(57)【要約】【課題】単結晶を育成する際に、固液界面近傍の温度勾配の変動を最小限に抑制し、結晶成長方向に所望欠陥領域が形成された高品質の単結晶を容易に、かつ高い生産性及び歩留りで製造できる単結晶の製造方法を提供する。【解決手段】ルツボ内の原料融液に水平磁場を印加しつつ前記融液から単結晶を引上げる水平磁場印加チョクラルスキー法により単結晶を製造する方法において、前記引上げる単結晶が所望の欠陥領域となるように、引上げ速度Ｆ(mm/min)と結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）の比Ｆ／Ｇｃ(mm2/℃・min)を制御して結晶を引上げる場合に、前記結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）の大きさに応じて、前記融液に印加する磁場強度Ｂ（Ｔ）の設定値を変えることを特徴とする単結晶の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルツボ内の原料融液に水平磁場を印加しつつ前記融液から単結晶を引上げる水平磁場印加チョクラルスキー法により単結晶を製造する方法において、前記引上げる単結晶が所望の欠陥領域となるように、引上げ速度Ｆ(mm/min)と結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）の比Ｆ／Ｇｃ(mm2/℃・min)を制御して結晶を引上げる場合に、前記結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）の大きさに応じて、前記融液に印加する磁場強度Ｂ（Ｔ）の設定値を変えることを特徴とする単結晶の製造方法。
【請求項２】
前記単結晶を引上げる際に、前記磁場強度Ｂ（Ｔ）を、単結晶の直径Ｄｓ（ｍｍ）とルツボ内径Ｄｃ（ｍｍ）との比をＲ（＝Ｄｓ／Ｄｃ）とした時、０．３３Ｇｃ・Ｒ≦Ｂ≦０．７Ｇｃ・Ｒの範囲となるように設定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】
前記単結晶を引上げる際に、引上げ速度Ｆ(mm/min)の平均値を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度の平均値に対し、±０．０１(mm/min)以内の範囲内となるように制御し、かつ、前記引上げ中の単結晶の直径を、目標の±１％以内の範囲内となるように制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の単結晶の製造方法。
【請求項４】
前記単結晶を引上げる際に、前記結晶中心部の固液界面近傍の温度勾配Ｇｃ（℃/mm）と結晶周辺部の固液界面近傍の温度勾配Ｇｅ（℃/mm）の差ΔＧ＝｜Ｇｃ−Ｇｅ｜を５℃／ｍｍ以下となるように制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の単結晶の製造方法。
【請求項５】
前記単結晶をシリコンとすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場を印加するチョクラルスキー法により単結晶を製造する方法に関し、より詳しくは単結晶を引上げる際に結晶固液界面近傍の温度勾配の変動を最小限に抑制し、結晶成長方向に所望欠陥領域を形成したシリコン単結晶を高い生産性及び歩留りで製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子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があり、主にチョクラルスキー（ＣＺ）法により製造されている。近年半導体デバイスの高集積化が進んでいるが、それに伴い、ＣＺ法によるシリコン単結晶の成長中に導入されるグローンイン欠陥の問題が重要となっている。
【０００３】
図５に、このグローンイン欠陥の分布図を示す。
