特開2023-62474シリコン単結晶引き上げ装置、およびシリコン単結晶の製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023062474
(43)【公開日】2023-05-08
(54)【発明の名称】シリコン単結晶引き上げ装置、およびシリコン単結晶の製造方法
(51)【国際特許分類】
C30B 29/06 20060101AFI20230426BHJP
C30B 15/20 20060101ALI20230426BHJP
【ＦＩ】
C30B29/06 502K
C30B29/06 502H
C30B15/20
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021172477
(22)【出願日】2021-10-21
(71)【出願人】
【識別番号】302006854
【氏名又は名称】株式会社ＳＵＭＣＯ
(74)【代理人】
【識別番号】110000637
【氏名又は名称】弁理士法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】小川 福生
(72)【発明者】
【氏名】小原 隆
(72)【発明者】
【氏名】川上 泰史
【テーマコード（参考）】
4G077
【Ｆターム（参考）】
4G077AA02
4G077BA04
4G077CF10
4G077EA03
4G077EA04
4G077EB01
4G077EG24
4G077EG25
4G077EH05
4G077EH10
4G077HA12
4G077PA04
4G077PF55
(57)【要約】
【課題】揮発性ドーパントが添加されたシリコン融液からチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶引き上げ装置において、有転位化の発生を抑制する。
【解決手段】揮発性ドーパントが添加されたシリコン融液Ｍからチョクラルスキー法によりシリコン単結晶ＳＭを引き上げるシリコン単結晶引き上げ装置１であって、シリコン融液Ｍが貯留された坩堝３が格納されているメインチャンバ１０と、メインチャンバ１０の上方に接続され、シリコン単結晶を取り出すためのプルチャンバ１１と、メインチャンバ１０とプルチャンバ１１との間を遮断するゲートバルブ１２と、プルチャンバ１１内のガスを排気する排気ポンプ２０と、プルチャンバ１１と排気ポンプ２０とを接続する配管２２と、を備え、配管２２は、ガスを排気する際のプルチャンバ１１の減圧速度を調整する減圧速度調整部２１を有するシリコン単結晶引き上げ装置１を提供する。
【選択図】図１
【解決手段】揮発性ドーパントが添加されたシリコン融液Ｍからチョクラルスキー法によりシリコン単結晶ＳＭを引き上げるシリコン単結晶引き上げ装置１であって、シリコン融液Ｍが貯留された坩堝３が格納されているメインチャンバ１０と、メインチャンバ１０の上方に接続され、シリコン単結晶を取り出すためのプルチャンバ１１と、メインチャンバ１０とプルチャンバ１１との間を遮断するゲートバルブ１２と、プルチャンバ１１内のガスを排気する排気ポンプ２０と、プルチャンバ１１と排気ポンプ２０とを接続する配管２２と、を備え、配管２２は、ガスを排気する際のプルチャンバ１１の減圧速度を調整する減圧速度調整部２１を有するシリコン単結晶引き上げ装置１を提供する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
揮発性ドーパントが添加されたシリコン融液からチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶引き上げ装置であって、
前記シリコン融液が貯留された坩堝が格納されているメインチャンバと、
前記メインチャンバの上方に接続され、前記シリコン単結晶を取り出すためのプルチャンバと、
前記メインチャンバと前記プルチャンバとの間を遮断するゲートバルブと、
前記プルチャンバ内のガスを排気する排気ポンプと、
前記プルチャンバと前記排気ポンプとを接続する配管と、を備え、
前記配管は、前記ガスを排気する際の前記プルチャンバの減圧速度を調整する減圧速度調整部を有するシリコン単結晶引き上げ装置。
前記シリコン融液が貯留された坩堝が格納されているメインチャンバと、
前記メインチャンバの上方に接続され、前記シリコン単結晶を取り出すためのプルチャンバと、
前記メインチャンバと前記プルチャンバとの間を遮断するゲートバルブと、
前記プルチャンバ内のガスを排気する排気ポンプと、
前記プルチャンバと前記排気ポンプとを接続する配管と、を備え、
前記配管は、前記ガスを排気する際の前記プルチャンバの減圧速度を調整する減圧速度調整部を有するシリコン単結晶引き上げ装置。
【請求項2】
請求項１に記載のシリコン単結晶引き上げ装置において、
前記配管の一部の内径は、他部の内径よりも小さく、
前記一部が前記減圧速度調整部として機能する、シリコン単結晶引き上げ装置。
前記配管の一部の内径は、他部の内径よりも小さく、
