(57)【要約】 【課題】ＣＺ法による半導体単結晶引上げにおいて、最適な引上げ条件を簡便に求めることができ、単結晶インゴット内のみならず、各インゴット間においても、結晶特性の均一化を図ることができる半導体単結晶の製造方法を提供する。【解決手段】チョクラルスキー法による半導体単結晶の製造方法において、ＣＣＤカメラを用いて、半導体単結晶近傍の原料融液表面の温度変動パワースペクトルを求め、所定の単結晶引上げ時のパワースペクトルと一致するように引上げ条件を制御して単結晶を育成することを特徴とする半導体単結晶の製造方法。【選択図】図１
2007055886.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半導体単結晶の製造方法において、原料融液表面の温度変動パワースペクトルを求め、所定の単結晶引上げ時のパワースペクトルと一致するように引上げ条件を制御して単結晶を育成することを特徴とする半導体単結晶の製造方法。
【請求項２】
ＣＣＤカメラを用いて、半導体単結晶近傍の原料融液表面の温度パワースペクトルを求めることを特徴とする請求項１記載の半導体単結晶の製造方法。
【請求項３】
前記引上げ条件は、ルツボ回転数、結晶回転数および磁場強度であることを特徴とする請求項１記載の半導体単結晶の製造方法。
【請求項４】
チョクラルスキー法による半導体単結晶の製造装置において、
原料融液表面の温度を測定する測定手段と、
前記原料融液表面の温度を測定した結果から温度変動パワースペクトルを求める演算手段と、
前記パワースペクトルと、予め取得されている所定の単結晶引上げ時のパワースペクトルを比較する比較手段と、
前記比較の結果に基づき、前記パワースペクトルと、予め取得されている所定の単結晶引上げ時のパワースペクトルが一致するように引上げ条件を制御する制御手段を有することを特徴とする半導体単結晶の製造装置。
【請求項５】
チョコラルスキー法による半導体単結晶の製造制御プログラムにおいて、
原料融液表面の温度を測定した結果を演算手段に入力する手順と、
前記演算手段において前記原料融液表面の温度を測定した結果から温度変動パワースペクトルを求める手順と、
比較手段において前記パワースペクトルと、予め取得されている所定の単結晶引上げ時のパワースペクトルを比較する手順と、
前記比較の結果に基づき、前記パワースペクトルと、予め取得されている所定の単結晶引上げ時のパワースペクトルが一致するように引上げ条件を制御する手順を実行させることを特徴とする半導体単結晶の製造制御プログラム。
【請求項６】
チョコラルスキー法による半導体単結晶の製造制御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において、
原料融液表面の温度を測定した結果を演算手段に入力する手順と、
前記演算手段において前記原料融液表面の温度を測定した結果から温度変動パワースペクトルを求める手順と、
比較手段において前記パワースペクトルと、予め取得されている所定の単結晶引上げ時のパワースペクトルを比較する手順と、
前記比較の結果に基づき、前記パワースペクトルと、予め取得されている所定の単結晶引上げ時のパワースペクトルが一致するように引上げ条件を制御する手順を実行させる半導体単結晶の製造制御プログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【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（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ  Ｍｅｔｈｏｄ；ＣＺ）法によるシリコン等の半導体単結晶の製造方法、半導体単結晶の製造装置、半導体単結晶の製造制御プログラムおよび半導体単結晶製造制御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に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンに代表される半導体単結晶のＣＺ法による製造においては、半導体単結晶からなる種結晶を、原料融液に接触させた後、回転させながらゆっくりと引上げていき、ネック工程、肩広げ工程、肩止め工程、直胴部工程、テール工程を順次経ることにより、単結晶インゴットを成長させる。
【０００３】
単結晶インゴットの直胴部をスライスしてウエハが作製されるため、前記直胴部工程においては、結晶径が一定となるように、ＣＣＤカメラ等を用いて観察しながら、ヒータ温度および結晶引上げ速度が調整される。
また、ＣＣＤカメラを用いた成長条件の調整としては、例えば、特許文献１には、原料融液表面の二次元的な温度分布およびその経時変化を測定し、単結晶の成長環境を把握した上で、各種液表面の温度分布を軸対称とすることにより、安定かつ高品質な単結晶を引上げることができることが開示されている。
【０００４】
また、得られるウエハには、均一な電気特性を有していることが求められるため、単結晶インゴット中の酸素濃度や抵抗率等も一定となるように調整する必要がある。
