(57)【要約】      （修正有）【課題】シリコン単結晶の酸素濃度を高く維持しつつ、面内の酸素濃度を均一化できる引上げ装置及び引上げ方法を提供する。【解決手段】ルツボ１３０を回転させながら昇降させるルツボ回転駆動部１５０と、ヒータ１４２を昇降させるヒータ駆動部１４３と、磁場印加部１４０を昇降させる磁場駆動部１４１と、ルツボ回転駆動部１５０、ヒータ駆動部１４３及び磁場駆動部１４１の駆動を制御する制御部１６０と、を有し、制御部１６０は、ルツボ回転駆動部１５０によるルツボ１３０の昇降に同期させて、磁場印加部１４０の磁場中心位置がシリコン融液１１６の表面から所定の位置に常に位置するように磁場駆動部１４１の駆動を制御して磁場印加部１４０を昇降させ、同時に、シリコン融液１１６の温度が常に均一になるように所定のデータに基づいてヒータ駆動部１４３の駆動を制御してヒータ１４２を昇降させるシリコン単結晶引上げ装置１００。【選択図】図１
2010064928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンを溶融してシリコン融液とする石英ルツボ及び黒鉛ルツボからなるルツボと、
前記ルツボを回転させながら昇降させるルツボ回転駆動部と、
前記シリコンを溶融するための熱発生源であるヒータと、
前記ヒータを昇降させるヒータ駆動部と、
前記シリコン融液に対して磁場を印加する磁場印加部と、
前記磁場印加部を昇降させる磁場駆動部と、
前記ルツボ回転駆動部、前記ヒータ駆動部及び前記磁場駆動部に接続され、前記ルツボ回転駆動部、前記ヒータ駆動部及び前記磁場駆動部の駆動を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記ルツボ回転駆動部による前記ルツボの昇降に同期させて、前記磁場印加部の磁場中心位置が前記シリコン融液の表面から所定の位置に常に位置するように前記磁場駆動部の駆動を制御して前記磁場印加部を昇降させ、同時に、前記シリコン融液の温度が常に均一になるように所定のデータに基づいて前記ヒータ駆動部の駆動を制御して前記ヒータを昇降させることを特徴とするシリコン単結晶引上げ装置。
【請求項２】
前記磁場印加部の磁場中心位置の所定の位置は、前記シリコン融液の深さをＢとし、前記石英ルツボ内の前記シリコン融液の下面（最低面）の垂直方向の位置をＬとし、このＬを基準とし種結晶側を＋とした場合、磁場中心位置が＋１／２Ｂ＋Ｌ〜＋１／３Ｂ＋Ｌであることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶引上げ装置。
【請求項３】
前記所定のデータは、予め前記シリコン融液の表面及び前記石英ルツボ壁の伝熱解析によって得られたデータであることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶引上げ装置。
【請求項４】
前記伝熱解析に基づく前記ヒータの位置の調整は、前記ヒータの上端及び前記黒鉛ルツボの上端を一致させた位置を基準として、前記ヒータの上端よりも前記黒鉛ルツボの上端が上側の位置にある場合を＋側とした場合に、前記黒鉛ルツボの上端が＋２０ｍｍ以上＋１００ｍｍ以下となるように追従させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のシリコン単結晶引上げ装置。
【請求項５】
磁場印加部によって横磁場を印加しながら石英ルツボ内のシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶引上げ方法において、
シリコン単結晶の引上げに伴って前記石英ルツボを回転させながら昇降させると共に前記磁場印加部の磁場中心位置が前記シリコン融液の表面から常に所定の位置に位置するように前記磁場印加部を昇降し、
前記石英ルツボ及び前記磁場印加部の昇降と同期させて、前記シリコン融液の温度を均一に保持するように所定のデータに基づいて前記石英ルツボ内のシリコン融液を加熱するヒータを昇降することを特徴とするシリコン単結晶の引上げ方法。
【請求項６】
