JP3214988B2 - シリコン単結晶の製造装置 - Google Patents
シリコン単結晶の製造装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体回路製造用の単
結晶基板の材料となる単結晶体の製造装置の改良に関
し、特に、チョクラルスキー法でシリコン単結晶棒を成
形する場合の熱を除去するようにした製造装置に関す
る。
結晶基板の材料となる単結晶体の製造装置の改良に関
し、特に、チョクラルスキー法でシリコン単結晶棒を成
形する場合の熱を除去するようにした製造装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造の分野においては、従来か
ら、シリコン単結晶の製造方法としてチョクラルスキー
法（ＣＺ法）が一般的に使用されている。
ら、シリコン単結晶の製造方法としてチョクラルスキー
法（ＣＺ法）が一般的に使用されている。
【０００３】このＣＺ法によりシリコン単結晶を成長さ
せる方法として、転位や各種の結晶欠陥等を極力少なく
し、かつ、より低いコストでシリコン単結晶を製造しう
る方法が求められている。その中で特に結晶欠陥の抑制
については、引上げ中の単結晶体を急速に冷却すること
が、結晶欠陥の核の成長を抑制する点で有効であること
が知られている。
せる方法として、転位や各種の結晶欠陥等を極力少なく
し、かつ、より低いコストでシリコン単結晶を製造しう
る方法が求められている。その中で特に結晶欠陥の抑制
については、引上げ中の単結晶体を急速に冷却すること
が、結晶欠陥の核の成長を抑制する点で有効であること
が知られている。
【０００４】例えば、特開昭４７−２６３８８号公報に
は、図５に示している円筒状の熱遮蔽体を用いる装置が
開示されている。この装置１は、主にシリコン溶融のた
めの構造体が収容される加熱チャンバ２ａと引き上げら
れるシリコン結晶体Ｓを収納する引上げチャンバ２ｂと
からなるチャンバ２を有し、加熱チャンバ２ａ内には坩
堝３と、この坩堝３の主に側面部を取り囲むように配置
された加熱ヒータ４とが設けられている。坩堝３には、
加熱ヒータ４によって溶融されるシリコンが収容され
る。この坩堝３は、図示しない駆動装置に回転軸５を介
して接続され、結晶引上げ中はこの駆動装置によって所
定の速度で回転される。通常、坩堝３は、石英坩堝３ａ
とこれを保護する黒鉛製坩堝３ｂとから構成されてい
る。
は、図５に示している円筒状の熱遮蔽体を用いる装置が
開示されている。この装置１は、主にシリコン溶融のた
めの構造体が収容される加熱チャンバ２ａと引き上げら
れるシリコン結晶体Ｓを収納する引上げチャンバ２ｂと
からなるチャンバ２を有し、加熱チャンバ２ａ内には坩
堝３と、この坩堝３の主に側面部を取り囲むように配置
された加熱ヒータ４とが設けられている。坩堝３には、
加熱ヒータ４によって溶融されるシリコンが収容され
る。この坩堝３は、図示しない駆動装置に回転軸５を介
して接続され、結晶引上げ中はこの駆動装置によって所
定の速度で回転される。通常、坩堝３は、石英坩堝３ａ
とこれを保護する黒鉛製坩堝３ｂとから構成されてい
る。
【０００５】一方、引上げチャンバ２ｂは、加熱チャン
バ２ａの開口部を塞ぐ天井部と、この天井部の中央部に
位置し、主に育成中のシリコン単結晶体Ｓを収容する収
容部とから構成されている。この収容部の天井部との接
合部には、坩堝３方向に向かって伸延する円筒７が取り
付けられている。後述するようにこの円筒７が熱遮蔽体
として機能している。
バ２ａの開口部を塞ぐ天井部と、この天井部の中央部に
位置し、主に育成中のシリコン単結晶体Ｓを収容する収
容部とから構成されている。この収容部の天井部との接
合部には、坩堝３方向に向かって伸延する円筒７が取り
付けられている。後述するようにこの円筒７が熱遮蔽体
として機能している。
【０００６】また、引上げチャンバ２ｂ内には、頂壁を
挿通して垂下された引上げワイヤ８が設けられ、この引
上げワイヤ８の下端には種結晶９を保持するチャック１
０が設けられている。この引上げワイヤ８の上端側は、
ワイヤ巻上機１１に巻回されており、育成中のシリコン
結晶体Ｓを所定の速度で引上げるようになっている。な
お、加熱ヒータ４の周りには断熱材１２が設けられてい
るが、これは、加熱ヒータ４からの熱が加熱チャンバ２
ａの外部に逃げるのを防止するためである。
挿通して垂下された引上げワイヤ８が設けられ、この引
