(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シリコン単結晶を育成する際に、引上げ速度をＦ［ｍｍ／ｍｉｎ］とし、シリコンの融点から１４００℃の間の引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値をＧ［℃／ｍｍ］で表した時、結晶中心から結晶周辺までの距離Ｄ［ｍｍ］を横軸とし、Ｆ／Ｇ［ｍｍ2 ／℃・ｍｉｎ］の値を縦軸として欠陥分布を示した欠陥分布図において、ＯＳＦリング領域の外側に存在するＮ領域の内、酸素析出の多いＮ2 （Ｖ）領域内のみで結晶を引上げ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】
チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成する際に、引上げ速度をＦ［ｍｍ／ｍｉｎ］とし、シリコンの融点から１４００℃の間の引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値をＧ［℃／ｍｍ］で表した時、結晶中心から結晶周辺までの距離Ｄ［ｍｍ］を横軸とし、Ｆ／Ｇ［ｍｍ2 ／℃・ｍｉｎ］の値を縦軸として欠陥分布を示した欠陥分布図において、ＯＳＦリング領域を挿んで該ＯＳＦリング領域の内側に存在するＮ1 （Ｖ）領域及び外側に存在するＮ領域内のＮ2 （Ｖ）領域を包含した領域内で結晶を引上げることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
【請求項３】
前記Ｆ／Ｇの値を結晶中心で、０．１１９〜０．１４２ｍｍ2 ／℃・ｍｉｎとして引上げることを特徴とする請求項２に記載したシリコン単結晶の製造方法。
【請求項４】
前記結晶中の１０５０℃から８５０℃までの温度域を通過する時間が１４０分以下となるように制御することを特徴とする請求項２または請求項３に記載したシリコン単結晶の製造方法。
【請求項５】
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、ＦＰＤ及びＬ／Ｄがウエーハ全面内に存在しないと共に、ウエーハ全面で酸素析出によるゲッタリング能力があるＮ2 （Ｖ）領域のみから成る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６】
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リングあるいはＯＳＦリングの核が存在し、かつ、ＦＰＤ及びＬ／Ｄがウエーハ全面内に存在しないと共に、ウエーハ全面で酸素析出によるゲッタリング能力があるＯＳＦリング領域を挿んで該ＯＳＦリング領域の内側に存在するＮ1 （Ｖ）領域及び外側に存在するＮ領域内のＮ2 （Ｖ）領域を包含した領域内の結晶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７】
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、ウエーハ全面の酸素濃度が２４ｐｐｍａ未満であり、酸素析出熱処理によりＯＳＦリングの潜在核は存在するが、ＯＳＦ熱酸化処理をした際にはＯＳＦリングは発生せず、かつ、ＦＰＤ及びＬ／Ｄがウエーハ全面内に存在しないと共に、ウエーハ全面で酸素析出によるゲッタリング能力があるＯＳＦリング領域を挿んで該ＯＳＦリング領域の内側に存在するＮ1 （Ｖ）領域及び外側に存在するＮ領域内のＮ2 （Ｖ）領域を包含した領域内の結晶であることを特徴とするシリコン単結晶ウエーハ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶欠陥が少ないシリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶ウエーハに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年は、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（以下、ＣＺ法と略記することがある）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り、そして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。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、欠陥としては存在しないことが判ってきた。
【０００５】
この両点欠陥の濃度は、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  Ｉｎｄｕｓｅｄ  Ｓｔａｃｋｉｎｇ  Ｆａｕｌｔ）と呼ばれるリング状の欠陥の存在が確認されている。
【０００６】