前記磁場印加部の磁場中心位置の所定の位置は、前記シリコン融液の深さをＢとし、前記石英ルツボ内の前記シリコン融液の下面（最低面）の垂直方向の位置をＬとし、このＬを基準とし種結晶側を＋とした場合、磁場中心位置が＋１／２Ｂ＋Ｌ〜＋１／３Ｂ＋Ｌであることを特徴とする請求項４に記載のシリコン単結晶引上げ方法。
【請求項７】
前記所定のデータは、予め前記シリコン融液の表面及び前記石英ルツボ壁の伝熱解析によって得られたデータであることを特徴とする請求項４に記載のシリコン単結晶引上げ方法。
【請求項８】
前記伝熱解析に基づく前記ヒータの位置の調整は、前記ヒータの上端及び前記黒鉛ルツボの上端を一致させた位置を基準として、前記ヒータの上端よりも前記黒鉛ルツボの上端が上側の位置にある場合を＋側とした場合に、前記黒鉛ルツボの上端が＋２０ｍｍ以上＋１００ｍｍ以下となるように追従させることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載のシリコン単結晶引上げ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシリコン単結晶引上げ装置及びシリコン単結晶引上げ方法に関し、特に、シリコン単結晶の酸素濃度が高く、かつ、面内の酸素濃度分布が均一化されたシリコン単結晶引上げ装置及びシリコン単結晶引上げ方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年デバイス形成プロセスの変化に伴い、デバイス形成時のストレス増加による転位発生や反りを防ぐ為、酸素濃度の高い規格のシリコンウェーハが求められるようになってきた。シリコンの強度は酸素が混入することで上がることが一般的に知られている。
【０００３】
ＣＺ（チョクラルスキー）法による結晶育成では、結晶後半で石英ルツボとシリコン融液との接触面積が減るにつれて石英ルツボからの酸素の溶け込み量が減り、結晶後半になるにつれて酸素濃度が下がってしまう現象が一般的に知られている。そのため結晶後半で酸素濃度の規格外れが生じ、歩留まりが低下してしまう不具合があった。
【０００４】
そこで、特許文献１では、横（水平）磁場を印加して、従来のＣＺ法と同様に石英ルツボの回転数を上げて高酸素化を図ろうとする技術が開示されている。しかし、特許文献１において、石英ルツボの回転数を上げるとシリコン単結晶の変形や多結晶化の不具合が生じてしまう（特許文献１参照）。
【０００５】
また、特許文献２では、横磁場印加ＣＺ法（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｆｉｅｌｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ、以下、「ＨＭＣＺ法」という場合がある。）において、磁場位置を下げることにより石英ルツボ底からの流れを活性化し、高酸素濃度の結晶が得やすくする方法が開示されている。しかし、この磁場位置を下げる方法では、石英ルツボ底からの流れが活性化され、高酸素濃度の結晶が得やすくなる一方、面内の酸素濃度分布が著しく悪化するという問題があった。面内の酸素濃度分布の悪化により規格に入らないという事態を招き、歩留まりを低下させてしまう。
【０００６】
そこで、上記の方法において、歩留まりの低下を改善する方法として磁場強度を結晶後半に向けて上げ、シリコン融液の粘性を高めることでシリコン融液と石英ルツボとの摩擦を増やし、酸素の溶け込み量を増加させる方法が考えられる。しかし、この磁場強度を結晶後半で上げる方法では、一定以上の強磁場で磁場強度を上げても磁場による粘性の増加が頭打ちになってしまい酸素濃度が上がらなくなる事態が生じ、所望の酸素濃度のシリコン結晶が得られなくなってしまう。
【０００７】
上述したように、磁場位置の変化では面内の酸素濃度分布が悪化してしまう。一方、磁場強度を上げる方法によっては、磁場による粘性の増加が頭打ちになってしまい所望の酸素濃度が得られない。したがって、結晶後半で酸素濃度を高くして、高酸素濃度のシリコン結晶を得るためには、磁場位置を下げつつ面内の酸素濃度分布を均一にすることが必要となる。
【０００８】
