(57)【要約】【課題】高品質のシリコン単結晶を製造可能なシリコン単結晶の製造方法を提供すること。【解決手段】シリコン単結晶の製造方法は、メインチャンバ内に不活性ガスを導入しつつ、種結晶をシリコン融液Ｍに接触させた後に引き上げることで、シリコン単結晶ＳＭを育成する育成工程と、シリコン単結晶ＳＭをシリコン融液Ｍから切り離す切り離し工程と、シリコン融液Ｍから切り離されたシリコン単結晶ＳＭを引き上げながら冷却する冷却工程とを備え、切り離し工程後の工程において、坩堝２２を上下に移動させることにより、熱遮蔽体２６の下端とシリコン融液Ｍ表面との間隔を１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下に調整する。【選択図】図２
2019026485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、
坩堝と、
前記坩堝を昇降させる坩堝駆動部と、
前記坩堝を加熱してシリコン融液を生成するヒータと、
前記坩堝の上方においてシリコン単結晶を囲むように設けられ、黒鉛により形成された熱遮蔽体と、
前記坩堝、前記ヒータおよび前記熱遮蔽体を収容するメインチャンバと、
前記メインチャンバ内に不活性ガスを導入する導入部とを備える単結晶引き上げ装置を用い、
前記メインチャンバ内に不活性ガスを導入しつつ、種結晶を前記シリコン融液に接触させた後に引き上げることで、シリコン単結晶を育成する育成工程と、
前記シリコン単結晶を前記シリコン融液から切り離す切り離し工程と、
前記シリコン融液から切り離されたシリコン単結晶を引き上げながら冷却する冷却工程とを備え、
前記切り離し工程後の工程において、前記坩堝を上下に移動させることにより、前記熱遮蔽体の下端と前記シリコン融液表面との間隔を１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下に調整することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のシリコン単結晶の製造方法において、
前記メインチャンバの上部にゲートバルブを介して接続されたプルチャンバを備える前記単結晶引き上げ装置を用い、
前記冷却工程は、前記シリコン融液が固化するように前記ヒータのパワーを調整しつつ、前記シリコン単結晶を冷却する低温冷却工程を備え、
前記製造方法は、
前記低温冷却工程で冷却されたシリコン単結晶が前記プルチャンバに収容されたら前記ゲートバルブを閉塞する閉塞工程と、
前記閉塞工程後に前記メインチャンバを開放する開放工程とを備え、
前記切り離し工程後の工程において、前記坩堝を上下に移動させることにより、前記間隔を４０ｍｍ以上に調整することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のシリコン単結晶の製造方法において、
前記メインチャンバの上部にゲートバルブを介して接続されたプルチャンバを備える前記単結晶引き上げ装置を用い、
前記冷却工程は、前記シリコン融液が固化するように前記ヒータのパワーを調整しつつ、前記シリコン単結晶を冷却する低温冷却工程を備え、
前記製造方法は、
前記低温冷却工程で冷却されたシリコン単結晶が前記プルチャンバに収容されたら前記ゲートバルブを閉塞する閉塞工程と、
前記閉塞工程後に前記メインチャンバを開放する開放工程とを備え、
前記切り離し工程後の工程において、前記ヒータのパワーの調整によって前記シリコン融液の表面が固化するまでの間、前記坩堝を上下に移動させることにより、前記間隔を１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下に調整することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のシリコン単結晶の製造方法において、
前記メインチャンバの上部にゲートバルブを介して接続されたプルチャンバを備える前記単結晶引き上げ装置を用い、
前記冷却工程は、前記シリコン融液が固化しないように前記ヒータのパワーを調整しつつ、前記シリコン単結晶を冷却する高温冷却工程を備え、
前記製造方法は、
前記高温冷却工程で冷却されたシリコン単結晶が前記プルチャンバに収容されたら前記ゲートバルブを閉塞する閉塞工程と、
次のシリコン単結晶の育成のために、前記閉塞工程後に前記坩堝にシリコン原料をチャージするリチャージ工程と、
前記リチャージ工程後に前記次のシリコン単結晶を育成する工程とを備え、
