JP2003095788A - シリコン単結晶の引上げ方法 - Google Patents
シリコン単結晶の引上げ方法Info
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- JP2003095788A JP2003095788A JP2001282592A JP2001282592A JP2003095788A JP 2003095788 A JP2003095788 A JP 2003095788A JP 2001282592 A JP2001282592 A JP 2001282592A JP 2001282592 A JP2001282592 A JP 2001282592A JP 2003095788 A JP2003095788 A JP 2003095788A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高速引上げによるインゴット製造が実現可能
な方法を提供する。 【解決手段】 石英るつぼ１２を所定の回転速度Ｒ1で
回転させ、シリコン融液１１から引上げられるシリコン
単結晶インゴット１３を所定の回転速度Ｒ2で回転させ
る。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上及び下コイル１４，１６を
配設し、これらコイル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。インゴットが形成され
る引上げ速度で引上げ、融液とインゴットとの固液界面
２２形状が下側に凸となるように、回転速度Ｒ1を|Ｒ1|
≧０．３ｒｐｍの範囲に規定し、Ｒ1＝−(０．０１〜１
００)Ｒ2を満たすように、るつぼ及びインゴットの回転
速度をそれぞれ制御する。但し、|Ｒ1|はＲ1の絶対値を
示す。
な方法を提供する。 【解決手段】 石英るつぼ１２を所定の回転速度Ｒ1で
回転させ、シリコン融液１１から引上げられるシリコン
単結晶インゴット１３を所定の回転速度Ｒ2で回転させ
る。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上及び下コイル１４，１６を
配設し、これらコイル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。インゴットが形成され
る引上げ速度で引上げ、融液とインゴットとの固液界面
２２形状が下側に凸となるように、回転速度Ｒ1を|Ｒ1|
≧０．３ｒｐｍの範囲に規定し、Ｒ1＝−(０．０１〜１
００)Ｒ2を満たすように、るつぼ及びインゴットの回転
速度をそれぞれ制御する。但し、|Ｒ1|はＲ1の絶対値を
示す。
Description
【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。更に詳しくは、エピタキシャル成長の基板として用
いられるインゴットを高速で引上げる方法に関するもの
である。
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。更に詳しくは、エピタキシャル成長の基板として用
いられるインゴットを高速で引上げる方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】半導体の基板材料となるシリコン単結晶
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。図３に示すように、このＣＺ法
は、石英るつぼ１に貯留されたシリコン融液２に特定結
晶面を有する種結晶３を接触させ、石英るつぼ１及び種
結晶３を回転させながら種結晶３を凝固成長する結晶の
成長速度に応じて徐々に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４を製造する方法である。
図３における符号５はシリコン融液２とインゴットの固
液界面を、符号６はヒータを示す。通常、種結晶３から
成長させた単結晶は、まずシード絞りと称して、結晶を
無転位化するための細長いネック部７を形成させる。次
いで目的とする単結晶直径まで増径させる肩部８を育成
し、肩変えして直径が一定状態の胴部９育成工程へと移
行する。胴長を所定長さまで育成後、無転位の状態で融
液から切り離すため、径を細くするテイルしぼりをおこ
なう。そして結晶を融液から離した後、製造装置から取
り出して所定条件で冷却する。このようにして得られた
シリコン単結晶は、成長方向に垂直な面での切断片であ
るウェーハとし、種々のデバイスの基板材料として用い
る。このようなインゴットの製造方法では育成結晶の径
が大きくなればなるほど、最大結晶成長速度は小さくな
ることが知られている。それは結晶成長の速度が、成長
中の結晶の熱収支によって決定されるためである。即
