JP5120337B2 - シリコン単結晶の製造方法、シリコン単結晶の温度推定方法 - Google Patents
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例えば、測定することが困難な大口径のシリコン単結晶の育成時の温度の実測を行わなくても、大口径のシリコン単結晶の育成時における結晶温度分布を正確に、かつ短時間で予測し、所望の結晶特性を持つ大口径のシリコン単結晶を容易に製造することが可能なシリコン単結晶の製造方法を提供する。
すなわち、本発明のシリコン単結晶の製造方法は、チャンバの内部に収容された坩堝にシリコンを貯留し、当該シリコンを加熱してシリコン融液とし、当該シリコン融液に種結晶を浸漬して回転させながら引き上げることにより、前記種結晶からシリコン単結晶を育成するシリコン単結晶の製造方法であって、
第一の育成条件で第一のシリコン単結晶を育成する際に、チャンバの内部の所定の部位の温度を実測する実測工程と、該実測工程によって得られた実測温度値と、育成した前記第一のシリコン単結晶の結晶欠陥分布とを用いて、シリコン単結晶の結晶温度分布を推定する伝熱解析プログラムの熱パラメータを、前記第一のシリコン単結晶に合わせて最適化する第一の最適化工程と、該第一の最適化工程を経た伝熱解析プログラムを用いて、前記第一のシリコン単結晶とは異なる第二のシリコン単結晶の結晶温度分布を推定する第一の推定工程と、該第一の推定工程によって推定した第二のシリコン単結晶の結晶温度分布と、育成した前記第二のシリコン単結晶の結晶欠陥分布とを比較して、伝熱解析プログラムの熱パラメータを第二のシリコン単結晶に合致するように最適化する第二の最適化工程と、該第二の最適化工程を経た伝熱解析プログラムを用いて、第二のシリコン単結晶の結晶温度分布を推定する第二の推定工程と、該第二の推定工程の結果に基づいて育成時の温度制御を行い、第二の育成条件による第二のシリコン単結晶を育成する育成工程と、を備えたことを特徴とする。
本例の引上げ装置1は、同図に示すように、メインチャンバ11内に石英製坩堝12が設けられ、この石英製坩堝12は黒鉛製サセプタ13を介して回転自在な下軸14に取り付けられている。
まず、直径r1(第一の直径)の第一のシリコン単結晶、例えば、直径150mmのシリコン単結晶を引上げる。この時、チャンバ11内の各部の特性、例えば、第一のシリコン単結晶の周囲に配置される第一整流体を成す断熱材の熱伝導率や、前記第一のシリコン単結晶を収容する第一チャンバ内壁の輻射率など、各種パラメータを実測する(S1:実測工程)。
図3は、表2に示す各物性の輻射率を下限値から上限値の範囲にある一定値に維持するとともに、表1に示す各物性の熱伝導率の一つを下限値から上限値まで変化させ、残りの物性の熱伝導率は下限値から上限値の範囲にある一定値に維持したときの、結晶温度が1100℃近傍の育成中のシリコン単結晶の中心軸上の温度勾配(1423K〜1323K)の変化率を演算した結果である。
図3〜図6の結果から明らかなように、育成中のシリコン単結晶の温度が1100℃〜900℃といった冷却領域においては、シリコン単結晶の中心軸上の温度勾配の変化率は、整流体18の断熱材の熱伝導率の値とチャンバ11の内壁の輻射率の値が強く影響し、次いでシリコン(固体)21の熱伝導率の値とシリコン(固体)21の輻射率の値が有意的に影響する。逆にその他の部材の熱伝導率や輻射率は、表1及び表2に示す一般的な文献値を代入しても温度推定値に及ぼす影響は少ない。
特定の引上げ装置を用意し、ホットゾーンの熱的環境条件が異なる3種類の条件A,B,Cにて結晶径200mmのシリコン単結晶を引き上げて育成した。なお、シリコン原料の初期チャージ量は80kgとした。引上げ条件Aは、引上げ速度1.0mm/min,結晶回転数3rpm,坩堝回転数10rpm、引上げ条件Bは、引上げ速度0.3mm/min,結晶回転数8rpm,坩堝回転数6rpm、引上げ条件Cは、引上げ速度0.45mm/min,結晶回転数5rpm,坩堝回転数15rpmとした。
同図に示すとおり、条件A,B,C以外の熱的環境条件においても本実施例による温度の推定値は比較例に比べて実測値に合致することが判る。
以下に説明するシリコン単結晶は、チョクラルスキー法(CZ法)により育成されたシリコン単結晶であって、育成中にシリコン単結晶が破裂することなく、特に直径450mm程度の大口径の、グローイン欠陥の無いシリコンウェーハを作製可能な直胴部を有するシリコン単結晶を育成する方法である。
