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(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】
(24)【登録日】2024-01-10
(45)【発行日】2024-01-18
(54)【発明の名称】酸化物単結晶ウエハの製造方法
(51)【国際特許分類】
C30B 15/00 20060101AFI20240111BHJP
C30B 29/30 20060101ALI20240111BHJP
【ＦＩ】
C30B15/00 Z
C30B29/30
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020157065
(22)【出願日】2020-09-18
(65)【公開番号】P2022050890
(43)【公開日】2022-03-31
【審査請求日】2022-08-24
(73)【特許権者】
【識別番号】000002060
【氏名又は名称】信越化学工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100207756
【弁理士】
【氏名又は名称】田口 昌浩
(74)【代理人】
【識別番号】100129746
【弁理士】
【氏名又は名称】虎山 滋郎
(74)【代理人】
【識別番号】100135758
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 高志
(74)【代理人】
【識別番号】100154391
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 康義
(72)【発明者】
【氏名】森山 隼
(72)【発明者】
【氏名】阿部 淳
(72)【発明者】
【氏名】白井 省三
【審査官】山本 一郎
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－０６５９５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－１３７９８６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ３０Ｂ １５／００
Ｃ３０Ｂ ２９／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
種結晶を原料融液に接触させ、前記原料融液に挿入させた後、前記種結晶を引上げながらネック部を形成する工程、前記ネック部の下に単結晶インゴットを育成する工程、
前記種結晶と前記単結晶インゴットとを、前記ネック部の途中で切断分離し、前記ネック部の一部が長さ４ｍｍ以上残った種結晶を作製する工程、及び
前記単結晶インゴットをスライスして単結晶ウエハを作製する工程、
を含み、
前記ネック部の径は５ｍｍ以上であり、
前記種結晶を前記原料融液に挿入したときの挿入長さが１～３ｍｍである酸化物単結晶ウエハの製造方法。
【請求項2】
前記ネック部の一部が残った種結晶を作製する工程は、前記種結晶にネック部の少なくとも長さ６ｍｍ以上残した状態で切断分離する請求項１に記載の酸化物単結晶ウエハの製造方法。
【請求項3】
前記ネック部を形成する工程は、前記ネック部を長さ１０ｍｍ以上形成する請求項１又は２に記載の酸化物単結晶ウエハの製造方法。
【請求項4】
前記種結晶に残ったネック部を原料融液に接触させた後、前記種結晶を引上げながらネック部を育成する工程、前記ネック部の下に単結晶インゴットを育成する工程、
前記種結晶と前記単結晶インゴットとを、前記ネック部の途中で切断分離し、前記ネック部の一部が残った種結晶を作製する工程、及び
前記単結晶インゴットをスライスして単結晶ウエハを作製する工程、
をさらに含む請求項１～３のいずれか１項に記載の酸化物単結晶ウエハの製造方法。
【請求項5】
前記酸化物単結晶が、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムである請求項１～４のいずれか１項に記載の酸化物単結晶ウエハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、チョクラルスキー法により作製される酸化物単結晶からの酸化物単結晶ウエハの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
