JP2014231448A - シリコン単結晶製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】酸素濃度が１．６?１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ＡＳＴＭ’７９）以上でリンを高濃度ドープしたシリコン単結晶の製造方法を提供する。【解決手段】リンをドープしたシリコン融液３からＭＣＺ法によってシリコン単結晶１１を引き上げるリンドープシリコン単結晶１１の製造方法であって、リンドープシリコン単結晶１１中のリン濃度が２?１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上となるようにリンをドープし、シリコン融液３に中心磁場強度が２，０００ガウス以上となるように水平磁場を印加することで、酸素濃度が１．６?１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ＡＳＴＭ’７９）以上のリンドープシリコン単結晶１１を製造する。【選択図】図１

Description

本発明は、ＭＣＺ法によるリンドープシリコン単結晶の製造方法に関する。

メモリーや撮像素子等の半導体デバイスの基板として用いられるシリコンウエーハを切り出すシリコン単結晶は、主にチョクラルスキー（ＣＺ）法により製造されている。ＣＺ法により作製されたシリコン単結晶中には酸素原子が含まれており、該シリコン単結晶から切り出されるシリコンウエーハを用いてデバイスを製造する際、シリコン原子と酸素原子とが結合し酸素析出物やＢＭＤが形成される。
これらはウエーハ内部の重金属等の汚染原子を捕獲してデバイス特性を向上させるＩＧ能力を有することが知られており、ウエーハのバルク部での酸素析出量やＢＭＤ密度が高くなるほど高性能かつ信頼性の高いデバイスを得ることができる。

また、近年ではリンをドープしたシリコンウエーハを使用する耐放射線半導体デバイスの要求もあり、このようなデバイスにおいても高酸素基板を使用することによってデバイスの特性を著しく向上させることができる。
上記のような半導体デバイスに有効なＩＧ能力や高酸素を付与するために、単結晶成長中に酸素を高濃度に取り込むよう制御する製造が行われている。

また、前記の方法によって製造されたシリコン単結晶から切り出されるシリコンウエーハに鏡面加工を施したポリッシュドウエーハ、鏡面加工後にウエーハ表層部の欠陥の抑制又はバルク内にＩＧ層の形成を目的としてアニール処理を施したアニールウエーハ、エピタキシャル層を形成したエピタキシャルウエーハや、ＳＯＩウエーハ等、種々のウエーハの要求が高まっている。

これらのウエーハは何段階ものデバイスプロセスを通過するため、金属不純物等がプロセス中に素子領域へ侵入する、あるいは放射線や宇宙線が素子領域へ侵入し電離を引き起す等の電気特性に対する阻害要因が存在する。したがって、撮像素子の場合には画像ムラ等、有害となり得る不純物の拡散を防止する技術、あるいは耐放射線素子の場合には放射線や宇宙線による電離の中和等の技術の前進は必須課題であり、一部の撮像素子や耐放射線素子の用途に、特にリンドープかつ１．６×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）以上の高酸素結晶の引き上げ技術が要望されている。

特許４９５３３８６号公報 特開２００８−１８９５２３号公報

特許文献１、２にはシリコン単結晶の酸素濃度を高酸素濃度に制御する方法について提案されているが、これらの文献には酸素濃度を１．６×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）以上に制御する方法については記載がない。単結晶直胴部全長にわたって酸素濃度を１．６×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）以上に制御するのは容易ではなく、特に引き上げ中の残湯量が低下する単結晶直胴後半部については、石英ルツボ内壁と融液との接触面積が小さくなり、酸素濃度を１．６×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）以上に制御することが困難であった。

本発明は上述のような問題に鑑みてなされたものであり、酸素濃度が１．６×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）以上でリンを高濃度ドープしたシリコン単結晶の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明によれば、
リンをドープしたシリコン融液からＭＣＺ法によってシリコン単結晶を引き上げるリンドープシリコン単結晶の製造方法であって、
前記リンドープシリコン単結晶中のリン濃度が２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上となるようにリンをドープし、前記シリコン融液に中心磁場強度が２，０００ガウス以上となるように水平磁場を印加することで、酸素濃度が１．６×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）以上の前記リンドープシリコン単結晶を製造することを特徴とするリンドープシリコン単結晶の製造方法を提供する。

