WO2005042811A1

WO2005042811A1 - 単結晶の製造方法

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Publication number: WO2005042811A1
Application number: PCT/JP2004/015395
Authority: WO
Inventors: Ryoji Hoshi; Susumu Sonokawa
Original assignee: Shin-Etsu Handotai Co., Ltd.
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2005-05-12
Also published as: JP4432458B2; US7594966B2; KR20060093717A; EP1679392A4; JP2005132665A; EP1679392A1; US20060272570A1; KR101213626B1

Abstract

　本発明は、チョ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、径方向にリング状に発生するＯＳＦ領域の外側で、且つ格子間型及び空孔型の欠陥が存在しない無欠陥領域の単結晶を引上げるとともに、前記単結晶の引上げは、単結晶の融点から９５０°Cまでの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が、０．９６°C／ｍｉｎ以上の範囲、１１５０°Cから１０８０°Cまでの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が、０．８８°C／ｍｉｎ以上の範囲、１０５０°Cから９５０°Cまでの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が、０．７１°C／ｍｉｎ以上の範囲、となるように制御して行う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、無欠陥領域の単結晶を引き上げる際の製造マージンを大幅に拡大することができ、したがって、無欠陥領域結晶の製造歩留り、生産性を大幅に向上できる単結晶の製造方法を提供できる。

Description

明細書

単結晶の製造方法

技術分野

[0001] 本発明はメモリーや CPUなど半導体デバイスの基板として用いられるゥエーハ等を切り出すための単結晶を製造する方法に関するものであり、特に、最先端分野で用

V、られて、る無欠陥領域の単結晶を製造する方法に関するものである。背景技術

[0002] メモリーや CPUなど半導体デバイスの基板として用いられるゥエーハ等を切り出すための単結晶としては、例えばシリコン単結晶を挙げることができ、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。

[0003] CZ法により単結晶を製造する際には、例えば図 5に示すような単結晶製造装置 1を用いて製造される。

単結晶製造装置 1は、例えばシリコンのような原料多結晶を収容して溶融するための部材や、熱を遮断するための断熱部材などを有しており、これらは、メインチャンバ一 2内に収容されている。メインチャンバ一 2の天井部からは上に伸びる引上げチヤンバー 3が連接されており、この上部に単結晶 4をワイヤー 5で引上げる機構 (不図示 )が設けられている。

[0004] メインチャンバ一 2内には、溶融された原料融液 6を収容する石英ルツボ 7とその石英ルツボ 7を支持する黒鉛ルツボ 8が設けられ、これらのルツボ 7、 8は駆動機構 (不図示）によって回転昇降自在にシャフト 9で支持されている。このルツボ 7、 8の駆動機構は、単結晶 4の引上げに伴う原料融液 6の液面低下を補償すベぐルツボ 7、 8 を液面低下分だけ上昇させるようにして、る。

[0005] そして、ルツボ 7、 8を囲繞するように、原料を溶融させるための黒鉛ヒーター 10が配置されている。この黒鉛ヒーター 10の外側には、黒鉛ヒーター 10からの熱がメインチャンバ一 2に直接輻射されるのを防止するために、断熱部材 11がその周囲を取り囲むように設けられている。 [0006] また、メインチャンバ一 2の内部には、引上げチャンバ一 3の上部に設けられたガス導入口 14からアルゴンガス等の不活性ガスが導入される。導入された不活性ガスは、引上げ中の単結晶 4とガス整流筒 12との間を通過し、ガス整流筒 12の下端と原料融液 6の液面との間を通過し、ガス流出口 15から排出される。

尚、ガス整流筒 12の外側下端には原料融液 6と対向するように遮熱部材 13が設けられ、原料融液 6の表面力の輻射をカットするとともに原料融液 6の表面を保温するようにしている。

