JPH09255479A - 単結晶引き上げ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 引き上げる単結晶の不純物濃度（Ｃ_S ）を所
定値に保つために、操業条件の変化に対応させて回転速
度（ω）等を適切に変化させることが難しく、また溶融
層法やリチャージ法では製造コストが高くなる。 【解決手段】 引き上げられる単結晶中の不純物濃度
（Ｃ_S ）を所定値に保つため、（１）式の実効偏析係数
（ｋｅ）と（４）式又は（５）式の実効偏析係数（ｋ
ｅ）とが同じの値となるように、（２）式又は（３）式
を用い、引き上げ速度（Ｒ）及び／又は回転速度（ω）
を制御する。但し、（１）式〜（５）式中、ｋｅ₀ は初
期実効偏析係数、ｆｓは固相率、Ｒ^* は規格化成長速
度、Ｓｃはシュミット数、Ｄは不純物の拡散係数、νは
溶融液の動粘性係数、ｋｏは平衡偏析係数を示す。 Ｒ^* ＝（νω）^-0.5・Ｒ （２） ｋｅ＝５２．８Ｒ^*2−０．１７５Ｒ^* ＋０．３５
（５）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は単結晶引き上げ方法
に関し、より詳細にはチョクラルスキー法（以下、ＣＺ
法と記す）に代表される引き上げ法により、シリコン等
の単結晶を引き上げる単結晶引き上げ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ（大規模集積回路）等の回路素子
形成用基板に使用されるシリコン単結晶は主にＣＺ法に
より引き上げられている。図１はこのＣＺ法に用いられ
る単結晶引き上げ装置を示した模式的断面図であり、図
中１１は坩堝を示している。

【０００３】坩堝１１は、有底円筒形状の石英坩堝１１
ａと、この石英坩堝１１ａの外側に嵌合された同じく有
底円筒形状の黒鉛坩堝１１ｂとから構成されており、坩
堝１１は図中の矢印方向に所定の速度で回転する支持軸
１８に支持されている。この坩堝１１の外側には抵抗加
熱式のヒータ１２、ヒータ１２の外側には保温筒１７が
同心円状に配置されており、坩堝１１内にはこのヒータ
１２により溶融させた結晶用原料の溶融液１３が充填さ
れるようになっている。また、坩堝１１の中心軸上には
引き上げ棒あるいはワイヤー等からなる引き上げ軸１４
が吊設されており、この引き上げ軸１４の先に保持具１
４ａを介して種結晶１５が取り付けられるようになって
いる。また、これら部材は圧力の制御が可能な水冷式の
チャンバ１９内に納められている。

【０００４】単結晶１６を引き上げる際には、引き上げ
軸１４の先端に取り付けられた種結晶１５を溶融液１３
の表面に接触させ、支持軸１８と同一軸心で逆方向ある
いは同方向に所定の速度で回転させながら引き上げ軸１
４を引き上げることにより、溶融液１３を凝固させて単
結晶１６を成長させる。

【０００５】半導体の単結晶１６をこの引き上げ方法で
引き上げる場合、単結晶１６の電気抵抗率や電気伝導型
を調整するために、引き上げ前に溶融液１３中に不純物
（ドーパント）を添加することが多い。しかし通常のＣ
Ｚ法においては、単結晶１６と溶融液１３との間に生じ
る、いわゆる偏析現象に起因して、単結晶１６の成長軸
方向に均一な電気抵抗率を有する単結晶１６が得られな
いという問題があった。

【０００６】前記偏析現象とは、溶融液１３が凝固して
単結晶１６が形成される際、単結晶１６と溶融液１３と
の界面において単結晶１６中に取り込まれる不純物濃度
（Ｃ_S ）と溶融液１３中の不純物濃度（Ｃ_L ）とが一致
しないことをいう。ただし、溶融液１３中の不純物濃度
（Ｃ_L ）は、固液界面より離れた位置における不純物濃
度を示している。このとき、一般的に単結晶１６中に取
り込まれる不純物濃度（Ｃ_S ）は実効偏析係数（ｋｅ）
を用いて、下記の数６式で表される。