これらの特性要素は、原料融液の対流分布による影響が強く反映されることから、ルツボの回転速度およびシードの回転速度の調整により対流を抑制したり、また、炉内圧やガス流量の調整により原料融液表面からの蒸発量を調整したりする等の方法によって、酸素濃度等の調整が図られている。
【特許文献１】特開平９−２６３４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような結晶成長においては、インゴット中における結晶特性のみならず、各インゴット間の結晶特性のばらつきを抑制することが求められ、近年、半導体回路の微細化により、そのばらつきの一層の低減化が求められている。
このため、ルツボの回転速度、シードの回転速度、結晶引上げ速度、ヒータ温度等の各種引上げ条件の制御は自動で行われることが好ましいが、そのためには、原料融液の対流分布や温度の変動の原因を把握する必要がある。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１記載の方法によっては、原料融液表面の温度分布を２次元的に把握しているにすぎず、その温度の変動の原因を詳細に把握することは困難である。
実際、原料融液は、結晶成長に伴って減少し、ルツボ内におけるその深さは浅くなり、このような原料融液の深さの変化に応じて、融液対流の発生原因も変わる。例えば、結晶成長初期において、原料融液が深いときは、ルツボやシードの回転等による強制対流が主であるが、原料融液が少なくなり、浅くなると、前記強制対流の影響は弱くなり、ヒータ加熱による自然対流が主となる。
【０００７】
このように、融液対流の発生原因は経時的に変化するものであることからも、従来の各種引上げ条件を制御する方法では、酸素濃度や抵抗率の結晶長方向でのばらつきを抑制することは困難である。
【０００８】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、ＣＺ法による半導体単結晶引上げにおいて、最適な引上げ条件を簡便に求めることができ、単結晶インゴット内のみならず、各インゴット間においても、結晶特性の均一化を図ることができる半導体単結晶の製造方法、半導体単結晶の製造装置、半導体単結晶の製造制御プログラムおよび半導体単結晶製造制御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を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る半導体単結晶の製造方法は、チョクラルスキー法による半導体単結晶の製造方法において原料融液表面の温度変動パワースペクトルを求め、所定の単結晶引上げ時のパワースペクトルと一致するように引上げ条件を制御して単結晶を育成することを特徴とする。
このような方法によれば、単結晶インゴット内における結晶特性の均一化を図ることができ、かつ、各インゴット間におけるばらつきの抑制も図ることができる。
【００１０】
この時、ＣＣＤカメラを用いて、半導体単結晶近傍の原料融液表面の温度パワースペクトルを求めることが望ましい。
【００１１】
この時、前記引上げ条件は、ルツボ回転数、結晶回転数および磁場強度であることが望ましい。
【００１２】
本発明に係る半導体単結晶の製造装置は、チョクラルスキー法による半導体単結晶の製造装置において、原料融液表面の温度を測定する測定手段と、前記原料融液表面の温度を測定した結果から温度変動パワースペクトルを求める演算手段と、前記パワースペクトルと予め取得されている所定の単結晶引上げ時のパワースペクトルを比較する比較手段と、前記比較の結果に基づき、前記パワースペクトルと予め取得されている所定の単結晶引上げ時のパワースペクトルが一致するように引上げ条件を制御する制御手段を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る半導体単結晶の製造制御プログラムは、チョコラルスキー法による半導体単結晶の製造制御プログラムにおいて原料融液表面の温度を測定した結果を演算手段に入力する手順と、前記演算手段において前記原料融液表面の温度を測定した結果から温度変動パワースペクトルを求める手順と、比較手段において前記パワースペクトルと予め取得されている所定の単結晶引上げ時のパワースペクトルを比較する手順と、前記比較の結果に基づき、前記パワースペクトルと予め取得されている所定の単結晶引上げ時のパワースペクトルが一致するように引上げ条件を制御する手順を実行させることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る半導体単結晶の製造制御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は、チョコラルスキー法による半導体単結晶の製造制御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において、原料融液表面の温度を測定した結果を演算手段に入力する手順と、前記演算手段において前記原料融液表面の温度を測定した結果から温度変動パワースペクトルを求める手順と、比較手段において前記パワースペクトルと予め取得されている所定の単結晶引上げ時のパワースペクトルを比較する手順と、前記比較の結果に基づき、前記パワースペクトルと予め取得されている所定の単結晶引上げ時のパワースペクトルが一致するように引上げ条件を制御する手順を実行させる半導体単結晶の製造制御プログラムを記録したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
