JP3085568B2 - シリコン単結晶の製造装置および製造方法 - Google Patents
シリコン単結晶の製造装置および製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン単結晶の製造
装置および製造方法に関する。
装置および製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の基板には主としてシリコン
単結晶が用いられているが、前記単結晶の製造方法の一
つとして、るつぼ内の原料融液から円柱状の単結晶を引
き上げるチョクラルスキー法（以下ＣＺ法という）が用
いられている。ＣＺ法においては、単結晶製造装置のチ
ャンバ内に設置したるつぼに原料である多結晶を充填
し、前記るつぼの外周に設けたヒータによって原料を加
熱溶解した上、シードホルダに取り付けた種子結晶を融
液に浸漬し、シードホルダおよびるつぼを同方向または
逆方向に回転しつつシードホルダを引き上げて単結晶を
成長させる。
単結晶が用いられているが、前記単結晶の製造方法の一
つとして、るつぼ内の原料融液から円柱状の単結晶を引
き上げるチョクラルスキー法（以下ＣＺ法という）が用
いられている。ＣＺ法においては、単結晶製造装置のチ
ャンバ内に設置したるつぼに原料である多結晶を充填
し、前記るつぼの外周に設けたヒータによって原料を加
熱溶解した上、シードホルダに取り付けた種子結晶を融
液に浸漬し、シードホルダおよびるつぼを同方向または
逆方向に回転しつつシードホルダを引き上げて単結晶を
成長させる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】シリコン単結晶中に含
まれる酸素の濃度は、単結晶の軸方向での変化が大き
く、テールに近づくにつれて濃度が低下する。従って、
単結晶のトップからテールまでの全長にわたって濃度規
格を満足するとは限らない。この酸素濃度は融液の自然
対流に左右され、前記自然対流が抑制されれば低酸素濃
度となる。融液の自然対流を抑制するには、融液の上下
温度差を小さくすればよい。しかしながらＣＺ法による
シリコン単結晶の製造において、融液の上下温度差を制
御する装置や制御方法は開示されていない。
まれる酸素の濃度は、単結晶の軸方向での変化が大き
く、テールに近づくにつれて濃度が低下する。従って、
単結晶のトップからテールまでの全長にわたって濃度規
格を満足するとは限らない。この酸素濃度は融液の自然
対流に左右され、前記自然対流が抑制されれば低酸素濃
度となる。融液の自然対流を抑制するには、融液の上下
温度差を小さくすればよい。しかしながらＣＺ法による
シリコン単結晶の製造において、融液の上下温度差を制
御する装置や制御方法は開示されていない。
【０００４】特開昭５９−５７９８６は複数段のヒータ
のパワーを制御し、固液界面近傍の温度勾配を低く保つ
単結晶引き上げ方法で、シードホルダ部の温度とるつぼ
底の温度とを測定しながら引き上げ結晶部加熱用の上段
ヒータのパワーを制御するものである。しかし、この方
法は融液の上下温度差を検出するものではないので、融
液の自然対流を制御することはできない。また、特開平
３−１３７０８８は固液界面近傍の温度を熱電対により
直接測定して融液温度制御を行う単結晶育成方法である
が、熱電対によって融液が汚染されてＯＳＦ発生の原因
となる。更に、高価な熱電対を単結晶引き上げのつど交
換しなければならず、コスト高を招く。
のパワーを制御し、固液界面近傍の温度勾配を低く保つ
単結晶引き上げ方法で、シードホルダ部の温度とるつぼ
底の温度とを測定しながら引き上げ結晶部加熱用の上段
ヒータのパワーを制御するものである。しかし、この方
法は融液の上下温度差を検出するものではないので、融
液の自然対流を制御することはできない。また、特開平
３−１３７０８８は固液界面近傍の温度を熱電対により
直接測定して融液温度制御を行う単結晶育成方法である
が、熱電対によって融液が汚染されてＯＳＦ発生の原因
となる。更に、高価な熱電対を単結晶引き上げのつど交
換しなければならず、コスト高を招く。
【０００５】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、軸方向酸素濃度分布の均一な単結晶、ある
