JP5034247B2

JP5034247B2 - シリコン単結晶の製造方法

Info

Publication number: JP5034247B2
Application number: JP2006024696A
Authority: JP
Inventors: 英輝原
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2006-02-01
Filing date: 2006-02-01
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2026-02-01
Also published as: JP2007204312A

Description

本発明は、酸素濃度の径方向面内分布が均一であるシリコン単結晶を製造できるシリコン単結晶の製造方法に関する。

シリコン単結晶は、坩堝に収容された多結晶シリコン原料をヒータで加熱してシリコン融液とし、チョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」と略記する。）によりシリコン融液から引き上げながら成長させることにより製造される。シリコン基板は、上記の方法で製造されたシリコン単結晶をスライス（切断）することにより製造される。近年、半導体回路の高集積化による素子の微細化に伴い、その基板となるシリコン単結晶に対する品質要求が高まってきている。

従来からシリコン融液の対流を抑制することができ均一なシリコン単結晶が得られる方法として、磁場中引き上げ法（以下、「ＭＣＺ法」と略記する。）が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特開昭６４−２４０９０号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、シリコン単結晶の引き上げ速度を低下させることなく、シリコン単結晶中の酸素濃度を増加させることを目的とするものであり、酸素濃度の径方向面内分布が均一であるシリコン単結晶を製造できるものではなかった。
このため、シリコン単結晶の酸素濃度の径方向面内分布におけるばらつきを小さくすることが要求されていた。特に、シリコン単結晶の径方向面内における外周に近い領域で酸素濃度が少なくなる現象が発生することがあり、問題となっていた。この問題を解決するため、従来から、シリコン単結晶を製造する際に必要な外形寸法よりも大きい外形寸法の単結晶を成長させ、成長後に外周部分を削って酸素濃度が所定濃度よりも少なくなっている部分をとり除く方法が行われている。しかしながら、単結晶の成長後に外周部分を削る場合、無駄になる減量が多いことや、削る手間がかかるという不都合があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、酸素濃度の径方向面内分布が均一であるシリコン単結晶を製造できるシリコン単結晶の製造方法を実現することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のシリコン単結晶の製造方法は、坩堝に収容されたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げながら成長させて製造す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径方向に磁場を印加する磁場印加ステップを備え、
前記シリコン融液の液面に対する前記磁場の中心高さ位置を、前記シリコン単結晶中の酸素濃度の径方向面内分布が均一になる位置として、液面上方０〜８０ｍｍの範囲としたことを特徴とする。
本発明のシリコン単結晶の製造方法は、坩堝に収容された
シリコン融液からシリコン単結晶を引き上げながら成長させて製造す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径方向に磁場を印加する磁場印加ステップを備
え、前記シリコン融液の液面に対する前記磁場の中心高さ位置を、前記シリコン単結晶中
の酸素濃度の径方向面内分布が均一になる位置とした。
本発明によれば、シリコン融液の液面に対する前記磁場の中心高さ位置を、シリコン単
結晶中の酸素濃度の径方向面内分布が均一になる位置としているので、酸素濃度の径方向
面内分布が均一であるシリコン単結晶を製造できる。

また、上記のシリコン単結晶の製造方法においては、前記シリコン融液の液面に対する前記磁場の中心高さ位置を、液面上方０〜８０ｍｍの範囲とすることができる。
このような製造方法とすることで、酸素濃度の径方向面内分布が均一であるシリコン単結晶を容易に製造できる。

また、上記のシリコン単結晶の製造方法においては、前記シリコン融液の液面に対する前記磁場の中心高さ位置を、液面上方６０〜８０ｍｍの範囲とすることができる。
このような製造方法とすることで、シリコン単結晶の径方向面内における外周に近い領域で酸素濃度が少なくなる現象の発生を抑止することができ、酸素濃度の径方向面内分布が外周に近い領域まで均一であるシリコン単結晶を製造できる。

本発明によれば、シリコン融液の液面に対する前記磁場の中心高さ位置を、シリコン単結晶中の酸素濃度の径方向面内分布が均一になる位置としているので、酸素濃度の径方向面内分布が均一であるシリコン単結晶を製造できる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態によるシリコン単結晶の製造方法について詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態によるシリコン単結晶の製造方法において使用するシリコン単結晶製造装置の概略断面図である。図１において、符号２は石英で形成された坩堝であり、坩堝２の両側には一対の磁気コイル１、１が所定の間隔を空けて対向配置されている。また、坩堝２は、坩堝２から所定の間隔をあけて坩堝２と磁気コイル１、１との間に配置された筒状のヒータ（図示略）により包囲されている。

