JP5118386B2 - 単結晶の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、単結晶の製造方法に関する。
従来、半導体融液に揮発性ドーパントを添加したドーパント添加融液を利用して、いわゆるＣＺ（チョクラルスキー）法により単結晶を製造する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。このＣＺ法は、温度、雰囲気、引き上げ条件などを制御した条件下で、種子結晶を回転させながら坩堝内のドーパント添加融液から引き上げ、凝固させることにより、単結晶を製造する方法である。
この特許文献１に記載のものは、単結晶の目的抵抗率を達成するために、溶融物に揮発性ドーパントを添加し、溶融物からの揮発性ドーパントの蒸発による損失を補償するために、時間ｔの後に、溶融物に、少なくとも一回揮発性ドーパントを後ドープする構成が採られている。
この特許文献１に記載のものは、単結晶の目的抵抗率を達成するために、溶融物に揮発性ドーパントを添加し、溶融物からの揮発性ドーパントの蒸発による損失を補償するために、時間ｔの後に、溶融物に、少なくとも一回揮発性ドーパントを後ドープする構成が採られている。
また、上述の製造された単結晶における抵抗率プロファイルの予想に適用可能な手法も知られている。
この単結晶における抵抗率プロファイルの予想に適用可能な手法では、単結晶中のドーパントの濃度をＣｓ、偏析係数をｋｏ、半導体融液中における初期のドーパントの濃度をＣｏ、固化率をＩ、として、以下の式（１）（Sceilの式）により算出されるドーパントの濃度Ｃｓに基づいて、抵抗率プロファイルを予想する手法が採られている。
この単結晶における抵抗率プロファイルの予想に適用可能な手法では、単結晶中のドーパントの濃度をＣｓ、偏析係数をｋｏ、半導体融液中における初期のドーパントの濃度をＣｏ、固化率をＩ、として、以下の式（１）（Sceilの式）により算出されるドーパントの濃度Ｃｓに基づいて、抵抗率プロファイルを予想する手法が採られている。
しかしながら、上述した特許文献１に記載のような構成では、揮発性ドーパントを最初のドープとは別に後ドープするため、作業者の負担が増加したり、単結晶の製造時間が長くなったりするおそれがあるという問題点が一例として挙げられる。また、後ドープすることにより、揮発性ドーパントが蒸発してチャンバ内に付着するアモルファスが増大し、単結晶製造中に融液に落下することにより結晶の単結晶化の阻害を招いたり、アモルファスが固着した場合チャンバ内清掃時の負担が増加したりするおそれがあるという問題点も挙げられる。
また、上述した式（１）に基づいて抵抗率プロファイルを予想する手法では、揮発性ドーパントを半導体融液に添加する場合、単結晶の製造開始までの期間に揮発性ドーパントが蒸発してしまい、式（１）における濃度Ｃｏが一定にならないおそれがある。このため、式（１）に基づき予想した単結晶の抵抗率プロファイルと、実際の抵抗率プロファイルとの差異が大きくなってしまうおそれがあるという問題点が一例として挙げられる。
また、上述した式（１）に基づいて抵抗率プロファイルを予想する手法では、揮発性ドーパントを半導体融液に添加する場合、単結晶の製造開始までの期間に揮発性ドーパントが蒸発してしまい、式（１）における濃度Ｃｏが一定にならないおそれがある。このため、式（１）に基づき予想した単結晶の抵抗率プロファイルと、実際の抵抗率プロファイルとの差異が大きくなってしまうおそれがあるという問題点が一例として挙げられる。
本発明の目的は、工程能力を下げることなく所望の抵抗率の単結晶を製造可能な単結晶の製造方法を提供することにある。
本発明の単結晶の製造方法は、チャンバと、このチャンバ内に配置され半導体融液に揮発性ドーパントを添加したドーパント添加融液を収納可能な坩堝と、種子結晶を前記ドーパント添加融液に接触させた後に引き上げる引き上げ部と、を備えた単結晶引き上げ装置を利用した単結晶の製造方法であって、
前記ドーパント添加融液から蒸発する前記揮発性ドーパントの蒸発速度をＪ、
前記ドーパント添加融液に含まれる前記揮発性ドーパントの濃度をＮ、
前記チャンバ内に導入される不活性ガスの流量をＸ、
前記チャンバ内の圧力をＹ、
係数をαおよびβ、として、
以下の式（２）に基づいて算出された、前記引き上げ時の所定のタイミングにおける蒸発累積量が所定量となる状態に、前記流量Ｘおよび前記圧力Ｙのうち少なくともいずれか一方を制御することを特徴とする。
前記ドーパント添加融液から蒸発する前記揮発性ドーパントの蒸発速度をＪ、
前記ドーパント添加融液に含まれる前記揮発性ドーパントの濃度をＮ、
前記チャンバ内に導入される不活性ガスの流量をＸ、
前記チャンバ内の圧力をＹ、
係数をαおよびβ、として、
以下の式（２）に基づいて算出された、前記引き上げ時の所定のタイミングにおける蒸発累積量が所定量となる状態に、前記流量Ｘおよび前記圧力Ｙのうち少なくともいずれか一方を制御することを特徴とする。
この発明によれば、半導体融液に揮発性ドーパントを添加したドーパント添加融液を利用して単結晶を製造する際に、所定のタイミングにおいて、上述した式（２）に基づき算出される揮発性ドーパントの蒸発速度（以下、ドーパント蒸発速度と称す）Ｊの累積量が所定量となる状態に、チャンバ内に導入される不活性ガスの流量（以下、ガス流量と称す）Ｘ、および、チャンバ内の圧力（以下、炉内圧力と称す）Ｙのうち少なくともいずれか一方を制御する。なお、ガス流量Ｘおよび炉内圧力Ｙのうち少なくともいずれか一方を制御する所定のタイミングとは、単結晶の抵抗率が所望の値になるようなドーパント添加融液にするために蒸発速度Ｊを制御し始めるタイミングを意味する。また、揮発性ドーパントの蒸発速度Ｊの累積量を所定量にするとは、抵抗率を所望の値にするために、ドーパント添加融液から蒸発させる揮発性ドーパントの量を意味する。
