JPH0959084A - 結晶中酸素濃度の制御方法 - Google Patents
結晶中酸素濃度の制御方法Info
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- JPH0959084A JPH0959084A JP21493995A JP21493995A JPH0959084A JP H0959084 A JPH0959084 A JP H0959084A JP 21493995 A JP21493995 A JP 21493995A JP 21493995 A JP21493995 A JP 21493995A JP H0959084 A JPH0959084 A JP H0959084A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 結晶中酸素濃度に及ぼす部品劣化等の経時変
化に対して考慮がなされてなく、何本も引き上げる内に
酸素濃度値が目標からずれてくる。この外乱には多くの
要因が混ざっており、単純なフィードバックでは操作量
を正確に設定することが難しく、また人間が行なうと検
討に時間が掛かり易い。 【解決手段】 予めルツボ１３の回転数Ｒ等の制御因子
に関する関係式を求めておき、この制御因子の操作量に
基づいて単結晶１７を引き上げ、酸素濃度を測定した
後、この測定酸素濃度と関係式による酸素濃度推定値と
の差に基づいて外乱要因ごとに関係式を補正し、この補
正した関係式に基づいて所定の目標酸素濃度値になるよ
うに決定したルツボ回転数Ｒ等の制御因子の操作量によ
り、次の単結晶１７を引き上げる結晶中酸素濃度の制御
方法。
化に対して考慮がなされてなく、何本も引き上げる内に
酸素濃度値が目標からずれてくる。この外乱には多くの
要因が混ざっており、単純なフィードバックでは操作量
を正確に設定することが難しく、また人間が行なうと検
討に時間が掛かり易い。 【解決手段】 予めルツボ１３の回転数Ｒ等の制御因子
に関する関係式を求めておき、この制御因子の操作量に
基づいて単結晶１７を引き上げ、酸素濃度を測定した
後、この測定酸素濃度と関係式による酸素濃度推定値と
の差に基づいて外乱要因ごとに関係式を補正し、この補
正した関係式に基づいて所定の目標酸素濃度値になるよ
うに決定したルツボ回転数Ｒ等の制御因子の操作量によ
り、次の単結晶１７を引き上げる結晶中酸素濃度の制御
方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は結晶中酸素濃度の制
御方法に関し、より詳細には、チョクラルスキー法（以
下、ＣＺ法と記す）等によりＳｉ（シリコン）溶融液か
らＳｉ単結晶を引き上げる際に適用される結晶中酸素濃
度の制御方法に関する。
御方法に関し、より詳細には、チョクラルスキー法（以
下、ＣＺ法と記す）等によりＳｉ（シリコン）溶融液か
らＳｉ単結晶を引き上げる際に適用される結晶中酸素濃
度の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体の材料となる単結晶を引き上げる
には種々の方法があるが、その一つにＣＺ法がある。図
１はこのＣＺ法により単結晶を引き上げる際に用いられ
る結晶成長装置を模式的に示した断面図であり、図中１
２は容器を示している。容器１２によりチャンバ１１が
形成されており、チャンバ１１の上部は円柱状の上部チ
ャンバ１１ａとなっている。チャンバ１１の略中央部に
は略有底円筒形状の石英ルツボ１３ａが配設され、石英
ルツボ１３ａ内にはＳｉの溶融液１５が充填されるよう
になっている。また石英ルツボ１３ａの外周には略有底
円筒形状の黒鉛ルツボ１３ｂが配設されており、これら
石英ルツボ１３ａと黒鉛ルツボ１３ｂとによりルツボ１
３が構成されている。またルツボ１３下部には回転軸１
８を介して駆動装置（図示せず）が接続されており、こ
の駆動装置を駆動させるとルツボ１３が所定速度で回転
・上下動するようになっている。またルツボ１３の外側
にはこれと同心円状にヒータ１４が配設されており、ヒ
ータ１４により石英ルツボ１３ａ内に装入したＳｉ原料
が溶融して溶融液１５が形成されるようになっている。
またルツボ１３の中心軸上には引上軸１６が吊設され、
引上軸１６の先端には種結晶１６ａが取り付けられてお
り、引上軸１６は上方に引き上げられるようになってい
る。また容器１２下部は開口部１９を介して真空ポンプ
（図示せず）に接続されており、この真空ポンプを駆動
させてチャンバ１１内の圧力（以下、炉内圧と記す）を
所定圧力に設定するようになっている。また上部チャン
バ１１ａにはガス供給装置（図示せず）が接続されてお
り、このガス供給装置を駆動させてＡｒ等の不活性ガス
を所定流量、上部チャンバ１１ａを通ってチャンバ１１
内に供給するようになっている。これらチャンバ１１、
ルツボ１３、ヒータ１４、引上軸１６、駆動装置、真空
ポンプ、ガス供給装置等を含んで結晶成長装置２０が構
成されている。
には種々の方法があるが、その一つにＣＺ法がある。図
１はこのＣＺ法により単結晶を引き上げる際に用いられ
る結晶成長装置を模式的に示した断面図であり、図中１
２は容器を示している。容器１２によりチャンバ１１が
形成されており、チャンバ１１の上部は円柱状の上部チ
ャンバ１１ａとなっている。チャンバ１１の略中央部に
は略有底円筒形状の石英ルツボ１３ａが配設され、石英
ルツボ１３ａ内にはＳｉの溶融液１５が充填されるよう
になっている。また石英ルツボ１３ａの外周には略有底
