(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルツボ内のシリコン溶融液にドーパント不純物を添加し、前記ルツボから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単結晶引上装置であって、
前記ルツボを収容する炉体内に導入された不活性ガスを所定の排気速度で排気する排気手段と、前記排気手段の排気速度を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
単結晶の直胴部の育成工程において、所定の計測期間に育成された直胴部の結晶径平均値を算出する結晶径算出手段と、
前記所定の計測期間における引上速度平均値を算出する引上速度算出手段と、
前記結晶径算出手段が算出した結晶径平均値と、前記引上速度算出手段が算出した引上速度平均値とから、前記シリコン溶融液中のドーパント不純物の必要蒸発速度を算出する蒸発速度算出手段と、
前記蒸発速度算出手段が算出したドーパント不純物の必要蒸発速度から、炉体内の必要な圧力を算出する炉内圧力算出手段と、
前記炉内圧力算出手段が算出した炉体内の必要な圧力から、炉体内から排気する不活性ガスの排気速度を算出する排気速度算出手段と、を有し、
前記排気手段に、前記排気速度算出手段が算出した排気速度に従って排気させる単結晶引上装置であって、
前記シリコン溶融液中のドーパント不純物の蒸発速度をＥ（ｃｍ／ｓｅｃ）、抵抗率傾きをｍ、実効偏析係数をＫｅｆｆ、結晶の自由表面積をＡ（ｃｍ２）、結晶単位体積が固化する時間をＲ（ｓｅｃ／ｃｍ３）、炉内圧力をＰＲ（Ｔｏｒｒ）としたとき、
前記蒸発速度算出手段により、前記ドーパント不純物の必要蒸発速度は、下記式（１）によって算出され、前記炉内圧力算出手段により、前記炉体内の必要な圧力は、下記式（２）により算出されることを特徴とする単結晶引上装置。
【数１】
0005595318.tif 000013
【請求項２】
前記排気手段は、前記炉体内の雰囲気を排気する真空ポンプであって、
前記真空ポンプの排気速度を決定するための電力の周波数をＦ（Ｈｚ）としたとき、前記排気速度算出手段により、前記排気速度を決定する前記周波数は、下記式（３）により算出されることを特徴とする請求項１に記載された単結晶引上装置。
【数２】
0005595318.tif 000014
【請求項３】
前記排気手段は、排気口の開効率により制御するスロットルバルブであって、
前記開効率をＸ（％）としたとき、前記排気速度算出手段により、前記炉体内から排気する不活性ガスの排気速度を決定する前記開効率は、下記式（４）により算出されることを特徴とする請求項１に記載された単結晶引上装置。
【数３】
0005595318.tif 000015
【請求項４】
前記制御手段は、
単結晶の直胴部の育成工程において、前記計測期間を複数回設定すると共に、各計測期間において排気速度が算出される度に、その排気速度に従って、前記排気手段により排気させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された単結晶引上装置。
【請求項５】
ルツボを収容する炉体内に導入された不活性ガスを、所定の排気速度で排気すると共に、ルツボ内のシリコン溶融液にドーパント不純物を添加し、前記ルツボから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単結晶引上方法であって、
単結晶の直胴部の育成工程において、所定の計測期間に育成された直胴部の結晶径平均値を算出するステップと、
前記所定の計測期間における引上速度平均値を算出するステップと、
前記結晶径算出手段が算出した結晶径平均値と、前記引上速度算出手段が算出した引上速度平均値とから、前記シリコン溶融液中のドーパント不純物の必要蒸発速度を算出するステップと、
