JP2001010896A - シリコン単結晶引上げ装置およびこれを用いたシリコン単結晶の引上げ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】種結晶のネッキング工程をなくし、あるいは有
転位化が生じたシリコン単結晶のメルトバックが短時間
で行なえ、または、ネッキング工程を行なわずかつ有転
位化が生じたシリコン単結晶のメルトバックを短時間で
行なうことができ生産性が高く安全なシリコン単結晶引
上げ装置およびこれを用いたシリコン単結晶の引上げ方
法を提供する。 【解決手段】炉体内２に設けられた石英ガラスルツボ５
を加熱してこの石英ガラスルツボ５に装填された原料シ
リコンを溶融し、シリコン単結晶３を引上げるシリコン
単結晶引上げ装置において、種結晶１１および／または
この種結晶１１から成長するシリコン単結晶３を加熱す
るヒータ１４、１７が設けられたシリコン単結晶引上げ
装置およびこれを用いたシリコン単結晶の引上げ方法。

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
げ装置およびこれを用いたシリコン単結晶の引上げ方法
に係わり、特にシリコン単結晶引上げ生産性が高く安全
なシリコン単結晶引上げ装置およびこれを用いたシリコ
ン単結晶の引上げ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にシリコンウェーハ用のシリコン単
結晶の引上げは、チョクラルスキー法（ＣＺ法）により
行われている。

【０００３】従来のシリコン単結晶の引上げ方法は、溶
融した原料シリコンに種結晶を浸しこの種結晶をゆっく
りと引上げることによってシリコン単結晶を成長させる
ＣＺ法が用いられている。

【０００４】以下図４および図５を参照して従来のＣＺ
法を用いたシリコン単結晶の引上げ方法を説明する。図
４において、ＣＺ法を用いた引上げ方法は、まず石英ガ
ラスルツボ３１に原料シリコンを装填し、ヒータ３２に
より加熱して溶融シリコンする。しかる後、引上げ用の
ワイヤー３３に取付けられた種結晶３４を融液に接触さ
せてシリコン単結晶３５を引上げる。一般に、引上げ工
程前にシリコン融液３６の温度が安定した後、図５に示
すように、種結晶３４をシリコン融液３６に接触させて
種結晶３４の先端部３４ａを溶解するネッキングを行な
う。このネッキングを行なう理由は、種結晶３４をシリ
コン融液３６に接触させることにより発生するサーマル
ショックにより、シリコン単結晶に転位を発生させてし
まうため、この転位を除去するネッキングは不可欠な工
程であり、ネッキングによりネック部３４ｎが形成され
る。

【０００５】しかし、従来の技術では、上記ネッキング
工程で通常種結晶３４の直径を４ｍｍ程度にし、さらに
長さを２００ｍｍ程度の棒状にするため、大口径化する
シリコン単結晶３５の重量に耐えられず、種結晶のネッ
ク径の増大が提案されているが、ネック径を増大させる
と種結晶３４をシリコン融液３６に接触させても速やか
に種結晶３４の先端部３４ａを溶解することができな
い。また、従来のネック径の種結晶を用いてネッキング
を行なった後、ネック部を他の支持手段により支持し、
シリコン単結晶の重量を保持する方法などが検討されて
いるが、構造が複雑になり、さらにネック部の保持を確
実に行なうことができない。

【０００６】また、単結晶引上げ工程における問題とし
て、シリコン単結晶３５の有転位化の問題がある。何ら
かの原因でシリコン単結晶３５に有転位化が発生した場
合において、従来は石英ガラスルツボ３１が劣化してい
ないときには、シリコン単結晶３５をゆっくりと降下さ
せながら、石英ガラスルツボ３１およびカーボンルツボ
３７の外周に設けられたヒータ３２によりメルトバック
させていた。従来のメルトバックは、原料シリコン溶融
用のヒータ３２のみでシリコン単結晶３５を加熱して行
なうので、メルトバックの時間が長くなって、生産性が
低下し、さらに、石英ガラスルツボ３１の劣化も早ま
る。また、石英ガラスルツボ３１の劣化は改めて引上げ
られたシリコン単結晶が再び有転位化する原因となり、
最悪の場合には、石英ガラスルツボ３１の劣化によりシ
リコン融液３６が漏れるおそれがあった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで種結晶のネッキ
ング工程をなくし、あるいは有転位化が生じたシリコン
単結晶のメルトバックが短時間で行なえ、または、ネッ
キング工程を行なわずかつ有転位化が生じたシリコン単
結晶のメルトバックを一緒に行なうことができ、大口径
単結晶の引上げでも生産性が高く安全なシリコン単結晶
引上げ装置およびこれを用いたシリコン単結晶の引上げ
方法が要望されていた。

