(57)【要約】【課題】  シリコン単結晶の製造時間が長くなり石英ルツボが劣化し易くなっても、シリコン単結晶のテール部における有転位化を防ぎ安定した操業を可能にする。【解決手段】  シリコン単結晶の引上げ育成の終了となるテール部形成において、シリコン融液の残湯量Ｙは、石英ルツボの使用時間が所定時間ｐまでは、使用時間に関係せず一定量以上にする。ここで、石英ルツボの使用時間はシリコン融液形成からの積算時間である。そして、所定時間ｐを越えてくると、必要な残湯量Ｙは、石英ルツボの使用時間と共に増加させ、Ｙ≧ａＸ＋ｂ−ａｐの式を満たすようにする。このようにすることで、シリコン単結晶のテール部形成における有転位化は安定して防止できる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ルツボに貯留したシリコン融液からその単結晶を引上げ育成するチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法において、
前記シリコン単結晶の引上げ育成を終えた後に前記石英ルツボの底部に残存させる前記シリコン融液の残湯量を、前記石英ルツボの使用時間によって変化させ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】
前記石英ルツボの使用時間をＸ、前記シリコン融液の残湯量Ｙ、ａ、ｂおよびｐを係数とすると、前記シリコン融液の残湯量Ｙが、Ｘ≦ｐの場合に（１）式を満たし、Ｘ＞ｐの場合に（２）式を満たすことを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【数１】
2009126738.tif 000009
【数２】
2009126738.tif 000010
【請求項３】
前記シリコン単結晶の引上げ育成において、前記育成を終える時点は、前記シリコン単結晶の引上げの速度を一定として、前記シリコン融液の残湯量を決め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製造方法。
【請求項４】
前記（１）式および（２）式の係数ａ、ｂおよびｐは、前記石英ルツボの使用による経時劣化の特性から決めることを特徴とする請求項２又は３に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項５】
前記シリコン単結晶の育成では、前記シリコン融液に水平磁場あるいはカスプ磁場を印加することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項６】
前記石英ルツボ内のシリコン融液を加熱するヒータからの輻射熱を前記シリコン単結晶から遮蔽する輻射シールド、あるいは前記シリコン融液表面にアルゴンガスを導入するガスパージチューブを、前記シリコン融液の上方部に配置して前記シリコン単結晶を引上げ育成することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項７】
前記シリコン単結晶の育成では、育成炉内に供給するアルゴンガス流量を３０〜２５０Ｌ／ｍｉｎとし、その圧力を４．０×１０３〜４．０×１０４Ｐａにすることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＺ法（ＣＺｏｃｈｒａｌｓｋｉ  ｍｅｔｈｏｄ）によるシリコン単結晶の製造方法に関し、特に 、シリコン融液を貯留している石英ルツボが経時劣化することから生じるシリコン単結晶の有転位化を効果的に防止し、生産性の向上に有効となるシリコン単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス基板としてシリコンウェーハにスライスされ使用されるシリコン単結晶の多くは、いわゆるＣＺ法といわれる引き上げ方法により育成されている。このＣＺ法では、育成炉内に設置した有底円筒状の石英ルツボに原料シリコン（通常では多結晶シリコン）を充填し加熱ヒータにより溶融してシリコン融液にする。そして、このシリコン融液面に種結晶を着液しこれを成長核にして、いわゆるネック部、ショルダー部、ボディ部そしてテール部の順に単結晶棒として引上げ育成する。
【０００３】
