(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
引上げられるシリコン単結晶育成工程中のシリコン単結晶の肩部、直胴及び尾部の直径を測定し、このシリコン単結晶育成工程の前記直径に応じて炉本体への不活性ガス流入量を制御するシリコン単結晶製造方法において、前記肩部及び前記尾部の育成工程では、前記直胴部の育成工程よりも不活性ガスの流量を大量に流入させることを特徴とするシリコン単結晶製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシリコン単結晶製造方法に係わり、特にシリコン単結晶引上の歩留を向上させたシリコン単結晶製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にシリコンウェーハ用の単結晶引上げは、チョクラルスキー法（ＣＺ法）により行われている。
【０００３】
シリコン単結晶を育成し引上げる場合、溶融した原料シリコンに種結晶を浸しこの種結晶をゆっくりと引上げることによってシリコン単結晶を成長させるＣＺ法が用いられている。
【０００４】
このＣＺ法に用いられるシリコン単結晶引上装置３０は、第３図に示すように気密性を有しアルゴンガスが充填された炉本体３１と、この炉本体３１内に設けられ原料シリコンを溶融しシリコン単結晶Ｉを育成するホットゾーン３２を有している。このホットゾーン３２は原料シリコンが装填される石英ガラスルツボ３３と、この石英ガラスルツボ３３を支持する黒鉛ルツボ３４と、原料シリコンを加熱しシリコン融液Ｓｍにする発熱体３５と、この発熱体３５を囲繞する保温体３６で構成されている。前記ホットゾーン３２の上方には育成されたシリコン単結晶Ｉが貫通する開口部３７を有する輻射シールド３８が設けられている。
【０００５】
さらに、輻射シールド３８の上方にはシリコン単結晶引上げのためのシード３９が取り付けられた引上げ用のワイヤー４０が設けられ、このワイヤー４０は炉本体３１外に設けられたワイヤー巻上装置４１に取り付けられている。
【０００６】
さらに上記炉本体３１に連通しワイヤー４０が収納される上部円筒部４２にはガス供給装置４３に連通するアルゴンガスの給気口４４が設けられ、一方炉本体３１の底部４５には例えば２個の排気口４６が設けられて、給気口４４から導入されたアルゴンガスが、育成されたシリコン単結晶Ｉの周囲と輻射シールド３８間の通気路４７およびシリコン融液Ｓｍの融液表面Ｓｓに沿い石英ガラスルツボ３３と発熱体３５間に形成された通気路４８を介して炉本体３１外に排出されるようになっている。
【０００７】
このようなシリコン単結晶引上装置３０を用いてシリコン単結晶Ｉを引上げる場合、石英ガラスルツボ３３に原料シリコンを装填し、アルゴンガスを不活性ガス供給装置４３、給気口４４および上部円筒部４２を介して炉本体３１内に流入させ、原料シリコンを発熱体３５により加熱しシリコン融液Ｓｍにする。
【０００８】
上記アルゴンの炉本体３１への導入は、シリコン融液Ｓｍから蒸発するＳｉＯガスがシリコン単結晶Ｉの表面に付着するとシリコン単結晶Ｉを有転位化させる原因となるので、ＳｉＯガスがシリコン単結晶Ｉの表面に対流しないようにするためである。
【０００９】
従って、シリコン単結晶Ｉの周囲と輻射シールド３８間の通気路４７を流れるアルゴンガスを制御する必要があり、従来はシリコン単結晶Ｉの育成工程の肩部工程、直胴部工程、尾部工程を育成時間から想定し、各育成工程に応じてアルゴンガスの炉本体３１への流入量を制御していた。
【００１０】
