WO2005001170A1 - 単結晶の製造方法及び単結晶 - Google Patents

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WO2005001170A1
WO2005001170A1 PCT/JP2004/007349 JP2004007349W WO2005001170A1 WO 2005001170 A1 WO2005001170 A1 WO 2005001170A1 JP 2004007349 W JP2004007349 W JP 2004007349W WO 2005001170 A1 WO2005001170 A1 WO 2005001170A1
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WO
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single crystal
crystal
raw material
temperature gradient
material melt
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PCT/JP2004/007349
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Masahiro Sakurada
Makoto Iida
Nobuaki Mitamura
Atsushi Ozaki
Original Assignee
Shin-Etsu Handotai Co., Ltd.
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
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    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C30B15/203—Controlling or regulating the relationship of pull rate (v) to axial thermal gradient (G)

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a single crystal by the Czochralski method, and particularly to a method for producing a single crystal having a desired defect region.
  • a single crystal used as a substrate of a semiconductor device includes, for example, a silicon single crystal and the like, and is mainly manufactured by a Czochralski method (hereinafter abbreviated as CZ method).
  • CZ method Czochralski method
  • V crystal pulling rate
  • FPD Flow Pattern Defect
  • Groin-in defects such as COP (Crystal Originated Particle) and COP exist at high density throughout the crystal diameter direction. The region where these void-induced defects exist is called a V (Vacancy) region.
  • an OSF Oxidation Induced Stacking Fault
  • the ⁇ SF ring contracts to the center of the ⁇ a and disappears.
  • defects such as LSEPD (Large Secco Etch Pit Defect) and LFPD (Large Flow Pattern Defect), which are considered to be caused by dislocation loops in which interstitial silicon has gathered, exist at low density.
  • the area where these defects exist is called the I (Interstitial) area.
  • the V / G value is set within a predetermined range at the center of the crystal (for example, 0 ⁇ 112—0.142 mm 2 / ° C *). It is shown that a silicon single crystal wafer free of void-induced defects and defects caused by dislocation loops can be obtained by pulling the single crystal while controlling the thickness to (min). In recent years, there has been an increasing demand for defect-free crystals in the N region that does not include the Cu deposit defect region. It has been done.
  • the crystal temperature gradient G in the pulling axis direction has been uniquely determined by the HZ (hot zone: in-furnace structure) of a single crystal pulling apparatus in which a single crystal is grown.
  • HZ hot zone: in-furnace structure
  • the crystal temperature gradient G must be reduced. No control is performed during the lifting, and the VZG value is adjusted by adjusting the pulling speed V. 2. Description of the Related Art Controlling a single crystal having a desired defect region has been performed.
  • the crystal temperature gradient G tends to decrease as the growth of a single crystal proceeds, and is smaller at the end of the growth than at the start of the growth of the single crystal straight body. Therefore, in order to control V / G to be almost constant at a desired value, the pulling speed V is changed so as to become slower in accordance with the change (decrease) in the crystal temperature gradient G as the growth of the single crystal progresses. As a result, there has been a problem that the time required for growing the single-crystal straight body part becomes longer, thereby lowering productivity.
  • the pulling speed at the end of the growth of the single crystal straight body portion has an influence on the pulling speed and the pulling time of the single crystal in the rounding step performed thereafter to form the single crystal tail. Therefore, as described above, when the pulling speed at the end of the growth of the straight body part is low, the pulling speed in the rounding process is also low, and the pulling time is further prolonged. This leads to an increase in manufacturing costs.
  • the pulling speed V is set so that V / G becomes a predetermined value at the start of the growth of the single crystal straight body.
  • the pulling speed V is gradually reduced in accordance with the change in the crystal temperature gradient G and the V / G is controlled at a predetermined value.
  • the entire area in the radial direction becomes the N region, but in the middle and the second half of the single crystal straight body, the OSF region and the V region are observed in a part of the crystal diameter direction, or the I region is observed.
  • the entire surface in the radial direction did not become the N region.
  • the pulling rate of the single crystal is also used as one of the parameters for controlling the diameter of the single crystal to be grown. Therefore, When growing a single crystal in the desired defect area, the V / G must be controlled by adjusting the pulling speed, and the diameter of the single crystal must be controlled at the same time. Therefore, for example, when performing V / G control and single crystal diameter control during pulling of a single crystal, if one wants to change the pulling speed under different conditions for each control, only one of the controls is performed As a result, the diameter of the single crystal greatly fluctuates during the pulling of the single crystal, or the crystal quality of a defect region or the like deviates from a desired region, resulting in a significant decrease in yield.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method of growing a single crystal by the CZ method without reducing the pulling speed V during pulling.
  • V / G By controlling V / G by controlling the change in the crystal temperature gradient G, a single crystal in which the entire defect in the crystal diameter direction becomes a desired defect region over the entire region in the crystal growth axis direction can be formed efficiently and in a short time.
  • An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a single crystal which can be manufactured with a high yield.
  • the crystal temperature gradient near the solid-liquid interface at the center of the crystal is Gc (° C / mm)
  • the temperature near the solid-liquid interface near the crystal is
  • the crystal temperature gradient is expressed by Ge (° C / mm)
  • the crystal temperature gradient Gc at the center of the crystal and the crystal temperature gradient Ge at the periphery of the crystal are formed between the melt surface of the raw material melt and the chamber.
  • the difference between the temperature gradient Gc at the center of the crystal and the temperature gradient Ge at the periphery of the crystal is controlled by changing the distance between the heat shield and the heat-shielding member facing the raw material melt.
  • AG
  • the temperature gradient Gc at the central portion of the crystal and the temperature gradient at the peripheral portion of the crystal are changed.
  • Ge can be controlled, so that during pulling the single crystal, the AG is kept below 0.5 ° C / mm. It is possible to control V / Gc to a desired value without lowering the pulling speed V and lowering the pulling speed V, so that the desired defect region is uniformly distributed over the entire surface in the radial direction over the entire region in the crystal growth axis direction.
  • a single crystal of high quality can be efficiently manufactured in a short time.
  • V / Gc is controlled by changing the distance between the melt surface and the heat shield in this way, VZGc can be controlled with high precision, and at the same time, the diameter control of the single crystal with the pulling speed can be performed with high precision. Therefore, it is possible to stably produce a single crystal of a very excellent quality having a desired crystal quality and crystal diameter at a high yield.
  • the single crystal can be pulled by setting the pulling speed V to a constant value.
  • the temperature gradient Gc at the center of the crystal and the temperature gradient Ge at the periphery of the crystal can be controlled by changing the distance between the melt surface and the heat shield as described above. Therefore, even when a single crystal is pulled with a constant pulling speed V, V / Gc can be easily controlled so that a single crystal in a desired defect region can be grown. Therefore, a single crystal having the same defect region in the crystal growth axis direction can be easily pulled while keeping the pulling speed V constant at a high speed.
  • the constant value of the pulling speed V in the present invention means that the average pulling speed at each crystal part of the single-crystal straight body part is constant, and each crystal part of the single crystal. If the average pulling speed in the above becomes a constant value, V can be varied within a predetermined range with respect to the average pulling speed at each crystal part in order to precisely control the diameter of the single crystal to a predetermined value.
  • the defect region of the single crystal to be grown is an N region over the entire surface in the radial direction.
  • the distance between the raw material melt surface and the heat shield is adjusted by adjusting the rising speed of the crucible containing the raw material melt. It can be changed by raising and lowering the height and / or moving the position of the heat shielding member up and down.
  • the height of the crucible containing the raw material melt is adjusted to raise and lower the surface of the raw material melt, and / or the position of the heat shield is moved up and down.
  • the distance between the raw material melt surface and the heat shield can be changed easily and with high precision by moving the melt to a temperature of 0.5 ° CZmm or less during crystal pulling.
  • VZGc can be controlled to a desired value with high accuracy.
  • the distance between the raw material melt surface and the heat shielding member be 30 mm or more.
  • the AG can be easily reduced to 0.5 ° C / mm or less, and a single crystal in which a desired defect region is uniformly distributed over the entire surface in the radial direction can be grown very stably.
  • the distance between the surface of the raw material melt and the heat shield is automatically changed according to a change condition obtained by performing a test in advance.
  • the production environment in which the single crystal is actually produced is controlled.
  • the relationship between the distance from the melt surface to the heat shield and the crystal temperature gradients Gc and Ge was determined in advance by simulation analysis or tests such as actual production, and based on the information obtained therefrom. Change conditions for changing the distance between the liquid surface and the heat shield member are obtained in advance. Then, by automatically changing the distance between the melt surface and the heat shield during pulling of the single crystal in accordance with the determined change conditions, the crystal temperature gradients Gc and Ge are automatically controlled with high precision to ensure AG.
  • V / Gc can be easily controlled to a desired value while maintaining 0.5 ° CZmm, a single crystal in which the entire defect in the radial direction is a desired defect region in the entire growth axial direction can be very stably formed.
  • the changing condition for changing the distance between the raw material melt surface and the heat shielding member be adjusted between batches of single crystal production.
  • the manufacturing environment may change between the single crystal manufacturing batches due to deterioration of parts constituting the HZ in the single crystal pulling apparatus.
  • the change condition for changing the distance between the melt surface and the heat shield member between the single crystal production batches as in the present invention, it becomes possible to correct the change in the production environment, and thereby to enable the single crystal Even if the production is repeated for a plurality of batches, the production of single crystals can be performed very stably without any variation in quality between the production batches.
  • the single crystal to be manufactured can be a silicon single crystal.
  • the method for producing a single crystal of the present invention can be particularly suitably used for producing a silicon single crystal, whereby a desired defect region can be formed over the entire surface in the radial direction over the entire growth axis direction.
  • a single crystal manufactured by the method for manufacturing a single crystal is provided.
  • the single crystal produced according to the present invention can be a very high quality single crystal having a desired defect region on the entire radial surface in the entire region in the growth axis direction and having a uniform crystal diameter. Furthermore, since the single crystal of the present invention is manufactured efficiently in a short time and with a high yield, it is inexpensive as compared with the conventional one.
