JP4806975B2 - シリコン単結晶の育成方法 - Google Patents

Description

本発明は、ゲッタリング能を充分に確保できる酸素析出物密度を有するシリコンウェーハの製造方法およびシリコンウェーハの素材となるシリコン単結晶の育成方法に関し、特に、直胴部が酸素析出促進領域（ＰＶ領域）および／または酸素析出抑制領域（ＰＩ領域）となるシリコン単結晶を歩留まりよく製造できるシリコン単結晶の育成方法に関する。

シリコンウェーハの素材であるシリコン単結晶の製造方法として、チョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という）による育成方法が知られている。
ＣＺ法で製造されたシリコン単結晶には、デバイスの製造過程で顕在化してくる微細欠陥、すなわちＧｒｏｗｎ-ｉｎ欠陥が生じることが知られている。図１は、ＣＺ法にて得られたシリコン単結晶の径方向における欠陥分布状態を説明するための断面図である。図１に示すように、ＣＺ法にて得られたシリコン単結晶のＧｒｏｗｎ-ｉｎ欠陥は、赤外線散乱体欠陥またはＣＯＰ（Crystal Originated Particle）などと呼ばれる大きさが０．１〜０．２μｍ程度の空孔欠陥、および転位クラスターと呼ばれる大きさが１０μｍ程度の微小転位からなる。

また、図１に示すシリコン単結晶では、酸素誘起積層欠陥（以下、「ＯＳＦ（Oxygen induced Stacking Fault）」という。）が外径の約２/３の領域にリング状に現れている。ＯＳＦが発生するＯＳＦ発生領域の内側部分には、赤外線散乱体欠陥が１０⁵〜１０^６個／ｃｍ^３程度検出される領域（赤外線散乱体欠陥発生領域）があり、外側部分には、転位クラスターが１０^３〜１０^４個／ｃｍ^３程度存在する領域（転位クラスター発生領域）がある。

図２は、引き上げ時の引き上げ速度を徐々に低下させて育成したシリコン単結晶の断面の欠陥分布状態を説明するための図である。なお、図１は、図２におけるＡの位置に相当する引き上げ速度で育成されたシリコン単結晶の断面図である。
図２に示すように、引き上げ速度の早い段階では、結晶周辺部にリング状のＯＳＦ発生領域が現れ、ＯＳＦ発生領域の内側部分が赤外線散乱体欠陥の多数発生する赤外線散乱体欠陥発生領域となっている。そして、引き上げ速度の低下にしたがって、ＯＳＦ発生領域の径が次第に小さくなってＯＳＦ発生領域の外側部分に転位クラスターの発生する転位クラスター発生領域が現れ、やがてＯＳＦ発生領域が消滅して、全面に転位クラスター発生領域が現れる。

また、リング状のＯＳＦ発生領域に接する外側には、酸素析出物（ＢＭＤ：Bulk Micro Defect）を形成させることのできる酸素析出促進領域（ＰＶ領域）があり、酸素析出促進領域と転位クラスター発生領域との間に酸素析出を生じない酸素析出抑制領域（ＰＩ領域）がある。酸素析出促進領域（ＰＶ領域）、酸素析出抑制領域（ＰＩ領域）、リング状のＯＳＦ発生領域は、いずれもＧｒｏｗｎ-ｉｎ欠陥の極めて少ない無欠陥領域である。

赤外線散乱体欠陥が検出されるシリコン単結晶は、転位クラスターが検出されるシリコン単結晶と比較してデバイスへの悪影響が小さく、引き上げ速度を速くすることができるため生産性に優れている。しかし、近年の集積回路の微細化に伴って、赤外線散乱体欠陥による酸化膜耐圧性の低下が指摘され、赤外線散乱体欠陥も転位クラスターも検出されない無欠陥領域からなる高品質なシリコン単結晶が求められている。

無欠陥領域からなるシリコン単結晶を育成する方法として、例えば、結晶中心部での温度勾配（Ｇｃ）が結晶外周部での温度勾配（Ｇｅ）と同一かこれより大きく（Ｇｃ≧Ｇｅ）なるホットゾーン構造を用いて、シリコン単結晶を育成する方法が提案されている（例えば、「特許文献１」参照）。図３は、結晶中心部での温度勾配（Ｇｃ）が結晶外周部での温度勾配（Ｇｅ）と同一かこれより大きく（Ｇｃ≧Ｇｅ）なるホットゾーン構造をもつ育成装置を用い、引き上げ時の引き上げ速度を徐々に低下させて育成したシリコン単結晶の断面の欠陥分布状態を説明するための図である。
図３に示すように、（Ｇｃ≧Ｇｅ）となるホットゾーン構造を有する育成装置にて、図３に示すＢからＣの範囲の引き上げ速度で育成すると、固液界面近傍での結晶側の温度勾配Ｇが制御され、ウェーハ面全面にわたって均一な無欠陥領域となるシリコン単結晶が得られる。なお、無欠陥結晶を引き上げることのできる引き上げ速度範囲（図３ではＢからＣの範囲）を無欠陥結晶の引き上げ速度マージンという。

さらに、特許文献１には、（Ｇｃ≧Ｇｅ）となるホットゾーン構造を有する育成装置を用い、引き上げ炉内に水素を添加することにより、無欠陥結晶の引き上げ速度マージンを大きくする技術が提案されている。図４は、図３と同じ（Ｇｃ≧Ｇｅ）となるホットゾーン構造を有する育成装置を用い、引き上げ炉内に水素が添加された不活性ガスを供給し、引き上げ時の引き上げ速度を徐々に低下させて育成したシリコン単結晶の断面の欠陥分布状態を説明するための図である。

単結晶を育成する雰囲気ガスを不活性ガスと水素との混合ガスとした場合、水素によって格子間原子に起因する転位クラスターの発生が抑制されるので、無欠陥領域が引き上げ速度の低速側に移行する。したがって、引き上げ炉内に水素を添加しない図３に示す例と比較して、図４に示すように、無欠陥結晶を引き上げることのできる最低引き上げ速度が遅くなり、無欠陥結晶を引き上げることのできる引き上げ速度範囲（無欠陥結晶の引き上げ速度マージン（図４ではＤからＥの範囲））が大きくなる。
国際公開ＷＯ２００４／０８３４９６号パンフレット

しかしながら、特許文献１において、引き上げ炉内に水素を添加することにより、無欠陥結晶の引き上げ速度マージンを大きくした場合であっても、無欠陥結晶の引き上げ速度マージンの広さが不十分であるため、ＯＳＦ発生領域、ＰＶ領域、ＰＩ領域のうちから選ばれる１つの領域からなるシリコン単結晶を育成したい場合に、ＯＳＦ発生領域、ＰＶ領域、ＰＩ領域が混在しやすいことが問題となっていた。

