(57)【要約】【課題】  ＭＣＺ法で引き上げ育成したシリコン単結晶へのリン不純物ドープのためのＮＴＤに要する時間を短縮しその低コスト化を容易にする。【解決手段】  シリコン単結晶インゴットの引き上げ育成において、ステップＳ１で石英ルツボに多結晶シリコンとＮ型不純物を供給し、これ等をステップＳ２で融解し適度なＮ型不純物の添加量を有するシリコン融液を形成する。そして、ステップＳ３でＭＣＺ法によるインゴット引上げを行い、ステップＳ４において上記インゴットの加工を行い中性子線照射に適するシリコン単結晶の形状にする。そして、ステップＳ５で目標の抵抗率となるようにシリコン単結晶に中性子線照射を施し、ステップＳ６においてシリコン単結晶の熱処理を行い照射欠陥を除去する。その後は、公知のスライス・ラップ加工等でウェーハに加工する。【選択図】  図１
2008308383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ルツボ内のシリコン融液にＮ型不純物を添加し、ＭＣＺ法（磁界下チョクラルスキー法）によりシリコン単結晶を引き上げ育成する工程と、
前記引き上げ育成した後のシリコン単結晶に中性子線照射を行い所定濃度のリン不純物を注入する工程と、
を有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】
前記Ｎ型不純物の添加量は、５×１０１２原子／ｃｍ３以上であり５×１０１３原子／ｃｍ３未満となる範囲に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】
前記石英ルツボは天然石英ガラス材料を含んで形成され、前記石英ルツボ中のアルミニウム濃度が５〜５０ｐｐｍの範囲にあり、前記石英ルツボ中の硼素濃度が０．０５ｐｐｍを超えないことを特徴とする請求項２に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子線照射の不純物ドーピング法を用いたシリコン単結晶の製造においてその低コスト化を容易にするシリコン単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えばパワーＭＯＳトランジスタのような高耐圧素子を有する半導体デバイスの基板用ウェーハとして、半導体素子の高耐圧値を保証するためにＦＺ法（Floating
Zone method）で育成したシリコン単結晶から加工形成されたシリコンウェーハが使用されている。このＦＺ法は高純度のシリコン単結晶の育成に好適であり、シリコン単結晶中の（格子間）酸素濃度を例えば１０１６原子／ｃｍ３レベルに容易に低減させることができる。そして、上記半導体デバイス製造の熱処理工程において、ウェーハ中の酸素析出に起因した結晶欠陥の発生あるいは酸素ドナー化によるウェーハの抵抗率の変動を簡便に抑制制御でき、上記半導体素子の安定した高耐圧化が容易になる。
【０００３】
一方、高耐圧素子が製造される基板用ウェーハは一般に高抵抗率のシリコンウェーハであり、例えばＮ導電型のシリコンウェーハでは、その不純物濃度が１０１４原子／ｃｍ３程度の低濃度になる。ここで、ＦＺ法のシリコン単結晶育成時の不純物ドープによると、ウェーハに加工したときの面内抵抗のばらつきが例えば±１０〜１５％程度となり、ウェーハ面内の不純物分布を均一に制御することが難しい。この不純物分布の不均一性は高耐圧素子の耐圧ばらつき不良を生じさせる。そこで、ＦＺ法で育成したシリコン単結晶のリン不純物ドープのために、いわゆる中性子線照射によるドーピング（Neutron Transmutation Doping：ＮＴＤ）方法が併用される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、上述したようなＦＺ法を用いたシリコン単結晶製造の場合、その製造コストが後述するＭＣＺ法（Magnetic field applied CZochralski method：磁界下チョクラルスキー法）あるいはＣＺ法（CZochralski
