特許 7613481 シリコン単結晶の育成方法

(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】

(24)【登録日】2025-01-06

(45)【発行日】2025-01-15

(54)【発明の名称】シリコン単結晶の育成方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/06 20060101AFI20250107BHJP

   C30B 15/20 20060101ALI20250107BHJP

【ＦＩ】

C30B29/06 502H

C30B15/20

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022566980

(86)(22)【出願日】2021-12-02

(86)【国際出願番号】 JP2021044306

(87)【国際公開番号】W WO2022118922

(87)【国際公開日】2022-06-09

【審査請求日】2023-05-18

(31)【優先権主張番号】P 2020201978

(32)【優先日】2020-12-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】110000637

【氏名又は名称】弁理士法人樹之下知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊関 崇志

(72)【発明者】

【氏名】鳴嶋 康人

【審査官】今井 淳一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２９７１６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－００１４０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－００８８３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ３０Ｂ ２９／０６

Ｃ３０Ｂ １５／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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から、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げて成長させるシリコン単結晶の育成方法であって、
前記シリコン単結晶に異常成長が発生した時点のドーパント濃度Ｃと引き上げ速度Ｖの積である臨界ＣＶ値を算出する臨界ＣＶ値算出工程と、
前記時点におけるドーパント濃度Ｃと引き上げ速度Ｖの積であるＣＶ値が前記臨界ＣＶ値を下回るように、引き上げ速度プロファイルと結晶軸方向の抵抗率プロファイルの少なくとも一方を再設定する引き上げ条件再設定工程と、
前記引き上げ条件再設定工程で再設定されたプロファイルに基づいて、ドーパント濃度Ｃと引き上げ速度Ｖの少なくとも一方を制御してシリコン単結晶を育成する修正単結晶育成工程と、を有するシリコン単結晶の育成方法。

【請求項2】

前記臨界ＣＶ値算出工程の後、かつ、前記引き上げ条件再設定工程の前に、前記臨界ＣＶ値算出工程にて算出され、前記時点において前記臨界ＣＶ値より小さい目標ＣＶ値を用いて、目標ＣＶ値プロファイルを作成する目標ＣＶ値プロファイル作成工程を有する請求項１に記載のシリコン単結晶の育成方法。

【請求項3】

前記引き上げ条件再設定工程では、前記目標ＣＶ値プロファイルに対応する引き上げ速度により構成された修正引き上げ速度プロファイルを作成する請求項２に記載のシリコン単結晶の育成方法。

【請求項4】

前記引き上げ条件再設定工程では、前記目標ＣＶ値プロファイルに対応する抵抗率により構成された修正抵抗率プロファイルを作成する請求項２または請求項３に記載のシリコン単結晶の育成方法。

【請求項5】

前記ドーパント濃度Ｃは前記シリコン単結晶中のドーパント濃度であり、前記シリコン単結晶中のドーパント濃度は、前記シリコン単結晶中のドーパント濃度と前記シリコン単結晶の抵抗率との関係式を用いて前記シリコン単結晶の抵抗値から算出される請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の育成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シリコン単結晶の育成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、チョクラルスキー法（Czochralski method、以下「ＣＺ法」と略す。）を用いてシリコン単結晶を育成する際、シリコン融液に赤リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などの揮発性のドーパントを高濃度に添加することにより、低い電気抵抗率のシリコン単結晶を育成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

【0003】

しかし、このような方法でシリコン単結晶を製造する場合、ドーパントを大量にシリコン融液内に投入することにより、シリコン融液の凝固点と、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の凝固点との差である凝固点降下度が非常に大きくなり、組成的過冷却（constitutional undercooling）が生ずることがある。

【0004】

組成的過冷却の発生条件は、以下の数式（１）のように定式化されている。

【0005】

【数1】

【0006】

Ｇ：固液界面化下の融液の温度勾配（Ｋ／ｍｍ）Ｖ：引き上げ速度（ｍｍ／分）ｍ：凝固点降下度（Ｋ・ｃｍ^３／ａｔｏｍｓ）Ｃ：ドーパント濃度Ｄ：拡散係数（ｃｍ^２／秒）ｋ_０：偏析係数

【0007】

すなわち、数式（１）において、右辺の値が左辺の値以上になると、組成的過冷却が発生する。

【0008】

組成的過冷却が生じると、固液界面よりも固液界面から離れた領域の方がより過冷されていることになり、凝固速度もこの領域の方が速い。そのような状態で固液界面にわずかの凹凸ができた場合、凸の部分の方が速く結晶成長することになり、わずかな凹凸が増幅されてＣｅｌｌ成長などの異常成長が発生してしまう。異常成長が発生すると、単結晶が有転位化してウェーハ製品を得ることが出来なくなる。

