JPH06271384A

JPH06271384A - 単結晶引き上げ方法

Info

Publication number: JPH06271384A
Application number: JP6015593A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Inami; 修一稲見; Sumio Kobayashi; 純夫小林; Shunji Miyahara; 俊二宮原; Toshiyuki Fujiwara; 俊幸藤原; Takayuki Kubo; 高行久保; Hideki Fujiwara; 秀樹藤原; Masahiko Okui; 正彦奥井; Yoshihiro Akashi; 義弘明石; Kaoru Kuramochi; 薫倉持; Setsuo Okamoto; 節男岡本
Original assignee: Sumitomo Sitix Corp; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-03-19
Filing date: 1993-03-19
Publication date: 1994-09-27

Abstract

(57)【要約】【構成】結晶用原料を充填する坩堝及び該坩堝の周囲
に配設されたヒータを含んで構成された単結晶成長装置
を用い、前記結晶用原料を前記ヒータにより溶融させて
上層に溶融層を、下層に固体層を形成し、引き上げに伴
って前記固体層を前記ヒータにより溶解して単結晶の引
き上げを行う単結晶の引き上げ方法において、引き上げ
中に炉内に流すアルゴンの流速を０．２５〜２．５ｍ／
秒とする単結晶の引き上げ方法。【効果】簡単な方法により引き上げた単結晶の酸素濃
度を８×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 以下の低酸素濃度に
設定することができる。また、得られた単結晶は酸素分
布が均一で無転位率や電気抵抗率にも優れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶融層法による単結晶引
き上げ方法に関し、より詳細には、例えばＬＳＩ、ＣＣ
Ｄ、太陽電池等の半導体材料として使用されるシリコン
単結晶等が含有する酸素濃度を低下させることができる
単結晶引き上げ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】単結晶を成長させるには種々の方法があ
るが、その方法の一つにチョクラルスキー法（以下、Ｃ
Ｚ法と記す）がある。図１０は従来のＣＺ法に用いられ
る結晶成長装置を模式的に示す断面図であり、図中、３
１は坩堝を示している。この坩堝３１は有底円筒状の石
英製内層容器３１ａと、この内層容器３１ａの外側に嵌
合された有底円筒状の黒鉛製の外層保持容器３１ｂとか
ら構成されており、坩堝３１は図中矢印方向に所定速度
で回転する支持軸３８に支持されている。この坩堝３１
の外側には抵抗加熱式のヒーター３２が、またヒーター
３２の外側には保温筒３７がそれぞれ同心円状に配置さ
れており、坩堝３１内にはこのヒーター３２により溶融
させた結晶用原料の溶融液３３が充填されている。また
坩堝３１の中心軸上には、支持軸３８と同一軸心で同方
向又は逆方向に所定の速度で回転する引き上げ棒、ワイ
ヤ等からなる引き上げ軸３４が吊設されており、この引
き上げ軸３４の先に取り付けられた種結晶３５を溶融液
３３の表面に接触させて引き上げ軸３４を結晶成長に合
わせて回転させつつ上方へ引き上げることにより、溶融
液３３を凝固させて単結晶３６を成長させている。

【０００３】ところで、半導体結晶をこの引き上げ方法
で成長させる場合、単結晶３６の電気抵抗率、電気伝導
型を調整するために、引き上げ前に溶融液３３中に不純
物元素を添加（ドーピング）する。しかし通常のＣＺ法
においては、添加した前記不純物濃度が単結晶３６の結
晶成長方向に沿って変化していく、いわゆる偏析現象が
生じ、その結果、結晶成長方向に均一な電気的特性を有
する単結晶３６が得られないという問題があった。

【０００４】この偏析は、凝固の際の溶融液３３と単結
晶３６との界面における単結晶３６中の不純物濃度Ｃｓ
と溶融液３３中の不純物濃度Ｃｌとの比Ｃｓ／Ｃｌ（実
効偏析係数Ｋｅ）が１でないことに起因している。例え
ば実効偏析係数Ｋｅ＜１の場合、単結晶３６が成長する
に伴って溶融液３３中の不純物濃度が次第に高くなって
いき、単結晶３６に偏析が生じるのである。

