(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窒素が１×1012atoms／cm3〜１×1014atoms／cm3の範囲でドープされたシリコン単結晶の製造方法であって、前記単結晶が1150℃〜1020℃である温度範囲での冷却速度を2.7℃／min以上とし、次いで1000℃〜850℃である温度範囲での冷却速度を1.2℃／min以下と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】
請求項１に記載の方法によって製造されたシリコン単結晶から切り出されたシリコンウェーハの表面上に、エピタキシャル層を成長させることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の集積回路素子に使用されるシリコン単結晶の製造方法、およびその方法で製造されたシリコン単結晶からエピタキシャルウェーハを製造する方法に関する。さらに詳しくは、窒素ドープされたシリコン単結晶から得られたウェーハにエピタキシャル層を成長させる際に、エピタキシャル層中に発生する積層欠陥や転位等の欠陥（以下、「エピタキシャル欠陥」という）の発生が少なく、同時に優れたゲッタリング作用を発揮するエピタキシャルウェーハの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、シリコン半導体デバイスの集積高密度化は、急速に進展しており、デバイスを形成するシリコンウェーハの品質に関する要求は厳しくなっている。例えば、ウェーハ上でデバイスが形成される、いわゆる「デバイス活性領域」において、転位等の結晶欠陥や金属系不純物はリーク電流の増大やキャリアのライフタイム低下原因となることから、高集積化で形成される回路が微細になるにともない、一層厳しく制限される。
【０００３】
従来から、半導体デバイス用として、チョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という）によって製造されたシリコン単結晶から切り出されたウェーハが用いられている。このウェーハには、通常、1018atoms／cm3程度の過飽和な酸素が含まれている。この酸素はデバイス形成時の熱履歴によって、酸素析出物を形成し、転位や積層欠陥などの結晶欠陥を形成する。しかし、デバイスの製造過程で、フィールド酸化膜のＬＯＣＯＳ（local oxidation of silicon）による形成やウエル拡散層の形成時に、1100℃程度で数時間保持されるため、ウェーハ表面近傍では酸素の外方拡散によって、厚さ数十μm前後の結晶欠陥のない、いわゆるＤＺ層（denuded zone)が形成される。このＤＺ層がデバイス活性領域となるので、結晶欠陥の発生が自然に抑制されていた。
【０００４】
ところが、半導体デバイスの微細化にともない、ウエル形成に高エネルギーイオン注入が採用され、デバイスプロセスが1000℃以下の低温で行われるようになると、上記酸素外方拡散が十分に起こらず表面近傍でＤＺ層が十分に形成されなくなる。このためウェーハの低酸素化が行われてきたが、結晶欠陥の発生を完全に抑制することは困難であった。
【０００５】
このようなことから、結晶欠陥をほぼ完全に含まないエピタキシャル層をウェーハ上に成長させたエピタキシャルウェーハが開発され、高集積化デバイスに多く用いられるようになっている。しかし、結晶の完全性が高いエピタキシャルウェーハを用いても、その後のデバイス工程におけるエピタキシャル層の金属不純物汚染によって、デバイス特性が悪化することになる。
【０００６】
このような金属系元素の不純物による汚染は、集積が高密度化するほどプロセスも複雑になって、その機会が増加し影響も大きくなってくる。汚染の排除は基本的にはプロセス環境および使用材料のクリーン化にあるが、デバイスプロセスにおいて完全になくすことは困難であり、その対処手段としてゲッタリング技術が必要になる。これは、汚染により侵入してきた不純物元素をデバイス活性領域外の場所（シンク）に捕獲し、無害化する手段である。
【０００７】
