(57)【要約】      （修正有）【課題】低酸素濃度でかつ面内分布のよい単結晶を得るための方法の提供。【解決手段】水平磁場印加チョクラルスキー法を用いた単結晶３の製造方法であって、回転可能に坩堝６が配置された引き上げ炉１の周囲に設けられた水平磁場を発生させるコイル４のコイル軸１２を含む水平面１１と、坩堝６の回転中心軸９との交点における磁力線７方向をＸ軸としたとき、Ｘ軸と坩堝内周との交点のいずれか１つを始点（θ＝０°）として、回転中心軸９周りに８５°＜θ＜９５°および２６５°＜θ＜２７５°の範囲を除く坩堝内周上の領域の任意の点で、磁束密度成分を坩堝内壁に垂直な成分と平行な成分に分解したときの垂直な成分の磁束密度を、１２０Ｇ以上、かつ、中心磁束密度の２５％以上として、単結晶を製造する単結晶の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平磁場印加チョクラルスキー法を用いた単結晶の製造方法であって、
回転可能に坩堝が配置された引き上げ炉の周囲に設けられた水平磁場を発生させるコイルのコイル軸を含む水平面と、前記坩堝の回転中心軸との交点における磁力線方向をＸ軸としたとき、前記Ｘ軸と坩堝内周との交点のいずれか１つを始点（θ＝０°）として、前記回転中心軸周りに８５°＜θ＜９５°および２６５°＜θ＜２７５°の範囲を除く坩堝内周上の領域の任意の点で、磁束密度成分を坩堝内壁に垂直な成分と平行な成分に分解したときの前記垂直な成分の磁束密度を、１２０Ｇ以上、かつ、中心磁束密度の２５％以上として、前記単結晶を製造することを特徴とする単結晶の製造方法。
【請求項２】
前記コイルを、それぞれのコイル軸が同じ水平面内に含まれるように２対設けるとともに、前記コイル軸間の前記Ｘ軸を挟む中心角度αを１００°以上１２０°以下とすることを特徴とする請求項１に記載の単結晶の製造方法。
【請求項３】
直胴部を形成する直胴形成工程における結晶回転速度を、６〜１５ｒｐｍとすることを特徴とする請求項１または２に記載の単結晶の製造方法。
【請求項４】
加熱ヒーター及び溶融した単結晶材料が収容される回転可能な坩堝が配置された引き上げ炉と、前記引き上げ炉の周囲に設けられた水平磁場を発生させるコイルを有する磁場発生装置とを備え、前記コイルへの通電により前記溶融した単結晶材料に水平磁場を印加して、前記溶融した単結晶材料の前記坩堝内での対流を抑制する単結晶引き上げ装置であって、
前記コイルを、それぞれのコイル軸が同じ水平面内に含まれるように２対設けるとともに、前記水平面と、前記坩堝の回転中心軸との交点における磁力線方向をＸ軸としたとき、前記コイル軸間の前記Ｘ軸を挟む中心角度αを１００°以上１２０°以下とし、
前記磁場発生装置は、前記Ｘ軸と坩堝内周との交点のいずれか１つを始点（θ＝０°）として、前記回転中心軸周りに８５°＜θ＜９５°および２６５°＜θ＜２７５°の範囲を除く坩堝内周上の領域の任意の点で、磁束密度成分を坩堝内壁に垂直な成分と平行な成分に分解したときの前記垂直な成分の磁束密度を、１２０Ｇ以上、かつ、中心磁束密度の２５％以上となるように、磁場分布を発生させるものであることを特徴とする単結晶引き上げ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体材料として使用されるシリコン単結晶等の結晶成長方法に関し、より詳細には、水平磁場印加チョクラルスキー法（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ  ｍｅｔｈｏｄ：ＨＭＣＺ法ともいう）による単結晶の製造方法及び単結晶引き上げ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パワーデバイス向けなどに低酸素濃度の結晶（以下、「低酸素結晶」と称する）の需要が高まっている。