ち、結晶径の増大により、成長結晶インゴットの表面積
は直線的に増大するので放熱量は結晶径に直線的に比例
するが、加熱量は、径の２乗に比例する結晶化体積に比
例することに起因する。
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。図３に示すように、このＣＺ法
は、石英るつぼ１に貯留されたシリコン融液２に特定結
晶面を有する種結晶３を接触させ、石英るつぼ１及び種
結晶３を回転させながら種結晶３を凝固成長する結晶の
成長速度に応じて徐々に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４を製造する方法である。
図３における符号５はシリコン融液２とインゴットの固
液界面を、符号６はヒータを示す。通常、種結晶３から
成長させた単結晶は、まずシード絞りと称して、結晶を
無転位化するための細長いネック部７を形成させる。次
いで目的とする単結晶直径まで増径させる肩部８を育成
し、肩変えして直径が一定状態の胴部９育成工程へと移
行する。胴長を所定長さまで育成後、無転位の状態で融
液から切り離すため、径を細くするテイルしぼりをおこ
なう。そして結晶を融液から離した後、製造装置から取
り出して所定条件で冷却する。このようにして得られた
シリコン単結晶は、成長方向に垂直な面での切断片であ
るウェーハとし、種々のデバイスの基板材料として用い
る。このようなインゴットの製造方法では育成結晶の径
が大きくなればなるほど、最大結晶成長速度は小さくな
ることが知られている。それは結晶成長の速度が、成長
中の結晶の熱収支によって決定されるためである。即
ち、結晶径の増大により、成長結晶インゴットの表面積
は直線的に増大するので放熱量は結晶径に直線的に比例
するが、加熱量は、径の２乗に比例する結晶化体積に比
例することに起因する。
【０００３】一方、半導体デバイス製造において、ある
方位を持った単結晶基板上にその基板と同じ方位を持っ
た結晶を成長させるエピタキシャル成長技術が頻繁に用
いられている。そのため、このエピタキシャル成長技術
に用いられる単結晶基板をより早く大量に製造すること
が求められている。その方策の１つとして単結晶インゴ
ットの引上げを行うにあたり、引上げ速度をより高速に
してインゴットを成長させる方法が考えられる。
方位を持った単結晶基板上にその基板と同じ方位を持っ
た結晶を成長させるエピタキシャル成長技術が頻繁に用
いられている。そのため、このエピタキシャル成長技術
に用いられる単結晶基板をより早く大量に製造すること
が求められている。その方策の１つとして単結晶インゴ
ットの引上げを行うにあたり、引上げ速度をより高速に
してインゴットを成長させる方法が考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図４（ａ）に
示すように、上記従来の引上げ方法では、従来と同程度
の低速での引上げ速度で引上げを行う場合は品質の良い
単結晶インゴットが得られるが、図４（ｂ）及び図４
（ｃ）に示すように、中速や高速での引上げ速度でイン
ゴット４の引上げを行うと、成長結晶インゴットの内部
が十分に冷却されず、インゴット内部の結晶成長速度が
遅くなる。その結果、固液界面５の形状が極端に上側に
凸となり、引上げられる単結晶インゴットが結晶変形を
起こしてしまうため、直胴部が形成されなくなる問題が
あった。また、固液界面形状が極端に上側に凸となる場
合、成長結晶インゴットの内部が外側より遅く固化され
るため、インゴット外側が固化した後に、内側が固化す
ることになる。シリコンは、液体の密度に比べて固体の
密度が小さいため固化する際には体積が増える。そのた
め、内部の融液が固化する過程でシリコンは液体と固体
の密度の差によって膨張し、先に固化したインゴットの
外側が破損してしまうおそれもあった。
示すように、上記従来の引上げ方法では、従来と同程度
の低速での引上げ速度で引上げを行う場合は品質の良い
単結晶インゴットが得られるが、図４（ｂ）及び図４
（ｃ）に示すように、中速や高速での引上げ速度でイン
ゴット４の引上げを行うと、成長結晶インゴットの内部
が十分に冷却されず、インゴット内部の結晶成長速度が
遅くなる。その結果、固液界面５の形状が極端に上側に
凸となり、引上げられる単結晶インゴットが結晶変形を
起こしてしまうため、直胴部が形成されなくなる問題が
あった。また、固液界面形状が極端に上側に凸となる場
合、成長結晶インゴットの内部が外側より遅く固化され
るため、インゴット外側が固化した後に、内側が固化す
ることになる。シリコンは、液体の密度に比べて固体の
密度が小さいため固化する際には体積が増える。そのた
め、内部の融液が固化する過程でシリコンは液体と固体
の密度の差によって膨張し、先に固化したインゴットの
