JP2004099416A - 結晶製造用ヒーター及び結晶製造装置並びに結晶製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】結晶製造での使用時に、ヒーターの発熱部の形状が変形することで原料融液内の温度が不均一となり、単結晶化が阻害され、結晶の品質が不安定となるのを防ぐことができる結晶製造用ヒーター及び結晶製造装置並びに結晶製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも、電流が供給される端子部と、抵抗加熱による発熱部とが設けられ、原料融液を収容するルツボを囲繞するように配置される、チョクラルスキー法により結晶を製造する場合に用いられるヒーターであって、該ヒーターは、結晶製造での使用時にヒーター形状が変形した後に、原料融液に対して均一の発熱分布を有するものであることを特徴とする結晶製造用ヒーター。
【選択図】 なし
【解決手段】少なくとも、電流が供給される端子部と、抵抗加熱による発熱部とが設けられ、原料融液を収容するルツボを囲繞するように配置される、チョクラルスキー法により結晶を製造する場合に用いられるヒーターであって、該ヒーターは、結晶製造での使用時にヒーター形状が変形した後に、原料融液に対して均一の発熱分布を有するものであることを特徴とする結晶製造用ヒーター。
【選択図】 なし
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によって結晶を育成する際に用いる結晶製造用ヒーター及びそれを用いた結晶製造装置並びに結晶製造方法に関し、特に直径８インチ以上の大口径の結晶を、磁場を印加しながら製造するのに適した結晶製造用ヒーター及びそれを用いた結晶製造装置並びに結晶製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの基板として用いられる結晶は、例えばシリコン単結晶があり、主にチョクラルスキー法（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ Ｍｅｔｈｏｄ、以下ＣＺ法と略称する）により製造されている。
【０００３】
ＣＺ法により結晶を製造する際には、例えば図４に示すような結晶製造装置を用いて製造される。この結晶製造装置は、例えばシリコンのような原料多結晶を溶融するための部材や、単結晶化したシリコンを引き上げる機構などを有しており、これらは、メインチャンバー１１内に収容されている。メインチャンバー１１の天井部からは上に伸びる引き上げチャンバー１２が連接されており、この上部に結晶４をワイヤー１０で引上げる機構（不図示）が設けられている。
【０００４】
メインチャンバー１１内には、溶融された原料融液６を収容するルツボ５が配置され、このルツボ５は駆動機構（不図示）によって回転昇降自在にシャフト９で支持されている。このルツボ５の駆動機構は、結晶４の引き上げに伴う原料融液６の液面低下を補償すべく、ルツボ５を液面低下分だけ上昇させるようにしている。
【０００５】
そして、ルツボ５を囲繞するように、原料を溶融させるためのヒーター７が配置されている。このヒーター７の外側には、ヒーター７からの熱がメインチャンバー１１に直接輻射されるのを防止するために、断熱部材８がその周囲を取り囲むように設けられている。
【０００６】
このような結晶製造装置内に配置されたルツボ５に原料塊を収容し、このルツボ５を、ヒーター７により加熱し、ルツボ５内の原料塊を溶融させる。このように原料塊を溶融させたものである原料融液６に、ワイヤー１０に接続している種ホルダー１で固定された種結晶２を着液させ、その後、種結晶２を引き上げることにより、種結晶２の下方に所望の直径と品質を有する結晶４を育成する。この際、種結晶２を原料融液６に着液させた後に、直径を３ｍｍ程度に一旦細くして絞り部３を形成するいわゆる種絞り（ネッキング）を行い、次いで、所望の口径になるまで太らせて、無転位の結晶を引き上げている。
【０００７】
最近では、ＣＺ法を改良した、いわゆるＭＣＺ法（Ｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ Ｍｅｔｈｏｄ）も知られている。このＭＣＺ法では、原料融液に磁場を印加することによって原料融液の熱対流を抑制して結晶を製造する。近年、シリコン単結晶は、直径８インチ以上の大口径のものが要求されているが、このような大口径のシリコン単結晶を製造する際には、原料融液の熱対流が抑制できるＭＣＺ法を用いるのが効果的である。
【０００８】
ここで、上記ＣＺ法およびＭＣＺ法で用いられる結晶製造用のヒーター７の形状は、図１に示すように円筒形状であり、主に等方性黒鉛でできている。現在主流である直流方式では、端子部７ｂを２本配し、その端子部７ｂでヒーター７を支える構造になっている。ヒーター７の発熱部７ａはより効率的に発熱できるよう、スリット７ｃが数箇所から数十箇所刻まれている。尚、このヒーター７は、発熱部７ａのうち、特に、上から延びるスリットの下端と下から延びるスリットの上端の間の部分である各発熱スリット部７ｄから主に発熱する。
【０００９】
近年要求されている大口径結晶を低コストで製造する為には、必然的にルツボを大型化させなけらばならない。このルツボの大型化に伴い、ルツボ周辺の、ヒーター等の構造物のサイズも大型化している。ヒーターの大形化により、ヒーター自重、および、発熱時の分布の不均一性、さらには、ＭＣＺ法のように磁場を印加した操業の場合は磁場・電流の相互作用により、結晶製造での使用時にヒーター形状が変形することが問題となってきている。結晶製造での使用時にヒーター形状が変形することにより、ヒーターの発熱部と、結晶あるいは溶液との距離が変わり、熱の分布が変化することにより、原料融液内の温度が不均一となり、製造する結晶の単結晶化が阻害されたり、品質が不安定となる等の弊害が生じている。
【００１０】
その対策として、ヒーターに２つの端子部以外にダミーの端子をつけ、それにより、３本以上の部分でヒーターを支える方法が一般的に行なわれている（例えば、特許文献１。）。ヒーターを端子部のみによって支える場合、２箇所で支えることとなり、端子のない部分は容易に変形してしまう。この変形は、ヒーター上部において、端子部のある部分では径が拡大し、端子の無い部分の径が縮小するように生じる。端子がない部分にダミーの端子を支えとして設置するこの方法は、このようなヒーターの変形を防ぐのにある程度効果のある方法であった。
【００１１】
しかし、端子やダミーの端子を設けただけは、ヒーターがスリットにより分割されているため、完全に変形を防止することができず、特にヒーターの直径や高さが大きくなった場合は、変形を抑制することが困難である。また、ダミーの端子部分からの熱ロスや、さらには機械構造の複雑化等の問題がある。
【００１２】
さらに、電流磁場を印加しながら大口径結晶を製造するＭＣＺ法においては、変形の原因として、ヒーターの自重、熱膨張に加えて、ヒーター電流と磁場との相互作用で発生する電磁力がある。この電磁力は、かなりの強さで、たとえ、ヒーターを下端全体で支えたとしても、ヒーターの変形を防止することは困難である。
