JP2004107132A - シリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコン融液から引上げ中のシリコン単結晶棒の外周部の急激な温度低下を阻止し、無欠陥のシリコン単結晶棒を得る。
【解決手段】熱遮蔽部材３６は、石英るつぼ１３に貯留されたシリコン融液１２からシリコン単結晶棒２５を引上げる装置に設けられ、シリコン単結晶棒の外周面を包囲してヒータ１８からの輻射熱を遮る筒部３７と、筒部の下部に設けられた膨出部４１と、膨出部の内部に設けられたリング状の蓄熱部材４７とを備える。蓄熱部材は熱伝導率が５Ｗ／（ｍ・℃）以下であり、シリコン単結晶棒の直径をｄとするとき蓄熱部材の内周面は高さＨ_１が１０ｍｍ以上ｄ／２以下であってシリコン単結晶棒の外周面との最小間隔Ｗ_１が１０ｍｍ以上０．２ｄ以下であり、蓄熱部材の外周面の上縁と最下部との垂直距離Ｈ_２が１０ｍｍ以上ｄ以下であって石英るつぼ内周面との最小間隔Ｗ_２が２０ｍｍ以上ｄ／４以下である。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン単結晶棒を引上げて育成する装置に設けられた熱遮蔽部材関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のシリコン単結晶引上げ装置として、チャンバ内にシリコン融液が貯留された石英るつぼが収容され、シリコン単結晶棒の外周面と石英るつぼの内周面との間にシリコン単結晶棒を包囲するように熱遮蔽部材が挿入された引上げ装置（例えば、特許文献１参照。）が開示されている。この装置における熱遮蔽部材は引上げられるシリコン単結晶棒の外周面を包囲しかつ下端がシリコン融液表面から間隔をあけて上方に位置しヒータからの輻射熱を遮る筒部を有し、この熱遮蔽部材はシリコン単結晶棒の外周面と筒部の内周面との間を流下する不活性ガスをスムーズに導くように構成される。この引上げ装置では、露出した石英るつぼの内周壁からの輻射熱を熱遮蔽部材が遮ることにより、輻射熱がシリコン単結晶棒の外周面に達することを防止して、引上げ中のシリコン単結晶棒の凝固を促進し、シリコン単結晶棒を速やかに冷却するようになっている。
【０００３】
また、この種の熱遮蔽部材として、筒部が輻射熱の温度域における耐熱性を有する黒鉛等の母材と、この母材のシリコン単結晶棒側の面を被覆しかつ母材より輻射率が小さい石英等の被覆材とを有する多層構造に形成されたものが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。このように構成された熱遮蔽部材では、熱輻射率の大きい母材を、この母材より熱輻射率の小さい被覆材で被覆したので、シリコン単結晶棒へのるつぼ及びヒータの輻射熱の遮断効果を向上できる。この結果、シリコン単結晶棒の冷却の促進による引上げ速度を増大でき、シリコン単結晶棒の生産性を向上できるようになっている。
【０００４】
一方、半導体集積回路を製造する工程において、歩留りを低下させる原因として酸化誘起積層欠陥（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ−ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｓｔａｃｋｉｎｇ　Ｆａｕｌｔ、以下、ＯＳＦという。）の核となる酸素析出物の微小欠陥や、結晶に起因したパーティクル（Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ、以下、ＣＯＰという。）や、或いは侵入型転位（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ−ｔｙｐｅ　Ｌａｒｇｅ　Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ、以下、Ｌ／Ｄという。）の存在が挙げられている。ＯＳＦは、結晶成長時にその核となる微小欠陥が導入され、半導体デバイスを製造する際の熱酸化工程等で顕在化し、作製したデバイスのリーク電流の増加等の不良原因になる。またＣＯＰは、鏡面研磨後のシリコンウェーハをアンモニアと過酸化水素の混合液で洗浄したときにウェーハ表面に出現する結晶に起因したピットである。このウェーハをパーティクルカウンタで測定すると、このピットも本来のパーティクルとともに光散乱欠陥として検出される。
