JP2003002784A

JP2003002784A - シリコン単結晶の引上げ方法

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Publication number: JP2003002784A
Application number: JP2001192162A
Authority: JP
Inventors: Shinrin Fu; 森林符; Yoji Suzuki; 洋二鈴木; Kazuhiro Harada; 和浩原田; Hisashi Furuya; 久降屋; Akira Higuchi; 朗樋口
Original assignee: Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2003-01-08
Anticipated expiration: 2021-06-26
Also published as: JP4102966B2

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的少ない電力及び比較的狭い空間で、無
欠陥であって、しかも酸素濃度が制御されたシリコン単
結晶のインゴットを比較的容易に製造する。【解決手段】石英るつぼ１４を所定の回転速度で回転
させ、シリコン単結晶のインゴット１６を所定の回転速
度で回転させる。石英るつぼ１４の回転軸をそれぞれコ
イル中心としかつ鉛直方向に所定の間隔をあけて第１及
び第２コイル１１，１２を配設し、これらのコイル１
１，１２に互いに逆向きの電流を流すことにより、各コ
イル中心から各コイル間の中立面１７ａを通るカスプ磁
場１７を発生させる。インゴット１６内がパーフェクト
領域となる引上げ速度でインゴットを引上げ、シリコン
融液１３とインゴット１６との固液界面１９形状が上側
に凸となるように、カスプ磁場１７の中立面１７ａの位
置と、カスプ磁場の強度と、石英るつぼ１４の回転速度
と、インゴット１６の回転速度とを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン融液にカ
スプ（ＣＵＳＰ）磁場を印加しながら、シリコン単結晶
のインゴットをシリコン融液から引上げる方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリコン単結晶の製造方法とし
て、シリコン単結晶のインゴットをチョクラルスキー法
（以下、ＣＺ法という）により引上げる方法が知られて
いる。このＣＺ法は、石英るつぼに貯留されたシリコン
融液に種結晶を接触させ、石英るつぼ及び種結晶を回転
させながら種結晶を引上げることにより、円柱状のシリ
コン単結晶のインゴットを製造する方法である。

【０００３】一方、半導体集積回路を製造する工程にお
いて、歩留りを低下させる原因として酸化誘起積層欠陥
（Oxidation Induced Stacking Fault、以下、ＯＳＦと
いう。）の核となる酸素析出物の微小欠陥や、結晶に起
因したパーティクル（Crystal Originated Particle、
以下、ＣＯＰという。）や、或いは侵入型転位（Inters
titial-type Large Dislocation、以下、ＬＤとい
う。）の存在が挙げられている。ＯＳＦは、結晶成長時
にその核となる微小欠陥が導入され、半導体デバイスを
製造する際の熱酸化工程等で顕在化し、作製したデバイ
スのリーク電流の増加等の不良原因になる。またＣＯＰ
は、鏡面研磨後のシリコンウェーハをアンモニアと過酸
化水素の混合液で洗浄したときにウェーハ表面に出現す
る結晶に起因したピットである。このウェーハをパーテ
ィクルカウンタで測定すると、このピットも本来のパー
ティクルとともに光散乱欠陥として検出される。

【０００４】このＣＯＰは電気的特性、例えば酸化膜の
経時絶縁破壊特性（Time Dependentdielectric Breakdo
wn、ＴＤＤＢ）、酸化膜耐圧特性（Time Zero Dielectr
icBreakdown、ＴＺＤＢ）等を劣化させる原因となる。
またＣＯＰがウェーハ表面に存在するとデバイスの配線
工程において段差を生じ、断線の原因となり得る。そし
て素子分離部分においてもリーク等の原因となり、製品
の歩留りを低くする。更にＬＤは、転位クラスタとも呼
ばれたり、或いはこの欠陥を生じたシリコンウェーハを
フッ酸を主成分とする選択エッチング液に浸漬するとピ
ットを生じることから転位ピットとも呼ばれる。このＬ
Ｄも、電気的特性、例えばリーク特性、アイソレーショ
ン特性等を劣化させる原因となる。この結果、半導体集
積回路を製造するために用いられるシリコンウェーハか
らＯＳＦ、ＣＯＰ及びＬＤを減少させることが必要とな
っている。