坩堝２には、坩堝２に投入された高純度のシリコン多結晶体をヒータで加熱・融解して得られたシリコン融液Ｍが収容されている。シリコン単結晶ＳＩは、下面がシリコン融液Ｍの液面に接するように、引上げワイヤー（図示略）により坩堝２の回転中心に向って垂下されている。
坩堝２は不図示の坩堝駆動手段に接続され、坩堝２が水平面内で回転し得るとともに、シリコン融液Ｍの液面変化に対応して上下方向に移動可能となっている。また、磁気コイル１、１は不図示の磁気コイル駆動手段により上下方向に移動可能とされ、シリコン融液Ｍの液面変化に対応して磁場の中心高さ位置Ａを変化させることができるようになっている。

このようなシリコン単結晶製造装置を用いてシリコン単結晶ＳＩを製造するには、まずヒータで坩堝２内に収容された多結晶シリコン原料を加熱してシリコン融液Ｍとし、シリコン融液Ｍの温度を所定の温度に設定する。次いで、磁気コイル１、１からシリコン単結晶の径方向に磁場９を印加し、先端に種結晶が取り付けられた引上げワイヤーを下方へ引き下げてシリコン融液Ｍ表面に種結晶の下端を接触させてから上方への引き上げを開始する。

このとき、シリコン融液Ｍの液面に対する磁場９の中心Ａ高さ位置Ｂを、シリコン単結晶中の酸素濃度の径方向面内分布が均一になる位置とする。具体的には、シリコン融液の液面に対する前記磁場の中心高さ位置Ｂを、液面上方０〜８０ｍｍの範囲とすることが望ましく、液面上方６０〜８０ｍｍの範囲とすることがより望ましい。前記磁場の中心高さ位置Ｂを０ｍｍ未満（つまり液面に対して下方）とすると、得られたシリコン単結晶中の酸素濃度の径方向面内分布におけるばらつきが大きくなるため望ましくない。また、前記磁場の中心高さ位置Ｂが液面上方８０ｍｍを越えると、シリコン融液の対流を抑制する効果が十分に得られなくなるおそれが生じるため望ましくない。さらに、前記磁場の中心高さ位置Ｂを液面上方６０〜８０ｍｍの範囲とした場合、シリコン単結晶の径方向面内における外周に近い領域で酸素濃度が少なくなる現象の発生を抑止することができる。

また、磁気コイル１、１の中心における磁束密度は、２０００〜４０００ガウスとすることができ、２５００〜３５００ガウスとすることが望ましい。磁気コイル１、１の中心における磁束密度が４０００ガウスを越えると、シリコン単結晶の径方向面内における外周に近い領域で酸素濃度が少なくなる現象が顕著になるため望ましくない。また、磁気コイル１、１の中心における磁束密度が２０００ガウス未満であると、シリコン融液の対流を抑制する効果が十分に得られなくなるおそれが生じるため望ましくない。
なお、磁気コイル１、１の半径、磁気コイル１、１と坩堝２との距離、磁気コイル１、１相互間の距離、坩堝２の回転数、引き上げ速度などの製造条件は、適宜選択することができ、特に限定されない。

「実施例」
（実験例１）
シリコン単結晶ＳＩの直径Ｄを３００ｍｍ、磁場９の中心Ａの高さ位置をシリコン融液Ｍの液面の上方８０ｍｍとし、磁気コイル１、１の中心における磁束密度を３０００ガウスとし、坩堝２を０．１〜２０［ｍｉｎ^−１］程度の回転速度で回転させるとともに、引き上げるシリコン単結晶ＳＩを１〜２５［ｍｉｎ^−１］程度の回転速度で逆回転させ、シリコン単結晶ＳＩの引き上げ速度０．３５〜０．７５［ｍｍ/ｍｉｎ］でシリコン融液Ｍを固化させることにより長さ１６００ｍｍのシリコン単結晶製造を製造し、得られたシリコン単結晶をシリコン単結晶の種結晶側から長さ２００ｍｍの位置でスライスしてシリコンウェーハを得た。

