WO2000055393A1 - Method for producing silicon single crystal and apparatus for producing the same, and single crystal and wafer produced with the method - Google Patents

Description

明 細 書 シリ コン単結晶の製造方法及びその製造装置 並びにこの方法で製造された単結晶及びシ リ コ ンゥエーハ

技術分野

本 発 明 は 、 横 磁 場 を 印 力 [] す る チ ヨ ク ラ ノレ ス キ ー 法 （ Horizontal Magnetic-field-applied Czochralski Method, H M C Z 法） に よ り 、 シ リ コ ン単結晶棒を成長 させる シ リ コ ン単結晶の製造方法 と 製造装置等に 関する。 背景技術

半導体製造に用 い られる シ リ コ ン単結晶の製造方法 と し て 、 石英ルツ ボ内のシ リ コ ン融液カゝ ら結晶 を成長 さ せつつ引上げる チ ヨ ク ラ ルス キー 法 （ C Z 法） が広 く 行われている。 C Z 法では、 ルッボの側面カゝら加熱 を行 う ために融液中に 自 然対流が発生する。 ま た、 高品質の シ リ コ ン単 結晶 を得る ために、 結晶の回転数やルツボの回転数を調整す る ので、 シ リ コ ン融液内には強制対流 も 生 じ て複雑な流れ と な る。 かかる融液内対 流の制御には、 シ リ コ ン メ ル ト に静磁場を印加する 方法が有効であ る と いわれている （「磁場応用 C Z シ リ コ ン結晶成長 と その特性」、 集積回路 シンポジ ウム、 1 9 8 0 . 1 1 参照）。

こ の よ う な方法は、 横磁場型の H M C Z 法 と し て広 く 知 られ、 メ ル ト 表面の縦 （垂直） 磁場成分については、 これを 0 と する 力、、 あ る いは横 (水平） 磁場成分に対 して非常に小 さ い比率 （約 0 . 0 2 5 程度） と し て製造が行われてき た。 こ れは、 H M C Z 法では上下の融液対流を抑制 し、 単結晶の育成を容易にする こ と が大き な 目 的であるから である。

と こ ろで近年の高集積化 された半導体素子の製造では、 基板である シ リ コ ン ゥエ ーハ中 に混入 さ れた格子間酸素原子が様々 な形で利用 されて お り 、 素子作製プ ロ セ ス で の熱応力に耐え る ための機械的強度の向上や 、 素子作製プ ロ セ ス で過剰に混入 した格子間酸素原子が析出 し て形成 さ ォ Lる微小欠陥 （ B u 1 k M i c r o D e f e c t ) によ る重金属不 純物のゲ ッ タ リ ン グサイ ト と し て の利用等が挙げ られる。 従っ て、 近年 の高品質シ リ コ ン単結晶においては、 格子間酸素濃度の制御やその均一 性が重要と なっ ている。

しカゝ し、 上記の よ う な H M C Z 法に よ る 引 上げ方法では、 石英ルッボ 内の シ リ コ ン融液対流が抑制 されてお り 、 結晶製造は容易であ るが、 結 晶品質 と し て格子間酸素濃度の微小変動が生 じ 、 単結晶の製品収率が低 下する場合があっ た。 すな わち、 結晶の成長軸方向長 さ において数百 ミ ク ロ ン〜数 ミ リ 程度で振幅が 1 p p m a ( J E I D A ) 程度の格子間酸 素濃度の変動が生 じ、 こ の部分カゝ ら 作 られる シ リ コ ン ゥエ ー八の面内方 向の酸素濃度分布 を著 し く 悪化 させた。 こ の部分は不良品 と な る の で、 シ リ コ ン単結晶の製造においては、 収率低下 と な り 、 生産性が悪化 し、 コ ス ト ア ッ プにつな力； る こ と にな る。

H M C Z 法の磁場分布について は、 例えば特開昭 6 2 - 2 5 6 7 8 8 号公報には石英ルツボの底部また は周方向の曲率 と 一致 させ る よ う に、 磁場分布を設定す る こ と が開示 されて いる が、 使用する加熱体の寿命を 長 く する効果が示 されてい る のみであ り 、 作製 した単結晶の品質を改善 する こ と はでき ない。 さ ら に特開平 9 — 1 8 8 5 9 0 号公報には H M C Z 法に よ る シ リ コ ン単結晶の品質改善方法が開示 されている が、 必ず し も十分な効果を挙げる こ と はでき なかっ た。 発明の開示

そ こ で、 本発明 はこ の よ う な従来の問題点に鑑みてな された も ので、 横磁場を印加する C Z 法において、 成長単結晶の成長軸方向の格子間酸 素濃度の均一性が高い シ リ コ ン単結晶棒を高生産性、 高歩留 り で育成で き る シ リ コ ン単結晶の製造方法 と 製造装置を提供す る こ と を主た る 目 的 とする。

上記課題を解決する ため本発明の第 1 の態様は、 石英ル ツ ボ内のシ リ コ ン融液か ら 単結晶を 引上げる に際 し、 該石英ルッボ內の融液に結晶成 長軸 と 垂直方向の磁場を印加 しなが ら 単結晶棒を成長 させる シ リ コ ン単 結晶の製造方法において、 ル ツボ内の シ リ コ ン融液表面に発生する高温 部 と 低温部の内、 いずれか一方が常に結晶成長の固液界面に位置する よ う に して結晶成長を行 う こ と を特徴と する シ リ コ ン単結晶の製造方法で ある。

こ の よ う に、 ノレッボ内の シ リ コ ン融液表面に発生する高温部 と 低温部 の内、 いずれか一方が常に結晶成長の固液界面に位置する よ う に して結 晶成長を行 う こ と に よ っ て 、 結晶成長中に生 じ る成長方向の酸素濃度の 変動を抑制す る こ と ができ る と 共に、 結晶の径方向面内の格子間酸素濃 度の均一性を向上 させる こ と ができ る。

そ し て こ の場合、 前記高温部、 低温部のいずれか一方が常にシ リ コ ン 融液表面の中心部に位置す る状態で結晶成長する よ う にする こ と ができ る。

こ の よ う にすれば、 結晶成長が容易 であ る と 共に、 結晶成長固液界面 に高温部あ る いは低温部が位置す る こ と ができ 、 こ の状態を長時間安定 して保持出来 るので、 よ り 一層結晶成長方向の格子間酸素濃度の変動を 抑制する こ と ができ 、 格子間酸素濃度の均一性の高い単結晶の生産性 と 歩留 り の向上を図 る こ と ができ る。

