JP2520924B2 - 単結晶引上装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、チョクラルスキー法によって単結晶を引上
げ成長させる単結晶引上装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、チョクラルスキー法によって高純度シリコン
の単結晶を製造する場合にあっては、主として、石英ル
ツボとシリコン融液との接触面から発生する揮発性の一
酸化ケイ素（SiO）が、石英ルツボの真上のチャンバー
内壁等に析出し、この析出物が単結晶引上工程中にシリ
コン融液表面に落下することによって、単結晶化を阻害
するおそれがある。また、単結晶の引上速度を向上させ
るためには、成長中の単結晶を迅速に冷却する必要があ
る。

そこで、これらの単結晶化の阻害防止や高速引上げを
図るために、例えば、特公昭57−40119号に記載されて
いるように、ルツボの縁から外方へ突出している上部の
平たい環状リムと、この環状リムに取付けられ、内側の
縁から円筒形状に下方に傾斜しているまたは円錐状に先
細りになっている連結部とからなるカバー装置を設置す
るものが知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来の単結晶引上装置にあって
は、単結晶化を阻害する原因となっていた折出物を皆無
にすることは困難である。すなわち、上記カバー装置に
よって、チャンバー内壁に析出した析出物の落下には対
応できるものの、このカバー装置の円筒部上部の平たい
環状リムの下面部において、揮発性の一酸化ケイ素が析
出し、この析出物がシリコン融液表面に落下して単結晶
化を阻害するという問題が生じる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、石英ルツボ内から発生した揮発性の
一酸化ケイ素の凝縮、析出が起こりにくく、析出物が石
英ルツボ内のシリコン融液表面に落下することを防止で
きて、単結晶化を阻害する要因を排除できると共に、単
結晶の高速引上げを実施できる単結晶引上装置を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、第１の発明は、チョクラ
ルスキー法によって単結晶を引上げ成長させる単結晶引
上装置において、ゲート弁により上チャンバーを分割可
能な炉本体と、この炉本体に上記上チャンバー側から供
給される雰囲気ガスを、石英ルツバ内のシリコン融液に
向けて案内する筒状の案内部と、上記石英ルツボ内のシ
リコン融液の上方に設置された円環体と、この円環体の
内縁部に載置され、該内縁部に載置されたときに上記案
内部の下端部にその上端部が近接して配置され、上記案
内部により案内された上記雰囲気ガスをその内部に導く
透明石英製の円筒体とを具備し、この円筒体は、上記上
チャンバーまで退避可能な構成とされていることを特徴
としている。

また、第２の発明は、上記第１の発明に加えて、円環
体の外縁部に外筒体を備えたものである。

〔作 用〕

本発明の単結晶引上装置にあっては、炉本体に上チャ
ンバー側から雰囲気ガスが供給されると、そのガスは、
案内部により石英ルツボ内のシリコン融液に向けて案内
される。そして、案内部により案内された雰囲気ガス
は、円環体に載置された状態の円筒体の内部に導かれ、
石英ルツボ内のシリコン融液に送流される。こうして、
雰囲気ガスは、拡散することなく、送流され、石英ルツ
ボ内からの揮発性の一酸化ケイ素の上昇を完全に阻止す
る。また、上記雰囲気ガスによる冷却効果と円筒体及び
円環体により熱遮蔽効果とが相俟って、単結晶のより高
速な引上げが行なえる。さらに、石英ルツボ内に収納し
たシリコン原料を溶解するに先立ち、炉本体内を真空引
きするに際しては、円筒体を上チャンバーまで退避させ
て、ゲート弁を閉じた状態で行う。この状態で、真空引
きを行うと、石英ルツボの上方に円筒体が配置されてい
ない分、炉本体内の排気が円滑に行われる。

〔実施例〕

以下、第１図ないし第４図に基づいて本発明の実施例
を説明する。

第１図と第２図は本発明の第１実施例を示すもので、
第１図は透明石英製の円筒体をセットする前の状態を説
明する概略構成図、第２図は透明石英製の円筒体をセッ
トした後の状態を説明する概略構成図である。これらの
図において、符号１は炉本体であり、この炉本体１は下
チャンバー２、中チャンバー３及びこの中チャンバー３
にゲート弁４を介して連結された上チャンバー５からな
り、各チャンバー2,3,5の内部が水冷ジャケット構造と
されている。そして、上記炉本体１の内部ほぼ中央部に
は石英ルツボ６が設けられており、この石英ルツボ６
は、黒鉛サセプタ７を介して昇降自在かる回転自在な下
軸８に取付けられている。また、上記石英ルツボ６の周
囲には、上記石英ルツボ６内のシリコン融液９の温度を
制御するヒータ10が設置されると共に、このヒータ10と
炉本体１との間には保温筒11が配置されている。

