JP2003146797A - シリコン単結晶の引上げ装置及びその引上げ方法 - Google Patents
シリコン単結晶の引上げ装置及びその引上げ方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高度にドープされたＮ型低抵抗率のシリコン
単結晶における酸素濃度を制御する。結晶のシード端部
では自然に生じる酸素濃度を維持しながら、成長した結
晶の直胴部とテール端部での酸素濃度の低下を抑制す
る。 【解決手段】 シリコン単結晶の引上げ装置は、チャン
バ１１内に設けられシリコン単結晶２４を引上げるため
のシリコン融液１２が貯留される石英るつぼ１３と、石
英るつぼの外周面及び外底面を包囲して石英るつぼを支
持するグラファイトサセプタ１４と、サセプタの外周面
を包囲しシリコン融液を加熱するヒータ１８とを備え
る。更にこの装置は、シリコン単結晶の引上げ中の石英
るつぼの底部とサセプタの底部の間に石英るつぼの底面
積より小さな上面積を有しかつシリコン融点より高い融
点を有するスペーサ２８が配置される。
単結晶における酸素濃度を制御する。結晶のシード端部
では自然に生じる酸素濃度を維持しながら、成長した結
晶の直胴部とテール端部での酸素濃度の低下を抑制す
る。 【解決手段】 シリコン単結晶の引上げ装置は、チャン
バ１１内に設けられシリコン単結晶２４を引上げるため
のシリコン融液１２が貯留される石英るつぼ１３と、石
英るつぼの外周面及び外底面を包囲して石英るつぼを支
持するグラファイトサセプタ１４と、サセプタの外周面
を包囲しシリコン融液を加熱するヒータ１８とを備え
る。更にこの装置は、シリコン単結晶の引上げ中の石英
るつぼの底部とサセプタの底部の間に石英るつぼの底面
積より小さな上面積を有しかつシリコン融点より高い融
点を有するスペーサ２８が配置される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、チョクラルスキー
法（以下、ＣＺ法という。）によりシリコン単結晶を引
上げる装置及びその引上げ方法に関するものである。
法（以下、ＣＺ法という。）によりシリコン単結晶を引
上げる装置及びその引上げ方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】シリコン単結晶を育成する方法の一つと
してＣＺ法が用いられている。このＣＺ法は、先ず、多
結晶シリコン原料を石英るつぼ内でシリコンの融点以上
に加熱融解してシリコン融液とする。次いでこの石英る
つぼに貯えられたシリコン融液に種結晶を浸す。種結晶
が浸されその一部を融解した後に引上げを開始する。引
上げ中、最初にネックと呼ばれる細い結晶部がインゴッ
トへの転位成長を除くために育成される。次いでインゴ
ットはネックから成長しその結晶径が徐々に増大する。
最初にコーン部、続いて肩部が形成された後、一定の直
径を有する直胴部が形成される。上記ステップを経るこ
とにより円柱状のシリコン単結晶が育成される。
してＣＺ法が用いられている。このＣＺ法は、先ず、多
結晶シリコン原料を石英るつぼ内でシリコンの融点以上
に加熱融解してシリコン融液とする。次いでこの石英る
つぼに貯えられたシリコン融液に種結晶を浸す。種結晶
が浸されその一部を融解した後に引上げを開始する。引
上げ中、最初にネックと呼ばれる細い結晶部がインゴッ
トへの転位成長を除くために育成される。次いでインゴ
ットはネックから成長しその結晶径が徐々に増大する。
最初にコーン部、続いて肩部が形成された後、一定の直
径を有する直胴部が形成される。上記ステップを経るこ
とにより円柱状のシリコン単結晶が育成される。
【０００３】ＣＺ法における結晶成長の間、石英るつぼ
の内壁部はシリコン融液に接し、そして次の式（１）に
示す反応の結果、徐々に溶解する。
の内壁部はシリコン融液に接し、そして次の式（１）に
示す反応の結果、徐々に溶解する。
【０００４】
ＳｉＯ2 ＋ Ｓｉ → ２ＳｉＯ ………… （１）
図１２に示すように、シリコン融液１に混入したＳｉＯ
の大半は、シリコン融液１の自由表面１ａからＳｉＯガ
スとして蒸発するが、一部が固液界面１ｂからシリコン
単結晶３に取り込まれ不純物酸素の源となる。シリコン
単結晶３の引上げ初期段階では、シリコン融液１と石英
るつぼ２内壁部が接触する面積が比較的広いため、シリ
コン融液１に溶解する酸素濃度は非常に高い。しかし、
結晶成長が進んで、シリコン単結晶３が図１３に示すよ
うに形成されるとシリコン融液１の液面１ａは下がり、
シリコン融液１と石英るつぼ２内壁部の接触面積は引上
げ初期段階と比べて小さくなる。融液とるつぼの接触面
積の減少は石英るつぼ２からシリコン融液１に溶解する
酸素量を減少させる。従って、十分に成長したシリコン
単結晶３は、その軸方向で不均一な酸素分布を示す。よ
り詳しくは酸素濃度は、その測定が結晶のシード端部、
結晶の中央部、又は結晶のテール端部でなされるかによ
って、変化する。
の大半は、シリコン融液１の自由表面１ａからＳｉＯガ
スとして蒸発するが、一部が固液界面１ｂからシリコン
単結晶３に取り込まれ不純物酸素の源となる。シリコン
単結晶３の引上げ初期段階では、シリコン融液１と石英
るつぼ２内壁部が接触する面積が比較的広いため、シリ
コン融液１に溶解する酸素濃度は非常に高い。しかし、
結晶成長が進んで、シリコン単結晶３が図１３に示すよ
うに形成されるとシリコン融液１の液面１ａは下がり、
シリコン融液１と石英るつぼ２内壁部の接触面積は引上
げ初期段階と比べて小さくなる。融液とるつぼの接触面
積の減少は石英るつぼ２からシリコン融液１に溶解する
酸素量を減少させる。従って、十分に成長したシリコン
単結晶３は、その軸方向で不均一な酸素分布を示す。よ
り詳しくは酸素濃度は、その測定が結晶のシード端部、
結晶の中央部、又は結晶のテール端部でなされるかによ
って、変化する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一方、シリコン融液に
高濃度のＡｓ、ＰやＳｂ等の元素をドープして得られる
Ｎ型シリコン単結晶は、パワーディスクリート市場（po
wer discrete market）で用いられるエピタキシャルウ
ェーハ（以下、エピウェーハという。）の出発原料とし
て好都合であり、その生産量は増加傾向にある。良好な
エピウェーハ基板に求められる本質的な２つの特性はそ
のバルクの抵抗率とその内部ゲッタリング能力である。
ウェーハの内部ゲッタリング能力はこの結晶内部に増大
した固有の酸素濃度に密接に関係している。Ｎ型シリコ
ン単結晶のバルクの抵抗率とこうしたＮ型シリコン単結
晶の酸素濃度との間には直接の相関関係があることが知
られている。特定の結晶の抵抗率が低くなればなるほ
ど、結晶構造に自然に取り入れられる酸素濃度は低くな
る。この挙動の理由の一部は、ＡｓやＳｂのような元素
が酸素化合物を形成しながら容易に融液表面から蒸発し
て融液中の酸素濃度を減少させることにある。例えば、
融液中のＳｂは酸素と結合して酸素の溶解度を高め、一
方で、Ｓｂ単体やＳｂ2Ｏ等の形で蒸発する。その結
果、Ｓｂが高濃度で含まれると、溶液中では酸素濃度が
減少し、Ｓｂを高度にドープした結晶中に高度に酸素を
取り込むことが難しくなる。このように、低抵抗率と高
酸素濃度を同時に満たすＮ型シリコン単結晶を得ること
が困難であった。
高濃度のＡｓ、ＰやＳｂ等の元素をドープして得られる
Ｎ型シリコン単結晶は、パワーディスクリート市場（po
wer discrete market）で用いられるエピタキシャルウ
ェーハ（以下、エピウェーハという。）の出発原料とし
て好都合であり、その生産量は増加傾向にある。良好な
エピウェーハ基板に求められる本質的な２つの特性はそ
のバルクの抵抗率とその内部ゲッタリング能力である。
ウェーハの内部ゲッタリング能力はこの結晶内部に増大
した固有の酸素濃度に密接に関係している。Ｎ型シリコ
ン単結晶のバルクの抵抗率とこうしたＮ型シリコン単結
晶の酸素濃度との間には直接の相関関係があることが知
られている。特定の結晶の抵抗率が低くなればなるほ
ど、結晶構造に自然に取り入れられる酸素濃度は低くな
る。この挙動の理由の一部は、ＡｓやＳｂのような元素
が酸素化合物を形成しながら容易に融液表面から蒸発し
て融液中の酸素濃度を減少させることにある。例えば、
融液中のＳｂは酸素と結合して酸素の溶解度を高め、一
方で、Ｓｂ単体やＳｂ2Ｏ等の形で蒸発する。その結
