JP2001039792A - 単結晶成長用多機能ヒーターおよび単結晶引上装置 - Google Patents
単結晶成長用多機能ヒーターおよび単結晶引上装置Info
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- JP2001039792A JP2001039792A JP11211394A JP21139499A JP2001039792A JP 2001039792 A JP2001039792 A JP 2001039792A JP 11211394 A JP11211394 A JP 11211394A JP 21139499 A JP21139499 A JP 21139499A JP 2001039792 A JP2001039792 A JP 2001039792A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電源および一対の共通電極が一組で済んで大
型化せず、上下方向の温度分布を自由にかつ容易に設定
できる単結晶成長用多機能ヒーターを提供する。 【解決手段】 このヒーター１０４は、一対の共通電極
５ａ，５ｂと、一対の共通電極５ａ，５ｂに、上下方向
に並ぶように並列に連結された複数のほぼリング状のヒ
ーター構成体６ａ，６ｂ，６ｃとを備え、少なくとも２
つのヒーター構成体６ａ，６ｂ，６ｃの電気抵抗が相違
しているものである。したがって、複数のヒーター構成
体６ａ，６ｂ，６ｃの電気抵抗をぞれぞれ選択すること
により、複数のヒーター構成体６ａ，６ｂ，６ｃの発熱
量を決定し、上下方向の温度分布を設定できる。各ヒー
ター構成体６ａ，６ｂ，６ｃは共通電極５ａ，５ｂに並
列に接続されているので、１つの電源により各ヒーター
構成体６ａ，６ｂ，６ｃに同一電圧が印加され、電気抵
抗の大きいヒーター構成体ほど発熱量が小さくなる。
型化せず、上下方向の温度分布を自由にかつ容易に設定
できる単結晶成長用多機能ヒーターを提供する。 【解決手段】 このヒーター１０４は、一対の共通電極
５ａ，５ｂと、一対の共通電極５ａ，５ｂに、上下方向
に並ぶように並列に連結された複数のほぼリング状のヒ
ーター構成体６ａ，６ｂ，６ｃとを備え、少なくとも２
つのヒーター構成体６ａ，６ｂ，６ｃの電気抵抗が相違
しているものである。したがって、複数のヒーター構成
体６ａ，６ｂ，６ｃの電気抵抗をぞれぞれ選択すること
により、複数のヒーター構成体６ａ，６ｂ，６ｃの発熱
量を決定し、上下方向の温度分布を設定できる。各ヒー
ター構成体６ａ，６ｂ，６ｃは共通電極５ａ，５ｂに並
列に接続されているので、１つの電源により各ヒーター
構成体６ａ，６ｂ，６ｃに同一電圧が印加され、電気抵
抗の大きいヒーター構成体ほど発熱量が小さくなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、単結晶引上装置に
関し、特に、半導体融液を貯留するルツボを囲むように
配置されて単結晶を成長させるためのヒーターに関す
る。
関し、特に、半導体融液を貯留するルツボを囲むように
配置されて単結晶を成長させるためのヒーターに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、シリコン（Ｓｉ）やガリウムひ素
（ＧａＡｓ）等の半導体単結晶を成長する方法の一つと
して、ＣＺ法が知られている。このＣＺ法は、大口径、
高純度の単結晶が無転位あるいは格子欠陥の極めて少な
い状態で容易に得られること等の特徴を有することか
ら、様々な半導体結晶の成長に用いられている方法であ
る。
（ＧａＡｓ）等の半導体単結晶を成長する方法の一つと
して、ＣＺ法が知られている。このＣＺ法は、大口径、
高純度の単結晶が無転位あるいは格子欠陥の極めて少な
い状態で容易に得られること等の特徴を有することか
ら、様々な半導体結晶の成長に用いられている方法であ
る。
【０００３】ところで、近年、単結晶の大口径化、高純
度化、酸素濃度および不純物濃度等の均一化の要求に伴
いこのＣＺ法も様々に改良され実用に供されている。上
記ＣＺ法の改良型の一つにいわゆる二重ルツボを用いた
連続チャージ型磁界印加ＣＺ法（以下、ＣＭＣＺ法と省
略する）が提案されている。この方法は、外部からルツ
ボ内の半導体融液に磁界を印加することにより、前記半
導体融液内の対流を抑制し極めて酸素濃度の制御性がよ
く単結晶化率がよい単結晶を成長させることができ、外
側のルツボと内側のルツボとの間に原料を連続供給し長
尺の半導体単結晶を容易に得ることができる等の特徴を
有する。したがって、大口径かつ長尺の半導体単結晶を
得るには最も優れた方法の一つと言われている。
度化、酸素濃度および不純物濃度等の均一化の要求に伴
いこのＣＺ法も様々に改良され実用に供されている。上
記ＣＺ法の改良型の一つにいわゆる二重ルツボを用いた
連続チャージ型磁界印加ＣＺ法（以下、ＣＭＣＺ法と省
略する）が提案されている。この方法は、外部からルツ
ボ内の半導体融液に磁界を印加することにより、前記半
導体融液内の対流を抑制し極めて酸素濃度の制御性がよ
く単結晶化率がよい単結晶を成長させることができ、外
側のルツボと内側のルツボとの間に原料を連続供給し長
尺の半導体単結晶を容易に得ることができる等の特徴を
有する。したがって、大口径かつ長尺の半導体単結晶を
得るには最も優れた方法の一つと言われている。
【０００４】上記のＣＭＣＺ法を用いた一般的なシリコ
ンの単結晶引上装置は、例えば特開平４−３０５０９１
号公報に開示されているように、中空の気密容器である
チャンバ内に、半導体融液（加熱融解された半導体単結
