JP2549607Y2 - 結晶成長装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は結晶成長装置に関し、よ
り詳細には例えば半導体材料として使用されるシリコン
単結晶等のような結晶を成長させるための結晶成長装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】結晶を成長させる方法には種々の方法が
あるが、その一つにチョクラルスキー法（以下ＣＺ法と
記す）がある。図３は従来のＣＺ法で使用される結晶成
長装置を示す模式的断面図であり、図中２４はチャンバ
ーを示している。チャンバー２４は軸長方向を垂直とし
た略円筒形状の真空容器２４ａにより形成されており、
水冷機構（図示せず）によって水冷され、真空ポンプ
（図示せず）により低圧にされ、また上部チャンバー２
３を通ってＡｒガスが導入されるように構成されてい
る。チャンバー２４の略中央位置にはるつぼ１１が配設
されており、るつぼ１１は有底円筒状の石英製の内層容
器１１ａと、この内層容器１１ａの外側に嵌合された同
じく有底円筒状の黒鉛製の外層保持容器１１ｂとから構
成されており、るつぼ１１は図中矢印方向に所定速度で
回転する支持軸１９に支持されている。このるつぼ１１
の外側にはヒータ１２がまたヒータ１２の外側には保温
筒２２がそれぞれ同心円状に配設されており、るつぼ１
１内には上記ヒータ１２により溶融させた結晶用原料の
溶融液１３が充填されている。またるつぼ１１の中心軸
上には、支持軸１９と同一軸心で同方向または逆方向に
所定速度で回転するワイヤ等の引き上げ軸１４が配設さ
れている。そして、引き上げ軸１４の先に取りつけられ
た種結晶１５を溶融液１３の表面に接触させて引き上げ
軸１４を引き上げていくことにより、溶融液１３が凝固
して形成される結晶１６を成長させている。

【０００３】上記方法で結晶を成長させる場合、形成さ
れる結晶１６の直径はＣＣＤ（電荷結合デバイス）カメ
ラにより直接測定されるか、もしくは結晶重量から計算
により求められるが、形成される結晶１６の直径が変動
すると結晶成長後に加工されて形成されるウエハーの仕
様寸法を満足しない場合が生じるので、形成される結晶
１６の直径を制御することは結晶成長方法において重要
である。

【０００４】形成される結晶１６の直径を制御するには
引き上げ軸１４の引き上げ速度を制御する方法及び溶融
液１３の温度を制御する方法があり、結晶１６直径の変
動周期にもとづいて、変動周期が短い場合には引き上げ
速度を制御する方法が、一方変動周期が長い場合には溶
融液温度を制御する方法が主として用いられている。

【０００５】溶融液温度を制御する場合の温度測定は非
接触で測定することができる利点により放射温度測定方
法が用いられるが、一般に使用されている結晶成長装置
の構造では結晶１６やるつぼ１１が放射光軸上の障害と
なり、結晶１６が引き上げられている最中に溶融液１３
の温度を直接測定することは困難である。したがって通
常は保温筒２２またはヒータ１２の温度を測定して溶融
液に対する補正温度を求めている。

【０００６】図４は従来用いられているヒータ１２の温
度を測定する方式の結晶成長装置を示す模式的断面図で
あり、図３に示した結晶成長装置と略同様の構成をして
おり、真空容器２４ａには開口部２５ａが形成され、保
温筒２２には開口部２５ｂが開口部２５ａと同軸上に形
成され、真空容器２４ａの開口部２５ａには透明石英ガ
ラス製の測温窓３０が真空容器２４ａに密着して装着さ
れている。また真空容器２４ａの外側には開口部２５
ａ、２５ｂと同軸上に、かつヒータ１２に対して所定距
離おいて放射温度計２９が設置されている。この装置を
用いてヒータ１２の温度を測定する場合は、開口部２５
ａ、２５ｂ及び測温窓３０を通るヒータ１２の放射エネ
ルギーを放射温度計２９で測定して計算により温度を求
めている。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】上記した結晶成長装置
においては、開口部２５ａ及び測温窓３０に微粒子が付
着し易く、前記微粒子の付着度合いによりヒータ１２が
放射する放射光が前記微粒子によって拡散され、あるい
は吸収されて放射温度計２９で測定される放射率が変化
し、正確な温度測定が行えないという課題があった。

