單晶的制造方法及制造裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及單晶的制造方法及制造裝置，特別涉及懸浮區(qū)熔法(浮動(dòng)區(qū)域硅精煉法、FZ法)中的單晶的減徑(絞<0 )控制。
【背景技術(shù)】
[0002]作為育成硅等的單晶的方法之一已知FZ法。FZ法中，加熱多晶的原料棒的一部分而制作熔融區(qū)，通過緩緩地拉下分別位于熔融區(qū)的上方及下方的原料棒及單晶，從而使單晶緩緩生長。特別是，在單晶育成的初期階段，將原料棒的前端部熔融而使該熔融部熔接到晶種后，為了無錯(cuò)位化而實(shí)施一邊使直徑較細(xì)地減徑一邊使單晶生長到一定長度為止的減徑工序。隨后，緩緩擴(kuò)大單晶的直徑而形成錐體部，在將直徑保持一定的情況下使單晶進(jìn)一步生長而形成直軀體部。
[0003]單晶的減徑工序往往以熟練的操作員的手動(dòng)操作來進(jìn)行。操作員依靠其經(jīng)驗(yàn)和感覺進(jìn)行操作，但是由于以目視直接觀察減徑直徑，所以適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)的判斷、操作量在操作員之間有所不同，即便相同的操作員對(duì)每一批的判斷也不同。因此，無法在每批穩(wěn)定地進(jìn)行減徑工序，會(huì)出現(xiàn)不能減少轉(zhuǎn)移到錐體部的育成工序后的單晶的有錯(cuò)位化的發(fā)生頻率的狀況。
[0004]為了改善這樣的狀況，在專利文獻(xiàn)1中，提出了通過利用4臺(tái)電視照相機(jī)監(jiān)視熔融區(qū)，從而正確地檢測熔融區(qū)的區(qū)域長度，并且使減徑工序能夠自動(dòng)化的方法。在該方法中，通過操作對(duì)感應(yīng)加熱線圈的供給電力來控制熔融區(qū)的區(qū)域長度，并通過操作原料棒(熔析側(cè)材料棒)的下降速度來控制減徑直徑(結(jié)晶直徑)。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1:日本特許第4016363號(hào)公報(bào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明要解決的課題
然而，在現(xiàn)有的方法中，通過操作原料棒的下降速度而調(diào)整熔液量，并通過調(diào)整熔液量來控制減徑直徑，因此能間接地控制減徑直徑，存在控制響應(yīng)性不好的問題。另外，現(xiàn)有的方法為了將單晶晶圓的面內(nèi)電阻分布穩(wěn)定化而控制熔融區(qū)的區(qū)域長度，但是在減徑工序中面內(nèi)電阻分布的穩(wěn)定化并不重要。減徑工序中重要的單晶的有錯(cuò)位化的抑制并不充分，寧可希望其進(jìn)一步改善。
[0007]因此，本發(fā)明的目的在于提供將減徑工序自動(dòng)化，并能夠降低轉(zhuǎn)移到錐體部育成工序后發(fā)生單晶的有錯(cuò)位化的頻率的單晶的制造方法。
[0008]用于解決課題的方案
為了解決上述課題，本發(fā)明的單晶的制造方法，是利用具備使原料棒下降的原料輸送機(jī)構(gòu)、與所述原料輸送機(jī)構(gòu)在同軸上配置并使利用熔融的原料育成的單晶下降的晶體輸送機(jī)構(gòu)、和加熱所述原料棒的下端部而使之熔融的感應(yīng)加熱線圈的單晶制造裝置的初期懸浮區(qū)熔法的單晶的制造方法，其特征在于，包括:熔接工序，加熱所述原料棒的前端部并使之熔融后，熔接到安裝在晶體輸送機(jī)構(gòu)的晶種；減徑工序，以實(shí)現(xiàn)無錯(cuò)位化的方式使單晶的直徑減徑；錐體部形成工序，擴(kuò)大所述直徑并使所述單晶生長；以及直軀體部形成工序，將所述直徑保持一定的狀態(tài)下使所述單晶生長，所述減徑工序包含:減徑直徑控制工序，操作向所述感應(yīng)加熱線圈供給的高頻電流而對(duì)所述單晶的減徑直徑進(jìn)行PID控制；以及減徑位置控制工序，操作所述單晶的下降速度而對(duì)所述單晶的減徑位置進(jìn)行PID控制。
[0009]另外，依據(jù)本發(fā)明的單晶制造裝置，其特征在于，包括:原料輸送機(jī)構(gòu)，使原料棒下降；晶體輸送機(jī)構(gòu)，與所述原料棒在同軸上配置并使利用熔融的原料育成的單晶下降；感應(yīng)加熱線圈，加熱所述原料棒的下端部并使之熔融；CCD照相機(jī)，對(duì)所述原料棒與所述單晶之間的熔融區(qū)進(jìn)行拍攝；圖像處理部，對(duì)所述CCD照相機(jī)拍攝到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；以及控制部，基于所述圖像數(shù)據(jù)控制對(duì)所述原料輸送機(jī)構(gòu)、所述晶體輸送機(jī)構(gòu)及所述感應(yīng)加熱線圈的高頻電流，所述控制部包括:減徑直徑控制部，在以實(shí)現(xiàn)無錯(cuò)位化的方式使單晶的直徑減徑的減徑工序中，操作向所述感應(yīng)加熱線圈供給的高頻電流而對(duì)所述單晶的減徑直徑進(jìn)行PID控制；以及減徑位置控制部，在所述減徑工序中，操作所述單晶的下降速度而對(duì)所述單晶的減徑位置進(jìn)行PID控制。
