JP2019014633A

JP2019014633A - シリコン単結晶の製造方法

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Publication number: JP2019014633A
Application number: JP2017134449A
Authority: JP
Inventors: 晋玉置; Susumu Tamaki; 高瀬　伸光; Nobumitsu Takase; 伸光高瀬
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2019-01-31
Anticipated expiration: 2037-07-10
Also published as: JP6809400B2

Abstract

【課題】シリコン単結晶における酸素濃度の狙い値からの乖離を容易に抑制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、円筒状の側部および当該側部の下端に連続する曲面状の底部を有する石英坩堝の重量に基づいて、単結晶引き上げ装置に配置する石英坩堝を選定する選定工程と、選定工程で選定された石英坩堝が配置された単結晶引き上げ装置を用いて、シリコン単結晶を育成する育成工程とを備えている。【選択図】図４

Description

本発明は、シリコン単結晶の製造方法に関する。

従来、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を製造するに際し、シリコン単結晶の酸素濃度を調整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の方法では、石英坩堝における底部の肉厚に対し、シリコン融液の対流との接触部分である開口部の肉厚を厚くして、当該接触部分の内壁の温度をシリコン融液の再結晶温度よりも高く、かつ、接触部分以外の温度よりも低くする。これにより、石英坩堝内壁からの対流によるシリコン融液への酸素の溶け込み抑制し、シリコン単結晶の酸素濃度を低くしている。

特開平５−２２１７８０号公報

特許文献１のような単結晶引き上げ装置（以下、「引き上げ装置」という場合がある）では、石英坩堝を使用期間に応じて交換する必要がある。複数の石英坩堝を用いて育成したシリコン単結晶の酸素濃度を狙い値にしたい場合、各石英坩堝を用いた育成時に、引き上げ速度あるいはシリコン単結晶や石英坩堝の回転速度などの育成条件を同じにすることが考えられる。
しかしながら、育成条件を同じにしても、シリコン単結晶の酸素濃度が狙い値から大きく外れてしまうことがあり、酸素濃度の狙い値からの乖離を抑制するために育成条件の大幅な調整が必要であった。

本発明の目的は、シリコン単結晶における酸素濃度の狙い値からの乖離を容易に抑制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。

本発明のシリコン単結晶の製造方法は、単結晶引き上げ装置を用いた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、円筒状の側部および当該側部の下端に連続する底部を有する石英坩堝の重量に基づいて、前記単結晶引き上げ装置に配置する石英坩堝を選定する選定工程と、前記選定工程で選定された前記石英坩堝が配置された前記単結晶引き上げ装置を用いて、シリコン単結晶を育成する育成工程とを備えていることを特徴とする。

同じ仕様で石英坩堝を製造しても、形状の公差の影響によって、複数の石英坩堝間で重量が異なる場合がある。公差範囲内で形状が異なってしまう部位としては、石英坩堝の内壁が考えられる。石英坩堝の内壁の形状が異なると、シリコン融液の対流の発生状態も異なってしまうと考えられる。
これらのことから、石英坩堝から溶出する酸素が対流によってシリコン単結晶の固液界面に運ばれたときに、対流の発生状態の差異によって、単位時間当たりに固液界面に運ばれる酸素量が異なってしまい、その結果、同じ育成条件でシリコン単結晶を育成しても、酸素濃度の狙い値からの乖離が大きくなってしまう場合があると考えられる。

本発明によれば、石英坩堝の重量に基づいて、所定の引き上げ装置に対して適切な内壁形状を有する石英坩堝が選定されるため、この選定された複数の石英坩堝を用いてシリコン単結晶を育成するに際し、同じ育成条件を適用した場合、各石英坩堝におけるシリコン融液の対流の発生状態をほぼ同じにすることができる。その結果、複数の石英坩堝（製造バッチ）で育成されたシリコン単結晶における酸素濃度の狙い値からの乖離を、育成条件の大幅な調整を行うことなく容易に抑制できる。

本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記選定工程は、前記石英坩堝の重量に基づいて、複数の単結晶引き上げ装置のそれぞれに対して配置する石英坩堝を選定し、前記育成工程は、前記選定工程で選定された前記石英坩堝が配置された前記複数の単結晶引き上げ装置を用いて、前記シリコン単結晶を育成することが好ましい。