そこで、本発明者らは、磁場位置を下げた場合に面内の酸素濃度が不均一となる理由について考察した。そして、磁場位置を下げた場合、上述したように石英ルツボ底からの流れが活性化されることで、石英ルツボ底の酸素の溶け込みの不均一がシリコン結晶に影響すると思料した。すなわち、シリコン融液の流れが石英ルツボ底の酸素の溶け込みの不均一を取り込み、高酸素濃度領域を含むシリコン融液の流れと低酸素濃度領域とを含むシリコン融液の流れが代わる代わる結晶直下に流れ込み、結晶長方向に不均一になると思料した。
【０００９】
そこで、石英ルツボ底の酸素の溶け込みの不均一を改善することで、面内の酸素濃度分布が均一でかつ高酸素濃度のシリコン単結晶を得ることができると思料した。
【特許文献１】特開２００４−１８９５５７号公報
【特許文献２】特開２００４−１８２５６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、横磁場印加ＣＺ法の結晶後半において、磁場中心位置とヒータ位置とを同時にシリコン融液の表面より下げることで、シリコン単結晶の酸素濃度を高く維持しつつ、面内の酸素濃度を均一化できるシリコン単結晶引上げ装置及びシリコン単結晶引上げ方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施の形態によると、シリコンを溶融してシリコン融液とする石英ルツボ及び黒鉛ルツボからなるルツボと、前記ルツボを回転させながら昇降させるルツボ回転駆動部と、前記シリコンを溶融するための熱発生源であるヒータと、前記ヒータを昇降させるヒータ駆動部と、前記シリコン融液に対して磁場を印加する磁場印加部と、前記磁場印加部を昇降させる磁場駆動部と、前記ルツボ回転駆動部、前記ヒータ駆動部及び前記磁場駆動部に接続され、前記ルツボ回転駆動部、前記ヒータ駆動部及び前記磁場駆動部の駆動を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記ルツボ回転駆動部による前記ルツボの昇降に同期させて、前記磁場印加部の磁場中心位置が前記シリコン融液の表面から所定の位置に常に位置するように前記磁場駆動部の駆動を制御して前記磁場印加部を昇降させ、同時に、前記シリコン融液の温度が常に均一になるように所定のデータに基づいて前記ヒータ駆動部の駆動を制御して前記ヒータを昇降させることを特徴とするシリコン単結晶引上げ装置が提供される。
【００１２】
本発明の一実施の形態によると、磁場印加部によって横磁場を印加しながら石英ルツボ内のシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶引上げ方法において、シリコン単結晶の引上げに伴って前記石英ルツボを回転させながら昇降させると共に前記磁場印加部の磁場中心位置が前記シリコン融液の表面から常に所定の位置に位置するように前記磁場印加部を昇降し、前記石英ルツボ及び前記磁場印加部の昇降と同期させて、前記シリコン融液の温度を均一に保持するように所定のデータに基づいて前記石英ルツボ内のシリコン融液を加熱するヒータを昇降することを特徴とするシリコン単結晶の引上げ方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、横磁場印加ＣＺ法の結晶後半において、磁場中心位置とヒータ位置とを同時にシリコン融液の表面より下げることで、シリコン単結晶の酸素濃度を高く維持しつつ、面内の酸素濃度を均一化できるシリコン単結晶引上げ装置及びシリコン単結晶引上げ方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるわけではない。また、各実施の形態において、同様の構成については同じ符号を付し、改めて説明しない場合がある。
【００１５】