さ ら に こ の場合、 前記融液表面の高温部、 低温部の検出を放射温度計 、 熱電対または C C Dカ メ ラ で行 う こ と ができ る。

こ の よ う に融液表面の温度分布を放射温度計、 熱電対ま たは C C D 力 メ ラ で測定 して高温部ま たは低温部の位置 と 範囲 を検出、 確認する よ う にすれば、 高温部、 低温部を容易 に検出 して常に融液表面の 中心部に位 置 させる こ と ができ 、 温度分布の変動防止に有効であ り 、 単結晶成長方 向の格子間酸素濃度の均一性を向上させる こ と ができ る。 そ して、 上記シ リ コ ン単結晶の製造方法において、 前記放射温度計、 熱電対ま たは C C Dカ メ ラ に よ る融液表面の温度分布のモニ タ を、 結晶 成長中常時連続 し て行い、 融液表面に発生する 高温部 と 低温部の内、 い ずれか一方が常に結晶成長の固液界面 に位置す る よ う に し て結晶成長を 行 う こ と が望ま しい。

次に、 本発明は、 上記シ リ コ ン単結晶の製造方法において 、 前記放射 温度計、 熱電対ま たは C C D カ メ ラ に よ る融液表面の温度分布のモ ニ タ を、 予め結晶成長実験を行っ て、 融液表面に発生する 高温部 と 低温部の 内、 いずれか一方が常に結晶成長の固液界面に位置する条件を求め、 結 晶成長操業に適用する こ と を特徴 とす る シ リ コ ン単結晶の製造方法であ る。

融液表面に発生する高温部と低温部の内、 いずれか一方を常に結晶成長の固液 界面に位置させる条件と しては、 融液内部の温度分布、 融液の対流方向 · 位置 - 速度、 成長結晶回転速度、 ルツボ回転速度、 炉内温度分布、 炉内雰囲気ガス流量 · 流速 · 吹き出し位置、 横磁場強度 · 磁場中心位置、 各炉の特性等の要因が複雑 に絡み合っているので、 予め結晶成長実験を行って要因を絞り込むこ とになる。 そして実際の操業においては、 その絞り込んだ要因に放射温度計、 熱電対または C C Dカメ ラの検出結果をフィー ドノくック して融液表面の温度分布の安定化を図 り、 これを結晶成長中保持することによって成長結晶中の格子間酸素濃度の変動 を抑制するこ とができる。

さ ら に、 本発明 は 、 前記の方法に よ り 製造 された シ リ コ ン単結晶であ り 、 結晶中の成長方向格子間酸素濃度の均一性の極めて高いシ リ コ ン単 結晶 も提供する。

そ して、 本発明 は、 前記の方法に よ り 製造 されたシ リ コ ン単結晶か ら 得られる シ リ コ ン単結晶 ゥ エーハであ り 、 格子間酸素濃度の面内径方向 分布の微少変動を著 し く 低減 したシ リ コ ン単結晶 ゥエーハ も提供する。

さ ら に本発明は、 石英ル ツ ボ内の シ リ コ ン融液か ら 引上げる 単結晶の 結晶成長軸方向の長 さ 4 0 m mの任意の区間において、 格子間酸素濃度 の変動幅が 0 . 5 p p m a 以下であ る こ と を特徴 と する水平磁場型チ ヨ ク ラ ルス キー法で製造 されたシ リ コ ン 単結晶であ り 、 格子間酸素濃度の 結晶成長軸方向の微少変動 を著 し く 低減 し た シ リ コ ン単結晶 も提供する さ ら に、 上記課題を解決する ため本発明の第 2 の態様は、 石英ルツボ 内のシ リ コ ン融液から 単結晶を引 上げる に際 し、 該石英ルツ ボ内の融液 に結晶成長軸 と 垂直方向の磁場を印加 しなが ら 単結晶棒を成長 させる シ リ コ ン単結晶の製造方法において、 石英ルツ ボ内の シ リ コ ン融液表面で の結晶中心におけ る磁場強度の垂直磁場成分 と 水平磁場成分の比が 0 . 3 以上 0 . 5 以下であ る こ と を特徴 と する シ リ コ ン単結晶の製造方法で ある。

こ の よ う に、 石英ル ツボ内のシ リ コ ン融液表面での結晶中心におけ る 磁場強度の垂直磁場成分と 水平磁場成分の比を 0 . 3 以上 0 . 5 以下 と すれば、 垂直磁場成分が増加 して磁力線が上下方向に湾曲 し 、 融液の対 流を全体的に抑制する と 共に、 融液表面を水平に流れる対流を抑制する こ と ができ る ので、 結晶成長軸方向の格子間酸素濃度の変動 を抑え る こ と が可能 と な り 、 高品質シ リ コ ン 単結晶の生産性 と 歩留 り の 向上を図 る こ と ができ る。

そ して こ の場合、 単結晶育成時の シ リ コ ン融液表面の磁場強度の垂直 磁場成分 と 水平磁場成分の比が前記範囲 と な る よ う に、 磁場発生装置お よ び Zま たは石英ルツ ボの位置を調整する こ と で達成する こ と ができ る こ の よ う にすれば、 前記磁場強度比 を 0 . 3 以上 0 . 5 以下の範囲内 の所望の値に長時間安定 し て保持する こ と ができ 、 融液表面 を水平に流 れる対流を抑制す る こ と が可能 と な る の で、 結晶成長軸方向 の格子間酸 素濃度の変動を抑制する こ と ができ る。

さ ら に こ の場合、 単結晶育成時のシ リ コ ン融液表面の磁場強度比が前 記範囲 と な る よ う に、 磁場発生装置ま たは単結晶育成装置の周辺に磁場 強度調整部材を配置し、 その位置を調整する よ う に して も 良い。

例えば、 磁場発生装置 と 単結晶育成装置 （石英ルツボ） の位置関係が 相互に制約を受けてい る ため、 磁場強度の垂直磁場成分 と 水平磁場成分 の比が前記の範囲から外れている場合で も 、 上記の よ う に、 磁場発生装 置ま たは単結晶育成装置の周辺に磁場強度調整部材を配置 し 、 その位置 を調整する こ と に よ っ て融液表面にお け る磁場強度比を前記範囲内に納 め る こ と ができ 、 成長結晶の格子間酸素濃度の均一性を向上 させる こ と ができ る。

そ し て、 本発明 は、 石英ルツボ内の シ リ コ ン融液か ら単結晶を引上げ る 単結晶育成装置に、 該石英ルッ ボ内の融液に結晶成長軸と 垂直方向の 磁場を印加する磁場発生装置を配備 し たシ リ コ ン単結晶の製造装置にお いて、 磁場発生装置ま たは単結晶育成装置の周辺に磁場強度比を調整す る ための部材を配置 し て成 る こ と を特徴 と する シ リ コ ン 単結晶の製造装 置も提供する。