前記切り離し工程後の工程において、少なくとも前記ゲートバルブを閉塞するまでの間、前記坩堝を上下に移動させることにより、前記間隔を１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下に調整することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法において、
表面にＳｉＣコートが施された前記熱遮蔽体を用いることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チョクラルスキー法に用いる単結晶引き上げ装置は、シリコン融液を収容する坩堝の上方においてシリコン単結晶を囲むように設けられ、ヒータから上方に向かって放射される熱を遮断する熱遮蔽体を備えている。熱遮蔽体は、シリコン融液から蒸発するＳｉＯガスに曝されるため劣化しやすい。そこで、このような劣化を抑制するための検討がなされている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１には、熱遮蔽体の外殻にＳｉＣコートしたグラファイト（黒鉛）を用いることで、ＳｉＯガスによる熱遮蔽体の劣化を抑制することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６３４８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のような構成では、熱遮蔽体を長期間使用すると、ＳｉＣコートが損耗して、黒鉛が露出してしまうおそれがある。この場合、黒鉛は多孔質であるため、チャンバ内に浮遊しているパーティクル（異物）が熱遮蔽体表面の穴に溜まり塊となってシリコン融液に落下してしまい、シリコン単結晶に双晶欠陥や有転位化が発生するおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、高品質のシリコン単結晶を製造可能なシリコン単結晶の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、以下の知見を得た。
メインチャンバ内に不活性ガスを導入しつつ、シリコン単結晶を育成する育成工程と、シリコン単結晶をシリコン融液から切り離す切り離し工程と、シリコン融液から切り離されたシリコン単結晶を引き上げながら冷却する冷却工程とを行ってシリコン単結晶を製造することは、一般的に行われている。シリコン融液に向かって流れる不活性ガスは、熱遮蔽体の下端とシリコン融液表面との間の空間（以下、「第１のガス流路」という場合がある）を水平方向に流れ、熱遮蔽体の外側の空間（以下、「第２のガス流路」という場合がある）を上方向に流れ、坩堝の外側やヒータの外側の空間（以下、「第３のガス流路」を下方向に流れて排出される。メインチャンバ外部に排出される。
このような製造工程のうち、育成工程では、シリコン単結晶に欠陥が発生することを抑制するために、第１のガス流路の高さ（以下、「ギャップ」という場合がある）を調整する（以下、「ギャップ調整」という場合がある）ことが行われているが、切り離し工程後の工程においてはギャップ調整が行われていない。
【０００７】
切り離し工程後の工程において、不活性ガスの流れに注目すると、第１のガス流路に渦流れが発生する場合がある。渦流れとは、第１のガス流路を流れる不活性ガスの一部が第２のガス流路に流れずに、第１のガス流路内で渦を巻く現象ことをいう。渦流れが発生すると、シリコン融液から蒸発したＳｉＯガスが第１のガス流路に溜まってしまい、黒鉛で構成された熱遮蔽体にＳｉＣコートを施しても、以下の式（１）の反応が起きることで、ＳｉＣコートが損耗する。その結果、多孔質の黒鉛が露出し、この露出した黒鉛の穴にメインチャンバ内のパーティクルが溜まってしまう。
ＳｉＣ（ｓ）＋ＳｉＯ（ｇ）→２Ｓｉ（ｓ）＋ＣＯ（ｇ）  …  （１）
【０００８】
また、熱遮蔽体にＳｉＣコートが施されていない場合にも、切り離し工程後の第１のガス流路に渦流れが発生すると、以下の式（２）の反応によって当該熱遮蔽体を構成する黒鉛が損耗して穴が大きくなり、当該穴にパーティクルが溜まりやすくなる。
２Ｃ（ｓ）＋ＳｉＯ（ｇ）→ＳｉＣ（ｓ）＋ＣＯ（ｇ）  …  （２）
【０００９】
ＳｉＣコートが施された熱遮蔽体を用いる場合には、ＳｉＣコートが損耗した後、ＳｉＣコートが施されていない熱遮蔽体を用いる場合には、熱遮蔽体表面の穴が大きくなった後にシリコン単結晶を製造するに際し、熱遮蔽体表面の穴に溜まったパーティクルがシリコン単結晶の育成中にメインチャンバ外部に排出されにくくなる。この溜まったパーティクルがシリコン融液に落下して、シリコン単結晶の双晶欠陥や有転位化の発生原因となると考えられる。
【００１０】
