JP2014114173A - 単結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特にＣＺ法で製造した単結晶を原料としてＦＺ法で製造する単結晶（以降、ＦＺ単結晶と呼ぶことがある）の酸素濃度を、望ましくは０．１ｐｐｍａ以下に容易に低減できる単結晶の製造方法を提供する。
【解決手段】成長炉内に収容された誘導加熱コイルで原料結晶棒を部分的に溶融して溶融帯域を形成し、該溶融帯域を移動させて単結晶を成長させるＦＺ法による単結晶の製造方法であって、単結晶の製造条件である単結晶の成長速度ＳＥ（ｍｍ／ｍｉｎ）、成長炉内の圧力Ｐ（ＭＰａ）、原料結晶棒の酸素濃度ＭＯ（ｐｐｍａ）、単結晶の直径Ｄ（ｍｍ）、単結晶の酸素濃度Ｏｉ（ｐｐｍａ）を含む関係式Ｏｉ＝ａ×ＳＥ＋ｂ×Ｐ＋ｃ×ＭＯ＋ｄ×Ｄ＋ｅの定数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを重回帰分析によって求める工程と、関係式を用いて単結晶の製造条件をそれぞれ決定する工程と、決定した製造条件で単結晶を成長させる工程とを含むことを特徴とする単結晶の製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、原料結晶棒を誘導加熱コイルで加熱溶融して浮遊帯域を形成し、該浮遊帯域を移動させることで半導体単結晶棒を製造するＦＺ法（フローティングゾーン法または浮遊帯溶融法）による半導体単結晶棒の製造方法に関する。

図２は、一般的に用いられるＦＺ法による単結晶製造装置である。このＦＺ単結晶製造装置３０を用いて、単結晶を製造する方法について説明する。
まず、原料結晶棒１を成長炉２０内に設置された上軸３の上部保持治具４に保持する。一方、直径の小さい単結晶の種（種結晶）８を、原料結晶棒１の下方に位置する下軸５の下部保持治具６に保持する。

次に、誘導加熱コイル７により原料結晶棒１を溶融して、種結晶８に融着させる。その後、種絞りにより絞り部９を形成して無転位化する。そして、上軸３と下軸５を回転させながら原料結晶棒１と単結晶棒２を下降させることで浮遊帯域１０（溶融帯あるいはメルトともいう）を原料結晶棒１と単結晶棒２の間に形成し、当該浮遊帯域１０を原料結晶棒１の上端まで移動させてゾーニングし、単結晶棒２を成長させる。
この単結晶成長は、Ａｒガスに微量の窒素ガスを混合した雰囲気中で行われる。

また、上記誘導加熱コイル７としては、銅または銀からなる単巻または複巻の冷却用の水を流通させた誘導加熱コイルが用いられている。

特開２００７−３１４３７４号公報 特開２０１１−１１６５７０号公報

上記のようなＦＺ法による単結晶製造において用いられる原料としては、円柱状の結晶（多結晶、単結晶、多結晶種により成長させた中間結晶、有転位結晶を含む）を使用する。この円柱状の結晶として、ＣＺ法（チョクラルスキー法）で製造した単結晶を原料とする場合もある（特許文献１、特許文献２参照）。通常、ＣＺ法で製造した単結晶には製造時にルツボからの酸素が混入するため酸素を含んでいる。そのため、このＣＺ単結晶を原料として用いた場合には、ゾーニング後のＦＺ結晶中には０．１ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ：日本電子工業振興協会による換算係数を使用）を超える、多くは０．２５ｐｐｍａを超える酸素が含まれる。

しかし、このような微量な酸素であっても、製造する単結晶中に酸素単体若しくは窒素と酸素によりドナーが発生し、特に１０００Ωｃｍ以上の高抵抗率領域での抵抗率変化の原因となる。従って、製造する単結晶の酸素濃度を低減する方法が望まれていた。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、特にＣＺ法で製造した単結晶を原料としてＦＺ法で製造する単結晶（以降、ＦＺ単結晶と呼ぶことがある）の酸素濃度を、望ましくは０．１ｐｐｍａ以下に容易に低減できる単結晶の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、成長炉内に収容された誘導加熱コイルで原料結晶棒を部分的に溶融して溶融帯域を形成し、該溶融帯域を移動させて単結晶を成長させるＦＺ法による単結晶の製造方法であって、前記単結晶の製造条件である前記単結晶の成長速度ＳＥ（ｍｍ／ｍｉｎ）、前記成長炉内の圧力Ｐ（ＭＰａ）、前記原料結晶棒の酸素濃度ＭＯ（ｐｐｍａ）、前記成長させる単結晶の直径Ｄ（ｍｍ）、前記成長させる単結晶の酸素濃度Ｏｉ（ｐｐｍａ）を含む関係式Ｏｉ＝ａ×ＳＥ＋ｂ×Ｐ＋ｃ×ＭＯ＋ｄ×Ｄ＋ｅの定数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを重回帰分析によって求める工程と、前記関係式を用いて前記単結晶の製造条件をそれぞれ決定する工程と、前記決定した製造条件で前記単結晶を成長させる工程とを含むことを特徴とする単結晶の製造方法が提供される。

