JP2015089854A - シリコン単結晶製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】引き上げ単結晶の酸素濃度を、適切に制御することが可能なシリコン単結晶製造方法を提供する。【解決手段】熱遮蔽体を具備する引き上げ装置を使用してチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を製造する際に、対結晶径空隙率（単結晶の外面と熱遮蔽体の下端開口縁部との間の空隙部の面積／単結晶の断面積）に応じて装置内に導入する不活性ガスの前記空隙部における流速を調整して、結晶の酸素濃度を制御する。【選択図】図３

Description

本発明は、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を製造する方法に関し、より詳しくは、結晶に含まれる酸素濃度の適切な制御が可能なシリコン単結晶製造方法に関する。

半導体材料として使用されるシリコン単結晶を製造する方法として、チョクラルスキー法（ＣＺ法）が広く採用されている。チョクラルスキー法は、石英るつぼ内の溶融したシリコンに種結晶を浸漬させて引き上げることにより、種結晶の下端に単結晶を成長させる方法である。

この方法によりシリコン単結晶を育成する際、石英るつぼに含まれる酸素が溶融シリコン中に溶け込み、その一部が単結晶に取り込まれる。このような酸素は、シリコン単結晶から切り出したウェーハを用いてデバイスを製造するときの熱処理過程で、析出物、転移ループ、積層欠陥を発生させる。これらの欠陥は、単結晶の品質に様々な影響を及ぼすため、単結晶に取り込まれる酸素の濃度を適切に制御することが、高品質のシリコン単結晶を製造する上で不可欠とされている。

シリコン単結晶の育成中に単結晶に取り込まれた酸素は、前述のように、単結晶の品質に様々な影響を及ぼすため、単結晶の酸素濃度を適正に制御することが必要である。このシリコン単結晶中の酸素濃度について特に問題となるのは、単結晶の成長軸方向における酸素濃度のバラツキである。酸素濃度には、様々な因子が影響しており、それらの因子による影響は、結晶の引上げが進むに従って変化する。そのため、単結晶の成長軸方向における酸素濃度の均一性を確保することができず、要求される酸素濃度規格の上限値と下限値との範囲が狭いシリコン単結晶を製造する場合には、歩留りが低下することとなる。

このシリコン単結晶の成長軸方向における酸素濃度の均一性を確保するために、例えば、特許文献１には、ヒーターの発熱分布特性および単結晶の引き上げ長さに対応して、石英るつぼの底面位置（融液面位置）を昇降させるとともに、装置内に導入する不活性ガスの流速を制御する単結晶の引き上げ方法が開示されている。この単結晶引き上げ方法によれば、所望の酸素濃度を有し、かつ、軸方向酸素分布の均一なシリコン単結晶を得ることができるとしている。

特開平１０−１６７８８１号公報

特許文献１に記載されるシリコン単結晶の引き上げ方法では、引き上げた単結晶の周囲をとり囲むように逆円錐台形状の整流筒が取り付けられた装置が使用される。しかし、不活性ガス流速を制御するに際しては、装置内に導入する不活性ガスの流量に加えて、引き上げ単結晶の外面と整流筒の下端開口縁部との間の空隙部（つまり、不活性ガスが通過する部分）の断面積が重要な要因であるにもかかわらず、引用文献１には、この空隙部断面積、およびその酸素濃度に及ぼす影響については、何ら記載されていない。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、単結晶に含まれる酸素濃度の成長軸方向の適切な制御が可能なシリコン単結晶製造方法の提供を目的とする。

単結晶の外面と熱遮蔽体の下端開口縁部との間の空隙部（不活性ガスが通過する部分）の面積を単結晶の引き上げ軸に垂直な断面の面積で除した値である対結晶径空隙率を変えると、結晶成長軸方向の酸素濃度がそれまでと異なった挙動を示すことが判明した。これは、引き上げた単結晶と熱遮蔽体の下端開口縁部との間を通過する不活性ガスの流速とシリコン単結晶の酸素濃度との関係が変化したことによるものと考えられる。そこで、シリコン単結晶の酸素濃度に対する不活性ガス流速の影響について調査した。その結果、対結晶径空隙率によって、単結晶の酸素濃度に及ぼす不活性ガス流速の影響が異なることを見いだした。