図５に示されているように、グローンイン欠陥には、引上げ速度Ｆ（mm/min）が比較的高速の場合に形成されるＦＰＤ（Ｆｌｏｗ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｄｅｆｅｃｔ）、ＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ）のような、ボイド起因の空孔型欠陥があり、これらの欠陥が存在する領域をＶ領域という。そして、引上げ速度Ｆ（mm/min）の低下に伴いＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥、Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｔａｃｋｉｎｇ  Ｆａｕｌｔ）が発生する。更に、低速の引上げ速度Ｆ（mm/min）で発生する、ＬＳＥＰＤ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｅｃｃｏ  Ｅｔｃｈ  Ｐｉｔ  Ｄｅｆｅｃｔ）、ＬＦＰＤ（Ｌａｒｇｅ  Ｆｌｏｗ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｄｅｆｅｃｔ）のような転位ループ起因と考えられている格子間シリコンが凝集した欠陥があり、これらの欠陥が存在する領域をＩ領域という。
【０００４】
近年、ＦＰＤ、ＣＯＰが存在するＶ領域と、ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤが存在するＩ領域の中間でＯＳＦリングの外側に、これらの欠陥が存在しないＮ領域が存在することが発見されている。この領域をさらに分類すると空孔型のＮｖ領域と格子間シリコンが多いＮｉ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ないことがわかっている。
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存在するＣｕデポ欠陥領域があることがわかっている。
ここでＣｕデポジション処理とは、Ｃｕイオンが溶存する液体の中で、ウエーハ表面に形成した酸化膜に電位を印加する処理であり、酸化膜が劣化している部位に電流が流れ、ＣｕイオンがＣｕとなって析出する。そして、この酸化膜が劣化し易い部分には欠陥が存在していることが知られている。Ｃｕデポジション処理されたウエーハの欠陥部位は、集光灯下や直接的に肉眼で分析してその分布や密度を評価することができ、さらに顕微鏡観察、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）または走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）等でも確認することができる。
【０００５】
ＣＺ法による単結晶の製造において、上記で説明したグローンイン欠陥は、Ｆ／Ｇｃ(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。すなわち、Ｆ／Ｇｃ（mm2/℃・min）が一定になるように、引上げ速度Ｆ（mm/min）と結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）を調節すれば、所望の欠陥領域で単結晶を引き上げることができる。
【０００６】
しかし、単結晶引上げ中に、融液の熱対流が変動し、結晶固液界面近傍の温度に著しい経時変動が生ずると、結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）が安定せず、引上げ速度Ｆ(mm/min)と結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）の比、すなわちＦ／Ｇｃ（mm2/℃・min）が経時変動を引き起こすことになる。また、結晶固液界面近傍の温度が変動すると、引上げ単結晶の直径が変動するため、これを抑制するのに、引上げ速度Ｆ（mm/min）を変化させる必要が生じ、その振幅幅が大きくなる。そして、このような著しい経時変動が、特に２００ｍｍ以上の直径を有する大口径のシリコン単結晶の成長中に発生すれば、これが障害となり、結晶成長方向に所望の結晶欠陥分布を形成することができなくなる。
【０００７】
例えば、結晶製造マージンの狭いＮ領域に引上げ速度Ｆ（mm/min）を制御してシリコン単結晶を引き上げるときに、結晶固液界面近傍の温度に著しい経時変動が引き起こされると、結晶成長方向においてＮ領域以外の例えばＶ領域、ＯＳＦ領域、あるいはＩ領域が形成されてしまう場合がある。そして、このような結晶から切り出されたウエーハは著しい電気特性の悪化を招くといった問題を生ずる場合がある。このため、融液の熱対流を抑制し、結晶成長方向において所望の結晶欠陥領域を均一に形成することが課題となっていた。