【０００８】本考案はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、正確な温度測定ができる結晶成長装置を提供
することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本考案に係る結晶成長装置は、真空容器内に結晶用原
料が充填されるるつぼを備え、該るつぼ内の結晶用原料
を溶融させるヒータが前記るつぼの周囲に配設され、該
るつぼ内の結晶用原料を保温する保温筒が前記ヒータの
周囲に配設された結晶成長装置において、前記真空容器
及び前記保温筒のそれぞれに開口部が同軸上に形成さ
れ、該両開口部を貫通する測温筒が配設され、該測温筒
に不活性ガスが導入される導入管が接続されていること
を特徴としている。

【００１０】

【作用】上記した開口部及び測温窓に付着した微粒子に
ついて本考案者等が調査した結果、該微粒子は結晶用原
料の溶融液（例えばＳｉ）とるつぼの石英製内層容器中
の酸素との反応により生じた酸化物（例えばＳｉＯ）が
昇華したものであることを突き止めた。

【００１１】上記した結晶成長装置において、前記酸化
物はチャンバー内の構成部品を汚染し、また単結晶化を
阻害するので、前記チャンバー内に導入される不活性ガ
ス（例えばＡｒガス）により前記酸化物は前記チャンバ
ー外に流出するように構成されている。しかしながら、
前記開口部及び測温窓は前記チャンバー内の外周側に位
置しており、これら開口部及び測温窓の近傍では前記不
活性ガスの流速が遅く、また前記チャンバーの中心部に
比べて温度が低いため、一旦昇華した酸化物が凝固し易
く（例えばＳｉＯは約１１１０℃で昇華する）、前記酸
化物が前記開口部及び測温窓に付着し易いと考えられ
る。

【００１２】以上の考察から、前記測温窓及び開口部に
対して別途に不活性ガスを導入して前記酸化物を排除す
れば、該酸化物の付着が抑制されることが分かった。

【００１３】本考案に係る結晶成長装置によれば、前記
真空容器及び前記保温筒のそれぞれに開口部が同軸上に
形成され、該両開口部を貫通する測温筒が配設され、該
測温筒に不活性ガスが導入される導入管が接続されてい
るので、該測温筒はもとより測温窓への前記酸化物の付
着が抑制され、正確な温度が得られることとなる。

【００１４】

【実施例及び比較例】以下、本考案に係る結晶成長装置
の実施例を図面に基づいて説明する。なお、従来例と同
一機能を有する構成部品には同一の符号を付すこととす
る。図１は本考案に係る結晶成長装置の一実施例を模式
的に示した断面図であり、図３に示した結晶成長装置と
略同様の構成をしており、ここでは主にその相違点を述
べるに留める。真空容器２４ａには開口部２５ａが形成
され、保温筒２２には開口部２５ｂが開口部２５ａと同
寸法で同軸上に形成され、また開口部２５ａには透明石
英ガラス製の測温窓３０が真空容器２４ａに密着して装
着されている。開口部２５ａ及び開口部２５ｂを貫通し
てカーボン製測温筒２６が配設され、また測温筒２６に
は不活性ガスが５〜６ｌ／ｍｉｎの流量で導入される内
径１０ｍｍ程度のステンレス製導入管２７が接続され、
さらに導入管２７の周囲には導入管２７が高温に耐えら
れるようカーボン製断熱材２８が巻装されている。真空
容器２４ａの外側には開口部２５ａ、２５ｂと同軸上
に、かつヒータ１２に対して所定距離おいて放射温度計
２９が設置されている。

