JP4193500B2 - シリコン単結晶の引上げ装置及びその引上げ方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石英るつぼに貯留されたシリコン融液からシリコン単結晶のインゴットを引上げる装置及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコン単結晶の製造方法として、シリコン単結晶のインゴットをチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という）により引上げる方法が知られている。このＣＺ法は、石英るつぼに貯留されたシリコン融液に種結晶を接触させ、石英るつぼ及び種結晶を回転させながら種結晶を引上げることにより、円柱状のシリコン単結晶のインゴットを製造する方法である。
一方、半導体集積回路を製造する工程において、歩留りを低下させる原因として酸化誘起積層欠陥（Oxidation-induced Stacking Fault、以下、ＯＳＦという。）の核となる酸素析出物の微小欠陥や、結晶に起因したパーティクル（Crystal Originated Particle、以下、ＣＯＰという。）や、或いは侵入型転位（Interstitial-type Large Dislocation、以下、Ｌ／Ｄという。）の存在が挙げられている。ＯＳＦは、結晶成長時にその核となる微小欠陥が導入され、半導体デバイスを製造する際の熱酸化工程等で顕在化し、作製したデバイスのリーク電流の増加等の不良原因になる。またＣＯＰは、鏡面研磨後のシリコンウェーハをアンモニアと過酸化水素の混合液で洗浄したときにウェーハ表面に出現する結晶に起因したピットである。このウェーハをパーティクルカウンタで測定すると、このピットも本来のパーティクルとともに光散乱欠陥として検出される。
【０００３】
このＣＯＰは電気的特性、例えば酸化膜の経時絶縁破壊特性（Time Dependent dielectric Breakdown、ＴＤＤＢ）、酸化膜耐圧特性（Time Zero Dielectric Breakdown、ＴＺＤＢ）等を劣化させる原因となる。またＣＯＰがウェーハ表面に存在するとデバイスの配線工程において段差を生じ、断線の原因となり得る。そして素子分離部分においてもリーク等の原因となり、製品の歩留りを低くする。更にＬ／Ｄは、転位クラスタとも呼ばれたり、或いはこの欠陥を生じたシリコンウェーハをフッ酸を主成分とする選択エッチング液に浸漬するとピットを生じることから転位ピットとも呼ばれる。このＬ／Ｄも、電気的特性、例えばリーク特性、アイソレーション特性等を劣化させる原因となる。この結果、半導体集積回路を製造するために用いられるシリコンウェーハからＯＳＦ、ＣＯＰ及びＬ／Ｄを減少させることが必要となっている。
【０００４】
このＯＳＦ、ＣＯＰ及びＬ／Ｄを有しない無欠陥のシリコンウェーハを切出すためのシリコン単結晶インゴットの製造方法が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。一般に、シリコン単結晶のインゴットを速い速度で引上げると、インゴット内部に空孔型点欠陥の凝集体が支配的に存在する領域［Ｖ］が形成され、インゴットを遅い速度で引上げると、インゴット内部に格子間シリコン型点欠陥の凝集体が支配的に存在する領域［Ｉ］が形成される。このため上記製造方法では、インゴットを最適な引上げ速度で引上げることにより、上記点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域［Ｐ］からなるシリコン単結晶を製造できるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許番号６，０４５，６１０号
【特許文献２】
特開平１１−１３９３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の米国特許番号６，０４５，６１０号に対応する特開平１１−１３９３号公報に示されたシリコン単結晶インゴットの製造方法では、シリコン単結晶のインゴットとシリコン融液との固液界面近傍での鉛直方向の温度勾配が均一になるように制御する必要があり、この制御はシリコン融液の残量の変化や対流の変化による影響を受けるため、インゴットの直胴部全長にわたって、無欠陥のシリコン単結晶を製造することは困難であった。
本発明の目的は、無欠陥のシリコン単結晶のインゴットを比較的容易に製造できる、シリコン単結晶の引上げ装置及びその方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１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から引上げられるインゴット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する筒部３７と筒部３７の下部に筒内の方向に膨出して設けられた膨出部４１とを有する熱遮蔽部材３６と、チャンバ１１の上部からチャンバ１１の内部に不活性ガスを供給して膨出部４１とインゴット２５の間に不活性ガスを流下させる不活性ガス給排手段２８とを備えたシリコン単結晶の引上げ装置の改良である。