method）の場合に較べて高くなる。そして、そのシリコン単結晶から作製されるシリコンウェーハも高コストになる。また、このシリコンウェーハの直径は現在の量産製造において５インチ程度であり、ＭＣＺ法およびＣＺ法に較べてその大口径化が難しい。これ等のために、このシリコンウェーハを用いた上記半導体デバイスの製造コストの低減が難しいという問題があった。
【０００５】
更に、上記シリコンウェーハは、格子間酸素の量が極めて低くなることからその機械的強度が低下し、半導体デバイス製造の熱処理工程においてウェーハ割れ、スリップ等が発生し易いという問題を有していた。
【０００６】
そこで、近年では、ＭＣＺ法により引き上げ育成したシリコン単結晶から作製したシリコンウェーハが用いられるようになってきている。更に、高耐圧デバイス以外の半導体デバイス全般において広く用いられているＣＺ法で育成したシリコン単結晶から上記基板用ウェーハを製造する方法が提示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
ＭＣＺ法によるシリコン単結晶の育成においては、その酸素濃度を容易に１０１７原子／ｃｍ３レベルに低減させることができる。そして、この方法により引き上げ育成される棒状のシリコン単結晶インゴットは、例えば３００ｍｍφのような大口径化が容易になることから、ＦＺ法の場合に説明したシリコンウェーハの大口径化に係る問題は解決される。しかし、このＭＣＺ法の場合であっても、ノンドープの状態でシリコン単結晶を引き上げ育成し、その後にＮＴＤにより上記シリコン単結晶にリン不純物をドープする手法がとられる。
【０００８】
ＮＴＤでは、シリコン単結晶に中性子線を照射することにより、シリコン単結晶中に３％程度含まれる同位体３０Ｓｉが熱中性子を捕獲吸収してγ線を放出し、不安定な同位体３１Ｓｉに移行する。そして、この同位体３１Ｓｉが、２．６時間程度の半減期でβ線を放出して安定な同位体３１Ｐに核変換する。この核変換で形成された３１Ｐがリン不純物として働くことになる。このようなＮＴＤは不純物ドープの均一性を高くするため、高耐圧素子の耐圧ばらつきを抑える。しかしながら、現状では、ＮＴＤ作業場所が限定設備である原子炉周辺であり、その処理能力が充分でなく、しかも１回の中性子線の照射時間は３〜５日程度と長い。これ等のことから、ＮＴＤコストが高くなり、ＭＣＺ法による高耐圧素子を有する半導体デバイス用のシリコン単結晶の製造において、その低コスト化が容易でないという問題があった。
【０００９】
また、上記ＣＺ法によるシリコン単結晶の育成において、通常では酸素濃度は１〜２×１０１８原子／ｃｍ３程度であるが、特許文献２では１０１７原子／ｃｍ３レベルの後半まで低減できるとしている。しかし、この場合でも、ノンドープの状態でシリコン単結晶を引き上げ育成した後にＮＴＤによりリン不純物をドープする手法がとられることから、ＭＣＺ法の場合と同様にその製造コストの低減が容易でないという問題がある。
【特許文献１】特開２００５−１２０９０号公報
【特許文献２】特開２００６−３４４８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、高耐圧素子を有する半導体デバイス用のシリコン単結晶の製造において、その良品収率を低下させることなくその製造コストの低減を容易にすることを主目的にするものである。そこで、ＭＣＺ法で引き上げ育成したシリコン単結晶へのリン不純物ドープのためのＮＴＤに要する時間を短縮し、その低コスト化を容易にすることを目的とする。ここで、上記シリコン単結晶インゴットの長さ方向における抵抗率のバラツキを小さく保ち、シリコンウェーハの良品収率を低下させないようにする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明にかかるシリコン単結晶の製造方法は、石英ルツボ内のシリコン融液にＮ型不純物を添加し、ＭＣＺ法（磁界下チョクラルスキー法）によりシリコン単結晶を引き上げ育成する工程と、前記引き上げ育成した後のシリコン単結晶に中性子線照射を行い所定濃度のリン不純物を注入する工程と、を有するという構成になっている。