これに対して、ＭＣＺ法において、ヒーターを、スリットを入れた内側ヒーターと、スリットを入れた外側ヒーターの２重構造とし、それぞれに異なる方向の直流電流を流すことにより、ヒーター電流と磁場との相互作用で発生する電磁力を抑えて変形を防止する方法が提案されている（例えば、特許文献２。）。しかし、上記方法は、電磁力による変形を防ぐのには一定の効果があるものの、機械構造の複雑化により、著しいコストアップを招く上に、自重による変形がかえって大きくなってしまう等の問題があった。
【００１３】
また、ヒーターの材質を等方性黒鉛から、より高強度で軽量な、例えばカーボンコンポジットのような材質に変更するという事が、試行されている。しかし、この方法では、発熱が不安定となること、ヒーター材料のコストアップを招くこと、さらには製造される結晶の純度が低下すること等の問題がある。
【００１４】
【特許文献１】
特公平７−７２１１６号公報
【特許文献２】
特開平９−２０８３７１号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、結晶製造での使用時に、ヒーターの発熱部の形状が変形することで原料融液内の温度が不均一となり、単結晶化が阻害され、結晶の品質が不安定となるのを防ぐことを、たとえ直径８インチ以上の大口径結晶を製造する場合であっても、安価で、しかも簡単かつ確実にできる結晶製造用ヒーター及び結晶製造装置並びに結晶製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、本発明によれば、少なくとも、電流が供給される端子部と、抵抗加熱による発熱部とが設けられ、原料融液を収容するルツボを囲繞するように配置される、チョクラルスキー法により結晶を製造する場合に用いられるヒーターであって、該ヒーターは、結晶製造での使用時にヒーター形状が変形した後に、原料融液に対して均一の発熱分布を有するものであることを特徴とする結晶製造用ヒーターが提供される（請求項１）。
【００１７】
このように、ヒーターが、結晶製造での使用時にヒーター形状が変形した後に、原料融液に対して均一の発熱分布を有するものであることで、変形後に、原料融液内の温度勾配を小さくできるため、結晶引き上げ中の有転位化を抑制でき、高品質の結晶を、安価で、しかも簡単かつ確実に得ることができる。
尚、ここで、原料融液に対して均一の発熱分布とは、ヒーターからの熱が、原料融液に向けて同心円状に放射していることを示している。
【００１８】
また本発明によれば、少なくとも、電流が供給される端子部と、抵抗加熱による発熱部とが設けられ、原料融液を収容するルツボを囲繞するように配置される、チョクラルスキー法により結晶を製造する場合に用いられるヒーターであって、該ヒーターの発熱部の水平断面の形状が、楕円形状であり、結晶製造での使用時にヒーター形状が変形して、前記発熱部の水平断面形状が円形状となるものであることを特徴とする結晶製造用ヒーターが提供される（請求項２）。
【００１９】
このように、ヒーターの発熱部の水平断面の形状が、楕円形状であり、結晶製造での使用時にヒーター形状が変形して、前記発熱部の水平断面形状が円形状となるものであることで、変形後に、原料融液に対する発熱分布を均一化することができる。そのため、結晶引き上げ中の有転位化を抑制でき、高品質の結晶を、安価で、しかも簡単かつ確実に得ることができる。
【００２０】
この場合、前記発熱部の水平断面の楕円形状は、結晶製造での使用時のヒーター形状の変形により径が拡大する方向では予め径を小さくし、逆に、径が縮小する方向では予め径を大きくしたものであることが好ましい（請求項３）。また、前記発熱部の水平断面の楕円形状は、長径をＤ１とし短径をＤ２とした時、Ｄ１／Ｄ２の値が、１．０１以上１．２０以下の範囲であることが好ましい（請求項４）。
【００２１】
このように、発熱部の水平断面の楕円形状は、結晶製造での使用時のヒーター形状の変形により径が拡大する方向では予め径を小さくし、逆に、径が縮小する方向では予め径を大きくしたものであることで、変形後の原料融液に対する発熱を、確実に均一化させることができる。また、ヒーターの加工性、コスト、強度の点から楕円形状の長径と短径の比は、１．０１〜１．２０の範囲とするのが良い。
【００２２】
さらに本発明では、少なくとも、電流が供給される端子部と、抵抗加熱による発熱部とが設けられ、原料融液を収容するルツボを囲繞するように配置される、チョクラルスキー法により結晶を製造する場合に用いられるヒーターであって、該ヒーターの発熱部は、電気抵抗に分布をもたせたものであることを特徴とする結晶製造用ヒーターが提供される（請求項５）。
【００２３】
このように、ヒーターの発熱部は、電気抵抗に分布をもたせたものであることで、変形後の原料融液に対する発熱を均一化することができる。そのため、結晶引き上げ中の有転位化を抑制でき、高品質の結晶を、安価で、しかも簡単かつ確実に得ることができる。
【００２４】
この場合、前記発熱部の電気抵抗の分布は、結晶製造での使用時のヒーター形状の変形により、径が拡大する方向では予め電気抵抗を大きくし、逆に、径が縮小する方向では予め電気抵抗を小さく分布させたものであることが好ましい（請求項６）。
【００２５】
このように、前記発熱部の電気抵抗の分布は、結晶製造での使用時のヒーター形状の変形により、径が拡大する方向では予め電気抵抗を大きくし、逆に、径が縮小する方向では予め電気抵抗を小さく分布させたものであることで、変形後の原料融液に対する発熱分布を、均一化させることができる。
【００２６】
この場合、前記発熱部の電気抵抗の分布は、発熱スリット部の肉厚、発熱スリット部の幅、又は発熱スリット部の長さのいずれか一つ以上を変更することにより調整したものであることが好ましい（請求項７）。
【００２７】
このように、発熱部の電気抵抗の分布は、発熱スリット部の肉厚、発熱スリット部の幅、又は発熱スリット部の長さのいずれか一つ以上を変更することにより、容易に調整することができる。
【００２８】
また、前記発熱部の電気抵抗の分布は、結晶製造での使用時のヒーター形状の変形により径が拡大する方向での電気抵抗をＲ１とし、径が縮小する方向での電気抵抗をＲ２とした時、Ｒ１／Ｒ２の値が、１．０１以上１．１０以下の範囲で分布させたものであることが好ましい（請求項８）。
【００２９】
このように、前記発熱部の電気抵抗の分布を、結晶製造での使用時のヒーター形状の変形により径が拡大する方向での電気抵抗をＲ１とし、径が縮小する方向での電気抵抗をＲ２とした時、Ｒ１／Ｒ２の値が、１．０１以上１．１０以下の範囲で分布させたものであることで、ヒーター加工上、ヒーター強度等において大きな問題を生じることなく変形後の原料融液に対する発熱を確実に均一化させることができる。
【００３０】
さらに、本発明の結晶製造用ヒーターは、該ヒーターの発熱部水平断面の形状が楕円形状であり、結晶製造での使用時にヒーター形状が変形して、前記発熱部の水平断面の形状が円形状になるものであることに加えて、前記発熱部は、電気抵抗に分布をもたせたものであることができる（請求項９）。
【００３１】