【0009】

従来、Ｃｅｌｌ成長の発生を抑制するために、数式（１）の左辺であるＧ／Ｖ（固液界面化下の融液の温度勾配Ｇを引き上げ速度Ｖで除した値）を算出することによって、Ｃｅｌｌ成長発生の臨界点を議論している。すなわち、Ｃｅｌｌ成長が発生した場合、Ｇ／Ｖを大きくする対策を行っている。具体的には、異常成長の発生を抑制するために、固液界面化下の融液の温度勾配Ｇを算出するとともに、引き上げ速度Ｖを小さくする引き上げ条件を再設定していた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特開２０１２－１４０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかしながら、固液界面化下の融液の温度勾配Ｇの算出には固液界面形状の実測データが必要であり、改善条件の検討に時間を要する。

【0012】

また、特許文献１には、有転位化を抑制するために、引き上げ速度Ｖを遅くするように、臨界引き上げ速度を決定する技術が開示されているが、引き上げ速度Ｖを下げ過ぎるとシリコン単結晶の電気抵抗率が上昇してしまうという課題があった。

【0013】

本発明は、異常成長の発生を抑制する引き上げ条件を設定する際に、より迅速に、かつ、シリコン単結晶の電気抵抗率（以下、単に抵抗率と称す）を上昇させることなく、引き上げ条件を設定することができるシリコン単結晶の育成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】

【0014】

本発明では、異常成長の発生を抑制する引き上げ条件を設定する際に、ドーパント濃度Ｃと引き上げ速度Ｖの積であるＣＶ値を成長条件を決定する際の指標とした。当該ＣＶ値を成長条件を決定する際の指標とした理由（メカニズム）について説明する。

【0015】

上述したように、組成的過冷却の発生条件式は、数式（１）のように定式化されている。数式（１）の両辺に引き上げ速度Ｖを乗ずることによって、以下の数式（２）となる。

【0016】

【数2】

【0017】

数式（２）の右辺のドーパント濃度Ｃと引き上げ速度Ｖ以外の項（ｍ，Ｄ，ｋ_０）は定数であるため、組成的過冷却の発生が引き上げ速度Ｖとドーパント濃度Ｃの積（ＣＶ値）のみで検討することが可能となる。

【0018】

従来は、数式（１）の左辺であるＧ／Ｖを算出することによって、Ｃｅｌｌ成長発生の臨界点について検討されていた。固液界面化下の融液の温度勾配であるＧの算出には固液界面形状の実測データが必要であったが、ＣＶ値を指標とすることによって、より迅速かつ簡便に定量的なＣｅｌｌ成長発生臨界点の議論が可能となる。

【0019】

本発明のシリコン単結晶の育成方法は、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から、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げて成長させるシリコン単結晶の育成方法であって、前記シリコン単結晶に異常成長が発生した時点のドーパント濃度Ｃと引き上げ速度Ｖの積である臨界ＣＶ値を算出し、前記時点におけるドーパント濃度Ｃと引き上げ速度Ｖの積であるＣＶ値が前記臨界ＣＶ値を下回るように、ドーパント濃度Ｃと引き上げ速度Ｖの少なくとも一方を制御してシリコン単結晶を育成する。

【0020】

上記シリコン単結晶の育成方法において、前記臨界ＣＶ値を算出する臨界ＣＶ値算出工程と、前記臨界ＣＶ値算出工程にて算出された前記臨界ＣＶ値を下回るように、引き上げ速度プロファイルと結晶軸方向の抵抗率プロファイルの少なくとも一方を再設定する引き上げ条件再設定工程と、を有してよい。

【0021】

上記シリコン単結晶の育成方法において、前記臨界ＣＶ値算出工程の後、かつ、前記引き上げ条件再設定工程の前に、前記臨界ＣＶ値算出工程にて算出され、前記時点において臨界ＣＶ値を超えない目標ＣＶ値を用いて、目標ＣＶ値プロファイルを作成する目標ＣＶ値プロファイル作成工程を有してよい。

【0022】

上記シリコン単結晶の育成方法において、前記引き上げ条件再設定工程では、前記目標ＣＶ値プロファイルに対応する引き上げ速度により構成された修正引き上げ速度プロファイルを作成してよい。

