CN104364427A - 单晶制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单晶制造装置，是根据直拉法而构成的单晶制造装置，且具备坩埚，其容置原料熔液；圆筒状加热器，其围绕该坩埚并加热原料熔液；主腔室，其容纳这些构件；电极，其从该主腔室的底部插入，支持前述圆筒状加热器且供给电力；及，盛漏托盘，其配设于前述主腔室的底部，容置从前述坩埚中漏出的原料熔液；并且，所述单晶制造装置的特征在于：液漏罩配设于前述坩埚的下方且前述电极的上方的位置处，所述液漏罩防止从前述坩埚中漏出的原料熔液滴落于前述电极上。由此，可以提供一种单晶制造装置，所述单晶制造装置可以保护电极，以避免接触到从坩埚中液漏的原料熔液，所述电极支持圆筒状加热器。

Description

单晶制造装置

技术领域

本发明涉及一种根据直拉法(Czochralski，CZ法)来制造单晶的装置。

背景技术

制造超高集成半导体元件所使用的基板主要采用硅晶片，所述硅晶片是根据CZ法来培育单晶硅，并由该单晶硅来制造出表面已精研磨成镜面的硅晶片。随着目的在于降低半导体元件的制造成本的硅晶片(silicon wafer)的大口径化，单晶制造装置及其炉内构件的大型化不断发展。

此处，参照图4，对根据例如半导体单晶硅制造中所使用的以往的CZ法而构成的单晶制造装置的一个实例进行说明。

如图4所示，此单晶制造装置101具备以下结构：主腔室(提拉室)102、容纳于该主腔室102内的坩埚103、以围绕坩埚103的方式配置的圆筒状加热器104、使坩埚103旋转的坩埚保持轴105及其旋转机构(未图示)、保持硅晶种106的晶种夹头107、提拉晶种夹头107的钢索108、及使钢索108旋转或卷绕的卷绕机构(未图示)。

坩埚103，在其内侧的容置有原料熔液(熔汤，此处为硅熔液)109的一侧，设置有石英坩埚，而在其外侧设置有石墨坩埚。并且，在圆筒状加热器104的外侧周围设置有加热器隔热材料110，在圆筒状加热器104的底部配置有隔热板111。

其次，对根据上述的单晶制造装置101而实施的单晶的成长法进行说明。

首先，在坩埚103内，将硅的高纯度多晶原料加热至熔点(约1420℃)以上使其熔解。而后，根据将钢索108退绕，以使晶种106的前端接触或浸渍于熔汤液面的大致中心部。然后，使坩埚保持轴105向适当的方向旋转，并且一边使钢索108旋转一边卷绕来提拉晶种106，由此来开始单晶的成长。之后，根据适当地调节提拉速度与温度，可以获得大致圆柱状的单晶棒112。

上述单晶制造装置101中的石英坩埚和石墨坩埚均具有较高的耐热性，但却存在较脆、缺乏耐冲击性的缺点。因此，在单晶提拉时，如果将多晶原料投入坩埚103，此冲击可能会导致坩埚103上产生裂缝，原料熔液109可能会从裂缝处泄漏。

并且，在投入多晶原料时，坩埚103内的熔汤也可能会向坩埚103的周围飞散。进一步存在以下危险性：由于使用而导致坩埚103逐渐劣化；或当单晶112在提拉中滴落时，坩埚103断裂而导致大致全部熔汤流出。

因此，例如在专利文献1所公开的单晶提拉装置中，在主腔室102的底部配设有盛漏托盘113，所述盛漏托盘113具有可以容置全部熔融原料的内容积。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2001/064976号手册

发明内容

[发明所要解决的课题]

在如图4所示的以往的单晶制造装置101中，在圆筒状加热器104上，经由夹钳等连接有用于向加热器供给电力的电极114。该电极114从主腔室102的底部插入，从下面支撑圆筒状加热器104。