このように、ヒーターの発熱部水平断面の形状が楕円形状であり、結晶製造での使用時にヒーター形状が変形して、前記発熱部の水平断面の形状が円形状になるものであることに加えて、前記発熱部は、電気抵抗に分布をもたせたものであることで、変形後の原料融液に対する発熱をきめ細やかに微調整が可能となり、より確実に発熱分布を均一化させることができる。
【００３２】
さらに、前記ヒーターが用いられるチョクラルスキー法は、ＭＣＺ法であることができる（請求項１０）。
【００３３】
このように、本発明の結晶製造用ヒーターは、ＭＣＺ法により結晶を製造するのに用いる場合に、特に有効である。ＭＣＺ法は特に大口径結晶の製造に用いられるし、電流と磁場の相互作用により、ヒーターがより変形し易いからである。
【００３４】
さらに、前記製造する結晶は、シリコン単結晶であるものとすることができる（請求項１１）。
【００３５】
このように、本発明の結晶製造用ヒーターは、近年特に大口径化が著しくヒータも大型化しているシリコン単結晶を製造するヒーターに適用することができる。
【００３６】
さらに本発明は、上記結晶製造用ヒーターを具備する結晶製造装置を提供し（請求項１２）、また、その結晶製造装置を用いてチョクラルスキー法により結晶を製造する結晶製造方法を提供する（請求項１３）。
【００３７】
このような本発明の結晶製造用ヒーターを具備する結晶製造装置を用いて、チョクラルスキー法により結晶を製造すれば、高品質の結晶を、安価で、しかも簡単かつ確実に得ることができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
特に大口径結晶を製造するためにヒーターが大型化した現在においては、結晶製造での使用時に、ヒーターの形状が変形するのを完全に防止することは困難である。そのようなヒーター形状の変形を防止するための方法とし、ヒーターを分割するなどの方法が考えられるが、その場合、炉内構造の複雑化、ならびに炉内構造物のコストアップ等の問題が発生することが考えられる。さらに、磁場を印加したＭＣＺ法においては、なおさらヒーター形状の変形防止は困難であり、結果として、原料融液内の温度不均一を防止することは困難であった。そこで、本発明者らは、ヒーターの変形を防止するのではなく、ヒーターは変形するものであるから、予めヒーター形状の変形を予想してヒーターを設計し、変形後に原料融液に対して均一の発熱分布を有するものとすれば、原料融液内の温度が不均一になることを防止できることに想到し、本発明を完成させたものである。
【００３９】
すなわち、本発明では、結晶製造での使用時にヒーター形状が変形した時に、原料融液に対して均一の発熱分布を有するものとするため、以下に２つの方策を提案する。
【００４０】
第１の方策は、ヒーター形状が結晶製造での使用時に変形するのを見越して、発熱部の水平断面の形状を、予め円形状にせずに、楕円形状とすることである。
【００４１】
ここで、図３は、従来のヒーターの変形前（ａ）と変形後（ｂ）の発熱部の水平断面の形状を示す概略図である。図３に示すように、従来の円形状の発熱部は、元々円形状であったものが使用時には変形して、端子部７ｂ同士を結ぶ方向では変形後に径が拡大し、逆に、それぞれの端子部７ｂから９０°離れた部分同士を結ぶ方向では変形後に径が縮小して、楕円形状になる。
【００４２】
そこで、本発明では図２に示すように、ヒーター形状の変形により、径が拡大する方向では、予め径を小さくし、逆に変形して径が縮小する方向では予め径を大きくした楕円形状（ａ）としておく。このようにすることで、使用時に自重等で変形した時に、ヒーターの発熱部の水平断面の形状が円形状（ｂ）となり、結果として、変形後に原料融液に対する発熱を均一化できる。
【００４３】
一方、このようにヒーターの発熱部の水平断面の形状を楕円形状にする場合、ヒーター発熱部の上部と下部では、径が縮小する場所と径が拡大する場所が入れ替わる。したがって、上部と下部でも径を変えることが最も好ましい。しかし、そのようなヒーターは、発熱部の形状が複雑となり、製作が困難であるため、実際は発熱スリット部の変形を主に考慮して形状を決定するのが最も効率的である。
【００４４】
尚、このようにヒーターの発熱部の水平断面の形状を楕円形状にする場合、長径をＤ１とし短径をＤ２とした時、Ｄ１／Ｄ２の値が、１．０１以上１．２０以下の範囲であることが好ましい。さらに、Ｄ１／Ｄ２の値が、１．０３以上１．１０以下の範囲であることがより好ましい。
１．０１以上としなければ、ほとんどヒーター変形部を相殺する効果が望めない。また、１．２０を超えて楕円形状とすると、加工コストが高く付くし、ヒーターの強度上も、この値以下とした方が望ましい。
【００４５】
第２の方策は、ヒーター形状が、結晶製造での使用時に変形するのを見越して、予め発熱部の電気抵抗に分布をもたせることである。この時、ヒーター形状の変形により、径が拡大する方向では予め発熱部の電気抵抗を大きくし、変形して径が縮小する方向では予め発熱部の電気抵抗を小さくしたものとする。このようにすることで、変形した時に、原料融液からより遠い部分の発熱が大きく、原料融液からより近い部分の発熱が小さくなり、結果として、変形後に原料融液に対する発熱を均一化できる。
【００４６】
発熱部の電気抵抗の分布は、例えば、▲１▼発熱スリット部の肉厚（図１の符号α）を変更すること、▲２▼発熱スリット部の幅（図１の符号β）を変更すること、又は▲３▼発熱スリット部の長さ（図１の符号γ）を変更することのうちいずれか一つ以上を行うことによって調整することができる。
【００４７】
尚、このように発熱部の電気抵抗に分布をもたせるものとした場合、結晶製造での使用時のヒーター形状の変形により径が拡大する方向での電気抵抗をＲ１とし、径が縮小する方向での電気抵抗をＲ２とした時、Ｒ１／Ｒ２の値が、１．０１以上１．１０以下の範囲で分布させたものであることが好ましい。さらに、Ｒ２／Ｒ１の値が、１．０１以上１．０５以下の範囲で分布させたものであることがより好ましい。
これは、Ｒ２／Ｒ１を１．０１以上としなければ効果が少ないし、１．１０を超えるように肉厚等を変更するとなると加工上難しいし、ヒーター強度も問題となり得るからである。
【００４８】
一方、上記２つの方策を組み合わせたヒーターを用いることもできる。このようにすることで、原料融液に対する発熱を均一化させるための微調整が可能となる。すなわち、ヒーター発熱部の水平断面を楕円形上とするとともに、電気抵抗に分布を持たせる。こうすることによって、ヒーターのどのような変形に対しても対応することができ、きめ細やかに温度分布を均一に調整できる。また、加工するヒーター形状の変形の度合いを小さくすることができ、ヒーター強度上も好ましい結果となった。
【００４９】
上記したような本発明の結晶製造用ヒーターは、ＭＣＺ法により結晶を製造するのに用いる場合に、特に有効である。また、本発明の結晶製造用ヒーターは、シリコン単結晶を製造するのに用いることができる。
本発明のヒータをＭＣＺ法で用いるのは、ＭＣＺ法は特に大口径結晶の製造に用いられるし、電流と磁場の相互作用により、ヒーターがより変形し易いからである。また、シリコン単結晶を製造するのに用いるのは、シリコン単結晶は近年特に大口径化が著しく、その製造のためにヒーターも大型化しているためである。
