JP4510948B2 - シリコン単結晶ウェ―ハの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶欠陥の少ないチョクラルスキー法（以下、Ｃｚ法と称す）によるシリコン単結晶ウェーハの製造方法に関する。特に、ＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）の少ないシリコン単結晶ウェーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＣｚ法により引き上げられたシリコン単結晶には、単結晶引き上げ中に結晶内に結晶欠陥が形成される。単結晶引き上げ中に形成される結晶欠陥はＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥と呼ばれており、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥は、その検出方法によって様々な名称が付けられている。例えば、選択エッチング液であるセコ液にシリコンウェーハを浸漬することにより、ウェーハ表面に現れる特殊なさざなみ模様（フローパターン）のピットとして検出されるものはフローパターン欠陥と呼ばれる。また、赤外線レーザーをシリコンウェーハに入射し、その散乱により検出されるものは、赤外散乱欠陥と呼ばれる。さらに、シリコンウェーハの製造工程においてパーティクル除去のために一般的に行われるアンモニア水と過酸化水素水の混合溶液中で洗浄した後のウェーハ表面に０．０５〜０．２０μｍ程度（約０．１５μｍ）の大きさのくぼみ（ピット）としてパーティクル検査装置により検出されるものは、ＣＯＰと呼ばれる。なお、ＣＯＰは、パーティクル検査装置により初めて発見されたため、結晶起因の“パーティクル”との名称が付けられているが、その後の調査で欠陥がパーティクルではなく、ピットであることが明らかにされている。
【０００３】
ところで、ＣＯＰが存在するシリコンウェーハを半導体デバイスに使用し、ＣＯＰの存在する位置上に、半導体デバイスの基本素子構造であるＭＯＳ構造のゲート酸化膜が形成されるとその信頼性を著しく低下させ、また、配線が形成されるとパターン切れ等を引き起こす。特に、最近主力のデバイス（６４Ｍ−ＤＲＡＭ）の素子構造は０．３μｍと非常に微細なため、約０．１５μｍのピットは重大な不良原因となり、デバイスの製造歩留を著しく低下させてしまう。したがって、シリコンウェーハのＣＯＰは極力低減させることが望ましい。
【０００４】
最近の研究により、フローパターン欠陥、赤外散乱欠陥、ＣＯＰ等のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のオリジンは同じものであり、その実体は八面体のボイド（空洞）であることが明らかになった。このボイドは、単結晶が凝固した直後に取り込まれる原子空孔（点欠陥の一種）が、単結晶が冷却されるにつれて過飽和な状態となり、やがて１１００℃〜１０５０℃付近の温度域を通過する際に凝集することで形成されたものであることが明らかになってきた。
【０００５】
以上の知見に基づいて、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を低減する方法として、凝固後の単結晶の冷却条件の改善について数多くの提案がなされてきた。例えば、特開平３−２７５５９８号公報では、ＣＯＰを低減するために、結晶が固化してから９００℃までの冷却速度を１．２℃／分より大きくする方法が示され、一方、特開平４−４２８９３号公報では、ＣＯＰを低減するために、１２００℃から８００℃までの冷却速度を０．４℃／分より小さくする方法が示され、特開平６−１６８７号公報では、ゲート酸化膜の信頼性を向上させるために、シリコン融液の固液界面直上から３ｃｍまでの範囲の温度勾配を５℃／ｃｍ以上とする方法が示され、特開平６−２７９１８８号公報では、ＣＯＰあるいはフローパターン欠陥あるいは赤外散乱欠陥を低減するために、１４２０℃〜１２００℃の間の温度に１時間以上シリコン単結晶を保持する方法が示され、特開平８−１２４９３号公報では、赤外散乱欠陥を低減させる、あるいはゲート酸化膜の信頼性を改善するために、シリコン融液から１３００℃までの温度範囲における結晶軸方向の温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）とし、単結晶の引上速度をｆp（ｍｍ／分）としたとき、ｆp／Ｇを０．２５ｍｍ2／℃・分以上にし、かつ１１５０℃から１０００℃までの冷却速度を２．０℃／分以下とする方法が示されている。
【０００６】
しかしながら、これらの方法はいずれも単結晶の冷却条件を変更することによってＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を低減させる手法であり、単結晶全長にわたって同じ効果を均一に与えるためには引上炉の構造や引上炉内部の構造を変更する必要があり、コストアップにつながっていた。また、これらの方法では、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のオリジンであるボイド欠陥のサイズを見かけ上小さくしたり、密度を見かけ上低下させることは可能であるが、ボイド欠陥の構成要素（原料）である原子空孔の濃度そのものを下げることはできなかった。したがって、単結晶育成中に原子空孔の濃度そのものを低減する方法が求められていたが、従来はそのような方法がなかった。
【０００７】
一般的なＣｚ法では、石英ルツボの中に多結晶シリコンを入れ溶解し、その融液にシリコン単結晶をシーディングした後、引き上げる。融液は常に石英ルツボに接触しているため石英ルツボから溶け出した酸素原子を多量に含んでおり、その融液から引き上げられたシリコン単結晶にも過飽和な固溶酸素原子が多量に含まれている。
【０００８】
一方、一般的なＣｚ法によりシリコン単結晶を製造する方法以外に、融液に磁場を印加しながらＣｚ法により単結晶を引き上げる方法（ＭＣＺ法、Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｚ法）がある。
【０００９】
ＭＣＺ法には、磁場の印加の仕方により、カスプ磁場印加ＭＣＺ法や水平磁場印加ＭＣＺ法がある。ＭＣＺ法は磁場により融液の流れを制御することによって、酸素濃度を制御する手法として提案されてきた。
【００１０】
カスプ磁場印加ＭＣＺ法による単結晶引上装置は、例えば特開昭５８−２１７４９３号公報に示されており、引上装置の外壁の上下に同極対向磁石（例えば超電導マグネット）と、磁場印加装置の両極の間に設けられた炉体と、炉体の内部に設けられシリコン融液を保持する石英ルツボと、シリコン融液を加熱するヒーターと、シリコン単結晶棒を回転させながら引き上げる引上機構とを有して構成されている。同極対向磁石により融液内には等軸対称的かつ放射状のカスプ磁場が形成される。カスプ磁場を印加することによって石英ルツボ内のシリコン融液の熱対流は均一に抑制され、軸対称の温度分布が得られるため、均一な結晶性を有する単結晶を引き上げることができる。また、半径方向の融液の対流を抑制することができるため、石英ルツボからの酸素の混入を低減することができる。しかし、従来のカスプ磁場印加ＭＣＺ法は、酸素濃度の低減に用いられることはあっても、ＣＯＰ等のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の低減に応用されることはなかった。
【００１１】
また、水平磁場印加ＭＣＺ法による単結晶引上装置は、例えば特開昭５６−４５８８９号公報に示されており、水平方向に磁場を発生する磁場印加装置と、磁場印加装置の両極の間に設けられた炉体と、炉体内部に設けられシリコン融液を保持する石英ルツボと、シリコン融液を加熱するヒーターと、シリコン単結晶棒を回転させながら引き上げる引上機構とを有して構成されている。水平磁場を印加することによって石英ルツボ内のシリコン融液の熱対流を抑制することにより、石英ルツボからの酸素の混入を大幅に低減するとともに、シリコンの固液界面をより静的な状態に保つことができる。しかし、従来の水平磁場印加ＭＣＺ法は、酸素濃度の低減に用いられることはあっても、ＣＯＰ等のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の低減に応用されることはなかった。
【００１２】
また、冷却方法を改善すること等によってＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を低減した従来のシリコン単結晶ウェーハのＣＯＰの面内分布は、ウェーハと中心を同じくする円の内側に存在する円盤状の形態を持つ場合はあったが、同心円の線上のみに分布したり、らせん状や放射状、あるいはそれらの組み合わせの分布形態を持つことはなかった。このような線上にＣＯＰが分布しているウェーハを半導体デバイスに使用した場合には、ＣＯＰが円盤状に分布する従来のウェーハに比べてＣＯＰの影響を受けるデバイスが少なく、デバイス歩留が向上する。したがって、このように線上にＣＯＰが分布するウェーハが求められていたが、従来は存在しなかった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような問題点に鑑み、結晶欠陥の少ない、特にＣＯＰ等のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の少ないシリコン単結晶ウェーハの製造方法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】
本発明の目的は、下記の手段により達成される。
【００２８】