このようなリンドープシリコン単結晶の製造方法であれば、酸素濃度が１．６×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）以上の高濃度にリンをドープしたシリコン単結晶を製造することができる。特に、単結晶直胴部のほぼ全長にわたって高酸素濃度とすることも可能である。

また、前記リンドープシリコン単結晶を引き上げる際、前記リンドープシリコン単結晶の引き上げに用いる単結晶引き上げ装置内の炉内圧を１００ｈＰａ以上とすることが好ましい。

これにより、単結晶直胴部のほぼ全長にわたって酸素濃度がより高いリンドープシリコン単結晶を製造することができる。

以上のように、本発明であれば、酸素濃度が１．６×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）以上の高濃度にリンをドープしたシリコン単結晶を製造することができる。特に、単結晶直胴部のほぼ全長にわたって高酸素の高リンドープシリコン単結晶とすることも可能である。さらに、このような高リンドープシリコン単結晶からは、優れた電気特性を有する高品質なシリコンウエーハを得ることができる。このようなウエーハは、デバイスプロセスによってウエーハバルク内部にきわめて高密度のＢＭＤ層を形成し、用途によって電気的阻害要因を排除できるため、例えばメモリーや撮像素子、耐放射線半導体デバイス基板等に好適に用いることができる。

本発明で用いられる単結晶引き上げ装置の一例を示す概略図である。 本発明の実施例のリンドープシリコン単結晶の各結晶位置における酸素濃度（ＡＳＴＭ’７９）の分布を示すグラフである。 比較例のリンドープシリコン単結晶の各結晶位置における酸素濃度（ＡＳＴＭ’７９）の分布を示すグラフである。

上述のように、シリコン単結晶の製造において単結晶直胴部全長にわたって酸素濃度を１．６×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）以上に制御することは困難であり、一部の撮像素子や耐放射線素子の用途に、特に高濃度リンドープかつ単結晶直胴部全長にわたって酸素濃度が１．６×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）以上のシリコン単結晶の引き上げ技術の開発が求められていた。

本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、高濃度のリンドープシリコン単結晶の製造において、水平磁場を印加することで単結晶直胴部のほぼ全長にわたって高酸素濃度を有するリンドープシリコン単結晶を製造できることを見出し、本発明を完成させた。

本発明は、リンをドープしたシリコン融液からＭＣＺ法によってシリコン単結晶を引き上げるリンドープシリコン単結晶の製造方法であって、
リンドープシリコン単結晶中のリン濃度が２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上となるようにリンをドープし、シリコン融液に中心磁場強度が２，０００ガウス以上となるように水平磁場を印加することで、酸素濃度が１．６×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）以上のリンドープシリコン単結晶を製造する方法である。

以下、本発明の実施形態の一例について図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は、本発明のリンドープシリコン単結晶の製造方法に用いられる単結晶引き上げ装置の一例を示す概略図である。以下、本発明の実施形態を図１に基づいて説明する。

本発明に用いられる単結晶引き上げ装置は、メインチャンバー１及びプルチャンバー２を備えている。メインチャンバー１の内部には溶融された原料融液３を収容するための石英ルツボ４と、石英ルツボ４を支持する黒鉛ルツボ５が設けられている。これらのルツボは支持軸７の上の受け皿６を介して支持されている。ルツボの外側には加熱ヒーター８が設置され、さらにその外側に断熱材９がメインチャンバーの内壁に沿って設置されている。また、必要に応じて下部断熱材１０を設置することもできる。ルツボの上方には引き上げたリンドープシリコン単結晶１１を冷却する冷却筒１４と、下端部に原料融液３や加熱ヒーター８からの輻射熱を抑える熱遮蔽板１３を備えた円筒形状の黒鉛材からなるガス整流筒１２が設置されている。

