(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ルツボ中に収容されたシリコン融液からチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を製造する場合において、
前記シリコン融液の原料に溶融前にＣａＯまたはＢａＯを仕込むかまたは前記シリコン融液の原料に溶融後にＣａＯまたはＢａＯを直接添加することによって、
前記石英ルツボ内表面にＣａＯまたはＢａＯをドーピングして石英ルツボ内表面を結晶化させつつ、シリコン単結晶を育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】
前記ＣａＯまたはＢａＯの添加量が、シリコン融液中の濃度として０．０１〜１０ｗｔｐｐｍであることを特徴とする、請求項１に記載した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、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の育成に際し、高温のシリコン融液と接触して劣化、浸食される石英ルツボの寿命を延ばし、長時間の安定操業及び生産性の向上が可能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】
チョクラルスキー法（ＣＺ法）によるシリコン単結晶の製造方法において、近年結晶の大直径化が進むにつれ、使用する石英ルツボも大口径化の一途をたどり、結晶成長中のシリコン融液及び石英ルツボの温度が高温化している。この高温化に伴い石英ルツボの内表面が結晶化し易くなり、さらに結晶化した石英が剥離してシリコン融液中に浮遊し、結晶に到達して結晶が有転位化するという問題が生じている。この理由から、ある一定時間以上の結晶成長は基本的には不可能となり、石英ルツボの寿命が短命なため生産性、コストの両面から工業的に非常に大きな問題となっている。
【０００３】
石英ルツボ表面の結晶化を抑制する方法として、特開平５−４５０６６号の提案によれば、石英ルツボの組成として不純物となるＣａＯを添加し、原料石英中にもともと存在するアルミナを低融点のカルシウムアルミネートに変化させて、石英ガラスの結晶化を抑制し、石英ルツボの寿命を長くしている。
【０００４】
しかしながら、この方法では石英ルツボの製造時に不純物となるＣａＯの添加量を厳密に制御することは非常に困難を伴い、また、Ａｌのような他の不純物についてもＣａ同様にその量を制御する必要があり容易な技術ではなく、またコスト上昇の要因にもなる。さらに、添加されたＣａＯは、ルツボ内で不均一に分布することになる可能性も十分に考えられる。
【０００５】
一方、従来からの知見として、石英ルツボを超高純度化するという方法が有効であると言われているが、しかし、石英ルツボの超高純度化に関しては、人工的に合成した超高純度の石英粉を使用する必要があり、さらには、特殊な石英粉や製造技術を必要とするということで石英ルツボのコストが極端に上昇するという問題が生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の育成に際し、高温のシリコン融液と接触して劣化、浸食される石英ルツボ内表面からの石英の剥離を抑制し石英ルツボの寿命を延ばし、ひいてはシリコン単結晶の育成時間を延長して長時間の安定操業と生産性の向上を図ることを主目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために為されたもので、本発明は、石英ルツボ中に収容されたシリコン融液からチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を製造する場合において、該シリコン融液中にＣａＯまたはＢａＯを添加してシリコン単結晶を育成することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法である。
【０００８】
このようにすれば、シリコン単結晶成長中に、シリコン融液中のＣａＯまたはＢａＯが石英ルツボ内表面にドーピングされ、石英の結晶化を促進して、均一で微細な結晶層が形成され、シリコン融液による石英ルツボの劣化、浸食、剥離を抑制することができる。その結果、石英ルツボの寿命が延びると共に、シリコン単結晶育成時間も延長されるので長時間の安定操業および生産性の向上を図ることが可能となる。
