(57)【要約】      （修正有）【課題】結晶欠陥が極めて少なく、高品質で高歩留まりなシリコン単結晶、シリコンウェーハ及びそれらの製造装置並びに製造方法を提供する。【解決手段】ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶３であって、シリコン単結晶３の内部にＣｕ析出物が存在しないシリコン単結晶３、及びシリコン単結晶３から製造されたシリコンウェーハであって、ウェーハの表面及び内部にＣｕ析出物が存在しないシリコンウェーハ、並びにＣＺ法によるシリコン単結晶３の製造装置３０であって、単結晶育成炉内温度が１０００℃以上の部分で使用する石英製部品５のＣｕ濃度が１ｐｐｂ以下であり、且つ単結晶育成炉内温度が１０００℃未満の部分で使用する石英製部品１５，２１のＣｕ濃度が１０ｐｐｂ以下であるシリコン単結晶３の製造装置３０、及び製造装置３０を用いてシリコン単結晶３を育成するシリコン単結晶３の製造方法である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造装置であって、単結晶育成炉内温度が１０００℃以上の部分で使用する石英製部品のＣｕ濃度が１ｐｐｂ以下であり、且つ単結晶育成炉内温度が１０００℃未満の部分で使用する石英製部品のＣｕ濃度が１０ｐｐｂ以下であることを特徴とするシリコン単結晶の製造装置。
【請求項２】
前記単結晶育成炉内に露出する装置及び部品が、Ｃｕを原材料に含まないものであることを特徴とする請求項１に記載されたシリコン単結晶の製造装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載されたシリコン単結晶の製造装置を用いて、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４】
シリコン単結晶を育成する際に、欠陥領域が結晶成長軸方向全域に亘ってＯＳＦリング外側のＮｖ領域を含むように、前記シリコン単結晶を育成することを特徴とする請求項３に記載されたシリコン単結晶の製造方法。
【請求項５】
シリコン単結晶を育成する際に、欠陥領域が結晶成長軸方向全域に亘ってＯＳＦリング外側のＮｖ領域となるように、前記シリコン単結晶を育成することを特徴とする請求項３に記載されたシリコン単結晶の製造方法。
【請求項６】
前記単結晶育成炉の炉内構成部品を清掃する際に、清浄度がクラス１０００以上の室内環境で清掃を行なうことを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載されたシリコン単結晶の製造方法。
【請求項７】
シリコン単結晶を育成した後に、清浄度がクラス１０００以上の室内環境で前記単結晶育成炉の炉内構成部品を清掃し、該清掃した炉内構成部品を用いて、次のシリコン単結晶を育成することを特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載されたシリコン単結晶の製造方法。
【請求項８】
前記炉内構成部品を清掃する際に、Ｃｕを原材料に含まない清掃用具及び治工具を用いることを特徴とする請求項６または請求項７に記載されたシリコン単結晶の製造方法。
【請求項９】
前記単結晶育成炉を、清浄度がクラス１０００以上の室内環境に設置することを特徴とする請求項３乃至請求項８のいずれか１項に記載されたシリコン単結晶の製造方法。
【請求項１０】
シリコン原料を溶融終了後、加熱ヒータを原料溶融時の８０％以上の電力で加熱し、且つ単結晶育成炉内に導入する不活性ガスの流量を単結晶育成時の流量以上とした状態で、３時間以上放置することを特徴とする請求項３乃至請求項９のいずれか１項に記載されたシリコン単結晶の製造方法。
【請求項１１】
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、シリコン原料を溶融終了後、加熱ヒータを原料溶融時の８０％以上の電力で加熱し、且つ単結晶育成炉内に導入する不活性ガスの流量を単結晶育成時の流量以上とした状態で、３時間以上放置した後に、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１２】
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、単結晶育成炉の炉内構成部品を清掃する際に、清浄度がクラス１０００以上の室内環境で清掃を行ない、該清掃した炉内構成部品を用いて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１３】
チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造装置であって、単結晶育成炉内に露出する装置及び部品が、Ｃｕを原材料に含まないものであることを特徴とするシリコン単結晶の製造装置。
【請求項１４】
チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造装置であって、単結晶育成炉に備えられた石英製覗き窓のＣｕ濃度が１０ｐｐｂ以下のものであることを特徴とするシリコン単結晶の製造装置。
【請求項１５】
請求項１及び請求項１３並びに請求項１４に記載された装置のうち、少なくても２つ以上を組み合わせたものを用いて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１６】
請求項１１及び請求項１２に記載された方法を組み合わせて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１７】
チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶から製造されたシリコンウェーハであって、前記ウェーハの表面の変形空洞欠陥の密度が０．０１個／ｃｍ２以下であることを特徴とするシリコンウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョクラルスキー法（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ  Ｍｅｔｈｏｄ、以下ＣＺ法と称す）により製造された結晶欠陥が少なく、高品質かつ高歩留まりなシリコン単結晶の製造装置及び製造方法並びにシリコンウェーハに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のシリコン単結晶の製造方法の１つとして、ルツボ内で原料を溶融し、種結晶を該融液面に接触させてシリコン単結晶を育成するＣＺ法が広く知られている。
【０００３】
ＣＺ法によりシリコン単結晶を育成する方法は、原料となる多結晶シリコンを、製造装置の単結晶育成炉内に備えられた外側が黒鉛製で内側が石英製のルツボに充填し、単結晶育成炉内をＡｒ等の不活性ガスで満たした後に、ルツボの外側周囲に配設された加熱ヒータにより１４００℃以上の高温に加熱して原料を溶融する。そして、この加熱溶融されたシリコン融液に上方から種結晶を降ろしシリコン融液面に先端を接触させ、種結晶とシリコン融液の温度が安定したら種結晶を静かに回転させながら上方に引上げ、肩部、直胴部を順次形成し、種結晶の下方にシリコン単結晶を形成するものである。
