JP2006044972A - シリコン単結晶製造装置及び製造方法並びにシリコン単結晶 - Google Patents

Abstract

【課題】 鉛直方向における坩堝の位置に応じた引き上げ速度の調整を行うことにより、安定した品質のシリコン単結晶を製造することができるシリコン単結晶製造装置等を提供する。
【解決手段】 シリコン融液Ｍを収容する坩堝２２と、坩堝２２に収容されたシリコン融液Ｍからシリコン単結晶ＳＩを引き上げながら成長させる引上げ装置１１と、坩堝２２の鉛直方向の位置を検出する検出装置２５と、検出装置２５の検出結果に応じて引上げ装置１１によるシリコン単結晶ＳＩの引き上げ速度を制御する制御装置１２とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、チョクラルスキー法（ＣＺ法）によりシリコン単結晶を引き上げて製造するシリコン単結晶製造装置及び製造方法、並びに当該製造装置又は製造方法を用いて製造されるシリコン単結晶に関する。

シリコン単結晶は、坩堝に収容された多結晶シリコン原料をヒータで加熱してシリコン融液とし、ＣＺ法によりシリコン融液から引き上げながら成長させることにより製造される。シリコンウェハは、上記の方法で製造されたシリコン単結晶をスライス（切断）することにより製造され、このシリコンウェハ上に集積回路が形成される。シリコンウェハ上に集積回路を形成するに当たり、シリコンウェハの酸化膜耐圧に影響を及ぼすＣＯＰ（Crystal Originated Particle）が少ない高品位なウェハが望まれている。ＣＯＰはＯＳＦ（Oxidation Induced Stacking Fault ）リングの内側に発生すること、速度が低下すると転位クラスターが発生することなどは周知であり、また、これらの欠陥分布はシリコン単結晶の引上速度Ｖと固液界面近傍のシリコン単結晶内の鉛直方向の温度勾配Ｇとの比を示す値（Ｖ／Ｇ）に依存することが分かっている。即ち、ＣＯＰの少ない結晶のような、欠陥分布に大きく依存する品質の単結晶を安定した品質で製造するためにはＶ／Ｇの値を所定の範囲内に納める必要がある。

しかしながら、シリコン単結晶を量産する際には、種々の要因で温度勾配Ｇが変化するため、シリコン単結晶を一定の引き上げ速度Ｖで引き上げていてはＶ／Ｇ値が変動してしまい、結果的に製造されたシリコン単結晶の品質がばらつく。以下の特許文献１，２には、非接触式の温度センサを用いて引き上げ最中のシリコン単結晶の長手方向（鉛直方向）の温度勾配をリアルタイムで測定し、この測定出結果に応じてシリコン単結晶の引き上げ速度を制御することでＶ／Ｇ値を所定の範囲に収めて欠陥の無いシリコン単結晶を製造する技術が開示されている。
特開２０００−１４３３８８号公報 特開２００１−２２０２８５号公報

ところで、上述した従来の技術においては、引き上げるシリコン単結晶に対する温度センサの配置に応じて温度センサの計測結果が大きく変動するため、温度センサが設置される位置を引上バッチ毎に厳密に調整する必要があり、温度センサの設置・管理に多大な労力及び時間を要する。ここで、バッチとは１つのシリコン単結晶を製造するために行われる一連の処理のまとまりをいう。シリコン単結晶を製造する工場には多くのシリコン単結晶製造装置が設けられているため、これらに温度センサを使用するとなると労力が極めて大きくなるという問題がある。また、温度センサを取り付けることによってシリコン単結晶製造装置のコストが上昇してしまうという問題もある。更に、温度センサがシリコン単結晶製造装置に設置されていると、シリコン単結晶製造装置内部のメンテナンス（例えば、炉内カーボン部材の交換等）を行うときの作業効率が悪化してしまうという問題もある。以上から、温度センサの計測結果を用いて引き上げ速度を制御する方法以外の方法でＶ／Ｇ値を所定の範囲に収めることが望まれている。