一方、切り離し工程後の第１のガス流路に渦流れが発生せずに、不活性ガスが第２，第３のガス流路を通過してメインチャンバ外部に排出されれば、シリコン融液から蒸発したＳｉＯガスも第１のガス流路に溜まらずに不活性ガスの流れに乗って排出され、上記（１），（２）の反応が起こらず、ＳｉＣコートや黒鉛の損耗を抑制できる。その結果、熱遮蔽体表面の穴にパーティクルが溜まることを抑制できる。
本発明者は、切り離し工程後の工程における第１のガス流路の渦流れの発生を抑制するための検討を行った結果、ギャップ調整を適切に行うことによって上記渦流れの発生を抑制できることを見出し、本発明を完成させた。
【００１１】
すなわち、本発明のシリコン単結晶の製造方法は、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、坩堝と、前記坩堝を昇降させる坩堝駆動部と、前記坩堝を加熱してシリコン融液を生成するヒータと、前記坩堝の上方においてシリコン単結晶を囲むように設けられ、黒鉛により形成された熱遮蔽体と、前記坩堝、前記ヒータおよび前記熱遮蔽体を収容するメインチャンバと、前記メインチャンバ内に不活性ガスを導入する導入部とを備える単結晶引き上げ装置を用い、前記メインチャンバ内に不活性ガスを導入しつつ、種結晶を前記シリコン融液に接触させた後に引き上げることで、シリコン単結晶を育成する育成工程と、前記シリコン単結晶を前記シリコン融液から切り離す切り離し工程と、前記シリコン融液から切り離されたシリコン単結晶を引き上げながら冷却する冷却工程とを備え、前記切り離し工程後の工程において、前記坩堝を上下に移動させることにより、前記熱遮蔽体の下端と前記シリコン融液表面との間隔を１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下に調整することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、切り離し工程後の工程における第１のガス流路のギャップが１５０ｍｍ以下になるようにギャップ調整を行うことで、第１のガス流路における不活性ガスの渦流れの発生を抑制でき、不活性ガスを第２，第３のガス流路を介してメインチャンバ外部に排出することができる。その結果、上記式（２）の反応が抑制され、熱遮蔽体表面、特に下端の損耗が抑制され、当該表面にパーティクルが溜まりにくくなる。また、第１のガス流路のギャップを１０ｍｍ以上にすることで、第１のガス流路内のガス流れが安定するのでシリコン融液表面の波立ちが抑えられ、シリコン融液と熱遮蔽体との接触を抑制でき、また、何らかの理由により（例えば、地震）シリコン融液表面が波立つことがあっても、シリコン融液と熱遮蔽体との接触を抑制できる。
したがって、双晶欠陥や有転位化が存在しない高品質なシリコン単結晶を製造できる。
【００１３】
本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記メインチャンバの上部にゲートバルブを介して接続されたプルチャンバを備える前記単結晶引き上げ装置を用い、前記冷却工程は、前記シリコン融液が固化するように前記ヒータのパワーを調整しつつ、前記シリコン単結晶を冷却する低温冷却工程を備え、前記製造方法は、前記低温冷却工程で冷却されたシリコン単結晶が前記プルチャンバに収容されたら前記ゲートバルブを閉塞する閉塞工程と、前記閉塞工程後に前記メインチャンバを開放する開放工程とを備え、前記切り離し工程後の工程において、前記坩堝を上下に移動させることにより、前記間隔を４０ｍｍ以上に調整することが好ましい。
【００１４】
切り離し工程後において、低温冷却工程におけるヒータの調整によってシリコン融液が固化すると、すなわち、ヒータのパワーを下げることにより坩堝内のシリコン融液の温度が低下してシリコン融液が固化すると、その固化物が膨張して表面が盛り上がり、熱遮蔽体に接触するおそれがある。
本発明によれば、ギャップ調整における第１のガス流路の高さを４０ｍｍ以上にすることによって、固化物と熱遮蔽体とが接触することを抑制でき、熱遮蔽体の破損を抑制できる。
なお、低温冷却工程における少なくともシリコン融液の表面の固化が始まる時点、および、それ以降において、第１のガス流路の高さが４０ｍｍ以上となっていることが好ましい。
【００１５】
