(57)【要約】【課題】半導体デバイスの素材などに用いられるシリコン単結晶をＣＺ法で育成するとき、シリコン単結晶の生産性を高めると同時に、点欠陥（空孔および格子間シリコン）に起因するシリコン単結晶の品質低下を避ける。【解決手段】多結晶シリコン原料を坩堝２に収容し、ヒータ４で融点以上に加熱してシリコン融液３とする。このシリコン融液３にシリコンの種結晶７を浸漬し（図（ａ））、種結晶７を回転させつつ引き上げる（図（ｂ））。この際、種結晶７の引き上げ方向に波長１〜２０ｍｍで振幅０．１ｍｍ／ｍｉｎ以上の定常振動を与える。すると、引き上げ速度を上げても、シリコン単結晶９が、その育成中に振動して格子間シリコン濃度を増し、拡散長の長い格子間シリコンの拡散が促進される。その結果、シリコン単結晶９内で空孔が格子間シリコンとの対消滅によって同時に消滅し、空孔クラスタによる欠陥（ＣＯＰ、ＦＰＤなど）の発生が抑制される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
坩堝に収容されたシリコン融液にシリコンの種結晶を浸漬し、この種結晶を回転させつつ引き上げてシリコン単結晶を育成するシリコン単結晶の製造方法において、
前記種結晶を引き上げるときに、その引き上げ方向に波長１〜２０ｍｍで振幅０．１ｍｍ／ｍｉｎ以上の振動を与え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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの素材などに用いられるシリコン単結晶をＣＺ法（チョクラルスキー法）で育成する際に適用するに好適なシリコン単結晶の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造に使用されるシリコンウェーハはシリコン単結晶から採取されるが、このシリコン単結晶は主にＣＺ法によって育成されている（例えば、特許文献１、２参照）。このＣＺ法とは、多結晶シリコン原料を坩堝に収容し、この多結晶シリコン原料をヒータで融点以上の温度に達するまで加熱してシリコン融液とした後、このシリコン融液にシリコンの種結晶を浸漬し、この種結晶を回転させつつ引き上げることにより、種結晶の下側にシリコン単結晶を円柱状に固化させて育成していく方法である。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２５５６８０号公報（段落〔０００２〕の欄）
【特許文献２】特開２００２−２９３６９０号公報（段落〔０００２〕の欄）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このＣＺ法においては、シリコン単結晶の生産性を高める観点や、点欠陥（空孔、格子間シリコン）によるシリコン単結晶の品質低下を避ける観点から、固液界面におけるシリコン単結晶の成長速度に対して種結晶の引き上げ速度をどのように設定するかが重要となる。
【０００５】
すなわち、種結晶の引き上げ速度を固液界面におけるシリコン単結晶の成長速度より速くすると、勢いシリコン単結晶の生産性が向上するものの、固液界面でシリコン単結晶の成長が追いつかないため、通常であれば多数個のシリコン原子がダイヤモンド型構造に配列されるシリコン単結晶において、シリコン原子がその定位置（本来あるべき位置）に存在せずに欠損し、空孔と呼ばれる点欠陥が生じてしまう。そして、この空孔が増えて空孔濃度が高くなると、その部位に空孔クラスタが発生するため、シリコン単結晶の成長直後にＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ）、ＦＰＤ（Ｆｌｏｗ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｄｅｆｅｃｔ）、ＬＳＴＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  Ｄｅｆｅｃｔ）などの欠陥が見られる。
【０００６】