【０００５】
このＣＯＰは電気的特性、例えば酸化膜の経時絶縁破壊特性（Ｔｉｍｅ　Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ、ＴＤＤＢ）、酸化膜耐圧特性（Ｔｉｍｅ　Ｚｅｒｏ　Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ、ＴＺＤＢ）等を劣化させる原因となる。またＣＯＰがウェーハ表面に存在するとデバイスの配線工程において段差を生じ、断線の原因となり得る。そして素子分離部分においてもリーク等の原因となり、製品の歩留りを低くする。更にＬ／Ｄは、転位クラスタとも呼ばれたり、或いはこの欠陥を生じたシリコンウェーハをフッ酸を主成分とする選択エッチング液に浸漬するとピットを生じることから転位ピットとも呼ばれる。このＬ／Ｄも、電気的特性、例えばリーク特性、アイソレーション特性等を劣化させる原因となる。この結果、半導体集積回路を製造するために用いられるシリコンウェーハからＯＳＦ、ＣＯＰ及びＬ／Ｄを減少させることが必要となっている。
【０００６】
このＯＳＦ、ＣＯＰ及びＬ／Ｄを有しない無欠陥のシリコンウェーハを切出すために、ボロンコフ（Ｖｏｒｏｎｋｏｖ）の理論に基づいたシリコン単結晶棒の製造方法が（例えば、特許文献３及び４参照。）に開示されている。このボロンコフ（Ｖｏｒｏｎｋｏｖ）の理論では、シリコン単結晶棒を速い速度で引上げると、シリコン単結晶棒内部に空孔型点欠陥の凝集体が支配的に存在する領域［Ｖ］が形成され、シリコン単結晶棒を遅い速度で引上げると、シリコン単結晶棒内部に格子間シリコン型点欠陥の凝集体が支配的に存在する領域［Ｉ］が形成される。このため上記製造方法では、シリコン単結晶棒を最適な引上げ速度で引上げることによりシリコン単結晶棒の軸方向における温度勾配の径方向分布を略均一にして、上記点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域［Ｐ］からなるシリコン単結晶棒を製造できるようになっている。
【０００７】
【特許文献１】
特公昭５７−４０１１９号公報
【特許文献２】
特開平８−３２５０９０号公報
【特許文献３】
米国特許番号６，０４５，６１０号
【特許文献４】
特開平１１−１３９３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平８−３２５０９０号公報に示された単結晶引上げ装置における熱遮蔽部材では、シリコン融液から引上げられるシリコン単結晶棒の外周面からの放熱量が多いため、シリコン単結晶棒の中央における軸方向の温度勾配に比較してシリコン単結晶棒の外周部における軸方向の温度勾配は高くなり、シリコン単結晶棒２５の軸方向における温度勾配の径方向分布を均一にすることができない不具合がある。特に、シリコン単結晶棒の大口径化が進むと、上記シリコン単結晶棒の中心部と外周部との軸方向における温度勾配の差は更に大きくなることが予想される。このため、シリコン単結晶棒中に上記差に基づく熱的ストレスが発生して無欠陥のシリコン単結晶棒を得ることができないおそれがあった。
本発明の目的は、シリコン融液から引上げ中のシリコン単結晶棒の下部外周部の急激な温度低下を阻止することにより、シリコン単結晶棒の中心部と外周部との軸方向における温度勾配の差を縮めて無欠陥のシリコン単結晶棒を得るシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図２に示すように、石英るつぼ１３の外周面を包囲するヒータ１８により加熱されてその石英るつぼ１３に貯留されたシリコン融液１２からシリコン単結晶棒２５を引上げる装置に設けられ、下端がシリコン融液１２表面から間隔をあけて上方に位置しかつシリコン単結晶棒２５の外周面を包囲してヒータ１８からの輻射熱を遮る筒部３７と、筒部３７の下部に筒内の方向に膨出して設けられた膨出部４１と、膨出部４１の内部に設けられシリコン単結晶棒２５の下部外周面を包囲するリング状の蓄熱部材４７とを備えた熱遮蔽部材の改良である。
