(57)【要約】【課題】品質が安定したシリコン単結晶を製造可能なシリコン単結晶の製造方法を提供すること。【解決手段】シリコン単結晶の製造方法は、シリコン単結晶の肩部を形成する肩部形成工程と、シリコン単結晶の直胴部を形成する直胴部形成工程とを備え、肩部形成工程は、肩部の径方向全域に発生する成長縞のうち、その外縁部が肩部の外周部まで伸びずに別の成長縞で中断されている成長縞で構成され、かつ、育成方向の高さが２００μｍ以上のリメルト成長領域が発生しないように、肩部を形成する。【選択図】図３
2018002490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
このチャンバ内に配置された坩堝と、
前記坩堝を加熱することで、シリコン融液にドーパントが添加されたドーパント添加融液を生成する加熱部と、
種結晶を前記ドーパント添加融液に接触させた後に引き上げる引き上げ部とを備えた単結晶引き上げ装置を利用したチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、
前記シリコン単結晶の肩部を形成する肩部形成工程と、
前記シリコン単結晶の直胴部を形成する直胴部形成工程とを備え、
前記肩部形成工程は、前記肩部の径方向全域に発生する成長縞のうち、その外縁部が肩部の外周部まで伸びずに別の成長縞で中断されている成長縞で構成され、かつ、育成方向の高さが２００μｍ以上のリメルト成長領域が発生しないように、前記肩部を形成することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
【請求項２】
チャンバと、
このチャンバ内に配置された坩堝と、
この坩堝を加熱することで、シリコン融液に赤リンまたは砒素がドーパントとして添加されたドーパント添加融液を生成する加熱部と、
種結晶を前記ドーパント添加融液に接触させた後に引き上げる引き上げ部とを備えた単結晶引き上げ装置を利用したチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、
前記シリコン単結晶の肩部を形成する肩部形成工程と、
設定直径が２００ｍｍ以上の直胴部を形成する直胴部形成工程とを備え、
前記肩部形成工程は、前記坩堝を１６ｒｐｍ以上で回転させることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載のシリコン単結晶の製造方法において、
前記肩部形成工程は、形成中の前記肩部の直径が前記直胴部の設定直径の半分以上になるタイミングまでは、前記坩堝を１６ｒｐｍ以上で回転させ、前記タイミング以降は、前記坩堝の速度を遅くすることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
【請求項４】
チャンバと、
このチャンバ内に配置された坩堝と、
この坩堝の側面の上部を加熱する上加熱部および前記坩堝の側面の下部を加熱する下加熱部を有し、シリコン融液に赤リンまたは砒素がドーパントとして添加されたドーパント添加融液を生成する加熱部と、
種結晶を前記ドーパント添加融液に接触させた後に引き上げる引き上げ部とを備えた単結晶引き上げ装置を利用したチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、
前記シリコン単結晶の肩部を形成する肩部形成工程と、
設定直径が２００ｍｍ以上の直胴部を形成する直胴部形成工程とを備え、
前記肩部形成工程は、形成中の前記肩部の直径が前記直胴部の設定直径の半分以上になるタイミングまでは、前記坩堝を１４ｒｐｍ以上で回転させるとともに、前記下加熱部の加熱量を前記上加熱部の加熱量で除した加熱比が１以上の所定の値から大きくなるように前記坩堝を加熱し、前記タイミング以降は、前記坩堝の回転速度を遅くするとともに前記加熱比を一定に維持することを特徴とする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、シリコン単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、低抵抗率のシリコン単結晶が求められている。このようなシリコン単結晶の製造方法としてｎ型ドーパントを高濃度に添加する方法があるが、単結晶化が阻害される場合があり、この不具合を抑制する検討がなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、ドーパントを大量に添加すると、凝固点降下度が非常に大きくなって組成的過冷却現象が生じ、この組成的過冷却が大きいと、結晶成長界面でシリコン成長面とは異なる異常成長（Ｃｅｌｌ成長）が始まり、この異常成長により単結晶化が阻害されると開示されている。