いは酸素濃度の低い単結晶を得ることができるようなシ
リコン単結晶の製造装置および製造方法を提供すること
を目的としている。
れたもので、軸方向酸素濃度分布の均一な単結晶、ある
いは酸素濃度の低い単結晶を得ることができるようなシ
リコン単結晶の製造装置および製造方法を提供すること
を目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るシリコン単結晶の製造装置は、るつぼ
の下方に位置する出力可変の下部ヒータまたは下部クー
ラ、融液上方に位置する昇降自在の輻射熱反射板、前記
輻射熱反射板を取り囲むように位置する昇降自在の輻射
熱反射板保温材のいずれか一つ以上と、融液上部および
融液下部の温度測定手段と、前記二つの測定値に基づい
て融液の上下温度差を算出する手段と、算出した前記温
度差の値とあらかじめ定めた温度差プロファイルとを比
較する手段と、前記比較結果に基づいて下部ヒータまた
は下部クーラの出力、輻射熱反射板の位置、輻射熱反射
板保温材の位置あるいはるつぼの位置を制御する手段を
備える構成とし、本発明に係るシリコン単結晶の製造方
法は、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造
において、融液表面の温度とるつぼ底面の温度とを測定
することによって融液の上下温度差を算出した上、前記
温度差が単結晶中の酸素濃度と融液の上下温度差との相
関に基づいて設定した温度差プロファイルに追従するよ
うに、下部ヒータまたは下部クーラの出力、輻射熱反射
板の上下方向位置、輻射熱反射板保温材の上下方向位
置、あるいはるつぼの上下方向位置のいずれか一つ以上
を制御することを特徴としている。
め、本発明に係るシリコン単結晶の製造装置は、るつぼ
の下方に位置する出力可変の下部ヒータまたは下部クー
ラ、融液上方に位置する昇降自在の輻射熱反射板、前記
輻射熱反射板を取り囲むように位置する昇降自在の輻射
熱反射板保温材のいずれか一つ以上と、融液上部および
融液下部の温度測定手段と、前記二つの測定値に基づい
て融液の上下温度差を算出する手段と、算出した前記温
度差の値とあらかじめ定めた温度差プロファイルとを比
較する手段と、前記比較結果に基づいて下部ヒータまた
は下部クーラの出力、輻射熱反射板の位置、輻射熱反射
板保温材の位置あるいはるつぼの位置を制御する手段を
備える構成とし、本発明に係るシリコン単結晶の製造方
法は、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造
において、融液表面の温度とるつぼ底面の温度とを測定
することによって融液の上下温度差を算出した上、前記
温度差が単結晶中の酸素濃度と融液の上下温度差との相
関に基づいて設定した温度差プロファイルに追従するよ
うに、下部ヒータまたは下部クーラの出力、輻射熱反射
板の上下方向位置、輻射熱反射板保温材の上下方向位
置、あるいはるつぼの上下方向位置のいずれか一つ以上
を制御することを特徴としている。
【０００７】
【作用】上記構成によれば、融液の上下温度差を検出
し、その値が単結晶中の酸素濃度と前記温度差との相関
に基づいて設定した温度差プロファイルに従うように、
下部ヒータまたは下部クーラの出力、輻射熱反射板の位
置、輻射熱反射板保温材の位置のいずれか一つ以上ある
いはるつぼの位置を制御することにしたので、融液の自
然対流が抑制され、軸方向酸素濃度分布の均一な単結
晶、あるいは酸素濃度の低い単結晶を得ることができ
る。
し、その値が単結晶中の酸素濃度と前記温度差との相関
に基づいて設定した温度差プロファイルに従うように、
下部ヒータまたは下部クーラの出力、輻射熱反射板の位
置、輻射熱反射板保温材の位置のいずれか一つ以上ある
いはるつぼの位置を制御することにしたので、融液の自
然対流が抑制され、軸方向酸素濃度分布の均一な単結
晶、あるいは酸素濃度の低い単結晶を得ることができ
る。
【０００８】
【実施例】以下に、本発明に係るシリコン単結晶の製造
装置および製造方法の実施例について、図面を参照して
説明する。図１は、融液の上下温度差を制御する手段を
含むシリコン単結晶製造装置の部分模式図である。チャ
ンバ１の中心に回転ならびに昇降自在にるつぼ軸２が設
けられ、このるつぼ軸２の上端にるつぼ３が設置されて