外側が破損してしまうおそれもあった。
【０００５】本発明の目的は、高速引上げによるインゴ
ット製造が実現可能となるシリコン単結晶の引上げ方法
を提供することにある。
ット製造が実現可能となるシリコン単結晶の引上げ方法
を提供することにある。
【０００６】
【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１１を貯留する石英る
つぼ１２を所定の回転速度で回転させ、シリコン融液１
１から引上げられるシリコン単結晶のインゴット１３を
所定の回転速度で回転させ、石英るつぼ１２の外径より
それぞれ大きなコイル直径を有する上コイル１４及び下
コイル１６を石英るつぼ１２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、上
コイル１４及び下コイル１６に互いに逆向きの電流を流
すことにより上コイル及び下コイルの各コイル中心から
上コイル及び下コイル間の中立面１７ａを通るカスプ磁
場１７を発生させながらインゴット１３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、石英るつぼ１２の回転速度をＲ1、インゴット１
３の回転速度をＲ2とするとき、シリコン融液１１とイ
ンゴット１３との固液界面２２形状が下側に凸となるよ
うに、回転速度Ｒ1を|Ｒ1|≧０．３ｒｐｍの範囲に規定
し、Ｒ1＝−(０．０１〜１００)Ｒ2を満たすように、イ
ンゴット１３の回転速度Ｒ2を制御するところにある。
但し、|Ｒ1|はＲ 1の絶対値を示す。
図１に示すように、シリコン融液１１を貯留する石英る
つぼ１２を所定の回転速度で回転させ、シリコン融液１
１から引上げられるシリコン単結晶のインゴット１３を
所定の回転速度で回転させ、石英るつぼ１２の外径より
それぞれ大きなコイル直径を有する上コイル１４及び下
コイル１６を石英るつぼ１２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、上
コイル１４及び下コイル１６に互いに逆向きの電流を流
すことにより上コイル及び下コイルの各コイル中心から
上コイル及び下コイル間の中立面１７ａを通るカスプ磁
場１７を発生させながらインゴット１３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、石英るつぼ１２の回転速度をＲ1、インゴット１
３の回転速度をＲ2とするとき、シリコン融液１１とイ
ンゴット１３との固液界面２２形状が下側に凸となるよ
うに、回転速度Ｒ1を|Ｒ1|≧０．３ｒｐｍの範囲に規定
し、Ｒ1＝−(０．０１〜１００)Ｒ2を満たすように、イ
ンゴット１３の回転速度Ｒ2を制御するところにある。
但し、|Ｒ1|はＲ 1の絶対値を示す。
【０００７】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、石英るつぼ１２及びインゴット１３
の回転速度を上記範囲のいずれかを満たすようにそれぞ
れ制御しながら、インゴットを引上げると、シリコン融
液１１に所定の対流１１ａ、１１ｂが発生し、これらの
対流１１ａ、１１ｂにより固液界面２２形状が大幅に下
側に凸となる。この結果、引上げ速度を従来の引上げ速
度に比べて高速にして引上げを行った場合、引上げによ
り発生する強制対流により固液界面が押上げられて固液
界面が大きく上昇したとしても、その形状は上側に凸と
はならない。従って、引上げたシリコン単結晶インゴッ
トは結晶変形を起こすことがないため、高速引上げによ
るインゴット製造が可能となる。
の引上げ方法では、石英るつぼ１２及びインゴット１３
の回転速度を上記範囲のいずれかを満たすようにそれぞ
れ制御しながら、インゴットを引上げると、シリコン融
液１１に所定の対流１１ａ、１１ｂが発生し、これらの
対流１１ａ、１１ｂにより固液界面２２形状が大幅に下
側に凸となる。この結果、引上げ速度を従来の引上げ速
度に比べて高速にして引上げを行った場合、引上げによ
り発生する強制対流により固液界面が押上げられて固液
界面が大きく上昇したとしても、その形状は上側に凸と
はならない。従って、引上げたシリコン単結晶インゴッ
トは結晶変形を起こすことがないため、高速引上げによ
るインゴット製造が可能となる。
【０００８】ここで、カスプ磁場１７の中立面１７ａと
シリコン融液１１の表面との距離をＨとするとき、−３
００ｍｍ≦Ｈ≦３００ｍｍを満たすように、中立面１７
ａをシリコン融液１１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１２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、
上コイル１４及び下コイル１６に流す電流を制御するこ
とができる。