【０００５】このＯＳＦ、ＣＯＰ及びＬＤを有しない無
欠陥のシリコンウェーハを切出すためのシリコン単結晶
インゴットの製造方法が特開平１１−１３９３号公報に
開示されている。一般に、シリコン単結晶のインゴット
を速い速度で引上げると、インゴット内部に空孔型点欠
陥の凝集体が支配的に存在する領域［Ｖ］が形成され、
インゴットを遅い速度で引上げると、インゴット内部に
格子間シリコン型点欠陥の凝集体が支配的に存在する領
域［Ｉ］が形成される。このため上記製造方法では、イ
ンゴットを最適な引上げ速度で引上げることにより、上
記点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域［Ｐ］
からなるシリコン単結晶を製造できるようになってい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の特
開平１１−１３９３号公報に示されたシリコン単結晶イ
ンゴットの製造方法では、シリコン単結晶のインゴット
とシリコン融液との固液界面近傍での鉛直方向の温度勾
配が均一になるように制御する必要があり、この制御は
シリコン融液の残量の変化や対流の変化による影響を受
けるため、インゴットの直胴部全長にわたって、無欠陥
のシリコン単結晶を製造することは困難であった。本発
明の目的は、比較的少ない電力及び比較的狭い空間で、
無欠陥であって、しかも酸素濃度が制御されたシリコン
単結晶のインゴットを比較的容易に製造できる、シリコ
ン単結晶の引上げ方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１に示すように、シリコン融液１３を貯留する石英る
つぼ１４を所定の回転速度で回転させ、シリコン融液１
３から引上げられるシリコン単結晶のインゴット１６を
所定の回転速度で回転させ、石英るつぼ１４の外径より
大きなコイル直径を有する第１及び第２コイル１１，１
２を石英るつぼ１４の回転軸をそれぞれコイル中心とし
かつ鉛直方向に所定の間隔をあけて配設し、第１及び第
２コイルに互いに逆向きの電流を流すことにより第１及
び第２コイルの各コイル中心から第１及び第２コイル間
の中立面１７ａを通るカスプ磁場１７を発生させ、イン
ゴット１６内が格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空
孔型点欠陥の凝集体の存在しないパーフェクト領域とな
る引上げ速度でインゴット１６を引上げるシリコン単結
晶の引上げ方法の改良である。その特徴ある構成は、シ
リコン融液１３とインゴット１６との固液界面１９形状
が上側に凸となるように、カスプ磁場１７の中立面の位
置と、カスプ磁場の強度と、石英るつぼ１４の回転速度
と、インゴット１６の回転速度とを制御するところにあ
る。

【０００８】この請求項１に記載されたシリコン単結晶
の引上げ方法では、カスプ磁場１７の中立面の位置と、
カスプ磁場の強度と、石英るつぼ１４の回転速度と、イ
ンゴット１６の回転速度とを制御しながら、インゴット
を引上げると、シリコン融液１３に所定の対流２１〜２
３が発生し、これらの対流２１〜２３により固液界面１
９形状が上側に凸となる。この結果、固液界面の中心が
シリコン融液１３表面の延長面上より上方に位置するた
め、固液界面１９の中心における鉛直方向の温度勾配が
大きくなり、固液界面の中心における鉛直方向の温度勾
配と、固液界面の周縁における鉛直方向の温度勾配との
差が小さくなる。従って、略全長にわたって無欠陥で高
品質のシリコン単結晶のインゴット１６を比較的容易に
製造できる。

【０００９】ここで、カスプ磁場１７の中立面１７ａと
シリコン融液１３の表面との距離をＨとするとき、１０
０ｍｍ≦Ｈ≦１５００ｍｍを満たすように、上記中立面
１７ａをシリコン融液１３の表面の上方又は下方に制御
することが好ましい。また石英るつぼ１４の直径が大き
くなるに従ってカスプ磁場１７の強度が強くなるよう
に、第１及び第２コイル１１，１２に流す電流を制御す
ることができる。