【０００７】

【数６】Ｃ_S ＝ｋｅ・Ｃ_L0（１−ｆｓ）^ke-1 ここで、Ｃ_L0は初期溶融液の不純物濃度、ｆｓは固相率
を表している。

【０００８】上記数６式はＳｈｅｉｌ式と呼ばれ、下記
の数７式を基本式として導出される。

【０００９】

【数７】（Ｃ_L −Ｃ_S ）ｄｆｓ＝（１−ｆｓ）ｄＣ_L 上記数７式を解くにあたり、実効偏析係数（ｋｅ）が一
定であると仮定することにより数６式が導出される。実
効偏析係数（ｋｅ）が１よりも小さい場合、上記数６式
に従えば、単結晶引き上げに伴って単結晶１６中の不純
物濃度（Ｃ_S ）は次第に増加することになる。

【００１０】しかし、実際には、単結晶中１６に取り込
まれる不純物の量は溶融液１３中の不純物の拡散状態等
による影響を受け、そのため実効偏析係数（ｋｅ）が単
結晶１６の引き上げ速度（Ｒ）や回転速度（ω）等の変
化により変化することも経験的に認められている。固液
界面より離れた位置では溶融液１３の対流により不純物
が均一に分布するという仮定の下で不純物濃度が不均一
分布を有する拡散層内での拡散律速溶質収支を考える、
いわゆるＢＰＳ理論を用いると、実効偏析係数（ｋｅ）
は下記の数８式で表される。

【００１１】

【数８】

【００１２】ここで、ｋｏは平衡偏析係数、Ｄは不純物
の拡散係数、δは境界層の厚さ、Ｒは成長速度（引き上
げ速度）を表している。

【００１３】境界層の厚さ（δ）は、溶融液の動粘性係
数（ν）、単結晶の回転速度（ω）、及び不純物の拡散
係数（Ｄ）を用いて表すことができ、さらに下記の数２
式に示す規格化成長速度（Ｒ^* ）、及び下記の数３式に
示すシュミット数（Ｓｃ）を用いると、上記数８式に示
した実効偏析係数（ｋｅ）は下記の数４式で表わすこと
ができる。

【００１４】

【数２】Ｒ^* ＝（νω）^-0.5・Ｒ

【００１５】

【数３】

【００１６】

【数４】

【００１７】上記数４式中、シュミット数（Ｓｃ）は通
常の単結晶引き上げ条件では殆ど変化しないと考えてよ
い。従って、上記数４式によれば、規格化成長速度（Ｒ
^* ）を変化させること、すなわち単結晶１６の回転速度
（ω）や引き上げ速度（Ｒ）を変化させることにより実
効偏析係数（ｋｅ）を変化させることができる。単結晶
１６中の不純物濃度（Ｃ_S ）は実効偏析係数（ｋｅ）と
溶融液１３中の不純物濃度（Ｃ_L ）とを用いると、下記
の数９式で表されるため、実効偏析係数（ｋｅ）と溶融
液１３中の不純物濃度（Ｃ_L ）との積を一定にすれば、
単結晶１６中の不純物濃度（Ｃ_S ）を一定にすることが
できる。

【００１８】

【数９】Ｃ_S ＝ｋｅ・Ｃ_L しかし、溶融液１３中の不純物濃度（Ｃ_L ）も単結晶引
き上げに伴い変化するため、単結晶１６中の不純物濃度
（Ｃ_S ）を一定にするために、単結晶の回転速度（ω）
や引き上げ速度（Ｒ）をどのように変化させればよいか
を上記数９式から定量的に求めることはできない。

【００１９】従来においても、単結晶の回転速度（ω）
や引き上げ速度（Ｒ）を変化させることにより、単結晶
中の不純物濃度（Ｃ_S ）を所定の範囲内に制御する方法
が開示されている（特開昭５８−７４５９６号公報）。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記方法は試
行錯誤により得られた経験的な方法であり、単結晶の回
転速度（ω）等の最適条件は溶融液中の不純物濃度（Ｃ
_L ）や結晶用原料の溶融量等により変化するため、条件
が変化した場合に単結晶の回転速度（ω）等の制御をど
のように行えばよいかを定量的に把握することは困難
で、試行錯誤を繰り返さなくてはならないという課題が
あった。

【００２１】上記偏析を防止し、不純物濃度（Ｃ_S ）が
所定範囲にある単結晶を引き上げる方法として、単結晶
の回転速度（ω）と引き上げ速度（Ｒ）とを一定とし、
かつ溶融液中の不純物濃度（Ｃ_L ）が所定の範囲内にお
納まるように制御する方法、例えば溶融層法、リチャー
ジ法等が従来から採用されている。

