JP2709310B2 - 単結晶引上げ装置 - Google Patents

単結晶引上げ装置

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JP2709310B2 JP1293705A JP29370589A JP2709310B2 JP 2709310 B2 JP2709310 B2 JP 2709310B2 JP 1293705 A JP1293705 A JP 1293705A JP 29370589 A JP29370589 A JP 29370589A JP 2709310 B2 JP2709310 B2 JP 2709310B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、輻射スクリーン配設したCZ単結晶引上げ
装置に関する。
(従来の技術) チョクラルスキー法(CZ法)では、種結晶をルツボ内
のSi融液に浸し、これを回転させながら上方へ引上げ
て、種結晶下に単結晶を成長させる。この場合、ルツボ
内のSi融液は、当初ルツボ内に収容したSi原料をルツボ
周囲に配した円筒形の発熱体により加熱溶融せしめると
ともに、単結晶の引上げ中においても加熱せしめるよう
になっている。
また、単結晶は通常0.5〜1.0mm/minの速度で引上げら
れるが、その引上げ中の冷却速度は単結晶の品質と密接
な関係がある。
一般に単結晶中の酸素誘起に起因する積層欠陥たる面
状格子欠陥(OSF)は、冷却時における900℃〜800℃の
間の保持時間が長くなると多発し、単結晶の品質を著し
く低下させる。
ここで保持時間について説明すると、第3図はSi融液
面からの引上げ距離を縦軸に、そして引上げ単結晶の温
度を横軸に表わすグラフであるが、例えば6″φ単結晶
では、液面330mm〜460mmの位置にある引上げ単結晶部分
が、900℃〜800℃の温度を有していることを示してい
る。したがって、単結晶の引上げ速度を、今仮に1.0mm/
minとすると、単結晶は(460mm−330mm)/1.0mm/min=1
30minの間、900℃〜800℃の温度を保持していることに
なる。そして上記面状格子欠陥(OSF)を防止するため
には、単結晶の冷却速度を上げ、上記900℃〜800℃の温
度保持時間を可及的に短くする必要がある。ところが、
上記したCZ法では、引上げ単結晶の周囲には、発熱体、
ルツボ及びSi融液等の輻射熱源があって、これから受け
る輻射熱量が極めて大きく、必然的に当該温度域におけ
る保持時間を短くできないという問題点があった。
(発明が解決しようとする課題) 上述した所定温度域における保持時間短縮の問題は、
引上げ単結晶の回りに輻射スクリーンを配設することに
よって解決する。しかし、面状格子欠陥(OSF)の発生
防止は、引上げ単結晶の寸法に応じた形状・寸法を有す
る輻射スクリーンの配設によらなければ達成の図れない
ことが判明した。
例えば第4図は第3図と同一の単結晶引上げ条件のも
とで、充分な輻射遮断長さを有しない輻射スクリーン
(第4図においてはb/a=1.25、b/c=1.75)を配設した
場合におけるSi融液面からの引上げ距離と単結晶の温度
との関係を示すグラフである。尚、ここで、aは輻射ス
クリーンの裁頭部の直径、bは同輻射スクリーンの高
さ、cは引上げ単結晶の直径である。かかる場合に、第
3図と比較して明らかなように、不具合な輻射遮断長さ
の輻射スクリーンにおいては、1000℃乃至1100℃以上の
初期の冷却速度の向上には寄与するものの、900℃〜800
℃間の保持時間は輻射スクリーンの有無に関係なく同じ
である。したがって、900℃〜800℃の温度域における保
持時間に依存する面状格子欠陥(OSF)を防止するため
には、引上げ単結晶の寸法に応じた適切な輻射スクリー
ンを配設する必要があることが分かる。
本発明は、上記実情下において、面状格子欠陥(OS
F)の発生防止を達成すべく、引上げ単結晶の直径
(c)と、逆裁頭円錐計輻射スクリーンの形状・寸法
(a及びb)との関係において、引上げ単結晶の冷却曲
線がどのように変化してくるかを実験し、該実験で得ら
れた知見により完成されたものである。
(課題を解決するための手段) 本発明は、引上げ単結晶の回りに位置せしめられる輻
