(57)【要約】      （修正有）【課題】ＭＣＺ法によるシリコン単結晶の製造において、シリコン単結晶の酸素縞を、従来よりも平坦化できる製造条件の決定方法及びそれを用いたシリコン単結晶の製造方法の提供。【解決手段】磁場印加チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造におけるシリコン単結晶の酸素縞平坦化製造条件の決定方法であって、シリコン溶融液の最高温度と最低温度との温度差をΔｔ、磁場強度をＭとして、ΔｔとＭとの比Δｔ／Ｍを算出し、比Δｔ／Ｍと比Δｔ／Ｍで育成されたシリコン単結晶中の酸素縞との相関関係を求め、相関関係に基づいて所望のシリコン単結晶が得られる比Δｔ／Ｍの条件を設定し、シリコン単結晶の酸素縞平坦化製造条件を決定する酸素縞平坦化製造条件の決定方法。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場印加チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造におけるシリコン単結晶の酸素縞平坦化製造条件の決定方法であって、
シリコン溶融液の最高温度と最低温度との温度差をΔｔ、
磁場強度をＭとして、
前記Δｔと前記Ｍとの比Δｔ／Ｍを算出し、
該比Δｔ／Ｍと前記比Δｔ／Ｍで育成されたシリコン単結晶中の酸素縞との相関関係を求め、該相関関係に基づいて所望のシリコン単結晶が得られる比Δｔ／Ｍの条件を設定し、シリコン単結晶の酸素縞平坦化製造条件を決定することを特徴とする酸素縞平坦化製造条件の決定方法。
【請求項２】
前記比Δｔ／Ｍの算出を、シリコン単結晶の製造に用いる引上機構成において、初期融液量における石英ルツボの温度分布をシミュレーションにより求め、該求めた石英ルツボの温度分布の最高温度を前記シリコン溶融液の最高温度とし、固液界面での温度を前記シリコン溶融液の最低温度とし、その差分を前記Δｔ、前記シリコン溶融液の中心磁場強度を前記Ｍとして算出することを特徴とする請求項１に記載の酸素縞平坦化製造条件の決定方法。
【請求項３】
前記比Δｔ／Ｍで育成されたシリコン単結晶中の酸素縞を、前記比Δｔ／Ｍで育成されたシリコン単結晶から切出したシリコン単結晶ウェーハサンプルをＦＴ−ＩＲ法を用いて２ｍｍピッチで酸素濃度を測定することで取得し、該測定した酸素濃度の６ｍｍ間隔の酸素濃度勾配値を求め、該求めた酸素濃度勾配値の面内最大値が０．０４（ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ／ｍｍ）以下となるように比Δｔ／Ｍの条件を設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の酸素縞平坦化製造条件の決定方法。
【請求項４】
前記比Δｔ／Ｍを、０．０５（Ｋ／ｇａｕｓｓ）以下とすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の酸素縞平坦化製造条件の決定方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４に記載の酸素縞平坦化操業条件の決定方法を用いて前記比Δｔ／Ｍの条件を予め決定し、該決定した比Δｔ／Ｍの条件に基づいて、磁場印加チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を育成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６】
酸素を含むシリコン単結晶ウェーハであって、該シリコン単結晶ウェーハの６ｍｍ間隔の酸素濃度勾配値の面内最大値が０．０４（ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ／ｍｍ）以下であることを特徴とするシリコン単結晶ウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場印加チョクラルスキー法（ＭＣＺ法）によって育成され、結晶中に酸素が含まれるシリコン単結晶に関するものであり、その結晶を育成可能な製造条件を決定する方法及びそれを用いたシリコン単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
メモリー、ＣＰＵや撮像素子などの半導体デバイスの基板として用いられるシリコン単結晶ウェーハを切り出すシリコン単結晶棒は、主にチョクラルスキー（ＣＺ）法により製造されている。ＣＺ法では、一般に、石英ルツボを用いるので、ルツボから酸素原子が溶出し、これがシリコン単結晶に取り込まれるので、ＣＺ結晶（ＣＺ法により製造されたシリコン単結晶）中には酸素原子が含まれている。
【０００３】
