JP7184025B2 - シリコン単結晶の製造方法 - Google Patents
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Description
坩堝1は、通常、図6に示すように、黒鉛等から構成され、ほぼ有底円筒形状の支持坩堝2と、ほぼ有底円筒形状であって、支持坩堝2に収容された石英坩堝3と、支持坩堝2の破損を防止するために支持坩堝2と石英坩堝3との間に挿入された黒鉛シート(カーボンシート)4とを備えている。石英坩堝3は、シリコン融液5を貯留する。坩堝2の外側に所定間隔を隔てて配置されたヒータ6は、シリコン融液5を加熱する。
図6に示す石英坩堝3は二酸化シリコン(SiO2)を主成分とするため、石英坩堝3から酸素(O2)が溶け出してシリコン融液5と反応し、酸化シリコン(SiOx、0<x≦2)が生成される。また、シリコン単結晶に所望の性質を付与するために、ドーパントをシリコン融液5に添加する場合がある。前記酸化シリコン(SiOx)又は前記ドーパントは、シリコン融液5の表面から蒸発する。
石英坩堝3が長時間連続して使用されると、石英坩堝3が飴状に軟化して自重により支持坩堝2の底部内側に溜まり、石英坩堝3の形状が変化する(図7参照)。この結果、石英坩堝3の形状が変化する前と比較して、ヒータ6から石英坩堝3内に貯留されているシリコン融液5への輻射熱の流れが変動する。このため、シリコン融液5の温度が変動し、シリコン融液5から引き上げられるシリコン単結晶の直径も変動する。石英坩堝3が飴状に軟化するのは、二酸化シリコン(SiO2)を主成分とする石英坩堝3の軟化点が1500℃程度であり、シリコン(Si)の融点と大きく変わらないからである。
図1は本発明の実施の形態に係るシリコン単結晶の製造方法を適用した半導体結晶製造装置10の構成の一例を示す概念図である。半導体結晶製造装置10は、CZ法を用いてシリコン単結晶を製造する。
(1)1本引き上げ(a=b=1)
1回の製造バッチにおいて、単一の坩堝を用いて1本だけシリコン単結晶を製造した。
(2)マルチプリング法引き上げ
1回の製造バッチにおいて、単一の坩堝を用いて複数本のシリコン単結晶を製造した。
比較例でも、前記(1)1本引き上げ及び前記(2)マルチプリング法引き上げの方法でシリコン単結晶SMを製造した。1本引き上げ及びマルチプリング法引き上げのシリコン単結晶SMの製造時のいずれの場合も同一のPIDパラメータを用いた。他の条件は、実施例と同一である。
実施例及び比較例について、前記2通りの方法において、平均速度ばらつき(mm/min)を評価指標とした場合の評価結果を表1及び表2に示す。ここで、平均速度ばらつきとは、シリコン単結晶SMの直胴部を肩部との境界から軸方向に50mm生成した場合の設定引き上げ速度の平均値と実測引き上げ速度との差の標準偏差をいう。
例えば、前記実施の形態では、前記黒鉛シートの劣化、前記蒸発物の増加及び前記石英坩堝の形状変化という3つ事象に起因してa本目以降のシリコン単結晶を製造する場合の引き上げ速度が管理範囲外に外れると推測しているが、これに限定されない。
Claims (10)
- チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げるごとに残存するシリコン融液にシリコン原料を追加投入する作業を繰り返し、単一の坩堝を用いて複数本のシリコン単結晶を製造するマルチプリング法を用いたシリコン単結晶の製造方法であって、
前記シリコン融液を加熱するヒータに供給する電力をPID制御する際に、
第1のPIDパラメータを用いて1本目から所定本目までの前記シリコン単結晶を製造する第1の単結晶製造工程と、
前記第1のPIDパラメータとは異なる第2のPIDパラメータを用いて前記所定本目より後の前記シリコン単結晶を製造する第2の単結晶製造工程と
を備えたことを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。 - チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げるごとに残存するシリコン融液にシリコン原料を追加投入する作業を繰り返し、単一の坩堝を用いて複数本のシリコン単結晶を製造するマルチプリング法を用いるとともに、引き上げ中の前記シリコン単結晶の実測直径と、前記シリコン融液を加熱するヒータの実測ヒータ温度とをフィードバックして、少なくとも前記ヒータに供給する電力をPID制御するシリコン単結晶の製造方法であって、
第1のPIDパラメータを用いて1本目から所定本目までの前記シリコン単結晶を製造する第1の単結晶製造工程と、
前記第1のPIDパラメータとは異なる第2のPIDパラメータを用いて前記所定本目より後の前記シリコン単結晶を製造する第2の単結晶製造工程と
を備えたことを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。 - 前記第2のPIDパラメータは、前記第1のPIDパラメータを構成するP値とは異なるP値であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のシリコン単結晶の製造方法。
- 前記異なるP値は、前記シリコン単結晶を構成する直胴部のうち、少なくとも前半部分の全部又は一部の形成時に用いられるものであることを特徴とする請求項3に記載のシリコン単結晶の製造方法。
- 前記異なるP値は、前記第1のPIDパラメータを構成するP値よりも大きい値であることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載のシリコン単結晶の製造方法。
- 前記異なるP値は、前記第1のPIDパラメータを構成するP値の1倍を超え3倍以下の範囲であることを特徴とする請求項5に記載のシリコン単結晶の製造方法。
- 前記第2のPIDパラメータは、前記第1のPIDパラメータを構成するI値とは異なるI値であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のシリコン単結晶の製造方法。
- 前記異なるI値は、前記シリコン単結晶を構成する直胴部のうち、少なくとも後半部分の全部又は一部の形成時に用いられるものであることを特徴とする請求項7に記載のシリコン単結晶の製造方法。
- 前記異なるI値は、前記第1のPIDパラメータを構成するI値よりも大きい値であることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載のシリコン単結晶の製造方法。
- 前記異なるI値は、前記第1のPIDパラメータを構成するI値の1倍を超え4倍以下の範囲であることを特徴とする請求項9に記載のシリコン単結晶の製造方法。
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