しかし、従来のアルゴンガスの流入量の制御は時間を基準にして行っていたので、引上げ速度を変更するなどするとシリコン単結晶Ｉの育成工程とシリコン単結晶Ｉの直径の変化との関連に狂いが生じ、肩部Ｉｎおよび尾部Ｉｔの育成工程のシリコン単結晶Ｉの直径の変化時、シリコン単結晶Ｉの側面を流れるアルゴンガスの流れが乱れ、シリコン単結晶Ｉの側面にＳｉＯガスが滞留しシリコン単結晶Ｉが有転位化することがしばしばあり、シリコン単結晶引上げの歩留を低下をきたしていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、シリコン単結晶育成工程において、アルゴンガスの流れの乱れをなくして結晶側面にＳｉＯガスが滞留し結晶が有転位化をなくし、シリコン単結晶引上の歩留を向上させるシリコン単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述目的を達成するためになされた本願請求項１の発明は、引上げられるシリコン単結晶育成工程中のシリコン単結晶の肩部、直胴及び尾部の直径を測定し、このシリコン単結晶育成工程の前記直径に応じて炉本体への不活性ガス流入量を制御するシリコン単結晶製造方法において、前記肩部及び前記尾部の育成工程では、前記直胴部の育成工程よりも不活性ガスの流量を大量に流入させることを特徴とするシリコン単結晶製造方法であることを要旨としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシリコン単結晶引上方法の一実施形態について添付図面に基づき説明する。
【００１４】
最初に本発明に係るシリコン単結晶引上方法に用いられるシリコン単結晶引上装置について説明する。
【００１５】
図１に示すように、本発明に係るシリコン単結晶引上方法に用いられるシリコン単結晶引上装置１は気密性を有し不活性ガス例えばアルゴンガスが充填された炉本体２と、この炉本体２内に設けられ原料シリコンＳｐを溶融しシリコン単結晶Ｉを育成するホットゾーン３を有している。このホットゾーン３は原料シリコンが装填される石英ガラスルツボ４と、この石英ガラスルツボ４を支持しモータ（図示せず）駆動の回転軸５に取付けられた黒鉛ルツボ６と、原料シリコンＳｐを加熱する発熱体７と、この発熱体７を囲繞する保温体８で構成されている。前記ホットゾーン３の上方には育成されたシリコン単結晶Ｉが貫通する開口部９を有する輻射シールド１０が設けられている。
【００１６】
さらに、輻射シールド１０の上方にはシリコン単結晶Ｉを引上げるためのシード１１が取付けられた引上げ用のワイヤー１２が設けられている。
【００１７】
このワイヤー１２は炉本体２外に設けられたワイヤー巻上装置１３に取付けられ、このワイヤー巻上装置１３にはワイヤー１２を介して育成されたシリコン単結晶Ｉの重量を検出する重量検出装置１４が取付られている。
【００１８】
この重量検出装置１４は制御装置１５に電気的に接続され、この制御装置１５は前記重量検出装置１４からの電気信号を受信し予め記憶されたシリコン単結晶Ｉの重量と直径の関係から直径を算出するようになっている。
【００１９】
さらに上記炉本体２に連通し前記ワイヤー１２が収納される上部円筒部１６にはガス供給装置１７に連通するアルゴンガスの給気口１８が設けられている。上記ガス供給装置１７は制御装置１５に電気的に接続されてアルゴンガスの流入量を制御できるようになっている。
【００２０】
従って、アルゴンガスの炉本体２への流入量の制御は、育成されたシリコン単結晶Ｉの重量を重量検出装置１４により検出しその情報信号を制御装置１５に送り、この制御装置１５が情報処理してガス供給装置１７を制御することによって行われる。制御装置１５にはシリコン単結晶Ｉの重量と直径の関係がデータ化された重量−直径情報が事前に記憶されており、シリコン単結晶Ｉの重量に基づき直径情報が出力されるようになっている。
【００２１】
