JP2002097097A

JP2002097097A - Ｃｚ法単結晶引上げ装置

Info

Publication number: JP2002097097A
Application number: JP2000283469A
Authority: JP
Inventors: Toshimichi Kubota; 利通久保田; Eiichi Kawasaki; 栄一川崎; Tsunenari Tomonaga; 恒成朝長; Shinichi Kawazoe; 真一川添
Original assignee: Komatsu Electronic Metals Co Ltd
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 2000-09-19
Filing date: 2000-09-19
Publication date: 2002-04-02
Anticipated expiration: 2020-09-19
Also published as: JP4776065B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＣＺ炉内に熱遮蔽体を備えるＣＺ法単結晶引
上げ装置において、原料融液から蒸発し飛散する物質の
量を低減させることができるようにする。【解決手段】原料融液１７の所定の範囲を覆うことに
よって当該原料融液からの蒸発・飛散を抑制する蒸発抑
制体を、ＣＺ法単結晶引上げ装置の熱遮蔽体２３の下側
部分に取り付けるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チョクラルスキー
法（ＣＺ法）により単結晶インゴットを製造するＣＺ法
単結晶引上げ装置、特に、不純物をドープしたシリコン
単結晶インゴットを製造するのに好適なシリコン単結晶
引上げ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコン単結晶インゴットの製造に用い
られるＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置は、図１３に示
されるように、ルツボ１６、ヒータ１８及び熱遮蔽体２
３をその構成要素として含む。そして、ＣＺ法でシリコ
ン単結晶インゴットを製造する場合は、多結晶のシリコ
ンナゲットをルツボ１６内に充填し、ヒータ１８で加熱
することによってルツボ内のシリコンナゲットを融解
し、これによって形成されたシリコン融液１７からシリ
コン単結晶インゴット２１を引き上げる。

【０００３】ここで、シリコンナゲットを融解すると、
石英製のルツボ１６を構成するSiO₂とシリコン融液１７
のSiとが化学反応を起こして、シリコン融液中にSiOを
形成する。しかし、図１３に示すように、通常のＣＺ法
シリコン単結晶引上げ装置では、ルツボ１６の上部が開
口されていることから、形成されたSiOの殆どが融液表
面から蒸発する。そして、これがあまりにも甚だしい場
合には、最終的に得られるシリコンウエハのゲッタリン
グ効果を十分に確保することができないという問題があ
る。

【０００４】一方、金属砒素やアンチモン等の不純物
（ドーパント）をドープしたシリコン単結晶インゴット
を製造する場合、これらのドーパントは沸点が低く、融
液表面から蒸発し易い。また、これらのドーパントは酸
素と反応して、As₂O₃、Sb₂O₃等の複合体となって蒸発す
る場合もあるが、いずれにしても、ドーパントの殆どが
蒸発してしまったのでは、シリコン単結晶インゴット中
にドーピングすべきドーパントの量が一定しなくなって
しまう。

【０００５】これに加え、一般的なＣＺ法シリコン単結
晶引上げ装置では、通常は減圧下で不活性ガスが流され
ているために、融液表面から蒸発したAs、Sb、SiO、As₂
O₃、Sb₂O₃等は、不活性ガスに乗って装置内に揮散する
こととなり、これが装置を汚染する。これに関連して、
ＣＺ炉内に熱遮蔽体２３を設けたＣＺ法シリコン単結晶
引上げ装置においては、この熱遮蔽体２３がシリコン融
液１７に当たる不活性ガスの流速を加速させてしまうた
めに、シリコン融液１７の液面からのドーパント等の蒸
発を更に促進してしまうこととなる。

【０００６】これを解決するために、金属砒素やアンチ
モンをドープしたシリコン単結晶の製造を行う際に、融
液面からの蒸発量を減少させるべく、ＣＺ炉内を高圧状
態にすると、ＣＺ炉の上部から導入される不活性ガスの
流れを抑制してしまうこととなるため、熱遮蔽体２３の
ガス整流効果が実質的に無くなってしまい、不活性ガス
の流速等の制御を行うことが困難となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来から使用されているＣＺ法シリコン単結晶引上げ装
置を使用した場合には、シリコン単結晶インゴット中に
取り込まれる酸素の量やドーパントの量の制御が困難で
あり、また、融液表面から蒸発したAs、Sb、SiO、As
₂O₃、Sb₂O₃等が装置内に飛散することによって装置を汚
染するといったような問題がある。

【０００８】本発明は以上のような課題に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、ＣＺ炉内に熱遮蔽体を備え
るＣＺ法単結晶引上げ装置において、原料融液から蒸発
し飛散する物質の量を低減させることができるようにす
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以上のような目的を達成
するために、本発明においては、原料融液の所定の範囲
を覆うことによって当該原料融液からの蒸発・飛散を抑
制する蓋様体を、ＣＺ法単結晶引上げ装置の熱遮蔽体の
下側部分に取り付けるようにしたことを特徴とする。

【００１０】本発明においては、原料融液からの蒸発・
飛散を抑制する蓋様体として、熱遮蔽体の下端部分に係
止することが可能なスカート様の部材を備えると共に当
該スカート様の部材の上で気体が流通できるような構造
のものを採用する。そして、スカート様の部材で原料融
液の所定の範囲を覆い、当該原料融液の所定の範囲に蓋
を載せるようにすることによって、当該原料融液からの
蒸発を抑制する。これと同時に、スカート様の部材の上
で気体が流通できるようにすることによって、原料融液
液面に不活性ガスが当たるのを防止し、原料融液からの
蒸発物が飛散するのを抑制するようにしている。