シリコン単結晶棒から切り出されるシリコン単結晶ウェーハは何段階ものデバイスプロセスを通過し、その際の熱処理過程を通して、シリコン原子と酸素原子とが結合し、ウェーハ中には酸素析出物が形成される。バルク中に形成される酸素析出物はＢＭＤ（Ｂｕｌｋ  Ｍｉｃｒｏ  Ｄｅｆｅｃｔ）などと呼ばれる。このＢＭＤはウェーハ内部の重金属などの汚染原子を捕獲してデバイス特性を向上させる能力があることが知られている。重金属汚染の影響が大きい撮像素子などの一部のデバイスではＢＭＤ密度が高くなるほど高性能かつ高信頼性のデバイスを得られる。一方でＢＭＤが多すぎれば、それらを起因としたリーク電流など電気特性の劣化を招く場合もある。
【０００４】
従って、例えば撮像素子においては、ＢＭＤが少ないところでは重金属に起因する劣化、逆にＢＭＤが多いところではＢＭＤそのものに起因する劣化に起因して画像ムラが生じてしまう。このように、ウェーハ面内でＢＭＤの多寡が生じるのは、もともとの結晶中に取り込まれている酸素濃度のムラに起因することが知られており、この酸素濃度のムラを酸素縞と呼んでいる。
【０００５】
従って、良好な撮像素子を得るためには、ウェーハ面内のＢＭＤ密度のミリメートルオーダーの周期的な変動、つまりは結晶中の酸素縞を精密に抑制する技術が望まれている。そのような技術は、撮像素子のみならず、メモリー、ＣＰＵや太陽電池向け材料の特性の向上に貢献するため、極めて応用範囲が広く、電気特性の向上や、プロセス中の反りあるいはスリップ転位の発生を防止するなどの効果もある。
【０００６】
ところで、ＣＺ法によるシリコン単結晶製造では、石英ルツボ内のシリコン溶融液は、対流により流動し、石英ルツボ中の酸素が溶出し、シリコン単結晶に高濃度で取り込まれる。そこで、石英ルツボ内のシリコン溶融液に磁場を印加し、対流を抑制するＭＣＺ法が行われている。これにより、結晶中の酸素濃度を抑制したり、大直径の結晶を育成しやすくなったりすることが知られている。
【０００７】
このＭＣＺ法においては、酸素縞が低減されることが開示されている。例えば特許文献１では、シリコン溶融液の対流速度を７ｍｍ／ｓｅｃ以下に設定し成長縞をなくして酸素濃度を制御する技術が開示されている。もし仮に、対流を完全に抑えることが可能であれば、酸素縞はなくなるのかもしれない。しかし、実際には対流を完全に抑制することは現時点で不可能であり、例えば微視的に見れば、特許文献２などにあるようにミクロ酸素濃度が激しく変動している。特許文献２では、コイル中心位置を制御することでミクロな酸素濃度分布のムラを抑制することができている。しかし、例えば特許文献３に開示されているような近年の撮像素子向けに適した結晶の評価技術で見た場合に十分とは言えない場合がある。
【０００８】
そこで、それ以降も酸素濃度面内分布や酸素縞を改善する技術が開示されてきている。特許文献４では、シリコン溶融液表面の高温部と低温部のいずれかを常に固液界面に位置させる製法が開示されている。しかしこの方法では、操業中の温度測定技術とその制御が必要であるが、具体的な制御方法に関しての言及はない。また特許文献５では融液中の凝固フロント領域で回転対称でない温度分布を生じさせる製法が開示されている。具体的な方法としては、移動性磁場や磁場の回転対称を崩す遮閉部などの装置が必要であり、既存の装置にすぐ適用できる技術ではない。更に、特許文献６では固液界面下でシリコン溶融液を一方から他方に流動させる製法が開示されている。この特許文献には具体的なパラメータが記載されており、既存機にも適用できる可能性がある。しかし、液面高さがその条件に入っており、ＣＺ法のように結晶成長に伴い融液の量が減少して行くなかで、その条件を満足させながら、結晶を育成することは容易ではなく、操業の自由度が小さい。さらに、巨視的な酸素面内分布に大きな影響を与える結晶回転が制約条件に含まれており、例え微視的な酸素分布が改善されたとしても、巨視的な分布に悪影響を及ぼす可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−９２７７４号公報
【特許文献２】特開平９−１８８５９０号公報
【特許文献３】特開２０１４−１４８４４８号公報
【特許文献４】特開２０００−２６４７８４号公報
【特許文献５】特開２００４−１９６６５５号公報
【特許文献６】国際公開第２０１７／０７７７０１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のように、ＭＣＺ法によるシリコン単結晶の製造において、シリコン単結晶の酸素縞をさらに低減することが望まれているが、従来の方法では、近年の撮像素子向けに適した結晶の評価技術で見た場合に十分とは言えないという問題があった。