  • the temperature gradient Gc at the central portion of the crystal and the peripheral portion of the crystal are changed by changing the distance between the raw material melt surface and the heat shield.
  • the temperature gradient Ge can be controlled, so that during pulling the single crystal, AG can be controlled to 0.5 ° C / mm or less, and V / Gc can be controlled with high accuracy regardless of the pulling speed V. It becomes possible. Therefore, a high-quality single crystal having a desired defect region over the entire area in the radial direction over the entire region in the crystal growth axis direction can be efficiently manufactured in a short time, and the diameter variation of the single crystal can be reduced.
  • FIG. 1 Relationship between distance L between raw material melt surface and heat shield and temperature gradient Gc at crystal center, distance L between raw material melt surface and heat shield and temperature of crystal peripheral part 9 is a graph showing an example of a relationship with a gradient Ge.
  • FIG. 2 is a graph showing a relationship between a distance L between a raw material melt surface and a heat shield member and a value of (Gc ⁇ Ge) which is a difference between a crystal temperature gradient Gc and Ge.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the length of a single crystal straight body portion in the growth axis direction and the distance L between a raw material melt surface and a heat shield when growing a single crystal in Examples and Comparative Examples. .
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the length of a single crystal straight body portion in the growth axis direction and the pulling speed when growing a single crystal in Examples and Comparative Examples.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a single crystal pulling apparatus that can be used when performing the method for producing a single crystal of the present invention.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a relationship between VZG and crystal defect distribution.
  • the inventors of the present invention have conducted intensive experiments and studies on a method for efficiently producing a single crystal in which a desired defect region is formed over the entire area in the crystal diameter direction in the entire crystal growth axis direction in a short time.
  • V / G should be controlled by controlling the crystal temperature gradient G without slowing down the pulling speed in order to grow a single crystal with the desired defect region efficiently in a short time. . Therefore, the present inventors paid attention to the distance between the melt surface of the raw material melt and the heat shielding member provided in the chamber so as to face the raw material melt surface when pulling the single crystal.
  • the temperature of the raw material melt is decreased and the temperature of the raw material is gradually increased during the pulling of the single crystal.
  • the growth was performed by gradually lowering the pulling speed V while maintaining the melt surface of the raw material melt at a constant height. Also, it is installed so as to face the raw material melt surface.
  • the heat-insulating member was fixed in the chamber of the single crystal pulling apparatus, so the position of the heat-insulating member did not change during the growth of the single crystal. For this reason, conventionally, when growing a single crystal, the distance between the surface of the raw material melt and the heat shielding member does not change, but rather is maintained at a constant size.
  • the present inventors deliberately changed the distance between the raw material melt surface and the heat shielding member during the pulling of the single crystal, so that the melting point of silicon near the solid-liquid interface could be increased by 1400 ° C.
  • the crystal temperature gradient Gc at the center of the crystal and the crystal temperature gradient Ge at the periphery of the crystal in the direction of the pulling axis can be controlled during the pulling of the single crystal during the pulling of the single crystal by controlling these crystal temperature gradients Gc and Ge.
  • the temperature gradient Gc at the center of the crystal and the temperature gradient at the periphery of the crystal were obtained by changing the distance L between the raw material melt surface and the heat shield. It is clear that Ge changes. For example, if the distance L between the raw material melt surface and the heat shielding member is increased during pulling of the single crystal, the crystal temperature gradients Gc and Ge can be reduced. It is important to note that reducing L can increase the crystal temperature gradients Gc and Ge.
  • the relationship with the distribution of defect areas was investigated.
  • V / Gc of the pulling speed V and the temperature gradient Gc at the center of the crystal during the pulling of the single crystal is controlled so that a single crystal having a desired defect region can be grown, AG becomes 0.5 °. It has been found that when the diameter is less than CZmm, a single crystal can be stably grown so that the entire defect surface in the radial direction becomes the desired defect region.
  • the present invention utilizes the relationship between the distance L from the surface of the raw material melt to the heat shielding member during the pulling of the single crystal as described above and the crystal temperature gradients Gc, Ge and AG.
  • the distance L between the melt surface of the raw material melt and the heat shield member arranged opposite to the raw material melt surface is changed.
  • AG
  • the AG referred to in the present invention is, for example, a crystal temperature gradient Gc at the center in the radial plane of the single crystal and a crystal temperature gradient Ge at a position 5 mm from the peripheral end face to the center in the radial plane. Can be the difference.
  • the single crystal bow I raising device used in the method for producing a single crystal of the present invention is arranged to face the melt surface of the raw material melt and the raw material melt surface in the chamber during the raising of the single crystal bow I.
  • a single crystal pulling apparatus as shown in FIG. 5 can be used. First, with reference to FIG. 5, a single crystal pulling apparatus that can be used when implementing the method for producing a single crystal of the present invention will be described.
  • a quartz crucible 5 for accommodating a raw material melt 4 and a graphite crucible 6 for protecting the quartz crucible 5 are provided in a main chamber 1 by a crucible driving mechanism 21.
  • the crucibles 5 and 6 are supported by the holding shaft 13 so that they can rotate and
  • a heater 7 and a heat insulating material 8 are arranged so as to surround it.
  • a pulling chamber 2 for containing and taking out the grown single crystal 3 is connected to the upper part of the main chamber 1, and a pulling mechanism for pulling the single crystal 3 while rotating the single crystal 3 with the wire 14 is connected to the upper part of the pulling chamber 2. 17 are provided.
  • a gas straightening cylinder 11 is provided inside the main chamber 1, and a heat shield member 12 is installed below the gas straightening cylinder 11 so as to face the raw material melt 4. The radiation from the surface of the melt 4 is cut, and the surface of the raw material melt 4 is kept warm.
  • a heat shielding member driving unit 22 that can raise and lower the gas rectifying cylinder 11 to adjust the position of the heat shielding member 12 up and down is provided above the gas rectifying cylinder 11.
  • the shape, material, and the like of the heat shield member 12 are not particularly limited, and may be appropriately changed as needed.
  • the heat shield member 12 of the present invention is not limited to the one provided at the lower part of the gas flow straightening tube as described above, as long as it is disposed opposite to the melt surface.
  • an inert gas such as an argon gas can be introduced from a gas inlet 10 provided in the upper part of the pulling chamber 2, and after passing between the single crystal 3 being pulled and the gas rectifying cylinder 11. Then, the gas can pass between the heat shield member 12 and the melt surface of the raw material melt 4 and be discharged from the gas outlet 9.
  • the above-mentioned crucible driving mechanism 21 and heat shielding member driving means 22 are connected to driving control means 18, respectively.
  • the drive control means 18 includes the positions of the crucibles 5 and 6, the position of the heat shielding member 12, the position of the melt surface of the raw material melt 4 measured by the CCD camera 19, and the unit obtained from the pulling mechanism 17.
  • the drive control means 18 adjusts the crucible driving mechanism 21 and / or the heat shielding member driving means 22 in accordance with, for example, the pulling length of the single crystal, and thereby the crucible.
  • the positions of 5, 6 and Z or the position of the heat shield member 12 can be changed, so that the distance L from the melt surface of the raw material melt 4 to the lower end of the heat shield member 12 can be changed. It has become.
  • the seed crystal 16 fixed to the seed holder 15 is immersed in the raw material melt 4 in the quartz crucible 5. Then, gently pull up while rotating to form a seed aperture, and then reduce to the desired diameter.
  • the silicon single crystal 3 having the substantially cylindrical portion having the same part in the right month can be grown.
  • the distance L between the melt surface of the raw material melt 4 in the quartz crucible 5 and the lower end of the heat shielding member 12 is changed.
  • the temperature gradient Gc at the center of the crystal in the direction of the pulling axis near the solid-liquid interface and the temperature gradient Ge at the periphery of the crystal can be controlled, so that the difference AG between Gc and Ge during pulling of the single crystal is always constant. 0.5 ° C / mm or less, while controlling the VZGc while maintaining the pulling speed V at a constant value without slowing down, the radial in-plane It is possible to efficiently grow a single crystal whose body becomes a desired defect region in a short time.
  • the distance L from the surface of the raw material melt to the lower end of the heat shield is set so that the difference AG between the temperature gradient Gc at the crystal center and the temperature gradient Ge at the crystal periphery is 0.5 ° C / mm or less. .
  • the distance L between the raw material melt surface and the heat shielding member is changed by changing the positions of the quartz crucible 5 and the graphite Norrevo 6 that contain the raw material melt 4 and the Norrebo drive mechanism 21 to change the height of the raw material melt surface.
  • the distance L between the raw material melt surface and the heat shielding member is set as described above, and the crystal pulling speed V when growing the single crystal is set to N.
  • the pulling speed V can be set to the maximum value in a range where a single crystal can be grown in the N region.
  • V / Gc is controlled as described above, and at the same time, the difference AG between the crystal temperature gradient Gc and Ge is always 0.5. ° C / mm or less.
  • AG is maintained at 0.5 ° CZmm or less during pulling of the single crystal and controlling VZGc to a predetermined value, the desired defect region is uniformly distributed over the entire surface in the crystal axis direction and crystal diameter direction.
  • a single crystal can be stably grown.
  • the distance L between the raw material melt surface and the heat shielding member during the pulling of the single crystal is determined by the crucible driving mechanism 21 by increasing the rising speed of the quartz crucible 5 and the graphite crucible 6 by the melt surface decrease due to crystal growth.
  • the height of the raw material melt surface is raised and lowered in the direction of the crystal growth axis by adjusting the speed to be different from that of the raw material.
  • the crucible driving mechanism 21 increases the crucible ascending speed to form the crucibles 5 and 6 into crystals.
  • the height of the raw material melt surface is raised by pushing up the melt surface lowering due to the length, and / or the gas rectifying cylinder 11 is lowered by the heat shielding member driving means 22 to remove the heat shielding member 12. The position may be moved downward.
