(57)【要約】【課題】ＣＺ法により単結晶を育成する際に、引上げ速度Ｖを低速化させずに引上げ中の結晶温度勾配Ｇの変化を制御することによりＶ／Ｇを制御して、所望の欠陥領域を有する単結晶を短時間で効率的に製造することのできる単結晶の製造方法を提供する。【解決手段】チョクラルスキー法によって単結晶を原料融液から引上げて製造する方法において、前記単結晶を育成する際に、前記単結晶の直胴部を成長させるときの引上げ速度をＶ（ｍｍ／ｍｉｎ）、固液界面近傍の引上げ軸方向の結晶温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）で表したとき、該結晶温度勾配Ｇを前記単結晶を引上げる際の単結晶の回転速度を変更することにより制御して、引上げ速度Ｖと結晶温度勾配Ｇの比Ｖ／Ｇ（ｍｍ２／℃・ｍｉｎ）を所望の欠陥領域を有する単結晶が育成できるように制御することを特徴と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】
チョクラルスキー法によって単結晶を原料融液から引上げて製造する方法において、前記単結晶を育成する際に、前記単結晶の直胴部を成長させるときの引上げ速度をＶ（ｍｍ／ｍｉｎ）、固液界面近傍の引上げ軸方向の結晶温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）で表したとき、該結晶温度勾配Ｇを前記単結晶を引上げる際の単結晶の回転速度を変更することにより制御して、引上げ速度Ｖと結晶温度勾配Ｇの比Ｖ／Ｇ（ｍｍ２／℃・ｍｉｎ）を所望の欠陥領域を有する単結晶が育成できるように制御することを特徴とする単結晶の製造方法。
【請求項２】
前記引上げ速度Ｖを一定の値にして単結晶の引上げを行う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】
前記Ｖ／Ｇを、前記育成する単結晶の欠陥領域が径方向の全面にわたってＮ領域となるように制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の単結晶の製造方法。
【請求項４】
前記単結晶の回転速度を、予め試験を行って求めた変更条件に従って自動的に変更することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の単結晶の製造方法。
【請求項５】
前記単結晶の回転速度を変更する変更条件を、単結晶の製造バッチ間で調節することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の単結晶の製造方法。
【請求項６】
前記単結晶の回転速度を漸増または漸減するように変更することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の単結晶の製造方法。
【請求項７】
前記製造する単結晶をシリコン単結晶とすることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の単結晶の製造方法。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の単結晶の製造方法により製造された単結晶。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チョクラルスキー法による単結晶の製造方法に関し、特に所望の欠陥領域を有する単結晶を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの基板として用いられる単結晶には、例えばシリコン単結晶等があり、主にチョクラルスキー法（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ  Ｍｅｔｈｏｄ、以下ＣＺ法と略称する）により製造されている。近年、半導体デバイスでは高集積化が促進され、素子の微細化が進んでいる。それに伴い、単結晶の結晶成長中に導入されるグローンイン（Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ）欠陥の問題がより重要となっている。
【０００３】
ここで、グローンイン欠陥について図８を参照しながら説明する。
一般に、シリコン単結晶を成長させるときに、結晶成長速度（結晶引上げ速度）が比較的高速の場合には、空孔型の点欠陥が集合したボイド起因とされているＦＰＤ（Ｆｌｏｗ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｄｅｆｅｃｔ）やＣＯＰ（ＣｒｙｓｔａｌＯｒｉｇｉｎａｔｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ）等のグローンイン欠陥が結晶径方向全域に高密度に存在する。これらのボイド起因の欠陥が存在する領域はＶ（Ｖａｃａｎｃｙ）領域と呼ばれている。
【０００４】