【０００５】上記した不純物の偏析を抑制しながら単結
晶を成長させる方法の一つとして、溶融層法による単結
晶引き上げ方法が挙げられる。

【０００６】図１１は溶融層法に用いられる結晶成長装
置を模式的に示した断面図であり、図５に示したものと
同様に構成された坩堝４１内の上部にある原料をヒータ
ー４２を使用して溶融させることにより、上層には溶融
層４３を、また下層には固体層４９を形成する。そし
て、引き上げに伴って、ヒーター４２を少しづつ下降さ
せることにより固体層４９を次第に溶融させていきなが
ら、後は上記したＣＺ法による引き上げ方法と同様の方
法で単結晶４６を成長させる。

【０００７】前記溶融層法として、大きく分けて今まで
に溶融層厚一定法及び溶融層厚変化法の二つの方法が提
案されている。

【０００８】溶融層厚一定法は、単結晶４６を引き上げ
る際、引き上げられた単結晶４６の量に拘らず、ヒータ
ー４２を上側から下側へ移動させ、坩堝４１内における
溶融層４３の体積を一定に保つように固体層４９を溶融
させていく方法であり、特公昭３４−８２４２号公報、
特公昭６２−８８０号公報及び実開昭６０−３２４７４
号公報等に開示されている。この方法では、実効偏析係
数Ｋｅの値に拘らず、単結晶４６の成長に伴って新たに
不純物濃度の低い固体層４９を溶融させ、溶融層４３中
の不純物濃度を低下させる。そして、不純物濃度を調節
するために不純物を溶融層４３に連続的に添加し、溶融
層４３中の不純物濃度をほぼ一定に保って単結晶４６中
における不純物の偏析を抑制している。

【０００９】一方、溶融層厚変化法は、意図的に溶融層
４３の液量を変化させることにより、単結晶引き上げ中
に不純物を添加することなく溶融層４３の不純物濃度Ｃ
ｌを一定に保ち、単結晶中の不純物の偏析を抑制する方
法であり、特開昭６１−２５０９６１号公報、特開昭６
１−２５０６９２号公報及び特開昭６１−２１５２８５
号公報等に開示されている。

【００１０】なお前記した二つの溶融層法において、溶
融層４３の厚さの制御は、ヒーター４２の発熱体の長さ
やパワー、坩堝４１の位置や深さ及びヒーター４２の外
側に周設され、坩堝４１下部の熱移動を促進する保温筒
４７の形状及び材質を予め適切に選択することにより行
われる。

【００１１】上述したように溶融層法による単結晶引き
上げ方法（以下、ＤＬＣＺ法と記す）では、引き上げら
れた単結晶の軸方向に対する不純物濃度が一定であるた
め、その電気抵抗率が均一化されるという利点がある。

【００１２】一方、単結晶の特性を左右する他の大きな
因子として、単結晶中の酸素濃度がある。以下、前記二
つの方法により得られた単結晶中の酸素濃度に関して説
明する。

【００１３】ＬＳＩ基板として用いられるＳｉ単結晶の
殆どは、ＣＺ法により得られたものであり、このＣＺ法
により得られたＳｉ単結晶中には、引き上げ中に石英坩
堝より混入した酸素原子が約１５×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／
ｃｍ³ と多量に存在し、そのために結晶格子間に存在す
る前記酸素原子は過飽和の状態になっている。

【００１４】この過飽和に含まれる酸素原子はＳｉ単結
晶中に固溶されず、冷却されるに従って酸素析出物を形
成する。そしてこの酸素析出物の成長過程において歪を
緩和させるため、Ｓｉ原子の放出、空孔の放出、パンチ
アウトと呼ばれる転移ループの発生等の現象を惹き起こ
す。また、格子間に存在するＳｉ原子は、高温熱処理時
に酸素析出物の周囲に移動し、積層欠陥を伴った転移ル
ープを成長させる。

