JP2631045B2 - 単結晶製造装置 - Google Patents
単結晶製造装置Info
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Description
【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、特にそのヒータの構造に関する。
に係り、特にそのヒータの構造に関する。
【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。
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。
【０００４】図７は、従来の一般的なＣＺ法のための単
結晶製造装置を示す模式図であり、チャンバー内に設置
されたるつぼ１内に収容した単結晶原料をヒータ２によ
って加熱溶融し、この融液に引上げ軸３にとりつけた種
結晶４を浸漬し、これを回転させつつ上方に引き上げて
単結晶５を成長せしめるように構成されている。
結晶製造装置を示す模式図であり、チャンバー内に設置
されたるつぼ１内に収容した単結晶原料をヒータ２によ
って加熱溶融し、この融液に引上げ軸３にとりつけた種
結晶４を浸漬し、これを回転させつつ上方に引き上げて
単結晶５を成長せしめるように構成されている。
【０００５】ところで、従来のヒータは、内周面および
外周面は、一様な円筒面状であり、図８に拡大図を示す
ように、軸方向に、ヒータ長よりも短いスリット１を両
端より交互に、しかも円周方向に等間隔に形成してい
る。このようにスリット１を形成することにより電流経
路を長くして所定のヒータ抵抗値を得るようにしてい
る。 ところで、近年シリコン単結晶の重要な品質項目
の１っとして単結晶中の酸素濃度のレベルが注目されて
いる。
外周面は、一様な円筒面状であり、図８に拡大図を示す
ように、軸方向に、ヒータ長よりも短いスリット１を両
端より交互に、しかも円周方向に等間隔に形成してい
る。このようにスリット１を形成することにより電流経
路を長くして所定のヒータ抵抗値を得るようにしてい
る。 ところで、近年シリコン単結晶の重要な品質項目
の１っとして単結晶中の酸素濃度のレベルが注目されて
いる。
【０００６】これは、ＬＳＩ製造プロセスの中で、特に
熱処理条件（温度あるいは時間）に関してＬＳＩ最終歩
留まりを高く保つための最適酸素濃度が存在することが
わかってきたためである。
熱処理条件（温度あるいは時間）に関してＬＳＩ最終歩
留まりを高く保つための最適酸素濃度が存在することが
わかってきたためである。
【０００７】そこで、単結晶製造装置においては、広範
囲にわたる酸素濃度の制御性が要求されている。
囲にわたる酸素濃度の制御性が要求されている。
【０００８】従来のヒータを使用した単結晶製造装置で
引き上げた単結晶の酸素濃度の軸方向の分布は一般的に
は図９のように推移する。ここで引上げ初期の酸素濃度
が高いのはこのとき石英るつぼ中の融液量が比較的多量
であり、石英るつぼと融液との接触面積が大きく酸化シ
リコンが多量に融液中に溶出するためであると考えられ
ている。この引上げ初期の単結晶は酸素濃度が高いため
に製品としての規格からはずれることがしばしばであ
り、シリコン単結晶の製造において歩留まりを下げる大
きな要因となっていた。
引き上げた単結晶の酸素濃度の軸方向の分布は一般的に
は図９のように推移する。ここで引上げ初期の酸素濃度
が高いのはこのとき石英るつぼ中の融液量が比較的多量
であり、石英るつぼと融液との接触面積が大きく酸化シ
リコンが多量に融液中に溶出するためであると考えられ
ている。この引上げ初期の単結晶は酸素濃度が高いため
に製品としての規格からはずれることがしばしばであ
り、シリコン単結晶の製造において歩留まりを下げる大
きな要因となっていた。
【０００９】このように、シリコン単結晶中の酸素濃度
は、石英るつぼから溶融する二酸化シリコンに起因する
ものが大部分である。従ってシリコン単結晶中の酸素濃
度は、石英るつぼと溶融シリコンとの反応速度、および
るつぼ中の溶融シリコンの温度分布とに依存しており、
さらにこの温度分布はヒータ形状に大きく依存する。
は、石英るつぼから溶融する二酸化シリコンに起因する
ものが大部分である。従ってシリコン単結晶中の酸素濃
度は、石英るつぼと溶融シリコンとの反応速度、および
るつぼ中の溶融シリコンの温度分布とに依存しており、
さらにこの温度分布はヒータ形状に大きく依存する。
【００１０】一般的にヒータの形状は円筒形となってい
るが、従来はるつぼ底部の温度の低下を防ぐために、円
筒をるつぼの底面よりも長く延ばす形状をとっている。
そしてこの円筒の長さはそのなかにおかれる黒鉛るつぼ
の底部と側部からの入熱量の比を決める大きな要素とな
っている。すなわち、ヒータの形状が黒鉛るつぼ高さに
比較して１．５倍以上の場合、黒鉛るつぼの底面の入熱
量が大きくなり、るつぼ中の融液の底部に近い部分での
温度が高くなる。これはるつぼ底部からの沸き上がりに
よる自然対流を活発化して溶融シリコンによる石英るつ
ぼの溶解速度を大きくすることになり、融液中の酸素濃