円筒形状の黒鉛ルツボ１３ｂが配設されており、これら
石英ルツボ１３ａと黒鉛ルツボ１３ｂとによりルツボ１
３が構成されている。またルツボ１３下部には回転軸１
８を介して駆動装置（図示せず）が接続されており、こ
の駆動装置を駆動させるとルツボ１３が所定速度で回転
・上下動するようになっている。またルツボ１３の外側
にはこれと同心円状にヒータ１４が配設されており、ヒ
ータ１４により石英ルツボ１３ａ内に装入したＳｉ原料
が溶融して溶融液１５が形成されるようになっている。
またルツボ１３の中心軸上には引上軸１６が吊設され、
引上軸１６の先端には種結晶１６ａが取り付けられてお
り、引上軸１６は上方に引き上げられるようになってい
る。また容器１２下部は開口部１９を介して真空ポンプ
（図示せず）に接続されており、この真空ポンプを駆動
させてチャンバ１１内の圧力（以下、炉内圧と記す）を
所定圧力に設定するようになっている。また上部チャン
バ１１ａにはガス供給装置（図示せず）が接続されてお
り、このガス供給装置を駆動させてＡｒ等の不活性ガス
を所定流量、上部チャンバ１１ａを通ってチャンバ１１
内に供給するようになっている。これらチャンバ１１、
ルツボ１３、ヒータ１４、引上軸１６、駆動装置、真空
ポンプ、ガス供給装置等を含んで結晶成長装置２０が構
成されている。
【０００３】このように構成された結晶成長装置２０を
用い、ＣＺ法によりＳｉ単結晶を引き上げる場合、まず
石英ルツボ１３ａ内にＳｉ原料を装入し、真空ポンプを
駆動させてチャンバ１１内を所定圧力に設定すると共
に、ガス供給装置を駆動させてチャンバ１１内に所定流
量の不活性ガスを導入する。次にヒータ１４に電流を印
加してルツボ１３を加熱し、溶融液１５を形成する。次
に引上軸１６先端の種結晶１６ａを溶融液１５表面に接
触させた後、ルツボ１３を所定速度で回転させながら引
上軸１６を引き上げ、溶融液１５を凝固させてＳｉ単結
晶１７を成長させる。
用い、ＣＺ法によりＳｉ単結晶を引き上げる場合、まず
石英ルツボ１３ａ内にＳｉ原料を装入し、真空ポンプを
駆動させてチャンバ１１内を所定圧力に設定すると共
に、ガス供給装置を駆動させてチャンバ１１内に所定流
量の不活性ガスを導入する。次にヒータ１４に電流を印
加してルツボ１３を加熱し、溶融液１５を形成する。次
に引上軸１６先端の種結晶１６ａを溶融液１５表面に接
触させた後、ルツボ１３を所定速度で回転させながら引
上軸１６を引き上げ、溶融液１５を凝固させてＳｉ単結
晶１７を成長させる。
【０００４】ところで、引き上げられたＳｉ単結晶１７
に関する品質評価項目の一つとして結晶中酸素濃度が挙
げられる。結晶中酸素はＳｉウエハ内の不純物を捕獲す
る作用（イントリンシックゲッタリング作用）を有し、
Ｓｉ単結晶１７内に所定濃度の酸素が固溶していると半
導体素子の性能を向上させ得るため、結晶中酸素濃度を
所定の範囲内に納めることは重要な管理項目となってい
る。しかし従来のＣＺ法においては、Ｓｉ単結晶１７が
引き上げられて溶融液１５面の高さが低くなるにつれ、
石英ルツボ１３ａから溶融液１５への酸素溶け込み量が
減少して結晶中酸素濃度が減少し易く、その結果、Ｓｉ
単結晶１７の引き上げ方向における酸素濃度が不均一に
なり易いという問題があった。この問題に対処するた
め、引き上げの際にルツボ１３の回転速度、炉内圧、不
活性ガス流量の操作量を調整することにより結晶中酸素
濃度を制御する方法が開発されている（特公平２−４４
７９９号公報、特開平１−１６０８９３号公報、特開平
３−１５９９８６号公報）。また結晶中酸素濃度と前記
操作量との関係を定式化した後、パラメータフィッティ
ングを行って前記各操作量を設定し、この設定した操作
量に基づいて結晶中酸素濃度を制御する方法が開示され
ている（特開平６−１７２０８１号公報）。
に関する品質評価項目の一つとして結晶中酸素濃度が挙
げられる。結晶中酸素はＳｉウエハ内の不純物を捕獲す
る作用（イントリンシックゲッタリング作用）を有し、
Ｓｉ単結晶１７内に所定濃度の酸素が固溶していると半
導体素子の性能を向上させ得るため、結晶中酸素濃度を
所定の範囲内に納めることは重要な管理項目となってい
る。しかし従来のＣＺ法においては、Ｓｉ単結晶１７が
引き上げられて溶融液１５面の高さが低くなるにつれ、
石英ルツボ１３ａから溶融液１５への酸素溶け込み量が
減少して結晶中酸素濃度が減少し易く、その結果、Ｓｉ
単結晶１７の引き上げ方向における酸素濃度が不均一に
なり易いという問題があった。この問題に対処するた
め、引き上げの際にルツボ１３の回転速度、炉内圧、不
活性ガス流量の操作量を調整することにより結晶中酸素
濃度を制御する方法が開発されている（特公平２−４４
７９９号公報、特開平１−１６０８９３号公報、特開平
３−１５９９８６号公報）。また結晶中酸素濃度と前記
操作量との関係を定式化した後、パラメータフィッティ
ングを行って前記各操作量を設定し、この設定した操作
量に基づいて結晶中酸素濃度を制御する方法が開示され
ている（特開平６−１７２０８１号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記した結晶中酸素濃
度の制御方法においては、いずれも結晶中酸素濃度に及
ぼす部品劣化等の経時変化に対して考慮が払われておら
ず、何本も引き上げるうちに結晶中酸素濃度の値が目標
からずれてくるという問題点があった。このように実際
の引き上げでは経時的な変化による外乱が入るため、引
き上げ後の酸素濃度の測定値をフィードバックして操作