このような製造方法であれば、製造する単結晶の酸素濃度を簡単かつ確実に低減して、特に酸素濃度が０．１ｐｐｍａ以下の単結晶を製造できる。

このとき、前記原料結晶棒として、ＣＺ法で製造した酸素を含む単結晶棒を用いることができる。
本発明では製造する単結晶の酸素濃度を確実に低減できるので、ＣＺ法で製造した酸素を含む低コストの単結晶棒を原料結晶棒として用いる場合にも、低酸素濃度のＦＺ単結晶を得ることができる。

また、前記単結晶の製造条件を決定する工程において、前記成長させる単結晶の酸素濃度Ｏｉを０．１ｐｐｍａ以下に決定することが好ましい。
このようにすれば、抵抗率変化のない酸素濃度が０．１ｐｐｍａ以下の単結晶を確実に製造できる。

また、前記関係式の定数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを求める工程において、ａを０．１８５５３、ｂを０．５９４１８、ｃを０．００８３４、ｄを０．０００２４、ｅを０．２９５０１とすることができる。
このように予め求めておいた定数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを用いれば、成長させる単結晶の酸素濃度を低減するための製造条件をより容易に決定でき、工程時間を低減できる。

また、前記単結晶の製造条件を決定する工程の後に前記原料結晶棒を準備する工程を有し、前記単結晶の製造条件を決定する工程において、前記単結晶の成長速度ＳＥ、前記成長炉内の圧力Ｐ、前記成長させる単結晶の直径Ｄ、前記成長させる単結晶の酸素濃度Ｏｉをそれぞれ所望の値に決定した後、前記関係式を用いて前記原料結晶棒の酸素濃度ＭＯを算出して決定し、前記原料結晶棒を準備する工程において、前記決定した酸素濃度ＭＯを有する原料結晶棒を準備し、前記単結晶を成長させる工程において、前記準備した原料結晶棒を用いて前記単結晶を成長させることができる。

このようにすれば、所望の単結晶の成長速度ＳＥ、成長炉内の圧力Ｐ、単結晶の直径Ｄの製造条件を決定して目標とする酸素濃度Ｏｉの単結晶を育成するときの適切な原料結晶棒の酸素濃度ＭＯを決定でき、この決定した酸素濃度ＭＯの原料結晶棒を用いて確実に目標とする酸素濃度Ｏｉの単結晶を製造できる。

また、前記単結晶の製造条件を決定する工程の前に前記原料結晶棒を準備する工程を有し、前記原料結晶棒を準備する工程において、前記準備した原料結晶棒の酸素濃度ＭＯを測定し、前記単結晶の製造条件を決定する工程において、前記成長炉内の圧力Ｐ、前記単結晶の直径Ｄ、前記単結晶の酸素濃度Ｏｉをそれぞれ所望の値に決定した後、前記関係式を用いて前記単結晶の成長速度ＳＥを算出して決定し、前記単結晶を成長させる工程において、前記準備した原料結晶棒を用いて前記単結晶を前記決定した製造条件で成長させることができる。

このようにすれば、用いる原料結晶棒の酸素濃度ＭＯ及び所望の成長炉内の圧力Ｐ、単結晶の直径Ｄの製造条件を決定して目標とする酸素濃度Ｏｉの単結晶を育成するときの適切な成長速度ＳＥを決定でき、これら決定した条件で確実に目標とする酸素濃度Ｏｉの単結晶を製造できる。

