JP6292164B2

JP6292164B2 - シリコン単結晶の製造方法

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Inventors: 篤志岡井; 園川　将; 将園川
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Description

本発明は、シリコン多結晶を原料として用いたチョクラルスキー法（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉｍｅｔｈｏｄ：ＣＺ法）によるシリコン単結晶の製造方法に関する。

ＣＺ法によるシリコン単結晶の育成方法は、ルツボ内に原料として高純度のシリコン多結晶を充填して溶融し、その溶融液に浸漬した種結晶を回転させながら引き上げることにより、種結晶の下端にシリコン単結晶を成長させる方法であり、半導体基板に用いられるシリコン単結晶を製造する方法として広く採用されている。

原料となるシリコン多結晶は高純度のものであるが、その表面には微量ながら有機物が付着している。ＣＺ法によるシリコン単結晶の育成方法では、シリコン多結晶を溶融する際、不活性ガス雰囲気下でシリコンの融点である１，４１４℃以上の高温状態とするため、シリコン多結晶の表面に付着している有機物の多くは気化し、引き上げられる結晶にはそれら気化した有機物は取り込まれない。しかしながら、付着している有機物の中には上記の高温状態においても気化しにくく炭化しやすいものがあり、気化せず炭化した有機物は引き上げられる結晶に取り込まれ、結果として製造されるシリコン単結晶の炭素濃度が上昇してしまうという問題があった。

このような問題点を解決する手段として、特許文献１では、原料として用いるシリコン多結晶を不活性ガス雰囲気下で３５０〜６００℃に加熱することで表面の有機物を気化させて、シリコン多結晶をクリーニングする方法が提案されている。しかしながら、このようなクリーニングを行うとコストが増加し、またクリーニング工程が増えるためシリコン単結晶の製造効率が悪化するという問題があった。

特開２０１３−１７０１２２号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ＣＺ法によるシリコン単結晶の製造において、低炭素濃度のシリコン単結晶を効率よく製造する方法を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、本発明では、シリコン多結晶を原料としてＣＺ法によりシリコン単結晶を製造する方法であって、原料となるシリコン多結晶の表面に付着している有機物を同定して定量分析する工程、前記有機物を製造されるシリコン単結晶の炭素濃度に与える影響度別に分類する工程、前記定量分析の結果から、各分類別の合計炭素濃度を求める工程、及び該各分類別の合計炭素濃度がそれぞれ所定の値以下のシリコン多結晶を選別し、該選別されたシリコン多結晶を原料として使用してシリコン単結晶の引き上げを行う工程を有するシリコン単結晶の製造方法を提供する。

このようなシリコン単結晶の製造方法であれば、製造されるシリコン単結晶の炭素濃度に影響を与えにくい原料を選別して用いることで、原料からシリコン単結晶に取り込まれる炭素の量を低減することができるため、低炭素濃度のシリコン単結晶を効率よく製造することができる。

また、前記分類において、前記有機物を、製造されるシリコン単結晶の炭素濃度に与える影響度の小さいポリエチレン及びポリイソプレンからなるグループＡと、製造されるシリコン単結晶の炭素濃度に与える影響度が中程度のポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ニトリルゴム、ポリウレタン、ポリスチレン、ナイロン、及びポリエステルからなるグループＢと、製造されるシリコン単結晶の炭素濃度に与える影響度が大きいポリテトラフルオロエチレン及びポリフッ化ビニリデンからなるグループＣに分類することが好ましい。

このように分類することで、原料として使用されるシリコン多結晶をより厳密に選別することができるため、低炭素濃度のシリコン単結晶をより効率よく製造することができる。

またこの場合に、前記シリコン多結晶として、前記グループＡの合計炭素濃度が２，０００ｐｐｂａ以下、前記グループＢの合計炭素濃度が５００ｐｐｂａ以下、かつ前記グループＣの合計炭素濃度が５０ｐｐｂａ以下のものを選別して原料に使用することが好ましい。

