦＺ法によるシリコン単結晶の製造方法であって、ＣＺ法により製造された抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下のＰ型またはＮ型のシリコン結晶棒をシリコン原料棒として、該シリコン原料棒をＦＺ法により再結晶化し、抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下で酸素析出量が０．２ｐｐｍａ以下のシリコン単結晶を製造することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
前記再結晶化を行なう際に、前記シリコン原料棒の低抵抗側から高抵抗側に向かってゾーニングすることにより、前記シリコン原料棒を再結晶化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。
前記再結晶化を行なう際に、前記シリコン原料棒の高抵抗側から低抵抗側に向かってゾーニングすることにより、前記シリコン原料棒を再結晶化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。
前記再結晶化を行なう際に、成長炉のチャンバー内雰囲気の窒素濃度を０．２〜０．５％とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のシリコン単結晶の製造方法。