(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法によりルツボ内に収容されたシリコン融液から大口径シリコン単結晶を成長させる大口径シリコン単結晶の製造方法であって、
前記大口径シリコン単結晶及び前記ルツボを囲むように配置されるとともに、複数種から１種または２種以上の断熱片を選択して組み合わせることで外径、内径、厚みを変更可能な複数の断熱部材を有する装置において、前記複数の断熱部材から構成されて、大口径シリコン単結晶の固液界面から上方の冷却領域を成すホットゾーンの形状を最適化することにより、
前記大口径シリコン単結晶の引き上げ時の熱履歴を、前記大口径シリコン単結晶より小さな径の成長した小口径シリコン単結晶を冷却させるときの結晶欠陥形成温度領域と、この結晶欠陥形成温度領域の滞在時間とを含む小口径シリコン単結晶の引き上げ時の熱履歴に模擬し、この模擬した熱履歴に基づき前記大口径シリコン単結晶を成長させることを特徴とする大口径シリコン単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスに用いられるシリコンウェーハを製造する際に用いて好適な大口径シリコン単結晶の製造方法及び製造装置に関し、更に詳しくは、４５０ｍｍあるいはそれより大径の大口径シリコン単結晶を、これより小さな径の小口径シリコン単結晶と同等の品質で、しかも低コストかつ短時間にて作製することができる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体デバイスの半導体基板に用いられるシリコンウェーハは、２００ｍｍや３００ｍｍの径のシリコンウェーハが主流であり、これらのシリコンウェーハは、坩堝に収容された多結晶シリコン原料をヒーターで加熱してシリコン融液とし、このシリコン融液に種結晶を接触させ、この種結晶を回転させながら引き上げる、いわゆるチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法と略記する。）によりシリコン単結晶を生成し、このシリコン単結晶をワイヤソー等を用いて切断し、その後、少なくとも一主面を鏡面研磨することにより作製される（例えば、特許文献１、２等参照）。
【０００３】
ところで、半導体デバイスの製造工程においては、面積がより広いシリコンウェーハを用いることで生産性の向上が期待できることから、２００ｍｍや３００ｍｍの径の小口径シリコンウェーハに替わって、４５０ｍｍ、あるいはそれ以上の径の大口径シリコンウェーハが検討され、それに伴いシリコン単結晶の引き上げにおいても、４５０ｍｍ、あるいはそれ以上の径の大口径シリコン単結晶の引き上げが検討されている。
この大口径シリコン単結晶で問題になるのが結晶欠陥である。
シリコン単結晶の結晶欠陥としては、その冷却過程で発生するＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥があり、このＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥としては、１１００℃〜１０５０℃にて発生するＣＯＰ（Crystal Originated Particle）欠陥（空孔型欠陥）、１０５０℃〜９００℃にて発生するＯＳＦ（Oxidation induced Stacking Fault）欠陥、９００℃〜６００℃にて発生するＢＭＤ（Bulk Micro Defect）欠陥がある。
【０００４】
このＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥は、シリコン単結晶を成長させるときの引上げ速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）と固液界面近傍の引上げ軸方向の結晶温度勾配Ｇ（℃／ｍｍ）との比であるＶ／Ｇ（ｍｍ２／℃・ｍｉｎ）値により、固液界面から導入される空孔量と格子間Ｓｉ量が決定されると考えられており、このＶ／Ｇ値は、引上げ速度に従う空孔の移流と温度勾配に従う格子間Ｓｉの拡散とのバランスを示している。