【0023】

上記シリコン単結晶の育成方法において、前記引き上げ条件再設定工程では、前記目標ＣＶ値プロファイルに対応する抵抗率により構成された修正抵抗率プロファイルを作成してよい。

【0024】

上記シリコン単結晶の育成方法において、前記ドーパント濃度Ｃは前記シリコン単結晶中のドーパント濃度であり、前記シリコン単結晶中のドーパント濃度は、前記シリコン単結晶中のドーパント濃度と前記シリコン単結晶の抵抗率との関係式を用いて前記シリコン単結晶の抵抗値から算出されてよい。
前記関係式は、アービンカーブであってよい。

【0025】

本発明によれば、ＣＶ値を引き上げ条件を設定する際の指標とすることによって、より迅速に、かつ、シリコン単結晶の抵抗率を上昇させることなく、引き上げ条件を設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の実施形態の半導体結晶製造装置の構成の一例を示す概念図である。

【図2】本発明の実施形態のシリコン単結晶の育成方法を説明するフローチャートである。

【図3】本発明の実施形態に係るシリコン単結晶の育成方法によりシリコン単結晶を製造する際に作成される抵抗率プロファイルの一例である。

【図4】本発明の実施形態に係るシリコン単結晶の育成方法によりシリコン単結晶を製造する際に作成される引き上げ速度プロファイルの一例である。

【図5】ＣＶ値をプロットしたグラフの一例である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

【0028】

本発明のシリコン単結晶の育成方法は、シリコン単結晶の引き上げ中における異常成長の発生を抑制するべく、異常成長が発生した際の実績に基づいて、引き上げ条件を再設定することを特徴としている。

【0029】

具体的には、上記数式（１）のドーパント濃度Ｃと引き上げ速度Ｖのパラメータに着目し、ドーパント濃度Ｃと引き上げ速度Ｖの積であるＣＶ値を、引き上げ条件を設定する際の指標にすることを特徴としている。

【0030】

また、本発明は、ドーパントが赤リンである場合は、抵抗率１．３ｍΩ・ｃｍ以下、ドーパントがヒ素である場合は、抵抗率２．６ｍΩ・ｃｍ以下、ドーパントがアンチモンである場合は、抵抗率２０ｍΩ・ｃｍ以下、ドーパントがボロンである場合は、抵抗率１．３ｍΩ・ｃｍ以下の、非常に低抵抗のシリコン単結晶育成に好適である。

【0031】

〔単結晶育成装置〕
図１は、本発明の実施形態に係るシリコン単結晶の育成方法を適用した半導体結晶製造装置１０の構成の一例を示す概念図である。半導体結晶製造装置１０は、ＣＺ法を用いてシリコン単結晶１を製造する。

【0032】

半導体結晶製造装置１０は、装置本体１１と、メモリ１２と、制御部１３とを備えている。装置本体１１は、チャンバ２１と、坩堝２２と、ヒータ２３と、引き上げ部２４と、熱遮蔽体２５と、断熱材２６と、坩堝駆動部２７と、とを備えている。坩堝２２には、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ＭＤが投入される。

【0033】

チャンバ２１は、メインチャンバ３１と、このメインチャンバ３１の上部に接続されたプルチャンバ３２とを備えている。プルチャンバ３２の上部には、アルゴン（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３３Ａが設けられている。メインチャンバ３１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３３Ｂが設けられている。

【0034】

ガス導入口３３Ａからチャンバ２１内に導入された不活性ガスは、育成中のシリコン単結晶１と熱遮蔽体２５との間を下降し、熱遮蔽体２５の下端とドーパント添加融液ＭＤの液面との隙間を経た後、熱遮蔽体２５と坩堝２２の内壁との間、さらに坩堝２２の外側に向けて流れ、その後に坩堝２２の外側を下降し、ガス排気口３３Ｂから排出される。

【0035】

坩堝２２は、メインチャンバ３１内に配置され、ドーパント添加融液ＭＤを貯留する。坩堝２２は、支持坩堝４１と、支持坩堝４１に収容された石英坩堝４２と、支持坩堝４１と石英坩堝４２との間に挿入された黒鉛シート４３とを備えている。なお、黒鉛シート４３は設けなくても良い。

【0036】

支持坩堝４１は、例えば、黒鉛又は炭素繊維強化型炭素から構成されている。支持坩堝４１は、例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）化表面処理又は熱分解炭素被覆処理が施されていても良い。石英坩堝４２は、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を主成分とする。黒鉛シート４３は、例えば、膨張黒鉛から構成されている。

