JPWO2007007456A1

JPWO2007007456A1 - 単結晶の製造方法

Info

Publication number: JPWO2007007456A1
Application number: JP2007524525A
Authority: JP
Inventors: 昌弘櫻田; 布施川　泉; 泉布施川
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2026-04-27
Also published as: US20100126409A1; EP1930484A1; KR101318183B1; EP1930484A4; US8147611B2; JP4710905B2; WO2007007456A1; KR20080025139A; EP1930484B1

Abstract

本発明は、水平磁場を印加するチョクラルスキー法により単結晶を製造する方法において、単結晶（１２）の固液界面上の中心部を原点（Ｏ）とし、前記原点（Ｏ）から融液表面上のルツボ内壁（Ａ）までの磁場強度の変化量をΔＢｒ（Ｇａｕｓｓ）、前記原点（Ｏ）から融液表面上のルツボ内壁（Ａ）までの半径距離をΔＲｃ（ｍｍ）としたとき、磁場発生用コイル（２５）の中心点を結ぶ方向における半径方向の磁場強度勾配ΔＢｒ／ΔＲｃが５．５（Ｇａｕｓｓ／ｍｍ）を超え、１０（Ｇａｕｓｓ／ｍｍ）以下の範囲となるようにして、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。これにより、単結晶を育成する際に、固液界面近傍の温度勾配の変動を最小限に抑制し、結晶成長方向に所望欠陥領域が形成された高品質の単結晶を容易に、かつ高い生産性及び歩留りで製造できる単結晶の製造方法を提供できる。

Description

本発明は、磁場を印加するチョクラルスキー法により単結晶を製造する方法に関し、より詳しくは単結晶を引上げる際に結晶固液界面近傍の温度勾配の変動を最小限に抑制し、結晶成長方向に所望欠陥領域を形成したシリコン単結晶を高い生産性及び歩留りで製造する方法に関する。

半導体素子基板として用いられる単結晶には、例えばシリコン単結晶があり、主にチョクラルスキー（ＣＺ）法により製造されている。近年半導体デバイスの高集積化が進んでいるが、それに伴い、ＣＺ法によるシリコン単結晶の成長中に導入されるグローンイン欠陥の問題が重要となっている。

図２に、このグローンイン欠陥の分布図を示す。
図２に示されているように、グローンイン欠陥には、引上げ速度Ｆ（mm/min）が比較的高速の場合に形成されるＦＰＤ（ＦｌｏｗＰａｔｔｅｒｎＤｅｆｅｃｔ）、ＣＯＰ（ＣｒｙｓｔａｌＯｒｉｇｉｎａｔｅｄＰａｒｔｉｃｌｅ）のような、ボイド起因の空孔型欠陥があり、これらの欠陥が存在する領域をＶ領域という。そして、引上げ速度Ｆ（mm/min）の低下に伴いＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥、ＯｘｉｄａｔｉｏｎＩｎｄｕｃｅｄＳｔａｃｋｉｎｇＦａｕｌｔ）が発生する。更に、低速の引上げ速度Ｆ（mm/min）で発生する、ＬＳＥＰＤ（ＬａｒｇｅＳｅｃｃｏＥｔｃｈＰｉｔＤｅｆｅｃｔ）、ＬＦＰＤ（ＬａｒｇｅＦｌｏｗＰａｔｔｅｒｎＤｅｆｅｃｔ）のような転位ループ起因と考えられている格子間シリコンが凝集した欠陥があり、これらの欠陥が存在する領域をＩ領域という。

近年、ＦＰＤ、ＣＯＰが存在するＶ領域と、ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤが存在するＩ領域の中間でＯＳＦリングの外側に、これらの欠陥が存在しないＮ領域が存在することが発見されている。この領域をさらに分類すると空孔型のＮｖ領域と格子間シリコンが多いＮｉ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な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存在するＣｕデポ欠陥領域があることがわかっている。
ここでＣｕデポジション処理とは、Ｃｕイオンが溶存する液体の中で、ウエーハ表面に形成した酸化膜に電位を印加する処理であり、酸化膜が劣化している部位に電流が流れ、ＣｕイオンがＣｕとなって析出する。そして、この酸化膜が劣化し易い部分には欠陥が存在していることが知られている。Ｃｕデポジション処理されたウエーハの欠陥部位は、集光灯下や直接的に肉眼で分析してその分布や密度を評価することができ、さらに顕微鏡観察、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）または走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）等でも確認することができる。