このＶ／Ｇ値は、それが適切な範囲内であれば、固液界面から導入された空孔と格子間Ｓｉとは、引き上げ後のシリコン単結晶の温度が高いうちに結合して消滅する。
【０００５】
しかし、Ｖ／Ｇ値が適切な範囲より大きい場合、引上速度に従う空孔の移流が温度勾配に従う格子間Ｓｉの拡散を上回り、空孔濃度が高くなる。そして、シリコン単結晶の引き上げの進行に伴う温度低下により空孔過飽和となると、引き上げ後のシリコン単結晶にＣＯＰ欠陥が検出されるようになる。一方、Ｖ／Ｇ値が適切な範囲より小さい場合、引上げ速度に従う空孔の移流が温度勾配に従う格子間Ｓｉの拡散を下回り、格子間Ｓｉ濃度が高くなる。そして、シリコン単結晶の引き上げの進行に伴う温度低下により格子間Ｓｉ過飽和となり、引き上げ後のシリコン単結晶に格子間欠陥が検出されるようになる。
【０００６】
このＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の中でもＣＯＰ欠陥は、シリコンウェーハの初期の酸化膜耐圧特性（ＧＯＰ）の劣化因子であるために、シリコン単結晶のＣＯＰ欠陥密度を低くすることが求められている。
一般に、引き上げ後のシリコン単結晶にＣＯＰ欠陥が検出されるＶ／Ｇ値は０．２（ｍｍ２／℃・ｍｉｎ）以上とされ、十分な酸化膜耐圧特性が得られるＣＯＰ欠陥密度の低いシリコン単結晶を得るためには、Ｖ／Ｇ値の適切な範囲は０．２〜０．４（ｍｍ２／℃・ｍｉｎ）とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１６０３６３号公報
【特許文献２】特開平８−２６１８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、４５０ｍｍ、あるいはそれ以上の径の大口径シリコン単結晶の引き上げについては、時間及び製造コストの点で次のような様々な問題点があった。
大口径シリコン単結晶は、小口径シリコン単結晶と比較して、単結晶を引き上げるだけでも２〜３週間の時間が必要であり、製造に要する時間が大幅に増加するという問題点があった。また、この大口径シリコン単結晶は、小口径シリコン単結晶より大型の引上げ装置が必要になり、この引上げ装置を稼働させるための電力量も増加するために、製造コストが高くなるという問題点があった。
【０００９】
したがって、大口径シリコン単結晶を量産化する場合、この量産化に向けた品質改善のための各種試験や各種検査を頻繁に行う必要があるが、大口径シリコン単結晶の引き上げに多くの時間とコストが掛かるために、これらの各種試験や各種検査を頻繁に行うことは困難である。
さらに、面検器等の検査装置についても、大口径シリコン単結晶に対応することのできる検査装置が無く、この大口径シリコン単結晶の結晶構造や結晶欠陥については、小口径シリコン単結晶と同等の水準で検査することができないという問題点があった。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、４５０ｍｍあるいはそれより大径の大口径シリコン単結晶を、これより小さな径の小口径シリコン単結晶と同等の品質で、しかも低コストかつ短時間にて製造することができる大口径シリコン単結晶の製造方法及び製造装置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】
本発明に係る大口径シリコン単結晶の製造方法は、チョクラルスキー法によりルツボ内に収容されたシリコン融液から大口径シリコン単結晶を成長させる大口径シリコン単結晶の製造方法であって、
前記大口径シリコン単結晶及び前記ルツボを囲むように配置されるとともに、複数種から１種または２種以上の断熱片を選択して組み合わせることで外径、内径、厚みを変更可能な複数の断熱部材を有する装置において、前記複数の断熱部材から構成されて、大口径シリコン単結晶の固液界面から上方の冷却領域を成すホットゾーンの形状を最適化することにより、
