特許 5978722 シリコン種結晶の製造方法、シリコン単結晶の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5978722

(24)【登録日】2016年8月5日

(45)【発行日】2016年8月24日

(54)【発明の名称】シリコン種結晶の製造方法、シリコン単結晶の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/06 20060101AFI20160817BHJP

   C30B 15/36 20060101ALI20160817BHJP

【ＦＩ】

   C30B29/06 502F

   C30B15/36

【請求項の数】11

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2012-86541(P2012-86541)

(22)【出願日】2012年4月5日

(65)【公開番号】特開2013-216512(P2013-216512A)

(43)【公開日】2013年10月24日

【審査請求日】2015年3月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】302006854

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＭＣＯ

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100126882

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 光永

(72)【発明者】

【氏名】高瀬 伸光

(72)【発明者】

【氏名】横山 隆

【審査官】 國方 恭子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−２０３６４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１９２４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２４８０１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３２４５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１７３９６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３４５７９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０４３３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−２１１２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１４６８５３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ３０Ｂ １／００−３５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

チョクラルスキー法によるシリコン単結晶を製造する際にシードチャックに取り付けて用いるシリコン種結晶の製造方法であって、
シリコンの単結晶から切り出して柱状のシリコン種結晶とする加工工程と、
前記シリコン種結晶の下側端部に位置する着液部よりも前記シードチャック側となる柱状部の柱状側面において、残存する表面のキズおよび表面加工ダメージ層をなくすことで引き上げるシリコン単結晶の重量を保持可能な強度を維持するための、表面加工ダメージ層除去工程と、
前記シリコン種結晶側面において、加工表面のキズあるいは表面加工ダメージ層が除去されているかを測定する測定工程と、
を有することを特徴とするシリコン種結晶の製造方法。

【請求項2】

前記ダメージ層除去工程が、エッチング処理を含むことを特徴とする請求項１記載のシリコン種結晶の製造方法。

【請求項3】

前記ダメージ層除去工程が、エッチング処理の前に、研削条件の異なる２以上の研削処理を含むことを特徴とする請求項２記載のシリコン種結晶の製造方法。

【請求項4】

前記研削処理における異なる研削条件として、研削砥石の粗さが異なることを特徴とする請求項３記載のシリコン種結晶の製造方法。

【請求項5】

前記研削処理における異なる研削条件として、研削砥石の押圧条件が異なることを特徴とする請求項３記載のシリコン種結晶の製造方法。

【請求項6】

前記測定工程において、角度研摩処理およびライトエッチング処理を含むことを特徴とする請求項１記載のシリコン種結晶の製造方法。

【請求項7】

前記測定工程において、波長０．００１ｎｍ〜０．２５ｎｍのＸ線とされる高エネルギー放射光による測定処理を含むことを特徴とする請求項１記載のシリコン種結晶の製造方法。

【請求項8】

引き上げるシリコン単結晶がφ３００ｍｍ以上であるか、または、引き上げ時の原料チャージ量が３００ｋｇ以上とされるシリコン種結晶とされてなることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のシリコン種結晶の製造方法。

【請求項9】

チョクラルスキー法によるシリコン単結晶を製造する際にシードチャックに取り付けて用いるシリコン種結晶の製造方法であって、
シリコンの単結晶から切り出して柱状のシリコン種結晶とする加工工程と、
前記シリコン種結晶の下側端部に位置する着液部よりも前記シードチャック側となる柱状部の柱状側面において、残存する表面のキズおよび表面加工ダメージ層をなくすことで引き上げるシリコン単結晶の重量を保持可能な強度を維持するための、表面加工ダメージ層除去工程と、
を有することを特徴とするシリコン種結晶の製造方法。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか１項に記載の製造方法によって製造されたシリコン単結晶製造用種結晶を用いてシリコン単結晶を引き上げることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。

【請求項11】

前記測定工程で測定した結果からダメージ層が除去されて必要な強度を有しているかどうかを判断するダメージ層除去判断工程と、
請求項１から８のいずれか１項に記載の製造方法によって製造されたシリコン単結晶製造用種結晶を用いてシリコン単結晶の引き上げをおこなう引き上げ工程と、
を有し、
前記ダメージ層除去判断工程において、前記表面加工ダメージ層が除去されていると判断した場合には、前記引き上げ工程としてシリコン単結晶の引き上げをおこなうとともに、前記表面加工ダメージ層が除去されていないと判断した場合には、前記表面加工ダメージ層除去工程に戻ることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＣＺ（チョクラルスキー）法でシリコン単結晶を製造する時に使用するシリコン種結晶の製造方法と、その種結晶を用いたシリコン単結晶の製造方法に用いて好適な技術に関する。

【背景技術】

【0002】

チョクラルスキー法によるシリコン単結晶製造では、結晶成長炉内でシリコン種結晶をシリコン融液に浸漬させた後、目標とするサイズに成長させるという引上げ工程で単結晶を製造する。通常、シリコン種結晶をシリコン融液に浸漬する際、浸漬部分を中心として結晶欠陥である転位が発生する。主な転位発生の原因は、融液に浸漬する前後における種結晶とシリコン融液との温度差によって生じる熱応力と考えられている。シリコン単結晶製造時において、転位の発生を防止すること、あるいは転位を除くことが不可欠であり、従来、浸漬時に発生した転位を除く手段として、浸漬後に種結晶径を縮径し結晶径の細い絞り部を形成するダッシュネッキングが行われている。このダッシュネッキングにより、無転位化できる絞り径は４ｍｍ程度であり、それよりも太径になると転位を完全に除去することが困難となる。