果、Ｓｂが高濃度で含まれると、溶液中では酸素濃度が
減少し、Ｓｂを高度にドープした結晶中に高度に酸素を
取り込むことが難しくなる。このように、低抵抗率と高
酸素濃度を同時に満たすＮ型シリコン単結晶を得ること
が困難であった。
【０００６】本発明の目的は、高度にドープされたＮ型
低抵抗率のシリコン単結晶を所望の酸素濃度に制御しな
がら製造し得るシリコン単結晶の引上げ装置及びその引
上げ方法を提供することにある。本発明の別の目的は、
結晶のシード端部では自然に生じる酸素濃度を維持しな
がら、成長した結晶の直胴部とテール端部での酸素濃度
の低下を抑制し得るシリコン単結晶の引上げ装置及びそ
の引上げ方法を提供することにある。
低抵抗率のシリコン単結晶を所望の酸素濃度に制御しな
がら製造し得るシリコン単結晶の引上げ装置及びその引
上げ方法を提供することにある。本発明の別の目的は、
結晶のシード端部では自然に生じる酸素濃度を維持しな
がら、成長した結晶の直胴部とテール端部での酸素濃度
の低下を抑制し得るシリコン単結晶の引上げ装置及びそ
の引上げ方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１及び図４に示すように、シリコン単結晶の引上げ装
置であって、チャンバ１１内に設けられシリコン単結晶
２４を引上げるためのシリコン融液１２が貯留される石
英るつぼ１３と、石英るつぼ１３の外周面及び外底面を
包囲して石英るつぼ１３を支持するグラファイトサセプ
タ１４と、サセプタ１４の外周面を包囲しシリコン融液
１２を加熱するヒータ１８とを備える。その特徴ある構
成は、シリコン単結晶２４の引上げ中の石英るつぼ１３
の底部とサセプタ１４の底部の間に石英るつぼ１３の底
面積より小さな上面積を有しかつシリコン融点より高い
融点を有するスペーサ２８が配置されることにある。
図１及び図４に示すように、シリコン単結晶の引上げ装
置であって、チャンバ１１内に設けられシリコン単結晶
２４を引上げるためのシリコン融液１２が貯留される石
英るつぼ１３と、石英るつぼ１３の外周面及び外底面を
包囲して石英るつぼ１３を支持するグラファイトサセプ
タ１４と、サセプタ１４の外周面を包囲しシリコン融液
１２を加熱するヒータ１８とを備える。その特徴ある構
成は、シリコン単結晶２４の引上げ中の石英るつぼ１３
の底部とサセプタ１４の底部の間に石英るつぼ１３の底
面積より小さな上面積を有しかつシリコン融点より高い
融点を有するスペーサ２８が配置されることにある。
【０００８】請求項１に係る発明では、石英るつぼ１３
がシリコン単結晶２４の引上げ中に軟化するという石英
るつぼの固有の特性を利用する。ヒータ１８の加熱によ
り石英の軟化温度に達すると石英るつぼ１３は軟化し
て、その自重と石英るつぼ１３に貯えられたシリコン融
液１２の重みにより、石英るつぼ１３の底部がスペーサ
２８によって形成された空間２９を無くすようにゆっく
りと変形する。石英るつぼ１３が変形し始めると、るつ
ぼ１３底部の形状は徐々に上げ底となり、石英るつぼ１
３の内底部の表面積が増加する。内底部の表面積の増加
によって、シリコン融液１２と石英るつぼ１３の内底部
との接触面積が増加する。また、シリコン融液１２は上
方に押し上げられ、その液面を上昇させる。この液面上
昇によってシリコン単結晶２４の引上げ中のシリコン融
液１２の液面の低下率は、従来の直胴部を形成する時に
比べて小さくなる。融液１２とるつぼ１３の界面が増加
することに加えて、融液のフローパターンの変動がるつ
ぼ底部形状の変化により起こる。
がシリコン単結晶２４の引上げ中に軟化するという石英
るつぼの固有の特性を利用する。ヒータ１８の加熱によ
り石英の軟化温度に達すると石英るつぼ１３は軟化し
て、その自重と石英るつぼ１３に貯えられたシリコン融
液１２の重みにより、石英るつぼ１３の底部がスペーサ
２８によって形成された空間２９を無くすようにゆっく
りと変形する。石英るつぼ１３が変形し始めると、るつ
ぼ１３底部の形状は徐々に上げ底となり、石英るつぼ１
３の内底部の表面積が増加する。内底部の表面積の増加
によって、シリコン融液１２と石英るつぼ１３の内底部
との接触面積が増加する。また、シリコン融液１２は上
方に押し上げられ、その液面を上昇させる。この液面上
昇によってシリコン単結晶２４の引上げ中のシリコン融
液１２の液面の低下率は、従来の直胴部を形成する時に
比べて小さくなる。融液１２とるつぼ１３の界面が増加
することに加えて、融液のフローパターンの変動がるつ
ぼ底部形状の変化により起こる。
【０００９】また、請求項４に係る発明は、図６及び図
８に示すように、サセプタ１４の底部にサセプタ１４中
心を対称にして複数の孔３１が形成され、複数の孔３１
を充填するように複数のスペーサ３２が設けられ、複数
のスペーサ３２を孔３１からそれぞれ同一高さに突出さ
せかつ孔３１に没入させるスペーサ昇降手段３３が設け
られた引上げ装置である。
８に示すように、サセプタ１４の底部にサセプタ１４中
心を対称にして複数の孔３１が形成され、複数の孔３１
を充填するように複数のスペーサ３２が設けられ、複数
のスペーサ３２を孔３１からそれぞれ同一高さに突出さ
せかつ孔３１に没入させるスペーサ昇降手段３３が設け
られた引上げ装置である。
【００１０】請求項４に係る発明では、図７及び図９に
示すように、シリコン単結晶２４の引上げ長に応じて石
英るつぼ１３の底部を押し上げることにより、石英るつ
ぼ１３の底部は変形されて上げ底となる。この変形によ
り、石英るつぼ１３の内底部の表面積が増加するため、
シリコン融液１２と石英るつぼ１３の内底部との接触面
積が増加する。また、底部が上げ底となった石英るつぼ
１３に貯えられたシリコン融液１２の液面は上昇する。
この液面上昇によってシリコン単結晶２４の引上げ中の
シリコン融液１２の液面低下率をシリコン単結晶２４の
引上げ長に応じて制御することができる。融液とるつぼ
の界面が増加することに加えて、融液のフローパターン
の変動がるつぼ底部形状の変化により起こる。この形状
変化は、るつぼ内底部表面の上昇を取り入れ調整するこ
とで、また複数のスペーサの数や種々の異なった形状を
選択することで制御し得る。
示すように、シリコン単結晶２４の引上げ長に応じて石
英るつぼ１３の底部を押し上げることにより、石英るつ
ぼ１３の底部は変形されて上げ底となる。この変形によ
り、石英るつぼ１３の内底部の表面積が増加するため、
シリコン融液１２と石英るつぼ１３の内底部との接触面
積が増加する。また、底部が上げ底となった石英るつぼ
１３に貯えられたシリコン融液１２の液面は上昇する。
この液面上昇によってシリコン単結晶２４の引上げ中の
シリコン融液１２の液面低下率をシリコン単結晶２４の
引上げ長に応じて制御することができる。融液とるつぼ
の界面が増加することに加えて、融液のフローパターン
の変動がるつぼ底部形状の変化により起こる。この形状
変化は、るつぼ内底部表面の上昇を取り入れ調整するこ
とで、また複数のスペーサの数や種々の異なった形状を
選択することで制御し得る。
【００１１】
【発明の実施の形態】次に本発明の第１の実施の形態を
図面に基づいて詳細に説明する。図４に示すように、シ
リコン単結晶引上げ装置１０のチャンバ１１内には、シ
リコン融液１２を貯える石英るつぼ１３が設けられ、こ
の石英るつぼ１３はグラファイトサセプタ１４により外
周面及び外底面を包囲されて支持される。サセプタ１４
は支軸１６の上端に固定され、この支軸１６の下部はる
つぼ駆動手段１７に接続される。るつぼ駆動手段１７は
図示しないが石英るつぼ１３を回転させる第１回転用モ
ータと、石英るつぼ１３を昇降させる昇降用モータとを
有し、これらのモータにより石英るつぼ１３が所定の方
向に回転し、かつ上下方向に移動できるようになってい
る。サセプタ１４の外周面はヒータ１８により包囲さ
れ、このヒータ１８は保温筒１９により包囲される。ヒ
ータ１８は石英るつぼ１３に充填された高純度の多結晶
シリコン原料を加熱融解してシリコン融液１２にする。
図面に基づいて詳細に説明する。図４に示すように、シ
リコン単結晶引上げ装置１０のチャンバ１１内には、シ
リコン融液１２を貯える石英るつぼ１３が設けられ、こ
の石英るつぼ１３はグラファイトサセプタ１４により外
周面及び外底面を包囲されて支持される。サセプタ１４
は支軸１６の上端に固定され、この支軸１６の下部はる
つぼ駆動手段１７に接続される。るつぼ駆動手段１７は
