JP2013216512A - シリコン種結晶の製造方法、シリコン単結晶の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】シリコン種結晶における破断発生を防止する。
【解決手段】チョクラルスキー法によるシリコン単結晶を製造する際に用いるシリコン種結晶の製造方法であって、
シリコンの単結晶から切り出して柱状のシリコン種結晶とする加工工程S00と、
前記シリコン種結晶の柱状側面において残存する表面のキズおよび表面加工ダメージ層をなくすことで、引き上げるシリコン単結晶の重量を保持可能な強度を維持するためのダメージ層除去工程S10と、
を有する。
【選択図】図4

Description

本発明は、CZ(チョクラルスキー)法でシリコン単結晶を製造する時に使用するシリコン種結晶の製造方法と、その種結晶を用いたシリコン単結晶の製造方法に用いて好適な技術に関する。
チョクラルスキー法によるシリコン単結晶製造では、結晶成長炉内でシリコン種結晶をシリコン融液に浸漬させた後、目標とするサイズに成長させるという引上げ工程で単結晶を製造する。通常、シリコン種結晶をシリコン融液に浸漬する際、浸漬部分を中心として結晶欠陥である転位が発生する。主な転位発生の原因は、融液に浸漬する前後における種結晶とシリコン融液との温度差によって生じる熱応力と考えられている。シリコン単結晶製造時において、転位の発生を防止すること、あるいは転位を除くことが不可欠であり、従来、浸漬時に発生した転位を除く手段として、浸漬後に種結晶径を縮径し結晶径の細い絞り部を形成するダッシュネッキングが行われている。このダッシュネッキングにより、無転位化できる絞り径は4mm程度であり、それよりも太径になると転位を完全に除去することが困難となる。
近年のシリコン単結晶の大径化に伴い大重量化した単結晶を支えるシリコンの強度を考えた場合、絞り径が4mmでは破断する危険性がある。そのため、シリコンの強度上問題となるネッキングによる絞り部を形成することなく単結晶を製造するために、シリコン種結晶の着液面の処理状態を制御してシリコン単結晶育成時の有転位化を防止して、絞り径を大きくするための技術が特許文献1に記載されている。
同様に、種結晶の着液面のエッチング量を規定するとともに、種結晶中のホウ素濃度を規定することで、絞り径を大きくするための技術が、特許文献2、3に記載されている。
特開2002−187795号公報 特開2003−192488号公報 特開平07−265643号公報
しかし、従来技術で問題にしているダッシュネックの縮径部ではなく、着液部分よりも上側位置、すなわちもとの種結晶径を維持している位置で種結晶が破断することがあり、特に、φ300mm以上の大重量結晶を引き上げるようになって、これまでより破断発生の頻度が多くなった。これは破断位置から判断しても、無転位化のための縮径による強度不足とは関係なく、他の原因で発生したものであると考えられる。そのため、絞り部を形成しない場合にも発生するこのような種結晶破断を防止したいという要求があった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、引き上げる単結晶の大重量化に対応してシリコン種結晶の破断発生防止を図るという目的を達成しようとするものである。
チョクラルスキー法によるシリコン単結晶引き上げ用の種結晶は、単結晶で引き上げられたインゴットから切り出されて製造される。
種結晶Tは、図1に示すように、その概略形状が四角柱形状あるいは円柱形状とされ、後述するシードチャック5に取り付けるための取り付け拡径部T1と、シードチャック5に取り付けた状態において、この取り付け拡径部T1から下方に延在する柱状部T2と、この柱状部T2の取り付け拡径部T1と反対側である下側端部に位置する着液部T3とからなる。この着液部T3から引き上げる単結晶を成長させる。なお、図では、単結晶を成長させた状態として、ネック部Nも記載してある。
種結晶T表面は、引き上げ用にシードチャック5に取り付ける前に、付着した汚染物を落とすためにエッチングなどの表面洗浄処理を施している。
もともと、φ300mm以上、φ450mm以上の大口径化対応で引き上げる単結晶が大重量になったときに、ネッキング工程で種結晶径を細くすると重量に耐えられない可能性があり、様々な検討がされ対策がなされてきた。例えば、ダッシュネックで対応できる重量以上の重量に対する結晶に対しては無転位着液法を実施することが考えられる。
これまで荷重に対する強度上問題ない範囲の重量ではあっても破断が発生したことがあった。たとえば、ネック部Nで破壊する場合があり、事後の検査で附着した異物が原因で破断が発生したことが確認された。また、シードチャック5と種結晶Tとの接触部で応力がかかり、取り付け拡径部T1内部に入ったスリップが原因で破壊した例もあった。そして、単結晶引き上げを行う初段階で、種結晶をシリコンメルトに浸けて“なじませる”作業を実施するが、その作業が不十分な場合に、着液部T3に発生したスリップが原因で破断するケースがあった。これら3点については大重量でなくてもおこりうるケースで、予想もある程度できた。ところが、大重量化になってからネック部Nでない柱状部T2で破断するケースが発生した。