【０００８】
そこで、融液の熱対流を抑制し、引上げ単結晶の固液界面近傍の温度（融液表面近傍温度）の経時変動を低減する方法として、ルツボ加熱用ヒーターの外側に、超伝導磁石等の電磁石を備えた磁場印加装置を、ルツボを挟んで対向配備したＭＣＺ法、例えば水平磁場印加ＣＺ法（ＨＭＣＺ法）が行なわれるようになってきた。
【０００９】
例えば、特許文献１には、融液内の最小磁場強度を２０００Ｇ以上の範囲とし、融液内の最大磁場強度を６０００Ｇ以下の範囲とし、かつ最大と最小の磁場強度の差をその距離で除したものである最大磁場勾配を５５Ｇ／ｃｍ以下の範囲とする方法が開示されている。
【００１０】
しかし、成長方向に所望の結晶欠陥が形成された単結晶を高い生産性及び歩留りで製造するためには、これら従来の製造方法では不十分であり、さらに改善の余地があった。
【００１１】
また、近年、さらに大口径の直径３００ｍｍのシリコン単結晶をＮ領域で引上げる場合に、成長速度を高速化し、生産性を上げることが課題となっている。そこで、直径２００ｍｍのシリコン単結晶をＮ領域で引上げる際と同様、ガス整流筒を短尺化するなどし、より急冷化する対策を講じている。しかし、このような急冷構造のホットゾーン（炉内構造）では、結晶成長中に固化が非常に多く発生し問題となっていた。このような固化の発生は、単結晶化の障害となり、Ｎ領域単結晶の製造歩留りの低下を招くものである。
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−３１５２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、単結晶を育成する際に、固液界面近傍の温度勾配の変動を最小限に抑制し、結晶成長方向に所望欠陥領域が形成された高品質の単結晶を容易に、かつ高い生産性及び歩留りで製造できる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】
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ルツボ内の原料融液に水平磁場を印加しつつ前記融液から単結晶を引上げる水平磁場印加チョクラルスキー法により単結晶を製造する方法において、前記引上げる単結晶が所望の欠陥領域となるように、引上げ速度Ｆ(mm/min)と結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）の比Ｆ／Ｇｃ(mm2/℃・min)を制御して結晶を引上げる場合に、前記結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）の大きさに応じて、前記融液に印加する磁場強度Ｂ（Ｔ）の設定値を変えることを特徴とする単結晶の製造方法を提供する（請求項１）。
【００１５】
この時、前記単結晶を引上げる際に、前記磁場強度Ｂ（Ｔ）を、単結晶の直径Ｄｓ（ｍｍ）とルツボ内径Ｄｃ（ｍｍ）との比をＲ（＝Ｄｓ／Ｄｃ）とした時、０．３３Ｇｃ・Ｒ≦Ｂ≦０．７Ｇｃ・Ｒの範囲となるように設定するのが良い（請求項２）。
【００１６】
このように、本発明では、それぞれの単結晶製造装置がもつ結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）の大きさに応じて、融液に印加する磁場強度Ｂ（Ｔ）の設定値を変える。例えば、磁場強度Ｂ（Ｔ）が、０．３３Ｇｃ・Ｒ≦Ｂ≦０．７Ｇｃ・Ｒの範囲となるようにする。これにより、用いた製造装置により温度勾配Ｇｃが変動しても原料融液の対流を適度に抑制することができ、結晶固液界面近傍の温度の経時変動を最小限に抑えることができる。そして、これにより、結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ(mm2/℃・min)が安定し、また引上げ単結晶の直径変動を最小限に抑制することができるので、引上げ速度Ｆ（mm/min）も安定し、結晶成長方向にわたって所望欠陥領域の単結晶を容易に製造することができるようになる。また、特に急冷構造のホットゾーンで問題となっていた、単結晶化の阻害要因である単結晶引上げ中の固化の発生を十分に抑制することもできる。したがって、所望欠陥領域の単結晶を容易に、かつ高い生産性及び歩留りで製造することが可能となる。
【００１７】
