WO2007013148A1

WO2007013148A1 - シリコン単結晶引上装置及びその方法

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Publication number: WO2007013148A1
Application number: PCT/JP2005/013715
Authority: WO
Inventors: Senlin Fu; Naoki Ono
Original assignee: Sumco Corporation
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2007-02-01
Also published as: DE05767033T1; US20100126410A1; EP1908861A1

Abstract

　シリコン融液を貯留する石英るつぼを所定の回転速度で回転させ、そこから引上げられるシリコン単結晶棒を所定の回転速度で回転させる。るつぼの回転中心をそれぞれ中心とする第１コイル及び第２コイルを鉛直方向に所定の間隔をあけて配設し、第１及び第２コイルにそれぞれ同じ向きの電流を流すことにより磁場を発生させる。第１コイルはチャンバ外に設けられ、第２コイルはチャンバ内に設けられる。第１及び第２コイルの所定間隔の中間位置と、シリコン融液の表面との距離が０ｍｍ以上１００００ｍｍ以下となるように、中間位置をシリコン融液の表面又はその下方に制御する。

Description

明細書

シリコン単結晶引上装置及びその方法

技術分野

[0001] 本発明は、シリコン融液に縦磁場を印加しながら、シリコン単結晶棒をシリコン融液力引上げる装置及びその方法に関する。

背景技術

[0002] 従来、シリコン単結晶棒を育成する方法としてるつぼ内のシリコン融液から半導体用の高純度シリコン単結晶棒を成長させるチヨクラルスキー法 (以下、 CZ法という）が知られている。 CZ法では、石英るつぼの周囲に設けられたカーボンヒータにより石英るつぼ内のシリコン融液を加熱して所定温度に維持し、ミラーエッチングされた種結晶をシリコン融液に接触させ、その後その種結晶を回転させつつ引上げてシリコン単結晶棒を育成する。このシリコン単結晶棒の育成方法では、種結晶を引上げてシリコン融液力種絞り部を形成した後、目的とするシリコン単結晶棒の直径まで結晶を徐々に太らせて肩部を形成し、その後更に引上げてシリコン単結晶棒の直胴部を形成する。

[0003] 一方、シリコン結晶中には不純物が含まれて、る。不純物としては、電気抵抗率を調整するため意図的に添加されるボロン、リンなどのドーパントや、引上げ中に石英るつぼ壁より融液中に溶出、混入する酸素等がある。これらの不純物はシリコン単結晶棒よりシリコンゥエーハを形成する際、ゥーハの品質を左右するため適切に制御されなければならない。特にゥーハ中の面内不純物分布を均一にするために、シリコン単結晶棒中の半径方向の不純物濃度分布を均一にすることが重要である。この点を考慮して近年では、チヨクラルスキー法によって単結晶を引上げる際に、るつぼ内の融液に超伝導コイル力発せられる静磁場を印加し、シリコン融液に生じる熱対流を制御する技術（MCZ法； Magnetic Field Applied Czochralski Method)が用いられている。この静磁場としては一般的に横磁場 (例えば、特許文献 1 :特開昭 61 — 239605号公報）、縦磁場 (例えば、特許文献 2 :特開平 10— 279380号公報）、及びカスプ磁場 (例えば、特許文献 3：特開 2003 - 2782号公報）の 3種類が知られている。 MCZ法ではシリコン融液の対流を制御することによりその融液の温度を安定させ、また融液によるるつぼの溶解が減少することが実証されて、る。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] しかし、横磁場の場合にはシリコン融液の表面或いは任意の水平断面に各回転角度において均一に磁場を印加できない。横磁場を水平面に、ある一つの方向に印加するために電磁石を設置することにより、一方の電磁石カゝら他方の電磁石に向力ゝぅ磁場を生じさせた場合、印加方向と平行方向の磁場分布は印加方向と垂直方向の磁場分布と大きく異なるとともに、シリコン融液の中央を通過するのが一番強ぐその中央力遠ざかるに従って弱くなり、結果としてシリコン融液にその中心軸を軸対称とする均一な磁場を印加できな、。

