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公開番号2024147944
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-17
出願番号2023060709
出願日2023-04-04
発明の名称シリコン単結晶の製造方法、および、シリコン単結晶製造装置
出願人株式会社SUMCO
代理人弁理士法人樹之下知的財産事務所
主分類C30B 29/06 20060101AFI20241009BHJP(結晶成長)
要約【課題】製造中の不具合の発生とシリコン単結晶ごとの酸素濃度のばらつきとを抑制することができるシリコン単結晶の製造方法を提供すること。
【解決手段】シリコン融液に水平磁場を印加しながらシリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶の製造方法は、シリコン融液を収容する坩堝と、坩堝を囲む円筒状のメインヒータと、坩堝の下面における一部の領域に対向するように配置された追加ヒータと、を備え、追加ヒータは、坩堝の中心軸および水平磁場の中心磁力線を含む鉛直仮想平面に対して一方側に位置する坩堝の第1部分の加熱量が、他方側に位置する坩堝の第2部分の加熱量よりも多くなるように配置されたシリコン単結晶製造装置を用い、メインヒータのみで坩堝を加熱しながら行う第1加熱製造工程と、メインヒータおよび追加ヒータで坩堝を加熱しながら行う第2加熱製造工程と、を備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
シリコン単結晶製造装置を用いてシリコン融液に水平磁場を印加しながらシリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶の製造方法であって、
前記シリコン単結晶製造装置は、
前記シリコン融液を収容する坩堝と、
前記坩堝を囲む円筒状のメインヒータと、
前記坩堝の下面における一部の領域に対向するように配置された追加ヒータと、を備え、
前記追加ヒータは、前記坩堝の中心軸および前記水平磁場の中心磁力線を含む鉛直仮想平面に対して一方側に位置する前記坩堝の第１部分の加熱量が、他方側に位置する前記坩堝の第２部分の加熱量よりも多くなるように配置され、
前記シリコン単結晶の製造方法は、
前記メインヒータのみで前記坩堝を加熱しながら行う第１加熱製造工程と、
前記メインヒータおよび前記追加ヒータで前記坩堝を加熱しながら行う第２加熱製造工程と、を備える、シリコン単結晶の製造方法。
続きを表示（約 2,700 文字）【請求項２】
請求項１に記載のシリコン単結晶の製造方法において、
前記シリコン単結晶製造装置は、
電力が供給されない状態で設けられ、前記追加ヒータと同じ形状および同じ発熱特性を有する疑似追加ヒータを備え、
前記追加ヒータおよび前記疑似追加ヒータは、前記坩堝の中心軸に対して２回対称になるように配置されている、シリコン単結晶の製造方法。
【請求項３】
シリコン単結晶製造装置を用いてシリコン融液に水平磁場を印加しながらシリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶の製造方法であって、
前記シリコン単結晶製造装置は、
前記シリコン融液を収容する坩堝と、
前記坩堝を囲む円筒状のメインヒータと、
前記坩堝の下面における互いに異なる一部の領域に対向するように、かつ、前記坩堝の中心軸に対して２回対称になるように配置され、互いに同じ形状および同じ発熱特性を有する一対の追加ヒータと、を備え、
前記一対の追加ヒータは、前記坩堝の中心軸および前記水平磁場の中心磁力線を含む鉛直仮想平面に対して一方側に位置する前記坩堝の第１部分に対する加熱量と、他方側に位置する前記坩堝の第２部分に対する加熱量とが異なるようにそれぞれ配置され、
前記シリコン単結晶の製造方法は、
前記一対の追加ヒータのうち一方の追加ヒータを選択する追加ヒータ選択工程と、
前記メインヒータのみで前記坩堝を加熱しながら行う第１加熱製造工程と、
前記メインヒータおよび前記一方の追加ヒータで前記坩堝を加熱しながら行う第２加熱製造工程と、を備える、シリコン単結晶の製造方法。
【請求項４】
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、
前記坩堝内のシリコン原料を溶融して前記シリコン融液を生成するシリコン融液生成工程と、
前記シリコン融液への前記水平磁場の印加を開始する磁場印加工程と、
前記中心磁力線に直交する仮想平面における前記シリコン融液の対流の方向が一方向に固定されたことを確認する対流方向確認工程と、
前記シリコン融液に着液させた種結晶を引き上げることにより、ネック部および肩部を育成する第１育成工程と、
