(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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Ｎ領域の境界線ならびにＮ領域とＩリッチ領域の境界線で囲繞された領域内で、結晶を引上げ、かつ、結晶中の９００℃から６００℃までの温度域を通過する時間が７００分以下となるように制御することによってＯＳＦリングの核は潜在しているが、ＯＳＦリングの内外を含む全面がＮ領域である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２】
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、成長結晶中の酸素濃度を２４．０ｐｐｍａ以下に制御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。
【請求項３】
前記Ｆ／Ｇの値を結晶中心で、０．１１２〜０．１４２ｍｍ2 ／℃・ｍｉｎに制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の製造方法により製造されたシリコン単結晶から作製されたことを特徴とするシリコン単結晶ウエーハ。
【請求項５】
チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶ウエーハにおいて、ＯＳＦリングの核が潜在し、単段の熱酸化処理ではＯＳＦは発生しないが、二段の熱酸化処理によりＯＳＦを発生する、Ｖリッチ領域もＩリッチ領域も存在しない、ＯＳＦリングの内外を含む全面Ｎ領域であることを特徴とするシリコン単結晶ウエーハ。
【請求項６】
酸素析出熱処理により酸素が析出する結晶部分の中に、酸素が析出しない結晶部分が存在することを特徴とする請求項５に記載したシリコン単結晶ウエーハ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶欠陥が少ない、特にＯＳＦリングが存在しない全面Ｎ領域から成るシリコン単結晶ウエーハ及びその製造方法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）と呼ばれる欠陥が、結晶成長軸に対する垂直方向の断面で見た時に、リング状に分布（以下、ＯＳＦリングということがある）していることが確認されており、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としてその密度とサイズの低減が重要視されている。
【０００６】
これら結晶成長起因の欠陥を分類すると、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５（ａ）参照）。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、これらの欠陥が存在する領域はＩリッチ領域と呼ばれている（図５（ｂ）参照）。さらに、成長速度を０．４ｍｍ／ｍｉｎ前後と低速にすると、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５（ｃ））。
【０００７】
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等のグローンイン欠陥も、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４（ａ）参照）。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）を０．２０〜０．２２ｍｍ２  ／℃・ｍｉｎとしてウエーハ全面及び結晶全長に対して制御すれば、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４（ｂ）参照）。
【０００８】
【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、生産性に難点があって実用的でない。
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。
【０００９】
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、Ｉリッチ領域、ＯＳＦリングのいずれも存在しない、結晶全面に亙ってＮ領域で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、高生産性を維持しながら得ることを目的とする。
【００１０】
【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、Ｖリッチ領域とＮ領域の境界線ならびにＮ領域とＩリッチ領域の境界線で囲繞された領域内で、結晶を引上げ、かつ、結晶中の９００℃から６００℃までの温度域を通過する時間が７００分以下となるように制御することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法である。
【００１１】
