(57)【要約】      （修正有）【課題】炭素濃度が均一化され、ＢＭＤが均一に形成されたシリコン単結晶を製造することができるシリコン単結晶製造方法、およびその方法で製造したシリコン単結晶から製造されるウェーハ面内でＢＭＤが均一に形成され、均一なゲッタリング能力を有するリコン単結晶ウェーハを提供する。【解決手段】チョクラルスキー法により炭素をドープしてシリコン単結晶１を製造する方法において、結晶成長時に、結晶成長方向に対して垂直面内の結晶中心部１５が成長する平均速度と結晶周辺部１６が成長する平均速度との差を±０．１ｍｍ／ｍｉｎ以内となるようにして結晶１を成長する。【選択図】図２
2009274888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法により炭素をドープしてシリコン単結晶を製造する方法において、結晶成長時に、結晶成長方向に対して垂直面内の結晶中心部が成長する平均速度と結晶周辺部が成長する平均速度との差を±０．１ｍｍ／ｍｉｎ以内となるようにして結晶を成長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】
前記結晶の平均成長速度と所定時間前の平均成長速度の差を±０．１ｍｍ／ｍｉｎ以内と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】
前記平均成長速度は４０分間の平均成長速度であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項４】
前記所定時間を５分以上、８０分以下とすることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項５】
前記結晶成長中の結晶回転速度をＲ[ｒｐｍ]、前記結晶の直径をＤｉａ［ｍｍ］とした時、Ｒ×Ｄｉａ≧１２００を満たして結晶を成長させることを特徴とする請求項１乃至請求項４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６】
前記シリコン単結晶中の炭素濃度が１．２×１０１６〜２０．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ７５）となるように炭素をドープして前記シリコン単結晶を成長させることを特徴とする請求項１乃至請求項５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７】
前記シリコン単結晶中の酸素濃度が８×１０１７〜１８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ７９）となるように前記シリコン単結晶を成長させることを特徴とする請求項１乃至請求項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】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の方法により製造されたシリコン単結晶から製造されたものであることを特徴とするシリコン単結晶ウェーハ。
【請求項９】
結晶中心部の炭素濃度と結晶周辺部の炭素濃度との差が２０％以内であることを特徴とする請求項８に記載のシリコン単結晶ウェーハ。
【請求項１０】
炭素濃度が１．２×１０１６〜２０．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ７５）であることを特徴とする請求項８または請求項９に記載のシリコン単結晶ウェーハ。
【請求項１１】
酸素濃度が８×１０１７〜１８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ７９）であることを特徴とする請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載のシリコン単結晶ウェーハ。
【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法と略する）により炭素をドープしてシリコン単結晶を製造する方法、及びそのシリコン単結晶から製造されるシリコン単結晶ウェーハに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの基板として用いられるシリコンウェーハを切り出すシリコン単結晶は、主にＣＺ法により製造されている。
半導体デバイスは、表層に素子形成するので、表層に欠陥が存在しないことが重要である。そのような欠陥が存在しないウェーハを製造する方法として、結晶育成段階で結晶欠陥を形成しないように育成条件等をコントロールしながら、無欠陥結晶を引き上げ、その無欠陥結晶からウェーハを切り出す方法がある。
このような方法は結晶育成時のコントロールが難しく、結晶の製造コストは高くなる特徴がある。
【０００３】