【００２２】前記溶融層法は、ＣＺ法に使用される装置
と同様に構成された装置を用い、坩堝内の結晶用原料を
ヒータで一旦溶融させた後、上層には溶融層を、下層に
は固体層を形成し、単結晶の成長とともに固体層を次第
に溶出させることにより、溶融層中の不純物濃度（Ｃ
_L ）を所定の範囲内に保とうとするものである（例え
ば、特開平３−７９３２０号公報等）。

【００２３】また、リチャージ法は、単結晶引き上げ中
に結晶用原料又は結晶用原料の溶融液を坩堝内にチャー
ジし、これにより溶融液中の不純物濃度（Ｃ_L ）を所定
の範囲内に保とうとするものである（志村忠夫編 「半
導体シリコン結晶工学」（平成５年９月発行）丸善 ７
３−７６頁）。

【００２４】しかし、上記溶融層法においては、一旦結
晶用原料を全部溶融させた後、坩堝の下部に固体層を形
成する必要があるため、ヒータの構造や配置を再検討す
る必要があり、また固体層を形成するための時間が必要
となる。そのため、単結晶引き上げ装置が高価になった
り、単結晶の引き上げ効率が低下し、結果的に単結晶引
き上げコストが増大するという課題があった。

【００２５】また、上記リチャージ法においては、結晶
用原料やその溶融液をチャージするための特別の装置が
必要となり、やはり単結晶の製造コストが増大するとい
う課題があった。

【００２６】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、単結晶中の不純物濃度（Ｃ_S ）を一定にするための
理論式を求めて、該理論式と単結晶の回転速度（ω）や
引き上げ速度（Ｒ）とを関連づけ、この回転速度（ω）
及び／又は引き上げ速度（Ｒ）を調整することのみによ
り単結晶中の不純物濃度（Ｃ_S ）を所定の範囲内に保つ
ことができる単結晶引き上げ方法を提供することを目的
としている。

【００２７】また本発明は上記単結晶引き上げ方法にお
いて、引き上げる単結晶中の不純物濃度（Ｃ_S ）を初期
の不純物濃度（Ｃ_S0）に保つと、溶融液中の不純物濃度
は単結晶の引き上げに伴い高濃度になり、単結晶の回転
速度（ω）や引き上げ速度（Ｒ）を変化させて制御する
のにも一定の限界が生じ、歩留りを余り向上させられな
いことに鑑みてなされたものであり、上記理論式を応用
して一つの単結晶内に異なる不純物濃度部分を有する単
結晶を引き上げることにより、単結晶の多様化、歩留り
の向上を図ることができる単結晶引き上げ方法を提供す
ることを目的としている。

【００２８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る単結晶引き上げ方法（１）は、坩堝内の
溶融液に種結晶を浸漬した後、該種結晶を引き上げるこ
とにより単結晶を成長させる単結晶引き上げ方法におい
て、引き上げられる単結晶中の不純物濃度（Ｃ_S ）を初
期の不純物濃度（Ｃ_S0）に保つための条件式として求め
られた下記の数１式における実効偏析係数（ｋｅ）と、
下記の数４式もしくは数５式における実効偏析係数（ｋ
ｅ）とがほぼ同じ値となるように、下記の数２式又は数
３式を用いて、引き上げ速度（Ｒ）及び／又は回転速度
（ω）を制御することを特徴としている。

【００２９】

【数１】

【００３０】

【数２】Ｒ^* ＝（νω）^-0.5・Ｒ

【００３１】

【数３】

【００３２】

【数４】

【００３３】

【数５】 ｋｅ＝５２．８Ｒ^*2−０．１７５Ｒ^* ＋０．３５ ただし、上記数１式〜数５式中、ｋｅ₀ は初期実効偏析
係数、ｆｓは固相率、Ｒ^* は規格化成長速度、Ｓｃはシ
ュミット数、Ｄは不純物の拡散係数、νは溶融液の動粘
性係数、ｋｏは平衡偏析係数を示す。

【００３４】上記単結晶引き上げ方法（１）によれば、
従来の装置の改造等を伴わなず、また固層形成という余
分な時間をかけることなく、上記数式に従って引き上げ
速度（Ｒ）及び／又は回転速度（ω）を制御するという
操業条件の設定のみにより、効率的に所定濃度範囲の不
純物を含有する安価な単結晶を引き上げることができ
る。