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、Ｖリッチ領域とＮ領域の境界線ならびにＮ領域とＩリッチ領域の境界線で囲繞された領域内に収まるように、結晶の引上げ速度Ｆと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Ｇを制御して結晶を引上げれば、面内には熱酸化処理をした際にリング状に発生するＯＳＦが存在し、ＯＳＦリングの内外が全てＮ領域である成長単結晶が得られる（図３（ｂ）参照）ことになるが、さらに結晶中の９００℃から６００℃までの温度域を通過する時間を７００分以下となるように熱履歴を制御すれば、ＯＳＦ核の発生、成長を阻害することができ、ウエーハをＯＳＦ熱酸化処理をした際に、ＯＳＦリングの核は潜在しているが、ＯＳＦリングを発生することはなく、かつウエーハ全面にＶリッチ領域、Ｉリッチ領域も、害を及ぼすようなＯＳＦリングも存在しない全面がＮ領域である（図３（ｃ）参照）極低欠陥密度なウエーハを得ることができる。
【００１２】
そしてこの場合、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、成長結晶中の酸素濃度を２４．０ｐｐｍａ以下に制御することが望ましい。
このように、成長結晶中の酸素濃度を２４．０ｐｐｍａ（ＡＳＴＭ’７９値）以下に制御して引上げれば、ＯＳＦ核の発生、成長を確実に抑制することができ、ＯＳＦリングの潜在核が存在するが、熱酸化処理した際にリング状に発生するＯＳＦは存在しない結晶欠陥の極めて少ないシリコン単結晶ウエーハを得ることができる。
【００１３】
本発明は、上記に記載の製造方法により製造されたシリコン単結晶から作製されたシリコン単結晶ウエーハである。本発明で得られるシリコンウエーハは、ＯＳＦリングの潜在核が存在し、ＯＳＦ熱酸化処理をした際にリング状に発生するＯＳＦは存在しない全面がＮ領域である結晶欠陥の極めて少ないシリコン単結晶ウエーハとなる。
【００１４】
そして本発明は、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶ウエーハにおいて、単段の熱酸化処理ではＯＳＦは発生しないが、二段の熱酸化処理によりＯＳＦを発生する全面Ｎ領域であることを特徴とするシリコン単結晶ウエーハである。
すなわち、本発明のウエーハは、ウエーハ面内にＯＳＦの潜在核はもともと存在するが、通常の一段の熱酸化処理ではＯＳＦは発生せず、二段の熱酸化処理によりＯＳＦの潜在核が成長してＯＳＦを発生する全面Ｎ領域である極低欠陥のシリコン単結晶ウエーハである。この二段の熱酸化処理によってのみ発生するＯＳＦは、実際のプロセスでは酸化膜耐圧特性やデバイス特性を悪化させる欠陥にはならない。
【００１５】
また、本発明は、酸素析出熱処理により酸素が析出する結晶部分の中に、酸素が析出しない結晶部分が存在するものであることを特徴とするシリコン単結晶ウエーハである。
これは、本発明のウエーハは、ＯＳＦの潜在核を有するため、酸素析出熱処理によりＯＳＦリングの潜在核の存在する部分では酸素が析出せず、その周辺で酸素が析出するからである。
【００１６】
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流れ模様が生じる。この流れ模様を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）。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、ＳＣ−１洗浄（ＮＨ４  ＯＨ：Ｈ２  Ｏ２  ：Ｈ２  Ｏ＝１：１：１０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。
【００２０】
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。
【００２１】
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等のグローンイン欠陥の数が著しく少なく、ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ等のＬ／Ｄ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。
【００２２】
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、成長（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）≦５℃／ｃｍ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。
【００２３】
次いで、特願平９−３２５４２８号で提案したように、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、新たに次のような知見を得た。
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３（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４（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、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。