【0037】

ヒータ２３は、坩堝２２の外側に所定間隔を隔てて配置され、坩堝２２内のドーパント添加融液ＭＤを加熱する。引き上げ部２４は、一端に種結晶２が取り付けられるケーブル５１と、このケーブル５１を昇降及び回転させる引き上げ駆動部５２とを備えている。

【0038】

熱遮蔽体２５は、少なくとも表面がカーボン材で構成されている。熱遮蔽体２５は、シリコン単結晶１を製造する際にシリコン単結晶１を囲むように設けられる。熱遮蔽体２５は、育成中のシリコン単結晶１に対して、坩堝２２内のドーパント添加融液ＭＤやヒータ２３、坩堝２２の側壁からの輻射熱を遮断するとともに、結晶成長界面である固液界面の近傍に対しては、外部への熱拡散を抑制し、シリコン単結晶１の中心部及び外周部の引き上げ軸方向の温度勾配を制御する役割を担う。

【0039】

断熱材２６は、ほぼ円筒状を呈し、カーボン部材（例えば、グラファイト）から構成されている。断熱材２６は、ヒータ２３の外側に所定間隔を隔てて配置されている。坩堝駆動部２７は、坩堝２２を下方から支持する支持軸５３を備え、坩堝２２を所定の速度で回転及び昇降させる。

【0040】

メモリ１２は、チャンバ２１内のＡｒガスのガス流量や炉内圧、ヒータ２３に供給する電力、坩堝２２やシリコン単結晶１の回転数、坩堝２２の位置など、シリコン単結晶１の製造に必要な各種情報を記憶している。また、メモリ１２は、例えば、抵抗率プロファイル、引き上げ速度プロファイルを記憶する。

【0041】

制御部１３は、メモリ１２に記憶された各種情報や、作業者の操作に基づいて、各部を制御してシリコン単結晶１を製造する。

【0042】

〔シリコン単結晶の育成方法〕
次に、本発明の実施形態のシリコン単結晶の育成方法の一例について、図２に示すフローチャートを参照して説明する。本実施形態では、製品直径が２００ｍｍであるシリコン単結晶１を製造する場合について例示するが、製品直径はこれに限ることはない。
また、添加する揮発性のドーパントとしては、例えば、赤リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）およびアンチモン（Ｓｂ）が挙げられるが、これに限ることはない。

【0043】

図２のフローチャートに示すように、シリコン単結晶の育成方法は、引き上げ条件設定工程Ｓ１と、単結晶育成工程Ｓ２と、異常成長判定工程Ｓ３と、臨界ＣＶ値算出工程Ｓ４と、目標ＣＶ値プロファイル作成工程Ｓ５と、引き上げ条件再設定工程Ｓ６と、修正単結晶育成工程Ｓ７と、を有し、上記順番で工程を実行する。

【0044】

引き上げ条件設定工程Ｓ１は、抵抗率プロファイル作成工程Ｓ１Ａと、引き上げ速度プロファイル作成工程Ｓ１Ｂと、を有する。引き上げ条件は、引き上げ速度の計画値である引き上げ速度プロファイルと、結晶軸方向の抵抗率の計画値である抵抗率プロファイルのうち、少なくとも一方を含む。

【0045】

また、炉内圧、あるいは炉内に流す不活性ガス流量の変更によって結晶軸方向の抵抗率分布が変化する場合は、炉内圧あるいは不活性ガス流量の変更は抵抗率プロファイルの変更に含まれる。

【0046】

抵抗率プロファイル作成工程Ｓ１Ａは、狙い抵抗値に基づいて抵抗率プロファイルを作成する工程である。

【0047】

図３は、本実施形態に係るシリコン単結晶の育成方法によりシリコン単結晶を製造する際に作成される抵抗率プロファイルの一例である。図３の横軸は固化率（％）であり、縦軸は抵抗率である。固化率とは、坩堝へ投入されたシリコン原料の量に対するシリコン単結晶の引き上げ重量の割合をいう。

【0048】

抵抗率プロファイルは、シリコン単結晶１の直胴部における狙いの抵抗値に基づいて作成される。シリコン単結晶１の直胴部における狙いの抵抗率は、ドーパントを赤リンとした場合、０．５ｍΩ・ｃｍ以上１．３ｍΩ・ｃｍ以下とすることができる。このような、抵抗率のシリコン単結晶を超低抵抗率シリコン単結晶と呼ぶ。