図示しないが石英るつぼ１３を回転させる第１回転用モ
ータと、石英るつぼ１３を昇降させる昇降用モータとを
有し、これらのモータにより石英るつぼ１３が所定の方
向に回転し、かつ上下方向に移動できるようになってい
る。サセプタ１４の外周面はヒータ１８により包囲さ
れ、このヒータ１８は保温筒１９により包囲される。ヒ
ータ１８は石英るつぼ１３に充填された高純度の多結晶
シリコン原料を加熱融解してシリコン融液１２にする。
【００１２】またチャンバ１１の上端の円筒状のケーシ
ング２１には引上げ手段２２が設けられる。引上げ手段
２２はケーシング２１の上端部に水平状態で旋回可能に
設けられた引上げヘッド（図示せず）と、このヘッドを
回転させる第２回転用モータ（図示せず）と、ヘッドか
ら石英るつぼ１３の回転中心に向って垂下されたワイヤ
ケーブル２３と、上記ヘッド内に設けられワイヤケーブ
ル２３を巻取り又は繰出す引上げ用モータ（図示せず）
とを有する。ワイヤケーブル２３の下端には種結晶２６
が取付けられる。シリコン単結晶２４の外周面と保温筒
１９の内周面との間にはシリコン単結晶２４を包囲する
円筒状の熱遮断部材２７が設けられる。この熱遮断部材
２７はコーン部２７ａとフランジ部２７ｂからなり、こ
のフランジ部２７ｂを保温筒１９に取付けることにより
熱遮蔽部材２７が固定される。
ング２１には引上げ手段２２が設けられる。引上げ手段
２２はケーシング２１の上端部に水平状態で旋回可能に
設けられた引上げヘッド（図示せず）と、このヘッドを
回転させる第２回転用モータ（図示せず）と、ヘッドか
ら石英るつぼ１３の回転中心に向って垂下されたワイヤ
ケーブル２３と、上記ヘッド内に設けられワイヤケーブ
ル２３を巻取り又は繰出す引上げ用モータ（図示せず）
とを有する。ワイヤケーブル２３の下端には種結晶２６
が取付けられる。シリコン単結晶２４の外周面と保温筒
１９の内周面との間にはシリコン単結晶２４を包囲する
円筒状の熱遮断部材２７が設けられる。この熱遮断部材
２７はコーン部２７ａとフランジ部２７ｂからなり、こ
のフランジ部２７ｂを保温筒１９に取付けることにより
熱遮蔽部材２７が固定される。
【００１３】この第１の実施の形態の特徴ある構成は、
図１に示すように、石英るつぼ１３の底部とサセプタ１
４の底部の間に石英るつぼ１３の底面積より小さな上面
積を有しかつシリコン融点より高い融点を有するスペー
サ２８が配置されたところにある。このスペーサ２８に
より石英るつぼ１３の底部とサセプタ１４の底部の間に
空間２９が形成される。スペーサ２８の上面積が石英る
つぼ１３の底面積より同等又は大きいと、石英るつぼ１
３底部とサセプタ１４底部の間に空間２９が形成され
ず、石英るつぼ１３が軟化してもその底部は変形しな
い。スペーサ２８の融点がシリコン融点より低い融点で
あると、スペーサ２８が石英るつぼ１３の軟化より先に
融解してしまうため、本発明の効果が得られない。この
実施の形態では、スペーサ２８は単一であって、サセプ
タ１４と同一のグラファイト製である。またスペーサ２
８は円柱状を有しかつサセプタ１４と同心にサセプタ１
４の内底面に固定される。図示しないが、スペーサは中
実なキャップ、リング又は他のいかなる対称の形状をし
ても良く、またスペーサを固定しなくても良い。
図１に示すように、石英るつぼ１３の底部とサセプタ１
４の底部の間に石英るつぼ１３の底面積より小さな上面
積を有しかつシリコン融点より高い融点を有するスペー
サ２８が配置されたところにある。このスペーサ２８に
より石英るつぼ１３の底部とサセプタ１４の底部の間に
空間２９が形成される。スペーサ２８の上面積が石英る
つぼ１３の底面積より同等又は大きいと、石英るつぼ１
３底部とサセプタ１４底部の間に空間２９が形成され
ず、石英るつぼ１３が軟化してもその底部は変形しな
い。スペーサ２８の融点がシリコン融点より低い融点で
あると、スペーサ２８が石英るつぼ１３の軟化より先に
融解してしまうため、本発明の効果が得られない。この
実施の形態では、スペーサ２８は単一であって、サセプ
タ１４と同一のグラファイト製である。またスペーサ２
８は円柱状を有しかつサセプタ１４と同心にサセプタ１
４の内底面に固定される。図示しないが、スペーサは中
実なキャップ、リング又は他のいかなる対称の形状をし
ても良く、またスペーサを固定しなくても良い。
【００１４】スペーサ２８の形状は、引上げられるシリ
コン単結晶２４の大きさ、単結晶２４に含まれる酸素濃
度の必要量に応じてそれぞれ選択される。サセプタ１４
と同心にサセプタ１４の内底面に固定されたスペーサ２
８は、石英るつぼ１３の底部を石英るつぼ１３中心を中
心として偏りなく変形させるため、石英るつぼ１３に貯
えられたシリコン融液１２の対流を不均一にしない。ま
た石英るつぼ１３の厚さは材質であるＳｉＯ2の変形速
度を考慮して決められる。
コン単結晶２４の大きさ、単結晶２４に含まれる酸素濃
度の必要量に応じてそれぞれ選択される。サセプタ１４
と同心にサセプタ１４の内底面に固定されたスペーサ２
８は、石英るつぼ１３の底部を石英るつぼ１３中心を中
心として偏りなく変形させるため、石英るつぼ１３に貯
えられたシリコン融液１２の対流を不均一にしない。ま
た石英るつぼ１３の厚さは材質であるＳｉＯ2の変形速
度を考慮して決められる。
【００１５】図１及び図５に示すように、好ましくは石
英るつぼ１３の内底面の直径をＤ、スペーサ２８の直径
をｄ、スペーサ２８の高さをｈとするとき、次の式
（２）及び式（３）を同時に満たすように構成される。
英るつぼ１３の内底面の直径をＤ、スペーサ２８の直径
をｄ、スペーサ２８の高さをｈとするとき、次の式
（２）及び式（３）を同時に満たすように構成される。
【００１６】
Ｄ／１２ ≦ ｄ ≦ Ｄ／１．５ ………… （２）
Ｄ／１００ ≦ ｈ ≦ Ｄ／１０ ………… （３）
好ましくは次の式（４）及び式（５）を同時に満たす条
件である。
件である。
【００１７】
Ｄ／８ ≦ ｄ ≦ Ｄ／２ ………… （４）
Ｄ／５０ ≦ ｈ ≦ Ｄ／２０ ………… （５）
式（２）及び式（３）を同時に満たすことにより、次の
ことが可能になる。第１にシリコン単結晶２４の引上げ
とともにシリコン融液１２の液面が低下する割合が従来
の直胴部を形成するときに比べて小さくなり、石英るつ
ぼ１３内壁部からシリコン融液１２へと溶込む酸素量を
大幅に減少させることなく、シリコン融液１２中の酸素
濃度を維持することができる。第２にこうしたスペーサ
のない従来の装置と比べて、単結晶２４の引上げ中にシ
リコン融液と接触する有効なるつぼ表面積を増加させ、
これにより結晶の引上げの結果として生じるであろうシ
リコン融液１２に溶込む酸素濃度の急激な低下を避ける
ことができる。また第３にこうしたスペーサのない従来
の装置と比べて、単結晶２４の引上げ中にシリコン融液
と接触するるつぼ底部面が凸状面を形成するようにスペ
ーサで変形することによって影響を受ける面における石
英るつぼ面が溶解する割合を変えることができる。スペ
ーサ２８の直径ｄ及び高さｈがそれぞれ下限値未満であ
ると、石英るつぼ１３の変形によるシリコン融液１２の
酸素濃度の低下を抑制できない。またスペーサ２８の直
径ｄが上限値を越えると石英るつぼ１３の変形量は僅か
であるため、シリコン融液１２の酸素濃度の低下を殆ど
抑制できない。スペーサ２８の高さｈが上限値を越える
と、石英るつぼ１３の底部が極度に変形し、石英るつぼ
が破損してしまうおそれがある。
ことが可能になる。第１にシリコン単結晶２４の引上げ
とともにシリコン融液１２の液面が低下する割合が従来
の直胴部を形成するときに比べて小さくなり、石英るつ
ぼ１３内壁部からシリコン融液１２へと溶込む酸素量を
大幅に減少させることなく、シリコン融液１２中の酸素
濃度を維持することができる。第２にこうしたスペーサ
のない従来の装置と比べて、単結晶２４の引上げ中にシ
リコン融液と接触する有効なるつぼ表面積を増加させ、
これにより結晶の引上げの結果として生じるであろうシ
リコン融液１２に溶込む酸素濃度の急激な低下を避ける
ことができる。また第３にこうしたスペーサのない従来
の装置と比べて、単結晶２４の引上げ中にシリコン融液
と接触するるつぼ底部面が凸状面を形成するようにスペ
ーサで変形することによって影響を受ける面における石
英るつぼ面が溶解する割合を変えることができる。スペ
ーサ２８の直径ｄ及び高さｈがそれぞれ下限値未満であ
ると、石英るつぼ１３の変形によるシリコン融液１２の