【００１５】このような過飽和の酸素により発生する結
晶の欠陥が、ウエハ表面から深いところ、すなわちデバ
イスの活性領域よりも深いところに存在する場合には、
ウエハ中に発生した転移を固着し、ウエハの強度を増
大させ、ウエハの熱処理過程において酸素析出物（Ｓ
ｉＯｘ）を成長させてその周りに歪を発生させ、デバイ
ス工程でウエハの表面領域に侵入する不純物を捕獲し
（以下、イントリンシックゲッタリングと記す）、デバ
イスの活性領域の汚染を防止するという利点を有する。

【００１６】ところが、酸素析出物や転位がウエハ表面
のデバイス活性領域に侵入すると、リーク電流を増大さ
せる原因となり、デバイス特性を劣化させるという問題
が生じる。特に、ウエハを熱酸化させる場合、熱酸化中
にウエハ表面より成長する酸化膜から放出される格子間
Ｓｉ原子によって成長する積層欠陥を伴った転位ループ
（酸素誘起積層欠陥（ＯＳＦ））がウエハ表面に発生す
るという問題がある。従来のデバイス工程では、このよ
うな酸素に伴う表面近傍での欠陥（ＯＳＦ）の発生より
も、ウエハ表面の重金属による汚染の方が問題となり、
酸素濃度を意図的に上げ、過飽和に存在していた酸素を
析出させてイントリンシックゲッタリングを行うことの
方が重要視されていた。しかし、近年デバイス工程のク
リーン化が進み、このようなイントリンシックゲッタリ
ングを必要としないものも出現してきており、これに伴
いウエハ中に過飽和の酸素を存在させて単結晶中の重金
属汚染を防止する利点より、過飽和に存在する酸素がウ
エハ表面近傍で析出することによるデバイスの活性領域
の劣化の問題の方が大きくクローズアップされてきてい
る。

【００１７】一般的に、ＤＬＣＺ法により得られた単結
晶は、ＣＺ法により得られた単結晶よりも酸素濃度が低
いため、従来は前記イントリンシックゲッタリングを充
分に行うことができるよう、酸素濃度を上昇させるため
の努力がなされてきたが、上記した理由により、今まで
とは逆に酸素の析出が起こりにくい低酸素濃度のウエハ
が急速に要求されるようになってきている。このような
事情から、ＤＬＣＺ法を利用した単結晶引き上げ方法
は、低酸素濃度を有するウエハを製造する上で極めて有
利な方法として注目されている。

【００１８】従来より単結晶中の酸素濃度を制御しよう
とする試みは色々なされているが、前記したように今ま
では酸素濃度を上昇させるものが殆どである。ＣＺ法よ
り得られる単結晶中の酸素濃度を制御する方法を開示し
たものとして、例えば特開平１−１６０８９２号公報に
は、単結晶引き上げ中に、固化率の増加（引き上げた単
結晶が長くなる）につれて、アルゴンガスの流量を３０
〜６０リットル／分まで増加させ、これにより固化率の
増加に伴う酸素濃度の低下を抑え、結晶軸方向の酸素濃
度の均一化を図る方法が開示されている。また、例えば
特開平３−１５９９８６号公報には、Ｓｉ単結晶の固化
率の増加とともにチャンバー内の圧力を上げ及び／又は
不活性ガスの流量を下げて、チャンバー内に発生するＳ
ｉＯの蒸発を抑制し、坩堝内のＳｉ溶融液中に残留する
ＳｉＯの含有量を増加させ、固化率の増加に伴う単結晶
の酸素濃度の低下を抑える方法が開示されている。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】前記記載より、従来の
ＣＺ法において、炉内のガス流量や炉内の圧力が酸素濃
度に影響を及ぼすとの情報を得ることはできるが、前記
方法は酸素濃度の低下を防止する方法であり、炉内のガ
ス流量や圧力をどのようにすれば、溶融液中の酸素濃度
を低下させることができるかについては検討されておら
ず、定性的な方向すら明らかにされていない。これらの
事情はＤＬＣＺ法においてもおいても同様である。