【００５０】
さらに本発明は、上記結晶製造用ヒーターを具備する結晶製造装置を提供し、また、その結晶製造装置を用いてチョクラルスキー法により結晶を製造する結晶製造方法を提供する。本発明は、上記のような特性を有するヒーターを従来の炉内構造を有する結晶製造装置にセットするだけで、単結晶化率を大幅に改善することができ、既存の装置の設計変更等が不要であり、非常に簡単かつ安価に構成できる。
【００５１】
本発明により提供される結晶製造用ヒーターを用いた場合、その発熱部の形状が結晶製造での使用時に変形した後に、原料融液に対して均一の発熱分布を有するものであることで、単結晶製造において、結晶の無転位化率を向上し、高品質な結晶を安定して製造することができる。しかも、炉内構造を複雑なものとせず、また比較的安価で、かつ確実に、原料融液に対する発熱分布の均一化を達成できる。
【００５２】
【実施例】
以下、実施例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
横方向の磁場を印加したＭＣＺ法によりシリコン単結晶を製造した。直径３２インチ（８００ｍｍ）のルツボに、原料シリコン３００ｋｇをチャージし、直径１２インチ（３０５ｍｍ）のシリコン単結晶を引き上げた。この時、ヒーターの発熱部の形状が、長径Ｄ１が９２５ｍｍで、短径Ｄ２（端子側）が９１５ｍｍの楕円形状であり（Ｄ１／Ｄ２＝１．０１）、電気抵抗が発熱部内で均一であるヒーターを用いた。このヒーターを用いて結晶を製造したところ、特に問題無く最後まで結晶の成長を行なうことができた。
尚、この条件で２０回シリコン単結晶を引き上げた時の無転位化率を表１に示す。
【００５３】
（実施例２）
実施例１と同様に、横方向の磁場を印加したＭＣＺ法によりシリコン単結晶を製造した。直径３２インチ（８００ｍｍ）のルツボに、原料シリコン３００ｋｇをチャージし、直径１２インチ（３０５ｍｍ）のシリコン単結晶を引き上げた。この時、ヒーターの発熱部の形状が、直径９２０ｍｍの円形状であり、結晶製造での使用時のヒーター形状の変形により、径が拡大して長径となる方向（端子側）の発熱スリット部の電気抵抗をＲ１とし、径が縮小して短径となる方向の発熱スリット部の電気抵抗をＲ２としたとき、Ｒ１／Ｒ２＝１．１０であるヒーターを使用した。発熱スリット部の電気抵抗は、短径となる部分の発熱スリット部の肉厚を３３ｍｍとし、長径となる部分の発熱スリット部の肉厚を３０ｍｍとすることで分布をもたせた。このヒーターを用いて結晶を製造したところ、特に問題無く最後まで結晶の成長を行なうことができた。
尚、この条件で２０回シリコン単結晶を引き上げた時の無転位化率を表１に示す。
【００５４】
（比較例１）
実施例１と同様に、横方向の磁場を印加したＭＣＺ法によりシリコン単結晶を製造した。直径３２インチ（８００ｍｍ）のルツボに、原料シリコン３００ｋｇをチャージし、直径１２インチ（３０５ｍｍ）のシリコン単結晶を引き上げた。この時、ヒーターの発熱部の形状は、直径９２０ｍｍの円形状であり（Ｄ１／Ｄ２＝１．００）、電気抵抗が発熱部内で均一である（Ｒ１／Ｒ２＝１．００）ヒーターを用いた。しかし、このヒーターは、常温で結晶製造装置内に装着された段階で、自重により、長径が９３０ｍｍで、短径が９１０ｍｍの楕円形状に変形していることが確認された。このヒーターを用いて結晶をある程度製造したところ、発熱部が長径となった方向で原料融液表面に固化が観測され、結晶製造を中断せざるを得ない場合があった。
尚、この条件で２０回シリコン単結晶を引き上げた時の無転位化率を表１に示す。
【００５５】
【表１】
【００５６】
表１から明らかなように、育成結晶の無転位化率は、比較例１のヒーターを用いて結晶を育成したときに比べて、実施例１及び実施例２のヒーターを用いて結晶を育成したときの方が高く、大幅に改善できていることがわかる。
【００５７】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００５８】
例えば、本発明の実施例では、主にシリコン単結晶の引き上げ時に磁場を印加するＭＣＺ法について説明したが、本発明はこれに限定されず、磁場を印加しない通常のＣＺ法にも適用できる。
また、引き上げる結晶もシリコンに限定されるものではなく、化合物半導体や酸化物単結晶等の成長にも適用できることは言うまでもない。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＣＺ法により結晶を製造する場合に用いられるヒーターが、発熱部の形状が結晶製造での使用時に変形した後に、原料融液に対して均一の発熱分布を有するものであることで、単結晶製造において、結晶の無転位化率を向上し、高品質な結晶を安定して製造することを、安価で、しかも簡単かつ確実に達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】結晶製造用ヒーターを示す概略斜視図である。
【図２】本発明の楕円形状である結晶製造用ヒーターの、変形前と変形後の発熱部の水平断面の形状を示す概略図である。（ａ）変形前、（ｂ）変形後。
【図３】従来の円形状である結晶製造用ヒーターの、変形前と変形後の発熱部の水平断面の形状を示す概略図である。（ａ）変形前、（ｂ）変形後。
【図４】ＣＺ法による結晶製造装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１…種ホルダー、 ２…種結晶、 ３…絞り部、 ４…結晶、 ５…ルツボ、６…原料融液、 ７…ヒーター、 ７ａ…発熱部、 ７ｂ…端子部、 ７ｃ…スリット、 ７ｄ…発熱スリット部、 ８…断熱部材、 ９…シャフト、 １０…ワイヤー、 １１…メインチャンバ−、 １２…引き上げチャンバー α…発熱スリット部の肉厚、 β…発熱スリット部の幅、 γ…発熱スリット部の長さ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、チョクラルスキー法によって結晶を育成する際に用いる結晶製造用ヒーター及びそれを用いた結晶製造装置並びに結晶製造方法に関し、特に直径８インチ以上の大口径の結晶を、磁場を印加しながら製造するのに適した結晶製造用ヒーター及びそれを用いた結晶製造装置並びに結晶製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの基板として用いられる結晶は、例えばシリコン単結晶があり、主にチョクラルスキー法（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ Ｍｅｔｈｏｄ、以下ＣＺ法と略称する）により製造されている。
【０００３】
ＣＺ法により結晶を製造する際には、例えば図４に示すような結晶製造装置を用いて製造される。この結晶製造装置は、例えばシリコンのような原料多結晶を溶融するための部材や、単結晶化したシリコンを引き上げる機構などを有しており、これらは、メインチャンバー１１内に収容されている。メインチャンバー１１の天井部からは上に伸びる引き上げチャンバー１２が連接されており、この上部に結晶４をワイヤー１０で引上げる機構（不図示）が設けられている。
