JP2504875B2 - 単結晶製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】〔発明の目的〕

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体単結晶製造装置
に係り、特に高純度の均質な半導体単結晶を製造する半
導体単結晶製造技術に関する。

【０００３】

【従来の技術】半導体単結晶の育成には、るつぼ内の原
料融液から円柱状の結晶を育成するＣＺ（チョクラルス
キー引上げ）法が用いられている。育成される単結晶に
は極めて高純度のものが要求されるが、引上げ中に凝縮
した一酸化ケイ素凝縮物からなる塊状物がるつぼ内融液
中に落下し、引上げ単結晶中に不純物として取り込まれ
たり、また単結晶化が阻害されたりするという問題があ
った。

【０００４】そこで、このような問題を解決するため、
るつぼの縁から内側に平たい環状リムを突出させるとと
もに、この環状リムに、円筒形状または円錐状に先細り
となるようにカバーを取り付け、さらに反応炉内に不活
性ガスを流速および圧力を適当に調節することによっ
て、引上げ中に凝縮した凝縮物または塊状物が融液中に
落ち込むのを防止するという方法が提案されている（特
公昭５７−４０１１９号または特公昭５８−１０８
０）。

【０００５】しかしながらこのような構造では、カバー
の外側すなわち低温部側には、引上げ中に凝縮した一酸
化ケイ素凝縮物または塊状物が付着し、これが融液中に
落下する。そして融液中に落下した凝縮物は成長するケ
イ素単結晶中に結晶欠陥を生ずる原因となっていた。

【０００６】さらに、本発明者らは種々の実験の結果、
このように引上げ単結晶中に不純物として取り込まれ、
多結晶化の原因になる物質として、一酸化ケイ素凝縮物
以外にも、金属、金属酸化物等があることを発見した。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の構造
では、カバーの外側すなわち低温部側には、引上げ中に
凝縮した一酸化ケイ素凝縮物または塊状物あるいは金
属、金属酸化物等が付着し、これが融液中に落下し、成
長するケイ素単結晶中に結晶欠陥を発生させる原因とな
っていた。

【０００８】本発明は、前記実情に鑑みてなされたもの
で、不純物が成長するケイ素単結晶中に取り込まれるの
を防止し、結晶欠陥が少なく信頼性の高い半導体単結晶
を得ることのできる半導体単結晶製造装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで本発明では、原料
融液を充填したるつぼと、前記るつぼの周囲に配設さ
れ、るつぼ内の原料を溶融し原料融液を形成する加熱ヒ
―タと、前記るつぼ内の溶融原料に種結晶を浸漬して単
結晶を引上げる引上機構とを具備した単結晶製造装置に
おいて、前記引上げ単結晶のまわりに長さ方向全体に渡
って同一間隔を隔てて配設された円筒と、前記るつぼの
原料融液を覆うように前記円筒の下端部に連設された逆
円錐状の整流管と、前記整流管外壁から起立せしめら
れ、放射状に所定の間隔で原料融液側に向かって伸長す
る複数の羽板とからなる整流機構とを具備し、前記円筒
と単結晶との間に、上方から不活性ガスを流入して層流
を形成し、前記下端部から前記羽板に沿って、この層流
を排出せしめるようにしたことを特徴とする。望ましく
は、前記円筒の下端部と原料融液の液面との間隔が、前
記引上げ単結晶と円筒との間隔とほぼ同程度となるよう
に配設され、前記円筒と単結晶との間に、上方から、不
活性ガスを流入し、層流を形成し、前記下端部から前記
羽板に沿って配設された円錐状の前記整流機構を介して
排出せしめるようにしたことを特徴とする。

