JP4151474B2

JP4151474B2 - 単結晶の製造方法及び単結晶

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Publication number: JP4151474B2
Application number: JP2003135085A
Authority: JP
Inventors: 誠飯田
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2023-05-13
Also published as: TW200500509A; KR20060003084A; US20070000429A1; KR101107653B1; EP1624094A1; EP1624094B1; TWI352136B; JP2004338979A; US7582159B2; EP1624094A4; WO2004101868A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チョクラルスキー法による単結晶の製造方法に関し、特に、所望欠陥領域及び／又は所望無欠陥領域の単結晶を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの基板として用いられる単結晶は、例えばシリコン単結晶があり、主にチョクラルスキー法（ＣｚｏｃｈｒａｌｓｋｉＭｅｔｈｏｄ、以下ＣＺ法と略称する）により製造されている。
【０００３】
ＣＺ法により単結晶を製造する際には、例えば図２に示すような単結晶製造装置１を用いて製造される。この単結晶製造装置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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
また、引上げた単結晶を冷却する冷却筒１２とその下部に黒鉛筒１３が設けられ、これに上部より冷却ガスを下流して引上げた単結晶を冷却できるようにしている。さらに、黒鉛筒１３の外側下端に原料融液６と対向するように断熱材１４を設けて原料融液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。
【０００７】
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１５で固定された種結晶１６を着液させ、その後、種結晶１６を回転させながら引上げることにより、種結晶１６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１６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。
【０００８】
このようなＣＺ法によって製造されるシリコン単結晶は、主として半導体デバイスの製造に用いられる。近年、半導体デバイスでは高集積化が進み、素子の微細化が進んでいる。素子の微細化が進むことで、結晶成長中に導入されるＧｒｏｗｎ−ｉｎ結晶欠陥の問題がより重要となっている。
【０００９】
ここで、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ結晶欠陥について説明する（図５参照）。
シリコン単結晶において、結晶成長速度が比較的高速の場合には、空孔型の点欠陥が集合したボイド起因とされているＦＰＤ（ＦｌｏｗＰａｔｔｅｒｎＤｅｆｅｃｔ）やＣＯＰ（ＣｒｙｓｔａｌＯｒｉｇｉｎａｔｅｄＰａｒｔｉｃｌｅ）等のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が結晶径方向全域に高密度に存在し、これら欠陥が存在する領域はＶ（Ｖａｃａｎｃｙ）領域と呼ばれている。また、成長速度を低めていくと成長速度の低下に伴いＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥、ＯｘｉｄａｔｉｏｎＩｎｄｕｃｅｄＳｔａｃｋｉｎｇＦａｕｌｔ）領域が結晶の周辺からリング状に発生し、さらに成長速度を低速にすると、ＯＳＦリングがウェーハの中心に収縮して消滅する。一方、さらに成長速度を低速にすると格子間シリコンが集合した転位ループ起因と考えられているＬＳＥＰＤ（ＬａｒｇｅＳｅｃｃｏＥｔｃｈＰｉｔＤｅｆｅｃｔ）、ＬＦＰＤ（ＬａｒｇｅＦｌｏｗＰａｔｔｅｒｎＤｅｆｅｃｔ）等の欠陥が低密度に存在し、この欠陥が存在する領域はＩ（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ）領域と呼ばれている。