【０００４】
メインチャンバー１１内には、溶融された原料融液６を収容するルツボ５が配置され、このルツボ５は駆動機構（不図示）によって回転昇降自在にシャフト９で支持されている。このルツボ５の駆動機構は、結晶４の引き上げに伴う原料融液６の液面低下を補償すべく、ルツボ５を液面低下分だけ上昇させるようにしている。
【０００５】
そして、ルツボ５を囲繞するように、原料を溶融させるためのヒーター７が配置されている。このヒーター７の外側には、ヒーター７からの熱がメインチャンバー１１に直接輻射されるのを防止するために、断熱部材８がその周囲を取り囲むように設けられている。
【０００６】
このような結晶製造装置内に配置されたルツボ５に原料塊を収容し、このルツボ５を、ヒーター７により加熱し、ルツボ５内の原料塊を溶融させる。このように原料塊を溶融させたものである原料融液６に、ワイヤー１０に接続している種ホルダー１で固定された種結晶２を着液させ、その後、種結晶２を引き上げることにより、種結晶２の下方に所望の直径と品質を有する結晶４を育成する。この際、種結晶２を原料融液６に着液させた後に、直径を３ｍｍ程度に一旦細くして絞り部３を形成するいわゆる種絞り（ネッキング）を行い、次いで、所望の口径になるまで太らせて、無転位の結晶を引き上げている。
【０００７】
最近では、ＣＺ法を改良した、いわゆるＭＣＺ法（Ｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ Ｍｅｔｈｏｄ）も知られている。このＭＣＺ法では、原料融液に磁場を印加することによって原料融液の熱対流を抑制して結晶を製造する。近年、シリコン単結晶は、直径８インチ以上の大口径のものが要求されているが、このような大口径のシリコン単結晶を製造する際には、原料融液の熱対流が抑制できるＭＣＺ法を用いるのが効果的である。
【０００８】
ここで、上記ＣＺ法およびＭＣＺ法で用いられる結晶製造用のヒーター７の形状は、図１に示すように円筒形状であり、主に等方性黒鉛でできている。現在主流である直流方式では、端子部７ｂを２本配し、その端子部７ｂでヒーター７を支える構造になっている。ヒーター７の発熱部７ａはより効率的に発熱できるよう、スリット７ｃが数箇所から数十箇所刻まれている。尚、このヒーター７は、発熱部７ａのうち、特に、上から延びるスリットの下端と下から延びるスリットの上端の間の部分である各発熱スリット部７ｄから主に発熱する。
【０００９】
近年要求されている大口径結晶を低コストで製造する為には、必然的にルツボを大型化させなけらばならない。このルツボの大型化に伴い、ルツボ周辺の、ヒーター等の構造物のサイズも大型化している。ヒーターの大形化により、ヒーター自重、および、発熱時の分布の不均一性、さらには、ＭＣＺ法のように磁場を印加した操業の場合は磁場・電流の相互作用により、結晶製造での使用時にヒーター形状が変形することが問題となってきている。結晶製造での使用時にヒーター形状が変形することにより、ヒーターの発熱部と、結晶あるいは溶液との距離が変わり、熱の分布が変化することにより、原料融液内の温度が不均一となり、製造する結晶の単結晶化が阻害されたり、品質が不安定となる等の弊害が生じている。
【００１０】
その対策として、ヒーターに２つの端子部以外にダミーの端子をつけ、それにより、３本以上の部分でヒーターを支える方法が一般的に行なわれている（例えば、特許文献１。）。ヒーターを端子部のみによって支える場合、２箇所で支えることとなり、端子のない部分は容易に変形してしまう。この変形は、ヒーター上部において、端子部のある部分では径が拡大し、端子の無い部分の径が縮小するように生じる。端子がない部分にダミーの端子を支えとして設置するこの方法は、このようなヒーターの変形を防ぐのにある程度効果のある方法であった。
【００１１】
しかし、端子やダミーの端子を設けただけは、ヒーターがスリットにより分割されているため、完全に変形を防止することができず、特にヒーターの直径や高さが大きくなった場合は、変形を抑制することが困難である。また、ダミーの端子部分からの熱ロスや、さらには機械構造の複雑化等の問題がある。
【００１２】
さらに、電流磁場を印加しながら大口径結晶を製造するＭＣＺ法においては、変形の原因として、ヒーターの自重、熱膨張に加えて、ヒーター電流と磁場との相互作用で発生する電磁力がある。この電磁力は、かなりの強さで、たとえ、ヒーターを下端全体で支えたとしても、ヒーターの変形を防止することは困難である。
これに対して、ＭＣＺ法において、ヒーターを、スリットを入れた内側ヒーターと、スリットを入れた外側ヒーターの２重構造とし、それぞれに異なる方向の直流電流を流すことにより、ヒーター電流と磁場との相互作用で発生する電磁力を抑えて変形を防止する方法が提案されている（例えば、特許文献２。）。しかし、上記方法は、電磁力による変形を防ぐのには一定の効果があるものの、機械構造の複雑化により、著しいコストアップを招く上に、自重による変形がかえって大きくなってしまう等の問題があった。
【００１３】
また、ヒーターの材質を等方性黒鉛から、より高強度で軽量な、例えばカーボンコンポジットのような材質に変更するという事が、試行されている。しかし、この方法では、発熱が不安定となること、ヒーター材料のコストアップを招くこと、さらには製造される結晶の純度が低下すること等の問題がある。
【００１４】
【特許文献１】
特公平７−７２１１６号公報
【特許文献２】
特開平９−２０８３７１号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、結晶製造での使用時に、ヒーターの発熱部の形状が変形することで原料融液内の温度が不均一となり、単結晶化が阻害され、結晶の品質が不安定となるのを防ぐことを、たとえ直径８インチ以上の大口径結晶を製造する場合であっても、安価で、しかも簡単かつ確実にできる結晶製造用ヒーター及び結晶製造装置並びに結晶製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、本発明によれば、少なくとも、電流が供給される端子部と、抵抗加熱による発熱部とが設けられ、原料融液を収容するルツボを囲繞するように配置される、チョクラルスキー法により結晶を製造する場合に用いられるヒーターであって、該ヒーターは、結晶製造での使用時にヒーター形状が変形した後に、原料融液に対して均一の発熱分布を有するものであることを特徴とする結晶製造用ヒーターが提供される（請求項１）。
【００１７】
このように、ヒーターが、結晶製造での使用時にヒーター形状が変形した後に、原料融液に対して均一の発熱分布を有するものであることで、変形後に、原料融液内の温度勾配を小さくできるため、結晶引き上げ中の有転位化を抑制でき、高品質の結晶を、安価で、しかも簡単かつ確実に得ることができる。
尚、ここで、原料融液に対して均一の発熱分布とは、ヒーターからの熱が、原料融液に向けて同心円状に放射していることを示している。
【００１８】