さらに、上記石英ルツボ６のシリコン融液９の上方に
は、モリブデン製の円環体12が設置されており、この円
環体12は、炉本体１を貫通して昇降自在なモリブデン製
の引上部材13に支持されている。そして、上記円環体12
の内縁部には、透明石英製の円筒体14を載置するための
段差部15が形成されており、円筒体14の上端には、係止
用ワイヤ16が設けられている。また、中チャンバー３の
首部には、引上中の端結晶を冷却する冷却筒17が垂設さ
れており、この冷却筒（案内部）17及び中チャンバー
３、上チャンバー５の内部には、種結晶18保持用のチャ
ック19を下端部に取付けた昇降用ワイヤ20が上下方向に
移動自在にかつ回転自在に吊設されている。そして、上
記チャック19の下縁部には、上記係止用ワイヤ16に系脱
するフック21が設けられている。上記円筒体14は、第２
図に示すように、上記円環体12の段差部15に載置された
ときに、上記冷却筒17の下端部にその上端付が近接して
配置され、上記冷却筒17により案内された雰囲気ガスを
その内部に導く構成とされている。なお、符号22は、シ
リコン融液９と引上中の単結晶との境界部を目視するた
めに中チャンバー３の肩部に形成された覗き窓である。

次に、上記のように構成された単結晶引上装置を用い
て、シリコン単結晶を引上げる場合には、まず、炉本体
１内の空気をアルゴンガスで充分置換すると共に、あら
かじめ石英ルツボ６内に収納していた原料をヒータ10に
より溶解した後、この溶解したシリコン融液９の温度を
単結晶引上げに適した温度に維持する。次いで、この状
態において、ゲート弁４を開いて、ゲート弁４の上方に
待機していた種結晶18を、昇降用ワイヤ20を下降させる
ことにより下降させる。この際、種結晶18を保持してい
るチャック19には、フック21、係止用ワイヤ16を介して
円筒体14が吊り下げられているから、この円筒体14も上
記昇降用ワイヤ20の下降に伴って降下する。そして、上
記円筒体14の下端が円環体12の内縁の段差部15上に当接
し、かつさらにチャック19が下降することにより、チャ
ック19のフック21と円筒体14の係止用ワイヤ16との係合
状態が解除され、円筒体14は円環体12の上に載置され
る。

この状態において、昇降用ワイヤ20をなおも下降させ
ることにより、チャック19に支持されている種結晶18を
石英ルツボ６内のシリコン融液９に浸漬する。そして、
従来公知の方法で、石英ルツボ６と種結晶18とを互いに
逆方向に回転させると共に、種結晶18を引上げることに
より、単結晶を引上げ成長させる。

この場合、円環体12の段差部15上に載置された円筒体
14によって、冷却筒17との間がほぼ気密的に保持されて
いるから、炉本体１の上部（上チャンバー５側）から冷
却筒17及び円筒体14の内部を通ってアルゴンガスを外部
に拡散させることなく送流でき、従って、アルゴンガス
の流速が大で揮発性の一酸化ケイ素の上昇を完全に阻止
できて、それらの揮発物を含むアルゴンガスは、円環体
12とシリコン融液９の表面との間を経て、黒鉛サセプタ
７の外側を通り、炉底から円滑に排出される。また、円
環体12と円筒体14とによって、成長中の単結晶への熱線
の輻射をさえぎることができる上に、大流量のアルゴン
ガスの流下により、単結晶が効果的に冷却されることが
相俟って高速引上げが可能である。さらに、石英ルツボ
６内の原料が溶解した後に、ゲート弁４を開いて円環体
12の段差部15に円筒体14を載置させることにより、原料
溶解時に蒸発する一酸化ケイ素によって透明石英製の円
筒体14が汚れることがなく、従って、シリコン融液９の
表面と引上中の単結晶との境界部が容易に監視できると
共に、円筒体14が原料装入時のじゃまにならず、原料の
石英ルツボ６内への装入あスムーズに行なえる。また、
石英ルツボ６内の原料を溶解するに先立ち、炉本体１内
を真空引きするに際しては、円筒体14を上チャンバー５
まで退避させて、ゲート弁４を閉じた状態（第１図に示
される状態）で行うから、石英ルツボ６の上方に円筒体
14が配置されておらず、障害物がない分、炉本体１内の
排気が円滑に行われる。

さらに、第３図と第４図は本発明の第２実施例を示す
もので、この第２実施例においては、第１図と第２図に
示す第１実施例における円環体12の外縁部と引上部材13
との間にモリブデン製の外筒体23を配置したものであ
る。そして、その他の構成は第１実施例と同様なので、
同符号を付して説明を省略する。

