(57)【要約】【課題】  結晶製造可能でより簡単かつ確実な方法で所望の不純物濃度を有する半導体単結晶を製造することができるＦＺ法による半導体単結晶の製造方法を提供する。【解決手段】  ＦＺ法による半導体単結晶の製造方法であって、前記製造されるＦＺ法による半導体単結晶に求められる所望の不純物濃度よりも高い不純物濃度の不純物を有する原料棒を使用し、前記半導体単結晶の不純物濃度が前記所望の不純物濃度まで減少するようにＦＺ法による結晶成長条件を調整することを特徴とする半導体単結晶の製造方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＺ法による半導体単結晶の製造方法であって、
前記製造されるＦＺ法による半導体単結晶に求められる所望の不純物濃度よりも高い不純物濃度の不純物を有する原料棒を使用し、
前記半導体単結晶の不純物濃度が前記所望の不純物濃度まで減少するようにＦＺ法による結晶成長条件を調整することを特徴とする半導体単結晶の製造方法。
【請求項２】
（前記所望の不純物濃度）／（前記原料棒の不純物濃度）で表される不純物導入率を算出し、
予め求められている不純物導入率と、（メルト滞留時間）×（メルト表面積）／（炉内圧力）で表される数値Ｋとの関係に基づいて、前記算出された不純物導入率から数値Ｋを導き出し、
前記導き出された数値Ｋとなる結晶成長条件を決定し、
前記決定された結晶成長条件で結晶成長を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体単結晶の製造方法。
【請求項３】
前記結晶成長条件を結晶成長速度とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体単結晶の製造方法。
【請求項４】
前記半導体単結晶をシリコン単結晶とし、前記不純物を酸素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半導体単結晶の製造方法。
【請求項５】
前記半導体単結晶の直径を２００ｍｍ以上とすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体単結晶の製造方法。
【請求項６】
所望の酸素濃度の５０倍以上の酸素濃度を有するＣＺシリコン結晶を、前記原料棒として用いることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の半導体単結晶の製造方法。
【請求項７】
所望の酸素濃度が、２．１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、８．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲であることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の半導体単結晶の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載された半導体単結晶の製造方法で製造されたシリコン単結晶であって、
酸素濃度が２．１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、８．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲であることを特徴とするシリコン単結晶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＺ法（フローティングゾーン法または浮遊帯溶融法）による半導体単結晶の製造方法、及び、この製造方法によって製造されたシリコン単結晶に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＺ法は、例えば、現在半導体素子として最も多く使用されているシリコン単結晶等の半導体単結晶の製造方法の一つとして、使用される。
図４はＦＺ法による半導体結晶の製造方法における各製造工程の一例を説明する図である。図４に示すように、原料となる半導体棒（原料棒）１４の下端部を溶融して種結晶１５に融着させ（（ａ）種付工程）、更にこの種付の際に結晶に生じた転位を抜くための絞り（ネッキング）を行い（（ｂ）ネッキング工程）、その後に晶出側半導体棒（半導体単結晶棒）１９を所望の直径まで拡大させながら成長させる（（ｃ）コーン部形成工程）。
