JP2018043890A - シリコン単結晶の製造方法及びこれに用いる黒鉛シート並びに石英ルツボ支持容器 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコン単結晶中の酸素濃度のバッチ間のばらつきを小さくする。【解決手段】支持ルツボ１２内に黒鉛シート２１を介して石英ルツボ１１を収容すると共に、石英ルツボ１１内のシリコン融液２からシリコン単結晶３を引き上げるチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、黒鉛シート２１は、石英ルツボ１１の直胴部１１ａと接する第１の領域Ｓ１と、石英ルツボ１１の底部１１ｂと接する第２の領域Ｓ２とを有し、第２の領域Ｓ２の熱伝導率は第１の領域Ｓ１の熱伝導率よりも低い。【選択図】図２

Description

本発明は、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という）によるシリコン単結晶の製造方法に関し、特に、シリコン融液を保持する石英ルツボとこの石英ルツボを収容する黒鉛ルツボとの間に設けられて両者の保護するための黒鉛シートを用いたシリコン単結晶の製造方法の改良に関する。また本発明は、そのようなシリコン単結晶の製造方法に用いる黒鉛シート並びに石英ルツボ支持容器に関する。

半導体デバイスの基板材料となるシリコン単結晶の多くはＣＺ法により製造されている。ＣＺ法では石英ルツボ内に収容されたシリコン融液に種結晶を浸漬し、種結晶及び石英ルツボを回転させながら種結晶を徐々に上昇させることにより、種結晶の下端に単結晶を成長させる。ＣＺ法によれば大きな直径のシリコン単結晶インゴットを高い歩留りで製造することが可能である。

ＣＺ法においてシリコン融液を支持するために使用されるルツボは、内側を石英ルツボとし、外側を支持ルツボとする二重構造であり、石英ルツボは支持ルツボに収容された状態で単結晶引き上げ装置内に設置されて使用される。例えば、特許文献１には、炭素繊維強化炭素複合素材（カーボンコンポジット）製の支持ルツボが記載されている。

石英ルツボはガラス製であり割れや欠けが生じやすいので、支持ルツボに収容する際の取扱いには十分な注意が必要である。また石英ルツボから発生するＳｉＯガス等がカーボン製の支持ルツボと反応して支持ルツボのＳｉＣ化や減肉等が発生するという問題もある。

このような問題に対処するため、石英ルツボと支持ルツボとの間に両者を保護するための部材として黒鉛シートを介在させることが行われている（例えば、特許文献１参照）。カーボンコンポジット製の成型体である支持ルツボは高価であるためその消耗をできるだけ抑えることが好ましいが、黒鉛シートを介在させた場合には石英ルツボとの反応による支持ルツボの消耗を抑えてその寿命を延ばすことができる。また、支持ルツボに石英ルツボを設置する際に石英ルツボに対する衝撃を緩衝することができ、また支持ルツボから石英ルツボを取り出しやすくすることもできる。

特開２０１３−２４５１５５号公報 特開２００９−２１５１６２号公報

黒鉛シートを採用した従来のシリコン単結晶の製造方法では、均一な厚さを有する１枚の黒鉛シートをカーボンコンポジット製の支持ルツボの内面全体に敷設した後に石英ルツボを収容し、石英ルツボと支持ルツボとの組み合わせからなる二重構造のルツボ（二重ルツボ）を用いてシリコン単結晶の引き上げ工程を行っていた。

しかしながら、従来のシリコン単結晶の製造方法では、結晶引き上げ条件を変えていないにもかかわらず、シリコン単結晶中の酸素濃度がバッチ間で大きくばらつくという問題がある。特に、結晶引き上げ工程の前半側においてその傾向が大きく、また何回も使用して消耗した支持ルツボを新品に交換したときの交換前後のバッチ間で酸素濃度のばらつきが大きくなる傾向が見られる。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、シリコン単結晶中の酸素濃度のバッチ間のばらつきを小さくすることが可能なシリコン単結晶の製造方法及びこれに用いる黒鉛シート並びに石英ルツボ支持容器を提供することにある。

