JP2008189522A - 単結晶の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】単結晶Cの引上げ開始から終了までの間、シリコン融液面M1と該融液面上方に設けられた輻射シールド6下端との間に形成される第1のギャップd1の変動を±1mm以内に制御し、炉体2内の上方から下方に向かうガス流を形成すると共に、輻射シールド6と単結晶Cとの間に形成され、シリコン融液面M1に最も近接した第2のギャップd2を流れるガスGの流速が1m/sec以上15m/sec以下となるよう制御する。
【選択図】図1
Description
このため特許文献1には、シリコン融液の液面を測定すると共にルツボを単結晶引上げ速度に対して一定速度で上昇させることにより、溶融液面の位置を一定に保つ方法が開示されている。
また、前記第2のギャップを流れるガスの流速の制御は、前記炉体内の圧力と、炉体内の上方から供給するガス流量を調整することにより行うことが望ましい。
また、第2のギャップを流れるガスの流速を1m/sec以上15m/sec以下に制御することにより、SiOガスの蒸発効果を抑制し、結晶外周の酸素濃度を向上することができる。さらには融液表面の異物を結晶から遠ざけ、結晶の有転位化を防止することができる。
この単結晶引上装置1は、円筒形状のメインチャンバ2aの上にプルチャンバ2bを重ねて形成された炉体2と、炉体2内に設けられたルツボ3と、ルツボ3に装填された半導体原料(原料ポリシリコン)Mを溶融するヒータ4と、育成される単結晶Cを引上げる引上げ機構5とを有している。尚、ルツボ3は、二重構造であり、内側が石英ガラスルツボ3a、外側が黒鉛ルツボ3bで構成されている。
また、引上げ機構5は、モータ駆動される巻取り機構5aと、この巻取り機構5aに巻き上げられる引上げワイヤ5bを有し、このワイヤ5bの先端に種結晶Pが取り付けられている。
また、メインチャンバ2a内において、ルツボ3の上方且つ近傍には、単結晶Cの周囲を包囲するよう上部と下部が開口形成され、育成中の単結晶Cにヒータ4等からの余計な輻射熱を遮蔽すると共に、炉内のガス流を整流するための輻射シールド6が設けられている。尚、輻射シールド6下端と溶融液面との間に形成されるギャップd1(第1のギャップ)は、育成する単結晶の所望の特性に応じて所定の距離を維持するよう制御される。
このMCZ法によれば、融液面の対流が抑えられて、径方向の不純物濃度分布の均一化を図ることができる。また、対流が抑制されることにより、石英ガラスルツボ3aの内表面の劣化が防止されるという効果も得ることができる。
この液面位置検出装置14は、コヒーレントな検出光を発振するレーザ光発振器15と、撮像装置、例えばCCDカメラ16と、このCCDカメラ16により撮像された画像を処理する画像処理装置17とを有する。
また、CCDカメラ16は前記レーザ光発振器15によりグリーンレーザ光が照射される融液面M1の所定スポットに焦点が合わされており、この所定スポットの画像を撮像し、撮像した画像を画像処理装置17に出力するようになされている。
また、画像処理装置17は、CCDカメラ16から入力された画像信号を処理し、シリコン融液液面M1の高さ位置を検出して、コンピュータ8の演算制御装置8bに出力するようになされている。
また、ルツボ3の高さを制御する昇降装置11と、昇降装置11を制御する昇降装置制御部11aと、成長結晶の引上げ速度と回転数を制御するワイヤリール回転装置制御部12とを備えている。さらには、磁場印加用電気コイル13の動作制御を行う電気コイル制御部13aを備えている。これら各制御部9、10a、11a、12、13aはコンピュータ8の演算制御装置8bに接続されている。
さらに、演算制御装置8bの指令によりモータ制御部10aと昇降装置制御部11aとが作動し、ルツボ3が所定の高さ位置において所定の回転速度で回転動作される。
そして、演算制御装置8bの指令により、ワイヤリール回転装置制御部12が作動し、巻取り機構5aが作動してワイヤ5bが降ろされる。そして、ワイヤ5bに取付けられた種結晶Pがシリコン溶融液Mに接触され、種結晶Pの先端部を溶解するネッキングが行われてネック部P1が形成される(図2のステップS3)。
尚、このギャップ制御処理は、引上げ工程終了まで継続して行われる。
また、直胴工程が終了すると、胴径を縮小するテール工程(図2のステップS8)が行われ、単結晶Cがプルチャンバ2bへと引上げられる。
そして、ギャップd1の測定寸法の変動が±1mm以内であるかを判断し(図3のステップS32)、満たしていない場合には、その条件を満たすよう昇降装置制御部11aを制御して昇降装置11によりルツボ3の高さ位置を調整する(図3のステップS33)。
前記のように、引上工程中においては、ステップS32の条件を満たすように制御がなされ、単結晶の引上げ工程が進行する(図3のステップS34)。
さらに、直胴部の形成時においては、輻射シールド6と単結晶C(直胴部)との間に形成され、融液面M1に最も近接するギャップd2を流れる不活性ガスGの流速が、1m/sec以上15m/sec以下となるよう制御される。これにより、SiOガスの蒸発効果を抑制し、結晶外周の酸素濃度を向上することができる。さらには、融液表面の異物を結晶から遠ざけ、結晶の有転位化を防止することができる。