【００２４】
この調査におけ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  ＭａｓｓＴｒａｎｓｆｅｒ，３３，１８４９（１９９０））を使用して鋭意解析を行った。その結果、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、Ｆ／Ｇの値を結晶中心で、０．１１２〜０．１４２ｍｍ２  ／℃・ｍｉｎの範囲内となるように引上げ速度Ｆと温度勾配平均値Ｇとを制御すれば、ＯＳＦ熱酸化処理をした際にリング状に発生するＯＳＦリングあるいはＯＳＦリングの核が存在するものの、グローンイン欠陥及び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が得られることが判った。
【００２５】
図１は、直径６インチのシリコン単結晶を例とした場合であるが、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を表している。図１から明らかなように、ＯＳＦリングを含むそのウエーハ内のＮ領域を最大限に利用するには、結晶中心位置でＦ／Ｇ値を０．１１２〜０．１４２ｍｍ２  ／℃・ｍｉｎとなるようにすればよい。
【００２６】
これをウエーハの面で説明すると、従来は、図４（ａ）に示したように、通常の引上げ速度と結晶引上げ装置におけるＯＳＦリングの外側に存在するＮ領域を結晶全面に拡大すべく（図４（ｂ）参照）、特別な結晶引上げ装置を用いて引上げ速度と△Ｇを制御し、無欠陥結晶を製造しようとしていたが、引上げ速度、温度勾配等製造条件の制御幅が極めて狭く、制御が困難で生産性に難点があり、実用的でなかった。
【００２７】
そこで、ＯＳＦリングの外側のＮ領域だけに限定せず、ＯＳＦリングの内側にも存在するＮ領域（図３（ａ）参照）をも使用してＮ領域を最大限拡大することにした。すなわち、図３（ｂ）に示したようにＯＳＦリングを含んだままＮ領域を最大限ウエーハ全面に拡大することができる引上げ速度と△Ｇ及び結晶引上げ装置を選択して引上げた。その結果、上記したようなＦ／Ｇ値の範囲内に収まるように引上げ速度と結晶内温度勾配を調整して引上げれば、従来よりも拡大された制御幅をもつ製造条件下で容易に低欠陥のウエーハを製造することができる。
【００２８】
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２４．０ｐｐｍａ（ＡＳＴＭ’７９値）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。
【００２９】
すなわち、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２４．０ｐｐｍａまでで、２４．０ｐｐｍａ以下ではＯＳＦリングの潜在核は存在するが、熱酸化処理によるＯＳＦリングは発生していない。
【００３０】
ちなみに、成長結晶中の酸素濃度を２４．０ｐｐｍａ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等を調整して融液の対流を制御する等の手段により簡単に行うことができる。
【００３１】
なお、ＯＳＦリングは発生しなくても、その核の存在するところでは酸素析出が少なくなるという傾向があるが、デバイスの低温下プロセスにおいては、強いゲッタリングも要求されないので、ＯＳＦ領域での酸素析出の少なさは問題にならない。
【００３２】
次いでＯＳＦリング核の成長を阻害する結晶成長条件を検討した。炉内温度分布の異なる結晶引上げ装置（炉内構成を変更したもの）を数種類使用して、ＯＳＦ熱酸化処理時にＯＳＦリングが発生するように、引上げ速度を制御して結晶を引上げた結果、９００〜６００℃の温度域を６４５分で通過する熱履歴を与えた結晶には、その後ＯＳＦリング発生の有無を確認するＯＳＦ熱酸化処理を施してもＯＳＦリングは確認されなかった。
しかしながら、９００〜６００℃の温度域を７７０分で通過する熱履歴を与えた結晶には、その後ＯＳＦリング発生の有無を確認するＯＳＦ熱酸化処理を施したところ、ＯＳＦリングが発生した。
【００３３】
図２に結晶温度域を１００℃毎に区切った時の、その帯域を通過する時間を制御した場合（曲線Ａ）と制御なしで成長させた場合（曲線Ｂ）を比較して示した。
図２において、曲線Ｂの黒丸プロット上の通過時間（三点積算７７０分）では明らかにＯＳＦリングが発生しており、曲線Ａの黒四角プロット上の通過時間（三点積算６４５分）ではＯＳＦリングの発生はなかった。従って、この９００℃から６００℃までの温度領域内はＯＳＦリングの潜在核の成長領域と考えられる。従って、この温度帯域をできるだけ短くした方がよい。そして、１１００〜９００℃の温度域で潜在核が発生するものと考えられている。
【００３４】
そこで、Ｆ／Ｇ値制御による結晶引上げに続いて成長結晶の９００℃から６００℃までの温度域を通過する熱履歴を７００分以下となるように制御してＯＳＦリング核の成長を阻害すれば、ＯＳＦの潜在核は存在するが、ＯＳＦ熱酸化処理をした際にはＯＳＦリングの発生はなく、かつ、グローンイン欠陥及びＬ／Ｄが存在せず、結晶全面がＮ領域で使用可能な領域で占められ、無欠陥の結晶を広い条件範囲で作製することができる。さらに成長結晶中の酸素濃度を２４．０ｐｐｍａ以下に抑えれば、ＯＳＦリングの発生を確実に抑制することができる。
