単結晶の成長方法および単結晶の引き上げ装置
【課題】単結晶育成時の有転位化を防止し、単結晶歩留まりと生産性を向上させることができると共に、ウェーハに切り出した後の熱酸化処理で、酸化膜厚のばらつきを抑制できるシリコン単結晶の成長方法および引き上げ装置を提供する。
【解決手段】チョクラルスキー法により、石英坩堝１１ａ内で溶融したシリコン原料の溶融液から単結晶１４を引き上げて成長させる方法において、石英坩堝１１ａの外壁側が正極、シリコン単結晶１４を引き上げる引上ワイヤーまたは引上シャフト１５側が負極となるよう直流電圧を印加し、単結晶引き上げ中を通してシリコン単結晶１４に流れる電流を一定にして単結晶１４を成長させることにより、石英坩堝１１ａの内壁表面に適切な結晶化層すなわち失透を発生させると同時に、シリコン単結晶１４中のＬｉ濃度を制御可能にするシリコン単結晶の成長方法とその引き上げ装置。
【解決手段】チョクラルスキー法により、石英坩堝１１ａ内で溶融したシリコン原料の溶融液から単結晶１４を引き上げて成長させる方法において、石英坩堝１１ａの外壁側が正極、シリコン単結晶１４を引き上げる引上ワイヤーまたは引上シャフト１５側が負極となるよう直流電圧を印加し、単結晶引き上げ中を通してシリコン単結晶１４に流れる電流を一定にして単結晶１４を成長させることにより、石英坩堝１１ａの内壁表面に適切な結晶化層すなわち失透を発生させると同時に、シリコン単結晶１４中のＬｉ濃度を制御可能にするシリコン単結晶の成長方法とその引き上げ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン単結晶の成長方法およびそれに用いる単結晶の引き上げ装置に関し、より詳しくは、単結晶歩留まりと生産性を向上させることができるシリコン単結晶の成長方法及び引き上げ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板に用いられるシリコン単結晶を製造する方法には種々の方法があるが、そのなかでも回転引き上げ法として広く採用されているチョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という）がある。
【０００３】
図５は、ＣＺ法によるシリコン単結晶の成長方法を実施するのに適した引き上げ装置の要部構成を模式的に示す図である。
引き上げ装置の外観は図示しないチャンバーで構成され、その中心部に坩堝が配設されている。この坩堝は二重構造であり、有底円筒状をなす石英製の内層保持容器（以下、単に「石英坩堝１１ａ」という）と、その石英坩堝１１ａの外側を保持すべく適合された同じく有底円筒状の黒鉛製の外層保持容器（以下、単に「黒鉛坩堝１１ｂ」という）とから構成されている。
【０００４】
これらの坩堝は、回転および昇降が可能になるように支持軸１６の上端部に固定されている。そして、坩堝の外側には抵抗加熱式ヒーター１２が概ね同心円状に配設されており、前記坩堝内に投入された所定重量のシリコン原料はヒーター１２により溶融され、溶融液１３が形成される。
【０００５】
溶融液１３を充填した前記坩堝の中心軸上には、支持軸１６と同一軸上で逆方向または同方向に所定の速度で回転する引上ワイヤー（または引上シャフト、以下両者を合わせて「引き上げ軸」という）１５が配設されており、引き上げ軸１５の下端には種結晶１７が保持されている。
【０００６】
このような引き上げ装置にあっては、石英坩堝内にシリコン原料を投入し、減圧下の不活性ガス雰囲気中でシリコン原料を坩堝の周囲に配設したヒーターにて溶融した後、形成された溶融液の表面に引き上げ軸の下端に保持された種結晶を浸漬し、坩堝および引き上げ軸を回転させつつ、引き上げ軸を上方に引き上げて種結晶の下端面に結晶を成長させる。
【０００７】
ＣＺ法では、種結晶に元から含まれる転位や、着液時の熱ショックで導入される転位を除去するために、種結晶の下端面から成長する結晶を一旦直径３ｍｍ程度まで細く絞るネック工程を経て、所定の直径を有するボディ（定径部）にするための肩を形成した後、所定の直径でシリコン単結晶１４を成長させる。この間、石英坩堝を種結晶と同方向または逆方向に回転させる。単結晶が目標の長さに達すると終端部のテイル絞りを行い、単結晶の育成を終了する。
【０００８】
前述の通り、ＣＺ法によるシリコン単結晶の引き上げでは、二重構造の坩堝のうち石英坩堝によって、シリコン原料を溶融した溶融液が保持される。この石英坩堝がシリコン溶融液を保持する際には、坩堝表面は１５００℃以上の高温に晒されており、その時間は原料シリコンの充填量、結晶成長速度などの条件により異なるものの、通常、数十時間以上に及ぶことになる。
【０００９】
さらに、最近では、単結晶引き上げの生産性を高めるため、同一の坩堝から複数本の単結晶を製造するリチャージ引き上げ法（ＲＣＣＺ法、例えば非特許文献１参照）が開発されている。このようなリチャージ引き上げ法では、石英坩堝がシリコン溶融液に晒される時間が１００時間を超える場合もある。
【００１０】
通常、石英坩堝の内壁表面には、高温状態のシリコン溶融液と接触する間に、ブラウニッシュリングと呼ばれる褐色のクリストバライトが生成され、次第に成長していく。このブラウニッシュリングが、単結晶の引き上げ過程で剥離すると、それが結晶成長を阻害し、結晶中に有転位化を招くことになる。
【００１１】
このような坩堝内表面の結晶化にともなう有転位化を防止するため、石英坩堝にＮａ、ＫおよびＬｉのうち１種または２種以上のアルカリ金属イオンを含有させ、当該石英坩堝の外壁側が正極、種結晶側（シリコン単結晶側）が負極となるよう一定の値の直流電圧を印加し、石英坩堝の内壁表面に失透を発生させる方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【００１２】
しかし、上記の方法を用いても、坩堝表面に失透を十分に発生させることができない場合があり、シリコン単結晶中の転位の発生を防止するには不十分であった。また、得られた単結晶の特性が安定しないといった問題も発生した。
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−３６５６８号公報
【非特許文献１】志村史夫著、「半導体シリコン結晶工学」ｐ７２−７３、丸善
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、シリコン単結晶の成長過程において、石英坩堝の内壁表面に適切な結晶化層すなわち失透を発生させると同時に、シリコン単結晶中のＬｉ濃度を制御することにより、単結晶育成時の有転位化を防止し、単結晶歩留まりと生産性を向上させることができると共に、ウェーハに切り出した後の熱酸化処理で、酸化膜厚のばらつきを抑制できるシリコン単結晶の成長方法および引き上げ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明は、チョクラルスキー法により、石英坩堝内で溶融したシリコン原料の溶融液から単結晶を引き上げて成長させる方法において、前記石英坩堝の外壁側が正極、シリコン単結晶を引き上げる引上ワイヤーまたは引上シャフト側が負極となるよう直流電圧を印加し、単結晶引き上げ中を通してシリコン単結晶に流れる電流を一定にして単結晶を成長させることを特徴とするシリコン単結晶の成長方法を提供する（請求項１）。
