JP2016132580A - シリコン単結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】石英ルツボにおける育成工程前後での原料融液面の高さ位置の変化量よりも短い発熱部のヒーターを用いた場合でも、シリコン単結晶の有転位化を抑制することができるシリコン単結晶の製造方法を提供する。【解決手段】ヒーターの発熱部の長さを、育成工程開始時の石英ルツボにおける初期原料融液面位置（初期ＭＬ）と、前記育成工程終了時の石英ルツボにおける終了原料融液面位置（終了ＭＬ）との間の距離より短くし、熟成工程は、原料融液に磁場を印加しながら前記原料融液を放置する第一熟成工程と、その後、前記原料融液への磁場の印加を止めて、前記原料融液を放置する第二熟成工程を含み、前記第一熟成工程及び前記第二熟成工程を、前記ヒーターの発熱部の移動範囲が、少なくとも前記初期ＭＬから前記終了ＭＬまでの領域となるように、前記ヒーターを石英ルツボに対して相対的に上下に移動させて行うことを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。【選択図】 図１

Description

本発明は、チョクラルスキー法にてシリコン単結晶を製造する方法に関し、特に、石英ルツボにおける原料融液面の高さ位置の変化量よりも短い発熱部を有するヒーターを用いつつ、転位を発生させずにシリコン単結晶を製造する方法に関する。

シリコン単結晶の製法としては、チョクラルスキー法（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ ｍｅｔｈｏｄ：ＣＺ法）が知られており、結晶原料を石英ルツボ内でヒーターにより加熱溶融して原料融液を生成する溶融工程と、原料融液を放置して熟成させる熟成工程と、熟成後の原料融液に種結晶を浸漬して、種結晶を上方に引き上げることにより、シリコン単結晶を育成する育成工程からなっている。

ところで、石英ルツボは原料融液との反応により、アモルファスからブラウンリングが形成され、これが拡大し、隣のブラウンリングと連結することで石英ルツボ全面が結晶化（クリストバライト化）し、その後クリストバライトが溶解していく。このような石英ルツボの経時変化・改質が不十分であり、溶解前のクリストバライトが石英ルツボから剥離すると、そのサイズが比較的大きいために原料融液に溶け終わる前にシリコン単結晶の固液界面に到達することが多く、シリコン単結晶の有転位化を招いてしまう。
そこで、この有転位化を防ぐため、熟成工程で所定の方法をとることが特許文献１、特許文献２に記載されている。

特許文献１には、熟成工程において、原料融液に磁場を印加して放置し、その後、原料融液への磁場の印加を止めて、原料融液を放置して、石英ルツボを改質する方法が開示されている。

特許文献２には、熟成工程において、ヒーターとルツボを相対的に上下動させ、万遍なくルツボ内の原料融液全体を加熱することで、原料融液中のドーパント等の溶け残りを溶かしたり、ルツボ表面の変質を万遍なく均一にすることが開示されている。また、特許文献２の請求項７には、熟成工程において原料融液に磁場を印加する方法が記載されている。

特開２０１２−８２１２１号公報 特開２０１０−２０８９０８号公報

しかしながら、本発明者らが研究を行ったところ、特許文献１、２の方法でも有転位化が生じてしまう場合があることが分かった。さらには、シリコン単結晶の育成工程前後の石英ルツボにおける原料融液面の高さ位置（すなわち、原料融液深さ）の変化量よりも短い発熱部のヒーターを用いて製造した場合に生じることが分かった。具体的には、特許文献１、２について以下の問題点があることを本発明者らは見出した。

特許文献１ではヒーターのスリット位置に関しては規定がない。このため、スリットの位置と関係するヒーターの発熱部の長さが十分に長ければ問題にならないが、仮にヒーターの発熱部の長さが、育成工程開始時の石英ルツボにおける初期原料融液面位置（初期ＭＬ）と、育成工程終了時の石英ルツボにおける終了原料融液面位置（終了ＭＬ）との間の距離（すなわち、育成工程前後の石英ルツボにおける原料融液面の高さ位置の変化量）より短い場合は、上記距離に対してルツボの加熱領域が狭くなってしまう。

このように、特許文献１のようにスリット位置が不明確で発熱部の長さが不明確だと（特には短い場合）、石英ルツボの改質が不十分なままシリコン単結晶の製造を行うことになり、シリコン単結晶に有転位化が生じやすくなってしまう。