【００３５】
すなわち、ＣＺ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、Ｆ／Ｇの値を結晶中心で、０．１１２〜０．１４２ｍｍ２  ／℃・ｍｉｎに制御し、かつ、前記結晶中の９００℃から６００℃までの温度域を通過する時間が７００分以下となるように制御することによって、全面Ｎ領域を持つと共にＯＳＦの潜在核は存在するが、熱酸化処理をしてもＯＳＦリングが発生しない、全面使用可能な無欠陥ウエーハを制御幅の広い条件下で容易に製造することができる。この際、さらに成長結晶中の酸素濃度を２４．０ｐｐｍａ以下に制御すれば、ＯＳＦ潜在核の成長を抑制することができ、ＯＳＦリングの発生を確実に抑えることができる。
【００３６】
そして、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶ウエーハにおいて、例えば、上記のような本発明の製造方法で製造したウエーハは、単段の熱酸化処理ではＯＳＦは発生しないが、二段の熱酸化処理によりＯＳＦを発生する全面Ｎ領域から成るシリコン単結晶ウエーハとなる。
ここで、単段の熱酸化処理とは、通常のＯＳＦテストであって、ウエット酸素雰囲気下、昇温して、１１５０℃で１００分間保持した後、降温する方法であり、このテストでＯＳＦが発生する場合は、デバイス特性に悪影響を与えることになる。
また、二段の熱酸化処理とは、特開平６−９７２５１号公報に開示されているシリコン単結晶の品質評価方法であって、一段目は、酸素雰囲気下、１０００℃で３時間保持し、続いて二段目ではウエット酸素雰囲気下、１０００℃から１１５０℃に昇温して、１１５０℃で１００分間保持した後、降温する方法である。この方法は、ＯＳＦ核の存在を明らかにするため、より加速したテストであり、この二段の熱酸化処理によってのみ発生するＯＳＦは、酸化膜耐圧特性やデバイス特性を悪化させる欠陥にはならない。
この二段の強制的な熱酸化処理により発生したＯＳＦの密度は、核の存在を明らかにするため、加速してやっと発生したものであり、通常、デバイス製造においてはこうした条件になることはない。
【００３７】
そして、このようなシリコン単結晶ウエーハは、酸素析出熱処理によって酸素が析出する結晶部分の中に、酸素が析出しない結晶部分が存在するというものである。
これは、酸素析出熱処理によりＯＳＦリングの潜在核の存在する部分では酸素が析出し難いためで、その周辺では酸素が析出することになる。
【００３８】
【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、シリコンの種子結晶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。
【００３９】
また、本発明の製造方法に関わる製造条件を設定するために、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を設けてもよい。
別に、最近では引上げ室３１の水平方向の外側に、図示しない磁石を設置し、シリコン融液２に水平方向あるいは垂直方向等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法が用いられることも多い。
【００４０】
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°Ｃ）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。
【００４１】
この場合、本発明では、温度制御のため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中の液状部分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を配置したことである。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。
【００４２】
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、結晶上部の所定温度帯域では冷却することができるので、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。
【００４３】
【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。
（実施例１）
図６に示した引上げ装置３０で、２０インチ石英ルツボに原料多結晶シリコンを６０Ｋｇチャージし、直径６インチ、方位＜１００＞のシリコン単結晶棒を平均引上げ速度を０．６０ｍｍ／ｍｉｎで引上げを行った（単結晶棒の直胴長さ約８５ｃｍ）。
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を配置し、湯面から引上げ室天井までの高さをルツボ保持軸を調整して３０ｃｍに設定し、上部囲繞断熱材を配備した。
そして、結晶中心部でのＦ／Ｇ値を０．１３５ｍｍ２  ・℃／ｍｉｎで引上げた。
【００４４】