【0049】

抵抗率プロファイルは、例えば、シリコン単結晶１の引き上げを開始する際のドーパント添加融液ＭＤ内のドーパント濃度、ドーパント添加融液ＭＤからドーパントが蒸発することによるドーパント添加融液ＭＤ内のドーパント濃度の低下、シリコン単結晶１の引き上げ進行に伴う偏析現象によるドーパント添加融液ＭＤ内のドーパント濃度の上昇を考慮して、シリコン単結晶１の引き上げに先立って、計算により求めることができる。

【0050】

また、前記計算によって求められた抵抗率プロファイルに基づいて引き上げられたシリコン単結晶１の長手方向の抵抗率分布を測定し、その測定結果を抵抗率プロファイルの計算にフィードバックさせて、抵抗率プロファイルの計算精度を向上させることができる。

【0051】

引き上げ速度プロファイル作成工程Ｓ１Ｂは、抵抗率プロファイル作成工程Ｓ１Ａで作成された抵抗率プロファイルに基づいて引き上げ速度プロファイルを作成する工程である。

【0052】

引き上げ速度プロファイルは、シリコン単結晶１の直胴部において得られるべき目標引上げ速度の情報を含む。図４は、本実施形態に係るシリコン単結晶の育成方法によりシリコン単結晶を製造する際に作成される引き上げ速度プロファイルの一例である。図４の横軸は固化率（％）であり、縦軸は引き上げ速度である。

【0053】

引き上げ速度プロファイルは、直胴部の長さに対して、例えば、８点の引き上げ速度を設定して作成することができる。図４に示す例では、固化率４０％までは、引き上げ速度を比較的速く設定し、直胴部が長くなるにしたがって（固化率が大きくなるにしたがって）引き上げ速度が徐々に遅くなるように設定されている。

【0054】

引き上げ条件設定工程Ｓ１では、抵抗率プロファイル、引き上げ速度プロファイルの作成とともに、シリコン単結晶１の製造条件、例えば、シリコン単結晶１内の酸素濃度、Ａｒガスのガス流量、炉内圧、坩堝２２やシリコン単結晶１の回転数、坩堝２２の位置などの製造条件を設定する。

【0055】

制御部１３は、設定した引き上げ条件などをメモリ１２に記憶する。制御部１３は、メモリ１２から、引き上げ速度プロファイルなどを読み出し、それらに基づいて各工程を実行する。

【0056】

単結晶育成工程Ｓ２では、制御部１３は、まず、ヒータ２３に電力を供給する図示しない電源装置を制御し、坩堝２２を加熱することにより、当該坩堝２２内のシリコン原料及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。

【0057】

次に、制御部１３は、ガス導入口３３Ａ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、図示しない真空ポンプを制御し、ガス排気口３３Ｂからチャンバ２１内の気体を排出することにより、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。

【0058】

次に、制御部１３は、引き上げ駆動部５２を制御し、ケーブル５１を下降させることにより、種結晶２をドーパント添加融液ＭＤに着液させる。

【0059】

次に、制御部１３は、坩堝駆動部２７を制御し、坩堝２２を所定の方向に回転させるとともに、引き上げ駆動部５２を制御し、ケーブル５１を所定の方向に回転させつつ、ケーブル５１を引き上げることにより、シリコン単結晶１を育成する。具体的には、ネック部３、肩部、直胴部、テール部の順で、シリコン単結晶１を育成する。

【0060】

次に、制御部１３は、引き上げ駆動部５２を制御し、シリコン単結晶１のテール部をドーパント添加融液ＭＤから切り離す。次いで、制御部１３は、引き上げ駆動部５２を制御し、ケーブル５１をさらに引き上げつつ、ドーパント添加融液ＭＤから切り離されたシリコン単結晶１を冷却する。

【0061】

次に、冷却されたシリコン単結晶１がプルチャンバ３２に収容されたことを確認した後、プルチャンバ３２からシリコン単結晶１を取り出す。

【0062】

異常成長判定工程Ｓ３は、取り出されたシリコン単結晶１にＣｅｌｌ成長が発生しているか否かを判定する工程である。Ｃｅｌｌ成長が生じた箇所では、シリコン単結晶の成長面、すなわち坩堝内のシリコン融液が凝固して結晶化する固液界面において局所的にシリコン融液が樹状に凝固する現象が生じて、シリコン単結晶が容易に多結晶化する。
従って、シリコン単結晶１にＣｅｌｌ成長が発生しているか否かは、例えば、有転位化発生付近の結晶を縦割りして、縦割りした面に選択エッチングを施した後、光学顕微鏡により５０倍の倍率で観察することによって判定することができる。Ｃｅｌｌ成長が生じた箇所では、略成長方向にやや拡がる線状の多結晶領域が観察される。

