(57)【要約】【課題】  Ｒ−ＯＳＦを単結晶の最外周に分布させ、かつＣＯＰを減らしたシリコン単結晶をローコストに製造可能なシリコン単結晶引上装置と単結晶シリコンウェハを提供する。【解決手段】  シリコン単結晶引上装置は、石英ルツボを加熱する側面ヒータの厚みの値をＡとしたときに、側面ヒータの内周面と石英ルツボの胴部の内側（内周面）との距離Ｂを側面ヒータの厚みＡの３倍以下に設定する。そして同時に、底面ヒータの上面と石英ルツボの底部の内側（内底面）の最深部との距離Ｃを石英ルツボの高さＨの３分の２以内に設定する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方が開放された略円筒形の胴部およびこの胴部の下方を閉塞する底部とからなるルツボと、前記胴部の外側を取り巻いて前記ルツボを前記胴部から加熱する側面ヒータと、前記底部の下側に配置され前記ルツボを前記底部から加熱する底面ヒータとを有し、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶引上装置であって、
前記側面ヒータの内周面と前記ルツボの内周面との距離を前記側面ヒータの厚みの３倍以下に設定するとともに、前記底面ヒータの上面と前記ルツボの内底面の最深部との距離を前記ルツボの高さの３分の２以内に設定したことを特徴とするシリコン単結晶引上装置。
【請求項２】
前記側面ヒータと前記底面ヒータとの出力比が３〜３．２対２に設定されることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶引上装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のシリコン単結晶引上装置で育成されたシリコン単結晶インゴットからスライスされた単結晶シリコンウェハであって、
酸素濃度が１．４５×１０１８ａｔｍｓ／ｃｍ３ 以下でかつ、ウェハ面内の酸化誘起積層欠陥の平均個数が３個／ｃｍ３ 以下でかつ、ＣＯＰ発生領域がシリコン単結晶インゴットの直径の９０％以上でかつ、酸化誘起積層欠陥リングをシリコン単結晶インゴットの最外周部分に分布させるとともに、０．１０６μｍ以上のＣＯＰが単結晶シリコンウェハの面内で１４０個以下でかつ、０．１２０μｍ以上のＣＯＰが単結晶シリコンウェハの面内で７０個以下であることを特徴とする単結晶シリコンウェハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン単結晶を形成するためのシリコン単結晶引上装置およびこのシリコン単結晶引上装置で育成されたシリコン単結晶インゴットからスライスされた単結晶シリコンウェハに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスなどの基板として用いられる単結晶シリコンウェハは、シリコン単結晶インゴットをスライスして、鏡面加工等を行うことにより製造される。こうしたシリコン単結晶インゴットの製造方法としては、例えば、チョクラルスキー法（ＣＺ法）やフローティングゾーン法（ＦＺ法）などが挙げられる。このうち、ＣＺ法は、大口径の単結晶インゴットを得やすいことや、欠陥の制御が比較的容易であるなどの理由により、シリコン単結晶インゴットの製造の大部分を占める。
【０００３】
チョクラルスキー法で育成されたシリコン単結晶中には、一般にＣＯＰや転位クラスターと称される欠陥が存在していることがある。ＣＯＰ（Crystal-Originated-Particle）とは、例えばアンモニア水と過酸化水素混合液であるＳＣ−１洗浄液などによって洗浄した際にピットとして顕在化しパーティクルカウンターで見出されるか、ＡＦＭ（Atomic force Micriscopy）により直接観察される微小な空隙欠陥であり、本願出願人等がこれを発見したものである。こうした欠陥はｇｒｏｗ−ｉｎ欠陥とも呼ばれ、結晶の育成に伴って形成されるものである。
【０００４】
酸化誘起積層欠陥リング（Ｒ−ＯＳＦ）領域の内側には、ｇｒｏｗ−ｉｎ欠陥のうちのＣＯＰが検出され、Ｒ−ＯＳＦ領域の外側には転位クラスター欠陥が検出されることが知られている。そして、Ｒ−ＯＳＦに近接する外側には無欠陥領域が存在する。このようなＲ−ＯＳＦの発生領域は、単結晶の育成速度に依存しており、結晶引上速度を大きくしていくと、Ｒ−ＯＳＦの発生領域は結晶の内側から外側へと移動していく。
