(57)【要約】【課題】ＣＺ法により直径４５０ｍｍのシリコン単結晶を育成するに際し、テイル部での有転位化の発生を抑制し、歩留りおよび生産性を向上させることができるシリコン単結晶の育成方法を提供する。【解決手段】ＣＺ法により直径Ｄが４５０ｍｍの直胴部１１ｃを有するシリコン単結晶１１を育成する際に、直胴部１１ｃに続いて形成するテイル部１１ｄの長さを１００ｍｍ以上にする。そのテイル部１１ｄの形成時に、０．１Ｔ以上の横磁場を印加する。【選択図】図３
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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り直径が４５０ｍｍの直胴部を有するシリコン単結晶を育成する際に、直胴部に続いて形成するテイル部の長さを１００ｍｍ以上にすることを特徴とするシリコン単結晶の育成方法。
【請求項２】
前記テイル部の形成時に横磁場を印加することを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶の育成方法。
【請求項３】
前記横磁場が０．１Ｔ（テスラ）以上であることを特徴とする請求項２に記載のシリコン単結晶の育成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という）によるシリコン単結晶の育成方法に関し、特に、直径が４５０ｍｍの直胴部を有する大口径のシリコン単結晶を育成する場合に適したシリコン単結晶の育成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン単結晶は、半導体デバイスに用いられるシリコンウェーハの素材であり、その製造には、ＣＺ法による単結晶育成方法が広く採用されている。このＣＺ法によるシリコン単結晶の育成は、一般に以下のように行われる。
【０００３】
減圧下の不活性ガス雰囲気に維持された引き上げ装置内において、石英ルツボに充填されたシリコン原料をヒータで加熱し溶融させ、このシリコン融液に種結晶を浸漬する。この状態から種結晶を徐々に引き上げ、これにより、種結晶の下方にシリコン単結晶が育成される。
【０００４】
図１は、育成されたシリコン単結晶を模式的に示す図である。シリコン単結晶１１は、その育成の過程で、先ず、種結晶７をシリコン融液と接触させたときにその熱ショックにより導入される転位を除去するため、種結晶７から直径を細く絞られたネック部１１ａが形成される。続いて、ネック部１１ａから所望の直径Ｄまで逐次直径を増加させた円錐状のショルダー部１１ｂが形成され、次いで、シリコンウェーハ用に製品として取り扱われる所望の直径Ｄの直胴部１１ｃが形成される。そして、育成の最終段階で転位の導入を防止するため、直胴部１１ｃから逐次直径を減少させた逆円錐状のテイル部１１ｄが形成される。
【０００５】
ここで、テイル部１１ｄは、シリコン融液から切り離されたときの急激な温度変化に起因して、その先端に有転位化が生じ易い。このため、従来の操業では、テイル部１１ｄの先端に有転位化が生じても、この転位が進展して直胴部１１ｃに達するのを防止するため、テイル部１１ｄを直胴部１１ｃの直径Ｄ以上の長さＬに形成している。
【０００６】
また、テイル部の形成長さに関し、特許文献１には、テイル部をテーパ部分と終端部分とから構成し、そのうちのテーパ部分の長さを直胴部の直径の半分以上に規定し、終端部分の長さをテーパ部分の最小直径以上に規定するシリコン単結晶が提案されている。同文献に提案されたシリコン単結晶では、テイル部を構成するテーパ部分と終端部分の長さを規定することにより、テーパ部分での転位の発生、および終端部分の先端で発生した転位の進展を防止できるとしている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２８４３１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、シリコン単結晶は、コスト低減および生産性向上の要請から、その直胴部の直径の大口径化が図られ、現在実用化されている直径３００ｍｍのものから、直径４５０ｍｍのものへの実用化が検討されている。
【０００９】
しかし、直径４５０ｍｍの直胴部を有するシリコン単結晶（以下、単に「直径４５０ｍｍのシリコン単結晶」ともいう）を育成する場合に、上記した従来の操業条件にしたがってテイル部を形成すると、テイル部の長さは４５０ｍｍ以上となり、上記特許文献１に提案された条件にしたがってテイル部を形成しても、テイル部の長さは２２５ｍｍを超える。すなわち、いずれの条件でもテイル部が長尺になる。これに伴い、シリコン単結晶のうちで製品となる直胴部が短くなることから、シリコン原料に対する製品の歩留りが低下し、生産性の向上が阻害されるという問題が生じる。
【００１０】
この問題に対し、テイル部を短く形成すれば、歩留りの低下が抑制され、生産性の向上が図れるものの、テイル部の形成中に有転位化が生じるおそれがある。
【００１１】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、ＣＺ法により直径４５０ｍｍのシリコン単結晶を育成するに際し、テイル部の長さを規定することにより、有転位化の発生を抑制し、歩留りおよび生産性を向上させることができるシリコン単結晶の育成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】