上げワイヤ８の下端には種結晶９を保持するチャック１
０が設けられている。この引上げワイヤ８の上端側は、
ワイヤ巻上機１１に巻回されており、育成中のシリコン
結晶体Ｓを所定の速度で引上げるようになっている。な
お、加熱ヒータ４の周りには断熱材１２が設けられてい
るが、これは、加熱ヒータ４からの熱が加熱チャンバ２
ａの外部に逃げるのを防止するためである。
【０００７】チャンバ２内には、引上げチャンバ２ｂに
形成されたガス導入口１３からアルゴンガスが導入され
るようになっているが、このアルゴンガスは、図示され
ているように、ガス導入口１３から収容部の内部を通
り、さらに円筒７の内部を通過して加熱チャンバ２ａ内
に流入し、ガス排出口１４から排出される。このように
チャンバ２内にアルゴンガスを流通させるのは、円筒７
内を引き上げられる育成中のシリコン単結晶体Ｓを冷却
するためと、加熱ヒータ４の加熱によるシリコンの溶融
に伴ってチャンバ２内に発生するＳｉＯガスやＣＯガス
をシリコン融液中に混入させないようにするためであ
る。この円筒７の作用によって、引き上げられつつある
シリコン単結晶体Ｓを冷却するようにしている。
形成されたガス導入口１３からアルゴンガスが導入され
るようになっているが、このアルゴンガスは、図示され
ているように、ガス導入口１３から収容部の内部を通
り、さらに円筒７の内部を通過して加熱チャンバ２ａ内
に流入し、ガス排出口１４から排出される。このように
チャンバ２内にアルゴンガスを流通させるのは、円筒７
内を引き上げられる育成中のシリコン単結晶体Ｓを冷却
するためと、加熱ヒータ４の加熱によるシリコンの溶融
に伴ってチャンバ２内に発生するＳｉＯガスやＣＯガス
をシリコン融液中に混入させないようにするためであ
る。この円筒７の作用によって、引き上げられつつある
シリコン単結晶体Ｓを冷却するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成された従来の単結晶体の製造装置にあっては、シリ
コン単結晶体Ｓを急冷することを主目的として融液の上
方に円筒７を設けているので、結晶欠陥の発生は抑制さ
れるものの不十分であった。
構成された従来の単結晶体の製造装置にあっては、シリ
コン単結晶体Ｓを急冷することを主目的として融液の上
方に円筒７を設けているので、結晶欠陥の発生は抑制さ
れるものの不十分であった。
【０００９】特開昭５４−１５０３７８号公報には、露
出した坩堝の壁面からの熱の放射を反射することによっ
て棒を保護するカバー装置を有する溶融物から高純度半
導体棒を引き上げる装置が開示されている。しかし、強
制冷却機構を設けておらず、溶融物の引き上げ速度の向
上は難しい。
出した坩堝の壁面からの熱の放射を反射することによっ
て棒を保護するカバー装置を有する溶融物から高純度半
導体棒を引き上げる装置が開示されている。しかし、強
制冷却機構を設けておらず、溶融物の引き上げ速度の向
上は難しい。
【００１０】国際公開されたＷＯ９３／００４６２公報
には、内部をジャケット構造にしたスクリーンに冷却用
ガスを流すことにより、シリコン単結晶を強制的に冷却
する引き上げ装置と、スクリーンの外周に巻いたパイプ
に水または冷却ガスを流すことにより、シリコン単結晶
を強制的に冷却する引き上げ装置とが開示されている。
しかし、冷却用ガスは、比熱が小さいため伝熱量に限界
があり、シリコン単結晶の引き上げ速度の向上は難し
い。水は、比熱の面でガスより優れているが、ピイプを
介しスクリーンの外周に巻かれるため、伝熱面積や伝熱
距離の点で不利であり、シリコン単結晶の引き上げ速度
の向上は難しい。
には、内部をジャケット構造にしたスクリーンに冷却用
ガスを流すことにより、シリコン単結晶を強制的に冷却
する引き上げ装置と、スクリーンの外周に巻いたパイプ
に水または冷却ガスを流すことにより、シリコン単結晶
を強制的に冷却する引き上げ装置とが開示されている。
しかし、冷却用ガスは、比熱が小さいため伝熱量に限界
があり、シリコン単結晶の引き上げ速度の向上は難し
い。水は、比熱の面でガスより優れているが、ピイプを
介しスクリーンの外周に巻かれるため、伝熱面積や伝熱
距離の点で不利であり、シリコン単結晶の引き上げ速度
の向上は難しい。
【００１１】特開平１−１４５３９１号公報および特開
平１−２１５７８５号公報には、引き上げ中の単結晶を
冷却するための水冷筒と、坩堝あるいは坩堝内の融液と
の間を遮断するモリブデン製のシールド部材とを有する