こ の よ う に、 横磁場を印加する磁場発生装置を配備 し たシ リ コ ン単結 晶の製造装置において、 磁場発生装置ま たは単結晶育成装置の周辺に磁 場強度調整部材を配置 した シ リ コ ン単結晶製造装置を構成すれば、 融液 表面におけ る横磁場強度の垂直成分 水平成分比を所望の数値に設定す る こ と が可能 と な り 、 融液表面を水平に流れる対流を抑制 し て、 成長結 晶軸方向の格子間酸素濃度のバラ ツ キ を抑え る こ と ができ る と 共に、 高 品質シ リ コ ン単結晶を歩留 り よ く 、 生産性の向上 と コ ス ト の改善を図 る こ と ができ る シ リ コ ン単結晶製造装置と な る。

本発明の横磁場印加チ ヨ ク ラ ルス キー法に よ る シ リ コ ン単結晶の製造 方法 と 製造装置に よれば、 成長結晶中の成長軸方向の格子間酸素濃度の バラ ツ キ を抑え、 ゥエ ーハの面内格子間酸素濃度の微小変動 を著 し く 低 減する こ と ができ るので、 高い収率で高品質シ リ コ ン単結晶 を工業的に 安価に製造する こ と ができ る。 図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明の第 1 の態様に係る H M C Z 法シ リ コ ン単結晶製造装 置の一例を示す概略説明図である。

図 2 は、 H M C Z 法によ る シ リ コ ン融液の対流の様子の一例を示 した 説明図である。

図 3 は、 シ リ コ ン単結晶 中の成長軸方向の格子間酸素濃度の変動を示 した図である （結晶の周辺から 1 0 m m入っ た位置の測定値）。

( a ) メ ル ト の低温部上で成長 し、 時々 、 低温部が結晶下か ら外側に ずれた場合、

( b ) メ ル ト の低温部上でのみ成長 した場合、

( c ) メ ル ト の高温部上で成長 し、 時 々 、 低温部が結晶下を通過 した σ 、

( d ) メ ル ト の高温部上でのみ成長 した場合。

図 4 は、 テ ス ト 1 におけ る シ リ コ ン単結晶中の成長軸方向の格子間酸 素濃度の変動を示 した図であ る （結晶の周辺カゝ ら 1 O m m入 っ た位置の 測定値）。

( a ) 単結晶棒の肩部か ら 1 0 c m内側寄 り よ り の直胴部、

( b ) 単結晶棒の直胴部中央 [図 3 ( b ) と 同 じ ]、

( c ) 単結晶棒のテール部から 5 c m内側の直胴部。

図 5 は、 H M C Z 法シ リ コ ン単結晶製造装置におけ る水平面磁場強度 分布図である。

図 6 は、 本発明 の第 2 の態様に係る H M C Z 法シ リ コ ン単結晶製造装 置の一例を示す概略説明図である。

図 7 は、 横磁場強度の垂直磁場成分 Z水平磁場成分比が 0 . 4 0 の条 件下で製造 した シ リ コ ン単結晶の成長軸方向 の格子間酸素濃度のバラ ッ キを示 した図である。

図 8 は、 横磁場強度の垂直磁場成分 Z水平磁場成分比が 0 . 2 6 の条 件下で製造 したシ リ コ ン単結晶の成長軸方向の格子間酸素濃度のバラ ッ キを示 した図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の実施の形態を説明す る が、 本発明 は これ ら に限定され る も のではない。

本発明者 ら は、 横磁場を印加す る C Z 法に よ る シ リ コ ン単結晶の成長 に際 し、 従来の H M C Z 法で引上げた場合に単結晶成長軸方向の格子間 酸素濃度の均一性が十分でない場合があ り 、 その原因 を調査、 究明 した 所、 融液表面に発生す る 高温部ま たは低温部が深 く 関係 している こ と を 見出 し、 ま た、 シ リ コ ン融液 （以下、 メ ル ト ま た は湯 と い う こ と があ る

) 表面を水平に流れる 対流 を抑制すれば改善でき る こ と も 見出 し、 メ ル ト 表面 の高温部ま たは低温部、 あ るいはメ ル ト 表面の対流；こ関 して詳細 に条件を見極めて本発明を完成させた。

先ず、 本発明の第 1 の態様に関 して、 H M C Z 法における融液の温度 分布を測定し、 対流を観察 した。

本発明者等の調査、 実験に よ る と 、 融液表面温度の測定と 、 表面対流 の観察か ら 、 H M C Z 法においては、 融液表面にあ る特定の温度分布が 生 じ る こ と が判っ た。 ま た、 その温度分布に対応する よ う な メ ル ト 対流 も観察 された。 その様子は、 例えば図 2 に示 し た よ う に、 石英ルツボ 4 のほぼ対向するル ツボの周辺の 2 簡所で上昇流が生 じ 、 ルツ ボの中心線 付近に向かっ て融液 3 が流れ込む と レ、 う も のであ る。 こ の際、 融液表面 におけ る上昇流の部分が高温部 と な り 、 融液の流れ込む部分が低温部 と な る。

上昇流の生 じ る場所は、 図 1 お よ び図 5 に示 し た磁場強度分布に見 ら れる よ う に、 ノレッ ボ周辺部の内で、 電磁石 コ ィ ノレ 2 a 、 2 b 力 ら最も離 れた部分であ る場合が多 く 、 電磁石コ イ ルか ら離れた位置では磁場強度 が弱 く な り 、 対流抑制効果が減少 し、 そのため図 2 に示 した よ う な位置 で生 じ る上昇流が、 上記の よ う な特徴的な メ ル ト 対流の要因 である と推 定し てレヽる。

こ の よ う な メ ル ト の対流 と 結晶中の格子間酸素濃度の関係について、 発明者等が実験、 調査 した結果、 低温部であ る メ ル ト の流れ込み部分か ら結晶成長を行 う と 、 結晶 中の格子間酸素濃度が上昇する こ と が判っ た 。 こ の原因は未確定である が、 温度が低い程、 メ ノレ ト 中への酸素の固溶 度が増す、 あ るいは、 温度が高い程、 メ ル ト か ら の酸素の蒸発が多 く な る と いっ たこ と が原因 と して推定される。

問題は こ の温度分布が常に一定 している わけではな く 、 結晶の引上げ 条件の変化によ っ て、 低温部の流れ込みの位置が変化する こ と にある。 例えば、 1本の結晶成長中であっても、 メル トの量が変化したり、 メル トに対 する加熱分布が変化したり 、 磁場との相対位置が変化したりするこ とによって、 その温度分布が変化する。 そこで、 例えば、 それまで高温部で結晶を成長してい たと ころに、 低温部が結晶下を通過するよ う なこ とがあると、 そこで結晶中に取 り込まれる格子間酸素濃度がその部分だけ上昇し、 酸素濃度変動の問題が生じる ことになる。 このよ うな H M C Z法のメルトにおける温度分布の偏りは、 H M C Z法の宿命と もいえる問題であり、 これを無くすこ とは非常に難しいと考えられ る。