このような無欠陥領域を有するシリコン単結晶は、図1に示す引上げ装置により製造することができる。
上記装置により育成されるシリコン単結晶21の直径を例えば458mmに設定する。また上記シリコン単結晶21とシリコン融液20表面との問のギャップGを40〜100mm、好ましくは60〜90mmに設定する。ここで、ギャップGを40〜100mmの範囲に限定したのは、40mm未満では後述するGcの値が大きくなって引上げ速度を上げることはできるけれども、後述する比Gc/Geが所定の範囲よりも小さくなって無欠陥領域がウェーハ全面に広がった領域が得られず、OSFリングが収縮・消滅する前に、転位クラスタが外周から発生してしまうからである。
・ 直径200mmシリコン単結晶 MCZ育成
・ 横磁場強度:3000ガウス
・ 結晶育成速度:0mm/min(静止)
・ 結晶回転数/坩堝回転数=20/1rpm
・ シリコン原料チャージ量:110kg
以上の検証結果を図15に示す。
11…メインチャンバ
12…坩堝
13…サセプタ
15…ヒータ
16…保温筒
18…整流体(熱遮蔽体)
19…プルチャンバ
20…シリコン融液
21…シリコン結晶
22…種結晶
Claims (3)
- チャンバの内部に収容された坩堝にシリコンを貯留し、当該シリコンを加熱してシリコン融液とし、当該シリコン融液に種結晶を浸漬して回転させながら引き上げることにより、前記種結晶からシリコン単結晶を育成するシリコン単結晶の製造方法であって、
第一の育成条件で第一のシリコン単結晶を育成する際に、チャンバの内部の所定の部位の温度を実測する実測工程と、
該実測工程によって得られた実測温度値と、育成した前記第一のシリコン単結晶の結晶欠陥分布とを用いて、シリコン単結晶の結晶温度分布を推定する伝熱解析プログラムの熱パラメータを、前記第一のシリコン単結晶に合わせて最適化する第一の最適化工程と、
該第一の最適化工程を経た伝熱解析プログラムを用いて、前記第一のシリコン単結晶とは異なる第二のシリコン単結晶の結晶温度分布を推定する第一の推定工程と、
該第一の推定工程によって推定した第二のシリコン単結晶の結晶温度分布と、育成した前記第二のシリコン単結晶の結晶欠陥分布とを比較して、伝熱解析プログラムの熱パラメータを第二のシリコン単結晶に合致するように最適化する第二の最適化工程と、
該第二の最適化工程を経た伝熱解析プログラムを用いて、第二のシリコン単結晶の結晶温度分布を推定する第二の推定工程と、
該第二の推定工程の結果に基づいて育成時の温度制御を行い、第二の育成条件による第二のシリコン単結晶を育成する育成工程と、
を備えたことを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。 - 前記熱パラメータは、育成するシリコン単結晶の周囲に配置される整流体を成す断熱材の熱伝導率、および/またはシリコン単結晶を収容するチャンバ内壁の輻射率を少なくとも含むことを特徴とする請求項1に記載のシリコン単結晶の製造方法。
- チャンバの内部に収容された坩堝にシリコンを貯留し、当該シリコンを加熱してシリコン融液とし、当該シリコン融液に種結晶を浸漬して回転させながら引き上げて、前記種結晶からシリコン単結晶を育成する際のシリコン単結晶の温度推定方法であって、
第一の育成条件で第一のシリコン単結晶を育成する際に、チャンバの内部の所定の部位の温度を実測する実測工程と、
該実測工程によって得られた実測温度値と、育成した前記第一のシリコン単結晶の結晶欠陥分布とを用いて、シリコン単結晶の結晶温度分布を推定する伝熱解析プログラムの熱パラメータを、前記第一のシリコン単結晶に合わせて最適化する第一の最適化工程と、
該第一の最適化工程を経た伝熱解析プログラムを用いて、前記第一のシリコン単結晶とは異なる第二のシリコン単結晶の結晶温度分布を推定する第一の推定工程と、
該第一の推定工程によって推定した第二のシリコン単結晶の結晶温度分布と、育成した前記第二のシリコン単結晶の結晶欠陥分布とを比較して、伝熱解析プログラムの熱パラメータを第二のシリコン単結晶に合致するように最適化する第二の最適化工程と、
該第二の最適化工程を経た伝熱解析プログラムを用いて、第二のシリコン単結晶の結晶温度分布を推定する第二の推定工程と、
を備えたことを特徴とするシリコン単結晶の温度推定方法。
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