【００２０】一方、他の方法により低酸素濃度の単結晶
を引き上げようとする試みはなされている。例えば坩堝
内で溶融されたＳｉの溶融液に磁場を印加してＳｉ溶融
液の対流を抑え、石英坩堝から拡散により流出する酸素
の量を少なくすることにより溶融液中の酸素濃度を減少
させ、低酸素濃度の単結晶を得ようとする試みがなされ
ている。しかし、前記方法は酸素の対流を抑えることが
できるような強力な磁気発生装置を引き上げ装置に付設
する必要があるため、コストが高くなるという課題があ
った。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明者らはこのような
課題に鑑み、既存のＤＬＣＺ法による単結晶引き上げ装
置を用いて簡易に低酸素濃度の単結晶を引き上げること
ができる単結晶の引き上げ方法を提案するために検討を
重ねた結果、ＤＬＣＺ法において、引き上げ中に炉内に
流すＡｒの流速が小さい程得られた単結晶に含有される
酸素の濃度が小さくなり、特定の流速の範囲内とするこ
とによりＳｉ単結晶中の酸素濃度が８×１０¹⁷ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ³ 以下と従来得られなかった低レベルになるこ
とを見い出し、本発明を完成させるに至った。

【００２２】すなわち本発明に係る単結晶の引き上げ方
法は、結晶用原料を充填する坩堝及び該坩堝の周囲に配
設されたヒータを含んで構成された単結晶成長装置を用
い、前記結晶用原料を前記ヒータにより溶融させて上層
に溶融層を、下層に固体層を形成し、引き上げに伴って
前記固体層を前記ヒータにより溶解して単結晶の引き上
げを行う単結晶の引き上げ方法において、引き上げ中に
炉内に流すアルゴンの流速を０．２５〜２．５ｍ／秒と
することを特徴としている。

【００２３】

【作用】上記した構成により、単結晶中に存在する酸素
の濃度が低下する理由については、以下のことが考えら
れる。

【００２４】まず一般に、ＣＺ法及び溶融層法において
石英坩堝を構成するＳｉＯ₂ から溶融層中に溶け出した
酸素は、溶融液表面からその大部分（９９％程度）が蒸
発する。その際、溶融液中及び溶融液表面上の気体の両
方に、酸素（あるいはＳｉＯ）の拡散層が形成され、こ
の拡散層の厚さと拡散係数が酸素の移動を決定してい
る。通常、ＣＺ法及びＤＬＣＺ法では溶融液表面から蒸
発するＳｉＯが溶融液直上のチャンバー壁に析出し、そ
れが再び溶融液内に落下して引き上げ中の結晶に取り込
まれることによって生じる単結晶の有転位化を防止する
ため、引き上げ炉内を真空ポンプにより排気しつつＡｒ
を流して溶融液表面から蒸発する酸素又はＳｉＯを排気
している。

【００２５】図１は、ＤＬＣＺ法により単結晶を引き上
げる際の、単結晶製造装置内のＡｒガスの流れを模式的
に示した断面図であり、図中１１は坩堝を示している。
坩堝１１は有底円筒形状の石英製の内層容器１１ａとこ
の内層容器１１ａの外側に嵌合される有底円筒状の黒鉛
製の外層保持容器１１ｂとから構成されており、この坩
堝１１の外周には抵抗加熱式のヒーター１５が同心円状
に配設されている。また坩堝１１の上方には引き上げ軸
１７が回転並びに昇降可能なように吊設されており、引
き上げ軸１７の下端には、種結晶１８が装着されてい
る。

【００２６】一方、坩堝１１内の下部には固体層１３
が、上部には溶融液層１２がそれぞれ形成されており、
坩堝１１内の溶融液１２中に種結晶１８の下端を浸漬し
た後、これを回転させつつ上昇させることにより、種結
晶１８の下端から単結晶１４を成長させていくようにな
っている。また溶融液層１２からの熱放射を防ぐ目的で
単結晶１４の周囲に略円筒状の本体２１ａを有する熱遮
蔽板２１が配設されており、その下端部２１ｂは坩堝１
１内の溶融液層１２の上方近傍に位置している。

