(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶ウエーハにおいて、熱酸化処理をした際にリング状に発生するＯＳＦの外側のＮ領域であって、Ｃｕデポジションにより検出される欠陥領域が存在せず、かつ少なくともウエーハ中心が、酸素析出処理後のＢＭＤ密度が１×１０７個／ｃｍ３以上及び／又はウエーハライフタイムが３０μｓｅｃ以下の数値を示す高酸素析出Ｎｖ領域内のものであることを特徴とするシリコン単結晶ウエーハ。
【請求項２】
前記高酸素析出Ｎｖ領域が、ウエーハ面内の８０％以上の領域で存在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ウエーハ。
【請求項３】
前記請求項１又は請求項２に記載のシリコン単結晶ウエーハにエピタキシャル層を形成したものであることを特徴とするエピタキシャルウエーハ。
【請求項４】
チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法において、熱酸化処理をした際にリング状に発生するＯＳＦの外側のＮ領域であって、Ｃｕデポジションにより検出される欠陥領域が存在せず、かつ少なくとも単結晶の中心が、酸素析出処理をした際にＢＭＤ密度が１×１０７個／ｃｍ３以上及び／又はウエーハライフタイムが３０μｓｅｃ以下の数値を示す高酸素析出Ｎｖ領域となる領域内で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５】
前記高酸素析出Ｎｖ領域が、面内の８０％以上の領域で存在するように単結晶を育成することを特徴とする請求項４に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項６】
チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法において、引上げ中のシリコン単結晶の成長速度を漸減することで、ＯＳＦリング消滅後に残存するＣｕデポジションにより検出される欠陥領域が消滅する境界の成長速度と、さらに成長速度を漸減した場合に、酸素析出処理をした際にＢＭＤ密度が１×１０７個／ｃｍ３以上及び／又はウエーハライフタイムが３０μｓｅｃ以下の数値を示す高酸素析出Ｎｖ領域が消滅する境界の成長速度とを調べ、これらの成長速度の間の成長速度に制御して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７】
前記酸素析出処理が、４００〜７００℃の窒素雰囲気内で２０分〜５時間の前処理を施し、次いで７００〜９００℃で３〜５時間のドライ酸化を施した後、９００〜１１００℃で１０〜２０時間のドライ酸化処理を行うものであることを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項８】
前記シリコン単結晶の初期酸素濃度を２０ｐｐｍａ（ＡＳＴＭ’７９）以上に制御して単結晶を育成することを特徴とする請求項４ないし請求項７のいずれか１項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、後述するようなＶ領域、Ｉ領域、及びＯＳＦ領域のいずれの欠陥も無く、Ｃｕデポジションにより検出される欠陥領域も存在せず、優れた電気特性とゲッタリング能力を有するＮ領域のシリコン単結晶に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体回路の高集積化に伴う素子の微細化に伴い、その基板となるチョクラルスキー法（ＣＺ法）で作製されたシリコン単結晶に対する品質要求が高まってきている。特に、ＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰ等のグローンイン（Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ）欠陥と呼ばれる、酸化膜耐圧特性やデバイスの特性を悪化させる単結晶成長起因の欠陥が存在し、その密度とサイズの低減が重要視されている。
【０００３】
これらの欠陥を説明するに当たって、先ず、シリコン単結晶に取り込まれるベイカンシイ（Ｖａｃａｎｃｙ、以下「Ｖ」と略記することがある）と呼ばれる空孔型の点欠陥と、インタースティシアル−シリコン（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ−Ｓｉ、以下「Ｉ」と略記することがある）と呼ばれる格子間型シリコン点欠陥のそれぞれの取り込まれる濃度を決定する因子について、一般的に知られていることを説明する。
【０００４】
シリコン単結晶において、Ｖ領域とは、Ｖａｃａｎｃｙ、つまりシリコン原子の不足から発生する凹部、穴のようなものが多い領域であり、Ｉ領域とは、シリコン原子が余分に存在することにより発生する転位や余分なシリコン原子の塊が多い領域のことである。また、Ｖ領域とＩ領域の間には、原子の不足や余分が無い（少ない）ニュートラル（Ｎｅｕｔｒａｌ、以下「Ｎ」と略記することがある）領域が存在していることになる。そして、前記グローンイン欠陥（ＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰ等）というのは、あくまでもＶやＩが過飽和な状態の時に点欠陥が凝集した結果として発生するものであり、多少の原子の偏りがあっても、飽和以下であれば、点欠陥は凝集せず、前記グローンイン欠陥としては存在しないことが判ってきた。