【0003】

近年のシリコン単結晶の大径化に伴い大重量化した単結晶を支えるシリコンの強度を考えた場合、絞り径が４ｍｍでは破断する危険性がある。そのため、シリコンの強度上問題となるネッキングによる絞り部を形成することなく単結晶を製造するために、シリコン種結晶の着液面の処理状態を制御してシリコン単結晶育成時の有転位化を防止して、絞り径を大きくするための技術が特許文献１に記載されている。

【0004】

同様に、種結晶の着液面のエッチング量を規定するとともに、種結晶中のホウ素濃度を規定することで、絞り径を大きくするための技術が、特許文献２、３に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２−１８７７９５号公報

【特許文献2】特開２００３−１９２４８８号公報

【特許文献3】特開平０７−２６５６４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、従来技術で問題にしているダッシュネックの縮径部ではなく、着液部分よりも上側位置、すなわちもとの種結晶径を維持している位置で種結晶が破断することがあり、特に、φ３００ｍｍ以上の大重量結晶を引き上げるようになって、これまでより破断発生の頻度が多くなった。これは破断位置から判断しても、無転位化のための縮径による強度不足とは関係なく、他の原因で発生したものであると考えられる。そのため、絞り部を形成しない場合にも発生するこのような種結晶破断を防止したいという要求があった。

【0007】

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、引き上げる単結晶の大重量化に対応してシリコン種結晶の破断発生防止を図るという目的を達成しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

チョクラルスキー法によるシリコン単結晶引き上げ用の種結晶は、単結晶で引き上げられたインゴットから切り出されて製造される。
種結晶Ｔは、図１に示すように、その概略形状が四角柱形状あるいは円柱形状とされ、後述するシードチャック５に取り付けるための取り付け拡径部Ｔ１と、シードチャック５に取り付けた状態において、この取り付け拡径部Ｔ１から下方に延在する柱状部Ｔ２と、この柱状部Ｔ２の取り付け拡径部Ｔ１と反対側である下側端部に位置する着液部Ｔ３とからなる。この着液部Ｔ３から引き上げる単結晶を成長させる。なお、図では、単結晶を成長させた状態として、ネック部Ｎも記載してある。
種結晶Ｔ表面は、引き上げ用にシードチャック５に取り付ける前に、付着した汚染物を落とすためにエッチングなどの表面洗浄処理を施している。

【0009】

もともと、φ３００ｍｍ以上、φ４５０ｍｍ以上の大口径化対応で引き上げる単結晶が大重量になったときに、ネッキング工程で種結晶径を細くすると重量に耐えられない可能性があり、様々な検討がされ対策がなされてきた。例えば、ダッシュネックで対応できる重量以上の重量に対する結晶に対しては無転位着液法を実施することが考えられる。

【0010】

これまで荷重に対する強度上問題ない範囲の重量ではあっても破断が発生したことがあった。たとえば、ネック部Ｎで破壊する場合があり、事後の検査で附着した異物が原因で破断が発生したことが確認された。また、シードチャック５と種結晶Ｔとの接触部で応力がかかり、取り付け拡径部Ｔ１内部に入ったスリップが原因で破壊した例もあった。そして、単結晶引き上げを行う初段階で、種結晶をシリコンメルトに浸けて“なじませる”作業を実施するが、その作業が不十分な場合に、着液部Ｔ３に発生したスリップが原因で破断するケースがあった。これら３点については大重量でなくてもおこりうるケースで、予想もある程度できた。ところが、大重量化になってからネック部Ｎでない柱状部Ｔ２で破断するケースが発生した。

【0011】

そこで、本願発明者らは、破断が発生する位置が着液部Ｔ３よりもシードチャック５側、つまり、該当種結晶Ｔとして、加工・成形した柱状部Ｔ２で発生する破断の原因究明と、防止策を対応することとした。

【0012】

この種結晶のうち、引き上げ終了後の結晶取り出し工程において破断したものを分析したところ、その破断面はシェルパターンの脆性破壊型の破断面で起点は種結晶の断面中心側でなく、断面縁部の柱状側面側にあった。またシード（種結晶）はこの起点から単純に２分割に破壊されたのではなく３分割以上に複雑に破壊したとの知見が得られた。破断起点が柱状部Ｔ２表面付近だったことから、シード（種結晶）の母材中の欠陥からの破壊の可能性は低いと考えられる。

【0013】

また、このシードの母材と同ブロックから切り出された他のシードは複数の結晶成長炉で使用されたが、破断を起こしたものは他になかった。当該種結晶を切り出した母材となる単結晶に原因があれば、同様に切り出した他の種結晶でも破断が発生することが考えられるため、そうではないことからも、シード（種結晶）の母材中の欠陥からの破壊の可能性は低いと考えられる。

【0014】

上記の破壊パターンから、破断起点が柱状部Ｔ２表面付近の一点であることがわかったため、考えられる可能性として、シード（種結晶）表面に附着した融液の液はねか、表面付近に酸化物等の析出物があり、これらが破断起点となった場合を検討した。しかし、融液の液はねは発生した形跡がなく、また、析出酸化物も破断起点には検出されなかった。