すなわち、従来は、不活性ガス流速が増大すると、シリコン融液に溶け込んだ酸素のＳｉＯとしての揮発が促進され、酸素の持ち去り量が増加するため融液自由表面近傍の酸素濃度が低下し、その結果シリコン単結晶の酸素濃度が低下する（つまり、不活性ガス流速と酸素濃度との間には負の相関がある）と考えられていた。しかしながら、調査の結果、前記の引き上げ単結晶と熱遮蔽体との間の空隙部の面積の単結晶断面積に対する比率によっては、不活性ガス流速の増大とともにシリコン単結晶の酸素濃度が高くなる（つまり、不活性ガス流速と酸素濃度との間に正の相関が認められる）場合があることを知見した。

本発明は、このような検討結果に基づきなされたもので、下記のシリコン単結晶製造方法を要旨とする。

すなわち、引き上げ中のシリコン単結晶の周囲に引き上げ軸と同軸に熱遮蔽体を配置した単結晶引き上げ装置を使用して、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を製造する方法において、
単結晶の外面と熱遮蔽体の下端開口縁部との間の空隙部の面積を単結晶の引き上げ軸に垂直な断面の面積で除した対結晶径空隙率に応じて、単結晶引き上げ装置内に導入する不活性ガスの前記空隙部における流速を調整することにより結晶中の酸素濃度を制御することを特徴とするシリコン単結晶製造方法である。

「対結晶径空隙率」とは、上記のように単結晶の外面と熱遮蔽体の下端開口縁部との間の空隙部の面積を単結晶の引き上げ軸に垂直な断面の面積で除した値である。ここで、「熱遮蔽体の下端開口縁部」とは、熱遮蔽体の開口部において最も中心軸側にある部分であり、例えば、後に説明する図２（ａ）において、熱遮蔽体の下端部１２ｂの先端（符号Ａを付した部分）をいう。対結晶径空隙率を具体的な数値で例示すると、引き上げ単結晶の直径が３１０ｍｍ、熱遮蔽体の開口径が３５５ｍｍの場合、単結晶の断面積は７５４．８ｃｍ²、熱遮蔽体の開口部の面積は９８９．８ｃｍ²であるから、単結晶の外面と熱遮蔽体の下端開口縁部との間の空隙部の面積は（９８９．８−７５４．８）ｃｍ²となり、
対結晶径空隙率＝（９８９．８−７５４．８）／７５４．８＝０．３１
となる。

本発明のシリコン単結晶製造方法において、前記対結晶径空隙率が０．２７〜０．４５のときは、単結晶と熱遮蔽体との間の前記空隙部における不活性ガス流速と、結晶中の酸素濃度とが、負の相関を有し、前記対結晶径空隙率が０．７２〜０．９２のときは、前記空隙部における不活性ガス流速と、結晶中の酸素濃度とが、正の相関を有するとして、前記不活性ガスの流速調整による結晶中の酸素濃度の制御を行うことができる。

例えば、育成中の結晶中の酸素濃度を低減するために、単結晶と熱遮蔽体との間の空隙部における不活性ガス流速を、対結晶径空隙率が０．２７〜０．４５のときは、増大させ、対結晶径空隙率が０．７２〜０．９２のときは、減少させることにより、結晶中の酸素濃度を適切に制御することができる。

また、直径の変動に伴う対結晶径空隙率の変化に応じて不活性ガス流速を変化させることで、結晶中の酸素濃度を適切に制御することができる。これは、対結晶径空隙率が０．２７〜０．４５のときに特に有効である。

本発明のシリコン単結晶製造方法において、単結晶の引き上げを行う際に、対結晶径空隙率に応じてあらかじめ求めた前記空隙部における不活性ガス流速と結晶中の酸素濃度との関係に基づいて、引き上げの各段階で不活性ガスの前記空隙部における流速を調整することとすれば、引き上げ装置の種類等に因らず結晶中の酸素濃度を適正に制御して、単結晶の成長軸方向における酸素濃度の均一性を確保することができる。