【０００５】
図７は単結晶の成長速度と欠陥分布を示したものである。前記した両点欠陥の濃度は、ＣＺ法における結晶の引上げ速度（成長速度）と結晶中の固液界面近傍の温度勾配Ｇとの関係から決まり、Ｖ領域とＩ領域との境界近辺にはＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥、Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｔａｃｋｉｎｇ  Ｆａｕｌｔ）と呼ばれる欠陥が、結晶成長軸に対する垂直方向の断面で見た時に、リング状に分布（以下、ＯＳＦリングということがある）することが確認されている。
そして、これらの結晶成長起因の欠陥は、通常の結晶中固液界面近傍の温度勾配Ｇが大きい炉内構造（ホットゾーン：ＨＺ）を使用したＣＺ引上げ機で結晶成長軸方向に成長速度を高速から低速に変化させた場合、図７に示したような欠陥分布図として得られる。
【０００６】
結晶成長起因の欠陥を分類すると、例えば成長速度が０．６ｍｍ／ｍｉｎ前後以上と比較的高速の場合には、空孔型の点欠陥が集合したボイド起因とされているＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰ等のグローンイン欠陥が結晶径方向全域に高密度に存在し、これらの欠陥が存在する領域がＶ領域となる（図７のライン（Ａ））。
【０００７】
また、成長速度が０．６ｍｍ／ｍｉｎ以下の場合は、成長速度の低下に伴い、ＯＳＦリングが結晶の周辺から発生し、このリングの外側に格子間シリコンが集合した転位ループ起因と考えられているＬ／Ｄ（Ｌａｒｇｅ  Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ：格子間転位ループの略号、ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ等）の欠陥（巨大転位クラスタ）が低密度に存在し、これらの欠陥が存在する領域がＩ領域（Ｌ／Ｄ領域ということがある）となる。さらに、成長速度を０．４ｍｍ／ｍｉｎ前後以下と低速にすると、ＯＳＦリングがウエーハの中心に収縮して消滅し、全面がＩ領域となる（図７のライン（Ｃ））。
【０００８】
また、図７に示されるように、近年Ｖ領域とＩ領域の中間でＯＳＦリングの外側に、前記したＮ領域と呼ばれる、空孔起因のＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰも、格子間シリコン起因のＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤも存在しない領域の存在が発見されている。この領域はＯＳＦリングの外側にあり、そして、酸素析出熱処理を施し、Ｘ−ｒａｙ観察等で析出のコントラストを確認した場合に、酸素析出がほとんどなく、かつ、ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤが形成されるほどリッチではないＩ領域側であると報告されている（図７のライン（Ｂ））。
【０００９】
このようなＮ領域は、通常の方法では、成長速度を下げた時に成長軸方向に対して斜めに存在するため、ウエーハ面内では一部分にしか存在しなかった。
このＮ領域について、ボロンコフ理論（Ｖ．Ｖ．Ｖｏｒｏｎｋｏｖ；Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ，５９（１９８２）６２５〜６４３）では、引上げ速度（Ｖ）と結晶固液界面軸方向温度勾配（Ｇ）の比であるＶ／Ｇというパラメータが点欠陥のトータルな濃度を決定すると唱えている。このことから考えると、面内で引上げ速度（成長速度）はほぼ一定のはずであるから、面内でＧが分布を持つために、例えば、ある引上げ速度では中心がＶ領域でＮ領域を挟んで周辺でＩ領域となるような結晶しか得られなかった。
【００１０】
そこで最近、面内のＧの分布を改良して、この斜めでしか存在しなかったＮ−領域を、例えば、引上げ速度（成長速度）を徐々に下げながら引上げた時に、ある引上げ速度でＮ領域が横全面（ウェーハ全面）に広がった結晶が製造できるようになった。また、この全面Ｎ領域の結晶を長さ方向へ拡大するには、このＮ領域が横に広がった時の引上げ速度を維持して引上げればある程度達成できる。また、結晶が成長するに従ってＧが変化することを考慮し、それを補正して、あくまでもＶ／Ｇが一定になるように、引上げ速度を調節すれば、それなりに成長方向にも、全面Ｎ領域となる結晶が拡大できるようになった。
【００１１】
また、最近では、Ｎ領域をさらに分類すると、ＯＳＦリングの外側に隣接するＮｖ領域（空孔の多い領域）とＩ領域に隣接するＮｉ領域（格子間シリコンが多い領域）とがあり、Ｎｖ領域では、熱酸化処理した際に酸素析出量が多く、Ｎｉ領域では酸素析出が殆ど無いことがわかっている。