シリコン単結晶の主な製法であるチョクラルスキー法は、ルツボ中のシリコン原料を溶融して融液を形成し、そこに種結晶を接触させ、回転させながら引き上げることで単結晶を得る製法である。そして、直径３００ｍｍ（１２インチ）以上の大口径の結晶製造は、融液に磁場を印加して対流を抑制する磁場印加ＣＺ法（以下、「ＭＣＺ法」と称する）が主流となっている。シリコン融液のような導電性を持つ流体は、磁場を印加することで対流を抑制することが可能である。対流抑制機構については後に詳しく述べるが、従来技術による磁石の配置方法では、十分に対流が抑制されない領域があることが明らかになっている。
【０００３】
特に、直径３００ｍｍ以上の大口径の結晶製造では、面内分布のよい低酸素結晶を得ることは困難である。その理由は、面内分布を均一化させるために融液対流が活性な条件にすると、同時に酸素濃度が上昇してしまうためである。石英坩堝からは酸素が溶出し、その付近の融液の酸素濃度を増加させる。一方、融液表面では融液中酸素がＳｉＯとして蒸発することで酸素濃度を低下する。そのため、対流が抑制された条件では、酸素濃度の高い領域が主に坩堝底近傍に偏在するが、対流が活性化した条件では、酸素濃度の高い領域の融液が対流輸送され、結晶の高酸素化につながるのである。逆に低酸素濃度にするために融液対流を抑制すると、酸素濃度の面内分布が不均一になったり、軸方向に成長縞が強く出たりする場合がある。
【０００４】
ところで、低酸素結晶を得るための技術としては、すでにいくつかの報告がある。例えば、特許文献１には、結晶回転速度と坩堝回転速度を規定して低酸素結晶を得る方法が開示されている。しかしながら特許文献１は直径２００ｍｍ（８インチ）の結晶を対象としており、直径３００ｍｍ以上の大口径の結晶製造には適用できない。また、特許文献１には、酸素濃度の面内分布についての言及がない。
【０００５】
特許文献２には、ＩＧＢＴ向け低酸素結晶の製法が開示されている。特許文献２には、抵抗率の面内分布のばらつきが小さいと記載されているものの、面内ばらつきを低くしつつＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥がフリーな条件で引き上げるには水素ドープや中性子照射が必要であり、これらの手法を用いない結晶製造は困難である。また、酸素濃度については面内で４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であればＩＧＢＴ特性に影響がないとされているものの、酸素濃度の面内均一性についての言及がない。
【０００６】
ここで、ＭＣＺ法の対流抑制機構について述べる。融液中に熱対流などによる垂直方向の流れが発生したとすると、フレミングの右手の法則により磁場と対流の双方に直交する水平方向に電場が発生する。この電場により誘導電流が流れると、フレミングの左手の法則によりローレンツ力が生じる。この力の向きが最初に発生した流れの逆向きとなり、対流が抑制される。ただし水平磁場を印加するＭＣＺ法の場合、石英坩堝壁面と磁力線が平行となる領域では、石英が絶縁体であるために誘導電流が流れず、対流抑制が生じない。上で述べた、対流活性な条件では酸素濃度が上昇してしまうという問題は、主にこの対流抑制が生じない領域を経路として高酸素濃度の融液が結晶側に流入することで起きる。
【０００７】
この対策として、例えば特許文献３に記載の技術では、坩堝の回転中心における磁力線方向をＸ軸、それに垂直な方向をＹ軸としたときに、各軸上の磁束密度分布の形状と坩堝壁における相対強度を規定している。このようにすることで、熱対流をより効果的に抑制でき、結果として酸素濃度が低減された結晶を得ることができる。このような磁束密度分布を実現する手段として、２対のコイルの、それぞれのコイル軸間の中心角度を規定した引き上げ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−０１８９８４号公報
