(57)【要約】  ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶は、直径４５１〜４８０ｍｍで、全長６６０ｍｍ以上という十分な長さを有しているので、増径部と減径部の夫々の軸方向の半径の変化率を小さくできる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバに収納された石英ルツボ内に結晶用シリコン原料を充填して溶融し、この溶融シリコンからチョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶であって、
前記シリコン単結晶は、直径４５０ｍｍのシリコンウェーハを形成可能な４５１〜４８０ｍｍの直径を有し、かつその全長が６６０ｍｍ以上であることを特徴とするシリコン単結晶。
【請求項２】
増径部の長さと減径部の長さとの比率は１：１．９〜１：２．１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。
【請求項３】
前記シリコン単結晶は、直径が４６５ｍｍ、増径部の長さが２１０ｍｍ、直胴部の長さが１７００〜２５４０ｍｍ、減径部の長さが４５０ｍｍで、全長を２３６０ｍｍ以上３２００ｍｍ未満としたことを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は直径が極めて大きいシリコン単結晶、直径が４５０ｍｍ以上のＣＺ法により引き上げられたシリコン単結晶棒に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコン単結晶の大口径化が推進され、直径３００ｍｍのシリコンウェーハ用のシリコン単結晶が製造されている。また、直径４５０ｍｍのシリコンウェーハ用のシリコン単結晶の製造が行われようとしている（非特許文献１）。【０００３】
【非特許文献１】文献名：−先端ＬＳＩが要求するウェーハ技術の現状−  最新  シリコンデバイスと結晶技術、発行：日本国リアライズ理工センター／リアライズＡＴ株式会社、発行日２００５年１２月２９日、第３章結晶技術、１．５  ４５０ｍｍ径を想定した結晶技術課題（２４３頁、２４４頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、シリコン単結晶の直胴部の直径が、直径４５０ｍｍウェーハに対応するサイズまで大きくなったとき、従来の３００ｍｍウェーハの場合と同じように、増径部の長さを１１０ｍｍ、減径部の長さを３００ｍｍとすれば、増径部および減径部での長さ方向における直径の変化率が大きくなる。その結果、増径部および減径部の安定した育成が難しくなる。【０００５】
この発明は、チョクラルスキー法により得られた直径４５０ｍｍ以上のシリコン単結晶において、増径部および減径部の軸方向における半径の変化率を小さくすることができるシリコン単結晶を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、チャンバに収納された石英ルツボ内に結晶用シリコン原料を充填して溶融し、この溶融シリコンからチョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶であって、前記シリコン単結晶は、直径４５０ｍｍのシリコンウェーハを形成可能な４５１〜４８０ｍｍの直径を有し、かつその全長が６６０ｍｍ以上であることを特徴とするシリコン単結晶である。【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、チョクラルスキー法により得られた直径４５１〜４８０ｍｍのシリコン単結晶（インゴット）は、全長６６０ｍｍと十分な長さを有する。そのため、増径部と減径部の夫々の軸方向における半径の変化率（増径率、減径率）を小さくすることができる。
ここでいうシリコン単結晶の全長（長さ）とは、増径部，直胴部，減径部からなるシリコン単結晶の軸方向における長さをいう。
シリコン単結晶の直径とは、その直胴部の直径をいう。【０００８】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、増径部の長さと減径部の長さとの比率を１：１．９〜１：２．１としている。すなわち、増径部の長さと減径部の長さとの比率は約１：２（±１０％）である。