【００１１】より具体的には、本発明は以下のようなも
のを提供する。

【００１２】（１）原料融液から引上げられる単結晶
インゴットの周囲を囲む熱遮蔽体を備えるＣＺ法単結晶
引上げ装置に使用され、前記原料融液からの蒸発を抑制
するために前記熱遮蔽体の下端付近に取り付けられる蓋
様体であって、前記熱遮蔽体の下端付近に係止される係
止部と、前記原料融液の表面の所定の範囲を覆う被覆部
と、前記係止部とこの被覆部とを連結する連結部と、を
備える蓋様体。

【００１３】「蓋様体」はルツボ内の原料融液の蒸発を
抑制するために設けられるもので、この蓋様体によって
ルツボが一部蓋をされる格好となる。この蓋様体は、少
なくとも原料融液の一部を覆っていればよく（（５）及
び（９））、基本的には、原料融液を覆う面積（原料融
液を蓋する面積）に応じた蒸発抑制効果を発揮すること
になる。本発明に係る「蓋様体」は、後述のように、先
細り形状の熱遮蔽体にも筒状の熱遮蔽体にも取り付ける
ことができる（（２）及び（１４））。

【００１４】（２）前記熱遮蔽体は先細り形状の熱遮
蔽体である（１）記載の蓋様体。

【００１５】（３）前記係止部は、前記先細り形状の
熱遮蔽体の最小径部よりも大きい径のリング部材もしく
はその一部からなるものであることを特徴とする（２）
記載の蓋様体。

【００１６】（４）前記被覆部は、輪状の平板プレー
トからなるものであることを特徴とする（３）記載の蓋
様体。

【００１７】（５）前記輪状の平板プレートは、その
一部が切り欠かれているものであることを特徴とする
（４）記載の蓋様体。

【００１８】（６）前記連結部は、複数本の帯状部材
からなるものである（１）から（５）いずれか記載の蓋
様体。

【００１９】（７）前記連結部は、略円筒状の部材に
一つ以上のガス流通用の通孔が設けられた部材である
（１）から（５）いずれか記載の蓋様体。

【００２０】既に説明したように、「蓋様体」はルツボ
内の原料融液の蒸発を抑制するために設けられるもの
で、この蓋様体によってルツボが一部蓋をされる格好と
なるが、更に、蓋様体に通孔が設けられることにより、
ＣＺ炉の上方から流れてきた不活性ガスは、熱遮蔽体を
通った後で、この通孔から排出されることとなる。即
ち、本発明に係る「蓋様体」は、原料融液の所定範囲を
覆う蓋の役割をすると共に、その蓋の上を不活性ガスが
通る整流部材としても機能するのである。

【００２１】（８）原料融液から引上げられる単結晶
インゴットの周囲を囲む先細り形状の熱遮蔽体を備える
ＣＺ法単結晶引上げ装置であって、前記先細り形状の熱
遮蔽体に係止される請求項１から７いずれか記載の蓋様
体と、この蓋様体を上下方向に移動させる昇降装置と、
を備えるＣＺ法単結晶引上げ装置。

【００２２】このように、蓋様体を上下方向に昇降可能
とすることで、蓋様体と熱遮蔽体の相対的位置関係によ
り、蓋様体に形成されている通孔の開口面積を調整する
ことができ、これによって通孔から排出される不活性ガ
スの量を調整することができるようになる。

【００２３】この場合において、上方から流れてきた不
活性ガスは、蓋様体に形成されている通孔と、融液液面
と蓋様体との間に形成される隙間と、から排出されるこ
ととなるが、通孔から排出される不活性ガスの量が調整
されることによって、融液液面と蓋様体との間の隙間か
ら排出される不活性ガスの量も調整されることとなる。
そして、これによって融液上を流れる不活性ガスの量を
制御することができることとなるので、融液からの蒸発
量を制御することができるようになる。

【００２４】（９）原料融液から引上げられる単結晶
インゴットの周囲を囲む先細り形状の熱遮蔽体を備える
ＣＺ法単結晶引上げ装置であって、前記先細り形状の熱
遮蔽体に係止される（５）記載の蓋様体を２個以上備え
ると共に、この蓋様体を上下方向に移動させる昇降装置
と、前記蓋様体を回動させる手段と、備えるＣＺ法単結
晶引上げ装置。

【００２５】このようなＣＺ法単結晶引上げ装置におい
ては、２個以上の蓋様体をそれぞれ個別に回動させても
よく、また、一つを固定した状態で他方を回動させるよ
うにしてもよい。いずれにしても、このようなＣＺ法単
結晶引上げ装置によれば、２個以上の蓋様体の重ね合わ
せ量を調整することによって、融液液面の開口度を調整
することを通じて、融液からの蒸発量を調整することが
できる。

【００２６】（１０）（８）または（９）記載のＣＺ
法単結晶引上げ装置によって引上げられた単結晶インゴ
ットの群及び当該単結晶インゴットから切り出された単
結晶ウエハの群。

【００２７】（１１）前記単結晶インゴットはシリコ
ン単結晶インゴットであり、前記単結晶ウエハはシリコ
ンウエハである、（１０）記載の単結晶インゴットの群
及び当該単結晶インゴットから切り出された単結晶ウエ
ハの群。

【００２８】本発明に係る蓋様体を使用した場合には、
酸素やドーパントの蒸発・飛散が抑制されるため、引き
上げられたシリコン単結晶インゴット中には酸素やドー
パントが所定の含有量で含まれることとなり、しかもそ
の再現性が良く、インゴット中における酸素やドーパン
トの分布も一様である。このようなことから、本発明に
係るＣＺ法単結晶引上げ装置で引き上げられたシリコン
単結晶インゴットの群及び当該シリコン単結晶インゴッ
トから切り出されたシリコンウエハの群は、酸素やドー
パントの含有量やその分布が定常的で均質であるという
特徴を有している。