【特許文献２】国際公開２００９／０２５３４０号
【特許文献３】特開２０１７−０５７１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、低酸素結晶の品質は、従来より高いレベルが求められている。特に抵抗率や酸素濃度の面内分布に関しては、チップ間の品質ばらつきをなくすためにも均一化することが望ましい。また、例えばウェーハ外周側の酸素濃度が低い場合、熱処理中にスリップ転位が発生してしまう場合があり、ウェーハの歩留に悪影響を及ぼす。窒素ドープ等の不純物ドープを行えば強度を上げることが可能であるが、窒素は欠陥やドナーの形成にも影響を与えるため、不純物ドープによらない対策として面内の酸素濃度を均一化することは重要である。一方、酸素濃度そのものも、低温熱処理で発生するサーマルドナーの影響をなくすために５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ＡＳＴＭ’７９）以下であることが望ましい。
【００１０】
本発明者らが研究した結果、特許文献３に記載の技術で確かに低酸素結晶が得られるが、上記酸素濃度面内分布も考慮すると、一部条件では品質が不十分であることが明らかとなった。具体的には、特許文献３に記載の技術でα＝９０°となる場合である。この条件は従来の磁石に比べれば確かに酸素濃度低減効果があるものの、α≧１００°の条件に比べれば酸素濃度が高い傾向があり、不純物の面内分布を向上するために結晶回転速度を高めると酸素濃度が上昇し、５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の低酸素濃度と良好な面内分布が両立しないという問題があることが分かった。
【００１１】
本発明は、低酸素濃度でかつ面内分布のよい単結晶を得るための方法及び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】
【００１２】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、水平磁場印加チョクラルスキー法を用いた単結晶の製造方法であって、回転可能に坩堝が配置された引き上げ炉の周囲に設けられた水平磁場を発生させるコイルのコイル軸を含む水平面と、前記坩堝の回転中心軸との交点における磁力線方向をＸ軸としたとき、前記Ｘ軸と坩堝内周との交点のいずれか１つを始点（θ＝０°）として、前記回転中心軸周りに８５°＜θ＜９５°および２６５°＜θ＜２７５°の範囲を除く坩堝内周上の領域の任意の点で、磁束密度成分を坩堝内壁に垂直な成分と平行な成分に分解したときの前記垂直な成分の磁束密度を、１２０Ｇ以上、かつ、中心磁束密度の２５％以上として、前記単結晶を製造することを特徴とする単結晶の製造方法を提供する。
【００１３】
このような単結晶の製造方法によれば、低酸素濃度でかつ面内分布のよい単結晶を得ることができる。
【００１４】
このとき、前記コイルを、それぞれのコイル軸が同じ水平面内に含まれるように２対設けるとともに、前記コイル軸間の前記Ｘ軸を挟む中心角度αを１００°以上１２０°以下とすることができる。
【００１５】
このような単結晶の製造方法によれば、コイルを２対設けた単結晶引き上げ装置を用いて、前記垂直な成分の磁束密度を、１２０Ｇ以上、かつ、中心磁束密度の２５％以上とすることができる。
【００１６】
この時、直胴部を形成する直胴形成工程における結晶回転速度を、６〜１５ｒｐｍとすることができる。
【００１７】