本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記メインチャンバの上部にゲートバルブを介して接続されたプルチャンバを備える前記単結晶引き上げ装置を用い、前記冷却工程は、前記シリコン融液が固化するように前記ヒータのパワーを調整しつつ、前記シリコン単結晶を冷却する低温冷却工程を備え、前記製造方法は、前記低温冷却工程で冷却されたシリコン単結晶が前記プルチャンバに収容されたら前記ゲートバルブを閉塞する閉塞工程と、前記閉塞工程後に前記メインチャンバを開放する開放工程とを備え、前記切り離し工程後の工程において、前記ヒータのパワーの調整によって前記シリコン融液の表面が固化するまでの間、前記坩堝を上下に移動させることにより、前記間隔を１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下に調整することが好ましい。
【００１６】
シリコン融液の表面が固化すると、シリコン融液からＳｉＯガスが蒸発しなくなるため、渦流れが発生していても、上記式（１），（２）の反応が起こらない。
そのため、熱遮蔽体表面の損耗を抑制できる。
【００１７】
本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記メインチャンバの上部にゲートバルブを介して接続されたプルチャンバを備える前記単結晶引き上げ装置を用い、前記冷却工程は、前記シリコン融液が固化しないように前記ヒータのパワーを調整しつつ、前記シリコン単結晶を冷却する高温冷却工程を備え、前記製造方法は、前記高温冷却工程で冷却されたシリコン単結晶が前記プルチャンバに収容されたら前記ゲートバルブを閉塞する閉塞工程と、次のシリコン単結晶の育成のために、前記閉塞工程後に前記坩堝にシリコン原料をチャージするリチャージ工程と、前記リチャージ工程後に前記次のシリコン単結晶を育成する工程とを備え、前記切り離し工程後の工程において、少なくとも前記ゲートバルブを閉塞するまでの間、前記坩堝を上下に移動させることにより、前記間隔を１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下に調整することが好ましい。
【００１８】
本発明によれば、切り離し工程から閉塞工程に至る長時間において渦流れの発生を抑制でき、熱遮蔽体表面の損耗抑制効果を高めることができる。
【００１９】
本発明のシリコン単結晶の製造方法において、表面にＳｉＣコートが施された前記熱遮蔽体を用いることが好ましい。
【００２０】
本発明によれば、ＳｉＣコートが施され、黒鉛が露出していない熱遮蔽体を用いることで、熱遮蔽体表面にパーティクルが溜まることを抑制でき、シリコン単結晶の双晶欠陥や有転位化の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１，第２実施形態に係る単結晶引き上げ装置の模式図。
【図２】前記第１，第２実施形態におけるシリコン単結晶の製造方法の説明図。
【図３】本発明の実施例における実験１の結果を示し、ギャップと渦流れの発生状況との関係を示す図。
【図４】前記実施例における実験３の結果を示し、熱遮蔽体の使用時間とパーティクルの付着状況との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［実施形態］
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
｛単結晶引き上げ装置の構成｝
図１に示すように、単結晶引き上げ装置１は、ＣＺ法（チョクラルスキー法）に用いられる装置であって、引き上げ装置本体２と、制御部３とを備えている。
引き上げ装置本体２は、チャンバ２１と、坩堝２２と、坩堝駆動部２３と、ヒータ２４と、引き上げ部２５と、熱遮蔽体２６とを備えている。
【００２４】
チャンバ２１は、坩堝２２、ヒータ２４、熱遮蔽体２６を収容するメインチャンバ２１１と、このメインチャンバ２１１の上部にゲートバルブ２１２を介して接続されたプルチャンバ２１３とを備えている。プルチャンバ２１３には、Ａｒガスなどの不活性ガスをメインチャンバ２１１内に導入する導入部としてのガス導入口２１３Ａが設けられている。メインチャンバ２１１の下部には、当該メインチャンバ２１１内の気体を排出するガス排気口２１１Ａが設けられている。
坩堝２２は、多結晶のシリコン原料を融解し、シリコン融液Ｍとするものである。坩堝２２は、坩堝駆動部２３の駆動によって所定の速度で回転および昇降が可能に構成されている。
【００２５】
ヒータ２４は、坩堝２２の周囲に配置されており、坩堝２２内のシリコン原料を融解する。
引き上げ部２５は、一端に種結晶が取り付けられる引き上げケーブル２５１と、この引き上げケーブル２５１を昇降および回転させる引き上げ駆動部２５２とを備えている。
