JP6459944B2 - シリコン単結晶の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という）によるシリコン単結晶の製造方法に関し、特に、窒素がドープされたシリコン単結晶の製造方法に関するものである。
半導体デバイスの基板材料としてエピタキシャルシリコンウェーハが広く使用されている。エピタキシャルシリコンウェーハは、バルクシリコンウェーハ（ポリッシュドウェーハ）上に単結晶シリコン薄膜を気相成長させたものであり、結晶の完全性が高いという特長を有している。
エピタキシャルシリコンウェーハ中の重金属不純物は、半導体デバイスの特性不良の原因となるため極力低減させる必要がある。重金属不純物の影響を低減させる技術として、シリコンウェーハ内に酸素析出物（ＢＭＤ：Bulk Micro Defect）を形成し、そこに重金属不純物を捕らえさせるイントリンシックゲッタリング（ＩＧ）が知られている。近年は、ウェーハ内のＢＭＤ密度が１×１０８個／ｃｍ３以上のエピタキシャルシリコンウェーハの要求が高まっている。
しかし、エピタキシャル膜の成膜過程において、シリコンウェーハは１０００〜１２００℃の高温に晒され、この高温熱処理によってウェーハ中の微小な酸素析出核が縮小または消滅し、その後のデバイスプロセスにおいてＢＭＤを十分に誘起させることができない。特に最近は、半導体デバイスの微細化に伴ってデバイスプロセスが低温化してきており、ＢＭＤ密度の低下が顕著である。
このようなＢＭＤ密度の低下の問題を解決するため、エピタキシャルシリコンウェーハの基板材料として窒素がドープされたシリコン単結晶が好ましく用いられている。窒素がドープされたシリコンウェーハには、エピタキシャル工程における高温熱処理を受けても消滅し難い熱的に安定なＢＭＤが単結晶インゴットの結晶育成段階で形成されるため、ゲッタリング能力を向上させることができる。
客先のデバイスプロセスの違いによって要求される品質に違いはあるが、シリコンウェーハ中のＢＭＤ（Bulk Micro Defect）密度に対する要求は厳しくなる一方である。そのため、従来であれば１本の単結晶インゴットからロスなく得られていた特定の客先に対するウェーハ製品が部分的に規格外となり、単結晶インゴット全体を同一のウェーハ製品として取得できないという問題が出てきている。
シリコン単結晶中のＢＭＤ密度は、シリコン単結晶中の窒素濃度が高くなるほど高くなることが知られている。窒素がドープされたシリコン単結晶の引き上げ工程において、シリコン単結晶中の窒素濃度は引き上げ開始時に所定の濃度となるように調整され、引き上げが進むにつれて徐々に上昇する。窒素濃度とＢＭＤ密度との間には密接な関係があり、窒素濃度が高いほどシリコン単結晶中のＢＭＤ密度は高くなる。単結晶中の窒素濃度は偏析によって引上げ開始から徐々に増加するので、ＢＭＤ密度も結晶成長方向に徐々に増加する。その結果、例えば引き上げ工程の後半または終盤においてＢＭＤ密度が客先の要求範囲を超える結晶部分が育成されることになる。
特許文献１には、シリコン単結晶の軸方向における酸素濃度分布を推定し、該酸素濃度分布に応じた量の窒素をシリコン融液中に予め添加しておくことにより、シリコン単結晶の軸方向において均一なＢＭＤ密度を得る方法が記載されている。また特許文献２には、ＣＺ法によるシリコン単結晶インゴットの製造方法において、窒素濃度の増加に応じて酸素濃度を低下させることが記載されている。また、特許文献３には、単結晶の引き上げ過程において、トップ側からボトム側まで酸素濃度を均一に保ったまま、ＢＭＤ密度の不均一を改善するため、単結晶のボトム側の酸素析出核形成温度領域での滞在時間を、単結晶のトップ側の酸素析出核形成温度領域での滞在時間の１／８〜１／４倍の範囲内になるように単結晶の引き上げ速度を調整してアフターヒート工程を行う方法が記載されている。
上記のように、シリコン単結晶中の窒素濃度およびＢＭＤ密度は結晶成長方向に増加するため、引き上げ工程の後半においてＢＭＤ密度が高い結晶部分が育成される。単結晶中の酸素濃度を結晶成長方向に低下させてＢＭＤ密度の増加を抑えることも考えられるが、酸素濃度を下げるのにも限界があり、１本の単結晶インゴット全体を特定の客先向けのエピタキシャルウェーハ製品として取得することができず、改善が望まれている。
