JP2937108B2 - 単結晶引き上げ方法及び単結晶引き上げ装置 - Google Patents

単結晶引き上げ方法及び単結晶引き上げ装置

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    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は単結晶引き上げ方法
及び単結晶引き上げ装置に関し、より詳細にはチョクラ
ルスキー法（以下、ＣＺ法と記す）等により、シリコン
等の単結晶を引き上げる単結晶引き上げ方法及び単結晶
引き上げ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩ（大規模集積回路）等の回路素子
形成用基板に使用されるシリコン単結晶は、ＣＺ法によ
るものが主に用いられている。図３は、このＣＺ法に用
いられる単結晶引き上げ装置の模式的断面図であり、図
中１１は坩堝を示している。
【０００３】坩堝１１は、有底円筒形状の石英坩堝１１
ａと、この石英坩堝１１ａの外側に嵌合された、同じく
有底円筒形状の黒鉛坩堝１１ｂとから構成されており、
坩堝１１は図中の矢印方向に所定速度で回転する支持軸
１８に支持されている。この坩堝１１の外側には抵抗加
熱式のヒータ１２ａ、下側にはヒータ１２ｂ、ヒータ１
２ａの外側には保温筒１７が同心円状に配置されてお
り、坩堝１１内にはヒータ１２ａにより溶融した結晶用
原料の溶融液１３が充填されている。また、坩堝１１の
中心軸上には、引き上げ棒あるいはワイヤー等からなる
引き上げ軸１４が吊設されており、この引き上げ軸１４
の下端には、シードチャック１４ａを介して種結晶１５
が取り付けられている。また、これら部材は、圧力の制
御が可能な水冷式チャンバ１９内に配設されている。
【０００４】単結晶２６を引き上げる際には、チャンバ
１９内を減圧にした後、適当な時間保持して溶融液１３
中のガスを十分に放出させ、その後、不活性ガスを炉内
に導入し、減圧の不活性ガス雰囲気とする。次に、シー
ディング工程として、引き上げ軸１４の下端に取り付け
られた種結晶１５を溶融液１３の表面に接触させ、種結
晶１５の先端部を少し溶融させる。次に、ネッキング工
程として、引き上げ軸１４を支持軸１８と同一軸心で逆
方向に所定の速度で回転させながら、種結晶１５の下端
部分に直径２〜４ｍｍの細さに絞った長さ２０〜４０ｍ
ｍの結晶を成長させる。このネッキング工程の後、単結
晶２６の直径を徐々に増大させ、所定の直径を得た後、
製品となる直胴部の引き上げを行う。
【０００５】引き上げの最終段階では、急激な温度変化
により高密度の転位が導入されないよう、単結晶２６の
直径を減少させ、終端コーンを形成した後、単結晶２６
を溶融液１３から切り離す。この後、単結晶２６を冷却
して引き上げが完了する。以上のように、単結晶２６の
引き上げは多数の工程により構成されており、通常、結
晶用原料の溶融から単結晶２６の引き上げを完了するま
でに、数十時間を要する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】近年、単結晶生産の効
率化、チップ歩留まりの向上を図るため、引き上げる単
結晶の直径は次第に大きくなり、一回の引き上げに必要
とされる結晶用原料の量も多くなってきている。これに
伴い、該結晶用原料を溶融するための坩堝の直径も大き
くなり、必要とされるヒータのパワーも増大するととも
に、単結晶の引き上げに要する時間もさらに長くなって
きている。従って、直接溶融液に接する石英坩堝は、長
時間高温にさらされることになり、その劣化は一層激し
くなっている。この石英坩堝の劣化により、石英坩堝中
に閉じ込められた気泡が成長し、開放される際に溶融液
中へ石英パーティクルが混入し、この石英パーティクル
が結晶成長界面において、単結晶中に取り込まれた場
合、有転位化率が増加するという課題があった。
【０００７】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、石英坩堝が長時間高温にさらされることによる劣
化を防止し、それに起因する単結晶の有転位化を抑制す
ることができる、単結晶引き上げ方法及び単結晶引き上
げ装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段及びその効果】上記目的を
達成するために、本発明に係る単結晶引き上げ方法は、
石英坩堝内に形成された溶融液に種結晶を浸して単結晶
を引き上げる単結晶引き上げ方法において、前記石英坩
堝の局所的最高温度が１６００℃以下の条件で単結晶を
引き上げることを特徴としている。
【０００９】上記単結晶引き上げ方法によれば、石英坩
堝の劣化を防止することができ、該石英坩堝の劣化に起
因する単結晶の有転位化を抑制することができる。
【００１０】また、本発明に係る単結晶引き上げ装置
は、上記単結晶引き上げ方法に使用する単結晶引き上げ
装置であって、石英坩堝の上方及び側方、又は上方、下
方及び側方に前記石英坩堝内の溶融液を加熱するヒータ
を備えていることを特徴としている。
【００１１】上記単結晶引き上げ装置によれば、石英坩
堝の上方に配置されたヒータにより直接溶融液を加熱す
ることができるので、従来の単結晶引き上げ装置と較べ
て、前記石英坩堝の温度むらの発生による局所的な坩堝
温度の上昇を防止することができる。その結果、前記石
英坩堝の劣化を防止し、寿命を延長することができ、か
つ単結晶の有転位化を抑制することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る単結晶引き上
げ方法及び単結晶引き上げ装置の実施の形態を、図面に