その特徴ある構成は、図２に示すように、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膨出部４１とインゴットの間の不活性ガス流下空間を２分する筒体４８が筒部３７と同心状に膨出部４１に支柱４９を介して取付けられ、複数の移動板５１がインゴット２５を包囲するように膨出部４１の上部又は下部に放射状にかつ移動可能に配置され、複数の移動板５１をそれぞれ移動して筒体４８と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を変更可能に構成された移動板移動手段５２を備えたところにある。
ここで、移動板移動手段５２は、駆動モータ５４と、その駆動モータ５４と移動板５１を連結する連結ワイヤ５３とを有することが好ましい。
【０００８】
請求項８に係る発明は、図２に示すように、シリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３を所定の回転速度で回転させ、シリコン融液１２から引上げられるシリコン単結晶のインゴット２５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する筒部３７と筒部３７の下部に筒内の方向に膨出して設けられた膨出部４１とを有する熱遮蔽部材３６を設け、チャンバ１１の上部からチャンバ１１の内部に不活性ガスを供給して膨出部４１とインゴット２５の間に不活性ガスを流下させつつ、インゴット２５内が格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体の存在しないパーフェクト領域となる引上げ速度でインゴット２５を引上げるシリコン単結晶の引上げ方法の改良である。
その特徴ある点は、膨出部４１とインゴット２５の間の不活性ガス流下空間を２分する筒体４８を筒部３７と同心状に支柱４９を介して膨出部４１に取付け、インゴット２５を包囲するように複数の移動板５１を膨出部４１の上部又は下部に放射状にかつ移動可能に配置し、複数の移動板５１をそれぞれ移動調整して筒体５１と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を変更可能に構成された移動板移動手段５２を設け、移動板移動手段５２により複数の移動板５１をそれぞれ移動調整して筒体５１と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を狭め、筒体４８とインゴット２５の間の内空間における不活性ガスの流速によりシリコン融液１２に対流１２ａ，１２ｂを起こさせてシリコン融液１２とインゴット２５との固液界面２６が上凸状になるように移動板移動手段５２を制御するところにある。
【０００９】
この請求項１並びに請求項２に記載されたシリコン単結晶の引上げ装置及び請求項８に記載されたシリコン単結晶の引上げ方法では、複数の移動板５１をそれぞれ移動調整して筒体５１と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を変化させながら、インゴット２５を引上げると、インゴット２５の外周面下端に形成されるシリコン融液１２のメニスカス１２ｃ近傍を流れる不活性ガスによりシリコン融液１２に所定の対流１２ａ，１２ｂが発生する。これらの対流１２ａ，１２ｂにより固液界面２６形状が上側に凸状となるように移動板５１を移動調整すると、固液界面の中心がシリコン融液１２表面の延長面上より上方に位置するため、固液界面２６の中心における鉛直方向の温度勾配が大きくなり、固液界面の中心における鉛直方向の温度勾配と、固液界面の周縁における鉛直方向の温度勾配との差が小さくなる。従って、固液界面２６形状が上側に凸状となるように移動板５１を移動調整することにより、略全長にわたって無欠陥で高品質のシリコン単結晶のインゴット２５を比較的容易に製造できる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、図８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から引上げられるインゴット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する筒部３７と筒部３７の下部に筒内の方向に膨出して設けられた膨出部４１とを有する熱遮蔽部材３６と、チャンバ１１の上部からチャンバ１１の内部に不活性ガスを供給して膨出部４１とインゴット２５の間に不活性ガスを流下させる不活性ガス給排手段２８とを備えたシリコン単結晶の引上げ装置の改良である。
