JP2000086384A - シリコン単結晶の引上げ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｖ／Ｇ₁値が格子間シリコン型グローイン欠
陥領域に入っても、過飽和な格子間シリコン濃度を低く
抑えることができ、凝集開始温度を低下させることがで
き、更に転位クラスタのサイズを小さくすることができ
る。 【解決手段】 石英るつぼ１４に貯留されたシリコン融
液１３からシリコン単結晶１１を引上げる。このシリコ
ン単結晶１１の引上げ速度をＶ（ｍｍ／分）、シリコン
の融点から１３００℃までの温度範囲における結晶軸方
向の温度勾配をＧ₁（℃／ｍｍ）とするとき、シリコン
単結晶１１の中心から外周までの全ての位置で、 ０．１８（ｍｍ²／分・℃） ≦ Ｖ／Ｇ₁ ＜ ０．２（ｍ
ｍ²／分・℃） の条件でシリコン単結晶１１を引上げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン単結晶を
引上げて育成する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の製造に用いられるシリコン
単結晶ウェーハは主としてチョクラルスキー法（以下、
ＣＺ法という）により製造される。ＣＺ法とは、石英る
つぼ内のシリコン融液に種結晶を浸し、石英るつぼ及び
種結晶を回転させながら種結晶を引上げることにより、
円柱状のシリコン単結晶を育成するものである。このＣ
Ｚ法により育成したシリコン単結晶をスライスしてウェ
ーハを作製し、このウェーハに熱酸化処理を施したとき
にＯＳＦリングと呼ばれる酸化誘起積層欠陥を生じるこ
とがある。このＯＳＦリングは引上げ速度が速くなるに
従ってシリコン単結晶の外周側に移動することが知られ
ている。

【０００３】一方、シリコン単結晶の引上げ速度をＶ
（ｍｍ／分）とし、シリコン融液表面から１３００℃ま
での高温域における引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平
均値をＧ₁（℃／ｍｍ）とするとき、Ｖ／Ｇ₁で表される
比によりＯＳＦリングの径は外方拡散（単結晶の内部か
ら外側に向う拡散）の影響のある外周部を除き、一義的
に決定される。即ち、Ｖ／Ｇ₁値を制御することによ
り、ＯＳＦリングを所定の位置に発生させたり、或いは
消滅させることができる。シリコン単結晶の径方向の位
置を横軸とし、Ｖ／Ｇ₁値を縦軸としてシリコン単結晶
内の欠陥分布を図８に示す。図８から明らかなように、
Ｖ／Ｇ₁値が０．２０（ｍｍ²／分・℃）未満の領域で
は、シリコン単結晶の径方向全域において格子間シリコ
ン型グローイン欠陥である転位クラスタが発生し、Ｖ／
Ｇ₁値が０．２０（ｍｍ²／分・℃）より大きくなるに従
って無欠陥領域、ＯＳＦリング領域、空孔型グローイン
欠陥（ＣＯＰ、ＦＰＤ、ＬＳＴＤ等）領域の順に領域が
変化する。

【０００４】ここで、ＯＳＦ（oxidation induced stac
king fault）とは、育成したシリコン単結晶をスライス
して得られたウェーハを酸化性雰囲気下で高温熱処理
（９００〜１２００℃）したときにウェーハの表面近傍
に発生する酸化誘起積層欠陥であり、この明細書に記載
したＯＳＦリング領域にはＯＳＦの核がリング状に存在
している領域を示している。またＣＯＰ（cristal-orig
inated particles）とは、ＳＣ−１洗浄後にレーザパー
ティクルカウンタでパーティクルとしてカウントされた
底の深いエッチピットである。更にＦＰＤ（flow patte
rn defect）とは、シリコン融液１３から引上げられた
シリコン単結晶から切り出したシリコンウェーハを３０
分間化学エッチング（Seccoエッチング液）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、
赤外散乱欠陥（ＬＳＴＤ：infraredlight scattering t
omograph defect）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。