その特徴ある構成は、図１に示すように、蓄熱部材４７は熱伝導率が５Ｗ／（ｍ・℃）以下であり、蓄熱部材４７はシリコン単結晶棒２５の軸心線に対して平行に又は−３０度以上＋３０度以下の角度で傾斜する内周面を有し、シリコン単結晶棒２５の直径をｄとするときｄが１００ｍｍ以上であり蓄熱部材４７の内周面は高さＨ_１が１０ｍｍ以上ｄ／２以下であってシリコン単結晶棒２５の外周面との最小間隔Ｗ_１が１０ｍｍ以上０．２ｄ以下になるように形成されたところにある。
【００１０】
この請求項１に記載されたシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材では、膨出部４１より下方のシリコン融液近傍におけるシリコン単結晶棒２５の周囲は高温のヒータ１８及びシリコン融液１２によって積極的に加熱される。一方、膨出部４１の内部に設けられた蓄熱部材４７も高温のヒータ１８及びシリコン融液１２によって積極的に加熱され、この膨出部４１に対向するシリコン単結晶棒２５の周囲は加熱された蓄熱部材４７によって加熱される。これにより、シリコン単結晶棒２５の下部外周部の急激な温度低下は阻止され、この部分におけるシリコン単結晶棒２５の軸方向における温度勾配の径方向分布が略均一となり、ボロンコフのＶ／Ｇモデルにより、無欠陥のシリコン単結晶棒２５を製造することができる。
【００１１】
一方、膨出部４１より上方の筒部３７の内側は、膨出部４１の内部に設けられた蓄熱部材４７により高温のシリコン融液１２からの輻射熱が遮られ、筒部３７によりヒータ１８からの輻射熱も遮られる。よって、膨出部４１より上方に位置するシリコン単結晶棒２５からの放熱は上述したシリコン単結晶棒２５の下部に比較して促進される。
ここで、蓄熱部材４７の熱伝導率が５Ｗ／（ｍ・℃）を超えるか、或いは蓄熱部材４７の内周面における高さＨ_１が１０ｍｍ未満であるか、又はシリコン単結晶棒２５の外周面と蓄熱部材４７の内周面との最小間隔Ｗ_１が０．２ｄを越えると、シリコン融液１２からの輻射熱の十分な断熱ができない。この蓄熱部材４７の好ましい熱伝導率は１Ｗ／（ｍ・℃）以下である。また、蓄熱部材４７の内周面における高さＨ_１がｄ／２を越えるとこの蓄熱部材４７を内蔵する膨出部４１が大型化して膨出部４１より上方に位置するシリコン単結晶棒２５からの放熱を促進することが困難になる。また、シリコン単結晶棒２５の外周面と蓄熱部材４７の内周面との最小間隔Ｗ_１が１０ｍｍ未満であると引上げ途中のシリコン単結晶棒２５にこの蓄熱部材４７を内蔵する膨出部４１が接触するおそれがある。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、蓄熱部材４７はシリコン単結晶棒２５の軸心線に対して平行に又は−３０度以上＋３０度以下の角度で傾斜する外周面を有し、その外周面の上縁と蓄熱部材４７の最下部との垂直距離Ｈ_２が１０ｍｍ以上ｄ以下であって石英るつぼ１３内周面との最小間隔Ｗ_２が２０ｍｍ以上ｄ／４以下であるシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材である。
この請求項２に記載されたシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材では、シリコン融液１２又は石英るつぼ１３からの放熱を蓄熱部材４７の下面及び外周面が受けてその蓄熱部材４７自体が温度上昇することにより、シリコン単結晶棒２５の固液界面付近におけるシリコン単結晶棒２５の外周部における急激な温度低下を阻止できる。ここで、蓄熱部材４７の外周面における高さＨ_２が１０ｍｍ未満であると放熱を十分に断熱することができず、シリコン単結晶棒２５の直径ｄを越えるとこの蓄熱部材４７を内蔵する膨出部４１が大型化する。また、石英るつぼ１３内周面との最小間隔Ｗ_２が２０ｍｍ未満であるとこの熱遮蔽部材３６が石英るつぼ１３に接触するおそれがあり、０．２５ｄを越えると十分に断熱することが困難になる。
【００１３】
