JP5172202B2 - 単結晶の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、単結晶の製造方法に関する。

従来、単結晶の酸素濃度を制御する構成が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

特許文献１に記載のものは、結晶引き上げ装置を用いてシリコンロッドを製造する際に、溶融物上の雰囲気のガス圧力を、シリコンロッドの長さが増加するにしたがって、シリコン溶融物上のガス圧力を増加させ、シリコン酸化物の蒸発を抑制することにより、溶融物中における酸素含有量の減少を補償する構成が採られている。

特許文献２に記載のものは、シリコン単結晶引上装置を用いてシリコン単結晶を製造する際に、ガスガイドと、シリコン融液との間を流れる不活性ガスの流速を、引き上げ初期の流速に対して引き上げ末期の流速が順次増大するように調整する構成が採られている。

特開平１０−１８２２８９号公報 特開平５−７０２７９号公報

しかしながら、特許文献１のような構成では、単結晶の酸素濃度を上昇させることしかできず、所望の酸素濃度の単結晶を製造できないおそれがある。
また、特許文献２は結晶の引き上げとともに低下する酸素を増加させる技術を開示しているが、引き上げ初期の結晶酸素濃度を上げる必要がある場合には用をなさず、結晶長手方向の酸素濃度プロファイルを均一化できないおそれがある。

本発明の目的は、単結晶の酸素濃度を適切に制御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、上部に不活性ガスが導入される導入部を有するチャンバと、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て生成されたドーパント添加融液を収納可能な坩堝と、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、前記坩堝の上方に配置された整流部材と、種子結晶を前記ドーパント添加融液に接触させた後に前記整流部材内を通過させる状態で引き上げることにより単結晶を製造する引き上げ部と、を備えた引き上げ装置を利用して、前記単結晶を製造する単結晶の製造方法であって、前記チャンバ内に導入される不活性ガスの流量を４０L/min〜４００L/min、前記チャンバ内の圧力を５３３２Pa〜７９９８０Paに設定した条件において、前記単結晶における前記引き上げ方向の所定位置の前記酸素濃度の制御として、前記坩堝に収納された前記ドーパント添加融液および前記坩堝の接触面積を前記ドーパント添加融液の自由表面の面積で除した第１坩堝関数をＳ１、前記坩堝に収納された前記ドーパント添加融液および前記坩堝の接触面積に前記ドーパント添加融液の自由表面の面積を乗じた第２坩堝関数をＳ２、前記チャンバ内の圧力をＰ、前記坩堝に前記半導体融液を収納し前記不活性ガスの流量および前記チャンバ内の圧力をあらかじめ決められている基準条件に設定した状態で製造したノンドープ単結晶における前記所定位置の酸素濃度をＯｉ _REF 、前記ドーパント添加融液中の前記揮発性ドーパントの濃度をＮ、前記ドーパント添加融液からの引き上げ時に前記チャンバ内に導入される不活性ガスの流量をＶ、係数をα、β、および、γとして、前記ノンドープ単結晶の前記所定位置における前記半導体融液の元素が酸素と結合した半導体酸素蒸発物の前記チャンバ内の圧力に応じた蒸発量に対応し、以下の式（２）に基づいて算出される第１酸素濃度減少量Ｊ _SP と、前記単結晶の前記所定位置における前記ドーパント添加融液の前記揮発性ドーパントが酸素と結合したドーパント酸素蒸発物の前記チャンバ内の圧力に応じた蒸発量に対応し、以下の式（３）に基づいて算出される第２酸素濃度減少量Ｊ _DP と、前記単結晶の前記所定位置における前記ドーパント酸素蒸発物の前記不活性ガスの流量に応じた蒸発量に対応し、以下の式（４）に基づいて算出される第３酸素濃度減少量Ｊ _DF と、を以下の式（９）に代入することで得られる酸素濃度Ｏiが所定値となる状態に、前記圧力Ｐおよび前記流量Ｖのうち少なくともいずれか一方を制御する処理を実施することを特徴とする。
なお、基準条件とは、第１，第２，第３酸素濃度減少量Ｊ _SP ，Ｊ _DP ，Ｊ _DF の算出において基準としたガス条件で、後述する表２の調査条件５を用いた。