本発明の実施の形態において、石英ルツボ底からの酸素の溶け込みの不均一は石英ルツボ底の温度やシリコン融液と石英ルツボ底との摩擦の変化によって決まると思料して、石英ルツボ内の温度分布に着目し、シリコン融液及び石英ルツボ壁の温度の伝熱解析を行った。その結果、石英ルツボとシリコン融液との接触面の温度差が均一であるほど面内の酸素濃度分布が良化するという知見を得、本発明を創作するに至った。以下、図面を基に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態に係るシリコン単結晶の引上げ装置１００を示す概略断面図である。図１に示すように、本発明の実施の形態に係るシリコン単結晶の引上げ装置１００は、円筒形状のメインチャンバ１２１の上にプルチャンバ１２２を重ねて形成された炉体１２０と、炉体１２０内に設けられたルツボ１３０と、ルツボ１３０に装填されたシリコン融液１１６の温度を保持するヒータ１４２とを有している。ヒータ１４２の周囲には、ヒータ１４２の熱を効果的にルツボ１３０に与えるために、メインチャンバ１２１の内壁に沿って第１の保温部材１４５、第２の保温部材１４６及び第３の保温部材１４７が設けられている。なお、ルツボ１３０は二重構造であり、内側が石英ルツボ１３１、外側が黒鉛ルツボ１３２で構成されている。
【００１７】
炉体１２０の上方には、シリコン単結晶１１５を巻き上げる巻上げ機構１１０が設けられている。この巻上げ機構１１０は、シリコン単結晶１１５を巻き上げるワイヤ１１３を巻取る巻取り部１１１と、内部にモータを有し、巻取り部１１１に対してワイヤ１１３の巻取りの駆動力を与えるワイヤ回転駆動部１１２と、この巻取り部１１１に巻き上げられる引上げワイヤ１１３とにより構成される。そして、ワイヤ１１３の先端に種結晶１１４が取り付けられ、シリコン単結晶１１５を育成しながら引上げるように配置されている。
【００１８】
メインチャンバ１２１内において、ルツボ１３０の上方且つ近傍には、上部と下部が開口形成され、育成中のシリコン単結晶１１５にヒータ１４２からの余計な輻射熱を与えないようにするための輻射シールド１４４が設けられている。
【００１９】
輻射シールド１４４は、図示しないが昇降駆動部（昇降手段）によって、ワイヤ１１３（昇降手段）の巻き上げ巻き戻しに伴い上下移動可能に構成されている。即ち、シリコンの溶融時において、輻射シールド１４４は、ルツボ１３０の上方に配置され、シリコン単結晶１１５の引上げ時に伴い、その下端がルツボ１３０内に位置するよう引下げられる。なお、輻射シールド１４４は、第１の保温部材１４５の上に設けられた第２の保温部材１４６（支持手段）と、第２の保温部材１４６上に設けられた第３の保温部材１４７とが載置され支持される。ここで、輻射シールド１４４の下端とシリコン融液１１６の表面の距離はシリコンの結晶の特性にとって重要なパラメータであるため、シリコン融液１１６の減少に伴って輻射シールド１４４の下端とシリコン融液１１６の表面との距離を一定にするように、輻射シールド１４４及びルツボ１３０は昇降可能に配置される。
【００２０】
さらに、本発明の実施の形態に係るシリコン単結晶の引上げ装置１００は磁場印加部１４０を有する。磁場印加部１４０は磁場駆動部１４１に接続され、磁場駆動部１４１が制御部１６０に接続される。そして、磁場駆動部１４１は、制御部１６０の制御により磁場印加部１４０の磁場中心位置がシリコン融液１１６の表面より下に位置するように磁場印加部１４０を昇降する。このように、磁場印加部１４０の磁場中心位置をシリコン融液１１６の表面より下に位置させることで石英ルツボ１３０底からの流れを活性化し、高酸素濃度の結晶が得やすくなる。
【００２１】
さらに、本発明の実施の形態に係るシリコン単結晶の引上げ装置１００はヒータ１４２を有する。ヒータ１４２は、ヒータ駆動部１４３に接続され、ヒータ駆動部１４３が制御部１６０に接続される。そして、ヒータ１４２は、制御部１６０によって制御されたヒータ駆動部１４３によりシリコン単結晶１１５の育成段階に合わせて昇降可能とされている。ヒータ１４２は、石英ルツボ１３１内のシリコン融液１１６の温度を均一化するために配置されている。シリコン融液１１６の温度を均一化することで、面内の酸素濃度分布を均一化することができるからである。
【００２２】
さらに、本発明の実施の形態に係るシリコン単結晶の引上げ装置１００はルツボ回転駆動部１５０を有する。ルツボ回転駆動部１５０はテーブル１１７及び回転軸１１８を備えている。ルツボ回転駆動部１５０はルツボ１３０を回転軸１１８の所定方向に回転及び昇降させるための駆動部である。
【００２３】