【００３５】また、本発明に係る単結晶引き上げ方法
（２）は、上記単結晶引き上げ方法（１）による引き上
げの途中、引き上げ速度（Ｒ）又は回転速度（ω）が所
定範囲をはずれる時点、あるいは溶融液中の不純物濃度
（Ｃ_L ）が所定値に達した時点において、数１式におけ
る固相率（ｆｓ）を０に再設定することにより実効偏析
係数（ｋｅ）を初期実効偏析係数（ｋｅ₀ ）に復帰さ
せ、これにより単結晶中の不純物濃度（Ｃ_S ）を新たな
値に設定し直し、次に再び上記単結晶引き上げ方法
（１）により引き上げ速度（Ｒ）及び／又は回転速度
（ω）を制御しながら単結晶を引き上げ、一つの単結晶
内に異なる不純物濃度部分を有する単結晶を引き上げる
ことを特徴としている。

【００３６】上記単結晶引き上げ方法（２）によれば、
単結晶引き上げ方法（１）による制御では、溶融液中の
不純物濃度（Ｃ_L ）が高くなりすぎ、引き上げ速度
（Ｒ）又は回転速度（ω）が所定範囲をはずれる場合等
においても、不純物濃度（Ｃ_S ）を設定し直すことによ
り、これらの条件（Ｒ）（ω）を適正な範囲内に保って
引き上げを続けることができ、歩留りの向上を図ること
ができるとともに、多様化したニーズに対応させた種々
の不純物濃度を有する単結晶を一つの単結晶内に製造す
ることができる。

【００３７】また、本発明に係る単結晶引き上げ方法
（３）は、上記単結晶引き上げ方法（２）に記載の再設
定を少なくとも２回は行うことを特徴としている。

【００３８】上記単結晶引き上げ方法（３）によれば、
単結晶引き上げ方法（２）による効果をさらに高め、よ
り多様化したニーズに対応させた３種以上の不純物濃度
を有する単結晶を一つの単結晶内に製造することがで
き、またさらに歩留りの向上も図ることができる。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る単結晶引き上
げ方法の実施の形態を説明する。「従来の技術」の項で
も記載したように、単結晶１６中に取り込まれる不純物
の濃度（Ｃ_S ）は実効偏析係数（ｋｅ）を用いて、下記
の数６式で表され、この数６式は下記の数７式から導出
され、このとき実行偏析係数（ｋｅ）は一定であると仮
定している。

【００４０】

【数６】Ｃ_S ＝ｋｅ・Ｃ_L0（１−ｆｓ）^ke-1

【００４１】

【数７】（Ｃ_L −Ｃ_S ）ｄｆｓ＝（１−ｆｓ）ｄＣ_L しかし、実際には、単結晶の引き上げ速度（Ｒ）や回転
速度（ω）が変化した場合等においては、実効偏析係数
（ｋｅ）は変化する。また、本発明においては、単結晶
中の不純物濃度（Ｃ_S ）を所定値に制御する。そこで、
上記数７式において、単結晶中の不純物濃度（Ｃ_S ）を
一定として、上記数７式を解くことにする。この場合、
境界条件としてｆｓが０の場合には下記の数１０式及び
数１１式が、ｆｓがｆｓの場合には下記の数９式が与え
られる。これらの境界条件を用いて上記数７式を解く
と、下記の数１２式が得られる。

【００４２】

【数９】Ｃ_S ＝ｋｅ・Ｃ_L

【００４３】

【数１０】Ｃ_L ＝Ｃ_L0

【００４４】

【数１１】Ｃ_S ＝ｋｅ₀ ・Ｃ_Ｌ０

【００４５】

【数１２】

【００４６】一方、質量保存の法則より、下記の数１３
式が得られ、この数１３式を溶融液中の不純物濃度（Ｃ
_Ｌ ）について整理すると、下記の数１４式が得られ
る。

【００４７】

【数１３】 ｆｓ・ｋｅ₀ ・Ｃ_L0＋（１ーｆｓ）Ｃ_L ＝Ｃ_L0

【００４８】

【数１４】

【００４９】上記数１２式及び数１４式はいずれも溶融
液中の不純物濃度（Ｃ_L ）についての式であるので、下
記の数１５式が成立する。

【００５０】

【数１５】

【００５１】上記数１５式を実効偏析係数（ｋｅ）につ
いて整理すると下記の数１式を得ることができる。

【００５２】

【数１】

【００５３】すなわち、上記数１式は単結晶中の不純物
濃度（Ｃ_S ）が一定の場合の固相率（ｆ_S ）と実効偏析
係数（ｋｅ）の関係を示している。

【００５４】「従来の技術」の項で説明したように、Ｂ
ＰＳ理論より実効偏析係数（ｋｅ）につて下記の数４式
が得られており、下記の数４式中には、下記の数２式に
示す規格化成長速度（Ｒ^* ）（単結晶の引き上げ速度
（Ｒ）と回転速度（ω）を含む関数）が含まれている。