これらの発明によれば、整流部材を備えた引き上げ装置、あるいは整流部材を備えない引き上げ装置を利用して、種子結晶をドーパント添加融液に接触させた後に引き上げることにより単結晶を製造する製造方法において、チャンバ内のガス流量を４０L/min〜４００L/min、炉内圧力を５３３２Pa〜７９９８０Paに設定した条件で前記単結晶を製造する際に、ドーパント添加融液の自由表面直上（以下、液面直上位置と称す）における不活性ガスの流速が速くなるに従って単結晶の酸素濃度が低下する関係に基づいて、単結晶における引き上げ方向の所定位置（以下、引上所定位置と称す）の酸素濃度を制御する。

ここで、本発明者が鋭意研究を重ねた結果、以下のことが確認された。
すなわち、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）を４０L/min〜４００L/min、ドーパント添加融液からの引き上げ時のチャンバ内の圧力（以下、炉内圧力と称す）を５３３２Pa〜７９９８０Paに設定した条件で、つまり液面直上位置における不活性ガスの流速が１m/sec以下の遅い条件で、半導体融液に揮発性ドーパントを添加して生成されたドーパント添加融液に種子結晶を接触させて引き上げることにより単結晶を製造すると、液面直上位置における不活性ガスの流速が速くなるに従って、単結晶の酸素濃度が低下する関係があることが確認された。ガス流速が１m/sec以下の遅い条件では、ガス流速増加に伴いメルトからの半導体酸素蒸発物（Ｓｉ_ｘＯ_ｙ）の蒸発が促進され、結晶に取り込まれる酸素量が減少する。一方、ガス流速を１m/sec以上にすると、ガス流れが自由表面近傍のメルト対流に影響を及ぼし、逆に結晶に取り込まれる酸素量は増加する。揮発性ドーパント添加引き上げでは、流速が速すぎると、蒸発が促進され抵抗率の制御が難しくなるため、本発明では、流速１m/sec以下の遅い条件で酸素を制御した。
具体的には、上述した範囲内でガス流量および炉内圧力を変更した単結晶を製造して、この単結晶の引き上げ方向の複数箇所について酸素濃度を測定した。さらに、単結晶の引き上げ方向の所定位置である引上所定位置ごとに、ガス流量および炉内圧力などに基づき以下の式（１）（以下、ガス流速算出式（１）と称す）で算出される不活性ガスの流速と、酸素濃度と、の関係を調べることにより、図１および図２に示すように、液面直上位置における不活性ガスの流速が速くなるに従って、単結晶の酸素濃度が低下する関係があることが確認された。
なお、ガス流速算出式（１）において、Ｒは液面直上位置における不活性ガスの流速（m/sec）であり、Ｖはガス流量（L/min）であり、Ｄは整流部材の内径（m）であり、Ｇは整流部材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。
また、図１は、単結晶の直胴部における引き上げ方向側端部からの距離が２００mmの位置での不活性ガス流速と酸素濃度との関係を表し、図２は、単結晶の直胴部における引き上げ方向側端部からの距離が５００mmの位置での不活性ガス流速と酸素濃度との関係を表している。

このため、上述した関係に基づいて酸素濃度を制御することにより、単結晶の酸素濃度を上昇させる制御を適宜実施でき、所望の酸素濃度の単結晶を製造できる。
また、ガス流速が１m/sec以下の遅い条件下における上述した関係を利用して酸素濃度を制御するため、ガス流速が１m/sec以下の遅い条件下で製造される、例えば高濃度のＮ型単結晶における所望の酸素濃度プロファイルと、実際の酸素濃度プロファイルと、の差異を従来の構成と比べて小さくすることができる。