【００１１】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、ＭＣＺ法によるシリコン単結晶の製造において、シリコン単結晶の酸素縞を、従来よりも平坦化できる製造条件の決定方法及びそれを用いたシリコン単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
また、撮像素子を作製しても画像ムラなどの不良が少なく、デバイスに適したシリコン単結晶ウェーハを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、
磁場印加チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造におけるシリコン単結晶の酸素縞平坦化製造条件の決定方法であって、
シリコン溶融液の最高温度と最低温度との温度差をΔｔ、
磁場強度をＭとして、
前記Δｔと前記Ｍとの比Δｔ／Ｍを算出し、
該比Δｔ／Ｍと前記比Δｔ／Ｍで育成されたシリコン単結晶中の酸素縞との相関関係を求め、該相関関係に基づいて所望のシリコン単結晶が得られる比Δｔ／Ｍの条件を設定し、シリコン単結晶の酸素縞平坦化製造条件を決定することを特徴とする酸素縞平坦化製造条件の決定方法を提供する。
【００１３】
このような本発明の酸素縞平坦化製造条件の決定方法は、ＭＣＺ法によりシリコン単結晶を製造する際に、上記酸素縞平坦化製造条件を用いることで、酸素縞が低減されたシリコン単結晶を製造可能となる酸素縞平坦化製造条件を決定することができる。
【００１４】
また、このとき、前記比Δｔ／Ｍの算出を、シリコン単結晶の製造に用いる引上機構成において、初期融液量における石英ルツボの温度分布をシミュレーションにより求め、該求めた石英ルツボの温度分布の最高温度を前記シリコン溶融液の最高温度とし、固液界面での温度を前記シリコン溶融液の最低温度とし、その差分を前記Δｔ、前記シリコン溶融液の中心磁場強度を前記Ｍとして算出することが好ましい。
【００１５】
シリコン単結晶の製造に用いる引上機構成（引上機（シリコン単結晶育成装置）とその内部に装備される黒鉛部品や断熱材などのいわゆるＨＺ（Ｈｏｔ  Ｚｏｎｅ）部品との組合せ）において、比Δｔ／Ｍをこのように算出すれば、シリコン単結晶の酸素縞平坦化製造条件を精度よく決定することができる。
【００１６】
また、前記比Δｔ／Ｍで育成されたシリコン単結晶中の酸素縞を、前記比Δｔ／Ｍで育成されたシリコン単結晶から切出したシリコン単結晶ウェーハサンプルをＦＴ−ＩＲ法を用いて２ｍｍピッチで酸素濃度を測定することで取得し、該測定した酸素濃度の６ｍｍ間隔の酸素濃度勾配値を求め、該求めた酸素濃度勾配値の面内最大値が０．０４（ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ／ｍｍ）以下となるように比Δｔ／Ｍの条件を設定することが好ましい。
【００１７】
比Δｔ／Ｍの条件をこのように設定すれば、より確実に酸素縞が低減されたシリコン単結晶を製造することができる酸素縞平坦化製造条件を決定することができる。
【００１８】
また、前記比Δｔ／Ｍを、０．０５（Ｋ／ｇａｕｓｓ）以下とすることが好ましい。
【００１９】
このような比Δｔ／Ｍとすれば、より確実に酸素縞が低減されたシリコン単結晶を製造することができる酸素縞平坦化製造条件を決定することができる。
【００２０】
また、本発明は、上記の酸素縞平坦化操業条件の決定方法を用いて前記比Δｔ／Ｍの条件を予め決定し、該決定した比Δｔ／Ｍの条件に基づいて、磁場印加チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を育成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。
【００２１】
このようなシリコン単結晶の製造方法であれば、予め決定された比Δｔ／Ｍの条件を用いることで、酸素縞が低減されたシリコン単結晶を製造することができる。
【００２２】
また、本発明は、酸素を含むシリコン単結晶ウェーハであって、該シリコン単結晶ウェーハの６ｍｍ間隔の酸素濃度勾配値の面内最大値が０．０４（ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ／ｍｍ）以下であることを特徴とするシリコン単結晶ウェーハを提供する。
【００２３】