[0005] 縦磁場は、石英るつぼの外径より大きな互いに同一のコイル直径を有する第 1及び第 2コイルにより印加され、その第 1及び第 2コイルは石英るつぼの回転軸をそれぞれコイル中心とし、鉛直方向に所定の間隔をあけて配設される。従って、このような第 1及び第 2コイルから生じる縦磁場であればシリコン融液に軸対称とする磁場を均一に印加できることになる。しかし、シリコン融液の対流は磁場により生じるローレンツ力により制御されるため、その磁場が縦方向であると石英るつぼ壁より融液中に溶出混入した酸素等の不純物がシリコン融液の中央表面に集中することを防止することができない。そのため、シリコン融液の中央表面力もの取り込みによる、不純物としての酸素のシリコン単結晶棒への混入を十分に低減できない問題点があった。

[0006] 一方、カスプ磁場は、石英るつぼの外径より大きな互いに同一のコイル直径を有する第 1及び第 2コイルを、石英るつぼの回転軸をそれぞれコイル中心とし、鉛直方向に所定の間隔を開けて配置し、その第 1及び第 2コイルに逆方向の電流を流すことにより生じさせる。このため、カスプ磁場では、石英るつぼの内周面近傍のシリコン融液には横磁場が加わり、ルツボ壁より融液中に溶出混入した酸素等の不純物力シリコン融液の中央表面に集中してシリコン単結晶棒に取り込まれることを有効に防止できる。しかし、カスプ磁場では、シリコン単結晶棒直下の固液界面付近における磁場強度がゼロになるため、固液界面形状を磁場により制御できない不具合がある。特に近年では、固液界面形状を制御して内部に格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しな、シリコン単結晶棒を製造する試みがなされており、固液界面形状を制御する重要性が増している。

本発明の目的は、シリコン融液にその中心軸を軸対称とする均一な磁場が得られ、酸素等の不純物がシリコン融液の中央表面に集中することを防止でき、かつシリコン単結晶棒直下の固液界面形状を有効に制御し得るシリコン単結晶引上装置及びその方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0007] 本発明の単結晶引上装置では、チャンバ内に設けられシリコン融液を貯留する石英るつぼを所定の回転速度で回転させ、シリコン単結晶棒を所定の回転速度で回転させてシリコン融液力引上げる際、石英るつぼの回転軸をそれぞれコイル中心とする第 1及び第 2コイルを鉛直方向に所定の間隔をあけて配設し、第 1及び第 2コイルにそれぞれ同じ向きの電流を流すことにより第 1及び第 2コイルの間に生じる磁場を発生させる。本発明は、前記構成の単結晶引上装置を、第 1コイルをチャンバ外に設け、第 2コイルをチャンバ内に設けることにより改良している。

[0008] 前記シリコン単結晶引上装置では、第 1及び第 2コイルにそれぞれ同じ向きの電流を流すと、それにより発生させた磁場は、横から見て磁力線の描く曲線が下方に向かつて小径となるようなコーン状を示す。このコーン状の磁場では、シリコン融液の中央に向力う磁場が均一に印加され、結果としてシリコン融液にその中心軸を軸対称とする均一な磁場を印加することができる。

このコーン状の磁場は、縦方向の磁場と横方向の磁場の特性それぞれを有する。磁場の横方向成分により石英るつぼ壁より融液中に溶出混入した酸素等の不純物がシリコン融液の中央表面に集中することを防止することができ、不純物である酸素がシリコン単結晶棒に混入することを十分に低減することができる。

コーン状の磁場は、シリコン単結晶棒直下の固液界面付近であっても磁場強度がゼロになることはないため、前記固液界面の形状を磁場により制御できる。

[0009] 前記構成のシリコン単結晶引上装置は、第 1コイルと第 2コイルの鉛直方向の間隔 T力 SOを越えて 10000mm以下であり、第 1コイルの直径 D力 SlOOmm以上 10000m m以下であり、第 2コイルの直径 D力 mm以上 5000mm以下であり、第 1コイルの

2

直径 Dと第 2コイルの直径 Dの比が 1以上 2000以下であり、かつチャンバ周囲の肉

1 2

厚を tとするとき第 1コイルの直径 D力第 2コイルの直径 Dを引いた値が 2t以上で

1 2

あるものでもよい。

上記のシリコン単結晶引上装置では、シリコン単結晶棒直下の固液界面付近の磁場強度を有効に調整することが可能になり、固液界面形状をその磁場により効果的に制御することが可能になる。好ましい条件として、 Tは 0を越えて 8000mm以下であり、第 1コイルの直径 D力 S500mm以上 5000mm以下であり、第 2コイルの直径 D

