JP3642188B2 - シリコン単結晶の引上げ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン単結晶棒を引上げて育成する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の引上げ装置として、本出願人はシリコン融液から引上げられるシリコン単結晶棒の下端部が第１冷却部により取り囲まれ、シリコン単結晶棒の中間部が加熱部により取り囲まれ、更にシリコン単結晶棒の上端部が第２冷却部により取り囲まれた単結晶引上装置を特許出願した（特開平８−１１９７８６）。この装置では、第１及び第２冷却部は内部に冷却水が通過可能なウォータジャケット状の冷却管であり、加熱部は円筒状のアフタヒータである。
このように構成された単結晶引上装置では、シリコン単結晶棒を引上げるときに、第１冷却部によりシリコン単結晶棒の下端部を急冷することにより、引上げ速度を大きくすることができる。また加熱部によりシリコン単結晶棒の中間部を所定温度で保温することにより、その結晶性を高めることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の単結晶引上装置では、比較的構造の複雑な第１及び第２冷却部と加熱部を必要とし、これらの部品の製造工数が増大し、製造コストを押上げる不具合があった。
本発明の目的は、比較的構造の簡単な部品の追加で、シリコン融液から引上げられるシリコン単結晶棒の温度を制御することにより、シリコン単結晶棒中の点欠陥の濃度やグローイン（Grown-in）微小欠陥の密度及びサイズを最適に制御できるシリコン単結晶の引上げ装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１及び図２に示すように、チャンバ１１内に設けられシリコン融液１２が貯留された石英るつぼ１３と、石英るつぼ１３の外周面を包囲しシリコン融液１２を加熱するヒータ１８と、シリコン融液１２から引上げられるシリコン単結晶棒２５の外周面を包囲しかつ下端がシリコン融液１２表面から間隔をあけて上方に位置しヒータ１８からの輻射熱を遮る熱遮蔽部材２６とを備えたシリコン単結晶の引上げ装置１０の改良である。
その特徴ある構成は、熱遮蔽部材２６が引上げられるシリコン単結晶棒２５の上部を包囲するアッパ部材２７と、引上げられるシリコン単結晶棒２５の下部を包囲するロア部材２８と、ヒータ１８からの輻射熱がロア部材２８とアッパ部材２７との間の開放された部分からシリコン単結晶棒２５に照射されるようにロア部材２８をアッパ部材２７に所定の間隔をあけて連結する複数本の連結部材２９とを備え、連結部材２９の全長を変更可能に形成することによりアッパ部材２７とロア部材２８の間隔が調整可能に構成されたところにある。
【０００５】
この請求項１に記載されたシリコン単結晶の引上げ装置では、シリコン単結晶棒２５をシリコン融液１２から引上げると、シリコン単結晶棒２５のロア部材２８により包囲された下部はヒータ１８からの輻射熱がロア部材２８の外面により遮られて急冷される（図２のＡ部）。この結果、結晶の成長速度を速くすることができるので、上記部分で発生する点欠陥の坂道拡散等を促進することができる。
またシリコン単結晶棒２５のロア部材２８及びアッパ部材２７間の開放された部分はヒータ１８からの輻射熱が照射されて保温され（図２のＢ部）、点欠陥の外方拡散、坂道拡散や対消滅等の反応時間を長くすることができる。更にシリコン単結晶棒２５のアッパ部材２７により包囲された上部はヒータ１８からの輻射熱がアッパ部材２７の外面により遮られて急冷される（図２のＣ部及びＤ部）。この結果、この部分で発生する酸化誘起積層欠陥（Oxidation-induced Stacking Fault 以下、ＯＳＦという）を低減できる。ここで、ＯＳＦとは、石英るつぼの成分であるＳｉＯ2がシリコン融液に溶け込むため、このシリコン融液から引上げられるシリコン単結晶棒中に酸素が混入するが、この酸素を起因とする欠陥をいい、対消滅とは、点欠陥である格子間シリコン及び空孔の過飽和度に応じて生じる点欠陥同士の反応であり、上記過飽和点欠陥が凝集を開始する直前に高温側で上記反応が烈しくなり、上記点欠陥濃度が低下することをいう。
更にヒータ１８からの輻射熱がロア部材及びアッパ部材間の開放部分からシリコン単結晶棒２５に照射される時間及び長さを調整できるので、更に点欠陥の外方拡散、坂道拡散や対消滅等の反応時間を長くすることができる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、図１及び図２に示すように、チャンバ１１内に設けられシリコン融液１２が貯留された石英るつぼ１３と、石英るつぼ１３の外周面を包囲しシリコン融液１２を加熱するヒータ１８と、シリコン融液１２から引上げられるシリコン単結晶棒２５の外周面を包囲しかつ下端がシリコン融液１２表面から間隔をあけて上方に位置しヒータ１８からの輻射熱を遮る熱遮蔽部材２６とを備えたシリコン単結晶の引上げ装置１０の改良である。
その特徴ある構成は、熱遮蔽部材２６が引上げられるシリコン単結晶棒２５の上部を包囲するアッパ部材２７と、引上げられるシリコン単結晶棒２５の下部を包囲するロア部材２８と、ロア部材２８をアッパ部材２７に所定の間隔をあけて連結する複数本の連結部材２９とを備え、ロア部材２８が下方に向うに従って直径が小さくなるコーン状に形成され、アッパ部材２７が直筒部２７ａとこの直筒部２７ａと一体的に設けられ直筒部２７ａの下端に上方に向うに従って直径が小さくなって直筒部２７ａに収容されるアッパコーン部２７ｂとを有することを特徴とする。
この請求項２に記載されたシリコン単結晶の引上げ装置では、ロア部材２８によりシリコン単結晶棒２５の下部へのヒータ１８からの輻射熱の照射のみならずシリコン融液１２からの輻射熱の照射をも遮ることができる（図２のＡ部）。またシリコン融液１２からの輻射熱をアッパコーン部２７ｂの下面で反射してシリコン単結晶棒２５の中央上部に照射し、この部分のシリコン単結晶棒２５が保温される（図２のＣ部）。アッパコーン部２７ｂの上部を越えてシリコン単結晶棒２５が引上げられると、この単結晶の部分はシリコン融液１２からの輻射熱が遮られて急冷される。この結果、アッパコーン部２７ｂの位置を調節することにより、１２００〜１０５０℃の温度領域で形成・成長するグローイン微小欠陥の密度及びサイズを最適に制御できる。
請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明であって、更に図１及び図２に示すように、連結部材２９の全長を変更可能に形成することによりアッパ部材２７とロア部材２８の間隔が調整可能に構成されたことを特徴とする。
この請求項３に記載されたシリコン単結晶の引上げ装置では、ヒータ１８からの輻射熱がロア部材及びアッパ部材間の開放部分からシリコン単結晶棒２５に照射される時間及び長さを調整できるので、更に点欠陥の外方拡散、坂道拡散や対消滅等の反応時間を長くすることができる。
