JP2710433B2 - 単結晶引上装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、炉本体の融液上部に輻射熱遮蔽体と単結晶
冷却装置とを具備したチョクラルスキー法による単結晶
引上装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の単結晶引上装置としては、第４図に示
すように、炉本体１の上部に輻射熱遮蔽体12を具備し、
融液面からの輻射熱による引上結晶への熱影響の制御と
アルゴン流を整流し、融液面から放出されるSiOを効果
的にルツボ上部から系外に排出し、またヒータからのCO
ガスによる結晶汚染を防止する構造が用いられ、更に引
上単結晶の熱影響を制御するため内部を冷却水により冷
却する単結晶冷却筒13が設置されるような複雑な構造が
用いられるようになった。この単結晶冷却部８の上方か
ら流量計10を有する不活性ガス（アルゴンガス）供給用
の導入管11が連結されたものが知られている。輻射熱遮
蔽体には、特公昭57−40119号公報に示されるような輻
射熱遮蔽体がある。そして、この単結晶引上装置を用い
てシリコン単結晶を製造する場合には、炉本体上部の単
結晶冷却部８の上端の導入管11から内部にアルゴンガス
を供給し、融液面を通過し黒鉛ルツボと保温筒の間隙部
を通って炉本体１の底部から真空ポンプにより排出す
る。単結晶引上は炉本体１内の雰囲気をアルゴンガスに
置換すると共に、上記ヒータ６によってルツボ２内の融
液５の温度を単結晶引上げに適した温度に制御した後
に、上方よりワイヤ９の下端に把持された状態の種結晶
を下降させて融液５に浸漬させ、さらに、ルツボ２と種
結晶を回転させながら引上げることにより、シリコン単
結晶４を得るようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の特公昭57−40119号公報に
示されるような輻射熱遮蔽体を有する単結晶引上装置に
おいてシリコン単結晶４を引上げる場合には、シリコン
単結晶４の上部の肩部が、上記輻射熱遮蔽体12の下端に
接近する状態および単結晶が輻射熱遮蔽体12に入る場
合、また結晶冷却筒13の下端に接近する状態および単結
晶が輻射熱遮蔽体12に入る場合には、単結晶冷却筒８内
を流下しているアルゴンガスの流路面積が減少すると共
に、融液面で加熱されたアルゴンガスが上昇気流となり
アルゴンガスの融液面への流れを阻害するため、融液５
からの反応生成ガスの排気も効果的に行われない状態が
生じ、結晶成長界面の温度が変動するため、引き上げら
れた結晶に結晶欠陥が生じたり酸素濃度が変化したり、
また結晶が有転位化することもある。このため特開平１
−100086に示されるような輻射熱遮蔽体12を用いてこの
保温筒の上端には、複数の係止部によってなり、この空
隙部にもアルゴンガスが流れる構造によりヒータ６や保
温筒７から発生するCOガスの侵入をより効果的に防止す
ると共に、SiOを含む加熱されたアルゴンガスを冷たい
ガス流によりアスピレータの作用で吸い出す構造が使用
されるようになったが、この場合シリコン単結晶４の上
部の肩部が、上記輻射熱遮蔽体12の下端に接近する状態
になると、アルゴンガスが主として輻射熱遮蔽体の係止
部に流れ、その後に融液面へ流れる流速が急激に増加
し、また流路も乱れる。この現象は結晶が単結晶冷却筒
13の下端に接近する状態でも生じる。この結果、流速の
増大により結晶表面及び結晶成長界面が冷却され、結晶
径が増大し、これを補償するためヒータ熱供給を急増す
ることにより温度バランスが変動し、単結晶の成長及び
品質に悪影響を及ぼすという問題があった。