Ｏi＝Ｊ _SP -Ｊ _DP -Ｊ _DF …（９）
この発明によれば、単結晶の酸素濃度の制御として、上述した式（２），（３），（４）に基づいて算出される第１酸素濃度減少量Ｊ_SP、第２酸素濃度減少量Ｊ_DP、第３酸素濃度減少量Ｊ_DF を上述した式（９）に代入することで得られる酸素濃度Ｏiが所定の値となる状態に、炉内圧力Ｐおよびガス流量Ｖのうち少なくともいずれか一方を制御する処理を実施する。

ここで、本発明者が鋭意研究を重ねた結果、第１，２，３酸素濃度減少量Ｊ_SP，Ｊ_DP，Ｊ_DFを算出する第１，２，３減少量算出式として、上述した式（２），（３），（４）（以下、第１，２，３減少量算出式（２），（３），（４）と称す）を以下のように導出した。

具体的には、まず、不活性ガスとしてＡｒ（アルゴン）ガスを用い、半導体融液の元素として珪素（Ｓｉ）を用い、揮発性ドーパントとして砒素（Ａｓ）を用い、半導体融液からの酸素の蒸発形態と、半導体融液に揮発性ドーパントである砒素を添加して生成されたドーパント添加融液からの酸素の蒸発形態と、をモデル化した。そして、半導体融液からの酸素の蒸発形態が、半導体融液の珪素と結合した半導体酸素蒸発物（Ｓｉ_ｘＯ_ｙ）が蒸発する形態でモデル化できることが確認された。また、ドーパント添加融液からの酸素の蒸発形態が、半導体酸素蒸発物と、ドーパント添加融液の砒素と結合したドーパント酸素蒸発物（ＡｓＯ）と、が蒸発する形態でモデル化できることが確認された。

次に、表１に示すように、炉内圧力を固定し、ガス流量を異なる値に設定した調査条件１〜３でノンドープ単結晶を製造した。そして、半導体酸素蒸発物にだけ依存する酸素濃度プロファイルを比較した。

その結果、調査条件１〜３での酸素濃度プロファイルが略一致することが確認され、半導体酸素蒸発物の蒸発量は、Ａｒガス流量には依存しないことが確認された。

次に、表２に示すように、ガス流量を固定し、炉内圧力を異なる値に設定した調査条件４，５でノンドープ単結晶を製造し、酸素濃度プロファイルを比較した。

その結果、調査条件５の酸素濃度が調査条件４と比べて大きくなることが確認され、半導体酸素蒸発物の蒸発量は、炉内圧力に依存することが確認された。
また、調査条件４，５のノンドープ単結晶の複数の引上所定位置、例えば１００mmごとに引上所定位置における半導体酸素蒸発物の蒸発量に対応する酸素濃度減少量を調べると、ノンドープ単結晶の種子結晶側と反対側（以下、先端側と称す）になるに従って酸素濃度減少量が減少することが確認された。つまり、ノンドープ単結晶の引上所定位置によって、単結晶に取り込まれる酸素濃度が変化していることが確認された。これは、酸素供給量と、酸素蒸発量と、が変化したことによるものと考えられる。
この考えに基づいて、酸素供給量に依存する要素である坩堝および半導体融液の接触面積と、酸素蒸発量に依存する要素である半導体融液の坩堝に接触していない部分の表面積（以下、自由表面積と称す）と、を含めた相関を解析した。
具体的には、酸素濃度減少量、炉内圧力、接触面積、自由表面積をそれぞれ独立変数として、多変量解析を行った。そして、引上所定位置における半導体酸素蒸発物の炉内圧力に応じた蒸発量に対応する第１酸素濃度減少量Ｊ_SPを算出するための、上述した第１減少量算出式（２）を導出した。
なお、第１減少量算出式（２）において、Ｏｉ_REFは、調査条件５の酸素濃度であり、Ｓ１は、接触面積を自由表面積で除した第１坩堝関数であり、Ｓ２は、接触面積に自由表面積を乗じた第２坩堝関数である。