そして、本発明の単結晶の製造方法によれば、結晶固液界面近傍の温度の経時変動を最小限に抑えることができるので、前記単結晶を引上げる際に、引上げ速度Ｆ(mm/min)の平均値を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度の平均値に対し、±０．０１(mm/min)以内の範囲内となるように制御し、かつ、引上げ中の単結晶の直径を、目標の±１％以内の範囲内となるように制御することもできる（請求項４）。すなわち、引上げ速度および単結晶の直径を極めて安定化させて結晶成長方向にわたってＮ領域の単結晶を容易に製造することができるのである。
【００１８】
また、本発明の単結晶の製造方法では、前記引上げる単結晶が所望の欠陥領域となるように、引上げ速度Ｆ(mm/min)と結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）の比Ｆ／Ｇｃ(mm2/℃・min)を制御し、かつ、結晶中心部の固液界面近傍の温度勾配Ｇｃ（℃/mm）と結晶周辺部の固液界面近傍の温度勾配Ｇｅ（℃/mm）の差ΔＧ＝｜Ｇｃ−Ｇｅ｜を５℃／ｍｍ以下となるように制御するのが好ましい（請求項５）。
【００１９】
このように、結晶中心部の固液界面近傍の温度勾配Ｇｃ（℃/mm）と結晶周辺部の固液界面近傍の温度勾配Ｇｅ（℃/mm）の差ΔＧを小さくすることで、結晶径方向にわたって所望の欠陥領域を形成した単結晶をより容易に製造することができる。
【００２０】
また、本発明の単結晶の製造方法では、前記単結晶をシリコンとすることができる（請求項６）。
【００２１】
このように、本発明の単結晶製造方法は、近年特に大口径化が著しいシリコン単結晶を製造する際に好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明によれば、結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）の大きさに応じて、融液に印加する磁場強度Ｂ（Ｔ）の設定値を変えるので、用いた製造装置や引上げ方法にかかわらず、結晶成長方向にわたって所望欠陥領域の単結晶を容易に製造することができる。また、単結晶化の阻害要因である単結晶引上げ中の固化の発生を十分に抑制することもできる。したがって、所望欠陥領域の単結晶を容易に、かつ高生産性及び高歩留りで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明について説明する。
特に、Ｎ領域のシリコン単結晶は、引上げ速度Ｆ(mm/min)を非常に狭い範囲に制御して引上げる必要があるため、引上げ速度Ｆ(mm/min)と結晶中心部の結晶温度勾配Ｇｃ(℃/mm)の比Ｆ／Ｇｃ（mm2/℃・min）の安定化が重要であり、すなわち、Ｆ／Ｇｃ（mm2/℃・min）の経時変動をできるだけなくすことが課題である。このＦ／Ｇｃ（mm2/℃・min）の安定化の阻害要因は主に融液対流の挙動であり、磁場を印加しないＣＺ法の場合、Ｆ／Ｇｃ（mm2/℃・min）の経時変動の安定化が難しく、所望欠陥品質を成長方向で均一に得にくい状況にある。
【００２４】
その一方で、例えばＨＭＣＺ法によれば融液の熱対流が抑制され、引上げ単結晶の固液界面近傍の温度（融液表面近傍温度）の経時変動を低減でき、結果として、Ｆ／Ｇｃ（mm2/℃・min）の経時変動を安定化できるとされている。しかしながら、ＨＭＣＺ法により抑制する融液の熱対流が適度でないと、融液表面近傍温度の経時変動を十分に抑制することができず、結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）を安定化できない場合があった。さらに、この場合、引上げ単結晶の結晶直径の変動幅が大きくなり、これを抑制するために引上げ速度Ｆ（ｍｍ／ｍｉｎ）の振幅幅が大きくなる。その結果、結晶成長方向で所望欠陥領域を均一に形成することができないことがあった。
また、特に、急冷構造のホットゾーンの場合、単結晶育成中に固化が多発し、単結晶化の成功率の障害になっていた。
これらの問題は、直径２００ｍｍ以上、特には３００ｍｍ以上の大口径の単結晶を引上げる際に、顕著に現れる問題であった。
【００２５】
そこで、本発明者らは、所望欠陥領域を成長方向で均一に形成した単結晶を、より高い生産性及び歩留りで製造できる単結晶の製造方法を開発すべく鋭意検討を重ねた。
その中で、本発明者らは、ＨＭＣＺ法による磁場印加強度Ｂ(Ｔ；テスラ)の設定方法に着目した。