このようなシリコン多結晶を原料として使用することで、低炭素濃度のシリコン単結晶を更に効率よく製造することができる。

また、前記シリコン多結晶の表面に付着している有機物を、前記シリコン多結晶の粉砕、選別、洗浄、乾燥、搬送、及び袋詰めのいずれかの工程で使用される装置、治具、又は材料に含まれる有機物から同定することが好ましい。

このような方法であれば、より簡便にシリコン多結晶の表面に付着している有機物を同定することができる。

また、前記シリコン多結晶の表面に付着している有機物を、飛行時間型二次イオン質量分析法又は熱分解ガスクロマトグラフィーにより同定することが好ましい。

このような方法であれば、より正確にシリコン多結晶の表面に付着している有機物を同定することができる。

また、前記有機物の定量分析において、前記同定した有機物の検量線を予め作成し、該作成した検量線に基づいて定量分析を行うことが好ましい。

このような方法であれば、より正確にシリコン多結晶の表面に付着している有機物を定量することができる。

更に、前記有機物の定量分析を、熱分解ガスクロマトグラフィーにより行うことが好ましい。

以上のように、本発明のシリコン単結晶の製造方法であれば、製造されるシリコン単結晶の炭素濃度に影響を与えにくい原料を選別して用いることで、原料からシリコン単結晶に取り込まれる炭素の量を低減することができるため、低炭素濃度のシリコン単結晶を効率よく製造することができ、また炭素濃度のばらつきも低減することができる。また、炭素濃度を制御して、所望の炭素濃度を有するシリコン単結晶を製造することもできる。

本発明に使用される熱分解ガスクロマトグラフィー装置の一例を示す概略図である。実施例において作成したポリ塩化ビニルの検量線である。実施例においてシリコン多結晶の熱分解ガスクロマトグラフィー分析で得られたマススペクトルである。

上述のように、ＣＺ法によるシリコン単結晶の製造において、低炭素濃度のシリコン単結晶を効率よく製造する方法の開発が求められていた。

本発明者らは、上記課題を達成するために鋭意検討し、シリコン多結晶の表面に付着する有機物には、気化しやすさ（又は炭化しやすさ）に種類による差異があることに着目した。上記のように、不活性ガス雰囲気下かつシリコンの融点以上の高温下において気化しやすい（炭化し難い）有機物は、シリコン多結晶の表面に付着しても、シリコン多結晶を溶融する際にそのほとんどが気化してしまうため、引き上げられる結晶には取り込まれにくい。従って、このような有機物は引き上げられる結晶の炭素濃度に与える影響度が小さく、許容濃度（即ち、結晶の炭素濃度に影響を与えない上限の濃度）が高い。一方、不活性ガス雰囲気下かつシリコンの融点以上の高温下において気化し難い（炭化しやすい）有機物は、シリコン多結晶の表面に付着すると、シリコン多結晶を溶融する際に気化せず炭化してしまうため、引き上げられる結晶に取り込まれやすい。従って、このような有機物は引き上げられる結晶の炭素濃度に与える影響度が大きく、許容濃度が低い。

このことから、本発明者らは、シリコン多結晶の表面に付着する有機物を、製造されるシリコン単結晶の炭素濃度に与える影響度別に分類し、各分類別の合計炭素濃度がそれぞれ所定の値以下であるシリコン多結晶を選別し、これを原料として使用することで、低炭素濃度のシリコン単結晶を効率よく製造できることを見出し、本発明を完成させた。

即ち、本発明は、シリコン多結晶を原料としてＣＺ法によりシリコン単結晶を製造する方法であって、原料となるシリコン多結晶の表面に付着している有機物を同定して定量分析する工程、前記有機物を製造されるシリコン単結晶の炭素濃度に与える影響度別に分類する工程、前記定量分析の結果から、各分類別の合計炭素濃度を求める工程、及び該各分類別の合計炭素濃度がそれぞれ所定の値以下のシリコン多結晶を選別し、該選別されたシリコン多結晶を原料として使用してシリコン単結晶の引き上げを行う工程を有するシリコン単結晶の製造方法である。