そこで、本願発明者らは、破断が発生する位置が着液部T3よりもシードチャック5側、つまり、該当種結晶Tとして、加工・成形した柱状部T2で発生する破断の原因究明と、防止策を対応することとした。
この種結晶のうち、引き上げ終了後の結晶取り出し工程において破断したものを分析したところ、その破断面はシェルパターンの脆性破壊型の破断面で起点は種結晶の断面中心側でなく、断面縁部の柱状側面側にあった。またシード(種結晶)はこの起点から単純に2分割に破壊されたのではなく3分割以上に複雑に破壊したとの知見が得られた。破断起点が柱状部T2表面付近だったことから、シード(種結晶)の母材中の欠陥からの破壊の可能性は低いと考えられる。
また、このシードの母材と同ブロックから切り出された他のシードは複数の結晶成長炉で使用されたが、破断を起こしたものは他になかった。当該種結晶を切り出した母材となる単結晶に原因があれば、同様に切り出した他の種結晶でも破断が発生することが考えられるため、そうではないことからも、シード(種結晶)の母材中の欠陥からの破壊の可能性は低いと考えられる。
上記の破壊パターンから、破断起点が柱状部T2表面付近の一点であることがわかったため、考えられる可能性として、シード(種結晶)表面に附着した融液の液はねか、表面付近に酸化物等の析出物があり、これらが破断起点となった場合を検討した。しかし、融液の液はねは発生した形跡がなく、また、析出酸化物も破断起点には検出されなかった。
次に着液時の熱ショックが原因となって破断が発生した可能性について考察した。しかし、破断の起点は、シード(種結晶)の端面である着液面からスリップが入っている範囲である着液部T3より上側(シードチャック5側)にあり、熱ショックが原因となって破断が発生したとは考えにくい。また、破断起点は柱状部T2のシードチャック5側にあるため、もし、破断起点の付近に熱ショックによるスリップが存在したとしても、その密度はかなり低いと考えられる。このため、熱ショックが原因となって破断が発生するならその起点は着液部T3になり、今回対象とする柱状部T2での破断とは関係ないと判断した。
また、検証のため、破断起点付近の縦切り面をX線で確認した。
その結果、破断となった起点部位付近には転位や析出物等の欠陥はなかった。これに対し、破断起点より上側となるシードチャック5との接触している取り付け拡径部T1には転位が発生していたものの、この転位は柱状部T2の破断部位までは伝搬していなかったため、シードチャック5接触による転位は今回の破断原因には繋がらないと考えられる。
次に、シード表面のキズが原因となって破断が発生した可能性について考察した。
当該シードの加工表面を観察したが、綺麗な(鏡面)状態であり、目視でキズは確認できなかった。したがって、目視できるほどのキズが存在する可能性は低いと考えられる。また、破断起点はシードチャック5で保持するために拡径した取り付け拡径部T1ではなく、シードチャック5との接触によって生じたキズが原因ではない。
しかし、シリコンは脆性材料で、目に見えないキズでも破壊の起点になる可能性はある。したがって、シード(種結晶)製造時に柱状側面に導入される目視できない程度の微細な表面加工キズや研削ダメージが破断発生の原因のひとつとして考えられる。種結晶Tをシードチャック(ホルダー)5に装着する前に、目視ではカケ・割れ等を確認しているが、微細なキズ等が確認できないためにそのまま装着され、破壊の起点になった可能性があると判断した。
したがって、それらが残存することがないようシード(種結晶)を準備することが重要であるとの見解に達した。
このような知見から、シード(種結晶)製造時に柱状側面に導入される加工キズや研削により発生する加工ダメージ層を定量化し、その情報に基づきダメージ層を除去・低減することで、破断発生を回避することを目的として、本願発明を完成した。
本発明のシリコン種結晶の製造方法は、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶を製造する際に用いるシリコン種結晶の製造方法であって、
シリコンの単結晶から切り出して柱状のシリコン種結晶とする加工工程と、
前記シリコン種結晶の柱状側面において残存する表面のキズおよび表面加工ダメージ層をなくすことで引き上げるシリコン単結晶の重量を保持可能な強度を維持するための、表面加工ダメージ層除去工程と、
前記シリコン種結晶側面において、加工表面のキズあるいは表面加工ダメージ層が除去されているかを測定する測定工程と、
を有することにより上記課題を解決した。
本発明において、前記ダメージ層除去工程が、エッチング処理を含むことがより好ましい。
本発明の前記ダメージ層除去工程が、エッチング処理の前に、研削条件の異なる2以上の研削処理を含むことが可能である。
また、本発明において、前記研削処理における異なる研削条件として、研削砥石の粗さが異なる手段か、研削砥石の押圧条件(削り量)が異なる手段を採用することもできる。
また、本発明においては、前記測定工程において、角度研摩処理およびライトエッチング処理を含むことが望ましい。