【０００４】
近年の半導体集積回路デバイスの集積度の向上に伴って、半導体デバイス作製用シリコンウェーハを作製するための、ＣＺ法により製造されたシリコン単結晶の高品質化に対する要求はますます厳しいものとなっている。これに伴い、原材料である多結晶シリコン、石英ルツボ、炉内を構成する黒鉛製部品に含まれる不純物の濃度に関する要求も厳しくなり、高純度化が図られてきている。そして、例えば、高純度黒鉛製部品を用いたシリコン単結晶の製造装置等が開示されている（例えば特許文献１〜４参照）。
【０００５】
ここで、シリコン単結晶の製造の際に単結晶に導入される不純物の一つに銅（Ｃｕ）がある。シリコン単結晶及びそこから作製したシリコンウェーハ中に存在するＣｕは、例えばＣｕシリサイド等のＣｕ析出物を形成している。このようなシリコンウェーハを半導体デバイス作製工程に投入すると、ウェーハのバルク中に存在するＣｕがｐ−ｎジャンクションリークを引き起こし、デバイス特性に悪影響を及ぼすことが知られている（例えば非特許文献１参照）。
【０００６】
一方、最近、特にシリコン単結晶の全域または一部がＮ領域と呼ばれる欠陥の極めて少ない欠陥領域となっているシリコン単結晶において、そこから作製したシリコンウェーハの表面にある頻度で高密度に結晶欠陥が観察されることがあり問題となっていた。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１６４９５号公報
【特許文献２】特開平８−３３７４９３号公報
【特許文献３】特開平１０−７４８８号公報
【特許文献４】特開２００２−６８８８６号公報
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，１４９（１）Ｇ２１−Ｇ３０（２００２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は結晶欠陥が極めて少なく、高品質で高歩留まりなシリコン単結晶、シリコンウェーハ及びそれらの製造装置並びに製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的達成のため、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であって、シリコン単結晶内部にＣｕ析出物が存在しないものであることを特徴とするシリコン単結晶を提供する。
【００１０】
このように、シリコン単結晶内部にＣｕ析出物が存在しないものであれば、従来熱酸化処理によりある頻度でシリコン単結晶に発生していたＣｕ析出物を起因とするＯＳＦ（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｔａｃｋｉｎｇ  Ｆａｕｌｔ：酸化誘起積層欠陥）が発生しないものとなり、製造歩留りが向上し、生産効率の高い低コストかつ高品質なシリコン単結晶とできる。
【００１１】
この場合、前記シリコン単結晶の欠陥領域が、結晶成長軸方向全域に亘って、ＯＳＦリング外側のＮｖ領域を含むことが好ましい。
このように、シリコン単結晶の欠陥領域が、結晶成長軸方向全域に亘って、ＯＳＦリング外側のＮｖ領域を含むものであれば、従来結晶欠陥の極めて少ないＮｖ領域に選択的に発生していたＣｕ析出物に起因する高密度なＯＳＦが、Ｎｖ領域で発生しないものとでき、熱酸化処理した際にＮｖ領域の部分で酸素析出量が多く、ゲッタリング能力が高いシリコン単結晶とできる。
【００１２】
また、前記シリコン単結晶の欠陥領域が、結晶成長軸方向全域に亘って、ＯＳＦリング外側のＮｖ領域であることが好ましい。
このように、シリコン単結晶の欠陥領域が、結晶成長軸方向全域に亘って、ＯＳＦリング外側のＮｖ領域であれば、結晶欠陥の極めて少ないＮ領域であり、しかも従来Ｎｖ領域に選択的に発生していたＣｕ析出物に起因する高密度なＯＳＦが、結晶成長軸方向全域で発生しないものとでき、熱酸化処理した際に全域にわたって酸素析出量が多く、ゲッタリング能力が高いシリコン単結晶とできる。
【００１３】
また、前記シリコン単結晶中のＣｕ濃度が、１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であることが好ましい。
このように、シリコン単結晶中のＣｕ濃度が１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であれば、Ｃｕ析出物が内部に確実に存在しないシリコン単結晶とすることができ、従ってＣｕ析出物に起因するＯＳＦも発生しないものとできるので、製造歩留りが向上し、生産効率の高い低コストかつ高品質なシリコン単結晶とできる。
【００１４】
また、前記シリコン単結晶は直径が２００ｍｍ以上であることが好ましい。
このように、シリコン単結晶の直径を２００ｍｍ以上とすることにより、従来シリコン単結晶製造装置の大型化に伴う熱容量の増大によって炉内構成部品から受けていたＣｕ汚染を防止することができるので、製造歩留まりが向上し、生産効率の高い低コストかつ高品質な大口径シリコン単結晶とできる。
【００１５】
また、本発明は、上記のシリコン単結晶から製造されたシリコンウェーハであって、前記ウェーハの表面及び内部にＣｕ析出物が存在しないものであることを特徴とするシリコンウェーハを提供する。
【００１６】
このように、前記のいずれかのシリコン単結晶から製造されたシリコンウェーハであって、ウェーハ表面及び内部のバルク中にＣｕ析出物が存在しないものであれば、該シリコンウェーハに熱酸化処理をしてもＣｕ析出物に起因するＯＳＦが発生しないものとできるので、ウェーハの製造歩留まりが向上し、生産効率の高い低コストかつ高品質なものとできる。また表面に形成する酸化膜の耐圧特性が高く、さらにデバイス作製工程においてＣｕ析出物を起因としたｐ−ｎジャンクションリークの発生が防止されたものとでき、デバイスの製造歩留まりも高いものとできる。
【００１７】
また、本発明は、上記のシリコン単結晶から製造されたシリコンウェーハであって、前記ウェーハの表面に変形空洞欠陥が存在しないものであることを特徴とするシリコンウェーハを提供する。
【００１８】
このように、前記のいずれかのシリコン単結晶から製造されたシリコンウェーハであって、ウェーハの表面に変形空洞欠陥が存在しないものであれば、パーティクルカウンター等によりウェーハ表面を観察したときに高密度なパーティクルと判定され、ウェーハの製造歩留まり低下の原因となる変形空洞欠陥が存在しないので、製造歩留りが向上し、生産効率の高い低コストかつ高品質なシリコンウェーハとできる。また酸化膜耐圧特性も高いものとでき、デバイスの製造歩留まりも高いものとできる。
なお、ここでいう変形空洞欠陥とは、シリコン単結晶の［１００］方向及び［１１０］方向に伸びる、棒状若しくは特殊な形状の空洞欠陥のことである。
【００１９】
この場合、前記シリコンウェーハの欠陥領域の一部が、ＯＳＦリング外側のＮｖ領域であることが好ましい。
このように、シリコンウェーハの欠陥領域の一部が、ＯＳＦリング外側のＮｖ領域であれば、従来結晶欠陥の極めて少ないＮｖ領域に選択的に発生していたＣｕ析出物に起因する高密度なＯＳＦが、Ｎｖ領域で発生しないものとでき、酸化膜耐圧特性が高く、ｐ−ｎジャンクションリークの発生が防止され、また熱酸化処理した際にＮｖ領域の部分で酸素析出量が多く、ゲッタリング能力が高いシリコンウェーハとできる。