単結晶引上装置が開示されている。しかし、水冷筒の下
部には、高温になっているシリコン融液が面しており、
安全性に問題を有している。
平１−２１５７８５号公報には、引き上げ中の単結晶を
冷却するための水冷筒と、坩堝あるいは坩堝内の融液と
の間を遮断するモリブデン製のシールド部材とを有する
単結晶引上装置が開示されている。しかし、水冷筒の下
部には、高温になっているシリコン融液が面しており、
安全性に問題を有している。
【００１２】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、融液の不純物汚染を回避し
ながら引上げ中の単結晶体を急冷し得る安全性に優れた
単結晶体の製造装置を提供することを目的とする。
鑑みてなされたものであり、融液の不純物汚染を回避し
ながら引上げ中の単結晶体を急冷し得る安全性に優れた
単結晶体の製造装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決しようとするための手段】上記目的を達成
するための本発明に係るシリコン単結晶の製造装置は、
坩堝内に収容した原料を加熱ヒータにより加熱し融解す
る加熱チャンバと、前記坩堝から引き上げられた単結晶
体を内部に収納する引上げチャンバと、前記加熱チャン
バの上部と連結された側壁部、この側壁部から伸延し前
記加熱チャンバの開口部を塞ぐ天井部、この天井部の中
央部に位置し単結晶体を収容する収容部から構成された
中間チャンバを有する単結晶体の製造装置において、前
記中間チャンバの側壁部と前記加熱チャンバとの間に、
前記坩堝の外径より大きな内径を有するドーナツ型の水
冷チャンバを設け、この水冷チャンバに、スクリーンを
付設し、このスクリーンは、前記水冷チャンバに取り付
けられた環状リム部材と、前記融解された原料面の外部
からの目視を邪魔しないようにこの環状リム部材から傾
斜して設けられかつ先端が前記融解された原料面と所定
距離離間するように構成されたレッグ部材とを有するこ
とを特徴とする。
するための本発明に係るシリコン単結晶の製造装置は、
坩堝内に収容した原料を加熱ヒータにより加熱し融解す
る加熱チャンバと、前記坩堝から引き上げられた単結晶
体を内部に収納する引上げチャンバと、前記加熱チャン
バの上部と連結された側壁部、この側壁部から伸延し前
記加熱チャンバの開口部を塞ぐ天井部、この天井部の中
央部に位置し単結晶体を収容する収容部から構成された
中間チャンバを有する単結晶体の製造装置において、前
記中間チャンバの側壁部と前記加熱チャンバとの間に、
前記坩堝の外径より大きな内径を有するドーナツ型の水
冷チャンバを設け、この水冷チャンバに、スクリーンを
付設し、このスクリーンは、前記水冷チャンバに取り付
けられた環状リム部材と、前記融解された原料面の外部
からの目視を邪魔しないようにこの環状リム部材から傾
斜して設けられかつ先端が前記融解された原料面と所定
距離離間するように構成されたレッグ部材とを有するこ
とを特徴とする。
【００１４】前記レッグ部材の垂直方向のサイズは、５
０ｍｍ乃至３００ｍｍであることを特徴とする。
０ｍｍ乃至３００ｍｍであることを特徴とする。
【００１５】前記加熱ヒータおよび融解された前記原料
からの熱損失を抑えるための熱遮断部材を、前記スクリ
ーンに付設あるいは隣接し設けることを特徴とする。
からの熱損失を抑えるための熱遮断部材を、前記スクリ
ーンに付設あるいは隣接し設けることを特徴とする。
【００１６】前記スクリーンは、前記水冷チャンバの下
面に取り付けた第１スクリーンと、上面に取り付けた第
２スクリーンとからなることを特徴とする。
面に取り付けた第１スクリーンと、上面に取り付けた第
２スクリーンとからなることを特徴とする。
【００１７】
【００１８】
【作用】結晶体が成長する過程において、単結晶体から
の輻射熱は、スクリーンのレッグ部材に取り込まれる。
このとき、スクリーンは、水冷チャンバに取り付けられ
た環状リム部材を有することで、低温に保たれているた
め、単結晶体との熱交換が良く、単結晶体の冷却速度を
向上させる。したがって、引上げ中の単結晶体を急冷で
き、単結晶体の結晶欠陥の発生がきわめて少なくなる。
の輻射熱は、スクリーンのレッグ部材に取り込まれる。
このとき、スクリーンは、水冷チャンバに取り付けられ
た環状リム部材を有することで、低温に保たれているた
め、単結晶体との熱交換が良く、単結晶体の冷却速度を
向上させる。したがって、引上げ中の単結晶体を急冷で