また、特許文献２のように、原料融液に磁場を印加するだけでは、いくらヒーターを満遍なく移動させても石英ルツボの改質は十分に進行しない。
特に、石英ルツボにおける原料融液面の高さ位置の変化量よりもヒーターの発熱部が短い場合、石英ルツボの改質が不十分なままシリコン単結晶の製造を行うことになり、有転位化が生じやすくなってしまうという問題があった。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、上記のような短い発熱部のヒーターを用いた場合でも、シリコン単結晶の有転位化を抑制することができるシリコン単結晶の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、結晶原料を石英ルツボ内でヒーターにより加熱溶融して原料融液を生成する溶融工程と、該原料融液を放置して熟成させる熟成工程と、該熟成後の前記原料融液に種結晶を浸漬して、該種結晶を上方に引き上げることにより、シリコン単結晶を育成する育成工程とを含む、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、
前記ヒーターの発熱部の長さを、前記育成工程開始時の石英ルツボにおける初期原料融液面位置（初期ＭＬ）と、前記育成工程終了時の石英ルツボにおける終了原料融液面位置（終了ＭＬ）との間の距離より短くし、
前記熟成工程は、前記原料融液に磁場を印加しながら前記原料融液を放置する第一熟成工程と、その後、前記原料融液への磁場の印加を止めて、前記原料融液を放置する第二熟成工程を含み、
前記第一熟成工程及び前記第二熟成工程を、前記ヒーターの発熱部の移動範囲が、少なくとも前記初期ＭＬから前記終了ＭＬまでの領域となるように、前記ヒーターを前記石英ルツボに対して相対的に上下に移動させて行うことを特徴とするシリコン単結晶の製造方法を提供する。

このようにすれば、使用するヒーターの発熱部が上記のような短いものであっても石英ルツボの内表面における、シリコン単結晶の固液界面に比較的近い部分の上記領域を効率良く十分に改質することができるので、溶解前のクリストバライトが石英ルツボから剥離し、該剥離したクリストバライトを起因とするシリコン単結晶の有転位化を抑制することができる。特に、上記領域はシリコン単結晶の育成に伴って、必ず原料融液と雰囲気ガスの境界となるため、上記領域ではクリストバライトの剥離が起こりやすい。このため上記領域を改質することは重要である。

このとき、前記第一熟成工程及び／又は前記第二熟成工程を、前記ヒーターの発熱部の移動範囲が、少なくとも前記初期ＭＬから前記石英ルツボの底部までの領域となるように、前記ヒーターを前記石英ルツボに対して相対的に上下に移動させて行うことが好ましい。
このようにすれば、石英ルツボの内表面における、シリコン単結晶の固液界面に比較的近い部分の領域のみならず、石英ルツボの底部付近をも、より確実に改質することができるので、底部付近からの、溶解前のクリストバライトの剥離を防ぎ、シリコン単結晶の有転位化をより確実に抑制することができる。

またこのとき、前記ヒーターを複数のヒーターで構成し、該ヒーターのいずれの発熱部の長さも前記初期ＭＬから前記終了ＭＬとの間の距離よりも短くし、
前記第一熟成工程及び前記第二熟成工程において、前記ヒーターの発熱部の移動範囲を、前記複数のヒーターの発熱部のそれぞれの移動範囲を合算した範囲とし、
前記第一熟成工程及び前記第二熟成工程を、前記ヒーターの１つまたは複数を前記石英ルツボに対して相対的に上下移動させて行うことができる。
複数のヒーターを用いる場合、各々の発熱部の長さはより短くなり、そのために石英ルツボの上記領域の改質が不十分になりやすい。しかし、本発明では、複数のヒーターを用いる場合でも、石英ルツボの十分な改質を行うことができ、シリコン単結晶の有転位化を抑制できる。

本発明のシリコン単結晶の製造方法であれば、育成工程前後での石英ルツボにおける原料融液面の高さ位置の変化量よりも短い発熱部を有するヒーターを用いたとしても、シリコン単結晶の有転位化を抑制することができる。

本発明のシリコン単結晶の製造方法の一例を示した工程図である。 本発明のシリコン単結晶の製造方法で用いることができる単結晶製造装置の一例を示した概略図である。 本発明のシリコン単結晶の製造方法で用いることができる単結晶製造装置における、ヒーターの発熱部及び、発熱部の長さＳの一例を説明する概略図である。 本発明のシリコン単結晶の製造方法で用いることができる単結晶製造装置の他の一例を示した概略図である。

上述したように、特許文献１、２のような従来の方法を行っても、引き上げ中のシリコン単結晶が有転位化してしまうという問題があった。

そこで、本発明者らはこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。
その結果、前述したように、特に石英ルツボにおける原料融液面の高さ位置の変化量に対してヒーターの発熱部が短い場合に有転位化が生じることを見出した。そして、更なる調査研究から、石英ルツボの改質が、ヒーターの発熱部と対峙する石英ルツボの位置で限定的に促進されることを見出した。また、前述したような特許文献１、２における問題点を見出し、その解決方法について研究を進めた。