【００１６】
このように、単結晶引き上げ中を通してシリコン単結晶に流れる電流を一定にすることで、石英坩堝の内壁表面に適切な失透を発生させ、単結晶育成時の有転位化を防止し、単結晶歩留まりと生産性を向上させることができると共に、成長中に結晶に取り込まれるアルカリ金属イオンの量を均一にして、ウェーハに切り出した後の熱酸化処理で、酸化膜厚のばらつきを抑制することができる。
【００１７】
また、本発明の成長方法では、前記石英坩堝として、石英坩堝の外壁側はアルカリ金属イオンを含む天然石英とし、内壁側はアルカリ金属イオンが天然石英より少ない合成石英とした坩堝を使用することが好ましい（請求項２）。
これにより、上記効果を一層向上できるとともに、特にシリコン単結晶中のＬｉ濃度を低くすることができる。
【００１８】
また、本発明の成長方法では、前記シリコン単結晶に流れる電流を０．１ｍＡ以上、１５ｍＡ以下とすることが好ましい（請求項３）。
このような電流値の範囲内で、使用した石英坩堝中のアルカリ金属イオン濃度に従い電流値を選択すれば、適度な失透を発生させつつ、シリコン単結晶のＬｉ濃度を均一に制御し、かつ低くすることができる。
【００１９】
また、本発明の成長方法では、前記単結晶の引き上げ中に、前記石英坩堝の内壁表面で失透した面積をＶｃとし、溶融初期において前記石英坩堝の内壁表面が溶融液と接触する面積をＶｉとした場合に、失透面積率Ｖｃ／Ｖｉが２０％以上となる電流値で一定に設定して単結晶シリコンを成長させることが好ましい（請求項４）。
これによって、結晶の有転位化をより確実に抑制することができる。
【００２０】
また、本発明では、チョクラルスキー法により、石英坩堝内で溶融したシリコン原料の溶融液から単結晶を引き上げる装置において、少なくとも前記溶融液に浸漬し、その下端面に単結晶を成長させつつ引き上げられる種結晶を引き上げる引上ワイヤーまたは引上シャフトと、前記石英坩堝の外壁とに電圧を印加可能に接続され、前記種結晶と石英坩堝外壁を流れる電流が一定になるよう直流電圧を制御する定電流装置を備え、前記石英坩堝の外壁側が正極となるよう直流電圧が印加されるものであることを特徴とするシリコン単結晶の引き上げ装置を提供する（請求項５）。
【００２１】
このような定電流装置を備えることによって、単結晶引き上げ中を通してシリコン単結晶に流れる電流を一定に制御することが可能となり、石英坩堝の内壁表面に適切な失透を発生させ、単結晶育成時の有転位化を防止し、単結晶歩留まりと生産性を向上させることができると共に、ウェーハに切り出した後の熱酸化処理で、酸化膜厚のばらつきを抑制することができる。
【００２２】
また、前記坩堝は、アルカリ金属イオンを含有する天然石英からなる外壁と、該天然石英よりアルカリ金属イオンが少ない合成石英を内壁としたものとすることが好ましい（請求項６）。
このことによって、適度な失透の発生と、シリコン単結晶中のＬｉ濃度を低い濃度で一定とすることができる。
【００２３】
また本発明では、前記定電流装置は、前記種結晶と石英坩堝の外壁を流れる電流を０．１ｍＡ以上、１５ｍＡ以下の一定電流に制御するものとすることが好ましい（請求項７）。
このような電流値の範囲内で、石英坩堝中のアルカリ金属イオン濃度に従い電流値を選択し、制御すれば、適度な失透を発生させつつ、シリコン単結晶のＬｉ濃度を均一に制御し、かつ低くすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明では、シリコン単結晶を成長させる際に、石英坩堝の外壁側が正極、シリコン単結晶を引き上げる引上ワイヤーまたは引上シャフト側が負極となるよう直流電圧を印加し、単結晶引き上げ中を通してシリコン単結晶に流れる電流を一定にして単結晶を成長させる。これによって石英坩堝の内壁表面を効率よく失透させることができ、単結晶育成時の有転位化を防止し、単結晶歩留まりと生産性を向上させることができるとともに、シリコン単結晶のＬｉ濃度を均一に制御でき、そこから切り出したウェーハを熱酸化した時の酸化膜厚ばらつきを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、石英坩堝にＮａ、ＫおよびＬｉのうち１種または２種以上のアルカリ金属を含有させて、前記石英坩堝の外壁側が正極、種結晶側（シリコン単結晶側）が負極となるよう直流電圧を印加し、石英坩堝の内壁表面に失透をさせることによって、坩堝内表面の結晶化に伴う有転位化を防ぐ方法が開示されたが、有転位化防止に対しては不十分であった。そこで、本発明者らは、まずその原因を探ることにした。
【００２６】
従来の一定値の直流電圧を印加する方法だと、シリコン単結晶の引き上げが進むにつれて、シリコン原料を溶融した溶融液と石英坩堝の接触面積が減少する為、前記シリコン単結晶と石英坩堝の外壁間の回路抵抗が高くなり、シリコン単結晶を流れる電流が低くなっていくことがわかった。
しかし石英坩堝の内壁表面を失透させるにはある一定以上の電流を流す必要がある。
したがって、石英坩堝の内壁表面に失透をさせるには、ある一定値以上の直流電圧を印加する必要がある。
【００２７】
しかし、シリコン単結晶と石英坩堝の外壁間に電流が流れると、石英坩堝に含有されたＬｉが溶融液側に移動し溶融液を経てシリコン単結晶に取り込まれることがわかった。そしてシリコン単結晶に取り込まれるＬｉは電流が高いほど多くなることもわかった。
【００２８】
またＬｉが取り込まれたシリコン単結晶から切り出されたウェーハは、熱酸化処理における酸化膜の成長速度が速くなり、その成長速度は単結晶中のＬｉ濃度が高いほど速くなることがわかった。従って、シリコン単結晶中のＬｉ濃度が不均一になると、そこから切り出されたウェーハ中のＬｉ濃度もばらつき、よってウェーハの酸化膜厚がばらついてしまうという問題が起きることがわかった。
【００２９】
そこで、前記ウェーハの酸化膜厚のばらつきを減少させるには、シリコン単結晶中のＬｉ濃度をある一定濃度以下に抑える必要があるが、そのためにはシリコン単結晶を流れる電流を低くする必要があり、印加する直流電圧を下げなければならない。
【００３０】
しかし、印加する直流電圧を下げると、今度は、石英坩堝の内壁表面に失透がしにくくなり、内壁表面の浸食や劣化防止による単結晶の有転位化の抑制効果が得られなくなってしまうため、単結晶歩留まりと生産性を向上できなくなってしまうことがわかった。
【００３１】
そこで、本発明者らは、直流電圧を印加しながらのシリコン単結晶の引き上げ過程における石英坩堝の内壁表面の失透（結晶化）の状態と、その時のシリコン単結晶中のＬｉ濃度およびウェーハ切り出し後の酸化膜厚について、詳細な検討を行った。
【００３２】
その結果、単結晶中を流れる電流はシリコン単結晶の引き上げ（言い換えると溶融液と石英坩堝の接触面積の減少）が進むにつれて低くなり、シリコン単結晶中のＬｉ濃度も引き上げ方向に低くなることを発見した。