ここで、シリコン単結晶引き上げ時の温度勾配Ｇを決定付ける最大の要因は、保温断熱材の構造、及びシリコン融液の液面と坩堝の上部に設けられた熱遮蔽部材の下端との距離（以下、ギャップという）である。通常、シリコン単結晶毎の品質のばらつきを無くすためにギャップが一定に保たれるようシリコン融液の液面の位置を微調整する制御が行われる。しかしながら、使用する坩堝（石英坩堝）の肉厚のばらつき、原料となる多結晶シリコンを溶融する際の坩堝の変形、又は坩堝を保持する黒鉛サセプタ（カーボン坩堝）の形状のばらつき若しくは個体差の影響で、鉛直方向における坩堝の位置がバッチ毎に異なってしまう。鉛直方向における坩堝の微小な位置ずれがあると、加熱装置から発せられる熱の伝わり方が変わってしまい、結果的に温度勾配Ｇのばらつきが引き起こされてしまう。このため、鉛直方向における坩堝の位置変化により生ずる温度勾配Ｇの変化を補償する制御を行えば安定した品質のシリコン単結晶を製造することができるものと考えられる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、鉛直方向における坩堝の位置に応じた引き上げ速度の調整を行うことにより、安定した品質のシリコン単結晶を製造することができるシリコン単結晶製造装置及び製造方法、並びに当該製造装置又は製造方法を用いて製造されるシリコン単結晶を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のシリコン単結晶製造装置は、シリコン融液（Ｍ）を収容する坩堝（２２）と、当該坩堝に収容されたシリコン融液からシリコン単結晶（ＳＩ）を引き上げながら成長させる引上げ装置（１１）とを備えるシリコン単結晶製造装置において、前記坩堝の鉛直方向の位置を検出する検出装置（２５）と、前記検出装置の検出結果に応じて、前記引上げ装置による前記シリコン単結晶の引き上げ速度を制御する制御装置（１２）とを備えることを特徴としている。
また、本発明のシリコン単結晶製造装置は、前記制御装置が、シリコン単結晶の複数回に亘る過去の製造時における前記坩堝の鉛直方向の位置を平均化した平均坩堝位置を求め、前記検出装置の検出結果から当該平均坩堝位置を減じた位置ずれ量に基づいて前記シリコン単結晶の引き上げ速度を制御することを特徴としている。
また、本発明のシリコン単結晶製造装置は、前記制御装置が、前記位置ずれ量が正である場合には前記シリコン単結晶の引き上げ速度を予め設定された初期速度よりも高く設定し、前記位置ずれ量が負である場合には前記シリコン単結晶の引き上げ速度を前記初期速度よりも低く設定することを特徴としている。
また、本発明のシリコン単結晶製造装置は、前記制御装置が、前記位置ずれ量１［ｍｍ］当たり、前記初期速度の０％から５％以下の範囲で前記シリコン単結晶の引き上げ速度を高く又は低く設定することを特徴としている。
更に、本発明のシリコン単結晶製造装置は、前記制御装置が、シリコン単結晶の複数回に亘る過去の製造時における前記坩堝の鉛直方向の位置の標準偏差σを求め、前記位置ずれ量が３σを超えている場合には前記位置ずれ量を３σに設定することを特徴としている。
上記課題を解決するために、本発明のシリコン単結晶製造方法は、坩堝（２２）に収容されたシリコン融液（Ｍ）からシリコン単結晶（ＳＩ）を引き上げながら成長させて製造するシリコン単結晶製造方法において、前記坩堝の鉛直方向の位置を検出する検出ステップと、前記検出ステップの検出結果に応じて、前記シリコン単結晶の引き上げ速度を制御する制御ステップとを含むことを特徴としている。
また、本発明のシリコン単結晶製造方法は、前記制御ステップが、シリコン単結晶の複数回に亘る過去の製造時における前記坩堝の鉛直方向の位置を平均化した平均坩堝位置を求めるステップと、前記検出ステップの検出結果から前記平均坩堝位置を減じた位置ずれ量に基づいて前記シリコン単結晶の引き上げ速度を制御するステップとを含むことを特徴としている。
また、本発明のシリコン単結晶製造方法は、前記制御ステップが、前記位置ずれ量が正であるときには前記シリコン単結晶の引き上げ速度を予め設定された初期速度よりも高く設定し、前記位置ずれ量が負であるときには前記シリコン単結晶の引き上げ速度を前記初期速度よりも低く設定することを特徴としている。
また、本発明のシリコン単結晶製造方法は、前記制御ステップが、前記位置ずれ量１［ｍｍ］当たり、前記初期速度の０％から５％以下の範囲で前記シリコン単結晶の引き上げ速度を高く又は低く設定することを特徴としている。
更に、本発明のシリコン単結晶製造方法は、前記制御ステップが、シリコン単結晶の複数回に亘る過去の製造時における前記坩堝の鉛直方向の位置の標準偏差σを求めるステップと前記位置ずれ量が３σを超えている場合には前記位置ずれ量を３σに設定するステップとを含むことを特徴としている。
本発明のシリコン単結晶は、上記の何れかに記載のシリコン単結晶製造装置、又は、上記の何れかに記載のシリコン単結晶製造方法を用いて製造されてなることを特徴としている。