すなわち、従来法によれば、単結晶引上げの際、その単結晶製造装置が急冷構造のホットゾーンであるか否かにかかわらず、ルツボ口径、融液量が同じであれば磁場印加強度Ｂ(Ｔ)を同一の条件に設定していた。
しかしながら、このような従来法では、次のような問題が生じていた。例えば、急冷構造でない単結晶製造装置による引上げの際には、結晶成長中に結晶直径の変動幅が小さく、引上げ速度Ｆ（ｍｍ／ｍｉｎ）の振幅幅が小さくてすむ場合でも、急冷構造の単結晶製造装置による引き上げの際には、同一の磁場強度Ｂ(Ｔ)下において、結晶成長中に結晶直径が大幅に変動し、引上げ速度Ｆ（ｍｍ／ｍｉｎ）の振幅幅が大きくなるという問題が生じていた。これは、結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃／ｍｍ）は、急冷構造の単結晶製造装置の方が大きいので、同一の磁場強度Ｂ(Ｔ)では、融液の熱対流を十分に抑制することができず、結晶固液界面近傍の温度に著しい経時変動が発生し、起きる現象であることが判明した。
【００２６】
そこで、本発明者らは、それぞれの単結晶製造装置がもつ、結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃／ｍｍ）の大きさに応じて、印加する磁場強度を変化させれば、融液の熱対流を適度に抑制することができ、所望欠陥領域を成長方向に形成した単結晶を、容易に、かつ高生産性、高歩留りで製造できることに想到し、本発明を完成させた。
【００２７】
以下、本発明について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、以下では、単結晶として、シリコンを主に挙げて説明する。
図１，２は、本発明の単結晶の製造方法に用いることのできる単結晶製造装置を示す模式図である。
先ず、図１の単結晶製造装置１０は、メインチャンバー１１の天井から単結晶成長方向に引上げ単結晶１２を囲むように吊り下げた円筒形状のガス整流筒１３を装備した装置であって、ガス整流筒１３の上部には冷却体（水冷ジャケット）１４を装備している。また、ガス整流筒１３の下部には、内側遮熱部材２１と外側遮熱部材２２が設けられている。
【００２８】
これに対して、図２の単結晶製造装置３０は、ガス整流筒１３を装備するが、冷却体、内側遮熱部材、外側遮熱部材は設けられていない。
【００２９】
これらの単結晶製造装置１０，３０のうち、ガス整流筒１３の上部に冷却体１４等を装備した単結晶製造装置１０（図１）の方が、引上げ単結晶の冷却効果がより促進される。すなわち、単結晶製造装置１０は急冷構造のホットゾーンを有する。このため、図１の単結晶製造装置１０の方が、図２の単結晶製造装置３０に比べて、単結晶の引上げ軸方向の固液界面近傍温度勾配Ｇ(℃/mm)がより大きくなる。これはＦＥＭＡＧ（文献：F.Dupret, P.Nicodeme, Y.Ryckmans, P.Wouters, and M.J.Crochet, Int.J. Heat Mass Transfer, 33, 1849 (1990))のようなソフトウエアによるシミュレーション解析により明確に示される。
【００３０】
そして、以下に、図１の単結晶製造装置１０、図２の単結晶製造装置３０に共通する構造について説明する。
すなわち、単結晶製造装置１０，３０には、メインチャンバー１１内に原料融液１５を収容する石英ルツボ１６と、この石英ルツボ１６を保護する黒鉛ルツボ１７とがルツボ駆動機構２６によって回転・昇降自在に支持軸２７で支持されており、またこれらのルツボ１６，１７の上部には育成した単結晶１２を収容し、取り出すための引上げチャンバー１８が連接されており、引上げチャンバー１８の上部には単結晶１２をワイヤー１９で回転させながら引き上げる引上げ機構（不図示）が設けられている。
【００３１】
そして、ルツボ１６，１７を囲繞するように、原料を溶融させるための黒鉛ヒーター２９が配置されている。この黒鉛ヒーター２９の外側には、黒鉛ヒーター２９からの熱がメインチャンバー１１に直接輻射されるのを防止するために、断熱部材２８がその周囲を取り囲むように設けられている。
【００３２】
また、引上げチャンバー１８の上部に設けられたガス導入口２０からはＡｒ等の不活性ガスを導入することができる。この不活性ガスは、ガス整流筒１３によりその流れが整えられ、ガス整流筒１３の下端と原料融液１５の表面（融液面）との間を通過させ、ガス流出口２３から排出することができる。