（１）チョクラルスキー法によるシリコン単結晶ウェーハの製造方法において、シリコン単結晶インゴットの育成中に、その全長にわたり、カスプ磁場の磁場強度あるいはゼロ磁場位置を連続的にあるいは周期的に変動させて印加することを特徴とするシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
【００２９】
（２）前記磁場印加が、融液を収納する石英ルツボの壁において１００ガウス以上のカスプ磁場の印加である（１）記載のシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
【００３１】
【発明の実施の形態】
Ｃｚ法でシリコン単結晶を育成すると、固液界面から単結晶内に点欠陥（原子空孔と格子間原子）が取り込まれる。原子空孔と格子間原子は、単結晶が冷却されるにつれて対消滅して減少するが、単結晶に取り込まれる濃度は原子空孔の方が数桁高いために、対消滅後に単結晶内に残る点欠陥は原子空孔になる。この原子空孔は、単結晶が冷却されるに伴い過飽和な状態となり、単結晶が１１００℃以下になると単体で存在するよりも凝集した方が安定となり、凝集体を形成する。ＣＯＰ等のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のオリジンであるボイド欠陥は、過飽和な原子空孔が１１００℃以下で凝集したものである。
【００３２】
本発明者等は、シリコン単結晶ウェーハにおけるこのボイド欠陥を抜本的に低減するには、ボイド欠陥の構成要素である原子空孔の濃度を低減することが必要であると考え、鋭意検討した。その結果、ウェーハ内の原子空孔の濃度を低減させるためには、特定形態の欠陥分布を持たせることが重要であることを見出した。即ち、Ｃｚ法により育成されたシリコン単結晶から得られたウェーハであって、該ウェーハに見られるＣＯＰ、酸素濃度及び／又は不純物濃度の面内分布が、同心円状、らせん状及び放射状の１種又は２種以上の形態であるシリコン単結晶ウェーハを用いて、半導体デバイスを作製した場合、ＣＯＰ等のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の存在する領域が線状（帯状）になるため、ＣＯＰ等の欠陥の影響を受けるデバイスが少なくなり、デバイス歩留が良好になる。
【００３３】
そして、ＣＯＰ、酸素濃度及び／又は不純物濃度の面内分布の形態において、その間隔が１ｍｍ以上である場合には、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の存在しない領域をウェーハ内で広く確保でき、欠陥の影響を受けるデバイスを更に少なくできることから、デバイス歩留がより向上する。
【００３４】
また、このようなＣＯＰの面積密度が、ウェーハ全体の平均で１．６個／ｃｍ2以下である場合、そのウェーハを用いて製造した半導体デバイスの歩留は更に良好になる。
【００３５】
また、ＣＯＰの存在していない無欠陥領域の面積が、ウェーハ全体の面積の２０％以上である場合には、デバイス歩留はさらに良好になる。ここで、ＣＯＰの存在領域とは、ＣＯＰ位置を中心に半径４ｍｍ以内の領域である。したがって、ＣＯＰが存在していない領域とは、ウェーハ全面からＣＯＰの存在領域を差し引いた領域を指す。
【００３６】
なお、ＣＯＰは、その大きさや個数をレーザーの散乱を利用する異物検査装置で測定できるし、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ、Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）によって直接測定することもできる。
【００３７】
このような品質を有するシリコン単結晶ウェーハであればその製造方法は特に限定しないが、効率良く製造するためには、単結晶育成中に単結晶内に点欠陥の吸収層を形成することが有効で、これにより点欠陥の吸収層の周囲に無欠陥層が幅広く形成されることを見出した。ここで、点欠陥の吸収層とは、点欠陥濃度の濃淡分布において濃度の高い領域のことを示している。即ち、周囲の点欠陥をゲッタリングしたため濃度が高くなった領域や、反応によって点欠陥が減少した領域に隣接する領域や、あるいは単結晶が凝固した時点で形成された点欠陥濃度の高い領域等も、点欠陥の吸収層に含まれる。
【００３８】
さらに、本発明者等は、シリコン単結晶を育成中の固液界面におけるミクロな単結晶の成長速度の変動や、固液界面における融液温度変動による酸素濃度・不純物濃度の変動が５％未満となるような引上炉内部の組立構造（ホットゾーン構造）でシリコン単結晶を育成する場合には、点欠陥の吸収層を極めて制御良く形成できることを見出した。
【００３９】
そして、点欠陥の吸収層をより積極的に形成するためには、シリコン単結晶を育成中の固液界面におけるミクロな単結晶の成長速度を変動させたり、あるいは固液界面における融液温度の変動により酸素濃度・不純物濃度を変動させたりすることにより、結晶軸方向のある間隔で、結晶軸に垂直に点欠陥の吸収層を形成することができることを見出した。ここで、不純物とは、ドーパントであるホウ素や燐を含め、炭素やアルミニウム、あるいは銅や錫等の金属元素を示している。
【００４０】
この変動を連続的あるいは周期的に与えることによって、単結晶の長手方向に一定間隔で点欠陥の吸収層が形成できるため、単結晶全長にわたってＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を低減するためには有効であることが判った。ここで、周期的とは、ある値から別の値に変動させる際にステップ的あるいはパルス的（即ちデジタル的）に変動させることである。また、連続的とは、緩やかに（アナログ的に）変動させることである。さらに、その変動が大きい程、効果は大きいことが判ったが、変動幅が５％を超えると、大きな結晶変形を起こし易くなるため、単結晶製造が難しくなる。
【００４１】
また、連続的あるいは周期的な変動を与える間隔が、単結晶の引上方向に０．５ｍｍ未満の場合には、引き上げた単結晶をスライスし、厚さ０．５ｍｍ以上のシリコン単結晶ウェーハを製造する際に、点欠陥の吸収層と無欠陥層の分離が難しくなるため、変動を与える間隔は０．５ｍｍ以上が望ましい。
【００４２】
また、単結晶育成中に、単結晶又はルツボの回転速度に変動を加えることにより、比較的容易に固液界面におけるミクロな単結晶の成長速度を変動させたり、あるいは固液界面における融液温度の変動により酸素濃度・不純物濃度を変動させたりすることができるため、有効である。この方法で形成される吸収層は、同心円状、らせん状又は放射状の形態やこれら形態を組み合わせた形態となる。
【００４３】
特に、シリコン単結晶の直径をＤ（ｉｎ）としたとき、単結晶の回転速度を２０００／Ｄ2〜６００／Ｄ2（ｒｐｍ）から３００／Ｄ2〜０（ｒｐｍ）へ遷移時間２分〜１秒で減少させ、引き続き単結晶の回転速度を３００／Ｄ2〜０（ｒｐｍ）で１秒〜１分間単結晶を育成した後に、単結晶の回転速度を２０００／Ｄ2〜６００／Ｄ2（ｒｐｍ）へ遷移時間２分〜１秒で増加させる変動を与えた場合、単結晶内に制御性良く点欠陥の吸収層を形成できるため好ましい。
【００４４】
さらに、シリコン単結晶の引上速度を連続的あるいは周期的に変動させることも、簡便に固液界面におけるミクロな単結晶の成長速度を変動させたり、あるいは固液界面における融液温度の変動により酸素濃度・不純物濃度を変動させたりすることができるため、他の変動と共に点欠陥の吸収層を効果的に形成できるので好ましい。
【００４５】
さらに本発明者等は、単結晶内の点欠陥の吸収層の形成をより正確に制御するためには、変動を加えていないときの結晶欠陥の生成を制御することが重要であるとの考えに至った。そこで、シリコン単結晶の育成中に、融液に対して磁場を印加した状態で、上述した操作を行ったところ、変動を加えていないときの融液の状態がより安定化して、極めて制御性良く点欠陥の吸収層を形成できることを見出した。
【００４６】
そして、この磁場印加が、融液を収納するルツボの壁において１００ガウス以上のカスプ磁場の印加である場合には、融液の熱対流が均一に抑制され、軸対称の温度分布が得られるため、融液の安定化に顕著な作用効果がある。なお、印加する磁場強度が１００ガウス未満ではカスプ磁場を印加した効果が見られないため、１００ガウス以上の磁場強度を印加することが望ましい。
【００４７】
カスプ磁場の場合、同極対向磁石を用いるため、カスプ磁界の中心軸上には磁場強度が零になる位置が存在する（ゼロ磁場位置）。ゼロ磁場位置の高さは、同極対向磁石の全体を機械的に上下させたり、対向磁石のそれぞれの発生磁場強度を電気的に変更することによって、容易に変えることができる。カスプ磁場を印加した状態で、連続的あるいは周期的に磁場強度あるいはゼロ磁場位置を変更することにより、界面での融液の状態を安定させたまま制御することができるため、固液界面におけるミクロな単結晶の成長速度を変動させたり、あるいは固液界面における融液温度の変動により酸素濃度・不純物濃度を変動させたりすることが精度良く行うことができる。そのため、点欠陥の吸収層の形成の制御性に優れている。また、カスプ磁場を印加した状態で、引上速度を連続的あるいは周期的に変更することにより、界面での融液の状態を安定させたまま制御することができるため、固液界面におけるミクロな単結晶の成長速度を変動させたり、あるいは固液界面における融液温度の変動により酸素濃度・不純物濃度を変動させたりすることが精度良く行うことができる。そのため、点欠陥の吸収層の形成の制御性に優れている。
【００４８】