さらに、晶出側半導体棒（半導体単結晶棒）１９を所望の直径に制御しつつ成長を行い（（ｄ）直胴部形成工程）、原料の供給を止め、晶出側半導体棒１９の直径を縮小させて晶出側半導体棒１９を原料半導体棒１４から切り離す（（ｅ）切り離し工程）。
以上のような工程を経て、半導体結晶（ＦＺシリコン単結晶）を製造することができる。
【０００３】
通常、シリコン単結晶に所望の電気抵抗率を与えるためにはｎ型或いはｐ型の不純物ドーピングが必要である。ＦＺ法においては、ドーパントガスを溶融帯域に吹き付けるガスドーピング法が知られている（非特許文献１参照）。
【０００４】
ドーパントガスとして、例えばｎ型ドーパントであるＰ（リン）のドーピングにはＰＨ３等が、ｐ型ドーパントであるＢ（ホウ素）のドーピングにはＢ２Ｈ６等が用いられる。シリコン単結晶の電気抵抗率は、これらＮ型ドーパントとＰ型ドーパントの結晶中の濃度差により変化するが、通常の結晶製造においてｎ型ドーパントのみ、或いはｐ型ドーパントのみをドーピングする場合には、電気抵抗率はドーパント供給量が増加するにつれて低くなる。
【０００５】
所望の電気抵抗率のシリコン単結晶を得るためには、原料の電気抵抗率と所望の電気抵抗率を元に算出されたドーパント供給量が、適正に保たれる必要がある。供給されるドーパントガスの濃度や流量等を調整することによりドーパント供給量を適正に保ちつつＦＺ法により単結晶を成長させることで、所望の電気抵抗率を持つＦＺシリコン単結晶を得ることができる。
【０００６】
ＦＺ法ではシリコン融液は浮遊帯域であり、炉内雰囲気以外には他のいずれの部材とも接触することなく製造されるため、ＦＺ法により製造されるＦＺシリコン単結晶の不純物濃度は極めて低く高純度であることが特徴である。例えば、石英坩堝を用いてシリコン単結晶を製造するＣＺ法では、シリコン融液と坩堝のＳｉＯ２との反応によりＳｉＯが生成されてシリコン融液に酸素が溶け込むため、製造されるＣＺシリコン単結晶には酸素が混入して高酸素濃度となるが、これに対しＦＺシリコン単結晶は極めて酸素濃度が低くなる。
高純度ポリシリコン棒に比べて酸素濃度が高いＣＺ結晶棒を原料として使用した場合でも、通常はＦＺシリコン単結晶の酸素濃度は可能な限り低いことが求められる。
【０００７】
一方で、ＦＺシリコンウェーハにもＣＺシリコンウェーハ同様のイントリンシックゲッタリング効果或いはスリップ耐性を付与するために、ＦＺシリコン単結晶製造中にシリコン融液に高純度石英のような酸素供給物を接触もしくは挿入させて、シリコン融液に酸素をドープすることによりＣＺシリコン単結晶並みの酸素濃度であるＦＺシリコン単結晶を得る方法（例えば特許文献１−３）や、ＦＺシリコン単結晶の周辺部のみ酸素濃度をＣＺシリコン単結晶並みにすることで機械的強度を上げる方法（例えば特許文献４）が提案されている。
また、特許文献５には、炉内雰囲気の酸素分圧を高圧にすることによりメルトの温度変動を変化させ、酸素濃度バラツキを均一にするという方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５９−１０２８９１号公報
【特許文献２】特開平０２−１９７１１８号公報
【特許文献３】特許第２８０７６８８号公報
【特許文献４】特開平０７−２９１７８３号公報
【特許文献５】特開２０００−３３５９９５号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】ＷＯＬＦＧＡＮＧ  ＫＥＬＬＥＲ、ＡＬＦＲＥＤ  ＭＵＨＬＢＡＵＥＲ著「Ｆｌｏａｔｉｎｇ−Ｚｏｎｅ  Ｓｉｌｉｃｏｎ」ｐ．８２−９２、ＭＡＲＣＥＬ  ＤＥＫＫＥＲ，  ＩＮＣ．発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年、省エネルギーの面からパワーデバイスが脚光を浴びているが、サイリスタ、ダイオード、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などで、Ｈｅ照射や電子線照射を行って格子欠陥を導入しキャリアライフタイムを制御する技術を使用したデバイスがある。このようなデバイスの製造に用いられる半導体ウェーハにおいては、その酸素濃度をある程度高くすることで、比較的簡単に所望の格子欠陥量に制御することができる。