量を設定することが必要となる。しかしフィードバック
をするに当たり、外乱にはさまざまな要因が混じってい
るので、単純な方法では操作量を正確に設定することが
難しいという課題があった。一方、これを人間が行なう
と、種々のノウハウを必要とし、検討に時間が掛かり易
いという課題があった。
度の制御方法においては、いずれも結晶中酸素濃度に及
ぼす部品劣化等の経時変化に対して考慮が払われておら
ず、何本も引き上げるうちに結晶中酸素濃度の値が目標
からずれてくるという問題点があった。このように実際
の引き上げでは経時的な変化による外乱が入るため、引
き上げ後の酸素濃度の測定値をフィードバックして操作
量を設定することが必要となる。しかしフィードバック
をするに当たり、外乱にはさまざまな要因が混じってい
るので、単純な方法では操作量を正確に設定することが
難しいという課題があった。一方、これを人間が行なう
と、種々のノウハウを必要とし、検討に時間が掛かり易
いという課題があった。
【０００６】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、各種の外乱要因を層別し、この層別した外乱
要因毎に操作量を正確、かつ自動的に補正・設定するこ
とができ、繰り返し引き上げることによる経時的な変化
による結晶中酸素濃度のずれの発生を抑制すると共に、
結晶中酸素濃度を規格範囲内に容易、かつ確実に収める
ことができ、この結果、引き上げられた単結晶の品質及
び歩留りを向上させることができる結晶中酸素濃度の制
御方法を提供することを目的としている。
のであり、各種の外乱要因を層別し、この層別した外乱
要因毎に操作量を正確、かつ自動的に補正・設定するこ
とができ、繰り返し引き上げることによる経時的な変化
による結晶中酸素濃度のずれの発生を抑制すると共に、
結晶中酸素濃度を規格範囲内に容易、かつ確実に収める
ことができ、この結果、引き上げられた単結晶の品質及
び歩留りを向上させることができる結晶中酸素濃度の制
御方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る結晶中酸素濃度の制御方法は、石英ルツ
ボ内の溶融液より結晶を引き上げる際の結晶中酸素濃度
の制御方法において、あらかじめ酸素濃度とルツボ回転
数等の制御因子に関する関係式とを求めておき、前記制
御因子の操作量を決定し、該操作量に基づいて結晶を引
き上げ、該引き上げた結晶中の酸素濃度を測定した後、
該測定した酸素濃度と前記関係式による酸素濃度推定値
との差に基づいて部品劣化要因、品種変更要因、これら
以外の要因ごとに前記関係式を補正し、この補正した関
係式に基づいて酸素濃度が所定の目標値となるように前
記ルツボ回転数等の制御因子の操作量を決定し、この操
作量に基づいて次の結晶を引き上げることを特徴として
いる。
に本発明に係る結晶中酸素濃度の制御方法は、石英ルツ
ボ内の溶融液より結晶を引き上げる際の結晶中酸素濃度
の制御方法において、あらかじめ酸素濃度とルツボ回転
数等の制御因子に関する関係式とを求めておき、前記制
御因子の操作量を決定し、該操作量に基づいて結晶を引
き上げ、該引き上げた結晶中の酸素濃度を測定した後、
該測定した酸素濃度と前記関係式による酸素濃度推定値
との差に基づいて部品劣化要因、品種変更要因、これら
以外の要因ごとに前記関係式を補正し、この補正した関
係式に基づいて酸素濃度が所定の目標値となるように前
記ルツボ回転数等の制御因子の操作量を決定し、この操
作量に基づいて次の結晶を引き上げることを特徴として
いる。
【０００８】以下の説明に使用する記号は、下記の表１
に示したように定義することとする
に示したように定義することとする
【０００９】
【表１の１】
【００１０】
【表１の２】
【００１１】
【表１の３】
【００１２】酸素濃度推定値［Ｏi ］0 は、引き上げ率
Ｌ、ルツボ回転数Ｒ、炉内圧Ｐ、不活性ガス流量Ｑの関
数である下記の数１式により求められることとなる。
Ｌ、ルツボ回転数Ｒ、炉内圧Ｐ、不活性ガス流量Ｑの関
数である下記の数１式により求められることとなる。
【００１３】
【数１】
【００１４】しかし、この結晶中酸素濃度はルツボ回転
数Ｒ等の制御因子以外に多くの外乱要因の影響を受けて
おり、酸素濃度推定値［Ｏi ］0 と引き上げられた酸素
濃度測定値［Ｏi ］との間に誤差が生じ易い。本発明者
等が調査を行ない、これら外乱要因によって生じる誤差
は、（１）チャンバ内に配設された部品ｉの劣化が外乱
要因となって発生する誤差と、（２）酸素濃度値の差異
（品種変更要因）により目標酸素濃度ごとに保有してい
る誤差にずれが生じ、このずれにより発生する誤差と、
（３）異なる結晶成長装置間の誤差等のように層別が不
可能な外乱要因も含めた前記（１）、（２）以外の未知
外乱要因により発生する誤差とに分類し得ることとな
る。
数Ｒ等の制御因子以外に多くの外乱要因の影響を受けて
おり、酸素濃度推定値［Ｏi ］0 と引き上げられた酸素
濃度測定値［Ｏi ］との間に誤差が生じ易い。本発明者
等が調査を行ない、これら外乱要因によって生じる誤差
は、（１）チャンバ内に配設された部品ｉの劣化が外乱
要因となって発生する誤差と、（２）酸素濃度値の差異
（品種変更要因）により目標酸素濃度ごとに保有してい
る誤差にずれが生じ、このずれにより発生する誤差と、
（３）異なる結晶成長装置間の誤差等のように層別が不
可能な外乱要因も含めた前記（１）、（２）以外の未知
外乱要因により発生する誤差とに分類し得ることとな
る。