【０００８】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３いずれか１項に係る発明であって、更に図６に示すように、アッパ部材２７及びロア部材２８の間の引上げられるシリコン単結晶棒２５の外周面を包囲しヒータ１８の熱をシリコン単結晶棒２５の外周面に向けて反射するリフレクタ５１が設けられたことを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明であって、更に図６に示すように、リフレクタ５１が下方に向うに従って直径が大きくなるコーン状に形成されたことを特徴とする。
これら請求項４及び５に記載されたシリコン単結晶の引上げ装置では、ヒータ１８から上方に向う輻射熱がリフレクタ５１で反射した後、アッパ部材２７及びロア部材２８の間の開放された部分からシリコン単結晶棒２５の外周面に向うので、この輻射熱がシリコン単結晶棒２５の外周面に照射されてこの単結晶棒２５が効率良く保温される。またヒータ１８から上方に向う輻射熱の殆ど全てがリフレクタ５１で反射してシリコン単結晶棒２５の外周面に向うので、リフレクタ５１より上方の各部材の温度を低くできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図４に示すように、シリコン単結晶の引上げ装置１０のチャンバ１１内には、シリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３が設けられ、この石英るつぼ１３の外面は黒鉛サセプタ１４により被覆される。石英るつぼ１３の下面は上記黒鉛サセプタ１４を介して支軸１６の上端に固定され、この支軸１６の下部はるつぼ駆動手段１７に接続される（図１）。るつぼ駆動手段１７は図示しないが石英るつぼ１３を回転させる第１回転用モータと、石英るつぼ１３を昇降させる昇降用モータとを有し、これらのモータにより石英るつぼ１３が所定の方向に回転し得るとともに、上下方向に移動可能となっている。石英るつぼ１３の外周面は石英るつぼ１３から所定の間隔をあけてヒータ１８により包囲され、このヒータ１８は保温筒１９により包囲される。ヒータ１８は石英るつぼ１３に投入された高純度のシリコン多結晶体を加熱・溶融してシリコン融液１２にする。
【００１０】
またチャンバ１１の上端には円筒状のケーシング２１が接続される。このケーシング２１には引上げ手段２２が設けられる。引上げ手段２２はケーシング２１の上端部に水平状態で旋回可能に設けられた引上げヘッド（図示せず）と、このヘッドを回転させる第２回転用モータ（図示せず）と、ヘッドから石英るつぼ１３の回転中心に向って垂下されたワイヤケーブル２３と、上記ヘッド内に設けられワイヤケーブル２３を巻取り又は繰出す引上げ用モータ（図示せず）とを有する。ワイヤケーブル２３の下端にはシリコン融液１２に浸してシリコン単結晶棒２５を引上げるための種結晶２４が取付けられる。
【００１１】
シリコン単結晶棒２５の外周面と石英るつぼ１３の内周面との間にはシリコン単結晶棒２５を包囲する熱遮蔽部材２６が設けられる（図１〜図４）。この熱遮蔽部材２６はシリコン融液１２から引上げられるシリコン単結晶棒２５の上部を包囲するアッパ部材２７と、シリコン単結晶棒２５の下部を包囲するロア部材２８と、ロア部材２８をアッパ部材２７に所定の間隔をあけて連結する複数本の連結部材２９とを備える。アッパ部材２７は直筒部２７ａと、この直筒部２７ａと一体的に設けられ直筒部２７ａの下端に上方に向うに従って直径が小さくなって直筒部２７ａに収容されるアッパコーン部２７ｂとを有する。直筒部２７ａの上端には外方に略水平方向に張り出すフランジ部２７ｃが一体的に設けられ、このフランジ部２７ｃを保温筒１９上に載置することにより熱遮蔽部材２６が固定される。またロア部材２８は下方に向うに従って直径が小さくなるコーン状に形成され、ロア部材２８の下端はシリコン融液１２表面から間隔をあけて上方に位置する。アッパコーン部２７ｂ及びロア部材２８の傾斜角度は水平面に対して４５度、好ましくは３０〜６０度の範囲に設定される。
【００１２】
また連結部材２９はこの実施の形態では３本であり（図３）、各連結部材２９は上端がアッパコーン部２７ｂの上端にボルト３３ａ及びナット３３ｂ（図２）を介して接続されたアッパ連結具３１と、下端がロア部材２８の下端にボルト３４ａ及びナット３４ｂ（図２）を介して接続されたロア連結具３２とを有する（図１〜図４）。アッパ連結具３１の上端及びロア連結具３２の下端は略Ｖ字状に折曲げられ、アッパ連結具３１の下端及びロア連結具３２の上端にはこれらの連結具３１，３２の長手方向に所定の間隔をあけて複数の第１及び第２通孔３１ａ，３２ａ（図２）がそれぞれ形成される。これらの通孔３１ａ，３２ａに選択的にボルト３５ａを挿通してナット３５ｂ（図２）を螺合することにより、アッパ連結具３１の下端及びロア連結具３２の上端が接続される。このように連結部材３３の全長を変更可能に形成することにより、アッパ部材２７とロア部材２８の間隔が調整可能に構成される。上記アッパ部材２７、ロア部材２８及び連結部材２９はＭｏ，Ｗ，Ｃ等により形成されることが好ましい。
【００１３】
チャンバ１１にはこのチャンバ１１のシリコン単結晶棒側に不活性ガスを供給しかつ上記不活性ガスをチャンバ１１のるつぼ内周面側から排出するガス給排手段３６が接続される（図１）。ガス給排手段３６は一端がケーシング２１の周壁に接続され他端が上記不活性ガスを貯留するタンク（図示せず）に接続された供給パイプ３７と、一端がチャンバ１１の下壁に接続され他端が真空ポンプ（図示せず）に接続された排出パイプ３８とを有する。供給パイプ３７及び排出パイプ３８にはこれらのパイプ３７，３８を流れる不活性ガスの流量を調整する第１及び第２流量調整弁４１，４２がそれぞれ設けられる。
【００１４】
また引上げ用モータの出力軸（図示せず）にはロータリエンコーダ（図示せず）が設けられ、るつぼ駆動手段１７には石英るつぼ１３内のシリコン融液１２の重量を検出する重量センサ（図示せず）と、支軸１６の昇降位置を検出するリニヤエンコーダ（図示せず）とが設けられる。ロータリエンコーダ、重量センサ及びリニヤエンコーダの各検出出力はコントローラ（図示せず）の制御入力に接続され、コントローラの制御出力は引上げ手段２２の引上げ用モータ及びるつぼ駆動手段の昇降用モータにそれぞれ接続される。またコントローラにはメモリ（図示せず）が設けられ、このメモリにはロータリエンコーダの検出出力に対するワイヤケーブル２３の巻取り長さ、即ちシリコン単結晶棒２５の引上げ長さが第１マップとして記憶され、重量センサの検出出力に対する石英るつぼ１３内のシリコン融液１２の液面レベルが第２マップとして記憶される。コントローラは重量センサの検出出力に基づいて石英るつぼ１３内のシリコン融液１２の液面を常に一定のレベルに保つように、るつぼ駆動手段１７の昇降用モータを制御するように構成される。
【００１５】
このように構成されたシリコン単結晶の引上げ装置の動作を説明する。