此处，本发明人对此电极进行调查。考虑到单晶制造装置的小型化和热效率等，将与圆筒状加热器连结的电极，设计成位于容置原料熔液的坩埚的正下方附近。此时，本发明人发现，当熔汤从坩埚中泄漏时，原料熔液从上方滴落到电极上，可能会导致被水冷的金属制成的电极发生损伤。

本发明是鉴于上述问题点而完成，目的在于提供一种单晶制造装置，所述单晶制造装置可以保护电极，以避免接触到从坩埚中液漏的原料熔液，所述电极支持圆筒状加热器。

[解决课题的方法]

为了达成上述目的，本发明提供一种单晶制造装置，是根据直拉法而构成的单晶制造装置，且具备坩埚，其容置原料熔液；圆筒状加热器，其围绕该坩埚并加热原料熔液；主腔室，其容纳这些构件；电极，其从该主腔室的底部插入，支持前述圆筒状加热器且供给电力；及，盛漏托盘，其配设于前述主腔室的底部，容置从前述坩埚中漏出的原料熔液；并且，所述单晶制造装置的特征在于：液漏罩配设于前述坩埚的下方且前述电极的上方的位置处，所述液漏罩防止从前述坩埚中漏出的原料熔液滴落于前述电极上。

如果是这种本发明的单晶制造装置，即使原料熔液从坩埚中泄漏，也可以根据液漏罩，防止从坩埚中泄漏的原料熔液滴落到电极上。由此，可以保护电极以避免接触到原料熔液，并可以抑制原料熔液损伤电极。

并且，在以往的单晶制造装置中，如果原料熔液侵入并固着于圆筒状加热器与电极的连结部分，由于后续无法将圆筒状加热器拆卸，因此，需要将圆筒状加热器或连结部分破坏并取出。但是，根据液漏罩，由于不仅可以防止原料熔液滴落到电极上，还可以防止原料熔液滴落到圆筒状加热器或连结部分上，因此，可以将圆筒状加热器或连结部分在不破损的前提下取出。

进一步，从圆筒状加热器中的发热部等的上方高温部能够看到电极或与电极的连结部分，意味着此处存在导热的路径，来自圆筒状加热器的辐射热将会逸散至主腔室下方。因此，在以往的制造装置中，可能导致热效率恶化、成本较高或高环境负荷。但是，可以根据配设液漏罩，防止来自圆筒状加热器的热朝下方逸散，由此，可以有效地加热原料熔液。

并且，可以使前述液漏罩为环形。

如果是这种单晶制造装置，由于坩埚的整个周围均配设有液漏罩，因此，无论原料熔液从坩埚中泄漏的位置为哪一处，都可以防止原料熔液滴落到电极等下方的构件上。并且，可以效率更良好地加热原料熔液。

并且，可以使在前述盛漏托盘上配设有检测液漏的液漏检测器，前述液漏罩具有将从前述坩埚中漏出的原料熔液引导至前述液漏检测器的结构。

如果是这种单晶制造装置，可以检测液漏发生本身，可以进行断电等的即时反应，并且可以迅速采取有效且适合的避免方法。

并且，可以使在前述盛漏托盘与前述液漏罩之间，配设有供前述电极插通的隔热板，前述液漏罩具有将从前述坩埚中漏出的原料熔液引导至前述隔热板的结构，该隔热板具有将原料熔液引导至前述盛漏托盘上所配设的液漏检测器的结构。

如果是这种单晶制造装置，可以将漏出的原料熔液引导至隔热板而并非电极，还可以更确实地防止原料熔液滴落到电极上。

并且，根据隔热板可以防止来自上方的热量向下方逸散，可以进一步有效地进行原料熔液的加热。

而且，可以将原料熔液从隔热板朝向液漏检测器引导，可以检测液漏发生本身。

并且，可以使引导前述液漏罩的原料熔液的结构是由设置于上表面的周边的凸棱与形成于该凸棱的一部分上的缺口所构成。

如果是这种单晶制造装置，可以根据凸棱将原料熔液暂时积存于上表面，而且可以将原料熔液经过缺口简便地朝向液漏罩的外部引导。

[发明的效果]