本願発明者らは、シリコン単結晶中の酸素濃度のバッチ間のばらつきが大きくなる原因について鋭意研究を重ねた結果、結晶引き上げ工程中の石英ルツボの底部の温度を低くすることで酸素濃度の安定化が図れることを見出した。

本発明はこのような技術的知見に基づくものであり、本発明によるシリコン単結晶の製造方法は、支持ルツボ内に黒鉛シートを介して石英ルツボを収容すると共に、前記石英ルツボ内のシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げるチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、前記黒鉛シートは、前記石英ルツボの直胴部と接する第１の領域と、前記石英ルツボの底部と接する第２の領域とを有し、前記第２の領域の熱伝導率は前記第１の領域の熱伝導率よりも低いことを特徴とする。

また、本発明による黒鉛シートは、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造においてシリコン融液を支持する石英ルツボと前記石英ルツボを収容する支持ルツボとの間に設けられるものであって、前記石英ルツボの直胴部と接する第１の領域の熱伝導率が前記石英ルツボの底部と接する第２の領域の熱伝導率よりも低いことを特徴とする。

さらに、本発明による石英ルツボ支持容器は、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造に用いられ、シリコン融液を支持する石英ルツボを収容する支持ルツボと、前記石英ルツボと前記支持ルツボとの間に設けられる黒鉛シートとを備え、前記黒鉛シートは、前記石英ルツボの直胴部と接する第１の領域と、前記石英ルツボの底部と接する第２の領域とを有し、前記第２の領域の熱伝導率は前記第１の領域の熱伝導率よりも低いことを特徴とする。

本発明によれば、黒鉛シートを用いて石英ルツボ及び支持ルツボを相互に保護することができる。特に、石英ルツボの外面のほぼ全面が黒鉛シートを介して支持ルツボの内面に接するので、黒鉛シートによって石英ルツボ全体を確実に保護することができる。また長時間の使用により消耗して支持ルツボの形状（肉厚）が変化したとしても、支持ルツボをすぐに交換することなく、黒鉛シートを介して石英ルツボ及び支持ルツボとの密着性を高めることができる。さらに、石英ルツボの直胴部と接する第２の領域の熱伝導率が石英ルツボの底部と接する第１の領域の熱伝導率よりも低いので、石英ルツボの底部の高温化を抑えることができ、これによりシリコン単結晶中の酸素濃度のバッチ間のばらつきを小さくすることができる。石英ルツボの底部の高温化を抑制することでシリコン単結晶中の酸素濃度のバッチ間のばらつきが低減される理由は明らかではないが、石英ルツボの底部が高温化するとシリコン融液の自然対流が活発化して外乱の影響を受けやすく、底部の高温化を抑制した場合にはそのような外乱の影響を抑えることができるからではないかと考えられる。

本発明において、前記黒鉛シートの前記第２の領域の厚さは、前記黒鉛シートの前記第１の領域の厚さよりも厚いことが好ましい。これによれば、黒鉛シートの第１及び第２の領域の熱伝導率を容易に異ならせることができる。

本発明において、前記黒鉛シートは、第１及び第２のシート部材を含み、前記第１のシート部材は、前記石英ルツボの直胴部を覆っており、前記第２のシート部材は、前記石英ルツボの底部を覆っていることが好ましい。このように、黒鉛シートを複数枚のシート部材で構成することで第１及び第２の領域の熱伝導率を容易に異ならせることができる。

本発明において、前記第１及び第２のシート部材は、所定の厚さを有するベースシートを１枚又は２枚以上重ねてなるものであり、前記第２のシート部材を構成する前記ベースシートの枚数は、前記第１のシート部材を構成する前記ベースシートの枚数よりも多いことが好ましい。これによれば、市販の均一な厚さの黒鉛シートを加工して第１及び第２のシート部材を簡単に作製することができる。

本発明において、前記黒鉛シートは、第１及び第２のシート部材を含み、前記第１のシート部材は、前記石英ルツボの直胴部と底部の両方と接しており、前記第２のシート部材は、前記第１のシート部材を介して前記石英ルツボの底部と接していることもまた好ましい。このように、第２のシート部材が石英ルツボと直接接しない構成であっても、黒鉛シートの第１及び第２の領域の熱伝導率を容易に異ならせることができる。