【００１５】すると、次回（ｎ＋１）結晶引き上げ時の
酸素濃度予想値［Ｏi ］’は、酸素濃度推定値［Ｏi ］
0 を前記部品ｉの劣化要因（１）に対する補正量δ1 、
前記品種変更要因（２）に対する補正量δ2 、及び前記
未知要因（３）に対する補正量δ3 により補正した下記
の数２式により求められることとなる。
酸素濃度予想値［Ｏi ］’は、酸素濃度推定値［Ｏi ］
0 を前記部品ｉの劣化要因（１）に対する補正量δ1 、
前記品種変更要因（２）に対する補正量δ2 、及び前記
未知要因（３）に対する補正量δ3 により補正した下記
の数２式により求められることとなる。
【００１６】
【数２】
【００１７】なおここで、補正量δ2 は品種ごとに固有
の値であり、また数１の関係を有する同一の品種におい
て、補正量δ3 は共通する値を使用することとする。
の値であり、また数１の関係を有する同一の品種におい
て、補正量δ3 は共通する値を使用することとする。
【００１８】また前記部品の劣化要因（１）に対する補
正量δ1 は下記の数３式により求められることとなる。
正量δ1 は下記の数３式により求められることとなる。
【００１９】
【数３】
【００２０】なおここで、部品ｉの劣化補正係数αi 、
部品ｉの劣化外乱係数ｄi は各炉固有の値を使用するこ
ととする。
部品ｉの劣化外乱係数ｄi は各炉固有の値を使用するこ
ととする。
【００２１】上記した結晶中酸素濃度の制御方法によれ
ば、多くの外乱要因を部品劣化要因と品種変更要因とこ
れら以外の要因とに層別し、これら要因ごとに補正量を
見直している。このため、前記関係式が常時正確に補正
され得ると共に、この補正した関係式に基づき制御因子
の操作量が自動的に設定され得ることとなる。この結
果、引き上げられた単結晶全体の結晶中酸素濃度を規格
範囲内に確実、かつ容易に収め得ると共に、繰り返し引
き上げることによる経時的な変化による結晶中酸素濃度
のずれの発生を抑制し得ることとなり、引き上げられた
単結晶の品質及び歩留りを向上させ得ることとなる。
ば、多くの外乱要因を部品劣化要因と品種変更要因とこ
れら以外の要因とに層別し、これら要因ごとに補正量を
見直している。このため、前記関係式が常時正確に補正
され得ると共に、この補正した関係式に基づき制御因子
の操作量が自動的に設定され得ることとなる。この結
果、引き上げられた単結晶全体の結晶中酸素濃度を規格
範囲内に確実、かつ容易に収め得ると共に、繰り返し引
き上げることによる経時的な変化による結晶中酸素濃度
のずれの発生を抑制し得ることとなり、引き上げられた
単結晶の品質及び歩留りを向上させ得ることとなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る結晶中酸素濃
度の制御方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。
なお、従来例と同一機能を有する構成部品には同一の符
号を付すこととする。図１は実施の形態に係る結晶中酸
素濃度の制御方法を実施しながら、単結晶を引き上げる
際に用いられる結晶成長装置を模式的に示した断面図で
ある。ルツボ１３の駆動装置、開口部１９に接続された
真空ポンプ、ガス供給装置には、図２に示したアダプテ
ィブフィードバック部（以下、単にフィードバック部と
記す）１１１、操作量設定部１１２、記憶部１１３等を
含んで構成された制御手段１１０が接続されている。記
憶部１１３には上記数３式及び下記の数４式〜数１４式
や、前記数１、２式の代わりとなる酸素濃度マップデー
タ等が記憶されている。なお、この酸素濃度マップデー
タには縦軸にルツボ回転速度、横軸に引き上げ率をとっ
たときの等酸素線データ、または図３に示した等酸素・
等炉内圧線データ、または等酸素・等炉内圧・等不活性
ガス流量線データ等が記録されている。またフィードバ
ック部１１１では、酸素濃度マップデータの酸素濃度推
定値［Ｏi]o(map)と引き上げた結晶中酸素濃度測定値
［Ｏi ］との誤差を計算した後、この誤差と数３式〜数
８式とに基づき、酸素濃度マップデータの補正量を計算
するようになっている。また操作量設定部１１２では、
数９式により部品ｉの劣化要因に対する補正量δ1 を計
算して次回引き上げるときの酸素濃度マップデータを求
めると共に、この酸素濃度マップデータと数１０式〜数
１４式とに基づき、次回引き上げるときのルツボ回転数
Ｒn+1(map)、炉内圧Ｐn+1(map)、不活性ガス流量Ｑ
n+1(map)等の制御因子に関する操作量を計算するように
なっている。その他の構成は従来の結晶成長装置２０と
同様であるので、ここではその構成の詳細な説明は省略
することとする。これら制御手段１１０等を含んで実施
の形態に係る結晶成長装置１０が構成されている。
度の制御方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。
なお、従来例と同一機能を有する構成部品には同一の符
号を付すこととする。図１は実施の形態に係る結晶中酸
素濃度の制御方法を実施しながら、単結晶を引き上げる
際に用いられる結晶成長装置を模式的に示した断面図で
ある。ルツボ１３の駆動装置、開口部１９に接続された
真空ポンプ、ガス供給装置には、図２に示したアダプテ
ィブフィードバック部（以下、単にフィードバック部と
記す）１１１、操作量設定部１１２、記憶部１１３等を
含んで構成された制御手段１１０が接続されている。記
憶部１１３には上記数３式及び下記の数４式〜数１４式