ＯＳＦ発生領域は、上述したように、赤外線散乱体欠陥も転位クラスターも検出されない無欠陥領域であるが、酸素濃度が高い場合には酸素析出物の２次欠陥であるＯＳＦが顕在化して、デバイス特性に悪影響を与える場合がある。このため、無欠陥領域からなるシリコン単結晶を育成する場合、ＯＳＦが顕在化しないように酸素濃度を１２×１０^１７ａｔｏｍｓ/ｃｍ^３（ＡＳＴＭ−Ｆ１２１ １９７９）以下の低い濃度にしなければならなかった。しかし、シリコン単結晶の酸素濃度を１２×１０^１７ａｔｏｍｓ/ｃｍ^３（ＡＳＴＭ−Ｆ１２１ １９７９）以下の低い濃度とした場合、ゲッタリング能を充分に確保できる酸素析出物密度を有するシリコンウェーハが得られない場合がある。

また、シリコン単結晶中にＰＶ領域とＰＩ領域とが混在すると、育成されたシリコン単結晶から採取されたシリコンウェーハの面内における酸素析出物の密度、サイズ、ＤＺ幅等の酸素析出特性が均一でなくなる場合がある。つまり、ウェーハ内にＰＶ領域とＰＩ領域とが混在すると、デバイスプロセスでの酸素析出物の分布が不均一になり、ゲッタリング能が強い部分と弱い部分とが混在することになる。また、デバイスの表層近傍の活性領域は、赤外線散乱体欠陥や転位クラスターだけでなく、酸素析出物やその２次欠陥であるＯＳＦやパンチアウト転位などがフリーである必要があるが、このような欠陥が存在しない領域の幅、すなわちＤＺ幅がウェーハ面内で不均一となる。ゲッタリング能（ＩＧ能）やＤＺ幅が不均一に分布していると、デバイス特性がばらつき、歩留まりの低下を招く。

無欠陥結晶内にＯＳＦ発生領域、ＰＶ領域、ＰＩ領域が混在することによる上述した問題を解決するためには、無欠陥結晶の引き上げ速度マージン（図４ではＤからＥの範囲）のうち、それぞれの領域のみの引き上げ速度マージンでシリコン単結晶を育成することが考えられる。しかし、ＯＳＦ発生領域、ＰＶ領域、ＰＩ領域の全てを含めても狭い無欠陥結晶の引き上げ速度マージンがさらに狭くなってしまうため、工業生産的に安定的に製造することは困難であった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、ゲッタリング能を充分に確保できる酸素析出物密度を有する酸素析出促進領域（ＰＶ領域）および／または酸素析出抑制領域（ＰＩ領域）からなるシリコンウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、直胴部が酸素析出促進領域（ＰＶ領域）および／または酸素析出抑制領域（ＰＩ領域）となるシリコン単結晶を歩留まりよく製造できるシリコン単結晶の育成方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のシリコン単結晶の育成方法は、チョクラルスキー法により酸素濃度が１２×１０ ^１７ 〜１８×１０ ^１７ ａｔｏｍｓ/ｃｍ ^３ （ＡＳＴＭ−Ｆ１２１ １９７９）であるシリコン単結晶を育成する方法であって、
育成中のシリコン単結晶の側面部を冷却し融点から１３５０℃までの結晶中心部での軸方向温度勾配Ｇｃと融点から１３５０℃までの結晶外周部での軸方向温度勾配Ｇｅとの比Ｇｃ／Ｇｅが１．１〜１．４、前記結晶中心部での軸方向温度勾配Ｇｃが３．０〜３．５℃／ｍｍとなるように育成中のシリコン単結晶の温度を制御するとともに、
単結晶を育成する雰囲気ガスが水素原子含有物質の気体を含み、
前記雰囲気ガス中における水素原子含有物質の気体の水素分子分圧を４０〜１６０Ｐａとするか１６０〜４００Ｐａとすることにより、ＰＶ領域およびＰＩ領域との混在を回避して、全面がＰＶ領域であるシリコンウェーハが得られるシリコン単結晶と、全面がＰＩ領域であるシリコンウェーハが得られるシリコン単結晶との作り分けをおこなうことにより上記課題を解決した。
本発明の前記水素分圧が１００〜２５０Ｐａとされることができる。
本発明の前記水素原子含有物質の気体が、水素ガスであることができる。
本発明において、前記酸素濃度が１３×１０ ^１７ 〜１６×１０ ^１７ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ^３ （０１ｄ−ＡＳＴＭ）であることが好ましい。
本発明では、育成中のシリコン単結晶の温度が１０００〜８００℃の範囲である時間が、８０〜１８０分であることができる。
本発明では、育成中のシリコン単結晶の側面部に負荷される熱応力が３０〜４５ＭＰａの範囲とされることができる。
本発明において、前記雰囲気ガス中における酸素ガス（Ｏ _２ ）の濃度は、前記水素原子含有物質の気体の水素分子換算での濃度をαとし、酸素ガス（Ｏ _２ ）濃度をβとしたとき、α−２β≧３％（体積％）を満たすものとされることがある。
本発明では、炉内圧が４〜６．７ｋＰａの範囲である場合、雰囲気ガス中には、２０体積％以下の濃度で窒素が存在してなることが好ましい。
本発明では、水平磁場（横磁場）にあっては磁場強度が２０００〜４０００Ｇとされ、磁場中心高さが融液液面に対して−７５〜＋５０ｍｍの範囲内になるように設定され、カスプ磁場にあっては、磁場強度が３００〜７００Ｇとされ、磁場中心高さが融液液面に対して−５０〜＋５０ｍｍの範囲内になるように設定されて磁場を供給することがある。
本発明の引き上げる単結晶の直径をＤｃとするとき、前記冷却用部材はその内周面の径が１．２０Ｄｃ〜２．５０Ｄｃ、長さが０．２５Ｄｃ以上であり、融液表面から冷却用部材の下端面までの距離が０．３０Ｄｃ〜０．８５Ｄｃであることが望ましい。
本発明のシリコン単結晶の育成方法は、チョクラルスキー法により酸素濃度が１２×１０^１７〜１８×１０^１７ａｔｏｍｓ/ｃｍ^３（ＡＳＴＭ−Ｆ１２１ １９７９）であるシリコン単結晶を育成する方法であって、単結晶を育成する雰囲気ガスを、不活性ガスと水素原子含有物質の気体との混合ガスとし、融点から１３５０℃までの結晶中心部での軸方向温度勾配Ｇｃと融点から１３５０℃までの結晶外周部での軸方向温度勾配Ｇｅとの比Ｇｃ／Ｇｅが１．１〜１．４、前記結晶中心部での軸方向温度勾配Ｇｃが３．０〜３．５℃／ｍｍとなるように育成中のシリコン単結晶の温度を制御することを特徴とする。
また、上記のシリコン単結晶の育成方法においては、育成中のシリコン単結晶の側面部を冷却する方法とすることができる。
また、上記のシリコン単結晶の育成方法においては、前記酸素濃度が１４×１０^１７〜１５×１０^１７ａｔｏｍｓ/ｃｍ^２（ＡＳＴＭ−Ｆ１２１ １９７９）である方法とすることができる。
また、上記のシリコン単結晶の育成方法においては、育成中のシリコン単結晶の温度が１０００〜８００℃の範囲である時間が、８０〜１８０分である方法とすることができる。
また、上記のシリコン単結晶の育成方法においては、前記雰囲気ガス中における水素原子含有物質の気体の水素分子分圧を４０〜４００Ｐａとすることを特徴とする方法とすることができる。
また、上記のシリコン単結晶の育成方法においては、前記シリコン単結晶の直胴部を、酸素析出促進領域（ＰＶ領域）および／または酸素析出抑制領域（ＰＩ領域）とすることを特徴とする方法とすることができる。
また、上記のシリコン単結晶の育成方法においては、前記シリコン単結晶の直胴部を、酸素析出抑制領域（ＰＩ領域）とする方法とすることができる。
また、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、上記のいずれかに記載のシリコン単結晶育成方法によって育成されたシリコン単結晶の直胴部から採取されたものであって、酸素析出物密度が１×１０^４〜１×１０^６個／ｃｍ^３であることを特徴とする。
また、本発明のシリコンウェーハは、上記の製造方法により製造されたことを特徴とする。