熱遮蔽体２６は、坩堝２２の上方においてシリコン単結晶ＳＭを囲むように設けられ、黒鉛により形成されている。熱遮蔽体２６の表面には、ＳｉＣコート２６１が施されている。ＳｉＣコート２６１の厚さは、４０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。４０μｍ未満の場合、ＳｉＣコート２６１が損傷しやすくなり、２００μｍを超える場合、ＳｉＣコート２６１が割れる可能性があるからである。熱遮蔽体２６は、ヒータ２４から上方に向かって放射される輻射熱を遮断する。
【００２６】
｛シリコン単結晶の製造方法｝
次に、第１実施形態におけるシリコン単結晶の製造方法について説明する。第１実施形態では、１本のシリコン単結晶を製造するごとに、メインチャンバ２１１を開放してメンテナンスを行う方法を説明する。
なお、第１実施形態および後述する第２実施形態において製造するシリコン単結晶の抵抗率は、シリコン融液Ｍに添加されたドーパントによって所定の値に調整されていることが好ましい。また、シリコン単結晶の直胴部の外周研削後の直径は、２００ｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍなどいずれの値であってもよい。
【００２７】
まず、単結晶引き上げ装置１の制御部３は、シリコン単結晶ＳＭの製造条件、例えば加熱温度、Ａｒ流量、炉内圧、坩堝２２やシリコン単結晶ＳＭの回転数などを設定する。
次に、制御部３は、坩堝２２を加熱することで、当該坩堝２２内の固体のシリコン原料を融解させ、シリコン融液Ｍを生成する。その後、制御部３は、ゲートバルブ２１２の開放によりプルチャンバ２１３と連通されたメインチャンバ２１１を減圧下の不活性雰囲気に維持し、坩堝２２を回転させつつ、ネック部ＳＭ１、肩部ＳＭ２、直胴部ＳＭ３、および、テール部ＳＭ４（図２参照）を有するシリコン単結晶ＳＭを育成する（育成工程）。この育成の際、制御部３は、熱遮蔽体２６の下端とシリコン融液Ｍの液面との隙間である第１のガス流路Ｒ１の高さＧＰ（ギャップＧＰ（熱遮蔽体２６の下端とシリコン融液Ｍの液面との間隔））がほぼ一定になるように、坩堝２２の位置を調整する（ギャップ調整する）。
【００２８】
次に、図２に示すように、制御部３は、シリコン単結晶ＳＭのテール部ＳＭ４をシリコン融液Ｍから切り離し（切り離し工程）、シリコン融液Ｍから切り離されたシリコン単結晶ＳＭを引き上げながら冷却する（低温冷却工程）。この低温冷却工程において、制御部３は、シリコン融液Ｍが固化するようにヒータ２４のパワーを下げる。なお、低温冷却工程は、本発明の冷却工程を構成する。
そして、冷却されたシリコン単結晶ＳＭがプルチャンバ２１３に収容されたら、制御部３は、ゲートバルブ２１２を閉塞する（閉塞工程）。その後、シリコン単結晶ＳＭがプルチャンバ２１３から取り出され（取り出し工程）、シリコン融液Ｍ全体が固化し、メインチャンバ２１１内の温度が十分に下がったら、メインチャンバ２１１を開放して（開放工程）、メンテナンスを行う。
【００２９】
切り離し工程後の工程において、制御部３は、坩堝２２を上下に移動させることにより、図２に二点鎖線で示すように、シリコン融液Ｍの表面が固化した固化層ＭＬが形成されるまでは、第１のガス流路Ｒ１のギャップＧＰが１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下になるように、ギャップ調整を行う。さらに、固化層ＭＬが形成された以降は、ギャップＧＰが４０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下になるようにギャップ調整を行う。
このようなギャップ調整により、不活性ガスＧＳが第１のガス流路Ｒ１、熱遮蔽体２６の外側に位置する第２のガス流路Ｒ２、坩堝２２の外側やヒータ２４の外側に位置する第３のガス流路Ｒ３を通過して、メインチャンバ２１１外部に排出される。また、シリコン融液Ｍから蒸発するＳｉＯガスは、第１のガス流路Ｒ１に溜まらずに、不活性ガスＧＳの流れに乗って、第２，第３のガス流路Ｒ２，Ｒ３を通過しメインチャンバ２１１外部に排出される。
【００３０】
ギャップＧＰを１５０ｍｍ以下にするギャップ調整は、図２に二点鎖線で示すように、シリコン融液Ｍの表面が固化した固化層ＭＬが形成されるまで、または、シリコン融液Ｍ全体が固化するまで行われることが好ましく、その後にギャップＧＰを１５０ｍｍを超える大きさにしてもよい。固化層ＭＬ形成後、または、シリコン融液Ｍ全体の固化後は、ＳｉＯガスが蒸発しなくなり、上記式（１），（２）の反応が起こらないからである。
また、ギャップＧＰを４０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下に維持したまま、開放工程まで行ってもよい。さらに、固化層ＭＬ形成前に、ギャップＧＰを１５０ｍｍを超える大きさにしてもよい。