【０００９】
そして、前記ＣａＯまたはＢａＯの添加量を、シリコン融液中の濃度として０．０１〜１０ｗｔｐｐｍとなるようにした。
【００１０】
このように、結晶成長時に、シリコン融液中に添加するＣａＯまたはＢａＯの量を０．０１〜１０ｗｔｐｐｍの範囲内とすると、石英ルツボの内表面で石英の結晶化が促進され、微細で均一な結晶層が形成され、シリコン融液による石英ルツボの劣化、浸食、剥離を抑制することができる。
また、この範囲内の添加量では育成したシリコン単結晶の品質に悪影響を与えることもない。
【００１１】
以下、本発明につきさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明者らは、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶成長に関し、石英ルツボの寿命を延ばす方策を種々検討した結果、驚くべきことに、従来のように石英ルツボの表面の結晶化を抑制してルツボ表面からの石英の剥離を防ぐ方法ではなく、逆に、石英ルツボの表面の結晶化を促進して均一で微細な結晶層を形成させればルツボ表面からの石英の剥離を抑制できることを見出した。そして、これにより石英ルツボの寿命を延ばし、剥離した石英によるシリコン単結晶の有転位化を防止して結晶成長時間を延ばすことに成功し、諸条件を確立して本発明を完成させた。
【００１２】
なぜ、石英の結晶化が進むと剥離しにくくなるのか、その理由は明確ではないが、通常使用されている石英ルツボのように、その内表面に様々な形態の石英が存在すると、石英ルツボ内表面における結晶化は不均一に起こり、シリコン融液の影響も加わって、一部組成の変化している部分を境に剥離現象が起きると考えられる。一方、これに対して石英ルツボ内表面の一部または全面が均一に結晶化してしまえば、そのような組成の差はなくなり、むしろその表面は安定化しているためと考えられる。
【００１３】
石英ルツボ内表面を均一に結晶化させる方法として、本発明では、ある特定の不純物が結晶化を促進することに着目し、その元素について詳細に検討した結果、ＣａまたはＢａの酸化物がシリコン融液中にある量存在すればよいことを見出した。つまり、基本的には僅かなＣａＯ、ＢａＯをシリコン融液中に添加すれば、ルツボ表面の石英にドーピングされ、均一で微細な結晶層がルツボ内表面のシリコン融液に接触する全面に形成されるものと考えられる。
【００１４】
この場合、石英ルツボの種類は、従来からシリコンの結晶成長に使用されている品質レベルのものであれば、ルツボの原料石英粉が天然品でも合成品でも問題はない。従って、ルツボの寿命を延長できるようにルツボの材質を改質したり、加工した特別なルツボを作製し、使用する必要は全くなくなり、従来から使用されている品質の石英ルツボを用いればよい。そして、ＣａＯまたはＢａＯ以外の不純物については、石英の結晶化に影響を及ぼさないので、特にその濃度を規定する必要はない。
【００１５】
また、このようなＣａＯ、ＢａＯ不純物の添加によるシリコン単結晶の品質への影響は、例えば重金属類は偏析係数が非常に小さいので結晶中には殆ど取り込まれることはなく、育成されるシリコン単結晶の品質への影響は極めて小さい。
【００１６】
ＣａＯまたはＢａＯの添加量は、シリコン融液中の濃度として０．０１〜１０ｗｔｐｐｍの範囲が好ましく、０．０１ｗｔｐｐｍ未満では石英の結晶化を促進する効果が少なくなり、１０ｗｔｐｐｍを越えると引き上げたシリコン単結晶のライフタイム値が低下するようになるので好ましくない。
【００１７】
さらに、添加不純物としては、必ずしも最初からＣａＯまたはＢａＯのように酸化物の形態を採る必要はなく、例えば、ＣａＣＯ3 、Ｃａ（ＯＨ）2 、ＢａＣＯ3 、Ｂａ（ＯＨ）2 等のような熱分解により安定な酸化物へ変化する化合物であってもその効果は同じである。
すなわち、本発明でいうＣａＯ、ＢａＯを添加することとは、このように後でＣａＯ、ＢａＯに変換される化合物を添加する場合も含むものである。
【００１８】