酸化物単結晶を製造する方法としてチョクラルスキー法（ＣＺ法）がある（例えば、特許文献１参照）。ＣＺ法は、原料融液に種結晶を接触させ、所定の速度で引き上げていくことで単結晶を育成する方法であり、工業的に広く用いられている方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０２０－１９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
種結晶を融液に接触させると、融液は表面張力により種結晶を侵食するため、使用を重ねると種結晶は短くなる。そのため１本の種結晶から製造される単結晶インゴットの本数は３～４本程度であり、種結晶１本当りの単結晶インゴットの生産性が悪かった。このため、製造現場では大量の種結晶を用意しておく必要があった。そして、種結晶１本当りの単結晶インゴットの生産性を向上させることが望まれていた。
【0005】
そこで、本発明は、１本の種結晶から製造可能な単結晶インゴットの本数を増やし、種結晶１本あたりの単結晶ウエハの生産性を向上できる酸化物単結晶ウエハの製造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】
【0006】
本発明は上記目的を達成するため、下記の酸化物単結晶ウエハの製造方法を提供する。すなわち、
［１］種結晶を原料融液に接触させた後、前記種結晶を引上げながらネック部を形成する工程、前記ネック部の下に単結晶インゴットを育成する工程、前記種結晶と前記単結晶インゴットとを、前記ネック部の途中で切断分離し、前記ネック部の一部が長さ４ｍｍ以上残った種結晶を作製する工程、及び前記単結晶インゴットをスライスして単結晶ウエハを作製する工程を含む酸化物単結晶ウエハの製造方法。
［２］前記ネック部の一部が残った種結晶を作製する工程は、前記種結晶にネック部の少なくとも長さ６ｍｍ以上残した状態で切断分離する上記［１］に記載の酸化物単結晶ウエハの製造方法。
［３］前記ネック部を形成する工程は、前記ネック部を長さ１０ｍｍ以上形成する上記［１］又は［２］に記載の酸化物単結晶ウエハの製造方法。
［４］前記種結晶に残ったネック部を原料融液に接触させた後、前記種結晶を引上げながらネック部を育成する工程、前記ネック部の下に単結晶インゴットを育成する工程、前記種結晶と前記単結晶インゴットとを、前記ネック部の途中で切断分離し、前記ネック部の一部が残った種結晶を作製する工程、及び
前記単結晶インゴットをスライスして単結晶ウエハを作製する工程をさらに含む上記［１］～［３］のいずれか１つに記載の酸化物単結晶ウエハの製造方法。
［５］前記酸化物単結晶が、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムである上記［１］～［４］のいずれか１つに記載の酸化物単結晶ウエハの製造方法。
［１］種結晶を原料融液に接触させた後、前記種結晶を引上げながらネック部を形成する工程、前記ネック部の下に単結晶インゴットを育成する工程、前記種結晶と前記単結晶インゴットとを、前記ネック部の途中で切断分離し、前記ネック部の一部が長さ４ｍｍ以上残った種結晶を作製する工程、及び前記単結晶インゴットをスライスして単結晶ウエハを作製する工程を含む酸化物単結晶ウエハの製造方法。
［２］前記ネック部の一部が残った種結晶を作製する工程は、前記種結晶にネック部の少なくとも長さ６ｍｍ以上残した状態で切断分離する上記［１］に記載の酸化物単結晶ウエハの製造方法。
［３］前記ネック部を形成する工程は、前記ネック部を長さ１０ｍｍ以上形成する上記［１］又は［２］に記載の酸化物単結晶ウエハの製造方法。
［４］前記種結晶に残ったネック部を原料融液に接触させた後、前記種結晶を引上げながらネック部を育成する工程、前記ネック部の下に単結晶インゴットを育成する工程、前記種結晶と前記単結晶インゴットとを、前記ネック部の途中で切断分離し、前記ネック部の一部が残った種結晶を作製する工程、及び
前記単結晶インゴットをスライスして単結晶ウエハを作製する工程をさらに含む上記［１］～［３］のいずれか１つに記載の酸化物単結晶ウエハの製造方法。
［５］前記酸化物単結晶が、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムである上記［１］～［４］のいずれか１つに記載の酸化物単結晶ウエハの製造方法。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、１本の種結晶から製造可能な単結晶インゴットの本数を増やし、種結晶１本あたりの単結晶ウエハの生産性を向上できる酸化物単結晶ウエハの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
［単結晶インゴットの製造方法］