本発明によれば、シリコン単結晶中の酸素濃度のバッチ間のばらつきを小さくすることが可能なシリコン単結晶の製造方法及びこれに用いる黒鉛シート並びに石英ルツボ支持容器を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態によるシリコン単結晶の製造方法を説明するための図であって、単結晶製造装置の構成を示す略側面断面図である。 図２は、石英ルツボ１１、支持ルツボ１２及び黒鉛シート２１の組み合わせを分解して示す略側面断面図である。 図３（ａ）及び（ｂ）は、黒鉛シート２１の構成の一例を示す略断面図である。 図４（ａ）及び（ｂ）は、黒鉛シート２１の構成の他の例を示す略断面図である。 図５（ａ）及び（ｂ）は、黒鉛シート２１の構成のさらに他の例を示す略断面図である。 図６は、黒鉛シートのサンプル１〜４の伝熱解析結果を示す棒グラフである。 図７は、黒鉛シートのサンプル１〜３を使用した場合におけるシリコン単結晶中の酸素濃度Ｏｉの標準偏差を示す棒グラフである。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態によるシリコン単結晶の製造方法を説明するための図であって、単結晶製造装置の構成を示す略側面断面図である。

図１に示すように、単結晶製造装置１は、水冷式のチャンバー１０と、チャンバー１０内においてシリコン融液２を保持する石英ルツボ１１と、石英ルツボ１１を支持する支持ルツボ１２と、支持ルツボ１２を支持する回転シャフト１３と、回転シャフト１３を回転及び昇降駆動するシャフト駆動機構１４と、支持ルツボ１２の周囲に配置されたヒータ１５と、ヒータ１５の外側であってチャンバー１０の内面に沿って配置された断熱材１６と、シリコン融液２の上方に配置された熱遮蔽体１７と、石英ルツボ１１の上方であって回転シャフト１３と同軸上に配置された結晶引き上げワイヤー１８と、チャンバー１０の上方に配置されたワイヤー巻き取り機構１９とを備えている。

チャンバー１０は、メインチャンバー１０ａと、メインチャンバー１０ａの上部開口に連結された細長い円筒状のプルチャンバー１０ｂとで構成されており、石英ルツボ１１、支持ルツボ１２、ヒータ１５及び熱遮蔽体１７はメインチャンバー１０ａ内に設けられている。プルチャンバー１０ｂにはチャンバー１０内にアルゴンガス等の不活性ガス（パージガス）やドーパントガスを導入するためのガス導入口１０ｃが設けられており、メインチャンバー１０ａの下部にはチャンバー１０内の雰囲気ガスを排気するためのガス排気口１０ｄが設けられている。また、メインチャンバー１０ａの上部には覗き窓１０ｅが設けられており、シリコン単結晶３の育成状況を覗き窓１０ｅから観察可能である。

石英ルツボ１１は、有底円筒状の石英ガラス製の容器である。支持ルツボ１２は、有底円筒状のカーボンコンポジット製の容器であり、加熱によって軟化した石英ルツボ１１の形状が維持されるように石英ルツボ１１の外表面に密着して石英ルツボ１１を支持する。石英ルツボ１１及び支持ルツボ１２はチャンバー１０内においてシリコン融液を支持する二重構造のルツボ２０を構成している。

石英ルツボ１１と支持ルツボ１２との間には黒鉛シート２１が設けられている。黒鉛シート２１は、石英ルツボ１１の割れや欠けを防止すると共に支持ルツボ１２の内面との密着性を高めるための緩衝材として機能する。また、黒鉛シート２１は、支持ルツボ１２の消耗を抑える保護シートとしても機能する。石英ルツボ１１が支持ルツボ１２の内面に直接接触していると、支持ルツボ１２が石英ルツボ１１と反応して徐々に減肉していき、支持ルツボ１２の寿命が短くなるが、両者の間に黒鉛シート２１を介在させている場合には支持ルツボ１２の代わりに黒鉛シート２１が石英ルツボ１１と反応するので、支持ルツボ１２の消耗を抑えてその寿命を延ばすことができる。