また、メインチャンバー１上部からの除熱を抑えるために、冷却筒１４の上部を断熱する他に、ガス整流筒１２の下端から原料融液面までの距離を広げる、加熱ヒーター８の駆動により発熱中心を移動する等の方法を用いることもできる。

また、本発明ではＭＣＺ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ａｐｐｌｉｅｄ ＣＺ）法によって水平磁場を印加してシリコン単結晶を引き上げるため、本発明に用いられる単結晶引き上げ装置は、メインチャンバー１の外側に水平磁場を印加するためのマグネット１５を装備する。ＭＣＺ法には垂直磁場、水平磁場、カスプ磁場等、様々な磁場形態があり、磁力線の分布や磁場強度等の設計によって酸素濃度制御が可能である。
無磁場の環境下における原料融液３の対流は融液内部の酸素の輸送量が大きく、融液表層部への酸素の運搬量が増大する。融液表層部への酸素の運搬量が増大することで、酸素蒸発量が著しく増加し、結果として融液中の酸素量が減少しやすい。一方、ＭＣＺ法、特には水平磁場では原料融液３を強磁場環境下とすることで、融液表層部への酸素の運搬量及び酸素蒸発量を抑制し、融液中の酸素量を制御することが可能となる。

このような単結晶引き上げ装置を用いて、本発明のリンドープシリコン単結晶の製造方法を実施する際には、石英ルツボ４中に、シリコン単結晶の原料である多結晶シリコンを充填する。この時基板のｎ型抵抗率を決定するドーパントであるリンも添加する。また、抵抗率制御用のドーパント以外に用途に応じて窒素や炭素をドープすることもできる。石英ルツボ４に原料を充填した後、真空ポンプ（不図示）を稼動させてガス流出口（不図示）から排気しながらプルチャンバー２に設置されたガス導入口（不図示）から不活性ガス（例えばＡｒガス等）を流入し、内部を不活性ガス雰囲気に置換する。次に黒鉛ルツボ５を囲繞するように配置された加熱ヒーター８で加熱し、原料を溶融して原料融液３を得る。原料溶融後、種結晶を原料融液３に浸漬し、種結晶を回転させながら引き上げて棒状のリンドープシリコン単結晶１１を育成する。

単結晶引き上げ中に加熱ヒーター８の高温加熱により石英ルツボ４の融液側内面が少しずつ溶損し、酸素が原料融液３中に溶出する。溶出した酸素の大部分は融液表面からＳｉＯの蒸気となって蒸発するが、残りの極少量の酸素は育成されるリンドープシリコン単結晶１１中へ取り込まれる。

酸素を高濃度でリンドープシリコン単結晶１１中へ取り込むには、単結晶引き上げ装置の支持軸７や結晶軸の回転（すなわち、ルツボ回転と成長結晶の回転）、単結晶成長速度、Ａｒガス等の不活性ガスのガス流量や炉内圧の制御、加熱ヒーター８を含めたホットゾーン構造の最適なレイアウト設計等の検討が重要である。
本発明では、メインチャンバー１内に装備するホットゾーンの最適構造、原料融液面や発熱中心の位置関係等の最適条件、あるいは、メインチャンバー１内部の不活性ガスの対流条件は熱数値解析シュミレーションソフトＦＥＭＡＧ（文献：Ｆ．Ｄｕｐｒｅｔ， Ｐ．Ｎｉｃｏｄｅｍｅ， Ｙ．Ｒｙｃｋｍａｎｓ， Ｐ．Ｗｏｕｔｅｒｓ， ａｎｄ Ｍ．Ｊ．Ｃｒｏｃｈｅｔ， Ｉｎｔ．Ｊ． Ｈｅａt Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ， ３３， １８４９ （１９９０））の計算により算出した。