前記大口径シリコン単結晶の引き上げ時の熱履歴を、前記大口径シリコン単結晶より小さな径の成長した小口径シリコン単結晶を冷却させるときの結晶欠陥形成温度領域と、この結晶欠陥形成温度領域の滞在時間とを含む小口径シリコン単結晶の引き上げ時の熱履歴に模擬し、この模擬した熱履歴に基づき前記大口径シリコン単結晶を成長させることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る大口径シリコン単結晶の製造装置は、チョクラルスキー法によりシリコン融液から大口径シリコン単結晶を成長させる大口径シリコン単結晶の製造装置であって、
前記シリコン融液を収容するルツボと、このルツボの周囲に配置され該ルツボ内の前記シリコン融液を加熱する加熱手段と、前記シリコン融液から大口径シリコン単結晶を引き上げる引き上げ手段とを備え、前記大口径シリコン単結晶及び前記ルツボを囲むように、形状変更可能な複数の断熱部材を配置し、前記複数の断熱部材各々を、複数種の断熱片により構成し、かつ、前記複数種の断熱片から１種の断熱片を選択するか、または２種以上の断熱片を選択して、これらの断熱片を組み合わせて外径、内径、厚みを変更し、大口径シリコン単結晶の固液界面から上方の冷却領域を成すホットゾーンの形状を選択することにより、前記大口径シリコン単結晶の引き上げ時の熱履歴を、前記大口径シリコン単結晶より小さな径の小口径シリコン単結晶の引き上げ時の熱履歴に模擬可能としたことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る大口径シリコン単結晶の製造方法によれば、大口径シリコン単結晶及びルツボを囲むように配置された複数の断熱部材各々の形状を変更することにより、大口径シリコン単結晶の引き上げ時の熱履歴を、大口径シリコン単結晶より小さな径の小口径シリコン単結晶の引き上げ時の熱履歴に模擬し、この模擬した熱履歴に基づき大口径シリコン単結晶を成長させることとしたので、複数の断熱部材各々の形状を変更するだけで、この大口径シリコン単結晶の引き上げ時の熱履歴を容易に制御することができる。
これにより、４５０ｍｍあるいはそれより大径の大口径シリコン単結晶を、これより小さな径の小口径シリコン単結晶と同等の品質で、しかも低コストかつ短時間にて製造することができる。
【００１７】
本発明に係る大口径シリコン単結晶の製造方法によれば、複数の断熱部材各々を、複数種の断熱片から１種の断熱片を選択するか、または２種以上の断熱片を選択し、これらの断熱片を組み合わせることにより、形状変更可能としたので、これらの断熱片から所望の断熱片を選択し、あるいはこれらを組み合わせることにより、この大口径シリコン単結晶の引き上げ時の熱履歴をさらに容易に制御することができる。
これにより、４５０ｍｍあるいはそれより大径の大口径シリコン単結晶を、これより小さな径の小口径シリコン単結晶と同等の品質で、さらに低コストかつ短時間にて製造することができる。
【００１８】
本発明に係る大口径シリコン単結晶の製造方法によれば、小口径シリコン単結晶の引き上げ時の熱履歴として、成長した小口径シリコン単結晶を冷却させるときの結晶欠陥形成温度領域と、この結晶欠陥形成温度領域の滞在時間とを含むこととしたので、大口径シリコン単結晶の結晶欠陥、特にＣＯＰ欠陥を容易に制御することができる。したがって、結晶欠陥、特にＣＯＰ欠陥が制御された大口径シリコン単結晶を容易に製造することができ、量産化への対応も容易である。
【００１９】
本発明に係る大口径シリコン単結晶の製造装置によれば、大口径シリコン単結晶及びルツボを囲むように、形状変更可能な複数の断熱部材を配置し、これら複数の断熱部材各々の形状を変更することにより、大口径シリコン単結晶の引き上げ時の熱履歴を、大口径シリコン単結晶より小さな径の小口径シリコン単結晶の引き上げ時の熱履歴に模擬可能としたので、複数の断熱部材各々の形状を変更するだけで、この大口径シリコン単結晶の引き上げ時の熱履歴を容易に制御することができる。
これにより、４５０ｍｍあるいはそれより大径の大口径シリコン単結晶を、これより小さな径の小口径シリコン単結晶と同等の品質で、しかも低コストかつ短時間にて製造することができる。
【００２０】