【０００５】上記Ｖ／Ｇ₁値はシリコン単結晶内の軸方
向温度勾配が中心部に比して外周部で大きいため、一般
に右下がりとなる（図８の一点鎖線で示す。）けれど
も、シリコン単結晶がシリコン融液付近の高温領域で冷
却され難い構造のＣＺ炉では、Ｖ／Ｇ₁値は径方向に一
定か若しくは若干増大する傾向になる。従って、このよ
うなＣＺ炉を使用し、かつ結晶中心部でＶ／Ｇ₁値を無
欠陥領域に存在させておけば、Ｖ／Ｇ₁値は径方向全域
において無欠陥領域から外れず、ＯＳＦリングが消滅し
かつ転位クラスタが発生しないシリコン単結晶を得るこ
とができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のシ
リコン単結晶が高温領域で冷却され難い構造のＣＺ炉を
使用しても、無欠陥領域は狭いため、シリコン単結晶の
径制御とＶ／Ｇ₁値の制御の両立は難しく、シリコン単
結晶の直径が大きくなると、更に難しくなる。このた
め、シリコン単結晶の一部が格子間シリコン型グローイ
ン欠陥領域に入ってしまい、シリコン単結晶内に転位ク
ラスタが発生する場合があった。本発明の目的は、Ｖ／
Ｇ₁値が格子間シリコン型グローイン欠陥領域に入って
も、過飽和な格子間シリコン濃度を低く抑えることがで
き、凝集開始温度を低下させることができ、更に転位ク
ラスタのサイズを小さくすることができる、シリコン単
結晶の引上げ方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らはシリコン単
結晶引上げ停止実験を行って、格子間シリコン型グロー
イン欠陥（転位クラスタ）と結晶熱履歴との関係を調べ
た。上記実験は直径１５０ｍｍのシリコン単結晶をモリ
ブデン製の熱遮蔽部材を用いたＣＺ炉により、ＯＳＦリ
ングが内側に消滅する条件で４００ｍｍ引上げ、その後
１時間停止し、再度上記と同じ条件で６００ｍｍまで引
上げることにより行った。次にこのシリコン単結晶を縦
割りミラー加工し、無撹拌セコエッチングした後、光学
顕微鏡観察、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：transmission
electron microscope）観察及びＸ線トポグラフ観察を
行った。その結果、無撹拌セコエッチング後にはフロー
パターンを伴うエッチピットと、フローパターンを伴わ
ないエッチピットと、比較的小さな皿状のエッチピット
の３種類が観察され、またＴＥＭ観察によりエッチピッ
トは転位クラスタであることを確認した。図９にシリコ
ン単結晶の引上げを１時間停止した際の位置及び温度と
エッチピットの大きさとの関係を示した。図９から明ら
かなように、停止した際の温度が１３００℃以上と、１
１００℃付近でエッチピットの構造が複雑に重なり合い
そのサイズが大きくなっている。本発明者らはこれらの
温度でのエッチピットのサイズをいかに小さくまた低密
度にするかということに着目して本発明をなすに至っ
た。

【０００８】請求項１に係る発明は、図１に示すよう
に、石英るつぼ１４に貯留されたシリコン融液１３から
シリコン単結晶１１を引上げる方法の改良である。その
特徴ある構成は、単結晶１１の引上げ速度をＶ（ｍｍ／
分）、シリコンの融点から１３００℃までの温度範囲に
おける結晶軸方向の温度勾配をＧ₁（℃／ｍｍ）とする
とき、単結晶１１の中心から外周までの全ての位置で、 ０．１８（ｍｍ²／分・℃） ≦ Ｖ／Ｇ₁ ＜ ０．２（ｍ
ｍ²／分・℃） の条件で単結晶１１を引上げるところにある。

【０００９】この請求項１に記載されたシリコン単結晶
の引上げ方法では、シリコンの融点（シリコン融液１３
表面）から１３００℃の温度範囲で点欠陥の濃度変化が
著しいため、Ｖ／Ｇ₁値が０．１８（ｍｍ²／分・℃）未
満では格子間シリコン濃度が高くなり凝集した転位クラ
スタのサイズが大きくなる。一方、Ｖ／Ｇ₁値が２．０
（ｍｍ²／分・℃）を越えると狭い無欠陥領域及びＯＳ
Ｆリングの発生する領域に入ってしまうため、シリコン
単結晶１１の中心から外周までの全ての位置で、Ｖ／Ｇ
₁値が上記条件を満たすことが必要である。また格子間
シリコンの濃度を低くするためには、可能な限りＶ／Ｇ
₁値が０．２（ｍｍ²／分・℃）に近いことが望ましいの
で、結晶軸方向の温度勾配Ｇ₁はシリコン単結晶１１の
中心から外周までの径方向の均一性が高いことが必要で
ある。一方、製造コストの観点からシリコン単結晶１１
の引上げ速度は速いほど好ましいため、温度勾配Ｇ₁が
高いことが必要である。この結果、温度勾配Ｇ₁の径方
向の均一性が高く、かつ温度勾配Ｇ₁の値そのものが高
い熱環境下で、シリコン単結晶１１の中心から外周まで
の全ての位置で、Ｖ／Ｇ₁値が上記条件でシリコン単結
晶１１を引上げることにより、過飽和な格子間シリコン
濃度を低く抑えることができ、凝集開始温度を低下させ
ることができ、更に転位クラスタのサイズを小さくする
ことができる。