本発明では、ドーパントであるリンのドープ量はリンドープシリコン単結晶１１中のリン濃度が２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上となるよう融液中に投入する。リンドープシリコン単結晶１１中のリン濃度がこのような濃度であれば、ウエーハの抵抗率を０．２Ω・ｃｍ以下とすることができる。リンドープシリコン単結晶１１中のリン濃度を２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、単結晶直胴部のほぼ全長にわたって酸素濃度を１．６×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）以上とすることで、近年要求される耐放射線半導体デバイス等に対応することができる。
また、ドーパントの投入方法は、石英ルツボ４中に多結晶シリコンを充填する際にドープ剤を投入する、あるいは加熱ヒーター８によって多結晶シリコンの溶融完了後にドープ剤を投入してもよい。また、ドープ剤にはシリコン結晶とリンの合金、あるいは赤燐片を用いることができる。

リンは揮発性元素であるため、高濃度のリンをドープすることでリンの蒸気圧を高め、ＳｉＯの蒸気圧を抑制することができる。ＳｉＯとして蒸発する酸素が減少することで、原料融液３中の酸素濃度の低下を抑制でき、結果としてリンドープシリコン単結晶１１内部へ取り込まれる酸素の量を増加させることができる。すなわち、高濃度にリンをドープすることによって、結晶中に酸素が取り込まれやすくなる。また、例えば不活性ガスのガス流量や炉内圧の制御によってもリンやＳｉＯの蒸発量を制御することができる。

また、本発明では、単結晶の引き上げの際に原料融液３に中心磁場強度が２，０００ガウス以上となるようにマグネット１５によって水平磁場を印加する。印加する水平磁場強度が２，０００ガウス未満の場合、原料融液３の対流抑制が不十分となり、ＳｉＯの蒸発の抑制効果が小さくなり、酸素濃度が１．６×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）以上のリンドープシリコン単結晶を得ることができない。また、印加する水平磁場強度は３，０００ガウス以上とすることがより好ましい。

また、リンドープシリコン単結晶１１を引き上げる際、単結晶引き上げ装置内の炉内圧を１００ｈＰａ以上とすることが好ましい。このような炉内圧であれば、ＳｉＯの蒸発を抑制し、単結晶直胴部のほぼ全長にわたって酸素濃度がより高いリンドープシリコン単結晶を製造することができる。

また、本発明の製造方法によって製造したリンドープシリコン単結晶１１からスライスしたウエーハを鏡面加工し、鏡面ウエーハのままデバイス工程に投入してもよいし、例えば鏡面ウエーハをアニールする、鏡面ウエーハにイオン注入を施す、鏡面ウエーハの表面にエピタキシャル層を成長させてエピタキシャルウエーハを作製する、あるいは、鏡面ウエーハを原料にしたＳＯＩウエーハを作製する等の工程を行ってもよい。

また、本発明は製造されるシリコン単結晶の結晶方位等に限定されることなく適用できる。

以上のように、本発明であれば、酸素濃度が１．６×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）以上の高濃度にリンをドープしたシリコン単結晶を製造することができる。特に、単結晶直胴部のほぼ全長にわたって高酸素の高リンドープシリコン単結晶とすることも可能である。さらに、このような高リンドープシリコン単結晶からは、優れた電気特性を有する高品質なシリコンウエーハを得ることができる。このようなウエーハは、デバイスプロセスによってウエーハバルク内部にきわめて高密度のＢＭＤ層を形成し、用途によって電気的阻害要因を排除できるため、例えばメモリーや撮像素子、耐放射線半導体デバイス基板等に好適に用いることができる。

以下、本発明の実施例及び比較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）
単結晶引き上げ装置のメインチャンバー内に設置された口径３２インチ（８００ｍｍ）の石英ルツボ内に、シリコン多結晶原料３６０ｋｇを充填した。さらに加熱ヒーターを用いて加熱して原料を溶融し、その後抵抗調整用に引き上げ単結晶中の結晶肩のリン濃度が２．５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３となるようにリンドーパントを投入し、単結晶直胴部全長におけるリン濃度を２．５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上とした。そして、単結晶引き上げ中の単結晶引き上げ装置内の炉内圧を１５０ｈＰａとし、ＭＣＺ法を用い、中心磁場強度が３，０００ガウスとなるように水平磁場を印加しながら、直径３００ｍｍ、直胴長さ１４０ｃｍのｎ型シリコン単結晶を育成した。
引き上げたシリコン単結晶を直胴部の端からの長さが０、２０、４０、６０、８０、１００、１２０、１４０ｃｍの位置からウエーハを採取し、各結晶位置のウエーハの酸素濃度をＦＴ−ＩＲによって測定した結果を以下の表１に示す。