さらに、前記測定工程において、高エネルギー放射光(白色X線トポグラフ)による測定処理を含むことが可能である。
また、引き上げるシリコン単結晶がφ300mm以上であるか、または、引き上げ時の原料チャージ量が300kg以上とされるシリコン種結晶とされてなることがある。
本発明のシリコン単結晶の製造方法においては、上記のいずれか記載の製造方法によって製造されたシリコン単結晶製造用種結晶を用いてシリコン単結晶を引き上げることが好ましい。
本発明のシリコン種結晶の製造方法は、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶を製造する際に用いるシリコン種結晶の製造方法であって、
シリコンの単結晶から切り出して柱状のシリコン種結晶とする加工工程と、
前記シリコン種結晶の柱状側面において残存する表面のキズおよび表面加工ダメージ層をなくすことで引き上げるシリコン単結晶の重量を保持可能な強度を維持するための、ダメージ層除去工程と、
前記シリコン種結晶側面において、加工表面のキズあるいは表面加工ダメージ層が除去されているかを測定する測定工程と、
を有することにより、加工キズおよび加工ダメージ層を除去して、破断起点となる可能性がある微細なキズを完全に取り除いて、種結晶の破断を防止して、引き上げるシリコン単結晶の重量を保持可能な強度を維持する種結晶を製造することができる。
本発明において、前記ダメージ層除去工程が、エッチング処理を含むことにより、ダメージ層除去工程の最終段階で、あらたな加工ダメージ層を発生させずに種結晶表面に存在する加工キズおよび加工ダメージ層を除去することができる。
本発明の前記ダメージ層除去工程が、エッチング処理の前に、研削条件の異なる2以上の研削処理を含むことにより、加工ダメージ層の除去を短時間で処理することができるとともに、研削処理の最終段階で加工ダメージ層の発生を減少するように研削条件を変化させて、必要な加工ダメージ層を完全に除去するための後工程であるエッチング処理の処理時間の短縮を図ることが可能となる。つまり、シード成形加工における研削条件において砥石番手を変更することにより研削ダメージを低減させ、その分研削後のエッチング量低減を測ることができる。具体的には、エッチング処理前に存在する加工ダメージ層厚さを、50μm以下、好ましくは、10μm以下とすることができる。
また、本発明において、前記研削処理における異なる研削条件として、研削砥石の粗さが異なる手段か、研削砥石の押圧条件(削り量)が異なる手段を採用することにより、研削処理の開始側の研削処理条件としては、研削処理により除去できる厚みを優先して多少加工ダメージ層の発生することを許容する条件とし、研削処理の終了側では、新たな加工ダメージ層の発生を少なくするような条件とすることができる。このため、研削砥石と石の粗さを処理開始から終了側に対して大きくなるよう変化させる手段、あるいは、研削砥石の押圧条件(削り量)処理開始から終了側に対して小さくなるよう変化させる手段が可能である。具体的には、2つの研削条件を設定する際に、砥石の番手を#140で開始し#800で終了するように設定することや、砥石の押圧条件(削り量)を、5mmで開始し0.05mmで終了するように設定することが可能である。
また、本発明においては、前記シリコン種結晶側面において、加工表面のキズあるいは表面加工ダメージ層が除去されているかを測定する測定工程を有することで、シード表層状態の評価をおこなうことができる。
本発明においては、前記測定工程において、角度研摩処理およびライトエッチング処理を含むことが望ましく、ウェーハの評価で行われている角度研摩+ライトエッチングの評価方法をシード表層の評価としておこなう。
ここで、試料の準備は、図2(a)に示すように、測定対象であるシードから軸方向に延在するように柱状部T2の表層部分を切り出して、図2(b)(c)に示すように、切り出した試料片を角度研摩する。このとき、研磨角度は5°44’に設定することができる。その後2HF:2CHCOOH:1HNO:1CrO[400g/l]水溶液によるライトエッチングを2μm程度おこなって、加工ダメージ層の部分を強調させる。この強調された加工ダメージ層の部分を光学顕微鏡で観察し、ダメージが存在する範囲を計測することで加工ダメージ層の深さを評価するものである。
さらに、前記測定工程において、大型放射光施設(SPring−8)などでの高エネルギー放射光(白色X線トポグラフ)による測定処理を含むことが可能であり、これにより、100μmオーダーの大きなひずみの有無を明らかにすることができる。
このときの測定用高エネルギー放射光としては、白色X線による白色X線トポグラフィを用いることが好ましく、特に、白色X線としては、連続的なスペクトルをもつ30keV〜1MeV、40〜100keV程度、50〜60keV程度、あるいは、波長0.001nm〜0.25nm程度のX線とされ、光源からの距離44mの位置で、1mm×1mmのスリットを通して得られる光子数が図1に示すような分布を有するものとされる。図3(a)は、本発明における高エネルギー放射光の一例とされるX線の状態を示すもので、X線のエネルギーに対する光子数の分布を示すものであり、図3(a)は、本発明における高エネルギー放射光の一例とされるX線を示すもので、波長に対する光子数の分布を示すものである。