【0063】

Ｃｅｌｌ成長が発生していない場合（Ｎｏ）、引き上げ条件設定工程Ｓ１に戻って、シリコン単結晶１の製造を続行する。この際、引き上げ条件設定工程Ｓ１において、抵抗率プロファイルなどを作成し直してもよいし、同じプロファイルで引き続きシリコン単結晶１を製造し続けてもよい。また、坩堝２２は交換することが好ましいが、坩堝２２を交換することなくシリコン単結晶１の製造を続行してもよい。

【0064】

Ｃｅｌｌ成長が発生した場合（Ｙｅｓ）、以下に説明する臨界ＣＶ値算出工程Ｓ４を実行する。

【0065】

臨界ＣＶ値算出工程Ｓ４は、Ｃｅｌｌ成長が発生した時点のドーパント濃度Ｃと引き上げ速度Ｖの積であるＣＶ値（臨界ＣＶ値）を算出し、複数の臨界ＣＶ値を線で結ぶことにより臨界ＣＶ値プロファイルを作成する工程である。なお、ここで言う「時点」とは、「その時」という文字通りの意味である。また、「時点」を固化率で表すこともできる。例えば、固化率Ｘ％でＣｅｌｌ成長が発生した場合、算出される臨界ＣＶ値は固化率Ｘ％時点における臨界ＣＶ値である。
ここで、Ｃｅｌｌ成長が発生した時点とは、Ｃｅｌｌ成長が発生した結晶部位が、結晶育成時に坩堝内融液が凝固して結晶化する固液界面であった時点を意味し、臨界ＣＶ値とは、Ｃｅｌｌ成長が発生した結晶部位が、結晶育成時に坩堝内融液が凝固して結晶化する固液界面であった時点におけるドーパント濃度Ｃおよび引き上げ速度Ｖの積である。
臨界ＣＶ値は、シリコン単結晶１の長さ方向で複数算出する。算出する臨界ＣＶ値の数は、直胴部の長さやＣｅｌｌ成長が発生した位置に応じて適宜変更することができる。また、臨界ＣＶ値算出工程Ｓ４では、Ｃｅｌｌ成長が発生した位置についても記録を行う。

【0066】

ドーパント濃度Ｃはシリコン単結晶中のドーパント濃度である。シリコン単結晶１中のドーパント濃度は、シリコン単結晶中のドーパント濃度とシリコン単結晶の抵抗率との関係式を用いてシリコン単結晶の抵抗値から算出することができる。上記関係式としては、アービンカーブ（Irvin curve）や、ＡＳＴＭ規格のＦ７２３などを採用することができる。

【0067】

シリコン単結晶１中の抵抗率は、取り出されたシリコン単結晶１の外周研削を実施し、ブロック分断を行う前に、インゴットの状態で測定する。あるいは、シリコン単結晶１中の抵抗率は、インゴットのブロック分断を行った後にブロックの状態で測定しても良いし、サンプルを切り出して測定しても良い。抵抗率の測定方法としては、例えば、４探針法を用いることができる。
例えば、ドーパントが赤リンであり、抵抗率が１ｍΩ・ｃｍである場合、ドーパント濃度Ｃは７．４×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３と算出することができる。
具体的に、臨界ＣＶ値を構成するドーパント濃度Ｃを求める一例を説明する。臨界ＣＶ値を構成するドーパント濃度Ｃを求めるには、先ず結晶からサンプルを切り出してＣｅｌｌ成長が発生した箇所を４探針法で抵抗率測定し、結晶中の不純物濃度と結晶の抵抗率との関係式を用いて、測定された抵抗率から算出する。

【0068】

シリコン単結晶中のドーパント濃度Ｃの取得方法はこれに限ることはなく、例えば、直接的にシリコン単結晶１から測定できれば、直接的に測定してもよい。また、ドーパント濃度Ｃは、シリコン単結晶１中のドーパント濃度に限らず、ドーパント添加融液ＭＤ中のドーパント濃度を参照してもよい。

【0069】

引き上げ速度Ｖは、引き上げ速度プロファイルから算出することができる。

【0070】

引き上げ速度Ｖは、引き上げ速度プロファイルからの算出に限ることはなく、実測した引き上げ速度を用いてもよい。実測する場合、引き上げ速度は、瞬間的な速度であってもよいし、前後の時間も含めた平均値であってもよい。従って、臨界ＣＶ値を構成する引き上げ速度Ｖについては、引き上げ速度プロファイルあるいは結晶の育成時に記録された引上げ速度のデータからＣｅｌｌ成長が発生した時点の引き上げ速度を把握することにより求めることができる。