前記一部が前記減圧速度調整部として機能する、シリコン単結晶引き上げ装置。
【請求項3】
請求項２に記載のシリコン単結晶引き上げ装置において、
前記配管は、前記プルチャンバに接続された第一配管と、前記第一配管と接続される第二配管と、を有し、
前記一部は、前記第二配管であるシリコン単結晶引き上げ装置。
前記配管は、前記プルチャンバに接続された第一配管と、前記第一配管と接続される第二配管と、を有し、
前記一部は、前記第二配管であるシリコン単結晶引き上げ装置。
【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引き上げ装置において、
前記配管は、開閉度を変更することで前記ガスの流量を調整可能な流量調整バルブを備え、前記流量調整バルブが前記減圧速度調整部として機能する、シリコン単結晶引き上げ装置。
前記配管は、開閉度を変更することで前記ガスの流量を調整可能な流量調整バルブを備え、前記流量調整バルブが前記減圧速度調整部として機能する、シリコン単結晶引き上げ装置。
【請求項5】
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引き上げ装置を用いた、シリコン単結晶の製造方法であって、
前記ゲートバルブによって前記メインチャンバと遮断された前記プルチャンバからガスを排気する際に、
前記プルチャンバの内圧が、少なくとも排気開始から前記プルチャンバの内圧が第一圧力値に低下するまでの減圧速度を調整するシリコン単結晶の製造方法。
前記ゲートバルブによって前記メインチャンバと遮断された前記プルチャンバからガスを排気する際に、
前記プルチャンバの内圧が、少なくとも排気開始から前記プルチャンバの内圧が第一圧力値に低下するまでの減圧速度を調整するシリコン単結晶の製造方法。
【請求項6】
請求項５に記載のシリコン単結晶の製造方法において、
少なくとも大気圧から９０ｋＰａに低下するまでの減圧速度ＤＳは以下の範囲内である、シリコン単結晶の製造方法。
－９．８ｋＰａ／秒 ≦ ＤＳ ≦ ０ｋＰａ／秒
少なくとも大気圧から９０ｋＰａに低下するまでの減圧速度ＤＳは以下の範囲内である、シリコン単結晶の製造方法。
－９．８ｋＰａ／秒 ≦ ＤＳ ≦ ０ｋＰａ／秒
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、シリコン単結晶引き上げ装置、およびシリコン単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、シリコン融液からチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶の製造において、シリコン単結晶の抵抗値を低減するために、引き上げ前にドーパントが添加されている。一方で、低抵抗率のシリコン単結晶は、引き上げ途中で有転位化が発生し易いということが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【0003】
シリコン単結晶の引き上げ中に有転位化が発生した場合には、既に成長させたシリコン単結晶を再度溶融させて、再度引き上げを行うのが一般的である。ドーパントがリン、ヒ素、アンチモンなどの揮発性ドーパントの場合は、それまでにシリコン融液の表面から蒸発したドーパントを追加で添加しなければならない。
【0004】
単結晶の有転位化が発生したことによりドーパントを追加で添加する際は、引き上げ用のケーブルにドーパント供給装置を取り付けて、このドーパント供給装置を用いてドーパントを添加することが一般的である。ドーパント供給装置の取り付けは、メインチャンバとプルチャンバとの間を遮断し、プルチャンバの内圧を大気圧にした状態で行う。ドーパント供給装置の取り付け後は、プルチャンバ内を真空排気し、不活性ガス雰囲気に置換するガス置換を実施する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０２１－３５９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、シリコン単結晶の引き上げ中には、シリコン融液の表面から揮発性ドーパントが蒸発し、アモルファスとなってチャンバの内壁に付着することが知られている。このアモルファス由来のパーティクルが引き上げ中のシリコン単結晶に付着することでシリコン単結晶が多結晶化してしまう。
また、上記した真空排気の際にプルチャンバの内圧が急激に減少すると、内壁に付着していたアモルファス由来のパーティクルが舞い上がり、舞い上がったパーティクルが引き上げ中のシリコン単結晶に付着するなどして単結晶の有転位化発生率が高くなってしまう課題がある。
また、上記した真空排気の際にプルチャンバの内圧が急激に減少すると、内壁に付着していたアモルファス由来のパーティクルが舞い上がり、舞い上がったパーティクルが引き上げ中のシリコン単結晶に付着するなどして単結晶の有転位化発生率が高くなってしまう課題がある。
【0007】
