JP2005132665A - 単結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無欠陥領域の単結晶を引き上げる際の製造マージンを大幅に拡大することができ、したがって、無欠陥領域結晶の製造歩留り、生産性を大幅に向上させることが可能な単結晶の製造方法を提供する。
【解決手段】チョクラルスキー法によってチャンバ内で単結晶を原料融液から引上げて製造する方法において、径方向にリング状に発生するＯＳＦ領域の外側で、且つ格子間型及び空孔型の欠陥が存在しない無欠陥領域の単結晶を引上げるとともに、前記単結晶の引上げは、単結晶の融点から９５０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が、０．９６℃／ｍｉｎ以上の範囲、１１５０℃から１０８０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が、０．８８℃／ｍｉｎ以上の範囲、１０５０℃から９５０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が、０．７１℃／ｍｉｎ以上の範囲、となるように制御して行うことを特徴とする単結晶の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明はメモリーやＣＰＵなど半導体デバイスの基板として用いられるウェーハ等を切り出すための単結晶を製造する方法に関するものであり、特に、最先端分野で用いられている無欠陥領域の単結晶を製造する方法に関するものである。

メモリーやＣＰＵなど半導体デバイスの基板として用いられるウェーハ等を切り出すための単結晶としては、例えばシリコン単結晶を挙げることができ、主にチョクラルスキー法（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ Ｍｅｔｈｏｄ、以下ＣＺ法と略称する）により製造されている。

ＣＺ法により単結晶を製造する際には、例えば図５に示すような単結晶製造装置１を用いて製造される。
単結晶製造装置１は、例えばシリコンのような原料多結晶を収容して溶融するための部材や、熱を遮断するための断熱部材などを有しており、これらは、メインチャンバー２内に収容されている。メインチャンバー２の天井部からは上に伸びる引上げチャンバー３が連接されており、この上部に単結晶４をワイヤー５で引上げる機構（不図示）が設けられている。

メインチャンバー２内には、溶融された原料融液６を収容する石英ルツボ７とその石英ルツボ７を支持する黒鉛ルツボ８が設けられ、これらのルツボ７、８は駆動機構（不図示）によって回転昇降自在にシャフト９で支持されている。このルツボ７、８の駆動機構は、単結晶４の引上げに伴う原料融液６の液面低下を補償すべく、ルツボ７、８を液面低下分だけ上昇させるようにしている。

そして、ルツボ７、８を囲繞するように、原料を溶融させるための黒鉛ヒーター１０が配置されている。この黒鉛ヒーター１０の外側には、黒鉛ヒーター１０からの熱がメインチャンバー２に直接輻射されるのを防止するために、断熱部材１１がその周囲を取り囲むように設けられている。

また、メインチャンバー１の内部には、引上げチャンバー２の上部に設けられたガス導入口１４からアルゴンガス等の不活性ガスが導入される。導入された不活性ガスは、引上げ中の単結晶４とガス整流筒１２との間を通過し、ガス整流筒１２の下端と原料融液６の液面との間を通過し、ガス流出口１５から排出される。
尚、ガス整流筒１２の外側下端には原料融液６と対向するように遮熱部材１３が設けられ、原料融液６の表面からの輻射をカットするとともに原料融液６の表面を保温するようにしている。

以上のような単結晶製造装置１内に配置された石英ルツボ７に原料多結晶を収容し、黒鉛ヒーター１０により加熱し、石英ルツボ７内の多結晶原料を溶融させる。このように多結晶原料を溶融させたものである原料融液６に、ワイヤー５の下端に接続している種ホルダー１６で固定された種結晶１７を着液させ、その後、種結晶１７を回転させながら引上げることにより、種結晶１７の下方に所望の直径と品質を有する単結晶４を育成する。この際、種結晶１７を原料融液６に着液させた後に、直径を３ｍｍ程度に一旦細くして絞り部を形成するいわゆる種絞り（ネッキング）を行い、次いで、所望の口径になるまで太らせて、無転位の結晶を引上げている。