【0071】

図５は、横軸を固化率（％）、縦軸をＣＶ値として、ＣＶ値をプロットしたグラフの一例である。臨界ＣＶ値プロファイルは実線で示す。実線で示された臨界ＣＶ値は、Ｃｅｌｌ成長が発生した際のＣＶ値である。
図５に示される例では、臨界ＣＶ値は、６．５×１０^１９から徐々に減少していることがわかる。

【0072】

目標ＣＶ値プロファイル作成工程Ｓ５は、臨界ＣＶ値算出工程Ｓ４にて算出された複数の臨界ＣＶ値を超えない複数の目標ＣＶ値（目標とするＣＶ値）を用いて、目標ＣＶ値プロファイルを作成する工程である。具体的には、Ｃｅｌｌ成長が発生した臨界ＣＶ値の実績に対して、ＣＶ値がより小さくなるような目標ＣＶ値プロファイルを計画する。図５に一点鎖線で目標ＣＶ値プロファイルを示す。

【0073】

より具体的には、目標ＣＶ値プロファイルは、例えば、目標ＣＶ値がＣｅｌｌ成長が発生した臨界ＣＶ値の９０％よりも小さくなるようなＣＶ値となるように作成することができる。

【0074】

目標ＣＶ値を臨界ＣＶ値の９０％以上とすると、結晶と融液との界面付近におけるドーパント濃度の変動や、結晶成長速度の変動があった場合に、一時的にＣＶ値が臨界ＣＶ値に達して単結晶のＣｅｌｌ成長が生じて有転位化が生じる恐れがある。逆に、結晶と融液との界面付近におけるドーパント濃度の変動がなく結晶成長速度の変動もない場合は、目標ＣＶ値を臨界ＣＶ値の９０％以上とすることができる。

【0075】

目標ＣＶ値プロファイルは、目標ＣＶ値プロファイルを構成する目標ＣＶ値を、臨界ＣＶ値の５０％以上となるようなＣＶ値とすることが好ましい。目標ＣＶ値が臨界ＣＶ値の５０％を下回ると、例えば引き上げ速度Ｖを調整した場合に生産性が著しく低くなり、好ましくない。目標ＣＶ値プロファイルは、目標ＣＶ値を、臨界ＣＶ値の８０％以上となるようなＣＶ値とすることがより好ましい。

【0076】

例えば、Ｃｅｌｌ成長が発生した位置が固化率５７％であり、当該位置におけるＣＶ値が６×１０^１９であった場合、当該位置のＣＶ値が５．４×１０^１９以下となるように、目標ＣＶ値プロファイルを検討する。なお、図５に示す例では、固化率５７％以降は、参照すべきＣＶ値が記録されていないが、作業者は、固化率５７％までの傾向に基づいて目標ＣＶ値を設定すればよい。
上記した目標ＣＶ値プロファイルは一例であり、Ｃｅｌｌ成長の発生の抑制を重視して、更に小さなＣＶ値からなる目標ＣＶ値プロファイルとしてもよい。

【0077】

発明者らは、シリコン単結晶１の引き上げの際に、Ｃｅｌｌ成長の発生を抑制するために、Ｃｅｌｌ成長発生の臨界点を予測する方法について検討した。そして、Ｃｅｌｌ成長発生の臨界点を予測する手法として、Ｃｅｌｌ成長が発生した際の臨界ＣＶ値を指標とする方法を見出した。すなわち、臨界ＣＶ値が、Ｃｅｌｌ成長の発生を抑制する引き上げ条件を設定する際の指標になると考え、複数の臨界ＣＶ値を用いて引き上げ速度プロファイルと抵抗率プロファイルの少なくとも一方を再設定すればよいと考えた。

【0078】

具体的には、Ｃｅｌｌ成長が発生した際の臨界ＣＶ値よりも高くならないようなＣＶ値（目標ＣＶ値）を検討し、この目標ＣＶ値を満たすような引き上げ条件を設定することによって、Ｃｅｌｌ成長の発生を抑制することができると考えた。本発明のシリコン単結晶の育成方法において、臨界ＣＶ値を引き上げ条件を決定する際の指標とした理由は、上述した通りである。