現在、上記引上げ育成により製造するシリコン単結晶は、その直径が１２インチφに大口径化され、更にその結晶の高品位化が強く要求されるようになっている。この高品位結晶を製造するためには、引上げ育成において過飽和に生じる格子空孔（Ｖａｃａｎｃｙ）あるいは格子間シリコン（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ−Ｓｉ）の点欠陥の制御、および石英ルツボから溶出する一酸化珪素（ＳｉＯ）によるシリコン単結晶中の固溶酸素の制御が特に重要になる。
【０００４】
ここで、シリコン単結晶中で過飽和に生じた格子空孔は引上げ育成において凝集し空洞例えば八面体状ボイドのようなグローンイン欠陥を生成する。また、上記過飽和に生じた格子間シリコンは、例えば積層欠陥を生成しその周りの転位ループ、転位のクラスター等のグローンイン欠陥あるいはウェーハ面に発生するリング状のＯＳＦ（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｔａｃｋｉｎｇ  Ｆａｕｌｔ）等の結晶欠陥を生成する。
【０００５】
また、上記固溶酸素は、そのＳｉ−Ｏ結合を有する析出物あるいは析出に伴って発生する転位および積層欠陥等のいわゆるＢＭＤ（Ｂｕｌｋ  Ｍｉｃｒｏ−Ｄｅｆｅｃｔ）を生成する。このＢＭＤは半導体素子が作製されるウェーハ表面に形成されると、半導体デバイス性能あるいはその歩留まりを低下させるようになるが、他方、半導体素子が作製されないウェーハ内部あるいは裏面側に形成されると、金属不純物のゲッタリングサイトとして有効に機能する。更に、この固溶酸素はサーマルドナーとなりウェーハの導電率を変化させる一方で、半導体デバイス基板としてのシリコンウェーハの機械的強度を向上させる。このシリコン単結晶中の固溶酸素の制御は、いわゆるシリコン融液に磁場を印加するＭＣＺ法（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ａｐｐｌｉｅｄ  ＣＺ法）によるシリコン単結晶の引き上げ育成により容易にできるようになってきている。
【０００６】
一方、上記点欠陥は、一般的にいわれるＶ（引上げ速度）／Ｇ（固液界面での結晶軸方向温度勾配）比によりその濃度が決まるといわれている。そして、例えば通常の上記温度勾配Ｇが大きな炉内構造であるホットゾーンを使用した引上げ育成では、上述した空洞、転位ループあるいはリング状ＯＳＦ等の欠陥発生はシリコン単結晶の引上げ速度Ｖにより大きく変化する。
【０００７】
そして、引上げ速度が高速（例えば１ｍｍ／ｍｉｎ程度以上）になると上記空孔が過飽和になりグローンイン欠陥が発生することから、この発生領域はいわゆるＶ領域といわれている。そして、引上げ速度が低速（例えば０．４ｍｍ／ｍｉｎ程度以下）になると上記格子間シリコンが過飽和になってグローンイン欠陥が発生することから、この発生領域はいわゆるＩ領域といわれている。また、このＶ領域とＩ領域の間にリング状ＯＳＦが発生するいわゆるリング状ＯＳＦ領域がある。このリング状ＯＳＦ領域は、通常ではシリコン単結晶の径方向によって引上げ速度が異なってくる。このため、同一引上げ速度においては、シリコン単結晶の径方向の中心側がＶ領域になり、その外周側がＩ領域になり、それ等の間にリング状ＯＳＦが形成されるようになる。
【０００８】
更に、上記Ｖ領域とリング状ＯＳＦ領域の間および上記リング状ＯＳＦ領域とＩ領域の間に、引上げ育成において過飽和な点欠陥が生じないいわゆるニュートラル（Ｎｅｕｔｒａｌ）領域（以下、Ｎ領域という）が存在する。ここで、Ｎ領域は、通常では引上げ速度が中速（例えば０．６〜０．８ｍｍ／ｍｉｎ程度）で現れるが、上述したリング状ＯＳＦ領域と同様にシリコン単結晶の径方向によって引上げ速度が異なっている。このため、同一引上げ速度においては、Ｎ領域はシリコン単結晶の径方向に一様に広がるように制御するのが難しい。
【０００９】
そこで、上記点欠陥起因のグローンイン欠陥の低減制御では、引上げ速度を上記Ｖ領域になるように育成したシリコン単結晶あるいはそれをスライスしたシリコンウェーハに対して、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気で高温度処理を施し消滅させる手法がとられてきた。しかし、最近では、グローンイン欠陥が発生しないＮ領域の引上げ育成の制御が行われるようになってきている。ここで、Ｎ領域がシリコン単結晶の径方向に広がったシリコン単結晶（以下、Ｎｅｕｔｒａｌ結晶という）の引上げ育成を確保するために、上記Ｖ／Ｇ比の制御および固液界面の形状の制御が必須となってくる。そして、結晶が成長するに従い上記Ｇが変化することから、例えばＶ／Ｇ比が一定になるようにシリコン単結晶の引上げ育成中における引上げ速度を時間的に変化させるようになってきている。