ここで、本発明者が鋭意研究を重ねた結果、ドーパント蒸発速度Ｊ（atoms・sec-1・cm-2）を算出する蒸発速度式として、上述した式（２）（以下、蒸発速度式（２）と称す）を以下のように導出した。
具体的には、まず、経験的に、蒸発速度式に依存するファクターは、ドーパント添加融液に含まれる揮発性ドーパントの濃度（以下、液中ドーパント濃度と称す）Ｎ（atoms・cm-3）、ガス流量Ｘ、炉内圧力Ｙの３つであることがわかっている。
そして、ガス流量Ｘを１５０L/mim、炉内圧力Ｙを５９９８５Paにした条件で、単結晶を製造した。さらに、この単結晶の外周を研磨し、その側面の結晶軸方向への抵抗率（以下、ｓｋｉｎρと称す）を測定した。そして、所定の基準点から単位時間Δｔ後の理論の偏析による抵抗率と、実績のｓｋｉｎρと、の差を求めた。
そして、ガス流量Ｘを１５０L/mim、炉内圧力Ｙを５９９８５Paにした条件で、単結晶を製造した。さらに、この単結晶の外周を研磨し、その側面の結晶軸方向への抵抗率（以下、ｓｋｉｎρと称す）を測定した。そして、所定の基準点から単位時間Δｔ後の理論の偏析による抵抗率と、実績のｓｋｉｎρと、の差を求めた。
理論の偏析により算出した液中ドーパント濃度と、ｓｋｉｎρの実績による液中ドーパント濃度と、揮発性ドーパントの蒸発速度と、の関係を、図１に示す。
ここで、理論の偏析により算出した液中ドーパント濃度は、上述した式（１）に基づいて換算できるため、このｓｋｉｎρの実績による液中ドーパント濃度の差が、単位時間Δｔにおける揮発性ドーパントの蒸発量となる。
ここで、理論の偏析により算出した液中ドーパント濃度は、上述した式（１）に基づいて換算できるため、このｓｋｉｎρの実績による液中ドーパント濃度の差が、単位時間Δｔにおける揮発性ドーパントの蒸発量となる。
さらに、単位時間Δｔを１secとし、それぞれの時間での単結晶の固化率からドーパント添加融液の残量を算出し、ドーパント添加融液の表面積、すなわち揮発性ドーパントの蒸発面積に基づいて、揮発性ドーパントの蒸発量を補正した。このように補正した蒸発量は、単位時間（１sec）、単位面積（１cm2）あたりの蒸発量、すなわち、揮発性ドーパントの蒸発速度となる。
液中ドーパント濃度および補正後の蒸発速度の関係を、図２に示す。
液中ドーパント濃度および補正後の蒸発速度の関係を、図２に示す。
次に、蒸発速度式のガス流量Ｘおよび炉内圧力Ｙの依存性を調べた。具体的には、以下の表１に示すように、炉内圧力Ｙを一定にした水準１〜５の単結晶を製造した。
また、以下の表２に示すように、ガス流量Ｘを一定にした水準６〜９の単結晶を製造した。
そして、これら水準１〜９の単結晶におけるｓｋｉｎρのプロファイルに対して、様々な係数を変化させて、適合する式を探し、上述したような蒸発速度式（２）を導出した。
つまり、偏析の影響、揮発性ドーパントの蒸発面積に対応する坩堝の形状、結晶の引き上げ速度の影響も考慮に入れた蒸発速度式（２）を導出した。
なお、係数のαおよびβとして、単結晶引き上げ装置固有の値、例えばチャンバ内の形状や構成の位置関係、筒状あるいは上下両端に開口部を有する逆円錐台状に形成され、前記半導体融液の上方に配置された整流部材の有無、不活性ガスの流路形状などに対応する値を代入することにより、いかなる単結晶引き上げ装置においても、蒸発速度式（２）を適用することができる。
つまり、偏析の影響、揮発性ドーパントの蒸発面積に対応する坩堝の形状、結晶の引き上げ速度の影響も考慮に入れた蒸発速度式（２）を導出した。
なお、係数のαおよびβとして、単結晶引き上げ装置固有の値、例えばチャンバ内の形状や構成の位置関係、筒状あるいは上下両端に開口部を有する逆円錐台状に形成され、前記半導体融液の上方に配置された整流部材の有無、不活性ガスの流路形状などに対応する値を代入することにより、いかなる単結晶引き上げ装置においても、蒸発速度式（２）を適用することができる。
このため、蒸発速度式（２）に基づき算出されるドーパント蒸発速度Ｊの累積量が所定量となる状態に、ガス流量Ｘや炉内圧力Ｙを制御することにより、揮発性ドーパントの蒸発速度Ｊを所定状態よりも抑制したり促進したりすることができる。したがって、液中ドーパント濃度に略反比例する単結晶の抵抗率を、偏析の影響、坩堝の形状、引き上げ速度の影響を考慮に入れた状態で、所望の値に制御することができる。よって、蒸発速度式（２）に基づき予想した単結晶の抵抗率と、実際の抵抗率と、の差異を従来の構成と比べて小さくすることができる。
また、揮発性ドーパントの蒸発による損失を補償するために、揮発性ドーパントを後から添加しないので、作業者の負担の増加や、製造時間が長くなるのを抑制できる。さらに、揮発性ドーパントの蒸発によりチャンバ内に付着するアモルファスの増大、結晶の単結晶化の阻害、チャンバ内清掃時の負担の増加を抑制できる。
よって、工程能力を下げることなく所望の抵抗率の単結晶を製造できる。
また、揮発性ドーパントの蒸発による損失を補償するために、揮発性ドーパントを後から添加しないので、作業者の負担の増加や、製造時間が長くなるのを抑制できる。さらに、揮発性ドーパントの蒸発によりチャンバ内に付着するアモルファスの増大、結晶の単結晶化の阻害、チャンバ内清掃時の負担の増加を抑制できる。
よって、工程能力を下げることなく所望の抵抗率の単結晶を製造できる。