【００１０】更に石英るつぼ１４の回転速度をＲ₁とし
かつシリコン単結晶のインゴット１６の回転速度をＲ₂
とするとき、Ｒ₁＝−（０〜０．８）Ｒ₂又はＲ₁＝＋
（０．１〜１．８）Ｒ₂を満たすように、石英るつぼ１
４及びインゴット１６の回転速度をそれぞれ制御するこ
とが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。図１に示すように、本発明のシリコ
ン単結晶の引上げ方法は、シリコン融液１３を貯留する
石英るつぼ１４を所定の回転速度Ｒ₁で回転させ、シリ
コン融液１３から引上げられるシリコン単結晶のインゴ
ット１６を所定の回転速度Ｒ₂で回転させ、かつシリコ
ン融液１３に第１及び第２コイル１１，１２を用いてカ
スプ磁場１７を印加しながら、上記シリコン融液１３か
ら上記インゴット１６を引上げる方法である。上記第１
及び第２コイル１１，１２は、石英るつぼ１４の外径よ
り大きなコイル直径を有し、石英るつぼの回転軸をそれ
ぞれコイル中心としかつ鉛直方向に所定の間隔をあけて
配設される。また第１及び第２コイル１１，１２には互
いに逆向きの電流が流され、これにより第１及び第２コ
イルの各コイル中心から第１及び第２コイル間の中立面
１７ａを通るカスプ磁場１７が発生するようになってい
る。なお、上記中立面１７ａは、第１及び第２コイル１
１，１２間における、鉛直方向の磁場強度がゼロとなる
水平面である。また、図１の符号１８は石英るつぼ１４
の外周面を包囲するヒータである。

【００１２】一方、上記インゴット１６は、このインゴ
ット内が格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点
欠陥の凝集体の存在しないパーフェクト領域となる引上
げ速度で引上げられる。即ち、インゴットは、ＣＺ法に
よりホットゾーン炉内のシリコン融液１３からボロンコ
フ（Voronkov）の理論に基づいた所定の引上げ速度プロ
ファイルで引上げられる。

【００１３】一般的に、ＣＺ法によりホットゾーン炉内
のシリコン融液１３からシリコン単結晶のインゴット１
６を引上げると、インゴット内には、点欠陥（point de
fect）と点欠陥の凝集体（agglomerates：三次元欠陥）
が発生する。点欠陥は空孔型点欠陥と格子間シリコン型
点欠陥という二つの一般的な形態がある。空孔型点欠陥
は一つのシリコン原子がシリコン結晶格子で正常的な位
置の一つから離脱したものである。このような空孔が空
孔型点欠陥になる。一方、原子がシリコン結晶の格子点
以外の位置（インタースチシャルサイト）で発見される
とこれが格子間シリコン点欠陥になる。

【００１４】点欠陥は一般的にシリコン融液１３とイン
ゴット１６の間の接触面、即ち固液界面１９で形成され
る。しかし、インゴット１６を継続的に引上げることに
よって固液界面１９であった部分は引上げとともに冷却
し始める。冷却の間、空孔型点欠陥又は格子間シリコン
型点欠陥は拡散により互いに合併して、空孔型点欠陥の
凝集体（vacancy agglomerates）又は格子間シリコン型
点欠陥の凝集体（interstitial agglomerates）が形成
される。言い換えれば、凝集体は点欠陥の合併に起因し
て発生する三次元構造となる。

【００１５】空孔型点欠陥の凝集体は、前述したＣＯＰ
の他に、ＬＳＴＤ（Laser Scattering Tomograph Defec
ts）又はＦＰＤ（Flow Pattern Defects）と呼ばれる欠
陥を含み、格子間シリコン型点欠陥の凝集体は前述した
ＬＤと呼ばれる欠陥を含む。ＦＰＤとは、インゴットを
スライスして作製されたシリコンウェーハを３０分間セ
コエッチング（Secco etching、ＨＦ：Ｋ₂Ｃｒ₂Ｏ₇(0.1
5mol/l)＝２：１の混合液によるエッチング）したとき
に現れる特異なフローパターンを呈する痕跡の源であ
り、ＬＳＴＤとは、シリコン単結晶内に赤外線を照射し
たときにシリコンとは異なる屈折率を有し散乱光を発生
する源である。