度を高めることになり、結果としてこのような融液から
成長したシリコン単結晶の酸素濃度は一般的には高くな
るという問題があった。
るが、従来はるつぼ底部の温度の低下を防ぐために、円
筒をるつぼの底面よりも長く延ばす形状をとっている。
そしてこの円筒の長さはそのなかにおかれる黒鉛るつぼ
の底部と側部からの入熱量の比を決める大きな要素とな
っている。すなわち、ヒータの形状が黒鉛るつぼ高さに
比較して１．５倍以上の場合、黒鉛るつぼの底面の入熱
量が大きくなり、るつぼ中の融液の底部に近い部分での
温度が高くなる。これはるつぼ底部からの沸き上がりに
よる自然対流を活発化して溶融シリコンによる石英るつ
ぼの溶解速度を大きくすることになり、融液中の酸素濃
度を高めることになり、結果としてこのような融液から
成長したシリコン単結晶の酸素濃度は一般的には高くな
るという問題があった。
【００１１】そこで、従来は引上げ初期のシリコン単結
晶中の酸素濃度を下げるためにるつぼの回転数を低く設
定して回転による強制対流を弱くする等の方法もとられ
ているが、最終的にはるつぼ内の融液の上下の温度差に
よる自然対流によって酸素濃度の下限が決まってしま
い、酸素濃度を低くするのは極めて困難であった。
晶中の酸素濃度を下げるためにるつぼの回転数を低く設
定して回転による強制対流を弱くする等の方法もとられ
ているが、最終的にはるつぼ内の融液の上下の温度差に
よる自然対流によって酸素濃度の下限が決まってしま
い、酸素濃度を低くするのは極めて困難であった。
【００１２】また、ヒータの円筒軸方向の長さは、ヒー
タ設計上、ヒータ電源からの制約を受ける。すなわちヒ
ータ電源出力が最大となる負荷抵抗の値は決まっている
ため、ヒータの抵抗値をその電源に最適な値に調整する
必要がある。
タ設計上、ヒータ電源からの制約を受ける。すなわちヒ
ータ電源出力が最大となる負荷抵抗の値は決まっている
ため、ヒータの抵抗値をその電源に最適な値に調整する
必要がある。
【００１３】ヒータの長さを長くしようとした場合、電
流経路長が増加するため、ヒータ抵抗値は増加するが、
電源に最適な値から外れる場合にはヒータの径方向の分
割数を減らして抵抗値を下げるようにすることができ
る。そしてこの場合ヒータの機械的強度はほとんど変化
しない。
流経路長が増加するため、ヒータ抵抗値は増加するが、
電源に最適な値から外れる場合にはヒータの径方向の分
割数を減らして抵抗値を下げるようにすることができ
る。そしてこの場合ヒータの機械的強度はほとんど変化
しない。
【００１４】一方、ヒータの長さを短くしようとした場
合、一般的には電流経路長が短くなるため抵抗値が下が
る。このようななかで抵抗値を電源に最適な値に維持し
ようとした場合、径方向の分割数を大きくするか肉厚を
小さくするかの方法をとらなければならない。この場
合、いずれにしても機械的強度は著しく減少することに
なる。また、肉厚が小さいと、使用に伴う肉減りにより
ヒータ寿命の短縮化が著しいという問題があった。
合、一般的には電流経路長が短くなるため抵抗値が下が
る。このようななかで抵抗値を電源に最適な値に維持し
ようとした場合、径方向の分割数を大きくするか肉厚を
小さくするかの方法をとらなければならない。この場
合、いずれにしても機械的強度は著しく減少することに
なる。また、肉厚が小さいと、使用に伴う肉減りにより
ヒータ寿命の短縮化が著しいという問題があった。
【００１５】このような問題が実質的にはヒータの長さ
を制限することになっていた。
を制限することになっていた。
【００１６】そこでいろいろな工夫がなされており、従
来の設計のヒータに切り込み、穴あけ、減肉等の部分的
加工を施すことによって、加熱電流通路の断面積を一部
小さく制限して部分的に高温領域を作りヒータの長さ方
向の温度分布を調整する方法も提案されている（特公昭
４９−１９９４１号）。
来の設計のヒータに切り込み、穴あけ、減肉等の部分的
加工を施すことによって、加熱電流通路の断面積を一部
小さく制限して部分的に高温領域を作りヒータの長さ方
向の温度分布を調整する方法も提案されている（特公昭
４９−１９９４１号）。
【００１７】しかしながら、十分な機械的強度を維持し
つつ、抵抗値を調整するのは極めて困難であった。
つつ、抵抗値を調整するのは極めて困難であった。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の単
結晶製造装置では、るつぼ底部の温度の低下を防ぐため
に、円筒をるつぼの底面よりも長く延ばす形状をとって
いるが、この場合、黒鉛るつぼの底面の入熱量が大きく
なり、るつぼ中の融液の底部に近い部分での温度が高く
なって、るつぼ底部からの沸き上がりによる自然対流を
活発化して溶融シリコンによる石英るつぼの溶解速度を
大きくし、酸素濃度を高めることになり、シリコン単結
晶の酸素濃度が高くなってしまうという問題があった。
結晶製造装置では、るつぼ底部の温度の低下を防ぐため
に、円筒をるつぼの底面よりも長く延ばす形状をとって
いるが、この場合、黒鉛るつぼの底面の入熱量が大きく
なり、るつぼ中の融液の底部に近い部分での温度が高く