また、引き上げるシリコン単結晶がφ300mm以上であるか、または、引き上げ時の原料チャージ量が300kg以上とされるシリコン種結晶とされてなることで、この程度の大荷重が印加されても、柱状部T2から破断しない種結晶とすることができる。
さらに、本発明においては測定工程で蓄積された測定データに基づき十分なダメージ除去がなされていると判断される場合は、測定工程を省略し、
シリコンの単結晶から切り出して柱状のシリコン種結晶とする加工工程と、
シリコン種結晶の柱状側面において残存する表面のキズおよび表面加工ダメージ層をなくすことで引き上げるシリコン単結晶の重量を保持可能な強度を維持するための、ダメージ層除去工程と、
を有することにより、加工キズおよび加工ダメージ層を除去して、破断起点となる可能性がある微細なキズを完全に取り除いて、種結晶の破断を防止して、引き上げるシリコン単結晶の重量を保持可能な強度を維持する種結晶を製造することができる。
本発明のシリコン単結晶の製造方法においては、上記のいずれか記載の製造方法によって製造されたシリコン単結晶製造用種結晶を用いてシリコン単結晶を引き上げることで、種結晶の破断による結晶落下の発生を防止することが可能となる。
本発明によれば、シリコン単結晶育成前に、使用するシード(種結晶)表面の加工キズあるいは加工ダメージ層を完全に除去することができ、これにより、大重量結晶においても種結晶における破断発生を防止することができるという効果を奏する。
シリコン単結晶の製造に用いるシリコン種結晶を示す模式正面図である。 本発明に係るシリコン種結晶の製造方法の一実施形態における角度研磨をに際するサンプル(試料片)の切断を示す斜視図(a)、(b)(c)は角度研磨したサンプルを示す模式図である。 本発明に係るシリコン単結晶の製造方法の第1実施形態における高エネルギー放射光照射の特性を示すグラフである。 本発明に係るシリコン種結晶の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。 本発明に係るシリコン単結晶の製造方法の一実施形態における引き上げ炉を示す模式図である。 本発明に係るシリコン種結晶の製造方法の一実施形態に係る角度研磨の結果を示す画像である。 本発明に係るシリコン種結晶の製造方法の一実施形態に係る角度研磨の結果を示す画像である。
以下、本発明に係るシリコン種結晶の製造方法、シリコン単結晶の製造方法の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図4は、本実施形態におけるシリコン種結晶の製造方法を示すフローチャートである。
本実施形態におけるシリコン種結晶の製造方法は、図4に示すように、シリコン単結晶から切り出して種結晶としての概形を形成する種結晶形成加工工程(加工工程)S00と、前記シリコン種結晶の柱状側面において残存する表面のキズおよび表面加工ダメージ層をなくすことで、引き上げるシリコン単結晶の重量を保持可能な強度を維持するためのダメージ層除去工程S10とを有する。
単結晶形成加工工程(加工工程)S00においては、図1に示すように、略円柱または略多角柱とされる柱状部T2と、この柱状部T2よりも拡径された一端でありシードチャック5に装着支持するための取り付け拡径部T1と、柱状部T2の他端で着液部T3を有する形状となるように研削処理等の加工を施される。したがって、加工ダメージ層がこれらの表面にできることになる。
ダメージ層除去工程S10においては、ダメージ層を除去するための研削工程S11と、この研削工程S11で生じたダメージ層を除去するための仕上げ研削処理工程S12と、ダメージ層を少なくとも柱状部T2表面から除去するためのエッチング処理工程S13とを有するものとされる。
研削工程S11と仕上げ研削工程S12とにおいては、ダメージ層の生じる厚さが異なるように、これらの研削条件を異なるように設定される。具体的には、研削工程S11においては、前工程である種結晶形成加工工程S00で生じたダメージ層を除去するために種結晶Tの表面を除去することをメインとする条件として設定され、また、仕上げ研削工程S12においては、研削工程S11で生じたダメージ層を除去するとともに、新たな、ダメージ層をなるべく発生しないことを同時に実現する条件として設定される。
具体的には、研削工程S11と仕上げ研削工程S12とにおける異なる研削条件として、研削砥石の粗さが異なることができ、例えば、砥石の番手が研削工程S11では#140、仕上げ研削工程S12では、これより大きい番手、#400、#800などに設定することができる。
または、研削工程S11と仕上げ研削工程S12とにおける異なる研削条件として、研削砥石の研削砥石の押圧条件(削り量)つまり、削り量が異なることができ、例えば、砥石の押圧条件が研削工程S11では削り量5mm、仕上げ研削工程S12では、これより小さい削り量0.5mmや、削り量0.05mmなどに設定することができる。
また、研削処理工程S11は、研削条件を変化するかどうかに関わらず、複数回おこなうことができる。