いる。４は前記るつぼ３の底部外面に当接する熱電対
（または黒体温度計）、５はシリコン単結晶、６はシリ
コン単結晶５に加えられる輻射熱を遮断する逆円錐状の
輻射熱反射板、７は前記輻射熱反射板６を取り囲むよう
に設けた円筒状の輻射熱反射板保温材である。前記輻射
熱反射板６は輻射熱反射板昇降装置６ａにより、輻射熱
反射板保温材７は輻射熱反射板保温材昇降装置７ａによ
り、それぞれ昇降自在である。また、るつぼ３の下方に
はるつぼ軸２を取り巻く環状の下部ヒータ８または水冷
式下部クーラ９のいずれか一方が設置されている。１０
はるつぼ３内に貯留された融液、１１はるつぼ３を取り
囲むメインヒータ、１２は保温筒、１３は輻射温度計で
ある。融液１０の表面温度は、輻射熱反射板６の上端の
フランジに透明部分を設け、この透明部分を通して輻射
温度計で測定してもよく、輻射熱反射板６の下端に黒体
温度計または熱電対を取着して測定してもよい。なお、
図１には融液の上下温度差を制御する手段として、輻射
熱反射板６、輻射熱反射板保温材７、下部ヒータ８また
は水冷式下部クーラ９を記載したが、実際の単結晶製造
装置ではこれらをすべて備えなくてもよい。
装置および製造方法の実施例について、図面を参照して
説明する。図１は、融液の上下温度差を制御する手段を
含むシリコン単結晶製造装置の部分模式図である。チャ
ンバ１の中心に回転ならびに昇降自在にるつぼ軸２が設
けられ、このるつぼ軸２の上端にるつぼ３が設置されて
いる。４は前記るつぼ３の底部外面に当接する熱電対
（または黒体温度計）、５はシリコン単結晶、６はシリ
コン単結晶５に加えられる輻射熱を遮断する逆円錐状の
輻射熱反射板、７は前記輻射熱反射板６を取り囲むよう
に設けた円筒状の輻射熱反射板保温材である。前記輻射
熱反射板６は輻射熱反射板昇降装置６ａにより、輻射熱
反射板保温材７は輻射熱反射板保温材昇降装置７ａによ
り、それぞれ昇降自在である。また、るつぼ３の下方に
はるつぼ軸２を取り巻く環状の下部ヒータ８または水冷
式下部クーラ９のいずれか一方が設置されている。１０
はるつぼ３内に貯留された融液、１１はるつぼ３を取り
囲むメインヒータ、１２は保温筒、１３は輻射温度計で
ある。融液１０の表面温度は、輻射熱反射板６の上端の
フランジに透明部分を設け、この透明部分を通して輻射
温度計で測定してもよく、輻射熱反射板６の下端に黒体
温度計または熱電対を取着して測定してもよい。なお、
図１には融液の上下温度差を制御する手段として、輻射
熱反射板６、輻射熱反射板保温材７、下部ヒータ８また
は水冷式下部クーラ９を記載したが、実際の単結晶製造
装置ではこれらをすべて備えなくてもよい。
【０００９】４ａはテレメータで、上記熱電対４の出力
信号は回転ならびに昇降するるつぼ軸２の下部に取着し
た送信機を介して受信機に送られ、制御部１４に入力さ
れる。８ａは下部ヒータ用電源、９ａは水冷式下部クー
ラ９の流量を調節するバルブ、２ｂ，６ｂ，７ｂはそれ
ぞれるつぼ軸２、輻射熱反射板６、輻射熱反射板保温材
７を昇降させるサーボモータ、９ｂは水冷式下部クーラ
９のバルブ９ａを駆動するサーボモータである。また、
２ｃ，６ｃ，７ｃ，８ｃ，９ｃはパワーアンプ、１５は
融液温度差指令部である。
信号は回転ならびに昇降するるつぼ軸２の下部に取着し
た送信機を介して受信機に送られ、制御部１４に入力さ
れる。８ａは下部ヒータ用電源、９ａは水冷式下部クー
ラ９の流量を調節するバルブ、２ｂ，６ｂ，７ｂはそれ
ぞれるつぼ軸２、輻射熱反射板６、輻射熱反射板保温材
７を昇降させるサーボモータ、９ｂは水冷式下部クーラ
９のバルブ９ａを駆動するサーボモータである。また、
２ｃ，６ｃ，７ｃ，８ｃ，９ｃはパワーアンプ、１５は
融液温度差指令部である。
【００１０】融液１０の表面温度は輻射温度計１３によ
り、るつほ底面の温度は熱電対４によってそれぞれ測定
され、制御部１４に入力される。制御部１４は、融液１
０の上下温度差を所定の温度差プロファイルに追従させ
るため、前記入力値と融液温度差指令部１５からの入力
値とに基づいて、るつぼ軸昇降用サーボモータ２ｂ、輻
射熱反射板昇降用サーボモータ６ｂ、輻射熱反射板保温
材昇降用サーボモータ７ｂ、下部ヒータ用電源８ａ、水
冷式下部クーラのバルブ用サーボモータ９ｂのいずれか
一つまたは二つ以上を駆動する。