そこで、本発明は、揮発性ドーパントが添加されたシリコン融液からチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶引き上げ装置において、有転位化の発生を抑制することができるシリコン単結晶引き上げ装置、およびこのシリコン単結晶引き上げ装置を用いたシリコン単結晶の製造方法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引き上げ装置は、揮発性ドーパントが添加されたシリコン融液からチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶引き上げ装置であって、前記シリコン融液が貯留された坩堝が格納されているメインチャンバと、前記メインチャンバの上方に接続され、前記シリコン単結晶を取り出すためのプルチャンバと、前記メインチャンバと前記プルチャンバとの間を遮断するゲートバルブと、前記プルチャンバ内のガスを排気する排気ポンプと、前記プルチャンバと前記排気ポンプとを接続する配管と、を備え、前記配管は、前記ガスを排気する際の前記プルチャンバの減圧速度を調整する減圧速度調整部を有することを特徴とする。
【0009】
上記シリコン単結晶引き上げ装置において、前記配管の一部の内径は、他部の内径よりも小さく、前記一部が前記減圧速度調整部として機能することが望ましい。
【0010】
上記シリコン単結晶引き上げ装置において、前記配管は、前記プルチャンバに接続された第一配管と、前記第一配管と接続される第二配管と、を有し、前記一部は、前記第二配管であることが望ましい。
【0011】
上記シリコン単結晶引き上げ装置において、前記配管は、開閉度を変更することで前記ガスの流量を調整可能な流量調整バルブを備え、前記流量調整バルブが前記減圧速度調整部として機能することが望ましい。
【0012】
本発明のシリコン単結晶の製造方法は、前記ゲートバルブによって前記メインチャンバと遮断された前記プルチャンバからガスを排気する際に、前記プルチャンバの内圧が、少なくとも排気開始から前記プルチャンバの内圧が第一圧力値に低下するまでの減圧速度を調整することを特徴とする。
【0013】
上記シリコン単結晶の製造方法において、請求項６に記載のシリコン単結晶の製造方法において、少なくとも大気圧から９０ｋＰａに低下するまでの減圧速度ＤＳは以下の範囲内である、シリコン単結晶の製造方法。
－９．８ｋＰａ／秒 ≦ ＤＳ ≦ ０ｋＰａ／秒
－９．８ｋＰａ／秒 ≦ ＤＳ ≦ ０ｋＰａ／秒
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、プルチャンバ内のアモルファス由来のパーティクルが舞い上がらず、パーティクルに起因する単結晶の有転位化の発生率を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明に係るシリコン単結晶引き上げ装置の一実施形態の概略構成を示す縦断面図である。
【図2】本発明に係るドーパント供給装置の一実施形態の概略構成を示す縦断面図である。
【図3】実施例および比較例の第二配管の内径、流量調整バルブの開度、減圧速度、パーティクル最大個数、および有転位化発生回数を示す表である。
【図4】実施例および比較例のプルチャンバの内圧の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
本発明は、坩堝内のシリコン融液に揮発性ドーパントが添加された後のガス置換工程に適用する。シリコン融液の表面から蒸発した揮発性ドーパント、あるいはドーパント供給装置から蒸発した揮発性ドーパントがアモルファスとなってプルチャンバの内壁に付着している可能性が高いからである。特に、揮発性ドーパント供給工程とガス置換工程とを複数回繰り返すシリコン単結晶製造に本発明は好適である。例えば、１つの坩堝から複数本のシリコン単結晶を製造するマルチプリング法、あるいはシリコン単結晶の引き上げ中に有転位化が発生した場合に行う揮発性ドーパントの再添加等において好適に用いることができる。
図１は、本発明に係るシリコン単結晶引き上げ装置１の一実施形態の概略構成を示す縦断面図である。シリコン単結晶引き上げ装置１は、ＣＺ法を用いてシリコン単結晶ＳＭを製造する装置である。
図１に示されるように、シリコン単結晶引き上げ装置１は、チャンバ２と、坩堝３と、ヒーター４と、引き上げ部５と、熱遮蔽体６と、断熱材７と、坩堝軸８と、排気装置９とを備えている。
本発明は、坩堝内のシリコン融液に揮発性ドーパントが添加された後のガス置換工程に適用する。シリコン融液の表面から蒸発した揮発性ドーパント、あるいはドーパント供給装置から蒸発した揮発性ドーパントがアモルファスとなってプルチャンバの内壁に付着している可能性が高いからである。特に、揮発性ドーパント供給工程とガス置換工程とを複数回繰り返すシリコン単結晶製造に本発明は好適である。例えば、１つの坩堝から複数本のシリコン単結晶を製造するマルチプリング法、あるいはシリコン単結晶の引き上げ中に有転位化が発生した場合に行う揮発性ドーパントの再添加等において好適に用いることができる。