石英ルツボの初期ＭＬから終了ＭＬまでの領域は、シリコン単結晶の育成に伴って必ず原料融液と雰囲気ガスの境界となるため、クリストバライトが剥離しやすい。また、この領域はシリコン単結晶の固液界面に比較的近いので、サイズの大きなクリストバライトが石英ルツボから剥離すると、クリストバライトが原料融液に溶け終わる前に固液界面に到達するために、引き上げ中のシリコン単結晶の有転位化を招く可能性が高くなる。よって、ヒーターの発熱部の長さが、育成工程開始時の石英ルツボにおける初期原料融液面位置（初期ＭＬ）と、育成工程終了時の石英ルツボにおける終了原料融液面位置（終了ＭＬ）との間の距離より短い場合においては、石英ルツボの改質は原料融液との反応で起こること、さらには、ヒーターの発熱部と対峙する位置で促進されることを考慮して、少なくとも初期ＭＬから終了ＭＬまでの領域をヒーターの発熱部が通過するようにヒーターを上下に移動させる必要がある。
そして、熟成工程で磁場の印加時および磁場の印加を止めた時に、ヒーターを石英ルツボに対して相対的に上下動させて、少なくとも、石英ルツボにおける、初期ＭＬから終了ＭＬまでの領域を十分に改質することにより、シリコン単結晶の有転位化を回避することができることに想到した。そして、これらを実施するための最良の形態について精査し、本発明を完成させた。

以下、本発明について図を参照して詳述する。
本発明のシリコン単結晶の製造方法で使用することができる単結晶製造装置としては、特に限定されず、例えば図２に示すような単結晶製造装置１を用いることができる。

図２に示す単結晶製造装置１は、メインチャンバー２と、メインチャンバー２の上部に接続され、育成したシリコン単結晶３がワイヤー４により引き上げられて収納される引き上げチャンバー５とを具備している。

メインチャンバー２には、原料融液６を収容する石英ルツボ７と、該石英ルツボ７を支持する黒鉛ルツボ７ａが設けられ、これらの石英ルツボ７、黒鉛ルツボ７ａと同心円状に配置されたヒーター８が配置されている。

石英ルツボ７は、そのサイズは特には限定されないが、特には、直径が３２インチ（８１ｃｍ）以上のものを用いることができる。
このような大きさの石英ルツボ７では、石英ルツボ７の改質が遅れることによるシリコン単結晶の有転位化が多いため、本発明の効果がより大きくなる。

メインチャンバー２の外周部には、磁場印加装置９が設けられている。
磁場印加装置９は、石英ルツボ７内の原料融液６に所望の強さの磁場を印加することができる。

ここで、石英ルツボ７において後述する育成工程開始時における原料融液６の融液面の位置を初期原料融液面位置（以下、初期ＭＬ１０とも言う）とする。また、育成工程終了時における原料融液６の融液面の位置を終了原料融液面位置（以下、終了ＭＬ１１とも言う）とする。
そして、初期ＭＬ１０と終了ＭＬ１１との間の距離をＬとする。

次に、ヒーター８について図３を用いて説明する。
図３に示すように、ヒーター８には、ヒーター８の上端から下方向へ延びる上部スリット１２と、ヒーター８の下端から上方向へ延びる下部スリット１３とが交互に設けられている。ここで、本発明で言うヒーター８の発熱部としては、ヒーター８に電流を流した際に発熱する部分であれば特に限定されない。より好ましくは、発熱量が最大となる部分を含むものとすることができる。そのような部分であれば、より効率よく石英ルツボの改質を促進しやすい。ここでは、発熱量の高い、上部スリット１２と下部スリット１３が重なっている部分、すなわち上部スリット１２の下端１２ａと、下部スリット１３の上端１３ａとの間の領域をヒーター８の発熱部１４とする。さらに、発熱部１４の上下方向の長さをＳとする。
また、ヒーター８は、発熱物質であれば特に限定されないが、例えば、黒鉛から成るものとすることができる。

本発明において、ヒーター８の発熱部１４の長さＳは、初期ＭＬ１０と終了ＭＬ１１との間の距離Ｌよりも短いものである。
ヒーター８の発熱部の長さＳは、例えば、初期ＭＬ１０と終了ＭＬ１１との間の距離Ｌより１０ｃｍ短いものを用いることができる。

図２では、１つのヒーター８を有する単結晶製造装置１について記載したが、図２の１つのヒーター８の代わりに複数のヒーターで構成されたものを用いても良い。
例えば、図４に示すように、上部ヒーター８ａ、下部ヒーター８ｂの二つのヒーターを有する単結晶製造装置１ａを用いることができる。

