JP2011105537A - シリコン単結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】結晶の有転位化を抑制しつつ、シリコン単結晶の引き上げ中に大量のドーパントを融液に添加して高濃度のドーパントを含有した低抵抗率のシリコン単結晶を製造することができる方法を提供する。
【解決手段】シリコンの融液に接触させたシリコン種結晶を回転させながら引き上げて、該シリコン種結晶下に直径がφｍｍの直胴部を有するシリコン単結晶を育成することを含むシリコン単結晶の製造方法であって、シリコン単結晶の直胴部の育成中に、シリコン単結晶を回転速度ωｒｐｍ［但し、ω≧２４−（φ／２５）］で回転させながらドーパントを融液に添加するドーパント添加工程を含むことを特徴とするシリコン単結晶の製造方法である。
【選択図】図４

Description

本発明は、シリコン単結晶を製造する方法に関し、特には、チョクラルスキー法（ＣＺ法）を用いて高濃度ドープされたシリコン単結晶を製造する方法に関するものである。

従来、るつぼ中のシリコン融液に種結晶を接触させ、該種結晶を回転させながら引き上げてシリコン単結晶を育成するチョクラルスキー法において、所望の特性（比抵抗など）を有するシリコン単結晶を製造する方法の一つとして、シリコン単結晶の引き上げ中にドーパントをシリコン融液に添加する方法が用いられている。

そして、一般に、チョクラルスキー法において単結晶の引き上げ中にドーパントをシリコン融液に添加する方法としては、ドーパント（不純物）を収容する収納容器と、該収納容器をるつぼ内に挿抜させる上下動装置とからなる不純物投入装置を用いて、シリコン単結晶の引き上げ途中でるつぼ中のシリコン融液にドーパントを添加し、シリコン単結晶の比抵抗を結晶軸方向に不連続に変化させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、シリコン単結晶の引き上げ中にドーパントをシリコン融液に添加した場合に、ドーパントの添加により引き上げたシリコン単結晶が有転位化するのを防止する方法として、シリコン単結晶の直胴部の前半部が形成されるまではドーパントを低濃度で添加し、その後にドーパントを高濃度で添加する方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−３３６０２０号公報 特開２００８−２６６０９３号公報

ここで、近年、半導体業界においては用途に応じて種々の抵抗率を有するシリコンウェーハが求められており、例えば、高濃度のドーパントを含有させて抵抗率を０．０１Ω・ｃｍ以下としたｐ＋＋型またはｎ＋＋型のシリコンウェーハの提供が求められてきている。

しかし、本発明者らが鋭意検討を行ったところ、上記従来のドーパント添加方法では、シリコン単結晶中のドーパント濃度を高めるためにシリコン単結晶の引き上げ中に大量のドーパントをシリコン融液に添加すると、ドーパント添加後に引き上げたシリコン結晶が有転位化してしまい、無転位のシリコン単結晶が得られずに歩留まりが低下してしまうという問題があることが明らかとなった。

そのため、歩留まりを低下させることなく（結晶の有転位化を抑制しつつ）、シリコン単結晶の引き上げ中に大量のドーパントを融液に添加して高濃度のドーパントを含有した低抵抗率のシリコン単結晶を製造することができる方法を開発することが求められていた。

本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、所定の結晶回転条件下でシリコン単結晶を製造することにより、シリコン単結晶の引き上げ中に大量のドーパントをシリコン融液に添加しても、引き上げた結晶の有転位化を抑制することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明のシリコン単結晶の製造方法は、シリコンの融液に接触させたシリコン種結晶を回転させながら引き上げて、該シリコン種結晶下に直径がφｍｍの直胴部を有するシリコン単結晶を育成することを含むシリコン単結晶の製造方法であって、前記シリコン単結晶の直胴部の育成中に、該シリコン単結晶を回転速度ωｒｐｍ［但し、ω≧２４−（φ／２５）］で回転させながらドーパントを前記融液に添加するドーパント添加工程を含むことを特徴とする。このように、２４−（φ／２５）以上の回転速度でシリコン単結晶を回転させながらドーパントを融液に添加すれば、引き上げた結晶が有転位化することを抑制しつつ、高濃度のドーパントを含有したシリコン単結晶を製造することができる。
なお、引き上げた結晶が有転位化することを抑制できる理由についてはまだ明らかではないが、シリコン単結晶を２４−（φ／２５）以上の回転速度で回転させながらドーパントを融液に添加することにより、シリコン単結晶の結晶成長界面近傍の融液のドーパント濃度勾配が緩やかになって結晶の有転位化が抑制されているものと思われる。