本発明のシリコン単結晶製造方法によれば、結晶成長軸方向に酸素濃度が均一な単結晶を容易に育成することができる。

本発明のシリコン単結晶製造方法により育成されるシリコン単結晶は、直径３００ｍｍ以上の大口径のシリコンウェーハを切り出すことができる直径を有するものであってもよい。

本発明のシリコン単結晶製造方法によれば、引き上げられたシリコン単結晶に含まれる酸素濃度の適切な制御が可能であり、単結晶の成長軸方向における酸素濃度の均一性を確保することができる。また、直径３００ｍｍ以上の大口径のシリコンウェーハを切り出すことができるシリコン単結晶の製造にも十分適用できる。

本発明のシリコン単結晶製造方法の実施に適した引き上げ装置の要部の概略構成例を模式的に示す図である。 対結晶径空隙率を変更した場合の単結晶引き上げ装置内各部における不活性ガス流速についての数値シミュレーションによる検討結果を説明するための図で、（ａ）は対結晶径空隙率が０．８６の場合、（ｂ）は対結晶径空隙率が０．３７の場合である。 対結晶径空隙率が小さい場合と大きい場合とにおける結晶−熱遮蔽体間における不活性ガス（Ａｒ）流速と引き上げ単結晶の酸素濃度との関係を示す図である。 対結晶径空隙率と引き上げ単結晶の酸素濃度との関係を示す図である。

本発明のシリコン単結晶製造方法は、前記のとおりで、引き上げ中のシリコン単結晶の周囲に熱遮蔽体を配置した単結晶引き上げ装置を使用することを前提とした方法であって、対結晶径空隙率に応じて不活性ガス流速（単結晶の外面と熱遮蔽体の下端開口縁部との間の空隙部における不活性ガスの流速）を調整することにより結晶中の酸素濃度を制御することを特徴とする方法である。

対結晶径空隙率に応じて不活性ガス流速を調整することにより結晶中の酸素濃度を制御することについて、図面を参照して説明する。

図１は、本発明のシリコン単結晶製造方法の実施に適した引き上げ装置の要部の概略構成例を模式的に示す図である。図示するように、引き上げ装置は、チャンバー１と、チャンバー１の底部中央を貫通して垂直上向きに設けられた昇降および回転可能な支持軸２と、支持軸２の上端部に固定されたサセプタ３およびその内側に収容された石英るつぼ４と、サセプタ３の周囲に設けられたヒーター５および断熱材６とを有しており、石英るつぼ４の中心軸上には、種結晶を保持するシードチャック７と、シードチャック７を吊り下げ、引き上げるための引き上げワイヤー８とが設けられている。

さらに、育成中のシリコン単結晶９の周囲を囲繞するように引き上げ軸と同軸に強制冷却体１１が配置され、この強制冷却体１１の外周面および下端面と対向するように引き上げ軸と同軸に熱遮蔽体１２が配置されている。また、この例では、断熱材６の外側に、磁場印加装置１３が設けられている。

チャンバー１の上部には、不活性ガスとしてのＡｒガスをチャンバー１内に導入するためのガス導入口１４が設けられている。ガス導入口１４の近傍には、マスフローメーター（図示せず）が設けられている。マスフローメーターにより、この引き上げ装置のチャンバー１内に導入されるＡｒガスの流量（体積速度）を、単位時間あたりの標準状態（０℃、１気圧）における体積として測定することができる。底部にはＡｒガスを排出するためのガス排出口１５が設けられている。

このように構成された引き上げ装置を用いて本発明のシリコン単結晶製造方法を実施するに際しては、まず、石英るつぼ４内にシリコン原料を投入し、Ａｒガス雰囲気中で加熱してシリコン融液１０を形成する。次にシードチャック７に保持された種結晶をシリコン融液１０に浸漬させ、種結晶および石英るつぼ４を適宜回転させながら種結晶を徐々に引き上げて単結晶を成長させる。