このような単結晶の製造方法によれば、Ｏｉ≦５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ＡＳＴＭ’７９）かつＲＯＧ≦１５%である単結晶を製造することができる。
【００１８】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、加熱ヒーター及び溶融した単結晶材料が収容される回転可能な坩堝が配置された引き上げ炉と、前記引き上げ炉の周囲に設けられた水平磁場を発生させるコイルを有する磁場発生装置とを備え、前記コイルへの通電により前記溶融した単結晶材料に水平磁場を印加して、前記溶融した単結晶材料の前記坩堝内での対流を抑制する単結晶引き上げ装置であって、前記コイルを、それぞれのコイル軸が同じ水平面内に含まれるように２対設けるとともに、前記水平面と、前記坩堝の回転中心軸との交点における磁力線方向をＸ軸としたとき、前記コイル軸間の前記Ｘ軸を挟む中心角度αを１００°以上１２０°以下とし、前記磁場発生装置は、前記Ｘ軸と坩堝内周との交点のいずれか１つを始点（θ＝０°）として、前記回転中心軸周りに８５°＜θ＜９５°および２６５°＜θ＜２７５°の範囲を除く坩堝内周上の領域の任意の点で、磁束密度成分を坩堝内壁に垂直な成分と平行な成分に分解したときの前記垂直な成分の磁束密度を、１２０Ｇ以上、かつ、中心磁束密度の２５％以上となるように、磁場分布を発生させるものであることを特徴とする単結晶引き上げ装置を提供する。
【００１９】
このような単結晶引き上げ装置によれば、低酸素濃度でかつ面内分布のよい単結晶を製造することができるものとなる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明の方法及び装置によれば、単結晶中の酸素濃度を低減できるとともに、酸素濃度の面内分布が良好な単結晶を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の単結晶引き上げ装置の一例を示す図である。
【図２】Ｂ⊥を説明する図を示す。
【図３】α=９０°、１００°、１２０°におけるＢ⊥分布（中心磁束密度：１０００Ｇ）を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を、図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２３】
上述のように、低酸素濃度でかつ面内分布のよい単結晶を得るための方法及び装置が求められていた。本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、
水平磁場印加チョクラルスキー法を用いた単結晶の製造方法であって、
回転可能に坩堝が配置された引き上げ炉の周囲に設けられた水平磁場を発生させるコイルのコイル軸を含む水平面と、前記坩堝の回転中心軸との交点における磁力線方向をＸ軸としたとき、前記Ｘ軸と坩堝内周との交点のいずれか１つを始点（θ＝０°）として、前記回転中心軸周りに８５°＜θ＜９５°および２６５°＜θ＜２７５°の範囲を除く坩堝内周上の領域の任意の点で、磁束密度成分を坩堝内壁に垂直な成分と平行な成分に分解したときの前記垂直な成分の磁束密度を、１２０Ｇ以上、かつ、中心磁束密度の２５％以上として、前記単結晶を製造することを特徴とする単結晶の製造方法により、低酸素濃度でかつ面内分布のよい単結晶を得ることができることを見出し、本発明を完成した。
【００２４】
また、加熱ヒーター及び溶融した単結晶材料が収容される回転可能な坩堝が配置された引き上げ炉と、前記引き上げ炉の周囲に設けられた水平磁場を発生させるコイルを有する磁場発生装置とを備え、前記コイルへの通電により前記溶融した単結晶材料に水平磁場を印加して、前記溶融した単結晶材料の前記坩堝内での対流を抑制する単結晶引き上げ装置であって、