また、前記単結晶の製造条件を決定する工程の前に前記原料結晶棒を準備する工程を有し、前記原料結晶棒を準備する工程において、前記準備した原料結晶棒の酸素濃度ＭＯを測定し、前記単結晶の製造条件を決定する工程において、前記単結晶の成長速度ＳＥ、前記単結晶の直径Ｄ、前記単結晶の酸素濃度Ｏｉをそれぞれ所望の値に決定した後、前記関係式を用いて前記成長炉内の圧力Ｐを算出して決定し、前記単結晶を成長させる工程において、前記準備した原料結晶棒を用いて前記単結晶を前記決定した製造条件で成長させることができる。

このようにすれば、用いる原料結晶棒の酸素濃度ＭＯ及び所望の単結晶の成長速度ＳＥ、単結晶の直径Ｄの製造条件を決定して目標とする酸素濃度Ｏｉの単結晶を育成するときの適切な成長炉内の圧力Ｐを決定でき、これら決定した条件で確実に目標とする酸素濃度Ｏｉの単結晶を製造できる。

本発明では、単結晶の製造条件である単結晶の成長速度ＳＥ（ｍｍ／ｍｉｎ）、成長炉内の圧力Ｐ（ＭＰａ）、原料結晶棒の酸素濃度ＭＯ（ｐｐｍａ）、成長させる単結晶の直径Ｄ（ｍｍ）、成長させる単結晶の酸素濃度Ｏｉ（ｐｐｍａ）を含む関係式Ｏｉ＝ａ×ＳＥ＋ｂ×Ｐ＋ｃ×ＭＯ＋ｄ×Ｄ＋ｅを用いて単結晶の製造条件をそれぞれ決定し、決定した製造条件で単結晶を成長させるので、製造する単結晶の酸素濃度を簡単かつ確実に低減して、特に酸素濃度が０．１ｐｐｍａ以下の単結晶を製造できる。これによって抵抗率変化のない高抵抗率の単結晶を製造することができる。

本発明の単結晶の製造方法の一例を示すフロー図である。 ＦＺ法による単結晶製造装置を用いて本発明の単結晶の製造方法を実施する様子を説明する説明図である。 原料結晶棒として、ＣＺ法により製造した単結晶を用いた場合と、多結晶を用いた場合の成長させた単結晶中の酸素濃度を比較した図である。 成長速度とＦＺ単結晶の酸素濃度の関係の一例を示す図である。 成長炉の圧力とＦＺ単結晶の酸素濃度の関係の一例を示す図である。 原料結晶棒の酸素濃度とＦＺ単結晶の酸素濃度の関係の一例を示す図である。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明者は、ＦＺ法による単結晶製造中に浮遊帯域に含まれる酸素が浮遊帯域表面からＳｉＯｘとして蒸発することにより、１回のゾーニングで製造する結晶中の酸素濃度は原料結晶棒の酸素濃度の約１／５０に低下するものの、図３に示すように、多結晶を原料としてＦＺ法により単結晶を製造した場合、酸素濃度はドナー化の影響がほぼない０．１ｐｐｍａ以下であるのに対して、ＣＺ法で製造した単結晶棒を原料とした場合、上記低減効果だけでは０．１ｐｐｍａ以下の所望の酸素濃度が得られないことを知見した。

そこで、本発明者は、ＳｉＯｘの蒸発のための時間を変化させる要素として成長速度、単位時間あたりのＳｉＯｘ蒸発量を変化させる要素として成長炉の圧力、酸素供給源として原料結晶棒の酸素濃度に注目し、それぞれの要素と成長させたＦＺ単結晶の酸素濃度との関係を調査した。
まず、成長速度に関して、直径２００ｍｍ（８インチ）の単結晶を製造した際の成長速度とＦＺ単結晶の酸素濃度の関係を調べた。その結果、図４に示すように、成長速度が遅い程、ＦＺ単結晶の酸素濃度が低下する傾向があり、成長速度を０．８５ｍｍ／ｍｉｎ以下にすると目標としている０．１ｐｐｍａ以下の酸素濃度にできることが分かった。

また、成長炉の圧力に関して、直径１００ｍｍ（４インチ）の単結晶を製造した際の成長炉内圧とＦＺ単結晶の酸素濃度の関係を調べた。その結果、図５に示すように、成長炉内圧が低い程、ＦＺ単結晶の酸素濃度が低下する傾向があり、計算上、成長炉内圧を−０．０１３ＭＰａ以下にすると目標としている０．１ｐｐｍａ以下の酸素濃度にできると考えられる。

