JP3167282B2 - 単結晶の引上げ装置 - Google Patents

単結晶の引上げ装置

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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、単結晶引上げ開始
時と単結晶引上げ終了時に円錐部を引上げ、前記円錐部
引上げの間に円筒部を引上げることを含んでなる融解物
からシリコン単結晶を引上げる方法に関する。さらに、
本発明は、前記方法を実施する装置に関する。詳細に
は、本発明は、単結晶製造のための「チョコラルスキー
法」として知られている方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】「チョコラルスキー法」によれば、融解
物に予め浸漬した種結晶を融解物表面から規定された速
度で引き離して、その下側にインゴット状単結晶を成長
させる。いわゆる「細ネック」が引上げられた後、成長
単結晶の直径が最初に増加して、円錐部、いわゆる「初
期コーン」が生成する。初期コーンの生成後、成長単結
晶の直径が一定に保たれ、円筒部が引上げられる。最後
に、単結晶の直径が再び減少する。単結晶の終了時に生
成される部分は、「エンドコーン」と称される。単結晶
の直径の変化は、実質的に引上げ速度の変化、及び融解
物、特に結晶化境界における温度条件の変化によるもの
である。通常、単結晶から得た初期コーン、初期コーン
に隣接する円筒部３０〜５０ｍｍ及び最終コーンを切断
し、前記単結晶の円筒主要部のみを切断して半導体ウエ
ハとされてきた。円筒部における直径が比較的大きい比
較的短い単結晶の場合、この方法であると、使用できる
かもしれない結晶材料のかなりの部分が無用となる。
【０００３】もし円筒部の初期コーンに隣接する部分を
切断して半導体ウエハとするならば、酸化誘発積層欠陥
が高密度で生じる環状領域（積層欠陥環）がウエハに検
出されることがある。しかしながら、電子部品製造業者
は、積層欠陥密度ができるだけ低い半導体ウエハを好
む。したがって、積層欠陥環を有する半導体ウエハは、
品質が悪いと考えられている。現在では、積層欠陥環の
直径は単結晶を引上げる引上げ速度、特に、生成される
半導体ウエハを含んでなる半導体材料の欠陥が後で結晶
化したとたんの単結晶の引上げ速度に比例することが知
られている。ある一定の引上げ速度では、積層欠陥環が
消失する。これは、いわば、積層欠陥環の直径がこれか
ら形成される半導体ウエハの直径と一致することによる
ものである。したがって、単結晶の引上げ中に迅速にそ
のような引上げ速度に到達させて、積層欠陥環の発生を
初期コーン及び隣接する円筒部のできるだけ短い一部分
に限定させるための試みがなされている。しかしなが
ら、これは、不十分な程度にしか達成できない。さら
に、専門用語では「ゲート酸化物インテグリティー（Ｇ
ＯＩ）」と称せられ、半導体ウエハの品質を評価するの
に重要な基準である酸化膜の破壊強度は、引上げ速度に
間接的に比例して依存することも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、前記方法を改良して、ほとんど完全に定性的に
高グレードの半導体ウエハに積層欠陥なしにカットでき
る円筒部を有するシリコン単結晶を製造できるようにす
ることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的は、単結晶の引
上げ開始時に円錐部の表面を前記単結晶から離れたシー
ルド部によりシールドすることを含んでなる包括的な方
法により達成される。即ち、本発明は以下の構成であ
る。（１）シリコン単結晶の引上げ開始時に該シリコン単結
晶が円錐部を有する、融解物からシリコン単結晶を引上
げるための装置であって、該単結晶から離れており且つ
該単結晶の引上げ開始時に円錐部の表面をシールドする
シールド手段を備えてなり、該シールド手段には中央開
口部と該単結晶の引上げ開始時に該円錐部の表面を観察
できる少なくとも一つの切欠きとを備えてなることを特
徴とする装置。 （２）シリコン単結晶の引上げ開始時に該シリコン単結
晶が円錐部を有する、融解物からシリコン単結晶を引上
げるための装置であって、該単結晶から離れており且つ
該単結晶の引上げ開始時に円錐部の表面をシールドする
シールド手段を備えてなり、該シールド手段には中央開
口部と該シールド手段を該単結晶と独立して垂直に動か
す手段とを備えてなることを特徴とする装置。 （３）前記シールド手段の前記円錐部からの距離及び前
記シールド手段の前記融解物表面からの距離が変化でき
る前記（２）に記載の装置。 （４）前記シールド手段は、黒鉛、黒鉛シーズ黒鉛フェ
ルト、シリコン及び石英を含んでなる物質群から選択さ
れる材料から構成されるか、前記材料で被覆されている
前記（１）〜（４）のいずれかに記載の装置。 （５）前記単結晶の引上げ開始時の前記シールド手段と
前記円錐部表面との間の距離が、５〜２００ｍｍである
前記（１）〜（４）のいずれかに記載の装置。
【０００６】（６）融解物からシリコン単結晶を引上げ
る方法において、単結晶引上げ開始時と単結晶引上げ終
了時に円錐部を引上げ、該円錐部引上げの間に円筒部を
引上げ、かつ、該単結晶の引上げ開始時に該円錐部の表