  • the height of the melt surface is lowered by pushing up the crucibles 5 and 6 smaller than the melt surface lowering amount due to the crystal growth by the crucible drive mechanism 21, or And / or the position of the heat shield member 12 may be moved upward by the heat shield member driving means 22.
  • the control range of the distance L between the raw material melt surface and the heat shield member 12, which is changed during pulling of the single crystal, is appropriately determined according to the manufacturing environment in which the actual manufacturing is performed, for example, the structure of the HZ.
  • Setting force S force that can be set As described above, in order to keep AG at 0.5 ° CZmm or less, it is preferable that the distance L between the raw material melt surface and the heat shielding member be at least 30 mm or more.
  • the distance L between the melt surface and the heat shield member 30 mm or more By making the distance L between the melt surface and the heat shield member 30 mm or more in this way, the radiant heat of the heating heater is efficiently taken in during the pulling of the single crystal, and the temperature gradient Gc at the center of the crystal and the peripheral portion of the crystal
  • the difference AG from the temperature gradient Ge can be easily reduced to 0.5 ° C / mm or less, and the defect distribution in the crystal diameter direction can be made uniform.
  • the upper limit of the distance L between the raw material melt surface and the heat shielding member if AG can be set to 0.5 ° C / mm or less, the production environment of the single crystal and the growth of the single crystal to be grown can be improved. Although it can be set appropriately according to the diameter and the like, for example, it is desirable that the distance L between the surface of the raw material melt and the heat shielding member is 300 mm or less, preferably 200 mm or less, more preferably 100 mm or less.
  • the temperature gradient Gc at the central portion of the crystal and the temperature gradient Ge at the peripheral portion of the crystal are changed by changing the distance L between the raw material melt surface and the heat shielding member during pulling of the single crystal.
  • 0.5 is maintained at 0.5 ° CZmm or less, and the pulling speed V is kept at a predetermined value or more without lowering the pulling speed as in the past, especially at the maximum pulling speed that is the defect area.
  • V / Gc can be easily controlled so as to obtain a single crystal having a desired defect region, for example, an N region, while maintaining the same constant.
  • the pulling speed V is not necessarily required.
  • the value is made constant at the maximum value of the pulling speed that becomes the desired defect region as described above.
  • the method for producing a single crystal of the present invention can stably grow a single crystal having a desired defect region, for example, an N region over the entire area in the crystal growth axis direction in the radial direction.
  • the average crystal pulling speed when pulling the single crystal straight body can be improved, the growth of the single crystal straight body can be performed in a shorter time than before, and at the end of the growth of the single crystal straight body. Since the pulling speed does not become low, the pulling time in the subsequent rounding process can be shortened. Therefore, a high-quality single crystal having a desired defect region over the entire area in the radial direction over the entire region in the crystal growth axis direction can be manufactured very stably with high productivity.
  • the present invention can solve the above-mentioned conventional problems regarding the crystal pulling speed and the control of the diameter of the single crystal. That is, in the method for producing a single crystal of the present invention, since V / Gc can be controlled to a predetermined value without depending on the pulling speed V as described above, V is changed by changing the distance L between the melt surface and the heat shielding member. By controlling the / Gc with high accuracy and keeping the average pulling speed constant, for example, it is possible to stably control the diameter of the single crystal. Therefore, it is possible to reduce the variation of the diameter of the single crystal in the direction of the crystal growth axis and prevent the occurrence of defects, and to obtain a very high quality single crystal having a desired crystal quality and a uniform crystal diameter at a high yield. Can be manufactured.
  • the state of the crystal temperature gradient Gc, Ge or the crystal temperature gradient Gc, Ge and the melt surface are determined in advance in the production environment in which the single crystal is produced.
  • the distance L between the melt surface and the heat-insulating member can be changed during pulling of the single crystal by examining the relationship with the distance L to the heat-insulating member, for example, by conducting a simulation analysis or an actual measurement test. Change conditions can be determined in detail.
  • the conditions for changing the distance L obtained as described above are input to the drive control means 18 shown in FIG. 5, and when growing a single crystal, for example, the positions of the crucibles 5 and 6 and the heat shielding member Information such as the position of 12, the position of the melt surface of the raw material melt 4 measured by the CCD camera 19, and the pulling length of the single crystal obtained from the pulling mechanism 17 are fed back to the drive control means 18. Then, the drive control means 18 adjusts the crucible drive mechanism 21 and / or the heat shield member drive means 22 to change the position of the crucibles 5 and 6 and / or the position of the heat shield member 12 according to the change conditions.
  • a changing condition for changing the distance L between the raw material melt surface and the heat shield member is set as a single condition. It is preferred to adjust between production batches of crystals.
  • the manufacturing environment of HZ etc. changes between single crystal production batches due to deterioration of the components that make up the HZ in the single crystal pulling device.
  • the HZ parts are often made of graphite, and among them, the heater is usually a graphite heater, and the temperature distribution gradually changes with the use.
  • the temperature gradient Gc at the center of the crystal and the temperature gradient Ge at the periphery of the crystal also vary between the production batches.
  • the condition for changing the distance L between the raw material melt surface and the heat shield member is determined according to the change in the manufacturing environment between the single crystal manufacturing batches and the like.
  • the adjustment makes it possible to correct a change in the production environment, and to produce a high-quality single crystal very stably without causing quality variations between production batches.
  • the relationship between the distance L between the melt surface and the heat shield in the previous batch and the distribution of defects may be fed back to adjust the manufacturing conditions for the next batch and thereafter.
  • a single crystal pulling apparatus 20 shown in Fig. 5 150 kg of raw material polycrystalline silicon is charged into a 24-inch (600 mm) quartz crucible, and the CZ method is used to set the orientation to 100> and 200 mm in diameter.
  • a silicon single crystal with an oxygen concentration of 22-23 ppma (ASTM'79) was grown (the length of the single crystal straight body was about 120 cm).
  • simulation analysis is performed in advance to determine the temperature gradient Gc at the center of the crystal and the temperature gradient Ge at the periphery of the crystal, and based on the result of the analysis.
  • the pulling conditions were controlled so that the distance L between the melt surface of the raw material melt 4 and the heat shielding member 12 and the bow I raising speed during pulling of the single crystal were the values shown in Table 1 below.
  • a single crystal was grown in the N region where Cu deposition defects were not detected so that the temperature was 0.5 ° C / mm or less.
  • the heat shield member 12 is held at a predetermined position in the main chamber 1, and the crucible driving mechanism 21 increases the rate of rise of the crucibles 5 and 6 during the pulling of the single crystal by the amount of the decrease in the melt surface.
  • the height of the melt surface of the raw material is raised and lowered in accordance with the pulling length of the single crystal by making adjustments while taking into account such that the distance L between the melt surface and the heat shield becomes the value shown in Table 1. did.
  • the pulling speed of the single crystal was controlled to be constant at 0.56 mm / min after 10 cm of the straight body of the single crystal. The reason why the pulling speed at the straight body portion of 0 cm is high is that the so-called shoulder is pulled up from the enlarged diameter portion to enter the straight body portion. The pulling speed can be stabilized within 10 cm.
  • an inspection wafer was cut out from a portion of the single crystal grown as described above at every 10 cm in the growth axis direction, and then subjected to surface grinding and polishing to produce an inspection sample. Inspection of the crystal quality characteristics as shown was performed.
  • Oxide film 25nm
  • Electrolytic strength 6MV / cm
  • the test sample was subjected to a thermal oxidation treatment in a dry atmosphere to form a gate oxide film of 25 nm, on which a phosphorus-doped polysilicon electrode having an electrode area of 8 mm 2 was formed. Then, a voltage was applied to the polysilicon electrode formed on the oxide film to evaluate the withstand voltage of the oxide film. At this time, the determination current was ImAZcm 2 .
  • the heat shield member 12 is held at a predetermined position in the main chamber 1 and the crucible driving mechanism 21 is used to pull the crucibles 5 and 6 during the pulling of the single crystal. Is raised by an amount corresponding to the decrease in the melt surface due to crystal growth, and the melt surface of the raw material melt 4 is maintained at a constant height, so that the distance L between the melt surface and the heat shielding member is constantly increased during the pulling of the single crystal. It was fixed at 60mm. The pulling rate was controlled during growth of the single crystal so as to have the value shown in Table 2 below, and the single crystal was grown in the N region where no Cu deposition defect was detected.
  • a wafer for inspection was cut out from a site of every 10 cm in the growth axis direction of the obtained single crystal, and then subjected to surface grinding and polishing to prepare a sample for inspection, and the same crystal quality characteristics as in the example were obtained. The inspection was performed.
  • FIG. 3 shows the length of the single crystal straight body in the crystal growth axis direction and the distance between the raw material melt surface and the heat shielding member.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the distance and the graph, and FIG. 4 is a graph showing the relationship between the length of the straight body portion in the crystal growth axis direction and the pulling speed.
  • the average pulling speed of the straight body portion 10 cm or more when the single crystal straight body portion was grown in the example and the comparative example was calculated and compared, the average pulling speed of the example was lower than that of the comparative example. It was about 015mm / min.
  • the silicon single crystal of the example was found to be straight from the single crystal straight body portion of 10 cm. No FPD, LSEPD, or OSF defects were detected in the region up to the trunk end, and no defects were observed due to the Cu deposition treatment. LSEPD (region I) was observed in some of the prepared samples. On the other hand, in the evaluation of the oxide film breakdown voltage characteristics, both silicon single crystals had an oxide film breakdown voltage level of 100% non-defective.
  • the silicon single crystal of the example had a diameter smaller in the crystal growth axis direction. No cracks were seen and no defect was found. No force was found.Comparative silicon single crystal In, deformation of the crystal shape was observed in the region near the straight body 25 cm.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the above embodiments are merely examples, and those having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and having the same function and effect are those that can be achieved. Even so, they are included in the technical scope of the present invention.