り、るつほ底面の温度は熱電対４によってそれぞれ測定
され、制御部１４に入力される。制御部１４は、融液１
０の上下温度差を所定の温度差プロファイルに追従させ
るため、前記入力値と融液温度差指令部１５からの入力
値とに基づいて、るつぼ軸昇降用サーボモータ２ｂ、輻
射熱反射板昇降用サーボモータ６ｂ、輻射熱反射板保温
材昇降用サーボモータ７ｂ、下部ヒータ用電源８ａ、水
冷式下部クーラのバルブ用サーボモータ９ｂのいずれか
一つまたは二つ以上を駆動する。
【００１１】図２は上記制御を行う制御装置のブロック
図の一例で、融液の上下温度差を下部ヒータで制御する
場合を示す。融液表面温度Ｔ1 検出手段すなわち図１に
示した輻射温度計１３の出力信号と、るつぼ底温度Ｔ2
送受信手段すなわちテレメータ４ａを介してるつぼ底温
度Ｔ2 検出手段すなわち熱電対４の出力信号とが融液上
下温度差Ｔd ＝Ｔ1 −Ｔ2 演算手段２１に入力され、前
記演算結果は融液温度差指令信号Ｔ0 出力手段すなわち
図１に示した融液温度差指令部１５からの出力信号とと
もに、△Ｔ＝Ｔ0 −Ｔd 演算手段２２に入力される。ま
た、制御限界値△ＴL 記憶手段２３および前記△Ｔ＝Ｔ
0 −Ｔd 演算手段２２の出力信号は、△ＴL と△Ｔとの
比較判定手段２４によって比較・判定され、電力指令信
号Ｗ0 出力手段２５または△Ｔに基づく電力Ｗ1 の設定
・演算手段２６に入力される。前記Ｗ1 の演算結果は、
電力補正指令信号Ｗ1 出力手段２７に入力される。
図の一例で、融液の上下温度差を下部ヒータで制御する
場合を示す。融液表面温度Ｔ1 検出手段すなわち図１に
示した輻射温度計１３の出力信号と、るつぼ底温度Ｔ2
送受信手段すなわちテレメータ４ａを介してるつぼ底温
度Ｔ2 検出手段すなわち熱電対４の出力信号とが融液上
下温度差Ｔd ＝Ｔ1 −Ｔ2 演算手段２１に入力され、前
記演算結果は融液温度差指令信号Ｔ0 出力手段すなわち
図１に示した融液温度差指令部１５からの出力信号とと
もに、△Ｔ＝Ｔ0 −Ｔd 演算手段２２に入力される。ま
た、制御限界値△ＴL 記憶手段２３および前記△Ｔ＝Ｔ
0 −Ｔd 演算手段２２の出力信号は、△ＴL と△Ｔとの
比較判定手段２４によって比較・判定され、電力指令信
号Ｗ0 出力手段２５または△Ｔに基づく電力Ｗ1 の設定
・演算手段２６に入力される。前記Ｗ1 の演算結果は、
電力補正指令信号Ｗ1 出力手段２７に入力される。
【００１２】一方、下部ヒータ電圧検出手段２８および
下部ヒータ電流検出手段２９の出力信号は下部ヒータ電
力ＷF 演算手段３０に入力され、次いでＷF −Ｗ0,1 演
算手段３１を介してＷF −Ｗ0,1 と△ＷL との比較・判
定手段３２に入力される。そして、電力制御限界値△Ｗ
L 記憶手段３３の出力信号と比較した結果が、電力指令
信号Ｗ0 出力手段２５または△Ｔに基づく電力Ｗ1 の設
定・演算手段２６に出力される。
下部ヒータ電流検出手段２９の出力信号は下部ヒータ電
力ＷF 演算手段３０に入力され、次いでＷF −Ｗ0,1 演
算手段３１を介してＷF −Ｗ0,1 と△ＷL との比較・判
定手段３２に入力される。そして、電力制御限界値△Ｗ
L 記憶手段３３の出力信号と比較した結果が、電力指令
信号Ｗ0 出力手段２５または△Ｔに基づく電力Ｗ1 の設
定・演算手段２６に出力される。
【００１３】電力指令信号Ｗ0 出力手段２５または電力
補正指令信号Ｗ1 出力手段２７の出力信号は下部ヒータ
電源用パワーアンプ８ｃで増幅され、下部ヒータ用電源
８ａに入力される。これにより、融液の上下温度差を所
定の温度差プロファイルに追従させるように下部ヒータ
８の出力が調節される。
補正指令信号Ｗ1 出力手段２７の出力信号は下部ヒータ
電源用パワーアンプ８ｃで増幅され、下部ヒータ用電源
８ａに入力される。これにより、融液の上下温度差を所
定の温度差プロファイルに追従させるように下部ヒータ
８の出力が調節される。
【００１４】図３は上記制御を行うフローチャートの一
例で、融液の上下温度差を下部ヒータで制御する場合を
示す。各ステップの左肩に記載した数字はステップ番号
である。ステップ１で融液温度差指令信号Ｔ0 が読み込
まれ、ステップ２で融液表面温度Ｔ1 、るつぼ底温度Ｔ
2 および制御限界値△ＴL が読み込まれる。次にステッ