き、単結晶体の結晶欠陥の発生がきわめて少なくなる。
【００１９】加えて、融液からの蒸発ガスと冷却された
スクリーンとの反応生成物が落下して融液を汚染するこ
とがなく、チャンバと蒸発ガスとの反応もほとんどない
ため、反応生成物の落下による融液の汚染という不具合
はなくなる。
スクリーンとの反応生成物が落下して融液を汚染するこ
とがなく、チャンバと蒸発ガスとの反応もほとんどない
ため、反応生成物の落下による融液の汚染という不具合
はなくなる。
【００２０】さらに、水冷チャンバは、坩堝の外径より
大きな内径を有しているため、水冷チャンバから冷却水
が漏れても、高温の単結晶体あるいは融液表面に落下す
る可能性が低く安全性が高く、この結果、融液の不純物
汚染を回避しながら、結晶欠陥のきわめて少ない高品質
の単結晶体を効率よく安全に製造できる。
大きな内径を有しているため、水冷チャンバから冷却水
が漏れても、高温の単結晶体あるいは融液表面に落下す
る可能性が低く安全性が高く、この結果、融液の不純物
汚染を回避しながら、結晶欠陥のきわめて少ない高品質
の単結晶体を効率よく安全に製造できる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の実施態様を図面に基づいて説
明する。
明する。
【００２２】図１は本発明の一実施例による単結晶体製
造装置の概略構成図、図２は他の実施例のチャンバ内壁
の部分拡大断面図、図３は、本発明の一実施例における
ＣＯＰ粒径と個数との関係を従来例との対比において示
した図、図４は、本発明の一実施例における結晶中心温
度と冷却速度との関係を従来例との対比において示した
図である。なお、図５の部材と共通の部材には同一の符
号を付してある。
造装置の概略構成図、図２は他の実施例のチャンバ内壁
の部分拡大断面図、図３は、本発明の一実施例における
ＣＯＰ粒径と個数との関係を従来例との対比において示
した図、図４は、本発明の一実施例における結晶中心温
度と冷却速度との関係を従来例との対比において示した
図である。なお、図５の部材と共通の部材には同一の符
号を付してある。
【００２３】図１に示す本実施例に係る結晶体の製造装
置２０は、シリコンを溶融するための部材や結晶化した
シリコンを引き上げる機構などを有しており、シリコン
溶融のための部材は加熱チャンバ２ａ内に収容され、シ
リコン単結晶を引き上げる機構は、この加熱チャンバ２
ａから分離結合機構１５によって分離可能とされた上部
構造体の一部を構成する引上げチャンバ２ｂの内部およ
び外部に設けられている。この上部構造体は、シリコン
を冷却するための水冷チャンバ２ｄおよび中間チャンバ
２ｃも有している。
置２０は、シリコンを溶融するための部材や結晶化した
シリコンを引き上げる機構などを有しており、シリコン
溶融のための部材は加熱チャンバ２ａ内に収容され、シ
リコン単結晶を引き上げる機構は、この加熱チャンバ２
ａから分離結合機構１５によって分離可能とされた上部
構造体の一部を構成する引上げチャンバ２ｂの内部およ
び外部に設けられている。この上部構造体は、シリコン
を冷却するための水冷チャンバ２ｄおよび中間チャンバ
２ｃも有している。
【００２４】加熱チャンバ２ａ内には、溶融しているシ
リコンＬを収容する坩堝３が設けられ、この坩堝３は図
示しない駆動装置に回転軸５によって回転・昇降自在に
支持されている。
リコンＬを収容する坩堝３が設けられ、この坩堝３は図
示しない駆動装置に回転軸５によって回転・昇降自在に
支持されている。
【００２５】駆動装置は、シリコン単結晶Ｓの引き上げ
に伴う液面低下を補償すべく坩堝３を液面低下分だけ上
昇させ、また、シリコン融液Ｌの攪拌を行うために坩堝
３を常時所定の回転数で回転させる。
に伴う液面低下を補償すべく坩堝３を液面低下分だけ上
昇させ、また、シリコン融液Ｌの攪拌を行うために坩堝
３を常時所定の回転数で回転させる。
【００２６】回転軸は加熱チャンバ２ａを貫通している
が、チャンバ２内外の気密を保持し、またきわめて悪い
温度条件の下での使用となるために、図示しない特殊な
ベアリングで保持されている。
が、チャンバ２内外の気密を保持し、またきわめて悪い
温度条件の下での使用となるために、図示しない特殊な
ベアリングで保持されている。
【００２７】坩堝３は、従来と同様に石英坩堝３ａとこ
れを保護する黒鉛製坩堝３ｂとから構成されている。
れを保護する黒鉛製坩堝３ｂとから構成されている。
【００２８】坩堝３の側壁部分には、シリコンを溶融さ