【００３３】
さらに、シリコン単結晶から切り出したウェーハのＬｉ濃度が高いほど、熱酸化時の酸化膜厚が厚くなること、またＬｉ濃度を一定以下に抑えることで、直流電圧印加を行わない従来の方法で引き上げられたシリコン単結晶から切り出されたウェーハと酸化膜厚を同等にできることを発見した。
【００３４】
また、石英坩堝の内壁表面を効率的に失透させるのに必要な電流値の調査を行い、ウェーハの酸化膜厚に影響しないＬｉ濃度と効率的に石英坩堝の内壁表面を失透させることの両立が図れる電流値の範囲が存在することを知見した。
【００３５】
そして、シリコン単結晶引き上げ中の電流を、前記電流値に一定制御することで、シリコン単結晶の引き上げ方向全域で均一なＬｉ濃度が得られることを知見した。
【００３６】
また、微量のアルカリ金属イオンを含有した外壁と、外壁に比べアルカリ金属イオンを含有しない内壁とした石英坩堝を使用した場合に、内壁表面を効率的に失透させながらも、シリコン単結晶中のＬｉ濃度を抑制しつつ、引き上げ方向で均一なＬｉ濃度を得ることが容易になることを知見した。
【００３７】
本発明は、上記の発見および知見に基づいて完成されたものであり、以下、本発明について図面を参照しながら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。
図１は本発明のシリコン単結晶の引き上げ装置の断面構成例を模式的に示す図である。本発明のシリコン単結晶の成長方法に用いる引き上げ装置は以下に示すとおりである。
【００３８】
中空円筒状のチャンバーで外観を構成し、そのチャンバーは下部円筒をなすメインチャンバー１９ａと、メインチャンバー１９ａに連接固定された上部円筒をなすプルチャンバー１９ｂとから構成され、その中心部に坩堝が配設されている。この坩堝は二重構造であり、有底円筒状をなす石英製の内層保持容器（以下、単に「石英坩堝１１ａ」という）と、その石英坩堝１１ａの外側を保持すべく適合された同じく有底円筒状の黒鉛製の外層保持容器（「黒鉛坩堝１１ｂ」）とから構成されている。
【００３９】
二重構造からなる坩堝の外側にはヒーター１２が配設され、ヒーター１２の外側周辺には保温筒１８ａが同心円状に配設され、またその下方で装置底部には保温板１８ｂが配設されている。さらに、引き上げ軸１５の先端に保持された種結晶１７と支持軸１６に支持された坩堝との間に、一定の直流電流を流すための直流電圧を印加するための直流電源装置２０が設置されている。
【００４０】
そして、前記坩堝内に投入された所定重量のシリコン原料が溶融され、溶融液１３が形成される。形成された溶融液１３の表面に種結晶１７を浸漬し、坩堝および引き上げ軸１５を回転させつつ、引き上げ軸１５を上方に引き上げて種結晶１７の下端面にシリコン単結晶１４を成長させる。
【００４１】
このように、定電流装置を使用し、単結晶引き上げ中を通してシリコン単結晶に流れる電流を一定にするによって、石英坩堝の内壁表面に適切な失透を発生させ、単結晶育成時の有転位化を防止し、単結晶歩留まりと生産性を向上させることができると共に、単結晶中に取り込まれるＬｉ濃度を均一にすることができるので、ウェーハに切り出した後の熱酸化処理で、酸化膜厚のばらつきを抑制することができる。
【００４２】
また、この場合、石英坩堝としてアルカリ金属イオンを含有する天然石英からなる外壁と、該天然石英に比べアルカリ金属イオンの含有量が少ない合成石英を内壁とした石英坩堝を使用することができる。
このことによって、石英坩堝全体に含まれるアルカリ金属イオンの濃度を低減できるので、シリコン単結晶中のＬｉ濃度を低い濃度で一定にすることができる。従って、適度の失透と均一な特性を得ることができる。
【００４３】
この天然石英中のアルカリ金属イオンとはＮａ、ＫおよびＬｉのうち１種または２種以上のことであり、また合成石英のアルカリ金属イオンの含有量の合計は０．０１〜１０ｐｐｍ、より好ましくは０．０１ｐｐｍ〜５ｐｐｍの範囲であるものが好適である。
【００４４】
また、定電流装置は、種結晶と石英坩堝の間に流れる電流を０．１ｍＡ以上、１５ｍＡ以下の一定電流に制御することができる。より好ましくは０．１ｍＡ〜３ｍＡである。
このような電流値の範囲内で、石英坩堝中のアルカリ金属イオン濃度に従い電流値を選択し、制御すれば、適度な失透を発生させつつ、シリコン単結晶のＬｉ濃度を均一に制御し、かつ低くすることができる。
【００４５】
本発明のシリコン単結晶の成長方法の一例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されるわけではない。
チョクラルスキー法により、石英坩堝内で溶融したシリコン原料の溶融液から単結晶を引き上げて成長させる方法において、シリコン単結晶を引き上げて成長させる際に、石英坩堝の外壁側が正極、シリコン単結晶を引き上げる引上ワイヤーまたは引上シャフト側が負極となるように直流電圧を印加して、単結晶引き上げ中を通してシリコン単結晶に流れる電流を一定の値として、シリコン単結晶を成長させる。
このような本発明方法は、例えば上記のような装置を用いて実施することができる。
【００４６】
上記のように、定電流装置を用いて単結晶引き上げ中を通してシリコン単結晶に流れる電流を一定にすることで、石英坩堝との接触面積が変化して回路抵抗が変化したり、用いた石英坩堝中のアルカリ金属イオン濃度が異なっていたとしても、確実に所定値の電流を流すことができるので、アルカリ金属イオンを石英坩堝の内壁表面に移動させ適切な失透を発生させることができる。従って、単結晶育成時の有転位化を防止し、単結晶歩留まりと生産性を向上させることができる。また、定電流であるので、単結晶中に取り込まれるアルカリ金属の濃度を一定にできるので、ウェーハに切り出した後の熱酸化処理で、酸化膜厚のばらつきを抑制することができる。
【００４７】
この場合、石英坩堝は、アルカリ金属イオンを含有する天然石英を外壁、天然石英に比べアルカリ金属イオン含有量が少ない合成石英を内壁とすることができる。
これによって、前述のように、適度な失透と、シリコン単結晶中のＬｉ濃度を均一でかつ低くすることができる。
【００４８】
また、シリコン単結晶に流れる電流を０．１ｍＡ以上、１５ｍＡ以下とすることができる。
このように、シリコン単結晶に流れる電流値を、石英坩堝中のアルカリ金属イオン濃度に従い以上の範囲で選択すれば、石英坩堝内壁に適度な失透を発生させつつ、シリコン単結晶のＬｉ濃度を均一に制御し、かつ低くすることができる。
【００４９】
この場合、選択する電流値としては、シリコン単結晶の引き上げ中に、前記石英坩堝の内壁表面で失透した面積をＶｃとし、溶融初期において前記石英坩堝の内壁表面が溶融液と接触する面積をＶｉとした場合に、失透面積率Ｖｃ／Ｖｉが２０％以上となる電流値で一定に設定して単結晶シリコンを成長させるのが好ましい。
これによって、より確実に単結晶の有転位化を防止できる。
【実施例】
【００５０】
次に本発明の実施例、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）