如上所述，根据本发明的单晶制造装置，可以保护电极或电极与圆筒状加热器的连结部分，以避免接触到从坩埚中漏出的原料熔液。并且，可以减少来自圆筒状加热器中的热量从配设有坩埚的上方朝下方逸散，可以有效地进行原料熔液的加热。

附图说明

图1是表示本发明的单晶制造装置的一个实例的示意图。

图2是表示液漏罩的一个实例的示意图。

图3是表示实施例和比较例的耗电量的结果的图表。

图4是表示以往的单晶制造装置的一个实例的示意图。

具体实施方式

以下，针对本发明的单晶制造装置，作为实施方式的一个实例，一边参照附图一边进行详细的说明，但本发明不限定于此实施方式。

在图1中，表示本发明的单晶制造装置的一个实例的概况。本发明的单晶制造装置是用于根据CZ法来制造单晶(例如单晶硅)的装置。

如图1所示，此单晶制造装置1大致具备以下结构：主腔室(提拉室)2、容纳于该主腔室2内的坩埚3、以围绕坩埚3的方式配置的圆筒状加热器(以下，简称为加热器)4、使坩埚3旋转的坩埚保持轴5及其旋转机构(未图示)、保持硅晶种6的晶种夹头7、提拉晶种夹头7的钢索8、及使钢索8旋转或卷绕的的卷绕机构(未图示)。单晶12可以根据以下方法来培育：利用钢索8，将晶种6卷绕上提，所述晶种6接触坩埚3中的原料熔液9(熔汤，此处为硅熔液)或浸渍于坩埚3中的原料熔液9中。

此处，坩埚3，在其内侧的容置有原料熔液9的一侧设置有石英坩埚，在其外侧设置有石墨坩埚。并且，在加热器4的外侧周围设置有加热器隔热材料10。

并且，在主腔室2的底部配设有盛漏托盘13，所述盛漏托盘13具有可以容置全部熔融原料的内容积。

并且，金属制成的被水冷的电极14，从主腔室2的底部插入。此电极14在上端部处经由夹钳等与加热器4连结，负责支撑加热器4并供给电力。

电极14和坩埚保持轴5的周围被套管15所覆盖。用于当原料熔液从坩埚3中泄漏并到达盛漏托盘13时，保护电极14或坩埚保持轴5以避免接触到泄漏的原料熔液。

而且，在本发明的单晶制造装置1中，在坩埚3的下方且电极14的上方的位置处配设有液漏罩16。进一步，也可以在该液漏罩16与盛漏托盘13之间配设隔热板11。

此处，对液漏罩16作详细叙述。

由于在坩埚3与电极14之间配设有液漏罩16，因此，即使坩埚3中的原料熔液9泄漏，并朝向电极14滴落，也不过是滴落到配设于电极14上方位置处的液漏罩16上。可以防止原料熔液落到配置于液漏罩16下面的电极14上、或落到电极14与加热器4的连结部分。这样一来，可以保护金属制成的电极14或连结部分等，以避免接触到原料熔液，可以防止这些构件损伤。因此，在取出加热器4时，也不需要像以往那样，将有原料熔液滴落并固着的连结部分或加热器4的一部分破坏。

并且，根据配设液漏罩16，可以抑制来自加热器4的辐射热向主腔室2内的下方逸散。因此，可以效率良好地加热坩埚3内的原料熔液，并能够降低制造时所耗费的电力。因此，可以谋求降低成本或降低环境负载等。

液漏罩16的配设位置，只要是坩埚3的下方且电极14的上方的位置即可，具体位置并无特别限定。可以为以下位置，例如：在坩埚3下方隔开10mm以上间隔的位置处，且在电极14上方，例如在电极14与加热器4的连结部分的上方隔开10mm以上间隔的位置处。如果是这种位置，就可以使液漏罩16在作业中与坩埚3、电极14及连结部分等互不干扰，并防止由短路所引起的火花(spark)。