[0010]依據(jù)本發(fā)明，通過控制成為操作向感應(yīng)加熱線圈供給的高頻電流而使減徑直徑成為適當(dāng)?shù)闹睆?，且，控制成為操作單晶的下降速度而使單晶的減徑位置成為適當(dāng)?shù)奈恢?，從而能夠在減徑工序中可靠地進(jìn)行單晶的無錯(cuò)位化，并能降低在轉(zhuǎn)移到錐體部育成工序后發(fā)生的單晶的有錯(cuò)位化的頻率。
[0011]本發(fā)明中，優(yōu)選在所述單晶生長至既定長度的所述減徑工序的初期階段，相對(duì)減小用于對(duì)所述減徑直徑及所述減徑位置進(jìn)行PID控制的各操作項(xiàng)目的各增益，在所述初期階段以后，比所述初期階段時(shí)增大用于對(duì)所述減徑直徑及所述減徑位置進(jìn)行PID控制的各操作項(xiàng)目的各增益。由此，能夠減小初期階段中減徑直徑和減徑位置的控制量，并能防止減徑直徑過度變小，或者減徑位置過度變化的情形。另外，能夠在初期階段以后增大減徑直徑和減徑位置的控制量，能夠?qū)p徑直徑和減徑位置保持在適當(dāng)?shù)闹怠?br>[0012]本發(fā)明中，優(yōu)選所述既定長度為至少10_。如果將減徑直徑和減徑位置的過度變化抑制在減徑開始位置到至少10_為止的范圍，能夠充分地抑制減徑開始時(shí)的不良的發(fā)生。
[0013]發(fā)明效果
依據(jù)本發(fā)明，能夠提供將減徑工序自動(dòng)化，并且能夠降低在轉(zhuǎn)移到錐體部育成工序后發(fā)生單晶的有錯(cuò)位化的頻率的單晶的制造方法。
【附圖說明】
[0014]圖1是示出依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的利用FZ法的單晶制造裝置10的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0015]圖2是概略示出利用FZ法的單晶的制造工序的流程圖。
[0016]圖3是示出利用單晶制造裝置10來制造的單晶錠(ingot)的形狀的大致側(cè)面圖。
[0017]圖4是示出將育成單晶之前的原料棒1和晶種2分別設(shè)置在原料輸送機(jī)構(gòu)12及晶體輸送機(jī)構(gòu)14的狀態(tài)的大致側(cè)面圖。
[0018]圖5是減徑工序的控制框圖。
[0019]圖6是用于說明減徑直徑的控制的示意圖。
[0020]圖7是示出PID控制的各增益的設(shè)定步驟的流程圖。
[0021]圖8是示出減徑工序的控制結(jié)果的圖表，(a)示出對(duì)三個(gè)樣本進(jìn)行自動(dòng)控制的結(jié)果，(b)示出對(duì)兩個(gè)樣本進(jìn)行手動(dòng)控制的結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0023]圖1是示出依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的利用FZ法的單晶制造裝置10的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0024]如圖1所示，單晶制造裝置10包括:使安裝在上軸11的下端的原料棒1邊旋轉(zhuǎn)邊下降的原料輸送機(jī)構(gòu)12 ;使結(jié)晶在安裝在下軸13的上端的晶種2的上部的單晶3邊旋轉(zhuǎn)邊下降的晶體輸送機(jī)構(gòu)14 ;用于加熱原料棒1的感應(yīng)加熱線圈15 (工作線圈);與感應(yīng)加熱線圈15連接的振蕩器16 ;對(duì)原料棒1與單晶3之間的熔融區(qū)進(jìn)行拍攝的CCD照相機(jī)17 ;對(duì)CCD照相機(jī)17拍攝到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的圖像處理部18 ;以及基于圖像數(shù)據(jù)控制原料輸送機(jī)構(gòu)12、晶體輸送機(jī)構(gòu)14及感應(yīng)加熱線圈15的控制部19。
[0025]原料輸送機(jī)構(gòu)12包含控制原料棒1的下降速度Vp的輸送控制部12a、和控制原料棒1的旋轉(zhuǎn)速度Rp的旋轉(zhuǎn)控制部12b。晶體輸送機(jī)構(gòu)14包含控制單晶3的下降速度Vs的輸送控制部14a、和控制單晶3的旋轉(zhuǎn)速度Rs的旋轉(zhuǎn)控制部14b?？刂撇?9包含根據(jù)圖像數(shù)據(jù)算出減徑直徑的減徑直徑算出部19a、和根據(jù)圖像數(shù)據(jù)算出減徑位置的減徑位置算出部19b。
[0026]感應(yīng)加熱線圈15是包圍原料棒1的周圍的環(huán)形導(dǎo)體，振蕩器16向