(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料結晶棒の一部分を誘導加熱コイルで溶融して溶融帯域を形成し、前記誘導加熱コイルに対し上側の原料結晶棒および下側の晶出側半導体単結晶棒を軸方向へ移動させることにより溶融帯域を軸方向に移動させて、半導体単結晶棒を成長させて製造するＦＺ法による半導体単結晶棒の製造方法であって、
前記半導体単結晶棒の結晶直径、前記溶融帯域のネック径および前記溶融帯域のゾーン長のいずれか１つ以上のパラメータの値を測定し、該測定値から、前記誘導加熱コイルに供給する電力および前記原料結晶棒の移動速度のいずれか１つ以上の制御値を計算し、該計算した制御値に基づいて、前記誘導加熱コイルに供給する電力および前記原料結晶棒の移動速度のいずれか１つ以上を制御する工程を、周期的に自動実施することにより、前記パラメータをフィードバック制御して半導体単結晶棒を成長させるにあたって、
前記誘導加熱コイルに供給する電力および前記原料結晶棒の移動速度のいずれか１つ以上の制御値を計算するとき、さらに前記測定したパラメータの値から周期的に算出したパラメータの変動量に基づいて制御値の計算を行うことを特徴とする半導体単結晶棒の製造方法。
【請求項２】
前記半導体単結晶棒を回転させながら成長させるとき、
該半導体単結晶棒の回転数および回転方向のいずれか１つ以上の変化に応じて、前記パラメータの変動量を算出する周期を変更することを特徴とする請求項１に記載の半導体単結晶棒の製造方法。
【請求項３】
前記誘導加熱コイルに供給する電力および前記原料結晶棒の移動速度のいずれか１つ以上の制御値を、前記測定したパラメータの値と予め設定されたパラメータの目標値とを比較して計算するとき、
前記周期的に算出したパラメータの変動量に応じて、前記パラメータの目標値を補正することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体単結晶棒の製造方法。
【請求項４】
前記周期的に算出したパラメータの変動量を、周期内における前記パラメータの最大値と、最小値と、最大値と最小値の差、のうちのいずれか１つ以上とすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体単結晶棒の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浮遊溶融帯域（ＦＺ：Ｆｒｏａｔｉｎｇ  Ｚｏｎｅ）法による半導体単結晶棒の製造方法に関し、特には、ＣＣＤカメラなどを用いて溶融帯域のゾーン長やネック径、および晶出側半導体単結晶棒の結晶直径等を制御する半導体単結晶棒の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原料結晶棒の一部分を誘導加熱コイルで溶融して溶融帯域を作り、該誘導加熱コイルに対し上側の原料結晶棒および下側の半導体単結晶棒を軸方向へ移動させることにより溶融帯域を軸方向に移動させる浮遊溶融帯域半導体製造方法において、該溶融帯域およびその付近をＣＣＤカメラで撮像し、その画像を画像処理して幾何学量を測定し（測定段階）、その測定値に応じて制御値を計算し（制御値計算段階）、誘導加熱コイルに供給する電力や、原料結晶棒や晶出側半導体単結晶棒の移動速度や回転速度を調節（制御段階）するようにして結晶成長している（特許文献１−３参照）。
【０００３】
近年、ＦＺ結晶製造においても大口径ウェーハの要求が多くなり、シリコン結晶においては１５０ｍｍ幅あるいは２００ｍｍ幅を超える大口径ウェーハを安定製造する必要が出てきた。大口径結晶においては、これまでに比較して溶融帯域のシリコンメルトの量が相対的に増大してきているため、制御が不安定になってしまう事があった。これは、メルト量が多いと、制御出力に対する時定数が大きくなるためであり、その都度、制御定数を調整して結晶成長を行ってきたが、満足な結果は得られなかった。
【０００４】