また、本発明では、前記半導体融液への前記揮発性ドーパントの添加が終了してから前記引き上げが開始されるまでの開始待機期間が基準期間よりも長い場合、前記蒸発速度を抑制させ前記蒸発累積量が基準量となる状態に、前記流量Ｘおよび前記圧力Ｙのうち少なくともいずれか一方を制御することが好ましい。なお、基準期間とは、通常製造時における揮発性ドーパントの添加が終了してから引き上げが開始されるまでの期間を意味する。また、基準量とは、通常製造時におけるドーパント添加融液から蒸発する揮発性ドーパントの蒸発累積量を意味する。
この発明によれば、開始待機期間が基準期間よりも長い場合（以下、長待機状態の場合と称す）、ドーパント蒸発累積量が基準量となる状態に、つまり揮発性ドーパントの蒸発を抑制する状態に、ガス流量Ｘおよび炉内圧力Ｙのうち少なくともいずれか一方を制御する。
ここで、長待機状態の場合、引き上げ開始までのドーパント蒸発累積量は、開始待機期間が基準期間の範囲に含まれる場合（以下、基準待機状態の場合と称す）の基準量と比べて多くなる。さらに、この状態において、基準待機状態の場合と同一のガス流量Ｘおよび炉内圧力Ｙで単結晶を製造、つまり基準待機状態の場合と同一のドーパント蒸発速度となる状態で単結晶を製造すると、所定時間ごとの液中ドーパント濃度は、基準待機状態の場合と比べて低くなる。これにより、単結晶の抵抗率は、引き上げ方向全体にわたって、基準待機状態の場合よりも大きくなる。
このため、長待機状態となり引き上げ開始までのドーパント蒸発累積量が多くなった場合に、引き上げ開始後の揮発性ドーパントの蒸発を抑制する状態に制御することにより、所定時間ごとの液中ドーパント濃度を、徐々に基準待機状態の場合の濃度に近づけることができる。したがって、単結晶の種子結晶側（以下、単結晶の基端側と称す）以外の部分の抵抗率を基準待機状態の場合と略等しくすることができ、基端側以外の部分の抵抗率が略等しい単結晶の量産化を容易に図ることができる。
ここで、長待機状態の場合、引き上げ開始までのドーパント蒸発累積量は、開始待機期間が基準期間の範囲に含まれる場合（以下、基準待機状態の場合と称す）の基準量と比べて多くなる。さらに、この状態において、基準待機状態の場合と同一のガス流量Ｘおよび炉内圧力Ｙで単結晶を製造、つまり基準待機状態の場合と同一のドーパント蒸発速度となる状態で単結晶を製造すると、所定時間ごとの液中ドーパント濃度は、基準待機状態の場合と比べて低くなる。これにより、単結晶の抵抗率は、引き上げ方向全体にわたって、基準待機状態の場合よりも大きくなる。
このため、長待機状態となり引き上げ開始までのドーパント蒸発累積量が多くなった場合に、引き上げ開始後の揮発性ドーパントの蒸発を抑制する状態に制御することにより、所定時間ごとの液中ドーパント濃度を、徐々に基準待機状態の場合の濃度に近づけることができる。したがって、単結晶の種子結晶側（以下、単結晶の基端側と称す）以外の部分の抵抗率を基準待機状態の場合と略等しくすることができ、基端側以外の部分の抵抗率が略等しい単結晶の量産化を容易に図ることができる。
さらに、本発明では、前記半導体融液への前記揮発性ドーパントの添加が終了してから前記引き上げが開始されるまでの開始待機期間が基準期間よりも短い場合、前記蒸発速度を促進させ前記蒸発累積量が基準量となる状態に、前記流量Ｘおよび前記圧力Ｙのうち少なくともいずれか一方を制御することが好ましい。
この発明によれば、開始待機期間が基準期間よりも短い場合（以下、短待機状態の場合と称す）、ドーパント蒸発累積量が基準量となる状態に、つまり揮発性ドーパントの蒸発を促進する状態に、ガス流量Ｘおよび炉内圧力Ｙのうち少なくともいずれか一方を制御する。
ここで、短待機状態の場合、基準待機状態の場合と同一のドーパント蒸発速度となる状態で単結晶を製造すると、上述した長待機状態の場合と反対の作用により、単結晶の抵抗率は、引き上げ方向全体にわたって、基準待機状態の場合よりも小さくなる。
このため、短待機状態となり引き上げ開始までのドーパント蒸発累積量が少なくなった場合に、引き上げ開始後の揮発性ドーパントの蒸発を促進する状態に制御することにより、所定時間ごとの液中ドーパント濃度を、徐々に基準待機状態の場合の濃度に近づけることができる。したがって、単結晶の基端側以外の部分の抵抗率を基準待機状態の場合と略等しくすることができ、基端側以外の部分の抵抗率が略等しい単結晶の量産化を容易に図ることができる。
ここで、短待機状態の場合、基準待機状態の場合と同一のドーパント蒸発速度となる状態で単結晶を製造すると、上述した長待機状態の場合と反対の作用により、単結晶の抵抗率は、引き上げ方向全体にわたって、基準待機状態の場合よりも小さくなる。
このため、短待機状態となり引き上げ開始までのドーパント蒸発累積量が少なくなった場合に、引き上げ開始後の揮発性ドーパントの蒸発を促進する状態に制御することにより、所定時間ごとの液中ドーパント濃度を、徐々に基準待機状態の場合の濃度に近づけることができる。したがって、単結晶の基端側以外の部分の抵抗率を基準待機状態の場合と略等しくすることができ、基端側以外の部分の抵抗率が略等しい単結晶の量産化を容易に図ることができる。
また、本発明では、前記流量Ｘおよび前記圧力Ｙのうち少なくともいずれか一方を制御する処理を、前記引き上げ中に略連続的に実施して前記単結晶を製造することが好ましい。
この発明によれば、上述したガス流量Ｘおよび炉内圧力Ｙのうち少なくともいずれか一方を制御する処理を、引き上げ中に略連続的に実施して単結晶を製造する。
このため、従来の構成と比べて、長手方向にわたって所望の抵抗率プロファイルを有する単結晶を製造することができ、歩留まりを上げることができる。
このため、従来の構成と比べて、長手方向にわたって所望の抵抗率プロファイルを有する単結晶を製造することができ、歩留まりを上げることができる。