【００１１】
このようなスイッチングデバイスに用いられるＦＺシリコンウェーハの原料となるＦＺシリコン単結晶は、高純度ポリシリコン棒或いはＣＺ法により製造されたＣＺシリコン結晶棒を原料として製造されるものであるが、高純度ポリシリコン棒を原料とした場合では酸素濃度が５．６×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３より小さくなり、ＣＺシリコン結晶を原料として使用した場合では１．４〜１．９×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３と低いレベルである。一方、ＣＺシリコン単結晶の場合は、その酸素濃度は１．６×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上と高いレベルであり、その間の酸素濃度を持つ半導体単結晶はなかった。
【００１２】
また、ＦＺシリコン単結晶の酸素濃度を高めることについては、ＣＺシリコン単結晶と同等の酸素濃度まで高める目的で製造されることはあっても、所定の範囲に酸素濃度を収めるという目的で製造されることはなかった。
そこで、所望の酸素濃度であるＦＺ結晶を製造しようとした時に、先行文献の方法はいずれも、酸素濃度の低い原料棒に対してＦＺ中に何らかの形で外部から酸素を追加するという手法を用いており、ＦＺシリコン単結晶の酸素濃度はＣＺシリコン単結晶並みのかなりの高濃度となる。
さらに、上記の手法を用いる場合には、近年の大直径ＦＺ結晶製造（例えば２００ｍｍ）に関してはシリコン単結晶の製造自体が困難になる、酸素濃度以外の品質（例えば面内抵抗率分布）が悪化する、などの不具合が出る可能性が高く、結晶製造可能でより簡単かつ確実な方法での所望の酸素濃度を有するＦＺ単結晶製造方法が望まれる。
【００１３】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、結晶製造可能でより簡単かつ確実な方法で所望の不純物濃度を有する半導体単結晶を製造することができるＦＺ法による半導体単結晶の製造方法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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は、ＦＺ法による半導体単結晶の製造方法であって、
前記製造されるＦＺ法による半導体単結晶に求められる所望の不純物濃度よりも高い不純物濃度の不純物を有する原料棒を使用し、前記半導体単結晶の不純物濃度が前記所望の不純物濃度まで減少するようにＦＺ法による結晶成長条件を調整することを特徴とする半導体単結晶の製造方法を提供する。
【００１５】
このように、所望の不純物濃度よりも高い不純物濃度の不純物を有する原料棒を使用し、前記半導体単結晶の不純物濃度が前記所望の不純物濃度まで減少するようにＦＺ法による結晶成長条件を調整することで、結晶製造可能でより簡単かつ確実な方法で所望の不純物濃度の不純物を有する半導体単結晶を製造することができる。
【００１６】
このとき、（前記所望の不純物濃度）／（前記原料棒の不純物濃度）で表される不純物導入率を算出し、予め求められている不純物導入率と、（メルト滞留時間）×（メルト表面積）／（炉内圧力）で表される数値Ｋとの関係に基づいて、前記算出された不純物導入率から数値Ｋを導き出し、前記導き出された数値Ｋとなる結晶成長条件を決定し、前記決定された結晶成長条件で結晶成長を行うことが好ましい。
このようにして結晶成長条件を決定することで、より確実に所望の不純物濃度の不純物を有する半導体単結晶を製造することができる。
【００１７】
このとき、前記結晶成長条件を結晶成長速度とすることが好ましい。
このように結晶成長条件が結晶成長速度であれば、他の品質を低下させることなく、容易かつ確実に所望の不純物濃度の不純物を有する半導体単結晶を製造することができる。
【００１８】
このとき、前記半導体単結晶をシリコン単結晶とし、前記不純物を酸素とすることができる。
このように半導体単結晶としてシリコン単結晶を好適に用いることができ、また、不純物として酸素を好適に用いることができる。
【００１９】
このとき、前記半導体単結晶の直径を２００ｍｍ以上とすることが好ましい。
