JP3900827B2 - 単結晶引上用石英ルツボ、単結晶引上装置及び単結晶引上方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＺ法（チョクラルスキー法）を用いて、貯留させたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げるための単結晶引上用石英ルツボ、単結晶引上装置及び単結晶引上方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、シリコン（Ｓｉ）の単結晶を成長する手段の一つとして、ＣＺ法を用いた単結晶引上装置が知られている。
この単結晶引上装置による引上方法は、チャンバ内部のサセプタ上に配設した石英ルツボ内にシリコン融液を貯留し、該シリコン融液を石英ルツボの周囲に配置した円筒状のヒータで所定温度に加熱制御して、このシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げるものである。なお、従来、石英ルツボの内側内面は、アモルファス石英又は石英ガラスの結晶相であるクリストバライトで構成される。
【０００３】
ところで、シリコン単結晶の重要な特性として、酸素濃度を制御することが必要あり、従来の酸素濃度の制御方法としては、特開平９−５９０８４号公報や特開平１１−３２２４８５号公報に記載されているルツボ回転数による制御、又は特開平１１−２４６２９４号公報に記載されているＡｒ（アルゴン）ガスによる制御やＭＣＺ（磁界印加ＣＺ）による制御等が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の酸素濃度の制御に係る技術には、以下のような課題が残されている。すなわち、ルツボ回転数やＡｒガス流変更により制御する場合は、無転位結晶成長に悪影響を及ぼすおそれがあり、ＭＣＺによる制御の場合は、磁場装置の設置が必要になると共に漏れ磁場が周辺機器に与える影響を低減する対策等が必要であった。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、結晶成長に悪影響を与え難く、かつ新規設備の導入をせずに、結晶中の酸素濃度を制御することができる単結晶引上用石英ルツボ、単結晶引上装置及び単結晶引上方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。
すなわち、本発明の単結晶引上方法は、石英ルツボ内のシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上方法であって、アモルファス石英からなる前記石英ルツボ内で１５００℃から１６００℃の範囲内の前記シリコン融液を３時間から１０時間の範囲内で保持させ、この後、前記引き上げを行うことを特徴とする。
また本発明の単結晶引上用石英ルツボの製造方法は、貯留させたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げるための単結晶引上用石英ルツボの製造方法であって、
アモルファス石英からなる前記石英ルツボ内で１５００℃から１６００℃の範囲内の前記シリコン融液を３時間から１０時間の範囲内で保持させて、前記シリコン融液と接する内側表面にトリジマイトを含んだクリストバライトを形成することを特徴とする。
【０００７】
これらの単結晶引上用石英ルツボ及び単結晶引上装置は、シリコン融液と接するルツボ内側表面にトリジマイトを含んだクリストバライト（トリジマイト及びクリストバライトは、石英ガラスの結晶相）が形成されているので、後述するように、アモルファス石英やクリストバライトだけのルツボよりも溶解速度が抑制され、結晶中の酸素濃度を低濃度に制御することができる。
【０００８】
また、本発明の単結晶引上方法は、石英ルツボ内のシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上方法であって、アモルファス石英からなる前記石英ルツボ内で１５００℃から１６００℃の範囲内の前記シリコン融液を３時間から１０時間の範囲内で保持させ、この後、前記引き上げを行うことを特徴とする。
【０００９】
この単結晶引上方法では、アモルファス石英からなる石英ルツボ内で１５００℃から１６００℃の範囲内のシリコン融液を３時間から１０時間の範囲内で保持させるので、ルツボの内側表面にトリジマイトを含んだクリストバライトが成長し、さらにこの状態のルツボで、そのまま引き上げ成長を行うので、結晶中の酸素濃度を低濃度に制御することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る単結晶引上用石英ルツボ、単結晶引上装置及び単結晶引上方法の一実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。
これらの図にあって、符号１はチャンバ、２はシャフト、３はサセプタ、４はルツボ、５はヒータ、６は保温筒を示している。
【００１１】
図１は、本実施形態の単結晶引上装置を示すものであって、該単結晶引上装置は、中空の気密容器であるチャンバ１内に、該チャンバ１の中央下部に垂直に立設され上下動可能なシャフト２と、該シャフト２上に載置されたサセプタ３と、該サセプタ３上に載置されて支持されシリコン融液Ｌを貯留する石英のルツボ４と、該ルツボ４の外周に所定距離離間して配されたヒータ５と、該ヒータ５の周囲に配された保温筒６と、ルツボ４の上方に該ルツボ４と同軸に配置された略円筒状のフロー管７とがそれぞれ配置されている。
【００１２】
上記ルツボ４は、シャフト２の軸線を中心として水平面上で所定の角速度で回転する構成になっている。なお、ヒータ５による加熱前においては、ルツボ４は、アモルファス石英で構成されている。
また、上記ヒータ５は、シリコン原料をルツボ４内で加熱・融解するとともに生じたシリコン融液Ｌを保温するもので、通常、抵抗加熱が用いられる。
さらに、チャンバ１上部からは、引上ワイヤ８が昇降自在にかつ回転自在に吊り下げられ、該引上ワイヤ８の下端部には、シリコンの種結晶が固定されている。
【００１３】
次に、本実施形態の単結晶引上方法について説明する。
【００１４】
まず、ガス導入口１ａからアルゴンガスを供給するとともに、図２の（ａ）に示すように、ヒータ５に通電してルツボ４内のシリコン原料を溶融して１５００℃から１６００℃の範囲内のシリコン融液Ｌとする。なお、本実施形態では、１５５０℃に設定している。そして、この温度でルツボ４内にシリコン融液Ｌを３時間から１０時間の範囲内で保持しておく。このとき、図２の（ｂ）に示すように、ルツボ４の内側表面には、トリジマイトを含んだクリストバライト４ａが成長する。すなわち、この時点で本発明の単結晶引上用石英ルツボ及び単結晶引上装置が構成される。
【００１５】
図３に、１５００℃から１６００℃の温度のシリコン融液中で３時間から７時間の間、前処理した石英表面のＸ線回折評価結果を示す。このグラフからも、形成されたクリストバライトにトリジマイトが含まれていることがわかる。
【００１６】
なお、ルツボ４の内側表面に形成されるトリジマイトは、１％から３０％までの範囲内でクリストバライトに含まれていることが好ましい。すなわち、１％未満では、溶解速度抑制の効果が非常に小さいためであり、３０％を越えるようにするためには、石英ルツボを１５００〜１６００℃のシリコン溶液中に１０時間以上保持する必要があるが、このような長時間の保持は石英ルツボの熱変形を起こすおそれがあるためである。
【００１７】
この後、内面にトリジマイトを含んだクリストバライト４ａが形成されたルツボ４をそのまま使用し、ヒータ５の電力を調整してシリコン融液Ｌの中央液面付近を単結晶成長温度に保つと共に、引上ワイヤ９により吊り下げられた種結晶を下降させてシリコン融液Ｌに浸してなじませ、いわゆるネッキングにより無転位化を行い、その後、図２の（ｃ）に示すように、ルツボ４と引上ワイヤ９とを互いに反対に回転させながらシリコン単結晶Ｃの引上成長を行う。このとき、ルツボ４の内側表面にトリジマイトを含んだクリストバライト４ａが形成されているので、以下の表１に示すように、内側表面がアモルファス石英やクリストバライトの場合よりも大幅に溶解速度が低下し、酸素濃度を低濃度に制御することができる。
【００１８】
【表１】