そして、本発明では、前記蒸発累積量が所定量となる状態に制御することにより、前記単結晶の抵抗率を制御することが好ましい。
この発明によれば、ドーパント蒸発速度Ｊを変化させドーパント蒸発累積量を制御することにより、単結晶の抵抗率を制御する。
このため、ドーパント蒸発速度Ｊを制御するだけの簡単な方法を適用することにより、所望の抵抗率プロファイルを有する単結晶を容易に製造することができる。
このため、ドーパント蒸発速度Ｊを制御するだけの簡単な方法を適用することにより、所望の抵抗率プロファイルを有する単結晶を容易に製造することができる。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図３は、本実施形態に係る単結晶の製造に利用される単結晶引き上げ装置の模式図である。
図３は、本実施形態に係る単結晶の製造に利用される単結晶引き上げ装置の模式図である。
〔単結晶引き上げ装置の構成〕
まず、単結晶引き上げ装置の構成について説明する。
単結晶引き上げ装置１は、図３に示すように、単結晶引き上げ装置本体３と、図示しないドーピング装置と、図示しない制御部とを備える。
単結晶引き上げ装置本体３は、チャンバ３０と、このチャンバ３０内に配置された坩堝３１と、この坩堝３１に熱を放射して加熱する加熱部３２と、引き上げ部としての引き上げケーブル３３と、断熱筒３４と、シールド３６と、を備える。
まず、単結晶引き上げ装置の構成について説明する。
単結晶引き上げ装置１は、図３に示すように、単結晶引き上げ装置本体３と、図示しないドーピング装置と、図示しない制御部とを備える。
単結晶引き上げ装置本体３は、チャンバ３０と、このチャンバ３０内に配置された坩堝３１と、この坩堝３１に熱を放射して加熱する加熱部３２と、引き上げ部としての引き上げケーブル３３と、断熱筒３４と、シールド３６と、を備える。
チャンバ３０内には、制御部の制御により、上部に設けられた導入部３０Ａを介して、上方から下方に向かって不活性ガス、例えば、アルゴンガスが所定のガス流量で導入される。また、チャンバ３０内の圧力（炉内圧力）は、制御部により制御可能となっている。
坩堝３１は、半導体ウェハの原料である多結晶のシリコンを融解し、シリコンの半導体融液４とするものである。坩堝３１は、有底の円筒形状の石英製の第一坩堝３１１と、この第一坩堝３１１の外側に配置され、第一坩堝３１１を収納する黒鉛製の第二坩堝３１２とを備えている。坩堝３１は、所定の速度で回転する支持軸３７に支持されている。
加熱部３２は、坩堝３１の外側に配置されており、坩堝３１を加熱して、坩堝３１内のシリコンを融解する。
引き上げケーブル３３は、例えば坩堝３１上部に配置された図示しない引き上げ駆動部に、一端が接続されている。また、引き上げケーブル３３は、他端に、種子結晶を保持するシードホルダ３８、または、図示しないドーピング装置が適宜取り付けられる。引き上げケーブル３３は、引き上げ駆動部の駆動により回転可能に構成されている。この引き上げケーブル３３は、制御部による引き上げ駆動部の制御により、所定の引き上げ速度で上昇する。
断熱筒３４は、坩堝３１および加熱部３２の周囲を取り囲むように配置されている。
シールド３６は、加熱部３２から上方に向かって放射される輻射熱を遮断する熱遮蔽用シールドである。このシールド３６は、半導体融液４の表面を覆うように設置されている。このシールド３６は、下端側の開口部が上端側の開口部より小さくなった円錐形状となっている。
ドーピング装置は、固体状態の揮発性ドーパントを揮発させて、坩堝３１内の半導体融液４にドープさせて、すなわち添加してドーパント添加融液４１を生成するためのものである。ここで、揮発性ドーパントとしては、例えば、赤燐、砒素、アンチモンなどが挙げられる。なお、ドーピング装置としては、筒状部の下端部を半導体融液４に浸漬させて、揮発性ドーパントを半導体融液４に添加する構成や、筒状部の下端部を半導体融液４から離間させて、揮発した揮発性ドーパントを半導体融液４に吹き付けることで、揮発性ドーパントを半導体融液４に添加する構成を適用できる。
制御部は、作業者の設定入力に基づいて、チャンバ３０内のガス流量、炉内圧力、引き上げケーブル３３の引き上げ速度を適宜制御して、単結晶６製造時の制御をする。
〔単結晶の製造方法〕
次に、単結晶引き上げ装置１を用いて、単結晶６を製造する方法について説明する。
図４は、単結晶６の製造方法の一例を示すフロー図である。
次に、単結晶引き上げ装置１を用いて、単結晶６を製造する方法について説明する。
図４は、単結晶６の製造方法の一例を示すフロー図である。
まず、作業者は、単結晶引き上げ装置１の引き上げケーブル３３に、ドーピング装置を取り付ける。
次に、単結晶引き上げ装置１は、制御部の制御により、チャンバ３０内のガス流量および炉内圧力を所定の状態にして、半導体融液４に揮発性ドーパントを添加してドーパント添加融液４１を生成する。
この後、作業者は、引き上げケーブル３３からドーピング装置を取り外し、引き上げケーブル３３に種子結晶を保持したシードホルダ３８を取り付ける。
そして、単結晶引き上げ装置１の制御部は、作業者の設定入力に基づいて、種子結晶を所定の引き上げ速度で引き上げて、単結晶６を製造する。
次に、単結晶引き上げ装置１は、制御部の制御により、チャンバ３０内のガス流量および炉内圧力を所定の状態にして、半導体融液４に揮発性ドーパントを添加してドーパント添加融液４１を生成する。
この後、作業者は、引き上げケーブル３３からドーピング装置を取り外し、引き上げケーブル３３に種子結晶を保持したシードホルダ３８を取り付ける。
そして、単結晶引き上げ装置１の制御部は、作業者の設定入力に基づいて、種子結晶を所定の引き上げ速度で引き上げて、単結晶６を製造する。