ＣＺ法による単結晶の製造において、上記で説明したグローンイン欠陥は、Ｆ／Ｇｃ(mm²/℃・min)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。すなわち、Ｆ／Ｇｃ（mm²/℃・min）が一定になるように、引上げ速度Ｆ（mm/min）と結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）を調節すれば、所望の欠陥領域で単結晶を引き上げることができる。

しかし、単結晶引上げ中に、融液の熱対流が変動し、結晶固液界面近傍の温度に著しい経時変動が生ずると、結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）が安定せず、引上げ速度Ｆ(mm/min)と結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）の比、すなわちＦ／Ｇｃ（mm²/℃・min）が経時変動を引き起こすことになる。また、結晶固液界面近傍の温度が変動すると、引上げ単結晶の直径が変動するため、これを抑制するのに引上げ速度Ｆ（mm/min）を変化させる必要が生じ、その振幅幅が大きくなる。そして、このような著しい経時変動が、特に２００ｍｍ以上の直径を有する大口径のシリコン単結晶の成長中に発生すれば、これが障害となり、結晶成長方向に所望の結晶欠陥分布を形成することができなくなる。

例えば、結晶製造マージンの狭いＮ領域に引上げ速度Ｆ（mm/min）を制御してシリコン単結晶を引き上げるときに、このような結晶固液界面近傍の温度に著しい経時変動が引き起こされると、結晶成長方向においてＮ領域以外の例えばＶ領域、ＯＳＦ領域、あるいはＩ領域が形成されてしまう場合がある。そして、このような結晶から切り出されたウエーハは著しい電気特性の悪化を招くといった問題を生ずる場合がある。このため、融液の熱対流を抑制し、結晶成長方向において所望の結晶欠陥領域を均一に形成することが課題となっていた。

そこで、融液の熱対流を抑制し、引上げ単結晶の固液界面近傍の温度（融液表面近傍温度）の経時変動を低減する方法として、ルツボ加熱用ヒーターの外側に、超伝導磁石等の電磁石を備えた磁場印加装置を、ルツボを挟んで対向配備したＭＣＺ法、例えば水平磁場印加ＣＺ法（ＨＭＣＺ法）が行なわれるようになってきた。

例えば、特開２００４−３１５２８９号公報には、融液内の最小磁場強度を２０００Ｇ以上の範囲とし、融液内の最大磁場強度を６０００Ｇ以下の範囲とし、かつ最大と最小の磁場強度の差をその距離で除したものである最大磁場勾配を５５Ｇ／ｃｍ以下の範囲とする方法が開示されている。

しかし、成長方向に所望の結晶欠陥が形成された単結晶を高い生産性及び歩留りで製造するためには、これら従来の製造方法では不十分であり、さらに改善の余地があった。

また、近年、さらに大口径の直径３００ｍｍのシリコン単結晶をＮ領域で引上げる場合に、成長速度を高速化し、生産性を上げることが課題となっている。そこで、直径２００ｍｍのシリコン単結晶をＮ領域で引上げる際と同様、ガス整流筒を短尺化するなどし、より急冷化する対策を講じている。しかし、このような急冷構造のホットゾーン（炉内構造）では、結晶成長中に固化が非常に多く発生し問題となっていた。このような固化の発生は、単結晶化の障害となり、Ｎ領域単結晶の製造歩留りの低下を招くものである。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、単結晶を育成する際に、固液界面近傍の温度勾配の変動を最小限に抑制し、結晶成長方向に所望欠陥領域が形成された高品質の単結晶を容易に、かつ高い生産性及び歩留りで製造できる単結晶の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決されるためになされたもので、水平磁場を印加するチョクラルスキー法により単結晶を製造する方法において、単結晶の固液界面上の中心部を原点Ｏとし、前記原点Ｏから融液表面上のルツボ内壁までの磁場強度の変化量をΔＢｒ(Gauss)、前記原点Ｏから融液表面上のルツボ内壁までの半径距離をΔＲｃ(ｍｍ)としたとき、磁場発生用コイルの中心点を結ぶ方向における半径方向の磁場強度勾配ΔＢｒ／ΔＲｃが５．５（Gauss/mm）を超え、１０（Gauss/mm）以下の範囲となるようにして、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。