また本発明によれば、少なくとも、電流が供給される端子部と、抵抗加熱による発熱部とが設けられ、原料融液を収容するルツボを囲繞するように配置される、チョクラルスキー法により結晶を製造する場合に用いられるヒーターであって、該ヒーターの発熱部の水平断面の形状が、楕円形状であり、結晶製造での使用時にヒーター形状が変形して、前記発熱部の水平断面形状が円形状となるものであることを特徴とする結晶製造用ヒーターが提供される（請求項２）。
【００１９】
このように、ヒーターの発熱部の水平断面の形状が、楕円形状であり、結晶製造での使用時にヒーター形状が変形して、前記発熱部の水平断面形状が円形状となるものであることで、変形後に、原料融液に対する発熱分布を均一化することができる。そのため、結晶引き上げ中の有転位化を抑制でき、高品質の結晶を、安価で、しかも簡単かつ確実に得ることができる。
【００２０】
この場合、前記発熱部の水平断面の楕円形状は、結晶製造での使用時のヒーター形状の変形により径が拡大する方向では予め径を小さくし、逆に、径が縮小する方向では予め径を大きくしたものであることが好ましい（請求項３）。また、前記発熱部の水平断面の楕円形状は、長径をＤ１とし短径をＤ２とした時、Ｄ１／Ｄ２の値が、１．０１以上１．２０以下の範囲であることが好ましい（請求項４）。
【００２１】
このように、発熱部の水平断面の楕円形状は、結晶製造での使用時のヒーター形状の変形により径が拡大する方向では予め径を小さくし、逆に、径が縮小する方向では予め径を大きくしたものであることで、変形後の原料融液に対する発熱を、確実に均一化させることができる。また、ヒーターの加工性、コスト、強度の点から楕円形状の長径と短径の比は、１．０１〜１．２０の範囲とするのが良い。
【００２２】
さらに本発明では、少なくとも、電流が供給される端子部と、抵抗加熱による発熱部とが設けられ、原料融液を収容するルツボを囲繞するように配置される、チョクラルスキー法により結晶を製造する場合に用いられるヒーターであって、該ヒーターの発熱部は、電気抵抗に分布をもたせたものであることを特徴とする結晶製造用ヒーターが提供される（請求項５）。
【００２３】
このように、ヒーターの発熱部は、電気抵抗に分布をもたせたものであることで、変形後の原料融液に対する発熱を均一化することができる。そのため、結晶引き上げ中の有転位化を抑制でき、高品質の結晶を、安価で、しかも簡単かつ確実に得ることができる。
【００２４】
この場合、前記発熱部の電気抵抗の分布は、結晶製造での使用時のヒーター形状の変形により、径が拡大する方向では予め電気抵抗を大きくし、逆に、径が縮小する方向では予め電気抵抗を小さく分布させたものであることが好ましい（請求項６）。
【００２５】
このように、前記発熱部の電気抵抗の分布は、結晶製造での使用時のヒーター形状の変形により、径が拡大する方向では予め電気抵抗を大きくし、逆に、径が縮小する方向では予め電気抵抗を小さく分布させたものであることで、変形後の原料融液に対する発熱分布を、均一化させることができる。
【００２６】
この場合、前記発熱部の電気抵抗の分布は、発熱スリット部の肉厚、発熱スリット部の幅、又は発熱スリット部の長さのいずれか一つ以上を変更することにより調整したものであることが好ましい（請求項７）。
【００２７】
このように、発熱部の電気抵抗の分布は、発熱スリット部の肉厚、発熱スリット部の幅、又は発熱スリット部の長さのいずれか一つ以上を変更することにより、容易に調整することができる。
【００２８】
また、前記発熱部の電気抵抗の分布は、結晶製造での使用時のヒーター形状の変形により径が拡大する方向での電気抵抗をＲ１とし、径が縮小する方向での電気抵抗をＲ２とした時、Ｒ１／Ｒ２の値が、１．０１以上１．１０以下の範囲で分布させたものであることが好ましい（請求項８）。
【００２９】
このように、前記発熱部の電気抵抗の分布を、結晶製造での使用時のヒーター形状の変形により径が拡大する方向での電気抵抗をＲ１とし、径が縮小する方向での電気抵抗をＲ２とした時、Ｒ１／Ｒ２の値が、１．０１以上１．１０以下の範囲で分布させたものであることで、ヒーター加工上、ヒーター強度等において大きな問題を生じることなく変形後の原料融液に対する発熱を確実に均一化させることができる。
【００３０】
さらに、本発明の結晶製造用ヒーターは、該ヒーターの発熱部水平断面の形状が楕円形状であり、結晶製造での使用時にヒーター形状が変形して、前記発熱部の水平断面の形状が円形状になるものであることに加えて、前記発熱部は、電気抵抗に分布をもたせたものであることができる（請求項９）。
【００３１】
このように、ヒーターの発熱部水平断面の形状が楕円形状であり、結晶製造での使用時にヒーター形状が変形して、前記発熱部の水平断面の形状が円形状になるものであることに加えて、前記発熱部は、電気抵抗に分布をもたせたものであることで、変形後の原料融液に対する発熱をきめ細やかに微調整が可能となり、より確実に発熱分布を均一化させることができる。
【００３２】
さらに、前記ヒーターが用いられるチョクラルスキー法は、ＭＣＺ法であることができる（請求項１０）。
【００３３】
このように、本発明の結晶製造用ヒーターは、ＭＣＺ法により結晶を製造するのに用いる場合に、特に有効である。ＭＣＺ法は特に大口径結晶の製造に用いられるし、電流と磁場の相互作用により、ヒーターがより変形し易いからである。
【００３４】
さらに、前記製造する結晶は、シリコン単結晶であるものとすることができる（請求項１１）。
【００３５】
このように、本発明の結晶製造用ヒーターは、近年特に大口径化が著しくヒータも大型化しているシリコン単結晶を製造するヒーターに適用することができる。
【００３６】
さらに本発明は、上記結晶製造用ヒーターを具備する結晶製造装置を提供し（請求項１２）、また、その結晶製造装置を用いてチョクラルスキー法により結晶を製造する結晶製造方法を提供する（請求項１３）。
【００３７】
このような本発明の結晶製造用ヒーターを具備する結晶製造装置を用いて、チョクラルスキー法により結晶を製造すれば、高品質の結晶を、安価で、しかも簡単かつ確実に得ることができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
特に大口径結晶を製造するためにヒーターが大型化した現在においては、結晶製造での使用時に、ヒーターの形状が変形するのを完全に防止することは困難である。そのようなヒーター形状の変形を防止するための方法とし、ヒーターを分割するなどの方法が考えられるが、その場合、炉内構造の複雑化、ならびに炉内構造物のコストアップ等の問題が発生することが考えられる。さらに、磁場を印加したＭＣＺ法においては、なおさらヒーター形状の変形防止は困難であり、結果として、原料融液内の温度不均一を防止することは困難であった。そこで、本発明者らは、ヒーターの変形を防止するのではなく、ヒーターは変形するものであるから、予めヒーター形状の変形を予想してヒーターを設計し、変形後に原料融液に対して均一の発熱分布を有するものとすれば、原料融液内の温度が不均一になることを防止できることに想到し、本発明を完成させたものである。
【００３９】
すなわち、本発明では、結晶製造での使用時にヒーター形状が変形した時に、原料融液に対して均一の発熱分布を有するものとするため、以下に２つの方策を提案する。