半導体単結晶の直径を２００ｍｍ以上である場合に、本発明を好適に用いることができる。
【００２０】
このとき、所望の酸素濃度の５０倍以上の酸素濃度を有するＣＺシリコン結晶を、前記原料棒として用いることが好ましい。
原料棒として、このようなＣＺシリコン結晶を好適に用いることができる。
【００２１】
このとき、所望の酸素濃度を、２．１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、８．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲とすることができる。
所望の酸素濃度が上記の範囲内である場合にパワーデバイスに有益であり、このような場合に本発明を好適に用いることができる。
【００２２】
また、本発明は、上記の半導体単結晶の製造方法で製造されたシリコン単結晶であって、酸素濃度が２．１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、８．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲であることを特徴とするシリコン単結晶を提供する。
【００２３】
本発明の半導体単結晶の製造方法を用いて製造され、酸素濃度が上記の範囲内であるシリコン単結晶であれば、従来製造されてきたＦＺシリコン単結晶及びＣＺシリコン単結晶ではなし得ない酸素濃度範囲のシリコン単結晶とすることができ、Ｈｅ照射や電子線照射を行って格子欠陥を導入しキャリアライフタイムを制御する技術を使用したデバイスの製造に用いられる半導体ウェーハに好適な単結晶とすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明の半導体単結晶の製造方法によれば、結晶製造可能でより簡単かつ確実な方法で所望の不純物濃度の不純物を有する半導体単結晶を製造することができる。
また、本発明のシリコン単結晶であれば、従来製造されてきたＦＺシリコン単結晶及びＣＺシリコン単結晶ではなし得ない酸素濃度範囲のシリコン単結晶とすることができ、Ｈｅ照射や電子線照射を行って格子欠陥を導入しキャリアライフタイムを制御する技術を使用したデバイスの製造に用いられる半導体ウェーハの原料とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の半導体単結晶の製造方法を示す製造フローである。
【図２】本発明の半導体単結晶の製造に用いられる半導体単結晶の製造装置を示す図である。
【図３】不純物導入率（ＦＺ結晶中酸素濃度／原料中酸素濃度）と数値Ｋとの関係を示すグラフである。
【図４】ＦＺ法による半導体結晶の製造方法における各製造工程の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
前述のように、従来、ＦＺシリコン単結晶に求められる品質としては高純度化、すなわちできるだけ不純物濃度は低くすることが望ましく、またそれがＦＺシリコン単結晶の特徴の一つでもあった。
しかしながら、ＦＺシリコンウェーハから製造されるデバイスの製造方法によっては、ある程度不純物が含有していた方が好ましい場合があり、所望の酸素濃度であるＦＺ結晶を製造しようとした時に、先行文献の方法はいずれも、酸素濃度の低い原料棒に対してＦＺ中に何らかの形で外部から酸素を追加するという手法を用いており、ＦＺシリコン単結晶の酸素濃度はＣＺシリコン単結晶並みのかなりの高濃度となる。
さらに、上記の手法を用いる場合には、大直径ＦＺ結晶製造に関してはシリコン単結晶を得ること自体が困難になる、酸素濃度以外の品質が悪化する、などの不具合が出る可能性が高く、結晶製造可能でより簡単かつ確実な方法での所望の不純物濃度を有するＦＺ単結晶製造方法が望まれる。
【００２７】
そこで、本発明者らは、結晶製造可能でより簡単かつ確実な方法で所望の不純物濃度を有する半導体単結晶を製造することができるＦＺ法による半導体単結晶の製造方法について鋭意検討を重ねた。
その結果、所望の不純物濃度よりも高い不純物濃度の不純物を有する原料棒を使用し、前記半導体単結晶の不純物濃度が前記所望の不純物濃度まで減少するようにＦＺ法による結晶成長条件を調整することで、結晶製造可能でより簡単かつ確実な方法で所望の不純物濃度の不純物を有する半導体単結晶を製造することができることを見出し、本発明をなすに至った。