1 2 力^ Omm以上 500mm以下であってもよ!/、。

[0010] 本発明のシリコン単結晶引上げ法では、チャンバ内に設けられシリコン融液を貯留する石英るつぼを所定の回転速度で回転させ、シリコン単結晶棒を所定の回転速度で回転させてシリコン融液から引上げる際、チャンバの外径より大きなコイル直径を有する第 1コイルを石英るつぼの回転軸をコイル中心としてチャンバ外に設け、石英るつぼの回転軸をコイル中心とする第 2コイルを第 1コイルと鉛直方向に所定の間隔 Tをあけてチャンバ内に設け、第 1及び第 2コイルにそれぞれ同じ向きの電流を流すことにより第 1及び第 2コイルの間に生じる磁場を発生させる。

前記単結晶引上げ法において、第 1及び第 2コイルの所定間隔 Tの中間位置とシリコン融液の表面との距離を Hとするとき、 Omm≤ I H | ≤ 10000mmを満たすように、中間位置をシリコン融液の表面又はその下方に制御する。

[0011] 前記シリコン単結晶の引上げ方法では、中間位置とシリコン融液の表面との距離が Omm≤ I H I≤ 10000mmを満たすように、中間位置をシリコン融液の表面又はその下方に制御しながら、シリコン単結晶棒を引上げると、シリコン融液に所定の対流が発生する。これらの対流により、従来大きく下側に凸であった固液界面形状が液面と同一高さでかつフラットに近づく。この結果、シリコン単結晶棒の鉛直方向の温度勾配も均一に近づき、ほとんど全長にわたって、無欠陥で高品質のシリコン単結晶棒を比較的容易に製造できる。 I H I力 10000mmを越えると融液内磁場強度 (磁束密度)の不足により、酸素及び固液界面形状の制御が困難となる。好ましい範囲として、 Omm≤ I H I ≤ 500mmであってもよい。 [0012] 前記単結晶引上げ法において、第 1コイルに流れる電流を Iとし、第 2コイルに流れ

1

る電流を Iとするとき、 I及び Iを 0· 1〜1Ο³⁰Αの範囲とし、力つ 0· 001≤(1 /1 )≤1

2 1 2 1 2

000を満たすように第 1コイル及び第 2コイルに電流を流して中間位置の石英ルツボの内径と等位置の磁束密度が 0. 001-1. 0T (WbZm²)になるように制御してもよい。

前記シリコン単結晶の引上げ方法では、シリコン単結晶棒直下の固液界面付近の磁場強度を有効に調整することができ、内部に格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しないシリコン単結晶棒を製造することができる。中間位置の石英ルツボの内径と等位置の磁束密度が 0. 001T (WbZm²)未満であると融液内磁場強度 (磁束密度）が足りないことにより、酸素を十分に制御できず、 1. 0T (WbZm²)を越えると融液内対流が十分には発達できないために、固液界面形状を十分に制御できない。好まましい範囲として、 I及び Iは 100〜10^1QAであり、中間位置の石英ルツボの内径

1 2

と等位置の磁束密度は 0. 01-0. 5T (WbZm²)であってもよい。

発明の効果

[0013] 本発明のシリコン単結晶引上装置では、第 1コイルをチャンバ外に設け、第 2コイルをチャンバ内に設けたので、第 1及び第 2コイルにそれぞれ同じ向きの電流を流すと、横力見て磁力線の描く曲線が下方に向力つて小径となるようなコーン状の磁場を得ることができる。前記コーン状の磁場では、シリコン融液の中央に向力う磁場が均一に印加されることになり、結果として、シリコン融液にその中心軸を軸対称とする均一な磁場を印加できる。コーン状の磁場は、縦方向の磁場と横方向の磁場の特性それぞれを有し、横方向成分により、石英るつぼ壁より溶出してシリコン融液に混入した酸素等の不純物が、融液の中央表面に集中することを防止することができる。更に、コーン状の磁場はシリコン単結晶棒直下の固液界面付近であっても磁場強度がゼロになることはないため、固液界面形状の制御に用いることができる。

