JPH0196088A - 単結晶の直径制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はＣＺ法（チックラルスキー法）による単結晶
の製造において、単結晶の直径を精度よく制御する方法
に関する。

〔従来の技術〕

ＩＣ５ＬＳＩ等の製造に使用されるシリコン等の単結晶
の製造方法として、Ｃ２法がよく知られている。この方
法は、第２図の模式図に示すように、回転するるつぼ１
に容れたシリコン等の原料融液２を、ワイヤ３によりる
つぼ１に対して回転させながら引き上げ凝固させて、柱
状の単結晶４を製造するものである。製造された単結晶
は、円柱状のインゴットに仕上げられるが、その際の歩
留りを上げるため、単結晶４は各部分で同じ直径に制御
することが要求される。

従来から、特開昭４８−５０９８３、特開昭４８−５３
９７３等に提案されている様に、この直径を制御する方
法として、単結晶成長部５のフユージッンリング１１を
光学的手段６で測光し、その値から単結晶４の直径を推
定し、推定された直径が目標値に一致するよう、単結晶
４の引き上げ速度を調整することが行われている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

−ｍに単結晶を引上げる場合、引上速度が速い程、生産
量が増大する。しかし、引上速度を上げると単結晶の断
面が真円から外れて結晶格子に固有の不規則な外形を持
つ傾向が強くなる。第５図はこの傾向を示したもので、
結晶ミラー指数く１００〉では四角形（同図（イ））、
く１１１〉では六角形（同図（ロ））、＜５１１＞では
五角形（同図（ハ））になる傾向が強い。そして、この
ような傾向が強まると、第４図に示すように単結晶外形
１２のただし、φｍａｘ：最大直径 φｍｉｎ：最小直径 が増大し、製品となるべき内接円１３の部分に比し表面
の凸凹による切削代１４が増え、歩留りを低下させる。

本発明は、この問題点を解決して歩留りを良好ならしめ
る単結晶の直径制御法を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の直径制御方法は、第１図に示すように単結晶４
が１回転する間に複数回単結晶４の直径を測定し、その
最大寸法と最小寸法との差の最小寸法に対する比、すな
わち変形率を０に近づけるよう、好ましくはＯ〜０．０
２の間の任意の値で制御するよう単結晶４の引上速度お
よび／または原料融液２の温度を制御し、これを単結晶
４の全長にわたって続けるものである。

本発明の方法において、単結晶１回転当りの直径測定回
数は、多いほど精度が向上し好ましいが、特に１回転当
り１０回以上が好ましい、その理由は次のとおりである
。

例えばミラー指数ＨＯＯ）の方位で単結晶を引上げた場
合、最も細い部分は晶癖線の両側１０度付近に出現する
。すなわち最大でも２０度毎に測定する必要がある。従
って測定誤差を０．１ｍｍ以下にするには円周を最低２
０分割することが必要であり、これは１回転当りの直径
測定回数を工０回にすることで実現できる。

〔作　用〕

単結晶の引き上げに際して、変形率を０に近づけるよう
に制？コするので、変形率を最適に保つことができる。

したがって生産能率は高く、歩留りも良くすることがで
きる。

〔実施例〕

以下、本発明の方法を実施例をまじえ具体的に説明する
。

直径測定の行い方は、従来の方法がそのまま適用できる
。第２図および第３図面の簡単な説明すると、ＣＣＤカ
メラ６がるつぼ１の斜め上方から原料融液２と単結晶４
との境界面中央に向けて水平方向の輝度分布を測定する
ように設置しである。ＣＣＤカメラ６の出力信号は処理
装置７を経て直径計算装置８に入力される。処理装置８
では、第３図（イ）（ロ）に示すように、上記輝度分布
をしきい値９により二硫化する。そして同図（ハ）に示
すように、フュージョンリングの測光方向両端に対応す
る２つの１信号の両端の画素子番号をＮＡ　、ＮＡとす
れば単結晶の直径φ（鶴）は φ−８×（ＮＡ−ＮＩ）〔１〕Ａ） ただし、Ｓ：画素子の幅（ｎ） として計算装置日により測定される。