そのため、図８に示されるように、従来のＮ領域での結晶成長では、酸素析出量が多いＮｖ領域と酸素析出層が殆ど形成されないＮｉ領域を区別せずに混在させたＮ領域で成長させるか、あるいはＮｖ領域かＮｉ領域のいずれかの領域でシリコン単結晶の育成を行って、全面Ｎ領域のシリコンウエーハを得ることが行われるようになってきている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のように全面Ｎ領域であり、熱酸化処理した際にＯＳＦリングを発生せず、かつ全面にＦＰＤ、Ｌ／Ｄが存在しない単結晶であるにもかかわらず酸化膜欠陥が著しく発生する場合があることがわかった。そして、これが酸化膜耐圧特性のような電気特性を劣化させる原因となっており、従来の全面がＮ領域であるというだけでは不十分であり、電気特性を一層向上させることが望まれていた。さらに、上記酸素析出が多いＮｖ領域で結晶を育成してもゲッタリング能力にバラツキが生じ、必ずしもデバイス歩留りを向上させることにならない場合があり、品質のさらなる改善が望まれていた。
【００１３】
そこで本発明は、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を製造する際、空孔リッチのＶ領域、ＯＳＦ領域、そして格子間シリコンリッチのＩ領域のいずれにも属さず、かつ優れた電気特性とゲッタリング能力を有し、デバイス歩留りを確実に向上させることができるシリコン単結晶及びエピタキシャルウエーハを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明によれば、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶ウエーハにおいて、熱酸化処理をした際にリング状に発生するＯＳＦの外側のＮ領域であって、Ｃｕデポジションにより検出される欠陥領域が存在せず、かつ少なくともウエーハ中心が、酸素析出処理後のＢＭＤ密度が１×１０７個／ｃｍ３以上及び／又はウエーハライフタイムが３０μｓｅｃ以下の数値を示す高酸素析出Ｎｖ領域内のものであることを特徴とするシリコン単結晶ウエーハが提供される（請求項１）。
【００１５】
このようなシリコン単結晶ウエーハは、Ｖ領域のＦＰＤ等の欠陥、Ｉ領域の巨大転位クラスタ（ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ）、及びＯＳＦ欠陥が形成されないＮ領域であって、Ｃｕデポジションにより検出される欠陥（Ｃｕデポジション欠陥）が存在せず、ウエーハライフタイムが低くなる程の高酸素析出により極めて高いゲッタリング能力を有し、しかも、高酸化膜耐圧で優れた電気特性を有し、デバイス歩留りを確実に向上させることができるものとなる。
【００１６】
この場合、前記高酸素析出Ｎｖ領域が、ウエーハ面内の８０％以上の領域で存在することが好ましい（請求項２）。
前記のような高酸素析出Ｎｖ領域は、ウエーハ面内のより広い領域を占めることが好ましいが、ウエーハ面内の８０％以上の領域が高酸素析出Ｎｖ領域であるウエーハであれば、ウエーハのほぼ全体が十分高いゲッタリング能力を有し、デバイス歩留りを十分に向上させることができるものとなる。
【００１７】
また、上記シリコン単結晶ウエーハにエピタキシャル層を形成したものであることを特徴とするエピタキシャルウエーハが提供される（請求項３）。
このようなエピタキシャルウエーハであれば、無欠陥のエピタキシャル層が形成され、電気特性とゲッタリング能力にも優れたエピタキシャルウエーハとなる。
【００１８】
さらに本発明によれば、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法において、熱酸化処理をした際にリング状に発生するＯＳＦの外側のＮ領域であって、Ｃｕデポジションにより検出される欠陥領域が存在せず、かつ少なくとも単結晶の中心が、酸素析出処理をした際にＢＭＤ密度が１×１０７個／ｃｍ３以上及び／又はウエーハライフタイムが３０μｓｅｃ以下の数値を示す高酸素析出Ｎｖ領域となる領域内で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が提供される（請求項４）。
【００１９】
このような製造方法によれば、育成した結晶をウェーハとしたときに、Ｖ領域のＦＰＤ等の欠陥、Ｉ領域の巨大転位クラスタ、及びＯＳＦ欠陥が形成されないＮ領域であって、Ｃｕデポジション欠陥が存在せず、ウエーハライフタイムが低くなる程十分に酸素析出が生じてゲッタリング能力を有するとともに、優れた電気特性を有するシリコン単結晶ウエーハを得ることができる。
【００２０】
この場合、前記高酸素析出Ｎｖ領域が、面内の８０％以上の領域で存在するように単結晶を育成することが好ましい（請求項５）。
このように高酸素析出Ｎｖ領域が面内の８０％以上の領域を占めるようにシリコン単結晶を育成すれば、ほぼ全面にわたって極めて高いゲッタリング能力を有するシリコン単結晶ウエーハを確実に得ることができる。
