JP2000203986A - シリコン単結晶引上装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】チョクラルスキー法による単結晶育成過程にお
いて、石英ガラスルツボの内表面への付着シリコンをな
くして、発熱体への大電流の供給を必要とせず、石英ガ
ラスの寿命を延ばし、消費電力量の少ないシリコン単結
晶引上装置を提供する。 【解決手段】チャンバー２の上方に穿設された貫通孔２
３を貫通し石英ガラスルツボ１２の内表面１６に沿って
降下する作動子２１を具備し、この作動子２１をチャン
バー２外から操作し前記内表面１６に付着した付着シリ
コンＳｈに当てて付着シリコンＳｈを溶融シリコンＳ中
に落下させるシリコン単結晶引上装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシリコン単結晶引上
装置に係わり、特に原料シリコンの溶融時間を短縮でき
るシリコン単結晶引上装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、シリコン単結晶を育成する場合
には、溶融した原料シリコンに種結晶を浸し、この種結
晶を緩やかに引き上げることによって単結晶を成長させ
るチョクラルスキー法（ＣＺ法という）が用いられてい
る。

【０００３】このＣＺ法による従来のシリコン単結晶の
引上装置としては第４図に示すようなものが用いられて
いる。この第４図に示されるような引上装置４０は、内
部に不活性ガスＧが供給されるチャンバー４１と、この
チャンバー４１内に設れられ原料シリコンを溶融しシリ
コン単結晶Ｉｇを育成する熱環境を作るホットゾーン４
２から構成されている。

【０００４】このホットゾーン４２は、多結晶の原料シ
リコンＳｐが充填される石英ガラスルツボ４３と、この
石英ガラスルツボ４３を支持しチャンバー４１の底部４
２を貫通する回転昇降自在なルツボ回転軸４４に取り付
けられた黒鉛ルツボ４５と、原料シリコンシＳｐを溶融
する発熱体４６と、この発熱体４６、石英ガラスルツボ
４３、および黒鉛ルツボ４５を囲繞し保温する保温材４
７から構成されている。

【０００５】さらに、チャンバー４１の上部には引上機
構４８が設けられ、この引上機構４８には種結晶４９を
固定するチャック５０を具備するワイヤー５１が昇降自
在に設けられている。

【０００６】また、石英ガラスルツボ４１およびシリコ
ン融液Ｓの上方にはこのシリコン融液Ｓからの熱輻射を
防止しかつチャンバー４１内を流れる不活性ガスＧの流
路を制御する耐熱部材製の輻射シールド５２が設けられ
ている。

【０００７】なお、５３はチャンバー４１に不活性ガス
Ｇを導入する導入管、５４は不活性ガスＧをチャンバー
４１外に排出する排出導入管である。

【０００８】このような構造を有する従来のシリコン単
結晶引上装置４０を用いてシリコン単結晶Ｉｇを引き上
げる場合には、まず、図５（ａ）に示すように、石英ガ
ラスルツボ４３に原料シリコンＳｐを不規則に充填し、
不活性ガスＧをチャンバー４１上部の導入管５２からチ
ャンバー４１内に導入し、石英ガラスルツボ４３の原料
シリコンＳｐを発熱体４６により加熱する。

【０００９】図５（ｂ）に示すように、発熱体４６によ
り加熱された石英ガラスルツボ４３の原料シリコンＳｐ
は、下方部分が溶融して溶融シリコンＳとなり、上方部
分は原料シリコンＳｐの状態を保ったままブリッジ形状
を形成する。

【００１０】さらに原料シリコンＳｐを加熱すると、図
５（ｃ）のように原料シリコンＳｐは内表面５５に食い
込むように付着した付着シリコンＳｈ以外の原料シリコ
ンＳｐは完全に溶融して溶融シリコンＳとなる。

【００１１】図５（ｃ）に示すように、付着シリコンＳ
ｈが内表面５５に付着し溶融シリコンＳから離間した状
態で結晶育成を行うと、結晶育成中に未溶融の付着シリ
コンＳｈが溶融シリコンＳ中に落下して、液面振動を発
生させ、また付着シリコンＳｈの存在により石英ガラス
ルツボ４３と輻射シールド５２間の不活性ガスＧ流れが
乱され、ＳｉＯガスの排出効率を低下させる可能性があ
る。