一方で、単結晶育成時に結晶欠陥の発生するような条件で結晶を育成した後、アニールして表層近傍の結晶欠陥を消滅させたウェーハや結晶欠陥の無いエピタキシャル層を堆積させたウェーハを製造する方法がある。
このような方法で製造されたウェーハは、一般に、例えば特許文献１に示されるように、Ｉ領域を含まない、成長速度の速い結晶から製造されいるため、単結晶の製造コストは安いが、結晶欠陥を消滅させるための付加工程がある分、無欠陥結晶から切り出されたウェーハに比較してトータルコストが高くなる特徴がある。
【０００４】
この結晶欠陥がある単結晶を用い、後工程で表層近傍の結晶欠陥を無害化する方法に於いては、上記のように無欠陥結晶より切り出されたウェーハよりトータルコストが高くなる分、付加価値が求められる。
その付加価値としては、ウェーハ内部にＢＭＤ（Ｂｕｌｋ  Ｍｉｃｒｏ  Ｄｅｆｅｃｔ）を形成して、ウェーハ内部の重金属等の汚染原子を捕獲しデバイス特性を向上させるＩＧ（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）能力を付加することなどが行われる。
【０００５】
アニールウェーハの場合は、アニール処理条件の工夫によりＢＭＤを形成することが可能である。しかし、一般にエピタキシャルウェーハでは、エピタキシャル層の形成を高温で行うため、結晶育成時に形成されたＢＭＤの核が消滅してしまい、ＢＭＤが形成され難いウェーハであった。
【０００６】
これらを改善するために特許文献２や特許文献３などに示される、炭素ドープエピタキシャルウェーハが古くから提案されてきた。
炭素ドープをして育成した結晶においても、特許文献４に成長速度が示されていたり、特許文献５にＦＰＤ欠陥があることが示されているように、所謂Ｖ領域の比較的高速で引上げられた結晶が用いられている。
【０００７】
これらのウェーハでは、炭素が起因となってＢＭＤが形成されるため、ウェーハ面内で炭素濃度の不均一があると、ウェーハ面内のＢＭＤ不均一が発生するという問題点があった。そして、ＢＭＤ面内不均一があると、ゲッタリング能力が面内で不均一となり、デバイス工程中にウェーハの反りが発生するなどして、デバイスパターンが安定して書き込めないという問題点等があった。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２１９５９８号公報
【特許文献２】特開昭５９−８２７１７号公報
【特許文献３】特開昭５９−９４８０９公報
【特許文献４】特開２００１−１０２３８４公報
【特許文献５】特開２００２−２９３６９１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、炭素濃度が均一化され、ＢＭＤが均一に形成されるシリコン単結晶を製造することができるシリコン単結晶製造方法、およびその方法で製造したシリコン単結晶から製造されるウェーハ面内でＢＭＤが均一に形成され、均一なゲッタリング能力を有するリコン単結晶ウェー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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明によれば、チョクラルスキー法により炭素をドープしてシリコン単結晶を製造する方法において、結晶成長時に、結晶成長方向に対して垂直面内の結晶中心部が成長する平均速度と結晶周辺部が成長する平均速度との差を±０．１ｍｍ／ｍｉｎ以内となるようにして結晶を成長することを特徴とするシリコン単結晶製造方法を提供する（請求項１）。
このように、結晶成長時に、結晶成長方向に対して垂直面内の結晶中心部が成長する平均速度と結晶周辺部が成長する平均速度との差を±０．１ｍｍ／ｍｉｎ以内となるようにして結晶を成長すれば、面内で炭素濃度が均一化され、ＢＭＤが均一に形成されたシリコン単結晶を製造することができる。
【００１１】
このとき、前記結晶の平均成長速度と所定時間前の平均成長速度の差を±０．１ｍｍ／ｍｉｎ以内とすることができる（請求項２）。
このように、前記結晶の平均成長速度と所定時間前の平均成長速度の差を±０．１ｍｍ／ｍｉｎ以内とすることで、結晶成長時に、結晶成長方向に対して垂直面内の結晶中心部が成長する平均速度と結晶周辺部が成長する平均速度との差を±０．１ｍｍ／ｍｉｎ以内にコントロールすることができる。
【００１２】
このとき、前記平均成長速度は４０分間の平均成長速度であることが好ましい（請求項３）。
このように、前記平均成長速度を４０分間の平均成長速度とすることにより、成長するシリコン単結晶の結晶欠陥領域を所望の結晶欠陥領域に制御することが容易となる。
【００１３】
またこのとき、前記所定時間を５分以上、８０分以下とすることが好ましい（請求項４）。
このように、前記所定時間を５分以上、８０分以下とすることで、結晶界面高さ領域における結晶成長方向に対して垂直面内の結晶中心部が成長する平均速度と結晶周辺部が成長する平均速度との差をより確実に±０．１ｍｍ／ｍｉｎ以内にコントロールすることができる。
【００１４】