これら結晶成長起因の欠陥を分類すると、成長速度が０．６ｍｍ／ｍｉｎ前後以上と比較的高速の場合には、空孔タイプ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、これら欠陥が存在する領域はＶ−リッチ領域と呼ばれている（図５（ａ）参照）。  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、上記したＯＳＦリングが結晶の周辺から発生し、このリングの外側に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）の欠陥が低密度に存在し、これら欠陥が存在する領域はＩ−リッチ領域と呼ばれている（図５（ｂ）参照）。さらに、成長速度を０．４ｍｍ／ｍｉｎ前後と低速にすると、ＯＳＦリングがウエーハの中心に凝集して消滅し、全面がＩ−リッチ領域となる（図５（ｃ））。
【０００７】
また、最近Ｖ−リッチ領域とＩ−リッチ領域の中間でＯＳＦリングの外側に、Ｎ（ニュートラル）領域と呼ばれる、空孔起因のＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰも、転位ループ起因のＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤも存在しない領域の存在が発見されている（特開平８−３３０３１６号参照）。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−Ｓｉ側であると報告している（図４（ａ）参照）。そして、従来のＣＺ法による引上げ機ではウエーハの極一部にしか存在しないＮ領域を、引上げ機の炉内温度分布を改良し、引上げ速度を調節して、Ｆ／Ｇ値（単結晶引上げ速度をＦ［ｍｍ／ｍｉｎ］とし、シリコンの融点から１３００℃の間の引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値をＧ［℃／ｍｍ］とするとき、Ｆ／Ｇで表わされる比率）をウエーハ全面で０．２０〜０．２２ｍｍ2 ／℃・ｍｉｎに制御すれば、Ｎ領域をウエーハ全面に広げることが可能であると提案している（図４（ｂ）参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような極低欠陥領域を結晶全体に広げて製造しようとすると、この領域がＩ−Ｓｉ側のＮ領域のみに限定されるため、製造条件の上で制御範囲が極めて狭く、実験機ならともかく生産機では精密制御が難しく、生産性に難点があって実用的でない。
また、この発明に開示されていた欠陥分布図は、本発明者らが実験・調査して求めたデータや、データを基にした作成した欠陥分布図（図１参照）とは大幅に異なることが判明した。
さらに、ＯＳＦリングの外側に分布するＮ領域には、酸素析出量が多い領域（以降、Ｎ2 （Ｖ）と略記することがある）と少ない領域（以降、Ｎ（Ｉ）と略記することがある）があることが判明した。従って、従来法のように、単にＯＳＦリング外側のＮ領域でウエーハを製造すると、酸素析出量の多いＮ2 （Ｖ）領域と少ないＮ（Ｉ）領域がウエーハ内に混在し、ゲッタリング能力の相違からデバイス歩留りを低下させる原因となった。
【０００９】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、制御幅が広く、制御し易い製造条件の下で、Ｖ−リッチ領域およびＩ−リッチ領域のいずれも存在しない、結晶全面に亙って極低欠陥密度であると共に、酸素析出によるゲッタリング能力のあるＣＺ法によるシリコン単結晶ウエーハを、高生産性を維持しながら得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために為されたもので、本発明の請求項１に記載した発明は、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成する際に、引上げ速度をＦ［ｍｍ／ｍｉｎ］とし、シリコンの融点から１４００℃の間の引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値をＧ［℃／ｍｍ］で表した時、結晶中心から結晶周辺までの距離Ｄ［ｍｍ］を横軸とし、Ｆ／Ｇ［ｍｍ2 ／℃・ｍｉｎ］の値を縦軸として欠陥分布を示した欠陥分布図（図１参照）において、ＯＳＦリング領域の外側に存在するＮ領域の内、酸素析出の多いＮ2 （Ｖ）領域内のみで結晶を引上げることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法である。
【００１１】
そして、本発明の請求項１に記載の製造方法によって得られるシリコン単結晶ウエーハは、ＦＰＤ及びＬ／Ｄ（ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ）は、ウエーハ全面内に存在しないというウエーハで、図２（ｂ）に示したように、いわゆるウエーハ全面にＶ−リッチ領域とＩ−リッチ領域は存在せず、中性（ニュートラル）でかつ析出酸素濃度（Ｏｉ）が高く、ゲッタリング能力の大きなＮ2 （Ｖ）領域のみから成るウエーハである（請求項５）。
