JP6631460B2 - シリコン単結晶の製造方法およびシリコン単結晶 - Google Patents

Description

本発明は、シリコン単結晶の製造方法およびシリコン単結晶に関する。

近年、低電気抵抗率のシリコン単結晶が求められている。このようなシリコン単結晶の製造方法としてｎ型ドーパントを高濃度に添加する方法があるが、単結晶化が阻害される場合があり、この不具合を抑制する検討がなされている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、ドーパントを大量に添加すると、凝固点降下度が非常に大きくなって組成的過冷却現象が生じ、この組成的過冷却が大きいと、結晶成長界面でシリコン成長面とは異なる異常成長（Ｃｅｌｌ成長）が始まり、この異常成長により単結晶化が阻害されると開示されている。
特許文献１の製造方法では、シリコン融液内の温度勾配を直接測定できない点に鑑み、その代わりに用いるシリコン単結晶側の温度勾配と、シリコン融液中のドーパント濃度と、引き上げ速度と、ドーパントの種類に応じた係数とが所定の関係を満たすように、シリコン単結晶を製造する。

特開２００８−２９７１６７号公報

しかしながら、シリコン単結晶を製造していると、結晶成長の早い段階で有転位化が発生して単結晶化が阻害される場合があり、特許文献１の方法を用いても、この不具合を抑制できないことがあった。

本発明の目的は、品質が安定したシリコン単結晶を製造可能なシリコン単結晶の製造方法およびシリコン単結晶を提供することにある。

本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、以下の知見を得た。
シリコン単結晶の内部には、成長縞が発生する。この成長縞は、平面状ではなく、シリコン単結晶製造時の固液界面の形状に対応する曲面状、例えば中心が上方向に凹む曲面状に発生する。シリコン単結晶周囲のシリコン融液表面温度が安定している場合、成長縞の形状はほぼ同じになる。
しかし、シリコン融液表面には、このシリコン融液の対流に加え、パージガスによる抜熱やドーパント蒸発による気化熱など、温度が不安定になる要素が多い。シリコン融液表面温度が不安定になり固液界面に高温のシリコン融液が入り込むと、シリコン単結晶が溶かされ（リメルトが起こり）再度固化し、例えば中心が下方向に凹む曲面状の成長縞が発生する。その結果、図１に示すように、上方向に凹みかつ直胴部の径方向全域に発生した成長縞のうち最下部の成長縞Ｐ１と、この成長縞Ｐ１の下側に発生し下方向に凹む成長縞のうち最上部の成長縞Ｐ２との間、かつ、シリコン単結晶ＳＭの直胴部の外周部に、リメルト成長領域Ａが形成されることを知見した。特に、直胴部における肩部側の領域に、リメルト成長領域Ａが形成されることを知見した。
そして、リメルト成長領域Ａの発生状況と有転位化の発生状況との関係を調べたところ、高さの最大値Ｈ（以下、単に「高さ」と言う）が２００μｍ以上のリメルト成長領域Ａが発生している場合、直胴部に有転位化が発生していることを知見した。一方、高さＨが２００μｍ以上のリメルト成長領域Ａが発生していない場合、直胴部全体に有転位化が発生していないことを知見した。
本発明は、上述のような知見に基づいて完成されたものである。

すなわち、本発明のシリコン単結晶の製造方法は、チャンバと、このチャンバ内に配置された坩堝と、前記坩堝を加熱することで、シリコン融液にドーパントが添加されたドーパント添加融液を生成する加熱部と、種結晶を前記ドーパント添加融液に接触させた後に引き上げる引き上げ部とを備えた単結晶引き上げ装置を利用したチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、前記シリコン単結晶の直胴部を形成する直胴部形成工程は、前記直胴部の径方向全域に発生する成長縞のうち、その外縁部が直胴部の外周部まで伸びずに別の成長縞で中断されている成長縞で構成され、かつ、育成方向の高さが２００μｍ以上のリメルト成長領域が発生しないように、前記直胴部を形成することを特徴とする。