以下、本発明の一実施形態に係る酸化物単結晶の製造方法を説明する。本発明の一実施形態に係る酸化物単結晶の製造方法は、種結晶を原料融液に接触させた後、種結晶を引上げながらネック部を形成する工程、ネック部の下に単結晶インゴットを育成する工程、種結晶と単結晶インゴットとを、ネック部の途中で切断分離し、ネック部の一部が長さ４ｍｍ以上残った種結晶を作製する工程、及び単結晶インゴットをスライスして単結晶ウエハを作製する工程を含む。ネック部を形成する工程及び単結晶インゴットを育成する工程では、例えば図１に示す単結晶製造装置を用いてＣＺ法によりネック部を形成し、単結晶インゴットを育成することができる。
以下、本発明の一実施形態に係る酸化物単結晶の製造方法を説明する。本発明の一実施形態に係る酸化物単結晶の製造方法は、種結晶を原料融液に接触させた後、種結晶を引上げながらネック部を形成する工程、ネック部の下に単結晶インゴットを育成する工程、種結晶と単結晶インゴットとを、ネック部の途中で切断分離し、ネック部の一部が長さ４ｍｍ以上残った種結晶を作製する工程、及び単結晶インゴットをスライスして単結晶ウエハを作製する工程を含む。ネック部を形成する工程及び単結晶インゴットを育成する工程では、例えば図１に示す単結晶製造装置を用いてＣＺ法によりネック部を形成し、単結晶インゴットを育成することができる。
【0010】
［単結晶製造装置］
単結晶製造装置１００は、高周波誘導加熱方式の装置であり、チャンバー１０内に坩堝１を配置する。坩堝１は、耐火物製の坩堝台４上に載置される。チャンバー１０内には、坩堝１を囲むように、断熱材５が配置される。また、坩堝１を囲むようにワークコイル２が配置され、ワークコイル２により発生する高周波磁場によって、坩堝１に渦電流が流れ、坩堝１が発熱する。すなわち、坩堝１自体が発熱体となる。チャンバー１０の上部には、シード棒３が回転可能かつ上下方向に移動可能に設けられる。
単結晶製造装置１００は、高周波誘導加熱方式の装置であり、チャンバー１０内に坩堝１を配置する。坩堝１は、耐火物製の坩堝台４上に載置される。チャンバー１０内には、坩堝１を囲むように、断熱材５が配置される。また、坩堝１を囲むようにワークコイル２が配置され、ワークコイル２により発生する高周波磁場によって、坩堝１に渦電流が流れ、坩堝１が発熱する。すなわち、坩堝１自体が発熱体となる。チャンバー１０の上部には、シード棒３が回転可能かつ上下方向に移動可能に設けられる。
【0011】
チョクラルスキー法（ＣＺ法）では、坩堝１内の原料融液８の融液表面に、シード棒３の先端に取り付けた種結晶７を接触させ、その後、種結晶７をシード棒３の軸を中心として水平方向に回転させながら上方に引き上げることにより、ネック部９ａ、コーン部９ｂ、及び直胴部９ｃを形成し、種結晶７と同一方位の円筒状単結晶インゴット９を育成することができる。なお、ネック部９ａを形成することにより、種結晶７からの転位を除去することができる。また、単結晶の育成に伴って、単結晶は種結晶７に吊り下げて保持することができる。
【0012】
所望の大きさまで単結晶を育成した後は、引上速度の変更や融液温度を徐々に高くする等の操作を行うことで、育成した単結晶を原料融液８から切り離す。
その後、ワークコイル２の出力を所定の速度で低下させることで、育成した単結晶を徐冷し、チャンバー１０内の温度が室温近傍となった後に、チャンバー１０内から育成した単結晶を取り出す。
その後、ワークコイル２の出力を所定の速度で低下させることで、育成した単結晶を徐冷し、チャンバー１０内の温度が室温近傍となった後に、チャンバー１０内から育成した単結晶を取り出す。
【0013】
また、単結晶製造装置１００においては、シード棒３の上下移動および回転を行うため、例えば、不図示のモータを備えた引き上げ軸駆動手段を設けてもよい。なお、シード棒３の回転速度および引き上げ速度は、形成する単結晶の径の大きさや、直胴部の長さ等により、適宜設定することができる。
【0014】
また、ワークコイル２による高周波誘導加熱方式に替えて、抵抗加熱ヒーターによる抵抗加熱方式により、坩堝１を加熱してもよい。抵抗加熱ヒーターとしては、電気抵抗により発熱するカーボン、ニクロム（ニッケルとクロムの合金）、または二珪化モリブデン等を発熱体とするものを適宜用いることができる。
【0015】
坩堝台４は、例えば坩堝１の底部の温度を測定する熱電対６と接触できるよう、中心部に穴を設けることができる。坩堝台４の材質は、例えばジルコニアやアルミナ等の耐熱性セラミックスである。
【0016】
次に、ＣＺ法による酸化物単結晶の製造方法について、一例として単結晶製造装置１００を用いた製造方法を説明する。
［種結晶］