基づいて説明する。
【００１３】図１は、実施の形態に係る単結晶引き上げ
装置を、模式的に示した断面図であり、坩堝１１の上方
に補助ヒータ２０が配置されている他は、図３に示した
従来の単結晶引き上げ装置と同様に構成されている。従
って、ここでは、実施の形態に係る単結晶引き上げ装置
の他の部分の構成についての説明を省略し、補助ヒータ
２０について説明する。
【００１４】この補助ヒータ２０は、赤外線ランプ２１
とミラー２２とから構成され、ミラー２２により、赤外
線ランプ２１から放射される赤外線を石英坩堝１１ａの
内部に集光し、溶融液１３を直接加熱することが可能な
ようになっている。チャンバ１９の上壁に固定された赤
外線ランプ２１及びミラー２２は耐熱性が要求されるの
で、ミラー２２の材料としては、例えばＷ、Ｍｏ等の耐
熱性の金属が好ましい。また、赤外線ランプ２１を構成
するガラス球は、石英ガラス等が好ましく、発熱体は、
タングステン等が好ましい。補助ヒータ２０の取り付け
位置は、溶融液１３になるべく近い方が有利であるが、
それを構成する材料の耐熱特性により、溶融面の上方２
００ｍｍ程度の場所が望ましい。
【００１５】なお、本実施の形態においては、補助ヒー
タ２０として赤外線ランプ２１が配置された例を示した
が、他の実施の形態としては、補助ヒータ２０に、例え
ばカーボンヒータ、レーザ発生装置、電子線発生装置、
高周波加熱装置等を使用してもよい。
【００１６】次に、本発明の実施の形態に係る単結晶引
き上げ方法を説明する。まず、結晶用原料を坩堝１１内
に充填し、坩堝１１の側方及び下方に配置されたヒータ
１２ａ、１２ｂに通電して、坩堝１１内の結晶用原料を
加熱し、該結晶用原料を溶融させる。この場合、補助ヒ
ータ２０を使用することにより、一層迅速に、かつ石英
坩堝の最高温度を低くしながら、結晶用原料を溶融させ
ることができる。
【００１７】また、単結晶１６を引き上げる際にも、補
助ヒータ２０を使用して溶融液１３の表面に赤外線を照
射し、溶融液１３を直接加熱するので、坩堝１１の側
方、又は側方及び下方に配置されたヒータ１２ａの出力
を小さくすることができ、石英坩堝１１ａの最高温度部
を、１６００℃以下に維持することができる。
【００１８】なお、ここでは、ＣＺ法により単結晶１６
を引き上げる場合について説明したが、石英坩堝１１ａ
内の上部に溶融層、下部に固体層を形成する、いわゆる
溶融層法の場合でも、同様の方法により、石英坩堝１１
ａの局部の温度が過度に上昇するのを抑制し、単結晶が
有転位化するのを抑制することができる。
【００１９】
【実施例及び比較例】以下、本発明に係る単結晶引き上
げ方法及び単結晶引き上げ装置の実施例を説明する。本
実施例においては、図１に示す単結晶引き上げ装置を使
用し、直径６インチ、長さ５００ｍｍのシリコン単結晶
を製造した。その条件を下表に示す。なお、比較例とし
て、図３に示す従来の単結晶引き上げ装置で、同様のシ
リコン単結晶を製造した場合のデータも、下表に付記し
た。
【００２０】
【表１】
【００２１】原料の仕込量：１５０ｋｇ
【００２２】
【表２】
【００２３】
【表３】
【００２４】
【表４】
【００２５】図２は、実施例１〜３及び比較例１につい
ての、シリコン単結晶の有転位化の割合と、石英坩堝１
１ａの局所的な最高温度との関係を示したグラフであ
る。
【００２６】図２より明らかなように、実施例１〜３の
場合は、有転位化の割合がいずれも５％未満であるが、
従来法による場合（比較例１）において、石英坩堝１１
ａの局所的最高温度が１６００℃を超えると、有転位化
の割合が約８％に急激に上昇している。
【００２７】以上のように、本発明に係る単結晶引き上
げ装置を用いることにより、石英坩堝１１ａの局所的な
最高温度を１６００℃以下にすることができ、石英坩堝
１１ａの劣化を防止することができる。その結果、引き
上げた単結晶中の有転位化結晶の割合を５％未満に抑制
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る単結晶引き上げ装置
を、模式的に示した断面図である。
【図２】実施例及び比較例の場合における、単結晶の有
転位化の割合と石英坩堝の局所的な最高温度との関係を
示したグラフである。
【図３】従来のＣＺ法に用いられる単結晶引き上げ装置
を、模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
１１ａ 石英坩堝 １２ａ、１２ｂ ヒータ １３ 溶融液 １５ 種結晶 １６ 単結晶 ２０ 補助ヒータ ２１ 赤外線ランプ ２２ ミラー

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 石英坩堝内に形成された溶融液に種結晶
    を浸して単結晶を引き上げる単結晶引き上げ方法におい
    て、前記石英坩堝の局所的最高温度が１６００℃以下の
    条件で単結晶を引き上げることを特徴とする単結晶引き
    上げ方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の単結晶引き上げ方法に使
    用する単結晶引き上げ装置であって、石英坩堝の上方及
    び側方、又は上方、下方及び側方に前記石英坩堝内の溶
    融液を加熱するヒータを備えていることを特徴とする単
    結晶引き上げ装置。
JP8036400A 1996-02-23 1996-02-23 単結晶引き上げ方法及び単結晶引き上げ装置 Expired - Lifetime JP2937108B2 (ja)

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