また、結晶成長速度を低くしていくと成長速度の低下に伴いＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥、Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｔａｃｋｉｎｇ  Ｆａｕｌｔ）領域が結晶の周辺からリング状に発生し、さらに成長速度を低速にすると、ＯＳＦリングがウエーハの中心に収縮して消滅する。一方、さらに成長速度を低速にすると格子間シリコンが集合した転位ループ起因と考えられているＬＳＥＰＤ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｅｃｃｏ  Ｅｔｃｈ  Ｐｉｔ  Ｄｅｆｅｃｔ）、ＬＦＰＤ（Ｌａｒｇｅ  Ｆｌｏｗ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｄｅｆｅｃｔ）等の欠陥が低密度に存在し、これらの欠陥が存在する領域はＩ（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ）領域と呼ばれている。
【０００５】
近年、Ｖ領域とＩ領域の中間でＯＳＦリングの外側に、ボイド起因のＦＰＤ、ＣＯＰ等の欠陥も、格子間シリコン起因のＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ等の欠陥も存在しない領域の存在が発見されている。この領域はＮ（ニュートラル、Ｎｅｕｔｒａｌ）領域と呼ばれる。また、このＮ領域をさらに分類すると、ＯＳＦリングの外側に隣接するＮｖ領域（空孔の多い領域）とＩ領域に隣接するＮｉ領域（格子間シリコンが多い領域）とがあり、Ｎｖ領域では、熱酸化処理をした際に酸素析出量が多く、Ｎｉ領域では酸素析出が殆ど無いことがわかっている。
【０００６】
さらに、熱酸化処理後、酸素析出が発生し易いＮｖ領域の一部に、Ｃｕデポジション処理で検出される欠陥が著しく発生する領域（以下、Ｃｕデポ欠陥領域という）があることが見出されており、これは酸化膜耐圧特性のような電気特性を劣化させる原因になることがわかっている。
【０００７】
これらのグローンイン欠陥は、単結晶を成長させるときの引上げ速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）と固液界面近傍のシリコンの融点から１４００℃の間の引上げ軸方向の結晶温度勾配Ｇ（℃／ｍｍ）の比であるＶ／Ｇ（ｍｍ２／℃・ｍｉｎ）というパラメーターにより、その導入量が決定されると考えられている（例えば、非特許文献１参照）。すなわち、Ｖ／Ｇを所定の値で一定に制御しながら単結晶の育成を行うことにより、所望の欠陥領域あるいは所望の無欠陥領域を有する単結晶を製造することが可能となる。
【０００８】
例えば特許文献１では、シリコン単結晶を育成する際に、結晶中心でＶ／Ｇ値を所定の範囲内（例えば、０．１１２〜０．１４２ｍｍ２／℃・ｍｉｎ）に制御して単結晶を引上げることによって、ボイド起因の欠陥及び転位ループ起因の欠陥が存在しないシリコン単結晶ウエーハを得ることができることが示されている。また、近年では、Ｃｕデポ欠陥領域を含まないＮ領域の無欠陥結晶に対する要求が高まりつつあり、Ｖ／Ｇを所望の無欠陥領域に高精度に制御しながら単結晶を引上げる単結晶の製造が要求されてきている。
【０００９】
一般的に、引上げ軸方向の結晶温度勾配Ｇは、単結晶の育成が行われる単結晶引上げ装置のＨＺ（ホットゾーン：炉内構造）により一義的に決まるものとされていた。しかしながら、単結晶引上げ中にＨＺを変更することは極めて困難であることから、上記のようにＶ／Ｇを制御して単結晶の育成を行う場合、結晶温度勾配Ｇを単結晶引上げ中に制御することは行われず、引上げ速度Ｖを調節することによってＶ／Ｇ値を制御して所望の欠陥領域を有する単結晶を製造することが行われている。
【００１０】
また、一般に結晶温度勾配Ｇは単結晶の成長が進むにつれて低下する傾向にあることが知られており、単結晶直胴部の成長開始時より成長終了時の方が小さくなる。したがって、Ｖ／Ｇを所望の値でほぼ一定に制御するためには、単結晶の成長が進むにつれて、引上げ速度Ｖを結晶温度勾配Ｇの変化（低下）に合わせて低速となるように変更していかなければならず、その結果、単結晶直胴部の育成にかかる時間が長くなるため生産性が低下するという問題が生じていた。
【００１１】
さらに、単結晶直胴部の成長終了時における引上げ速度は、その後単結晶尾部を形成するために行う丸め工程での単結晶の引上げ速度及び引上げ時間に影響を与えている。そのため、上記のように直胴部成長終了時の引上げ速度が低速になると、丸め工程における引上げ速度も低速化して引上げ時間をさらに長引かせてしまうため、単結晶製造における生産性を著しく低下させて製造コストの上昇を招くといった問題があった。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−１４７７８６号公報
【非特許文献１】
Ｖ．Ｖ．Ｖｏｒｏｎｋｏｖ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ＣｒｙｓｔａｌＧｒｏｗｔｈ，５９（１９８２），６２５〜６４３