【００１０】
近年、Ｖ領域とＩ領域の中間でＯＳＦリングの外側に、空孔起因のＦＰＤ、ＣＯＰ等も、格子間シリコン起因のＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ等も存在しない領域の存在が発見されている。この領域はＮ（ニュートラル、Ｎｅｕｔｒａｌ）領域と呼ばれる。また、このＮ領域をさらに分類すると、ＯＳＦリングの外側に隣接する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、熱酸化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。
さらに、熱酸化処理後、酸素析出が発生し易いＮｖ領域の一部に、Ｃｕデポジション処理で検出される欠陥が著しく発生する領域（以下、Ｃｕデポ欠陥領域とする。）があることが見出されており、これは酸化膜耐圧特性のような電気特性を劣化させる原因になることがわかっている。
【００１１】
これらのＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥は、引上げ速度（Ｖ）と固液界面の温度勾配（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値が一定になるように、引上げ速度と温度勾配を調節すれば、所望の欠陥領域、あるいは所望の無欠陥領域で単結晶を引上げることができる。
【００１２】
例えば、シリコン単結晶を引上げる際に、Ｖ／Ｇ値を制御して、無欠陥単結晶を引上げること（例えば、特許文献１参照。）、面内にＯＳＦリングまたはＯＳＦリング中の核を有し、且つゲッタリング能力を有する単結晶を引上げること（例えば、特許文献２参照。）等が開示されている。また、Ｖ／Ｇ値を制御し、さらに窒素を添加してＩ領域のシリコン単結晶を育成すること（例えば、特許文献３参照。）や同じく窒素を添加して単結晶中の欠陥のサイズと密度と分布が均一な単結晶を育成すること（例えば、特許文献４参照。）が開示されている。そして、このように製造された単結晶から、例えば、全面よりＶ領域やＩ領域を排除したＮ領域のウェーハ、ＯＳＦを外周に配置したウェーハ、あるいはＣｕデポ欠陥領域がないＮ領域のウェーハ等を製造することができる。
【００１３】
しかし、例えば全面がＮ領域の単結晶を引上げる場合には、実際に欠陥分布を調査して該領域を有するＶ／Ｇ値を求め、その求めたＶ／Ｇ値で単結晶を引上げるのだが、予想したＶ／Ｇ値と、実際に全面Ｎ領域の単結晶を得ることができるＶ／Ｇ値とが異なる事例が、数多く存在した。特に、引上げ速度Ｖを速めて所望欠陥領域及び／又は所望無欠陥領域の単結晶の生産性を上げるために、固液界面の温度勾配Ｇが大きくなるように炉内構造（ホットゾーン：ＨＺ）を設定したにもかかわらず、実際には引上げ速度Ｖを予想の速度Ｖより低速にしなければ、所望品質の単結晶を引上げることができない場合も見受けられた。このように、所望欠陥領域及び／又は所望無欠陥領域を有するＶ／Ｇ値の正確な値が明らかでなく、効率良く高品質の単結晶を得ることが困難であるという問題があった。
【００１４】
【特許文献１】
特開平１１−１４７７８６号公報
【特許文献２】
特開２０００−４４３８８号公報
【特許文献３】
特開平１１−３４９３９４号公報
【特許文献４】
特開２００２−５７１６０号公報
【非特許文献１】
Ｖ．Ｖ．Ｖｏｒｏｎｋｏｖ，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｒｙｓｔａｌＧｒｏｗｔｈ，５９(１９８２)，６２５〜６４３
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、Ｖ／Ｇ値を制御して単結晶を引上げる際に、より正確に所望欠陥領域及び／又は所望無欠陥領域を有するＶ／Ｇ値を決定することができ、より確実に所望品質の単結晶を引上げることができる単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