せる加熱ヒータ４がその周囲を取り囲むように配置され
ている。
せる加熱ヒータ４がその周囲を取り囲むように配置され
ている。
【００２９】この加熱ヒータ４の外側には、この加熱ヒ
ータ４からの熱が加熱チャンバ２ａに直接輻射されるの
を防止する断熱材１２がその周囲を取り囲むように設け
られている。
ータ４からの熱が加熱チャンバ２ａに直接輻射されるの
を防止する断熱材１２がその周囲を取り囲むように設け
られている。
【００３０】なお、加熱ヒータ４と断熱材１２は支持台
１６に取り付けられている。この支持台１６は熱抵抗率
の非常に大きな材料を用いて作られている。
１６に取り付けられている。この支持台１６は熱抵抗率
の非常に大きな材料を用いて作られている。
【００３１】引上げチャンバ２ｂには、一端がワイヤ巻
上機１１に取り付けられ、中間チャンバ２ｃの天井部６
ａの頂壁を挿通して垂れ下げられた引上げワイヤ８が設
けられ、この引上げワイヤ８の下端には、種結晶９を保
持するチャック１０が取り付けられている。
上機１１に取り付けられ、中間チャンバ２ｃの天井部６
ａの頂壁を挿通して垂れ下げられた引上げワイヤ８が設
けられ、この引上げワイヤ８の下端には、種結晶９を保
持するチャック１０が取り付けられている。
【００３２】ワイヤ巻上機８は種結晶９の下端側に徐々
に成長するシリコン単結晶体Ｓをその成長速度等に従っ
て引き上げ、同時に、坩堝３の回転方向とは反対に常時
回転させる。
に成長するシリコン単結晶体Ｓをその成長速度等に従っ
て引き上げ、同時に、坩堝３の回転方向とは反対に常時
回転させる。
【００３３】この引上げチャンバ２ｂの収容部に形成さ
れたガス導入口１３からはアルゴンガスが導入され、こ
のアルゴンガスは加熱チャンバ２ａ内を流通した後にガ
ス排出口１４から排出されるようになっている。
れたガス導入口１３からはアルゴンガスが導入され、こ
のアルゴンガスは加熱チャンバ２ａ内を流通した後にガ
ス排出口１４から排出されるようになっている。
【００３４】このようにチャンバ２内にアルゴンガスを
流通させるのは、前述したように、加熱ヒータ４の加熱
によるシリコンの溶融に伴ってチャンバ２内に発生する
ＳｉＯガスやＣＯガスをシリコン融液内に混入させない
ようにするためである。
流通させるのは、前述したように、加熱ヒータ４の加熱
によるシリコンの溶融に伴ってチャンバ２内に発生する
ＳｉＯガスやＣＯガスをシリコン融液内に混入させない
ようにするためである。
【００３５】また、中間チャンバ２ｃの側壁部６ｂと加
熱チャンバ２ａとの間には、坩堝３の外径より大きな内
径を有するドーナツ型の水冷チャンバ２ｄが配置されて
おり、分離結合機構１５によって分離可能とされてい
る。この水冷チャンバは、熱伝導率および熱輻射率の大
きい物質、例えば、カーボンや銅などから構成された第
１スクリーン２２が、例えば、ボルトなどを使用して下
面に付設されている。
熱チャンバ２ａとの間には、坩堝３の外径より大きな内
径を有するドーナツ型の水冷チャンバ２ｄが配置されて
おり、分離結合機構１５によって分離可能とされてい
る。この水冷チャンバは、熱伝導率および熱輻射率の大
きい物質、例えば、カーボンや銅などから構成された第
１スクリーン２２が、例えば、ボルトなどを使用して下
面に付設されている。
【００３６】この第１スクリーン２２は、水冷チャンバ
２ｄとの接触面積を大きくする環状リム部材２２ａと、
前記融解された原料面の外部からの目視を邪魔しないよ
うに前記環状リム部材２２ａから傾斜して設けられかつ
先端が前記融解された原料面と所定距離ｓだけ離間する
ように構成されたレッグ部材２２ｂとを有している。
２ｄとの接触面積を大きくする環状リム部材２２ａと、
前記融解された原料面の外部からの目視を邪魔しないよ
うに前記環状リム部材２２ａから傾斜して設けられかつ
先端が前記融解された原料面と所定距離ｓだけ離間する
ように構成されたレッグ部材２２ｂとを有している。
【００３７】このレッグ部材２２ｂは、伝熱距離を短く
し除熱能力を高める観点から、垂直方向のサイズＨは、
５０ｍｍないし３００ｍｍであることが望ましい。
し除熱能力を高める観点から、垂直方向のサイズＨは、
５０ｍｍないし３００ｍｍであることが望ましい。
【００３８】また、加熱ヒータおよび融解された原料か
らの熱損失を抑えるための熱遮断部材、例えば、カーボ
ンフェルトを、第１スクリーン２２に付設あるいは隣接
し設けることが望ましい。
らの熱損失を抑えるための熱遮断部材、例えば、カーボ
