JPH0196089A - 単結晶の直径制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はＣＺ法（チョクラルスキー法）による単結晶
の製造において、単結晶の直径を制御する方法に関する
。

〔従来の技術〕

ＩＣ，ＬＳＩ等の製造に使用されるシリコン等の単結晶
の製造方法として、ＣＺ法がよく知られている。この方
法は、第２図の模式図に示すように、るつぼｌに容れた
シリコン等の原料融液２を、ワイヤ３によりるつぼ１に
対して相対的に回転させながら引き上げ、凝固させて、
柱状の単結晶４を製造するものである。製造された単結
晶は、円柱状のインゴットに仕上げられるが、その際の
歩留りを上げるため、単結晶４は各部分で同じ直径にす
ることが要求される。

従来から、特開昭４８−５０９８８、特開昭４８−５８
９７８等に提案されている様に、この直径を制御する方
法として、単結晶成長部５のフュージョンリング１１を
光学的手段６で測光し、その値から単結晶４の直径を推
定し、推定された直径が目標直径（〉製品直径）に一致
するよう、単結晶４の引き上げ速度等を調整することが
行われている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、従来の直径制御の基本は単結晶の断面形状を
真円とみなし、もっばら長手方向で如何に均一な直径分
布を確保するかという点にあった。

しかし、単結晶の断面形状は、実際には真円でなく、結
晶方位に固存な多角形を示す傾向がある。

第４図はこの傾向を示したもので、結晶ミラー指数＜１
００＞では四角形（同図（イ））、（１１１〉では六角
形（同図（ロ））、＜５１Ｎでは五角形（同図（ハ））
になる傾向が強い。

引き上げられた単結晶は、前述したとおりウェハーに切
断される前に、切削加工により直径が長手方向で均一（
製品直径）に仕上げられるが、従来のような長手方向主
体の直径制御では、上述した断面形状の多角形化に起因
して、この切削加工時に大きな無駄を生しているのであ
る。

すなわち、第４図に示すように断面形状が多角形化する
と、長手方向に十分な直径側ｊｎが行われていても周方
向で局部的に小径な部分が生じ、場合によっては製品直
径を下回ることも有り得る。

直径が一部でも製品直径に満たない場合その単結晶は全
体が欠陥品となり、大きなロスを生じる。

したがって実際の制御では、この危険をなくするために
、引き上げ段階で目標直径を大きくとっており、このた
めに切削加工によるロスが増大し、歩留りの低下は避け
られなかった。

本発明は、斯かる問題を解決した単結晶の直径制御方法
を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の直径制御方法は、第１図に示すように、単結晶
が１回転する間に複数回単結晶の直径を測定し、その中
の最小寸法を目標直径に近づけるように単結晶の引上速
度および／または原料融液の温度を制御し、これを単結
晶の全長にわたって続けるものである。

本発明の方法において、単結晶１回転当たりの直径測定
回数は、多いほど精度が向上し好ましいが、特に１０回
以上が好ましい。その理由は次のとおりである。

例えば（１００）の場合、最も細いのは晶癖線からの角
度が±１０’以内に発生しており、直径の測定誤差を±
０．１１以下にする為には２０等分（１８°）以上、直
径測定回数では１０回以上を必要とする。

〔作　用〕

引き上げられる単結晶の最小直径部分が目標直径に制御
されるので、目標直径を製品直径に近づけても製品直径
を下回る危険性が減少し、目標直径を製品直径に近づけ
ることができる分、歩留りを向上させ得る。

〔実施例〕

以下、本発明の方法を実施例をまじえ具体的に説明する
。

直径測定方法については、従来の方法がそのまま通用で
きる。第２図および第３図によりＦｌに説明すると、Ｃ
ＣＤカメラ６がるつぼｌの斜め上方から、原料融液２と
単結晶４との境界面中央に向けて水平方向の輝度分布を
測定するように設置しである。ＣＣＤカメラ６の出力信
号は処理装置７を経て、直径計算装置８に入力される。

処理装置８では、第３図（イ）（ロ）に示すように、上
記輝度分布をしきい値９により二値化する。そして、同
図（ハ）に示すようにフュージョンリングの測光方向両
端に対応する２つの１信号の両端の画素子番号をＮＡ　
、ＮＢとすれば、単結晶の直径φ（■膳）はφ＝ＳＸ　
（ＮＡ　−ＮＢ　）　　（關）ただし、Ｓ：画素子の幅
（謙、ｍ） として測定される。

本発明の直径制御方法においては、このような直径測定
を単結晶が１回転する間に複数回、好ましくは１０回以
上行う、そして、その中から最小寸法をとり出し目標直
径との比較を行う。

