JP2705810B2

JP2705810B2 - 単結晶引上装置

Info

Publication number: JP2705810B2
Application number: JP63251153A
Authority: JP
Inventors: 一郎山下; 康島貫; 朗樋口
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1988-10-05
Filing date: 1988-10-05
Publication date: 1998-01-28
Anticipated expiration: 2013-01-28
Also published as: JPH0297480A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、引き上げ中の単結晶を冷却するための冷却
筒を備えた単結晶引上装置に関する。

「従来の技術」この種の単結晶引上装置の一例として、特開昭61-683
89号公報において提案されたシリコン単結晶の引上装置
を第５図に示す。

図中符号１は炉体であり、この炉体１内には、シリコ
ン溶湯Ｙを保持する石英ルツボ２が黒鉛サセプタ３を介
して回転軸４の上端に固定されている。また、ルツボ２
の周囲にはヒータ５および保温筒６が配置されるとと
も、ルツボ２の上方には図示しない引上機構が設けら
れ、引上ワイヤ７により、種結晶８を固定した種保持具
９が昇降および回転操作されるようになっている。

また、引き上げられる単結晶Ｔの周囲には間隙をあけ
て同心に冷却筒10が配置され、炉体１の上壁を垂直に貫
通して固定されている。この冷却筒10は円筒形をなし、
その内部には冷却水等を通す冷媒路（図示略）が形成さ
れ、さらに冷却筒10の上端からはArガスが炉体１内に供
給される。また、冷却筒10の下端部には上下に長い開口
部11が形成される一方、炉体１の上壁には透明な窓12が
形成されており、この窓部12および開口部11を通してテ
レビカメラ等で単結晶成長部を観察し、引き上げ速度の
制御を行なう構成となっている。

この装置によれば、冷却筒10によって引き上げ中の単
結晶Ｔへの輻射熱を防ぐとともに単結晶Ｔを冷却し、育
成速度を高めることができる。

「発明が解決しようとする課題」しかし上記装置においては、冷却筒10に開口部11を形
成しているため、この開口部11を通して輻射熱や高温の
雰囲気ガスが冷却筒10内に流入し、開口部11と対向する
部分の溶湯Ｙの表面の冷却効果が低下する。このため、
単結晶Ｔの成長界面において熱的中心軸と引上中心軸と
にずれが生じ、単結晶の成長方向に凹凸すなわち成長縞
が生じるうえ、単結晶中のドーパント濃度が軸方向に不
均一になり歩留まりが低下する欠点があった。なお仮
に、冷却筒10の開口部11に透明板を固定したとしても、
この透明板を冷却することは困難であり、前記冷却むら
はあまり改善されないうえ、耐熱性や透明度の点で材質
の選択が難しい。

一方、本出願人らは、特願昭63-145260号において、
半導体デバイス工程での高温処理時に積層欠陥が生じに
くいシリコン単結晶の育成方法を提案した。この方法
は、溶湯から引き上げたシリコン単結晶が、850〜1050
℃の温度範囲を140分以下の滞留時間で通過するように
冷却温度の制御を行なうことを特徴とし、滞留時間が14
0分以下であれば、短いほど加熱処理後に発生する積層
欠陥の少ないことが判明している。このため、この点か
らも冷却筒10による単結晶冷却効果のばらつきを防ぐこ
とが切望されている。

「課題を解決するための手段」本発明は上記課題を解決するためになされたもので、
冷却手段を有する光路画成部を前記冷却筒から炉体外へ
延設するとともに、この光路画成部の炉体側の端部には
光路画成部内を通して単結晶の成長部が観察できる位置
に窓部を設け、前記冷却手段は、前記光路画成部内に形
成された冷媒路を備え、該冷媒路に接続されこれに冷媒
を供給する冷媒供給管を窓部近傍に設けていることを特
徴とする。

「作用」この装置では、冷却手段により冷却される光路画成部
を通して単結晶を観察するので、冷却筒内に輻射熱や高
温の雰囲気ガスが侵入せず、成長縞やドーパント濃度の
ばらつきを防ぐことができる。