本発明に係る大口径シリコン単結晶の製造装置によれば、複数の断熱部材各々を、複数種の断熱片により構成し、かつ、複数種の断熱片から１種の断熱片を選択するか、または２種以上の断熱片を選択して、これらの断熱片を組み合わせることにより、前記複数の断熱部材各々の形状を変更可能としたので、これらの断熱片から所望の断熱片を選択し、あるいはこれらを組み合わせることにより、この大口径シリコン単結晶の引き上げ時の熱履歴をさらに容易に制御することができる。
これにより、４５０ｍｍあるいはそれより大径の大口径シリコン単結晶を、これより小さな径の小口径シリコン単結晶と同等の品質で、さらに低コストかつ短時間にて製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態の大口径シリコン単結晶の製造装置を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の大口径シリコン単結晶の製造装置の断熱部材のブロック状のパーツを示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態の大口径シリコン単結晶の製造装置の断熱部材の円筒パーツを示す斜視図である。
【図４】シリコン単結晶の引上げ速度を徐々に低下させながら成長させたシリコン単結晶の欠陥分布を示す部分縦断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。
【図６】シリコン単結晶引き上げ時の熱履歴をシミュレーションした結果を示す図である。
【図７】シリコン単結晶引き上げ時の凝固後の熱履歴をシミュレーションした結果を示す図である。
【図８】図７の各熱履歴に対応したＣＯＰ欠陥の大きさを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の大口径シリコン単結晶の製造方法及び製造装置を実施するための形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態の大口径シリコン単結晶の製造装置を示す断面図であり、チョクラルスキー法（ＣＺ法）によりシリコン融液から大口径シリコン単結晶を成長させる、いわゆるチョクラルスキー炉（ＣＺ炉）と称されるものである。
このＣＺ炉１は、チャンバー２内の中心部に配設され４５０ｍｍあるいはそれより大径の大口径シリコン単結晶３を成長させるためのシリコン融液４を収容する石英製のルツボ１１と、このルツボ１１を保持する黒鉛製のルツボ１２と、このルツボ１１、１２の外側に配置されルツボ１１内のシリコン融液４を加熱するヒータ（加熱手段：図示略）と、シリコン種結晶（図示略）を取り付けるシードチャック１４及びシリコン融液４から大口径シリコン単結晶２を引き上げる引き上げ軸１５を有する引き上げ機構（引き上げ手段）１６と、ルツボ１１、１２を回転及び昇降させるペディスタルと称される支持軸１７と、大口径シリコン単結晶３の成長後の冷却領域であるホットゾーンに、大口径シリコン単結晶２及びルツボ１１、１２を囲むように配設された断熱体１８とにより構成されている。
【００２４】
断熱体１８は、ルツボ１１内のシリコン融液４より上部の位置に大口径シリコン単結晶３を囲むように設けられた略円筒状の断熱部材２１と、ルツボ１１の軸方向の中心部を囲むようにその外側に設けられた肉厚の円環状の断熱部材２２と、この断熱部材２２上かつルツボ１１の上部を囲むように設けられた円筒状の断熱部材２３と、断熱部材２２の下側に設けられた円筒状の断熱部材２４及び厚みのある円板状の断熱部材２５とにより構成されている。
【００２５】
この断熱体１８では、断熱部材２１〜２５それぞれの形状、すなわち外径、内径、厚み等を変更することが可能である。
断熱部材２１〜２５それぞれの外径、内径、厚み等を変更することが可能な形状としては、高さ方向及び横方向に細かく分割したブロック状のパーツ（断熱片）、同心円状に分割した円筒パーツ（断熱片）等があるが、大口径シリコン単結晶３の引き上げ時の熱履歴を細かく制御するためには、ブロック状のパーツが好ましい。
【００２６】