図２は、対結晶径空隙率を変更した場合の単結晶引き上げ装置内各部における不活性ガス流速についての数値シミュレーションによる検討結果を説明するための図で、（ａ）は対結晶径空隙率が０．８６の場合、（ｂ）は対結晶径空隙率が０．３７の場合である。それ以外の諸条件については（ａ）、（ｂ）間で差異はない。図２においては、便宜上、単結晶引き上げ軸に沿った縦断面の右側半分を示している。

図２に示すように、石英るつぼ４内のシリコン融液１０から引き上げられた単結晶９の周囲に強制冷却体１１が配置され、その強制冷却体１１を囲繞するように熱遮蔽体１２が配置されている。

装置内に導入された不活性ガス（Ａｒ）は、図中に白抜き矢印で示すように、単結晶９と強制冷却体１１との間を通過した後、単結晶９の外面と熱遮蔽体１２の下端開口縁部（熱遮蔽体１２の下端部の先端（符号Ａを付した部分））との間の空隙部を通過し、熱遮蔽体１２の下端面とシリコン融液１０との間を通り、石英るつぼ４の内面に沿って上向きに流れ、るつぼ４外へ抜けた後、るつぼ４の外面に沿ってヒーター５の内側（一部は外側）を下降してガス排出口１５（図１参照）から排出される。

図２において、シリコン融液１０表面の白抜き矢印内に付記している「ＳｉＯ」は、石英るつぼ４からシリコン融液１０中に溶け込んだ酸素の一部がＳｉＯとして揮発し、不活性ガス流により持ち去られることを表す。また、シリコン融液１０中に示した矢印は、融液の流れの方向を表している。実線は強い流れを、破線は弱い流れを表す。

図２（ａ）と図２（ｂ）とを対比すると、図２（ａ）では、単結晶９の外面と熱遮蔽体１２の下端開口縁部（符合Ａを付した面）との間の空隙部が図２（ｂ）に比べて広いので、当該空隙部におけるＡｒガス流速が比較的小さく、空隙部を通過したＡｒガスの大部分は、白抜き矢印ｇ１で示すように、熱遮蔽体１２の下端面とシリコン融液１０表面との間（やや融液表面寄り）を通過する。Ａｒガスが結晶成長メニスカス近傍のシリコン融液１０表面にまでは達することはない。これに対し、図２（ｂ）では、前記空隙部が狭く、Ａｒガス流速が比較的大きいので、空隙部を通過したＡｒガスの大部分は、白抜き矢印ｇ２で示すように、結晶成長メニスカス近傍のシリコン融液１０表面の直近にまで達し、その後シリコン融液１０表面の近傍を通過する。そのため、図２（ｂ）では、ＳｉＯとして持ち去られる酸素量が図２（ａ）に比べて多いと考えられる。

さらに、シリコン融液の流れにも差が見られ、図２（ａ）に比べて、図２（ｂ）では、シリコン融液の巻き込み対流（シリコン融液中の矢印ａを付した対流）が弱くなっている。この巻き込み対流が生じるシリコン融液の自由表面近傍はＳｉＯとして酸素が持ち去られるため、本来シリコン融液中で最も酸素濃度の低い部分であり、しかも、巻き込み対流を形成する融液は単結晶成長メニスカスの直下にあって単結晶に取り込まれ易いので、巻き込み対流の強弱によってシリコン単結晶中の酸素濃度に差が生じると推測される。

前述の不活性ガス流の流速分布の違いは、熱遮蔽体の開口径の違い（言い換えれば、不活性ガスの流路の広さの違い）によるものである。そこで、単結晶の外面と熱遮蔽体の下端開口縁部との間のガス流路に対して、前記の対結晶径空隙率を指標として導入し、図２の（ａ）の場合（対結晶径空隙率＝０．８６となる）と、図２の（ｂ）の場合（対結晶径空隙率＝０．３７となる）について、引き上げ単結晶の外面と熱遮蔽体の下端開口縁部との間の空間部（ガス流路）および熱遮蔽体１２の下端面とシリコン融液表面との間の空間部（ガス流路）における不活性ガス（Ａｒ）流速を変化させて単結晶の引き上げを行い、単結晶に取り込まれた酸素濃度を測定した。