【０００８】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、種結晶のネッキング工程をなくし、あるいは有
転位化が生じたシリコン単結晶のメルトバックが短時間
で行なえ、または、ネッキング工程を行なわずかつ有転
位化が生じたシリコン単結晶のメルトバックを一緒に行
なうことができ、大口径単結晶の引上げでも生産性が高
く安全なシリコン単結晶引上げ装置およびこれを用いた
シリコン単結晶の引上げ方法を提供するを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ためになされた本願請求項１の発明は、炉体内に設けら
れた石英ガラスルツボを加熱してこの石英ガラスルツボ
に装填された原料シリコンを溶融し、シリコン単結晶を
引上げるシリコン単結晶引上げ装置において、種結晶お
よび／またはこの種結晶から成長するシリコン単結晶を
加熱するヒータが設けられたことを特徴とするシリコン
単結晶引上げ装置であることを要旨としている。

【００１０】本願請求項２の発明では、上記種結晶を加
熱するヒータは、種結晶の先端部近傍を囲繞する筒形状
のヒータであることを特徴とする請求項１に記載のシリ
コン単結晶引上げ装置であることを要旨としている。

【００１１】本願請求項３の発明では、上記シリコン単
結晶を加熱するヒータは、昇降自在に設けられシリコン
単結晶の少なくとも一部を囲繞する筒形状のヒータであ
ることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶引
上げ装置であることを要旨としている。

【００１２】本願請求項４の発明では、上記ヒータは、
黒鉛ヒータであることを特徴とする請求項２または３に
記載のシリコン単結晶引上げ装置であることを要旨とし
ている。

【００１３】本願請求項５の発明では、上記黒鉛ヒータ
は、ＳｉＣコートが施されている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げ装置であることを要
旨としている。

【００１４】本願請求項６の発明は、炉体内に設けられ
た石英ガラスルツボに原料シリコンを装填し、溶融した
後、種結晶の先端部をヒータにより加熱して溶解し、し
かる後、この溶解した先端部をシリコン融液に接触させ
てシリコン単結晶を引上げることを特徴とするシリコン
単結晶の引上げ方法であることを要旨としている。

【００１５】本願請求項７の発明は、炉体内に設けられ
た石英ガラスルツボに原料シリコンを装填し、溶融した
後、種結晶の先端部をシリコン融液に接触させてシリコ
ン単結晶を引上げ、この引上げ中のシリコン単結晶に有
転位化が生じた場合に、有転位化したシリコン単結晶を
囲繞するように設けられたヒータによりシリコン単結晶
を加熱して、メルトバックし、再び種結晶の先端部をシ
リコン融液に接触させて単結晶を引上げることを特徴と
するシリコン単結晶の引上げ方法であることを要旨とし
ている。

【００１６】本願請求項８の発明は、炉体内に設けられ
た石英ガラスルツボに原料シリコンを装填し、溶融した
後、種結晶の先端部をヒータにより加熱して溶解し、し
かる後、この溶解した先端部をシリコン融液に接触させ
てシリコン単結晶を引上げ、、この引上げ中のシリコン
単結晶に有転位化が生じた場合に、この有転位化したシ
リコン単結晶を囲繞するように設けられたヒータにより
シリコン単結晶を加熱して、メルトバックし、再び種結
晶の先端部をシリコン融液に接触させて単結晶を引上げ
ることを特徴とするシリコン単結晶の引上げ方法である
ことを要旨としている。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わるシリコン単
結晶引上げ装置の実施形態について添付図面に基づき説
明する。

【００１８】図１は本発明に係わるシリコン単結晶引上
げ装置１で、このシリコン単結晶引上げ装置１は気密性
を有し不活性ガス例えばアルゴンガスＡｒが充填された
炉本体２と、この炉本体２内に設けられ原料シリコンを
溶融しシリコン単結晶３を育成するホットゾーン４を有
している。このホットゾーン４は原料シリコンが装填さ
れる石英ガラスルツボ５と、この石英ガラスルツボ５を
支持しモータ（図示せず）駆動の回転軸６に取付けられ
た黒鉛ルツボ７と、原料シリコンを加熱してシリコン融
液８にするヒータ９と、このヒータ９を囲繞する保温体
１０で構成されている。