このように、水平磁場を印加するチョクラルスキー法により単結晶を育成する際に、磁場発生用コイルの中心点を結ぶ方向における半径方向の磁場強度勾配ΔＢｒ／ΔＲｃが５．５（Gauss/mm）を超え、１０（Gauss/mm）以下の範囲となるようにすれば、原料融液の対流を適度に抑制することができ、結晶固液界面近傍の温度の経時変動を最小限に抑えることができる。そして、これにより、結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ(mm²/℃・min)が安定し、また引上げ単結晶の直径変動を最小限に抑制することができるので、引上げ速度Ｆ（mm/min）も安定し、結晶成長方向にわたって所望欠陥領域の単結晶を容易に製造することができるようになる。また、特に急冷構造のホットゾーンで問題となっていた、単結晶化の阻害要因である単結晶引上げ中の固化の発生を十分に抑制することもできる。したがって、所望欠陥領域の単結晶を容易に、かつ高い生産性及び歩留りで製造することが可能となる。

また、本発明の単結晶の製造方法では、前記単結晶を引上げる際に、結晶固液界面中心部の原点Ｏにおける磁場強度Ｂｏを、２５００(Gauss)以上５５００(Gauss)以下の範囲とするのが好ましい。

結晶固液界面中心部の原点Ｏにおける磁場強度をこのように最適な範囲とすることで、速い成長速度で、所望欠陥領域の単結晶を引上げることが可能となる。その結果、所望欠陥領域の単結晶の生産性を上げることができる。

そして、本発明の単結晶の製造方法によれば、結晶固液界面近傍の温度の経時変動を最小限に抑えることができるので、前記単結晶を引上げる際に、引上げ速度Ｆ(mm/min)の平均値を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度の平均値に対し、±０．０１(mm/min)以内の範囲内となるように制御し、かつ、引上げ中の単結晶の直径を、目標の±１％以内の範囲内となるように制御することもできる。すなわち、結晶成長方向にわたってＮ領域の単結晶を容易に安定して製造することができるのである。

また、本発明の単結晶の製造方法では、前記引上げる単結晶が所望の欠陥領域となるように、引上げ速度Ｆ(mm/min)と結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）の比Ｆ／Ｇｃ(mm²/℃・min)を制御し、かつ、結晶中心部の固液界面近傍の温度勾配Ｇｃ（℃/mm）と結晶周辺部の固液界面近傍の温度勾配Ｇｅ（℃/mm）の差ΔＧ＝｜Ｇｃ−Ｇｅ｜を５℃／ｍｍ以下となるように制御するのが好ましい。

このように、引上げ速度Ｆ(mm/min)と結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）の比Ｆ／Ｇｃ（mm²/℃・min）のみならず、結晶中心部の固液界面近傍の温度勾配Ｇｃ（℃/mm）と結晶周辺部の固液界面近傍の温度勾配Ｇｅ（℃/mm）の差ΔＧを小さくすることで、結晶径方向にわたって所望の欠陥領域を形成した単結晶をより容易に製造することができる。

また、本発明の単結晶の製造方法では、前記融液を収容するルツボの直径が２４インチ（６００ｍｍ）以上のものを用いることができる。

本発明によれば、このような大口径のルツボを用いて引上げる大口径の単結晶であっても、結晶引上げ中の単結晶の直径変動を最小限に抑えることができ、このため、成長速度の振幅幅を小さくすることができる。

また、本発明の単結晶の製造方法では、前記単結晶をシリコンとすることができる。

このように、本発明の単結晶製造方法は、近年特に大口径化が著しいシリコン単結晶を製造する際に好適に用いることができる。

以上説明したように、本発明によれば、水平磁場を印加するチョクラルスキー法において、磁場発生用コイルの中心点を結ぶ方向における半径方向の磁場強度勾配ΔＢｒ／ΔＲｃが５．５（Gauss/mm）を超え、１０（Gauss/mm）以下の範囲となるようにして、単結晶を引上げるので、結晶成長方向にわたって所望欠陥領域の単結晶を容易に製造することができる。また、単結晶化の阻害要因である単結晶引上げ中の固化の発生を十分に抑制することもできる。したがって、所望欠陥領域の単結晶を容易に、かつ高生産性及び高歩留りで製造することができる。