またこのとき、前記結晶成長中の結晶回転速度をＲ[ｒｐｍ]、前記結晶の直径をＤｉａ［ｍｍ］とした時、Ｒ×Ｄｉａ≧１２００を満たして結晶を成長させることができる（請求項５）。
このように、前記結晶成長中の結晶回転速度をＲ[ｒｐｍ]、前記結晶の直径をＤｉａ［ｍｍ］とした時、Ｒ×Ｄｉａ≧１２００を満たして結晶を成長させることで、結晶成長界面の境界拡散層厚さが面内で不均一になるのを抑制でき、結晶の炭素濃度を均一化する効果をより確実に奏することができる。
【００１５】
またこのとき、前記シリコン単結晶中の炭素濃度が１．２×１０１６〜２０．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ７５）となるように炭素をドープして前記シリコン単結晶を成長させることが好ましい（請求項６）。
このように、前記シリコン単結晶中の炭素濃度が１．２×１０１６〜２０．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ７５）となるように炭素をドープして前記シリコン単結晶を成長させることで、結晶の単結晶化を阻害することなく、従って、製造コストを抑制しつつ、結晶にＢＭＤをより形成し易くすることができる。
【００１６】
またこのとき、前記シリコン単結晶中の酸素濃度が８×１０１７〜１８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ７９）となるように前記シリコン単結晶を成長させることが好ましい（請求項７）。
このように、前記シリコン単結晶中の酸素濃度が８×１０１７〜１８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ７９）となるように前記シリコン単結晶を成長させることで、炭素をドープする効果と合いまって、結晶に適量のＢＭＤをより確実に形成することができる。
【００１７】
また、本発明によれば、上記本発明のいずれかのシリコン単結晶製造方法を用いて製造されたシリコン単結晶から製造されたシリコン単結晶ウェーハが提供される（請求項８）。
このような、上記本発明のいずれかのシリコン単結晶製造方法を用いて製造されたシリコン単結晶から製造されたシリコン単結晶ウェーハであれば、ウェーハ面内に均一にＢＭＤが形成され、均一なゲッタリング能力を有する良好なシリコンウェーハである。
【００１８】
また、本発明によれば、上記本発明のいずれかのシリコン単結晶製造方法を用いて製造されたシリコン単結晶から製造された、結晶中心部の炭素濃度と結晶周辺部の炭素濃度との差が２０％以内であるシリコン単結晶ウェーハが提供される（請求項９）。
このような、上記本発明のいずれかのシリコン単結晶製造方法を用いて製造されたシリコン単結晶から製造された、結晶中心部の炭素濃度と結晶周辺部の炭素濃度との差が２０％以内であるシリコン単結晶ウェーハであれば、ウェーハ面内に均一にＢＭＤが形成され、より均一なゲッタリング能力を有する良好なシリコンウェーハである。
【００１９】
また、本発明によれば、上記本発明のいずれかのシリコン単結晶製造方法を用いて製造されたシリコン単結晶から製造された、炭素濃度が１．２×１０１６〜２０．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ７５）であるシリコン単結晶ウェーハが提供される（請求項１０）。
このような、上記本発明のいずれかのシリコン単結晶製造方法を用いて製造されたシリコン単結晶から製造された、炭素濃度が１．２×１０１６〜２０．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ７５）であるシリコン単結晶ウェーハであれば、ウェーハ面内に均一にＢＭＤが形成され、面内で均一なゲッタリング能力を有する良好なシリコンウェーハである。
【００２０】
また、本発明によれば、上記本発明のいずれかのシリコン単結晶製造方法を用いて製造されたシリコン単結晶から製造された、酸素濃度が８×１０１７〜１８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ７９）であるシリコン単結晶ウェーハが提供される（請求項１１）。
このような、上記本発明のいずれかのシリコン単結晶製造方法を用いて製造されたシリコン単結晶から製造された、酸素濃度が８×１０１７〜１８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ７９）であるシリコン単結晶ウェーハであれば、ウェーハ面内により確実にＢＭＤが形成され、均一なゲッタリング能力を有する良好なシリコンウェーハである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、チョクラルスキー法により炭素をドープしてシリコン単結晶を製造する方法において、結晶成長時に、結晶成長方向に対して垂直面内の結晶中心部が成長する平均速度と結晶周辺部が成長する平均速度との差を±０．１ｍｍ／ｍｉｎ以内となるようにして結晶を成長するので、炭素濃度が均一化され、ＢＭＤが均一に形成されるシリコン単結晶を製造することができる。また、そのシリコン単結晶から製造されたシリコン単結晶ウェーハは、ウェーハ面内に均一にＢＭＤが形成され、均一なゲッタリング能力を有する良好なシリコン単結晶ウェーハとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２３】
