JP2007176761A - シリコン単結晶の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】テール部の形成を省略して生産性良くシリコン単結晶を製造できる製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン単結晶Ｓの直胴部Ｓ１を成長させた後、原料融液Ｍの入った坩堝４をシリコン単結晶Ｓの引き上げ速度と同速度で上昇させることにより、シリコン単結晶Ｓの熱履歴を大きく変化させることなくシリコン単結晶Ｓの引き上げを実質的に停止させる。その状態で、原料融液Ｍからのシリコン単結晶Ｓの切り離しを行うことにより、シリコン単結晶Ｓの成長面の形状を下向きの凸形状にして、シリコン単結晶Ｓを無転移状態のまま原料融液Ｍから切り離す。シリコン単結晶Ｓの原料融液Ｍからの無転移切り離しを再現性良く実施して、テール部の形成を省略したシリコン単結晶を製造できる。
【選択図】図７

Description

本発明は、チョクラルスキ法（以下、ＣＺ法と記す。）によるシリコン単結晶製造技術に関し、特に、テール部の形成を省略して生産性良くシリコン単結晶を製造する技術に関する。

ＣＺ法では、シリコン多結晶原料を坩堝内で加熱し融解させて原料融液を生成し、その原料融液の液面に種結晶を浸漬した後、種結晶を保持している引上ワイヤを徐々に巻き取ることにより、シリコン単結晶の引き上げを行う。その際、先ず、種結晶との接触部をから徐々に拡経したコーン部（拡径部）を成長させ、結晶径が目標の径に達したら直径が一定の直胴部（定径部）を成長させる。そして、直胴部の長さが所定の長さに到達したら、シリコン単結晶を原料融液から切り離す。

シリコン単結晶を原料融液から切り離す際、単に切り離しを行ったのでは、切り離し部位であるシリコン単結晶の下端部に急激な温度低下が起こる。その結果、引き上げられたシリコン単結晶内にスリップ転移が発生し、単結晶化率を大きく低下させてしまう。

そこで、通常は、シリコン単結晶の直胴部の成長後、徐々に直径を細く絞っていき、シリコン単結晶と原料融液との接触面積を十分に小さくした状態で、シリコン単結晶を原料融液から切り離すことにより、スリップ転移の発生を防止している。この細く絞られた縮径部位はテール部と呼ばれる。

しかし、テール部は、その直径が一定でないという理由から、ウエハ加工時には切り落とされてしまう不要の部位となる。したがって、シリコン単結晶の生産性を高める上でテール部の形成工程を短縮または省略することが望ましい。

シリコン単結晶のテール部の形成工程を短縮または省略する技術は既に幾つか存在し、その一つとして、シリコン単結晶を融液につけ込み、その後、当該シリコン単結晶を融液から切り離す方法が知られている（特許文献１）。

しかし、上記文献記載の従来技術では、シリコン単結晶を融液につけ込む時に異物の巻き込み等が起こり易く、歩留を低下させてしまうという問題がある。
特開平１１−３３５１９７号公報

本発明が解決しようとする課題は、テール部の形成を省略して生産性良くシリコン単結晶を製造することができるシリコン単結晶の製造方法および製造装置、更には、当該製造装置用のプログラムおよび当該プログラムを記録した記録媒体提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の製造方法は、シリコン単結晶の直胴部を成長させた後、当該シリコン単結晶の引き上げ速度と同速度で当該シリコン単結晶の原料融液の入った坩堝を上昇させ、その後、当該原料融液から当該シリコン単結晶を切り離すようにした。

この製造方法によれば、シリコン単結晶の直胴部を成長させた後、原料融液の入った坩堝を育成中のシリコン単結晶の引き上げ速度と同じ速度で上昇させることにより、シリコン単結晶の熱履歴を大きく変化させることなくシリコン単結晶の引き上げを実質的に停止させ、その状態で、原料融液からのシリコン単結晶の切り離しを行うことにより、シリコン単結晶の下端面すなわち原料融液との界面の形状を下向きの凸形状にして、シリコン単結晶を無転移状態のまま原料融液から切り離すことが可能となる。

本発明の製造装置は、原料融液の入った坩堝を昇降移動させる坩堝駆動機構と、前記坩堝内の原料融液からシリコン単結晶を成長させつつ引き上げるための単結晶引き上げ機構と、シリコン単結晶の直胴部を成長させた後、当該シリコン単結晶の引き上げ速度と同速度で前記坩堝を上昇させ、その後、前記原料融液から当該シリコン単結晶を切り離すように前記坩堝駆動機構および前記単結晶引き上げ機構の動作を制御する制御装置と、を備えたものである。

この製造装置によれば、本発明の製造方法を容易に実施することができる。すなわち、シリコン単結晶の直胴部を成長させた後、原料融液の入った坩堝を育成中のシリコン単結晶の引き上げ速度と同じ速度で上昇させて、シリコン単結晶の熱履歴を大きく変化させることなくシリコン単結晶の引き上げを実質的に停止させ、その状態で、原料融液からのシリコン単結晶の切り離しを行うことにより、シリコン単結晶の下端面の形状を下向きの凸形状にして、シリコン単結晶を無転移状態のまま原料融液から切り離すことが可能となる。