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、ＣＺ法により単結晶を育成する際に、引上げ速度Ｖを低速化させずに引上げ中の結晶温度勾配Ｇの変化を制御することによりＶ／Ｇを制御して、所望の欠陥領域を有する単結晶を短時間で効率的に製造することのできる単結晶の製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、チョクラルスキー法によって単結晶を原料融液から引上げて製造する方法において、前記単結晶を育成する際に、前記単結晶の直胴部を成長させるときの引上げ速度をＶ（ｍｍ／ｍｉｎ）、固液界面近傍の引上げ軸方向の結晶温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）で表したとき、該結晶温度勾配Ｇを前記単結晶を引上げる際の単結晶の回転速度を変更することにより制御して、引上げ速度Ｖと結晶温度勾配Ｇの比Ｖ／Ｇ（ｍｍ２／℃・ｍｉｎ）を所望の欠陥領域を有する単結晶が育成できるように制御することを特徴とする単結晶の製造方法が提供される（請求項１）。
【００１５】
このように、ＣＺ法によって単結晶を育成する際に、単結晶を引上げる際の単結晶の回転速度を変更することによって結晶温度勾配Ｇを制御することができ、それによって、引上げ速度Ｖを低速化させずにＶ／Ｇを制御することが可能となり、所望の欠陥領域を有する単結晶を短時間で効率的に製造することができる。そして、このように単結晶を効率的に製造することができれば、単結晶の製造における生産性を向上させて、コストの低減を図ることができる。
【００１６】
このとき、前記引上げ速度Ｖを一定の値にして単結晶の引上げを行うことができる（請求項２）。
本発明の単結晶の製造方法によれば、上記のように単結晶を引上げる際の単結晶の回転速度を変更して結晶温度勾配Ｇを制御できるので、引上げ速度Ｖを一定の値にして単結晶の引上げを行っても、Ｖ／Ｇを所望欠陥領域の単結晶が育成できるように容易に制御することができる。したがって、引上げ速度Ｖを高速に保ったまま、結晶成長軸方向で同じ欠陥領域を有する単結晶を容易に引上げることができる。尚、本発明で言う引上げ速度Ｖを一定の値にするとは、単結晶直胴部の各結晶部位におけるそれぞれの平均引上げ速度を一定にすることを意味するものであり、単結晶の各結晶部位における平均引上げ速度が一定の値となれば、単結晶の直径を所定値に精度良く制御するために、各結晶部位で平均引上げ速度に対して所定範囲内でＶを変動させることができるものである。
【００１７】
この場合、前記Ｖ／Ｇを、前記育成する単結晶の欠陥領域が径方向の全面にわたってＮ領域となるように制御することが好ましい（請求項３）。
このように、Ｖ／Ｇを単結晶の欠陥領域が径方向全面でＮ領域となるように制御することによって、ＦＰＤやＣＯＰ等のボイド起因の欠陥も、またＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ等の転位ループ起因の欠陥も存在しない非常に高品質の単結晶を高生産性で製造することができる。
【００１８】
また、本発明では、前記単結晶の回転速度を、予め試験を行って求めた変更条件に従って自動的に変更することが好ましい（請求項４）。
このように、単結晶の回転速度を変更して結晶温度勾配Ｇを制御する際に、実際に単結晶の製造が行われる製造環境での単結晶の回転速度と結晶温度勾配Ｇとの関係を予めシミュレーション解析、あるいは実生産等の試験を行って明らかにし、そこで得られた情報を基に単結晶の回転速度を変更する変更条件を求めておき、その求めた変更条件に従って単結晶引上げ中に回転速度を自動的に変更することによって、結晶温度勾配Ｇを高精度に自動制御することが可能となり、所望の欠陥領域を有する単結晶を安定して製造することができる。
【００１９】
さらに、前記単結晶の回転速度を変更する変更条件を、単結晶の製造バッチ間で調節することが好ましい（請求項５）。
通常、単結晶の製造を複数バッチ繰り返して行うと、単結晶引上げ装置でＨＺを構成するパーツの劣化等の原因により、単結晶の製造バッチ間で製造環境が変化してしまう場合がある。しかしながら、本発明のように単結晶の回転速度を変更する変更条件を単結晶の製造バッチ間で調節することによって、製造環境の変化を補正することが可能となり、単結晶の製造を複数バッチ繰り返し行っても製造バッチ間で品質のバラツキが生じずに非常に安定して単結晶の製造を行うことができる。
【００２０】
また、前記単結晶の回転速度を漸増または漸減するように変更することが好ましい（請求項６）。
従来の一般的な単結晶の製造においては単結晶の育成が進むにつれて結晶温度勾配Ｇは徐々に変化しているが、上記のように単結晶の回転速度を漸増または漸減するように変更することによって、単結晶の育成が進んでも、結晶温度勾配Ｇを制御してＶ／Ｇを所望の値に一定に制御することが容易にできるようになり、所望の欠陥領域を有する単結晶を効率的に安定して育成することができる。
【００２１】
このとき、前記製造する単結晶をシリコン単結晶とすることができる（請求項７）。
このように、本発明の単結晶の製造方法は、シリコン単結晶を製造する場合に特に好適に用いることができ、それにより、引上げ速度Ｖを低速化させずにＶ／Ｇを制御して、所望の欠陥領域を有するシリコン単結晶を短時間で効率的に製造することができる。
