JP2013159525A - シリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶の製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】チョクラルスキー法にて、ヒータにより加熱して、融液から種結晶を引上げることによりシリコン単結晶を製造する際に、直径検出部1で前記引き上げ中のシリコン単結晶の直径を検出し、該検出直径を基に温度補正演算手段3Aで前記ヒータ温度を補正して、前記シリコン単結晶の直径を制御しながら引上げるシリコン単結晶の製造方法において、前記ヒータ温度の補正において、前記検出直径の変動要因が外乱であるかを直径変動判断部5で判断し、外乱であると判断した場合は、前記温度補正演算手段3Aと異なる外乱用温度補正演算手段3Bで前記ヒータ温度を補正して、前記シリコン単結晶の直径を制御しながら引き上げるシリコン単結晶の製造方法。
【選択図】図2
Description
この発明では、V/G値を制御することにより、横断面全面で無欠陥であるシリコン単結晶を製造したり、あるいはOSFリングを狙いとする位置に発生させたり、または消滅させることも可能となる。つまり、温度勾配Gが特定の成長炉で引上速度Vを一定として単結晶が成長できれば、全面無欠陥シリコン単結晶やOSFリングの位置が制御されたシリコン単結晶を製造できることになる。
このような直径制御方法においては、引上速度を変化させた場合は速効性があって直径を直ぐに変化させることができるのに対し、ヒータ温度を変化させた場合はその効果が現れるのが遅い。このように、ヒータ温度の増減の効果で、単結晶の直径が増減するまでに時間がかかる理由は、ヒータ温度の変化により融液の温度が変化し、単結晶直径が変化する程度まで熱が伝導するのに時間を要するためである。
そこで、特許文献4では、単結晶の直径の変動を抑え、かつV/G値を一定の狭い範囲内に制御する方法が提案されている。
この方法により、引上速度によらず、ヒータへの供給電力制御を主体として、単結晶を目標直径に成長させることが可能となった。
すなわち、上記方法では、ヒータ温度の変化による直径の増減効果を早めるために、ヒータ温度の制御量を大きく設定する必要がある。ただし、その制御量の設定が大きすぎると、直径変動が少ない場合には、適切な制御を保つことができるが、直径変化が一度大きくなると、制御量が大きくなり過ぎて、ある範囲内で直径が凸凹を繰り返すハンチング状態となったり、直径制御が破綻することがある。また、制御量の設定が小さすぎると、大きな直径変化に対しても適切な制御を保てるが、直径変化が小さい場合は、周期の長い直径の変動を抑えきれないことがある。
このような外乱用温度補正演算手段とすれば、外乱による突発的な直径変動に対して、過剰な補正量を算出せずに適切にヒータ温度を補正できる。
このように判断することで、検出直径の変動要因が外乱であるかを正確かつ容易に判断することができる。
このような外乱用温度補正演算手段であれば、外乱による突発的な直径変動に対して、過剰な補正量を算出せずに適切にヒータ温度を補正できる装置となる。
このような直径変動判断部であれば、検出直径の変動要因が外乱であるかを正確かつ容易に判断することができる装置となる。
そして、図2(a)、(b)に示すように、直径検出手段21により撮像された画像から引き上げ中のシリコン単結晶24の直径を検出する直径検出部1と、該直径検出部1による検出直径の変動要因が外乱であるかを判断する直径変動判断部5と、該直径変動判断部5で外乱ではないと判断した場合は、検出直径を基に温度補正演算手段3Aでヒータ温度を補正し、直径変動判断部5で外乱と判断した場合は、温度補正演算手段3Aと異なる外乱用温度補正演算手段3Bでヒータ温度を補正するヒータ温度補正部3とを備えている。
例えば、石英ルツボ15内に収容された原料シリコン多結晶を、ヒータ18で加熱、溶融して融液16とする。そして、種結晶23を融液16に浸漬させ、引上手段22によってシリコン単結晶24を成長させつつ引上げる。この際、引き上げ速度及びヒータ出力を制御しながら、所望直径、所望欠陥領域となるようにシリコン単結晶24を引き上げる。
以下、本発明のシリコン単結晶製造における単結晶の直径制御フローを説明する。
判断基準は、直径偏差(検出直径と目標直径の差)の絶対値が一定値以上を外乱と判断する。この場合、例えば基準とする上記一定値を1.5mm以上の値に設定することができる。
また、直径偏差(検出直径と目標直径の差)と直径変化率(検出直前の一定時間の平均直径値と検出直径値との差)の組合せで外乱を判断しても良い。
このように、外乱時と通常時で異なる演算手段を用いることで、ヒーター温度の過剰な補正を抑制して精度の良い直径制御を実施できる。
このように、外乱時には、同じ検出直径(同じ直径変動)で通常時よりも補正量(制御量)を小さく算出することで、ヒータ温度設定出力は小さな変化しかしないため、直径が凸凹を繰り返すハンチング状態や、直径制御の破綻を効果的に防止することができる。
また、温度補正演算手段3A、外乱用温度補正演算手段3Bにおける設定値は、一組とは限らず、例えば直胴長さ(結晶長さ)に対して複数組設定することもできる。
(実施例1)