シリコン融液１１の表面との距離をＨとするとき、−３
００ｍｍ≦Ｈ≦３００ｍｍを満たすように、中立面１７
ａをシリコン融液１１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１２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、
上コイル１４及び下コイル１６に流す電流を制御するこ
とができる。
【０００９】また、上コイル１４及び下コイル１６に流
す電流値がＩ1及びＩ2であって、電流値Ｉ1及びＩ2の大
きさがそれぞれ異なるとき、Ｉ1＝−(０．５〜２．０)
Ｉ2を満たすように下コイル１６に流す電流値Ｉ2を制御
することができる。更に上記制御によりインゴットの引
上げ速度Ｖは、０．５ｍｍ／分≦Ｖ≦５．０ｍｍ／分の
範囲を満たす速度で引上げることができる。
す電流値がＩ1及びＩ2であって、電流値Ｉ1及びＩ2の大
きさがそれぞれ異なるとき、Ｉ1＝−(０．５〜２．０)
Ｉ2を満たすように下コイル１６に流す電流値Ｉ2を制御
することができる。更に上記制御によりインゴットの引
上げ速度Ｖは、０．５ｍｍ／分≦Ｖ≦５．０ｍｍ／分の
範囲を満たす速度で引上げることができる。
【００１０】
【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１１を貯留する
石英るつぼ１２を所定の回転速度Ｒ1で回転させ、シリ
コン融液１１から引上げられるシリコン単結晶のインゴ
ット１３を所定の回転速度Ｒ2で回転させ、かつシリコ
ン融液１１に上コイル１４及び下コイル１６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１１か
ら上記インゴット１３を引上げる方法である。上記上コ
イル１４及び下コイル１６は、石英るつぼ１２の外径よ
り大きなコイル直径を有し、石英るつぼ１２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。また上コイル１４及び下コイル１６に
は互いに逆向きの電流が流され、これにより上コイル１
４及び下コイル１６の各コイル中心から上コイル及び下
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。石英るつぼ１２はグラファイトサ
セプタ１８により外周面及び外底面を包囲されて支持さ
れる。サセプタ１８は支軸１９の上端に固定され、この
支軸１９の下部は図示しないるつぼ駆動手段に接続され
る。なお、上記中立面１７ａは、上コイル１４及び下コ
イル１６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。また上コイル及び下コイルの各直径、巻
線数等は互いに同一でも良いし、異なっていてもよい。
図１の符号２１は石英るつぼ１２の外周面を包囲するヒ
ータである。
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１１を貯留する
石英るつぼ１２を所定の回転速度Ｒ1で回転させ、シリ
コン融液１１から引上げられるシリコン単結晶のインゴ
ット１３を所定の回転速度Ｒ2で回転させ、かつシリコ
ン融液１１に上コイル１４及び下コイル１６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１１か
ら上記インゴット１３を引上げる方法である。上記上コ
イル１４及び下コイル１６は、石英るつぼ１２の外径よ
り大きなコイル直径を有し、石英るつぼ１２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。また上コイル１４及び下コイル１６に
は互いに逆向きの電流が流され、これにより上コイル１
４及び下コイル１６の各コイル中心から上コイル及び下
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。石英るつぼ１２はグラファイトサ
セプタ１８により外周面及び外底面を包囲されて支持さ
れる。サセプタ１８は支軸１９の上端に固定され、この
支軸１９の下部は図示しないるつぼ駆動手段に接続され
る。なお、上記中立面１７ａは、上コイル１４及び下コ
イル１６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。また上コイル及び下コイルの各直径、巻
線数等は互いに同一でも良いし、異なっていてもよい。
図１の符号２１は石英るつぼ１２の外周面を包囲するヒ
ータである。
【００１１】本発明の特徴ある構成は、石英るつぼ１２
の回転速度をＲ1、インゴット１３の回転速度をＲ2とす
るとき、シリコン融液１１とインゴット１３との固液界
面２２形状が下側に凸となるように、回転速度Ｒ1を|Ｒ
1|≧０．３ｒｐｍの範囲に規定し、Ｒ1＝−(０．０１〜