【００２１】
また、他の方法として、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法において、引上げ中のシリコン単結晶の成長速度を漸減することで、ＯＳＦリング消滅後に残存するＣｕデポジションにより検出される欠陥領域が消滅する境界の成長速度と、さらに成長速度を漸減した場合に、酸素析出処理をした際にＢＭＤ密度が１×１０７個／ｃｍ３以上及び／又はウエーハライフタイムが３０μｓｅｃ以下の数値を示す高酸素析出Ｎｖ領域が消滅する境界の成長速度とを調べ、これらの成長速度の間の成長速度に制御して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。が提供される（請求項６）。
【００２２】
このような方法によっても、ＦＰＤ等のＶ領域欠陥、巨大転位クラスタ等のＩ領域欠陥、及びＯＳＦ欠陥が形成されず、Ｃｕデポジション欠陥も存在せず、優れた電気特性とゲッタリング能力を有するシリコン単結晶ウエーハを得ることができる。
【００２３】
この場合、酸素析出処理は、４００〜７００℃の窒素雰囲気内で２０分〜５時間の前処理を施し、次いで７００〜９００℃で３〜５時間のドライ酸化を施した後、９００〜１１００℃で１０〜２０時間のドライ酸化処理を行うものとすることが好ましい（請求項７）。
このような酸素析出処理をして測定されるＢＭＤ密度及び／又はウエーハライフタイムを基準として上記のようにシリコン単結晶を育成すれば、確実に所望のゲッタリング能力を有するシリコン単結晶ウエーハを得ることができる。
【００２４】
また、シリコン単結晶の初期酸素濃度を２０ｐｐｍａ（ＡＳＴＭ’７９）以上に制御して単結晶を育成することが好ましい（請求項８）。
上記のような初期酸素濃度に制御してシリコン単結晶を育成すれば、酸素析出熱処理後、特に優れたゲッタリング能力を有するシリコン単結晶ウエーハを得ることができる。
【００２５】
以下、本発明につき詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、説明に先立ち各用語につき予め解説しておく。
１）ＦＰＤ（Ｆｌｏｗ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｄｅｆｅｃｔ）とは、成長後のシリコン単結晶棒からウエーハを切り出し、表面の歪み層を弗酸と硝酸の混合液でエッチングして取り除いた後、Ｋ2 Ｃｒ2 Ｏ7 と弗酸と水の混合液で表面をエッチング（Ｓｅｃｃｏエッチング）することによりピットおよびさざ波模様が生じる。このさざ波模様をＦＰＤと称し、ウエーハ面内のＦＰＤ密度が高いほど酸化膜耐圧の不良が増える（特開平４−１９２３４５号公報参照）。
【００２６】
２）ＳＥＰＤ（Ｓｅｃｃｏ  Ｅｔｃｈ  Ｐｉｔ  Ｄｅｆｅｃｔ）とは、ＦＰＤと同一のＳｅｃｃｏエッチングを施した時に、流れ模様（ｆｌｏｗ  ｐａｔｔｅｒｎ）を伴うものをＦＰＤと呼び、流れ模様を伴わないものをＳＥＰＤと呼ぶ。この中で１０μｍ以上の大きいＳＥＰＤ（ＬＳＥＰＤ）は転位クラスターに起因すると考えられ、デバイスに転位クラスターが存在する場合、この転位を通じて電流がリークし、Ｐ−Ｎジャンクションとしての機能を果たさなくなる。
【００２７】
３）ＬＳＴＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  Ｄｅｆｅｃｔ）とは、成長後のシリコン単結晶棒からウエーハを切り出し、表面の歪み層を弗酸と硝酸の混合液でエッチングして取り除いた後、ウエーハを劈開する。この劈開面より赤外光を入射し、ウエーハ表面から出た光を検出することでウエーハ内に存在する欠陥による散乱光を検出することができる。ここで観察される散乱体については学会等ですでに報告があり、酸素析出物とみなされている（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．  Ｖｏｌ．３２，Ｐ３６７９，１９９３参照）。また、最近の研究では、八面体のボイド（穴）であるという結果も報告されている。
【００２８】
４）ＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ）とは、ウエーハの中心部の酸化膜耐圧を劣化させる原因となる欠陥で、Ｓｅｃｃｏ  エッチではＦＰＤになる欠陥が、ＳＣ−１洗浄（ＮＨ4 ＯＨ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝１：１：１０の混合液による洗浄）では選択エッチング液として働き、ＣＯＰになる。このピットの直径は１μｍ以下で光散乱法で調べる。
【００２９】
５）Ｌ／Ｄ（Ｌａｒｇｅ  Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ：格子間転位ループの略号）には、ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ等があり、格子間シリコンが凝集した転位ループ起因と考えられている欠陥である。ＬＳＥＰＤは、上記したようにＳＥＰＤの中でも１０μｍ以上の大きいものをいう。また、ＬＦＰＤは、上記したＦＰＤの中でも先端ピットの大きさが１０μｍ以上の大きいものをいい、こちらも転位ループ起因と考えられている。