したがって、本発明の目的は、ＢＭＤ密度の製造仕様が大きく異なる２以上の単結晶製品を１本の単結晶インゴットから効率よく製造することが可能なシリコン単結晶の製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明によるシリコン単結晶の製造方法は、窒素がドープされたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げるチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、シリコン単結晶のトップ側に位置する第１の製品領域を育成する工程と、前記第１の製品領域よりも前記シリコン単結晶のボトム側に位置し、前記第１の製品領域とはＢＭＤ密度の製造仕様が異なる第２の製品領域を育成する工程とを含み、前記第２の製品領域におけるＢＭＤ密度の製造仕様の上限値および下限値は、前記第１の製品領域におけるＢＭＤ密度の製造仕様の上限値および下限値よりもそれぞれ大きく、前記第１の製品領域を育成する工程では、前記第１の製品領域におけるＢＭＤ密度の製造仕様の範囲内に収まるように、前記シリコン単結晶中の酸素濃度を制御し、前記第２の製品領域を育成する工程では、前記第２の製品領域におけるＢＭＤ密度の製造仕様の範囲内に収まるように、前記シリコン単結晶中の酸素濃度を制御することを特徴とする。
ここで、製造仕様とは、シリコン単結晶の製造前に客先仕様に基づいて予め設定される単結晶の品質に関わる仕様のことであり、シリコン単結晶を製造するにあたって、シリコン単結晶の品質として許容される範囲を言う。ＢＭＤ密度の製造仕様とはシリコン単結晶のＢＭＤ密度に関する許容範囲であり、一般的に、ＢＭＤ密度の製造仕様は、その上限値と下限値が定められ、その範囲内のＢＭＤ密度になるようにシリコン単結晶が製造される。その範囲内のＢＭＤ密度の単結晶部分は合格品であり、他の品質条件を満たせば、その後の加工によりウェーハ製品となり出荷されるが、その範囲外のＢＭＤ密度の単結晶部分は不合格品でありウェーハ製品とならない。
本発明によれば、第１の製品領域の育成工程により育成される結晶部分を所定の客先のウェーハ製品として提供することができ、第２の製品領域の育成工程により育成される結晶部分を別の客先のウェーハ製品として、あるいは同じ客先の異なるウェーハ製品として提供することができ、シリコン単結晶中の結晶成長方向のＢＭＤ密度分布が客先仕様に基づいた製造仕様内に収まるように制御することができる。したがって、１本の単結晶インゴットから取れる２種類のウェーハ製品に必要な量のシリコン単結晶インゴットを効率よく生産することが可能となる。さらに、第３、第４といった複数の製品領域の育成工程を含めることも可能であり、この場合、１本の単結晶インゴットから取れる３種類以上のウェーハ製品に必要な量のシリコン単結晶インゴットを効率よく生産することも可能である。
本発明において、前記第２の製品領域におけるＢＭＤ密度の下限値は、前記第１の製品領域におけるＢＭＤ密度の製造仕様の中央値以上であることが好ましい。あるいは、前記第２の製品領域におけるＢＭＤ密度の製造仕様の下限値は、前記第１の製品領域におけるＢＭＤ密度の製造仕様の上限値以上であってもよい。これによれば、ＢＭＤ密度の製造仕様が大きく異なる２以上の単結晶製品を１本の単結晶からさらに効率よく取得することができる。
本発明において、前記第２の製品領域における酸素濃度の下限値は、前記第１の製品領域における酸素濃度の上限値以上であることが好ましい。このように、第２の製品領域の酸素濃度は第１の製品領域の酸素濃度以上となるように制御されるので、第２の製品領域のＢＭＤ密度を第１の製品領域のＢＭＤ密度以上にすることができる。また、この場合、シリコン単結晶を育成する前に引き上げられる単結晶における前記第１の製品領域と第２の製品領域等の製品領域を予め設定した上で、酸素濃度を制御する必要がある。