増径部の長さと減径部の長さとの比率が１：１．９未満では、直径４５０ｍｍのシリコンウェーハに加工できない増径部の長さを、良好な増径部の軸方向における半径の増加率が得られる２１０ｍｍより長くする必要が生じる。そうしなければ、減径部の長さが、良好な減径部の軸方向における半径の増加率が得られる４５０ｍｍより短くなり、増径部の長さの増大による歩留まりの低下、もしくは減径部の長さの減少による減径部の成長の不安定化が生じる。また、上記比率が１：２．１を超えれば、増径部の長さを、良好な増径部の軸方向における半径の増加率が得られる２１０ｍｍより短くする必要が生じる。そうしなければ、直径４５０ｍｍのシリコンウェーハに加工できない減径部の長さが、良好な減径部の軸方向における半径の増加率が得られる４５０ｍｍより長くなり、増径部の長さの減少による増径部の成長の不安定化、もしくは減径部の長さの増大による歩留まりの低下が生じる。
ここでいう比率とは、四捨五入した値の比率である。例えば、増径部の長さが２１０ｍｍ、減径部の長さが４５０ｍｍの場合、その比率は１：２．１４２…であるが、四捨五入により１：２．１となる。【０００９】
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記シリコン単結晶のサイズを、直径４６５ｍｍ、増径部の長さ２１０ｍｍ、直胴部の長さ１７００〜２５４０ｍｍ、減径部の長さ４５０ｍｍで、全長を２３６０ｍｍ以上３２００ｍｍ未満としている。【００１０】
特に、請求項３に記載の発明によれば、シリコン単結晶のサイズを、直径４６５ｍｍ、増径部の長さ２１０ｍｍ、直胴部の長さ１７００〜２５４０ｍｍ、減径部の長さ４５０ｍｍ、全長を２３６０ｍｍ以上３２００ｍｍ未満としたので、シリコン単結晶の引き上げ時に必要な石英ルツボに、外径が３６インチの比較的小径のものを使用することができる。
直胴部の長さが１７００ｍｍ未満では、製品である直径４５０ｍｍのシリコンウェーハに加工できる直胴部の歩留まり（使用するシリコン結晶用原料の重量に対しての直胴部の重量の比率）が８０％以下となり、従来の３００ｍｍ以下のウェーハの場合と比較して歩留まりが大きく低下する。また、直胴部の長さが２５４０ｍｍを超えれば、シリコン単結晶の全長が３２００ｍｍ以上となり、投入シリコン原料の体積から、石英ルツボとして外径４５インチ以上のものを採用しなければならない。その場合、ルツボの底面積が増大し、シリコン単結晶の引き上げ後にルツボ内に残る融液が増加するので、効率的ではない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、チョクラルスキー法により得られた直径４５０ｍｍのシリコンウェーハ用のシリコン単結晶において、増径部と減径部の軸方向における半径の変化率が小さいので、安定した増径、減径ができる単結晶の育成が可能となり、品質的にも良好なシリコン単結晶が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施例１に係るシリコン単結晶を成長させるシリコン単結晶成長装置の構成図である。
【図２】この発明の実施例１に係るシリコン単結晶を得るための石英ルツボの縦断面図である。
【図３】この発明の実施例１に係るシリコン単結晶の正面図である。
【符号の説明】
【００１３】
１０  シリコン単結晶成長装置、
１１  チャンバ、
１６  石英ルツボ、
１８  周壁部、
１９  底部、
２６  溶融液、
Ｃ  種結晶、
Ｓ  シリコン単結晶、
Ｓ２  増径部、
Ｓ３  直胴部、
Ｓ４  減径部。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明の実施例を具体的に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１において、１０は実施例１に係るシリコン単結晶Ｓを成長させるシリコン単結晶成長装置（以下、結晶成長装置）であり、この結晶成長装置１０は、中空円筒形状のチャンバ１１を備えている。チャンバ１１は、大径のメインチャンバ１２と、メインチャンバ１２上に連設固定され、メインチャンバ１２より小径なプルチャンバ１３とからなる。メインチャンバ１２内の中心部には、ルツボ１４が、回転および昇降が可能な支持軸（ペディスタル）１５の上に固定されている。ルツボ１４は、共に有底円筒形状の内側の石英ルツボ１６と外側の黒鉛ルツボ１７を組み合わせた二重構造である。このうち、石英ルツボ１６は、その全長にわたって外径が一定に形成された周壁部１８と、周壁部１８の下方に配された膨出形状の底部１９とを、この底部１９の外面に比べて曲率半径が小さい膨出形状の外面を有するコーナー部２０によって分離不能に連結したものである（図２）。なお、石英ルツボ１６の外径は３６インチである。【００１６】