特許文献１の製造方法では、シリコン融液内の温度勾配を直接測定できない点に鑑み、その代わりに用いるシリコン単結晶側の温度勾配と、シリコン融液中のドーパント濃度と、引き上げ速度と、ドーパントの種類に応じた係数とが所定の関係を満たすように、シリコン単結晶を製造する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９７１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、シリコン単結晶を製造していると、結晶成長の早い段階で有転位化が発生して単結晶化が阻害される場合があり、特許文献１の方法を用いても、この不具合を抑制できないことがあった。
【０００６】
本発明の目的は、品質が安定したシリコン単結晶を製造可能なシリコン単結晶の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、以下の知見を得た。
シリコン単結晶の内部には、成長縞が発生する。この成長縞は、平面状ではなく、シリコン単結晶製造時の固液界面の形状に対応する曲面状、例えば中心が上方向に凹む曲面状に発生する。シリコン単結晶周囲のシリコン融液表面温度が安定している場合、成長縞の形状はほぼ同じになる。
しかし、シリコン融液表面には、このシリコン融液の対流に加え、パージガスによる抜熱やドーパント蒸発による気化熱など、温度が不安定になる要素が多い。シリコン融液表面温度が不安定になり固液界面に高温のシリコン融液が入り込むと、シリコン単結晶が溶かされ（リメルトが起こり）再度固化し、例えば中心が下方向に凹む曲面状の成長縞が発生する。その結果、図１に示すように、上方向に凹みかつ肩部の径方向全域に発生した成長縞のうち最下部の成長縞Ｐ１と、この成長縞Ｐ１の下側に発生し下方向に凹む成長縞のうち最上部の成長縞Ｐ２との間、かつ、シリコン単結晶ＳＭの肩部の外周部に、リメルト成長領域Ａが形成されることを知見した。
そして、リメルト成長領域Ａの発生状況と有転位化の発生状況との関係を調べたところ、高さの最大値Ｈ（以下、単に「高さ」と言う）が２００μｍ以上のリメルト成長領域Ａが発生している場合、肩部に有転位化が発生し、これに伴い直胴部にも有転位化が発生していることを知見した。一方、高さＨが２００μｍ以上のリメルト成長領域Ａが発生していない場合、肩部に有転位化が発生せず、直胴部にも有転位化が発生していないことを知見した。
本発明は、上述のような知見に基づいて完成されたものである。
【０００８】
すなわち、本発明のシリコン単結晶の製造方法は、チャンバと、このチャンバ内に配置された坩堝と、前記坩堝を加熱することで、シリコン融液にドーパントが添加されたドーパント添加融液を生成する加熱部と、種結晶を前記ドーパント添加融液に接触させた後に引き上げる引き上げ部とを備えた単結晶引き上げ装置を利用したチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、前記シリコン単結晶の肩部を形成する肩部形成工程と、前記シリコン単結晶の直胴部を形成する直胴部形成工程とを備え、前記肩部形成工程は、前記肩部の径方向全域に発生する成長縞のうち、その外縁部が肩部の外周部まで伸びずに別の成長縞で中断されている成長縞で構成され、かつ、育成方向の高さが２００μｍ以上のリメルト成長領域が発生しないように、前記肩部を形成することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、肩部および直胴部に有転位化が発生せず、品質が安定したシリコン単結晶を製造できる。
【００１０】
本発明の他のシリコン単結晶の製造方法は、チャンバと、このチャンバ内に配置された坩堝と、この坩堝を加熱することで、シリコン融液に赤リンまたは砒素がドーパントとして添加されたドーパント添加融液を生成する加熱部と、種結晶を前記ドーパント添加融液に接触させた後に引き上げる引き上げ部とを備えた単結晶引き上げ装置を利用したチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、前記シリコン単結晶の肩部を形成する肩部形成工程と、設定直径が２００ｍｍ以上の直胴部を形成する直胴部形成工程とを備え、前記肩部形成工程は、前記坩堝を１６ｒｐｍ以上で回転させることを特徴とする。