なって、るつぼ底部からの沸き上がりによる自然対流を
活発化して溶融シリコンによる石英るつぼの溶解速度を
大きくし、酸素濃度を高めることになり、シリコン単結
晶の酸素濃度が高くなってしまうという問題があった。
【００１９】また、このためヒータの円筒の軸方向の長
さを短くしようとすると、ヒータの円筒軸方向の長さ
は、ヒータ設計上、ヒータ電源からの制約を受ける。す
なわちヒータ電源出力が最大となる負荷抵抗の値は決ま
っているため、ヒータの抵抗値をその電源に最適な値に
調整する必要がある。しかしながら、抵抗値をあげよう
とすると、切り込みによる分割数を増大したりまた、肉
薄とする等の方法をとらねばならず、このような方法で
は、機械的強度が低下するという問題があり、抵抗値を
大きくするにも限界があった。
さを短くしようとすると、ヒータの円筒軸方向の長さ
は、ヒータ設計上、ヒータ電源からの制約を受ける。す
なわちヒータ電源出力が最大となる負荷抵抗の値は決ま
っているため、ヒータの抵抗値をその電源に最適な値に
調整する必要がある。しかしながら、抵抗値をあげよう
とすると、切り込みによる分割数を増大したりまた、肉
薄とする等の方法をとらねばならず、このような方法で
は、機械的強度が低下するという問題があり、抵抗値を
大きくするにも限界があった。
【００２０】本発明は前記実情に鑑みてなされたもの
で、酸素濃度の低い単結晶シリコンを得ることのできる
単結晶製造装置を提供することを目的とする。
で、酸素濃度の低い単結晶シリコンを得ることのできる
単結晶製造装置を提供することを目的とする。
【００２１】また本発明では、機械的強度を維持しつつ
高い発熱量を得ることのできる単結晶製造装置用ヒータ
を提供することを目的とする。
高い発熱量を得ることのできる単結晶製造装置用ヒータ
を提供することを目的とする。
【００２２】
【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、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筒状の加熱ヒ
―タと、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、加熱ヒータの下端がるつぼの底部とほぼ一致するか
またはそれよりも上に位置するようにしている。
融液を充填したるつぼと、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筒状の加熱ヒ
―タと、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、加熱ヒータの下端がるつぼの底部とほぼ一致するか
またはそれよりも上に位置するようにしている。
【００２３】また、本発明では円筒状ヒータの外周面お
よび内周面にヒータの軸方向とは異なる方向に溝を配設
し、熱電流経路を長くするようにしている。
よび内周面にヒータの軸方向とは異なる方向に溝を配設
し、熱電流経路を長くするようにしている。
【００２４】すなわち本発明の第１では、原料融液を充
填したるつぼと、前記るつぼの周囲を囲むように配設さ
れ、るつぼ内の原料全体を溶融し原料融液を形成する円
筒状の加熱ヒ―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、加熱ヒータは、所定の肉厚を有す
る中空円筒状をなし、その外周面および内周面にそれぞ
れスパイラル状あるいは複数のリング状をなすように配
設された第１および第２の溝を具備し、前記第１の溝は
第２の溝のほぼ中間部に位置するように交互に配設さ
れ、電流経路を実質的に長くしたことを特徴とする。本
発明の第２では、前記第１および第２の溝の深さは、前
記加熱ヒータの肉厚の３分の２以下となるようにしたこ
とを特徴とする。本発明の第３では、前記第１および第
２の溝は、そのピッチおよび深さが、前記加熱ヒータの
肉厚の３分の２程度であって、前記加熱ヒータは厚さ一
定の折りたたみ構造をなしていることを特徴とする。本
発明の第４では、前記加熱ヒータは、さらに上面および
下面からそれぞれ軸方向に沿って配設されたスリット状
の第３および第４の溝を具備し、前記第３の溝は第４の
溝のほぼ中間部に位置するように交互に配設され、電流
経路を実質的に長くしたことを特徴とする。本発明の第
５では、単結晶製造装置において、加熱ヒータは、所定
の肉厚を有する中空円筒状をなし、その下端が、前記る
つぼの底端と同程度かまたは底端よりも上に位置するよ
うに構成されると共に、さらにその外周面および内周面
にそれぞれスパイラル状あるいは複数のリング状をなす
ように配設された第１および第２の溝を具備し、前記第
１の溝は第２の溝のほぼ中間部に位置するように交互に
配設され、電流経路を実質的に長くしたことを特徴とす
る。本発明の第６では、単結晶製造装置において、前記
加熱ヒータは、所定の肉厚を有する中空円筒状をなし、
その下端が、前記るつぼの底端と同程度かまたは底端よ
りも上に位置するように構成されると共に、さらにその
外周面および内周面にそれぞれスパイラル状あるいは複