【００２０】
また、前記シリコンウェーハの欠陥領域が、ウェーハ全面に亘って、ＯＳＦリング外側のＮｖ領域であることが好ましい。
このようにシリコンウェーハの欠陥領域が、ウェーハ全面に亘って、ＯＳＦリング外側のＮｖ領域であれば、結晶欠陥が極めて少ないＮ領域であり、しかも従来Ｎｖ領域に選択的に発生していたＣｕ析出物に起因する高密度なＯＳＦが、全面で発生しないものとでき、酸化膜耐圧特性が高く、ｐ−ｎジャンクションリークの発生が防止され、また熱酸化処理した際に全面にわたって酸素析出量が多く、ゲッタリング能力が高いシリコンウェーハとできる。
【００２１】
また、前記シリコンウェーハ中のＣｕ濃度が、１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であることが好ましい。
このように、シリコンウェーハ中のＣｕ濃度が１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であれば、Ｃｕ析出物や変形空洞欠陥が確実に存在しないシリコンウェーハとすることができ、Ｃｕ析出物に起因するＯＳＦも発生せず、パーティクルも観測されないものとできるので、シリコンウェーハの製造歩留りが向上し、生産効率の高い低コストかつ高品質なシリコンウェーハとできる。また酸化膜耐圧特性が高く、ｐ−ｎジャンクションリークの発生が防止されたものとでき、デバイスの製造歩留まりも高いものとできる。
【００２２】
また、本発明は、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造装置であって、単結晶育成炉内温度が１０００℃以上の部分で使用する石英製部品のＣｕ濃度が１ｐｐｂ以下であり、且つ単結晶育成炉内温度が１０００℃未満の部分で使用する石英製部品のＣｕ濃度が１０ｐｐｂ以下であることを特徴とするシリコン単結晶の製造装置を提供する。
【００２３】
このように、単結晶育成炉内温度が１０００℃以上の部分で使用する石英製部品のＣｕ濃度が１ｐｐｂ以下であり、且つ１０００℃未満の部分で使用する石英製部品のＣｕ濃度が１０ｐｐｂ以下であるシリコン単結晶の製造装置であれば、育成炉内に使用される石英製部品のＣｕ不純物濃度が、それらが使用される部分の炉内温度に応じて、育成炉内で育成するシリコン単結晶にＣｕ析出物を形成しない程度の量に規定されたものであるので、育成中の単結晶のＣｕ汚染を低減し、Ｃｕ析出物の形成を防止できる単結晶製造装置とできる。また、炉内温度が低い部分で必要以上に純度の高い石英製部品を使用しないので、余分なコスト高のない製造装置とできる。
【００２４】
この場合、前記単結晶育成炉内に露出する装置及び部品が、Ｃｕを原材料に含まないものであることが好ましい。
このように、従来ワイヤー巻取り部、アイソレーションバルブ、ルツボ軸及びその駆動機構や加熱ヒータ用電極等のように単結晶育成炉内に露出する装置及び部品の一部として、Ｃｕを原材料に含むものが用いられてきたが、これらのＣｕを原材料に含まないものに限定することにより、育成中の単結晶のＣｕ汚染をより確実に低減できる単結晶製造装置とできる。ここでＣｕを原材料に含まないとは、当該装置及び部品を製造する際にＣｕを用いた材料を用いないということを意味し、不可避的に混入される極微量のＣｕ元素が含まれ得ることは当然である。
【００２５】
また、本発明は、上記のシリコン単結晶の製造装置を用いて、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。
【００２６】
このように、前記のいずれかのシリコン単結晶の製造装置を用いてシリコン単結晶を育成すれば、単結晶育成中のＣｕ汚染が低減されるので、Ｃｕ析出物が内部に存在せず、熱酸化処理をしてもＣｕ析出物を起因とするＯＳＦが発生しない高品質なシリコン単結晶を、製造歩留まり高く低コストで製造することができる。
【００２７】
この場合、シリコン単結晶を育成する際に、欠陥領域が結晶成長軸方向全域に亘ってＯＳＦリング外側のＮｖ領域を含むように、前記シリコン単結晶を育成することが好ましい。
このように、欠陥領域が結晶成長軸方向全域に亘ってＯＳＦリング外側のＮｖ領域を含むようにシリコン単結晶を育成すれば、従来結晶欠陥の極めて少ないＮｖ領域に選択的に発生したＣｕ析出物に起因する高密度なＯＳＦが、Ｎｖ領域で発生せず、さらに熱酸化処理した際にＮｖ領域の部分で酸素析出量が多く、ゲッタリング能力が高いシリコン単結晶を製造することができる。
【００２８】
また、シリコン単結晶を育成する際に、欠陥領域が結晶成長軸方向全域に亘ってＯＳＦリング外側のＮｖ領域となるように、前記シリコン単結晶を育成することが好ましい。
このように、欠陥領域が結晶成長軸方向全域に亘ってＯＳＦリング外側のＮｖ領域となるようにシリコン単結晶を育成すれば、結晶欠陥の極めて少ないＮ領域であり、しかも従来Ｎｖ領域に選択的に発生したＣｕ析出物に起因する高密度なＯＳＦが、結晶成長軸方向全域で発生せず、さらに熱酸化処理した際に全域にわたって酸素析出量が多く、ゲッタリング能力が高いシリコン単結晶を製造することができる。
【００２９】
また、前記単結晶育成炉の炉内構成部品を清掃する際に、清浄度がクラス１０００以上の室内環境で清掃を行なうことが好ましい。
このように、高純度の黒鉛からなる炉内構成部品、すなわちホットゾーン（ＨＺ）部品を清掃する際に、清浄度がクラス１０００以上の室内環境で清掃を行なえば、室内環境が清浄であるので室内のＣｕパーティクルも極めて少なく、清掃時にＨＺ部品が環境からのＣｕにより汚染されず、内部にＣｕ析出物が形成されないシリコン単結晶を製造することができる。
【００３０】
また、シリコン単結晶を育成した後に、清浄度がクラス１０００以上の室内環境で前記単結晶育成炉の炉内構成部品を清掃し、該清掃した炉内構成部品を用いて、次のシリコン単結晶を育成することが好ましい。
このように、シリコン単結晶を育成した後に、該育成中にＨＺ部品に付着し黒鉛製ＨＺ部品の劣化の原因となるシリコン酸化物等の不純物を除去するために、清浄度がクラス１０００以上の室内環境で前記単結晶育成炉のＨＺ部品を清掃し、該清掃したＨＺ部品を用いて次のシリコン単結晶を育成すれば、ＨＺ部品の劣化が防止できるとともに、室内環境が清浄であるので室内のＣｕパーティクルも極めて少なく、清掃時にＨＺ部品がＣｕにより汚染されず、次のシリコン単結晶育成の際に内部にＣｕ析出物が形成されないシリコン単結晶を製造することができる。このとき清浄度の上限は特に限定されないが、清浄度が高くなると設備コストが高くなるので、清浄度はクラス１００以下とするのが望ましい。
【００３１】
また、前記炉内構成部品を清掃する際に、Ｃｕを原材料に含まない清掃用具及び治工具を用いることが好ましい。
特に最近ではＭＣＺ法によるシリコン単結晶の育成が盛んに行なわれており、このような磁場環境中で使用される治工具はＣｕを原材料とする非磁性体のものが一般的に用いられている。従って、このように、ＨＺ部品を清掃する際に、Ｃｕを原材料に含まない清掃用具及び治工具を用いれば、清掃用具及び治工具をＨＺ部品に接触させてもＣｕ汚染されないので、より確実にＣｕ汚染を防止してシリコン単結晶を製造することができる。