【００２９】（１２）ＣＺ炉内に不活性ガスを流通さ
せると共に、シリコン融液から引上げられるシリコン単
結晶インゴットの周囲を囲む熱遮蔽体を備えるＣＺ法シ
リコン単結晶引上げ装置において、原料融液からの蒸発
を抑制する蓋様体であって前記熱遮蔽体の下端に係止さ
れるガス流通性の蓋様体を当該熱遮蔽体の下端に取り付
けることにより、シリコン単結晶インゴット中に取り込
まれるドーパントもしくは酸素の濃度を制御する方法。

【００３０】（１３）前記蓋様体を移動させることに
よりドーパントもしくは酸素の濃度の調整を行うことを
特徴とする（１２）記載の方法。

【００３１】（１４）前記熱遮蔽体は筒状の熱遮蔽体
である（１）記載の蓋様体。これは、いわゆるパージチ
ューブを熱遮蔽体とした実施態様である。そして、この
場合においては、上記の（４）〜（７）のような蓋様体
を使用することができるが、パージチューブを採用した
場合には上記（３）のような形態を採用することはでき
ないため、上記の（４）〜（７）のような蓋様体をパー
ジチューブの下端部分に係合させる係合部材を、パージ
チューブ下端もしくは蓋様体のいずれかまたは両方に備
えている必要がある。

【００３２】（１５）ＣＺ法単結晶引上げ装置に使用
され、原料融液から引上げられる単結晶インゴットの周
囲を囲む熱遮蔽体であって、前記単結晶インゴットの周
囲を囲む先細り形状もしくは筒状の熱遮蔽体本体部と、
当該熱遮蔽体本体部の下端部分にあって前記原料融液の
表面の所定の範囲を覆う蓋様体部と、を備える熱遮蔽
体。

【００３３】これは、要するに、先細り形状の熱遮蔽体
もしくは筒状の熱遮蔽体と上記の（４）〜（７）のよう
な蓋様体とが一体となったものである。従って、熱遮蔽
体本体部は、上記の（４）〜（７）のいずれの態様も採
用することができる。

【００３４】（１６）ＣＺ法単結晶引上げ装置に使用
され、原料融液から引上げられる単結晶インゴットの周
囲を囲む熱遮蔽体であって、前記単結晶インゴットの周
囲を囲む先細り形状の熱遮蔽体本体部と、当該熱遮蔽体
本体部の下端部分にあって前記原料融液の表面の所定の
範囲を覆う蓋様体部と、を備え、前記熱遮蔽体本体部の
一部が取り外し可能に分割されていることを特徴とする
熱遮蔽体。

【００３５】このような構成を有することにより、ＣＺ
炉を組んだ後に、蓋様体部をホットゾーン内に導入する
ことができるようになる。このような機構を採用するこ
とは、いわゆるパージチューブを熱遮蔽体として採用し
た場合には困難であり、先細り形状の熱遮蔽体を採用し
た場合に特有の機構であるととらえることもできる。

【００３６】なお、本発明にいずれの形態においても、
ＣＺ法単結晶引上げ装置は、熱遮蔽体自身を昇降させる
昇降手段を備えているのが好ましい。

【００３７】別の観点から見れば、上記の方法は、本発
明に係るＣＺ法単結晶引上げ装置においては、以下のよ
うな方法を提供するものであるということになる。

【００３８】シリコン単結晶インゴットの引上げに際し
て上記（６）のＣＺ法単結晶引上げ装置のＣＺ炉内の上
部から導入される不活性ガスを制御する方法であって、
蓋様体の円筒状部材に形成された通孔の開口面積を調整
することによって、シリコン単結晶インゴット中のドー
パントもしくは酸素の濃度の調整を行う方法。

【００３９】上記（８）または（９）のＣＺ法単結晶引
上げ装置によるシリコン単結晶インゴットの引上げ過程
において、蓋様体を昇降させて当該蓋様体と前記熱遮蔽
体（特に、前記熱遮蔽体の下端）との相対的位置を変化
させることによって前記通孔の開口面積を変化させ、引
上げ中のシリコン単結晶インゴット中に取り込まれるド
ーパントもしくは酸素の量の調整を行う方法。

【００４０】［用語の定義等］「蓋様体」はルツボ内の
シリコン融液の蒸発を抑制するために設けられるもので
ある。このような蓋様体の材質は、カーボン、石英、セ
ラミック、ＳｉＣ等を使用することができるが、高温に
耐え得る材質であればこれに限られるものではない。

【００４１】「熱遮蔽体」は、原料融液液面からの輻射
熱や炉内のヒーターからの放熱を遮蔽するためにＣＺ炉
内に設置されるものであるが、これは炉内に流されるガ
スの流れを整流する働きもする。ここで、もしガスの整
流が主目的であったとしても、結果として融液液面やヒ
ーターからの熱を何らかの形で遮蔽しているものであれ
ば、本発明に係る熱遮蔽体として機能するのに十分であ
るから、何らかの形で熱遮蔽を行うものである限り、本
発明における「熱遮蔽体」の概念に含まれる。

【００４２】係止部と被覆部とを連結する連結部は、係
止部と被覆部とを離れないように連結することができる
ものであれば如何なる形態のものでもよく、板状や帯状
のものに限られず、例えば線状のものであってもよい。

