JP3890861B2 - シリコン単結晶の引上げ方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という。）により点欠陥の凝集体が存在しないシリコン単結晶を製造する方法に関する。更に詳しくは、イントリンシックゲッタリング（以下、ＩＧ）源を有するシリコン単結晶の引上げ方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路を製造する工程において、歩留りを低下させる原因として酸化誘起積層欠陥（Oxidation Induced Stacking Fault、以下、ＯＳＦという。）の核となる酸素析出物の微小欠陥や、結晶に起因したパーティクル（Crystal Originated Particle、以下、ＣＯＰという。）や、或いは侵入型転位（Interstitial-type Large Dislocation、以下、ＬＤという。）の存在が挙げられている。ＯＳＦは、結晶成長時にその核となる微小欠陥が導入され、半導体デバイスを製造する際の熱酸化工程等で顕在化し、作製したデバイスのリーク電流の増加等の不良原因になる。またＣＯＰは、鏡面研磨後のシリコンウェーハをアンモニアと過酸化水素の混合液で洗浄したときにウェーハ表面に出現する結晶に起因したピットである。このウェーハをパーティクルカウンタで測定すると、このピットも本来のパーティクルとともに光散乱欠陥として検出される。このＣＯＰは電気的特性、例えば酸化膜の経時絶縁破壊特性（Time Dependent dielectric Breakdown、ＴＤＤＢ）、酸化膜耐圧特性（Time Zero Dielectric Breakdown、ＴＺＤＢ）等を劣化させる原因となる。またＣＯＰがウェーハ表面に存在するとデバイスの配線工程において段差を生じ、断線の原因となり得る。そして素子分離部分においてもリーク等の原因となり、製品の歩留りを低くする。更にＬＤは、転位クラスタとも呼ばれたり、或いはこの欠陥を生じたシリコンウェーハをフッ酸を主成分とする選択エッチング液に浸漬するとピットを生じることから転位ピットとも呼ばれる。このＬＤも、電気的特性、例えばリーク特性、アイソレーション特性等を劣化させる原因となる。
【０００３】
以上のことから、半導体集積回路を製造するために用いられるシリコンウェーハからＯＳＦ、ＣＯＰ及びＬＤを減少させることが必要となっている。
このＯＳＦ、ＣＯＰ及びＬＤを有しない無欠陥のシリコンインゴットの製造方法が特開平１１−１３９３号公報に開示されている。この無欠陥のシリコンインゴットは、インゴット内での空孔型点欠陥の凝集体及び格子間シリコン型点欠陥の凝集体がそれぞれ存在しないパーフェクト領域［Ｐ］からなる。パーフェクト領域［Ｐ］は、格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域［Ｉ］と、シリコン単結晶インゴット内で空孔型点欠陥が支配的に存在する領域［Ｖ］との間に介在する。このパーフェクト領域［Ｐ］からなるシリコンウェーハは、インゴットの引上げ速度をＶ（ｍｍ／分）とし、シリコン融液とインゴットとの界面近傍におけるインゴット鉛直方向の温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）とするとき、熱酸化処理をした際にリング状に発生するＯＳＦがウェーハ中心部で消滅するように、Ｖ／Ｇ（ｍｍ2／分・℃）の値を決めて作られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、半導体デバイスメーカーの中には、ＯＳＦ、ＣＯＰ及びＬＤを有しない上に、デバイス工程で生じる金属汚染をゲッタリングする能力を有するシリコンウェーハを求める場合がある。ゲッタリング能力が十分に備わっていないウェーハでは、デバイス工程で金属により汚染されると、接合リークや、金属不純物によるトラップ準位によるデバイスの動作不良等を生じ、これにより製品の歩留りが低下する。
上記パーフェクト領域［Ｐ］からなるインゴットから切出されたシリコンウェーハは、ＯＳＦ、ＣＯＰ及びＬＤを有しないけれども、デバイス工程の熱処理において、必ずしもウェーハ面内で均一に酸素析出が起らず、これによりＩＧ効果が十分に得られない場合がある。
【０００５】
本発明の目的は、領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなるインゴット又は領域［ＰI］のみからなるインゴットであっても、ウェーハにした場合にＩＧ効果が得られ、かつ点欠陥の凝集体の存在しないシリコン単結晶の引上げ方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、シリコン単結晶インゴット内での格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域を［Ｉ］とし、空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を［Ｖ］とし、格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を［Ｐ］とするとき、パーフェクト領域［Ｐ］からなるシリコン単結晶インゴットを引上げる方法の改良である。
その特徴ある構成は、上記領域［Ｉ］に隣接しかつ上記パーフェクト領域［Ｐ］に属し侵入型転位を形成し得る最低の格子間シリコン濃度未満の領域を［ＰI］とし、前記領域［Ｖ］に隣接しかつ前記パーフェクト領域［Ｐ］に属しＣＯＰ又はＦＰＤを形成し得る空孔濃度以下の領域を［Ｐ V ］とするとき、上記領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなりかつ酸素濃度が１．４×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）以上であって、引上げによりシリコン単結晶インゴットの温度が１０００〜６００℃の温度範囲内の所定温度まで降下した時点でシリコン単結晶インゴットを加熱してその温度を６００〜５００℃で２〜５０時間維持することにある。
請求項２に係る発明の特徴ある構成は、上記領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなりかつ酸素濃度が１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）以上であって、引上げによりシリコン単結晶インゴットの温度が１０００〜６００℃の温度範囲内の所定温度まで降下した時点でシリコン単結晶インゴットを加熱してその温度を６００〜５００℃で２０〜５０時間維持することにある。
【０００７】
請求項３に係る発明の特徴ある構成は、上記領域［ＰI］のみからなりかつ酸素濃度が１．４×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）以上であって、引上げによりシリコン単結晶インゴットの温度が１０００〜６００℃の温度範囲内の所定温度まで降下した時点でシリコン単結晶インゴットを加熱してその温度を６００℃で２０〜５０時間又は５００℃で６〜５０時間維持することにある。
請求項４に係る発明の特徴ある構成は、上記領域［ＰI］のみからなりかつ酸素濃度が１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）以上であって、引上げによりシリコン単結晶インゴットの温度が１０００〜６００℃の温度範囲内の所定温度まで降下した時点でシリコン単結晶インゴットを加熱してその温度を５００℃で５０時間維持することにある。
【０００８】
請求項１〜４に係る発明では、インゴットが領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなるとき、或いは領域［ＰI］のみからなるときに、インゴットの酸素濃度が所定の濃度範囲にあって、引上げ中のインゴットを上記条件で加熱すると、インゴットの状態で所定密度以上の酸素析出核が発現する。この熱処理したインゴットからシリコンウェーハを切出し、このウェーハを半導体デバイスメーカーのデバイス製造工程で熱処理すると、上記酸素析出核が酸素析出物（Bulk Micro Defect、以下、ＢＭＤという。）に成長し、領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなるウェーハ又は領域［ＰI］のみからなるウェーハであっても、ウェーハ全面にＩＧ効果を有するようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のシリコン単結晶インゴットは、ＣＺ法によりホットゾーン炉内のシリコン融液からボロンコフ（Voronkov）の理論に基づいた所定の速度プロファイルで引上げて製造される。
一般的に、ＣＺ法によりホットゾーン炉内のシリコン融液からシリコン単結晶のインゴットを引上げたときには、シリコン単結晶における欠陥として、点欠陥（point defect）と点欠陥の凝集体（agglomerates：三次元欠陥）が発生する。点欠陥は空孔型点欠陥と格子間シリコン型点欠陥という二つの一般的な形態がある。空孔型点欠陥は一つのシリコン原子がシリコン結晶格子で正常的な位置の一つから離脱したものである。このような空孔が空孔型点欠陥になる。一方、原子がシリコン結晶の格子点以外の位置（インタースチシャルサイト）で発見されるとこれが格子間シリコン点欠陥になる。
【００１０】
点欠陥は一般的にシリコン融液（溶融シリコン）とインゴット（固状シリコン）の間の接触面で導入される。しかし、インゴットを継続的に引上げることによって接触面であった部分は引上げとともに冷却し始める。冷却の間、空孔型点欠陥又は格子間シリコン型点欠陥は拡散により互いに合併して、空孔型点欠陥の凝集体（vacancy agglomerates）又は格子間シリコン型点欠陥の凝集体（interstitial agglomerates）が形成される。言い換えれば、凝集体は点欠陥の合併に起因して発生する三次元構造である。
空孔型点欠陥の凝集体は前述したＣＯＰの他に、ＬＳＴＤ（Laser ScatteringTomograph Defects）又はＦＰＤ（Flow Pattern Defects）と呼ばれる欠陥を含み、格子間シリコン型点欠陥の凝集体は前述したＬＤと呼ばれる欠陥を含む。ＦＰＤとは、インゴットをスライスして作製されたシリコンウェーハを３０分間無撹拌にてセコエッチング（Secco etching、（Ｋ2Ｃｒ2Ｏ7：50%ＨＦ：純水＝44g：2000cc：1000cc）の混合液によるエッチング）したときに現れる特異なフローパターンを呈する痕跡の源であり、ＬＳＴＤとは、シリコン単結晶内に赤外線を照射したときにシリコンとは異なる屈折率を有し散乱光を発生する源である。
【００１１】