図１は、本発明に係るシリコン単結晶引き上げ装置１の一実施形態の概略構成を示す縦断面図である。シリコン単結晶引き上げ装置１は、ＣＺ法を用いてシリコン単結晶ＳＭを製造する装置である。
図１に示されるように、シリコン単結晶引き上げ装置１は、チャンバ２と、坩堝３と、ヒーター４と、引き上げ部５と、熱遮蔽体６と、断熱材７と、坩堝軸８と、排気装置９とを備えている。
【0017】
チャンバ２は、シリコン単結晶ＳＭの引き上げを行うメインチャンバ１０と、メインチャンバ１０の上部に接続され、引き上げられたシリコン単結晶ＳＭが収容されるプルチャンバ１１とを備えている。
また、メインチャンバ１０とプルチャンバ１１の間には、メインチャンバ１０とプルチャンバ１１との間を遮断するゲートバルブ１２が設けられている。
プルチャンバ１１には、アルゴン（Ａｒ）ガスなどの不活性ガスをチャンバ２内に導入するガス導入口１３が設けられている。メインチャンバ１０の下部には、真空ポンプ（図示せず）の駆動により、メインチャンバ１０内のガスを排出するガス排気口１４が設けられている。
また、メインチャンバ１０とプルチャンバ１１の間には、メインチャンバ１０とプルチャンバ１１との間を遮断するゲートバルブ１２が設けられている。
プルチャンバ１１には、アルゴン（Ａｒ）ガスなどの不活性ガスをチャンバ２内に導入するガス導入口１３が設けられている。メインチャンバ１０の下部には、真空ポンプ（図示せず）の駆動により、メインチャンバ１０内のガスを排出するガス排気口１４が設けられている。
【0018】
坩堝３は、メインチャンバ１０内に配置され、シリコン融液Ｍを貯留する。
ヒーター４は、坩堝３の外側に所定間隔を隔てて配置され、坩堝３内のシリコン融液Ｍを加熱する。
引き上げ部５は、一端に種結晶ＳＣまたはドーパント供給装置５０（図２参照）が取り付けられるケーブル１５と、ケーブル１５を昇降及び回転させる引き上げ駆動部１６とを備えている。
ヒーター４は、坩堝３の外側に所定間隔を隔てて配置され、坩堝３内のシリコン融液Ｍを加熱する。
引き上げ部５は、一端に種結晶ＳＣまたはドーパント供給装置５０（図２参照）が取り付けられるケーブル１５と、ケーブル１５を昇降及び回転させる引き上げ駆動部１６とを備えている。
【0019】
熱遮蔽体６は、引き上げられるシリコン単結晶ＳＭを囲むように設けられ、ヒーター４からシリコン単結晶ＳＭへの輻射熱を遮断する。
坩堝軸８は、坩堝３を下方から支持する支持軸であり、坩堝３を所定の速度で回転及び昇降させる駆動装置（図示せず）に接続されている。
坩堝軸８は、坩堝３を下方から支持する支持軸であり、坩堝３を所定の速度で回転及び昇降させる駆動装置（図示せず）に接続されている。
【0020】
排気装置９は、プルチャンバ１１内のガスを排気して、プルチャンバ１１の内圧を減じる装置である。排気装置９は、プルチャンバ１１内のガスを排気する排気ポンプ２０と、プルチャンバ１１と排気ポンプ２０とを接続する配管２２と、を備える。
配管２２は、プルチャンバ１１からガスを排気する際のプルチャンバ１１の減圧速度（排気速度）を調整する減圧速度調整部２１を備える。
ここで、プルチャンバ１１の減圧速度を「調整する」とは、プルチャンバ１１の減圧速度を特定の範囲内に収めることを意味する。この「特定の範囲」としては、減圧速度をＤＳとすると、少なくとも大気圧から９０ｋＰａに低下するまでの減圧速度ＤＳの範囲として、以下の数式（１）の範囲を挙げることができる。
－９．８ｋＰａ／秒 ≦ ＤＳ ≦ ０ｋＰａ／秒 ・・・（１）
配管２２は、プルチャンバ１１からガスを排気する際のプルチャンバ１１の減圧速度（排気速度）を調整する減圧速度調整部２１を備える。
ここで、プルチャンバ１１の減圧速度を「調整する」とは、プルチャンバ１１の減圧速度を特定の範囲内に収めることを意味する。この「特定の範囲」としては、減圧速度をＤＳとすると、少なくとも大気圧から９０ｋＰａに低下するまでの減圧速度ＤＳの範囲として、以下の数式（１）の範囲を挙げることができる。
－９．８ｋＰａ／秒 ≦ ＤＳ ≦ ０ｋＰａ／秒 ・・・（１）
【0021】
配管２２は、プルチャンバ１１に接続された第一配管２３（配管２２の他部）と、第一配管２３と排気ポンプ２０とを接続する第二配管２４（配管２２の一部）とを有する。第一配管２３上には、プルチャンバ１１と排気ポンプ２０とを連通させたり切り離したりする機能を有する遮断バルブ２６が設けられている。
【0022】
配管２２は、配管２２の途中に設けられた流量調整バルブ２５を有する。
流量調整バルブ２５は、開閉度を変更することで配管２２を流れるガスの流量を調整するバルブである。本実施形態の流量調整バルブ２５は、バタフライバルブである。なお、流量調整バルブ２５は、配管２２を流れるガスの流量を調整できればよく、バタフライバルブに限らず、ニードルバルブ、ゲートバルブ、グローブバルブ、ボールバルブなどのバルブを採用することができる。