【００４３】連結部は、被覆部の上から不活性ガスを通
すために、円筒状の部材にガス流通用の通孔が設けられ
たような部材であるとか（上記（５））、複数本の帯状
部材からなり、当該帯状部材同士の間に隙間が空いてい
るというような構造（上記（４））となっているとかい
うような構成であることが必要となる。しかしながら、
不活性ガスが、蓋様体の被覆部の下側を通って原料融液
液面と被覆部の間の隙間を通って抜けていくということ
を避け、蓋様体の被覆部の上側を流通するようにすると
いう本発明の趣旨からすれば、熱遮蔽体自体に穴（通風
孔）が開いている等の構成によって蓋様体の被覆部の上
側を不活性ガスが流通するようになっていれば、蓋様体
自体にガス流通用の通孔が設けられている必要はない
（上記（１））。

【００４４】本発明に係る蓋様体は、シリコンの特性と
リンクした構成を備えているというわけではないので、
シリコン単結晶の引き上げ工程に限られることなく、例
えばGaAs等の化合物半導体のようなものの引き上げの際
にも使用することができる。

【００４５】「ドーパント」としては、例えば砒素やア
ンチモンを挙げることができ、本発明の適用対象はこれ
に限られるものではないが、本発明は、砒素やアンチモ
ンのように沸点が低く、シリコン融液中から蒸発しやす
いものに対して適用するのが好適である。

【００４６】本発明に係る蓋様体を上下方向に移動させ
る昇降装置は、蓋様体をＣＺ炉内において自在に昇降さ
せることができるものであれば、いかなる構成のものを
採用してもよい。

【００４７】また、上記（９）及び（１０）の方法にお
いては、熱遮蔽体は、先細り形状のものであることが好
ましいが、これに限られることなく、例えばいわゆるパ
ージチューブのような円筒状のものであってもよい。

【００４８】

【発明の実施の形態】［基本原理］図１は、本発明の基
本原理を説明するための図である。ここで、図１（Ａ）
は、熱遮蔽体を備える従来からのＣＺ法単結晶引上げ装
置のＣＺ炉内の不活性ガスの流れを図示したものであ
り、図１（Ｂ）は、本発明に係る蓋様体１０を備えるＣ
Ｚ法単結晶引上げ装置のＣＺ炉内の不活性ガスの流れを
図示したものである。

【００４９】図１（Ａ）と図１（Ｂ）を対比させれば明
らかなように、従来からのＣＺ法単結晶引上げ装置で
は、ＣＺ炉の上側から流れてきた不活性ガスがシリコン
融液１７に直接的にあたるのに対し、本発明に係る蓋様
体１０を備えるＣＺ法単結晶引上げ装置においては、不
活性ガスがシリコン融液１７に直接的にあたらずに、蓋
様体１０の被覆プレート１０ａの上を通過していくこと
になる。

【００５０】図２は、本発明の好適な一実施形態に係る
蓋様体１０の構成を示す斜視図である。この図２に示さ
れるように、第一の実施形態に係る蓋様体１０は、シリ
コン融液１７の所定の範囲を蓋をするように覆う被覆プ
レート（被覆部）１０ａと、先細り形状の熱遮蔽体２３
の下端付近２３ａ（図１（Ｂ））に係止される係止リン
グ（係止部）１０ｂと、この係止リング（係止部）１０
ｂと被覆プレート（被覆部）１０ａとを連結する連結筒
（連結部）１０ｃと、を備える。

【００５１】ここで、被覆プレート１０ａは輪状の平板
プレートからなり、連結筒１０ｃは円筒状の部材からな
るものであって、連結筒１０ｃの下部には、被覆プレー
ト１０ａとの境界部分の一部を切り欠いて、ガス流通用
の通孔１２が形成されている。従って、図１（Ｂ）に示
されるように、このような蓋様体１０が、先細り形状の
熱遮蔽体２３の下端付近２３ａに係止されると、ＣＺ炉
の上側から流れてきた不活性ガスは、円筒状の連結筒１
０ｃの内側を通り、通孔１２を経由し、被覆プレート１
０ａ上を通過していくことになる。そして不活性ガス
は、最終的には、装置に備えられた排気機構（図示せ
ず）によって炉内から排気されていく。

【００５２】図３は、本発明の第二実施形態に係る蓋様
体１１０の構成を示す図であり、図３（Ａ）は斜視図、
図３（Ｂ）は上面図である。この図３に示されるよう
に、第二実施形態に係る蓋様体１１０においては、係止
リング１０ｂと被覆プレート１０ａとを連結する連結部
が連結棒１０ｄで構成されている。この連結棒１０ｄ
は、十分な剛性のある細い棒体であり、連結棒１０ｄが
十分な剛性を有していない場合には被覆プレート１０ａ
のふらつきを生じてしまうので、好ましくない。このよ
うな第二実施形態に係る蓋様体１１０では、ガス流通用
の通孔１２のようなものを設ける必要がなく、構成も簡
易であるが、不活性ガスの指向性が第一実施形態のもの
よりも劣る可能性がある。

【００５３】更に、図３（Ａ）に示されるように、蓋様
体１１０の係止リング１０ｂと被覆プレート１０ａとを
連結する一対の連結棒１０ｄと、蓋様体１１０を昇降す
るための昇降機構３４に連結されている一対のワイヤ３
４ａとは、相互のバランスを考慮して、係止リング１０
ｂを介して互い違いに接続するようにしている。即ち、
係止リング１０ｂを上から見た図３（Ｂ）に示されるよ
うに、相互のバランスを取るために、連結棒１０ｄの連
結部分の位置とワイヤ３４ａの連結部分の位置とは互い
にがずらされている。なお、被覆プレート１０ａを安定
化させるために、連結棒１０ｄは３本で構成するのが好
ましいが、ワイヤ３４ａ及び連結棒１０ｄの本数は２本
以上であればこれに限られない。

