JP2717669B2 - 半導体単結晶引上げ装置 - Google Patents

半導体単結晶引上げ装置

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体単結晶引上げ装置に関する。
従来の技術 半導体デバイスの基板として用いられる半導体単結晶
(特にシリコン単結晶)は、主にCZ法により製造されて
いる。
ここでCZ法について簡単に説明する。まず、ルツボ内
に例えば多結晶シリコン原料を装填し、周囲から加熱し
て多結晶シリコン原料を溶融する。次に、上方から種結
晶を吊下してシリコン融液に浸し、これを引上げること
によりシリコン単結晶インゴットを製造する。
上記ルツボとして、一般に石英ガラス製のものを用い
ている。この石英ガラスルツボを支持するためにカーボ
ンルツボを用い、さらにルツボの外側にカーボンヒータ
及びカーボン製の保温材を設ける。また、半導体単結晶
引上げ装置の周囲を、金属製の容器(チャンバーとも言
う)で覆って、この容器を水冷する。従来の半導体単結
晶引上げ装置は、以上のように構成するのが常であっ
た。
発明が解決しようとする問題点 前述したように、このような半導体単結晶引上げ装置
に使用されるルツボやヒータ、保温筒はカーボン製であ
る。このため、石英ガラスルツボと組合せて使用する場
合に、次のような様々な欠点がある。
即ち、シリコン単結晶引上げ時に、石英ガラスルツボ
がシリコン融液に浸蝕され(第式)、シリコン融液中
の酸素濃度が高くなる。
SiO2+Si→2SiO ……式 このシリコン融液中の酸素の一部は、酸素とシリコン
の蒸気圧の差により、融液の外にSiOとなって放出され
る。また、引上げられるシリコン単結晶中に取り込ま
れ、シリコン単結晶中の微小欠陥の原因となる。
一方、このようなシリコン単結晶中の酸素濃度を低減
する目的で近年MCZ法が注目されている。MCZ法によれ
ば、磁場によって石英ガラスルツボ中のシリコン融液の
対流が抑止される。従って、シリコン融液による石英ガ
ラスルツボの浸蝕が少なくなり、シリコン単結晶中の酸
素濃度が減少する。しかしながら、CZ法,MCZ法の何れに
よっても次に述べる問題は解決されていない。
即ち、シリコン融液中から放出されたSiOはカーボン
ルツボ及びカーボンヒータのカーボンと反応し、COが生
成される(第2式参照)。
SiO+C→Si+CO ……式 このCOが再びシリコン融液中に取り込まれ、引上げら
れるシリコン単結晶中の炭素濃度が大きくなり、微小欠
陥の原因となる。特にカーボンヒータはカーボン部材の
中でも最高温度に達するので、シリコン単結晶引上げ時
にはSiOとの反応が激しく、最大の炭素供給源となる。
シリコン単結晶中の炭素濃度を低減する方法としては
FZ法が考えられる。しかし、FZ法はかなりのコストがか
かり、また引上げられるシリコン単結晶の径大化が困難
である。このため、FZ法は特殊な用途にしか用いられて
いない。
さらに、カーボンルツボ、カーボンヒータ、カーボン
製の保温材等は不純物ガスを吸着し易い。特にカーボン
ヒータの外側に位置する保温材は断熱性を高めるために
カーボンフェルト等と組合せて使用される。従って、表
面積が大きく、且つガスを吸着し易い。カーボン部材に
吸着した不純物は、高温時に再び半導体単結晶引上げ装
置内に放出されて汚染の原因になる。不純物がシリコン
融液中に混入すると、シリコン単結晶中に転位等が生じ
易く、歩留りが低下する原因となる。
また、カーボンヒータの外側に配置されるカーボン製
の保温材は断熱性が悪く、半導体単結晶引上げ装置を覆
う金属製の容器を水冷しなければならない。このため熱
効率が悪いという欠点がある。
他方、カーボン製のルツボやヒータ、保温筒は断熱性
が悪く、この点でも熱効率にマイナスである。
さらに、装置内部はヒータにより加熱され高温状態に
なるのでカーボンフェルト等から不純物を含んだパーテ
ィクルが発生し易く、引上げるシリコン単結晶に悪影響
を与える。
発明の目的 本発明は前述した様々な問題点を解決することを目的
としており、特に引上げた単結晶半導体がカーボン部材
から受ける悪影響を排除した半導体単結晶引上げ装置を
提供することを目的としている。
問題点を解決するための手段 本発明は、容器内に回転自在に設けた石英ガラスルツ
ボ及びこれを保持する保持用のルツボと、この保持用の
ルツボの外側に設けたヒータと、このヒータの外側に設
