(57)【要約】      （修正有）【課題】巨視的な抗率面内分布（ＲＲＧ分布）及び微視的な抵抗率変動が良好な＜１１１＞結晶が製造可能となるシリコン単結晶製造方法の提供。【解決手段】原料融液４に磁場印加装置１３により好ましくは水平磁場を印加してチョクラルスキー法によりシリコン単結晶３を引上げる際、シリコン単結晶３の引上げ直径を３００ｍｍ以上とし、シリコン単結晶３の成長軸方位を＜１１１＞とし、シリコン単結晶３の引上げ直径をＤ［ｍｍ］、原料融液４表面の中心磁場強度をＭ［Ｇａｕｓｓ］、シリコン単結晶３の回転速度をＲ［ｒｐｍ］として、１０９６／Ｄ−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）／Ｄ＞０．７、好ましくは、１０９６／Ｄ−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）／Ｄ＞１の関係を満たすようにシリコン単結晶３の成長を行なうシリコン単結晶製造方法。【選択図】図１
2018095489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料融液に磁場を印加してチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引上げる際、前記シリコン単結晶の引上げ直径を３００ｍｍ以上とし、前記シリコン単結晶の成長軸方位を＜１１１＞とし、前記シリコン単結晶の引上げ直径をＤ［ｍｍ］、前記原料融液表面の中心磁場強度をＭ［Ｇａｕｓｓ］、前記シリコン単結晶の回転速度をＲ［ｒｐｍ］として、１０９６／Ｄ−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）／Ｄ＞０．７の関係を満たすように前記シリコン単結晶の成長を行なうことを特徴とするシリコン単結晶製造方法。
【請求項２】
１０９６／Ｄ−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）／Ｄ＞１の関係を満たすように前記シリコン単結晶の成長を行なうことを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶製造方法。
【請求項３】
製品採取直径をＤｐ［ｍｍ］として、０．７＜１０９６／Ｄｐ−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）／Ｄｐ＜１の場合に、前記引上げ直径ＤをＤｐ／｛１０９６−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）｝とすることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶製造方法。
【請求項４】
前記印加する磁場を、水平磁場とすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のシリコン単結晶製造方法。
【請求項５】
ウェーハ面内の７割以上が（１１１）沿面成長部からなる、直径３００ｍｍ以上の（１１１）シリコン単結晶ウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場を印加したチョクラルスキー法により大口径＜１１１＞シリコン単結晶を製造する方法、及びシリコン単結晶ウェーハに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｓｉトランジスタの微細化・高集積化による性能向上が限界に近づきつつある中、Ｓｉよりもキャリア移動度に優れたＧｅやＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をチャネル材料として用いる次世代トランジスタによる大幅な性能向上に期待が集まっている。
【０００３】
これらの次世代チャネル材料は、地殻中に２７．７％存在するＳｉと異なって、Ｇｅは１．８ｐｐｍａ、Ｇａ、Ａｓはそれぞれ１８ｐｐｍａ、１．５ｐｐｍａと資源量が少ないことに加え、ＧａＡｓなどの化合物半導体においては、もろく壊れ易い点、熱伝導の悪い点が産業的な利用における課題の一つとなっている。
【０００４】
これらの課題に対して、資源量が豊富で安価・高品質、かつ電子デバイスに十分な使用実績のあるＳｉ基板の上に、Ｇｅ、ＧａＡｓ等を配置するヘテロ構造は有効な解決策となり得る。
【０００５】