[0014] 本発明のシリコン単結晶の引上げ方法では、第 1及び第 2コイルの所定間隔 Tの中間位置とシリコン融液の表面との距離を Hとするとき、 Omm≤ I H | ≤ 10000mmを満たすように、中間位置をシリコン融液の表面又はその下方に制御するので、シリコン融液に所定の対流が発生する。これらの対流により従来大きく下側に凸であった固液界面形状が液面と同一高さでかつフラットに近づく。この結果、シリコン単結晶棒の鉛直方向の温度勾配も均一に近づき、ほとんど全長にわたって無欠陥で高品質のシリコン単結晶棒を比較的容易に製造できる。この場合、第 1コイルに流れる電流を I

1とし、第 2コイルに流れる電流を Iとするとき、 I及び Iを 0. 1〜10³°Aの範囲とし、かつ 0

2 1 2

. 001≤(1 /\ )≤ 1000を満たすように第 1コイル及び第 2コイルに電流を流して、中

1 2

間位置の石英ルツボの内径と等位置の磁束密度が 0. 001-1. 0T(WbZm²)になるように制御すれば、シリコン単結晶棒直下の固液界面付近の磁場強度を有効に調整することが可能になり、内部に格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しないシリコン単結晶棒を製造することができる。

図面の簡単な説明

[0015] [図 1]本発明実施形態のシリコン単結晶引上装置の構成を示す概念図である。

[図 2]その装置のコイルとるつぼとの関係を示す拡大図である。

[図 3]そのるつぼのシリコン融液に印加された磁場方向を示す図 2の A— A線断面図である。

[図 4]ボロンコフの理論に基づいた、 VZG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、 VZG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である。

符号の説明

[0016] 11 チャンバ

12 シリコン融液

13 石英るつぼ

25 シリコン単結晶棒

41 第 1コイル

42 第 2コィノレ

43 磁場

43a 第 1及び第 2コイルの間隔の中間位置

H 所定間隔丁の中間位置とシリコン融液の表面との距離

D 第 1コイルの直径 D 第 2コイルの直径

2

τ 所定間隔

t チャンバ周囲の肉厚

発明を実施するための最良の形態

[0017] 次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。ただし、本発明は以下の各実施例に限定されるものではない。

図 1に本発明のシリコン単結晶引上装置 10を示す。この装置 10のチャンバ 11内には、シリコン融液 12を貯留する石英るつぼ 13が設けられ、この石英るつぼ 13の外周面は黒鉛サセプタ 14により被覆される。石英るつぼ 13の下面は上記黒鉛サセプタ 1 4を介して支軸 16の上端に固定され、この支軸 16の下部は、るつぼ駆動手段 17に接続される。るつぼ駆動手段 17は図示しないが、石英るつぼ 13を回転させる第 1回転用モータと、石英るつぼ 13を昇降させる昇降用モータとを有し、これらのモータにより石英るつぼ 13が所定の方向に回転し得るとともに、上下方向に移動可能となっている。石英るつぼ 13の外周面は石英るつぼ 13から所定の間隔をあけてヒータ 18により包囲され、このヒータ 18は保温筒 19により包囲される。ヒータ 18は石英るつぼ 13 に投入された高純度のシリコン多結晶体を加熱 '融解してシリコン融液 12とする。

[0018] チャンバ 11の上端には、円筒状のケーシング 21が接続される。このケーシング 21 には引上げ手段 22が設けられる。引上げ手段 22はケーシング 21の上端部に水平状態で旋回可能に設けられた引上げヘッド（図示せず)と、このヘッドを回転させる第 2回転用モータ（図示せず）と、ヘッドから石英るつぼ 13の回転中心に向って垂下されたワイヤケーブル 23と、上記ヘッド内に設けられワイヤケーブル 23を卷取り又は繰出す引上げ用モータ（図示せず）とを有する。ワイヤケーブル 23の下端にはシリコン融液 12に浸してシリコン単結晶棒 25を引上げるための種結晶 24が取付けられる。チャンバ 11には、このチャンバ 11のシリコン単結晶棒側に不活性ガスを供給し、かつ上記不活性ガスをチャンバ 11のるつぼ内周面側から排出するガス給排手段 28が接続される。ガス給排手段 28は一端がケーシング 21の周壁に接続され、他端が上記不活性ガスを貯留するタンク（図示せず）に接続された供給パイプ 29と、一端がチヤンバ 11の下壁に接続され他端が真空ポンプ（図示せず）に接続された排出パイプ 30とを有する。供給パイプ 29及び排出パイプ 30には、これらのパイプ 29、 30を流れる不活性ガスの流量を調整する第 1及び第 2流量調整弁 31, 32がそれぞれ設けられる。