【００２２】
そして、本発明によれば、前記単結晶の製造方法により製造された単結晶が提供される（請求項８）。
このように本発明により製造された単結晶は、所望の欠陥領域を有する非常に高品質の単結晶とすることができる。さらに、本発明の単結晶は、短時間で効率的に製造されたものであるので、従来に比べて安価なものとなる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明者等は、所望の欠陥領域を有する単結晶を短時間で効率的に製造する方法について鋭意実験及び検討を重ねた結果、単結晶を育成する際の単結晶の回転速度に注目し、従来では単結晶育成の際に所望の結晶品質を安定して得るために単結晶の回転速度を一定にして単結晶を引上げることが常識とされていたが、本発明では、その単結晶の回転速度を単結晶引上げ中に故意に変化させることによって固液界面近傍のシリコンの融点から１４００℃の間の引上げ軸方向の結晶温度勾配Ｇを制御できること、またそれによって単結晶引上げ中に引上げ速度Ｖを低速に変更させずにＶ／Ｇの制御が可能であることを見出した。
【００２４】
ここで、本発明者等が、Ｃｕデポジション欠陥が検出されない無欠陥領域で単結晶を育成する際の、単結晶引上げ中の単結晶の回転速度と単結晶を無欠陥領域で育成できる引上げ速度の最大値との関係について実験した結果を図９に示す。尚、図９において、実験例１は以下で説明するような図６に示した単結晶引上げ装置２０を使用して単結晶を育成したときの結果を示したものであり、実験例２は図６の単結晶引上げ装置２０とはＨＺの構造が異なる図７に示した単結晶引上げ装置２２を使用して単結晶を育成したときの結果を示したものである。
【００２５】
図９に示したように、単結晶の回転速度と引上げ速度の最大値との関係を調べた結果、実験例１及び実験例２は共に、単結晶を引上げる際に単結晶の回転速度を変化させることによって無欠陥領域で単結晶を育成できる引上げ速度の最大値も変化しており、特に両実験例とも回転速度を５〜１４ｒｐｍの範囲で変化させたときには、単結晶の回転速度が大きくなるにつれて無欠陥領域で単結晶を育成できる引上げ速度の最大値も上昇していた。
【００２６】
前述したように、単結晶を所望の無欠陥領域で育成するときはＶ／Ｇが所定の値で一定に制御されているため、図９に示したように単結晶の回転速度の変化によって引上げ速度Ｖの最大値が変化したということは、結晶温度勾配Ｇが単結晶回転速度の変化により変化していることを意味している。
【００２７】
そこで、本発明者等は、単結晶の回転速度と結晶温度勾配Ｇとの直接的な関係を調べるために、図６に示した単結晶引き上げ装置２０を用いて単結晶を育成する場合における単結晶の回転速度を変化させたときのシリコンの融点から１４００℃の間の引上げ軸方向の結晶温度勾配Ｇの変化を、総合伝熱解析ソフトＦＥＭＡＧ（Ｆ．Ｄｕｐｒｅｔ，  Ｐ．Ｎｉｃｏｄｅｍｅ，  Ｙ．Ｒｙｃｋｍａｎｓ，Ｐ．Ｗｏｕｔｅｒｓ，  ａｎｄ  Ｍ．Ｊ．Ｃｒｏｃｈｅｔ，  Ｉｎｔ．Ｊ．Ｈｅａｔ  Ｍａｓｓ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ，３３，１８４９（１９９０））を用いて、シミュレーション解析を行った。その結果の一例を図１に示す。
【００２８】
単結晶の回転速度と結晶温度勾配Ｇの関係をシミュレーション解析した結果、図１に示したように、単結晶引上げ中に単結晶の回転速度を変化させることによって結晶温度勾配Ｇが変化することが明らかとなり、例えば、単結晶の回転速度を単結晶育成中に速くすれば結晶温度勾配Ｇを大きくすることができ、また一方、単結晶の回転速度を遅くすれば結晶温度勾配Ｇも小さくできることがわかった。
【００２９】
本発明は、このような単結晶引上げ中の単結晶の回転速度と結晶温度勾配Ｇとの関係を利用したものである。
すなわち、本発明の単結晶の製造方法は、ＣＺ法によって単結晶を育成する際に、結晶温度勾配Ｇが小さくなるような領域では単結晶の回転速度を速くなるように変更して、また逆に結晶温度勾配Ｇが大きくなるような領域では単結晶の回転速度を遅くなるように変更して単結晶の成長を行うことにより結晶温度勾配Ｇを制御して、所望の欠陥領域を有する単結晶が育成できるようにＶ／Ｇを所望値に制御することに特徴を有するものである。
【００３０】
以下、本発明の単結晶の製造方法について図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明の単結晶の製造方法で用いられる単結晶引上げ装置は、単結晶の引上げ中に単結晶の回転速度を制御・変更できるものであれば特に限定されないが、例えば図６に示すような単結晶引上げ装置を用いることができる。先ず、図６を参照しながら、本発明の単結晶の製造方法を実施する際に使用することのできる単結晶引上げ装置について説明する。
【００３１】
図６に示した単結晶引上げ装置２０は、メインチャンバ１内に、原料融液４を収容する石英ルツボ５と、この石英ルツボ５を保護する黒鉛ルツボ６とがルツボ駆動機構（不図示）によって回転・昇降自在に保持軸１３で支持されており、またこれらのルツボ５、６を取り囲むように加熱ヒーター７と断熱材８が配置されている。