シリコン単結晶棒２５をシリコン融液１２から引上げると、先ずシリコン単結晶棒２５の下部、即ちシリコン単結晶棒２５のロア部材２８により包囲された部分には、ロア部材２８の外面によりヒータ１８及びシリコン融液１２からの輻射熱が遮られて照射されず、シリコン単結晶棒２５の下部は急冷される（図２のＡ部）。この結果、結晶の成長速度を速くすることができ、かつこの部分で発生する点欠陥の外方拡散（単結晶棒の内部から外側に向う拡散）や坂道拡散（高温側即ち下方に向う拡散）を促進できるので、その点欠陥の濃度を最適に制御できる。この部分では上方に向うに従って温度が約１４１０℃から約１３００℃に低下する。
【００１６】
またシリコン単結晶棒２５の中間部、即ちロア部材２８とアッパ部材２７の間の開放された部分は、図１の実線矢印で示すようにヒータ１８からの輻射熱が照射されて保温され（図２のＢ部）、点欠陥の外方拡散、坂道拡散、対消滅等の反応時間を長くでき、点欠陥の濃度を最適に制御できる。この部分では上方に向うに従って温度が約１３００℃から約１２００℃に低下する。次にシリコン単結晶棒２５の中央上部のアッパコーン部２７ｂにより包囲された部分では、上方に向うに従って温度が約１２００℃から約１０５０℃に低下し、この温度領域でＣＯＰ（Crystal Originated Particles）やＦＰＤ（Flow Pattern defect）や赤外散乱欠陥等のグローイン欠陥が発生・成長する。しかしながら図１の破線矢印で示すように、シリコン融液１２からの輻射熱がアッパコーン部２７ｂの下面で反射して照射され（図２のＣ部）、最適な温度勾配になるため、即ちＣＯＰやＦＰＤや赤外散乱欠陥等のグローイン微小欠陥が発生・成長する温度領域が長くなるため、グローイン微小欠陥の密度を低くすることができる。
【００１７】
ここで、ＣＯＰとはＳＣ−１洗浄後にレーザパーティクルカウンタでパーティクルとしてカウントされた底の深いエッチピットであり、ＦＰＤとはシリコン融液から引上げられたシリコン単結晶棒から切り出したシリコンウェーハを長時間化学エッチング（Seccoエッチング液）したときに現れる特異なフローパターンを呈する痕跡の源であり、赤外散乱欠陥とはシリコン単結晶棒中に赤外線を照射したときにシリコンとは異なる屈折率を有し散乱光を発生する源である。
【００１８】
更にシリコン単結晶棒２５のアッパ部材２７により包囲された部分のうちアッパコーン部２７ｂにより包囲された中央上部以外の上部には、ヒータ１８からの輻射熱がアッパ部材２７の外面により遮られて照射されず、このシリコン単結晶棒２５の上部は急冷される（図２のＤ部）。この結果、この部分で発生するＯＳＦを低減できる。この部分では上方に向うに従って温度が約１０５０℃から約８５０℃に低下する。
またアッパ部材２７とロア部材２８の間隔を変えると、温度勾配の変更箇所を制御することができる。つまりアッパコーン部２７ｂにより包囲される部分を液面に近付け、アッパコーン部２７ｂを越えてシリコン単結晶棒２５が引上げられたときに結晶温度が１２００℃付近になるようにアッパ部材２７とロア部材２８の間隔を調整すると、シリコン融液１２からの輻射熱が遮られるため、アッパコーン部２７ｂを越えてシリコン単結晶棒２５が引上げられたときから、即ち１２００℃から急冷される。従って、１２００〜１０５０℃で発生・成長するグローイン欠陥のサイズを小さくすることができる。
このようにシリコン融液１２から引上げられるシリコン単結晶棒２５の温度を制御することにより、シリコン単結晶棒２５中の点欠陥の濃度やグローイン微小欠陥の密度等を最適に制御できる。
【００１９】
図６は本発明の第２の実施の形態を示す。図６において図１と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、アッパ部材２７及びロア部材２８の間の引上げられるシリコン単結晶棒２５の外周面がリフレクタ５１により包囲され、このリフレクタ５１がヒータ１８の熱をシリコン単結晶棒２５の外周面に向けて反射するように構成される。リフレクタ５１は下方に向うに従って直径が大きくなるコーン状に形成されたリフレクタ本体５１ａと、このリフレクタ本体５１ａの下縁に連設されたリング状の取付部５１ｂとを有する。取付部５１ｂは保温筒１９の内周面に図示しないボルト等により取付けられ、リフレクタ本体５１ａはヒータ１８の上方に位置するように構成される。
【００２０】
このように構成されたシリコン単結晶の引上げ装置５０では、ヒータ１８から上方に向う輻射熱が図６の一点鎖線矢印で示すようにリフレクタ５１で反射した後、アッパ部材２７及びロア部材２８の間の開放された部分からシリコン単結晶棒２５の外周面に向うので、この輻射熱がシリコン単結晶棒２５の外周面に照射されてこの単結晶棒２５が上記第１の実施の形態より効率良く保温される。この結果、シリコン単結晶棒２５内の点欠陥の外方拡散、坂道拡散、対消滅等の反応時間を更に長くでき、点欠陥の濃度を最適に制御できる。またヒータ１８から上方に向う輻射熱の殆ど全てがリフレクタ５１で反射してシリコン単結晶棒２５の外周面に向うので、リフレクタ５１より上方の各部材の温度を低くできる。この結果、アッパコーン部２７ｂより上方に達したシリコン単結晶棒２５は急冷され、この部分で発生するＯＳＦを第１の実施の形態より更に低減できる。上記以外の動作は第１の実施の形態と同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００２１】
なお、第１及び第２の実施の形態では、連結部材を３本としたが、２本又は４本以上であってもよい。
また、第１及び第２の実施の形態では、連結部材をアッパ連結具及びロア連結具により構成し、連結部材の全長を変更可能に構成したが、アッパ部材とロア部材との間隔を一義的に設定できれば１本の連結部材で構成してもよい。
【００２２】
【実施例】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
図１〜図４に示すようなシリコン単結晶の引上げ装置１０を用いて外径１５０ｍｍのシリコン単結晶棒２５を引上げた。この装置１０の熱遮蔽部材２６の各寸法は以下の通りである。ロア部材２８の下端及び上端の直径は１９０ｍｍ及び２７０ｍｍであり、高さは４０ｍｍであった。即ちロア部材２８の傾斜角度は水平面に対して４５度であった。またアッパ部材２７の直胴部２７ａの直径及び高さは３５０ｍｍ及び１００ｍｍであった。アッパコーン部２７ｂの下端及び上端の直径は３５０ｍｍ及び１９０ｍｍであり、高さは８０ｍｍであった。即ちアッパコーン部２７ｂの傾斜角度は水面に対して４５度であった。更にアッパ部材２７とロア部材２８との間隔は１５０ｍｍとし、ロア部材２８の下端とシリコン融液１２との間隔は２０ｍｍとした。なお、上記熱遮蔽部材２６はＭｏにより形成した。
【００２３】
＜実施例２＞
直胴部２７ａの高さを２００ｍｍ、アッパ部材とロア部材との間隔を５０ｍｍとしたことを除いて、上記実施例１と同様の装置で引き上げたシリコン単結晶棒を実施例２とした。
＜比較例１＞