  • a case where a single crystal is grown in the N region is described as an example.
  • the present invention is not limited to this, and may be a V region or an I region, or an OSF region.
  • a single crystal can be grown in a desired defect region.
  • the present invention can be suitably used when manufacturing a silicon single crystal, but is not limited to this, and can be similarly applied to a case where a compound semiconductor single crystal or the like is manufactured.
  • the method for producing a single crystal of the present invention is not necessarily limited to the case where the method is carried out over the entire length of the single-crystal straight body, and the crystal temperature gradients Gc and Ge are applied to the raw material melt over a part of the length. It is controlled by changing the distance between the surface and the heat shielding member to include a desired defect area. In particular, as described above, in the area of 10 cm from the shoulder, which is the first half of the straight body, the pulling speed and diameter may not be stable, so this is likely to be in a steady state. It is better to do it later.

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Abstract

　 　本発明は、ＣＺ法によって単結晶を原料融液から引上げて製造する方法において、前記単結晶を育成する際に、引上げ速度をＶ、結晶中心部の温度勾配をＧｃ、結晶周辺部の温度勾配をＧｅで表したとき、前記結晶中心部の温度勾配Ｇｃ及び結晶周辺部の温度勾配Ｇｅを前記原料融液の融液面と原料融液面に対向配置された遮熱部材との距離を変更することにより制御して、結晶中心部の温度勾配Ｇｃと結晶周辺部の温度勾配Ｇｅとの差ΔＧが０．５°C／ｍｍ以下となるようにするとともに、引上げ速度Ｖと結晶中心部の温度勾配Ｇｃの比Ｖ／Ｇｃを所望欠陥領域を有する単結晶が育成できるように制御する単結晶の製造方法である。これにより、ＣＺ法により単結晶を育成する際に、引上げ速度Ｖを低速化させずにＶ／Ｇを制御して、結晶成長軸方向の全域に渡って結晶径方向全面が所望欠陥領域となる単結晶を短時間で効率的に、かつ高い歩留まりで製造できる単結晶の製造方法が提供される。

Description

明 細 書
単結晶の製造方法及び単結晶
技術分野
[0001] 本発明は、チヨクラルスキー法による単結晶の製造方法に関し、特に所望の欠陥領 域を有する単結晶を製造する方法に関する。 背景技術
[0002] 半導体デバイスの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等があ り、主にチヨクラルスキー法（Czochralski Method,以下 CZ法と略称する）により製 造されている。近年、半導体デバイスでは高集積化が促進され、素子の微細化が進 んでいる。それに伴い、単結晶の結晶成長中に導入されるグローンイン（Grown— in )欠陥の問題がより重要となっている。
[0003] ここで、グローンイン欠陥について図 6を参照しながら説明する。
一般に、シリコン単結晶を成長させるときに、結晶成長速度 V (結晶引上げ速度）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 ( Flow Pattern Defect)や COP (Crystal Originated Particle)等のグローン イン欠陥が結晶径方向全域に高密度に存在する。これらのボイド起因の欠陥が存在 する領域は V (Vacancy)領域と呼ばれてレ、る。
[0004] また、結晶成長速度を低くしてレ、くと成長速度の低下に伴い OSF (酸化誘起積層 欠陥、 Oxidation Induced Stacking Fault)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、〇SFリングがゥエ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 (Large Secco Etch Pit Defect) , LFPD (Larg e Flow Pattern Defect)等の欠陥が低密度に存在し、これらの欠陥が存在する 領域は I (Interstitial)領域と呼ばれてレ、る。
[0005] 近年、 V領域と I領域の中間で OSFリングの外側に、ボイド起因の FPD、 COP等の 欠陥も、格子間シリコン起因の LSEPD、 LFPD等の欠陥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 (空孔の多レ、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ぐ Ni領域では酸素析出が殆ど無いことがわかつ ている。
[0006] さらに、熱酸化処理後、酸素析出が発生し易レ、 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デポ欠陥領域とレ、う）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 なることがわ力 ている。
[0007] これらのグローンイン欠陥は、単結晶を成長させるときの引上げ速度 V (mm/min )と固液界面近傍のシリコンの融点から 1400°Cの間の弓 I上げ軸方向の結晶温度勾 配 G (°C/mm)の比である V/G (mm2/°C · min)とレ、うパラメータ一により、その導 入量が決定されると考えられている（例えば、 V· V· Voronkov, Journal of Crys tal Growth, 59(1982), 625— 643参照）。すなわち、 V/Gを所定の値で一定に 制御しながら単結晶の育成を行うことにより、所望の欠陥領域あるいは所望の無欠陥 領域を有する単結晶を製造することが可能となる。
[0008] 例えば特開平 11-147786号公報では、シリコン単結晶を育成する際に、結晶中 心で V/G値を所定の範囲内（例えば、 0· 112— 0. 142mm2/°C *min)に制御し て単結晶を引上げることによって、ボイド起因の欠陥及び転位ループ起因の欠陥が 存在しないシリコン単結晶ゥエーハを得ることができることが示されている。また、近年 では、 Cuデポ欠陥領域を含まない N領域の無欠陥結晶に対する要求が高まりつつ あり、 VZGを所望の無欠陥領域に高精度に制御しながら単結晶を引上げる単結晶 の製造が要求されてきてレ、る。
[0009] 一般的に、引上げ軸方向の結晶温度勾配 Gは、単結晶の育成が行われる単結晶 引上げ装置の HZ (ホットゾーン:炉内構造）により一義的に決まるものとされていた。 し力、しながら、単結晶引上げ中に HZを変更することは極めて困難であることから、上 記のように VZGを制御して単結晶の育成を行う場合、結晶温度勾配 Gを単結晶引 上げ中に制御することは行われず、引上げ速度 Vを調節することによって VZG値を 制御して所望の欠陥領域を有する単結晶を製造することが行われている。
[0010] また、一般に結晶温度勾配 Gは単結晶の成長が進むにつれて低下する傾向にある ことが知られており、単結晶直胴部の成長開始時より成長終了時の方が小さくなる。 したがって、 V/Gを所望の値でほぼ一定に制御するためには、単結晶の成長が進 むにつれて、引上げ速度 Vを結晶温度勾配 Gの変化（低下）に合わせて低速となるよ うに変更してレ、かなければならず、その結果、単結晶直胴部の育成にかかる時間が 長くなるため生産性が低下するという問題が生じていた。
[0011] さらに、単結晶直胴部の成長終了時における引上げ速度は、その後単結晶尾部を 形成するために行う丸め工程での単結晶の引上げ速度及び引上げ時間に影響を与 えている。そのため、上記のように直胴部成長終了時の引上げ速度が低速になると、 丸め工程における引上げ速度も低速化して引上げ時間をさらに長引かせてしまうた め、単結晶製造における生産性を著しく低下させて製造コストの上昇を招くといった 問題があった。
[0012] また従来では、上述のように引上げ速度 Vを調節して V/Gを所定の値に制御しな 力 Sら単結晶の育成を行ったときでも、実際に得られた単結晶の結晶径方向に広がる 欠陥領域を単結晶の各部位で検査してみると、結晶成長軸方向の一部の範囲で所 望の欠陥領域が径方向全面に分布してない場合があり、単結晶を結晶成長軸方向 の全域で径方向全面が所望の欠陥領域となるように安定して育成することができな レ、ことがあった。
[0013] 例えば、単結晶を径方向の全面で N領域となるように製造するために、単結晶直胴 部の成長開始時に V/Gが所定の値となるように引き上げ速度 Vを設定し、単結晶育 成中は結晶温度勾配 Gの変化に合わせて引上げ速度 Vを漸減させて V/Gを所定 の値で一定に制御しながら単結晶を育成した場合でも、単結晶直胴部の前半部は 径方向全面で N領域となるものの、単結晶直胴部の中間部や後半部におレ、て結晶 径方向の一部に OSF領域や V領域が観察されたり、または I領域が観察されたりして 、径方向全面が N領域とならないことがあった。