また、本発明のシリコン単結晶の製造方法は、前記ドーパントが、砒素、リンまたはアンチモンであることが好ましい。砒素、リンおよびアンチモンはｎ型のドーパントとして特に適しているからである。また、ｎ型のドーパント、特に砒素やリンを高濃度で融液に添加すると、引き上げたシリコン単結晶が特に有転位化し易いからである。

そして、本発明のシリコン単結晶の製造方法は、前記ドーパント添加工程において、前記ドーパントを、ドーパント添加開始時の融液の残り質量１ｋｇ当たり毎分０．０１ｇ〜０．０３５ｇの速度で供給することが好ましい。ドーパント添加開始時のるつぼ中の融液の質量を求め、ドーパントの供給速度を０．０１ｇ／ｍｉｎ・ｋｇ-融液以上とすれば、品質が安定したシリコン単結晶を迅速に得て歩留まりを向上させることができるからである。また、ドーパントの供給速度を０．０３５ｇ／ｍｉｎ・ｋｇ-融液以下とすれば、引き上げた結晶の有転位化をより確実に抑制することができるからである。

また、本発明のシリコン単結晶の製造方法は、シリコンの融液に接触させたシリコン種結晶を回転させながら引き上げて、該シリコン種結晶下にシリコン単結晶を育成することを含むシリコン単結晶の製造方法であって、前記シリコン単結晶の直胴部の育成中にドーパントを前記融液に添加するドーパント添加工程を含み、前記ドーパント添加工程では、シリコン単結晶の回転速度を、前記ドーパントを前記融液に添加する前のシリコン単結晶の回転速度よりも大きくすることを特徴とする。このように、ドーパント添加中のシリコン単結晶の回転速度（ω２）をドーパント添加開始前のシリコン単結晶の回転速度（ω１）よりも大きく（ω１＜ω２）すれば、引き上げた結晶が有転位化することを抑制しつつ、高濃度のドーパントを含有したシリコン単結晶を製造することができる。
なお、引き上げた結晶が有転位化することを抑制できる理由についてはまだ明らかではないが、恐らくω１＜ω２としてシリコン単結晶の回転速度を速めることにより、シリコン単結晶の結晶成長界面近傍の融液のドーパント濃度勾配が緩やかになって結晶の有転位化が抑制されているものと思われる。

ここで、本発明のシリコン単結晶の製造方法は、前記シリコン単結晶の直胴部の直径が１５０ｍｍの場合、前記ドーパントを前記融液に添加する前のシリコン単結晶の回転速度を１５ｒｐｍ以上とし、前記ドーパント添加工程のシリコン単結晶の回転速度を１８ｒｐｍ以上とすることが好ましい。また、前記シリコン単結晶の直胴部の直径が２００ｍｍの場合、前記ドーパントを前記融液に添加する前のシリコン単結晶の回転速度を１３ｒｐｍ以上とし、前記ドーパント添加工程のシリコン単結晶の回転速度を１６ｒｐｍ以上とすることが好ましい。更に、前記シリコン単結晶の直胴部の直径が３００ｍｍの場合、前記ドーパントを前記融液に添加する前のシリコン単結晶の回転速度を９ｒｐｍ以上とし、前記ドーパント添加工程のシリコン単結晶の回転速度を１２ｒｐｍ以上とすることが好ましい。シリコン単結晶の直胴部の直径に応じて引き上げ時のシリコン単結晶の回転速度を適当な速度とすれば、引き上げた結晶が有転位化することを効率的に抑制できるからである。

