シリコン単結晶の引上げ方法により引上げられたインゴットから得られたシリコン単結晶ウェーハ
【課題】鞍型形状のコイルを用いて印加する水平方向の磁場における、横磁場成分と縦磁場成分の割合を制御することで、引上げる単結晶の局所的な酸素濃度のばらつきを抑制し得る、シリコン単結晶の引上げ方法により引上げられたインゴットから切り出され、外周研削及び面取り加工が施されたシリコン単結晶ウェーハを提供する。
【解決手段】前記シリコン単結晶インゴットの直径が４５０ｍｍ以上であり、かつ面取り加工後のシリコン単結晶ウェーハの直径のうち、外周から１０％の領域を除いて、前記ウェーハの酸素濃度のばらつき（面内酸素濃度差／面内酸素濃度平均値）が５％以下であるシリコン単結晶ウェーハである。４５０ｍｍ又は６７５ｍｍの大口径のウェーハに用いられる。
【選択図】図４
【解決手段】前記シリコン単結晶インゴットの直径が４５０ｍｍ以上であり、かつ面取り加工後のシリコン単結晶ウェーハの直径のうち、外周から１０％の領域を除いて、前記ウェーハの酸素濃度のばらつき（面内酸素濃度差／面内酸素濃度平均値）が５％以下であるシリコン単結晶ウェーハである。４５０ｍｍ又は６７５ｍｍの大口径のウェーハに用いられる。
【選択図】図４
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大口径のシリコン単結晶の引上げ方法に関し、詳しくは、石英ルツボ内の原料融液に磁場を印加しつつ、前記融液から単結晶を引上げる磁場印加ＣＺ法（Magnetic field applied Czochralski Method；以下、ＭＣＺ法という。）により、大口径のシリコン単結晶を引上げる方法により得られたシリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコン単結晶ウェーハに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、製造する単結晶の大口径化に伴い、この単結晶の引上げに使用する石英ルツボサイズも大型化し、石英ルツボ内の融液の体積が増大してきている。この増大した体積の融液の熱対流をいかに制御するかということが課題となっている。
【０００３】
その方策の一つとして、ルツボ内の原料融液に磁場を印加するＭＣＺ法が知られている。ＭＣＺ法は、原料融液に磁場を印加することにより、磁力線に直交する方向の融液対流を抑制するものである。ＭＣＺ法における磁場の印加方法には種々の種類があるが、酸素濃度の制御や単結晶化率の向上のため、水平方向に磁場を印加するＨＭＣＺ法（Horizontal Magnetic field applied CZ法）の実用化が進んでいる。
【０００４】
しかし、ＨＭＣＺ法により、原料融液に水平磁場を印加した場合、酸素濃度を低下させることは可能であるが、酸素濃度のミクロなばらつきが生じるという不具合があった。この不具合を解消するために従来様々な検討が行われてきた。
【０００５】
例えば、結晶引上げ開始時の電磁石のコイル中心軸の垂直方向の位置を、ルツボ内融液下面の垂直方向の位置を含む適宜値に制御する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１では、ルツボ内の結晶成長界面近傍の融液に印加される磁場の強度を弱めて融液対流の自由度を高めるとともに、ルツボの底部近傍の融液では、これに印加される磁場の強度を強めてその対流を抑制するように構成したので、ミクロな酸素濃度のばらつきが小さい単結晶を引上げることができる。更に、酸素が主に融液に溶解するルツボ底部においては融液の対流が有効に抑制されるため、酸素濃度が低く、かつ欠陥の少ない大直径の単結晶を安定して製造することができる上、融液がルツボを浸食し難くなるので、ルツボの寿命を延ばすことができ、引上げ単結晶量当たりに要するルツボ個数を減少させることができる。
【０００６】
また、電磁石のコイル中心軸がルツボ内融液における深さ方向の中心部又は、これにより下方を通るように、これら電磁石とルツボとの上下方向の相対位置を設定すること、融液深さ方向の磁場強度が平均値の０．８〜１．２の範囲内に制御すること、電磁石のコイル径が単結晶引上げ開始時のルツボ内融液深さの３倍以上とすることが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
また、単結晶の引上げ量増加にあわせて、融液の液面位置がほぼ一定となるようにルツボを上昇させるとともに、磁場印加装置を該ルツボに追従上昇させる製造方法が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。この特許文献３では、磁場を常に対流抑制等に関する最適位置に保持することができ、ひいては酸素濃度が低く均質な単結晶が得やすくなる。
【０００８】
また、ルツボ軸上のルツボ内の原料融液表面の磁場強度を、ルツボ軸上のルツボ底面の磁場強度の０．８〜０．９５倍に制御するか、ルツボ軸を中心に左右に対向配置された電磁石のコイル面に開き角度をつけ、その開き角度を０〜３０度の範囲内に制御するシリコン単結晶の製造方法が開示されている（例えば、特許文献４参照。）。この特許文献４によれば、成長単結晶の成長方向の局所的な酸素濃度の均一性が高いシリコン単結晶を高生産性、高歩留まりで育成できる。更に、ルツボ内の原料融液表面のルツボ内壁における磁束ベクトルの傾きを１４〜２０度の範囲内に制御するか、左右の電磁石コイルの間隔Ｂとルツボ内径Ａとの比、Ａ／Ｂを０．３〜０．６の範囲内とするか、電磁石コイルの直径Ｒと引上げ開始時のルツボ内融液深さＤとの比、Ｄ／Ｒが０．５以下とすることで、その効果を高めることができる。
【０００９】
また、鞍型形状のコイルを用いて原料融液に水平磁場を印加しつつ、単結晶中の酸素濃度を制御するために、コイルの上下方向位置を変更する単結晶成長方法が開示されている（例えば、特許文献５参照。）。この特許文献５によれば、ルツボ回転数を操作せずとも酸素濃度を制御でき、これによりルツボ回転数を低位に抑制できる。
【００１０】
更に、原料融液の融液面からルツボの底部に向かう全域において、磁場強度を単調に漸増、又は漸減するように磁場を印加可能とされ、印加される磁場の最強強度の０．６倍〜０．９倍の範囲に設定されるシリコン単結晶引上げ装置が開示されている（例えば、特許文献６参照。）。この特許文献６によれば、引上げたシリコン単結晶インゴットの酸素濃度はインゴットの成長方向の長さ全域にわたって一定の割合で減少し、不安定な領域が生じることがなく、よって、不純物濃度が不均一に分布することを抑制でき、酸素濃度及びドーパント濃度が微小な範囲でばらつくことを防止し、ドーパント濃度のばらつきによる抵抗率のばらつきを防止し、デバイス工程においてデバイス特性及び収率を良好に保つことが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平９―１８８５９０号公報（請求項１、段落［００３５］、第１図）
【特許文献２】特開平８−３３３９１９号公報（請求項１，３，５、第１図）
【特許文献３】国際公開第０２／１０４８５号パンフレット（第３頁第２０行〜２４行目、第４頁第１０行〜１４行目）
【特許文献４】特開２０００−１１９０９５号公報（請求項１〜６、段落［０００５］、第１図）