【００１０】
また、シリコンウェーハの大口径化では、次世代といわれる例えば１８インチφ（約４５０ｍｍφ）あるいは次々世代といわれる例えば２７インチφ（約６７５ｍｍφ）のウェーハ用のシリコン単結晶の引上げ育成の検討が進められている。このような大口径化では、大型化した石英ルツボ内の融液における自然対流の増大、引上げ速度の低下、冷却時間の増大がその実用化をこれまでに増し難しくする物理上の本質的な要因となる。そこで、上記大口径化にあっては、ＭＣＺ法は上記自然対流を抑制し石英ルツボ内でのシリコン融液の温度の安定化を実現する上から多用されるようになる。
【００１１】
上述したようなシリコン単結晶の高品位化および大口径化にあっては、シリコン単結晶の引上げ速度は従来に比べて低下するようになり、また、その引上げ速度が時間的に変化するようになる。このことから、シリコン単結晶の引上げに要する時間が長くなり、また、その所要時間が変動するようになる。そして、それに伴い石英ルツボ使用の長期化および使用時間の変動が不可避になる。
【００１２】
通常、引上げ時の加熱を受ける石英ルツボは経時劣化する。そして、合成石英ガラス材料、天然石英ガラス材料あるいはこれ等の複合材料の何れの材料から構成された石英ルツボであっても、クリストバライト結晶化および内壁におけるクリストバライト結晶化粒の剥離が生じる。また、石英ルツボの内壁ではその非晶質石英の剥離も生じるようになる。ここで、この内壁で剥離した剥離片等はシリコン融液に放出され、その中のシリコン融液に溶けないで残ったものが結晶中に異物として進入しシリコン単結晶の有転位化を生じさせる。
【００１３】
そこで、これまでに上記石英ルツボの経時劣化を抑制し有転位化を防止する方法が提案されている。例えばＭＣＺ法でシリコン融液に磁場を印加してシリコン単結晶を引上げ育成する場合に、シリコン融液面と石英ルツボ側壁との直交する位置における水平磁場強度を５００ガウス以上にして、石英ルツボの上記劣化を抑制し石英ルツボの使用寿命を長くすることが提示されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１４】
あるいは、シリコン融液を貯留する石英ルツボ中の結晶質ＳｉＯ２粒（主にクリストバライト結晶化粒）の径を、例えばシリコン融液に印加する磁場強度を１０００〜２０００ガウス範囲にし加熱することによって小さくし、上記クリストバライト結晶化粒による有転位化を防止する技術が提示されている（例えば、特許文献２参照）。また、石英ルツボを収容する黒鉛ルツボの底面部であってルツボ受け皿との間に断熱材を介在させて、ヒータから石英ルツボの底部への熱伝達を抑制し石英ルツボの内壁面の劣化を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−２４７７８８号公報
【特許文献３】特開２００１−２４０４９４号公報
【特許文献２】特開２００２−２２０２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、シリコン単結晶の引上げ育成では、上述したように単結晶棒は定径のボディ部から減径制御し形成されるテール部でシリコン融液より切り離されるが、このテール部の形成において石英ルツボの底部には所定量のシリコン融液が残湯量として残される。これは、石英ルツボの底部に残留するシリコン融液に溜まった不溶の剥離片により引き起こされるテール部の有転位化を防止するためである。従来では、このシリコン融液の残湯量は経験的に一定量に決められ引上げ育成を行ってきた。
【００１６】
しかし、上述したように石英ルツボ使用の長期化および使用時間の変動が不可避になってくると、従来のように残湯量を一定量にして引き上げ育成する方法では、シリコン単結晶の製造において、安定してテール部の有転位化を防止し、高い生産性あるいは収益性を確保するのが難しくなる。ここで、残湯量の余裕度を大きくし引上げ育成すると、原料シリコンを無駄に消費することになるし、残湯量が少な過ぎると、テール部が有転位化し生じたスリップがボディ部に伝播しシリコン単結晶の収率低下をもたらすようになる。
【００１７】