単結晶製造装置１ａにおいて、上部ヒーター８ａの発熱部１４ａの長さＳ_１及び、下部ヒーター８ｂの発熱部１４ｂの長さＳ_２のいずれの長さも、初期ＭＬ１０と終了ＭＬ１１との間の長さＬよりも短いものである。
発熱部１４ａ、１４ｂの長さＳ_１、Ｓ_２は、それぞれ同じ長さにしても良く、または、両方をそれぞれを別々の長さにしても良い。

次に、本発明の単結晶製造方法について説明する。
ここでは、まず、図２に示すような単結晶製造装置１を用いた場合について説明する。
図１に本発明のシリコン単結晶の製造方法の工程図の一例を示す。

（溶融工程：ＳＰ１）
まず、結晶原料を石英ルツボ７内に充填し、ヒーター８により加熱溶融して原料融液６を生成する。

（熟成工程）
次に、原料融液６を放置して（すなわち、すぐにシリコン単結晶を引き上げるのではなく）熟成させる。
この熟成工程は、石英ルツボの内表面をクリストバライト化する第一熟成工程と、それを溶解する第二熟成工程とから成る。まず、この熟成工程の概略およびその意義について説明する。

石英ルツボ７近傍の原料融液６内の酸素濃度が高いと結晶化（クリストバライト化）が促進され、酸素濃度が低いとクリストバライトの溶解が促進される。そして、磁場を印加すると原料融液６の対流が抑制されて石英ルツボ７近傍の酸素濃度が高くなり、磁場の印加を止めると原料融液６の対流の影響により石英ルツボ７近傍の酸素濃度が低くなる。
従って、石英ルツボ７の改質は、まず初めに原料融液６に磁場を印加した状態で、ヒーター８（または石英ルツボ７、あるいは、ヒーター８と石英ルツボ７の両方）を移動させることによって、石英ルツボ７における、少なくとも初期ＭＬ１０から終了ＭＬ１１までの領域を重点的に加熱することで、少なくとも上記領域の結晶化を促進する第一熟成工程を行う。このときの移動は初期ＭＬ１０から終了ＭＬ１１までの領域を、少なくとも初期ＭＬ１０はヒーター８の発熱部１４の上端部が対峙し、終了ＭＬ１１はヒーター８の発熱部１４の下端部が対峙するようにすればよく、移動方法はどのような動き方でもよい。例えば、一方向にのみゆっくりあるいは断続的に動かしても良く、上下方向に繰り返し動かしても良い。

そして、次いで、原料融液６への磁場の印加を止めた状態で、ヒーター８（または石英ルツボ７、あるいは、ヒーター８と石英ルツボ７の両方）を移動させることにより、石英ルツボ７における、上記領域を重点的に加熱して、第一熟成工程で形成されたクリストバライトを溶解する第二熟成工程を行う。これらの工程により、効率良く、石英ルツボ７を改質することができ、少なくとも上記領域の改質を十分なものとすることができる。

この改質が不十分だと前述したように、溶解前のクリストバライトが石英ルツボ７から剥離すると、そのサイズが比較的大きいために、剥離したクリストバライトが原料融液６に溶け終わる前に、引き上げ中のシリコン単結晶３の固液界面に到達してしまうことが多く、シリコン単結晶３の有転位化を招いてしまう。

一方で、本発明のように、改質が十分であると（すなわち、クリストバライトが溶解を始めた後では）、仮に石英ルツボ７からクリストバライトが剥離しても、そのサイズが小さいので、固液界面に到達する前に原料融液６に溶けやすく、引き上げ中のシリコン単結晶３の有転位化を招きにくい。
従って、図２のような短い発熱部１４を有するヒーター８を用いる本発明の場合、石英ルツボ７の改質は、原料融液６との反応で起こること、さらには、ヒーター８の発熱部１４と対峙する石英ルツボの位置で促進されることを考慮して、少なくとも初期ＭＬ１０から終了ＭＬ１１までの領域をヒーター８の発熱部１４が通過するようにヒーター８を上下に移動させる必要がある。

すなわち、以下のようにして熟成工程を行うことで、後述する育成工程における引き上げ中のシリコン単結晶３の有転位化を抑制することができる。

（第一熟成工程：ＳＰ２）
まず、原料融液６に磁場を印加しながら原料融液６を放置する。
このとき、原料融液６に磁場を印加しながら原料融液６を放置する際に、ヒーター８で原料融液を加熱しつつ、ヒーター８を石英ルツボ７に対して相対的に上下に移動させて行う。このとき、ヒーター８の発熱部１４の移動範囲が、少なくとも初期ＭＬ１０から終了ＭＬ１１までの領域となるようする。