プ３で△ＴL とＴ0 −｜Ｔ1 −Ｔ2 ｜の絶対値とを比較
し、△ＴL ≧｜Ｔ0−｜Ｔ1 −Ｔ2 ‖であればステップ
４で融液温度差指令信号Ｔ0 に基づく電力指令信号Ｗ0
を出力する。そしてステップ５で下部ヒータ電圧Ｖ、下
部ヒータ電流Ｉおよび電力制御限界値△ＷL を読み込
み、ステップ６で前記△ＷL とＶ・Ｉ−Ｗ0 の絶対値と
を比較し、△ＷL ≧｜Ｖ・Ｉ−Ｗ0 ｜の場合はステップ
１に戻る。また、前記ステップ３で△ＴL ＜｜Ｔ0 −｜
Ｔ1 −Ｔ2 ‖の場合はステップ７で電力補正指令信号Ｗ
1 を出力した上、ステップ５に進む。そして、ステップ
６で△ＷL ≧｜Ｖ・Ｉ−Ｗ1 ｜の場合はステップ１に戻
る。ステップ６で△ＷL ＜｜Ｖ・Ｉ−Ｗ0,1 ｜の場合は
ステップ７に戻る。
例で、融液の上下温度差を下部ヒータで制御する場合を
示す。各ステップの左肩に記載した数字はステップ番号
である。ステップ１で融液温度差指令信号Ｔ0 が読み込
まれ、ステップ２で融液表面温度Ｔ1 、るつぼ底温度Ｔ
2 および制御限界値△ＴL が読み込まれる。次にステッ
プ３で△ＴL とＴ0 −｜Ｔ1 −Ｔ2 ｜の絶対値とを比較
し、△ＴL ≧｜Ｔ0−｜Ｔ1 −Ｔ2 ‖であればステップ
４で融液温度差指令信号Ｔ0 に基づく電力指令信号Ｗ0
を出力する。そしてステップ５で下部ヒータ電圧Ｖ、下
部ヒータ電流Ｉおよび電力制御限界値△ＷL を読み込
み、ステップ６で前記△ＷL とＶ・Ｉ−Ｗ0 の絶対値と
を比較し、△ＷL ≧｜Ｖ・Ｉ−Ｗ0 ｜の場合はステップ
１に戻る。また、前記ステップ３で△ＴL ＜｜Ｔ0 −｜
Ｔ1 −Ｔ2 ‖の場合はステップ７で電力補正指令信号Ｗ
1 を出力した上、ステップ５に進む。そして、ステップ
６で△ＷL ≧｜Ｖ・Ｉ−Ｗ1 ｜の場合はステップ１に戻
る。ステップ６で△ＷL ＜｜Ｖ・Ｉ−Ｗ0,1 ｜の場合は
ステップ７に戻る。
【００１５】シリコン単結晶の予備引き上げにおいて、
単結晶のトップからテールに至るまでの間、融液表面温
度を輻射温度計を用いて測定し、同時にるつぼ底面の温
度を熱電対を用いて測定した。前記両者の温度差と育成
した単結晶の酸素濃度との相関を求め、単結晶のトップ
からテールに至るまでの間の制御目標とすべき温度差プ
ロファイルを設定した。
単結晶のトップからテールに至るまでの間、融液表面温
度を輻射温度計を用いて測定し、同時にるつぼ底面の温
度を熱電対を用いて測定した。前記両者の温度差と育成
した単結晶の酸素濃度との相関を求め、単結晶のトップ
からテールに至るまでの間の制御目標とすべき温度差プ
ロファイルを設定した。
【００１６】融液の上下温度差制御の手段として、下部
ヒータの出力を制御した場合の一例を説明する。直径２
４インチの石英るつぼに１０５ｋｇの多結晶シリコンを
装填して溶解した後、直径８インチの単結晶の引き上げ
に当たり、上記温度差プロファイルに従うように下部ヒ
ータ８の出力を制御した。育成した８インチの単結晶で
は、トップからテールまでの酸素濃度分布がほぼ均一と
なった。
ヒータの出力を制御した場合の一例を説明する。直径２
４インチの石英るつぼに１０５ｋｇの多結晶シリコンを
装填して溶解した後、直径８インチの単結晶の引き上げ
に当たり、上記温度差プロファイルに従うように下部ヒ
ータ８の出力を制御した。育成した８インチの単結晶で
は、トップからテールまでの酸素濃度分布がほぼ均一と
なった。
【００１７】輻射熱反射板と融液表面との距離を調節す
ることによって融液の上下温度差が設定した温度差プロ
ファイル通りになるように制御した実施例では、単結晶
の引き上げ初期において前記距離を小さくし、引き上げ
後期においては大きくした。この方法を用いた場合も軸
方向酸素濃度が均一な単結晶が得られた。
ることによって融液の上下温度差が設定した温度差プロ
ファイル通りになるように制御した実施例では、単結晶
の引き上げ初期において前記距離を小さくし、引き上げ
後期においては大きくした。この方法を用いた場合も軸
方向酸素濃度が均一な単結晶が得られた。
【００１８】輻射熱反射板保温材の位置を調節すること
によって融液の上下温度差が設定した温度差プロファイ
ル通りになるように制御した実施例の場合、単結晶の引
き上げ初期においては単結晶中の酸素濃度が高くなるの
で、融液１０の上下温度差が小さくなるように輻射熱反