図1に記載したような本発明の単結晶製造装置により、直径12インチ(300mm)、軸方位が<100>、導電型がP型のシリコン単結晶を、直径36インチ(914mm)の石英ルツボに収容された融液から成長させた。成長させる単結晶の断面のOSFリングが、目標とする位置になるように制御して、検出可能なGrown−in欠陥が、単結晶断面の全面にわたって存在しないようにするために、炉内の熱分布Gに応じて引上速度Vを±0.01mm/minの範囲内に制御し、単結晶が炉内で受ける熱履歴を一定に保った。
このとき、直径変動判断部5による外乱であるかの判断を、15分間隔で実施した。また、直径偏差(検出直径と目標直径の差)の絶対値が1.5mm以上であれば外乱と判断し、外乱の場合に、外乱用温度補正演算手段3Bでは、まったく補正を行わない(補正量=0)ものとした。製造後の単結晶の直径制御状況を表1に示す。
実施例1と同様に、シリコン単結晶を製造し、直径変動判断部5による外乱であるかの判断を15分間隔で実施した。ただし、実施例2では、直径偏差(検出直径と目標直径の差)の絶対値が1.0mm以上、かつ直径変化率(直前一定時間の平均直径値と現在直径値との差)の絶対値が0.3mm/min以上である場合を外乱と判断した。また、外乱の場合には、外乱用温度補正演算手段3Bでは、PID制御における比例項Pを通常時(温度補正演算手段3A)の1/2として(微分項D=0、積分項I=0)、補正を行った。製造後の単結晶の直径制御状況を表1に示す。
実施例1と同様に、シリコン単結晶を製造した。ただし、図3に示すように、直径変動判断を行わずに、一つの温度補正演算手段のみでヒータ温度補正を行う従来の方法で直径制御を実施した。製造後の単結晶の直径制御状況を表1に示す。
3A…温度補正演算手段、 3B…外乱用温度補正演算手段、
4…ヒータ温度設定出力、 5…直径変動判断部、
10…シリコン単結晶の製造装置、 11…メインチャンバ、 12…ネック部、
13…ゲートバルブ部、 14…支持軸、 15…石英ルツボ、 16…融液、
17…結晶育成界面、 18…ヒータ、 19…断熱材、 20…黒鉛ルツボ、
21…直径検出手段、 22…引上手段、 23…種結晶、
24…シリコン単結晶。
Claims (6)
- チョクラルスキー法にて、ヒータにより加熱して、融液から種結晶を引上げることによりシリコン単結晶を製造する際に、前記引き上げ中のシリコン単結晶の直径を検出し、該検出直径を基に温度補正演算手段で前記ヒータ温度を補正して、前記シリコン単結晶の直径を制御しながら引上げるシリコン単結晶の製造方法において、
前記ヒータ温度の補正において、前記検出直径の変動要因が外乱であるかを判断し、外乱であると判断した場合は、前記温度補正演算手段と異なる外乱用温度補正演算手段で前記ヒータ温度を補正して、前記シリコン単結晶の直径を制御しながら引き上げることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。 - 前記外乱用温度補正演算手段を、前記検出直径が同じ場合で前記温度補正演算手段で算出される前記ヒータ温度の補正量より小さい補正量を算出するものとすることを特徴とする請求項1に記載のシリコン単結晶の製造方法。
- 前記検出直径の変動要因が外乱であるかの判断を、前記検出直径と目標直径との差の絶対値が一定値以上、及び、前記検出直径と検出直前の一定時間の検出直径の平均値との差の絶対値が一定値以上の少なくとも一つに該当する場合に外乱であると判断することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のシリコン単結晶の製造方法。
- チョクラルスキー法にて、ヒータにより加熱して、融液から種結晶を引上げることによりシリコン単結晶を製造する装置であって、
前記引き上げ中のシリコン単結晶の直径を検出する直径検出部と、該直径検出部による検出直径の変動要因が外乱であるかを判断する直径変動判断部と、該直径変動判断部で外乱ではないと判断した場合は、前記検出直径を基に温度補正演算手段で前記ヒータ温度を補正し、前記直径変動判断部で外乱と判断した場合は、前記温度補正演算手段と異なる外乱用温度補正演算手段で前記ヒータ温度を補正するヒータ温度補正部とを備え、
前記直径変動判断部で検出直径の変動要因が外乱ではないと判断した場合には、前記温度補正演算手段で前記ヒータ温度を補正し、前記直径変動判断部で検出直径の変動要因が外乱であると判断した場合には、前記外乱用温度補正演算手段で前記ヒータ温度を補正して、前記シリコン単結晶の直径を制御しながら引上げるものであることを特徴とするシリコン単結晶の製造装置。 - 前記外乱用温度補正演算手段は、前記検出直径が同じ場合で前記温度補正演算手段で算出される前記ヒータ温度の補正量より小さい補正量を算出するものであることを特徴とする請求項4に記載のシリコン単結晶の製造装置。
- 前記直径変動判断部は、前記検出直径と目標直径との差の絶対値が一定値以上、及び、前記検出直径と検出直前の一定時間の検出直径の平均値との差の絶対値が一定値以上の少なくとも一つに該当する場合に外乱であると判断するものであることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載のシリコン単結晶の製造装置。
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