図２は、断熱部材２２のブロック状のパーツ３１を示す斜視図であり、これらのブロック状のパーツ３１を縦横に積み重ねることにより、断熱部材２２を構成することができる。これは、断熱部材２１、２３〜２５についても同様である。
また、図３は、断熱部材２２の円筒パーツ３２を示す斜視図であり、内径の異なる円筒パーツ３２を複数個、同心円状に配置することにより、断熱部材２２を構成することができる。これは、断熱部材２１、２３〜２５についても同様である。
【００２７】
大口径シリコン単結晶３の引き上げにおいては、大口径シリコン単結晶３の固液界面から上方の冷却領域、すなわちホットゾーンでは、断熱体１８を構成する断熱部材２１〜２５が熱履歴に影響を及ぼしており、断熱部材２１〜２５の形状を変更することにより、ホットゾーンにおける断熱体１８の断熱特性を変えることができ、その結果、大口径シリコン単結晶３の軸方向の温度勾配を変えることができる。したがって、断熱部材２１〜２５の形状を変えることで、引き上げ時の大口径シリコン単結晶３の熱履歴を制御することが可能である。
【００２８】
大口径シリコン単結晶３の品質を評価する上での指標には、結晶温度勾配であるＧｃ及びＧｃ／Ｇｅ、引き上げ時に高温となる場合にルツボ１１が変形する可能性があるルツボ上端部温度がある。
そこで、これらの指標それぞれに影響を及ぼすと考えられる断熱部材２１〜２５の形状を変更することにより、大口径シリコン単結晶３の引き上げ時における指標の最適化を行うことができる。これにより、大口径シリコン単結晶３の品質を目標に合わせて調整することができる。
【００２９】
このように、ブロック状のパーツ３１や円筒パーツ３２から必要なパーツを選択し、これらのパーツを組み合わせて断熱部材２１〜２５それぞれを作製することにより、大口径シリコン単結晶３の引き上げ時の熱履歴を、この大口径シリコン単結晶より小さな径、例えば、汎用されている３００ｍｍあるいは２００ｍｍの径の小口径シリコン単結晶の引き上げ時の熱履歴に一致させることが可能である。
このように、断熱部材２１〜２５それぞれの形状、すなわち外径、内径、厚み等を変更することにより、大口径シリコン単結晶３の熱履歴を変更することが可能になっている。
【００３０】
ここで、シリコン単結晶の結晶欠陥について説明する。
シリコン単結晶の結晶欠陥としては、その冷却過程で発生するＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が挙げられ、このＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥としては、１１００℃〜１０５０℃にて発生するＣＯＰ（Crystal Originated Particle）欠陥（空孔型欠陥）、１０５０℃〜９００℃にて発生するＯＳＦ（Oxidation induced Stacking Fault）欠陥、９００℃〜６００℃にて発生するＢＭＤ（Bulk Micro Defect）欠陥が挙げられる。
中でも、半導体デバイスの製造工程にてシリコンウェーハの初期の酸化膜耐圧特性（ＧＯＰ）に大きな影響を及ぼすＣＯＰ欠陥が重要である。
【００３１】
図４は、引上げ速度を徐々に低下させながら成長させたシリコン単結晶の欠陥分布を示す部分縦断面図、図５は図４のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。
一般に、シリコン単結晶には、半導体デバイス製造工程にて問題となる様々な種類のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が生じる。
代表的なＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥は、格子間シリコン優勢領域である転位クラスター発生領域に発生する転位クラスター、及び空孔優勢領域である赤外線散乱体欠陥発生領域に発生するＣＯＰ欠陥またはボイドの二つであり、これらの領域の間はリング状ＯＳＦ発生領域となる。
【００３２】