【0015】

次に着液時の熱ショックが原因となって破断が発生した可能性について考察した。しかし、破断の起点は、シード（種結晶）の端面である着液面からスリップが入っている範囲である着液部Ｔ３より上側（シードチャック５側）にあり、熱ショックが原因となって破断が発生したとは考えにくい。また、破断起点は柱状部Ｔ２のシードチャック５側にあるため、もし、破断起点の付近に熱ショックによるスリップが存在したとしても、その密度はかなり低いと考えられる。このため、熱ショックが原因となって破断が発生するならその起点は着液部Ｔ３になり、今回対象とする柱状部Ｔ２での破断とは関係ないと判断した。

【0016】

また、検証のため、破断起点付近の縦切り面をＸ線で確認した。
その結果、破断となった起点部位付近には転位や析出物等の欠陥はなかった。これに対し、破断起点より上側となるシードチャック５との接触している取り付け拡径部Ｔ１には転位が発生していたものの、この転位は柱状部Ｔ２の破断部位までは伝搬していなかったため、シードチャック５接触による転位は今回の破断原因には繋がらないと考えられる。

【0017】

次に、シード表面のキズが原因となって破断が発生した可能性について考察した。
当該シードの加工表面を観察したが、綺麗な（鏡面）状態であり、目視でキズは確認できなかった。したがって、目視できるほどのキズが存在する可能性は低いと考えられる。また、破断起点はシードチャック５で保持するために拡径した取り付け拡径部Ｔ１ではなく、シードチャック５との接触によって生じたキズが原因ではない。

【0018】

しかし、シリコンは脆性材料で、目に見えないキズでも破壊の起点になる可能性はある。したがって、シード（種結晶）製造時に柱状側面に導入される目視できない程度の微細な表面加工キズや研削ダメージが破断発生の原因のひとつとして考えられる。種結晶Ｔをシードチャック（ホルダー）５に装着する前に、目視ではカケ・割れ等を確認しているが、微細なキズ等が確認できないためにそのまま装着され、破壊の起点になった可能性があると判断した。
したがって、それらが残存することがないようシード（種結晶）を準備することが重要であるとの見解に達した。

【0019】

このような知見から、シード（種結晶）製造時に柱状側面に導入される加工キズや研削により発生する加工ダメージ層を定量化し、その情報に基づきダメージ層を除去・低減することで、破断発生を回避することを目的として、本願発明を完成した。

【0020】

本発明のシリコン種結晶の製造方法は、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶を製造する際にシードチャックに取り付けて用いるシリコン種結晶の製造方法であって、
シリコンの単結晶から切り出して柱状のシリコン種結晶とする加工工程と、
前記シリコン種結晶の下側端部に位置する着液部よりも前記シードチャック側となる柱状部の柱状側面において、残存する表面のキズおよび表面加工ダメージ層をなくすことで引き上げるシリコン単結晶の重量を保持可能な強度を維持するための、表面加工ダメージ層除去工程と、
前記シリコン種結晶側面において、加工表面のキズあるいは表面加工ダメージ層が除去されているかを測定する測定工程と、
を有することにより上記課題を解決した。
本発明において、前記ダメージ層除去工程が、エッチング処理を含むことがより好ましい。
本発明の前記ダメージ層除去工程が、エッチング処理の前に、研削条件の異なる２以上の研削処理を含むことが可能である。
また、本発明において、前記研削処理における異なる研削条件として、研削砥石の粗さが異なる手段か、研削砥石の押圧条件（削り量）が異なる手段を採用することもできる。
また、本発明においては、前記測定工程において、角度研摩処理およびライトエッチング処理を含むことが望ましい。
さらに、前記測定工程において、波長０．００１ｎｍ〜０．２５ｎｍのＸ線とされる高エネルギー放射光（白色Ｘ線トポグラフ）による測定処理を含むことが可能である。
また、引き上げるシリコン単結晶がφ３００ｍｍ以上であるか、または、引き上げ時の原料チャージ量が３００ｋｇ以上とされるシリコン種結晶とされてなることがある。
本発明において、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶を製造する際にシードチャックに取り付けて用いるシリコン種結晶の製造方法であって、
シリコンの単結晶から切り出して柱状のシリコン種結晶とする加工工程と、
前記シリコン種結晶の下側端部に位置する着液部よりも前記シードチャック側となる柱状部の柱状側面において、残存する表面のキズおよび表面加工ダメージ層をなくすことで引き上げるシリコン単結晶の重量を保持可能な強度を維持するための、表面加工ダメージ層除去工程と、
を有することができる。
本発明のシリコン単結晶の製造方法においては、上記のいずれか記載の製造方法によって製造されたシリコン単結晶製造用種結晶を用いてシリコン単結晶を引き上げることが好ましい。
本発明のシリコン単結晶の製造方法においては、前記測定工程で測定した結果からダメージ層が除去されて必要な強度を有しているかどうかを判断するダメージ層除去判断工程と、
上記のいずれか記載の製造方法によって製造されたシリコン単結晶製造用種結晶を用いてシリコン単結晶の引き上げをおこなう引き上げ工程と、
を有し、
前記ダメージ層除去判断工程において、前記表面加工ダメージ層が除去されていると判断した場合には、前記引き上げ工程としてシリコン単結晶の引き上げをおこなうとともに、前記表面加工ダメージ層が除去されていないと判断した場合には、前記表面加工ダメージ層除去工程に戻ることができる。