上述したとおり、本発明に係る半導体結晶の製造方法、半導体単結晶の製造装置、半導体単結晶の製造制御プログラムおよび半導体単結晶製造制御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を用いれば、ＣＺ法による半導体単結晶引上げにおいて、最適な引上げ条件を簡便に求めることができ、単結晶インゴット内のみならず、各インゴット間においても、結晶特性の均一化を図ることができる。
したがって、本発明によれば、高品質な半導体単結晶インゴットを効率的に製造することができ、生産性の向上を図ることができ、ひいては、高品質なウエハを歩留まりよく製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
まず、本発明に係る半導体単結晶の製造方法について簡単に説明する。
本発明に係る半導体単結晶の製造方法は、ＣＺ法により、半導体単結晶を製造する際、原料融液表面の温度変動パワースペクトル（以下、実パワースペクトルとも言う）を求め、所定の単結晶引上げ時のパワースペクトル（以下、標準パワースペクトルとも言う）と一致するように引上げ条件を制御して単結晶を育成するものである。
具体的には、予め、所望の結晶特性を有するシリコン等の半導体単結晶をＣＺ法により引上げる際の温度変動パワースペクトル（標準パワースペクトル）を求めておく。前記温度変動パワースペクトル（標準パワースペクトル）は、単結晶引上げ中に、ＣＣＤカメラを用いて、ルツボ内の原料融液表面における中心からルツボの内壁までの直線上における温度変動を測定し、これに関して、周波数解析を行うことにより求める。
前記原料融液表面における温度変動は、一次元的な測定でもよいが、二次元的に測定して、パワースペクトルを求めることにより、より精密に結晶特性を制御することができる。
【００１７】
前記パワースペクトルは、結晶の回転、ルツボの回転に起因する周波数位置においてピークが現れる。
それ以外に出現するピークは、炉内のアルゴンガス流による因子と異物浮遊等の外乱因子とに分けることができる。
これらのうち、アルゴンガス流に関係する因子は、予め、ルツボおよびシードを回転させずに、通常と同様の引上げ条件で単結晶を引上げ、このときのパワースペクトルを求めておくことにより、外乱因子と区別することができる。
【００１８】
そして、実際の単結晶引上げにおいては、引上げ時のパワースペクトルを、上記のようにして予め求めた所定のパワースペクトル（標準パワースペクトル）と一致させるように、ルツボの回転速度、シードの回転速度、磁場強度、アルゴンガス流量、炉内圧、ボトムヒータ出力、ルツボ上昇速度等を、コンピュータ制御により自動的に調整する。
このような方法によって、インゴット内における結晶特性の均一化を図ることができ、かつ、各インゴット間におけるばらつきの抑制も図ることができる。
【００１９】
なお、上記製造方法は、融液表面の観測が可能なＣＺ法によるものであれば、シリコン以外の半導体単結晶についても、同様に適用することができる。
また、本発明に係る半導体単結晶の製造方法は、通常のチョクラルスキー法に限定されるものではなく、単結晶の引上げ時に磁場を印加するＭＣＺ法（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ＣＺ  ｍｅｔｈｏｄ）においても、同様に適用することができることは言うまでもなく、本発明におけるチョクラルスキー法という用語には、ＭＣＺ法も含まれる。
【００２０】
次に、本発明に係る半導体単結晶の製造方法、半導体単結晶の製造装置、半導体単結晶の製造制御プログラムおよび単結晶製造制御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についての実施の形態につき、添付図面に基づき詳細に説明する。なお、ここでは単結晶として、シリコン単結晶を製造する場合を例として記載する。
【００２１】
[実施の形態]
本実施の形態においては、原料融液表面温度をパワースペクトル（実パワースペクトルともいう）として把握し、このパワースペクトルを、予め取得した標準パワースペクトルと比較し、生じている差異をルツボ回転数、結晶回転数または磁場強度を変化させることで調整し、結晶特性の均質化・安定化を図ることを特徴とする。
【００２２】
次に、パワースペクトルの算出法について示す。まず、温度測定データを表す関数ｘＴ（ｔ）から、次式の複素フーリエ変換を用いてフーリエ成分ＸＴ（ω）（周波数成分）を取り出す。
【数１】
2007055886.tif 000003
ここで、ｉは虚数単位、ωは周波数である。
さらにこのフーリエ成分ＸＴ（ω）について次式を用いることでパワースペクトル成分Ｓｘ（ω）を算出することが出来る。
【数２】
2007055886.tif 000004
また、標準パワースペクトルとは、所望の結晶特性を満たすシリコン単結晶が引上げられた時の、融液表面の温度測定結果に基づくパワースペクトルである。