【００５５】

【数４】

【００５６】

【数２】Ｒ^* ＝（νω）^-0.5・Ｒ また、上記数１式に示した実効偏析係数（ｋｅ）は溶融
液に添加する不純物の種類や濃度、及び固相率（ｆｓ）
が決定されれば一義的に定まる数値である。そこで、単
結晶の引き上げに伴い、上記数４式に示した実効偏析係
数（ｋｅ）が上記数１式に示した実効偏析係数（ｋｅ）
とほぼ同じ値になるように、上記数４式に示した単結晶
の引き上げ速度（Ｒ）及び／又は回転速度（ω）を制御
すれば、不純物濃度が所定の範囲内に納まった単結晶を
引き上げることができる。

【００５７】ただし、リンを不純物とした場合の、実効
偏析係数（ｋｅ）と規格化成長速度（Ｒ^* ）との関係を
求めたところ、上記数４式があてはまらないことがわか
った。図２は、リンを不純物とした場合の、実効偏析係
数（ｋｅ）と規格化成長速度（Ｒ^* ）との関係を示した
グラフである。図２のグラフより、リンを不純物とした
場合の、実効偏析係数（ｋｅ）は下記の数５式で与えら
れることがわかった。

【００５８】

【数５】 ｋｅ＝５２．８Ｒ^*2−０．１７５Ｒ^* ＋０．３５ 従って、リンを不純物として添加した場合には、上記数
５式に示した実効偏析係数（ｋｅ）が上記数１式に示し
た実効偏析係数（ｋｅ）とほぼ同じ値になるように、単
結晶の引き上げ速度（Ｒ）及び／又は回転速度（ω）を
制御すればよい。

【００５９】上記方法により単結晶を引き上げる場合、
引き上げられる単結晶中の不純物濃度（Ｃ_s ）は、下記
の数１１式で表され、固相率（ｆｓ）が０の場合、すな
わち引き上げ初期の単結晶中の不純物濃度（Ｃ_SO）に維
持される。

【００６０】

【数１１】Ｃ_S ＝ｋｅ₀ ・Ｃ_L0 ただし、引き上げる単結晶中の不純物濃度（Ｃ_S ）を、
厳密に一定にする必要はなく、許容される範囲であれば
少し変化してもよい。従って、上記数１式に示した実効
偏析係数（ｋｅ）と数４式又は数５式に示した実効偏析
係数（ｋｅ）との間に、±２〜５％程度のずれは生じて
もよい。

【００６１】引き上げ速度（Ｒ）及び回転速度（ω）の
制御の仕方としては、例えば引き上げ速度（Ｒ）を一定
にして、回転速度（ω）を次第に上げていく方法、ある
いは回転速度（ω）を一定にして、引き上げ速度（Ｒ）
を次第に低下させる方法等も可能であるが、これらの方
法の場合、単結晶引き上げの最終段階に近くなると、引
き上げ速度（Ｒ）や回転速度（ω）を最初と比べてかな
り大きく変化させる必要があるため余り好ましくない。
従って、単結晶の引き上げ速度（Ｒ）及び回転速度
（ω）の両者を制御して、その変化を所定の範囲内に納
める方法が好ましい。

【００６２】以上のように、単結晶の引き上げ速度
（Ｒ）及び／又は回転速度（ω）を制御することによ
り、引き上げる単結晶中の不純物濃度（Ｃ_S ）を所定の
範囲内に納めることができる。

【００６３】単結晶の引き上げ速度（Ｒ）及び／又は回
転速度（ω）は、一定の可変領域が存在する。通常、単
結晶の回転速度（ω）が速すぎとネックに対する負荷が
大きくなりすぎ、ネックが破損する虞れがあり、他方単
結晶の回転速度（ω）が遅くなりすぎると単結晶と溶融
液との界面の不純物濃度等が不均一になる傾向が生ずる
ため単結晶中の不純物濃度（Ｃ_S ）等が不均一になる虞
れがある。特に単結晶の直径が従来よりも大きくなった
場合、単結晶の回転速度（ω）を速くすると、ネックに
対する負荷が急激に増加する。