本発明は、安定した品質のシリコン単結晶を製造することを目的としてなされたものであり、この目的達成のために、本発明は、シリコン融液を収容する坩堝と、当該坩堝に収容されたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げながら成長させる引上げ装置とを備えるシリコン単結晶製造装置において、前記坩堝の鉛直方向の位置を検出する検出装置と、前記検出装置の検出結果に応じて、前記引上げ装置による前記シリコン単結晶の引き上げ速度を制御する制御装置とを備えている。
この発明によると、坩堝の鉛直方向における位置検出結果に応じてシリコン単結晶の引き上げ速度を制御している。これにより、加熱装置から発せられる熱の伝わり方が坩堝の鉛直方向における位置に応じて変化しても、その変化を補償するようシリコン単結晶の引き上げ速度が制御されるため、ＣＯＰ（欠陥）の密度や分布、即ち、欠陥発生領域を決定する上で極めて重要となるシリコン単結晶の引き上げ速度Ｖと固液界面近傍のシリコン単結晶内の鉛直方向の温度勾配Ｇとの比を示す値（Ｖ／Ｇ値）を所定の範囲内に収めることができる。この結果として、安定した品質のシリコン単結晶を製造することができる。
ここで、シリコン単結晶の品質ばらつきを抑制するためには、坩堝の鉛直方向における位置の相対変化を引き上げ速度にフィードバックして微調整することが望まれる。このため、本発明のシリコン単結晶製造装置は、前記制御装置が、シリコン単結晶の複数回に亘る過去の製造時における前記坩堝の鉛直方向の位置を平均化した平均坩堝位置を求め、前記検出装置の検出結果から当該平均坩堝位置を減じた位置ずれ量に基づいて前記シリコン単結晶の引き上げ速度を制御している。
この発明によると、シリコン単結晶の複数回に亘る過去の製造時における坩堝の鉛直方向の位置を平均化した平均坩堝位置が求められ、検出装置検出結果から平均坩堝位置を減じた位置ずれ量に基づいてシリコン単結晶の引き上げ速度が制御されるため、坩堝の鉛直方向における相対変化に応じてシリコン単結晶の引き上げ速度が微調整され、その結果としてシリコン単結晶の品質ばらつきを抑制することができる。
ここで、本発明のシリコン単結晶製造装置は、前記制御装置が、前記位置ずれ量が正である場合には前記シリコン単結晶の引き上げ速度を予め設定された初期速度よりも高く設定し、前記位置ずれ量が負である場合には前記シリコン単結晶の引き上げ速度を前記初期速度よりも低く設定することを特徴としている。
この発明によると、位置ずれ量が正であって鉛直方向における坩堝の位置が高い場合には、坩堝底部から熱が伝わる比率が高まって温度勾配Ｇが大きくなるため、シリコン単結晶の引き上げ速度が予め設定された初期速度よりも高く設定される。逆に、鉛直方向における坩堝の位置が低い場合には、坩堝側面から熱が伝わる比率が高まって温度勾配Ｇが小さくなるため、シリコン単結晶の引き上げ速度が予め設定された初期速度よりも低く設定される。これにより、坩堝の鉛直方向の位置が変化してもＶ／Ｇ値を所定の範囲内に収めることができるため、安定した品質のシリコン単結晶を製造することができる。
ここで、本発明のシリコン単結晶製造装置は、前記制御装置が、前記位置ずれ量１［ｍｍ］当たり、前記初期速度の０％から５％以下の範囲で前記シリコン単結晶の引き上げ速度を高く又は低く設定し、また、本発明のシリコン単結晶製造装置は、前記制御装置が、シリコン単結晶の複数回に亘る過去の製造時における前記坩堝の鉛直方向の位置の標準偏差σを求め、前記位置ずれ量が３σを超えている場合には前記位置ずれ量を３σに設定している。
この発明によると、シリコン単結晶の引き上げ速度が、位置ずれ量１［ｍｍ］当たり初期速度の０％から５％以下の範囲で制限され、また位置ずれ量が坩堝の鉛直方向の位置の標準偏差σの３倍の値である３σを超えた場合には位置ずれ量が３σに設定される。これにより、シリコン単結晶の引き上げ速度の補正量が大きすぎて却ってシリコン単結晶のばらつきが生ずるといった事態を防止することができる。