本発明によれば、歩留まりを低下させることなく（結晶の有転位化を抑制しつつ）、シリコン単結晶の引き上げ中に大量のドーパントを融液に添加して高濃度のドーパントを含有した低抵抗率のシリコン単結晶を製造することができる。

本発明に従うシリコン単結晶の製造方法で使用される代表的なシリコン単結晶製造装置の説明図である。 図１に示すシリコン単結晶製造装置のドーパント供給機構を含む要部を拡大して示す概略断面図である。 本発明のシリコン単結晶の製造方法に従い製造されたシリコン単結晶の一例を示す正面図である。 シリコン単結晶の直胴部の直径と、引き上げた結晶の有転位化が抑制されるドープ時のシリコン単結晶回転速度との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を詳細に説明する。ここに、本発明のシリコン単結晶の製造方法の一例では、図１に示すシリコン単結晶製造装置１を用いて、図３に示す直径がφｍｍの直胴部を有するシリコン単結晶６を製造する。

図１に示すシリコン単結晶製造装置１は、チャンバ（引き上げ炉）２と、該チャンバ２内に一部が位置するドーパント供給機構２０とを備えており、このシリコン単結晶製造装置１のチャンバ２内で、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶６が製造される。

チャンバ２の内部には、シリコン単結晶６の原料物質となる多結晶シリコンを充填するためのるつぼ３と、該るつぼ３の周囲に配設されて、るつぼ３の中にある原料物質を加熱し溶融して融液５とするためのヒータ９と、該ヒータ９とチャンバ２の内壁との間に配設された保温筒１３とが設けられている。また、るつぼ３の上方には、結晶回転・引き上げ機構４と、石英製の整流筒１５と、熱遮蔽板８とが設けられている。更に、るつぼ３の下部には、るつぼ３を回転させる回転軸１６が設けられている。なお、るつぼ３は、黒鉛るつぼ３２とその内側の石英るつぼ３１とから構成されている。

ここで、結晶回転・引き上げ機構４は、シリコン単結晶６を育成するためのシリコン種結晶（図示せず）を保持する種結晶保持器（シードチャック）４ｂが先端に取り付けられているワイヤーロープ４ａを備えており、該ワイヤーロープ４ａを回転させながら巻き取って種結晶保持器４ｂ、シリコン種結晶およびシリコン単結晶６を回転させつつ引き上げるものである。

また、熱遮蔽板８は、シリコン種結晶および該シリコン種結晶下に成長したシリコン単結晶６に対する、るつぼ３、融液５、ヒータ９等の高温部からの輻射熱を遮断するものであり、整流筒１５は、パージガス（チャンバ２の内部の不純物を除去するようにチャンバ２内に供給され、排出されるガス）をチャンバ２の上下方向に流通するために設けられている。なお、熱遮蔽板８の下端８ａと融液５の表面５ａと間の距離は、るつぼ３の上下動によって調整してもよく、昇降装置（図示せず）で熱遮蔽板８を上下動させて調整してもよい。

るつぼ３の下部に設けられた回転軸１６は、るつぼ３をシリコン単結晶６の回転方向と同じ方向または図１に示すように逆の方向に回転させるものである。なお、回転軸１６は、任意に、鉛直方向に上下移動可能に構成しても良く、このようにすれば、るつぼ３を上下動させることができる。

ドーパント供給機構２０は、図１および２に示すように、主として、ドープ管（試料管）２１、供給管２２および試料室２７からなり、シリコン単結晶６の成長途中、より具体的には直胴部６３の育成中にドーパントを融液５に添加する際に使用される。