また、炉本体２の底部１９には例えば２個の排気口２０が設けられて、給気口１８から導入されたアルゴンガスが、成長したシリコン単結晶Ｉの周囲と輻射シールド１０間の通気路２１およびシリコン融液Ｓｍの融液表面Ｓｓに沿い石英ガラスルツボ４と発熱体６間に形成された通気路２２を介して炉本体２外に排出されるようになっている。
【００２２】
シリコン単結晶引上装置１は以上のような構造になっているから、このシリコン単結晶引上装置１を用いた本発明に係るシリコン単結晶製造方法を説明する。
【００２３】
シリコン単結晶Ｉを引上げるには、ナゲット状原料シリコンを石英ガラスルツボ４に装填し、アルゴンガスを炉本体体２の上方より炉体２内に流入させ、発熱体６を付勢して石英ガラスルツボ４を加熱し、モータを付勢してこのモータに結合された回転軸５を回転させて石英ガラスルツボ４を回転させる。
【００２４】
一定時間が経過した後、ワイヤー１２を下ろし、シード１１を融液表面Ｓｓに接触させて単結晶を育成させ、シリコン単結晶Ｉを引上げる。
【００２５】
この単結晶引上げ工程において、図２（ａ）に示すような育成初期の肩部Ｉｎの育成工程では、シリコン単結晶Ｉの直径Ｄ１は小さく、このシリコン単結晶Ｉの表面と輻射シールド１０と間隙２１が大きいＳｉＯの蒸発領域Ｅの面積が大きくなるので、融液表面ＳｓからのＳｉＯの蒸発量が大きくなる。
【００２６】
一方、肩部Ｉｎまで育成されたシリコン単結晶Ｉの重量を重量検出装置１４により検出しその重量信号を制御装置１５に送り肩部Ｉｎの直径Ｄ１の信号に変換する。この肩部Ｉｎの直径Ｄ１の信号はガス供給装置１７に送られ、このガス供給装置１７の働きでアルゴンガスを大量に炉本体２に流入させる。大量に流入されたアルゴンガスは給気口１８、上部円筒部１６、通気路２１および通気路２２と順に炉本体２内を流れ、前記蒸発領域Ｅから大量に蒸発したＳｉＯを速やかに炉本体２外に排出する。
【００２７】
従って、蒸発領域Ｅから大量にＳｉＯが蒸発しても、ＳｉＯガスはシリコン単結晶Ｉの表面に付着しないのでシリコン単結晶Ｉを有転位化させることがない。
【００２８】
次に図２（ｂ）に示すような直胴部Ｉｓの育成の工程では、シリコン単結晶Ｉの直径Ｄ２は大きく最大径になりシリコン単結晶Ｉの表面と輻射シールド１０と間隙２１は小さくＳｉＯの蒸発領域Ｅの面積も小さくなり、融液表面ＳｓからのＳｉＯの蒸発量は小さくなる。一方、直胴部Ｉｓまで育成されたシリコン単結晶Ｉの重量を重量検出装置１４により検出しその重量信号を制御装置１５に送り直胴部Ｉｓの直径Ｄ２の信号に変換する。この直胴部Ｉｓの直径Ｄ２の信号はガス供給装置１７に送られ、このガス供給装置１７の働きでアルゴンガスの流入量を絞る。
【００２９】
図２（ｂ）に示すように直胴部Ｉｓの育成の工程では、アルゴンガスの流入量は絞られて少量になるが、シリコン単結晶Ｉの直径Ｄ２は大きくこのシリコン単結晶Ｉの表面と輻射シールド１０と間隙２１は小さくなりＳｉＯの蒸発領域Ｅの面積も小さくなるので、融液表面ＳｓからのＳｉＯの蒸発量も減少する。このように融液表面ＳｓからのＳｉＯの蒸発量が減少するので、ガス供給装置１７の働きでアルゴンガスの流入量が絞られても、ＳｉＯは速やかに炉本体２外へと排出される。
【００３０】
従って、アルゴンガスの流入量を絞っても、ＳｉＯガスがシリコン単結晶Ｉの表面に付着せずシリコン単結晶Ｉを有転位化させることがない。
【００３１】
さらに図２（ｃ）に示すような尾部Ｉｔの育成の工程では、シリコン単結晶Ｉの直径Ｄ３は縮小されて小さくなり、シリコン単結晶Ｉの表面と輻射シールド１０と間隙２１は増大するので蒸発領域Ｅの面積も増大し、融液表面ＳｓからのＳｉＯの蒸発量は大きくなる。
【００３２】
一方、尾部Ｉｔまで育成されたシリコン単結晶Ｉの重量を重量検知装置１４により検知しその重量信号を制御装置１５に送り尾部Ｉｔの直径Ｄ３の信号に変換する。