【００１５】このように構成された結晶成長装置を用い
てヒータ１２の温度を測定する場合は、測温筒２６及び
測温窓３０を通るヒータ１２の放射エネルギーを放射温
度計２９で測定して計算により温度を求める。

【００１６】以下に、結晶用原料として多結晶シリコン
を用い、ドーピング不純物としてシリコンに対し実行偏
析係数が０．３５であるリンを用い、本実施例に係る結
晶成長装置を使用してシリコン単結晶１６を引き上げ、
ヒータ１２の温度を測定した結果について説明する。な
お比較のため、図４に示した従来の結晶成長装置を使用
してシリコン単結晶１６を引き上げ、ヒータ１２の温度
の測定を行った。これらの単結晶１６の引き上げ条件を
表１に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】図２は、ヒータパワーを１００ＫＷに設定
して加熱を行い原料を溶解し、ヒータ１２の最高温度到
達時点を０として時間の経過によるヒータ温度測定値の
変化を示したものである。点線は従来の結晶成長装置に
よるヒータ温度の測定値、実線は本実施例に係る結晶成
長装置によるヒータ温度の測定値であり、従来装置の場
合は経過時間とともに測温窓３０が汚れて測定温度は下
がっているが、本実施例装置の場合は時間が経過しても
測温窓３０の汚れはなく、測定温度も略最高温度を示し
一定であった。

【００１９】この結果から明らかなように、本実施例に
係る結晶成長装置においては、従来の装置に比べてヒー
タ１２の温度を正確に測定することができる。

【００２０】したがって、不活性ガスを測温筒２６に導
入することにより、測温筒２６及び測温窓３０への酸化
物微粒子（ＳｉＯ）の付着を抑制することができること
が分かる。

【００２１】なお測温筒２６が真空容器２４ａの外部に
まで延長して配設され、真空容器２４ａ外部において導
入管２７が接続された場合についてもヒータ１２の温度
測定を行ったが、上記実施例の場合と略同様の結果が得
られた。

【００２２】また、測温筒２６及び導入管２７の材質を
セラミックスに変えてヒータ１２の温度測定を行った
が、この場合も上記実施例の場合と略同様の結果が得ら
れた。

【００２３】

【考案の効果】以上詳述したように本考案に係る結晶成
長装置にあっては、真空容器及び保温筒のそれぞれに開
口部が同軸上に形成され、該両開口部を貫通する測温筒
が配設され、該測温筒に不活性ガスが導入される導入管
が接続されているので、該測温筒及び測温窓への前記酸
化物の付着が抑制され、正確にヒータ温度を測定するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る結晶成長装置の一実施例を模式的
に示した断面図である。

【図２】実施例及び従来例の結晶成長装置による温度測
定結果を比較して示したグラフである。

【図３】従来のＣＺ法で使用される結晶成長装置を示し
た模式的断面図である。

【図４】従来のＣＺ法で使用されるヒータの温度を測定
する構造の結晶成長装置を示した模式的断面図である。

【符号の説明】 １１ るつぼ １２ ヒータ １３ 溶融液 ２４ａ 真空容器 ２２ 保温筒 ２５ａ 真空容器の開口部 ２５ｂ 保温筒の開口部 ２６ 測温筒 ２７ 導入管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 久保 高行 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)考案者 稲見 修一 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−149092（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−122187（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内に結晶用原料が充填されるる
   つぼを備え、該るつぼ内の結晶用原料を溶融させるヒー
   タが前記るつぼの周囲に配設され、該るつぼ内の結晶用
   原料を保温する保温筒が前記ヒータの周囲に配設された
   結晶成長装置において、前記真空容器及び前記保温筒の
   それぞれに開口部が同軸上に形成され、該両開口部を貫
   通する測温筒が配設され、該測温筒に不活性ガスが導入
   される導入管が接続されていることを特徴とする結晶成
   長装置。