ここで、ドープ管２１は、石英製で、略円筒形の形状を有し、昇降手段２５により試料室２７と供給管２２との間を昇降する。具体的には、ドープ管２１は、試料室２７の内部からチャンバ２の内部に延びるように設けられたガイドレール２５ｂの溝に沿って配置され、ガイドレール２５ｂに案内されて試料室２７の内部とチャンバ２の内部との間を昇降する。なお、ドープ管２１の昇降は、ドープ管２１に取り付けられたワイヤー２６をワイヤー駆動装置２５ａで駆動させることにより行うことができる。

供給管２２は、整流筒１５の外側に設けられ、開放端２２ａが融液５の表面５ａの付近に位置するとともに、他端２２ｂが融液５へのドーパント添加時にドープ管２１の先端２１ａと嵌合連結し得るような形状を有している。

試料室２７は、ドープ管２１を介して融液５に添加するドーパント原料２３を収容するものである。そして、試料室２７は、チャンバ２のフランジ部２ａに、後述する遮蔽手段２４を介して外付けされている。ここで、試料室２７に収容されるドーパント原料２３は、粒状または粉状であることが好ましく、ドーパントとしては、例えば砒素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、アンチモン（Ｓｂ）等からなるｎ型のドーパントや、ボロン（Ｂ）等からなるｐ型ドーパントを用いることができる。

遮蔽手段２４は、チャンバ２と試料室２７との間に設けられてそれらを熱的に遮蔽するものである。遮蔽手段２４を設けることで、チャンバ２の内部からの輻射熱が遮蔽手段２４で熱的に遮断されるため、所望のタイミングでドーパントを昇華（気化）させて融液５に添加することができる。

そして、上述したシリコン単結晶製造装置１では、例えば以下のようにして、四探針抵抗率測定機で測定した抵抗率が０．０１Ω・ｃｍ以下となるように高濃度にドーパントが添加されたシリコン単結晶６を製造することができる。

まず、るつぼ３の中に原料物質としてのシリコン多結晶を充填し、ヒータ９を用いて加熱し、シリコン多結晶を溶融して融液５にする。次に、融液５の溶融状態が安定した後、ワイヤーロープ４ａを降下させ、種結晶保持器４ｂに保持させたシリコン種結晶（図示せず）を融液５に接触させる。なお、融液５には、電気抵抗率を調整するためのドーパントを予め添加しておかなくても良く、或いは、ドーパント供給機構２０でドーパントを供給せずに融液５から直接シリコン単結晶を引き上げた際の、該引き上げたシリコン単結晶の抵抗率（四探針抵抗率測定機で測定）が０．０１Ω・ｃｍ超となるように予めドーパントを添加しておいても良い。

そして、シリコン種結晶を融液５になじませた後で、ワイヤーロープ４ａを上昇させ、融液５からシリコン種結晶を引き上げて該シリコン種結晶下にシリコン単結晶（シリコンインゴット）６を成長させる。なお、結晶回転・引き上げ機構４でシリコン単結晶６を引き上げる際には、回転軸１６を用いてるつぼ３を回転させると共に、ワイヤーロープ４ａ（シリコン単結晶６）を回転軸１６の回転方向と同じ方向または逆の方向に回転させる。因みに、シリコン単結晶６の引き上げ中は、外気を遮断して真空状態（例えば数ｋＰａ程度）に減圧したチャンバ２の内部に、不活性ガス（アルゴンガス等）を流通させることにより、チャンバ２の内部で発生した不純物や蒸発物をチャンバ２の外部に除去することができる。