一般的なエピタキシャルウェーハでは、エピタキシャル層形成を高温で行うため、結晶育成時に形成されたＢＭＤの核が消滅してしまい、そのことによってＢＭＤが形成され難いウェーハであった。
そのため、近年では、ＢＭＤを形成して十分なゲッタリング能力を付与するために、炭素をドープしてシリコン単結晶を製造することが行われている。
【００２４】
このように炭素をドープして製造した単結晶から切り出したウェーハでは、炭素が起因となってＢＭＤが形成されるため、炭素をドープしない場合に比べて相対的にゲッタリング能力が高いのではあるが、ウェーハ面内で炭素濃度不均一があると、ウェーハ面内のＢＭＤの不均一が発生するという問題点があった。そして、ＢＭＤの面内不均一があると、ウェーハ面内で均一なゲッタリング能力が得られず、また、デバイス工程中にウェーハの反りが発生するなどして、デバイスパターンが安定して書き込めないという問題点があった。
【００２５】
そこで、本発明者はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。
ところで、炭素がシリコン結晶に取り込まれる現象は偏析現象として知られており、融液濃度に偏析係数を掛けた濃度が結晶に取り込まれることが知られている。
この偏析係数は、一般には、一定値として考えられることが多いが、以下の式に示されるように、実際には種々の条件に影響される実効偏析係数として働く。
【００２６】
偏析現象は下記のような式に書き表される。
［Ｃ］Ｓ＝ｋｅｆｆ×［Ｃ］０×（１−ｇ）Ｋｅｆｆ−１
［Ｃ］Ｓ：結晶中の不純物濃度、［Ｃ］０：原料融液中の不純物濃度
ｇ：固化率、ｋｅｆｆ：実効偏析係数
【００２７】
また、実効偏析係数ｋｅｆｆは下記のように書き表されるとされる。
ｋｅｆｆ＝ｋ０／［ｋ０＋（１−ｋ０）ｅｘｐ（−ｖδ／Ｄ）］
ｋ０：平衡偏析係数（炭素の場合は０．０７)、ｖ：成長速度
δ：境界拡散層厚さ、Ｄ：原料融液中の不純物拡散係数
【００２８】
ここで、境界拡散層厚さは、結晶の回転や原料融液の粘性、不純物の拡散係数などに影響される値である。
以上のような式から判るように、実効偏析係数は種々の条件に影響され、変化するはずの値である。
【００２９】
本発明者は、この実効偏析係数が種々の条件に影響されはするが、通常の製品結晶を製造する場合には、主に単結晶の成長速度に影響されることを見出し、この成長速度を安定させて引上げを行うことが、結晶に均一な炭素ドープをもたらし、ＢＭＤを形成する上で重要であることを見出した。
そして、結晶成長時に、結晶成長方向に対して垂直面内の結晶中心部が成長する平均速度と結晶周辺部が成長する平均速度との差を±０．１ｍｍ／ｍｉｎ以内となるようにして結晶を成長することで、面内で均一に炭素ドープをして面内均一なＢＭＤが形成されるシリコン単結晶を製造できることに想到し、本発明を完成させた。
【００３０】
図１は、本発明のシリコン単結晶の製造方法を実施する際に用いることができる単結晶引上げ装置２１の一例である。単結晶引上げ装置２１のメインチャンバ−２内には、溶融された原料融液５を収容するための石英ルツボ６とその石英ルツボ６を支持する黒鉛ルツボ７が設けられている。そして、これらのルツボ６、７を取り囲むようにヒーター４が配置されている。ヒーター４の外周には、ヒーター４からの熱がメインチャンバ−２に直接輻射されるのを防止するために、断熱部材８がその周囲を取り囲むように設けられている。
ルツボ６、７は結晶成長軸方向に昇降可能となっており、単結晶成長中に減少した原料の液面下降分を補うように該ルツボ６、７を上昇させることができるようになっている。
【００３１】
また、メインチャンバ−２内にはガス整流筒９が設けられている。さらにガス整流筒９の外側下端に原料融液と対向するように断熱材１０を設けて融液面からの輻射をカットするとともに融液面を保温するようにしている。
そして、石英ルツボ６の中に、シリコン単結晶の原料である多結晶シリコンと、炭素をドープするためのドープ剤を充填する。
ここで、ドープ剤として高純度炭素粉末、あるいは炭素塊（粒状のカーボン）などを用いることができる。
【００３２】
このように、石英ルツボ６中に原料５及びドープ剤を充填した後、ガス流出口１２から排気しながら引上げチャンバー３に設置されたガス導入口１１から不活性ガスを流入し、内部を不活性ガス雰囲気に置換する。次に、黒鉛ルツボ７を取り囲むように配置されたヒーター４でルツボ６、７を加熱し、原料を溶融させて原料融液５を得る。
【００３３】