ゲッタリング技術としては、デバイスプロセスの熱処理中に自然に誘起される酸素起因の酸素析出物を利用して不純物元素を捕獲する、イントリンシックゲッタリング（intrinsic gettering、以下、単に「ＩＧ」とする）と呼ばれるものがある。しかし、エピタキシャル工程で1050℃〜1200℃の高温熱処理がウェーハに施されると、シリコン単結晶から切り出されたウェーハに内在する酸素析出核が縮小、消滅し、その後のデバイスプロセスにおいて、ウェーハ内にゲッタリング源となる酸素析出核を充分に誘起することが困難になる。このため、このゲッタリング技術を適用しても、プロセス全体にわたって金属不純物に対して充分なＩＧ効果を望めないという問題が生じる。
【０００８】
従来から、このような問題を解決するため、ＣＺ法によって単結晶を育成する際に窒素をドープし、エピタキシャル工程で施される高温熱処理によっても消失し難い酸素析出核をウェーハ内部に形成するシリコン単結晶の製造方法が提案されている（例えば、特開平11−189493号公報および特開2000−44389号公報等参照）。
【０００９】
提案された製造方法によれば、ＣＺ法によって窒素をドープして育成することによって、結晶中の酸素析出核の熱的安定性を増加させ、エピタキシャル工程によっても酸素析出核が縮小、消滅しないシリコン単結晶が得られる。そして、この単結晶から切り出されたウェーハであれば、エピタキシャル工程後に残存した酸素析出核はデバイス工程の初期段階から酸素析出物を形成し、ゲッタリングのシンクとして有効に作用するため、デバイス工程の初期段階からＩＧ効果が期待できるとしている。
【００１０】
しかしながら、その後の研究結果によれば、窒素を高濃度にドープした場合、例えば、窒素を１×1014atoms／cm3以上の濃度でドープすると、エピタキシャル工程での高温熱処理でも消失しない熱的に安定した酸素析出核は、ウエーハ内部およびウエーハ表面近傍においても形成される。このため、エピタキシャル工程において、ウエーハ表面近傍に形成された熱的に安定な酸素析出核を起点として、エピタキシャル層に積層欠陥や転位等が発生し、エピタキシャル欠陥を誘起し易くなるという問題があることが判明した。このエピタキシャル欠陥は、デバイスリーク電流の増大や、酸化膜耐圧の劣化等を引き起こすことになる。
【００１１】
一方、窒素を低濃度にドープした場合、例えば、窒素を５×1013atoms／cm3以下の濃度でドープすると、エピタキシャル欠陥発生という問題は見られないものの、窒素添加による酸素析出核の熱安定性を増加させるという効果が低いため、エピタキシャル工程での高温熱処理によりウエーハ内部の酸素析出核までもが消滅してしまい、その後、デバイス工程での高温熱処理を受けても余り酸素析出物が形成されず、ＩＧ効果が低いという問題がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した窒素ドープにともなうエピタキシャル欠陥に関する問題に鑑みてなされたものであり、窒素をドープして育成されたシリコン単結晶から作製されたエピタキシャルウェーハであっても、エピタキシャル欠陥の発生が抑制されると同時に、デバイス工程での高温熱処理において十分に酸素析出物が形成されるシリコン単結晶の製造方法およびエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ＣＺ法で窒素をドープした単結晶中に形成された酸素析出核の熱安定性に及ぼす結晶熱履歴の影響を調査するために、直径６”のシリコン単結晶を用いて、途中過程での引上げ速度の変更実験を行った。
【００１４】
具体的な実験の方法としでは、引上げ速度が0.7mm／minで長さ500mmまで直胴部を育成し、長さ500mmの時点で引上げ速度を減速して0.2mm／minに、または増速して1.2mm／minに変化させて、長さ550mmまで育成する。その後は、再び、引上げ速度を0.7mm／minに戻して、そのまま850mmまで育成した後、テール絞りを行って引上を終了する。このとき、単結晶にドープされた窒素濃度は、１×1013atoms／cm3とした。
【００１５】