【００１０】望ましくは、この円筒の単結晶との間隔
は、２０mmとしている。

【００１１】

【作用】すなわち、円筒と単結晶との間に、上方から不
活性ガスを流入して層流を形成し、逆円錐状の整流管
と、この整流管の外壁から起立せしめられた複数の羽板
とによって、乱流を防止しこの層流を維持し高速で流出
せしめるように構成されている。従って上記構成によ
り、逆円錐状の整流管の外壁から所定の間隔で原料融液
側に伸長する羽板の存在により、円周方向でのガスの滞
留を防止し、層流を高速で流出せしめることができるた
め、融液上の滞在時間を短縮することができ、１酸化ケ
イ素凝縮物の成長が抑制される。また、羽板は融液に近
接しているため、融液の温度によって羽板に接触する層
流は暖められることになり、このことによっても１酸化
ケイ素凝縮物の成長が抑制される。従って、融液上に落
下する１酸化ケイ素凝縮物の数と大きさが減少し、これ
らの結果として単結晶の引上げ率および結晶欠陥が大幅
に減少する。さらにまた、前記引上げ単結晶のまわりに
長さ方向全体に渡って同一間隔を隔てて配設された円筒
を具備しているため、高温領域での単結晶の熱履歴を変
え、欠陥核の形成されない温度に維持することにより、
生成される単結晶の結晶欠陥を大幅に低減することが可
能となる。また、望ましくは、前記円筒の下端部と原料
融液の液面との間隔が、前記引上げ単結晶と円筒との間
隔とほぼ同程度となるように配設され、前記円筒と単結
晶との間に、上方から、不活性ガスを流入し、層流を形
成し、前記下端部から前記羽板に沿って配設された円錐
状の前記整流機構を介して排出せしめるようにしたこと
により、層流がさらに良好に維持され、より高速で装置
外にガスを排出し得る。

【００１２】また円筒は、溶融ケイ素から発生するガス
状不純物が単結晶表面に付着しないように、不活性ガス
で単結晶を包む役割を果たす。

【００１３】また、この円筒と単結晶との隙間は、融液
から引き上げられたばかりの高温の単結晶から輻射熱が
効率よく除去されるのに必要であり、この隙間の下限値
として２０mm程度は必要である。

【００１４】また、炉内で使用している黒鉛（ヒータな
ど）からのガス状不純物の単結晶への付着は、ガスの流
れが一方向化されているため、大幅に低減される。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。

【００１６】実施例１ 本発明の第１の実施例の単結晶製造装置は、図１および
図２に示すように（図１は断面図、図２は整流管の斜視
図、側断面図、下面図である）、単結晶製造装置本体１
００と、この内部に設けられた原料融液部２００と、引
上げ部３００とから構成されている。そして、引上げ部
３００のまわりを囲み、引上げ単結晶１との隙間が２０
mm程度である円筒２と、円筒２の下端に気密的に連設さ
れ、石英るつぼ３の上面に蓋をするように形成されかつ
下面に羽板４を有する円錐状の整流管５とを具備したこ
とを特徴とするものである。そしてこの整流管５は外筒
６によって支持されている。

【００１７】また、石英るつぼ３と外筒６との間にはヒ
ータ７が配設され石英るつぼの温度を所定の値に保持す
るようになっている。

【００１８】そしてこの円筒２によって隔離された引上
げ部と融液部とを含む単結晶製造装置本体１００の上方
には供給口（図示せず）が配設されており、この供給口
から供給されるアルゴンガスは、下方に設けられた排気
口（図示せず）によって真空排気され、独立に排気され
るようになっている。

【００１９】また、原料融液部２００は、ヒータ７内
に、ペディスタル（るつぼ支持台）８に装着されたるつ
ぼ受け９に、黒鉛るつぼ１０と石英るつぼ３との２重構
造のるつぼが装着されて構成されており、この石英るつ
ぼ３内部でシリコン原料を溶融せしめ原料融液として保
持するようになっている。

【００２０】さらに、引上げ部３００はこの原料融液内
に種結晶を浸漬し所定の速度で引き上げることにより単
結晶１を育成するようになっている。

【００２１】そして、単結晶製造装置本体１００の上方
の供給口から、アルゴンガスが供給されると、円筒２と
引上げ単結晶１との間をとおって流れ、整流管５に設け
られた羽板４によって層流を形成し、流速が高められ
て、原料融液からの蒸発物（酸化ケイ素，金属酸化物）
とともに、側方から流出し、下方に設けられた排気口か
ら排気される。

【００２２】このように、円筒と単結晶との間から流入
してくる不活性ガスは、円筒の下端部からるつぼの原料
融液を覆うように形成された羽板によって層流をなすた
め、乱流が防止され、そのために融液上の滞在時間が短
くなるので１酸化ケイ素凝縮物の成長が抑制される。従
って、融液上に落下する１酸化ケイ素凝縮物の数と大き
さが減少し、結果として単結晶の引上げ率は向上し、結
晶欠陥は減少する。