このように充填した原料を溶融後、種結晶１３を原料融液５に浸漬し、種結晶１３を回転させながらシリコン単結晶１を成長させ、引上げワイヤー１４を引上げ機構（不図示）によって巻き取ることで種結晶１３の下方にシリコン単結晶１を引上げて育成する。
【００３４】
本発明のシリコン単結晶製造方法によって引上げられるシリコン単結晶１の成長界面は図２（Ａ)に示すように、結晶周辺１６より結晶中心部１５が盛り上がっている。これは結晶周辺１６では冷却され易く、結晶中心部１５では冷却され難いためであり、周辺部１６の方が成長速度が速くなり易いからである。この盛り上がり部分の周辺部１６下端からの高さｈは、結晶直径や結晶成長速度、磁場印加の有無、メルト対流など様々な要素によって変わるので一概には言えないが、エピタキシャルウェーハ用の単結晶を育成する比較的高速な成長条件では、１０−４０ｍｍ程度の高さがある。
【００３５】
従って、結晶の周辺部１６が先に結晶となり、結晶の中心部１５が後から成長することになり、結晶の中心部１５と周辺部１６では、成長速度は異なっている。
一方で、単結晶を成長させる際には、その結晶の直径を所望の太さにコントロールするために、成長速度を時々刻々で変化させている。この時々刻々の変化が図２（Ｂ）に示すような縞状に結晶中に取り込まれていく。
【００３６】
この結晶から図２（Ｃ）に示すようにウェーハ３１が切り出されるが、時々刻々の変化はウェーハ３１の厚み方向で平均化されることになるので大きな問題とはならないが、平均の成長速度を考えると、先に成長する結晶周辺部１６と後から成長する結晶中心部１５で平均成長速度が異なってくる。従って、上記成長速度に大きく影響される炭素の実効偏析係数がウェーハ中心部１５と周辺部１６とで異なることになり、取り込まれる炭素濃度が面内で不均一となってしまう。
【００３７】
このとき、本発明のシリコン単結晶製造方法では、結晶成長時に、結晶成長方向に対して垂直面内の結晶中心部１５が成長する４０分間の平均速度と結晶周辺部１６が成長する４０分間の平均速度との差を±０．１ｍｍ／ｍｉｎ以内となるようにして結晶を成長させる。
このように、結晶成長時に、結晶成長方向に対して垂直面内の結晶中心部１５が成長する４０分間の平均速度と結晶周辺部１６が成長する４０分間の平均速度との差を±０．１ｍｍ／ｍｉｎ以内となるようにして結晶を成長させることで、結晶欠陥領域を所望の領域となるように制御することができ、さらに前述した実効偏析係数が単結晶育成中に面内で変化するのを抑制し、結晶中心部１５と周辺部１６の炭素濃度を均一化することができる。
そして、結晶の中心部１５と周辺部１６の炭素濃度を均一化することで、均一なＢＭＤが形成されたシリコン単結晶１を製造することができる。
【００３８】
このとき、結晶の成長界面全体の４０分間の平均成長速度と所定時間前のその４０分間の平均成長速度の差を±０．１ｍｍ／ｍｉｎ以内とすることができる。
引上げられるシリコン単結晶１の成長界面は、前述の通り結晶周辺部１６より中心部１５が盛り上がっている。すなわち、結晶の中心部分１５は、結晶の周辺部１６より所定時間後に成長していることになる。
【００３９】
そこで、結晶の成長界面全体の４０分間の平均成長速度と所定時間前のその４０分間の平均成長速度の差が±０．１ｍｍ／ｍｉｎ以内であるように結晶を引上げることで、結晶中心部１５と結晶周辺部１６のそれぞれの４０分間の平均成長速度の差を確実に±０．１ｍｍ／ｍｉｎとすることができ、結晶中心部１５と結晶周辺部１６の炭素濃度差を小さくすることができる。
【００４０】
ここで、その所定時間を５分以上、８０分以下とすることが好ましい。
エピタキシャルウェーハなどに用いられるＶ−ｒｉｃｈ結晶は平均成長速度が０．５−２ｍｍ／ｍｉｎの成長速度で引上げられるので、結晶成長界面の高さｈが１０〜４０ｍｍであることを考慮すると、結晶中心部１５と結晶周辺部１６の時間差は最小で５ｍｉｎ（１０[ｍｍ]（結晶成長界面における高さｈ）／２[ｍｍ／ｍｉｎ]（平均成長速度））、最大で８０ｍｉｎ（４０[ｍｍ] （結晶成長界面における高さｈ）／０．５[ｍｍ／ｍｉｎ]（平均成長速度））となる。
【００４１】
すなわち、その所定時間を５分以上、８０分以下として、結晶の成長界面全体の４０分間の平均成長速度と所定時間前のその４０分間の平均成長速度の差が±０．１ｍｍ／ｍｉｎ以内であるように結晶を引上げることで、結晶界面高さ領域における結晶成長方向に対して垂直面内の結晶中心部が成長する平均速度と結晶周辺部が成長する平均速度との差をより確実に±０．１ｍｍ／ｍｉｎ以内にコントロールすることができる。
【００４２】
またこのとき、前記結晶成長中の結晶回転速度をＲ[ｒｐｍ]、前記結晶の直径をＤｉａ［ｍｍ］とした時、Ｒ×Ｄｉａ≧１２００を満たして結晶を成長させることができる。
ＣＺ法による偏析現象に於いては、結晶中に取り込まれなかった不純物が結晶成長界面直下に溜まり、原料融液中の平均不純物濃度よりも高濃度になっている境界拡散層と呼ばれている部分がある。この境界拡散層の厚さが変化することによっても、実効偏析係数が変化する。
【００４３】