【特許文献５】特開２００４−１８９５５９号公報（請求項１、段落［００１８］）
【特許文献６】特開２００７−２１０８６５号公報（請求項２，３、段落［００１４］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、結晶径を３００ｍｍウェーハ用、４５０ｍｍウェーハ用と大口径化するに伴って、様々な問題が生じてきた。具体的には、上記大口径のシリコン単結晶を引上げるためには引上げ炉自体を大きくしなければならない。そうすると、従来水平磁場の印加にはヘルムホルツ型の磁場印加装置が使用されていたが、このヘルムホルツ型の磁場印加装置も大型化しなければならない。しかしながら、従来の小口径単結晶の引上げでの水平磁場印加に用いられてきたヘルムホルツ型の磁場印加装置でさえ、装置自体が大きく、また磁場の漏れも大きいため、大口径化に伴い、１台当たり、より大きな設置面積が必要となり、また、磁場漏れによる生産コストの上昇も懸念される。特に、４５０ｍｍウェーハ用単結晶の引上げでは、非常に大きな設置面積となるため、ヘルムホルツ型の採用が難しい状況となっている。
【００１３】
そこで、水平磁場を印加するに当たって、ヘルムホルツ型に比べて小さい起磁力で同じ強度の磁界を発生でき、また、コイルを小型化できるため小さな設置面積で済む、鞍型形状のコイルを用いた磁場印加装置を採用することが考えられるが、ヘルムホルツ型で大きなコイルを用いた場合と同程度の平行な水平磁場を得ることは難しい問題があった。具体的には、磁場中心から離れるにつれて磁場強度の変化が大きくなり、縦磁場成分の割合が大きくなる傾向があった。
【００１４】
このように、原料融液内で、縦磁場成分の割合が大きい領域や小さい領域が生じると、融液対流の抑制効果が石英ルツボ内で不均一になって、酸素濃度の変動に繋がり易くなると推察される。更に、単結晶の引上げとともに原料融液量が変化するため、対流制御は極めて難しくなると考えられる。
【００１５】
本発明の目的は、鞍型形状のコイルを用いて印加する水平方向の磁場における、横磁場成分と縦磁場成分の割合を制御することで、引上げる単結晶の局所的な酸素濃度のばらつきを抑制し得る、シリコン単結晶の引上げ方法により引上げられたインゴットから切り出され、外周研削及び面取り加工が施された４５０ｍｍ又は６７５ｍｍの大口径ウェーハに用いられるシリコン単結晶ウェーハを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に係る発明は、石英ルツボを挟んで対向配置され、チャンバの外径に沿って湾曲した一対の鞍型形状のコイルにより、前記石英ルツボに貯留されたシリコン原料融液に水平方向に磁場を印加しつつ、前記原料融液からシリコン単結晶インゴットを引上げる方法により引上げられた前記シリコン単結晶インゴットを外周研削し、スライスし、面取り加工して得られたシリコン単結晶ウェーハであって、前記シリコン単結晶インゴットの直径が４５０ｍｍ以上であり、かつ前記面取り加工後のシリコン単結晶ウェーハの直径のうち、外周から１０％の領域を除いて、前記シリコン単結晶ウェーハの酸素濃度ばらつき（面内酸素濃度差／面内酸素濃度平均値）が５％以下であることを特徴とする。
【００１７】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、前記シリコン単結晶インゴットの直径が、４５８ｍｍ以上６８３ｍｍ以下であるシリコン単結晶ウェーハである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のシリコン単結晶ウェーハは、鞍型形状のコイルを用いて印加する水平方向の磁場における、横磁場成分と縦磁場成分の割合を制御することで、引上げる単結晶の局所的な酸素濃度のばらつきを抑制し得るシリコン単結晶の引上げ方法を用いて、この方法により引上げられたシリコン単結晶インゴットを外周研削し、スライスし、面取り加工して得られる。このシリコン単結晶ウェーハは、面取り加工後のシリコン単結晶ウェーハの直径のうち、外周から１０％の領域を除いて、シリコン単結晶ウェーハの酸素濃度ばらつき（面内酸素濃度差／面内酸素濃度平均値）を５％以下とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】鞍型形状のコイルを用いて水平方向に磁場を印加したシリコン単結晶の引上げ装置の概略図である。
【図２】その装置に用いられた一対の鞍型形状の励磁コイルを示す斜視図である。
【図３】特定位置における印加する磁場の縦磁場成分ＢＺと横磁場成分ＢＹとの関係を説明する図である。
【図４】実施例１で引上げたシリコン単結晶インゴットの直胴長３０５ｍｍの位置で切り出したシリコン単結晶ウェーハにおける［Ｏｉ］面内分布を示す図である。
【図５】比較例１で引上げたシリコン単結晶インゴットの直胴長３００ｍｍの位置で切り出したシリコン単結晶ウェーハにおける［Ｏｉ］面内分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
本発明者らは、大口径のシリコン単結晶の引上げにおいて、鞍型形状のコイルを使用する場合に、局所的な酸素濃度のばらつきを抑制し、高品質なシリコン単結晶を得るためには、印加する水平方向の磁場における、横磁場成分と縦磁場成分の割合を制御する必要があることを見出し、本発明を完成した。
【００２２】
即ち、本発明は、石英ルツボを挟んで対向配置され、チャンバの外径に沿って湾曲した一対の鞍型形状のコイルにより、石英ルツボに貯留された原料融液に水平方向に磁場を印加しつつ、原料融液から単結晶を引上げるシリコン単結晶の引上げ方法により引上げられたインゴットから切り出されたシリコン単結晶ウェーハである。
この引上げ方法の特徴ある構成は、石英ルツボ内壁面での半径をＲ、引上げる単結晶の半径をｒ、磁場中心位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を（０，０，０）とするとき、印加する磁場の縦磁場成分ＢＺと横磁場成分ＢＹとの関係が、（０，±Ｒ，−Ｒ）の位置において｜縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ｜≦１．１、（０，±Ｒ／２，−Ｒ／２）の位置において｜縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ｜≦０．２５、かつ（０，±ｒ，−ｒ）の位置において｜縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ｜≦０．２５をそれぞれ満たすところにある。上記範囲をそれぞれ満たすように制御された状態でシリコン単結晶を引上げるとき、原料融液内では、引上げる単結晶の局所的な酸素濃度のばらつきに影響を与える程度の縦磁場成分の割合が大きい領域や小さい領域を生じることがなく、原料融液の対流が均一に近い状態となるため、結果として、引上げた単結晶の局所的な酸素濃度のばらつきが抑制され、酸素濃度の面内分布は安定する。
【００２３】
なお、本発明の引上げ方法でいうＺ軸は引上げ方向を、Ｙ軸はＺ軸と垂直をなし、かつ、水平方向の磁場印加方向を、Ｘ軸はＹ軸及びＺ軸とそれぞれ垂直をなす方向をいう。
【００２４】