例えば、直径測定を単結晶１回転当り１３回行うとして
、第１図に１　、　２　、−−−−−・・−１３で示し
た部分の直径φ１．φ２・・・φ１．が φ＋＝１２９ｍ φ、＝１２８．４龍 φ、＝１２９．１龍 φ４＝１３１．０ｆｉ φｓ”１２９．５＋ｕ φ＋ｇ＝１２８．５璽璽 φ＋ｊ＝１２９．０ｓ寓 であったとすれば、これらのφ１〜φ１．を小さい順に
並べ換え、最小寸法（この場合φ、＝１２８゜４鴎）を
、今回１３回の直径測定における代表直径値として目標
直径（例えば１２Ｂ、（ｌａｌ）との比較を行うのであ
る。そして、その差（例えば１２８．４−１２８．０＝
＋０．４鶴）がプラスの場合、差を０に近づけるよう引
上速度を大きくするか、融液温度を低くする（双方を併
用してもよい）。

差がマイナスの場合はその差を０に近づけるように引上
速度を小さくするか、又は融液温度を高くする（双方を
併用してもよい）。

そして、このような制御を単結晶が１回転する毎に繰り
返し、単結晶の全長にわたって直径制御を行うのである
６ 以上の方法で実際に単結晶シリコンの直径制御を行った
結果を従来法の場合と比較して次に説明する。

本発明法では単結晶が１回転する毎に１５回の直径測定
を行い、従来法では単結晶が１回転する毎に１回の直径
測定を行った。また、従来法としては、目標直径を本発
明法と同一の１２８ｍｍとしたもの、これより大きい１
３０ｆｌとしたものの二種類を実施した。条件を整理し
て第１表に示す。

第５図は、得られた単結晶の直径の周方向分布（最大値
と最小値）を単結晶長手方向の７箇所（有効部トップか
ら０．１００，２００，３００〜６００の位置）で測定
した結果を示したものである。

第　　１　　表 第５図から明らかなように、本発明法では最小直径が目
標直径によく一敗しており、最小直径が製品直径を下回
る部分も生じていない、これに対し、本発明法と同一の
目標直径を与えられた従来法Ｉでは、最小直径のバラツ
キが大きく、部分的に製品直径を下回るところが生じて
おり、この単結晶は欠陥品として処理されることになる
。一方、目標直径を引上げた従来法■では、従来法Ｉの
ように製品直径を下回ることはないが、最大直径が本発
明法、従来法Ｉと比べて大巾に増大しており、製品化に
当たってはこの分、余計に切削しなければならないので
、歩留りが極端に悪いものとなる。

また、第６図は第１表の条件において、直径測定回数を
変化させた場合の、測定回数と最小直径の長手方向偏差
（最大値−°最小値）との関係を示したものである。同
図から、測定回数を増すことにより最小値のバラツキが
少なくなり、特に１０回以上で大巾な効果の得られてい
ることもわかる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明の方法によれば
最小直径の単結晶長手方向偏差が小さく制御されるので
、部分的な製品直径割れを生じる危険が少なくなるばか
りでなく、単結晶引上げ時の目標直径を製品直径に近づ
けることができ、製品直径に近づけた分、単結晶が小径
に引上げられるので、製品化に際しての切削代が少なく
なり、シリコンウェハー等の製造歩留りを向上させ、そ
の製造コスト低減に大きな効果が得られることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る直径測定位置を示す模式図、第２
図は一般的な単結晶引上げと単結晶の直径測定を示す模
式図、第３図は単結晶の直径測定における信号処理手順
を示す線図、第４図は単結晶の結晶ミラー指数による断
面変形を示す模式図、第５図および第６図は本発明の効
果を示すグラフである。 ｌ：るつぼ、２：原料融液、３：ワイヤ、４：単結晶、
５：単結晶成長部、６：光学的手段（ＣＯＤカメラ）、
７：出力信号の処理、８；直径計算装置、９：しきい値
、１１：フュージョンリング。 出　願　人　大阪チタニウム製造株式会社第４図 −４へ０− 第　１　図 第３図 第　　２　図 第５図 直径 第　６　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕るつぼ（１）の中の原料融液（２）をるつぼに対
   して相対的に回転させながら柱状に引き上げて凝固させ
   る単結晶（４）の製造において、単結晶（４）が１回転
   する間に複数回単結晶（４）の直径を測定し、その中の
   最小寸法を目標直径に近づけるよう単結晶（４）の引上
   速度および／または原料融液（２）の温度を制御するこ
   とを特徴とする単結晶の直径制御方法。