一方で、結晶の回転によって巻き上げる際に対流が発生するが、この対流が小さくなると結晶中心部１５直下の境界拡散層厚さが厚くなっていく。結晶周辺部１６の境界拡散層厚さは、ルツボ６、７の回転によってルツボ６、７側面下部から上部更には結晶側面へ向かって発生する対流によってある程度の厚さになっている。従って、結晶回転を極端に遅くすると、結晶周辺部の境界拡散層厚さに比較して結晶中心部の境界拡散層厚さが極端に厚くなり、境界拡散層厚さ不均一が大きくなってしまう。これにより中心部と周辺部での炭素濃度差が発生することとなる。結晶の回転によって発生する対流は、もちろん結晶回転数が大きくなれば大きくなるし、結晶直径が大きくなることによっても大きくなる。従って、この対流をある程度の大きさ以上に保つには、結晶成長時の結晶回転数Ｒ[ｒｐｍ]、結晶直径をＤｉａ[ｍｍ]とした時にＲ×Ｄｉａ≧１２００を満たしていることが重要である。
【００４４】
このように、結晶成長中の結晶回転速度をＲ[ｒｐｍ]、前記結晶の直径をＤｉａ［ｍｍ］とした時、Ｒ×Ｄｉａ≧１２００を満たして結晶を成長させることで、対流が小さくなるのを抑制し、境界拡散層厚さが不均一になるのを抑制することができる。これにより、結晶の炭素濃度を均一化する効果をより確実に奏することができる。
【００４５】
またこのとき、シリコン単結晶１中の炭素濃度が１．２×１０１６〜２０．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ７５）となるように炭素をドープしてシリコン単結晶１を成長させることが好ましい。
このように、シリコン単結晶１中の炭素濃度が１．２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ７５）より大きくなるように炭素をドープしてシリコン単結晶１を成長させることにより、結晶にＢＭＤをより形成し易くすることができる。
また、シリコン単結晶中の炭素固溶限は３３×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ７５）と言われている。そこで、シリコン単結晶１中の炭素濃度が２０．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ７５）より小さくなるように炭素をドープしてシリコン単結晶１を成長させることにより、結晶が単結晶化しないことを確実に防ぐことができ、かつ、使用するドープ剤のコストを低減することによって製造コストを抑制することができる。
【００４６】
またこのとき、シリコン単結晶１中の酸素濃度が８×１０１７〜１８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ７９）となるようにシリコン単結晶１を成長させることが好ましい。
このように、シリコン単結晶１中の酸素濃度が８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ７９）より大きくなるようにシリコン単結晶１を成長させることで、結晶に所望量のＢＭＤをより形成し易くすることができる。
また、シリコン単結晶１中の酸素濃度が１８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ７９）より小さくなるようにシリコン単結晶１を成長させることで、炭素をドープする効果と合いまって、析出過多になるのを抑制することができる。
【００４７】
本発明のシリコン単結晶製造方法によって製造されたシリコン単結晶１を通常の方法に従い、ワイヤーソー等の切断装置によってスライス加工した後、面取り、ラッピング、エッチング、研磨等の工程を経てシリコン単結晶ウェーハ３１に加工する。
そして、そのシリコン単結晶ウェーハ３１にアニールを施すことによって、表面に無欠陥結晶を形成するとともにバルク部にＢＭＤ層を形成することができる。また、表面にエピタキシャル層を形成させることにより、エピタキシャルウェーハを得ることもできる。
【００４８】
もちろん、これらの工程は例示列挙したにとどまり、この他にも洗浄、熱処理等の工程があり得るし、工程の順序変更、一部工程の省略等は目的に応じて適宜行うことができる。
本発明のシリコン単結晶製造方法を用いて製造されたシリコン単結晶から製造されたシリコン単結晶ウェーハ３１は、ウェーハ面内に均一にＢＭＤが形成され、均一なゲッタリング能力を有する良好なシリコンウェーハである。
【００４９】
特に、ウェーハ中心部の炭素濃度と周辺部の炭素濃度との差が２０％以内であることが好ましい。
また、ウェーハの炭素濃度が１．２×１０１６〜２０．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ７５）であり、および／または、酸素濃度が８×１０１７〜１８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ７９）であることが好ましい。