本発明において、前記酸素濃度の制御では、前記シリコン融液を支持する石英ルツボの回転速度、前記シリコン融液を加熱するヒーターのパワー、炉内雰囲気圧の少なくともいずれか１つを調整することが好ましい。このような引き上げ条件の制御によりシリコン融液中の酸素濃度並びに当該シリコン融液から引き上げられるシリコン単結晶中の酸素濃度を調整することができ、これによりシリコン単結晶中の結晶成長方向のＢＭＤ密度分布を調整することができる。さらに、ＢＭＤ密度分布を制御することにより、１本の単結晶インゴットから取れる２種類のウェーハ製品の割合を概ね均等にすることが可能となる。
本発明において、前記第２の製品領域を育成する工程では、窒素の偏析現象により前記シリコン単結晶中に取り込まれる窒素濃度の増大に伴い結晶成長方向に形成されるＢＭＤ密度の増加を抑制するように、前記シリコン単結晶中の酸素濃度を低下させることが好ましい。このように、結晶成長方向における窒素の偏析を考慮して酸素濃度を制御することにより、シリコン単結晶中のＢＭＤ密度をその製造仕様の範囲内に確実に収めることができる。
本発明によるシリコン単結晶の製造方法は、前記第１の製品領域の育成後に前記石英ルツボの回転速度を増大させて前記シリコン融液中の酸素濃度を一旦上昇させた後、前記第２の製品領域を育成することが好ましい。このようにすることで、第２の製品領域を育成する工程の最初からシリコン融液中の酸素濃度を十分に高めることができ、第２の製品領域におけるＢＭＤ密度をその製造仕様の範囲内に確実に収めることができる。
本発明によれば、ＢＭＤ密度の製造仕様が大きく異なる２以上の単結晶製品を１本の単結晶インゴットから効率よく製造することが可能なシリコン単結晶の製造方法を提供することができる。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
図１は、シリコン単結晶を製造するための単結晶引き上げ装置の概略構成を示す断面図である。
図１に示すように、単結晶引き上げ装置１は、チャンバ１０と、チャンバ１０内においてシリコン融液２を支持する石英ルツボ１１と、石英ルツボ１１を支持するグラファイト製のサセプタ１２と、石英ルツボ１１の周囲に設けられたヒーター１３と、石英ルツボ１１の上方に設けられたシリコン単結晶３の引き上げ軸であるワイヤ１４と、ワイヤ巻き取り機構１５を備えている。ワイヤ１４の下端にシードチャック１６を介して種結晶を取り付け、種結晶をシリコン融液２に着液させた後、ワイヤ１４を引き上げて種結晶を徐々に上昇させることにより、種結晶と同一の結晶方位を持つシリコン単結晶３が成長する。
単結晶引き上げ装置１は、サセプタ１２を支持するシャフト１７と、シャフト１７を回転および昇降駆動するシャフト駆動機構１８とを備えており、サセプタ１２、シャフト１７およびシャフト駆動機構１８は石英ルツボ１１の回転昇降機構を構成している。単結晶の引き上げ工程中、石英ルツボ１１は所定の回転速度で回転しており、シリコン融液２の対流を発生させることでシリコン融液２中の熱分布の均一化が図られている。
図２は、シリコン単結晶の製造工程を示すフローチャートである。また図３は、シリコン単結晶インゴットの形状を示す略断面図である。また、図４は、シリコン単結晶の引き上げ工程中の酸素濃度制御ステップを説明するためのフローチャートである。
図２および図３に示すように、シリコン単結晶３の製造では、石英ルツボ１１内の固体のシリコン原料を加熱してシリコン融液２を生成する原料融解工程Ｓ１１と、種結晶をシリコン融液に着液させる着液工程Ｓ１２と、結晶直径が細く絞られたネック部３ａを形成するネッキング工程Ｓ１３と、規定の直径（例えば約３００ｍｍ）を得るために結晶直径が徐々に広げられたショルダー部３ｂを形成するショルダー部育成工程Ｓ１４と、規定の直径に維持されたボディー部３ｃを形成するボディー部育成工程Ｓ１５と、引き上げ終了のため結晶直径を細く絞り、単結晶を液面から切り離すテール部育成工程Ｓ１６が順に実施される。以上により、ネック部３ａ、ショルダー部３ｂ、ボディー部３ｃおよびテール部３ｄを有するシリコン単結晶インゴットが完成する。