【0021】

本発明のシリコン種結晶の製造方法は、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶を製造する際に用いるシリコン種結晶の製造方法であって、
シリコンの単結晶から切り出して柱状のシリコン種結晶とする加工工程と、
前記シリコン種結晶の柱状側面において残存する表面のキズおよび表面加工ダメージ層をなくすことで引き上げるシリコン単結晶の重量を保持可能な強度を維持するための、ダメージ層除去工程と、
前記シリコン種結晶側面において、加工表面のキズあるいは表面加工ダメージ層が除去されているかを測定する測定工程と、
を有することにより、加工キズおよび加工ダメージ層を除去して、破断起点となる可能性がある微細なキズを完全に取り除いて、種結晶の破断を防止して、引き上げるシリコン単結晶の重量を保持可能な強度を維持する種結晶を製造することができる。

【0022】

本発明において、前記ダメージ層除去工程が、エッチング処理を含むことにより、ダメージ層除去工程の最終段階で、あらたな加工ダメージ層を発生させずに種結晶表面に存在する加工キズおよび加工ダメージ層を除去することができる。

【0023】

本発明の前記ダメージ層除去工程が、エッチング処理の前に、研削条件の異なる２以上の研削処理を含むことにより、加工ダメージ層の除去を短時間で処理することができるとともに、研削処理の最終段階で加工ダメージ層の発生を減少するように研削条件を変化させて、必要な加工ダメージ層を完全に除去するための後工程であるエッチング処理の処理時間の短縮を図ることが可能となる。つまり、シード成形加工における研削条件において砥石番手を変更することにより研削ダメージを低減させ、その分研削後のエッチング量低減を測ることができる。具体的には、エッチング処理前に存在する加工ダメージ層厚さを、５０μｍ以下、好ましくは、１０μｍ以下とすることができる。

【0024】

また、本発明において、前記研削処理における異なる研削条件として、研削砥石の粗さが異なる手段か、研削砥石の押圧条件（削り量）が異なる手段を採用することにより、研削処理の開始側の研削処理条件としては、研削処理により除去できる厚みを優先して多少加工ダメージ層の発生することを許容する条件とし、研削処理の終了側では、新たな加工ダメージ層の発生を少なくするような条件とすることができる。このため、研削砥石と石の粗さを処理開始から終了側に対して大きくなるよう変化させる手段、あるいは、研削砥石の押圧条件（削り量）処理開始から終了側に対して小さくなるよう変化させる手段が可能である。具体的には、２つの研削条件を設定する際に、砥石の番手を＃１４０で開始し＃８００で終了するように設定することや、砥石の押圧条件（削り量）を、５ｍｍで開始し０．０５ｍｍで終了するように設定することが可能である。

【0025】

また、本発明においては、前記シリコン種結晶側面において、加工表面のキズあるいは表面加工ダメージ層が除去されているかを測定する測定工程を有することで、シード表層状態の評価をおこなうことができる。

【0026】

本発明においては、前記測定工程において、角度研摩処理およびライトエッチング処理を含むことが望ましく、ウェーハの評価で行われている角度研摩＋ライトエッチングの評価方法をシード表層の評価としておこなう。
ここで、試料の準備は、図２（ａ）に示すように、測定対象であるシードから軸方向に延在するように柱状部Ｔ２の表層部分を切り出して、図２（ｂ）（ｃ）に示すように、切り出した試料片を角度研摩する。このとき、研磨角度は5°44’に設定することができる。その後２ＨＦ：２ＣＨ_３ＣＯＯＨ：１ＨＮＯ_３：１ＣｒＯ_３［４００ｇ／ｌ］水溶液によるライトエッチングを２μｍ程度おこなって、加工ダメージ層の部分を強調させる。この強調された加工ダメージ層の部分を光学顕微鏡で観察し、ダメージが存在する範囲を計測することで加工ダメージ層の深さを評価するものである。

【0027】

さらに、前記測定工程において、大型放射光施設（ＳＰｒｉｎｇ−８）などでの高エネルギー放射光（白色Ｘ線トポグラフ）による測定処理を含むことが可能であり、これにより、１００μｍオーダーの大きなひずみの有無を明らかにすることができる。
このときの測定用高エネルギー放射光としては、白色Ｘ線による白色Ｘ線トポグラフィを用いることが好ましく、特に、白色Ｘ線としては、連続的なスペクトルをもつ３０ｋｅＶ〜１ＭｅＶ、４０〜１００ｋｅＶ程度、５０〜６０ｋｅＶ程度、あるいは、波長０．００１ｎｍ〜０．２５ｎｍ程度のＸ線とされ、光源からの距離４４ｍの位置で、１ｍｍ×１ｍｍのスリットを通して得られる光子数が図１に示すような分布を有するものとされる。図３（ａ）は、本発明における高エネルギー放射光の一例とされるＸ線の状態を示すもので、Ｘ線のエネルギーに対する光子数の分布を示すものであり、図３（ａ）は、本発明における高エネルギー放射光の一例とされるＸ線を示すもので、波長に対する光子数の分布を示すものである。

【0028】

また、引き上げるシリコン単結晶がφ３００ｍｍ以上であるか、または、引き上げ時の原料チャージ量が３００ｋｇ以上とされるシリコン種結晶とされてなることで、この程度の大荷重が印加されても、柱状部Ｔ２から破断しない種結晶とすることができる。

【0029】

さらに、本発明においては測定工程で蓄積された測定データに基づき十分なダメージ除去がなされていると判断される場合は、測定工程を省略し、
シリコンの単結晶から切り出して柱状のシリコン種結晶とする加工工程と、
シリコン種結晶の柱状側面において残存する表面のキズおよび表面加工ダメージ層をなくすことで引き上げるシリコン単結晶の重量を保持可能な強度を維持するための、ダメージ層除去工程と、
を有することにより、加工キズおよび加工ダメージ層を除去して、破断起点となる可能性がある微細なキズを完全に取り除いて、種結晶の破断を防止して、引き上げるシリコン単結晶の重量を保持可能な強度を維持する種結晶を製造することができる。