このようなシリコン単結晶ウェーハ３１は、ウェーハ面内により均一にＢＭＤが形成され、より均一なゲッタリング能力を有する良好なシリコンウェーハである。
【００５０】
以上説明したように、本発明では、チョクラルスキー法により炭素をドープしてシリコン単結晶を製造する方法において、結晶成長時に、結晶成長方向に対して垂直面内の結晶中心部が成長する平均速度と結晶周辺部が成長する平均速度との差を±０．１ｍｍ／ｍｉｎ以内となるようにして結晶を成長するので、炭素濃度が均一化され、ＢＭＤが均一に形成されたシリコン単結晶を製造することができる。また、そのシリコン単結晶から製造されたシリコン単結晶ウェーハは、ウェーハ面内に均一にＢＭＤが形成され、均一なゲッタリング能力を有する良好なシリコン単結晶ウェーハである。特に、アニールウェーハ、エピタキシャルウェーハに好適なウェーハとなる。
【実施例】
【００５１】
以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより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。
【００５２】
（実験）
図１に示すような単結晶引上げ装置に直径５５０ｍｍのルツボを装備して、直径２００ｍｍのシリコン単結晶を育成した。
この時、炭素濃度が１．２×１０１６〜２０．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ７５）となるように炭素ドープ量を調整し、平均成長速度が１．０５ｍｍ／ｍｉｎとなる速度で１０本の単結晶を育成した。ここで平均成長速度は結晶直胴部長さを直胴製造時間で割った値で定義した。
【００５３】
その結果、図３に示すように、炭素濃度は単結晶のトップ側で６×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｃ、単結晶のボトム側で１７×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｃとなった。
この結果とドープした炭素の量および軸方向プロファイルから計算して、実効偏析係数が０．０９であったことが分かった。これは単結晶を育成する際に仮に使われることの多い平行偏析係数０．０７から大きく乖離した結果となった。
これにより、結晶成長速度が１．０５ｍｍ／ｍｉｎでは、実効偏析係数が平行偏析係数から２０％以上も大きい値を示していることが分かった。
【００５４】
更に、成長速度と実効偏析係数の関係を求めるために、成長速度以外は上述と同条件で結晶育成を行った。
その結果、平均成長速度が０．６ｍｍ／ｍｉｎの場合には実効偏析係数が０．０８、平均成長速度が１．５ｍｍ／ｍｉｎの場合には実効偏析係数が０．１０となることが分かった。これらを平均成長速度に対して実効偏析係数をプロットしたグラフを図４に示す。
以上の実験から、実効偏析係数が成長速度に大きく依存していることが分かった。
【００５５】
（実施例）
図１に示すような単結晶引上げ装置に直径５５０ｍｍのルツボを装備して、直径２００ｍｍのシリコン単結晶を、図５に示すような成長速度プロファイルで育成した。
ここで、実際の結晶成長速度は結晶の直径を一定に保つために直径からフィードバックを掛けているので、時々刻々で変化していく値である。この瞬間の成長速度は大きく変化しているが、結晶欠陥の形成や拡散等を考えると、瞬間の成長速度よりは平均の成長速度が重要となる。そこで結晶の実効的な成長速度として４０分間の平均成長速度を用い、これを平均成長速度としてプロットしてある。４０分間の平均成長速度は４０分間で成長した結晶直胴部長さを４０分で割った値で定義した。
【００５６】
また、Ｒ×Ｄｉａ＞１２００を満たすように、結晶の回転数を１８ｒｐｍとした。
この結晶では、平均成長速度が約１ｍｍ／ｍｉｎ、成長界面の高さが約２０ｍｍであった。図６に、結晶の４０分間の平均成長速度と２０分前のその４０分間の平均成長速度の差を示す。
図６に示すように、２０分前との平均成長速度差が±０．１ｍｍ／ｍｉｎ以下におさまっており、大部分は０．０５ｍｍ／ｍｉｎ以下に入っている安定した成長速度引上げであることが分かった。
【００５７】
また、得られたシリコン単結晶から、スライスサンプルを切り出し、サンプル中心部での炭素濃度が６×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｃ、酸素濃度が１４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃであった部分をブロックとした。このブロックからスライスウェーハを切り出してポリッシュドウェーハを作製し、その上にエピタキシャル層を形成させ、エピタキシャルウェーハを作製した。
【００５８】
このウェーハで炭素濃度の面内分布を測定したところ、図７に示すように、ほぼ平らな面内分布が得られた。また、ウェーハ中心部の炭素濃度と周辺１０ｍｍ部の炭素濃度との差を中心部の炭素濃度で割った値は、１４．９％であり、２０％以下であった。