[0007] 以上のような単結晶製造装置 1内に配置された石英ルツボ 7に原料多結晶を収容し、黒鉛ヒーター 10により加熱し、石英ルツボ 7内の多結晶原料を溶融させる。このように多結晶原料を溶融させたものである原料融液 6に、ワイヤー 5の下端に接続している種ホルダー 16で固定された種結晶 17を着液させ、その後、種結晶 17を回転させながら引上げることにより、種結晶 17の下方に所望の直径と品質を有する単結晶 4 を育成する。この際、種結晶 17を原料融液 6に着液させた後に、直径を 3mm程度にー且細くして絞り部を形成するいわゆる種絞り（ネッキング)を行い、次いで、所望の口径になるまで太らせて、無転位の結晶を引上げている。

[0008] 通常、このように引上げられたシリコン単結晶には、空孔型 (Vacancy)と格子間型

(Interstitial)の真性の点欠陥がある。この真性点欠陥の飽和濃度は温度の関数であり、結晶育成中の温度の低下に伴い、過飽和状態となる。この過飽和状態では対消滅や外方拡散'坂道拡散などが起こり、過飽和状態を緩和する方向に進む。その結果、空孔型力格子間型かの、ずれか一方が優勢な過飽和の点欠陥として残る。

[0009] そして、結晶成長速度が速いと空孔型が過剰状態となりやすぐ逆に結晶成長速度が遅、と格子間型が過剰な状態になりやす、ことが知られて、る。この過剰な濃度がある臨界以上となれば、これらが凝集し、結晶成長中に 2次欠陥を形成する。

[0010] そして、結晶軸方向に成長速度 Vを高速力低速に変化させた場合、図 6に示したような欠陥分布図が得られることが知られている。

成長速度が比較的高速の場合には、単結晶中で空孔型が優勢となる。この場合、 2次欠陥としては COP (Crystal Originated Particle)や FPD (Flow Pattern Defect)などとして観察されるボイド (Void)欠陥が形成される。そして、この欠陥が分布する領域を V領域という。また、この V領域の境界近辺には、酸化処理後に OSF (酸化誘起積層欠陥、 Oxidation Induced Stacking Fault)として観察される欠陥が分布することが知られている。そして、この欠陥が分布する領域を OSF領域という。これらの 2次欠陥は、酸化膜特性を劣化させる原因となる。

[0011] 一方、成長速度が比較的低速の場合には、単結晶中で格子間型が優勢となる。この場合、転位ループ起因の LSEPD (Large Secco Etch Pit Defect)、 LFPD (Large Flow Pattern Defect)などとして観察される 2次欠陥が形成される。そして、この欠陥が存在する領域を I領域という。この 2次欠陥は、リーク等の重大な不良を起こす原因となる。

[0012] 近年、 V領域と I領域の中間で OSF領域の外側に、空孔起因の FPD、 COP等も、格子間シリコンが集合した転位ループ起因の LSEPD、 LFPD等も存在しな、領域の存在が確認されている。この領域は N領域 (無欠陥領域）と呼ばれる。また、この N 領域をさらに分類すると、 OSF領域の外側に隣接する Nv領域 (空孔の多い領域)と I 領域に隣接する Ni領域 (格子間シリコンが多い領域）とがあり、 Nv領域では、熱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力つている

[0013] これらの欠陥は、成長速度 Vと成長界面近傍での温度勾配 Gの比である VZG値というパラメーターにより、その導入量が決定されると考えられている（例えば、 V. V. V oronkov, Journal of Crystal Growth, 59(1982), 625— 643参照。）。すなわち、 VZG値が所定範囲になるように、成長速度 Vと温度勾配 Gを調節すれば、所望の欠陥領域で単結晶を引上げることができる。

[0014] そして、成長速度 Vと成長界面近傍での温度勾配 Gを調節して N領域となるように引上げた結晶が、無欠陥結晶と呼ばれる結晶である。単結晶中の過剰な点欠陥の濃度を限りなく低くした無欠陥結晶を引上げるためには、成長速度 Vと成長界面近傍での温度勾配 Gとで表される VZG値が非常に限定された範囲となるように、成長速度 Vと温度勾配 Gを調節する必要があった (例えば、特開平 8— 330316号公報、特開平 11 79889号公報参照。 )₀しかし、非常に狭い範囲に成長速度 V等を調節して単結晶を引上げることは非常に困難である。そのため、無欠陥結晶を引上げる場合、実際には不良品などが多発して、歩留り、生産性を大きく低下させるという問題があった。発明の開示