このようにして育成された単結晶は、引上げ速度の変更にともなって、引上げ速度を減速した場合には、減速開始時の温度から低温側へ100℃前後の温度範囲で徐冷され、一方、引上げ速度を増速した場合には、減速開始時の温度から低温側へ100℃前後の温度範囲で急冷されることになる。引上げ後に、単結晶のうち1400〜800℃の温度範囲で冷却された部位からサンプルを切り出して、高温熱処理として1100℃×16hrの処理を行い、熱処理誘起欠陥の個数を測定して、酸素析出物密度を測定し、ＣＺ引上げで形成された酸素析出物の熱安定性について調査した。
【００１６】
図１は、ＣＺ法による途中過程での引上げ速度の変更実験による熱処理誘起欠陥の個数と引上げ速度変更開始時の温度との関係を示す図である。図１の結果から、1150℃〜1020℃の温度範囲を急冷することによって、熱処理誘起欠陥の個数が増加し、酸素析出物の密度が増大することが分かる。また、1000℃〜850℃の温度範囲を徐冷することによっても、酸素析出物の密度が安定して増大していることが分かる。
【００１７】
さらに、本発明者らは、窒素ドープによる単結晶の育成時に形成する空孔型欠陥である空洞、および酸素析出核が形成する温度範囲を調査するため、ＣＺ法による切り離し急冷実験を行った。具体的には、単結晶の直胴部を所定長さ形成した後、引上げを所定時間停止し、その後、単結晶を融液から切り離して、単結晶の欠陥密度を測定する実験方法である（必要なれば、特開平10−236897号公報参照）。
【００１８】
上記の実験では、結晶育成時の欠陥形成温度を顕著にするため、窒素を１×1014atoms／cm3の濃度でドープして、直径６”シリコン単結晶を育成する。実験条件は、引上げ速度1.Omm／minで直胴部を育成中に５Hr結晶育成を止めて、次いで固液界面から切り離した後、単結晶を引上げ方向に縦割り加工して、空洞欠陥の発生密度を測定することとしている。そして、空洞欠陥の検出には、バイオラッド社製の欠陥検出装置ＯＰＰ（Optical Precipitate Profiler）を用いてその密度を評価した。
【００１９】
図２は、ＣＺ法による切り離し急冷実験によるＯＰＰ欠陥密度と結晶切り離し時の温度との関係を示す図である。図２の結果から、空洞欠陥が形成し易い温度範囲は1100℃〜1020℃であることが分かる。従来、窒素を添加しない場合には、空洞欠陥が形成する温度域は、1100℃〜1070℃であることが報告されていた（H. Nishikawa、T. Tanaka，Y. Yanase，M. Hourai, M. Sanno and H. Tsuya，Jpn. J. Appl. Phys. Vol36（1997）p6595）。しかし、上記の結果から、窒素をドープすることで欠陥形成の温度域が約50℃低温側に広がることが明らかとなる。すなわち、窒素を添加することによって、空孔の拡散が抑制され、1070℃以下でも空孔の過飽和度が高く空洞欠陥を形成したことを示している。
【００２０】
次に、酸素析出核の形成温度を明らかにするため、切り離し急冷実験による試料を1050℃で４hrの等温熱処理後に、エッチングしてその密度を測定した。
【００２１】
図３は、ＣＺ法による切り離し急冷実験によるエッチピット密度と結晶切り離し時の温度との関係を示す図である。図３の結果から、切り離し時の温度が1050℃以下でエッチピットが観察されることが分かる。特に、切り離し時の温度が1050℃〜800℃の範囲で顕著である。これは、結晶育成時の冷却過程において、安定な酸素析出核は1050℃以下の温度範囲で形成されていることを示している。
【００２２】
従来、窒素を添加しない結晶では、酸素析出核の形成が観察されるのは切り離し時の温度が900℃以下の温度範囲であるとされていたが、上記の結果から、窒素を添加することによって、酸素析出核の形成する温度範囲が高温化したことが分かる。これは、窒素添加の影響で残留空孔が増大して、酸素析出核が形成する自由エネルギーが低下し、従来より高温の温度領域で酸素析出核の形成が可能になったからである。
【００２３】
本発明は、上述したＣＺ法による引上げ速度変更実験および切り離し急冷実験によって得られた知見に基づいて完成されたものであり、特に、ドープする窒素濃度に応じて、エピタキシャル欠陥が発生せず、酸素析出物密度に優れた単結晶を製造するための適正な冷却速度が存在することを知見し、本発明を完成させたものである。