前記蒸発速度算出手段が算出したドーパント不純物の必要蒸発速度から、炉体内の必要な圧力を算出するステップと、
前記炉内圧力算出手段が算出した炉体内の必要な圧力から、炉体内から排気する不活性ガスの排気速度を算出するステップと、
前記算出された排気速度に従って炉体内の排気を行うステップと、を含む単結晶引上方法であって、
前記シリコン溶融液中のドーパント不純物の蒸発速度をＥ（ｃｍ／ｓｅｃ）、抵抗率傾きをｍ、実効偏析係数をＫｅｆｆ、結晶の自由表面積をＡ（ｃｍ２）、結晶単位体積が固化する時間をＲ（ｓｅｃ／ｃｍ３）、炉内圧力をＰＲ（Ｔｏｒｒ）としたとき、
前記ドーパント不純物の必要蒸発速度は、下記式（１）によって算出され、前記炉体内の必要な圧力は、下記式（２）により算出されることを特徴とする単結晶引上方法。
【数４】
0005595318.tif 000016
【請求項６】
前記炉体内の雰囲気は、真空ポンプによって排気され、
前記真空ポンプの排気速度を決定するための電力の周波数をＦ（Ｈｚ）としたとき、前記排気速度を決定する前記周波数は、下記式（３）により算出されることを特徴とする請求項５に記載された単結晶引上方法。
【数５】
0005595318.tif 000017
【請求項７】
前記炉体内から排気する不活性ガスの排気速度は、スロットルバルブの開効率により制御され、
前記開効率をＸ（％）としたとき、前記炉体内から排気する不活性ガスの排気速度を決定する前記開効率は、下記式（４）により算出されることを特徴とする請求項５に記載された単結晶引上方法。
【数６】
0005595318.tif 000018
【請求項８】
単結晶の直胴部の育成工程において、前記計測期間を複数回設定すると共に、各計測期間において排気速度が算出される度に、その排気速度に従って炉体内の排気を行うことを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載された単結晶引上方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という）によって単結晶を育成しながら引き上げる単結晶引上装置及び単結晶引き上げ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン単結晶の育成に関し、ＣＺ法が広く用いられている。この方法は、ルツボ内に収容されたシリコンの溶融液の表面に種結晶を接触させ、ルツボを回転させるとともに、この種結晶を反対方向に回転させながら上方へ引上げることによって、種結晶の下端に単結晶を形成していくものである。
【０００３】
前記ＣＺ法による単結晶育成工程においては、単結晶に所定の抵抗率を与えるために、ルツボ内のシリコン溶融液にドーパント不純物（添加剤）を添加するドーピング処理が行われる。従来、このドーピング処理の方法としては、ドーパント不純物として砒素やアンチモン等の微量元素を石英ガラスルツボ内のシリコン融液に直接的に添加することによって行われている。具体的には、例えば特許文献１に示されるように、ドーピング用の微量元素を粒状にしたものを落下させてシリコン融液中に投入することにより行われている。
【０００４】
ところで、シリコン溶融液への添加物として揮発性の高いドーパント不純物を使用した場合、予め設定された引上速度で単結晶を育成し、シーケンシャル制御に従い炉内圧力を変化させ、結晶内の成長軸方向の抵抗率分布を制御することが行われている。
具体的には、炉内圧力を単結晶の成長（引上経過時間）に合わせて予め設定された圧力値に変化させ、結晶中のドーパント不純物が高濃度とならないようにし、結晶の乱れを抑制することにより結晶の収率を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−６４９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、実際には、結晶の育成速度は、様々な条件（種結晶をシリコンの溶融液の表面に接触させる際の溶融液の表面温度の変化、ルツボの肉厚変化、ホットゾーンの放射率、ヒータの経時変化等）により操業毎にばらつくことがあった。