【００２７】前記装置において、Ａｒは上方から導入さ
れ、単結晶１４に沿うように溶融液層１２表面まで下降
し、溶融液層１２表面の近傍Ｒに到達した後、坩堝１１
の内部炉壁の周囲に沿って上昇し、その後外部に排気さ
れる。この過程で、溶融液層１２表面から熱を奪い、溶
融液層１２表面の温度を低下させる働きをする。従っ
て、Ａｒの流量を変化させることにより、溶融液層１２
表面の温度を制御することができる。前述した溶融液層
１２表面近傍に形成される境界層中の酸素またはＳｉＯ
の拡散係数は溶融液層１２表面の温度が高い程大きくな
る。

【００２８】従って、Ａｒの流速を小さくすることによ
り、溶融液層１２表面の温度が上昇し、境界内の酸素ま
たはＳｉＯの拡散係数が大きくなり、逆に溶融液層１２
内の酸素又はＳｉＯの濃度は下がり、この結果引き上げ
られる単結晶１４中の酸素濃度も低くなると考えられ
る。

【００２９】元来、ＤＬＣＺ法では溶融液層１２下部に
固体層１３を有するため、石英坩堝１１と溶融液層１２
が接触する面積はＣＺ法に比較して小さくなり、石英坩
堝１１から流出する酸素量も全体として少なく、その結
果ＣＺ法に比べて酸素濃度が低い単結晶１４が得られて
いた。これに加え、上記したようにＡｒの流速を下げて
２．５ｍ／秒以下にすることにより、単結晶１４中の酸
素濃度がさらに低下し、格子間酸素が析出しない酸素濃
度である８×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 以下という従来
では考えられなかった酸素濃度を有するＳｉ単結晶を得
ることことができる。なお、Ａｒの流速が０．２５ｍ／
秒より小さいと、溶融液層１２表面から蒸発するＳｉＯ
が溶融液層１２直上に存在するチャンバー壁や熱遮蔽板
等に析出し、それが再び溶融液層１２に落下し、引き上
げ中の結晶に取り込まれることにより単結晶の有転位化
を引き起こすため好ましくない。

【００３０】

【実施例及び比較例】以下、本発明に係る単結晶の引き
上げ方法の実施例を図面に基づいて説明する。図２は実
施例に係る単結晶の引き上げ方法に用いる単結晶成長装
置の一例を示した模式的断面図であり、図中、１９はチ
ャンバーを示している。またチャンバー１９は図示しな
い水冷機構により水冷されている。チャンバー１９のほ
ぼ中央位置には結晶用原料が充填される坩堝１１が配設
されており、坩堝１１は有底円筒形状の石英製内層容器
１１ａとこの内層容器１１ａの外側に嵌合される有底円
筒状の黒鉛製外層保持容器１１ｂとから構成されてい
る。またこの坩堝１１の底部の略中心箇所にはチャンバ
ー１９の底壁を貫通する支持軸１６が取り付けられ、こ
の支持軸１６によって坩堝１１は回転及び昇降可能に支
持されている。また、この坩堝１１の外周には抵抗加熱
式のヒーター１５が同心円状に配設されており、ヒータ
ー１５の外周には保温筒２２が配設されている。

【００３１】一方坩堝１１の上方にはチャンバー２１の
上部に連接形成された小型のほぼ円筒状のプルチャンバ
ー２０を通して引き上げ軸１７が回転並びに昇降可能な
ように吊設されており、引き上げ軸１７の下端には、種
結晶１８が装着されている。一方、坩堝１１内は下部に
は固体層１３が、そして上部には溶融液層１２がそれぞ
れ形成されており、坩堝１１内の溶融液層１２中に種結
晶１８の下端を浸漬した後、これを回転させつつ上昇さ
せることにより、種結晶１８の下端から単結晶１４を成
長させていくようになっている。なお、この単結晶成長
装置では、溶融液層１２からの熱放射を防ぐ目的で単結
晶１４の周囲に略円筒状の熱遮蔽板本体２１ａを有する
熱遮蔽板２１が配設されており、その下端部２１ｂは坩
堝１１内の溶融液層１２の上方近傍に位置している。