【0030】

本発明のシリコン単結晶の製造方法においては、上記のいずれか記載の製造方法によって製造されたシリコン単結晶製造用種結晶を用いてシリコン単結晶を引き上げることで、種結晶の破断による結晶落下の発生を防止することが可能となる。

【発明の効果】

【0031】

本発明によれば、シリコン単結晶育成前に、使用するシード（種結晶）表面の加工キズあるいは加工ダメージ層を完全に除去することができ、これにより、大重量結晶においても種結晶における破断発生を防止することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】シリコン単結晶の製造に用いるシリコン種結晶を示す模式正面図である。

【図2】本発明に係るシリコン種結晶の製造方法の一実施形態における角度研磨をに際するサンプル（試料片）の切断を示す斜視図（ａ）、（ｂ）（ｃ）は角度研磨したサンプルを示す模式図である。

【図3】本発明に係るシリコン単結晶の製造方法の第１実施形態における高エネルギー放射光照射の特性を示すグラフである。

【図4】本発明に係るシリコン種結晶の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。

【図5】本発明に係るシリコン単結晶の製造方法の一実施形態における引き上げ炉を示す模式図である。

【図6】本発明に係るシリコン種結晶の製造方法の一実施形態に係る角度研磨の結果を示す画像である。

【図7】本発明に係るシリコン種結晶の製造方法の一実施形態に係る角度研磨の結果を示す画像である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下、本発明に係るシリコン種結晶の製造方法、シリコン単結晶の製造方法の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図４は、本実施形態におけるシリコン種結晶の製造方法を示すフローチャートである。

【0034】

本実施形態におけるシリコン種結晶の製造方法は、図４に示すように、シリコン単結晶から切り出して種結晶としての概形を形成する種結晶形成加工工程（加工工程）Ｓ００と、前記シリコン種結晶の柱状側面において残存する表面のキズおよび表面加工ダメージ層をなくすことで、引き上げるシリコン単結晶の重量を保持可能な強度を維持するためのダメージ層除去工程Ｓ１０とを有する。

【0035】

単結晶形成加工工程（加工工程）Ｓ００においては、図１に示すように、略円柱または略多角柱とされる柱状部Ｔ２と、この柱状部Ｔ２よりも拡径された一端でありシードチャック５に装着支持するための取り付け拡径部Ｔ１と、柱状部Ｔ２の他端で着液部Ｔ３を有する形状となるように研削処理等の加工を施される。したがって、加工ダメージ層がこれらの表面にできることになる。

【0036】

ダメージ層除去工程Ｓ１０においては、ダメージ層を除去するための研削工程Ｓ１１と、この研削工程Ｓ１１で生じたダメージ層を除去するための仕上げ研削処理工程Ｓ１２と、ダメージ層を少なくとも柱状部Ｔ２表面から除去するためのエッチング処理工程Ｓ１３とを有するものとされる。

【0037】

研削工程Ｓ１１と仕上げ研削工程Ｓ１２とにおいては、ダメージ層の生じる厚さが異なるように、これらの研削条件を異なるように設定される。具体的には、研削工程Ｓ１１においては、前工程である種結晶形成加工工程Ｓ００で生じたダメージ層を除去するために種結晶Ｔの表面を除去することをメインとする条件として設定され、また、仕上げ研削工程Ｓ１２においては、研削工程Ｓ１１で生じたダメージ層を除去するとともに、新たな、ダメージ層をなるべく発生しないことを同時に実現する条件として設定される。

【0038】

具体的には、研削工程Ｓ１１と仕上げ研削工程Ｓ１２とにおける異なる研削条件として、研削砥石の粗さが異なることができ、例えば、砥石の番手が研削工程Ｓ１１では＃１４０、仕上げ研削工程Ｓ１２では、これより大きい番手、＃４００、＃８００などに設定することができる。

【0039】

または、研削工程Ｓ１１と仕上げ研削工程Ｓ１２とにおける異なる研削条件として、研削砥石の研削砥石の押圧条件（削り量）つまり、削り量が異なることができ、例えば、砥石の押圧条件が研削工程Ｓ１１では削り量５ｍｍ、仕上げ研削工程Ｓ１２では、これより小さい削り量０．５ｍｍや、削り量０．０５ｍｍなどに設定することができる。
また、研削処理工程Ｓ１１は、研削条件を変化するかどうかに関わらず、複数回おこなうことができる。

【0040】

エッチング処理工程Ｓ１３においては、仕上げ研削工程Ｓ１２で残存している加工ダメージ層を除去して、３００ｋｇ以上となる可能性がある引き上げたシリコン単結晶を支持する強度を柱状部Ｔ２が維持可能なようにするため、柱状部Ｔ２表面を少なくとも、仕上げ研削処理工程Ｓ１２で生じる加工ダメージ層の厚さを上回る厚さを除去するようにエッチング条件を設定される。具体的には、仕上げ研削処理工程Ｓ１２終了後に残存する加工ダメージ層が１０μｍ程度の場合には、少なくともこの厚さと同程度かそれ以上、具体的には、５割り増しである１５μｍ（±４μｍ）程度から、５０倍である５００μｍ程度まで、柱状ｂＴ２表面をエッチングにより除去するように設定される。