一方、結晶成長条件が一定である直胴成長中において、面内抵抗率改善のための半導体単結晶棒の回転方向や回転数を変化させるような結晶成長方法も知られている（特許文献４、５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平５−７１５５２号公報
【特許文献２】特公平６−５１５９８号公報
【特許文献３】特公平６−５７６３０号公報
【特許文献４】特開平７−３１５９８０号公報
【特許文献５】特開２００８−２６６１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のＦＺ法による半導体単結晶棒の製造方法について本発明者らは鋭意研究を行ったところ、従来法を用いて結晶成長を行った場合、所望の半導体単結晶棒を得ることができない場合があることがわかった。
制御値の計算の際、検出・測定された晶出側半導体単結晶棒の結晶直径、溶融帯域のネック径、溶融帯域のゾーン長等のパラメータについて、晶癖線の影響や操業条件により大きく変動することがあった。
例えば、結晶条件（設定ゾーン長や設定結晶直径等）は変化させないにも関わらず、抵抗率分布をコントロールするために結晶の回転方向や回転数を絶えず変化させることで、ＣＣＤカメラなどで検出される制御対象（溶融帯域のゾーン長等）の変動が大きくなってしまう。そしてそれに伴って意図せずに制御値も大きく変動してしまう。
【０００７】
このような場合、制御対象を晶出側半導体単結晶棒の１回転の測定値の平均値などを用いて測定することにより制御値の安定化を図ることが挙げられる。
しかしながら、逆に本来検出されるべき変化が平均化によりならされてしまい、その変化を見逃してしまっていた。そしてその変化を制御値に反映できず、適切な制御ができないという問題点もある。
【０００８】
このように、これまでの測定された結晶直径、ネック径、ゾーン長等のパラメータからの制御値の計算においては、制御値の大きな変動があったり、一方で、測定したパラメータの変化を平均化処理などによりならしてしまうという、相反する問題点がある。
そして、これらの問題は結晶成長の不安定化など、思い通りにならない結晶成長を招くことになる。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、所望の結晶成長、特には安定した結晶成長を行うことが可能なＦＺ法による半導体単結晶棒の製造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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、原料結晶棒の一部分を誘導加熱コイルで溶融して溶融帯域を形成し、前記誘導加熱コイルに対し上側の原料結晶棒および下側の晶出側半導体単結晶棒を軸方向へ移動させることにより溶融帯域を軸方向に移動させて、半導体単結晶棒を成長させて製造するＦＺ法による半導体単結晶棒の製造方法であって、前記半導体単結晶棒の結晶直径、前記溶融帯域のネック径および前記溶融帯域のゾーン長のいずれか１つ以上のパラメータの値を測定し、該測定値から、前記誘導加熱コイルに供給する電力および前記原料結晶棒の移動速度のいずれか１つ以上の制御値を計算し、該計算した制御値に基づいて、前記誘導加熱コイルに供給する電力および前記原料結晶棒の移動速度のいずれか１つ以上を制御する工程を、周期的に自動実施することにより、前記パラメータをフィードバック制御して半導体単結晶棒を成長させるにあたって、前記誘導加熱コイルに供給する電力および前記原料結晶棒の移動速度のいずれか１つ以上の制御値を計算するとき、さらに前記測定したパラメータの値から周期的に算出したパラメータの変動量に基づいて制御値の計算を行うことを特徴とする半導体単結晶棒の製造方法を提供する。
【００１１】
このような本発明の製造方法であれば、半導体単結晶棒の結晶直径等のパラメータを周期的・自動的にフィードバック制御して簡便に半導体単結晶棒を成長させることができる。
しかも、上記パラメータの測定値だけでなく、それらに加えて周期的に算出したパラメータの変動量に基づいて誘導加熱コイルに供給する電力等の制御値を計算することができるので、より適切な制御値を得ることができる。その結果、より確実に所望の半導体単結晶棒を成長させることができる。