ボロンコフの理論は、欠陥の数が少ない高純度インゴットを成長させるために、インゴットの引上げ速度をＶ（ｍｍ／分）、インゴットとシリコン融液の界面近傍のインゴット中の温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）とするときに、Ｖ／Ｇ（ｍｍ2／分・℃）を制御することである。この理論では、図１Ａに示すように、Ｖ／Ｇをよこ軸にとり、空孔型点欠陥濃度と格子間シリコン型点欠陥濃度を同一のたて軸にとって、Ｖ／Ｇと点欠陥濃度との関係を図式的に表現し、空孔領域と格子間シリコン領域の境界がＶ／Ｇによって決定されることを説明している。より詳しくは、Ｖ／Ｇ比が臨界点以上では空孔型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成される反面、Ｖ／Ｇ比が臨界点以下では格子間シリコン型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成される。図１Ａにおいて、［Ｉ］は格子間シリコン型点欠陥が支配的であって、格子間シリコン型点欠陥が存在する領域（(Ｖ／Ｇ)1以下）を示し、［Ｖ］はインゴット内での空孔型点欠陥が支配的であって、空孔型点欠陥の凝集体が存在する領域（(Ｖ／Ｇ)2以上）を示し、［Ｐ］は空孔型点欠陥の凝集体及び格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域（(Ｖ／Ｇ)1〜(Ｖ／Ｇ)2）を示す。領域［Ｐ］に隣接する領域［Ｖ］にはＯＳＦ核を形成する領域［ＯＳＦ］（(Ｖ／Ｇ)2〜(Ｖ／Ｇ)3）が存在する。
【００１２】
このパーフェクト領域［Ｐ］は更に領域［ＰI］と領域［ＰV］に分類される。［ＰI］はＶ／Ｇ比が上記(Ｖ／Ｇ)1から臨界点までの領域であり、［ＰV］はＶ／Ｇ比が臨界点から上記(Ｖ／Ｇ)2までの領域である。即ち、［ＰI］は領域［Ｉ］に隣接し、かつ侵入型転位を形成し得る最低の格子間シリコン型点欠陥濃度未満の格子間シリコン型点欠陥濃度を有する領域であり、［ＰV］は領域［Ｖ］に隣接し、かつＯＳＦを形成し得る最低の空孔型点欠陥濃度未満の空孔型点欠陥濃度を有する領域である。
【００１３】
この実施の形態における所定の引上げ速度プロファイルは、インゴットがホットゾーン炉内のシリコン溶融物から引上げられる時、温度勾配に対する引上げ速度の比（Ｖ／Ｇ）が格子間シリコン型点欠陥の凝集体の発生を防止する(Ｖ／Ｇ)1以上であって、空孔型点欠陥の凝集体をインゴットの中央にある空孔型点欠陥が支配的に存在する領域内に制限する(Ｖ／Ｇ)2以下に維持されるように決められる。
【００１４】
この引上げ速度のプロファイルは、実験的に基準インゴットを軸方向にスライスすることで、又はこれらの技術を組合わせることで、シミュレーションによって上記ボロンコフの理論に基づき決定される。即ち、この決定は、シミュレーションの後に、軸方向にスライスしたインゴットを横断方向にスライスしてウェーハ状態で確認し、更にシミュレーションを繰り返すことによりなされる。シミュレーションのために複数種類の引上げ速度が所定の範囲で決められ、複数個の基準インゴットが成長される。
即ち、図１Ｅに示すように引上げ速度を１．２ｍｍ／分から０．４ｍｍ／分まで徐々に低下させてＶ／Ｇを連続的に低下させたときのインゴットの断面図を図１Ｂ、図１Ｃ及び図１Ｄにそれぞれ示す。各図の横軸はそれぞれ図１Ａの横軸（Ｖ／Ｇ）に対応して描かれている。図１Ｂは上記インゴットをＮ2雰囲気下、１０００℃、４０時間熱処理した後のＸ線トポグラフによる概念図である。この図では引上げ速度を低下させるに従って領域［Ｖ］、領域［ＯＳＦ］、領域［ＰV］、領域［ＰI］及び領域［Ｉ］が現れる。図１Ｃは引上げ直後（as-grownの状態）の上記インゴットを３０分間セコエッチングしたときの結晶の欠陥分布図である。この図では上記［Ｖ］に相当する領域にＣＯＰ、ＦＰＤが現れ、上記［Ｉ］に相当する領域にＬＤが現れる。更に図１Ｄは上記インゴットを湿潤Ｏ2雰囲気下、１１００℃、１時間熱処理した後、２分間セコエッチングしたときの結晶の欠陥分布図である。この図ではＯＳＦが現れる。この実施の形態におけるＶ／Ｇは、インゴットが領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなるように、又は領域［ＰI］のみからなるように設定される。
【００１５】
なお、ＣＯＰやＬＤなどの点欠陥の凝集体は検出方法によって検出感度、検出下限値が異なる値を示すことがある。そのため、本明細書において、「点欠陥の凝集体が存在しない」の意味は、鏡面加工されたシリコン単結晶を無攪拌セコエッチングを施した後に光学顕微鏡により、観察面積とエッチング取り代との積を検査体積として観察した際に、フローパターン（空孔型欠陥）及び転位クラスタ（格子間シリコン型点欠陥）の各凝集体が１×１０-3ｃｍ3の検査体積に対して１個欠陥が検出された場合を検出下限値（１×１０3個／ｃｍ3）とするとき、点欠陥の凝集体の数が上記検出下限値以下であることをいう。
【００１６】
シリコン単結晶インゴットを上述した所定のＶ／Ｇで引上げるための引上げ装置が図２〜図４に示される。図示するようにシリコン単結晶引上げ装置１０はチャンバ１１を有する。このチャンバ１１内には、シリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３が設けられ、この石英るつぼ１３の外面は黒鉛サセプタ１４により被覆される。石英るつぼ１３の下面は上記黒鉛サセプタ１４を介して支軸１６の上端に固定され、この支軸１６の下部はるつぼ駆動手段１７に接続される（図２）。るつぼ駆動手段１７は図示しないが石英るつぼ１３を回転させる第１回転用モータと、石英るつぼ１３を昇降させる昇降用モータとを有し、これらのモータにより石英るつぼ１３が所定の方向に回転し得るとともに、上下方向に移動可能となっている。石英るつぼ１３の外周面は石英るつぼ１３から所定の間隔をあけて第１ヒータ１８により包囲され、この第１ヒータ１８は保温筒１９により包囲される。第１ヒータ１８は石英るつぼ１３に投入された高純度のシリコン多結晶体を加熱・溶融してシリコン融液にする。
【００１７】
またチャンバ１１の上端には円筒状のケーシング２１が接続される。このケーシング２１には引上げ手段２２が設けられる。引上げ手段２２はケーシング２１の上端部に水平状態で旋回可能に設けられた引上げヘッド（図示せず）と、このヘッドを回転させる第２回転用モータ（図示せず）と、ヘッドから石英るつぼ１３の回転中心に向って垂下されたワイヤケーブル２２ａと、上記ヘッド内に設けられワイヤケーブル２２ａを巻取り又は繰出す引上げ用モータ（図示せず）とを有する。ワイヤケーブル２２ａの下端にはシリコン融液１２に浸してシリコン単結晶インゴット２４を引上げるための種結晶２３が取付けられる。
【００１８】
またシリコン単結晶インゴット２４の外周面と石英るつぼ１３の内周面との間にはインゴット２４の外周面を包囲する熱遮蔽部材２６が設けられる（図２〜図４）。この熱遮蔽部材２６は、ヒータ１８からの輻射熱を遮る円筒状の筒部２６ａと、この筒部２６ａをその上縁で支持するフランジ部２６ｂとを有する。上記フランジ部２６ｂを保温筒１９上に載置することにより、筒部２６ａの下縁がシリコン融液１２表面から所定の距離だけ上方に位置するように熱遮蔽部材２６がチャンバ１１内に固定される。
【００１９】
また筒部２６ａの下縁には上方に向かうに従って直径が小さくなるコーン状の第１放熱抑制部材３１が設けられ、筒部２６ａの下縁から連結部材３３が垂下され、更に上方に向うに従って直径が小さくなるように形成されたコーン状の第２放熱抑制部材３２が連結部材３３の下端に取付けられる（図２〜図４）。第２放熱抑制部材３２は第１放熱抑制部材３１から所定の間隔をあけて下方に設けられる。また熱遮蔽部材２６の上方のチャンバ１１内には引上げられてくるインゴット２４を包囲するように冷却筒体３４がその上部をケーシング２１に取付けることにより設けられる。この冷却筒体３４の上部内面には円筒状の第２ヒータ３５が取付けられる。第２ヒータ３５の下方の冷却筒体３４の内部（冷却筒体３４の壁内）には冷却流体が通る冷却通路３４ａが形成され、冷却筒体３４の下部（チャンバ１１内に突出する部分）には鉛直方向に延びるスリット３４ｂが形成される（図２及び図３）。また冷却通路３４ａはスリット３４ｂの内周縁から露出しないように冷却筒体３４の内部（壁内）に蛇行して形成され（図３）、冷却通路３４ａには冷却水が通るように構成される。なお、上記スリット３４ｂはチャンバ１１外から引上げ中のインゴット２４を視認するために形成される。
【００２０】
上記第１及び第２放熱抑制部材３１，３２の傾斜角θ、即ち第１及び第２放熱抑制部材３１，３２の下縁を含む水平面に対する第１及び第２放熱抑制部材３１，３２の傾斜角θは８０度以下、好ましくは２０〜６０度の範囲内にそれぞれ設定される（図４）。上記熱遮蔽部材２６、第１及び第２放熱抑制部材３１，３２はＭｏ（モリブデン），Ｗ（タングステン），Ｃ（カーボン）により、或いは表面にＳｉＣがコーティングされた黒鉛等により形成される。
【００２１】
更にチャンバ１１にはこのチャンバ１１のシリコン単結晶インゴット２４側に不活性ガスを供給しかつ上記不活性ガスをチャンバ１１のるつぼ内周面側から排出するガス給排手段３６が接続される（図２）。ガス給排手段３６は一端がケーシング２１の周壁に接続され他端が上記不活性ガスを貯留するタンク（図示せず）に接続された供給パイプ３６ａと、一端がチャンバ１１の下壁に接続され他端が真空ポンプ（図示せず）に接続された排出パイプ３６ｂとを有する。供給パイプ３６ａ及び排出パイプ３６ｂにはこれらのパイプ３６ａ，３６ｂを流れる不活性ガスの流量を調整する第１及び第２流量調整弁３６ｃ，３６ｄがそれぞれ設けられる。
【００２２】
引上げ用モータの出力軸（図示せず）にはロータリエンコーダ（図示せず）が設けられ、るつぼ駆動手段１７には石英るつぼ１３内のシリコン融液１２の重量を検出する重量センサ（図示せず）と、支軸１６の昇降位置を検出するリニヤエンコーダ（図示せず）とが設けられる。ロータリエンコーダ、重量センサ及びリニヤエンコーダの各検出出力はコントローラ（図示せず）の制御入力に接続され、コントローラの制御出力は引上げ手段２２の引上げ用モータ及びるつぼ駆動手段１７の昇降用モータにそれぞれ接続される。またコントローラにはメモリ（図示せず）が設けられ、このメモリにはロータリエンコーダの検出出力に対するワイヤケーブル２２ａの巻取り長さ、即ちシリコン単結晶インゴット２４の引上げ長さが第１マップとして記憶され、重量センサの検出出力に対する石英るつぼ１３内のシリコン融液１２の液面レベルが第２マップとして記憶される。コントローラは重量センサの検出出力に基づいて石英るつぼ１３内のシリコン融液１２の液面を常に一定のレベルに保つように、るつぼ駆動手段１７の昇降用モータを制御するように構成される。
【００２３】
図２に示された引上げ装置によりシリコン融液１２から引上げられたインゴット２４は、１．０×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）以上の酸素濃度を有する。このインゴットとシリコン融液との固液界面付近では、高温のシリコン融液１２からの輻射熱により第２放熱抑制部材３２の温度が上昇するか、又はシリコン融液１２からの輻射熱（図４の破線矢印で示す。）若しくはインゴット２４からの放熱を第２放熱抑制部材３２が反射することにより、インゴット２４からの急激な放熱は抑制される（図４のａの部分）。この結果、インゴット２４の外周部の急激な温度低下を阻止できるので、インゴット２４内の引上げ方向の結晶温度勾配がその中心から外周面にわたって略均一になる。従って、インゴット２４内の熱的ストレスの発生を抑制できるので、スリップ発生や有転位化が改善され、空孔型点欠陥又は格子間シリコン型点欠陥の径方向の面内での分布も均一になる。
【００２４】
インゴット２４の第１及び第２放熱抑制部材３１，３２間の開放された部分では、ヒータ１８からの輻射熱（図４の実線矢印で示す。）がインゴット２４の外周面に照射されてインゴット２４の外周部が保温され（図３のｂの部分）、更に第１放熱抑制部材３１により包囲された部分では、図４の一点鎖線矢印で示すように、高温のシリコン融液１２からの輻射熱により第１放熱抑制部材３１の温度が上昇するか、又はインゴット２４からの放熱を第１放熱抑制部材３１が反射することにより、インゴット２４からの急激な放熱は抑制される（図３のｃの部分）。この結果、固液界面付近での引上げ方向の結晶温度勾配の径方向分布の均一性が向上し、インゴット２４内の点欠陥の坂道拡散、対消滅の反応時間を均一にでき、点欠陥の濃度を最適に制御できる。