【００３２】単結晶引き上げ中には、プルチャンバー２
０からＡｒガスを導入するが、チャンバー１９内に導入
されたＡｒガスは、熱遮蔽板２１の下端部２１ｂと溶融
液層１２表面との間を通過してチャンバー１９下部に至
り、真空ポンプにより排気される。

【００３３】このように構成された単結晶成長装置を用
い、溶融層法によりＳｉ単結晶１４の引き上げ実験を行
った。

【００３４】まず黒鉛製の外層保持容器１１ｂに内径が
３８０ｍｍ、厚さが１０ｍｍ、高さが３５５ｍｍの石英
製内層容器１１ａを嵌合させた坩堝１１内にＳｉ原料６
５kgを充填し、加えてＮ型ドーパントとしてリン・シリ
コン合金を添加し、チャンバー１９内にＡｒを導入し
て、単結晶引き上げ中は一定圧、一定流量で流した。次
に、長さ１５０ｍｍのヒーター１５に電圧を印加して一
旦原料を全部溶融させ、その後にヒーターパワーを落し
て溶融液層１２の下部に固体層１３を成長させ、固体層
１３の量を安定させた。次に、種結晶１８の下側を溶融
液層１２に浸漬し、坩堝１１の回転数を１rpm 、引き上
げ軸１７の回転数を１０rpm 、引き上げ速度を１．０ｍ
ｍ／分の条件に設定してお互いに逆方向に回転させつ
つ、結晶径６インチ、長さ１０００ｍｍのシリコン単結
晶１４を引き上げた。

【００３５】実施例では、上記した単結晶引き上げ中の
炉内の圧力及びＡｒの流量につき、炉内圧を１０Ｔｏｒ
ｒに設定し、Ａｒ流量を５、１０、１５、３０、４０リ
ットル／秒と変化させた実験、及びＡｒ流量を３０リッ
トル／分に設定し、炉内圧を５、１０、２０、３０、４
０Ｔｏｒｒと変化させた実験を行った。

【００３６】比較例として、図１０に示したものと同様
の単結晶成長装置を用い、ＣＺ法により実施例と同様に
Ａｒの流速や炉内圧を変化させて単結晶を引き上げた。

【００３７】まず実施例により得られた単結晶について
の分析結果について説明する。最初に各実験条件に対し
て得られた単結晶の酸素がどのようになるかを示す。図
３は炉内圧力が１０Ｔｏｒｒと一定の場合のＡｒ流量に
対する単結晶中の酸素濃度の関係を示すグラフであり、
図４は炉内のＡｒ流量が３０リットル／分と一定の場合
の炉内圧力に対する酸素濃度の関係を示すグラフであ
る。図３より明らかなように、Ａｒ流量の減少に伴って
得られた単結晶中の酸素濃度が低下しており、炉内圧が
一定の場合、Ａｒの流量を低下させることにより単結晶
中の酸素濃度を低下させることができる。また、図４よ
り明らかなように、Ａｒ流量が一定の場合、炉内圧の低
下に伴って得られた単結晶中の酸素濃度が低下してお
り、Ａｒ流量が一定の場合、炉内圧を低下させることに
より得られた単結晶中の酸素濃度を低下させることがで
きる。

【００３８】これらの結果より、単結晶中の酸素濃度が
炉内のＡｒガスの移動と何らかの関連性を有していると
推定される。そこで、これらの関連性を統一的に表すパ
ラメーターの存在を調べるため、坩堝中の溶融液表面近
傍のＡｒ流速と単結晶中の酸素濃度との関連を図示して
みることにした。

【００３９】しかしＡｒの流速を直接測定することは困
難なため、実施例で使用した単結晶成長装置の逆円錐状
の熱遮蔽板本体２１ａとＳｉ溶融液１２とのギャップを
通過するＡｒの量（体積）からＡｒの流速を求めること
とした。この場合、Ａｒの温度は常温で一定と仮定し
た。