【００３１】
｛第１実施形態の作用効果｝
上記第１実施形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
切り離し工程後の工程における第１のガス流路Ｒ１のギャップＧＰが１５０ｍｍ以下になるようにギャップ調整を行うため、第２，第３のガス流路Ｒ２，Ｒ３を介して不活性ガスＧＳをメインチャンバ２１１外部に排出することができ、図２に二点鎖線で示すような、第１のガス流路Ｒ１における不活性ガスＧＳの渦流れＧＷの発生を抑制できる。その結果、シリコン融液ＭからのＳｉＯガスが第１のガス流路Ｒ１に溜まることを抑制でき、上記式（１），（２）の反応を抑制できる。したがって、熱遮蔽体２６表面、特に下端のＳｉＣコート２６１の損耗が抑制され、当該表面にパーティクルが溜まりにくくなる。
したがって、双晶欠陥や有転位化が存在しない高品質なシリコン単結晶ＳＭを製造できる。
【００３２】
固化層ＭＬ形成後、または、シリコン融液Ｍ全体の固化後まで、ギャップＧＰが１５０ｍｍ以下になるようにギャップ調整を行えば、切り離し工程後における上記式（１），（２）の反応を確実に抑制でき、熱遮蔽体２６の損耗をより抑制できる。
【００３３】
ギャップＧＰが４０ｍｍ以上になるようにギャップ調整を行えば、シリコン融液Ｍ全体が固化して膨張しても、その固化物との接触による熱遮蔽体２６の破損を抑制できる。
【００３４】
ＳｉＣコート２６１が施された熱遮蔽体２６を用いているため、熱遮蔽体２６表面にパーティクルが溜まることを抑制でき、シリコン単結晶ＳＭの双晶欠陥や有転位化の発生を抑制できる。
【００３５】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について図面を参照して説明する。
第２実施形態では、第１実施形態と同じ単結晶引き上げ装置１を用い、１本のシリコン単結晶を製造するごとに、シリコン原料をリチャージしてからシリコン単結晶を製造する方法を説明する。
なお、第２実施形態で行う各工程は、特に言及がない限り、第１実施形態と同様に行われる。
【００３６】
まず、制御部３は、第１実施形態と同様の育成工程および切り離し工程を行った後、シリコン融液Ｍが固化しないようにヒータ２４のパワーを制御しつつ、シリコン単結晶ＳＭを引き上げながら冷却する（高温冷却工程）。そして、閉塞工程、取り出し工程が行われた後、制御部３は、次のシリコン単結晶ＳＭの育成のために、坩堝２２にシリコン原料をチャージする（リチャージ工程）。なお、高温冷却工程は、本発明の冷却工程を構成する。
リチャージ工程では、まず、制御部３は、ヒータ２４のパワーを制御してシリコン融液Ｍの表面のみを固化させた後、図示しない原料供給装置を用いて固体のシリコン原料を坩堝２２に投入する。このとき、固化した表面上にシリコン原料が投入されるため、投入時にシリコン融液Ｍが飛び散って坩堝２２の内周面に付着することを抑制できる。これにより、この付着物がシリコン融液Ｍに落下して、この付着物に起因するシリコン単結晶ＳＭの双晶欠陥や有転位化の発生を抑制できる。
その後、制御部３は、ヒータ２４のパワーを制御してシリコン融液Ｍの表面およびシリコン原料を溶融し、次のシリコン単結晶の育成を行う。
その後、切り離し工程、高温冷却工程、閉塞工程、取り出し工程、リチャージ工程、育成工程を必要に応じて繰り返し、開放工程を行う前の最後のシリコン単結晶の育成が終了すると、第１実施形態と同様に、切り離し工程、低温冷却工程、閉塞工程、取り出し工程、開放工程を行う。
【００３７】
切り離し工程後の工程において、高温冷却工程を行う場合、シリコン融液Ｍが固化せず、その固化物の表面が盛り上がらないため、制御部３は、第１のガス流路Ｒ１のギャップＧＰが１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下になるようにギャップ調整を行う。また、低温冷却工程を行う場合、制御部３は、第１実施形態と同様に、固化層ＭＬが形成されるまでは、ギャップＧＰが１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下になるようにギャップ調整を行い、固化層ＭＬが形成された以降は、４０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下になるようにギャップ調整を行う。
このようなギャップ調整は、少なくとも閉塞工程においてゲートバルブ２１２が閉塞されるまで行われることが好ましく、その後にギャップＧＰを１５０ｍｍを超える大きさにしてもよい。