【００５４】図４は、本発明の第三実施形態に係る蓋様
体２１０の構成を示す斜視図である。この図４に示され
るように、第三実施形態に係る蓋様体２１０において
は、係止リング１０ｂと被覆プレート１０ａとを連結す
る連結部が、複数本の帯状部材１０ｅで構成されてい
る。そして、これらの複数本の帯状部材１０ｅの間が、
それぞれガス流通用の通孔１２を形成している。このよ
うな第三実施形態に係る蓋様体２１０は、第二実施形態
に係る蓋様体２１０よりもしっかりとした構造となって
いる。

【００５５】図５は、本発明の第四実施形態に係る蓋様
体３１０の構成を示す斜視図である。この第四実施形態
は、第一実施形態と第二実施形態とを組み合わせたもの
であって、図５に示されるように、第四実施形態に係る
蓋様体３１０においては、係止リング１０ｂと被覆プレ
ート１０ａとを連結する連結部を、第一実施形態に係る
連結筒１０ｃと第二実施形態に係る連結棒１０ｄとで構
成している。連結筒１０ｃの下部には、第一実施形態と
同様に、被覆プレート１０ａとの境界部分の一部を切り
欠いて、ガス流通用の通孔１２が形成されている。

【００５６】図６は、本発明の第五実施形態に係る蓋様
体４１０の構成を示す斜視図である。なお、図６（Ａ）
は斜視図であり、図６（Ｂ）は上面図である。この第五
実施形態は、図６に示されるように、係止リング１０ｂ
の代わりに係止爪１０ｂ’を採用し、連結筒１０ｃのほ
ぼ中央部にガス流通用の通孔１２’を設けたものであ
る。

【００５７】ここで、係止リング１０ｂというのは、熱
遮蔽体２３の下端付近２３ａ（図１（Ｂ））に係止させ
るように、先細り形状の熱遮蔽体２３の最小径部（即
ち、最下端の径）よりも大きい径のリング部材からなる
が、この第五実施形態に係る蓋様体４１０の係止爪１０
ｂ’は、このような係止リング１０ｂの一部からなるも
のであって、この実施の形態では、係止リング１０ｂを
切り欠いて構成したものである。このような係止爪１０
ｂ’を採用した場合でも、蓋様体を熱遮蔽体２３の下端
付近２３ａ（図１（Ｂ））に係止させるようにすること
ができる。

【００５８】また、連結筒１０ｃのほぼ中央部に設けら
れた通孔１２’についても、蓋様体４１０が熱遮蔽体２
３の下端付近２３ａに係止された状態で、当該通孔１
２’が熱遮蔽体２３の下端から出ているようにすればよ
い。

【００５９】図７は、本発明の第六実施形態に係る蓋様
体４１０’の構成を示す斜視図である。なお、図７
（Ａ）は斜視図であり、図７（Ｂ）は上面図である。こ
の第六実施形態は第五実施形態の変形例であり、第六実
施形態に係る蓋様体４１０’は、図７（Ａ）及び（Ｂ）
に示されるように、第五実施形態において被覆プレート
１０ａが分割されて形成された分割被覆プレート１０
ａ’を備えている。

【００６０】ここで、分割被覆プレート１０ａ’は、通
孔１２’から出てくる不活性ガスがシリコン融液１７の
液面に当たるのを遮るために、通孔１２’の下側に位置
するように配置されている。

【００６１】なお、このような第六実施形態に係る蓋様
体４１０’は、分割被覆プレート１０ａ’を用いること
によって、被覆プレート１０ａ’で覆われないシリコン
融液１７の部分が多く、シリコン融液液面からの熱遮蔽
量が少ない（従って、シリコン融液液面からの輻射熱量
は多い）という特徴があり、また、図７（Ｃ）に示され
るように、複数のものを重ねて使用することが可能であ
り、そのようにした場合には、蓋様体４１０’同士の重
ね合わせの程度によって、シリコン融液液面からの熱遮
蔽量（シリコン融液液面からの輻射熱量）を自在に調整
することができる。

【００６２】より詳しく説明すると、図７（Ｃ）に示さ
れるように、例えば２枚の蓋様体４１０’‐１及び４１
０’‐２を重ね合わせた場合には、連結筒１０ｃ‐１及
び１０ｃ‐２同士はほぼ一致して重なり合い、分割被覆
プレート１０ａ’‐１及び１０ａ’‐２はそれぞれずれ
た状態で重ね合わせることができる。係止爪１０ｂ’‐
１及び１０ｂ’‐２はそれぞれずれた状態で、熱遮蔽体
２３の下端付近２３ａに係止されることとなる。そし
て、分割被覆プレート１０ａ’‐１及び１０ａ’‐２の
重ね合わせの程度を調整することによって、シリコン融
液液面からの熱遮蔽量（シリコン融液液面からの輻射熱
量）を自在に調整することができることとなる。

【００６３】このような蓋様体４１０’同士の重ね合わ
せは、蓋様体４１０’を炉内に取り付ける際に行うこと
もできるが、後述するような蓋様体の昇降装置を使用し
て、単結晶インゴットの引上げ最中に適宜行うようにす
ることもできる。

【００６４】図８（Ａ）は、上記のような蓋様体が取り
付けられたＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置の構成を示
す断面図であり、蓋様体３１０がまだ熱遮蔽体２３に接
触せずに、中に浮いた状態で吊止されている状態を示す
断面図である。また、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）中の破
線Ｂで囲まれた領域において、蓋様体３１０が熱遮蔽体
２３に接触した状態を示す部分拡大図である。更に、図
８（Ｃ）は、図８（Ａ）中の破線Ｃで囲まれた領域の部
分拡大図であり、熱遮蔽体２３の接続部分Ｐの構成を説
明するための図である。