例えば、パラメータの変動量を小さくするように誘導加熱コイルに供給する電力等の制御値を計算し、制御することで、実際にパラメータの変動量を抑制して結晶成長をより安定化させることができる。それによって有転位化率を大幅に改善した半導体単結晶棒を製造することができる。
なお、ここでいう周期的に算出したパラメータの変動量としては、例えば、一定周期内におけるパラメータの最大値、最小値、最大値と最小値の差等、が挙げられる。少なくともこれらの中から１つ以上選択することができる。
【００１２】
また、前記半導体単結晶棒を回転させながら成長させるとき、該半導体単結晶棒の回転数および回転方向のいずれか１つ以上の変化に応じて、前記パラメータの変動量を算出する周期を変更することができる。
【００１３】
このようにすれば、パラメータの変動量が晶出側半導体単結晶棒あるいは晶出側融液の熱環境の変化を的確に示すことになり、そのような変化を捉えたパラメータの変動量を用いることで一層適切に制御値の計算を行うことが可能となる。
【００１４】
また、前記誘導加熱コイルに供給する電力および前記原料結晶棒の移動速度のいずれか１つ以上の制御値を、前記測定したパラメータの値と予め設定されたパラメータの目標値とを比較して計算するとき、前記周期的に算出したパラメータの変動量に応じて、前記パラメータの目標値を補正することができる。
【００１５】
所望のように結晶を成長させるにあたり、より適切な制御を行うには、周期的にパラメータの変動量に対する制御値を変化させるだけでなく、このように、予め設定されたパラメータの目標値を補正することも有効である。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の半導体単結晶棒の製造方法によれば、簡便に、かつ従来よりも確実に所望の半導体単結晶棒を製造することができる。特には、結晶成長をより安定化させることができ、有転位化率を大幅に低減した半導体単結晶棒を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のＦＺ法による半導体単結晶棒を製造するための装置の一例を示す概略図である。
【図２】（Ａ）結晶成長時間とゾーン長Ｌの測定値の関係の一例を示すグラフである。（Ｂ）結晶成長時間とゾーン長Ｌの平均値の関係の一例、および結晶成長時間とゾーン長Ｌの変動量の関係の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の半導体単結晶棒の製造方法について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
前述したように、従来のＦＺ法による半導体単結晶棒の製造においては、本来捉えるべきパラメータの変動を見逃すなどして適切な制御を行えておらず、それらの結果、所望の半導体単結晶棒が得られないことがあることを本発明者らは見出した。そして、パラメータの値のみならずそのパラメータの変動量を考慮して誘導加熱コイルに供給する電力等の制御値を周期的に計算することで、より適切な制御値を得ることができ、所望の半導体単結晶棒をより確実に得ることができることを見出し、本発明を完成させた。
【００１９】
以下では、まず、本発明の半導体単結晶棒の製造方法を実施可能な製造装置について図１を参照して説明する。
ＦＺ法による半導体結晶棒の製造装置１は、原料結晶棒２を収容する成長炉３と、原料結晶棒２を溶融して溶融帯域４を形成する熱源となる誘導加熱コイル５とを有する。さらには、晶出側の半導体単結晶棒６の結晶直径等の１つ以上のパラメータを測定するとともに、該パラメータの変動量を算出し、それらをフィードバック制御する手段を有する。
晶出側の半導体単結晶棒６の結晶直径Ｄｓ、溶融帯域４におけるゾーン長Ｌやネック径Ｄｎ等のパラメータに基づいて誘導加熱コイル５に供給する電力等の制御値が計算され、該計算値に基づく制御が周期的に自動実施されて、フィードバック制御が可能な構成となっている。この他、さらにこの例では晶出側の融液肩部の直径Ｄｍのフィードバック制御が可能な構成となっている。