本発明によれば、坩堝の鉛直方向における位置検出結果に応じてシリコン単結晶の引き上げ速度を制御しているため安定した品質のシリコン単結晶を製造することができるという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態によるシリコン単結晶製造装置及び製造方法並びにシリコン単結晶について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態によるシリコン単結晶製造装置の概略構成を示す図である。図１に示す通り、本実施形態のシリコン単結晶製造装置は、本体部１０、引上げ装置１１、及び制御装置１２を含んで構成される。本体部１０のチャンバ２１内には、シリコン融液Ｍを収容する坩堝２２が設けられており、この坩堝２２の外面は黒鉛サセプタ２３によって被覆されている。坩堝２２は石英等で形成されている。

坩堝２２の下面は上記の黒鉛サセプタ２３を介して支軸２４の上端に固定されており、この支軸２４の下部は不図示の坩堝駆動手段に接続されている。不図示の坩堝駆動手段は坩堝２２を水平面内で回転させる第１回転用モータと、坩堝２２を昇降させる昇降用モータとを有しており、これらのモータにより坩堝２２が水平面内で回転し得るとともに、上下方向に移動可能となっている。坩堝２２の近傍には、坩堝２２の鉛直方向の位置を検出する検出装置２５が設けられている。

図１においては図示を簡略化して検出装置２５を示しているが、この検出装置２５は、例えばレーザ光又は超音波等を坩堝２２の外周部上端に照射して非接触で坩堝２２の鉛直方向の位置を検出するものやポテンショメータ等である。検出装置２５の検出結果は、制御装置１２に出力される。坩堝２２の外周面は坩堝２２から所定の間隔をあけて配置されたヒータ２６により包囲されており、このヒータ２６の外周面はヒータ２６から所定の間隔をあけて配置された保温筒２７により包囲されている。ヒータ２６は、例えば高周波加熱装置又は抵抗加熱装置から構成され、坩堝２２に投入された高純度のシリコン多結晶体を加熱・融解してシリコン融液Ｍにする。
また、検出装置２５による坩堝２２の鉛直方向位置検出は、コーン部３０ｂ下縁、又は、ヒータ２６上縁を基準とするか、又は、これらを複合した基準に対する相対的な坩堝２２上縁の高さ位置を検出する。ここで、基準となるコーン部３０ｂ下縁の鉛直方向位置およびヒータ２６上縁の鉛直方向位置は、ぞれぞれ、各実機ごとに、また、各バッチごとに異なる可能性があるため、各バッチごとに引き上げのセットアップをおこなった時点で検出装置２５により設定される。さらに、支軸２４上の坩堝位置も、ぞれぞれ、各実機ごとに、また、各バッチごとに異なる可能性があるため、各バッチごとに引き上げのセットアップを行った時点で検出装置２５により設定される。