【００２４】
参考例であるシリコン単結晶の製造方法は、ＣＺ法によって窒素が１×1012atoms／cm3〜１×1014atoms／cm3の範囲でドープされたシリコン単結晶の製造方法であって、単結晶が1150℃〜1020℃である温度範囲で冷却速度を2.7℃／min以上とすることを特徴としている（以下、「第１の方法」という）。
【００２５】
第１の方法において、ドープする窒素濃度の範囲を１×1012atoms／cm3〜１×1014atoms／cm3と限定するのは、１×1012atoms／cm3よりも濃度が低い場合には、酸素析出核の熱安定性効果が低いために、エピタキシャル工程の高温熱処理によりウエーハ内部の酸素析出核まで消滅してしまうからであり、１×1014atoms／cm3よりも濃度が高い場合には、逆に酸素析出核の熱安定性効果が高すぎるために、エピタキシャル工程の高温熱処理を受けてもウエーハ表面近傍に存在する熱安定性の高い酸素析出核が消滅せず、エピタキシャル欠陥を発生させてしまうからである。
【００２６】
冷却する温度範囲を1150℃〜1020℃と限定するのは、前記図１の結果から明らかなように、この温度範囲を急冷することによって、熱処理誘起欠陥の個数が増加し、酸素析出物の密度が増大することができるからである。さらに、冷却速度を2.7℃／min以上の急冷と規定しているのは、上述の引上げ速度変更試験で確保される冷却速度であり、十分な冷却効果が発揮されることを確認している。
【００２７】
すなわち、第１の方法では、窒素濃度の範囲を１×1012atoms／cm3〜１×1014atoms／cm3と比較的低濃度にすることで、熱的に安定な酸素析出核の形成を抑制し、一方で単結晶が1150℃〜1020℃の温度範囲で急冷することによって、固液界面で取り込まれた空孔の凝集を阻止して残留空孔の濃度を高く保つことにより、酸素析出核の形成をより高温側で開始させて、酸素析出核の成長を図るものである。これによりエピタキシャル欠陥の発生を防止し、エピタキシャル成長後の熱処理においても十分に酸素析出物を形成することができる。
【００２８】
請求項１に記載されるシリコン単結晶の製造方法は、ＣＺ法によって窒素が１×1012atoms／cm3〜１×1014atoms／cm3の範囲でドープされたシリコン単結晶の製造方法であって、単結晶が1150℃〜1020℃である温度範囲での冷却速度を2.7℃／min以上とし、次いで1000℃〜850℃の温度範囲での冷却速度を1.2℃／min以下とすることを特徴としている（以下、「第２の方法」という）。
【００２９】
第２の方法は、1000℃〜850℃の温度範囲での冷却速度を1.2℃／min以下にする規定を除いては、第１の方法と同じである。ここで、1000℃〜850℃の温度範囲で徐冷することとしているのは、前記図１の結果から明らかなように、この温度範囲を徐冷することによっても、酸素析出核の成長が促進されるからであり、これにより比較的サイズの大きな酸素析出核を形成することができる。
【００３０】
限定された温度範囲での冷却速度を1.2℃／min以下の徐冷と規定しているのは、上述の引上げ速度変更試験に基づくものであり、十分な酸素析出核の成長が図れるからである。
【００３１】
他の参考例であるシリコン単結晶の製造方法は、ＣＺ法によって窒素が５×1013atoms／cm3〜１×1016atoms／cm3の範囲でドープされたシリコン単結晶の製造方法であって、単結晶が1150℃〜800℃の温度範囲での冷却速度を6.5℃／min以上とすることを特徴とする（以下、「第３の方法」という）。
【００３２】
エピタキシャル欠陥の発生を防止する観点からは、窒素濃度を低く設定することが有効であることは上述の通りであるが、窒素濃度を高くすることはウエーハ内部の酸素析出核が熱的に安定化し、高温熱処理によりその消滅が抑制されて、酸素析出物密度の増大に寄与することから、これを利用することは有効である。
【００３３】
このため、本発明者は熱的に安定な酸素析出核であっても、そのサイズが大きくなければ、エピタキシャル成長の高温熱処理によってウエーハ表面近傍の酸素析出核は消滅すると考え、第３の方法を発明するに至った。