【００２８】
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。
【００２９】
まず、図２を参照しながら、本発明の半導体単結晶の製造に用いる半導体単結晶の製造装置について説明する。
半導体単結晶の製造装置１のチャンバー１１内には上軸１２及び下軸１３が設けられている。上軸１２には原料半導体棒（原料棒）１４として所定の直径の原料半導体棒が取り付けられるようになっていて、下軸１３には種結晶１５が取り付けられるようになっている。
さらに、原料半導体棒１４を溶融する高周波コイル１６を備え、溶融帯域１８を原料半導体棒１４に対して相対的に移動させながら晶出半導体棒１９を成長させることができる。また、結晶成長中に、ドープノズル２０からドーパントガスを供給できるようになっている。
【００３０】
次に図１−２を参照しながら、本発明の半導体結晶の製造方法について説明する。
まず、製造されるＦＺ法による半導体単結晶に求められる所望の不純物濃度より高い不純物濃度の不純物を有する原料棒１４を準備する（図１のステップＳ１１を参照）。
ここで、半導体単結晶１９をシリコン単結晶とし、不純物を酸素とすることができ、所望の酸素濃度の５０倍以上の酸素濃度を有するＣＺシリコン結晶を、原料棒１４として用いることが好ましい。
このようなＣＺシリコン結晶を原料棒として好適に用いることができる。
このとき、所望の酸素濃度を、２．１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、８．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲とすることができる。
所望の酸素濃度が上記の範囲内である場合に、本発明を好適に用いることができる。
もちろん不純物はこれに限らず、いわゆる抵抗制御用のドーパントとすることもできる。特に揮発性が高いＰ、Ａｓ、Ｓｂなどが好適である。
【００３１】
次に、半導体単結晶１９の不純物濃度が所定の不純物濃度まで減少するようにＦＺ法による結晶成長条件を調整する（図１のステップＳ１２を参照）。
具体的には、（所望の不純物濃度）／（原料棒１４の不純物濃度）で表される不純物導入率を算出し、予め求められている不純物導入率と、（メルト滞留時間）×（メルト表面積）／（炉内圧力）で表される数値Ｋとの関係に基づいて、前記算出された不純物導入率から数値Ｋを導き出し、前記導き出された数値Ｋとなる結晶成長条件を調整することができる。
【００３２】
ステップＳ１２において、調整する結晶成長条件を結晶成長速度とすることが好ましい。
このように調整する結晶成長条件が結晶成長速度であれば、Ｋ値を制御しやすく、他の品質を低下させることなく、容易かつ確実に所望の不純物濃度の不純物を有する半導体単結晶を製造することができる。
【００３３】
次に、上記の調整された結晶成長条件でＦＺ法による結晶成長を行う（図１のステップＳ１３を参照）。
具体的には、上記のＦＺ法による結晶成長は、図２のような半導体単結晶の製造装置１を用いて以下のようにして行うことができる。
まず、上軸１２には原料半導体棒１４として、例えば所定の直径で予め酸素濃度を測定して酸素濃度が既知になっているＣＺシリコン結晶棒を取り付け、また下軸１３に種結晶１５を取り付ける。次に、原料半導体棒１４を高周波コイル１６等で溶融した後、種結晶１５に融着させる（図４（ａ）参照）。次に、種結晶１５から成長させる晶出側半導体棒１９を絞り１７により無転位化し（図４（ｂ）参照）、両軸を回転させながら相対的に下降させ、溶融帯域１８を原料半導体棒１４に対して相対的に上へと移動させながらシリコン単結晶（晶出側半導体棒）１９を成長させる。
絞り１７を形成した後、種結晶１５から成長させる晶出側半導体棒１９を所望の直径まで拡径させながら成長させてコーン部１０を形成し（図４（ｃ）参照）、原料半導体棒１４と晶出側半導体棒１９との間に溶融帯域１８を形成して、晶出側半導体棒１９を所望の直径に制御しつつ成長させて直胴部９を形成する（図４（ｄ）参照）。その後、溶融帯域１８を原料半導体棒１４の上端まで移動させてシリコン単結晶１９の成長を終え、晶出側半導体棒１９の直径を縮径させて晶出側半導体棒１９を原料半導体棒１４から切り離して（図４（ｅ）参照）、半導体結晶１９を製造することができる。
【００３４】