しか し本発明者等は、 逆に こ の温度分布の偏 り を利用 して これを安定 して維持でき るな らば、 酸素濃度の変動を抑制でき る の ではないかと発 想 し 、 調査、 実験を重ねた結果、 本発明の第 1 の態様に よ り 結晶成長を 行 う こ と 、 すなわち、 H M C Z 法におけ る メ ル ト 表面に生 じ る温度分布 の高温部 と 低温部の内、 高温部ま たは低温部のいずれか一方が常に成長 する結晶の下に位置する様な状態で結晶成長を行 う こ と で、 成長中に生 じ る格子間酸素濃度のバラ ツ キを抑制する こ と が可能である こ と が判つ てき た。 残る問題は、 いかに メ ル ト の温度分布、 言い換えれば、 対流の パターンをある一定の範囲内に維持するかと い う こ と である。

こ の場合、 融液表面の高温部、 低温部の検出 を放射温度計、 熱電対ま たは C C D カ メ ラ で行 う のが極め て有効であ り 、 結晶成長中常時連続 し て融液表面の温度分布のモニ タ を行 う こ と が望ま しい。 こ こ で、 C C D カ メ ラ に よ る温度の検出 と は、 融液表面か ら発射 される放射エ ネ ル ギー の二次元分布を撮影 し 、 信号電荷を温度に変換 して融液表面の二次元温 度分布を得る と い う も のである。

そ して、 予め結晶成長実験を行っ て、 融液表面に発生する 高温部 と 低 温部の内、 いずれか一方が常に結晶成長の固液界面に位置する条件を求 め、 結晶成長操業に適用する こ と にな る。

融液表面に発生する 高温部 と 低温部の内、 いずれか一方を常に結晶成 長の固液界面に位置 さ せる 条件 と し て は、 融液内部の温度分布、 融液の 対流方向 · 位置 · 速度、 成長結晶回転速度、 ル ツボ回転速度、 炉内温度 分布、 炉内雰囲気ガ ス流量 · 流速 · 吹 き 出 し位置、 横磁場強度 · 磁場中 心位置、 各炉の特性等の要因が複雑に絡み合っ ている ので、 予め結晶成 長実験を行っ て要因 を絞 り 込む こ と にな る。 そ し て実際の結晶成長操業 においては、 その絞 り 込んだ要因 を制御 しつつ結晶 を引上げればよ いが 、 こ の場合、 放射温度計、 熱電対ま た は C C D カ メ ラ の検出結果を フ ィ 一 ドバ ッ ク し て融液表面の温度分布の安定化を図 り 、 これを結晶成長中 保持する こ と によ つ て成長結晶中 の格子間酸素濃度の変動を抑制する よ う にするのが好ま しい：

これ ら の要因の内、 具体的に絞 り 込んだ例 と し て、 融液表面の低温部 を成長す る結晶の下に常に位置す る よ う にする ためには、 炉内の温度分 布や、 雰囲気ガ ス （ ア ル ゴ ン ） 流れの成長結晶軸対称性の よ い状態にお いて、 ノレッボの回転速度を あ る範囲内 に維持する こ と で可能 と な る こ と が判っ てき た。 こ のル ツボの回転速度は、 結晶の成長条件に よ っ て異な る ので、 経験的に求め る必要があ る。 ノレッボの回転速度が速 く な る と 、 その回転に よ っ て、 融液表面の温度分布がル ツボの回転方向 に回転し 、 あ る と こ ろで、 ま た元の位置に戻 る よ う な振動現象を繰 り 返すの で 、 温 度分布が周期的に乱れて良 く ない。 ル ツボ回転速度が遅い場合には、 低 温部がル ツボの中心線上付近にあ っ て も 、 平行移動 し易 く 良 く ない。 こ の平行移動の原因 はよ く わからないが、 炉内の環境のわずかな非軸対称 性を反映するのではないかと 思われる。

さ ら には、 ルツ ボ壁部分での上昇流が強いほ ど、 中心に安定 した流れ 込み部が出来る傾向がある ので、 磁場成分の湾曲 を大き く して、 コ イ ル と 直交する側の磁場強度を弱 く する こ と でも 温度分布の安定化に効果が あ る。 こ の値について も、 加熱分布や、 炉内の構造に よ る温度分布や、 メ ル ト深 さ に対する磁場中心の位置に よ っ て変化する ので、 経験的に求 める必要がある。

他に、 磁場強度 を非常に強 く する こ と も 考え られる が、 装置の コ ス ト が嵩む、 漏洩磁場の問題な どがあ り 、 工業的には適 さ ない。

逆に、 高温部を成長結晶下に常に位置する よ う にする には、 炉内の温 度分布や、 雰囲気ガ ス流れを非軸対称にする こ と で、 ルツボ壁での上昇 流の強 さ に差異が生 じ 、 結果的に流れ込みの場所を、 電磁石 コ イ ルの中 心軸カゝ ら偏 らせる こ と が出来る。 具体的に、 炉内温度分布を変更する に は、 融液面上に配置す る断熱筒等の配置に偏 り を設けた り 、 雰囲気ガ ス の整流筒の配置に偏 り を設 けてガスの流れを非軸対称に し た り する のが 比較的容易な方法である。

本発明の第 2 の態様は、 石英ル ツボ内の シ リ コ ン融液か ら 単結晶を引 上げる に際 し、 該石英ル ツ ボ内の融液に結晶成長軸 と 垂直方向の磁場を 印加 しなが ら 単結晶棒を成長 させる シ リ コ ン単結晶の製造方法において 、 石英ルツボ内の シ リ コ ン融液表面での結晶中心におけ る磁場強度の垂 直磁場成分 と 水平磁場成分の比を 0 . 3 以上 0 . 5 以下の範囲内に設定 し、 これを保持 してシ リ コ ン単結晶の育成を行 う 製造方法である。

こ の よ う に、 石英ル ツボ内のシ リ コ ン融液表面での結晶中心におけ る 磁場強度の垂直磁場成分と 水平磁場成分の比 （垂直磁場成分 Z水平磁場 成分） が 0 . 3 以上 0 . 5 以下にな る よ う に垂直磁場成分を増やせば、 水平方向磁力線が レッ ボの前後で上下垂直方向に湾曲 して、 融液の対流 を全体的に抑制す る と 共に、 融液表面での結晶中心におけ る水平に流れ る対流を抑制する こ と ができ る。 従っ て、 結晶成長軸方向の格子間酸素 濃度の変動を低減する こ と ができ 、 結晶の径方向面内の格子間酸素濃度 のバラ ツキを抑えて均一性を向上 させる こ と ができ る。