射板保温材７の位置を低くして輻射熱反射板６を保温し
た。輻射熱反射板保温材７を下げるとメインヒータ１１
の出力が下がり、るつぼ底の温度が下がるので融液上下
の温度差が小さくなる。これに伴って融液の自然対流が
抑制され、酸素濃度が下がる。引き上げ後期においては
輻射熱反射板保温材７の位置を高くし、輻射熱反射板保
温性能を落とした。このようにして、軸方向酸素濃度が
均一な単結晶を得ることができた。
によって融液の上下温度差が設定した温度差プロファイ
ル通りになるように制御した実施例の場合、単結晶の引
き上げ初期においては単結晶中の酸素濃度が高くなるの
で、融液１０の上下温度差が小さくなるように輻射熱反
射板保温材７の位置を低くして輻射熱反射板６を保温し
た。輻射熱反射板保温材７を下げるとメインヒータ１１
の出力が下がり、るつぼ底の温度が下がるので融液上下
の温度差が小さくなる。これに伴って融液の自然対流が
抑制され、酸素濃度が下がる。引き上げ後期においては
輻射熱反射板保温材７の位置を高くし、輻射熱反射板保
温性能を落とした。このようにして、軸方向酸素濃度が
均一な単結晶を得ることができた。
【００１９】るつぼ位置を調節することによって融液の
上下温度差が温度差プロファイル通りになるように制御
した実施例の場合、るつぼ３の上下方向移動範囲は、メ
インヒータ１１の上端とるつぼ３の上端の位置とが一致
する状態を基準として±３０ｍｍとした。単結晶の引き
上げ初期においてはるつぼ３を基準位置から下方に３０
ｍｍ移動させ、引き上げ後期においては基準位置から上
方に３０ｍｍ移動させることによって、軸方向酸素濃度
が均一な単結晶を得た。
上下温度差が温度差プロファイル通りになるように制御
した実施例の場合、るつぼ３の上下方向移動範囲は、メ
インヒータ１１の上端とるつぼ３の上端の位置とが一致
する状態を基準として±３０ｍｍとした。単結晶の引き
上げ初期においてはるつぼ３を基準位置から下方に３０
ｍｍ移動させ、引き上げ後期においては基準位置から上
方に３０ｍｍ移動させることによって、軸方向酸素濃度
が均一な単結晶を得た。
【００２０】水冷式下部クーラの流量を調節することに
よって融液の上下温度差が温度差プロファイル通りにな
るように制御した実施例では、単結晶の引き上げ初期に
おけるは前記流量を６０リットル／分として冷却能力を
高め、引き上げ後期においては１０リットル／分に冷却
能力を落とした。この方法により、軸方向酸素濃度分布
を１３±０．６×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｃ：ｏｌｄ Ａ
ＳＴＭから１２±０．３×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｃ：ｏ
ｌｄ ＡＳＴＭに改善することができた。
よって融液の上下温度差が温度差プロファイル通りにな
るように制御した実施例では、単結晶の引き上げ初期に
おけるは前記流量を６０リットル／分として冷却能力を
高め、引き上げ後期においては１０リットル／分に冷却
能力を落とした。この方法により、軸方向酸素濃度分布
を１３±０．６×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｃ：ｏｌｄ Ａ
ＳＴＭから１２±０．３×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｃ：ｏ
ｌｄ ＡＳＴＭに改善することができた。
【００２１】上記の各実施例と比較するため、直径２４
インチの石英るつぼに１０５ｋｇの多結晶シリコンを装
填し、融液の上下温度差に関する制御を行わずに直径８
インチの単結晶を育成した。直胴長１０００ｍｍの単結
晶の軸方向酸素濃度分布は１３±０．８×１０17ａｔｏ
ｍｓ／ｃｃ：ｏｌｄ ＡＳＴＭであり、濃度の変動幅が
大きい。
インチの石英るつぼに１０５ｋｇの多結晶シリコンを装
填し、融液の上下温度差に関する制御を行わずに直径８
インチの単結晶を育成した。直胴長１０００ｍｍの単結
晶の軸方向酸素濃度分布は１３±０．８×１０17ａｔｏ
ｍｓ／ｃｃ：ｏｌｄ ＡＳＴＭであり、濃度の変動幅が
大きい。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、シ
リコン単結晶の軸方向酸素濃度の分布が融液の自然対流