【００３０】
６）Ｃｕデポジション法は、半導体ウエーハの欠陥の位置を正確に測定し、半導体ウエーハの欠陥に対する検出限度を向上させ、より微細な欠陥に対しても正確に測定し、分析できるウエーハの評価法である。
【００３１】
具体的なウエーハの評価方法は、ウエーハ表面上に所定の厚さの絶縁膜を形成させ、前記ウエーハの表面近くに形成された欠陥部位上の絶縁膜を破壊して欠陥部位にＣｕ等の電解物質を析出（デポジション）するものである。つまり、Ｃｕデポジション法は、Ｃｕイオンが溶存する液体の中で、ウエーハ表面に形成した酸化膜に電位を印加すると、酸化膜が劣化している部位に電流が流れ、ＣｕイオンがＣｕとなって析出することを利用した評価法である。酸化膜が劣化し易い部分にはＣＯＰ等の欠陥が存在していることが知られている。
【００３２】
Ｃｕデポジションされたウエーハの欠陥部位は、集光灯下や直接的に肉眼で分析してその分布や密度を評価することができ、さらに顕微鏡観察、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）または走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）等でも確認することができる。
【００３３】
７）ＢＭＤ（Ｂｕｌｋ  Ｍｉｃｒｏ  Ｄｅｆｅｃｔ）とは、ＣＺシリコン結晶中に過飽和に固溶していた格子間酸素が熱処理によりＳｉＯ２等として析出した酸素析出物のことであり、ＢＭＤがウエーハの内部に存在する場合はイントリンシックゲッタリング（ＩＧ）に寄与することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、グローンイン欠陥の無いＮ領域で結晶を育成しても、酸化膜耐圧特性が悪いものがあり、その原因を調べるため、Ｃｕデポジション法によりＮ領域についてさらに詳細に調査したところ、ＯＳＦ領域の外側のＮ領域（Ｎｖ領域）であって、析出熱処理後、酸素析出が発生し易い領域の一部にＣｕデポジション処理で検出される欠陥が著しく発生する領域があることを発見した。そして、これが酸化膜耐圧特性のような電気特性を劣化させる原因となっていることをつきとめた。
【００３５】
そこで、このＯＳＦの外側のＮ領域であって、Ｃｕデポジションにより検出される欠陥領域（Ｃｕデポ欠陥領域）のない領域をウエーハ全面に広げることができれば、前記種々のグローンイン欠陥がないとともに、酸化膜耐圧特性が向上したウエーハが得られることになる。
【００３６】
ところが、上記のようなＣｕデポジション欠陥領域を含まないＮｖ領域内でシリコン単結晶を育成してウエーハを作製したところ、酸化膜耐圧特性は向上するものの、ゲッタリング能力にバラツキが大きく、十分なゲッタリング効果が得られない場合があった。このようにゲッタリング能力が十分でないと、デバイス工程での歩留りを低下させることになってしまう。
【００３７】
そこで本発明者らは、ゲッタリング能力の低下の原因を究明すべく、Ｎｖ領域で育成したシリコン単結晶の酸素析出量について詳しく調査した。その結果、Ｎｖ領域の酸素析出量は、ＯＳＦ近傍で最も高く、Ｎｉ領域に近づくほど減少するように分布しており、大幅なばらつきがあることがわかった。すなわち、Ｎｖ領域でシリコン単結晶を育成しても、Ｎｉ領域に近いＮｖ領域では酸素析出量が不十分となり、そのためにゲッタリング能力が十分得られないことがわかった。
【００３８】
さらに本発明者らは、Ｎｖ領域で育成したシリコンウエーハについて詳細に調査した結果、Ｖ領域、ＯＳＦ領域、Ｉ領域、及びＣｕデポジション欠陥領域を含まないＮｖ領域であって、酸素析出処理後のＢＭＤ密度が１×１０７個／ｃｍ３以上及び／又はウエーハライフタイム（ＷＬＴ）が３０μｓｅｃ以下の数値を示すＮｖ領域（高酸素析出Ｎｖ領域）内のシリコン単結晶ウエーハであれば、高耐圧かつ高析出により、電気特性だけでなく、ゲッタリング能力に極めて優れたＮ領域のシリコン単結晶ウエーハとなることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００３９】
以下、図面を参照しながらさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図２は、本発明のシリコン単結晶ウエーハを製造する際に使用することができる単結晶引上げ装置の一例を示している。この単結晶引上げ装置３０は、引上げ室３１と、引上げ室３１中に設けられたルツボ３２と、ルツボ３２の周囲に配置されたヒータ３４と、ルツボ３２を回転させるルツボ保持軸３３及びその回転機構（図示せず）と、シリコンの種結晶を保持するシードチャック６と、シードチャック６を引上げるワイヤ７と、ワイヤ７を回転又は巻き取る巻取機構（図示せず）を備えている。また、ヒータ３４の外側周囲には断熱材３５が配置されている。
【００４０】