另外，对于液漏罩16的大小、形状等，并无特别限定。只要具备可以保护电极14以避免接触到漏出的原料熔液的程度的大小、形状即可。例如，可以是刚好足够覆盖电极14的上方所需要的最低限度的大小，也可以是呈图2所示的环形并向坩埚3的整个周围扩展的形状。

此处，由于在图2所示的一例中为环形，因此，中心的孔的部分可以供坩埚保持轴5插通，且还可以防止原料熔液9从配设于上方的坩埚3的任一位置泄漏并直接朝向主腔室2内的下方滴落。进一步，相对于圆筒状加热器4，由于可以使圆周方向的任一位置处的辐射热难以朝下方逸散，因此，可以更有效地加热原料熔液9。而且，可以在坩埚3的圆周方向，以均匀的热分布为前提进行加热。

并且，液漏罩16与隔热板11成为一体，所述隔热板11配设于液漏罩16的下方且插通有电极14等。此处，分别准备具有用于调整高度位置的适当厚度的构件17，在隔热板11上放置高度位置调整用构件17，进一步在高度位置调整用构件17上放置液漏罩16。在这些构件上预先适当形成嵌合部，将嵌合部嵌合并固定，以避免位置相互错开。

如图2所示，在隔热板11上形成有电极插通口22，成为可以供电极14插通的结构。

液漏罩16可以由石墨材料构成，高度位置调整用构件17可以由隔热材料或石墨材料构成。

并且，也可以不经由这种高度位置调整用构件17，而是根据适当调整液漏罩16或隔热板11的厚度、它们的位置，来使液漏罩16与隔热板11直接性地一体化而成。

并且，也可以将液漏罩16与隔热板11分别独立地配设。

将液漏罩16与隔热板11一体化地配设、还是分别独立地配设等，可以根据主腔室2的大小或与其他构件的位置关系等而适当决定。

这些隔热板11与液漏罩16的不同在于，是否覆盖电极14的上方。

并且，在液漏罩16的上表面，沿着周边设置有凸棱(rib)18。由于设置有这种凸棱18，因此，可以暂时积存滴落到液漏罩16上的原料熔液。

而且，在该凸棱18的一部分上形成有缺口19。因此，可以将由凸棱18围绕而成的区域内所积存的原料熔液，从缺口19进一步朝下方流动。利用调整该缺口19的形成位置，并且以使缺口19位于想要使原料熔液流入的理想的位置的正上方的方式来配设液漏罩16，可以引导原料熔液，使原料熔液通过缺口19而流动到此希望的位置处。

液漏罩16中的这种泄漏的原料熔液的引导结构20，并非限定于图2的一例，可以适当决定。作为其他例，例如，也可以根据在液漏罩16中形成贯通孔等，使原料熔液从贯通孔流出并滴落。

只要为以下结构即可：将原料熔液引导至希望的位置处，且不会滴落到电极14或连结部分等。

可以使上述引导结构成为以下结构，即，向盛漏托盘13上所配设的液漏检测器21引导。作为盛漏托盘13，可以只容置从坩埚3中漏出的原料熔液，但在图1所示的一例中，进一步配设有液漏检测器21，以便可以自动地检测液漏。如果是这种盛漏托盘，可以检测液漏发生本身，并即时采取断电等有效对策。根据液漏检测器21，可以经常检测盛漏托盘13中的温度，并依据检测值的变化来判断液漏。

如果前述液漏罩16的引导结构20引导原料熔液，使原料熔液直接流动至液漏检测器21附近，就可以将以往流动至加热器4与电极14的连结构件等的原料熔液也引导至液漏检测器21。因此，例如，即便配设液漏检测器，仍可以将以往流动至连结构件等的无法检测的液漏检测出来，或可以较以往更早地检测出液漏。

并且，作为液漏罩16的引导结构20，可以将原料熔液引导至隔热板11，并使原料熔液经由隔热板11，流动至液漏检测器21附近。此时优选为，隔热板11也具备有与液漏罩16相同的引导结构。