晶の原料）を貯溜する二重ルツボ、ヒーター、原料供給
管がそれぞれ配置され、前記チャンバの外部にマグネッ
トが配置されている。前記二重ルツボの内ルツボの上方
かつ軸線上に配された引上軸にチャックを介して種結晶
を吊下げ、引上軸をその軸線回りに回転させつつ引上げ
るとともに、二重ルツボを上昇させて、半導体融液上部
において種結晶を核として半導体単結晶を成長させる。
ヒーターは、半導体の原料をルツボ内で加熱・融解する
とともに半導体融液を保温するもので、通常、抵抗加熱
式のものが用いられる。
ンの単結晶引上装置は、例えば特開平４−３０５０９１
号公報に開示されているように、中空の気密容器である
チャンバ内に、半導体融液（加熱融解された半導体単結
晶の原料）を貯溜する二重ルツボ、ヒーター、原料供給
管がそれぞれ配置され、前記チャンバの外部にマグネッ
トが配置されている。前記二重ルツボの内ルツボの上方
かつ軸線上に配された引上軸にチャックを介して種結晶
を吊下げ、引上軸をその軸線回りに回転させつつ引上げ
るとともに、二重ルツボを上昇させて、半導体融液上部
において種結晶を核として半導体単結晶を成長させる。
ヒーターは、半導体の原料をルツボ内で加熱・融解する
とともに半導体融液を保温するもので、通常、抵抗加熱
式のものが用いられる。
【０００５】ここで、図５（ａ），（ｂ）に示すよう
に、従来のヒーター４は、円筒状のカーボン製ヒーター
本体４ａの互いに対向する部位に一対の電極１，２が固
定されたものであり、ヒーター本体４ａには、その上端
および下端より交互にスリット３ａ，３ｂが形成されて
いる。１つの電源（不図示）により一対の電極１，２に
電圧を印加すると、ヒーター本体４ａの電流通路は、矢
印Ｘで示すように、上下にジグザグ状となり、効率的に
発熱する。
に、従来のヒーター４は、円筒状のカーボン製ヒーター
本体４ａの互いに対向する部位に一対の電極１，２が固
定されたものであり、ヒーター本体４ａには、その上端
および下端より交互にスリット３ａ，３ｂが形成されて
いる。１つの電源（不図示）により一対の電極１，２に
電圧を印加すると、ヒーター本体４ａの電流通路は、矢
印Ｘで示すように、上下にジグザグ状となり、効率的に
発熱する。
【０００６】なお、上記ＣＭＣＺ法による単結晶引上装
置は、従来例の一例として挙げたものであり、後述する
本発明は、ＣＭＣＺ法による単結晶引上装置に適用され
るに限らず、例えば、磁界印加を行わない連続チャージ
型ＣＺ法（ＣＣＺ法）による単結晶引上装置や、二重ル
ツボではなく１つのルツボを備えた単結晶引上装置にも
適用できる。また、単結晶についても半導体に限らず、
例えば酸化物単結晶でもよい。
置は、従来例の一例として挙げたものであり、後述する
本発明は、ＣＭＣＺ法による単結晶引上装置に適用され
るに限らず、例えば、磁界印加を行わない連続チャージ
型ＣＺ法（ＣＣＺ法）による単結晶引上装置や、二重ル
ツボではなく１つのルツボを備えた単結晶引上装置にも
適用できる。また、単結晶についても半導体に限らず、
例えば酸化物単結晶でもよい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
ヒーターは、ヒーター本体への印加電圧を調節して発熱
量を容易に制御できるものの、１つの電源により１つの
ヒーター本体への印加電圧を制御するために、ヒーター
の上下方向（単結晶の成長軸方向）の温度分布を変える
ことができず、このため、近年のシリコン単結晶の大口
径化に伴い、引上げた単結晶の品質を制御することが困
難となるという問題点がある。なお、電源および一対の
電極を備えた小型なヒーターを複数個上下方向に配列し
て構成された多重ヒーターを採用することにより、この
多重ヒーターの上下方向の温度分布を容易に調整できる
が、その反面、電源および一対の電極を複数組必要な多
重ヒーターは大型となり、結果的に、チャンバーの大型
化等を招くという不具合が発生する。
ヒーターは、ヒーター本体への印加電圧を調節して発熱
量を容易に制御できるものの、１つの電源により１つの
ヒーター本体への印加電圧を制御するために、ヒーター
の上下方向（単結晶の成長軸方向）の温度分布を変える
ことができず、このため、近年のシリコン単結晶の大口
径化に伴い、引上げた単結晶の品質を制御することが困
難となるという問題点がある。なお、電源および一対の
電極を備えた小型なヒーターを複数個上下方向に配列し
て構成された多重ヒーターを採用することにより、この
多重ヒーターの上下方向の温度分布を容易に調整できる
が、その反面、電源および一対の電極を複数組必要な多
重ヒーターは大型となり、結果的に、チャンバーの大型
化等を招くという不具合が発生する。
【０００８】そこで、本発明は、上記従来技術の有する
問題点に鑑みてなされたものであり、制御電源および一
対の電極が１つで済んで大型化せず、かつ上下方向の所
望の温度分布を容易かつ自由に設定できる単結晶成長用
多機能ヒーターを提供することを目的としている。ま
た、本発明の他の目的は、単結晶成長用多機能ヒーター
を備えた単結晶引上装置を提供することである。
問題点に鑑みてなされたものであり、制御電源および一
対の電極が１つで済んで大型化せず、かつ上下方向の所
望の温度分布を容易かつ自由に設定できる単結晶成長用
多機能ヒーターを提供することを目的としている。ま
た、本発明の他の目的は、単結晶成長用多機能ヒーター
を備えた単結晶引上装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の単結晶成長用多機能ヒーターは、単結晶引上
装置の単結晶成長用ヒーターにおいて、一対の共通電極