【００１６】ボロンコフの理論は、欠陥の数が少ない高
純度インゴット１６を成長させるために、インゴットの
引上げ速度をＶ（ｍｍ／分）、インゴットとシリコン融
液１３の界面近傍のインゴット中の温度勾配をＧ（℃／
ｍｍ）とするときに、Ｖ／Ｇ（ｍｍ²／分・℃）を制御
することである。この理論では、図２に示すように、Ｖ
／Ｇを横軸にとり、空孔型点欠陥濃度と格子間シリコン
型点欠陥濃度を同一の縦軸にとって、Ｖ／Ｇと点欠陥濃
度との関係を図式的に表現し、空孔領域と格子間シリコ
ン領域の境界がＶ／Ｇによって決定されることを説明し
ている。より詳しくは、Ｖ／Ｇ比が臨界点以上では空孔
型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成される反面、Ｖ
／Ｇ比が臨界点以下では格子間シリコン型点欠陥濃度が
優勢なインゴットが形成される。図２において、［Ｉ］
は格子間シリコン型点欠陥が支配的であって、格子間シ
リコン型点欠陥の凝集体が存在する領域（(Ｖ／Ｇ)₁以
下）を示し、［Ｖ］はインゴット内での空孔型点欠陥が
支配的であって、空孔型点欠陥の凝集体が存在する領域
（(Ｖ／Ｇ)₂以上）を示し、［Ｐ］は空孔型点欠陥の凝
集体及び格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しない
パーフェクト領域（(Ｖ／Ｇ)₁〜(Ｖ／Ｇ)₂）を示す。領
域［Ｐ］に隣接する領域［Ｖ］にはＯＳＦ核を形成する
領域［ＯＳＦ］（(Ｖ／Ｇ)₂〜(Ｖ／Ｇ)₃）が存在する。

【００１７】このパーフェクト領域［Ｐ］は更に領域
［Ｐ_I］と領域［Ｐ_V］に分類される。［Ｐ_I］はＶ／Ｇ
比が上記(Ｖ／Ｇ)₁から臨界点までの領域であり、
［Ｐ_V］はＶ／Ｇ比が臨界点から上記(Ｖ／Ｇ)₂までの領
域である。即ち、［Ｐ_I］は領域［Ｉ］に隣接し、かつ
侵入型転位を形成し得る最低の格子間シリコン型点欠陥
濃度未満の格子間シリコン型点欠陥濃度を有する領域で
あり、［Ｐ_V］は領域［Ｖ］に隣接し、かつＯＳＦを形
成し得る最低の空孔型点欠陥濃度未満の空孔型点欠陥濃
度を有する領域である。なお、上記ＯＳＦは、結晶成長
時にその核となる微小欠陥が導入され、半導体デバイス
を製造する際の熱酸化工程等で顕在化し、作製したデバ
イスのリーク電流の増加等の不良原因になる。

【００１８】図１に戻って、シリコン融液１３とインゴ
ット１６との固液界面１９形状が上側に凸となるよう
に、カスプ磁場１７の中立面１７ａの位置と、カスプ磁
場１７の強度と、石英るつぼ１４の回転速度と、インゴ
ット１６の回転速度とを制御する。具体的には、カスプ
磁場１７の中立面１７ａとシリコン融液１３の表面との
距離をＨとするとき、１００ｍｍ≦Ｈ≦１５００ｍｍ、
好ましくは３００ｍｍ≦Ｈ≦７００ｍｍを満たすよう
に、上記中立面１７ａをシリコン融液１３の表面の上方
又は下方に制御する。ここで１００ｍｍ≦Ｈ≦１５００
ｍｍに限定したのは、Ｈが１００ｍｍ未満では、インゴ
ット１６下方のシリコン融液１３に発生する対流が下向
きになって、固液界面１９が下側に凸となる不具合があ
り、Ｈが１５００ｍｍを越えると、磁場強度が弱すぎて
固液界面１９が上側に凸となるようにシリコン融液１３
を制御できないからである。

【００１９】また石英るつぼ１４の直径が大きくなるに
従ってカスプ磁場１７の強度が強くなるように、第１及
び第２コイル１１，１２に流す電流を制御する。このよ
うに第１及び第２コイルの電流を制御するのは、固液界
面１９が上側に凸となるようにシリコン融液１３に対流
を発生させるローレンツ力を、石英るつぼ１４の直径が
大きくなるに従って大きくする必要があるためである。
例えば、直径が２００ｍｍのインゴット１６を引上げる
ために、内径が５５０〜６５０ｍｍの石英るつぼ１４を
用いた場合には、カスプ磁場１７の強度を１００〜３０
０ガウスの範囲内の一定値に制御し、直径が３００ｍｍ
のインゴット１６を引上げるために、内径が６５０〜８
００ｍｍの石英るつぼ１４を用いた場合には、カスプ磁
場１７の強度を２００〜５００ガウスの範囲内の一定値
に制御する。