酸素濃度の低下を抑制できない。またスペーサ２８の直
径ｄが上限値を越えると石英るつぼ１３の変形量は僅か
であるため、シリコン融液１２の酸素濃度の低下を殆ど
抑制できない。スペーサ２８の高さｈが上限値を越える
と、石英るつぼ１３の底部が極度に変形し、石英るつぼ
が破損してしまうおそれがある。
【００１８】このような構成の引上げ装置を用いたシリ
コン単結晶の引上げ方法について説明する。先ず高純度
の多結晶シリコン原料を石英るつぼ１３に充填し、ヒー
タ１８でシリコンの融点以上に加熱融解してシリコン融
液１２にする。次いで石英るつぼ１３に貯えられたシリ
コン融液１２に種結晶２６を浸し、種結晶２６そのもの
を融解した後に、ワイヤケーブル２３を回転させながら
引上げることにより円柱状のシリコン単結晶２４を育成
する。このとき石英るつぼ１３はワイヤケーブル２３の
回転と逆の回転をさせる。融液が形成されるとき及び単
結晶２４の直胴部が形成されるときに、ヒータ１８の加
熱により石英るつぼ１３は軟化温度に達してゆっくりと
軟化し、石英るつぼ１３の底部は空間２９を無くすよう
にゆっくりと変形する。変形した石英るつぼ１３の底部
は、スペーサ２８によって上げ底となるため、石英るつ
ぼ１３の内底部の表面積が増加する。この表面積の増加
によって、シリコン融液１２と石英るつぼ１３の内底部
との接触面積が増加する。また、上げ底によってシリコ
ン融液１２の液面が上昇する。この液面上昇によって、
シリコン単結晶２４の引上げ中のシリコン融液１２の液
面の低下率は、従来の直胴部を形成する時に比べて小さ
くなる。従って、シリコン融液１２の酸素濃度の低下を
抑制する効果が得られる。このシリコン融液１２より形
成したシリコン単結晶２４は、従来の方法の課題であっ
たシード端部、直胴部及びテール端部それぞれの位置に
よって含まれる酸素濃度の不均一な分布を解消すること
ができる。
コン単結晶の引上げ方法について説明する。先ず高純度
の多結晶シリコン原料を石英るつぼ１３に充填し、ヒー
タ１８でシリコンの融点以上に加熱融解してシリコン融
液１２にする。次いで石英るつぼ１３に貯えられたシリ
コン融液１２に種結晶２６を浸し、種結晶２６そのもの
を融解した後に、ワイヤケーブル２３を回転させながら
引上げることにより円柱状のシリコン単結晶２４を育成
する。このとき石英るつぼ１３はワイヤケーブル２３の
回転と逆の回転をさせる。融液が形成されるとき及び単
結晶２４の直胴部が形成されるときに、ヒータ１８の加
熱により石英るつぼ１３は軟化温度に達してゆっくりと
軟化し、石英るつぼ１３の底部は空間２９を無くすよう
にゆっくりと変形する。変形した石英るつぼ１３の底部
は、スペーサ２８によって上げ底となるため、石英るつ
ぼ１３の内底部の表面積が増加する。この表面積の増加
によって、シリコン融液１２と石英るつぼ１３の内底部
との接触面積が増加する。また、上げ底によってシリコ
ン融液１２の液面が上昇する。この液面上昇によって、
シリコン単結晶２４の引上げ中のシリコン融液１２の液
面の低下率は、従来の直胴部を形成する時に比べて小さ
くなる。従って、シリコン融液１２の酸素濃度の低下を
抑制する効果が得られる。このシリコン融液１２より形
成したシリコン単結晶２４は、従来の方法の課題であっ
たシード端部、直胴部及びテール端部それぞれの位置に
よって含まれる酸素濃度の不均一な分布を解消すること
ができる。
【００１９】図１０に示すように、石英るつぼ１３の変
形前は従来の方法とほぼ同様の割合で接触面積が低下す
る（領域Ｉ）。引上げ初期段階では、シリコン融液１２
と石英るつぼ１３の内壁部が接触する面積は比較的広い
ため、シリコン融液１２に含まれる酸素濃度は十分に高
い。また石英るつぼ１３は十分未だ変形していないの
で、シリコン融液１２は自然に生じる酸素濃度を維持す
る。融液が形成される段階及び直胴部が形成される段階
では、軟化温度に達した石英るつぼ１３が変形し始め、
図２に示すように、石英るつぼ１３の底部は空間２９を
無くすようにゆっくりと変形する。石英るつぼ１３の底
部が変形し始めると、石英るつぼ１３の内底部の表面積
が徐々に増大し、上げ底になるに従ってシリコン融液１
２の液面が上昇するため、液面の低下率を小さくでき
る。その結果、単結晶２４の引上げによるシリコン融液
１２と石英るつぼ１３の内壁部との接触面積の低下割合
が緩められる（領域II）。変形した面におけるるつぼの
徐々に上昇した凸状に更に関連して、融液のフローパタ
ーン及び変形したるつぼ面からの酸素の溶込み割合が変
化する。融液とるつぼ壁との接触面積が増加することか
ら、また変形した面で融液に溶込む酸素の割合が増加す
ることから、酸素の増加が変形と同じペースで進行す
る。
形前は従来の方法とほぼ同様の割合で接触面積が低下す
る（領域Ｉ）。引上げ初期段階では、シリコン融液１２
と石英るつぼ１３の内壁部が接触する面積は比較的広い
ため、シリコン融液１２に含まれる酸素濃度は十分に高
い。また石英るつぼ１３は十分未だ変形していないの
で、シリコン融液１２は自然に生じる酸素濃度を維持す
る。融液が形成される段階及び直胴部が形成される段階
では、軟化温度に達した石英るつぼ１３が変形し始め、
図２に示すように、石英るつぼ１３の底部は空間２９を
無くすようにゆっくりと変形する。石英るつぼ１３の底
部が変形し始めると、石英るつぼ１３の内底部の表面積
が徐々に増大し、上げ底になるに従ってシリコン融液１
２の液面が上昇するため、液面の低下率を小さくでき
る。その結果、単結晶２４の引上げによるシリコン融液
１２と石英るつぼ１３の内壁部との接触面積の低下割合
が緩められる（領域II）。変形した面におけるるつぼの
徐々に上昇した凸状に更に関連して、融液のフローパタ
ーン及び変形したるつぼ面からの酸素の溶込み割合が変
化する。融液とるつぼ壁との接触面積が増加することか
ら、また変形した面で融液に溶込む酸素の割合が増加す
ることから、酸素の増加が変形と同じペースで進行す
る。
【００２０】図３に示すように、石英るつぼ１３の底部
が変形を終えると、変形に伴う石英るつぼ１３の内底部
の表面積の増大と液面の上昇もそれぞれ終了するため、
接触面積が低下する割合は従来の引上げによる低下割合
とほぼ同じになるが、領域IIにおいて接触面積の低下割
合を緩やかとしたため、従来の引上げ装置を用いた接触
面積に比べて広い接触面積が得られる（領域III）。石
英るつぼ１３の変形により、るつぼ壁部からの酸素の溶
込みが促進されるとともに、シリコン融液１２とシリコ
ン単結晶２４の固液界面に溶け込む高酸素の融液対流に
影響を与え、シリコン融液１２の液面を上昇させるた
め、ＡｓやＳｂでドープされたシリコン融液１２の酸素
濃度の低下も抑制することができる。なお、図１０中の
領域Ｉは石英るつぼ１３が軟化して変形する前の接触面
積を、領域IIは石英るつぼ１３底部が変形している最中
における接触面積を、領域IIIは石英るつぼ１３底部が
変形し終えた後の接触面積をそれぞれ示す。
が変形を終えると、変形に伴う石英るつぼ１３の内底部
の表面積の増大と液面の上昇もそれぞれ終了するため、
接触面積が低下する割合は従来の引上げによる低下割合
とほぼ同じになるが、領域IIにおいて接触面積の低下割
合を緩やかとしたため、従来の引上げ装置を用いた接触
面積に比べて広い接触面積が得られる（領域III）。石
英るつぼ１３の変形により、るつぼ壁部からの酸素の溶
込みが促進されるとともに、シリコン融液１２とシリコ
ン単結晶２４の固液界面に溶け込む高酸素の融液対流に
影響を与え、シリコン融液１２の液面を上昇させるた
め、ＡｓやＳｂでドープされたシリコン融液１２の酸素
濃度の低下も抑制することができる。なお、図１０中の
領域Ｉは石英るつぼ１３が軟化して変形する前の接触面
積を、領域IIは石英るつぼ１３底部が変形している最中
における接触面積を、領域IIIは石英るつぼ１３底部が
変形し終えた後の接触面積をそれぞれ示す。
【００２１】このようにスペーサ２８が配置された引上
げ装置１０は、引上げ初期段階では自然に生じる酸素濃
度を維持しながら、直胴部とテール端部形成段階での酸
素濃度の低下を一定の割合で抑制でき、特に高度にドー
プされたＮ++型シリコン単結晶材料のシリコン融液中の
酸素濃度を高める必要性が大きいとき、即ちシリコン単
結晶の直胴部やテール端部を形成するときに石英るつぼ
１３の変形による効果が得られる。
げ装置１０は、引上げ初期段階では自然に生じる酸素濃
度を維持しながら、直胴部とテール端部形成段階での酸