引き上げ装置のホットゾーンに着目すると、ホットゾーンの条件は、引き上げ装置ごとに異なる。ここで、ホットゾーンとは、シリコン単結晶の育成中に高温になる領域のことをいう。ホットゾーンの条件とは、チャンバ、石英坩堝、黒鉛坩堝、ヒータ、熱遮蔽体、シリコン融液、シリコン単結晶などの材質、形状、配置、使用期間などに起因する熱特性のことをいう。
ホットゾーンの条件が異なると、全く同じ形状の石英坩堝を用いてほぼ同じ育成条件でシリコン単結晶を育成しても、シリコン融液の加熱状態が異なってしまうため、シリコン融液における対流の発生状態も異なってしまう。

本発明によれば、石英坩堝の重量に基づいて、複数の引き上げ装置に対して適切な内壁形状を有する石英坩堝が選定されるため、ホットゾーンが異なる複数の引き上げ装置を用いて、ほぼ同じ育成条件でシリコン単結晶を育成した際に、各引き上げ装置におけるシリコン融液の対流の発生状態をほぼ同じにすることができる。その結果、複数の引き上げ装置で育成されたシリコン単結晶における酸素濃度の狙い値からの乖離を最小限に抑制できる。また、各引き上げ装置に応じて適切な石英坩堝を選定することで、各引き上げ装置間における酸素濃度を狙い値にするための育成条件の違いを、最小限に抑制することができる。さらに、複数の引き上げ装置を用いて、同じ特性のシリコン単結晶を製造できるため、生産能力を向上できる。
なお、「ほぼ同じ育成条件」とは、育成条件が許容範囲内で異なっていることを意味し、例えば、シリコン単結晶育成時におけるヒータの温度プロファイル、坩堝２２の回転速度、チャンバ内の圧力、チャンバ内のアルゴンガスなどの不活性ガス流量が、基準値に対して±１０％の範囲内で異なることを言う。

本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記選定工程は、さらに前記側部の内径に基づいて、前記石英坩堝を選定することが好ましい。

同じ仕様で石英坩堝を製造しても、複数の石英坩堝間において、公差範囲内で側部の内径が異なる場合がある。側部の内径が異なると、側部の肉厚も異なると考えられる。側部の肉厚は、当該側部からシリコン融液に溶出する酸素量に影響を与える。
本発明によれば、所定の引き上げ装置に対して適切な内径を有する石英坩堝が選定されるため、この選定された複数の石英坩堝を用いたシリコン単結晶の育成に際し、同じ育成条件を適用した場合、各石英坩堝における側部からの酸素の溶出量をほぼ同じにすることができる。その結果、複数の石英坩堝で育成されたシリコン単結晶における酸素濃度の狙い値からの乖離を、容易に抑制できる。
また、ほぼ同じ育成条件を用いた場合に、側部からの酸素の溶出量が所定量になるようなホットゾーンを有する引き上げ装置を、複数の引き上げ装置の中から選定することで、複数の引き上げ装置間での育成条件を大幅に変更することなく、シリコン単結晶における酸素濃度の狙い値からの乖離を最小限に抑制できる。

本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記選定工程は、さらに前記底部における曲面状のＲ部の肉厚に基づいて、前記石英坩堝を選定することが好ましい。

同じ仕様で石英坩堝を製造しても、複数の石英坩堝間において、公差範囲内でＲ部の肉厚が異なる場合がある。Ｒ部の肉厚は、当該Ｒ部からシリコン融液に溶出する酸素量に影響を与える。なお、Ｒ部とは、底部の縦断面視における水平方向両端に位置する曲面状の部分を意味する。
本発明によれば、所定の引き上げ装置に対して適切なＲ部の肉厚を有する石英坩堝が選定されるため、複数の石英坩堝を用いた育成に際し、同じ育成条件を適用した場合、各石英坩堝における側部からの酸素の溶出量をほぼ同じにすることができ、複数の石英坩堝で育成されたシリコン単結晶における酸素濃度の狙い値からの乖離を、容易に抑制できる。
また、ほぼ同じ育成条件を用いた場合に、Ｒ部からの酸素の溶出量が所定量になるようなホットゾーンを有する引き上げ装置を、複数の引き上げ装置の中から選定することで、複数の引き上げ装置間での育成条件を大幅に変更することなく、シリコン単結晶における酸素濃度の狙い値からの乖離を最小限に抑制できる。

本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記選定工程は、さらに前記底部の曲面状のＲ部における前記石英坩堝の周方向に沿う複数箇所の肉厚のばらつきに基づいて、前記石英坩堝を選定することが好ましい。