本発明によれば、直胴部全体に有転位化が発生せず、品質が安定したシリコン単結晶を製造できる。

本発明の他のシリコン単結晶の製造方法は、チャンバと、このチャンバ内に配置された坩堝と、この坩堝を加熱することで、シリコン融液に赤リンまたは砒素がドーパントとして添加されたドーパント添加融液を生成する加熱部と、種結晶を前記ドーパント添加融液に接触させた後に引き上げる引き上げ部とを備えた単結晶引き上げ装置を利用したチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、前記シリコン単結晶における設定直径が２００ｍｍ以上の直胴部を形成する直胴部形成工程は、前記直胴部の形成開始時に前記坩堝を９ｒｐｍ以上で回転させることを特徴とする。

直胴部形成工程での一般的な坩堝の回転速度は０．１ｒｐｍ以上７ｒｐｍ以下だが、本発明によれば、直胴部の形成開始時に坩堝を上述のように比較的高速で回転させることで、シリコン融液の対流を抑制し、シリコン融液表面の温度変化を抑制できる。したがって、坩堝の回転速度を調整するだけで温度の不安定化によるリメルトを抑制でき、直胴部の肩部側（引き上げ方向上端側）の領域におけるリメルト成長領域Ａの発生も抑制できる。その結果、直胴部全体に有転位化が発生せず、品質が安定したシリコン単結晶を製造できる。

本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記直胴部形成工程は、前記直胴部の形成開始後における所定のタイミングから前記坩堝の回転速度を遅くすることが好ましい。

直胴部形成工程全体において９ｒｐｍ以上で坩堝を回転させると、直胴部における引き上げ方向上端側以外の領域で、直胴部の面内の酸素濃度分布や電気抵抗率分布などの悪化を招くおそれがある。
本発明によれば、直胴部形成工程開始後の所定のタイミングから坩堝の回転速度を遅くすることで、直胴部全体の有転位化に加えて、酸素濃度分布や電気抵抗率分布などの悪化を抑制できる。

本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記直胴部形成工程は、前記ドーパントが砒素、設定直径が３００ｍｍ、電気抵抗率が１．６ｍΩ・ｃｍ以上２．８ｍΩ・ｃｍ以下の前記直胴部を形成することが好ましい。
また、本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記直胴部形成工程は、前記ドーパントが赤リン、設定直径が３００ｍｍ、電気抵抗率が０．７ｍΩ・ｃｍ以上１．５ｍΩ・ｃｍ以下の前記直胴部を形成することが好ましい。

本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記単結晶引き上げ装置は、前記ドーパント添加融液に磁場を印加する電磁コイルを備え、前記直胴部形成工程は、前記直胴部を前記ドーパント添加融液に磁場を印加しながら形成することが好ましい。

本発明によれば、ドーパント添加融液への磁場の印加でドーパント添加融液の自然対流を抑制することで、直胴部全体における有転位化抑制効果を高めることができる。

本発明のシリコン単結晶は、砒素をドーパントとして含有する直胴部を備えたシリコン単結晶であって、直胴部の径方向全域に発生する成長縞のうち、その外縁部が直胴部の外周部まで伸びずに別の成長縞で中断されている成長縞で構成され、かつ、育成方向の高さが２００μｍ以上のリメルト成長領域が０個であり、前記直胴部の設定直径は、２００ｍｍであり、前記直胴部の電気抵抗率は、１．４ｍΩ・ｃｍ以上２．４ｍΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする。
本発明の他のシリコン単結晶は、砒素をドーパントとして含有する直胴部を備えたシリコン単結晶であって、直胴部の径方向全域に発生する成長縞のうち、その外縁部が直胴部の外周部まで伸びずに別の成長縞で中断されている成長縞で構成され、かつ、育成方向の高さが２００μｍ以上のリメルト成長領域が０個であり、前記直胴部の設定直径は、３００ｍｍであり、前記直胴部の電気抵抗率は、１．６ｍΩ・ｃｍ以上２．８ｍΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする。