また、ギャップＧＰを４０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下に維持したまま、取り出し工程まで行ってもよい。さらに、閉塞工程前に、ギャップＧＰを１５０ｍｍを超える大きさにしてもよい。
【００３８】
｛第２実施形態の作用効果｝
上記第２実施形態によれば、切り離し工程から高温冷却工程または低温冷却工程を経て閉塞工程に至るまで、第１のガス流路Ｒ１のギャップＧＰに４０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下にすることで、切り離し工程から閉塞工程に至る長時間において渦流れＧＷの発生を抑制でき、ＳｉＣコート２６１の損耗抑制効果を高めることができる。
【００３９】
［変形例］
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能である。
【００４０】
例えば、第１，第２実施形態において、ＳｉＣコート２６１が施されていない熱遮蔽体２６を用いてもよい。このような構成によれは、上記式（２）の反応によって熱遮蔽体２６を構成する黒鉛が損耗し、熱遮蔽体２６表面の穴が大きくなることを抑制できる。したがって、熱遮蔽体２６表面にパーティクルが溜まりにくくなり、パーティクルに起因する双晶欠陥や有転位化の発生を抑制できる。
【実施例】
【００４１】
次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
【００４２】
［実験１：ギャップと渦流れの発生状況との関係調査］
電子計算機によるガス流れシミュレーションを用いて、切り離し工程後、シリコン融液が固化するまでの間における第１のガス流路Ｒ１付近の不活性ガスの流れを調べた。このとき、図３に示すように、ギャップＧＰを２８０ｍｍ（比較例１）、１７０ｍｍ（比較例２）、１５０ｍｍ（実施例１）、１００ｍｍ（実施例２）にした。
比較例１，２では、一部の不活性ガスＧＳが第１，第２のガス流路Ｒ１，Ｒ２を通過してメインチャンバから排出される一方で、第１のガス流路Ｒ１において渦流れＧＷが発生することがわかった。一方、実施例１，２では、全ての不活性ガスＧＳが第１，第２のガス流路Ｒ１，Ｒ２を通過してメインチャンバから排出されることがわかった。
以上のことから、ギャップＧＰを１５０ｍｍ以下にすることで、渦流れＧＷの発生を抑制できることが確認できた。
【００４３】
［実験２：熱遮蔽体におけるＳｉＣコートの有無とギャップと双晶欠陥発生率との関係調査］
〔サンプルの製造〕
｛比較例３｝
第１実施形態の単結晶引き上げ装置１と同様の装置に、新しい熱遮蔽体を取り付けた。比較例３の熱遮蔽体は、ＳｉＣコートが施されていない黒鉛のみで構成されたものである。
そして、第１実施形態と同様の製造方法によってシリコン単結晶を製造した。ギャップ調整は、切り離し工程後、シリコン融液が固化するまでの間、第１のガス流路のギャップが２８０ｍｍになるように行った。１つの熱遮蔽体を用い、同様の方法によって１００本のシリコン単結晶を製造した。
【００４４】
｛比較例４｝
比較例３と同じ構成の新しい熱遮蔽体に、厚さが６０μｍのＳｉＣコートを施したものを用いたこと以外は、比較例３と同じ方法で１００本のシリコン単結晶を製造した。
【００４５】
｛実施例３〜６｝
比較例３と同じ構成を有する新しい熱遮蔽体を用い、ギャップ調整における第１のガス流路のギャップを、実施例３では１５０ｍｍ、実施例４では１００ｍｍにしたこと以外は、比較例３と同じ方法でそれぞれ１００本ずつのシリコン単結晶を製造した。
比較例４と同じ構成を有する新しい熱遮蔽体を用い、ギャップ調整における第１のガス流路のギャップを、実施例５では１５０ｍｍ、実施例６では１００ｍｍにしたこと以外は、比較例４と同じ方法でそれぞれ１００本ずつのシリコン単結晶を製造した。
【００４６】
〔評価〕
比較例３のシリコン単結晶のうち双晶欠陥が発生している本数を調べ、双晶欠陥が発生している本数を比較例３の総本数で除した値を双晶欠陥発生率として求めた。比較例４、実施例３〜６についても、同様にして、双晶欠陥発生率を求めた。そして、比較例３の双晶欠陥発生率を１００％にしたときの比較例３，４、実施例３〜６の割合を、規格化した双晶欠陥発生率（以下、「規格化欠陥発生率」という）として算出した。その結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】
2019026485.tif 000003
【００４８】