[0015] 本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、 N領域となる VZG値の範囲を大幅かつより確実に拡大することができ、すなわち、無欠陥領域の単結晶を引き上げる際の製造マージンを大幅に拡大することができ、これにより、無欠陥領域結晶の製造歩留り、生産性を大幅に向上させることが可能な単結晶の製造方法を提供することを目的とする。

[0016] 本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、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、径方向にリング状に発生する OSF領域の外側で、且つ格子間型及び空孔型の欠陥が存在しな!、無欠陥領域の単結晶を引上げるとともに、前記単結晶の引上げは、単結晶の融点から 950°Cまでの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値力 0. 96°CZmin以上の範囲、 1150°Cから 1080°Cまでの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値力 0. 88°CZmin以上の範囲、 1050°Cから 950°Cまでの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が、 0. 71°CZmin以上の範囲、となるように制御して行う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、単結晶を引上げる際に、融点から 950°Cまでの温度帯、 1150°Cから 1 080°Cまでの温度帯、 1050°Cから 950°Cまでの温度帯を通過する時の冷却速度が、上記範囲となるように制御して急冷することで、 V領域と I領域の中間で OSFリングの外側に存在する N領域となる VZG値の範囲を大幅かつより確実に拡大することができる。このように無欠陥領域の単結晶を製造する場合の製造マージンが大幅に拡大するので、無欠陥結晶の製造が比較的容易となり、無欠陥領域の単結晶の歩留り、生産性が大幅に向上するという効果を得ることができる。

[0018] この場合、前記無欠陥領域の単結晶を引上げるための成長速度マージン (成長速度上限 -成長速度下限)が、該単結晶の平均成長速度（(成長速度上限 +成長速度下限) Z2)の 7%以上の範囲であるものとすることができる。 [0019] 本発明の単結晶の製造方法では、点欠陥が凝集する温度帯を通過する時の冷却速度を上記のように高速にしているので、点欠陥が凝集しづらくなり、その結果、無欠陥領域の単結晶を引上げるための成長速度マージンが 7%以上と非常に大きい範囲となる。このように成長速度マージンが大きければ、無欠陥領域の単結晶を引上げる際の成長速度の制御は比較的容易である。したがって、より確実に無欠陥領域の単結晶を引上げることができるようになり、無欠陥領域の単結晶の歩留り、生産性が大幅に向上する。

[0020] この場合、前記単結晶を引上げるための温度帯の制御は、チャンバ内に、少なくとも、冷却媒体で強制冷却される冷却筒と、冷却補助部材を配置することによって行うことができる。

[0021] 点欠陥が凝集する温度帯を通過する時の冷却速度の制御は、単結晶製造装置内に、例えば、冷却媒体で強制冷却される冷却筒と、冷却補助部材を配置することによつて行うことができる。尚、冷却補助部材としては、例えば、冷却筒から下方に延伸するように配置される部材であって、円筒状、又は下方に向力つて縮径された形状のものが挙げられる。

[0022] 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。

[0023] 本発明の単結晶の製造方法は、無欠陥領域の単結晶の製造歩留り、生産性の向上が近年強く求められているシリコン単結晶を製造するのに有効である。

[0024] この場合、前記単結晶の直胴部の直径を、 150mm以上とすることができる。

[0025] 本発明の単結晶の製造方法は、 2次欠陥が発生し易ぐしたがって、より確実な無欠陥結晶の製造方法が強く求められている、直胴部の直径が 150mm以上の大口径の単結晶を製造するのに特に有効である。

[0026] この場合、前記単結晶の引上げは、中心磁場強度が 300ガウス以上 6000ガウス以下の範囲の磁場を印加しながら行うのが好ましい。

[0027] このように、単結晶の引上げの際に磁場を印加することで、無欠陥領域の単結晶を育成するための良好な結晶成長界面形状を達成することができる。したがって、無欠陥結晶の製造において、より高い製造歩留り、より高い生産性を達成できる。