【００１０】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明であって、更に図２に示すように、１１００℃から８
００℃までの温度範囲における冷却時間をＴ（分）とす
るとき、Ｔ ≦ ２５０（分）の条件で単結晶１１を引
上げることを特徴とする。この請求項２に記載されたシ
リコン単結晶の引上げ方法では、１１００〜８００℃の
温度範囲において格子間シリコンが過飽和な状態となっ
て凝集する。従って、上記温度範囲の通過時間を短くす
ることにより転位クラスタのサイズを小さくすることが
できる。

【００１１】請求項３に係る発明は、請求項１又は２に
係る発明であって、更に図２に示すように、１３００℃
から１１００℃までの温度範囲における結晶軸方向の温
度勾配をＧ₂（℃／ｍｍ）とするとき、Ｇ₂ ≦ ２．０
（℃／ｍｍ）の条件で単結晶１１を引上げることを特徴
とする。この請求項３に記載されたシリコン単結晶の引
上げ方法では、１３００〜１１００℃の温度範囲で徐冷
することにより、シリコン単結晶１１内の等温線分布を
下に凸となるように逆転させることにより、格子間シリ
コンのシリコン単結晶１１外周面側から内部への拡散を
抑制でき、格子間シリコンと空孔との対消滅時間を長く
できるので、点欠陥濃度を低減できる。ここで対消滅と
は、点欠陥である格子間シリコン及び空孔の過飽和度に
応じて生じる点欠陥同士の反応であり、上記過飽和点欠
陥が凝集を開始する直前に高温側で上記反応が烈しくな
り、上記点欠陥濃度が低下することをいう。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に本発明の第１の実施の形態を
図面に基づいて説明する。図１に示すような引上げ装置
１０を用いてシリコン単結晶１１を引上げる。この引上
げ装置１０のチャンバ１２内には、シリコン融液１３を
貯留する石英るつぼ１４が設けられ、この石英るつぼ１
４の外面は黒鉛サセプタ１６により被覆される。石英る
つぼ１４の下面は上記黒鉛サセプタ１６を介して支軸１
７の上端に固定され、この支軸１７の下部はるつぼ駆動
手段１８に接続される。るつぼ駆動手段１８は図示しな
いが石英るつぼ１４を回転させる第１回転用モータと、
石英るつぼ１４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１４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１４の外周面は石英るつぼ１４から所定の間隔
をあけてヒータ１９により包囲され、このヒータ１９は
保温筒２１により包囲される。ヒータ１９は石英るつぼ
１４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１３にする。

【００１３】またチャンバ１２の上端には円筒状のケー
シング２２が接続される。このケーシング２２には引上
げ手段２３が設けられる。引上げ手段２３はケーシング
２２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１４
の回転中心に向って垂下されたワイヤケーブル２３ａ
と、上記ヘッド内に設けられワイヤケーブル２３ａ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２３ａの下端にはシリコン融液１３
に浸してシリコン単結晶１１を引上げるための種結晶２
４が取付けられる。

【００１４】本実施の形態の特徴ある構成は、シリコン
単結晶１１の引上げ速度をＶ（ｍｍ／分）、シリコンの
融点から１３００℃までの温度範囲における結晶軸方向
の温度勾配をＧ₁（℃／ｍｍ）とするとき、シリコン単
結晶１１の中心から外周までの全ての位置で、 ０．１８（ｍｍ²／分・℃） ≦ Ｖ／Ｇ₁ ＜ ０．２（ｍｍ²／分・℃）… の条件でシリコン単結晶１１を引上げるところにある。
上記Ｖ／Ｇ₁値を上記範囲に限定したのは、０．１８
（ｍｍ²／分・℃）未満では格子間シリコンの濃度が高
くなり凝集した転位クラスタのサイズが大きくなってし
まうためであり、２．０（ｍｍ²／分・℃）を越えると
狭い無欠陥領域、ＯＳＦリングの発生する領域に入って
しまうためである。