【００６５】図９は、蓋様体の機能を説明するための図
である。ここで、図９（Ａ）は、蓋様体の機能の説明の
便宜のために、図８（Ａ）中の破線Ａで囲まれた領域か
ら必要な部分を抜き出し、その他の必要な符号を付した
図であり、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の説明を補助するた
めの図である。また、図１０は、通孔１２或いは１２’
の形状のバラエティを示す図である。

【００６６】図８（Ａ）に示されるように、この実施の
形態に係るＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置は、シリコ
ン融液１７を貯留するルツボ１６と、ヒータ１８と、シ
リコン単結晶棒２１と、熱遮蔽体２３と、断熱材にて構
成された蓋様体と、この蓋様体を昇降する昇降機構３４
と、を含む要素から構成されている。

【００６７】この実施形態においては、第四実施形態に
係る蓋様体３１０が、ルツボ１６内に吊り下げられ、熱
遮蔽体２３の下端に係止される。蓋様体３１０の吊り下
げは、ＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置のチャンバ上部
に備え付けられている昇降機構３４によって行われ、昇
降機構３４から伸びるワイヤ３４ａは、蓋様体３１０の
係止リング１０ｂに取り付けられている。

【００６８】このような構成を有する本実施の形態に係
るＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置によれば、ＣＺ法シ
リコン単結晶引上げ装置に備え付けられた昇降機構によ
って蓋様体を自在に昇降させることができる。

【００６９】次に、本実施の形態に係るＣＺ法シリコン
単結晶引上げ装置の動作について説明する。

【００７０】まず、シリコン単結晶インゴット２１の引
上げに際し、装置上部からは不活性ガスが導入される。
この不活性ガスは、熱遮蔽体２３のガス整流作用によっ
て蓋様体の上部に達するが、蓋様体３１０に達した不活
性ガスは、図９（Ｂ）に示されるように、通孔１２から
その一部が通過する（矢印α）と共に、その残りの不活
性ガスは、蓋様体３１０とシリコン融液１７の液面との
間に形成された隙間３７を通り（矢印β）、装置に備え
られた排気機構（図示せず）によって炉外に排気され
る。

【００７１】ここで、図８（Ａ）の領域Ａの部分拡大図
である図９（Ａ）において、ｈ₁は通孔１２の開口の大
きさ、ｈ₂は隙間３７の大きさ、ｈ₃は蓋様体３１０の被
覆プレート１０ａの半径、ｈ₄は被覆プレート１０ａの
周縁とルツボ１６との間の距離を示す。

【００７２】図９（Ａ）において、本実施の形態に係る
ＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置では、昇降機構３４に
よる蓋様体３１０の昇降によって、熱遮蔽体２３の下端
が通孔１２を塞ぐ度合を変化させることができるので、
実質的にｈ₁の大きさを適宜調整することができるとい
うことになる。当然のことながら、昇降機構３４による
蓋様体３１０の昇降によって、隙間３７の大きさｈ₂を
変化させることもできる。

【００７３】ここで、熱遮蔽体２３による通孔１２の開
口具合を詳述する。図８（Ｂ）に示されるように、熱遮
蔽体２３の下端が通孔１２に被さっておらず、通孔１２
全体が完全に露出しているような場合には、通孔１２は
いわば全開した状態にある、ということとなる。そし
て、この図８（Ｂ）に示す状態から、昇降機構３４によ
って蓋様体を上昇させていくと、図８（Ａ）に示す状態
を経て、熱遮蔽体２３の下端が通孔１２に被さっていく
ような形となり、更に上昇させると、通孔１２が熱遮蔽
体２３によって完全に塞がれるようになり、通孔１２は
いわば全閉した状態となる。

【００７４】このようにして、通孔１２の開口部分ｈ_１
の大きさを調整することによって、通孔１２の部分を通
過する不活性ガス量を制御できることとなり、またｈ_２
の大きさを調整することによって、隙間３７の部分を通
過する不活性ガス量を制御することができることとな
る。従って、ｈ_１とｈ_２の大きさを別個もしくは同時に
調整することによって、シリコン融液１７の液面上を通
過する不活性ガスの量を個別的もしくは相乗的に制御す
ることができる。

【００７５】そしてこれは、更に進んで、ｈ_１とｈ_２の
大きさを別個もしくは同時に調整することによって、シ
リコン融液１７の液面上を通過する不活性ガスの量を個
別的もしくは相乗的に制御することができ、これによっ
て所望の酸素濃度の単結晶を作ることが可能となるとい
うことを意味する。

【００７６】また、本発明においては、ｈ₃の大きさに
よってｈ₄の大きさが決まることとなるが、蓋様体１０
は容易に設計変更が可能であるため、ｈ₃の大きさを変
更してｈ₄の大きさを変えることによっても、融液から
の蒸発量を制御することができる。

【００７７】このように、本発明においては、ｈ₁、ｈ₂
及びｈ₃（ｈ₄）を適宜調整することによって、シリコン
融液１７からの酸素化合物の蒸発量を制御し、所望の酸
素濃度の単結晶を作ることが可能となる。

【００７８】なお、昇降機構３４によって蓋様体を昇降
させるにあたっては、蓋様体の被覆部１０ａの上に熱遮
蔽体２３を載せることによって、熱遮蔽体２３ごと蓋様
体を昇降させるようにしてもよい。ここで、例えば熱遮
蔽体２３が大型で、蓋様体の強度が熱遮蔽体２３の重量
に耐えないような場合には、図８（Ａ）及び図８（Ｃ）
に示されるように、熱遮蔽体２３をその一部から適宜取
り外しできるように所定箇所で係合させるような構造と
するとよい。より詳しく説明すると、熱遮蔽体２３が大
型で、熱遮蔽体２３を蓋様体に載せることができないよ
うな場合には、熱遮蔽体２３において接続部分Ｐを設
け、熱遮蔽体２３を下から持ち上げた場合にはこの接続
部分Ｐの部分で分離し、熱遮蔽体２３を組んだ場合に
は、熱遮蔽体２３の下部分の自重によってこの接続部分
Ｐの部分で係合するようにするとよい。