【００６４】また、単結晶の引き上げ速度（Ｒ）が速す
ぎると凝固面で発生する潜熱の固液界面の中央部付近に
おける抜熱能が低下して界面が凹形状になり、引き上げ
る単結晶に転位が導入される虞れがあり、他方単結晶の
引き上げ速度（Ｒ）が遅くなりすぎると、生産性が劣る
ようになる。

【００６５】上記観点から、単結晶の回転速度（ω）
は、通常、３〜６０ｒｐｍが好ましく、５〜３０ｒｐｍ
がより好ましい。また、引き上げ速度（Ｒ）は０．３〜
５．０ｍｍ／分が好ましく、０．５〜３．０ｍｍ／分が
より好ましい。

【００６６】このような場合、上記した所定範囲の引き
上げ速度（Ｒ）や回転速度（ω）を外れる時点で上記数
１式における固相率（ｆｓ）を０に再設定することによ
り実効偏析係数（ｋｅ）を初期実効偏析係数（ｋｅ₀ ）
に復帰させ、これにより不純物濃度を新たな値に設定し
直す。

【００６７】この時点以降に引き上げる単結晶中の不純
物濃度（Ｃ_s1）は、前記再設定時点の溶融液中の不純物
濃度を（Ｃ_L1）とすると、下記の数１６式で表わされ
る。

【００６８】

【数１６】Ｃ_S1＝ｋｅ₀ ・Ｃ_L1 また、固相率（ｆｓ）は、残留している溶融液に対して
新しく形成される単結晶の割合を表わしている。上記操
作により引き上げ速度（Ｒ）や回転速度（ω）を、引き
上げ当初の設定値に復帰させることができ、以降は固相
率を０に再設定する前と同様に、上記数１式における実
効偏析係数（ｋｅ）の値と上記数４式又は上記数５式に
おける実効偏析係数（ｋｅ）の値とが同じになるよう
に、引き上げ速度（Ｒ）や回転速度（ω）を制御しなが
ら単結晶を引き上げる。上記操作により、一つの単結晶
中に異なる不純物濃度部分を有する単結晶を引き上げる
ことができる。単結晶中の不純物濃度に関しては、作製
するデバイスに応じて種々のニーズが存在する。従っ
て、引き上げた単結晶を不純物濃度が変化する境界部分
で切断し、それぞれの部分をそれぞれのニーズに応じて
供給することができる。

【００６９】上記の場合には、引き上げ速度（Ｒ）や回
転速度（ω）を所定の範囲に設定して、前記範囲をはず
れる時点で固相率（ｆｓ）を０に再設定をしていたが、
逆に引き上げたい単結晶中の不純物濃度（Ｃ_S1）を設定
し、所定の不純物濃度（Ｃ_S1）になるように、固相率
（ｆｓ）の再設定を行うこともできる。すなわち、固相
率（ｆｓ）の再設定により新しく引き上げられる単結晶
中の不純物濃度は上記数１６式で表わされ、前記再設定
時の溶融液中の不純物濃度（Ｃ_L1）と実効偏析係数（ｋ
ｅ₀ ）により決定される。従って、溶融液中の不純物濃
度（Ｃ_L1）が所定値に達したときに前記再設定を行え
ば、目的とする不純物濃度（Ｃ_S1）を有する単結晶部分
を新しく引き上げることができる。

【００７０】上記単結晶中の不純物濃度の変更は、必要
に応じて何度でも行うことができ、この操作により一つ
の単結晶中に２種類以上の不純物濃度部分を有する単結
晶を引き上げることができる。従って、より多様化した
ニーズに対応させることができ、歩留りもさらに向上さ
せることができる。

【００７１】

【実施例及び比較例】以下、実施例に係る単結晶引き上
げ方法を説明する。また、比較例として、従来と同様の
方法により単結晶を引き上げた場合についても説明す
る。まず、単結晶引き上げの条件を記載する。