【００１２】このように付着シリコンＳｈの存在は結晶
育成に種々の支障があり、付着シリコンＳｈを完全に溶
融してから結晶育成を開始する必要がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来、付着シリコンＳ
ｈの完全な溶融のため、付着シリコンＳｈが石英ガラス
ルツボ４３の内表面５５から溶融シリコンＳに完全に溶
け落ちるまで大電流を発熱体４６に供給し、石英ガラス
ルツボ４３を高温に加熱していた。

【００１４】また、より高温状態で長時間石英ルツボと
溶融シリコンが保持されるため、溶融シリコン中への酸
素含有量が増加してしまう問題があった。

【００１５】このような発熱体４６への大電流の供給
は、石英ガラスルツボ４３の寿命を短くすると共に消費
電力量が増大し不経済であった。

【００１６】そこで、単結晶育成過程において、石英ガ
ラスルツボの内表面への付着シリコンをなくして、発熱
体への大電流の供給を必要とせず、石英ガラスの寿命を
延ばし、消費電力量の少ないシリコン単結晶引上装置が
要望されていた。

【００１７】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、発熱体への大電流の供給を必要とせず、石英ガ
ラスの寿命を延ばし、消費電力量の少ないシリコン単結
晶引上装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本願請求項１の発明は、チョクラルスキー法
によるシリコン単結晶引上装置において、チャンバー上
方に穿設された貫通孔を貫通し石英ガラスルツボの内表
面に沿って昇降する作動子を具備し、この作動子をチャ
ンバー外から操作し前記内表面に付着した付着シリコン
に当てて付着シリコンを溶融シリコン中に落下させる構
成としたことを特徴とするシリコン単結晶引上装置であ
ることを要旨としている。

【００１９】本願請求項２の発明では、上記作動子を昇
降する昇降装置をチャンバー外に設けたことを特徴とす
る請求項１に記載のシリコン単結晶引上装置であること
を要旨としている。

【００２０】本願請求項３の発明では、上記作動子のチ
ャンバー内の一端部にシリコン体が取り付けられている
ことを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン単
結晶引上装置であることを要旨としている。

【００２１】本願請求項４の発明では、上記石英ガラス
ルツボの内部上方に輻射シールドを設け、この輻射シー
ルドと石英ガラスルツボの内表面間に作動子を昇降させ
るようにしたことを特徴とする請求項１〜３いずれかに
記載のシリコン単結晶引上装置であることを要旨として
いる。

【００２２】本願請求項５の発明では、上記輻射シール
ドを支持部材によりチャンバーに支持し、かつ前記支持
部材に作動子が貫通する貫通孔を穿設したことを特徴と
する請求項４に記載のシリコン単結晶引上装置であるこ
とを要旨としている。

【００２３】本願請求項６の発明では、上記作動子のシ
リコン体が最上位位置にあるとき、前記シリコン体によ
り支持部材の貫通孔を閉塞させることを特徴とする請求
項３または５に記載のシリコン単結晶引上装置であるこ
とを要旨としている。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る単結晶引上装
置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

【００２５】図１は本発明に係る単結晶引上装置１で、
この引上装置１は、気密性のチャンバー２と、このチャ
ンバー２内に設れられ原料シリコンＳｐを溶融しシリコ
ン単結晶Ｉｇを育成する熱環境を作るホットゾーン３か
ら構成されている。

【００２６】このチャンバー２には、このチャンバー２
に不活性ガスＧを導入する導入管４と、チャンバー２の
底部５を貫通する回転昇降自在なルツボ回転軸６と、こ
のルツボ回転軸６の周囲に位置する不活性ガスＧの排出
管７が設けられている。

【００２７】さらに、チャンバー２の上部には引上機構
８が設けられ、さらにこの引上機構８には種結晶９を固
定するチャック１０を具備するワイヤー１１が昇降自在
に設けられている。

【００２８】上述のホットゾーン３は、原料シリコンＳ
ｐ溶融用の石英ガラスルツボ１２と、この石英ガラスル
ツボ１２を支持する黒鉛ルツボ１３と、原料シリコンシ
Ｓｐを溶融する発熱体１４と、この発熱体１４、石英ガ
ラスルツボ１２および黒鉛ルツボ１３を囲繞し保温する
保温材１１５から構成されている。

【００２９】石英ガラスルツボ１２の上方には内表面１
６に対向して輻射シールド１７が設けられ、この輻射シ
ールド１７は、引き上げられるシリコン単結晶Ｉｇを同
心円の軸として取り囲み、輻射シールド１７の下端開口
部１８はシリコン融液Ｓに近接し、上端開口部１９は石
英ガラスルツボ１２の上端部付近に達している。

