JP2001010890A - 単結晶引上装置 - Google Patents

単結晶引上装置

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JP2001010890A
JP2001010890A JP11177534A JP17753499A JP2001010890A JP 2001010890 A JP2001010890 A JP 2001010890A JP 11177534 A JP11177534 A JP 11177534A JP 17753499 A JP17753499 A JP 17753499A JP 2001010890 A JP2001010890 A JP 2001010890A
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JP
Japan
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heater
single crystal
heat retaining
crucible
crystal pulling
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JP11177534A
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English (en)
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Koji Hosoda
浩二 細田
Norimasa Naito
宣正 内藤
Hitoshi Sasaki
斉 佐々木
Shinrin Fu
森林 符
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Mitsubishi Materials Silicon Corp
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Silicon Corp
Mitsubishi Materials Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 単結晶引上装置において、ヒータからの熱の
保温性を向上させること。 【解決手段】 ルツボ14内の半導体融液Lから半導体
単結晶Cを引き上げる単結晶引上装置であって、前記ル
ツボの周囲に配され該ルツボ内の前記半導体融液を加熱
する筒状のヒータ15と、該ヒータの周囲に配され保温
材16aで形成された保温筒部材16とを備え、前記ヒ
ータの上方には、保温材16a、18aで形成された上
部保温部16c、18が配されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、CZ法(チョクラ
ルスキー法)を用いて、ルツボに貯留された半導体融液
より半導体単結晶を引き上げる単結晶引上装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、シリコン(Si)やガリウムヒ素
(GaAs)等の半導体単結晶を成長する手段の一つと
して、CZ法を用いた単結晶引上装置が知られている。
この単結晶引上装置は、図2に示すように、チャンバ1
内部のカーボンサセプタ2上に配設した石英ルツボ3内
に半導体融液Lを貯留し、該半導体融液Lを石英ルツボ
3の周囲に配置した円筒状のヒータ4で所定温度に加熱
制御して、この半導体融液Lから半導体単結晶Cを引き
上げるものである。この単結晶引上装置では、ヒータ4
の周囲には保温材で形成された円筒状の保温筒5が配置
され、ヒータ4の外側においてヒータ4の保温性を確保
している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の単結晶引上装置には、以下のような課題が残されて
いる。すなわち、上記ヒータ4は、その加熱量が大きい
と近傍に位置するカーボンサセプタ2等の劣化が速くな
り寿命が短くなることから、ヒータ4からの熱の保温性
を向上させて加熱量を低減させることが望まれている。
しかし、従来は、ヒータの外側を直円筒状の保温筒で囲
んで保温するだけであるため、ヒータの上部に熱が逃げ
やすく十分な保温性が得られなかった。また、半導体融
液を安定させて品質の高い結晶を引き上げるためには、
ヒータの上下方向における温度も均一化させる必要があ
り、さらに高い保温性が要望されている。特に、近年、
固液界面での成長軸方向の温度勾配をGとしたとき、結
晶の中心部と外周部との温度勾配Gの差△Gを小さくす
ると、COP(Crystal Originated Particle)等の成長
時導入欠陥の発生を抑制できることがわかり、このため
固液界面上方における保温性を向上させて、△Gの低減
を図ることが要望されている。
【0004】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
ので、ヒータからの熱の保温性をさらに向上させること
ができる単結晶引上装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために以下の構成を採用した。すなわち、請求項