通常、このように引上げられたシリコン単結晶には、空孔型（Ｖａｃａｎｃｙ）と格子間型（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ）の真性の点欠陥がある。この真性点欠陥の飽和濃度は温度の関数であり、結晶育成中の温度の低下に伴い、過飽和状態となる。この過飽和状態では対消滅や外方拡散・坂道拡散などが起こり、過飽和状態を緩和する方向に進む。その結果、空孔型か格子間型かのいずれか一方が優勢な過飽和の点欠陥として残る。

そして、結晶成長速度が速いと空孔型が過剰状態となりやすく、逆に結晶成長速度が遅いと格子間型が過剰な状態になりやすいことが知られている。この過剰な濃度がある臨界以上となれば、これらが凝集し、結晶成長中に２次欠陥を形成する。

そして、結晶軸方向に成長速度Ｖを高速から低速に変化させた場合、図６に示したような欠陥分布図が得られることが知られている。
成長速度が比較的高速の場合には、単結晶中で空孔型が優勢となる。この場合、２次欠陥としてはＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）やＦＰＤ（Ｆｌｏｗ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｄｅｆｅｃｔ）などとして観察されるボイド（Ｖｏｉｄ）欠陥が形成される。そして、この欠陥が分布する領域をＶ領域という。また、このＶ領域の境界近辺には、酸化処理後にＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥、Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ）として観察される欠陥が分布することが知られている。そして、この欠陥が分布する領域をＯＳＦ領域という。これらの２次欠陥は、酸化膜特性を劣化させる原因となる。

一方、成長速度が比較的低速の場合には、単結晶中で格子間型が優勢となる。この場合、転位ループ起因のＬＳＥＰＤ（Ｌａｒｇｅ Ｓｅｃｃｏ Ｅｔｃｈ Ｐｉｔ Ｄｅｆｅｃｔ）、ＬＦＰＤ（Ｌａｒｇｅ Ｆｌｏｗ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｄｅｆｅｃｔ）などとして観察される２次欠陥が形成される。そして、この欠陥が存在する領域をＩ領域という。この２次欠陥は、リーク等の重大な不良を起こす原因となる。

近年、Ｖ領域とＩ領域の中間でＯＳＦ領域の外側に、空孔起因のＦＰＤ、ＣＯＰ等も、格子間シリコンが集合した転位ループ起因のＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ等も存在しない領域の存在が確認されている。この領域はＮ領域（無欠陥領域）と呼ばれる。また、このＮ領域をさらに分類すると、ＯＳＦ領域の外側に隣接するＮｖ領域（空孔の多い領域）とＩ領域に隣接するＮｉ領域（格子間シリコンが多い領域）とがあり、Ｎｖ領域では、熱処理をした際に酸素析出量が多く、Ｎｉ領域では酸素析出が殆ど無いことがわかっている。

これらの欠陥は、成長速度Ｖと成長界面近傍での温度勾配Ｇの比であるＶ／Ｇ値というパラメーターにより、その導入量が決定されると考えられている（例えば、非特許文献１参照。）。すなわち、Ｖ／Ｇ値が所定範囲になるように、成長速度Ｖと温度勾配Ｇを調節すれば、所望の欠陥領域で単結晶を引上げることができる。

そして、成長速度Ｖと成長界面近傍での温度勾配Ｇを調節してＮ領域となるように引上げた結晶が、無欠陥結晶と呼ばれる結晶である。単結晶中の過剰な点欠陥の濃度を限りなく低くした無欠陥結晶を引上げるためには、成長速度Ｖと成長界面近傍での温度勾配Ｇとで表されるＶ／Ｇ値が非常に限定された範囲となるように、成長速度Ｖと温度勾配Ｇを調節する必要があった（例えば、特許文献１、２参照。）。しかし、非常に狭い範囲に成長速度Ｖ等を調節して単結晶を引上げることは非常に困難である。そのため、無欠陥結晶を引上げる場合、実際には不良品などが多発して、歩留り、生産性を大きく低下させるという問題があった。

特開平８−３３０３１６号公報 特開平１１−７９８８９号公報 Ｖ．Ｖ．Ｖｏｒｏｎｋｏｖ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ，５９(１９８２)，６２５〜６４３