面を該単結晶から離れたシールド手段によりシールド
し、該単結晶の引上げ開始時に該円錐部の表面を該シー
ルド手段にある少なくとも一つの切欠きを通して観察す
ることを特徴とする方法。 （７）融解物からシリコン単結晶を引上げる方法におい
て、単結晶引上げ開始時と単結晶引上げ終了時に円錐部
を引上げ、該円錐部引上げの間に円筒部を引上げ、か
つ、該単結晶の引上げ開始時に該円錐部の表面を該単結
晶から離れたシールド手段によりシールドし、該単結晶
の引上げ開始時に該円錐部の方向に徐々に該シールド手
段を動かすことを特徴とする方法。 （８）前記単結晶の引上げ開始時に円錐部の表面を、少
なくとも円筒部の一部分の長さ２０〜１００ｍｍが引上
げられるまでシールドする前記（６）または（７）に記
載の方法。 （９）前記単結晶の引上げ開始時の前記シールド部と前
記円錐部の表面との間の距離は、５〜２００ｍｍである
前記（６）〜（８）のいずれかに記載の方法。
【０００７】シールド手段（以下、シールド部ともい
う）は、初期コーンの表面から環境への自由熱輻射を妨
げる。本発明によれば、熱輻射の減少により、積層欠陥
環の直径が従来通常であったよりも低い引上げ速度で成
長単結晶の直径と一致する効果が得られる。同時に、円
筒部の初期コーンに隣接し且つまだ積層欠陥環を有する
部分の長さが、少なくとも５０％短くなる。また、引上
げ速度の減少により、試験ＧＯＩ値が向上する。もし匹
敵する半導体ウエハが円筒部の初期コーンに隣接する部
分から得たものであり、且つもし単結晶を本発明のシー
ルドを初期コーンに施すことなく引上げたのであれば、
ＧＯＩは著しく悪い。前記半導体ウエハが積層欠陥環を
有していない場合であっても、円筒部の前記部分が生成
されるちょうどそのときに十分高速で単結晶が引上げら
れているので、上記のことがあてはまる。さらに、該シ
ールド手段に切欠きまたは該シールド手段を該単結晶と
独立して垂直に動かす手段とを備えていることにより、
単結晶を引上げながら、結晶化境界の可視部を観察した
り、単結晶の現在の直径をチェックしたり、初期コーン
の引上げ開始時であっても、シールド部を所定の位置に
配置することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の実施において、初期コー
ンの表面は、単結晶の引上げ中シールドにより熱シール
ドされる。シールドによって、初期コーンの表面からの
熱輻射が減少され、且つ結晶化境界と初期コーンの既に
結晶化された部分との間の温度降下を小さくできる。し
かしながら、シールド部は、成長している単結晶と接触
すると単結晶に転位が誘発されるので単結晶とは接触さ
せてはならない。シールド部と初期コーンの表面との間
の距離は、５〜２００ｍｍ、好ましくは１０〜１００ｍ
ｍである。初期コーンと融解物表面との間の距離は結晶
引上げ中に変化するので、シールド部は、単結晶の軸線
の方向に移動できなければならない。次に、シールド部
を初期コーンの表面より上の所定の位置とし、初期コー
ンの表面から所定距離に保つ。シールド部は、好ましく
は初期コーンの引上げ開始時に配置する。勿論、シール
ド部を、初期コーン引上げ開始前に所定の位置にもって
きてもよいし、初期コーンの引上げを開始してすぐに所
定の位置にもってきてもよい。前記初期コーンは、シー
ルド部により、少なくとも単結晶の円筒部の一部分の長
さ２０〜１００ｍｍが引上げられるまでシールドされ
る。シールド部は、初期コーンの表面の少なくとも２０
〜１００％（この数字は、完全に引上げられた初期コー
ンに関する）をシールドしなければならない。
【０００９】シールド作用を増強するために、シールド
部を、さらに単結晶の周囲を越えて突き出させてもよ
い。シールド部は、単結晶の引上げ中の条件下で安定な
状態を維持し、且つ成長している単結晶を汚染する恐れ
のない材料から作製すべきである。好ましくは、シール
ド部は、黒鉛、シリコン又は石英から構成されるか、こ
れらの物質の一つで被覆される。特に好ましいのは、黒
鉛シーズ黒鉛フエルト製のシールド部である。図１、図
２及び図３は、シールド部の好ましい実施態様を示した
ものである。同一の参照番号は、同一の特徴を示す。ま
た、本発明を説明するのに必要な特徴のみが示されてい
る。図１は、シリコン単結晶の引上げ装置の概略側面図
である。図２及び図３は、その上方平面図である。
【００１０】図１において、単結晶の初期コーン１は、
融解物２から既に引上げられている。融解物２によりる
つぼ３が満たされ、るつぼ３は発熱体４に囲まれてい
る。初期コーンの表面は、規定された距離だけ初期コー
ンよりも上に配置されたシールド部５により実質的にシ
ールドされている。シールド部は、単結晶の「細ネッ
ク」が通過する突出する中央開口部６を有している。中
央開口部６により、シールド部の外観が、円板又は円錐
の先端を除去した形状となる。初期コーンに対向して位
置するシールド部の領域は、図示されているように、初
期コーンの表面にほとんど平行でよい。しかしながら、
２つの表面が互いに規定された角度を有することも可能
である。さらに、シールド部は、融解物表面に対して垂
直に移動できるように配置する。図示されている実施態
様では、シールド部は、このために、軸方向可変位ロッ
ド７に結合している。しかしながら、勿論、他の等価の