また、磁場印加が、融液を収納する石英ルツボの壁において５００ガウス以上の水平磁場の印加である場合には、ルツボ内の融液の熱対流を抑制することにより、固液界面をより静的な状態に保つため、融液の安定化に顕著な作用効果がある。なお、印加する磁場強度が５００ガウス未満では水平磁場を印加した効果が見られないため、５００ガウス以上の磁場強度を印加することが望ましい。
【００４９】
水平磁場を印加した状態で、連続的あるいは周期的に磁場強度を変更することにより、界面での融液の状態を安定させたまま制御することができるため、点欠陥の吸収層の形成の制御性に優れている。
【００５０】
本発明に用いた無転位シリコン単結晶製造装置は、通常のＣｚ法による無転位シリコン単結晶製造に用いられるものであれば特に限定されるものではなく、図１に示すような製造装置を用いた。
【００５１】
このＣｚ法シリコン単結晶製造装置は、シリコン融液Ｍを収容する石英ルツボ６ａとこれを保護する黒鉛製ルツボ６ｂとから構成されたルツボ６と育成された無転位シリコン単結晶インゴットＳを収容する結晶引上炉１である。ルツボ６の側面部は加熱ヒーター４と加熱ヒーター４からの熱が結晶引上炉外部に逃げるのを防止するため断熱材３が取り囲むように配置されており、このルツボ６は図示されていない駆動装置と回転治具５によって接続され、この駆動装置によって所定の速度で回転されると共に、ルツボ６内のシリコン融液の減少に伴う液面低下を補うためにルツボ６を昇降させるようになっている。引上炉１内には、垂下された引上ワイヤ７が設置され、このワイヤの下端には種結晶８を保持するチャック９が設けられている。この引上ワイヤ７の上端側は、ワイヤ巻上機２に巻き取られて、無転位シリコン単結晶インゴットを引き上げるようになった引上装置が設けられている。そして、引上炉１内には、引上炉１に形成されたガス導入口１０からＡｒガスが導入され、引上炉１内を流通してガス流出口１１から排出される。このようにＡｒガスを流通させるのは、シリコンの溶融に伴って引上炉１内に発生するＳｉＯをシリコン融液内に混入させないようにするためである。
【００５２】
また、本発明に用いたカスプ磁場印加シリコン単結晶製造装置は、図２に示すように、同極対向磁石２０を結晶軸に上下に配置する一般的な製造装置を用いた。
【００５３】
また、本発明に用いた水平磁場印加シリコン単結晶製造装置は、図３に示すように、水平方向に磁場を発生することができる電磁石一対３０を左右に配置する一般的な製造装置を用いた。
【００５４】
本発明のシリコン単結晶ウェーハを用いて製造した半導体デバイスの歩留は、デバイスの基本構造であるＭＯＳ構造の中のゲート酸化膜の信頼性試験の合格率で知ることができる。ゲート酸化膜の信頼性はＣＯＰに極めて敏感であるため、ゲート酸化膜の信頼性試験の合格率から、ＣＯＰが原因となった半導体デバイス不良の発生率を知ることができる。本発明のシリコン単結晶ウェーハのゲート酸化膜の信頼性試験の具体的な方法は以下の通りである。鏡面加工を施したシリコンウェーハ試料上にＭＯＳダイオードを形成し、１０００℃の乾燥酸素雰囲気中で形成された２５．０ｎｍの二酸化珪素膜であるゲート酸化膜（絶縁酸化膜）の電気特性を調べることによって行った。ＭＯＳダイオードは、ゲート酸化膜上にリンを１×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上ドープした多結晶シリコンとアルミニウムの２層構造からなり、面積２０ｍｍ2の電極を有し、裏面にオーミック電極用に金電極が形成されている。上記構造を持つＭＯＳダイオードを試料ウェーハの全面に作製した。基板シリコンから多数キャリアが注入される極性の直流電圧を各ＭＯＳダイオードに印加して電圧ラッピング法により試料ウェーハのゲート酸化膜の耐電圧特性を評価した。ゲート酸化膜を通して流れる電流密度が１ｍＡ／ｃｍ2のときのゲート酸化膜に印加される平均電界（絶縁破壊電界）を測定した。このとき、絶縁破壊電界が８．０ＭＶ／ｃｍ未満である場合は、ＣＯＰ等の結晶欠陥が原因となってゲート酸化膜の耐電圧特性を低下させていることが様々な研究によって明らかにされている。即ち、絶縁破壊電界が８．０ＭＶ／ｃｍ以上のＭＯＳダイオードがゲート酸化膜試験に合格したダイオードである。
【００５５】
従来の方法により製造されたシリコン単結晶から加工された一般的なウェーハの場合、絶縁破壊電界が８．０ＭＶ／ｃｍ以上のＭＯＳダイオードの個数が総数に占める割合（即ち、ゲート酸化膜試験の合格率）は、たかだか３０％未満である。したがって、ゲート酸化膜試験の合格率が６０％以上である場合には、ゲート酸化膜の信頼性に優れている。即ち、半導体デバイス用ウェーハとして優れている。
【００５６】
【実施例】
以下に、本発明について実施例を挙げて説明するが、本発明がこれらの実施例の記載によって制限されるものではないことは言うまでもない。
【００５７】
なお、ここで示す「安定したホットゾーン」の使用とは、シリコン単結晶を育成中の固液界面におけるミクロな単結晶の成長速度の変動や、固液界面における融液温度変動による酸素濃度・不純物濃度の変動が５％未満となるような引上炉内部の組立構造（ホットゾーン構造）を用いてシリコン単結晶を育成する場合を意味する。また、「変動間隔」とは、図４に例示するように、シリコン単結晶の育成に伴って、連続的あるいは周期的に変動を加える間隔を意味し、この間隔は時間単位でも結晶の成長長さ単位でも良い。そして、この変動の結果として生じるウェーハ内の変動分布は、図５に例示するように、ホットゾーンに起因するマクロなベース変動とミクロなベース変動と共に人為的に与える連続的あるいは周期的な変動によるミクロな人為変動とが重畳した分布となる。
【００５８】
また、「ＣＯＰ面積密度」とは、ウェーハの面積全体における直径換算で０．１０μｍ以上のＣＯＰの平均密度である。「ＣＯＰ無存在領域率」とは、ウェーハ全面の面積からＣＯＰの存在領域を差し引いた領域のウェーハ全面に占める割合を意味する。なお、ＣＯＰの存在領域とは、ＣＯＰ位置を中心に半径４ｍｍ以内の領域である。
【００５９】
（実施例１）
図１の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００６０】
点欠陥の吸収層：あり
安定したホットゾーン：なし
単結晶の回転速度：１８ｒｐｍから１ｒｐｍへ２秒間で低下させ、１ｒｐｍで５秒間保持した後、１ｒｐｍから１８ｒｐｍへ２秒間で上昇させる操作を周期的に実施
坩堝の回転速度：８ｒｐｍ一定
平均引上げ速度：１．０ｍｍ／分
固液界面での成長速度の人為的変動：あり
固液界面での融液温度の人為的変動：あり
変動の間隔：０．３ｍｍ
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００６１】
（実施例２）
図１の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００６２】
点欠陥の吸収層：あり
安定したホットゾーン：あり
単結晶の回転速度：２０ｒｐｍ一定
坩堝の回転速度：８ｒｐｍ一定
引上げ速度：１．０ｍｍ／分から０．２ｍｍ／分へ３秒間で低下させ、０．２ｍｍ／分で１０秒間保持した後に、０．２ｍｍ／分から１．０ｍｍ／分へ２秒間で上昇させる操作を周期的に実施
固液界面での成長速度の人為的変動：あり
固液界面での融液温度の人為的変動：あり
変動の間隔：０．４ｍｍ
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００６３】
（実施例３）
図１の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００６４】
点欠陥の吸収層：あり
安定したホットゾーン：なし
単結晶の回転速度：１９ｒｐｍ一定
坩堝の回転速度：１０ｒｐｍから１ｒｐｍへ３秒間で低下させ、１ｒｐｍで１０秒間保持した後、１ｒｐｍから１０ｒｐｍへ３秒間で上昇させる操作を連続的に実施
平均引上げ速度：０．６ｍｍ／分
固液界面での成長速度の人為的変動：あり
固液界面での融液温度の人為的変動：あり
変動の間隔：０．５ｍｍ
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００６５】
（実施例４）
図１の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００６６】
点欠陥の吸収層：あり
安定したホットゾーン：あり
単結晶の回転速度：１８ｒｐｍから１ｒｐｍへ１３０秒間で低下させ、１ｒｐｍで２０秒間保持した後、１ｒｐｍから１８ｒｐｍへ１３０秒間で上昇させる操作を周期的に実施
坩堝の回転速度：８ｒｐｍ一定
平均引上げ速度：０．２ｍｍ／分
固液界面での成長速度の人為的変動：あり
固液界面での融液温度の人為的変動：あり
変動の間隔：１．５ｍｍ
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００６７】
（実施例５）
図１の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００６８】
点欠陥の吸収層：あり
安定したホットゾーン：あり
単結晶の回転速度：１８ｒｐｍ一定
坩堝の回転速度：８ｒｐｍから１ｒｐｍへ２秒間で低下させ、１ｒｐｍで２０秒間保持した後、１ｒｐｍから１０ｒｐｍへ２秒間で上昇させる操作を連続的に実施
平均引上げ速度：１．０ｍｍ／分
固液界面での成長速度の人為的変動：あり
固液界面での融液温度の人為的変動：あり
変動の間隔：２．０ｍｍ
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００６９】
（実施例６）
図１の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００７０】
点欠陥の吸収層：あり
安定したホットゾーン：なし