本発明のさらに他のシリコン単結晶は、赤リンをドーパントとして含有する直胴部を備えたシリコン単結晶であって、直胴部の径方向全域に発生する成長縞のうち、その外縁部が直胴部の外周部まで伸びずに別の成長縞で中断されている成長縞で構成され、かつ、育成方向の高さが２００μｍ以上のリメルト成長領域が０個であり、前記直胴部の設定直径は、２００ｍｍであり、前記直胴部の電気抵抗率は、０．６ｍΩ・ｃｍ以上１．２ｍΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする。
本発明のさらに他のシリコン単結晶は、赤リンをドーパントとして含有する直胴部を備えたシリコン単結晶であって、直胴部の径方向全域に発生する成長縞のうち、その外縁部が直胴部の外周部まで伸びずに別の成長縞で中断されている成長縞で構成され、かつ、育成方向の高さが２００μｍ以上のリメルト成長領域が０個であり、前記直胴部の設定直径は、３００ｍｍであり、前記直胴部の電気抵抗率は、０．７ｍΩ・ｃｍ以上１．５ｍΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする。

リメルト成長領域の概略構成を示す図。 本発明の一実施形態に係る単結晶引き上げ装置の構成を示す模式図。 前記一実施形態の製造条件を示す図。 本発明の実施例における実験１の製造条件を示す図。 前記実施例における実験２のリメルト成長領域の高さとその個数との関係を示すグラフであり、比較例１、実施例１，２の結果を表す。 前記実験２のリメルト成長領域の高さとその個数との関係を示すグラフであり、比較例３、実施例６の結果を表す。

［実施形態］
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
〔単結晶引き上げ装置の構成〕
図２に示すように、単結晶引き上げ装置１は、ＣＺ法（チョクラルスキー法）に用いられる装置であって、引き上げ装置本体２と、制御部３とを備えている。
引き上げ装置本体２は、チャンバ２１と、このチャンバ２１内の中心部に配置された坩堝２２と、この坩堝２２を加熱する加熱部２３と、断熱筒２４と、引き上げ部としての引き上げケーブル２５と、熱遮蔽体２６とを備えている。

チャンバ２１の上部には、Ａｒガスなどの不活性ガスをチャンバ２１内に導入するガス導入口２１Ａが設けられている。チャンバ２１の下部には、図示しない真空ポンプの駆動により、チャンバ２１内の気体を排出するガス排気口２１Ｂが設けられている。
チャンバ２１内には、制御部３の制御により、チャンバ２１上部のガス導入口２１Ａから、不活性ガスが所定のガス流量で導入される。そして、導入されたガスが、チャンバ２１下部のガス排気口２１Ｂから排出されることで、不活性ガスがチャンバ２１内の上方から下方に向かって流れる構成となっている。
チャンバ２１内の圧力（炉内圧）は、制御部３により制御可能となっている。

坩堝２２は、シリコンウェーハの原料である多結晶のシリコンを融解し、シリコン融液Ｍとするものである。坩堝２２は、所定の速度で回転および昇降が可能な支持軸２７に支持されている。坩堝２２は、有底円筒形状の石英坩堝２２１と、この石英坩堝２２１を収納する炭素素材製の支持坩堝２２２とを備えている。

加熱部２３は、坩堝２２の周囲に配置されており、坩堝２２内のシリコンを融解する。加熱部２３は、坩堝２２の側面の上部を加熱する上加熱部２３１と、上加熱部２３１の下方に配置され、坩堝２２の側面の下部を加熱する下加熱部２３２とを備えている。
断熱筒２４は、坩堝２２および加熱部２３を取り囲むように配置されている。
引き上げケーブル２５は、一端が、坩堝２２上方に配置された図示しない引き上げ駆動部に接続され、他端に、種結晶ＳＣが取り付けられる。引き上げケーブル２５は、制御部３による引き上げ駆動部の制御により、所定の速度で昇降するとともに、当該引き上げケーブル２５の軸を中心にして回転する。
熱遮蔽体２６は、加熱部２３から上方に向かって放射される輻射熱を遮断する。

制御部３は、メモリ３１に記憶された情報や作業者の設定入力などに基づいて、チャンバ２１内のガス流量や炉内圧、加熱部２３による坩堝２２の加熱温度、坩堝２２やシリコン単結晶ＳＭの回転数などを制御して、シリコン単結晶ＳＭを製造する。