ここで、蓄熱部材４７は水平に形成された上面又は水平面に対して０度を越えた８０度以下の角度δで上方に向うに従って直径が大きく形成された上面を有することが好ましい。水平又は傾斜した上面を有することにより、シリコン単結晶棒２５の外周面と筒部３７の内周面との間を流下する不活性ガスはスムーズにシリコン融液１２と膨出部４１との間に導かれる。
一方、蓄熱部材４７の底面は、シリコン融液１２からの輻射熱をその蓄熱部材４７が蓄熱することを助長させるために、図１に示すような水平面にするか、或いは図９及び図１０に示すように、平面に対して０度を越えた８０度以下の角度（α又はθ）で下方に又は上方に向うに従って直径が小さくなるように形成することが好ましい。
【００１４】
請求項６に係る発明は、請求項１ないし５いずれかに係る発明であって、図１に示すように、筒部３７が、内筒部材３７ａと、外筒部材３７ｂと、内筒部材３７ａと外筒部材３７ｂの間に充填又は介在された断熱材３７ｃとを有するシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材である。
この請求項６に記載されたシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材では、ヒータ１８や石英るつぼ１３の内周壁からシリコン単結晶棒２５に向う輻射熱を有効に遮り、膨出部４１を越えて引上げられたシリコン単結晶棒２５の冷却を促進させる。
【００１５】
請求項７に係る発明は、請求項６に係る発明であって、断熱材３７ｃの内径Ｄ_１が２ｄ以上であり、断熱材３７ｃの厚さｔが５ｍｍ以上であるシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材である。
請求項８に係る発明は、請求項７に係る発明であって、内筒部材３７ａの厚さをｎとするとき、内筒部材３７ａの内径Ｄ_２が（２ｄ−２ｎ）以上であるシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材である。
この請求項７及び請求項８に記載されたシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材では、ヒータ１８や石英るつぼ１３の内周壁からシリコン単結晶棒２５に向う輻射熱を確実に遮ることができるだけでなく、筒部３７が結晶２５から離れている程、膨出部４１より上方における結晶２５の冷却を促進することができる。
【００１６】
【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説明する。
図２に示すように、シリコン単結晶の引上げ装置１０のチャンバ１１内には、シリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３が設けられ、この石英るつぼ１３の外周面は黒鉛サセプタ１４により被覆される。石英るつぼ１３の下面は上記黒鉛サセプタ１４を介して支軸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得るとともに、上下方向に移動可能となっている。石英るつぼ１３の外周面は石英るつぼ１３から所定の間隔をあけてヒータ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に投入された高純度のシリコン多結晶体を加熱・融解してシリコン融液１２にする。
【００１７】
またチャンバ１１の上端には円筒状のケーシング２１が接続される。このケーシング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の下端にはシリコン融液１２に浸してシリコン単結晶棒２５を引上げるための種結晶２４が取付けられる。
更にチャンバ１１にはこのチャンバ１１のシリコン単結晶棒側に不活性ガスを供給しかつ上記不活性ガスをチャンバ１１のるつぼ内周面側から排出するガス給排手段２８が接続される。ガス給排手段２８は一端がケーシング２１の周壁に接続され他端が上記不活性ガスを貯留するタンク（図示せず）に接続された供給パイプ２９と、一端がチャンバ１１の下壁に接続され他端が真空ポンプ（図示せず）に接続された排出パイプ３０とを有する。供給パイプ２９及び排出パイプ３０にはこれらのパイプ２９，３０を流れる不活性ガスの流量を調整する第１及び第２流量調整弁３１，３２がそれぞれ設けられる。