や、前記数１、２式の代わりとなる酸素濃度マップデー
タ等が記憶されている。なお、この酸素濃度マップデー
タには縦軸にルツボ回転速度、横軸に引き上げ率をとっ
たときの等酸素線データ、または図３に示した等酸素・
等炉内圧線データ、または等酸素・等炉内圧・等不活性
ガス流量線データ等が記録されている。またフィードバ
ック部１１１では、酸素濃度マップデータの酸素濃度推
定値［Ｏi]o(map)と引き上げた結晶中酸素濃度測定値
［Ｏi ］との誤差を計算した後、この誤差と数３式〜数
８式とに基づき、酸素濃度マップデータの補正量を計算
するようになっている。また操作量設定部１１２では、
数９式により部品ｉの劣化要因に対する補正量δ1 を計
算して次回引き上げるときの酸素濃度マップデータを求
めると共に、この酸素濃度マップデータと数１０式〜数
１４式とに基づき、次回引き上げるときのルツボ回転数
Ｒn+1(map)、炉内圧Ｐn+1(map)、不活性ガス流量Ｑ
n+1(map)等の制御因子に関する操作量を計算するように
なっている。その他の構成は従来の結晶成長装置２０と
同様であるので、ここではその構成の詳細な説明は省略
することとする。これら制御手段１１０等を含んで実施
の形態に係る結晶成長装置１０が構成されている。
【００２３】以下に、このように構成された結晶成長装
置１０を用い、結晶中酸素濃度の制御を行ないながらＳ
ｉ単結晶を引き上げる場合について図２に基づき説明す
る。まずバッチ引き上げ前に、以下に示した方法と同様
の方法により設定したルツボ回転数Ｒn(map)、炉内圧Ｐ
n(map)、不活性ガス流量Ｑn(map)の操作量パターンに基
づいて結晶を引き上げ、この結晶の測定点ｍにおける酸
素濃度［Ｏi]（Ｌm）をそれぞれ測定する。次にこの各
測定値［Ｏi]（Ｌm ）と各サンプルの引き上げ率Ｌm と
を制御手段１１０にキー入力すると、フィードバック部
１１１においてルツボ回転数Ｒn(map)、炉内圧
Ｐn(map)、不活性ガス流量Ｑn(map)のときにおける酸素
濃度推定値［Ｏi]o(map)と酸素濃度測定値［Ｏi ］との
誤差が計算され（ステップ１）、次に前回（ｎ−１）の
バッチから狙い（目標）酸素濃度に変更があった場合に
は、ステップ２において下記の数４式及び数５式により
品種変更要因（２）に対する補正量δ2 が計算される。
置１０を用い、結晶中酸素濃度の制御を行ないながらＳ
ｉ単結晶を引き上げる場合について図２に基づき説明す
る。まずバッチ引き上げ前に、以下に示した方法と同様
の方法により設定したルツボ回転数Ｒn(map)、炉内圧Ｐ
n(map)、不活性ガス流量Ｑn(map)の操作量パターンに基
づいて結晶を引き上げ、この結晶の測定点ｍにおける酸
素濃度［Ｏi]（Ｌm）をそれぞれ測定する。次にこの各
測定値［Ｏi]（Ｌm ）と各サンプルの引き上げ率Ｌm と
を制御手段１１０にキー入力すると、フィードバック部
１１１においてルツボ回転数Ｒn(map)、炉内圧
Ｐn(map)、不活性ガス流量Ｑn(map)のときにおける酸素
濃度推定値［Ｏi]o(map)と酸素濃度測定値［Ｏi ］との
誤差が計算され（ステップ１）、次に前回（ｎ−１）の
バッチから狙い（目標）酸素濃度に変更があった場合に
は、ステップ２において下記の数４式及び数５式により
品種変更要因（２）に対する補正量δ2 が計算される。
【００２４】
【数４】δ2(Ｌ）＝δ2b’( Ｌ) ＋Ｇe2( Ｌ) ×（ｅ
2(Ｌ) −δ2b’( Ｌ) ）
2(Ｌ) −δ2b’( Ｌ) ）
【００２５】
【数５】
【００２６】ただし、数５式における引き上げ率Ｌが酸
素濃度測定点と異なる場合、測定値のある引き上げ率か
ら内挿法または外挿法により求めるか、測定値を通る関
数系を与えてこの関数系に基づき求めたものを、該当す
る引き上げ率における酸素濃度測定値とする。
素濃度測定点と異なる場合、測定値のある引き上げ率か
ら内挿法または外挿法により求めるか、測定値を通る関
数系を与えてこの関数系に基づき求めたものを、該当す
る引き上げ率における酸素濃度測定値とする。
【００２７】次に目標酸素濃度に変更がなく、かつ前回
のバッチから部品ｉを交換している場合、ステップ３に
おいて下記の数６式により部品ｉの劣化補正係数αi の
見直し計算が行われる。
のバッチから部品ｉを交換している場合、ステップ３に
おいて下記の数６式により部品ｉの劣化補正係数αi の
見直し計算が行われる。
【００２８】
【数６】
【００２９】ただし、数６式における引き上げ率Ｌが酸
素濃度測定点と異なる場合、測定値のある引き上げ率か
ら内挿法または外挿法により求めるか、測定値を通る関
数系を与えてこの関数系に基づき求めたものを、該当す
る引き上げ率における酸素濃度測定値とする。
素濃度測定点と異なる場合、測定値のある引き上げ率か
ら内挿法または外挿法により求めるか、測定値を通る関
数系を与えてこの関数系に基づき求めたものを、該当す
る引き上げ率における酸素濃度測定値とする。
【００３０】次に、目標酸素濃度の変更や部品ｉの交換
がなかった場合、ステップ４において数７式及び数８式
により未知要因（３）に対する補正量δ3 が計算され
る。
がなかった場合、ステップ４において数７式及び数８式
により未知要因（３）に対する補正量δ3 が計算され
る。
【００３１】
【数７】δ3(n)（Ｌ）＝δ3(n-1)( Ｌ) ＋Ｇe3( Ｌ) ×
（ｅ3(n)（Ｌ)−δ3(n-1)（Ｌ））
（ｅ3(n)（Ｌ)−δ3(n-1)（Ｌ））
【００３２】
【数８】
【００３３】ただし、数８式における引き上げ率Ｌが酸
