JP2002075924A - シリコン単結晶インゴットの加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 成長させたままのシリコン単結晶インゴット
を、その重量を可能な限りロスすることなく、また加工
による不純物汚染を受けることなく、ウエーハ状にスラ
イスするための原料単結晶インゴットを加工する方法を
提供する。 【解決手段】 成長させたままのシリコン単結晶インゴ
ットからウエーハをスライスする加工方法において、ウ
エーハのスライスに先立ち、前記単結晶インゴット１０
の側面を研削加工する際に、少なくともインゴットに現
れる晶癖線３１のみを研削除去する工程を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばチョクラル
スキー法（ＣＺ法）やフローティングゾーン法（ＦＺ
法）により成長させたシリコン単結晶インゴットをスラ
イスしてウエーハを切り出す単結晶インゴットの加工方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、シリコン単結晶インゴットはＣＺ
法、ＦＺ法等によって製造される場合が多い。ＣＺ法シ
リコン単結晶引上げ装置によってシリコン単結晶を成長
させる方法は、チャンバー内の石英ルツボに原料の多結
晶シリコンを充填し、この石英ルツボを黒鉛ルツボで保
持してその外周に設けた黒鉛ヒータにより原料を加熱し
てシリコン融液とした後、チャンバー上部からワイヤを
繰り出して種ホルダで保持した単結晶の種結晶をシリコ
ン融液に浸し、ルツボと種結晶をそれぞれ反対方向に回
転させながら、種結晶をゆっくりと引上げて行くもの
で、円柱形状の単結晶を所望の直径と長さまで成長させ
ることができる。そして最後に縮径部を形成した後に融
液から切り離し、チャンバー内で常温近くまで冷却した
上で炉外へと取り出される。

【０００３】一方、ＦＺ法については、棒状の原料多結
晶を上軸に保持し、直径の小さい単結晶の種結晶を前記
原料多結晶の直下に位置する下軸に保持し、高周波誘導
加熱装置の加熱コイルにより原料多結晶を囲繞し、これ
を加熱溶融して溶融帯を形成し、種結晶に融着させた
後、種絞りにより無転位化しつつ加熱コイルと原料多結
晶および形成された単結晶を相対的に回転させ、かつ相
対的に軸線方向に移動させながら棒状単結晶を成長させ
る方法である。

【０００４】こうしてＣＺ法やＦＺ法により製造され
た、成長させたままのシリコン単結晶インゴットは、拡
径部、製品として使用できる定径部、縮径部から構成さ
れ、その表面には晶癖線が現れている。この晶癖線は、
単結晶の成長中に不可避的に形成されるもので、単結晶
の成長速度の異方性によって生じる高さ１〜３ｍｍ程度
の線状突起である。

【０００５】上記ＣＺ法、ＦＺ法等の単結晶引上げ方法
で得られた成長させたままのシリコン単結晶インゴット
から半導体集積回路製造用や太陽電池用のウエーハをス
ライスして切り出す際には、従来は必ず単結晶インゴッ
トの側面の全面を円柱状に研削するようにしていた。す
なわち、所望の直径を有する円柱になるまで、突起状の
晶癖線はもとより、インゴット表面の凹凸がなくなるま
で円筒研削してスライス用のインゴットを調整してい
た。このように単結晶インゴットの側面の全面を円筒研
削する目的は、成長変動により生じた定径部の直径を目
的の直径に均一にそろえることにある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、円筒研削によ
って損失する結晶重量は大口径になるほど無視できない
ものとなり、また研削時の砥石との接触による金属不純
物などの汚染も大きな問題である。従って、ウエーハの
製造コストの低減と汚染の低減のために研削量を少なく
することが求められている。

【０００７】特にシリコン単結晶を太陽電池用の基板と
して使用する場合には、太陽電池が普及するためにその
製造コストを可能な限り低くすることが必要であり、結
晶の研削によって失われる外周部の重量も無視できない
ものである。また、金属汚染による太陽電池の特性が失
われないように、汚染の可能性のある工程を極力避ける
必要がある。