【0041】

さらに、本実施形態におけるシリコン種結晶の製造方法では、柱状部Ｔ２における強度が維持されているかどうかを確認するために、図４に示すように、ダメージ層除去工程Ｓ１０終了後に、ダメージ層が少なくとも柱状部Ｔ２表面に残存していないことを確認するための測定工程Ｓ２０を有することが可能である。

【0042】

測定工程Ｓ２０は、加工表面のキズあるいは表面加工ダメージ層が除去されているかを測定するものとされ、図４に示すように、角度研磨用サンプル採取工程Ｓ２１、角度研摩処理Ｓ２２、ライトエッチング処理Ｓ２３、ダメージ層測定工程Ｓ２４を含むものとされる。

【0043】

角度研磨用サンプル採取工程Ｓ２１においては、図２（ａ）に示すように、柱状部Ｔ２の側面を軸と傾向な平面で切断し、元の柱状部Ｔ２における径方向外側で、厚さ寸法ｔ２が、最厚部で０．５〜３ｍｍとなるように湾曲面Ｔ２ｂを有する薄片であるサンプルＴ２ａを採取する。
サンプルの元の柱状部Ｔ２における軸方向長さｔ１は、後工程の角度研磨が可能な長さであればよいが、５〜５０ｍｍ、好ましくは１０〜１６ｍｍ程度とされる。

【0044】

次いで、角度研磨処理Ｓ２２においては、図２（ｂ）（ｃ）に示すように、柱状部Ｔ２の外周面であった単極面Ｔ２ｂを切断面から軸方向に傾斜した角度を有する平面で研磨して、放物線などの曲線輪郭Ｔ２ｅを有する研磨面Ｔ２ｃを形成する。このとき、研磨角度は、５°程度、例えば、５°４４’とすることができる。

【0045】

次いで、この研磨面Ｔｃの軸方向中心付近で曲面輪郭Ｔ２ｅをも含む領域を測定領域Ｔ２ｄとする。そして、この測定領域を含む部分をライトエッチングして加工ダメージを強調して、その部分の分布状態を観測することで、研削による加工ダメージ層の深さ分布（残存するか否か）を測定する。この際、測定領域Ｔ２ｄにおいて、曲線輪郭Ｔ２ｅ側から軸方向どの位置までダメージがあるかで、最大深さ位置（厚さ）を測定できる。

【0046】

ライトエッチングにおけるエッチング液は、２ＨＦ：２ＣＨ_３ＣＯＯＨ：１ＨＮＯ_３：１ＣｒＯ_３［４００ｇ／ｌ］水溶液として、エッチング条件として、処理を２μｍ程度おこなうことがこのましい。

【0047】

なお、加工ダメージ層有無確認として、高エネルギー放射光による測定処理である、Ｘ線トポグラフ測定工程Ｓ２５をおこなうこともできる。
この際、高エネルギー放射光として図３に示すエネルギー分布を有する白色Ｘ線を照射し、例えば、所定の性能を有するＣＣＤからなる検出手段によって回折Ｘ線を測定する。
特に、白色Ｘ線としては、連続的なスペクトルをもつ３０ｋｅＶ〜１ＭｅＶ、４０〜１００ｋｅＶ程度、５０〜６０ｋｅＶ程度、あるいは、波長０．００１ｎｍ〜０．２５ｎｍ程度のＸ線とされ、光源からの距離４４ｍの位置で、１ｍｍ×１ｍｍのスリットを通して得られる光子数が図３に示すような分布を有するものとされる。図３（ａ）は、本実施形態における高エネルギー放射光の一例とされるＸ線の状態を示すもので、Ｘ線のエネルギーに対する光子数の分布を示すものであり、図３（ａ）は、本実施形態における高エネルギー放射光の一例とされるＸ線を示すもので、波長に対する光子数の分布を示すものである。

【0048】

またビーム径は被測定物であるネック径の０．０１〜１倍とすることが好ましい。
Ｘ線トポグラフィはＸ線回折顕微法とも呼ばれており、非破壊で欠陥の空間分布を観察する方法であり、単結晶に連続Ｘ線を入射すると、観測される回折斑点と呼ばれる複数の回折像を解析することになる。

【0049】

ここで、回折像を観察するために用いる２次元検出器には、蛍光板、Ｘ線フィルム、原子核乾板、輝尽性蛍光体（ＢａＦＢｒ：Ｅｕ２＋）の光輝尽発光現象を利用したイメージングプレート、Ｘ線に感度のあるＰｂＯ膜やアモルファスＳｅ−Ａｓ膜を光導電面とした撮像管を用いたＸ線テレビ、電荷結合素子ＣＣＤを用いたＣＣＤ型Ｘ線検出器などとすることもできる。本実施形態のＸ線検出器としては、空間分解能やダイナミックレンジとして、次のような特性を考慮することが好ましい。

【0050】

検出量子効率
ダイナミックレンジ
強度の直線性領域
不感時間と数え落とし
受光面積と位置分解能
感度の不均一性
位置の非直線性（または像ひずみ）
エネルギー分解能
時間分解能
実時間測定の能力
動作の安定性

【0051】

Ｘ線トポグラフ測定工程Ｓ２５における、放射光（Spring-8）の照射で１００μｍ オーダーの大きなひずみが見られなければ、加工ダメージ層がないと判断することができる。