【００３０】また、輻射シールド１７はチャンバー２に
支持部材２０によりに取り付けられており、この支持部
材２０には、アーム状の作動子２１が貫通する貫通孔２
２が穿設されている。作動子２１はその一端部がチャン
バー２の外側上方に設けられ貫通孔２３に対向して設け
られた昇降装置２４に取り付けられ、他端部には貫通孔
２２とほぼ同じ大きさを有するシリコン体例えばシリコ
ン板２５が取り付けられている。

【００３１】このシリコン板２５は石英ガラスルツボ１
２の内表面１６に小間隙ｇを設けて配設されており、シ
リコン板２５は昇降装置２４による作動子２１の作動で
石英ガラスルツボ１２間に小間隙ｇを有しかつ内表面１
６に沿って自由に昇降が可能である。

【００３２】なお、作動子２１はＳｉをＣＶＤによりコ
ーティングしたＳｉ含浸炭化珪素製等の高純度、高耐熱
性を備えた材質であれば、特にシリコン体２５は必要で
なく、また昇降装置２４を設けずチャンバー２外から手
動操作で作動子２１を操作作動させてもよい。

【００３３】本発明に係わるシリコン単結晶引上装置１
を用いて単結晶を引上げるには、図１に示すルツボ回転
軸６を回転させて石英ガラスルツボ１２を最下点まで降
下させ、従来の技術で説明したと同様に図５（ａ）に示
すように、石英ガラスルツボ１２に多結晶の原料シリコ
ンＳｐを不規則に充填し、不活性ガスＧをチャンバー２
上部の導入管４からチャンバー２内に導入し、石英ガラ
スルツボ１２の原料シリコンＳｐを発熱体１４により加
熱する。

【００３４】加熱された石英ガラスルツボ１２の原料シ
リコンＳｐは、図５（ｂ）に示すように、下方部分が溶
融して溶融シリコンＳとなり、上方部分は原料シリコン
Ｓｐの状態を保ったままブリッジ形状を形成する。

【００３５】さらに原料シリコンＳｐを加熱すると、図
２および図５（ｃ）のように原料シリコンＳｐは、内表
面１６に付着した付着シリコンＳｈ以外は完全に溶融し
て溶融シリコンＳとなる。

【００３６】原料シリコンＳｐの溶融工程で付着シリコ
ンＳｈが石英ガラスルツボ１２の内表面１６に未溶融状
態で付着しているときは、昇降装置２４を作動させて作
動子２１を下降させ、この作動子２１の先端に取り付け
られたシリコン板２５を付着シリコンＳｈの位置まで降
ろし、付着シリコンＳｈに当てて衝撃を与え、付着シリ
コンＳｈを溶融シリコンＳ中に落下させる。

【００３７】この場合には、シリコン板２５と付着シリ
コンＳｈは同一材質であるため、シリコン板２５から溶
融シリコンＳ中に不純物には混入しない。

【００３８】なお、付着シリコンＳｈが数個付着してい
る場合には、石英ガラスルツボ１２の回転にタイミング
を合わせ、付着シリコンＳｈの付着位置でシリコン板２
５を降下させて、付着シリコンＳｈに当てて付着シリコ
ンＳｈを内表面１６から脱落させ。溶融シリコンＳ中に
落下させる。

【００３９】全ての付着シリコンＳｈを溶融シリコンＳ
中に落下させたのちは、作動子２１を上昇させ、シリコ
ン板２５で支持部材２０の貫通孔１７を塞いだ状態で停
止させる。

【００４０】原料シリコンＳｐが完全に溶融されたの
ち、ワイヤー１１を下降させて種結晶９を溶融シリコン
Ｓに浸す。種結晶９を溶融シリコンＳに浸した状態で、
引上機構８とルツボ回転軸６を互いに逆方向へ回転さ
せ、ワイヤー１１を低速度で上昇させる。

【００４１】このようにすると種結晶９が成長して、種
結晶９の下部にシリコン単結晶Ｉｇが成長する。シリコ
ン単結晶引上げ中、導入管４よりチャンバー２内に不活
性ガスＧが導入され、輻射シールド１７の下端開口部１
８、輻射シールド１７と溶融シリコンＳ間を通り、溶融
シリコン表面Ｓｓから蒸発するＳｉＯガスと共に排出管
５４から排出される。