また、チャンバ２１の上端には円筒状のケーシング２８が接続される。このケーシング２８の上方先端部に引上げ装置１１が設けられる。引上げ装置１１は、水平状態で旋回可能に設けられた引上げヘッド（図示省略）、引上げヘッドを水平面内で回転させる第２回転用モータ（図示省略）、引上げヘッドから坩堝２２の回転中心に向って垂下された引上げワイヤーＷ、及び引上げヘッド内に設けられて引上げワイヤーＷを巻き取り又は繰り出す引上げ用モータ（図示省略）とを備える。引上げワイヤーＷの下端にはシリコン融液Ｍに浸してシリコン単結晶ＳＩを引上げるための種結晶２９が取り付けられている。

また、シリコン単結晶ＳＩの外周面と坩堝２２の内周面との間には、シリコン単結晶ＳＩの外周面を包囲する熱遮蔽部材３０が設けられている。この熱遮蔽部材３０は円筒状に形成され、ヒータ２６からの輻射熱を遮る筒部３０ａ、筒部３０ａの下縁に連設されて下方に向かうに従って直径が小さくなるコーン部３０ｂ、及び筒部３０ａの上縁に連設され外方に略水平方向に張り出すフランジ部３０ｃを含んで構成される。上記のフランジ部３０ｃを保温筒２７上に載置することにより、コーン部３０ｂの下縁がシリコン融液Ｍ表面から所定の距離だけ上方に位置するように熱遮蔽部材３０がチャンバ２１内で固定される。この熱遮蔽部材３０は黒鉛により形成される。

制御装置１２は、検出装置２５で検出された坩堝２２の鉛直方向の位置に応じて、引上げ装置１１によるシリコン単結晶ＳＩの引き上げ速度を制御する。具体的には、制御装置１２は、過去の複数回に亘るシリコン単結晶ＳＩの製造処理（過去の数バッチ分）における坩堝２２の鉛直方向の位置を記憶し、これらを平均化した平均坩堝位置を求め、検出装置２５の検出結果から平均坩堝位置を減じた位置ずれ量に基づいてシリコン単結晶ＳＩの引き上げ速度を制御する。

ここで、上記の平均坩堝位置を求める際のバッチ数ｎは、余りにも少ないと精度が低下するため所定数以上にすることが望ましい。また、バッチ数ｎが多すぎると、例えば坩堝２２及びサセプタ２３の交換前後の大幅に変化する坩堝位置が含まれ、これによっても精度が低下するため、ある数以下にすることが望ましい。バッチ数ｎは３≦ｎ≦２５の範囲の数に設定することが好ましく、ｎ＝７〜８程度に設定するのがより好ましい。尚、シリコン単結晶製造装置で一月に行われるバッチ数は１０〜２０バッチ程度である。

制御装置１２が制御するシリコン単結晶ＳＩの引き上げ速度は、平均坩堝位置から検出装置２５の検出結果を減じた位置ずれ量１［ｍｍ］当たり、予め設定された初期速度の０％から５％以下の範囲で補正することが望ましい。ここで、制御装置１２は、上記の位置ずれ量が正である場合（坩堝２２が平均坩堝位置又はそれよりも上方に位置している場合）にはシリコン単結晶の引き上げ速度を上記の初期速度よりも高く設定し、位置ずれ量が負である場合（坩堝２２が平均坩堝位置よりも下方に位置している場合）にはシリコン単結晶の引き上げ速度を上記の初期速度よりも低く設定する。

シリコン単結晶ＳＩの引き上げ速度の補正量を初期速度の５％以上にすると補正量が大きすぎるため、本実施形態では引き上げ速度の補正量を初期速度の５％以内に制限している。また、坩堝２２が平均坩堝位置よりも上方に配置されている場合（上記の位置ずれ量が正である場合）には、坩堝２２の底部から熱が伝わる比率が高まって温度勾配Ｇが大きくなるため、シリコン単結晶の引き上げ速度を上記の初期速度よりも高く設定することでＶ／Ｇ値を所定の範囲に収めるようにしている。逆に、坩堝２２が平均坩堝位置よりも下方に配置されている場合（上記の位置ずれ量が負である場合）には、坩堝２２の側面から熱が伝わる比率が高まって温度勾配Ｇが小さくなるため、シリコン単結晶の引き上げ速度を上記の初期速度よりも低く設定してＶ／Ｇ値を所定の範囲に収めるようにしている。