しかしながら、Ｓｉ基板上にこれら異種原子層を形成する際には、（１）格子定数不整合によるミスフィット転位の導入、（２）熱膨張率差による膜内部熱歪みによる残留応力、転位、ウェーハ反り、及び（３）無極性のＳｉと異種元素から構成される極性を有するＩＩＩ−Ｖ族との極性差によるＡｎｔｉ−ｐｈａｓｅ  ｄｏｍａｉｎ（逆位相領域）の発生などが問題となる。
【０００６】
これらの問題のうち、ミスフィット転位については、成長領域選択成長と呼ばれる、Ｓｉ基板上をＳｉＯ２などで覆い、部分的に露出させたＳｉ基板面から成長させる方法によって、成長した異種原子層中の転位をかなり抑制できることが知られている。
【０００７】
熱膨張率差については、成長温度を低温化することで影響を軽減できることが知られているが、低温化により結晶性が悪くなる弊害がある。そのため、Ｓｉと異種原子層を分離して熱膨張による相互の影響をなくすため、この問題に対してもＳｉＯ２などで形成したパターン内部に成長させる方法や、パターンを通したラテラル成長をする方法が有効となる。
【０００８】
しかしながら、これらの方法は熱膨張率の影響をかなり抑制できるものの、パターン内の成長面での熱膨張率差の影響を回避することができない。また、チャネル部への歪導入がキャリア移動度の高速化につながる有益な面もある。そのため、ウェーハ自体が強固で、転位やウェーハ反りを抑制できる方が好ましい。この点で、Ｓｉ（１１１）面は最密面で最も機械的強度が強く、転位やウェーハ反りを抑制できるため、他の面方位と比較して優位性がある。
【０００９】
Ａｎｔｉ−ｐｈａｓｅ  ｄｏｍａｉｎについては、基板表面が偶数原子ステップを有するようにすることで抑制できることが知られており、（１００）基板上の成長の場合であればオフ角度基板を用いるなどの方法が有効となる。この点でも、Ｓｉ（１１１）面は元々２原子層ステップであるため、オフ角度の調整などの必要もない。
【００１０】
このように、Ｓｉ基板上に高キャリア移動度材料をヘテロエピタキシャル成長させるヘテロ構造において、Ｓｉ（１１１）面は、熱膨張率差による転位やウェーハ反りの抑制につながる機械的強度の点と、Ａｎｔｉ−ｐｈａｓｅ  ｄｏｍａｉｎ抑制につながる表面２原子層ステップの点で、Ｓｉの他の面方位に対して優位性がある。
【００１１】
上述のように、次世代チャネル材料のヘテロエピタキシャル用基板としてはＳｉ（１１１）面が優位性を備えている。しかしながら、現在主流となっているＳｉをチャネル材料とするＭＯＳトランジスタにおいては、Ｓｉ（１１１）−ＳｉＯ２界面の界面準位がＭＯＳトランジスタの高速動作の妨げとなるため、結晶方位＜１１１＞のシリコン単結晶から切り出したシリコン単結晶ウェーハ（以下、（１１１）シリコンウェーハとも呼ぶ）は使用されてこなかった。そのため、高歩留まりの先端微細化技術を適用できる３００ｍｍ以上の大口径シリコンウェーハとして、（１１１）シリコンウェーハが工業上実用された例はなく、シリコン単結晶製造においても、３００ｍｍ以上の大口径を有する結晶方位＜１１１＞のシリコン単結晶（以下、＜１１１＞結晶とも呼ぶ）の成長例は報告されていないのが実状である。
【００１２】
そのため、（１１１）シリコンウェーハの面内品質について、微細なデザインルールで構成される先端デバイス向けには十分に検討されていない。
【００１３】
従来の（１１１）シリコンウェーハの面内品質については、例えば、非特許文献１にあるように、固液成長界面の形状が平坦となって（１１１）面に近づくと沿面成長（ファセット成長）が生じることが知られている。このような沿面成長部を面内で含むことによって、非特許文献２にあるように、（１００）シリコンウェーハと比較して（１１１）シリコンウェーハでは抵抗率面内分布（ＲＲＧ）が悪化することが示されている。
【００１４】
この＜１１１＞結晶成長時の特徴である沿面成長と、それに伴うＲＲＧ分布の悪化から、従来技術では一様に沿面成長を回避する試みが取られてきた。
【００１５】
例えば、特許文献１では、結晶回転を変速回転とすることで結晶回転による固液成長界面近傍の対流を促進して沿面成長を回避する技術が、特許文献２では、成長軸を＜１１１＞から１〜６°傾斜させてずらすことで沿面成長を回避する技術が、特許文献３では、ルツボ内溶融層の下層に固体層を形成するＤＬＣＺ（Ｄｏｕｂｌｅ  Ｌａｙｅｒ  ＣＺ）法によって沿面成長を回避する技術が開示されている。
【００１６】