図１に示す引き上げ装置を用いて、内径４５０ｍｍの石英坩堝にシリコン原料７０ｋｇを充填し、溶融液を形成した後に、直径１５０ｍｍのシリコン単結晶を引き上げ、成長させた。使用した石英坩堝のＬｉ含有量は０．５ｐｐｍとし、石英坩堝の外壁側が正極となるよう直流電圧を印加し、種結晶と石英坩堝外壁間に流れる電流値がシリコン単結晶の引き上げの全プロセスに亘って０．５ｍＡ一定となるようにしてシリコン単結晶の引き上げを行った。
その後、３バッチの単結晶歩留まり、石英坩堝内壁の失透面積率、シリコン単結晶中のＬｉ濃度、およびそのシリコン単結晶の肩部、中央部、尾部から切り出したウェーハの熱酸化後の酸化膜厚を測定した。
【００５１】
ここで、Ｌｉ濃度の測定フローを以下に示す。すなわち、得られたシリコン単結晶インゴットをスライスしてウェーハを切り出し、エッチング（ＣＷ）、研磨（ＰＷ）等を施した。ウェーハ中のＬｉは、熱酸化処理を行うと酸化膜中に移動しトラップされるため、次に熱処理炉で９００℃１０分間の酸化処理を行いウェーハに酸化膜を形成し、最後にウェーハの酸化膜中のＬｉ濃度をＩＣＰ−ＭＳで測定した。
【００５２】
（比較例１）
上記実施例のシリコン単結晶の成長方法において、種結晶と石英坩堝外壁間の電位差を０Ｖとして電流を流さない条件で成長させたシリコン単結晶についても実施例と同様の評価を行った。
【００５３】
（比較例２）
またさらに、上記実施例のシリコン単結晶の成長方法において、種結晶と石英坩堝外壁間の電位差を１２Ｖで固定し（図６に示すようにシリコン単結晶の成長プロセス中に電流値は変化する）、その条件で引き上げて成長させたシリコン単結晶についても実施例・比較例１と同様の評価を行った。
【００５４】
図３は、実施例と比較例１、２における単結晶歩留まりを示す図である。
実施例では、比較例１に比べて高歩留まりを確保することができた。また、比較例２も比較例１に比べ高歩留まりであった。
【００５５】
実施例での石英坩堝内壁の失透面積率は２０〜３０％となり、引き上げ中のシリコン単結晶の有転位化を抑制するのに充分な失透を得ることができた。なお、比較例２では、９０〜１００％の高い失透面積率であった。このときの電流値の変動の様子を図６に示す。このように、比較例２では、比較的高い定電圧を印加しているので、電流が流れてはいるが、変動が激しいことが判る。
【００５６】
図２は、実施例および比較例におけるシリコン単結晶中のＬｉ濃度の測定結果である。実施例におけるシリコン単結晶中のＬｉ濃度は、比較例２に比べて格段に低く、比較例１と同程度の水準でわずかに高いだけであった。
【００５７】
図４は、実施例および比較例におけるシリコン単結晶から切り出したウェーハに熱酸化処理を行った後の酸化膜厚の測定結果である。実施例におけるシリコンウェーハの酸化膜厚は、比較例２に比べて薄く、比較例１と同程度の水準であった。しかも実施例では厚さばらつきはほとんどなかったが、比較例２ではウェーハによって酸化膜厚に大幅なばらつきがあった。
【００５８】
以上のことから、本発明のシリコン単結晶の成長方法および引き上げ装置によれば、シリコン単結晶引き上げ過程において、石英坩堝の内壁表面を効率よく失透させることができ、かつシリコン単結晶中に取り込まれるＬｉを抑制できるし、均一とすることができる。
【００５９】
これにより、長時間に亘る単結晶引き上げの操業に際しても、単結晶育成時の有転位化を防止し、単結晶歩留まりと生産性を向上させることができるとともに、酸化膜形成時に悪影響を及ぼすＬｉ濃度の低減とばらつきの抑制が可能になる為、半導体デバイス用のシリコン単結晶の製造分野において、広く利用することができる。
【００６０】
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】
【００６１】
【図１】本発明のシリコン単結晶の引き上げ装置の断面構成例を模式的に示す図である。
【図２】実施例および比較例におけるシリコン単結晶中のＬｉ濃度を示す図である。
【図３】実施例および比較例における単結晶歩留まりを示す図である。
【図４】実施例および比較例におけるシリコン単結晶から切り出したウェーハに熱酸化処理を行った酸化膜厚を示す図である。
【図５】ＣＺ法によるシリコン単結晶の成長方法を実施するのに適した引き上げ装置の要部構成を模式的に示す図である。
【図６】比較例２において、電圧差を１２Ｖとした場合の各工程における電流値の変動の様子を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１１ａ…石英坩堝、 １１ｂ…黒鉛坩堝、 １２…ヒーター、 １３…溶融液、 １４…シリコン単結晶、 １５…引き上げ軸、 １６…支持軸、 １７…種結晶、 １８ａ…保温筒、 １８ｂ…保温板、 １９ａ…メインチャンバー、 １９ｂ…プルチャンバー、 ２０…直流電源装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン単結晶の成長方法およびそれに用いる単結晶の引き上げ装置に関し、より詳しくは、単結晶歩留まりと生産性を向上させることができるシリコン単結晶の成長方法及び引き上げ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板に用いられるシリコン単結晶を製造する方法には種々の方法があるが、そのなかでも回転引き上げ法として広く採用されているチョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という）がある。
【０００３】
図５は、ＣＺ法によるシリコン単結晶の成長方法を実施するのに適した引き上げ装置の要部構成を模式的に示す図である。
引き上げ装置の外観は図示しないチャンバーで構成され、その中心部に坩堝が配設されている。この坩堝は二重構造であり、有底円筒状をなす石英製の内層保持容器（以下、単に「石英坩堝１１ａ」という）と、その石英坩堝１１ａの外側を保持すべく適合された同じく有底円筒状の黒鉛製の外層保持容器（以下、単に「黒鉛坩堝１１ｂ」という）とから構成されている。
【０００４】
これらの坩堝は、回転および昇降が可能になるように支持軸１６の上端部に固定されている。そして、坩堝の外側には抵抗加熱式ヒーター１２が概ね同心円状に配設されており、前記坩堝内に投入された所定重量のシリコン原料はヒーター１２により溶融され、溶融液１３が形成される。
【０００５】
溶融液１３を充填した前記坩堝の中心軸上には、支持軸１６と同一軸上で逆方向または同方向に所定の速度で回転する引上ワイヤー（または引上シャフト、以下両者を合わせて「引き上げ軸」という）１５が配設されており、引き上げ軸１５の下端には種結晶１７が保持されている。
【０００６】
このような引き上げ装置にあっては、石英坩堝内にシリコン原料を投入し、減圧下の不活性ガス雰囲気中でシリコン原料を坩堝の周囲に配設したヒーターにて溶融した後、形成された溶融液の表面に引き上げ軸の下端に保持された種結晶を浸漬し、坩堝および引き上げ軸を回転させつつ、引き上げ軸を上方に引き上げて種結晶の下端面に結晶を成長させる。
【０００７】