【００１５】シリコン単結晶１１の外周面と石英るつぼ
１４の内周面との間にはシリコン単結晶１１を包囲する
熱遮蔽部材２６が設けられる。この熱遮蔽部材２６はシ
リコン単結晶１１の上部から中央にかけて包囲する直胴
部２６ａと、この直胴部２６ａの下端に連設され上方に
向うに従って直径が小さくなるコーン部２６ｂと、内周
縁が直胴部２６ａの上縁に接続され水平に延びて外周縁
が保温筒２１の上面に達するフランジ部２６ｃとを備え
る。コーン部２６ｂの下端はシリコン融液１３表面から
間隔をあけて上方に位置し、コーン部２６ｂの傾斜角度
は水平面に対して４５度、好ましくは３０〜６０度の範
囲に設定される。また直胴部２６ａ、コーン部２６ｂ及
びフランジ部２６ｃはＭｏ，Ｗ，Ｃ等により形成される
ことが好ましい。上記熱遮蔽部材２６はフランジ部２６
ｃを保温筒２１の上面に載置することにより固定され
る。

【００１６】チャンバ１２にはこのチャンバ１２のシリ
コン単結晶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１２のるつぼ内周面側から排出するガス給排
手段２７が接続される。ガス給排手段２７は一端がケー
シング２２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２８
と、一端がチャンバ１２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２９とを有す
る。供給パイプ２８及び排出パイプ２９にはこれらのパ
イプ２８，２９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３１，３２がそれぞれ設けられ
る。

【００１７】また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１８には石英るつぼ１４内のシリコン融液１
３の重量を検出する重量センサ（図示せず）と、支軸１
７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２３の引上げ用モータ及びるつぼ駆動手段１
８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２３ａの巻取り長さ、即ちシリコン単結晶１１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１４内のシリコン融液１３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１４内の
シリコン融液１３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１８の昇降用モータを制御するよう
に構成される。

【００１８】このように構成されたシリコン単結晶の引
上げ方法の動作を説明する。１４２０℃（シリコン融液
表面）から１３００℃の温度範囲ではシリコン単結晶１
１内の点欠陥の濃度変化が著しいので、Ｖ／Ｇ₁値が
０．１８（ｍｍ²／分・℃）未満では格子間シリコン濃
度が高くなり、凝集した転位クラスタのサイズが大きく
なる。一方、Ｖ／Ｇ₁値が２．０（ｍｍ²／分・℃）を越
えると狭い無欠陥領域及びＯＳＦリングの発生する領域
に入ってしまうため、シリコン単結晶１１の中心から外
周までの全ての位置で、Ｖ／Ｇ₁値が上記の条件を満
たすことが必要である。また格子間シリコンの濃度を低
くするためには、可能な限りＶ／Ｇ₁値が０．２（ｍｍ²
／分・℃）に近いことが望ましいので、結晶軸方向の温
度勾配Ｇ₁はシリコン単結晶１１の中心から外周までの
径方向の均一性が高いことが必要である。一方、製造コ
ストの観点からシリコン単結晶１１の引上げ速度は速い
ほど好ましいため、温度勾配Ｇ₁が高いことが必要であ
る。

【００１９】Ｖ／Ｇ₁値が上記の範囲内で引上げ速度
を最大にするためには、上記温度範囲にあるシリコン単
結晶１１の下部を熱遮蔽部材２６のコーン部２６ｂによ
り包囲し、高温のシリコン融液１３からの輻射熱により
コーン部２６ｂの温度が上昇するか、又はシリコン融液
１３からの輻射熱若しくはシリコン単結晶１１からの放
熱をコーン部２６ｂが反射することにより、シリコン単
結晶１１から急激な放熱が抑制される。この結果、シリ
コン単結晶１１の外周部の急激な温度低下を阻止できる
ので、シリコン単結晶１１内の結晶軸方向の温度勾配が
その中心から外周にわたって略均一になる。従って、坂
道拡散や対消滅の反応時間がシリコン単結晶１１内の径
方向にわたって略均一になり、結晶径方向の点欠陥の濃
度分布が均一になるので、Ｖ／Ｇ₁値が格子間シリコン
型グローイン欠陥領域に入っていても、Ｖ／Ｇ₁値が上
記の範囲になるように引上げ速度Ｖ及び温度勾配Ｇ₁
を設定すれば、過飽和な格子間シリコン濃度を低く抑え
ることができ、凝集開始温度を低下させることができ、
更に転位クラスタのサイズを小さくすることができる。