と、該一対の共通電極に、上下方向に並ぶように並列に
連結された複数のほぼリング状のヒーター構成体とを備
え、前記複数のヒーター構成体の少なくとも２つのヒー
ター構成体の電気抵抗が相違していることを特徴とする
ものである。この単結晶成長用多機能ヒーターでは、複
数のヒーター構成体の電気抵抗をぞれぞれ適宜設定する
ことにより、複数のヒーター構成体の発熱量を決定し、
上下方向の温度分布を設定できる。すなわち、各ヒータ
ー構成体は共通電極に接続されているので、１つの電源
により各ヒーター構成体に同一電圧が印加され、電気抵
抗の大きいヒーター構成体ほど発熱量が小さくなる。な
お、ヒーター構成体の電気抵抗はその高さ寸法や肉厚に
より設定できる。
の本発明の単結晶成長用多機能ヒーターは、単結晶引上
装置の単結晶成長用ヒーターにおいて、一対の共通電極
と、該一対の共通電極に、上下方向に並ぶように並列に
連結された複数のほぼリング状のヒーター構成体とを備
え、前記複数のヒーター構成体の少なくとも２つのヒー
ター構成体の電気抵抗が相違していることを特徴とする
ものである。この単結晶成長用多機能ヒーターでは、複
数のヒーター構成体の電気抵抗をぞれぞれ適宜設定する
ことにより、複数のヒーター構成体の発熱量を決定し、
上下方向の温度分布を設定できる。すなわち、各ヒータ
ー構成体は共通電極に接続されているので、１つの電源
により各ヒーター構成体に同一電圧が印加され、電気抵
抗の大きいヒーター構成体ほど発熱量が小さくなる。な
お、ヒーター構成体の電気抵抗はその高さ寸法や肉厚に
より設定できる。
【００１０】請求請２のように、複数のヒーター構成体
のうち上方のヒーター構成体ほどその電気抵抗が小さく
なっていることにより、上方のヒーター構成体ほどその
発熱量を大きく設定することにより、後述するようにピ
ュアシリコンを成長させる際に好適なものとなる。ここ
で、請求項３のようにヒーター構成体を２つとすること
により、単結晶成長用多機能ヒーターが複雑化せず、コ
ストが嵩まない。
のうち上方のヒーター構成体ほどその電気抵抗が小さく
なっていることにより、上方のヒーター構成体ほどその
発熱量を大きく設定することにより、後述するようにピ
ュアシリコンを成長させる際に好適なものとなる。ここ
で、請求項３のようにヒーター構成体を２つとすること
により、単結晶成長用多機能ヒーターが複雑化せず、コ
ストが嵩まない。
【００１１】請求項４記載の発明は、前記ヒーター構成
体の上端および下端より交互にスリットが形成され、電
流経路が上下にジグザグ状になっているものである。こ
こで、請求項５のように、各ヒーター構成体の外径は同
一になっており、前記ヒーター構成体の電気抵抗は、前
記ヒーター構成体の高さ寸法、肉厚寸法および前記スリ
ット数の少なくとも１つのパラメータにより、他のヒー
ター構成体の電気抵抗と容易に相違させることができ
る。
体の上端および下端より交互にスリットが形成され、電
流経路が上下にジグザグ状になっているものである。こ
こで、請求項５のように、各ヒーター構成体の外径は同
一になっており、前記ヒーター構成体の電気抵抗は、前
記ヒーター構成体の高さ寸法、肉厚寸法および前記スリ
ット数の少なくとも１つのパラメータにより、他のヒー
ター構成体の電気抵抗と容易に相違させることができ
る。
【００１２】また、本発明の単結晶引上装置は、気密容
器と、前記気密容器内に設けられて半導体融液を貯溜す
るルツボと、前記ルツボを囲むように設けられて、前記
半導体融液を加熱するため本発明の単結晶成長用多機能
ヒーターと、前記半導体融液より単結晶を引上げるため
の引上げ手段と、を備えていることを特徴とするもので
ある。
器と、前記気密容器内に設けられて半導体融液を貯溜す
るルツボと、前記ルツボを囲むように設けられて、前記
半導体融液を加熱するため本発明の単結晶成長用多機能
ヒーターと、前記半導体融液より単結晶を引上げるため
の引上げ手段と、を備えていることを特徴とするもので
ある。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図１は本発明に係わる、例え
ばＣＭＣＺ法を用いたシリコンの単結晶引上装置の一例
を示す断面図、図２（ａ），（ｂ）はそれぞれ、図１に
示した本発明の結晶成長用多機能ヒーターの一実施形態
の平面図および正面図、図３は図２（ｂ）に示した結晶
成長用多機能ヒーターを便宜上周方向に展開した状態を
示す模式図である。
図面を参照して説明する。図１は本発明に係わる、例え
ばＣＭＣＺ法を用いたシリコンの単結晶引上装置の一例
を示す断面図、図２（ａ），（ｂ）はそれぞれ、図１に
示した本発明の結晶成長用多機能ヒーターの一実施形態
の平面図および正面図、図３は図２（ｂ）に示した結晶
成長用多機能ヒーターを便宜上周方向に展開した状態を
示す模式図である。
【００１４】先ず、シリコンの単結晶引上装置の一例に
ついて説明する。図１に示すように、この単結晶引上装
置１０１は、中空の気密容器であるチャンバ１０２内に
二重ルツボ１０３、後述する本発明のヒーター１０４、
原料供給管１０５がそれぞれ配置され、前記チャンバ１
０２の外部にマグネット１０６が配置されている。
ついて説明する。図１に示すように、この単結晶引上装
置１０１は、中空の気密容器であるチャンバ１０２内に
二重ルツボ１０３、後述する本発明のヒーター１０４、
原料供給管１０５がそれぞれ配置され、前記チャンバ１
０２の外部にマグネット１０６が配置されている。
【００１５】二重ルツボ１０３は、略半球状の石英（Ｓ
ｉＯ2）製の外ルツボ１１１と、該外ルツボ１１１内に
設けられた円筒状の仕切り体である石英（ＳｉＯ2）製