ここで、シリコン単結晶６は、上述した引き上げ手順に従い、シリコン種結晶の部分から、径を絞って小径化したネック部６１、徐々に拡径化するショルダー部６２、一定の直径（φｍｍ＝φ／２５インチ）を有する直胴部６３、徐々に縮径化するテール部６４の順に成長させられるが、このシリコン単結晶製造装置１では、直胴部６３の育成中にドーパント供給機構２０でドーパントを融液５に添加することにより、高濃度のドーパントを含有するシリコン単結晶６を製造する。
なお、一般に、抵抗率の低い（例えば、四探針抵抗率測定機で測定した抵抗率（比抵抗）が０．０１Ω・ｃｍ以下の）シリコン単結晶６を得るために多量のドーパントを融液５に添加すると、融液５の凝固点降下が大きくなり、組成的過冷却現象により結晶成長界面で通常のシリコン成長面とは異なる成長が始まって、シリコンの単結晶化が阻害されるが、他の部分と比較して直胴部６３の育成中はシリコンの単結晶化が阻害される程度が比較的小さい。そのため、ドーパントの添加は、直胴部６３の育成中に行うことが好ましく、直胴部６３の育成中であって、実験で予め決めた時期（育成条件毎に予め有転位化し易いドープ時期（結晶成長量）を実験で求めておくことにより決定される、有転位化を生じ難い時期）に行うことがより好ましい。
因みに、直胴部６３の直径φは、所望のシリコン単結晶品質に応じてシリコン種結晶引き上げ開始前に予め決定しておくことができる。そして、直胴部６３の直径φは、例えば、引き上げ中に直胴部６３の直径φを光学方式（カメラを用いた画像処理など）または重量方式（ロードセルを用いた結晶重量測定など）で連続的に測定し、その測定値に基づきるつぼ下降速度、ヒータ温度、シリコン単結晶引き上げ速度などを調整することにより制御することができる。

そして、このシリコン単結晶製造装置１では、ドーパント添加後に引き上げた結晶が有転位化するのを抑制するために、直胴部６３の育成中における融液５へのドーパントの添加は、例えばシリコン単結晶６を回転速度ωｒｐｍ［但し、ω≧２４−（φ／２５）］で回転させながら行う。ここで、シリコン単結晶６の回転速度は、２４−（φ／２５）以上であれば、回転時の遠心力により製造されたシリコン単結晶６が大幅に変形（真円でなくなる）しない範囲内で任意の値とすることができる。なお、シリコン単結晶６の回転速度は、ワイヤーロープ４ａの回転速度と等しいとみなすことができる。

具体的には、ドーパントの添加は、育成中のシリコン単結晶６の回転速度をωｒｐｍとした状態で、遮蔽手段２４を開放すると共に、ドープ管２１を降下させてドープ管２１と供給管２２とを接合させて行う。より詳細には、ドープ管２１と供給管２２とが接合してドープ管２１の内部と供給管２２の開放端２２ａとが連通し、そして、融液５等からの輻射熱でドープ管２１の内部に存在するドーパント原料２３が加熱されて昇華し、気体となったドーパントが融液５の表面５ａに吹き付けられて融液５の内部に取り込まれることにより、融液５中にドーパントが添加される。

なお、ドーパントの添加速度は、任意の速度とすることができるが、ドープ開始時にるつぼ３中に残っている融液１ｋｇ当たり毎分０．０１ｇ〜０．０３５ｇの速度とすることが好ましい。一般に、ドーパントが添加された融液５の内部ではドーパントの濃度分布が直ぐに一様になるわけではなく、ドーパント添加後の暫くの間はシリコン単結晶６の品質が安定していないところ、このように、ドーパントの添加速度を０．０１ｇ／ｍｉｎ・ｋｇ-融液以上とすれば、品質が安定したシリコン単結晶６を迅速に得て歩留まりを向上させることができるからである。また、ドーパントの添加速度を０．０３５ｇ／ｍｉｎ・ｋｇ−融液以下とすれば、引き上げた結晶の有転位化をより確実に抑制することができるからである。なお、ドーパントの添加開始時のるつぼ３中の融液の質量は、前述した光学方式や重量方式を用いて育成した結晶の重量を測定し、原料物質充填量から育成した結晶の重量を引いて算出するなど、既知の手法を用いて測定することができる。また、ドーパントの添加速度は、例えば予備的な製造実験を行ってチャンバ２内の各装置の配置条件・操作条件等を決定することにより調整することができる。