ンフェルトを、第１スクリーン２２に付設あるいは隣接
し設けることが望ましい。
【００３９】次に、本発明に係る実施例の作用を説明す
る。
る。
【００４０】まず、シリコン単結晶体を製造するにあた
って、分離結合機構１５により引上げチャンバ２ｂと中
間チャンバ２ｃとスクリーンを付設した水冷チャンバ２
ｄとを有する上部構造体を加熱チャンバ２ａから分離
し、坩堝３に原料となるシリコン多結晶体と非常に微量
の不純物とを投入して、その後、分離結合機構１５によ
り上部構造体を加熱チャンバ２ａに再び取り付ける。
って、分離結合機構１５により引上げチャンバ２ｂと中
間チャンバ２ｃとスクリーンを付設した水冷チャンバ２
ｄとを有する上部構造体を加熱チャンバ２ａから分離
し、坩堝３に原料となるシリコン多結晶体と非常に微量
の不純物とを投入して、その後、分離結合機構１５によ
り上部構造体を加熱チャンバ２ａに再び取り付ける。
【００４１】この状態で加熱ヒータ４を加熱して坩堝３
内のシリコンが溶融されるのを待つ。このシリコンが溶
融状態となったら、ワイヤ巻上機１１を作動させて引上
げワイヤ８を下ろし、チャック１０に取り付けられた種
結晶９がシリコン融液表面に接するようにする。この状
態で、種結晶９にシリコンの結晶が成長し始めると、今
度はワイヤ巻上機１１を所定の速度で引き上げて図１に
示すようにシリコン結晶体Ｓを成長させていく。
内のシリコンが溶融されるのを待つ。このシリコンが溶
融状態となったら、ワイヤ巻上機１１を作動させて引上
げワイヤ８を下ろし、チャック１０に取り付けられた種
結晶９がシリコン融液表面に接するようにする。この状
態で、種結晶９にシリコンの結晶が成長し始めると、今
度はワイヤ巻上機１１を所定の速度で引き上げて図１に
示すようにシリコン結晶体Ｓを成長させていく。
【００４２】この過程において、シリコン単結晶体Ｓか
らの輻射光は、熱伝導率および熱輻射率の大きい物質、
例えば、カーボンや銅などから構成された第１スクリー
ン２２のレッグ部材２２ｂに入射する。
らの輻射光は、熱伝導率および熱輻射率の大きい物質、
例えば、カーボンや銅などから構成された第１スクリー
ン２２のレッグ部材２２ｂに入射する。
【００４３】このとき、第１スクリーン２２は、水冷チ
ャンバ２ｄとの接触面積を大きくする環状リム部材２２
ａを有し、低温に保たれているため、シリコン単結晶体
Ｓとの輻射熱交換が良くなり、シリコン単結晶体Ｓの冷
却速度を向上させることが可能になる。
ャンバ２ｄとの接触面積を大きくする環状リム部材２２
ａを有し、低温に保たれているため、シリコン単結晶体
Ｓとの輻射熱交換が良くなり、シリコン単結晶体Ｓの冷
却速度を向上させることが可能になる。
【００４４】したがって、従来のように円筒７を用いな
くても引上げ中のシリコン単結晶体Ｓを急冷することが
できるので、シリコン単結晶体Ｓの結晶欠陥の発生がき
わめて少なくなる。
くても引上げ中のシリコン単結晶体Ｓを急冷することが
できるので、シリコン単結晶体Ｓの結晶欠陥の発生がき
わめて少なくなる。
【００４５】さらに、水冷チャンバ２ｄは、坩堝３の外
径より大きな内径を有しているため、水冷チャンバから
冷却水が漏れた場合であっても、高温のシリコン単結晶
体Ｓあるいはシリコン融液表面に落下する可能性が低く
安全性が高い。
径より大きな内径を有しているため、水冷チャンバから
冷却水が漏れた場合であっても、高温のシリコン単結晶
体Ｓあるいはシリコン融液表面に落下する可能性が低く
安全性が高い。
【００４６】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。
る。
【００４７】図２は、第１スクリーン２２が取り付けら
れていない上面に、第２スクリーン２３を付設し、冷却
能力を向上させた装置を示している。この第２スクリー
ン２３も、熱伝導率および熱輻射率の大きい物質、例え
ば、カーボンや銅などから構成され、水冷チャンバ２ｄ
との接触面積を大きくする環状リム部材２３ａと、前記
融解された原料面の外部からの目視を邪魔しないように
前記環状リム部材２２ａから傾斜して設けられかつ先端
が前記融解された原料面と所定距離ｓだけ離間するよう
に構成されたレッグ部材２３ｂとを有することが望まし
い。
れていない上面に、第２スクリーン２３を付設し、冷却
能力を向上させた装置を示している。この第２スクリー
ン２３も、熱伝導率および熱輻射率の大きい物質、例え
ば、カーボンや銅などから構成され、水冷チャンバ２ｄ