本発明のプログラムは、本発明の製造装置が備える前記制御装置をコンピュータを用いて実現するためのプログラムである。

本発明の記録媒体は、本発明のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。

本発明にかかる製造方法および製造装置によれば、シリコン単結晶の直胴部を成長させた後、原料融液の入った坩堝を育成中のシリコン単結晶の引き上げ速度と同じ速度で上昇させることにより、シリコン単結晶の熱履歴を大きく変化させることなくシリコン単結晶の引き上げを実質的に停止させ、その状態で、原料融液からのシリコン単結晶の切り離しを行うことにより、シリコン単結晶の下端面すなわち原料融液との界面の形状を下向きの凸形状にして、シリコン単結晶を無転移状態のまま原料融液から切り離すことが可能となるので、テール部の形成を省略して生産性良くシリコン単結晶を製造することができる。

本発明のプログラムによれば、これをコンピュータにインストールすることにより、本発明の製造装置が備える制御装置を容易に実現することができる。

本発明の記録媒体によれば、これに記録されているプログラムをコンピュータにインストールすることにより、本発明の製造装置が備える制御装置を容易に実現することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１〜図６は本発明の製造方法でシリコン単結晶を製造する際に用いる製造装置（本発明の製造装置）の形態例を示す概略断面図である。また、図１〜図６は本発明の製造方法における製造工程を示す一連の工程図でもある。

この製造装置１は、引上炉２と、引上炉２の底部中央を貫通して設けられた坩堝支持軸３と、坩堝支持軸３の上端部に装填された石英製の坩堝４と、坩堝４とその周辺を周囲から加熱するべく引上炉２のメイン水冷チャンバ２ｂの内側に同心円状に配されたヒータ５と、坩堝支持軸３を昇降及び回転させる坩堝支持軸駆動機構（坩堝駆動機構）６と、種結晶７を保持するシードチャック８と、シードチャック８を釣支する引上ワイヤ９と、引上ワイヤ９を巻き取るワイヤ巻取り機構（単結晶引き上げ機構）１０と、坩堝支持軸駆動機構６およびワイヤ巻取り機構１０の動作を制御する制御装置１１と、を備えている。

制御装置１１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、および入出力インタフェースといったコンピュータの基本要素を全て備えている。ＲＯＭには、本発明にかかる制御プログラムがインストールされている。ＣＰＵは、ＲＯＭにインストールされた制御プログラムに従ってＲＡＭを作業領域に使用しつつ演算処理を実行することにより各種制御信号を生成する。この制御装置１１が坩堝支持軸駆動機構６とワイヤ巻取り機構１０の動作、更にはヒータ５や真空ポンプ（図示せず）、Ａｒガス供給系（図示せず）などの動作を制御することにより、製造装置１によるシリコン単結晶の製造が実施される。

この製造装置１によりシリコン単結晶を製造する際、まず図１に示すように、シリコン単結晶の原料となるシリコン多結晶原料Ｐを坩堝４側に充填する。

つぎに、図２に示すように、引上炉２のメイン水冷チャンバ２ｂの上部を上部水冷チャンバ２ａで密閉した後、真空ポンプ（図示せず）を稼働させて底部水冷チャンバ２ｃの排ガス管１２より排気をしながら上部水冷チャンバ２ａのポートよりＡｒガスを供給して、引上炉２内をＡｒ雰囲気に置換する。その後、ヒータ５を作動させて坩堝４内に充填されたシリコン多結晶原料Ｐを融解させ、原料融液Ｍを得る。

つぎに、ワイヤ巻取り機構１０により引上ワイヤ９を繰り出すことにより、図３に示すように、シードチャック８に取り付けた種結晶８をシリコン融液Ｍの表面まで降下させて浸漬する。その後、ワイヤ巻取り機構１０により引上ワイヤ９を徐々に巻き取ることにより、図４に示すようにシリコン単結晶Ｓの引き上げを行い、シリコン単結晶Ｓがコーン部（拡径部）Ｓ０の成長を経て目標の直径に到達したら、直胴部（定径部）Ｓ１を成長させていく。

そして、直胴部Ｓ１が設定長さに到達したら、坩堝支持軸駆動機構６による坩堝支持軸３の上昇を開始することにより、図５に示すように、シリコン単結晶Ｓの引き上げ速度と同速度で坩堝４を上昇させていく。

そして、坩堝４が所定の高さまで上昇したら、坩堝支持軸駆動機構６による坩堝支持軸３の上昇およびワイヤ巻取り機構１０による引上ワイヤ９の巻き取りを停止させる。その後、坩堝支持軸駆動機構６により坩堝支持軸３を下降させることにより坩堝４を下降させ、図６に示すように原料融液Ｍからシリコン単結晶Ｓを切り離す。