特許文献１に記載の結晶回転による対流促進による沿面成長回避は、巨視的な分布は改善するが、固液界面部で対流による温度変動が起こりやすく、微視的な分布は逆に悪化してしまう。また、特許文献２の方法では、傾斜した（１１１）面に沿った沿面成長が起こるため、改善効果は小さい。これに対し、特許文献３では、ＤＬＣＺ法で固液界面を平坦化するが、特許文献４にあるように、ＤＬＣＺ法では微視的な抵抗率分布が悪化する弊害が生じてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平０５−２０８８９２号公報
【特許文献２】特開平１１−１８６１２１号公報
【特許文献３】特開平０７−２７７８７０号公報
【特許文献４】特開平０６−２６３５８３号公報
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】宮澤信太郎編（２００２），メルト成長のダイナミクス，共立出版
【非特許文献２】Ｓｉｍｕｒａ（１９８９），Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＡＣＡＤＥＭＩＣ  ＰＲＥＳＳ．  ＩＮＣ．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
次世代チャネル材料を用いたヘテロエピタキシャルウェーハを使用する最先端デバイスにおいては、ＡｒＦ液浸やＥＵＶを用いたリソグラフィー技術でナノメートルオーダーの極微細パターンを形成するため、抵抗率や格子間酸素原子について、巨視的のみならず、微視的な均一性も重要となる。しかしながら、上述のように、＜１１１＞結晶成長の微視的な分布の均一化について、有効な技術は示されていない。
【００２０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、巨視的なＲＲＧ分布（面内抵抗率分布）及び微視的な抵抗率変動が良好な大口径＜１１１＞結晶が製造可能となるシリコン単結晶の製造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】
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明は、原料融液に磁場を印加してチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引上げる際、前記シリコン単結晶の引上げ直径を３００ｍｍ以上とし、前記シリコン単結晶の成長軸方位を＜１１１＞とし、前記シリコン単結晶の引上げ直径をＤ［ｍｍ］、前記原料融液表面の中心磁場強度をＭ［Ｇａｕｓｓ］、前記シリコン単結晶の回転速度をＲ［ｒｐｍ］として、１０９６／Ｄ−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）／Ｄ＞０．７の関係を満たすように前記シリコン単結晶の成長を行なうことを特徴とするシリコン単結晶製造方法を提供する。
【００２２】
上記の関係を満たすように結晶成長させることで、（１１１）沿面成長を促進し、結晶面内の直径の７割以上を沿面成長させることができる。このような沿面成長促進条件では、巨視的なＲＲＧ分布及び微視的な抵抗率変動の小さい良好な、直径３００ｍｍ以上の大口径＜１１１＞シリコン単結晶が製造可能となる。
【００２３】
本発明のシリコン単結晶製造方法において、１０９６／Ｄ−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）／Ｄ＞１の関係を満たすように前記シリコン単結晶の成長を行なうことが好ましい。
【００２４】
これにより、（１１１）沿面成長をさらに促進し、結晶面内全面を沿面成長させることができる。このような＜１１１＞シリコン単結晶では、巨視的なＲＲＧ分布がさらに良好となり、かつ微視的な抵抗率変動が良好となる。
【００２５】
本発明のシリコン単結晶製造方法において、製品採取直径をＤｐ［ｍｍ］として、０．７＜１０９６／Ｄｐ−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）／Ｄｐ＜１の場合に、前記引上げ直径ＤをＤｐ／｛１０９６−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）｝とすることが好ましい。
【００２６】
このような引上げ直径であれば、本発明の方法により製造された＜１１１＞結晶から、ウェーハ全面が沿面成長部である（１１１）シリコンウェーハを得ることができる。