図１に上記方法を実施する磁場印加式シリコン単結晶の引上げ装置１０を示す。この装置１０のチャンバ１１内には、原料融液１２を貯留する石英ルツボ１３が設けられ、この石英ルツボ１３の外周面は図示しない黒鉛サセプタにより被覆される。石英ルツボ１３の下面は上記黒鉛サセプタを介して支軸１４の上端に固定され、この支軸１４の下部は図示しないるつぼ駆動手段に接続される。るつぼ駆動手段は図示しないが石英ルツボ１３を回転させる第１回転用モータと、石英ルツボ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ルツボ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。
【００２５】
石英ルツボ１３の外周面は石英ルツボ１３から所定の間隔をあけてヒータ１６により包囲され、このヒータ１６は保温筒１５により包囲される。ヒータ１６は石英ルツボ１３に投入された高純度のシリコン多結晶体を加熱・溶解して原料融液１２にする。
【００２６】
またチャンバ１１の上端には図示しないが円筒状のケーシングが接続される。このケーシングには図示しない回転引上げ手段が設けられる。回転引上げ手段はケーシング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、ヘッドから石英ルツボ１３の回転中心に向かって垂下されたワイヤケーブル１７と、上記ヘッド内に設けられワイヤーブル１７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１７の下端には原料融液１２に浸してシリコン単結晶１９を引上げるための種結晶１８が取付けられる。
【００２７】
この引上げ装置１０には、チャンバ１１を挟むように一対の鞍型形状の励磁コイル２１，２１が設けられる。一対の鞍型形状の励磁コイル２１，２１は互いに同形同大であり、一方の励磁コイル２１を代表してその一般的な形状を説明すると、図２に示すように、励磁コイル２１は、チャンバ１１の外面に沿って水平方向に延びる半円状の上半円環状部２１ａと、その上環状部と所定の間隔を開けて下方に位置しチャンバ１１の外面に沿って水平方向に延びる半円状の下半円環状部２１ｂと、鉛直方向に延びて上半円環状部２１ａと下半円環状部２１ｂの各端部を相互に連結する一対の直線状部２１ｃ，２１ｄとを備える。一対の励磁コイル２１，２１はパワーリード線２２により直列に接続され、図示しない電源より各励磁コイル２１，２１に通電されると、図１に示すように両コイル２１，２１の中心を結ぶ水平方向に磁束を発生するように構成される。この一対の励磁コイル２１，２１は、上下動可能にチャンバ１１の外部に配置される。
【００２８】
次にこのシリコン単結晶の引上げ装置を用いた上記引上げ方法を説明する。
【００２９】
図１に示すように、石英ルツボ１３に高純度のシリコン多結晶体及びドーパント不純物を投入し、ヒータ１６によりこの高純度のシリコン多結晶体を加熱、溶解して原料融液１２にする。そして、シリコン単結晶１９の引上げ開始時の原料融液１２の液面位置と、励磁コイル２１，２１の鉛直方向の中心、即ち、磁場中心位置とが、磁場中心位置を融液表面位置に対して上にｒ×０．５から下にｒ×１．５の範囲となるように、一対の励磁コイル２１，２１の鉛直方向の位置が定められる。
【００３０】
次いで、図示しない電源より各励磁コイル２１，２１に通電して、図１に示すように両コイル２１，２１を結ぶ水平方向に磁束を発生させる。
【００３１】
ここで、鞍型形状の励磁コイル２１，２１により生じる磁場は、励磁コイル２１，２１の鉛直方向の中心に生じる実線で示す磁場については、横磁場成分のみから構成されるが、その実線で示す磁場から上下に離れた所に生じる一点鎖線で示す磁場では、結晶中心軸（コイル２１，２１の中間）以外において、磁場中心から離れると縦磁場成分が増大する。引上げる単結晶インゴットが大口径化されるほど石英ルツボの大きさも大きくなるため、この傾向は顕著となる。
【００３２】
そのため、本実施の形態では、図３に示すように、特定位置における印加する磁場の縦磁場成分ＢＺと横磁場成分ＢＹとの関係が、以下の式をそれぞれ満たすように制御し、この状態でシリコン単結晶インゴットを引上げる。
【００３３】
具体的には、石英ルツボ内壁面での半径をＲ、引上げる単結晶の半径をｒ、磁場中心位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を（０，０，０）とするとき、印加する磁場の縦磁場成分ＢＺと横磁場成分ＢＹとの関係が、（０，±Ｒ，−Ｒ）の位置において｜縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ｜≦１．１、（０，±Ｒ／２，−Ｒ／２）の位置において｜縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ｜≦０．２５、かつ（０，±ｒ，−ｒ）の位置において｜縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ｜≦０．２５をそれぞれ満たすように制御するものである。
【００３４】
このうち、（０，±Ｒ，−Ｒ）の位置において｜縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ｜≦１．０、（０，±Ｒ／２，−Ｒ／２）の位置において｜縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ｜≦０．２、かつ（０，±ｒ，−ｒ）の位置において｜縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ｜≦０．２をそれぞれ満たすように制御することが特に好ましい。
【００３５】
これにより、原料融液１２内では、引上げる単結晶の局所的な酸素濃度のばらつきに影響を与える程度の縦磁場成分の割合が大きい領域や小さい領域を生じることがなく、原料融液の対流が均一に近い状態となる。結果として、引上げた単結晶の局所的な酸素濃度のばらつきが抑制され、酸素濃度の面内分布は安定する。
【００３６】
なお、上記制御は、励磁コイル２１の大きさや形状などによって調節することができる。
【００３７】
続いて、上記のように印加する水平方向の磁場を制御した状態で、るつぼ駆動手段により支軸１４を介して石英ルツボ１３を、所定の速度で反時計方向に回転させる。このルツボ回転の速度は例えばシリコン単結晶インゴット１９の所望の酸素濃度など結晶品質によって異なる。そして回転引上げ手段の図示しない引上げ用モータによりワイヤケーブル１７を繰出して種結晶１８を降下させ、種結晶１８の先端部を原料融液１２に接触させる。その後種結晶１８を徐々に引上げることにより種絞り部を形成し、その種結晶１８の下方にシリコン単結晶インゴット１９を育成させる。シリコン単結晶インゴット１９を引上げる際に、種結晶１８が所定の速度で時計方向に回転するようワイヤケーブル１７を回転させる。
【００３８】
上記方法において、引上げるシリコン単結晶インゴットの直径は４５０ｍｍ以上、好ましくは４５８ｍｍ以上６８３ｍｍ以下である。即ち、大口径の４５０ｍｍ用ウェーハ、６７５ｍｍ用ウェーハに使用することができる大きさである。ここで、シリコン単結晶インゴットの大きさがウェーハとして使用する大きさよりも若干大きめとなっているのは、インゴットから製品として出荷されるウェーハとするまでに、外周研削や面取りなどの機械加工が施されて、その直径が小さくなることを考慮しているためである。