【００１２】
このように、Ｎ2 （Ｖ）領域内での結晶の引上げは、図１の欠陥分布図に示したように領域幅が狭く、しかも結晶中心から外周にかけて急傾斜しているので結晶全面に亙って同じ領域を確保するように引上げ条件を制御するのは難しいが、品質的にはウエーハ全面内にＦＰＤ及びＬ／Ｄ（ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ）は存在せず、いわゆるウエーハ全面にＶ−リッチ領域とＩ−リッチ領域の存在しない中性（ニュートラル）でかつ析出酸素濃度（Ｏｉ）が高く、ゲッタリング能力が大きくて均一なＮ2 （Ｖ）領域のみから成る、ほぼ完全無欠陥であるシリコン単結晶ウエーハを得ることができ、デバイス歩留りを著しく向上させることができる。
【００１３】
次に、本発明の請求項２に記載した発明は、前記欠陥分布図において、ＯＳＦリング領域を挿んで該ＯＳＦリング領域の内側に存在するＮ1 （Ｖ）領域及び外側に存在するＮ領域内のＮ2 （Ｖ）領域を包含した領域内で結晶を引上げることを特徴とする、シリコン単結晶の製造方法である。
そして、前記Ｆ／Ｇの値を結晶中心で、０．１１９〜０．１４２ｍｍ2 ／℃・ｍｉｎとすることとした（請求項３）。
【００１４】
このようにして製造したシリコン単結晶ウエーハは、図３（ｂ）に示したように、熱酸化処理をした際にリング状に発生するＯＳＦリングあるいはＯＳＦリングの核が存在し、かつ、ＦＰＤ及びＬ／Ｄがウエーハ全面内に存在しないと共に、ウエーハ全面で酸素析出によるゲッタリング能力があるＯＳＦリング領域を挿んで該ＯＳＦリング領域の内側に存在するＮ1 （Ｖ）領域及び外側に存在するＮ領域内のＮ2 （Ｖ）領域を包含した領域内の結晶であることを特徴とするシリコン単結晶ウエーハとなる（請求項６）。
【００１５】
このように、ＯＳＦリング領域を挿んで該ＯＳＦリング領域の内側に存在するＮ1 （Ｖ）領域及び外側に存在するＮ領域内のＮ2 （Ｖ）領域を包含した領域内で結晶を引上げることによって、図１の欠陥分布図に見られるように、熱酸化処理時にＯＳＦリングを発生し得る領域を含んだままにはなるが、ＯＳＦリング領域内外のＮ1 （Ｖ）領域とＮ2 （Ｖ）領域とを最大限拡大するようにして引上げるので、引上げ速度と結晶内温度勾配との制御範囲が広くなり生産機においても製造条件設定が容易になり、Ｎ（Ｖ）領域の多いウエーハを簡単に作製することができる。
【００１６】
そして、本発明の請求項７に記載した発明は、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶ウエーハにおいて、ウエーハ全面の酸素濃度が２４ｐｐｍａ（ＡＳＴＭ '７９値）未満であり、酸素析出熱処理によりＯＳＦリングの潜在核は存在するが、ＯＳＦ熱酸化処理をした際にはＯＳＦリングは発生せず、かつ、ＦＰＤ及びＬ／Ｄがウエーハ全面内に存在しないと共に、ウエーハ全面で酸素析出によるゲッタリング能力があるＯＳＦリング領域を挿んで該ＯＳＦリング領域の内側に存在するＮ1 （Ｖ）領域及び外側に存在するＮ領域内のＮ2 （Ｖ）領域を包含した領域内の結晶であることを特徴とするシリコン単結晶ウエーハである。
また、請求項４に記載したように、請求項２または請求項３に記載した製造方法に加えて、前記結晶中の１０５０℃から８５０℃までの温度域を通過する時間が１４０分以下となるように制御するようにした。
【００１７】
このように、成長結晶内の酸素濃度を２４ｐｐｍａ未満に抑えたウエーハとするか、あるいは成長結晶中の１０５０℃から８５０℃までの温度域を通過する時間を１４０分以下となるように熱履歴を制御すれば、ＯＳＦ核の成長を阻害することができ、実質上、ＯＳＦリングあるいはＯＳＦリングの潜在核がウエーハ内に存在してもデバイスに影響を与えることはないので、結局該ウエーハをＯＳＦ熱酸化処理をした際に、ＯＳＦリングの核は潜在しているが、ＯＳＦリングを発生することはなく、ＦＰＤ及びＬ／Ｄ（ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ）もウエーハ全面内に存在しないという、いわゆるウエーハ全面がＶ−リッチ領域、Ｉ−リッチ領域も、害を及ぼすようなＯＳＦリングも存在しない全面使用可能な結晶全面に亙って極低欠陥密度でかつ、ウエーハ全面で酸素析出によるゲッタリング能力のあるウエーハを得ることができる。しかもこの場合、ＯＳＦリング領域を挿んで該領域内外のＮ1 （Ｖ）領域とＮ2 （Ｖ）領域とを最大限拡大して結晶を引上げるので、Ｆ／Ｇの制御も広い制御範囲とすることが可能であり、ウエーハを実用上容易に作製することができる。
【００１８】