【００３２】
メインチャンバ１の上部には育成した単結晶３を収容し、取り出すための引上げチャンバ２が連接されており、引上げチャンバ２の上部には単結晶３をワイヤー１４で回転させながら引上げる引上げ機構１７が設けられている。そして、この引上げ機構１７には引上げ機構制御手段１８が接続されており、引上げ機構制御手段１８で引上げ機構１７の駆動を制御することによって、単結晶を引上げる際の単結晶の回転速度及び引上げ速度を高精度に制御・変更することができるようになっている。
【００３３】
さらに、メインチャンバ１の内部にはガス整流筒１１が設けられており、このガス整流筒１１の下部内側に内側断熱筒１９を、また下部外側に外側断熱材１２を設置して、原料融液４の表面からの輻射をカットするとともに原料融液４の表面を保温するようにしている。さらに、引上げチャンバ２の上部に設けられたガス導入口１０からはアルゴンガス等の不活性ガスを導入でき、引上げ中の単結晶３とガス整流筒１１との間を通過させた後、原料融液４の融液面上を通過させ、ガス流出口９から排出することができる。
【００３４】
このような単結晶引上げ装置２０を用いて、例えばシリコン単結晶をＣＺ法により育成する場合、種ホルダー１５に固定された種結晶１６を石英ルツボ５中の原料融液４に浸漬し、その後回転させながら静かに引上げて種絞りを形成した後所望の直径まで拡径し、略円柱形状の直胴部を有するシリコン単結晶３を成長させることができる。
【００３５】
本発明は、このようにしてシリコン単結晶３を育成する際に、単結晶の回転速度を変更することにより固液界面近傍の引上げ軸方向の結晶温度勾配Ｇを制御することができ、それによって、引上げ速度Ｖを低速化させずに一定の値に維持しながらＶ／Ｇを制御して、所望の欠陥領域を有する単結晶を短時間で効率的に育成することができるものである。尚、このとき、単結晶の回転速度を変化させることにより結晶温度勾配Ｇを制御して所望欠陥領域内で結晶を成長させるのであれば、引上げ速度Ｖは必ずしも一定の値にする必要はない。ただし、引上げ速度を所望の欠陥領域となる最大値で一定になるようにすれば、生産性を最大にすることができるので望ましい。
【００３６】
以下、本発明についてより具体的に説明すると、例えばシリコン単結晶を欠陥領域が径方向の全面にわたってＮ領域となるように育成する場合、先ず単結晶をＮ領域で育成できるように引上げ速度Ｖを単結晶の製造が行われる製造環境（例えば、単結晶引上げ装置のＨＺ等）に応じて設定する。このとき、引上げ速度Ｖは、単結晶をＮ領域で育成できる範囲の最大値に設定することができる。
【００３７】
そして、このように設定した引上げ速度Ｖで単結晶を育成するときに、引上げ速度を低速化させずにそのまま直胴部を引上げた場合に結晶温度勾配Ｇが小さくなる領域では単結晶の回転速度が速くなるように引上げ機構１７で回転速度を変更し、また逆に結晶温度勾配Ｇが大きくなる領域では単結晶の回転速度が遅くなるように変更して単結晶の育成を行うことによって、単結晶引上げ中に結晶温度勾配Ｇを制御することができ、引上げ速度Ｖに依らずにＶ／Ｇを所定値（Ｎ領域）に制御することが可能となる。
【００３８】
例えば、従来一般的に用いられている製造環境で単結晶の製造を行う場合では、前述したように単結晶の育成が進むにつれて結晶温度勾配Ｇは徐々に低下してしまうが、本発明ではこのような製造環境で単結晶の製造を行う場合に単結晶の回転速度を漸増するように変更する。それによって、結晶温度勾配Ｇを制御することができ、単結晶の育成が進んでも引上げ速度Ｖを低速化させずに一定の値に維持しながらＶ／Ｇを所望値に制御することが容易にできるようになり、所望の無欠陥領域を有する単結晶を短時間で効率的に安定して育成することができる。また逆に、例えば単結晶の育成が進むにつれて結晶温度勾配Ｇが徐々に増加するような場合であれば、単結晶の育成が進むにつれて単結晶の回転速度を漸減するように変更することによって、引上げ速度Ｖを一定の値に維持しながらＶ／Ｇを所望値に制御することが可能となる。
【００３９】
このとき、単結晶を引上げる際の単結晶の回転速度、また引上げ中に変更する回転速度の制御範囲は、実際に製造が行われる製造環境、例えばＨＺの構造等に応じて適宜設定することができ、特に限定されるものではないが、例えば単結晶の回転速度が余りに速くなり過ぎると、引上げ中の単結晶直胴部の形状が大きく変形して歩留まりの低下を招く恐れがあり、また一方、回転速度が遅くなり過ぎても単結晶直胴部の形状が変形する恐れがあるし、さらに単結晶の引上げ自体が困難になるとともに、面内の結晶品質が不均一化することも考えられる。
【００４０】
したがって、単結晶の回転速度は、引上げる単結晶の直径にもよるが、単結晶引上げ中に０．１〜４０ｒｐｍの範囲内で、特に５〜１４ｒｐｍの範囲内で制御・変更することが好ましい。単結晶引上げ中に単結晶の回転速度をこのような範囲で制御・変更することによって、歩留まりの低下を招かずにＶ／Ｇを所定の値に制御して単結晶を育成することができる。特に、回転速度の変更を５〜１４ｒｐｍの範囲内で行えば、例えば図１に示したように結晶温度勾配Ｇの変化の割合が安定しているので、Ｖ／Ｇの制御を非常に高精度で安定して行うことができるし、面内の結晶品質も良好なものとなる。