【００２５】
また第１放熱抑制部材３１より上方部分では、第１ヒータ１８及びシリコン融液１２からの輻射熱が第１放熱抑制部材３１及び熱遮蔽部材２６の筒部２６ａにより遮られてインゴット２４に照射されず、しかも第１放熱抑制部材３１より上方の冷却筒体３４内の冷却通路３４ａを冷却水が通るので、インゴット２４は急冷される（図４のｄの部分）。この結果、この部分及びその下の部分でのインゴット２４内の引上げ方向の温度勾配値を高くすることができる。
【００２６】
更に冷却筒体３４により冷却されたインゴット２４は、引上げられて第２ヒータ３５の位置に到達すると、第２ヒータ３４により加熱される。この第２ヒータ３５の最下限の位置は、引上げられたインゴット２４の温度が降下して所定温度になる位置である。この所定温度は１０００〜６００℃の温度範囲内から選ばれる。６００℃未満では高温で安定して酸素析出核が発現しにくく、１０００℃を越えるとＯＳＦ核が発生するようになる。好ましくは９００〜６００℃である。
【００２７】
次に第２ヒータ３５の加熱条件は、引上げられてくるインゴットが上述した領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなるか、或いは領域［ＰI］のみからなるかによって、またインゴット中に含まれる酸素濃度の多寡によって異なる。
(a) インゴットが図６の▲１▼に示す領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなり、その酸素濃度が１．４×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）以上である場合には、第２ヒータ３５により６００〜５００℃で２〜５０時間維持するように加熱する。
(b) インゴットが図６の▲１▼に示す領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなり、その酸素濃度が１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）である場合には、第２ヒータ３５により６００〜５００℃で２０〜５０時間維持するように加熱する。
(c) インゴットが図６の▲２▼に示す領域［ＰI］のみからなり、その酸素濃度が１．４×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）以上である場合には、第２ヒータ３５により６００℃で２０〜５０時間又は５００℃で６〜５０時間維持するように加熱する。
(d) インゴットが図６の▲２▼に示す領域［ＰI］のみからなり、その酸素濃度が１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）である場合には、第２ヒータ３５により５００℃で５０時間維持するように加熱する。
【００２８】
インゴットの酸素濃度が低いほど、また領域［ＰI］が多い程、酸素析出核は発生しにくい傾向がある。酸素析出核を生じにくい場合で、この酸素析出核を十分に発現させるためには、第２ヒータのパワーを調節することによりインゴットの温度を５００℃〜６００℃にして、加熱時間を５０時間程度にする。
上記第２ヒータの加熱温度及び加熱維持時間がそれぞれ上記下限値未満では酸素析出核の発現が十分でなく、それぞれ上記上限値を越えても酸素析出核の発現密度は不変のため、上記のように決められる。
【００２９】
図５は領域［ＰV］のみからなるインゴットを引上げた場合のインゴット温度とシリコン融液面からの距離の関係を示す。図５の白丸のプロットで破線で示すように、第２ヒータ３５を作動させない場合にはインゴットの温度は引上げ長とともに比較的速く低下するのに対して、図５の黒丸のプロットで示すように、この実施の形態の第２ヒータ３５を作動させた場合には、引上げにより１０００〜６００℃の温度範囲内の所定温度まで降下したインゴットの降温速度は緩められる。第２ヒータのパワーにより温度分布を変えることができる。例えばインゴットの酸素濃度が約１．５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）であるときに、図５の符号Ｌで示すように、温度プロファイルを５００℃の位置で結晶を６時間維持すると、チャンバ１１の上部のこの比較的低温熱処理により、インゴットの状態で所定密度以上の酸素析出核が発現する。図５の符号Ｈは、インゴットの温度が１０５０℃の位置で維持されるようにした温度プロファイルである。即ち、第２ヒータのパワーに応じてインゴットの維持温度を変えることができる。このように熱処理したインゴットからシリコンウェーハを切出し、このウェーハを半導体デバイスメーカーのデバイス製造工程で熱処理すると、上記酸素析出核がＢＭＤに成長する。インゴットが領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなる場合も、或いは領域［ＰI］のみからなる場合も、これらのインゴットから切出されたウェーハは、ウェーハ全面にＩＧ効果を有するようになる。
なお、ＢＭＤ密度は、ウェーハ表面をライト（Wright）エッチング液で選択エッチングを行った後、ウェーハ表面から深さ２５０μｍのところを光学顕微鏡で観察することにより測定され、ＩＧ効果を有するとされるＢＭＤ体積密度は、１×１０8個／ｃｍ3以上、好ましくは１×１０8個／ｃｍ3〜１×１０11個／ｃｍ3である。
【００３０】
【実施例】
次に本発明の実施例を比較例とともに説明する。
＜実施例１〜８＞
図２に示すシリコン単結晶引上げ装置を用いて直径６インチのボロン（Ｂ）がドープされたｐ型のシリコンインゴットを引上げた。このインゴットは直胴部の直径が６インチ、長さが６００ｍｍ、結晶方位が（１００）、抵抗率が１〜１５Ωｃｍ、酸素濃度が１．４〜１．５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）であった。インゴットは、引上げ時のＶ／Ｇを０．２４ｍｍ2／分℃から０．１８ｍｍ2／分℃まで連続的に減少させるとともに、第２ヒータで加熱しながら表１に示す８通りの条件で育成し、各条件で２本ずつ育成した。第２ヒータによるインゴットの加熱は、引上げによりインゴットの温度が９００℃まで降下した時点で、表１に示す８通りの条件で行った。２本育成したインゴットのうちの１本のインゴットは図６に示すように引上げ方向にインゴット中心を切断し、各領域の位置を調べ、別の１本から図６のライン▲１▼に示す部分からシリコンウェーハを切出し、試料とした。なお、図６は図１Ｂに対応する。この例では試料となるウェーハは、領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなる。
【００３１】
＜比較例１〜１４＞
実施例１と同様に引上げたインゴットを第２ヒータで加熱しながら表１に示す１４通りの条件で育成した。このインゴットの酸素濃度は１．４〜１．５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）であり、実施例１と同じ位置である図６のライン１ ( 図６では丸数字１ )に示す部分から切出し、試料とした。この試料となるウェーハは、領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなる。
【００３２】
＜比較例１５＞
酸素濃度が１．４〜１．５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）であって、第２ヒータを不作動にした以外、実施例１と同じ位置である図６のライン▲１▼に示す部分からシリコンウェーハを切出し、試料とした。この試料となるウェーハは、領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなる。
【００３３】
＜比較評価１＞
実施例１〜８及び比較例１〜１５のウェーハをそれぞれ湿潤酸素雰囲気下で１２００℃、６０分間加熱して、ＯＳＦ顕在化熱処理を行った後、セコエッチングを２分間行った。その結果、すべてのウェーハで表面から２０μｍの深さにわたって全面ＯＳＦフリーであった。
また実施例１〜８及び比較例１〜１５のウェーハを窒素雰囲気下、８００℃で４時間熱処理した後、引続き１０００℃で１６時間熱処理した後、混酸によりウェーハ表面を１００μｍエッチングした後、更にウェーハ表面をライト（Wright）エッチング液で選択エッチングを行い、光学顕微鏡の観察により、ウェーハ中心部と、ウェーハの半径Ｒ（３インチ）の２／３付近、即ちウェーハの中心から２インチ付近の各ＢＭＤを測定した。そしてライトエッチングのエッチング深さから体積密度へ換算その体積密度を求めた。これらの結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
表１から明らかなように、ウェーハの酸素濃度が１．４〜１．５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3と比較的高く、領域［ＰV］を含むこともあって、第２ヒータで６００〜５００℃で２〜５０時間加熱した実施例１〜８のウェーハについてＩＧ効果があるとされる１×１０8個／ｃｍ3以上のＢＭＤ体積密度を有した。これに対して第２ヒータで７００℃以上の高温で加熱した比較例１〜１４及び第２ヒータを不作動にした比較例１５ではウェーハ中心部ではＩＧ効果を有するＢＭＤ体積密度が得られたが、ウェーハの２／３Ｒでは１０7個／ｃｍ3台のＢＭＤ体積密度しか得られず、ウェーハ全面にわたってのＩＧ効果を期待することはできなかった。
【００３６】
＜実施例９〜１２＞
酸素濃度が１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）である以外、実施例１と同様にインゴットを育成した。第２ヒータによるインゴットの加熱を、引上げによりインゴットの温度が９００℃まで降下した時点で、表２に示す４通りの条件で行った。実施例１と同じ位置である図６のライン▲１▼に示す部分からシリコンウェーハを切出し、試料とした。この試料となるウェーハは、領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなる。
【００３７】
＜比較例１６〜３３＞
実施例９と同様に引上げたインゴットを第２ヒータで加熱しながら表２に示す１８通りの条件で育成した。このインゴットの酸素濃度は１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）であり、実施例１と同じ位置である図６のライン１ ( 図６では丸数字１ )に示す部分から切出し、試料とした。この試料となるウェーハは、領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなる。
【００３８】
＜比較例３４＞
酸素濃度が１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）であって、第２ヒータを不作動にした以外、実施例１と同じ位置である図６のライン▲１▼に示す部分からシリコンウェーハを切出し、試料とした。この試料となるウェーハは、領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなる。
【００３９】
＜比較評価２＞
