JP3670504B2 - シリコン単結晶製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はシリコン単結晶製造方法に係わり、特にシリコン単結晶引上の歩留を向上させたシリコン単結晶製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般にシリコンウェーハ用の単結晶引上げは、チョクラルスキー法(CZ法)により行われている。
【0003】
シリコン単結晶を育成し引上げる場合、溶融した原料シリコンに種結晶を浸しこの種結晶をゆっくりと引上げることによってシリコン単結晶を成長させるCZ法が用いられている。
【0004】
このCZ法に用いられるシリコン単結晶引上装置30は、第3図に示すように気密性を有しアルゴンガスが充填された炉本体31と、この炉本体31内に設けられ原料シリコンを溶融しシリコン単結晶Iを育成するホットゾーン32を有している。このホットゾーン32は原料シリコンが装填される石英ガラスルツボ33と、この石英ガラスルツボ33を支持する黒鉛ルツボ34と、原料シリコンを加熱しシリコン融液Smにする発熱体35と、この発熱体35を囲繞する保温体36で構成されている。前記ホットゾーン32の上方には育成されたシリコン単結晶Iが貫通する開口部37を有する輻射シールド38が設けられている。
【0005】
さらに、輻射シールド38の上方にはシリコン単結晶引上げのためのシード39が取り付けられた引上げ用のワイヤー40が設けられ、このワイヤー40は炉本体31外に設けられたワイヤー巻上装置41に取り付けられている。
【0006】
さらに上記炉本体31に連通しワイヤー40が収納される上部円筒部42にはガス供給装置43に連通するアルゴンガスの給気口44が設けられ、一方炉本体31の底部45には例えば2個の排気口46が設けられて、給気口44から導入されたアルゴンガスが、育成されたシリコン単結晶Iの周囲と輻射シールド38間の通気路47およびシリコン融液Smの融液表面Ssに沿い石英ガラスルツボ33と発熱体35間に形成された通気路48を介して炉本体31外に排出されるようになっている。
【0007】
このようなシリコン単結晶引上装置30を用いてシリコン単結晶Iを引上げる場合、石英ガラスルツボ33に原料シリコンを装填し、アルゴンガスを不活性ガス供給装置43、給気口44および上部円筒部42を介して炉本体31内に流入させ、原料シリコンを発熱体35により加熱しシリコン融液Smにする。
【0008】
上記アルゴンの炉本体31への導入は、シリコン融液Smから蒸発するSiOガスがシリコン単結晶Iの表面に付着するとシリコン単結晶Iを有転位化させる原因となるので、SiOガスがシリコン単結晶Iの表面に対流しないようにするためである。
【0009】
従って、シリコン単結晶Iの周囲と輻射シールド38間の通気路47を流れるアルゴンガスを制御する必要があり、従来はシリコン単結晶Iの育成工程の肩部工程、直胴部工程、尾部工程を育成時間から想定し、各育成工程に応じてアルゴンガスの炉本体31への流入量を制御していた。
【0010】
しかし、従来のアルゴンガスの流入量の制御は時間を基準にして行っていたので、引上げ速度を変更するなどするとシリコン単結晶Iの育成工程とシリコン単結晶Iの直径の変化との関連に狂いが生じ、肩部Inおよび尾部Itの育成工程のシリコン単結晶Iの直径の変化時、シリコン単結晶Iの側面を流れるアルゴンガスの流れが乱れ、シリコン単結晶Iの側面にSiOガスが滞留しシリコン単結晶Iが有転位化することがしばしばあり、シリコン単結晶引上げの歩留を低下をきたしていた。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、シリコン単結晶育成工程において、アルゴンガスの流れの乱れをなくして結晶側面にSiOガスが滞留し結晶が有転位化をなくし、シリコン単結晶引上の歩留を向上させるシリコン単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上述目的を達成するためになされた本願請求項1の発明は、引上げられるシリコン単結晶育成工程中のシリコン単結晶の肩部、直胴及び尾部の直径を測定し、このシリコン単結晶育成工程の前記直径に応じて炉本体への不活性ガス流入量を制御するシリコン単結晶製造方法において、前記肩部及び前記尾部の育成工程では、前記直胴部の育成工程よりも不活性ガスの流量を大量に流入させることを特徴とするシリコン単結晶製造方法であることを要旨としている。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシリコン単結晶引上方法の一実施形態について添付図面に基づき説明する。
【0014】
最初に本発明に係るシリコン単結晶引上方法に用いられるシリコン単結晶引上装置について説明する。
【0015】