単結晶の回転速度：１８ｒｐｍから１ｒｐｍへ３秒間で低下させ、１ｒｐｍで２０秒間保持した後、１ｒｐｍから１８ｒｐｍへ３秒間で上昇させる操作を周期的に実施
坩堝の回転速度：９ｒｐｍ一定
平均引上げ速度：１．２ｍｍ／分
固液界面での成長速度の人為的変動：あり
固液界面での融液温度の人為的変動：あり
変動の間隔：３．５ｍｍ
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００７１】
（実施例７）
図１の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００７２】
点欠陥の吸収層：あり
安定したホットゾーン：あり
単結晶の回転速度：１８ｒｐｍ一定
坩堝の回転速度：１２ｒｐｍ一定
引上げ速度：１．０ｍｍ／分から０．０ｍｍ／分へ５秒間で低下させ、０．０ｍｍ／分で３０秒間保持した後に、０．０ｍｍ／分から１．０ｍｍ／分へ５秒間で上昇させる操作を周期的に実施
固液界面での成長速度の人為的変動：あり
固液界面での融液温度の人為的変動：あり
変動の間隔：４．０ｍｍ
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００７３】
（実施例８）
図２の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００７４】
点欠陥の吸収層：あり
安定したホットゾーン：あり
単結晶の回転速度：１８ｒｐｍから１ｒｐｍへ２秒間で低下させ、１ｒｐｍで２０秒間保持した後、１ｒｐｍから１８ｒｐｍへ２秒間で上昇させる操作を周期的に実施
坩堝の回転速度：８ｒｐｍ一定
平均引上げ速度：１．２ｍｍ／分
磁場印加：カスプ磁場
石英坩堝壁での磁場強度：１３００ガウス一定
ゼロ磁場位置：融液表面位置より５０ｍｍ下方
固液界面での成長速度の人為的変動：あり
固液界面での融液温度の人為的変動：あり
変動の間隔：５．２ｍｍ
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００７５】
（実施例９）
図２の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００７６】
点欠陥の吸収層：あり
安定したホットゾーン：あり
単結晶の回転速度：１８ｒｐｍ一定
坩堝の回転速度：６ｒｐｍ一定
平均引上げ速度：０．９ｍｍ／分
磁場印加：カスプ磁場
石英坩堝壁での磁場強度：４００ガウスから３００ガウスへ１１５秒間で低下させ、３００ガウスで４０秒間保持した後、３００ガウスから４００ガウスへ１１５秒で上昇させる操作を周期的に実施
ゼロ磁場位置：融液表面位置より４０ｍｍ下方
固液界面での成長速度の変動：あり
固液界面での融液温度の変動：あり
変動の間隔：６．０ｍｍ
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００７７】
（実施例１０）
図２の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００７８】
点欠陥の吸収層：あり
安定したホットゾーン：あり
単結晶の回転速度：１８ｒｐｍ一定
坩堝の回転速度：７ｒｐｍ一定
平均引上げ速度：１．０ｍｍ／分
磁場印加：カスプ磁場
石英坩堝壁での磁場強度：１０００ガウス
ゼロ磁場位置：融液表面より４０ｍｍ下方から５０ｍｍ下方へ１１５秒で下降させ、該位置で４０秒間保持した後、５０ｍｍ下方から４０ｍｍ下方へ１１５秒で上昇させる操作を周期的に実施
固液界面での成長速度の人為的変動：あり
固液界面での融液温度の人為的変動：あり
変動の間隔：７．０ｍｍ
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００７９】
（実施例１１）
図３の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００８０】
点欠陥の吸収層：あり
安定したホットゾーン：あり
単結晶の回転速度：１８ｒｐｍから１ｒｐｍへ２秒間で低下させ、１ｒｐｍで２０秒間保持した後、１ｒｐｍから１８ｒｐｍへ２秒間で上昇させる操作を周期的に実施
坩堝の回転速度：４ｒｐｍ一定
平均引上げ速度：１．０ｍｍ／分
磁場印加：水平磁場
石英坩堝壁での磁場強度：３０００ガウス一定
固液界面での成長速度の人為的変動：あり
固液界面での融液温度の人為的変動：あり
変動の間隔：８．０ｍｍ
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００８１】
（実施例１２）
図３の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００８２】
点欠陥の吸収層：あり
安定したホットゾーン：あり
単結晶の回転速度：１８ｒｐｍ一定
坩堝の回転速度：１．５ｒｐｍ一定
平均引上げ速度：１．０ｍｍ／分
磁場印加：カスプ磁場
石英坩堝壁での磁場強度：２０００ガウスから１５００ガウスへ１１５秒間で低下させ、１５００ガウスで６０秒間保持した後、１５００ガウスから２０００ガウスへ１１５秒で上昇させる操作を周期的に実施
固液界面での成長速度の人為的変動：あり
固液界面での融液温度の人為的変動：あり
変動の間隔：８．０ｍｍ
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００８３】
（比較例１）
図１の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００８４】
点欠陥の吸収層：なし
安定したホットゾーン：あり
単結晶の回転速度：３０ｒｐｍ一定
坩堝の回転速度：１０ｒｐｍ一定
平均引上げ速度：０．８ｍｍ／分
固液界面での成長速度の人為的変動：なし
固液界面での融液温度の人為的変動：なし
変動の間隔：なし
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００８５】
（比較例２）
図２の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００８６】
点欠陥の吸収層：なし
安定したホットゾーン：なし
単結晶の回転速度：２５ｒｐｍ一定
坩堝の回転速度：６ｒｐｍ一定
平均引上げ速度：０．８ｍｍ／分
磁場印加：カスプ磁場
石英坩堝壁での磁場強度：１０００ガウス一定
ゼロ磁場位置：融液表面位置より４０ｍｍ下方
固液界面での成長速度の人為的変動：なし
固液界面での融液温度の人為的変動：なし
変動の間隔：なし
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００８７】
（比較例３）
図３の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００８８】
点欠陥の吸収層：なし
安定したホットゾーン：なし
単結晶の回転速度：１８ｒｐｍ一定
坩堝の回転速度：１ｒｐｍ一定
平均引上げ速度：０．９ｍｍ／分
磁場印加：水平磁場
石英坩堝壁での磁場強度：３０００ガウス一定
固液界面での成長速度の人為的変動：なし
固液界面での融液温度の人為的変動：なし
変動の間隔：なし
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００８９】
【表１】
【００９０】
【表２】
【００９１】
【表３】
【００９２】
これらの結果から明らかなように、本発明の実施例では、酸素濃度、不純物濃度、ＣＯＰの何れの分布状態も特有の形態を示し、何れのウェーハも信頼性試験の合格率は６０％以上となり、結晶欠陥の少ない、半導体デバイス製造に適したウェーハであることが判った。特に、酸素濃度、不純物濃度、ＣＯＰの何れもが明確な分布形態を示す場合には、信頼性試験の合格率は７０％以上となり、結晶欠陥の極めて少ない、半導体デバイス製造に適したウェーハであることが判った。
【００９３】
一方、比較例では、人為的な変動を加えていないため、酸素濃度、不純物濃度、ＣＯＰの何れもがウェーハ全面に均一に分布（円盤状）しており、信頼性試験の合格率も１０％以下と極めて悪い結果となり、結晶欠陥の極めて多い、半導体デバイス製造に適さないウェーハであることが判った。
【００９４】
【発明の効果】
本発明のシリコン単結晶ウェーハの製造方法は、従来のシリコン単結晶製造装置に改造を加えることなく適用できるため、製造コストを上昇させることなく、高品質のシリコン単結晶ウェーハを歩留良く製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１〜７及び比較例１で用いたＣｚ法シリコン単結晶製造装置の模式図。
【図２】 実施例８〜１０及び比較例２で用いたカスプ磁場印加Ｃｚシリコン単結晶製造装置の模式図。
【図３】 実施例１１〜１２及び比較例３で用いた水平磁場印加Ｃｚシリコン単結晶製造装置の模式図。
【図４】 実施例１１における結晶回転の人為的変動の模式図。
【図５】 ８ｉｎウェーハにおける不純物濃度の変動分布の一例。
【符号の説明】
１ … Ｃｚ無転位シリコン単結晶引上炉
２ … ワイヤ巻上機
３ … 断熱材
４ … 加熱ヒーター
５ … 回転治具
６ … ルツボ
６ａ … 石英ルツボ
６ｂ … 黒鉛ルツボ
７ … ワイヤ
８ … 種結晶
９ … チャック
１０ … ガス導入口
１１ … ガス排出口
２０ … カスプ磁場印加用同軸対向電磁石
３０ … 水平磁場印加用電磁石