に左右される点に着目し、前記自然対流を制御する手段
として融液の上下温度差を検出し、その値が単結晶中の
酸素濃度と前記温度差との相関に基づいて設定した温度
差プロファイルに従うように、下部ヒータまたは下部ク
ーラの出力、輻射熱反射板の位置、輻射熱反射板保温材
の位置のいずれか一つ以上あるいはるつぼの位置を制御
する単結晶製造装置および製造方法としたので、この製
造装置および製造方法を用いることによって、単結晶の
軸方向酸素濃度分布を均一にすることができ、単結晶の
製造歩留りが向上する。また、低酸素濃度で、かつ軸方
向酸素濃度分布の均一なシリコン単結晶を育成すること
ができるようになり、多様な品質規格に対応することが
できるようになる。
リコン単結晶の軸方向酸素濃度の分布が融液の自然対流
に左右される点に着目し、前記自然対流を制御する手段
として融液の上下温度差を検出し、その値が単結晶中の
酸素濃度と前記温度差との相関に基づいて設定した温度
差プロファイルに従うように、下部ヒータまたは下部ク
ーラの出力、輻射熱反射板の位置、輻射熱反射板保温材
の位置のいずれか一つ以上あるいはるつぼの位置を制御
する単結晶製造装置および製造方法としたので、この製
造装置および製造方法を用いることによって、単結晶の
軸方向酸素濃度分布を均一にすることができ、単結晶の
製造歩留りが向上する。また、低酸素濃度で、かつ軸方
向酸素濃度分布の均一なシリコン単結晶を育成すること
ができるようになり、多様な品質規格に対応することが
できるようになる。
【図１】融液の上下温度差を制御する手段を含むシリコ
ン単結晶製造装置の部分模式図である。
ン単結晶製造装置の部分模式図である。
【図２】上記制御を行う制御装置のブロック図の一例で
ある。
ある。
【図３】上記制御を行うフローチャートの一例である。
２…るつぼ軸、３…るつぼ、４…熱電対（るつぼ底温度
Ｔ2 検出手段）、５…シリコン単結晶、６…輻射熱反射
板、７…輻射熱反射板保温材、８…下部ヒータ、９…水
冷式下部クーラ、１０…融液、１３…輻射温度計（融液
表面温度Ｔ1検出手段）、１４…制御部、１５…融液温
度差指令部（融液温度差指令信号Ｔ0出力手段）。
Ｔ2 検出手段）、５…シリコン単結晶、６…輻射熱反射
板、７…輻射熱反射板保温材、８…下部ヒータ、９…水
冷式下部クーラ、１０…融液、１３…輻射温度計（融液
表面温度Ｔ1検出手段）、１４…制御部、１５…融液温
度差指令部（融液温度差指令信号Ｔ0出力手段）。
Claims (2)
- 【請求項１】 るつぼの下方に位置する出力可変の下部
ヒータまたは下部クーラ、融液上方に位置する昇降自在
の輻射熱反射板、前記輻射熱反射板を取り囲むように位
置する昇降自在の輻射熱反射板保温材のいずれか一つ以
上と、融液上部および融液下部の温度測定手段と、前記
二つの測定値に基づいて融液の上下温度差を算出する手
段と、算出した前記温度差の値とあらかじめ定めた温度
差プロファイルとを比較する手段と、前記比較結果に基
づいて下部ヒータまたは下部クーラの出力、輻射熱反射
板の位置、輻射熱反射板保温材の位置あるいはるつぼの
位置を制御する手段を備えたことを特徴とするシリコン
単結晶の製造装置。 - 【請求項２】 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、融液表面の温度とるつぼ底面の温度
とを測定することによって融液の上下温度差を算出した
上、前記温度差が単結晶中の酸素濃度と融液の上下温度
差との相関に基づいて設定した温度差プロファイルに追
従するように、下部ヒータまたは下部クーラの出力、輻
射熱反射板の上下方向位置、輻射熱反射板保温材の上下
方向位置、あるいはるつぼの上下方向位置のいずれか一
つ以上を制御することを特徴とするシリコン単結晶の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05296109A JP3085568B2 (ja) | 1993-11-01 | 1993-11-01 | シリコン単結晶の製造装置および製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05296109A JP3085568B2 (ja) | 1993-11-01 | 1993-11-01 | シリコン単結晶の製造装置および製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07133186A JPH07133186A (ja) | 1995-05-23 |