表１に示されるように、実施例１の条件で製造したシリコン単結晶の酸素濃度は１．６４×１０^１８〜１．７３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）であった。

（実施例２）
実施例１と同様に、単結晶引き上げ装置のメインチャンバー内に設置された口径３２インチ（８００ｍｍ）の石英ルツボ内に、シリコン多結晶原料３６０ｋｇを充填した。さらに加熱ヒーターを用いて加熱して原料を溶融し、その後抵抗調整用に引き上げ単結晶中の結晶肩のリン濃度が２．５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３となるようにリンドーパントを投入し、単結晶直胴部全長におけるリン濃度を２．５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上とした。そして、単結晶引き上げ中の単結晶引き上げ装置内の炉内圧を１５０ｈＰａとし、ＭＣＺ法を用い、中心磁場強度が２，２００ガウスとなるように水平磁場を印加しながら、直径３００ｍｍ、直胴長さ１４０ｃｍのｎ型シリコン単結晶を育成した。その他の引き上げ条件は実施例１と同様の条件で単結晶の引き上げを行った。
引き上げたシリコン単結晶を直胴部の端からの長さが０、２０、４０、６０、８０、１００、１２０、１４０ｃｍの位置からウエーハを採取し、各結晶位置のウエーハの酸素濃度をＦＴ−ＩＲによって測定した結果を以下の表２に示す。

表２に示されるように、実施例２の条件で製造したシリコン単結晶の酸素濃度は１．６２×１０^１８〜１．６８×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）であった。

（実施例３）
実施例１と同様に、単結晶引き上げ装置のメインチャンバー内に設置された口径３２インチ（８００ｍｍ）の石英ルツボ内に、シリコン多結晶原料３６０ｋｇを充填した。さらに加熱ヒーターを用いて加熱して原料を溶融し、その後抵抗調整用に引き上げ単結晶中の結晶肩のリン濃度が２．５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３となるようにリンドーパントを投入し、単結晶直胴部全長におけるリン濃度を２．５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上とした。そして、単結晶引き上げ中の単結晶引き上げ装置内の炉内圧を８０ｈＰａとし、ＭＣＺ法を用い、中心磁場強度が３，０００ガウスとなるように水平磁場を印加しながら、直径３００ｍｍ、直胴長さ１４０ｃｍのｎ型シリコン単結晶を育成した。その他の引き上げ条件は実施例１と同様の条件で単結晶の引き上げを行った。
引き上げたシリコン単結晶を直胴部の端からの長さが０、２０、４０、６０、８０、１００、１２０、１４０ｃｍの位置からウエーハを採取し、各結晶位置のウエーハの酸素濃度をＦＴ−ＩＲによって測定した結果を以下の表３に示す。

表３に示されるように、実施例３の条件で製造したシリコン単結晶の酸素濃度は１．６０×１０^１８〜１．６４×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）であった。