このようなシリコン単結晶ウェーハであれば、酸素濃度勾配値の面内最大値が０．０４（ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ／ｍｍ）以下と小さく、酸素濃度のムラが十分に抑制されているため、撮像素子を作製しても画像ムラなどの不良が少なく、デバイスに適したものとなる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明の酸素縞平坦化製造条件の決定方法は、比Δｔ／Ｍと比Δｔ／Ｍで育成されたシリコン単結晶中の酸素縞との相関関係を求め、この相関関係に基づいて所望のシリコン単結晶が得られる比Δｔ／Ｍの条件を設定し、シリコン単結晶の酸素縞平坦化製造条件を決定する。これにより、ＭＣＺ法によりシリコン単結晶を製造する際に、上記酸素縞平坦化製造条件を用いることで、酸素縞が低減されたシリコン単結晶を製造可能となる酸素縞平坦化製造条件を決定することができる。
また、本発明のシリコン単結晶ウェーハであれば、酸素濃度勾配値の面内最大値が０．０４（ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ／ｍｍ）以下であるため、撮像素子を作製しても画像ムラなどの不良が少なく、デバイスに適したものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実験例１及び実験例２において、ＦＴ−ＩＲ法により２ｍｍピッチで測定した酸素濃度面内分布を示す図である。
【図２】実験例１及び実験例２において、酸素濃度面内分布から得た６ｍｍ間隔の酸素濃度勾配値の面内分布を示す図である。
【図３】一般的なシリコン単結晶育成装置の概略図である。
【図４】実験例で求めた酸素縞指標（酸素濃度勾配の最大値）を比Δｔ／Ｍに対してプロットした図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２７】
上述のように、ＭＣＺ法によるシリコン単結晶の製造において、シリコン単結晶の酸素縞をさらに低減することが望まれているが、従来の方法では、近年の撮像素子、メモリー、ＣＰＵ、及び、太陽電池向け材料の特性の向上に十分と言えるようなシリコン単結晶を製造することは困難であった。
【００２８】
本発明者は、このような問題について鋭意検討を重ねたところ、予め、シリコン溶融液の最高温度と最低温度との温度差と磁場強度から酸素縞平坦化製造条件を決定し、その酸素縞平坦化製造条件を用いてシリコン単結晶を製造すれば、酸素縞が低減されたシリコン単結晶を製造することが可能となることに想到し、本発明を完成させた。
【００２９】
即ち、本発明は、磁場印加チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造におけるシリコン単結晶の酸素縞平坦化製造条件の決定方法であって、
シリコン溶融液の最高温度と最低温度との温度差をΔｔ、
磁場強度をＭとして、
前記Δｔと前記Ｍとの比Δｔ／Ｍを算出し、
該比Δｔ／Ｍと前記比Δｔ／Ｍで育成されたシリコン単結晶中の酸素縞との相関関係を求め、該相関関係に基づいて所望のシリコン単結晶が得られる比Δｔ／Ｍの条件を設定し、シリコン単結晶の酸素縞平坦化製造条件を決定することを特徴とする酸素縞平坦化製造条件の決定方法である。
【００３０】
このような本発明の酸素縞平坦化製造条件の決定方法は、比Δｔ／Ｍと比Δｔ／Ｍで育成されたシリコン単結晶中の酸素縞との相関関係を求め、この相関関係に基づいて所望のシリコン単結晶が得られる比Δｔ／Ｍの条件を設定し、シリコン単結晶の酸素縞平坦化製造条件を決定する。これにより、ＭＣＺ法によりシリコン単結晶を製造する際に、上記酸素縞平坦化製造条件を用いることで、酸素縞が低減されたシリコン単結晶を製造可能となる酸素縞平坦化製造条件を決定することができる。
【００３１】
特許文献１に記載されるように、酸素縞を抑制するためにはシリコン溶融液（メルト）の対流速度を抑制することが好ましい。流体においては、主に温度が原因となり不均一性が生ずるため流動が生ずる。従って、この対流の強さは温度差に依存する。つまり、メルトの最高温度と最低温度との差Δｔが小さければ小さいほど、対流を抑制すると考えられる。一方ＭＣＺ法では磁場を印加することにより対流を抑制しているが、この磁場強度Ｍが強ければ強いほど対流を抑制することができると考えられる。
【００３２】
従って、この２つのパラメータの比Δｔ／Ｍを取ることで、対流の強さを予想することが可能であると考えられる。つまり、比Δｔ／Ｍが小さい条件を選定すれば、対流が強くない操業が可能となり、ひいては酸素縞が抑制された製造条件を決定することが可能となる。
【００３３】
ここで、操業上の制約条件は、メルトの最高温度と最低温度との差Δｔと磁場強度Ｍの２つだけである。結晶成長速度、結晶の回転速度、ルツボの回転速度、引上機内の炉内圧や結晶育成時に流される不活性ガス量など、微小な酸素濃度分布以外の、例えば巨視的な酸素分布や結晶欠陥などの結晶品質に大きく影響する操業パラメータへの制約はない。もちろん、これらの操業パラメータが微小な酸素濃度分布にも影響を与えることは否定しないが、より大きな影響を与える温度差Δｔと磁場強度Ｍを規定しているので、これらの操業パラメータを用いて微小な酸素濃度分布以外の品質を制御することは基本的に自由に行なうことが可能である。