【００４０】熱遮蔽板本体２１の下端部２１ｂの直径を
ｒ、下端部２１ｂとＳｉ溶融液１２との幅をｇとする
と、ギャップの面積Ｓは、数１式により求めることがで
きる。

【００４１】

【数１】

【００４２】一般に、常圧における圧力Ｐ、体積Ｖと減
圧状態での圧力Ｐ’、体積Ｖ’との関係は数２式で示さ
れが、これを減圧状態における体積Ｖ’を求める数３式
に変形する。

【００４３】

【数２】

【００４４】

【数３】

【００４５】前記数３式で示した体積Ｖ’を１秒間に前
記ギャップを通過するＡｒの体積（ｍ³ ／秒）として前
記ギャップの面積Ｓで割れば、Ａｒの流速（ｍ／秒）を
求めることができる。これにより得られる式を数４式と
して示す。

【００４６】

【数４】

【００４７】ここで圧力の単位をＴｏｒｒとし、上記実
施例で使用したＡｒの流量の単位（リットル／分）を先
程の体積Ｖ（ｍ³ ／秒）の単位に換算すると、数５式の
ようになる。

【００４８】

【数５】

【００４９】本実施例においては、ｒ＝０．１ｍ、ｇ＝
０．０１５ｍとして計算した。

【００５０】図５（ａ）は、前記数４式を用いて求めた
炉内の圧力が１０Ｔｏｒｒと一定の場合の流速と流量と
の関係を示すグラフであり、図５（ｂ）は、前記の場合
と同様にして求めた炉内の流量が３０リットル／分と一
定の場合の炉内圧と流速との関係を示すグラフである。

【００５１】比較例であるＣＺ法による単結晶成長装置
を用いた場合の結果についても、全く同様にして、各条
件に対するＡｒの流速を求めた。

【００５２】図６は、実施例により得られた溶融液表面
近傍のＡｒの流速とウエハ中の酸素濃度との関係及び比
較例により得られた同様の関係を示したグラフであり、
Ａｒの流速は、図５のグラフを基に換算して求めた値で
ある。この図からＡｒの流速と単結晶中の酸素濃度とが
比例関係にあることがわかる。また、実施例で得られた
直線と比較例で得られた直線との比較からも明らかなよ
うに、比較例（ＣＺ法）においては、Ａｒの流速を減少
させてもウエハ中の酸素濃度の減少は１０×１０¹⁷ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ³ までに止まるのに対し、実施例（ＤＬＣ
Ｚ法）においては、Ａｒ流速を２．５ｍ／秒以下にする
ことにより、酸素濃度が８×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³
以下と従来では考えることができなかった低酸素濃度を
有するウエハを得ることができる。

【００５３】なお、Ａｒの流速を０．２５ｍ／秒より低
下させた場合についてのデータを示していないが、この
場合は溶融液表面から蒸発するＳｉＯが溶融液直上に存
在する熱遮蔽板等に析出し、それが再び溶融液内に落下
し、引き上げ中の結晶に取り込まれることにより単結晶
が有転位化した。

【００５４】次に、得られた単結晶の軸方向の酸素分布
を測定した。図７は、前記実施例により得られた単結晶
のうちの炉内圧が１０Ｔｏｒｒで流量が１０リットル／
分のもの（Ａ）、及び炉内圧が２０Ｔｏｒｒで流量が３
０リットル／分のもの（Ｂ）につき、単結晶の軸方向に
おける酸素濃度分布を示すグラフである。軸方向に関し
てほぼ一定の均一な酸素濃度分布を有する単結晶が得ら
れていることがわかる。

【００５５】また、図８は実施例で得られた単結晶の軸
方向と抵抗率との関係を示すグラフである。なお、結晶
長は単結晶の最上部を０とした。得られたシリコン単結
晶の電気的特性の一つである抵抗率の軸方向分布は図８
に示すように、結晶全長にわたって規格の１：１．３に
収まり、問題の無いことが分かる。