前記コイルを、それぞれのコイル軸が同じ水平面内に含まれるように２対設けるとともに、前記水平面と、前記坩堝の回転中心軸との交点における磁力線方向をＸ軸としたとき、前記コイル軸間の前記Ｘ軸を挟む中心角度αを１００°以上１２０°以下とし、
前記磁場発生装置は、前記Ｘ軸と坩堝内周との交点のいずれか１つを始点（θ＝０°）として、前記回転中心軸周りに８５°＜θ＜９５°および２６５°＜θ＜２７５°の範囲を除く坩堝内周上の領域の任意の点で、磁束密度成分を坩堝内壁に垂直な成分と平行な成分に分解したときの前記垂直な成分の磁束密度を、１２０Ｇ以上、かつ、中心磁束密度の２５％以上となるように、磁場分布を発生させるものであることを特徴とする単結晶引き上げ装置により、低酸素濃度でかつ面内分布のよい単結晶を得ることができることを見出し、本発明を完成した。
【００２５】
図１に記載の単結晶引き上げ装置は、加熱ヒーター８と、溶融した単結晶材料（以下、「融液」と称する）５が収容される石英坩堝６が配置され、坩堝の回転中心軸９を有する引き上げ炉１と、引き上げ炉１の周囲に設けられ超電導コイル４を有する磁場発生装置３０とを備えており、超電導コイル４への通電により融液５に水平磁場を印加して、融液の坩堝内での対流を抑制しながら、単結晶を引き上げ方向に引き上げる構成になっている。
【００２６】
前述の磁場による対流抑制機構の通り、融液５の熱対流を抑制する力は、磁力線が坩堝壁と平行となる領域では働かない。このことから、磁束密度成分を坩堝内壁に垂直な成分の磁束密度（以下、「Ｂ⊥」と称する）と平行な成分の磁束密度（以下、「Ｂ‖」と称する）の２つに分解したとき、対流抑制に影響するのはＢ⊥のみであることを発明者らは見出した。そして調査の結果、このＢ⊥を指標とし、石英坩堝６の内壁の特定の領域に含まれる計算点においてＢ⊥を一定値以上とする磁場分布にて結晶を製造することにより、より高品質な低酸素結晶を得ることが明らかとなった。
【００２７】
前記Ｂ⊥を規定する前記特定の領域とは、回転可能に坩堝が配置された引き上げ炉の周囲に設けられた水平磁場を発生させるコイルのコイル軸を含む水平面と、前記坩堝の回転中心軸との交点における磁力線方向をＸ軸としたとき、前記Ｘ軸と坩堝内周との交点のいずれか１つを始点（θ＝０°）として、前記回転中心軸周りに８５°＜θ＜９５°および２６５°＜θ＜２７５°の範囲を除く坩堝内周上の領域である。たとえば、計算点を、前記始点（０°）から中心角５°刻みで内周上に打った点のうち、９０°と２７０°の２点を除いた７０点とすることができる。前記水平面上で前記Ｘ軸と直交する直線をＹ軸としたとき、Ｙ軸と坩堝内周の交点におけるＢ⊥は多くのコイル配置において実質的に０となる。これについてはコイル配置上避けられないことなので、これらの点を含む一部の領域はＢ⊥の指標に含めないこととする。
【００２８】
ここで、図２を用いて、Ｂ⊥の説明を行う。図２（ａ）は引き上げ炉内の石英坩堝６と融液５を、引き上げ炉１の周囲に設けられ超電導コイル４のコイル軸１２を含む水平面で切断した断面図である。前記超伝導コイル４のコイル軸を含む水平面内において、前記石英坩堝６の回転中心軸９との交点における磁力線方向をＸ軸とし、前記水平面内における前記Ｘ軸に直交する方向をＹ軸としたとき、磁場発生装置３０により融液５に水平磁場が印加されており、Ｘ−Ｙ座標系の各座標には磁束密度Ｂが存在する。前記水平面において、Ｘ軸とのなす角度がθである直線を回転中心軸９から引き、その直線と石英坩堝内壁との交点を考える。この交点における磁束密度Ｂを、石英坩堝６の内壁に垂直な成分Ｂ⊥と平行な成分Ｂ‖に分解することで、Ｂ⊥が得られる。Ｂ⊥の求め方は、実際に磁場発生装置３０で磁場を発生させ、ガウスメーター等を用いて実測してもよいし、解析ソフトを使って計算により求めてもよい。