[0014] さらに、従来の単結晶の製造では、単結晶の引上げ速度は、育成する単結晶の直 径を制御するパラメーターの一つとしても使用されている。そのため、上記のように所 望の欠陥領域で単結晶を育成する場合は、引上げ速度を調節することにより V/G の制御を行うと同時に単結晶の直径制御も行わなければならなレ、。したがって、例え ば単結晶の引上げ中に V/Gの制御と単結晶の直径制御を行う際に、それぞれの制 御で互いに異なる条件で引上げ速度を変更したい場合ではどちらか一方の制御し か行うことができず、その結果、単結晶引上げ中に単結晶直径が大きく変動したり、 または欠陥領域等の結晶品質が所望領域から外れてしまい、歩留まりの著しい低下 を招いていた。
発明の開示
[0015] そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、 C Z法により単結晶を育成する際に、引上げ速度 Vを低速化させずに引上げ中の結晶 温度勾配 Gの変化を制御することにより V/Gを制御して、結晶成長軸方向の全域に 渡って結晶径方向全面が所望の欠陥領域となる単結晶を短時間で効率的に、かつ 高い歩留まりで製造することのできる単結晶の製造方法を提供することにある。
[0016] 上記目的を達成するために、本発明によれば、チヨクラルスキー法によってチャン バ内で単結晶を原料融液力 引上げて製造する方法において、前記単結晶を育成 する際に、前記単結晶の直月同部を成長させるときの引上げ速度を V (mmZmin)、 結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配を Gc (°C/mm)、結晶周辺部の固液 界面近傍の結晶温度勾配を Ge (°C/mm)で表したとき、前記結晶中心部の結晶温 度勾配 Gc及び結晶周辺部の結晶温度勾配 Geを前記原料融液の融液面と前記チヤ ンバ内で原料融液面に対向配置された遮熱部材との距離を変更することにより制御 して、結晶中心部の温度勾配 Gcと結晶周辺部の温度勾配 Geとの差 A G= | (Gc— Ge) Iが 0. 5°CZmm以下となるようにするとともに、引上げ速度 Vと結晶中心部の 温度勾配 Gcの比 VZGc (mm2Z°C 'min)を所望の欠陥領域を有する単結晶が育 成できるように制御することを特徴とする単結晶の製造方法が提供される。
[0017] このように、 CZ法によって単結晶を育成する際に、原料融液面と遮熱部材間の距 離を変更することによって、結晶中心部の温度勾配 Gc及び結晶周辺部の温度勾配 Geを制御することができ、それによつて、単結晶引上げ中に A Gを 0. 5°C/mm以 下にするとともに引上げ速度 Vを低速化させずに V/Gcを所望値に制御することが 可能となり、結晶成長軸方向の全域に渡って所望の欠陥領域が径方向全面に均一 に分布する高品質の単結晶を短時間で効率的に製造することができる。そして、この ようにして所望の欠陥領域を有する高品質の単結晶を効率的に製造することができ れば、単結晶製造における生産性を向上させて、コストの大幅な低減を図ることがで きる。さらに、このように融液面と遮熱部材間の距離を変更することによって V/Gcを 制御すれば、 VZGcの制御を高精度で行うと同時に引上げ速度による単結晶の直 径制御も高精度に安定して行うことが可能となるので、所望の結晶品質及び結晶直 径を有する品質の非常に優れた単結晶を高い歩留まりで安定して製造することがで きる。
[0018] このとき、前記引上げ速度 Vを一定の値にして単結晶の引上げを行うことができる。
本発明の単結晶の製造方法によれば、上記のように融液面と遮熱部材間の距離を 変更することにより結晶中心部の温度勾配 Gc及び結晶周辺部の温度勾配 Geを制 御できるので、引上げ速度 Vを一定の値にして単結晶の引上げを行っても、 V/Gc を所望欠陥領域の単結晶が育成できるように容易に制御することができる。したがつ て、引上げ速度 Vを高速で一定に保ったまま、結晶成長軸方向で同じ欠陥領域を有 する単結晶を容易に引上げることができる。尚、本発明で言う引上げ速度 Vを一定の 値にするとは、単結晶直胴部の各結晶部位におけるそれぞれの平均引上げ速度を 一定にすることを意味するものであり、単結晶の各結晶部位における平均引上げ速 度が一定の値となれば、単結晶の直径を所定値に精度良く制御するために、各結晶 部位で平均引上げ速度に対して所定範囲内で Vを変動させることができるものである
[0019] この場合、前記 V/Gcを、前記育成する単結晶の欠陥領域が径方向の全面にわ たって N領域となるように制御することが好ましレ、。
このように、単結晶育成中に V/Gcを単結晶の欠陥領域が径方向全面で N領域と なるように制御することによって、 FPDや COP等のボイド起因の欠陥も、また LSEPD 、LFPD等の転位ループ起因の欠陥も存在しない非常に高品質の単結晶を高生産 性、高歩留まりで製造することができる。 [0020] また、本発明の単結晶の製造方法では、前記原料融液面と遮熱部材との距離を、 前記原料融液を収容したルツボの上昇速度を調節して原料融液面の高さを昇降さ せる及び/または前記遮熱部材の位置を上下に移動させることによつて変更するこ とができる。
[0021] 本発明では、単結晶を育成する際に、原料融液を収容したルツボの上昇速度を調 節して原料融液面の高さを昇降させる及び/または遮熱部材の位置を上下に移動 させることによって、原料融液面と遮熱部材との距離を容易にまた高精度で変更させ ることができるため、結晶引上げ中に A Gが確実に 0. 5°CZmm以下となるようにす るとともに VZGcを所望値に高精度に制御することができる。
[0022] この場合、前記原料融液面と遮熱部材との距離を 30mm以上とすることが好ましい このように原料融液面と遮熱部材との距離を 30mm以上とすれば、結晶引上げ中 に A Gを容易に 0. 5°C/mm以下にすることができ、所望の欠陥領域が径方向全面 に均一に分布する単結晶を非常に安定して育成することができる。
[0023] さらに、本発明では、前記原料融液面と遮熱部材との距離を、予め試験を行って求 めた変更条件に従って自動的に変更することが好ましレ、。
このように、融液面と遮熱部材間の距離を変更して結晶中心部の温度勾配 Gc及び 結晶周辺部の温度勾配 Geを制御する際に、実際に単結晶の製造が行われる製造 環境での融液面から遮熱部材までの距離と結晶温度勾配 Gc、 Geとの関係を予めシ ミュレーシヨン解析、あるいは実生産等の試験を行って明らかにし、そこで得られた情 報を基に融液面と遮熱部材間の距離を変更する変更条件を求めておく。そして、そ の求めた変更条件に従って単結晶引上げ中に融液面と遮熱部材間の距離を自動的 に変更することによって、結晶温度勾配 Gc、 Geを高精度に自動制御して A Gを確実 に 0. 5°CZmmとするとともに V/Gcを容易に所望値に制御することが可能となるの で、成長軸方向全域で径方向全面が所望欠陥領域となる単結晶を非常に安定して 製造すること力 Sできる。
[0024] また、前記原料融液面と遮熱部材との距離を変更する変更条件を、単結晶の製造 バッチ間で調節することが好ましレヽ。 通常、単結晶の製造を複数バッチ繰り返して行うと、単結晶引上げ装置で HZを構 成するパーツの劣化等の原因により、単結晶の製造バッチ間で製造環境が変化して しまう場合がある。しかしながら、本発明のように融液面と遮熱部材間の距離を変更 する変更条件を単結晶の製造バッチ間で調節することによって、製造環境の変化を 補正することが可能となり、単結晶の製造を複数バッチ繰り返し行っても製造バッチ 間で品質のバラツキが生じずに非常に安定して単結晶の製造を行うことができる。
[0025] この場合、前記製造する単結晶をシリコン単結晶とすることができる。
このように、本発明の単結晶の製造方法は、シリコン単結晶を製造する場合に特に 好適に用レ、ることができ、それにより、成長軸方向全域で所望の欠陥領域を径方向 全面に有する高品質のシリコン単結晶を短時間で効率的に、また高い歩留まりで製 造すること力 Sできる。
[0026] そして、本発明によれば、前記単結晶の製造方法により製造された単結晶が提供 される。
本発明により製造された単結晶は、成長軸方向全域で径方向全面に所望の欠陥 領域を有し、結晶直径も均一な非常に高品質の単結晶とすることができる。さらに、 本発明の単結晶は、短時間で効率的にまた高歩留まりで製造されたものであるので 、従来に比べて安価なものとなる。
[0027] 以上説明したように、本発明によれば、単結晶を引上げる際に原料融液面と遮熱 部材との距離を変更することによって、結晶中心部の温度勾配 Gc及び結晶周辺部 の温度勾配 Geを制御することができ、それによつて、単結晶引上げ中に A Gを 0. 5 °C/mm以下にするとともに引上げ速度 Vに依らずに V/Gcを高精度に制御するこ とが可能となる。したがって、結晶成長軸方向全域に渡って所望欠陥領域を径方向 全面に有する品質の優れた単結晶を短時間で効率的に製造することができるし、ま た単結晶の直径のバラツキも低減できるので、単結晶の製造における生産性ゃ歩留 まりを向上させて大幅なコストダウンを達成することが可能となり、非常に高品質の単 結晶を安価に提供することができる。 図面の簡単な説明 [0028] [図 1]原料融液面と遮熱部材間の距離 Lと結晶中心部の温度勾配 Gcとの関係、及び 原料融液面と遮熱部材間の距離 Lと結晶周辺部の温度勾配 Geとの関係の例を示す グラフである。
[図 2]原料融液面と遮熱部材間の距離 Lと、結晶温度勾配 Gcと Geの差である（Gc— Ge)の値との関係を示すグラフである。
[図 3]実施例及び比較例において単結晶を育成するときの単結晶直胴部の成長軸 方向の長さと原料融液面と遮熱部材間の距離 Lとの関係を示したグラフである。
[図 4]実施例及び比較例において単結晶を育成するときの単結晶直胴部の成長軸 方向の長さと引上げ速度との関係を示したグラフである。
[図 5]本発明の単結晶の製造方法を実施する際に使用することのできる単結晶引上 げ装置の一例を説明する構成概略図である。