また、本実施形態では、制御装置１２が過去の複数回に亘るシリコン単結晶ＳＩの製造処理（過去の数バッチ分）における坩堝２２の鉛直方向の位置の標準偏差σを求め、上記の位置ずれ量が±３σを超えて大又は小である場合には、位置ずれ量を±３σに設定している。これは、上記と同様に、シリコン単結晶ＳＩの引き上げ速度の補正量を制限するためである。

図２は、坩堝２２の平均坩堝位置からの位置ずれ量と引上速度補正量との関係の一例を示す図である。図２に示す通り、坩堝２２の平均坩堝位置からの位置ずれ量が±３σの範囲であって、位置ずれ量の値が正である場合には位置ずれ量にほぼ比例して引上速度補正量が増加し、逆に位置ずれ量の値が負である場合には位置ずれ量にほぼ比例して引上速度補正量が減少する。また、坩堝２２の平均坩堝位置からの位置ずれ量が３σを超えて大きいときには引上速度補正量は位置ずれ量が３σのときの引上速度補正量に設定され、坩堝２２の平均坩堝位置からの位置ずれ量が−３σを超えて小さいときには引上速度補正量は位置ずれ量が−３σのときの引上速度補正量に設定される。

上記構成におけるシリコン単結晶製造装置を用いてシリコン単結晶ＳＩを製造するには、まずヒータ２６で坩堝２２内に収容された多結晶シリコン原料を加熱してシリコン融液Ｍとし、シリコン融液Ｍの温度を所定の温度に設定する。次に、坩堝２２内に収容されたシリコン融液Ｍの液面と、坩堝２２の上部に設けられた熱遮蔽部材３０の下端（コーン部３０ｂの下縁）との距離（ギャップ）が所定距離となるよう坩堝２２の鉛直方向の位置を設定する。次いで、先端に種結晶２９が取り付けられた引上げワイヤーＷを下方へ引き下げてシリコン融液Ｍ表面に種結晶の下端を接触させてから上方への引き上げを開始する。引上げワイヤーＷを引き上げる際には、例えば坩堝２２を０．１〜２０［ｍｉｎ^−１］程度の回転速度で回転させるとともに、引き上げるシリコン単結晶ＳＩを１〜２５［ｍｉｎ^−１］程度の回転速度で逆回転させる。尚、シリコン単結晶ＳＩを引き上げる際には、坩堝２２とシリコン単結晶ＳＩを同方向に回転させる場合もある。

シリコン単結晶ＳＩの引き上げを行っている最中において、検出装置２５からは坩堝２２の鉛直方向の位置を検出した検出結果が制御装置１２に出力されており、制御装置１２はこの検出結果を平均坩堝位置から減算して坩堝２２の位置ずれ量を算出する。尚、ここでは、過去に複数回に亘ってシリコン単結晶ＳＩの製造処理が行われており、平均坩堝位置が制御装置１２によって算出されているとして説明を進めるが、シリコン単結晶製造装置を立ち上げてから最初にシリコン単結晶ＳＩを製造する場合には平均坩堝位置は求められていないため、例えばシリコン単結晶ＳＩの製造開始時における坩堝２２の鉛直方向の位置を一時的に平均坩堝位置として処理を進めるのが望ましい。

坩堝２２の位置ずれ量を算出すると、制御装置２２は算出した位置ずれ量と、図２に示す坩堝２２の平均坩堝位置からの位置ずれ量と引上速度補正量との関係とからシリコン単結晶ＳＩの引上速度補正量を算出し、この引上速度補正量を用いて予め設定された初期速度を補正した引き上げ速度を求め、この引き上げ速度に応じた制御信号を引上げ装置１１に出力してシリコン単結晶ＳＩの引き上げ速度を制御する。