[0028] そして、本発明によれば、以上のような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。

[0029] 本発明の単結晶の製造方法により製造された単結晶は、不良品が少なぐ非常に高品質な無欠陥結晶である。さらに、本発明の単結晶は、高歩留り、高生産性で製造されたものであるので、従来品と比較して比較的安価なものである。

[0030] 以上説明したように、本発明によれば、点欠陥が凝集する温度帯を通過する時の冷却速度を高速にすることで、 N領域となる VZG値の範囲を大幅かつより確実に拡大することができ、すなわち、無欠陥結晶の製造マージンを大幅に拡大することができる。したがって、無欠陥領域の単結晶の製造歩留り、生産性を大幅に向上させることがでさる。図面の簡単な説明

[0031] [図 1]無欠陥結晶の製造マージンを示すグラフである。

[図 2]本発明で用いられる単結晶製造装置の一例を示す概略断面図である。

[図 3]実施例 1と比較例 1における、引上げ単結晶の温度分布を示すグラフである。

[図 4]各温度帯における、（成長速度マージン Z平均成長速度） X 100 (%)と通過時間（min)の関係を示すグラフである。

[図 5]従来用いられている単結晶製造装置の一例を示す概略断面図である。

[図 6]結晶欠陥領域の分布を示す概略断面図である。

発明を実施するための最良の形態

[0032] 以下、本発明についてより詳細に説明する力本発明はこれらに限定されるものではない。

本発明者らは、 N領域となる VZG値の範囲、すなわち無欠陥結晶の製造マージンを拡大する方法にっ、て研究を重ねた。

無欠陥結晶の製造マージンについて、図 1を参照して説明する。図 1中、 VZG = Constantの状態では、優勢な点欠陥が空孔型でも格子間型でもなく両者が拮抗した状態である。この状態では、もちろん 2次欠陥の発生はなぐ無欠陥状態を達成できる。これに加え、過剰な点欠陥がある濃度以下であれば、これらが凝集して 2次欠陥として検出されるほどに大きくなることはなぐ事実上この部分も無欠陥領域 (N領域）となる。この部分まで含めた VZG値の範囲が、いわゆる無欠陥領域の製造マージンとなる。

[0033] 一方、過剰な点欠陥が 2次欠陥として検出されるほどに大きくならないための濃度は、点欠陥が凝集する温度帯の熱状況に大きく影響される。つまりこの温度帯の通過時間が極端に短ければ、どんなに過剰な点欠陥があろうとこれらが凝集し 2次欠陥として検出されるほどに大きくなることはないと考えられる。従ってこの温度帯の通過時間が短ければ短いほど、製造マージンが大きくなる。

[0034] ここで、特開 2002— 226296号公報に ίま、 f列えば、 1080。C力ら 1150。Cまでの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が CZmin以上となるように制御して、無欠陥結晶の成長速度マージンを広げる方法について記載されている。しかし、この方法は、無欠陥結晶の成長速度マージンを広げるための確実性の点で、未だ改良の余地があった。

[0035] これらのことから、本発明者らは、単結晶を引上げる際に、過剰となった真性点欠陥の凝集する温度帯についてより詳細に検討を重ねた。そして検討の結果、特に、単結晶を引上げる際に、単結晶の融点から 950°Cまでの温度帯、 1150°Cから 1080°C までの温度帯、 1050°Cから 950°Cまでの温度帯を通過する時に、引上げ単結晶を急冷することで、点欠陥の凝集を妨げ、この点欠陥の凝集体である 2次欠陥が検出されない無欠陥領域の製造マージンを大幅かつより確実に拡大することができることに想到し、本発明を完成させた。

[0036] 以下、単結晶を引上げる際に、各温度帯を急冷するように制御することが可能な単結晶製造装置について、図 2を参照して説明するが、本発明はこの装置に限定されるものではない。

図 2に示される単結晶製造装置 21は、冷却筒 22、冷却媒体導入口 23、冷却補助部材 24、保護部材 25を具備する力それ以外の部材については、前述の図 5で示される単結晶製造装置 1と同様である。