【００４１】
このように、本発明によれば、単結晶引上げ中に単結晶の回転速度を変更して結晶温度勾配Ｇを制御することにより、引上げ速度Ｖを従来のように低速化させることなく所定の値以上に、特にはその欠陥領域となる最大引上げ速度に維持したまま、所望の欠陥領域、例えばＮ領域を有する単結晶が得られるようにＶ／Ｇを容易に制御することができる。したがって、単結晶直胴部の育成を従来よりも短時間で行うことができるし、さらに単結晶直胴部の成長終了時の引上げ速度が低速にならないので、その後の丸め工程における引上げ時間も短縮することができ、結晶径方向の全面がＮ領域となる非常に高品質のシリコン単結晶を高い生産性で製造することができる。
【００４２】
また、単結晶を育成する際に本発明のようにして結晶温度勾配Ｇを制御することによって、Ｖ／Ｇの制御性を向上させることができる。そのため、例えば図８に示すような、Ｃｕデポ欠陥領域を含まないＮ領域中のＮｖ領域やＮｉ領域といった狭い領域にＶ／Ｇを高精度に制御して単結晶を製造することが可能となり、所望の欠陥領域を有する高品質の単結晶を安定して得ることができる。また、製造時間が短縮されることにより、結晶が有転位化する頻度も低減し、生産性だけでなく、歩留りをも向上させることができる。
【００４３】
さらに、本発明は、上記のようにシリコン単結晶を短時間で効率的に製造でき、単結晶の生産性が向上してコストダウンを図ることができ、しかも製造時間が短縮されることにより、結晶が有転位化する可能性も低減し、生産性だけでなく、歩留りを向上させることができる結果、高品質の単結晶を非常に安価に提供することができる。
【００４４】
また、このような本発明の単結晶の製造方法では、予め、単結晶の製造を行う製造環境において結晶温度勾配Ｇの状態や結晶温度勾配Ｇと単結晶の回転速度との関係等を例えばシミュレーション解析、あるいは実測等の試験を行って調べておくことによって、単結晶引上げ中に単結晶の回転速度を変更させる変更条件を詳細に求めることができる。そして、このようにして予め求めた回転速度の変更条件を、例えば上記の引上げ機構制御手段１８に入力しておけば、単結晶を育成する際に引上げ機構制御手段１８で変更条件に従って引上げ機構１７を調節することにより単結晶の回転速度を単結晶の引上げ長さ等に応じて自動的に変更することができ、結晶温度勾配Ｇを高精度に制御することができる。したがって、Ｖ／Ｇの制御を自動で高精度に行うことが可能となり、所望の欠陥領域を有する単結晶の製造を容易に安定して行うことができる。
【００４５】
さらに、本発明の単結晶の製造方法において、ＣＺ法により単結晶を複数バッチ連続して製造する場合、単結晶の回転速度を変更する変更条件を単結晶の製造バッチ間で調節することが好ましい。
通常、単結晶の製造を複数バッチ繰り返して行うと、単結晶引上げ装置でＨＺを構成するパーツの劣化等の原因により、単結晶の製造バッチ間でＨＺ等の製造環境が変化してしまうことがある。特に、ＨＺのパーツは黒鉛製のものが多く用いられ、その中でもヒーターは通常黒鉛ヒーターであることが多く、使用により徐々に温度分布が変化する。そして、このように単結晶の製造バッチ間で製造環境が変化すると、結晶温度勾配Ｇも製造バッチ間で変化することになる。
【００４６】
したがって、単結晶を複数バッチ製造する場合、上記のように単結晶回転速度の変更条件を単結晶の製造バッチ間で製造環境の変化等に応じて調節することによって、製造環境の変化を補正することが可能となり、製造バッチ間で品質のバラツキを生じさせずに高品質の単結晶を非常に安定して製造することができる。具体的には、前バッチにおける回転速度と欠陥分布の関係をフィードバックして、次バッチ以降の製造条件を調整すれば良い。
【００４７】
【実施例】
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。
（実施例１）
図６に示した単結晶引上げ装置２０を用いて、直径２４インチ（６００ｍｍ）の石英ルツボに原料多結晶シリコンを１５０ｋｇチャージし、ＣＺ法により、方位＜１００＞、直径２００ｍｍ、酸素濃度が２２〜２３ｐｐｍａ（ＡＳＴＭ’７９）となるシリコン単結晶を育成した。
【００４８】
このとき、単結晶引上げ中の引上げ条件については、予めシミュレーション解析を行って結晶温度勾配Ｇを調べておき、その解析の結果に基づいて、単結晶引上げ中の単結晶の回転速度及び引上げ速度が以下の表１に示した値となるように制御して、Ｃｕデポジション欠陥が検出されないＮ領域で単結晶の育成を行った。尚、直胴部０ｃｍでの引上げ速度が高速であるのは、拡径部から直胴部に入るためのいわゆる肩部の引上げであるためで、肩部を形成することで直胴部の引上げに移行し、１０ｃｍ以内に引上げ速度を安定化させることができる。
【００４９】
【表１】
2005015298.tif 000003
【００５０】
次に、上記のようにして育成した単結晶の成長軸方向１０ｃｍ毎の部位から検査用のウエーハを切り出した後、平面研削及び研磨を行って検査用のサンプルを作製し、以下に示すような結晶品質特性の検査を行った。