これまでに開示されているシリコン単結晶の製造方法では、上述したようなシリコン融液の残湯量を考慮したシリコン単結晶製造の高生産性および高収益性を可能にする簡便で有効な手段は見出せない。
【００１８】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、シリコン単結晶の引き上げ育成において、経時劣化する石英ルツボの使用時間の長期化および使用時間の変動にあっても、特にシリコン単結晶のテール部の有転位化を簡便に防止し、シリコン単結晶の生産性の向上あるいは収益性の向上に有効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。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本願発明者は、シリコン単結晶の引上げ育成に使用する石英ルツボの経時劣化、この劣化により内壁から放出される剥離片等の異物とそのシリコン融液への溶解、そして、シリコン融液に不溶の異物によるテール部での有転位化について検討してきた。そのなかで、石英ルツボは、その使用時間が一定以上になって上記テール部でのスリップ発生につながる剥離片等の異物が一定割合で増加することを見出した。本発明はこのような知見に基づいてなされている。
【００２０】
すなわち、上記目的を達成するために、本発明にかかるシリコン単結晶の製造方法は、石英ルツボに貯留したシリコン融液からその単結晶を引上げ育成するチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法において、前記シリコン単結晶の引上げ育成を終えた後に前記石英ルツボの底部に残存させる前記シリコン融液の残湯量を、前記石英ルツボの使用時間によって変化させる、という構成になっている。
【００２１】
上記発明における好適な態様では、前記石英ルツボの使用時間をＸ、前記シリコン融液の残湯量Ｙ、ａ、ｂおよびｐを係数とすると、前記シリコン融液の残湯量Ｙが、Ｘ≦ｐの場合に（１）式を満たし、Ｘ＞ｐの場合に（２）式を満たす。
【００２２】
【数３】
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【数４】
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【００２３】
そして、前記（１）式および（２）式の係数ａ、ｂおよびｐは、前記石英ルツボの使用による経時劣化の特性から決められる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の構成により、シリコン単結晶の引き上げ育成において、経時劣化する石英ルツボの使用時間の長期化および使用時間の変動にあって、特にシリコン単結晶のテール部の有転位化を簡便に防止し、シリコン単結晶の生産性の向上あるいは収益性の向上に有効なシリコン単結晶の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本実施形態にかかるシリコン単結晶の製造方法を実施するための単結晶製造装置の模式的な縦断面図である。
【００２６】
シリコン単結晶育成装置１０には、有底円筒形状のメインチャンバ１１内にシリコン融液１２を保持する石英ルツボ１３およびその外側の黒鉛ルツボ１４が二重構造に配置され、黒鉛ルツボ１４から所定の間隔を有して加熱するサイドヒータ１５、ボトムヒータ１６が設置されている。そして、サイドヒータ１５およびボトムヒータ１６の外側に位置しメインチャンバ１１との間に断熱部材１７が配置されている。また、引上げられるシリコン単結晶１８に対してサイドヒータ１５からの輻射熱を遮蔽する輻射シールド１９が設置されている。
【００２７】
更に、メインチャンバ１１の外周には、単結晶育成装置１０の中心軸と同芯に、同極対向する２つの磁界を発生させるカスプ磁場発生用の励磁コイル２０，２１がメインチャンバ１１を挟んで対向配置されている。これ等の励磁コイル２０，２１が、シリコン融液１２内に等軸対称的であって水平方向および垂直方向に放射状に広がるカスプ磁場を生成する。このカスプ磁場は、水平方向および垂直方向の磁場の磁束密度が例えば２００〜８００Ｇ（ガウス）の範囲で適宜に生成され、時間的にその強度変化ができるようになっている。
【００２８】
ここで、励磁コイル２０，２１はいわゆる水平磁場を生成するようになっていても構わない。この場合には、シリコン融液面に平行な向きに生成する水平磁場の磁束密度は例えば１０００〜３０００Ｇ程度の範囲で適宜に設定される。なお、上記カスプ磁場および水平磁場の磁束密度は、石英ルツボおよびシリコン単結晶の直胴径によりその値が上記範囲から変わってくる。