実施例９〜１２及び比較例１６〜３４のウェーハを比較評価１と同様にしてＯＳＦ顕在化熱処理を行った後、セコエッチングを２分間行った。その結果、すべてのウェーハで表面から２０μｍの深さにわたって全面ＯＳＦフリーであった。また実施例９〜１２及び比較例１６〜３４のウェーハを比較評価１と同様にしてウェーハ中心部と、ウェーハの半径Ｒ（３インチ）の２／３付近の各ＢＭＤ体積密度を求めた。これらの結果を表２に示す。
【００４０】
【表２】
【００４１】
表２から明らかなように、ウェーハが領域［ＰV］を含んでいたが、その酸素濃度が１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3と比較的低いこともあって、第２ヒータで６００〜５００℃で２０〜５０時間加熱した実施例９〜１２のウェーハでしかＩＧ効果があるとされる１×１０8個／ｃｍ3以上のＢＭＤ体積密度を有さなかった。また第２ヒータで６００〜５００℃で２〜６時間又は７００℃以上の高温で加熱した比較例１６〜３３及び第２ヒータを不作動にした比較例３４ではウェーハの２／３Ｒで４×１０7個／ｃｍ3以下のＢＭＤ体積密度しか得られず、ウェーハ全面にわたってのＩＧ効果を期待することはできなかった。
【００４２】
＜実施例１３〜１７＞
酸素濃度が１．４〜１．５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）である以外、実施例１と同様にインゴットを育成した。第２ヒータによるインゴットの加熱を、引上げによりインゴットの温度が９００℃まで降下した時点で、表３に示す５通りの条件で行った。図６のライン▲２▼に示す部分からシリコンウェーハを切出し、試料とした。この試料となるウェーハは、領域［ＰI］のみからなる。
【００４３】
＜比較例３５〜５１＞
実施例１３と同様に引上げたインゴットを第２ヒータで加熱しながら表３に示す１７通りの条件で育成した。このインゴットの酸素濃度は１．４〜１．５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）であり、実施例１３と同じ位置である図６のライン２ ( 図６では丸数字２ )に示す部分から切出し、試料とした。この試料となるウェーハは、領域［ＰI］のみからなる。
【００４４】
＜比較例５２＞
酸素濃度が１．４〜１．５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）であって、第２ヒータを不作動にした以外、実施例１３と同じ位置である図６のライン▲２▼に示す部分からシリコンウェーハを切出し、試料とした。この試料となるウェーハは、領域［ＰI］のみからなる。
【００４５】
＜比較評価３＞
実施例１３〜１７及び比較例３５〜５２のウェーハを比較評価１と同様にしてＯＳＦ顕在化熱処理を行った後、セコエッチングを２分間行った。その結果、すべてのウェーハで表面から２０μｍの深さにわたって全面ＯＳＦフリーであった。また実施例１３〜１７及び比較例３５〜５２のウェーハを比較評価１と同様にしてウェーハ中心部と、ウェーハの半径Ｒ（３インチ）の２／３付近の各ＢＭＤ体積密度を求めた。これらの結果を表３に示す。
【００４６】
【表３】
【００４７】
表３から明らかなように、領域［ＰI］のみからなるウェーハであったが、その酸素濃度が１．４〜１．５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3と比較的高いこともあって、第２ヒータで６００℃で２０〜５０時間又は５００℃で６〜５０時間加熱した実施例１３〜１７のウェーハにおいてＩＧ効果があるとされる１×１０8個／ｃｍ3以上のＢＭＤ体積密度を有した。また第２ヒータで５００℃で２時間、６００℃で２〜６時間又は７００℃以上の高温で加熱した比較例３５〜５１及び第２ヒータを不作動にした比較例５２ではウェーハの２／３Ｒで４×１０7個／ｃｍ3以下のＢＭＤ体積密度しか得られず、ウェーハ全面にわたってのＩＧ効果を期待することはできなかった。
【００４８】
＜実施例１８＞
酸素濃度が１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）である以外、実施例１と同様にインゴットを育成した。第２ヒータによるインゴットの加熱を、引上げによりインゴットの温度が９００℃まで降下した時点で、表４に示す条件で行った。図６のライン▲２▼に示す部分からシリコンウェーハを切出し、試料とした。この試料となるウェーハは、領域［ＰI］のみからなる。
【００４９】
＜比較例５３〜７３＞
実施例１８と同様に引上げたインゴットを第２ヒータで加熱しながら表４に示す２１通りの条件で育成した。このインゴットの酸素濃度は１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）であり、実施例１８と同じ位置である図６のライン２ ( 図６では丸数字２ )に示す部分から切出し、試料とした。この試料となるウェーハは、領域［ＰI］のみからなる。
【００５０】
＜比較例７４＞
酸素濃度が１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）であって、第２ヒータを不作動にした以外、実施例１６と同じ位置である図６のライン▲２▼に示す部分からシリコンウェーハを切出し、試料とした。この試料となるウェーハは、領域［ＰI］のみからなる。
【００５１】
＜比較評価４＞
実施例１８及び比較例５３〜７４のウェーハを比較評価１と同様にしてＯＳＦ顕在化熱処理を行った後、セコエッチングを２分間行った。その結果、すべてのウェーハで表面から２０μｍの深さにわたって全面ＯＳＦフリーであった。また実施例１８及び比較例５３〜７４のウェーハを比較評価１と同様にしてウェーハ中心部と、ウェーハの半径Ｒ（３インチ）の２／３付近の各ＢＭＤ体積密度を求めた。これらの結果を表４に示す。
【００５２】
【表４】
【００５３】
表４から明らかなように、ウェーハの酸素濃度が１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3と比較的低く、また領域［ＰI］のみからなることもあって、第２ヒータで５００℃で５０時間加熱した実施例１８のウェーハでしかＩＧ効果があるとされる１×１０8個／ｃｍ3以上のＢＭＤ体積密度を有さなかった。また第２ヒータで５００℃で２〜２０時間、６００℃で２〜５０時間又は７００℃以上の高温で加熱した比較例５３〜７３及び第２ヒータを不作動にした比較例７４ではウェーハの２／３Ｒで５×１０7個／ｃｍ3以下のＢＭＤ体積密度しか得られず、ウェーハ全面にわたってのＩＧ効果を期待することはできなかった。
【００５４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなるインゴットであっても、領域［ＰI］のみからなるインゴットであっても、酸素濃度が１．１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）以上であるシリコン単結晶インゴットを引上げによりその温度が１０００〜６００℃の温度範囲内の所定温度まで降下した時点でインゴットを加熱して所定の温度で所定の時間維持することにより、点欠陥の凝集体が存在しないことに加えて、インゴットの状態で所定密度以上の酸素析出核が発現する。この熱処理したインゴットからシリコンウェーハを切出し、このウェーハを半導体デバイスメーカーのデバイス製造工程で熱処理すれば、上記酸素析出核が１×１０8個／ｃｍ3以上のＢＭＤ体積密度まで成長し、ウェーハ全面にＩＧ効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ ボロンコフの理論を基づいた、Ｖ／Ｇ比が臨界点以上では空孔豊富インゴットが形成され、Ｖ／Ｇ比が臨界点以下では格子間シリコン豊富インゴットが形成されることを示す図。
Ｂ インゴットをＮ2雰囲気下、１０００℃、４０時間熱処理した後のＸ線トポグラフによる概念図。
Ｃ 引上げ直後（as-grownの状態）のインゴットをセコエッチングしたときの結晶の欠陥分布図。
Ｄ インゴットを湿潤Ｏ2雰囲気下熱処理した後セコエッチングしたときの結晶の欠陥分布図。
Ｅ インゴットの引上げ速度の変化状況を示す図。
【図２】本発明実施形態及び実施例１のシリコン単結晶引上げ装置を示す断面構成図。
【図３】その引上げ装置の冷却筒体を含む要部斜視図。
【図４】その引上げ装置により引上げ中のシリコン単結晶インゴットの等温面を示す断面構成図。
【図５】第２ヒータの作動及び不作動に伴うシリコン融液液面からの距離に応じたインゴットの温度変化状況を示す図。
【図６】図１Ｂに対応する図。
【符号の説明】
１０ 引上げ装置
１１ チャンバ
１２ シリコン融液
１３ 石英るつぼ
１８ 第１ヒータ
２４ シリコン単結晶インゴット
２６ 熱遮蔽部材
３１ 第１放熱抑制部材
３２ 第２放熱抑制部材
３４ 冷却筒体
３４ａ 冷却通路
３５ 第２ヒータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という。）により点欠陥の凝集体が存在しないシリコン単結晶を製造する方法に関する。更に詳しくは、イントリンシックゲッタリング（以下、ＩＧ）源を有するシリコン単結晶の引上げ方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路を製造する工程において、歩留りを低下させる原因として酸化誘起積層欠陥（Oxidation Induced Stacking Fault、以下、ＯＳＦという。）の核となる酸素析出物の微小欠陥や、結晶に起因したパーティクル（Crystal Originated Particle、以下、ＣＯＰという。）や、或いは侵入型転位（Interstitial-type Large Dislocation、以下、ＬＤという。）の存在が挙げられている。ＯＳＦは、結晶成長時にその核となる微小欠陥が導入され、半導体デバイスを製造する際の熱酸化工程等で顕在化し、作製したデバイスのリーク電流の増加等の不良原因になる。またＣＯＰは、鏡面研磨後のシリコンウェーハをアンモニアと過酸化水素の混合液で洗浄したときにウェーハ表面に出現する結晶に起因したピットである。このウェーハをパーティクルカウンタで測定すると、このピットも本来のパーティクルとともに光散乱欠陥として検出される。このＣＯＰは電気的特性、例えば酸化膜の経時絶縁破壊特性（Time Dependent dielectric Breakdown、ＴＤＤＢ）、酸化膜耐圧特性（Time Zero Dielectric Breakdown、ＴＺＤＢ）等を劣化させる原因となる。またＣＯＰがウェーハ表面に存在するとデバイスの配線工程において段差を生じ、断線の原因となり得る。そして素子分離部分においてもリーク等の原因となり、製品の歩留りを低くする。更にＬＤは、転位クラスタとも呼ばれたり、或いはこの欠陥を生じたシリコンウェーハをフッ酸を主成分とする選択エッチング液に浸漬するとピットを生じることから転位ピットとも呼ばれる。このＬＤも、電気的特性、例えばリーク特性、アイソレーション特性等を劣化させる原因となる。
【０００３】
以上のことから、半導体集積回路を製造するために用いられるシリコンウェーハからＯＳＦ、ＣＯＰ及びＬＤを減少させることが必要となっている。