【００４０】
第１の方策は、ヒーター形状が結晶製造での使用時に変形するのを見越して、発熱部の水平断面の形状を、予め円形状にせずに、楕円形状とすることである。
【００４１】
ここで、図３は、従来のヒーターの変形前（ａ）と変形後（ｂ）の発熱部の水平断面の形状を示す概略図である。図３に示すように、従来の円形状の発熱部は、元々円形状であったものが使用時には変形して、端子部７ｂ同士を結ぶ方向では変形後に径が拡大し、逆に、それぞれの端子部７ｂから９０°離れた部分同士を結ぶ方向では変形後に径が縮小して、楕円形状になる。
【００４２】
そこで、本発明では図２に示すように、ヒーター形状の変形により、径が拡大する方向では、予め径を小さくし、逆に変形して径が縮小する方向では予め径を大きくした楕円形状（ａ）としておく。このようにすることで、使用時に自重等で変形した時に、ヒーターの発熱部の水平断面の形状が円形状（ｂ）となり、結果として、変形後に原料融液に対する発熱を均一化できる。
【００４３】
一方、このようにヒーターの発熱部の水平断面の形状を楕円形状にする場合、ヒーター発熱部の上部と下部では、径が縮小する場所と径が拡大する場所が入れ替わる。したがって、上部と下部でも径を変えることが最も好ましい。しかし、そのようなヒーターは、発熱部の形状が複雑となり、製作が困難であるため、実際は発熱スリット部の変形を主に考慮して形状を決定するのが最も効率的である。
【００４４】
尚、このようにヒーターの発熱部の水平断面の形状を楕円形状にする場合、長径をＤ１とし短径をＤ２とした時、Ｄ１／Ｄ２の値が、１．０１以上１．２０以下の範囲であることが好ましい。さらに、Ｄ１／Ｄ２の値が、１．０３以上１．１０以下の範囲であることがより好ましい。
１．０１以上としなければ、ほとんどヒーター変形部を相殺する効果が望めない。また、１．２０を超えて楕円形状とすると、加工コストが高く付くし、ヒーターの強度上も、この値以下とした方が望ましい。
【００４５】
第２の方策は、ヒーター形状が、結晶製造での使用時に変形するのを見越して、予め発熱部の電気抵抗に分布をもたせることである。この時、ヒーター形状の変形により、径が拡大する方向では予め発熱部の電気抵抗を大きくし、変形して径が縮小する方向では予め発熱部の電気抵抗を小さくしたものとする。このようにすることで、変形した時に、原料融液からより遠い部分の発熱が大きく、原料融液からより近い部分の発熱が小さくなり、結果として、変形後に原料融液に対する発熱を均一化できる。
【００４６】
発熱部の電気抵抗の分布は、例えば、▲１▼発熱スリット部の肉厚（図１の符号α）を変更すること、▲２▼発熱スリット部の幅（図１の符号β）を変更すること、又は▲３▼発熱スリット部の長さ（図１の符号γ）を変更することのうちいずれか一つ以上を行うことによって調整することができる。
【００４７】
尚、このように発熱部の電気抵抗に分布をもたせるものとした場合、結晶製造での使用時のヒーター形状の変形により径が拡大する方向での電気抵抗をＲ１とし、径が縮小する方向での電気抵抗をＲ２とした時、Ｒ１／Ｒ２の値が、１．０１以上１．１０以下の範囲で分布させたものであることが好ましい。さらに、Ｒ２／Ｒ１の値が、１．０１以上１．０５以下の範囲で分布させたものであることがより好ましい。
これは、Ｒ２／Ｒ１を１．０１以上としなければ効果が少ないし、１．１０を超えるように肉厚等を変更するとなると加工上難しいし、ヒーター強度も問題となり得るからである。
【００４８】
一方、上記２つの方策を組み合わせたヒーターを用いることもできる。このようにすることで、原料融液に対する発熱を均一化させるための微調整が可能となる。すなわち、ヒーター発熱部の水平断面を楕円形上とするとともに、電気抵抗に分布を持たせる。こうすることによって、ヒーターのどのような変形に対しても対応することができ、きめ細やかに温度分布を均一に調整できる。また、加工するヒーター形状の変形の度合いを小さくすることができ、ヒーター強度上も好ましい結果となった。
【００４９】
上記したような本発明の結晶製造用ヒーターは、ＭＣＺ法により結晶を製造するのに用いる場合に、特に有効である。また、本発明の結晶製造用ヒーターは、シリコン単結晶を製造するのに用いることができる。
本発明のヒータをＭＣＺ法で用いるのは、ＭＣＺ法は特に大口径結晶の製造に用いられるし、電流と磁場の相互作用により、ヒーターがより変形し易いからである。また、シリコン単結晶を製造するのに用いるのは、シリコン単結晶は近年特に大口径化が著しく、その製造のためにヒーターも大型化しているためである。
【００５０】
さらに本発明は、上記結晶製造用ヒーターを具備する結晶製造装置を提供し、また、その結晶製造装置を用いてチョクラルスキー法により結晶を製造する結晶製造方法を提供する。本発明は、上記のような特性を有するヒーターを従来の炉内構造を有する結晶製造装置にセットするだけで、単結晶化率を大幅に改善することができ、既存の装置の設計変更等が不要であり、非常に簡単かつ安価に構成できる。
【００５１】
本発明により提供される結晶製造用ヒーターを用いた場合、その発熱部の形状が結晶製造での使用時に変形した後に、原料融液に対して均一の発熱分布を有するものであることで、単結晶製造において、結晶の無転位化率を向上し、高品質な結晶を安定して製造することができる。しかも、炉内構造を複雑なものとせず、また比較的安価で、かつ確実に、原料融液に対する発熱分布の均一化を達成できる。
【００５２】
【実施例】
以下、実施例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
横方向の磁場を印加したＭＣＺ法によりシリコン単結晶を製造した。直径３２インチ（８００ｍｍ）のルツボに、原料シリコン３００ｋｇをチャージし、直径１２インチ（３０５ｍｍ）のシリコン単結晶を引き上げた。この時、ヒーターの発熱部の形状が、長径Ｄ１が９２５ｍｍで、短径Ｄ２（端子側）が９１５ｍｍの楕円形状であり（Ｄ１／Ｄ２＝１．０１）、電気抵抗が発熱部内で均一であるヒーターを用いた。このヒーターを用いて結晶を製造したところ、特に問題無く最後まで結晶の成長を行なうことができた。
尚、この条件で２０回シリコン単結晶を引き上げた時の無転位化率を表１に示す。
【００５３】
（実施例２）
実施例１と同様に、横方向の磁場を印加したＭＣＺ法によりシリコン単結晶を製造した。直径３２インチ（８００ｍｍ）のルツボに、原料シリコン３００ｋｇをチャージし、直径１２インチ（３０５ｍｍ）のシリコン単結晶を引き上げた。この時、ヒーターの発熱部の形状が、直径９２０ｍｍの円形状であり、結晶製造での使用時のヒーター形状の変形により、径が拡大して長径となる方向（端子側）の発熱スリット部の電気抵抗をＲ１とし、径が縮小して短径となる方向の発熱スリット部の電気抵抗をＲ２としたとき、Ｒ１／Ｒ２＝１．１０であるヒーターを使用した。発熱スリット部の電気抵抗は、短径となる部分の発熱スリット部の肉厚を３３ｍｍとし、長径となる部分の発熱スリット部の肉厚を３０ｍｍとすることで分布をもたせた。このヒーターを用いて結晶を製造したところ、特に問題無く最後まで結晶の成長を行なうことができた。