本発明の直径制御方法においては、このような直径測定
を単結晶が１回転する間に複数回、好ましくは１０回以
上行う。そして、その中から最小寸法と最大寸法をとり
出し、変形率を求める。

例えば、直径測定を単結晶１回転当り１３回行うとして
、第１図に１．２．−・−、１３で示した部分の直径φ
１．φ２．・−−一−−−・・、φ１．がφ＋＝１２９
　　ｎ φ、−１２８，４ｔｍ φ３＝１２９．１曹婁 φ、＝１３１．Ｏｎ φＳ−１２９，５曹曹 φへ＝１２８．５−１ φ、、−１２９．Ｏｎ であったとすれば、これらのφ、〜φ１．を小さな順に
並び換え、最大値φｍａ　ｘ（この場合φ４−１３１．
０龍）と、最小値φｍ１ｎ（この場合φ２＝１２８．４
■會）から ｍｍ　ｉ　ｎ を計算するのである。

そして変形率が求まると、この変形率を０に近づけるよ
う引上速度および／または原料融液温度を制御し、この
制御を単結晶の全長にわたって実施する。この場合、目
標直径を確保するための一般的な直径制御を合せて実施
していることは言うまでもない。

このような直径制御を更に実際的に説明すると、引上ら
れた単結晶の平均直径φ（１）を目標直径φ。にするた
めの引上速度ｖＰと、測定直径φ（１）との関係は一般
的に次式のごとき直径制御関数により示され得る。

ＶＰ　　＝Ｖ　　（ｊり　　十Ｐ　・（φ（ｔ）　　　
＋１１０　　）ｔ ただし、ｖｐ：引上速度（ｍｍ／ｍｉ　ｎ）ｖ＜ｉｔ’
＞：平均引上速度で引上長さ！（直径φ　によって定ま
る）の関数（ｍｍ／ｍ１ｎ） φ（ｔ）：測定直径で時間ｔ（ｍｉｎ）の関数（ｍｍ） φ。：目標直径（ｍｍ） Ｐ　：係数（１／ｍ１ｎ） ！　＝積分時間（１７ｍｉｎ富） Ｄ　：微分係数 すなわち、＋１１式で示されるように、引上速度Ｖｐは
、平均引上速度ｖ　（ｇと、常時連続的に測定される測
定直径φ（１）と目標直径φ。との差について比例係数
Ｐをもつ比例値と、τ時間経過中の積分値に比例した積
分係数！をもつ積分比例値と、微分値についての微分係
数りをもつ微分比例値との合計にて表わされるのである
。

ところが、このような＋１１式による直径制御では、結
晶方向によって生じる多角形化等の外乱に対して対処で
きない、そこで、本発明の直径制御方法では、このよう
な外乱変形等に対処すべく前記〔１〕式に変形率σの関
数である補正関数Ｆ（σ）を付加して改良した下記の如
き直径制御関数式を用いるのである。

ｖ、＝ｖ　＜ｔ＞　＋ｐ・　（φ（１）−φ。）ｔ ＋Ｆ（σ）　　　　　　　−・−・・−・−・・　（２
）（２）式は単結晶が一定の平均直径になるような直径
φ（【）の変化と引上速度の制御下にあって、単結晶外
形１２の変形率を小さく制御することを意味し、その結
果は単結晶が一定の平均直径であってもその周方向の外
形変動が少なく、歩留りを向上させ得ることになる。