【００７２】＜実施例１〜１０、及び比較例１〜５に共
通の条件＞ 使用した単結晶引き上げ装置：図１に示したもの 添加する不純物：リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ） 添加量：初期溶融液中の不純物濃度（Ｃ_L0）が４．７×
１０¹⁴（ａｔｏｍ／ｃｍ³ ）になる量 チャンバ１９内の雰囲気：Ａｒ雰囲気 Ａｒの流量：４０リットル／分 圧力：１．３３×１０³ Ｐａ ＜各実施例及び各比較例の条件＞ 実施例１〜６、及び比較例１〜３の場合 結晶用原料の重量：６８００ｇ 引き上げる単結晶１６の形状 直径：約５１ｍｍ（２インチ） 長さ：約１０００ｍｍ（ｆｓ＝０〜０．７に相当） 実施例７〜１０、及び比較例４〜５の場合 結晶用原料の重量：６５ｋｇ 引き上げる単結晶１６の形状 直径：約１５２ｍｍ（６インチ） 各実施例及び各比較例における単結晶の引き上げ速度
（Ｒ）、単結晶の回転速度（ω）、実効偏析係数（ｋ
ｅ）、及び［（単結晶中の不純物濃度）（Ｃ_S ）／（初
期溶融液の不純物濃度）（Ｃ_L0）］と固相率（ｆｓ）と
の関係を図３〜１８のグラフに示した。また、下記の表
１及び表２には、各実施例及び各比較例における添加し
た不純物の種類、単結晶の引き上げ速度（Ｒ）、単結晶
の回転速度（ω）、固相率（ｆｓ）の範囲、適用した数
式の番号、及び図面の番号を示している。

【００７３】なお、実施例７〜１０及び比較例４〜５の
場合（図１２〜１７）のグラフにおいては、便宜上、固
相率（ｆｓ）を０に再設定した後も、初めの溶融液１３
量に対して引き上げた単結晶のトータルの固相率で表し
ているが、実際の計算では、再設定時の溶融液１３に対
して新たに引き上げる単結晶の割合で計算した。

【００７４】

【表１】

【００７５】

【表２】

【００７６】＜結果、及びその評価＞図３〜１１のグラ
フより明らかなように、実施例１、２、５の場合におい
ては数１式〜数３式と数５式とを用いることにより、実
施例３、４の場合には数１式〜数４式を用いることによ
り、それぞれ単結晶全体にわたり所定の不純物濃度（Ｃ
_S ）を有する単結晶１６を引き上げることができた。他
方、従来の場合と同様に、単結晶の回転速度（ω）及び
引き上げ速度（Ｒ）の両方を一定にした場合（比較例
１、２）には、単結晶中の不純物濃度（Ｃ_S ）を一定に
することができず、固相率（ｆｓ）が増加するに従って
不純物濃度（Ｃ_S ）も大きく増大している。また、不純
物としてリンを使用したにも拘らず、数１式〜数４式を
用いた場合（比較例３）にも、同様に単結晶中の不純物
濃度（Ｃ_S ）を一定にすることができなかった。

【００７７】実施例１〜６の場合には、引き上げられた
単結晶の全体を製品とすることができたが、比較例１、
２の場合には、初期の不純物濃度（Ｃ_S0）に対してその
変化量が１０％以内のものしか製品とすることができな
いところ、その一部しか製品とすることができず、製品
の歩留まりが大きく低下した。

【００７８】また、図１２〜１７のグラフより明らかな
ように、実施例７〜１０の場合においては、まず実施例
１〜６の場合と同様にして単結晶１６を引き上げ、引き
上げ速度（Ｒ）や単結晶の回転速度（ω）が一定の値に
達した時点（引き上げ速度（Ｒ）：０．６ｍｍ／ｍｉ
ｎ、単結晶の回転速度（ω）：５５ｒｐｍ）で、固相率
（ｆｓ）を０に再設定し、その後は再設定前と同様の操
作を行うことにより、一つの単結晶１６中に２種類又は
３種類の異なる不純物濃度部分を有する単結晶１６を引
き上げた。

【００７９】他方、初め上記実施例の場合と同様の操作
を行っていても、単結晶引き上げの途中で単結晶の回転
速度（ω）や引き上げ速度（Ｒ）を一定にすると（比較
例４、５）、その時点以降は単結晶１６中の不純物濃度
（Ｃ_S ）が大きく変動してしまい、所定の不純物濃度
（Ｃ_S ）を有する単結晶１６を引き上げることができ
ず、固相率が増加するに従って不純物濃度も大きく増大
した。

【００８０】実施例７〜１０の場合には、多様化したニ
ーズに従い、一つの単結晶１６中の異なる不純物濃度部
分をそれぞれ製品とすることができるのに対し、比較例
の場合には、初期の不純物濃度（Ｃ_S0）に対してその変
化量が１０％以内のものしか製品とすることができない
ところ、その一部しか製品とすることができず、製品の
歩留まりが大きく低下した。また、固相率範囲からみて
も実施例７〜１０では最高０．９までとることができ、
充填原料に対する歩留りを一段と向上させることができ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＣＺ法による単結晶引き上げ装置を示した模式
的断面図である。