本発明のシリコン単結晶の育成方法では、単結晶を育成する雰囲気ガスを、不活性ガスと水素原子含有物質の気体との混合ガスなど、水素原子含有物質の気体を含むガスとし、融点から１３５０℃までの結晶中心部での軸方向温度勾配Ｇｃと融点から１３５０℃までの結晶外周部での軸方向温度勾配Ｇｅとの比Ｇｃ／Ｇｅが１．１〜１．４、前記結晶中心部での軸方向温度勾配Ｇｃが３．０〜３．５℃／ｍｍとなるように育成中のシリコン単結晶の温度を制御するので、後述するように、無欠陥結晶の引き上げ速度マージンが広くなる。
このため、ＯＳＦ発生領域とＰＶ領域およびＰＩ領域との混在を回避する引き上げ速度マージンでのシリコン単結晶の育成が可能となる。その結果、ＯＳＦが顕在化しないように酸素濃度を１２×１０^１７ａｔｏｍｓ/ｃｍ^３（ＡＳＴＭ−Ｆ１２１ １９７９）以下の低い濃度にする必要がなくなり、酸素濃度が１２×１０^１７〜１８×１０^１７ａｔｏｍｓ/ｃｍ^３（ＡＳＴＭ−Ｆ１２１ １９７９）であるシリコン単結晶を製造することができる。

以下に本発明の原理について説明する。
育成中の装置内では、不活性ガス雰囲気中に含まれる水素の分圧に比例した水素が、シリコン融液中に溶け込んで凝固するシリコン結晶中に分配される。
シリコン融液中の水素濃度は、ヘンリーの法則から気相中の水素分圧に依存して決まり、
Ｐ_Ｈ２＝ｋＣ_ＬＨ２と表される。
ここで、Ｐ_Ｈ２は雰囲気中の水素分圧、Ｃ_ＬＨ２はシリコン融液中の水素濃度、ｋは両者の間の係数である。
一方、シリコン単結晶中の濃度は、シリコン融液中の濃度と偏析との関係で決まり、
Ｃ_ＳＨ２ ＝ｋ′Ｃ_ＬＨ２ ＝（ｋ′／ｋ）Ｐ_Ｈ２と表される。
ここで、Ｃ_ＳＨ２は結晶中の水素濃度、ｋ′は水素のシリコン融液−結晶間の偏析係数である。

以上から、水素を含む不活性ガス雰囲気中で育成する際、凝固直後のシリコン単結晶中の水素濃度は、雰囲気中の水素分圧を制御することで結晶の軸方向に一定に所望する濃度で制御できる。この水素分圧は水素濃度と炉内圧力により制御できる。
なお、Ｇｒｏｗｎ-ｉｎ欠陥の形成に影響を及ぼした水素のほとんどは、その後の冷却の過程でシリコン単結晶外に逸散する。

単結晶を育成する雰囲気ガスを、不活性ガスと水素原子含有物質の気体との混合ガスとすると、無欠陥結晶の引き上げ速度マージンを大きくすることができる。さらに、不活性ガス雰囲気中に含まれる水素の分圧を調整することにより、無欠陥結晶の引き上げ速度マージンのうち、それぞれの領域のみの引き上げ速度マージンを効果的に大きくすることができる。

図５は、雰囲気中の水素分圧とＶ／Ｇとの関係を示したグラフである。引き上げ中の単結晶内部の温度分布は、ホットゾーン構造が同じであれば引き上げ速度が変化してもほとんど変化しないので、図５に示したＶ／Ｇは、引き上げ速度とみなされる。図５に示すように、雰囲気中の水素分圧の増加にしたがって、無欠陥結晶の得られる引き上げ速度は低下しているが、無欠陥結晶の引き上げ速度マージンは大きくなっている。
また、ＯＳＦ領域の引き上げ速度マージンは、水素分圧の増加にしたがって、狭くなっている。ＰＩ領域の引き上げ速度マージンは、水素分圧の増加にしたがって、大幅に拡大される。また、ＰＶ領域の引き上げ速度マージンは、水素分圧の増加にしたがって、広がったり狭まったりしているが、水素分圧が１００〜２５０Ｐａのときに引き上げ速度マージンが大きくなっている。

図５に示すように、本発明のシリコン単結晶の育成方法において、雰囲気ガス中における水素原子含有物質の気体の水素分子分圧を４０〜４００Ｐａとすることで、無欠陥結晶の引き上げ速度マージンを効果的に大きくすることができる。このため、全面が無欠陥結晶である大口径のシリコンウェーハが得られるシリコン単結晶を容易に育成することができる。さらに、全面がＰＶ領域であるシリコンウェーハが得られるシリコン単結晶と、全面がＰＩ領域であるシリコンウェーハが得られるシリコン単結晶の作り分けが容易になる。
なお、水素分子分圧を４０Ｐａ未満とした場合、無欠陥結晶の引き上げ速度マージンを大きくする効果が十分に得られないため好ましくない。また、水素分子分圧が４００Ｐａを越える場合、水素欠陥呼ばれる巨大空洞欠陥が発生しやすくなるため好ましくない。また、雰囲気ガス中における水素原子含有物質の気体の水素分子分圧を４００Ｐａ以下とすることで、仮に、シリコン単結晶の育成装置内にリークして空気が流入したとしても、燃焼することなく安全に操業することが可能である。