「実施例」第１図は、本発明に係わる単結晶引上装置の第１実施
例を示し、前記の従来例と同一部分には同一符号を付し
て説明を省略する。

この装置では、炉体１の上壁に貫通固定された冷却筒
20の下端部に、斜め上方に向けて開口する開口部21が形
成され、この開口部21の周縁に斜め上方に延びる筒状の
光路画成部22が気密的に連結されたことを特徴とする。

この光路画成部22の上端は炉欄１の上壁を貫通して固
定され、その上端部内には耐熱ガラス等の透明板（窓
部）23が軸線方向に対し直角かつ気密的にはめ込まれて
おり、この窓部23から光路画成部22を通して、単結晶Ｔ
の成長部が観察できるように各部が位置決めされてい
る。なお、光路画成部22の内径は、冷却むらが極力低減
されるように、観察に支障がない範囲で小さいほうが望
ましい。

また、光路画成部22内には、その全域に亙って内部に
冷媒路（図示略）が形成され、上端部（すなわち、透明
板23の近傍）に連結された一対の冷媒供給管24を通じ
て、この冷媒路内に冷却水が循環されるようになってい
る。一方、冷却筒20にも内部全域に亙って冷媒路（図示
略）が形成され、その上端開口部にはArガス等の雰囲気
ガス供給管（図示略）が接続されている。

上記構成からなる単結晶引上装置においては、冷却筒
20に形成された開口部21を光路画成部22で気密的に封止
したうえ、この光路画成部22を冷却筒20と同様に冷媒で
冷却しているので、冷却筒20内に炉体１内の輻射熱や高
温の雰囲気ガスが侵入せず、単結晶Ｔの成長界面での熱
的中心軸と引上中心軸とのずれが生じない。したがっ
て、単結晶Ｔに成長縞やドーパント濃度むらが生ること
を防ぎ、高品質で歩留まりの良好な単結晶製造が可能で
ある。

また、引き上げられた単結晶Ｔを均一に効率良く冷却
できることから、単結晶の850〜1050℃での滞留時間を1
40分以下に短縮することが容易で、半導体デバイス工程
における高温処理後も積層欠陥が発生しにくい単結晶が
得られる。

次に、第２図は本発明の他の実施例を示し、この例で
は、炉体１の上壁に貫通固定された冷却筒30の下端部か
ら炉体１外に露出する部分にかけて、長手方向に方向に
一定幅のスリット31を形成し、このスリット31を覆うよ
うに樋状の光路画成部32を固定したことを特徴とする。
この光路画成部32は、上端を除く他の周端はスリット31
の周縁部に気密的に接合され、その上端周縁とスリット
31の上端周縁部との間には、透明板（窓部）33が気密的
に嵌合されている。また、光路画成部32および冷却筒30
の内部には、互いに連通する冷媒路（図示略）が形成さ
れ、これらに接続された冷媒供給管34を介して冷媒が循
環されるようになっている。なお、光路画成部32と冷却
筒30の冷媒路を接続せず、それぞれ別個に設けてもよ
い。

上記構成によれば、冷却筒30および光路画成部32の構
造が単純で、これらと炉体１との接合構造が単純化でき
るため、装置の製造コストが安く済むうえ、窓部33から
の上下方法の視野角が広くとることができる利点を有す
る。

なお、本発明はシリコンのみに限らず、他種の半導体
単結晶の製造装置に適用してもよい。さらに、冷却筒の
形状を円筒形から截頭円筒状等に変更したり、炉体に冷
却筒を直接固定する代わりに、棒体を介して炉体１の上
壁から冷却筒を吊り下げた構成や、保温筒６の上端にフ
ランジ部材を介して冷却筒を支持する構成、冷却筒に昇
降機構を付設し炉体１内で昇降操作可能とした構成等も
実施可能である。この種の昇降機構を設けた場合、第１
図示の構成では冷却筒20と光路画成部22とを分離可能に
しておく必要がある。一方、第２図示の構成では、冷却
筒30と光路画成部32が全体で筒状をなすので、これらを
炉体１に対し昇降可能に支持することが容易である。