ＣＺ法では、種結晶に元から含まれる転位や、着液時の熱ショックで導入される転位を除去するために、種結晶の下端面から成長する結晶を一旦直径３ｍｍ程度まで細く絞るネック工程を経て、所定の直径を有するボディ（定径部）にするための肩を形成した後、所定の直径でシリコン単結晶１４を成長させる。この間、石英坩堝を種結晶と同方向または逆方向に回転させる。単結晶が目標の長さに達すると終端部のテイル絞りを行い、単結晶の育成を終了する。
【０００８】
前述の通り、ＣＺ法によるシリコン単結晶の引き上げでは、二重構造の坩堝のうち石英坩堝によって、シリコン原料を溶融した溶融液が保持される。この石英坩堝がシリコン溶融液を保持する際には、坩堝表面は１５００℃以上の高温に晒されており、その時間は原料シリコンの充填量、結晶成長速度などの条件により異なるものの、通常、数十時間以上に及ぶことになる。
【０００９】
さらに、最近では、単結晶引き上げの生産性を高めるため、同一の坩堝から複数本の単結晶を製造するリチャージ引き上げ法（ＲＣＣＺ法、例えば非特許文献１参照）が開発されている。このようなリチャージ引き上げ法では、石英坩堝がシリコン溶融液に晒される時間が１００時間を超える場合もある。
【００１０】
通常、石英坩堝の内壁表面には、高温状態のシリコン溶融液と接触する間に、ブラウニッシュリングと呼ばれる褐色のクリストバライトが生成され、次第に成長していく。このブラウニッシュリングが、単結晶の引き上げ過程で剥離すると、それが結晶成長を阻害し、結晶中に有転位化を招くことになる。
【００１１】
このような坩堝内表面の結晶化にともなう有転位化を防止するため、石英坩堝にＮａ、ＫおよびＬｉのうち１種または２種以上のアルカリ金属イオンを含有させ、当該石英坩堝の外壁側が正極、種結晶側（シリコン単結晶側）が負極となるよう一定の値の直流電圧を印加し、石英坩堝の内壁表面に失透を発生させる方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【００１２】
しかし、上記の方法を用いても、坩堝表面に失透を十分に発生させることができない場合があり、シリコン単結晶中の転位の発生を防止するには不十分であった。また、得られた単結晶の特性が安定しないといった問題も発生した。
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−３６５６８号公報
【非特許文献１】志村史夫著、「半導体シリコン結晶工学」ｐ７２−７３、丸善
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、シリコン単結晶の成長過程において、石英坩堝の内壁表面に適切な結晶化層すなわち失透を発生させると同時に、シリコン単結晶中のＬｉ濃度を制御することにより、単結晶育成時の有転位化を防止し、単結晶歩留まりと生産性を向上させることができると共に、ウェーハに切り出した後の熱酸化処理で、酸化膜厚のばらつきを抑制できるシリコン単結晶の成長方法および引き上げ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明は、チョクラルスキー法により、石英坩堝内で溶融したシリコン原料の溶融液から単結晶を引き上げて成長させる方法において、前記石英坩堝の外壁側が正極、シリコン単結晶を引き上げる引上ワイヤーまたは引上シャフト側が負極となるよう直流電圧を印加し、単結晶引き上げ中を通してシリコン単結晶に流れる電流を一定にして単結晶を成長させることを特徴とするシリコン単結晶の成長方法を提供する（請求項１）。
【００１６】
このように、単結晶引き上げ中を通してシリコン単結晶に流れる電流を一定にすることで、石英坩堝の内壁表面に適切な失透を発生させ、単結晶育成時の有転位化を防止し、単結晶歩留まりと生産性を向上させることができると共に、成長中に結晶に取り込まれるアルカリ金属イオンの量を均一にして、ウェーハに切り出した後の熱酸化処理で、酸化膜厚のばらつきを抑制することができる。
【００１７】
また、本発明の成長方法では、前記石英坩堝として、石英坩堝の外壁側はアルカリ金属イオンを含む天然石英とし、内壁側はアルカリ金属イオンが天然石英より少ない合成石英とした坩堝を使用することが好ましい（請求項２）。
これにより、上記効果を一層向上できるとともに、特にシリコン単結晶中のＬｉ濃度を低くすることができる。
【００１８】
また、本発明の成長方法では、前記シリコン単結晶に流れる電流を０．１ｍＡ以上、１５ｍＡ以下とすることが好ましい（請求項３）。
このような電流値の範囲内で、使用した石英坩堝中のアルカリ金属イオン濃度に従い電流値を選択すれば、適度な失透を発生させつつ、シリコン単結晶のＬｉ濃度を均一に制御し、かつ低くすることができる。
【００１９】
また、本発明の成長方法では、前記単結晶の引き上げ中に、前記石英坩堝の内壁表面で失透した面積をＶｃとし、溶融初期において前記石英坩堝の内壁表面が溶融液と接触する面積をＶｉとした場合に、失透面積率Ｖｃ／Ｖｉが２０％以上となる電流値で一定に設定して単結晶シリコンを成長させることが好ましい（請求項４）。
これによって、結晶の有転位化をより確実に抑制することができる。
【００２０】
また、本発明では、チョクラルスキー法により、石英坩堝内で溶融したシリコン原料の溶融液から単結晶を引き上げる装置において、少なくとも前記溶融液に浸漬し、その下端面に単結晶を成長させつつ引き上げられる種結晶を引き上げる引上ワイヤーまたは引上シャフトと、前記石英坩堝の外壁とに電圧を印加可能に接続され、前記種結晶と石英坩堝外壁を流れる電流が一定になるよう直流電圧を制御する定電流装置を備え、前記石英坩堝の外壁側が正極となるよう直流電圧が印加されるものであることを特徴とするシリコン単結晶の引き上げ装置を提供する（請求項５）。
【００２１】
このような定電流装置を備えることによって、単結晶引き上げ中を通してシリコン単結晶に流れる電流を一定に制御することが可能となり、石英坩堝の内壁表面に適切な失透を発生させ、単結晶育成時の有転位化を防止し、単結晶歩留まりと生産性を向上させることができると共に、ウェーハに切り出した後の熱酸化処理で、酸化膜厚のばらつきを抑制することができる。
【００２２】
また、前記坩堝は、アルカリ金属イオンを含有する天然石英からなる外壁と、該天然石英よりアルカリ金属イオンが少ない合成石英を内壁としたものとすることが好ましい（請求項６）。
このことによって、適度な失透の発生と、シリコン単結晶中のＬｉ濃度を低い濃度で一定とすることができる。
【００２３】
また本発明では、前記定電流装置は、前記種結晶と石英坩堝の外壁を流れる電流を０．１ｍＡ以上、１５ｍＡ以下の一定電流に制御するものとすることが好ましい（請求項７）。