同じ仕様で石英坩堝を製造しても、複数の石英坩堝間において、Ｒ部における石英坩堝の周方向に沿う複数箇所の肉厚のばらつきの大きさが公差範囲内で異なる場合がある。上記複数箇所の肉厚のばらつきの大きさが異なると、シリコン融液の対流に影響を与える内壁の形状も異なると考えられる。
本発明によれば、Ｒ部における複数箇所の肉厚のばらつきに基づいて、所定の引き上げ装置に配置する石英坩堝を選定するため、この選定された複数の石英坩堝を用いたシリコン単結晶の育成に際し、同じ育成条件を適用した場合、各石英坩堝におけるシリコン融液の対流の発生状態をほぼ同じにすることができる。その結果、複数の石英坩堝で育成されたシリコン単結晶における酸素濃度の狙い値からの乖離を、容易に抑制できる。
また、ほぼ同じ育成条件を用いた場合に、対流が所定の発生状態になるようなホットゾーンを有する引き上げ装置を、複数の引き上げ装置の中から選定することで、複数の引き上げ装置間での育成条件を大幅に変更することなく、シリコン単結晶における酸素濃度の狙い値からの乖離を最小限に抑制できる。

本発明の一実施形態に係る単結晶引き上げ装置の概略構成を示す模式図。前記単結晶引き上げ装置の石英坩堝の縦断面図。前記石英坩堝の選定条件の説明図。シリコン単結晶の製造方法を示すフローチャート。本発明の実験例２の実施例における重量および側部内径に基づく石英坩堝の選定方法を示す説明図。前記実験例２の実施例における重量およびＲ部肉厚に基づく石英坩堝の選定方法を示す説明図。前記実験例２の実施例におけるＲ部肉厚のばらつきに基づく石英坩堝の選定方法を示す説明図。前記実験例２の実施例および比較例における第１区分の酸素濃度の狙い値からの乖離を示すグラフ。前記実験例２の実施例および比較例における第２区分の酸素濃度の狙い値からの乖離を示すグラフ。前記実験例２の実施例および比較例における第３区分の酸素濃度の狙い値からの乖離を示すグラフ。前記実験例２の実施例および比較例における第４区分の酸素濃度の狙い値からの乖離を示すグラフ。前記実験例２の実施例および比較例における第５区分の酸素濃度の狙い値からの乖離を示すグラフ。前記実験例２の実施例および比較例における第６区分の酸素濃度の狙い値からの乖離を示すグラフ。前記実験例２の実施例および比較例における第７区分の酸素濃度の狙い値からの乖離を示すグラフ。

［実施形態］
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
〔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（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、チャンバ２１と、このチャンバ２１内に配置された坩堝２２と、この坩堝２２を加熱するヒータ２３と、引き上げ部２４と、熱遮蔽体２５と、断熱材２６を備えている。なお、二点鎖線で示すように、一対の電磁コイル２８をチャンバ２１の外側において坩堝２２を挟んで対向するように配置してもよい。

チャンバ２１の上部には、Ａｒガスなどの不活性ガスをチャンバ２１内に導入するガス導入口２１Ａが設けられている。チャンバ２１の下部には、チャンバ２１内の気体を排出するガス排気口２１Ｂが設けられている。

坩堝２２は、シリコンを融解してシリコン融液Ｍとするものである。坩堝２２は、所定の速度で回転および昇降が可能な支持軸２７に支持されている。坩堝２２は、石英坩堝２２１と、この石英坩堝２２１を収容する黒鉛坩堝２２２とを備えている。石英坩堝２２１は、１本あるいは複数のシリコン単結晶ＳＭを育成するごとに交換される。一方、黒鉛坩堝２２２は、シリコン単結晶ＳＭを１本製造するごとには交換されず、石英坩堝２２１を適切に支持できなくなったと考えられた時点で交換される。

ヒータ２３は、坩堝２２の周囲に配置されており、坩堝２２内のシリコンを融解する。なお、坩堝２２の下方に、二点鎖線で示すようなボトムヒータ２３１をさらに設けてもよい。
引き上げ部２４は、一端に種結晶ＳＣが取り付けられる引き上げケーブル２４１と、この引き上げケーブル２４１を昇降および回転させる引き上げ駆動部２４２とを備えている。
熱遮蔽体２５は、シリコン単結晶ＳＭを囲むように設けられ、ヒータ２３から上方に向かって放射される輻射熱を遮断する。
なお、本実施形態におけるホットゾーンは、チャンバ２１、坩堝２２、ヒータ２３、引き上げケーブル２４１、熱遮蔽体２５、断熱材２６、支持軸２７、シリコン融液Ｍ、シリコン単結晶ＳＭなどである。