【００１９】さらに、ホットゾーン４の上方には、シリ
コン単結晶３を引上げるための種結晶１１が取付具１２
を介して引上げ用のワイヤー１３に取付けられている。

【００２０】また、種結晶１１の先端部１１ａ近傍には
種結晶用ヒータ１４が設けられており、この種結晶用ヒ
ータ１４は、種結晶１１の先端部１１ａ近傍を加熱する
もので、先端部１１ａ近傍に対向し、空隙を有して囲繞
する筒形状、例えばリング形状である。種結晶用ヒータ
１４は支持体１５により取付具１２に吊り下げられてお
り、さらにワイヤー１３に沿って設けられ種結晶用ヒー
タ１４に給電する電線が内装された電線ワイヤー１６に
より、必要に応じて若干の昇降ができるようになってい
る。なお、この種結晶用ヒータ１４は取付具１２に固定
的に取付けられていてもよい。

【００２１】シリコン単結晶３の外周には単結晶用ヒー
タ１７が設けられており、この単結晶用ヒータ１６は、
シリコン単結晶３を空隙を有して囲繞する筒形状、例え
ば円筒形状であり、炉本体２とサブチャンバ１８間に設
けられたジャバラ部材１９と支持部材２０と昇降手段
（図示せず）により昇降自在に設けられている。単結晶
用ヒータ１７には電源端子２１を介して外部から給電さ
れる。種結晶用ヒータ１４および単結晶用ヒータ１７
は、黒鉛製でＳｉＣコートが施されている。なお、２１
は炉本体２の上部に設けられシリコン単結晶３の育成状
態を観察するための観察窓である。

【００２２】次に本発明に係るシリコン単結晶引上げ装
置１を用いたシリコン単結晶の引上げ方法について説明
する。

【００２３】図１に示すようなシリコン単結晶引上げ装
置１を用い、図２に示すように、昇降手段の働きで単結
晶用ヒータ１７を最上昇位置に上昇させて保持し、石英
ガラスルツボ５に原料シリコンを装填し（図２
（ａ））、しかる後ヒータ９に通電して原料シリコンを
溶融し、シリコン融液８とする（図２（ｂ））。シリコ
ン融液８の温度が安定した後、種結晶１１の先端部１１
ａに対向するように電線ワイヤー１６の働きで昇降調整
された種結晶用ヒータ１４に通電し、先端部１１ａを種
結晶用ヒータ１４により加熱して図３（ａ）に示すよう
な種結晶部融液１１ｍが生じさせるように溶解し（図２
（ｂ）および図３（ａ））、しかる後、サブチャンバ１
８からアルゴンガスＡｒをホットゾーン４に向けて流
し、溶解した先端部１１ａをシリコン融液８に接触させ
て、シリコン単結晶３を引上げる（図２（ｃ）および図
３（ｂ））。この引上げ工程中観察窓２２からシリコン
単結晶３の状態を観察し、シリコン単結晶３に有転位化
が生じた場合には、引上げを中断し（図２（ｄ））、昇
降手段の働きで単結晶用ヒータ１７を最降下位置に降下
させてその状態で保持して、有転位化したシリコン単結
晶３の略々全体を囲繞した状態にし、しかる後単結晶用
ヒータ１７の通電してシリコン単結晶３を加熱する（図
２（ｅ））。単結晶用ヒータ１７により加熱されたシリ
コン単結晶３はメルトバックされ、ヒータ９により加熱
される（図２（ｆ））。シリコン単結晶３のメルトバッ
ク完了後、再び昇降手段の働きで単結晶用ヒータ１７を
最上昇位置に上昇させて保持し、さらにサブチャンバ１
８からアルゴンガスＡｒをホットゾーン４に向けて流
し、図２（ｄ）に示すように、再びシリコン単結晶３の
引上げを続行して、単結晶引上げ工程を完了する。

【００２４】本単結晶引上げ工程において、単結晶引上
げに先立ち、種結晶１１の先端部１１ａを種結晶用ヒー
タ１４により加熱して種結晶部融液１１ｍを生じさせる
ので、従来のようなネッキング工程を必要とせず、大口
径の単結晶引上げでもこの単結晶の重量を比較的直径の
大きい種結晶１１で支えるのでこの種結晶１１部分から
の破損がなく、また引上げ工程全体の作業時間を短縮で
き生産性向上に寄与できる。さらに、シリコン単結晶３
に有転位化が生じた場合には、単結晶用ヒータ１７を降
下させて、有転位化したシリコン単結晶３の周囲から単
結晶用ヒータ１７により加熱するので、従来のようにメ
ルトバックを原料シリコン溶融用のヒータ９のみで行な
い長時間を要して石英ガラスルツボ５に負担をかけるも
のと異なり、迅速にメルトバックを行なうことができ、
再度石英ガラスルツボ５の使用が可能であり、かつメル
トバックの作業時間を短縮できて生産性向上に寄与でき
る。