流量調整バルブ２５は、減圧速度調整部２１として機能する。
なお、減圧速度調整部２１としての機能とは、プルチャンバ１１内のガスを排気する際にプルチャンバ１１の減圧速度を特定の範囲内に収めることが出来れば足り、必ずしも減圧速度を様々な値に変更する機能を含む必要はない。
流量調整バルブ２５は、開閉度を変更することで配管２２を流れるガスの流量を調整するバルブである。本実施形態の流量調整バルブ２５は、バタフライバルブである。なお、流量調整バルブ２５は、配管２２を流れるガスの流量を調整できればよく、バタフライバルブに限らず、ニードルバルブ、ゲートバルブ、グローブバルブ、ボールバルブなどのバルブを採用することができる。
流量調整バルブ２５は、減圧速度調整部２１として機能する。
なお、減圧速度調整部２１としての機能とは、プルチャンバ１１内のガスを排気する際にプルチャンバ１１の減圧速度を特定の範囲内に収めることが出来れば足り、必ずしも減圧速度を様々な値に変更する機能を含む必要はない。
【0023】
第一配管２３の長さは、例えば８００ｍｍである。第一配管２３の内径は８０ｍｍである。第一配管２３の内径は５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とすることが好ましい。
第二配管２４の長さは、例えば１５００ｍｍである。第二配管２４は、両端部から中央に向かうに従って漸次内径が小さくなるテーパ形状の一対の縮径部２４ａと、両端部より内径が小さく形成されている本体部２４ｂとを有する。
第二配管２４の長さは、例えば１５００ｍｍである。第二配管２４は、両端部から中央に向かうに従って漸次内径が小さくなるテーパ形状の一対の縮径部２４ａと、両端部より内径が小さく形成されている本体部２４ｂとを有する。
【0024】
縮径部２４ａの内径は、最も大きい位置で８０ｍｍであり、最も小さい位置で２５ｍｍである。本体部２４ｂの内径は、２５ｍｍである。本体部２４ｂの内径は、２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下とすることが好ましい。
第二配管２４は、第二配管２４の全長の７０％以上９０％以下が本体部２４ｂとなるように形成されている。なお、「第二配管２４の内径」は「第二配管２４の本体部２４ｂの内径」と同意である。
第二配管２４は、第二配管２４の全長の７０％以上９０％以下が本体部２４ｂとなるように形成されている。なお、「第二配管２４の内径」は「第二配管２４の本体部２４ｂの内径」と同意である。
【0025】
第二配管２４は、第二配管２４の内径が第一配管２３の内径よりも小さくなるように形成されている。これにより、第二配管２４は、減圧速度調整部２１として機能する。
なお、一般的には、排気ポンプ２０の負荷を軽減するためにプルチャンバ１１と排気ポンプ２０を結ぶ配管２２の内径を大きくし配管抵抗を小さくする。排気ポンプ２０の負荷が小さければ、効率的に排気できる、あるいは、より小型の排気ポンプを用いることができるからである。
なお、一般的には、排気ポンプ２０の負荷を軽減するためにプルチャンバ１１と排気ポンプ２０を結ぶ配管２２の内径を大きくし配管抵抗を小さくする。排気ポンプ２０の負荷が小さければ、効率的に排気できる、あるいは、より小型の排気ポンプを用いることができるからである。
【0026】
第一配管２３および第二配管２４は、第一配管２３の内径をＤ１、第二配管２４の内径をＤ２とすると、以下の数式（２）を満たすように形成されている。
１／５ ≦ Ｄ２／Ｄ１ ≦ ３／５ ・・・ （２）
１／５ ≦ Ｄ２／Ｄ１ ≦ ３／５ ・・・ （２）
【0027】
Ｄ２／Ｄ１が１／５より小さいと、排気時間が長くなり好ましくない。また、Ｄ２／Ｄ１が３／５より大きいと、減圧速度を十分に低くすることができず好ましくない。
【0028】
排気ポンプ２０としては、例えばスクロール型ドライ真空ポンプや、多段ルーツ型ドライ真空ポンプなどのポンプの採用が可能である。
【0029】
次に、本発明の実施形態のシリコン単結晶引き上げ装置１によるシリコン単結晶の製造方法について説明する。
本発明は、電気抵抗率が非常に低いｎ型シリコン単結晶の製造に好適であり、ｎ型ドーパント（揮発性ドーパント）がヒ素（Ａｓ）である場合は１．０ｍΩ・ｃｍ以上２５ｍΩ・ｃｍ以下、ｎ型ドーパントがリン（Ｐ）である場合は０．５ｍΩ・ｃｍ以上２５ｍΩ・ｃｍ以下、ｎ型ドーパントがアンチモン（Ｓｂ）である場合は８ｍΩ・ｃｍ以上４０ｍΩ・ｃｍ以下の電気抵抗率のｎ型シリコン単結晶の製造に好適である。
本発明は、電気抵抗率が非常に低いｎ型シリコン単結晶の製造に好適であり、ｎ型ドーパント（揮発性ドーパント）がヒ素（Ａｓ）である場合は１．０ｍΩ・ｃｍ以上２５ｍΩ・ｃｍ以下、ｎ型ドーパントがリン（Ｐ）である場合は０．５ｍΩ・ｃｍ以上２５ｍΩ・ｃｍ以下、ｎ型ドーパントがアンチモン（Ｓｂ）である場合は８ｍΩ・ｃｍ以上４０ｍΩ・ｃｍ以下の電気抵抗率のｎ型シリコン単結晶の製造に好適である。
【0030】