【００３４】
また、このとき、前記比Δｔ／Ｍの算出を、シリコン単結晶の製造に用いる引上機構成において、初期融液量における石英ルツボの温度分布をシミュレーションにより求め、該求めた石英ルツボの温度分布の最高温度を前記シリコン溶融液の最高温度とし、固液界面での温度を前記シリコン溶融液の最低温度とし、その差分を前記Δｔ、前記シリコン溶融液の中心磁場強度を前記Ｍとして算出することが好ましい。
【００３５】
比Δｔ／Ｍをこのように算出すれば、シリコン単結晶の酸素縞平坦化製造条件を精度よく決定することができる。
【００３６】
対流の強さは、先に示したように、Δｔ／Ｍである程度予想される。ただし、単純にこの数値だけで対流の強さが決まるわけではなく、メルトの量にも依存する。つまりメルトの量が多ければ対流が強くなるし、メルトの量が少なければ対流が弱くなる。従って、対流が最も強いと考えられる初期融液量の状態でΔｔ／Ｍを計算することが好ましい。
【００３７】
また、Δｔを求めるために、温度を実測することができればそれに越したことはないが、一般的には、メルト中の最高温度の位置を探し出して温度を実測することはほぼ不可能である。従って、シミュレーションを用いて求めることが現実的である。
【００３８】
また、ＣＺ法では、一般的に黒鉛ルツボに入れられた石英ルツボの中にメルトが入れられている。これを黒鉛ルツボの外側からヒーターで加熱している。従って、一般にメルト中の最高温度を示す点は石英ルツボと接触している点である。
【００３９】
従って、ここではシミュレーションによる石英ルツボの最高温度をメルト最高温度として用いることが可能である。これは計算のための要素が多い（つまりは３次元シミュレーションであれば容積、２次元シミュレーションであれば断面積の大きい）メルトでの最高温度を求めるよりは、計算のための要素が少ない石英ルツボでの最高温度を求める方が簡単であるからである。もちろん、きちんとメルト最高温度を求めて、その温度を用いても良いことは明らかである。
【００４０】
一方、メルトの最低温度としては、固液界面の温度を用いることができる。一般に固液界面は液体と固体が接触している部分で、温度としては融点であり、メルト中で最も温度が低いと考えられる。従って、固液界面での温度、つまり融点をメルト最低温度として用い、メルト最高温度（ここではシミュレーションで求めた石英ルツボの最高温度で代用した温度）との差分をΔｔとして用いることができる。もちろん、きちんとシミュレーションでメルト最低温度を求めて、その温度を用いても良いことは明らかである。
【００４１】
更に、磁場強度Ｍとしてメルトの中心磁場強度を用いることができる。メルトにかけられる磁場強度は、一般に分布を持っている。従って、より正確に計算を行なうためには、メルトにかかる、しかも、対流の向きを考慮した磁場成分を、メルト全体に対して積分したような値を、対流を抑制する実効的な磁場強度として用いることが考えられる。しかし現実的にはそれを一々計算することは容易ではない。従って、ここではメルトの中心磁場強度を、対流を抑制する能力と仮定してΔｔ／Ｍの比を算出し、この値が小さい条件を酸素縞を平坦化する製造条件として求めることができる。
【００４２】
温度差Δｔは基本的に引上機構成で決まるため、操業中に大きく変化することはない。もちろん、正確には、結晶育成に伴うメルトの減少によりΔｔは変化するが、ここでは最も対流が強い初期融液量の条件でシミュレーションして決定するので、メルト量が減っていく分には、酸素縞が悪化する方向にはなりにくい。従って、例えば操業中に磁場強度を低下させることも可能である。
【００４３】
また、前記比Δｔ／Ｍで育成されたシリコン単結晶中の酸素縞を、前記比Δｔ／Ｍで育成されたシリコン単結晶から切出したシリコン単結晶ウェーハサンプルをＦＴ−ＩＲ法を用いて２ｍｍピッチで酸素濃度を測定することで取得し、該測定した酸素濃度の６ｍｍ間隔の酸素濃度勾配値を求め、該求めた酸素濃度勾配値の面内最大値が０．０４（ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ／ｍｍ）以下となるように比Δｔ／Ｍの条件を設定することが好ましい。
【００４４】
比Δｔ／Ｍの条件をこのように設定すれば、より確実に酸素縞が低減されたシリコン単結晶を製造することができる酸素縞平坦化製造条件を決定することができる。
以下、実験例を用いて、そのことを説明する。
【００４５】
（実験例）
図３に概略図を示した引上機構成のシリコン単結晶育成装置を用い、内径が約７８０ｍｍ石英ルツボを用いて、ＭＣＺ法により、種々の最終製品直径が３００ｍｍであるシリコン単結晶を育成した。