【００２５】なお、上述した実施形態では、種結晶１１
を加熱する種結晶用ヒータ１４およびシリコン単結晶３
を加熱する単結晶用ヒータ１７を同時に設け、単結晶引
上げに先立ち、種結晶１１の先端部１１ａに種結晶部融
液１１ｍを生じさせ、シリコン単結晶３に有転位化が生
じた場合には、単結晶用ヒータ１７によりシリコン単結
晶３のメルトバックを行なった。

【００２６】しかし、本発明に係わるシリコン単結晶引
上げ装置およびこれを用いたシリコン単結晶の引上げ方
法は、種結晶用ヒータ１４および単結晶用ヒータ１７を
同時に設け、単結晶引上げに先立ち、先端部１１ａに種
結晶部融液１１ｍを生じさせ、かつシリコン単結晶３に
有転位化が生じた場合には、単結晶用ヒータ１７により
シリコン単結晶３のメルトバックを行なう方法に限ら
ず、例えば、引上げられるシリコン単結晶の口径が比較
的小さい場合などには、従来通り種結晶のネッキングを
行ない、シリコン単結晶に有転位化が生じた場合に、シ
リコン単結晶を囲繞する単結晶用ヒータのみを設けてメ
ルトバックを行なってもよい。この場合には上述したよ
うに、従来のようにメルトバックを原料シリコン溶融用
のヒータのみで行ない長時間を要して石英ガラスルツボ
に負担をかけるものと異なり、迅速にメルトバックを行
なうことができて、再度石英ガラスルツボの使用が可能
であり、かつメルトバックの作業時間を短縮できて生産
性向上に寄与できる。

【００２７】また、比較的シリコン単結晶の引上げの初
期の工程において、シリコン単結晶に有転位化が生じる
ことが多く、メルトバックする量が少ない場合には、従
来通りメルトバックは原料シリコン溶融用のヒータで行
ない、単結晶引上げに先立ち、種結晶用ヒータにより先
端部に種結晶部融液を生じさせるようにしてもよい。こ
の場合には上述したように、従来のようなネッキング工
程を必要とせず、大口径の単結晶引上げでもこの単結晶
の重量を比較的直径の大きい種結晶で支えるのでこの種
結晶部分からの破損がなく安全であり、また引上げ工程
全体の作業時間を短縮でき生産性向上に寄与できる。

【００２８】

【実施例】種結晶の先端部を加熱して種結晶部融液を生
じさせ、ネッキングを行なわずに種結晶をシリコン融液
に接触させて引上げを行ない、直径３００ｍｍ、長さが
１００ｍｍのシリコン単結晶を育成した後、育成を中断
して単結晶用ヒータを降下させてヒータに通電し、メル
トバックした。従来に比べてメルトバック時間を約１時
間短縮できた。

【００２９】

【発明の効果】本発明に係わるシリコン単結晶引上げ装
置およびこれを用いたシリコン単結晶の引上げ方法によ
れば、生産性が高く安全なシリコン単結晶引上げ装置お
よびこれを用いたシリコン単結晶の引上げ方法を提供す
ることができる。

【００３０】即ち、種結晶およびこの種結晶から成長す
るシリコン単結晶をヒータで加熱できるようにすること
により、単結晶引上げに先立ち、種結晶の先端部に種結
晶部融液を生じさせてネッキング工程をなくし、安全か
つ作業時間を短縮できて生産性向上に寄与できる、さら
に、シリコン単結晶に有転位化が生じた場合にもメルト
バックを迅速に行なうことができ、石英ガラスルツボに
負担をかけることがなく、再度石英ガラスルツボの使用
が可能であり、かつメルトバックの作業時間を短縮でき
て生産性向上に寄与できる。

【００３１】また、シリコン単結晶を囲繞する単結晶用
ヒータのみを設けてメルトバックを行なうので、迅速に
メルトバックができ、再度石英ガラスルツボの使用が可
能であり、かつメルトバックの作業時間を短縮できて生
産性向上に寄与できる。

【００３２】また、種結晶の先端部に対向した種結晶用
ヒータのみを設け種結晶の先端部に種結晶部融液を生じ
させるようにしたので、大口径の単結晶引上げでもこの
単結晶の重量を比較的直径の大きい種結晶で支えるので
この種結晶部分からの破損がなく安全であり、また引上
げ工程全体の作業時間を短縮でき生産性向上に寄与でき
る。