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。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ェーハを切り出し、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、ウェーハ面内の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）。
【００１９】
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。
【００２０】
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（Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．  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。
【００２１】
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。
【００２２】
５）Ｌ／Ｄ（Ｌａｒｇｅ  Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ：格子間転位ループの略号）には、ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ等があり、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の中でも先端のピットが１０μｍ以上の大きいものをいい、これも転位ループ起因と考えられている。
【００２３】
本発明者らは、先に特願平９−１９９４１５号で提案したように、ＣＺ法によるシリコン単結晶成長に関し、Ｖ領域とＩ領域の境界近辺について、詳細に調査したところ、この境界近辺の極く狭い領域にＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰの数が著しく少なく、ＬＳＥＰＤも存在しないニュートラルな領域があることを発見した。
【００２４】
そこで、このニュートラルな領域をウエーハ全面に広げることができれば、点欠陥を大幅に減らせると発想した。すなわち成長（引上げ）速度と温度勾配の関係の中で、結晶中のウエーハ面内では、引上げ速度はほぼ一定であるから、面内の点欠陥の濃度分布を決定する主な因子は温度勾配である。つまり、ウエーハ面内で、軸方向の温度勾配に差があることが問題で、この差を減らすことが出来れば、ウエーハ面内の点欠陥の濃度差も減らせることを見出し、結晶中心部の温度勾配Ｇｃと結晶周辺部分の温度勾配Ｇｅとの差を△Ｇ＝（Ｇｅ−Ｇｃ）≦５℃／ｃｍとなるように炉内温度を制御して引上げ速度を調節すれば、ウエーハ全面がＮ領域からなる欠陥のないウエーハが得られるようになった。
【００２５】
本発明では、上記のような温度勾配の差△Ｇが小さいＣＺ法による結晶引上げ装置を使用し、引上げ速度を変えて結晶面内を調査した結果、新たに次のような二つの知見を得た。
本発明者らが実験・調査した結果、Ｖ−リッチ領域とＩ−リッチ領域の間に存在するＮ領域は、従来はＯＳＦリング（核）の外側のみと考えられていたが、ＯＳＦリングの内側にも、Ｎ領域が存在することを確認した［以下、Ｎ1 （Ｖ）領域という。図２（ａ）参照］。すなわち、上記特願平９−１９９４１５号の場合、ＯＳＦリングは、Ｖ−リッチ領域とＮ領域の境界領域となっていた（図４（ａ）参照）が、この二つは必ずしも一致しないことがわかった。
【００２６】
もう一つの発見は、ＯＳＦリング領域の外側のＮ領域に酸素析出の多い領域と少ない領域が存在し、ＯＳＦリング領域に隣接する側の方が酸素析出が多いことが判ってきた。すなわち、ＯＳＦリングの外側に隣接するＮ領域の中にゲッタリング能力の高いＶ側のＮ領域、Ｎ2 （Ｖ）領域が存在することが判ってきた。
【００２７】
従って、上記特開平８−３３０３１６号公報に開示された方法のように、単にＯＳＦリング外側のＮ領域のみでウエーハを作製すると、ウエーハ全面がＮ領域であることは確かではあるが、ウエーハの内側と外側では酸素析出に差が生じ、面内でゲッタリング能力が異なるウエーハができてしまうことになる。ちなみに、ＯＳＦリング領域に隣接する内側のＮ2 （Ｖ）領域は、酸素析出が多く十分にゲッタリング能力があり、Ｉ−リッチ領域側のＮ（Ｉ）領域は酸素析出が少なく、ゲッタリング能力はほんの少ししかない。
【００２８】
そこで、図１の欠陥分布図に示したように、全面Ｎ領域でかつゲッタリング能力のあるＯＳＦリング領域の外側に隣接するＮ2 （Ｖ）領域だけのウエーハを作製するのが理想的であり、完全無欠陥のシリコン単結晶を得ることができる［図２（ａ）、（ｂ）参照］。しかしながら、その領域は非常に狭く、かつ、結晶の径方向に急上昇している領域なので、引上げ速度Ｆや温度勾配Ｇを調整してＦ／Ｇの値をこの領域に収まるように制御することはかなり難しい。そこで、本発明ではＯＳＦリング領域も、ＯＳＦリング内側のＮ1 （Ｖ）領域も含めた広い領域で結晶を引上げるようにすることもできる［図３（ａ）、（ｂ）参照］。