エッチング処理工程S13においては、仕上げ研削工程S12で残存している加工ダメージ層を除去して、300kg以上となる可能性がある引き上げたシリコン単結晶を支持する強度を柱状部T2が維持可能なようにするため、柱状部T2表面を少なくとも、仕上げ研削処理工程S12で生じる加工ダメージ層の厚さを上回る厚さを除去するようにエッチング条件を設定される。具体的には、仕上げ研削処理工程S12終了後に残存する加工ダメージ層が10μm程度の場合には、少なくともこの厚さと同程度かそれ以上、具体的には、5割り増しである15μm(±4μm)程度から、50倍である500μm程度まで、柱状bT2表面をエッチングにより除去するように設定される。
さらに、本実施形態におけるシリコン種結晶の製造方法では、柱状部T2における強度が維持されているかどうかを確認するために、図4に示すように、ダメージ層除去工程S10終了後に、ダメージ層が少なくとも柱状部T2表面に残存していないことを確認するための測定工程S20を有することが可能である。
測定工程S20は、加工表面のキズあるいは表面加工ダメージ層が除去されているかを測定するものとされ、図4に示すように、角度研磨用サンプル採取工程S21、角度研摩処理S22、ライトエッチング処理S23、ダメージ層測定工程S24を含むものとされる。
角度研磨用サンプル採取工程S21においては、図2(a)に示すように、柱状部T2の側面を軸と傾向な平面で切断し、元の柱状部T2における径方向外側で、厚さ寸法t2が、最厚部で0.5〜3mmとなるように湾曲面T2bを有する薄片であるサンプルT2aを採取する。
サンプルの元の柱状部T2における軸方向長さt1は、後工程の角度研磨が可能な長さであればよいが、5〜50mm、好ましくは10〜16mm程度とされる。
次いで、角度研磨処理S22においては、図2(b)(c)に示すように、柱状部T2の外周面であった単極面T2bを切断面から軸方向に傾斜した角度を有する平面で研磨して、放物線などの曲線輪郭T2eを有する研磨面T2cを形成する。このとき、研磨角度は、5°程度、例えば、5°44’とすることができる。
次いで、この研磨面Tcの軸方向中心付近で曲面輪郭T2eをも含む領域を測定領域T2dとする。そして、この測定領域を含む部分をライトエッチングして加工ダメージを強調して、その部分の分布状態を観測することで、研削による加工ダメージ層の深さ分布(残存するか否か)を測定する。この際、測定領域T2dにおいて、曲線輪郭T2e側から軸方向どの位置までダメージがあるかで、最大深さ位置(厚さ)を測定できる。
ライトエッチングにおけるエッチング液は、2HF:2CHCOOH:1HNO:1CrO[400g/l]水溶液として、エッチング条件として、処理を2μm程度おこなうことがこのましい。
なお、加工ダメージ層有無確認として、高エネルギー放射光による測定処理である、X線トポグラフ測定工程S25をおこなうこともできる。
この際、高エネルギー放射光として図3に示すエネルギー分布を有する白色X線を照射し、例えば、所定の性能を有するCCDからなる検出手段によって回折X線を測定する。
特に、白色X線としては、連続的なスペクトルをもつ30keV〜1MeV、40〜100keV程度、50〜60keV程度、あるいは、波長0.001nm〜0.25nm程度のX線とされ、光源からの距離44mの位置で、1mm×1mmのスリットを通して得られる光子数が図3に示すような分布を有するものとされる。図3(a)は、本実施形態における高エネルギー放射光の一例とされるX線の状態を示すもので、X線のエネルギーに対する光子数の分布を示すものであり、図3(a)は、本実施形態における高エネルギー放射光の一例とされるX線を示すもので、波長に対する光子数の分布を示すものである。
またビーム径は被測定物であるネック径の0.01〜1倍とすることが好ましい。
X線トポグラフィはX線回折顕微法とも呼ばれており、非破壊で欠陥の空間分布を観察する方法であり、単結晶に連続X線を入射すると、観測される回折斑点と呼ばれる複数の回折像を解析することになる。
ここで、回折像を観察するために用いる2次元検出器には、蛍光板、X線フィルム、原子核乾板、輝尽性蛍光体(BaFBr:Eu2+)の光輝尽発光現象を利用したイメージングプレート、X線に感度のあるPbO膜やアモルファスSe−As膜を光導電面とした撮像管を用いたX線テレビ、電荷結合素子CCDを用いたCCD型X線検出器などとすることもできる。本実施形態のX線検出器としては、空間分解能やダイナミックレンジとして、次のような特性を考慮することが好ましい。
検出量子効率
ダイナミックレンジ
強度の直線性領域
不感時間と数え落とし
受光面積と位置分解能
感度の不均一性
位置の非直線性(または像ひずみ)
エネルギー分解能
時間分解能
実時間測定の能力
動作の安定性
X線トポグラフ測定工程S25における、放射光(Spring-8)の照射で100μm オーダーの大きなひずみが見られなければ、加工ダメージ層がないと判断することができる。