【００３９】
例えば、直径４５０ｍｍ用ウェーハの単結晶を引上げる場合には、石英ルツボ１３を例えば０．１〜１回転／分の速度で反時計方向に回転させ、ワイヤケーブル１７を５〜６回転／分の速度で時計方向に回転させることが好ましい。
【００４０】
このようにして引上げられたシリコン単結晶インゴットは、局所的な酸素濃度のばらつきが抑制されたものとなる。
【００４１】
そして、本発明のシリコン単結晶ウェーハは、上記方法により引上げられたシリコン単結晶インゴットを外周研削し、スライスし、面取り加工して得られたシリコン単結晶ウェーハである。この局所的な酸素濃度のばらつきが抑制されたインゴットから切り出されたウェーハは、面取り加工後のシリコン単結晶ウェーハの直径のうち、外周から１０％の領域を除いて、シリコン単結晶ウェーハの酸素濃度ばらつき（面内酸素濃度差／面内酸素濃度平均値）を５％以下とすることができる。
【実施例】
【００４２】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
図１に示すような、４５０ｍｍウェーハ用のシリコン単結晶の引上げ装置１０のチャンバ１１を挟むように一対の鞍型励磁コイル２１，２１を配置した。即ち、チャンバ１１内に設けられた石英ルツボ１３は、石英ルツボの直胴部の厚さを含めた石英ルツボの外径が３６インチ（約９００ｍｍ）であった。石英ルツボ内壁面での半径をＲはおよそ４５０ｍｍ、引上げるシリコン単結晶インゴットの半径ｒはおよそ２３０ｍｍである。
【００４３】
この励磁コイル２１，２１の鉛直方向の位置は、原料融液１２の液面位置と一致するように配置した。また、引上げ開始時において、図３に示すように、（０，±Ｒ，−Ｒ）の位置、即ち、（０，±４５０，−４５０）において│縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ│＝０．９、（０，±Ｒ／２，−Ｒ／２）の位置、即ち、（０，±２２５，−２２５）において│縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ│＝０．２、（０，±ｒ，−ｒ）の位置、即ち、（０，±２３０，−２３０）において│縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ│＝０．２となるようにした。
【００４４】
このような水平方向磁場印加式単結晶引上げ装置にて直胴部の直径が４５８ｍｍのシリコン単結晶棒１９を、回転速度が５〜６回／分であって引上げ速度が０．４〜０．５ｍｍ／分で引上げた。
【００４５】
また、引上げたシリコン単結晶インゴットを外周研削し、直胴長３０５ｍｍの位置でスライスし、面取り加工して得られたシリコン単結晶ウェーハにおける［Ｏｉ］面内分布を図４に示す。
【００４６】
＜比較例１＞
図１に示すような、４５０ｍｍウェーハ用のシリコン単結晶の引上げ装置１０のチャンバ１１を挟むように一対の鞍型励磁コイル２１，２１を配置した。即ち、チャンバ１１内に設けられた石英ルツボ１３は、石英ルツボの直胴部の厚さを含めた石英ルツボの外径が３６インチ（約９００ｍｍ）であった。石英ルツボ内壁面での半径をＲはおよそ４５０ｍｍ、引上げるシリコン単結晶インゴットの半径ｒはおよそ２３０ｍｍである。
【００４７】
この励磁コイル２１，２１の鉛直方向の位置は、原料融液１２の液面位置と一致するように配置した。また、引上げ開始時において、図３に示すように、（０，±Ｒ，−Ｒ）の位置、即ち、（０，±４５０，−４５０）において│縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ│＝１．５、（０，±Ｒ／２，−Ｒ／２）の位置、即ち、（０，±２２５，−２２５）において│縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ│＝０．２６、（０，±ｒ，−ｒ）の位置、即ち、（０，±２３０，−２３０）において│縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ│＝０．２６であった。
【００４８】
そして、実施例１と同様に、水平方向磁場印加式単結晶引上げ装置にて直胴部の直径が４５８ｍｍのシリコン単結晶棒１９を、回転速度が５〜６回／分であって引上げ速度が０．４〜０．５ｍｍ／分で引上げた。
【００４９】
引上げたシリコン単結晶インゴットを外周研削し、直胴長３００ｍｍの位置でスライスし、面取り加工して得られたシリコン単結晶ウェーハにおける［Ｏｉ］面内分布を図５に示す。
【００５０】
＜比較評価＞
図４から明らかなように、実施例１で引上げたインゴットから切り出されたシリコン単結晶ウェーハでは、結晶中心から外周近傍にかけて酸素濃度がほぼ一定に推移しており、本発明で規定した範囲を満たすように制御して引上げたシリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコン単結晶ウェーハは、デバイス製造に必要な領域において、良好な［Ｏｉ］面内分布が得られることが確認された。［Ｏｉ］測定には、ＦＴ−ＩＲを用い、ビームサイズは4ｍｍφとした。
【００５１】
なお、このシリコン単結晶ウェーハの外周から１０％の領域を除いた領域（図４中の「ｒ×９０％」で示した領域）における、面内酸素濃度差は０．２０ａｔｏｍｓ／ｃｃであり、また面内酸素濃度平均値は１２．８ａｔｏｍｓ／ｃｃであった。これらの値から酸素濃度ばらつき（面内酸素濃度差／面内酸素濃度平均値）を求めたところ、酸素濃度ばらつきは、５％以下であった。
【００５２】
一方、図５に示すように、比較例１で引上げたインゴットから切り出されたシリコン単結晶ウェーハの酸素濃度は、結晶中心から外周にかけて大きく変動していることが確認され、特に工夫を施さずに、単に鞍型形状のコイルを採用しただけでは、大口径のシリコン単結晶インゴットを引上げる場合に、酸素濃度のばらつきの問題を解消することができていないことが判った。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 引上げ装置
１１ チャンバ
１２ 原料融液
１３ 石英ルツボ
１４ 支軸
１５ 保温筒
１６ ヒータ
１７ ワイヤケーブル
１８ 種結晶
１９ シリコン単結晶
２１ 鞍型形状の励磁コイル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大口径のシリコン単結晶の引上げ方法に関し、詳しくは、石英ルツボ内の原料融液に磁場を印加しつつ、前記融液から単結晶を引上げる磁場印加ＣＺ法（Magnetic field applied Czochralski Method；以下、ＭＣＺ法という。）により、大口径のシリコン単結晶を引上げる方法により得られたシリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコン単結晶ウェーハに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、製造する単結晶の大口径化に伴い、この単結晶の引上げに使用する石英ルツボサイズも大型化し、石英ルツボ内の融液の体積が増大してきている。この増大した体積の融液の熱対流をいかに制御するかということが課題となっている。