【００２９】
この調査における引上げ装置の炉内温度を、総合伝熱解析ソフトＦＥＭＡＧ（Ｆ．Ｄｕｐｒｅｔ，Ｐ．Ｎｉｃｏｄｅｍｅ，Ｙ．Ｒｙｃｋｍａｎｓ，Ｐ．Ｗｏｕｔｅｒｓ，ａｎｄ  Ｍ．Ｊ．Ｃｒｏｃｈｅｔ，Ｉｎｔ．Ｊ．Ｈｅａｔ  ＭａｓｓＴｒａｎｓｆｅｒ，３３，１８４９（１９９０））を使用して鋭意解析を行った。その結果、引上げ速度をＦ［ｍｍ／ｍｉｎ］とし、シリコンの融点から１４００℃の間の引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値をＧ［℃／ｍｍ］で表した時、Ｎ2 （Ｖ）領域内の引上げは、Ｆ／Ｇの値を結晶中心で０．１１９〜０．１２１ｍｍ2 ／℃・ｍｉｎの範囲内となるように引上げ速度Ｆと温度勾配平均値Ｇとを制御して結晶を引上げれば、結晶欠陥がなく、ゲッタリング能力のあるシリコン単結晶が得られる。
【００３０】
また、ＯＳＦリングを挿んでＮ1 （Ｖ）領域からＮ2 （Ｖ）領域に至る領域内の引上げは、結晶中心で、０．１１９〜０．１４２ｍｍ2 ／℃・ｍｉｎの範囲内となるように引上げ速度Ｆと温度勾配平均値Ｇとを制御して引上げれば、ＯＳＦ熱酸化処理をした際にリング状に発生するＯＳＦリングあるいはＯＳＦリングの核が存在するものの、ＦＰＤ及びＬ／Ｄがウエーハ全面内に存在せず、かつウエーハ全面で酸素析出によるゲッタリング能力のあるシリコン単結晶ウエーハが得られることが判った。
【００３１】
図１は、結晶の径（直径６インチ）方向位置を横軸とし、Ｆ／Ｇ値を縦軸とした場合の諸欠陥分布を表している。図１から明らかなように、Ｖ−リッチ領域／Ｎ1 （Ｖ）領域の境界は、結晶中心位置と中心から約５０ｍｍまでの位置との間で０．１４２ｍｍ2 ／℃・ｍｉｎから緩やかに上昇し、この位置から外周にかけては急激にＦ／Ｇ値を増大した線上にある。ＯＳＦリング領域の中心は、約０．１２５ｍｍ2 ／℃・ｍｉｎで、結晶外周にかけては、Ｎ1 （Ｖ）領域／ＯＳＦリング領域の境界線もＯＳＦリング領域／Ｎ2 （Ｖ）領域の境界線もほぼ平行して緩やかに上昇し、結晶中心位置から約６５ｍｍから外周にかけては急激にＦ／Ｇ値を増大した線上にある。さらにＮ2 （Ｖ）領域／Ｎ（Ｉ）領域との境界線は、約０．１１９ｍｍ2 ／℃・ｍｉｎを起点として緩やかに上昇し、結晶中心位置から約７０ｍｍから外周にかけては急激にＦ／Ｇ値が下降している。
また、Ｎ（Ｉ）領域／Ｉ−リッチ領域との境界線は、結晶中心位置と中心から約６０ｍｍまでの位置との間で約０．１１２〜０．１１７ｍｍ2 ／℃・ｍｉｎとなり、その後、結晶外周に向けて急激に落ち込んでいる。
従って、ＯＳＦリング領域を含むウエーハ内のＮ1 （Ｖ）領域とＮ2 （Ｖ）領域とを最大限に利用するには、結晶中心位置で０．１１９〜０．１４２ｍｍ2 ／℃・ｍｉｎとなるようにすればよい。
【００３２】
これをウエーハの面で説明すると、従来は、図４（ａ）に示したように、通常の引上げ速度と結晶引上げ装置におけるＯＳＦリングの外側に存在するＮ領域を結晶全面に拡大すべく（図４（ｂ）参照）、特別な結晶引上げ装置を用いて引上げ速度と△Ｇを制御し、無欠陥結晶を製造しようとしていたが、引上げ速度、温度勾配等製造条件の制御幅が極めて狭く、制御が困難で生産性に難点がある上、ゲッタリング能力も均一ではなく、実用的ではなかった。
【００３３】
本発明では、第１に今回発見したＯＳＦリングの外側のＮ2 （Ｖ）領域だけに限定した場合［図２（ａ）、（ｂ）参照］は、狭い領域内で引上げることになり、引上げ条件の制御は容易ではないが結晶の引上げは可能であり、前述したように極めて高品質のウエーハを作製することができる。
【００３４】
第２は、ＯＳＦリングの外側のＮ2 （Ｖ）領域だけに限定せず、ＯＳＦリング領域及びＯＳＦリングの内側に存在するＮ1 （Ｖ）領域を合せてＮ領域を最大限拡大することにした［図３（ａ）、（ｂ）参照］。すなわち、図３（ｂ）に示したようにＯＳＦリングを含んだまま両Ｎ（Ｖ）領域を最大限ウエーハ全面に拡大することができる引上げ速度とＧ及び結晶引上げ装置を選択して引上げた。その結果、上記したようなＦ／Ｇ値の範囲内に収まるように引上げ速度と結晶内温度勾配を調整して引上げれば、従来よりも拡大された制御幅をもつ製造条件下で容易に低欠陥のウエーハを製造することができる。
【００３５】
一方、ＯＳＦリングについては、最近の研究からウエーハ全面内で低酸素濃度の場合には、ＯＳＦリングの核が存在しても熱酸化処理によりＯＳＦリングを発生することはなく、デバイスに影響を与えないということが判ってきている。
この酸素濃度の限界値は、同一の結晶引上げ装置を使用して、数種類の酸素濃度レベルの結晶を引上げた結果、ウエーハ全面内の酸素濃度が２４ｐｐｍａ未満であれば、ウエーハの熱酸化処理を行った時にＯＳＦリングが発生しないことが確認された。