【００１２】
上記発明により、中性子線照射におけるリン不純物注入の所要時間が短縮してリン不純物注入に要するコストが低減する。そして、高耐圧素子を有する半導体デバイス用のシリコン単結晶の製造コスト低減が可能になる。また、このシリコン単結晶シリコンから作製されるシリコンウェーハが容易に大口径化され、上記高耐圧デバイスの製造コスト低減が容易になる。
【００１３】
上記発明の好適な態様では、前記Ｎ型不純物の添加量は、５×１０１２原子／ｃｍ３以上であり５×１０１３原子／ｃｍ３未満となる範囲にする。あるいは、前記石英ルツボは、天然石英ガラス材料を含んで形成され、前記石英ルツボ中のアルミニウム濃度が５〜５０ｐｐｍの範囲にあり、前記石英ルツボ中の硼素濃度が０．０５ｐｐｍを超えない。
【００１４】
このようにすることにより、シリコン単結晶引き上げ用の石英ルツボを安価にすることが可能になり、中性子線照射によるリン不純物注入に要するコスト低減と併せて、高耐圧素子を有する半導体デバイス用のシリコン単結晶の製造コストが大きく低減する。また、シリコン単結晶の長さ方向における抵抗率のバラツキが小さく保たれてシリコンウェーハの良品収率が低下しないようになる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の構成により、ＭＣＺ法で引き上げ育成したシリコン単結晶へのリン不純物ドープのためのＮＴＤに要する時間が短縮し、その低コスト化が容易になる。また、上記シリコン単結晶インゴットの長さ方向における抵抗率のバラツキは小さく保たれ、シリコンウェーハのインゴットでの良品収率の低下が防止される。そして、高耐圧素子を有する半導体デバイスの製造に使用されるシリコンウェーハの低コスト化、および上記半導体デバイスの製造コストの低減が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本実施形態にかかるシリコン単結晶の製造方法を示す工程フロー図である。そして、図２はＭＣＺ法における単結晶引き上げ装置内の状態を概略的に示した模式的な縦断面図である。
【００１７】
本発明のシリコン単結晶の製造方法を説明する前に、ＭＣＺ法によるシリコン単結晶引き上げ装置について概略説明する。図２に示すように、ＭＣＺ法シリコン単結晶引き上げ装置には、円筒形状のメインチャンバ１１内にシリコン融液１２を保持する石英ルツボ１３、その外側の黒鉛ルツボ１４が配置され、黒鉛ルツボ１４を周囲から加熱するヒータ１５が設置されている。そして、石英ルツボ１３の回転および昇降を行うためのルツボ昇降軸１６が備えられ、メインチャンバ１１外に対向型超電導コイル磁石１７，１７が取り付けられている。ここで、対向型超電導コイル磁石１７，１７により生じる水平方向磁束の中心線はシリコン融液１２の融液面下の所定領域に位置するようになっている。
【００１８】
そして、引き上げワイヤ１８が、シリコン単結晶インゴット１９のネック上部の種結晶を保持するシードチャック２０と連結しており、プルチャンバ２１からメインチャンバ１１内に垂下してシリコン単結晶インゴット１９を所定の速度で引き上げるようになっている。なお、この引き上げ装置においては、本実施形態を説明する上で必要な構成部分以外については記載を一部省略しており、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。例えば、シリコン単結晶インゴット１９にボロン、ヒ素、リンなどの有効不純物を添加する機構、部材等が備えられるが、説明図を簡明にするために省略される。