前記種結晶を引き上げることにより、直胴部およびテール部を育成する第２育成工程と、を備え、
前記シリコン融液生成工程および前記第２育成工程は、前記第１加熱製造工程として行われ、
前記磁場印加工程、前記対流方向確認工程および前記第１育成工程は、前記第２加熱製造工程として行われる、シリコン単結晶の製造方法。
【請求項５】
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、
前記坩堝内のシリコン原料を溶融して前記シリコン融液を生成するシリコン融液生成工程と、
前記シリコン融液への前記水平磁場の印加を開始する磁場印加工程と、
前記中心磁力線に直交する仮想平面における前記シリコン融液の対流の方向が一方向に固定されたことを確認する対流方向確認工程と、
前記シリコン融液に着液させた種結晶を引き上げることにより、ネック部および肩部を育成する第１育成工程と、
反転判定工程と、
前記種結晶を引き上げることにより、直胴部およびテール部を育成する第２育成工程と、を備え、
前記シリコン融液生成工程は、前記第１加熱製造工程として行われ、
前記磁場印加工程、前記対流方向確認工程および前記第１育成工程は、前記第２加熱製造工程として行われ、
前記反転判定工程において、前記シリコン単結晶の引き上げ条件に基づき前記第２育成工程を前記第１加熱製造工程として行った場合に、前記対流の方向が反転する可能性があると判定した場合、前記第２育成工程は前記第２加熱製造工程として行われ、前記対流の方向が反転する可能性がないと判定した場合、前記第２育成工程は前記第１加熱製造工程として行われる、シリコン単結晶の製造方法。
【請求項６】
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、
前記追加ヒータは、平面視において、最高温度領域が前記鉛直仮想平面に直交しかつ前記坩堝の中心軸を含む水平仮想線に重なるように配置されている、シリコン単結晶の製造方法。
【請求項７】
シリコン融液に水平磁場を印加しながらシリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶製造装置であって、
前記シリコン融液を収容する坩堝と、
前記坩堝を囲む円筒状のメインヒータと、
前記坩堝の下面における一部の領域に対向するように配置された追加ヒータと、を備え、
前記追加ヒータは、前記坩堝の中心軸および前記水平磁場の中心磁力線を含む鉛直仮想平面に対して一方側に位置する前記坩堝の第１部分の加熱量が、他方側に位置する前記坩堝の第２部分の加熱量よりも多くなるように配置されている、シリコン単結晶製造装置。
【請求項８】
請求項７に記載のシリコン単結晶製造装置において、
電力が供給されない状態で設けられ、前記追加ヒータと同じ形状および同じ発熱特性を有する疑似追加ヒータを備え、
前記追加ヒータおよび前記疑似追加ヒータは、前記坩堝の中心軸に対して２回対称になるように配置されている、シリコン単結晶製造装置。
【請求項９】
シリコン融液に水平磁場を印加しながらシリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶製造装置であって、
前記シリコン融液を収容する坩堝と、
前記坩堝を囲む円筒状のメインヒータと、
前記坩堝の下面における互いに異なる一部の領域に対向するように、かつ、前記坩堝の中心軸に対して２回対称になるように配置され、互いに同じ形状および同じ発熱特性を有する一対の追加ヒータと、を備える、シリコン単結晶製造装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のシリコン単結晶製造装置において、
前記一対の追加ヒータは、前記坩堝の中心軸および前記水平磁場の中心磁力線を含む鉛直仮想平面に対して一方側に位置する前記坩堝の第１部分に対する加熱量と、他方側に位置する前記坩堝の第２部分に対する加熱量とが異なるようにそれぞれ配置されている、シリコン単結晶製造装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン単結晶の製造方法、および、シリコン単結晶製造装置に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
シリコン単結晶の製造方法として、シリコン融液に水平磁場を印加するＭＣＺ（磁場印加チョクラルスキー）法が用いられる場合がある。ＭＣＺ法を用いてシリコン融液に水平磁場を印加した場合、シリコン融液内の水平磁場の印加方向に直交する仮想平面における対流の方向が、右回り（以下、「右渦モード」と言う場合がある）になる場合と左回り（以下、「左渦モード」と言う場合がある）になる場合がある。
【０００３】