素濃度の低下を一定の割合で抑制でき、特に高度にドー
プされたＮ++型シリコン単結晶材料のシリコン融液中の
酸素濃度を高める必要性が大きいとき、即ちシリコン単
結晶の直胴部やテール端部を形成するときに石英るつぼ
１３の変形による効果が得られる。
【００２２】次に本発明の第２の実施の形態を図６〜図
９に基づいて説明する。図６〜図９において、図１〜図
５と同一の構成要素には同一の符号が付されている。こ
の第２の実施の形態の特徴ある構成は、図６及び図８に
示すように、サセプタ１４の底部にサセプタ１４中心を
対称にして４つの孔３１が形成され、４つの孔３１を充
填するように４つのスペーサ３２が設けられ、これらの
スペーサ３２を孔３１からそれぞれ同一高さに突出させ
かつ孔３１に没入させるスペーサ昇降手段３３が設けら
れたところにある。この実施の形態では、４つの孔３１
及びスペーサ３２はそれぞれ上から視たときに扇形をな
し、その大きさはそれぞれ同一である。
９に基づいて説明する。図６〜図９において、図１〜図
５と同一の構成要素には同一の符号が付されている。こ
の第２の実施の形態の特徴ある構成は、図６及び図８に
示すように、サセプタ１４の底部にサセプタ１４中心を
対称にして４つの孔３１が形成され、４つの孔３１を充
填するように４つのスペーサ３２が設けられ、これらの
スペーサ３２を孔３１からそれぞれ同一高さに突出させ
かつ孔３１に没入させるスペーサ昇降手段３３が設けら
れたところにある。この実施の形態では、４つの孔３１
及びスペーサ３２はそれぞれ上から視たときに扇形をな
し、その大きさはそれぞれ同一である。
【００２３】図示しないが、孔及びスペーサの数は４つ
に限らず、２つ、３つ、５つ又は６つでも良い。好まし
い孔及びスペーサの数は３〜１２である。また複数の孔
及びスペーサはそれぞれ同形同大であれば、上から視た
ときに扇形に限らず、円形や３角形でも良い。複数の孔
がそれぞれ異形異大であると、スペーサにより押し上げ
られた石英るつぼの底部の形状が非対称となるため、石
英るつぼに貯えられたシリコン融液の対流が乱流とな
る。
に限らず、２つ、３つ、５つ又は６つでも良い。好まし
い孔及びスペーサの数は３〜１２である。また複数の孔
及びスペーサはそれぞれ同形同大であれば、上から視た
ときに扇形に限らず、円形や３角形でも良い。複数の孔
がそれぞれ異形異大であると、スペーサにより押し上げ
られた石英るつぼの底部の形状が非対称となるため、石
英るつぼに貯えられたシリコン融液の対流が乱流とな
る。
【００２４】図８及び図９に示すように、４つのスペー
サ３２は、それぞれ所定の間隔を有し、かつスペーサの
厚みはるつぼ底部の中心に向かって小さくなるように形
成される。４つのスペーサ３２は孔３１から突出したと
きに合体してドーナツの形状となる。この結果、スペー
サ３２に押し上げられた石英るつぼ１３の底部は穏やか
な傾斜を有する上げ底となる。
サ３２は、それぞれ所定の間隔を有し、かつスペーサの
厚みはるつぼ底部の中心に向かって小さくなるように形
成される。４つのスペーサ３２は孔３１から突出したと
きに合体してドーナツの形状となる。この結果、スペー
サ３２に押し上げられた石英るつぼ１３の底部は穏やか
な傾斜を有する上げ底となる。
【００２５】図６に示すように、スペーサ昇降手段３３
は、直動カム３４と、従動体３６と、レバー３７と、固
定アーム３８と、転子４２とを有する。支軸１６は中空
に形成され、その内部には直動カム３４が軸方向に上下
動可能に設けられる。支軸１６には４つの窓孔１６ａが
形成される。また窓孔１６ａの上方の支軸１６の外面に
は支軸１６に垂直に４つの固定アーム３８が設けられ
る。固定アーム３８の先端にはレバー３７が回転可能に
取付けられる。レバー３７の上端はピン３９を介してス
ペーサ３２の底部に取付けられる。またレバー３７の下
端はピン４１を介して従動体３６の基端が取付けられ
る。従動体３６の先端には直動カム３４のカム面を転動
する転子４２が設けられる。
は、直動カム３４と、従動体３６と、レバー３７と、固
定アーム３８と、転子４２とを有する。支軸１６は中空
に形成され、その内部には直動カム３４が軸方向に上下
動可能に設けられる。支軸１６には４つの窓孔１６ａが
形成される。また窓孔１６ａの上方の支軸１６の外面に
は支軸１６に垂直に４つの固定アーム３８が設けられ
る。固定アーム３８の先端にはレバー３７が回転可能に
取付けられる。レバー３７の上端はピン３９を介してス
ペーサ３２の底部に取付けられる。またレバー３７の下
端はピン４１を介して従動体３６の基端が取付けられ
る。従動体３６の先端には直動カム３４のカム面を転動
する転子４２が設けられる。
【００２６】図７及び図９に示すように、好ましくは石
英るつぼ１３の内底面の直径をＤ、複数のスペーサ３２
の上面の総面積をｓ、複数のスペーサ３２の突出高さを
ｈとするとき、次の式（６）及び式（７）を同時に満た
すようなスペーサの面積、突出高さとする。この実施の
形態では図９に示すように、４つのスペーサ３２の上面
の面積をそれぞれｓ1、ｓ2、ｓ3及びｓ4としている。
英るつぼ１３の内底面の直径をＤ、複数のスペーサ３２
の上面の総面積をｓ、複数のスペーサ３２の突出高さを
ｈとするとき、次の式（６）及び式（７）を同時に満た
すようなスペーサの面積、突出高さとする。この実施の
形態では図９に示すように、４つのスペーサ３２の上面
の面積をそれぞれｓ1、ｓ2、ｓ3及びｓ4としている。
【００２７】
｛ (Ｄ／２)2π｝／１２ ≦ ｓ ≦ ｛ (Ｄ／２)2π｝／１．５ … （６）
Ｄ／１００ ≦ ｈ ≦ Ｄ／５ ………… （７）
好ましくは次の式（８）及び式（９）を同時に満たす条
件である。
件である。
【００２８】
｛ (Ｄ／２)2π｝／８ ≦ ｓ ≦ ｛ (Ｄ／２)2π｝／２ ………… （８）
Ｄ／５０ ≦ ｈ ≦ Ｄ／１０ ………… （９）
式（６）及び式（７）を同時に満たすことにより、シリ
コン単結晶２４の引上げとともにシリコン融液１２の液
面が低下する割合は従来の直胴部を形成するときに比べ
て小さくなり、石英るつぼ１３の内壁部からシリコン融
液１２へと溶込む酸素量を大幅に減少させることなく、
シリコン融液１２中の酸素濃度を維持することができ
る。所望の高い酸素量を維持する融液に帰着する付加的
な効果は、るつぼの変形によって融液中により多くの酸
素を導入し易い凸状るつぼ面が形成される事実に基づ
く。これはこの面における酸素の溶込みが高い割合であ
ること、及び高濃度に酸素を含む融液が結晶成長界面に
向くように、るつぼ形状の変化によって、融液の流れが
再び向けられることによる。スペーサ３２の総面積ｓ及
び突出高さｈがそれぞれ下限値未満であると、石英るつ
ぼ１３の変形によるシリコン融液１２の酸素濃度の低下
を抑制できない。スペーサ３２の総面積ｓが上限値を越
えると、サセプタ１４に必要な強度が得られず、石英る
つぼ１３を支持する機能が失われるおそれがある。また
スペーサ３２の総面積ｓが上限値を越えると、石英るつ
ぼ１３の変形量は僅かであるため、シリコン融液１２の
酸素濃度の低下を殆ど抑制できない。スペーサ３２の突
出高さｈが上限値を越えると、石英るつぼ１３の底部が
極度に変形し、石英るつぼが破損してしまうおそれがあ
る。
コン単結晶２４の引上げとともにシリコン融液１２の液
面が低下する割合は従来の直胴部を形成するときに比べ
て小さくなり、石英るつぼ１３の内壁部からシリコン融
液１２へと溶込む酸素量を大幅に減少させることなく、
シリコン融液１２中の酸素濃度を維持することができ
る。所望の高い酸素量を維持する融液に帰着する付加的
な効果は、るつぼの変形によって融液中により多くの酸
素を導入し易い凸状るつぼ面が形成される事実に基づ
く。これはこの面における酸素の溶込みが高い割合であ
ること、及び高濃度に酸素を含む融液が結晶成長界面に
向くように、るつぼ形状の変化によって、融液の流れが
再び向けられることによる。スペーサ３２の総面積ｓ及
び突出高さｈがそれぞれ下限値未満であると、石英るつ
ぼ１３の変形によるシリコン融液１２の酸素濃度の低下
を抑制できない。スペーサ３２の総面積ｓが上限値を越
えると、サセプタ１４に必要な強度が得られず、石英る
つぼ１３を支持する機能が失われるおそれがある。また
スペーサ３２の総面積ｓが上限値を越えると、石英るつ
ぼ１３の変形量は僅かであるため、シリコン融液１２の
酸素濃度の低下を殆ど抑制できない。スペーサ３２の突