[0019] 一方、引上げ用モータの出力軸（図示せず）にはエンコーダ（図示せず)が設けられ、るつぼ駆動手段 17には支軸 16の昇降位置を検出するエンコーダ（図示せず）が設けられる。 2つのエンコーダの各検出出力はコントローラ（図示せず)の制御入力に接続され、コントローラの制御出力は引上げ手段 22の引上げ用モータ及びるつぼ駆動手段の昇降用モータにそれぞれ接続される。またコントローラにはメモリ（図示せず )が設けられ、このメモリにはエンコーダの検出出力に対するワイヤケーブル 23の卷取り長さ、即ちシリコン単結晶棒 25の引上げ長さが第 1マップとして記憶される。また、メモリには、シリコン単結晶棒 25の引上げ長さに対する石英るつぼ 13内のシリコン融液 12の液面レベルが第 2マップとして記憶される。コントローラは、引上げ用モータにおけるエンコーダの検出出力に基づいて石英るつぼ 13内のシリコン融液 12の液面を常に一定のレベルに保つように、るつぼ駆動手段 17の昇降用モータを制御する

[0020] シリコン単結晶棒 25の外周面と石英るつぼ 13の内周面との間にはシリコン単結晶棒 25の外周面を包囲する熱遮蔽部材 36が設けられる。この熱遮蔽部材 36は円筒状に形成され、ヒータ 18からの輻射熱を遮る筒部 37と、この筒部 37の上縁に連設され、外方に略水平方向に張り出すフランジ部 38とを有する。上記フランジ部 38を保温筒 19上に載置することにより、筒部 37の下縁がシリコン融液 12表面力も所定の距離だけ上方に位置するように熱遮蔽部材 36はチャンバ 11内に固定される。そしてこの筒部 37の下部には、筒内の方向に膨出する膨出部 39が設けられる。

[0021] 引上装置 10には、石英るつぼ 13の回転軸をそれぞれコイル中心とする第 1コイル 41及び第 2コイル 42が鉛直方向に所定の間隔 Tをあけて配設される。第 1コイル 41 はチャンバ 11の外部に設けられ、第 2コイル 42はチャンバ 11の内部に設けられる。図 2に示すように、第 1コイル 41と第 2コイル 42の鉛直方向の間隔 Tは 0以上 10000 mm以下であり、第 1コイル 41の直径 Dは 100mm以上 10000mm以下であり、第 2

1

コイル 42の直径 Dは 5mm以上 5000mm以下のものが使用される。そして、第 1コィル 41と第 2コイル 42は、第 1コイル 41の直径 Dと第 2コイル 42の直径 Dの比が 1以

1 2

上 2000以下であり、チャンバ 11の周囲の肉厚を tとするとき（図 1)、第 1コイル 41の直径 D力も第 2コイル 42の直径 Dを引いた値が 2t以上になるように設けられる。この

1 2

引上装置 10は、第 1及び第 2コイル 41、 42にそれぞれ同じ向きの電流を流すことにより、第 1及び第 2コイル 41、 42の間に磁場 43を発生させ、単結晶棒 25を引上げるように構成される。

[0022] 次にこのシリコン単結晶引上装置を用いた引上げ方法を説明する。

シリコン融液 12を貯留する石英るつぼ 13を所定の回転速度 Rで回転させ、シリコ

1

ン融液 12から引上げられるシリコン単結晶棒 25を所定の回転速度 Rで回転させ、か

2

つシリコン融液 12に第 1及び第 2コイル 41, 42を用いて磁場 43を印加しながら、上記シリコン融液 12から上記シリコン単結晶棒 25を引上げる。第 1及び第 2コイル 41, 42にそれぞれ同じ向きの電流が流されると、図 2に示すように、第 1コイル 41がチヤンバ 11外に設けられ、第 2コイル 42がチャンバ 11内に設けられているので、第 1及び第 2コイル 41、 42によって発生した磁場 43は、横から見て磁力線の描く曲線は下方に向力つて小径になるようなコーン状を示す。