対流モードが右渦モードとなるか左渦モードとなるかはランダムであり、対流モードと炉内環境によってシリコン単結晶に取り込まれる酸素の濃度がばらついてしまう。安定した酸素濃度を有するシリコン単結晶を得るためには、引き上げ中のシリコン融液の対流モードを制御することが重要となる。このため、坩堝内のシリコン融液の対流モードを制御する手法について様々な検討が行われている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
特許文献１，２には、製造装置の炉内の熱環境を、坩堝の中心軸に対して非軸対称とすることによって、対流モードを右渦モードおよび左渦モードのうち一方に固定し、対流モードに起因する酸素濃度のばらつきを排除する方法が開示されている。
その具体的な方法として、特許文献１には、坩堝の周方向に沿うヒータの抵抗値や断熱材の厚みを、異ならせる方法が開示されている。
また、特許文献２には、シリコン融液内の水平磁場の印加方向に直交する仮想平面における左右方向一方側の第１加熱領域の発熱量と、他方側の第２加熱領域の発熱量とが異なる値に設定された加熱部を用いる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１９－１５１５０２号公報
特開２０２２－１０２２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１，２に開示された方法では、炉内構造により非軸対称な熱環境を実現しているため、シリコン単結晶の製造中にその非軸対称の度合いを変化させることができない。
このため、例えば、原料融解工程では、シリコン原料が坩堝の円周方向に不均一に溶融するおそれがある。この場合、シリコン融液に浮いた固体のシリコン原料がひっくり返り石英坩堝と強く接触して、石英坩堝が損傷してしまうおそれがある。
【０００７】
本発明は、製造中の不具合の発生とシリコン単結晶ごとの酸素濃度のばらつきとを抑制することができるシリコン単結晶の製造方法、および、シリコン単結晶製造装置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】
【０００８】
本発明のシリコン単結晶の製造方法は、シリコン単結晶製造装置を用いてシリコン融液に水平磁場を印加しながらシリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶の製造方法であって、前記シリコン単結晶製造装置は、前記シリコン融液を収容する坩堝と、前記坩堝を囲む円筒状のメインヒータと、前記坩堝の下面における一部の領域に対向するように配置された追加ヒータと、を備え、前記追加ヒータは、前記坩堝の中心軸および前記水平磁場の中心磁力線を含む鉛直仮想平面に対して一方側に位置する前記坩堝の第１部分の加熱量が、他方側に位置する前記坩堝の第２部分の加熱量よりも多くなるように配置され、前記シリコン単結晶の製造方法は、前記メインヒータのみで前記坩堝を加熱しながら行う第１加熱製造工程と、前記メインヒータおよび前記追加ヒータで前記坩堝を加熱しながら行う第２加熱製造工程と、を備える。
【０００９】
本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記シリコン単結晶製造装置は、電力が供給されない状態で設けられ、前記追加ヒータと同じ形状および同じ発熱特性を有する疑似追加ヒータを備え、前記追加ヒータおよび前記疑似追加ヒータは、前記坩堝の中心軸に対して２回対称になるように配置されている、ことが好ましい。
【００１０】
本発明のシリコン単結晶の製造方法は、シリコン単結晶製造装置を用いてシリコン融液に水平磁場を印加しながらシリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶の製造方法であって、前記シリコン単結晶製造装置は、前記シリコン融液を収容する坩堝と、前記坩堝を囲む円筒状のメインヒータと、前記坩堝の下面における互いに異なる一部の領域に対向するように、かつ、前記坩堝の中心軸に対して２回対称になるように配置され、互いに同じ形状および同じ発熱特性を有する一対の追加ヒータと、を備え、前記一対の追加ヒータは、前記坩堝の中心軸および前記水平磁場の中心磁力線を含む鉛直仮想平面に対して一方側に位置する前記坩堝の第１部分に対する加熱量と、他方側に位置する前記坩堝の第２部分に対する加熱量とが異なるようにそれぞれ配置され、前記シリコン単結晶の製造方法は、前記一対の追加ヒータのうち一方の追加ヒータを選択する追加ヒータ選択工程と、前記メインヒータのみで前記坩堝を加熱しながら行う第１加熱製造工程と、前記メインヒータおよび前記一方の追加ヒータで前記坩堝を加熱しながら行う第２加熱製造工程と、を備える。
（【００１１】以降は省略されています）

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