【0052】

本実施形態におけるシリコン種結晶の製造方法は、図４に示すように、測定工程Ｓ２０で測定した結果から、ダメージ層が除去されて必要な強度を有しているかどうかを判断するダメージ層除去判断工程Ｓ３０によって、ダメージ層が除去されていると判断した場合には、該当のシリコン種結晶Ｔを用いてシリコン単結晶の引き上げをおこなう引き上げ工程Ｓ４０となる。また、ダメージ層除去判断工程Ｓ３０によって、ダメージ層が除去されていないと判断した場合には、ダメージ層除去工程Ｓ１０に戻る。特に、残存ダメージ層が研削を必要なほど厚い場合には、研削処理工程Ｓ１１に戻り、残存ダメージ層が多少の研削を必要な程度に厚い場合には、仕上げ研削処理工程Ｓ１２に戻り、残存ダメージ層が研削を必要でない場合には、エッチング処理工程Ｓ１３に戻る。

【0053】

これにより、加工ダメージ層を有さず必要な荷重強度の柱状部Ｔ２を有するシリコン種結晶Tを製造することができる。
なお、取り付け拡径部Ｔ１および、着液部Ｔ３の表面処理は、その仕様に応じて、適宜おこなうことができる。本実施形態で説明した荷重強度を持たせるための加工ダメージ層除去を目的としたダメージ層除去工程Ｓ１０をこれらの表面に施すこともできる。

【0054】

なお、ダメージ層除去判断工程Ｓ３０によって、特定の製造条件を採用することによりダメージ層除去工程Ｓ１０における好ましい条件が設定された後は、測定工程Ｓ２０，ダメージ層除去判断工程Ｓ３０をおこなわずに引き上げ工程Ｓ４０で単結晶引き上げをおこなうことも可能である。

【0055】

以下、本発明に係るシリコン単結晶の製造方法の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図５は、本実施形態におけるシリコン単結晶の製造装置を示す模式正面図であり、図において、符号１は、石英ルツボである。

【0056】

図５に示すＣＺ炉は、チャンバー内の中心部に配置されたルツボ１と、ルツボ１の外側に配置されたヒータ２と、ヒータ２の外側に配置された磁場供給装置９とを備えている。ルツボ１は、内側にシリコン融液３を収容する石英ルツボ１ａを外側の黒鉛ルツボ１ｂで保持する二重構造であり、ペディスタルと呼ばれる支持軸１ｃにより回転および昇降駆動される。
ルツボ１の上方には、円筒形状の熱遮蔽体７が設けられている。熱遮蔽体７は、黒鉛で外殻を作り、内部に黒鉛フェルトを充填した構造である。熱遮蔽体７の内面は、上端部から下端部にかけて内径が漸減するテーパー面になっている。熱遮蔽体７の上部外面は内面に対応するテーパー面であり、下部外面は、熱遮蔽体７の厚みを下方に向かって漸増させるようにほぼストレート面に形成されている。
そして、シードチャック５に取り付けた種結晶Ｔをシリコン融液３に浸漬し、ルツボ１および引き上げ軸４を回転させつつ種結晶Ｔを引き上げることにより、シリコン単結晶６を形成できるようになっている。

【0057】

熱遮蔽体７は、ヒータ２およびシリコン融液３面からシリコン単結晶６の側面部への輻射熱を遮断するものであり、育成中のシリコン単結晶６の側面を包囲するとともに、シリコン融液３面を包囲するものである。熱遮蔽体７の仕様例を挙げると次のとおりである。
半径方向の幅Ｗは例えば５０ｍｍ、逆円錐台面である内面の垂直方向に対する傾きθは例えば２１°、熱遮蔽体７の下端の融液面からの高さＨ１は１０〜２５０ｍｍ、例えば５０ｍｍ、１００ｍｍとすることができ、また、後述する各工程においてその高さ寸法Ｈ１をそれぞれ設定することができる。

【0058】

また、磁場供給装置９から供給される磁場は、水平磁場やカスプ磁場など採用することができ、例えば水平磁場の強度としては、２０００〜５０００Ｇ（０．２Ｔ〜０．５Ｔ）、３０００〜４０００Ｇ（０．３Ｔ〜０．４Ｔ）、より好ましくは３０００〜３５００Ｇ（０．３０Ｔ〜０．３５Ｔ）とされ、磁場中心高さが融液液面に対して−１５０〜＋１００ｍｍ、より好ましくは−７５〜＋５０ｍｍの範囲内になるように設定でき、また、磁場印加をおこなわないことも可能である。

【0059】

次に、図５に示すＣＺ炉を用いたシリコン単結晶の製造方法を説明する。

【0060】

本実施形態の製造方法は、図４に示すように、単結晶形成加工工程（加工工程）Ｓ００、ダメージ層除去工程Ｓ１０、測定工程Ｓ２０、ダメージ層除去判断工程Ｓ３０を経たシリコン種結晶Ｔを用いて、シリコン単化粧引き上げをおこなう引き上げ工程Ｓ４０を有する。

【0061】

図４に示す引き上げ工程Ｓ４０においては、ルツボ１内に高純度シリコンの多結晶を例えば１００〜４００Ｋｇ装入し、同時に、シリコン結晶中の濃度が所定の濃度となるようにｐ型あるいはｎ型とされる抵抗率を設定するためのドーパントさらに、抵抗率あるいはゲッタリング能などを設定あるいは調整する炭素、窒素などのドーパント濃度を調整する。または、ドーパントを添加しないことができる。
次に、シードチャック５に種結晶Ｔを取り付ける。