〔石英坩堝の構成〕
次に、石英坩堝２２１の詳細な構成について説明する。
図２に示すように、石英坩堝２２１は、円筒状の側部２２１Ａと、当該側部２２１Ａの下端に連続する曲面状の底部２２１Ｂとを備えている。底部２２１Ｂの縦断面視における水平方向両端に位置する曲面状の部分は、Ｒ部２２１Ｃを構成している。

〔シリコン単結晶の製造方法〕
次に、本発明のシリコン単結晶の製造方法として、複数の引き上げ装置を用いたシリコン単結晶の製造方法について説明する。
複数の引き上げ装置１は、同じ型式の場合、通常、同じ仕様に基づき製造されるが、ホットゾーンの構成部材の形状や配置の公差、使用期間の長さなどによって、全く同じ形状の石英坩堝２２１を用いてほぼ同じ育成条件でシリコン単結晶ＳＭを育成しても、シリコン融液Ｍの加熱状態が異なってしまう場合がある。シリコン融液Ｍの加熱状態が異なると、シリコン融液Ｍ内の対流の発生状態や、当該シリコン融液Ｍに溶け込む酸素量が異なってしまい、その結果、各引き上げ装置１で育成されたシリコン単結晶ＳＭ間の酸素濃度が大きくばらついてしまう。
そこで、まず、各引き上げ装置１のホットゾーンに応じた適切な重量、側部２２１Ａの内径Ｄ（図２参照）、Ｒ部２２１Ｃの肉厚ＴＲ（図２参照）、Ｒ部２２１Ｃの肉厚ＴＲのばらつきを有する石英坩堝２２１を選定する。

具体的には、作業者は、まず、石英坩堝２２１の重量を基準にした複数の区分を設定する。例えば、図３に示すように、Ｎ（Ｎは２以上の整数）個の区分（第１〜第Ｎ区分）を設定する。次に、作業者は、図４に示すように、重量に基づいて、各区分に該当する石英坩堝２２１を選定する（ステップＳ１）。
後述するステップＳ２〜Ｓ４の処理において、さらに異なる条件で選定が行われることから、当該ステップＳ１の処理では、各区分に対して複数の石英坩堝２２１を選定することが好ましい。

次に、作業者は、ステップＳ１に基づき選定した石英坩堝２２１から、側部２２１Ａにおける任意の高さ位置の内径Ｄに基づいて、各区分に該当する石英坩堝２２１を選定する（ステップＳ２）。このステップＳ２の処理は、各区分に対して、図３に示すように、適切な内径範囲を予め設定しておき、内径が各区分の内径範囲に入っている石英坩堝２２１を選定する。各区分の内径範囲は、全区分で同じであってもよいし、異なっていてもよい。

この後、作業者は、ステップＳ２に基づき選定した石英坩堝２２１から、Ｒ部２２１Ｃの任意の１箇所の肉厚ＴＲに基づいて、各区分に該当する石英坩堝２２１を選定する（ステップＳ３）。このステップＳ３の処理では、例えば、図２に示すように、縦断面視で円弧状の底上部２２１Ｄと、この底上部２２１Ｄに連続し底上部２２１Ｄよりも曲率半径が大きい円弧状の底下部２２１Ｅとから底部２２１Ｂが構成されている場合、底上部２２１Ｄと底下部２２１Ｅとの境界Ｐにおける肉厚を、Ｒ部２２１Ｃの肉厚ＴＲとして用いてもよい。そして、ステップＳ３の処理は、各区分に対して、図３に示すように、適切な肉厚範囲を予め設定しておき、肉厚ＴＲが各区分の肉厚範囲に入っている石英坩堝２２１を選定する。各区分の肉厚範囲は、全区分で同じであってもよいし、異なっていてもよい。