【００７９】ところで、蓋様体１０、２１０、３１０、
４１０、４１０’の通孔１２の形状は、いずれのタイプ
の蓋様体においても、その形状が限定されることはな
い。

【００８０】このような蓋様体の通孔１２の形状として
は、図１０（Ａ）に示す縦長型長方形形状、図１０
（Ｂ）に示す横長型長方形形状、図１０（Ｃ）に示す円
形状、図１０（Ｄ）に示す三角形形状、図１０（Ｅ）に
示す多角形形状等の様々なものが考えられる。そのた
め、通孔１２の形状は、前述した実施形態で示した形状
や図１０に示す形状に限定される必要はない。

【００８１】なお、図１０において、一点鎖線は熱遮蔽
体２３の下端部を示している。そして、一点鎖線の上部
は、通孔１２の一部が熱遮蔽体２３で覆われている部分
を示すものであり、一点鎖線の下部は、不活性ガスが通
過する部分を示すものである。この熱遮蔽体２３を図８
に示す昇降機構３４で昇降させることによって、熱遮蔽
体２３の昇降が可能であり、図１０に示す一点鎖線の位
置（熱遮蔽体の下端）を移動することができる。

【００８２】なお、熱遮蔽体は、図８（Ａ）に示される
ように先細り形状のものであることが好ましいが、これ
に限られることなく、図１１に示されるように、いわゆ
るパージチューブ２３’のような円筒状のものであって
もよい。

【００８３】但し、パージチューブ２３’のような円筒
状のものを熱遮蔽体として採用した場合には、熱遮蔽体
２３’（パージチューブ２３’）の下端に蓋様体を係止
するための係止部２３ａ’を内周面に突設するなどし
て、係止部２３ａ’が蓋様体の係止リング１０ｂと係止
されるようにする必要がある。

【００８４】

【実施例】図８に示す本発明に係るシリコン単結晶引上
げ装置を用いて、シリコン単結晶インゴットの引上げを
行い、得られたシリコン単結晶の酸素濃度を測定して従
来例と比較した結果を図１２に示す。

【００８５】この図１２において、白丸印は従来のシリ
コン単結晶引上げ装置を用いて得られたシリコン単結晶
の酸素濃度を示したものであり、白三角印及び黒四角印
は本発明のシリコン単結晶引上げ装置を用いて得られた
シリコン単結晶の酸素濃度を示したものである。そし
て、それぞれ得られた酸素濃度データを最小２乗法によ
り回帰した。

【００８６】図１２から明らかなように、本発明により
得られたシリコン単結晶の酸素濃度は従来よりも大き
い。例えば、シリコン単結晶の固化率が８０％の酸素濃
度を見てみると、従来よりも高酸素濃度のシリコン単結
晶を得ることができるということが明らかである。

【００８７】また、本発明によれば、結晶の引上げに伴
う酸素濃度の減少の仕方が直線的であることから、得ら
れる結晶の酸素濃度の予測の確実性が向上するというこ
とが期待できる。

【００８８】これに関し、金属砒素やアンチモン等の蒸
発しやすいドーパントも、酸素と同様の挙動を示すこと
から、ドーパント濃度についても不要な減少を招くこと
なく、その濃度の予測の確実性が向上する。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
原料融液からの蒸発・飛散を抑制する蓋様体を熱遮蔽体
の下端部分に係止させるようにしたことによって、当該
原料融液からの酸素やドーパントの過剰な蒸発を抑制
し、酸素やドーパントの適切な濃度制御を行なうことが
できるようになる。

【００９０】また、蓋様体として、熱遮蔽体の下端部分
に係止することが可能なスカート様の部材を備えると共
に当該スカート様の部材の上で気体が流通できるような
構造のものを採用し、スカート様の部材の上で気体が流
通できるようにすることによって、原料融液液面に不活
性ガスが当たるのを防止することができる。そして、こ
れによって原料融液からの蒸発物が飛散するのを防止す
ることができ、原料融液からの蒸発物の飛散によってＣ
Ｚ炉内が汚染されるといったような事態を防止すること
ができることとなる。

【００９１】そして、本発明によれば、融液中に含まれ
る酸素の蒸発を抑制することができるので、単結晶中に
おける酸素濃度の制御を安定に行なうことができるよう
になり、結晶の品質の向上を図ることができるようにな
る。

【００９２】更に、本発明によれば、蓋様体によってル
ツボから上に抜ける熱の放散が著しく抑制されることと
なるので、融液形成の際の時間が短縮されると共に、引
上げの全工程においてエネルギーの節約を図ることがで
きるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本原理を説明するための図であ
る。