【０００５】
ＯＳＦは酸化熱処理時に生じる格子間型の転位ループであり、デバイスの活性領域であるウェハ表面に存在した場合は、リーク電流の原因となり、デバイス特性を劣化させる欠陥となる。このため、単結晶の育成時にＲ−ＯＳＦの発生位置が結晶の最外周部に分布するように、比較的高い引上速度で育成された単結晶が多く製造されていた。
【０００６】
これらＲ−ＯＳＦの位置を結晶の最外周に分布させたシリコン単結晶では、Ｒ−ＯＳＦの内側のＣＯＰのサイズおよび密度をコントロールすることによってシリコンウェハの製造を可能にしている。このタイプのウェハは安価に作製できることが特徴であり、それゆえ多くのメモリーメーカーで使用されている。
【０００７】
また、ウェハ面内の性質が一様な方がチップの作製が容易であることからも、Ｒ−ＯＳＦの位置を結晶の最外周に分布させたシリコンウェハが、半導体デバイス用基板の主流となっている。そこで、こうしたＲ−ＯＳＦの位置をシリコン単結晶の外側部分に分布させる種々の方法が従来から提案されている。
【０００８】
例えば、特許文献１には、Ｒ−ＯＳＦの発生位置をコントロールするために、単結晶育成時の引き上げ速度（Ｖ）と、引き上げ軸方向の結晶内温度勾配（Ｇ）の比、Ｖ/Ｇ値を適切に制御することによってＲ−ＯＳＦの半径をほぼ一義的に定めることができ、Ｒ−ＯＳＦの発生領域を調整できることが記載されている。
【０００９】
また、特許文献２には、ルツボ周囲の上下方向に複数のヒーターを設けて、単結晶の引上進行状態に応じて、加減した電力を供給する装置を備えた単結晶引上装置が記載されている。
【特許文献１】特開平１１−１５７９９５号公報
【特許文献２】特開昭６２−１５３１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した特許文献１に記載された単結晶引上装置のように、Ｒ−ＯＳＦに近接する無欠陥領域を狙って、Ｖ／Ｇ値を制御して単結晶を成長させる場合、引上速度が遅くなりやすく、シリコンウェハの製造コストが高くなる懸念があり、Ｒ−ＯＳＦを単結晶の最外周に分布させたほうが、引上速度を早くできるという課題があった。
【００１１】
また、特許文献２に記載された単結晶引上装置では、酸素濃度を制御することはできても、ＣＯＰを適切に制御することは難しい。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、Ｒ−ＯＳＦを単結晶の最外周に分布させ、かつＣＯＰを減らしたシリコン単結晶をローコストに製造可能なシリコン単結晶引上装置と単結晶シリコンウェ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】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、上方が開放された略円筒形の胴部およびこの胴部の下方を閉塞する底部とからなるルツボと、前記胴部の外側を取り巻いて前記ルツボを前記胴部から加熱する略円筒形の側面ヒータと、前記底部の下側に配置され前記ルツボを前記底部から加熱する底面ヒータとを有し、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶引上装置であって、前記側面ヒータの内周面と前記ルツボの内周面との距離を前記側面ヒータの厚みの３倍以下に設定するとともに、前記底面ヒータの上面と前記ルツボの内底面の最深部との距離を前記ルツボの高さの３分の２以内に設定したことを特徴とするシリコン単結晶引上装置が提供される。
前記側面ヒータと前記底面ヒータとの出力比は３〜３．２対２に設定されるのが好ましい。