【００３３】また、種結晶用ヒータは、筒形状であるの
で、効率よく種結晶の先端部に種結晶部融液を生じさせ
ることができる。

【００３４】また、シリコン単結晶用ヒータは、昇降自
在に設けられ筒形状であるので、アルゴンガスの流れを
妨害することなく、迅速にメルトバックできる。

【００３５】また、ヒータは、黒鉛ヒータであるので、
耐久性があり、クリーンでありシリコン融液およびシリ
コン単結晶を汚染することがなく、引上げ歩留を向上さ
せることができる。

【００３６】また、黒鉛ヒータは、ＳｉＣコートが施さ
れているので、一層クリーンでありシリコン融液および
シリコン単結晶を汚染することがなく、引上げ歩留を向
上させることができる。

【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げ装置の概
略図。

【図２】（ａ）〜（ｆ）は各々本発明に係わるシリコン
単結晶引上げ装置を用いた引上げ工程別の状態図。

【図３】（ａ）および（ｂ）は本発明に係わるシリコン
単結晶引上げ装置を用いた引上げ工程別の状態図の一部
を拡大して示す説明図。

【図４】従来のシリコン単結晶引上げ装置の概略図。

【図５】図４の従来のシリコン単結晶引上げ装置を一部
拡大して示した概略図。

【符号の説明】

１ シリコン単結晶引上げ装置 ２ 炉本体 ３ シリコン単結晶 ４ ホットゾーン ５ 石英ガラスルツボ ６ 回転軸 ６ 黒鉛ルツボ ７ 黒鉛ルツボ ８ シリコン融液 ９ ヒータ １０ 保温体 １１ 種結晶 １１ａ 先端部 １１ｍ 種結晶部融液 １２ 取付具 １３ ワイヤー １４ 種結晶用ヒータ １５ 支持体 １６ 電線ワイヤー １７ 単結晶用ヒータ １８ サブチャンバ １９ ジャバラ部材 ２０ 支持部材 ２１ 電源端子 ２２ 観察窓

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 正幸 神奈川県秦野市曽屋30番地 東芝セラミッ クス株式会社開発研究所内 Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BA04 CF10 EG15 EG20

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉体内に設けられた石英ガラスルツボを
   加熱してこの石英ガラスルツボに装填された原料シリコ
   ンを溶融し、シリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶
   引上げ装置において、種結晶および／またはこの種結晶
   から成長するシリコン単結晶を加熱するヒータが設けら
   れたことを特徴とするシリコン単結晶引上げ装置。
2. 【請求項２】 上記種結晶を加熱するヒータは、種結晶
   の先端部近傍を囲繞する筒形状のヒータであることを特
   徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶引上げ装置。
3. 【請求項３】 上記シリコン単結晶を加熱するヒータ
   は、昇降自在に設けられシリコン単結晶の少なくとも一
   部を囲繞する筒形状のヒータである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げ装置。
4. 【請求項４】 上記ヒータは、黒鉛ヒータであることを
   特徴とする請求項２または３に記載のシリコン単結晶引
   上げ装置。
5. 【請求項５】 上記黒鉛ヒータは、ＳｉＣコートが施さ
   れていることを特徴とする請求項４に記載のシリコン単
   結晶引上げ装置。
6. 【請求項６】 炉体内に設けられた石英ガラスルツボに
   原料シリコンを装填し、溶融した後、種結晶の先端部を
   ヒータにより加熱して溶解し、しかる後、この溶解した
   先端部をシリコン融液に接触させてシリコン単結晶を引
   上げることを特徴とするシリコン単結晶の引上げ方法。
7. 【請求項７】 炉体内に設けられた石英ガラスルツボに
   原料シリコンを装填し、溶融した後、種結晶の先端部を
   シリコン融液に接触させてシリコン単結晶を引上げ、こ
   の引上げ中のシリコン単結晶に有転位化が生じた場合
   に、有転位化したシリコン単結晶を囲繞するように設け
   られたヒータによりシリコン単結晶を加熱して、メルト
   バックし、再び種結晶の先端部をシリコン融液に接触さ
   せて単結晶を引上げることを特徴とするシリコン単結晶
   の引上げ方法。
8. 【請求項８】 炉体内に設けられた石英ガラスルツボに
   原料シリコンを装填し、溶融した後、種結晶の先端部を
   ヒータにより加熱して溶解し、しかる後、この溶解した
   先端部をシリコン融液に接触させてシリコン単結晶を引
   上げ、この引上げ中のシリコン単結晶に有転位化が生じ
   た場合に、この有転位化したシリコン単結晶を囲繞する
   ように設けられたヒータによりシリコン単結晶を加熱し
   て、メルトバックし、再び種結晶の先端部をシリコン融
   液に接触させて単結晶を引上げることを特徴とするシリ
   コン単結晶の引上げ方法。