１００)Ｒ2を満たすように、インゴット１３の回転速度
Ｒ2を制御する。ここで回転速度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、回
転速度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。また回転速度Ｒ1及び回転速
度Ｒ2を上記範囲に限定したのは、これらの範囲を外れ
る数値を設定すると、インゴット１３下方のシリコン融
液１１に発生する対流が下向きになって、固液界面２２
が上側に凸となる不具合があるからである。石英るつぼ
１２の回転速度Ｒ1は|Ｒ1|≧０．１ｒｐｍが好ましく、
Ｒ1＝−(０．０１〜１００)Ｒ2、好ましくはＲ1＝−
(０．１〜１０)Ｒ2を満たすように、インゴット１３の
回転速度Ｒ2を制御することが好ましい。
の回転速度をＲ1、インゴット１３の回転速度をＲ2とす
るとき、シリコン融液１１とインゴット１３との固液界
面２２形状が下側に凸となるように、回転速度Ｒ1を|Ｒ
1|≧０．３ｒｐｍの範囲に規定し、Ｒ1＝−(０．０１〜
１００)Ｒ2を満たすように、インゴット１３の回転速度
Ｒ2を制御する。ここで回転速度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、回
転速度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。また回転速度Ｒ1及び回転速
度Ｒ2を上記範囲に限定したのは、これらの範囲を外れ
る数値を設定すると、インゴット１３下方のシリコン融
液１１に発生する対流が下向きになって、固液界面２２
が上側に凸となる不具合があるからである。石英るつぼ
１２の回転速度Ｒ1は|Ｒ1|≧０．１ｒｐｍが好ましく、
Ｒ1＝−(０．０１〜１００)Ｒ2、好ましくはＲ1＝−
(０．１〜１０)Ｒ2を満たすように、インゴット１３の
回転速度Ｒ2を制御することが好ましい。
【００１２】具体的には、カスプ磁場１７の中立面１７
ａとシリコン融液１１の表面との距離をＨとするとき、
−３００ｍｍ≦Ｈ≦３００ｍｍ、好ましくは−１００ｍ
ｍ≦Ｈ≦１００ｍｍを満たすように、上記中立面１７ａ
をシリコン融液１１の表面の上方又は下方に制御する。
ここで距離Ｈを上記範囲内に限定したのは、距離Ｈが下
限値未満或いは上限値を越える範囲では、インゴット１
３下方のシリコン融液１１に発生する対流が上向きにな
って、固液界面２２が上側に凸となる、或いは磁場強度
が弱すぎて固液界面２２が下側に凸となるようにシリコ
ン融液１１に発生する対流１１ａ及び１１ｂを制御でき
ない等の不具合が発生するからである。
ａとシリコン融液１１の表面との距離をＨとするとき、
−３００ｍｍ≦Ｈ≦３００ｍｍ、好ましくは−１００ｍ
ｍ≦Ｈ≦１００ｍｍを満たすように、上記中立面１７ａ
をシリコン融液１１の表面の上方又は下方に制御する。
ここで距離Ｈを上記範囲内に限定したのは、距離Ｈが下
限値未満或いは上限値を越える範囲では、インゴット１
３下方のシリコン融液１１に発生する対流が上向きにな
って、固液界面２２が上側に凸となる、或いは磁場強度
が弱すぎて固液界面２２が下側に凸となるようにシリコ
ン融液１１に発生する対流１１ａ及び１１ｂを制御でき
ない等の不具合が発生するからである。
【００１３】また石英るつぼ１２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、上コイ
ル１４及び下コイル１６に流す電流を制御する。このよ
うに上コイル及び下コイルの電流を制御するのは、固液
界面２２が下側に凸となるようにシリコン融液１１に対
流を発生させるローレンツ力を、石英るつぼ１２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１３を高速
で引上げるために、内径が５５０〜６５０ｍｍの石英る
つぼ１２を用いた場合には、カスプ磁場１７の強度を１
００〜２０００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１３を引上げるために、内径
が６５０〜８００ｍｍの石英るつぼ１２を用いた場合に
は、カスプ磁場１７の強度を３００〜５０００ガウスの
範囲内の一定値に制御する。
従ってカスプ磁場１７の強度が強くなるように、上コイ
ル１４及び下コイル１６に流す電流を制御する。このよ
うに上コイル及び下コイルの電流を制御するのは、固液
界面２２が下側に凸となるようにシリコン融液１１に対
流を発生させるローレンツ力を、石英るつぼ１２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１３を高速
で引上げるために、内径が５５０〜６５０ｍｍの石英る
つぼ１２を用いた場合には、カスプ磁場１７の強度を１