本実施形態のシリコン単結晶の製造方法では、シリコン単結晶ＳＭの引き上げ中に有転位化が発生した場合には、既に成長させたシリコン単結晶ＳＭを再度溶融させた後、それまでの間にシリコン融液Ｍの表面から蒸発した揮発性ドーパントに対応する量の揮発性ドーパントを、ドーパント供給装置５０（図２参照）を用いて追加で添加する。
以下、揮発性ドーパントを追加する方法について説明する。揮発性ドーパントを追加する方法は、ゲートバルブ遮断工程と、ドーパント供給装置取り付け工程と、ガス置換工程と、揮発性ドーパント供給工程と、を有する。
以下、揮発性ドーパントを追加する方法について説明する。揮発性ドーパントを追加する方法は、ゲートバルブ遮断工程と、ドーパント供給装置取り付け工程と、ガス置換工程と、揮発性ドーパント供給工程と、を有する。
【0031】
ゲートバルブ遮断工程では、引き上げ部５の引き上げ駆動部１６を操作してケーブル１５をプルチャンバ１１内に移動させた後、ゲートバルブ１２を操作して、メインチャンバ１０とプルチャンバ１１との間を遮断する。
【0032】
ドーパント供給装置取り付け工程では、プルチャンバ１１に設けられた図示しない単結晶取り出し用ドアを開放して、プルチャンバ１１内を大気圧にした後、有転位化した単結晶の種結晶ＳＣを取り外し、揮発性ドーパントが収納されたドーパント供給装置５０をケーブル１５に取り付ける。
【0033】
ドーパント供給装置５０は、固体状態の揮発性ドーパントを揮発させて、坩堝３内のシリコン融液Ｍに添加させる装置である。
図２に示されるように、ドーパント供給装置５０は、下方が開放された有底円筒形状のアウター容器５１と、アウター容器５１の内側に配置され、上方が開放された有底円筒形状のインナー容器５２と、を備えている。アウター容器５１とインナー容器５２とは、周方向の複数箇所で接続部５３を介して接続されている。アウター容器５１およびインナー容器５２は、例えば、透明石英によって形成することができる。
揮発性ドーパントＤは、インナー容器５２の内部に収納される。なお、ドーパント供給装置５０の構成は、上記した構成に限ることはない。
図２に示されるように、ドーパント供給装置５０は、下方が開放された有底円筒形状のアウター容器５１と、アウター容器５１の内側に配置され、上方が開放された有底円筒形状のインナー容器５２と、を備えている。アウター容器５１とインナー容器５２とは、周方向の複数箇所で接続部５３を介して接続されている。アウター容器５１およびインナー容器５２は、例えば、透明石英によって形成することができる。
揮発性ドーパントＤは、インナー容器５２の内部に収納される。なお、ドーパント供給装置５０の構成は、上記した構成に限ることはない。
【0034】
ガス置換工程は、ドーパント供給装置５０が収容されたプルチャンバ１１内を真空排気し、不活性ガス雰囲気に置換する工程である。
ガス置換工程では、まず、プルチャンバ１１の単結晶取り出し用ドアを閉じ、遮断バルブ２６を閉じた状態で排気ポンプ２０を起動する。
次いで、流量調整バルブ２５の開度を７５％以下に設定した後、遮断バルブ２６を開けて真空排気を行い、不活性ガス雰囲気に置換する。流量調整バルブ２５の開度は７５％以下の一定値に維持する。
ガス置換工程では、まず、プルチャンバ１１の単結晶取り出し用ドアを閉じ、遮断バルブ２６を閉じた状態で排気ポンプ２０を起動する。
次いで、流量調整バルブ２５の開度を７５％以下に設定した後、遮断バルブ２６を開けて真空排気を行い、不活性ガス雰囲気に置換する。流量調整バルブ２５の開度は７５％以下の一定値に維持する。
【0035】
この際、第二配管２４の内径が第一配管２３の内径より小さく、かつ、流量調整バルブ２５の開度が７５％以下とされていることによって、減圧速度は、第二配管２４の内径が第一配管２３の内径と同じで、かつ、流量調整バルブ２５を設けない場合と比較して、低くなる。
【0036】
必要に応じて真空排気を複数回実施して、プルチャンバ１１の不活性ガス雰囲気および内圧をメインチャンバ１０と同じにし、揮発性ドーパント供給工程を実施する。
【0037】
揮発性ドーパント供給工程では、ゲートバルブ１２を開けた後、ドーパント供給装置５０をシリコン融液Ｍの表面に近づける。これにより、ドーパント供給装置５０の内部の揮発性ドーパントＤが気化してドーパントガスがアウター容器５１とインナー容器５２との間の隙間を介してシリコン融液Ｍに添加される。
【0038】
上記実施形態によれば、ガス置換工程の際、減圧速度調整部２１によりプルチャンバ１１の減圧速度が低くなっていることによって、急激にプルチャンバ１１の内圧が減少することがない。これにより、プルチャンバ１１内のアモルファス由来のパーティクルが舞い上がらず、パーティクルに起因する単結晶の有転位化の発生率を低減することができる。
【0039】
また、流量調整バルブ２５が減圧速度調整部２１として機能することによって、流量調整バルブ２５を調整することで、所望の減圧速度に調整することができる。