の内ルツボ１１２とから構成され、該内ルツボ１１２の
側壁には、内ルツボ１１２と外ルツボ１１１との間（原
料融解領域）と内ルツボ１１２の内側（結晶成長領域）
とを連通する連通孔１１３が複数個形成されている。
ｉＯ2）製の外ルツボ１１１と、該外ルツボ１１１内に
設けられた円筒状の仕切り体である石英（ＳｉＯ2）製
の内ルツボ１１２とから構成され、該内ルツボ１１２の
側壁には、内ルツボ１１２と外ルツボ１１１との間（原
料融解領域）と内ルツボ１１２の内側（結晶成長領域）
とを連通する連通孔１１３が複数個形成されている。
【００１６】この二重ルツボ１０３は、チャンバ１０２
の中央下部に垂直に立設されたシャフト１１４上のサセ
プタ１１５に載置されており、前記シャフト１１４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。そして、この二重ルツボ１０３内には半
導体融液（加熱融解された半導体単結晶の原料）１２１
が貯留されている。
の中央下部に垂直に立設されたシャフト１１４上のサセ
プタ１１５に載置されており、前記シャフト１１４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。そして、この二重ルツボ１０３内には半
導体融液（加熱融解された半導体単結晶の原料）１２１
が貯留されている。
【００１７】本発明の単結晶成長用多機能ヒーター１０
４は、半導体の原料をルツボ内で加熱・融解するととも
に生じた半導体融液１２１を保温するもので、カーボン
製の抵抗加熱式ヒーターである。単結晶成長用多機能ヒ
ーター１０４については後で詳述する。なお、ヒーター
１０４の詳細構造については後述する。原料供給手段と
しての原料供給管１０５は、その下端開口より、所定量
の半導体の原料１１０を外ルツボ１１１と内ルツボ１１
２との間の半導体融液１２１面上に連続的に投入するも
のである。
４は、半導体の原料をルツボ内で加熱・融解するととも
に生じた半導体融液１２１を保温するもので、カーボン
製の抵抗加熱式ヒーターである。単結晶成長用多機能ヒ
ーター１０４については後で詳述する。なお、ヒーター
１０４の詳細構造については後述する。原料供給手段と
しての原料供給管１０５は、その下端開口より、所定量
の半導体の原料１１０を外ルツボ１１１と内ルツボ１１
２との間の半導体融液１２１面上に連続的に投入するも
のである。
【００１８】上記の原料供給管１０５から供給される原
料１１０としては、例えば、多結晶シリコンのインゴッ
トを破砕機等で破砕してフレーク状にしたもの、あるい
は、気体原料から熱分解法により粒状に析出させた多結
晶シリコンの顆粒が好適に用いられ、必要に応じてホウ
素（Ｂ）（ｐ型シリコン単結晶を作る場合）やリン
（Ｐ）（ｎ型シリコン単結晶を作る場合）等のドーパン
トと呼ばれる添加元素がさらに供給される。また、ガリ
ウムヒ素（ＧａＡｓ）の場合も同様で、この場合、添加
元素は亜鉛（Ｚｎ）もしくはシリコン（Ｓｉ）等とな
る。
料１１０としては、例えば、多結晶シリコンのインゴッ
トを破砕機等で破砕してフレーク状にしたもの、あるい
は、気体原料から熱分解法により粒状に析出させた多結
晶シリコンの顆粒が好適に用いられ、必要に応じてホウ
素（Ｂ）（ｐ型シリコン単結晶を作る場合）やリン
（Ｐ）（ｎ型シリコン単結晶を作る場合）等のドーパン
トと呼ばれる添加元素がさらに供給される。また、ガリ
ウムヒ素（ＧａＡｓ）の場合も同様で、この場合、添加
元素は亜鉛（Ｚｎ）もしくはシリコン（Ｓｉ）等とな
る。
【００１９】上記の単結晶引上装置１０１により、内ル
ツボ１１２の上方かつ軸線上に配された引上軸１２４に
チャック（不図示）を介して種結晶１２５を吊下げ、引
上軸１２４（引上げ手段）をその軸線回りに回転させつ
つ引上げるとともに、シャフト１１４を介して二重ルツ
ボ１０３を上昇させて、半導体融液１２１上部において
種結晶１２５を核として半導体単結晶１２６を成長させ
る。
ツボ１１２の上方かつ軸線上に配された引上軸１２４に
チャック（不図示）を介して種結晶１２５を吊下げ、引
上軸１２４（引上げ手段）をその軸線回りに回転させつ
つ引上げるとともに、シャフト１１４を介して二重ルツ
ボ１０３を上昇させて、半導体融液１２１上部において
種結晶１２５を核として半導体単結晶１２６を成長させ
る。
【００２０】ところで、上記の単結晶引上装置では、特
開昭６３ー３０３８９４号公報に記載されているよう
に、単結晶を成長する前工程において、外ルツボ１１１
に予め多結晶シリコン塊等の多結晶原料を融解させて半
導体融液１２１を貯溜し、外ルツボ１１１の上方に配さ
れた内ルツボ１１２を、外ルツボ１１１内に載置して、
二重ルツボ１０３を形成している。
開昭６３ー３０３８９４号公報に記載されているよう
に、単結晶を成長する前工程において、外ルツボ１１１
に予め多結晶シリコン塊等の多結晶原料を融解させて半
導体融液１２１を貯溜し、外ルツボ１１１の上方に配さ
れた内ルツボ１１２を、外ルツボ１１１内に載置して、
二重ルツボ１０３を形成している。
【００２１】このように多結晶原料を融解後に二重ルツ
ボ１０３を形成するのは、多結晶原料を完全に融解して
半導体融液１２１を得るために、ヒーター１０４によっ
て外ルツボ１１１内の原料を単結晶成長温度以上の温度
まで高温加熱する必要があり、この際に、予め内ルツボ
１１２を外ルツボ１１１内に形成させていると、内ルツ
ボ１１２に大きな熱変形が生じてしまうからである。
ボ１０３を形成するのは、多結晶原料を完全に融解して
半導体融液１２１を得るために、ヒーター１０４によっ
て外ルツボ１１１内の原料を単結晶成長温度以上の温度