シリコン単結晶の引き上げ工程（ステップＳ１３〜Ｓ１６）では、シリコン単結晶３の結晶成長方向の酸素濃度分布を調整することでシリコン単結晶３中のＢＭＤ密度を制御する。図４に示すように、ボディー部育成工程Ｓ１５は、ボディー部３ｃの育成開始からボディー部３ｃが所定の長さ（例えば目標長さの半分）に達するまでの前半の期間において、単結晶中のＢＭＤ密度が第１のＢＭＤ密度範囲内に収まるように単結晶中の酸素濃度を制御する第１の酸素濃度制御ステップＳ２１と、前半の期間の終了後からボディー部３ｃの育成終了までの後半の期間において、単結晶中のＢＭＤ密度が第１のＢＭＤ密度範囲とは異なる第２のＢＭＤ密度範囲内に収まるように単結晶中の酸素濃度を制御する第２の酸素濃度制御ステップＳ２２とを有する。
第１の酸素濃度制御ステップＳ２１は、図３に示す第１の製品領域３ｃ１（第１の結晶部分）を育成する工程であり、第２の酸素濃度制御ステップＳ２２は、第２の製品領域３ｃ２（第２の結晶部分）を育成する工程である。第２の製品領域３ｃ２におけるＢＭＤ密度の製造仕様の上限値および下限値は、第１の製品領域３ｃ１におけるＢＭＤ密度の製造仕様の上限値および下限値よりも大きくなるように設定される。より好ましくは、第２の製品領域３ｃ２におけるＢＭＤ密度の製造仕様の下限値は、第１の製品領域３ｃ１におけるＢＭＤ密度の製造仕様の中央値以上となるように設定され、あるいは、第１の製品領域３ｃ１におけるＢＭＤ密度の製造仕様の上限値以上となるように設定される。第２の製品領域３ｃ２におけるＢＭＤ密度の製造仕様の下限値が第１の製品領域３ｃ１におけるＢＭＤ密度の製造仕様の上限値以上となるためには、第２の製品領域における酸素濃度の下限値が第１の製品領域における酸素濃度の上限値以上となることが好ましい。
こうして育成されたシリコン単結晶３のボディー部３ｃは、図３に示すように、結晶成長方向の中央付近に設定された境界よりもトップ側（ショルダー部３ｂ側）の第１の製品領域３ｃ１と、境界よりもボトム側（テール部３ｄ側）の第２の製品領域３ｃ２とを有し、第１の製品領域３ｃ１は、ＢＭＤ密度がある客先（客先Ａ）の仕様を満たす製品となり、第２の製品領域３ｃ２は、ＢＭＤ密度が別の客先（客先Ｂ）の仕様を満たす製品となる。
上記のように、シリコン単結晶３中の窒素濃度は偏析によって結晶成長方向に増加するため、シリコン単結晶３のＢＭＤ密度も結晶成長方向に増加し、引き上げ工程の後半ではＢＭＤ密度が客先Ａの要求範囲を超えてしまう。ＢＭＤ密度が客先Ａの要求範囲内に収まるように、シリコン単結晶３中の酸素濃度を結晶成長方向に減少させた場合でも、ＢＭＤ密度の要求範囲が非常に狭くなってきているのでその効果は限定的であり、ＢＭＤ密度を要求範囲内に収めることができないだけでなく、酸素濃度を非常に低くしなければならず、酸素濃度の制御が非常に難しい。
そこで本実施形態では、引き上げ工程の後半でＢＭＤ密度が客先Ａの要求範囲を超えることを許容しつつ酸素濃度が過度に減少しないように調整して、第２の製品領域３ｃ２のＢＭＤ密度を客先Ｂの要求範囲内に収めるようにしたものである。引き上げ工程の前半では客先Ａの要求範囲を満たす第１の製品領域３ｃ１を育成し、引き上げ工程の後半では客先Ｂの要求範囲を満たす第２の製品領域３ｃ２を育成することにより、１本の単結晶インゴットから取得する客先Ａに対する製品（製品Ａ）と客先Ｂに対する製品（製品Ｂ）の取り分のバランスを改善することができる。
本実施形態においては、窒素の偏析によりシリコン単結晶中に取り込まれる窒素濃度の増大に伴うＢＭＤ密度の増加を抑制するように、シリコン単結晶中の酸素濃度を低下させてもよい。このように、窒素の偏析を考慮して酸素濃度を制御することにより、シリコン単結晶中のＢＭＤ密度をその製造仕様の範囲内に確実に収めることができる。