また、配管２２が、第一配管２３と、流量調整バルブ２５が設けられた第二配管２４と、を有し、第二配管２４の内径が第一配管２３の内径よりも小さいことによって、流量調整バルブ２５の開度によらず、減圧速度を低減させることができる。
また、配管２２が、第一配管２３と、流量調整バルブ２５が設けられた第二配管２４と、を有し、第二配管２４の内径が第一配管２３の内径よりも小さいことによって、流量調整バルブ２５の開度によらず、減圧速度を低減させることができる。
【0040】
上記実施形態では、流量調整バルブ２５の開度を７５％以下に設定後、流量調整バルブ２５の開度を変化させなかったが、これに限ることはない。
具体的には、ゲートバルブ１２によってメインチャンバ１０と遮断されたプルチャンバ１１からガスを排気する際に、プルチャンバ１１の内圧が、少なくとも排気開始の大気圧から９０ｋＰａ（第一圧力値）に減圧する際の減圧速度を調整すればよい。例えば、排気開始後（遮断バルブ２６を開けた後）、流量調整バルブ２５を漸次開けてプルチャンバ１１の内圧が９０ｋＰａになった所定のタイミングで流量調整バルブ２５の開度を１００％にしてもよい。
このように、排気開始後の所定のタイミングで流量調整バルブ２５を開けることによって、排気開始直後の減圧速度を低減しながら排気完了までの所要時間を短縮することができる。
具体的には、ゲートバルブ１２によってメインチャンバ１０と遮断されたプルチャンバ１１からガスを排気する際に、プルチャンバ１１の内圧が、少なくとも排気開始の大気圧から９０ｋＰａ（第一圧力値）に減圧する際の減圧速度を調整すればよい。例えば、排気開始後（遮断バルブ２６を開けた後）、流量調整バルブ２５を漸次開けてプルチャンバ１１の内圧が９０ｋＰａになった所定のタイミングで流量調整バルブ２５の開度を１００％にしてもよい。
このように、排気開始後の所定のタイミングで流量調整バルブ２５を開けることによって、排気開始直後の減圧速度を低減しながら排気完了までの所要時間を短縮することができる。
【0041】
また、上記実施形態では、配管２２が第一配管２３と第二配管２４とからなる構成としているが、これに限ることはなく、第一配管２３を廃し、第二配管２４の最上流部に遮断バルブ２６を設ける構成としてもよい。
また、配管２２に流量調整バルブ２５を設ければ、必ずしも配管２２の一部の内径を他部の内径よりも小さくする必要はない。すなわち、減圧速度調整部２１を、内径が一定の配管２２と流量調整バルブ２５とからなるものとしてもよい。
また、配管２２の一部の内径を他部の内径よりも小さくすれば、必ずしも流量調整バルブ２５を設ける必要はない。すなわち、減圧速度調整部２１を、配管２２の一部の内径が他部の内径よりも小さい配管２２のみとしてもよい。
また、上記実施形態では、第二配管２４を直線状としているが、これに限ることはなく、第二配管２４の本体部２４ｂはベンドした形状であってよい。
また、配管２２に流量調整バルブ２５を設ければ、必ずしも配管２２の一部の内径を他部の内径よりも小さくする必要はない。すなわち、減圧速度調整部２１を、内径が一定の配管２２と流量調整バルブ２５とからなるものとしてもよい。
また、配管２２の一部の内径を他部の内径よりも小さくすれば、必ずしも流量調整バルブ２５を設ける必要はない。すなわち、減圧速度調整部２１を、配管２２の一部の内径が他部の内径よりも小さい配管２２のみとしてもよい。
また、上記実施形態では、第二配管２４を直線状としているが、これに限ることはなく、第二配管２４の本体部２４ｂはベンドした形状であってよい。
【0042】
次に、本発明の実施例および比較例について説明する。
実施例および比較例では、第二配管２４の内径および流量調整バルブ２５の開度を変更し、プルチャンバ１１の内圧の変化、パーティクルの最大個数（個／秒）、および単結晶の有転位化発生回数（回／バッチ）を比較した。
パーティクルの個数は、リアルタイムパーティクルカウンターを用いて、粒径が０．１μｍ以上のパーティクルの個数を１秒毎に測定した。
有転位化発生回数は、バッチ毎の有転位化発生回数をカウントした。
リアルタイムパーティクルカウンターは、ゲートバルブ１２によってメインチャンバ１０から遮断されたプルチャンバ１１の底部に設置し、プルチャンバ１１からガスを排気する際のプルチャンバ１１内のパーティクルの個数を計測した。
実施例および比較例では、第二配管２４の内径および流量調整バルブ２５の開度を変更し、プルチャンバ１１の内圧の変化、パーティクルの最大個数（個／秒）、および単結晶の有転位化発生回数（回／バッチ）を比較した。
パーティクルの個数は、リアルタイムパーティクルカウンターを用いて、粒径が０．１μｍ以上のパーティクルの個数を１秒毎に測定した。
有転位化発生回数は、バッチ毎の有転位化発生回数をカウントした。
リアルタイムパーティクルカウンターは、ゲートバルブ１２によってメインチャンバ１０から遮断されたプルチャンバ１１の底部に設置し、プルチャンバ１１からガスを排気する際のプルチャンバ１１内のパーティクルの個数を計測した。
【0043】