【００２３】また円筒２の存在により、溶融ケイ素から
発生するガス状不純物が単結晶表面に付着しないよう
に、単結晶は不活性ガスで包まれる。

【００２４】また、この円筒と単結晶との隙間は、融液
から引き上げられたばかりの高温の単結晶から輻射熱が
効率よく除去されるのに必要であり、この隙間の下限値
として２０mm程度は必要である。

【００２５】また、ヒータなどからのガス状不純物の単
結晶への付着は、ガスの流れが一方向化されているた
め、大幅に低減される。

【００２６】次に、この図１および図２の単結晶製造装
置を用いてシリコン単結晶の育成を行う方法について説
明する。

【００２７】まず、排気口を真空排気し、原料融液部２
００を減圧状態にする。

【００２８】そして、石英るつぼ３内を加熱するための
ヒータ７をオンし、原料融液を得ると共に、この原料融
液内に種結晶を浸漬し、引上げ部３００によって所定の
速度で引き上げることにより単結晶１を育成する。

【００２９】単結晶育成時の条件は、石英るつぼ３の直
径１６インチ、石英るつぼ３内の融液量１５kg、育成単
結晶１の直径４インチ、抵抗率（リンド―プ）１５Ω・
cm、引上げ速度１mm／min.である。

【００３０】通常のＣＺ法では、不純物が混入していた
のに対して、本発明を用いて育成した単結晶では不純物
の混入が大幅に低減される。

【００３１】なお、本発明の装置において、融液近傍の
部品の材質としては石英、カ―ボンが望ましい。

【００３２】さらに、本発明は前記実施例に限定される
ことなく、種々の応用例、例えば、シリコン以外の単結
晶の育成、磁場の印加や粒状原料の使用等においても適
用可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、引上げ中の単結晶のまわりに所定の間隔を隔て、円
筒を設置すると共に、この円筒の下端部からるつぼの原
料融液を覆うように羽板を有する円錐状の整流管を設置
し、引上げ方向から原料融液方向にむけて、この円筒と
単結晶との間に不活性ガスを流し、羽板によって層流を
なすように構成しているため、乱流が防止され、品質の
良好な半導体単結晶を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の単結晶製造装置の説明
図。

【図２】同単結晶製造装置の円錐整流管を示す図。

【符号の説明】

１００ 単結晶製造装置本体 ２００ 原料融液部 ３００ 引上げ部 １ 引上げ単結晶 ２ 円筒 ３ 石英るつぼ ４ 羽板 ５ 円錐状整流管 ６ 外筒 ７ ヒータ ８ ペディスタル（るつぼ支持台） ９ るつぼ受け １０ 黒鉛るつぼ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原料融液を充填したるつぼと、 前記るつぼの周囲に配設され、るつぼ内の原料を溶融し
   原料融液を形成する加熱ヒ―タと、 前記るつぼ内の溶融原料に種結晶を浸漬して単結晶を引
   上げる引上機構とを具備した単結晶製造装置において、 前記引上げ単結晶のまわりに長さ方向全体に渡って同一
   間隔を隔てて配設された円筒と、 前記るつぼの原料融液を覆うように前記円筒の下端部に
   連設された逆円錐状の整流管と、前記整流管外壁から起
   立せしめられ、放射状に所定の間隔で原料融液側に向か
   って伸長する複数の羽板とからなる整流機構とを具備
   し、前記円筒と単結晶との間に、上方から不活性ガスを
   流入して層流を形成し、前記下端部から前記羽板に沿っ
   て、この層流を排出せしめるようにしたことを特徴とす
   る単結晶製造装置。
2. 【請求項２】前記円筒の下端部と原料融液の液面との間
   隔が、前記引上げ単結晶と円筒との間隔とほぼ同程度と
   なるように配設され、前記円筒と単結晶との間に、上方
   から、不活性ガスを流入し、層流を形成し、前記下端部
   から前記羽板に沿って配設された円錐状の前記整流機構
   を介して排出せしめるようにしたことを特徴とする請求
   項１に記載の単結晶製造装置。