このように、本実施形態においては黒鉛シート２１もルツボ２０の構成要素の一つである。また、黒鉛シート２１は支持ルツボ１２と共に石英ルツボ１１を支持する石英ルツボ支持容器２３を構成するものである。支持ルツボ１２が繰り返し使用されるのに対し、黒鉛シート２１は毎バッチごとに交換され、石英ルツボ１１と同様に新品が使用される。たとえ石英ルツボ１１との間に黒鉛シート２１を介在させたとしても、支持ルツボ１２は長時間の使用により消耗してその内面形状は徐々に変化するが、適切な厚さの黒鉛シート２１を介して石英ルツボ１１を収容することにより、石英ルツボ１１と支持ルツボ１２との黒鉛シート２１を介した密着性を高めることができる。

支持ルツボ１２は回転シャフト１３の上端部に固定されており、回転シャフト１３の下端部はチャンバー１０の底部を貫通してチャンバー１０の外側に設けられたシャフト駆動機構１４に接続されている。支持ルツボ１２、回転シャフト１３及びシャフト駆動機構１４は石英ルツボ１１の回転機構及び昇降機構を構成している。

ヒータ１５は、石英ルツボ１１内に充填されたシリコン原料を融解してシリコン融液２を生成すると共に、シリコン融液２を加熱してその溶融状態を維持するために用いられる。ヒータ１５は単一の部材で構成されていてもよく、独立に出力制御が可能な複数の部材の組み合わせであってもよい。ヒータ１５は例えば抵抗加熱式ヒータであり、支持ルツボ１２内の石英ルツボ１１を取り囲むように設けられている。さらにヒータ１５の外側には断熱材１６がヒータ１５を取り囲むように設けられており、これによりチャンバー１０内の保温性が高められている。

熱遮蔽体１７は、シリコン融液２の温度変動を抑制して結晶成長界面近傍に適切なホットゾーンを形成するとともに、ヒータ１５及び石英ルツボ１１からの輻射熱によるシリコン単結晶３の加熱を防止するために設けられている。熱遮蔽体１７は略円筒状の黒鉛製の部材であり、シリコン単結晶３の引き上げ経路を除いたシリコン融液２の上方の領域を覆うように設けられている。

熱遮蔽体１７の下端部の開口１７ａの直径はシリコン単結晶３の直径よりも大きく、これによりシリコン単結晶３の引き上げ経路が確保されている。また熱遮蔽体１７の下端部の外径は石英ルツボ１１の口径よりも小さく、熱遮蔽体１７の下端部は石英ルツボ１１の内側に位置するので、石英ルツボ１１のリム上端を熱遮蔽体１７の下端よりも上方まで上昇させても熱遮蔽体１７が石英ルツボ１１と干渉することはない。

図２は、石英ルツボ１１、支持ルツボ１２及び黒鉛シート２１の組み合わせからなるルツボ２０を分解して示す略側面断面図である。

図２に示すように、シリコン融液２を支持するルツボ２０は、石英ルツボ１１と、石英ルツボ１１が収容される支持ルツボ１２と、石英ルツボ１１と支持ルツボ１２との間に設けられた黒鉛シート２１とで構成されている。

石英ルツボ１１は、シリコン融液２を支持するための石英ガラス製の容器であって、略円筒状の直胴部１１ａと、緩やかな湾曲形状を有する底部１１ｂと、直胴部１１ａと底部１１ｂとをつなぐコーナー部１１ｃとを有している。

支持ルツボ１２は、石英ルツボ１１を支持するためのカーボンコンポジット製の容器であって、石英ルツボ１１の直胴部１１ａを支持する直胴部１２ａと、石英ルツボ１１の底部１１ｂを支持する底部１２ｂと、石英ルツボ１１のコーナー部１１ｃを支持するコーナー部１２ｃとを有している。支持ルツボ１２の内面は石英ルツボ１１の外面とほぼ同一の立体形状を有している。支持ルツボ１２のコーナー部１１ｃは消耗が激しい部位であるため、他の部位よりも肉厚であることが好ましい。支持ルツボ１２の底部１２ｂは直胴部１２ａと同じ肉厚であってもよく、直胴部１２ａより厚くてもよい。