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り原料融液から種結晶を引上げて単結晶を製造する方法において、単結晶を引上げる際の引上げ速度をＶ（ｍｍ／ｍｉｎ）、固液界面の温度勾配をＧ（Ｋ／ｍｍ）、ルツボと原料融液の界面での最高温度をＴｍａｘ（℃）とした時、少なくともＴｍａｘ（℃）に応じて所望欠陥領域及び／又は所望無欠陥領域を有するＶ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）の範囲を決定し、その決定した範囲にＶ／Ｇ（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）の値を制御して単結晶を引上げることを特徴とする単結晶の製造方法を提供する。
【００１７】
このように、少なくともＴｍａｘ（℃）に応じて所望欠陥領域及び／又は所望無欠陥領域を有するＶ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）の値を修正してその範囲を決定し、その決定した範囲にＶ／Ｇ（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）の値を制御して単結晶を引上げることで、所望欠陥領域及び／又は所望無欠陥領域を有するＶ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）をより正確に決定することができるため、所望欠陥領域及び／又は無欠陥領域の単結晶をより確実に引上げることができる。また、様々な単結晶装置に応じた所望欠陥領域及び／又は所望無欠陥領域を有するＶ／Ｇ値を正確に予想できる他、単結晶製造装置を設計する際にも有用である。そして、これによって、所望品質を有する単結晶を効率良く製造することができる。
尚、ここで、固液界面の温度勾配Ｇ（Ｋ／ｍｍ）とは、原料の融点（シリコンの場合１４１２℃）〜１４００℃の範囲での温度勾配のことを言う。また、Ｖ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）の制御とは、結晶の径方向ほぼ全域（外周辺０〜２ｃｍは外方拡散領域なので除く）に渡るＶ／Ｇ値の制御のことを言う。
【００１８】
この場合、前記Ｖ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）を、−０．０００７２４×Ｔｍａｘ＋１．３１以上−０．０００７２４×Ｔｍａｘ＋１．３８未満の範囲に制御して単結晶を引上げることができる。
【００１９】
このように、Ｖ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）を、−０．０００７２４×Ｔｍａｘ＋１．３１以上−０．０００７２４×Ｔｍａｘ＋１．３８未満の範囲に制御して単結晶を引上げることで、確実にＮ領域及び／又はＯＳＦ領域を有する単結晶を製造することができる。
より好ましくは、Ｖ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）を、−０．０００７２４×Ｔｍａｘ＋１．３１以上−０．０００７２４×Ｔｍａｘ＋１．３７以下の範囲に制御して単結晶を引上げることで、確実にＮ領域を有する単結晶を製造することができる。
【００２０】
この場合、前記Ｖ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）を、−０．０００７２４×Ｔｍａｘ＋１．３８以上の範囲に制御して単結晶を引上げることができる。
【００２１】
このように、前記Ｖ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）を、−０．０００７２４×Ｔｍａｘ＋１．３８以上の範囲に制御して単結晶を引上げることで、確実にＯＳＦリングを外方に排除した単結晶を製造することができる。
【００２２】
この場合、前記Ｖ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）を、−０．０００７２４×Ｔｍａｘ＋１．３１以上−０．０００７２４×Ｔｍａｘ＋１．３５以下の範囲に制御して単結晶を引上げることができる。
【００２３】
このように、Ｖ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）を、−０．０００７２４×Ｔｍａｘ＋１．３１以上−０．０００７２４×Ｔｍａｘ＋１．３５以下の範囲に制御して単結晶を引上げることで、確実にＣｕデポ欠陥領域のないＮ領域を有する単結晶を製造することができる。