図1に示すように、本発明に係るシリコン単結晶引上方法に用いられるシリコン単結晶引上装置1は気密性を有し不活性ガス例えばアルゴンガスが充填された炉本体2と、この炉本体2内に設けられ原料シリコンSpを溶融しシリコン単結晶Iを育成するホットゾーン3を有している。このホットゾーン3は原料シリコンが装填される石英ガラスルツボ4と、この石英ガラスルツボ4を支持しモータ(図示せず)駆動の回転軸5に取付けられた黒鉛ルツボ6と、原料シリコンSpを加熱する発熱体7と、この発熱体7を囲繞する保温体8で構成されている。前記ホットゾーン3の上方には育成されたシリコン単結晶Iが貫通する開口部9を有する輻射シールド10が設けられている。
【0016】
さらに、輻射シールド10の上方にはシリコン単結晶Iを引上げるためのシード11が取付けられた引上げ用のワイヤー12が設けられている。
【0017】
このワイヤー12は炉本体2外に設けられたワイヤー巻上装置13に取付けられ、このワイヤー巻上装置13にはワイヤー12を介して育成されたシリコン単結晶Iの重量を検出する重量検出装置14が取付られている。
【0018】
この重量検出装置14は制御装置15に電気的に接続され、この制御装置15は前記重量検出装置14からの電気信号を受信し予め記憶されたシリコン単結晶Iの重量と直径の関係から直径を算出するようになっている。
【0019】
さらに上記炉本体2に連通し前記ワイヤー12が収納される上部円筒部16にはガス供給装置17に連通するアルゴンガスの給気口18が設けられている。上記ガス供給装置17は制御装置15に電気的に接続されてアルゴンガスの流入量を制御できるようになっている。
【0020】
従って、アルゴンガスの炉本体2への流入量の制御は、育成されたシリコン単結晶Iの重量を重量検出装置14により検出しその情報信号を制御装置15に送り、この制御装置15が情報処理してガス供給装置17を制御することによって行われる。制御装置15にはシリコン単結晶Iの重量と直径の関係がデータ化された重量−直径情報が事前に記憶されており、シリコン単結晶Iの重量に基づき直径情報が出力されるようになっている。
【0021】
また、炉本体2の底部19には例えば2個の排気口20が設けられて、給気口18から導入されたアルゴンガスが、成長したシリコン単結晶Iの周囲と輻射シールド10間の通気路21およびシリコン融液Smの融液表面Ssに沿い石英ガラスルツボ4と発熱体6間に形成された通気路22を介して炉本体2外に排出されるようになっている。
【0022】
シリコン単結晶引上装置1は以上のような構造になっているから、このシリコン単結晶引上装置1を用いた本発明に係るシリコン単結晶製造方法を説明する。
【0023】
シリコン単結晶Iを引上げるには、ナゲット状原料シリコンを石英ガラスルツボ4に装填し、アルゴンガスを炉本体体2の上方より炉体2内に流入させ、発熱体6を付勢して石英ガラスルツボ4を加熱し、モータを付勢してこのモータに結合された回転軸5を回転させて石英ガラスルツボ4を回転させる。
【0024】
一定時間が経過した後、ワイヤー12を下ろし、シード11を融液表面Ssに接触させて単結晶を育成させ、シリコン単結晶Iを引上げる。
【0025】
この単結晶引上げ工程において、図2(a)に示すような育成初期の肩部Inの育成工程では、シリコン単結晶Iの直径D1は小さく、このシリコン単結晶Iの表面と輻射シールド10と間隙21が大きいSiOの蒸発領域Eの面積が大きくなるので、融液表面SsからのSiOの蒸発量が大きくなる。
【0026】
一方、肩部Inまで育成されたシリコン単結晶Iの重量を重量検出装置14により検出しその重量信号を制御装置15に送り肩部Inの直径D1の信号に変換する。この肩部Inの直径D1の信号はガス供給装置17に送られ、このガス供給装置17の働きでアルゴンガスを大量に炉本体2に流入させる。大量に流入されたアルゴンガスは給気口18、上部円筒部16、通気路21および通気路22と順に炉本体2内を流れ、前記蒸発領域Eから大量に蒸発したSiOを速やかに炉本体2外に排出する。
【0027】
従って、蒸発領域Eから大量にSiOが蒸発しても、SiOガスはシリコン単結晶Iの表面に付着しないのでシリコン単結晶Iを有転位化させることがない。
【0028】
次に図2(b)に示すような直胴部Isの育成の工程では、シリコン単結晶Iの直径D2は大きく最大径になりシリコン単結晶Iの表面と輻射シールド10と間隙21は小さくSiOの蒸発領域Eの面積も小さくなり、融液表面SsからのSiOの蒸発量は小さくなる。一方、直胴部Isまで育成されたシリコン単結晶Iの重量を重量検出装置14により検出しその重量信号を制御装置15に送り直胴部Isの直径D2の信号に変換する。この直胴部Isの直径D2の信号はガス供給装置17に送られ、このガス供給装置17の働きでアルゴンガスの流入量を絞る。
【0029】