図７（ａ）〜（ｄ）は、シリコン単結晶Ｓの成長面（原料融液との界面）の形状変化の過程を示している。直胴部Ｓ１を育成している時のシリコン単結晶Ｓの成長面すなわち原料融液Ｍとの界面の形状は、図７（ａ）に示すように上向きの凸形状になっているが、坩堝４をシリコン単結晶Ｓの引き上げ速度と同じ速度で上昇させ始めると、シリコン単結晶Ｓの引き上げが実質的に停止（坩堝４とシリコン単結晶Ｓとが上下方向に関して相対移動停止）するため、シリコン単結晶Ｓの成長面の上向きの凸形状が図７（ｂ）に示すように徐々に緩和されていく。そして、この実質的停止状態が所定時間維持されると、シリコン単結晶Ｓの成長面の形状が図７（ｃ）に示すように徐々に下向きの凸形状に変化していく。そして、シリコン単結晶Ｓの成長面の形状が下向きの凸形状の状態で、シリコン単結晶Ｓの成長面を原料融液Ｍから切り離すことにより、原料融液Ｍの波立ちを極力小さく抑えつつ切り離しがなされる。シリコン単結晶Ｓの切り離しに伴う原料融液Ｍの波立ちが小さいため、シリコン単結晶Ｓを無転移に保ったまま、原料融液Ｍからシリコン単結晶Ｓを切り離すことができる。

上記のように、この製造方法によれば、シリコン単結晶Ｓの直胴部Ｓ１を成長させた後、原料融液Ｍの入った坩堝４を育成中のシリコン単結晶Ｓの引き上げ速度と同じ速度で上昇させることにより、シリコン単結晶Ｓの熱履歴を大きく変化させることなくシリコン単結晶Ｓの引き上げを実質的に停止させることができ、その状態で、原料融液Ｍからのシリコン単結晶Ｓの切り離しを行うことにより、シリコン単結晶Ｓの成長面（下端面）の形状を下向きの凸形状にして、シリコン単結晶Ｓを無転移状態のまま原料融液Ｍから切り離すことができ、且つ、シリコン単結晶Ｓの原料融液Ｍからの無転移切り離しを再現性良く実施できる。

なお、上記の例では坩堝４とシリコン単結晶Ｓの上昇を停止させた後、坩堝４を下降させることによりシリコン単結晶Ｓを原料融液Ｍから切り離すようにしたが、坩堝４の上昇停止後、シリコン単結晶Ｓをさらに上昇させることにより切り離しを行うようにしてもよい。

本発明の製造方法でシリコン単結晶を製造する際に用いる製造装置の形態例を示す断面図 本発明の製造方法でシリコン単結晶を製造する際に用いる製造装置の形態例を示す断面図 本発明の製造方法でシリコン単結晶を製造する際に用いる製造装置の形態例を示す断面図 本発明の製造方法でシリコン単結晶を製造する際に用いる製造装置の形態例を示す断面図 本発明の製造方法でシリコン単結晶を製造する際に用いる製造装置の形態例を示す断面図 本発明の製造方法でシリコン単結晶を製造する際に用いる製造装置の形態例を示す断面図 （ａ）〜（ｄ）はシリコン単結晶の成長面の形状変化の過程を示す説明図

符号の説明

１ 製造装置
２ 引上炉
３ 坩堝支持軸
４ 坩堝
５ ヒータ
６ 坩堝支持軸駆動機構（坩堝駆動機構）
７ 種結晶
８ シードチャック
９ 引上ワイヤ
１０ ワイヤ巻取り機構（単結晶引き上げ機構）
１１ 制御装置
Ｍ シリコン融液
Ｓ シリコン単結晶
Ｓ１ 直胴部

Claims (4)

1. チョクラルスキ法によるシリコン単結晶の製造方法であって、
   シリコン単結晶の直胴部を成長させた後、当該シリコン単結晶の引き上げ速度と同速度で当該シリコン単結晶の原料融液の入った坩堝を上昇させ、その後、当該原料融液から当該シリコン単結晶を切り離すようにしたことを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
2. チョクラルスキ法によるシリコン単結晶の製造装置であって、
   原料融液の入った坩堝を昇降移動させる坩堝駆動機構と、
   前記坩堝内の原料融液からシリコン単結晶を成長させつつ引き上げるための単結晶引き上げ機構と、
   シリコン単結晶の直胴部を成長させた後、当該シリコン単結晶の引き上げ速度と同速度で前記坩堝を上昇させ、その後、前記原料融液から当該シリコン単結晶を切り離すように前記坩堝駆動機構および前記単結晶引き上げ機構の動作を制御する制御装置と、
   を備えたことを特徴とするシリコン単結晶の製造装置。
3. 請求項２の製造装置が備える前記制御装置をコンピュータを用いて実現するためのプログラム。
4. 請求項３のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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