また、本発明によれば、上記シリコン単結晶引上装置で育成されたシリコン単結晶インゴットからスライスされた単結晶シリコンウェハであって、酸素濃度が１．４５×１０１８ａｔｍｓ／ｃｍ３ 以下でかつ、ウェハ面内の酸化誘起積層欠陥の平均個数が３個／ｃｍ３ 以下でかつ、ＣＯＰ発生領域がシリコン単結晶インゴットの直径の９０％以上でかつ、酸化誘起積層欠陥リングをシリコン単結晶インゴットの最外周部分に分布させるとともに、０．１０６μｍ以上のＣＯＰが単結晶シリコンウェハの面内で１４０個以下でかつ、０．１２０μｍ以上のＣＯＰが単結晶シリコンウェハの面内で７０個以下であることを特徴とする単結晶シリコンウェハが提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のシリコン単結晶引上装置によれば、側面ヒータの厚みの値をＡとしたときに、側面ヒータの内周面とルツボの内周面との距離を側面ヒータの厚みＡの３倍以下に設定するとともに、底面ヒータの上面とルツボの内底面の最深部との距離をルツボの高さの３分の２以内に設定することによって、Ｒ−ＯＳＦが単結晶の最外周に分布し、ＣＯＰを適切に制御した単結晶シリコンウェハをローコストに得ることが可能になる。
【００１５】
本発明のシリコン単結晶引き上げ装置によれば、前記側面ヒータと前記底面ヒータとの出力比を３〜３．２：２（側面ヒータ：底面ヒータ）に設定することで、一定サイズ以上のＣＯＰ個数を低減することができる。上記の範囲よりも側面ヒータの出力比を大きくした場合には、ＣＯＰ個数が低減することがないため好ましくなく、上記の範囲よりも側面ヒータの出力比を小さくした際には、ルツボ内の対流が大きくなりすぎる可能性があるため好ましくない。
【００１６】
これらにより、酸素濃度が１．４５×１０１８ａｔｍｓ／ｃｍ３ 以下でかつ、ウェハ面内の酸化誘起積層欠陥の平均個数が３個／ｃｍ３ 以下でかつ、ＣＯＰ発生領域がシリコン単結晶インゴットの直径の９０％以上でかつ、酸化誘起積層欠陥リングをシリコン単結晶インゴットの最外周部分に分布させるとともに、０．１０６μｍ以上のＣＯＰが単結晶シリコンウェハの面内で１４０個以下でかつ、０．１２０μｍ以上のＣＯＰが単結晶シリコンウェハの面内で７０個以下の単結晶シリコンウェハを得ることを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明のシリコン単結晶引上装置の概略を示す一部破断斜視図である。シリコン単結晶引上装置１０は、略円筒形の外殻１１を備え、内部にシリコンを溶融して貯留する石英ルツボ１２を収容する。外殻１１は、例えば内部に一定の隙間を形成した二重壁構造であればよく、この隙間に冷却水１３を流すことによって、石英ルツボ１２を加熱した際に外殻１１が高温化することを防止する。
【００１８】
また、外殻１１には、給排気管２１が備えられ、シリコン単結晶の引上時にはシリコン単結晶引上装置１０の内部にアルゴンなどの不活性ガスが導入される。外殻１１の頂部には、引上駆動装置１４が備えられる。引上駆動装置１４は、シリコン単結晶インゴット５の成長核となる種結晶６およびそこから成長するシリコン単結晶インゴット５を回転させつつ上方に引上げる。
【００１９】
外殻１１の内側には、保温筒１５が備えられる。保温筒１５は、例えば黒鉛で形成されれば良く、石英ルツボ１２の加熱中の温度低下を軽減するとともに、外殻１１の昇温を抑制する役割りを果たす。
【００２０】
保温筒１５の内側には、略円筒形の側面ヒータ１６が備えられる。側面ヒータ１６は、石英ルツボ１２の円筒形の胴部１２ａを加熱する。この側面ヒータ１６の内側に、石英ルツボ１２およびルツボ支持体（黒鉛ルツボ）１７が収容される。石英ルツボ１２は、全体が石英で一体に形成され、上方が開放面１２ｃを成す略円筒形の胴部１２ａおよびこの胴部１２ａの下方を閉塞するすり鉢状の底部１２ｂとからなる。
【００２１】
石英ルツボ１２には、固形のシリコンを溶融したシリコン融液７が貯留される。ルツボ支持体１７は、例えば全体が黒鉛で形成され、石英ルツボ１２を包むように密着して支持する。ルツボ支持体１７は、シリコンの溶融時に軟化した石英ルツボ１２の形状を維持し、石英ルツボ１２を支える役割りを果たす。
【００２２】
石英ルツボ１２の下側には、底面ヒータ１８が備えられる。底面ヒータ１８は、ルツボ支持体１７を介して石英ルツボ１２の底部１２ｂを加熱する。こうした側面ヒータ１６および底面ヒータ１８によって、石英ルツボ１２は側面と底面から例えば１４２０℃まで加熱される。
【００２３】
ルツボ支持体１７の下側にはルツボ支持装置１９が備えられる。ルツボ支持装置１９は、ルツボ支持体１７および石英ルツボ１２を下側から支えるとともに、育成に伴って変化するシリコン融液７の液面位置に対応して、石英ルツボ１２の位置を調節する上下動機構を備えている。
【００２４】
