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公開番号2024088149
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-02
出願番号2022203184
出願日2022-12-20
発明の名称単結晶引上装置及び単結晶引上方法
出願人グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社
代理人個人,個人
主分類C30B 29/06 20060101AFI20240625BHJP(結晶成長)
要約【課題】水平磁場を印加し、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上装置において、肩部形成以降の有転位化を抑制する。
【解決手段】ルツボ3を回転駆動部により鉛直軸周りに回転させる回転駆動制御部と、シリコン融液Mに対し印加する水平磁場を制御する磁場印加制御部8aと、を備え、前記回転駆動制御部は、単結晶のネック部の形成時に前記ルツボの回転数を第一の回転数で回転させ、単結晶の直胴部の形成開始時に、前記ルツボの回転数を前記第一の回転数よりも小さい第二の回転数とする制御をし、前記磁場印加制御部は、前記単結晶のネック部の形成時に磁場を印加せず、単結晶の肩部の直径が直胴部の3/4以上1未満のときに水平磁場を印加開始し、前記直胴部の形成開始時に0.1テスラ以上の水平磁場を印加するよう制御する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
ルツボを包囲するヒータからの加熱によりルツボ内にシリコン融液を形成し、前記シリコン融液に対しドーパントを添加するとともに水平磁場を印加し、チョクラルスキー法により前記シリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上装置であって、
前記ルツボを回転駆動部により鉛直軸周りに回転させる回転駆動制御部と、
前記シリコン融液に対し印加する水平磁場を制御する磁場印加制御部と、
を備え、
前記回転駆動制御部は、単結晶のネック部の形成時に前記ルツボの回転数を第一の回転数で回転させ、単結晶の直胴部の形成開始時に、前記ルツボの回転数を前記第一の回転数よりも小さい第二の回転数とする制御をし、
前記磁場印加制御部は、前記単結晶のネック部の形成時に磁場を印加せず、単結晶の肩部の直径が直胴部の３／４以上１未満のときに水平磁場を印加開始し、前記直胴部の形成開始時に０．１テスラ以上の水平磁場を印加するよう制御する
ことを特徴とする単結晶引上装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記回転駆動制御部は、ルツボの回転数を第一の回転数から第二の回転数とする際、徐々に回転数を小さくする制御を行うことを特徴とする請求項１に記載された単結晶引上装置。
【請求項３】
前記回転駆動制御部は、直胴部の形成において、ルツボの回転数を第二の回転数で一定に制御することを特徴とする請求項１に記載された単結晶引上装置。
【請求項４】
前記第一の回転数は、１０ｒｐｍ以上２０ｒｐｍ以下であり、前記第二の回転数は、１ｒｐｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載された単結晶引上装置。
【請求項５】
前記磁場印加制御部は、前記直胴部の形成において０．２テスラ以上０．３テスラ以下の水平磁場を印加するよう制御することを特徴とする請求項１に記載された単結晶引上装置。
【請求項６】
ルツボを包囲するヒータからの加熱によりルツボ内にシリコン融液を形成し、前記シリコン融液に対しドーパントを添加するとともに水平磁場を印加し、チョクラルスキー法により前記シリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上方法であって、
単結晶のネック部の形成において、水平磁場を印加せず、前記ルツボの回転数を第一の回転数で回転させる工程と、
単結晶の肩部の形成において、単結晶の肩部の直径が直胴部の３／４以上１未満の間に水平磁場を印加開始する工程と、
単結晶の直胴部の形成において、該直胴部の形成開始までに０．１テスラ以上の水平磁場を印加し、前記ルツボの回転数を前記第一の回転数よりも小さい第二の回転数とする工程と、
を備えることを特徴とする単結晶引上方法。
【請求項７】
単結晶のネック部の形成において前記ルツボの回転数を第一の回転数で回転させる工程から、単結晶の直胴部の形成開始時に前記ルツボの回転数を前記第一の回転数よりも小さい第二の回転数とする工程までの間に、
前記第一の回転数から第二の回転数まで前記ルツボの回転数を徐々に小さくする制御を行うことを特徴とする請求項６に記載された単結晶引上方法。
【請求項８】
単結晶の直胴部の形成において、ルツボの回転数を第二の回転数で一定に制御することを特徴とする請求項６に記載された単結晶引上方法。
【請求項９】
前記第一の回転数は、１０ｒｐｍ以上２０ｒｐｍ以下であり、前記第二の回転数は、１ｒｐｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載された単結晶引方法。
【請求項１０】
前記直胴部の形成において０．２テスラ以上０．３テスラ以下の水平磁場を印加するよう制御することを特徴とする請求項６に記載された単結晶引上方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶引上装置及び単結晶引上方法に関し、特にチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上装置及び単結晶引上方法に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