以上の方法で実際に単結晶シリコンの直径制御を行った
結果を従来法の場合と比較して次に説明する。

本発明法では単結晶が１回転する毎に１３回の直径測定
を行い、その中から最小寸法と最大寸法をとり出して、
変形率を求め、変形率が０．００５土ｏ、ｏｏｓに収ま
るように引上速度を調整しながら単結晶直径を目標直径
に管理した。すなわち、変形率が０．００５以上の場合
には引上速度を小さ（し、変形率がｏ、　ｏ　ｏ　ｓよ
り小さい場合には引上速度を大きくした。一方、従来法
ではこのような変形率による補正は行わず、最小直径を
目標直径にすべく制御しながら引上を行った。また、従
来法としては、平均引上速度を本発明法と同一の１゜Ｉ
ｎ／分としたもの、これより小さい１．　Ｏｗｍ　／分
としたものの二種類を実施した０条件を整理して第１表
に示す。

第　　１　　表 第６図は、得られた単結晶の最大直径と最小直径を単結
晶長手方向の７箇所（有効部トップから０．１００．２
００〜６００の位置）で測定した結果を示したものであ
る。

第６図から明らかなように、本発明法では単結晶の全長
にわたって変形率が０．００５±ｏ、ｏｏｓ以下に制御
され、目標直径に対するズレが小さく、製品直径との間
に十分な余裕がある。これに対し、本発明法と同一の平
均引上速度を与えた従来法Ｉで゛は、変形率が長手方向
平均で０．０２に増大しており、製品化に当っての切削
加工では、切削量が本発明法の場合に比べて約１．５％
増大した。また、この従来法Ｉでは特に問題となってい
ないが、変形率が大きい場合は局部的に製品直径を下回
る箇所が生じ、単結晶全体が欠陥品になる危険性も増す
、また、従来法■では変形率は０．０７に収まっており
、切削量も本発明法の場合と大差はないが、引上速度は
本発明法に比べて、９％低下させており、製造能率とい
う点では著しく劣る。

第７図は第１表の条件（本発明法）において、直径の測
定回数を変化させた場合の、測定回数と変形率（長手方
向平均値）との関係を示したものである。

同図から、測定回数を増すことにより変形率が小さくな
り、特に１０回以上で大巾な効果の得られていることわ
かる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明の方法によれば
単結晶の変形率が低下され、目標直径に対するズレが抑
制される。その結果、切削加工における切削量が低減す
るとともに、製品直径を局部的に下回る危険性が減少し
、目標直径を製品直径に近づけることができるようにな
るので、この面からも歩留りの向上を測ることができ、
更に、引上速度も増大させることができるので、単結晶
乃至製品ウェハの製造コスト引下げに大きな効果が発揮
される。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明法に係る直径測定位置を示す模式図、第
２図は一般的な単結晶引上げと単結晶の直径測定を示す
模式図、第３図は単結晶の直径測定における信号処理手
順を示す線図、第４図は単結晶外形断面の形状を示す模
式図、第５図は単結晶の結晶ミラー指数による断面変形
を示す模式図１、　　第６図および第７図は本発明の効
果を示すグラフである。 ｌ：るつぼ、２：原料融液、３：ワイヤ、４：単結晶、
５：単結晶成長部、６：光学的手段（ＣＯＤカメラ）、
７：出力信号の処理装置、８：直径針ｎ装置、９：しき
い値、１１：フュージョンリング。 出　願　人　大阪チタニウム製造株式会社第　１　日 第　５　口 〔１〕１＞ 第６図 変形率 結晶長［ｍｍ１ ｆｆ、７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕るつぼ（１）中の原料融液（２）をるつぼ（１）
   に対して回転させながら柱状に引き上げて凝固させる単
   結晶（４）の製造において、単結晶（４）が１回転する
   間に複数回単結晶（４）の直径を測定し、その最大寸法
   と最小寸法との差の最小寸法に対する比を０に近づける
   よう単結晶（４）の引上速度および／または原料融液（
   ２）の温度を制御することを特徴とする単結晶の直径制
   御方法。 〔２〕最大寸法と最小寸法との差の最小寸法に対する比
   を０〜０．０２の間の任意の値になるように単結晶（４
   ）の引上速度および／または原料融液（２）の温度を制
   御することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の単
   結晶の直径制御方法。