そして、これら添加物のシリコン融液への添加の時期は、特に限定されないが、その効果を出来る限り早く発現させるために、石英ルツボに仕込んだシリコン多結晶原料を溶融する前に添加しておくのが最も望ましい。シリコン多結晶原料を溶融後に、シリコン融液に直接添加するようにしてもよく、このようにしてもその効果は基本的には変わらない。ただし、融液に添加する場合は、最初からＣａＯ、ＢａＯの形をとっている方が好ましい。
【００１９】
また、シリコン融液からシリコン単結晶を成長させ、その後シリコン単結晶を取り出し、そのシリコン単結晶と同重量のシリコン多結晶原料を石英ルツボに再充填するいわゆるマルチプリング法においては、これらの添加物は、原則として最初にシリコン多結晶原料を溶融する前、すなわち、初期チャージの時またはその溶融直後に一度添加すればその効果を得ることができる。マルチ次数（シリコン多結晶原料の石英ルツボへの再充填回数）を重ねても添加物による効果は継続され、マルチ次数を重ねる度に毎回添加物を加える必要はない。また、マルチプリング法における添加物の添加時期は、その効果を出来る限り早く発現させるために、初期チャージの時に添加するのが望ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を示す。
（実施例１）
直径１８インチの石英ルツボにシリコンの多結晶原料６０ｋｇとＣａＯを仕込み、これを融解し、シリコン単結晶の育成を行い、シリコン単結晶育成後の石英ルツボの表面状態を顕微鏡で観察調査した。ＣａＯの添加量を変化させた場合の結果を表１に示した。尚、平均操業時間は、約４０時間であった。
【００２２】
【表１】
0004237280.tif 000002
【００２３】
実施例１では、ＣａＯのドープ量を５段階に設定しその効果を確認した結果、表１の試験結果から明らかなように、石英ルツボに白色化結晶層の形成が確認されたのは、０．０１ｗｔｐｐｍ以上のＣａＯを添加した時であり、添加量の増加に伴って白色化結晶層の面積が増大する傾向が判る。
【００２４】
（実施例２）
直径１８インチの石英ルツボにシリコンの多結晶原料６０ｋｇとＣａＯを仕込み、これを融解し、結晶成長を行い、直径１５０ｍｍの結晶を直胴部の長さで６０ｃｍ成長させ、丸めを付けた後、結晶を取り出し、その後、その結晶と同重量の原料を石英ルツボに再充填するという方法で、成長結晶が単結晶化しなくなるまでの時間（石英ルツボの寿命）を調べた。また、単結晶の品質としては、成長結晶の直胴のボトム部から１０ｍｍ厚さのウエーハを切り出し、そのライフタイムを測定した。ＣａＯの添加量を変化させた場合の結果を表２に示した。
【００２５】
ライフタイムの測定方法は、ＡＳＴＭ  Ｆ２８−７５に準拠した方法とした。これは少数キャリアバルクライフタイム測定といい、光パルスを当て、発生した少数キャリアの減衰を測定する方法である。
【００２６】
【表２】
0004237280.tif 000003
【００２７】
以上の実施例２から判るように、石英ルツボの白色化結晶層の形成効果は、ＣａＯの添加量が０．０１ｗｔｐｐｍ以上で認められ、実質的な石英ルツボの寿命も確実に延びる結果となった。また、１０ｗｔｐｐｍを超えると石英ルツボの寿命は延びているが、結晶のライフタイムは減少傾向を示しているので、０．０１〜１０ｗｔｐｐｍの範囲が好ましい。
【００２８】
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。
【００２９】
例えば、上記実施形態においては、直径６インチのシリコン単結晶を育成する場合につき例を挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、直径８〜１６インチあるいはそれ以上のシリコン単結晶の育成の場合にも適用できる。
また、本発明は、シリコン融液に水平磁場、縦磁場、カスプ磁場等を印加するいわゆるＭＣＺ法にも適用できることは言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ルツボの寿命を延長するように加工した特別なルツボを作製したり使用したりする必要はなく、従来から使用されてきた品質の石英ルツボによるシリコン単結晶成長において、容易に石英ルツボの寿命を延ばすことができると共に、結晶品質を劣化させることなくシリコン単結晶の育成時間を延長することができ、長時間の安定操業と生産性の向上を図ることが可能となる。