けた保温材とを備え、回転自在に吊下げた種結晶を引上
げてシリコン単結晶半導体を製造する構成のシリコン単
結晶引上げ装置において、上記保持用のルツボ及びヒー
タをMoもしくはWでCVDコーティングしたMo製又はW製
のものとし、上記保温材をSiC多孔体にて構成すること
を特徴とする半導体単結晶引上げ装置を要旨とする。
この高純度のMo又はW製のルツボの少なくとも内面に
高純度のMo膜、Mo化合物膜又は高純度のW膜、W化合物
膜を被覆してもよい。膜の被覆は例えばCVD法により行
う。Mo又はW製のルツボを使用する場合には、ルツボの
劣化を防止するために、ヒータもMo又はW製のものを使
用するのが好ましい。
また、容器内に回転自在に設けたルツボと、ルツボの
外側に設けたヒータと、ヒータの外側に設けた保温材と
を備え、回転自在に吊下げた種結晶を引上げて単結晶半
導体を製造する構成の半導体単結晶引上げ装置におい
て、ヒータの外側にリフレクターを設置してもよい。
このリフレクターはMo又はWで構成するのが好まし
い。さらに、リフレクターに含まれる不純物の影響を防
止するために、少なくともリフレクターの内面を高純度
のSiO2層で被覆すると有利である。リフレクターを保温
材内面に密着させて設置してもよい。
さらに、容器内に回転自在に設けたルツボと、ルツボ
の外側に設けたヒータと、ヒータの外側に設けた保温材
とを備え、回転自在に吊下げた種結晶を引上げて単結晶
半導体を製造する構成の半導体単結晶引上げ装置におい
て、ヒータを高純度のMo又はWで構成してもよい。
この高純度のMo又はW製のヒータに、高純度のMo膜、
Mo化合物膜又は高純度のW膜、W化合物膜を被覆しても
よい。膜の被覆は例えばCVD法により行う。
Mo又はW製のヒータを使用する場合は、Mo又はW製の
ヒータの劣化を防止するために、ルツボもMo又はW製の
ものを使用するのが好ましい。
作用 ルツボを石英ガラスルツボと石英ガラスルツボを保持
する高純度のMo又はW製のルツボで構成した場合の作用
について述べる。
Mo又はW製のルツボは、シリコン単結晶引上げ時の高
温においても石英ガラスルツボとほとんど反応しない。
また、発生するSiOガスとも反応しにくく、スムースにS
iOガスを排気できる。
このようにCOガスが発生しないので、引上げるシリコ
ン単結晶中の炭素濃度を大幅に減少できる。また、発生
するSiOをスムースに排気できるので酸素濃度も減少で
きる。
さらに、本発明のMoルツボはカーボンルツボに比較し
てFe,Cu等の不純物の吸着がほとんどない。
次に、ヒータの外側にリフレクターを設置した場合の
作用について述べる。
単結晶引上げの際に、リフレクターはヒータから放射
される放射熱を遮断するので、熱効率が大幅に向上す
る。
また、リフレクターを設置することにより、単結晶引
上げ時にも保温材の温度が高くならない。従って、保温
材に吸着した不純物が再び半導体単結晶引上げ装置内に
放出され、装置内を汚染したり融液中に混入することが
抑制される。また、同じ理由で不純物を含んだパーティ
クルが、保温材中のカーボンフェルト等から発生するこ
とが抑制される。
次に、ヒータを高純度のMo又はWで構成した場合の作
用について述べる。
Mo又はW製のヒータは、シリコン単結晶引上げ時の高
温において発生するSiOガスと反応しにくく、スムース
にSiOガスを排気できる。
従って、カーボンヒータの使用時に問題となるCOガス
が発生しないので、引上げる単結晶中の炭素濃度が大幅
に減少する。また、発生するSiOをスムースに排気でき
るので酸素濃度も減少する。
さらに、Mo又はW製のヒータはカーボンヒータと比較
してFe,Cu等の不純物の吸着がほとんどない。
実施例 [実施例1] 第1図は、本発明による半導体単結晶引上げ装置の実
施例を示している。
半導体単結晶引上げ装置1の容器19内には、ルツボが
設けてある。容器はチャンバー本体19a,チャンバー上部
材19c,チャンバー下部材19bにより構成してある。ルツ
ボは高純度の分割体からなる石英ルツボ10とそれを保持
する高純度のMo製のルツボ12で構成されている。Mo製の
ルツボ12には高純度のMoのコーティングが施してある。
コーティングは高純度のMo(CO)6を原料とし、CVD法
により行ったものである。
ルツボは矢印Bの方向に回転可能であり、矢印Aの方
向に上下移動可能である。
ルツボの外側には、Mo製のヒータ14が設けてある。