解決策を使用してシールド部を移動できるようにしても
よい。
【００１１】図２及び図３からわかるように、初期コー
ン１の表面は、シールド部５により完全に覆われる必要
はない。図２及び図３では、初期コーン１の周囲領域８
は、シールド部５の周囲を越えて突出している。しかし
ながら、シールド部５の直径をもっと大きなものを選択
して、シールド部５が透視図から初期コーン１の周囲領
域８をシールドしているように見えるようにもすること
ができる。図３に示されているシールド部５は、さらに
切欠き形態の２つの覗きスリット９を備えている。この
ような覗きスリット９は、単結晶を引上げながら、結晶
化境界の可視部を観察したり、単結晶の現在の直径をチ
ェックしたりすることができるようにするために設けら
れる。もし２つの覗きスリット９があるならば、一つを
カメラによる観察に利用し、もう一つを引上げ装置のオ
ペレータが観察するのに利用できる。覗きスリット９の
さらなる利点は、初期コーン１の引上げ開始時であって
も、シールド部５を所定の位置に配置できることにあ
る。スリット９を覗かないと、初期コーン１の上のシー
ルド５との規定された最小距離を最初に維持してシール
ド５の周囲を越えた結晶境界を観察するしなければなら
ないので、シールド部５を、成長初期コーン１の方向に
除々にしか移動できない。
【００１２】図示したシールドは好ましい実施態様を示
しただけのものであり、初期コーンを、２以上の個々の
部分から構成されていてもよい異なる形状のシールド部
によりシールドすることも可能であることは明白であ
る。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように、従来、チョコラル
スキー法により得られた単結晶では、通常、積層欠陥の
ために、単結晶から得た初期コーン、初期コーンに隣接
する円筒部３０〜５０ｍｍ及び最終コーンを切断し、前
記単結晶の円筒主要部のみを切断して半導体ウエハとさ
れてきた。円筒部における直径が比較的大きい比較的短
い単結晶の場合、この方法であると、使用できるかもし
れない結晶材料のかなりの部分が無用となる。これに対
して、本発明によれば、ほとんど完全に高グレードの半
導体ウエハに積層欠陥なしにカットできる円筒部を有す
るシリコン単結晶を製造できる。したがって、本発明の
工業的意義は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリコン単結晶の引上げ装置の概略側面図であ
る。
【図２】シリコン単結晶の引上げ装置の概略上方平面図
である。
【図３】シリコン単結晶の引上げ装置の他の概略上方平
面図である。
【符号の説明】 １：単結晶の初期コーン ２：融解物 ３：るつぼ ４：発熱体 ５：シールド部 ６：央開口部 ７：軸方向可変位ロッド ８：初期コーンの周囲領域 ９：覗きスリット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴィルフリート・フォン・アモン ドイツ連邦共和国 ブルクハオゼン、ヘ ルツォークバートシュトラーセ ３ (56)参考文献 特開 昭63−147891（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−294783（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−57992（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−221786（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−134376（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C30B 15/00 - 15/36 C30B 29/06

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリコン単結晶の引上げ開始時に該シリ
    コン単結晶が円錐部を有する、融解物からシリコン単結
    晶を引上げるための装置であって、該単結晶から離れて
    おり且つ該単結晶の引上げ開始時に円錐部の表面をシー
    ルドするシールド手段を備えてなり、該シールド手段に
    は中央開口部と該シールド手段を該単結晶と独立して垂
    直に動かす手段とを備えてなることを特徴とする装置。
JP32986896A 1995-12-15 1996-12-10 単結晶の引上げ装置 Expired - Fee Related JP3167282B2 (ja)

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DE19546987A DE19546987A1 (de) 1995-12-15 1995-12-15 Verfahren und Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls
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EP0783046A1 (de) 1997-07-09
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