本実施形態において、支持ルツボ１２の底部には円形の開口１２ｈが設けられており、この開口１２ｈが回転シャフト１３の台座１３ｂの凸部１３ａと組み合わされることにより、支持ルツボ１２を台座１３ｂ上の定位置に容易に設置することができ、回転シャフト１３の中心軸に対する正確な位置決めが可能となる。台座１３ｂは黒鉛性であり、カーボンコンポジットに比べて密度が高く、熱伝導率も高いことから、台座１３ｂの凸部１３ａを通じて石英ルツボ１１の底部１１ｂが特に高温化しやすい。しかし、本実施形態においては、支持ルツボ１２の底部１２ｂに敷かれる黒鉛シート２１の厚さを直胴部１２ａに敷かれる黒鉛シート２１の厚さよりも厚くしているので、石英ルツボ１１の底部１１ｂの高温化を抑えることができる。

本実施形態において、黒鉛シート２１は膨張黒鉛シートであり、支持ルツボ１２の直胴部１２ａの内面に敷設されて石英ルツボ１１の直胴部１１ａの外面を覆う第１のシート部材２１ａと、支持ルツボ１２の底部１２ｂからコーナー部１２ｃまでの内面に敷設されて石英ルツボ１１の底部１１ｂからコーナー部１１ｃまでの外面を覆う第２のシート部材２１ｂとの組み合わせからなる。すなわち、石英ルツボ１１の直胴部１１ａと接する黒鉛シート２１の第１の領域Ｓ１は第１のシート部材２１ａからなり、石英ルツボ１１の底部１１ｂと接する黒鉛シート２１の第２の領域Ｓ２は第２のシート部材２１ｂからなる。

第１のシート部材２１ａは、支持ルツボ１２の直胴部１２ａの高さとほぼ同じ幅を有する１枚の帯状のシートを直胴部１２ａの内周面に沿って敷設したものである。第２のシート部材２１ｂは、支持ルツボ１２の底部１２ｂに仕込んだときに底部１２ｂ及びコーナー部１２ｃの湾曲形状とほぼ同一の立体形状となるように複数の切り込みが設けられたものである。したがって、第２のシート部材２１ｂに皺を発生させることなく支持ルツボ１２の底部１２ｂ及びコーナー部１２ｃのほぼ全面を覆うことができる。

本実施形態において、第２のシート部材２１ｂの厚さＴ２は第１のシート部材２１ａの厚さＴ１よりも厚く、これにより第２のシート部材２１ｂの断熱性は第１のシート部材２１ａの断熱性よりも高くなっている。したがって、石英ルツボ１１の底部１１ｂの高温化を抑えることができる。

図３（ａ）及び（ｂ）は、黒鉛シート２１の構成の一例を示す略断面図である。

図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、黒鉛シート２１を構成する第１及び第２のシート部材２１ａ，２１ｂは共に１枚のベースシートを用いて構成されており、第２のシート部材２１ｂを構成するベースシート２２ｂ（第２のベースシート）の厚さＴ２は、第１のシート部材２１ａを構成するベースシート２２ａ（第１のベースシート）の厚さＴ１よりも厚い。

図４（ａ）及び（ｂ）は、黒鉛シート２１の構成の他の例を示す略断面図である。

図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、黒鉛シート２１を構成する第１及び第２のシート部材２１ａ，２１ｂは、ベースシートを積層することによって互いの厚さが異なるように構成されたものである。具体的には、第１のシート部材２１ａは、厚さＴ１のベースシート２２ａを１枚だけ用いて構成されており、第２のシート部材２１ｂは、厚さＴ１のベースシート２２ａを３枚重ねて構成されている。