次に、作業者は、ステップＳ３に基づき選定した石英坩堝２２１から、Ｒ部２２１Ｃの周方向に沿った複数箇所の肉厚ＴＲのばらつきの大きさに基づいて、各区分に該当する石英坩堝２２１を選定する（ステップＳ４）。このステップＳ４の処理では、例えば、境界Ｐと同じ高さ位置の複数箇所の肉厚ＴＲを用いてもよいが、他の高さ位置の肉厚ＴＲを用いてもよい。また、ステップＳ４の処理は、各区分に対して、図３に示すように、適切なばらつき範囲を予め設定しておき、肉厚ＴＲのばらつきが各区分のばらつき範囲に入っている石英坩堝２２１を選定する。肉厚ＴＲの測定箇所は、間隔が同じであってもよいし、異なっていてもよい。各区分のばらつき範囲は、全区分で同じであってもよいし、異なっていてもよい。ばらつきとしては、最小値と最大値との差、標準偏差、分散などを用いることができるが、本実施形態では最小値と最大値との差を用いる。

以上のステップＳ１〜Ｓ４が本発明の選定工程に該当する。
なお、ステップＳ１〜Ｓ４で用いる重量、内径Ｄ、肉厚ＴＲ、肉厚ＴＲのばらつきは、引き上げ装置１の作業者が測定してもよいし、石英坩堝２２１の製造者が測定してもよい。
石英坩堝２２１の肉厚ＴＲの測定方法としては、例えば、レーザ変位計を用い、非接触にて石英坩堝２２１の外周面における任意の点と、当該任意の点の反対側に位置する内周面上の点とを測定して算出する方法が例示できる。
また、上述の重量範囲、内径範囲、肉厚範囲、ばらつき範囲は、予め準備した複数の石英坩堝２２１の重量、内径Ｄ、肉厚ＴＲ、肉厚ＴＲのばらつきの平均値に基づいて設定してもよいし、平均値とは関係ない所定の値に基づいて設定してもよい。

次に、作業者は、ステップＳ１〜Ｓ４の処理を経て、各区分に対して最終的に選定された石英坩堝２２１を、各区分に対応する引き上げ装置１に配置する（ステップＳ５）。各区分に対応する引き上げ装置１とは、該当する区分の石英坩堝２２１を配置して、他の区分の石英坩堝２２１が配置された引き上げ装置１と、ほぼ同じ育成条件でシリコン単結晶ＳＭを育成したときに、各シリコン単結晶ＳＭ間で酸素濃度がほぼ同じになるような特性（ホットゾーン）を有する引き上げ装置１のことを意味する。
そして、各引き上げ装置１において、育成条件をほぼ同じにしてシリコン単結晶ＳＭの育成を行う（ステップＳ６：育成工程）。ステップＳ６においてほぼ同じにする育成条件としては、シリコン単結晶ＳＭの酸素濃度を所定の狙い値にするための条件であって、シリコン単結晶ＳＭの引き上げ速度や回転速度、石英坩堝２２１の上昇速度や回転速度、ヒータ２３の設定パワー、チャンバ２１の雰囲気、シリコン融液Ｍの量などが例示できる。
その後、１本のシリコン単結晶ＳＭを育成するごとに、石英坩堝２２１を各区分に対応するものに交換して、育成条件を変更せずに従前と同じ育成条件でシリコン単結晶ＳＭを育成する。

［実施形態の作用効果］
上記実施形態によれば、第１〜第Ｎ区分の重量に該当する石英坩堝２２１を選定することで、各区分の引き上げ装置１のホットゾーンに応じて、適切な内壁形状を有する石英坩堝２２１を配置することができる。このため、各引き上げ装置１においてほぼ同じ育成条件でシリコン単結晶ＳＭを育成した場合に、シリコン融液Ｍの対流の発生状態を各引き上げ装置１においてほぼ同じにすることができる。したがって、各引き上げ装置１および複数の製造バッチで育成されるシリコン単結晶ＳＭにおける酸素濃度の狙い値からの乖離を最小限に抑制できる上、複数の引き上げ装置１を用いて、同じような酸素濃度のシリコン単結晶ＳＭを製造できるため、生産能力を向上できる。
また、それぞれの引き上げ装置１においては、複数の石英坩堝２２１の使用時において同じ育成条件を用い、各引き上げ装置１間においては、ほぼ同じ育成条件を用いるため、育成条件の大幅な調整を行うことなく、酸素濃度の狙い値からの乖離を容易に抑制できる。

内径が各区分の内径範囲に入っている石英坩堝２２１を選定することで、各区分の引き上げ装置１のホットゾーンに応じて、適切な内径Ｄの側部２２１Ａを有する石英坩堝２２１を配置することができる。このため、各引き上げ装置１においてほぼ同じ育成条件でシリコン単結晶ＳＭを育成した場合に、側部２２１Ａからの酸素の溶出量をほぼ同じにすることができる。したがって、各引き上げ装置１および複数の製造バッチで製造されたシリコン単結晶ＳＭにおける酸素濃度の狙い値からの乖離を最小限に抑制できる。