【0062】

次に、ＣＺ炉内を不活性ガス雰囲気とし、雰囲気圧力を１．３〜１３．３ｋＰａ（１０〜１００ｔｏｒｒ）となるように調整する。なお、水素ガス含有雰囲気などの手法も採用することもできる。
次いで、磁場供給装置９から例えば３０００Ｇ（０．３Ｔ）の水平磁場を磁場中心高さが融液液面に対して−７５〜＋５０ｍｍとなるように印加するとともに、ヒータ２によりシリコンの多結晶を加熱してシリコン融液３とする。

【0063】

シードチャック５に取り付けた種結晶Ｔを回転させながら降下させて、その先端部をシリコン融液３に浸漬する。種結晶Ｔの先端部を浸漬して馴染ませた後、種結晶Ｔの下降を停止して、ルツボ１および引き上げ軸４を回転させつつ結晶引き上げを開始する。この際、種結晶Ｔとシリコン融液３との温度状態が所定の範囲となるようにそれぞれの温度を設定する。具体的には、種結晶Ｔの先端部の周囲に所定形状のメニスカスが形成されるように、ヒーターパワーを調整して融液表面温度を調整することになる。

【0064】

このように種結晶Ｔをシリコン融液３と馴染ませるディップ工程においては、種結晶Ｔの温度設定となる種結晶Ｔをシリコン融液３に浸して保持する保持時間、シリコン融液３と熱遮蔽体７との距離である高さＨ１の設定、引き上げ時のシード回転数、ルツボ回転数、などを設定することができる。
磁場印加するＭＣＺ法を適用する場合には、シリコン融液３に印加する横磁場を２０００〜４０００Ｇの範囲とすることが望ましい。

【0065】

ダッシュネックあるいは他の転位除去をおこなった後、拡径工程として、引き上げ速度、種結晶・ルツボ回転数、ヒーターパワーを制御して、ネック部Ｎに比べて径寸法を増大させる拡径をおこない、ショルダー部（拡径部）を形成して引き上げる。
次いで、直胴工程として、製品となるシリコンウェーハ等によって規定される例えばφ３００ｍｍあるいはφ４５０ｍｍ等の所定寸法を維持して、予定の結晶長となるまで直胴部６ｂを引き上げる。直胴工程に続いて、テール工程として縮径し、引き上げたシリコン単結晶６をシリコン融液３から切り離す。

【0066】

本実施形態においては、シリコン種結晶Ｔの柱状部Ｔ２表面におけるダメージ層を除去したことで、柱状部Ｔ２の強度を維持して、柱状部Ｔ２における破断発生を防止して、安全な引き上げをおこなうことが可能となる。

【0067】

以下、本発明の実施例について説明する。

【0068】

実施形態において説明した種結晶形成加工工程（加工工程）Ｓ００、ダメージ層除去工程Ｓ１０を経た種結晶において、ダメージ層の測定をおこなった。
なお、研削工程Ｓ１１、仕上げ研削工程Ｓ１２として、研削砥石番手は＃１４０、押圧条件（削り量）は仕上げ研削工程Ｓ１２で０．０５ｍｍとした。

【0069】

角度研磨用サンプル採取工程Ｓ２１においては、１０〜１６ｍｍ程度の長さで、最大厚１ｍｍ程度のサンプルＴ２ａを採取し、これに、５°４４′の角度研磨を施した。測定領域Ｔ２ｄとして、２μｍのライトエッチング処理後の曲線輪郭Ｔ２ｅの頂点付近の画像を図６に示す。
図においては、Ｒ，Ｃ，Ｌとして、３タイプのサンプルを採取し、これを、二回研磨したものを水準（１）（２）としてその結果を画像、および、ダメージ深さの数値として示す。

【0070】

なお、角度研磨から、画像中に破線で示すように、測定領域Ｔ２ｄでの頂点位置からの長さをダメージ深さとして観測し、これを、角度研磨の角度から図中にスケールとして示すように換算して、ダメージ層厚さ（深さ）の数値を算出した。なお、画像中、破線は、頂点位置とダメージ深さ位置とを示す。また、図の縦軸は角度研磨の深さを示す。

【0071】

研削条件＃１４０仕上げによる種結晶の測定で、ダメージ深さは平均約３０μｍという結果が得られた。今回測定したのは１水準のシードのみだったため比較はできなかったものの、この手法でダメージ深さを定量的に測定する見込みが得られた。

【0072】

次に、研削砥石番手は＃１４０で開始し、最終の仕上げ研削工程では＃８００とするとともに、押圧条件（削り量）は仕上げ研削工程Ｓ１２で０．０５ｍｍとした。
図７に角度研摩＋ライトエッチングによるダメージ深さの観察および計測結果を示す。

【0073】

この結果から、押圧条件（削り量）が同じでも、研削砥石番手を仕上げ研削工程で＃８００とするとダメージ深さは平均１０μｍ未満とすることができることがわかる。

【0074】

次に、研削砥石番手は＃１４０で変化させず、押圧条件（削り量）を最終の仕上げ研削工程で０．５ｍｍとした。
この種結晶をエッチング処理で表層を５０μｍ除去した後、表面を観察したところ凹凸が見られた。

【0075】

この結果から、ダメージ深さは５０μｍより大きいと推定され、仕上げ研削量を０．０５ｍｍとしたときより深いダメージになっていることがわかった。

【符号の説明】

【0076】

Ｔ…シリコン種結晶
Ｔ１…取り付け拡径部
Ｔ２…柱状部
Ｔ３…着液部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】