００〜２０００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１３を引上げるために、内径
が６５０〜８００ｍｍの石英るつぼ１２を用いた場合に
は、カスプ磁場１７の強度を３００〜５０００ガウスの
範囲内の一定値に制御する。
【００１４】また上コイル１４と下コイル１６に流れる
電流値Ｉ1及びＩ2が異なるときは、Ｉ1＝−(０．５〜
２．０)Ｉ2を満たすように下コイル１６に流す電流値Ｉ
2を制御する。電流値Ｉ1が下限値未満及び上限値を越え
る範囲であると、前述した中立面１７ａとシリコン融液
１１の表面との距離Ｈが範囲外となり、固液界面形状２
２が下側に凸となるような対流を制御できる磁場分布と
ならない。好ましくはＩ1＝−(０．７〜１．５)Ｉ2を満
たすように下コイル１６に流す電流値Ｉ2を制御する。
電流値Ｉ1及びＩ2が異なるときは、Ｉ1＝−(０．５〜
２．０)Ｉ2を満たすように下コイル１６に流す電流値Ｉ
2を制御する。電流値Ｉ1が下限値未満及び上限値を越え
る範囲であると、前述した中立面１７ａとシリコン融液
１１の表面との距離Ｈが範囲外となり、固液界面形状２
２が下側に凸となるような対流を制御できる磁場分布と
ならない。好ましくはＩ1＝−(０．７〜１．５)Ｉ2を満
たすように下コイル１６に流す電流値Ｉ2を制御する。
【００１５】更に上記制御によりインゴットの引上げ速
度Ｖは、０．５ｍｍ／分≦Ｖ≦５．０ｍｍ／分の範囲を
満たす速度で引上げることができる。引上げ速度Ｖは、
例えば引上げるシリコン単結晶インゴットの直径が２０
０ｍｍの場合だと、１．０ｍｍ／分≦Ｖ≦５．０ｍｍ／
分、直径が３００ｍｍの場合だと、０．５ｍｍ／分≦Ｖ
≦３．０ｍｍ／分がそれぞれ好ましい。
度Ｖは、０．５ｍｍ／分≦Ｖ≦５．０ｍｍ／分の範囲を
満たす速度で引上げることができる。引上げ速度Ｖは、
例えば引上げるシリコン単結晶インゴットの直径が２０
０ｍｍの場合だと、１．０ｍｍ／分≦Ｖ≦５．０ｍｍ／
分、直径が３００ｍｍの場合だと、０．５ｍｍ／分≦Ｖ
≦３．０ｍｍ／分がそれぞれ好ましい。
【００１６】上述のように、石英るつぼ１２及びインゴ
ット１３の回転速度を上記範囲のいずれかを満たすよう
にそれぞれ制御しながら、インゴットを引上げることに
より、シリコン融液１１に所定の対流１１ａ、１１ｂを
発生させ、これらの対流１１ａ、１１ｂによって、図２
（ａ）に示すように、固液界面２２形状は大幅に下側に
凸となる。その結果、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示す
ように、単結晶インゴットの引上げ速度を従来の引上げ
速度に比べて中速や高速の引上げ速度でインゴットを引
上げた場合でも、固液界面形状が大幅に下側に凸となる
ように制御しているため、結晶内部の冷却が十分に行わ
れずに固液界面が上昇しても上側に凸とはならない。ま
た、同様に極端に上側に凸とはならない。従って、結晶
変形を起こすことがなく、成長結晶が割れることなく、
高速引上げによるインゴット製造を可能にすることがで
きる。
ット１３の回転速度を上記範囲のいずれかを満たすよう
にそれぞれ制御しながら、インゴットを引上げることに
より、シリコン融液１１に所定の対流１１ａ、１１ｂを
発生させ、これらの対流１１ａ、１１ｂによって、図２
（ａ）に示すように、固液界面２２形状は大幅に下側に
凸となる。その結果、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示す
ように、単結晶インゴットの引上げ速度を従来の引上げ
速度に比べて中速や高速の引上げ速度でインゴットを引
上げた場合でも、固液界面形状が大幅に下側に凸となる
ように制御しているため、結晶内部の冷却が十分に行わ
れずに固液界面が上昇しても上側に凸とはならない。ま
た、同様に極端に上側に凸とはならない。従って、結晶
変形を起こすことがなく、成長結晶が割れることなく、
高速引上げによるインゴット製造を可能にすることがで
きる。
【００１７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、石
英るつぼ１２及びインゴット１３の回転速度を上記範囲
のいずれかを満たすようにそれぞれ制御しながら、イン
ゴットを引上げることにより、シリコン融液１１に所定
の対流を発生させ、これらの対流により固液界面２２形
状が大幅に下側に凸となる。その結果、単結晶インゴッ
トの引上げ速度を従来の引上げ速度に比べて高速の０．
５ｍｍ／分≦Ｖ≦５．０ｍｍ／分の範囲での引上げ速度
でインゴットを引上げても、固液界面形状が大幅に下側
に凸となるように制御しているため、引上げにより発生
する強制対流により固液界面が押上げられて大きく固液
界面が上昇しても上側に凸とはならない。従って、結晶