【００１９】
本実施形態にかかるシリコン単結晶の製造では、図１に示されるステップＳ１において、石英ルツボ１３内にシリコン融液１２の原料シリコンとして多結晶シリコンを供給しリン等の微量のＮ型不純物を添加し充填する。ここで、添加するＮ型不純物としてはヒ素あるいはアンチモンであっても構わない。
【００２０】
そして、原料シリコン等を石英ルツボ１３内に充填した後、ステップＳ２において、メインチャンバ１１内に希ガスを流入させ希ガス雰囲気で原料シリコン等の融液化を行い、シリコン融液１２を石英ルツボ１３内に形成する。次いで、ステップＳ３において、ＭＣＺ法によるシリコン単結晶インゴット１９の引き上げ育成を行う。
【００２１】
このインゴット引き上げでは、対向型超電導コイル磁石１７によりシリコン融液１２に対し水平方向磁束を付与し、シードチャック２０に取り付けた種結晶をシリコン融液１２に着液する。そして、引き上げワイヤ１８を一方向に回転させながら所定の速度で引き上げ、同時にルツボ昇降軸１６により石英ルツボ１３を同方向又は逆方向に回転させて、所要の直胴部の直径および長さのシリコン単結晶インゴット１９を育成させる。ここで、ルツボ昇降軸１６は上方駆動されシリコン融液１２の融液面が一定の高さに維持される。このようにして、シリコン単結晶インゴット１９は、いわゆるネック部、ショルダー部、ボディ部およびテイル部の順に育成される。
【００２２】
ここで、原料シリコンを構成する多結晶シリコンとしては、例えばトリクロルシランのようなシラン系ガスを原料にした化学気相成長（ＣＶＤ）法でフィラメントに沿ってロッド状に堆積させたものを用いる。この多結晶シリコンは高純度（例えばイレブン９以上）シリコンである。しかし、この多結晶シリコンには極微量のリンが含まれる。
【００２３】
また、シリコン融液１２を保持する石英ルツボ１３は、１４００〜１５００℃という高温で長時間に亘り使用されることから、５ｐｐｍ〜５０ｐｐｍ濃度のアルミニウムを含有させることより高温粘性を高め、その熱変形が抑制されるようになっている。上記範囲のアルミニウム含有量は、合成石英ガラス材料あるいは天然石英ガラス材料の溶融成形により形成される石英ルツボ１３に好適である。そして、石英ルツボ１３を上記天然石英ガラス材料の精製とその材料粉の溶融成形により形成する場合には、その石英ルツボ１３には５０ｐｐｂ以下の硼素が含まれるようになる。
【００２４】
そこで、上述したＭＣＺ法によるシリコン単結晶インゴット１９の引き上げ育成において、上記アルミニウムのシリコン単結晶インゴット１９への固溶によるシリコン単結晶のＰ型化を補償するように、シリコン融液１２にＮ型不純物を添加すると好適である。ここで、実施例において後述されるが、Ｎ型不純物の添加量は、５×１０１２原子／ｃｍ３以上であり５×１０１３原子／ｃｍ３未満となる範囲にするのが好ましい。また、原料シリコンである多結晶シリコン中のリン不純物は、石英ルツボ１３からシリコン融液１２に溶出する上述した石英ルツボ１３中の硼素を相殺し補償することから、この硼素起因のシリコン単結晶のＰ型化を補償する。
【００２５】
なお、上述したＭＣＺ法によるシリコン単結晶インゴット１９の引き上げ育成では、水平方向磁束の付加により、石英ルツボ１３からシリコン融液１２に溶出した酸素がシリコン融液１２とシリコン単結晶インゴット１９の固液界面に流入するのが抑制され、シリコン単結晶インゴット１９に固溶する酸素濃度は容易に１０１７原子／ｃｍ３程度になる。
【００２６】
次に、図２のステップＳ４において、シリコン単結晶インゴット１９にインゴットの加工を施す。この工程では、例えば６インチφで２ｍ長尺のインゴット１９のネック部、ショルダー部、およびテイル部の削除とボディ部の取り出しを行う。そして、インゴットの直胴部であるボディ部を中性子線照射に適する規定の長さに切断し、円柱研削と共に表面不純物除去のための洗浄およびエッチング処理を施す。