このＯＳＦ、ＣＯＰ及びＬＤを有しない無欠陥のシリコンインゴットの製造方法が特開平１１−１３９３号公報に開示されている。この無欠陥のシリコンインゴットは、インゴット内での空孔型点欠陥の凝集体及び格子間シリコン型点欠陥の凝集体がそれぞれ存在しないパーフェクト領域［Ｐ］からなる。パーフェクト領域［Ｐ］は、格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域［Ｉ］と、シリコン単結晶インゴット内で空孔型点欠陥が支配的に存在する領域［Ｖ］との間に介在する。このパーフェクト領域［Ｐ］からなるシリコンウェーハは、インゴットの引上げ速度をＶ（ｍｍ／分）とし、シリコン融液とインゴットとの界面近傍におけるインゴット鉛直方向の温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）とするとき、熱酸化処理をした際にリング状に発生するＯＳＦがウェーハ中心部で消滅するように、Ｖ／Ｇ（ｍｍ2／分・℃）の値を決めて作られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、半導体デバイスメーカーの中には、ＯＳＦ、ＣＯＰ及びＬＤを有しない上に、デバイス工程で生じる金属汚染をゲッタリングする能力を有するシリコンウェーハを求める場合がある。ゲッタリング能力が十分に備わっていないウェーハでは、デバイス工程で金属により汚染されると、接合リークや、金属不純物によるトラップ準位によるデバイスの動作不良等を生じ、これにより製品の歩留りが低下する。
上記パーフェクト領域［Ｐ］からなるインゴットから切出されたシリコンウェーハは、ＯＳＦ、ＣＯＰ及びＬＤを有しないけれども、デバイス工程の熱処理において、必ずしもウェーハ面内で均一に酸素析出が起らず、これによりＩＧ効果が十分に得られない場合がある。
【０００５】
本発明の目的は、領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなるインゴット又は領域［ＰI］のみからなるインゴットであっても、ウェーハにした場合にＩＧ効果が得られ、かつ点欠陥の凝集体の存在しないシリコン単結晶の引上げ方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、シリコン単結晶インゴット内での格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域を［Ｉ］とし、空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を［Ｖ］とし、格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を［Ｐ］とするとき、パーフェクト領域［Ｐ］からなるシリコン単結晶インゴットを引上げる方法の改良である。
その特徴ある構成は、上記領域［Ｉ］に隣接しかつ上記パーフェクト領域［Ｐ］に属し侵入型転位を形成し得る最低の格子間シリコン濃度未満の領域を［ＰI］とし、前記領域［Ｖ］に隣接しかつ前記パーフェクト領域［Ｐ］に属しＣＯＰ又はＦＰＤを形成し得る空孔濃度以下の領域を［Ｐ V ］とするとき、上記領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなりかつ酸素濃度が１．４×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）以上であって、引上げによりシリコン単結晶インゴットの温度が１０００〜６００℃の温度範囲内の所定温度まで降下した時点でシリコン単結晶インゴットを加熱してその温度を６００〜５００℃で２〜５０時間維持することにある。
請求項２に係る発明の特徴ある構成は、上記領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなりかつ酸素濃度が１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）以上であって、引上げによりシリコン単結晶インゴットの温度が１０００〜６００℃の温度範囲内の所定温度まで降下した時点でシリコン単結晶インゴットを加熱してその温度を６００〜５００℃で２０〜５０時間維持することにある。
【０００７】
請求項３に係る発明の特徴ある構成は、上記領域［ＰI］のみからなりかつ酸素濃度が１．４×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）以上であって、引上げによりシリコン単結晶インゴットの温度が１０００〜６００℃の温度範囲内の所定温度まで降下した時点でシリコン単結晶インゴットを加熱してその温度を６００℃で２０〜５０時間又は５００℃で６〜５０時間維持することにある。
請求項４に係る発明の特徴ある構成は、上記領域［ＰI］のみからなりかつ酸素濃度が１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）以上であって、引上げによりシリコン単結晶インゴットの温度が１０００〜６００℃の温度範囲内の所定温度まで降下した時点でシリコン単結晶インゴットを加熱してその温度を５００℃で５０時間維持することにある。
【０００８】
請求項１〜４に係る発明では、インゴットが領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなるとき、或いは領域［ＰI］のみからなるときに、インゴットの酸素濃度が所定の濃度範囲にあって、引上げ中のインゴットを上記条件で加熱すると、インゴットの状態で所定密度以上の酸素析出核が発現する。この熱処理したインゴットからシリコンウェーハを切出し、このウェーハを半導体デバイスメーカーのデバイス製造工程で熱処理すると、上記酸素析出核が酸素析出物（Bulk Micro Defect、以下、ＢＭＤという。）に成長し、領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなるウェーハ又は領域［ＰI］のみからなるウェーハであっても、ウェーハ全面にＩＧ効果を有するようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のシリコン単結晶インゴットは、ＣＺ法によりホットゾーン炉内のシリコン融液からボロンコフ（Voronkov）の理論に基づいた所定の速度プロファイルで引上げて製造される。
一般的に、ＣＺ法によりホットゾーン炉内のシリコン融液からシリコン単結晶のインゴットを引上げたときには、シリコン単結晶における欠陥として、点欠陥（point defect）と点欠陥の凝集体（agglomerates：三次元欠陥）が発生する。点欠陥は空孔型点欠陥と格子間シリコン型点欠陥という二つの一般的な形態がある。空孔型点欠陥は一つのシリコン原子がシリコン結晶格子で正常的な位置の一つから離脱したものである。このような空孔が空孔型点欠陥になる。一方、原子がシリコン結晶の格子点以外の位置（インタースチシャルサイト）で発見されるとこれが格子間シリコン点欠陥になる。
【００１０】
点欠陥は一般的にシリコン融液（溶融シリコン）とインゴット（固状シリコン）の間の接触面で導入される。しかし、インゴットを継続的に引上げることによって接触面であった部分は引上げとともに冷却し始める。冷却の間、空孔型点欠陥又は格子間シリコン型点欠陥は拡散により互いに合併して、空孔型点欠陥の凝集体（vacancy agglomerates）又は格子間シリコン型点欠陥の凝集体（interstitial agglomerates）が形成される。言い換えれば、凝集体は点欠陥の合併に起因して発生する三次元構造である。
空孔型点欠陥の凝集体は前述したＣＯＰの他に、ＬＳＴＤ（Laser ScatteringTomograph Defects）又はＦＰＤ（Flow Pattern Defects）と呼ばれる欠陥を含み、格子間シリコン型点欠陥の凝集体は前述したＬＤと呼ばれる欠陥を含む。ＦＰＤとは、インゴットをスライスして作製されたシリコンウェーハを３０分間無撹拌にてセコエッチング（Secco etching、（Ｋ2Ｃｒ2Ｏ7：50%ＨＦ：純水＝44g：2000cc：1000cc）の混合液によるエッチング）したときに現れる特異なフローパターンを呈する痕跡の源であり、ＬＳＴＤとは、シリコン単結晶内に赤外線を照射したときにシリコンとは異なる屈折率を有し散乱光を発生する源である。
【００１１】
ボロンコフの理論は、欠陥の数が少ない高純度インゴットを成長させるために、インゴットの引上げ速度をＶ（ｍｍ／分）、インゴットとシリコン融液の界面近傍のインゴット中の温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）とするときに、Ｖ／Ｇ（ｍｍ2／分・℃）を制御することである。この理論では、図１Ａに示すように、Ｖ／Ｇをよこ軸にとり、空孔型点欠陥濃度と格子間シリコン型点欠陥濃度を同一のたて軸にとって、Ｖ／Ｇと点欠陥濃度との関係を図式的に表現し、空孔領域と格子間シリコン領域の境界がＶ／Ｇによって決定されることを説明している。より詳しくは、Ｖ／Ｇ比が臨界点以上では空孔型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成される反面、Ｖ／Ｇ比が臨界点以下では格子間シリコン型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成される。図１Ａにおいて、［Ｉ］は格子間シリコン型点欠陥が支配的であって、格子間シリコン型点欠陥が存在する領域（(Ｖ／Ｇ)1以下）を示し、［Ｖ］はインゴット内での空孔型点欠陥が支配的であって、空孔型点欠陥の凝集体が存在する領域（(Ｖ／Ｇ)2以上）を示し、［Ｐ］は空孔型点欠陥の凝集体及び格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域（(Ｖ／Ｇ)1〜(Ｖ／Ｇ)2）を示す。領域［Ｐ］に隣接する領域［Ｖ］にはＯＳＦ核を形成する領域［ＯＳＦ］（(Ｖ／Ｇ)2〜(Ｖ／Ｇ)3）が存在する。
【００１２】
このパーフェクト領域［Ｐ］は更に領域［ＰI］と領域［ＰV］に分類される。［ＰI］はＶ／Ｇ比が上記(Ｖ／Ｇ)1から臨界点までの領域であり、［ＰV］はＶ／Ｇ比が臨界点から上記(Ｖ／Ｇ)2までの領域である。即ち、［ＰI］は領域［Ｉ］に隣接し、かつ侵入型転位を形成し得る最低の格子間シリコン型点欠陥濃度未満の格子間シリコン型点欠陥濃度を有する領域であり、［ＰV］は領域［Ｖ］に隣接し、かつＯＳＦを形成し得る最低の空孔型点欠陥濃度未満の空孔型点欠陥濃度を有する領域である。
【００１３】
この実施の形態における所定の引上げ速度プロファイルは、インゴットがホットゾーン炉内のシリコン溶融物から引上げられる時、温度勾配に対する引上げ速度の比（Ｖ／Ｇ）が格子間シリコン型点欠陥の凝集体の発生を防止する(Ｖ／Ｇ)1以上であって、空孔型点欠陥の凝集体をインゴットの中央にある空孔型点欠陥が支配的に存在する領域内に制限する(Ｖ／Ｇ)2以下に維持されるように決められる。
【００１４】
この引上げ速度のプロファイルは、実験的に基準インゴットを軸方向にスライスすることで、又はこれらの技術を組合わせることで、シミュレーションによって上記ボロンコフの理論に基づき決定される。即ち、この決定は、シミュレーションの後に、軸方向にスライスしたインゴットを横断方向にスライスしてウェーハ状態で確認し、更にシミュレーションを繰り返すことによりなされる。シミュレーションのために複数種類の引上げ速度が所定の範囲で決められ、複数個の基準インゴットが成長される。