【００１１】
肩部形成工程での一般的な坩堝の回転速度は２ｒｐｍ以上１２ｒｐｍ以下だが、本発明によれば、坩堝を上述のように比較的高速で回転させることで、シリコン融液の対流を抑制し、シリコン融液表面の温度変化を抑制できる。したがって、坩堝の速度を調整するだけで温度の不安定化によるリメルトを抑制でき、リメルト成長領域Ａの発生も抑制できる。その結果、肩部および直胴部に有転位化が発生せず、品質が安定したシリコン単結晶を製造できる。
【００１２】
本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記肩部形成工程は、形成中の前記肩部の直径が前記直胴部の設定直径の半分以上になるタイミングまでは、前記坩堝を１６ｒｐｍ以上で回転させ、前記タイミング以降は、前記坩堝の速度を遅くすることが好ましい。
【００１３】
直胴部形成工程においても１６ｒｐｍ以上で坩堝を回転させると、直胴部の面内の酸素濃度分布や抵抗率分布などの悪化を招くおそれがあるため、直胴部形成工程では坩堝の回転速度を遅くする必要がある。一方、肩部の直径が直胴部の設定直径の半分未満のタイミングで坩堝の回転速度を遅くし始めると、坩堝を１６ｒｐｍ以上で回転させることによる有転位化抑制効果を得られない。
本発明によれば、上述の条件で坩堝の回転速度を制御することで、直胴部の有転位化に加えて、酸素濃度分布や抵抗率分布などの悪化を抑制できる。
【００１４】
本発明のさらに他のシリコン単結晶の製造方法は、チャンバと、このチャンバ内に配置された坩堝と、この坩堝の側面の上部を加熱する上加熱部および前記坩堝の側面の下部を加熱する下加熱部を有し、シリコン融液に赤リンまたは砒素がドーパントとして添加されたドーパント添加融液を生成する加熱部と、種結晶を前記ドーパント添加融液に接触させた後に引き上げる引き上げ部とを備えた単結晶引き上げ装置を利用したチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、前記シリコン単結晶の肩部を形成する肩部形成工程と、設定直径が２００ｍｍ以上の直胴部を形成する直胴部形成工程とを備え、前記肩部形成工程は、形成中の前記肩部の直径が前記直胴部の設定直径の半分以上になるタイミングまでは、前記坩堝を１４ｒｐｍ以上で回転させるとともに、前記下加熱部の加熱量を前記上加熱部の加熱量で除した加熱比が１以上の所定の値から大きくなるように前記坩堝を加熱し、前記タイミング以降は、前記坩堝の回転速度を遅くするとともに前記加熱比を一定に維持することを特徴とする。
【００１５】
上述したように、ドーパント添加融液表面は、パージガスによる抜熱やドーパント蒸発による気化熱による抜熱が大きく液温が安定しない。
本発明によれば、加熱比を１よりも大きくすることで、すなわち下加熱部の加熱量を上加熱部よりも大きくすることで、坩堝の底から上昇し、固液界面下に到達すると坩堝の外側に向かって流れる対流が活発になる。この対流は、ドーパント添加融液表面から結晶に向かう液温が不安定な対流とは逆方向に流れるため、液温が不安定な融液が固液界面に入り込むことが抑制され、底から上昇する液温が比較的安定した融液が固液界面に流れ込む。したがって、温度の不安定化によるリメルトを抑制でき、リメルト成長領域Ａの発生も抑制できる。その結果、肩部および直胴部に有転位化が発生せず、品質が安定したシリコン単結晶を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】リメルト成長領域の概略構成を示す図。
【図２】本発明の一実施形態に係る単結晶引き上げ装置の構成を示す模式図。
【図３】前記一実施形態の製造条件を示す図。
【図４】本発明の変形例の製造条件を示す図であり、（Ａ）はシリコン単結晶の長さと坩堝の回転速度との関係を示し、（Ｂ）はシリコン単結晶の長さと加熱比との関係を示す。
【図５】本発明の実施例における実験１の製造条件を示す図。
【図６】前記実施例における実験２のリメルト成長領域の高さとその個数との関係を示すグラフ。
【図７】前記実施例における実験３の融液表面の温度変動を示すグラフであり、（Ａ）は坩堝の回転速度が１０ｒｐｍ、（Ｂ）は１２ｒｐｍ、（Ｃ）１４ｒｐｍの場合を示す。
【図８】前記実施例における実験３の融液表面の温度変動を示すグラフであり、（Ａ）は坩堝の回転速度が１６ｒｐｍ、（Ｂ）は１８ｒｐｍ、（Ｃ）２０ｒｐｍの場合を示す。
【図９】前記実施例における実験４の製造条件を示す図。