以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

［有機物を同定して定量分析する工程］
本発明のシリコン単結晶の製造方法では、まず原料となるシリコン多結晶の表面に付着している有機物を同定して定量分析する。原料となるシリコン多結晶には高純度が要求されるため、シリコン多結晶に付着する可能性がある有機物は限られている。より具体的には、例えばシリコン多結晶の粉砕、選別、洗浄、乾燥、搬送、及び袋詰めのいずれかの工程で使用される装置、治具、又は材料に含まれる有機物がシリコン多結晶の表面に付着している可能性が高い。従って、シリコン多結晶の表面に付着している有機物は、このような有機物から同定することが好ましい。このような方法であれば、より簡便にシリコン多結晶の表面に付着している有機物を同定することができる。

このような有機物として、更に具体的には、シリコン多結晶を挿入する袋に用いられるポリエチレン、シリコン多結晶を取り扱う際に使用する手袋に用いられるニトリルゴム、ポリイソプレン、シリコン多結晶の洗浄工程の薬液や運搬キャリアに用いられるポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、及びシリコン多結晶を運搬するベルトコンベアに用いられるポリエステル、ナイロン、ポリウレタンなどが挙げられる。

なお、上記の有機物は接触頻度、付着しやすさ、熱分解温度に差異がある。例えば、ポリエチレンなどは袋や手袋に用いられるため接触頻度はかなり高いが、熱分解温度が低く気化しやすいため、許容濃度は高い。逆に、ポリウレタンなどはシリコン多結晶を運搬するベルトコンベアに用いられるため接触頻度は低いものの、熱分解温度は高く気化し難い（炭化しやすい）ことが予想され、許容濃度は低い。一方、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦなどのフッ化炭化水素化合物はシリコン多結晶の洗浄槽や運搬キャリアに用いられているため接触頻度がやや高く、また熱的に安定な物質なので、許容濃度は更に低い。

また、シリコン多結晶の表面に付着している有機物を、飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）又は熱分解ガスクロマトグラフィーにより同定することも好ましい。このような方法であれば、より正確にシリコン多結晶の表面に付着している有機物を同定することができる。

また、定量分析の方法は特に限定されないが、本発明では不定形かつ表面に凹凸を有するシリコン多結晶を分析の対象とするため、ＮＭＲ（核磁気共鳴分光法）、液体クロマトグラフィー、ＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外線分光法）での定量は困難である。従って、本発明において、シリコン多結晶の表面に付着している有機物の定量分析は、熱分解ガスクロマトグラフィーにより行うことが好ましい。

この熱分解ガスクロマトグラフィーには、例えば図１に示される熱分解ガスクロマトグラフィー装置を使用することができる。図１に示される熱分解ガスクロマトグラフィー装置は、分析試料１を加熱する加熱チャンバー２、加熱チャンバー２で発生したガスを濃縮し再度気化させる濃縮装置３、濃縮装置３で発生したガスを分析するガスクロマトグラフィー装置４を有し、加熱チャンバー２と濃縮装置３は供給ライン５、濃縮装置３とガスクロマトグラフィー装置４は供給ライン５’でそれぞれ接続されている。加熱チャンバー２は、その前面に分析試料１を出入りさせるためのチャンバー開口部６、内部には分析試料１を置くための試料台７を有し、不活性ガスを供給する不活性ガス供給ライン８が接続されている。また、濃縮装置３はトラップ管９とリボンヒーター１０を有し、ガスクロマトグラフィー装置４はキャピラリーカラム１１と質量分析装置１２を有する。

この熱分解ガスクロマトグラフィー装置を使用する際には、チャンバー開口部６を開けて加熱チャンバー２内部の試料台７に分析試料１を置き、窒素などの不活性ガスを不活性ガス供給ライン８から流して加熱チャンバー２内を置換する。そして、加熱チャンバー２内で分析試料１を加熱し、分析試料１に付着した有機物を気化させる。これによって発生させたガスを、供給ライン５を介して、濃縮装置３内のトラップ管９に捕集し、冷却して気体から固体へ相変化させる。捕集が完了したら、トラップ管９に巻きつけられたリボンヒーター１０によりトラップ管９を加熱し、トラップ管９中に捕集した固体の有機物を気体に再度相変化させる。これによって発生させたガスを、供給ライン５’を介して、ガスクロマトグラフィー装置４に供給し、気化させた有機物の分析を行う。