（実験例２）
磁場９の中心Ａの高さ位置Ｂをシリコン融液Ｍの液面の上方６０ｍｍとしたこと以外は実験例１と同様にしてシリコン単結晶を製造し、得られたシリコン単結晶を実験例１と同様にしてスライスしてシリコンウェーハを得た。
（実験例３）
磁場９の中心Ａの高さ位置Ｂをシリコン融液Ｍの液面とした（０ｍｍ）こと以外は実験例１と同様にしてシリコン単結晶を製造し、得られたシリコン単結晶を実験例１と同様にしてスライスしてシリコンウェーハを得た。
（実験例４）
磁場９の中心Ａの高さ位置Ｂをシリコン融液Ｍの液面の下方１３０ｍｍとしたこと以外は実験例１と同様にしてシリコン単結晶を製造し、得られたシリコン単結晶を実験例１と同様にしてスライスしてシリコンウェーハを得た。

実験例１〜実験例４で得られたシリコンウェーハの酸素濃度を調べることにより、シリコン単結晶の種結晶側から長さ２００ｍｍの位置でのシリコン単結晶中の酸素濃度の径方向面内分布を調べた。その結果を図２〜図５に示す。図２〜図５は、シリコンウェーハの中心からの距離と酸素濃度との関係を図２に示したグラフであり、図２には実験例２、図３には実験例１、図４には実験例４、図５には実験例３の結果を示した。なお、図２〜図５において、縦軸の１目盛は、１×10¹⁷atoms/cm³である。
図４に示すように、磁場９の中心Ａの高さ位置Ｂをシリコン融液Ｍの液面の下方１３０ｍｍとした実験例４では、酸素濃度の径方向面内分布におけるばらつきが大きく、径方向面内における外周に近い領域で急激に酸素濃度が少なくなっている。
これに対し、図５に示すように、磁場９の中心Ａの高さ位置Ｂをシリコン融液Ｍの液面とした実験例３では、径方向面内における外周に近い中心から１３０ｍｍよりも外側の領域を除き、酸素濃度の径方向面内分布におけるばらつきが0.6×10¹⁷atoms/cm³（6%）程度であり、図４に示す実験例４と比較して小さくなっている。ここで、６％とは、（酸素濃度Max値 - Min値）/（Max値）で算出した割合である。
また、図３に示す磁場９の中心Ａの高さ位置Ｂをシリコン融液Ｍの液面の上方８０ｍｍとした実験例１や、図２に示す上方６０ｍｍとした実験例２では、酸素濃度の径方向面内分布におけるばらつきが面内全域に渡って0.3×10¹⁷atoms/cm³（3%）程度であり、実験例３や実験例４と比較して小さくなっている。ここで、３％も、同様に（酸素濃度Max値 - Min値）/（Max値）で算出した割合である。しかも、実験例１や実験例２では、実験例３や実験例４と比較して、径方向面内における外周に近い領域で酸素濃度が少なくなる現象が抑止されることが確認できた。
また、磁束密度は３０００Ｇに限らず２５００〜３５００Ｇの範囲内では同様の結果を得ることができた。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の内容に限られず、本発明の範囲内で自由に変更可能である。例えば、本発明は製造するシリコン単結晶ＳＩの径（直径）の大きさに制限はなく、任意の直径を有するシリコン単結晶を製造する場合に適用することができる。

図１は、本発明の第１実施形態によるシリコン単結晶の製造方法において使用するシリコン単結晶製造装置の概略断面図である。図２は、シリコンウェーハの中心からの距離と酸素濃度との関係を示したグラフである。図３は、シリコンウェーハの中心からの距離と酸素濃度との関係を示したグラフである。図４は、シリコンウェーハの中心からの距離と酸素濃度との関係を示したグラフである。図５は、シリコンウェーハの中心からの距離と酸素濃度との関係を示したグラフである。

符号の説明

１、１：磁気コイル、２：坩堝、９：磁場、Ｍ：シリコン融液、ＳＩ：シリコン単結晶、Ａ：磁場の中心

Claims

坩堝に収容されたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げながら成長させて製造す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径方向に磁場を印加する磁場印加ステップを備え、
前記シリコン融液の液面に対する前記磁場の中心高さ位置を、前記シリコン単結晶中の酸素濃度の径方向面内分布が均一になる位置として、液面上方０〜８０ｍｍの範囲としたことを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
前記シリコン融液の液面に対する前記磁場の中心高さ位置を、液面上方６０〜８０ｍｍの範囲とした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。