まで高温加熱する必要があり、この際に、予め内ルツボ
１１２を外ルツボ１１１内に形成させていると、内ルツ
ボ１１２に大きな熱変形が生じてしまうからである。
【００２２】したがって、原料を完全に融解した後、ヒ
ーター１０４による加熱をある程度弱めてから内ルツボ
１１２を外ルツボ１１１に形成させることによって、初
期原料融解保持時の高温加熱を避け、内ルツボ１１２の
変形を抑制している。
ーター１０４による加熱をある程度弱めてから内ルツボ
１１２を外ルツボ１１１に形成させることによって、初
期原料融解保持時の高温加熱を避け、内ルツボ１１２の
変形を抑制している。
【００２３】また、内ルツボ１１２に形成された連通孔
１１３は、原料供給時に、半導体融液１２１を外ルツボ
１１１側から内ルツボ１１２内にのみ流入させるように
一定の開口面積以下に設定されている。この理由は、結
晶成長領域から半導体融液１２１が対流により原料融解
領域に戻る現象が生じると単結晶成長における不純物濃
度および融液温度等の制御が困難になってしまうためで
ある。
１１３は、原料供給時に、半導体融液１２１を外ルツボ
１１１側から内ルツボ１１２内にのみ流入させるように
一定の開口面積以下に設定されている。この理由は、結
晶成長領域から半導体融液１２１が対流により原料融解
領域に戻る現象が生じると単結晶成長における不純物濃
度および融液温度等の制御が困難になってしまうためで
ある。
【００２４】次に、前記単結晶成長用多機能ヒーター１
０４の詳細について説明する。図２に示すように、この
ヒーター１０４は、カーボン製の一対の共通電極５ａ，
５ｂと、この一対の共通電極５ａ，５ｂに、隙間Ｓをお
いて上下方向に並ぶように並列に連結された複数（本例
では３つ）のリング状カーボン製のヒーター構成体６
ａ，６ｂ，６ｃとを備え、ヒーター構成体６ａ，６ｂ，
６ｃの電気抵抗は互いに異っており、本例では６ｃ，６
ａ，６ｂの順に大きくなっている。一対の共通電極５
ａ，５に所望の電圧を印加するための制御電源（不図
示）を備えている。なお、一対の共通電極５ａ，５ｂと
各ヒーター構成体６ａ，６ｂ，６ｃとを、一体成形とし
たり、あるいは例えばねじ止めや接着剤等により連結す
ることができ、ねじ止めによる着脱式の場合には、ヒー
ター構成体６ａ，６ｂ，６ｃを交換したりその上下位置
を変更できる。
０４の詳細について説明する。図２に示すように、この
ヒーター１０４は、カーボン製の一対の共通電極５ａ，
５ｂと、この一対の共通電極５ａ，５ｂに、隙間Ｓをお
いて上下方向に並ぶように並列に連結された複数（本例
では３つ）のリング状カーボン製のヒーター構成体６
ａ，６ｂ，６ｃとを備え、ヒーター構成体６ａ，６ｂ，
６ｃの電気抵抗は互いに異っており、本例では６ｃ，６
ａ，６ｂの順に大きくなっている。一対の共通電極５
ａ，５に所望の電圧を印加するための制御電源（不図
示）を備えている。なお、一対の共通電極５ａ，５ｂと
各ヒーター構成体６ａ，６ｂ，６ｃとを、一体成形とし
たり、あるいは例えばねじ止めや接着剤等により連結す
ることができ、ねじ止めによる着脱式の場合には、ヒー
ター構成体６ａ，６ｂ，６ｃを交換したりその上下位置
を変更できる。
【００２５】各ヒーター構成体６ａ，６ｂ，６ｃの材
質、外径Ｄおよび肉厚Ｔ（それぞれ図２（ａ）参照）は
互いに同一で、高さ寸法Ｈや後述する各スリット７ａ，
７ｂのピッチＰ等が相違するのみなので、再上方のヒー
ター構成体６ａを例に挙げて説明する。、ヒーター構成
体６ａには、その上端および下端より交互に上下方向に
延びるスリット７ａ，７ｂ（切り欠き）が形成され、ス
リット７ａ，７ｂのピッチＰは等しくなっている。前記
制御電源（不図示）により一対の共通電極５ａ，５ｂに
電圧（可変）を印加すると、ヒーター構成体６ａの電流
通路は、矢印Ｙで示すように、上下にジグザグ状とな
り、効率的に発熱する。この発熱量は、印加電圧が一定
の場合、ヒーター構成体６ａの電気抵抗に反比例する。
したがって、本例では、各ヒーター構成体６ａ，６ｂ，
６ｃの発熱量は６ｂ，６ａ，６ｃの順に小さくなる。
質、外径Ｄおよび肉厚Ｔ（それぞれ図２（ａ）参照）は
互いに同一で、高さ寸法Ｈや後述する各スリット７ａ，
７ｂのピッチＰ等が相違するのみなので、再上方のヒー
ター構成体６ａを例に挙げて説明する。、ヒーター構成
体６ａには、その上端および下端より交互に上下方向に
延びるスリット７ａ，７ｂ（切り欠き）が形成され、ス
リット７ａ，７ｂのピッチＰは等しくなっている。前記
制御電源（不図示）により一対の共通電極５ａ，５ｂに
電圧（可変）を印加すると、ヒーター構成体６ａの電流
通路は、矢印Ｙで示すように、上下にジグザグ状とな
り、効率的に発熱する。この発熱量は、印加電圧が一定
の場合、ヒーター構成体６ａの電気抵抗に反比例する。
したがって、本例では、各ヒーター構成体６ａ，６ｂ，
６ｃの発熱量は６ｂ，６ａ，６ｃの順に小さくなる。
【００２６】詳述すると、図３に示すように、ａi，
ｂi，ｃi（Ｈ）の寸法を変更すれば、各ヒータ構成体６
ａ，６ｂ，６ｃの発熱量を自由に設定できる。すなわ
ち、例えばヒータ構成体６ａの電気抵抗をＲi、印加電
圧をＶ、制御電圧をＶ、印加時間をＴとすると、ヒータ
構成体６ａの発熱量Ｑiは以下の式で表せる。 Ｑi＝Ｖ2／Ｒi×Ｔ ここで、Ｒi＝ρ×｛（ｂ1＋ｃ1）×Ｌ／（ａi＋
ｂi）｝／（ａi×ｔ） ρはヒータ構成体（カーボン）の抵抗率、ｔはヒータ構
成体６ａの肉厚、また直径Ｄのヒータ構成体６ａではＬ
＝πＤ／２である。したがって、各ヒーター構成体６
ａ，６ｂ，６ｃの印加電圧Ｖは同一なので、Ｒiが小さ
いほど発熱量は多くなる。
ｂi，ｃi（Ｈ）の寸法を変更すれば、各ヒータ構成体６