【００２９】
ただし磁束密度成分を求めるにあたっては、実測する場合でも解析ソフトを使う場合でも、Ｘ軸、Ｙ軸にそれぞれ平行な成分ＢＸ、ＢＹとして求める場合が多いので、そこからＢ⊥、Ｂ‖に変換する必要がある。図２（ｂ）に、磁束密度ベクトルＢおよびＢＸ、ＢＹ、Ｂ⊥、Ｂ‖を示す。ＢＸとＢ⊥のなす角度はθである。また、ＢＸとＢのなす角度をβとする。
【００３０】
Ｂの大きさ｜Ｂ｜は以下のように表される。
｜Ｂ｜=√（ＢＸ２＋ＢＹ２）            ・・・・・式（１）
図２（ｂ）よりＢ‖とＢのなす角度は
９０°−θ＋β                        ・・・・・式（２）
であるから、
Ｂ⊥=｜Ｂ｜ｓｉｎ（９０°−θ＋β）  ・・・・・式（３）
となる。ここで、
β＝ａｒｃｔａｎ（ＢＹ／ＢＸ）          ・・・・・式（４）
が成り立つので、式（１）、式（４）を式（３）に代入して、
Ｂ⊥=√（ＢＸ２＋ＢＹ２）×ｓｉｎ（９０°−θ＋ａｒｃｔａｎ（ＢＹ／ＢＸ））
・・・・・式（５）
が得られる。なお、本発明においてＢ⊥の符号は無関係であるため、Ｂ⊥の絶対値を指標として用いればよい。
【００３１】
本発明の磁場発生装置３０は、石英坩堝６の内壁の特定の領域においてＢ⊥が１２０Ｇ以上、かつ、コイル軸１２を含む水平面１１と石英坩堝６の回転中心軸９との交点における磁束密度（以下、「中心磁束密度」または「Ｂ＿ｃｔｒ」と称する）の２５％以上であるように磁場分布を発生させるものである。
【００３２】
単結晶引き上げ装置の磁場発生装置３０が、上記のような磁束密度分布を発生させるものであれば、電磁力による対流抑制力が不十分だったＸ軸と垂直な断面内においても、融液の流速を低減できるとともに、融液５のＸ軸と平行な断面における流速と、融液５のＸ軸と垂直な断面における流速とをバランスさせることができる。このようにＸ軸と垂直な断面内においても、融液５の流速を低減することによって、坩堝壁から溶出した酸素が単結晶に到達するまでの時間が長くなり、融液５の自由表面からの酸素蒸発量が増加することで、単結晶に取り込まれる酸素濃度を大幅に低減させることができる。また、融液５のＸ軸に平行な断面における流速と、融液５のＸ軸に垂直な断面における流速とをバランスさせることによって、育成する単結晶中の成長縞を抑制することも可能である。
【００３３】
上記のような磁場分布を発生させる磁場発生装置３０は、例えば、磁場発生装置３０を上から見た図である図１（ｂ）に示すように、それぞれ対向配置された超電導コイル４の対をそれぞれのコイル軸が、同じ水平面１１（図１（ａ））内に含まれるように２対（すなわち、４（ａ）、４（ｃ）の対、及び、４（ｂ）、４（ｄ）の対）設けるとともに、コイル軸間のＸ軸を挟む中心角度αを１００°以上１２０°以下とするコイル配置を有する構成とすることができる。
【００３４】
図３に、中心角度αを９０°、１００°、１２０°とした場合のＢ⊥を、θに対してプロットしたグラフを示す。Ｂ⊥は解析ソフトの解析結果から算出した。計算点は、前記超伝導コイルのコイル軸を含む水平面内において坩堝中心軸を通る磁力線方向をＸ軸としたときに、Ｘ軸と石英坩堝内周上の１つの交点を始点（０°）として中心角５°刻みで内周上に打った点のうち、９０°と２７０°の２点を除いた７０点とした。また、各条件の中心磁束密度Ｂ＿ｃｔｒは１０００Ｇとした。図３から明らかなように、中心角度αが９０°の場合は、θが８５°および９５°のときのＢ⊥の値がＢ＿ｃｔｒの２５％よりも小さくなるのに対し、αが１００°から１２０°の範囲ではＢ＿ｃｔｒの２５％よりも大きくなっており、上記の磁束密度分布を満たすことが分かる。なお、中心角度αを１２０°よりも大きくしても上記の磁束密度分布を得ることは可能だが、コイル径によっては隣接する超電導コイル同士が干渉する恐れがある。１２０°以下であれば確実に超電導コイルを配置することができる。