[0037] 単結晶装置 21には、冷却筒 22が具備され、この冷却筒 22は、引上げ中の単結晶 4を取り囲むようにメインチャンバ一 2の天井部力原料融液 6の表面に向って延伸している。冷却筒 22内には、冷却媒体導入口 23から冷却媒体が導入され、該冷却媒体は、冷却筒 22内を循環して冷却筒 22を強制冷却した後、外部へ排出される。

[0038] 尚、冷却筒 22内に流す冷却媒体の流量や温度を必要に応じて調節すれば、冷却筒 22の除去熱量を変化させることができる。これにより、所望の冷却雰囲気を作りだすことが可能であり、したがって、単結晶引上げの際には、各温度帯を所望の冷却速度で急冷するように制御することが可能となる。

[0039] また、冷却筒 22の下端部から原料融液の表面近傍に延伸する円筒状の冷却補助部材 24が設けられている。冷却補助部材 24は、引上げられた直後の高温の単結晶 4の周囲を囲んでおり、黒鉛ヒーター 10あるいは原料融液 6等からの輻射熱を遮って単結晶 4を冷却する効果を有する。尚、冷却補助部材の形状は、円筒状に限られず、他には、例えば下方に向力つて縮径された形状のものが挙げられる。

この冷却補助部材の配置位置、形状等を変更することによつても、単結晶引上げの際に、各温度帯を所望の冷却速度で急冷するように制御することが可能である。

[0040] さらに、冷却筒 22の外側には、保護部材 25が設けられている。保護部材 25は、メインチャンバ一 2の天井部から延伸し、メインチャンバ一 2内の冷却筒 22の下端面を含む外周面を覆うようにして配置されている。保護部材 25を設けることで、原料多結晶の溶融時などに飛散するおそれのある原料融液が冷却筒 22に付着することを防ぐことができるし、また、黒鉛ヒーター 10等からの輻射熱力直接冷却筒 22にあたるのを防ぐことができるので、冷却筒 22の除熱効果も向上する。

[0041] そして、本発明は、以上のような単結晶製造装置を用いて、以下のように単結晶を製造する単結晶の製造方法を提供する。

すなわち、本発明の単結晶の製造方法は、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、径方向にリング状に発生する OSF領域の外側で、且つ格子間型及び空孔型の欠陥が存在しな!、無欠陥領域の単結晶を引上げるとともに、前記単結晶の引上げは、単結晶の融点から 950°C までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値力 0. 96°CZmin以上の範囲、 1 150°Cから 1080°Cまでの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が、 0. 88°C/ min以上の範囲、 1050°Cから 950°Cまでの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値力 0. 71°CZmin以上の範囲、となるように制御して行うことを特徴とする。 [0042] 尚、各温度帯を通過する時の冷却速度の平均値を、 10°CZmin以下の範囲とするのが好ましぐこの範囲内であれば、直胴部の直径が 150mm以上である大口径の結晶を製造する場合であっても、 N領域が全面に広がった高品質の無欠陥結晶を安定して製造することができる。

[0043] ここで、点欠陥の凝集温度帯としては、空孔型の欠陥が、 2次欠陥であるボイド欠陥を形成する温度帯は、 1150°Cから 1080°C程度といわれており、 OSFが形成される温度帯は 1000°C付近といわれている。一方で、格子間型の欠陥が凝集する温度帯ははつきりとわからないが、転位クラスターが発生することなどから、比較的高温であると思われる。本発明者らは、これらのことを考慮しつつ、検討を重ねた結果、本発明の単結晶の製造方法では、単結晶の融点近傍の温度から 1000°Cを下回る程度の温度までの温度帯、具体的には、単結晶の融点から 950°Cまでの温度帯、 1150°C 力も 1080°Cまでの温度帯、 1050°Cから 950°Cまで各温度帯をそれぞれ通過する時に、引上げ単結晶を上記のように急冷するようにした。

[0044] このように冷却速度を制御することで、 V領域と I領域の中間で OSFリングの外側に存在する N領域となる VZG値の範囲を大幅かつ確実に拡大することができる。このように無欠陥領域の単結晶の製造マージンが大幅に拡大するので、無欠陥結晶の製造が比較的容易となり、無欠陥領域の単結晶の歩留り、生産性が大幅に向上する t 、う効果を得ることができる。