さらに、図５に示すように、雰囲気ガス中における水素原子含有物質の気体の水素分子分圧を４０〜１６０Ｐａ（図５ではＩの範囲）とすることで、全面がＰＶ領域であるシリコンウェーハが得られるシリコン単結晶を容易に育成することができる。水素分子分圧が１６０Ｐａを越える場合、ＰＩ領域が混在しやすくなり、全面がＰＶ領域であるシリコンウェーハが得られるシリコン単結晶を育成しにくくなる。ＰＶ領域は酸素析出物を形成しやすく、ＰＶ領域からなるシリコンウェーハでは、例えば、表面にいわゆるＤＺ（Denuded Zone）層形成処理を施したときに、内部にゲッタリング作用を有するＢＭＤを容易に形成することができる。

さらに、図５に示すように、雰囲気ガス中における水素原子含有物質の気体の水素分子分圧を１６０〜４００Ｐａ（図５ではＩＩの範囲）とすることで、全面がＰＩ領域であるシリコンウェーハが得られるシリコン単結晶を容易に育成することができる。また、ＯＳＦ発生領域を縮小させることができるので、酸素濃度を高くした無欠陥結晶からなるウェーハが容易に製造できるようになる。水素分子分圧を１６０Ｐａ未満とした場合、ＰＶ領域が混在しやすくなり、全面がＰＩ領域であるシリコンウェーハが得られるシリコン単結晶を育成しにくくなる。

また、Ｇｃ/Ｇｅが１．１〜１．４であり、軸方向温度勾配Ｇｃが３．０〜３．５℃／ｍｍであるホットゾーン構造を有する育成装置を用いて、固液界面近傍での結晶側の温度勾配Ｇを制御するので、無欠陥結晶の引き上げ速度マージンをより効果的に大きくすることができる。
図６は、Ｇｃ/Ｇｅが１．１〜１．４であり、軸方向温度勾配Ｇｃが３．０〜３．６℃／ｍｍであるホットゾーン構造を有する育成装置を用い、引き上げ時の引き上げ速度を徐々に低下させて育成したシリコン単結晶の断面の欠陥分布状態を説明するための図であり、図７は、図６と同じホットゾーン構造を有する育成装置を用い、かつ、引き上げ炉内に水素が添加された不活性ガスを供給し、引き上げ時の引き上げ速度を徐々に低下させて育成したシリコン単結晶の断面の欠陥分布状態を説明するための図である。

Ｇｃ/Ｇｅが１．１〜１．４であり、軸方向温度勾配Ｇｃが３．０〜３．５℃／ｍｍであるホットゾーン構造は、例えば、凝固直後の単結晶の周囲を取り囲む熱遮蔽体の寸法や位置を改良するとともに、育成中のシリコン単結晶の側面部を冷却手段により冷却することによって得られる。
図６および図７に示すシリコン単結晶の育成に用いたホットゾーン構造では、育成中のシリコン単結晶の温度が１０００〜８００℃の範囲である時間、言い換えると、育成中のシリコン単結晶が１０００〜８００℃温度範囲を通過する時間が、１８０分以下となる。

例えば、図１および図２を用いて説明したシリコン単結晶の育成例は、温度勾配Ｇを制御するための温度調整を行なわないホットゾーン構造を用いて育成されたものである。このようなホットゾーン構造では、結晶中心部での温度勾配（Ｇｃ）が結晶外周部での温度勾配（Ｇｅ）より小さく（Ｇｃ＜Ｇｅ）なり、育成中のシリコン単結晶の温度が１０００〜８００℃の範囲である時間は、８０分を越える時間となる。また、図３を用いて説明したシリコン単結晶の育成例では、育成中のシリコン単結晶の温度が１０００〜８００℃の範囲である時間は、８０〜１８０分となる。

育成中のシリコン単結晶の温度が１０００〜８００℃の範囲である時間は、シリコン単結晶中でＯＳＦ核が成長する温度領域である。図６に示すシリコン単結晶の育成例では、図２および図３に示す例と比較して、育成中のシリコン単結晶の温度が１０００〜８００℃の範囲である時間が短いので、シリコン単結晶中でのＯＳＦ核の成長が抑制され、無欠陥結晶の引き上げ速度マージンが大きくなる。

また、Ｇｃ/Ｇｅが１．１〜１．４であり、軸方向温度勾配Ｇｃが３．０〜３．５℃／ｍｍであるホットゾーン構造を有する育成装置を用いることで、固液界面近傍での結晶側の温度勾配Ｇが大きくなり、Ｖ／Ｇを変更することなく引き上げ速度Ｖを大きくすることができ、無欠陥結晶を引き上げることのできる最低引き上げ速度を向上させることができる。また、上記の方法で育成することにより、シリコン単結晶を引き上げる際におけるＶ／Ｇの制御性を向上させることができる。
このようなホットゾーン構造を有する育成装置を用いることで、ＰＶ領域とＯＳＦ発生領域との間で形成される境界面において、図６に示すように中央部が結晶軸方向に盛り上がっている部分ｍの育成に相当する速度をfpDとし、図６に示すようにリング状に盛り上がっている部分（結晶の径方向で結晶中心と最外部との中間位置で結晶軸方向に凸状をなす部分）ｎの育成に相当する速度をfpRとすると、
（fpD-fpR）/fpD×１００＝±２０（％）
となるように制御できる。

また、図７に示すように引き上げ炉内に水素が添加された不活性ガスを供給した場合、雰囲気ガスを不活性ガスとした図６に示す例と比較して、無欠陥結晶の引き上げ速度マージン（図６ではＦからＧの範囲、図７ではＦからＧの範囲）を大きくすることができる。また、図７に示すように、上記の方法で育成することにより、酸素析出促進領域（ＰＶ領域）の引き上げ速度マージンおよび酸素析出抑制領域（ＰＩ領域）の引き上げ速度マージン（図７ではＨからＧの範囲）が大きくなるので、ウェーハ面全面にわたってＰＶ領域となるシリコン単結晶や、ウェーハ面全面にわたってＰＩ領域となるシリコン単結晶を得ることができる。

このように本発明によれば、ＯＳＦ発生領域とＰＶ領域およびＰＩ領域との混在を回避する引き上げ速度マージンでのシリコン単結晶の育成が可能となるので、酸素濃度が１２×１０^１７〜１８×１０^１７ａｔｏｍｓ/ｃｍ^３（ＡＳＴＭ−Ｆ１２１ １９７９）であるシリコン単結晶を製造することができ、育成されたシリコン単結晶の直胴部から採取されたものを用いることで、ゲッタリング能を充分に確保できる酸素析出物密度が１×１０^４〜１×１０^６個／ｃｍ^３であるシリコンウェーハを得ることが可能となる。
酸素濃度が１２×１０^１７未満であると、育成されたシリコン単結晶から採取されたシリコンウェーハではゲッタリング能を充分に確保できる酸素析出物密度が得られない虞が生じる。また、１８×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３を越える酸素濃度であると、育成されたシリコン単結晶から採取されたシリコンウェーハにＯＳＦが検出される虞が生じる。