本発明の単結晶の製造方法に用いることのできる単結晶製造装置の模式図である。グローンイン欠陥の分布図である。

以下、本発明について説明する。
特に、Ｎ領域のシリコン単結晶は、引上げ速度Ｆ(mm/min)を非常に狭い範囲に制御して引上げる必要があるため、引上げ速度Ｆ(mm/min)と結晶中心部の結晶温度勾配Ｇｃ(℃/mm)の比Ｆ／Ｇｃ（mm²/℃・min）の安定化が重要であり、すなわち、Ｆ／Ｇｃ（mm²/℃・min）の経時変動をなくすことが課題である。このＦ／Ｇｃ（mm²/℃・min）の安定化の阻害要因は主に融液対流の挙動であり、磁場を印加しないＣＺ法の場合、Ｆ／Ｇｃ（mm²/℃・min）の経時変動の安定化が難しく、所望欠陥品質を成長方向で均一に得にくい状況にある。

その一方で、例えばＨＭＣＺ法によれば融液の熱対流が抑制され、引上げ単結晶の固液界面近傍の温度（融液表面近傍温度）の経時変動を低減でき、結果として、Ｆ／Ｇｃ（mm²/℃・min）の経時変動を安定化できるとされている。しかしながら、ＨＭＣＺ法により抑制する融液の熱対流が適度でないと、融液表面近傍温度の経時変動を十分に抑制することができず、結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）を安定できない場合があった。さらに、この場合、引上げ単結晶の結晶直径の変動幅が大きくなり、これを抑制するために引上げ速度Ｆ（ｍｍ／ｍｉｎ）の振幅幅が大きくなる。その結果、結晶成長方向で所望欠陥領域を均一に形成することができないことがあった。
また、特に、急冷構造のホットゾーンの場合、単結晶育成中に固化が多発し、単結晶化の成功率の障害になっていた。
これらの問題は、直径２００ｍｍ以上、特には３００ｍｍ以上の大口径の単結晶を引上げる際に、顕著に現れる問題であった。

そこで、本発明者らは、所望欠陥領域を成長方向で均一に形成した単結晶を、より高い生産性及び歩留りで製造できる単結晶の製造方法を開発すべく鋭意検討を重ねた。その結果、本発明者らは、水平磁場を印加するチョクラルスキー法において、育成中の単結晶の固液界面上の中心部（中心軸）を原点Ｏとし、その原点Ｏから融液表面上のルツボ内壁までの磁場強度の変化量をΔＢｒ(Gauss)、その原点Ｏから融液表面上のルツボ内壁までの半径距離をΔＲｃ（ｍｍ）としたとき、磁場発生用コイルの中心点を結ぶ方向における半径方向における磁場強度勾配を示すパラメーターΔＢｒ／ΔＲｃ（Gauss/mm）に注目した。そして、本発明者らは、このΔＢｒ／ΔＲｃ（Gauss/mm）を適切な範囲となるようして、単結晶を引上げれば、所望欠陥領域を成長方向に形成した単結晶を、容易に、かつ高生産性、高歩留りで製造できることに想到し、本発明を完成させた。
尚、融液表面近傍温度の経時変動の評価方法であるが、STHAMAS-３DおよびFEMAGのようなソフトウエアを駆使し、計算による数値解析も可能であるが、単結晶成長中の固液界面近傍の融液温度変動を２色温度計などの計測手段を使って測定することも可能である。

以下、本発明について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は、本発明の単結晶の製造方法に用いることのできる単結晶製造装置の模式図である。単結晶として、シリコンを例に挙げて説明する。
この単結晶製造装置１０は、メインチャンバー１１の天井から単結晶成長方向に引上げ単結晶１２を囲むように吊り下げた円筒形状のガス整流筒１３を装備した装置であって、ガス整流筒１３の上部には冷却体１４を装備している。また、ガス整流筒１３の下部には、内側遮熱部材２２と外側遮熱部材２１が設けられている。すなわち、結晶を強制冷却する急冷構造のホットゾーンとなっている。