【００２０】図２〜図４は本発明の第２の実施の形態を
示す。図２において図１と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、熱遮蔽部材４６がシリコン融液１
３から引上げられるシリコン単結晶１１の上部を包囲す
るアッパ部材４７と、シリコン単結晶１１の下部を包囲
するロア部材４８と、ロア部材４８をアッパ部材４７に
所定の間隔をあけて連結する複数本の連結部材４９とを
備える。アッパ部材４７は直筒部４７ａと、この直筒部
４７ａの下縁に設けられ上方に向うに従って直径が小さ
くなって直筒部４７ａに収容されるアッパコーン部４７
ｂとを有する。直筒部４７ａの上端には外方に略水平方
向に張り出すフランジ部４７ｃが一体的に設けられ、こ
のフランジ部４７ｃを保温筒２１上に載置することによ
り熱遮蔽部材４６が固定される。またロア部材４８は上
方に向うに従って直径が小さくなるコーン状に形成さ
れ、ロア部材４８の下端はシリコン融液１３表面から間
隔をあけて上方に位置する。アッパコーン部４７ｂ及び
ロア部材４８の傾斜角度は水平面に対して４５度、好ま
しくは３０〜６０度の範囲に設定される。

【００２１】また連結部材４９はこの実施の形態では３
本であり、各連結部材４９は直胴部４７ａの下端から垂
下される。アッパコーン部４７ｂの下端には上方に延び
る円筒状の第１取付部４７ｄがアッパコーン部４７ｂと
一体的に設けられ、この第１取付部４７ｄはボルト４１
及びナット４２（図３）により直胴部４７ａの下部内周
面に取付けられる。ロア部材４８の下端には上方に延び
る３本の第２取付部４８ａが上記３本の連結部材４９に
対向してロア部材４８と一体的に設けられ、これらの第
２取付部材４８ａはボルト４３及びナット４４により連
結部材４９の下部に取付けられる。上記アッパ部材４
７、ロア部材４８及び連結部材４９はＭｏ，Ｗ，Ｃ等に
より形成されることが好ましい。

【００２２】本実施の形態の特徴ある構成は、下記の
〜の３つの条件でシリコン単結晶１１を引上げるとこ
ろにある。 (ア)第１の実施の形態と同様に、シリコン単結晶１１の
引上げ速度をＶ（ｍｍ／分）、シリコンの融点から１３
００℃までの温度範囲における結晶軸方向の温度勾配を
Ｇ₁（℃／ｍｍ）とするとき、シリコン単結晶１１の中
心から外周までの全ての位置で、 ０．１８（ｍｍ²／分・℃） ≦ Ｖ／Ｇ₁ ＜ ０．２（ｍ
ｍ²／分・℃）… の条件でシリコン単結晶１１を引上げる。 (イ)１１００℃から８００℃までの温度範囲における冷
却時間をＴ（分）とするとき、 Ｔ ≦ ２５０（分）… の条件でシリコン単結晶１１を引上げる。 (ウ)１３００℃から１１００℃までの温度範囲における
結晶軸方向の温度勾配をＧ₂（℃／ｍｍ）とするとき、 Ｇ₂ ≦ ２．０（℃／ｍｍ）… の条件でシリコン単結晶１１を引上げる。

【００２３】上記において冷却時間Ｔを２５０分以下
としたのは、２５０分を越えると、１１００℃から８０
０℃までの温度範囲でシリコン単結晶１１が徐冷されて
シリコン単結晶１１内の転位クラスタの凝集が進み、巨
大化するからである。また上記において結晶軸方向の
温度勾配Ｇ₂を２．０℃／ｍｍ以下としたのは、２．０
℃／ｍｍを越えるとシリコン単結晶１１が急冷されて格
子間シリコンと空孔との対消滅反応が十分に進行しない
ためである。

【００２４】このように構成されたシリコン単結晶の引
上げ方法の動作を説明する。１４２０℃（シリコン融液
表面）から１３００℃の温度範囲では、第１の実施の形
態と同様にシリコン単結晶１１内の点欠陥の濃度変化が
著しいので、Ｖ／Ｇ₁値が０．１８（ｍｍ²／分・℃）未
満では格子間シリコン濃度が高くなり、凝集した転位ク
ラスタのサイズが大きくなる。一方、Ｖ／Ｇ₁値が２．
０（ｍｍ²／分・℃）を越えると狭い無欠陥領域及びＯ
ＳＦリングの発生する領域に入ってしまうため、シリコ
ン単結晶１１の中心から外周までの全ての位置で、Ｖ／
Ｇ₁値が上記の条件を満たすことが必要である。また
格子間シリコンの濃度を低くするためには、可能な限り
Ｖ／Ｇ₁値が０．２（ｍｍ²／分・℃）に近いことが望ま
しいので、結晶軸方向の温度勾配Ｇ₁はシリコン単結晶
１１の中心から外周までの径方向の均一性が高いことが
必要である。一方、製造コストの観点からシリコン単結
晶１１の引上げ速度は速いほど好ましいため、温度勾配
Ｇ₁が高いことが必要である。