チョクラルスキー法（ＣＺ法）によるシリコン単結晶の育成は、図５に示すようにチャンバ５０内に設置した石英ガラスルツボ５１に原料であるポリシリコンを充填し、前記石英ガラスルツボ５１の周囲に設けられたヒータ５２によってポリシリコンを加熱して溶融し、シリコン融液Ｍとする。
その後、シードチャックに取り付けた種結晶Ｐ（シード）をシリコン融液Ｍに浸漬し、シードチャックおよび石英ルツボ５１を同方向または逆方向に回転させる。ここで、種結晶Ｐをシリコン融液Ｍに浸漬させる際に、熱ショックにより転位が生じるため、転位がその後の結晶育成へ影響しないようネッキングと呼ばれる絞り工程（ネック部ＣＮを形成する工程）が行われる。
続けて、徐々に結晶径を大きくして肩部Ｃ１を育成し、所定の直胴直径まで大きくして直胴部Ｃ２の形成に移り、シリコン単結晶Ｃの引上げ育成が行われる。
【０００３】
ところで、高濃度ドーパントを用いたシリコン単結晶の育成においては、組成的過冷却の発生による有転位化を抑制することが必要である。組成的過冷却とは、ドーパントを高濃度に添加したシリコン単結晶を製造する場合に、ドーパントを大量にシリコン融液Ｍ内に投入したことにより、シリコン融液Ｍの凝固点と、シリコン融液Ｍにドーパントが添加されたドーパント添加融液の凝固点との差である凝固点降下度が非常に大きくなることにより生じる現象である。
【０００４】
組成的過冷却の発生を抑制するには、例えば特許文献１に開示されるように、シリコン単結晶とシリコン融液との界面（固液界面）直下の融液縦方向温度勾配ＧＬと、結晶引上げ速度Ｖ、融液中のドーパント濃度ＣＬによる式であるＧＬ／Ｖ＞Ａ・ＣＬの関係を維持する必要がある（Ａはドーパント種に応じた係数）。
すなわち、温度勾配ＧＬを大きく、引上げ速度Ｖを遅くすることが重要である。しかしながら、融液中のドーパント濃度ＣＬ自体が大きくなるとＧＬ／Ｖをより大きくする必要がある。温度勾配ＧＬを大きくする手段として、水平磁場印加によりシリコン融液の対流を抑制することが挙げられる。このため、水平磁場印可は、高濃度のドーパントを使用した場合に発生しやすい組成的過冷却を抑制する有効な手段である。
しかしながら、結晶径を拡径する段階の肩部の形成工程においては、上記関係式ＧＬ／Ｖ＞Ａ・ＣＬを満足していても、肩部での有転位化が頻発するという課題があった。
【０００５】
特許文献２には、高濃度のドーパントを用いて低抵抗率のシリコン単結晶を育成するために、不活性ガスであるＡｒガスの整流筒の下端とシリコン融液の液面との間（ギャップ）の距離を調整し、肩部形成における転位発生を抑制するシリコン単結晶の製造方法が開示されている。特許文献２に開示された方法によれば、Ａｒガスにより、揮発したドーパントを結晶から遠ざけ、単結晶に発生する熱応力を低減し、肩部形成における転位発生を抑制するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１７－２２２５５１号公報
特許第５２６２３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、水平磁場を印加してシリコン単結晶を育成する場合には、特許文献２に開示された方法によっても、肩部形成において有転位化が発生するという課題があった。
この課題について、本願出願人が鋭意研究した結果、肩部形成における有転位の発生は、水平磁場印加によるシリコン融液の対流抑制やルツボ回転の低速化が大きく関係していることを知見した。
【０００８】
即ち、直胴部での組成的過冷却を抑制する有効な手段と同様に、ネック部形成時においても水平磁場を印加するとシリコン融液の対流が抑制される。さらに、ルツボ回転が低速の状態で、直径が小さいネック部の結晶を引きあげると、固液界面が引上方向に釣り上げられ、固液界面形状が上向きの凸形状となりやすい。ここで、ネック部形成時において発生した転位は、結晶成長方向に延びる傾向があり、転位がネック部中心に集まるために、消滅させることが難しい。その結果、水平磁場印加条件においては、ネック部中心において垂直方向に延びる転位が残り、肩部形成以降で有転位化が起きやすいということがわかった。
また、ルツボ回転が低速化されると、シリコン融液の撹拌が抑制され、固液界面直下の温度変動が大きくなる。このとき、ネック部や肩部形成初期段階のように結晶径が小さい場合には、温度変動の影響を受け、転位が発生しやすいということがわかった。
【０００９】
本発明は、上記事情のもとになされたものであり、本発明は、低抵抗のシリコン単結晶を製造するために、高濃度のドーパントを添加し、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上装置において、肩部形成以降の有転位化を抑制することのできる単結晶引上装置及び単結晶引上方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するためになされた、本発明に係る単結晶引上装置は、ルツボを包囲するヒータからの加熱によりルツボ内にシリコン融液を形成し、前記シリコン融液に対しドーパントを添加するとともに水平磁場を印加し、チョクラルスキー法により前記シリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上装置であって、前記ルツボを回転駆動部により鉛直軸周りに回転させる回転駆動制御部と、前記シリコン融液に対し印加する水平磁場を制御する磁場印加制御部と、を備え、前記回転駆動制御部は、単結晶のネック部の形成時に前記ルツボの回転数を第一の回転数で回転させ、単結晶の直胴部の形成開始時に、前記ルツボの回転数を前記第一の回転数よりも小さい第二の回転数とする制御をし、前記磁場印加制御部は、前記単結晶のネック部の形成時に磁場を印加せず、単結晶の肩部の直径が直胴部の３／４以上１未満のときに水平磁場を印加開始し、前記直胴部の形成開始時に０．１テスラ以上の水平磁場を印加するよう制御することに特徴を有する。
（【００１１】以降は省略されています）

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