【００２０】更に石英るつぼ１４の回転速度をＲ₁とし
かつインゴット１６の回転速度をＲ₂とするとき、Ｒ₁＝
−（０〜０．８）Ｒ₂又はＲ₁＝＋（０．１〜１．８）Ｒ
₂、好ましくはＲ₁＝−（０．１〜０．５）Ｒ₂又はＲ₁＝
＋（０．３〜１．２）Ｒ₂を満たすように、石英るつぼ
１４及びインゴット１６の回転速度をそれぞれ制御す
る。ここでＲ₁又はＲ₂がプラスのときは、回転方向が上
方から見て反時計回りを示し、Ｒ₁又はＲ₂がマイナスの
ときは、回転方向が上方から見て時計回りを示す。また
Ｒ₁＝−（０〜０．８）Ｒ₂又はＲ₁＝＋（０．１〜１．
８）Ｒ₂に限定したのは、これらの範囲を外れる数値を
設定すると、インゴット１６下方のシリコン融液１３に
発生する対流が下向きになって、固液界面１９が下側に
凸となる不具合があるからである。なお、インゴット１
６の回転速度Ｒ₂は±（３〜５０）ｒｐｍの範囲にある
ことが好ましい。

【００２１】上述のように、カスプ磁場１７の中立面１
７ａの位置と、カスプ磁場１７の強度と、石英るつぼ１
４の回転速度と、インゴット１６の回転速度とを制御し
ながら、シリコン単結晶のインゴット１６を引上げる
と、石英るつぼ１４の底部中央から固液界面１９の中央
に向って上昇した後に、固液界面の外周縁近傍から石英
るつぼ１４の底部中央に流下する第１対流２１が発生
し、石英るつぼ１４の底部外周縁から周縁に沿って上昇
した後に、上記第１対流２１に沿って流下する第２対流
２２が発生し、更に第１対流２１の外方かつ第２対流２
２の上方であってシリコン融液１３の表面近傍を循環す
る第３対流２３が発生する。上記第１対流２１は固液界
面１９を押上げるので、固液界面形状は上側に凸とな
る。

【００２２】この結果、固液界面１９の中心がシリコン
融液１３表面の延長面上より上方に位置するため、固液
界面１９の中心における鉛直方向の温度勾配が大きくな
り、固液界面の中心における鉛直方向の温度勾配と、固
液界面の周縁における鉛直方向の温度勾配との差が小さ
くなる。従って、略全長にわたって無欠陥で高品質のシ
リコン単結晶のインゴット１６を比較的容易に製造でき
る。またカスプ磁場１７の強度は極めて低いので、少な
い消費電力でインゴット１６を引上げることができると
ともに、第１及び第２コイル１１，１２を小型化できる
ので、比較的狭い空間でインゴット１６を引上げること
ができる。なお、第２対流２２は、場合によっては存在
しないこともあり、第３対流２３は、シリコン融液１３
から引上げられたインゴット１６内の酸素濃度に対して
影響する可能性がある。

【００２３】

【実施例】次に本発明の実施例を詳しく説明する。＜実施例１＞図１に示すように、シリコン単結晶のイン
ゴット１６を引上げるときのシリコン融液１３に発生す
る対流２１〜２３を、カスプ磁場１７の中立面１７ａの
位置を変えて数値解析により求めた後に、固液界面１９
の周縁及び中心における鉛直方向の温度勾配の差の変化
（図３）と、固液界面の周縁に対する中心の鉛直方向へ
の距離（図４）とを算出した。このときの具体的な条件
は次の通りである。石英るつぼ１４の内径は６５０ｍｍ
であり、石英るつぼの外周面をヒータ１８により包囲し
た。またコイル直径が１４５０ｍｍの第１及び第２コイ
ル１１，１２を、石英るつぼ１４の回転軸をコイル中心
としかつ鉛直方向に４００ｍｍあけて配設した。これら
のコイル１１，１２の互いに逆向きの電流を流すことに
より、各コイル中心から第１及び第２コイルの中立面を
通るカスプ磁場１７を発生させた。このとき中立面１７
ａと石英るつぼ１４の内周面の延長面との交線上におけ
るカスプ磁場１７の水平方向の強度が２００ガウスとな
るように各コイルに流す電流を制御した。この状態で石
英るつぼ１４を＋４ｒｐｍの回転速度で回転させ、かつ
インゴット１６を−１２〜−８ｒｐｍの回転速度で回転
させながら、直径３００ｍｍのインゴットを０．２〜
０．５ｍｍ／分の引上げ速度で上記シリコン融液１３か
ら引上げた。