[0045] 無欠陥結晶の製造マージンは、図 1に示したグラフから推定される様に、成長界面近傍での温度勾配 Gと、成長速度 Vが大きな場合にも拡大することが推定される。従つて、例えば、無欠陥結晶の製造マージンを成長速度 Vの観点から見た成長速度マ一ジンは、成長速度で規格ィ匕した値を見て判断することで、比較が容易になる。上記本発明の単結晶の製造方法によれば、無欠陥領域の単結晶を引上げるための成長速度マージン (成長速度上限 -成長速度下限)が、該単結晶の平均成長速度 ((成長速度上限 +成長速度下限) Z2)の 7%以上の範囲と非常に大きい範囲にすることができる。このように成長速度マージンが大きければ、無欠陥領域の単結晶を引上げる際の成長速度の制御は比較的容易である。したがって、より確実に無欠陥領域の単結晶を引上げることができるようになり、無欠陥領域の単結晶の歩留り、生産性が大幅に向上する。

このような本発明の単結晶の製造方法は、無欠陥領域の単結晶の製造歩留り、生産性の向上が近年強く求められているシリコン単結晶を製造するのに有効である。また、 2次欠陥が発生し易ぐしたがって、より確実な無欠陥結晶の製造方法が強く求められている、直胴部の直径が 150mm以上の範囲と大口径の単結晶を製造するのに特に有効である。

[0046] 更に、本発明の単結晶の製造方法では、中心磁場強度 300ガウス以上 6000ガウス以下の範囲の磁場を印加しながら無欠陥結晶を育成するのが好ましい。このように、単結晶育成中に、磁場を印加することで、無欠陥領域の単結晶を育成するための良好な結晶成長界面形状を達成することができる。したがって、無欠陥結晶の製造において、より高い製造歩留り、より高い生産性を達成できる。

[0047] そして、以上のような本発明の単結晶の製造方法により製造された単結晶は、不良品が少なぐ非常に高品質な無欠陥結晶である。また、本発明の製造方法では、このような単結晶を、高歩留り、高生産性で製造することができるので、高品質の無欠陥結晶を従来品と比較して比較的安価で提供できる。

[0048] 以下、本発明を実施例および比較例を挙げて具体的に説明する。

(実施例 1)

冷却筒 22を具備する図 2の単結晶製造装置 21に、直径 24インチ (約 600mm)の石英ルツボ 7を装備し、続いて、石英ルツボ 7に原料多結晶シリコンを 150kgチヤ一ジして溶融し、原料融液 6とした。そして、チヨクラルスキー法 (CZ法）により、直胴部の直径力 ¾インチ（約 200mm)、直胴部の長さが約 130cmのシリコン単結晶 4を、成長速度を徐々に低下させながら育成した。

尚、シリコン単結晶 4の育成時には、中心磁場強度 4000Gの水平磁場を印加した。また、成長界面近傍での温度勾配 Gをある程度一定に保つ様に、原料融液 6の表面と遮熱部材 13の間隔を 60mmとした。

[0049] さらに、冷却筒 22内に流す冷却媒体の流量及び温度を調節して、融点から 950°C までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が約 1. 31°CZmin、 1150°Cから 1080°Cまでの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が約 1. 35°CZmin、 105 0°Cから 950°Cまでの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が約 1. 21°C/min 、となるように制御した。さらに、この時の引上げ単結晶の温度分布を図 3に示す。この図 3からも、実施例 1で用いた単結晶製造装置は、冷却速度が非常に速いことが判る。

[0050] 次に上記のようにして育成した単結晶を縦割りしてサンプルを作製し、以下に示すような結晶欠陥分布の調査を行った。

(1) FPD (V領域）および LSEPD (I領域）の検査

検査用のサンプルに 30分間のセコエッチングを無攪拌で施した後、サンプル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の検査

検査用のサンプルにウエット酸素雰囲気下、 1150°Cで 100分間の熱処理を行った後、サンプルを顕微鏡で観察することにより OSFの有無を確認した。

[0051] 以上のような調査の結果から、無欠陥領域の成長速度マージンを求めた。その結果、成長速度マージン (成長速度上限 -成長速度下限)が、該単結晶の平均成長速度（(成長速度上限 +成長速度下限) Z2)の 10. 7%であり、大幅に、無欠陥領域の単結晶の製造マージンを拡大することができたことが判った。

