JP2558171Y2 - 単結晶引き上げ用熱遮蔽体 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、単結晶引き上げ用熱遮
蔽体に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の基本材料であるシリコ
ン単結晶の製造方法の一つとして、るつぼ内の原料融液
から円柱状の単結晶を引き上げるチョクラルスキー法
（以下ＣＺ法という）が用いられている。ＣＺ法におい
ては、図２に示すようにチャンバ１内に設けたるつぼ２
に充填した原料をヒータ８によって加熱溶融し、シード
軸に取り付けた種子結晶を前記融液に浸漬し、シード軸
およびるつぼ２を同方向または逆方向に回転しつつシー
ド軸を引き上げてシリコン単結晶４を成長させる。その
際、結晶成長時の反応生成物をチャンバ１外部に排出し
て清浄雰囲気を維持するため、チャンバ１の上方からア
ルゴン等の不活性ガスを流し込んでいる。また、高温の
融液面１０やるつぼ２の内壁から放射される輻射熱から
引き上げ単結晶４を保護し、引き上げ単結晶４の冷却を
早めるため、るつぼ２上方に熱遮蔽体１２が設けられて
いる。前記熱遮蔽体１２は一般にすり鉢状で、底面に単
結晶引き上げ用の穴が設けられている。不活性ガスは単
結晶４に沿って流下し、前記熱遮蔽体１２の穴を通り、
熱遮蔽体１２下端と融液面１０との隙間からるつぼ２の
内壁に沿って上昇した後、ヒータ８と保温筒９及びヒー
タ８と、るつぼ２との隙間を流下してチャンバ１外部に
排出される。前記熱遮蔽体１２には、通常グラファイト
を使用したものや、あるいは、サンドウィッチ構造にし
て、中間層を炭素繊維材で構成したものがある。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】シリコン単結晶の大径
化に伴って、従来の熱遮蔽体を用いていても成長した単
結晶の冷却に時間がかかるため、単結晶引き上げ速度が
遅くなり、生産性が低下している。また、半導体集積回
路素子の集積度向上に伴って、シリコン単結晶に対する
高品質化要求は近年ますます厳しいものとなっている。
そのため、単結晶引き上げ炉内に炭素繊維材等の汚染源
を設けることは好ましくない。本考案は上記従来の問題
点に着目してなされたもので、ＣＺ法によるシリコン単
結晶の製造において、単結晶引き上げ速度を上げること
ができ、かつ、炉内汚染の少ない単結晶引き上げ用熱遮
蔽体を提供することを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本考案に係る単結晶引き上げ用熱遮蔽体は、ＣＺ法
による単結晶製造装置において、るつぼ上面を被覆する
すり鉢状の熱遮蔽体の内部を中空とし、前記熱遮蔽体の
下端に設けた単結晶引き上げ用穴の内周に前記中空部に
連通する複数個のノズルを取着するとともに、前記中空
部に連通する熱遮蔽体上端の穴に不活性ガス導入管を接
続する構成とし、または、中空部に連通する複数個のノ
ズルに代えて、熱遮蔽体の下端に設けた単結晶引き上げ
用穴の内周に、前記中空部に連通する複数個のガス吹き
出し穴を設ける構成とした。そして、このような構成に
おいて、前記熱遮蔽体の材質を、高純度炭素からなるも
のとした。

【０００５】

【作用】上記構成によれば、熱遮蔽体を中空構造とし、
その内周下端にノズルまたはガス吹き出し穴を設け、熱
遮蔽体上端の穴に不活性ガス導入管を接続したので、チ
ャンバ外部から前記不活性ガス導入管、中空部、ノズル
またはガス吹き出し穴を介して引き上げ単結晶の固液界
面近傍表面に不活性ガスを吹きつけることができ、引き
上げ単結晶は強制的に冷却される。その結果、単結晶表
面からの凝固潜熱の吐き出しが促進される。また、熱遮
蔽体を中空構造としたので、熱遮蔽体の厚さ方向の熱伝
導率が低下し、周囲からの輻射熱に対する断熱効果が上
がり、単結晶表面からの輻射熱放射が促進される。これ
らにより、単結晶引き上げ速度を従来より早めることが
できる。更に、熱遮蔽体の構成材料に炭素繊維材を使用
しないので、炉内が汚染される危険度が減少し、より高
純度のシリコン単結晶を製造することができる。