【００２４】
この場合、前記Ｔｍａｘ（℃）を、１５６０℃以下の範囲として単結晶を引上げるのが好ましい。
【００２５】
このように、Ｔｍａｘ（℃）を、１５６０℃以下の範囲とすることで、Ｖ／Ｇ値を十分に大きいものとすることができる。従って、所望欠陥領域及び／又は所望無欠陥領域を有する単結晶を引上げる際の引上げ速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）を十分に速めることができ、単結晶の生産性を十分に高めることができる。
【００２６】
この場合、前記Ｔｍａｘ（℃）を、少なくとも、原料融液を収容するルツボと該ルツボを囲繞するように配置されたヒーターとの間に断熱材を設けること、又はルツボ底面部に断熱材を配設することにより変更することができる。
【００２７】
このように、少なくとも、原料融液を収容するルツボと該ルツボを囲繞するように配置されたヒーターとの間に断熱材を設けること、又はルツボ底面部に断熱材を配設することにより、Ｔｍａｘ（℃）を、所望温度に変更することができる。
【００２８】
この場合、前記単結晶をシリコンとすることができる。
【００２９】
本発明の単結晶の製造方法は、近年、単結晶製造装置が多様化し、所望欠陥領域及び／又は所望無欠陥領域を有するＶ／Ｇ値を正確に決定することが困難となっている上に、品質に対する要求が厳しいものとなっているシリコン単結晶を製造するのに、特に適している。
【００３０】
この場合、前記単結晶の直径を２００ｍｍ以上とすることができる。
【００３１】
本発明の単結晶の製造方法は、近年、需要が高まり、品質に対する要求も厳しくなっている直径２００ｍｍ以上の単結晶を製造するのに、特に有効である。
【００３２】
そして、このような本発明の単結晶の製造方法で製造された単結晶は、高品質なものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、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、実験やシミュレーションなどを駆使して鋭意調査を進めた結果、予想したＶ／Ｇ値と実際のＶ／Ｇ値が食い違う事例、例えば、同じ欠陥分布の単結晶であるが、所望欠陥領域及び／又は所望無欠陥領域の単結晶を引上げるために予想した引上げ速度Ｖと実際の引上げ速度Ｖが異なる事例は、様々な形態の炉内構造（ホットゾーン：ＨＺ）で所望欠陥領域及び／又は所望無欠陥領域の単結晶を引上げる場合に、各々のＨＺに応じてその領域を有するＶ／Ｇ値が異なることが原因であることを見出した。そこで、本発明者らは、様々なＨＺで共通して用いることのできるパラメーターを見出すことができれば、そのパラメーターを用いることで、各々のＨＺに応じてより適切なＶ／Ｇ値を決定することができることに想到し、本発明を完成させた。
【００３４】
すなわち、本発明は、チョクラルスキー法により原料融液から種結晶を引上げて単結晶を製造する方法において、単結晶を引上げる際の引上げ速度をＶ（ｍｍ／ｍｉｎ）、固液界面（原料の融点〜１４００℃）の温度勾配をＧ（Ｋ／ｍｍ）、ルツボと原料融液の界面での最高温度をＴｍａｘ（℃）とした時、少なくともＴｍａｘ（℃）に応じて所望欠陥領域及び／又は所望無欠陥領域を有するＶ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）の範囲を決定し、その決定した範囲にＶ／Ｇ（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）の値を結晶の径方向ほぼ全域（外周辺０〜２ｃｍは除く）に渡り制御して単結晶を引上げることを特徴とする単結晶の製造方法を提供する。
【００３５】
このように、本発明では、様々なＨＺで共通して用いることのできるパラメーターとしてＶ／Ｇ値の他にルツボと原料融液の界面での最高温度Ｔｍａｘ（℃）を用いる。このＴｍａｘ（℃）は、例えば、ルツボの底から外周に向って２ｃｍ刻みで熱電対を配置して温度を測定することで得ることができるし、また、シミュレーションにより計算して求めることもできる。
【００３６】
ここで、図４は、Ｎｖ領域とＮｉ領域の境界のＶ／Ｇ値とＴｍａｘ（℃）の関係を示すグラフである。図４から明らかなように、Ｖ／Ｇ値とＴｍａｘ（℃）はきれいな相関があり、所望欠陥領域及び／又は所望無欠陥領域を有するＶ／Ｇ値を決定する際の、極めて有用なパラメーターであることが判る。すなわち、制御すべきＶ／Ｇ値を決定するには、Ｔｍａｘ（℃）による補正が必要である。