[図 6]VZGと結晶欠陥分布の関係を表す説明図である。
発明を実施するための最良の形態
[0029] 以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるも のではない。
本発明者等は、結晶成長軸方向全域にわたって結晶径方向全面が所望の欠陥領 域となる単結晶を短時間で効率的に製造する方法について鋭意実験及び検討を重 ねた。その結果、単結晶を径方向全面が所望の欠陥領域となるように安定して育成 するためには単結晶育成中に径方向面内における結晶温度勾配の差を小さくすれ ば良いと考え、また所望の欠陥領域を有する単結晶を短時間で効率的に育成する ためには V/Gの制御を引上げ速度を低速化させずに結晶温度勾配 Gを制御するこ とにより行えば良いと考えた。そこで本発明者等は、単結晶を引上げる際の原料融液 の融液面とチャンバ内に原料融液面と対向するように設けられた遮熱部材との距離 に注目した。
[0030] 従来の CZ法による単結晶の育成では、所望の欠陥領域を有する単結晶を安定し て引上げるために、単結晶引上げ中に原料融液の減少に伴レ、ノレッボを徐々に上昇 させることによって原料融液の融液面を一定の高さに維持しながら引上げ速度 Vを徐 々に低速化させて育成を行っていた。また、原料融液面に対向するように設置されて レ、る遮熱部材は単結晶引上げ装置のチャンバ内で固定されていたため、単結晶の 育成中に遮熱部材の位置を変化させることはなかった。そのため、従来では、単結晶 を育成する際に原料融液面と遮熱部材間の距離が変化することはなぐむしろ一定 の大きさとなるように維持されてレ、た。
[0031] しかしながら、本発明者等は、この原料融液面と遮熱部材間の距離を単結晶引上 げ中に故意に変化させることによって、固液界面近傍のシリコンの融点から 1400°C の間の引上げ軸方向における結晶中心部での結晶温度勾配 Gc及び結晶周辺部で の結晶温度勾配 Geを制御できることを見出し、さらにこれらの結晶温度勾配 Gc、 Ge の制御によって、単結晶引上げ中に結晶中心部の温度勾配 Gcと結晶周辺部の温 度勾配 Geとの差 A G (すなわち、 A G= | (Gc-Ge) | )を小さく維持することが可能 であること、またそれと同時に単結晶引上げ中に引上げ速度 Vを低速に変更させず に V/Gの制御が可能であることを見出した。
[0032] ここで、総合伝熱解析ソフト FEMAG (F. Dupret, P. Nicodeme, Y. Rye km ans, P. Wouters, and M. J. Crochet, Int. J. Heat Mass Transfer, 3 3, 1849 (1990) )を用いて、単結晶の引上げ中に原料融液の融液面とチャンバ内 に設けた遮熱部材間の距離 Lを変化させたときの引上げ軸方向における結晶中心 部の温度勾配 Gc及び結晶周辺部の温度勾配 Geの変化についてシミュレーション解 析した結果の例を図 1に示す。またこの図 1の結果に基づいて、単結晶引上げ中に 原料融液面と遮熱部材間の距離 Lを変化させたときの結晶中心部の温度勾配 Ge 結晶周辺部の温度勾配 Geとの差である（Gc-Ge)の値の変化について解析した結 果を図 2に示す。
[0033] 図 1及び図 2に示したように、シミュレーション解析の結果、原料融液面と遮熱部材 間の距離 Lを変化させることによって結晶中心部の温度勾配 Gc及び結晶周辺部の 温度勾配 Geが変化することが明らかとなり、例えば単結晶引上げ中に原料融液面と 遮熱部材間の距離 Lを拡大させれば、結晶温度勾配 Gc， Geを小さくすることができ 、また一方上記距離 Lを縮小させれば結晶温度勾配 Gc， Geを大きくできることがわ 力、つた。また、原料融液面と遮熱部材間の距離 Lに対する結晶温度勾配 Gc, Geの 変化の割合が互いに異なるために、 Gcと Geの差である（Gc-Ge)の値も距離 Lに応 じて変化することが明らかとなった。
[0034] さらに、本発明者等は、種々の結晶引上げ条件で単結晶の育成を行って、単結晶 引上げ中の Δ ΰ (= | (Gc-Ge) I )の大きさと育成した単結晶の欠陥領域の分布と の関係について調査した。その結果、例えば単結晶引上げ中に引上げ速度 Vと結晶 中心部の温度勾配 Gcの比 V/Gcを所望の欠陥領域を有する単結晶が育成できる ように制御したときに、 A Gが 0. 5°CZmm以下となれば、単結晶を径方向全面がそ の所望欠陥領域となるように安定して育成できることがわかった。
[0035] 本発明は、上記のような単結晶引上げ中の原料融液面から遮熱部材までの距離 L と結晶温度勾配 Gc， Ge及び A Gとの関係を利用したものである。
すなわち、本発明の単結晶の製造方法は、 CZ法によって単結晶を育成する際に、 原料融液の融液面と原料融液面に対向配置された遮熱部材との距離 Lを変更する ことによって、単結晶の径方向面内の中心部における結晶温度勾配 Gc及び径方向 面内の周辺部における結晶温度勾配 Geを制御して、 A G= | (Gc-Ge) |が 0. 5 °C/mm以下となるようにするとともに V/Gcを所望欠陥領域に制御することに特徴 を有するものである。尚、本発明で言う A Gは、例えば、単結晶の径方向面内の中心 部における結晶温度勾配 Gcと、径方向面内の周辺部端面から中心方向へ 5mmの 位置における結晶温度勾配 Geとの差とすることができる。
[0036] 以下、本発明の単結晶の製造方法について図面を参照しながら詳細に説明する 力 本発明はこれに限定されるものではない。
本発明の単結晶の製造方法で用レ、られる単結晶弓 I上げ装置は、単結晶の弓 I上げ 中に原料融液の融液面とチャンバ内で原料融液面に対向して配置された遮熱部材 間の距離 Lの大きさを変更できるものであれば特に限定されないが、例えば図 5に示 すような単結晶引上げ装置を用いることができる。先ず、図 5を参照しながら、本発明 の単結晶の製造方法を実施する際に使用することのできる単結晶引上げ装置につ いて説明する。
[0037] 図 5に示した単結晶引上げ装置 20は、メインチャンバ 1内に、原料融液 4を収容す る石英ルツボ 5と、この石英ルツボ 5を保護する黒鉛ルツボ 6とがルツボ駆動機構 21 によって回転 ·昇降自在に保持軸 13で支持されており、またこれらのルツボ 5、 6を取 り囲むように加熱ヒーター 7と断熱材 8が配置されている。メインチャンバ 1の上部には 育成した単結晶 3を収容し、取り出すための引上げチャンバ 2が連接されており、引 上げチャンバ 2の上部には単結晶 3をワイヤー 14で回転させながら引上げる引上げ 機構 17が設けられている。
[0038] さらに、メインチャンバ 1の内部にはガス整流筒 11が設けられており、このガス整流 筒 11の下部には原料融液 4と対向するように遮熱部材 12を設置して、原料融液 4の 表面からの輻射をカットするとともに原料融液 4の表面を保温するようにしている。ま た、ガス整流筒 11の上部には、ガス整流筒 11を昇降させて遮熱部材 12の位置を上 下に調節できる遮熱部材駆動手段 22が設置されている。尚、本発明において、遮熱 部材 12の形状や材質等は特に限定されるものではなぐ必要に応じて適宜変更する こと力 Sできる。さらに、本発明の遮熱部材 12は、融液面に対向配置されたものであれ ば良ぐ必ずしも上記のようにガス整流筒の下部に設置されているものに限定されな レ、。
[0039] また、引上げチャンバ 2の上部に設けられたガス導入口 10からはアルゴンガス等の 不活性ガスを導入でき、引上げ中の単結晶 3とガス整流筒 11との間を通過させた後 、遮熱部材 12と原料融液 4の融液面との間を通過させ、ガス流出口 9から排出するこ とができる。
[0040] さらに、上記のルツボ駆動機構 21及び遮熱部材駆動手段 22はそれぞれ駆動制御 手段 18に接続されている。そして、例えばこの駆動制御手段 18に、ルツボ 5、 6の位 置、遮熱部材 12の位置、 CCDカメラ 19で測定した原料融液 4の融液面の位置、引 上げ機構 17から得られる単結晶の引上げ長さ等の情報がフィードバックされることに より、駆動制御手段 18で例えば単結晶の引上げ長さ等に応じてルツボ駆動機構 21 及び/または遮熱部材駆動手段 22を調節してルツボ 5、 6の位置及び Zまたは遮熱 部材 12の位置を変えることができ、それによつて、原料融液 4の融液面から遮熱部材 12の下端までの距離 Lを変更することができるようになつている。
[0041] このような単結晶引上げ装置 20を用いて、 CZ法により例えばシリコン単結晶を育 成する場合、種ホルダー 15に固定された種結晶 16を石英ルツボ 5中の原料融液 4 に浸漬し、その後回転させながら静かに引上げて種絞りを形成した後所望の直径ま で拡径し、略円柱形状の直月同部を有するシリコン単結晶 3を成長させることができる。
[0042] 本発明は、このようにしてシリコン単結晶 3を育成する際に、石英ルツボ 5中の原料 融液 4の融液面と遮熱部材 12の下端との距離 Lを変更することにより固液界面近傍 の引上げ軸方向における結晶中心部の温度勾配 Gc及び結晶周辺部の温度勾配 G eを制御することができ、それによつて、単結晶引上げ中に Gcと Geとの差 A Gを常に 0. 5°C/mm以下となるようにするとともに、引上げ速度 Vを低速化させずに一定の 値に維持しながら VZGcを制御して、結晶成長軸方向全域に渡って径方向面内全 体が所望の欠陥領域となる単結晶を短時間で効率的に育成することができるもので ある。
[0043] 具体的に説明すると、例えばシリコン単結晶を欠陥領域が径方向の全面にわたつ て N領域となるように育成する場合、先ず単結晶直胴部の育成を開始する際に、結 晶中心部の温度勾配 Gcと結晶周辺部の温度勾配 Geとの差 A Gが 0. 5°C/mm以 下となるように、原料融液面から遮熱部材下端までの距離 Lを設定する。原料融液面 と遮熱部材間の距離 Lは、原料融液 4を収容してレ、る石英ルツボ 5及び黒鉛ノレッボ 6 の位置をノレッボ駆動機構 21で変化させて原料融液面の高さを上下に調節する及び /または遮熱部材駆動手段 22でガス整流筒 11を昇降させて遮熱部材 12の位置を 上下に移動させることによって、容易に調節することができる。