【００３４】
第３の方法では、まずドープする窒素濃度の範囲を５×1013atoms／cm3〜１×1016atoms／cm3と比較的高濃度にすることによって、熱的に安定な酸素析出核の形成を図っている。そして、1150℃〜800℃の温度範囲を6.5℃／min以上で急冷することことによって、空洞欠陥が形成する温度範囲（前記図２参照）と酸素析出核が成長する温度範囲（前記図３参照）に相当する1150℃〜800℃の温度範囲を出来るだけ急冷することで、エピタキシャル欠陥の発生原因と推定される空洞欠陥の形成および熱的に安定な酸素析出核の成長それぞれについて、その抑制を図っている。
【００３５】
第３の方法でドープする窒素濃度の上限を１×1016atoms／cm3以下としているのは、これを超えると単結晶育成時に結晶軸切れ発生による単結晶の有転位化が多発し、製品歩留まりが大きく低下してしまうからである。また、冷却速度を6.5℃／min以上の急冷と規定しているのは、これより低いと、ドープする窒素濃度が高いために空孔の凝縮を抑制する効果が小さく、酸素析出核の成長を抑制する効果が低いことから、熱的に安定なサイズの大きな酸素析出核が形成されてしまうからである。
【００３６】
請求項２に記載されるエピタキシャルウェーハの製造方法では、第２の方法で得られたシリコン単結晶から切り出されたシリコンウェーハの表面上に、エピタキシャル層を成長させることを特徴とする。
【００３７】
優れたＩＧ効果を発揮するとともに、エピタキシャル欠陥の発生が少ないエピタキシャルウェーハを製造することができる。言い換えると、デバイス活性領域に欠陥がない高品質のエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
本発明では、十分なＩＧ効果を得るために必要な酸素析出量を確保するため、育成する単結晶中の酸素濃度を４×1017atoms／cm3（ASTM'79）以上にすることが望ましい。前述の通り、ＣＺ法によって製造されたシリコン単結晶には、通常、1018atoms／cm3程度の過飽和な酸素が含まれているが、含有される酸素濃度が不足すると、ウェーハ強度が著しく低下したり、十分なＩＧ効果が発揮できなくなるからである。
【００３９】
本発明で採用するドープの方法は、所要濃度の窒素をドープできるのであれば、どもような方法でもよく、例えば、原料中または融液中への窒化物の混合、窒素を添加したフローティングゾーン法（ＦＺ法）によるシリコン結晶や表面に窒化珪素膜を形成させたウェーハの原料への混合、炉内への窒素あるいは窒素化合物ガスを流しながらの単結晶育成、溶融前の高温にて多結晶シリコンへの窒素あるいは窒素化合物ガスの吹き付け、窒化物製るつぼの使用等があげられる。
【００４０】
本発明で製造されるエピタキシャルウェーハは、第１〜第３の方法で窒素ドープされ、熱履歴が制御されたシリコン単結晶をスライスし、表面を研磨、洗浄後にエピタキシャル層が形成される。エピタキシャル層を成長させる際には、上述の単結晶を切り出したウェーハ表面に、気相成長法の熱分解法など、結晶欠陥のないエピタキシャル層の形成方法であればどのような方法でも適用することができる。
【００４１】
【実施例】
上記の第１〜第３の方法の効果を確認するため、下記の参考例１、実施例および参考例２に基づいて確認試験を実施した。ただし、本発明の内容は、この実施例に限定されるものではない。
【００４２】
図４は、実施例で用いたＣＺ法によるシリコン単結晶の製造装置の概略構成を説明する図である。装置の中心位置に坩堝１が配され、石英製容器1aとこの外側に嵌合された黒鉛製容器1bとから構成されている。坩堝１の外周には、加熱ヒーター２が同心円筒状に配設され、坩堝１内にはこの加熱ヒーターにより溶融された融液３が収容されている。坩堝１の上方には、引上げ軸４が種結晶５を装着して、回転、および昇降可能に垂設され、種結晶５の下端から単結晶６を成長させていく。そして、育成される単結晶６を囲繞して熱シールド材７が配置される。
【００４３】