なお、酸素濃度の調整は、るつぼの回転数や炉内圧力、ヒータなどを調整することによって行なうことができ、本発明において、酸素濃度が１４×１０^１７〜１５×１０^１７ａｔｏｍｓ/ｃｍ^３（ＡＳＴＭ−Ｆ１２１ １９７９）であるシリコン単結晶を製造することで、より一層優れたゲッタリング能を有するシリコンウェーハを得ることが可能となる。

本発明のシリコン単結晶の育成方法において、水素原子含有物質の気体は、水素ガスとすることができるが、例えば、Ｈ_２Ｏ、ＣＨ_４、ＨＣＬ等の水素原子を含む無機化合物や、シランガス、ＣＨ_４・Ｃ_２Ｈ_２などの炭化水素、アルコール、カルボン酸等の水素原子を含む各種物質の気体から選択される１種または複数のガスを用いることができる。
なお、水素原子含有物質の気体として水素ガスを用いる場合には、市販の水素ガスボンベ、水素ガス貯蔵タンク、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させた水素タンク等から専用の配管を通じて引き上げ炉内に供給させることができる。
また、不活性ガス(希ガス)としては、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅから選択される１種または複数のガスを用いることができる。通常、安価なアルゴン（Ａｒ）ガスが用いられるが、ＡｒガスにＨｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅなどの他の不活性ガスを混合したものを用いてもよい。

なお、雰囲気ガス中における酸素ガス（Ｏ_２）の濃度は、水素原子含有物質の気体の水素分子換算での濃度をαとし、酸素ガス（Ｏ_２）濃度をβとしたとき、α−２β≧３％（体積％）を満たすものとされる。上記式を満たさない場合、雰囲気ガス中における酸素ガス（Ｏ_２）の濃度βと水素原子含有物質の気体の水素分子換算での濃度αとが上記式を満たさない場合、シリコン単結晶中に取り込まれた水素原子によるＧｒｏｗｎ-ｉｎ欠陥の生成を抑制する効果が得られない。

なお、本発明においては、炉内圧が４〜６．７ｋＰａ（３０〜５０Ｔｏｒｒ）の範囲である場合、雰囲気ガス中には、２０体積％以下の濃度で窒素（Ｎ_２）が存在してもよい。窒素濃度が２０体積％を超える場合、シリコン単結晶が有転位化する恐れがある。

本発明によれば、ゲッタリング能を充分に確保できる酸素析出物密度を有する酸素析出促進領域（ＰＶ領域）および／または酸素析出抑制領域（ＰＩ領域）からなるシリコンウェーハの製造方法を提供することができる。

以下、本発明に係る第１実施形態を、図面に基づいて説明する。
図８(図８差し替え願います)は、本実施形態におけるシリコン単結晶の育成方法を実施するのに適したＣＺ炉の縦断面図である。
図８に示すＣＺ炉は、チャンバー内の中心部に配置された坩堝１と、坩堝１の外側に配置されたヒータ２と、ヒータ２の外側に配置された磁場供給装置９とを備えている。坩堝１は、内側にシリコン融液３を収容する石英坩堝１ａを外側の黒鉛坩堝１ｂで保持する二重構造であり、ペディスタルと呼ばれる支持軸により回転および昇降駆動される。
坩堝１の上方には、円筒形状の熱遮蔽体７が設けられている。熱遮蔽体７は、黒鉛で外殻を作り、内部に黒鉛フェルトを充填した構造である。熱遮蔽体７の内面は、上端部から下端部にかけて内径が漸減するテーパー面になっている。熱遮蔽体７の上部外面は内面に対応するテーパー面であり、下部外面は、熱遮蔽体７の厚みを下方に向かって漸増させるようにほぼストレート面に形成されている。

このＣＺ炉は、融点から１３５０℃までの結晶中心部での軸方向温度勾配Ｇｃと融点から１３５０℃までの結晶外周部での軸方向温度勾配Ｇｅとの比Ｇｃ/Ｇｅが１．１〜１．４より好ましくは、１．２〜１．４、温度勾配Ｇｃが３．０〜３．５℃／ｍｍより好ましくは、３．２〜３．３となるホットゾーン構造を備えたものであり、育成中のシリコン単結晶の温度が１０００〜８００℃の範囲である時間、言い換えると、育成中のシリコン単結晶が１０００〜８００℃温度範囲を通過する時間が、８０〜１８０分、より好ましくは１００〜１５０分とされるものである。このようなホットゾーン構造は、熱遮蔽体７および水冷手段８（冷却手段）により構成される。

熱遮蔽体７は、ヒータ２およびシリコン融液３面からシリコン単結晶６の側面部への輻射熱を遮断するものであり、育成中のシリコン単結晶６の側面を包囲するとともに、シリコン融液３面を包囲するものである。熱遮蔽体７の仕様例を挙げると次のとおりである。半径方向の幅Ｗは例えば５０ｍｍ、逆円錐台面である内面の垂直方向に対する傾きθは例えば２１°、熱遮蔽体７の下端の融液面からの高さＨ１は例えば６０ｍｍとする。

水冷手段８は、熱遮蔽体７の内側に取り付けられている。水冷手段８を熱遮蔽体７の内側に取り付けることで、効果的にシリコン単結晶６の側面部を冷却できるとともに、熱遮蔽体７の内側を高速で下降する不活性ガス流により、水冷手段８へのＳｉＯの析出が抑制されるようになる。
ここで使用される水冷手段８としては、銅やステンレス等からなるコイル状の通水管や、通水隔壁を有する水冷ジャケット等を挙げることができる。水冷手段８の通水量は、１０リットル／分以上とすることが好ましい。水冷手段８の冷却能力は、水冷手段８の結晶引上方向の高さや融液表面からの設置距離を調整することによって調整可能であり、通水量に応じて通水管や水冷ジャケットの構成を適宜変更することができる。また、水冷手段８の冷却能力を調整することで、育成中のシリコン単結晶の側面部に負荷される熱応力が３０〜４５ＭＰａの範囲で変化するとともに、育成中のシリコン単結晶の温度が１０００〜８００℃の範囲である時間が、８０〜１８０分の範囲で変化する。
また、水冷手段８は引き上げる単結晶の直径をＤｃとするとき、冷却用部材はその内周面の径が１．２０Ｄｃ〜２．５０Ｄｃ、長さが０．２５Ｄｃ以上であり、融液表面から冷却用部材の下端面までの距離が０．３０Ｄｃ〜０．８５Ｄｃの範囲で設計することが望ましい。