【００２５】Ｖ／Ｇ₁値が上記の範囲内で引上げ速度
を最大にするためには、上記温度範囲にあるシリコン単
結晶１１の下部を熱遮蔽部材４６のロア部材４８により
包囲し、高温のシリコン融液１３からの輻射熱によりロ
ア部材４８の温度が上昇するか、又はシリコン融液１３
からの輻射熱若しくはシリコン単結晶１１からの放熱を
ロア部材４８が反射することにより、シリコン単結晶１
１から急激な放熱が抑制される（図３のＡ部）。この結
果、シリコン単結晶１１の外周部の急激な温度低下を阻
止できるので、シリコン単結晶１１内の結晶軸方向の温
度勾配Ｇ₁がその中心から外周にわたって略均一にな
る。従って、坂道拡散や対消滅の反応時間がシリコン単
結晶１１内の径方向にわたって略均一になり、結晶径方
向の点欠陥の濃度分布が均一になるので、Ｖ／Ｇ₁値が
格子間シリコン型グローイン欠陥領域に入っていても、
Ｖ／Ｇ₁値が上記の範囲になるように引上げ速度Ｖ及
び温度勾配Ｇ₁を設定すれば、過飽和な格子間シリコン
濃度を低く抑えることができ、凝集開始温度を低下させ
ることができ、更に転位クラスタのサイズを小さくする
ことができる。

【００２６】またシリコン単結晶１１の中間部、即ちロ
ア部材４８とアッパ部材４７の間の開放された部分は、
図２の実線矢印で示すようにヒータ１９からの輻射熱が
照射されて保温され（図３のＢ部）、シリコン単結晶１
１の中央上部のアッパコーン部４７ｂにより包囲された
部分は、図２の破線矢印で示すように、シリコン融液１
３からの輻射熱がアッパコーン部４７ｂの下面で反射し
て照射されて保温される（図３のＣ部）。即ち、シリコ
ン単結晶１１が１３００〜１１００℃の温度範囲では結
晶軸方向の温度勾配Ｇ₂が２．０（℃／ｍｍ）以下とな
ってシリコン単結晶１１が徐冷されるので、シリコン単
結晶１１内の等温線分布が下に凸となるように逆転し、
格子間シリコン型グローイン欠陥である格子間シリコン
がシリコン単結晶１１の外周面側から内方に拡散するの
を抑制できる。この結果、格子間シリコンと空孔との対
消滅時間を長くできるので、点欠陥濃度を低減できる。

【００２７】更にシリコン単結晶１１のアッパ部材４７
により包囲された部分のうちアッパコーン部４７ｂによ
り包囲された中央上部以外の上部は、ヒータ１９からの
輻射熱がアッパ部材４７の直胴部４７ａの外面により遮
られて照射されず、このシリコン単結晶１１の上部は急
冷される（図３のＤ部）。即ち、シリコン単結晶１１が
１１００〜８００℃の温度範囲では、格子間シリコンが
過飽和な状態となって凝集する。しかし、上記温度範囲
の通過時間（冷却時間）Ｔを２５０分以下と短くするこ
とにより転位クラスタのサイズを小さくすることができ
る。

【００２８】

【実施例】次に本発明の実施例を詳しく説明する。 ＜実施例１＞図１に示すようなシリコン単結晶の引上げ
装置１０を用いて外径１５０ｍｍのシリコン単結晶１１
を引上げた。この装置１０の熱遮蔽部材２６の各寸法は
以下の通りである。直胴部２６ａの直径及び高さは３５
０ｍｍ及び２８０ｍｍであった。またコーン部２６ｂの
下端及び上端の直径は３５０ｍｍ及び１９０ｍｍであ
り、高さは８０ｍｍであった。即ちコーン部２６ｂの傾
斜角度は水面に対して４５度であった。更にコーン部２
６ｂの下端とシリコン融液１３との間隔は２０ｍｍとし
た。なお、上記熱遮蔽部材２６はＭｏにより形成した。