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、Ｎ領域となるＶ／Ｇ値の範囲を大幅かつより確実に拡大することができ、すなわち、無欠陥領域の単結晶を引き上げる際の製造マージンを大幅に拡大することができ、これにより、無欠陥領域結晶の製造歩留り、生産性を大幅に向上させることが可能な単結晶の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、チョクラルスキー法によってチャンバ内で単結晶を原料融液から引上げて製造する方法において、径方向にリング状に発生するＯＳＦ領域の外側で、且つ格子間型及び空孔型の欠陥が存在しない無欠陥領域の単結晶を引上げるとともに、前記単結晶の引上げは、単結晶の融点から９５０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が、０．９６℃／ｍｉｎ以上の範囲、１１５０℃から１０８０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が、０．８８℃／ｍｉｎ以上の範囲、１０５０℃から９５０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が、０．７１℃／ｍｉｎ以上の範囲、となるように制御して行うことを特徴とする単結晶の製造方法が提供される（請求項１）。

このように、単結晶を引上げる際に、融点から９５０℃までの温度帯、１１５０℃から１０８０℃までの温度帯、１０５０℃から９５０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度が、上記範囲となるように制御して急冷することで、Ｖ領域とＩ領域の中間でＯＳＦリングの外側に存在するＮ領域となるＶ／Ｇ値の範囲を大幅かつより確実に拡大することができる。このように無欠陥領域の単結晶を製造する場合の製造マージンが大幅に拡大するので、無欠陥結晶の製造が比較的容易となり、無欠陥領域の単結晶の歩留り、生産性が大幅に向上するという効果を得ることができる。

この場合、前記無欠陥領域の単結晶を引上げるための成長速度マージン（成長速度上限−成長速度下限）が、該単結晶の平均成長速度（（成長速度上限＋成長速度下限）／２）の７％以上の範囲であるものとすることができる（請求項２）。

本発明の単結晶の製造方法では、点欠陥が凝集する温度帯を通過する時の冷却速度を上記のように高速にしているので、点欠陥が凝集しづらくなり、その結果、無欠陥領域の単結晶を引上げるための成長速度マージンが７％以上と非常に大きい範囲となる。このように成長速度マージンが大きければ、無欠陥領域の単結晶を引上げる際の成長速度の制御は比較的容易である。したがって、より確実に無欠陥領域の単結晶を引上げることができるようになり、無欠陥領域の単結晶の歩留り、生産性が大幅に向上する。

この場合、前記単結晶を引上げるための温度帯の制御は、チャンバ内に、少なくとも、冷却媒体で強制冷却される冷却筒と、冷却補助部材を配置することによって行うことができる（請求項３）。

点欠陥が凝集する温度帯を通過する時の冷却速度の制御は、単結晶製造装置内に、例えば、冷却媒体で強制冷却される冷却筒と、冷却補助部材を配置することによって行うことができる。尚、冷却補助部材としては、例えば、冷却筒から下方に延伸するように配置される部材であって、円筒状、又は下方に向かって縮径された形状のものが挙げられる。

この場合、前記製造する単結晶を、シリコン単結晶とすることができる（請求項４）。

本発明の単結晶の製造方法は、無欠陥領域の単結晶の製造歩留り、生産性の向上が近年強く求められているシリコン単結晶を製造するのに有効である。

この場合、前記単結晶の直胴部の直径を、１５０ｍｍ以上とすることができる（請求項５）。

本発明の単結晶の製造方法は、２次欠陥が発生し易く、したがって、より確実な無欠陥結晶の製造方法が強く求められている、直胴部の直径が１５０ｍｍ以上の大口径の単結晶を製造するのに特に有効である。

この場合、前記単結晶の引上げは、中心磁場強度が３００ガウス以上６０００ガウス以下の範囲の磁場を印加しながら行うのが好ましい（請求項６）。

このように、単結晶の引上げの際に磁場を印加することで、無欠陥領域の単結晶を育成するための良好な結晶成長界面形状を達成することができる。したがって、無欠陥結晶の製造において、より高い製造歩留り、より高い生産性を達成できる。

そして、本発明によれば、以上のような単結晶の製造方法により製造された単結晶が提供される（請求項７）。

本発明の単結晶の製造方法により製造された単結晶は、不良品が少なく、非常に高品質な無欠陥結晶である。さらに、本発明の単結晶は、高歩留り、高生産性で製造されたものであるので、従来品と比較して比較的安価なものである。