即ち、結晶の引上速度を同一設定としても、その育成速度がそれぞれ異なる場合があり、結果的に単位時間あたりの蒸発量が変化し、炉内圧力のシーケンシャル制御を行っても、結晶長さ方向の抵抗率分布が大きくばらつくという課題があった。
【０００７】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、ルツボ内のシリコン溶融液にドーパント不純物を添加し、チョクラルスキー法によって前記ルツボからシリコン単結晶を引上げる単結晶引上装置において、結晶の長さ方向に沿った抵抗率分布のばらつきを抑制することのできる単結晶引上装置及び引き上げ方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記した課題を解決するためになされた、本発明に係る単結晶引上装置は、ルツボ内のシリコン溶融液にドーパント不純物を添加し、前記ルツボから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単結晶引上装置であって、前記ルツボを収容する炉体内に導入された不活性ガスを所定の排気速度で排気する排気手段と、前記排気手段の排気速度を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、単結晶の直胴部の育成工程において、所定の計測期間に育成された直胴部の結晶径平均値を算出する結晶径算出手段と、前記所定の計測期間における引上速度平均値を算出する引上速度算出手段と、前記結晶径算出手段が算出した結晶径平均値と、前記引上速度算出手段が算出した引上速度平均値とから、前記シリコン溶融液中のドーパント不純物の必要蒸発速度を算出する蒸発速度算出手段と、前記蒸発速度算出手段が算出したドーパント不純物の必要蒸発速度から、炉体内の必要な圧力を算出する炉内圧力算出手段と、前記炉内圧力算出手段が算出した炉体内の必要な圧力から、炉体内から排気する不活性ガスの排気速度を算出する排気速度算出手段と、を有し、前記排気手段に、前記排気速度算出手段が算出した排気速度に従って排気させる単結晶引上装置であって、前記シリコン溶融液中のドーパント不純物の蒸発速度をＥ（ｃｍ／ｓｅｃ）、抵抗率傾きをｍ、実効偏析係数をＫｅｆｆ、結晶の自由表面積をＡ（ｃｍ２）、結晶単位体積が固化する時間をＲ（ｓｅｃ／ｃｍ３）、炉内圧力をＰＲ（Ｔｏｒｒ）としたとき、前記蒸発速度算出手段により、前記ドーパント不純物の必要蒸発速度は、下記式（１）によって算出され、前記炉内圧力算出手段により、前記炉体内の必要な圧力は、下記式（２）により算出されることに特徴を有する。
【０００９】
【数１】
0005595318.tif 000002
【００１０】
ここで、前記排気手段は、前記炉体内の雰囲気を排気する真空ポンプであって、前記真空ポンプの排気速度を決定するための電力の周波数をＦ（Ｈｚ）としたとき、前記排気速度算出手段により、前記排気速度を決定する前記周波数は、下記式（３）により算出されることが望ましい。
【数２】
0005595318.tif 000003
【００１１】
或いは、前記排気手段は、排気口の開効率により制御するスロットルバルブであって、前記開効率をＸ（％）としたとき、前記排気速度算出手段により、前記炉体内から排気する不活性ガスの排気速度を決定する前記開効率は、下記式（４）により算出されることが望ましい。
【数３】
0005595318.tif 000004
【００１２】
また、前記制御手段は、単結晶の直胴部の育成工程において、前記計測期間を複数回設定すると共に、各計測期間において排気速度が算出される度に、その排気速度に従って、前記排気手段により排気させることが望ましい。