さらに、本発明の実施の形態に係るシリコン単結晶の引上げ装置１００は制御部１６０を有する。制御部１６０は、上述した磁場駆動部１４１、ヒータ駆動部１４３及びルツボ回転駆動部１５０の昇降動作を制御する。そこで、制御部１６０による磁場駆動部１４１、ヒータ駆動部１４３及びルツボ回転駆動部１５０の昇降動作を適切に制御のために、石英ルツボ１３１内の温度分布に着目して、シリコン融液１１６及び石英ルツボ１３１壁の温度の伝熱解析を行った。本発明の実施の形態に係るシリコン単結晶の引上げ装置１００においては、前述の伝熱解析の結果を制御部１６０に記憶させ、ルツボ回転駆動部１５０によるルツボ１３０の昇降に同期させて、磁場印加部１４０の磁場中心位置がシリコン融液１１６の表面から常に所定の位置に位置するように磁場駆動部１４１の駆動を制御して磁場印加部１４０を昇降させている。また同時に、シリコン融液１１６の温度が常に均一になるように伝熱解析によって得られたデータに基づいてヒータ駆動部１４３の駆動を制御してヒータ１４２を昇降させている。
【００２４】
磁場の印加においては、磁場印加部１４０の磁場中心位置をはじめに設定して、磁場中心位置を移動させないこともできるが、シリコン融液１１６の量が減少するに従ってルツボ１３０は相対的に上方に移動するため、磁場印加部１４０の磁場中心位置をシリコン融液１１６の表面の移動に追従してシリコン融液１１６の表面より下側の最適位置に移動させることが好適である。
【００２５】
以上が、本発明の実施の形態に係るシリコン単結晶の引上げ装置１００の構成である。以上説明したように、本発明の実施の形態に係るシリコン単結晶の引上げ装置１００は、石英ルツボ１３１壁及びシリコン融液１１６の伝熱解析を行い、ヒータ１４２の位置を調整することによりシリコン融液１１６の温度を均一にして、横磁場をシリコン融液１１６に印加する際に生じる石英ルツボ１３１底の酸素の溶け込みの不均一を防止している。従って、シリコン単結晶１１５の酸素濃度を高く維持しつつ面内の酸素濃度分布を均一にできる。以上の効果は制御部１６０によって、磁場駆動部１４１、ヒータ駆動部１４３及びルツボ回転駆動部１５０の昇降を同期させて制御することで達成される。
【００２６】
次に、シリコン単結晶の引き上げ方法について図２を参照して説明する。図２は、図１に示したメインチャンバ１２１の拡大図である。図２において、磁場印加部１４０の破線は、結晶後半においてシリコン融液１１６の表面が減少した場合に、追従して磁場印加部１４０を引き下げた状態を示している。なお、図１と同様の構成については改めて説明しない場合がある。
【００２７】
本発明の実施の形態に係るシリコン単結晶の引き上げ方法においては、上述したように横磁場をかけつつルツボの回転を早くすると変形や多結晶化が起こるという不具合があるため、ルツボの回転はＣＺ法に比べて遅くしている。シリコン単結晶１１６の変形や多結晶化は、摩擦による酸素濃度の不均一に起因し、横磁場をかけると流体の粘性が増し、ルツボの回転を早くすると流体の動きが非定常的になり、流体中に不均一に分布していた酸素が結晶中に取り込まれることにより発生する。そこで本実施の形態ではルツボの回転を遅くしているので、回転（摩擦による不均一）の影響が比較的少ないものと考えられる。したがって、シリコン融液１１６の温度を均一化することで、面内の酸素濃度分布の均一化を図ることができる。そこで、シリコン融液１１６の温度が均一になるように計算された条件及びシリコン単結晶１１６の育成の段階に合わせてヒータ１４２を昇降させる。
【００２８】
本発明の実施の形態に係るシリコン単結晶の引き上げ方法について説明する。まず、石英ルツボ内に充填されたシリコンを溶融してシリコン融液とする。次に、シリコン融液に磁場印加部１４０により横磁場を印加しながらシリコン単結晶１１５を引上げる。このとき、ルツボ回転駆動部１５０によりルツボ１３０を回転及び昇降させる。ルツボ１３０の回転及び昇降に同期させて、磁場駆動部１４１により磁場印加部１４０の磁場中心位置がシリコン融液１１６の表面から常に所定の位置に位置するように、磁場印加部１４０を昇降させる。