【００２７】
そして、ステップＳ５において、上記加工されたシリコン単結晶に中性子線照射を施す。この照射は軽水炉や重水炉などの原子炉において行う。この中性子線照射によるＮＴＤでは、シリコン単結晶に均一に中性子線が照射するように、照射中にシリコン単結晶を回転させ上下反転させる。この照射時間はシリコン単結晶が目標の抵抗率になるように決められる。なお、目標の抵抗率は高耐圧素子の所要耐圧値により異なり、その抵抗率によって照射時間は３〜５日程度範囲になる。そして、照射した後は、シリコン単結晶は、照射中に生じた３２Ｐなどの核種の放射能が規定値に減衰するまでクーリングする。
【００２８】
本実施形態では、シリコン単結晶インゴット１９の引き上げ育成において、シリコン融液１２中に上述したような適度なＮ型不純物の添加を施すために、上記ＮＴＤにおける照射時間が１０〜２０％程度短縮するようになる。この具体例は実施例のところで後述される。
【００２９】
次に、ステップＳ６において、中性子線照射によりシリコン単結晶中に生じた点欠陥や格子変位等の照射欠陥を除去するために、シリコン単結晶の熱処理を施す。そして、このように製造されたシリコン単結晶は、公知のスライス・ラップ等によりウェーハに加工される。
【００３０】
本実施形態では、上述したようにシリコン単結晶の引き上げ育成において、石英ルツボ１３内のシリコン融液１２にＮ型不純物を適度に添加し、ＭＣＺ法によりシリコン単結晶インゴット１９を引き上げる。そして、上記引き上げ育成した後のシリコン単結晶に中性子線照射を行い所定濃度のリン不純物を注入する。ここで、Ｎ型不純物の添加量は、石英ルツボ１３含有のアルミニウムによるシリコン単結晶インゴット１９のＰ型化を補償するように適度に決められる。このようなＮ型不純物の添加により、ＮＴＤの所要時間が短縮してその生産性が向上するようになる。そして、高耐圧素子を有する半導体デバイス用であって所要の高抵抗率を有するシリコン単結晶の製造コストの低減が極めて容易になる。
【００３１】
また、本実施形態では、シリコン単結晶インゴット引き上げ用の石英ルツボとして、含有アルミニウム量が高くなるが安価である天然石英ガラス材料から溶融成形したものを使用することが可能になる。そして、このことからも、高耐圧素子を有する半導体デバイス用の高抵抗率を有するシリコン単結晶の製造コストの低減が容易になる。
【００３２】
更に、本実施形態におけるＭＣＺ法によるシリコン単結晶の大口径化は容易であり、このシリコン単結晶シリコンから作製されるシリコンウェーハが容易に大口径化される。このために、上述した高耐圧デバイスの製造コストの低減が極めて容易になる。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。この実施例とその比較例において、インゴット引き上げでは、図２に示したようなＭＣＺ法シリコン単結晶引き上げ装置を用い、石英ルツボ１３中のシリコン融液１２へのリン不純物の添加量を変えてシリコン単結晶インゴット１９の引き上げを行った。上記石英ルツボ１３としては、天然石英ガラス材料の精製とその材料粉の溶融成形により形成された口径が１６インチφのものを使用した。そして、１本のシリコン単結晶インゴットの引き上げ育成毎に新たなものに取り換えた。ここで、石英ルツボ１３には、５ｐｐｍ〜５０ｐｐｍ濃度のアルミニウムが含有され、５０ｐｐｂ以下の硼素が含まれる。また、ＮＴＤの中性子線照射は、同一の原子炉の設備で行い、シリコン単結晶の抵抗率５０Ω・ｃｍを目標に照射時間を調節した。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものでないことに言及しておく。
【００３４】
（実施例１）