原料融液６に磁場を印加する際の磁場強度は、３０００ガウス以上５０００ガウス以下であることが好ましい。
３０００ガウス以上の磁場強度であれば石英ルツボ７の内表面にクリストバライトを短時間で形成させることができるため、産業的に効率が良い。一方、５０００ガウスも印加すれば十分である。

原料融液６に磁場印加を行う時間は、例えば１時間以上であることが好ましい。
磁場を印加する時間が１時間以上であれば、石英ルツボ７の内表面にクリストバライトを形成させるのに十分な時間となり、また効率の観点からも十分に短い時間となる。
また、磁場を印加する最大時間を１０時間とすることが好ましい。磁場を印加する時間が１０時間もあれば、石英ルツボ７の内表面のクリストバライト化を十分に終えることができる。

（第二熟成工程：ＳＰ３）
次に、原料融液６への磁場の印加を止めて、原料融液６を放置する。
このとき、原料融液６への磁場の印加を止めて、原料融液６を放置する際に、第一熟成工程と同様に、ヒーター８で原料融液６を加熱しつつ、ヒーター８を石英ルツボ７に対して相対的に上下に移動させて行う。このときも、ヒーター８の発熱部１４の移動範囲が、少なくとも初期ＭＬ１０から終了ＭＬ１１までの領域となるようする。

第二熟成工程の時間は、１時間以上８時間未満とすることが好ましい。特に、第一熟成工程の時間が１時間以上１０時間以下の場合、続く第二熟成工程の時間を上記のように１時間以上８時間未満とすることが好ましい。
このようにすれば、石英ルツボ７の内表面に形成されたクリストバライトを十分に溶解させることができ、石英ルツボ７が十分に改質される。よって、シリコン単結晶の有転位化を招かず、シリコン単結晶の生産性が向上する。また、石英ルツボを改質するために要する時間を十分に短くすることができ、シリコン単結晶の高効率な生産を保つことが出来る。

なお、第一熟成工程・第二熟成工程で、ヒーター８の発熱部１４の移動範囲を、例えば初期ＭＬ１０から終了ＭＬ１１までの領域とすることで、終了ＭＬ１１から石英ルツボ７の底部１５までの領域の改質が仮に遅れたとしても、この領域はシリコン単結晶３の育成中に原料融液６と雰囲気ガスの境界にならないため、クリストバライトの剥離は初期ＭＬ１０から終了ＭＬ１１までの領域に比べて起こりにくい。また、クリストバライトが剥離したとしても、この領域は引き上げるシリコン単結晶３の固液界面から離れているため、剥離したクリストバライトが固液界面に到達する前に原料融液６に溶解しやすく、シリコン単結晶３の有転位化を招きにくい。

しかし、石英ルツボ７の終了ＭＬ１１から石英ルツボ７の底部１５までの領域も改質すれば、より確実にシリコン単結晶３の有転位化を回避することができる。

従って、第一熟成工程及び／又は第二熟成工程を、ヒーター８の発熱部１４の移動範囲が、少なくとも初期ＭＬ１０から石英ルツボ７の底部１５までの領域となるように、ヒーター８を石英ルツボ７に対して相対的に上下に移動させて行うことが好ましい。例えば、クリストバライト化・溶解化の改質の度合いに応じて、第一熟成工程又は第二熟成工程の一方だけ、あるいは両方において、底部１５まで広範囲にヒーター８を移動させることができる。

一方、石英ルツボ７の底部１５よりも大きく下側を加熱することは、時間や電力の無駄であり、非効率である。そこで、より確実に石英ルツボ７の底部１５を改質するため、石英ルツボ７の底部１５の下方１０ｃｍないし下方５ｃｍまでは加熱しても良いが、それより下側を加熱する必要性は低い。

同様に、初期ＭＬ１０よりも大きく上側を加熱することは時間・電力の無駄であるばかりでなく、石英ルツボ７が内側に倒れ込んでしまう恐れがある。そこで、より確実に初期ＭＬ１０近傍を改質するため、初期ＭＬ１０の上方１０ｃｍないし上方５ｃｍまでは加熱しても良いが、それより上側を加熱する必要性は低い。ただし、初期ＭＬ１０は石英ルツボ７に収納する原料重量によって変わるので、石英ルツボ７の上端より５ｃｍ下方の位置から上側の領域は加熱しない方が良い。