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶欠陥の少ないチョクラルスキー法（以下、Ｃｚ法と称す）によるシリコン単結晶ウェーハの製造方法に関する。特に、ＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）の少ないシリコン単結晶ウェーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＣｚ法により引き上げられたシリコン単結晶には、単結晶引き上げ中に結晶内に結晶欠陥が形成される。単結晶引き上げ中に形成される結晶欠陥はＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥と呼ばれており、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥は、その検出方法によって様々な名称が付けられている。例えば、選択エッチング液であるセコ液にシリコンウェーハを浸漬することにより、ウェーハ表面に現れる特殊なさざなみ模様（フローパターン）のピットとして検出されるものはフローパターン欠陥と呼ばれる。また、赤外線レーザーをシリコンウェーハに入射し、その散乱により検出されるものは、赤外散乱欠陥と呼ばれる。さらに、シリコンウェーハの製造工程においてパーティクル除去のために一般的に行われるアンモニア水と過酸化水素水の混合溶液中で洗浄した後のウェーハ表面に０．０５〜０．２０μｍ程度（約０．１５μｍ）の大きさのくぼみ（ピット）としてパーティクル検査装置により検出されるものは、ＣＯＰと呼ばれる。なお、ＣＯＰは、パーティクル検査装置により初めて発見されたため、結晶起因の“パーティクル”との名称が付けられているが、その後の調査で欠陥がパーティクルではなく、ピットであることが明らかにされている。
【０００３】
ところで、ＣＯＰが存在するシリコンウェーハを半導体デバイスに使用し、ＣＯＰの存在する位置上に、半導体デバイスの基本素子構造であるＭＯＳ構造のゲート酸化膜が形成されるとその信頼性を著しく低下させ、また、配線が形成されるとパターン切れ等を引き起こす。特に、最近主力のデバイス（６４Ｍ−ＤＲＡＭ）の素子構造は０．３μｍと非常に微細なため、約０．１５μｍのピットは重大な不良原因となり、デバイスの製造歩留を著しく低下させてしまう。したがって、シリコンウェーハのＣＯＰは極力低減させることが望ましい。
【０００４】
最近の研究により、フローパターン欠陥、赤外散乱欠陥、ＣＯＰ等のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のオリジンは同じものであり、その実体は八面体のボイド（空洞）であることが明らかになった。このボイドは、単結晶が凝固した直後に取り込まれる原子空孔（点欠陥の一種）が、単結晶が冷却されるにつれて過飽和な状態となり、やがて１１００℃〜１０５０℃付近の温度域を通過する際に凝集することで形成されたものであることが明らかになってきた。
【０００５】
以上の知見に基づいて、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を低減する方法として、凝固後の単結晶の冷却条件の改善について数多くの提案がなされてきた。例えば、特開平３−２７５５９８号公報では、ＣＯＰを低減するために、結晶が固化してから９００℃までの冷却速度を１．２℃／分より大きくする方法が示され、一方、特開平４−４２８９３号公報では、ＣＯＰを低減するために、１２００℃から８００℃までの冷却速度を０．４℃／分より小さくする方法が示され、特開平６−１６８７号公報では、ゲート酸化膜の信頼性を向上させるために、シリコン融液の固液界面直上から３ｃｍまでの範囲の温度勾配を５℃／ｃｍ以上とする方法が示され、特開平６−２７９１８８号公報では、ＣＯＰあるいはフローパターン欠陥あるいは赤外散乱欠陥を低減するために、１４２０℃〜１２００℃の間の温度に１時間以上シリコン単結晶を保持する方法が示され、特開平８−１２４９３号公報では、赤外散乱欠陥を低減させる、あるいはゲート酸化膜の信頼性を改善するために、シリコン融液から１３００℃までの温度範囲における結晶軸方向の温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）とし、単結晶の引上速度をｆp（ｍｍ／分）としたとき、ｆp／Ｇを０．２５ｍｍ2／℃・分以上にし、かつ１１５０℃から１０００℃までの冷却速度を２．０℃／分以下とする方法が示されている。
【０００６】
しかしながら、これらの方法はいずれも単結晶の冷却条件を変更することによってＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を低減させる手法であり、単結晶全長にわたって同じ効果を均一に与えるためには引上炉の構造や引上炉内部の構造を変更する必要があり、コストアップにつながっていた。また、これらの方法では、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のオリジンであるボイド欠陥のサイズを見かけ上小さくしたり、密度を見かけ上低下させることは可能であるが、ボイド欠陥の構成要素（原料）である原子空孔の濃度そのものを下げることはできなかった。したがって、単結晶育成中に原子空孔の濃度そのものを低減する方法が求められていたが、従来はそのような方法がなかった。
【０００７】
一般的なＣｚ法では、石英ルツボの中に多結晶シリコンを入れ溶解し、その融液にシリコン単結晶をシーディングした後、引き上げる。融液は常に石英ルツボに接触しているため石英ルツボから溶け出した酸素原子を多量に含んでおり、その融液から引き上げられたシリコン単結晶にも過飽和な固溶酸素原子が多量に含まれている。
【０００８】
一方、一般的なＣｚ法によりシリコン単結晶を製造する方法以外に、融液に磁場を印加しながらＣｚ法により単結晶を引き上げる方法（ＭＣＺ法、Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｚ法）がある。
【０００９】
ＭＣＺ法には、磁場の印加の仕方により、カスプ磁場印加ＭＣＺ法や水平磁場印加ＭＣＺ法がある。ＭＣＺ法は磁場により融液の流れを制御することによって、酸素濃度を制御する手法として提案されてきた。
【００１０】
カスプ磁場印加ＭＣＺ法による単結晶引上装置は、例えば特開昭５８−２１７４９３号公報に示されており、引上装置の外壁の上下に同極対向磁石（例えば超電導マグネット）と、磁場印加装置の両極の間に設けられた炉体と、炉体の内部に設けられシリコン融液を保持する石英ルツボと、シリコン融液を加熱するヒーターと、シリコン単結晶棒を回転させながら引き上げる引上機構とを有して構成されている。同極対向磁石により融液内には等軸対称的かつ放射状のカスプ磁場が形成される。カスプ磁場を印加することによって石英ルツボ内のシリコン融液の熱対流は均一に抑制され、軸対称の温度分布が得られるため、均一な結晶性を有する単結晶を引き上げることができる。また、半径方向の融液の対流を抑制することができるため、石英ルツボからの酸素の混入を低減することができる。しかし、従来のカスプ磁場印加ＭＣＺ法は、酸素濃度の低減に用いられることはあっても、ＣＯＰ等のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の低減に応用されることはなかった。
【００１１】
また、水平磁場印加ＭＣＺ法による単結晶引上装置は、例えば特開昭５６−４５８８９号公報に示されており、水平方向に磁場を発生する磁場印加装置と、磁場印加装置の両極の間に設けられた炉体と、炉体内部に設けられシリコン融液を保持する石英ルツボと、シリコン融液を加熱するヒーターと、シリコン単結晶棒を回転させながら引き上げる引上機構とを有して構成されている。水平磁場を印加することによって石英ルツボ内のシリコン融液の熱対流を抑制することにより、石英ルツボからの酸素の混入を大幅に低減するとともに、シリコンの固液界面をより静的な状態に保つことができる。しかし、従来の水平磁場印加ＭＣＺ法は、酸素濃度の低減に用いられることはあっても、ＣＯＰ等のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の低減に応用されることはなかった。
【００１２】
また、冷却方法を改善すること等によってＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を低減した従来のシリコン単結晶ウェーハのＣＯＰの面内分布は、ウェーハと中心を同じくする円の内側に存在する円盤状の形態を持つ場合はあったが、同心円の線上のみに分布したり、らせん状や放射状、あるいはそれらの組み合わせの分布形態を持つことはなかった。このような線上にＣＯＰが分布しているウェーハを半導体デバイスに使用した場合には、ＣＯＰが円盤状に分布する従来のウェーハに比べてＣＯＰの影響を受けるデバイスが少なく、デバイス歩留が向上する。したがって、このように線上にＣＯＰが分布するウェーハが求められていたが、従来は存在しなかった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような問題点に鑑み、結晶欠陥の少ない、特にＣＯＰ等のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の少ないシリコン単結晶ウェーハの製造方法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】
本発明の目的は、下記の手段により達成される。
【００２８】
（１）チョクラルスキー法によるシリコン単結晶ウェーハの製造方法において、シリコン単結晶インゴットの育成中に、その全長にわたり、カスプ磁場の磁場強度あるいはゼロ磁場位置を連続的にあるいは周期的に変動させて印加することを特徴とするシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
【００２９】