また、メインチャンバー１１内に原料融液１５を収容する石英ルツボ１６と、この石英ルツボ１６を保護する黒鉛ルツボ１７とがルツボ駆動機構２６によって回転・昇降自在に支持軸２７で支持されており、またこれらのルツボ１６，１７の上部には育成したシリコン単結晶１２を収容し、取り出すための引上げチャンバー１８が連接されており、引上げチャンバー１８の上部にはシリコン単結晶１２をワイヤー１９で回転させながら引き上げる引上げ機構（不図示）が設けられている。

そして、ルツボ１６，１７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２９が配置されている。この黒鉛ヒーター２９の外側には、黒鉛ヒーター２９からの熱がメインチャンバー１１に直接輻射されるのを防止するために、断熱部材２８がその周囲を取り囲むように設けられている。

また、引上げチャンバー１８の上部に設けられたガス導入口２０からはＡｒ等の不活性ガスを導入することができる。この不活性ガスは、ガス整流筒１３によりその流れが整えられ、遮熱部材２１，２２と原料融液１５の表面（融液面）との間を通過させ、ガス流出口２３から排出することができる。

さらに、この単結晶製造装置１０は、水平磁場印加装置２４の電磁石を構成するコイル（磁場発生用コイル）２５をメインチャンバー１１の外側にルツボ１６，１７を挟んで同軸的に対向配備し、石英ルツボ１６内の原料融液１５に水平磁場を印加できる構造である。

そして、本発明では例えばこのような単結晶製造装置を用いて、次のように単結晶を製造する。
すなわち、本発明では、水平磁場を印加するチョクラルスキー法において、単結晶１２の固液界面上の中心部を原点Ｏとし、原点Ｏから融液表面（原料融液１５の表面）上のルツボ（石英ルツボ１６）内壁Ａまで（図１中、Ｏ〜Ａまで）の磁場強度の変化量をΔＢｒ(Gauss)、前記原点Ｏから融液表面上のルツボ内壁Ａまで（図１中、Ｏ〜Ａまで）の半径距離をΔＲｃ(ｍｍ)としたとき、磁場発生用コイルの中心点を結ぶ方向における半径方向の磁場強度勾配ΔＢｒ／ΔＲｃが５．５（Gauss/mm）を超え、１０（Gauss/mm）以下の範囲となるように水平磁場印加装置２４で水平磁場を印加して、単結晶を引上げる。

そして、このパラメーターΔＢｒ／ΔＲｃ（Gauss/mm）をこのような適切な範囲に設定する方法としては、（１）磁力線分布の中心線（図１中の破線）とルツボ内融液表面（石英ルツボ１６内の融液１５の表面）との相対位置を変化させる、（２）電磁石を構成するコイル２５間の距離、巻数、印加電流値を変化させる、などの方法が挙げられる。

そして、このように、磁場発生用コイルの中心点を結ぶ方向における半径方向の磁場強度勾配ΔＢｒ／ΔＲｃが５．５（Gauss/mm）を超え、１０（Gauss/mm）以下の範囲となるようにすれば、原料融液の対流を適度に抑制することができる。このため、結晶固液界面近傍の温度の経時変動を最小限に抑えることができ、これにより、結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）が安定する。さらに、引上げ単結晶の直径変動が小さくなり、引上げ速度Ｆ（mm/min）の振幅幅も小さくなる。このため、結晶成長軸方向にわたって所望欠陥領域の単結晶を容易に製造することができるようになる。

そして、本発明の単結晶の製造方法は、製造マージンの狭いＮ領域のシリコン単結晶を引上げるときに、特に有効である。すなわち、本発明によれば、シリコン単結晶を引上げる際に、引上げ速度Ｆ(mm/min)の平均値を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度の平均値に対し、±０．０１(mm/min)以内の範囲内となるように制御し、かつ、引上げ中の単結晶の直径を、目標の±１％以内の範囲内となるように制御することもできるからである。
尚、前述の特許文献１のように、水平磁場を印加するチョクラルスキー法により単結晶を育成する際に、磁場発生用コイルの中心点を結ぶ方向における半径方向の磁場強度勾配ΔＢｒ／ΔＲｃが５．５（Gauss/mm）以下であると、たとえ磁場強度が大きくても結晶固液界面近傍の温度の経時変動が大きくなりすぎるという問題がある。一方、磁場発生用コイルの中心点を結ぶ方向における半径方向の磁場強度勾配ΔＢｒ／ΔＲｃが、１０（Gauss/mm）を超えると、今度は、Ｎ領域の単結晶を引上げる時の引上げ速度Ｆ（ｍｍ／ｍｉｎ）が遅くなり、生産性が低下するという問題がある。