さらに、単結晶製造装置１０，３０は、磁場印加装置２４の電磁石を構成するコイル２５をメインチャンバー１１の外側にルツボ１６，１７を挟んで同軸的に対向配備し、石英ルツボ１６内の原料融液１５に水平磁場を印加できる構造である。
【００３３】
そして、本発明では例えばこのような単結晶製造装置を用いて、次のように単結晶を製造する。
すなわち、本発明では、引上げる単結晶１２が所望の欠陥領域となるように、引上げ速度Ｆ(mm/min)と結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）の比Ｆ／Ｇｃ(mm2/℃・min)を制御して結晶を引上げる場合に、結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）の大きさに応じて、融液１５に印加する磁場強度Ｂ（Ｔ）の設定値を変える。したがって、図２の単結晶製造装置３０から、急冷構造のホットゾーンである図１の単結晶製造装置１０に装置を変える時には、温度勾配Ｇｃ（℃/mm）が大きくなるので、磁場強度Ｂ（Ｔ）を、結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）の変化量に応じて上げる。
【００３４】
磁場強度Ｂ（Ｔ）の設定値としては、単結晶１２を引上げる際に、磁場強度Ｂ（Ｔ）を、単結晶１２の直径Ｄｓ（ｍｍ）とルツボ内径（石英ルツボ１６の内径）Ｄｃ（ｍｍ）との比をＲ（＝Ｄｓ／Ｄｃ）とした時、０．３３Ｇｃ・Ｒ≦Ｂ≦０．７Ｇｃ・Ｒの範囲となるように設定すると良い。
【００３５】
これにより、単結晶製造装置の炉内構造が変わっても原料融液の対流を適度に抑制することができ、結晶固液界面近傍の温度の経時変動を最小限に抑えることができる。そして、これにより、結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ(mm2/℃・min)が安定し、また引上げ単結晶の直径変動を最小限に抑制することができるので、引上げ速度Ｆ（mm/min）も安定し、結晶成長方向にわたって所望欠陥領域の単結晶を容易に製造することができるようになる。
【００３６】
また、本発明では、単結晶１２の固液界面上の中心部を原点Ｏとし、原点Ｏから融液表面（原料融液１５の表面）上のルツボ（石英ルツボ１６）内壁Ａまで（図１，２中、Ｏ〜Ａまで）の磁場強度の変化量をΔＢｒ(Gauss)、前記原点Ｏから融液表面上のルツボ内壁Ａまで（図１，２中、Ｏ〜Ａまで）の半径距離をΔＲｃ(ｍｍ)としたとき、半径方向の磁場強度勾配ΔＢｒ／ΔＲｃが５．５（Gauss/mm）を超え、１０（Gauss/mm）以下の範囲となるように磁場印加装置２４で水平磁場を印加するのが好ましい。
【００３７】
そして、このパラメーターΔＢｒ／ΔＲｃ（Gauss/mm）をこのような適切な範囲に設定する方法としては、（１）磁力線分布の中心線（図１，２中の破線）とルツボ内融液表面（石英ルツボ１６内の融液１５の表面）との相対位置を変化させる、（２）電磁石を構成するコイル２５間の距離、コイルの巻数、印加電流値を変化させる、などの方法が挙げられる。
【００３８】
このように、半径方向の磁場強度勾配ΔＢｒ／ΔＲｃが５．５（Gauss/mm）を超え、１０（Gauss/mm）以下の範囲となるようにすれば、原料融液の対流を、より適度に抑制することができる。このため、結晶成長方向に所望欠陥を形成した単結晶をさらに高い歩留りで製造できる。
【００３９】
そして、本発明の単結晶の製造方法は、製造マージンの狭いＮ領域のシリコン単結晶を引上げるときに、特に有効である。すなわち、本発明によれば、シリコン単結晶を引上げる際に、引上げ速度Ｆ(mm/min)の平均値を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度の平均値に対し、±０．０１(mm/min)以内の範囲内となるように制御し、かつ、引上げ中の単結晶の直径を、目標の±１％以内の範囲内となるように制御することもできるからである。
【００４０】
また、近年、直径１２インチ（３００ｍｍ）以上の大口径シリコン単結晶の要求が益々高まりつつあり、それに伴って、より大型の単結晶製造装置の需要も増加している。そこで、従来の口径のＣＺシリコン単結晶製造において予想できなかった単結晶成長中の問題点が表面化しつつある。例えば、単結晶成長中の融液内固化の発生や、低酸素化が困難といったルツボの大口径化に伴う種々の問題点が取り上げられる。特に、固化の発生は、単結晶化の障害となり、単結晶の製造歩留りの低下を招くものである。