そして、上述したシリコン単結晶製造装置１を用いたシリコン単結晶の製造方法の一例によれば、歩留まりを低下させることなく（結晶の有転位化を抑制しつつ）、シリコン単結晶の引き上げ中に大量のドーパントを融液に添加して高濃度のドーパントを含有した低抵抗率のシリコン単結晶を製造することができる。

なお、上記一例のシリコン単結晶の製造方法では、ドーパント添加時以外（ドーパント添加前後）のシリコン単結晶６の回転速度は、当業者の技術常識の範囲内で任意の値に変更することができ、シリコン単結晶６の回転による変形を抑制するという観点からは、ドーパント添加時以外（ドーパント添加前後）のシリコン単結晶６の回転速度はドーパント添加中のシリコン単結晶６の回転速度よりも小さいことが好ましい。また、るつぼ回転速度は、当業者の技術常識の範囲内で任意の値に変更することができる。

ここで、上述したシリコン単結晶製造装置１を用いた本発明のシリコン単結晶の製造方法の他の例では、直胴部６３の育成中に融液５へドーパントを添加する際のシリコン単結晶６の回転速度を、ドーパントを融液５に添加する前のシリコン単結晶６の回転速度よりも大きくすることで、引き上げた結晶が有転位化するのを抑制する。

具体的には、例えば、直胴部６３の直径が１５０ｍｍのシリコン単結晶６を製造する場合には、ドーパントを融液５に添加する前のシリコン単結晶６の回転速度を１５ｒｐｍ以上とし、ドープ中のシリコン単結晶６の回転速度を１８ｒｐｍ以上とすることで引き上げた結晶の有転位化を抑制することができる。また、直胴部６３の直径が２００ｍｍのシリコン単結晶６を製造する場合には、ドーパントを融液５に添加する前のシリコン単結晶６の回転速度を１３ｒｐｍ以上とし、ドープ中のシリコン単結晶６の回転速度を１６ｒｐｍ以上とすることで引き上げた結晶の有転位化を抑制することができる。更に、直胴部の直径が３００ｍｍのシリコン単結晶６を製造する場合には、ドーパントを融液５に添加する前のシリコン単結晶６の回転速度を９ｒｐｍ以上とし、ドープ中のシリコン単結晶６の回転速度を１２ｒｐｍ以上とすることで引き上げた結晶の有転位化を抑制することができる。なお、シリコン単結晶引き上げ時のるつぼ回転速度は、当業者の技術常識の範囲内で任意の値に変更することができる。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

（実施例１〜３）
図１に示すシリコン単結晶製造装置を用いて、１５ｒｐｍのシリコン単結晶回転速度でノンドープのシリコン融液からシリコン単結晶の育成を開始した。そして、シリコン単結晶の直胴部の育成途中に、シリコン単結晶の回転速度を増大させた状態で、結晶中の抵抗率が０．０１Ω・ｃｍとなるようにドーパントとしての砒素（Ａｓ）を添加し、直径１５０ｍｍのシリコン単結晶を育成した。なお、シリコン単結晶の育成は、ドーパントの添加時にシリコン単結晶の回転速度を１８ｒｐｍにした場合（実施例１）、１９ｒｐｍにした場合（実施例２）、２０ｒｐｍにした場合（実施例３）のそれぞれについて行い、ドーパントの添加速度は０．０３５ｇ／ｍｉｎ・ｋｇ−融液とした。また、シリコン単結晶育成中のるつぼ回転速度は７ｒｐｍで一定とした。
そして、製造した各シリコン単結晶が有転位化したか否かを目視で確認した。具体的には、シリコン単結晶の表面に表れた晶癖線を観察し、晶癖線が途中で消失しているものは有転位化したと判断し、晶癖線が連続して続いているものは無転位であったと判断した。その結果を図４に示す。