【０００８】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、引上げられたままのシリコン
単結晶インゴットを、その重量を可能な限りロスするこ
となく、また加工による不純物汚染を受けることなく、
ウエーハ状にスライスするための単結晶インゴットを加
工する方法を提供することを主たる目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に関わるシリコン単結晶インゴットの加工方法
は、成長させたままのシリコン単結晶インゴットからウ
エーハをスライスする加工方法において、ウエーハのス
ライスに先立ち、前記単結晶インゴットの側面を研削加
工する際に、少なくともインゴットに現れる晶癖線のみ
を研削除去する工程を行うことを特徴としている（請求
項１）。

【００１０】このように、成長させたままのインゴット
に現れる晶癖線による線状凸部のみを研削加工すること
により、研削により除去される結晶重量ロスは最小限に
抑えられ、その後のスライス加工によりほぼ成長させた
ままの直径を有するウエーハを得ることができる。従っ
て、ウエーハの収率が向上し、ウエーハ製造コストの低
減を図ることができる。また、研削の際の砥石と結晶の
接触による金属不純物等の汚染を極力低減することがで
きる。さらに、砥石と結晶の接触負荷が小さいので、結
晶の軸線方向に研削する速度を速くすることができ、研
削加工の生産性が向上する。

【００１１】この場合、晶癖線の除去は、砥石を成長方
向に晶癖線上のみを移動させることによって行うことが
好ましい（請求項２）。このようにして、晶癖線を除去
すれば、インゴット表面の晶癖線という線状突起以外は
研削されず、極めて高速、高効率で研削を行うことがで
きるとともに、研削後は殆どの表面が成長したままの表
面を保持しているので、その後のスライス加工により殆
どロスのない成長したままの直径を有するウエーハを得
ることができる。

【００１２】本発明の加工方法で使用するシリコン単結
晶インゴットは、定径部全長にわたってその直径変動幅
が目標値の±１ｍｍ以内となるように成長させたものを
用いることが好ましい（請求項３）。

【００１３】このように定径部の直径変動幅が目標値の
±１ｍｍ以内となるように成長させたインゴットを用
い、このインゴットに対して晶癖線のみを研削すれば、
そのままウエーハを切り出すインゴットとして使用でき
るとともに、スライスしたウエーハの直径のバラツキも
無視できる。また、晶癖線を研削する際、結晶直径の変
動に合わせて砥石と結晶との距離を調節する必要がなく
なるので、研削装置の機構を簡略化することができる。

【００１４】さらに晶癖線以外に研削すべき凹凸は殆ど
なく、研削量をより一層少なくすることができ、研削に
よる結晶重量ロスを最小限に抑えることができる。また
研削の深さが浅いので研削速度を上げることができ、生
産性の向上を図ることができる。

【００１５】また本発明は、シリコン単結晶インゴット
の定径部における直径を２００ｍｍ以上のものとするこ
とが好ましい（請求項４）。直径が２００ｍｍ以上のイ
ンゴットになると、外周部の円筒研削によるロスが非常
に大きくなるので、大口径になればなる程、本発明の有
利性が発揮される。また、特に近年開発されている直径
３００ｍｍあるいはそれ以上の口径では適用される要請
が極めて強い。また大口径になればなるほど、研削すべ
き晶癖線のインゴットの定径部全体に対する重量割合が
極端に小さくなるので、研削ロスの低減効果が一層大き
くなり、その後のスライス加工におけるウエーハ歩留り
の向上とコストダウンを達成することができる。

【００１６】以下、本発明について詳細に説明する。本
発明者らは、成長させたたままのシリコン単結晶インゴ
ットからウエーハをスライスする加工工程において、そ
の重量を可能な限りロスすることなく、また加工による
不純物汚染を受けることなく、ウエーハ状にスライスす
るための原料単結晶インゴットを加工する方法について
鋭意研究を重ねた結果、インゴット定径部の直径精度が
高いものであれば、晶癖線のみを研削除去すればよいこ
とに着目し、インゴットの側面研削に必要な諸条件を精
査して本発明を完成するに至ったものである。

【００１７】すなわち、本発明は、成長させたままのシ
リコン単結晶インゴットからウエーハをスライスする加
工方法において、ウエーハのスライスに先立ち、単結晶
インゴットの側面を研削加工する際に、少なくともイン
ゴットに現れる晶癖線のみを研削除去する工程を行うこ
とを特徴としている。

