单晶的制造方法和装置与流程

本发明涉及一种利用fz(floatingzone，悬浮区熔)法的单晶的制造方法和装置，特别涉及一种控制熔融带的区域长度的方法和装置。

背景技术：

1、作为硅单晶的制造方法，已知fz法。fz法加热由多晶硅构成的原料棒的一部分来生成熔融带，使分别位于熔融带的上方和下方的原料棒和晶种逐渐下降，由此，在晶种的上方生长大的单晶。由于fz法不使用支承熔融液的坩埚，因此硅单晶的品质不受坩埚的影响，能够培育氧浓度比cz(czochralski，切克劳斯基)法低且高纯度的单晶。

2、在fz法中进行如下操作：在单晶培育工序中用相机拍摄熔融带，基于拍摄图像来控制晶体生长条件。例如，在专利文献1中记载了：用感应加热线圈熔融熔出侧材料棒的一部分来形成熔融带，使熔出侧材料棒和晶体析出侧半导体棒相对于上述感应加热线圈相对移动而使熔融带沿轴向移动，用4个电视相机检测熔融带的几何学量，根据该检测量来调节向感应加热线圈供应的电力或熔出侧材料棒的相对移动速度，由此，能够实现拧拉工序的自动化，并且使熔融带的区域长度的控制性良好。在此，4个电视相机由设置在感应加热线圈的斜上方的第一电视相机、设置在感应加热线圈的斜下方的第二电视相机、水平设置在位于感应加热线圈下部的熔融区带的正侧面且在大致相当于区域长度的范围内垂直移动的第三电视相机、以及水平设置在感应加热线圈的正侧面的第四电视相机构成。

3、现有技术文献

4、专利文献

5、专利文献1：日本特开2000-44380公报

技术实现思路

1、发明要解决的课题

2、已知在利用fz法的硅单晶的直筒部培育工序中，熔融带的区域长度发生变化时，单晶的有位错化的概率变高。如果实施将施加在感应加热线圈上的振荡电压维持为一定的振荡电压一定控制，则存在区域长度随着硅单晶的生长而逐渐变化的倾向，因此优选根据区域长度的变化来校正振荡电压。通过尽可能将熔融带的区域长度维持为一定，能够防止硅单晶的有位错化。

3、但是，如果人随时进行振荡电压的校正所需的参数的计算或是否需要校正的判断，则存在导致计算错误或判断错误的问题。因此，期望以适当的定时校正振荡电压而自动控制熔融带的区域长度的方法。

4、因此，本发明的目的在于提供一种能够在直筒部培育工序中自动控制熔融带的区域长度的单晶的制造方法。

5、用于解决课题的方案

6、为了解决上述课题，根据本发明的单晶的制造方法是通过感应加热线圈加热原料棒而产生熔融带并从所述熔融带使单晶生长的利用fz法的单晶的制造方法，其特征在于，包括以晶体直径成为一定的方式使所述单晶生长的直筒部培育工序，所述直筒部培育工序包括在存在于所述原料棒与所述单晶之间的所述熔融带的区域长度的测定值与目标值之差为阈值以上的情况下，校正向所述感应加热线圈供应高频电流的振荡器的振荡电压的工序，校正所述振荡电压的工序在所述区域长度的所述测定值小于所述目标值且所述晶体直径的时间变化的比例为负值(晶体直径为减少倾向)时进行提高所述振荡电压的校正，在所述区域长度的所述测定值大于所述目标值且所述晶体直径的时间变化的比例为正值(晶体直径为增加倾向)时进行降低所述振荡电压的校正。

7、根据本发明，能够在直筒部培育工序中以适当的定时校正振荡电压，将熔融带的区域长度维持为一定，能够实现区域长度的自动控制。

8、在本发明中，优选的是，在针对所述晶体直径的时间变化的比例的回归直线的斜率为负值时，进行所述振荡电压的校正。由此，能够将振荡电压的校正的效果有效地反映在区域长度的控制中，能够在抑制晶体直径的变动的同时将区域长度控制为一定。