ここで、磁場印加部１４０の磁場中心位置の所定の位置は、シリコン融液１１６の深さをＢとし、石英ルツボ１３１内のシリコン融液１１６の下面（最低面）の垂直方向の位置をＬとし、このＬを基準とし種結晶側を＋とした場合、磁場中心位置が＋１／２Ｂ＋Ｌ〜＋１／３Ｂ＋Ｌとしている。これによって、常に、磁場中心位置がシリコン融液１１６の深さＢの中心またはシリコン融液１１６の深さＢの１／３の位置を追従している。さらに、ルツボ１３０の回転及び昇降並びに磁場印加部１４０の昇降に同期させて、シリコン融液１１６の温度を均一に保持するように、予め伝熱解析を行って得たデータに基づいて、シリコン融液１１６を加熱するヒータ１４２の位置を昇降させる。ここで、伝熱解析によって得られたデータに基づくヒータ１４２の位置の調整は、ヒータ１４２の上端及び黒鉛ルツボ１３１の上端を一致させた位置を基準として、ヒータ１４２の上端よりも黒鉛ルツボ１３１の上端が上側の位置にある場合を＋側とした場合に、黒鉛ルツボ１３１の上端が常に＋２０ｍｍ以上＋１００ｍｍ以下となるように追従させる。より好ましくは、ヒータ１４２の位置を、黒鉛ルツボ１３１の上端が常に＋４５ｍｍとなるように追従させることである。なお、黒鉛ルツボ１３１の上端が＋２０ｍｍ未満だと、効果が得にくく、＋１００ｍｍを超えると、シリコン単結晶がフリーズしてしまう可能性があるからである。このように、本発明の実施の形態においては、ルツボ１３０の位置、磁場印加部１４０の位置、ヒータ１４２の位置は同期して変動させている。
【００２９】
以上の本発明の実施の形態に係るシリコン単結晶引上げ方法をまとめると、シリコン単結晶１１６の引上げ時の石英ルツボ１３１の昇降に同期させて、磁場印加部１４０の磁場中心位置がシリコン融液１１６の表面から常に所定の位置に位置するように、磁場印加部１４０を昇降する。そしてさらに、石英ルツボ１３１及び磁場印加部１４０の昇降と同期させて、シリコン融液１１６の温度を均一に保持するように伝熱解析を行ったデータに基づいて、シリコン融液１１６を加熱するヒータを昇降する方法である。
【００３０】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係るシリコン単結晶の引上げ方法は、石英ルツボ１３１壁及びシリコン融液１１６の伝熱解析を行い、ヒータ１４２の位置を調整することによりシリコン融液１１６の温度を均一にして、横磁場をシリコン融液１１６に印加する際に生じる石英ルツボ１３１底の酸素の溶け込みの不均一を防止している。従って、育成するシリコン単結晶１１５の酸素濃度を高く維持しつつ面内の酸素濃度分布を均一にできる。以上の効果は制御部１６０によって、磁場駆動部１４１、ヒータ駆動部１４３及びルツボ回転駆動部１５０の昇降を同期させて制御することで達成される。
【００３１】
さらに、より好ましくは、不活性ガスの比流速を落として実施することである。周知のとおりシリコン融液１１６の表面から酸素が常に蒸発しており、シリコン融液１１６の表面付近に低酸素濃度領域が形成される。この低酸素濃度領域も、ごく小さな影響ながらシリコン融液１１６の流れに取り込まれ、酸素濃度の面内分布を悪化させる一つの要因となっている。そのため、比流速を落とし、蒸発を抑制した条件がより望ましい。比流速を落とした場合、高酸素化も同時に達成できる。
【実施例】
【００３２】
次に、本発明の実施の形態に係る実施例及び比較例について説明する。
【００３３】
本実施例は、ＨＭＣＺ法によりシリコン単結晶を引上げる方法において、シリコン単結晶１１５の径を２００ｍｍとして育成するために、石英ルツボ１３１を２２インチ（５５８．８ｍｍ）として、チャージ量を１００ｋｇとした例である。本実施例においては、シリコン単結晶１１５の径を２００ｍｍとして育成したが、本発明の実施の形態に係るシリコン単結晶の引上げ方法はこれに限定されず、例えばシリコン単結晶１１５の径を３００ｍｍ以上の大口径として育成することもできる。
【００３４】
本実施例においては、磁場中心位置を常にシリコン融液の表面から−１００ｍｍの位置で、ＦＥＭＡＧ（総合伝熱解析ソフト）により伝熱解析を行い、この伝熱解析結果に基づいて石英ルツボ１３１内の温度が均一になるようヒータ１４２の位置を調整した。ここで、伝熱解析に基づくヒータ１４２の位置の調整は、ヒータ１４２の上端及び黒鉛ルツボ１３１の上端を一致させた位置を基準として、ヒータ１４２の上端よりも黒鉛ルツボ１３１の上端が上側の位置にある場合を＋側とした場合に、黒鉛ルツボ１３１の上端が＋４５ｍｍとなるように追従させる。