【００２７】
このとき、前記印加する磁場を、水平磁場とすることが好ましい。
印加する磁場を水平磁場とすれば、シリコン融液の縦方向の対流が効率よく抑制され、結晶周辺部における酸素蒸発量を制御することができるし、大口径単結晶の製造も比較的容易である。
【００２８】
また、本発明は、ウェーハ面内の７割以上が（１１１）沿面成長部からなる、直径３００ｍｍ以上の（１１１）シリコン単結晶ウェーハを提供する。
【００２９】
このような（１１１）シリコンウェーハであれば、巨視的なＲＲＧ分布が良好となり、かつ沿面成長部ではウェーハ表面における微視的な抵抗率変動が良好となる。
【発明の効果】
【００３０】
以上のように、本発明のシリコン単結晶製造方法であれば、（１１１）沿面成長を促進し、結晶面内の直径の７割以上を沿面成長させることで、巨視的なＲＲＧ分布及び微視的な抵抗率変動が良好な、直径３００ｍｍ以上の大口径＜１１１＞シリコン単結晶が製造可能となる。また、本発明の方法により製造されたシリコン単結晶から得られた（１１１）シリコンウェーハであれば、ウェーハ面内の７割以上が（１１１）沿面成長部からなるため、巨視的なＲＲＧ分布及び微視的な抵抗率変動が良好となる。さらに、このようなシリコンウェーハは、面方位が（１１１）であるため、高キャリア移動度を有するＧｅやＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体などの次世代チャネル材料を用いたヘテロエピタキシャル用基板として有益である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のシリコン単結晶製造方法を実施可能な結晶製造装置の一例を示す概略図である。
【図２】ＭＣＺ法により＜１１１＞シリコン単結晶を成長させた際の、（１１１）沿面成長径と結晶回転速度及び中心磁場強度の関係を示すグラフである。
【図３】ＭＣＺ法により＜１１１＞シリコン単結晶を成長させた際の、（１１１）沿面成長径と中心磁場強度及び結晶回転速度の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例において製造されたシリコン単結晶の沿面成長部のＸＲＴ画像及び面内抵抗率分布の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例及び比較例において、沿面成長径比率を縦軸に、１０９６／Ｄ−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）／Ｄの値を横軸にプロットしたグラフである。
【図６】沿面成長径比率とＲＲＧ分布の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
上述のように、巨視的なＲＲＧ分布及び微視的な抵抗率変動が良好な＜１１１＞結晶が製造可能となるシリコン単結晶製造方法が求められている。
【００３３】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、従来技術では回避されてきた＜１１１＞結晶成長時に生じる沿面成長が、結晶回転と磁場強度に強く依存すること、また、ウェーハ直径に対する沿面成長部の直径の比率が７割以上となるような条件ではシリコンウェーハの面内品質が均一化されることを発見した。さらに、本発明者らは、シリコン単結晶の引上げ直径をＤ［ｍｍ］、原料融液表面の中心磁場強度をＭ［Ｇａｕｓｓ］、シリコン単結晶の回転速度をＲ［ｒｐｍ］として、１０９６／Ｄ−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）／Ｄ＞０．７の関係を満たすようにシリコン単結晶の成長を行なうことで、結晶の引上げ直径に対する沿面成長部の直径の比率（以下、「沿面成長径比率」とも呼ぶ）を７割以上とし、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
【００３４】
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３５】
＜（１１１）シリコン単結晶ウェーハ＞