なお、ヒーター８の発熱部１４の移動範囲は、第一熟成工程及び第二熟成工程の両方を同じ移動範囲にしてもよいし、異なる移動範囲にしてもよい。

第一熟成工程および第二熟成工程（熟成工程）におけるヒーター８のパワー（以下単に、ヒーターパワーとも言う）は、熟成工程開始時では、後述する育成工程の開始時のヒーターパワーより大きく、溶融工程のヒーターパワー以下とすることができる。
また、熟成工程終了時におけるヒーターパワーは、溶融工程のヒーターパワーより小さく、後述する育成工程の開始時のヒーターパワー以上とすることが好ましい。
このようなヒーターパワーとすることで、石英ルツボ７の改質を効率良く進めることができ、かつ十分なヒーターパワーとなる。

また、ヒーターパワーの上限を上記のように調整することで、加熱による石英ルツボ７の変形・座屈等を抑制することができる。また、ヒーターパワーの下限を上記のように調整することで、石英ルツボ７の改質がなかなか進行せず、生産性が落ちてしまうことも抑制できる。
更に、ヒーターパワーを過剰に大きくすることなく熟成中に原料融液が固化することを効率的に防止することができる。そして、ヒーターパワーを上記範囲にすることで、ヒーター８の石英ルツボ７に対する相対的な上下動をより安全に実施できる。

また、熟成工程におけるヒーター８と石英ルツボ７との相対速度は、２ｍｍ／分以下の速さで相対的に上下動させることが好ましい。
このような速さであれば、ヒーター８による加熱中に、ヒーター８を石英ルツボ７に対してより安全に相対的に上下動させることができるとともに、ヒーター８を石英ルツボ７に対して低速で相対的に移動させることにより、より確実に石英ルツボ７を改質することができる。

また、熟成工程の終了時における、ヒーター８と石英ルツボ７の最終位置を、後述の育成工程における結晶育成開始位置とし、ヒーターパワーを育成工程開始時の値になるように調整することが好ましい。これらの調整は、熟成工程でのヒーター８と石英ルツボ７の相対的な上下動の移動、及び／又は、ヒーターパワーの調節により行うことができる。
このようにすれば、原料融液６やヒーター８の状態を熟成工程から育成工程にスムーズに移行することができるため、生産性がより向上する。
さらに、このヒーター８の移動や、ヒーターパワーの調整を自動で行うことで、確実に石英ルツボ７を改質することができる。また、熟成工程が終了し、育成工程に移行する際には、実際のルツボの位置や温度等の製造条件とのズレがほとんど生じないため、品質のバラツキが無く、高品質のシリコン単結晶をより確実に製造することができる。

ここで、原料を溶融するためのヒーターが複数のヒーターで構成された単結晶製造装置を用いた場合の、第一熟成工程及び第二熟成工程におけるヒーターの石英ルツボに対する相対的な上下動について説明する。この場合、複数のヒーターの発熱部のそれぞれの移動範囲を合算した範囲が、少なくとも初期ＭＬから終了ＭＬまでの領域になるように、ヒーターの１つまたは複数を石英ルツボに対して相対的に上下移動させて行う。
すなわち、複数のヒーターを用いた場合にも、石英ルツボの上記領域内で、ヒーターの発熱部の不通過部が生じないようにする。
このようにすることで、ヒーターが複数のヒーターで構成された単結晶製造装置を用いた場合においても、本発明を好適に実施することができる。複数のヒーターを用いる場合、各々の発熱部は１つのヒーターの場合よりも短くなりやすい。このため、従来法では上記領域において、発熱部の不通過部が生じやすかった。しかしながら、本発明ではそのような不通過部は生じないので、確実に上記領域を改質して、シリコン単結晶が有転位化するのを防ぐことができる。

例えば、具体的には、図４に示すような上部ヒーター８ａ、下部ヒーター８ｂの二つのヒーターを有する単結晶製造装置１ａを用いた場合に、石英ルツボ７の上記領域内で、ヒーター８ａ、８ｂの発熱部１４ａ、１４ｂの両方が通過しない不通過部が生じないよう、上部ヒーター８ａと下部ヒーター８ｂのそれぞれの移動範囲が連なるようにするか、あるいはそれぞれの移動範囲の一部がオーバーラップするようにして移動させる。

（育成工程：ＳＰ４）
熟成工程後の原料融液６に種結晶を浸漬して、該種結晶を上方に引き上げることにより、シリコン単結晶３を育成する。育成方法自体は例えば従来と同様の手順で行うことができる。

なお、シリコン単結晶３を引き上げる際に、原料融液６に磁場を印加するか否かは、特に限定されない。
例えば、磁場印加装置を備えた単結晶製造装置で、原料融液６に磁場を印加しながらシリコン単結晶３を引き上げる育成方法に本発明を適応する場合、新たな設備投資をする必要なく本発明を実施することができるので効果的である。