【００３２】
また、前記単結晶育成炉を、清浄度がクラス１０００以上の室内環境に設置することが好ましい。
このように、前記単結晶育成炉を、清浄度がクラス１０００以上の室内環境に設置すれば、育成した単結晶や清掃するＨＺ部品を育成炉から取り出す等の際に育成炉内が室内雰囲気に曝されても、室内環境が清浄であるので室内のＣｕパーティクルも極めて少なく、育成炉内がＣｕに汚染されず、より確実にＣｕ汚染を防止してシリコン単結晶を製造することができる。このとき清浄度の上限は特に限定されないが、清浄度が高くなると設備コストが高くなるので、清浄度はクラス１００以下とするのが望ましい。
【００３３】
また、シリコン原料を溶融終了後、加熱ヒータを原料溶融時の８０％以上の電力で加熱し、且つ単結晶育成炉内に導入する不活性ガスの流量を単結晶育成時の流量以上とした状態で、３時間以上放置することが好ましい。
このように、シリコン原料を溶融終了後、加熱ヒータを原料溶融時の８０％以上の電力で加熱し、且つ単結晶育成炉内に導入する不活性ガスの流量を単結晶育成時の流量以上とした状態で、３時間以上放置すれば、清掃やＨＺ取り出し等の際にＨＺ部品がＣｕ汚染を受けたとしても、単結晶中にＣｕ析出物が形成されない程度にまでＨＺ部品を清浄化することができ、またＨＺ部品から取り除かれたＣｕは確実に炉外に排出されるので、より確実にＣｕ汚染を防止してシリコン単結晶を製造することができる。
このときの加熱ヒータの電力値、アルゴン等の不活性ガスの流量、放置時間についての上限は特に限定されないが、原料溶融時より高い電力で加熱すると石英ルツボの劣化が促進されるので、加熱ヒータは原料溶融時以下の電力で加熱することが望ましい。ガス流量、放置時間も、あまりにも大流量、長時間としてもコスト高となるので、それぞれ単結晶育成時の５倍以内の流量、２４時間以下の時間とするのが望ましい。
【００３４】
また、本発明は、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、シリコン原料を溶融終了後、加熱ヒータを原料溶融時の８０％以上の電力で加熱し、且つ単結晶育成炉内に導入する不活性ガスの流量を単結晶育成時の流量以上とした状態で、３時間以上放置した後に、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。
【００３５】
このように、シリコン原料を溶融終了後、加熱ヒータを原料溶融時の８０％以上の電力で加熱し、且つ単結晶育成炉内に導入する不活性ガスの流量を単結晶育成時の流量以上とした状態で、３時間以上放置すれば、清掃やＨＺ取り出し等の際にＨＺ部品がＣｕ汚染を受けたとしても、単結晶中にＣｕ析出物が形成されない程度にまでＨＺ部品を清浄化することができ、またＨＺ部品から取り除かれたＣｕは確実に炉外に排出される。従って、その後にシリコン単結晶を育成すれば、単結晶育成中のＣｕ汚染が低減されるので、Ｃｕ析出物が内部に存在せず、熱酸化処理をしてもＣｕ析出物を起因とするＯＳＦが発生しない高品質なシリコン単結晶を、製造歩留まり高く低コストで製造することができる。
このときの加熱ヒータの電力値、アルゴン等の不活性ガスの流量、放置時間についての上限も特に限定されないが、この場合も、原料溶融時より高い電力で加熱すると石英ルツボの劣化が促進されるので、加熱ヒータは原料溶融時以下の電力で加熱することが望ましい。また、ガス流量、放置時間も前記と同じである。
【００３６】
また、本発明は、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、単結晶育成炉の炉内構成部品を清掃する際に、清浄度がクラス１０００以上の室内環境で清掃を行ない、該清掃した炉内構成部品を用いて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。
【００３７】
このように、単結晶育成炉のＨＺ部品を清掃する際に、清浄度がクラス１０００以上の室内環境で清掃を行ない、該清掃したＨＺ部品を用いてシリコン単結晶を育成すれば、室内環境が清浄であるので室内のＣｕパーティクルも極めて少なく、清掃時にＨＺ部品が環境からＣｕにより汚染されない。従って、シリコン単結晶育成中のＣｕ汚染が低減されるので、Ｃｕ析出物が内部に存在せず、熱酸化処理をしてもＣｕ析出物を起因とするＯＳＦが発生しない高品質なシリコン単結晶を、製造歩留まり高く低コストで製造することができる。このとき清浄度の上限は特に限定されないが、清浄度が高くなると設備コストが高くなるので、清浄度はクラス１００以下とするのが望ましい。
【００３８】
また、本発明は、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造装置であって、単結晶育成炉内に露出する装置及び部品が、Ｃｕを原材料に含まないものであることを特徴とするシリコン単結晶の製造装置を提供する。
【００３９】
このように、従来ワイヤー巻取り部、アイソレーションバルブ、ルツボ軸及びその駆動機構や加熱ヒータ用電極等のように単結晶育成炉内に露出する装置及び部品の一部として、Ｃｕを原材料に含むものが用いられてきたが、これらをＣｕを原材料に含まないものに限定することにより、育成中の単結晶のＣｕ汚染を低減し、Ｃｕ析出物の形成を防止できる単結晶製造装置とできる。
【００４０】
また、本発明は、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造装置であって、単結晶育成炉に備えられた石英製覗き窓のＣｕ濃度が１０ｐｐｂ以下のものであることを特徴とするシリコン単結晶の製造装置を提供する。
【００４１】
このように、単結晶育成炉に備えられ、育成中の単結晶を観察するための石英製覗き窓のＣｕ濃度が１０ｐｐｂ以下のものであれば、石英製覗き窓による育成中の単結晶のＣｕ汚染を低減し、Ｃｕ析出物の形成を防止できる単結晶製造装置とできる。
【００４２】
また、本発明は前記の石英製部品のＣｕ濃度を規定した製造装置、炉内に露出する装置等のＣｕを規定した製造装置、および石英製覗き窓のＣｕ濃度を規定した製造装置のうち、少なくても２つ以上を組み合わせたものを用いて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し、さらに前記した、原料溶融後に加熱ヒータでの加熱を行なう方法及びＨＺ部品を清浄な環境で清掃する方法を組み合わせて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。
このように、前記製造装置又は製造方法のうち、Ｃｕ汚染レベルやＣｕ汚染を防止するためのコスト及び効果を考慮して、少なくても２つ以上を組み合わせてシリコン単結晶を育成すれば、より効果的でかつ確実に育成中のＣｕ汚染を低減し、Ｃｕ析出物の形成を防止することができる。
【００４３】
また、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から製造されたシリコンウェーハであって、前記ウェーハの表面の変形空洞欠陥の密度が０．０１個／ｃｍ２以下であることを特徴とするシリコンウェーハを提供する。
【００４４】