そこで、本発明の単結晶製造方法によるその他のメリットとして、特に図１に示すような急冷構造の単結晶製造装置１０に大口径ルツボを使用する場合、単結晶成長中に融液内に発生する固化を十分に防止することが可能となり、また、低酸素濃度のＣＺシリコン単結晶も容易に製造することが可能となる。
【００４１】
したがって、本発明によれば、所望欠陥領域の単結晶を容易に、かつ高生産性、高歩留りで製造することができる。
【００４２】
また、本発明では、単結晶を引上げる際に、結晶中心部の固液界面近傍の温度勾配Ｇｃ（℃/mm）と結晶周辺部の固液界面近傍の温度勾配Ｇｅ（℃/mm）の差ΔＧ＝｜Ｇｃ−Ｇｅ｜を５℃／ｍｍ以下となるように制御するのが好ましい。このように、結晶中心部の固液界面近傍の温度勾配Ｇｃ（℃/mm）と結晶周辺部の固液界面近傍の温度勾配Ｇｅ（℃/mm）の差ΔＧを小さくすることで、結晶径方向にわたって所望欠陥領域を形成した単結晶を容易に製造することができる。
【実施例】
【００４３】
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、比較例）
図１，２に示した水平磁場印加ＣＺ法（ＨＭＣＺ法）による単結晶製造装置１０，３０を準備した。そして、単結晶製造装置に、直径８００ｍｍ（３２インチ）の石英ルツボを装備し、石英ルツボに原料多結晶シリコンを３４０ｋｇチャージし、直径１２インチ（３００ｍｍ）、方位＜１００＞のＮ領域シリコン単結晶を引上げた。この時、酸素濃度が２２〜２３ ppma (ASTM’79)となるようにして単結晶を製造した。また、引上げの際には、半径方向の磁場強度勾配ΔＢｒ／ΔＲｃを５．６（Gauss/mm）に制御した。
【００４４】
また、単結晶を引上げる際に、磁場強度Ｂ（Ｔ）を、それぞれ下記表１に示す数値に制御した（実施例１〜２２、比較例１〜９）。さらに、引上げ速度Ｆ(mm/min)の平均値を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する（Ｎ領域となる）臨界速度で、かつＣｕデポ欠陥フリー領域となる速度となるように制御した。
各引上げ条件、及び結果を以下の表１，２にまとめた。
【００４５】
【表１】
2007022825.tif 000002
【００４６】
【表２】
2007022825.tif 000003
【００４７】
以上の結果によれば、磁場強度Ｂ（Ｔ）を、０．３３Ｇｃ・Ｒ≦Ｂ≦０．７Ｇｃ・Ｒの範囲となるように制御した実施例１〜２２では、単結晶の直径変動が小さく、成長速度の振幅幅をほぼ最小限（±０．０１(mm/min)以内）に制御することができた。これは、炉内構造が変わっても融液の熱対流が適度に調整されており、結晶固液界面近傍の温度の経時変動が少ないことを意味している。この時の成長速度の振幅の様子を示しているのが図３である。
【００４８】
これに対して、磁場強度Ｂ（Ｔ）が、０．３３Ｇｃ・Ｒ未満である比較例１，３〜６，８，９では、単結晶の直径変動が大きく、これを抑制するために、成長速度の振幅幅を大きくする必要があった。この時の成長速度の振幅の様子を示しているのが図４である。
また、磁場強度Ｂ（Ｔ）が、０．７Ｇｃ・Ｒを超えた結晶直径Ｄｓが２０５ｍｍの比較例２は実施例１〜８に比較して、結晶直径Ｄｓが３０５ｍｍの比較例７は実施例９〜２２に比較して、それぞれＮ領域成長速度に低下傾向が見られ、Ｎ領域単結晶の生産性が低下した。
【００４９】
さらに、成長速度を、±０．０１(mm/min)以内に制御することができた実施例１〜２２の単結晶について、直胴部１０ｃｍ以降の結晶性評価を行った。
結晶性評価のための評価方法は以下のとおりである。
（１）  ＦＰＤ(Ｖ領域)およびＬＥＰ(Ｉ領域)調査：
結晶直胴部１０ｃｍ以降の各部位で約２ｍｍ厚のスラブサンプルを採取し、平面研削後、３０分間セコエッチング（無攪拌）の後、サンプル面内密度を測定した。
【００５０】
（２）  ＯＳＦ領域の調査：
結晶直胴部１０ｃｍ以降の各部位で約２ｍｍ厚のスラブサンプルを採取し、Ｗｅｔ-Ｏ2雰囲気中、１１００℃で１００分間熱処理後、サンプル面内密度を測定した。
【００５１】
（３）  Ｃｕデポジション処理による欠陥の調査：
鏡面仕上げのウエーハに加工した後、ウエーハ表面に熱酸化膜形成後Ｃｕデポジション処理を施し、酸化膜欠陥の分布状況を確認した。
処理方法は以下のとおりである。