[0044] このとき、上記のように原料融液面と遮熱部材間の距離 Lの設定を行うとともに、単 結晶を育成する際の結晶の引上げ速度 Vを、単結晶の直胴部を N領域で育成できる ように単結晶製造が行われる製造環境 (例えば、単結晶引上げ装置の HZ等）に応じ て設定する。この場合、引上げ速度 Vは、単結晶を N領域で育成できる範囲の最大 値に設定することができる。
[0045] そして、このように設定した引上げ速度 Vで単結晶直月同部の育成を行うときに、その まま直胴部を引上げた場合に結晶中心部の温度勾配 Gcが小さくなる領域では原料 融液面と遮熱部材間の距離 Lを縮小させるように変更し、また逆に結晶中心部の温 度勾配 Gcが大きくなる領域では上記距離 Lを拡大させるように変更して単結晶を育 成することによって、単結晶引上げ中に結晶中心部の温度勾配 Gc及び結晶周辺部 の温度勾配 Geを制御することができ、それによつて、引上げ速度 Vに依らずに V/G cを所定値 (N領域）に制御することが可能となる。
[0046] このとき、原料融液面と遮熱部材間の距離 Lを変更することによって、上記のように V/Gcを制御すると同時に結晶温度勾配 Gcと Geとの差 A Gが常に 0. 5°C/mm以 下となるようにする。このように、単結晶引上げ中に A Gを 0. 5°CZmm以下に維持 するとともに VZGcを所定値に制御することによって、所望の欠陥領域が結晶軸方 向及び結晶径方向全面に均一に分布する単結晶を安定して育成することができる。
[0047] この場合、単結晶引上げ中の原料融液面と遮熱部材間の距離 Lは、ルツボ駆動機 構 21で石英ルツボ 5及び黒鉛ルツボ 6の上昇速度を結晶成長による融液面低下分と 異なる速度として調節することによって原料融液面の高さを結晶成長軸方向で昇降 させたり、また遮熱部材駆動手段 22でガス整流筒 11を昇降させて遮熱部材 12の位 置を上下に移動させたり、さらに原料融液面の高さと遮熱部材 12の位置を同時に調 節することによって、容易にまた高精度で変更させることができる。
[0048] すなわち、例えば原料融液面と遮熱部材間の距離 Lを縮小させるように変更する場 合であれば、ルツボ駆動機構 21でルツボの上昇速度を速めてルツボ 5、 6を結晶成 長による融液面低下分より大きく押し上げることによって原料融液面の高さを上昇さ せたり、及び/または、遮熱部材駆動手段 22でガス整流筒 11を下降させて遮熱部 材 12の位置を下方に移動させたりすれば良い。また一方、距離 Lを拡大させるように 変更する場合は、ルツボ駆動機構 21で結晶成長による融液面低下分より小さくルツ ボ 5、 6を押し上げることによって融液面の高さを下降させたり、及び/または、遮熱 部材駆動手段 22で遮熱部材 12の位置を上方に移動させたりすれば良い。
[0049] この場合、単結晶引上げ中に変更する原料融液面と遮熱部材 12間の距離 Lの制 御範囲は、実際に製造が行われる製造環境、例えば HZの構造等に応じて適宜設定 すること力 Sできる力 上記のように A Gを 0. 5°CZmm以下にするためには、原料融 液面と遮熱部材間の距離 Lが少なくとも 30mm以上となるようにすることが好ましい。 このように融液面と遮熱部材間の距離 Lを 30mm以上にすることにより、加熱ヒーター 力 の放射熱を単結晶引上げ中に効率的に取り入れて結晶中心部の温度勾配 Gcと 結晶周辺部の温度勾配 Geとの差 A Gを 0. 5°C/mm以下に小さくし易くすることが でき、結晶径方向の欠陥分布の均一化を図ることができる。 [0050] また、原料融液面と遮熱部材間の距離 Lの上限についても、 A Gを 0. 5°C/mm以 下にすることができれば、単結晶の製造環境や育成する単結晶の直径等に応じて適 宜設定することができるが、例えば原料融液面と遮熱部材間の距離 Lを 300mm以 下、好ましくは 200mm以下、さらに好ましくは 100mm以下にすることが望ましい。
[0051] 単結晶の引上げ中にこのような制御範囲で原料融液面と遮熱部材間の距離 Lを制 御'変更することにより、 A Gを容易に 0. 5°CZmm以下にすることができるとともに V /Gcを所定値に非常に高精度に安定して制御することができるので、単結晶を結晶 成長軸方向全域に渡って径方向全面が所望欠陥領域となるように安定して育成する こと力 Sできる。
[0052] このように、本発明によれば、単結晶引上げ中に原料融液面と遮熱部材間の距離 Lを変更して結晶中心部の温度勾配 Gc及び結晶周辺部の温度勾配 Geを制御する ことによって、 厶0を0. 5°CZmm以下に維持するとともに、引上げ速度 Vを従来のよ うに低速化させることなく所定の値以上に、特にはその欠陥領域となる最大引上げ速 度で一定に維持したまま、所望の欠陥領域、例えば N領域を有する単結晶が得られ るように V/Gcを容易に制御することができる。もちろん、本発明は融液面と遮熱部 材間の距離 Lを変化させることにより結晶温度勾配 Gc及び Geを制御して所望欠陥 領域で単結晶を成長させるのであれば、引上げ速度 Vは必ずしも一定の値にする必 要はないが、上記のように所望欠陥領域となる引上げ速度の最大値で一定になるよ うにすれば、単結晶の生産性を大幅に向上させることができる。
[0053] すなわち、本発明の単結晶の製造方法は、結晶成長軸方向全域に渡って径方向 全面が所望の欠陥領域、例えば N領域となる単結晶を安定して育成することができる し、また単結晶直胴部を引上げる際の平均結晶引上げ速度を向上できるので、従来 よりも単結晶直胴部の育成を短時間で行うことができ、さらに単結晶直胴部の成長終 了時の引上げ速度が低速にならないので、その後の丸め工程における引上げ時間 も短縮すること力できる。したがって、結晶成長軸方向全域に渡って所望欠陥領域を 径方向全面に有する高品質の単結晶を高い生産性で非常に安定して製造すること ができる。また、製造時間が短縮されることにより、結晶が有転位化する可能性も低 減し、生産性だけでなぐ歩留りをも向上させることが出来る。その結果、単結晶の品 質向上と大幅なコストダウンを図ることが可能となり、優れた品質を安定して有する単 結晶を非常に安価に提供することができる。
[0054] また、本発明は、前述した結晶引上げ速度と単結晶の直径制御に関する従来の問 題点を解消することができる。すなわち、本発明の単結晶の製造方法では、上記のよ うに引上げ速度 Vに依らずに V/Gcを所定値に制御できるため、融液面と遮熱部材 間の距離 Lを変更して V/Gcの制御を高精度で行うと同時に平均引上げ速度を例 えば一定にすることにより単結晶の直径を安定して制御することが可能となる。したが つて、結晶成長軸方向で単結晶の直径のバラツキを低減して不良の発生を防止する ことができ、所望の結晶品質及び均一な結晶直径を有する非常に高品質の単結晶 を高歩留まりで製造することができる。
[0055] さらに、単結晶を所望欠陥領域で育成する際に、引上げ速度 Vを調節するのでは なぐ本発明のように結晶温度勾配 Gc及び Geを制御することによって、パラメーター V/Gの制御性を向上させることができる。そのため、例えば図 6に示すような、 Cuデ ポ欠陥領域を含まなレ、N領域中の Nv領域や Ni領域とレ、つた狭レ、領域に V/Gcを 高精度に制御して単結晶を製造することが可能となり、従来では育成が困難であつ た Nv領域または Ni領域を成長軸方向全域で径方向全面に有するような高品質の単 結晶を非常に安定して得ることができる。
[0056] また、このような本発明の単結晶の製造方法では、予め、単結晶の製造を行う製造 環境において結晶温度勾配 Gc, Geの状態や、結晶温度勾配 Gc, Geと融液面から 遮熱部材までの距離 Lとの関係等を例えばシミュレーション解析、あるいは実測等の 試験を行って調べておくことによって、単結晶引上げ中に融液面と遮熱部材間の距 離 Lを変更させる変更条件を詳細に求めることができる。
[0057] そして、このようにして求めた距離 Lの変更条件を図 5に示した駆動制御手段 18に 入力しておき、単結晶を育成する際に例えばルツボ 5、 6の位置、遮熱部材 12の位 置、 CCDカメラ 19で測定した原料融液 4の融液面の位置、引上げ機構 17から得ら れる単結晶の引上げ長さ等の情報が駆動制御手段 18にフィードバックされることによ り、変更条件に従つて駆動制御手段 18でルツボ駆動機構 21及び/または遮熱部材 駆動手段 22を調節してルツボ 5、 6の位置及び/または遮熱部材 12の位置を変える ことができ、それによつて、原料融液面と遮熱部材間の距離 Lを単結晶の引上げ長さ 等に応じて自動的に変更して結晶温度勾配 Gc, Geを高精度に制御することができ る。したがって、単結晶引き上げ中に、 A Gを確実に 0. 5°C/mm以下にするととも に V/Gcの制御を自動で高精度に行うことが可能となり、所望の欠陥領域を径方向 全面に有する単結晶を容易に、また非常に安定して製造することができる。
[0058] さらに、本発明の単結晶の製造方法において、 CZ法により単結晶を複数バッチ連 続して製造する場合、原料融液面と遮熱部材間の距離 Lを変更する変更条件を単 結晶の製造バッチ間で調節することが好ましい。
通常、単結晶の製造を複数バッチ繰り返して行うと、単結晶引上げ装置で HZを構 成するパーツの劣化等の原因により、単結晶の製造バッチ間で HZ等の製造環境が 変化してしまうことがある。特に、 HZのパーツは黒鉛製のものが多く用いられ、その 中でもヒーターは通常黒鉛ヒーターであることが多ぐ使用により徐々に温度分布が 変化する。そして、このように単結晶の製造バッチ間で製造環境が変化すると、結晶 中心部の温度勾配 Gc及び結晶周辺部の温度勾配 Geも製造バッチ間で変化するこ とになる。
[0059] したがって、単結晶を複数バッチ製造する場合、上記のように原料融液面と遮熱部 材間の距離 Lの変更条件を単結晶の製造バッチ間で製造環境の変化等に応じて調 節することによって、製造環境の変化を補正することが可能となり、製造バッチ間で品 質のバラツキを生じさせずに高品質の単結晶を非常に安定して製造することができる 。具体的には、前バッチにおける融液面と遮熱部材間の距離 Lと欠陥分布の関係を フィードバックして、次バッチ以降の製造条件を調整すれば良い。