本実施形態におけるシリコン種結晶の製造方法は、図4に示すように、測定工程S20で測定した結果から、ダメージ層が除去されて必要な強度を有しているかどうかを判断するダメージ層除去判断工程S30によって、ダメージ層が除去されていると判断した場合には、該当のシリコン種結晶Tを用いてシリコン単結晶の引き上げをおこなう引き上げ工程S40となる。また、ダメージ層除去判断工程S30によって、ダメージ層が除去されていないと判断した場合には、ダメージ層除去工程S10に戻る。特に、残存ダメージ層が研削を必要なほど厚い場合には、研削処理工程S11に戻り、残存ダメージ層が多少の研削を必要な程度に厚い場合には、仕上げ研削処理工程S12に戻り、残存ダメージ層が研削を必要でない場合には、エッチング処理工程S13に戻る。
これにより、加工ダメージ層を有さず必要な荷重強度の柱状部T2を有するシリコン種結晶Tを製造することができる。
なお、取り付け拡径部T1および、着液部T3の表面処理は、その仕様に応じて、適宜おこなうことができる。本実施形態で説明した荷重強度を持たせるための加工ダメージ層除去を目的としたダメージ層除去工程S10をこれらの表面に施すこともできる。
なお、ダメージ層除去判断工程S30によって、特定の製造条件を採用することによりダメージ層除去工程S10における好ましい条件が設定された後は、測定工程S20,ダメージ層除去判断工程S30をおこなわずに引き上げ工程S40で単結晶引き上げをおこなうことも可能である。
以下、本発明に係るシリコン単結晶の製造方法の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図5は、本実施形態におけるシリコン単結晶の製造装置を示す模式正面図であり、図において、符号1は、石英ルツボである。
図5に示すCZ炉は、チャンバー内の中心部に配置されたルツボ1と、ルツボ1の外側に配置されたヒータ2と、ヒータ2の外側に配置された磁場供給装置9とを備えている。ルツボ1は、内側にシリコン融液3を収容する石英ルツボ1aを外側の黒鉛ルツボ1bで保持する二重構造であり、ペディスタルと呼ばれる支持軸1cにより回転および昇降駆動される。
ルツボ1の上方には、円筒形状の熱遮蔽体7が設けられている。熱遮蔽体7は、黒鉛で外殻を作り、内部に黒鉛フェルトを充填した構造である。熱遮蔽体7の内面は、上端部から下端部にかけて内径が漸減するテーパー面になっている。熱遮蔽体7の上部外面は内面に対応するテーパー面であり、下部外面は、熱遮蔽体7の厚みを下方に向かって漸増させるようにほぼストレート面に形成されている。
そして、シードチャック5に取り付けた種結晶Tをシリコン融液3に浸漬し、ルツボ1および引き上げ軸4を回転させつつ種結晶Tを引き上げることにより、シリコン単結晶6を形成できるようになっている。
熱遮蔽体7は、ヒータ2およびシリコン融液3面からシリコン単結晶6の側面部への輻射熱を遮断するものであり、育成中のシリコン単結晶6の側面を包囲するとともに、シリコン融液3面を包囲するものである。熱遮蔽体7の仕様例を挙げると次のとおりである。
半径方向の幅Wは例えば50mm、逆円錐台面である内面の垂直方向に対する傾きθは例えば21°、熱遮蔽体7の下端の融液面からの高さH1は10〜250mm、例えば50mm、100mmとすることができ、また、後述する各工程においてその高さ寸法H1をそれぞれ設定することができる。
また、磁場供給装置9から供給される磁場は、水平磁場やカスプ磁場など採用することができ、例えば水平磁場の強度としては、2000〜5000G(0.2T〜0.5T)、3000〜4000G(0.3T〜0.4T)、より好ましくは3000〜3500G(0.30T〜0.35T)とされ、磁場中心高さが融液液面に対して−150〜+100mm、より好ましくは−75〜+50mmの範囲内になるように設定でき、また、磁場印加をおこなわないことも可能である。
次に、図5に示すCZ炉を用いたシリコン単結晶の製造方法を説明する。
本実施形態の製造方法は、図4に示すように、単結晶形成加工工程(加工工程)S00、ダメージ層除去工程S10、測定工程S20、ダメージ層除去判断工程S30を経たシリコン種結晶Tを用いて、シリコン単化粧引き上げをおこなう引き上げ工程S40を有する。
図4に示す引き上げ工程S40においては、ルツボ1内に高純度シリコンの多結晶を例えば100〜400Kg装入し、同時に、シリコン結晶中の濃度が所定の濃度となるようにp型あるいはn型とされる抵抗率を設定するためのドーパントさらに、抵抗率あるいはゲッタリング能などを設定あるいは調整する炭素、窒素などのドーパント濃度を調整する。または、ドーパントを添加しないことができる。
次に、シードチャック5に種結晶Tを取り付ける。
次に、CZ炉内を不活性ガス雰囲気とし、雰囲気圧力を1.3〜13.3kPa(10〜100torr)となるように調整する。なお、水素ガス含有雰囲気などの手法も採用することもできる。
次いで、磁場供給装置9から例えば3000G(0.3T)の水平磁場を磁場中心高さが融液液面に対して−75〜+50mmとなるように印加するとともに、ヒータ2によりシリコンの多結晶を加熱してシリコン融液3とする。
