JP2002179494A - 単結晶引上用石英ルツボ、単結晶引上装置及び単結晶引上方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単結晶引上用石英ルツボ、単結晶引上装置及
び単結晶引上方法において、結晶成長に悪影響を与え難
く、かつ新規設備の導入をせずに、結晶中の酸素濃度を
制御すること。 【解決手段】 貯留させたシリコン融液Ｌからシリコン
単結晶Ｃを引き上げるための単結晶引上用石英ルツボ４
であって、前記シリコン融液と接する内側表面にトリジ
マイトを含んだクリストバライト４ａが形成されてい
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、貯留させたシリコン融液からシ
リコン単結晶を引き上げるための単結晶引上用石英ルツ
ボ、単結晶引上装置及び単結晶引上方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、シリコン（Ｓｉ）の単結晶を成
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による引上方法
は、チャンバ内部のサセプタ上に配設した石英ルツボ内
にシリコン融液を貯留し、該シリコン融液を石英ルツボ
の周囲に配置した円筒状のヒータで所定温度に加熱制御
して、このシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げ
るものである。なお、従来、石英ルツボの内側内面は、
アモルファス石英又は石英ガラスの結晶相であるクリス
トバライトで構成される。

【０００３】ところで、シリコン単結晶の重要な特性と
して、酸素濃度を制御することが必要あり、従来の酸素
濃度の制御方法としては、特開平９−５９０８４号公報
や特開平１１−３２２４８５号公報に記載されているル
ツボ回転数による制御、又は特開平１１−２４６２９４
号公報に記載されているＡｒ（アルゴン）ガスによる制
御やＭＣＺ（磁界印加ＣＺ）による制御等が提案されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の酸素濃度の制御に係る技術には、以下のような課題
が残されている。すなわち、ルツボ回転数やＡｒガス流
変更により制御する場合は、無転位結晶成長に悪影響を
及ぼすおそれがあり、ＭＣＺによる制御の場合は、磁場
装置の設置が必要になると共に漏れ磁場が周辺機器に与
える影響を低減する対策等が必要であった。

【０００５】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
ので、結晶成長に悪影響を与え難く、かつ新規設備の導
入をせずに、結晶中の酸素濃度を制御することができる
単結晶引上用石英ルツボ、単結晶引上装置及び単結晶引
上方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【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、本発明
の単結晶引上用石英ルツボは、貯留させたシリコン融液
からシリコン単結晶を引き上げるための単結晶引上用石
英ルツボであって、前記シリコン融液と接する内側表面
にトリジマイトを含んだクリストバライトが形成されて
いることを特徴とする。また、本発明の単結晶引上装置
は、石英ルツボ内のシリコン融液からシリコン単結晶を
引き上げる単結晶引上装置であって、前記石英ルツボ
は、上記本発明の単結晶引上用石英ルツボであることを
特徴とする。

【０００７】これらの単結晶引上用石英ルツボ及び単結
晶引上装置は、シリコン融液と接するルツボ内側表面に
トリジマイトを含んだクリストバライト（トリジマイト
及びクリストバライトは、石英ガラスの結晶相）が形成
されているので、後述するように、アモルファス石英や
クリストバライトだけのルツボよりも溶解速度が抑制さ
れ、結晶中の酸素濃度を低濃度に制御することができ
る。

【０００８】また、本発明の単結晶引上方法は、石英ル
ツボ内のシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる
単結晶引上方法であって、アモルファス石英からなる前
記石英ルツボ内で１５００℃から１６００℃の範囲内の
前記シリコン融液を３時間から１０時間の範囲内で保持
させ、この後、前記引き上げを行うことを特徴とする。

【０００９】この単結晶引上方法では、アモルファス石
英からなる石英ルツボ内で１５００℃から１６００℃の
範囲内のシリコン融液を３時間から１０時間の範囲内で
保持させるので、ルツボの内側表面にトリジマイトを含
んだクリストバライトが成長し、さらにこの状態のルツ
ボで、そのまま引き上げ成長を行うので、結晶中の酸素
濃度を低濃度に制御することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る単結晶引上用
石英ルツボ、単結晶引上装置及び単結晶引上方法の一実
施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。これ
らの図にあって、符号１はチャンバ、２はシャフト、３
はサセプタ、４はルツボ、５はヒータ、６は保温筒を示
している。

【００１１】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１内に、該チャンバ１の中央下部に垂直
に立設され上下動可能なシャフト２と、該シャフト２上
に載置されたサセプタ３と、該サセプタ３上に載置され
て支持されシリコン融液Ｌを貯留する石英のルツボ４
と、該ルツボ４の外周に所定距離離間して配されたヒー
タ５と、該ヒータ５の周囲に配された保温筒６と、ルツ
ボ４の上方に該ルツボ４と同軸に配置された略円筒状の
フロー管７とがそれぞれ配置されている。

【００１２】上記ルツボ４は、シャフト２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。なお、ヒータ５による加熱前においては、ルツボ
４は、アモルファス石英で構成されている。また、上記
ヒータ５は、シリコン原料をルツボ４内で加熱・融解す
るとともに生じたシリコン融液Ｌを保温するもので、通
常、抵抗加熱が用いられる。さらに、チャンバ１上部か
らは、引上ワイヤ８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８の下端部には、シリコンの種結
晶が固定されている。

【００１３】次に、本実施形態の単結晶引上方法につい
て説明する。

【００１４】まず、ガス導入口１ａからアルゴンガスを
供給するとともに、図２の（ａ）に示すように、ヒータ
５に通電してルツボ４内のシリコン原料を溶融して１５
００℃から１６００℃の範囲内のシリコン融液Ｌとす
る。なお、本実施形態では、１５５０℃に設定してい
る。そして、この温度でルツボ４内にシリコン融液Ｌを
３時間から１０時間の範囲内で保持しておく。このと
き、図２の（ｂ）に示すように、ルツボ４の内側表面に
は、トリジマイトを含んだクリストバライト４ａが成長
する。すなわち、この時点で本発明の単結晶引上用石英
ルツボ及び単結晶引上装置が構成される。