種結晶の品質は単結晶インゴットの品質及び製造歩留り、さらにはウエハにした際のデバイス特性にまで影響する。このため、品質の優れた種結晶を用いて単結晶を育成することは重要である。予め選別した品質の優れた種結晶を用意して単結晶の育成を行うのが好ましい。例えば、特許第４０００７７２号公報（ＸＲＴによるリネージを含まない種の選別）、及び特開平８－３１０８９９号公報（鏡面を顕微鏡観察し欠陥ないものを選別）には、品質の優れた種結晶を得る方法が記載されている。
［種結晶］
種結晶の品質は単結晶インゴットの品質及び製造歩留り、さらにはウエハにした際のデバイス特性にまで影響する。このため、品質の優れた種結晶を用いて単結晶を育成することは重要である。予め選別した品質の優れた種結晶を用意して単結晶の育成を行うのが好ましい。例えば、特許第４０００７７２号公報（ＸＲＴによるリネージを含まない種の選別）、及び特開平８－３１０８９９号公報（鏡面を顕微鏡観察し欠陥ないものを選別）には、品質の優れた種結晶を得る方法が記載されている。
【0017】
［単結晶の製造方法］
（種付け）
用意した種結晶７をシード棒３の先端に取付け、坩堝１の中にコングルエント組成に調合した原料の焼成粉末を所定量充填し、加熱して融液８にする。例えば、タンタル酸リチウム（ＬＴ）の場合は、約１７００℃で融解させるとよい。ニオブ酸リチウム（ＬＮ）の場合は、ＬＴよりも４００℃低い約１３００℃で融解させるとよい。その後融液８の温度を融点付近（ＬＴの場合は１６５０℃付近、ＬＮの場合は１２５０℃付近）に調整後、種結晶７を１０rpmで回転させながら引下げ（図２）、その下端を融液８の表面に接触させ（種付け）、単結晶の育成の開始を準備する。このとき、融液８の表面は表面張力により種結晶７に引き寄せられ種結晶７の下端を３ｍｍ程度侵食する（図３）。この状態を暫く保持し、融液表面を観察する。これは融液温度が結晶育成を行うのに適した温度であるか判別するためであり、種結晶が融液から離れてしまったり（融液温度が適温より高い）、急激に結晶化が進行してしまったり（融液温度が適温より低い）した場合は、種結晶をいったん融液８から切離し、再度、融液８の温度を調整してから種付けを行う。
（種付け）
用意した種結晶７をシード棒３の先端に取付け、坩堝１の中にコングルエント組成に調合した原料の焼成粉末を所定量充填し、加熱して融液８にする。例えば、タンタル酸リチウム（ＬＴ）の場合は、約１７００℃で融解させるとよい。ニオブ酸リチウム（ＬＮ）の場合は、ＬＴよりも４００℃低い約１３００℃で融解させるとよい。その後融液８の温度を融点付近（ＬＴの場合は１６５０℃付近、ＬＮの場合は１２５０℃付近）に調整後、種結晶７を１０rpmで回転させながら引下げ（図２）、その下端を融液８の表面に接触させ（種付け）、単結晶の育成の開始を準備する。このとき、融液８の表面は表面張力により種結晶７に引き寄せられ種結晶７の下端を３ｍｍ程度侵食する（図３）。この状態を暫く保持し、融液表面を観察する。これは融液温度が結晶育成を行うのに適した温度であるか判別するためであり、種結晶が融液から離れてしまったり（融液温度が適温より高い）、急激に結晶化が進行してしまったり（融液温度が適温より低い）した場合は、種結晶をいったん融液８から切離し、再度、融液８の温度を調整してから種付けを行う。
【0018】
（種結晶の溶かし込み）
融液温度が適温と判断された場合、シード棒３を下げ種結晶７の下端をさらに融液８内にＡ［ｍｍ］挿入し、種結晶７の先端部分を溶かす（図４）。こうすると、種結晶７の先端を完全に融液に接触させることができる。これにより、種結晶７を切出す際に生じた先端部分の残留歪や、種結晶７と融液８とを接触させた際に両者間の温度差によって生じるヒートショック歪等が低減し、品質のよい単結晶を引き上げることができる。
融液温度が適温と判断された場合、シード棒３を下げ種結晶７の下端をさらに融液８内にＡ［ｍｍ］挿入し、種結晶７の先端部分を溶かす（図４）。こうすると、種結晶７の先端を完全に融液に接触させることができる。これにより、種結晶７を切出す際に生じた先端部分の残留歪や、種結晶７と融液８とを接触させた際に両者間の温度差によって生じるヒートショック歪等が低減し、品質のよい単結晶を引き上げることができる。
【0019】
種結晶７への歪低減効果が高まるので、この時の挿入長さＡ［ｍｍ］は、１ｍｍ以上とするのが好ましく、２ｍｍ以上とするのがより好ましい。ただし、Ａが３ｍｍを超えても歪み低減効果は殆ど変わらないため、種結晶の消費が少ないＡ＝３ｍｍ程度にするのが特に好ましい。これらの作業を行うと、表面張力による浸食と溶かし込みのための挿入によって、１本の単結晶を育成するたびに種結晶は少なくとも（３＋Ａ）ｍｍ程短くなることとなる。すなわちＡを３ｍｍとした場合には６ｍｍ短くなる。
【0020】
続いて、単結晶の育成を開始する。
（ネック部の形成）