なお、晶出側の融液肩部の直径は、融液部と単結晶の界面から一定距離離れた位置における融液直径とすることができる。また、溶融帯域４のゾーン長は、誘導加熱コイル５の下面と晶出界面との距離とすることができる。
【００２０】
上記製造装置１の構成についてさらに詳述する。
主に、各パラメータの測定のためのＣＣＤカメラ７や画像処理装置８、得られた測定値から制御機器への制御値を計算するための制御コンピュータ９、制御値に基づき、誘導加熱コイル５に供給する電力を制御する高周波発振機１０、原料結晶棒２や半導体単結晶棒６の移動速度を制御する可変速モーター１１、１２が挙げられる。
【００２１】
ＣＣＤカメラ７は、各パラメータの値を検出するにあたって溶融帯域４及びその周辺部を撮影するためのものであるが、当然これに限定されず、適切な撮像手段を用いることができる。
画像処理装置８は、ＣＣＤカメラ７により撮影された映像信号の処理を行い、各パラメータの値を測定するためのものである。
【００２２】
制御コンピュータ９は、内部に、予め設定された、半導体単結晶棒２の結晶直径Ｄｓ、融液肩部の直径Ｄｍ、溶融帯域４のゾーン長Ｌとネック径Ｄｎのパターン（パラメータの目標値）を格納しているパターン設定器１３を有する。
なお、このパターン設定器１３には、上記パラメータの目標値の他、パラメータの変動量（最大値、最小値、（最大値−最小値）等）のパターン（パラメータの変動量の目標値）も格納されている。以下では、パラメータの変動量として（最大値−最小値）を選択した場合を例に挙げて説明する。ただし、当然これに限定されず、パラメータ変動量として最大値のみ、最小値のみ、さらにはこれらのうち複数を選択することも可能である。
【００２３】
また、画像処理装置８で測定された半導体単結晶棒２の結晶直径Ｄｓ等のパラメータをデータ処理するデータ演算器１４を有する。該データ演算器１４ではパラメータの平均値を計算可能である。また、パラメータの変動量も周期的に算出可能である。これらの値を算出する周期は任意でありその都度設定することができる。もちろん、パラメータの平均値を計算する周期とパラメータの変動量を算出する周期は、同じに設定することもできるし、異なるように設定することもできる。
【００２４】
また、パターン設定器１３に格納されている各種パターンと、測定・算出された各パラメータの値およびその変動量とを比較する比較器１５を有する。なお、ここで比較されるパラメータの測定値としては、画像処理装置８等で測定された値そのものを用いることもできるし、あるいは、例えばデータ演算器１４による平均値を用いることもできる。
【００２５】
さらには、該比較器１５での比較演算結果を基にして、発振機１０や可変速モーター１１、１２等の各制御機器へ送る制御値を計算する調節器１６を有する。
【００２６】
そして、調節器１６からの制御値に基づいて、発振機制御回路１７で制御された高周波発振機１０によって、誘導加熱コイル５へ電力を供給できるようになっている。
上記高周波発振機１０から誘導加熱コイル５へ高周波電力が供給されて原料結晶棒２の一部が加熱溶融され、原料結晶棒２と半導体単結晶棒６との間に溶融帯域４が形成される。
【００２７】
また、調節器１６からの制御値に基づいて、移動速度調整・駆動回路１８、１９で制御された可変速モーター１１、１２のそれぞれによって、原料結晶棒２、半導体単結晶棒６の移動速度を制御できるようになっている。
ここで、半導体単結晶棒６は、不図示の下軸によって鉛直に配置されており、昇降用可変速モーター１２により下軸を移動させることで、下方へＶｓで移動可能である。また図示されない回転用可変速モーターにより回転可能である。
一方、原料結晶棒２は、不図示の上軸によって鉛直に配置されており、昇降用可変速モーター１１により上軸を移動させることで、下方へＶｐで移動可能である。また図示されない回転用可変速モーターにより、回転可能である。
【００２８】