【００３７】
したがって、少なくともＴｍａｘ（℃）に応じて所望欠陥領域及び／又は所望無欠陥領域を有するＶ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）の範囲を決定し、その決定した範囲にＶ／Ｇ（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）の値を制御して単結晶を引上げることで、所望欠陥領域及び／又は所望無欠陥領域の単結晶を確実に引上げることができる。また、所望欠陥領域及び／又は所望無欠陥領域を有するＶ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）を、様々なＨＺのそれぞれに応じてより正確に決定することができるため、どのようなＨＺを有する装置を用いても、効率良く所望品質の結晶を得ることができるし、単結晶製造装置を設計する際にも有用である。
【００３８】
そこで、所望欠陥領域及び／又は無欠陥領域の単結晶となるＶ／Ｇ値とＴｍａｘの範囲について、さらに詳細に調査した結果を図３に示す。図３（ａ）は、Ｎ領域及びＯＳＦ領域となるＶ／Ｇ値とＴｍａｘの範囲を示すグラフである。また、図３（ｂ）は、Ｖ領域となるＶ／Ｇ値とＴｍａｘの範囲を示すグラフである。さらに、図３（ｃ）は、Ｃｕデポ欠陥領域のないＮ領域となるＶ／Ｇ値とＴｍａｘの範囲を示すグラフである。
【００３９】
図３（ａ）から明らかなように、Ｖ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）を、−０．０００７２４×Ｔｍａｘ＋１．３１以上−０．０００７２４×Ｔｍａｘ＋１．３８未満の範囲に制御して単結晶を引上げることで、確実にＮ領域及び／又はＯＳＦ領域を有する単結晶を製造することができる。
より好ましくは、Ｖ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）を、−０．０００７２４×Ｔｍａｘ＋１．３１以上−０．０００７２４×Ｔｍａｘ＋１．３７以下の範囲に制御して単結晶を引上げることで、確実にＮ領域を有する単結晶を製造することができる。
【００４０】
また、図３（ｂ）から明らかなように、Ｖ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）を、−０．０００７２４×Ｔｍａｘ＋１．３８以上の範囲に制御して単結晶を引上げることで、確実にＯＳＦリングを外方に排除した単結晶を製造することができる。
【００４１】
さらに、図３（ｃ）から明らかなように、Ｖ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）を、−０．０００７２４×Ｔｍａｘ＋１．３１以上−０．０００７２４×Ｔｍａｘ＋１．３５以下の範囲に制御して単結晶を引上げることで、より確実にＣｕデポ欠陥領域のないＮ領域を有する単結晶を製造することができる。
【００４２】
また、図３（ａ）〜（ｃ）を見て判るように、Ｔｍａｘ（℃）を、１５６０℃以下の範囲とすることで、所望欠陥領域及び／又は所望無欠陥領域を有するＶ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）を十分に高いものとすることができる。例えば、図３（ａ）及び図３（ｃ）から、Ｔｍａｘ（℃）を１５６０℃以下とすれば、Ｉ領域とＮ領域の境界のＶ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）を０．１８以上と高いものにできることが判る。したがって、生産性良く所望品質の単結晶を製造することができるようになる。
【００４３】
尚、ルツボと原料融液の界面での最高温度Ｔｍａｘ（℃）は、ＨＺを変えることにより変更することができる。
例えば、少なくとも、原料融液を収容するルツボと該ルツボを囲繞するように配置されたヒーターとの間に断熱材を設けること、又はルツボ底面部に断熱材を配設することにより所望範囲に変更することができる。
【００４４】