【００２４】その結果、図３から明らかなように、カス
プ磁場の中立面がシリコン融液表面から下方に２８０〜
７００ｍｍの範囲と、シリコン融液表面から上方に１４
０〜６００ｍｍの範囲で、固液界面の周縁と中心で鉛直
方向の温度勾配の差が殆ど無くなった。また図４から明
らかなように、カスプ磁場の中立面がシリコン融液表面
から下方に２８０〜７００ｍｍの範囲と、シリコン融液
表面から上方に１４０〜６００ｍｍの範囲で、固液界面
形状が上側に凸となった。この結果、カスプ磁場の中立
面の位置が固液界面形状に大きな影響を与えることが判
った。

【００２５】＜実施例２＞図１に示すように、シリコン
単結晶のインゴット１６を引上げるときのシリコン融液
１３に発生する対流２１〜２３を、石英るつぼ１４の回
転速度を変えて数値解析により求めた後に、固液界面１
９の周縁及び中心における鉛直方向の温度勾配の差の変
化（図５）と、固液界面の周縁に対する中心の鉛直方向
への距離（図６）とを算出した。このときの具体的な条
件は次の通りである。石英るつぼ１４の内径は６００ｍ
ｍであり、石英るつぼの外周面をヒータ１８により包囲
した。またコイル直径が１４５０ｍｍの第１及び第２コ
イル１１，１２を、石英るつぼ１４の回転軸をコイル中
心としかつ鉛直方向に４００ｍｍあけて配設した。これ
らのコイル１１，１２の互いに逆向きの電流を流すこと
により、各コイル中心から第１及び第２コイルの中立面
を通るカスプ磁場１７を発生させた。このとき上記中立
面の位置はシリコン融液１３表面から下方に５００ｍｍ
とし、中立面１７ａと石英るつぼ１４の内周面の延長面
との交線上におけるカスプ磁場１７の水平方向の強度が
１８０ガウスとなるように各コイルに流す電流を制御し
た。この状態で直径２００ｍｍのインゴット１６を０．
３〜０．７ｍｍ／分の引上げ速度で上記シリコン融液１
３から引上げた。なお、インゴット１６の回転速度Ｒ₂
を−２０〜−１６ｒｐｍに設定し、石英るつぼ１４の回
転速度Ｒ₁を−１〜＋７ｒｐｍの範囲内の１３種類の速
度に変えて上記対流などをそれぞれ算出した。

【００２６】その結果、図５から明らかなように、石英
るつぼの回転速度が３〜３．５ｒｐｍの範囲で、固液界
面の周縁と中心で鉛直方向の温度勾配の差が最も小さく
なった。また図６からも明らかなように、石英るつぼの
回転速度が３〜３．５ｒｐｍの範囲で、固液界面形状が
上側に最も突出する凸形状となった。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、シ
リコン融液とインゴットとの固液界面形状が上側に凸と
なるように、カスプ磁場の中立面の位置と、カスプ磁場
の強度と、石英るつぼの回転速度と、インゴットの回転
速度とを制御し、シリコン単結晶のインゴット内がパー
フェクト領域となるような引上げ速度でインゴットを引
上げるので、シリコン融液に所定の対流が発生し、これ
らの対流により固液界面形状が上側に凸となる。この結
果、固液界面の中心がシリコン融液表面の延長面上より
上方に位置するという理由から、固液界面の中心におけ
る鉛直方向の温度勾配が大きくなるので、この温度勾配
と、固液界面の周縁における鉛直方向の温度勾配との差
が小さくなる。従って、略全長にわたって無欠陥で高品
質のシリコン単結晶のインゴットを比較的容易に製造で
きる。またカスプ磁場の強度は極めて低いので、少ない
消費電力でインゴットを引上げることができるととも
に、第１及び第２コイルを小型化できるので、比較的狭
い空間でインゴットを引上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施形態のシリコン単結晶のインゴット
を引上げている状態を示す断面構成図。