すなわち、シリコン単結晶の径方向の中間位置に、リング状ＯＳＦ発生領域があり、このリング状ＯＳＦ発生領域の内側には、無欠陥領域、ＣＯＰまたはボイドを発生させる赤外線散乱体欠陥発生領域が順次形成されている。
一方、リング状ＯＳＦ発生領域の外側には、酸素析出促進領域、酸素析出抑制領域（Ｐｉ領域）、転位クラスター発生領域が順次形成されている。この酸素析出促進領域は、空孔型のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥フリー領域（ＰＶ領域）であり、酸素析出抑制領域は、格子間シリコン型のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥フリー領域（ＰＩ領域）である。
【００３３】
このような欠陥分布は、次の二つの因子によって制御される。すなわち、一つは結晶引上げ速度であり、他の一つは凝固直後の結晶内温度分布である。
例えば、引上げ速度が速い段階では、リング状ＯＳＦ発生領域は結晶外周部に位置している。したがって、高速引上げ条件にて成長させたシリコン単結晶から得られたシリコンウェーハは、シリコン単結晶の径方向のぼぼ全域にＣＯＰ欠陥が発生する。そこで、結晶引上げ速度を徐々に低下させると、この引上げ速度の低下に伴ってリング状ＯＳＦ発生領域がシリコン単結晶の中心部へ向かって徐々に移動し、最終的には、シリコン単結晶の中心部で消滅する。これにより、低速引上げ条件にて成長させたシリコン単結晶から得られたシリコンウェーハは、シリコン単結晶の径方向のぼぼ全域が転位クラスター発生領域となる。
【００３４】
本実施形態のＣＺ炉１では、断熱部材２１〜２５それぞれの形状、すなわち外径、内径、厚み等を変更することにより、ルツボ１１内のシリコン融液４の温度及び大口径シリコン単結晶３の温度分布を制御することができ、この大口径シリコン単結晶３の引き上げ時の熱履歴を容易に制御することができる。
例えば、大口径シリコン単結晶３の引き上げ時の熱履歴を、この大口径シリコン単結晶より小さな径、例えば、汎用されている３００ｍｍあるいは２００ｍｍの径の小口径シリコン単結晶の引き上げ時の熱履歴に一致させることにより、大口径シリコン単結晶３を、これより小さな径の小口径シリコン単結晶と同等の品質で、しかも低コストかつ短時間にて製造することができる。
【００３５】
次に、このＣＺ炉１を用いて本実施形態の大口径シリコン単結晶を製造する方法について説明する。
まず、大口径シリコン単結晶の引き上げ時の熱履歴を、小口径シリコン単結晶の引き上げ時の熱履歴により模擬する。
ここでは、断熱部材２１〜２５それぞれの形状、すなわち外径、内径、厚み等を変更することにより、大口径シリコン単結晶３の熱履歴を、３００ｍｍあるいは２００ｍｍの径の小口径シリコン単結晶の引き上げ時の熱履歴に一致させる。
【００３６】
シリコン単結晶内の品質は、ホットゾーンの形状によりほぼ決定される。したがって、例えば、結晶欠陥の品質が異なる複数品種の４５０ｍｍの径の大口径シリコン単結晶３を引き上げる場合、引き上げる大口径シリコン単結晶３の品種に合わせてホットゾーンの種類を選択する必要があり、このホットゾーンを構成する断熱部材２１〜２５についても複数種必要になる。
大口径シリコン単結晶３は、２００ｍｍあるいは３００ｍｍの径の小口径シリコン単結晶と比べて装置構成が大型化する分、ホットゾーンを構成する断熱部材も大型化する。
【００３７】
本実施形態では、断熱部材２１〜２５それぞれの形状を、ブロック状のパーツ３１や円筒パーツ３２を複数個組み合わせて構成することにより、様々な種類のホットゾーンに対応することができ、ホットゾーンの種類毎に断熱部材２１〜２５を用意する必要がない。したがって、引き上げる大口径シリコン単結晶３の品種に合わせて、最適なホットゾーンの構成を、短時間かつ安価に得ることができる。
【００３８】
このように、ブロック状のパーツ３１や円筒パーツ３２から必要なパーツを選択し、これらのパーツを組み合わせて断熱部材２１〜２５それぞれを作製することにより、大口径シリコン単結晶３の引き上げ時の熱履歴を、この大口径シリコン単結晶より小さな径、例えば、汎用されている３００ｍｍあるいは２００ｍｍの径の小口径シリコン単結晶の引き上げ時の熱履歴に一致させることが可能である。