このように、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶から製造されたシリコンウェーハであって、ウェーハの表面の変形空洞欠陥の密度が０．０１個／ｃｍ２以下であれば、パーティクルカウンター等によりウェーハ表面を観察したときにパーティクル不良と判定されず、Ｎｖ領域に選択的に発生することがあるＣｕ析出物起因のＯＳＦも発生しないので、製造歩留りが向上し、生産効率の高い低コストかつ高品質なシリコンウェーハとできる。また酸化膜耐圧特性も高いものとでき、デバイスの製造歩留まりも高いものとできる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明に従うシリコン単結晶であれば、シリコン単結晶中のＣｕ濃度が１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満となるので、従来熱酸化処理によりある頻度でシリコン単結晶に発生していたＣｕ析出物を起因とするＯＳＦが発生しないものとなり、製造歩留りが向上し、生産効率の高い低コストかつ高品質なシリコン単結晶とできる。
また、本発明に従うシリコンウェーハであれば、該シリコンウェーハに熱酸化処理をしてもＣｕ析出物に起因するＯＳＦが発生しないものとできるので、ウェーハの製造歩留まりが向上し、生産効率の高い低コストかつ高品質なものとできる。また表面に形成する酸化膜の耐圧特性が高く、さらにデバイス作製工程においてＣｕ析出物を起因としたｐ−ｎジャンクションリークの発生が防止されたものとでき、Ｃｕ析出物や変形空洞欠陥がデバイス作製工程中に及ぼす悪影響を劇的に低減することができるので、デバイスの製造歩留まりも高いものとできる。
また、本発明に従うシリコン単結晶の製造装置であれば、育成中の単結晶のＣｕ汚染を低減し、Ｃｕ析出物の形成を防止できる単結晶製造装置とできる。
さらに本発明に従うシリコン単結晶の製造方法であれば、上記の高品質なシリコン単結晶を製造歩留まり高く低コストで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明について詳述する。
前述のように、最近、特にシリコン単結晶の全域または一部がＮ領域と呼ばれる欠陥の極めて少ない欠陥領域となっているシリコン単結晶において、そこから作製したシリコンウェーハの表面にある頻度で高密度に結晶欠陥が観察されることがあり問題となっていた。そして、このような結晶欠陥が高密度に存在した場合、ウェーハ表面をパーティクルカウンターで測定した際、高密度なパーティクルとして観測される。この高密度なパーティクルが存在するウェーハはパーティクル不良と判定されて不良品となるので、結果として製造歩留りの低下を招いていた。
【００４７】
このような結晶欠陥は従来あまり観測されなかったものであり、本発明者らがこの結晶欠陥について調査したところ、以下のような特徴をもつことがわかった。
（１）この結晶欠陥は単結晶の肩部に近い領域で発生する確率が極めて高く、その発生頻度は２０％程度であった。
（２）パーティクルカウンター（例えばＫＬＡテンコール社製表面測定装置ＳＰ１）及びレーザー顕微鏡（例えばレーザーテック社製のＭＡＧＩＣＳ（商品名））における評価では、欠陥領域がＮｖ領域（Ｎ領域のうち、ＯＳＦリングのすぐ外側の領域であり、原子空孔がわずかに存在する領域）の部分にリング状に上記結晶欠陥が観察され、Ｎｉ領域（Ｎ領域のうち、格子間シリコンがわずかに存在する領域）に近いＮｖ領域ほど密度が高くなる。図１は上記のレーザー顕微鏡を用いてウェーハ表面の結晶欠陥の分布を観察した図であり、右上の部分は、ウェーハの周辺部がＮｉ領域であり、その内側の部分がＮｖ領域であることを示す。
（３）上記ウェーハを熱酸化処理するとＮｖ領域の欠陥発生位置にＯＳＦが高密度に観察され、化学的な選択エッチング（セコエッチング）をおこなうと、Ｎｖ領域の欠陥発生位置に突起が観察された。
【００４８】
次に、本発明者らは、この結晶欠陥の正体を突き止める為、ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、断面透過型電子顕微鏡）により、ウェーハ表面及びバルク中の欠陥調査を行った。その結果、以下のことが確認された。
（１）ウェーハ表面には、シリコン単結晶の[１００]方向及び[１１０]方向に伸びる、棒状若しくは特殊な形状の「変形空洞欠陥」が発見された。また、この「変形空洞欠陥」からは不純物は検出されなかった。図２は、ＴＥＭを用いて観察したウェーハ表面の変形空洞欠陥の写真である。
（２）そして、ウェーハのバルク中には、針状の欠陥が観察された。図３は、ＴＥＭを用いて観察したバルク中の針状欠陥の写真である。
そして、本発明者らは、この針状欠陥からＣｕを検出した。このことから、この針状欠陥はＣｕ析出物ではないかと考えられる。
【００４９】
上記の結晶欠陥が発生する特徴及び結晶欠陥の観察結果から、上記の結晶欠陥の発生メカニズムは以下のようなものであると考察される。
（１）Ｃｕが育成中のシリコン単結晶表面から拡散により単結晶中に取り込まれる。
（２）そして、空孔が存在することによりエネルギー的に析出物が形成されやすいＮｖ領域にＣｕ析出物が選択的に形成される。
（３）上記単結晶から切り出されたウェーハは、ウェーハ加工工程中に熱酸化処理されると、Ｃｕ析出物に起因するＯＳＦが高密度に形成される。
（４）さらに、特にウェーハ表面の洗浄により、表面のＣｕ析出物が除去されると共にＣｕ析出物周辺が侵食されるため、鏡面ウェーハ表面にはＣｕ析出物の除去とＣｕ析出物周辺の侵食によって変形空洞欠陥が形成される。これはパーティクルとしてウェーハ表面上に０．１〜５個／ｃｍ２の密度（例えば直径３００ｍｍのウェーハでは、約１００〜数千個）で観察される。
これらの知見から、本発明者らは、単結晶育成中に単結晶中にＣｕが取り込まれるのを防止できれば、上記のような新しいタイプの結晶欠陥の発生を防止でき、高品質なシリコン単結晶とできると考えた。
【００５０】
そこで、次にＣｕが単結晶中に導入される原因について検討を行った。
一般にシリコン単結晶製造装置の単結晶育成炉内には、原材料である多結晶シリコン、石英ルツボ、及び炉内を構成するＨＺ部品である黒鉛製部品、黒鉛製断熱材、石英製部品が存在しており、Ｃｕの汚染源としてこれらの原材料及び炉内構成部品並びに育成炉そのものが考えられる。そこで、上記結晶欠陥は単結晶の肩部のみに発生すること、その発生頻度は２０％程度で１００％ではないこと、さらに、石英ルツボと黒鉛部品の純度は直接結晶品質に影響するのでこれまでも高純度化が図られていたことから、他のＨＺ部品に着目した。そしてＨＺ部品の交換時期と上記結晶欠陥の発生との関係を調査したところ、炉内温度が１０００℃未満の比較的低温の部分に配置されている石英製部品、例えば育成中の単結晶を観察するために単結晶育成炉の８００℃以下の位置に備えられた石英製覗き窓の交換時期と、上記結晶欠陥の発生するタイミングとが極めて高い確率で一致することが確認された。そして、この覗き窓等の石英製部品のＣｕ濃度が、上記の結晶欠陥の発生に関係することを見出した。さらに、本発明者らはシリコン単結晶中のＣｕ濃度が１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上になると上記結晶欠陥が発生することを見出した。