このうち、ルツボ底面部及び側面部に断熱材が配設された単結晶製造装置を図１に示す。この単結晶製造装置１は、ルツボ底面部及び側面部に断熱材１７を配設した以外は、図２で示した単結晶製造装置とほとんど同じである。すなわち、ここでは、単結晶製造装置１のうち、メインチャンバー２内の、単結晶４、原料融液６、石英ルツボ７、黒鉛ルツボ８、シャフト９、黒鉛ヒーター１０、断熱部材１１、黒鉛筒１３、断熱材１４、そしてルツボの断熱材１７を示している。これらのうち、特に、ルツボの断熱材１７の数、大きさ、位置、素材等を変えて配設することによりＴｍａｘ（℃）を所望範囲に変更することができる。
【００４５】
また、Ｔｍａｘ（℃）は、ルツボサイズを変えることにより変更することもできる。例えば、ルツボのサイズをより小さくすれば、Ｔｍａｘ（℃）をより低くすることができ、したがって、図６に示すようにルツボサイズを小さくすることで所望欠陥領域及び／又は所望無欠陥領域を有するＶ／Ｇ値をより高く設定することができる。ルツボのサイズを、例えば、引上げる単結晶直径より大きく、かつ２．５倍以下の範囲にすることで、Ｔｍａｘ（℃）を十分に低くすることができ、したがって、所望欠陥領域及び／又は所望無欠陥領域を有するＶ／Ｇ値を十分に高い範囲に設定できる。
【００４６】
以上のような本発明の単結晶の製造方法は、近年ますます単結晶製造装置が多様化し、所望欠陥領域及び／又は所望無欠陥領域を有するＶ／Ｇ値を正確に予想することが困難となっている上に、品質に対する要求が厳しいものとなっているシリコン単結晶を製造するのに、特に適している。
【００４７】
さらに、本発明の単結晶の製造方法は、近年、需要が高まり、品質に対する要求も厳しくなっている直径２００ｍｍ以上の単結晶を製造するのに、特に有効である。
【００４８】
そして、このような本発明の単結晶の製造方法で製造された単結晶は、高品質なものである。
【００４９】
【実施例】
以下、本発明を、実施例を挙げて具体的に説明する。
（実施例１）
図１に示したような単結晶製造装置（ルツボ口径６００ｍｍ（２４インチ））を用いて、直径８インチ（２００ｍｍ）のシリコン単結晶を全面Ｃｕデポ欠陥領域のないＮ領域となるように引上げることとした。
そのために、先ず、ルツボ底面部及び側面部に断熱材を配設し、ルツボと原料融液の界面での最高温度Ｔｍａｘ（℃）を、１５１４℃に設定した。このように設定したＴｍａｘ（℃）から、Ｃｕデポ欠陥領域のないＮ領域を有する単結晶を製造するためには、Ｖ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）の範囲を、０．２１以上０．２５以下（−０．０００７２４×１５１４＋１．３１以上−０．０００７２４×１５１４＋１．３５以下）の範囲にすれば良い（図３（ｃ）参照。）。したがって、全面Ｃｕデポ欠陥領域のないＮ領域となる単結晶を引上げるために、Ｖ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）の範囲を、安全を取って０．２２以上０．２４以下の範囲に決定した。次に、この決定したＶ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）の範囲に制御して単結晶を引上げた。すなわち、この単結晶製造装置ＡのＨＺでは、固液界面の温度勾配Ｇが、２．３３７Ｋ／ｍｍであったため、引上げ速度Ｖを０．５１ｍｍ／ｍｉｎ以上０．５６ｍｍ／ｍｉｎ以下の範囲に制御して引上げた。
このようにして引上げたシリコン単結晶は、検査の結果、全面Ｃｕデポ欠陥領域のないＮ領域であり、優れた品質のものであった。
【００５０】
（実施例２）
実施例１と同様の単結晶製造装置を用いて、直径８インチ（２００ｍｍ）のシリコン単結晶を全面Ｃｕデポ欠陥領域のないＮ領域となるように引上げることとした。ただし、ルツボと原料融液の界面での最高温度Ｔｍａｘ（℃）を変更するための断熱材を設けなかった。
この単結晶製造装置は、ルツボと原料融液の界面での最高温度Ｔｍａｘ（℃）が１５６０℃であった。このＴｍａｘ（℃）から、Ｃｕデポ欠陥領域のないＮ領域を有する単結晶を製造するためには、Ｖ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）の範囲を、０．１８以上０．２２以下（−０．０００７２４×１５６０＋１．３１以上−０．０００７２４×１５６０＋１．３５以下）の範囲にすれば良い。したがって、全面Ｃｕデポ欠陥領域のないＮ領域となる単結晶を引上げるために、Ｖ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）の範囲を、安全を見て、０．１９以上０．２１以下の範囲に決定した。次に、この決定したＶ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）の範囲に制御して単結晶を引上げた。すなわち、この単結晶製造装置のＨＺでは、固液界面の温度勾配Ｇが、２．５００Ｋ／ｍｍであったため、引上げ速度Ｖを０．４８ｍｍ／ｍｉｎ以上０．５３ｍｍ／ｍｉｎ以下の範囲に制御して引上げた。