【図２】ボロンコフの理論を基づいた、Ｖ／Ｇ比が臨界
点以上では空孔型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成
され、Ｖ／Ｇ比が臨界点以下では格子間シリコン型点欠
陥濃度が優勢なインゴットが形成されることを示す図。

【図３】カスプ磁場の中立面とシリコン融液の表面との
距離を変化させたときの、固液界面の周縁及び中心にお
ける鉛直方向の温度勾配の差の変化を示す図。

【図４】カスプ磁場の中立面とシリコン融液の表面との
距離を変化させたときの、固液界面の周縁に対する中心
の鉛直方向への距離の変化を示す図。

【図５】石英るつぼの回転速度を変化させたときの、固
液界面の周縁及び中心における鉛直方向の温度勾配の差
の変化を示す図。

【図６】石英るつぼの回転速度を変化させたときの、固
液界面の周縁及び中心における鉛直方向の温度勾配の差
の変化を示す図。

【符号の説明】

１１第１コイル１２第２コイル１３シリコン融液１４石英るつぼ１６シリコン単結晶のインゴット１７カスプ磁場１７ａカスプ磁場の中立面１９固液界面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者原田和浩東京都千代田区大手町１丁目５番１号三菱マテリアルシリコン株式会社内 (72)発明者降屋久東京都千代田区大手町１丁目５番１号三菱マテリアルシリコン株式会社内 (72)発明者樋口朗東京都千代田区大手町１丁目５番１号三菱マテリアルシリコン株式会社内Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BA04 CF10 EH07 EH08 EH09 EJ02 HA12 PF55

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン融液(13)を貯留する石英るつぼ
(14)を所定の回転速度で回転させ、前記シリコン融液(1
3)から引上げられるシリコン単結晶のインゴット(16)を
所定の回転速度で回転させ、前記石英るつぼ(14)の外径
より大きなコイル直径を有する第１及び第２コイル(11,
12)を前記石英るつぼ(14)の回転軸をそれぞれコイル中
心としかつ鉛直方向に所定の間隔をあけて配設し、前記
第１及び第２コイル(11,12)に互いに逆向きの電流を流
すことにより前記第１及び第２コイルの各コイル中心か
ら前記第１及び第２コイル間の中立面(17a)を通るカス
プ磁場(17)を発生させ、前記インゴット(16)内が格子間
シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体の
存在しないパーフェクト領域となる引上げ速度で前記イ
ンゴットを引上げるシリコン単結晶の引上げ方法におい
て、前記シリコン融液(13)と前記インゴット(16)との固液界
面(19)形状が上側に凸となるように、前記カスプ磁場(1
7)の中立面(17a)の位置と、前記カスプ磁場(17)の強度
と、前記石英るつぼ(14)の回転速度と、前記インゴット
(16)の回転速度とを制御することを特徴とするシリコン
単結晶の引上げ方法。
【請求項２】カスプ磁場(17)の中立面(17a)とシリコ
ン融液(13)の表面との距離をＨとするとき、１００ｍｍ
≦Ｈ≦１５００ｍｍを満たすように、前記中立面(17a)
を前記シリコン融液(13)の表面の上方又は下方に制御す
る請求項１記載のシリコン単結晶の引上げ方法。
【請求項３】石英るつぼ(14)の直径が大きくなるに従
ってカスプ磁場(17)の強度が強くなるように、第１及び
第２コイル(11,12)に流す電流を制御する請求項１又は
２記載のシリコン単結晶の引上げ方法。
【請求項４】石英るつぼ(14)の回転速度をＲ₁としか
つシリコン単結晶のインゴット(16)の回転速度をＲ₂と
するとき、Ｒ₁＝−（０〜０．８）Ｒ₂又はＲ₁＝＋
（０．１〜１．８）Ｒ₂を満たすように、前記石英るつ
ぼ(14)及び前記インゴット(16)の回転速度をそれぞれ制
御する請求項１ないし３いずれか記載のシリコン単結晶
の引上げ方法。