【００３３】
この尾部Ｉｔの直径Ｄ３の信号はガス供給装置１７に送られ、このガス供給装置１７の働きでアルゴンガスの流入量を増大させる。
【００３４】
図２（ｃ）に示すように尾部Ｉｔの育成の工程では、シリコン単結晶Ｉの直径Ｄ３は小さくなり、シリコン単結晶Ｉの表面と輻射シールド１０と間隙２１は大きくなってＳｉＯの蒸発領域Ｅの面積も増大するので、融液表面ＳｓからのＳｉＯの蒸発量も大きくなる。
【００３５】
一方、尾部Ｉｔまで育成されたシリコン単結晶Ｉの重量を重量検出装置１４により検知しその重量信号を制御装置１５に送り肩部の直径Ｄ３の信号に変換する。この尾部Ｉｔの直径Ｄ３の信号はガス供給装置１７に送られ、このガス供給装置１７の働きでアルゴンガスを再び大量に炉本体２に流入させる。大量に流入されたアルゴンガスは前記蒸発領域Ｅから大量に蒸発したＳｉＯを上述同様の流路を通り速やかに炉本体２外に排出する。
【００３６】
従って、蒸発領域Ｅから大量にＳｉＯが蒸発しても、ＳｉＯガスがシリコン単結晶Ｉの表面に付着し結晶を有転位化させることがない。
【００３７】
以上のように上述したシリコン単結晶引上装置１は、シリコン単結晶Ｉの育成工程に応じて重量検出装置１４によりシリコン単結晶Ｉの重量を検知し、この重量から制御装置１５を算出してガス供給装置１７を制御し、炉本体２へのアルゴンガスの流入量を制御することにより、ＳｉＯの発生量に応じたアルゴンガスによりＳｉＯを速やかに炉本体２外に排出して、結晶を有転位化させるのを防止するものである。
【００３８】
なお、上述した単結晶引上装置１では、シリコン単結晶Ｉの直径を検知するのに重量検出装置１４を用いたが、炉本体２外に設けられた周知の二次元カメラによって撮像し、この二次元カメラの画像信号に基づいて成長したシリコン単結晶の直径を検知し、この直径の情報信号を制御装置１５に送り、この制御装置１５が情報処理してガス供給装置１７を制御し、炉本体２に流入されるアルゴンガス量を制御するようにしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明に係わるシリコン単結晶製造方法は、肩部及び尾部の育成工程では、直胴部の育成工程よりも不活性ガスの流量を大量に流入させることにより、ＳｉＯの発生量に応じた不活性ガス量によりＳｉＯを速やかに炉本体外に排出して、結晶を有転位化させるのを防止することができる。また、炉本体への不活性ガスの流入量の制御により使用不活性ガス量の低減が可能となりシリコン単結晶引上げのコストダウン化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わるシリコン単結晶引上方法に用いられるシリコン単結晶引上装置の概略図。
【図２】  本発明に係わるシリコン単結晶引上方法を用いてシリコン単結晶を引上げる場合の引上げ工程別の状態図。
【図３】  従来のシリコン単結晶引上装置の概略図。
【符号の説明】
１  シリコン単結晶引上装置
２  炉本体
３  ホットゾーン
４  石英ガラスルツボ
５  回転軸
６  黒鉛ルツボ
７  発熱体
８  保温体
９  開口部
１０  輻射シールド
１１  シード
１２  ワイヤー
１３  ワイヤー巻上装置
１４  重量検出装置
１５  制御装置
１６  上部円筒部
１７  ガス供給装置
１８  給気口
１９  底部
２０  排気口
２１  通気路
２２  通気路
Ｅ  蒸発領域
Ｉ  シリコン単結晶
Ｉｎ  肩部
Ｉｓ  直胴部
Ｉｔ  尾部
Ｓｍ  シリコン融液
Ｓｓ  融液表面
【図１】
0003670504.tif 000002
【図２】
0003670504.tif 000003
【図３】
0003670504.tif 000004