また、磁場供給装置９から供給される磁場の強度は、水平磁場（横磁場）にあっては２０００〜４０００Ｇ、より好ましくは２５００〜３５００Ｇとされ、磁場中心高さが融液液面に対して−１５０〜＋１００ｍｍ、より好ましくは−７５〜＋５０ｍｍの範囲内になるように設定される。
また、カスプ磁場にあっては、磁場供給装置９から供給される磁場の強度は、２００〜１０００Ｇ、より好ましくは３００〜７００Ｇとされ、磁場中心高さが融液液面に対して−１００〜＋１００ｍｍ、より好ましくは−５０〜＋５０ｍｍの範囲内になるように設定される。
上記の磁場の強度で上記の磁場中心高さ範囲で磁場供給装置９から磁場を供給することで、対流を抑えることができ、固液界面の形状を好ましい形状とすることができる。

図８に示すＣＺ炉を用いてシリコン単結晶６の引き上げを行う場合、融点から１３５０℃までの結晶中心部での軸方向温度勾配Ｇｃが３．０〜３．２℃／ｍｍであり、結晶外周部での軸方向温度勾配Ｇｅが２．３〜２．５℃／ｍｍであり、Ｇｃ／Ｇｅは１．３程度となる。また、育成中のシリコン単結晶の側面部に負荷される熱応力は、３０〜４５ＭＰａとなる。この状態は、引き上げ速度を変えてもほとんど変わらない。

次に、図８に示すＣＺ炉を用い、単結晶を育成する雰囲気ガスとして、不活性ガスと水素ガスとの混合ガスを用いて、シリコン単結晶６の育成を行う方法について説明する。
（操業条件の設定）
まず、目標とする欠陥状態のシリコン単結晶を育成するための操業条件の設定を行なう。ここでは、操業条件の設定の一例として、酸素析出抑制領域（ＰＩ領域）からなる無欠陥結晶を育成するための操業条件の設定方法について説明する。まず、水素濃度と無欠陥結晶が得られる引き上げ速度の許容範囲を把握するために、雰囲気ガス中における水素分子分圧を例えば、０、２０、４０、１６０、２４０、４００Ｐａの混合比率とし、それぞれの条件で目標直径、例えば３００ｍｍの単結晶を育成する。

すなわち、るつぼ内に高純度シリコンの多結晶を例えば３００Ｋｇ装入し、単結晶の電気抵抗率を所望の値、例えば１０Ωｃｍになるようにｐ型（Ｂ，Ａｌ，Ｇａ等）またはｎ型（Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ等）のドーパントを添加する。装置内をアルゴン雰囲気で、減圧の１．３３〜２６．７ｋＰａ（１０〜２００ｔｏｒｒ）とし、雰囲気ガス中における水素分子分圧が上記の所定の混合比率となるように設定して炉内に流入させる。

次いで、磁場供給装置９から例えば３０００Ｇの水平磁場を磁場中心高さが融液液面に対して−７５〜＋５０ｍｍとなるように供給するとともに、ヒータ２によりシリコンの多結晶を加熱してシリコン融液３とし、シードチャック５に取り付けた種結晶をシリコン融液３に浸漬し、るつぼ１および引き上げ軸４を回転させつつ結晶引き上げをおこなう。このとき、所望の酸素濃度となるように、るつぼの回転数や炉内圧力、ヒータなどを調整する。結晶方位は｛１００｝、｛１１１｝または｛１１０｝のいずれかとし、結晶無転位化のためのシード絞りをおこなった後、ショルダー部を形成させ、肩変えして目標ボディ径とする。

そして、ボディ長さが例えば３００ｍｍに達した時点で、引き上げ速度を臨界速度よりも充分大きな、例えば１．０ｍｍ／ｍｉｎに調整し、その後引き上げ長さに応じてほぼ直線的に引き上げ速度を低下させ、ボディ長さが例えば６００ｍｍに達したときに臨界速度よりも小さい例えば０．３ｍｍ／ｍｉｎとなるようにし、その後はこの引き上げ速度で例えば１６００ｍｍまでボディ部を育成し、通常条件でテイル絞りを行った後、結晶成長を終了する。

このようにして、異なる水素濃度で育成された単結晶を引き上げ軸に沿って縦割りし、引き上げ軸近傍を含む板状試片を作製し、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の分布を観察するために、Ｃｕデコレーションを行う。まず、それぞれの試片を硫酸銅水溶液に浸漬した後自然乾燥し、窒素雰囲気中で９００℃で、２０分程度の熱処理を施す。その後、試片表層のＣｕシリサイド層を除去するために、ＨＦ／ＨＮＯ_３ 混合溶液中に浸漬し、表層数十ミクロンをエッチング除去した後、Ｘ線トポグラフ法によりＯＳＦリングの位置や各欠陥領域の分布を調査する。また、このスライス片のＣＯＰの密度を、例えばＯＰＰ法、転位クラスタの密度を例えばＳｅｃｃｏエッチング法にてそれぞれ調査する。

上記のような引き上げ実験によって、赤外線散乱体欠陥発生領域、ＯＳＦ発生領域、ＰＶ領域、ＰＩ領域、転位クラスター発生領域の各欠陥領域のＶ／Ｇと水素濃度との関係が得られる。また、引き上げ速度を変化させる位置を、３００ｍｍから６００ｍｍ、５００ｍｍから８００ｍｍおよび７００ｍｍから１０００ｍｍように異なる部位で数箇所実施することで、酸素析出抑制領域（ＰＩ領域）からなる無欠陥結晶の引き上げ速度マージンと結晶軸方向位置との関係が求められ、酸素析出抑制領域（ＰＩ領域）からなる無欠陥結晶を得るための操業条件の設定が可能となる。

（シリコン単結晶の育成）
次に、図８に示すＣＺ炉を用い、単結晶を育成する雰囲気ガスとして、不活性ガスと水素ガスとの混合ガスを用いて、上述した方法により設定された適切な操業条件で、直胴部が酸素析出抑制領域（ＰＩ領域）からなる無欠陥領域であるシリコン単結晶６の育成を行う。
このようにしてシリコン単結晶が育成されると、通常の加工方法にしたがいＩＤソーまたはワイヤソー等の切断装置でスライスし、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に加工する。なお、これらの工程の他にも洗浄等種々の工程があり、工程順の変更、省略等目的に応じ適宜工程は変更使用される。
このようにして得られたウェーハにＲＴＡ処理を行なうことで、ＤＺ層形成における酸素外方拡散のための高温で長時間の熱処理を行うことなく、ゲッタリング能を充分に確保できる１×１０^４〜１×１０^６個／ｃｍ^２の酸素析出物密度、サイズ、および、デバイス活性領域が完全に無欠陥とできる充分なＤＺ幅がウェーハの面内で均一にできる優れたウェーハとすることができる。