更に、原料結晶棒の酸素濃度に関して、直径１５０ｍｍ（６インチ）で原料結晶棒の酸素濃度とＦＺ単結晶の酸素濃度の関係を調べた。その結果、図６に示すように原料結晶棒の酸素濃度が低い程、ＦＺ単結晶の酸素濃度が低下する傾向があり、計算上、ＦＺ単結晶の酸素濃度を０．３５ｐｐｍａ以下にすると目標としている０．１ｐｐｍａ以下の酸素濃度にできると考えられる。

しかし、成長速度を１．０ｍｍ／ｍｉｎ以下にすると、極度に原料供給速度が遅くなるため、溶融状態が不均一となり、原料外周部に溶け残りがツララ状に成長するハナと呼ばれる現象が発生しやすくなり、落下したハナが固液界面に付着して有転位化したり、放電トラブルが発生し、操業状態が極めて悪くなる。また、成長炉内圧を下げると、高周波電圧印加による放電トラブルの発生が顕著になる。さらに、原料中の酸素濃度を０．３ｐｐｍａ以下にすることは、ＣＺ法による単結晶製造では極めて困難である。すなわち、１つの条件だけで酸素濃度を０．１ｐｐｍａ以下とするのは難しい。

従って、安定して０．１ｐｐｍａ以下の低酸素濃度のＦＺ単結晶を製造するためには、成長速度ＳＥ、成長炉の圧力Ｐ、原料結晶棒の酸素濃度ＭＯという複数の条件を組み合わせて、最適な条件を設定することが必要である。
そこで、本発明者は、最適な条件を設定する手段として、成長速度ＳＥ、成長炉の圧力Ｐ、原料結晶棒の酸素濃度ＭＯ、成長する単結晶の直径Ｄ、ＦＺ単結晶の酸素濃度Ｏｉのデータ（データ数Ｎ＝８８８）を重回帰分析を行うことにより、ＦＺ単結晶の酸素濃度を算出するための関係式を求めた。更に、本発明者は、この関係式を使用して最適な製造条件を容易に決定できることに想到し、本発明を完成させた。

まず、本発明の単結晶の製造方法において用いることができるＦＺ法による単結晶製造装置について説明する。
前述の図２に示すように、ＦＺ単結晶製造装置３０は、成長炉２０を有しており、成長炉２０内には、上下動および回転可能な上軸３および下軸５が設けられている。
上軸３には上部保持治具４が取り付けられており、該上部保持治具４によって、原料結晶棒１が保持されている。また下軸５に取り付けられた下部保持治具６には種結晶８が取り付けられており、該種結晶８の上方にＦＺ単結晶２を成長させる。

また、成長炉２０内には誘導加熱コイル７が配置されている。該誘導加熱コイル７により原料結晶棒１は加熱溶融され、製造されるＦＺ単結晶２との間に浮遊帯域１０が形成される。この浮遊帯域１０を原料結晶棒１の上端まで移動させてゾーニングし、単結晶２を成長させていく。この際、必要に応じてガス吹き付け用ノズル１１から浮遊帯域１０にドーピング用ガス等を吹き付けることもできる。

ここで本発明の単結晶の製造方法について、上記したＦＺ単結晶製造装置を用いた場合を例に説明する。
図１に示すように、まず、成長速度ＳＥ、成長炉内の圧力Ｐ、原料結晶棒１の酸素濃度ＭＯ、ＦＺ単結晶２の直径Ｄ、ＦＺ単結晶２の酸素濃度Ｏｉのデータを収集する（図１の（Ａ））。これらデータは、例えば実際にＦＺ単結晶２を製造した際の製造条件として収集することができる。
次に、収集したデータを用い、関係式Ｏｉ＝ａ×ＳＥ＋ｂ×Ｐ＋ｃ×ＭＯ＋ｄ×Ｄ＋ｅの定数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを重回帰分析によって求める（図１の（Ｂ））。

これら工程（Ａ）（Ｂ）は予め１度行って定数を求めておけば良く、例えば、ａを０．１８５５３、ｂを０．５９４１８、ｃを０．００８３４、ｄを０．０００２４、ｅを０．２９５０１とするこことができ、関係式を以下とすることができる。
Ｏｉ＝０．１８５５３×ＳＥ＋０．５９４１８×Ｐ＋０．００８３４×ＭＯ＋０．０００２４×Ｄ＋０．２９５０１ （１）
但し、精度を更に高めるためには、結晶回転数、偏芯量、ワークコイル形状、原料直径等の操業条件を同条件にして、重回帰分析のためのデータを収集することが好ましい。