図2(b)に示すように直胴部Isの育成の工程では、アルゴンガスの流入量は絞られて少量になるが、シリコン単結晶Iの直径D2は大きくこのシリコン単結晶Iの表面と輻射シールド10と間隙21は小さくなりSiOの蒸発領域Eの面積も小さくなるので、融液表面SsからのSiOの蒸発量も減少する。このように融液表面SsからのSiOの蒸発量が減少するので、ガス供給装置17の働きでアルゴンガスの流入量が絞られても、SiOは速やかに炉本体2外へと排出される。
【0030】
従って、アルゴンガスの流入量を絞っても、SiOガスがシリコン単結晶Iの表面に付着せずシリコン単結晶Iを有転位化させることがない。
【0031】
さらに図2(c)に示すような尾部Itの育成の工程では、シリコン単結晶Iの直径D3は縮小されて小さくなり、シリコン単結晶Iの表面と輻射シールド10と間隙21は増大するので蒸発領域Eの面積も増大し、融液表面SsからのSiOの蒸発量は大きくなる。
【0032】
一方、尾部Itまで育成されたシリコン単結晶Iの重量を重量検知装置14により検知しその重量信号を制御装置15に送り尾部Itの直径D3の信号に変換する。
【0033】
この尾部Itの直径D3の信号はガス供給装置17に送られ、このガス供給装置17の働きでアルゴンガスの流入量を増大させる。
【0034】
図2(c)に示すように尾部Itの育成の工程では、シリコン単結晶Iの直径D3は小さくなり、シリコン単結晶Iの表面と輻射シールド10と間隙21は大きくなってSiOの蒸発領域Eの面積も増大するので、融液表面SsからのSiOの蒸発量も大きくなる。
【0035】
一方、尾部Itまで育成されたシリコン単結晶Iの重量を重量検出装置14により検知しその重量信号を制御装置15に送り肩部の直径D3の信号に変換する。この尾部Itの直径D3の信号はガス供給装置17に送られ、このガス供給装置17の働きでアルゴンガスを再び大量に炉本体2に流入させる。大量に流入されたアルゴンガスは前記蒸発領域Eから大量に蒸発したSiOを上述同様の流路を通り速やかに炉本体2外に排出する。
【0036】
従って、蒸発領域Eから大量にSiOが蒸発しても、SiOガスがシリコン単結晶Iの表面に付着し結晶を有転位化させることがない。
【0037】
以上のように上述したシリコン単結晶引上装置1は、シリコン単結晶Iの育成工程に応じて重量検出装置14によりシリコン単結晶Iの重量を検知し、この重量から制御装置15を算出してガス供給装置17を制御し、炉本体2へのアルゴンガスの流入量を制御することにより、SiOの発生量に応じたアルゴンガスによりSiOを速やかに炉本体2外に排出して、結晶を有転位化させるのを防止するものである。
【0038】
なお、上述した単結晶引上装置1では、シリコン単結晶Iの直径を検知するのに重量検出装置14を用いたが、炉本体2外に設けられた周知の二次元カメラによって撮像し、この二次元カメラの画像信号に基づいて成長したシリコン単結晶の直径を検知し、この直径の情報信号を制御装置15に送り、この制御装置15が情報処理してガス供給装置17を制御し、炉本体2に流入されるアルゴンガス量を制御するようにしてもよい。
【0039】
【発明の効果】
本発明に係わるシリコン単結晶製造方法は、肩部及び尾部の育成工程では、直胴部の育成工程よりも不活性ガスの流量を大量に流入させることにより、SiOの発生量に応じた不活性ガス量によりSiOを速やかに炉本体外に排出して、結晶を有転位化させるのを防止することができる。また、炉本体への不活性ガスの流入量の制御により使用不活性ガス量の低減が可能となりシリコン単結晶引上げのコストダウン化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係わるシリコン単結晶引上方法に用いられるシリコン単結晶引上装置の概略図。
【図2】 本発明に係わるシリコン単結晶引上方法を用いてシリコン単結晶を引上げる場合の引上げ工程別の状態図。
【図3】 従来のシリコン単結晶引上装置の概略図。
【符号の説明】
1 シリコン単結晶引上装置
2 炉本体
3 ホットゾーン
4 石英ガラスルツボ
5 回転軸
6 黒鉛ルツボ
7 発熱体
8 保温体
9 開口部
10 輻射シールド
11 シード
12 ワイヤー
13 ワイヤー巻上装置
14 重量検出装置
15 制御装置
16 上部円筒部
17 ガス供給装置
18 給気口
19 底部
20 排気口
21 通気路
22 通気路
E 蒸発領域
I シリコン単結晶
In 肩部
Is 直胴部
It 尾部
Sm シリコン融液
Ss 融液表面
Claims (1)
- 引上げられるシリコン単結晶育成工程中のシリコン単結晶の肩部、直胴及び尾部の直径を測定し、このシリコン単結晶育成工程の前記直径に応じて炉本体への不活性ガス流入量を制御するシリコン単結晶製造方法において、前記肩部及び前記尾部の育成工程では、前記直胴部の育成工程よりも不活性ガスの流量を大量に流入させることを特徴とするシリコン単結晶製造方法。
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