種結晶７を７ｒｐｍ程度の回転速度で回転させながら８ｍｍ／時程度以下の速度で上方に引き上げることにより、ネック部９ａを形成する（図５）。ネック部９ａの直径は、形成する単結晶を保持するのに耐えうる太さであり、５ｍｍ以上の太さが好ましい。形成するネック部９ａの長さＢ［ｍｍ］は、Ｂ≧（３＋Ａ）［ｍｍ］とするのが好ましい。こうすると、後工程で種結晶先端にネック部の一部が残るように切断して、再利用できる種結晶の長さが短くなるのを防ぐことができる（図６）。すなわち、Ａ＝３ｍｍとした場合にはＢ≧６ｍｍとするのが好ましい。
（ネック部の形成）
種結晶７を７ｒｐｍ程度の回転速度で回転させながら８ｍｍ／時程度以下の速度で上方に引き上げることにより、ネック部９ａを形成する（図５）。ネック部９ａの直径は、形成する単結晶を保持するのに耐えうる太さであり、５ｍｍ以上の太さが好ましい。形成するネック部９ａの長さＢ［ｍｍ］は、Ｂ≧（３＋Ａ）［ｍｍ］とするのが好ましい。こうすると、後工程で種結晶先端にネック部の一部が残るように切断して、再利用できる種結晶の長さが短くなるのを防ぐことができる（図６）。すなわち、Ａ＝３ｍｍとした場合にはＢ≧６ｍｍとするのが好ましい。
【0021】
後工程でネック部を切り離すときに、コーン部もしくはコーン部の直近にマイクログラインダー等の切断工具の刃が当たると、直胴部に向かって割れが生じる可能性がある。このため、ネック部の途中を切断するのが好ましい。そして、形成するネック部９ａの長さＢにはさらに４ｍｍ程度余裕を持たせるのがより好ましい。すなわち、Ｂ≧（３＋４＋Ａ）［ｍｍ］とするのがより好ましい。Ａ＝３ｍｍとした場合にはＢ≧１０ｍｍとするのがより好ましい。また、直胴部の割れをさらに防ぐという観点から、Ｂ≧１２ｍｍとするのがさらに好ましい。また、生産性の観点から、Ｂ≦２０ｍｍとするのが好ましい。
【0022】
（単結晶インゴットの育成）
ネック部を形成した後、所望の結晶径になるまで徐々に結晶径を太くしていきコーン部を形成する。続いて直胴部を形成する（図６）。コーン部及び直胴部を形成する際には１０ｍｍ／ｈ以下の育成速度で単結晶を育成すると、欠陥の少ない単結晶が得られやすく望ましい。直胴部が所望の長さになったところで液面から切り離す。その後、室温まで徐冷することにより単結晶インゴットを得ることができる（図７）。
ネック部を形成した後、所望の結晶径になるまで徐々に結晶径を太くしていきコーン部を形成する。続いて直胴部を形成する（図６）。コーン部及び直胴部を形成する際には１０ｍｍ／ｈ以下の育成速度で単結晶を育成すると、欠陥の少ない単結晶が得られやすく望ましい。直胴部が所望の長さになったところで液面から切り離す。その後、室温まで徐冷することにより単結晶インゴットを得ることができる（図７）。
【0023】
（種結晶の作製）
次に、得られた単結晶インゴットと種結晶とを切り離す（図８）。切断は、例えばマイクログラインダーを用いる。切断はネック部９ａの途中で切断し、種結晶にネック部の一部９ａ’が一体化されて残るようにする。このようにすると、このネック部の一部９ａ’が一体化された種結晶を作製することができる。そして、このネック部の一部９ａ’が一体化された種結晶全体を次バッチの種結晶７’として再利用できる上、製造バッチ毎に種結晶の長さが短くなっていくのを抑制することができる。こうして、１本の種結晶から作製可能な単結晶インゴット数を増やすことが可能となる。種結晶に一体化されて残されたネック部９ａ’の長さＣ［ｍｍ］は、Ｃ≧４［ｍｍ］とするのが好ましく、Ｃ≧（３＋Ａ）［ｍｍ］とするのがより好ましい。こうすると、実質的に１本の種結晶を半永久的に製造に使い続けることが可能となる。すなわち、Ａ＝３ｍｍとした場合にはＣ≧６ｍｍとするのがより好ましい。また、製造バッチ毎に種結晶の長さが短くなっていくのを抑制する観点から、Ｃ≧８［ｍｍ］とするのがさらに好ましく、Ｃ≧１０［ｍｍ］とするのがよりさらに好ましい。また、生産性の観点からＣ≦１８［ｍｍ］とするのが好ましい。
次に、得られた単結晶インゴットと種結晶とを切り離す（図８）。切断は、例えばマイクログラインダーを用いる。切断はネック部９ａの途中で切断し、種結晶にネック部の一部９ａ’が一体化されて残るようにする。このようにすると、このネック部の一部９ａ’が一体化された種結晶を作製することができる。そして、このネック部の一部９ａ’が一体化された種結晶全体を次バッチの種結晶７’として再利用できる上、製造バッチ毎に種結晶の長さが短くなっていくのを抑制することができる。こうして、１本の種結晶から作製可能な単結晶インゴット数を増やすことが可能となる。種結晶に一体化されて残されたネック部９ａ’の長さＣ［ｍｍ］は、Ｃ≧４［ｍｍ］とするのが好ましく、Ｃ≧（３＋Ａ）［ｍｍ］とするのがより好ましい。こうすると、実質的に１本の種結晶を半永久的に製造に使い続けることが可能となる。すなわち、Ａ＝３ｍｍとした場合にはＣ≧６ｍｍとするのがより好ましい。また、製造バッチ毎に種結晶の長さが短くなっていくのを抑制する観点から、Ｃ≧８［ｍｍ］とするのがさらに好ましく、Ｃ≧１０［ｍｍ］とするのがよりさらに好ましい。また、生産性の観点からＣ≦１８［ｍｍ］とするのが好ましい。