〔シリコン単結晶の製造方法〕
次に、シリコン単結晶ＳＭの製造方法について説明する。
なお、本実施形態では、直胴部の設定直径Ｒが２００ｍｍのシリコン単結晶ＳＭを製造する場合を例示するが、３００ｍｍ、４５０ｍｍなど、他の設定直径のシリコン単結晶ＳＭを製造してもよい。

まず、単結晶引き上げ装置１の制御部３は、シリコン単結晶ＳＭの製造条件、例えば電気抵抗率、酸素濃度、Ａｒ流量、炉内圧、坩堝２２やシリコン単結晶ＳＭの回転数、上加熱部２３１と下加熱部２３２との加熱比などを設定する。製造条件は、作業者が入力したものであってもよいし、作業者が入力した目標の酸素濃度などに基づき制御部３が演算して求めたものであってもよい。
電気抵抗率は、ドーパントが砒素の場合、１．４ｍΩ・ｃｍ以上２．４ｍΩ・ｃｍ以下にすることが好ましく、ドーパントが赤リンの場合、０．６ｍΩ・ｃｍ以上１．２ｍΩ・ｃｍ以下にすることが好ましい。
なお、直胴部の設定直径Ｒが３００ｍｍの場合、ドーパントが砒素のときには、１．６ｍΩ・ｃｍ以上２．８ｍΩ・ｃｍ以下にすることが好ましく、ドーパントが赤リンの場合、０．７ｍΩ・ｃｍ以上１．５ｍΩ・ｃｍ以下にすることが好ましい。
また、本実施形態では、シリコン単結晶ＳＭの全製造工程において加熱比を１、すなわち坩堝２２の上部と下部との加熱量が同じになるように設定するが、１以上４以下のいずれの値に設定してもよい。加熱比が１未満だと、すなわち下部の加熱量が上部よりも小さいと、坩堝２２の底から固液界面下に向かう対流が強くならず、ドーパント添加融液ＭＤ表面から結晶に向かう液温が不安定な対流を弱くできないため、温度の不安定化による有転位化を抑制できないからである。一方、４を超えると、坩堝２２下部の熱負荷が大きくなり、坩堝２２の変形や石英の剥離が生じるおそれがあるからである。

次に、制御部３は、加熱比の設定値に基づき上加熱部２３１および下加熱部２３２を制御し、坩堝２２を加熱することで、当該坩堝２２内のポリシリコン素材（シリコン原料）およびドーパントを融解させ、ドーパント添加融液ＭＤを生成する。その後、制御部３は、ガス導入口２１Ａからチャンバ２１内にＡｒガスを所定の流量で導入するとともに、チャンバ２１内の圧力を減圧して、チャンバ２１内を減圧下の不活性雰囲気に維持する。
その後、制御部３は、ネック部形成工程と、肩部形成工程と、直胴部形成工程と、テール部形成工程とを行う。

ネック部形成工程では、制御部３は、引き上げケーブル２５を下降させることで種結晶ＳＣをドーパント添加融液ＭＤに浸漬して、坩堝２２および引き上げケーブル２５を所定の方向に回転させながら引き上げケーブル２５を引き上げ、ネック部ＳＭ１を形成する。なお、ネック部形成工程での坩堝２２の回転速度は、肩部形成工程初期と同じであることが好ましい。

肩部形成工程では、引き上げケーブル２５をさらに引き上げ、肩部ＳＭ２を形成する。なお、肩部形成工程終了時における坩堝２２の回転速度は、直胴部形成工程開始時と同じであることが好ましい。

直胴部形成工程では、直胴部ＳＭ３に図１に示すような高さＨが２００μｍ以上のリメルト成長領域Ａが発生しないように、直胴部ＳＭ３を形成する。具体的には、制御部３は、図３に示すように、Ｓｒ１（Ｓｒ１≧９ｒｐｍ）の回転速度で坩堝２２を回転させながら、引き上げケーブル２５を引き上げる。Ｓｒ１は、９ｒｐｍ以上であればよいが、３０ｒｐｍ以下にすることが好ましい。３０ｒｐｍを超えると、単結晶引き上げ装置１の稼動が安定しないうえ、直胴部ＳＭ３が変形するからである。なお、図３，４の横軸は、直胴部ＳＭ３の長さを示し、長さが０ｍｍの位置が直胴部ＳＭ３の上端に対応する。