【００４２】ＳｉＯガスがシリコン単結晶Ｉｇの表面に
付着すると結晶を有転位化させるので不活性ガスＧは単
結晶引上げ中流し続けられる。

【００４３】このように単結晶引上げ中は流し続ける
が、上述のように全ての付着シリコンＳｈを溶融シリコ
ンＳ中に落下させたのちは、シリコン板２５で貫通孔２
２を塞いだ状態に保つので、シリコン単結晶育成中輻射
シールド１７と石英ガラスルツボ１２との間を通過した
不活性ガスＧが支持部材２０より上方に漏れず排気管４
から整然と排気されるため、ＳｉＯガスの排出効率をよ
く維持できる。

【００４４】引上げ過程の初期において、作動子２１を
用いて石英ガラスルツボ１２の内表面１６に付着した未
溶融の付着シリコンＳｈを機械的にかつ不純物を混入さ
せることなく溶融シリコンＳ中に落下させることによ
り、原料シリコンＳｐを完全に溶融するまでに要する時
間を短縮でき省電力化が図れ、かつ石英ガラスルツボ１
２の長寿命化が達成できる。

【００４５】また、原料シリコンＳｐの一回当たりのチ
ャージ量が増え未溶融の付着シリコンＳｈの量が増える
ような場合には、さらに本発明に係わるシリコン単結晶
引上装置の効果が期待できる。

【００４６】

【発明の効果】以上に述べたように本発明に係わるシリ
コン単結晶引上装置は、石英ガラスルツボの内表面に沿
って昇降する作動子により内表面に付着する付着シリコ
ンを溶融シリコンに落下させることにより、ＳｉＯガス
の排出効率がよく、原料シリコンが溶融するまでの時間
を短縮して省電力化が図れ、かつ石英ガラスルツボの長
寿命化が図れるシリコン単結晶引上装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるシリコン単結晶引上装置の説明
図。

【図２】図１のシリコン体の作動状態を示す説明図。

【図３】図１のシリコン体の作動状態を示す説明図。

【図４】従来のシリコン単結晶引上装置の説明図。

【図５】一般的なシリコン単結晶引上装置における原料
シリコンの溶融過程を示す説明図。

【符号の説明】

１ 単結晶引上装置 ２ チャンバー ３ ホットゾーン ４ 導入管 ５ 底部 ６ ルツボ回転軸 ７ 排出管 ８ 引上機構 ９ 種結晶 １０ チャック １１ ワイヤー １２ 石英ガラスルツボ １３ 黒鉛ルツボ １４ 発熱体 １５ 保温材 １６ 内表面 １７ 輻射シールド １８ 下端開口部 １９ 上端開口部 ２０ 支持部材 ２１ 作動子 ２２ 貫通孔 ２３ 貫通孔 ２４ 昇降装置 ２５ シリコン板 Ｓ 溶融シリコン Ｓｈ 付着シリコン Ｓｐ 多結晶の原料シリコン Ｓｓ 融液シリコン表面

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チョクラルスキー法によるシリコン単結
   晶引上装置において、チャンバー上方に穿設された貫通
   孔を貫通し石英ガラスルツボの内表面に沿って昇降する
   作動子を具備し、この作動子をチャンバー外から操作し
   前記内表面に付着した付着シリコンに当てて付着シリコ
   ンを溶融シリコン中に落下させる構成としたことを特徴
   とするシリコン単結晶引上装置。
2. 【請求項２】 上記作動子を昇降する昇降装置をチャン
   バー外に設けたことを特徴とする請求項１に記載のシリ
   コン単結晶引上装置。
3. 【請求項３】 上記作動子のチャンバー内の一端部にシ
   リコン体が取り付けたことを特徴とする請求項１または
   ２に記載のシリコン単結晶引上装置。
4. 【請求項４】 上記石英ガラスルツボの内部上方に輻射
   シールドを設け、この輻射シールドと石英ガラスルツボ
   の内表面間に作動子を昇降させるようにしたことを特徴
   とする請求項１〜３いずれかに記載のシリコン単結晶引
   上装置。
5. 【請求項５】 上記輻射シールドを支持部材によりチャ
   ンバーに支持し、かつ前記支持部材に作動子が貫通する
   貫通孔を穿設したことを特徴とする請求項４に記載のシ
   リコン単結晶引上装置。
6. 【請求項６】 上記作動子のシリコン体が最上位位置に
   あるとき、前記シリコン体により支持部材の貫通孔を閉
   塞させることを特徴とする請求項３または５に記載のシ
   リコン単結晶引上装置。