【００４６】
図３に示すシリコン単結晶育成装置１４の外観は、メインチャンバー１、トップチャンバー１１、これに連通する引上げチャンバー２で構成されている。メインチャンバー１の内部には、黒鉛ルツボ６及び石英ルツボ５が設置されている。黒鉛ルツボ６及び石英ルツボ５を囲むように加熱ヒーター７が設けられており、加熱ヒーター７によって、石英ルツボ５内に収容された原料シリコン多結晶が溶融されて原料融液４とされる。また、断熱部材８が設けられており、ヒーター７からの輻射熱のメインチャンバー１等への影響を防いでいる。
【００４７】
また、ＭＣＺ法によって結晶を育成するに際し、不図示の磁場印加装置によって磁場を印加する。
【００４８】
原料融液４の融液面上では遮蔽部材１３が、融液面に所定間隔で対向配置され、原料融液４の融液面からの輻射熱を遮断している。このルツボ中に種結晶を浸漬した後、本発明の酸素縞平坦化製造条件の決定方法により求めた条件下で、原料融液（メルト）４から棒状の単結晶棒３が引き上げられる。ルツボは結晶成長軸方向に昇降可能であり、単結晶の成長が進行して減少した原料融液４の液面下降分を補うように、成長中にルツボを上昇させることにより、原料融液４の融液面の高さはおおよそ一定に保たれる。
【００４９】
さらに、単結晶育成時にパージガスとしてアルゴンガス等の不活性ガスが、ガス導入口１０から導入され、引き上げ中の単結晶棒３とガスパージ筒１２との間を通過した後、遮蔽部材１３と原料融液４の融液面との間を通過し、ガス流出口９から排出している。導入するガスの流量と、不図示のポンプや弁によるガスの排出量を制御することにより、引上げ中のチャンバー内の圧力が制御される。
【００５０】
シリコン単結晶育成装置の概略図としては図３の通りだが、実際には引上機の中にセットされるＨＺは種々のタイプがある。そこでシリコン単結晶製造に用いたそれぞれの引上機構成の初期融液量における温度分布を、ＦＥＭＡＧ（総合伝熱解析ソフト：Ｆ．Ｄｕｐｒｅｔ，  Ｐ．Ｎｉｃｏｄｅｍｅ，  Ｙ．Ｒｙｃｋｍａｎｓ，  Ｐ．Ｗｏｕｔｅｒｓ，  ａｎｄ  Ｍ．Ｊ．Ｃｒｏｃｈｅｔ，  Ｉｎｔ．  Ｊ．  Ｈｅａｔ  Ｍａｓｓ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ，  ３３，  １８４９（１９９０））を用いた総合伝熱解析により求めた。
【００５１】
シミュレーションにより求められた石英ルツボの最高温度をシリコン溶融液の最高温度とし、シリコンの融点といわれる１６８５Ｋ（１４１２℃）との差分をΔｔとして求めた。その結果、この実験例に用いた引上機構成での初期融液量におけるΔｔは１２５〜１８５（Ｋ）の範囲で振れていた。またシリコン単結晶を育成した際の磁場強度Ｍはシリコン溶融液の中心磁場強度とし、中心磁場強度は２５００−４０００ｇａｕｓｓの範囲で振った。なお、ここでは中心磁場強度を結晶育成中に変更せず、一定としてシリコン単結晶製造した。これらの結果を用いて、各結晶を育成した製造条件での比Δｔ／Ｍを算出した。
【００５２】
これらのシリコン単結晶をＦＴ−ＩＲ法を用いて評価した。その評価方法は以下の通りである。まず育成したシリコン単結晶から切出したおよそ１ｍｍ厚さのシリコン単結晶ウェーハサンプルに鏡面加工を施した後、１／４形状に分割した。次に、ＦＴ−ＩＲ法により、シリコン単結晶ウェーハサンプルの径方向に２ｍｍピッチで走査させ、１１０７ｃｍ−１にある格子間酸素に起因するピークを用いて格子間酸素濃度を測定した。その際、空間分解能がｍｍオーダーである一般的なＦＴ−ＩＲ法ではなく、所謂顕微ＦＴ−ＩＲ法やμＦＴ−ＩＲ法などと呼ばれる方法で、空間分解能を１００μｍ×１００μｍとし、酸素濃度の測定ばらつきを０．０１ｐｐｍａ以下に抑えて測定した。これは、１つの測定点がｍｍオーダー領域の平均値となってしまう空間分解能がｍｍオーダーの測定法よりも、所謂顕微ＦＴ−ＩＲ法やμＦＴ−ＩＲ法などと呼ばれる方法の方が、ｍｍオーダーの酸素濃度勾配をより正確に求められるためである。
【００５３】
このとき、シリコン単結晶ウェーハサンプルのサンプル端部ではエッジの影響等により値が不正確な場合があるので、公正を期すために、外周部、サンプル端部の十数ｍｍ程度の値は省いた。この測定方法で求められた酸素濃度値から６ｍｍ間隔の酸素濃度勾配を求め、その面内の最大値を酸素縞指標として求めた。
【００５４】
特許文献３にあるように酸素縞による撮像素子等のデバイスへの悪影響を抑えるため４−１０ｍｍの酸素濃度勾配を抑制することが重要である。図１には、実験例に記載した評価方法を用いて、ＦＴ−ＩＲ法により測定した２ｍｍピッチの酸素濃度面内分布を示した。図２には、この測定値から求められた６ｍｍ間隔の酸素濃度勾配の面内分布を示した。