そして、直胴部形成工程開始直後に、回転速度を徐々に遅くし始める。この際、直胴部ＳＭ３の長さＬ１となるときに、直胴部の形成に適切なＳｒ２となるように、回転速度を直線的に遅くする。
その後、回転速度をＳｒ２に維持したまま直胴部ＳＭ３の形成を継続し、直胴部形成工程終了後、テール部形成工程を行い、シリコン単結晶ＳＭの製造が終了する。
なお、Ｌ１は、５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下にすることが好ましい。５０ｍｍ未満の場合、プロセスの変化量が大きくなり有転位化のリスクが増加するおそれがある。一方、２００ｍｍを超えると、直胴部の狙ったプロセスにならない区間が増加し、その分狙った品質から外れるリスクが増加するおそれがある。
また、Ｓｒ２は、０．１ｒｐｍ以上７ｒｐｍ以下にすることが好ましい。０．１ｒｐｍ未満だと、ドーパント添加融液ＭＤが安定せず有転位化の原因となり、７ｒｐｍを超えると、シリコン単結晶ＳＭ面内の酸素濃度や電気抵抗率のばらつきが大きくなり、結晶品質が安定しないからである。

［実施形態の作用効果］
上記実施形態では、高さＨが２００μｍ以上のリメルト成長領域Ａが直胴部ＳＭ３に発生しないように直胴部形成工程を行うため、直胴部ＳＭ３全体の有転位化発生を抑制できる。したがって、品質が安定したシリコン単結晶ＳＭを製造できる。
また、直胴部形成工程開始時の坩堝２２の回転速度を９ｒｐｍ以上にするだけの簡単な方法で、有転位化が抑制されたシリコン単結晶を製造できる。
また、直胴部形成工程後の所定のタイミングから回転速度を徐々に遅くするため、直胴部の有転位化に加えて、酸素濃度分布や電気抵抗率分布などの悪化を抑制できる。

［変形例］
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能であり、その他、本発明の実施の際の具体的な手順、及び構造などは本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などとしてもよい。

例えば、直胴部の設定直径Ｒの大きさにかかわらず、ＭＣＺ（磁場印加チョクラルスキー）法を用いて、上記実施形態と同様のプロセスでシリコン単結晶ＳＭを製造してもよい。この場合、図２に二点鎖線で示すように、チャンバ２１の外側において坩堝２２を挟んで対向するように一対の電磁コイル２８を配置し、水平方向の横磁場でシリコン融液Ｍの自然対流を抑制すればよい。ＭＣＺ法を用いる場合、磁束密度は、０．１Ｔ以上０．４Ｔ以下にすることが好ましい。０．１Ｔ未満の場合、シリコン融液Ｍの対流抑制効果が低くなるため磁場印加の効果を発揮できず、０．４Ｔを超える場合、装置的な限界によりこのような大きさの磁場を印加できないおそれがある。

直胴部形成工程開始直後に、回転速度を徐々に遅くし始めたが、直胴部形成工程の開始から所定期間、回転速度をＳｒ１で維持し、その後、徐々に遅くてもよい。
坩堝２２の回転速度を小さくする方法として、直線的に減少させる事例を示したが、減少の仕方はこれに限定されるものではない。例えば曲線状や段階的に減少させる方法を用いてもよい。