【００５１】
従来、石英製部品は黒鉛製部品に比較すると耐熱性が低い為、炉内温度が１０００℃未満といった比較的低温でありかつ育成する単結晶からも離れた位置で使用される場合が多かった。そのような位置で使用された場合、その純度が単結晶の結晶品質に与える影響もほとんどないと考えられていたので、石英製部品の使用に当たって高純度品に限定して使用するといったことは行われていなかった。しかし、上記の結果から、高温の場合だけでなく、そのような低温の位置で使用される石英製部品についても高純度のものを使用する必要性があることを見出した。
ただし、石英製部品は高価であり、交換のコストも考慮すると、石英製部品の使用される部分の炉内温度に応じて、石英製部品の純度を規定すれば、Ｃｕ汚染が防止できることが判った。
【００５２】
次に、本発明者らは、他の原因によってシリコン単結晶中にＣｕ不純物が取り込まれるかどうかについても調査を行った。
まず、従来はこのような極微量のＣｕ不純物の影響について十分検討がされていなかったため、単結晶製造装置において、原料融液と接しないとともに、冷却される等で、それ程高温化しないワイヤー巻取り部、アイソレーションバルブ、ルツボ軸及びその駆動機構や加熱ヒータ用電極等のように単結晶育成炉内に露出する装置及び部品の一部として、Ｃｕを原材料に含むものが用いられてきた。従ってこれらの装置や部品をＣｕを原材料に含まないものとすれば、シリコン単結晶のＣｕ汚染を防止することができると考えられる。
【００５３】
また、ＣＺ法による単結晶の製造では、育成炉内を一度真空にし、その後アルゴンガスで炉内の雰囲気を置換してから単結晶の育成が開始されるので、単結晶製造装置が設置されている室内環境の清浄度は単結晶の結晶品質にはあまり影響はないと考えられてきた。しかし、単結晶育成炉内に鏡面ウェーハを放置した暴露テストの結果から、単結晶製造装置の設置してある室内環境が清浄度の劣る環境下では鏡面ウェーハからＣｕが検出されることが判明した。
【００５４】
そして、単結晶製造終了後単結晶育成装置の設置してある室内において、ＨＺ部品が比較的高温の状態で清掃を行なう場合があり、このとき室内のＣｕレベルが高いとＨＺ部品がＣｕに汚染され、このＨＺ部品を用いてシリコン単結晶を製造すると、上記結晶欠陥が発生することが確認された。さらに、Ｃｕレベルが高い室内に設置された単結晶育成装置により製造された単結晶についても同様の結晶欠陥が観察された。
【００５５】
以上の結果から、Ｃｕはパーティクルに含まれると考えるのが一般的であるので、上記のような新しいタイプの結晶欠陥の発生を防止するためには、パーティクルレベルが低く清浄度が高い部屋でＨＺ部品の清掃や単結晶育成を行なうことが必要であることが判明した。
さらに、ＨＺ部品を清掃する際に使用する清掃用具や治工具にも注意する必要があり、Ｃｕを原材料に含まない清掃用具や治工具を用いれば、これによりＨＺ部品がＣｕ汚染を受けないと考えた。
【００５６】
また、本発明者らは、たとえＨＺ部品等が微量のＣｕで汚染されている場合でもシリコン単結晶のＣｕ汚染を防止する方法についても検討し、その結果、シリコン原料を溶融終了後、加熱ヒータを加熱してＨＺ部品を加熱することで、ＨＺ部品がＣｕ汚染を受けたとしても、単結晶中にＣｕ析出物が形成されない程度にまでＨＺ部品を清浄化することができると考えた。
【００５７】
以上のように、従来結晶欠陥に対する影響が少ないと考えられ、あまり注意が払われていなかった要素に関しても、今回見出された新しいタイプの結晶欠陥の発生要因であるＣｕ汚染の原因となり得ることが判明した。従って、上記結晶欠陥の発生を防止するためには、結晶に取り込まれるＣｕの総量を一層低減することが重要となる。そこで本発明者らは、上記で検討したそれぞれのＣｕ汚染原因に対する対策を講じることにより、上記結晶欠陥の発生を防止することができることに想到し、本発明を完成させた。
【００５８】
以下に本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら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。図４は、本発明のＣＺ法によるシリコン単結晶の製造装置の実施形態の一例を示す概略断面図である。以下、このシリコン単結晶の製造装置とこれを用いたシリコン単結晶の製造方法について説明する。図４に示されるシリコン単結晶製造装置３０は、育成炉本体１と上部育成炉２から構成される。育成炉本体１の内部には、シリコン融液４を収容した石英製ルツボ５を保持し保護するために、黒鉛製ルツボ６が石英製ルツボ５の外側に配置されている。
【００５９】
そして、黒鉛製ルツボ６の外側には、石英製ルツボ５に収容された原料である多結晶シリコンを加熱し、溶融してシリコン融液４とするための黒鉛製の加熱ヒータ７が置かれている。シリコン単結晶の育成時には、加熱ヒータ７に接続された電極７ａから加熱ヒータ７に電力が供給され加熱ヒータ７が発熱し、多結晶シリコンを溶解した後に、シリコン融液４の温度を所望の値に保持してシリコン単結晶３の育成を図るものである。このような育成炉内に露出する電極７ａとしては、従来Ｃｕを原材料に含むものを使用してきた。しかし本発明では、電極７ａとしてＣｕを原材料に含まないもの、例えば育成炉内に露出する部分はカーボンを用いることにより、育成するシリコン単結晶のＣｕ汚染を防止することができる。
【００６０】
加熱ヒータ７と育成炉本体１の炉壁との間には、金属製の炉壁を保護し育成炉本体１の内部を効率的に保護するために炭素製の炉内断熱材８が置かれている。さらに、育成炉本体１は、加熱ヒータ７からの輻射熱により、シリコン単結晶育成時に炉壁が高温に加熱されることを防止する目的で、炉壁を二重構造とし、炉壁の隙間に冷却水を流して強制冷却を行いながらシリコン単結晶の育成を行なうような構造とされているものである。
【００６１】
一方、育成炉本体１の略中央に配置された黒鉛製ルツボ６は底部を黒鉛製の支持軸１９によって支持されており、ルツボ支持軸１９の下端部に取り付けられたルツボ軸駆動機構１９ａによって、上下動及び回転動自在とされているものである。これによって単結晶育成時にシリコン融液４の液面を一定位置に保持したり、単結晶育成時にルツボ５，６を所望の方向や速さで回転させることができるようになっている。この育成炉内に露出するルツボ支持軸１９やルツボ軸駆動機構１９ａに用いる部品についても、従来とは異なり、Ｃｕを原材料に含まないものを用いることにより、育成するシリコン単結晶のＣｕ汚染を防止することができる。
【００６２】
次に、シリコン単結晶３の育成時には、シリコン融液４から蒸発するＳｉＯ等の酸化物が、育成炉の炉壁や炉内黒鉛材等の炉内部材に付着するのを防止するため、アルゴンガス等の不活性ガスを育成炉に流通しながら結晶成長を行う必要がある。このため、育成炉本体１の底部には、不活性ガスを炉外へ排出するための排ガス管９と、育成炉内部の圧力を調整するための図示しない圧力制御装置が備えられており、シリコン単結晶の育成時には、この圧力制御装置によって炉内の圧力が所望の値に調整される。
【００６３】