図７に示すように、熱遮蔽部材６は直胴部７と、直胴部７の下端に連設された傾斜部８とを有する。直胴部７の直径及び高さは３５０ｍｍ及び２００ｍｍであった。また傾斜部８の上端及び下端の直径は３５０ｍｍ及び１９０ｍｍであり、高さは８０ｍｍであった。この熱遮蔽部材６の材質は実施例１の熱遮蔽部材の材質と同一とした。この引上げ装置１は上記のように熱遮蔽部材６の形状を変更したことを除いて、実施例１の装置と同一とした。この装置１を用いて引上げた外径１５０ｍｍのシリコン単結晶棒５を比較例１とした。
【００２４】
＜比較試験及び評価＞
実施例１、実施例２及び比較例１のシリコン単結晶棒の各部の温度は次のようにして測定した。先ず種結晶よりも長い熱電対を種結晶の横に数本取付け、シリコン融液中に浸漬させた状態から結晶成長を開始し、シコリン単結晶棒の中に取り込ませた形で成長させる。このとき、シリコン融液からの距離に対する温度を測定した。その結果を図５に示す。
図５から明らかなように、実施例１及び２では、アッパ部材とロア部材との間の開放された部分でシリコン単結晶棒の温度勾配が緩やかになり、またこの開放部分の位置と間隔を変更することにより特定の温度領域の温度勾配を制御できることが判った。これに対して比較例１では、シリコン単結晶棒のうち保温して結晶品質を高める必要のある部分での温度勾配が急激であった。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ヒータから輻射熱を遮る熱遮蔽部材のアッパ部材が上記シリコン単結晶棒の上部を包囲し、ロア部材がシリコン単結晶棒の下部を包囲し、更にヒータからの輻射熱がロア部材とアッパ部材との間の開放された部分からシリコン単結晶棒に照射されるように複数本の連結部材がロア部材をアッパ部材に所定の間隔をあけて連結したので、シリコン単結晶棒のロア部材により包囲された下部はヒータからの輻射熱がロア部材の外面により遮られて急冷される。この結果、結晶の成長速度を速くすることができるので、この部分で発生する点欠陥の坂道拡散等を促進でき、点欠陥の濃度を最適に制御できる。
【００２６】
またシリコン単結晶棒のロア部材及びアッパ部材間の開放された部分はヒータからの輻射熱が照射されて保温され、点欠陥の反応時間を長くでき、その結晶品質が高められる。またシリコン単結晶棒のアッパ部材により包囲された上部はヒータからの輻射熱がアッパ部材の外面により遮られて急冷される。この結果、この部分で発生するＯＳＦ等の結晶欠陥を低減できる。このように比較的構造の簡単な部品、即ちアッパ部材及びロア部材を有する熱遮蔽部材の追加で、シリコン融液から引上げられるシリコン単結晶棒の温度を制御することにより、シリコン単結晶棒中の点欠陥の濃度等を最適に制御できる。
【００２７】
また連結部材の全長を変更可能に形成することによりアッパ部材とロア部材の間隔を調整可能に構成すれば、ヒータからの輻射熱がシリコン単結晶棒の中間部に照射される時間及び長さを調整でき、更に結晶品質を高めることができる。
またロア部材を下方に向うに従って直径が小さくなるコーン状に形成すれば、ロア部材によりシリコン単結晶棒の下部へのヒータからの輻射熱の照射のみならずシリコン融液からの輻射熱の照射をも遮ることができる。またアッパ部材の直筒部の下端に上方に向うに従って直径が小さくなって直筒部に収容されるアッパコーン部を一体的に設ければ、シリコン融液からの輻射熱をアッパコーン部の下面で反射してシリコン単結晶棒の中央上部に照射し、この部分の温度勾配を制御できるので、グローイン微小欠陥の密度及びサイズを最適に制御できる。
【００２８】
またアッパ部材及びロア部材の間のシリコン単結晶棒の外周面をリフレクタが包囲し、このリフレクタがヒータの熱をシリコン単結晶棒の外周面に向けて反射するように構成し、更にリフレクタを下方に向うに従って直径が大きくなるコーン状に形成すれば、ヒータから上方に向う輻射熱がリフレクタで反射した後、アッパ部材及びロア部材の間の開放された部分からシリコン単結晶棒の外周面に向うので、この輻射熱がシリコン単結晶棒の外周面に照射されてこの単結晶棒が効率良く保温される。この結果、シリコン単結晶棒中の点欠陥の外方拡散、坂道拡散、対消滅等の反応時間を更に長くでき、点欠陥の濃度を最適に制御できる。更にヒータから上方に向う輻射熱の殆ど全てがリフレクタで反射してシリコン単結晶棒の外周面に向うので、リフレクタより上方の各部材の温度を低くできる。この結果、アッパコーン部より上方に達したシリコン単結晶棒は急冷され、この部分で発生するＯＳＦを更に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１実施形態のシリコン単結晶の引上げ装置の断面構成図。
【図２】図１のＥ部拡大断面図。
【図３】図２のＦ−Ｆ線断面図。
【図４】その引上げ装置の熱遮蔽部材を含む要部斜視図。
【図５】シリコン単結晶棒のシリコン融液表面からの距離に対するシリコン単結晶棒の温度の変化を示す図。
【図６】本発明第２実施形態を示す図１に対応する断面構成図。
【図７】比較例１を示す図１に対応する断面構成図。
【符号の説明】
１０，５０ シリコン単結晶の引上げ装置
１１ チャンバ
１２ シリコン融液
１３ 石英るつぼ
１８ ヒータ
２５ シリコン単結晶棒
２６ 熱遮蔽部材
２７ アッパ部材
２７ａ 直胴部
２７ｂ アッパコーン部
２８ ロア部材
２９ 連結部材
５１ リフレクタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン単結晶棒を引上げて育成する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の引上げ装置として、本出願人はシリコン融液から引上げられるシリコン単結晶棒の下端部が第１冷却部により取り囲まれ、シリコン単結晶棒の中間部が加熱部により取り囲まれ、更にシリコン単結晶棒の上端部が第２冷却部により取り囲まれた単結晶引上装置を特許出願した（特開平８−１１９７８６）。この装置では、第１及び第２冷却部は内部に冷却水が通過可能なウォータジャケット状の冷却管であり、加熱部は円筒状のアフタヒータである。
このように構成された単結晶引上装置では、シリコン単結晶棒を引上げるときに、第１冷却部によりシリコン単結晶棒の下端部を急冷することにより、引上げ速度を大きくすることができる。また加熱部によりシリコン単結晶棒の中間部を所定温度で保温することにより、その結晶性を高めることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の単結晶引上装置では、比較的構造の複雑な第１及び第２冷却部と加熱部を必要とし、これらの部品の製造工数が増大し、製造コストを押上げる不具合があった。