坩堝２２が平均坩堝位置よりも上方に配置されている場合には、速度の補正によって、シリコン単結晶の引き上げ速度が上記の初期速度よりも高く設定され、坩堝２２が平均坩堝位置よりも下方に配置されている場合には、シリコン単結晶の引き上げ速度が上記の初期速度よりも低く設定される。これにより、Ｖ／Ｇ値が所定の範囲に収められ、安定した品質のシリコン単結晶を製造することができる。尚、シリコン単結晶ＳＩの製造時には、制御装置１２が坩堝２２内に収容されたシリコン融液Ｍの液面と、坩堝２２の上部に設けられた熱遮蔽部材３０の下端（コーン部３０ｂの下縁）との距離（ギャップ）が一定に保たれるようシリコン融液Ｍの液面の位置を微調整する制御も行っている。

本出願の発明者は、上述したシリコン単結晶製造装置及び製造方法を用いてシリコン単結晶ＳＩの製造を行った。本実施例では、直径２００［ｍｍ］のシリコン単結晶ＳＩの製造を行っている。図３は、本発明の実施例におけるシリコン単結晶製造時の坩堝位置及び引上速度補正量等を示す図である。尚、図３においては、横軸にバッチ数をとり、縦軸に引上速度補正量及び平均坩堝位置又は坩堝位置実績をとっている。

図３を参照すると、坩堝２２の鉛直方向の位置（坩堝位置実績）は、バッチ毎に極端に変わることはないが、僅かながらバッチ毎に異なっており一定ではないことが分かる。また、平均坩堝位置（過去７バッチの平均坩堝位置）を参照すると、バッチ数が増加するにつれて徐々に位置が一定方向（図３に示す例では上方向）に変化していることが分かる。更に、引上速度補正量と坩堝２２の鉛直方向の位置（坩堝位置実績）とを比較すると、坩堝２２の鉛直方向の位置の変化に応じて引上速度補正量も変化する傾向があることが分かる。つまり、坩堝２２の鉛直方向の位置が低い場合（例えば、バッチ数が「２」の場合）には引上速度補正量が負の値となり、坩堝２２の鉛直方向の位置が高い場合（例えば、バッチ数が「３」の場合）には引上速度補正量が正の値になることが分かる。

図４は、本発明のシリコン単結晶製造装置及び製造方法を適用した場合と適用しない場合とにおけるＯＳＦリング外径の計測結果の一例を示す図である。この図においては横軸にバッチ数をとり、縦軸にＯＳＦリング外径（全長平均）をとっている。尚、図４においては、バッチ数「１２」以下が本発明のシリコン単結晶製造装置及び製造方法を適用しない場合であり、バッチ数「１３」以上が本発明のシリコン単結晶製造装置及び製造方法を適用した場合である。

図４に示す通り、ＯＳＦ領域が存在するシリコン単結晶に対して上述したシリコン単結晶製造装置及び製造方法を適用したところ、適用前に比べてＯＳＦ径の分布ばらつきが減少し、品質が安定していることが分かる。
また、ＯＳＦリングが閉じ、且つ、転位クラスターが発生しない品質のシリコン単結晶に対して上述したシリコン単結晶製造装置及び製造方法を適用したところ、適用前に比べて転位クラスター不良が５％低減した。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の内容に限られず、本発明の範囲内で自由に変更可能である。例えば、上記実施形態では坩堝２２に収容されたシリコン融液Ｍに何らの磁界を印加せずにシリコン単結晶ＳＩを製造する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、水平磁場又はカスプ磁場を印加しつつシリコン単結晶ＳＩを製造するようにしても良い。また、本発明は製造するシリコン単結晶ＳＩの径（直径）の大きさに制限はなく、任意の直径を有するシリコン単結晶を製造する場合に適用することができる。

本発明の一実施形態によるシリコン単結晶製造装置の概略構成を示す図である。 坩堝２２の平均坩堝位置からの位置ずれ量と引上速度補正量との関係の一例を示す図である。 本発明の実施例におけるシリコン単結晶製造時の坩堝位置及び引上速度補正量等を示す図である。 本発明のシリコン単結晶製造装置及び製造方法を適用した場合と適用しない場合とにおけるＯＳＦリング外径の計測結果の一例を示す図である。