次に、ドーパント酸素蒸発物の蒸発量の炉内圧力に対する依存性について調べた。
まず、ドーパント酸素蒸発物の蒸発量も、半導体酸素蒸発物と同様に、坩堝およびドーパント添加融液の接触面積と、ドーパント添加融液の自由表面積と、に依存すると考えられる。そこで、酸素濃度減少量、炉内圧力、融液内のドーパント濃度、接触面積、自由表面積をそれぞれ独立変数として多変量解析を行い、最も相関が高い関係を導き出した。そして、引上所定位置におけるドーパント添加融液の炉内圧力に応じた蒸発量に対応する第２酸素濃度減少量Ｊ_DPを算出するための、上述した第２減少量算出式（３）を導出した。なお、融液のドーパント濃度Ｎは、時間や結晶引き上げの進展により変化するので、図３に示す通り、以下の式（５）に基づき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、ドーパント添加融液の表面積、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として算出した。

また、上述した酸素の蒸発形態のモデル化により、ガス流量による酸素蒸発量の影響を、第２減少量算出式（３）の導出時と同様に、酸素濃度減少量、不活性ガス流量、融液中のドーパント濃度、接触面積、自由表面積を独立変数として多変量解析を行い、最も相関が高い関係を導き出した。そして、引上所定位置におけるドーパント添加融液のガス流量に応じた蒸発量に対応する第３酸素濃度減少量Ｊ_DFを算出するための、上述した第３減少量算出式（４）を導出した。

このため、第１，２，３減少量算出式（２），（３），（４）に基づき算出される第１，２，３酸素濃度減少量Ｊ_SP，Ｊ_DP，Ｊ_DF を上述した式（９）に代入することで得られる酸素濃度Ｏiが所定の値となる状態に、炉内圧力Ｐやガス流量Ｖを制御することにより、引上所定位置の酸素濃度をより詳細に制御できる。したがって、所望の酸素濃度プロファイルと、実際の酸素濃度プロファイルと、の差異を従来の構成と比べてより小さくすることができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図４は、本実施形態に係る単結晶の製造に利用される引き上げ装置の模式図である。

〔引き上げ装置の構成〕
まず、引き上げ装置の構成について説明する。
引き上げ装置１は、図４に示すように、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。
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３３と、断熱筒３４と、整流部材としての整流筒３５と、整流部材としてのシールド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。

引き上げ部３３は、坩堝３１上部に配置されており、図示しない種子結晶を保持するシードホルダ３８、または、ドーピング装置が適宜取り付けられる。引き上げ部３３は、回転可能に構成されている。この引き上げ部３３は、制御部の制御により、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。

整流筒３５は、チャンバ３０上方から導入される不活性ガスを整流するためのものである。この整流筒３５は、円筒状となっている。この整流筒３５は、チャンバ３０の導入部３０Ａから半導体融液４の表面近傍にかけて、引き上げ部３３で引き上げられる単結晶６の周囲を取り巻く状態で設けられている。

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、整流筒３５の上下方向略中央から下側の部分の周囲を取り巻くように配置されており、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にドープさせる、すなわち添加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、引き上げ部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、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。
まず、作業者は、引き上げ装置１の引き上げ部３３に、ドーピング装置を取り付ける。
次に、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、引き上げ部３３からドーピング装置を取り外し、引き上げ部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、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、チャンバ３０内の不活性ガスのガス流量Ｖを４０L/min〜４００L/min、炉内圧力Ｐを５３３２Pa〜７９９８０Paに設定した条件で、つまり整流筒３５の下端と、坩堝３１内のドーパント添加融液４１の表面と、の間の位置、つまりドーパント添加融液４１の自由表面直上（以下、液面直上位置と称す）Ｑにおける不活性ガスの流速を比較的遅くした条件で、液面直上位置Ｑにおける不活性ガスの流速が速くなるに従って、単結晶６の酸素濃度が低下する関係に基づいて、引上所定位置における酸素濃度を制御する。なお、図４の矢印Ｈは、不活性ガスの流れる方向を表している。