こ の場合、 こ の比力； 0 . 5 を超 え る と 、 育成 し たシ リ コ ン 単結晶か ら 切 り 出 したシ リ コ ン ゥ エ ーハの径方向面内格子間酸素濃度のバラ ツキが 大き く な る傾向があ り 、 歩留 り が低下 し易いの で 、 0 . 5 以下に制御す るのが よ い。 一方、 有効に水平方向の対流を抑制する には、 0 . 3 以上 とする よ う にする。

シ リ コ ン融液表面におけ る磁場強度比を前記 0 . 3 以上 0 . 5 以下 と する には、 磁場発生装置お よ び Zまた は石英ルッ ボの位置を調整すれば よ い。 こ の場合、 ルツボを動か して も磁場発生装置を動かし て も よレ、。 次に、 単結晶育成装置 と 磁場発生装置 と の位置関係において、 相互の 制約のために、 上記磁場強度分布 （垂直成分 Z水平成分 = 0 . 3 〜 0 . 5 ) が達成でき ない場合には、 単結晶育成装置ま たは磁場発生装置の周 辺に磁場強度調整部材、 すなわち 、 強磁性体ま たは常磁性体であ る と こ ろの透磁率の高い部材を取 り 付け る 二 と に よ っ て 、 優先的に磁性体内に 磁束が集ま る の で 、 磁界の磁場分布を変更す る こ と にな り 、 所定の磁場 強度分布を得る こ と が可能であ り 、 高品質な シ リ コ ン単結晶 を製造する こ と 力；でき る。

具体的には、 例えば、 直径 2 4 イ ン チ （ 6 0 0 m m ) の石英ルツボを 用いて直径 2 0 0 m m の シ リ コ ン 単結晶を育成す る場合に、 鉄製の直径 1 0 0 c m、 幅 5 c m、 厚 さ 0 . 4 c mの磁場強度調整部材を単結晶育 成装置の周囲に配置す る こ と に よ り 、 単結晶育成装置内の シ リ コ ンメ ル ト表面の磁場強度成分比を格子間酸素濃度のバラ ツ キの大き い 0 . 2 6 から品質改善効果が十分見 られる 0 . 4 にす る こ と ができ た。 従っ て 、 単結晶育成装置 と 磁場発生装置 と の干渉等に よ り 前記の磁場強度成分比 の範囲を選択でき ない場合において も 、 こ の磁場強度調整部材を磁場発 生装置の外側 も し く は内側に適宜配置する 方法に よ り 容易に磁場分布を 変更する こ と ができ る。

次に、 本発明で使用する横磁場を印加する c Z 法に よ る シ リ コ ン単結 晶製造装置の構成例を図 1 及び図 6 に よ り 説明する。 なお、 図 1 は本発 明の第 1 の態様に係る 単結晶製造装置の構成例であ り 、 図 6 は本発明の 第 2 の態様に係る 単結晶製造装置の構成例であ る が、 単結晶製造装置 と しての基本的な構成に関 しては両装置に共通 している。 '

上記基本的な構成に関 し ては、 図 1 に示すよ う に、 こ のシ リ コ ン単結 晶製造装置は、 単結晶育成装置 と し て チ ャ ンバ一 1 と 、 チ ャ ンバ一 1 中 に設け られた石英ル ツ ボ 4 と 、 石英ルツボ 4 の周囲に配置された黒鉛抵 抗加熱 ヒ ー タ 7 と 、 石英ル ツ ボ 4 を回転 させるル ツボ回転軸 1 3 及びそ の回転機構 （図示せず） と 、 シ リ コ ン の種結晶 1 4 を保持す る種保持具 1 5 と 、 種保持具を引 上げ る ワ イ ヤー 1 6 と 、 ワ イ ヤー を回転又は卷き 取る卷取機構 （図示せず） を備えて構成 されている。 石英ル ツボ 4 はシ リ コ ン融液 （湯） 3 を収容 し、 その外側には黒鉛サセ プタ ー （ルツボ） 5 が設け らォし て レ、 る。 ま た、 加熱 ヒ ー タ 7 の外側周囲には断熱材 8 が配 置 されている。 そ し て 、 単結晶育成装置のチ ャ ンバ一 1 の水平方向の外 側に、 磁場発生装置 と し て横磁場用電磁石 2 a、 2 b をル ツ ボ回転軸 1 3 に対 し て左右対称に設置 し、 磁場装置制御盤 9 によ り 磁場強度を制御 している。 こ こ で発生する磁力線 1 0 は水平磁場成分 1 1 と 垂直磁場成 分 1 2 力 ら成っている。

力!]えて本発明の第 1 の態様において、 ノレッ ボ内の シ リ コ ン融液表面に 発生する高温部 と 低温部の内、 いずれか一方が常に結晶成長の固液界面 に位置する よ う に して結晶成長を行 う ための付加装置の例 と しては、 図 1 に示すよ う に、 炉内温度分布を調整する ために成長結晶周 り に配置す る断熱筒 1 7 、 炉内雰囲気ガスの結晶表面への当 た り 方を調整する ため に成長結晶周 り に配置する雰囲気ガス整流筒 1 8 等が挙げられる。

次に、 本発明の第 1 の態様に係 る上記図 1 の横磁場を印加する C Z 法 の単結晶引上げ装置によ る単結晶育成方法について説明する。 まず、 電磁石 2 a 、 2 b の磁場中心位置を不図示の電磁石昇降機構に よ り 所定の位置に設定する。 次に、 石英ルツボ 4 内でシ リ コ ンの高純度 多結晶原料を融点 （約 1 4 2 0 ° C ) 以上に加熱 し て融解十 る。 そ して 、 横磁場を印加 し 、 ワ イ ヤー 1 6 を繰 り 出す こ と に よ り 融液 3 の表面略 中心部に種結晶 1 4 の先端を接触又は浸漬 させる。 その後、 ルツ ボ回転 軸 1 3 を適宜の方向に回転 させる と と も に、 ワ イ ヤー 1 6 を回転させな が ら卷き 取 り 種結晶 1 4 を引上げる こ と に よ り 、 シ リ コ ン単結晶 6 の育 成が開始される。 以後、 引 上げ速度 と 温度を適切に調節する こ と に よ り 略円柱形状の単結晶棒を得る こ と ができ る。

一方、 本発明の第 2 の態様において、 所望の磁場成分比 と する ために 使用 される 単結晶製造装置の例 と し て は、 図 6 に示 される よ う に、 単結 晶育成時の シ リ コ ン融液表面の磁場強度比が所定の範囲に収 ま る よ う に 、 磁場発生装置 （横磁場用電磁石 2 a 、 2 b ) と 石英ルツボ 4 には、 両 者の相対的な位置関係を調整する 必要があ る ので、 両者に不図示の昇降 手段を備えている。