【００３５】
本実施例により育成したシリコン単結晶の面内の酸素濃度分布及び結晶長での酸素濃度（１９７９年ＡＳＴＭ）を測定した結果を図３の２０１、図４（ａ）及び図５に示す。図３は結晶長（ｍｍＬ）における酸素濃度（Ｅ１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を示す図であり、横軸に結晶長（ｍｍＬ）を示し、縦軸に酸素濃度（Ｅ１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を示す。図４（ａ）はシリコン単結晶の面内の酸素濃度分布を示す図であり、横軸に酸素濃度（Ｅ１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を示し、縦軸に試験片上の距離（ｍｍ）を示す。ここで、試験片上の距離とは成長したシリコン単結晶の成長方向の距離に相当する。また、試験片とは結晶直胴７０ｃｍ〜７５ｃｍ部分を縦切りし、結晶軸中心部から、厚さ０．７７５ｍｍ、幅１０ｍｍとして切り出したものをいう。図５は結晶長（ｍｍＬ）における面内の酸素濃度を示す図であり、横軸に結晶長（ｍｍＬ）を示し、縦軸にΔ［Ｏｉ］（％）を示す。ここで、Δ［Ｏｉ］（％）とは面内の酸素濃度の（（ＭＡＸ−ＭＩＮ）／ＭＩＮ×１００）である。
【００３６】
図３から把握されるように、本実施例において、シリコン単結晶の酸素濃度は、酸素濃度の狙い値である１．２（Ｅ１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）〜１．４（Ｅ１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の間にあり、かつ変動幅が小さく安定した酸素濃度である。
【００３７】
図４（ａ）から把握されるように、本実施例において、面内の酸素濃度分布がほぼ均一である。
【００３８】
また、図５から把握されるように、本実施例において、面内の酸素濃度の変動幅が小さくかつ酸素濃度が安定している。
［比較例１］
上述した実施例の効果を検証するために、以下に説明する比較例１及び２について測定した。
【００３９】
比較例１及び比較例２は、ＨＭＣＺ法によりシリコン単結晶を引上げる方法において、シリコン単結晶１１５の径を２００ｍｍとして育成するために、石英ルツボ１３１を２２インチ（５５８．８ｍｍ）として、チャージ量を１００ｋｇとした例である。
【００４０】
比較例１は、磁場中心位置をシリコン融液の表面から±０の位置で、かつ、ヒータ位置の調整を行ないでシリコン単結晶の育成を行った例である。
【００４１】
育成したシリコン単結晶における結晶長での酸素濃度を測定した結果を図３の２０２に示す。図３から把握されるように、シリコン単結晶の酸素濃度は、シリコン単結晶の育成初期段階から育成中期段階にかけては酸素濃度の狙い値である１．２（Ｅ１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）〜１．４（Ｅ１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の間にあるが、結晶後半にかけて低い酸素濃度になって狙い値をはずれ、また、変動幅が大きくかつ酸素濃度が不安定である。
【００４２】
次に、比較例２として、磁場中心位置を昇降させ、一方ヒータの調整は行わない例について説明する。
【００４３】
比較例２は、磁場中心位置を常にシリコン融液の表面から−１００ｍｍの位置で、シリコン単結晶の育成を行った。
【００４４】
育成したシリコン単結晶の面内の酸素濃度分布及び結晶長での酸素濃度を測定した結果を図３の２０３、図４（ｂ）及び図５に示す。なお、図３、図４（ｂ）及び図５の縦軸及び横軸の単位は上述した実施例と同様であるため説明は省略する。
【００４５】