このように、第１及び第２のシート部材２１ａ，２１ｂは、１枚のシートの厚さを変えたものであってもよく、同じ厚さのシートを重ねることによって互いの厚さを変えるようにしたものであってもよい。

支持ルツボ１２は高温下での繰り返しの使用によって徐々に消耗して減肉するため、断熱性も徐々に低下し、これにより石英ルツボ１１の底部１１ｂの高温化も徐々に進行する。石英ルツボ１１の底部１１ｂが高温化するとシリコン融液２の対流が活発化し、石英ルツボ１１から溶け出す酸素の量が増加してシリコン融液２中の酸素濃度が増加し、シリコン単結晶３に多くの酸素が取り込まれることでシリコン単結晶３中の酸素濃度が増加する。また、シリコン融液の対流が活発化すると外乱の影響を受けやすくなり、シリコン単結晶３中の酸素濃度のバッチ間のばらつきが生じやすくなる。特に、長時間の使用により減肉された支持ルツボ１２を新品に交換すると、交換前後のバッチ間でシリコン単結晶３中の酸素濃度のばらつきが大きくなる傾向がある。

しかし、本実施形態においては黒鉛シート２１を高さ方向に２分割し、石英ルツボ１１の底部１１ｂを覆うように底部１１ｂと接する黒鉛シート２１の下部領域（第２の領域）Ｓ２の厚さを、石英ルツボ１１の直胴部１１ａを覆うように直胴部１１ａと接する黒鉛シート２１の上部領域（第１の領域）Ｓ１の厚さよりも厚くしているので、石英ルツボ１１の底部１１ｂの高温化を抑えることができ、シリコン単結晶３中の酸素濃度のバッチ間のばらつきを抑えることができる。

図５（ａ）及び（ｂ）は、黒鉛シート２１の構成のさらに他の例を示す略断面図である。

図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、この黒鉛シート２１は、第１のシート部材２１ａが石英ルツボ１１の底部１１ｂから直胴部１１ａまでのほぼ全面を覆うように成形及び配置されており、第２のシート部材２１ｂが石英ルツボ１１の底部１１ｂ及びコーナー部１１ｃの少なくとも一部を覆うように成形及び配置されたものである。特に、図５（ａ）に示す黒鉛シート２１では、第２のシート部材２１ｂが第１のシート部材２１ａの内側に位置しており、図５（ｂ）に示す黒鉛シート２１では、第２のシート部材２１ｂが第１のシート部材２１ａの外側に位置している。そのため、図５（ｂ）に示す黒鉛シート２１では、第１のシート部材２１ａが石英ルツボ１１の直胴部１１ａと底部１１ｂの両方と接しており、第２のシート部材２１ｂが第１のシート部材２１ａを介して石英ルツボ１１の底部１１ｂと接している。

このように、本実施形態による黒鉛シート２１は、第１及び第２のシート部材２１ａ，２１ｂの組み合わせにより、石英ルツボ１１の底部１１ｂと接する黒鉛シート２１の下部領域（第２の領域Ｓ２）の厚さを、石英ルツボ１１の直胴部１１ａと接する黒鉛シート２１の上部領域（第１の領域Ｓ１）の厚さよりも厚くしているので、石英ルツボ１１の底部１１ｂの高温化を抑えることができ、シリコン単結晶３中の酸素濃度のバッチ間のばらつきを抑えることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態においては、黒鉛シート２１を高さ方向に２分割し、第１のシート部材２１ａと第２のシート部材２１ｂとの組み合わせからなる場合を例に挙げたが、本発明はこのような場合に限定されず、例えば黒鉛シート２１を高さ方向に３分割したものであってもよく、分割数や分割方法は特に限定されない。また本発明においては黒鉛シート２１を高さ方向に分割することなく単一のシートで構成し、石英ルツボ１１の底部１１ｂを覆う下部領域（第２の領域）の厚さが直胴部１１ａを覆う上部領域（第１の領域）の厚さよりも厚くなるように構成することも可能である。