その結果、後述する実施例に示すように、対結晶径空隙率＝０．３７の場合（図２（ｂ））は、不活性ガス流速の増大に伴いシリコン単結晶の酸素濃度が減少するという負の相関があり、対結晶径空隙率＝０．８６の場合（図２（ａ））は、不活性ガス流速の増大に伴いシリコン単結晶の酸素濃度も増大する正の相関があることが判明した。

さらに、条件を変えて行った数値シミュレーションによる検討の結果、不活性ガス流の流速分布状態から判断して、不活性ガス流速とシリコン単結晶の酸素濃度との間には、対結晶径空隙率が０．２７〜０．４５の範囲では、負の相関があり、対結晶径空隙率が０．７２〜０．９２の範囲では、当該間に正の相関があることを確認した。対結晶径空隙率が０．４５より大きく０．７２未満の範囲では、不活性ガス流速とシリコン単結晶の酸素濃度との間に、明りょうな相関関係は確認できなかった。

ここで対結晶径空隙率が０．２７未満の場合でも前記負の相関があるものと考えられるが、その場合は結晶との空隙が狭すぎて結晶と熱遮蔽体とが引き上げ中に接触する恐れがある上、制御計測の問題も発生する。また、対結晶径空隙率が０．９２を超える場合でも前記正の相関があるものと考えられるが、その場合は、融液自由表面の温度勾配を大きくすることができず、欠陥のない（少ない）シリコン単結晶を育成するための引き上げ速度の制御性が悪くなると考えられる。しかしながら、適切な対結晶径空隙率の下限値や上限値は、引上装置全体のバランスによるところが大きく、装置によって変化する可能性がある。

シリコン単結晶の酸素濃度低下のモデルとして、次の二つ（モデル１およびモデル２）が考えられる。
モデル１：不活性ガス流速を高めてＳｉＯの揮発により持ち去られる酸素量を増加させ、シリコン融液自由表面近傍の酸素濃度を低下させる。その結果、シリコン単結晶に取り込まれる酸素量が減少する。
モデル２：本来シリコン融液中で最も酸素濃度の低いシリコン融液自由表面近傍の融液を単結晶内に取り込ませる。この場合、不活性ガス流速を高めると単結晶成長メニスカス直下の巻き込み対流が阻害されて酸素濃度が上昇し、逆に、不活性ガス流速が低下すると巻き込み対流が促進されて、酸素濃度が低下すると推察される。

対結晶径空隙率が小さい（０．２７〜０．４５）場合は、モデル１によりシリコン単結晶の酸素濃度を低下させることができる（対結晶径空隙率＝０．３７の図２（ｂ）がこれに該当する）。すなわち、不活性ガス流速を高めると、揮発により持ち去られる酸素量が増加してシリコン融液自由表面近傍の酸素濃度が低下する。

一方、対結晶径空隙率が大きい（０．７２〜０．９２）場合は、モデル２によりシリコン単結晶の酸素濃度が低下すると考えられる（対結晶径空隙率＝０．８６の図２（ａ）がこれに該当する）。すなわち、不活性ガス流速を高めると、巻き込み対流ａが阻害され、また、対結晶径空隙率が小さい場合に比べて不活性ガス流速が低いことによりモデル１による作用（不活性ガス流によるＳｉＯの持ち去り）も働きにくいので、シリコン単結晶の酸素濃度は増大するが、不活性ガス流速を低下させると、巻き込み対流が促進されるため酸素濃度が低下する。

上述したように、対結晶径空隙率の如何によって、単結晶の外面と熱遮蔽体の下端開口縁部との間の空隙部における不活性ガス流速とシリコン単結晶の酸素濃度との間に正または負の相関関係が認められる。本発明のシリコン単結晶製造方法では、対結晶径空隙率に応じて、単結晶と熱遮蔽体との間の空隙部（結晶−熱遮蔽体間空隙部）における不活性ガスの流速を調整し、結晶中の酸素濃度を制御する。