【００５１】
（１）ＦＰＤ（Ｖ領域）及びＬＳＥＰＤ（Ｉ領域）の検査
検査用のサンプルに３０分間のセコエッチングを無攪拌で施した後、ウエーハ面内を顕微鏡で観察することにより結晶欠陥の有無を確認した。
（２）ＯＳＦの検査
検査用のサンプルにウエット酸素雰囲気下、１１００℃で１００分間の熱処理を行った後、ウエーハ面内を顕微鏡で観察することによりＯＳＦの有無を確認した。
（３）Ｃｕデポジション処理による欠陥の検査
検査用のサンプルの表面に酸化膜を形成した後、Ｃｕデポジション処理を行って酸化膜欠陥の有無を確認した。その際の評価条件は以下の通りである。
酸化膜：２５ｎｍ
電解強度：６ＭＶ／ｃｍ
電圧印加時間：５分間
（４）酸化膜耐圧特性の検査
検査用のサンプルに乾燥雰囲気中で熱酸化処理を行って２５ｎｍのゲート酸化膜を形成し、その上に８ｍｍ２の電極面積を有するリンをドープしたポリシリコン電極を形成した。そして、この酸化膜上に形成したポリシリコン電極に電圧を印加して酸化膜耐圧の評価を行った。このとき、判定電流は１ｍＡ／ｃｍ２とした。
【００５２】
（比較例１）
実施例１と同様の単結晶引上げ装置２０を用いて、直径２４インチ（６００ｍｍ）の石英ルツボに原料多結晶シリコンを１５０ｋｇチャージし、ＣＺ法により、単結晶引上げ中の単結晶の回転速度及び引上げ速度が以下の表２に示した値となるように引上げ条件を制御し、それ以外の条件については上記実施例１と同様にしてシリコン単結晶を育成した。そして、得られた単結晶の成長軸方向１０ｃｍ毎の部位から検査用のウエーハを切り出した後、平面研削及び研磨を行って検査用のサンプルを作製し、上記実施例１と同様の結晶品質特性の検査を行った。
【００５３】
【表２】
2005015298.tif 000004
【００５４】
ここで、実施例１及び比較例１における単結晶の引上げ条件を比較するために、図２に、単結晶直胴部の結晶成長軸方向の長さと単結晶の回転速度との関係を表すグラフを示し、また図３に、直胴部の結晶成長軸方向の長さと引上げ速度との関係を表すグラフを示す。
【００５５】
上記のようにして実施例１及び比較例１で作製したシリコン単結晶にそれぞれ結晶品質特性の検査を行った結果、両シリコン単結晶とも単結晶直胴部１０ｃｍから直胴部終端までの領域において、ＦＰＤ、ＬＳＥＰＤ、ＯＳＦの何れの欠陥も検出されず、またＣｕデポジション処理による欠陥も観察されなかった。さらに酸化膜耐圧特性の評価では、酸化膜耐圧レベルは１００％の良品率であった。また、実施例１及び比較例１で得られたシリコン単結晶の直胴部形状を観察したところ、変形した箇所は見られなかった。
【００５６】
以上の結果より、引上げ速度を一定の値にした実施例１は、引上げ速度を低速化した比較例１と比較して、同等の優れた結晶品質を有する単結晶をより短い時間で効率的に製造できることがわかった。また、歩留まりの点においても、実施例１の単結晶に変形した箇所が観察されなかったことから、実施例１は比較例１と同等以上の歩留まりを達成できることが確認できる。
【００５７】
（実施例２）
図６に示した単結晶引上げ装置２０とはＨＺの構造が異なる図７に示した単結晶引上げ装置２２、つまり単結晶引上げ装置２０でＨＺを構成している内側断熱筒１９及び外側断熱材１２の代わりに、環状の黒鉛筒２１を用いてＨＺを構成した単結晶引上げ装置２２を用いて、直径２４インチ（６００ｍｍ）の石英ルツボに原料多結晶シリコンを１５０ｋｇチャージし、ＣＺ法により、方位＜１００＞、直径２００ｍｍ、酸素濃度が２２〜２３ｐｐｍａ（ＡＳＴＭ’７９）となるシリコン単結晶を育成した。
【００５８】
このとき、単結晶引上げ中の引上げ条件については、予めシミュレーション解析を行って結晶温度勾配Ｇを調べておき、その解析の結果に基づいて、以下の表３に示したように単結晶の回転速度は漸増するように、また引上げ速度は単結晶直胴部の１０ｃｍ以降で一定になるように制御して、Ｃｕデポジション欠陥が検出されないＮ領域で単結晶の育成を行った。
【００５９】
そして、得られた単結晶の成長軸方向１０ｃｍ毎の部位から検査用のウエーハを切り出した後、平面研削及び研磨を行って検査用のサンプルを作製し、上記実施例１と同様の結晶品質特性の検査を行った。
【００６０】
【表３】
2005015298.tif 000005
【００６１】
（比較例２）
実施例２と同様の単結晶引上げ装置２２を用いて、直径２４インチ（６００ｍｍ）の石英ルツボに原料多結晶シリコンを１５０ｋｇチャージし、ＣＺ法によりシリコン単結晶を育成した。このとき、単結晶引上げ中の引上げ条件については、以下の表４に示したように単結晶の回転速度を一定に、また引上げ速度は単結晶直胴部の１０ｃｍ以降で漸減するように制御し、それ以外の条件については上記実施例２と同様にしてＣｕデポジション欠陥が検出されないＮ領域で単結晶の育成を行った。そして、得られた単結晶の成長軸方向１０ｃｍ毎の部位から検査用のウエーハを切り出した後、平面研削及び研磨を行って検査用のサンプルを作製し、上記実施例１と同様の結晶品質特性の検査を行った。
【００６２】
【表４】