以上説明したように、本発明によれば、点欠陥が凝集する温度帯を通過する時の冷却速度を高速にすることで、Ｎ領域となるＶ／Ｇ値の範囲を大幅かつより確実に拡大することができ、すなわち、無欠陥結晶の製造マージンを大幅に拡大することができる。したがって、無欠陥領域の単結晶の製造歩留り、生産性を大幅に向上させることができる。

以下、本発明についてより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明者らは、Ｎ領域となるＶ／Ｇ値の範囲、すなわち無欠陥結晶の製造マージンを拡大する方法について研究を重ねた。
無欠陥結晶の製造マージンについて、図１を参照して説明する。図１中、Ｖ／Ｇ＝Ｃｏｎｓｔａｎｔの状態では、優勢な点欠陥が空孔型でも格子間型でもなく両者が拮抗した状態である。この状態では、もちろん２次欠陥の発生はなく、無欠陥状態を達成できる。これに加え、過剰な点欠陥がある濃度以下であれば、これらが凝集して２次欠陥として検出されるほどに大きくなることはなく、事実上この部分も無欠陥領域（Ｎ領域）となる。この部分まで含めたＶ／Ｇ値の範囲が、いわゆる無欠陥領域の製造マージンとなる。

一方、過剰な点欠陥が２次欠陥として検出されるほどに大きくならないための濃度は、点欠陥が凝集する温度帯の熱状況に大きく影響される。つまりこの温度帯の通過時間が極端に短ければ、どんなに過剰な点欠陥があろうとこれらが凝集し２次欠陥として検出されるほどに大きくなることはないと考えられる。従ってこの温度帯の通過時間が短ければ短いほど、製造マージンが大きくなる。

ここで、特開２００２−２２６２９６号公報には、例えば１０８０℃から１１５０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が１℃／ｍｉｎ以上となるように制御して、無欠陥結晶の成長速度マージンを広げる方法について記載されている。しかし、この方法は、無欠陥結晶の成長速度マージンを広げるための確実性の点で、未だ改良の余地があった。

これらのことから、本発明者らは、単結晶を引上げる際に、過剰となった真性点欠陥の凝集する温度帯についてより詳細に検討を重ねた。そして検討の結果、特に、単結晶を引上げる際に、単結晶の融点から９５０℃までの温度帯、１１５０℃から１０８０℃までの温度帯、１０５０℃から９５０℃までの温度帯を通過する時に、引上げ単結晶を急冷することで、点欠陥の凝集を妨げ、この点欠陥の凝集体である２次欠陥が検出されない無欠陥領域の製造マージンを大幅かつより確実に拡大することができることに想到し、本発明を完成させた。

以下、単結晶を引上げる際に、各温度帯を急冷するように制御することが可能な単結晶製造装置について、図２を参照して説明するが、本発明はこの装置に限定されるものではない。
図２に示される単結晶製造装置２１は、冷却筒２２、冷却媒体導入口２３、冷却補助部材２４、保護部材２５を具備するが、それ以外の部材については、前述の図５で示される単結晶製造装置１と同様である。

単結晶装置２１には、冷却筒２２が具備され、この冷却筒２２は、引上げ中の単結晶４を取り囲むようにメインチャンバー２の天井部から原料融液６の表面に向って延伸している。冷却筒２２内には、冷却媒体導入口２３から冷却媒体が導入され、該冷却媒体は、冷却筒２２内を循環して冷却筒２２を強制冷却した後、外部へ排出される。

尚、冷却筒２２内に流す冷却媒体の流量や温度を必要に応じて調節すれば、冷却筒２２の除去熱量を変化させることができる。これにより、所望の冷却雰囲気を作りだすことが可能であり、したがって、単結晶引上げの際には、各温度帯を所望の冷却速度で急冷するように制御することが可能となる。