上記石英ルツボ１３に多結晶シリコンとリン不純物を充填し、これらを溶融してリン不純物量が８×１０１２原子／ｃｍ３のシリコン融液１２を形成してシリコン単結晶インゴットの引き上げを行った。この引き上げでは、直径が５インチφとなるインゴットを通常のネック部、ショルダー部、ボディ部およびテイル部の順に育成し、その長さが２ｍ強のシリコン単結晶インゴットを得た。このインゴット育成の同一条件で３本のシリコン単結晶インゴットを作製した。
【００３５】
そして、２本のシリコン単結晶インゴットには、図１のステップＳ４のインゴットの加工を施し、上述したＮＴＤにおいて中性子線照射の時間を計測した。そして、各シリコン単結晶インゴットからウェーハを作製し、ウェーハ面の電気抵抗率を四探針法により測定して、各シリコン単結晶インゴットのショルダー部側からテイル側にわたる結晶成長軸方向（シリコン単結晶インゴットの長さ方向）における抵抗率分布を求めた。ここでは、インゴットの長さ方向に等間隔に１００枚のウェーハを取り出し、各ウェーハ面内分布を測定して各ウェーハの平均抵抗率を算出し、この平均抵抗率のインゴット長さ方向の分布を求めている。
【００３６】
また、残りの１本のシリコン単結晶インゴットにはＮＴＤを施さないで、そのシリコン単結晶の抵抗率および長さ方向の分布を上述したのと同様にウェーハ状態にして測定した。
【００３７】
（実施例２）
この実施例では、シリコン単結晶インゴットの引き上げ育成において、リン不純物量が２×１０１３原子／ｃｍ３のシリコン融液１２を用いた。それ以外は、実施例１と全く同様にして、３本のシリコン単結晶インゴットを引き上げた。また、そのＮＴＤでは、シリコン単結晶の抵抗率５０Ω・ｃｍを目標に照射時間を測定した。そして、実施例１で説明したようにウェーハ状態にしてシリコン単結晶の抵抗率およびその分布を測定した。
【００３８】
（比較例１）
この比較例は、従来技術のＮＴＤを用いたシリコン単結晶の製造方法に相当している。ここでは、シリコン単結晶インゴットの引き上げ育成において、リン不純物量を添加しないシリコン融液１２を用いる以外は、実施例１と全く同様にして、シリコン単結晶インゴットの引き上げ、そのＮＴＤおよび上記測定等を行った。
【００３９】
(比較例２)
比較例２では、シリコン単結晶インゴットの引き上げ育成において、リン不純物量が５×１０１３原子／ｃｍ３のシリコン融液１２を用いた。それ以外は、実施例１と全く同様にして、シリコン単結晶インゴットの引き上げ、そのＮＴＤおよび測定等を行った。
【００４０】
（評価）
上記実施例および比較例で得られたＮＴＤ後のシリコン単結晶インゴットの長さ方向における抵抗率分布を図３に示す。図３は、横軸に抵抗率の値をとり、縦軸にその抵抗率を示すウェーハの頻度をとっている。ここで、頻度は、各実施例および比較例において、それぞれに２本のシリコン単結晶インゴットから得られたウェーハ２００枚中の割合で示される。
図３に示されるように、実施例１と比較例１では約５０Ω・ｃｍを中心としてほぼ同様な抵抗率の頻度分布になる。実施例２では約４８Ω・ｃｍを中心とした抵抗率の頻度分布であり、その分布における標準偏差は実施例１と比較例１の場合より少し増加する。これ等に対して、比較例２では約４４．５Ω・ｃｍを中心とした頻度分布であり、その標準偏差は急増する。
【００４１】
表１には、上述した実施例１，２および比較例１，２の結果についてまとめて示した。ここで、照射前抵抗率は、上述したようにＮＴＤを施さないシリコン単結晶インゴットから得たウェーハの抵抗率であり、インゴット長さ方向におけるその平均値で示している。そして、照射後抵抗率は、上述したＮＴＤを施した２本のシリコン単結晶インゴットから得たウェーハのインゴット長さ方向におけるその抵抗率の平均値である。また、ＮＴＤにおける照射時間は比較例１を基準に規格化して示している。
【００４２】
【表１】
2008308383.tif 000003
【００４３】