（比較例１）
実施例１と同様に、単結晶引き上げ装置のメインチャンバー内に設置された口径３２インチ（８００ｍｍ）の石英ルツボ内に、シリコン多結晶原料３６０ｋｇを充填した。さらに加熱ヒーターを用いて加熱して原料を溶融し、その後抵抗調整用に引き上げ単結晶中の結晶テール側のリン濃度が１．１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３となるようにリンドーパントを投入し、単結晶直胴部全長におけるリン濃度を１．１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とした。そして、単結晶引き上げ中の単結晶引き上げ装置内の炉内圧を１５０ｈＰａとし、ＭＣＺ法を用い、中心磁場強度が３，０００ガウスとなるように水平磁場を印加しながら、直径３００ｍｍ、直胴長さ１４０ｃｍのｎ型シリコン単結晶を育成した。その他の引き上げ条件は実施例１と同様の条件で単結晶の引き上げを行った。
引き上げたシリコン単結晶を直胴部の端からの長さが０、２０、４０、６０、８０、１００、１２０、１４０ｃｍの位置からウエーハを採取し、各結晶位置のウエーハの酸素濃度をＦＴ−ＩＲによって測定した結果を以下の表４に示す。

表４に示されるように、比較例１の条件で製造したシリコン単結晶の酸素濃度は１．４１×１０^１８〜１．４６×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）であった。

（比較例２）
実施例１と同様に、単結晶引き上げ装置のメインチャンバー内に設置された口径３２インチ（８００ｍｍ）の石英ルツボ内に、シリコン多結晶原料３６０ｋｇを充填した。さらに加熱ヒーターを用いて加熱して原料を溶融し、その後抵抗調整用に引き上げ単結晶中の結晶肩のリン濃度が２．５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３となるようにリンドーパントを投入し、単結晶直胴部全長におけるリン濃度を２．５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上とした。そして、単結晶引き上げ中の単結晶引き上げ装置内の炉内圧を１５０ｈＰａとし、ＭＣＺ法を用い、中心磁場強度が１，５００ガウスとなるように水平磁場を印加しながら、直径３００ｍｍ、直胴長さ１４０ｃｍのｎ型シリコン単結晶を育成した。その他の引き上げ条件は実施例１と同様の条件で単結晶の引き上げを行った。
引き上げたシリコン単結晶を直胴部の端からの長さが０、２０、４０、６０、８０、１００、１２０、１４０ｃｍの位置からウエーハを採取し、各結晶位置のウエーハの酸素濃度をＦＴ−ＩＲによって測定した結果を以下の表５に示す。

表５に示されるように、比較例２の条件で製造したシリコン単結晶の酸素濃度は１．４５×１０^１８〜１．５０×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）であった。

（比較例３）
実施例１と同様に、単結晶引き上げ装置のメインチャンバー内に設置された口径３２インチ（８００ｍｍ）の石英ルツボ内に、シリコン多結晶原料３６０ｋｇを充填した。さらに加熱ヒーターを用いて加熱して原料を溶融し、その後抵抗調整用に引き上げ単結晶中の結晶テール側のリン濃度が１．１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３となるようにリンドーパントを投入し、単結晶直胴部全長におけるリン濃度を１．１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とした。そして、単結晶引き上げ中の単結晶引き上げ装置内の炉内圧を１５０ｈＰａとし、ＭＣＺ法を用い、中心磁場強度が１，０００ガウスとなるように水平磁場を印加しながら、直径３００ｍｍ、直胴長さ１４０ｃｍのｎ型シリコン単結晶を育成した。その他の引き上げ条件は実施例１と同様の条件で単結晶の引き上げを行った。
引き上げたシリコン単結晶を直胴部の端からの長さが０、２０、４０、６０、８０、１００、１２０、１４０ｃｍの位置からウエーハを採取し、各結晶位置のウエーハの酸素濃度をＦＴ−ＩＲによって測定した結果を以下の表６に示す。

表６に示されるように、比較例３の条件で製造したシリコン単結晶の酸素濃度は１．３３×１０^１８〜１．３９×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）であった。