黒鉛シート２１の第１及び第２のシート部材２１ａ，２１ｂの厚さが石英ルツボ１１の底部中心の温度に与える影響を考察するため伝熱解析を行った。黒鉛シート２１のサンプルを表１に示す。

サンプル１（Ｎｏ．１）では、支持ルツボ１２の底部１２ｂからコーナー部１２ｃまでの領域に１枚のベースシートからなる第２のシート部材２１ｂを敷設し、支持ルツボ１２の直胴部１２ａに１枚のベースシートからなる第１のシート部材２１ａを敷設した。第１のシート部材のベースシートと第２のシート部材のベースシートは、材質（熱伝導率）と厚み（０．５ｍｍ）が同じであり、平面形状だけが異なる。

サンプル２（Ｎｏ．２）では第１及び第２のシート部材２１ａ、２１ｂを構成するベースシートの枚数をそれぞれ１枚及び２枚とし、サンプル３（Ｎｏ．３）では１枚及び３枚とし、サンプル４（Ｎｏ．４）では２枚ずつとした。ベースシートの厚さは、０．５ｍｍとした。このような黒鉛シート２１を介して支持ルツボ１２内に収容された石英ルツボ１１の底部中心の温度を計算により求めた。

図６は、黒鉛シートのサンプル１〜４の伝熱解析結果を示す棒グラフであって、縦軸はサンプル１（Ｎｏ．１）の温度を基準（１００）としたときの石英ルツボ１１の底部中心の温度の相対値（温度比率）を示している。

図６から明らかなように、サンプル２（Ｎｏ．２）では第２のシート部材２１ｂを構成するベースシートの枚数を２枚に増やしたことにより底部中心の温度がサンプル１（Ｎｏ．１）よりも低下し、サンプル３（Ｎｏ．３）ではベースシートの枚数をさらに３枚に増やしたことにより底部中心の温度がサンプル２（Ｎｏ．２）よりもさらに低下した。サンプル４（Ｎｏ．４）では、サンプル１（Ｎｏ．１）よりも底部中心の温度が低下したが、サンプル２よりも高くなった。これは、第２のシート部材２１ｂのみならず第１のシート部材２１ａを構成するベースシートの枚数も２枚としたことで、直胴部の熱伝導率が低下し、直胴部側での熱不足を補うためヒータ１５のパワーを大きくしたことが原因である。

次に、シリコン単結晶３中の酸素濃度のバッチ間のばらつきについて考察するため、黒鉛シート２１の条件が異なる点以外は同一の引き上げ条件下で製造された７本分のシリコン単結晶を用意した。黒鉛シート２１の条件としては上記サンプル１〜３（Ｎｏ．１〜３）を採用した。

次に、サンプル１〜３の各々において７本のシリコン単結晶の酸素濃度を測定し、その標準偏差を算出した。シリコン単結晶中の酸素濃度は、結晶トップ側で高く、結晶ボトム側に向かって徐々に低くなる傾向があるため、複数本のシリコン単結晶インゴット間の酸素濃度を比較する場合には、結晶成長方向における酸素濃度の測定位置をバッチ間で揃える必要がある。この評価試験では、結晶トップから５００ｍｍの位置で酸素濃度の測定を行った。なお酸素濃度は、ＡＳＴＭ Ｆ−１２１（１９７９）に規格されたフーリエ変換赤外分光光度法（ＦＴ−ＩＲ）による測定値である。

図７は、黒鉛シートのサンプル１〜３を使用した場合におけるシリコン単結晶中の酸素濃度Ｏｉの標準偏差を示す棒グラフである。

図７から明らかなように、サンプル１（Ｎｏ．１）では酸素濃度Ｏｉの標準偏差が約０．５８×１０^１７（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）であるのに対し、サンプル２（Ｎｏ．２）では約０．２９×１０^１７（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）となり、サンプル３（Ｎｏ．３）では約０．２７×１０^１７（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）となり、石英ルツボ１１の底部中心の温度の低下に合わせて酸素濃度Ｏｉの標準偏差も低下する結果となった。