【００３６】
すなわち、図６は、一本の結晶を引上げ中に徐々に酸素濃度を下げていった時に、結晶全長にわたってＯＳＦとなる核は存在するが、ウエーハの熱酸化処理を行った時にＯＳＦリングが観察されるのは２４ｐｐｍａまでで、２４ｐｐｍａ未満ではＯＳＦリング核は存在するが、熱酸化処理によるＯＳＦリングは発生していないことを表している。
【００３７】
ちなみに、成長結晶中の酸素濃度を２４ｐｐｍａ未満にするには、従来から一般に用いられている方法で行えばよく、例えば、ルツボの回転数あるいは融液内温度分布等を調整して融液の対流を制御する等の手段により簡単に行うことができる。
【００３８】
次いでＯＳＦリング核の成長を阻害する条件を検討した。炉内温度分布の異なる結晶引上げ装置（炉内構成を変更したもの）を数種類使用して、ＯＳＦ熱酸化処理時にＯＳＦリングが発生するように、引上げ速度を制御して結晶を引上げた結果、１０５０〜８５０℃の温度帯域を１４０分以下で通過する熱履歴を与えた結晶には、その後ＯＳＦリング発生の有無を確認するＯＳＦ熱酸化処理を施してもＯＳＦリングは確認されなかった（Ｉ．Ｙａｍａｓｈｉｔａ  ａｎｄ  Ｙ．Ｓｈｉｍａｎｕｋｉ：Ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ＳｏｃｉｅｔｙＥｘｔｅｎｄｅｄ  Ａｂｓｔｒａｃｔ，Ｌｏｓ  Ａｎｇｅｌｓ，Ｃａｒｉｆｏｒｎｉａ，Ｍａｙ７−１２，１９８９，Ｐ．３４６参照）。
【００３９】
そこで、前述したＦ／Ｇ値制御に加えて、結晶中酸素濃度を２４ｐｐｍａ未満に抑え、あるいは、成長結晶の１０５０℃から８５０℃までの温度域を通過する熱履歴を１４０分以下となるように制御してＯＳＦリング核の成長を阻害すれば、ＯＳＦ熱酸化処理をした際にはＯＳＦリングの発生はなく、かつ、ＦＰＤ及びＬ／Ｄが存在せず、結晶全面が使用可能な領域で占められ、無欠陥の結晶を広い条件範囲で作製することができる。
【００４０】
すなわち、ＣＺ法によってシリコン単結晶を育成する際に、引上げ速度をＦ［ｍｍ／ｍｉｎ］とし、シリコンの融点から１４００℃の間の引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値をＧ［℃／ｍｍ］で表した時、Ｆ／Ｇの値を、Ｎ1 （Ｖ）領域・ＯＳＦリング領域・Ｎ2 （Ｖ）領域内において、あるいは結晶中心で、０．１１９〜０．１４２ｍｍ2 ／℃・ｍｉｎに制御し、結晶中酸素濃度を２４ｐｐｍａ未満に抑え、あるいは、前記結晶中の１０５０℃から８５０℃までの温度域を通過する時間が１４０分以下となるように制御することによって、広いＮ領域を持つと共に熱酸化処理をしてもＯＳＦリングが発生しない、全面使用可能な無欠陥ウエーハでかつ、ウエーハ全面で酸素析出によるゲッタリング能力が大きくかつ均一であるシリコン単結晶を制御幅の広い条件下で容易に製造することができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、本発明で使用するＣＺ法による単結晶引上げ装置の構成例を図７により説明する。図７に示すように、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、シリコンの種子結晶５を保持するシードチャック６と、シードチャック６を引上げるケーブル７と、ケーブル７を回転又は巻き取る巻取機構（図示せず）を備えて構成されている。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。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。
【００４２】
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、結晶の固液界面の外周に環状の固液界面断熱材８を設け、その上に上部囲繞断熱材９が配置されている。この固液界面断熱材８は、その下端とシリコン融液２の湯面との間に３〜５ｃｍの隙間１０を設けて設置されている。上部囲繞断熱材９は条件によっては使用しないこともある。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装置３６を設けている。
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。
【００４３】
次に、上記の単結晶引上げ装置３０による単結晶育成方法について説明する。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、ケーブル７を巻き出すことによりシリコン融液２の表面の略中心部に種子結晶５の先端を接触又は浸漬させる。その後、ルツボ保持軸３３を適宜の方向に回転させるとともに、ケーブル７を回転させながら巻き取り種子結晶５を引上げることにより、単結晶育成が開始される。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。