このような電流値の範囲内で、石英坩堝中のアルカリ金属イオン濃度に従い電流値を選択し、制御すれば、適度な失透を発生させつつ、シリコン単結晶のＬｉ濃度を均一に制御し、かつ低くすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明では、シリコン単結晶を成長させる際に、石英坩堝の外壁側が正極、シリコン単結晶を引き上げる引上ワイヤーまたは引上シャフト側が負極となるよう直流電圧を印加し、単結晶引き上げ中を通してシリコン単結晶に流れる電流を一定にして単結晶を成長させる。これによって石英坩堝の内壁表面を効率よく失透させることができ、単結晶育成時の有転位化を防止し、単結晶歩留まりと生産性を向上させることができるとともに、シリコン単結晶のＬｉ濃度を均一に制御でき、そこから切り出したウェーハを熱酸化した時の酸化膜厚ばらつきを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、石英坩堝にＮａ、ＫおよびＬｉのうち１種または２種以上のアルカリ金属を含有させて、前記石英坩堝の外壁側が正極、種結晶側（シリコン単結晶側）が負極となるよう直流電圧を印加し、石英坩堝の内壁表面に失透をさせることによって、坩堝内表面の結晶化に伴う有転位化を防ぐ方法が開示されたが、有転位化防止に対しては不十分であった。そこで、本発明者らは、まずその原因を探ることにした。
【００２６】
従来の一定値の直流電圧を印加する方法だと、シリコン単結晶の引き上げが進むにつれて、シリコン原料を溶融した溶融液と石英坩堝の接触面積が減少する為、前記シリコン単結晶と石英坩堝の外壁間の回路抵抗が高くなり、シリコン単結晶を流れる電流が低くなっていくことがわかった。
しかし石英坩堝の内壁表面を失透させるにはある一定以上の電流を流す必要がある。
したがって、石英坩堝の内壁表面に失透をさせるには、ある一定値以上の直流電圧を印加する必要がある。
【００２７】
しかし、シリコン単結晶と石英坩堝の外壁間に電流が流れると、石英坩堝に含有されたＬｉが溶融液側に移動し溶融液を経てシリコン単結晶に取り込まれることがわかった。そしてシリコン単結晶に取り込まれるＬｉは電流が高いほど多くなることもわかった。
【００２８】
またＬｉが取り込まれたシリコン単結晶から切り出されたウェーハは、熱酸化処理における酸化膜の成長速度が速くなり、その成長速度は単結晶中のＬｉ濃度が高いほど速くなることがわかった。従って、シリコン単結晶中のＬｉ濃度が不均一になると、そこから切り出されたウェーハ中のＬｉ濃度もばらつき、よってウェーハの酸化膜厚がばらついてしまうという問題が起きることがわかった。
【００２９】
そこで、前記ウェーハの酸化膜厚のばらつきを減少させるには、シリコン単結晶中のＬｉ濃度をある一定濃度以下に抑える必要があるが、そのためにはシリコン単結晶を流れる電流を低くする必要があり、印加する直流電圧を下げなければならない。
【００３０】
しかし、印加する直流電圧を下げると、今度は、石英坩堝の内壁表面に失透がしにくくなり、内壁表面の浸食や劣化防止による単結晶の有転位化の抑制効果が得られなくなってしまうため、単結晶歩留まりと生産性を向上できなくなってしまうことがわかった。
【００３１】
そこで、本発明者らは、直流電圧を印加しながらのシリコン単結晶の引き上げ過程における石英坩堝の内壁表面の失透（結晶化）の状態と、その時のシリコン単結晶中のＬｉ濃度およびウェーハ切り出し後の酸化膜厚について、詳細な検討を行った。
【００３２】
その結果、単結晶中を流れる電流はシリコン単結晶の引き上げ（言い換えると溶融液と石英坩堝の接触面積の減少）が進むにつれて低くなり、シリコン単結晶中のＬｉ濃度も引き上げ方向に低くなることを発見した。
【００３３】
さらに、シリコン単結晶から切り出したウェーハのＬｉ濃度が高いほど、熱酸化時の酸化膜厚が厚くなること、またＬｉ濃度を一定以下に抑えることで、直流電圧印加を行わない従来の方法で引き上げられたシリコン単結晶から切り出されたウェーハと酸化膜厚を同等にできることを発見した。
【００３４】
また、石英坩堝の内壁表面を効率的に失透させるのに必要な電流値の調査を行い、ウェーハの酸化膜厚に影響しないＬｉ濃度と効率的に石英坩堝の内壁表面を失透させることの両立が図れる電流値の範囲が存在することを知見した。
【００３５】
そして、シリコン単結晶引き上げ中の電流を、前記電流値に一定制御することで、シリコン単結晶の引き上げ方向全域で均一なＬｉ濃度が得られることを知見した。
【００３６】
また、微量のアルカリ金属イオンを含有した外壁と、外壁に比べアルカリ金属イオンを含有しない内壁とした石英坩堝を使用した場合に、内壁表面を効率的に失透させながらも、シリコン単結晶中のＬｉ濃度を抑制しつつ、引き上げ方向で均一なＬｉ濃度を得ることが容易になることを知見した。
【００３７】
本発明は、上記の発見および知見に基づいて完成されたものであり、以下、本発明について図面を参照しながら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。
図１は本発明のシリコン単結晶の引き上げ装置の断面構成例を模式的に示す図である。本発明のシリコン単結晶の成長方法に用いる引き上げ装置は以下に示すとおりである。
【００３８】
中空円筒状のチャンバーで外観を構成し、そのチャンバーは下部円筒をなすメインチャンバー１９ａと、メインチャンバー１９ａに連接固定された上部円筒をなすプルチャンバー１９ｂとから構成され、その中心部に坩堝が配設されている。この坩堝は二重構造であり、有底円筒状をなす石英製の内層保持容器（以下、単に「石英坩堝１１ａ」という）と、その石英坩堝１１ａの外側を保持すべく適合された同じく有底円筒状の黒鉛製の外層保持容器（「黒鉛坩堝１１ｂ」）とから構成されている。
【００３９】
二重構造からなる坩堝の外側にはヒーター１２が配設され、ヒーター１２の外側周辺には保温筒１８ａが同心円状に配設され、またその下方で装置底部には保温板１８ｂが配設されている。さらに、引き上げ軸１５の先端に保持された種結晶１７と支持軸１６に支持された坩堝との間に、一定の直流電流を流すための直流電圧を印加するための直流電源装置２０が設置されている。
【００４０】
そして、前記坩堝内に投入された所定重量のシリコン原料が溶融され、溶融液１３が形成される。形成された溶融液１３の表面に種結晶１７を浸漬し、坩堝および引き上げ軸１５を回転させつつ、引き上げ軸１５を上方に引き上げて種結晶１７の下端面にシリコン単結晶１４を成長させる。
【００４１】
このように、定電流装置を使用し、単結晶引き上げ中を通してシリコン単結晶に流れる電流を一定にするによって、石英坩堝の内壁表面に適切な失透を発生させ、単結晶育成時の有転位化を防止し、単結晶歩留まりと生産性を向上させることができると共に、単結晶中に取り込まれるＬｉ濃度を均一にすることができるので、ウェーハに切り出した後の熱酸化処理で、酸化膜厚のばらつきを抑制することができる。
【００４２】
また、この場合、石英坩堝としてアルカリ金属イオンを含有する天然石英からなる外壁と、該天然石英に比べアルカリ金属イオンの含有量が少ない合成石英を内壁とした石英坩堝を使用することができる。
このことによって、石英坩堝全体に含まれるアルカリ金属イオンの濃度を低減できるので、シリコン単結晶中のＬｉ濃度を低い濃度で一定にすることができる。従って、適度の失透と均一な特性を得ることができる。
【００４３】