1記載の単結晶引上装置では、ルツボ内の半導体融液か
ら半導体単結晶を引き上げる単結晶引上装置であって、
前記ルツボの周囲に配され該ルツボ内の前記半導体融液
を加熱する筒状のヒータと、該ヒータの周囲に配され保
温材で形成された保温筒部材とを備え、前記ヒータの上
方には、保温材で形成された上部保温部が配されている
技術が採用される。
【0006】この単結晶引上装置では、ヒータの上方に
保温材で形成された上部保温部が配されているので、ヒ
ータの外側だけでなく上方においても上部保温部によっ
て保温され、保温性が向上する。したがって、ヒータの
上下方向の温度均一性を高めることができる。
【0007】請求項2記載の単結晶引上装置では、請求
項1記載の単結晶引上装置において、前記上部保温部
は、前記保温筒部材の上部が前記ヒータの上方に突出し
て形成された内側突出部である技術が採用される。
【0008】この単結晶引上装置では、上部保温部が、
保温筒部材の上部がヒータの上方に突出して形成された
内側突出部であるので、上部保温部を保温筒部材の上部
に一体で形成でき、別個に保温用の部材を設置する必要
がない。
【0009】請求項3記載の単結晶引上装置では、請求
項1記載の単結晶引上装置において、前記ルツボの上方
に該ルツボと同軸に配置された略円筒状のフロー管と、
該フロー管を支持する支持部材とを備え、前記上部保温
部は、前記保温筒部材の上部に取り付けられ前記ヒータ
の上方に突出して配された前記支持部材である技術が採
用される。
【0010】この単結晶引上装置では、上部保温部が、
保温筒部材の上部に取り付けられヒータの上方に突出し
て配された支持部材であるので、支持部材がヒータの上
方を保温する機能も備えることにより、別個に保温用の
部材を設置する必要がない。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る単結晶引上装
置の一実施形態を、図1を参照しながら説明する。この
図にあって、符号11はチャンバ、12はシャフト、1
3はサセプタ、14はルツボ、15はヒータ、16は保
温筒を示している。
【0012】図1は、本実施形態の単結晶引上装置を示
すものであって、該単結晶引上装置は、中空の気密容器
であるチャンバ11内に、該チャンバ11の中央下部に
垂直に立設され上下動可能なシャフト12と、該シャフ
ト12上に載置されたカーボン製のサセプタ13と、該
サセプタ13に支持されシリコンの融液である半導体融
液Lを貯留する石英(SiO2)製のルツボ14と、該
ルツボ14の外周に所定距離離間して配されたヒータ1
5と、該ヒータ15の周囲に配された保温筒(保温筒部
材)16とがそれぞれ配置されている。
【0013】また、ルツボ14の上方に該ルツボ14と
同軸に配置された略円筒状のフロー管17と、保温筒1
6の上部に取り付けられフロー管17を支持する円環状
のアッパーリング(支持部材、上部保温部)18とを備
えている。前記ルツボ14は、シャフト12の軸線を中
心として水平面上で所定の角速度で回転する構成になっ
ている。前記ヒータ15は、シリコン原料をルツボ14
内で加熱・融解するとともに生じた半導体融液Lを保温
するもので、通常、抵抗加熱が用いられる。
【0014】また、チャンバ11上部からは、引上ワイ
ヤ19が昇降自在にかつ回転自在に吊り下げられ、該引
上ワイヤ19の下端部には、シリコンの種結晶が固定さ
れている。なお、チャンバ11の上部には、半導体単結
晶Cの固液界面を観察するための透明窓部20が設けら
れている。
【0015】前記フロー管17は、内径が下方に向けて
漸次小さくなるテーパ状の円筒部材であり、その上端フ
ランジ部17aがアッパーリング18を介して保温筒1
6の上部に固定されている。このフロー管17は、成長
時に半導体単結晶Cへの輻射熱を遮断するとともに、チ
ャンバ11上端のガス導入口11aから供給されるアル
ゴンガスを通過させて半導体融液L上に吹き付け、半導
体融液Lから発生するSiO2を吹き流すものである。
なお、吹き流されたSiO2を含むアルゴンガスは、チ
ャンバ11下端のガス排出口11bから外部に順次排出
される。
【0016】前記保温筒16は、炭素繊維(カーボンフ
ァイバ)からなる保温材16aで形成されその内側面に
支持板としてカーボン板16bが張られている。また、
保温筒16の上部には、ヒータ15の上方に突出した内
側突出部(上部保温部)16cが円環状に形成されてい
る。なお、カーボン板16bの代わりに、CCM材(Cab
on fiber reformed Carbon Composite Materials)を使
用してもよい。前記アッパーリング18も、保温筒16
と同様に、炭素繊維からなる保温材18aで形成されそ
の外面に支持板としてカーボン板18bが張られてい
る。なお、上記保温材16a、18aが炭素繊維である
ので、保温性や耐熱性に優れ、かつ軽量な保温筒16お
よびアッパーリング18が得られる。保温材としては、
上記炭素繊維以外に、熱伝導度の低い材料として、グラ
スファイバ等を採用しても構わない。
【0017】この単結晶引上装置において結晶成長を行
う場合、まずガス導入口11aからアルゴンガスを供給
するとともに、ヒータ15に通電してルツボ14内のシ