数のリング状をなすように配設された第１および第２の
溝を具備し、前記第１の溝は第２の溝のほぼ中間部に位
置するように交互に配設されるとともに、前記第１およ
び第２の溝は、そのピッチおよび深さが、前記加熱ヒー
タの肉厚の３分の２程度であって、前記加熱ヒータは厚
さ一定の折りたたみ構造をなし、電流経路を実質的に長
くしたことを特徴とする。また望ましくは、外周面およ
び内周面の溝は、同一ピッチで形成されたスパイラル状
の溝であり、外周面側と内周面側とで、溝の幅以上の距
離だけ離間するように形成されている。
填したるつぼと、前記るつぼの周囲を囲むように配設さ
れ、るつぼ内の原料全体を溶融し原料融液を形成する円
筒状の加熱ヒ―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、加熱ヒータは、所定の肉厚を有す
る中空円筒状をなし、その外周面および内周面にそれぞ
れスパイラル状あるいは複数のリング状をなすように配
設された第１および第２の溝を具備し、前記第１の溝は
第２の溝のほぼ中間部に位置するように交互に配設さ
れ、電流経路を実質的に長くしたことを特徴とする。本
発明の第２では、前記第１および第２の溝の深さは、前
記加熱ヒータの肉厚の３分の２以下となるようにしたこ
とを特徴とする。本発明の第３では、前記第１および第
２の溝は、そのピッチおよび深さが、前記加熱ヒータの
肉厚の３分の２程度であって、前記加熱ヒータは厚さ一
定の折りたたみ構造をなしていることを特徴とする。本
発明の第４では、前記加熱ヒータは、さらに上面および
下面からそれぞれ軸方向に沿って配設されたスリット状
の第３および第４の溝を具備し、前記第３の溝は第４の
溝のほぼ中間部に位置するように交互に配設され、電流
経路を実質的に長くしたことを特徴とする。本発明の第
５では、単結晶製造装置において、加熱ヒータは、所定
の肉厚を有する中空円筒状をなし、その下端が、前記る
つぼの底端と同程度かまたは底端よりも上に位置するよ
うに構成されると共に、さらにその外周面および内周面
にそれぞれスパイラル状あるいは複数のリング状をなす
ように配設された第１および第２の溝を具備し、前記第
１の溝は第２の溝のほぼ中間部に位置するように交互に
配設され、電流経路を実質的に長くしたことを特徴とす
る。本発明の第６では、単結晶製造装置において、前記
加熱ヒータは、所定の肉厚を有する中空円筒状をなし、
その下端が、前記るつぼの底端と同程度かまたは底端よ
りも上に位置するように構成されると共に、さらにその
外周面および内周面にそれぞれスパイラル状あるいは複
数のリング状をなすように配設された第１および第２の
溝を具備し、前記第１の溝は第２の溝のほぼ中間部に位
置するように交互に配設されるとともに、前記第１およ
び第２の溝は、そのピッチおよび深さが、前記加熱ヒー
タの肉厚の３分の２程度であって、前記加熱ヒータは厚
さ一定の折りたたみ構造をなし、電流経路を実質的に長
くしたことを特徴とする。また望ましくは、外周面およ
び内周面の溝は、同一ピッチで形成されたスパイラル状
の溝であり、外周面側と内周面側とで、溝の幅以上の距
離だけ離間するように形成されている。
【００２５】
【００２６】本発明の第１の構成によれば、ヒータの肉
厚方向に電流経路を形成し、長手方向に流れる電流の経
路長を溝によって実効的に長くしようとするもので、か
かる構成により発熱効率を高め、ヒータの抵抗値を下げ
ることなくヒータの長さを短縮することができる。すな
わち、ヒータの径方向に溝を入れることにより、ヒータ
の軸方向に流れる電流が、厚さ方向にも経路を形成する
ためである。従ってるつぼ中の融液の上部を集中的に加
熱することが可能となり、るつぼ底部の温度を従来の設
計寸法によるヒータに比べて１０〜２０℃程度低くする
ことができる。これにより引上げ初期の融液の対流を著
しく抑制し、るつぼと融液の接触面積が従来と同一にも
かかわらずつるぼ内での対流による酸素の溶出を抑制す
ることができる。これにより引上げ初期のシリコン単結
晶中の酸素濃度を従来の設計によるヒータを使用した場
合に比べて著しく低くすることができる。
厚方向に電流経路を形成し、長手方向に流れる電流の経
路長を溝によって実効的に長くしようとするもので、か
かる構成により発熱効率を高め、ヒータの抵抗値を下げ
ることなくヒータの長さを短縮することができる。すな
わち、ヒータの径方向に溝を入れることにより、ヒータ
の軸方向に流れる電流が、厚さ方向にも経路を形成する
ためである。従ってるつぼ中の融液の上部を集中的に加
熱することが可能となり、るつぼ底部の温度を従来の設
計寸法によるヒータに比べて１０〜２０℃程度低くする
ことができる。これにより引上げ初期の融液の対流を著
しく抑制し、るつぼと融液の接触面積が従来と同一にも
かかわらずつるぼ内での対流による酸素の溶出を抑制す
ることができる。これにより引上げ初期のシリコン単結
晶中の酸素濃度を従来の設計によるヒータを使用した場
合に比べて著しく低くすることができる。
【００２７】また、本発明の第２によれば、溝の深さ
を、ヒータの肉厚の３分の２以下とすることにより、機
械的強度の低下もほとんどない。さらに本発明の第３に