この場合、ステップＳ１３において、半導体単結晶の直径を２００ｍｍ以上とすることが好ましい。
半導体単結晶の直径を２００ｍｍ以上である場合に、本発明を好適に用いることができる。
【００３５】
ここで、半導体単結晶１９をシリコン単結晶とし、不純物を酸素とした場合に、ＦＺシリコン単結晶１９に導入される酸素は、原料棒１４に含有されていたものがメルト（溶融帯）１８に供給され、メルト１８から蒸発する分を除いた量がＦＺシリコン単結晶１９に導入されるものと考えられる。
この時、メルト１８からの酸素蒸発量は、メルト滞留時間、メルト表面積と比例し、炉内圧力（チャンバー内圧力）と反比例関係にある。よって、ＦＺシリコン単結晶１９の酸素濃度を原料棒１４の酸素濃度で割ることで得られる酸素導入率は、（メルト滞留時間）×（メルト表面積）／（炉内圧力）で表わされる数値Ｋでコントロールできる。
【００３６】
図３は不純物導入率（ＦＺ結晶中の酸素濃度／原料中の酸素濃度）とＦＺシリコン単結晶製造における上記の数値Ｋとの関係を示すものである。
なお、メルト滞留時間は、直胴時の溶融メルト量と単位時間内の原料溶融量（結晶成長量）とから算出することができる。
【００３７】
図３からわかるように、原料半導体棒１４からのＦＺシリコン単結晶１９への酸素導入率は低く、原料として用いるＣＺシリコン結晶棒には、ＦＺシリコン単結晶１９の所望とする酸素濃度よりかなり高濃度の酸素濃度が必要とされるため、ステップＳ１１において以下のような手法を用いて好ましい酸素濃度の原料棒１４を準備することができる。
予め暫定的なＦＺシリコン単結晶製造条件からＫの値を求めておき、このＫの値とＦＺシリコン単結晶１９の所望とする酸素濃度から、図３に示された関係に基づいて原料棒１４に必要な酸素濃度を計算し、この条件に比較的近い酸素濃度の原料棒１４を準備する。
このような手順で準備した原料棒１４を用いることで、所望の酸素濃度を持つＦＺシリコン単結晶１９を得ることが容易となる。
【００３８】
準備された原料棒１４の酸素濃度とＦＺシリコン単結晶１９の所望とする酸素濃度から酸素導入率を算出し、算出された酸素導入率から図３の関係に基づいてＫの値を導き出し、導き出されたＫの値となるようにＦＺシリコン単結晶製造条件を変更することで、所望とする酸素濃度を持つＦＺシリコン単結晶を得ることができる。
【００３９】
なお、メルト表面積及び溶融メルト量は、ＦＺシリコン単結晶の直径によりほぼ決まるため、実質的には原料溶融量（結晶成長量）と炉内圧力で、ＦＺシリコン単結晶１９への酸素導入率をコントロールすることになる。
【００４０】
昨今ＦＺシリコン単結晶は大直径化が進み、２００ｍｍが中心となりつつあるが、ＦＺシリコン単結晶の直径が大きくなれば、それに伴いＫの値は大きくなる。
このような大直径のシリコン単結晶を得ようとする際に、使用する原料棒１４の酸素濃度から、製造条件の調整によりＫの値を調整して所望とする単結晶酸素濃度にしようとする場合、Ｋの値を小さくする必要がある。
【００４１】
結晶成長量は結晶成長速度で調整することができ、この調整（すなわち、結晶成長速度を大きくすること）によりメルト滞留時間を短くしてＫの値を小さくすることは可能である。しかしながら、結晶成長速度を大きくすると、生産性は増加するが、品質面では抵抗率のバラツキが大きくなる傾向にあるため、特に結晶品質を考慮すると、やはり大直径化によりＫの値はある程度大きくなる方向である。
【００４２】
また、炉内圧力を大きくすればＫの値を小さくすることができ、理論上は炉内圧力を大きくすればするほどＫの値を小さくする効果が大きくなることになる。しかしながら、炉内圧力を大きくするために製造装置の改造などが必要となり、また法規上の問題もあり、際限なく炉内圧力を大きくすることは極めて困難である。
【００４３】
以上の様なことを鑑みると、実操業レベルでは、直径２００ｍｍのＦＺシリコン単結晶製造かつ抵抗率品質を兼ね備えたＫの値は２０以上となることが望ましい。この時の酸素導入率は２％以下であるため、ＦＺシリコン単結晶に所望とする酸素濃度の５０倍以上、好ましくは１００倍以上の酸素濃度を持つＣＺシリコン結晶棒を原料半導体棒として用いることができる。
原料棒１４の酸素濃度が高いほど、製造条件のマージンが拡がり、より生産性・結晶品質の制限がなくなる。
【００４４】
上記で説明した本発明の半導体単結晶の製造方法によれば、結晶製造可能でより簡単かつ確実な方法で所望の不純物濃度の不純物を有する半導体単結晶を製造することができる。