【０００３】
その方策の一つとして、ルツボ内の原料融液に磁場を印加するＭＣＺ法が知られている。ＭＣＺ法は、原料融液に磁場を印加することにより、磁力線に直交する方向の融液対流を抑制するものである。ＭＣＺ法における磁場の印加方法には種々の種類があるが、酸素濃度の制御や単結晶化率の向上のため、水平方向に磁場を印加するＨＭＣＺ法（Horizontal Magnetic field applied CZ法）の実用化が進んでいる。
【０００４】
しかし、ＨＭＣＺ法により、原料融液に水平磁場を印加した場合、酸素濃度を低下させることは可能であるが、酸素濃度のミクロなばらつきが生じるという不具合があった。この不具合を解消するために従来様々な検討が行われてきた。
【０００５】
例えば、結晶引上げ開始時の電磁石のコイル中心軸の垂直方向の位置を、ルツボ内融液下面の垂直方向の位置を含む適宜値に制御する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１では、ルツボ内の結晶成長界面近傍の融液に印加される磁場の強度を弱めて融液対流の自由度を高めるとともに、ルツボの底部近傍の融液では、これに印加される磁場の強度を強めてその対流を抑制するように構成したので、ミクロな酸素濃度のばらつきが小さい単結晶を引上げることができる。更に、酸素が主に融液に溶解するルツボ底部においては融液の対流が有効に抑制されるため、酸素濃度が低く、かつ欠陥の少ない大直径の単結晶を安定して製造することができる上、融液がルツボを浸食し難くなるので、ルツボの寿命を延ばすことができ、引上げ単結晶量当たりに要するルツボ個数を減少させることができる。
【０００６】
また、電磁石のコイル中心軸がルツボ内融液における深さ方向の中心部又は、これにより下方を通るように、これら電磁石とルツボとの上下方向の相対位置を設定すること、融液深さ方向の磁場強度が平均値の０．８〜１．２の範囲内に制御すること、電磁石のコイル径が単結晶引上げ開始時のルツボ内融液深さの３倍以上とすることが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
また、単結晶の引上げ量増加にあわせて、融液の液面位置がほぼ一定となるようにルツボを上昇させるとともに、磁場印加装置を該ルツボに追従上昇させる製造方法が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。この特許文献３では、磁場を常に対流抑制等に関する最適位置に保持することができ、ひいては酸素濃度が低く均質な単結晶が得やすくなる。
【０００８】
また、ルツボ軸上のルツボ内の原料融液表面の磁場強度を、ルツボ軸上のルツボ底面の磁場強度の０．８〜０．９５倍に制御するか、ルツボ軸を中心に左右に対向配置された電磁石のコイル面に開き角度をつけ、その開き角度を０〜３０度の範囲内に制御するシリコン単結晶の製造方法が開示されている（例えば、特許文献４参照。）。この特許文献４によれば、成長単結晶の成長方向の局所的な酸素濃度の均一性が高いシリコン単結晶を高生産性、高歩留まりで育成できる。更に、ルツボ内の原料融液表面のルツボ内壁における磁束ベクトルの傾きを１４〜２０度の範囲内に制御するか、左右の電磁石コイルの間隔Ｂとルツボ内径Ａとの比、Ａ／Ｂを０．３〜０．６の範囲内とするか、電磁石コイルの直径Ｒと引上げ開始時のルツボ内融液深さＤとの比、Ｄ／Ｒが０．５以下とすることで、その効果を高めることができる。
【０００９】
また、鞍型形状のコイルを用いて原料融液に水平磁場を印加しつつ、単結晶中の酸素濃度を制御するために、コイルの上下方向位置を変更する単結晶成長方法が開示されている（例えば、特許文献５参照。）。この特許文献５によれば、ルツボ回転数を操作せずとも酸素濃度を制御でき、これによりルツボ回転数を低位に抑制できる。
【００１０】
更に、原料融液の融液面からルツボの底部に向かう全域において、磁場強度を単調に漸増、又は漸減するように磁場を印加可能とされ、印加される磁場の最強強度の０．６倍〜０．９倍の範囲に設定されるシリコン単結晶引上げ装置が開示されている（例えば、特許文献６参照。）。この特許文献６によれば、引上げたシリコン単結晶インゴットの酸素濃度はインゴットの成長方向の長さ全域にわたって一定の割合で減少し、不安定な領域が生じることがなく、よって、不純物濃度が不均一に分布することを抑制でき、酸素濃度及びドーパント濃度が微小な範囲でばらつくことを防止し、ドーパント濃度のばらつきによる抵抗率のばらつきを防止し、デバイス工程においてデバイス特性及び収率を良好に保つことが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平９―１８８５９０号公報（請求項１、段落［００３５］、第１図）
【特許文献２】特開平８−３３３９１９号公報（請求項１，３，５、第１図）
【特許文献３】国際公開第０２／１０４８５号パンフレット（第３頁第２０行〜２４行目、第４頁第１０行〜１４行目）
【特許文献４】特開２０００−１１９０９５号公報（請求項１〜６、段落［０００５］、第１図）
【特許文献５】特開２００４−１８９５５９号公報（請求項１、段落［００１８］）
【特許文献６】特開２００７−２１０８６５号公報（請求項２，３、段落［００１４］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、結晶径を３００ｍｍウェーハ用、４５０ｍｍウェーハ用と大口径化するに伴って、様々な問題が生じてきた。具体的には、上記大口径のシリコン単結晶を引上げるためには引上げ炉自体を大きくしなければならない。そうすると、従来水平磁場の印加にはヘルムホルツ型の磁場印加装置が使用されていたが、このヘルムホルツ型の磁場印加装置も大型化しなければならない。しかしながら、従来の小口径単結晶の引上げでの水平磁場印加に用いられてきたヘルムホルツ型の磁場印加装置でさえ、装置自体が大きく、また磁場の漏れも大きいため、大口径化に伴い、１台当たり、より大きな設置面積が必要となり、また、磁場漏れによる生産コストの上昇も懸念される。特に、４５０ｍｍウェーハ用単結晶の引上げでは、非常に大きな設置面積となるため、ヘルムホルツ型の採用が難しい状況となっている。
【００１３】
そこで、水平磁場を印加するに当たって、ヘルムホルツ型に比べて小さい起磁力で同じ強度の磁界を発生でき、また、コイルを小型化できるため小さな設置面積で済む、鞍型形状のコイルを用いた磁場印加装置を採用することが考えられるが、ヘルムホルツ型で大きなコイルを用いた場合と同程度の平行な水平磁場を得ることは難しい問題があった。具体的には、磁場中心から離れるにつれて磁場強度の変化が大きくなり、縦磁場成分の割合が大きくなる傾向があった。
【００１４】
このように、原料融液内で、縦磁場成分の割合が大きい領域や小さい領域が生じると、融液対流の抑制効果が石英ルツボ内で不均一になって、酸素濃度の変動に繋がり易くなると推察される。更に、単結晶の引上げとともに原料融液量が変化するため、対流制御は極めて難しくなると考えられる。
【００１５】