ルツボ３２は、その内側のシリコン融液（湯）２を収容する側には石英ルツボが設けられ、その外側には黒鉛ルツボが設けられている。
別に、最近では引上げ室３１の水平方向の外側に、図示しない磁石を設置し、シリコン融液２に水平方向あるいは垂直方向等の磁場を印加することによって、融液の対流を抑制し、単結晶の安定成長をはかる、いわゆるＭＣＺ法が用いられることも多い。
【００４１】
また、本発明の製造方法に関わる製造条件を設定するために、環状の黒鉛筒（遮熱板）１２が設けられており、さらに結晶の固液界面４近傍の外周に環状の外側断熱材１０が設けられている。この外側断熱材１０は、その下端とシリコン融液２の湯面３との間に２〜２０ｃｍの間隔を設けて設置されている。こうすれば、結晶中心部分の温度勾配Ｇｃ［℃／ｃｍ］と結晶周辺部分の温度勾配Ｇｅとの差が小さくなり、例えば結晶周辺の温度勾配の方が結晶中心より低くなるように炉内温度を制御することもできる。
外側断熱材１０は黒鉛筒１２の外側にあり、黒鉛筒１２の内側にも内側断熱材１１を設けている。また、黒鉛筒１２の上には冷却筒１４があって冷却媒体を流して強制冷却している。さらに、冷却ガスを吹き付けたり、輻射熱を遮って単結晶を冷却する筒状の冷却手段を設けてもよい。
【００４２】
このような単結晶引上げ装置３０を用いてシリコン単結晶を製造するには、まず、ルツボ３２内でシリコンの高純度多結晶原料を融点（約１４２０°Ｃ）以上に加熱して融解する。次に、ワイヤ７を巻き出すことにより融液２の表面略中心部に種結晶の先端を接触又は浸漬させる。その後、ルツボ保持軸３３を回転させるとともに、ワイヤ７を回転させながら巻き取る。これにより種結晶も回転しながら引上げられ、単結晶の育成が開始され、以後、引上げ速度と温度を適切に調節することにより略円柱形状の単結晶棒１を得ることができる。
【００４３】
このとき、従来の無欠陥結晶の育成では、Ｎ領域全体、あるいはＮｖ領域またはＮｉ領域のいずれかの領域内でシリコン単結晶の育成を行っていた。しかし、本発明では、熱酸化処理をした際にリング状に発生するＯＳＦの外側のＮ領域であって、Ｃｕデポジションにより検出される欠陥領域が存在せず、かつ少なくとも単結晶の中心が、酸素析出処理をした際にＢＭＤ密度が１×１０７個／ｃｍ３以上及び／又はウエーハライフタイムが３０μｓｅｃ以下の数値を示す高酸素析出Ｎｖ領域となる領域内で単結晶を育成する。このように単結晶を育成してウエーハに加工すれば、ウエーハ中心から周辺にかけて広い領域で無欠陥領域となり、さらに酸素析出処理によって極めて高いゲッタリング能力と優れた電気特性を有し、デバイス歩留りを確実に向上させることができるものとなる。
【００４４】
図１は、上記のような本発明の高酸素析出Ｎｖ領域内での成長速度を表したものである。この図に示されるように、引上げ中のシリコン単結晶の成長速度を結晶肩から直胴尾部にかけて高速から低速へ漸減させた場合、成長速度に応じて、Ｖ領域、ＯＳＦリング領域、Ｃｕデポジション欠陥領域、Ｎｖ領域、Ｎｉ領域、Ｉ領域（巨大転位クラスタ発生領域）の順に各相が形成されるが、本発明では、Ｎｖ領域のうち、ＯＳＦリング消滅後に残存するＣｕデポジションにより検出される欠陥領域が消滅する境界の成長速度と、さらに成長速度を漸減した場合に、酸素析出処理をした際にＢＭＤ密度が１×１０７個／ｃｍ３以上及び／又はウエーハライフタイムが３０μｓｅｃ以下の数値を示す高酸素析出Ｎｖ領域が消滅する境界の成長速度との間の成長速度に制御して単結晶全体を育成すればよい。このようにシリコン単結晶を育成すれば、図１に示されるように少なくとも単結晶の中心では高酸素析出Ｎｖ領域（極低ライフタイム領域）となり、例えば中心から周辺にかけて５０％以上、あるいは面内の８０％以上の領域で高酸素析出Ｎｖ領域が存在する単結晶を容易に育成することができる。
【００４５】
このような高酸素析出Ｎｖ領域（極低ライフタイム領域）となる成長速度に制御して単結晶を育成してウエーハに加工することで、ＦＰＤ等のＶ領域欠陥、巨大転位クラスタ（ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ）等のＩ領域欠陥、ＯＳＦ欠陥を含まず、Ｃｕデポジションにより検出される欠陥もなく、しかも窒素及びドライ酸素雰囲気下で酸素析出処理した際、酸素析出物がＶ領域と同等もしくはそれ以上にバルク中に形成され、酸化膜耐圧が良好であるのみならず、非常に優れたゲッタリング能力を有するシリコンウエーハとなる。
【００４６】
なお、ＢＭＤ密度は酸素析出処理の温度や時間によって異なってくるが、本発明における酸素析出処理は、４００〜７００℃の窒素雰囲気内で２０分〜５時間の前処理を施し、次いで７００〜９００℃で３〜５時間のドライ酸化を施した後、９００〜１１００℃で１０〜２０時間のドライ酸化処理を行うものを基準とすることが好ましい。すなわち、上記のような酸素析出処理を施した後、バルク中のＢＭＤ密度あるいはウエーハライフタイムを測定したときに、それぞれ１×１０７個／ｃｍ３以上、あるいは３０μｓｅｃ以下の数値を示すＮｖ領域を判断基準とし、このような高酸素析出Ｎｖ領域となるシリコン単結晶ウエーハとすれば、極めて優れたゲッタリング能力を有し、デバイス工程での歩留りを向上させることができる。