第２の方法では、第１の方法に加え1000℃〜850℃の温度範囲で徐冷することとしている。第２の方法を図４に示す製造装置を用いて実施するには、種々の方法がある。例えば、熱シールド材７を最適化することによっても可能になる。図５に示すように、熱シールド材７の断熱材を部分的に薄くすることによって、加熱ヒーター２からの熱輻射量を増加させ、シリコン単結晶が1000℃〜850℃の温度範囲で徐冷することができる。
（参考例１）
参考例１では、第１の方法の効果を確認するため、前記図４に示す製造装置を用いて、８インチ、ｐ型（100）のシリコン単結晶（初期酸素濃度：１×1018atoms／cm3（ASTM'79））を製造した。引上げ時の1150℃〜1020℃の温度範囲の冷却は、引上げ速度を0.7mm／min〜2.Omm／minの範囲で制御し、ドープする窒素濃度も変化させて単結晶を製造した。このときの窒素濃度および冷却速度を表１に示す。
【００４４】
製造された単結晶からウェーハを切り出して、表面研磨、洗浄後に、堆積温度が1150℃の条件でエピタキシャル層を成長させ、エピタキシャル欠陥密度を市販の表面欠陥測定装置で測定した。次に、これらのウェーハを1000℃で16時間で熱処理し、ウェーハを劈開してライトエッチング液で５分間の選択エッチングを行って、光学顕微鏡にてエッチングピット密度をカウントして、ウェーハ中に形成された熱処理誘起の欠陥密度を測定した。これらの測定結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】
0004089137.tif 000002
サンプル１は、1150℃〜1020℃の温度範囲での冷却速度が2.5℃／min以上で急冷され、窒素濃度が1.3×1014atoms／cm3と高濃度にドープされているため、熱処理誘起欠陥は8.7×104／cm2と高密度で観察された。これは高濃度の窒素添加によって、酸素析出核の熱安定性が著しく向上したためであるが、同時にエピタキシャル欠陥の密度も著しく増加している。したがって、窒素濃度が１×1014atoms／cm3を超えてドープすることは、第１の方法においてエピタキシャル欠陥の増加を来すので望ましくないことが分かる。
【００４６】
サンプル２、５は、窒素濃度が１×1014atoms／cm3以下になるようにドープして、1150℃〜1020℃の温度範囲での冷却速度が2.5℃／min以下と規定外であったため、熱処理誘起欠陥は6.5×103／cm2以下と低密度であった。また、エピタキシャル欠陥の密度も低い値であった。
【００４７】
一方、サンプル３、４、６、７は、いずれも1150℃〜1020℃の温度範囲で2.7℃／min以上で急冷されているので、熱処理誘起欠陥の密度を増大させ、エピタキシャル欠陥の密度を低減させることができた。本発明で規定通りの冷却を実施することによって、固液界面において取り込まれた空孔の凝集を抑制し、残留空孔濃度を高くすることによって酸素析出核の成長を促進させることができる。
（実施例）
実施例では、第２の方法の効果を確認するため、図５に示す熱シールド材を使用した単結晶製造装置を用いて、参考例１と同じ８インチ、ｐ型（100）のシリコン単結晶を製造した。引上げ時には1150℃〜1020℃の温度範囲の冷却速度を2.7℃／min以上になり、さらに1000℃〜850℃の温度範囲の冷却速度が1.2℃／min以下になるように、引上げ速度を1.3mm／minで制御した。また、ドープする窒素濃度も変化させて単結晶を製造した。このときの窒素濃度および冷却速度を表２に示す。
【００４８】
製造された単結晶からウェーハを切り出して、表面研磨、洗浄後に、堆積温度が1150℃の条件でエピタキシャル層を成長させ、参考例１と同様に、エピタキシャル欠陥密度を測定するとともに、ウェーハ中に形成された熱処理誘起の欠陥密度を測定した。これらの測定結果を表２に示す。
【００４９】
【表２】
0004089137.tif 000003
サンプル８〜11は全て、第１の方法の冷却条件を満足するため、エピタキシャル欠陥密度が低く、熱処理誘起欠陥の密度もそれなりに高い結果が得られていることがわかる。
【００５０】
サンプル８、９は、更に第２の方法で規定する1000℃〜850℃の温度範囲の冷却速度が1.2℃／min以下の徐冷条件を満足するため、エピタキシャル欠陥の密度は低いままで、低窒素濃度であるサンプル８においても、熱処理誘起欠陥の密度は1.2×104／cm2以上と高い値が確保されている。