したがって、本発明に係る方法によれば、全長に亘り酸素濃度分布が均一な単結晶Cを安定して得ることができる。
また、ルツボ変形に拘らず輻射シールド6と単結晶Cとの間に形成されたギャップd2におけるガス流速を制御できるため、SiOガスの蒸発効果を抑制し結晶外周の酸素濃度を向上すると共に、融液表面の異物を結晶から遠ざけ、結晶の有転位化を防止することができる。
また、前記実施の形態においては、融液面M1の高さ位置を測定する液面位置検出装置14の構成として、レーザ光を利用した光学的手法により測定する構成としたが、この構成に限定されず、他の公知技術により液面位置を検出するようにしてもよい。
〔実施例1〕
実施例1では、本発明に係る単結晶の製造方法により引上げを行い、複数回の引上げ工程を経た後のギャップ寸法の変動と、直胴部下部における結晶面内の酸素濃度面内分布を測定した。引上げ条件として、初期チャージ量:140kg、引上結晶本数:4本、結晶径:206mm、磁場方式:カスプ磁場、磁場強度(ルツボ壁):400Gauss、炉内Arガス流量:100L/min、炉内圧:50Torr、ルツボ回転速度:8rpm、結晶回転速度:13rpm、融液と輻射シールド下端とのギャップ設定値(実施形態でのギャップd1):30mm、単結晶と輻射シールドとの間のギャップ設定値(実施形態でのギャップd2):22mm、単結晶と輻射シールドとの間のギャップ(実施形態でのギャップd2)における不活性ガスの流速:8.5m/secとした。
図6に示すように、ギャップ寸法の変動は±1mm以内に抑えられた。また、酸素濃度面内分布は、図7に示すように全てのロットで4%以下となった。
比較例1では、単結晶の育成前において、1度のみギャップ調整を行った。その他の条件は、実施例1と同様である。
実験結果として、ギャップ寸法の変化を図8のグラフに示し、酸素濃度面内分布を図9のグラフに示す。
図8に示すように、ギャップ寸法の変動は単結晶育成中に最大5mm程度まで拡大した。また、酸素濃度面内分布は、図9に示すように4%を超え、7%付近まで分散したロットの発生が確認された。
比較例2では、単結晶と輻射シールドとの間のギャップ(実施形態でのギャップd2)における不活性ガスの流速を16m/secに設定した。その他の条件は、実施例1と同様である。
実験結果として、酸素濃度面内分布を図10のグラフに示す。図10に示すように酸素濃度面内分布は、2%付近に集中したが、4%を越えるロットの発生が確認された。この結果から、単結晶と輻射シールドとの間のギャップ(実施形態でのギャップd2)における不活性ガスの流速が15m/secであれば、略全てのロットにおいて酸素濃度面内分布を4%以下に抑えられると考察された。
以上の実施例の実験結果から、本発明によれば、1つのルツボを用いて連続して製造される複数の単結晶の酸素濃度を均一とし、所望の特性を有する単結晶を安定して製造することができると確認した。
2 炉体
2a メインチャンバ
2b プルチャンバ
3 ルツボ
3a 石英ガラスルツボ
3b 黒鉛ルツボ
4 ヒータ
5 引上げ機構
6 輻射シールド
8 コンピュータ
8a 記憶装置
8b 演算記憶装置
13 磁場印加用電気コイル
14 液面位置検出装置
15 レーザ光発振器
16 CCDカメラ
17 画像処理装置
C 単結晶
M 原料ポリシリコン、シリコン溶融液
P 種結晶
P1 ネック部
Claims (4)
- リチャージ法により同一石英ルツボを用いてシリコン単結晶を複数本引上げる単結晶の製造方法において、
前記単結晶の引上げ開始から終了までの間、
前記シリコン融液面と該融液面上方に設けられた輻射シールド下端との間に形成される第1のギャップの変動を±1mm以内に制御し、
前記炉体内の上方から下方に向かうガス流を形成すると共に、前記輻射シールドと前記単結晶との間に形成され、前記シリコン融液面に最も近接した第2のギャップを流れるガスの流速が、1m/sec以上15m/sec以下となるよう制御することを特徴とする単結晶の製造方法。 - 前記第1のギャップの変動の制御において、
前記シリコン融液の液面高さを測定し、該測定された液面高さに基づき前記第1のギャップの寸法を算出し、
前記算出された第1のギャップの寸法に基づき前記ルツボの高さ位置を調整することを特徴とする請求項1に記載された単結晶の製造方法。 - 前記第1のギャップの変動の制御において、
前記シリコン融液の液面高さを測定し、該測定された液面高さに基づき前記第1のギャップの寸法を算出し、
前記算出された第1のギャップの寸法に基づき前記輻射シールドの高さ位置を調整することを特徴とする請求項1に記載された単結晶の製造方法。 - 前記第2のギャップを流れるガスの流速の制御は、前記炉体内の圧力と、炉体内の上方から供給するガス流量を調整することにより行うことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載された単結晶の製造方法。
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