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公開番号2025097779
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-01
出願番号2023214186
出願日2023-12-19
発明の名称単結晶の製造方法
出願人株式会社SUMCO
代理人個人,個人,個人
主分類C30B 29/06 20060101AFI20250624BHJP(結晶成長)
要約【課題】単結晶の製造の進行に伴う結晶引き上げ速度の制御性の悪化を抑制することができる単結晶の製造方法を提案する。
【解決手段】坩堝12内に収容された原料融液13に水平磁場を印加しつつ単結晶を引き上げるチョクラルスキー法によって、単結晶を製造する方法において、原料融液13の表面を含む水平面内において、原点Cにおける磁力線の水平面に平行な成分の方向をx軸、原点Cを通りx軸と垂直である方向をy軸として、y軸と坩堝12の内壁面との交点Pにおける磁束密度Bpと原点Cにおける磁束密度Bcとの比をBp/Bcとして、単結晶の引き上げ中に、磁束密度Bcに対する磁束密度Bpの磁束密度比Bp/Bcを低下させることを特徴とする。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
坩堝内に収容された原料融液に水平磁場を印加しつつ単結晶を引き上げるチョクラルスキー法によって、単結晶を製造する方法において、
前記原料融液の表面を含む水平面内において、前記坩堝の中心軸との交点を原点とし、前記原点における磁力線の水平面に平行な成分の方向をｘ軸、前記原点を通り前記ｘ軸と垂直である方向をｙ軸として、前記ｙ軸と前記坩堝の内壁面との交点における磁束密度Ｂｐと、前記原点における磁束密度Ｂｃとの比をＢｐ／Ｂｃとして、前記単結晶の引き上げ中に、前記磁束密度Ｂｃに対する前記磁束密度Ｂｐの磁束密度比Ｂｐ／Ｂｃを低下させることを特徴とする、単結晶の製造方法。
続きを表示（約 650 文字）【請求項２】
前記単結晶の固化率が０．７の時点での磁束密度比Ｂｐ／Ｂｃが、前記単結晶の固化率が０．１の時点での磁束密度比Ｂｐ／Ｂｃよりも小さい状態の下で前記単結晶の引き上げを行う、請求項１に記載の単結晶の製造方法。
【請求項３】
前記単結晶の固化率が０．７の時点での磁束密度比Ｂｐ／Ｂｃが、前記単結晶の固化率が０．２の時点での磁束密度比Ｂｐ／Ｂｃよりも小さい状態の下で前記単結晶の引き上げを行う、請求項１または２に記載の単結晶の製造方法。
【請求項４】
前記単結晶の固化率が０．２の時点での磁束密度比Ｂｐ／Ｂｃと、前記単結晶の固化率が０．７の時点での磁束密度比Ｂｐ／Ｂｃとの差を０．１以上として前記単結晶の引き上げを行う、請求項３に記載の単結晶の製造方法。
【請求項５】
前記単結晶の固化率が０．２の時点での磁束密度比Ｂｐ／Ｂｃが１．０以上の状態の下で前記単結晶の引き上げを行う、請求項１または２に記載の単結晶の製造方法。
【請求項６】
前記単結晶の固化率が０．２の時点での磁束密度比Ｂｐ／Ｂｃが１．３、磁束密度Ｂｃが３５００Ｇであり、前記単結晶の固化率が０．７の時点での磁束密度比Ｂｐ／Ｂｃが１．０、磁束密度Ｂｃが３５００Ｇである状態の下で前記単結晶の引き上げを行う、請求項１または２に記載の単結晶の製造方法。
【請求項７】
前記単結晶はシリコン単結晶である、請求項１または２に記載の単結晶の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体デバイスの基板としては、シリコンなどの半導体の単結晶で構成された半導体ウェーハが使用されている。こうした半導体の単結晶を製造する代表的な方法として、チョクラルスキー（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ、ＣＺ）法を挙げることができる。ＣＺ法は、坩堝に半導体の原料を収容して溶融し、溶融した単結晶の原料に種結晶を着液して引き上げることによって、種結晶の下方に単結晶を育成して製造する方法である。半導体ウェーハは、育成した単結晶インゴット（以下、「単結晶」または単に「結晶」とも言う。）に対してウェーハ加工処理を施すことによって得ることができる。
【０００３】
近年、半導体デバイスのさらなる微細化および高集積化に伴い、基板である半導体ウェーハには、ｇｒｏｗｎ－ｉｎ欠陥がないこと、すなわち無欠陥であることが要求されている。ｇｒｏｗｎ－ｉｎ欠陥は、空孔が凝集して形成されるボイド欠陥や、格子間原子が析出する格子間型転位クラスターなどを指し、製造された半導体ウェーハ中に残留して、半導体デバイスにおけるゲート酸化膜の劣化やリーク電流の原因となり得る。
【０００４】
上記無欠陥結晶は、坩堝内での原料融液の対流を抑制するとともに、結晶の引き上げ速度を無欠陥結晶が得られる速度範囲内に制御することによって製造されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図１は、水平磁場印加方式の単結晶の製造装置の一例を示している。この図に示した単結晶の製造装置１０は、チャンバー１１内に、単結晶（例えば、シリコン）１６の原料（例えば、多結晶シリコン）を収容する坩堝１２と、該坩堝１２内の原料を加熱して原料融液１３とするヒーター１４と、坩堝１２の下部に設けられ、坩堝１２を円周方向に回転させる坩堝回転機構１５と、単結晶１６を育成するための種結晶１７を保持する種結晶保持器１８と、該種結晶保持器１８が先端に取り付けられているワイヤーロープ１９と、該ワイヤーロープ１９を回転させながら単結晶１６、種結晶１７および種結晶保持器１８を回転させつつ引き上げる巻取り機構２０と、を備える。また、チャンバー１１の下部外側には、坩堝１２中の原料融液１３に水平磁場（横磁場）を印加する複数のコイル２を有する磁石１が配置されている。
【０００６】
このような単結晶の製造装置１０を用いて、以下のように単結晶１６を製造することができる。すなわち、まず、坩堝１２中に所定量の単結晶の原料を収容し、ヒーター１４で加熱して原料融液１３とするとともに、磁石２１により、原料融液１３に対して所定の水平磁場を印加する。
【０００７】
次に、原料融液１３に対して水平磁場を印加した状態で、種結晶保持器１８に保持された種結晶１７を原料融液１３に浸漬する。そして、坩堝回転機構１５により坩堝１２を所定の回転速度で回転させるとともに、種結晶１７（すなわち単結晶１６）を所定の回転速度で回転させながら巻き取り機構２０で巻き取って、種結晶１７および該種結晶１７下に成長させた単結晶１６を引き上げる。こうして、所定の直径を有する単結晶を製造することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０１７－５７１２７号公報
【非特許文献】
【０００９】
R. Suewaka and K. Nakamura, Jpn. J. Appl. Phys. 59, 015502 (2020).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１に示した水平磁場方式の単結晶の製造装置１０を用いて無欠陥のシリコン単結晶を製造する場合、シリコン単結晶とシリコン融液との固液界面近傍の領域に供給されるシリコン融液の温度が変化すると、結晶の直径が変動してしまう。そのため、無欠陥のシリコン単結晶を製造する際には、引き上げられる結晶の直径が変動しないように、結晶の引き上げ速度が制御されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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