ａ，６ｂ，６ｃの発熱量を自由に設定できる。すなわ
ち、例えばヒータ構成体６ａの電気抵抗をＲi、印加電
圧をＶ、制御電圧をＶ、印加時間をＴとすると、ヒータ
構成体６ａの発熱量Ｑiは以下の式で表せる。 Ｑi＝Ｖ2／Ｒi×Ｔ ここで、Ｒi＝ρ×｛（ｂ1＋ｃ1）×Ｌ／（ａi＋
ｂi）｝／（ａi×ｔ） ρはヒータ構成体（カーボン）の抵抗率、ｔはヒータ構
成体６ａの肉厚、また直径Ｄのヒータ構成体６ａではＬ
＝πＤ／２である。したがって、各ヒーター構成体６
ａ，６ｂ，６ｃの印加電圧Ｖは同一なので、Ｒiが小さ
いほど発熱量は多くなる。
【００２７】以上のように、各ヒーター構成体６ａ，６
ｂ，６ｃの電気抵抗を、その高さ寸法Ｈ、肉厚ｔおよび
スリット数の少なくとも１つのパラメータにより、任意
に設定できる。なお、本実施形態では、各ヒーター構成
体６ａ，６ｂ，６ｃの肉厚ｔは同一になっている。した
がって、各ヒーター構成体６ａ，６ｂ，６ｃの上下方向
（単結晶の成長軸方向）の温度分布を自由に設定できる
ので、近年のシリコン単結晶の大口径化に伴う、引上げ
た単結晶の品質制御を容易に行える。また、ヒーター構
成体６ａ，６ｂ，６ｃの上下の組み込み位置（配列順
序）を変更することにより、ヒーター４の上下位置の温
度分布が要求によって簡単に得られる。さらに、制御電
源（不図示）および一対の共通電極５ａ，５ｂが一組で
済んで大型化せず、結果的に、チャンバ１０２および単
結晶引上装置１０１（それぞれ図１参照）が大型化しな
い。
ｂ，６ｃの電気抵抗を、その高さ寸法Ｈ、肉厚ｔおよび
スリット数の少なくとも１つのパラメータにより、任意
に設定できる。なお、本実施形態では、各ヒーター構成
体６ａ，６ｂ，６ｃの肉厚ｔは同一になっている。した
がって、各ヒーター構成体６ａ，６ｂ，６ｃの上下方向
（単結晶の成長軸方向）の温度分布を自由に設定できる
ので、近年のシリコン単結晶の大口径化に伴う、引上げ
た単結晶の品質制御を容易に行える。また、ヒーター構
成体６ａ，６ｂ，６ｃの上下の組み込み位置（配列順
序）を変更することにより、ヒーター４の上下位置の温
度分布が要求によって簡単に得られる。さらに、制御電
源（不図示）および一対の共通電極５ａ，５ｂが一組で
済んで大型化せず、結果的に、チャンバ１０２および単
結晶引上装置１０１（それぞれ図１参照）が大型化しな
い。
【００２８】本実施形態のさらなる効果としては、固液
界面の形状を制御できることである。すなわち、例え
ば、上方のヒーター構成体の発熱量を下方のヒーター構
成体の発熱量よりも大きく設定することにより、固液界
面を下に凸な形状にすることができる。
界面の形状を制御できることである。すなわち、例え
ば、上方のヒーター構成体の発熱量を下方のヒーター構
成体の発熱量よりも大きく設定することにより、固液界
面を下に凸な形状にすることができる。
【００２９】上記実施形態では、ヒーター構成体６ａ，
６ｂ，６ｃの数は３つであるが、これに限らず、他の複
数個でもよく、発熱量の大小関係も６ｂ，６ｃ，６ａの
順に限らない。また、全てのヒーター構成体６ａ，６
ｂ，６ｃの電気抵抗を相互に異らせることに限らず、少
なくとも２つのヒーター構成体の電気抵抗を異らせるこ
とにより、上下方向の温度分布を設定してもよい。さら
に、ヒーター構成体にスリットを形成せずに、高さ寸法
Ｈのみによって電気抵抗を設定してもよい。
６ｂ，６ｃの数は３つであるが、これに限らず、他の複
数個でもよく、発熱量の大小関係も６ｂ，６ｃ，６ａの
順に限らない。また、全てのヒーター構成体６ａ，６
ｂ，６ｃの電気抵抗を相互に異らせることに限らず、少
なくとも２つのヒーター構成体の電気抵抗を異らせるこ
とにより、上下方向の温度分布を設定してもよい。さら
に、ヒーター構成体にスリットを形成せずに、高さ寸法
Ｈのみによって電気抵抗を設定してもよい。
【００３０】図４は本発明の単結晶成長用多機能ヒータ
ーの他の実施形態の、図３と同様に周方向に展開した状
態を示す模式図である。このヒーター４０は、複数（本
例では２つ）のヒーター構成体６０ａ，６０ｂを備え、
上方のヒーター構成体６０ａの発熱量が下方のヒーター
構成体６０ｂの発熱量よりも大きく設定されているもの
であり、特にピュアシリコン成長用に好適なヒーターで
ある。なお、符号７０ａ，７０ｂはヒーター構成体６０
ａ，６０ｂの上下端より形成されたスリットを示してい
る。
ーの他の実施形態の、図３と同様に周方向に展開した状
態を示す模式図である。このヒーター４０は、複数（本
例では２つ）のヒーター構成体６０ａ，６０ｂを備え、
上方のヒーター構成体６０ａの発熱量が下方のヒーター
構成体６０ｂの発熱量よりも大きく設定されているもの
であり、特にピュアシリコン成長用に好適なヒーターで
ある。なお、符号７０ａ，７０ｂはヒーター構成体６０
ａ，６０ｂの上下端より形成されたスリットを示してい
る。
【００３１】詳述すると、ピュアシリコンについて、図
１に示すように、固液界面上の半導体単結晶１２６の成
長軸方向の温度勾配をＧ、半導体単結晶１２６の中心部
と外周部との温度勾配Ｇの差をΔＧとすると、ΔＧが小
さいほど、ＣＯＰ（CryatalOriginated Particle）等
の成長時導入欠陥の発生を抑制可能であり、また、ＣＯ
Ｐを形成する空洞状欠陥が存在しないだけでなく、微小
な転位欠陥等も無い、いわゆるピュアシリコンを成長す
ることも可能である。したがって、高性能デバイス用の
シリコン単結晶を製造可能となる。なお、ＣＯＰは、デ
バイス特性で重要な酸化膜耐圧やリーク特性を劣化させ
る原因となる。したがって、本実施形態のように複数の
ヒーター構成体のうち上方のヒーター構成体の発熱量ほ