また、冷却筒２２の下端部から原料融液の表面近傍に延伸する円筒状の冷却補助部材２４が設けられている。冷却補助部材２４は、引上げられた直後の高温の単結晶４の周囲を囲んでおり、黒鉛ヒーター１０あるいは原料融液６等からの輻射熱を遮って単結晶４を冷却する効果を有する。尚、冷却補助部材の形状は、円筒状に限られず、他には、例えば下方に向かって縮径された形状のものが挙げられる。
この冷却補助部材の配置位置、形状等を変更することによっても、単結晶引上げの際に、各温度帯を所望の冷却速度で急冷するように制御することが可能である。

さらに、冷却筒２２の外側には、保護部材２５が設けられている。保護部材２５は、メインチャンバー２の天井部から延伸し、メインチャンバー２内の冷却筒２２の下端面を含む外周面を覆うようにして配置されている。保護部材２５を設けることで、原料多結晶の溶融時などに飛散するおそれのある原料融液が冷却筒２２に付着することを防ぐことができるし、また、黒鉛ヒーター１０等からの輻射熱が、直接冷却筒２２にあたるのを防ぐことができるので、冷却筒２２の除熱効果も向上する。

そして、本発明は、以上のような単結晶製造装置を用いて、以下のように単結晶を製造する単結晶の製造方法を提供する。
すなわち、本発明の単結晶の製造方法は、チョクラルスキー法によってチャンバ内で単結晶を原料融液から引上げて製造する方法において、径方向にリング状に発生するＯＳＦ領域の外側で、且つ格子間型及び空孔型の欠陥が存在しない無欠陥領域の単結晶を引上げるとともに、前記単結晶の引上げは、単結晶の融点から９５０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が、０．９６℃／ｍｉｎ以上の範囲、１１５０℃から１０８０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が、０．８８℃／ｍｉｎ以上の範囲、１０５０℃から９５０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が、０．７１℃／ｍｉｎ以上の範囲、となるように制御して行うことを特徴とする。

尚、各温度帯を通過する時の冷却速度の平均値を、１０℃／ｍｉｎ以下の範囲とするのが好ましく、この範囲内であれば、直胴部の直径が１５０ｍｍ以上である大口径の結晶を製造する場合であっても、Ｎ領域が全面に広がった高品質の無欠陥結晶を安定して製造することができる。

ここで、点欠陥の凝集温度帯としては、空孔型の欠陥が、２次欠陥であるボイド欠陥を形成する温度帯は、１１５０℃から１０８０℃程度といわれており、ＯＳＦが形成される温度帯は１０００℃付近といわれている。一方で、格子間型の欠陥が凝集する温度帯ははっきりとわからないが、転位クラスターが発生することなどから、比較的高温であると思われる。本発明者らは、これらのことを考慮しつつ、検討を重ねた結果、本発明の単結晶の製造方法では、単結晶の融点近傍の温度から１０００℃を下回る程度の温度までの温度帯、具体的には、単結晶の融点から９５０℃までの温度帯、１１５０℃から１０８０℃までの温度帯、１０５０℃から９５０℃まで各温度帯をそれぞれ通過する時に、引上げ単結晶を上記のように急冷するようにした。

このように冷却速度を制御することで、Ｖ領域とＩ領域の中間でＯＳＦリングの外側に存在するＮ領域となるＶ／Ｇ値の範囲を大幅かつ確実に拡大することができる。このように無欠陥領域の単結晶の製造マージンが大幅に拡大するので、無欠陥結晶の製造が比較的容易となり、無欠陥領域の単結晶の歩留り、生産性が大幅に向上するという効果を得ることができる。

無欠陥結晶の製造マージンは、図１に示したグラフから推定される様に、成長界面近傍での温度勾配Ｇと、成長速度Ｖが大きな場合にも拡大することが推定される。従って、例えば、無欠陥結晶の製造マージンを成長速度Ｖの観点から見た成長速度マージンは、成長速度で規格化した値を見て判断することで、比較が容易になる。上記本発明の単結晶の製造方法によれば、無欠陥領域の単結晶を引上げるための成長速度マージン（成長速度上限−成長速度下限）が、該単結晶の平均成長速度(（成長速度上限＋成長速度下限)／２)の７％以上の範囲と非常に大きい範囲にすることができる。このように成長速度マージンが大きければ、無欠陥領域の単結晶を引上げる際の成長速度の制御は比較的容易である。したがって、より確実に無欠陥領域の単結晶を引上げることができるようになり、無欠陥領域の単結晶の歩留り、生産性が大幅に向上する。
このような本発明の単結晶の製造方法は、無欠陥領域の単結晶の製造歩留り、生産性の向上が近年強く求められているシリコン単結晶を製造するのに有効である。また、２次欠陥が発生し易く、したがって、より確実な無欠陥結晶の製造方法が強く求められている、直胴部の直径が１５０ｍｍ以上の範囲と大口径の単結晶を製造するのに特に有効である。