ま た、 磁場強度比調整用 と し て磁場発生装置 （横磁場用電磁石 2 a 、 2 b ) ま たは単結晶育成装置の周辺に配置 し た磁場強度調整部材 1. 9 a 、 1 9 b も、 その配置する位置を調整可能な よ う に構成 されている。 次に、 本発明の第 2 の態様に係 る上記図 6 の横磁場を印加する C Z 法 の シ リ コ ン単結晶製造装置に よ る単結晶育成方法について説明する。 まず、 石英ルツ ボ 4 内でシ リ コ ンの高純度多結晶原料を融点 （約 1 4 2 0 °C ) 以上に加熱 し て融解する。 次に、 こ の融液表面にお け る磁場強 度比が所定の値にな る よ う に電磁石 2 a 、 2 b お よ び/ま た は石英ルツ ボ 4 の位置を不図示の磁場発生装置昇降手段、 ルツボの昇降手段に よ り 調整する。

そ し て、 横磁場を印加 し 、 ワイ ヤ一 1 6 を繰 り 出す こ と に よ り 融液 3 の表面略中心部に種結晶 1 4 の先端を接触又は浸漬 させる。 その後、 ル ッボ回転軸 1 3 を適宜の方向 に回転させる と と も に、 ワイ ヤー 1 6 を回 転させなが ら卷き 取 り 種結晶 1 4 を引 上げる こ と に よ り 、 シ リ コ ン単結 晶 6 の育成が開始 される。 以後、 引上げ速度 と 温度を適切に調節する こ と によ り 略円柱形状の単結晶棒を得る こ と ができ る。

以上の よ う に、 上記で説明 し た本発明の第 1 の態様ま たは第 2 の態様 に係る製造方法と 製造装置に よ っ て製造された シ リ コ ン単結晶において 、 本発明の横磁場を印加す る C Z 法の適切な条件下に成長 させれば、 成 長結晶中の軸方向の格子間酸素濃度の変動は著 し く 小 さ く 、 ゥエ ーハの 径方向面内格子間酸素濃度の均一性は極めて高い も の と な る と 共に、 シ リ コ ン単結晶の生産性 と 歩留 り の向上を図 り 、 コ ス ト を大き く 改善する こ と ができ る。 以下、 実施例等 を示 して本発明 を具体的に説明す る が、 本発明はこれ ら に限定 される も のではない _c.

まず、 第 1 の態様に関 し て温度分布改善要因の例を挙げてその効果を 確認 した。

(テ ス ト 1 )

図 1 に示 し た H M C Z 法に よ る シ リ コ ン単結晶製造装置を用いて、 直 径 2 4 イ ンチサイ ズの石英ルツボに多結晶 シ リ コ ン を 1 5 0 k g 投入 し 、 該多結晶シ リ コ ンを抵抗加熱の黒鉛 ヒ ー タ ーに よ り 溶解 した。 磁場装 置制御盤の出力 を調整 して石英ルツボ内に形成 されたシ リ コ ンメ ル ト に ほぼ水平方向に磁場を 4 0 0 0 G a u s s 印力 [！ し、 該シ リ コ ンメ ノレ ト に 面方位 ： 1 0 0 ) を有する種結晶 を浸漬 させ、 種絞 り 工程を経て直径 2 0 0 m mの シ リ コ ン単結晶 を育成 した。 こ の時、 シ リ コ ンメ ノレ ト表面の 温度分布が、 結晶成長全長にわた っ て、 低温部がほぼ中心に固定される よ う に、 ルツボ回転速度を 1 . 0 r p m と し、 成長結晶の周囲に雰囲気 ガス （アル ゴ ンガス） の整流筒を設け、 結晶周囲に均一にガス が当 た る よ う に し た。 また、 融液表面の温度分布のモ ニ タ は放射温度計、 熱電対 または C C Dカ メ ラ で連続 して行っ た。 以上の条件で引 き 上げた単結晶棒において、 結晶中 に取 り 込まれた格 子間酸素濃度の均一性評価 を行つ た。 引 き 上げた シ リ コ ン単結晶を結晶 の中心部カゝ ら成長軸に平行な ： 0 0 1 ; 面を有す る厚 さ 2 m mの ゥ ュ一 ハを切 り 出 し 、 両面を研磨 して、 μ — F T I R ( F o u r i e r T r a n s f o r m I n f r a r e d S p e c t r o s c o p y ) !こ て 格子間酸素濃度を 3 0 0 μ m間隔で結晶直胴部中央で長 さ 4 0 m mにわ た っ て測定 し た。 測定のス ポ ッ ト径は、 成長方向 X直径方向 ： 1 0 0 μ m X 2 0 0 m = 0 . 0 2 m m ² であ る。 結晶 の外周力 ら径方向に 1 0 mm 入っ た位置で成長方向に行っ た。 周辺を測 る理由 は、 メ 卜 の酸素 濃度の変化に対 し て、 感度が高いから であ る。

格子間酸素濃度の測定結果を図 3 ( b ) に示す。

図 3 ( b ) 力ゝ ら 、 雰囲気ガ ス の結晶への 当 た り 方が均一で、 ルッボ回 転を 1 . 0 p m程度ま で上昇 させる と 、 融液表面の低温部は安定 して メ ル ト の中心付近に存在 し てお り 、 格子間酸素濃度の変動は著 し く 小 さ く な つ ている こ と が判 る。 図 4 は、 単結晶棒の （ a ) は肩部力 ら 1 0 c m内側寄 り の直胴部、 （ b ) は直胴部中央 [図 3 ( b ) に同 じ ]、 ( c ) は テー ル部か ら 5 c m内側の直胴部、 におけ る測定結果を示 し た。 図 4 か ら結晶全長にわた っ て格子間酸素濃度の均一性が改善 された こ と が判 る

(テス ト 2 )

上記テ ス ト 1 の結晶成長条件の内、 ル ツボの回転速度 を 0 . 3 r p m と した以外はテ ス ト 1 と 同条件で結晶を引上げた。

その結果を図 3 の （ a ) に示す。

図 3 ( a ) に示 し た よ う に、 雰囲気ガスの結晶表面への 当 た り 方が均 一で も 、 ル ツボ回転が低速の場合には、 と き どき 酸素濃度の低い部分が 生 じ、 大き く ノく ラ ツイ てレ、 る のが判る。 これは、 通常は低温部が中心に 存在 し ていて、 それが周期的に結晶の下か ら外側に向かっ て移動 し、 ま た元に戻る と い う メ ノレ ト の動き が生 じ るため と 考え られる。 (テ ス ト 3 )

上記テ ス ト 1 の結晶成長条件の内、 雰囲気ガ ス整流筒のガ ス の吹き 出 し側の一部に切 り 欠き を設 け た以外はテ ス ト 1 と 同条件で結晶を引上げ た。