この種子結晶の引き上げの際、図４に示すように、ドーパント添加融液４１から蒸発する揮発性ドーパントの蒸発速度（単位時間あたり、単位蒸発面積あたりのドーパント蒸発量）をＪ、ドーパント添加融液４１に含まれる揮発性ドーパントの濃度（液中ドーパント濃度）をＮ、チャンバ３０内に導入される不活性ガスの流量（ガス流量）をＸ、チャンバ３０内の圧力（炉内圧力）をＹ、係数をαおよびβ、として、以下の蒸発速度式（３）に基づいて、ドーパント蒸発速度Ｊを算出する。そして、引き上げ時の所定のタイミング、つまり単結晶６の抵抗率が所望の値になるようなドーパント添加融液４１にするためにドーパント蒸発速度Ｊを変化させ、ドーパント蒸発累積量が所定量となる状態に、ガス流量Ｘおよび炉内圧力Ｙを制御する。
また、この蒸発速度式（３）に基づく制御の際、半導体融液４への揮発性ドーパントの添加が終了してから、引き上げが開始されるまでの開始待機期間の長さに応じて、適宜異なる制御を実施する。
〈１〉開始待機期間があらかじめ設定された基準期間に含まれる基準待機状態の場合
この場合、ドーパント蒸発累積量があらかじめ設定された基準量となる状態に、つまり引き上げ開始後の揮発性ドーパントの蒸発が所定の状態となる状態に制御する。
この場合、ドーパント蒸発累積量があらかじめ設定された基準量となる状態に、つまり引き上げ開始後の揮発性ドーパントの蒸発が所定の状態となる状態に制御する。
〈２〉開始待機期間が基準期間よりも長い長待機状態の場合
この場合、ドーパント蒸発速度Ｊを制御し始めて暫くしてからドーパント蒸発累積量が基準量となる状態に、つまり引き上げ開始後の揮発性ドーパントの蒸発を抑制する状態に制御する。
この場合、ドーパント蒸発速度Ｊを制御し始めて暫くしてからドーパント蒸発累積量が基準量となる状態に、つまり引き上げ開始後の揮発性ドーパントの蒸発を抑制する状態に制御する。
〈３〉開始待機期間が基準期間よりも短い短待機状態の場合
この場合、ドーパント蒸発速度Ｊを制御し始めて暫くしてからドーパント蒸発累積量が基準量となる状態に、つまり引き上げ開始後の揮発性ドーパントの蒸発を促進する状態に制御する。
この場合、ドーパント蒸発速度Ｊを制御し始めて暫くしてからドーパント蒸発累積量が基準量となる状態に、つまり引き上げ開始後の揮発性ドーパントの蒸発を促進する状態に制御する。
さらに、液中のドーパント濃度Ｎと、ガス流量Ｘおよび炉内圧力Ｙの制御とともに、図４に示すように、蒸発速度式（３）に基づいて算出された単位時間、単位面積あたりのドーパント蒸発速度Ｊを、ドーパント添加融液４１の表面積、および、時間に基づいて、全体の蒸発量を算出する。この後、単位時間に成長した結晶を考慮したドーパント添加融液４１の体積、および、偏析による液中のドーパント濃度Ｎの上昇に基づいて、単位時間後の液中の総ドーパント量を算出し、全体の蒸発量を減じた値を、単位時間後の液中ドーパント濃度Ｎとして算出する。これが、単位時間後の抵抗率に換算できる。
この後、この算出した単位時間後の液中のドーパント濃度Ｎと、そのときのガス流量Ｘおよび炉内圧力Ｙの制御とともに蒸発速度式（３）に基づいて算出された単位時間、単位面積あたりのドーパント蒸発速度Ｊを算出し、上述した処理を再度実施する。
この後、この算出した単位時間後の液中のドーパント濃度Ｎと、そのときのガス流量Ｘおよび炉内圧力Ｙの制御とともに蒸発速度式（３）に基づいて算出された単位時間、単位面積あたりのドーパント蒸発速度Ｊを算出し、上述した処理を再度実施する。
そして、上述したようなガス流量Ｘおよび炉内圧力Ｙの制御を、引き上げ中に略連続的に、例えば周期的に実施する。この周期としては、引き上げ速度が早い場合に短くして、引き上げ速度が遅い場合に長くすることが例示できる。
〔実施形態の作用効果〕
上述したように、上記実施形態では、以下のような作用効果を奏することができる。
上述したように、上記実施形態では、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）単結晶引き上げ装置１を利用して単結晶６を製造する際に、単結晶６の抵抗率が所望の値になるようなドーパント添加融液４１にするために、上述した蒸発速度式（３）に基づき算出されるドーパント蒸発速度Ｊを変化させることによりドーパント蒸発累積量を所定のタイミングにおいて制御し始め、ドーパント蒸発累積量が所定量となる状態に、ガス流量Ｘおよび炉内圧力Ｙを制御する。
このため、蒸発速度式（３）に基づき算出されるドーパント蒸発累積量が所定量となる状態に制御することにより、揮発性ドーパントの蒸発を所定状態よりも抑制したり促進したりすることができる。また、上述したように、蒸発速度式（３）は、偏析の影響、揮発性ドーパントの蒸発面積に対応する坩堝の形状、引き上げ速度の影響も考慮に入れて導出されている。したがって、単結晶６の抵抗率を、偏析の影響、坩堝３１の形状、引き上げ速度の影響を考慮に入れた状態で、所定の値に制御することができ、蒸発速度式（３）に基づき予想した単結晶６の抵抗率と、実際の抵抗率と、の差異を従来の構成と比べて小さくすることができる。
また、揮発性ドーパントの蒸発による損失を補償するために、揮発性ドーパントを後から添加しないので、作業者の負担の増加や、製造時間が長くなるのを抑制できる。さらに、揮発性ドーパントの蒸発によりチャンバ３０内に付着するアモルファスの増大、単結晶６の単結晶化の阻害、チャンバ３０内清掃時の負担の増加を抑制できる。
よって、工程能力を下げることなく所望の抵抗率の単結晶６を製造できる。