シリコン単結晶のＢＭＤ密度の測定方法の一例を以下に示すが、これに限定されるものでない。ＢＭＤ密度の測定では、まずシリコン単結晶のインゴットから１〜２ｍｍ厚のサンプルウェーハを採取し、このサンプルウェーハに対して窒素雰囲気中で６５０〜９００℃×３０分の熱処理を施した後、酸化雰囲気中において、７８０℃×３時間および１０００℃×１６時間の熱処理を行う。次に、熱処理で形成された熱酸化膜を除去した後、ウェーハを劈開し、ＢＭＤを顕在化させるための選択エッチングを行う。選択エッチングにはクロム酸を含むライトエッチング液を用い、ウェーハの劈開面から深さ５μｍ程度のエッチング量とする。このような選択エッチングを行った後に光学顕微鏡にてウェーハの劈開面におけるＢＭＤ密度を測定する。ＢＭＤ密度は面積密度であってもよく、あるいは体積密度であってもよい。またウェーハ面内におけるＢＭＤ密度の測定位置は特に限定されず、ウェーハの中心位置、ウェーハの中心からＲ／２（Ｒは半径）の位置、およびウェーハ外周部分の３箇所の平均値、あるいはウェーハの中心位置のみを対象とすることもできる。
シリコン単結晶３中の酸素濃度の制御は、主に石英ルツボ１１の回転速度、ヒーター１３のパワー、あるいは炉内雰囲気圧を変えることによって行うことができる。石英ルツボ１１の回転速度を速くした場合、ヒーター１３のパワーを強くした場合には、シリコン融液２中の熱対流が増加して石英ルツボ１１の内表面の溶損量が多くなるので、シリコン融液２中の酸素濃度が上昇し、このシリコン融液２から引き上げられるシリコン単結晶３中の酸素濃度も高くなる。また炉内雰囲気圧を高くした場合にはシリコン融液の飽和溶存酸素量を多くすることができる。逆に石英ルツボ１１の回転速度を遅くした場合およびヒーター１３のパワーを弱くした場合には、石英ルツボ１１の内表面の溶損量が少なくなるので、シリコン融液２から引き上げられるシリコン単結晶３中の酸素濃度も低くなる。また炉内雰囲気圧を低くした場合にはシリコン融液の飽和溶存酸素量を少なくすることができる。このようにして、引き上げ条件を調整することでシリコン単結晶３中の酸素濃度を調整することができる。
本実施形態においては、第１の製品領域３ｃ１の育成工程が終了した後に例えば石英ルツボ１１の回転速度を増大させてシリコン融液２中の酸素濃度を一旦上昇させた後、第２の製品領域３ｃ２の育成工程を開始してもよい。このようにすることで、第２の製品領域３ｃ２の育成工程の最初からシリコン融液２中の酸素濃度を十分に高めることができ、第２の製品領域３ｃ２におけるＢＭＤ密度をその製造仕様の範囲内に確実に収めることができる。
なお第１および第２の製品領域３ｃ１，３ｃ２の結晶成長方向の酸素濃度分布は、引き上げ条件を一定に維持して酸素濃度を意図的に制御しなければ、引き上げ工程の進行とともに徐々に低下する。これは、シリコン融液２の消費によってシリコン融液２が石英ルツボ１１と接触する面積が減少し、石英ルツボ１１の溶損量が徐々に減少することによるものである。
以上説明したように、本実施形態によるシリコン単結晶の製造方法は、第１の酸素濃度制御ステップＳ２１により育成される第１の製品領域３ｃ１を特定の客先のウェーハ製品として提供することができ、第２の酸素濃度制御ステップＳ２２により育成される第２の製品領域３ｃ２を別の客先のウェーハ製品として提供することができ、シリコン単結晶３中の結晶成長方向のＢＭＤ密度分布が客先仕様に基づいた製造仕様内に収まるように制御することができる。したがって、１本の単結晶インゴットから２種類のウェーハ製品を取得することができ、２種類のウェーハ製品に必要な量のシリコン単結晶インゴットを効率よく生産することが可能となる。さらに、第３、第４といった複数の製品領域の育成工程を含めることも可能であり、この場合、１本の単結晶インゴットから３種類以上のウェーハ製品を取得することができ、３種類以上のウェーハ製品に必要な量のシリコン単結晶インゴットを効率よく生産することも可能である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
シリコン単結晶の育成前に、第１の製品領域を単結晶直胴部２００ｍｍ（直胴部の始端から２００ｍｍの意、以下同じ）〜８００ｍｍの間の範囲とし、第２の製品領域を単結晶直胴部８００ｍｍ〜２０００ｍｍの間の範囲と設定して、窒素がドープされた直径３００ｍｍ、結晶長２０００ｍｍのシリコン単結晶インゴットをＣＺ法により育成した。その際、シリコン単結晶インゴットのトップから８００ｍｍの位置以降で単結晶中の酸素濃度がそれまでよりも高くなるように石英ルツボの回転速度およびヒーターのパワーを途中で変更して単結晶の引き上げを実施した。