【００１２】
本発明者は、上記目的を達成するため、直径４５０ｍｍのシリコン単結晶の育成条件を詳細に検討した結果、以下の知見を得た。
【００１３】
テイル部を形成する際、シリコン融液の温度（以下、「融液温度」という）を上昇させるとともに、シリコン単結晶を引き上げる速度（以下、「引き上げ速度」という）を増加させる調整を行うが、融液温度の上昇や引き上げ速度の増加が急激であると、結晶成長界面で有転位化が生じたり、場合によってはテイル部が形成中にシリコン融液から切り離れて有転位化が生じる。これに対し、テイル部の形成長さを１００ｍｍ以上に確保すれば、急激な変動のない融液温度および引き上げ速度の制御を行え、これにより、直径が緩やかに縮小するテイル部を形成することができ、その結果、有転位化の発生を抑えることが可能になる。
【００１４】
また、テイル部を形成する際に、有転位化の発生をより有効に抑えるには、シリコン融液に横磁場を印加するのが効果的である。横磁場の印加により、シリコン融液の対流が抑制され、結晶成長界面における融液温度の急激な変動が抑えられるため、テイル部は緩やかに直径が縮小する傾向で形成されるからである。
【００１５】
本発明は、このような知見に基づくものであり、その要旨は、下記のシリコン単結晶の育成方法にある。すなわち、ＣＺ法により直径が４５０ｍｍの直胴部を有するシリコン単結晶を育成する際に、直胴部に続いて形成するテイル部の長さを１００ｍｍ以上にすることを特徴とするシリコン単結晶の育成方法である。
【００１６】
ここでいう「直径が４５０ｍｍ」とは、製品である直胴部を外周加工、スライス、研磨、熱処理などして得られるシリコンウェーハにおける直径が４５０ｍｍということを意味しており、育成された時点の直胴部の直径としては最大で４６０〜４７０ｍｍ程度のものまで含まれる。
【００１７】
このシリコン単結晶の育成方法では、前記テイル部の形成時に横磁場を印加することができる。この場合、前記横磁場が０．１Ｔ（テスラ）以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のシリコン単結晶の育成方法によれば、ＣＺ法により直径４５０ｍｍのシリコン単結晶を育成するに際し、テイル部の長さを１００ｍｍ以上に規定することにより、緩やかに直径が縮小するテイル部を形成することができ、その結果、テイル部での有転位化の発生を抑えることが可能になる。しかも、上述した従来の操業条件や特許文献１に提案された条件にしたがってテイル部を形成する場合と比較して、テイル部の長さを短縮できるため、歩留りを向上させることが可能で、生産性を高めることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明のシリコン単結晶の育成方法について、その実施形態を詳述する。本実施形態でのシリコン単結晶の育成方法は、ＣＺ法により直径が４５０ｍｍの直胴部を有するシリコン単結晶を育成する際に、直胴部に続いて形成するテイル部の長さを１００ｍｍ以上にすることを特徴とする。
【００２０】
図２は、ＣＺ法による直径４５０ｍｍのシリコン単結晶の育成に適した単結晶引き上げ装置の構成を模式的に示す図である。同図に示すように、単結晶引き上げ装置は、その外郭をチャンバ１で構成され、その中心部にルツボ２が配置されている。ルツボ２は二重構造であり、内側の石英ルツボ２ａと、外側の黒鉛ルツボ２ｂとから構成され、回転および昇降が可能な支持軸３の上端部に固定されている。
【００２１】
ルツボ２の外側には、ルツボ２を囲繞する抵抗加熱式のヒータ４が配設され、そのさらに外側には、チャンバ１の内面に沿って断熱材５が配設されている。ルツボ２の上方には、支持軸３と同軸上で逆方向または同一方向に所定の速度で回転するワイヤなどの引き上げ軸６が配され、この引き上げ軸６の下端に種結晶７が取り付けられている。
【００２２】
さらに、チャンバ１内には、引き上げ中のシリコン単結晶１１を囲繞し、ルツボ２内のシリコン融液１０やヒータ４からの輻射熱を遮る筒状の熱遮蔽体８が配設されている。また、チャンバ１の外側には、ルツボ２を挟んで対向し、ルツボ２内のシリコン融液１０に水平方向の横磁場を印加する一対の電磁コイル９が配設されている。
【００２３】
このような単結晶引き上げ装置を用いた直径４５０ｍｍのシリコン単結晶の育成では、ルツボ２内に多結晶シリコンなどのシリコン原料を充填した後、減圧下の不活性ガス雰囲気中でヒータ４の加熱により、そのシリコン原料をルツボ２内で溶融させる。ルツボ２内にシリコン融液１０が形成されると、引き上げ軸６を下降させ、種結晶７をシリコン融液１０の表面に浸漬する。この状態からルツボ２および引き上げ軸６を所定の方向に回転させながら、引き上げ軸６を徐々に引き上げる。これにより、種結晶７の下方にシリコン単結晶１１が育成される。
【００２４】