本発明の（１１１）シリコン単結晶ウェーハは、直径が３００ｍｍ以上であり、ウェーハ面内の７割以上、好ましくはウェーハ全面が（１１１）沿面成長部からなる。このような（１１１）シリコンウェーハであれば、ウェーハ直径の７割以上が沿面成長部であるため、巨視的なＲＲＧ分布が良好となる。また、沿面成長部は成長面と平行となるため、理論的に成長時の温度変動等によって生じる成長ストリエーションがウェーハ表面に存在せず、ウェーハ表面の微視的な変動が抑制される。
【００３６】
また、本発明のシリコン単結晶ウェーハは、面方位が（１１１）であるため、高キャリア移動度を有するＧｅやＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体などの次世代チャネル材料を用いたヘテロエピタキシャル用基板として有用である。これにより、資源量が豊富で安価・高品質なＳｉをヘテロエピタキシャル用基板として、その上に資源量が少ないＧｅ、ＧａＡｓ等のチャネル材料を配置するヘテロ構造デバイスに好適に用いることができる。尚、本発明のシリコン単結晶ウェーハは、後述する本発明のシリコン単結晶製造方法により得られるシリコン単結晶からスライスして、容易に採取することができる。
【００３７】
＜シリコン単結晶製造方法＞
まず、本発明のシリコン単結晶製造方法を実施可能な結晶製造装置の構成例を図１により説明する。図１に示すように、結晶製造装置１００は、メインチャンバー１と、メインチャンバー１の上部に接続され、育成した単結晶棒（シリコン単結晶）３を収納する引上げチャンバー２とを具備する。メインチャンバー１の内部には、原料融液４を収容する石英ルツボ５、石英ルツボ５を支持する黒鉛ルツボ６が設けられている。また、石英ルツボ５及び黒鉛ルツボ６と同心円状に、メインの熱源である加熱ヒーター７が配置されている。加熱ヒーター７の外側には、断熱部材８が設けられている。また、メインチャンバー１にはガス流出口９、引上げチャンバー２にはガス導入口１０が設けられており、メインチャンバー１及び引上げチャンバー２の内部に不活性ガス（例えばアルゴンガス）などを導入し、排出できるようになっている。円筒形状のガス整流筒１１が引上げ中の単結晶棒３を囲繞するように原料融液４の表面の上方に配設されている。また、原料融液４の融液面の上方には遮熱部材１２が対向配置されている。さらに、メインチャンバー１の外周部には、磁場印加装置１３が設けられている。
【００３８】
次に、本発明のシリコン単結晶製造方法について説明する。
本発明のシリコン単結晶製造方法では、まず、一例として図１に示したような結晶製造装置１００を使用し、シリコン原料を石英ルツボ５内に供給し、シリコン単結晶成長の準備を行う。シリコン原料を加熱溶融後、シリコン単結晶の引上げ直径を３００ｍｍ以上とし、シリコン単結晶の成長軸方位を＜１１１＞とし、磁場印加装置１３を用いて磁場を印加しつつ、シリコン単結晶の成長を行ない、通常のＣＺ法によりシリコン単結晶を製造する。
【００３９】
本発明では、シリコン単結晶の引上げ直径をＤ［ｍｍ］、原料融液表面の中心磁場強度をＭ［Ｇａｕｓｓ］、シリコン単結晶の回転速度をＲ［ｒｐｍ］として、１０９６／Ｄ−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）／Ｄ＞０．７の関係を満たすようにシリコン単結晶の成長を行なう。
【００４０】
ここで、１０９６／Ｄ−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）／Ｄは、沿面成長径比率を表す指標として用いられる。図２及び３に示されるように、沿面成長は、シリコン単結晶の回転速度と原料融液表面の中心磁場強度に強く依存する。より具体的には、結晶回転速度が低く、かつ、中心磁場強度が弱いほど、＜１１１＞結晶成長時の沿面成長径が増大する。これは、結晶回転と磁場強度によって形成されるメルト対流及び温度場により、固液界面付近の融点等温線が（１１１）面に近づくことで沿面成長が優勢となるためだと考えられる。本発明者らは、この＜１１１＞結晶成長時の沿面成長の結晶回転依存性と磁場強度依存性を統合し、沿面成長径比率が１０９６／Ｄ−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）／Ｄで表されることを見出した。
【００４１】