【0024】
（単結晶ウエハの作製）
作製した単結晶インゴットは所望の厚みにスライスし、研磨を行って単結晶ウエハ１１とする（図９）。
作製した単結晶インゴットは所望の厚みにスライスし、研磨を行って単結晶ウエハ１１とする（図９）。
【0025】
（種結晶の再利用）
上記のインゴット切断分離工程で得られたネック部の一部が一体化された種結晶７’をそのまま種結晶として用いて、上記の種付け～単結晶インゴットの育成～種結晶の作製～単結晶ウエハの作製の工程を行って単結晶ウエハを作製することができる（図１０）。すなわち、本発明の一実施形態に係る酸化物単結晶の製造方法は、種結晶７’に残ったネック部９ａ’を原料融液８に接触させた後、種結晶７’を引上げながらネック部を育成する工程、ネック部の下に単結晶インゴットを育成する工程、種結晶と単結晶インゴットとを、ネック部の途中で切断分離し、ネック部の一部が残った種結晶を作製する工程、及び単結晶インゴットをスライスして単結晶ウエハを作製する工程をさらに含むことが好ましい。具体的には、このとき、種結晶先端にはネック部の一部が一体化して残っており、シード棒の先端にはネック部の一部が下方になるように種結晶を取付ける。種付けの操作を行うと、種結晶を融液に接触時に生じる表面張力及び歪除去を目的とした種結晶の溶かしこみにより種結晶が短くなるものの、一体化して残っていたネック部があるので、種結晶本体の短縮化を抑制することができる。特に、ネック部長さＣを４ｍｍ以上、好ましくは６ｍｍ以上残しておくと、種結晶本体の短縮化を防ぐことができ、好ましい。
上記のインゴット切断分離工程で得られたネック部の一部が一体化された種結晶７’をそのまま種結晶として用いて、上記の種付け～単結晶インゴットの育成～種結晶の作製～単結晶ウエハの作製の工程を行って単結晶ウエハを作製することができる（図１０）。すなわち、本発明の一実施形態に係る酸化物単結晶の製造方法は、種結晶７’に残ったネック部９ａ’を原料融液８に接触させた後、種結晶７’を引上げながらネック部を育成する工程、ネック部の下に単結晶インゴットを育成する工程、種結晶と単結晶インゴットとを、ネック部の途中で切断分離し、ネック部の一部が残った種結晶を作製する工程、及び単結晶インゴットをスライスして単結晶ウエハを作製する工程をさらに含むことが好ましい。具体的には、このとき、種結晶先端にはネック部の一部が一体化して残っており、シード棒の先端にはネック部の一部が下方になるように種結晶を取付ける。種付けの操作を行うと、種結晶を融液に接触時に生じる表面張力及び歪除去を目的とした種結晶の溶かしこみにより種結晶が短くなるものの、一体化して残っていたネック部があるので、種結晶本体の短縮化を抑制することができる。特に、ネック部長さＣを４ｍｍ以上、好ましくは６ｍｍ以上残しておくと、種結晶本体の短縮化を防ぐことができ、好ましい。
【0026】
ここで種結晶に対して、前バッチと同様に再度ネック部の長さを１０ｍｍ以上形成してから単結晶を育成することが好ましい。同様に、例えばマイクログラインダーを用いて種結晶の先端にネック部の一部が残った状態で切断し、単結晶インゴットを切り離すことが好ましい。単結晶インゴットをスライスして単結晶ウエハを作製することが好ましい。
【0027】
このように、上記工程を繰り返すことにより、１本の種結晶を何度も繰り返し利用して単結晶インゴットを製造し、単結晶ウエハを製造することができる。
【0028】
本発明の一実施形態に係る酸化物単結晶ウエハの製造方法で作製される酸化物単結晶は、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムであることが好ましい。
【0029】
［変形例］
本発明の一実施形態に係る酸化物単結晶ウエハの製造方法は、種結晶を原料融液に接触させた後、種結晶を引上げながらネック部を形成する工程、ネック部の下に単結晶インゴットを育成する工程、種結晶と単結晶インゴットとを、ネック部の途中で切断分離し、ネック部の一部が長さ４ｍｍ以上残った種結晶を作製する工程、及び単結晶インゴットをスライスして単結晶ウエハを作製する工程を含んでいれば、特に限定されない。