変形を起こすことがなく、高速引上げによるインゴット
製造を可能にすることができる。
英るつぼ１２及びインゴット１３の回転速度を上記範囲
のいずれかを満たすようにそれぞれ制御しながら、イン
ゴットを引上げることにより、シリコン融液１１に所定
の対流を発生させ、これらの対流により固液界面２２形
状が大幅に下側に凸となる。その結果、単結晶インゴッ
トの引上げ速度を従来の引上げ速度に比べて高速の０．
５ｍｍ／分≦Ｖ≦５．０ｍｍ／分の範囲での引上げ速度
でインゴットを引上げても、固液界面形状が大幅に下側
に凸となるように制御しているため、引上げにより発生
する強制対流により固液界面が押上げられて大きく固液
界面が上昇しても上側に凸とはならない。従って、結晶
変形を起こすことがなく、高速引上げによるインゴット
製造を可能にすることができる。
【図１】本発明の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。
トを引上げている状態を示す断面構成図。
【図２】(a) 図１の低速の引上げ速度で引上げていると
きの固液界面形状を示す断面構成図。 (b) 図１の中速の引上げ速度で引上げているときの固液
界面形状を示す断面構成図。 (c) 図１の高速の引上げ速度で引上げているときの固液
界面形状を示す断面構成図。
きの固液界面形状を示す断面構成図。 (b) 図１の中速の引上げ速度で引上げているときの固液
界面形状を示す断面構成図。 (c) 図１の高速の引上げ速度で引上げているときの固液
界面形状を示す断面構成図。
【図３】従来の磁場を印加せずに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。
ゴットを引上げている状態を示す断面構成図。
【図４】(a) 図３の低速の引上げ速度で引上げていると
きの固液界面形状を示す断面構成図。 (b) 図３の中速の引上げ速度で引上げているときの固液
界面形状を示す断面構成図。 (c) 図３の高速の引上げ速度で引上げているときの固液
界面形状を示す断面構成図。
きの固液界面形状を示す断面構成図。 (b) 図３の中速の引上げ速度で引上げているときの固液
界面形状を示す断面構成図。 (c) 図３の高速の引上げ速度で引上げているときの固液
界面形状を示す断面構成図。
１１ シリコン融液
１２ 石英るつぼ
１３ シリコン単結晶のインゴット
１４ 上コイル
１６ 下コイル
１７ カスプ磁場
１７ａ カスプ磁場の中立面
２２ 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 EH08 EJ02
HA12 PG01 PG03
Claims (5)
- 【請求項１】 シリコン融液(11)を貯留する石英るつぼ
(12)を所定の回転速度で回転させ、前記シリコン融液(1
1)から引上げられるシリコン単結晶のインゴット(13)を
所定の回転速度で回転させ、前記石英るつぼ(12)の外径
よりそれぞれ大きなコイル直径を有する上コイル(14)及
び下コイル(16)を前記石英るつぼ(12)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、前記上コイル(14)及び下コイル(16)に互いに逆向
きの電流を流すことにより前記上コイル及び下コイルの
各コイル中心から前記上コイル及び下コイル間の中立面
(17a)を通るカスプ磁場(17)を発生させながら前記イン
ゴット(13)を引上げるシリコン単結晶の引上げ方法にお
いて、 前記石英るつぼ(12)の回転速度をＲ1、前記インゴット
(13)の回転速度をＲ2とするとき、 前記シリコン融液(11)と前記インゴット(13)との固液界
面(22)形状が下側に凸となるように、前記回転速度Ｒ1
を|Ｒ1|≧０．３ｒｐｍの範囲に規定し、Ｒ1＝−(０．
０１〜１００)Ｒ2を満たすように、前記インゴット(13)
の回転速度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。但し、|Ｒ1|はＲ1の絶対値を示す。 - 【請求項２】 カスプ磁場(17)の中立面(17a)とシリコ
ン融液(11)の表面との距離をＨとするとき、−３００ｍ
ｍ≦Ｈ≦３００ｍｍを満たすように、前記中立面(17a)
を前記シリコン融液(11)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(12)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、上コイル
(14)及び下コイル(16)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】 上コイル(14)及び下コイル(16)に流す電
流値がＩ1及びＩ2であって、 前記電流値Ｉ1及びＩ2の大きさがそれぞれ異なるとき、