符号の説明

１１ 引上げ装置
１２ 制御装置
２２ 坩堝
２５ 検出装置
Ｍ シリコン融液
ＳＩ シリコン単結晶

Claims (11)

1. シリコン融液を収容する坩堝と、当該坩堝に収容されたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げながら成長させる引上げ装置とを備えるシリコン単結晶製造装置において、
   前記坩堝の鉛直方向の位置を検出する検出装置と、
   前記検出装置の検出結果に応じて、前記引上げ装置による前記シリコン単結晶の引き上げ速度を制御する制御装置と
   を備えることを特徴とするシリコン単結晶製造装置。
2. 前記制御装置は、シリコン単結晶の複数回に亘る過去の製造時における前記坩堝の鉛直方向の位置を平均化した平均坩堝位置を求め、前記検出装置の検出結果から当該平均坩堝位置を減じた位置ずれ量に基づいて前記シリコン単結晶の引き上げ速度を制御することを特徴とする請求項１記載のシリコン単結晶製造装置。
3. 前記制御装置は、前記位置ずれ量が正である場合には前記シリコン単結晶の引き上げ速度を予め設定された初期速度よりも高く設定し、
   前記位置ずれ量が負である場合には前記シリコン単結晶の引き上げ速度を前記初期速度よりも低く設定する
   ことを特徴とする請求項２記載のシリコン単結晶製造装置。
4. 前記制御装置は、前記位置ずれ量１［ｍｍ］当たり、前記初期速度の０％から５％以下の範囲で前記シリコン単結晶の引き上げ速度を高く又は低く設定することを特徴とする請求項３記載のシリコン単結晶製造装置。
5. 前記制御装置は、シリコン単結晶の複数回に亘る過去の製造時における前記坩堝の鉛直方向の位置の標準偏差σを求め、前記位置ずれ量が３σを超えている場合には前記位置ずれ量を３σに設定することを特徴とする請求項２から請求項４の何れか一項に記載のシリコン単結晶製造装置。
6. 坩堝に収容されたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げながら成長させて製造するシリコン単結晶製造方法において、
   前記坩堝の鉛直方向の位置を検出する検出ステップと、
   前記検出ステップの検出結果に応じて、前記シリコン単結晶の引き上げ速度を制御する制御ステップと
   を含むことを特徴とするシリコン単結晶製造方法。
7. 前記制御ステップは、シリコン単結晶の複数回に亘る過去の製造時における前記坩堝の鉛直方向の位置を平均化した平均坩堝位置を求めるステップと、
   前記検出ステップの検出結果から前記平均坩堝位置を減じた位置ずれ量に基づいて前記シリコン単結晶の引き上げ速度を制御するステップと
   を含むことを特徴とする請求項６記載のシリコン単結晶製造方法。
8. 前記制御ステップは、前記位置ずれ量が正であるときには前記シリコン単結晶の引き上げ速度を予め設定された初期速度よりも高く設定し、
   前記位置ずれ量が負であるときには前記シリコン単結晶の引き上げ速度を前記初期速度よりも低く設定する
   ことを特徴とする請求項７記載のシリコン単結晶製造方法。
9. 前記制御ステップは、前記位置ずれ量１［ｍｍ］当たり、前記初期速度の０％から５％以下の範囲で前記シリコン単結晶の引き上げ速度を高く又は低く設定することを特徴とする請求項８記載のシリコン単結晶製造方法。
10. 前記制御ステップは、シリコン単結晶の複数回に亘る過去の製造時における前記坩堝の鉛直方向の位置の標準偏差σを求めるステップと
    前記位置ずれ量が３σを超えている場合には前記位置ずれ量を３σに設定するステップと
    を含むことを特徴とする請求項７から請求項９の何れか一項に記載のシリコン単結晶製造方法。
11. 請求項１から請求項５の何れか一項に記載のシリコン単結晶製造装置、又は、請求項６から請求項１０の何れか一項に記載のシリコン単結晶製造方法を用いて製造されてなることを特徴とするシリコン単結晶。
    

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