次に、上記の関係式を用いて単結晶の製造条件（成長速度ＳＥ、成長炉２０内の圧力Ｐ、原料結晶棒１の酸素濃度ＭＯ、ＦＺ単結晶２の直径Ｄ、ＦＺ単結晶２の酸素濃度Ｏｉ）をそれぞれ決定する（図１の（Ｃ））。
この製造条件を決定する工程（Ｃ）では、まず、製造するＦＺ単結晶２の目標とする酸素濃度Ｏｉを決定する。ここで、決定する酸素濃度Ｏｉは０．１ｐｐｍａ以下であることが好ましい。更に、上記した残りの４つの製造条件（成長速度ＳＥ、成長炉２０内の圧力Ｐ、原料結晶棒１の酸素濃度ＭＯ、ＦＺ単結晶２の直径Ｄ）のうち３つの条件を所望の値に決定し、残りの１つの条件を関係式から算出して決定する。

ここで、成長速度ＳＥは、操業トラブル発生や品質の面から許容できる範囲内で決定することができる。また、成長炉２０内の圧力Ｐは、例えば、ＦＺ単結晶製造装置の能力、放電等の操業トラブルの面から許容できる範囲内で決定することができる。また、原料結晶棒１の酸素濃度ＭＯは、例えば、ＣＺ法で製造する単結晶棒を用いる場合には、ＣＺ単結晶製造装置の能力や操業性の面から許容できる範囲内で決定することができる。

製造条件を決定する工程（Ｃ）において、原料結晶棒１の酸素濃度ＭＯを関係式（１）から算出して決定する場合について以下に説明する。
まず、成長速度ＳＥ、成長炉内の圧力Ｐ、ＦＺ単結晶２の直径Ｄをそれぞれ所望の値に決定する。そして、決定したこれら条件と目標の酸素濃度Ｏｉを関係式（１）に代入して酸素濃度ＭＯを算出して決定する。

このように決定した酸素濃度ＭＯの原料結晶棒１を準備する。ここでは、例えばＣＺ法による単結晶製造装置を用いて決定した酸素濃度ＭＯの単結晶棒を製造することができる。
次に、準備した原料結晶棒１を用い、上記決定した条件でＦＺ単結晶２を成長させる（図１の（Ｄ））。この際、図２に示すように、準備した原料結晶棒１を成長炉２０内に設置された上軸３に取り付けられた上部保持治具４に保持する。一方、直径の小さい単結晶の種（種結晶）８を、原料結晶棒１の下方に位置する下軸５に取り付けられた下部保持治具６に保持する。

成長炉２０の下部から窒素ガスを含んだＡｒガスを供給し、成長炉上部より排気することで炉内圧を上記決定した圧力にする。保持した原料結晶棒１を誘導加熱コイル７により溶融して、種結晶８に融着させる。その後、種絞りにより絞り部９を形成して無転位化する。そして、上軸３と下軸５を回転させながら原料結晶棒１と所定直径の単結晶２を下降させることで浮遊帯域１０を原料結晶棒１と単結晶２の間に形成し、当該浮遊帯域１０を原料結晶棒１の上端まで移動させてゾーニングし、上記決定した成長速度で単結晶２を成長させる。

また、製造条件を決定する工程（Ｃ）において、成長速度ＳＥを関係式（１）から算出して決定する場合について以下に説明する。
まず、例えばＣＺ法による単結晶製造装置を用いて原料結晶棒を準備する。この準備した原料結晶棒の酸素濃度ＭＯを測定して決定する。また、成長炉２０内の圧力Ｐ、ＦＺ単結晶２の直径Ｄをそれぞれ所望の値に決定し、決定したこれら条件と目標の酸素濃度Ｏｉを関係式（１）に代入して成長速度ＳＥを算出して決定する。
次に、準備した原料結晶棒１を用い、上記決定した条件でＦＺ単結晶２を成長させる（図１の（Ｄ））。

また、製造条件を決定する工程（Ｃ）において、成長炉２０内の圧力Ｐを関係式（１）から算出して決定する場合についても同様に、準備した原料結晶棒１の酸素濃度ＭＯを測定し、成長速度ＳＥ、ＦＺ単結晶２の直径Ｄをそれぞれ所望の値に決定する。その後、関係式（１）から成長炉２０内の圧力Ｐを決定し、これら決定した条件でＦＺ単結晶２を成長させる（図１の（Ｄ））。