【００１３】
このような構成によれば、単結晶育成の各工程を予め設定された操業条件（引上速度）で単に引き上げるではなく、実際の育成速度に応じて炉内雰囲気の排気速度（炉内圧力）を調整し、シリコン溶融液からのドーパント蒸発速度にフィードバックすることができる。このとき制御されるドーパント不純物の蒸発速度は、結晶中のドーパント濃度と固化率との関係（抵抗率傾き）を一定に保持するために必要な値であり、結晶長さ方向のドーパント濃度、即ち抵抗率分布を均一にすることができる。
【００１４】
また、前記課題を解決するためになされた、本発明に係る単結晶引上方法は、ルツボを収容する炉体内に導入された不活性ガスを、所定の排気速度で排気すると共に、ルツボ内のシリコン溶融液にドーパント不純物を添加し、前記ルツボから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単結晶引上方法であって、単結晶の直胴部の育成工程において、所定の計測期間に育成された直胴部の結晶径平均値を算出するステップと、前記所定の計測期間における引上速度平均値を算出するステップと、前記結晶径算出手段が算出した結晶径平均値と、前記引上速度算出手段が算出した引上速度平均値とから、前記シリコン溶融液中のドーパント不純物の必要蒸発速度を算出するステップと、前記蒸発速度算出手段が算出したドーパント不純物の必要蒸発速度から、炉体内の必要な圧力を算出するステップと、前記炉内圧力算出手段が算出した炉体内の必要な圧力から、炉体内から排気する不活性ガスの排気速度を算出するステップと、前記算出された排気速度に従って炉体内の排気を行うステップと、を含む単結晶引上方法であって、前記シリコン溶融液中のドーパント不純物の蒸発速度をＥ（ｃｍ／ｓｅｃ）、抵抗率傾きをｍ、実効偏析係数をＫｅｆｆ、結晶の自由表面積をＡ（ｃｍ２）、結晶単位体積が固化する時間をＲ（ｓｅｃ／ｃｍ３）、炉内圧力をＰＲ（Ｔｏｒｒ）としたとき、前記ドーパント不純物の必要蒸発速度は、下記式（１）によって算出され、前記炉体内の必要な圧力は、下記式（２）により算出されることに特徴を有する。
【００１５】
【数４】
0005595318.tif 000005
【００１６】
ここで、前記炉体内の雰囲気は、真空ポンプによって排気され、前記真空ポンプの排気速度を決定するための電力の周波数をＦ（Ｈｚ）としたとき、前記排気速度を決定する前記周波数は、下記式（３）により算出されることが望ましい。
【数５】
0005595318.tif 000006
【００１７】
或いは、前記炉体内から排気する不活性ガスの排気速度は、スロットルバルブの開効率により制御され、前記開効率をＸ（％）としたとき、前記炉体内から排気する不活性ガスの排気速度を決定する前記開効率は、下記式（４）により算出されることが望ましい。
【数６】
0005595318.tif 000007
【００１８】
また、単結晶の直胴部の育成工程において、前記計測期間を複数回設定すると共に、各計測期間において排気速度が算出される度に、その排気速度に従って、前記排気手段により排気させることが望ましい。
【００１９】
このような方法によれば、単結晶育成の各工程を予め設定された操業条件（引上速度）で単に引き上げるではなく、実際の育成速度に応じて炉内雰囲気の排気速度（炉内圧力）を調整し、シリコン溶融液からのドーパント蒸発速度にフィードバックすることができる。このとき制御されるドーパント不純物の蒸発速度は、結晶中のドーパント濃度と固化率との関係（抵抗率傾き）を一定に保持するために必要な値であり、結晶長さ方向のドーパント濃度、即ち抵抗率分布を均一にすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ルツボ内のシリコン溶融液にドーパント不純物を添加し、チョクラルスキー法によって前記ルツボからシリコン単結晶を引上げる単結晶引上装置において、結晶の長さ方向に沿った抵抗率分布のばらつきを抑制することのできる単結晶引上装置及び引き上げ方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明に係る単結晶引上装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１の単結晶引上装置による単結晶引上工程の流れを示すフローである。