なお、有機物の定量分析は、同定した有機物の検量線を予め作成し、作成した検量線に基づいて定量分析を行うことが好ましい。以下、上記の熱分解ガスクロマトグラフィー装置を使用して検量線の作成と検量線に基づいた定量分析を行う方法について、更に詳しく説明する。

まず、上記のようにして同定した有機物のそれぞれについて、以下のような手順で検量線を作成する。具体的には、同定した有機物を既知量（例えば、０．０１〜０．１ｇ）切り出し、加熱チャンバーに入れ、窒素などの不活性ガスを０．１Ｌ／分〜３０Ｌ／分でチャンバー内に流してチャンバー内を置換する。置換後、チャンバー温度を１００〜６００℃に設定し、３０〜６０分間加熱してチャンバー内の有機物の熱分解を行い、発生したガスをガスクロマトグラフィー装置で分析して、ピークデータを得る。更に、加熱チャンバーに入れる有機物の量を変えて同様の操作を行い、それぞれの量におけるピークデータを得る。このようにして得られたピークデータの中で、分析した有機物の代表的な熱分解生成物を示すキーピークを決定し、キーピークの面積と分析に使用した有機物の量から検量線を作成する。

ここで、各有機物のキーピーク例を表１に示す。なお、表１のキーピークは例であり、これらに限定されるものではない。

次に、シリコン多結晶に付着している有機物を定量する。具体的には、シリコン多結晶１０ｇ〜２００ｇを加熱チャンバーに入れ、上記の検量線を作成するときと同様の操作を行って、熱分解ガスクロマトグラフィーのピークデータを得る。得られたシリコン多結晶のピークデータにおいて、各有機物のキーピークに相当するピークの面積をそれぞれ求める。そして、このようにして求めた各有機物のキーピークに相当するピークの面積と、上記のようにして作成した各有機物の検量線から、シリコン多結晶に付着している各有機物の量を算出する。

［有機物を分類する工程］
上述のように、各有機物はシリコン多結晶との接触頻度や気化（熱分解）しやすさが異なるため、有機物によって、製造されるシリコン単結晶の炭素濃度に与える影響度が異なる。そこで、本発明のシリコン単結晶の製造方法では、次に、上記のシリコン多結晶の表面に付着している有機物を、製造されるシリコン単結晶の炭素濃度に与える影響度別に分類する。

より具体的には、例えば、影響度の小さいグループをグループＡ、影響度が中程度のグループをグループＢ、影響度が大きいグループをグループＣとすると、気化しやすい（即ち、許容濃度が高い）有機物はグループＡ、やや気化し難い（即ち、許容濃度がやや低い）有機物はグループＢ、更に気化し難い（即ち、許容濃度が更に低い）有機物はグループＣにそれぞれ分類することができる。

このような基準で上記の有機物を分類すると、ポリエチレン及びポリイソプレンはグループＡ、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ニトリルゴム、ポリウレタン、ポリスチレン、ナイロン、及びポリエステルはグループＢ、ＰＴＦＥ及びＰＶＤＦはグループＣに分類することができる。

なお、本発明における有機物の分類の基準は、製造されるシリコン単結晶の炭素濃度に与える影響度別に分類できるものであればよく、上記の基準に限定されるものではない。即ち、更に細分化してもよいし、その他の有機物による分類を適用してもよい。

［各分類別の合計炭素濃度を求める工程］
本発明のシリコン単結晶の製造方法では、次に、各分類別の合計炭素濃度を求める。この工程では、上述の定量分析で求めた各有機物の付着量を、上述の分類で分けた各グループごとに合計することで、各グループの合計炭素濃度を算出する。具体的には、各有機物のピークデータと該当する炭化水素化合物の検量線から該当炭化水素化合物の付着量を決定する。各炭化水素化合物について、同様の解析を行い、前記化合物のグループ毎に付着量を合計することで各グループの合計炭素濃度を算出する。