単結晶引上げ中に、図２の曲線Ａ（黒四角プロット）で示したように、結晶中の９００〜６００℃までの温度域を通過する時間を６４５分（結晶温度域各１００℃当たり通過時間の積算値：９００〜８００℃／２１０分、８００〜７００℃／２１０分、７００〜６００℃／２２５分、計６４５分）とした熱履歴を与えて引上げ、得られた単結晶棒から、ウエーハを切り出し、鏡面加工を施して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、単段と二段の熱酸化処理を施してＯＳＦリング発生の有無を確認した。
ここで、単段の熱酸化処理とは、通常のＯＳＦテストであって、ウエット酸素雰囲気下、昇温して、１１５０℃で１００分間保持した後、降温する方法であり、このテストでＯＳＦが発生する場合は、デバイス特性に悪影響を与えることになる。
また、二段の熱酸化処理とは、一段目は、酸素雰囲気下、１０００℃で３時間保持し、続いて二段目ではウエット酸素雰囲気下、１０００℃から１１５０℃に昇温して、１１５０℃で１００分間保持した後、降温する方法である。
【００４５】
その結果、全面グローンイン欠陥の存在しないＮ領域で、単段の熱酸化処理によっては、ＯＳＦリングを発生しない無欠陥ウエーハであった。二段の熱酸化処理によっては、ＯＳＦリングが発生したが、この場合のＯＳＦは、デバイス特性に悪影響を及ぼすものではない。
なお、このウエーハの酸化膜耐圧特性は、Ｃ−モード良品率１００％となった。
ここで、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。
【００４６】
（実施例２）
単結晶引上げ中に成長結晶中の酸素濃度を２７．５ｐｐｍａから２０．０ｐｐｍａまで徐々に下げた以外は実施例１と同一条件で引上げ、得られた単結晶棒から、ウエーハを切り出し、鏡面加工を施して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リング発生の有無を確認した。
【００４７】
その結果、酸素濃度が２４．０ｐｐｍａ以上のウエーハであっても、ＯＳＦ潜在核は存在するが、熱酸化処理時にＯＳＦリングの発生はなく、全面にグローンイン欠陥の存在しないＮ領域を最大限拡大した極低欠陥ウエーハを得た。なお、このウエーハの酸化膜耐圧特性は、Ｃ−モード良品率１００％となった。
【００４８】
（比較例）
単結晶引上げ中に、図２の曲線Ｂ（黒丸プロット）で示したように、結晶中の９００〜６００℃までの温度域を通過する時間を７７０分（結晶温度帯各１００℃当たり通過時間の積算値：９００〜８００℃／２４０分、８００〜７００℃／２５０分、７００〜６００℃／２８０分、計７７０分）とした熱履歴を与えた以外は、実施例１と同様の条件で引上げ、得られた単結晶棒から、ウエーハを切り出し、鏡面加工を施して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リング発生の有無を確認した。
【００４９】
その結果、熱酸化処理によってＯＳＦリングを発生した。ＯＳＦリングの内外は、全面グローンイン欠陥の存在しないＮ領域であった。
【００５０】
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。
【００５１】
例えば、上記実施形態においては、直径６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８〜１６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。
また、本発明は、シリコン融液に水平磁場、縦磁場、カスプ磁場等を印加するいわゆるＭＣＺ法にも適用できることは言うまでもない。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、適切なＦ／Ｇ値により単結晶育成条件の制御幅が広くなり、低温域の熱履歴あるいは低酸素化の制御を併用すれば、ＯＳＦ潜在核は存在するが、熱酸化処理によりＯＳＦリングは発生せず、面内にグローイン欠陥もＬ／Ｄも存在しない全面がＮ領域の無欠陥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】シリコン単結晶ウエーハ面内における、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】成長結晶の温度域１００℃当りの通過時間の変動状況を、実施例１と比較例について表わした説明図である。
【図３】本発明の製造方法における結晶面内諸欠陥分布を説明する説明図である。
（ａ）通常の引上げ条件で引上げた場合、
（ｂ）Ｖ−リッチ領域とＩ−リッチ領域の間で引上げた場合、
（ｃ）本発明の引上げ条件で引上げた場合。
【図４】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５】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。
【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。
Ｖ  …Ｖリッチ領域、Ｎ…Ｎ領域、Ｉ…Ｉリッチ領域、ＯＲ…ＯＳＦリング。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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