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。

［実験１：坩堝の回転速度と有転位化との関係］
〔シリコン単結晶の製造方法〕
｛比較例１、実施例１〜３｝
比較例１では、図４および表１に示すように、肩部形成工程を行った後、直胴部形成工程全体において、６ｒｐｍで坩堝を回転させながらケーブルを引き上げ、直胴部を形成した。その後、テール部形成工程を行った。
実施例１では、直胴部形成工程開始時に９ｒｐｍで坩堝を回転させながらケーブルを引き上げ、その後、回転速度を徐々に遅くし、直胴部の長さが１００ｍｍとなるときに６ｒｐｍにした。その後、直胴部形成工程が終了するまで６ｒｐｍの回転速度を維持してから、比較例１と同じ条件でテール部形成工程を行った。
実施例２，３では、実施例１における９ｒｐｍで坩堝を回転させていた期間に、それぞれ１１ｒｐｍ、２２ｒｐｍで坩堝を回転させたこと以外は、実施例１と同じ条件でシリコン単結晶を製造した。
なお、肩部形成工程を、当該肩部形成工程終了時の回転速度が直胴部形成工程開始時と同じ（比較例１、実施例１，２，３でそれぞれ６ｒｐｍ、９ｒｐｍ、１１ｒｐｍ、２２ｒｐｍ）になるようにして行った。

そして、比較例１、実施例１〜３で製造したシリコン単結晶の直胴部に、有転位化が発生しているか否かを観察した。
直胴部の設定直径、ドーパント、引き上げ回数（トライ回数）、各トライにおける直胴部上端での狙いの電気抵抗率（各トライにおける狙いの抵抗率）、有転位化が発生した回数（有転位化回数）、有転位化の発生率（有転位化率＝有転位化回数／トライ回数）を表１に示す。

｛比較例２〜４、実施例４〜９｝
比較例２では、図４および表２に示すように、ドーパントを赤リンにしたこと以外は、比較例１と同じ条件でシリコン単結晶を製造した。
比較例３，４では、図４および表３，４に示すように、直胴部の設定直径を３００ｍｍにしたこと以外は、それぞれ比較例１，２と同じ条件でシリコン単結晶を製造した。
実施例４，５では、坩堝の回転速度を実施例１，３とそれぞれ同じにしたこと以外は、比較例２と同じ条件でシリコン単結晶を製造した。
実施例６，７では、坩堝の回転速度を実施例１，２とそれぞれ同じにしたこと以外は、比較例３と同じ条件でシリコン単結晶を製造した。
実施例８，９では、坩堝の回転速度を実施例２，３とそれぞれ同じにしたこと以外は、比較例４と同じ条件でシリコン単結晶を製造した。
比較例２〜４、実施例４〜９のトライ回数、各トライにおける狙いの抵抗率、有転位化回数、有転位化率を表２〜４に示す。

〔評価〕
表１〜４に示すように、比較例１〜４ではシリコン単結晶に有転位化が発生する場合があったが、実施例１〜９ではいずれの部位にも有転位化が発生しなかった。このことから、直胴部の形成開始時に坩堝を９ｒｐｍ以上の速度で回転させることにより、直胴部全体に有転位化が発生しないシリコン単結晶を製造できることが確認できた。

また、表１，２の結果から、直胴部の設定直径が２００ｍｍのシリコン単結晶を製造する場合、ドーパントが砒素のときには、直胴部上端における狙いの電気抵抗率を１．４ｍΩ・ｃｍ以上２．４ｍΩ・ｃｍ以下に設定し、赤リンのときには０．６ｍΩ・ｃｍ以上１．２ｍΩ・ｃｍ以下に設定すればよいことが確認できた。
さらに、表３，４の結果から、直胴部の設定直径が３００ｍｍのシリコン単結晶を製造する場合、ドーパントが砒素のときには、狙いの電気抵抗率を１．６ｍΩ・ｃｍ以上２．８ｍΩ・ｃｍ以下に設定し、赤リンのときには０．７ｍΩ・ｃｍ以上１．５ｍΩ・ｃｍ以下に設定すればよいことが確認できた。

［実験２：有転位化とリメルト成長領域の高さとの関係］
有転位化が発生している比較例１，３のシリコン単結晶の径方向中心を上下方向に切断し、その直胴部断面のＸ線観察を行い、リメルト成長領域の個数と高さとを評価した。同様の評価を有転位化が発生していない実施例１，２，６のシリコン単結晶に対しても行った。比較例１、実施例１，２の結果を図５に、比較例３、実施例６の結果を図６に示す。