具体的に説明すると、シリコン単結晶の引き上げを行うに際し、無欠陥結晶の育成に必要な熱遮蔽体の開口径があらかじめ決められるので、この開口径に対応する対結晶径空隙率を事前に求めておくことにより、不活性ガス流速を調整して酸素濃度を制御する際の指針が得られる。すなわち、求められた対結晶径空隙率の値により、酸素濃度を制御するに際して、不活性ガス流速を高めるか、低下させるかについての適正かつ迅速な判断が可能となる。

本発明のシリコン単結晶製造方法においては、対結晶径空隙率が０．２７〜０．４５のときは、単結晶と熱遮蔽体との間の空隙部（結晶−熱遮蔽体間空隙部）における不活性ガス流速を高めて結晶中の酸素濃度を低下させ、対結晶径空隙率が０．７２〜０．９２のときは、前記空隙部における不活性ガス流速を低下させて結晶中の酸素濃度を低下させることとする実施の形態を採ることができる。

対結晶径空隙率が０．２７〜０．４５のときは、前述のように、結晶−熱遮蔽体間空隙部における不活性ガス流速と結晶中の酸素濃度との間には、負の相関があるので、不活性ガス流速を高めることにより、結晶中の酸素濃度を低下させることができる。一方、対結晶径空隙率が０．７２〜０．９２のときは、不活性ガス流速と結晶中の酸素濃度との間には、正の相関があるので、不活性ガス流速を低下させることにより、結晶中の酸素濃度を低下させることができる。

本発明のシリコン単結晶製造方法においては、直径の変動に伴う空隙率の変化に応じて不活性ガス流速を変化させることで、結晶中の酸素濃度を適切に制御することができる。これは、対結晶径空隙率が０．２７〜０．４５のときに特に有効である。

本発明のシリコン単結晶製造方法においては、単結晶の引き上げを行う際に、対結晶径空隙率に応じてあらかじめ求めた結晶−熱遮蔽体間空隙部における不活性ガス流速と結晶中の酸素濃度との関係に基づいて、引き上げの各段階で不活性ガスの前記空隙部における流速を調整することとする実施の形態を採ることもできる。

単結晶の引き上げを行う際、酸素濃度は、一般に、トップ側およびボトム側で高くなる傾向がある。そこで、対結晶径空隙率に応じて（つまり、種々の対結晶径空隙率毎に）、あらかじめ結晶−熱遮蔽体間空隙部における不活性ガス流速と結晶中の酸素濃度との関係を求めておき、この関係に基づいて、引き上げの各段階（つまり、引き上げ中の任意の時点）で、特に単結晶引き上げの初期（トップ側）および終期（ボトム側）において、不活性ガスの流速を調整する。これにより、単結晶の成長軸方向における酸素濃度のバラツキをなくして均一性を確保することができ、歩留りを向上させることができる。

また、本発明のシリコン単結晶製造方法によれば、直径３００ｍｍ以上の大口径のシリコンウェーハを切り出すことができるシリコン単結晶を育成することも可能である。

（実施例１）
前述の不活性ガス流速についての数値シミュレーションによる検討結果を踏まえ、対結晶径空隙率が小さい場合（０．３７）および大きい場合（０．８６）について、引き上げ単結晶の外面と熱遮蔽体の下端開口縁部との間の空隙部における不活性ガス流速（結晶−熱遮蔽体間におけるＡｒ流速）を変化させてシリコン単結晶（結晶径は、いずれも、約３００ｍｍ）の引き上げ試験を行い、単結晶に取り込まれた酸素濃度を測定した。表１に、引き上げ試験条件と、引き上げ単結晶の酸素濃度とを、併せて示す。