その結果を図 3 の （ d ) に示す。 こ の場合は、 雰囲気ガス の結晶への 当 た り 方が不均一で、 炉内温度分布に偏 り が生 じ る が、 結晶下に高温部 が発生 し 、 ノレッボ回転を 1 . O r p m程度ま で上昇 させる と 、 高温部は 安定 し てメ ノレ 卜 の 中心付近に存在する こ と にな り 、 格子間酸素濃度の変 動は極めて小 さ く なっ た。

(テ ス ト 4 )

上記テ ス ト 1 の結晶成長条件の内、 ノレッボの回転速度を 0 . 3 r p m と し、 雰囲気ガス整流筒のガス の吹き 出 し側の一部に切 り 欠 き を設けた 以外はテ ス ト 1 と 同条件で結晶を引上げた。

その結果を図 3 ( c ) に示す。 図 3 ( c ) では、 テ ス ト 2 (図 3 ( a ) ) と は逆に、 時々 酸素濃度の高い部分が生 じた。 これは、 雰囲気ガス の 流れを非軸対称に した こ と に よ っ て、 メ ル ト表面の温度分布に偏 り が生 じ、 通常は高温部が中心に存在 し、 低温部は中心か らずれてルッボ周辺 に存在す る が、 こ の低温部が時々 メ ル ト 中央に向かっ て移動 して結晶の 下を通過 し、 また元に戻る と い う メ ノレ 卜 の動き が生 じ る ため と 考え られ る。

以上の よ う に、 上記で説明 した製造方法 と 装置に よ っ て製造 されたシ リ コ ン単結晶において、 本発明の横磁場を印加する C Z 法の適切な条件 下に成長 させれば、 ル ツボ內の融液表面におけ る 高温部 と 低温部の内、 いずれか一方が常に成長結晶の固液界面に位置する よ う に し、 融液表面 の中心部に位置す る状態で結晶成長を行 う と 、 成長結晶中の軸方向の格 子間酸素濃度のバラ ツ キは著 し く 小 さ く 、 ゥ ハの面内酸素濃度の均 一性は極めて高い もの と な る と 共に、 シ リ コ ン 単結晶の生産性 と 歩留 り の向上を図る こ と ができ る。

ま た、 従来の H M C Z 法では、 石英ル ツボ内の シ リ コ ン融液対流が抑 制 されてはいたが、 時々 対流に変動が生 じ、 それに よ り 結晶成長方向に おいて格子間酸素濃度の微少変動が存在 し ていた。 こ の結晶部分から 作 られる シ リ コ ン ゥ ハは、 面内酸素濃度分布が著 し く 悪化 し、 製品歩 留 り が低下 していた。 そ こ で、 面内の酸素濃度分布が良好な シ リ コ ン ゥ ハを得るため には、 結晶成長界面での酸素濃度 を均一 と すれば、 成 長界面の高 さ は約 2 0 3 0 _m m であ り 、 結晶成長方向において、 任意 の 4 0 m m区間での酸素濃度の微少変動が 0 . 5 p p m a 以下で製造さ れた結晶であればよい。 次に、 本発明の第 2 の態様に係 る垂直磁場成分 と 水平磁場成分の比 関 して以下の実施例等を行つ た。

(実施例 1 )

図 1 に示 した H M C Z 法に よ る シ リ コ ン単結晶製造装置を用 いて直径 2 4 イ ン チ （ 6 0 0 m m ) サイ ズの石英ルツボに多不 ir卩t シ リ コ ン を 1 5 0 k g 投入 し 、 該多結晶シ リ コ ン を抵抗加熱の黒鉛 ヒ一ター に よ り 溶解 した。 磁場装置制御盤の出力 を調整 し て石英ル ツボ内に形成 されたシ リ コ ンメ ル ト にほぼ水平方向 に磁場を 4 0 0 0 G a u S S 印加 し 、 該シ リ コ ンメ ノレ ト に面方位 ί 1 0 0 ： を有する種結晶 を浸漬 させ、 種絞 り 工程 を経て直径 2 0 0 m mのシ リ コ ン 単結晶を育成 した。

こ の時の シ リ コ ン メ ル ト 表面での結晶中心におけ る垂直磁場成分 Z水 平磁場成分の磁場強度比は、 0 . 2 6 であっ た。 さ り <>- こ の比を 0 . 3 4 0 . 4 0 0 . 4 4 0 . 5 2 と 計 5 水準の条件で 5 本の シ リ コ ン 単結晶を製造 した。

以上の条件で引 き 上げた単結晶棒において、 結晶中に取 り 込まれた格 子間酸素濃度 （ P p m a 、 J E I D A ： 日 本電子工業振興協会規格） の 均一性評価を行っ た。 引 き 上げたシ リ コ ン単結晶 を結晶の中心部か ら成 長軸に平行な （ 0 0 1 ) 面 を有する厚 さ 2 m mの ゥ ユ ーハを切 り 出 し、 その両面を化学研磨 し て、 両面ポ リ ッ シユ ウエ ーハを作製 し、 — F T I ^ P o u r i e r T r a n s f o r m I n f r a r e d S p e c t r o s c o p y ) にて格子間酸素濃度を 3 0 間隔で全長 4

5 m mにわたつ て測定 した。 測定ス ポ ッ ト は 1 0 0 μ m X 2 0 0 μ m ( 成長方向 X直径方向） で行っ た。

こ の測定結果の例を図 7 と 図 8 に示す。

図 7 には、 磁場強度比 （垂直磁場成分/水平磁場成分） が 0 . 4 0 の 場合、 図 8 には 0 . 2 6 で育成 し たシ リ コ ン単結晶棒の成長軸方向の格 子間酸素濃度プ ロ フ ァ イ ルを結晶肩部か ら の距離 （ c m ) 別にそれぞれ 示 した。

図 7 、 図 8 力 ら 明 ら かな よ う に、 磁場強度比力； 0 . 2 6 の条件では格 子間酸素濃度のバラ ツ キが大き いが （図 8 )、 0 . 4 0 では格子間酸素濃 度の標準偏差が 0 . 1 6 p p m a と 小 さ く 、 極めて良好な値であ る （図

7 ) ₀

表 1 には、 格子間酸素濃度の安定度の指標 と し て前記 5 条件で製造 し た結晶の定径部の結晶肩側 よ り 採取 し たサ ン プルの格子間酸素濃度の測 定結果か ら得 られたデータ の標準偏差を示 した。 標準偏差の値が小 さ い 程、 成長軸方向の格子間酸素濃度のバラ ツ キが小 さ く 、 高品質な結晶で あ る こ と を示 している。 表 1 力 ら判る よ う に、 磁場強度比が 0 . 3 〜 0 . 5 の範囲内で標準偏差が小 さ く 、 本発明の有効性が明 白であ る。

(表 1 磁場強度成分比 （垂直 水平） 0.26 0.34 0.40 0.44 0.52 酸素濃度標準偏差 （ p p m a ) 0.40 0.18 0.16 0.16 0.58

： JEIDA (実施例 2 )