図３から把握されるように、比較例２は、シリコン単結晶の酸素濃度は、酸素濃度の狙い値である１．２（Ｅ１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）〜１．４（Ｅ１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の間にあり、比較例１よりは改善はされているものの、変動幅が実施例より大きくかつ酸素濃度が不安定であることが把握される。
【００４６】
また、図４（ｂ）から把握されるように、比較例２においては、面内の酸素濃度分布が不均一である。
【００４７】
さらに、図５から把握されるように、比較例２において、面内の酸素濃度の変動幅が実施例より大きく、酸素濃度が不安定である。
【００４８】
以上説明したように、実施例と比較例１及び比較例２とを比較すると、磁場中心位置を下げ、シリコン融液の表面及び石英ルツボ壁の温度分布を調整した本実施例がシリコン単結晶を高酸素濃度に維持しつつ、面内の酸素濃度分布の均一化が達成されていることが理解される。一方、比較例１の磁場中心位置を下げず、かつ、温度分布未調整の場合では、結晶長における酸素濃度が結晶後半にかけて低い酸素濃度になり、変動幅が大きくかつ酸素濃度が不安定であることがわかる。したがって、均一した高酸素濃度のシリコン単結晶が得られない。また、比較例２の磁場中心位置を下げ、温度分布未調整の場合では、比較例１よりは改善されているものの面内の酸素濃度分布が不均一であることがわかる。したがって、面内の酸素濃度分布が均一であるシリコン単結晶が得られない。
【００４９】
なお、本発明の実施の形態に係るシリコン単結晶の引上げ装置１００は、上述した例に限定されず変形実施例が可能である。例えば、第１の変形例としては、シリコン単結晶の引上げ装置１００のヒータの形状を変更してもよい。一例としてルツボの形状と同様の形状である。ただし、ヒータはシリコン融液及び石英ルツボ壁の温度を均一にすることができればその形状は特に限定されない。
【００５０】
第２の変形例としては、シリコン単結晶の引上げ装置１００のルツボの下部にボトムヒータを設けてもよい。ボトムヒータは石英ルツボ下部の温度を均一に保つために用いることができる。さらに、ボトムヒータをルツボ下部に設けることにより、シリコン単結晶の酸素濃度をさらに、高くすることができる。また、シリコン融液の減少に伴い昇降するルツボに合わせてボトムヒータを追従させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態に係るシリコン単結晶の引上げ装置を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る図１に示すシリコン単結晶の引上げ装置のメインチャンバを示す概略拡大断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るシリコン単結晶の結晶全長の酸素濃度を示す図である。
【図４】（ａ）は、本発明の実施例に係るシリコン単結晶の面内の酸素濃度分布を示す図であり、（ｂ）は比較例に係るシリコン単結晶の面内の酸素濃度分布を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るシリコン単結晶の面内の酸素濃度を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１００：シリコン単結晶の引上げ装置、１１０：巻き上げ機構、１１１：巻取り部、１１２：ワイヤ回転駆動部、１１３：ワイヤ、１１４：種結晶、１１５：シリコン単結晶、１１６：シリコン融液、１１７：テーブル、１１８：回転軸、１２０：炉体、１２１：メインチャンバ、１２２：プルチャンバ、１３０：ルツボ、１３１：石英ルツボ、１３２：黒鉛ルツボ、１４０：磁場印加部、１４１：磁場駆動部、１４２：ヒータ、１４３：ヒータ駆動部、１４４：輻射シールド、１４５：第１の保温部材、１４６：第２の保温部材、１４７：第３の保温部材、１５０：ルツボ回転駆動部、１６０：制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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