具体的には、この酸素濃度の制御として、以下の第１，２，３減少量算出式（６），（７），（８）に基づき算出される第１，２，３酸素濃度減少量Ｊ_SP，Ｊ_DP，Ｊ_DFを、以下の式（９）（以下、酸素濃度式（９）と称す）に代入して得られる計算酸素濃度Ｏｉが、所望の値となる状態に、引上所定位置における炉内圧力Ｐおよびガス流量Ｖを制御する。つまり、第１，２，３酸素濃度減少量Ｊ_SP，Ｊ_DP，Ｊ_DFが所定の値となる状態に、炉内圧力Ｐおよびガス流量Ｖを制御する。
ここで、第１，２，３減少量算出式（６），（７），（８）において、Ｓ１は、坩堝３１およびドーパント添加融液４１の接触面積をドーパント添加融液４１の自由表面積で除した第１坩堝関数を表す。Ｓ２は、坩堝３１およびドーパント添加融液４１の接触面積にドーパント添加融液４１の自由表面積を乗じた第２坩堝関数を表す。Ｏｉ_REFは、坩堝３１に半導体融液４を収納し、不活性ガスのガス流量および炉内圧力を基準条件に設定した状態で製造したノンドープ単結晶における引上所定位置の酸素濃度を表す。Ｎは、ドーパント添加融液４１中の揮発性ドーパントの濃度を表す。α、β、および、γは、係数を表す。

〔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。

（１）引き上げ装置１を利用して、チャンバ３０内のガス流量Ｖを４０L/min〜４００L/min、炉内圧力Ｐを５３３２Pa〜７９９８０Paに設定した条件で単結晶６を製造する際に、液面直上位置Ｑにおける不活性ガスの流速が速くなるに従って単結晶６の酸素濃度が低下する関係に基づいて、単結晶６における引上所定位置の酸素濃度を制御する。
このため、上述した関係に基づいて、単結晶６の酸素濃度を上昇させる制御を適宜実施でき、所望の酸素濃度の単結晶６を製造できる。
また、ガス流速を比較的遅くした条件下に対応する条件で酸素濃度を制御するため、ガス流速が比較的遅い条件下で製造される単結晶における所望の酸素濃度プロファイルと、実際の酸素濃度プロファイルと、の差異を従来の構成と比べて小さくすることができる。
さらに、酸素濃度を制御する因子を液面直上位置Ｑでのガス流速としているため、酸素蒸発量の影響と、ガス流速とがメルト対流（液面直上位置Ｑでの対流）に与える影響を考慮に入れた状態で、酸素濃度を制御できる。
したがって、単結晶６の酸素濃度を適切に制御できる。

（２）酸素濃度の制御として、上述した酸素濃度式（９）に基づき算出される計算酸素濃度Ｏｉが、所望の値となる状態に、引上所定位置における炉内圧力Ｐおよびガス流量Ｖを制御する。つまり、上述した第１，２，３減少量算出式（６），（７），（８）に基づき算出される第１，２，３酸素濃度減少量Ｊ_SP，Ｊ_DP，Ｊ_DFが所定の値となる状態に、炉内圧力Ｐおよびガス流量Ｖを制御する。
このため、第１，２，３減少量算出式（６），（７），（８）、酸素濃度式（９）に基づいて、計算酸素濃度Ｏｉが所望の値となる状態に炉内圧力Ｐやガス流量Ｖを制御することにより、引上所定位置の酸素濃度をより詳細に制御でき、所望の酸素濃度プロファイルと、実際の酸素濃度プロファイルと、の差異を従来の構成と比べてより小さくすることができる。

〔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。

すなわち、液面直上位置Ｑでの不活性ガス流速が速くなるに従って、単結晶６の酸素濃度が低下する関係に基づく酸素濃度の制御として、第１，２，３減少量算出式（６），（７），（８）に基づいて制御する構成を例示したが、これらの式に基づかないで制御する構成としてもよい。

また、計算酸素濃度Ｏｉを所望の値となる状態に制御する際に、炉内圧力Ｐまたはガス流量Ｖのみを制御する構成としてもよい。

さらに、上述したような本発明の制御を、図５に示すようなシールド３６を設けない引き上げ装置１や、図６に示すような整流筒３５を設けない引き上げ装置１に適用してもよい。