本発明の目的は、鞍型形状のコイルを用いて印加する水平方向の磁場における、横磁場成分と縦磁場成分の割合を制御することで、引上げる単結晶の局所的な酸素濃度のばらつきを抑制し得る、シリコン単結晶の引上げ方法により引上げられたインゴットから切り出され、外周研削及び面取り加工が施された４５０ｍｍ又は６７５ｍｍの大口径ウェーハに用いられるシリコン単結晶ウェーハを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に係る発明は、石英ルツボを挟んで対向配置され、チャンバの外径に沿って湾曲した一対の鞍型形状のコイルにより、前記石英ルツボに貯留されたシリコン原料融液に水平方向に磁場を印加しつつ、前記原料融液からシリコン単結晶インゴットを引上げる方法により引上げられた前記シリコン単結晶インゴットを外周研削し、スライスし、面取り加工して得られたシリコン単結晶ウェーハであって、前記シリコン単結晶インゴットの直径が４５０ｍｍ以上であり、かつ前記面取り加工後のシリコン単結晶ウェーハの直径のうち、外周から１０％の領域を除いて、前記シリコン単結晶ウェーハの酸素濃度ばらつき（面内酸素濃度差／面内酸素濃度平均値）が５％以下であることを特徴とする。
【００１７】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、前記シリコン単結晶インゴットの直径が、４５８ｍｍ以上６８３ｍｍ以下であるシリコン単結晶ウェーハである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のシリコン単結晶ウェーハは、鞍型形状のコイルを用いて印加する水平方向の磁場における、横磁場成分と縦磁場成分の割合を制御することで、引上げる単結晶の局所的な酸素濃度のばらつきを抑制し得るシリコン単結晶の引上げ方法を用いて、この方法により引上げられたシリコン単結晶インゴットを外周研削し、スライスし、面取り加工して得られる。このシリコン単結晶ウェーハは、面取り加工後のシリコン単結晶ウェーハの直径のうち、外周から１０％の領域を除いて、シリコン単結晶ウェーハの酸素濃度ばらつき（面内酸素濃度差／面内酸素濃度平均値）を５％以下とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】鞍型形状のコイルを用いて水平方向に磁場を印加したシリコン単結晶の引上げ装置の概略図である。
【図２】その装置に用いられた一対の鞍型形状の励磁コイルを示す斜視図である。
【図３】特定位置における印加する磁場の縦磁場成分ＢＺと横磁場成分ＢＹとの関係を説明する図である。
【図４】実施例１で引上げたシリコン単結晶インゴットの直胴長３０５ｍｍの位置で切り出したシリコン単結晶ウェーハにおける［Ｏｉ］面内分布を示す図である。
【図５】比較例１で引上げたシリコン単結晶インゴットの直胴長３００ｍｍの位置で切り出したシリコン単結晶ウェーハにおける［Ｏｉ］面内分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
本発明者らは、大口径のシリコン単結晶の引上げにおいて、鞍型形状のコイルを使用する場合に、局所的な酸素濃度のばらつきを抑制し、高品質なシリコン単結晶を得るためには、印加する水平方向の磁場における、横磁場成分と縦磁場成分の割合を制御する必要があることを見出し、本発明を完成した。
【００２２】
即ち、本発明は、石英ルツボを挟んで対向配置され、チャンバの外径に沿って湾曲した一対の鞍型形状のコイルにより、石英ルツボに貯留された原料融液に水平方向に磁場を印加しつつ、原料融液から単結晶を引上げるシリコン単結晶の引上げ方法により引上げられたインゴットから切り出されたシリコン単結晶ウェーハである。
この引上げ方法の特徴ある構成は、石英ルツボ内壁面での半径をＲ、引上げる単結晶の半径をｒ、磁場中心位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を（０，０，０）とするとき、印加する磁場の縦磁場成分ＢＺと横磁場成分ＢＹとの関係が、（０，±Ｒ，−Ｒ）の位置において｜縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ｜≦１．１、（０，±Ｒ／２，−Ｒ／２）の位置において｜縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ｜≦０．２５、かつ（０，±ｒ，−ｒ）の位置において｜縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ｜≦０．２５をそれぞれ満たすところにある。上記範囲をそれぞれ満たすように制御された状態でシリコン単結晶を引上げるとき、原料融液内では、引上げる単結晶の局所的な酸素濃度のばらつきに影響を与える程度の縦磁場成分の割合が大きい領域や小さい領域を生じることがなく、原料融液の対流が均一に近い状態となるため、結果として、引上げた単結晶の局所的な酸素濃度のばらつきが抑制され、酸素濃度の面内分布は安定する。
【００２３】
なお、本発明の引上げ方法でいうＺ軸は引上げ方向を、Ｙ軸はＺ軸と垂直をなし、かつ、水平方向の磁場印加方向を、Ｘ軸はＹ軸及びＺ軸とそれぞれ垂直をなす方向をいう。
【００２４】
図１に上記方法を実施する磁場印加式シリコン単結晶の引上げ装置１０を示す。この装置１０のチャンバ１１内には、原料融液１２を貯留する石英ルツボ１３が設けられ、この石英ルツボ１３の外周面は図示しない黒鉛サセプタにより被覆される。石英ルツボ１３の下面は上記黒鉛サセプタを介して支軸１４の上端に固定され、この支軸１４の下部は図示しないるつぼ駆動手段に接続される。るつぼ駆動手段は図示しないが石英ルツボ１３を回転させる第１回転用モータと、石英ルツボ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ルツボ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。
【００２５】
石英ルツボ１３の外周面は石英ルツボ１３から所定の間隔をあけてヒータ１６により包囲され、このヒータ１６は保温筒１５により包囲される。ヒータ１６は石英ルツボ１３に投入された高純度のシリコン多結晶体を加熱・溶解して原料融液１２にする。
【００２６】
またチャンバ１１の上端には図示しないが円筒状のケーシングが接続される。このケーシングには図示しない回転引上げ手段が設けられる。回転引上げ手段はケーシング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、ヘッドから石英ルツボ１３の回転中心に向かって垂下されたワイヤケーブル１７と、上記ヘッド内に設けられワイヤーブル１７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１７の下端には原料融液１２に浸してシリコン単結晶１９を引上げるための種結晶１８が取付けられる。
【００２７】