また、上記問題を解消するものとして、特公昭57−15
079号公報に記載の単結晶製造装置が知られている。こ
の単結晶製造装置は、雰囲気ガスの流入管と、該流入管
に流量を調整して雰囲気ガスを導入する手段と、前記流
入管と同軸な第２の１個又は複数個の流入管と、該第２
の流入管に雰囲気ガスを、前記導入する手段と、独立に
又は連動し該雰囲気ガス流量を調整して導入する手段と
を有することにより、雰囲気ガス（アルゴンガス）の流
路を２系統とし、雰囲気ガスの流量を単結晶引上段階に
応じて制御して、単結晶引き上げ条件の変動を緩和しよ
うとするものである。しかしながら、この単結晶製造装
置にあっては、２つの流入管に導入する雰囲気ガスの流
量をそれぞれ制御するため、機構が複雑になる上に、単
結晶引上段階に対する流量制御用のプログラムが必要で
あり、コストが嵩むという問題がある。また、特開平１
−100087においてアルゴン流を単結晶冷却筒の内部と外
部に分岐しただけでは引上初期の制御が難しく、単結晶
が有転位化する確率が高かった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、比較的簡単な構造でかつ炉本体内の
雰囲気ガスの流れの変動を効果的に抑制できると共に、
高品質無転位単結晶を円滑にかつ確実に得ることができ
る単結晶引上装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、炉本体内に配
されたルツボの上方に筒状の輻射熱遮蔽体と単結晶冷却
筒が設けられると共に、ルツボの外周に設けられた保温
筒の上部に複数の係止部によって輻射熱遮蔽体が支持さ
れ、チョクラルスキー法を用いて、このルツボ内に収納
された融液から単結晶を引上げる単結晶引上装置におい
て、上記単結晶冷却筒の上部に雰囲気ガスの導入管が連
結され、かつ上記単結晶冷却筒の外周部であって上記炉
本体の上部に分岐管の流出口が形成されると共に、上記
導入管と分岐管とが互いに連結されて同一の雰囲気ガス
供給源から雰囲気ガスが供給される一方、上記導入管と
分岐管のうち少なくとも一方にバルブが設けられ、前記
輻射熱遮蔽体は、前記分岐管の流出口の下方に、かつ前
記単結晶冷却筒と前記保温筒との間隙を仕切るようにこ
れらと離間して配されているものである。

〔作用〕

本発明の単結晶引上装置にあっては、引上開始時より
アルゴンガスは輻射熱遮蔽体12の開口部と係止部に流
れ、加熱された上昇気流の抵抗も含めて融液面を整流に
てSiOを含む加熱されたアルゴンガスが吸い出される。
引上単結晶の上部が輻射熱遮蔽体12の下端に接近する状
態になると、単結晶冷却部内のアルゴンガスの流路抵抗
が大きくなり、従って、必然的に導入管よりも分岐管か
ら黒鉛ルツボ外側に供給されるガスの流量が増加し、Si
Oを含む加熱されたアルゴンガスが吸い出される量が増
大し、再び導入管からのガス流量が増大するが、この変
動は係止部に流れるガスに加算されるだけなので大巾に
緩和されながらバランスされる。

〔実施例〕

以下、第１図に基づいて本発明の一実施例を説明す
る。なお、本実施例において、第４図に示す上記従来例
と同様の構成の部分については、同符号を付して説明を
省略する。

第１図において符号１は炉本体であり、この炉本体１
の上部には小径の首部８が形成されている。そして、こ
の炉本体１の首部８には水冷された単結晶冷却筒13が嵌
め込まれており、単結晶冷却筒13と炉本体１の首部８と
の間に筒状の流路が形成されている。また、上記首部８
の上端には、アルゴンガスを単結晶冷却筒13内に供給す
る分岐管16が連結されており、かつ上記炉本体１の単結
晶冷却筒13の上方にバルブ17を備えた分岐管15が連結さ
れている。そして、上記分岐管15,16は互いに連結され
て流量計10を備えた供給管11に接続されており、この供
給管11はアルゴンガス供給源（図示せず）に連結されて
いる。また、上記保温筒７の上端には、複数の係止部に
よって、筒状の輻射熱遮蔽体12が支持されており、この
輻射熱遮蔽体12の下部は縮径して形成されている。な
お、上記単結晶冷却筒13は炉本体１内に突出しており、
引上中のシリコン単結晶４の熱履歴を制御し、輻射熱遮
蔽体12は引き上がった結晶の熱履歴の変動を防止すると
共にヒータや黒鉛ルツボから発生したCOガス等が不純物
として単結晶に導入しない機能を有している。

上記のように構成された単結晶引上装置においてシリ
コン単結晶４を引上げる場合には、まず、分岐管15に備
えたバルブ17を操作して所定の開度に調整した状態で、
上記導入管11及び分岐管15,16を介してアルゴンガスを
内部に供給することにより、炉本体１内の雰囲気をアル
ゴンガスに置換すると共に、ヒータ６によってルツボ２
内の融液５の温度を単結晶引上げに適した温度に制御し
た後に、上方よりワイヤ９の下端に把持された状態の種
結晶を下降させて融液５に浸漬させる。次いで、従来公
知の方法により、ルツボ２と種結晶を回転させながら引
上げることによりシリコン単結晶４を引上げ成長させ
る。