リコン原料を溶融して半導体融液Lとし、そしてヒータ
15の電力を調整して半導体融液Lの中央液面付近を単
結晶成長温度に保つ。次に、引上ワイヤ19により吊り
下げられた種結晶を下降させて半導体融液Lに浸してな
じませ、いわゆるネッキングにより無転位化を行い、そ
の後、ルツボ15と引上ワイヤ19とを互いに反対に回
転させながら半導体単結晶Cを引き上げ成長する。
【0018】本実施形態では、ヒータ15の上方に保温
材16a、18aで形成された内側突出部16cおよび
アッパーリング18が配されているので、ヒータ15上
方への熱をこれらで遮蔽し、ヒータ15の外側だけでな
く上方においても熱が十分に保温される。したがって、
従来のストレートな筒形状の保温筒だけで保温する場合
に比べて、ヒータ15の加熱量を低く設定することが可
能(実際には、使用電力量が約半分に低減可能)とな
り、炉内の熱効率およびサセプタ13等のカーボンパー
ツの寿命を大幅に向上させることができる。また、ヒー
タ15の上下方向の温度が均一になり、半導体融液Lが
安定化して高品質な結晶が引き上げやすくなる。特に、
ヒータ15上方の保温性が向上することにより、結晶成
長において△Gが低減されて低COP化や低酸素濃度化
を図ることができる。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、以下の効果を奏する。
請求項1記載の単結晶引上装置によれば、ヒータの上方
に保温材で形成された上部保温部が配されているので、
ヒータの外側だけでなく上方においても上部保温部によ
って保温され、保温性および熱効率をさらに向上させる
ことができる。したがって、省エネルギー化を図ること
ができるとともに、ヒータの上下方向における温度も均
一化され、半導体融液も安定することから、高品質の結
晶を引上成長することが可能となる。特に、ヒータ上方
の保温性が向上することにより、結晶成長において△G
が低減されて低COP化や低酸素濃度化を図ることがで
き、いわゆるピュアシリコン等を成長することも可能と
なる。したがって、高性能デバイス用の単結晶を製造す
ることが可能となる。
【0020】請求項2記載の単結晶引上装置によれば、
上部保温部が、保温筒部材の上部がヒータの上方に突出
して形成された内側突出部であるので、上部保温部を保
温筒部材の上部に一体で形成でき、簡便な構成であると
ともに別個に保温用の部材を設置する必要がなく、低コ
ストで実現することができる。
【0021】請求項3記載の単結晶引上装置によれば、
上部保温部が、保温筒部材の上部に取り付けられヒータ
の上方に突出して配された支持部材であるので、支持部
材がヒータの上方を保温する機能も備えることにより、
別個に保温用の部材を設置する必要がなく、低コストで
実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る単結晶引上装置の一実施形態を
示す全体断面図である。
【図2】 本発明に係る単結晶引上装置の従来例を示す
全体断面図である。
【符号の説明】
14 ルツボ 15 ヒータ 16 保温筒(保温筒部材) 16a、18a 保温材 16c 内側突出部(上部保温部) 17 フロー管 18 アッパーリング(上部保温部、支持部材) C 半導体単結晶 L 半導体融液
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内藤 宣正 東京都千代田区大手町一丁目5番1号 三 菱マテリアルシリコン株式会社内 (72)発明者 佐々木 斉 東京都千代田区大手町一丁目5番1号 三 菱マテリアルシリコン株式会社内 (72)発明者 符 森林 東京都千代田区大手町一丁目5番1号 三 菱マテリアルシリコン株式会社内 Fターム(参考) 4G077 AA02 BA04 CF10 EG18 EG19 EG25 PA16

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ルツボ内の半導体融液から半導体単結晶
    を引き上げる単結晶引上装置であって、 前記ルツボの周囲に配され該ルツボ内の前記半導体融液
    を加熱する筒状のヒータと、 該ヒータの周囲に配され保温材で形成された保温筒部材
    とを備え、 前記ヒータの上方には、保温材で形成された上部保温部
    が配されていることを特徴とする単結晶引上装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の単結晶引上装置におい
    て、 前記上部保温部は、前記保温筒部材の上部が前記ヒータ
    の上方に突出して形成された内側突出部であることを特
    徴とする単結晶引上装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の単結晶引上装置におい
    て、 前記ルツボの上方に該ルツボと同軸に配置された略円筒
    状のフロー管と、 該フロー管を支持する支持部材とを備え、 前記上部保温部は、前記保温筒部材の上部に取り付けら
    れ前記ヒータの上方に突出して配された前記支持部材で
    あることを特徴とする単結晶引上装置。
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