【００１８】
一方、引上げ用モータの出力軸（図示せず）にはエンコーダ（図示せず）が設けられ、るつぼ駆動手段１７には支軸１６の昇降位置を検出するエンコーダ（図示せず）が設けられる。２つのエンコーダの各検出出力はコントローラ（図示せず）の制御入力に接続され、コントローラの制御出力は引上げ手段２２の引上げ用モータ及びるつぼ駆動手段の昇降用モータにそれぞれ接続される。またコントローラにはメモリ（図示せず）が設けられ、このメモリにはエンコーダの検出出力に対するワイヤケーブル２３の巻取り長さ、即ちシリコン単結晶棒２５の引上げ長さが第１マップとして記憶される。また、メモリには、シリコン単結晶棒２５の引上げ長さに対する石英るつぼ１３内のシリコン融液１２の液面レベルが第２マップとして記憶される。コントローラは、引上げ用モータにおけるエンコーダの検出出力に基づいて石英るつぼ１３内のシリコン融液１２の液面を常に一定のレベルに保つように、るつぼ駆動手段１７の昇降用モータを制御するように構成される。
【００１９】
シリコン単結晶棒２５の外周面と石英るつぼ１３の内周面との間にはシリコン単結晶棒２５の外周面を包囲する熱遮蔽部材３６が設けられる。この熱遮蔽部材３６は円筒状に形成されヒータ１８からの輻射熱を遮る筒部３７と、この筒部３７の上縁に連設され外方に略水平方向に張り出すフランジ部３８とを有する。上記フランジ部３８を保温筒１９上に載置することにより、筒部３７の下縁がシリコン融液１２表面から所定の距離だけ上方に位置するように熱遮蔽部材３６はチャンバ１１内に固定される。図１に示すように、筒部３７は、内筒部材３７ａと、外筒部材３７ｂと、内筒部材３７ａと外筒部材３７ｂの間に充填又は介在された断熱材３７ｃとを有する。この実施の形態における筒部３７は同一直径の筒状体であり、断熱材３７ｃは、カーボン繊維からなるフェルト材からなる。そして、シリコン単結晶棒２５の直径をｄとするとき、ｄが１００ｍｍ以上である場合、この断熱材３７ｃの内径Ｄ_１は２ｄ以上であり外筒部材３７ｂが石英るつぼ１３の内面に接触しない範囲でその外径が決定される。この断熱材３７ｃの厚さｔは５ｍｍ以上になるように形成され、内筒部材３７ａの厚さをｎとすると、内筒部材３７ａの内径Ｄ_２は（２ｄ−２ｎ）以上になるように形成される。そしてこの筒部３７の下部には筒内の方向に膨出する膨出部４１が設けられる。
【００２０】
膨出部４１は、筒部３７の下縁に接続され水平に延びてシリコン単結晶棒２５の外周面近傍に達するリング状の底壁４２と、底壁４２の内縁に連設された縦壁４４と、この縦壁４４の上縁に連設された上壁４６とにより構成される。この実施の形態では、筒部３７における外筒部材３７ｂと底壁４２は一体的に形成され、筒部３７における内筒部材３７ａと上壁４６と縦壁４４とが一体的に形成される。内筒部材３７ａ，外筒部材３７ｂ，底壁４２，縦壁４４及び上壁４６は、熱的に安定で高純度な黒鉛或いは表面にＳｉＣがコーティングされた黒鉛によって作ることが好ましいが、熱的に安定なＭｏ（モリブデン）やＷ（タングステン）等の材料を使うこともできる。
【００２１】
上壁４６は水平か、或いは上方に向うに従って直径が大きくなるように形成され、上縁が筒部３７における内筒部材３７ａに連続するように構成される。なお、筒部３７の下部である外筒部材３７ｂの下部と底壁４２と縦壁４４と上壁４６とにより囲まれる膨出部４１の内部にはリング状の蓄熱部材４７が設けられる。この実施の形態における蓄熱部材４７は、膨出部４１の内部にカーボン繊維からなる０．０５〜０．５０ｇ／ｃｍ^３のフェルト材で充填することにより形成され、このカーボン繊維を蓄熱部材４７として用いることにより、その蓄熱部材４７の熱伝導率は５Ｗ／（ｍ・℃）以下に制限される。但し、蓄熱部材４７は、このカーボン繊維からなるフェルト材に限らず、熱伝導率が５Ｗ／（ｍ・℃）以下であれば、アルミナ等の断熱材を使用することも可能である。
【００２２】