【００４７】
なお、本発明の高酸素析出Ｎｖ領域は、ウエーハの全体（１００％）がこの領域であることが望ましいが、実際には図１に見られるように、結晶周辺では外方拡散により無欠陥、無酸素析出領域が必然的に生じる。従って、ウエーハ面内の８０％以上が高酸素析出Ｎｖ領域であれば、酸素析出処理によりウエーハの大部分で高酸素析出となり、デバイス工程における歩留りを十分に向上することができる。
【００４８】
また、本発明における高酸素析出Ｎｖ領域は、例えば、初期酸素濃度の制御や、育成中のシリコン単結晶の９００℃以下の低温領域における通過時間を長くすることなどにより酸素析出量を大幅に（通常のＮｖ領域の２倍以上）高めることもできる。なお、初期酸素濃度が低過ぎると、ウエーハに酸素析出処理を施しても高いゲッタリング能力を発揮するほどの十分な酸素析出量が得られないおそれがあるので、初期酸素濃度を２０ｐｐｍａ（ＡＳＴＭ’７９）以上に制御して単結晶を育成することが好ましい。
【００４９】
さらにシリコン単結晶を育成する際、結晶中固液界面近傍の温度勾配Ｇが大きいＨＺ構造により０．５ｍｍ／ｍｉｎ以上の成長速度で単結晶の育成を行えば、製造マージンが拡大し、容易に量産化することもできる。
【００５０】
また、上記のようなシリコン単結晶ウエーハを用いることで、無欠陥であり、電気特性及びゲッタリング能力にも優れたエピタキシャルウエーハを得ることもできる。すなわち、本発明に係るシリコン単結晶ウエーハは、Ｖ領域、Ｉ領域、及びＯＳＦ領域のいずれの欠陥も無いため、その表面にエピタキシャル層を形成すれば、無欠陥の単結晶シリコンのエピタキシャル層となり、また、基板のゲッタリング能力にも優れたエピタキシャルウエーハとすることができる。
【００５１】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（実験１）：高酸素析出Ｎｖ領域の確認
図２の単結晶製造装置３０を用いて、以下のように結晶成長速度の漸減実験を行い、各領域の境界における成長速度を調べた。
まず、２４インチ（６００ｍｍ）径の石英ルツボに原料となる多結晶シリコンを１２０ｋｇチャージし、直径８インチ（２００ｍｍ）、方位＜１００＞のシリコン単結晶を育成した。ウエーハの酸素濃度は２４〜２７ｐｐｍａ（ＡＳＴＭ’７９値）となるように単結晶を育成した。また、単結晶を育成する際、成長速度を直胴部１０ｃｍから尾部にかけて０．７０ｍｍ／ｍｉｎから０．３０ｍｍ／ｍｉｎまで直線的に漸減させるように制御した。
【００５２】
上記のように育成した各シリコン単結晶棒の直胴部を、図３（ａ）に示したように結晶軸方向に１０ｃｍ毎の長さでブロックに切断した後、各ブロックをさらに結晶軸方向に縦割り切断し、約２ｍｍ厚のサンプルを数枚作製した。
上記サンプルについてＷＬＴ測定器（ＳＥＭＩＬＡＢ  ＷＴ−８５）及びセコエッチングにより、Ｖ領域、ＯＳＦ領域、Ｉ領域の各領域の分布状況とＦＰＤ、ＬＥＰ等の分布状況、そしてＯＳＦ熱処理によるＯＳＦの発生状況を調査し、さらに、Ｃｕデポ欠陥領域、ＢＭＤ密度等も調査して、各領域の境界の成長速度を確認した。その結果を図３（ｂ）に示した。
【００５３】
具体的には、各サンプルを平面研削した後、ミラーエッチング、セコエッチング（３０分間）を施し、無攪拌のまま放置し、所定の処理後、各欠陥の密度測定を行った。ＯＳＦの評価に関しては、１１５０℃、１００分間（ウエット酸素雰囲気下）の熱処理後冷却し（８００℃で出し入れ）、薬液で酸化膜を除去した後、ＯＳＦリングパターンの確認と密度測定を行った。
【００５４】
Ｃｕデポ欠陥領域については、図４に示したように、直径６インチのウエーハ形状にくり抜き加工し、鏡面加工仕上げの上、ウエーハ表面に熱酸化膜を形成した後、Ｃｕデポジション処理を施し、酸化膜欠陥の分布状況を確認した。評価条件は次のとおりである。
酸化膜：２５ｎｍ
電界強度：６ＭＶ／ｃｍ
電圧印加時間：５分間
図５（ａ）は、Ｃｕデポジションで欠陥が発生したＮｖ領域の評価結果であり、（ｂ）は、Ｃｕデポジションにより欠陥が発生しなかったＮｖ領域の評価結果である。
【００５５】
また、鏡面仕上げのウエーハに加工し、酸化膜耐圧特性の評価を行った。なお、Ｃ−モード測定条件は次のとおりである。
１）酸化膜：２５ｎｍ
２）測定電極：リン・ドープ・ポリシリコン、
３）電極面積：８ｍｍ２
４）判定電流：１ｍＡ／ｃｍ２
【００５６】
酸素析出処理後のＢＭＤ密度とウエーハライフタイム測定評価を行った際の酸素析出処理は以下の通りである。
１段目：６５０℃窒素雰囲気中、２時間
２段目：８００℃、４時間ドライ酸化
３段目：１０００℃、１６時間ドライ酸化処理後冷却
以上の調査、測定から各領域の境界における成長速度を確認できた。それを表１に示す。
【００５７】
【表１】
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【００５８】
（実験２）：高酸素析出Ｎｖ領域のシリコン単結晶の育成