表１に示すように、ＳｉＣコートが施されていない熱遮蔽体を用いた場合、ギャップが１５０ｍｍを超える比較例３の規格化欠陥発生率は、ギャップが１５０ｍｍ以下の実施例３，４の１．５倍以上であることが確認できた。
また、ＳｉＣコートが施された熱遮蔽体を用いた場合、ギャップが１５０ｍｍを超える比較例４の規格化欠陥発生率は、ギャップが１５０ｍｍ以下の実施例５，６の２倍以上であることが確認できた。
比較例３，４の規格化双晶欠陥発生率が実施例３〜６よりも高い理由は、以下のように考えられる。
【００４９】
比較例３，４では、図３に示す比較例１の図と同様に、熱遮蔽体とシリコン融液表面との間の第１のガス流路において渦流れが発生し、この渦流れの発生領域にシリコン融液から蒸発したＳｉＯガスが溜まってしまう。そして、この溜まったＳｉＯガスによって、比較例３では上記式（２）の反応が、比較例４では上記式（１），（２）の反応が起きてＳｉＣコートや熱遮蔽体表面が損耗し、その表面の穴に、メインチャンバ内のパーティクルが溜まりやすくなる。
【００５０】
一方、実施例３〜６では、図３に示す実施例１，２の図と同様に、比較例３，４のような渦流れが発生しないため、熱遮蔽体とシリコン融液表面との間の第１のガス流路にＳｉＯガスが溜まることが抑制される。その結果、上記式（１），（２）の反応が起きにくくなり、ＳｉＣコートや熱遮蔽体表面の損耗が抑制され、その表面にパーティクルが溜まりにくくなる。その結果、双晶欠陥が発生しにくくなると考えられる。
【００５１】
以上のことから、切り離し工程後の工程において、ギャップを１５０ｍｍ以下にすることで、双晶欠陥が発生しにくくなることが確認できた。
また、実施例３と実施例４との間、あるいは、実験例５と実験例６との間で規格化欠陥発生率に差がなかったことから、ギャップが１５０ｍｍ以下であれば、その大きさにかかわらず双晶欠陥の発生しにくさはあまり変わらないことが確認できた。
さらに、比較例３と比較例４とを比べると、ＳｉＣコートが施されていない比較例３の方が双晶欠陥発生率が高かった。このことから、ＳｉＣコートに双晶欠陥の発生抑制効果があることが確認できた。
【００５２】
［実験３：熱遮蔽体の使用時間とパーティクルの付着状況との関係調査］
｛比較例５｝
比較例４と同じ構成を有する新しい比較例５の熱遮蔽体を用い、比較例４と同じ条件（ギャップは２８０ｍｍ）で複数のシリコン単結晶を製造した。そして、比較例５の熱遮蔽体を使用し始めてからの所定の経過時間ごとに、熱遮蔽体下端の周方向に沿った１６箇所におけるパーティクルの付着量を測定した。パーティクルの測定には、ＲＩＯＮ社製の気中パーティクルカウンタ（型式ＫＣ−０３Ａ）を用い、測定対象を０．３μｍ以上のパーティクルとした。
【００５３】
｛実施例７｝
比較例５と同じ構成を有する新しい実施例７の熱遮蔽体を用い、ギャップを８０ｍｍにしたこと以外は比較例５と同じ条件で、複数の比較例シリコン単結晶を製造した。そして、比較例５と同様に、熱遮蔽体を使用し始めてからの所定の経過時間ごとに、パーティクルの付着量を測定した。
【００５４】
｛評価｝
比較例５、実施例７の熱遮蔽体における使用時間とパーティクルの付着量との関係を図４に示す。この結果から、実施例７では、使用時間が１００００時間を超えてもパーティクルが１３ｃｍ２あたり６個以下であったのに対し、比較例５では、実施例７とほぼ同じ使用時間で平均して１３ｃｍ２あたり約２５００個であった。
また、比較例５、実施例７の熱遮蔽体の上記使用時間における下端を確認したところ、比較例５では変色が見られるが、実施例７では変色が見られなかった。
このことから、切り離し工程後の工程において、ギャップを１５０ｍｍを超える大きさにすると、渦流れによってＳｉＣコートが損耗し、この損耗によってパーティクルが溜まりやすくなり、この溜まったパーティクルがシリコン融液に落下することで、双晶欠陥や有転位化が発生しやすくなると考えられる。
一方、ギャップを１５０ｍｍ以下にすると、渦流れが発生しないため、ＳｉＣコートの損耗が抑制され、熱遮蔽体にパーティクルが溜まりにくくなり、シリコン融液へのパーティクルの落下に起因する双晶欠陥や有転位化が発生しにくくなると考えられる。
【符号の説明】
【００５５】
１…単結晶引き上げ装置、２２…坩堝、２３…坩堝駆動部、２４…ヒータ、２６…熱遮蔽体、２１１…メインチャンバ、２１１Ａ…ガス排気口（導入部）、２１２…ゲートバルブ、２１３…プルチャンバ、２６１…ＳｉＣコート、ＧＳ…不活性ガス、Ｍ…シリコン融液、ＳＭ…シリコン単結晶。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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