射スクリーンを具備した単結晶引上げ装置において、前
記輻射スクリーンは、その上端と炉内天井部との間に間
隔を持った逆裁頭円錐形のものであり、更に、前記輻射
スクリーンの裁頭部の直径をa、同輻射スクリーンの高
さをb、引上げ単結晶の直径をcとしたときに、a/c=
1.1〜2.0であり、且つb/c≧2.0である構成の単結晶引上
げ装置である。
ここでa/c=1.1〜2.0である理由は、1.1より小の場合
には、操業上支障を生ずるおそれがあるためであり、例
えば輻射スクリーンの配設に多大な調整を要することが
あげられる。更に、2.0以上の場合には、融液及びルツ
ボからの輻射熱を遮断することが図れないためである。
また、b/c≧2.0の関係は、引上げ単結晶の冷却速度と
輻射スクリーンの輻射熱遮断効果、とりわけ、輻射スク
リーンの放散熱量に起因するものであり、後述する実験
結果からの知見に基く。
(作 用) 上記構成によれば、引上げ単結晶の900℃〜800℃の保
持温度が可及的に短くされ、面状格子欠陥(OSF)の発
生は防止される。
(実施例) 以下、本発明を添付図面に基いて説明する。
第1図は本発明装置の断面図を示し、同図中、1は反
応容器、2はルツボ、3はヒータ、4はSi融液、5は引
上げ単結晶である。上記反応容器1の内壁には張り出し
支材6が固着され、該張り出し支材6上に略々逆裁頭円
錐形の輻射スクリーン7が取付けられている。この輻射
スクリーンの上方には、図示を省略した炉内天井部が存
在している。そして、上記輻射スクリーンの裁頭部の直
径aは引上げ単結晶5の裁頭部の直径をa、同輻射スク
リーンの高さをb、引上げ単結晶の直径をcとしたとき
a/c=1.1〜2.0の関係を充足するように設定され、また
輻射スクリーン7の高さはb/c≧2.0の関係を充足するよ
うに設定されている。
8は冷却効果を増すために輻射スクリーン7の上部外
周部に取付けた断熱材、Aは同じく冷却効果を増すため
に輻射スクリーン7の下部外周部に取付けた断熱材であ
って、黒煙フェルト又は石英フェルトから成り、下部に
取付けられた断熱材は、断熱効果を微調整できるよう
に、各層取付け取外し可能な積層構造とされている。実
施例においては、当該断熱材は輻射スクリーンの下端か
ら高さ250mmの範囲の外周部に取付けられている。第2
図は、ルツボ内のSi原料を溶融せしめた状態での輻射ス
クリーン7の内壁温度分布を示すグラフであり、縦軸は
融液面からの高さ(mm)を、横軸は内壁温度(℃)を表
わしている。輻射スクリーンの内壁温度は、引上げ単結
晶の冷却勾配に大きな影響を与えるものであるが、第2
図より明らかな如く、b/aが所定寸法以下の輻射スクリ
ーンでは充分な輻射熱遮断効果を引上げ単結晶に及ぼし
得ないことが解る。すなわち、例えば、b/a=1.25(b/c
=1.75に相当)と、b/a=1.75(b/c=2.3に相当)の輻
射スクリーンでは、融液面から250mm付近の位置で約100
℃以上の温度差を生じており、b/a(b/c)が所定寸法以
下の輻射スクリーンでは充分な輻射熱遮断効果を引上げ
単結晶に及ぼし得ないことが解る。これは輻射スクリー
ンの輻射受熱の放熱作用に基づくものであり、所定寸法
以上の輻射スクリーンであれば、輻射スクリーン面から
の放熱量により所期の輻射熱遮断効果が発揮されること
となる。
更に、輻射スクリーンの下部外周部に取付けられた断
熱材は、輻射スクリーンの内壁面に対し、断熱効果を示
す。このような効果は、単に下部外周部に限定されるも
のでなく、断熱材を取付ける位置に対応し、輻射スクリ
ーンの全長にわたり発揮されることとなる。そこで本発
明者等は、b/cというパラメータに着目し、引上げ単結
晶の縦方向における温度分布を調べた。その結果を第5
図(6″φ単結晶の場合)、第6図(5″φ単結晶の場
合)に示す。
上記第5図、第6図から明らかな如く、単結晶が6″
φの場合は、b/c=1.7の輻射スクリーンにおいては、引
上げ初期の冷却勾配は確保できるものの、面状格子欠陥
(OSF)の発生に大きな要因を持つ、900℃〜800℃の温
度域での冷却は充分でなく、面状格子欠陥の発生防止に
必要な保持時間の短縮は図れていない。しかし、輻射ス
クリーンをb/c≧2.0とすることにより、900℃〜800℃に