このようにして引上げたシリコン単結晶は、検査の結果、全面Ｃｕデポ欠陥領域のないＮ領域であり、優れた品質のものであった。
【００５１】
（実施例３）
実施例１、２の単結晶製造装置とは異なる単結晶製造装置（ルツボの口径が７５０ｍｍ（３０インチ））を用いて、直径８インチ（２００ｍｍ）のシリコン単結晶を全面Ｃｕデポ欠陥領域のないＮ領域となるように引上げることとした。
この単結晶製造装置は、ルツボと原料融液の界面での最高温度Ｔｍａｘ（℃）が１６００℃であった。このＴｍａｘ（℃）から、Ｃｕデポ欠陥領域のないＮ領域を有する単結晶を製造するためには、Ｖ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）の範囲を、０．１５以上０．１９以下（−０．０００７２４×１６００＋１．３１以上−０．０００７２４×１６００＋１．３５以下）の範囲にすれば良い。したがって、全面Ｃｕデポ欠陥領域のないＮ領域となる単結晶を引上げるために、Ｖ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）の範囲を、安全を見込んで、０．１６以上０．１８以下の範囲に決定した。次に、この決定したＶ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）の範囲に制御して単結晶を引上げた。すなわち、この単結晶製造装置のＨＺでは、固液界面の温度勾配Ｇが、２．６７４Ｋ／ｍｍであったため、引上げ速度Ｖを０．４３ｍｍ／ｍｉｎ以上０．４８ｍｍ／ｍｉｎ以下の範囲に制御して引上げた。
このようにして引上げたシリコン単結晶は、検査の結果、全面Ｃｕデポ欠陥領域のないＮ領域であり、優れた品質のものであった。
【００５２】
（実施例４）
実施例１とほぼ同じ単結晶製造装置を用いて、直径８インチ（２００ｍｍ）のシリコン単結晶を全面無欠陥領域ではなく、ＯＳＦリングを外方に排除して、結晶の径方向ほぼ全面がＶ領域となるように引上げることとした。ただし、ここで用いた単結晶製造装置は、原料融液６の表面と断熱材１４の下端との距離が実施例１の単結晶製造装置と比較して半分の距離になるように断熱材１４の位置を調節したものである。
この単結晶製造装置は、ルツボと原料融液の界面での最高温度Ｔｍａｘ（℃）が１５１４℃であった。このＴｍａｘ（℃）から、結晶の径方向ほぼ全面がＶ領域を有する単結晶を製造するためには、Ｖ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）の範囲を、０．２８以上（−０．０００７２４×１５１４＋１．３８以上）の範囲にすれば良い。また、Ｖ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）は、単結晶が変形しないで育成できる範囲である１．９０以下（−０．０００７２４×１５１４＋３．０以下）の範囲にする必要がある。したがって、結晶の径方向ほぼ全面がＶ領域を有する単結晶を引上げるために、Ｖ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）の範囲を、安全を見込んで、０．２９以上０．３１以下の範囲に決定した。次に、この決定したＶ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）の範囲に制御して単結晶を引上げた。すなわち、この単結晶製造装置のＨＺでは、固液界面の温度勾配の最大Ｇが、４．０７Ｋ／ｍｍであったため、引上げ速度Ｖを１．１８ｍｍ／ｍｉｎ以上１．２６ｍｍ／ｍｉｎ以下の範囲に制御して引上げた。
このようにして引上げたシリコン単結晶は、検査の結果、単結晶の径方向ほぼ全面で確実にＯＳＦリングを排除したものとできることを確認できた。
【００５３】