１）酸化膜  ：２５ｎｍ            ２）電界強度：６ＭＶ／ｃｍ
３）通電時間：５分間
【００５２】
（４）  酸化膜耐圧特性の調査：
鏡面仕上げのウエーハに加工し、酸化膜耐圧特性の評価を行った。
Ｃ−モード測定条件は次のとおりである。
１）酸化膜：25nm        ２）測定電極：リン・ドープ・ポリシリコン
３）電極面積：8mm2      ４）判定電流：1mA/cm2
【００５３】
以上の結晶性評価の結果、実施例１〜２２の単結晶は、その全域において、酸化膜耐圧特性が優れ、かつ、ＦＰＤ、ＬＥＰ、ＯＳＦおよびＣｕデポ欠陥フリーのＮ領域であることが判った。
【００５４】
尚、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。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の単結晶の製造方法に用いることのできる単結晶製造装置の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の単結晶の製造方法に用いることのできる単結晶製造装置の別の例を示す模式図である。
【図３】結晶引上げ中の成長速度変動を表したグラフである（実施例）。
【図４】結晶引上げ中の成長速度変動を表したグラフである（比較例）。
【図５】グローンイン欠陥の分布図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０，３０…単結晶製造装置、  １１…メインチャンバー、  １２…単結晶、
１３…ガス整流筒、  １４…冷却体、  １５…原料融液、  １６…石英ルツボ、
１７…黒鉛ルツボ、  １８…引上げチャンバー、  １９…ワイヤー、
２０…ガス導入口、  ２１…内側遮熱部材、  ２２…外側遮熱部材、
２３…ガス流出口、  ２４…磁場印加装置、  ２５…コイル、
２６…ルツボ駆動機構、  ２７…支持軸、  ２８…断熱部材、
２９…黒鉛ヒーター。
【図１】
2007022825.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007022825.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成18年6月1日(2006.6.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
そして、本発明の単結晶の製造方法によれば、結晶固液界面近傍の温度の経時変動を最小限に抑えることができるので、前記単結晶を引上げる際に、引上げ速度Ｆ(mm/min)の平均値を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する臨界速度の平均値に対し、±０．０１(mm/min)以内の範囲内となるように制御し、かつ、引上げ中の単結晶の直径を、目標の±１％以内の範囲内となるように制御することもできる（請求項３）。すなわち、引上げ速度および単結晶の直径を極めて安定化させて結晶成長方向にわたってＮ領域の単結晶を容易に製造することができるのである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
また、本発明の単結晶の製造方法では、前記引上げる単結晶が所望の欠陥領域となるように、引上げ速度Ｆ(mm/min)と結晶中心部の固液界面近傍の結晶温度勾配Ｇｃ（℃/mm）の比Ｆ／Ｇｃ(mm2/℃・min)を制御し、かつ、結晶中心部の固液界面近傍の温度勾配Ｇｃ（℃/mm）と結晶周辺部の固液界面近傍の温度勾配Ｇｅ（℃/mm）の差ΔＧ＝｜Ｇｃ−Ｇｅ｜を５℃／ｍｍ以下となるように制御するのが好ましい（請求項４）。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
また、本発明の単結晶の製造方法では、前記単結晶をシリコンとすることができる（請求項５）。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
また、単結晶を引上げる際に、磁場強度Ｂ（Ｔ）を、それぞれ下記表１，２に示す数値に制御した（実施例１〜２２、比較例１〜９）。さらに、引上げ速度Ｆ(mm/min)の平均値を、ＯＳＦが結晶バルク中心で消滅する（Ｎ領域となる）臨界速度で、かつＣｕデポ欠陥フリー領域となる速度となるように制御した。
各引上げ条件、及び結果を以下の表１，２にまとめた。