【００１８】このように、成長させたままのインゴット
に現れる晶癖線のみを研削加工することにより、研削に
より除去される結晶重量ロスは最小限に抑えられ、その
後のスライス加工によりほぼ成長させたままの直径を有
するウエーハを得ることができる。従って、ウエーハの
歩留りが向上し、ウエーハ製造コストの低減を図ること
ができる。

【００１９】また、研削の際の砥石と結晶の接触が晶癖
線上に限られるので金属不純物等の汚染を極力低減する
ことができる。さらに、砥石と結晶の接触負荷が小さい
ので、結晶の軸線方向に研削する速度を速くすることが
でき、研削加工の生産性が向上する。

【００２０】晶癖線の除去には、通常、単結晶インゴッ
トの円筒研削に使用されている研削装置を使用すればよ
く、回転砥石を晶癖線上のみを移動させることによって
行えばよい。このようにして、晶癖線という線状の突起
物のみを研削除去してしまえば、その他のインゴットの
表面は成長したままの形状を保持しているので、その後
のスライス加工によりほぼ成長したままの直径を有する
ウエーハを得ることができる。

【００２１】尚、本発明は、晶癖線のみを研削除去する
工程を行うことを特徴としているが、その後、このイン
ゴットの一部につき円筒研削を行うこともある。これは
インゴットの直径変動が大きい場合、晶癖線を除去した
だけでは切り出されたウエーハが所定の直径の範囲内に
収まらない場合があるからである。この場合、晶癖線を
除去した後、規格をはずれた大きい部分のみに円筒研削
を施せばよい。

【００２２】従って、本発明の加工方法で使用するシリ
コン単結晶インゴットは、その定径部全長にわたってそ
の直径精度の高いものが極めて有効であり、具体的には
直径変動幅が目標値の±１ｍｍ以内となるように成長さ
せたものを用いるのがよい。このように定径部の直径変
動幅が目標値の±１ｍｍ以内となるように成長させたイ
ンゴットを用い、このインゴットに対して晶癖線のみを
研削すれば、そのままウエーハを切り出すインゴットと
して使用できるとともに、スライスしたウエーハの直径
のバラツキも無視できる。また、晶癖線を研削する際、
結晶直径の変動に合わせて砥石と結晶との距離を調節す
る必要がなくなるので、研削装置の機構を簡略化するこ
とができる。

【００２３】また、晶癖線以外に研削すべき凹凸は殆ど
なく、研削量をより一層少なくすることができ、研削に
よる結晶重量ロスを最小限に抑えることができる。さら
に、例え一部の円筒研削を行う場合であっても、研削の
深さが浅いので研削速度を上げることができ、生産性の
向上を図ることができる。直径変動幅が目標値の±１ｍ
ｍを越えるような低精度の場合には、晶癖線のみでな
く、インゴット本体を一部円筒研削する必要性が高くな
るので研削による結晶重量ロスが増加してしまう。

【００２４】本発明のシリコン単結晶インゴットの加工
方法は、シリコン単結晶インゴットの定径部における直
径が２００ｍｍ以上のものに適用することが好ましい。
直径が２００ｍｍ以上のインゴットになると、特に近年
開発されている直径３００ｍｍあるいはそれ以上の口径
では適用される要請が極めて強い。また大口径になれば
なるほど、研削すべき晶癖線のインゴットの定径部全体
に対する重量割合が極端に小さくなるので、研削による
重量ロスの低減効果が一層大きくなり、その後のスライ
ス加工におけるウエーハ歩留りの向上とウエーハ製造コ
ストの低減を達成することもできる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて説明するが、本発明はこれらに限定さ
れるものではない。図２は、ＣＺ法、ＦＺ法等のシリコ
ン単結晶引上げ方法によって引上げられた、成長させた
ままのシリコン単結晶インゴットの一例を示している。
このシリコン単結晶インゴットは、拡径部１０ａ、製品
として使用できる定径部１０ｂ、縮径部１０ｃから構成
され、方位＜１００＞の結晶で、晶癖線３１が高さ１〜
３ｍｍの線状突起として表面に４本現れている。