図２に、典型的なパワースペクトルの一例を示す。引上げ時のルツボ回転数と結晶回転数が異なる場合、パワースペクトルのピークは、それぞれの回転周波数に対応（同期）する位置にメインピークが、その整数倍の周波数に対応する位置にサブピークが現れるのが通常である。
【００２３】
（半導体単結晶の製造装置）
最初に、本実施の形態で用いられるシリコン単結晶製造装置の構成について説明する。
図７は、本実施の形態で用いられるシリコン単結晶製造装置の説明図である。
本実施の形態のシリコン単結晶製造装置は、引上げ装置部１００と、引上げ装置制御部２００から構成されている。
【００２４】
まず、引上げ装置部１００について、チャンバ１０１内には原料を保持する例えば石英で形成されるルツボ１０２が回転機構１１０につながる回転軸１０３の上端に設置されている。また、ルツボ１０２の周囲にはルツボ１０２内に充填された原料を溶融して融液１０４となす為のヒータ等の加熱手段１０５が配置されている。そして、前記ルツボ１０２の上方には引上げ機構１２０が設けられ、引上げワイヤ１２２により、引上げワイヤ１２２に保持された種結晶（図示せず）が昇降および回転操作される仕組みとなっている。
さらに、融液１０４の上方に引上げられるシリコン単結晶１３０の周囲を取り囲むようにして、中空円筒形の熱遮蔽体１２４が設置されている。この熱遮蔽体１２４は、その形状や設置位置によってシリコン単結晶１３０の熱履歴を制御するという役割を担っている。
また、チャンバ１０１の周囲には、ルツボ１０２内の融液対流を制御するための磁場を発生する電磁石１２５が設けられている。
さらに、チャンバ１０１上方内面には、融液表面の温度をモニタするためのＣＣＤカメラ１２８が備えられている。
【００２５】
なお、融液表面の温度をモニタする方法は、必ずしも上記のＣＣＤカメラ１２８による方法に限られず、融液表面温度の時間変化がモニタできるのであれば、例えば、ＣＭＯＳセンサや熱電対による方法等であっても構わない。
【００２６】
次に、引上げ装置制御部２００について説明する。引上げ装置制御部２００は、引上げ制御を行なうプログラムや演算処理装置等を備える制御計算機２０２、この制御計算機２０２との伝送経路となるバス２１０を介して、引上げ制御に用いる標準パワースペクトル、各種出力結果等を記憶するための磁気ディスク装置２０４、各種出力結果を表示・印刷するためのＣＲＴ２０６やプリンタ２０７等を備えている。また、引上げ装置制御部２００は、上記制御計算機２０２とバス２１０を介して、後に詳述するように、ＣＣＤカメラ１２８でモニタされた融液１０４表面温度を周波数解析して実パワースペクトルを算出する演算処理回路２１０、実パワースペクトルと予め準備された標準スペクトルを比較する比較回路２１２を備えている。さらに、上記制御計算機２０２とバス２１０を介して、比較回路２１２の出力結果に基づき、引上げ機構１２０、回転機構１１０および電磁石１２５をそれぞれ制御する結晶回転制御回路２１４、ルツボ回転制御回路２１６および磁場強度制御回路２１８を備えている。
【００２７】
なお、ここでは、演算処理回路２１０、比較回路２１２、結晶回転制御回路２１４、ルツボ回転制御回路２１６および磁場強度制御回路２１８を独立した回路として記載したが、これらの回路の有する機能を制御計算機２０２内でソフトウェア的に処理することも可能である。
【００２８】
（半導体単結晶の製造方法）
次に、本実施の形態のシリコン単結晶の製造方法について図７を参照しつつ説明する。
まず、チャンバ１０１の内部を不活性ガスで置換した後、Ａｒ等の不活性ガスを流した状態で低圧に保つ。その後、ヒータ１０５を加熱することにより、予めルツボ１０２の内部に投入されている固形状多結晶シリコン原料（図示せず）を溶融し、シリコン融液１０４とする。
次に、チャンバ１０１内を不活性雰囲気に保持しシリコン融液１０４の酸化を防止した状態で、ワイヤ１２２の下端に種結晶（図示せず）を吊り下げる。
この状態で、種結晶はシリコン融液１０４の真上に位置するため、シリコン融液１０４の輻射熱により予熱される。
次に、引上げ機構１２０を駆動し、ワイヤ１２２下端に吊り下げられた種結晶を降下させ、種結晶の少なくとも一部をシリコン融液１０４に浸す。種結晶がシリコン融液１０４に浸されると、図７に示すように種結晶下方に徐々にシリコン単結晶１３０が成長する。そして、シリコン単結晶１３０が成長するに従い、所定速度で種結晶を回転させながら引上げることにより、所望の直径および長さを有するシリコン単結晶１３０を引上げることが可能となる。
また、引上げの際には、ルツボ１０２内のシリコン融液表面の温度・対流を適切に保持するため、シリコン単結晶１３０を引上げ機構１２０により回転させると同時に、ルツボ１０２も回転機構１１０によって上昇、回転させ、かつ、電磁石１２５により磁場を発生する。
【００２９】
