JP6007892B2 - シリコン単結晶の製造方法 - Google Patents
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まず、原料棒としてシリコン結晶棒1をチャンバー20内に設置された上軸3の上部保持治具4に保持する。一方、直径の小さい単結晶の種(種結晶)8を、シリコン結晶棒1の下方に位置する下軸5の下部保持治具6に保持する。
上記誘導加熱コイル7としては、銅または銀からなる単巻または複巻の冷却用の水を流通させた誘導加熱コイルが用いられている。
このようにすれば、炭素濃度が1×1015atoms/cm3を超える部分をより正確に発見して、その部分を切り込んで除去できる。
このようにすれば、製造するシリコン単結晶の直胴部全体の炭素濃度を1×1015atoms/cm3以下に抑えることができる。
このようにすれば、コーン部の先端を種結晶に容易に融着させることができる。
このようにすれば、テール部を保持することによりゾーニングができなくなる部分を低減できるので、歩留まりの低下を抑制できる。
上記のように、歩留まりを低下させることなく、炭素濃度が1×1015atoms/cm3以下のシリコン単結晶を製造することが課題となっている。この課題に対し、本発明者が検討を行ったところ、以下のことを見出し、本発明を完成させた。
図2に示すように、FZ単結晶製造装置30は、チャンバー20を有しており、チャンバー20内には、上下動および回転可能な上軸3および下軸5が設けられている。
上軸3には上部保持治具4が取り付けられており、該上部保持治具4によって原料棒であるシリコン結晶棒1が保持されている。下軸5に取り付けられた下部保持治具6には種結晶8が取り付けられており、該種結晶8の上方にシリコン単結晶2を成長させることができる。
まず、CZ法により原料棒となるシリコン結晶棒を製造する(図1の100)。図3に示すように、製造したシリコン結晶棒1は、コーン部12、直胴部13およびテール部14を有する。CZ法によるシリコン結晶棒1の炭素濃度分布は、偏析により必ずコーン部12からテール部14の方向に徐々に高くなっている。最も濃度の高いテール部14の先端部より炭素濃度サンプルを採取し、炭素濃度測定を行う。
このシリコン結晶棒1の加工歪みを除去するために表面のエッチングを行う。
図3に示すように、このように形成したテール部14を上部保持治具4で保持することにより、ゾーニングができなくなる部分を低減でき、原料棒の移動ストロークを長くすることができるので、歩留まりの低下を抑制できる。
その後、上軸3と下軸5を回転させながら、シリコン結晶棒1のコーン部12からテール部14に向けてゾーニングしてシリコン単結晶2を成長させる(図1の101)。このとき、シリコン結晶棒1を所定の速度、例えば2.0〜3.0mm/minで下降させる(図3、図4のA方向)ことで浮遊帯域10をシリコン結晶棒1のテール部14側に移動させてゾーニングすることができる。
ゾーニングが終了した後、すなわちシリコン単結晶2の成長が完了した後、シリコン単結晶2のテール部側の端部からサンプルを切り出し(図1の102)、切り出したサンプルの炭素濃度を測定する(図1の103)。本発明では、この工程(図1の102と103)を炭素濃度測定工程と呼ぶ。
CZ法で製造した直径150mm、テール部の炭素濃度が1.3×1015atoms/cm3のシリコン結晶棒(ここでは、シリコン結晶棒1aと呼ぶ)と、2.0×1015atoms/cm3のシリコン結晶棒(ここでは、シリコン結晶棒1bと呼ぶ)の2本のシリコン結晶棒を原料棒として用い、本発明の製造方法に従って、直径150mmの2本のシリコン単結晶を製造した。2本のシリコン結晶棒のテール部は共に、図3に示すように、直径120mm近傍で直径が一定になるように成長させた。このテール部をチャックすることでシリコン結晶棒を保持しながら、図2に示すFZ単結晶製造装置を用いてゾーニングを行った。
(実施例2)
原料棒として用いたCZシリコン結晶棒のテール部の炭素濃度を、4.0×1015atoms/cm3としたこと以外、実施例1と同様の条件でシリコン単結晶を製造し、同様に評価した。
成長させたシリコン単結晶のテール部側の端部からサンプルを採取し、その炭素濃度を測定したところ、図7に示すように、測定値は1.6×1015atoms/cm3であった。なお、コーン部側の端部から採取したサンプルの炭素濃度は、0.5×1015atoms/cm3以下であった。
実施例2のCZシリコン結晶棒(4.0×1015atoms/cm3)を用いた場合のシリコン単結晶の長さ方向の炭素濃度をシミュレーションした結果を図8に示す。図8に示すように、シミュレーション結果は、上記の実測値の結果に近いものであった。
直径150mm、テール部の炭素濃度が2.0×1015atoms/cm3のCZシリコン結晶棒(ここでは、シリコン結晶棒1cと呼ぶ)と、4.0×1015atoms/cm3のCZシリコン結晶棒(ここでは、シリコン結晶棒1dと呼ぶ)の2本のシリコン結晶棒を原料棒として用い、テール部からコーン部に向けてゾーニングを行い、直径150mmのシリコン単結晶を製造した。2本のシリコン結晶棒のテール部を共に切断し、ネジで上部保持治具に固定した。この作業は非常に煩雑なものであった。
このように、シリコン単結晶は、炭素濃度が全域若しくは部分的に1.0×1015atoms/cm3を超えるものであった。
5…下軸、 6…下部保持治具、7…誘導加熱コイル、 8…種結晶、
9…絞り部、 10…浮遊帯域、 11…ガス吹き付け用ノズル、
12…シリコン結晶棒のコーン部、 13…シリコン結晶棒の直胴部、
14…シリコン結晶棒のテール部、 20…チャンバー、 30…FZ単結晶製造装置。
Claims (5)
- コーン部とテール部を有する、CZ法により製造されたシリコン結晶棒を原料棒としてFZ法によりシリコン単結晶を製造する製造方法において、
前記シリコン結晶棒の前記コーン部から前記テール部に向けてゾーニングして前記シリコン単結晶を成長させる工程と、
前記シリコン単結晶の前記テール部側の端部からサンプルを切り出し、該切り出したサンプルの炭素濃度を測定する炭素濃度測定工程を有し、
前記炭素濃度の測定値が1×1015atoms/cm3を超える場合には、前記テール部側の端部から切り込んで再度サンプルを切り出し、前記炭素濃度の測定値が1×1015atoms/cm3以下になるまで前記炭素濃度測定工程を繰り返し行うことを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。 - 前記炭素濃度測定工程において再度前記サンプルを切り出す場合の切り込む長さを、前記シリコン結晶棒のテール部側の炭素濃度と前記シリコン単結晶のテール部側の炭素濃度および直胴長さから算出する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。
- 前記原料棒となるシリコン結晶棒を、前記テール部の炭素濃度が2×1015atoms/cm3以下となるようにCZ法により製造することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のシリコン単結晶の製造方法。
- 前記原料棒となるシリコン結晶棒を、前記コーン部の先端角度が50°から100°となるようにCZ法により製造することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
- 前記原料棒となるシリコン結晶棒のテール部を、部分的に一定の直径を有するようにまたは部分的に直線的に増加する直径を有するように形成し、該形成した部分を保持しながら前記FZ法によりシリコン単結晶を成長させることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
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