単結晶の有転位化発生回数については、より少ないことが好ましいが、従来の有転位化発生回数の統計などから検討し、従来よりも有転位化発生回数の少ない３．０回／バッチ以下とすることを目標とした。
【0044】
図３は、実施例および比較例の第二配管２４の内径、流量調整バルブ２５の開度、大気圧（１０１．３２５ｋＰａ）から９０ｋＰａまでの減圧速度（ｋＰａ／秒）、パーティクル最大個数（個／秒）、および有転位化発生回数（回／バッチ）を示す表である。
図４は、実施例および比較例のプルチャンバ１１の内圧の変化を示すグラフである。図４の横軸は時間（秒）、縦軸はプルチャンバ１１の内圧（ｋＰａ）である。
図４は、実施例および比較例のプルチャンバ１１の内圧の変化を示すグラフである。図４の横軸は時間（秒）、縦軸はプルチャンバ１１の内圧（ｋＰａ）である。
【0045】
図３および図４に示されるように、第二配管２４の内径を２５ｍｍ、流量調整バルブ２５の開度を１００％とした実施例１では、減圧速度が－９．８ｋＰａ／秒となった。また、第二配管２４の内径を２５ｍｍ、流量調整バルブ２５の開度を７５％とした実施例２では、減圧速度が－５．４ｋＰａ／秒となった。さらに、第二配管２４の内径を２５ｍｍ、流量調整バルブ２５の開度を５０％とした実施例３では、減圧速度が－２．１ｋＰａ／秒となった。
一方、第二配管２４の内径を８０ｍｍ、流量調整バルブ２５を設けなかった比較例１では、減圧速度が－１３．７ｋＰａ／秒となった。
一方、第二配管２４の内径を８０ｍｍ、流量調整バルブ２５を設けなかった比較例１では、減圧速度が－１３．７ｋＰａ／秒となった。
【0046】
図３に示されるように、減圧速度が－１３．７ｋＰａ／秒であった比較例１では、パーティクルの最大個数が１３８個／秒で、有転位化発生回数は３．５回／バッチとなった。
一方、比較例１と比べて第二配管２４の内径を小さくし、減圧速度が－９．８ｋＰａ／秒であった実施例１では、パーティクルの最大個数が９３個／秒で、有転位化発生回数は３．０回／バッチとなり、有転位化発生回数３．０回／バッチ以下の目標を達成できた。
一方、比較例１と比べて第二配管２４の内径を小さくし、減圧速度が－９．８ｋＰａ／秒であった実施例１では、パーティクルの最大個数が９３個／秒で、有転位化発生回数は３．０回／バッチとなり、有転位化発生回数３．０回／バッチ以下の目標を達成できた。
【0047】
また、第二配管２４の内径を２５ｍｍ、流量調整バルブ２５の開度を７５％とし、減圧速度が－５．４ｋＰａ／秒であった実施例２でも、パーティクルの最大個数が４７個／秒で、有転位化発生回数は２．５回／バッチとなり目標を達成することができた。
さらに、第二配管２４の内径を２５ｍｍとし、流量調整バルブ２５の開度を５０％とした実施例３では、パーティクルの最大個数が１１個／秒で、有転位化発生回数は２．１回／バッチとなりさらに良好な結果となった。
さらに、第二配管２４の内径を２５ｍｍとし、流量調整バルブ２５の開度を５０％とした実施例３では、パーティクルの最大個数が１１個／秒で、有転位化発生回数は２．１回／バッチとなりさらに良好な結果となった。
【0048】
以上の結果より、減圧速度調整部２１を備えるシリコン単結晶引き上げ装置１において、第二配管２４の内径を第一配管２３よりも小さくすることによって、有転位化発生回数を３．０回／バッチ以下にできることがわかった。すなわち、第二配管２４の内径を第一配管２３よりも小さくして、少なくとも大気圧から９０ｋＰａに低下するまでの減圧速度ＤＳを以下の数式（３）の範囲内とすることが好ましい。
－９．８ｋＰａ／秒 ≦ ＤＳ ≦ ０ｋＰａ／秒 ・・・ （３）
－９．８ｋＰａ／秒 ≦ ＤＳ ≦ ０ｋＰａ／秒 ・・・ （３）
【0049】
また、第二配管２４の内径を第一配管２３よりも小さくし、かつ、流量調整バルブ２５の開度を７５％以下にすることによって、有転位化発生回数を２．５回／バッチ以下にできることがわかった。すなわち、第二配管２４の内径を第一配管２３よりも小さくし、かつ、流量調整バルブ２５の開度を７５％以下にすることによって、少なくとも大気圧から９０ｋＰａに低下するまでの減圧速度ＤＳを以下の数式（４）の範囲内とすることがより好ましい。
－５．４ｋＰａ／秒 ≦ ＤＳ ≦ ０ｋＰａ／秒 ・・・ （４）
－５．４ｋＰａ／秒 ≦ ＤＳ ≦ ０ｋＰａ／秒 ・・・ （４）
【符号の説明】
【0050】
１…シリコン単結晶製造装置、２…チャンバ、３…坩堝、４…ヒーター、５…引き上げ部、６…熱遮蔽体、７…断熱材、８…坩堝軸、９…排気装置、１０…メインチャンバ、１１…プルチャンバ、１２…ゲートバルブ、１３…ガス導入口、１４…ガス排気口、１５…ケーブル、１６…引き上げ駆動部、２０…排気ポンプ、２１…減圧速度調整部、２２…配管、２３…第一配管、２４…第二配管、２４ａ…縮径部、２４ｂ…本体部、２５…流量調整バルブ、２６…遮断バルブ、５０…ドーパント供給装置、Ｍ…シリコン融液、ＳＣ…種結晶、ＳＭ…シリコン単結晶。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】