【００２９】
また、石英ルツボ１３および黒鉛ルツボ１４の回転および昇降を行う支持軸２２が備えられ、この支持軸２２は回転・昇降駆動装置（図示しない）に連通し回転自在に制御されるようになっている。ここで、回転・昇降駆動装置は、シリコン単結晶の引上げ軸方向を回転軸として支持軸２２およびそれに固着する黒鉛ルツボ１４と石英ルツボ１３を回転させ、また、支持軸２２をボトムヒータ１６と共に上方駆動してシリコン融液１２の融液面を一定の高さに維持するようになっている。そして、この支持軸２２とメインチャンバ１１間はシール部材（図示せず）により真空気密ができるようになっている。
【００３０】
そして、ワイヤから成る引き上げ軸２３が、シリコン単結晶１８のネック上部の種結晶２４を保持するシードチャック２５と連結しており、プルチャンバ２６からメインチャンバ１１内に垂下してシリコン単結晶を所定の速度で引き上げるようになっている。なお、この引上げ軸２３は石英ルツボ１３の回転と逆方向あるいは同方向にシリコン単結晶１８を回転させる。
【００３１】
上記装置において、メインチャンバ１１の例えば底部にアルゴンのような不活性ガスをチャンバ外に排出する排気口２７が適宜に取り付けられている。また、シリコン単結晶に例えばボロン、ヒ素、リンなどの有効不純物を添加する機構、部材等が備えられていても構わない。
【００３２】
次に、シリコン単結晶の製造方法について図１ないし図４を参照して説明する。ここで、図２はシリコン単結晶の製造方法の説明に供するためのシリコン単結晶育成の概略工程フロー図である。図３はシリコン単結晶の製造方法でのシリコン融液の残湯量の説明に供するための石英ルツボの模式的な縦断面図である。そして、図４はシリコン単結晶の製造方法でのシリコン融液の残湯量と石英ルツボの使用時間の関係を示した相関図である。
【００３３】
例えば上記装置１０を用いて、図２のステップＳ１の原料シリコン充填の工程において、先ず多結晶シリコンから成る原料シリコンを石英ルツボ１３内に充填する。その後、ステップＳ２の石英ルツボ加熱開始の工程において、メインチャンバ１１内に不活性ガス例えばアルゴンガスを流入させ、サイドヒータ１５およびボトムヒータ１６に電力を供給する。そして、ステップＳ３において上記不活性ガス雰囲気中で原料シリコンを溶融しシリコン融液１２を石英ルツボ１３内に形成する。
【００３４】
そして、励磁コイル２０，２１にそれぞれ逆向きの直流電流を給電して同極対向磁場を発生させ、シリコン融液１２内に等軸対称的であって水平方向および垂直方向に放射状に広がるカスプ磁場を生成する。ここで、カスプ磁場は水平方向の磁場が例えば５００Ｇ程度の適宜な磁束密度にする。このようにして、有底円筒状の石英ルツボ１３の側壁面および底面に垂直な磁場を印加させる。また、上記印加するカスプ磁場の垂直方向の磁場強度が零となる磁場中心が、石英ルツボ１３のシリコン融液１２の液面から少し下がった位置にくるようにする。
【００３５】
あるいは、励磁コイル２０，２１によりシリコン融液１２面に平行な水平磁場を生成する。ここで、水平磁場は例えば２０００Ｇ程度の適宜な磁束密度にする。なお、この水平磁場はその磁場強度が石英ルツボ１３のシリコン融液１２の液面から少し下がった位置で最大になるようにする。
【００３６】
次いで、シードチャック２７に取り付けた種結晶２６をシリコン融液１２に着液する。そして、ステップＳ４のネック部形成の工程において、種結晶２６を成長核としたいわゆるダッシュ・ネッキング法によりネック部を形成する。引き続くステップＳ５のショルダー部形成の工程において、所望の結晶径まで増径しショルダー部を形成した後に、ステップＳ６のボディ部形成の工程において、シリコン単結晶の直胴部となる定径のボディ部を形成する。
【００３７】
ここで、上記ステップＳ５の工程あるいはステップＳ６の工程の比較的に早い段階で、単結晶に有転位化が生じた場合には、ステップＳ７の工程の有転位化判定となってステップＳ３の工程に戻り上記育成された単結晶を溶融し直し（以下、再溶融あるいはメルトバックという）、再度ネッキング工程からの単結晶の育成（以下、再育成という）が行われる。ここで、シリコン単結晶１８の有転位化は、例えば結晶の晶癖線の乱れをＣＣＤカメラ等により検知することで容易に検出される。