さらにまた、冷却筒の内面に溝や突条等の凹凸部を形
成して表面積を増したり、冷却筒の内面を黒くして単結
晶の冷却効果を高めてもよい。

「実験例」次に、実験例を挙げて本発明の効果を実証する。

まず、第５図に示すような冷却筒10を備えたシリコン
単結晶の引上装置を使用し、直径６インチのシリコン単
結晶を引き上げた。冷却筒10の内径は400mm、開口部11
は幅50mm×高さ60mmのスリット状で、その下端は冷却筒
10の下端から10mmであった。

次に、前記装置の冷却筒に第１図のように光路画成部
22を溶接固定し、この光路画成部22を冷却しつつ単結晶
引き上げを行なった。なお、冷却筒への冷却水供給量、
ルツボ内のシリコン原料充填量、単結晶の直径、引き上
げ速度、引き上げ時の冷却筒の位置は全て統一した。

そして、得られた２本の単結晶インゴットそれぞれか
ら多数のウェーハを切り出し、これらウェーハのドーパ
ントの濃度を広がり抵抗測定法により測定し、インゴッ
トの長手方向にその濃度変化を任意単位系でプロットし
た。本発明の装置での結果を第３図、従来装置での結果
を第４図に示す。これらグラフから明らかなように、本
発明の装置では単結晶長手方向のドーパント濃度むらが
著しく低減されており、また、単結晶の成長縞も格段に
少なかった。

「発明の効果」以上説明したように、本発明に係わる単結晶引上装置
は、冷却手段を有する光路画成部を前記冷却筒から炉体
外へ延設するとともに、この光路画成部の炉体側の端部
には光路画成部内を通して単結晶の成長部が観察できる
位置に窓部を設け、前記冷却手段は、前記光路画成部内
に形成された冷媒路を備え、該冷媒路に接続されこれに
冷媒を供給する冷媒供給管を窓部近傍に設けているもの
なので、冷却筒内に炉体内の輻射熱や高温の雰囲気ガス
が侵入せず、単結晶の成長界面での熱的中心軸と引上中
心軸のずれが生じない。したがって、単結晶に成長縞や
ドーパント濃度むらが生じることを防ぎ、高品質で歩留
まりの良好な単結晶製造が可能である。

また、本発明をシリコン単結晶引き上げに適用した場
合、引き上げられた単結晶を均一に効率良く冷却できる
ことから、単結晶の850〜1050℃での滞留時間を140分以
下に短縮することが容易で、高温処理後も積層欠陥が発
生しにくい単結晶が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる単結晶引上装置の一実施例を示
す縦断面図、第２図は本発明の他の実施例を示す縦断面
図、第３図および第４図は本発明の実験例の効果を示す
グラフである。一方、第５図は従来の単結晶引上装置の一例を示す縦断
面図である。Ｙ……シリコン溶湯、Ｔ……単結晶、１……炉体、２…
…ルツボ、20……冷却筒、21……開口部、22……光路画
成部、23……窓部、24……冷媒供給管（冷却手段）、30
……冷却筒、31……開口部、32……光路画成部、33……
窓部、34……冷媒供給管（冷却手段）。

フロントページの続き (72)発明者樋口朗兵庫県朝来郡生野町口銀谷字猪野々985 ―１三菱金属株式会社生野工場内 (56)参考文献特開昭63−50391（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−68389（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】溶湯を保持するルツボと、このルツボ内の
溶湯から単結晶を成長させながら引き上げる引上機構
と、引き上げ中の単結晶の周囲に同心に配置される冷却
筒とを、炉体内に備えた単結晶引上装置において、冷却手段を有する光路画成部を前記冷却筒から炉体外へ
延設するとともに、この光路画成部の炉体側の端部には
光路画成部内を通して単結晶の成長部が観察できる位置
に窓部を設け、前記冷却手段は、前記光路画成部内に形成された冷媒路
を備え、該冷媒路に接続されこれに冷媒を供給する冷媒
供給管を窓部近傍に設けていることを特徴とする単結晶
引上装置。