【００４４】
この場合、本発明では、本発明の目的を達成するために特に重要であるのは、図７に示したように、引上げ室３１の湯面上の単結晶棒１中の液状部分の外周空間において、湯面近傍の結晶の温度が１４２０℃から１４００℃までの温度域に環状の固液界面断熱材８を設けたことと、その上に上部囲繞断熱材９を配置したことである。さらに、必要に応じてこの断熱材の上部に結晶を冷却する装置、例えば冷却装置３６を設けて、これに上部より冷却ガスを吹きつけて結晶を冷却できるものとし、筒下部に輻射熱反射板を取り付けた構造としてもよい。
【００４５】
このように液面の直上の位置に所定の隙間を設けて断熱材を配置し、さらにこの断熱材の上部に結晶を冷却する装置を設けた構造とすることによって、結晶成長界面近傍では輻射熱により保温効果が得られ、結晶の上部ではヒータ等からの輻射熱をカットできるので、本発明の製造条件を満足させることができる。
この結晶の冷却装置としては、前記筒状の冷却装置３６とは別に、結晶の周囲を囲繞する空冷ダクトや水冷蛇管等を設けて所望の温度勾配を確保するようにしても良い。
【００４６】
本発明で使用した単結晶引上げ装置と比較のために従来の装置を図８に示した。基本的な構造については、本発明で使用した引上げ装置と同じであるが、固液界面断熱材８、上部囲繞断熱材９や冷却装置３６は装備していない。
【００４７】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施の形態を実施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。
（実施例１）
図７に示した引上げ装置３０で、２０インチ石英ルツボに原料多結晶シリコンを６０Ｋｇチャージし、直径６インチ、方位＜１００＞のシリコン単結晶棒を平均引上げ速度を０．８８〜０．５０ｍｍ／ｍｉｎに変化させて引上げた（単結晶棒の直胴長さ約８５ｃｍ）。
シリコン融液の湯温は約１４２０℃、湯面から環状の固液界面断熱材の下端までは、４ｃｍの空間とし、その上に１０ｃｍ高さの環状固液界面断熱材を配置し、湯面から引上げ室天井までの高さをルツボ保持軸を調整して３０ｃｍに設定し、上部囲繞断熱材を配備した。
そして、結晶中心部でのＦ／Ｇ値を０．２２〜０．１０ｍｍ2 ・℃／ｍｉｎに変化させて引上げた。
【００４８】
ここで得られた単結晶棒から、ウエーハを切り出し、鏡面加工を施してシリコン単結晶の鏡面ウエーハを作製し、グローンイン欠陥の測定を行った。また、熱酸化処理を施してＯＳＦリング発生の有無を確認した。
その結果、結晶中心でＦ／Ｇ値が０．１１９〜０．１４２ｍｍ2 ／℃・ｍｉｎの範囲内において、ウエーハ外周部より約１５ｍｍ位置に熱酸化処理時に発生するＯＳＦリング領域は存在するが、該リング内外のグローンイン欠陥の存在しないＮ1 （Ｖ）領域及びＮ2 （Ｖ）領域を最大限拡大した極低欠陥ウエーハを得た。なお、このウエーハの酸化膜耐圧特性は、Ｃ−モード良品率１００％となった。また、ウエーハ全面で酸素析出によるゲッタリング能力が高く、均一であった。
なお、Ｃ−モード測定条件は、次の通りである。
１）酸化膜厚：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 、
５）良品判定：絶縁破壊電界が８ＭＶ／ｃｍ以上のものを良品と判定した。
【００４９】
（実施例２）
単結晶引上げ中に徐々に酸素濃度を下げて行った以外は実施例１と同一条件で引上げ、得られた単結晶棒から、ウエーハを切り出し、鏡面加工を施してシリコン単結晶の鏡面ウエーハを作製し、グローンイン欠陥の測定を行った。また、熱酸化処理を施してＯＳＦリング発生の有無を確認した。
【００５０】
その結果、Ｆ／Ｇ値が０．１１９〜０．１４２ｍｍ2 ／℃・ｍｉｎの範囲内において、ウエーハ面内酸素濃度が２４ｐｐｍａ以上のウエーハは全面グローンイン欠陥の存在しないＮ領域ではあるが、ウエーハ外周部から約１５ｍｍ位置にＯＳＦリングを有するウエーハであった。
これに対してウエーハ面内酸素濃度が２４ｐｐｍａ未満のウエーハは全面グローンイン欠陥の存在しないＮ領域で、ＯＳＦ核は存在するが熱酸化処理によってＯＳＦリングを発生しない無欠陥ウエーハであった。なお、このウエーハの酸化膜耐圧特性は、Ｃ−モード良品率１００％となった。
また、ウエーハ全面で酸素析出によるゲッタリング能力が高く、均一であった。
【００５１】
（実施例３）
単結晶引上げ中に、結晶中の１０５０〜８５０℃までの温度域を通過する時間を１４０分以下とした熱履歴を与えた以外は実施例１と同一条件で引上げ、得られた単結晶棒から、ウエーハを切り出し、鏡面加工を施してシリコン単結晶の鏡面ウエーハを作製し、グローンイン欠陥の測定を行った。また、熱酸化処理を施してＯＳＦリング発生の有無を確認した。
【００５２】