素濃度測定点と異なる場合、測定値のある引き上げ率か
ら内挿法または外挿法により求めるか、測定値を通る関
数系を与えてこの関数系に基づき求めたものを、該当す
る引き上げ率における酸素濃度測定値とする。
素濃度測定点と異なる場合、測定値のある引き上げ率か
ら内挿法または外挿法により求めるか、測定値を通る関
数系を与えてこの関数系に基づき求めたものを、該当す
る引き上げ率における酸素濃度測定値とする。
【００３４】上記のように補正量の計算を行なうと、フ
ィードバック部１１１の動作が終了する。
ィードバック部１１１の動作が終了する。
【００３５】次に操作量設定部１１２において、次回バ
ッチの引き上げ前に部品の劣化要因（１）に対する補正
量δ1 が数３式により計算された後、下記の数９式によ
り次回（ｎ＋１）の予想酸素濃度マップが決定される
（ステップ５）。
ッチの引き上げ前に部品の劣化要因（１）に対する補正
量δ1 が数３式により計算された後、下記の数９式によ
り次回（ｎ＋１）の予想酸素濃度マップが決定される
（ステップ５）。
【００３６】
【数９】
【００３７】次にステップ６において、下記の数１０式
により次回（ｎ＋１）のルツボ回転数Ｒ(n+1)(Ｌ）が計
算され、操作量が決定される。
により次回（ｎ＋１）のルツボ回転数Ｒ(n+1)(Ｌ）が計
算され、操作量が決定される。
【００３８】
【数１０】 Ｒ(n+1)(Ｌ）＝Ｒb(Ｌ）＋ΔＲ(n+1)(Ｌ） ただし、ΔＲ(n+1)(Ｌ）＝Ｒ(map)(Ｌ）−Ｒb(Ｌ） なお、Ｒ(n+1) 、ΔＲ(n+1) 及び引き上げ率方向におけ
るＲ(n+1) の変化量∂Ｒ(n+1)/∂Ｌには、それぞれ上下
限値をあらかじめ設定しておき、これら上下限値がある
ためにルツボ回転数で補償しきれない場合は次のステッ
プ７の炉内圧により補償する。
るＲ(n+1) の変化量∂Ｒ(n+1)/∂Ｌには、それぞれ上下
限値をあらかじめ設定しておき、これら上下限値がある
ためにルツボ回転数で補償しきれない場合は次のステッ
プ７の炉内圧により補償する。
【００３９】次にステップ７において、次回（ｎ＋１）
の炉内圧Ｐ(n+1)(Ｌ）が計算され、この操作量が決定さ
れる。なお炉内圧の決定には酸素濃度マップによる方法
と影響係数による方法の２種類があり、酸素濃度マップ
による場合は下記の数１１式を使用する。
の炉内圧Ｐ(n+1)(Ｌ）が計算され、この操作量が決定さ
れる。なお炉内圧の決定には酸素濃度マップによる方法
と影響係数による方法の２種類があり、酸素濃度マップ
による場合は下記の数１１式を使用する。
【００４０】
【数１１】 Ｐ(n+1)(Ｌ）＝Ｐb(Ｌ）＋ΔＰ(n+1)(Ｌ） ただし、ΔＰ(n+1)(Ｌ）＝Ｐ(map)(Ｌ）−Ｐb(Ｌ） 一方、影響係数により決定する場合は下記の数１２式を
使用する。
使用する。
【００４１】
【数１２】 Ｐ(n+1)(Ｌ）＝Ｐb(Ｌ）＋ＧP(Ｌ）×ΔＰ(n+1)(Ｌ） ただし、ΔＰ(n+1)(Ｌ）＝∂Ｐ( Ｌ）／∂[ ０ｉ］×
（［Ｏi]ref(Ｌ）−［０ｉ]R（Ｌ）） なお、Ｐ(n+1) 、ΔＰ(n+1) 及び引き上げ率方向におけ
るＰ(n+1) の変化量∂Ｐ(n+1)/∂Ｌには、それぞれ上下
限値をあらかじめ設定しておき、これら上下限値がある
ために炉内圧で補償しきれない場合は次のステップ８の
不活性ガス流量により補償する。
（［Ｏi]ref(Ｌ）−［０ｉ]R（Ｌ）） なお、Ｐ(n+1) 、ΔＰ(n+1) 及び引き上げ率方向におけ
るＰ(n+1) の変化量∂Ｐ(n+1)/∂Ｌには、それぞれ上下
限値をあらかじめ設定しておき、これら上下限値がある
ために炉内圧で補償しきれない場合は次のステップ８の
不活性ガス流量により補償する。
【００４２】次にステップ８において、次回（ｎ＋１）
の不活性ガス流量Ｑ(n+1)(Ｌ）が計算され、この操作量
が決定される。なお不活性ガス流量の決定には酸素マッ
プによる方法と影響係数による方法の２種類があり、酸
素濃度マップによる場合は下記の数１３式を使用する。
の不活性ガス流量Ｑ(n+1)(Ｌ）が計算され、この操作量
が決定される。なお不活性ガス流量の決定には酸素マッ
プによる方法と影響係数による方法の２種類があり、酸
素濃度マップによる場合は下記の数１３式を使用する。
【００４３】
【数１３】 Ｑ(n+1)(Ｌ）＝Ｑ( Ｌ）＋ΔＱ(n+1)(Ｌ） ただし、ΔＱ(n+1)(Ｌ）＝Ｑ(map)(Ｌ）−Ｑ（Ｌ） 一方、影響係数により決定する場合は下記の数１４式を
使用する。
使用する。
【００４４】
【数１４】 Ｑ(n+1)(Ｌ）＝Ｑ( Ｌ）＋ＧQ(Ｌ）×ΔＱ(n+1)(Ｌ） ただし、ΔＱ(n+1)(Ｌ）＝∂Ｑ( Ｌ）／∂[ ０ｉ］×
（［Ｏi]ref(Ｌ）−［０ｉ］PR（Ｌ）） 次にこれらの操作量に基づいて前記駆動装置、真空ポン
プ、ガス供給装置を駆動させると共に、ルツボ１３内の
溶融液１５表面に引上軸１６先端の種結晶１６ａを接触
させて引上軸１６を引き上げ、Ｓｉ単結晶１７を成長さ
せつつ引き上げる。
（［Ｏi]ref(Ｌ）−［０ｉ］PR（Ｌ）） 次にこれらの操作量に基づいて前記駆動装置、真空ポン
プ、ガス供給装置を駆動させると共に、ルツボ１３内の
溶融液１５表面に引上軸１６先端の種結晶１６ａを接触
させて引上軸１６を引き上げ、Ｓｉ単結晶１７を成長さ
せつつ引き上げる。
【００４５】上記説明から明らかなように、実施の形態
に係る結晶中酸素濃度の制御方法では、多くの外乱要因
を部品劣化要因と品種変更要因とこれら以外の要因とに
層別し、これら要因ごとに補正量δ1 、δ2 、δ3 を見