【図３】図３は、本発明に係る実施例１の実験結果を示し、結晶長さ方向の抵抗率分布を示すグラフである。
【図４】図４は、従来方法に係る比較例１の実験結果を示し、結晶長さ方向の抵抗率分布を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明に係る実施例１の実験結果を示し、固化率に対する無転位化率を示すグラフである。
【図６】図６は、従来方法に係る比較例１の実験結果を示し、固化率に対する無転位化率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る単結晶引上装置及び単結晶引上方法の実施形態について図面に基づき説明する。図１は本発明に係る単結晶引上装置１の全体構成を示すブロック図である。
この単結晶引上装置１は、円筒形状のメインチャンバ２ａの上にプルチャンバ２ｂを重ねて形成された炉体２と、炉体２内に設けられたルツボ３と、ルツボ３に装填された半導体原料（原料ポリシリコン）Ｍを溶融するヒータ４と、育成される単結晶Ｃを引上げる引上げ機構５とを有している。尚、ルツボ３は、二重構造であり、内側が石英ガラスルツボ、外側が黒鉛ルツボで構成されている。
また、引上げ機構５は、モータ駆動される巻取り機構５ａと、この巻取り機構５ａに巻き上げられる引上げワイヤ５ｂを有し、このワイヤ５ｂの先端に種結晶Ｐが取り付けられている。
【００２３】
また、プルチャンバ２ｂの上部には、炉体２内に所定の不活性ガス（本実施形態ではＡｒガスＧとする）を導入するためのガス導入口１８が設けられ、メインチャンバ２ｂの底部には炉体２内に導入されたガスを排出するガス排出口１９が設けられている。
前記ガス導入口１８には、バルブ２５を介してＡｒガス供給源２６が接続されている。
一方、前記ガス排出口１９は、ガス流量を調整するためのバルブ２０を介して真空ポンプ２１（排気手段）に繋がれている。前記真空ポンプ２１はインバータ回路を有し、ポンプを駆動するモータの回転数がコンピュータ８の演算制御装置８ｂ（制御手段）によって制御される構成となっている。
したがって、バルブ２０が開かれた状態で真空ポンプ２１が駆動されることによって、ガス導入口１８からガス排出口１９に向かうＡｒガスＧの流れ（即ち、炉体２内を上方から下方に向かう所定流量のガス流）が形成される。
【００２４】
また、メインチャンバ２ａ内において、ルツボ３の上方且つ近傍には、炉内のガス流を整流するための輻射シールド６が設けられている。この輻射シールド６は、単結晶Ｃの周囲を包囲するよう上部と下部が開口形成され、育成中の単結晶Ｃにヒータ４等からの余計な輻射熱を遮蔽する。尚、輻射シールド６下端と溶融液面との間の距離寸法（ギャップ）は、育成する単結晶の所望の特性に応じて所定の距離を維持するよう制御される。
【００２５】
また、炉体２内には、炉内圧力を検出する圧力センサ１４が設けられ、検出した値をコンピュータ８の演算制御装置８ｂに出力するようになされている。
更に炉体２の外側には、育成される単結晶Ｃに向けてＣＣＤカメラ等からなる撮像装置２３が設置され、演算制御装置８ｂは、この撮像装置２３により撮像された画像に基づき、単結晶Ｃの直径を測定するようになされている。
【００２６】
また、図１に示すように単結晶引上装置１は、シリコン溶融液Ｍの温度を制御するヒータ４の供給電力量を制御するヒータ制御部９と、ルツボ３を回転させるモータ１０と、モータ１０の回転数を制御するモータ制御部１０ａとを備えている。