次に、 格子間酸素濃度のバラ ツ キが大き かっ た実施例 1 の磁場強度比 が融液表面で 0 . 2 6 にな る よ う に磁場発生装置 と 単結晶育成装置の位 置関係をセ ッ ト し た単結晶育成装置の周囲に、 鉄製の直径 1 0 0 c m 、 幅 5 c m、 厚 さ 0 . 4 c mの リ ン グ状部材を配置する こ と に よ り 、 石英 ノレッボ内の シ リ コ ン メ ノレ ト 表面の磁場強度比を 0 . 4 にする こ と ができ た。

こ の磁場強度調整部材を配置 した製造装置を使用 して磁場強度比を 0 . 4 と した以外は実施例 1 と 同条件で単結晶 を育成 した。 単結晶棒の結 晶成長軸方向格子間酸素濃度 を測定 し た結果、 図 7 と ほぼ同様の小 さ い ノく ラ ツキであっ た。

従っ て、 単結晶育成装置 と 磁場発生装置 と の干渉等に よ り 前記の磁場 強度比の範囲 を選択でき ない場合において も 、 こ の磁場強度調整部材を 配置する方法に よ り 容易に磁場分布を変更する こ と ができ 、 所望の磁場 強度比に設定 して高品質な シ リ コ ン単結晶 を製造する こ と が可能 と な る 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 さォ Lる。

例えば、 上記実施形態においては、 本発明の第 1 の態様に係 る方法に つき 、 ルツ ボ内の シ リ コ ン 融液表面に発生する 高温部 と 低温部の内、 い ずれか一方が常に融液表面の 中心に来 る よ う に し て結晶成長 させたが、 偏心 し た軸上で成長 さ せて も 良い。 ま た、 雰囲気ガス の結晶表面への 当 た り 方を調整する のに、 切 り 欠き を設 けた雰囲気ガ ス整流筒 を用いたが 、 該整流筒を偏心 させて も よ く 、 十分効果を挙げる こ と ができ る。

ま た、 育成する 単結晶の 大き さ に関 し ては、 例えば、 上記実施形態に おいては、 直径 2 0 0 m m ( 8 イ ンチ） の シ リ コ ン単結晶を育成する場 合につき 、 例を挙げて説明 し たが、 本発明 は これには限定されず、 直径 にかかわ り な く 、 例えば、 直径 1 0 イ ンチ、 直径 1 6 イ ンチある いはそ れ以上のシ リ コ ン単結晶に も適用でき る。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 石英ル ツボ内のシ リ コ ン融液から単結晶を引上げる に際 し、 該石英 ル ツボ内の融液に結晶成長軸 と垂直方向の磁場を印加 しなが ら単結晶棒 を成長させる シ リ コ ン単結晶の製造方法において、 ルツボ内のシ リ コ ン 融液表面に発生する高温部 と 低温部の内、 いずれか一方が常；こ結晶成長 の固液界面に位置する よ う に し て結晶成長を行 う こ と を特徴 と する シ リ コ ン単結晶の製造方法。 2 . 前記高温部、 低温部のいずれか一方が常にシ リ コ ン融液表面の中心 部に位置する状態で結晶成長十る こ と を特徴とする請求項 1 に記載 した シ リ コ ン単結晶の製造方法。

3 . 前記融液表面の高温部、 低温部の検出を、 放射温度計、 熱電対また は C C Dカ メ ラ で行 う こ と を特徴 とする請求項 1 ま たは請求項 2 に記載 したシ リ コ ン 単結晶の製造方法。

4 . 請求項 3 のシ リ コ ン単結晶の製造方法において、 前記放射温度計、 熱電対または C C Dカ メ ラ に よ る融液表面の温度分布のモ ニ タ を、 結晶 成長中常時連続して行い、 融液表面に発生する高温部と 低温部の内、 い ずれか一方が常に結晶成長の固液界面に位置する よ う に して結晶成長を 行 う こ と を特徴と する シ リ コ ン単結晶の製造方法。 δ . 請求項 3 のシ リ コ ン単結晶の製造方法において、 前記放射温度計、 熱電対または C C Dカ メ ラ に よ る融液表面の温度分布のモニタ を、 予め 結晶成長実験を行って、 融液表面に発生する高温部 と 低温部の内、 いず れか一方が常に結晶成長の固液界面に位置する条件を求め、 結晶成長操 業に適用する こ と を特徴と する シ リ コ ン単結晶の製造方法。

6 . 請求項 1 ない し請求項 5 のいずれか 1 項に記載の方法によ り 製造さ れたこ と を特徴とする シ リ コ ン単結晶。

7 . 請求項 1 ない し請求項 5 のいずれか 1 項に記載の方法によ り 製造さ れたシ リ コ ン単結晶か ら得られる こ と を特徴と する シ リ コ ン単結晶 ゥェ

8 . 石英ル ツボ内のシ リ コ ン融液から引上げる単結晶の結晶成長軸方向 の長 さ 4 0 m mの任意の区間において、 格子間酸素濃度の変動幅が 0 . 5 p p m a 以下である こ と を特徴とする水平磁場型チ ヨ ク ラルスキー法 で製造されたシ リ コ ン単結晶。

9 . 石英ル ツボ内のシ リ コ ン融液から単結晶を引上げる に際 し、 該石英 ル ツボ内の融液に結晶成長軸と垂直方向の磁場を印加 しなが ら単結晶棒 を成長させる シ リ コ ン単結晶の製造方法において、 石英ル ツボ内の シ リ コ ン融液表面での結晶中心におけ る磁場強度の垂直磁場成分と 水平磁場 成分の比が 0 . 3 以上 0 . 5 以下である こ と を特徴とする シ リ コ ン単結 晶の製造方法。

1 0 . 単結晶育成時のシ リ コ ン融液表面の磁場強度比が請求項 9 に記載 した範囲 と な る よ う に、 磁場発生装置およ びノまたは石英ル ツボの位置 を調整する こ と を特徴 とする シ リ コ ン単結晶の製造方法。

1 1 . 単結晶育成時のシ リ コ ン融液表面の磁場強度比が請求項 9 に記載 した範囲 と な る よ う に、 磁場発生装置または単結晶育成装置の周辺に磁 場強度調整部材を配置 し、 その位置を調整する こ と を特徴とする シ リ コ ン単結晶の製造方法。

1 2 . 石英ルツボ内のシ リ コ ン融液から単結晶を引上げる単結晶育成装 置に、 該石英ルツボ内の融液に結晶成長軸 と 垂直方向の磁場を印加する 磁場発生装置を配備 し たシ リ コ ン単結晶の製造装置において、 磁場発生 装置ま たは単結晶育成装置の周辺に磁場強度比を調整するため の磁場強 度調整部材を配置 して成る こ と を特徴とする シ リ コ ン単結晶の製造装置