逆に、種結晶の引き上げ速度を固液界面におけるシリコン単結晶の成長速度より遅くすれば、こうした空孔クラスタが発生しにくくなる反面、シリコン単結晶の生産性が低下するという欠点を伴うに止まらず、固液界面でのシリコン単結晶の成長が過剰となるため、シリコン単結晶内の定位置以外の場所にまでシリコン原子が余分に入り込んで存在するようになり、格子間シリコンと称される点欠陥が生じるという不具合をも惹起する。そして、この格子間シリコンが増えて格子間シリコン濃度が高くなると、その部位に転位クラスタが発生するため、シリコン単結晶の成長直後にＬＤ（Ｌａｒｇｅ  Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）などの欠陥が現れ、シリコン単結晶の品質低下につながる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑み、ＣＺ法において、シリコン単結晶の生産性を高めると同時に、点欠陥（空孔および格子間シリコン）がもたらすシリコン単結晶の品質低下を避けることが可能な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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るシリコン単結晶の製造方法では、シリコン単結晶の生産性を高めるとともに、転位クラスタによるシリコン単結晶の品質低下を回避すべく、種結晶の引き上げ速度を固液界面におけるシリコン単結晶の成長速度より速くすることを基本としつつ、これに付随して発生しうる空孔クラスタによるシリコン単結晶の品質低下を避けるため、種結晶の引き上げ速度を大きく振動させると格子間シリコン優勢になる効果を応用して、種結晶の引き上げ速度を上げると空孔優勢になる効果を相殺することに着目した。
【０００９】
すなわち、請求項１に記載の本発明は、坩堝に収容されたシリコン融液にシリコンの種結晶を浸漬し、この種結晶を回転させつつ引き上げてシリコン単結晶を育成するシリコン単結晶の製造方法において、前記種結晶を引き上げるときに、その引き上げ方向に波長１〜２０ｍｍで振幅０．１ｍｍ／ｍｉｎ以上の振動を与えるようにして構成される。ここで、この振動として定常振動（継続的な周期振動）を採用してもよい。
【００１０】
こうした構成を採用することにより、種結晶の引き上げ速度を上げても、シリコン単結晶が、その育成中に振動して格子間シリコン濃度を増し、拡散長の長い格子間シリコンの拡散が促進されるため、シリコン単結晶内で空孔が格子間シリコンとの対消滅によって同時に消滅するように作用する。
【００１１】
なお、実際にＣＺ法でシリコン単結晶を育成するときには、シリコン融液の温度振動などの影響を受けてシリコン単結晶の直径が僅かに増減してしまうことから、シリコン単結晶の固液界面近傍部分の直径を常に測定し、この直径が一定になるようフィードバック制御している。その結果として、種結晶の引き上げ速度が振動することになるが、この結果的に生じる振動は、シリコン単結晶の直径の増減に応じて種結晶の引き上げ速度を微調整するためのものであり、その振幅は平均すると０．０１ｍｍ／ｍｉｎ以下に過ぎず、上述した対消滅の作用効果を奏するものではない。この点で、シリコン単結晶の直径の増減とは無関係に振幅０．１ｍｍ／ｍｉｎ以上の大きい振動を積極的に与える本発明とは根本的に相違する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係るシリコン単結晶の製造方法の一実施形態を示す工程図であって、（ａ）はシリコンの種結晶をシリコン融液に浸漬する工程図、（ｂ）はシリコンの種結晶を回転させつつ引き上げる工程図である。
【００１３】
シリコン単結晶育成装置１は、図１に示すように、石英からなる坩堝２を有しており、坩堝２の外周にはヒータ４が円筒状に設置されている。また、坩堝２の上方には引き上げ軸５が昇降自在かつ回転自在に垂設されており、引き上げ軸５の下端にはチャック６が取り付けられている。
【００１４】
そして、このシリコン単結晶育成装置１を用いてＣＺ法でシリコン単結晶を製造する際には次の手順による。
【００１５】
まず、図１（ａ）に示すように、多結晶シリコン原料を坩堝２に収容した後、この坩堝２内の多結晶シリコン原料をヒータ４で融点以上の温度に達するまで加熱する。すると、この多結晶シリコン原料が坩堝２内で溶融してシリコン融液３となる。
【００１６】
次に、チャック６が坩堝２内のシリコン融液３の上方に位置した状態で、このチャック６にシリコンの種結晶７を装着し、引き上げ軸５を下降させて種結晶７を坩堝２内のシリコン融液３に浸漬する。
【００１７】
次いで、引き上げ軸５を所定の回転数（例えば、３ｒｐｍ）で回転させつつ所定の速さ（例えば、０．５ｍｍ／ｍｉｎ）で上昇させる。すると、図１（ｂ）に示すように、引き上げ軸５に連動する形で種結晶７が回転しつつ引き上げられるため、種結晶７の下側にシリコン単結晶９が円柱状に固化して育成されていく。
【００１８】