【図２】不純物としてリン（Ｐ）を用いた場合の実効偏
析係数と規格化成長速度との関係を示したグラフであ
る。

【図３】実施例１の場合の操業条件、単結晶中の不純物
に関係する関数等と、固相率との関係を示したグラフで
ある。

【図４】実施例２の場合の操業条件、単結晶中の不純物
に関係する関数等と、固相率との関係を示したグラフで
ある。

【図５】比較例１の場合の操業条件、単結晶中の不純物
に関係する関数等と、固相率との関係を示したグラフで
ある。

【図６】実施例３の場合の操業条件、単結晶中の不純物
に関係する関数等と、固相率との関係を示したグラフで
ある。

【図７】実施例４の場合の操業条件、単結晶中の不純物
に関係する関数等と、固相率との関係を示したグラフで
ある。

【図８】比較例２の場合の操業条件、単結晶中の不純物
に関係する関数等と、固相率との関係を示したグラフで
ある。

【図９】比較例３の場合の操業条件、単結晶中の不純物
に関係する関数等と、固相率との関係を示したグラフで
ある。

【図１０】実施例５の場合の操業条件、単結晶中の不純
物に関係する関数等と、固相率との関係を示したグラフ
である。

【図１１】実施例６の場合の操業条件、単結晶中の不純
物に関係する関数等と、固相率との関係を示したグラフ
である。

【図１２】実施例７の場合の操業条件、単結晶中の不純
物に関係する関数等と、固相率との関係を示したグラフ
である。

【図１３】実施例８の場合の操業条件、単結晶中の不純
物に関係する関数等と、固相率との関係を示したグラフ
である。

【図１４】比較例４の場合の操業条件、単結晶中の不純
物に関係する関数等と、固相率との関係を示したグラフ
である。

【図１５】実施例９の場合の操業条件、単結晶中の不純
物に関係する関数等と、固相率との関係を示したグラフ
である。

【図１６】比較例５の場合の操業条件、単結晶中の不純
物に関係する関数等と、固相率との関係を示したグラフ
である。

【図１７】実施例１０の場合の操業条件、単結晶中の不
純物に関係する関数等と、固相率との関係を示したグラ
フである。

【符号の説明】

１５ 種結晶 １６ 単結晶

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 坩堝内の溶融液に種結晶を浸漬した後、
   該種結晶を引き上げることにより単結晶を成長させる単
   結晶引き上げ方法において、引き上げられる単結晶中の
   不純物濃度（Ｃ_S ）を初期の不純物濃度（Ｃ_S0）に保つ
   ための条件式として求められた下記の数１式における実
   効偏析係数（ｋｅ）と、下記の数４式もしくは数５式に
   おける実効偏析係数（ｋｅ）とがほぼ同じ値となるよう
   に、下記の数２式又は数３式を用いて、引き上げ速度
   （Ｒ）及び／又は回転速度（ω）を制御することを特徴
   とする単結晶引き上げ方法。 【数１】 【数２】Ｒ^* ＝（νω）^-0.5・Ｒ 【数３】 【数４】 【数５】 ｋｅ＝５２．８Ｒ^*2−０．１７５Ｒ^* ＋０．３５ ただし、上記数１式〜数５式中、ｋｅ₀ は初期実効偏析
   係数、ｆｓは固相率、Ｒ^* は規格化成長速度、Ｓｃはシ
   ュミット数、Ｄは不純物の拡散係数、νは溶融液の動粘
   性係数、ｋｏは平衡偏析係数を示す。
2. 【請求項２】 請求項１記載の単結晶引き上げ方法によ
   る引き上げの途中、引き上げ速度（Ｒ）又は回転速度
   （ω）が所定範囲をはずれる時点、あるいは溶融液中の
   不純物濃度（Ｃ_L ）が所定値に達した時点において、数
   １式における固相率（ｆｓ）を０に再設定することによ
   り実効偏析係数（ｋｅ）を初期実効偏析係数（ｋｅ₀ ）
   に復帰させ、これにより単結晶中の不純物濃度（Ｃ_S ）
   を新たな値に設定し直し、次に再び請求項１記載の引き
   上げ方法により引き上げ速度（Ｒ）及び／又は回転速度
   （ω）を制御しながら単結晶を引き上げ、一つの単結晶
   内に異なる不純物濃度部分を有する単結晶を引き上げる
   ことを特徴とする単結晶引き上げ方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の前記再設定を少なくとも
   ２回は行うことを特徴とする単結晶引き上げ方法。