上記シリコン単結晶１３０の引上げ中を通じて、融液１０４の表面温度をＣＣＤカメラ１２８によりモニタする。そして、融液１０４表面の所定の点における表面温度の時間的変動を測定する。そして、この融液表面の温度測定結果を演算処理回路２１０において周波数解析することにより、実パワースペクトルを算出する。より具体的には、先に（式１）、（式２）に示した式を用いて、表面温度の時間変動をフーリエ級数展開することによって、実パワースペクトルが算出される。算出された実パワースペクトルは、比較回路２１２において、予め取得され磁気ディスク装置２０４に記憶されている標準パワースペクトルと比較される。ここで、標準パワースペクトルとは、事前に所望の特性を有するシリコン単結晶が製造された際の融液表面温度測定結果から算出されたパワースペクトルをいう。なお、実パワースペクトルと標準パワースペクトルの比較回路２１２における比較・判断方法については、後に詳述する。
【００３０】
なお、ここでは融液表面の１点の測定から得られたパワースペクトルを用いて、制御する場合について記載するが、複数の点で測定された温度のモニタ結果に基づく複数のパワースペクトルを用いれば、より融液表面の温度制御精度が向上するため望ましい。
【００３１】
比較回路２１２における比較・判断結果に基づき、制御計算機２０２から、結晶回転制御回路２１４、ルツボ回転制御回路２１６または磁場強度制御回路２１８に、実パワースペクトルを標準パワースペクトルに一致させるべく、結晶回転数、ルツボ回転数または磁場強度を調整するための制御信号がバス２１０を解して送られる。この調整方法についても後に詳述する。そして、結晶回転制御回路２１４、ルツボ回転制御回路２１６または磁場強度制御回路２１８は、制御信号に基づき、それぞれ、引上げ機構１２０、回転機構１１０または電磁石１２５を制御して、実際に結晶回転数、ルツボ回転数または磁場強度を変更する。そして、変更された条件でシリコン単結晶引上げを続行するとともに、所定のタイミングで、実パワースペクトルと標準スペクトルの比較、引上げ条件の変更を繰り返し、最終的なシリコン単結晶が均質で、かつ、所望の特性を満足するようにする。
【００３２】
次に、比較回路２１２における、実パワースペクトルと標準パワースペクトルの比較・判断方法および製造条件の調整方法の詳細について、図２〜６のパワースペクトル図、図１、９、１１、１３、１４のブロック図、および、図８、１０、１２のパワースペクトル説明図を用いて記述する。
【００３３】
本実施の形態においては、算出された実パワースペクトルと標準パワースペクトルに基づき、シリコン単結晶製造条件（パラメータ）、すなわち結晶回転数、ルツボ回転数および磁場強度を調整するが、まず、この調整原理について具体例を用いて簡単に説明する。
上述したように、図２が算出されるパワースペクトルの典型例である。そして、このパワースペクトル図においては、結晶回転数およびルツボ回転数に対応（同期）するピークが通常表れる。これらのピークは、結晶回転数、ルツボ回転数または磁場強度に伴って変化することが見出されている。
【００３４】
図２のパワースペクトルを取得した時の引上げ条件に対し、磁場強度のみを１５０％と強くした場合のパワースペクトルを図３に示す。図３から明らかなように、ピーク位置は変動せずにピーク強度だけが強くなっている。また、逆に、図２の引上げ条件に対し、磁場強度のみを１０％と弱くした場合のパワースペクトルを図４に示す。この場合には、ピーク位置は変動せずに、ピーク強度が弱くなっている。このように、磁場強度を変化させることにより、ピーク位置を変動させずに、ピーク強度のみを変動させることが可能となる。
次に、図２の引上げ条件に対し、ルツボ回転数のみを４０％、さらには１０％と低くして求めたパワースペクトルを、それぞれ図５、図６に示す。ルツボ回転数を低くすることにより、ピーク位置が変更後のルツボ回転の回転数に対応（同期）するよう低周波方向にシフトしている。
ルツボ回転数を変更した場合と同様に、結晶回転数を変更した場合もピーク位置が結晶回転数に対応（同期）するようにピーク位置がシフトする。
【００３５】
以上の調整原理を用いた実パワースペクトルと標準パワースペクトルの比較回路２１２における比較・判断方法および製造条件（パラメータ）の調整方法について以下詳述する。
【００３６】
まず、図１に示すように、融液表面温度測定（Ｓ７０１）の結果を用いて、実パワースペクトルを算出する（Ｓ７０３）。次に、予め取得されている標準スペクトルを参照しつつ、スペクトルピーク対応推定（Ｓ７０５）を行なう。このスペクトルピーク対応推定とは、実スペクトルに現れた複数のピークを、結晶回転に対応するピークか、あるいは、ルツボ回転に対応するピークかを推定することをいう。
図８（ａ）は、予め取得されている標準パワースペクトルの説明図、図８（ｂ）は実パワースペクトルと標準パワースペクトルを対比させた説明図である。図８（ａ）で示すように、この場合の標準パワースペクトルでは、低周波側から高周波側に向かって、６つのピークＡ〜Ｆが得られている。そして、このパワースペクトルを取得したときの製造条件が、ルツボ回転数が結晶回転数よりも高い場合であったとする。そうすると、もっとも、低周波側のピークＡが、結晶回転に対応するメインピークであり、その周波数の整数倍の周波数位置に現れるピークＣ、Ｅが結晶回転に対応するサブピークとなる。そして、残りのピークは、ピークＢがルツボ回転に対応するメインピーク、ピークＤ、Ｆがルツボ回転に対応するサブピークとなる。このように標準パワースペクトルにおいては、現出する複数のピークが結晶回転、あるいは、ルツボ回転に対応するかを予め推定しておくことが可能である。また、図８（ｂ）においては、実線で標準パワースペクトル、破線で実パワースペクトルを示している。実パワースペクトルに関しても、標準パワースペクトルの場合と同様に、スペクトルピーク対応推定を行なうことが可能である。すなわち、図８（ｂ）の場合は、ピークａ、ｃ、ｅが結晶回転に対応するピーク、ピークｂ、ｄ、ｆがルツボ回転に対応するピークとなる。