図５，６に示すように、実施例１，２，６の直胴部には、高さが２００μｍ未満のリメルト成長領域が存在するものの、２００μｍ以上のものが存在しなかった。一方、比較例１，３の直胴部には、２００μｍ未満のリメルト成長領域に加え、２００μｍ以上のものも存在していた。また、実施例３〜５，７〜９のシリコン単結晶には有転位化が発生していないことから、これらの直胴部には、高さが２００μｍ以上のリメルト成長領域が存在していないと推定できる。また、比較例２のシリコン単結晶には有転位化が発生していることから、この直胴部には、高さが２００μｍ以上のリメルト成長領域が存在すると推定できる。
このことから、高さが２００μｍ以上のリメルト成長領域が直胴部に発生していないように、直胴部形成工程を行うことで、有転位化が発生しないシリコン単結晶を製造できることが確認できた。

１…単結晶引き上げ装置、２１…チャンバ、２２…坩堝、２３…加熱部、２５…引き上げケーブル（引き上げ部）、２８…電磁コイル、Ｍ…シリコン融液、ＭＤ…ドーパント添加融液、ＳＣ…種結晶、ＳＭ…シリコン単結晶、ＳＭ３…直胴部。

Claims (8)

1. チャンバと、
   このチャンバ内に配置された坩堝と、
   前記坩堝を加熱することで、シリコン融液にドーパントが添加されたドーパント添加融液を生成する加熱部と、
   種結晶を前記ドーパント添加融液に接触させた後に引き上げる引き上げ部とを備えた単結晶引き上げ装置を利用したチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、
   前記シリコン単結晶の直胴部を形成する直胴部形成工程は、前記直胴部の径方向全域に発生する成長縞のうち、その外縁部が直胴部の外周部まで伸びずに別の成長縞で中断されている成長縞で構成され、かつ、育成方向の高さが２００μｍ以上のリメルト成長領域が発生しないように、前記直胴部の形成開始時に前記坩堝を９ｒｐｍ以上３０ｒｐｍ以下で回転させ、前記直胴部の形成開始直後に前記坩堝の回転速度を徐々に遅くし始め、前記直胴部が所定の長さとなるときに所定の回転速度となるように前記坩堝の回転速度を直線的、曲線的、あるいは段階的に遅くして前記直胴部を形成することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
2. 請求項１に記載のシリコン単結晶の製造方法において、
   前記所定の回転速度を維持したまま前記直胴部の形成を継続することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のシリコン単結晶の製造方法において、
   前記所定の長さは５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下であり、前記所定の回転速度は０．１ｒｐｍ以上７ｒｐｍ以下であることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のシリコン単結晶の製造方法において、
   前記単結晶引き上げ装置は、前記ドーパント添加融液に磁場を印加する電磁コイルを備え、
   前記直胴部形成工程は、前記直胴部を前記ドーパント添加融液に磁場を印加しながら形成することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のシリコン単結晶の製造方法において、
   前記直胴部形成工程は、前記ドーパントが砒素、設定直径が３００ｍｍ、電気抵抗率が１．６ｍΩ・ｃｍ以上２．８ｍΩ・ｃｍ以下の前記直胴部を形成することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
6. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のシリコン単結晶の製造方法において、
   前記直胴部形成工程は、前記ドーパントが赤リン、設定直径が３００ｍｍ、電気抵抗率が０．７ｍΩ・ｃｍ以上１．５ｍΩ・ｃｍ以下の前記直胴部を形成することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
7. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のシリコン単結晶の製造方法において、
   前記直胴部形成工程は、前記ドーパントが砒素、設定直径が２００ｍｍ、電気抵抗率が１．４ｍΩ・ｃｍ以上２．４ｍΩ・ｃｍ以下の前記直胴部を形成することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
8. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のシリコン単結晶の製造方法において、
   前記直胴部形成工程は、前記ドーパントが赤リン、設定直径が２００ｍｍ、電気抵抗率が０．６ｍΩ・ｃｍ以上１．２ｍΩ・ｃｍ以下の前記直胴部を形成することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。