また、ルツボ３の高さを制御する昇降装置１１と、昇降装置１１を制御する昇降装置制御部１１ａと、成長結晶の引上げ速度と回転数を制御するワイヤリール回転装置制御部１２とを備えている。これら各制御部９、１０ａ、１１ａ、１２はコンピュータ８の演算制御装置８ｂに接続されている。
【００２７】
また、コンピュータ８の記憶装置８ａには、単結晶育成の各工程を実行させるための単結晶育成プログラムＰが記憶されている。
この単結晶育成プログラムＰは、単結晶育成の各工程を予め設定された操業条件で単に引き上げるのではなく、実際の育成速度に応じて炉内雰囲気の排気速度（圧力）を調整し、シリコン溶融液Ｍからのドーパント蒸発速度を制御するためのプログラム構成となされている。
【００２８】
また、記憶装置８ａには、前記単結晶育成プログラムＰが利用する演算式として、ドーパント不純物の蒸発速度Ｅ（ｃｍ／ｓｅｃ）と、結晶の自由表面積Ａ（ｃｍ２）、結晶単位体積が固化する時間Ｒ（ｓｅｃ／ｃｍ３）との相関式である式（１）が記憶されている。尚、結晶の自由表面積Ａ、及び結晶単位体積が固化する時間Ｒは、結晶径と引上速度とにより求められるため、式（１）は、ドーパント不純物の蒸発速度Ｅと結晶径と引上速度との相関式といえる。
また、式（１）において、ｍは抵抗率傾きであり、Ｋｅｆｆ−１＜ｍ＜０の範囲で予め設定された設計値である。Ｋｅｆｆは実効偏析係数である。
【００２９】
【数７】
0005595318.tif 000008
この式（１）は、ＢＰＳ（Ｂｕｒｔｏｎ，Ｐｒｉｍ，Ｓｌｉｃｈｔｅｒ）理論（角野浩二、「半導体の結晶欠陥制御の科学と技術」−シリコン編、サイエンスフォーラム、ｐ．１２９）に基づく下記の式（５）から得られた式である。
式（５）は、結晶中のドーパント濃度ＣＳ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を求める式であって、ＣＬ０（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）はシリコン溶融液中の初期ドーパント濃度、Ｋｅｆｆは実効偏析係数、Ｅ（ｃｍ／ｓｅｃ）はドーパント不純物の蒸発速度、Ａは自由表面積（ｃｍ２）、Ｒ（ｓｅｃ／ｃｍ３）は結晶単位体積が固化する時間、ｇは固化率である。
【００３０】
【数８】
0005595318.tif 000009
この式（５）の両辺の対数をとれば、Ｋｅｆｆ＋Ｅ・Ａ・Ｒ−１が、ドーパント濃度ＣＳと固化率ｇの関係の傾きとなる。ここで、Ｋｅｆｆ＋Ｅ・Ａ・Ｒ−１＝ｍとすると、傾きｍが常に設計通りであれば、結晶長さ方向の抵抗率分布（ドーパント不純物の濃度）は常に同じとなる。
即ち、ドーパント不純物の蒸発速度Ｅが、式（１）を満足することにより、抵抗率のばらつきを抑制することができる。
【００３１】
また、記憶装置８ａには、前記単結晶育成プログラムＰが利用する演算式として、シリコン溶融液中のドーパント不純物の蒸発速度Ｅと炉内圧力ＰＲとの相関式である下記の式（２）が記憶されている。
この式（２）は、予備の引上試験、或いは実操業における測定データから求められる。
【数９】
0005595318.tif 000010
【００３２】
更に、記憶装置８ａには、前記単結晶育成プログラムＰが利用する演算式として、炉内の排気速度と炉内圧力との相関式である下記の式（３）が記憶されている。
尚、炉内の排気速度は、真空ポンプ２１のインバータ回路による供給電力の周波数Ｆ（Ｈｚ）により制御されるため、式（３）は前記周波数Ｆと炉内圧力ＰＲとの相関式となる。
この式（３）は、予め操業条件に従い炉体２内にＡｒガスＧを流し、炉内圧を圧力センサ１４が検出することによって求められる。
【数１０】
0005595318.tif 000011
【００３３】
このように構成された単結晶引上装置１においては、前記単結晶育成プログラムＰが実行され、次のように単結晶育成が行われる。