[0052] 次に、図 2の単結晶製造装置を用いて、上記で得られた成長速度マージンの範囲内で無欠陥領域の単結晶を育成した。その結果、直胴部の全長に渡り 2次欠陥の発生して、な、無欠陥結晶を育成することができた。

[0053] (実施例 2)

冷却筒 22を具備する図 2の単結晶製造装置 21に、直径 18インチ (約 450mm)の石英ルツボ 7を装備し、続いて、石英ルツボ 7に原料多結晶シリコンを 70kgチャージして溶融し、原料融液 6とした。そして、チヨクラルスキー法 (CZ法）により、直胴部の直径が 6インチ（約 150mm)、直胴部の長さが約 100cmのシリコン単結晶 4を、成長速度を徐々に低下させながら育成した。

尚、シリコン単結晶 4の育成時には、中心磁場強度 3000Gの水平磁場を印加した。また、成長界面近傍での温度勾配 Gをある程度一定に保つ様に、原料融液 6の表面と遮熱部材 13の間隔を 50mmとした。

[0054] さらに、冷却筒 22内に流す冷却媒体の流量及び温度を調節して、融点から 950°C までの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が約 1. 64°CZmin、 1150°Cから 1080°Cまでの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が約 1. 56°CZmin、 105 0°Cから 950°Cまでの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が約 1. 56°C/min 、となるように制御した。

[0055] 次に上記のようにして育成した単結晶を縦割りしてサンプルを作製し、実施例 1と同様の方法により結晶欠陥分布の調査を行った。

その結果、無欠陥領域の単結晶を引上げるための成長速度マージン (成長速度上限 -成長速度下限)が、該単結晶の平均成長速度（(成長速度上限 +成長速度下限 ) Z2)の 13. 2%であり、大幅に、無欠陥領域の単結晶の製造マージンを拡大することができることが判った。

[0056] 次に、図 2の単結晶製造装置を用いて、上記で得られた成長速度マージンの範囲内で無欠陥領域の単結晶を育成した。その結果、直胴部の全長に渡り 2次欠陥の発生して、な、無欠陥結晶を育成することができた。

[0057] (比較例 1)

図 5の冷却筒を具備していない単結晶製造装置 1を用いて、実施例 1と同様に成長速度を変化させながらシリコン単結晶を育成した。

ただし、この単結晶製造装置 1は冷却筒を具備していないため、冷却速度を制御することができない。そのため、融点から 950°Cまでの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が約 0. 64°CZmin、 1150°Cから 1080°Cまでの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が約 0. 58°CZmin、 1050°Cから 950°Cまでの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が約 0. 43°CZminとなった。さらに、この時の引上げ単結晶の温度分布を図 3に示す。この図 3からも、比較例 1で用いた単結晶製造装置では、実施例 1で用いた単結晶製造装置と比較して、冷却速度が非常に遅いことが判る。

[0058] 次に上記のようにして育成した単結晶を縦割りしてサンプルを作製し、実施例 1と同様の方法により結晶欠陥分布の調査を行った。

その結果、無欠陥領域の単結晶を引上げるための成長速度マージン (成長速度上限 -成長速度下限)が、該単結晶の平均成長速度（(成長速度上限 +成長速度下限

)Z2)の 4. 2%であり、非常に、無欠陥領域の単結晶の製造マージンが小さいものであった。

[0059] 次に、図 5の単結晶製造装置を用いて、上記で得られた成長速度マージンの範囲内で無欠陥領域の単結晶を育成した。しかし、成長速度マージンが非常に狭いために、成長速度の制御が困難で、一部で 2次欠陥が発生し、直胴部の全長に渡り 2次欠陥の発生していない無欠陥結晶を育成することはできな力つた。

[0060] (比較例 2)