このような本発明の単結晶の製造方法であれば、製造する単結晶の酸素濃度を、特に０．１ｐｐｍａ以下に低減するための製造条件を容易に決定することができる。そのため、このような酸素濃度が低減されたＦＺ単結晶を確実に得ることができる。

以下、本発明の実施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１）
図２に示すＦＺ単結晶製造装置を用い、本発明の単結晶の製造方法に従ってシリコン単結晶を製造し、その酸素濃度を評価した。
まず、成長速度ＳＥを１．５ｍｍ／ｍｉｎ、成長炉内の圧力Ｐを０．０５ＭＰａ、ＦＺ単結晶の直径Ｄを１５０ｍｍ、目標の酸素濃度Ｏｉを０．１ｐｐｍａと決定した。これらを上記関係式（１）に代入して酸素濃度ＭＯを６ｐｐｍａと決定した。

次に、酸素濃度が６ｐｐｍａ、直径１３０ｍｍのシリコン単結晶をＣＺ法により製造し、原料結晶棒として準備した。この原料結晶棒を用いて上記決定した条件でＦＺ法によりゾーニングを行い、シリコン単結晶を製造した。
製造したシリコン単結晶の直胴部の種結晶側からサンプルウェーハを切り出し、赤外分光法（ＦＴＩＲ）にて製造したシリコン単結晶中の酸素濃度を測定した。その結果、酸素濃度は０．０９８ｐｐｍａと０．１ｐｐｍａ以下に低減できた。

（実施例２）
図２に示すＦＺ単結晶製造装置を用い、本発明の単結晶の製造方法に従ってシリコン単結晶を製造し、その酸素濃度を評価した。
まず、ＣＺ法により直径１３０ｍｍのシリコン単結晶を製造し、原料結晶棒として準備した。その酸素濃度を測定したところ、１３ｐｐｍａであったので酸素濃度ＭＯを１３ｐｐｍａと決定した。
次に、成長炉内の圧力Ｐを０．１ＭＰａ、ＦＺ単結晶の直径Ｄを１５０ｍｍ、目標の酸素濃度Ｏｉを０．１ｐｐｍａと決定した。これらを上記関係式（１）に代入して成長速度ＳＥを１．０ｍｍ／ｍｉｎと決定した。

次に、上記準備した原料結晶棒を用いて上記決定した条件でＦＺ法によりゾーニングを行い、シリコン単結晶を製造した。
製造したシリコン単結晶の直胴部の種結晶側からサンプルウェーハを切り出し、ＦＴＩＲにて製造したシリコン単結晶中の酸素濃度を測定した。その結果、酸素濃度は０．０９５ｐｐｍａと０．１ｐｐｍａ以下に低減できた。

（実施例３）
図２に示すＦＺ単結晶製造装置を用い、本発明の単結晶の製造方法に従ってシリコン単結晶を製造し、その酸素濃度を評価した。
まず、ＣＺ法により直径１７０ｍｍのシリコン単結晶を製造し、原料結晶棒として準備した。その酸素濃度を測定したところ、８ｐｐｍａであったので酸素濃度ＭＯを８ｐｐｍａと決定した。
次に、成長速度ＳＥを１．０ｍｍ／ｍｉｎ、ＦＺ単結晶の直径Ｄを２００ｍｍ、目標の酸素濃度Ｏｉを０．１ｐｐｍａと決定した。これらを上記関係式（１）に代入して成長炉内の圧力Ｐを０．１５ＭＰａと決定した。

次に、上記準備した原料結晶棒を用いて上記決定した条件でＦＺ法によりゾーニングを行い、シリコン単結晶を製造した。
製造したシリコン単結晶の直胴部の種結晶側からサンプルウェーハを切り出し、ＦＴＩＲにて製造したシリコン単結晶中の酸素濃度を測定した。その結果、酸素濃度は０．１ｐｐｍａと０．１ｐｐｍａ以下に低減できた。

また、実施例１−３の約１０００Ωｃｍのサンプルウェーハに１２００℃で１００分間の熱処理を施したところ、抵抗率変化量は、ロッド状の多結晶シリコン結晶を原料として製造したＦＺ単結晶並の１０％以下の値であった。
以上、実施例１−３に示すように、本発明の単結晶の製造方法は酸素を含有するＣＺ法で製造した単結晶を原料としてＦＺ法で製造する単結晶の酸素濃度を０．１ｐｐｍａ以下に容易に低減できることが確認できた。