膨出部４１の内部に設けられた蓄熱部材４７は、膨出部４１を形成する縦壁４４によりシリコン単結晶棒２５の軸心線に対して平行に又は−３０度以上＋３０度以下の角度で傾斜する内周面が形成され、シリコン単結晶棒２５の直径をｄとするときその蓄熱部材４７の内周面は高さＨ_１が１０ｍｍ以上ｄ／２以下であってシリコン単結晶棒２５の外周面との最小間隔Ｗ_１が１０ｍｍ以上０．２ｄ以下になるように形成される。ここで、−３０度とはシリコン単結晶棒２５の軸心線に対して３０度の角度を持って上方に向うに従って直径が小さくなるように形成されることを表し、＋３０度とは軸心線に対して３０度の角度を持って上方に向うに従って直径が大きくなるように形成されることを表すが、好ましくはシリコン単結晶棒２５の軸心線に対して平行、即ち蓄熱部材４７の内周面は鉛直になるように形成されることが好ましい。
【００２３】
一方、膨出部４１を構成する上壁４６が水平か、或いは上方に向うに従って直径が大きくなるように形成されることから、蓄熱部材４７は水平に形成された上面、又は水平面に対して０度を越えた８０度以下の角度δで上方に向うに従って直径が大きく形成された上面を有し、蓄熱部材４７は、筒部３７の下部によりシリコン単結晶棒２５の軸心線に対して平行に又は−３０度以上＋３０度以下の角度で傾斜する外周面が形成される。そして底壁４２が水平に延びて形成されることから蓄熱部材４７は水平に形成された底面を有し、蓄熱部材４７の内周面及び外周面のそれぞれの下縁は同一の鉛直位置となり、その外周面の上縁と蓄熱部材４７の最下部との垂直距離Ｈ_２は１０ｍｍ以上ｄ以下であって石英るつぼ１３内周面との最小間隔Ｗ_２が２０ｍｍ以上ｄ／４以下になるように形成される。なお、直径ｄが２００ｍｍのシリコン単結晶棒２５を引き上げる場合における間隔Ｗ_１の好ましい値は１５〜３５ｍｍであり、間隔Ｗ_２の好ましい値は２０〜４０ｍｍである。
【００２４】
このように構成されたシリコン単結晶の引上げ装置の動作を説明する。
従来のシリコン単結晶の引上げ装置における熱遮蔽部材では、シリコン単結晶棒２５をシリコン融液１２から所定の引上げ速度で引上げると、シリコン単結晶棒２５のシリコン融液１２近傍における外周面からの放熱量が多いため、シリコン単結晶棒の中央における軸方向の温度勾配に比較してシリコン単結晶棒の外周部における軸方向の温度勾配は高くなる。
【００２５】
しかし本実施の形態のシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材３６では、膨出部４１より下方のシリコン融液近傍におけるシリコン単結晶棒２５の周囲は高温のヒータ１８及びシリコン融液１２によって積極的に加熱される。一方、膨出部４１の内部に設けられた蓄熱部材４７も高温のヒータ１８及びシリコン融液１２によって積極的に加熱され、この膨出部４１に対向するシリコン単結晶棒２５の周囲は加熱された蓄熱部材４７によって加熱される。これにより、シリコン単結晶棒２５の下部外周部の急激な温度低下は阻止され、この部分におけるシリコン単結晶棒２５の軸方向における温度勾配の径方向分布が略均一にとなり、ボロンコフのＶ／Ｇモデルにより、無欠陥のシリコン単結晶棒２５を製造することができる。一方、膨出部４１より上方の筒部３７の内側は、その筒部３７によりヒータ１８からの輻射熱が遮られ、膨出部４１の内部に設けられた蓄熱部材４７により高温のシリコン融液１２からの輻射熱も遮られる。よって、膨出部４１より上方に位置するシリコン単結晶棒２５からの放熱は上述したシリコン単結晶棒２５の下部に比較して促進される。
【００２６】
なお、上記実施の形態では、熱遮蔽部材の筒部３７を円筒状に形成したが、図３に示すように、筒部３７は下方に向うに従って直径が小さくなる中空の円錐台状に形成してもよい。筒部３７を下方に向うに従って直径が小さく形成すれば、その筒部３７とシリコン単結晶棒２５の外周面との間を流下する不活性ガスをスムーズにシリコン融液１２と膨出部４１との間に導くことができる。
【００２７】
また、上記実施の形態では、内筒部材３７ａと外筒部材３７ｂの間に断熱材３７ｃを充填した筒部３７を示したが、蓄熱部材４７の内周面は高さＨ_１が１０ｍｍ以上ｄ／２以下であって、シリコン単結晶棒２５の外周面との最小間隔Ｗ_１が１０ｍｍ以上０．２ｄ以下である限り、図４に示すように、断熱材を充填していない筒部３７であってもよい。
【００２８】