【００３８】
上述したボディ部形成では、図１に示した支持軸２２により石英ルツボ１３を１２ｒｐｍ以下である例えば４〜１０ｒｐｍの回転速度で回転させ、同時に引き上げ軸２５を一方向に回転させながら所定の速度で引き上げ、所要の直胴部の直径および長さのシリコン単結晶１８に育成する。ここで、高品位結晶を形成するために上述したＮｅｕｔｒａｌ結晶を引上げ育成する場合には、Ｖ（引上げ速度）／Ｇ（固液界面での結晶軸方向温度勾配）比の制御および固液界面の形状の制御のために引上げ速度Ｖを時間的に変化させる。
【００３９】
また、上述したメインチャンバ１１内に流入させる不活性ガスのアルゴンガスは、上記シリコン単結晶の育成において、その流量が３０〜２５０Ｌ／ｍｉｎとし、その育成炉内での圧力が４×１０３〜４×１０４Ｐａ（３０〜３００Ｔｏｒｒ）になるようにすると好適である。このようなアルゴンガスの流入条件であると、例えばシリコン融液１２面から蒸発するＳｉＯあるいは育成炉内の部材から出る炭素（Ｃ）を安定的に育成炉外に排出することができ、シリコン単結晶の無転位化あるいはシリコン単結晶中の炭素濃度を容易に抑制できるようになる。上記ＳｉＯおよび炭素を効果的に育成炉外に排出するためには、アルゴンガスはシリコン融液１２面上で整流するのが好ましく、そこで、公知のガスパージチューブを適用するとよい。
【００４０】
そして、ステップＳ８の工程において、石英ルツボ１３内のシリコン融液１２の残湯量を石英ルツボ１３の使用時間により変化させて、シリコン単結晶１８のテール部を形成する。このテール部形成後は、ステップＳ９の工程において、サイドヒータ１５およびボトムヒータ１６への電力供給は止まり、石英ルツボ１３加熱は停止される。なお、上記テール部の形成時点では、サイドヒータ１５およびボトムヒータ１６の電力は上記ボディ部形成の場合よりも増大している。
【００４１】
次に、本発明の特徴的技術事項であるテール部の形成におけるシリコン融液１２の残湯量と石英ルツボ１３の使用時間の関係について図３および図４を参照して詳細に説明する。図３に示すように、石英ルツボ１３のシリコン融液１２が減少してくると、従来の技術で説明した例えばクリストバライト結晶化粒のような剥離片２８が石英ルツボ１３の内壁面から放出され、その一部がシリコン融液１２に不溶のままにテール部１８ａに取り込まれ易くなる。そして、テール部１８ａが有転位化し易くなる。しかし、シリコン融液１２の残湯量をある程度以上に保持するとこの有転位化は防止できる。そこで、図３に示すように石英ルツボ１３の底部に残留するシリコン融液１２の所定の残湯深さＤ以上においてテール部１８ａの形成を終了させるようにする。
【００４２】
ここで、上記残湯深さＤは、石英ルツボ１３の使用時間により変えるようにする。そして、石英ルツボ１３の内径をΦとすると、残湯量は略πρΦ２×Ｄ／４で表されるようになることから、上記テール部１８ａの形成においては、石英ルツボ１３の底部に残留させるシリコン融液１２の好適な残湯量も石英ルツボ１３の使用時間により変わることになる。ここで、ρはシリコン融液１２の融点温度に近い例えば１４１５℃程度の温度における密度である。
【００４３】
図４に示すように、上述したシリコン融液１２の残湯量Ｙは、石英ルツボ１３の使用時間が所定時間ｐまでは、使用時間に関係せず一定量以上として（１）式を満たすようにする。ここで、石英ルツボ１３の使用時間はシリコン融液形成からの積算時間である。そして、所定時間ｐを越えてくると、必要な残湯量Ｙは石英ルツボ１３の使用時間と共に増加させ（２）式を満たすようにする。このようにすることで、テール部１８ａ形成における有転位化は防止される。
【００４４】
【数５】
2009126738.tif 000005
【数６】
2009126738.tif 000006
【００４５】
このようにして、シリコン単結晶１８は、いわゆるネック部、ショルダー部、ボディ部およびテール部の順に育成され、シリコン単結晶の製造時間が長くなり石英ルツボが劣化し易くなっても、また、製造時間が変動する場合であってもシリコン単結晶のテール部での有転位化は防止され安定した操業が可能になる。
【００４６】
なお、上記（１）式および（２）式の係数ａ、ｂおよびｐは、石英ルツボ１３の使用による経時劣化の特性から決められる。
【００４７】