【００２９】＜実施例２＞図２に示すようなシリコン単
結晶１１の引上げ装置４０を用いて実施例１と同様にし
て、外径１５０ｍｍのシリコン単結晶１１を引上げた。
この装置の熱遮蔽部材４６の各寸法は以下の通りであ
る。ロア部材４８の下端及び上端の直径は１９０ｍｍ及
び２７０ｍｍであり、高さは４０ｍｍであった。即ちロ
ア部材４８の傾斜角度は水平面に対して４５度であっ
た。またアッパ部材４７の直胴部４７ａの直径及び高さ
は３５０ｍｍ及び１００ｍｍであった。アッパコーン部
４７ｂの下端及び上端の直径は３５０ｍｍ及び１９０ｍ
ｍであり、高さは８０ｍｍであった。即ちアッパコーン
部４７ｂの傾斜角度は水面に対して４５度であった。更
にアッパ部材４７とロア部材４８との間隔は１５０ｍｍ
とし、ロア部材４８の下端とシリコン融液１３との間隔
は２０ｍｍとした。なお、上記熱遮蔽部材４６は実施例
１と同様にＭｏにより形成した。

【００３０】＜比較例１＞図５に示すようなシリコン単
結晶の引上げ装置１を用いて外径１５０ｍｍのシリコン
単結晶１１を引上げた。この装置１の熱遮蔽部材６はシ
リコン単結晶１１の上部から中央にかけて包囲する直胴
部６ａと、この直胴部６ａの下端に連設され下方に向う
に従って直径が小さくなるコーン部６ｂと、内周縁が直
胴部６ａの上縁に接続され水平に延びて外周縁が保温筒
２１の上面に達するフランジ部６ｃとを備える。この熱
遮蔽部材６の各寸法は以下の通りである。直胴部６ａの
直径及び高さは３５０ｍｍ及び２００ｍｍであった。ま
たコーン部６ｂの上端及び下端の直径は３５０ｍｍ及び
１９０ｍｍであり、高さは８０ｍｍであった。即ちコー
ン部６ｂの傾斜角度は水面に対して４５度であった。更
にコーン部６ｂの下端とシリコン融液１３との間隔は２
０ｍｍとした。なお、上記熱遮蔽部材６はＭｏにより形
成した。上記以外は実施例１と同一に構成し、また図５
において図１と同一符号は同一部品を示す。

【００３１】＜比較試験及び評価＞実施例１、実施例２
及び比較例１の各引上げ装置にて直径１５０ｍｍのシリ
コン単結晶を引上げ速度０．６ｍｍ／分で６００ｍｍそ
れぞれ引上げたときのシリコン単結晶中の温度分布を総
合熱伝導解析プログラムにてシミュレーション計算し、
比較を行った。即ち、シリコン単結晶をシリコン融液か
ら０．６ｍｍ／分の速度でそれぞれ引上げたときに、シ
リコン融液表面から１３００℃となる位置でシリコン単
結晶の中心から径方向の各点の結晶軸方向の温度勾配Ｇ
₁を順次求め、更に温度勾配Ｇ₁よりＶ／Ｇ₁値をそれぞ
れ算出した。その結果を図６及び図７に示す。また実施
例１、実施例２及び比較例１のシリコン単結晶をスライ
スして得られたウェーハを無撹拌セコエッチングした
後、光学顕微鏡観察、透過型電子顕微鏡観察及びＸ線ト
ポグラフ観察を行って、転位クラスタの数及びエッチピ
ットの大きさを測定した。

【００３２】図６から明らかなように、比較例１ではシ
リコン単結晶内のうち外周面近傍にて温度勾配Ｇ₁が上
昇し、シリコン単結晶内のうち外周面近傍にてＶ／Ｇ₁
値が０．１８未満に下降したため、転位クラスタの数は
５×１０³個／ｃｍ³と多く、エッチピットの大きさは平
均２０〜４０μｍと比較的大きかった。これに対し、実
施例１ではシリコン単結晶の半径方向のどの位置でも温
度勾配Ｇ₁及びＶ／Ｇ₁値がともに略一定であり、転位ク
ラスタの数は３×１０³個／ｃｍ³と少なく、エッチピッ
トの大きさは平均１５〜３０μｍと小さかった。また、
実施例２ではシリコン単結晶の半径方向のどの位置でも
温度勾配Ｇ₁及びＶ／Ｇ₁値がともに略一定であり、転位
クラスタの数は２×１０³個／ｃｍ³と実施例１より更に
少なく、エッチピットの大きさは平均１０〜１５μｍと
実施例１より更に小さかった。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、シ
リコン融液から引上げられるシリコン単結晶の引上げ速
度をＶ（ｍｍ／分）、シリコンの融点から１３００℃ま
での温度範囲における結晶軸方向の温度勾配をＧ₁（℃
／ｍｍ）とするとき、単結晶の中心から外周までの全て
の位置で、 ０．１８（ｍｍ²／分・℃） ≦ Ｖ／Ｇ₁ ＜ ０．２（ｍ
ｍ²／分・℃） の条件で単結晶を引上げたので、温度勾配Ｇ₁の径方向
の均一性が高く、かつ温度勾配Ｇ₁の値そのものが高い
熱環境下で、過飽和な格子間シリコン濃度を低く抑える
ことができ、凝集開始温度を低下させることができ、更
に転位クラスタのサイズを小さくすることができる。