その特徴ある構成は、膨出部４１の内面に複数の支軸７１がインゴット２５に向かって放射状に突出され、インゴット２５の外周面を包囲して膨出部４１とインゴット２５の間の不活性ガス流下空間を２分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するように支軸７１の数に相当する複数の縦板７２が筒部３７と同心状に複数の支軸７１の先端に枢支され、複数の縦板７２をそれぞれ傾動可能に構成された縦板傾動手段７３を備えたところにある。
ここで、縦板傾動手段７３は、駆動モータ７５と、その駆動モータ７５と縦板７２を連結する連結ワイヤ７４とを有することが好ましい。
【００１１】
請求項９に係る発明は、図９に示すように、シリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３を所定の回転速度で回転させ、シリコン融液１２から引上げられるシリコン単結晶のインゴット２５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する筒部３７と筒部３７の下部に筒内の方向に膨出して設けられた膨出部４１とを有する熱遮蔽部材３６を設け、チャンバ１１の上部からチャンバ１１の内部に不活性ガスを供給して膨出部４１とインゴット２５の間に不活性ガスを流下させつつ、インゴット２５内が格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体の存在しないパーフェクト領域となる引上げ速度でインゴット２５を引上げるシリコン単結晶の引上げ方法の改良である。
その特徴ある点は、膨出部４１の内面に複数の支軸７１をインゴット２５に向かって放射状に突出させ、インゴット２５の外周面を包囲して膨出部４１とインゴット２５の間の不活性ガス流下空間を２分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するように支軸７１の数に相当する複数の縦板７２を複数の支軸７１の先端に枢支し、複数の縦板７２をそれぞれ傾動可能に構成された縦板傾動手段７３を設け、縦板傾動手段７３により複数の縦板７２をそれぞれ傾動調整して複数の縦板７２とインゴット２５の間に流入する不活性ガスの流量を増大させ、複数の縦板７２とインゴット２５の間から流出する不活性ガスの流速によりシリコン融液１２に対流１２ａ，１２ｂを起こさせてシリコン融液１２とインゴット２５との固液界面２６が上凸状になるように縦板傾動手段７３を制御するところにある。
【００１２】
この請求項３並びに請求項４に記載されたシリコン単結晶の引上げ装置及び請求項９に記載されたシリコン単結晶の引上げ方法では、複数の縦板７２をそれぞれ傾動調整しながら、インゴット２５を引上げると、インゴット２５の外周面下端に形成されるシリコン融液１２のメニスカス１２ｃ近傍を流れる不活性ガスによりシリコン融液１２に所定の対流１２ａ，１２ｂが発生する。これらの対流１２ａ，１２ｂにより固液界面２６形状が上側に凸状となるように縦板７１を傾動させると、固液界面の中心がシリコン融液１２表面の延長面上より上方に位置するため、固液界面２６の中心における鉛直方向の温度勾配が大きくなり、固液界面の中心における鉛直方向の温度勾配と、固液界面の周縁における鉛直方向の温度勾配との差が小さくなる。従って、固液界面２６形状が上側に凸状となるように縦板７２を傾動調整することにより、略全長にわたって無欠陥で高品質のシリコン単結晶のインゴット２５を比較的容易に製造できる。
【００１３】
請求項５に係る発明は、図１２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から引上げられるインゴット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する筒部３７と筒部３７の下部に筒内の方向に膨出して設けられた膨出部４１とを有する熱遮蔽部材３６と、チャンバ１１の上部からチャンバ１１の内部に不活性ガスを供給して膨出部４１とインゴット２５の間に不活性ガスを流下させる不活性ガス給排手段２８とを備えたシリコン単結晶の引上げ装置の改良である。
その特徴ある構成は、インゴット２５の外周面から所定の間隔をあけて内周面が離間するドーナツ状の固定部材９１が膨出部４１の内面に挿着され、インゴット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するように複数の揺動板９２が筒部３７と同心状に固定部材９１の内周縁に枢支され、複数の揺動板９２をそれぞれ揺動可能に構成された揺動手段９３を備えたところにある。
ここで、ドーナツ状の固定部材９１は、揺動板９２の数に相当する複数の扇状板９１ａにより構成されることが好ましく、揺動手段９３は、駆動モータと、その駆動モータと揺動板９２を連結する連結ワイヤ９４とを有することが好ましい。
【００１４】