（比較例１）
シリコン単結晶の回転速度を変化させずに（１５ｒｐｍのまま）、ドーパントとしての砒素（Ａｓ）を添加した以外は実施例１〜３と同様にして直径１５０ｍｍのシリコン単結晶を育成した。
そして、製造したシリコン単結晶が有転位化したか否かを実施例１〜３と同様にして確認した。その結果を図４に示す。

（実施例４〜８）
図１に示すシリコン単結晶製造装置を用いて、１３ｒｐｍのシリコン単結晶回転速度でノンドープのシリコン融液からシリコン単結晶の育成を開始した。そして、シリコン単結晶の直胴部の育成途中に、シリコン単結晶の回転速度を増大させた状態で、結晶中の抵抗率が０．０１Ω・ｃｍとなるようにドーパントとしての砒素（Ａｓ）を添加し、直径２００ｍｍのシリコン単結晶を育成した。なお、シリコン単結晶の育成は、ドーパントの添加時にシリコン単結晶の回転速度を１６ｒｐｍにした場合（実施例４）、１７ｒｐｍにした場合（実施例５）、１８ｒｐｍにした場合（実施例６）、１９ｒｐｍにした場合（実施例７）、２０ｒｐｍにした場合（実施例８）のそれぞれについて行い、ドーパントの添加速度は０．０３５ｇ／ｍｉｎ・ｋｇ−融液とした。また、シリコン単結晶育成中のるつぼ回転速度は７ｒｐｍで一定とした。
そして、製造した各シリコン単結晶が有転位化したか否かを実施例１〜３と同様にして確認した。その結果を図４に示す。

（比較例２）
シリコン単結晶の回転速度を変化させずに（１３ｒｐｍのまま）、ドーパントとしての砒素（Ａｓ）を添加した以外は実施例４〜８と同様にして直径２００ｍｍのシリコン単結晶を育成した。
そして、製造したシリコン単結晶が有転位化したか否かを実施例１〜３と同様にして確認した。その結果を図４に示す。

（実施例９〜１７）
図１に示すシリコン単結晶製造装置を用いて、９ｒｐｍのシリコン単結晶回転速度でノンドープのシリコン融液からシリコン単結晶の育成を開始した。そして、シリコン単結晶の直胴部の育成途中に、シリコン単結晶の回転速度を増大させた状態で、結晶中の抵抗率が０．０１Ω・ｃｍとなるようにドーパントとしての砒素（Ａｓ）を添加し、直径３００ｍｍのシリコン単結晶を育成した。なお、シリコン単結晶の育成は、ドーパントの添加時にシリコン単結晶の回転速度を１２ｒｐｍにした場合（実施例９）、１３ｒｐｍにした場合（実施例１０）、１４ｒｐｍにした場合（実施例１１）、１５ｒｐｍにした場合（実施例１２）、１６ｒｐｍにした場合（実施例１３）、１７ｒｐｍにした場合（実施例１４）、１８ｒｐｍにした場合（実施例１５）、１９ｒｐｍにした場合（実施例１６）、２０ｒｐｍにした場合（実施例１７）のそれぞれについて行い、ドーパントの添加速度は０．０３５ｇ／ｍｉｎ・ｋｇ−融液とした。また、シリコン単結晶育成中のるつぼ回転速度は７ｒｐｍで一定とした。

（比較例３）
シリコン単結晶の回転速度を変化させずに（９ｒｐｍのまま）、ドーパントとしての砒素（Ａｓ）を添加した以外は実施例９〜１７と同様にして直径３００ｍｍのシリコン単結晶を育成した。
そして、製造したシリコン単結晶が有転位化したか否かを実施例１〜３と同様にして確認した。その結果を図４に示す。