【図２】本発明の好適な一実施形態に係る蓋様体の構
成を示す斜視図である。

【図３】本発明の第二実施形態に係る蓋様体の構成を
示す斜視図であり、図３（Ａ）は斜視図、図３（Ｂ）は
上面図である。

【図４】本発明の第三実施形態に係る蓋様体の構成を
示す斜視図である。

【図５】本発明の第四実施形態に係る蓋様体の構成を
示す斜視図である。

【図６】本発明の第五実施形態に係る蓋様体の構成を
示す斜視図である。

【図７】本発明の第六実施形態に係る蓋様体の構成を
示す斜視図である。

【図８】蓋様体が取り付けられるＣＺ法シリコン単結
晶引上げ装置の構成を示す図である。

【図９】（Ａ）は図８中の破線Ａで囲まれた領域の拡
大図、（Ｂ）は（Ａ）の説明を補助するための図であ
る。

【図１０】通孔の形状のバラエティを示す図である。

【図１１】本発明に係る熱遮蔽体の別の構成態様を示
す図である。

【図１２】結晶長さ方向の酸素濃度の測定結果につい
て、従来と比較した結果を示す図である。

【図１３】従来のシリコン単結晶引上げ装置の構成を
示す図である。

【符号の説明】

１０、２１０、３１０、４１０、４１０’ 蓋様体１０ａ被覆プレート（被覆部）１０ａ’ 分割被覆プレート１０ｂ係止リング（係止部）１０ｂ’ 係止爪１０ｃ連結筒（連結部）１０ｄ連結棒１０ｅ帯状部材１２、１２’ 通孔１６ルツボ１７融液１８ヒータ２１単結晶棒２３，２３’ 熱遮蔽体２３ａ熱遮蔽体の下端部２３ａ’ 熱遮蔽体下端の係止部３４昇降機構３４ａワイヤＰ熱遮蔽体の接続部分

フロントページの続き (72)発明者川添真一神奈川県平塚市四之宮2612番地コマツ電子金属株式会社内Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BA04 CF10 EG20 EG25 HA12 PA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原料融液から引上げられる単結晶インゴ
ットの周囲を囲む熱遮蔽体を備えるＣＺ法単結晶引上げ
装置に使用され、前記原料融液からの蒸発を抑制するた
めに前記熱遮蔽体の下端付近に取り付けられる蓋様体で
あって、前記熱遮蔽体の下端付近に係止される係止部と、前記原
料融液の表面の所定の範囲を覆う被覆部と、前記係止部
とこの被覆部とを連結する連結部と、を備える蓋様体。
【請求項２】前記熱遮蔽体は先細り形状の熱遮蔽体で
ある請求項１記載の蓋様体。
【請求項３】前記係止部は、前記先細り形状の熱遮蔽
体の最小径部よりも大きい径のリング部材もしくはその
一部からなるものであることを特徴とする請求項２記載
の蓋様体。
【請求項４】前記被覆部は、輪状の平板プレートから
なるものであることを特徴とする請求項３記載の蓋様
体。
【請求項５】前記輪状の平板プレートは、その一部が
切り欠かれているものであることを特徴とする請求項４
記載の蓋様体。
【請求項６】前記連結部は、複数本の帯状部材からな
るものである請求項１から５いずれか記載の蓋様体。
【請求項７】前記連結部は、略円筒状の部材に一つ以
上のガス流通用の通孔が設けられた部材である請求項１
から５いずれか記載の蓋様体。
【請求項８】原料融液から引上げられる単結晶インゴ
ットの周囲を囲む先細り形状の熱遮蔽体を備えるＣＺ法
単結晶引上げ装置であって、前記先細り形状の熱遮蔽体に係止される請求項１から７
いずれか記載の蓋様体と、この蓋様体を上下方向に移動
させる昇降装置と、を備えるＣＺ法単結晶引上げ装置。
【請求項９】原料融液から引上げられる単結晶インゴ
ットの周囲を囲む先細り形状の熱遮蔽体を備えるＣＺ法
単結晶引上げ装置であって、前記先細り形状の熱遮蔽体に係止される請求項５記載の
蓋様体を２個以上備えると共に、この蓋様体を上下方向
に移動させる昇降装置と、前記蓋様体を回動させる手段
と、備えるＣＺ法単結晶引上げ装置。
【請求項１０】請求項８または９記載のＣＺ法単結晶
引上げ装置によって引上げられた単結晶インゴットの群
及び当該単結晶インゴットから切り出された単結晶ウエ
ハの群。
【請求項１１】前記単結晶インゴットはシリコン単結
晶インゴットであり、前記単結晶ウエハはシリコンウエ
ハである、請求項１０記載の単結晶インゴットの群及び
当該単結晶インゴットから切り出された単結晶ウエハの
群。
【請求項１２】ＣＺ炉内に不活性ガスを流通させると
共に、シリコン融液から引上げられるシリコン単結晶イ
ンゴットの周囲を囲む熱遮蔽体を備えるＣＺ法シリコン
単結晶引上げ装置において、原料融液からの蒸発を抑制
する蓋様体であって前記熱遮蔽体の下端に係止されるガ
ス流通性の蓋様体を当該熱遮蔽体の下端に取り付けるこ
とにより、シリコン単結晶インゴット中に取り込まれる
ドーパントもしくは酸素の濃度を制御する方法。
【請求項１３】前記蓋様体を移動させることによりド
ーパントもしくは酸素の濃度の調整を行うことを特徴と
する請求項１２記載の方法。
【請求項１４】前記熱遮蔽体は筒状の熱遮蔽体である
請求項１記載の蓋様体。
【請求項１５】ＣＺ法単結晶引上げ装置に使用され、
原料融液から引上げられる単結晶インゴットの周囲を囲
む熱遮蔽体であって、前記単結晶インゴットの周囲を囲む先細り形状もしくは
筒状の熱遮蔽体本体部と、当該熱遮蔽体本体部の下端部
分にあって前記原料融液の表面の所定の範囲を覆う蓋様
体部と、を備える熱遮蔽体。
【請求項１６】ＣＺ法単結晶引上げ装置に使用され、
原料融液から引上げられる単結晶インゴットの周囲を囲
む熱遮蔽体であって、前記単結晶インゴットの周囲を囲む先細り形状の熱遮蔽
体本体部と、当該熱遮蔽体本体部の下端部分にあって前
記原料融液の表面の所定の範囲を覆う蓋様体部と、を備
え、前記熱遮蔽体本体部の一部が取り外し可能に分割さ
れていることを特徴とする熱遮蔽体。