なお、制御コンピュータ９は、図示されていないが、製造装置１の可変速モーター１１、１２等の各駆動部の速度や回転数、高周波発振機１０の出力データ等も合わせて入力され、各駆動部、高周波発振機１０の出力状態も同時に監視できる。
そして、制御コンピュータ９は、内部のプログラムにより、以下に詳述する本発明でのフィードバック制御における各段階の周期のコントロールも兼ねており、それぞれの段階を同時平行的に処理可能になっている。
さらには、制御コンピュータ９によって、晶出側の半導体単結晶棒６の長さや結晶径が監視・算出され、それらがあらかじめ設定された値になると、コーン工程や直胴工程といった成長工程の切り替え、あるいは晶出側の半導体単結晶棒６の成長速度や結晶回転などの制御も合わせて行うことが可能である。
【００２９】
次に、上記のような半導体単結晶棒の製造装置１を用いた、本発明における半導体単結晶棒の製造方法について説明する。
ここで、まず、ＦＺ法による半導体単結晶棒の製造方法の全体の工程について説明する。
上軸に取り付けた原料結晶棒２の先端を誘導加熱コイル５で溶融した後、下軸に取り付けた種結晶に融着させる。そして融着の際に結晶に生じた転位を抜くために絞りを行う（種付け・絞り工程）。
そして、上軸および下軸を回転させながら（すなわち原料結晶棒２および半導体単結晶棒６を回転させながら）下降させ、溶融帯域４を原料結晶棒２に対して相対的に移動させながら半導体単結晶棒６を成長させる。この時、絞り後、所望の直径まで半導体単結晶棒６の直径を徐々に拡大させてコーン部を形成する（コーン工程）。
所望直径まで達した後はその所望直径で一定に保ったまま結晶成長を行い、直胴部を形成する（直胴工程）。
そして所望の長さの直胴部を得た後は、原料の供給を止め、半導体単結晶棒６の直径を縮小させて、原料結晶棒２から切り離す（切り離し工程）。
【００３０】
このようにして半導体単結晶棒６が製造されるが、本発明の製造方法では、上記のような工程中（すなわち、半導体単結晶棒６の成長中）に、該半導体単結晶棒６等に関するパラメータおよびパラメータの変動量をフィードバック制御する。このフィードバック制御は成長中に繰り返して周期的に自動実施する。自動実施により簡便に行うことができる。
【００３１】
以下では、このフィードバック制御に関して詳しく述べる。
（測定段階）
まず、制御すべき半導体単結晶棒６等のパラメータを測定する。このパラメータとしては、半導体単結晶棒６の結晶直径Ｄｓ、溶融帯域４のネック径Ｄｎ、溶融帯域４のゾーン長Ｌが挙げられる。少なくとも、これらのうち１つ以上を測定する。所望の直径や結晶品質を有する半導体単結晶棒を得るにあたって、これらのパラメータを制御することは有効である。
なお、必要に応じて融液肩部の直径Ｄｍなど他のパラメータも測定し、同様にフィードバック制御に用いることができる。フィードバック制御するパラメータを追加するにあたっては、その種類、数等は特に限定されず、所望とする結晶品質やコスト面等に応じて適宜決定することができる。
【００３２】
このとき、パラメータの検出・測定方法は特に限定されないが、例えば、まず、図１に示すように、ＣＣＤカメラ７を用いて溶融帯域４や、その周辺の半導体単結晶棒６等を撮影する。そして、撮影によって得られた映像信号を画像処理装置８によって処理し、結晶径Ｄｓ等のパラメータの値を測定する。
【００３３】
なお、必要に応じてパラメータの平均値をデータ演算器１４により求め、その平均値を以降の段階でのパラメータの測定値として用いることもできる。
また、上記のようにパラメータの測定値を求めるとともに、データ演算器１４によってパラメータの測定値からパラメータの変動量を算出して求める。
【００３４】
ここで、パラメータに関するこれらの値について、ゾーン長Ｌの場合を例に挙げて説明する。
図２（Ａ）に結晶成長時間とゾーン長Ｌの測定値の関係の一例を示す。
また、図２（Ｂ）に結晶成長時間とゾーン長Ｌの平均値の関係の一例を示すとともに、結晶成長時間とゾーン長Ｌの変動量の関係の一例を示す。参考のため、ゾーン長Ｌの測定値も併せて示している。