更に、本発明の単結晶の製造方法では、中心磁場強度３００ガウス以上６０００ガウス以下の範囲の磁場を印加しながら無欠陥結晶を育成するのが好ましい。このように、単結晶育成中に、磁場を印加することで、無欠陥領域の単結晶を育成するための良好な結晶成長界面形状を達成することができる。したがって、無欠陥結晶の製造において、より高い製造歩留り、より高い生産性を達成できる。

そして、以上のような本発明の単結晶の製造方法により製造された単結晶は、不良品が少なく、非常に高品質な無欠陥結晶である。また、本発明の製造方法では、このような単結晶を、高歩留り、高生産性で製造することができるので、高品質の無欠陥結晶を従来品と比較して比較的安価で提供できる。

以下、本発明を実施例および比較例を挙げて具体的に説明する。
（実施例１）
冷却筒２２を具備する図２の単結晶製造装置２１に、直径２４インチ（約６００ｍｍ）の石英ルツボ７を装備し、続いて、石英ルツボ７に原料多結晶シリコンを１５０ｋｇチャージして溶融し、原料融液６とした。そして、チョクラルスキー法（ＣＺ法）により、直胴部の直径が８インチ（約２００ｍｍ）、直胴部の長さが約１３０ｃｍのシリコン単結晶４を、成長速度を徐々に低下させながら育成した。
尚、シリコン単結晶４の育成時には、中心磁場強度４０００Ｇの水平磁場を印加した。また、成長界面近傍での温度勾配Ｇをある程度一定に保つ様に、原料融液６の表面と遮熱部材１３の間隔を６０ｍｍとした。

さらに、冷却筒２２内に流す冷却媒体の流量及び温度を調節して、融点から９５０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が約１．３１℃／ｍｉｎ、１１５０℃から１０８０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が約１．３５℃／ｍｉｎ、１０５０℃から９５０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が約１．２１℃／ｍｉｎ、となるように制御した。さらに、この時の引上げ単結晶の温度分布を図３に示す。この図３からも、実施例１で用いた単結晶製造装置は、冷却速度が非常に速いことが判る。

次に上記のようにして育成した単結晶を縦割りしてサンプルを作製し、以下に示すような結晶欠陥分布の調査を行った。
（１）ＦＰＤ（Ｖ領域）およびＬＳＥＰＤ（Ｉ領域）の検査
検査用のサンプルに３０分間のセコエッチングを無攪拌で施した後、サンプルを顕微鏡で観察することにより結晶欠陥の有無を確認した。
（２）ＯＳＦの検査
検査用のサンプルにウエット酸素雰囲気下、１１５０℃で１００分間の熱処理を行った後、サンプルを顕微鏡で観察することによりＯＳＦの有無を確認した。

以上のような調査の結果から、無欠陥領域の成長速度マージンを求めた。その結果、成長速度マージン（成長速度上限−成長速度下限）が、該単結晶の平均成長速度（（成長速度上限＋成長速度下限）／２）の１０．７％であり、大幅に、無欠陥領域の単結晶の製造マージンを拡大することができたことが判った。

次に、図２の単結晶製造装置を用いて、上記で得られた成長速度マージンの範囲内で無欠陥領域の単結晶を育成した。その結果、直胴部の全長に渡り２次欠陥の発生していない無欠陥結晶を育成することができた。