このため、蒸発速度式（３）に基づき算出されるドーパント蒸発累積量が所定量となる状態に制御することにより、揮発性ドーパントの蒸発を所定状態よりも抑制したり促進したりすることができる。また、上述したように、蒸発速度式（３）は、偏析の影響、揮発性ドーパントの蒸発面積に対応する坩堝の形状、引き上げ速度の影響も考慮に入れて導出されている。したがって、単結晶６の抵抗率を、偏析の影響、坩堝３１の形状、引き上げ速度の影響を考慮に入れた状態で、所定の値に制御することができ、蒸発速度式（３）に基づき予想した単結晶６の抵抗率と、実際の抵抗率と、の差異を従来の構成と比べて小さくすることができる。
また、揮発性ドーパントの蒸発による損失を補償するために、揮発性ドーパントを後から添加しないので、作業者の負担の増加や、製造時間が長くなるのを抑制できる。さらに、揮発性ドーパントの蒸発によりチャンバ３０内に付着するアモルファスの増大、単結晶６の単結晶化の阻害、チャンバ３０内清掃時の負担の増加を抑制できる。
よって、工程能力を下げることなく所望の抵抗率の単結晶６を製造できる。
（２）開始待機期間が基準期間よりも長い長待機状態の場合、引き上げ開始後の揮発性ドーパントの蒸発を抑制する状態に、ガス流量Ｘおよび炉内圧力Ｙを制御する。
このため、長待機状態となり引き上げ開始までのドーパント蒸発累積量が多くなった場合であっても、引き上げ開始後の揮発性ドーパントの蒸発を抑制することにより、所定時間ごとの液中ドーパント濃度を、徐々に基準待機状態の場合の濃度に近づけることができる。したがって、単結晶６の基端側以外の部分の抵抗率を基準待機状態の場合と略等しくすることができ、基端側以外の部分の抵抗率が略等しい単結晶６の量産化を容易に図ることができる。
このため、長待機状態となり引き上げ開始までのドーパント蒸発累積量が多くなった場合であっても、引き上げ開始後の揮発性ドーパントの蒸発を抑制することにより、所定時間ごとの液中ドーパント濃度を、徐々に基準待機状態の場合の濃度に近づけることができる。したがって、単結晶６の基端側以外の部分の抵抗率を基準待機状態の場合と略等しくすることができ、基端側以外の部分の抵抗率が略等しい単結晶６の量産化を容易に図ることができる。
（３）開始待機期間が基準期間よりも短い短待機状態の場合、引き上げ開始後の揮発性ドーパントの蒸発を促進する状態に、ガス流量Ｘおよび炉内圧力Ｙを制御する。
このため、短待機状態となり引き上げ開始までのドーパント蒸発累積量が少ない場合であっても、引き上げ開始後の揮発性ドーパントの蒸発を促進することにより、所定時間ごとの液中ドーパント濃度を、徐々に基準待機状態の場合の濃度に近づけることができる。したがって、単結晶６の基端側以外の部分の抵抗率を基準待機状態の場合と略等しくすることができ、基端側以外の部分の抵抗率が略等しい単結晶６の量産化を容易に図ることができる。
このため、短待機状態となり引き上げ開始までのドーパント蒸発累積量が少ない場合であっても、引き上げ開始後の揮発性ドーパントの蒸発を促進することにより、所定時間ごとの液中ドーパント濃度を、徐々に基準待機状態の場合の濃度に近づけることができる。したがって、単結晶６の基端側以外の部分の抵抗率を基準待機状態の場合と略等しくすることができ、基端側以外の部分の抵抗率が略等しい単結晶６の量産化を容易に図ることができる。
（４）上述したガス流量Ｘや炉内圧力Ｙの制御を、引き上げ中に略連続的に実施する。
このため、従来の構成と比べて、長手方向にわたって所望の抵抗率プロファイルを有する単結晶６を製造することができ、歩留まりを上げることができる。
このため、従来の構成と比べて、長手方向にわたって所望の抵抗率プロファイルを有する単結晶６を製造することができ、歩留まりを上げることができる。
（５）ドーパント蒸発速度Ｊを変化させドーパント蒸発累積量を制御することにより、単結晶６の抵抗率を制御する。
このため、ドーパント蒸発速度Ｊを制御するだけの簡単な方法を用いることにより、所望の抵抗率プロファイルを有する単結晶６を容易に製造することができる。
このため、ドーパント蒸発速度Ｊを制御するだけの簡単な方法を用いることにより、所望の抵抗率プロファイルを有する単結晶６を容易に製造することができる。
〔他の実施形態〕
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能である。
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能である。
すなわち、長待機状態における制御、および、短待機状態における制御の両方を実施しない構成としてもよい。
また、長待機状態における制御、および、短待機状態における制御のうちいずれか一方のみの制御を実施する構成としてもよい。
そして、ガス流量Ｘや炉内圧力Ｙの制御を、引き上げの最初のみ、最後のみ、あるいは、途中のみに実施する構成としてもよい。
また、長待機状態における制御、および、短待機状態における制御のうちいずれか一方のみの制御を実施する構成としてもよい。
そして、ガス流量Ｘや炉内圧力Ｙの制御を、引き上げの最初のみ、最後のみ、あるいは、途中のみに実施する構成としてもよい。
［蒸発速度式に基づく制御により製造した単結晶の抵抗率と蒸発速度式に基づき算出した抵抗率との関係］
次に、本発明の実施例１として、蒸発速度式（３）に基づく制御により製造した単結晶の抵抗率と、蒸発速度式（３）に基づき算出した抵抗率と、の関係について説明する。
次に、本発明の実施例１として、蒸発速度式（３）に基づく制御により製造した単結晶の抵抗率と、蒸発速度式（３）に基づき算出した抵抗率と、の関係について説明する。
（実験方法）
上記実施形態の単結晶引き上げ装置１と同様の単結晶引き上げ装置を用いて、表３に示すような各種条件、および、図５に示すような引き上げ速度条件で単結晶を製造した。
そして、この製造した単結晶における引き上げ方向の抵抗率を、実測プロファイルとして測定した。