ヒータ14のまわりにはSiC多孔体からなる保温筒16が
設けてある。
ルツボの上方には、種結晶の引上げ手段17が設けてあ
る。引上げ手段17は、シリコンの種結晶18′を矢印D方
向に回転させながら、矢印C方向に引上げる。
この半導体単結晶引上げ装置を用いて、35kgの高純度
シリコンを約1mm/minの条件で引上げ、結晶方位(100)
の直径5インチのシリコン単結晶18を得た。
[実施例2] 第1図に示した半導体単結晶引上げ装置1において、
Mo製のルツボ12のかわりにW製のルツボを用いて単結晶
引上げ装置を構成した。
W製のルツボには高純度のWのコーティングが施して
ある。コーティングは高純度のWF6を原料とし、CVD法に
より行った。
この半導体単結晶引上げ装置を用いて、35kgの高純度
シリコンを約1mm/minの条件で引上げ、結晶方位(100)
の直径5インチのシリコン単結晶を製造した。
[比較例1] 実施例1のMoルツボ及び実施例2のWルツボと同寸法
のカーボンルツボを使用し、カーボンヒータ、カーボン
製の保温筒を使用する従来の半導体単結晶引上げ装置で
実施例と同様にしてシリコン単結晶を引上げた。
実施例1,2及び比較例で引上げたシリコン単結晶のラ
イフタイム、OSF密度を第1表に示す。
尚、MCZ法によって引上げられたシリコン単結晶の特
性も参考例1として記載する。
第1表によれば、実施例1及び2では、従来例と比較
してライフタイムの長いシリコン単結晶が得られた。こ
れは、シリコン単結晶引上げ時に発生するSiO,COガスが
スムースに排気され、シリコン単結晶中に取り込まれる
量が少なくなり、且つ雰囲気がクリーンであったことを
意味する。
また、Mo及びWルツボはFe,Cu等の不純物を吸着しに
くいので、単結晶引上げ時の重金属による汚染が大幅に
減少し、雰囲気がクリーンになるため、OSF密度の低い
良好なシリコン単結晶が得られた。
さらに、実施例1及び2ではシリコン単結晶引上げ時
に結晶欠陥の発生を抑制できるので、Dislocation(転
位)が発生しにくく、歩留りが大幅に向上した。
[実施例3] 第2図は、本発明による半導体単結晶引上げ装置の他
の実施例を示している。
半導体単結晶引上げ装置2の容器29内には、ルツボが
設けてある。容器29はチャンバー本体29a,チャンバー上
部材29c,チャンバー下部材29bにより構成してある。ル
ツボは石英ルツボ20とそれを保持するカーボンルツボ22
で構成されている。
ルツボは矢印F方向に回転しながら矢印E方向に上下
移動が可能な構成になっている。
ルツボの外側には、カーボンヒータ24が設けてある。
カーボンヒータ24の外側には、カーボン製の保温筒26
が設けてある。
保温筒26の内側には、リフレクター25が設けてある。
リフレクター25はMo製で、表面にSiO2膜を被覆してあ
る。この実施例では、リフレクター25は保温筒26に内接
しているが、リフレクター25を保温筒26とカーボンヒー
タ24の間の空間に配置してもよい。
この半導体単結晶引上げ装置2を用いて、35kgの高純
度シリコンを約1mm/minの条件で引上げ、結晶方位(10
0)の直径5インチのシリコン単結晶を得た。
[比較例2] 実施例のリフレクターを使用せずに、他は実施例3と
全く同じ構成である従来の単結晶引上げ装置で実施例と
同様にしてシリコン単結晶を引上げた。
実施例、及び比較例で引上げたシリコン単結晶のライ
フタイム、OSF密度を第2表に示す。
第2表によれば、実施例3ではリフレクターを設置す
ることにより、従来例と比較してライフタイムの長いシ
リコン単結晶が得られることが明らかになった。これ
は、シリコン単結晶引上げ時においても保温材の温度が
高くならず、保温材に吸着したFe,Cu等の不純物が再び
半導体単結晶引上げ装置内に放出されて汚染源となりシ
リコン融液中に混入するのが抑制されたことを意味す
る。また、保温材の使用温度が高くならず、保温材中の
カーボンフェルト等からの不純物(パーティクル)の発
生が抑制されたこともわかる。
また、本発明のリフレクターを使用することにより、
シリコン単結晶引上げ時の消費電力が減少し、熱効率が
約30%向上した。
[実施例4] 実施例4は、第1図に示した実施例1の半導体単結晶
引上げ装置1において、Mo製のヒータ14に、高純度のMo
のコーティングを行ったものである。コーティングは高
純度のMo(CO)6を原料とし、CVD法により施した。その他