直しているため、酸素濃度マップデータが常時正確に補
正されると共に、この補正した酸素濃度マップデータに
基づきルツボ回転数Ｒ、炉内圧Ｐ、不活性ガス流量Ｑの
操作量が自動的に設定される。この結果、引き上げられ
た単結晶１７全体の結晶中酸素濃度を規格範囲内に確
実、かつ容易に収めると共に、繰り返し引き上げること
による経時的な変化による結晶中酸素濃度のずれの発生
を抑制することができ、引き上げられた単結晶１７の品
質及び歩留りを向上させることができる。なお、上記実
施の形態に係る結晶中酸素濃度の制御方法では操作量に
ルツボ回転数Ｒ、炉内圧Ｐ及び不活性ガス流量Ｑを用い
た場合について説明したが、この中のいずれか一つ、あ
るいはいずれか二つを用いてもよいし、あるいはこれら
以外の操作量を加えて用いてもよい。
に係る結晶中酸素濃度の制御方法では、多くの外乱要因
を部品劣化要因と品種変更要因とこれら以外の要因とに
層別し、これら要因ごとに補正量δ1 、δ2 、δ3 を見
直しているため、酸素濃度マップデータが常時正確に補
正されると共に、この補正した酸素濃度マップデータに
基づきルツボ回転数Ｒ、炉内圧Ｐ、不活性ガス流量Ｑの
操作量が自動的に設定される。この結果、引き上げられ
た単結晶１７全体の結晶中酸素濃度を規格範囲内に確
実、かつ容易に収めると共に、繰り返し引き上げること
による経時的な変化による結晶中酸素濃度のずれの発生
を抑制することができ、引き上げられた単結晶１７の品
質及び歩留りを向上させることができる。なお、上記実
施の形態に係る結晶中酸素濃度の制御方法では操作量に
ルツボ回転数Ｒ、炉内圧Ｐ及び不活性ガス流量Ｑを用い
た場合について説明したが、この中のいずれか一つ、あ
るいはいずれか二つを用いてもよいし、あるいはこれら
以外の操作量を加えて用いてもよい。
【００４６】
【実施例及び比較例】以下に、実施の形態に係る結晶中
酸素濃度の制御方法を実施してＳｉ単結晶１７を引き上
げた結果について説明する。酸素濃度マップとして、図
３に示したものを用いた。また実験に用いたパラメータ
を表２に示した。なお部品ｉの劣化要因（１）として
は、ヒータのみを考慮した。
酸素濃度の制御方法を実施してＳｉ単結晶１７を引き上
げた結果について説明する。酸素濃度マップとして、図
３に示したものを用いた。また実験に用いたパラメータ
を表２に示した。なお部品ｉの劣化要因（１）として
は、ヒータのみを考慮した。
【００４７】
【表２】
【００４８】図４は酸素制御テストのシミュレーション
結果を示したプロット図であり、ルツボ回転数、炉内
圧、不活性ガス流量の操作量の推移と、引き上げ率２０
％における各引き上げバッチごとの結晶中酸素濃度の推
移とを示している。この図から明らかなように、バッチ
間の結晶中酸素濃度のばらつきが少なく、いずれも酸素
濃度規格値に入っており、またヒータ部品を交換した場
合（バッチ数１０回目）においても酸素濃度の変動は極
めて小さかった。また、品種変更を行った際や別の炉で
のシミュレーションにおいても、同様な精度が得られる
ことが確認された。
結果を示したプロット図であり、ルツボ回転数、炉内
圧、不活性ガス流量の操作量の推移と、引き上げ率２０
％における各引き上げバッチごとの結晶中酸素濃度の推
移とを示している。この図から明らかなように、バッチ
間の結晶中酸素濃度のばらつきが少なく、いずれも酸素
濃度規格値に入っており、またヒータ部品を交換した場
合（バッチ数１０回目）においても酸素濃度の変動は極
めて小さかった。また、品種変更を行った際や別の炉で
のシミュレーションにおいても、同様な精度が得られる
ことが確認された。
【００４９】
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る結晶中
酸素濃度の制御方法にあっては、多くの外乱要因を部品
劣化要因と品種変更要因とこれら以外の要因とに層別
し、これら要因ごとに補正量を見直している。このた
め、前記関係式が常時正確に補正されると共に、この補
正した関係式に基づき制御因子の操作量が自動的に設定
される。この結果、引き上げられた単結晶全体の結晶中
酸素濃度を規格範囲内に確実、かつ容易に収めると共
に、繰り返し引き上げることによる経時的な変化による
結晶中酸素濃度のずれの発生を抑制することができ、引
き上げられた単結晶の品質及び歩留りを向上させること
ができる。
酸素濃度の制御方法にあっては、多くの外乱要因を部品
劣化要因と品種変更要因とこれら以外の要因とに層別
し、これら要因ごとに補正量を見直している。このた
め、前記関係式が常時正確に補正されると共に、この補
正した関係式に基づき制御因子の操作量が自動的に設定
される。この結果、引き上げられた単結晶全体の結晶中
酸素濃度を規格範囲内に確実、かつ容易に収めると共
に、繰り返し引き上げることによる経時的な変化による
結晶中酸素濃度のずれの発生を抑制することができ、引
き上げられた単結晶の品質及び歩留りを向上させること
ができる。
【図１】従来のＣＺ法及び本発明の実施の形態に係る結
晶中酸素濃度の制御方法を実施しながら、単結晶を引き
上げる際に用いられる結晶成長装置を模式的に示した断
面図である。
晶中酸素濃度の制御方法を実施しながら、単結晶を引き
上げる際に用いられる結晶成長装置を模式的に示した断
面図である。
【図２】本発明に係る結晶中酸素濃度の制御方法の実施
の形態を概略的に示したフロー図である。
の形態を概略的に示したフロー図である。
【図３】実施例に係る結晶中酸素濃度の制御方法に用い