図２（Ａ）に示すようにゾーン長Ｌの測定値が上下に大きく変動していることが分かる。しかし図２（Ｂ）に示すようにその平均値（この場合、５０点の移動平均）をとると、当然、図２（Ａ）に比べてゾーン長Ｌの変動の上下幅がならされる。本発明者らは、このゾーン長Ｌ等の測定値の変動幅にも着目し、フィードバック制御に利用するため、例えば図２（Ｂ）に示すような任意の周期でゾーン長Ｌの変動量を算出している。
【００３５】
なお、上述したように、ゾーン長Ｌなどのパラメータの平均値の計算周期や、パラメータの変動量の算出周期は任意であり、その都度決定することができる。また、パラメータの変動量の算出周期は結晶成長中に適宜変更することもできる。
【００３６】
ここで、パラメータの変動量の算出周期の変更について説明する。
まず前述したように、パラメータの変動の原因の一つとして例えば半導体単結晶棒が受ける回転数や回転方向の変化によるものが挙げられることを本発明者らは見出した。
また、パラメータの変動には周期性が見られる場合があること、さらにはその周期的な変動は、誘導加熱コイル５からの加熱度合いの変化、あるいは晶出側半導体単結晶６あるいは晶出側融液の熱環境の変化によるものであることを発見した。
【００３７】
ここで、一般に誘導加熱コイル５の加熱分布は、その形状により円周方向で不均一であり、半導体単結晶棒６等が受ける熱環境の変化は、半導体単結晶棒６の回転数や回転方向と同期する。
そのため、結晶成長中に半導体単結晶棒６の回転数または回転方向、あるいはそれら両方を変化させた場合（例えば、コーン工程から直胴工程にうつるときなど）、それに応じて、半導体単結晶棒６等が受ける熱環境の変化の周期性も変わることになる。
【００３８】
したがって、半導体単結晶棒６の回転数等の変化に応じてパラメータの変動量の算出周期を変更させれば、該パラメータの変動量が半導体単結晶棒６や晶出側融液の熱環境の変化を的確に示すことができる。そして、このような熱環境の変化を的確に捉えたパラメータの変動量を用い、次の段階で制御値を計算すれば、より一層適切な制御値を求めることができるので好ましい。
なお、パラメータの変動量の算出周期の変更方法はこれに限定されず、その都度決定することができる。
【００３９】
（制御値計算段階）
次に、上記のようにして得られたパラメータの測定値およびパラメータの変動量から、製造装置１における制御機器を適切に制御して所望の半導体単結晶棒が得られるように、制御機器へ送る適切な制御値を計算する。この制御値の計算方法は特に限定されないが、例えば以下の方法により制御値を求めることができる。
図１の例では、この計算は制御コンピュータ９によって行われる。
まず、パラメータの測定値と、パターン設定器１３中に格納され、所望の半導体単結晶棒６が得られるように予め設定されたパラメータの目標値とを比較器１５によって比較し、それらの偏差を求める。
このとき、上記のようにパラメータの測定値と目標値を比較するだけでなく、パラメータの変動量に関しても算出値と目標値を比較して偏差を求める。
【００４０】
そして、調節器１６において、パラメータおよびパラメータの変動量に関して得られた比較結果（偏差）を基にして、各制御機器の制御値を計算する。その後、この計算によって得られた制御値を各制御機器へ送る。
なお、制御機器の制御値の計算方法は上記例に限定されず、適宜決定することができる。
【００４１】
制御値としては、より具体的には、誘導加熱コイル５に供給する電力や、原料結晶棒２や半導体単結晶棒６の移動速度が挙げられる。すなわち、これらの電力、移動速度が得られるように、各制御機器を制御するための制御値が計算され、各制御機器へ送られる。
【００４２】
（制御段階）
この制御段階では、制御コンピュータ９から送られてきた制御値に基づいて各制御機器の制御を実際に行う。制御機器としては、高周波発振機１０を介しての誘導加熱コイル５や、可変速モーター１１、１２が挙げられる。当然、これら以外にも、所望の半導体単結晶棒６を得ることができるように必要な制御機器を使用することができる。例えば、原料結晶棒２や半導体単結晶棒６を回転させるための回転用可変速モーターが挙げられる。