本発明の一実施形態に係る酸化物単結晶ウエハの製造方法は、種結晶を原料融液に接触させた後、種結晶を引上げながらネック部を形成する工程、ネック部の下に単結晶インゴットを育成する工程、種結晶と単結晶インゴットとを、ネック部の途中で切断分離し、ネック部の一部が長さ４ｍｍ以上残った種結晶を作製する工程、及び単結晶インゴットをスライスして単結晶ウエハを作製する工程を含んでいれば、特に限定されない。
【0030】
本発明の一実施形態に係る酸化物単結晶ウエハの製造方法は、本発明の酸化物単結晶ウエハの製造方法のあくまで一例であり、本発明の酸化物単結晶ウエハの製造方法を限定しない。
【実施例】
【0031】
以下、上記にて説明した本発明について、実施例及び比較例を挙げるが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。
【0032】
［実施例及び比較例］
実施例及び比較例では、単結晶製造装置１００を用いてＣＺ法により結晶方位が４２°ＲＹで、直胴部長が約９０ｍｍ、直径が４インチのＬｉＴａＯ３（ＬＴ）単結晶の育成を行った。
実施例及び比較例では、単結晶製造装置１００を用いてＣＺ法により結晶方位が４２°ＲＹで、直胴部長が約９０ｍｍ、直径が４インチのＬｉＴａＯ３（ＬＴ）単結晶の育成を行った。
【0033】
（ＬＴ単結晶インゴットの作製）
Ｌｉ２Ｏ－Ｔａ２Ｏ５のコングルエント組成に調整した原料粉末をイリジウム製の坩堝に充填し、高周波加熱により原料粉末を融解させた。用意した種結晶の先端を融液に接触させ、融液が種付け温度として適温と判断されたところで種結晶を融液に３ｍｍ挿入し種結晶先端の歪を除去した。そして、再度融液が適温であることを確認してから徐々に種結晶を引上げることで上記形状のＬＴ単結晶インゴットを得た。窒素と酸素の混合ガス中、引上げ速度１～５ｍｍ／ｈ、回転数５～２０ｒｐｍの条件下で種結晶の引上げを行った。
用意した種結晶は断面が１ｃｍ×１ｃｍの正方形で長さ８ｃｍのサイズであり、この様な種結晶を複数本用意して実施例ならびに比較例を行った。
以下、実施例及び比較例におけるＬＴ単結晶インゴットの作製を詳細に説明する。
Ｌｉ２Ｏ－Ｔａ２Ｏ５のコングルエント組成に調整した原料粉末をイリジウム製の坩堝に充填し、高周波加熱により原料粉末を融解させた。用意した種結晶の先端を融液に接触させ、融液が種付け温度として適温と判断されたところで種結晶を融液に３ｍｍ挿入し種結晶先端の歪を除去した。そして、再度融液が適温であることを確認してから徐々に種結晶を引上げることで上記形状のＬＴ単結晶インゴットを得た。窒素と酸素の混合ガス中、引上げ速度１～５ｍｍ／ｈ、回転数５～２０ｒｐｍの条件下で種結晶の引上げを行った。
用意した種結晶は断面が１ｃｍ×１ｃｍの正方形で長さ８ｃｍのサイズであり、この様な種結晶を複数本用意して実施例ならびに比較例を行った。
以下、実施例及び比較例におけるＬＴ単結晶インゴットの作製を詳細に説明する。
【0034】
（実施例）
引上げを実施するに当たり、実施例では種結晶の先端を融液に接触させ、融液が適温と判断されたところで種結晶を３ｍｍ融液に挿入し、再度、融液が適温であることを確認してから、まずネック部を１５ｍｍ形成した。ネック部は種結晶の回転速度７ｒｐｍ、引上げ速度３ｍｍ／ｈで育成し、ネック部の直径は１０ｍｍとした。
引上げを実施するに当たり、実施例では種結晶の先端を融液に接触させ、融液が適温と判断されたところで種結晶を３ｍｍ融液に挿入し、再度、融液が適温であることを確認してから、まずネック部を１５ｍｍ形成した。ネック部は種結晶の回転速度７ｒｐｍ、引上げ速度３ｍｍ／ｈで育成し、ネック部の直径は１０ｍｍとした。
【0035】
上記ネック部を形成した後、結晶径が１０５ｍｍになるまで徐々に結晶径を太くしていきコーン部を形成し、続いて直胴部を形成した。そして、直胴部の長さが９０ｍｍまで引き上がったところで単結晶を融液から引き離し結晶育成を終了した。なお、コーン部及び直胴部は、回転数５～２０ｒｐｍ、引上げ速度１～５ｍｍ／ｈの範囲で調整しながら形成した。
【0036】
その後、得られた単結晶を室温まで冷却し、マイクログラインダーを用いてネック部の途中を切離し、ネック部の一部が一体化されて残った種結晶と１本目の単結晶インゴットとを得た。種結晶に残ったネック部の長さは６ｍｍであった。
【0037】
単結晶インゴットの直胴部をスライスして、単結晶ウエハを作製した。
【0038】
ネック部を６ｍｍ残した種結晶は次の単結晶インゴットを育成する際に再利用した。すなわち、再び上記手順で、融液が適温であることを確認した後、種結晶に残したネック部が成長して少なくとも１０ｍｍ以上の長さになってから、ＬＴ単結晶を育成した。そして、種結晶にネック部を６ｍｍ以上残した状態で、種結晶と単結晶インゴットとを切り離した。このような作業を繰り返し、単結晶インゴットの育成を合計１４２回実施し、育成した単結晶インゴットについて、それぞれ単結晶ウエハを作製した。