この天然石英中のアルカリ金属イオンとはＮａ、ＫおよびＬｉのうち１種または２種以上のことであり、また合成石英のアルカリ金属イオンの含有量の合計は０．０１〜１０ｐｐｍ、より好ましくは０．０１ｐｐｍ〜５ｐｐｍの範囲であるものが好適である。
【００４４】
また、定電流装置は、種結晶と石英坩堝の間に流れる電流を０．１ｍＡ以上、１５ｍＡ以下の一定電流に制御することができる。より好ましくは０．１ｍＡ〜３ｍＡである。
このような電流値の範囲内で、石英坩堝中のアルカリ金属イオン濃度に従い電流値を選択し、制御すれば、適度な失透を発生させつつ、シリコン単結晶のＬｉ濃度を均一に制御し、かつ低くすることができる。
【００４５】
本発明のシリコン単結晶の成長方法の一例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されるわけではない。
チョクラルスキー法により、石英坩堝内で溶融したシリコン原料の溶融液から単結晶を引き上げて成長させる方法において、シリコン単結晶を引き上げて成長させる際に、石英坩堝の外壁側が正極、シリコン単結晶を引き上げる引上ワイヤーまたは引上シャフト側が負極となるように直流電圧を印加して、単結晶引き上げ中を通してシリコン単結晶に流れる電流を一定の値として、シリコン単結晶を成長させる。
このような本発明方法は、例えば上記のような装置を用いて実施することができる。
【００４６】
上記のように、定電流装置を用いて単結晶引き上げ中を通してシリコン単結晶に流れる電流を一定にすることで、石英坩堝との接触面積が変化して回路抵抗が変化したり、用いた石英坩堝中のアルカリ金属イオン濃度が異なっていたとしても、確実に所定値の電流を流すことができるので、アルカリ金属イオンを石英坩堝の内壁表面に移動させ適切な失透を発生させることができる。従って、単結晶育成時の有転位化を防止し、単結晶歩留まりと生産性を向上させることができる。また、定電流であるので、単結晶中に取り込まれるアルカリ金属の濃度を一定にできるので、ウェーハに切り出した後の熱酸化処理で、酸化膜厚のばらつきを抑制することができる。
【００４７】
この場合、石英坩堝は、アルカリ金属イオンを含有する天然石英を外壁、天然石英に比べアルカリ金属イオン含有量が少ない合成石英を内壁とすることができる。
これによって、前述のように、適度な失透と、シリコン単結晶中のＬｉ濃度を均一でかつ低くすることができる。
【００４８】
また、シリコン単結晶に流れる電流を０．１ｍＡ以上、１５ｍＡ以下とすることができる。
このように、シリコン単結晶に流れる電流値を、石英坩堝中のアルカリ金属イオン濃度に従い以上の範囲で選択すれば、石英坩堝内壁に適度な失透を発生させつつ、シリコン単結晶のＬｉ濃度を均一に制御し、かつ低くすることができる。
【００４９】
この場合、選択する電流値としては、シリコン単結晶の引き上げ中に、前記石英坩堝の内壁表面で失透した面積をＶｃとし、溶融初期において前記石英坩堝の内壁表面が溶融液と接触する面積をＶｉとした場合に、失透面積率Ｖｃ／Ｖｉが２０％以上となる電流値で一定に設定して単結晶シリコンを成長させるのが好ましい。
これによって、より確実に単結晶の有転位化を防止できる。
【実施例】
【００５０】
次に本発明の実施例、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）
図１に示す引き上げ装置を用いて、内径４５０ｍｍの石英坩堝にシリコン原料７０ｋｇを充填し、溶融液を形成した後に、直径１５０ｍｍのシリコン単結晶を引き上げ、成長させた。使用した石英坩堝のＬｉ含有量は０．５ｐｐｍとし、石英坩堝の外壁側が正極となるよう直流電圧を印加し、種結晶と石英坩堝外壁間に流れる電流値がシリコン単結晶の引き上げの全プロセスに亘って０．５ｍＡ一定となるようにしてシリコン単結晶の引き上げを行った。
その後、３バッチの単結晶歩留まり、石英坩堝内壁の失透面積率、シリコン単結晶中のＬｉ濃度、およびそのシリコン単結晶の肩部、中央部、尾部から切り出したウェーハの熱酸化後の酸化膜厚を測定した。
【００５１】
ここで、Ｌｉ濃度の測定フローを以下に示す。すなわち、得られたシリコン単結晶インゴットをスライスしてウェーハを切り出し、エッチング（ＣＷ）、研磨（ＰＷ）等を施した。ウェーハ中のＬｉは、熱酸化処理を行うと酸化膜中に移動しトラップされるため、次に熱処理炉で９００℃１０分間の酸化処理を行いウェーハに酸化膜を形成し、最後にウェーハの酸化膜中のＬｉ濃度をＩＣＰ−ＭＳで測定した。
【００５２】
（比較例１）
上記実施例のシリコン単結晶の成長方法において、種結晶と石英坩堝外壁間の電位差を０Ｖとして電流を流さない条件で成長させたシリコン単結晶についても実施例と同様の評価を行った。
【００５３】
（比較例２）
またさらに、上記実施例のシリコン単結晶の成長方法において、種結晶と石英坩堝外壁間の電位差を１２Ｖで固定し（図６に示すようにシリコン単結晶の成長プロセス中に電流値は変化する）、その条件で引き上げて成長させたシリコン単結晶についても実施例・比較例１と同様の評価を行った。
【００５４】
図３は、実施例と比較例１、２における単結晶歩留まりを示す図である。
実施例では、比較例１に比べて高歩留まりを確保することができた。また、比較例２も比較例１に比べ高歩留まりであった。
【００５５】
実施例での石英坩堝内壁の失透面積率は２０〜３０％となり、引き上げ中のシリコン単結晶の有転位化を抑制するのに充分な失透を得ることができた。なお、比較例２では、９０〜１００％の高い失透面積率であった。このときの電流値の変動の様子を図６に示す。このように、比較例２では、比較的高い定電圧を印加しているので、電流が流れてはいるが、変動が激しいことが判る。
【００５６】
図２は、実施例および比較例におけるシリコン単結晶中のＬｉ濃度の測定結果である。実施例におけるシリコン単結晶中のＬｉ濃度は、比較例２に比べて格段に低く、比較例１と同程度の水準でわずかに高いだけであった。
【００５７】
図４は、実施例および比較例におけるシリコン単結晶から切り出したウェーハに熱酸化処理を行った後の酸化膜厚の測定結果である。実施例におけるシリコンウェーハの酸化膜厚は、比較例２に比べて薄く、比較例１と同程度の水準であった。しかも実施例では厚さばらつきはほとんどなかったが、比較例２ではウェーハによって酸化膜厚に大幅なばらつきがあった。
【００５８】
以上のことから、本発明のシリコン単結晶の成長方法および引き上げ装置によれば、シリコン単結晶引き上げ過程において、石英坩堝の内壁表面を効率よく失透させることができ、かつシリコン単結晶中に取り込まれるＬｉを抑制できるし、均一とすることができる。
【００５９】
これにより、長時間に亘る単結晶引き上げの操業に際しても、単結晶育成時の有転位化を防止し、単結晶歩留まりと生産性を向上させることができるとともに、酸化膜形成時に悪影響を及ぼすＬｉ濃度の低減とばらつきの抑制が可能になる為、半導体デバイス用のシリコン単結晶の製造分野において、広く利用することができる。
【００６０】
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】