実施例１〜３から判るように、ルツボと原料融液界面での最高温度Ｔｍａｘ（℃）を、Ｖ／Ｇ値を決定する際のパラメーターとして用いることで、それぞれの単結晶製造装置に応じて、Ｃｕデポ欠陥領域のないＮ領域を有するＶ／Ｇ値を正確に決定することができた。したがって、このように決定したＶ／Ｇ値に制御することで、Ｃｕデポ欠陥領域のないＮ領域を有する単結晶を確実に引上げることができる。また、実施例１、２から判るように、断熱材を配設して、Ｔｍａｘ（℃）を低い温度に変更することで、Ｃｕデポ欠陥領域のないＮ領域を有するＶ／Ｇ値を高くすることができた。したがって、引上げ速度Ｖを速めに設定することができ、単結晶の生産性を上げることができた。
【００５４】
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。
【００５５】
例えば本発明では窒素やカーボン等の不純物を添加しない場合（ノンドープ）の単結晶を製造する方法について説明したが、窒素やカーボンなどの不純物を添加する場合、Ｖ／Ｇ値がノンドープとは大きく異なるが、このような場合にも、Ｔｍａｘとは同様の関係にあり、それぞれの不純物、そしてそれらの濃度で変化する欠陥領域に対するＶ／Ｇ値に対してＴｍａｘによる補正を加えることも、本発明の範囲に包含される。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、Ｖ／Ｇ値を制御して単結晶を引上げる際に、所望欠陥領域及び／又は所望無欠陥領域を有するＶ／Ｇ値をより正確に決定することができ、より確実に所望品質の単結晶を生産性よく引上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ルツボ底面部及び側面部に断熱材が配設された単結晶製造装置の概略断面図である。
【図２】通常の単結晶製造装置の概略断面図である。
【図３】所望欠陥領域及び／又は無欠陥領域の単結晶となるＶ／Ｇ値とＴｍａｘの範囲について示したグラフである。
（ａ）Ｎ領域及びＯＳＦ領域となるＶ／Ｇ値とＴｍａｘの範囲、
（ｂ）Ｖ領域となるＶ／Ｇ値とＴｍａｘの範囲、
（ｃ）Ｃｕデポ欠陥領域のないＮ領域となるＶ／Ｇ値とＴｍａｘの範囲。
【図４】Ｎｖ領域とＮｉ領域の境界のＶ／Ｇ値とＴｍａｘ（℃）の関係を示すグラフである。
【図５】成長速度と結晶の欠陥分布を示す説明図である。
【図６】Ｎｖ領域とＮｉ領域の境界のＶ／Ｇ値とルツボ口径の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…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…冷却筒、１３…黒鉛筒、１４…断熱材、
１５…種ホルダー、１６…種結晶、１７…断熱材。

Claims

チョクラルスキー法により原料融液から種結晶を引上げて単結晶を製造する方法において、単結晶を引上げる際の引上げ速度をＶ（ｍｍ／ｍｉｎ）、固液界面の温度勾配をＧ（Ｋ／ｍｍ）、ルツボと原料融液の界面での最高温度をＴｍａｘ（℃）とした時、少なくともＴｍａｘ（℃）に応じて所望欠陥領域及び／又は所望無欠陥領域を有するＶ／Ｇ値（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）の範囲を決定し、その決定した範囲にＶ／Ｇ（ｍｍ^２／Ｋ・ｍｉｎ）の値を、−０．０００７２４×Ｔｍａｘ＋１．３１以上−０．０００７２４×Ｔｍａｘ＋１．３８未満の範囲、−０．０００７２４×Ｔｍａｘ＋１．３８以上の範囲、−０．０００７２４×Ｔｍａｘ＋１．３１以上−０．０００７２４×Ｔｍａｘ＋１．３５以下の範囲のいずれかの範囲に制御して単結晶を引上げることを特徴とする単結晶の製造方法。
前記Ｔｍａｘ（℃）を、１５６０℃以下の範囲として単結晶を引上げ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。
前記Ｔｍａｘ（℃）を、少なくとも、原料融液を収容するルツボと該ルツボを囲繞するように配置されたヒーターとの間に断熱材を設けること、又はルツボ底面部に断熱材を配設することにより変更することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の単結晶の製造方法。
前記単結晶をシリコン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。
前記単結晶の直径を２００ｍｍ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。