一方、育成炉本体１の天井部には、炉内を監視するため石英ガラス製覗き窓２１が設けられている。そして、シリコン融液４から引き上げられたシリコン単結晶３を収容し取り出すため、アイソレーションバルブ２２を介して上部育成炉２が連通して設置されている。この育成炉内に露出するアイソレーションバルブ２２を構成する部品にも、従来とは異なり、Ｃｕを原材料に含まないものを使用する。そして、単結晶育成終了後にはこの上部育成炉２内でシリコン単結晶３を放冷し、取り出し可能な温度となるまで結晶温度が低下したら、上部育成炉２の図示しないドアを開けてシリコン単結晶３を育成炉から取り出す。
【００６４】
育成炉本体１の天井部からは、シリコン融液４から引き上げられた単結晶３を囲繞するように結晶冷却筒１３がシリコン融液面に向かって配置され、その先端部には育成炉本体１の天井部に取り付けられた覗き窓２１から育成中の単結晶が観察できるよう石英ガラス部品１５が配設されている。
本発明では、育成炉本体１の天井部に取り付けられた石英ガラス製覗き窓２１は、それが使用される部分の炉内温度が１０００℃未満であるので、そのＣｕ濃度を１０ｐｐｂ以下とし、且つ、結晶冷却筒１３の先端部に取り付ける石英ガラス部品１５は、それが使用される部分の炉内温度が１０００℃以上であるので、そのＣｕ濃度を１ｐｐｂ以下とすることにより、育成中の単結晶のＣｕ汚染を防止することができ、また余分なコスト高とならないようにできる。従来、結晶冷却筒に取り付ける石英ガラス部品１５は、結晶品質に影響する可能性があるとして１０ｐｐｂ以下のものを使用していたが、覗き窓２１は影響しないと考えられ、低純度品を用いていた。これを、本発明では、それぞれ高純度品にしている。
【００６５】
また、結晶冷却筒１３の先端部の外周面には、シリコン融液４や加熱ヒータ７の輻射熱を効率的に反射してシリコン融液面を保温するための黒鉛製の断熱リング１４が取り付けられている（該断熱リング１４は省略してもよい）。シリコン単結晶３の育成時には、この結晶冷却筒１３によりシリコン単結晶３からの輻射熱が効率的に奪われることで、結晶成長速度を速めることができる。また、この結晶冷却筒１３には、上部育成炉２より冷却筒内部を伝ってシリコン融液面に下流する不活性ガスの整流作用もあり、融液面から放出される酸化物等を滞りなく炉外へ排出させるための役目も果たしている。
【００６６】
本発明では、原料を溶融終了後、加熱ヒータ７を少なくても原料溶融時の８０％以上の電力で加熱し、且つアルゴンガス等不活性ガスを結晶育成時で使用する流量以上として３時間以上放置することにより、Ｃｕ汚染を受けた黒鉛材等を清浄化し、かつそこから発生したＣｕを炉外に確実に排出させ、育成中の単結晶のＣｕ汚染を防止することができる。
【００６７】
さらに、結晶冷却筒１３の上部に、流通口１２から冷却媒体を流通されることにより、強制的に結晶からの輻射熱を炉外へと排出する強制冷却筒１１を設け、冷却効果をさらに高めている（該強制冷却筒１１は省略してもよい）。
このように結晶の冷却効果を高めることができるので、結晶の温度勾配と引き上げ速度等の結晶育成条件を適切なものに設定することにより、結晶成長軸方向全域に亘ってＯＳＦリング外側のＮｖ領域を含むシリコン単結晶ばかりでなく、結晶成長軸方向全域に亘ってＯＳＦリング外側のＮｖ領域となるシリコン単結晶の製造も可能となる。
【００６８】
そして、上部育成炉２には、育成炉の内部に不活性ガスを導入するためのガス導入管１０が備えられており、結晶成長作業の工程に合わせてガス導入管より育成炉へ不活性ガスが導入される。シリコン単結晶３の育成時には、この上部育成炉２のガス導入管１０から導入された不活性ガスが、結晶冷却筒１３の内部を下流しシリコン融液面を伝って育成炉本体１の底部にある排ガス管９から炉外へと排出される。これによって、シリコン融液から蒸発するＳｉＯ等の蒸発物を炉外へと除去している。
【００６９】
また、上部育成炉２の上方には、シリコン融液４からシリコン単結晶３を引き上げるための、引上げワイヤー１６を巻出しあるいは巻取る、ワイヤー巻取り機構２０が備えられている。このワイヤー巻取り機構２０を構成する部品にも従来Ｃｕを原材料に含むものが用いられていたが、Ｃｕを原材料に含まないものに変更することが望ましい。そして、このワイヤー巻取り機構２０から巻出された引上げワイヤー１６の先端部には種結晶ホルダー１８に種結晶１７を係止して、その先端をシリコン融液４の表面に接触し回転させながら引上げ、肩部、直胴部を順次形成することによって、該種結晶１７の下方にシリコン単結晶３が育成される。
また、上述したように、引上げ速度等の結晶育成条件を適切なものに設定することにより、結晶成長軸方向全域に亘ってＯＳＦリング外側のＮｖ領域を含むシリコン単結晶や、結晶成長軸方向全域に亘ってＯＳＦリング外側のＮｖ領域となるシリコン単結晶を製造することができる。
【００７０】
以上のようにして単結晶育成が終了したら、次に加熱ヒータ７を切電し、シリコン単結晶及び育成炉内のＨＺ部品が取り出し可能な温度となるまで放冷する。そして、シリコン単結晶及びＨＺ部品の温度が低下したら、前述のように上部育成炉２の図示しないドアからシリコン単結晶を取り出す。その後、育成炉本体１と上部育成炉２を切り離して、酸化物等の付着したＨＺ部品を炉外に取り出し、酸化物等を取り除く清掃作業を行う。
【００７１】
本発明では、シリコン単結晶製造装置３０が設置される室内環境の清浄度をクラス１０００以上の高清浄度に保つことにより、上記のように育成炉本体１と上部育成炉２を切り離す際に、育成炉内に流入する雰囲気から育成炉内及びＨＺ部品がＣｕ汚染されるのを防止することができる。また、ＨＺ部品を清掃するときの室内環境の清浄度をクラス１０００以上の高清浄度に保つことにより、ＨＺ部品のＣｕ汚染を防止することができる。
このときのＨＺ部品の清掃は、シリコン単結晶製造装置３０が設置された室内で行なっても良いが、ＨＺ部品を炉外に取り出した後、室内環境の清浄度がクラス１０００以上の別の部屋にＨＺ部品を移動し、そこで清掃を行なってもよい。こうすることで、清掃作業に伴って飛散するパーティクル等で単結晶製造装置が設置されている部屋の環境を悪化させることを防止できる。
また、このとき、Ｃｕを原材料に含まない清掃用具及び治工具を用いてＨＺ部品の取り付け取り外しや清掃をすれば、清掃用具や治工具によるＣｕ汚染を防止することができる。例えば、高重量のＨＺ部品を炉外に取り出しまた炉内に取り付けるための治工具や酸化物を吸引除去するための掃除機の部品をＣｕを含まないものとする。特に、直接ＨＺ部品に接触する箇所に用いられる部材は、Ｃｕを含まないものとする。
【００７２】
このように清浄度の高い室内環境で清掃したＨＺ部品はＣｕ汚染されていないものなので、これを用いて次のシリコン単結晶を育成すれば、ＨＺ部品によるシリコン単結晶育成中のＣｕ汚染が防止される。
【００７３】
上述した方法、すなわち、１）育成炉内に露出する装置や部品にＣｕを原材料に含まない装置等を用いる、２）製造装置の設置またはＨＺ部品の清掃を行う室内環境の清浄度を高める、３）シリコン原料の溶融後、加熱ヒータで加熱放置し、ＨＺ部品等を清浄化する、等の方法は、いずれも単独で行なってもシリコン単結晶のＣｕ汚染を防止するために有効な方法であるが、これらの方法を組み合わせて行なうことにより、より確実にＣｕ汚染を防止できる。
【００７４】