本発明の目的は、比較的構造の簡単な部品の追加で、シリコン融液から引上げられるシリコン単結晶棒の温度を制御することにより、シリコン単結晶棒中の点欠陥の濃度やグローイン（Grown-in）微小欠陥の密度及びサイズを最適に制御できるシリコン単結晶の引上げ装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１及び図２に示すように、チャンバ１１内に設けられシリコン融液１２が貯留された石英るつぼ１３と、石英るつぼ１３の外周面を包囲しシリコン融液１２を加熱するヒータ１８と、シリコン融液１２から引上げられるシリコン単結晶棒２５の外周面を包囲しかつ下端がシリコン融液１２表面から間隔をあけて上方に位置しヒータ１８からの輻射熱を遮る熱遮蔽部材２６とを備えたシリコン単結晶の引上げ装置１０の改良である。
その特徴ある構成は、熱遮蔽部材２６が引上げられるシリコン単結晶棒２５の上部を包囲するアッパ部材２７と、引上げられるシリコン単結晶棒２５の下部を包囲するロア部材２８と、ヒータ１８からの輻射熱がロア部材２８とアッパ部材２７との間の開放された部分からシリコン単結晶棒２５に照射されるようにロア部材２８をアッパ部材２７に所定の間隔をあけて連結する複数本の連結部材２９とを備え、連結部材２９の全長を変更可能に形成することによりアッパ部材２７とロア部材２８の間隔が調整可能に構成されたところにある。
【０００５】
この請求項１に記載されたシリコン単結晶の引上げ装置では、シリコン単結晶棒２５をシリコン融液１２から引上げると、シリコン単結晶棒２５のロア部材２８により包囲された下部はヒータ１８からの輻射熱がロア部材２８の外面により遮られて急冷される（図２のＡ部）。この結果、結晶の成長速度を速くすることができるので、上記部分で発生する点欠陥の坂道拡散等を促進することができる。
またシリコン単結晶棒２５のロア部材２８及びアッパ部材２７間の開放された部分はヒータ１８からの輻射熱が照射されて保温され（図２のＢ部）、点欠陥の外方拡散、坂道拡散や対消滅等の反応時間を長くすることができる。更にシリコン単結晶棒２５のアッパ部材２７により包囲された上部はヒータ１８からの輻射熱がアッパ部材２７の外面により遮られて急冷される（図２のＣ部及びＤ部）。この結果、この部分で発生する酸化誘起積層欠陥（Oxidation-induced Stacking Fault 以下、ＯＳＦという）を低減できる。ここで、ＯＳＦとは、石英るつぼの成分であるＳｉＯ2がシリコン融液に溶け込むため、このシリコン融液から引上げられるシリコン単結晶棒中に酸素が混入するが、この酸素を起因とする欠陥をいい、対消滅とは、点欠陥である格子間シリコン及び空孔の過飽和度に応じて生じる点欠陥同士の反応であり、上記過飽和点欠陥が凝集を開始する直前に高温側で上記反応が烈しくなり、上記点欠陥濃度が低下することをいう。
更にヒータ１８からの輻射熱がロア部材及びアッパ部材間の開放部分からシリコン単結晶棒２５に照射される時間及び長さを調整できるので、更に点欠陥の外方拡散、坂道拡散や対消滅等の反応時間を長くすることができる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、図１及び図２に示すように、チャンバ１１内に設けられシリコン融液１２が貯留された石英るつぼ１３と、石英るつぼ１３の外周面を包囲しシリコン融液１２を加熱するヒータ１８と、シリコン融液１２から引上げられるシリコン単結晶棒２５の外周面を包囲しかつ下端がシリコン融液１２表面から間隔をあけて上方に位置しヒータ１８からの輻射熱を遮る熱遮蔽部材２６とを備えたシリコン単結晶の引上げ装置１０の改良である。
その特徴ある構成は、熱遮蔽部材２６が引上げられるシリコン単結晶棒２５の上部を包囲するアッパ部材２７と、引上げられるシリコン単結晶棒２５の下部を包囲するロア部材２８と、ロア部材２８をアッパ部材２７に所定の間隔をあけて連結する複数本の連結部材２９とを備え、ロア部材２８が下方に向うに従って直径が小さくなるコーン状に形成され、アッパ部材２７が直筒部２７ａとこの直筒部２７ａと一体的に設けられ直筒部２７ａの下端に上方に向うに従って直径が小さくなって直筒部２７ａに収容されるアッパコーン部２７ｂとを有することを特徴とする。
この請求項２に記載されたシリコン単結晶の引上げ装置では、ロア部材２８によりシリコン単結晶棒２５の下部へのヒータ１８からの輻射熱の照射のみならずシリコン融液１２からの輻射熱の照射をも遮ることができる（図２のＡ部）。またシリコン融液１２からの輻射熱をアッパコーン部２７ｂの下面で反射してシリコン単結晶棒２５の中央上部に照射し、この部分のシリコン単結晶棒２５が保温される（図２のＣ部）。アッパコーン部２７ｂの上部を越えてシリコン単結晶棒２５が引上げられると、この単結晶の部分はシリコン融液１２からの輻射熱が遮られて急冷される。この結果、アッパコーン部２７ｂの位置を調節することにより、１２００〜１０５０℃の温度領域で形成・成長するグローイン微小欠陥の密度及びサイズを最適に制御できる。
請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明であって、更に図１及び図２に示すように、連結部材２９の全長を変更可能に形成することによりアッパ部材２７とロア部材２８の間隔が調整可能に構成されたことを特徴とする。
この請求項３に記載されたシリコン単結晶の引上げ装置では、ヒータ１８からの輻射熱がロア部材及びアッパ部材間の開放部分からシリコン単結晶棒２５に照射される時間及び長さを調整できるので、更に点欠陥の外方拡散、坂道拡散や対消滅等の反応時間を長くすることができる。
【０００８】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３いずれか１項に係る発明であって、更に図６に示すように、アッパ部材２７及びロア部材２８の間の引上げられるシリコン単結晶棒２５の外周面を包囲しヒータ１８の熱をシリコン単結晶棒２５の外周面に向けて反射するリフレクタ５１が設けられたことを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明であって、更に図６に示すように、リフレクタ５１が下方に向うに従って直径が大きくなるコーン状に形成されたことを特徴とする。
これら請求項４及び５に記載されたシリコン単結晶の引上げ装置では、ヒータ１８から上方に向う輻射熱がリフレクタ５１で反射した後、アッパ部材２７及びロア部材２８の間の開放された部分からシリコン単結晶棒２５の外周面に向うので、この輻射熱がシリコン単結晶棒２５の外周面に照射されてこの単結晶棒２５が効率良く保温される。またヒータ１８から上方に向う輻射熱の殆ど全てがリフレクタ５１で反射してシリコン単結晶棒２５の外周面に向うので、リフレクタ５１より上方の各部材の温度を低くできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図４に示すように、シリコン単結晶の引上げ装置１０のチャンバ１１内には、シリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３が設けられ、この石英るつぼ１３の外面は黒鉛サセプタ１４により被覆される。石英るつぼ１３の下面は上記黒鉛サセプタ１４を介して支軸１６の上端に固定され、この支軸１６の下部はるつぼ駆動手段１７に接続される（図１）。るつぼ駆動手段１７は図示しないが石英るつぼ１３を回転させる第１回転用モータと、石英るつぼ１３を昇降させる昇降用モータとを有し、これらのモータにより石英るつぼ１３が所定の方向に回転し得るとともに、上下方向に移動可能となっている。石英るつぼ１３の外周面は石英るつぼ１３から所定の間隔をあけてヒータ１８により包囲され、このヒータ１８は保温筒１９により包囲される。ヒータ１８は石英るつぼ１３に投入された高純度のシリコン多結晶体を加熱・溶融してシリコン融液１２にする。