【００５５】
上記実験例のそれぞれの引上機構成において、Δｔ及びＭを振って引き上げたシリコン単結晶のうち、ＦＴ−ＩＲ法による評価で、小さな酸素濃度の面内変動を示す一例を実験例１、実験例１よりも大きな酸素濃度の面内変動を示す別の一例を実験例２として図１及び２に示した。
【００５６】
実験例１に示したシリコン単結晶は酸素濃度の面内変動が小さい結晶であり、このシリコン単結晶から切出されたシリコン単結晶ウェーハで撮像素子を作製したところ、酸素縞起因と思われる不良は発生しなかった。一方で実験例２に示したシリコン単結晶は酸素濃度の面内変動が大きい結晶であり、この結晶から切出されたシリコン単結晶ウェーハで撮像素子を作製したところ、酸素縞起因と思われる不良が発生した。しかし、実験例２のシリコン単結晶においても全量不良というわけではなく、部分的な不良であった。その不良分布と図２の分布との比較から、６ｍｍ間隔の酸素濃度勾配がおおよそ０．０５（ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ／ｍｍ）以上の大きい部分で不良が発生しており、０．０３（ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ／ｍｍ）以下の小さい部分では不良が発生していないように分析された。
【００５７】
従って、育成された結晶の酸素濃度勾配値の最大値（酸素縞指標）が０．０４（ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ／ｍｍ）以下であるようなウェーハでは、酸素濃度勾配値が０．０３（ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ／ｍｍ）以上になる箇所はほとんどなく、その平均値は十分に小さいので、撮像素子作製に適したウェーハであると考えられる。
【００５８】
また、従来、酸素濃度勾配値を０．０２（ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ／ｍｍ）以下まで低くすることは困難であったが、本発明の方法であれば、図２の実験例１に示されるように、酸素縞指標が０．０２（ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ／ｍｍ）以下と極めて良好なシリコン単結晶ウェーハを作製することができる。
【００５９】
また、前記比Δｔ／Ｍを、０．０５（Ｋ／ｇａｕｓｓ）以下とすることが好ましい。
【００６０】
このような比Δｔ／Ｍとすれば、より確実に酸素縞を低減されたシリコン単結晶を製造することができる酸素縞平坦化製造条件を決定することができる。
【００６１】
上記実験例の方法で求めたΔｔ及びＭを振ったそれぞれの引上機構成での酸素縞指標を比Δｔ／Ｍに対してプロットした。図４に結果を示すように、シミュレーションに用いた総合伝熱解析ソフトＦＥＭＡＧを用いて計算したΔｔと、磁場強度Ｍとしての中心磁場強度との比のΔｔ／Ｍに対して、酸素縞指標をプロットすると、両者の間には良い相関があった。図４の点線で示される相関関係から、比Δｔ／Ｍが０．０５（Ｋ／ｇａｕｓｓ）程度以下であれば、酸素濃度指標０．０４（ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ／ｍｍ）以下であるシリコン単結晶を得られることがわかった。従ってΔｔ／Ｍが０．０５（Ｋ／ｇａｕｓｓ）以下である製造条件とすることが好ましい。
【００６２】
なお中心磁場強度は、対流抑制の効果を十分に得るため、最低でも５００ｇａｕｓｓ以上あることが好ましい。一方で、中心磁場強度は６０００ｇａｕｓｓ以下が好ましい。このような磁場強度であれば、対流が抑制されすぎてメルト内に酸素濃度の不均一が蓄積され、それが印加している磁場強度で抑えきれなくなったときに、一挙に開放されて逆に不均一性が増強される現象の発生を防止することができる。またΔｔは、最低でも５０Ｋ以上あることが望ましい。このようなΔｔであれば、結晶育成中に固化が発生してしまうこともない。またメルト最高温度、つまりはルツボ最高温度を、ルツボ軟化点以下とすることが好ましい。これにより、ルツボの軟化も抑制できる。
【００６３】
ただし、ここで示した温度は、本発明者が計算に用いた条件の下で計算値である。これらの値は計算条件によって、大きく変化するので、ここで示した値は絶対的なものではなく、あくまで参考値であり、このような考え方の操業条件決定法は、全てこの技術の範疇に入る。
【００６４】