こうして製造されたシリコン単結晶は、内部にＣｕ析出物が存在しないものとでき、特にＣｕ濃度を１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とできるので、より確実にＣｕ析出物が存在しないものとできる。特に、結晶育成条件を適切なものに設定することにより、結晶成長軸方向全域に亘ってＯＳＦリング外側のＮｖ領域を含むシリコン単結晶、または結晶成長軸方向全域に亘ってＯＳＦリング外側のＮｖ領域となるシリコン単結晶とすることができる。
【００７５】
そしてこのシリコン単結晶から切り出して製造されたシリコンウェーハは、内部や表面にＣｕ析出物が存在しないものとでき、特にＣｕ濃度を１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とすることができるので、より確実にＣｕ析出物が存在しないものとできる。さらに、Ｃｕ析出物が存在しないので、ウェーハ表面を洗浄してもウェーハ表面の変形空洞欠陥の密度が０．０１個／ｃｍ２以下（例えば直径３００ｍｍのウェーハでは、約１０個以下）と極めて少なく、特には空洞欠陥が発生しないものとできる。また、ウェーハの一部がＮｖ領域、またはウェーハ全面に亘ってＮｖ領域となるシリコンウェーハとすることもできる。
【実施例】
【００７６】
以下に本発明の実施例および比較例をあげてさらに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。
（実施例１）
育成炉本体上部に取り付けられた覗き窓としてＣｕ濃度が８ｐｐｂ程度の純度の高い石英ガラスを用いて、口径３２インチ（８００ｍｍ）の石英ルツボに３００ｋｇのシリコン多結晶を充填して、直胴部の長さ１００ｃｍのシリコン単結晶を１０本引上げ、さらに前記シリコン単結晶の肩部から測って１０ｃｍ間隔で直胴部からウェーハを切り出し、鏡面ウェーハに加工して、そのウェーハ表面の結晶欠陥を観察した。このとき結晶成長軸方向全域に亘ってＯＳＦリング外側のＮｖ領域を含むＮ領域となるよう製造条件を制御して単結晶の引上げを行った。その結果、すべてのウェーハ表面に変形空洞欠陥が観察されなかった。このときのシリコン単結晶中のＣｕ濃度は５×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であった。
【００７７】
（比較例１）
育成炉本体上部に取り付けられた覗き窓としてＣｕ不純物が１００ｐｐｂ程度の純度の石英ガラスを用いた以外は実施例１と同様の評価を行った。その結果、２本の単結晶において肩部から測って直胴部の４０ｃｍの領域から切り出されたウェーハのＮｖ領域に変形空洞欠陥が観察され、このときの変形空洞欠陥密度は１．５個／ｃｍ２であった。そして、変形空洞欠陥が観察されなかったシリコン単結晶中のＣｕ濃度は８×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であり、変形空洞欠陥が観察されたシリコン単結晶中のＣｕ濃度は５×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であった。
【００７８】
（実施例２）
クラス１００の室内環境の下でＨＺ部品の清掃を行い、そのＨＺ部品を使用して、口径３２インチ（８００ｍｍ）の石英ルツボに３００ｋｇのシリコン多結晶を充填して、直胴部の長さ１００ｃｍのシリコン単結晶を引上げ、さらに前記シリコン単結晶の肩部から測って１０ｃｍ間隔で直胴部からウェーハを切り出し、鏡面ウェーハに加工して、そのウェーハ表面の結晶欠陥を観察した。このとき結晶成長軸方向全域に亘ってＯＳＦリング外側のＮｖ領域を含むＮ領域となるよう製造条件を制御して単結晶の引上げを行った。その結果、すべてのウェーハ表面に変形空洞欠陥が観察されず、このときのシリコン単結晶中のＣｕ濃度は１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。
【００７９】
（比較例２）
クリーンルームではない環境でＨＺ部品の清掃を行い、そのＨＺ部品を使用した以外は実施例２と同様の評価を行った。その結果、肩部から測って直胴部の３０ｃｍの領域から切り出されたウェーハのＮｖ領域に変形空洞欠陥が観察され、このときの変形空洞欠陥密度は０．３個／ｃｍ２であった。そして、変形空洞欠陥が観察されたシリコン単結晶中のＣｕ濃度は２×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。
【００８０】
（実施例３）
クリーンルームではない環境でＨＺ部品の清掃を行い、そのＨＺ部品を使用して、口径３２インチ（８００ｍｍ）の石英ルツボに３００ｋｇのシリコン多結晶を充填し、原料が溶融終了した後も加熱ヒータの電力を溶融時の電力のまま３時間放置した。このときのアルゴンガス流量は結晶育成時で使用する２００ｌ／ｍｉｎとし、炉内圧は２００ｍｂａｒとした。そして、直胴部の長さ１００ｃｍのシリコン単結晶を引上げ、さらに前記シリコン単結晶の肩部から測って１０ｃｍ間隔で直胴部からウェーハを切り出し、鏡面ウェーハに加工して、そのウェーハ表面の結晶欠陥を観察した。このとき結晶成長軸方向全域に亘ってＯＳＦリング外側のＮｖ領域を含むＮ領域となるよう製造条件を制御して単結晶の引上げを行った。その結果、全てのウェーハ表面に変形空洞欠陥が観察されず、このときのシリコン単結晶中のＣｕ濃度は１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。
【００８１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、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。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】レーザー顕微鏡を用いてウェーハ表面の結晶欠陥の分布を観察した図である。
【図２】ＴＥＭを用いて観察したウェーハの表面の変形空洞欠陥の観察図である。
【図３】ＴＥＭを用いて観察したウェーハのバルク中の針状欠陥（Ｃｕ析出物）の観察図である。
【図４】本発明のＣＺ法によるシリコン単結晶の製造装置の実施形態の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
１…育成炉本体、  ２…上部育成炉、  ３…シリコン単結晶、  ４…シリコン融液、
５…石英製ルツボ、  ６…黒鉛製ルツボ、  ７…加熱ヒータ、  ７ａ…電極、
８…炉内断熱材、  ９…排ガス管、  １０…ガス導入管、  １１…強制冷却筒、
１２…流通口、  １３…結晶冷却筒、  １４…断熱リング、  １５…石英ガラス部品、
１６…引上げワイヤー、  １７…種結晶、  １８…種結晶ホルダー、
１９…ルツボ支持軸、  １９ａ…ルツボ軸駆動機構、  ２０…ワイヤー巻取り機構、
２１…覗き窓、  ２２…アイソレーションバルブ、  ３０…シリコン単結晶製造装置。
【図１】
2008247737.tif 000003
【図２】
2008247737.tif 000004
【図３】
2008247737.tif 000005
【図４】
2008247737.tif 000006