上記外筒体23を加えることにより、熱遮蔽効果を高め
ることができると共に、炉本体１の上部から冷却筒17、
円筒体14の内部を通ったアルゴンガスを、円環体12とシ
リコン融液９の表面との間、さらに、外筒体23の石英ル
ツボ６との間に導いて、黒鉛サセプタ７の外側を経て、
炉底から円滑に排出することにより、揮発性の一酸化ケ
イ素の除去及び成長中の単結晶の冷却効果を向上させる
ことができる。

なお、上記各実施例においては、引上部材13を昇降自
在に炉本体１に設けた構成で説明したが、引上部材13を
炉本体１、あるいは保温筒11の上部に固定した構成でも
よい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、炉本体に上チャンバ
ー側から雰囲気ガス（アルゴンガス）が供給されると、
そのガスは、案内部により石英ルツボ内のシリコン融液
に向けて案内され、案内部により案内された雰囲気ガス
は、円環体に載置された状態の円筒体の内部に導かれ、
石英ルツボ内のシリコン融液に送流されるため、雰囲気
ガスは、拡散することなく円滑に送流され、石英ルツボ
内からの揮発性の一酸化ケイ素の上昇を完全に阻止し
て、速やかに排出することができる。上記雰囲気ガスに
よる冷却効果と円筒体及び円環体による熱遮蔽効果とが
相俟って、単結晶のより高速な引上げを図ることがで
き、従って、石英ルツボ内から発生した揮発性の一酸化
ケイ素の凝縮、析出が起こりにくく、析出物が石英ルツ
ボ内のシリコン融液表面に落下することを防止できて、
単結晶化を阻害する要因を排除できると共に、単結晶の
高速引上げを実施できる。石英ルツボ内に収納したシリ
コン原料を溶解するに先立ち、炉本体内を真空引きする
に際しては、円筒体を上チャンバーまで退避させて、ゲ
ート弁を閉じた状態で行うから、石英ルツボの上方に円
筒体が配置されておらず、障害物がない分、炉本体内の
排気を円滑に行なうことができる。また、円環体の外縁
部に外筒体を設置することにより、熱遮蔽効果及び雰囲
気ガスによる一酸化ケイ素の排除、並びに成長中の単結
晶の冷却効果を一層高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は本発明の第１実施例を示すもので、第
１図は円筒体をセットする前の状態を説明する概略構成
図、第２図は円筒体をセットした後の状態を説明する概
略構成図、第３図と第４図は本発明の第２実施例を示す
もので、第３図は円筒体をセットする前の状態を説明す
る概略構成図、第４図は円筒体をセットした後の状態を
説明する概略構成図である。 １……炉本体、４……ゲート弁、５……上チャンバー、
６……石英ルツボ、９……シリコン融液、12……円環
体、14……円筒体、17……案内部（冷却筒）、23……外
筒体。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チョクラルスキー法によって単結晶を引上
   げ成長させる単結晶引上装置において、 ゲート弁（４）により上チャンバー（５）を分割可能な
   炉本体（１）と、 この炉本体（１）に上記上チャンバー（５）側から供給
   される雰囲気ガスを、石英ルツバ（６）内のシリコン融
   液（９）に向けて案内する筒状の案内部（17）と、 上記石英ルツボ（６）内のシリコン融液（９）の上方に
   設置された円環体（12）と、 この円環体（12）の内縁部に載置され、該内縁部に載置
   されたときに上記案内部（17）の下端部にその上端部が
   近接して配置され、上記案内部（17）により案内された
   上記雰囲気ガスをその内部に導く透明石英製の円筒体
   （14）とを具備し、 この円筒体（14）は、上記上チャンバー（５）まで退避
   可能な構成とされている ことを特徴とする単結晶引上装置。
2. 【請求項２】チョクラルスキー法によって単結晶を引上
   げ成長させる単結晶引上装置において、 ゲート弁（４）により上チャンバー（５）を分割可能な
   炉本体（１）と、 この炉本体（１）に上記上チャンバー（５）側から供給
   される雰囲気ガスを、石英ルツバ（６）内のシリコン融
   液（９）に向けて案内する筒状の案内部（17）と、 上記石英ルツボ（６）内のシリコン融液（９）の上方に
   設置された円環体（12）と、 この円環体（12）の内縁部に載置され、該内縁部に載置
   されたときに上記案内部（17）の下端部にその上端部が
   近接して配置され、上記案内部（17）により案内された
   上記雰囲気ガスをその内部に導く透明石英製の円筒体
   （14）と、 上記円環体（12）の外縁部に設けられた外筒体（23）と
   を具備し、 上記円筒体（14）は、上記上チャンバー（５）まで退避
   可能な構成とされている ことを特徴とする単結晶引上装置。