シードチャック5に取り付けた種結晶Tを回転させながら降下させて、その先端部をシリコン融液3に浸漬する。種結晶Tの先端部を浸漬して馴染ませた後、種結晶Tの下降を停止して、ルツボ1および引き上げ軸4を回転させつつ結晶引き上げを開始する。この際、種結晶Tとシリコン融液3との温度状態が所定の範囲となるようにそれぞれの温度を設定する。具体的には、種結晶Tの先端部の周囲に所定形状のメニスカスが形成されるように、ヒーターパワーを調整して融液表面温度を調整することになる。
このように種結晶Tをシリコン融液3と馴染ませるディップ工程においては、種結晶Tの温度設定となる種結晶Tをシリコン融液3に浸して保持する保持時間、シリコン融液3と熱遮蔽体7との距離である高さH1の設定、引き上げ時のシード回転数、ルツボ回転数、などを設定することができる。
磁場印加するMCZ法を適用する場合には、シリコン融液3に印加する横磁場を2000〜4000Gの範囲とすることが望ましい。
ダッシュネックあるいは他の転位除去をおこなった後、拡径工程として、引き上げ速度、種結晶・ルツボ回転数、ヒーターパワーを制御して、ネック部Nに比べて径寸法を増大させる拡径をおこない、ショルダー部(拡径部)を形成して引き上げる。
次いで、直胴工程として、製品となるシリコンウェーハ等によって規定される例えばφ300mmあるいはφ450mm等の所定寸法を維持して、予定の結晶長となるまで直胴部6bを引き上げる。直胴工程に続いて、テール工程として縮径し、引き上げたシリコン単結晶6をシリコン融液3から切り離す。
本実施形態においては、シリコン種結晶Tの柱状部T2表面におけるダメージ層を除去したことで、柱状部T2の強度を維持して、柱状部T2における破断発生を防止して、安全な引き上げをおこなうことが可能となる。
以下、本発明の実施例について説明する。
実施形態において説明した種結晶形成加工工程(加工工程)S00、ダメージ層除去工程S10を経た種結晶において、ダメージ層の測定をおこなった。
なお、研削工程S11、仕上げ研削工程S12として、研削砥石番手は#140、押圧条件(削り量)は仕上げ研削工程S12で0.05mmとした。
角度研磨用サンプル採取工程S21においては、10〜16mm程度の長さで、最大厚1mm程度のサンプルT2aを採取し、これに、5°44′の角度研磨を施した。測定領域T2dとして、2μmのライトエッチング処理後の曲線輪郭T2eの頂点付近の画像を図6に示す。
図においては、R,C,Lとして、3タイプのサンプルを採取し、これを、二回研磨したものを水準(1)(2)としてその結果を画像、および、ダメージ深さの数値として示す。
なお、角度研磨から、画像中に破線で示すように、測定領域T2dでの頂点位置からの長さをダメージ深さとして観測し、これを、角度研磨の角度から図中にスケールとして示すように換算して、ダメージ層厚さ(深さ)の数値を算出した。なお、画像中、破線は、頂点位置とダメージ深さ位置とを示す。また、図の縦軸は角度研磨の深さを示す。
研削条件#140仕上げによる種結晶の測定で、ダメージ深さは平均約30μmという結果が得られた。今回測定したのは1水準のシードのみだったため比較はできなかったものの、この手法でダメージ深さを定量的に測定する見込みが得られた。
次に、研削砥石番手は#140で開始し、最終の仕上げ研削工程では#800とするとともに、押圧条件(削り量)は仕上げ研削工程S12で0.05mmとした。
図7に角度研摩+ライトエッチングによるダメージ深さの観察および計測結果を示す。
この結果から、押圧条件(削り量)が同じでも、研削砥石番手を仕上げ研削工程で#800とするとダメージ深さは平均10μm未満とすることができることがわかる。
次に、研削砥石番手は#140で変化させず、押圧条件(削り量)を最終の仕上げ研削工程で0.5mmとした。
この種結晶をエッチング処理で表層を50μm除去した後、表面を観察したところ凹凸が見られた。
この結果から、ダメージ深さは50μmより大きいと推定され、仕上げ研削量を0.05mmとしたときより深いダメージになっていることがわかった。
T…シリコン種結晶
T1…取り付け拡径部
T2…柱状部
T3…着液部

Claims (10)

  1. チョクラルスキー法によるシリコン単結晶を製造する際に用いるシリコン種結晶の製造方法であって、
    シリコンの単結晶から切り出して柱状のシリコン種結晶とする加工工程と、
    前記シリコン種結晶の柱状側面において残存する表面のキズおよび表面加工ダメージ層をなくすことで引き上げるシリコン単結晶の重量を保持可能な強度を維持するための、表面加工ダメージ層除去工程と、
    前記シリコン種結晶側面において、加工表面のキズあるいは表面加工ダメージ層が除去されているかを測定する測定工程と、
    を有することを特徴とするシリコン種結晶の製造方法。
  2. 前記ダメージ層除去工程が、エッチング処理を含むことを特徴とする請求項1記載のシリコン種結晶の製造方法。
  3. 前記ダメージ層除去工程が、エッチング処理の前に、研削条件の異なる2以上の研削処理を含むことを特徴とする請求項2記載のシリコン種結晶の製造方法。
  4. 前記研削処理における異なる研削条件として、研削砥石の粗さが異なることを特徴とする請求項3記載のシリコン種結晶の製造方法。