このとき、引き上げ軸５の上昇速度、つまり種結晶７の引き上げ速度を固液界面におけるシリコン単結晶９の成長速度より速くするとともに、種結晶７の引き上げ方向（図１における上下方向）に波長１〜２０ｍｍで振幅０．１ｍｍ／ｍｉｎ以上の定常振動を与える。すると、種結晶７の引き上げ速度の高速化によってシリコン単結晶９内に空孔が生じて空孔濃度が大きくなってしまうが、シリコン単結晶９は、その育成中に振動して格子間シリコン濃度が増大し、拡散長の長い格子間シリコンの拡散が促進されるので、シリコン単結晶９内の定位置以外の場所に存在しているシリコン原子が定位置に移動して空孔を埋める。その結果、シリコン単結晶９内で空孔が格子間シリコンとの対消滅によって同時に消滅し、その分だけシリコン単結晶９内の空孔が減少することになる。
【００１９】
こうしてシリコン単結晶９が円柱状に育成されていき、所望の引き上げ長さに達したところで、引き上げ軸５の回転動作および上昇動作を停止する。すると、所望の引き上げ長さをもつ円柱状のシリコン単結晶９が出来上がり、ここでＣＺ法によるシリコン単結晶の製造が終了する。
【００２０】
このようにしてシリコン単結晶９を製造すると、種結晶７の引き上げ速度を上げた分だけシリコン単結晶９の生産性を高めることができるばかりでなく、種結晶７の引き上げ速度が遅いときに生じうる転位クラスタによる欠陥（ＬＤなど）の発生を阻止してシリコン単結晶の品質を維持することができる。さらに、上述したとおり、シリコン単結晶９内は空孔が少ない状態となっているので、空孔クラスタに起因する種々の欠陥（ＣＯＰ、ＦＰＤ、ＬＳＴＤなど）の発生をも抑制してシリコン単結晶９の品質を維持することが可能となる。したがって、シリコン単結晶９の生産性を高めると同時に、点欠陥（空孔および格子間シリコン）がもたらすシリコン単結晶９の品質低下を避けることができる。
【００２１】
そして、種結晶７に与える振動の振幅の大小がシリコン単結晶９の生産性や品質に及ぼす影響をシミュレーションで確認するため、まず、シリコン単結晶９の固液界面近傍部分の直径が一定になるように種結晶７の引き上げ速度を微調整する結果として小さい振動が生じる場合を想定して、図２に示すように、種結晶７の平均引き上げ速度を０．５ｍｍ／ｍｉｎとし、波長１〜２０ｍｍで振幅０．０１ｍｍ／ｍｉｎの定常振動を与えた。その結果、この条件では欠陥のない高品質のシリコン単結晶９が得られた。
【００２２】
次に、種結晶７の平均引き上げ速度は変えずに、振動の振幅を１０倍に増やすと、どのような影響が現れるかをみるため、図３に示すように、種結晶７の平均引き上げ速度を０．５ｍｍ／ｍｉｎとし、波長１〜２０ｍｍで振幅０．１ｍｍ／ｍｉｎの定常振動を与えた。すると、種結晶７の引き上げ速度を大きく振動させることにより、シリコン単結晶９内で格子間シリコン優勢となり、転位クラスタが発生した。
【００２３】
そこで、振動の振幅は１０倍にしたまま、種結晶７の平均引き上げ速度を少し上げてみた。すなわち、図４に示すように、種結晶７の平均引き上げ速度を０．５２ｍｍ／ｍｉｎとし、波長１〜２０ｍｍで振幅０．１ｍｍ／ｍｉｎの定常振動を与えたところ、図２に示す場合と同等の品質をもつシリコン単結晶９が得られた。これにより、シリコン単結晶９の品質を落とすことなくその生産性を向上させうることが明らかとなった。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明によれば、種結晶の引き上げ速度を上げても、シリコン単結晶が、その育成中に振動して格子間シリコン濃度を増し、拡散長の長い格子間シリコンの拡散が促進されるため、シリコン単結晶内で空孔が格子間シリコンとの対消滅によって同時に消滅することから、ＣＺ法において、シリコン単結晶の生産性を高めると同時に、点欠陥（空孔および格子間シリコン）がもたらすシリコン単結晶の品質低下を避けることが可能なシリコン単結晶の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシリコン単結晶の製造方法の一実施形態を示す工程図であって、（ａ）はシリコンの種結晶をシリコン融液に浸漬する工程図、（ｂ）はシリコンの種結晶を回転させつつ引き上げる工程図である。
【図２】種結晶を引き上げるときに与える振動の第１例を示す模式図である。
【図３】種結晶を引き上げるときに与える振動の第２例を示す模式図である。
【図４】種結晶を引き上げるときに与える振動の第３例を示す模式図である。
【符号の説明】
１……シリコン単結晶育成装置
２……坩堝
３……シリコン融液
４……ヒータ
５……引き上げ軸
６……チャック
７……シリコンの種結晶
９……シリコン単結晶
【図１】
2004352518.tif 000003
【図２】
2004352518.tif 000004
【図３】
2004352518.tif 000005
【図４】
2004352518.tif 000006