【００５６】さらに図９は、上記実施例の各条件で得ら
れた単結晶の無転位部の長さを示すグラフである。図よ
り明らかなように、得られた単結晶は無転位率が非常に
高い高品質のものである。

【００５７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る単結晶
の引き上げ方法にあっては、結晶用原料を充填する坩堝
及び該坩堝の周囲に配設されたヒータを含んで構成され
た単結晶成長装置を用い、前記結晶用原料を前記ヒータ
により溶融させて上層に溶融層を、下層に固体層を形成
し、引き上げに伴って前記固体層を前記ヒータにより溶
解させて単結晶の引き上げを行う単結晶の引き上げ方法
において、引き上げ中に炉内に流すアルゴンの流速を
０．２５〜２．５ｍ／秒とするので、簡単な方法により
引き上げた単結晶の酸素濃度を８×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／
ｃｍ³ 以下という従来では得られなかった低酸素濃度に
設定することができる。また、得られた単結晶は酸素分
布が均一で無転位率や電気抵抗率にも優れる。

【００５８】従って、本発明に係る単結晶の引き上げ方
法により、酸素濃度が低く、かつその分布が均一で、無
転位率や電気抵抗率にも優れた単結晶を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＤＬＣＺ法により単結晶を引き上げる際の、単
結晶製造装置内のＡｒガスの流れを模式的に示した断面
図である。

【図２】実施例に係る単結晶の引き上げ方法に用いる単
結晶成長装置の一例を示した模式的断面図である。

【図３】実施例において、炉内圧力が１０Ｔｏｒｒと一
定の場合のＡｒ流量に対する単結晶中の酸素濃度の関係
を示すグラフである。

【図４】実施例において、炉内の流量が３０リットル／
分と一定の場合の炉内圧力に対する酸素濃度の関係を示
すグラフである。

【図５】（ａ）は、炉内の圧力が１０Ｔｏｒｒと一定の
場合の流速と流量との関係を示すグラフであり、（ｂ）
は炉内の流量が３０リットル／分と一定の場合の炉内圧
と流量との関係を示すグラフである。

【図６】実施例により得られた溶融液表面近傍のＡｒの
流速とウエハ中の酸素濃度との関係及び比較例により得
られた同様の関係を示したグラフである。

【図７】実施例により得られた単結晶のうちの炉内圧が
１０Ｔｏｒｒで流量が１０リットル／分のもの、及び炉
内圧が２０Ｔｏｒｒで流量が３０リットル／分のものに
つき、単結晶の軸方向の酸素濃度を示すグラフである。

【図８】実施例で得られた単結晶の軸方向と抵抗率との
関係を示すグラフである。

【図９】実施例の得られた単結晶１０個の無転位部の長
さを示すグラフである。

【図１０】従来のＣＺ法に用いられる結晶成長装置を模
式的に示す断面図である。

【図１１】溶融層法に用いられる結晶成長装置を模式的
に示した断面図である。

【符号の説明】１１坩堝１２溶融液層１３固体層１４単結晶１５ヒータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮原俊二大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者藤原俊幸大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者久保高行大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者藤原秀樹大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者奥井正彦大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者明石義弘兵庫県尼崎市東浜町１番地住友シチックス株式会社内 (72)発明者倉持薫兵庫県尼崎市東浜町１番地住友シチックス株式会社内 (72)発明者岡本節男兵庫県尼崎市東浜町１番地住友シチックス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶用原料を充填する坩堝及び該坩堝の
周囲に配設されたヒータを含んで構成された単結晶成長
装置を用い、前記結晶用原料を前記ヒータにより溶融さ
せて上層に溶融層を、下層に固体層を形成し、引き上げ
に伴って前記固体層を前記ヒータにより溶解させて単結
晶の引き上げを行う単結晶の引き上げ方法において、引
き上げ中に炉内に流すアルゴンの流速を０．２５〜２．
５ｍ／秒とすることを特徴とする単結晶の引き上げ方
法。