次に、シリコン単結晶インゴットを加工して多数枚のポリッシュドウェーハを製造すると共に、シリコン単結晶インゴットのトップから２００ｍｍ、５００ｍｍ、８００ｍｍ、１０００ｍｍ、１４００ｍｍ、１７００ｍｍ、および２０００ｍｍの位置における合計７枚のシリコンウェーハをサンプルウェーハとしてピックアップした。
次にこれらのサンプルウェーハの窒素濃度をＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectroscopy：二次イオン質量分析法）によって測定したところ、シリコン単結晶インゴットのトップ側からボトム側に向かって当該シリコン単結晶中の窒素濃度が偏析により増加しており、さらにシリコン単結晶インゴットのボトムの位置において窒素濃度が６×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが確認された。
次にこれらのサンプルウェーハの酸素濃度を測定した。酸素濃度はＡＳＴＭ Ｆ−１２１（１９７９）に規格されたＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光光度法）による測定値であり、ウェーハの中心から半径方向に１ｍｍピッチで行い、その平均値を求めた（以下、酸素濃度値は特定の酸素濃度に対する相対値で表示）。その結果を図５（ａ）に示す。
図５（ａ）から明らかなように、単結晶のトップから２００ｍｍ以上８００ｍｍ以下の範囲（第１の製品領域内）では酸素濃度が１．９〜２．０（相対値）であり、結晶成長方向に向かって非常に緩やかに低下しているが、単結晶のトップから１０００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下の範囲（第２の製品領域内）では酸素濃度が２．２〜２．９（相対値）であり、第１の製品領域よりも酸素濃度が高くなっていることが確認された。
次に、サンプルウェーハのＢＭＤ密度を測定した。ＢＭＤ密度の測定では、まずサンプルウェーハに対して窒素雰囲気中で６５０〜９００℃×３０分の熱処理を行い、次にシリコンウェーハに酸化雰囲気中で７８０℃×３時間および１０００℃×１６時間の２段階の熱処理を行った。次に、熱処理で形成された熱酸化膜を除去し、ウェーハを劈開し、クロム酸を含むライトエッチング液を用いて劈開面に深さ５μｍの選択エッチングを行い、ＢＭＤを顕在化させた。その後、ウェーハの劈開面を光学顕微鏡に観察し、１００μｍ角エリア内のエッチピットをＢＭＤ密度として測定した（以下、ＢＭＤ密度は特定のＢＭＤ密度に対する相対値で表示）。その結果を図５（ｂ）に示す。
図５（ｂ）から明らかなように、ＢＭＤ密度は単結晶のボトム側に近づくほど高くなり、特に単結晶のトップから８００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下の領域でＢＭＤ密度は大きく変化した。そして、単結晶のトップから２００ｍｍ以上８００ｍｍ以下の第１の製品領域内では、ＢＭＤ密度の上限値および下限値が相対値で１．４および１．３となり、第１の製品領域のＢＭＤ密度の製造仕様の上限値（２．０）から下限値（１．０）までの範囲内に収まった。また単結晶のトップから１０００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下の第２の製品領域内では、ＢＭＤ密度の上限値および下限値が相対値で２．８および２．１となり、第１の製品領域内におけるＢＭＤ密度の上限値および下限値をそれぞれ上回ると共に、第２の製品領域のＢＭＤ密度の製造仕様の上限値（３．０）から下限値（２．０）までの範囲内に収まった。
また図５（ｂ）のグラフにおいて、他の第２の製品領域は、ＢＭＤ密度の製造仕様の下限値を１．５まで引き下げたものであり、他の第２の製品領域におけるＢＭＤ密度の製造仕様の範囲は、第１の製品領域におけるＢＭＤ密度の製造仕様の範囲と部分的に重なっている。そのため、他の第２の製品領域におけるＢＭＤ密度の製造仕様の下限値（１．５）は、第１の製品領域におけるＢＭＤ密度の製造仕様の上限値（２．０）よりも低く、当該第１の製品領域におけるＢＭＤ密度の中央値（１．５）と等しい。第２の製品領域に対してこのようなＢＭＤ密度の製造仕様が設定された場合でも、単結晶のＢＭＤ密度を第１および第２の製品領域の両方の製造仕様内に収めることができた。