よれば、前記第１および第２の溝は、そのピッチおよび
深さが、加熱ヒータの肉厚の３分の２程度として、加熱
ヒータは厚さ一定の折りたたみ構造をなすように構成す
ることにより、強度を良好に維持しつつ、極めて有効に
発熱効率を高めることができる。さらに望ましくは、本
発明の第４によれば、加熱ヒータは、さらに上面および
下面からそれぞれ軸方向に沿って配設されたスリット状
の第３および第４の溝を具備し、前記第３の溝は、第４
の溝のほぼ中間部に位置するように交互に配設され、電
流経路を実質的に長くすることにより、さらに発熱効率
を高めることができるため、ヒータの全長を短くし、る
つぼ側面のみを加熱するようにすることができる。また
本発明の第５によれば、溝を形成して、発熱効率を高
め、ヒータ長の低減をはかることができるため、容易
に、るつぼの上部のみを効率よく加熱することができ、
対流を防止し極めて熱効率がよく、引上げ単結晶中の酸
素濃度を著しく低くすることができる。さらに本発明の
第６によれば、溝の深さを肉厚の３分の２とすることに
より、折りたたみ構造のヒータを構成することができ、
極めて良好に、強度を良好に維持しつつ、極めて有効に
発熱効率を高めることができ、発熱効率を高め、ヒータ
長の低減をはかることができるため、容易に、るつぼの
上部のみを効率よく加熱することができ、対流を防止し
極めて熱効率がよく、引上げ単結晶中の酸素濃度を著し
く低くすることができる。
を、ヒータの肉厚の３分の２以下とすることにより、機
械的強度の低下もほとんどない。さらに本発明の第３に
よれば、前記第１および第２の溝は、そのピッチおよび
深さが、加熱ヒータの肉厚の３分の２程度として、加熱
ヒータは厚さ一定の折りたたみ構造をなすように構成す
ることにより、強度を良好に維持しつつ、極めて有効に
発熱効率を高めることができる。さらに望ましくは、本
発明の第４によれば、加熱ヒータは、さらに上面および
下面からそれぞれ軸方向に沿って配設されたスリット状
の第３および第４の溝を具備し、前記第３の溝は、第４
の溝のほぼ中間部に位置するように交互に配設され、電
流経路を実質的に長くすることにより、さらに発熱効率
を高めることができるため、ヒータの全長を短くし、る
つぼ側面のみを加熱するようにすることができる。また
本発明の第５によれば、溝を形成して、発熱効率を高
め、ヒータ長の低減をはかることができるため、容易
に、るつぼの上部のみを効率よく加熱することができ、
対流を防止し極めて熱効率がよく、引上げ単結晶中の酸
素濃度を著しく低くすることができる。さらに本発明の
第６によれば、溝の深さを肉厚の３分の２とすることに
より、折りたたみ構造のヒータを構成することができ、
極めて良好に、強度を良好に維持しつつ、極めて有効に
発熱効率を高めることができ、発熱効率を高め、ヒータ
長の低減をはかることができるため、容易に、るつぼの
上部のみを効率よく加熱することができ、対流を防止し
極めて熱効率がよく、引上げ単結晶中の酸素濃度を著し
く低くすることができる。
【００２８】また、ヒータ外周面および内周面の溝を、
同一ピッチで形成されたスパイラル状の溝であって、外
周面側と内周面側とで、溝の幅以上の距離だけ離間する
ように形成することにより、機械的強度にほとんど影響
なく、均一な発熱量を有する高抵抗のヒータを得ること
ができる。
同一ピッチで形成されたスパイラル状の溝であって、外
周面側と内周面側とで、溝の幅以上の距離だけ離間する
ように形成することにより、機械的強度にほとんど影響
なく、均一な発熱量を有する高抵抗のヒータを得ること
ができる。
【００２９】
【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。
つつ詳細に説明する。
【００３０】実施例１ 本発明の第１の実施例の単結晶育成装置は、図１および
図２に示すように（図１は全体説明図、図２はヒータを
示す図である）、ヒータ１２の下端が石英るつぼ１１の
底部の高さよりも高い位置にある点と、このヒータが図
２に示すようにように黒鉛からなる円筒状体の外周面お
よび内周面に交互にヒータの軸方向とは異なる方向の溝
Ｖを配設し、電流経路を長くし、単位面積あたりの発熱
量を大きくしたことを特徴とするものである。
図２に示すように（図１は全体説明図、図２はヒータを
示す図である）、ヒータ１２の下端が石英るつぼ１１の
底部の高さよりも高い位置にある点と、このヒータが図
２に示すようにように黒鉛からなる円筒状体の外周面お
よび内周面に交互にヒータの軸方向とは異なる方向の溝
Ｖを配設し、電流経路を長くし、単位面積あたりの発熱
量を大きくしたことを特徴とするものである。
【００３１】このヒータは図３に従来のヒータとの比較
図を示すように、肉厚３Ｄ＝６０mmの円筒状ヒータの外
周面に深さ２Ｄ＝４０mmの溝を１ピッチ２Ｄ＝４０mmで
形成するとともに、内周面にはこれと１ピッチづつずら
した位置に同様に深さ２Ｄ＝４０mmの溝を１ピッチ２Ｄ
＝４０mmで形成している。
図を示すように、肉厚３Ｄ＝６０mmの円筒状ヒータの外
周面に深さ２Ｄ＝４０mmの溝を１ピッチ２Ｄ＝４０mmで