表１に示した結果から、本発明の高酸素析出Ｎｖ領域内で単結晶を育成できるように０．５６２〜０．５４０ｍｍ／ｍｉｎの成長速度に制御してシリコン単結晶を引き上げ、育成した単結晶から鏡面仕上げしたシリコンウエーハに加工し、ウエーハの各品質を評価した。その結果を表２に示す。
【００５９】
【表２】
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【００６０】
表２の結果から、高酸素析出Ｎｖ領域内でシリコン単結晶を育成することにより、ＦＰＤ等のＶ領域欠陥、巨大転位クラスタ（ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ）等のＩ領域欠陥、ＯＳＦ欠陥を含まず、Ｃｕデポジションにより検出される欠陥もなく、優れた酸化膜耐圧を有するとともに、ＢＭＤ密度が極めて高く、ウエーハライフタイムが極めて短くなり、優れたゲッタリング能力を有するシリコンウェーハが得られることがわかる。
【００６１】
（実験３）：初期酸素濃度とＢＭＤ密度との関係
本発明に係る高酸素析出Ｎｖ領域内でシリコン単結晶を育成し、これをウェーハに加工して初期酸素濃度を測定し、その後、前記と同様に酸素析出処理を施してＢＭＤ密度を測定した。
また、従来法によりＶ領域内でシリコン単結晶を育成し、これをウェーハに加工して初期酸素濃度を測定し、その後、前記と同様に酸素析出処理を施してＢＭＤ密度を測定した。
さらに、従来法によりＮｖ領域内でシリコン単結晶を育成し、前記と同様の初期酸素濃度測定とＢＭＤ密度測定を行った。
【００６２】
図６は、各ウエーハについて、そのＢＭＤ密度と初期酸素濃度との関係をプロットしたものである。
この図から、高酸素析出Ｎｖ領域内で育成したシリコンウエーハは、全体的にＢＭＤ密度が高く、Ｖ領域の結晶と同等以上のＢＭＤ密度が得られることがわかる。特に、初期酸素濃度が２０〜２４ｐｐｍａの範囲内の比較的低いものでも、１×１０７個／ｃｍ３以上の高いＢＭＤ密度が達成されており、ゲッタリング能力が高いものであることが分かる。
【００６３】
一方、従来のＮｖ領域内で育成したシリコンウエーハは、初期酸素濃度が２４ｐｐｍａ以上と比較的高かったにもかかわらず、全体的にＢＭＤ密度が本発明より少なく、バラツキが大きいものとなることがわかる。
【００６４】
尚、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。
【００６５】
例えば、本発明によりシリコン単結晶の製造を行う際に使用する装置は、図２のような装置に限定されず、熱酸化処理をした際にリング状に発生するＯＳＦの外側のＮ領域であって、Ｃｕデポジションにより検出される欠陥領域が存在せず、かつ少なくとも単結晶の中心が、酸素析出処理をした際にＢＭＤ密度が１×１０７個／ｃｍ３以上及び／又はウエーハライフタイムが３０μｓｅｃ以下の数値を示す高酸素析出Ｎｖ領域となる領域内で単結晶を育成することができる装置であれば、限定無く使用することができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を製造する際、空孔リッチのＶ領域、ＯＳＦ領域、Ｃｕデポジション欠陥領域、そして格子間シリコンリッチのＩ領域のいずれにも属さず、高耐圧及び高析出により、優れた電気特性とゲッタリング能力を有するシリコン単結晶が提供される。さらにこのシリコンウエーハを用いることで、エピタキシャル層には欠陥が形成されず、また、優れたゲッタリング能力を備えたエピタキシャルウエーハを提供することもできる。これらのシリコンウエーハあるいはエピタキシャルウエーハを用いればデバイス工程での歩留りを大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による高酸素析出Ｎｖ領域の成長速度と結晶欠陥分布の関係を表す説明図である。
【図２】本発明で使用することができるＣＺシリコン単結晶製造装置の一例である。
【図３】（ａ）単結晶成長速度と結晶切断位置の関係を示す関係図である。
（ｂ）成長速度と各領域を示す説明図である。
【図４】Ｃｕデポジション評価試料の作製方法を示す説明図である。
【図５】ＣｕデポジションによりＮｖ領域における欠陥分布を観察した結果図である。
（ａ）Ｃｕデポジション領域
（ｂ）欠陥のないＮｖ領域
【図６】初期酸素濃度と酸素析出処理後のＢＭＤ密度の関係を示す図である。
【図７】従来の技術による成長速度と結晶の欠陥分布を示す説明図である。
【図８】従来法のＮ領域成長での成長速度と結晶欠陥分布の関係を表す説明図である。
【符号の説明】
１…成長単結晶棒、  ２…シリコン融液、  ３…湯面、  ４…固液界面、
６…シードチャック、  ７…ワイヤ、  １０…外側断熱材、
１１…内側断熱材、  １２…黒鉛筒、  ３０…単結晶引上げ装置、
３１…引上げ室、  ３２…ルツボ、  ３３…ルツボ保持軸、  ３４…ヒータ、
３５…断熱材、  Ｖ…Ｖ領域、  Ｎ…Ｎ領域、
ＯＳＦ…ＯＳＦリング及びＯＳＦ領域、  Ｉ…Ｉ領域。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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