【００３７】
なお、ここでは、結晶回転、ルツボ回転それぞれに対応するピークが、明瞭に現れている場合を例とした推定方法について説明したが、例えば、結晶回転とルツボ回転が一致している、あるいは、ピークが大幅にズレているためピークが重なった場合や、ピーク強度が弱かった場合を想定して、異なる推定方法を用いることも可能である。
【００３８】
このように、図１のＳ７０５において、実パワースペクトルのピーク対応推定を行った後に、実パワースペクトルと標準パワースペクトルの比較を行なう（Ｓ７０７）。そして、その結果を、結晶・ルツボ回転に対応するピークが双方一致する場合、ルツボ回転に対応するピークのみ一致する場合、結晶回転に対応するピークのみ一致する場合、または、結晶・ルツボ回転に対応するピークが双方とも一致しない場合に場合分けする。
例えば、図８（ｂ）の場合は、結晶・ルツボ回転に対応するピークが双方とも一致しない場合に相当する。
【００３９】
次に、上記、図１のＳ７０７のパワースペクトル比較ステップで、結晶・ルツボ回転に対応するピークが双方一致する場合とされた場合の処理ステップを図９および図１０を参照しつつ説明する。
まず、実パワースペクトルのピーク強度が、標準パワースペクトルの対応するピーク強度と比較して低いか高いかを判断する（Ｓ７１１）。この結果、実パワースペクトル強度が低い場合、すなわち、図１０（ａ）で示すように、破線で示す実パワースペクトルのピークａ〜ｆが、実線で示される標準パワースペクトルのピークＡ〜Ｆよりも低い場合には、磁場強度を強めるよう制御される（Ｓ７１３）。本実施の形態においては、具体的には、図７の比較回路２１２でなされたスペクトル強度判断がバス２１０を介して制御計算機２０２に送られ、制御計算機からやはりバス２１０を介して、磁場強度制御回路２１８に磁場強度を強めるよう制御信号が送られるということになる。  
一方、図１０（ｂ）で示すように、実パワースペクトルのピークが、標準パワースペクトルのピークよりも高い場合には、磁場強度を弱めるよう制御される（Ｓ７１５）。
このように、磁場強度が変更された後、処理としては図１の位置Ａすなわち、実パワースペクトル算出ステップ（Ｓ７０３）の直前に戻り、所定の時間をおいて、パワースペクトルの比較が行なわれることになる。
【００４０】
次に、上記、Ｓ７０７のパワースペクトル比較ステップで、ルツボ回転に対応するピークのみが一致するとされた場合の処理ステップを図１１および図１２を参照しつつ説明する。
この場合は、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、実線で示す標準パワースペクトルおよび破線で示す実パワースペクトルについて、ルツボ回転に対応するピークＢ、Ｄ、Ｆと、ピークｂ、ｄ、ｆはそれぞれ一致する。そこで、ステップ７２１において、一致していない破線で示す実パワースペクトルの結晶回転対応ピークａ、ｃ、ｅが図１２（ａ）に示すように、実線で示す標準パワースペクトルのピークＡ、Ｃ、Ｅに対して低周波方向にシフトしているのか、図１２（ｂ）に示すように高周波方向にシフトしているのかを判断する。その結果、低周波方向にシフトしている場合には、図１１に示すように結晶回転を上げる制御がなされる（Ｓ７２３）。また、高周波方向にシフトしていると判断された場合には、結晶回転を下げる制御がなされる（Ｓ７２５）。
具体的な、制御方法やその後、図１の位置Ａに処理が帰還することは、上記の磁場強度制御の場合と同様である。
【００４１】
次に、上記、図１に示すＳ７０７のパワースペクトル比較ステップで、結晶回転に対応するピークのみが一致するとされた場合の処理ステップについて図１３を参照しつつ説明する。
この場合図示はしないが、結晶回転に対応するピーク同士は一致しているため、図１３のステップ７３１において、実パワースペクトルのルツボ回転対応ピークが標準スペクトルのピークに対して低周波方向にシフトしているのか、高周波方向にシフトしているのかを判断する。その結果、低周波方向にシフトしている場合には、ルツボ回転を上げる制御がなされる（Ｓ７３３）。また、高周波方向にシフトしていると判断された場合には、ルツボ回転を下げる制御がなされる（Ｓ７３５）。
具体的な、制御方法やその後、図１の位置Ａに処理が帰還することは、上記の磁場強度制御、結晶回転制御の場合と同様である。
【００４２】
次に、上記、図１のＳ７０７のパワースペクトル比較ステップで、結晶・ルツボ回転に対応するピークが双方とも一致しない場合の処理ステップについて図１４を参照しつつ説明する。
この場合は、まず、最初に実パワースペクトルの結晶回転対応ピークのシフト方向を判断し（Ｓ７４１）、低周波方向にシフトしている場合は結晶回転数を上げる制御を行なう（Ｓ７４３）、一方、高周波方向にシフトしていると判断された場合は、結晶回転数を下げる制御（Ｓ７４５）を行なう。