上記実施形態の単結晶引き上げ装置１と同様の単結晶引き上げ装置を用いて、表３に示すような各種条件、および、図５に示すような引き上げ速度条件で単結晶を製造した。
そして、この製造した単結晶における引き上げ方向の抵抗率を、実測プロファイルとして測定した。
次に、蒸発速度式（３）に、初期状態の液中ドーパント濃度Ｎ、ガス流量Ｘ、および、炉内圧力Ｙとして表３に基づく値を代入し、かつ、係数のαおよびβとして単結晶引き上げ装置固有の値を代入して、単位時間ごとのドーパント蒸発速度Ｊを算出した。さらに、このドーパント蒸発速度Ｊに、揮発性ドーパントの蒸発面積および単位時間を乗じて、単位時間あたりにドーパント添加融液から蒸発した揮発性ドーパントの量を算出した。この後、この蒸発した量に基づいて、単位時間ごとの液中ドーパント濃度を算出した。そして、この液中ドーパント濃度に基づいて、単結晶における引き上げ方向の抵抗率を、計算プロファイルとして算出した。
（実験結果）
図６に示すように、実測プロファイルおよび計算プロファイルは、単結晶の引き上げ方向全体にわたって略等しいことが確認された。
このことから、蒸発速度式（３）に基づく制御により、偏析の影響、揮発性ドーパントの蒸発面積、引き上げ速度も考慮に入れた状態で、単結晶の抵抗率を所望の値にすることができ、蒸発速度式（３）に基づき予想した単結晶の抵抗率プロファイルと、実際の抵抗率プロファイルと、の差異を従来の構成と比べて小さくすることができることが確認できた。
図６に示すように、実測プロファイルおよび計算プロファイルは、単結晶の引き上げ方向全体にわたって略等しいことが確認された。
このことから、蒸発速度式（３）に基づく制御により、偏析の影響、揮発性ドーパントの蒸発面積、引き上げ速度も考慮に入れた状態で、単結晶の抵抗率を所望の値にすることができ、蒸発速度式（３）に基づき予想した単結晶の抵抗率プロファイルと、実際の抵抗率プロファイルと、の差異を従来の構成と比べて小さくすることができることが確認できた。
［開始待機期間に対する単結晶の製造制御条件と単結晶の抵抗率との関係］
次に、本発明の実施例２として、開始待機期間に対する単結晶の製造制御条件と、単結晶の抵抗率と、の関係について説明する。
次に、本発明の実施例２として、開始待機期間に対する単結晶の製造制御条件と、単結晶の抵抗率と、の関係について説明する。
｛開始待機期間と単結晶の抵抗率との関係｝
まず、開始待機期間と、単結晶の抵抗率と、の関係について調べた。
まず、開始待機期間と、単結晶の抵抗率と、の関係について調べた。
（実験方法）
上記実施形態の単結晶引き上げ装置１と同様の単結晶引き上げ装置を用いて、比較サンプル１として、開始待機期間が基準待機状態の単結晶を製造した。また、比較サンプル２として、開始待機期間が比較サンプル１よりも長い長期待機状態の単結晶を製造した。なお、比較サンプル１，２の製造において、図７に示すような引き上げ速度条件、図８に示すようなガス流速条件を適用した。
この図８に示すガス流速は、Ａｒガス流量を７０L/min〜２００L／minの範囲で、炉内圧力を８０００Pa〜５９９８５Paの範囲でそれぞれ制御して、これらの値を以下の式（４）（以下、ガス流速算出式（４）と称す）に代入して算出した。
なお、ガス流速算出式（４）において、Ｒはドーパント添加融液の自由表面直上位置におけるＡｒガスの流速（m/sec）であり、Ｖはガス流量（L/min）であり、Ｄはシールドの内径（m）であり、Ｇはシールド下端とドーパント添加融液表面との距離（m）であり、Ｐは炉内圧力（Pa）である。
上記実施形態の単結晶引き上げ装置１と同様の単結晶引き上げ装置を用いて、比較サンプル１として、開始待機期間が基準待機状態の単結晶を製造した。また、比較サンプル２として、開始待機期間が比較サンプル１よりも長い長期待機状態の単結晶を製造した。なお、比較サンプル１，２の製造において、図７に示すような引き上げ速度条件、図８に示すようなガス流速条件を適用した。
この図８に示すガス流速は、Ａｒガス流量を７０L/min〜２００L／minの範囲で、炉内圧力を８０００Pa〜５９９８５Paの範囲でそれぞれ制御して、これらの値を以下の式（４）（以下、ガス流速算出式（４）と称す）に代入して算出した。
なお、ガス流速算出式（４）において、Ｒはドーパント添加融液の自由表面直上位置におけるＡｒガスの流速（m/sec）であり、Ｖはガス流量（L/min）であり、Ｄはシールドの内径（m）であり、Ｇはシールド下端とドーパント添加融液表面との距離（m）であり、Ｐは炉内圧力（Pa）である。
（実験結果）
図９に示すように、比較サンプル２の抵抗率は、単結晶の引き上げ方向全体にわたって比較サンプル１の抵抗率よりも高いことが確認された。
これは、長待機状態の場合、引き上げ開始までの揮発性ドーパントの蒸発量が基準待機状態と比べて多くなり、引き上げ開始時における液中ドーパント濃度が低くなるためであると考えられる。
図９に示すように、比較サンプル２の抵抗率は、単結晶の引き上げ方向全体にわたって比較サンプル１の抵抗率よりも高いことが確認された。
これは、長待機状態の場合、引き上げ開始までの揮発性ドーパントの蒸発量が基準待機状態と比べて多くなり、引き上げ開始時における液中ドーパント濃度が低くなるためであると考えられる。
｛結晶の製造制御条件と単結晶の抵抗率との関係｝
次に、単結晶の製造制御条件と、単結晶の抵抗率と、の関係について調べた。
次に、単結晶の製造制御条件と、単結晶の抵抗率と、の関係について調べた。
（実験方法）