また、上記実施の形態では、縦壁４４と底壁４２と上壁４６からなる膨出部４１により断面四角形状の蓄熱部材４７を示したが、図５に示すように、蓄熱部材４７は断面六角形状であっても良く、図６〜図８に示すような断面五角形状であっても良い。このような五角形状及び六角形状であっても、蓄熱部材４７の内周面は高さＨ_１が１０ｍｍ以上ｄ／２以下であって、シリコン単結晶棒２５の外周面との最小間隔Ｗ_１が１０ｍｍ以上０．２ｄ以下である限り、膨出部４１より下方のシリコン融液近傍におけるシリコン単結晶棒２５の周囲は高温のヒータ１８及びシリコン融液１２によって積極的に加熱され、シリコン単結晶棒２５の固液界面付近におけるシリコン単結晶棒２５の外周部における急激な温度低下を阻止できる。
【００２９】
更に、上述した実施の形態では、蓄熱部材４７に水平な底面を形成したが、蓄熱部材４７の内周面は高さＨ_１が１０ｍｍ以上ｄ／２以下であって、シリコン単結晶棒２５の外周面との最小間隔Ｗ_１が１０ｍｍ以上０．２ｄ以下である限り、図９及び図１０に示すように、蓄熱部材４７は平面に対して０度を越えた８０度以下の角度（α又はθ）で下方に又は上方に向うに従って直径が小さく形成された底面を有するようにしても良い。このような熱遮蔽部材であっても、膨出部４１より下方のシリコン融液近傍におけるシリコン単結晶棒２５の周囲は高温のヒータ１８及びシリコン融液１２によって積極的に加熱され、シリコン単結晶棒２５の外周部の急激な温度低下を阻止できる。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、蓄熱部材は熱伝導率が５Ｗ／（ｍ・℃）以下であり、シリコン単結晶棒の直径をｄとするとき蓄熱部材の内周面は高さが１０ｍｍ以上ｄ／２以下であってシリコン単結晶棒の外周面との最小間隔が１０ｍｍ以上０．２ｄ以下になるように形成したので、膨出部より下方のシリコン融液近傍におけるシリコン単結晶棒の周囲は高温のヒータ及びシリコン融液によって積極的に加熱される。また、膨出部に対向するシリコン単結晶棒の周囲は加熱された蓄熱部材によって加熱される。これにより、シリコン単結晶棒の下部外周部の急激な温度低下は阻止され、この部分におけるシリコン単結晶棒の軸方向における温度勾配の径方向分布が略均一となり、ボロンコフのＶ／Ｇモデルにより、無欠陥のシリコン単結晶棒２５を製造することができる。
【００３１】
また、蓄熱部材の外周面の上縁と蓄熱部材の最下部との垂直距離が１０ｍｍ以上ｄ以下であって石英るつぼ内周面との最小間隔が２０ｍｍ以上ｄ／４以下であれば、シリコン融液又は石英るつぼからの放熱を受けて、シリコン単結晶棒の固液界面付近におけるシリコン単結晶棒の下部外周部における急激な温度低下を有効に阻止することができる。
更に、内筒部材と外筒部材の間に断熱材を充填した筒部であれば、石英るつぼの内周壁からシリコン単結晶棒に向う輻射熱を有効に遮り、膨出部を越えて引上げられたシリコン単結晶棒からの放熱を促進することができ、その断熱材が所定の形状であれば、石英るつぼの内周壁からシリコン単結晶棒に向う輻射熱を確実に遮ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明シリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材を示す図２のＡ部拡大断面図。
【図２】そのシリコン単結晶引上げ装置の断面構成図。
【図３】筒部が下方に向って直径が小さく形成された熱遮蔽部材を示す断面図。
【図４】断熱材が充填されていない筒部を有する熱遮蔽部材を示す断面図。
【図５】断面が六角形状の蓄熱部材を有する熱遮蔽部材を示す断面図。
【図６】断面が五角形状の蓄熱部材を有する熱遮蔽部材を示す断面図。
【図７】断面が五角形状の蓄熱部材を有する別の熱遮蔽部材を示す断面図。
【図８】断面が五角形状の蓄熱部材を有する更に別の熱遮蔽部材を示す断面図。
【図９】蓄熱部材の底面が下方に向うに従って直径が小さく形成された熱遮蔽部材を示す断面図。
【図１０】蓄熱部材の底面が上方に向うに従って直径が小さく形成された熱遮蔽部材を示す断面図。
【符号の説明】
１０　シリコン単結晶引上げ装置
１２　シリコン融液
１３　石英るつぼ
１８　ヒータ
２５　シリコン単結晶棒
３６　熱遮蔽部材
３７　筒部
３７ａ　内筒部材