表１に示した結果から明らかなように、シリコン単結晶インゴットの引き上げ育成において、シリコン融液にリン不純物を添加することにより、ＮＴＤにおける照射時間は短縮する。一方で、リン不純物の添加量が増加すると、照射後抵抗率の標準偏差が増えて、シリコン単結晶のインゴット長さ方向におけるその抵抗率のバラツキが増大することが判る。
【００４４】
例えば、実施例２では、ＮＴＤにおける照射時間は、従来技術である比較例１の場合よりも１０％程度短縮する。そして、この場合の標準偏差は２．７Ω・ｃｍであり、従来技術の場合の約１．７Ω・ｃｍより少し増加するが、照射後抵抗率の５．６％である。このような抵抗率のバラツキは、この抵抗率に対応した高耐圧素子のウェーハとして問題のない範囲であり、シリコン単結晶インゴットにおけるウェーハの良品収率は従来技術の場合のそれと略同程度になる。これに対して、比較例２では、標準偏差は照射後抵抗率の２０％近くに急増することから、使用に耐えなくなる。なお、照射後抵抗率のウェーハ面内におけるバラツキは±５％以内になる。
【００４５】
また、上記実施例および比較例から、ＮＴＤにおけるシリコン単結晶の目標抵抗率と照射時間の関係は、（１）式あるいは（２）式で与えられることが判った。ここで、（１）式は表１の実施例１および比較例１の場合に示したようにシリコン単結晶の中性子線の照射前導電型がＰ型の場合であり、（２）式は実施例２および比較例２の場合に示したようにシリコン単結晶の中性子線の照射前導電型がＮ型の場合である。
【００４６】
【数１】
2008308383.tif 000004
【数２】
2008308383.tif 000005
ここで、ρ０はシリコン単結晶の照射前抵抗率（Ω・ｃｍ）、ρはシリコン単結晶の照射後抵抗率（Ω・ｃｍ）、Φは熱中性子線束（個／ｃｍ２・ｓｅｃ）、ｔは照射時間である。
【００４７】
そして、（１）式あるいは（２）式から、目標の抵抗率が大きくなるに従い照射時間が短くなり、しかもシリコン融液のＮ型不純物添加による照射時間短縮の効果が増大することが判る。ここで、Ｎ型不純物の添加は、ＭＣＺ法におけるノンドープによる引き上げで生じるシリコン単結晶のＰ型化を補償し、その中性化あるいはＮ型化が起こるように適度に調整する。そして、Ｎ型化する場合には、その照射前抵抗率が１０３Ω・ｃｍレベルになるようにする。なお、シリコン単結晶の照射前抵抗率はシリコン単結晶の照射後抵抗率の１０倍以上にするのが好ましい。
【００４８】
以上のことから、例えば天然石英ガラス材料から作製した石英ルツボを用いて引き上げ育成したシリコン単結晶のＮＴＤでは、シリコン融液へのリン不純物量は、５×１０１２原子／ｃｍ３以上であり５×１０１３原子／ｃｍ３未満となる範囲にすると極めて好適になることが確認された。
【００４９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。例えば、本実施形態は、ＣＺ法による高耐圧素子を有する半導体デバイス用のシリコン単結晶の製造方法にも同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態にかかるシリコン単結晶の製造方法を示す工程フロー図である。
【図２】本発明を説明するためのＭＣＺ法における単結晶引き上げ装置内の状態を概略的に示した模式的な縦断面図である。
【図３】本発明の実施例および比較例におけるＮＴＤ後のシリコン単結晶インゴット長方向の抵抗率分布である。
【符号の説明】
【００５１】
１１  メインチャンバ
１２  シリコン融液
１３  石英ルツボ
１４  黒鉛ルツボ
１５  ヒータ
１６  ルツボ昇降軸
１７  対向型超電導コイル磁石
１８  引き上げワイヤ
１９  シリコン単結晶インゴット
２０  シードチャック
２１  プルチャンバ
【図１】
2008308383.tif 000006
【図２】
2008308383.tif 000007
【図３】
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