【０００６】

【実施例】以下に、本考案に係る単結晶引き上げ用熱遮
蔽体の実施例について、図面を参照して説明する。図１
は、請求項１の単結晶引き上げ用熱遮蔽体を設置したＣ
Ｚ法による単結晶製造装置の断面説明図で、チャンバ１
内に設けられたるつぼ２の上方に、熱遮蔽体３が設置さ
れている。ただし、多結晶シリコン原料をるつぼに充填
して、溶解させるまでは、熱遮蔽体３は、上方へ移動さ
せておく。前記熱遮蔽体３は高純度炭素からなるほぼす
り鉢状の物体で、その内部に中空部３ａが設けられ、引
き上げられるシリコン単結晶４の直径よりやや大きい穴
が底部に設けられている。この穴の内周付近には、中空
部３ａに通じる複数個のノズル５が固着されている。ま
た、熱遮蔽体３の大径側フランジ上面には、中空部３ａ
に連通する１個または複数個の穴が穿設され、前記穴に
不活性ガス導入管６の下端が接続されている。前記不活
性ガス導入管６はチャンバ１の外方に通じている。な
お、７はるつぼ軸、８は黒鉛ヒータ、９は保温筒、１０
は融液面、１１は単結晶引き上げ時の固液界面である。

【０００７】るつぼ２に原料シリコンを充填し、黒鉛ヒ
ータ８で原料シリコンを加熱、融解した後、るつぼ２と
引き上げ軸とを回転させながら引き上げ軸を上昇させ、
シリコン単結晶を引き上げる。このとき熱遮蔽体３は、
るつぼ２を覆うように設置され、熱遮蔽体３の下端は前
記固液界面１１に近接している。チャンバ１の外部から
供給されるアルゴン等の不活性ガスは、不活性ガス導入
管６と中空部３ａとを経て、ノズル５から固液界面１１
近傍の単結晶４表面に吹きつけられ、単結晶４は強制的
に冷却される。また、熱遮蔽体３が中空構造であるため
熱遮蔽効果が大きく、融液面１０やるつぼ２の内壁のシ
リコン単結晶４に対する輻射熱を遮断し、シリコン単結
晶４の放射冷却を促進する。なお、不活性ガス導入管６
から供給されるアルゴン等の不活性ガスとは別に、チャ
ンバ１上方から従来通り不活性ガスが供給される。本考
案による熱遮蔽体を用いた場合、図２に示した従来の熱
遮蔽体を使用する場合に比べて、単結晶引き上げ速度を
約２０％増すことができる。

【０００８】請求項２の単結晶引き上げ用熱遮蔽体は、
中空部３ａに連通するノズル５に代えて、中空部３ａに
連通する複数個のガス吹き出し穴を熱遮蔽体３の下端内
周に穿設し、これらの穴から固液界面１１近傍の単結晶
４表面に向かって不活性ガスを吹き出すようにしたもの
である。

【０００９】

【考案の効果】以上説明したように本考案によれば、る
つぼ上面を被覆するすり鉢状の熱遮蔽体の内部を中空と
し、前記熱遮蔽体の下端に設けた単結晶引き上げ用穴の
内周に前記中空部に連通する複数個のノズルまたはガス
吹き出し穴を設けるとともに、前記中空部に連通する熱
遮蔽体の上端の穴に不活性ガス導入管を接続し、単結晶
の固液界面近傍表面に不活性ガスを吹きつけることにし
たので、引き上げ単結晶を強制的に冷却することができ
る。また、熱遮蔽体を中空構造としたので、周囲からの
輻射熱に対する断熱効果が上がり、単結晶表面からの輻
射熱放射が促進される。これらにより、単結晶の大径化
に伴って低下していた引き上げ速度を早めることができ
る。更に、熱遮蔽体の構成に炭素繊維材等を使用しない
ので、炉内汚染の危険度が減少する。このような改良に
より、より高純度のシリコン単結晶を生産性を下げるこ
となく製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による単結晶引き上げ用熱遮蔽体を装着
した単結晶製造装置の断面説明図である。

【図２】従来の技術による単結晶引き上げ用熱遮蔽体を
装着した単結晶製造装置の断面説明図である。

【符号の説明】

２ るつぼ ３，１２ 熱遮蔽体 ３ａ 中空部 ４ 単結晶 ５ ノズル ６ 不活性ガス導入管

Claims (3)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 チョクラルスキー法による単結晶製造装
   置において、るつぼ上面を被覆するすり鉢状の熱遮蔽体
   の内部を中空とし、前記熱遮蔽体の下端に設けた単結晶
   引き上げ用穴の内周に前記中空部に連通する複数個のノ
   ズルを取着するとともに、前記中空部に連通する熱遮蔽
   体上端の穴に不活性ガス導入管を接続したことを特徴と
   する単結晶引き上げ用熱遮蔽体。
2. 【請求項２】 中空部に連通する複数個のノズルに代え
   て、熱遮蔽体の下端に設けた単結晶引き上げ用穴の内周
   に、前記中空部に連通する複数個のガス吹き出し穴を設
   けたことを特徴とする請求項１の単結晶引き上げ用熱遮
   蔽体。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２の熱遮蔽体が、
   高純度炭素からなることを特徴とする単結晶引き上げ用
   熱遮蔽体。