この一例について図５を参照して説明する。図５はシリコン単結晶製造でのシリコン融液の残湯量と石英ルツボの使用時間の相関の一例を示したグラフである。ここで、石英ルツボ１３は３００ｋｇのシリコン融液１２が充填できる内径３２インチφの天然石英ガラス材料から成る。そして、輻射シールド１９を有するホットゾーン構造のシリコン単結晶育成装置１０を用いたシリコン単結晶の引上げ育成において、カスプ磁場は、シリコン融液面と石英ルツボ側壁との直交する位置における水平方向の磁場の磁束密度が３００〜５００Ｇの範囲とした。また、育成炉内のアルゴンガス流量を７０〜１２０Ｌ／ｍｉｎ、その圧力を９．３×１０３〜２．０×１０４Ｐａ（７０〜１５０Ｔｏｒｒ）とし、石英ルツボ１３の回転速度は４〜１０ｒｐｍの操業条件とした。更に、引上げ速度は０．３〜１ｍｍ／ｍｉｎの範囲で変動させた。
【００４８】
上記種々の操業条件による１２インチφの直胴径となる多数本のシリコン単結晶１８の引上げ育成において、それぞれ同種同形の新石英ルツボを使用し、各テール部形成での残湯量をそれぞれに変えた。そして、各シリコン単結晶のテール部１８ａの転位（あるいはスリップ）の有無を評価し、図５の相関図にまとめてプロットした。図５において○印が無転位を示し、×印が有転位を示す。
【００４９】
図５に示すように、石英ルツボ１３の所定時間ｐは８０時間となり、係数ａは０．１４、ｂは１５となった。そして、テール部１８ａの無転位化領域としては、
残湯量Ｙは、８０時間≦ｐの場合に（３）式を満たし、Ｘ＞８０時間の場合に（４）式を満たすことが判る。この領域がテール部形成における無転位化領域となる。なお、これ等の係数は石英ルツボの経時劣化の特性を表すものであり、天然石英ガラス材料、合成石英ガラス材料等の材質に依存しており、予め石英ルツボの使用による経時劣化の特性から決めることができる。
【００５０】
【数７】
2009126738.tif 000007
【数８】
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【００５１】
ここで、石英ルツボの材質あるいは構造によっては、（２）式あるいは（４）式で示したような無転位化領域の下限が線形にならない場合があるが、このような場合であっても、その石英ルツボの経時劣化の特性から上記下限を予め決めておき、シリコン単結晶の引上げ育成において、石英ルツボの使用時間と共に変化するように、テール部形成でのシリコン融液１２の残湯量を変化させることができる。
【００５２】
次に、テール部１８ａの形成におけるシリコン融液１２の残湯量の制御の好適な一例について図４および図６を参照して説明する。図６はシリコン単結晶の製造方法でのシリコン単結晶育成の制御の一例を示すフローチャートである。
【００５３】
図６に示すように、例えばシリコン単結晶育成装置１０を用いた引上げ育成において、制御手順のステップＳ１０で例えばタイマーによりシリコン融液１２形成後の経過時間の計測を開始する。そして、図２で説明したその後のシリコン単結晶の引上げ育成工程であるネック部形成、ショルダー部形成、ボディ部形成、あるいは有転位化判定後の再溶融および再育成に要した時間を計測して記憶手段によりメモリする。そして、これ等の積算時間が石英ルツボ１３の使用時間となる。
【００５４】
また、ステップＳ１１の制御手順において、シリコン引上げ量を算出する。この引上げ量は、シリコン単結晶１８の例えばロードセルによる重量測定、あるいは上述した育成工程の計測時間から演算手段により容易に算出される。
【００５５】
そして、ステップＳ１２の制御手順において、石英ルツボ１３内のシリコン融液１２の残湯量を算出する。この残湯量は、石英ルツボ１３の初期の原料シリコン量から上記シリコン引上げ量を減算して導出される。ここで、シリコン単結晶育成装置１０が例えばＣＣＤカメラを含む融液面の測定装置を備えている場合には、融液面の変位量から残湯量を算出することができる。
【００５６】
上述した石英ルツボ１３の使用時間およびシリコン融液１２の残湯量は、図４の相関図で照合され、例えば図４に示した相関位置Ｑとして表示手段で示すようになっていてもよい。図４の相関位置Ｑに示すように、引上げ育成の各時点において、図４に示したような無転位化領域の下限値と残湯量の偏差量ΔＹを例えば演算手段で算出する。
【００５７】
そして、ステップＳ１３の制御手順において、例えば比較判定手段により上記偏差量ΔＹが基準値以上かどうか判定し、基準値以上のＹＥＳであればステップＳ１１に戻り上述した制御が順次に繰り返される。ここで、基準値は予め決められた値であって、所要の余裕度をもって例えば入力手段から変更自在に入力されたものである。