上記実施形態の単結晶引き上げ装置１と同様の単結晶引き上げ装置を用いて、実施サンプルとして、開始待機期間が長待機状態であり、かつ、引き上げ開始後の揮発性ドーパントの蒸発を抑制する制御をした状態（長待機蒸発抑制制御状態）の単結晶を製造した。なお、実施サンプルの製造において、図７に示すような引き上げ速度条件、ガス流速算出式（４）に基づき求められる図１０に示すようなガス流速条件を適用した。つまり、実施サンプルでは、揮発性ドーパントの蒸発抑制制御の条件として、引き上げ開始後の蒸発速度式（３）に基づくドーパント蒸発速度Ｊを比較サンプル２と比べて少なくするために、固化率が約０．４２となるまでのガス流速が遅い条件を適用した。
上記実施形態の単結晶引き上げ装置１と同様の単結晶引き上げ装置を用いて、実施サンプルとして、開始待機期間が長待機状態であり、かつ、引き上げ開始後の揮発性ドーパントの蒸発を抑制する制御をした状態（長待機蒸発抑制制御状態）の単結晶を製造した。なお、実施サンプルの製造において、図７に示すような引き上げ速度条件、ガス流速算出式（４）に基づき求められる図１０に示すようなガス流速条件を適用した。つまり、実施サンプルでは、揮発性ドーパントの蒸発抑制制御の条件として、引き上げ開始後の蒸発速度式（３）に基づくドーパント蒸発速度Ｊを比較サンプル２と比べて少なくするために、固化率が約０．４２となるまでのガス流速が遅い条件を適用した。
（実験結果）
図１１に示すように、実施サンプルの抵抗率は、単結晶の基端（固化率０．０）側においては比較サンプル１の抵抗率よりも高いが、固化率が約０．５の位置よりも先端（固化率１．０）側においては比較サンプル１の抵抗率と略等しいことが確認された。
これは、長待機状態の場合、引き上げ開始後の揮発性ドーパントの蒸発を抑制する状態に制御することにより、所定時間ごとの液中ドーパント濃度を徐々に基準待機状態の濃度に近づけることができ、固化率が約０．５の位置で基準待機状態の場合と略一致させることができたためと考えられる。
このことから、長待機状態の場合であっても、引き上げ開始後の蒸発速度式（３）に基づくドーパント蒸発累積量を少なくする制御をすることにより、単結晶の基端側以外の部分の抵抗率を基準待機状態の場合と略等しくすることができることを確認できた。
図１１に示すように、実施サンプルの抵抗率は、単結晶の基端（固化率０．０）側においては比較サンプル１の抵抗率よりも高いが、固化率が約０．５の位置よりも先端（固化率１．０）側においては比較サンプル１の抵抗率と略等しいことが確認された。
これは、長待機状態の場合、引き上げ開始後の揮発性ドーパントの蒸発を抑制する状態に制御することにより、所定時間ごとの液中ドーパント濃度を徐々に基準待機状態の濃度に近づけることができ、固化率が約０．５の位置で基準待機状態の場合と略一致させることができたためと考えられる。
このことから、長待機状態の場合であっても、引き上げ開始後の蒸発速度式（３）に基づくドーパント蒸発累積量を少なくする制御をすることにより、単結晶の基端側以外の部分の抵抗率を基準待機状態の場合と略等しくすることができることを確認できた。
本発明は、所定の抵抗率を有する単結晶の製造方法に利用することができる。
１…単結晶引き上げ装置
４…半導体融液
６…単結晶
３０…チャンバ
３１…坩堝
３３…引き上げ部としての引き上げケーブル
４１…ドーパント添加融液
４…半導体融液
６…単結晶
３０…チャンバ
３１…坩堝
３３…引き上げ部としての引き上げケーブル
４１…ドーパント添加融液
Claims (5)
- チャンバと、
このチャンバ内に配置され半導体融液に揮発性ドーパントを添加したドーパント添加融液を収納可能な坩堝と、
種子結晶を前記ドーパント添加融液に接触させた後に引き上げる引き上げ部と、を備えた単結晶引き上げ装置を利用した単結晶の製造方法であって、
前記ドーパント添加融液から蒸発する前記揮発性ドーパントの蒸発速度をＪ、
前記ドーパント添加融液に含まれる前記揮発性ドーパントの濃度をＮ、
前記チャンバ内に導入される不活性ガスの流量をＸ、
前記チャンバ内の圧力をＹ、
係数をαおよびβ、として、
以下の式（１）に基づいて算出された、前記引き上げ時の所定のタイミングにおける蒸発累積量が所定量となる状態に、前記流量Ｘおよび前記圧力Ｙのうち少なくともいずれか一方を制御する
ことを特徴とする単結晶の製造方法。
- 請求項１に記載の単結晶の製造方法であって、
前記半導体融液への前記揮発性ドーパントの添加が終了してから前記引き上げが開始されるまでの開始待機期間が基準期間よりも長い場合、前記蒸発速度を抑制させ前記蒸発累積量が基準量となる状態に、前記流量Ｘおよび前記圧力Ｙのうち少なくともいずれか一方を制御する
ことを特徴とする単結晶の製造方法。 - 請求項１または請求項２に記載の単結晶の製造方法であって、
前記半導体融液への前記揮発性ドーパントの添加が終了してから前記引き上げが開始されるまでの開始待機期間が基準期間よりも短い場合、前記蒸発速度を促進させ前記蒸発累積量が基準量となる状態に、前記流量Ｘおよび前記圧力Ｙのうち少なくともいずれか一方を制御する
ことを特徴とする単結晶の製造方法。 - 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の単結晶の製造方法であって、
前記流量Ｘおよび前記圧力Ｙのうち少なくともいずれか一方を制御する処理を、前記引き上げ中に略連続的に実施して前記単結晶を製造する
ことを特徴とする単結晶の製造方法。 - 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の単結晶の製造方法であって、
前記蒸発累積量が所定量となる状態に制御することにより、前記単結晶の抵抗率を制御する
ことを特徴とする単結晶の製造方法。
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