【００４３】
発振機制御回路１７に送られた制御値に基づき、高周波発振機１０により誘導加熱コイル５に所望の電力を供給する。
また、移動速度調整・駆動回路１８、１９に送られた制御値に基づき、可変速モーター１１、１２によって、原料結晶棒２や半導体単結晶棒６が所望の速度で移動するように制御する。
【００４４】
このようにして、測定段階、制御値計算段階、制御段階を所定周期で繰り返し自動実施することによって、測定したパラメータの値やその変動量を、誘導加熱コイル５に供給する電力や原料結晶棒２の移動速度、さらには半導体単結晶棒６の移動速度にフィードバックして制御しつつ結晶成長を行う。
【００４５】
以上のように、ＦＺ法により半導体単結晶棒を製造するとき、パラメータの測定値のみならずパラメータの変動量にも基づいてフィードバック制御するので、単にパラメータの測定値に基づいてフィードバック制御する場合に比べて、より高精度な制御を行うことができる。パラメータの変動量という結晶成長に影響を与える要素をさらに考慮して誘導加熱コイルに供給する電力等の制御値を計算するので、所望の半導体単結晶棒をより確実に得ることが可能である。例えば、パラメータの変動量をより小さくするように制御することで、結晶成長を安定化させ、有転位化率が低い半導体単結晶棒を得ることもできる。
【００４６】
なお、上述した例ではパラメータの測定値等とパターン設定器１３に格納された目標値を比較することによって制御値を計算したが、このパラメータの目標値は必要に応じて補正することができる。
この補正方法は特に限定されず、より適切な制御値が得られるように、その都度決定することができる。データ演算器１４で算出したパラメータの変動量などに応じて補正することができる。
【００４７】
例えば、ゾーン長Ｌの変動量が大きい場合には、パターン設定器１３に格納されているゾーン長Ｌの目標値を、予め設定された値よりも大きくすることができる。
前述のようにゾーン長Ｌの変動量は誘導加熱コイル５からの加熱分布を反映している。そこでゾーン長Ｌの目標値を大きくすることにより、結果として誘導加熱コイル５からの晶出界面の距離が遠くなり、加熱分布の影響を受けにくくすることができる。
このように、パラメータの変動量に対する制御値を変化させるだけでなく、予め設定されたパラメータの目標値を補正して制御値を変化させることも有効である。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
図１に示したＦＺ法による半導体結晶の製造装置を用いて、直径２０５ｍｍのシリコン単結晶棒を製造した。すなわち、シリコン単結晶棒の成長は、原料結晶棒を溶融して種結晶に融着させ、さらにこの種付けの際に結晶に生じた転位を抜くための絞りを行う工程（種付け・絞り工程）の後、シリコン単結晶棒を２０５ｍｍの直径まで拡げながら成長させる工程（コーン工程）、シリコン単結晶棒を２０５ｍｍの一定の直径に制御しつつ成長させていく工程（直胴工程）を経ながら結晶成長させた。なお、晶出側のシリコン単結晶棒を交互に回転させながら成長を行った。
【００４９】
なお、結晶成長中には、所望の結晶品質のシリコン単結晶棒が得られるように、ゾーン長およびその変動量をフィードバック制御した。
つまり、ＣＣＤカメラ７等を用いてゾーン長を測定し、データ演算器１４において、その移動平均値を計算するとともに、ゾーン長の変動量（最大値−最小値）を算出して求めた（測定段階）。
そして、ゾーン長の平均値とその変動量の各々に関して、パターン設定器１３に格納されたパターン（目標値）と比較演算を行い、原料結晶棒の移動速度へフィードバックするための制御値を計算した（制御値計算段階）。
そして、該制御値に基づいて実際に原料結晶棒の移動速度の制御を行った（制御段階）。
結晶成長中に、これらの段階からなる工程を周期的に自動実施してシリコン単結晶棒を製造した。
【００５０】
なお、ゾーン長の変動量を算出する周期は、シリコン半導体単結晶棒の交互回転の１周期（右回転から左回転を経て右回転に戻るまでの時間）とした。
【００５１】