また、図１のような急冷構造のホットゾーンでは、結晶成長中に固化が非常に多く発生し問題となる場合がある。特に、融液１５を収容する石英ルツボ１６の直径が２４インチ（６００ｍｍ）以上のものを用いて引上げられる直径３００ｍｍ以上の大口径の単結晶ほどこの問題は顕著となる。このような固化の発生は、単結晶化の障害となり、単結晶の製造歩留りの低下を招くものである。しかし、上記のように磁場発生用コイルの中心点を結ぶ方向における半径方向の磁場強度勾配ΔＢｒ／ΔＲｃを適切に設定することで、固化の発生を十分に抑制し、単結晶化の成功率を上げることができる。

したがって、本発明によれば、所望欠陥領域の単結晶を容易に、かつ高生産性、高歩留りで製造することができる。

また、単結晶を引上げる際に、結晶固液界面中心部の原点Ｏにおける磁場強度Ｂｏを、２５００(Gauss)以上５５００(Gauss)以下の範囲とするのが好ましい。これにより、より速い成長速度で、所望欠陥領域の単結晶を引上げることが可能となる。その結果、所望欠陥領域の単結晶の生産性を上げることができる。
尚、磁場強度Ｂｏが、２５００(Gauss)未満の低磁場強度条件では、所望欠陥領域の単結晶を引上げるための速度が比較的低速になるということが知られている。そして、本発明者らは、さらに、５５００(Gauss)を超える高磁場強度条件でも、同様の結果となることを見出した。

また、本発明では、前記引上げる単結晶が所望の欠陥領域となるように、引上げ速度Ｆ(mm/min)と結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）の比Ｆ／Ｇｃ(mm²/℃・min)を制御し、かつ、結晶中心部の固液界面近傍の温度勾配Ｇｃ（℃/mm）と結晶周辺部の固液界面近傍の温度勾配Ｇｅ（℃/mm）の差ΔＧ＝｜Ｇｃ−Ｇｅ｜を５℃／ｍｍ以下となるように制御するのが好ましい。このように、結晶中心部の固液界面近傍の温度勾配Ｇｃ（℃/mm）と結晶周辺部の固液界面近傍の温度勾配Ｇｅ（℃/mm）の差ΔＧを小さくすることで、結晶径方向の全域にわたって所望欠陥領域を形成した単結晶を容易に製造することができる。

以下、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、比較例）
図１に示した水平磁場印加ＣＺ法（ＨＭＣＺ法）による単結晶製造装置を準備した。そして、単結晶製造装置に、直径８００ｍｍ（３２インチ）の石英ルツボを装備し、石英ルツボに原料多結晶シリコンを３４０ｋｇチャージし、直径１２インチ（３００ｍｍ）、方位＜１００＞のＮ領域シリコン単結晶を引上げた。この時、酸素濃度が２２〜２３ ppma (ASTM’79)となるようにして単結晶を製造した。

また、単結晶を引上げる際に、磁場発生用コイルの中心点を結ぶ方向における半径方向の磁場強度勾配ΔＢｒ／ΔＲｃ、結晶固液界面中心部の原点Ｏにおける磁場強度Ｂｏを、それぞれ下記表１に示す組み合わせで制御した（実施例１〜１１、比較例１〜６）。さらに、引上げ速度Ｆ(mm/min)の平均値を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する（Ｎ領域となる）臨界速度で、かつＣｕデポ欠陥フリー領域となる速度の平均値に対し、±０．０１(mm/min)以内の範囲内となるように制御した。
各引上げ条件、及び結果を以下の表１にまとめた。

以上の結果によれば、磁場発生用コイルの中心点を結ぶ方向における半径方向の磁場強度勾配ΔＢｒ／ΔＲｃが５．５（Gauss/mm）を超え、１０（Gauss/mm）以下の範囲となるように制御した本発明の実施例１〜１１では、成長速度の振幅幅を最小限（±０．０１(mm/min)以内）に制御したにもかかわらず、単結晶の直径変動をほぼ±１％以内に制御することができた。これは、融液の熱対流が適度で、結晶固液界面近傍の温度の経時変動が少ないことを意味している。また、急冷構造のホットゾーンを用いたにもかかわらず、結晶引上げ中に、固化はほとんど発生しなかった。
さらに、原点Ｏにおける磁場強度Ｂｏを、２５００(Gauss)以上５５００(Gauss)以下の範囲に制御した実施例２〜７，９〜１１では、引上げ速度Ｆ（mm/min）が、０．３９mm/min以上の比較的高速でＮ領域の単結晶を成長させることができた。