【００１０】
またチャンバ１１の上端には円筒状のケーシング２１が接続される。このケーシング２１には引上げ手段２２が設けられる。引上げ手段２２はケーシング２１の上端部に水平状態で旋回可能に設けられた引上げヘッド（図示せず）と、このヘッドを回転させる第２回転用モータ（図示せず）と、ヘッドから石英るつぼ１３の回転中心に向って垂下されたワイヤケーブル２３と、上記ヘッド内に設けられワイヤケーブル２３を巻取り又は繰出す引上げ用モータ（図示せず）とを有する。ワイヤケーブル２３の下端にはシリコン融液１２に浸してシリコン単結晶棒２５を引上げるための種結晶２４が取付けられる。
【００１１】
シリコン単結晶棒２５の外周面と石英るつぼ１３の内周面との間にはシリコン単結晶棒２５を包囲する熱遮蔽部材２６が設けられる（図１〜図４）。この熱遮蔽部材２６はシリコン融液１２から引上げられるシリコン単結晶棒２５の上部を包囲するアッパ部材２７と、シリコン単結晶棒２５の下部を包囲するロア部材２８と、ロア部材２８をアッパ部材２７に所定の間隔をあけて連結する複数本の連結部材２９とを備える。アッパ部材２７は直筒部２７ａと、この直筒部２７ａと一体的に設けられ直筒部２７ａの下端に上方に向うに従って直径が小さくなって直筒部２７ａに収容されるアッパコーン部２７ｂとを有する。直筒部２７ａの上端には外方に略水平方向に張り出すフランジ部２７ｃが一体的に設けられ、このフランジ部２７ｃを保温筒１９上に載置することにより熱遮蔽部材２６が固定される。またロア部材２８は下方に向うに従って直径が小さくなるコーン状に形成され、ロア部材２８の下端はシリコン融液１２表面から間隔をあけて上方に位置する。アッパコーン部２７ｂ及びロア部材２８の傾斜角度は水平面に対して４５度、好ましくは３０〜６０度の範囲に設定される。
【００１２】
また連結部材２９はこの実施の形態では３本であり（図３）、各連結部材２９は上端がアッパコーン部２７ｂの上端にボルト３３ａ及びナット３３ｂ（図２）を介して接続されたアッパ連結具３１と、下端がロア部材２８の下端にボルト３４ａ及びナット３４ｂ（図２）を介して接続されたロア連結具３２とを有する（図１〜図４）。アッパ連結具３１の上端及びロア連結具３２の下端は略Ｖ字状に折曲げられ、アッパ連結具３１の下端及びロア連結具３２の上端にはこれらの連結具３１，３２の長手方向に所定の間隔をあけて複数の第１及び第２通孔３１ａ，３２ａ（図２）がそれぞれ形成される。これらの通孔３１ａ，３２ａに選択的にボルト３５ａを挿通してナット３５ｂ（図２）を螺合することにより、アッパ連結具３１の下端及びロア連結具３２の上端が接続される。このように連結部材３３の全長を変更可能に形成することにより、アッパ部材２７とロア部材２８の間隔が調整可能に構成される。上記アッパ部材２７、ロア部材２８及び連結部材２９はＭｏ，Ｗ，Ｃ等により形成されることが好ましい。
【００１３】
チャンバ１１にはこのチャンバ１１のシリコン単結晶棒側に不活性ガスを供給しかつ上記不活性ガスをチャンバ１１のるつぼ内周面側から排出するガス給排手段３６が接続される（図１）。ガス給排手段３６は一端がケーシング２１の周壁に接続され他端が上記不活性ガスを貯留するタンク（図示せず）に接続された供給パイプ３７と、一端がチャンバ１１の下壁に接続され他端が真空ポンプ（図示せず）に接続された排出パイプ３８とを有する。供給パイプ３７及び排出パイプ３８にはこれらのパイプ３７，３８を流れる不活性ガスの流量を調整する第１及び第２流量調整弁４１，４２がそれぞれ設けられる。
【００１４】
また引上げ用モータの出力軸（図示せず）にはロータリエンコーダ（図示せず）が設けられ、るつぼ駆動手段１７には石英るつぼ１３内のシリコン融液１２の重量を検出する重量センサ（図示せず）と、支軸１６の昇降位置を検出するリニヤエンコーダ（図示せず）とが設けられる。ロータリエンコーダ、重量センサ及びリニヤエンコーダの各検出出力はコントローラ（図示せず）の制御入力に接続され、コントローラの制御出力は引上げ手段２２の引上げ用モータ及びるつぼ駆動手段の昇降用モータにそれぞれ接続される。またコントローラにはメモリ（図示せず）が設けられ、このメモリにはロータリエンコーダの検出出力に対するワイヤケーブル２３の巻取り長さ、即ちシリコン単結晶棒２５の引上げ長さが第１マップとして記憶され、重量センサの検出出力に対する石英るつぼ１３内のシリコン融液１２の液面レベルが第２マップとして記憶される。コントローラは重量センサの検出出力に基づいて石英るつぼ１３内のシリコン融液１２の液面を常に一定のレベルに保つように、るつぼ駆動手段１７の昇降用モータを制御するように構成される。
【００１５】
このように構成されたシリコン単結晶の引上げ装置の動作を説明する。
シリコン単結晶棒２５をシリコン融液１２から引上げると、先ずシリコン単結晶棒２５の下部、即ちシリコン単結晶棒２５のロア部材２８により包囲された部分には、ロア部材２８の外面によりヒータ１８及びシリコン融液１２からの輻射熱が遮られて照射されず、シリコン単結晶棒２５の下部は急冷される（図２のＡ部）。この結果、結晶の成長速度を速くすることができ、かつこの部分で発生する点欠陥の外方拡散（単結晶棒の内部から外側に向う拡散）や坂道拡散（高温側即ち下方に向う拡散）を促進できるので、その点欠陥の濃度を最適に制御できる。この部分では上方に向うに従って温度が約１４１０℃から約１３００℃に低下する。
【００１６】
またシリコン単結晶棒２５の中間部、即ちロア部材２８とアッパ部材２７の間の開放された部分は、図１の実線矢印で示すようにヒータ１８からの輻射熱が照射されて保温され（図２のＢ部）、点欠陥の外方拡散、坂道拡散、対消滅等の反応時間を長くでき、点欠陥の濃度を最適に制御できる。この部分では上方に向うに従って温度が約１３００℃から約１２００℃に低下する。次にシリコン単結晶棒２５の中央上部のアッパコーン部２７ｂにより包囲された部分では、上方に向うに従って温度が約１２００℃から約１０５０℃に低下し、この温度領域でＣＯＰ（Crystal Originated Particles）やＦＰＤ（Flow Pattern defect）や赤外散乱欠陥等のグローイン欠陥が発生・成長する。しかしながら図１の破線矢印で示すように、シリコン融液１２からの輻射熱がアッパコーン部２７ｂの下面で反射して照射され（図２のＣ部）、最適な温度勾配になるため、即ちＣＯＰやＦＰＤや赤外散乱欠陥等のグローイン微小欠陥が発生・成長する温度領域が長くなるため、グローイン微小欠陥の密度を低くすることができる。