如果是这种液漏罩16或隔热板11，可以对从坩埚3中泄漏的原料熔液9进行引导，使原料熔液9根据液漏罩16和隔热板11的引导结构20，最终引导至液漏检测器21。因此，确实可以使液漏的检测功能优良。

[实施例]

以下，示出实施例和比较例，具体地说明本发明，但本发明并非限定于这些例子。

(实施例)

使用图1所示的本发明的单晶制造装置1来制造单晶硅，所述单晶制造装置1设置有石墨材料的液漏罩。

将140kg的多晶硅放入直径61cm的石英坩埚中，将多晶硅熔解。以使中心强度成为0.4T的方式施加水平磁场，经过硅熔融物的熟成工序，将具有(001)面的晶种浸入硅熔融物。

此时的氩气(Ar)流量为120L/min，单晶制造装置内的压力根据在排气管上设置电阻式传感器而调整为75torr(9999Pa)。颈缩后扩径至所需的直径200mm，然后，培育出制品部也就是定径(sizing)的比电阻为10Ω·cm的硼掺杂(boron dope)的直径200mm的单晶硅。

对此单晶硅的培育所需要的平均耗电量进行调查。将调查结果示于图3。如图3所示，为95kW。与后述比较例相比，平均耗电量较少。一般认为这是由于与使用以往的单晶制造装置的比较例不同，在实施例中，将液漏罩配设于电极的上方，可以防止加热器的辐射热向液漏罩下方逸散，进一步防止加热器的辐射热从隔热板的电极插通口向主腔室的下方逸散，而效率良好地进行硅熔融物的加热。

(比较例)

使用图4所示的以往的单晶制造装置101来制造单晶硅，所述单晶制造装置101并未配设液漏罩。

其他作业条件与实施例相同。

如图3所示，此单晶硅的培育所需要的平均耗电量为100kW。与实施本发明的实施例相比，更耗费平均耗电量。

另外，运转(running)作业时可能会发生液漏。在比较例的单晶制造装置101中，原料熔液滴落到电极等上，但在实施例的单晶制造装置1中，可以根据液漏罩来保护电极以避免接触到原料熔液。

另外，本发明并不限定于上述实施方式。上述实施方式为例示，具有与本发明的权利要求书中所述的技术思想实质相同的结构并发挥相同作用效果的技术方案，均包含在本发明的技术范围内。

Claims (5)

1.一种单晶制造装置，是根据直拉法而构成的单晶制造装置，且具备坩埚，其容置原料熔液；圆筒状加热器，其围绕该坩埚并加热原料熔液；主腔室，其容纳这些构件；电极，其从该主腔室的底部插入，支持前述圆筒状加热器且供给电力；及，盛漏托盘，其配设于前述主腔室的底部，容置从前述坩埚中漏出的原料熔液；并且，所述单晶制造装置的特征在于：

液漏罩配设于前述坩埚的下方且前述电极的上方的位置处，所述液漏罩防止从前述坩埚中漏出的原料熔液滴落于前述电极上。

2.如权利要求1所述的单晶制造装置，其中，前述液漏罩为环形。

3.如权利要求1或2所述的单晶制造装置，其中，在前述盛漏托盘上配设有检测液漏的液漏检测器，前述液漏罩具有将从前述坩埚中漏出的原料熔液引导至前述液漏检测器的结构。

4.如权利要求1至3中任一项所述的单晶制造装置，其中，在前述盛漏托盘与前述液漏罩之间，配设有供前述电极插通的隔热板，前述液漏罩具有将从前述坩埚中漏出的原料熔液引导至前述隔热板的结构，该隔热板具有将原料熔液引导至前述盛漏托盘上所配设的液漏检测器的结构。

5.如权利要求3或4所述的单晶制造装置，其中，引导前述液漏罩的原料熔液的结构，是由设置于上表面的周边的凸棱与形成于该凸棱的一部分上的缺口所构成。