【図１０】前記実施例における実験５の製造条件を示す図であり、（Ａ）はシリコン単結晶の長さと坩堝の回転速度との関係を示し、（Ｂ）はシリコン単結晶の長さと加熱比との関係を示す。
【図１１】前記実施例における実験６の抵抗率と有転位化が発生しない坩堝回転速度との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［実施形態］
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
〔単結晶引き上げ装置の構成〕
図２に示すように、単結晶引き上げ装置１は、ＣＺ法（チョクラルスキー法）に用いられる装置であって、引き上げ装置本体２と、制御部３とを備えている。
引き上げ装置本体２は、チャンバ２１と、このチャンバ２１内の中心部に配置された坩堝２２と、この坩堝２２を加熱する加熱部２３と、断熱筒２４と、引き上げ部としての引き上げケーブル２５と、熱遮蔽体２６とを備えている。
【００１８】
チャンバ２１の上部には、Ａｒガスなどの不活性ガスをチャンバ２１内に導入するガス導入口２１Ａが設けられている。チャンバ２１の下部には、図示しない真空ポンプの駆動により、チャンバ２１内の気体を排出するガス排気口２１Ｂが設けられている。
チャンバ２１内には、制御部３の制御により、チャンバ２１上部のガス導入口２１Ａから、不活性ガスが所定のガス流量で導入される。そして、導入されたガスが、チャンバ２１下部のガス排気口２１Ｂから排出されることで、不活性ガスがチャンバ２１内の上方から下方に向かって流れる構成となっている。
チャンバ２１内の圧力（炉内圧）は、制御部３により制御可能となっている。
【００１９】
坩堝２２は、シリコンウェーハの原料である多結晶のシリコンを融解し、シリコン融液Ｍとするものである。坩堝２２は、所定の速度で回転および昇降が可能な支持軸２７に支持されている。坩堝２２は、有底円筒形状の石英坩堝２２１と、この石英坩堝２２１を収納する炭素素材製の支持坩堝２２２とを備えている。
【００２０】
加熱部２３は、坩堝２２の周囲に配置されており、坩堝２２内のシリコンを融解する。加熱部２３は、坩堝２２の側面の上部を加熱する上加熱部２３１と、上加熱部２３１の下方に配置され、坩堝２２の側面の下部を加熱する下加熱部２３２とを備えている。
断熱筒２４は、坩堝２２および加熱部２３を取り囲むように配置されている。
引き上げケーブル２５は、一端が、坩堝２２上方に配置された図示しない引き上げ駆動部に接続され、他端に、種結晶ＳＣが取り付けられる。引き上げケーブル２５は、制御部３による引き上げ駆動部の制御により、所定の速度で昇降するとともに、当該引き上げケーブル２５の軸を中心にして回転する。
熱遮蔽体２６は、加熱部２３から上方に向かって放射される輻射熱を遮断する。
【００２１】
制御部３は、メモリ３１に記憶された情報や作業者の設定入力などに基づいて、チャンバ２１内のガス流量や炉内圧、加熱部２３による坩堝２２の加熱温度、坩堝２２やシリコン単結晶ＳＭの回転数などを制御して、シリコン単結晶ＳＭを製造する。
【００２２】
〔シリコン単結晶の製造方法〕
次に、シリコン単結晶ＳＭの製造方法について説明する。
なお、本実施形態では、直胴部の設定直径Ｒが２００ｍｍのシリコン単結晶ＳＭを製造する場合を例示するが、３００ｍｍ、４５０ｍｍなど、他の設定直径のシリコン単結晶ＳＭを製造してもよい。
【００２３】
まず、単結晶引き上げ装置１の制御部３は、シリコン単結晶ＳＭの製造条件、例えば抵抗率、酸素濃度、Ａｒ流量、炉内圧、坩堝２２やシリコン単結晶ＳＭの回転数、上加熱部２３１と下加熱部２３２との加熱比などを設定する。製造条件は、作業者が入力したものであってもよいし、作業者が入力した目標の酸素濃度などに基づき制御部３が演算して求めたものであってもよい。
抵抗率は、ドーパントが砒素の場合、１．５ｍΩ・ｃｍ以上３．５ｍΩ・ｃｍ以下にすることが好ましく、ドーパントが赤リンの場合、０．６ｍΩ・ｃｍ以上１．２ｍΩ・ｃｍ以下にすることが好ましい。
なお、本実施形態では、加熱比を１、すなわち坩堝２２の上部と下部との加熱量が同じになるように設定するが、１以上４以下のいずれの値に設定してもよい。加熱比が１未満だと、すなわち下部の加熱量が上部よりも小さいと、坩堝２２の底から固液界面下に向かう対流が強くならず、ドーパント添加融液ＭＤ表面から結晶に向かう液温が不安定な対流を弱くできないため、温度の不安定化による有転位化を抑制できないからである。一方、４を超えると、坩堝２２下部の熱負荷が大きくなり、坩堝２２の変形や石英の剥離が生じるおそれがあるからである。