（２）前記磁場印加が、融液を収納する石英ルツボの壁において１００ガウス以上のカスプ磁場の印加である（１）記載のシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
【００３１】
【発明の実施の形態】
Ｃｚ法でシリコン単結晶を育成すると、固液界面から単結晶内に点欠陥（原子空孔と格子間原子）が取り込まれる。原子空孔と格子間原子は、単結晶が冷却されるにつれて対消滅して減少するが、単結晶に取り込まれる濃度は原子空孔の方が数桁高いために、対消滅後に単結晶内に残る点欠陥は原子空孔になる。この原子空孔は、単結晶が冷却されるに伴い過飽和な状態となり、単結晶が１１００℃以下になると単体で存在するよりも凝集した方が安定となり、凝集体を形成する。ＣＯＰ等のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のオリジンであるボイド欠陥は、過飽和な原子空孔が１１００℃以下で凝集したものである。
【００３２】
本発明者等は、シリコン単結晶ウェーハにおけるこのボイド欠陥を抜本的に低減するには、ボイド欠陥の構成要素である原子空孔の濃度を低減することが必要であると考え、鋭意検討した。その結果、ウェーハ内の原子空孔の濃度を低減させるためには、特定形態の欠陥分布を持たせることが重要であることを見出した。即ち、Ｃｚ法により育成されたシリコン単結晶から得られたウェーハであって、該ウェーハに見られるＣＯＰ、酸素濃度及び／又は不純物濃度の面内分布が、同心円状、らせん状及び放射状の１種又は２種以上の形態であるシリコン単結晶ウェーハを用いて、半導体デバイスを作製した場合、ＣＯＰ等のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の存在する領域が線状（帯状）になるため、ＣＯＰ等の欠陥の影響を受けるデバイスが少なくなり、デバイス歩留が良好になる。
【００３３】
そして、ＣＯＰ、酸素濃度及び／又は不純物濃度の面内分布の形態において、その間隔が１ｍｍ以上である場合には、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の存在しない領域をウェーハ内で広く確保でき、欠陥の影響を受けるデバイスを更に少なくできることから、デバイス歩留がより向上する。
【００３４】
また、このようなＣＯＰの面積密度が、ウェーハ全体の平均で１．６個／ｃｍ2以下である場合、そのウェーハを用いて製造した半導体デバイスの歩留は更に良好になる。
【００３５】
また、ＣＯＰの存在していない無欠陥領域の面積が、ウェーハ全体の面積の２０％以上である場合には、デバイス歩留はさらに良好になる。ここで、ＣＯＰの存在領域とは、ＣＯＰ位置を中心に半径４ｍｍ以内の領域である。したがって、ＣＯＰが存在していない領域とは、ウェーハ全面からＣＯＰの存在領域を差し引いた領域を指す。
【００３６】
なお、ＣＯＰは、その大きさや個数をレーザーの散乱を利用する異物検査装置で測定できるし、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ、Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）によって直接測定することもできる。
【００３７】
このような品質を有するシリコン単結晶ウェーハであればその製造方法は特に限定しないが、効率良く製造するためには、単結晶育成中に単結晶内に点欠陥の吸収層を形成することが有効で、これにより点欠陥の吸収層の周囲に無欠陥層が幅広く形成されることを見出した。ここで、点欠陥の吸収層とは、点欠陥濃度の濃淡分布において濃度の高い領域のことを示している。即ち、周囲の点欠陥をゲッタリングしたため濃度が高くなった領域や、反応によって点欠陥が減少した領域に隣接する領域や、あるいは単結晶が凝固した時点で形成された点欠陥濃度の高い領域等も、点欠陥の吸収層に含まれる。
【００３８】
さらに、本発明者等は、シリコン単結晶を育成中の固液界面におけるミクロな単結晶の成長速度の変動や、固液界面における融液温度変動による酸素濃度・不純物濃度の変動が５％未満となるような引上炉内部の組立構造（ホットゾーン構造）でシリコン単結晶を育成する場合には、点欠陥の吸収層を極めて制御良く形成できることを見出した。
【００３９】
そして、点欠陥の吸収層をより積極的に形成するためには、シリコン単結晶を育成中の固液界面におけるミクロな単結晶の成長速度を変動させたり、あるいは固液界面における融液温度の変動により酸素濃度・不純物濃度を変動させたりすることにより、結晶軸方向のある間隔で、結晶軸に垂直に点欠陥の吸収層を形成することができることを見出した。ここで、不純物とは、ドーパントであるホウ素や燐を含め、炭素やアルミニウム、あるいは銅や錫等の金属元素を示している。
【００４０】
この変動を連続的あるいは周期的に与えることによって、単結晶の長手方向に一定間隔で点欠陥の吸収層が形成できるため、単結晶全長にわたってＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を低減するためには有効であることが判った。ここで、周期的とは、ある値から別の値に変動させる際にステップ的あるいはパルス的（即ちデジタル的）に変動させることである。また、連続的とは、緩やかに（アナログ的に）変動させることである。さらに、その変動が大きい程、効果は大きいことが判ったが、変動幅が５％を超えると、大きな結晶変形を起こし易くなるため、単結晶製造が難しくなる。
【００４１】
また、連続的あるいは周期的な変動を与える間隔が、単結晶の引上方向に０．５ｍｍ未満の場合には、引き上げた単結晶をスライスし、厚さ０．５ｍｍ以上のシリコン単結晶ウェーハを製造する際に、点欠陥の吸収層と無欠陥層の分離が難しくなるため、変動を与える間隔は０．５ｍｍ以上が望ましい。
【００４２】
また、単結晶育成中に、単結晶又はルツボの回転速度に変動を加えることにより、比較的容易に固液界面におけるミクロな単結晶の成長速度を変動させたり、あるいは固液界面における融液温度の変動により酸素濃度・不純物濃度を変動させたりすることができるため、有効である。この方法で形成される吸収層は、同心円状、らせん状又は放射状の形態やこれら形態を組み合わせた形態となる。
【００４３】
特に、シリコン単結晶の直径をＤ（ｉｎ）としたとき、単結晶の回転速度を２０００／Ｄ2〜６００／Ｄ2（ｒｐｍ）から３００／Ｄ2〜０（ｒｐｍ）へ遷移時間２分〜１秒で減少させ、引き続き単結晶の回転速度を３００／Ｄ2〜０（ｒｐｍ）で１秒〜１分間単結晶を育成した後に、単結晶の回転速度を２０００／Ｄ2〜６００／Ｄ2（ｒｐｍ）へ遷移時間２分〜１秒で増加させる変動を与えた場合、単結晶内に制御性良く点欠陥の吸収層を形成できるため好ましい。
【００４４】
さらに、シリコン単結晶の引上速度を連続的あるいは周期的に変動させることも、簡便に固液界面におけるミクロな単結晶の成長速度を変動させたり、あるいは固液界面における融液温度の変動により酸素濃度・不純物濃度を変動させたりすることができるため、他の変動と共に点欠陥の吸収層を効果的に形成できるので好ましい。
【００４５】
さらに本発明者等は、単結晶内の点欠陥の吸収層の形成をより正確に制御するためには、変動を加えていないときの結晶欠陥の生成を制御することが重要であるとの考えに至った。そこで、シリコン単結晶の育成中に、融液に対して磁場を印加した状態で、上述した操作を行ったところ、変動を加えていないときの融液の状態がより安定化して、極めて制御性良く点欠陥の吸収層を形成できることを見出した。
【００４６】
そして、この磁場印加が、融液を収納するルツボの壁において１００ガウス以上のカスプ磁場の印加である場合には、融液の熱対流が均一に抑制され、軸対称の温度分布が得られるため、融液の安定化に顕著な作用効果がある。なお、印加する磁場強度が１００ガウス未満ではカスプ磁場を印加した効果が見られないため、１００ガウス以上の磁場強度を印加することが望ましい。
【００４７】
カスプ磁場の場合、同極対向磁石を用いるため、カスプ磁界の中心軸上には磁場強度が零になる位置が存在する（ゼロ磁場位置）。ゼロ磁場位置の高さは、同極対向磁石の全体を機械的に上下させたり、対向磁石のそれぞれの発生磁場強度を電気的に変更することによって、容易に変えることができる。カスプ磁場を印加した状態で、連続的あるいは周期的に磁場強度あるいはゼロ磁場位置を変更することにより、界面での融液の状態を安定させたまま制御することができるため、固液界面におけるミクロな単結晶の成長速度を変動させたり、あるいは固液界面における融液温度の変動により酸素濃度・不純物濃度を変動させたりすることが精度良く行うことができる。そのため、点欠陥の吸収層の形成の制御性に優れている。また、カスプ磁場を印加した状態で、引上速度を連続的あるいは周期的に変更することにより、界面での融液の状態を安定させたまま制御することができるため、固液界面におけるミクロな単結晶の成長速度を変動させたり、あるいは固液界面における融液温度の変動により酸素濃度・不純物濃度を変動させたりすることが精度良く行うことができる。そのため、点欠陥の吸収層の形成の制御性に優れている。
【００４８】
また、磁場印加が、融液を収納する石英ルツボの壁において５００ガウス以上の水平磁場の印加である場合には、ルツボ内の融液の熱対流を抑制することにより、固液界面をより静的な状態に保つため、融液の安定化に顕著な作用効果がある。なお、印加する磁場強度が５００ガウス未満では水平磁場を印加した効果が見られないため、５００ガウス以上の磁場強度を印加することが望ましい。
【００４９】
水平磁場を印加した状態で、連続的あるいは周期的に磁場強度を変更することにより、界面での融液の状態を安定させたまま制御することができるため、点欠陥の吸収層の形成の制御性に優れている。