2005015298.tif 000006
【００６３】
ここで、実施例２及び比較例２における単結晶の引上げ条件を比較するために、図４に、単結晶直胴部の結晶成長軸方向の長さと単結晶の回転速度との関係を表すグラフを示し、また図５に、直胴部の結晶成長軸方向の長さと引上げ速度との関係を表すグラフを示す。
【００６４】
実施例２及び比較例２で作製したシリコン単結晶にそれぞれ結晶品質特性の検査を行った結果、両シリコン単結晶とも単結晶直胴部１０ｃｍから直胴部終端までの領域において、ＦＰＤ、ＬＳＥＰＤ、ＯＳＦの何れの欠陥も検出されず、またＣｕデポジション処理による欠陥も観察されなかった。さらに酸化膜耐圧特性の評価では、酸化膜耐圧レベルは１００％の良品率であった。
【００６５】
以上の結果より、引上げ速度を一定の値にした実施例２は、引上げ速度を低速化した比較例２と比較して、同等の優れた結晶品質を有する単結晶をより短い時間で効率的に製造できることがわかった。また、単結晶の形状を観察した結果、実施例２で作製したシリコン単結晶は、比較例２と同等以上の歩留まりを達成できることが確認できた。
【００６６】
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。
【００６７】
例えば、上記実施の形態では単結晶をＮ領域で育成する場合を例に挙げて説明を行っているが、本発明はこれに限定されず、Ｖ領域またはＩ領域、あるいはＯＳＦ領域といった所望の欠陥領域で単結晶を育成することもできる。また、本発明は、シリコン単結晶を製造する場合に好適に用いることができるが、これに限定されるものではなく、化合物半導体単結晶等を製造する場合にも同様に適用することができる。
【００６８】
尚、本発明の単結晶の製造方法は、必ずしも単結晶直胴部の全長で実施する場合に限られず、一部の長さに渡って引上げ軸方向の結晶温度勾配Ｇを単結晶の回転速度を変更することによって制御し、所望の欠陥領域とする場合を含む。特に上記のように、直胴部の前半である肩部から１０ｃｍの領域は、引上げ速度や直径が安定しないことがあるので、これが定常状態となり易い直胴部の５ｃｍ以降あるいは１０ｃｍ以降で行うのが好ましい。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、単結晶を引上げる際の単結晶の回転速度を変更することによって結晶温度勾配Ｇを制御することができ、それによって、引上げ速度Ｖを低速化させずにＶ／Ｇを制御することができる。したがって、所望の欠陥領域を有する単結晶を従来よりも短時間で効率的に製造することができ、歩留まりを低下させずに単結晶の製造における生産性を向上させてコストダウンを図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】単結晶の回転速度と結晶温度勾配Ｇとの関係の一例を示すグラフである。
【図２】実施例１及び比較例１において単結晶を育成するときの単結晶直胴部の成長軸方向の長さと単結晶の回転速度との関係を示したグラフである。
【図３】実施例１及び比較例１において単結晶を育成するときの単結晶直胴部の成長軸方向の長さと引上げ速度との関係を示したグラフである。
【図４】実施例２及び比較例２において単結晶を育成するときの単結晶直胴部の成長軸方向の長さと単結晶の回転速度との関係を示したグラフである。
【図５】実施例２及び比較例２において単結晶を育成するときの単結晶直胴部の成長軸方向の長さと引上げ速度との関係を示したグラフである。
【図６】本発明の単結晶の製造方法を実施する際に使用することのできる単結晶引上げ装置の一例を説明する構成概略図である。
【図７】単結晶引上げ装置の別の例を説明する構成概略図である。
【図８】Ｖ／Ｇと結晶欠陥分布の関係を表す説明図である。
【図９】単結晶を引上げる際の単結晶の回転速度と単結晶を無欠陥領域で育成できる引上げ速度の最大値との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…メインチャンバ、  ２…引上げチャンバ、
３…単結晶（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…断熱材、
９…ガス流出口、  １０…ガス導入口、  １１…ガス整流筒、
１２…外側断熱材、  １３…保持軸、  １４…ワイヤー、
１５…種ホルダー、  １６…種結晶、  １７…引上げ機構、
１８…引上げ機構制御手段、  １９…内側断熱筒、
２０…単結晶引上げ装置、  ２１…黒鉛筒、  ２２…単結晶引上げ装置。
【図１】
2005015298.tif 000007
【図２】
2005015298.tif 000008
【図３】
2005015298.tif 000009
【図４】
2005015298.tif 000010
【図５】
2005015298.tif 000011
【図６】
2005015298.tif 000012
【図７】
2005015298.tif 000013
【図８】
2005015298.tif 000014
【図９】
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