肉厚ＴＲが各区分の肉厚範囲に入っている石英坩堝２２１を選定することで、各区分の引き上げ装置１のホットゾーンに応じて、適切な肉厚ＴＲのＲ部２２１Ｃを有する石英坩堝２２１を選定することができる。このため、各引き上げ装置１においてほぼ同じ育成条件でシリコン単結晶ＳＭを育成した場合に、Ｒ部２２１Ｃからの酸素の溶出量をほぼ同じにすることができ、各引き上げ装置１および複数の製造バッチで製造されたシリコン単結晶ＳＭにおける酸素濃度の狙い値からの乖離を最小限に抑制できる。

肉厚ＴＲのばらつきが各区分のばらつき範囲に入っている石英坩堝２２１を選定することで、各区分の引き上げ装置１のホットゾーンに応じて、Ｒ部２２１Ｃの肉厚ＴＲのばらつきが所定値以下に納められた適切な石英坩堝２２１を選定することができる。このため、各引き上げ装置１においてほぼ同じ育成条件でシリコン単結晶ＳＭを育成した場合に、シリコン融液Ｍの対流の発生状態をほぼ同じにすることができ、各引き上げ装置１および複数の製造バッチで製造されたシリコン単結晶ＳＭにおける酸素濃度の狙い値からの乖離を最小限に抑制できる。

［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。

例えば、本発明のシリコン単結晶の製造方法は、一個の坩堝２２を利用し、１本のシリコン単結晶ＳＭを育成するごとにシリコンをチャージして、複数本のシリコン単結晶ＳＭを育成するいわゆるマルチ引き上げ法に適用してもよい。複数本分のシリコン単結晶ＳＭを一度に坩堝２２に収容し、複数本のシリコン単結晶ＳＭを１本ずつ引き上げるいわゆる抜き取り引き上げ法に適用してもよい。
本発明の選定工程は、ステップＳ１〜Ｓ４の工程のうち、少なくともステップＳ１の工程を含んでいればよい。

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。

［実験例１：石英坩堝の形状と酸素濃度との関係調査］
まず、同じ仕様で製造された１５５個の石英坩堝２２１を準備した。そして、各石英坩堝２２１の重量、側部２２１Ａの内径Ｄおよび肉厚ＴＳ（図２参照）、底部２２１ＢにおけるＲ部２２１Ｃの肉厚ＴＲ、底部２２１Ｂにおける最底部２２１Ｆの肉厚ＴＢ（図２参照）、石英坩堝２２１の内部高さＨ（図２参照）を測定した。
そして、１基の引き上げ装置１に対して、石英坩堝２２１を順次配置し、各石英坩堝２２１について１本ずつのシリコン単結晶ＳＭを同じ育成条件で育成した。この育成条件は、シリコン単結晶ＳＭの酸素濃度が所定の狙い値となるような条件である。
この後、各シリコン単結晶ＳＭにおける固化率１６％の位置の酸素濃度を測定した。固化率とは、シリコン単結晶を引き上げる前のシリコン融液の総重量に対する固化した重量の割合を意味する。

石英坩堝２２１の重量、側部２２１Ａの内径Ｄ、側部２２１Ａの肉厚ＴＳ、底部２２１ＢにおけるＲ部２２１Ｃの境界Ｐの肉厚ＴＲ、底部２２１Ｂにおける最底部２２１Ｆの肉厚ＴＢ、石英坩堝２２１の内部高さＨの平均値からの乖離と、酸素濃度の狙い値からの乖離との相関性を求めた。その結果を以下の表１に示す。

表１に示すように、重量、側部２２１Ａの内径Ｄ、Ｒ部２２１Ｃの肉厚ＴＲが、酸素濃度との間に負の相関性があり、側部２２１Ａの肉厚ＴＳ、最底部２２１Ｆの肉厚ＴＢ、内部高さＨが酸素濃度との相関がないことが確認できた。また、酸素濃度との相関があるパラメータのうち、特に重量の相関性が高かった。
以上のことから、石英坩堝２２１の重量、側部２２１Ａの内径Ｄ、Ｒ部２２１Ｃの肉厚ＴＲに基づいて、引き上げ装置１のホットゾーンに応じて適切な石英坩堝２２１を選定することで、酸素濃度の狙い値からの乖離が最小限に抑制されたシリコン単結晶ＳＭを育成できることが確認できた。また、内径Ｄ、肉厚ＴＲについては、酸素濃度との関係において、測定位置にかかわらず同じ傾向があると考えられるため、任意の測定位置を決めて内径Ｄ、肉厚ＴＲを測定し、その測定結果を石英坩堝２２１の選定に利用すればよい。