【００１７】
ここで、ＣＯＰとはＳＣ−１洗浄後にレーザパーティクルカウンタでパーティクルとしてカウントされた底の深いエッチピットであり、ＦＰＤとはシリコン融液から引上げられたシリコン単結晶棒から切り出したシリコンウェーハを長時間化学エッチング（Seccoエッチング液）したときに現れる特異なフローパターンを呈する痕跡の源であり、赤外散乱欠陥とはシリコン単結晶棒中に赤外線を照射したときにシリコンとは異なる屈折率を有し散乱光を発生する源である。
【００１８】
更にシリコン単結晶棒２５のアッパ部材２７により包囲された部分のうちアッパコーン部２７ｂにより包囲された中央上部以外の上部には、ヒータ１８からの輻射熱がアッパ部材２７の外面により遮られて照射されず、このシリコン単結晶棒２５の上部は急冷される（図２のＤ部）。この結果、この部分で発生するＯＳＦを低減できる。この部分では上方に向うに従って温度が約１０５０℃から約８５０℃に低下する。
またアッパ部材２７とロア部材２８の間隔を変えると、温度勾配の変更箇所を制御することができる。つまりアッパコーン部２７ｂにより包囲される部分を液面に近付け、アッパコーン部２７ｂを越えてシリコン単結晶棒２５が引上げられたときに結晶温度が１２００℃付近になるようにアッパ部材２７とロア部材２８の間隔を調整すると、シリコン融液１２からの輻射熱が遮られるため、アッパコーン部２７ｂを越えてシリコン単結晶棒２５が引上げられたときから、即ち１２００℃から急冷される。従って、１２００〜１０５０℃で発生・成長するグローイン欠陥のサイズを小さくすることができる。
このようにシリコン融液１２から引上げられるシリコン単結晶棒２５の温度を制御することにより、シリコン単結晶棒２５中の点欠陥の濃度やグローイン微小欠陥の密度等を最適に制御できる。
【００１９】
図６は本発明の第２の実施の形態を示す。図６において図１と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、アッパ部材２７及びロア部材２８の間の引上げられるシリコン単結晶棒２５の外周面がリフレクタ５１により包囲され、このリフレクタ５１がヒータ１８の熱をシリコン単結晶棒２５の外周面に向けて反射するように構成される。リフレクタ５１は下方に向うに従って直径が大きくなるコーン状に形成されたリフレクタ本体５１ａと、このリフレクタ本体５１ａの下縁に連設されたリング状の取付部５１ｂとを有する。取付部５１ｂは保温筒１９の内周面に図示しないボルト等により取付けられ、リフレクタ本体５１ａはヒータ１８の上方に位置するように構成される。
【００２０】
このように構成されたシリコン単結晶の引上げ装置５０では、ヒータ１８から上方に向う輻射熱が図６の一点鎖線矢印で示すようにリフレクタ５１で反射した後、アッパ部材２７及びロア部材２８の間の開放された部分からシリコン単結晶棒２５の外周面に向うので、この輻射熱がシリコン単結晶棒２５の外周面に照射されてこの単結晶棒２５が上記第１の実施の形態より効率良く保温される。この結果、シリコン単結晶棒２５内の点欠陥の外方拡散、坂道拡散、対消滅等の反応時間を更に長くでき、点欠陥の濃度を最適に制御できる。またヒータ１８から上方に向う輻射熱の殆ど全てがリフレクタ５１で反射してシリコン単結晶棒２５の外周面に向うので、リフレクタ５１より上方の各部材の温度を低くできる。この結果、アッパコーン部２７ｂより上方に達したシリコン単結晶棒２５は急冷され、この部分で発生するＯＳＦを第１の実施の形態より更に低減できる。上記以外の動作は第１の実施の形態と同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００２１】
なお、第１及び第２の実施の形態では、連結部材を３本としたが、２本又は４本以上であってもよい。
また、第１及び第２の実施の形態では、連結部材をアッパ連結具及びロア連結具により構成し、連結部材の全長を変更可能に構成したが、アッパ部材とロア部材との間隔を一義的に設定できれば１本の連結部材で構成してもよい。
【００２２】
【実施例】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
図１〜図４に示すようなシリコン単結晶の引上げ装置１０を用いて外径１５０ｍｍのシリコン単結晶棒２５を引上げた。この装置１０の熱遮蔽部材２６の各寸法は以下の通りである。ロア部材２８の下端及び上端の直径は１９０ｍｍ及び２７０ｍｍであり、高さは４０ｍｍであった。即ちロア部材２８の傾斜角度は水平面に対して４５度であった。またアッパ部材２７の直胴部２７ａの直径及び高さは３５０ｍｍ及び１００ｍｍであった。アッパコーン部２７ｂの下端及び上端の直径は３５０ｍｍ及び１９０ｍｍであり、高さは８０ｍｍであった。即ちアッパコーン部２７ｂの傾斜角度は水面に対して４５度であった。更にアッパ部材２７とロア部材２８との間隔は１５０ｍｍとし、ロア部材２８の下端とシリコン融液１２との間隔は２０ｍｍとした。なお、上記熱遮蔽部材２６はＭｏにより形成した。
【００２３】
＜実施例２＞
直胴部２７ａの高さを２００ｍｍ、アッパ部材とロア部材との間隔を５０ｍｍとしたことを除いて、上記実施例１と同様の装置で引き上げたシリコン単結晶棒を実施例２とした。
＜比較例１＞
図７に示すように、熱遮蔽部材６は直胴部７と、直胴部７の下端に連設された傾斜部８とを有する。直胴部７の直径及び高さは３５０ｍｍ及び２００ｍｍであった。また傾斜部８の上端及び下端の直径は３５０ｍｍ及び１９０ｍｍであり、高さは８０ｍｍであった。この熱遮蔽部材６の材質は実施例１の熱遮蔽部材の材質と同一とした。この引上げ装置１は上記のように熱遮蔽部材６の形状を変更したことを除いて、実施例１の装置と同一とした。この装置１を用いて引上げた外径１５０ｍｍのシリコン単結晶棒５を比較例１とした。
【００２４】
＜比較試験及び評価＞
実施例１、実施例２及び比較例１のシリコン単結晶棒の各部の温度は次のようにして測定した。先ず種結晶よりも長い熱電対を種結晶の横に数本取付け、シリコン融液中に浸漬させた状態から結晶成長を開始し、シコリン単結晶棒の中に取り込ませた形で成長させる。このとき、シリコン融液からの距離に対する温度を測定した。その結果を図５に示す。
図５から明らかなように、実施例１及び２では、アッパ部材とロア部材との間の開放された部分でシリコン単結晶棒の温度勾配が緩やかになり、またこの開放部分の位置と間隔を変更することにより特定の温度領域の温度勾配を制御できることが判った。これに対して比較例１では、シリコン単結晶棒のうち保温して結晶品質を高める必要のある部分での温度勾配が急激であった。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ヒータから輻射熱を遮る熱遮蔽部材のアッパ部材が上記シリコン単結晶棒の上部を包囲し、ロア部材がシリコン単結晶棒の下部を包囲し、更にヒータからの輻射熱がロア部材とアッパ部材との間の開放された部分からシリコン単結晶棒に照射されるように複数本の連結部材がロア部材をアッパ部材に所定の間隔をあけて連結したので、シリコン単結晶棒のロア部材により包囲された下部はヒータからの輻射熱がロア部材の外面により遮られて急冷される。この結果、結晶の成長速度を速くすることができるので、この部分で発生する点欠陥の坂道拡散等を促進でき、点欠陥の濃度を最適に制御できる。