ルツボ１４の外側には、加熱抵抗式のヒータ２１が周壁部１８と同心円状に配置されている。ヒータ２１の外側には、円筒状の保温筒２２がメインチャンバ１２の内面に沿って配置されている。メインチャンバ１２の底面上には、円形の保温板２３が配置されている。メインチャンバ１２の外側には、水平磁場を形成するため、超伝導磁石２４が対向設置されている。
ルツボ１４の中心線上には、支持軸１５と同一軸心で回転および昇降が可能な引き上げ軸（ワイヤでも可能）２５がプルチャンバ１３を通って吊設されている。引き上げ軸２５の下端には、種結晶Ｃが装着されている。【００１７】
次に、この結晶成長装置１０を用いたシリコン単結晶成長方法を具体的に説明する。製造されるシリコン単結晶Ｓの直胴部Ｓ３の直径は、４５０ｍｍのシリコンウェーハを形成可能な４６５ｍｍである（図３）。
ルツボ１４内に結晶用シリコン原料およびＰ型不純物としてのボロンを投入する。チャンバ１１内を５０Ｔｏｒｒに減圧し、チャンバ１１内に不活性ガスとして２００Ｌ／ｍｉｎのＡｒガスを導入する。次に、ルツボ１４内の投入物をヒータ２１の加熱により溶解し、ルツボ１４内に溶融液２６を形成する。
それから、引き上げ軸２５の下端に装着された種結晶Ｃを溶融液２６に浸漬する。そして、ルツボ１４および引き上げ軸２５を互いに逆方向へ回転させつつ、引き上げ軸２５をその軸方向に引き上げ、種結晶Ｃの下方にシリコン単結晶Ｓを成長させる。【００１８】
シリコン単結晶Ｓの成長過程では、まず絞り工程により転位が除去され、ネック部Ｓ１が形成される。絞り工程に続き、増径工程により増径部Ｓ２が形成され、その増径停止により直胴部Ｓ３の形成が開始される。このとき、製品となるシリコン単結晶Ｓの酸素濃度等の品質を所望のものにするため、印加磁場強度や引き上げ軸２５の回転速度、ルツボ１４の回転速度は設定、調整される。
今回は、まず、磁場を０．４テスラ印加、引き上げ軸２５の回転速度を８ｒｐｍ、ルツボ１４の回転速度を０．１ｒｐｍという条件で、ネック部Ｓ１を造る。次に、ヒータ２１の電力と引き上げ軸２５の上昇速度とを変化させ、上向きコーン形状の増径部Ｓ２を形成する。増径部Ｓ２の直径が所定径（３８５ｍｍ）に達した時点で、更にヒータ２１の電力と引き上げ軸２５の上昇速度を変化させて増径を停止させる。これにより増径工程が終了する。このときの増径部Ｓ２の軸方向の長さは２１０ｍｍである。この時点から直胴部Ｓ３へ移行し、同様にヒータ２１の電力と引き上げ軸２５の上昇速度を調整して直胴部Ｓ３の育成工程に入る。【００１９】
次に、直胴部Ｓ３の長さが１７００ｍｍに達した時点で、ヒータ２１の電力を調整する。これにより、下向きコーン形状の減径部Ｓ４（図３）が除々に形成され、最終的には下向きコーンの頂点で、シリコン単結晶Ｓの成長が終了する。減径部育成工程で、減径部Ｓ４の長さが４５０ｍｍになるように、ヒータ２１の電力と引き上げ軸２５の上昇速度を調整することは言うまでもない。【００２０】
このように、直径４６５ｍｍのシリコン単結晶Ｓにあって、その増径部Ｓ２の長さを２１０ｍｍとして安定させたので、増径部Ｓ２の増径が確実に行え、生産性が向上した。また、その減径部Ｓ４の長さを４５０ｍｍとしたので、下向きコーンがシリコン融液２６から離れる際に発生しやすい転位が直胴部Ｓ３に伝わることを確実に防げる。【００２１】
また、直胴部Ｓ３の長さを１７００ｍｍとすることで、全長が２３６０ｍｍとなり石英ルツボ１６を３６インチと比較的小径とすることが可能となった。
ここで、シリコン単結晶Ｓの全長を３２００ｍｍ以上にすると、投入シリコン原料の体積から石英ルツボ１６の外径を４５インチ以上にしなければならないが、このようにすればルツボ１４の底面積が増えて、結局ルツボ１４内に残る溶融液２６が増加するので、効率的ではない。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
この発明は、ＭＰＵ等のプロセッサー、ＤＲＡＭやＦｌａｓｈ  Ｍｅｍｏｒｙ等のメモリーデバイス、ＩＧＢＴ等のパワーデバイスなどの基板となる大口径のシリコンウェーハを得られるシリコン単結晶に有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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