先ず、バルブ２０、２５が開かれ、演算制御装置８ｂの指令により真空ポンプ２１が駆動される。これにより、炉体２内には、ガス導入口１８からガス排出口１９に向けて（即ち上方から下方に向けて）、ＡｒガスＧのガス流が形成され、所定の雰囲気が形成される（図２のステップＳ１）。
【００３４】
そして、演算制御装置８ｂの指令によりヒータ制御部９が作動し、これによりヒータ４が加熱され、ルツボ３内において原料ポリシリコンＭが溶融される（図２のステップＳ２）。また、ルツボ３内のシリコン溶融液Ｍに、所定量のドーパント不純物（例えば、赤燐、砒素、アンチモンドープ等のいずれか）が投入される。
さらに、演算制御装置８ｂの指令によりモータ制御部１０ａと昇降装置制御部１１ａとが作動し、ルツボ３が所定の高さ位置において所定の回転数で回転動作される（図２のステップＳ３）。
【００３５】
次いで、演算制御装置８ｂの指令により、ワイヤリール回転装置制御部１２が作動し、巻取り機構５ａが作動してワイヤ５ｂが降ろされる。そして、ワイヤ５ｂに取付けられた種結晶Ｐがシリコン溶融液Ｍに接触され、種結晶Ｐの先端部を溶解するネッキングが行われてネック部の形成が開始される（図２のステップＳ４）。
【００３６】
また、ネック部が所定長さまで育成されると、演算制御装置８ｂの指令によりヒータ４への供給電力や、引上げ速度（通常、毎分数ミリの速度）などをパラメータとして引上げ条件がさらに調整され、製品部分となる単結晶Ｃの育成が行われる。
即ち、クラウン部が形成され（図２のステップＳ５）、続けて直胴部の形成工程に移行する（図２のステップＳ６）。
【００３７】
直胴部の形成工程が開始され、所定の計測期間（例えば５〜３０分の間で設定された時間）が経過すると（図２のステップＳ７）、演算制御装置８ｂは、引上速度算出手段として機能し、前記計測期間における引上速度平均値を算出する（図２のステップＳ８）。
また、演算制御装置８ｂは、結晶径算出手段として機能し、撮像装置２３が撮像した画像から単結晶Ｃの直径を測定すると共に、前記計測時間における結晶径平均値を算出する（図２のステップＳ９）。
【００３８】
演算制御装置８ｂは、前記結晶径平均値と前記引上速度平均値とから、結晶単位体積が固化する時間Ｒ、結晶の自由表面積Ａを算出する。更には、前記実績引上速度平均値から実効偏析係数Ｋｅｆｆを算出する。
そして、演算制御装置８ｂは、蒸発速度算出手段として機能し、前記式（１）に、前記算出された、結晶単位体積が固化する時間Ｒ、結晶の自由表面積Ａ、実効偏析係数Ｋｅｆｆを代入することによって、ドーパント不純物の必要蒸発速度Ｅを算出する（図２のステップＳ１０）。
【００３９】
ステップＳ１０により、必要蒸発速度Ｅが求められると、演算制御装置８ｂは、炉内圧力算出手段として機能し、前記式（２）に前記必要蒸発速度Ｅを代入し、炉体２内に必要な圧力値を算出する（図２のステップＳ１１）。
更に、演算制御装置８ｂは、排気速度算出手段として機能し、前記式（３）に前記算出された必要な圧力値を代入し、必要な排気速度を算出する（図２のステップＳ１２）。
必要な排気速度が得られると、演算制御装置８ｂは、その排気速度で炉体２内の排気を行うよう真空ポンプ２１を制御する（図２のステップＳ１３）。
【００４０】
そして、直胴部の形成が完了するまで、ステップＳ７からステップＳ１３の工程が複数回繰り返される（図２のステップＳ１４）。
直胴部の育成が完了すると、単結晶育成プログラムＰに従い、テール工程（図２のステップＳ１５）が行われ、育成された単結晶Ｃは最後に炉体２内の上部まで引上げられる。
【００４１】
以上のように本発明に係る実施の形態によれば、単結晶育成の各工程を予め設定された操業条件（引上速度）で単に引き上げるではなく、実際の育成速度に応じて炉内雰囲気の排気速度（炉内圧力）を調整し、シリコン溶融液Ｍからのドーパント蒸発速度にフィードバックする構成となされている。