また、本発明は、上記の酸素縞平坦化操業条件の決定方法を用いて前記比Δｔ／Ｍの条件を予め決定し、該決定した比Δｔ／Ｍの条件に基づいて、磁場印加チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を育成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。
【００６５】
このようなシリコン単結晶の製造方法であれば、予め決定された比Δｔ／Ｍの条件を用いることで、酸素縞が低減されたシリコン単結晶を製造することができる。
【００６６】
シリコン単結晶の製造方法で用いる製造装置は、例えば、上記した図３のシリコン単結晶育成装置１４を用いることができる。
【００６７】
また、本発明は、酸素を含むシリコン単結晶ウェーハであって、該シリコン単結晶ウェーハの６ｍｍ間隔の酸素濃度勾配値の面内最大値が０．０４（ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ／ｍｍ）以下であることを特徴とするシリコン単結晶ウェーハを提供する。
【００６８】
酸素縞指標が０．０４（ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ／ｍｍ）以下であれば、撮像素子を作製しても画像ムラなどの不良が少なく、デバイスに適したウェーハであると言えるし、酸素縞指標が０．０４（ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ／ｍｍ）を超えるウェーハは、撮像素子を作製すると画像ムラなどの不良が発生し、デバイスに適したウェーハではないと言える。
【実施例】
【００６９】
以下、実施例及び比較例を示して、本発明を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。
【００７０】
（実施例１）
図４の関係から、酸素縞が平坦化された良好な結晶を得ることを行なった。実験例に用いた引上機構成の中からＦＥＭＡＧを用いて計算した初期融液量における温度差Δｔ＝１３７．４（Ｋ）であるＨＺ（ホットゾーン）構成のものを用いて、中心磁場強度Ｍを４０００（ｇａｕｓｓ）一定として結晶を育成することとした。この時の比Δｔ／Ｍは０．０３４（Ｋ／ｇａｕｓｓ）であり、０．０５（Ｋ／ｇａｕｓｓ）を下回っているので、良好な酸素縞品質が期待される。
【００７１】
この条件で育成したシリコン単結晶から実験例と同じ評価方法で酸素縞指標を求めたところ、０．０２２（ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ／ｍｍ）と０．０４（ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ／ｍｍ）を下回る値が得られた。この結晶から切出されたウェーハを撮像素子のプロセスに投入したところ、不良品の少ない良好な結果を得ることができた。
【００７２】
（比較例１）
図３に概略図を示した引上機構成のシリコン単結晶育成装置を用い、内径が約７８０ｍｍ石英ルツボを用いて最終製品直径３００ｍｍ結晶を育成した。この時、比Δｔ／Ｍという指標を気にすることなく結晶を育成した。後から確認したところ、ＦＥＭＡＧを用いて計算した初期湯量における温度差Δｔ＝１８３．６（Ｋ）であり、中心磁場強度Ｍは２５００（ｇａｕｓｓ）一定であった。これらから計算される比Δｔ／Ｍは０．０７３（Ｋ／ｇａｕｓｓ）であり、０．０５（Ｋ／ｇａｕｓｓ）を上回っていた。
【００７３】
この条件で育成した結晶から、実験例と同じ評価方法で酸素縞指標を求めたところ、０．０７８（ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ／ｍｍ）と０．０４（ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ／ｍｍ）を上回る値となってしまっていた。この結晶から切出されたシリコン単結晶ウェーハを撮像素子のプロセスに投入したところ、不良品が多く良好な結果を得ることができなかった。
【００７４】
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。
【符号の説明】
【００７５】
１…メインチャンバー、  ２…引上げチャンバー、  ３…単結晶棒、
４…原料融液（メルト）、  ５…石英ルツボ、  ６…黒鉛ルツボ、
７…加熱ヒーター、  ８…断熱部材、  ９…ガス流出口、  １０…ガス導入口、
１１…トップチャンバー、  １２…ガスパージ筒、  １３…遮蔽部材、
１４…シリコン単結晶育成装置（引上機）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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