形成するとともに、内周面にはこれと１ピッチづつずら
した位置に同様に深さ２Ｄ＝４０mmの溝を１ピッチ２Ｄ
＝４０mmで形成している。
【００３２】すなわち、この装置は、チャンバー１８内
に設置された石英るつぼ１内に収容した単結晶原料をヒ
ータ１２によって加熱溶融し、この融液に引上げ軸１３
にとりつけた種結晶１４を浸漬し、これを回転させつつ
上方に引き上げて単結晶１５を成長せしめるように構成
されている。ここでは、ヒータ１２内に、ペディスタル
（るつぼ支持台：図示せず）に装着されたるつぼ受けに
支持された黒鉛るつぼ１６内にさらに石英るつぼ１１を
装着し、この石英るつぼ１１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。
に設置された石英るつぼ１内に収容した単結晶原料をヒ
ータ１２によって加熱溶融し、この融液に引上げ軸１３
にとりつけた種結晶１４を浸漬し、これを回転させつつ
上方に引き上げて単結晶１５を成長せしめるように構成
されている。ここでは、ヒータ１２内に、ペディスタル
（るつぼ支持台：図示せず）に装着されたるつぼ受けに
支持された黒鉛るつぼ１６内にさらに石英るつぼ１１を
装着し、この石英るつぼ１１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。
【００３３】次に、この図１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。
シリコン単結晶の育成を行う方法について説明する。
【００３４】まず、排気口から真空排気し、チャンバー
１８内をＡｒで置換する。その後、真空ポンプで排気し
ながらしＡｒを３０〜１００リットル／分流してチャン
バー内の圧力を１〜１０Torrに維持する。
１８内をＡｒで置換する。その後、真空ポンプで排気し
ながらしＡｒを３０〜１００リットル／分流してチャン
バー内の圧力を１〜１０Torrに維持する。
【００３５】そして、ヒータ１２をオンし、多結晶シリ
コンを装填した石英るつぼ１１を加熱して、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
部によって所定の速度で引き上げることにより単結晶１
５を育成するようになっている。
コンを装填した石英るつぼ１１を加熱して、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
部によって所定の速度で引き上げることにより単結晶１
５を育成するようになっている。
【００３６】単結晶育成時の条件は、石英るつぼ１１の
直径１６インチ、石英るつぼ１１内の融液量４５kg、育
成単結晶１５の直径６インチ、抵抗率（リンド―プ）１
５Ω・cm、引上げ速度１mm／min.である。そして、ここ
では溶融後は石英るつぼ上端とヒータ上端が一致する位
置に黒鉛るつぼ位置をセットして５ＲＰＭで黒鉛るつぼ
を回転させ通常のＣＺ法と同様に種結晶をるつぼと反対
方向に回転させながら引上げを行った。種結晶の回転速
度は２０ＲＰＭとした。
直径１６インチ、石英るつぼ１１内の融液量４５kg、育
成単結晶１５の直径６インチ、抵抗率（リンド―プ）１
５Ω・cm、引上げ速度１mm／min.である。そして、ここ
では溶融後は石英るつぼ上端とヒータ上端が一致する位
置に黒鉛るつぼ位置をセットして５ＲＰＭで黒鉛るつぼ
を回転させ通常のＣＺ法と同様に種結晶をるつぼと反対
方向に回転させながら引上げを行った。種結晶の回転速
度は２０ＲＰＭとした。
【００３７】このようにして成長せしめられたシリコン
単結晶の軸方向の酸素濃度を測定した。その結果を図４
に示す。図中実線ａは本発明実施例の装置で成長させた
単結晶の酸素濃度である。比較のために破線ｂに図７に
示した従来例の装置を用いて成長させた単結晶の酸素濃
度を測定した結果を示す。これらの比較から、従来に比
べ、本発明の装置を用いて育成した単結晶では酸素濃度
が低減されていることがわかる。特に引上げ初期の酸素
濃度は従来に比較して２〜３×１０17atm/cm3 程度低く
なっていることがわかる。
単結晶の軸方向の酸素濃度を測定した。その結果を図４
に示す。図中実線ａは本発明実施例の装置で成長させた
単結晶の酸素濃度である。比較のために破線ｂに図７に
示した従来例の装置を用いて成長させた単結晶の酸素濃
度を測定した結果を示す。これらの比較から、従来に比
べ、本発明の装置を用いて育成した単結晶では酸素濃度
が低減されていることがわかる。特に引上げ初期の酸素
濃度は従来に比較して２〜３×１０17atm/cm3 程度低く
なっていることがわかる。
【００３８】図３の比較から、ヒータの実質的な厚さＤ
を同一にして溝の深さを２Ｄとした場合、同一に分割数
でヒータ抵抗値を一定に保ったままヒータ長さをほぼ１
／２以下にすることができる。
を同一にして溝の深さを２Ｄとした場合、同一に分割数
でヒータ抵抗値を一定に保ったままヒータ長さをほぼ１
／２以下にすることができる。
【００３９】このように分割数を増したり肉厚を減少し
たりすることなくヒータ長さを大幅に小さくし、同程度
の発熱量を得ることができるため、機械的強度を良好に