出高さｈが上限値を越えると、石英るつぼ１３の底部が
極度に変形し、石英るつぼが破損してしまうおそれがあ
る。
【００２９】このような構成の引上げ装置を用いたシリ
コン単結晶引上げ方法について説明する。先ず高純度の
多結晶シリコン原料を石英るつぼ１３に充填し、ヒータ
１８でシリコンの融点以上に加熱融解してシリコン融液
１２にする。次いで石英るつぼ１３に貯えられたシリコ
ン融液１２に種結晶２６を浸し、種結晶２６そのものを
融解した後に、ワイヤケーブル２３を回転させながら引
上げることにより円柱状のシリコン単結晶２４を育成す
る。このとき石英るつぼ１３はワイヤケーブル２３の回
転と逆の回転をさせる。この単結晶２４の直胴部形成中
において、ヒータ１８の加熱により石英るつぼ１３は軟
化温度に達して軟化する。
コン単結晶引上げ方法について説明する。先ず高純度の
多結晶シリコン原料を石英るつぼ１３に充填し、ヒータ
１８でシリコンの融点以上に加熱融解してシリコン融液
１２にする。次いで石英るつぼ１３に貯えられたシリコ
ン融液１２に種結晶２６を浸し、種結晶２６そのものを
融解した後に、ワイヤケーブル２３を回転させながら引
上げることにより円柱状のシリコン単結晶２４を育成す
る。このとき石英るつぼ１３はワイヤケーブル２３の回
転と逆の回転をさせる。この単結晶２４の直胴部形成中
において、ヒータ１８の加熱により石英るつぼ１３は軟
化温度に達して軟化する。
【００３０】引上げによるシリコン融液１２の液面の低
下率を制御するために、この実施の形態ではシリコン単
結晶の引上げ長に応じて、スペーサ昇降手段３３の直動
カム３４を引下げ、４つのスペーサ３２を４つの孔３１
よりそれぞれ同一高さに突出させる。即ち、図７に示す
ように、直動カム３４を軸方向に引下げることにより、
４つの転子４２を転動させる。この転子４２の転動によ
り４つの従動体３６は支軸１６の外側に向かってそれぞ
れ窓孔１６ａから突き出す。従動体３６に接続されたレ
バー３７は、固定アーム３８を軸として支軸１６中心に
向かって駆動し、４つのスペーサ３２は孔３１よりそれ
ぞれ同一高さに突出する。この４つのスペーサ３２が石
英るつぼ１３の底部を押し上げて変形させる。
下率を制御するために、この実施の形態ではシリコン単
結晶の引上げ長に応じて、スペーサ昇降手段３３の直動
カム３４を引下げ、４つのスペーサ３２を４つの孔３１
よりそれぞれ同一高さに突出させる。即ち、図７に示す
ように、直動カム３４を軸方向に引下げることにより、
４つの転子４２を転動させる。この転子４２の転動によ
り４つの従動体３６は支軸１６の外側に向かってそれぞ
れ窓孔１６ａから突き出す。従動体３６に接続されたレ
バー３７は、固定アーム３８を軸として支軸１６中心に
向かって駆動し、４つのスペーサ３２は孔３１よりそれ
ぞれ同一高さに突出する。この４つのスペーサ３２が石
英るつぼ１３の底部を押し上げて変形させる。
【００３１】石英るつぼ１３が変形し始めると、石英る
つぼ１３底部の形状は、突出した４つのスペーサ３２に
よって上げ底となるため、石英るつぼ１３の内底部の表
面積が増加する。この表面積の増加によって、シリコン
融液１２と石英るつぼ１３の内底部との接触面積が増加
する。るつぼ面の形状の変化に起因してこの変形したる
つぼ面から高度に酸素が溶込み、高濃度に酸素を含む融
液の流れが再び向けられる。また、上げ底になることに
よってシリコン融液１２の液面が上昇する。この液面上
昇によって、シリコン単結晶２４の引上げ中のシリコン
融液１２の液面の低下率は、従来の直胴部を形成する時
に比べて小さくなる。従って、シリコン融液１２の酸素
濃度の低下を抑制する効果が得られる。このシリコン融
液１２より形成したシリコン単結晶２４は、従来の方法
の課題であったシード端部、直胴部及びテール端部それ
ぞれの位置によって含まれる酸素濃度の不均一な分布を
解消することができる。シリコン単結晶２４の引上げ後
は、直動カム３４を押上げ、前述したスペーサ３２の突
出動作と逆の動作をすることにより、スペーサ３２を孔
３１に没入させる。
つぼ１３底部の形状は、突出した４つのスペーサ３２に
よって上げ底となるため、石英るつぼ１３の内底部の表
面積が増加する。この表面積の増加によって、シリコン
融液１２と石英るつぼ１３の内底部との接触面積が増加
する。るつぼ面の形状の変化に起因してこの変形したる
つぼ面から高度に酸素が溶込み、高濃度に酸素を含む融
液の流れが再び向けられる。また、上げ底になることに
よってシリコン融液１２の液面が上昇する。この液面上
昇によって、シリコン単結晶２４の引上げ中のシリコン
融液１２の液面の低下率は、従来の直胴部を形成する時
に比べて小さくなる。従って、シリコン融液１２の酸素
濃度の低下を抑制する効果が得られる。このシリコン融
液１２より形成したシリコン単結晶２４は、従来の方法
の課題であったシード端部、直胴部及びテール端部それ
ぞれの位置によって含まれる酸素濃度の不均一な分布を
解消することができる。シリコン単結晶２４の引上げ後
は、直動カム３４を押上げ、前述したスペーサ３２の突
出動作と逆の動作をすることにより、スペーサ３２を孔
３１に没入させる。
【００３２】図１１に示すように、石英るつぼ１３の変
形前は従来の方法とほぼ同様の割合で接触面積が低下す
る（領域IV）。引上げ初期段階では、シリコン融液１２
と石英るつぼ１３の内壁部が接触する面積は比較的広い
ため、シリコン融液１２に含まれる酸素濃度は十分に高
い。また石英るつぼ１３は変形機構によって変形してい
ないため、シリコン融液１２は自然に生じる酸素濃度を
維持する。
形前は従来の方法とほぼ同様の割合で接触面積が低下す
る（領域IV）。引上げ初期段階では、シリコン融液１２
と石英るつぼ１３の内壁部が接触する面積は比較的広い
ため、シリコン融液１２に含まれる酸素濃度は十分に高
い。また石英るつぼ１３は変形機構によって変形してい
ないため、シリコン融液１２は自然に生じる酸素濃度を
維持する。
【００３３】直胴部の形成段階では、石英るつぼ１３が
軟化温度に達し軟化する。この実施の形態では石英るつ
ぼ１３が完全に軟化した後でも、接触面積がまだ十分に
広く酸素濃度の低下が顕著でないときには、スペーサ昇
降手段３３によりスペーサ３２を突出させない。この接
触面積の多寡は、シリコン単結晶の引上げ長に依存する
ため、接触面積が所定値を下回り始めるとき、即ちシリ
コン単結晶が所定の引上げ長になり始めたときにスペー
サ３２を突出させ、図１１に示すように、軟化した石英
るつぼ１３の底部を押し上げてゆっくりと変形させる。
この変形により、石英るつぼ１３の内底部の表面積が徐
々に増大し、るつぼ１３の底部が上げ底になるに従っ
て、シリコン融液１２の液面が上昇する。液面の低下率
を小さくできるので、単結晶２４の引上げによるシリコ
ン融液１２と石英るつぼ１３の内壁部との接触面積の低
下割合も緩められる（領域Ｖ）。スペーサ３２の突出を
停止させると、石英るつぼ１３の底部の変形も終えるた
め、この変形に伴うるつぼ１３の内底部の表面積の増大
と液面の上昇もそれぞれ終了する。石英るつぼ１３の変
形により、シリコン融液１２とシリコン単結晶２４の固
液界面に溶け込む高酸素の融液対流に影響を与え、シリ
コン融液１２の液面の低下率を小さくするため、Ａｓや
Ｓｂでドープされたシリコン融液１２の酸素濃度の低下
を抑制することができる。なお、図１１中の領域IVは石
英るつぼ１３が軟化して変形する前の接触面積を、領域
Ｖは石英るつぼ１３底部を変形させている最中における
接触面積をそれぞれ示す。
軟化温度に達し軟化する。この実施の形態では石英るつ
ぼ１３が完全に軟化した後でも、接触面積がまだ十分に
広く酸素濃度の低下が顕著でないときには、スペーサ昇
降手段３３によりスペーサ３２を突出させない。この接
触面積の多寡は、シリコン単結晶の引上げ長に依存する
ため、接触面積が所定値を下回り始めるとき、即ちシリ
コン単結晶が所定の引上げ長になり始めたときにスペー
サ３２を突出させ、図１１に示すように、軟化した石英
るつぼ１３の底部を押し上げてゆっくりと変形させる。
この変形により、石英るつぼ１３の内底部の表面積が徐
々に増大し、るつぼ１３の底部が上げ底になるに従っ
て、シリコン融液１２の液面が上昇する。液面の低下率
を小さくできるので、単結晶２４の引上げによるシリコ
ン融液１２と石英るつぼ１３の内壁部との接触面積の低
下割合も緩められる（領域Ｖ）。スペーサ３２の突出を
停止させると、石英るつぼ１３の底部の変形も終えるた