【００１５】図３に、１５００℃から１６００℃の温度
のシリコン融液中で３時間から７時間の間、前処理した
石英表面のＸ線回折評価結果を示す。このグラフから
も、形成されたクリストバライトにトリジマイトが含ま
れていることがわかる。

【００１６】なお、ルツボ４の内側表面に形成されるト
リジマイトは、１％から３０％までの範囲内でクリスト
バライトに含まれていることが好ましい。すなわち、１
％未満では、溶解速度抑制の効果が非常に小さいためで
あり、３０％を越えるようにするためには、石英ルツボ
を１５００〜１６００℃のシリコン溶液中に１０時間以
上保持する必要があるが、このような長時間の保持は石
英ルツボの熱変形を起こすおそれがあるためである。

【００１７】この後、内面にトリジマイトを含んだクリ
ストバライト４ａが形成されたルツボ４をそのまま使用
し、ヒータ５の電力を調整してシリコン融液Ｌの中央液
面付近を単結晶成長温度に保つと共に、引上ワイヤ９に
より吊り下げられた種結晶を下降させてシリコン融液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、図２の（ｃ）に示すように、ルツボ４
と引上ワイヤ９とを互いに反対に回転させながらシリコ
ン単結晶Ｃの引上成長を行う。このとき、ルツボ４の内
側表面にトリジマイトを含んだクリストバライト４ａが
形成されているので、以下の表１に示すように、内側表
面がアモルファス石英やクリストバライトの場合よりも
大幅に溶解速度が低下し、酸素濃度を低濃度に制御する
ことができる。

【００１８】

【表１】

【００１９】なお、図４に本実施形態のルツボ４を用い
て成長した単結晶シリコンの固化率(Solidification ra
tio)に対する酸素濃度のグラフを示す。この図中におい
て、点□及び○は、本実施形態のルツボ(Thrmal treatm
ent Crucible-1,-2)の場合であり、点●は、比較のため
に従来の石英ルツボの場合(Normal Crucible)を示した
ものである。この図から分かるように、本実施形態のル
ツボを用いた上記引上方法により成長した単結晶シリコ
ンは、従来のルツボに比べて大幅に酸素濃度が低減され
ている。

【００２０】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば、上記実施形態では、単結晶引上成長を行う際に、
引き上げに使用するシリコン融液Ｌでルツボ４の内側内
面にトリジマイトを含むクリストバライト４ａを形成し
たが、予め内側内面にトリジマイトを含むクリストバラ
イトを形成した石英ルツボを用意しておき、この中にシ
リコン原料を入れて溶融させても構わない。なお、上記
実施形態のように、シリコン原料を融解させた際に、継
続してトリジマイトを含むクリストバライトを形成する
工程を行えば、通常の石英ルツボを使用することができ
る。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明の単結晶引上用石英ルツボ及び単結晶引上装置に
よれば、シリコン融液と接するルツボ内側表面にトリジ
マイトを含んだクリストバライトが形成されているの
で、溶解速度が抑制され、結晶中の酸素濃度を低濃度に
制御することができる。したがって、ルツボ回転数やＡ
ｒガス流等の設定を変える必要が無く、結晶成長に悪影
響を与えないと共に、磁場装置等の新規設備の導入も必
要無く、磁場の影響を無いため、低濃度の酸素濃度に制
御した良質な結晶を安定かつ低コストで得ることができ
る。

【００２２】また、本発明の単結晶引上方法によれば、
アモルファス石英からなる石英ルツボ内で１５００℃か
ら１６００℃の範囲内のシリコン融液を３時間から１０
時間の範囲内で保持させ、さらに引上成長を行うので、
シリコン原料を融解させた際に、継続してトリジマイト
を含むクリストバライトをルツボ内側内面に形成するこ
とができ、予め当該ルツボを用意せずとも、通常の石英
ルツボを使用することができる。

【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方法の一実施形態を
工程順に示す概略的な断面図である。

【図３】 １５００℃から１６００℃のシリコン融液中
で３時間から７時間、前処理した石英表面のＸ線回折評
価を示すグラフである。

【図４】 本実施形態の石英ルツボ及び従来の石英ルツ
ボで成長した際の固化率に対する酸素濃度を示すグラフ
である。

【符号の説明】

４ ルツボ ４ａ トリジマイトを含んだクリストバライト Ｃ シリコン単結晶 Ｌ シリコン融液

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細田 浩二 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 工藤 智司 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 吉川 恒男 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 EA02 EG02 HA12 PD05

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 貯留させたシリコン融液からシリコン単
   結晶を引き上げるための単結晶引上用石英ルツボであっ
   て、 前記シリコン融液と接する内側表面にトリジマイトを含
   んだクリストバライトが形成されていることを特徴とす
   る単結晶引上用石英ルツボ。
2. 【請求項２】 石英ルツボ内のシリコン融液からシリコ
   ン単結晶を引き上げる単結晶引上装置であって、 前記石英ルツボは、請求項１に記載の単結晶引上用石英
   ルツボであることを特徴とする単結晶引上装置。
3. 【請求項３】 石英ルツボ内のシリコン融液からシリコ
   ン単結晶を引き上げる単結晶引上方法であって、 アモルファス石英からなる前記石英ルツボ内で１５００
   ℃から１６００℃の範囲内の前記シリコン融液を３時間
   から１０時間の範囲内で保持させ、この後、前記引き上
   げを行うことを特徴とする単結晶引上方法。