次に、実パワースペクトルのルツボ回転対応ピークが標準スペクトルのピークに対して低周波方向にシフトしているのか、高周波方向にシフトしているのかを判断する（Ｓ７４７）。その結果、低周波方向にシフトしている場合には、ルツボ回転を上げる制御がなされる（Ｓ７４９）。また、高周波方向にシフトしていると判断された場合には、ルツボ回転を下げる制御がなされる（Ｓ７５１）。
このように、結晶回転対応ピークおよびルツボ回転対応ピークについて独立したシフト方向判断を行うことによって、シリコン単結晶製造装置を制御する。
具体的な、制御方法やその後、図１の位置Ａに処理が帰還することは、上記の磁場強度制御、結晶回転制御またはルツボ回転制御の場合と同様である。
【００４３】
（半導体単結晶の製造制御プログラムおよびコンピュータ読み取り可能な記録媒体）
本実施の形態の半導体単結晶の製造制御プログラムは、上述した半導体単結晶の製造方法の手順を、上述した半導体単結晶の製造装置に実行させることを特徴とする。また、本実施の形態の半導体単結晶の製造制御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は、上記プログラムを記録したことを特徴とし、記録媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク、ＤＶＤ、ハードディスク、半導体メモリ装置等がある。
【００４４】
（作用・効果）
従来の、融液表面温度の制御方法においては、理想とする融液表面の温度分布から単結晶引上げ中の温度分布が逸脱した場合、多岐にわたるパラメータ（製造条件）を如何に制御して、理想とする温度分布に回復させるかについて必ずしも具体的にはなっていなかった。したがって、結晶特性の均質化を図ることが困難であった。
本実施の形態によれば、融液表面の温度分布を、温度の時間変化のパワースペクトルとして把握する。そして、理想的な融液表面の温度分布としての標準パワースペクトルとの比較により、理想的な温度分布からの逸脱を検知する。そして、このパワースペクトル変動への寄与度がそれぞれ個別に明らかにされた、結晶回転数、ルツボ回転数および磁場強度を制御することにより、容易に理想とする温度分布に回復させることが可能になる。
また、理想とする温度分布を、実際に所望の結晶特性を有するシリコン単結晶インゴットが製造された時のパワースペクトルとし、引上げ毎にこの共通した標準パワースペクトルに実スペクトルが一致するよう制御が行われる。したがって、異なるシリコン単結晶インゴット間の結晶特性の安定化を図ることも可能となる。
【００４５】
上記記載した実施の形態においては、単結晶としてシリコン単結晶を例として記載したが、本発明の適用は、必ずしもシリコン単結晶に限られず、チョクラルスキー（ＣＺ）法を用いて引上げられる単結晶であれば、例えば、ＧａＡｓ単結晶、ＩｎＰ単結晶等の単結晶についても適用することが可能である。
【００４６】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。実施の形態の説明においては、半導体単結晶の製造装置、半導体単結晶の製造方法等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる半導体単結晶の製造装置、半導体単結晶の製造方法等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての半導体単結晶の製造方法、半導体単結晶の製造装置、半導体単結晶の製造制御プログラムおよびこれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、本発明の範囲に包含される。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
ＣＺ法により、ＣＣＤカメラを用いて、単結晶近傍のシリコン原料融液表面の温度変動に関して、実パワースペクトルが、予め求めたパワースペクトル（標準スペクトル）と一致するように引上げ条件（ガス流量、炉内圧）を制御して、結晶引上げ速度０．６〜０．７ｍｍ／ｍｉｎで、直径φ２００ｍｍ（８インチ）、直胴部長１３００ｍｍのシリコン単結晶インゴットを１０本引上げた。
各インゴットについて、同一径内において結晶中心と最外周部とでの酸素濃度の差および抵抗率の差を測定した。
また、各インゴットの直胴部におけるテール工程に入る直前の部位について、結晶中心における酸素濃度（[Ｏｉ]）および抵抗率を測定した。
【００４８】
［比較例１］
ＣＺ法により、ＣＣＤカメラを用いて、単結晶近傍のシリコン原料融液表面の温度の経時変化を測定し、ヒータ温度を調節して、結晶引上げ速度０．６〜０．７ｍｍ／ｍｉｎで、直径φ２００ｍｍ（８インチ）、直胴部長１３００ｍｍのシリコン単結晶インゴットを１０本引上げた。
各インゴットについて、実施例１と同様に、同一径内における結晶中心と最外周部とでの酸素濃度の差および抵抗率の差、直胴部におけるテール工程に入る直前の部位についての結晶中心における酸素濃度（[Ｏｉ]）および抵抗率を測定した。
【００４９】
上記における測定の結果、前記酸素濃度の差は、比較例１においては、結晶全長にわたって平均１０％であったのに対して、実施例１においては、いずれも２％以内であった。