【００３５】
もちろん、コイルは上記磁束密度分布を発生するものであれば、２対である場合には限定されず、１対であっても、あるいは３対以上であってもよい。
【００３６】
本発明の中心磁束密度は、超伝導コイルの配置にもよるが、３００Ｇ以上が好ましい。それよりも中心磁束密度が低い場合、融液全体の対流を十分に抑制することができずに、安定した結晶引き上げが不可能となる。
一方、中心磁束密度の上限は特に限定されないが、例えば５０００Ｇ以下、より好ましくは３０００Ｇ以下とすることができる。
【００３７】
なお、本発明の技術を特許文献３に記載の技術と比較すると、本発明では坩堝内壁のほぼ全周で磁束密度を規定しているため、酸素濃度の低減、あるいは酸素濃度面内分布の均一化、あるいはそれらの両立がより確実に行えるようになっている。
【００３８】
なお、本手法によって製造される単結晶の結晶欠陥については、引き上げ速度等の製造条件を調整することにより、目的に応じてＣＯＰ欠陥および転位クラスターの排除されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥フリー領域や、ＣＯＰ欠陥の存在するＶ−ｒｉｃｈ領域で製造することができる。
【００３９】
次に、図１を参照しながら、本発明の単結晶引き上げ方法の実施態様の一例を説明する。本発明の単結晶引き上げ方法は、上記で説明した図１の単結晶引き上げ装置を用いて、半導体単結晶を引き上げるものである。
【００４０】
具体的には、以下のようにして半導体単結晶を引き上げる。まず、単結晶引き上げ装置１０において、石英坩堝６内に半導体材料を入れて加熱ヒーター８により加熱し、半導体材料を溶融させる（図１（ａ）参照）。次に、超電導コイル４への通電により、融液５に磁場発生装置３０によって発生させた水平磁場を印加して、融液５の石英坩堝６内での対流を抑制する（図１（ａ）参照）。このとき、磁場発生装置３０によって、石英坩堝６の内壁の特定の領域、すなわち、回転可能に坩堝６が配置された引き上げ炉１の周囲に設けられた水平磁場を発生させるコイル４のコイル軸１２を含む水平面１１と、前記坩堝の回転中心軸９との交点における磁力線７の方向をＸ軸としたとき、前記Ｘ軸と坩堝内周との交点のいずれか１つを始点（θ＝０°）として、前記回転中心軸周りに８５°＜θ＜９５°および２６５°＜θ＜２７５°の範囲を除く坩堝内周上の領域に含まれる計算点おいて、Ｂ⊥が１２０Ｇ以上かつＢ＿ｃｔｒの２５％以上であるように、磁束密度分布を発生させる（図１（ａ）参照）。上記のような磁場分布を発生させる磁場発生装置３０として、例えば、図１（ｂ）に示すように、それぞれ対向配置された超電導コイルの対をそれぞれのコイル軸１２が同じ水平面内に含まれるように２対設けるとともに、コイル軸間のＸ軸を挟む中心角度αを１００°以上１２０°以下とするコイル配置を有する磁場発生装置３０を用いることができる。この場合、Ｂ⊥の上限値は特に限定されないが、装置の都合上、一般にＢ＿ｃｔｒの２５０％以下となる。
【００４１】
次に、融液５中に種結晶２を、例えば石英坩堝６の中央部上方から下降挿入し、引き上げ機構（不図示）により種結晶２を回転させながら、所定の速度で引き上げ方向に引上げていく（図１（ａ）参照）。これにより、固体・液体境界層に結晶が成長し、半導体単結晶３が生成される。このとき、直胴工程における結晶回転速度は６〜１５ｒｐｍとする。また、坩堝回転速度が高速だと石英坩堝の溶解速度が増加して融液中に酸素が供給されやすくなるため、石英坩堝６の回転速度は０．０１〜０．５ｒｐｍの範囲とすることが好ましい。このような単結晶引き上げ方法であれば、結晶に取り込まれる酸素の濃度が大幅に低減されるとともに、酸素濃度の面内分布が良好な半導体単結晶を製造することができる。