【００４５】
次に、本発明のシリコン単結晶について説明する。
本発明のシリコン単結晶は、上記の半導体単結晶の製造方法で製造されたシリコン単結晶であって、酸素濃度が２．１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、８．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲にあるものである。
本発明の半導体単結晶の製造方法を用いて製造され、酸素濃度が上記の範囲内であるシリコン単結晶であれば、従来製造されてきたＦＺシリコン単結晶及びＣＺシリコン単結晶ではなし得ない上記の酸素濃度範囲のシリコン単結晶とすることができ、Ｈｅ照射や電子線照射を行って格子欠陥を導入しキャリアライフタイムを制御する技術を使用したデバイスの製造に用いられる半導体ウェーハに好適な単結晶とすることができる。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより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。
【００４７】
（比較例１）
結晶直径２００ｍｍ、酸素濃度３．２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のＦＺシリコン単結晶を得るため、酸素濃度９．６×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のＣＺシリコン結晶を原料棒として、本発明を用いない方法でＦＺシリコン単結晶製造を行った。この時の、メルト滞留時間、メルト表面積、炉内圧力から算出したＫの値は２３．８であった（この場合、ＦＺシリコン単結晶／原料棒の酸素導入率は２％と計算された）。
この結果、製造された結晶の酸素濃度は１．８×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となり、所望の値まで上がらなかった。
【００４８】
（比較例２）
比較例１で得ようとしたものと同様のＦＺシリコン単結晶を得るため、原料棒のＣＺシリコン結晶の酸素濃度、ＦＺ単結晶製造条件は比較例１と同様のものを使用するとともに、得られるシリコン結晶の酸素濃度をさらに上げるため、直胴プロセス移行後（図４（ｄ）参照）にメルト（溶融帯）への高純度石英棒挿入を試みたが、メルト滴下、有転位化により結晶を得ることはできなかった。
【００４９】
（実施例）
比較例１で得ようとしたものと同様のＦＺシリコン単結晶を得るため、本発明の半導体単結晶の製造方法を用いて、ＦＺシリコン単結晶を製造した。
原料棒として、比較例１と同じ酸素濃度のＣＺシリコン結晶を用いた。この酸素濃度では酸素導入率が３．３％となる製造条件を適用することが必要となり、これに要求されるＫの値は１５以下となる（図３参照）。このため、結晶成長速度を調整してメルト滞留時間を短くして、Ｋの値が１４．９となる製造条件でＦＺ単結晶製造を行った。
この結果、製造されたシリコン単結晶の酸素濃度は３．２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となり、所望とする酸素濃度のシリコン単結晶が得られた。
【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。
例えば、上記では、ガスドーピングにより抵抗率を調整する半導体単結晶製造について説明してきたが、中性子照射により所望の抵抗率を得る半導体単結晶製造に用いてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１…半導体単結晶の製造装置、  ９…直胴部、  １０…コーン部、
１１…チャンバー、  １２…上軸、  １３…下軸、  １４…半導体原料棒（原料棒）、
１５…種結晶、  １６…高周波コイル、  １７…絞り、  １８…溶融帯、
１９…晶出側半導体棒（半導体単結晶棒、シリコン単結晶）、  ２０…ドープノズル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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