更に詳述すると、＜１１１＞結晶成長において、図２は、融液表面の中心磁場強度一定での結晶回転速度による沿面成長径への影響を、図３は、結晶回転一定での融液表面の中心磁場強度による沿面成長径への影響を示している。この関係性の物理的な意味は、結晶回転によって生じる強制対流の違いによる融液温度分布の変化や、磁場強度による自然対流抑制力の違いによる融液温度分布の変化によって、固液界面部の融液等温線が変化し、融液等温線が（１１１）面に近づくことで沿面成長が優勢になることを示している。そして、その沿面成長径への影響は、結晶回転に関しては、結晶回転マイナス１回転当たり沿面成長径が概ね８０ｍｍ拡大し、磁場強度に関しては、磁場強度マイナス１Ｇａｕｓｓ当たり沿面成長径が概ね０．１３４ｍｍ拡大する。これらの影響度を統合した、１０９６／Ｄ−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）／Ｄを沿面成長径比率を表す指標として用いることができる。
【００４２】
本発明のシリコン単結晶製造方法では、１０９６／Ｄ−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）／Ｄ＞０．７の関係を満たすようにシリコン単結晶の成長を行なうことで、従来技術では回避されてきた（１１１）沿面成長を促進し、沿面成長径比率を７割以上とすることができる。このような方法で製造されたシリコン単結晶を切り出すことで、上述したようなウェーハ直径の７割以上が沿面成長部である（１１１）シリコンウェーハを容易に得ることができる。１０９６／Ｄ−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）／Ｄが０．７以下であると、沿面成長径比率が７割未満となる。この場合、巨視的なＲＲＧ分布が悪化するとともに、成長ストリエーションがシリコン単結晶に生じて、微視的な抵抗率変動が悪化してしまう（後述する図４〜６参照）。
【００４３】
本発明において、１０９６／Ｄ−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）／Ｄ＞１の関係を満たすようにシリコン単結晶の成長を行なうことが好ましい。これにより、（１１１）沿面成長をさらに促進し、結晶面内全面を沿面成長させることができる。このような＜１１１＞シリコン単結晶では、巨視的なＲＲＧ分布がさらに良好となり、かつ微視的な抵抗率変動が良好となる。
【００４４】
本発明において、原料融液表面の中心磁場強度Ｍは、上記の関係を満している限り特に限定されないが、例えば、１６５０〜４０００Ｇａｕｓｓとすることができる。
また、シリコン単結晶の回転速度Ｒは、特に限定されないが、例えば、４〜８ｒｐｍとすることができる。
【００４５】
また、本発明のシリコン単結晶において、製品採取直径をＤｐ［ｍｍ］として、０．７＜１０９６／Ｄｐ−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）／Ｄｐ＜１の場合に、引上げ直径ＤをＤｐ／｛１０９６−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）｝とすることが好ましい。このような引上げ直径であれば、本発明の方法により製造された＜１１１＞結晶から、ウェーハ全面が沿面成長部である（１１１）シリコンウェーハを容易に得ることができる。
【００４６】
また、本発明のシリコン単結晶において、印加する磁場を、水平磁場とすることが好ましい。印加する磁場を水平磁場とすれば、シリコン融液の縦方向の対流が効率よく抑制され、結晶周辺部における酸素蒸発量を制御することができるとともに、３００ｍｍ以上の大口径単結晶の製造効率も向上する。
【実施例】
【００４７】
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。
【００４８】
（実施例及び比較例）
直径３２インチ（８００ｍｍ）の石英ルツボに３６０ｋｇの原料を溶融し、水平磁場を印加し、Ｐをドープし、結晶成長速度０．５ｍｍ／ｍｉｎで、引上げ直径３１０ｍｍの＜１１１＞シリコン単結晶の引上げを実施した。この際、シリコン単結晶の回転速度をそれぞれ４、５、６、７、８ｒｐｍとし、原料融液表面の中心磁場強度をそれぞれ４０００、３６５０、３２５０、２６５０、１６５０Ｇａｕｓｓとした。引上げた結晶を、直径３０１ｍｍに円筒研削した後、ＰＷ加工を行い、四探針法の１ｍｍピッチの抵抗率測定及び酸素析出処理（６５０℃、２ｈｒ（Ｎ２）＋８００℃、４ｈｒ（Ｎ２）＋１０００℃、１６ｈｒ（Ｏ２））を実施した。その後、ＸＲＴ装置での析出縞観察により、各条件の沿面成長径を調査した。結果を表１、図４〜図６に示す。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