の構成は実施例1の装置と同じである。
この半導体単結晶引上げ装置を用いて、35kgの高純度
シリコンを約1mm/minの条件で引上げ、結晶方位(100)
の直径5インチのシリコン単結晶に得た。
[実施例5] 実施例5は、実施例2の半導体単結晶引上げ装置にお
いて、W製のヒータに、高純度のWのコーティングを行
ったものである。コーティングは高純度のWF6を原料と
して、CVD法により行った。その他の構成は実施例2と
同じである。
この半導体単結晶引上げ装置を用いて、35kgの高純度
シリコンを約1mm/minの条件で引上げ、結晶方位(100)
の直径5インチのシリコン単結晶に得た。
[比較例3] 実施例4及び5のMo及びWヒータと同寸法のカーボン
ヒータを使用し、カーボンルツボ、カーボン製の保温筒
を使用する従来のシリコン単結晶引上げ装置で実施例と
同様にしてシリコン単結晶を引上げた。
実施例4,5及び比較例3で引上げたシリコン単結晶の
ライフタイム、OSF密度を第3表に示す。
尚、MCZによって引上げられたシリコン単結晶の特性
も参考例2として記載する。
第3表によれば実施例4,5では、従来例と比較してラ
イフタイムの長いシリコン単結晶が得られることがわか
る。これは、シリコン単結晶引上げ時に発生するSiO,CO
ガスがスムースに排気されるので、シリコン単結晶中に
取り込まれる量が少なくなり、且つ雰囲気がクリーンで
あることを示している。
また、同様にMo及びWヒータはFe,Cu等の不純物を吸
着しにくいので、単結晶引上げ時の重金属による汚染が
大幅に減少し、雰囲気がクリーンであったので、OSF密
度の低い良好なシリコン単結晶が得られた。
さらに、実施例4,5ではシリコン単結晶引上げ時に結
晶欠陥の発生を抑制できるので、Dislocation(転位)
が発生しにくく、歩留りが大幅に向上した。
発明の効果 請求項1に記載の半導体単結晶引上げ装置によれば、
ライフタイムが長くかつOSF密度が低い良好なシリコン
単結晶を得ることができる。また、結晶欠陥の発生を抑
制できるので、歩留りを大幅に向上できる。
請求項2、3に記載の半導体単結晶引上げ装置によれ
ば、ライフタイムの長いシリコン単結晶を得ることがで
きる。また、熱効率を高めることができるので、単結晶
引上げ時の消費電力を減少することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による半導体単結晶引上げ装置の実施例
を示す概念図、第2図は本発明の他の実施例を示す概念
図である。 1,2……半導体単結晶引上げ装置 10,20……石英ルツボ 12……Moルツボ 14……Mo製のヒータ 25……リフレクター 16,26……保温筒 17,27……種結晶の引上げ手段 18,28……シリコン単結晶 19,29……減圧容器 22……カーボンルツボ 24……カーボンヒータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 泰実 山形県西置賜郡小国町大字小国町378番 地 東芝セラミックス株式会社小国製造 所内 (56)参考文献 特開 昭63−95196(JP,A) 特開 平1−215786(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】容器内に回転自在に設けた石英ガラスルツ
    ボ及びこれを保持する保持用のルツボと、この保持用の
    ルツボの外側に設けたヒータと、このヒータの外側に設
    けた保温材とを備え、回転自在に吊下げた種結晶を引上
    げてシリコン単結晶半導体を製造する構成のシリコン単
    結晶引上げ装置において、上記保持用のルツボ及びヒー
    タをMoもしくはWでCVDコーティングしたMo製又はW製
    のものとし、上記保温材をSiC多孔体にて構成すること
    を特徴とする半導体単結晶引上げ装置。
  2. 【請求項2】上記ヒータの外側にMo又はWで構成された
    リフレクターを設置したことを特徴とする特許請求の範
    囲第1項に記載の半導体単結晶引上げ装置。
  3. 【請求項3】上記リフレクターの内面を高純度のSiO2
    で被覆したことを特徴とする特許請求の範囲第2項に記
    載の半導体単結晶引上げ装置。
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