即ち、図１Ｅに示すように引上げ速度を１．２ｍｍ／分から０．４ｍｍ／分まで徐々に低下させてＶ／Ｇを連続的に低下させたときのインゴットの断面図を図１Ｂ、図１Ｃ及び図１Ｄにそれぞれ示す。各図の横軸はそれぞれ図１Ａの横軸（Ｖ／Ｇ）に対応して描かれている。図１Ｂは上記インゴットをＮ2雰囲気下、１０００℃、４０時間熱処理した後のＸ線トポグラフによる概念図である。この図では引上げ速度を低下させるに従って領域［Ｖ］、領域［ＯＳＦ］、領域［ＰV］、領域［ＰI］及び領域［Ｉ］が現れる。図１Ｃは引上げ直後（as-grownの状態）の上記インゴットを３０分間セコエッチングしたときの結晶の欠陥分布図である。この図では上記［Ｖ］に相当する領域にＣＯＰ、ＦＰＤが現れ、上記［Ｉ］に相当する領域にＬＤが現れる。更に図１Ｄは上記インゴットを湿潤Ｏ2雰囲気下、１１００℃、１時間熱処理した後、２分間セコエッチングしたときの結晶の欠陥分布図である。この図ではＯＳＦが現れる。この実施の形態におけるＶ／Ｇは、インゴットが領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなるように、又は領域［ＰI］のみからなるように設定される。
【００１５】
なお、ＣＯＰやＬＤなどの点欠陥の凝集体は検出方法によって検出感度、検出下限値が異なる値を示すことがある。そのため、本明細書において、「点欠陥の凝集体が存在しない」の意味は、鏡面加工されたシリコン単結晶を無攪拌セコエッチングを施した後に光学顕微鏡により、観察面積とエッチング取り代との積を検査体積として観察した際に、フローパターン（空孔型欠陥）及び転位クラスタ（格子間シリコン型点欠陥）の各凝集体が１×１０-3ｃｍ3の検査体積に対して１個欠陥が検出された場合を検出下限値（１×１０3個／ｃｍ3）とするとき、点欠陥の凝集体の数が上記検出下限値以下であることをいう。
【００１６】
シリコン単結晶インゴットを上述した所定のＶ／Ｇで引上げるための引上げ装置が図２〜図４に示される。図示するようにシリコン単結晶引上げ装置１０はチャンバ１１を有する。このチャンバ１１内には、シリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３が設けられ、この石英るつぼ１３の外面は黒鉛サセプタ１４により被覆される。石英るつぼ１３の下面は上記黒鉛サセプタ１４を介して支軸１６の上端に固定され、この支軸１６の下部はるつぼ駆動手段１７に接続される（図２）。るつぼ駆動手段１７は図示しないが石英るつぼ１３を回転させる第１回転用モータと、石英るつぼ１３を昇降させる昇降用モータとを有し、これらのモータにより石英るつぼ１３が所定の方向に回転し得るとともに、上下方向に移動可能となっている。石英るつぼ１３の外周面は石英るつぼ１３から所定の間隔をあけて第１ヒータ１８により包囲され、この第１ヒータ１８は保温筒１９により包囲される。第１ヒータ１８は石英るつぼ１３に投入された高純度のシリコン多結晶体を加熱・溶融してシリコン融液にする。
【００１７】
またチャンバ１１の上端には円筒状のケーシング２１が接続される。このケーシング２１には引上げ手段２２が設けられる。引上げ手段２２はケーシング２１の上端部に水平状態で旋回可能に設けられた引上げヘッド（図示せず）と、このヘッドを回転させる第２回転用モータ（図示せず）と、ヘッドから石英るつぼ１３の回転中心に向って垂下されたワイヤケーブル２２ａと、上記ヘッド内に設けられワイヤケーブル２２ａを巻取り又は繰出す引上げ用モータ（図示せず）とを有する。ワイヤケーブル２２ａの下端にはシリコン融液１２に浸してシリコン単結晶インゴット２４を引上げるための種結晶２３が取付けられる。
【００１８】
またシリコン単結晶インゴット２４の外周面と石英るつぼ１３の内周面との間にはインゴット２４の外周面を包囲する熱遮蔽部材２６が設けられる（図２〜図４）。この熱遮蔽部材２６は、ヒータ１８からの輻射熱を遮る円筒状の筒部２６ａと、この筒部２６ａをその上縁で支持するフランジ部２６ｂとを有する。上記フランジ部２６ｂを保温筒１９上に載置することにより、筒部２６ａの下縁がシリコン融液１２表面から所定の距離だけ上方に位置するように熱遮蔽部材２６がチャンバ１１内に固定される。
【００１９】
また筒部２６ａの下縁には上方に向かうに従って直径が小さくなるコーン状の第１放熱抑制部材３１が設けられ、筒部２６ａの下縁から連結部材３３が垂下され、更に上方に向うに従って直径が小さくなるように形成されたコーン状の第２放熱抑制部材３２が連結部材３３の下端に取付けられる（図２〜図４）。第２放熱抑制部材３２は第１放熱抑制部材３１から所定の間隔をあけて下方に設けられる。また熱遮蔽部材２６の上方のチャンバ１１内には引上げられてくるインゴット２４を包囲するように冷却筒体３４がその上部をケーシング２１に取付けることにより設けられる。この冷却筒体３４の上部内面には円筒状の第２ヒータ３５が取付けられる。第２ヒータ３５の下方の冷却筒体３４の内部（冷却筒体３４の壁内）には冷却流体が通る冷却通路３４ａが形成され、冷却筒体３４の下部（チャンバ１１内に突出する部分）には鉛直方向に延びるスリット３４ｂが形成される（図２及び図３）。また冷却通路３４ａはスリット３４ｂの内周縁から露出しないように冷却筒体３４の内部（壁内）に蛇行して形成され（図３）、冷却通路３４ａには冷却水が通るように構成される。なお、上記スリット３４ｂはチャンバ１１外から引上げ中のインゴット２４を視認するために形成される。
【００２０】
上記第１及び第２放熱抑制部材３１，３２の傾斜角θ、即ち第１及び第２放熱抑制部材３１，３２の下縁を含む水平面に対する第１及び第２放熱抑制部材３１，３２の傾斜角θは８０度以下、好ましくは２０〜６０度の範囲内にそれぞれ設定される（図４）。上記熱遮蔽部材２６、第１及び第２放熱抑制部材３１，３２はＭｏ（モリブデン），Ｗ（タングステン），Ｃ（カーボン）により、或いは表面にＳｉＣがコーティングされた黒鉛等により形成される。
【００２１】
更にチャンバ１１にはこのチャンバ１１のシリコン単結晶インゴット２４側に不活性ガスを供給しかつ上記不活性ガスをチャンバ１１のるつぼ内周面側から排出するガス給排手段３６が接続される（図２）。ガス給排手段３６は一端がケーシング２１の周壁に接続され他端が上記不活性ガスを貯留するタンク（図示せず）に接続された供給パイプ３６ａと、一端がチャンバ１１の下壁に接続され他端が真空ポンプ（図示せず）に接続された排出パイプ３６ｂとを有する。供給パイプ３６ａ及び排出パイプ３６ｂにはこれらのパイプ３６ａ，３６ｂを流れる不活性ガスの流量を調整する第１及び第２流量調整弁３６ｃ，３６ｄがそれぞれ設けられる。
【００２２】
引上げ用モータの出力軸（図示せず）にはロータリエンコーダ（図示せず）が設けられ、るつぼ駆動手段１７には石英るつぼ１３内のシリコン融液１２の重量を検出する重量センサ（図示せず）と、支軸１６の昇降位置を検出するリニヤエンコーダ（図示せず）とが設けられる。ロータリエンコーダ、重量センサ及びリニヤエンコーダの各検出出力はコントローラ（図示せず）の制御入力に接続され、コントローラの制御出力は引上げ手段２２の引上げ用モータ及びるつぼ駆動手段１７の昇降用モータにそれぞれ接続される。またコントローラにはメモリ（図示せず）が設けられ、このメモリにはロータリエンコーダの検出出力に対するワイヤケーブル２２ａの巻取り長さ、即ちシリコン単結晶インゴット２４の引上げ長さが第１マップとして記憶され、重量センサの検出出力に対する石英るつぼ１３内のシリコン融液１２の液面レベルが第２マップとして記憶される。コントローラは重量センサの検出出力に基づいて石英るつぼ１３内のシリコン融液１２の液面を常に一定のレベルに保つように、るつぼ駆動手段１７の昇降用モータを制御するように構成される。
【００２３】
図２に示された引上げ装置によりシリコン融液１２から引上げられたインゴット２４は、１．０×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）以上の酸素濃度を有する。このインゴットとシリコン融液との固液界面付近では、高温のシリコン融液１２からの輻射熱により第２放熱抑制部材３２の温度が上昇するか、又はシリコン融液１２からの輻射熱（図４の破線矢印で示す。）若しくはインゴット２４からの放熱を第２放熱抑制部材３２が反射することにより、インゴット２４からの急激な放熱は抑制される（図４のａの部分）。この結果、インゴット２４の外周部の急激な温度低下を阻止できるので、インゴット２４内の引上げ方向の結晶温度勾配がその中心から外周面にわたって略均一になる。従って、インゴット２４内の熱的ストレスの発生を抑制できるので、スリップ発生や有転位化が改善され、空孔型点欠陥又は格子間シリコン型点欠陥の径方向の面内での分布も均一になる。
【００２４】
インゴット２４の第１及び第２放熱抑制部材３１，３２間の開放された部分では、ヒータ１８からの輻射熱（図４の実線矢印で示す。）がインゴット２４の外周面に照射されてインゴット２４の外周部が保温され（図３のｂの部分）、更に第１放熱抑制部材３１により包囲された部分では、図４の一点鎖線矢印で示すように、高温のシリコン融液１２からの輻射熱により第１放熱抑制部材３１の温度が上昇するか、又はインゴット２４からの放熱を第１放熱抑制部材３１が反射することにより、インゴット２４からの急激な放熱は抑制される（図３のｃの部分）。この結果、固液界面付近での引上げ方向の結晶温度勾配の径方向分布の均一性が向上し、インゴット２４内の点欠陥の坂道拡散、対消滅の反応時間を均一にでき、点欠陥の濃度を最適に制御できる。
【００２５】
また第１放熱抑制部材３１より上方部分では、第１ヒータ１８及びシリコン融液１２からの輻射熱が第１放熱抑制部材３１及び熱遮蔽部材２６の筒部２６ａにより遮られてインゴット２４に照射されず、しかも第１放熱抑制部材３１より上方の冷却筒体３４内の冷却通路３４ａを冷却水が通るので、インゴット２４は急冷される（図４のｄの部分）。この結果、この部分及びその下の部分でのインゴット２４内の引上げ方向の温度勾配値を高くすることができる。
【００２６】
更に冷却筒体３４により冷却されたインゴット２４は、引上げられて第２ヒータ３５の位置に到達すると、第２ヒータ３４により加熱される。この第２ヒータ３５の最下限の位置は、引上げられたインゴット２４の温度が降下して所定温度になる位置である。この所定温度は１０００〜６００℃の温度範囲内から選ばれる。６００℃未満では高温で安定して酸素析出核が発現しにくく、１０００℃を越えるとＯＳＦ核が発生するようになる。好ましくは９００〜６００℃である。
【００２７】
次に第２ヒータ３５の加熱条件は、引上げられてくるインゴットが上述した領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなるか、或いは領域［ＰI］のみからなるかによって、またインゴット中に含まれる酸素濃度の多寡によって異なる。
(a) インゴットが図６の▲１▼に示す領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなり、その酸素濃度が１．４×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）以上である場合には、第２ヒータ３５により６００〜５００℃で２〜５０時間維持するように加熱する。
(b) インゴットが図６の▲１▼に示す領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなり、その酸素濃度が１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）である場合には、第２ヒータ３５により６００〜５００℃で２０〜５０時間維持するように加熱する。
(c) インゴットが図６の▲２▼に示す領域［ＰI］のみからなり、その酸素濃度が１．４×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）以上である場合には、第２ヒータ３５により６００℃で２０〜５０時間又は５００℃で６〜５０時間維持するように加熱する。