【００１９】
なお、図４に本実施形態のルツボ４を用いて成長した単結晶シリコンの固化率(Solidification ratio)に対する酸素濃度のグラフを示す。この図中において、点□及び○は、本実施形態のルツボ(Thrmal treatment Crucible-1,-2)の場合であり、点●は、比較のために従来の石英ルツボの場合(Normal Crucible)を示したものである。この図から分かるように、本実施形態のルツボを用いた上記引上方法により成長した単結晶シリコンは、従来のルツボに比べて大幅に酸素濃度が低減されている。
【００２０】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、単結晶引上成長を行う際に、引き上げに使用するシリコン融液Ｌでルツボ４の内側内面にトリジマイトを含むクリストバライト４ａを形成したが、予め内側内面にトリジマイトを含むクリストバライトを形成した石英ルツボを用意しておき、この中にシリコン原料を入れて溶融させても構わない。なお、上記実施形態のように、シリコン原料を融解させた際に、継続してトリジマイトを含むクリストバライトを形成する工程を行えば、通常の石英ルツボを使用することができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明の単結晶引上用石英ルツボ及び単結晶引上装置によれば、シリコン融液と接するルツボ内側表面にトリジマイトを含んだクリストバライトが形成されているので、溶解速度が抑制され、結晶中の酸素濃度を低濃度に制御することができる。したがって、ルツボ回転数やＡｒガス流等の設定を変える必要が無く、結晶成長に悪影響を与えないと共に、磁場装置等の新規設備の導入も必要無く、磁場の影響を無いため、低濃度の酸素濃度に制御した良質な結晶を安定かつ低コストで得ることができる。
【００２２】
また、本発明の単結晶引上方法によれば、アモルファス石英からなる石英ルツボ内で１５００℃から１６００℃の範囲内のシリコン融液を３時間から１０時間の範囲内で保持させ、さらに引上成長を行うので、シリコン原料を融解させた際に、継続してトリジマイトを含むクリストバライトをルツボ内側内面に形成することができ、予め当該ルツボを用意せずとも、通常の石英ルツボを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る単結晶引上装置の一実施形態を示す全体断面図である。
【図２】 本発明に係る単結晶引上方法の一実施形態を工程順に示す概略的な断面図である。
【図３】 １５００℃から１６００℃のシリコン融液中で３時間から７時間、前処理した石英表面のＸ線回折評価を示すグラフである。
【図４】 本実施形態の石英ルツボ及び従来の石英ルツボで成長した際の固化率に対する酸素濃度を示すグラフである。
【符号の説明】
４ ルツボ
４ａ トリジマイトを含んだクリストバライト
Ｃ シリコン単結晶
Ｌ シリコン融液

Claims (2)

1. 石英ルツボ内のシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上方法であって、
   アモルファス石英からなる前記石英ルツボ内で１５００℃から１６００℃の範囲内の前記シリコン融液を３時間から１０時間の範囲内で保持させ、この後、前記引き上げを行うことを特徴とする単結晶引上方法。
2. 貯留させたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げるための単結晶引上用石英ルツボの製造方法であって、
   アモルファス石英からなる前記石英ルツボ内で１５００℃から１６００℃の範囲内の前記シリコン融液を３時間から１０時間の範囲内で保持させて、前記シリコン融液と接する内側表面にトリジマイトを含んだクリストバライトを形成することを特徴とする単結晶引上用石英ルツボの製造方法。

Images