（実施例２）
冷却筒２２を具備する図２の単結晶製造装置２１に、直径１８インチ（約４５０ｍｍ）の石英ルツボ７を装備し、続いて、石英ルツボ７に原料多結晶シリコンを７０ｋｇチャージして溶融し、原料融液６とした。そして、チョクラルスキー法（ＣＺ法）により、直胴部の直径が６インチ（約１５０ｍｍ）、直胴部の長さが約１００ｃｍのシリコン単結晶４を、成長速度を徐々に低下させながら育成した。
尚、シリコン単結晶４の育成時には、中心磁場強度３０００Ｇの水平磁場を印加した。また、成長界面近傍での温度勾配Ｇをある程度一定に保つ様に、原料融液６の表面と遮熱部材１３の間隔を５０ｍｍとした。

さらに、冷却筒２２内に流す冷却媒体の流量及び温度を調節して、融点から９５０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が約１．６４℃／ｍｉｎ、１１５０℃から１０８０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が約１．５６℃／ｍｉｎ、１０５０℃から９５０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が約１．５６℃／ｍｉｎ、となるように制御した。

次に上記のようにして育成した単結晶を縦割りしてサンプルを作製し、実施例１と同様の方法により結晶欠陥分布の調査を行った。
その結果、無欠陥領域の単結晶を引上げるための成長速度マージン（成長速度上限−成長速度下限）が、該単結晶の平均成長速度（（成長速度上限＋成長速度下限）／２）の１３．２％であり、大幅に、無欠陥領域の単結晶の製造マージンを拡大することができることが判った。

次に、図２の単結晶製造装置を用いて、上記で得られた成長速度マージンの範囲内で無欠陥領域の単結晶を育成した。その結果、直胴部の全長に渡り２次欠陥の発生していない無欠陥結晶を育成することができた。

（比較例１）
図５の冷却筒を具備していない単結晶製造装置１を用いて、実施例１と同様に成長速度を変化させながらシリコン単結晶を育成した。
ただし、この単結晶製造装置１は冷却筒を具備していないため、冷却速度を制御することができない。そのため、融点から９５０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が約０．６４℃／ｍｉｎ、１１５０℃から１０８０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が約０．５８℃／ｍｉｎ、１０５０℃から９５０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が約０．４３℃／ｍｉｎとなった。さらに、この時の引上げ単結晶の温度分布を図３に示す。この図３からも、比較例１で用いた単結晶製造装置では、実施例１で用いた単結晶製造装置と比較して、冷却速度が非常に遅いことが判る。

次に上記のようにして育成した単結晶を縦割りしてサンプルを作製し、実施例１と同様の方法により結晶欠陥分布の調査を行った。
その結果、無欠陥領域の単結晶を引上げるための成長速度マージン（成長速度上限−成長速度下限）が、該単結晶の平均成長速度（（成長速度上限＋成長速度下限）／２）の４．２％であり、非常に、無欠陥領域の単結晶の製造マージンが小さいものであった。

次に、図５の単結晶製造装置を用いて、上記で得られた成長速度マージンの範囲内で無欠陥領域の単結晶を育成した。しかし、成長速度マージンが非常に狭いために、成長速度の制御が困難で、一部で２次欠陥が発生し、直胴部の全長に渡り２次欠陥の発生していない無欠陥結晶を育成することはできなかった。

（比較例２）
図５の単結晶製造装置１を用いて、実施例２と同様に成長速度を変化させながらシリコン単結晶を育成した。
ただし、この単結晶製造装置１は冷却筒を具備していないため、冷却速度を調整することができない。そのため、融点から９５０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が約０．８４℃／ｍｉｎ、１１５０℃から１０８０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が約０．７２℃／ｍｉｎ、１０５０℃から９５０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が約０．５９℃／ｍｉｎであった。

次に上記のようにして育成した単結晶を縦割りしてサンプルを作製し、実施例１と同様の方法により結晶欠陥分布の調査を行った。
その結果、無欠陥領域の単結晶を引上げるための成長速度マージン（成長速度上限−成長速度下限）が、該単結晶の平均成長速度（（成長速度上限＋成長速度下限）／２）の６．１％であり、非常に、無欠陥領域の単結晶の製造マージンが小さいものであった。