9、在本发明中，优选的是，所述晶体直径的时间变化的比例是所述晶体直径的最近的测定值与比其提前一定期间测定的所述晶体直径的过去的测定值之差。在该情况下，优选的是，所述晶体直径的最近的测定值是从最近起一定时间内的第一采样期间内测定的所述晶体直径的多个样本值(瞬时值)的移动平均值，所述晶体直径的过去的测定值是所述第一采样期间之前的第二采样期间内测定的所述晶体直径的多个样本值(瞬时值)的移动平均值。进而，优选的是，所述第二采样期间的开始时期比所述第一采样期间的开始时期提前80～100秒，所述第一采样期间和第二采样期间均为10～20秒期间。由此，能够将振荡电压的校正的效果有效地反映在区域长度的控制中，能够在抑制晶体直径的变动的同时将区域长度控制为一定。

10、在本发明中，优选的是，在从上次的校正起经过了规定的休止期间之后，进行所述振荡电压的校正。在该情况下，优选的是，所述休止期间为5～25分钟。由此，能够防止区域长度的过度控制。

11、所述阈值优选为0.05～0.1mm，特别优选为0.05mm。由此，能够正确地控制区域长度，防止单晶的有位错化。

12、所述区域长度和所述晶体直径的采样周期优选为1秒以下。由此，能够精密地控制区域长度和晶体直径。

13、所述振荡电压的校正量优选为所述振荡器的最大输出的0.1～0.2％。由此，能够防止振荡电压的过度变动，稳定地控制区域长度。

14、优选的是，所述直筒部培育工序包括从使所述单晶一边沿单方向旋转一边生长的单方向旋转控制切换为使所述单晶的旋转方向交替地反转的交替旋转控制的工序，校正所述振荡电压的工序在从所述交替旋转控制开始起所述单晶生长了至少100mm之后开始。由此，能够避免在区域长度不稳定的状态下的控制，能够稳定地控制区域长度。

15、根据本发明的单晶的制造方法优选用相机拍摄包括与所述原料棒的边界部和与所述单晶的边界部在内的所述熔融带的图像，根据所述相机的拍摄图像来计算所述区域长度和所述晶体直径。由此，能够通过简单的结构来测定熔融带的区域长度和晶体直径。

16、此外，根据本发明的单晶制造装置的特征在于，具备：原料移送机构，使原料棒下降；感应加热线圈，对所述原料棒的下端部进行加热而产生熔融带；晶体移送机构，配置在与所述原料棒同轴上，使晶体析出于所述熔融带的下端的单晶下降；相机，对存在于所述原料棒和所述单晶之间的所述熔融带进行拍摄；图像处理部，对所述相机所拍摄的图像数据进行处理；振荡器，向所述感应加热线圈供应高频电流；以及控制部，基于所述图像数据来控制所述原料移送机构、所述晶体移送机构和所述振荡器，所述图像处理部根据所述相机的拍摄图像来计算所述熔融带的区域长度和晶体凝固位置处的晶体直径，所述控制部包括振荡电压校正部，所述振荡电压校正部在所述单晶的直筒部培育工序中，在所述区域长度的测定值与目标值之差为阈值以上的情况下，校正所述振荡器的振荡电压，所述振荡电压校正部在所述区域长度的所述测定值小于所述目标值且所述晶体直径的时间变化的比例为负值(晶体直径为减少倾向)时进行提高所述振荡电压的校正，在所述区域长度的所述测定值大于所述目标值且所述晶体直径的时间变化的比例为正值(晶体直径为增加倾向)时进行降低所述振荡电压的校正。

17、根据本发明，能够在直筒部培育工序中以适当的定时校正振荡电压，将熔融带的区域长度维持为一定，能够实现区域长度的自动控制。

18、发明效果

19、根据本发明，能够提供一种能够在直筒部培育工序中自动控制熔融带的区域长度的单晶的制造方法和装置。