【0039】
なお、単結晶インゴットの育成後、単結晶インゴットと種結晶とを切り離す時に種結晶にクラックが入ったり、単結晶インゴットの育成前の融液温度が高すぎて種結晶が溶けて短くなったりすることがあった。この場合、種結晶は再利用不可能になり、再利用不可能になった種結晶の代わりに新しい種結晶を使用した。そして、１４２回の単結晶インゴット育成するに当たり３本の種結晶を使用した。
【0040】
実施した１４２回の単結晶育成で得られた単結晶インゴットのうち、１１本は、単結晶インゴットの一部が多結晶化してしまったり、単結晶インゴットにクラックが生じたりしたが、残りの１３１本の単結晶インゴットは良品であった。平均して１本の種結晶から４３．６本の良品単結晶インゴットを得ることができた。
【0041】
（比較例）
比較例では、種結晶の先端を融液に接触させ、融液が適温と判断されたところで種結晶を融液に３ｍｍ挿入した。再度、融液が適温であることを確認してから、まずネック部を５ｍｍ形成してから単結晶育成を開始した。ネック部は回転速度７ｒｐｍ、引上げ速度３ｍｍ／ｈで育成し、ネック部の直径は１０ｍｍとした。
比較例では、種結晶の先端を融液に接触させ、融液が適温と判断されたところで種結晶を融液に３ｍｍ挿入した。再度、融液が適温であることを確認してから、まずネック部を５ｍｍ形成してから単結晶育成を開始した。ネック部は回転速度７ｒｐｍ、引上げ速度３ｍｍ／ｈで育成し、ネック部の直径は１０ｍｍとした。
【0042】
上記ネック部を形成した後、結晶径が１０５ｍｍになるまで徐々に結晶径を太くしていきコーン部を形成し、続いて直胴部を形成した。そして、直胴部の長さが９０ｍｍまで引き上がったところで結晶を融液から引き離し単結晶育成を終了した。なお、コーン部及び直胴部は、回転数５～２０ｒｐｍ、引上げ速度１～５ｍｍ／ｈの範囲で調整しながら形成した。
【0043】
その後、得られた単結晶を室温まで冷却し、マイクログラインダーを用いてネック部の途中を切離し、ネック部のごく一部が一体化されて残った種結晶と１本目の単結晶インゴットを得た。種結晶に残ったネック部の長さは約１ｍｍであった。
【0044】
単結晶インゴットの直胴部をスライスして、単結晶ウエハを作製した。
【0045】
ネック部を１ｍｍ残した種結晶は次の単結晶インゴットを育成する際に再利用した。すなわち、再び上記手順で、融液が適温であることを確認した後、種結晶に残したネック部が成長して、５ｍｍの長さになってから、ＬＴ単結晶を育成した。そして、種結晶にネック部を１～３ｍｍ残した状態で、種結晶と単結晶インゴットとを切り離した。このような作業を繰り返し、単結晶インゴットの育成を合計１１２回実施し、育成した単結晶インゴットについて、それぞれ単結晶ウエハを作製した。
【0046】
なお、同じ種結晶を使用し続けていると、初期の状態に比べ種結晶は数ｍｍずつ短くなっていき、種結晶は再利用不可能となった。このため、再利用不可能になった種結晶の代わりに新しい種結晶を使用した。そして、１１２回の単結晶インゴット育成に対して３０本の種結晶を使用した。
【0047】
実施した１１２回の単結晶インゴット育成で得られた単結晶インゴットのうち、８７本の単結晶インゴットが良品であった。平均して１本の種結晶から２．９本の良品単結晶インゴットを得ることができた。
【0048】
【表1】
【0049】
上記実施例及び比較例から、本発明の酸化物単結晶ウエハの製造方法では、種結晶を従来よりも多く繰り返し利用することができ、品質の優れた単結晶インゴットを効率的に製造することができることがわかった。そして、その結果、品質の優れた単結晶ウエハを効率的に製造することができることがわかる。
【符号の説明】
【0050】
１ 坩堝
２ ワークコイル
３ シード棒
４ 坩堝台
５ 断熱材
６ 熱電対
７ 種結晶
７’ 次バッチの種結晶
８ 原料融液
９ 円筒状単結晶インゴット
９ａ ネック部
９ａ’ 種結晶に一体化されて残されたネック部
９ａ” 単結晶インゴットに一体化されて残ったネック部
９ｂ コーン部
９ｃ 直胴部
１０ チャンバー
１００ 単結晶製造装置
２ ワークコイル
３ シード棒
４ 坩堝台
５ 断熱材
６ 熱電対
７ 種結晶
７’ 次バッチの種結晶
８ 原料融液
９ 円筒状単結晶インゴット
９ａ ネック部
９ａ’ 種結晶に一体化されて残されたネック部
９ａ” 単結晶インゴットに一体化されて残ったネック部
９ｂ コーン部
９ｃ 直胴部
１０ チャンバー
１００ 単結晶製造装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