このようにして、シリコン単結晶４を引上げていく
と、シリコン単結晶４の上部の肩部が輻射熱遮蔽体12の
縮径された開口部および単結晶冷却筒13の下端に接近す
ることにより、単結晶冷却筒13および輻射熱遮蔽体12の
内部を流下するアルゴンガスの流路抵抗が増大するが、
その分分岐管15に流れるアルゴンガスの流量が増えると
ともに輻射熱遮蔽体12の内部に流れるアルゴンガスが上
端の開口部分から外部へと流出しやすくなり輻射熱遮蔽
体12の外側、すなわち係止部側に流れるアルゴンガスの
流量がさらに増加することによって、融液と輻射熱遮蔽
体12の間にある加熱されたSiOを含むガスが吸い出され
る量が増えるため、結果として、結晶成長面に供給され
るアルゴンガスの流れが急激に変動することが抑制され
る。従って、ルツボ２内の結晶成長界面付近の急激な温
度変化は生じることがなく、かつ円滑に融液５からのSi
Oの排気が行われるから、結晶欠陥も生じず、また酸素
濃度の変化もないシリコン単結晶４を有転位化すること
なく引き上げ成長させることができる。

上記効果を具体的に示すために、第１図に示すような
本発明の単結晶引上装置を用いて、ルツボ２内に原料を
40Kg収納し、131mmφの単結晶引上実験を行った。この
場合、導入管11と分岐管15の管径を同一とし、かつバル
ブ17の開度を40％としたところ、約1000mmの無転位単結
晶を引上げ成長させることができた。また、引上途中に
おいて、アルゴンガスの流速の変化はほとんどなく、結
晶成長界面付近の急激な温度変化は認められなかった。
さらに、第２図に示すように、分岐開度をバルブ17によ
って各種に変更した場合において、引上げられた単結晶
中の格子間酸素濃度量〔Oi〕を第３図に示した。この図
からも明らかなように、分岐開度が10％,30％である
と、格子間酸素濃度量〔Oi〕に変動がみられるが、分岐
開度が60％,70％になると、ほとんど変動が認められな
い。分岐開度の好ましい範囲は、40〜90％となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、単結晶冷却筒の上部
に雰囲気ガスの導入管が連結され、かつ単結晶冷却筒の
外周部であって炉本体の上部に分岐管の流出口が形成さ
れると共に、導入管と分岐管とが互いに連結されて同一
の雰囲気ガス供給源から雰囲気ガスが供給される一方、
導入管と分岐管のうち少なくとも一方にバルブが設けら
れ、輻射熱遮蔽体は、分岐管の流出口の下方に、かつ単
結晶冷却筒と保温筒との間隙を仕切るようにこれらと離
間して配されているものであるから、引上単結晶が輻射
熱遮蔽体および単結晶冷却筒に接近し、冷却されていく
過程において単結晶冷却筒内を流下する雰囲気ガスの流
路抵抗が増大すると、自動的に導入管よりも分岐管から
炉本体内に供給される雰囲気ガスの流量が増加するとと
もに、輻射熱遮蔽体の内部の雰囲気ガスが上端から外部
に流出し易くなり、係止部側を流下する雰囲気ガスの流
量が増加して、融液面上への雰囲気ガスの流れの変化を
抑制することにより、従来装置に比べて構造が簡単でか
つ安価な上に、酸素濃度変化もなく、結晶欠陥も少ない
無転位単結晶を円滑にかつ確実に引上げ成長させること
が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図は本発明の一実施例を示す概略構成図、第２図
は、第１図に示した単結晶引上装置において操作した分
岐開度の特性図、第３図は、第２図に示した分岐開度に
おいて得られた単結晶中の格子間酸素濃度量の特性図、
第４図は従来の単結晶引上装置を示す概略構成図であ
る。 １……炉本体、２……石英ルツボ、３……黒鉛ルツボ、
４……シリコン単結晶、５……融液、８……首部、11…
…導入管、12……輻射熱遮蔽体、13……単結晶冷却筒、
15,16……分岐管、17……バルブ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炉本体内に配されたルツボの上方に筒状の
   輻射熱遮断体と単結晶冷却筒が設けられると共に、ルツ
   ボの外周に設けられた保温筒の上部に複数の係止部によ
   って輻射熱遮蔽体が支持され、チョクラルスキー法を用
   いて、このルツボ内に収納された融液から単結晶を引上
   げる単結晶引上装置において、 上記単結晶冷却筒の上部に雰囲気ガスの導入管が連結さ
   れ、かつ上記単結晶冷却筒の外周部であって上記炉本体
   の上部に分岐管の流出口が形成されると共に、上記導入
   管と分岐管とが互いに連結されて同一の雰囲気ガス供給
   源から雰囲気ガスが供給される一方、上記導入管と分岐
   管のうち少なくとも一方にバルブが設けられ、 前記輻射熱遮蔽体は、前記分岐管の流出口の下方に、か
   つ前記単結晶冷却筒と前記保温筒との間隙を仕切るよう
   にこれらと離間して配されていることを特徴とする単結
   晶引上装置。