め、この変形に伴うるつぼ１３の内底部の表面積の増大
と液面の上昇もそれぞれ終了する。石英るつぼ１３の変
形により、シリコン融液１２とシリコン単結晶２４の固
液界面に溶け込む高酸素の融液対流に影響を与え、シリ
コン融液１２の液面の低下率を小さくするため、Ａｓや
Ｓｂでドープされたシリコン融液１２の酸素濃度の低下
を抑制することができる。なお、図１１中の領域IVは石
英るつぼ１３が軟化して変形する前の接触面積を、領域
Ｖは石英るつぼ１３底部を変形させている最中における
接触面積をそれぞれ示す。
【００３４】この引上げ装置１０では、スペーサ昇降手
段３３によりスペーサ３２の突出や没入が可能となった
ため、シリコン単結晶の引上げ長に応じて石英るつぼ１
３を変形させることができる。上述した第１の実施の形
態と比べて石英るつぼ１３の変形がシリコン融液１２の
酸素濃度の低下割合と一致しないときに用いられ、この
装置を用いることによりシリコン単結晶２４の引上げ中
のシリコン融液１２の液面低下率をシリコン単結晶２４
の引上げ長に応じて制御し、シリコン単結晶２４中の酸
素濃度を均一にできる。
段３３によりスペーサ３２の突出や没入が可能となった
ため、シリコン単結晶の引上げ長に応じて石英るつぼ１
３を変形させることができる。上述した第１の実施の形
態と比べて石英るつぼ１３の変形がシリコン融液１２の
酸素濃度の低下割合と一致しないときに用いられ、この
装置を用いることによりシリコン単結晶２４の引上げ中
のシリコン融液１２の液面低下率をシリコン単結晶２４
の引上げ長に応じて制御し、シリコン単結晶２４中の酸
素濃度を均一にできる。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、軟化した石英るつぼの
底部を上げ底とすることにより、第１に石英るつぼの内
底部の表面積を増加させてシリコン融液と石英るつぼの
内底部との接触面積を増加させることができ、第２に石
英るつぼに貯留されたシリコン融液の液面を上昇させて
シリコン融液と石英るつぼの内側壁部との接触面積も増
加させるため、引上げによるシリコン融液と石英るつぼ
の内壁部との接触面積の低下割合を緩やかにできる。ま
た第３にるつぼ底部における内壁形状を上昇し変化させ
ることによって、固液界面に高度に酸素を含む融液の流
れが増加するようにシリコン融液中のフローパターンを
変えることができる。更に第４に凸状のるつぼ壁面を形
成するようにるつぼ面を変形することによってるつぼ壁
部のある面から酸素の溶込み割合を増加させることがで
きる。その結果、シリコン融液、特に、高度にドープさ
れたＮ型低抵抗率のシリコン単結晶を引上げるシリコン
融液中に溶解する酸素濃度の低下を制御でき、このシリ
コン融液より得られる高度にドープされたＮ型低抵抗率
のシリコン単結晶における酸素濃度を制御できる。石英
るつぼがシリコン単結晶の引上げ中に軟化するという固
有の特性を利用しているので、結晶のシード端部では自
然に生じる酸素濃度を維持しながら、成長した結晶の直
胴部とテール端部での酸素濃度の低下を抑制できる。
底部を上げ底とすることにより、第１に石英るつぼの内
底部の表面積を増加させてシリコン融液と石英るつぼの
内底部との接触面積を増加させることができ、第２に石
英るつぼに貯留されたシリコン融液の液面を上昇させて
シリコン融液と石英るつぼの内側壁部との接触面積も増
加させるため、引上げによるシリコン融液と石英るつぼ
の内壁部との接触面積の低下割合を緩やかにできる。ま
た第３にるつぼ底部における内壁形状を上昇し変化させ
ることによって、固液界面に高度に酸素を含む融液の流
れが増加するようにシリコン融液中のフローパターンを
変えることができる。更に第４に凸状のるつぼ壁面を形
成するようにるつぼ面を変形することによってるつぼ壁
部のある面から酸素の溶込み割合を増加させることがで
きる。その結果、シリコン融液、特に、高度にドープさ
れたＮ型低抵抗率のシリコン単結晶を引上げるシリコン
融液中に溶解する酸素濃度の低下を制御でき、このシリ
コン融液より得られる高度にドープされたＮ型低抵抗率
のシリコン単結晶における酸素濃度を制御できる。石英
るつぼがシリコン単結晶の引上げ中に軟化するという固
有の特性を利用しているので、結晶のシード端部では自
然に生じる酸素濃度を維持しながら、成長した結晶の直
胴部とテール端部での酸素濃度の低下を抑制できる。
【図１】本発明第１の実施の形態の引上げ装置の変形前
の石英るつぼを示す断面図。
の石英るつぼを示す断面図。
【図２】石英るつぼが僅かに変形した状態を示す図１に
対応する図。
対応する図。
【図３】石英るつぼが完全に変形した状態を示す図１に
対応する図。
対応する図。
【図４】本発明第１の実施の形態の引上げ装置を示す概
略図。
略図。
【図５】石英るつぼの平面図。
【図６】本発明第２の実施の形態の引上げ装置の変形前
の石英るつぼを示す断面図。
の石英るつぼを示す断面図。
【図７】スペーサを突出させて石英るつぼを変形させた
状態を示す図６に対応する図。
状態を示す図６に対応する図。
【図８】グラファイトサセプタの平面図。
【図９】スペーサを突出させた図８に対応する図。
【図１０】本発明第１の実施の形態におけるシリコン融
液の石英るつぼ内壁部との接触面積とシリコン単結晶引
上げ長さの関係を示す図。
液の石英るつぼ内壁部との接触面積とシリコン単結晶引
上げ長さの関係を示す図。
【図１１】本発明第２の実施の形態におけるシリコン融
液の石英るつぼ内壁部との接触面積とシリコン単結晶引
上げ長さの関係を示す図。
液の石英るつぼ内壁部との接触面積とシリコン単結晶引
上げ長さの関係を示す図。
【図１２】従来の引上げ装置による石英るつぼ内壁部よ
りシリコン融液に溶解する酸素の挙動を示す図。
りシリコン融液に溶解する酸素の挙動を示す図。
【図１３】シリコン単結晶引上げによりシリコン融液の
液面が低下した石英るつぼ内壁部よりシリコン融液に溶
解する酸素の挙動を示す図１２に対応する図。
液面が低下した石英るつぼ内壁部よりシリコン融液に溶
解する酸素の挙動を示す図１２に対応する図。
１０ シリコン単結晶引上げ装置
１１ チャンバ
１２ シリコン融液
１３ 石英るつぼ
１４ サセプタ
１８ ヒータ
２４ シリコン単結晶
２８，３２ スペーサ
３１ 孔
３３ スペーサ昇降手段
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(71)出願人 599019270
ミツビシシリコンアメリカ コーポレーシ
ョン
Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ Ｓｉｌｉｃｏｎ
Ａｍｅｒｉｃａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
アメリカ合衆国 94303−0912 カリフォ
ルニア パロアルト スート100 ファバ
ープレイス 2445
2445 Ｆａｂｅｒ Ｐｌａｃｅ，Ｓｕｉｔ
ｅ100，Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ ＣＡ94303−
0912 ＵＳＡ
(72)発明者 ボルカー トッド
アメリカ合衆国 オレゴン セーラム エ
ヌイー タンデム アベニュー 1351 ミ
ツビシシリコンアメリカ コーポレーショ
ン内
(72)発明者 ロッキー オークリー
アメリカ合衆国 オレゴン セーラム エ
ヌイー タンデム アベニュー 1351 ミ
ツビシシリコンアメリカ コーポレーショ
ン内
(72)発明者 ピーター ワイルズ
アメリカ合衆国 オレゴン セーラム エ
ヌイー タンデム アベニュー 1351 ミ
ツビシシリコンアメリカ コーポレーショ
ン内
(72)発明者 フリッツ カーシュト
アメリカ合衆国 オレゴン セーラム エ
ヌイー タンデム アベニュー 1351 ミ
ツビシシリコンアメリカ コーポレーショ
ン内
(72)発明者 ハレシュ シルワルデーン
アメリカ合衆国 オレゴン セーラム エ
ヌイー タンデム アベニュー 1351 ミ
ツビシシリコンアメリカ コーポレーショ
ン内
(72)発明者 ジョエル カーンズ
アメリカ合衆国 オレゴン セーラム エ
ヌイー タンデム アベニュー 1351 ミ
ツビシシリコンアメリカ コーポレーショ
ン内
Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BA04 CF10 EG01 HA12