ど大きく設定することにより、ピュアシリコンを効果的
に成長させることができる。なお、ヒーター構成体６０
ａ，６０ｂは２つに限らず、その他の複数個により構成
してもよい。
１に示すように、固液界面上の半導体単結晶１２６の成
長軸方向の温度勾配をＧ、半導体単結晶１２６の中心部
と外周部との温度勾配Ｇの差をΔＧとすると、ΔＧが小
さいほど、ＣＯＰ（CryatalOriginated Particle）等
の成長時導入欠陥の発生を抑制可能であり、また、ＣＯ
Ｐを形成する空洞状欠陥が存在しないだけでなく、微小
な転位欠陥等も無い、いわゆるピュアシリコンを成長す
ることも可能である。したがって、高性能デバイス用の
シリコン単結晶を製造可能となる。なお、ＣＯＰは、デ
バイス特性で重要な酸化膜耐圧やリーク特性を劣化させ
る原因となる。したがって、本実施形態のように複数の
ヒーター構成体のうち上方のヒーター構成体の発熱量ほ
ど大きく設定することにより、ピュアシリコンを効果的
に成長させることができる。なお、ヒーター構成体６０
ａ，６０ｂは２つに限らず、その他の複数個により構成
してもよい。
【００３２】上記各実施形態では単結晶引上装置として
ＣＭＣＺ法を採用したが、他の単結晶製造方法を適用し
ても構わない。例えば、磁界印加を行わない連続チャー
ジ型ＣＺ法（ＣＣＺ法）を採用したり、二重ルツボでは
なく１つのルツボを備えた単結晶引上装置でもよい。ま
た、単結晶についても半導体に限らず、酸化物単結晶等
を成長させるためのヒーターに本発明を適用してもよ
い。
ＣＭＣＺ法を採用したが、他の単結晶製造方法を適用し
ても構わない。例えば、磁界印加を行わない連続チャー
ジ型ＣＺ法（ＣＣＺ法）を採用したり、二重ルツボでは
なく１つのルツボを備えた単結晶引上装置でもよい。ま
た、単結晶についても半導体に限らず、酸化物単結晶等
を成長させるためのヒーターに本発明を適用してもよ
い。
【００３３】
【発明の効果】本発明は、以上説明したとおりに構成さ
れているので、以下に記載するような効果を奏する。請
求項１に記載の発明は、複数のヒーター構成体の電気抵
抗をぞれぞれ適宜設定することにより、複数のヒーター
構成体の発熱量を決定し、上下方向の温度分布を設定で
きる。すなわち、各ヒーター構成体は共通電極に接続さ
れているので、１つの電源により各ヒーター構成体に同
一電圧が印加され、電気抵抗の大きいヒーター構成体ほ
ど発熱量が小さくなる。したがって、各ヒーター構成体
の上下方向（単結晶の成長軸方向）の温度分布を自由に
設定できるので、近年のシリコン単結晶の大口径化に伴
う、引上げた単結晶の品質制御を容易に行える。また、
制御電源および一対の共通電極が一組で済んで大型化せ
ず、結果的に、チャンバおよび単結晶引上装置が大型化
しない。
れているので、以下に記載するような効果を奏する。請
求項１に記載の発明は、複数のヒーター構成体の電気抵
抗をぞれぞれ適宜設定することにより、複数のヒーター
構成体の発熱量を決定し、上下方向の温度分布を設定で
きる。すなわち、各ヒーター構成体は共通電極に接続さ
れているので、１つの電源により各ヒーター構成体に同
一電圧が印加され、電気抵抗の大きいヒーター構成体ほ
ど発熱量が小さくなる。したがって、各ヒーター構成体
の上下方向（単結晶の成長軸方向）の温度分布を自由に
設定できるので、近年のシリコン単結晶の大口径化に伴
う、引上げた単結晶の品質制御を容易に行える。また、
制御電源および一対の共通電極が一組で済んで大型化せ
ず、結果的に、チャンバおよび単結晶引上装置が大型化
しない。
【００３４】請求請２記載の発明のように、複数のヒー
ター構成体のうち上方のヒーター構成体ほどその電気抵
抗が小さくなっていることにより、上方のヒーター構成
体ほどその発熱量を大きく設定することにより、ピュア
シリコンを成長させる際に好適なものとなる。ここで、
請求項３のようにヒーター構成体を２つとすることによ
り、単結晶成長用多機能ヒーターが複雑化せず、コスト
が嵩まない。
ター構成体のうち上方のヒーター構成体ほどその電気抵
抗が小さくなっていることにより、上方のヒーター構成
体ほどその発熱量を大きく設定することにより、ピュア
シリコンを成長させる際に好適なものとなる。ここで、
請求項３のようにヒーター構成体を２つとすることによ
り、単結晶成長用多機能ヒーターが複雑化せず、コスト
が嵩まない。
【００３５】請求項４記載の発明は、前記ヒーター構成
体の上端および下端より交互にスリットが形成され、電
流経路が上下にジグザグ状になっているものである。こ
こで、請求項５記載の発明のように、各ヒーター構成体
の外径は同一になっており、前記ヒーター構成体の電気
抵抗を、前記ヒーター構成体の高さ寸法、肉厚寸法およ
び前記スリット数の少なくとも１つのパラメータによ
り、他のヒーター構成体の電気抵抗と容易に相違させる
ことができる。さらに、請求項６記載の発明は、上記効
果を備えた単結晶引上装置を提供できる。
体の上端および下端より交互にスリットが形成され、電
流経路が上下にジグザグ状になっているものである。こ
こで、請求項５記載の発明のように、各ヒーター構成体
の外径は同一になっており、前記ヒーター構成体の電気
抵抗を、前記ヒーター構成体の高さ寸法、肉厚寸法およ
び前記スリット数の少なくとも１つのパラメータによ
り、他のヒーター構成体の電気抵抗と容易に相違させる
ことができる。さらに、請求項６記載の発明は、上記効
果を備えた単結晶引上装置を提供できる。
【図１】 本発明に係わる、例えばＣＭＣＺ法を用いた
シリコンの単結晶引上装置の一例を示す断面図である。
シリコンの単結晶引上装置の一例を示す断面図である。