尚、この条件で２０回シリコン単結晶を引き上げた時の無転位化率を表１に示す。
【００５４】
（比較例１）
実施例１と同様に、横方向の磁場を印加したＭＣＺ法によりシリコン単結晶を製造した。直径３２インチ（８００ｍｍ）のルツボに、原料シリコン３００ｋｇをチャージし、直径１２インチ（３０５ｍｍ）のシリコン単結晶を引き上げた。この時、ヒーターの発熱部の形状は、直径９２０ｍｍの円形状であり（Ｄ１／Ｄ２＝１．００）、電気抵抗が発熱部内で均一である（Ｒ１／Ｒ２＝１．００）ヒーターを用いた。しかし、このヒーターは、常温で結晶製造装置内に装着された段階で、自重により、長径が９３０ｍｍで、短径が９１０ｍｍの楕円形状に変形していることが確認された。このヒーターを用いて結晶をある程度製造したところ、発熱部が長径となった方向で原料融液表面に固化が観測され、結晶製造を中断せざるを得ない場合があった。
尚、この条件で２０回シリコン単結晶を引き上げた時の無転位化率を表１に示す。
【００５５】
【表１】
表１から明らかなように、育成結晶の無転位化率は、比較例１のヒーターを用いて結晶を育成したときに比べて、実施例１及び実施例２のヒーターを用いて結晶を育成したときの方が高く、大幅に改善できていることがわかる。
【００５７】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００５８】
例えば、本発明の実施例では、主にシリコン単結晶の引き上げ時に磁場を印加するＭＣＺ法について説明したが、本発明はこれに限定されず、磁場を印加しない通常のＣＺ法にも適用できる。
また、引き上げる結晶もシリコンに限定されるものではなく、化合物半導体や酸化物単結晶等の成長にも適用できることは言うまでもない。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＣＺ法により結晶を製造する場合に用いられるヒーターが、発熱部の形状が結晶製造での使用時に変形した後に、原料融液に対して均一の発熱分布を有するものであることで、単結晶製造において、結晶の無転位化率を向上し、高品質な結晶を安定して製造することを、安価で、しかも簡単かつ確実に達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】結晶製造用ヒーターを示す概略斜視図である。
【図２】本発明の楕円形状である結晶製造用ヒーターの、変形前と変形後の発熱部の水平断面の形状を示す概略図である。（ａ）変形前、（ｂ）変形後。
【図３】従来の円形状である結晶製造用ヒーターの、変形前と変形後の発熱部の水平断面の形状を示す概略図である。（ａ）変形前、（ｂ）変形後。
【図４】ＣＺ法による結晶製造装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１…種ホルダー、 ２…種結晶、 ３…絞り部、 ４…結晶、 ５…ルツボ、６…原料融液、 ７…ヒーター、 ７ａ…発熱部、 ７ｂ…端子部、 ７ｃ…スリット、 ７ｄ…発熱スリット部、 ８…断熱部材、 ９…シャフト、 １０…ワイヤー、 １１…メインチャンバ−、 １２…引き上げチャンバー α…発熱スリット部の肉厚、 β…発熱スリット部の幅、 γ…発熱スリット部の長さ。
Claims (13)
- 少なくとも、電流が供給される端子部と、抵抗加熱による発熱部とが設けられ、原料融液を収容するルツボを囲繞するように配置される、チョクラルスキー法により結晶を製造する場合に用いられるヒーターであって、該ヒーターは、結晶製造での使用時にヒーター形状が変形した後に、原料融液に対して均一の発熱分布を有するものであることを特徴とする結晶製造用ヒーター。
- 少なくとも、電流が供給される端子部と、抵抗加熱による発熱部とが設けられ、原料融液を収容するルツボを囲繞するように配置される、チョクラルスキー法により結晶を製造する場合に用いられるヒーターであって、該ヒーターの発熱部の水平断面の形状が、楕円形状であり、結晶製造での使用時にヒーター形状が変形して、前記発熱部の水平断面形状が円形状となるものであることを特徴とする結晶製造用ヒーター。
- 前記発熱部の水平断面の楕円形状は、結晶製造での使用時のヒーター形状の変形により径が拡大する方向では予め径を小さくし、逆に、径が縮小する方向では予め径を大きくしたものであることを特徴とする請求項２に記載の結晶製造用ヒーター。
- 前記発熱部の水平断面の楕円形状は、長径をＤ１とし短径をＤ２とした時、Ｄ１／Ｄ２の値が、１．０１以上１．２０以下の範囲であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の結晶製造用ヒーター。
- 少なくとも、電流が供給される端子部と、抵抗加熱による発熱部とが設けられ、原料融液を収容するルツボを囲繞するように配置される、チョクラルスキー法により結晶を製造する場合に用いられるヒーターであって、該ヒーターの発熱部は、電気抵抗に分布をもたせたものであることを特徴とする結晶製造用ヒーター。
- 前記発熱部の電気抵抗の分布は、結晶製造での使用時のヒーター形状の変形により、径が拡大する方向では予め電気抵抗を大きくし、逆に、径が縮小する方向では予め電気抵抗を小さく分布させたものであることを特徴とする請求項５に記載の結晶製造用ヒーター。
- 前記発熱部の電気抵抗の分布は、発熱スリット部の肉厚、発熱スリット部の幅、又は発熱スリット部の長さのいずれか一つ以上を変更することにより調整したものであることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の結晶製造用ヒーター。
- 前記発熱部の電気抵抗の分布は、結晶製造での使用時のヒーター形状の変形により径が拡大する方向での電気抵抗をＲ１とし、径が縮小する方向での電気抵抗をＲ２とした時、Ｒ１／Ｒ２の値が、１．０１以上１．１０以下の範囲で分布させたものであることを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれか一項に記載の結晶製造用ヒーター。
- 請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載のヒーターであって、かつ請求項５ないし請求項８のいずれか一項に記載のヒーターであることを特徴とする結晶製造用ヒーター。
- 前記ヒーターが用いられるチョクラルスキー法は、ＭＣＺ法であることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の結晶製造用ヒーター。
- 前記製造する結晶は、シリコン単結晶であることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の結晶製造用ヒーター。
- 少なくとも、請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載の結晶製造用ヒーターを具備することを特徴とする結晶製造装置。
- 請求項１２に記載の結晶製造装置を用いてチョクラルスキー法により結晶を製造することを特徴とする結晶製造方法。
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