【００２６】
またシリコン単結晶棒のロア部材及びアッパ部材間の開放された部分はヒータからの輻射熱が照射されて保温され、点欠陥の反応時間を長くでき、その結晶品質が高められる。またシリコン単結晶棒のアッパ部材により包囲された上部はヒータからの輻射熱がアッパ部材の外面により遮られて急冷される。この結果、この部分で発生するＯＳＦ等の結晶欠陥を低減できる。このように比較的構造の簡単な部品、即ちアッパ部材及びロア部材を有する熱遮蔽部材の追加で、シリコン融液から引上げられるシリコン単結晶棒の温度を制御することにより、シリコン単結晶棒中の点欠陥の濃度等を最適に制御できる。
【００２７】
また連結部材の全長を変更可能に形成することによりアッパ部材とロア部材の間隔を調整可能に構成すれば、ヒータからの輻射熱がシリコン単結晶棒の中間部に照射される時間及び長さを調整でき、更に結晶品質を高めることができる。
またロア部材を下方に向うに従って直径が小さくなるコーン状に形成すれば、ロア部材によりシリコン単結晶棒の下部へのヒータからの輻射熱の照射のみならずシリコン融液からの輻射熱の照射をも遮ることができる。またアッパ部材の直筒部の下端に上方に向うに従って直径が小さくなって直筒部に収容されるアッパコーン部を一体的に設ければ、シリコン融液からの輻射熱をアッパコーン部の下面で反射してシリコン単結晶棒の中央上部に照射し、この部分の温度勾配を制御できるので、グローイン微小欠陥の密度及びサイズを最適に制御できる。
【００２８】
またアッパ部材及びロア部材の間のシリコン単結晶棒の外周面をリフレクタが包囲し、このリフレクタがヒータの熱をシリコン単結晶棒の外周面に向けて反射するように構成し、更にリフレクタを下方に向うに従って直径が大きくなるコーン状に形成すれば、ヒータから上方に向う輻射熱がリフレクタで反射した後、アッパ部材及びロア部材の間の開放された部分からシリコン単結晶棒の外周面に向うので、この輻射熱がシリコン単結晶棒の外周面に照射されてこの単結晶棒が効率良く保温される。この結果、シリコン単結晶棒中の点欠陥の外方拡散、坂道拡散、対消滅等の反応時間を更に長くでき、点欠陥の濃度を最適に制御できる。更にヒータから上方に向う輻射熱の殆ど全てがリフレクタで反射してシリコン単結晶棒の外周面に向うので、リフレクタより上方の各部材の温度を低くできる。この結果、アッパコーン部より上方に達したシリコン単結晶棒は急冷され、この部分で発生するＯＳＦを更に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１実施形態のシリコン単結晶の引上げ装置の断面構成図。
【図２】図１のＥ部拡大断面図。
【図３】図２のＦ−Ｆ線断面図。
【図４】その引上げ装置の熱遮蔽部材を含む要部斜視図。
【図５】シリコン単結晶棒のシリコン融液表面からの距離に対するシリコン単結晶棒の温度の変化を示す図。
【図６】本発明第２実施形態を示す図１に対応する断面構成図。
【図７】比較例１を示す図１に対応する断面構成図。
【符号の説明】
１０，５０ シリコン単結晶の引上げ装置
１１ チャンバ
１２ シリコン融液
１３ 石英るつぼ
１８ ヒータ
２５ シリコン単結晶棒
２６ 熱遮蔽部材
２７ アッパ部材
２７ａ 直胴部
２７ｂ アッパコーン部
２８ ロア部材
２９ 連結部材
５１ リフレクタ
Claims (5)
- チャンバ(11)内に設けられシリコン融液(12)が貯留された石英るつぼ(13)と、前記石英るつぼ(13)の外周面を包囲し前記シリコン融液(12)を加熱するヒータ(18)と、前記シリコン融液(12)から引上げられるシリコン単結晶棒(25)の外周面を包囲しかつ下端が前記シリコン融液(12)表面から間隔をあけて上方に位置し前記ヒータ(18)からの輻射熱を遮る熱遮蔽部材(26)とを備えたシリコン単結晶の引上げ装置において、
前記熱遮蔽部材(26)が前記引上げられるシリコン単結晶棒(25)の上部を包囲するアッパ部材(27)と、前記引上げられるシリコン単結晶棒(25)の下部を包囲するロア部材(28)と、前記ヒータ (18) からの輻射熱が前記ロア部材 (28) と前記アッパ部材 (27) との間の開放された部分から前記シリコン単結晶棒 (25) に照射されるように前記ロア部材(28)を前記アッパ部材(27)に所定の間隔をあけて連結する複数本の連結部材(29)とを備え、
前記連結部材 (29) の全長を変更可能に形成することにより前記アッパ部材 (27) と前記ロア部材 (28) の間隔が調整可能に構成されたことを特徴とするシリコン単結晶の引上げ装置。 - チャンバ (11) 内に設けられシリコン融液 (12) が貯留された石英るつぼ (13) と、前記石英るつぼ (13) の外周面を包囲し前記シリコン融液 (12) を加熱するヒータ (18) と、前記シリコン融液 (12) から引上げられるシリコン単結晶棒 (25) の外周面を包囲しかつ下端が前記シリコン融液 (12) 表面から間隔をあけて上方に位置し前記ヒータ (18) からの輻射熱を遮る熱遮蔽部材 (26) とを備えたシリコン単結晶の引上げ装置において、
前記熱遮蔽部材 (26) が前記引上げられるシリコン単結晶棒 (25) の上部を包囲するアッパ部材 (27) と、前記引上げられるシリコン単結晶棒 (25) の下部を包囲するロア部材 (28) と、前記ロア部材 (28) を前記アッパ部材 (27) に所定の間隔をあけて連結する複数本の連結部材 (29) とを備え、
前記ロア部材(28)が下方に向うに従って直径が小さくなるコーン状に形成され、前記アッパ部材(27)が直筒部(27a)とこの直筒部(27a)と一体的に設けられ前記直筒部(27a)の下端に上方に向うに従って直径が小さくなって前記直筒部(27a)に収容されるアッパコーン部(27b)とを有することを特徴とするシリコン単結晶の引上げ装置。 - 連結部材 (29) の全長を変更可能に形成することにより前記アッパ部材 (27) と前記ロア部材 (28) の間隔が調整可能に構成された請求項２記載のシリコン単結晶の引上げ装置。
- アッパ部材(27)及びロア部材(28)の間の引上げられるシリコン単結晶棒(25)の外周面を包囲しヒータ(18)の熱を前記シリコン単結晶棒(25)の外周面に向けて反射するリフレクタ(51)が設けられた請求項１ないし３いずれか１項に記載のシリコン単結晶の引上げ装置。
- リフレクタ(51)が下方に向うに従って直径が大きくなるコーン状に形成された請求項４記載のシリコン単結晶の引上げ装置。
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