【００３４】また１１００℃から８００℃までの温度範
囲における冷却時間をＴ（分）とするとき、Ｔ ≦ ２
５０（分）の条件でシリコン単結晶を引上げれば、この
温度範囲において格子間シリコンが過飽和な状態となっ
て凝集するけれども、上記温度範囲の通過時間を短くす
ることにより転位クラスタのサイズを小さくすることが
できる。更に１３００℃から１１００℃までの温度範囲
における結晶軸方向の温度勾配をＧ₂（℃／ｍｍ）とす
るとき、Ｇ₂ ≦ ２．０（℃／ｍｍ）の条件でシリコン
単結晶を引上げれば、即ち１３００〜１１００℃の温度
範囲で徐冷すれば、シリコン単結晶内の等温線分布を下
に凸となるように逆転させることにより、格子間シリコ
ン型グローイン欠陥である格子間シリコンのシリコン単
結晶外周面側から内部への拡散を抑制でき、格子間シリ
コンと空孔との対消滅時間を長くできるので、点欠陥濃
度を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第１実施形態及び実施例１のシリコン単
結晶を引上げる装置を示す断面構成図。

【図２】本発明の第２実施形態及び実施例２を示す図１
に対応する断面構成図。

【図３】図２のＥ部拡大断面図。

【図４】その引上げ装置の熱遮蔽部材を含む要部斜視
図。

【図５】比較例１を示す図１に対応する断面構成図。

【図６】実施例１、実施例２及び比較例１のシリコン単
結晶の中心から径方向への距離の変化に対するシリコン
単結晶内の結晶軸方向の温度勾配Ｇ₁の変化を示す図。

【図７】実施例１、実施例２及び比較例１のシリコン単
結晶の中心から径方向への距離の変化に対するＶ／Ｇ₁
値の変化を示す図。

【図８】横軸をシリコン単結晶の中心から径方向への距
離とし、縦軸をＶ／Ｇ₁値としたときのシリコン単結晶
内の欠陥分布を示す図。

【図９】シリコン単結晶の引上げを１時間停止した際の
位置及び温度とエッチピットの大きさとの関係を示した
図。

【符号の説明】

１１ シリコン単結晶 １３ シリコン融液 １４ 石英るつぼ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/208 Ｈ０１Ｌ 21/208 Ｐ Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BA04 CF10 EH06 EH09 PA10 PF51 PF55 5F053 AA12 AA13 AA21 BB04 BB13 DD01 FF04 GG01 RR03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石英るつぼ(14)に貯留されたシリコン融
   液(13)からシリコン単結晶(11)を引上げる方法におい
   て、前記単結晶(11)の引上げ速度をＶ（ｍｍ／分）、シ
   リコンの融点から１３００℃までの温度範囲における結
   晶軸方向の温度勾配をＧ₁（℃／ｍｍ）とするとき、単
   結晶(11)の中心から外周までの全ての位置で、 ０．１８（ｍｍ²／分・℃） ≦ Ｖ／Ｇ₁ ＜ ０．２（ｍ
   ｍ²／分・℃） の条件で前記単結晶(11)を引上げることを特徴とするシ
   リコン単結晶の引上げ方法。
2. 【請求項２】 １１００℃から８００℃までの温度範囲
   における冷却時間をＴ（分）とするとき、 Ｔ ≦ ２５０（分） の条件で前記単結晶(11)を引上げる請求項１記載のシリ
   コン単結晶の引上げ方法。
3. 【請求項３】 １３００℃から１１００℃までの温度範
   囲における結晶軸方向の温度勾配をＧ₂（℃／ｍｍ）と
   するとき、 Ｇ₂ ≦ ２．０（℃／ｍｍ） の条件で前記単結晶(11)を引上げる請求項１又は２記載
   のシリコン単結晶の引上げ方法。