【図２】 （ａ），（ｂ）はそれぞれ、図１に示した本
発明の単結晶成長用多機能ヒーターの一実施形態の平面
図および正面図である。
発明の単結晶成長用多機能ヒーターの一実施形態の平面
図および正面図である。
【図３】 図２（ｂ）に示した単結晶成長用多機能ヒー
ターを便宜上周方向に展開した状態を示す模式図であ
る。
ターを便宜上周方向に展開した状態を示す模式図であ
る。
【図４】 本発明の単結晶成長用多機能ヒーターの他の
実施形態の、図３と同様に周方向に展開した状態を示す
模式図である。
実施形態の、図３と同様に周方向に展開した状態を示す
模式図である。
【図５】 （ａ），（ｂ）はそれぞれ、従来の単結晶引
上装置のヒーターの平面図および正面図である。
上装置のヒーターの平面図および正面図である。
５ａ，５ｂ，５０ａ，５０ｂ 共通電極 ６ａ，６ｂ，６ｃ，６０ａ，６０ｂ ヒーター構成体 ７ａ，７ｂ，７０ａ，７０ｂ スリット １０１ 単結晶引上装置 １０２ チャンバ １０３ 二重ルツボ １０４，４０ 単結晶成長用多機能ヒーター １２１ 半導体融液 １２６ 半導体単結晶
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池澤 一浩 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 降屋 久 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 BE46 EG01 EG02 EG18 EG25 HA12 PE03 PE12 PE14
Claims (6)
- 【請求項１】 単結晶引上装置の単結晶成長用ヒーター
において、一対の共通電極と、該一対の共通電極に、上
下方向に並ぶように並列に連結された複数のほぼリング
状のヒーター構成体とを備え、前記複数のヒーター構成
体の少なくとも２つのヒーター構成体の電気抵抗が相違
していることを特徴とする単結晶成長用多機能ヒータ
ー。 - 【請求項２】 複数のヒーター構成体のうち上方のヒー
ター構成体ほどその電気抵抗が小さくなっている請求項
１記載の単結晶成長用多機能ヒーター。 - 【請求項３】 前記ヒーター構成体は２つ備えられてい
る請求項１または請求項２記載の単結晶成長用多機能ヒ
ーター。 - 【請求項４】 前記ヒーター構成体の上端および下端よ
り交互にスリットが形成され、電流経路が上下にジグザ
グ状になっている請求項１乃至請求項３のいずれか１項
に記載の単結晶成長用多機能ヒーター。 - 【請求項５】 各ヒーター構成体の外径は同一になって
おり、前記ヒーター構成体の電気抵抗は、前記ヒーター
構成体の高さ寸法、肉厚寸法および前記スリット数の少
なくとも１つのパラメータにより、他のヒーター構成体
の電気抵抗と相違するように構成されている請求項１乃
至請求項４のいずれか１項に記載の単結晶成長用多機能
ヒーター。 - 【請求項６】 気密容器と、前記気密容器内に設けられ
て半導体融液を貯溜するルツボと、前記ルツボを囲むよ
うに設けられて、前記半導体融液を加熱するため請求項
１乃至請求項５のいずれか１項に記載の単結晶成長用多
機能ヒーターと、前記半導体融液より単結晶を引上げる
ための引上げ手段と、を備えていることを特徴とする単
結晶引上装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21139499A JP3788116B2 (ja) | 1999-07-26 | 1999-07-26 | 単結晶成長用多機能ヒーターおよび単結晶引上装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21139499A JP3788116B2 (ja) | 1999-07-26 | 1999-07-26 | 単結晶成長用多機能ヒーターおよび単結晶引上装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001039792A true JP2001039792A (ja) | 2001-02-13 |
| JP3788116B2 JP3788116B2 (ja) | 2006-06-21 |
Family
ID=16605251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21139499A Expired - Fee Related JP3788116B2 (ja) | 1999-07-26 | 1999-07-26 | 単結晶成長用多機能ヒーターおよび単結晶引上装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3788116B2 (ja) |
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| WO2005095680A1 (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-13 | Komatsu Denshi Kinzoku Kabushiki Kaisha | 半導体単結晶製造装置および黒鉛るつぼ |
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-
1999
- 1999-07-26 JP JP21139499A patent/JP3788116B2/ja not_active Expired - Fee Related
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