【００５０】
本発明に用いた無転位シリコン単結晶製造装置は、通常のＣｚ法による無転位シリコン単結晶製造に用いられるものであれば特に限定されるものではなく、図１に示すような製造装置を用いた。
【００５１】
このＣｚ法シリコン単結晶製造装置は、シリコン融液Ｍを収容する石英ルツボ６ａとこれを保護する黒鉛製ルツボ６ｂとから構成されたルツボ６と育成された無転位シリコン単結晶インゴットＳを収容する結晶引上炉１である。ルツボ６の側面部は加熱ヒーター４と加熱ヒーター４からの熱が結晶引上炉外部に逃げるのを防止するため断熱材３が取り囲むように配置されており、このルツボ６は図示されていない駆動装置と回転治具５によって接続され、この駆動装置によって所定の速度で回転されると共に、ルツボ６内のシリコン融液の減少に伴う液面低下を補うためにルツボ６を昇降させるようになっている。引上炉１内には、垂下された引上ワイヤ７が設置され、このワイヤの下端には種結晶８を保持するチャック９が設けられている。この引上ワイヤ７の上端側は、ワイヤ巻上機２に巻き取られて、無転位シリコン単結晶インゴットを引き上げるようになった引上装置が設けられている。そして、引上炉１内には、引上炉１に形成されたガス導入口１０からＡｒガスが導入され、引上炉１内を流通してガス流出口１１から排出される。このようにＡｒガスを流通させるのは、シリコンの溶融に伴って引上炉１内に発生するＳｉＯをシリコン融液内に混入させないようにするためである。
【００５２】
また、本発明に用いたカスプ磁場印加シリコン単結晶製造装置は、図２に示すように、同極対向磁石２０を結晶軸に上下に配置する一般的な製造装置を用いた。
【００５３】
また、本発明に用いた水平磁場印加シリコン単結晶製造装置は、図３に示すように、水平方向に磁場を発生することができる電磁石一対３０を左右に配置する一般的な製造装置を用いた。
【００５４】
本発明のシリコン単結晶ウェーハを用いて製造した半導体デバイスの歩留は、デバイスの基本構造であるＭＯＳ構造の中のゲート酸化膜の信頼性試験の合格率で知ることができる。ゲート酸化膜の信頼性はＣＯＰに極めて敏感であるため、ゲート酸化膜の信頼性試験の合格率から、ＣＯＰが原因となった半導体デバイス不良の発生率を知ることができる。本発明のシリコン単結晶ウェーハのゲート酸化膜の信頼性試験の具体的な方法は以下の通りである。鏡面加工を施したシリコンウェーハ試料上にＭＯＳダイオードを形成し、１０００℃の乾燥酸素雰囲気中で形成された２５．０ｎｍの二酸化珪素膜であるゲート酸化膜（絶縁酸化膜）の電気特性を調べることによって行った。ＭＯＳダイオードは、ゲート酸化膜上にリンを１×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上ドープした多結晶シリコンとアルミニウムの２層構造からなり、面積２０ｍｍ2の電極を有し、裏面にオーミック電極用に金電極が形成されている。上記構造を持つＭＯＳダイオードを試料ウェーハの全面に作製した。基板シリコンから多数キャリアが注入される極性の直流電圧を各ＭＯＳダイオードに印加して電圧ラッピング法により試料ウェーハのゲート酸化膜の耐電圧特性を評価した。ゲート酸化膜を通して流れる電流密度が１ｍＡ／ｃｍ2のときのゲート酸化膜に印加される平均電界（絶縁破壊電界）を測定した。このとき、絶縁破壊電界が８．０ＭＶ／ｃｍ未満である場合は、ＣＯＰ等の結晶欠陥が原因となってゲート酸化膜の耐電圧特性を低下させていることが様々な研究によって明らかにされている。即ち、絶縁破壊電界が８．０ＭＶ／ｃｍ以上のＭＯＳダイオードがゲート酸化膜試験に合格したダイオードである。
【００５５】
従来の方法により製造されたシリコン単結晶から加工された一般的なウェーハの場合、絶縁破壊電界が８．０ＭＶ／ｃｍ以上のＭＯＳダイオードの個数が総数に占める割合（即ち、ゲート酸化膜試験の合格率）は、たかだか３０％未満である。したがって、ゲート酸化膜試験の合格率が６０％以上である場合には、ゲート酸化膜の信頼性に優れている。即ち、半導体デバイス用ウェーハとして優れている。
【００５６】
【実施例】
以下に、本発明について実施例を挙げて説明するが、本発明がこれらの実施例の記載によって制限されるものではないことは言うまでもない。
【００５７】
なお、ここで示す「安定したホットゾーン」の使用とは、シリコン単結晶を育成中の固液界面におけるミクロな単結晶の成長速度の変動や、固液界面における融液温度変動による酸素濃度・不純物濃度の変動が５％未満となるような引上炉内部の組立構造（ホットゾーン構造）を用いてシリコン単結晶を育成する場合を意味する。また、「変動間隔」とは、図４に例示するように、シリコン単結晶の育成に伴って、連続的あるいは周期的に変動を加える間隔を意味し、この間隔は時間単位でも結晶の成長長さ単位でも良い。そして、この変動の結果として生じるウェーハ内の変動分布は、図５に例示するように、ホットゾーンに起因するマクロなベース変動とミクロなベース変動と共に人為的に与える連続的あるいは周期的な変動によるミクロな人為変動とが重畳した分布となる。
【００５８】
また、「ＣＯＰ面積密度」とは、ウェーハの面積全体における直径換算で０．１０μｍ以上のＣＯＰの平均密度である。「ＣＯＰ無存在領域率」とは、ウェーハ全面の面積からＣＯＰの存在領域を差し引いた領域のウェーハ全面に占める割合を意味する。なお、ＣＯＰの存在領域とは、ＣＯＰ位置を中心に半径４ｍｍ以内の領域である。
【００５９】
（実施例１）
図１の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００６０】
点欠陥の吸収層：あり
安定したホットゾーン：なし
単結晶の回転速度：１８ｒｐｍから１ｒｐｍへ２秒間で低下させ、１ｒｐｍで５秒間保持した後、１ｒｐｍから１８ｒｐｍへ２秒間で上昇させる操作を周期的に実施
坩堝の回転速度：８ｒｐｍ一定
平均引上げ速度：１．０ｍｍ／分
固液界面での成長速度の人為的変動：あり
固液界面での融液温度の人為的変動：あり
変動の間隔：０．３ｍｍ
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００６１】
（実施例２）
図１の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００６２】
点欠陥の吸収層：あり
安定したホットゾーン：あり
単結晶の回転速度：２０ｒｐｍ一定
坩堝の回転速度：８ｒｐｍ一定
引上げ速度：１．０ｍｍ／分から０．２ｍｍ／分へ３秒間で低下させ、０．２ｍｍ／分で１０秒間保持した後に、０．２ｍｍ／分から１．０ｍｍ／分へ２秒間で上昇させる操作を周期的に実施
固液界面での成長速度の人為的変動：あり
固液界面での融液温度の人為的変動：あり
変動の間隔：０．４ｍｍ
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００６３】
（実施例３）
図１の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００６４】
点欠陥の吸収層：あり
安定したホットゾーン：なし
単結晶の回転速度：１９ｒｐｍ一定
坩堝の回転速度：１０ｒｐｍから１ｒｐｍへ３秒間で低下させ、１ｒｐｍで１０秒間保持した後、１ｒｐｍから１０ｒｐｍへ３秒間で上昇させる操作を連続的に実施
平均引上げ速度：０．６ｍｍ／分
固液界面での成長速度の人為的変動：あり
固液界面での融液温度の人為的変動：あり
変動の間隔：０．５ｍｍ
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００６５】
（実施例４）
図１の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００６６】
点欠陥の吸収層：あり
安定したホットゾーン：あり
単結晶の回転速度：１８ｒｐｍから１ｒｐｍへ１３０秒間で低下させ、１ｒｐｍで２０秒間保持した後、１ｒｐｍから１８ｒｐｍへ１３０秒間で上昇させる操作を周期的に実施
坩堝の回転速度：８ｒｐｍ一定
平均引上げ速度：０．２ｍｍ／分
固液界面での成長速度の人為的変動：あり
固液界面での融液温度の人為的変動：あり
変動の間隔：１．５ｍｍ
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００６７】
（実施例５）
図１の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００６８】
点欠陥の吸収層：あり
安定したホットゾーン：あり
単結晶の回転速度：１８ｒｐｍ一定
坩堝の回転速度：８ｒｐｍから１ｒｐｍへ２秒間で低下させ、１ｒｐｍで２０秒間保持した後、１ｒｐｍから１０ｒｐｍへ２秒間で上昇させる操作を連続的に実施
平均引上げ速度：１．０ｍｍ／分
固液界面での成長速度の人為的変動：あり
固液界面での融液温度の人為的変動：あり
変動の間隔：２．０ｍｍ
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００６９】
（実施例６）
図１の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００７０】
点欠陥の吸収層：あり
安定したホットゾーン：なし
単結晶の回転速度：１８ｒｐｍから１ｒｐｍへ３秒間で低下させ、１ｒｐｍで２０秒間保持した後、１ｒｐｍから１８ｒｐｍへ３秒間で上昇させる操作を周期的に実施
坩堝の回転速度：９ｒｐｍ一定
平均引上げ速度：１．２ｍｍ／分
固液界面での成長速度の人為的変動：あり
固液界面での融液温度の人為的変動：あり
変動の間隔：３．５ｍｍ
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００７１】
（実施例７）