【００２４】
次に、制御部３は、加熱比の設定値に基づき上加熱部２３１および下加熱部２３２を制御し、坩堝２２を加熱することで、当該坩堝２２内のポリシリコン素材（シリコン原料）およびドーパントを融解させ、ドーパント添加融液ＭＤを生成する。その後、制御部３は、ガス導入口２１Ａからチャンバ２１内にＡｒガスを所定の流量で導入するとともに、チャンバ２１内の圧力を減圧して、チャンバ２１内を減圧下の不活性雰囲気に維持する。
その後、制御部３は、ネック部形成工程と、肩部形成工程と、直胴部形成工程と、テール部形成工程とを行う。
【００２５】
ネック部形成工程では、制御部３は、引き上げケーブル２５を下降させることで種結晶ＳＣをドーパント添加融液ＭＤに浸漬して、坩堝２２および引き上げケーブル２５を所定の方向に回転させながら引き上げケーブル２５を引き上げ、ネック部ＳＭ１を形成する。なお、ネック部形成工程での坩堝２２の回転速度は、肩部形成工程初期と同じであることが好ましい。
【００２６】
肩部形成工程では、肩部ＳＭ２に図１に示すような高さＨが２００μｍ以上のリメルト成長領域Ａが発生しないように、肩部ＳＭ２を形成する。具体的には、制御部３は、図３に示すように、Ｓｒ１（Ｓｒ１≧１６ｒｐｍ）の回転速度で坩堝２２を回転させながら、引き上げケーブル２５を引き上げる。Ｓｒ１は、１６ｒｐｍ以上であればよいが、３０ｒｐｍ以下にすることが好ましい。３０ｒｐｍを超えると、単結晶引き上げ装置１の稼動が安定しないうえ、肩部ＳＭ２が変形するからである。なお、図３〜５，９，１０の横軸は、ネック部ＳＭ１を含まないシリコン単結晶ＳＭの長さを表す。
【００２７】
その後、回転速度をＳｒ１に維持し、引き上げたシリコン単結晶ＳＭ（肩部ＳＭ２）の直径が（１／２）Ｒ（直胴部の設定直径の半分）以上となる（シリコン単結晶ＳＭの長さがＬ１となる）所定のタイミングで、回転速度を徐々に遅くし始める。この際、シリコン単結晶ＳＭの直径がＲとなるとき、すなわち肩部ＳＭ２の形成が終了するときに、直胴部の形成に適切なＳｒ２となるように、回転速度を直線的に遅くする。また、肩部形成工程の間、加熱比を１に維持する。なお、Ｓｒ２は、４ｒｐｍ以上１２ｒｐｍ以下にすることが好ましい。４ｒｐｍ未満だと、ドーパント添加融液ＭＤが安定せず有転位化の原因となり、１２ｒｐｍを超えると、シリコン単結晶ＳＭ面内の酸素濃度や抵抗率のばらつきが大きくなり、結晶品質が安定しないからである。
その後、直胴部形成工程、テール部形成工程を行い、シリコン単結晶ＳＭの製造が終了する。
【００２８】
［実施形態の作用効果］
上記実施形態では、高さＨが２００μｍ以上のリメルト成長領域Ａが肩部ＳＭ２に発生しないように肩部形成工程を行うため、肩部ＳＭ２の有転位化発生を抑制でき、これに伴い直胴部の有転位化発生も抑制できる。したがって、品質が安定したシリコン単結晶ＳＭを製造できる。
また、肩部形成工程中の坩堝２２の回転速度を１６ｒｐｍ以上にするだけの簡単な方法で、有転位化が抑制されたシリコン単結晶を製造できる。
また、肩部ＳＭ２の直径が（１／２）Ｒとなるまで回転速度をＳｒ１に維持し、（１／２）Ｒ以上になった所定のタイミングで回転速度を徐々に遅くするため、直胴部の有転位化に加えて、酸素濃度分布や抵抗率分布などの悪化を抑制できる。
【００２９】
［変形例］
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能であり、その他、本発明の実施の際の具体的な手順、及び構造などは本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などとしてもよい。
【００３０】
例えば、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、肩部形成工程を行ってもよい。
この際、制御部３は、加熱比を１以上の所定の値（図４（Ｂ）では「１」）に設定して坩堝２２を加熱するとともに、Ｓｒ３（Ｓｒ３≧１４ｒｐｍ）で坩堝２２を回転させながら、引き上げケーブル２５を引き上げる。Ｓｒ３は、１４ｒｐｍ以上であればよいが、３０ｒｐｍ以下にすることが好ましい。３０ｒｐｍを超えると、単結晶引き上げ装置１の稼動が安定しないうえ、シリコン単結晶ＳＭが変形するからである。
その後、回転速度をＳｒ３に維持するとともに加熱比を徐々に大きくし、シリコン単結晶ＳＭの直径が（１／２）Ｒ以上となり（シリコン単結晶ＳＭの長さがＬ２となり）かつ加熱比がＴとなるタイミングで、回転速度を徐々に遅くするとともに加熱比を一定に維持する。この際、肩部の形成が終了するときにＳｒ２となるように、回転速度を直線的に遅くする。なお、Ｔは、１．５以上４以下にすることが好ましい。また、Ｓｒ２は、上記実施形態で説明したように、４ｒｐｍ以上１２ｒｐｍ以下にすることが好ましい。