次に、本発明の実施例として、酸素濃度式（９）に基づき算出した単結晶の酸素濃度と、酸素濃度式（９）に基づく制御により製造した単結晶の酸素濃度と、酸素濃度式（９）に基づかない従来の制御により製造した単結晶の酸素濃度と、の関係について説明する。

［実験方法］
上記実施形態の引き上げ装置１と同様の引き上げ装置を用い、酸素濃度を製品規格に適合させるような制御として、酸素濃度式（９）に基づく制御（以下、改善制御と称す）を適用して、単結晶を製造した。この単結晶の製造の際、図７に示すように、Ａｒガス流量を４０L/min〜４００L/min、炉内圧力を５３３２Pa〜７９９８０Paとした条件によるＡｒガス流速を適用した。
なお、固化率が０．０の位置は結晶基端に、１．０の位置は初期に坩堝に投入した原料多結晶シリコンの全量に相当する。
図７に示すような条件は、液面直上位置でのガス流速を、固化率が約０．２５となる位置から結晶先端に向かうに従って遅くする条件である。
そして、改善制御により製造した単結晶における引き上げ方向の酸素濃度を、改善実測プロファイルとして測定した。
また、図７に示すようなＡｒガス流速となるＡｒガス流量および炉内圧力を、第１，２，３減少量算出式（６），（７），（８）、酸素濃度式（９）に代入して得られる酸素濃度を、改善計算プロファイルとして算出した。

さらに、酸素濃度を製品規格に適合させるような制御として、ここでは詳細な条件を説明しないが、酸素濃度式（９）に基づかない従来の制御（以下、従来制御と称す）を適用して、単結晶を製造した。そして、この従来制御により製造した単結晶における酸素濃度を、従来実測プロファイルとして測定した。

［実験結果］
図８に示すように、改善制御の単結晶における酸素濃度Ｏｉは、従来制御のそれと比べて、固化率が約０．１５となる位置から固化率が約０．４となる位置にわたって低く、また、固化率が約０．５となる位置から結晶先端にわたって高いことが確認された。また、改善制御における酸素濃度Ｏｉは、固化率が約０．２５となる位置から結晶先端にわたって、製品規格に適合していることが確認された。
これは、改善制御では、固化率が約０．１５となる位置から固化率が約０．４となる位置に向かうに従って、ガス流速を速くするように制御し、また、固化率が約０．５となる位置から結晶先端に向かうに従って、ガス流速を遅くするように制御したため、結晶基端側の酸素濃度Ｏｉを、従来制御のそれと比べて、低くすることができ、また、結晶先端側の酸素濃度Ｏｉを、従来制御のそれと比べて、高くすることができたためと考えられる。
このことから、ガス流量を４０L/min〜４００L/min、炉内圧力を５３３２Pa〜７９９８０Paとした条件で単結晶を製造する際に、液面直上位置における不活性ガスの流速が速くなるに従って、単結晶の酸素濃度Ｏｉが低下する関係に基づいて酸素濃度Ｏｉを制御することにより、製品規格つまり所望の酸素濃度プロファイルと、改善実測プロファイルと、の差異を、従来実測プロファイルと比べて小さくすることができることを確認できた。

また、改善実測プロファイルおよび改善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、第１，２，３減少量算出式（６），（７），（８）に基づき算出される第１，２，３酸素濃度減少量Ｊ_SP，Ｊ_DP，Ｊ_DFが所定の値となる状態に、炉内圧力Ｐおよびガス流量Ｖを制御することにより、酸素濃度Ｏｉをより詳細に制御でき、所望の酸素プロファイルと、改善実測プロファイルと、の差異を、従来実測プロファイルと比べてより小さくできることを確認できた。