次に、図２を参照して、本発明のシリコン単結晶引上装置の各部の最適な配置および寸法を例示する。シリコン単結晶引上装置１０は、石英ルツボ１２を加熱する側面ヒータ１６の厚みの値をＡとしたときに、側面ヒータ１６の内周面１６ａと石英ルツボ１２の胴部１２ａの内側（内周面）との距離Ｂを側面ヒータ１６の厚みＡの３倍以下に設定する。そして同時に、底面ヒータ１８の上面１８ａと石英ルツボ１２の底部１２ｂの内側（内底面）の最深部との距離Ｃを石英ルツボ１２の高さＨの３分の２以内に設定する。
【００２５】
例えば、側面ヒータ１６の厚みＡを１６〜３０ｍｍ、底面ヒータ１８の厚みＤを８〜３０ｍｍ、側面ヒータ１６の内周面１６ａと石英ルツボ１２の胴部１２ａの内側（内周面）との距離Ｂを３０〜５６ｍｍ、底面ヒータ１８の上面１８ａと石英ルツボ１２の底部１２ｂの内側（内底面）の最深部との距離Ｃを３５０ｍｍ以下にそれぞれ設定するのが好ましい。
【００２６】
ここで、石英ルツボ１２の胴部１２ａの厚み寸法は５ｍｍ〜２０ｍｍであることができ、また、石英ルツボ１２の口径は４０〜８２ｃｍ（１６”，１８”，２２”，２４”，２６”，２８”，３０”，３２）等であることができる。
【００２７】
そして、側面ヒータ１６と底面ヒータ１８との出力比を３〜３．２対２に設定して石英ルツボ１２を加熱し、シリコン単結晶インゴット５を育成する。上述したようにシリコン単結晶引上装置のヒータやルツボの寸法やヒータを出力比を設定することによって、Ｒ−ＯＳＦが単結晶の最外周に分布し、ＣＯＰを適切に制御した単結晶シリコンウェハをローコストに得ることが可能になる。
【００２８】
例えば、酸素濃度が１．４５×１０１８ａｔｍｓ／ｃｍ３ 以下でかつ、ウェハ面内の酸化誘起積層欠陥の平均個数が３個／ｃｍ３ 以下でかつ、ＣＯＰ発生領域がシリコン単結晶インゴットの直径の９０％以上でかつ、酸化誘起積層欠陥リングをシリコン単結晶インゴットの最外周部分に分布させるとともに、０．１０６μｍ以上のＣＯＰが単結晶シリコンウェハの面内で１４０個以下でかつ、０．１２０μｍ以上のＣＯＰが単結晶シリコンウェハの面内で７０個以下の単結晶シリコンウェハを得ることが可能になる。
【実施例１】
【００２９】
本出願人は、上述したような本発明のシリコン単結晶引上装置を用いて得られる単結晶シリコンウェハの特性を検証した。検証にあたって、図１に示したシリコン単結晶引上装置を用い、ＣＯＰ発生領域を育成されたシリコン単結晶インゴットの直径の９０％以上の範囲として、酸化誘起積層欠陥リング（Ｒ−ＯＳＦ）をシリコン単結晶インゴットの再外周部に分布させる引上速度に設定し、底面ヒータを使用した場合と使用しなかった場合のそれぞれの条件でシリコン単結晶インゴットを育成して、鏡面ウェハ加工したのち、表面のＣＯＰ数をサイズ別に比較した。
【００３０】
底面ヒータを使用せずに側面ヒータのみで石英ルツボを加熱して育成したシリコン単結晶インゴットから作製した単結晶シリコンウェハにおける０．１０６μｍ以上のサイズのＣＯＰ個数の度数分布を図３に、０．１２０μｍ以上のサイズのＣＯＰ個数の度数分布を図４にそれぞれ示す。
【００３１】
これに対して、底面ヒータおよび側面ヒータの両方を使用して石英ルツボを加熱して育成したシリコン単結晶インゴットから作製した単結晶シリコンウェハにおける０．１０６μｍ以上のサイズのＣＯＰ個数の度数分布を図５に、０．１２０μｍ以上のサイズのＣＯＰ個数の度数分布を図６にそれぞれ示す。
【００３２】
図３〜６に示す検証結果によれば、底面ヒータおよび側面ヒータの両方を使用して石英ルツボを加熱することにより、側面ヒータのみで石英ルツボを加熱した場合と比較して、０．１０６μｍ以上のサイズのＣＯＰ個数は、平均で１５８個から１０７個に減少した。また、０．１２０μｍ以上のサイズのＣＯＰ個数は、平均で８９個から５５個に減少した。これにより、底面ヒータの効果が確認された。
【実施例２】
【００３３】
次に、図１に示したシリコン単結晶引上装置を用い、ＣＯＰ発生領域を育成されたシリコン単結晶インゴットの直径の９０％以上の範囲として、酸化誘起積層欠陥リング（Ｒ−ＯＳＦ）をシリコン単結晶インゴットの再外周部に分布させる引上速度に設定し、側面ヒータと底面ヒータの出力比を変えてシリコン単結晶インゴットをそれぞれ育成して、鏡面ウェハ加工したのち、表面のＣＯＰ数をサイズ別に比較した。
【００３４】