[0023] 前記コーン状の磁場が印加されたシリコン融液 12の水平方向断面における磁場 4 3の状態を図 3に示す。図 3からも明らかなように、シリコン融液には、融液の中央に向力う磁場が均一に印加されることになる。その結果、シリコン融液にその中心軸を軸対称とする均一な磁場が印加される。コーン状の磁場は、縦方向の磁場と横方向の磁場の特性それぞれを有し、横方向成分により、石英るつぼ壁より融液中に溶出混入した酸素等の不純物がシリコン融液の中央表面に集中することを防止できる。この結果、不純物としての酸素の、シリコン単結晶棒 25への混入を十分に低減することがでさる。

[0024] 前記コーン状の磁場の強度は、シリコン単結晶棒直下の固液界面付近でもゼロになることはない。このため、その固液界面形状の制御が可能となり、ボロンコフ（Voron kov)の理論に基づいた所定の引上げ速度プロファイルでシリコン融液 12からシリコン単結晶棒 25を引上げることにより、内部に格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しないシリコン単結晶棒を製造できる。ここで、ボロンコフの理論は、欠陥の数が少ない高純度シリコン単結晶棒 25を成長させるために、シリコン単結晶棒の引上げ速度を V(mmZ分）、シリコン単結晶棒とシリコン融液 12界面近傍のシリコン単結晶棒中の温度勾配を G (°C/mm)とするときに、 VZG (mm²Z分 *°C)を制御するものである。

[0025] ボロンコフの理論では、図 4に示すように、 VZG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、 VZG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力VZGによって決定されることを説明している。より詳しくは、 VZG比が臨界点以上では空孔型点欠陥濃度が優勢なシリコン単結晶棒が形成される反面、 VZG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シリコン単結晶棒が形成される。図 4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 ((VZG)以下)を示し、 [V]はシリコン単結晶棒内での空孔型点欠陥が支

1

配的であって、空孔型点欠陥の凝集体が存在する領域 ((VZG)以上)を示し、 [P]

2

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タト領域 ((VZG)〜(VZG) )を示す。領域 [P]に隣接する領域 [V]には OSF核

1 2

を形成する領域 ((VZG)〜(VZG) )が存在する。

2 3

[0026] このパーフェクト領域 [P]は更に領域 [P ]と領域 [P ]に分類される。 [P ]は VZG

I V I

比が上記 (VZG)から臨界点までの領域であり、 [P ]は VZG比が臨界点力上記（

1 V

V/G)までの領域である。即ち、 [P ]は領域 [I]に隣接し、かつ侵入型転位を形成し

2 I

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 ]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

V

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増加等の不良原因になる。

[0027] 図 2で、第 1コイル 41と第 2コイル 42の所定間隔 Tの中間位置 43aと、シリコン融液 1 2の表面との距離を Hとするとき、 Omm≤ | H | ≤ lOOOOmmを満たすように、中間位置 43aをシリコン融液 12の表面又はその下方に制御する。そして第 1コイル 41に流れる電流を Iとし、第 2コイル 42に流れる電流を Iとするとき、 I及び Iを 0. 1〜： L0^3Q Aの範囲とし、かつ 0. 001≤(1 /\ )≤ 1000を満たすように第 1コイル 41及び第 2コ

1 2

ィル 42に電流を流して中間位置 43aの石英ルツボ 13の内径と等位置の磁束密度が 0. 001-1. 0T(Wb/m²)になるように制御する。ここで中間位置 43aとシリコン融液 12の表面との距離 Hを規定したのは、 I H Iが 10000mmを越えると、磁場強度が弱くなりすぎるため、シリコン融液 12の対流の制御が困難となるからである。また、第 1及び第 2コイル 41, 42の電流を制御するのは、シリコン融液 12に対流を発生させるローレンツ力を、石英るつぼ 13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。そして、これらの範囲を外れる数値を設定すると、融液中の対流が理想的なパターンを取らず、固液界面を制御することができな、からである。