本発明は、単結晶の製造方法に利用することができる。

本発明に係る第１，２，３減少量算出式を導出するために実施した実験における単結晶の直胴部における引き上げ方向側端部からの距離が２００mmの位置での不活性ガス流速と酸素濃度との関係を表すグラフである。 前記第１，２，３減少量算出式を導出するために実施した実験における単結晶の直胴部における引き上げ方向側端部からの距離が５００mmの位置での不活性ガス流速と酸素濃度との関係を表すグラフである。 揮発性ドーパントの濃度の算出に用いた単結晶の製造方法の一例を示すフロー図である。 本発明の一実施形態に係る引き上げ装置の概略構成を示す模式図である。 本発明の他の実施形態に係る引き上げ装置の概略構成を示す模式図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る引き上げ装置の概略構成を示す模式図である。 本発明の実施例におけるＡｒガス流速条件を表すグラフである。 前記実施例における酸素濃度式に基づき算出した単結晶の酸素濃度と、酸素濃度式に基づく制御により製造した単結晶の酸素濃度と、従来の制御により製造した単結晶の酸素濃度と、の関係を表すグラフである。

符号の説明

１…引き上げ装置
４…半導体融液
６…単結晶
３０…チャンバ
３０Ａ…導入部
３１…坩堝
３３…引き上げ部
３５…整流部材としての整流筒
３６…整流部材としてのシールド
４１…ドーパント添加融液

Claims (1)

1. 上部に不活性ガスが導入される導入部を有するチャンバと、
   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て生成されたドーパント添加融液を収納可能な坩堝と、
   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、前記坩堝の上方に配置された整流部材と、
   種子結晶を前記ドーパント添加融液に接触させた後に前記整流部材内を通過させる状態で引き上げることにより単結晶を製造する引き上げ部と、を備えた引き上げ装置を利用して、前記単結晶を製造する単結晶の製造方法であって、
   前記チャンバ内に導入される不活性ガスの流量を４０L/min〜４００L/min、前記チャンバ内の圧力を５３３２Pa〜７９９８０Paに設定した条件において、前記単結晶における前記引き上げ方向の所定位置の前記酸素濃度の制御として、
   前記坩堝に収納された前記ドーパント添加融液および前記坩堝の接触面積を前記ドーパント添加融液の自由表面の面積で除した第１坩堝関数をＳ１、
   前記坩堝に収納された前記ドーパント添加融液および前記坩堝の接触面積に前記ドーパント添加融液の自由表面の面積を乗じた第２坩堝関数をＳ２、
   前記チャンバ内の圧力をＰ、
   前記坩堝に前記半導体融液を収納し前記不活性ガスの流量および前記チャンバ内の圧力をあらかじめ決められている基準条件に設定した状態で製造したノンドープ単結晶における前記所定位置の酸素濃度をＯｉ _REF 、
   前記ドーパント添加融液中の前記揮発性ドーパントの濃度をＮ、
   前記ドーパント添加融液からの引き上げ時に前記チャンバ内に導入される不活性ガスの流量をＶ、
   係数をα、β、および、γとして、
   前記ノンドープ単結晶の前記所定位置における前記半導体融液の元素が酸素と結合した半導体酸素蒸発物の前記チャンバ内の圧力に応じた蒸発量に対応し、以下の式（１）に基づいて算出される第１酸素濃度減少量Ｊ _SP と、
   前記単結晶の前記所定位置における前記ドーパント添加融液の前記揮発性ドーパントが酸素と結合したドーパント酸素蒸発物の前記チャンバ内の圧力に応じた蒸発量に対応し、以下の式（２）に基づいて算出される第２酸素濃度減少量Ｊ _DP と、
   前記単結晶の前記所定位置における前記ドーパント酸素蒸発物の前記不活性ガスの流量に応じた蒸発量に対応し、以下の式（３）に基づいて算出される第３酸素濃度減少量Ｊ _DF と、
   を以下の式（４）に代入することで得られる酸素濃度Ｏiが所定値となる状態に、前記圧力Ｐおよび前記流量Ｖのうち少なくともいずれか一方を制御する処理を実施する
   ことを特徴とする単結晶の製造方法。