［シリコン多結晶を選別しシリコン単結晶の引き上げを行う工程］
本発明のシリコン単結晶の製造方法では、次に、各分類別の合計炭素濃度がそれぞれ所定の値以下のシリコン多結晶を選別し、この選別されたシリコン多結晶を原料として使用してシリコン単結晶の引き上げを行う。このとき、例えば上記のようにグループＡ、Ｂ、及びＣに分類した場合には、グループＡの合計炭素濃度が２，０００ｐｐｂａ以下、グループＢの合計炭素濃度が５００ｐｐｂａ以下、かつグループＣの合計炭素濃度が５０ｐｐｂａ以下のものを選別して原料に使用することが好ましい。なお、上記の選別の基準は一例であり、本発明における選別の基準は、製造するシリコン単結晶の炭素濃度の規格に従えばよく、これらに限定されるものではない。

なお、シリコン単結晶の引き上げは、通常のＣＺ法による単結晶の引き上げと同様に行えばよい。

また、上記分析の頻度としては、例えばシリコン多結晶の洗浄ロットにて１回、もしくはシリコン多結晶２ｔで１回の頻度で行うことができるが、適宜都合により決定すればよい。

以下、実施例及び比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

［実施例１］
まず、シリコン多結晶の粉砕、選別、洗浄、乾燥、搬送、及び袋詰めのいずれかの工程で使用される装置、治具、又は材料に含まれる有機物から、原料となるシリコン多結晶の表面に付着している有機物を、ポリ塩化ビニル、ポリイソプレン、ポリプロピレン、ＰＴＦＥ、及びＰＶＤＦと同定した。

次に、同定した有機物のそれぞれについて、図１に示される熱分解ガスクロマトグラフィー装置を用いて検量線を作成し、定量分析を行った。まず、ポリ塩化ビニル０．０１ｇを試料台に置き、チャンバー内を窒素ガスで置換した。その後、室温から目標温度５００℃まで５℃／分にて昇温を行い、目標温度である５００℃で６０分間放置した後、１０℃／分にて降温を行った。発生したガスをガスクロマトグラフィーで分析し、マススペクトルを得た。同様にして、ポリ塩化ビニルの量を０．０５ｇ、０．１ｇに変更して分析を行い、マススペクトルを得た。ポリ塩化ビニルのキーピークをベンゼンとし、上記のようにして得られたマススペクトルにおけるベンゼンのピークから、図２の検量線を作成した。なお、図２の横軸はポリ塩化ビニルの量であり、縦軸は得られたベンゼンのピーク面積の相対値である。

ポリ塩化ビニルと同様にして、ポリイソプレン（キーピーク：イソプレン）、ポリプロピレン（キーピーク：プロピレン）、ＰＴＦＥ（キーピーク：安息香酸）、ＰＶＤＦ（キーピーク：トリフルオロベンゼン）についても上記の方法で分析を行い、それぞれの有機物についてキーピークに対する検量線を作成した。

次に、分析対象となるシリコン多結晶１００ｇに対して、上記と同様の方法で熱分解ガスクロマトグラフィー分析を行った。得られたマススペクトルを図３に示す。図３の横軸は通過時間、縦軸は強度（ピーク面積値）である。図３のベンゼンのピーク面積値と図２の検量線から内挿又は外挿にて、分析に使用した１００ｇのシリコン多結晶の表面に付着しているポリ塩化ビニルの量を算出した。同様にして、分析に使用した１００ｇのシリコン多結晶の表面に付着しているポリイソプレン、ポリプロピレン、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦの量をそれぞれ算出した。