【００２６】次に図１は、本発明におけるシリコン単結
晶インゴットの研削方法の一例を示した説明図である。
図１に示すように、成長させたままの単結晶インゴット
（図２参照）の拡径部１０ａと縮径部１０ｃを切り離
し、定径部１０ｂを研削機にセットする。そして、回転
砥石３０を晶癖線３１の上に接触させ、結晶の軸線方向
３２に沿って移動させながら晶癖線３１のみを研削除去
する。この時、回転砥石３０は晶癖線３１の数だけ結晶
の周方向に配置して、同時に軸線方向３２に移動させれ
ば、一度に複数の晶癖線を除去することができ、生産性
を高めることができる。また、研削中、常に晶癖線の突
出部のみ研削するように結晶直径の変動に合わせて砥石
と結晶との距離を調節するようにしても良い。

【００２７】次に図３は、ＣＺ法によるシリコン単結晶
の引上げ方法を示した説明図である。ＣＺ法によれば、
ＣＺ法単結晶引上げ装置１のチャンバー内に設置した石
英ルツボ４に原料の多結晶シリコンを充填し、石英ルツ
ボ４を黒鉛ルツボ５で保持してその外周に断熱材８を介
して設けた黒鉛ヒータ２により原料を加熱してシリコン
融液３とした後、チャンバー上部からワイヤ１３を繰り
出して種ホルダ１２で保持した単結晶の種結晶１１をシ
リコン融液３に浸し、ルツボ４、５を支持するルツボ支
持盤６を回転軸７で種結晶１１とそれぞれれ反対方向に
回転させながら、種結晶１１をゆっくりと引上げて行く
ことで、円柱形状の単結晶１０を所望の直径と長さまで
成長させることができる。この時、単結晶１０は拡径部
１０ａ、定径部１０ｂ、縮径部（図示せず）と形成され
た後にシリコン融液３から切り離され、その後常温近く
まで冷却した上で炉外へと取り出されて単結晶育成が完
了する。

【００２８】単結晶定径部１０ｂの形成工程では、直径
検出機構１５により、成長中の結晶の直径を検出し、こ
の検出値を元に、結晶引上速度とヒータ２の出力を調節
して直径変動が±１ｍｍ以内となるように制御する。こ
の制御方法については従来の制御方法において、直径検
出精度を高め、制御パラメータへのフィードバックの頻
度や割合を適宜調節することにより達成される。

【００２９】図４は、ＦＺ法による単結晶の引上げ方法
を示した説明図である。棒状の原料多結晶１６を上軸１
７に保持し、種結晶１８を前記原料多結晶１６の直下に
位置する下軸１９に保持し、高周波誘導加熱装置の高周
波誘導加熱コイル２０により原料多結晶１６を囲繞し、
これを加熱溶融して溶融帯２１を形成し、種結晶１８に
融着させた後、種絞りにより無転位化しつつ加熱コイル
２０と原料多結晶１６および単結晶１０を相対的に回転
させ、かつ相対的に軸線方向に移動させながら棒状単結
晶１０を成長させる。この時、単結晶１０は拡径部１０
ａ、定径部１０ｂ、縮径部（不図示）と形成された後に
溶融帯２１から切り離され、単結晶育成が完了する。

【００３０】単結晶定径部１０ｂの形成工程では、直径
検出機構２２により、成長中の結晶の直径を検出し、こ
の検出値を元に、上軸速度と下軸速度および高周波誘導
加熱装置の出力を調節して直径変動が±１ｍｍ以内とな
るように制御する。この制御方法については従来の制御
方法において、直径検出精度を高め、制御パラメータへ
のフィードバックの頻度や割合を適宜調節することによ
り達成される。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例および比較例を挙げて
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。 （実施例）ＣＺ法によりシリコン単結晶の引上げを行っ
た。石英ルツボのサイズは内径２４インチであり、１２
０ｋｇのシリコン原料を石英ルツボに充填して、成長方
位＜１００＞の直径８インチ（２００ｍｍ）結晶の引上
げを行った。成長中の引上げ速度は約１．０ｍｍ／分、
種結晶の回転速度は１２ｒｐｍ、ルツボ回転速度は３ｒ
ｐｍとして、単結晶定径部の直径変動幅が２０１±１ｍ
ｍ以内となるように制御しながら結晶を引上げた。定径
部の長さが１００ｃｍとなった時点で縮径部を形成し、
その後切り離しを行った。