（比較例４）
実施例１と同様に、単結晶引き上げ装置のメインチャンバー内に設置された口径３２インチ（８００ｍｍ）の石英ルツボ内に、シリコン多結晶原料３６０ｋｇを充填した。さらに加熱ヒーターを用いて加熱して原料を溶融し、その後抵抗調整用に引き上げ単結晶中の結晶肩のリン濃度が２．５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３となるようにリンドーパントを投入し、単結晶直胴全長におけるリン濃度を２．５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上とした。そして、単結晶引き上げ中の単結晶引き上げ装置内の炉内圧を１５０ｈＰａとし、磁場を印加しない条件（０ガウス）で直径３００ｍｍ、直胴長さ１４０ｃｍのｎ型シリコン単結晶を育成した。
引き上げたシリコン単結晶を直胴部の端からの長さが０、２０、４０、６０、８０、１００、１２０、１４０ｃｍの位置からウエーハを採取し、各結晶位置のウエーハの酸素濃度をＦＴ−ＩＲによって測定した結果を以下の表７に示す。

表７に示されるように、比較例４の条件で製造したシリコン単結晶の酸素濃度は１．１６×１０^１８〜１．３４×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）であった。

本発明の実施例１〜３の各結晶位置における酸素濃度（ＡＳＴＭ’７９）をまとめたグラフを図２に示す。また、比較例１〜４の各結晶位置における酸素濃度（ＡＳＴＭ’７９）をまとめたグラフを図３に示す。
図２、図３のグラフに示されるように、実施例１〜３では単結晶直胴部のいずれの位置においても酸素濃度が１．６×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）以上であった。また、単結晶中のリン濃度が２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満である比較例１、印加する水平磁場強度が２，０００ガウス未満である比較例２、単結晶中のリン濃度が２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満であり印加する水平磁場強度が２，０００ガウス未満である比較例３、磁場を印加しない比較例４では、単結晶直胴部のいずれの位置においても酸素濃度が１．６×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）未満であった。

以上のことから、本発明のリンドープシリコン単結晶の製造方法であれば、単結晶直胴部のほぼ全長にわたって酸素濃度が１．６×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）以上のリンドープシリコン単結晶を製造できることが明らかとなった。

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…メインチャンバー、 ２…プルチャンバー、 ３…原料融液、
４…石英ルツボ、 ５…黒鉛ルツボ、 ６…受け皿、
７…支持軸、 ８…加熱ヒーター、 ９…断熱材、
１０…下部断熱材、 １１…リンドープシリコン単結晶、 １２…ガス整流筒、
１３…熱遮蔽板、 １４…冷却筒、 １５…マグネット

表１に示されるように、実施例１の条件で製造したシリコン単結晶の酸素濃度は１．６４×１０^１８〜１．７３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）であった。

表２に示されるように、実施例２の条件で製造したシリコン単結晶の酸素濃度は１．６２×１０^１８〜１．６８×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）であった。

表３に示されるように、実施例３の条件で製造したシリコン単結晶の酸素濃度は１．６０×１０^１８〜１．６４×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）であった。

表４に示されるように、比較例１の条件で製造したシリコン単結晶の酸素濃度は１．４１×１０^１８〜１．４６×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）であった。

表５に示されるように、比較例２の条件で製造したシリコン単結晶の酸素濃度は１．４５×１０^１８〜１．５０×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）であった。

表６に示されるように、比較例３の条件で製造したシリコン単結晶の酸素濃度は１．３３×１０^１８〜１．３９×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）であった。

表７に示されるように、比較例４の条件で製造したシリコン単結晶の酸素濃度は１．１６×１０^１８〜１．３４×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）であった。

Claims (2)

1. リンをドープしたシリコン融液からＭＣＺ法によってシリコン単結晶を引き上げるリンドープシリコン単結晶の製造方法であって、
   前記リンドープシリコン単結晶中のリン濃度が２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上となるようにリンをドープし、前記シリコン融液に中心磁場強度が２，０００ガウス以上となるように水平磁場を印加することで、酸素濃度が１．６×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）以上の前記リンドープシリコン単結晶を製造することを特徴とするリンドープシリコン単結晶の製造方法。
2. 前記リンドープシリコン単結晶を引き上げる際、前記リンドープシリコン単結晶の引き上げに用いる単結晶引き上げ装置内の炉内圧を１００ｈＰａ以上とすることを特徴とする請求項１に記載のリンドープシリコン単結晶の製造方法。

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