【００６１】
【図１】本発明のシリコン単結晶の引き上げ装置の断面構成例を模式的に示す図である。
【図２】実施例および比較例におけるシリコン単結晶中のＬｉ濃度を示す図である。
【図３】実施例および比較例における単結晶歩留まりを示す図である。
【図４】実施例および比較例におけるシリコン単結晶から切り出したウェーハに熱酸化処理を行った酸化膜厚を示す図である。
【図５】ＣＺ法によるシリコン単結晶の成長方法を実施するのに適した引き上げ装置の要部構成を模式的に示す図である。
【図６】比較例２において、電圧差を１２Ｖとした場合の各工程における電流値の変動の様子を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１１ａ…石英坩堝、 １１ｂ…黒鉛坩堝、 １２…ヒーター、 １３…溶融液、 １４…シリコン単結晶、 １５…引き上げ軸、 １６…支持軸、 １７…種結晶、 １８ａ…保温筒、 １８ｂ…保温板、 １９ａ…メインチャンバー、 １９ｂ…プルチャンバー、 ２０…直流電源装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法により、石英坩堝内で溶融したシリコン原料の溶融液から単結晶を引き上げて成長させる方法において、前記石英坩堝の外壁側が正極、シリコン単結晶を引き上げる引上ワイヤーまたは引上シャフト側が負極となるよう直流電圧を印加し、単結晶引き上げ中を通してシリコン単結晶に流れる電流を一定にして単結晶を成長させることを特徴とするシリコン単結晶の成長方法。
【請求項２】
前記石英坩堝として、石英坩堝の外壁側はアルカリ金属イオンを含む天然石英とし、内壁側はアルカリ金属イオンが天然石英より少ない合成石英とした坩堝を使用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成長方法。
【請求項３】
前記シリコン単結晶に流れる電流を０．１ｍＡ以上、１５ｍＡ以下とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項４】
前記単結晶の引き上げ中に、前記石英坩堝の内壁表面で失透した面積をＶｃとし、溶融初期において前記石英坩堝の内壁表面が溶融液と接触する面積をＶｉとした場合に、失透面積率Ｖｃ／Ｖｉが２０％以上となる電流値で一定に設定して単結晶シリコンを成長させ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１項に記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項５】
チョクラルスキー法により、石英坩堝内で溶融したシリコン原料の溶融液から単結晶を引き上げる装置において、少なくとも前記溶融液に浸漬し、その下端面に単結晶を成長させつつ引き上げられる種結晶を引き上げる引上ワイヤーまたは引上シャフトと、前記石英坩堝の外壁とに電圧を印加可能に接続され、前記種結晶と石英坩堝外壁を流れる電流が一定になるよう直流電圧を制御する定電流装置を備え、前記石英坩堝の外壁側が正極となるよう直流電圧が印加されるものであることを特徴とするシリコン単結晶の引き上げ装置。
【請求項６】
前記坩堝は、アルカリ金属イオンを含有する天然石英からなる外壁と、該天然石英よりアルカリ金属イオンが少ない合成石英を内壁としたものであることを特徴とするシリコン単結晶の引き上げ装置。
【請求項７】
前記定電流装置は、前記種結晶と石英坩堝の外壁を流れる電流を０．１ｍＡ以上、１５ｍＡ以下の一定電流に制御するものであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のシリコン単結晶の引き上げ装置。
【請求項１】
チョクラルスキー法により、石英坩堝内で溶融したシリコン原料の溶融液から単結晶を引き上げて成長させる方法において、前記石英坩堝の外壁側が正極、シリコン単結晶を引き上げる引上ワイヤーまたは引上シャフト側が負極となるよう直流電圧を印加し、単結晶引き上げ中を通してシリコン単結晶に流れる電流を一定にして単結晶を成長させることを特徴とするシリコン単結晶の成長方法。
【請求項２】
前記石英坩堝として、石英坩堝の外壁側はアルカリ金属イオンを含む天然石英とし、内壁側はアルカリ金属イオンが天然石英より少ない合成石英とした坩堝を使用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成長方法。
【請求項３】
前記シリコン単結晶に流れる電流を０．１ｍＡ以上、１５ｍＡ以下とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項４】
前記単結晶の引き上げ中に、前記石英坩堝の内壁表面で失透した面積をＶｃとし、溶融初期において前記石英坩堝の内壁表面が溶融液と接触する面積をＶｉとした場合に、失透面積率Ｖｃ／Ｖｉが２０％以上となる電流値で一定に設定して単結晶シリコンを成長させ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１項に記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項５】
チョクラルスキー法により、石英坩堝内で溶融したシリコン原料の溶融液から単結晶を引き上げる装置において、少なくとも前記溶融液に浸漬し、その下端面に単結晶を成長させつつ引き上げられる種結晶を引き上げる引上ワイヤーまたは引上シャフトと、前記石英坩堝の外壁とに電圧を印加可能に接続され、前記種結晶と石英坩堝外壁を流れる電流が一定になるよう直流電圧を制御する定電流装置を備え、前記石英坩堝の外壁側が正極となるよう直流電圧が印加されるものであることを特徴とするシリコン単結晶の引き上げ装置。
【請求項６】
前記坩堝は、アルカリ金属イオンを含有する天然石英からなる外壁と、該天然石英よりアルカリ金属イオンが少ない合成石英を内壁としたものであることを特徴とするシリコン単結晶の引き上げ装置。
【請求項７】
前記定電流装置は、前記種結晶と石英坩堝の外壁を流れる電流を０．１ｍＡ以上、１５ｍＡ以下の一定電流に制御するものであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のシリコン単結晶の引き上げ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２５４９４９（Ｐ２００８−２５４９４９Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９７０９６（Ｐ２００７−９７０９６）
【出願日】平成１９年４月３日（２００７．４．３）
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月３日（２００７．４．３）
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【Ｆターム（参考）】
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