なお、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。

１…原料結晶棒、 ２…単結晶、 ３…上軸、 ４…上部保持治具、
５…下軸、 ６…下部保持治具、７…誘導加熱コイル、 ８…種結晶、
９…絞り部、 １０…浮遊帯域、 １１…ガス吹き付け用ノズル、
２０…成長炉、 ３０…ＦＺ単結晶製造装置。

Claims (7)

1. 成長炉内に収容された誘導加熱コイルで原料結晶棒を部分的に溶融して溶融帯域を形成し、該溶融帯域を移動させて単結晶を成長させるＦＺ法による単結晶の製造方法であって、
   前記単結晶の製造条件である前記単結晶の成長速度ＳＥ（ｍｍ／ｍｉｎ）、前記成長炉内の圧力Ｐ（ＭＰａ）、前記原料結晶棒の酸素濃度ＭＯ（ｐｐｍａ）、前記成長させる単結晶の直径Ｄ（ｍｍ）、前記成長させる単結晶の酸素濃度Ｏｉ（ｐｐｍａ）を含む関係式Ｏｉ＝ａ×ＳＥ＋ｂ×Ｐ＋ｃ×ＭＯ＋ｄ×Ｄ＋ｅの定数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを重回帰分析によって求める工程と、
   前記関係式を用いて前記単結晶の製造条件をそれぞれ決定する工程と、
   前記決定した製造条件で前記単結晶を成長させる工程とを含むことを特徴とする単結晶の製造方法。
2. 前記原料結晶棒として、ＣＺ法で製造した酸素を含む単結晶棒を用いることを特徴とする請求項１に記載の単結晶の製造方法。
3. 前記単結晶の製造条件を決定する工程において、前記成長させる単結晶の酸素濃度Ｏｉを０．１ｐｐｍａ以下に決定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の単結晶の製造方法。
4. 前記関係式の定数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを求める工程において、ａを０．１８５５３、ｂを０．５９４１８、ｃを０．００８３４、ｄを０．０００２４、ｅを０．２９５０１とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の単結晶の製造方法。
5. 前記単結晶の製造条件を決定する工程の後に前記原料結晶棒を準備する工程を有し、
   前記単結晶の製造条件を決定する工程において、前記単結晶の成長速度ＳＥ、前記成長炉内の圧力Ｐ、前記成長させる単結晶の直径Ｄ、前記成長させる単結晶の酸素濃度Ｏｉをそれぞれ所望の値に決定した後、前記関係式を用いて前記原料結晶棒の酸素濃度ＭＯを算出して決定し、
   前記原料結晶棒を準備する工程において、前記決定した酸素濃度ＭＯを有する原料結晶棒を準備し、
   前記単結晶を成長させる工程において、前記準備した原料結晶棒を用いて前記単結晶を成長させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の単結晶の製造方法。
6. 前記単結晶の製造条件を決定する工程の前に前記原料結晶棒を準備する工程を有し、
   前記原料結晶棒を準備する工程において、前記準備した原料結晶棒の酸素濃度ＭＯを測定し、
   前記単結晶の製造条件を決定する工程において、前記成長炉内の圧力Ｐ、前記単結晶の直径Ｄ、前記単結晶の酸素濃度Ｏｉをそれぞれ所望の値に決定した後、前記関係式を用いて前記単結晶の成長速度ＳＥを算出して決定し、
   前記単結晶を成長させる工程において、前記準備した原料結晶棒を用いて前記単結晶を前記決定した製造条件で成長させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の単結晶の製造方法。
7. 前記単結晶の製造条件を決定する工程の前に前記原料結晶棒を準備する工程を有し、
   前記原料結晶棒を準備する工程において、前記準備した原料結晶棒の酸素濃度ＭＯを測定し、
   前記単結晶の製造条件を決定する工程において、前記単結晶の成長速度ＳＥ、前記単結晶の直径Ｄ、前記単結晶の酸素濃度Ｏｉをそれぞれ所望の値に決定した後、前記関係式を用いて前記成長炉内の圧力Ｐを算出して決定し、
   前記単結晶を成長させる工程において、前記準備した原料結晶棒を用いて前記単結晶を前記決定した製造条件で成長させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の単結晶の製造方法。
   

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