この引上げ装置１０には、チャンバ１１を挟むように一対の鞍型形状の励磁コイル２１，２１が設けられる。一対の鞍型形状の励磁コイル２１，２１は互いに同形同大であり、一方の励磁コイル２１を代表してその一般的な形状を説明すると、図２に示すように、励磁コイル２１は、チャンバ１１の外面に沿って水平方向に延びる半円状の上半円環状部２１ａと、その上環状部と所定の間隔を開けて下方に位置しチャンバ１１の外面に沿って水平方向に延びる半円状の下半円環状部２１ｂと、鉛直方向に延びて上半円環状部２１ａと下半円環状部２１ｂの各端部を相互に連結する一対の直線状部２１ｃ，２１ｄとを備える。一対の励磁コイル２１，２１はパワーリード線２２により直列に接続され、図示しない電源より各励磁コイル２１，２１に通電されると、図１に示すように両コイル２１，２１の中心を結ぶ水平方向に磁束を発生するように構成される。この一対の励磁コイル２１，２１は、上下動可能にチャンバ１１の外部に配置される。
【００２８】
次にこのシリコン単結晶の引上げ装置を用いた上記引上げ方法を説明する。
【００２９】
図１に示すように、石英ルツボ１３に高純度のシリコン多結晶体及びドーパント不純物を投入し、ヒータ１６によりこの高純度のシリコン多結晶体を加熱、溶解して原料融液１２にする。そして、シリコン単結晶１９の引上げ開始時の原料融液１２の液面位置と、励磁コイル２１，２１の鉛直方向の中心、即ち、磁場中心位置とが、磁場中心位置を融液表面位置に対して上にｒ×０．５から下にｒ×１．５の範囲となるように、一対の励磁コイル２１，２１の鉛直方向の位置が定められる。
【００３０】
次いで、図示しない電源より各励磁コイル２１，２１に通電して、図１に示すように両コイル２１，２１を結ぶ水平方向に磁束を発生させる。
【００３１】
ここで、鞍型形状の励磁コイル２１，２１により生じる磁場は、励磁コイル２１，２１の鉛直方向の中心に生じる実線で示す磁場については、横磁場成分のみから構成されるが、その実線で示す磁場から上下に離れた所に生じる一点鎖線で示す磁場では、結晶中心軸（コイル２１，２１の中間）以外において、磁場中心から離れると縦磁場成分が増大する。引上げる単結晶インゴットが大口径化されるほど石英ルツボの大きさも大きくなるため、この傾向は顕著となる。
【００３２】
そのため、本実施の形態では、図３に示すように、特定位置における印加する磁場の縦磁場成分ＢＺと横磁場成分ＢＹとの関係が、以下の式をそれぞれ満たすように制御し、この状態でシリコン単結晶インゴットを引上げる。
【００３３】
具体的には、石英ルツボ内壁面での半径をＲ、引上げる単結晶の半径をｒ、磁場中心位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を（０，０，０）とするとき、印加する磁場の縦磁場成分ＢＺと横磁場成分ＢＹとの関係が、（０，±Ｒ，−Ｒ）の位置において｜縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ｜≦１．１、（０，±Ｒ／２，−Ｒ／２）の位置において｜縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ｜≦０．２５、かつ（０，±ｒ，−ｒ）の位置において｜縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ｜≦０．２５をそれぞれ満たすように制御するものである。
【００３４】
このうち、（０，±Ｒ，−Ｒ）の位置において｜縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ｜≦１．０、（０，±Ｒ／２，−Ｒ／２）の位置において｜縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ｜≦０．２、かつ（０，±ｒ，−ｒ）の位置において｜縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ｜≦０．２をそれぞれ満たすように制御することが特に好ましい。
【００３５】
これにより、原料融液１２内では、引上げる単結晶の局所的な酸素濃度のばらつきに影響を与える程度の縦磁場成分の割合が大きい領域や小さい領域を生じることがなく、原料融液の対流が均一に近い状態となる。結果として、引上げた単結晶の局所的な酸素濃度のばらつきが抑制され、酸素濃度の面内分布は安定する。
【００３６】
なお、上記制御は、励磁コイル２１の大きさや形状などによって調節することができる。
【００３７】
続いて、上記のように印加する水平方向の磁場を制御した状態で、るつぼ駆動手段により支軸１４を介して石英ルツボ１３を、所定の速度で反時計方向に回転させる。このルツボ回転の速度は例えばシリコン単結晶インゴット１９の所望の酸素濃度など結晶品質によって異なる。そして回転引上げ手段の図示しない引上げ用モータによりワイヤケーブル１７を繰出して種結晶１８を降下させ、種結晶１８の先端部を原料融液１２に接触させる。その後種結晶１８を徐々に引上げることにより種絞り部を形成し、その種結晶１８の下方にシリコン単結晶インゴット１９を育成させる。シリコン単結晶インゴット１９を引上げる際に、種結晶１８が所定の速度で時計方向に回転するようワイヤケーブル１７を回転させる。
【００３８】
上記方法において、引上げるシリコン単結晶インゴットの直径は４５０ｍｍ以上、好ましくは４５８ｍｍ以上６８３ｍｍ以下である。即ち、大口径の４５０ｍｍ用ウェーハ、６７５ｍｍ用ウェーハに使用することができる大きさである。ここで、シリコン単結晶インゴットの大きさがウェーハとして使用する大きさよりも若干大きめとなっているのは、インゴットから製品として出荷されるウェーハとするまでに、外周研削や面取りなどの機械加工が施されて、その直径が小さくなることを考慮しているためである。
【００３９】
例えば、直径４５０ｍｍ用ウェーハの単結晶を引上げる場合には、石英ルツボ１３を例えば０．１〜１回転／分の速度で反時計方向に回転させ、ワイヤケーブル１７を５〜６回転／分の速度で時計方向に回転させることが好ましい。
【００４０】
このようにして引上げられたシリコン単結晶インゴットは、局所的な酸素濃度のばらつきが抑制されたものとなる。
【００４１】
そして、本発明のシリコン単結晶ウェーハは、上記方法により引上げられたシリコン単結晶インゴットを外周研削し、スライスし、面取り加工して得られたシリコン単結晶ウェーハである。この局所的な酸素濃度のばらつきが抑制されたインゴットから切り出されたウェーハは、面取り加工後のシリコン単結晶ウェーハの直径のうち、外周から１０％の領域を除いて、シリコン単結晶ウェーハの酸素濃度ばらつき（面内酸素濃度差／面内酸素濃度平均値）を５％以下とすることができる。
【実施例】
【００４２】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
図１に示すような、４５０ｍｍウェーハ用のシリコン単結晶の引上げ装置１０のチャンバ１１を挟むように一対の鞍型励磁コイル２１，２１を配置した。即ち、チャンバ１１内に設けられた石英ルツボ１３は、石英ルツボの直胴部の厚さを含めた石英ルツボの外径が３６インチ（約９００ｍｍ）であった。石英ルツボ内壁面での半径をＲはおよそ４５０ｍｍ、引上げるシリコン単結晶インゴットの半径ｒはおよそ２３０ｍｍである。
【００４３】