その後、直胴部形成工程、テール部形成工程を行い、シリコン単結晶ＳＭの製造が終了する。
このような方法では、Ｔを上述のように制御し、坩堝２２の底から固液界面下に向かう対流を強くすることで、ドーパント添加融液ＭＤ表面から結晶に向かう液温が不安定な対流を弱くすることができる。その結果、高さＨが２００μｍ以上のリメルト成長領域Ａが肩部に発生しないように肩部形成工程を行うことができ、品質が安定したシリコン単結晶を製造できる。
【００３１】
また、図３、図４に示す製造方法において、肩部形成工程中の回転速度をそれぞれＳｒ１，Ｓｒ３に維持したままであってもよい。
坩堝２２の回転速度を所定のタイミング以降から小さくしたり、加熱比を１以上の所定の値から徐々に大きくしたりする方法として、直線的に減少したり増加したりする事例を示したが、減少や増加の仕方はこれに限定されるものではない。例えば曲線状や段階的に減少や増加させる方法を用いてもよい。
【実施例】
【００３２】
次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
【００３３】
［実験１：坩堝の回転速度と有転位化との関係］
〔シリコン単結晶の製造方法〕
｛比較例１｝
図５および表１に示すように、肩部形成工程において、１４ｒｐｍで坩堝を回転させながらケーブルを引き上げ、シリコン単結晶の直径が１００ｍｍ（直胴部の設定直径の半分）以上となるタイミングで回転速度を徐々に遅くし始め、肩部の形成が終了するときに６ｒｐｍとなるように制御した。また、加熱比を１で一定にした。その後、直胴部形成工程、テール部形成工程を行った。直胴部の設定直径、ドーパント、抵抗率を表１に示す。
【００３４】
この製造の際、シリコン単結晶に有転位化が発生しているか否かを観察し、発生した場合、引き上げを中止して、シリコン単結晶をドーパント添加融液に溶かすメルトバック工程を行った。その後、直胴部に有転位化が発生していないシリコン単結晶が製造されるまで、上述の工程を繰り返した。引き上げを行った回数（トライ回数）、有転位化が発生した回数（有転位化回数）、有転位化の発生率（有転位化率＝有転位化回数／トライ回数）を表１に示す。
なお、後述する実験２を行うために、肩部に有転位化が発生した１本のシリコン単結晶に対し、メルトバック工程を行わずにサンプルとして採取した。
【００３５】
【表１】
2018002490.tif 000003
【００３６】
｛実施例１，２｝
比較例１における１４ｒｐｍで坩堝を回転させていた期間に、それぞれ１６ｒｐｍ、２０ｒｐｍで坩堝を回転させたこと以外は、比較例１と同じ条件でシリコン単結晶を製造した。トライ回数、有転位化回数、有転位化率を表１に示す。
【００３７】
｛比較例２，３、実施例３〜６｝
図５および表２に示すように、肩部形成工程において、１４ｒｐｍで坩堝を回転させながらケーブルを引き上げ、シリコン単結晶の直径が１６５ｍｍ（直胴部の設定直径の半分）以上となるタイミングで回転速度を徐々に遅くし始めたことと、直胴部の設定直径および抵抗率を表２に示す値にしたこと以外は、比較例１と同じ条件で、比較例２のシリコン単結晶を製造した。
比較例２における１４ｒｐｍで坩堝を回転させていた期間に、それぞれ１６ｒｐｍ、２０ｒｐｍで坩堝を回転させたこと以外は、比較例２と同じ条件で、実施例３，４のシリコン単結晶を製造した。
ドーパントおよび抵抗率を表３に示す値にしたこと以外は、図５に示すように、比較例２、実施例３，４と同じ条件で、比較例３、実施例５，６のシリコン単結晶を製造した。
比較例２，３、実施例３〜６のトライ回数、有転位化回数、有転位化率を表２，３に示す。
【００３８】
【表２】
2018002490.tif 000004
【００３９】
【表３】
2018002490.tif 000005
【００４０】
〔評価〕
表１〜３に示すように、比較例１〜３ではシリコン単結晶に有転位化が発生する場合があったが、実施例１〜６ではいずれの部位にも有転位化が発生しなかった。このことから、設定直径が２００ｍｍ以上の直胴部を有するシリコン単結晶を製造する際に、肩部形成工程における坩堝の回転速度を１６ｒｐｍ以上にすることで、有転位化が発生しないシリコン単結晶を製造できることが確認できた。
【００４１】
［実験２：有転位化とリメルト成長領域の高さとの関係］