  5. 前記研削処理における異なる研削条件として、研削砥石の押圧条件が異なることを特徴とする請求項3記載のシリコン種結晶の製造方法。
  6. 前記測定工程において、角度研摩処理およびライトエッチング処理を含むことを特徴とする請求項1記載のシリコン種結晶の製造方法。
  7. 前記測定工程において、高エネルギー放射光による測定処理を含むことを特徴とする請求項1記載のシリコン種結晶の製造方法。
  8. 引き上げるシリコン単結晶がφ300mm以上であるか、または、引き上げ時の原料チャージ量が300kg以上とされるシリコン種結晶とされてなることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のシリコン種結晶の製造方法。
  9. チョクラルスキー法によるシリコン単結晶を製造する際に用いるシリコン種結晶の製造方法であって、
    シリコンの単結晶から切り出して柱状のシリコン種結晶とする加工工程と、
    前記シリコン種結晶の柱状側面において残存する表面のキズおよび表面加工ダメージ層をなくすことで引き上げるシリコン単結晶の重量を保持可能な強度を維持するための、表面加工ダメージ層除去工程と、
    を有することを特徴とするシリコン種結晶の製造方法。
  10. 請求項1から9のいずれか1項に記載の製造方法によって製造されたシリコン単結晶製造用種結晶を用いてシリコン単結晶を引き上げることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59211234A (ja) * 1983-05-17 1984-11-30 Nec Corp ポリシリコン成長膜の膜質評価方法
JPH10324594A (ja) * 1997-05-21 1998-12-08 Shin Etsu Handotai Co Ltd シリコン種結晶およびその製造方法、並びにこれらの種結晶を用いてシリコン単結晶を製造する方法
JPH1143393A (ja) * 1997-07-23 1999-02-16 Nippon Steel Corp シリコン単結晶ウエハーおよびその製造方法
JPH11345790A (ja) * 1998-06-02 1999-12-14 Mitsui Chem Inc 半導体ウエハ表面保護用粘着テープおよびその使用方法
JP2000173961A (ja) * 1998-12-01 2000-06-23 Sharp Corp 半導体装置の製造方法および製造装置
JP2003192488A (ja) * 2001-12-20 2003-07-09 Wacker Nsce Corp シリコン単結晶製造用種結晶及びシリコン単結晶の製造方法
JP2004203644A (ja) * 2002-12-24 2004-07-22 Siltronic Japan Corp シリコン単結晶製造用種結晶及びシリコン単結晶の製造方法
JP2010248013A (ja) * 2009-04-13 2010-11-04 Sumco Corp シリコン単結晶の製造方法
WO2010146853A1 (ja) * 2009-06-18 2010-12-23 株式会社Sumco シリコン単結晶およびその製造方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59211234A (ja) * 1983-05-17 1984-11-30 Nec Corp ポリシリコン成長膜の膜質評価方法
JPH10324594A (ja) * 1997-05-21 1998-12-08 Shin Etsu Handotai Co Ltd シリコン種結晶およびその製造方法、並びにこれらの種結晶を用いてシリコン単結晶を製造する方法
JPH1143393A (ja) * 1997-07-23 1999-02-16 Nippon Steel Corp シリコン単結晶ウエハーおよびその製造方法
JPH11345790A (ja) * 1998-06-02 1999-12-14 Mitsui Chem Inc 半導体ウエハ表面保護用粘着テープおよびその使用方法
JP2000173961A (ja) * 1998-12-01 2000-06-23 Sharp Corp 半導体装置の製造方法および製造装置
JP2003192488A (ja) * 2001-12-20 2003-07-09 Wacker Nsce Corp シリコン単結晶製造用種結晶及びシリコン単結晶の製造方法
JP2004203644A (ja) * 2002-12-24 2004-07-22 Siltronic Japan Corp シリコン単結晶製造用種結晶及びシリコン単結晶の製造方法
JP2010248013A (ja) * 2009-04-13 2010-11-04 Sumco Corp シリコン単結晶の製造方法
WO2010146853A1 (ja) * 2009-06-18 2010-12-23 株式会社Sumco シリコン単結晶およびその製造方法

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