この励磁コイル２１，２１の鉛直方向の位置は、原料融液１２の液面位置と一致するように配置した。また、引上げ開始時において、図３に示すように、（０，±Ｒ，−Ｒ）の位置、即ち、（０，±４５０，−４５０）において│縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ│＝０．９、（０，±Ｒ／２，−Ｒ／２）の位置、即ち、（０，±２２５，−２２５）において│縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ│＝０．２、（０，±ｒ，−ｒ）の位置、即ち、（０，±２３０，−２３０）において│縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ│＝０．２となるようにした。
【００４４】
このような水平方向磁場印加式単結晶引上げ装置にて直胴部の直径が４５８ｍｍのシリコン単結晶棒１９を、回転速度が５〜６回／分であって引上げ速度が０．４〜０．５ｍｍ／分で引上げた。
【００４５】
また、引上げたシリコン単結晶インゴットを外周研削し、直胴長３０５ｍｍの位置でスライスし、面取り加工して得られたシリコン単結晶ウェーハにおける［Ｏｉ］面内分布を図４に示す。
【００４６】
＜比較例１＞
図１に示すような、４５０ｍｍウェーハ用のシリコン単結晶の引上げ装置１０のチャンバ１１を挟むように一対の鞍型励磁コイル２１，２１を配置した。即ち、チャンバ１１内に設けられた石英ルツボ１３は、石英ルツボの直胴部の厚さを含めた石英ルツボの外径が３６インチ（約９００ｍｍ）であった。石英ルツボ内壁面での半径をＲはおよそ４５０ｍｍ、引上げるシリコン単結晶インゴットの半径ｒはおよそ２３０ｍｍである。
【００４７】
この励磁コイル２１，２１の鉛直方向の位置は、原料融液１２の液面位置と一致するように配置した。また、引上げ開始時において、図３に示すように、（０，±Ｒ，−Ｒ）の位置、即ち、（０，±４５０，−４５０）において│縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ│＝１．５、（０，±Ｒ／２，−Ｒ／２）の位置、即ち、（０，±２２５，−２２５）において│縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ│＝０．２６、（０，±ｒ，−ｒ）の位置、即ち、（０，±２３０，−２３０）において│縦磁場成分ＢＺ／横磁場成分ＢＹ│＝０．２６であった。
【００４８】
そして、実施例１と同様に、水平方向磁場印加式単結晶引上げ装置にて直胴部の直径が４５８ｍｍのシリコン単結晶棒１９を、回転速度が５〜６回／分であって引上げ速度が０．４〜０．５ｍｍ／分で引上げた。
【００４９】
引上げたシリコン単結晶インゴットを外周研削し、直胴長３００ｍｍの位置でスライスし、面取り加工して得られたシリコン単結晶ウェーハにおける［Ｏｉ］面内分布を図５に示す。
【００５０】
＜比較評価＞
図４から明らかなように、実施例１で引上げたインゴットから切り出されたシリコン単結晶ウェーハでは、結晶中心から外周近傍にかけて酸素濃度がほぼ一定に推移しており、本発明で規定した範囲を満たすように制御して引上げたシリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコン単結晶ウェーハは、デバイス製造に必要な領域において、良好な［Ｏｉ］面内分布が得られることが確認された。［Ｏｉ］測定には、ＦＴ−ＩＲを用い、ビームサイズは4ｍｍφとした。
【００５１】
なお、このシリコン単結晶ウェーハの外周から１０％の領域を除いた領域（図４中の「ｒ×９０％」で示した領域）における、面内酸素濃度差は０．２０ａｔｏｍｓ／ｃｃであり、また面内酸素濃度平均値は１２．８ａｔｏｍｓ／ｃｃであった。これらの値から酸素濃度ばらつき（面内酸素濃度差／面内酸素濃度平均値）を求めたところ、酸素濃度ばらつきは、５％以下であった。
【００５２】
一方、図５に示すように、比較例１で引上げたインゴットから切り出されたシリコン単結晶ウェーハの酸素濃度は、結晶中心から外周にかけて大きく変動していることが確認され、特に工夫を施さずに、単に鞍型形状のコイルを採用しただけでは、大口径のシリコン単結晶インゴットを引上げる場合に、酸素濃度のばらつきの問題を解消することができていないことが判った。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 引上げ装置
１１ チャンバ
１２ 原料融液
１３ 石英ルツボ
１４ 支軸
１５ 保温筒
１６ ヒータ
１７ ワイヤケーブル
１８ 種結晶
１９ シリコン単結晶
２１ 鞍型形状の励磁コイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ルツボを挟んで対向配置され、チャンバの外径に沿って湾曲した一対の鞍型形状のコイルにより、前記石英ルツボに貯留されたシリコン原料融液に水平方向に磁場を印加しつつ、前記原料融液からシリコン単結晶インゴットを引上げる方法により引上げられた前記シリコン単結晶インゴットを外周研削し、スライスし、面取り加工して得られたシリコン単結晶ウェーハであって、
前記シリコン単結晶インゴットの直径が４５０ｍｍ以上であり、かつ前記面取り加工後のシリコン単結晶ウェーハの直径のうち、外周から１０％の領域を除いて、前記シリコン単結晶ウェーハの酸素濃度ばらつき（面内酸素濃度差／面内酸素濃度平均値）が５％以下である
ことを特徴とするシリコン単結晶ウェーハ。
【請求項２】
前記シリコン単結晶インゴットの直径は、４５８ｍｍ以上６８３ｍｍ以下である請求項１記載のシリコン単結晶ウェーハ。
【請求項１】
石英ルツボを挟んで対向配置され、チャンバの外径に沿って湾曲した一対の鞍型形状のコイルにより、前記石英ルツボに貯留されたシリコン原料融液に水平方向に磁場を印加しつつ、前記原料融液からシリコン単結晶インゴットを引上げる方法により引上げられた前記シリコン単結晶インゴットを外周研削し、スライスし、面取り加工して得られたシリコン単結晶ウェーハであって、
前記シリコン単結晶インゴットの直径が４５０ｍｍ以上であり、かつ前記面取り加工後のシリコン単結晶ウェーハの直径のうち、外周から１０％の領域を除いて、前記シリコン単結晶ウェーハの酸素濃度ばらつき（面内酸素濃度差／面内酸素濃度平均値）が５％以下である
ことを特徴とするシリコン単結晶ウェーハ。
【請求項２】
前記シリコン単結晶インゴットの直径は、４５８ｍｍ以上６８３ｍｍ以下である請求項１記載のシリコン単結晶ウェーハ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２０６９３６（Ｐ２０１２−２０６９３６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１３８４６５（Ｐ２０１２−１３８４６５）
【出願日】平成２４年６月２０日（２０１２．６．２０）
【分割の表示】特願２００８−１５２６６３（Ｐ２００８−１５２６６３）の分割
【原出願日】平成２０年６月１１日（２００８．６．１１）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月２０日（２０１２．６．２０）
【分割の表示】特願２００８−１５２６６３（Ｐ２００８−１５２６６３）の分割
【原出願日】平成２０年６月１１日（２００８．６．１１）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
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