このような本発明の製造方法を実施した結果、結晶の有転位化率は４５％であった。後述する比較例１に比べ、結晶成長を安定化させ、格段に有転位化率を改善できた。
【００５２】
（実施例２）
シリコン単結晶棒の製造の際に、シリコン単結晶棒の回転に関して、コーン工程と直胴工程で異なる交互回転周期とし、また、それにあわせてゾーン長の変動量を算出する周期もコーン工程と直胴工程で変更した。
それ以外は実施例１と同様にして製造を行った。
【００５３】
その結果、結晶の有転位化率は４０％であり、実施例１よりも優れたシリコン単結晶棒を得ることができた。
【００５４】
（実施例３）
シリコン単結晶棒の製造の際に、ゾーン長の変動量を原料結晶棒の下降速度へフィードバックさせるとともに、ゾーン長の変動量に応じ、予め設定されたゾーン長のパターン（目標値）を補正するようにプログラムを作成した。具体的には、ゾーン長の変動量がその目標値より大きい場合には、ゾーン長の目標値をプラス側に補正して（すなわち目標値を大きくして）制御を行った。
【００５５】
また、ゾーン長の平均値については、上記のようにして補正された目標値と比較演算し、原料結晶棒の下降速度へフィードバックさせた。
それら以外は実施例１と同様にして製造を行った。
【００５６】
その結果、結晶の有転位化率は３８％であり、実施例１、２よりも優れたシリコン単結晶棒を得ることができた。
【００５７】
（比較例１）
シリコン単結晶棒の製造の際に、実施例１とは異なり、ゾーン長の変動量の算出やそのフィードバック制御は行わず、ゾーン長の平均値のフィードバック制御のみを行った。
【００５８】
その結果、直胴工程中の結晶の有転位化率は７０％であった。実施例１−３に比べて有転位化率が格段に高くなってしまっている。
【００５９】
（実施例４）
シリコン単結晶棒の製造の際に、ゾーン長およびその変動量を原料結晶棒の移動速度へフィードバック制御する代わりに、シリコン単結晶棒の結晶直径およびその変動量を誘導加熱コイルに供給する電力へフィードバック制御した。
それ以外は実施例１と同様にして製造を行った。
【００６０】
その結果、結晶の有転位化率は４８％であった。後述する比較例２に比べて格段に有転位化率を改善できた。
【００６１】
（比較例２）
シリコン単結晶棒の製造の際に、実施例４とは異なり、結晶直径の変動量の算出やそのフィードバック制御は行わず、結晶直径の平均値のフィードバック制御のみを行った。
【００６２】
その結果、直胴工程中の結晶の有転位化率は７２％であった。
【００６３】
（実施例５）
シリコン単結晶棒の製造の際に、ゾーン長およびその変動量を原料結晶棒の移動速度へフィードバック制御する代わりに、溶融帯域のネック径およびその変動量を原料結晶棒の移動速度へフィードバック制御した。
それ以外は実施例１と同様にして製造を行った。
【００６４】
その結果、結晶の有転位化率は４６％であった。後述する比較例３に比べて格段に有転位化率を改善できた。
【００６５】
（比較例３）
シリコン単結晶棒の製造の際に、実施例５とは異なり、ネック径の変動量の算出やそのフィードバック制御は行わず、ネック径の平均値のフィードバック制御のみを行った。
【００６６】
その結果、直胴工程中の結晶の有転位化率は７４％であった。
【００６７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００６８】
１…半導体単結晶棒製造装置、  ２…原料結晶棒、  ３…成長炉、
４…溶融帯域、  ５…誘導加熱コイル、  ６…半導体単結晶棒、
７…ＣＣＤカメラ、  ８…画像処理装置、  ９…制御コンピュータ、
１０…高周波発振機、  １１、１２…可変速モーター、
１３…パターン設定器、  １４…データ演算器、  １５…比較器、
１６…調節器、  １７…発振機制御回路、  １８、１９…移動速度調整・駆動回路。
【図１】
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【図２】
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