【００３２】拡径部と縮径部を切断除去し、定径部の結
晶重量を測定したところ、７３，０１７ｇであった。次
いで図１に示す方法により、成長させたままの単結晶イ
ンゴットの定径部における晶壁線のみを研削機により研
削除去した。研削後の結晶重量を測定したところ、７
２，９９５ｇとなり、晶癖線の研削による結晶重量のロ
スは０．０３％と僅かであった。

【００３３】得られたインゴットをワイヤーソーにより
スライスすることによって、高い歩留りでシリコン単結
晶ウエーハを得ることができた。

【００３４】（比較例）単結晶定径部の直径変動幅を２
０２±２ｍｍ以内とした直径制御条件で８インチ結晶を
引き上げた。その他の条件は実施例と同じとした。

【００３５】拡径部と縮径部を切断除去し、定径部結晶
重量を測定したところ、７４，３５０ｇであった。この
結晶の側面を直径が２００ｍｍになるように円筒研削
し、研削後の結晶重量を測定したところ、７３，１９０
ｇとなり、円筒研削による結晶重量のロスは１．６％も
あった。

【００３６】尚、本発明は、上記の実施形態に限定され
るものではない。上記の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、同様の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れる。

【００３７】例えば、本発明で言うチョクラルスキー法
とは、ルツボ内の融液に磁場を印加しながら単結晶の育
成を行なうＭＣＺ法（磁場印加引上げ法）も含まれるも
のであり、垂直磁場印加法、水平磁場印加法、カスプ磁
場印加法等の何れの磁場を用いたＭＣＺ法であってもこ
れに含まれる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の加工方法
を用いて加工すれば、結晶重量を可能な限りロスするこ
となく、また不純物汚染の可能性を低減し、高い生産性
と歩留りで原料インゴットをウエーハ状にスライスする
加工を行うことができる。従ってスライスして得られる
ウエーハのコストダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシリコン単結晶インゴットの加工方法
の一例を示した説明図である。

【図２】成長させたままのシリコン単結晶インゴットの
一例を示す斜視図である。

【図３】ＣＺ法による単結晶引上げ方法の一例を示した
説明図である。

【図４】ＦＺ法による単結晶引上げ方法の一例を示した
説明図である。

【符号の説明】

１…ＣＺ法単結晶引上げ装置、 ２…ヒータ、 ３…シ
リコン融液、４…石英ルツボ、 ５…黒鉛ルツボ、 ６
…ルツボ支持盤、 ７…回転軸、８…断熱材、１０…単
結晶インゴット、 １０ａ…拡径部、 １０ｂ…定径
部、１０ｃ…縮径部、 １１…種結晶、 １２…種ホル
ダー、 １３…ワイヤ、１５…直径検出器、 １６…多
結晶棒、 １７…上軸、 １８…種結晶、１９…下軸、
２０…高周波誘導加熱コイル、 ２１…溶融帯、 ２２
…直径検出器、３０…研削砥石、 ３１…晶癖線、 ３
２…軸線。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成長させたままのシリコン単結晶インゴ
   ットからウエーハをスライスする加工方法において、ウ
   エーハのスライスに先立ち、前記単結晶インゴットの側
   面を研削加工する際に、少なくともインゴットに現れる
   晶癖線のみを研削除去する工程を行うことを特徴とする
   シリコン単結晶インゴットの加工方法。
2. 【請求項２】 前記晶癖線の除去は、砥石を成長方向に
   晶癖線上のみを移動させることによって行うことを特徴
   とする請求項１に記載したシリコン単結晶インゴットの
   加工方法。
3. 【請求項３】 前記シリコン単結晶インゴットは、定径
   部全長にわたってその直径変動幅が目標値の±１ｍｍ以
   内となるように成長させたものを用いることを特徴とす
   る請求項１または請求項２に記載したシリコン単結晶イ
   ンゴットの加工方法。
4. 【請求項４】 前記シリコン単結晶インゴットの定径部
   における直径が２００ｍｍ以上であることを特徴とする
   請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のシリコ
   ン単結晶インゴットの加工方法。