[0028] 上述のように、第 1及び第 2コイル 41, 42の間隔 Tの中間位置 43aと、縦磁場 43の強度を制御すると、図 2に示すようにシリコン融液 12に所定の対流 44、 45が発生し、これらの対流 44、 45により従来大きく下側に凸であった固液界面 25a形状が液面と同一高さでかつフラットに近づく。そして、石英るつぼ 13を所定の回転速度で回転させつつ所定の回転速度で回転させながらシリコン単結晶棒 25を引上げると、シリコン単結晶棒 25の鉛直方向温度勾配 Gの径方向分布が均一化され、 VZGは径方向の距離による変化を低減させることができる。この結果、ボロンコフの VZGモデルにより、略全長にわたって無欠陥で高品質のシリコン単結晶棒 25を比較的容易に製造することがでさる。

産業上の利用可能性

[0029] 本発明の単結晶引上装置を用いてシリコン単結晶の引上げを行えば、石英るつぼ壁より融液中に溶出混入した酸素等の不純物がシリコン融液の中央表面に集中することを防止し、不純物としての酸素がシリコン単結晶棒に混入することを十分に低減することができる。本発明の単結晶引上装置では、シリコン単結晶棒直下の固液界面形状の制御が可能となり、ボロンコフの理論に基づいた所定の引上げ速度プロフアイルでシリコン融液力シリコン単結晶棒を引上げることにより、内部に格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しないシリコン単結晶棒を製造することが可能となる。

Claims

請求の範囲

[1] シリコン単結晶引上装置であって、

チャンバ内に設けられシリコン融液を貯留する石英るつぼを所定の回転速度で回転させ、前記シリコン融液から引上げられるシリコン単結晶棒を所定の回転速度で回転させ、前記石英るつぼの回転軸をそれぞれコイル中心とする第 1及び第 2コイルを鉛直方向に所定間隔 Tをあけて配設し、前記第 1及び第 2コイルにそれぞれ同じ向きの電流を流すことにより前記第 1及び第 2コイルの間に生じる磁場を発生させて前記単結晶棒を引上げるように構成されたシリコン単結晶引上装置において、

前記第 1コイルが前記チャンバ外に設けられ、前記第 2コイルが前記チャンバ内に設けられたことを特徴とするシリコン単結晶引上装置。

[2] 請求項 1記載のシリコン単結晶引上装置であって、

第 1コイルと第 2コイルの鉛直方向の間隔 Tが 0を越えて 1 OOOOmm以下であり、前記第 1コイルの直径 D力 lOOmm以上 10000mm以下であり、前記第 2コイルの直径

1

D力 S5mm以上 5000mm以下であり、前記第 1コイルの直径 Dと前記第 2コイルの直

2 1

径 Dの比が 1以上 2000以下であり、かつチャンバ周囲の肉厚を tとするとき前記第 1

2

コイルの直径 D力前記第 2コイルの直径 Dを引いた値が 2t以上であるシリコン単

1 2

結晶引上装置。

[3] チャンバ内に設けられシリコン融液を貯留する石英るつぼを所定の回転速度で回転させ、前記シリコン融液から引上げられるシリコン単結晶棒を所定の回転速度で回転させ、前記チャンバの外径より大きなコイル直径を有する第 1コイルを前記石英るつぼの回転軸をコイル中心として前記チャンバ外に設け、前記石英るつぼの回転軸をコイル中心とする第 2コイルを前記第 1コイルと鉛直方向に所定の間隔 Tをあけて前記チャンバ内に設け、前記第 1及び第 2コイルにそれぞれ同じ向きの電流を流すことにより前記第 1及び第 2コイルの間に生じる磁場を発生させて前記単結晶棒を引上げるシリコン単結晶の引上げ方法であって、

前記第 1及び第 2コイルの所定間隔 Tの中間位置と前記シリコン融液の表面との距離を Hとするとき、 Omm≤ I H | ≤ 10000mmを満たすように、前記中間位置を前記シリコン融液の表面又はその下方に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 3記載のシリコン単結晶の引上げ方法であって、

第 1コイルに流れる電流を Iとし、第 2コイルに流れる電流を Iとするとき、 I及び Iを

1 2 1 2

0. 1〜10^3GAの範囲とし、かつ 0· 001≤(1 /\ )≤ 1000を満たすように第 1コイル及

1 2

び第 2コイルに電流を流して中間位置の石英ルツボの内径と等位置の磁束密度が 0 . 001〜1. 0T(Wb/m²)になるように制御するシリコン単結晶の引上げ方法。