との接触面積を大きくする環状リム部材２３ａと、前記
融解された原料面の外部からの目視を邪魔しないように
前記環状リム部材２２ａから傾斜して設けられかつ先端
が前記融解された原料面と所定距離ｓだけ離間するよう
に構成されたレッグ部材２３ｂとを有することが望まし
い。
【００４８】
【００４９】
【００５０】次に、本発明の実施例と従来例との比較を
説明する。
説明する。
【００５１】図３は、結晶中の欠陥の大きさと個数との
関係（分布）を示した図である。
関係（分布）を示した図である。
【００５２】従来例として表されているグラフは、図５
に示されている単結晶体製造装置を使用し、１．０mm/m
inの引き上げ速度の条件で得られた結果である。本発明
として表されているグラフは、図１に示している実施例
に係る単結晶体製造装置を使用し、２．５mm/minの引き
上げ速度の条件で得られた結果である。
に示されている単結晶体製造装置を使用し、１．０mm/m
inの引き上げ速度の条件で得られた結果である。本発明
として表されているグラフは、図１に示している実施例
に係る単結晶体製造装置を使用し、２．５mm/minの引き
上げ速度の条件で得られた結果である。
【００５３】図から明らかのように、本発明は、従来例
と比較し結晶中の欠陥の数が減少すると共に欠陥のサイ
ズが微細化している。
と比較し結晶中の欠陥の数が減少すると共に欠陥のサイ
ズが微細化している。
【００５４】なお、ＣＯＰ（ Crystal-Originated Part
icle ）は、洗浄液（ＮＨ2 ＯＨ／Ｈ2 Ｏ2 ／Ｈ2 Ｏ）
を使用し結晶にＳＣｌ洗浄を施し、結晶中の欠陥をピッ
トとして形成させ、パーティクルカウンターで当該ピッ
トをパーティクルとして検出したものである。したがっ
て、従来のウェーハ上の異物粒子とは別のものである。
icle ）は、洗浄液（ＮＨ2 ＯＨ／Ｈ2 Ｏ2 ／Ｈ2 Ｏ）
を使用し結晶にＳＣｌ洗浄を施し、結晶中の欠陥をピッ
トとして形成させ、パーティクルカウンターで当該ピッ
トをパーティクルとして検出したものである。したがっ
て、従来のウェーハ上の異物粒子とは別のものである。
【００５５】図４は、結晶中心温度と冷却速度（軸方向
温度勾配）との関係をシミュレートした結果を示した図
であり、従来例および本発明として表されているグラフ
の操作条件は図３と同一にしている。
温度勾配）との関係をシミュレートした結果を示した図
であり、従来例および本発明として表されているグラフ
の操作条件は図３と同一にしている。
【００５６】図から明らかのように、本発明は、従来例
と比較し軸方向温度勾配が約２倍程度大きく、良好な冷
却速度を得ることできることを示している。
と比較し軸方向温度勾配が約２倍程度大きく、良好な冷
却速度を得ることできることを示している。
【００５７】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、融液の
不純物汚染を回避しながら、結晶欠陥のきわめて少ない
高品質のシリコン単結晶体を、効率よく安全に製造する
ことができる。
不純物汚染を回避しながら、結晶欠陥のきわめて少ない
高品質のシリコン単結晶体を、効率よく安全に製造する
ことができる。
【図１】 本発明の一実施例による単結晶体製造装置の
概略構成図である。
概略構成図である。
【図２】 他の実施例のチャンバ内壁の部分拡大断面図
である。
である。
【図３】 本発明の一実施例におけるＣＯＰ粒径と個数
との関係を従来例との対比において示した図である。
との関係を従来例との対比において示した図である。
【図４】 本発明の一実施例における結晶中心温度と冷
却速度との関係を従来例との対比において示した図であ
る。
却速度との関係を従来例との対比において示した図であ
る。
【図５】 従来の装置の一例を示す概略構成図である。
２ａ…加熱チャンバ、 ２ｂ…引上げチャンバ、 ２ｃ…中間チャンバ、 ２ｄ…水冷チャンバ、 ３…坩堝、 ４…加熱ヒータ、 ６ａ…天井部、 ６ｂ…収容部、 １２…断熱材、 ２２…第１スクリーン、 ２３…第２スクリーン、 ２２ａ，２３ａ…環状リム部材、 ２２ｂ，２３ｂ…レッグ部材、 Ｓ…シリコン単結晶体、 Ｌ…溶融シリコン。