(d) インゴットが図６の▲２▼に示す領域［ＰI］のみからなり、その酸素濃度が１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）である場合には、第２ヒータ３５により５００℃で５０時間維持するように加熱する。
【００２８】
インゴットの酸素濃度が低いほど、また領域［ＰI］が多い程、酸素析出核は発生しにくい傾向がある。酸素析出核を生じにくい場合で、この酸素析出核を十分に発現させるためには、第２ヒータのパワーを調節することによりインゴットの温度を５００℃〜６００℃にして、加熱時間を５０時間程度にする。
上記第２ヒータの加熱温度及び加熱維持時間がそれぞれ上記下限値未満では酸素析出核の発現が十分でなく、それぞれ上記上限値を越えても酸素析出核の発現密度は不変のため、上記のように決められる。
【００２９】
図５は領域［ＰV］のみからなるインゴットを引上げた場合のインゴット温度とシリコン融液面からの距離の関係を示す。図５の白丸のプロットで破線で示すように、第２ヒータ３５を作動させない場合にはインゴットの温度は引上げ長とともに比較的速く低下するのに対して、図５の黒丸のプロットで示すように、この実施の形態の第２ヒータ３５を作動させた場合には、引上げにより１０００〜６００℃の温度範囲内の所定温度まで降下したインゴットの降温速度は緩められる。第２ヒータのパワーにより温度分布を変えることができる。例えばインゴットの酸素濃度が約１．５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）であるときに、図５の符号Ｌで示すように、温度プロファイルを５００℃の位置で結晶を６時間維持すると、チャンバ１１の上部のこの比較的低温熱処理により、インゴットの状態で所定密度以上の酸素析出核が発現する。図５の符号Ｈは、インゴットの温度が１０５０℃の位置で維持されるようにした温度プロファイルである。即ち、第２ヒータのパワーに応じてインゴットの維持温度を変えることができる。このように熱処理したインゴットからシリコンウェーハを切出し、このウェーハを半導体デバイスメーカーのデバイス製造工程で熱処理すると、上記酸素析出核がＢＭＤに成長する。インゴットが領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなる場合も、或いは領域［ＰI］のみからなる場合も、これらのインゴットから切出されたウェーハは、ウェーハ全面にＩＧ効果を有するようになる。
なお、ＢＭＤ密度は、ウェーハ表面をライト（Wright）エッチング液で選択エッチングを行った後、ウェーハ表面から深さ２５０μｍのところを光学顕微鏡で観察することにより測定され、ＩＧ効果を有するとされるＢＭＤ体積密度は、１×１０8個／ｃｍ3以上、好ましくは１×１０8個／ｃｍ3〜１×１０11個／ｃｍ3である。
【００３０】
【実施例】
次に本発明の実施例を比較例とともに説明する。
＜実施例１〜８＞
図２に示すシリコン単結晶引上げ装置を用いて直径６インチのボロン（Ｂ）がドープされたｐ型のシリコンインゴットを引上げた。このインゴットは直胴部の直径が６インチ、長さが６００ｍｍ、結晶方位が（１００）、抵抗率が１〜１５Ωｃｍ、酸素濃度が１．４〜１．５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）であった。インゴットは、引上げ時のＶ／Ｇを０．２４ｍｍ2／分℃から０．１８ｍｍ2／分℃まで連続的に減少させるとともに、第２ヒータで加熱しながら表１に示す８通りの条件で育成し、各条件で２本ずつ育成した。第２ヒータによるインゴットの加熱は、引上げによりインゴットの温度が９００℃まで降下した時点で、表１に示す８通りの条件で行った。２本育成したインゴットのうちの１本のインゴットは図６に示すように引上げ方向にインゴット中心を切断し、各領域の位置を調べ、別の１本から図６のライン▲１▼に示す部分からシリコンウェーハを切出し、試料とした。なお、図６は図１Ｂに対応する。この例では試料となるウェーハは、領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなる。
【００３１】
＜比較例１〜１４＞
実施例１と同様に引上げたインゴットを第２ヒータで加熱しながら表１に示す１４通りの条件で育成した。このインゴットの酸素濃度は１．４〜１．５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）であり、実施例１と同じ位置である図６のライン１ ( 図６では丸数字１ )に示す部分から切出し、試料とした。この試料となるウェーハは、領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなる。
【００３２】
＜比較例１５＞
酸素濃度が１．４〜１．５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）であって、第２ヒータを不作動にした以外、実施例１と同じ位置である図６のライン▲１▼に示す部分からシリコンウェーハを切出し、試料とした。この試料となるウェーハは、領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなる。
【００３３】
＜比較評価１＞
実施例１〜８及び比較例１〜１５のウェーハをそれぞれ湿潤酸素雰囲気下で１２００℃、６０分間加熱して、ＯＳＦ顕在化熱処理を行った後、セコエッチングを２分間行った。その結果、すべてのウェーハで表面から２０μｍの深さにわたって全面ＯＳＦフリーであった。
また実施例１〜８及び比較例１〜１５のウェーハを窒素雰囲気下、８００℃で４時間熱処理した後、引続き１０００℃で１６時間熱処理した後、混酸によりウェーハ表面を１００μｍエッチングした後、更にウェーハ表面をライト（Wright）エッチング液で選択エッチングを行い、光学顕微鏡の観察により、ウェーハ中心部と、ウェーハの半径Ｒ（３インチ）の２／３付近、即ちウェーハの中心から２インチ付近の各ＢＭＤを測定した。そしてライトエッチングのエッチング深さから体積密度へ換算その体積密度を求めた。これらの結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
表１から明らかなように、ウェーハの酸素濃度が１．４〜１．５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3と比較的高く、領域［ＰV］を含むこともあって、第２ヒータで６００〜５００℃で２〜５０時間加熱した実施例１〜８のウェーハについてＩＧ効果があるとされる１×１０8個／ｃｍ3以上のＢＭＤ体積密度を有した。これに対して第２ヒータで７００℃以上の高温で加熱した比較例１〜１４及び第２ヒータを不作動にした比較例１５ではウェーハ中心部ではＩＧ効果を有するＢＭＤ体積密度が得られたが、ウェーハの２／３Ｒでは１０7個／ｃｍ3台のＢＭＤ体積密度しか得られず、ウェーハ全面にわたってのＩＧ効果を期待することはできなかった。
【００３６】
＜実施例９〜１２＞
酸素濃度が１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）である以外、実施例１と同様にインゴットを育成した。第２ヒータによるインゴットの加熱を、引上げによりインゴットの温度が９００℃まで降下した時点で、表２に示す４通りの条件で行った。実施例１と同じ位置である図６のライン▲１▼に示す部分からシリコンウェーハを切出し、試料とした。この試料となるウェーハは、領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなる。
【００３７】
＜比較例１６〜３３＞
実施例９と同様に引上げたインゴットを第２ヒータで加熱しながら表２に示す１８通りの条件で育成した。このインゴットの酸素濃度は１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）であり、実施例１と同じ位置である図６のライン１ ( 図６では丸数字１ )に示す部分から切出し、試料とした。この試料となるウェーハは、領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなる。
【００３８】
＜比較例３４＞
酸素濃度が１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）であって、第２ヒータを不作動にした以外、実施例１と同じ位置である図６のライン▲１▼に示す部分からシリコンウェーハを切出し、試料とした。この試料となるウェーハは、領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなる。
【００３９】
＜比較評価２＞
実施例９〜１２及び比較例１６〜３４のウェーハを比較評価１と同様にしてＯＳＦ顕在化熱処理を行った後、セコエッチングを２分間行った。その結果、すべてのウェーハで表面から２０μｍの深さにわたって全面ＯＳＦフリーであった。また実施例９〜１２及び比較例１６〜３４のウェーハを比較評価１と同様にしてウェーハ中心部と、ウェーハの半径Ｒ（３インチ）の２／３付近の各ＢＭＤ体積密度を求めた。これらの結果を表２に示す。
【００４０】
【表２】
表２から明らかなように、ウェーハが領域［ＰV］を含んでいたが、その酸素濃度が１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3と比較的低いこともあって、第２ヒータで６００〜５００℃で２０〜５０時間加熱した実施例９〜１２のウェーハでしかＩＧ効果があるとされる１×１０8個／ｃｍ3以上のＢＭＤ体積密度を有さなかった。また第２ヒータで６００〜５００℃で２〜６時間又は７００℃以上の高温で加熱した比較例１６〜３３及び第２ヒータを不作動にした比較例３４ではウェーハの２／３Ｒで４×１０7個／ｃｍ3以下のＢＭＤ体積密度しか得られず、ウェーハ全面にわたってのＩＧ効果を期待することはできなかった。
【００４２】
＜実施例１３〜１７＞
酸素濃度が１．４〜１．５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）である以外、実施例１と同様にインゴットを育成した。第２ヒータによるインゴットの加熱を、引上げによりインゴットの温度が９００℃まで降下した時点で、表３に示す５通りの条件で行った。図６のライン▲２▼に示す部分からシリコンウェーハを切出し、試料とした。この試料となるウェーハは、領域［ＰI］のみからなる。
【００４３】
＜比較例３５〜５１＞
実施例１３と同様に引上げたインゴットを第２ヒータで加熱しながら表３に示す１７通りの条件で育成した。このインゴットの酸素濃度は１．４〜１．５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）であり、実施例１３と同じ位置である図６のライン２ ( 図６では丸数字２ )に示す部分から切出し、試料とした。この試料となるウェーハは、領域［ＰI］のみからなる。
【００４４】
＜比較例５２＞
酸素濃度が１．４〜１．５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）であって、第２ヒータを不作動にした以外、実施例１３と同じ位置である図６のライン▲２▼に示す部分からシリコンウェーハを切出し、試料とした。この試料となるウェーハは、領域［ＰI］のみからなる。
【００４５】
＜比較評価３＞