このウェーハを８００℃で４時間、１０００℃で１６時間の熱処理を施してウェーハ内部のＢＭＤを選択エッチング法により調査した。
【００５９】
その結果、ウェーハ面内でほぼ均一に約１０×１０４／ｃｍ２のＢＭＤが形成されていることが確認できた。さらにこのエピウェーハにＮｉを故意汚染して、８００℃のドライブイン熱処理を施して急冷した後、表面のシャローピットを観察した。その結果、図１０（Ａ）に見られるように、全面シャローピットが無いことが確認できた。
このように、本発明のシリコン単結晶製造方法により製造したシリコン単結晶は、ＢＭＤまたはゲッタリング能力が面内均一であることが確認できた。
【００６０】
(比較例）
図８に示すような成長速度プロファイルを用いた以外、実施例と同様な条件でシリコン単結晶を育成した。
この結晶では、４０分間の平均成長速度が約１ｍｍ／ｍｉｎ、成長界面の高さが約２０ｍｍであった。図９に、結晶の４０分間の平均成長速度と２０分前のその４０分間の移動平均成長速度の差を示す。
【００６１】
図９に示すように、この結晶の育成では、２０分前との４０分間の平均成長速度差が±０．１ｍｍ／ｍｉｎ以下におさまっておらず、最大で０．１５ｍｍ／ｍｉｎであったことが分かった。
このシリコン単結晶の炭素濃度の面内分布を測定したところ、結晶中心部の炭素濃度と結晶周辺１０ｍｍ部の炭素濃度との差を結晶中心部の炭素濃度で割った値は、２９．１％であり、２０％を超えていた。
【００６２】
この単結晶から、スライスサンプルを切り出し、サンプル中心部での炭素濃度が６×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｃ、酸素濃度が１３×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃであった部分をブロックとした。このブロックからスライスウェーハを切り出してポリッシュドウェーハを作製し、その上にエピタキシャル層を形成させ、エピウェーハを作製した。
このウェーハに８００℃で４時間、１０００℃で１６時間の熱処理を施してウェーハ内部のＢＭＤを選択エッチング法により調査した。
【００６３】
その結果、ウェーハ面内でＢＭＤ密度にばらつきが見られ、ＢＭＤの高いところで１０×１０４／ｃｍ２程度、低いところでは検出下限である２．５×１０４／ｃｍ２以下であった。
さらにこのエピウェーハにＮｉを故意汚染して、８００℃のドライブイン熱処理を施して急冷した後、表面のシャローピットを観察した。その結果、図１０（Ｂ）に見られるように、シャローピットがある部分１７と無い部分とが混在する結果であった。
【００６４】
このように、、比較例で得られたエピウェーハでは、ＢＭＤまたはゲッタリング能力が面内不均一であり、デバイス工程中にウェーハが反るなどの心配があるウェーハであることが分かった。
【００６５】
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】
【００６６】
【図１】本発明のシリコン単結晶製造方法で使用することができるシリコン単結晶引上げ装置の概略図である。
【図２】本発明に係るシリコン単結晶ウェーハ中に取り込まれた成長速度変動に基ずく成長縞の模式図である。
【図３】実験の結果から得られた結晶軸方向の炭素濃度分布である。
【図４】実験の結果から得られた結晶成長速度と炭素実効偏析係数との関係を示すグフラフである。
【図５】実施例で育成した結晶の成長速度プロファイルである。
【図６】実施例で育成した結晶の平均成長速度と２０分前の平均成長速度の差を示すグラフである。
【図７】実施例で育成した結晶の面内炭素濃度分布である。
【図８】比較例で育成した結晶の成長速度プロファイルである。
【図９】比較例で育成した結晶の平均成長速度と２０分前の平均成長速度の差を示すグラフである。
【図１０】実施例、および比較例で評価したゲッタリング能力の面内均一性の評価結果である。（Ａ）実施例の評価結果。（Ｂ）比較例の評価結果。
【符号の説明】
【００６７】
１…シリコン単結晶、２…メインチャンバ−、３…引上げチャンバー、
４…ヒーター、５…原料融液、６…石英ルツボ、
７…黒鉛ルツボ、８…断熱部材、９…整流筒、１０…断熱材、
１１…ガス流入口、１２…ガス排出口、１３…種結晶、
１４…引上げワイヤー、１５…結晶中央部、１６…結晶周辺部、
１７…シャローピット、２１…シリコン単結晶引上げ装置、
３１…シリコン単結晶ウェーハ。
【図１】
2009274888.tif 000003
【図２】
2009274888.tif 000004
【図３】
2009274888.tif 000005
【図４】
2009274888.tif 000006
【図５】
2009274888.tif 000007
【図６】
2009274888.tif 000008
【図７】
2009274888.tif 000009
【図８】
2009274888.tif 000010
【図９】
2009274888.tif 000011
【図１０】
2009274888.tif 000012