至るまでの冷却勾配の確保ができ、900℃〜800℃の保持
時間を短くできる。単結晶が5″φの場合においても、
同様にb/c≧2.0の輻射スクリーンを用いることにより、
900℃〜800℃における保持時間の短縮ができることが解
る。
したがって、引上げ単結晶の寸法に対し、一定の比率
の遮断長さを有する輻射スクリーンによって面状格子欠
陥(OSF)の発生防止に必要な輻射熱遮断効果を得るこ
とができる。
ここで、単結晶の引上げ速度(mm/min)に関して、第
5図及び第6図は引上げ速度1.0mm/minの実施例を示す
ものである。
前記の如く、輻射スクリーンの輻射熱遮断効果は輻射
スクリーンの放熱作用に起因するものであり、引上げ単
結晶の寸法に対し、輻射スクリーンを所定寸法以上の維
持するものとすれば、引上げ単結晶の冷却勾配は引上げ
速度に影響されるものでない。
なお、これによって得た単結晶の面状格子欠陥発生数
(個/cm2)と輻射スクリーンのb/cとの関係を第7図に
示す。図より明らかなように、6″φ引上げ単結晶、若
しくは5″φ引上げ単結晶のいずれかにおいても、b/c
≧2.0において面状格子欠陥(OSF)の発生がなくなって
いる。ところで、各炉において全て同じ冷却勾配を作る
ことは難しく、炉の相違による品質のバラツキが生じ易
い。しかし、上記実施例によれば下部の断熱材Aが積層
構造であり、且つ層毎に取付け取外し可能であるため、
層数を調整し、冷却勾配を微調整できる。
(発明の効果) 以上の如く、本発明は、引上げ単結晶の回りに位置せ
しめられる輻射スクリーンを具備した単結晶引上げ装置
において、前記輻射スクリーンは、その上端と炉内天井
部との間に間隔を持った逆裁頭円錐形のものであり、更
に、前記輻射スクリーンの裁頭部の直径をa、同輻射ス
クリーンの高さをb、引上げ単結晶の直径をcとしたと
きに、a/c=1.1〜2.0であり、且つb/c≧2.0である構成
の単結晶引上げ装置であり、したがって、本発明におい
ては、所定のb/cの寸法を備えた輻射スクリーンによっ
て、加熱体、融液及びルツボの輻射熱源からの輻射熱を
遮蔽し、引上げ単結晶の冷却勾配を適正に維持し得て、
面状格子欠陥(OSF)の発生に大きな影響を及ぼす、900
℃〜800℃の温度域における保持時間を短くできること
により、引上げ単結晶中の面状格子欠陥の発生を無くす
ことができ、高品質の単結晶を安定して成長育成できる
という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置の一実施例を示す断面図、第2図は
輻射スクリーン内壁の温度分布を示すグラフ、第3図は
縦方向における結晶中心の温度分布図、第4図は引上げ
単結晶が900℃〜800℃である保有時間を説明するための
グラフ、第5図は、6″φ単結晶の900℃〜800℃の保有
時間がb/cに依って変化することを示すグラフ、第6図
は5″φ単結晶の900℃〜800℃の保有時間がb/a(b/c)
に依って変化することを示すグラフ、第7図は5″φ及
び6″φ単結晶におけるb/cと面状格子欠陥の発生数と
の関係を示すグラフである。 5……引上げ単結晶、7……輻射スクリーン a……輻射スクリーンの裁頭部の直径 b……輻射スクリーンの高さ c……引上げ単結晶の直径

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】引上げ単結晶の回りに位置せしめられる輻
    射スクリーンを具備した単結晶引上げ装置において、 前記輻射スクリーンは、その上端と炉内天井部との間に
    間隔を持った逆裁頭円錐形のものであり、更に、前記輻
    射スクリーンの裁頭部の直径をa、同輻射スクリーンの
    高さをb、引上げ単結晶の直径をcとしたときに、a/c
    =1.1〜2.0であり、且つb/c≧2.0であることを特徴とす
    る単結晶引上げ装置。
  2. 【請求項2】引上げ単結晶の回りに位置せしめられる逆
    裁頭円錐形の輻射スクリーンであって、当該輻射スクリ
    ーンの外周部を積層構造としたことを特徴とする第1項
    記載の単結晶引上げ装置。
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