また、原料融液６に磁場を印加せずに、シリコン単結晶３を引き上げる育成方法の場合には、磁場印加装置を備えた単結晶製造装置を用いて、育成工程では磁場を印加しないで単結晶の育成を行えば良い。
従来の磁場を印加しない育成方法の場合には、石英ルツボの改質が遅いため、有転位化が生じやすかった。一方、本発明であれば、上述したように、石英ルツボの改質を十分に行うことができる。このため、引き上げるシリコン単結晶の有転位化を抑制することができるので、特に効果的である。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
図２に示すような単結晶製造装置１を用いてシリコン単結晶３の製造を行った。
石英ルツボ７は、直径が３２インチ（８１ｃｍ）のものを用いた。
ヒーター８は、発熱部１４の長さＳが、初期ＭＬ１０から終了ＭＬ１１の距離Ｌより１０ｃｍ短いものを用いた。

まず、溶融工程で、石英ルツボ７に結晶原料（ポリシリコン）を４００ｋｇ充填し、ヒーター８によって加熱溶融して、原料融液６を生成した。

次に、熟成工程の第一熟成工程で、磁場印加装置９で原料融液６に磁場を印加しながら、ヒーター８の発熱部１４の移動範囲が、初期ＭＬ１０から終了ＭＬ１１の領域となるように、ヒーター８を石英ルツボ７に対して１ｍｍ／分の速度で相対的に上下に移動を繰り返して行った。
このとき、原料融液に４０００ガウスの磁場を印加しながら、溶融工程のヒーターパワーより低く、後の育成工程におけるシリコン単結晶の引き上げ開始時のヒーターパワーよりも１０ｋＷ高いヒーターパワーで６時間加熱を行いながら、原料融液６を放置した。

次いで、原料融液６への磁場の印加を止めて、第二熟成工程で、第一熟成工程と同様の移動範囲でヒーター８を移動させ、第一熟成工程と同様のヒーターパワーで６時間加熱を行いながら、原料融液６を放置した。

熟成工程終了後に、育成工程で、原料融液６に種結晶を浸漬して、該種結晶を上方に引き上げることにより、シリコン単結晶３を育成した。

上記と同様の条件でシリコン単結晶を引き上げ、合計１０本になるまで製造を行った。
その結果、製造したシリコン単結晶の１０本全てにおいて、有転位化は一度も発生しなかった。

（実施例２）
熟成工程において、ヒーターの発熱部の移動範囲を石英ルツボの初期ＭＬの５ｃｍ上方から、終了ＭＬまでの領域とした以外は、実施例１と同様にして、シリコン単結晶の製造を行った。
なお、熟成工程終了後に石英ルツボ上端は内側へ倒れ始めていたが、安全に操業することができた。

上記と同様の条件でシリコン単結晶を引き上げ、合計１０本になるまで製造を行った。
その結果、製造したシリコン単結晶の１０本全てにおいて、有転位化は一度も発生しなかった。

（実施例３）
図４に示すような上部ヒーター８ａ、下部ヒーター８ｂの２つのヒーターを備えた単結晶製造装置１ａを用いて、後述するような２つのヒーターの発熱部の移動範囲・方法以外は、実施例１と同様にしてシリコン単結晶の製造を行った。

ヒーター８ａ、８ｂの発熱部１４ａ、１４ｂの長さＳ_１、Ｓ_２は、それぞれ、初期ＭＬ１０から終了ＭＬ１１まで間の距離Ｌより１０ｃｍ短いものを用いた。
そして、熟成工程において、石英ルツボ７の初期ＭＬ１０から終了ＭＬ１１までの領域に、ヒーター８ａ、８ｂの発熱部１４ａ、１４ｂの両方が通過しない不通過部が生じないよう、上部ヒーター８ａと下部ヒーター８ｂのそれぞれの移動範囲の一部がオーバーラップするようにして、移動させて行った。

上記と同様の条件でシリコン単結晶を引き上げ、合計１０本になるまで製造を行った。
その結果、製造したシリコン単結晶の１０本全てにおいて、有転位化は一度も発生しなかった。

（実施例４）
熟成工程において、２つのヒーターの発熱部の合算の移動範囲を初期ＭＬから石英ルツボ底部までの領域としたこと以外は、実施例３と同様の単結晶製造装置を用いて、実施例３と同様にしてシリコン単結晶の製造を行った。

上記と同様の条件でシリコン単結晶を引き上げ、合計１０本になるまで製造を行った。
その結果、製造したシリコン単結晶の１０本全てにおいて、有転位化は一度も発生しなかった。