１ 単結晶引き上げ装置
２ シリコン融液
３ シリコン単結晶
３ａ シリコン単結晶のネック部
３ｂ シリコン単結晶のショルダー部
３ｃ シリコン単結晶のボディー部
３ｃ１ 第１の製品領域
３ｃ２ 第２の製品領域
３ｄ テール部
１０ チャンバ
１１ 石英ルツボ
１２ サセプタ
１３ ヒーター
１４ ワイヤ
１５ ワイヤ巻き取り機構
１６ シードチャック
１７ シャフト
１８ シャフト駆動機構
２ シリコン融液
３ シリコン単結晶
３ａ シリコン単結晶のネック部
３ｂ シリコン単結晶のショルダー部
３ｃ シリコン単結晶のボディー部
３ｃ１ 第１の製品領域
３ｃ２ 第２の製品領域
３ｄ テール部
１０ チャンバ
１１ 石英ルツボ
１２ サセプタ
１３ ヒーター
１４ ワイヤ
１５ ワイヤ巻き取り機構
１６ シードチャック
１７ シャフト
１８ シャフト駆動機構
Claims (7)
- 窒素がドープされたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げるチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、
シリコン単結晶のトップ側に位置する第１の製品領域を育成する工程と、
前記第１の製品領域よりも前記シリコン単結晶のボトム側に位置し、前記第１の製品領域とはＢＭＤ密度の製造仕様が異なる第２の製品領域を育成する工程とを含み、
前記第２の製品領域におけるＢＭＤ密度の製造仕様の上限値および下限値は、前記第１の製品領域におけるＢＭＤ密度の製造仕様の上限値および下限値よりもそれぞれ大きく、
前記第１の製品領域を育成する工程では、前記シリコン単結晶中の酸素濃度が徐々に低下するように結晶引き上げ条件を制御し、
前記第１の製品領域と前記第２の製品領域との境界付近では、前記シリコン単結晶中の酸素濃度が一旦上昇するように結晶引き上げ条件を制御し、
前記第２の製品領域を育成する工程では、前記シリコン単結晶中の酸素濃度が徐々に低下するように結晶引き上げ条件を制御することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。 - 前記第１及び第２の製品領域を育成する工程では、窒素の偏析現象により前記シリコン単結晶中に取り込まれる窒素濃度の増大に伴い結晶成長方向に形成されるＢＭＤ密度の増加を抑制するように、前記シリコン単結晶中の酸素濃度を低下させる、請求項１に記載のシリコン単結晶の製造方法。
- 前記酸素濃度の制御では、前記シリコン融液を支持する石英ルツボの回転速度、前記シリコン融液を加熱するヒーターのパワー、炉内雰囲気圧の少なくともいずれか１つを調整する、請求項１又は２のシリコン単結晶の製造方法。
- 前記第１の製品領域と前記第２の製品領域との境界付近では、前記石英ルツボの回転速度を増大させて前記シリコン融液中の酸素濃度を一旦上昇させる、請求項３に記載のシリコン単結晶の製造方法。
- 前記第２の製品領域におけるＢＭＤ密度の製造仕様の下限値は、前記第１の製品領域におけるＢＭＤ密度の製造仕様の中央値以上である、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
- 前記第２の製品領域におけるＢＭＤ密度の製造仕様の下限値は、前記第１の製品領域におけるＢＭＤ密度の製造仕様の上限値以上である、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
- 前記第２の製品領域における酸素濃度の下限値は、前記第１の製品領域における酸素濃度の上限値以上である、請求項１ないし６のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
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