[0060] 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）
図 5に示した単結晶引上げ装置 20を用いて、直径 24インチ（600mm)の石英ルツ ボに原料多結晶シリコンを 150kgチャージし、 CZ法により、方位く 100 >、直径 200 mm、酸素濃度が 22— 23ppma (ASTM'79)となるシリコン単結晶を育成した（単結 晶直胴部の長さは約 120cm)。
[0061] このとき、単結晶引上げ中の引上げ条件については、予めシミュレーション解析を 行って結晶中心部の温度勾配 Gc及び結晶周辺部の温度勾配 Geを調べておき、そ の解析の結果に基づレ、て、単結晶引上げ中に原料融液 4の融液面と遮熱部材 12間 の距離 L及び弓 I上げ速度が以下の表 1に示した値となるように引上げ条件を制御し て、 厶0が0. 5°C/mm以下となるようにして Cuデポジション欠陥が検出されない N 領域で単結晶の育成を行った。具体的には、遮熱部材 12をメインチャンバ 1内で所 定の位置で保持しておき、単結晶引上げ中にルツボ駆動機構 21でルツボ 5、 6の上 昇速度を融液面低下分を考慮して調節することによって原料融液面の高さを単結晶 の引上げ長さに応じて昇降させて、融液面と遮熱部材間の距離 Lが表 1に示した値と なるようにした。また、単結晶の引上げ速度は、単結晶直胴部の 10cm以降において 0. 56mm/minで一定となるように制御した。尚、直胴部 0cmでの引上げ速度が高 速であるのは、拡径部から直胴部に入るためのいわゆる肩部の引上げであるためで 、肩部を形成することで直月同部の引上げに移行し、 10cm以内に引上げ速度を安定 化させることができる。
[0062] [表 1]
Figure imgf000020_0001
※ A G =Ge-Gc
[0063] 次に、上記のようにして育成した単結晶の成長軸方向 10cm毎の部位から検査用 のゥエーハを切り出した後、平面研削及び研磨を行って検査用のサンプルを作製し 、以下に示すような結晶品質特性の検査を行った。
[0064] ( 1 ) FPD (V領域）及び LSEPD (I領域）の検查
検查用のサンプルに 30分間のセコエッチングを無攪拌で施した後、ゥエーハ面内 を顕微鏡で観察することにより結晶欠陥の有無を確認した。
(2) OSFの検查
検查用のサンプルにウエット酸素雰囲気下、 1100°Cで 100分間の熱処理を行った 後、ゥエーハ面内を顕微鏡で観察することにより OSFの有無を確認した。
(3) Cuデポジション処理による欠陥の検查
検查用のサンプルの表面に酸化膜を形成した後、 Cuデポジション処理を行って酸 化膜欠陥の有無を確認した。その際の評価条件は以下の通りである。
酸化膜： 25nm
電解強度： 6MV/cm
電圧印加時間：5分間
(4)酸化膜耐圧特性の検査 検査用のサンプルに乾燥雰囲気中で熱酸化処理を行って 25nmのゲート酸化膜を 形成し、その上に 8mm2の電極面積を有するリンをドープしたポリシリコン電極を形成 した。そして、この酸化膜上に形成したポリシリコン電極に電圧を印加して酸化膜耐 圧の評価を行った。このとき、判定電流は ImAZcm2とした。
[0065] (比較例）
上記実施例と同様の単結晶引上げ装置 20を用いて、直径 24インチ（600mm)の 石英ルツボに原料多結晶シリコンを 150kgチャージし、 CZ法により、方位く 100 >、 直径 200mm、酸素濃度が 22 23ppma (ASTM'79)となるシリコン単結晶を育成 した（単結晶直胴部の長さは約 120cm)。
[0066] このとき、単結晶引上げ中の引上げ条件については、遮熱部材 12をメインチャンバ 1内で所定の位置で保持しておくとともに、単結晶引上げ中にルツボ駆動機構 21で ルツボ 5、 6を結晶成長による融液面低下分だけ上昇させて原料融液 4の融液面を 一定の高さに維持することによって、融液面と遮熱部材間の距離 Lが単結晶引上げ 中に常に 60mmで一定になるようにした。また、引上げ速度は、単結晶育成中に以 下の表 2に示した値となるように制御して、 Cuデポジション欠陥が検出されない N領 域で単結晶の育成を行った。
そして、得られた単結晶の成長軸方向 10cm毎の部位から検査用のゥエーハを切 り出した後、平面研削及び研磨を行って検査用のサンプルを作製し、実施例と同様 の結晶品質特性の検査を行つた。
[0067] [表 2]
Figure imgf000022_0001
※ A G =Ge-Gc
[0068] ここで、実施例及び比較例における単結晶の引上げ条件を比較するために、図 3 に、単結晶直胴部の結晶成長軸方向の長さと原料融液面と遮熱部材間の距離しとの 関係を表すグラフを示し、また図 4に、直胴部の結晶成長軸方向の長さと引上げ速度 との関係を表すグラフを示す。さらに、実施例及び比較例において単結晶直胴部を 育成したときの直胴部 10cm以降での平均引上げ速度を計算して比較したところ、実 施例の平均引上げ速度は比較例よりも 0. 015mm/min程度大きかった。
[0069] また、上記のようにして実施例及び比較例で作製したシリコン単結晶にそれぞれ結 晶品質特性の検査を行った結果、実施例のシリコン単結晶は単結晶直胴部 10cmか ら直胴部終端までの領域において、 FPD、 LSEPD、 OSFの何れの欠陥も検出され ず、また Cuデポジション処理による欠陥も観察されなかった力 比較例のシリコン単 結晶では、単結晶直胴部 100cmから作製したサンプルの一部に LSEPD (I領域）が 観察された。一方、酸化膜耐圧特性の評価では、両シリコン単結晶とも酸ィヒ膜耐圧レ ベルは 100%の良品率であった。
[0070] さらに、実施例及び比較例でシリコン単結晶を育成したときの単結晶直胴部の形状 を目視にて観察したところ、実施例のシリコン単結晶には結晶成長軸方向で直径の ノくラツキは見られず不良となる箇所は確認されな力 た力 比較例のシリコン単結晶 には直胴部 25cm付近の領域で結晶形状に変形が見られた。
[0071] 以上の結果より、引上げ速度を一定の値にして単結晶を育成した実施例は、比較 例と比べて、より優れた結晶品質を有するシリコン単結晶をより短い時間で効率的に 製造できることがわかった。また、歩留まりの点においても、実施例のシリコン単結晶 に不良箇所が観察されなかったことから、比較例に対して同等以上の高い歩留まりを 達成できることが確認できた。
[0072] 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、レ、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。
[0073] 例えば、上記実施の形態では単結晶を N領域で育成する場合を例に挙げて説明 を行っている力 本発明はこれに限定されず、 V領域または I領域、あるいは OSF領 域といった所望の欠陥領域で単結晶を育成することもできる。また、本発明は、シリコ ン単結晶を製造する場合に好適に用いることができるが、これに限定されるものでは なぐ化合物半導体単結晶等を製造する場合にも同様に適用することができる。
[0074] 尚、本発明の単結晶の製造方法は、必ずしも単結晶直胴部の全長で実施する場 合に限られず、一部の長さに渡って結晶温度勾配 Gc、 Geを原料融液面と遮熱部材 間の距離を変更することによって制御し、所望の欠陥領域とする場合を含む。特に上 記のように、直胴部の前半である肩部から 10cmの領域は、引上げ速度や直径が安 定しないことがあるので、これが定常状態となり易い直月同部の 5cm以降あるいは 10c m以降で行うのが好ましレ、。

Claims

請求の範囲
[1] チヨクラルスキー法によってチャンバ内で単結晶を原料融液から引上げて製造する 方法において、前記単結晶を育成する際に、前記単結晶の直胴部を成長させるとき の引上げ速度を V (mm/min)、結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配を Gc (°C/mm)、結晶周辺部の固液界面近傍の結晶温度勾配を Ge (°C/mm)で表した とき、前記結晶中心部の結晶温度勾配 Gc及び結晶周辺部の結晶温度勾配 Geを前 記原料融液の融液面と前記チャンバ内で原料融液面に対向配置された遮熱部材と の距離を変更することにより制御して、結晶中心部の温度勾配 Gcと結晶周辺部の温 度勾配 Geとの差 A G= I (Gc— Ge) |が 0· 5°C/mm以下となるようにするとともに 、引上げ速度 Vと結晶中心部の温度勾配 Gcの比 V/Gc (mm2/°C 'min)を所望の 欠陥領域を有する単結晶が育成できるように制御することを特徴とする単結晶の製 造方法。
[2] 前記引上げ速度 Vを一定の値にして単結晶の引上げを行うことを特徴とする請求 項 1に記載の単結晶の製造方法。
[3] 前記 VZGcを、前記育成する単結晶の欠陥領域が径方向の全面にわたって N領 域となるように制御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。
[4] 前記原料融液面と遮熱部材との距離を、前記原料融液を収容したルツボの上昇速 度を調節して原料融液面の高さを昇降させる及び Zまたは前記遮熱部材の位置を 上下に移動させることによって変更することを特徴とする請求項 1ないし請求項 3のい ずれか一項に記載の単結晶の製造方法。 前記原料融液面と遮熱部材との距離を 30mm以上とすることを特徴とする請求項 ないし請求項 4のいずれか一項に記載の単結晶の製造方法。 [6] 前記原料融液面と遮熱部材との距離を、予め試験を行って求めた変更条件に従つ て自動的に変更することを特徴とする請求項 1ないし請求項 5のいずれか一項に記 載の単結晶の製造方法。
[7] 前記原料融液面と遮熱部材との距離を変更する変更条件を、単結晶の製造バッチ 間で調節することを特徴とする請求項 1ないし請求項 6のいずれか一項に記載の単 結晶の製造方法。
[8] 前記製造する単結晶をシリコン単結晶とすることを特徴とする請求項 1ないし請求 項 7のいずれか一項に記載の単結晶の製造方法。
[9] 請求項 1ないし請求項 8のいずれか一項に記載の単結晶の製造方法により製造さ れた単結晶。
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