本実施形態のシリコン単結晶の育成方法によれば、単結晶を育成する雰囲気ガスを、不活性ガスと水素ガスとの混合ガスとし、融点から１３５０℃までの結晶中心部での軸方向温度勾配Ｇｃと融点から１３５０℃までの結晶外周部での軸方向温度勾配Ｇｅとの比Ｇｃ／Ｇｅが１．１〜１．４、前記結晶中心部での軸方向温度勾配Ｇｃが３．０〜３．５℃／ｍｍとなるように育成中のシリコン単結晶の温度を制御するので、無欠陥結晶の引き上げ速度マージンが広くなる。このため、ＯＳＦ発生領域とＰＶ領域およびＰＩ領域との混在を回避する引き上げ速度マージンでのシリコン単結晶の育成が可能となる。その結果、ＯＳＦが顕在化しないように酸素濃度を１２×１０^１７ａｔｏｍｓ/ｃｍ^３（ＡＳＴＭ−Ｆ１２１ １９７９）以下の低い濃度にする必要がなくなり、酸素濃度が１２×１０^１７〜１８×１０^１７ａｔｏｍｓ/ｃｍ^３（ＡＳＴＭ−Ｆ１２１ １９７９）であるシリコン単結晶６を製造することができる。
なお、上述した実施形態では、水冷手段８（冷却手段）により育成中のシリコン単結晶の側面部を積極的に冷却した場合を例に挙げて説明したが、本発明は、水冷手段８（冷却手段）により育成中のシリコン単結晶の側面部を冷却する場合のみに限定されるものではなく、育成中のシリコン単結晶の側面部を冷却できれば他のいかなる手段を用いて冷却してもよい。

本発明を検証するために以下に示す実験を行なった。
「実験例１〜実験例３」
以下に示すホットゾーン構造１を有する育成装置を用い、上述した方法により設定された操業条件で、るつぼ内に高純度シリコンの多結晶を３００Ｋｇ装入し、雰囲気ガスとして、アルゴンガス中に水素ガスを水素分子分圧が２４０Ｐａとなるように混合した混合ガスを用いて、外径３００ｍｍ、ボディ長さ１６００ｍｍ、表１に示す酸素濃度の無欠陥結晶であるシリコン単結晶の育成を行った。

（ホットゾーン構造１）
図８に示すＣＺ炉を用い、水冷手段８の冷却能力を、寸法が内径６００ｍｍ、高さ２００ｍｍとし、その下面が融液表面から１５０ｍｍとなるように設置するとともに、磁場供給装置９から３０００Ｇの水平磁場を磁場中心高さが融液液面に対して０ｍｍ程度となるように供給し、供給融点から１３５０℃までの結晶中心部での軸方向温度勾配Ｇｃが３．２℃／ｍｍであり、結晶外周部での軸方向温度勾配Ｇｅが２．２℃／ｍｍであり、Ｇｃ／Ｇｅが１．３となるホットゾーン構造とした。

「実験例４、実験例５」
以下に示すホットゾーン構造２を有する育成装置を用い、るつぼ内に実験例１と同様の高純度シリコンの多結晶を３００Ｋｇ装入し、雰囲気ガスとしてアルゴンガスを用いて、外径３００ｍｍ、ボディ長さ１６００ｍｍ、表２に示す酸素濃度の無欠陥結晶であるシリコン単結晶の育成を行った。

（ホットゾーン構造２）
水冷手段８および熱遮蔽体７のないＣＺ炉を用い、ホットゾーン構造１と同様にして水平磁場を供給し、融点から１３５０℃までの結晶中心部での軸方向温度勾配Ｇｃが ２．８℃／ｍｍであり、結晶外周部での軸方向温度勾配Ｇｅが２．５℃／ｍｍであり、Ｇｃ／Ｇｅが１．１となるホットゾーン構造とした。

このようにして得られた実験例１〜実験例５のシリコン単結晶をスライスして得られたシリコンウェーハに１０００℃、１６時間の熱処理を施し、エッチピット法でＯＳＦ濃度の測定を行なった。その結果を表１および表２に示す。
なお、ＯＳＦ濃度の測定は、１０００℃、９０分の評価用熱処理を施した後、弗酸と純水の混合液で酸化膜を除去した後、セコエッチによりウェーハ表面に現れているＯＳＦを選択的にエッチングして顕在化させ、光学顕微鏡によりＯＳＦ密度を計測するエッチピット法により求めた。

また、上述した熱処理後の実験例１〜実験例５それぞれのシリコンウェーハについて、シリコンウェーハの内部に形成されたＢＭＤ密度を測定し、シリコンウェーハの中心からの距離とＢＭＤ密度との関係を調べた。その結果を図９、図１０に示す。
なお、ＢＭＤの密度は、熱処理後のシリコンウェーハに酸化雰囲気で１０００℃／１６ｈｒの追加熱処理を施すことで析出物を成長させ、ウェーハ劈開後にウェットエッチング（ライトエッチング）を２ミクロン実施し、劈開断面であるウェーハ表面のピットを光学顕微鏡（赤外散乱法）でカウントして求めた。

また、ＢＭＤ密度とＯＳＦ濃度の測定の結果から、シリコンウェーハの欠陥領域を調べた。その結果を表１および表２に示す。

図９に示すように、本発明の実施例である実験例１では、シリコンウェーハの中心からの距離が１０〜７０ｍｍである領域、および１２０〜１４５ｍｍである領域のＢＭＤ密度が１×１０^５個／ｃｍ^２、シリコンウェーハの中心からの距離が７０〜１２０ｍｍである領域のＢＭＤ密度が１×１０^４個／ｃｍ^２以上であり、ゲッタリング能を充分に確保できるものであることが確認できた。また、実験例１では、ＯＳＦの発生はわずかであった。
また、実験例１では、シリコンウェーハの中心からの距離が１０〜７０ｍｍである領域、および１２０〜１４５ｍｍである領域は、ＰＶ領域であり、シリコンウェーハの中心からの距離が７０〜１２０ｍｍである領域は、ＰＩ領域であり、表１に示すように、ＰＶ領域とＰＩ領域とが混在していることが確認できた。

また、図９に示すように、本発明の実施例である実験例２では、ＢＭＤ密度が１×１０^４個／ｃｍ^２以上であって、シリコンウェーハの面内で全域に渡って均一であり、ゲッタリング能を充分に確保できるものであることが確認できた。また、実験例２は、ＯＳＦの発生はなく、ＰＩ領域のみからなることが確認できた。

また、図９に示すように、本発明の実施例である実験例３では、ＢＭＤ密度が１×１０^５個／ｃｍ^２であって、シリコンウェーハの面内で全域に渡って均一であり、優れたゲッタリング能を確保できるものであることが確認できた。また、実験例３は、ＯＳＦの発生はなく、ＰＩ領域のみからなることが確認できた。