【実施例】
【００４２】
以下、実施例を挙げて本発明について詳細に説明するが、これは本発明を限定するものではない。
【００４３】
（実施例１）
図１（ａ）に示す単結晶引き上げ装置において、磁場発生装置３０として、コイル軸間の中心角度αを１２０°とした磁場発生装置を用いる構成とした。このような単結晶引き上げ装置を用いて、以下に示す条件で、半導体単結晶の引き上げを行った。
使用坩堝              ：直径８００ｍｍ
単結晶材料のチャージ量：４００ｋｇ
育成する単結晶        ：直径３０６ｍｍ
中心磁束密度          ：３００、１０００、１５００Ｇ
単結晶回転速度        ：１１ｒｐｍ
坩堝回転速度          ：０．０３ｒｐｍ
このようにして育成した半導体単結晶において、酸素濃度を調べた。その結果を表１に示す。表１に示すように、中心磁束密度が３００Ｇ以上のときに、Ｂ⊥が１２０Ｇ以上かつＢ⊥が中心磁束密度の２５％以上となり、低酸素濃度かつ酸素濃度の面内分布が良好な半導体単結晶が得られた。なお、表中のＯｉ（格子間酸素濃度）とＲＯＧ（酸素濃度の面内分布）は、固化率１０〜６５％間の平均値である。
【００４４】
【表１】
2019196289.tif 000003
【００４５】
（実施例２）
コイル軸間の中心角度αを１００°とした以外は、実施例１と同様な構成の単結晶引き上げ装置とした。中心磁束密度を５００、１０００、１５００Ｇとした以外は、実施例１と同一条件とした。
実施例１と同様に、半導体単結晶の酸素濃度を調べた。その結果を表２に示す。表２に示すように、中心磁束密度５００Ｇ以上のときに、Ｂ⊥が１２０Ｇ以上かつＢ⊥が中心磁束密度の２５％以上となり、低酸素濃度かつ酸素濃度の面内分布が良好な半導体単結晶が得られた。
【００４６】
【表２】
2019196289.tif 000004
【００４７】
（比較例１）
コイル軸間の中心角度αを９０°とした以外は、実施例１と同様な構成の単結晶引き上げ装置とした。中心磁束密度を５００および１０００Ｇとした以外は、実施例１と同一条件とした。
実施例１、２と同様に、半導体単結晶の酸素濃度を調べた。その結果を表３に示す。表３に示すように、低酸素濃度かつ酸素濃度の面内分布が良好な半導体単結晶は得られなかった。
【００４８】
【表３】
2019196289.tif 000005
【００４９】
（比較例２）
図１（ａ）に示す単結晶引き上げ装置に対して、単結晶引き上げ装置の磁場発生装置３０として２つのコイル、すなわち１対のコイルだけを有する磁場発生装置３０を用いる構成とした。中心磁束密度を２０００および４０００Ｇとした以外は、実施例１と同一条件とした。
実施例１、２と同様に、半導体単結晶の酸素濃度を調べた。その結果を表４に示す。表４に示すように、低酸素濃度かつ酸素濃度の面内分布が良好な半導体単結晶は得られなかった。
【００５０】
【表４】
2019196289.tif 000006
【００５１】
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。
【符号の説明】
【００５２】
１…引き上げ炉、２…種結晶、３…単結晶、４…コイル、５…融液、６…石英坩堝、７…磁力線、８…ヒーター、９…坩堝の回転中心軸、１０…単結晶引き上げ装置、１１…水平面、１２…コイル軸、３０…磁場発生装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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