PD12
Claims (9)
- 【請求項１】 チャンバ(11)内に設けられシリコン単結
晶(24)を引上げるためのシリコン融液(12)が貯留される
石英るつぼ(13)と、前記石英るつぼ(13)の外周面及び外
底面を包囲して前記石英るつぼ(13)を支持するグラファ
イトサセプタ(14)と、前記サセプタ(14)の外周面を包囲
し前記シリコン融液(12)を加熱するヒータ(18)とを備え
たシリコン単結晶の引上げ装置において、 前記シリコン単結晶(24)の引上げ中の前記石英るつぼ(1
3)の底部と前記サセプタ(14)の底部の間に前記石英るつ
ぼ(13)の底面積より小さな上面積を有しかつシリコン融
点より高い融点を有するスペーサ(28)が配置されること
を特徴とするシリコン単結晶の引上げ装置。 - 【請求項２】 スペーサ(28)が単一であって円柱又は中
実なキャップの形状を有しかつサセプタ(14)と同心に前
記サセプタ(14)の内底面に固定された請求項１記載の引
上げ装置。 - 【請求項３】 石英るつぼ(13)の内底面の直径をＤ、ス
ペーサ(28)の直径をｄ、前記スペーサ(28)の高さをｈと
するとき、次の式（２）及び式（３）を同時に満たす請
求項２記載の引上げ装置。 Ｄ／１２ ≦ ｄ ≦ Ｄ／１．５ ………… （２） Ｄ／１００ ≦ ｈ ≦ Ｄ／１０ ………… （３） - 【請求項４】 サセプタ(14)の底部に前記サセプタ(14)
中心を対称にして複数の孔(31)が形成され、前記複数の
孔(31)を充填するように複数のスペーサ(32)が設けら
れ、前記複数のスペーサ(32)を前記孔(31)からそれぞれ
同一高さに突出させかつ前記孔(31)に没入させるスペー
サ昇降手段(33)が設けられた請求項１記載の引上げ装
置。 - 【請求項５】 複数の孔(31)がそれぞれ同形同大であっ
て、前記孔(31)の数が３〜１２である請求項４記載の引
上げ装置。 - 【請求項６】 孔(31)の数が３〜１２であって、孔(31)
及びスペーサ(32)がそれぞれ上から視たときに扇の形状
を有し、前記複数のスペーサ(32)が前記孔(31)から突出
したときに合体してドーナツの形状を有する請求項５記
載の引上げ装置。 - 【請求項７】 石英るつぼ(13)の内底面の直径をＤ、複
数のスペーサ(32)の上面の総面積をｓ、前記複数のスペ
ーサ(32)の突出高さをｈとするとき、次の式（６）及び
式（７）を同時に満たす請求項６記載の引上げ装置。 ｛ (Ｄ／２)2π｝／１２ ≦ ｓ ≦ ｛ (Ｄ／２)2π｝／１．５…… （６） Ｄ／１００ ≦ ｈ ≦ Ｄ／５ ………… （７） - 【請求項８】 請求項１ないし３いずれか記載の引上げ
装置を用いてシリコン単結晶を引上げる方法であって、
シリコン単結晶の引上げ前にスペーサを配置又は固定し
た後、前記シリコン単結晶の引上げ中に前記スペーサの
存在下でシリコン単結晶を引上げる方法。 - 【請求項９】 請求項４ないし７いずれか記載の引上げ
装置を用いてシリコン単結晶を引上げる方法であって、
石英るつぼが前記シリコン単結晶引上げ長さに応じてス
ペーサ昇降手段により複数のスペーサを複数の孔から突
出させ、前記シリコン単結晶の引上げ後に前記複数のス
ペーサを前記複数の孔に没入させるシリコン単結晶の引
上げ方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001342002A JP3970580B2 (ja) | 2001-11-07 | 2001-11-07 | シリコン単結晶の引上げ装置及びその引上げ方法 |
| US09/989,352 US6648967B2 (en) | 2001-11-07 | 2001-11-20 | Crystal-pulling apparatus for pulling and growing a monocrystalline silicon ingot, and method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001342002A JP3970580B2 (ja) | 2001-11-07 | 2001-11-07 | シリコン単結晶の引上げ装置及びその引上げ方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003146797A true JP2003146797A (ja) | 2003-05-21 |
| JP3970580B2 JP3970580B2 (ja) | 2007-09-05 |
Family
ID=19155938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001342002A Expired - Lifetime JP3970580B2 (ja) | 2001-11-07 | 2001-11-07 | シリコン単結晶の引上げ装置及びその引上げ方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6648967B2 (ja) |
| JP (1) | JP3970580B2 (ja) |
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| WO2009119342A1 (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-01 | Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 | シリコン単結晶引上装置及びシリコン単結晶の製造方法 |
| JP2011121843A (ja) * | 2009-12-14 | 2011-06-23 | Japan Siper Quarts Corp | 単結晶引上げ用ルツボ及び単結晶引上げ方法 |
| JP2011121842A (ja) * | 2009-12-14 | 2011-06-23 | Japan Siper Quarts Corp | 単結晶引上げ用ルツボ及び単結晶引上げ方法 |
| WO2013032151A2 (en) * | 2011-08-30 | 2013-03-07 | Lg Innotek Co., Ltd. | Apparatus for oxidation and annealing processes and method for the same |
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| US6956337B2 (en) * | 2003-08-01 | 2005-10-18 | Directed Electronics, Inc. | Temperature-to-color converter and conversion method |
| CN101265607B (zh) * | 2007-11-12 | 2010-06-09 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 用于多晶硅铸锭工艺的石墨加热器 |
| US8334656B2 (en) * | 2009-11-03 | 2012-12-18 | Msi, Llc | Replaceable lighting unit with adjustable output intensity and optional capability for reporting usage information, and method of operating same |
| WO2013062130A1 (ja) | 2011-10-28 | 2013-05-02 | 京セラ株式会社 | 結晶の製造方法 |
| CN102586863B (zh) * | 2012-03-08 | 2015-03-18 | 宁夏隆基硅材料有限公司 | 一种石墨坩埚单瓣块体再生利用的切割模具及其切割方法 |
| KR101516486B1 (ko) * | 2013-09-25 | 2015-05-04 | 주식회사 엘지실트론 | 잉곳성장장치 |
| JP2022025867A (ja) * | 2020-07-30 | 2022-02-10 | 信越石英株式会社 | Ｃｚ用るつぼ |
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