よって、断熱部材２１〜２５それぞれの形状、すなわち外径、内径、厚み等を変更することにより、大口径シリコン単結晶３の熱履歴を変更することが可能である。
表１に、所望の品質の大口径シリコン単結晶３を引き上げるためのホットゾーンの断熱部材の寸法の可変範囲及び評価指標値の一例を示す。
【００３９】
【表１】
0005439972.tif 000002
【００４０】
図６は、シリコン単結晶引き上げ時の熱履歴をシミュレーションした結果を示す図であり、図中、Ａは４５０ｍｍ径のシリコン単結晶における固液界面からの距離（ｍｍ）と結晶温度（℃）との関係を、Ｂは３００ｍｍ径のシリコン単結晶における固液界面からの距離（ｍｍ）と結晶温度（℃）との関係を、Ｃは２００ｍｍ径のシリコン単結晶における固液界面からの距離（ｍｍ）と結晶温度（℃）との関係を、それぞれ示している。
【００４１】
図６によれば、４５０ｍｍ径のシリコン単結晶と、３００ｍｍまたは２００ｍｍ径のシリコン単結晶とでは、シリコン単結晶の冷却速度が大きく異なることが分かる。
シリコン単結晶では、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が形成される温度領域は決まっており、例えば、ＣＯＰ欠陥が形成される温度領域は１１００℃〜１０５０℃、ＯＳＦ欠陥が形成される温度領域は１０５０℃〜９００℃、ＢＭＤ欠陥が形成される温度領域は９００℃〜６００℃である。したがって、これらの温度領域における滞在時間を制御することにより、シリコン単結晶内にＣＯＰ欠陥、ＯＳＦ欠陥及びＢＭＤ欠陥のうちいずれか１種または２種以上を所望の濃度にて形成することができる。
【００４２】
このように、大口径シリコン単結晶と小口径シリコン単結晶とでは、熱量が異なるために、冷却速度が大きく異なり、したがって熱履歴が大きく異なる。
そこで、シリコン単結晶引き上げ時の結晶温度勾配であるＧｃ及びＧｃ／Ｇｅ、引き上げ時のルツボ上端部温度、ヒータパワーを対象としたシミュレーションを行い、その実験結果に基づき、上記の指標に影響を及ぼすと考えられる断熱部材２１〜２５の形状を決定すれば、引き上げるシリコン単結晶の形状に合わせてホットゾーンを最適化することができる。
【００４３】
例えば、大口径シリコン単結晶を引き上げる場合、徐冷にて引き上げを行っているので、上記のシミュレーションの実験結果に基づき、上記の指標に影響を及ぼすと考えられる断熱部材２１〜２５の形状を変更することにより、単結晶の冷却速度を促進することができる。さらに、単結晶の引き上げ速度を促進することでも、単結晶の冷却速度を促進することができる。したがって、これら双方を組み合わせることにより、単結晶の冷却速度を任意に制御することが可能である。
以上により、大口径シリコン単結晶の引き上げ時の熱履歴を、小口径シリコン単結晶の引き上げ時の熱履歴に模擬することで、大口径シリコン単結晶３の引き上げ時におけるホットゾーンを最適化することができる。したがって、この最適化したホットゾーンにより、結晶欠陥の品質に優れた大口径シリコン単結晶３を成長させることができる。
【００４４】
図７は、シリコン単結晶引き上げ時の凝固後の熱履歴、すなわち冷却時間（分）と結晶温度（℃）との関係をシミュレーションした結果を示す図、図８は、図７の各熱履歴に対応したＣＯＰ欠陥の大きさを示す図であり、図中、Ｄは４５０ｍｍ径のシリコン単結晶における凝固後の冷却時間（分）と結晶温度（℃）との関係を、Ｅは４５０ｍｍ径のシリコン単結晶におけるＤと異なる熱履歴の凝固後の冷却時間（分）と結晶温度（℃）との関係を、Ｆは３００ｍｍ径のシリコン単結晶における凝固後の冷却時間（分）と結晶温度（℃）との関係を、Ｇは３００ｍｍ径のシリコン単結晶におけるＦと異なる熱履歴の凝固後の冷却時間（分）と結晶温度（℃）との関係を、Ｈは２００ｍｍ径のシリコン単結晶における凝固後の冷却時間（分）と結晶温度（℃）との関係を、Ｊは４５０ｍｍ径のシリコン単結晶におけるＤ及びＥと異なる熱履歴の凝固後の冷却時間（分）と結晶温度（℃）との関係を、それぞれ示している。