請求項１０に係る発明は、シリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３を所定の回転速度で回転させ、シリコン融液１２から引上げられるシリコン単結晶のインゴット２５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する筒部３７と筒部３７の下部に筒内の方向に膨出して設けられた膨出部４１とを有する熱遮蔽部材３６を設け、チャンバ１１の上部からチャンバ１１の内部に不活性ガスを供給して膨出部４１とインゴット２５の間に不活性ガスを流下させつつ、インゴット２５内が格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体の存在しないパーフェクト領域となる引上げ速度でインゴット２５を引上げるシリコン単結晶の引上げ方法の改良である。
その特徴ある点は、インゴット２５の外周面から所定の間隔をあけて内周面が離間するドーナツ状の固定部材９１を膨出部４１の内面に挿着させ、インゴット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するように複数の揺動板９２を筒部３７と同心状に固定部材９１の内周縁に枢支させ、複数の揺動板９２をそれぞれ揺動可能に構成された揺動手段９３を設け、揺動手段９３により複数の揺動板９２をそれぞれ揺動調整して複数の揺動板９２とインゴット２５の間に流入する不活性ガスの流量を増大させ、複数の揺動板９２とインゴット２５の間から流出する不活性ガスの流速によりシリコン融液１２に対流１２ａ，１２ｂを起こさせてシリコン融液１２とインゴット２５との固液界面２６が上凸状になるように揺動手段９３を制御するところにある。
【００１５】
この請求項５〜請求項７に記載されたシリコン単結晶の引上げ装置及び請求項１０に記載されたシリコン単結晶の引上げ方法では、複数の揺動板９２をそれぞれ揺動調整しながら、インゴット２５を引上げると、インゴット２５の外周面下端に形成されるシリコン融液１２のメニスカス１２ｃ近傍を流れる不活性ガスによりシリコン融液１２に所定の対流１２ａ，１２ｂが発生する。これらの対流１２ａ，１２ｂにより固液界面２６形状が上側に凸状となるように揺動板９１を揺動させると、固液界面の中心がシリコン融液１２表面の延長面上より上方に位置するため、固液界面２６の中心における鉛直方向の温度勾配が大きくなり、固液界面の中心における鉛直方向の温度勾配と、固液界面の周縁における鉛直方向の温度勾配との差が小さくなる。従って、固液界面２６形状が上側に凸状となるように揺動板９２を揺動調整することにより、略全長にわたって無欠陥で高品質のシリコン単結晶のインゴット２５を比較的容易に製造できる。
【００１６】
【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に本発明のシリコン単結晶の引上げ装置１０を示す。この引上げ装置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の外周面は黒鉛サセプタ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。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・融解してシリコン融液１２にする。
【００１７】
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のインゴット２５を引上げるための種結晶２４が取付けられる。
更にチャンバ１１にはこのチャンバ１１のインゴット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２８が接続される。ガス給排手段２８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２９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３０とを有する。供給パイプ２９及び排出パイプ３０にはこれらのパイプ２９，３０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３１，３２がそれぞれ設けられる。
【００１８】
一方、引上げ用モータの出力軸（図示せず）にはエンコーダ（図示せず）が設けられ、るつぼ駆動手段１７には支軸１６の昇降位置を検出するエンコーダ（図示せず）が設けられる。２つの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、即ちインゴット２５の引上げ長さが第１マップとして記憶される。また、メモリには、インゴット２５の引上げ長さ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、引上げ用モータにおけるエンコーダ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。
【００１９】