フロントページの続き (72)発明者 原田 博文 山口県光市大字島田3434番地 新日本製 鐵株式会社光製鐵所内 (72)発明者 大久保 正道 山口県光市大字島田3434番地 ニッテツ 電子株式会社内 (72)発明者 小島 清 山口県光市大字島田3434番地 ニッテツ 電子株式会社内 (72)発明者 戸松 博 山口県光市大字島田3434番地 ニッテツ 電子株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−205397（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−177389（ＪＰ，Ａ) 特公 昭57−205397（ＪＰ，Ｂ２) 実公 平５−23579（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00
Claims (4)
- 【請求項１】 坩堝内に収容した原料を加熱ヒータによ
り加熱し融解する加熱チャンバと、 前記坩堝から引き上げられた単結晶体を内部に収納する
引上げチャンバと、 前記加熱チャンバの上部と連結された側壁部、この側壁
部から伸延し前記加熱チャンバの開口部を塞ぐ天井部、
この天井部の中央部に位置し単結晶体を収容する収容部
から構成された中間チャンバを有する単結晶体の製造装
置において、 前記中間チャンバの側壁部と前記加熱チャンバとの間
に、前記坩堝の外径より大きな内径を有するドーナツ型
の水冷チャンバを設け、 この水冷チャンバに、スクリーンを付設し、 このスクリーンは、前記水冷チャンバに取り付けられた
環状リム部材と、前記融解された原料面の外部からの目
視を邪魔しないようにこの環状リム部材から傾斜して設
けられかつ先端が前記融解された原料面と所定距離離間
するように構成されたレッグ部材とを有することを特徴
とするシリコン単結晶の製造装置。 - 【請求項２】 前記レッグ部材の垂直方向のサイズは、
５０ｍｍ乃至３００ｍｍであることを特徴とする請求項
１に記載のシリコン単結晶の製造装置。 - 【請求項３】 前記加熱ヒータおよび融解された前記原
料からの熱損失を抑えるための熱遮断部材を、前記スク
リーンに付設あるいは隣接し設けることを特徴とする請
求項１乃至２に記載のシリコン単結晶の製造装置。 - 【請求項４】 前記スクリーンは、前記水冷チャンバの
下面に取り付けた第１スクリーンと、上面に取り付けた
第２スクリーンとからなる請求項１乃至３に記載のシリ
コン単結晶の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21631994A JP3214988B2 (ja) | 1994-09-09 | 1994-09-09 | シリコン単結晶の製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21631994A JP3214988B2 (ja) | 1994-09-09 | 1994-09-09 | シリコン単結晶の製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0881294A JPH0881294A (ja) | 1996-03-26 |
| JP3214988B2 true JP3214988B2 (ja) | 2001-10-02 |
Family
ID=16686671
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21631994A Expired - Fee Related JP3214988B2 (ja) | 1994-09-09 | 1994-09-09 | シリコン単結晶の製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3214988B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6350323B2 (ja) * | 2015-02-10 | 2018-07-04 | トヨタ自動車株式会社 | 単結晶製造装置 |
| JP6825728B1 (ja) | 2020-01-10 | 2021-02-03 | 信越半導体株式会社 | 単結晶製造装置 |
-
1994
- 1994-09-09 JP JP21631994A patent/JP3214988B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0881294A (ja) | 1996-03-26 |
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