【００４５】
なお、上記のＪでは、ブロック状のパーツ３１や円筒パーツ３２から必要なパーツを選択し、これらのパーツを組み合わせて断熱部材２１〜２５それぞれを作製することにより、大口径シリコン単結晶３の引き上げ時の熱履歴を、小口径シリコン単結晶の引き上げ時の熱履歴に模擬することで、単結晶の冷却速度を促進し、さらに、単結晶の引き上げ速度を０．６５ｍｍ／分以上に設定することで、シリコン単結晶内にＣＯＰ欠陥が形成される結晶欠陥形成温度領域（１１００℃〜１０５０℃）の滞在時間を３０分以下としている。
【００４６】
図７及び図８では、単結晶の引き上げ条件やホットゾーン形状によりシリコン単結晶の熱履歴が異なるので、単結晶の温度勾配、及び結晶欠陥形成温度領域に単結晶が滞在する滞在時間も異なっている。
図７及び図８によれば、シリコン単結晶内にＣＯＰ欠陥が形成される結晶欠陥形成温度領域は１１００℃〜１０５０℃であるから、この結晶欠陥形成温度領域の滞在時間が長くなればなる程、ＣＯＰ欠陥が大きくなることが分かる。
また、この滞在時間がある一定時間を超えた場合、ＣＯＰ欠陥の成長が飽和し、ＣＯＰ欠陥の大きさが一定となることが分かる。
【００４７】
以上により、４５０ｍｍ径のシリコン単結晶を引き上げる場合に、ブロック状のパーツ３１や円筒パーツ３２から必要なパーツを選択し、これらのパーツを組み合わせて断熱部材２１〜２５それぞれを作製することにより、シリコン単結晶内にＣＯＰ欠陥が形成される結晶欠陥形成温度領域（１１００℃〜１０５０℃）の滞在時間が３０分以下となる熱履歴とすれば、シリコン単結晶内に形成されるＣＯＰ欠陥を小さくすることができる。その結果、２００ｍｍ径または３００ｍｍ径のシリコン単結晶を用いて４５０ｍｍ径のシリコン単結晶の熱履歴を模擬することにより、４５０ｍｍ径のシリコン単結晶の結晶欠陥、例えば、ＣＯＰ欠陥等のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を無くすことができ、４５０ｍｍ径のシリコン単結晶の品質を向上させることができる。
【００４８】
本実施形態の大口径シリコン単結晶の製造方法によれば、ホットゾーンを、ブロック状のパーツ３１や円筒パーツ３２から必要なパーツを選択し、これらのパーツを組み合わせた断熱部材２１〜２５それぞれを用いて構成することにより、大口径シリコン単結晶３の引き上げ時の熱履歴を容易に制御することができる。
したがって、４５０ｍｍあるいはそれより大径の大口径シリコン単結晶を、これより小さな径の小口径シリコン単結晶と同等の品質で、しかも低コストかつ短時間にて製造することができる。
【００４９】
本実施形態の大口径シリコン単結晶の製造装置によれば、断熱体１８を、ブロック状のパーツ３１や円筒パーツ３２から必要なパーツを選択し、これらのパーツを組み合わせた断熱部材２１〜２５により構成したので、断熱部材２１〜２５をパーツ３１、３２の組み合わせだけで作製することができ、したがって、大口径シリコン単結晶３の引き上げ時のホットゾーンを容易かつ短時間にて作製することができ、大口径シリコン単結晶３の引き上げ時の熱履歴を容易に制御することができる。
したがって、４５０ｍｍあるいはそれより大径の大口径シリコン単結晶３を、これより小さな径の小口径シリコン単結晶と同等の品質で、しかも低コストかつ短時間にて製造することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  ＣＺ炉
２  チャンバー
３  大口径シリコン単結晶
４  シリコン融液
１１  ルツボ
１２  ルツボ
１３  ヒータ
１４  シードチャック
１５  引き上げ軸
１６  引き上げ機構
１７  支持軸
１８  断熱体
２１〜２５  断熱部材
３１  ブロック状のパーツ
３２  円筒パーツ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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