「Ａｒ流量」は、装置内に導入されるＡｒガスの流量（体積速度）であり、マスフローメーターにより、単位時間あたりに流れるＡｒガスの標準状態（０℃、１気圧）での体積を単位(slpm; standard liter per minute)として測定したものである。「Ａｒ流量」と、「装置内気圧」とから、当該気圧におけるＡｒの流量が求められる。Ａｒの体積に対する温度の影響を無視して、この「当該気圧におけるＡｒの流量」を、装置内におけるＡｒの流量とすることができる。「結晶−熱遮蔽体間におけるＡｒ流速」（線速度）は、この「装置内のＡｒの流量」と、結晶と熱遮蔽体の下端開口縁部との間（Ａｒガス流路）の面積から求めたものである。

試験中、それぞれ０．２〜０．４Ｔ（２０９１〜４０００Ｇ）の範囲内で磁場を印加し、引き上げ単結晶を７．５〜９．５ｒｐｍで、石英るつぼを０．１〜２．３ｒｐｍで回転させた。

試験No.８〜１５では、試験No.１〜７に比して、熱遮蔽体の対結晶径空隙率を大きくして結晶成長させており、これにより、表１に示す通り、対結晶径空隙率は、試験No.１〜７では０．３１〜０．３７であるのに対して、試験No.８〜１５では０．８６と、大きくなっている。結晶−熱遮蔽体間におけるＡｒ流速は、装置内に導入するＡｒ流量を変えることにより、試験No.１〜７の間、および試験No.８〜１５の間で、異ならせた。

図３は、表１に示した試験結果に基づくもので、結晶−熱遮蔽体（下端開口縁部）間空間部におけるＡｒ流速と引き上げ単結晶の酸素濃度との関係を示す図である。図３において、対結晶径空隙率を小さく（０．３１〜０．３７）した場合を、「対結晶径空隙率小」と記しており、対結晶径空隙率を大きく（０．８６）した場合を、「対結晶径空隙率大」と記している。

図３から明らかなように、Ａｒ流速と引き上げ単結晶の酸素濃度との間に、熱遮蔽体の対結晶径空隙率が小さい場合は負の相関があり、熱遮蔽体の対結晶径空隙率が大きい場合は正の相関があることが判明した。すなわち、引き上げ単結晶の酸素濃度を低くするためには、結晶−熱遮蔽体間におけるＡｒ流速を、対結晶径空隙率が０．３１〜０．３７の場合には小さくしなければならないが、対結晶径空隙率が０．８６の場合には大きくしなければならない。

上記の結果から、対結晶径空隙率に応じて、例えば、装置内に導入する不活性ガスの流量を調整して、結晶−熱遮蔽体間における不活性ガスの流速を調整することにより、結晶中の酸素濃度を制御できることが確認できた。

（実施例２）
熱遮蔽体の対結晶径空隙率が小さい場合と大きい場合とのそれぞれについて、シリコン単結晶の径を異ならせることにより、対結晶径空隙率を異ならせて、対結晶径空隙率と引き上げ単結晶の酸素濃度との関係を調べた。装置に導入する不活性ガス（Ａｒガス）の流量、および装置内の圧力は、一定とした。

結果を図４に示す。図４は、熱遮蔽体の対結晶径空隙率が大きい場合と小さい場合とについて、対結晶径空隙率と、引き上げ単結晶の酸素濃度との関係を示す図である。

図４から明らかなように、熱遮蔽体の対結晶径空隙率が小さい場合（図４に、「対結晶径空隙率小」と記す。）は、結晶径が大きくなるに従い、引き上げ単結晶の酸素濃度が低くなったが、熱遮蔽体の対結晶径空隙率が大きい場合（図４に、「対結晶径空隙率大」と記す。）は、結晶径が大きくなるに従い、引き上げ単結晶の酸素濃度が高くなった。

装置内に導入するＡｒガスの流量は一定なので、同じ熱遮蔽体で比較すると、対結晶径空隙率が大きくなるほど、結晶−熱遮蔽体（下端開口縁部）間におけるＡｒ流速は小さくなる。