さらに、実施例１〜１１、比較例１〜６の単結晶について、直胴部１０ｃｍ以降の結晶性評価を行った。
結晶性評価のための評価方法は以下のとおりである。
（１）ＦＰＤ(Ｖ領域)およびＬＥＰ(Ｉ領域)調査：
結晶直胴部１０ｃｍ以降の各部位で約２ｍｍ厚のスラブサンプルを採取し、平面研削後、３０分間セコエッチング（無攪拌）の後、サンプル面内密度を測定した。

（２）ＯＳＦ領域の調査：
結晶直胴部１０ｃｍ以降の各部位で約２ｍｍ厚のスラブサンプルを採取し、Ｗｅｔ-Ｏ₂雰囲気中、１１００℃で１００分間熱処理後、サンプル面内密度を測定した。

（３）Ｃｕデポジション処理による欠陥の調査：
鏡面仕上げのウエーハに加工した後、ウエーハ表面に熱酸化膜形成後Ｃｕデポジション処理を施し、酸化膜欠陥の分布状況を確認した。
処理方法は以下のとおりである。
１）酸化膜：２５ｎｍ２）電界強度：６ＭＶ／ｃｍ
３）通電時間：５分間

（４）酸化膜耐圧特性の調査：
鏡面仕上げのウエーハに加工し、酸化膜耐圧特性の評価を行った。
Ｃ−モード測定条件は次のとおりである。
１）酸化膜：25nm ２）測定電極：リン・ドープ・ポリシリコン
３）電極面積：8mm² ４）判定電流：1mA/cm²

以上の結晶性評価の結果、実施例１〜１１の単結晶は、その全域において、酸化膜耐圧特性が優れ、かつ、ＦＰＤ、ＬＥＰ、ＯＳＦおよびＣｕデポ欠陥フリーのＮ領域であることが判った。
一方、比較例１〜６では、直径制御がばらつき、引上げ速度が遅い上に変動し、結晶の一部でＦＰＤやＬＥＰが観察された。

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。

Claims

水平磁場を印加するチョクラルスキー法により単結晶を製造する方法において、単結晶の固液界面上の中心部を原点Ｏとし、前記原点Ｏから融液表面上のルツボ内壁までの磁場強度の変化量をΔＢｒ(Gauss)、前記原点Ｏから融液表面上のルツボ内壁までの半径距離をΔＲｃ(ｍｍ)としたとき、磁場発生用コイルの中心点を結ぶ方向における半径方向の磁場強度勾配ΔＢｒ／ΔＲｃが５．５（Gauss/mm）を超え、１０（Gauss/mm）以下の範囲となるようにして、単結晶を引上げることを特徴とする単結晶の製造方法。
前記単結晶を引上げる際に、結晶固液界面中心部の原点Ｏにおける磁場強度Ｂｏを、２５００(Gauss)以上５５００(Gauss)以下の範囲とす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。
前記単結晶を引上げる際に、引上げ速度Ｆ(mm/min)の平均値を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度の平均値に対し、±０．０１(mm/min)以内の範囲内となるように制御し、かつ、引上げ中の単結晶の直径を、目標の±１％以内の範囲内となるように制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の単結晶の製造方法。
前記引上げる単結晶が所望の欠陥領域となるように、引上げ速度Ｆ(mm/min)と結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）の比Ｆ／Ｇｃ(mm²/℃・min)を制御し、かつ、結晶中心部の固液界面近傍の温度勾配Ｇｃ（℃/mm）と結晶周辺部の固液界面近傍の温度勾配Ｇｅ（℃/mm）の差ΔＧ＝｜Ｇｃ−Ｇｅ｜を５℃／ｍｍ以下となるように制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の単結晶の製造方法。
前記融液を収容するルツボの直径が２４インチ（６００ｍｍ）以上のものを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項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５のいずれか一項に記載の単結晶の製造方法。