有転位化が発生している比較例１のシリコン単結晶の径方向中心を上下方向に切断し、その肩部断面のＸ線観察を行い、リメルト成長領域の個数と高さとを評価した。同様の評価を有転位化が発生していない実施例１，２，５のシリコン単結晶に対しても行った。その結果を図６に示す。
【００４２】
図６に示すように、実施例１，２，５の肩部には、高さが２００μｍ未満のリメルト成長領域が存在するものの、２００μｍ以上のものが存在しなかった。一方、比較例１の肩部には、２００μｍ未満のリメルト成長領域に加え、２００μｍ以上のものも存在していた。また、実施例３，４，６のシリコン単結晶には有転位化が発生していないことから、実施例３，４，６の肩部には、高さが２００μｍ以上のリメルト成長領域が存在していないと推定できる。また、比較例２，３のシリコン単結晶には有転位化が発生していることから、比較例２，３の肩部には、高さが２００μｍ以上のリメルト成長領域が存在すると推定できる。
このことから、高さが２００μｍ以上のリメルト成長領域が肩部に発生していないように、肩部形成工程を行うことで、有転位化が発生しないシリコン単結晶を製造できることが確認できた。
【００４３】
［実験３：坩堝の回転速度と融液表面の温度変動との関係］
一般的なシリコン単結晶製造時と同じ条件で、坩堝内にドーパント添加融液を生成した。また、チャンバにＡｒガスを供給し、圧力を一般的なシリコン単結晶製造時と同じ４５０Ｔｏｒｒ（５９９９５Ｐａ）にした。そして、１０ｒｐｍで坩堝を回転させ、ドーパント添加融液表面中心の温度を赤外放射温度計で測定した。この測定を１秒間隔で行い、１０秒毎の平均値の変動を評価した。その結果を図７（Ａ）に示す。
同様に、回転速度をそれぞれ１２ｒｐｍ、１４ｒｐｍ、１６ｒｐｍ、１８ｒｐｍ、２０ｒｐｍにして、ドーパント添加融液表面中心の温度を測定して評価した。その結果を図７（Ｂ），（Ｃ）、図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す。また、この測定結果の標準偏差を表４に示す。
【００４４】
【表４】
2018002490.tif 000006
【００４５】
各図および表４に示すように、回転速度を速くするほど、温度変動が小さくなることが確認できた。これは、坩堝の回転速度が速くなると、ドーパント添加融液の対流が抑制されるためと考えられる。したがって、回転速度を速くするほど、ドーパント添加融液表面温度の不安定化によるリメルトを抑制でき、有転位化が抑制されたシリコン単結晶を製造できると考えられる。
【００４６】
［実験４：坩堝の回転速度を変更するタイミングと有転位化との関係］
〔シリコン単結晶の製造方法〕
｛比較例４｝
図９および表５に示すように、肩部形成工程において、１６ｒｐｍで坩堝を回転させながらケーブルを引き上げ、引き上げ直後に回転速度を徐々に遅くし始め、シリコン単結晶の直径が１００ｍｍ以上となったタイミングで６ｒｐｍとなるように制御し、その後、肩部形成工程が終了するまで、この回転速度を維持した。また、加熱比を１で一定にした。その後、直胴部形成工程、テール部形成工程を行った。
この製造の際、実験１と同様に、シリコン単結晶に有転位化が発生した場合にメルトバック工程を行ない、直胴部に有転位化が発生していないシリコン単結晶が製造されるまで、上述の工程を繰り返した。直胴部の設定直径、ドーパント、抵抗率、トライ回数、有転位化回数、有転位化率を表５に示す。
【００４７】
【表５】
2018002490.tif 000007
【００４８】
｛比較例５、実施例７｝
肩部形成工程において、１６ｒｐｍで坩堝を回転させながらケーブルを引き上げ、シリコン単結晶の直径が１００ｍｍ未満のタイミングで回転速度を徐々に遅くし始め、肩部の形成が終了するときに６ｒｐｍとなるように制御したこと以外は、比較例４と同じ条件で、比較例５のシリコン単結晶を製造した。
坩堝の回転速度を変更するタイミングを、シリコン単結晶の直径が１００ｍｍ以上となったタイミングにしたこと以外は、比較例５と同じ条件で、実施例７のシリコン単結晶を製造した。トライ回数、有転位化回数、有転位化率を表５に示す。
【００４９】
〔評価〕
表５に示すように、比較例４，５ではシリコン単結晶に有転位化が発生し、実施例７ではシリコン単結晶に有転位化が発生しなかった。このことから、肩部の直径が直胴部の設定直径の半分未満のタイミングで坩堝の速度を遅くし始めても、有転位化の抑制効果を得られず、直胴部の設定直径の半分以上になるタイミングで坩堝の速度を遅くし始めることで、有転位化の抑制効果を得られることが確認できた。