このとき制御されるドーパント不純物の蒸発速度は、ドーパント濃度ＣＳと固化率ｇとの関係（抵抗率傾き）を一定に保持するために必要な値であるため、結晶長さ方向のドーパント濃度、即ち抵抗率分布を均一にすることができる。
【００４２】
尚、前記実施の形態においては、炉内排気を行う排気手段として、真空ポンプ２１を例に説明したが、それに限定されるものではない。例えば、排気手段として、スロットルバルブを設け、その開効率を制御して実効排気速度を変化させるようにしてもよい。
また、その場合、前記開効率をＸ（％）としたとき、前記開効率は、下記式（４）により算出すればよい。
【数１１】
0005595318.tif 000012
【実施例】
【００４３】
本発明に係る単結晶引上装置及び単結晶引き上げ方法について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施の形態に従い単結晶の育成工程を行い、本発明の効果を検証した。
【００４４】
〔実施例１〕
実施例１として、直径２２インチの石英ルツボに１４０ｇのＳｉ原料を溶融し、７００ｇの赤燐をドーピングし、本発明の実施形態に沿って初期抵抗率１．２（ｍΩｃｍ）、直胴部径２００ｍｍの単結晶育成を行った。
より具体的な実験条件として、炉内圧力を３００（Ｔｏｒｒ）〜５００（Ｔｏｒｒ）の範囲、引上速度を０．８（ｍｍ／ｍｉｎ）〜０．３（ｍｍ／ｍｉｎ）の範囲、不活性ガス（Ａｒ）のガス流量を１５０（ｌ／ｍｉｎ）〜５０（ｌ／ｍｉｎ）の範囲で制御した。
そして、引き上げられた複数の単結晶のうち、３本の単結晶について、その成長軸方向の抵抗率分布を測定し、１２本の単結晶を標本として選び、無転位化率を測定した。
尚、抵抗率の目標値を１．２（ｍΩｃｍ）とし、抵抗率許容範囲を１．２±０．１（ｍΩｃｍ）とした。
〔比較例１〕
比較例１として、従来のシーケンシャル制御による単結晶育成を行った。その他の諸条件は実施例１と同一とした。
【００４５】
図３に実施例１における抵抗率分布、図４に比較例１における抵抗率分布を示す。図３、図４のグラフにおいて、横軸は固化率、縦軸は抵抗率（ｍΩｃｍ）とする。
実施例１では、図３に示すように、いずれの単結晶も成長軸方向に沿った抵抗率は、設計値からのばらつきが小さく、狙い値である１．２±０．１（ｍΩｃｍ）の範囲内に収まった。
一方、比較例１では、図４に示すように、３本中２本の単結晶について、その抵抗値は、設計値からのばらつきが大きく生じた。
【００４６】
また、図５に実施例１における無転位化率、図６に比較例１における無転位化率を示す。図５、図６のグラフにおいて、横軸は固化率、縦軸は転位化の度数とする。即ち、全標本を平均した固化率が高いほど、無転位化率が高いものとなる。
実施例１では、図５に示すように、平均固化率（無転位化率）は、０．８４３となった。一方、比較例１では、図６に示すように、平均固化率（無転位化率）は、０．７９２９となり、実施例１によれば無転位化率が向上することを確認した。
【００４７】
以上の実施例の結果から、本発明に係る単結晶引上装置及び引き上げ方法によれば、結晶の長さ方向に沿った抵抗率分布のばらつきが抑制され、生産性が向上することを確認した。
【符号の説明】
【００４８】
１      単結晶引上装置
２      炉体
３      ルツボ
８ｂ    演算制御装置（制御手段）
１４    圧力センサ
２１    真空ポンプ（排気手段）
Ｃ      単結晶
Ｍ      シリコン溶融液
【図１】
0005595318.tif 000019
【図２】
0005595318.tif 000020
【図３】
0005595318.tif 000021
【図４】
0005595318.tif 000022
【図５】
0005595318.tif 000023
【図６】
0005595318.tif 000024