図 5の単結晶製造装置 1を用いて、実施例 2と同様に成長速度を変化させながらシリコン単結晶を育成した。

ただし、この単結晶製造装置 1は冷却筒を具備していないため、冷却速度を調整することができない。そのため、融点から 950°Cまでの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が約 0. 84°CZmin、 1150°Cから 1080°Cまでの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が約 0. 72°CZmin、 1050°Cから 950°Cまでの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が約 0. 59°CZminであった。

[0061] 次に上記のようにして育成した単結晶を縦割りしてサンプルを作製し、実施例 1と同様の方法により結晶欠陥分布の調査を行った。

その結果、無欠陥領域の単結晶を引上げるための成長速度マージン (成長速度上限 -成長速度下限)が、該単結晶の平均成長速度（(成長速度上限 +成長速度下限 )Z2)の 6. 1%であり、非常に、無欠陥領域の単結晶の製造マージンが小さいものであった。

[0062] 次に、図 5の単結晶製造装置を用いて、上記で得られた成長速度マージンの範囲内で無欠陥領域の単結晶を育成した。しかし、成長速度マージンが非常に狭いために、成長速度の制御が困難で、一部で 2次欠陥が発生し、直胴部の全長に渡り 2次欠陥の発生していない無欠陥結晶を育成することはできな力つた。 [0063] 次に、実施例 1, 2、比較例 1, 2の結果から、各温度帯における、通過時間と (成長速度マージン Z平均成長速度） X 100 (%)の関係を示すグラフを作成したものが図 4である。図 4からも判るように、例えば、無欠陥領域の単結晶を引上げるための成長速度マージン (成長速度上限 -成長速度下限)が、平均成長速度（ (成長速度上限 +成長速度下限) Z2)の 7%以上の範囲となるようにするためには、融点から 950°C までの温度帯を通過する時の通過時間を 480分以下 (冷却速度の平均値 0. 96°C Zmin以上）、 1150°Cから 1080°Cまでの温度帯を通過する時の通過時間を 80分以下（冷却速度の平均値 0. 88°CZmin以上）、 1050°Cから 950°Cまでの温度帯を通過する時の通過時間を 140分以下（冷却速度の平均値 0. 71°CZmin以上）となるように制御すれば良い。

通常、成長速度マージンは、平均成長速度の 4%程度、あるいはせいぜい 6%以下であり、これが 6%を超えて、例えば 7%以上にまで増加させることができれば、全面が N領域である無欠陥結晶を安定して育成することができるようになる。特に、 10 %以上にできれば、 N領域からずれて、 2次欠陥が結晶の一部に発生してしまうことはほとんどなくなる。

[0064] 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

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、径方向にリング状に発生する OSF領域の外側で、且つ格子間型及び空孔型の欠陥が存在しない無欠陥領域の単結晶を引上げるとともに、前記単結晶の引上げは、単結晶の融点から 950°Cまでの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が、 0. 96°C/min以上の範囲、 1150°Cから 1080°Cまでの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値力 0. 88°CZmin以上の範囲、 1050°C力ら 950°Cまでの温度帯を通過する時の冷却速度の平均値が、 0. 71°CZmin以上の範囲、となるように制御して行うことを特徴とする単結晶の製造方法。

[2] 前記無欠陥領域の単結晶を引上げるための成長速度マージン (成長速度上限一成長速度下限)が、該単結晶の平均成長速度（(成長速度上限 +成長速度下限) Z2) の 7%以上の範囲であ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。

[3] 前記単結晶を引上げるための温度帯の制御は、チャンバ内に、少なくとも、冷却媒体で強制冷却される冷却筒と、冷却補助部材を配置することによって行う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。

[4] 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乃至請求項 3の、ずれか 1項に記載の単結晶の製造方法。

[5] 前記単結晶の直胴部の直径を、 150mm以上とすることを特徴とする請求項 1乃至請求項 4のいずれか 1項に記載の単結晶の製造方法。

[6] 前記単結晶の引上げは、中心磁場強度が 300ガウス以上 6000ガウス以下の範囲の磁場を印加しながら行うことを特徴とする請求項 1乃至請求項 5のいずれか 1項に記載の単結晶の製造方法。 [7] 請求項 1乃至請求項 6のいずれか 1項に記載の方法で製造された単結晶 _c