その結果、酸素濃度が２７ｐｐｍａのものであっても、Ｆ／Ｇ値が０．１１９〜０．１４２ｍｍ2 ／℃・ｍｉｎの範囲内において、全面グローンイン欠陥の存在しないＮ領域で、ＯＳＦ核は存在するが熱酸化処理によってＯＳＦリングを発生しない無欠陥ウエーハであった。なお、このウエーハの酸化膜耐圧特性は、Ｃ−モード良品率１００％となり、また、ウエーハ全面で酸素析出によるゲッタリング能力が高く、均一であった。
【００５３】
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。
【００５４】
例えば、上記実施形態においては、直径６インチのシリコン単結晶を育成する場合につき例を挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、引上げ速度をＦ［ｍｍ／ｍｉｎ］とし、シリコンの融点から１４００℃の間の引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値をＧ［℃／ｍｍ］で表した時、前記欠陥分布図においてＯＳＦリング領域を挿んで該ＯＳＦリング領域の内側に存在するＮ1 （Ｖ）領域及び外側に存在するＮ領域内のＮ2 （Ｖ）領域を包含した領域内で結晶を引上げるようにすれば、直径にかかわりなく、例えば直径８〜１６インチあるいはそれ以上のシリコン単結晶にも適用できる。
また、本発明は、シリコン融液に水平磁場、縦磁場、カスプ磁場等を印加するいわゆるＭＣＺ法にも適用できることは言うまでもない。
【００５５】
さらに、上記実施形態においては、ＯＳＦリングを発生させない方法として、低酸素化と熱履歴制御を別々に説明したが、両者を共に実施してもよく、これにより確実にＯＳＦリングを無害化することができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、全面Ｎ2 （Ｖ）領域でゲッタリング能力のあるウエーハを得ることができる。特に、ＯＳＦリング外側のＮ2 （Ｖ）領域、ＯＳＦリング、あるいはＯＳＦ核及びその内側のＮ1 （Ｖ）領域も使用することにより単結晶育成条件の制御幅が広くなり、最大限Ｎ（Ｖ）領域を拡大したウエーハを容易に作製することができる。そして、低酸素化あるいは低温域の熱履歴の制御を併用すればＯＳＦリングも発生せず、グローイン欠陥も極低レベルのウエーハ全面が無欠陥でかつ、ウエーハ全面で酸素析出によるゲッタリング能力が高く、均一なシリコン単結晶ウエーハを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で発見したシリコン単結晶ウエーハ面内における、結晶の径方向位置を横軸とし、Ｆ／Ｇ値を縦軸とした場合の諸欠陥分布図である。
【図２】本発明で発見した結晶面内諸欠陥分布を表した説明図である。
（ａ）通常の引上げ条件で引上げた場合、（ｂ）本発明の特定引上げ条件で引上げた場合。
【図３】本発明で発見した結晶面内諸欠陥分布を表した説明図である。
（ａ）通常の引上げ条件で引上げた場合、（ｂ）本発明の別の特定引上げ条件で引上げた場合（ＯＳＦリングを取り込む場合）。
【図４】従来の引上げ方法における結晶面内諸欠陥分布を表した説明図である。
（ａ）通常の引上げ条件で引上げた場合、（ｂ）引上げ速度と結晶内温度勾配を精密制御して引上げた場合。
【図５】従来の引上げ方法における引上げ速度と結晶面内欠陥分布との関係を表した説明図である。
（ａ）高速引上げの場合、（ｂ）中速引上げの場合、（ｃ）低速引上げの場合。
【図６】本発明において、ウエーハに熱酸化処理を施した際のＯＳＦリングの発生領域とＯＳＦ核の存在領域との境界位置が結晶中酸素濃度に影響されていることを表した説明図である。
（ａ）結晶棒の長さ方向位置と酸素濃度（ＡＳＴＭ '７９値）の関係を表したグラフ、（ｂ）結晶縦断面において、ＯＳＦリングの発生領域とＯＳＦ核の存在領域との境界位置を示す説明図である。
【図７】  本発明で使用したＣＺ法による単結晶引上げ装置の概略説明図である。
【図８】ＣＺ法による従来の単結晶引上げ装置の概略説明図である。
【符号の説明】
１…成長単結晶棒、
２…シリコン融液（湯）、
３…湯面、
４…固液界面、
５…種子結晶、
６…シードチャック、
７…ケーブル、
８…固液界面断熱材、
９…上部囲繞断熱材、
１０…湯面と固液界面断熱材下端との隙間、
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、
３６…冷却装置。
Ｖ  …Ｖ−リッチ領域、
Ｎ  …Ｎ−領域、
Ｎ1 （Ｖ）…Ｎ1 （Ｖ）領域、
Ｎ2 （Ｖ）…Ｎ2 （Ｖ）領域、
Ｎ（Ｉ）  …Ｎ（Ｉ）領域、
Ｉ  …Ｉ−リッチ領域、
ＯＲ…ＯＳＦリング。
【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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