Ｉ1＝−(０．５〜２．０)Ｉ2を満たすように下コイル(1
6)に流す電流値Ｉ2を制御する請求項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。 - 【請求項５】 インゴットの引上げ速度をＶとすると
き、０．５ｍｍ／分≦Ｖ≦５．０ｍｍ／分を満たす速度
で引上げる請求項１ないし４いずれか記載のシリコン単
結晶の引上げ方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001282592A JP2003095788A (ja) | 2001-09-18 | 2001-09-18 | シリコン単結晶の引上げ方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001282592A JP2003095788A (ja) | 2001-09-18 | 2001-09-18 | シリコン単結晶の引上げ方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003095788A true JP2003095788A (ja) | 2003-04-03 |
Family
ID=19106225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001282592A Pending JP2003095788A (ja) | 2001-09-18 | 2001-09-18 | シリコン単結晶の引上げ方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003095788A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100680242B1 (ko) | 2004-12-29 | 2007-02-07 | 주식회사 실트론 | 실리콘 단결정의 성장 방법 |
| KR100793950B1 (ko) | 2005-07-27 | 2008-01-16 | 주식회사 실트론 | 실리콘 단결정 잉곳 및 그 성장방법 |
| JP2010285342A (ja) * | 2009-06-10 | 2010-12-24 | Siltronic Ag | シリコン単結晶の引き上げ方法 |
| JP2017043515A (ja) * | 2015-08-26 | 2017-03-02 | 株式会社Sumco | ｎ型シリコン単結晶インゴットの製造方法、ｎ型シリコンウェーハの製造方法、および、ｎ型シリコンウェーハ |
| JP2018503591A (ja) * | 2015-04-06 | 2018-02-08 | エスケー シルトロン カンパニー リミテッド | シリコン単結晶インゴットの成長装置 |
| JP2019178066A (ja) * | 2019-06-26 | 2019-10-17 | 株式会社Sumco | ｎ型シリコン単結晶インゴットの製造方法、ｎ型シリコンウェーハの製造方法、および、ｎ型シリコンウェーハ |
-
2001
- 2001-09-18 JP JP2001282592A patent/JP2003095788A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100680242B1 (ko) | 2004-12-29 | 2007-02-07 | 주식회사 실트론 | 실리콘 단결정의 성장 방법 |
| KR100793950B1 (ko) | 2005-07-27 | 2008-01-16 | 주식회사 실트론 | 실리콘 단결정 잉곳 및 그 성장방법 |
| JP2010285342A (ja) * | 2009-06-10 | 2010-12-24 | Siltronic Ag | シリコン単結晶の引き上げ方法 |
| JP2018503591A (ja) * | 2015-04-06 | 2018-02-08 | エスケー シルトロン カンパニー リミテッド | シリコン単結晶インゴットの成長装置 |
| JP2017043515A (ja) * | 2015-08-26 | 2017-03-02 | 株式会社Sumco | ｎ型シリコン単結晶インゴットの製造方法、ｎ型シリコンウェーハの製造方法、および、ｎ型シリコンウェーハ |
| JP2019178066A (ja) * | 2019-06-26 | 2019-10-17 | 株式会社Sumco | ｎ型シリコン単結晶インゴットの製造方法、ｎ型シリコンウェーハの製造方法、および、ｎ型シリコンウェーハ |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080430 |