以上の結果から、石英ルツボ１１の底部１１ｂをカバーする黒鉛シート２１の第２のシート部材２１ｂの厚さが直胴部１１ａをカバーする第１のシート部材２１ａの厚さよりも厚い場合には、シリコン単結晶中の酸素濃度のバッチ間のばらつきを低減できることが分かった。また第２のシート部材２１ｂのベースシート枚数を１枚から２枚に増やした場合には酸素濃度のバッチ間のばらつきの抑制効果が非常に大きいが、２枚から３枚に増やしても２枚に増やした場合ほど大きな効果は見られなかった。

１ 単結晶製造装置
２ シリコン融液
３ シリコン単結晶
１０ チャンバー
１０ａ メインチャンバー
１０ｂ プルチャンバー
１０ｃ ガス導入口
１０ｄ ガス排気口
１０ｅ 覗き窓
１１ 石英ルツボ
１１ａ 石英ルツボの直胴部
１１ｂ 石英ルツボの底部
１１ｃ 石英ルツボのコーナー部
１２ 支持ルツボ
１２ａ 支持ルツボの直胴部
１２ｂ 支持ルツボの底部
１２ｃ 支持ルツボのコーナー部
１２ｈ 支持ルツボの開口
１３ 回転シャフト
１３ａ 回転シャフトの凸部
１３ｂ 回転シャフトの台座
１４ シャフト駆動機構
１５ ヒータ
１６ 断熱材
１７ 熱遮蔽体
１７ａ 熱遮蔽体の開口
１８ 引き上げワイヤー
１９ ワイヤー巻き取り機構
２１ 黒鉛シート
２１ａ 第１のシート部材
２１ｂ 第２のシート部材
２２ａ ベースシート
２２ｂ ベースシート
２３ 石英ルツボ支持容器

Claims (7)

1. 支持ルツボ内に黒鉛シートを介して石英ルツボを収容すると共に、前記石英ルツボ内のシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げるチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、
   前記黒鉛シートは、前記石英ルツボの直胴部と接する第１の領域と、前記石英ルツボの底部と接する第２の領域とを有し、前記第２の領域の熱伝導率は前記第１の領域の熱伝導率よりも低いことを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
2. 前記黒鉛シートの前記第２の領域の厚さは、前記黒鉛シートの前記第１の領域の厚さよりも厚い、請求項１に記載のシリコン単結晶の製造方法。
3. 前記黒鉛シートは、第１及び第２のシート部材を含み、
   前記第１のシート部材は、前記石英ルツボの直胴部と接し、
   前記第２のシート部材は、前記石英ルツボの底部と接している、請求項１又は２に記載のシリコン単結晶の製造方法。
4. 前記第１及び第２のシート部材は、所定の厚さを有するベースシートを１枚又は２枚以上重ねてなるものであり、
   前記第２のシート部材を構成する前記ベースシートの枚数は、前記第１のシート部材を構成する前記ベースシートの枚数よりも多い、請求項３に記載のシリコン単結晶の製造方法。
5. 前記黒鉛シートは、第１及び第２のシート部材を含み、
   前記第１のシート部材は、前記石英ルツボの直胴部と底部の両方と接しており、
   前記第２のシート部材は、前記第１のシート部材を介して前記石英ルツボの底部と接している、請求項１又は２に記載のシリコン単結晶の製造方法。
6. チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造においてシリコン融液を支持する石英ルツボと前記石英ルツボを収容する支持ルツボとの間に設けられる黒鉛シートであって、
   前記石英ルツボの直胴部と接する第１の領域の熱伝導率が前記石英ルツボの底部と接する第２の領域の熱伝導率よりも低いことを特徴とする黒鉛シート。
7. チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造に用いられ、シリコン融液を支持する石英ルツボを収容する支持ルツボと、
   前記石英ルツボと前記支持ルツボとの間に設けられる黒鉛シートとを備え、
   前記黒鉛シートは、前記石英ルツボの直胴部と接する第１の領域と、前記石英ルツボの底部と接する第２の領域とを有し、前記第２の領域の熱伝導率は前記第１の領域の熱伝導率よりも低いことを特徴とする石英ルツボ支持容器。