【００５１】
サンプル10、11は、第２の方法の冷却条件を満足しないときの結果であるが、1000℃〜850℃の温度範囲の冷却速度が異なる以外は、ほぼ同条件であるサンプル９とサンプル11を比較した場合、第２の方法の徐冷条件を満足するサンプル９において、約２倍の熱処理誘起欠陥密度が得られていることがわかる。
【００５２】
サンプル８、９のように、1150℃〜1020℃の温度範囲を急冷して早く通過させることで、固液界面で取り込まれた空孔の凝集を抑制し、残留空孔濃度を高くして酸素析出核の形成をより高温側から開始させて、酸素析出核の成長が促進される。加えて1000℃〜850℃の温度範囲を徐冷することによって、さらに酸素析出核を成長させることができる。
（参考例２）
参考例２では、第３の方法の効果を確認するため、６インチ、ｐ型（100）のシリコン単結晶（初期酸素濃度：1.2×1018atoms／cm3（ASTM'79））を製造した。引上げ時に1150℃〜800℃の温度範囲の冷却速度は、引上げ速度を1.2mm／minまたは1.9mm／minの２条件で変化させて制御して単結晶を製造した。単結晶にドープする窒素は、５×1014atoms／cm3と高濃度とした。このときの条件を表３に示す。
【００５３】
製造された単結晶からウェーハを切り出して、表面研磨、洗浄後に、堆積温度が1150℃の条件でエピタキシャル層を成長させ、参考例１と同様に、エピタキシャル欠陥密度を測定するとともに、ウェーハ中に形成された熱処理誘起の欠陥密度を測定した。これらの測定結果を表３に示す。
【００５４】
【表３】
0004089137.tif 000004
サンプル12、14では、1150℃から800℃の温度範囲での冷却速度は4.1℃／minであり、第３の方法で規定する条件と異なるため、窒素濃度５×1014atoms／cm3のサンプル12で、熱処理誘起欠陥の密度は4.8×105／cm2以上観察されたが、エピタキシャル欠陥の密度も著しく高いものとなった。
【００５５】
一方、サンプル13、15は、第３の方法で規定する条件で冷却したことから、窒素濃度５×1014atoms／cm3のサンプル13で、熱処理誘起欠陥の密度は2.0×105／cm2以上観察され、同時にエピタキシャル欠陥の密度も十分に低く、デバイス活性領域に欠陥がない高品質のエピタキシャルウェーハを得ることができる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明のシリコン単結晶およびエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、窒素をドープして製造されたシリコン単結晶から作製されたウェーハであっても、エピタキシャル欠陥の密度を低くして、同時に優れたＩＧ能力を発揮する半導体デバイス用のシリコン単結晶を得ることができる。すなわち、このシリコン単結晶から切り出したウェーハを用いると、デバイス活性領域に欠陥がない高品質のエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＺ法による途中過程での引上げ速度の変更実験による熱処理誘起欠陥の個数と引上げ速度変更開始時の温度との関係を示す図である。
【図２】ＣＺ法による切り離し急冷実験によるＯＰＰ欠陥密度と結晶切り離し時の温度との関係を示す図である。
【図３】ＣＺ法による切り離し急冷実験によるエッチピット密度と結晶切り離し時の温度との関係を示す図である。
【図４】実施例で用いたＣＺ法によるシリコン単結晶の製造装置の概略構成を説明する図である。
【図５】最適化された熱シールド材の形状例を示す図である。
【符号の説明】
１：坩堝、  1a：石英製容器
1b：黒鉛製容器、  ２：加熱ヒーター
３：融液、  ４：引上げ軸
５：種結晶、  ６：単結晶
７：熱シールド材
【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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