図３は、育成された直径４５０ｍｍのシリコン単結晶を模式的に示す図である。シリコン単結晶１１は、その育成の過程で、種結晶７の直下にネック部１１ａが形成され、続いて、４５０ｍｍの直径Ｄまで逐次直径を増加させた円錐状のショルダー部１１ｂが形成され、次いで、シリコンウェーハ用に製品として取り扱われる直径Ｄが４５０ｍｍの直胴部１１ｃが形成される。そして、直胴部１１ｃから逐次直径を減少させた逆円錐状のテイル部１１ｄが形成される。
【００２５】
本実施形態では、テイル部１１ｄの形成時に、前記図２に示すヒータ４の出力を高めてシリコン融液の温度を上昇させ、これと合わせて引き上げ速度を増加させることにより、その長さＬが１００ｍｍ以上になるようにテイル部１１ｄを形成する。テイル部１１ｄの長さＬを１００ｍｍ以上に規定することにより、急激な変動のない融液温度および引き上げ速度の制御を行うことができる。これにより、緩やかに直径が縮小するテイル部１１ｄを形成することができ、その結果、有転位化の発生を抑えることが可能になる。
【００２６】
しかも、テイル部１１ｄの長さＬを１００ｍｍ以上とすることにより、上述した従来の操業条件や特許文献１に提案された条件にしたがってテイル部を形成する場合と比較して、テイル部の長さを短縮できるため、歩留りを向上させることが可能で、生産性を高めることが可能になる。
【００２７】
テイル部１１ｄの長さＬの上限は、特に規定しないが、歩留りの低下を抑制する観点から、５００〜６００ｍｍ程度にとどめることが好ましい。より好ましくは、２００ｍｍ以下とする。
【００２８】
また、テイル部１１ｄの形成は、前記図２に示す電磁コイル９により、ルツボ内のシリコン融液に横磁場を印加して行うことができる。横磁場の印加により、シリコン融液の対流が抑制され、結晶成長界面における融液温度の急激な変動が抑えられるため、テイル部１１ｄは緩やかに直径が縮小する傾向で形成され、その結果、有転位化の発生をより有効に抑えることができるからである。
【００２９】
この場合、印加する横磁場の磁束密度は、０．１Ｔ（テスラ）以上であることが好ましい。横磁場を０．１Ｔ以上と規定するのは、０．１Ｔ未満ではシリコン融液の対流を抑制する効果が十分に発揮されないからである。横磁場の上限は特に規定しないが、あまりに高過ぎると、その横磁場を印加するための設備が大型化し、消費電力も増大するため、設備設計上の観点から、０．７Ｔ以下とするのが好ましい。
【００３０】
このような横磁場の印加は、テイル部１１ｄの形成時のみならず、その前の直胴部１１ｃやショルダー部１１ｂの形成時などでも行うことができる。横磁場の印加に伴うシリコン融液の対流抑制により、結晶成長界面におけるドーパントや不純物の濃度分布が均一化されるため、シリコン単結晶の品質を向上させることができるからである。
【実施例】
【００３１】
本発明のシリコン単結晶の育成方法による効果を確認するため、数値解析により有転位化の発生有無の検証を行った。数値解析では、前記図２に示す単結晶引き上げ装置において、内径が４０インチのルツボを用い、横磁場を０．１Ｔ印加して、総重量が１０００ｋｇとなる直径４５０ｍｍのシリコン単結晶を育成する場合を想定した。そして、テイル部の長さを５０ｍｍ、８０ｍｍ、１００ｍｍ、２００ｍｍおよび５００ｍｍと変更した条件で、数値解析を実施した。
【００３２】
その結果、テイル部の長さを５０ｍｍおよび８０ｍｍとした場合は、有転位化の発生が認められたが、テイル部の長さを１００ｍｍ、２００ｍｍおよび５００ｍｍとした場合は、有転位化の発生が認められなかった。すなわち、直径４５０ｍｍのシリコン単結晶を育成する際、テイル部の長さを１００ｍｍ以上にすれば、有転位化の発生を抑えることが可能であるといえる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明のシリコン単結晶の育成方法によれば、ＣＺ法により直径４５０ｍｍのシリコン単結晶を育成するに際し、テイル部の長さを１００ｍｍ以上に規定することにより、緩やかに直径が縮小するテイル部を形成することができるため、テイル部での有転位化の発生を抑えることが可能になる。しかも、テイル部の長さを短縮できるため、歩留りおよび生産性を向上させることが可能になる。したがって、本発明は、直径４５０ｍｍの大口径化されたシリコン単結晶を実用化するにあたり、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】育成されたシリコン単結晶を模式的に示す図である。
【図２】ＣＺ法による直径４５０ｍｍのシリコン単結晶の育成に適した単結晶引き上げ装置の構成を模式的に示す図である。
【図３】育成された直径４５０ｍｍのシリコン単結晶を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１    チャンバ
２    ルツボ
３    支持軸
４    ヒータ
５    断熱材
６    引き上げ軸
７    種結晶
８    熱遮蔽体
９    電磁コイル
１０    シリコン融液
１１    シリコン単結晶
１１ａ    ネック部
１１ｂ    直胴部
１１ｃ    ショルダー部
１１ｄ    テイル部
Ｄ    直胴部の直径
Ｌ    テイル部の長さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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