図４から明らかなように、ドーパントを添加する際のシリコン単結晶の回転速度ωを２４−（φ／２５）以上とすれば、製造したシリコン単結晶の有転位化を抑制できることが分かる。また、ドーパント添加時にシリコン単結晶の結晶回転速度を増加させれば、製造したシリコン単結晶の有転位化を抑制できることが分かる。
なお、ドーパントをリン（Ｐ）に変更して同様の実験（シリコン単結晶の製造）を行ったところ、同様の結果が得られた。

本発明によれば、歩留まりを低下させることなく（結晶の有転位化を抑制しつつ）、シリコン単結晶の引き上げ中に大量のドーパントをシリコン融液に添加して高濃度のドーパントを含有した低抵抗率のシリコン単結晶を製造することができる。

１ シリコン単結晶製造装置
２ チャンバ
２ａ フランジ部
３ るつぼ
４ 結晶回転・引き上げ機構
４ａ ワイヤーロープ
４ｂ 種結晶保持器
５ 融液
５ａ 表面
６ シリコン単結晶
８ 熱遮蔽板
８ａ 下端
９ ヒータ
１３ 保温筒
１５ 整流筒
１６ 回転軸
２０ ドーパント供給機構
２１ ドープ管
２２ 供給管
２２ａ 開放端
２２ｂ 他端
２３ ドーパント原料
２４ 遮蔽手段
２５ 昇降手段
２５ａ ワイヤー駆動装置
２５ｂ ガイドレール
２６ ワイヤー
２７ 試料室
３１ 石英るつぼ
３２ 黒鉛るつぼ
６１ ネック部
６２ ショルダー部
６３ 直胴部
６４ テール部

Claims (7)

1. シリコンの融液に接触させたシリコン種結晶を回転させながら引き上げて、該シリコン種結晶下に直径がφｍｍの直胴部を有するシリコン単結晶を育成することを含むシリコン単結晶の製造方法であって、
   前記シリコン単結晶の直胴部の育成中に、該シリコン単結晶を回転速度ωｒｐｍ［但し、ω≧２４−（φ／２５）］で回転させながらドーパントを前記融液に添加するドーパント添加工程を含むことを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
2. 前記ドーパントが、砒素、リンまたはアンチモンであ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製造方法。
3. 前記ドーパント添加工程において、前記ドーパントを、ドーパント添加開始時の融液の残り質量１ｋｇ当たり毎分０．０１ｇ〜０．０３５ｇの速度で供給することを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン単結晶の製造方法。
4. シリコンの融液に接触させたシリコン種結晶を回転させながら引き上げて、該シリコン種結晶下にシリコン単結晶を育成することを含むシリコン単結晶の製造方法であって、
   前記シリコン単結晶の直胴部の育成中にドーパントを前記融液に添加するドーパント添加工程を含み、
   前記ドーパント添加工程では、シリコン単結晶の回転速度を、前記ドーパントを前記融液に添加する前のシリコン単結晶の回転速度よりも大きくすることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
5. 前記シリコン単結晶の直胴部の直径が１５０ｍｍであり、且つ、前記ドーパントを前記融液に添加する前のシリコン単結晶の回転速度を１５ｒｐｍ以上とし、前記ドーパント添加工程のシリコン単結晶の回転速度を１８ｒｐｍ以上としたことを特徴とする請求項４に記載のシリコン単結晶の製造方法。
6. 前記シリコン単結晶の直胴部の直径が２００ｍｍであり、且つ、前記ドーパントを前記融液に添加する前のシリコン単結晶の回転速度を１３ｒｐｍ以上とし、前記ドーパント添加工程のシリコン単結晶の回転速度を１６ｒｐｍ以上としたことを特徴とする請求項４に記載のシリコン単結晶の製造方法。
7. 前記シリコン単結晶の直胴部の直径が３００ｍｍであり、且つ、前記ドーパントを前記融液に添加する前のシリコン単結晶の回転速度を９ｒｐｍ以上とし、前記ドーパント添加工程のシリコン単結晶の回転速度を１２ｒｐｍ以上としたことを特徴とする請求項４に記載のシリコン単結晶の製造方法。

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