例えば、石英坩堝２２１の重量と酸素濃度との間には負の相関性があるため、重量が大きい石英坩堝２２１を、酸素濃度が高くなる傾向にある引き上げ装置に割り当て、逆に、重量が小さい石英坩堝２２１を、酸素濃度が低くなる傾向にある引き上げ装置に割り当てればよい。なお、酸素濃度が高い傾向や低い傾向にある引き上げ装置が存在する理由は、ホットゾーンの条件の違いによってシリコン融液の加熱状態に差異が生じ、この差異によってシリコン融液における対流の発生状態が異なってしまうためである。
また、石英坩堝２２１における側部２２１Ａの内径Ｄ、Ｒ部２２１Ｃの肉厚ＴＲにも、それぞれ酸素濃度との間に負の相関性がある。このため、内径Ｄが大きいあるいは肉厚ＴＲが厚い石英坩堝２２１を、酸素濃度が高くなる傾向にある引き上げ装置に割り当て、逆に、内径Ｄが小さいあるいは肉厚ＴＲが薄い石英坩堝２２１を、酸素濃度が低くなる傾向にある引き上げ装置に割り当てればよい。
このように石英坩堝２２１を引き上げ装置に割り当てることにより、複数の引き上げ装置を用いて製造されるシリコン単結晶間の酸素濃度のばらつきを抑制し、かつ、各引き上げ装置を用いて製造される全てのシリコン単結晶における酸素濃度が狙い値から乖離することを極力抑制することができると考えられる。

［実験例２：選定工程の効果の確認］
〔実施例〕
まず、同じ仕様で製造された複数の石英坩堝２２１を準備した。そして、各石英坩堝２２１の重量、側部２２１Ａの内径Ｄ、Ｒ部２２１Ｃにおける境界Ｐの肉厚ＴＲを測定した。肉厚ＴＲについては、１個の石英坩堝２２１について８箇所測定した。測定位置は、境界Ｐと同じ高さ位置であって、石英坩堝２２１の周方向に等間隔で離れた８箇所とした。
また、全ての石英坩堝２２１の重量の平均値に基づいて、以下の表２に示す７つの区分を設定した。

そして、全ての石英坩堝２２１の側部２２１Ａの内径Ｄの平均値を求めた。各石英坩堝２２１における重量の平均値からの乖離と、側部内径の平均値からの乖離との関係を図５に示す。
側部内径の平均値からの乖離が−０．８ｍｍ以上、＋０．８ｍｍ以下の範囲を側部２２１Ａの内径Ｄに基づく選定範囲とした場合、図５に示す枠Ｅ１〜Ｅ７内の特性を有する石英坩堝２２１が、それぞれ第１〜第７区分のものとして選定される。

また、全ての石英坩堝２２１のＲ部２２１Ｃの肉厚ＴＲの平均値を求めた。各石英坩堝２２１における重量の平均値からの乖離と、Ｒ部肉厚の平均値からの乖離との関係を図６に示す。
各区分におけるＲ部肉厚の平均値からの乖離の平均値を求め、当該平均値との差が−０．４５ｍｍ以上、＋０．４５ｍｍ以下の範囲を、Ｒ部２２１Ｃの肉厚ＴＲに基づく選定範囲とした場合、図６に示す枠Ｆ１〜Ｆ７内の特性を有する石英坩堝２２１が、それぞれ第１〜第７区分のものとして選定される。

また、各石英坩堝２２１について、８箇所の肉厚ＴＲの測定結果の最小値と最大値との差をばらつきとして求めた。次に、全ての石英坩堝２２１のばらつきの平均値と標準偏差とを求めた。そして、図７に示すように、平均値と標準偏差との和以下の範囲（図７中、平均値を「Ａｖｅ．」、標準偏差を「σ」と記載）を、Ｒ部２２１Ｃの肉厚ＴＲのばらつきに基づく選定範囲として、ばらつきが閾値Ｇ以下の石英坩堝２２１を、第１〜第７区分のものとして選定した。