側面ヒータと底面ヒータの出力比を３〜３．２：２（側面ヒータ：底面ヒータ）に設定して石英ルツボを加熱して育成したシリコン単結晶インゴットから作製した単結晶シリコンウェハにおける０．１０６μｍ以上のサイズのＣＯＰ個数の度数分布を図７に、０．１２０μｍ以上のサイズのＣＯＰ個数の度数分布を図８にそれぞれ示す。
【００３５】
これに対して、側面ヒータと底面ヒータの出力比を３．２〜３．４：２（側面ヒータ：底面ヒータ）に設定して石英ルツボを加熱して育成したシリコン単結晶インゴットから作製した単結晶シリコンウェハにおける０．１０６μｍ以上のサイズのＣＯＰ個数の度数分布を図９に、０．１２０μｍ以上のサイズのＣＯＰ個数の度数分布を図１０にそれぞれ示す。
【００３６】
図７〜１０に示す検証結果によれば、側面ヒータと底面ヒータの出力比を変化させてシリコン単結晶インゴットを育成することによって、ＣＯＰ数が大きく変化することが確認された。側面ヒータと底面ヒータの出力比を３〜３．２：２（側面ヒータ：底面ヒータ）に設定することで、０．１０６μｍ以上のサイズのＣＯＰ個数は、平均で７０個となり、０．１２０μｍ以上のサイズのＣＯＰ個数は、平均で３４個にすることができた。
【実施例３】
【００３７】
さらに、図１に示したシリコン単結晶引上装置を用い、ＣＯＰ発生領域を育成されたシリコン単結晶インゴットの直径の９０％以上の範囲として、酸化誘起積層欠陥リング（Ｒ−ＯＳＦ）をシリコン単結晶インゴットの再外周部に分布させる引上速度に設定し、底面ヒータの出力を一定にしたうえで、底面ヒータの上面と石英ルツボの内底面の最深部との距離（図２中の距離Ｃ）を変えてシリコン単結晶インゴットをそれぞれ育成して、鏡面ウェハ加工したのち、表面のＣＯＰ数をサイズ別に比較した。
【００３８】
ウェハ表面のサイズ別ＣＯＰ個数と、底面ヒータの上面と石英ルツボの内底面の最深部との距離の関係を図１１に示す。以上のような検証結果から、最適な引上条件で育成されたシリコン単結晶インゴットから作成された単結晶シリコンウェハの０．１０６μｍ以上のＣＯＰサイズの個数は、平均で６８個（図１２参照）であり、０．１２０μｍ以上のＣＯＰサイズの個数は、平均で３２個（図１３参照）であった。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、本発明のシリコン単結晶引上装置の概略を示す一部破断斜視図である。
【図２】図２は、図１に示すシリコン単結晶引上装置の要部断面図である。
【図３】図３は、本発明の検証結果を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の検証結果を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明の検証結果を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の検証結果を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の検証結果を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明の検証結果を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明の検証結果を示すグラフである。
【図１０】図１０は、本発明の検証結果を示すグラフである。
【図１１】図１１は、本発明の検証結果を示すグラフである。
【図１２】図１２は、本発明の検証結果を示すグラフである。
【図１３】図１３は、本発明の検証結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１０  シリコン単結晶引上装置
１２  石英ルツボ
１２ａ  胴部
１２ｂ  底部
１２ｃ  開放面
１６  側面ヒータ
１６ａ  内周面
１８  底面ヒータ
【図１】
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【図２】
2005281071.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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