維持する事が可能となる。
たりすることなくヒータ長さを大幅に小さくし、同程度
の発熱量を得ることができるため、機械的強度を良好に
維持する事が可能となる。
【００４０】なお、前記実施例では、リング状の溝を形
成したが、図５に変形例を示すようにスパイラル状の溝
を形成するようにしてもよい。
成したが、図５に変形例を示すようにスパイラル状の溝
を形成するようにしてもよい。
【００４１】さらに、本発明は前記実施例に限定される
ことなく、種々の応用例においても適用可能である。
ことなく、種々の応用例においても適用可能である。
【００４２】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の第１
によれば、ヒータの円筒方向の長さを短くし、るつぼ側
面への入熱量を大きくしてるつぼ底部への熱の集中を少
なくしているため、引上げ結晶の酸素濃度を低くするこ
とができる。
によれば、ヒータの円筒方向の長さを短くし、るつぼ側
面への入熱量を大きくしてるつぼ底部への熱の集中を少
なくしているため、引上げ結晶の酸素濃度を低くするこ
とができる。
【００４３】また本発明の第２によれば、ヒータの長手
方向に流れる電流の経路長を溝によって実効的に長くし
ているため、ヒータの抵抗値を下げることなくヒータの
長さを短縮することができる。
方向に流れる電流の経路長を溝によって実効的に長くし
ているため、ヒータの抵抗値を下げることなくヒータの
長さを短縮することができる。
【図１】本発明の第１の実施例の単結晶育成装置の説明
図。
図。
【図２】同単結晶育成装置のヒータの部分断面拡大図。
【図３】同ヒータの説明図。
【図４】本発明の単結晶育成装置で育成した単結晶シリ
コンと従来例の装置で育成した単結晶シリコンとの酸素
濃度の軸方向推移を示す図。
コンと従来例の装置で育成した単結晶シリコンとの酸素
濃度の軸方向推移を示す図。
【図５】本発明の他の実施例のヒータを示す図。
【図６】本発明の単結晶育成装置を従来の単結晶育成装
置の比較図。
置の比較図。
【図７】従来例の単結晶育成装置を示す図。
【図８】同ヒータを示す図。
【図９】従来例の単結晶育成装置で引き上げた単結晶シ
リコンの酸素濃度の軸方向推移を示す図。
リコンの酸素濃度の軸方向推移を示す図。
１ 石英るつぼ ２ ヒータ ３ 引上げ軸 ４ 種結晶 ５ 単結晶 １１ 石英るつぼ １２ ヒータ １３ 引上げ軸 １４ 種結晶 １５ 単結晶 １６ 黒鉛るつぼ １７ 保温剤 １８ チャンバー
Claims (6)
- 【請求項１】 原料融液を充填したるつぼと、 前記るつぼの周囲を囲むように配設され、るつぼ内の原
料全体を溶融し原料融液を形成する円筒状の加熱ヒ―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、 前記加熱ヒータは、所定の肉厚を有する中空円筒状をな
し、その外周面および内周面にそれぞれスパイラル状あ
るいは複数のリング状をなすように配設された第１およ
び第２の溝を具備し、 前記第１の溝は第２の溝のほぼ中間部に位置するように
交互に配設され、電流経路を実質的に長くしたことを特
徴とする単結晶製造装置。 - 【請求項２】 前記第１および第２の溝の深さは、前記
加熱ヒータの肉厚の３分の２以下となるようにしたこと
を特徴とする請求項２記載の単結晶製造装置。 - 【請求項３】 前記加熱ヒータは厚さ一定の折りたたみ
構造をなしていることを特徴とする請求項２記載の単結
晶製造装置。 - 【請求項４】 前記加熱ヒータは、さらに上面および下
面からそれぞれ軸方向に沿って配設されたスリット状の
第３および第４の溝を具備し、前記第３の溝は第４の溝
のほぼ中間部に位置するように交互に配設され、電流経
路を実質的に長く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。 - 【請求項５】 原料融液を充填したるつぼと、 前記るつぼの周囲を囲むように配設され、るつぼ内の原
料全体を溶融し原料融液を形成する円筒状の加熱ヒ―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、 前記加熱ヒータは、所定の肉厚を有する中空円筒状をな
し、その下端が、前記るつぼの底端と同程度かまたは底
端よりも上に位置するように構成されると共に、さらに その外周面および内周面にそれぞれスパイラル状あるい
は複数のリング状をなすように配設された第１および第
２の溝を具備し、 前記第１の溝は第２の溝のほぼ中間部に位置するように
交互に配設され、電流経路を実質的に長くしたことを特
徴とする単結晶製造装置。 - 【請求項６】 原料融液を充填したるつぼと、 前記るつぼの周囲を囲むように配設され、るつぼ内の原
料全体を溶融し原料融液を形成する円筒状の加熱ヒ―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、 前記加熱ヒータは、所定の肉厚を有する中空円筒状をな
し、その下端が、前記るつぼの底端と同程度かまたは底
端よりも上に位置するように構成されると共に、さらに