そして、図５〜図７に基づく基準によって第１〜第７区分に対して選定された石英坩堝２２１を、各区分に対応する引き上げ装置１に配置して、全区分の引き上げ装置１間においてはほぼ同じ育成条件で、１基ごとの引き上げ装置１においては複数の石英坩堝２２１の使用時において同じ育成条件で、シリコン単結晶ＳＭを育成した。各石英坩堝２２１について１本ずつシリコン単結晶ＳＭを育成し、実験例１と同じ位置の酸素濃度を測定した。
第１〜第７区分の引き上げ装置１で育成されたシリコン単結晶ＳＭにおける酸素濃度の狙い値からの乖離（「測定結果」−「狙い値」））を、図８〜図１４に示す。

〔比較例〕
まず、上記実施例と同じ仕様で製造された複数の石英坩堝２２１を準備した。そして、任意に選択した石英坩堝２２１を各区分の引き上げ装置１に配置して、全区分の引き上げ装置１間において、および、各引き上げ装置１における複数の石英坩堝２２１の使用時において、それぞれ実施例と同じ育成条件でシリコン単結晶ＳＭを育成した。各石英坩堝２２１について１本ずつシリコン単結晶ＳＭを育成し、実施例と同じ位置の酸素濃度を測定した。なお、酸素濃度の狙い値は実施例と同じである。
第１〜第７区分の引き上げ装置１で育成されたシリコン単結晶ＳＭにおける酸素濃度の狙い値からの乖離を、図８〜図１４に示す。

〔評価〕
図８〜図１４において、各区分の実施例および比較例のそれぞれにおける酸素濃度の狙い値からの乖離の平均値を直線Ｌで結んだ。図８〜図１４に示すように、全ての区分の引き上げ装置１において、酸素濃度の狙い値からの乖離の平均値は、実施例の方が比較例よりも小さかった。
このことから、石英坩堝２２１の重量、側部２２１Ａの内径Ｄ、Ｒ部２２１Ｃの肉厚ＴＲ、複数箇所における肉厚ＴＰのばらつきに基づいて、各区分に対応する石英坩堝２２１を選定して、各区分の引き上げ装置１に配置することで、全区分の引き上げ装置１においてほぼ同じ育成条件でシリコン単結晶ＳＭを育成した場合に、各シリコン単結晶ＳＭにおける酸素濃度の狙い値からの乖離を小さくできることが確認できた。

また、図８〜図１４に示すように、全ての区分の引き上げ装置１において、酸素濃度のばらつきは、実施例の方が比較例よりも小さかった。
このことから、各引き上げ装置１単位で考えると、石英坩堝２２１の重量、側部２２１Ａの内径Ｄ、Ｒ部２２１Ｃの肉厚ＴＲ、複数箇所における肉厚ＴＰのばらつきに基づいて、各区分に対応する石英坩堝２２１を選定することで、複数の石英坩堝２２１の使用時において同じ育成条件を適用しても、酸素濃度の狙い値からの乖離を小さくできることが確認できた。

１…単結晶引き上げ装置、２２１…石英坩堝、２２１Ａ…側部、２２１Ｂ…底部、２２１Ｃ…Ｒ部、ＳＭ…シリコン単結晶。

Claims

単結晶引き上げ装置を用いた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、
円筒状の側部および当該側部の下端に連続する底部を有する石英坩堝の重量に基づいて、前記単結晶引き上げ装置に配置する石英坩堝を選定する選定工程と、
前記選定工程で選定された前記石英坩堝が配置された前記単結晶引き上げ装置を用いて、シリコン単結晶を育成する育成工程とを備えていることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
請求項１に記載のシリコン単結晶の製造方法において、
前記選定工程は、前記石英坩堝の重量に基づいて、複数の単結晶引き上げ装置のそれぞれに対して配置する石英坩堝を選定し、
前記育成工程は、前記選定工程で選定された前記石英坩堝が配置された前記複数の単結晶引き上げ装置を用いて、前記シリコン単結晶を育成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、
前記選定工程は、さらに前記側部の内径に基づいて、前記石英坩堝を選定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１から請求項３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、
前記選定工程は、さらに前記底部における曲面状のＲ部の肉厚に基づいて、前記石英坩堝を選定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、
前記選定工程は、さらに前記底部の曲面状のＲ部における前記石英坩堝の周方向に沿う複数箇所の肉厚のばらつきに基づいて、前記石英坩堝を選定することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。