次に、ポリ塩化ビニル、ポリイソプレン、ポリプロピレン、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦを、シリコン単結晶の炭素濃度に与える影響度別に、Ａ〜Ｃの３つグループに分類した。ポリイソプレンは影響度の小さいグループＡ、ポリプロピレン及びポリ塩化ビニルは影響度が中程度のグループＢ、ＰＴＦＥ及びＰＶＤＦは影響度の大きいグループＣにそれぞれ分類された。

次に、上記のようにして算出したシリコン多結晶の表面に付着した各有機物の量から、各グループごとの合計炭素濃度を算出し、グループＡ（ポリイソプレン）の合計炭素濃度が２，０００ｐｐｂａ以下であり、グループＢ（ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル）の合計炭素濃度が５００ｐｐｂａ以下であり、グループＣ（ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ）の合計炭素濃度が５０ｐｐｂａ以下であるシリコン多結晶をシリコン単結晶を製造するための原料として選別した。このとき、シリコン多結晶２ｔの中から任意に１００ｇを選んで分析し、分析結果をシリコン多結晶２ｔの代表値とした。

次に、口径２２インチ（５５０ｍｍ）の石英ルツボに上記のようにして選別したシリコン多結晶２００ｋｇを充填した。次いで、石英ルツボ内でシリコン多結晶を加熱熔融した後、ＣＺ法により、結晶直径１２インチ（３００ｍｍ）、結晶方位＜１００＞のシリコン単結晶を１０本引き上げた。得られた１０本のシリコン単結晶の直胴後半（テール側）の炭素濃度を測定し、炭素濃度の平均値及び標準偏差を求めた。結果を表２に示す。

［比較例１］
上記の選別を行わなかったシリコン多結晶を原料として、実施例１と同様の条件で１０本のシリコン単結晶を引き上げた。得られた１０本のシリコン単結晶の直胴後半の炭素濃度を測定し、炭素濃度の平均値及び標準偏差を求めた。結果を表２に示す。

［比較例２］
実施例１の選別から外れたシリコン多結晶、具体的には、グループＡの合計炭素濃度が２，０００ｐｐｂａを超え、グループＢの合計炭素濃度が５００ｐｐｂａ以下であり、グループＣの合計炭素濃度が５０ｐｐｂａ以下であるシリコン多結晶を原料として、実施例１と同様の条件で１０本のシリコン単結晶を引き上げた。得られた１０本のシリコン単結晶の直胴後半の炭素濃度を測定し、炭素濃度の平均値及び標準偏差を求めた。結果を表２に示す。

［比較例３］
実施例１の選別から外れたシリコン多結晶、具体的には、グループＡの合計炭素濃度が２，０００ｐｐｂａ以下であり、グループＢの合計炭素濃度が５００ｐｐｂａを超え２，０００ｐｐｂａ以下であり、グループＣの合計炭素濃度が５０ｐｐｂａ以下であるシリコン多結晶を原料として、実施例１と同様の条件で１０本のシリコン単結晶を引き上げた。得られた１０本のシリコン単結晶の直胴後半の炭素濃度を測定し、炭素濃度の平均値及び標準偏差を求めた。結果を表２に示す。

［比較例４］
実施例１の選別から外れたシリコン多結晶、具体的には、グループＡの合計炭素濃度が２，０００ｐｐｂａ以下であり、グループＢの合計炭素濃度が５００ｐｐｂａ以下であり、グループＣの合計炭素濃度が５０ｐｐｂａを超え２，０００ｐｐｂａ以下であるシリコン多結晶を原料として、実施例１と同様の条件で１０本のシリコン単結晶を引き上げた。得られた１０本のシリコン単結晶の直胴後半の炭素濃度を測定し、炭素濃度の平均値及び標準偏差を求めた。結果を表２に示す。

表２に示されるように、分類した各グループの合計炭素濃度がそれぞれ所定の値以下であるシリコン多結晶を選別してシリコン単結晶の引き上げを行った実施例１では、比較例１〜４に比べて製造されるシリコン単結晶の炭素濃度が低減され、また炭素濃度のばらつきも低減されていた。