次に、図５の単結晶製造装置を用いて、上記で得られた成長速度マージンの範囲内で無欠陥領域の単結晶を育成した。しかし、成長速度マージンが非常に狭いために、成長速度の制御が困難で、一部で２次欠陥が発生し、直胴部の全長に渡り２次欠陥の発生していない無欠陥結晶を育成することはできなかった。

次に、実施例１，２、比較例１，２の結果から、各温度帯における、通過時間と（成長速度マージン／平均成長速度）×１００（％）の関係を示すグラフを作成したものが図４である。図４からも判るように、例えば、無欠陥領域の単結晶を引上げるための成長速度マージン（成長速度上限−成長速度下限）が、平均成長速度（（成長速度上限＋成長速度下限）／２）の７％以上の範囲となるようにするためには、融点から９５０℃までの温度帯を通過する時の通過時間を４８０分以下（冷却速度の平均値０．９６℃／ｍｉｎ以上）、１１５０℃から１０８０℃までの温度帯を通過する時の通過時間を８０分以下（冷却速度の平均値０．８８℃／ｍｉｎ以上）、１０５０℃から９５０℃までの温度帯を通過する時の通過時間を１４０分以下（冷却速度の平均値０．７１℃／ｍｉｎ以上）となるように制御すれば良い。
通常、成長速度マージンは、平均成長速度の４％程度、あるいはせいぜい６％以下であり、これが６％を超えて、例えば７％以上にまで増加させることができれば、全面がＮ領域である無欠陥結晶を安定して育成することができるようになる。特に、１０％以上にできれば、Ｎ領域からずれて、２次欠陥が結晶の一部に発生してしまうことはほとんどなくなる。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

無欠陥結晶の製造マージンを示すグラフである。 本発明で用いられる単結晶製造装置の一例を示す概略断面図である。 実施例１と比較例１における、引上げ単結晶の温度分布を示すグラフである。 各温度帯における、（成長速度マージン／平均成長速度）×１００（％）と通過時間（ｍｉｎ）の関係を示すグラフである。 従来用いられている単結晶製造装置の一例を示す概略断面図である。 結晶欠陥領域の分布を示す概略断面図である。

符号の説明

１，２１…単結晶製造装置、 ２…メインチャンバー、 ３…引上げチャンバー、
４…単結晶、 ５…ワイヤー、 ６…原料融液、 ７…石英ルツボ、
８…黒鉛ルツボ、 ９…シャフト、 １０…黒鉛ヒーター、 １１…断熱部材、
１２…ガス整流筒、 １３…遮熱部材、 １４…ガス導入口、 １５…ガス流出口、
１６…種ホルダー、 １７…種結晶、
２２…冷却筒、 ２３…冷却媒体導入口、 ２４…冷却補助部材、 ２５…保護部材。

Claims (7)

1. チョクラルスキー法によってチャンバ内で単結晶を原料融液から引上げて製造する方法において、径方向にリング状に発生するＯＳＦ領域の外側で、且つ格子間型及び空孔型の欠陥が存在しない無欠陥領域の単結晶を引上げるとともに、前記単結晶の引上げは、単結晶の融点から９５０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が、０．９６℃／ｍｉｎ以上の範囲、１１５０℃から１０８０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が、０．８８℃／ｍｉｎ以上の範囲、１０５０℃から９５０℃までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が、０．７１℃／ｍｉｎ以上の範囲、となるように制御して行うことを特徴とする単結晶の製造方法。
2. 前記無欠陥領域の単結晶を引上げるための成長速度マージン（成長速度上限−成長速度下限）が、該単結晶の平均成長速度（（成長速度上限＋成長速度下限）／２）の７％以上の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の単結晶の製造方法。
3. 前記単結晶を引上げるための温度帯の制御は、チャンバ内に、少なくとも、冷却媒体で強制冷却される冷却筒と、冷却補助部材を配置することによって行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の単結晶の製造方法。
4. 前記製造する単結晶を、シリコン単結晶とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の単結晶の製造方法。
5. 前記単結晶の直胴部の直径を、１５０ｍｍ以上とすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の単結晶の製造方法。
6. 前記単結晶の引上げは、中心磁場強度が３００ガウス以上６０００ガウス以下の範囲の磁場を印加しながら行うことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の単結晶の製造方法。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の方法で製造された単結晶。

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