【0079】

引き上げ条件再設定工程Ｓ６では、目標ＣＶ値プロファイル作成工程Ｓ５で作成された目標ＣＶ値プロファイルに対応する引き上げ速度Ｖにより構成された、修正引き上げ速度プロファイルを作成する。具体的には、抵抗率プロファイルは抵抗率プロファイル作成工程Ｓ１Ａで作成した抵抗率プロファイルと同様にする一方で、臨界ＣＶ値より小さい目標ＣＶ値に対応させるために、引き上げ速度Ｖを小さくした修正引き上げ速度プロファイルを作成する。

【0080】

例えば、固化率２０％の位置における目標ＣＶ値が５×１０^１９であり、当該位置における抵抗率（抵抗率プロファイルを参照することにより得られる抵抗率）に基づくドーパント濃度Ｃが７．４×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であった場合、引き上げ速度は０．６８ｍｍ／分と算出することができる。図４に一点鎖線で目標ＣＶ値プロファイルに基づいて修正された修正引き上げ速度プロファイルの一例を示す。

【0081】

なお、抵抗率プロファイルは、必ずしも抵抗率プロファイル作成工程Ｓ１Ａで作成した抵抗率プロファイルと同じにする必要はなく、Ｃｅｌｌ成長の発生を抑制すべく、発生した実績に基いて修正を行ってもよい。すなわち、引き上げ条件再設定工程Ｓ６では、目標ＣＶ値プロファイルに対応する抵抗率により構成された修正抵抗率プロファイルを作成してもよい。
換言すれば、この実施形態では、引き上げ条件再設定工程Ｓ６にて、目標ＣＶ値プロファイルに基づいて修正引き上げ速度プロファイルを作成したが、これに限らず、引き上げ条件再設定工程Ｓ６にて、目標ＣＶ値プロファイルに基づいて抵抗率プロファイルを修正してもよい。ドーパント濃度Ｃと電気抵抗率とは１対１の関係であるので、抵抗率プロファイルを修正することによりドーパント濃度Ｃが修正される。
すなわち、ＣＶ値が臨界ＣＶ値を下回るように、ドーパント濃度Ｃと引き上げ速度Ｖの少なくとも一方を制御すればよい。

【0082】

修正単結晶育成工程Ｓ７では、単結晶育成工程Ｓ２と同様の方法で、シリコン単結晶の引き上げを行う。

【0083】

上記実施形態によれば、ＣＶ値を引き上げ条件を設定する際の指標とすることによって、固液界面下の融液の温度勾配Ｇを参照する必要がある従来の方法と比較してより迅速に引き上げ条件を設定することができる。

【0084】

また、目標ＣＶ値を算出し、当該目標ＣＶ値を満たすような引き上げ条件を設定することによって、シリコン単結晶１の抵抗率を上昇させることなく、引き上げ条件を設定することができる。

【0085】

また、ＣＶ値を構成するドーパント濃度Ｃはシリコン単結晶１の抵抗値およびアービンカーブなどにより算出できるため、ＣＶ値からより正確な引き上げ速度Ｖの算出が可能となり、引き上げ速度Ｖを下げ過ぎることがない。これにより、引き上げ速度Ｖが下がりすぎることによる、シリコン単結晶の抵抗率の上昇を抑制することができる。

【0086】

なお、上記実施形態では、抵抗率プロファイルなどをシリコン単結晶の固化率に対応させて作成したが、これに限ることはない。例えば、シリコン単結晶の長手方向の位置に対応させたり、直胴部の開始位置を０％、直胴部の終端位置を１００％として対応させたりしてよい。

【0087】

また、ドーパント濃度Ｃと電気抵抗率とは１対１の関係であるので、ドーパント濃度Ｃと引き上げ速度Ｖの積であるＣＶ値の代わりに、電気抵抗率と引き上げ速度の積を用いた場合も本発明に含まれる。

【符号の説明】

【0088】

１…シリコン単結晶、１０…半導体結晶製造装置、１１…装置本体、１２…メモリ、１３…制御部、２１…チャンバ、２２…坩堝、２３…ヒータ、２４…引き上げ部、２５…熱遮蔽体、２６…断熱材、２７…坩堝駆動部、３３Ａ…ガス導入口、３３Ｂ…ガス排気口、Ｃ…ドーパント濃度、Ｖ…引き上げ速度、ＭＤドーパント添加融液、Ｓ１…引き上げ条件設定工程、Ｓ２…単結晶育成工程、Ｓ３…異常成長判定工程、Ｓ４…臨界ＣＶ値算出工程、Ｓ５…目標ＣＶ値プロファイル作成工程、Ｓ６…引き上げ条件再設定工程、Ｓ７…修正単結晶育成工程。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】