図１の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００７２】
点欠陥の吸収層：あり
安定したホットゾーン：あり
単結晶の回転速度：１８ｒｐｍ一定
坩堝の回転速度：１２ｒｐｍ一定
引上げ速度：１．０ｍｍ／分から０．０ｍｍ／分へ５秒間で低下させ、０．０ｍｍ／分で３０秒間保持した後に、０．０ｍｍ／分から１．０ｍｍ／分へ５秒間で上昇させる操作を周期的に実施
固液界面での成長速度の人為的変動：あり
固液界面での融液温度の人為的変動：あり
変動の間隔：４．０ｍｍ
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００７３】
（実施例８）
図２の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００７４】
点欠陥の吸収層：あり
安定したホットゾーン：あり
単結晶の回転速度：１８ｒｐｍから１ｒｐｍへ２秒間で低下させ、１ｒｐｍで２０秒間保持した後、１ｒｐｍから１８ｒｐｍへ２秒間で上昇させる操作を周期的に実施
坩堝の回転速度：８ｒｐｍ一定
平均引上げ速度：１．２ｍｍ／分
磁場印加：カスプ磁場
石英坩堝壁での磁場強度：１３００ガウス一定
ゼロ磁場位置：融液表面位置より５０ｍｍ下方
固液界面での成長速度の人為的変動：あり
固液界面での融液温度の人為的変動：あり
変動の間隔：５．２ｍｍ
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００７５】
（実施例９）
図２の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００７６】
点欠陥の吸収層：あり
安定したホットゾーン：あり
単結晶の回転速度：１８ｒｐｍ一定
坩堝の回転速度：６ｒｐｍ一定
平均引上げ速度：０．９ｍｍ／分
磁場印加：カスプ磁場
石英坩堝壁での磁場強度：４００ガウスから３００ガウスへ１１５秒間で低下させ、３００ガウスで４０秒間保持した後、３００ガウスから４００ガウスへ１１５秒で上昇させる操作を周期的に実施
ゼロ磁場位置：融液表面位置より４０ｍｍ下方
固液界面での成長速度の変動：あり
固液界面での融液温度の変動：あり
変動の間隔：６．０ｍｍ
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００７７】
（実施例１０）
図２の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００７８】
点欠陥の吸収層：あり
安定したホットゾーン：あり
単結晶の回転速度：１８ｒｐｍ一定
坩堝の回転速度：７ｒｐｍ一定
平均引上げ速度：１．０ｍｍ／分
磁場印加：カスプ磁場
石英坩堝壁での磁場強度：１０００ガウス
ゼロ磁場位置：融液表面より４０ｍｍ下方から５０ｍｍ下方へ１１５秒で下降させ、該位置で４０秒間保持した後、５０ｍｍ下方から４０ｍｍ下方へ１１５秒で上昇させる操作を周期的に実施
固液界面での成長速度の人為的変動：あり
固液界面での融液温度の人為的変動：あり
変動の間隔：７．０ｍｍ
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００７９】
（実施例１１）
図３の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００８０】
点欠陥の吸収層：あり
安定したホットゾーン：あり
単結晶の回転速度：１８ｒｐｍから１ｒｐｍへ２秒間で低下させ、１ｒｐｍで２０秒間保持した後、１ｒｐｍから１８ｒｐｍへ２秒間で上昇させる操作を周期的に実施
坩堝の回転速度：４ｒｐｍ一定
平均引上げ速度：１．０ｍｍ／分
磁場印加：水平磁場
石英坩堝壁での磁場強度：３０００ガウス一定
固液界面での成長速度の人為的変動：あり
固液界面での融液温度の人為的変動：あり
変動の間隔：８．０ｍｍ
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００８１】
（実施例１２）
図３の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００８２】
点欠陥の吸収層：あり
安定したホットゾーン：あり
単結晶の回転速度：１８ｒｐｍ一定
坩堝の回転速度：１．５ｒｐｍ一定
平均引上げ速度：１．０ｍｍ／分
磁場印加：カスプ磁場
石英坩堝壁での磁場強度：２０００ガウスから１５００ガウスへ１１５秒間で低下させ、１５００ガウスで６０秒間保持した後、１５００ガウスから２０００ガウスへ１１５秒で上昇させる操作を周期的に実施
固液界面での成長速度の人為的変動：あり
固液界面での融液温度の人為的変動：あり
変動の間隔：８．０ｍｍ
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００８３】
（比較例１）
図１の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００８４】
点欠陥の吸収層：なし
安定したホットゾーン：あり
単結晶の回転速度：３０ｒｐｍ一定
坩堝の回転速度：１０ｒｐｍ一定
平均引上げ速度：０．８ｍｍ／分
固液界面での成長速度の人為的変動：なし
固液界面での融液温度の人為的変動：なし
変動の間隔：なし
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００８５】
（比較例２）
図２の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００８６】
点欠陥の吸収層：なし
安定したホットゾーン：なし
単結晶の回転速度：２５ｒｐｍ一定
坩堝の回転速度：６ｒｐｍ一定
平均引上げ速度：０．８ｍｍ／分
磁場印加：カスプ磁場
石英坩堝壁での磁場強度：１０００ガウス一定
ゼロ磁場位置：融液表面位置より４０ｍｍ下方
固液界面での成長速度の人為的変動：なし
固液界面での融液温度の人為的変動：なし
変動の間隔：なし
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００８７】
（比較例３）
図３の装置を用いて、以下の条件で、直径８ｉｎのＰ型（ボロンドープ）シリコン単結晶インゴットを育成した。
【００８８】
点欠陥の吸収層：なし
安定したホットゾーン：なし
単結晶の回転速度：１８ｒｐｍ一定
坩堝の回転速度：１ｒｐｍ一定
平均引上げ速度：０．９ｍｍ／分
磁場印加：水平磁場
石英坩堝壁での磁場強度：３０００ガウス一定
固液界面での成長速度の人為的変動：なし
固液界面での融液温度の人為的変動：なし
変動の間隔：なし
この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出し、酸素濃度、不純物（ボロン）濃度及びＣＯＰの分布状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果を表１〜３に示す。
【００８９】
【表１】
【表２】
【表３】
これらの結果から明らかなように、本発明の実施例では、酸素濃度、不純物濃度、ＣＯＰの何れの分布状態も特有の形態を示し、何れのウェーハも信頼性試験の合格率は６０％以上となり、結晶欠陥の少ない、半導体デバイス製造に適したウェーハであることが判った。特に、酸素濃度、不純物濃度、ＣＯＰの何れもが明確な分布形態を示す場合には、信頼性試験の合格率は７０％以上となり、結晶欠陥の極めて少ない、半導体デバイス製造に適したウェーハであることが判った。
【００９３】
一方、比較例では、人為的な変動を加えていないため、酸素濃度、不純物濃度、ＣＯＰの何れもがウェーハ全面に均一に分布（円盤状）しており、信頼性試験の合格率も１０％以下と極めて悪い結果となり、結晶欠陥の極めて多い、半導体デバイス製造に適さないウェーハであることが判った。
【００９４】
【発明の効果】
本発明のシリコン単結晶ウェーハの製造方法は、従来のシリコン単結晶製造装置に改造を加えることなく適用できるため、製造コストを上昇させることなく、高品質のシリコン単結晶ウェーハを歩留良く製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１〜７及び比較例１で用いたＣｚ法シリコン単結晶製造装置の模式図。
【図２】 実施例８〜１０及び比較例２で用いたカスプ磁場印加Ｃｚシリコン単結晶製造装置の模式図。
【図３】 実施例１１〜１２及び比較例３で用いた水平磁場印加Ｃｚシリコン単結晶製造装置の模式図。
【図４】 実施例１１における結晶回転の人為的変動の模式図。
【図５】 ８ｉｎウェーハにおける不純物濃度の変動分布の一例。
【符号の説明】
１ … Ｃｚ無転位シリコン単結晶引上炉
２ … ワイヤ巻上機
３ … 断熱材
４ … 加熱ヒーター
５ … 回転治具
６ … ルツボ
６ａ … 石英ルツボ
６ｂ … 黒鉛ルツボ
７ … ワイヤ
８ … 種結晶
９ … チャック
１０ … ガス導入口
１１ … ガス排出口
２０ … カスプ磁場印加用同軸対向電磁石
３０ … 水平磁場印加用電磁石
Claims (2)
- チョクラルスキー法によるシリコン単結晶ウェーハの製造方法において、
シリコン単結晶インゴットの育成中に、その全長にわたり、カスプ磁場の磁場強度あるいはゼロ磁場位置を連続的にあるいは周期的に変動させて印加することを特徴とするシリコン単結晶ウェーハの製造方法。 - 前記磁場印加が、融液を収納する石英ルツボの壁において１００ガウス以上のカスプ磁場の印加である請求項１記載のシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
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