【００５０】
［実験５：坩堝の回転速度と加熱比と有転位化との関係］
実験５では、実験１の比較例１および実施例２と、後述する実施例８，９とを評価した。
【００５１】
〔シリコン単結晶の製造方法〕
｛実施例８｝
図１０（Ａ），（Ｂ）および表６に示すように、肩部形成工程において、１の加熱比で坩堝を加熱しながらケーブルを引き上げ、引き上げ直後に加熱比を徐々に上げ始め、回転速度を下げ始めるタイミングに加熱比が２となるように制御し、その後、肩部形成工程が終了するまで、この加熱比を維持したこと以外は、比較例１と同じ条件でシリコン単結晶を製造した。直胴部の設定直径、ドーパント、抵抗率、トライ回数、有転位化回数、有転位化率を表６に示す。
【００５２】
【表６】
2018002490.tif 000008
【００５３】
｛実施例９｝
坩堝の回転速度を実施例２と同じように制御したこと以外は、実施例８と同じ条件でシリコン単結晶を製造した。トライ回数、有転位化回数、有転位化率を表６に示す。
【００５４】
〔評価〕
表６に示すように、坩堝の回転速度が１４ｒｐｍの比較例１と実施例８とを比較すると、加熱比を１で維持したままだと有転位化が発生するが、肩部形成工程開始時から加熱比を徐々に上げ始め、肩部の直径が直胴部の設定直径の半分以上になるタイミングで加熱比が２となるように制御し、その後、肩部形成工程が終了するまで、この加熱比を維持することで、有転位化が発生しないことが確認できた。また、坩堝の回転速度が２０ｒｐｍの実施例２と実施例９とを比較すると、加熱比を１で維持したままでも、変化させても有転位化が発生しないことが確認できた。
また、実験１において、設定直径が２００ｍｍのシリコン単結晶で有転位化が発生しない場合、この有転位化が発生しない条件で設定直径が３３０ｍｍかつドーパントが砒素または赤リンのシリコン単結晶を製造すると、有転位化が発生しないことが確認できている。このことから、実施例８，９と同様の条件で、設定直径が３３０ｍｍかつドーパントが砒素または赤リンのシリコン単結晶を製造すると、有転位化が発生しないと推定できる。
さらに、実験１の結果から、実施例８，９のシリコン単結晶、および、実施例８，９と同様の条件で製造され、設定直径が３３０ｍｍかつドーパントが砒素または赤リンのシリコン単結晶の肩部には、高さが２００μｍ以上のリメルト成長領域が存在していないと推定できる。
【００５５】
以上のことから、設定直径が２００ｍｍ以上の直胴部を有するシリコン単結晶を製造する際に、肩部形成工程において、肩部の直径が直胴部の設定直径の半分以上になるタイミングまでは、坩堝を１４ｒｐｍ以上で回転させるとともに、加熱比が１から大きくなるように坩堝を加熱し、前記タイミング以降は、坩堝の速度を遅くするとともに加熱比を一定に維持することで、有転位化が発生しないシリコン単結晶を製造できることが確認できた。
【００５６】
［実験６：ドーパントの抵抗率と坩堝の回転速度と有転位化との関係］
実験６では、以下の特性を有するシリコン単結晶を製造し、評価を行った。
直胴部の設定直径：２００ｍｍ
ドーパント      ：表７参照
抵抗率          ：表７参照
【００５７】
【表７】
2018002490.tif 000009
【００５８】
そして、参考例１〜４について、肩部形成工程における坩堝の回転速度を、図９，１０に示すように、６ｒｐｍ以上２０ｒｐｍ以下の範囲で制御し、加熱比を、図９，１０に示すように、１以上２以下の範囲で制御した後、直胴部形成工程、テール部形成工程を行い、シリコン単結晶を製造した。
参考例１〜４に関し、有転位化が発生してない坩堝の最小回転速度とシリコン単結晶の抵抗率との関係を図１１に示す。図１１では、前記関係を示す線より上側の回転速度であれば有転位化が発生せずに、下側の回転速度であれば有転位化が発生することを表す。
図１１に示すように、シリコン単結晶の抵抗率が低いほど、有転位化が発生しない坩堝の最小回転速度が大きくなることが確認できた。
【符号の説明】
【００５９】
１…単結晶引き上げ装置、２１…チャンバ、２２…坩堝、２３…加熱部、２３１…上加熱部、２３２…下加熱部、２４…断熱筒、２５…引き上げケーブル（引き上げ部）、Ｍ…シリコン融液、ＭＤ…ドーパント添加融液、ＳＣ…種結晶、ＳＭ…シリコン単結晶、ＳＭ２…肩部。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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