JP2008189525A - 単結晶引上装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】炉体内においてルツボ3の周囲を囲む円筒状の発熱部4aを有し、発熱部4aの熱放射により原料シリコンMを溶融するヒータ4と、炉体の周囲を囲むように設けられ、ルツボ3内のシリコン融液Mに対し水平磁場を印加する電磁石13とを備え、ヒータ4の発熱部4aにおける引上げ軸方向の長さ寸法hが、ルツボ3の内径の0.5倍〜0.9倍に形成されると共に、ヒータ4の発熱部4aにおける引上げ軸方向の第一の中央位置が、電磁石13における引上げ軸方向の第二の中央位置よりも下方に配置され、且つ、それら第一及び第二の中央位置の距離差dが、ルツボ3の内径Rの0.15倍〜0.55倍である。
【選択図】図2
Description
また、引上げ開始後の工程としては、ネッキング終了後、直胴部直径にまで結晶を広げるクラウン工程、製品となる単結晶を育成する直胴工程、直胴工程後の単結晶直径を徐々に小さくするテール工程が行われる。
しかしながら、近年では、育成する単結晶が大口径化しているため、ルツボ中のシリコン融液の対流が不規則となり、対流によって運ばれる酸素や不純物の濃度および、結晶成長面での融液温度が不安定となり、全長に亘り高酸素濃度を有する単結晶の安定した製造ができなかった。
このように構成することによって、磁場印加によるシリコン融液Mのルツボ底からの上向対流が程よく得られ、全長に亘り高酸素濃度の単結晶を容易に育成することができる。
この単結晶引上装置1は、円筒形状のメインチャンバ2aの上にプルチャンバ2bを重ねて形成された炉体2と、炉体2内に設けられたルツボ3と、ルツボ3に装填された半導体原料(原料ポリシリコン)Mを溶融する抵抗加熱ヒータ4(以下、単にヒータと呼ぶ)と、育成される単結晶Cを引上げる引上げ機構5とを有している。
本実施の形態においては、このMCZ法を用い、シリコン融液Mに対し所定の磁場を形成することにより、シリコン融液の対流を制御し、単結晶化の安定を図ると共に、育成する単結晶を、全長に亘り高酸素濃度とするようになされる。
これは、0.5倍より小さいと、石英ガラスルツボ3aを十分に加熱できず、その内壁面から溶融液Mの固化が発生し易くなり、単結晶育成が困難になるためである。
一方、0.9倍より大きいと、大口径化に伴い複雑化している炉体2内のホットゾーン構造に対しヒータ4が接触する虞があるためである。
これは、0.15倍より小さいと、単結晶中の酸素濃度が低くなり、1.1〜1.5×1018atoms/cm3の高酸素濃度単結晶を全長に亘り容易に育成できないためである。一方、0.55倍より大きいと、ヒータ4が炉体2内のホットゾーン構造と接触する虞があるためである。
さらに、演算制御装置8bの指令によりモータ制御部10aと昇降装置制御部11aとが作動し、ルツボ3が所定の高さ位置において所定の回転速度で回転動作される。
尚、ここで、図2に示したように、ヒータ4の発熱部であるスリット部4aの引上げ軸方向の長さ寸法hは、ルツボ3の内径R(例えば800mm以上)の0.5倍〜0.9倍となされている。さらに、スリット部4aの引上げ軸方向の中央位置(高さ位置HC)が磁場印加用電気コイル13の引上げ軸方向の中央位置(高さ位置MC)よりも下方に位置する状態で、それら中央位置の引上げ軸方向の距離差dが、ルツボ3の内径Rの0.15倍〜0.55倍となされている。
即ち、単結晶Cの育成中に、このような配置関係が維持されることにより、磁場印加によるルツボ底からの上向対流が程よく得られるようになされている。
そして、ワイヤ5bに取付けられた種結晶Pがシリコン溶融液Mに接触され、種結晶Pの先端部を溶解するネッキングが行われてネック部P1が形成される(図3のステップS3)。
さらに、スリット部4aの引上げ軸方向の中央位置が、磁場印加用電気コイル13の引上げ軸方向の中央位置よりも下方に位置する状態で、それら中央位置の距離差dが、ルツボ3の内径Rの0.15倍〜0.55倍となされる。
これにより、磁場印加によるシリコン融液Mのルツボ底からの上向対流が程よく得られ、全長に亘り高酸素濃度の単結晶を容易に育成することができる。
実施例1では、32インチ、内径800mmの石英ガラスルツボに、250kgのシリコン原料を仕込み、溶融した後、直径300mmの単結晶を1本のみ引上げた。
水平磁場強度は、3000ガウスとし、炉内圧は、約80Torrで一定に制御した。
さらに実験条件として、ヒータのスリット部の引上げ軸方向の長さ寸法が、ルツボ内径に対し、0.4倍、0.5倍、0.6倍、0.8倍となるヒータの条件を設定した。
図4は、ヒータのスリット部の引上げ軸方向の長さ寸法を、ルツボ内径に対し0.5倍に固定し、HC−MC距離を、ルツボ内径に対し0.1倍、0.3倍、0.4倍として得られた単結晶全長(直胴部長さ)に対する酸素濃度分布である。
2 炉体
2a メインチャンバ
2b プルチャンバ
3 ルツボ
3a 石英ガラスルツボ
3b 黒鉛ルツボ
4 ヒータ
4a スリット部(発熱部)
5 引上げ機構
6 輻射シールド
8 コンピュータ
8a 記憶装置
8b 演算記憶装置
13 磁場印加用電気コイル(電磁石)
C 単結晶
M 原料ポリシリコン、シリコン溶融液
P 種結晶
P1 ネック部
Claims (2)
- 炉体内のルツボに原料シリコンを溶融してシリコン融液とし、引上げ軸周りに回転するルツボから、チョクラルスキー法によって単結晶を引上げる単結晶引上装置において、
前記炉体内において前記ルツボの周囲を囲む円筒状の発熱部を有し、前記発熱部の熱放射により前記原料シリコンを溶融するヒータと、前記炉体の周囲を囲むように設けられ、前記ルツボ内の前記シリコン融液に対し水平磁場を印加する電磁石とを備え、
前記ヒータの発熱部における引上げ軸方向の長さ寸法が、前記ルツボの内径の0.5倍〜0.9倍に形成されると共に、前記発熱部における引上げ軸方向の第一の中央位置が、前記電磁石における引上げ軸方向の第二の中央位置よりも下方に配置され、且つ、それら第一及び第二の中央位置の距離差が、前記ルツボの内径の0.15倍〜0.55倍であることを特徴とする単結晶引上装置。 - 前記ルツボの内径は、800mm以上であることを特徴とする請求項1に記載された単結晶引上装置。
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