その外周面および内周面にそれぞれスパイラル状あるい
は複数のリング状をなすように配設された第１および第
２の溝を具備し、 前記第１の溝は第２の溝のほぼ中間部に位置するように
交互に配設されるとともに、前記第１および第２の溝
は、そのピッチおよび深さが、前記加熱ヒータの肉厚の
３分の２程度であって、前記加熱ヒータは厚さ一定の折
りたたみ構造をなし、電流経路を実質的に長くしたこと
を特徴とする単結晶製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3131339A JP2631045B2 (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 単結晶製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3131339A JP2631045B2 (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 単結晶製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04357191A JPH04357191A (ja) | 1992-12-10 |
| JP2631045B2 true JP2631045B2 (ja) | 1997-07-16 |
Family
ID=15055633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3131339A Expired - Lifetime JP2631045B2 (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 単結晶製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2631045B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110923807A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-03-27 | 宁晋晶兴电子材料有限公司 | 提高单晶硅品质的热场及方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100699537B1 (ko) * | 2004-12-24 | 2007-03-23 | 주식회사 실트론 | 실리콘 단결정 성장 방법 및 그 장치 |
| KR101105526B1 (ko) * | 2008-12-30 | 2012-01-13 | 주식회사 엘지실트론 | 단결정 잉곳 제조용 히터 및 이를 구비하는 단결정 잉곳 제조장치 |
| CN113772930B (zh) * | 2021-09-16 | 2022-04-15 | 宁夏盾源聚芯半导体科技股份有限公司 | 石英坩埚制备装置及降低石英坩埚中脱羟的方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2542090C2 (de) * | 1975-09-20 | 1983-08-25 | Bayer Ag, 5090 Leverkusen | Kondensationsprodukte aus Cycloalkanonen, Formaldehyd und Alkalibisulfit |
| JPH0639353B2 (ja) * | 1986-02-28 | 1994-05-25 | 東芝セラミックス株式会社 | シリコン単結晶の引上げ装置 |
| JPS63159285A (ja) * | 1986-12-24 | 1988-07-02 | Nkk Corp | 単結晶製造装置 |
| JPH01164790A (ja) * | 1987-12-18 | 1989-06-28 | Hitachi Cable Ltd | 半導体単結晶の製造方法 |
| JP2550740B2 (ja) * | 1990-03-15 | 1996-11-06 | 住友金属工業株式会社 | 結晶成長装置 |
-
1991
- 1991-06-03 JP JP3131339A patent/JP2631045B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110923807A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-03-27 | 宁晋晶兴电子材料有限公司 | 提高单晶硅品质的热场及方法 |
| CN110923807B (zh) * | 2019-12-31 | 2021-06-08 | 宁晋晶兴电子材料有限公司 | 提高单晶硅品质的热场及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04357191A (ja) | 1992-12-10 |
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