３７ｂ　外筒部材
３７ｃ　断熱材
４１　膨出部
４７　蓄熱部材
ｄ　シリコン単結晶棒の直径
Ｈ_１　蓄熱部材の内周面の高さ
Ｈ_２　蓄熱部材の外周面の上縁と蓄熱部材の最下部との垂直距離
Ｗ_１　蓄熱部材の内周面とシリコン単結晶棒の外周面との最小間隔
Ｗ_２　蓄熱部材の外周面と石英るつぼ内周面との最小間隔
Ｄ_１　断熱材の内径
Ｄ_２　内筒部材の内径
ｎ　内筒部材の厚さ
ｔ　断熱材の厚さ

Claims (8)

1. 石英るつぼ（１３）の外周面を包囲するヒータ（１８）により加熱されて前記石英るつぼ（１３）に貯留されたシリコン融液（１２）からシリコン単結晶棒（２５）を引上げる装置に設けられ、下端が前記シリコン融液（１２）表面から間隔をあけて上方に位置しかつ前記シリコン単結晶棒（２５）の外周面を包囲して前記ヒータ（１８）からの輻射熱を遮る筒部（３７）と、前記筒部（３７）の下部に筒内の方向に膨出して設けられた膨出部（４１）と、前記膨出部（４１）の内部に設けられ前記シリコン単結晶棒（２５）の下部外周面を包囲するリング状の蓄熱部材（４７）とを備えた熱遮蔽部材において、
   前記蓄熱部材（４７）は熱伝導率が５Ｗ／（ｍ・℃）以下であり、
   前記蓄熱部材（４７）は前記シリコン単結晶棒（２５）の軸心線に対して平行に又は−３０度以上＋３０度以下の角度で傾斜する内周面を有し、
   前記シリコン単結晶棒（２５）の直径をｄとするときｄが１００ｍｍ以上であり前記蓄熱部材（４７）の内周面は高さ（Ｈ_１）が１０ｍｍ以上ｄ／２以下であって前記シリコン単結晶棒（２５）の外周面との最小間隔（Ｗ_１）が１０ｍｍ以上０．２ｄ以下になるように形成された
   ことを特徴とするシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材。
2. 蓄熱部材（４７）は前記シリコン単結晶棒（２５）の軸心線に対して平行に又は−３０度以上＋３０度以下の角度で傾斜する外周面を有し、
   前記外周面の上縁と蓄熱部材（４７）の最下部との垂直距離（Ｈ_２）が１０ｍｍ以上ｄ以下であって前記石英るつぼ（１３）内周面との最小間隔（Ｗ_２）が２０ｍｍ以上ｄ／４以下である請求項１記載のシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材。
3. 蓄熱部材（４７）は水平に形成された上面又は水平面に対して０度を越えた８０度以下の角度（δ）で上方に向うに従って直径が大きく形成された上面を有する請求項１又は２記載のシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材。
4. 蓄熱部材（４７）は水平に形成された底面を有する請求項１ないし３いずれか記載のシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材。
5. 蓄熱部材（４７）は平面に対して０度を越えた８０度以下の角度（α又はθ）で下方に又は上方に向うに従って直径が小さく形成された底面を有する請求項１ないし３いずれか記載のシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材。
6. 筒部（３７）が、内筒部材（３７ａ）と、外筒部材（３７ｂ）と、前記内筒部材（３７ａ）と前記外筒部材（３７ｂ）の間に充填又は介在された断熱材（３７ｃ）とを有する請求項１ないし５いずれか記載のシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材。
7. 断熱材（３７ｃ）の内径（Ｄ_１）が２ｄ以上であり、前記断熱材（３７ｃ）の厚さ（ｔ）が５ｍｍ以上である請求項６記載のシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材。
8. 内筒部材（３７ａ）の厚さをｎとするとき、内筒部材（３７ａ）の内径（Ｄ_２）が（２ｄ−２ｎ）以上である請求項７記載のシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材。

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