これに対し、図１０に示すように、本発明の比較例である実験例４では、ＢＭＤ密度が１×１０^４個／ｃｍ^２程度であって、本発明の実施例である実験例１〜実験例３と比較して、シリコンウェーハの面内でのばらつきが大きかった。また、実験例４では、表２に示すように、本発明の実施例である実験例１〜実験例３よりも酸素濃度を低くしたにもかかわらず、ＯＳＦが多数観察された。
また、実験例４では、表１に示すように、ＯＳＦ領域、ＰＶ領域、ＰＩ領域が混在していることが確認できた。

また、図１０に示すように、本発明の比較例である実験例５では、ＢＭＤ密度が１×１０^５個／ｃｍ^２程度であったが、表２に示すように、本発明の実施例である実験例１および実験例２と同じ酸素濃度としたにもかかわらず、ＯＳＦが検出限界を超えて非常に多数観察された。
また、実験例５では、表１に示すように、ＯＳＦ領域、ＰＶ領域、ＰＩ領域が混在していることが確認できた。

ＣＺ法にて得られたシリコン単結晶の径方向における欠陥分布状態を説明するための断面図である。 シリコン単結晶の側面部において温度勾配Ｇを制御するための温度調整を行なわないことにより、結晶中心部での温度勾配（Ｇｃ）が結晶外周部での温度勾配（Ｇｅ）より小さく（Ｇｃ＜Ｇｅ）なるホットゾーン構造をもつ育成装置を用い、引き上げ時の引き上げ速度を徐々に低下させて育成したシリコン単結晶の断面の欠陥分布状態を説明するための図である。 育成中のシリコン単結晶の側面部を冷却することにより、結晶中心部での温度勾配（Ｇｃ）が結晶外周部での温度勾配（Ｇｅ）と同一かこれより大きく（Ｇｃ≧Ｇｅ）なるホットゾーン構造をもつ育成装置を用い、引き上げ時の引き上げ速度を徐々に低下させて育成したシリコン単結晶の断面の欠陥分布状態を説明するための図である。 本発明のシリコン単結晶の育成方法を用いて得られたシリコン単結晶の断面の欠陥分布状態を説明するための図である。 雰囲気中の水素分圧とＶ／Ｇとの関係を示したグラフである。 Ｇｃ/Ｇｅが１．１〜１．４であり、軸方向温度勾配Ｇｃが３．０〜３．３℃／ｍｍであるホットゾーン構造を有する育成装置を用い、引き上げ時の引き上げ速度を徐々に低下させて育成したシリコン単結晶の断面の欠陥分布状態を説明するための図である。 Ｇｃ/Ｇｅが１．１〜１．４であり、軸方向温度勾配Ｇｃが３．０〜３．３℃／ｍｍであるホットゾーン構造を有する育成装置を用い、かつ、引き上げ炉内に水素が添加された不活性ガスを供給し、引き上げ時の引き上げ速度を徐々に低下させて育成したシリコン単結晶の断面の欠陥分布状態を説明するための図である。 本発明のシリコン単結晶の育成方法を実施するのに適したＣＺ炉の縦断面図である。 シリコンウェーハの中心からの距離とＢＭＤ密度との関係を示したグラフである。 シリコンウェーハの中心からの距離とＢＭＤ密度との関係を示したグラフである。

符号の説明

１ 坩堝、１ａ 石英坩堝、１ｂ 黒鉛坩堝、２ ヒータ、３ シリコン融液、４ 引上げ軸、５ シードチャック ６ 単結晶 ７ 熱遮蔽体、８ 水冷手段、９磁場供給装置

Claims (10)

1. チョクラルスキー法により酸素濃度が１２×１０^１７〜１８×１０^１７ａｔｏｍｓ/ｃｍ^３（ＡＳＴＭ−Ｆ１２１ １９７９）であるシリコン単結晶を育成する方法であって、
   育成中のシリコン単結晶の側面部を冷却し融点から１３５０℃までの結晶中心部での軸方向温度勾配Ｇｃと融点から１３５０℃までの結晶外周部での軸方向温度勾配Ｇｅとの比Ｇｃ／Ｇｅが１．１〜１．４、前記結晶中心部での軸方向温度勾配Ｇｃが３．０〜３．５℃／ｍｍとなるように育成中のシリコン単結晶の温度を制御するとともに、
   単結晶を育成する雰囲気ガスが水素原子含有物質の気体を含み、
   前記雰囲気ガス中における水素原子含有物質の気体の水素分子分圧を４０〜１６０Ｐａとするか１６０〜４００Ｐａとすることにより、ＰＶ領域およびＰＩ領域との混在を回避して、全面がＰＶ領域であるシリコンウェーハが得られるシリコン単結晶と、全面がＰＩ領域であるシリコンウェーハが得られるシリコン単結晶との作り分けをおこなうことを特徴とするシリコン単結晶の育成方法。
2. 前記水素分圧が１００〜２５０Ｐａとされ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育成方法。
3. 前記水素原子含有物質の気体が、水素ガス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育成方法。
4. 前記酸素濃度が１３×１０^１７〜１６×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（０１ｄ−ＡＳＴＭ）であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のシリコン単結晶の育成方法。
5. 育成中のシリコン単結晶の温度が１０００〜８００℃の範囲である時間が、８０〜１８０分であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のシリコン単結晶育成方法。
6. 育成中のシリコン単結晶の側面部に負荷される熱応力が３０〜４５ＭＰａの範囲とされることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のシリコン単結晶育成方法。
7. 前記雰囲気ガス中における酸素ガス（Ｏ _２ ）の濃度は、前記水素原子含有物質の気体の水素分子換算での濃度をαとし、酸素ガス（Ｏ _２ ）濃度をβとしたとき、α−２β≧３％（体積％）を満たすものとされることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のシリコン単結晶育成方法。
8. 炉内圧が４〜６．７ｋＰａの範囲である場合、雰囲気ガス中には、２０体積％以下の濃度で窒素が存在してなることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載のシリコン単結晶育成方法。
9. 水平磁場（横磁場）にあっては磁場強度が２０００〜４０００Ｇとされ、磁場中心高さが融液液面に対して−７５〜＋５０ｍｍの範囲内になるように設定され、カスプ磁場にあっては、磁場強度が３００〜７００Ｇとされ、磁場中心高さが融液液面に対して−５０〜＋５０ｍｍの範囲内になるように設定されて磁場を供給することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載のシリコン単結晶育成方法。
10. 引き上げる単結晶の直径をＤｃとするとき、前記冷却用部材はその内周面の径が１．２０Ｄｃ〜２．５０Ｄｃ、長さが０．２５Ｄｃ以上であり、融液表面から冷却用部材の下端面までの距離が０．３０Ｄｃ〜０．８５Ｄｃであることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載のシリコン単結晶育成方法。

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