実施例１３〜１７及び比較例３５〜５２のウェーハを比較評価１と同様にしてＯＳＦ顕在化熱処理を行った後、セコエッチングを２分間行った。その結果、すべてのウェーハで表面から２０μｍの深さにわたって全面ＯＳＦフリーであった。また実施例１３〜１７及び比較例３５〜５２のウェーハを比較評価１と同様にしてウェーハ中心部と、ウェーハの半径Ｒ（３インチ）の２／３付近の各ＢＭＤ体積密度を求めた。これらの結果を表３に示す。
【００４６】
【表３】
表３から明らかなように、領域［ＰI］のみからなるウェーハであったが、その酸素濃度が１．４〜１．５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3と比較的高いこともあって、第２ヒータで６００℃で２０〜５０時間又は５００℃で６〜５０時間加熱した実施例１３〜１７のウェーハにおいてＩＧ効果があるとされる１×１０8個／ｃｍ3以上のＢＭＤ体積密度を有した。また第２ヒータで５００℃で２時間、６００℃で２〜６時間又は７００℃以上の高温で加熱した比較例３５〜５１及び第２ヒータを不作動にした比較例５２ではウェーハの２／３Ｒで４×１０7個／ｃｍ3以下のＢＭＤ体積密度しか得られず、ウェーハ全面にわたってのＩＧ効果を期待することはできなかった。
【００４８】
＜実施例１８＞
酸素濃度が１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）である以外、実施例１と同様にインゴットを育成した。第２ヒータによるインゴットの加熱を、引上げによりインゴットの温度が９００℃まで降下した時点で、表４に示す条件で行った。図６のライン▲２▼に示す部分からシリコンウェーハを切出し、試料とした。この試料となるウェーハは、領域［ＰI］のみからなる。
【００４９】
＜比較例５３〜７３＞
実施例１８と同様に引上げたインゴットを第２ヒータで加熱しながら表４に示す２１通りの条件で育成した。このインゴットの酸素濃度は１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）であり、実施例１８と同じ位置である図６のライン２ ( 図６では丸数字２ )に示す部分から切出し、試料とした。この試料となるウェーハは、領域［ＰI］のみからなる。
【００５０】
＜比較例７４＞
酸素濃度が１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）であって、第２ヒータを不作動にした以外、実施例１６と同じ位置である図６のライン▲２▼に示す部分からシリコンウェーハを切出し、試料とした。この試料となるウェーハは、領域［ＰI］のみからなる。
【００５１】
＜比較評価４＞
実施例１８及び比較例５３〜７４のウェーハを比較評価１と同様にしてＯＳＦ顕在化熱処理を行った後、セコエッチングを２分間行った。その結果、すべてのウェーハで表面から２０μｍの深さにわたって全面ＯＳＦフリーであった。また実施例１８及び比較例５３〜７４のウェーハを比較評価１と同様にしてウェーハ中心部と、ウェーハの半径Ｒ（３インチ）の２／３付近の各ＢＭＤ体積密度を求めた。これらの結果を表４に示す。
【００５２】
【表４】
表４から明らかなように、ウェーハの酸素濃度が１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3と比較的低く、また領域［ＰI］のみからなることもあって、第２ヒータで５００℃で５０時間加熱した実施例１８のウェーハでしかＩＧ効果があるとされる１×１０8個／ｃｍ3以上のＢＭＤ体積密度を有さなかった。また第２ヒータで５００℃で２〜２０時間、６００℃で２〜５０時間又は７００℃以上の高温で加熱した比較例５３〜７３及び第２ヒータを不作動にした比較例７４ではウェーハの２／３Ｒで５×１０7個／ｃｍ3以下のＢＭＤ体積密度しか得られず、ウェーハ全面にわたってのＩＧ効果を期待することはできなかった。
【００５４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなるインゴットであっても、領域［ＰI］のみからなるインゴットであっても、酸素濃度が１．１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）以上であるシリコン単結晶インゴットを引上げによりその温度が１０００〜６００℃の温度範囲内の所定温度まで降下した時点でインゴットを加熱して所定の温度で所定の時間維持することにより、点欠陥の凝集体が存在しないことに加えて、インゴットの状態で所定密度以上の酸素析出核が発現する。この熱処理したインゴットからシリコンウェーハを切出し、このウェーハを半導体デバイスメーカーのデバイス製造工程で熱処理すれば、上記酸素析出核が１×１０8個／ｃｍ3以上のＢＭＤ体積密度まで成長し、ウェーハ全面にＩＧ効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ ボロンコフの理論を基づいた、Ｖ／Ｇ比が臨界点以上では空孔豊富インゴットが形成され、Ｖ／Ｇ比が臨界点以下では格子間シリコン豊富インゴットが形成されることを示す図。
Ｂ インゴットをＮ2雰囲気下、１０００℃、４０時間熱処理した後のＸ線トポグラフによる概念図。
Ｃ 引上げ直後（as-grownの状態）のインゴットをセコエッチングしたときの結晶の欠陥分布図。
Ｄ インゴットを湿潤Ｏ2雰囲気下熱処理した後セコエッチングしたときの結晶の欠陥分布図。
Ｅ インゴットの引上げ速度の変化状況を示す図。
【図２】本発明実施形態及び実施例１のシリコン単結晶引上げ装置を示す断面構成図。
【図３】その引上げ装置の冷却筒体を含む要部斜視図。
【図４】その引上げ装置により引上げ中のシリコン単結晶インゴットの等温面を示す断面構成図。
【図５】第２ヒータの作動及び不作動に伴うシリコン融液液面からの距離に応じたインゴットの温度変化状況を示す図。
【図６】図１Ｂに対応する図。
【符号の説明】
１０ 引上げ装置
１１ チャンバ
１２ シリコン融液
１３ 石英るつぼ
１８ 第１ヒータ
２４ シリコン単結晶インゴット
２６ 熱遮蔽部材
３１ 第１放熱抑制部材
３２ 第２放熱抑制部材
３４ 冷却筒体
３４ａ 冷却通路
３５ 第２ヒータ
Claims (4)
- シリコン単結晶インゴット内での格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域を［Ｉ］とし、空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を［Ｖ］とし、格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を［Ｐ］とするとき、
前記パーフェクト領域［Ｐ］からなるシリコン単結晶インゴットを引上げる方法において、
前記領域［Ｉ］に隣接しかつ前記パーフェクト領域［Ｐ］に属し侵入型転位を形成し得る最低の格子間シリコン濃度未満の領域を［ＰI］とし、前記領域［Ｖ］に隣接しかつ前記パーフェクト領域［Ｐ］に属しＣＯＰ又はＦＰＤを形成し得る空孔濃度以下の領域を［ＰV］とするとき、
前記シリコン単結晶インゴットは前記領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなりかつ酸素濃度が１．４×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）以上であって、
引上げにより前記シリコン単結晶インゴットの温度が１０００〜６００℃の温度範囲内の所定温度まで降下した時点で前記シリコン単結晶インゴットを加熱してその温度を６００〜５００℃で２〜５０時間維持することを特徴とするシリコン単結晶の引上げ方法。 - シリコン単結晶インゴット内での格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域を［Ｉ］とし、空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を［Ｖ］とし、格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を［Ｐ］とするとき、
前記パーフェクト領域［Ｐ］からなるシリコン単結晶インゴットを引上げる方法において、
前記領域［Ｉ］に隣接しかつ前記パーフェクト領域［Ｐ］に属し侵入型転位を形成し得る最低の格子間シリコン濃度未満の領域を［ＰI］とし、前記領域［Ｖ］に隣接しかつ前記パーフェクト領域［Ｐ］に属しＣＯＰ又はＦＰＤを形成し得る空孔濃度以下の領域を［ＰV］とするとき、
前記シリコン単結晶インゴットは前記領域［ＰV］及び領域［ＰI］の双方からなりかつ酸素濃度が１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）であって、
引上げにより前記シリコン単結晶インゴットの温度が１０００〜６００℃の温度範囲内の所定温度まで降下した時点で前記シリコン単結晶インゴットを加熱してその温度を６００〜５００℃で２０〜５０時間維持することを特徴とするシリコン単結晶の引上げ方法。 - シリコン単結晶インゴット内での格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域を［Ｉ］とし、空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を［Ｖ］とし、格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を［Ｐ］とするとき、
前記パーフェクト領域［Ｐ］からなるシリコン単結晶インゴットを引上げる方法において、
前記領域［Ｉ］に隣接しかつ前記パーフェクト領域［Ｐ］に属し侵入型転位を形成し得る最低の格子間シリコン濃度未満の領域を［ＰI］とするとき、
前記シリコン単結晶インゴットは前記領域［ＰI］のみからなりかつ酸素濃度が１．４×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）以上であって、
引上げにより前記シリコン単結晶インゴットの温度が１０００〜６００℃の温度範囲内の所定温度まで降下した時点で前記シリコン単結晶インゴットを加熱してその温度を６００℃で２０〜５０時間又は５００℃で６〜５０時間維持することを特徴とするシリコン単結晶の引上げ方法。 - シリコン単結晶インゴット内での格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域を［Ｉ］とし、空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を［Ｖ］とし、格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を［Ｐ］とするとき、
前記パーフェクト領域［Ｐ］からなるシリコン単結晶インゴットを引上げる方法において、
前記領域［Ｉ］に隣接しかつ前記パーフェクト領域［Ｐ］に属し侵入型転位を形成し得る最低の格子間シリコン濃度未満の領域を［ＰI］とするとき、
前記シリコン単結晶インゴットは前記領域［ＰI］のみからなりかつ酸素濃度が１．１〜１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）以上であって、
引上げにより前記シリコン単結晶インゴットの温度が１０００〜６００℃の温度範囲内の所定温度まで降下した時点で前記シリコン単結晶インゴットを加熱してその温度を５００℃で５０時間維持することを特徴とするシリコン単結晶の引上げ方法。
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