また、抵抗率の差は、比較例１においては、平均２％であったが、実施例１においては、いずれも０．５％以下であった。
これにより、本発明に係る製造方法によれば、引上げられる半導体単結晶インゴット中における結晶特性のばらつきが抑制されることが認められた。
【００５０】
さらに、直胴部におけるテール工程に入る直前の部位についての結晶中心における酸素濃度を各インゴット間で比較したところ、比較例１においては、ばらつきが１０％であったのに対して、実施例１においては、２％であった。
また、抵抗率は、比較例１においては、各インゴット間でのばらつきが３％であったのに対して、実施例１においては０．５％であった。
これにより、本発明に係る製造方法によれば、引上げられる半導体単結晶のインゴット間における結晶特性のばらつきが抑制されることも認められた。
【００５１】
［実施例２］
図７に示した構成のシリコン単結晶製造装置を用いて、φ２００ｍｍ（８インチ）、直径胴長１４００ｍｍのシリコン単結晶インゴット１０本の育成を行なった。
結晶引上げ速度は０．６〜０．７ｍｍとし、シリコン単結晶近傍、本実施例の場合には単結晶から１５ｍｍ外周方向の融液表面温度をＣＣＤカメラによってモニタし、あらかじめ準備された標準パワースペクトルに実スペクトルが一致するように、上述した実施の形態の制御方法を用いて、育成を行った。また、標準スペクトルを求めたときの単結晶製造条件は、酸素濃度（[Ｏｉ]）が、１．００〜１．２０×１０１８（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の範囲に収まる育成条件を用いた。
シリコン単結晶インゴット育成後、各インゴットについて、結晶中心における酸素濃度を、長さ方向２００ｍｍごとに測定し、全長における平均値および、標準偏差を求めた。また、各単結晶の酸素濃度の平均値をもとに、単結晶１０本の標準偏差を求めた。これらの結果を表１に示す。
【００５２】
［比較例２］
本発明の半導体単結晶の製造方法を用いず、実施例２の標準パワースペクトルを求めた際の育成条件に育成条件を固定したこと以外は、実施例２と同一の条件で、シリコン単結晶インゴットを１０本育成した。これらの結果も表１に示す。
【表１】
2007055886.tif 000005
表１から明らかなように、実施例２は比較例２よりもインゴット全長での酸素濃度のバラツキも、各インゴット間の酸素濃度のバラツキも小さい。
【００５３】
上記、実施例および比較例の結果より、本発明の単結晶製造方法を適用することにより、引上げられる半導体単結晶のインゴット内およびインゴット間おける結晶特性のばらつきが抑制を図ることが可能であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施の形態の制御方法を説明するブロック図である。
【図２】典型的なパワースペクトルを示す図である。
【図３】磁場強度変更のパワースペクトルに対する影響を示す図である。
【図４】磁場強度変更のパワースペクトルに対する影響を示す図である。
【図５】ルツボ回転数変更のパワースペクトルに対する影響を示す図である。
【図６】ルツボ回転数変更のパワースペクトルに対する影響を示す図である。
【図７】実施の形態および実施例のシリコン単結晶製造装置の説明図である。
【図８】実施の形態のパワースペクトル説明図である。
【図９】実施の形態の制御方法を説明するブロック図である。
【図１０】実施の形態のパワースペクトル説明図である。
【図１１】実施の形態の制御方法を説明するブロック図である。
【図１２】実施の形態のパワースペクトル説明図である。
【図１３】実施の形態の制御方法を説明するブロック図である。
【図１４】実施の形態の制御方法を説明するブロック図である。
【符号の説明】
【００５５】
１００      引上げ装置部
１０２      ルツボ
１１０      回転機構
１２０      引上げ機構
１２５      電磁石
１３０      シリコン単結晶
２００      引上げ装置制御部
２０２      制御計算機
２１０      演算処理回路
２１２      比較回路
２１４      結晶回転制御回路
２１６      ルツボ回転制御回路
２１８      磁場強度制御回路
【図１】
2007055886.tif 000006
【図２】
2007055886.tif 000007
【図３】
2007055886.tif 000008
【図４】
2007055886.tif 000009
【図５】
2007055886.tif 000010
【図６】
2007055886.tif 000011
【図７】
2007055886.tif 000012
【図８】
2007055886.tif 000013
【図９】
2007055886.tif 000014
【図１０】
2007055886.tif 000015
【図１１】
2007055886.tif 000016
【図１２】
2007055886.tif 000017
【図１３】
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【図１４】
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