| JP3085568B2 true JP3085568B2 (ja) | 2000-09-11 |
Family
ID=17829256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05296109A Expired - Fee Related JP3085568B2 (ja) | 1993-11-01 | 1993-11-01 | シリコン単結晶の製造装置および製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3085568B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107604430A (zh) * | 2016-07-11 | 2018-01-19 | 上海超硅半导体有限公司 | 低氧含量单晶硅生长方法 |
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| US7160386B2 (en) | 2001-09-28 | 2007-01-09 | Komatsu Denshi Kinzoku Kabushiki Kaisha | Single crystal semiconductor manufacturing apparatus and manufacturing method, and single crystal ingot |
| KR100831044B1 (ko) * | 2005-09-21 | 2008-05-21 | 주식회사 실트론 | 고품질 실리콘 단결정 잉곳의 성장장치, 그 장치를 이용한성장방법 |
| US20100143231A1 (en) * | 2007-03-19 | 2010-06-10 | Mnk-Sog Silicon, Inc. | Method and Apparatus for Manufacturing Silicon Ingot |
| JP5169814B2 (ja) * | 2008-12-26 | 2013-03-27 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | シリコン単結晶の育成方法及びその方法で育成されたシリコン単結晶 |
| JP2013256424A (ja) * | 2012-06-14 | 2013-12-26 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | サファイア単結晶育成装置 |
| KR101339151B1 (ko) * | 2012-07-18 | 2013-12-09 | 주식회사 엘지실트론 | 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치 및 방법 |
| JP6536495B2 (ja) * | 2016-06-20 | 2019-07-03 | 住友金属鉱山株式会社 | 昇温装置、結晶育成装置、抵抗ヒーターの温度制御方法及び結晶育成方法 |
| WO2021157183A1 (ja) * | 2020-02-06 | 2021-08-12 | 信越半導体株式会社 | 単結晶製造方法及び単結晶引き上げ装置 |
-
1993
- 1993-11-01 JP JP05296109A patent/JP3085568B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107604430A (zh) * | 2016-07-11 | 2018-01-19 | 上海超硅半导体有限公司 | 低氧含量单晶硅生长方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07133186A (ja) | 1995-05-23 |
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