図４は、本発明の実施例において製造されたシリコン単結晶の沿面成長部のＸＲＴ画像及び面内抵抗率分布の一例を示すグラフである。図４に示されるように、沿面成長部では、ストリエーションが存在せず、微視的な抵抗率変動が抑制された。
また、図５は、実施例及び比較例で製造された＜１１１＞結晶の沿面成長径比率を縦軸に、１０９６／Ｄ−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）／Ｄの値を横軸にプロットしたグラフである。図５から、磁場印加下における＜１１１＞結晶引上げ時の（１１１）沿面成長径は、シリコン単結晶の引上げ直径Ｄ、シリコン単結晶の回転速度Ｒ、原料融液表面の中心磁場強度Ｍによって制御可能であり、結晶引上げ直径に対する沿面成長径の比率は、１０９６／Ｄ−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）／Ｄにて表すことができることが分かる。即ち、１０９６／Ｄ−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）／Ｄ＞０．７の場合（実施例）には、沿面成長径比率は０．７より大きくなり、１０９６／Ｄ−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）／Ｄ≦０．７の場合（比較例）には、沿面成長径比率は０．７以下となった。さらに、図６に示されるように、沿面成長径比率が０．７より大きい場合は、ＲＲＧ分布が２〜３％と良好な値となった。一方、沿面成長径比率が０．７以下の場合は、ＲＲＧ分布が悪化した。
これらの結果から、１０９６／Ｄ−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）／Ｄ＞０．７の関係を満たすようにシリコン単結晶の成長を行なうことで、沿面成長径比率を７割以上とし、巨視的なＲＲＧ分布及び微視的な抵抗率変動が良好な＜１１１＞結晶を製造可能であることが分かった。
【００５１】
以上のように、本発明によれば、ＭＣＺ法により直径３００ｍｍ以上の＜１１１＞結晶を製造する際に、シリコン単結晶の引上げ直径をＤ［ｍｍ］、原料融液表面の中心磁場強度をＭ［Ｇａｕｓｓ］、シリコン単結晶の回転速度をＲ［ｒｐｍ］として、１０９６／Ｄ−（０．１３４×Ｍ＋８０×Ｒ）／Ｄ＞０．７の関係を満たすようにシリコン単結晶の成長を行なうことで、（１１１）沿面成長を促進し、結晶面内の直径比７割以上を沿面成長させることが可能となる。このようなシリコン単結晶から得られた（１１１）シリコンウェーハの沿面成長部は成長面と平行であるため、理論的に成長時の温度変動等によって生じる成長ストリエーションをウェーハ表面から除外し、ウェーハ表面の微視的な変動を抑制することができる。さらに、このような沿面成長促進条件では、巨視的なＲＲＧ分布も良好なものが得られる。
【００５２】
また、このようにして製造された３００ｍｍ以上の大口径（１１１）シリコンウェーハウェーハは、次世代チャネル材料を用いる最先端デバイスにおいて重要となる面内品質の微視的な均一性を得ることができ、（１１１）シリコンウェーハの機械的強度による転位やウェーハ反りの抑制効果、並びに、表面２原子層ステップに由来するＡｎｔｉ−ｐｈａｓｅ  ｄｏｍａｉｎの抑制効果と合わせて、次世代チャネル材料向けのへテロエピタキシャル用基板として有益なものとなる。
【００５３】
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、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。
【００５４】
１…メインチャンバー、  ２…引上げチャンバー、
３…単結晶棒（シリコン単結晶）、  ４…原料融液、  ５…石英ルツボ、
６…黒鉛ルツボ、  ７…加熱ヒーター、  ８…断熱部材、
９…ガス流出口、  １０…ガス導入口、  １１…ガス整流筒、  １２…遮熱部材、
１３…磁場印加装置、１００…結晶製造装置
【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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