（比較例１）
熟成工程において、ヒーターの発熱部の移動範囲を、初期ＭＬの１０ｃｍ下側から、終了ＭＬまでの範囲としたこと以外は、実施例１と同様の単結晶製造装置を用いて、実施例１と同様にして、シリコン単結晶の製造を行った。

上記と同様の条件でシリコン単結晶を引き上げ、合計１０本になるまで製造を行った。
その結果、有転位化が７回発生した。これは、初期ＭＬから、初期ＭＬの１０ｃｍ下側までの領域の間の石英ルツボの改質が不十分なためである。これにより、石英ルツボから剥離したクリストバライトが溶解前にシリコン単結晶の固液界面に到達して有転位化が生じた。

（比較例２）
上部ヒーター、下部ヒーターの２つのヒーターを備えた、単結晶製造装置を用いてシリコン単結晶の製造を行った。
なお、上部ヒーターは、発熱部の長さが初期ＭＬから終了ＭＬまで間の距離より２０ｃｍ短いものを用いた。下部ヒーターは、発熱部の長さが初期ＭＬから終了ＭＬまでの間の距離より１０ｃｍ短いものを用いた。
そして、熟成工程において、石英ルツボの初期ＭＬから終了ＭＬまでの領域の中央部に、ヒーターの発熱部の両方が通過しない不通過部を１０ｃｍ設けるようにして、２つのヒーターを上下移動した。
上記以外は、実施例３と同様にして、シリコン単結晶の製造を行った。

上記と同様の条件でシリコン単結晶を引き上げ、合計１０本になるまで製造を行った。
その結果、有転位化が７回発生した。これは、ヒーターの発熱部の両方が通過しない不通過部での石英ルツボの改質が不十分であったためである。

なお、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。

１、１ａ…単結晶製造装置、 ２…メインチャンバー、 ３…シリコン単結晶、
４…ワイヤー、 ５…引き上げチャンバー、 ６…原料融液、 ７…石英ルツボ、
７ａ…黒鉛ルツボ、 ８…ヒーター、 ８ａ…上部ヒーター、 ８ｂ…下部ヒーター、
９…磁場印加装置、 １０…初期ＭＬ、 １１…終了ＭＬ、 １２…上部スリット、
１２ａ…上部スリット下端、 １３…下部スリット、 １３ａ…下部スリット上端、
１４、１４ａ、１４ｂ…発熱部、 １５…石英ルツボの底部、
Ｌ…初期ＭＬと終了ＭＬとの間の距離、 Ｓ、Ｓ_１、Ｓ_２…発熱部の上下方向の長さ。

Claims (3)

1. 結晶原料を石英ルツボ内でヒーターにより加熱溶融して原料融液を生成する溶融工程と、該原料融液を放置して熟成させる熟成工程と、該熟成後の前記原料融液に種結晶を浸漬して、該種結晶を上方に引き上げることにより、シリコン単結晶を育成する育成工程とを含む、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、
   前記ヒーターの発熱部の長さを、前記育成工程開始時の石英ルツボにおける初期原料融液面位置（初期ＭＬ）と、前記育成工程終了時の石英ルツボにおける終了原料融液面位置（終了ＭＬ）との間の距離より短くし、
   前記熟成工程は、前記原料融液に磁場を印加しながら前記原料融液を放置する第一熟成工程と、その後、前記原料融液への磁場の印加を止めて、前記原料融液を放置する第二熟成工程を含み、
   前記第一熟成工程及び前記第二熟成工程を、前記ヒーターの発熱部の移動範囲が、少なくとも前記初期ＭＬから前記終了ＭＬまでの領域となるように、前記ヒーターを前記石英ルツボに対して相対的に上下に移動させて行うことを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
2. 前記第一熟成工程及び／又は前記第二熟成工程を、前記ヒーターの発熱部の移動範囲が、少なくとも前記初期ＭＬから前記石英ルツボの底部までの領域となるように、前記ヒーターを前記石英ルツボに対して相対的に上下に移動させて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の製造方法。
3. 前記ヒーターを複数のヒーターで構成し、該ヒーターのいずれの発熱部の長さも前記初期ＭＬから前記終了ＭＬとの間の距離よりも短くし、
   前記第一熟成工程及び前記第二熟成工程において、前記ヒーターの発熱部の移動範囲を、前記複数のヒーターの発熱部のそれぞれの移動範囲を合算した範囲とし、
   前記第一熟成工程及び前記第二熟成工程を、前記ヒーターの１つまたは複数を前記石英ルツボに対して相対的に上下移動させて行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリコン単結晶の製造方法。

Images