図４の結果から明らかなように、対結晶径空隙率が０．７２〜０．９２の範囲では、対結晶径空隙率が０．２７〜０．４５の範囲に比して、対結晶径空隙率の変動に対する引き上げ単結晶の酸素濃度の変動が少ない。換言すれば、対結晶径空隙率が０．７２〜０．９２の範囲で単結晶の育成を行うと、対結晶径空隙率が０．２７〜０．４５の範囲で単結晶の育成を行う場合に比して、結晶中の酸素濃度に関して、外乱、特に直径変動（対結晶径空隙率の変動）に強くなる。

対結晶径空隙率が０．２７〜０．４５の範囲で単結晶の育成を行う場合は、対結晶径空隙率が０．７２〜０．９２の範囲で単結晶の育成を行う場合に比して、結晶中の酸素濃度を一定にすることに関して、外乱、特に直径変動（対結晶径空隙率の変動）に弱いが、直径変動に応じて装置内に導入するＡｒガスの流量を制御することで、外乱の影響を少なくでき、均一な酸素濃度を有する単結晶を得ることができる。

図３の結果と図４の結果とを併せると、対結晶径空隙率が０．２７〜０．４５の範囲では、結晶−熱遮蔽体間におけるＡｒ流速が大きくなるほど、引き上げ単結晶の酸素濃度が低くなり、対結晶径空隙率が０．７２〜０．９２の範囲では、結晶−熱遮蔽体間におけるＡｒ流速が大きくなるほど、引き上げ単結晶の酸素濃度が高くなるものと考えられる。

本発明のシリコン単結晶製造方法によれば、シリコン単結晶に含まれる酸素濃度の制御を適切に（容易にかつ安定して）行うことができる。したがって、本発明は、シリコンウェーハ（半導体デバイスの製造用）を切り出すシリコン単結晶の製造に、広く適用することができる。

１：チャンバー、 ２：支持軸、 ３：サセプタ、
４：石英るつぼ、 ５：ヒーター、 ６：断熱材、 ７：シードチャック、
８：引き上げワイヤー、 ９：シリコン単結晶、 １０：シリコン融液、
１１：強制冷却体、 １２：熱遮蔽部体、 １２ａ：熱遮蔽部体の側部、
１２ｂ：熱遮蔽部体の下端部、 １３：磁場印加装置、 １４：ガス導入口、
１５：ガス排出口

Claims (5)

1. 引き上げ中のシリコン単結晶の周囲に引き上げ軸と同軸に熱遮蔽体を配置した単結晶引き上げ装置を使用して、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を製造する方法において、
   単結晶の外面と熱遮蔽体の下端開口縁部との間の空隙部の面積を単結晶の引き上げ軸に垂直な断面の面積で除した対結晶径空隙率に応じて、単結晶引き上げ装置内に導入する不活性ガスの前記空隙部における流速を調整することにより結晶中の酸素濃度を制御することを特徴とするシリコン単結晶製造方法。
2. 前記対結晶径空隙率が０．２７〜０．４５のときは、単結晶と熱遮蔽体との間の前記空隙部における不活性ガス流速と、結晶中の酸素濃度とが、負の相関を有し、
   前記対結晶径空隙率が０．７２〜０．９２のときは、前記空隙部における不活性ガス流速と、結晶中の酸素濃度とが、正の相関を有する
   として、前記不活性ガスの流速調整による結晶中の酸素濃度の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶製造方法。
3. 前記単結晶の引き上げを行う際に、
   前記対結晶径空隙率に応じてあらかじめ求めた前記空隙部における不活性ガス流速と結晶中の酸素濃度との関係に基づいて、
   引き上げの各段階で不活性ガスの前記空隙部における流速を調整することにより結晶中の酸素濃度を制御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製造方法。
4. 結晶の直径変動に応じて、単結晶引き上げ装置内に導入する不活性ガスの流速を調整することにより、結晶中の酸素濃度を制御することを特徴とする請求項２または３に記載のシリコン単結晶製造方法。
5. 前記育成するシリコン単結晶が、直径３００ｍｍ以上のシリコンウェーハを切り出すことができる直径を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のシリコン単結晶製造方法。

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