【００５８】
そして、ステップＳ１３の制御手順において、基準値以上でないＮＯの場合には、それ以降の引上げ速度Ｖを一定にして、図４に示した相関位置Ｑからの矢印に沿って残湯量Ｙが低減するとして、無転位化領域の下限との交差する時間および残湯量を算出する。更に、それに基づきステップＳ１４の制御手順において、テール部形成の終了時を算出する。そして、テール部形成の終了時およびその時の残湯量は図４の無転位化領域に位置するように引上げ育成を終了させる。
【００５９】
上記実施形態のシリコン単結晶の製造方法において、石英ルツボ１３の使用時間は、図２に示したステップＳ２の工程の石英ルツボ１３の加熱開始時点からの積算時間であってもよい。上述したようなシリコン融液１２形成からの場合等いずれの場合であっても、石英ルツボ１３の経時劣化の基準時間を使用時間とすればよい。
【００６０】
また、本実施形態のシリコン単結晶の製造方法は、一つの石英ルツボで多数本のシリコン単結晶を引上げ育成する場合であっても、同様に適用できるものである。
【００６１】
そして、本実施形態におけるシリコン融液１２の残湯量の制御は、シリコン単結晶育成装置１０に備えられた制御部により自動的に行えるようになっていてもよいし、一部手動で行えるようになっていても構わない。
【００６２】
また、石英ルツボにより（２）式で示したような無転位化領域の下限が線形にならない場合であっても、その下限曲線に基づいて、上述したのと同じように、テール部形成におけるシリコン融液１２の残湯量の制御、テール部形成の終了時の算出およびシリコン単結晶の引上げ育成の終了制御等を行うようにする。
【００６３】
上記実施形態では、例えば、シリコン単結晶の製造において、１回以上のメルトバック、あるいはＮｅｕｔｒａｌ結晶のような高品位結晶の育成のようにシリコン単結晶育成の所要時間が長くなり、あるいは所要時間が変動する場合であっても、シリコン単結晶のテール部の有転位化が簡便にしかも安定して防止できる。そして、従来技術で説明したような問題は解消する。このようにして、シリコン単結晶製造における安定した歩留まりの向上が可能となり、その収益性の向上および生産性の向上が容易になる。
【００６４】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。
【００６５】
上記実施形態では、シリコン単結晶に引上げ育成の場合について説明するが、本発明はその他に周期律表のIII−V系およびII−VI系化合物半導体単結晶の引上げ育成においても同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施形態にかかるシリコン単結晶の製造方法を実施するための単結晶製造装置の模式的な縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態にかかるシリコン単結晶の製造方法の説明に供するためのシリコン単結晶育成の概略工程フロー図である。
【図３】本発明の実施形態におけるシリコン融液の残湯量の説明に供するための石英ルツボの模式的な縦断面図である。
【図４】本発明の実施形態にかかるシリコン単結晶の製造方法でのシリコン融液の残湯量と石英ルツボの使用時間の関係を示した相関図である。
【図５】本発明の実施形態にかかるシリコン単結晶の製造方法でのシリコン融液の残湯量と石英ルツボの使用時間の相関の一例を示したグラフである。
【図６】本発明の実施形態にかかるシリコン単結晶の製造方法でのシリコン単結晶育成の制御の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６７】
１０  シリコン単結晶育成装置
１１  メインチャンバ
１２  シリコン融液
１３  石英ルツボ
１４  黒鉛ルツボ
１５  サイドヒータ
１６  ボトムヒータ
１７  断熱部材
１８  シリコン単結晶
１８ａ  テール部
１９  輻射シールド
２０，２１  励磁コイル
２２  支持軸
２３  引上げ軸
２４  種結晶
２５  シードチャック
２６  プルチャンバ
２７  排気口
２８  剥離片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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