一方、シリコン多結晶の選別を行わずにシリコン単結晶の引き上げを行った比較例１、及び分類した各グループのうち１つのグループの合計炭素濃度が所定の値を超えているシリコン多結晶を用いてシリコン単結晶の引き上げを行った比較例２〜４では、実施例１に比べて製造されるシリコン単結晶の炭素濃度が高く、また炭素濃度のばらつきも大きかった。特に、シリコン多結晶の選別を行わなかった比較例１では、製造されるシリコン単結晶の炭素濃度が高くなるだけでなく、炭素濃度のばらつきが非常に大きくなった。

また、比較例２〜４を比べると、グループＡの合計炭素濃度が所定の値を超えている比較例２よりも、グループＢの合計炭素濃度が所定の値を超えている比較例３や、グループＣの合計炭素濃度が所定の値を超えている比較例４の方が、製造されるシリコン単結晶の炭素濃度が高くなっていた。また、比較例３のようにグループＢの合計炭素濃度をグループＡの選別規格値（２，０００ｐｐｂａ）以下にしても、製造されるシリコン単結晶の炭素濃度が高くなっていた。これは比較例４の結果から、グループＣも同様であることが分かる。このことから、グループＢやグループＣの方がグループＡよりも製造されるシリコン単結晶の炭素濃度に与える影響度が大きく、許容される合計炭素濃度が低いことが示された。

以上のことから、本発明のシリコン単結晶の製造方法であれば、ＣＺ法によるシリコン単結晶の製造において、低炭素濃度かつ炭素濃度のばらつきが低減されたシリコン単結晶を効率よく製造できることが明らかとなった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１…分析試料、２…加熱チャンバー、３…濃縮装置、
４…ガスクロマトグラフィー装置、５、５’…供給ライン、
６…チャンバー開口部、７…試料台、８…不活性ガス供給ライン、
９…トラップ管、１０…リボンヒーター、１１…キャピラリーカラム、
１２…質量分析装置。

Claims

シリコン多結晶を原料としてＣＺ法によりシリコン単結晶を製造する方法であって、
原料となるシリコン多結晶の表面に付着している有機物を同定して定量分析する工程、
前記有機物を製造されるシリコン単結晶の炭素濃度に与える影響度別に分類する工程、
前記定量分析の結果から、各分類別の合計炭素濃度を求める工程、及び
該各分類別の合計炭素濃度がそれぞれ所定の値以下のシリコン多結晶を選別し、該選別されたシリコン多結晶を原料として使用してシリコン単結晶の引き上げを行う工程、
を有することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
前記分類において、前記有機物を、製造されるシリコン単結晶の炭素濃度に与える影響度の小さいポリエチレン及びポリイソプレンからなるグループＡと、製造されるシリコン単結晶の炭素濃度に与える影響度が中程度のポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ニトリルゴム、ポリウレタン、ポリスチレン、ナイロン、及びポリエステルからなるグループＢと、製造されるシリコン単結晶の炭素濃度に与える影響度が大きいポリテトラフルオロエチレン及びポリフッ化ビニリデンからなるグループＣに分類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。
前記シリコン多結晶として、前記グループＡの合計炭素濃度が２，０００ｐｐｂａ以下、前記グループＢの合計炭素濃度が５００ｐｐｂａ以下、かつ前記グループＣの合計炭素濃度が５０ｐｐｂａ以下のものを選別して原料に使用することを特徴とする請求項２に記載のシリコン単結晶の製造方法。
前記シリコン多結晶の表面に付着している有機物を、前記シリコン多結晶の粉砕、選別、洗浄、乾燥、搬送、及び袋詰めのいずれかの工程で使用される装置、治具、又は材料に含まれる有機物から同定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
前記シリコン多結晶の表面に付着している有機物を、飛行時間型二次イオン質量分析法又は熱分解ガスクロマトグラフィーにより同定することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
前記有機物の定量分析において、前記同定した有機物の検量線を予め作成し、該作成した検量線に基づいて定量分析を行うことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
前記有機物の定量分析を、熱分解ガスクロマトグラフィーにより行うことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。