る酸素濃度マップの一例を概略的に示した曲線図であ
る。
る酸素濃度マップの一例を概略的に示した曲線図であ
る。
【図４】実施例に係る結晶中酸素濃度の制御方法により
シリコン単結晶を引き上げた結果を示したプロット図で
あり、ルツボ回転数、炉内圧、不活性ガス流量の操作量
の変化と、引き上げ率２０％における各引き上げバッチ
ごとの結晶中酸素濃度の推移とを示している。
シリコン単結晶を引き上げた結果を示したプロット図で
あり、ルツボ回転数、炉内圧、不活性ガス流量の操作量
の変化と、引き上げ率２０％における各引き上げバッチ
ごとの結晶中酸素濃度の推移とを示している。
１０ 結晶成長装置 １３ ルツボ １３ａ 石英ルツボ １５ 溶融液 １７ 単結晶
フロントページの続き (72)発明者 中島 勝則 佐賀県杵島郡江北町大字上小田2201番地 住友シチックス株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 石英ルツボ内の溶融液より結晶を引き上
げる際の結晶中酸素濃度の制御方法において、あらかじ
め酸素濃度とルツボ回転数等の制御因子に関する関係式
とを求めておき、前記制御因子の操作量を決定し、該操
作量に基づいて結晶を引き上げ、該引き上げた結晶中の
酸素濃度を測定した後、該測定した酸素濃度と前記関係
式による酸素濃度推定値との差に基づいて部品劣化要
因、品種変更要因、これら以外の要因ごとに前記関係式
を補正し、この補正した関係式に基づいて酸素濃度が所
定の目標値となるように前記ルツボ回転数等の制御因子
の操作量を決定し、この操作量に基づいて次の結晶を引
き上げることを特徴とする結晶中酸素濃度の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7214939A JP3050095B2 (ja) | 1995-08-23 | 1995-08-23 | 結晶中酸素濃度の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7214939A JP3050095B2 (ja) | 1995-08-23 | 1995-08-23 | 結晶中酸素濃度の制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0959084A true JPH0959084A (ja) | 1997-03-04 |
| JP3050095B2 JP3050095B2 (ja) | 2000-06-05 |
Family
ID=16664082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7214939A Expired - Fee Related JP3050095B2 (ja) | 1995-08-23 | 1995-08-23 | 結晶中酸素濃度の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3050095B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11228286A (ja) * | 1998-02-13 | 1999-08-24 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 単結晶製造方法 |
| JP2011001241A (ja) * | 2009-06-22 | 2011-01-06 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 単結晶製造装置及び単結晶製造方法 |
| JP2017088462A (ja) * | 2015-11-13 | 2017-05-25 | 株式会社Sumco | シリコン単結晶の製造方法 |
| WO2023221576A1 (zh) * | 2022-05-20 | 2023-11-23 | 隆基绿能科技股份有限公司 | 氧含量控制方法、装置、电子设备及存储介质 |
-
1995
- 1995-08-23 JP JP7214939A patent/JP3050095B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11228286A (ja) * | 1998-02-13 | 1999-08-24 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 単結晶製造方法 |
| JP2011001241A (ja) * | 2009-06-22 | 2011-01-06 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 単結晶製造装置及び単結晶製造方法 |
| JP2017088462A (ja) * | 2015-11-13 | 2017-05-25 | 株式会社Sumco | シリコン単結晶の製造方法 |
| WO2023221576A1 (zh) * | 2022-05-20 | 2023-11-23 | 隆基绿能科技股份有限公司 | 氧含量控制方法、装置、电子设备及存储介质 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3050095B2 (ja) | 2000-06-05 |
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