インゴット２５の外周面と石英るつぼ１３の内周面との間にはインゴット２５の外周面を包囲する熱遮蔽部材３６が設けられる。この熱遮蔽部材３６は円筒状に形成されヒータ１８からの輻射熱を遮る筒部３７と、この筒部３７の上縁に連設され外方に略水平方向に張り出すフランジ部３８とを有する。上記フランジ部３８を保温筒１９上に載置することにより、筒部３７の下縁がシリコン融液１２表面から所定の距離だけ上方に位置するように熱遮蔽部材３６はチャンバ１１内に固定される。この実施の形態における筒部３７は同一直径の筒状体であり、この筒部３７の下部には筒内の方向に膨出しかつ内部に断熱部材４７を有する膨出部４１が設けられる。この筒部３７及び膨出部４１はＣ（黒鉛）により、或いは表面にＳｉＣがコーティングされた黒鉛等により作られる。
【００２０】
図２に詳しく示すように、膨出部４１には不活性ガス流下空間を２分する筒体４８が設けられる。この筒体４８は膨出部４１の内側にインゴット２５の中心に向かって突出して設けられた複数の支柱４９の先端に設けられる。この筒体４８はＣ（黒鉛）により、或いは表面にＳｉＣがコーティングされた黒鉛等により作られ、その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するように熱遮蔽部材３６における筒部３７と同心状に複数の支柱４９の先端に取付けられる。一方、膨出部４１の上部には複数の移動板５１がインゴット２５を包囲するように放射状にかつ移動可能に配置される。本実施の形態における膨出部４１の上面はインゴット２５に向かって下向きに傾斜するように形成され、図３に示すように、移動板５１は６枚使用される。６枚の移動板５１はそれぞれカーボンにより作られ、図４に示すように、下部にローラ５１ａが設けられる。膨出部４１の上面にはそのローラ５１ａが挿入可能な幅を有する凹溝４１ａが放射状に形成され、ローラ５１ａをその凹溝４１ａに挿入することにより６個の移動板５１は放射状にそれぞれ移動可能に配置される。
【００２１】
６個の移動板５１には後述する移動板移動手段５２（図１）の連結ワイヤ５３の一端がそれぞれ接続される。このワイヤ５３が引張られることにより図４の破線矢印で示すように複数の移動板５１が移動して筒体４８と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を拡大し、ワイヤ５３が繰出されることにより図の実線矢印で示すように複数の移動板５１が移動して筒体４８と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を狭めるように構成される。
【００２２】
図１に戻って、チャンバ１１の上部にはケーシング２１を挟むように一対の移動板移動手段５２が設けられる。移動板移動手段５２はチャンバ１１の上部に設けられた駆動ギヤと、チャンバ１１の上部に設けられ駆動ギヤを駆動する駆動モータ５４と、チャンバ１１の上部からチャンバ１１内に吊り下げられ駆動ギヤに歯合するラックギヤが周囲に形成された支持棒５６と、支持棒５６の下端と移動板５１を連結する連結ワイヤ５３とを有する。駆動ギヤはチャンバ１１の上部に設けられたギヤボックス５７に内蔵され、連結ワイヤ５３は筒部３７の外側に設けられた転向ローラ５８（図２）によりその方向を変化させて配索される。移動板移動手段５２は、駆動モータ５４による回転軸５４ａの回転によりギヤボックス５７に内蔵された図示しない駆動ギヤが回転し、支持棒５６を上下動させることにより連結ワイヤ５３を介して移動板５１をそれぞれ移動させて、筒体４８と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を変更可能に構成される。
【００２３】
次に、本発明のシリコン単結晶の引上げ方法を説明する。この方法は、上述した装置１０、即ち膨出部４１とインゴット２５の間の不活性ガス流下空間を２分する筒体４８が筒部３７と同心状に膨出部４１に支柱４９を介して取付けられ、複数の移動板５１がインゴット２５を包囲するように膨出部４１の上部に放射状にかつ移動可能に配置され、複数の移動板５１をそれぞれ移動して筒体４８と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を変更可能に構成された移動板移動手段５２を備えた装置１０を用いて行われる。そして、シリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３を所定の回転速度で回転させ、チャンバ１１の上部からチャンバ１１の内部に不活性ガスを供給して膨出部４１とインゴット２５の間に不活性ガスを流下させつつ、そのシリコン融液１２からシリコン単結晶から成るインゴット２５を引上げる方法である。このインゴット２５は、このインゴット２５内が格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体の存在しないパーフェクト領域となる引上げ速度で引上げられる。即ち、インゴット２５は、ＣＺ法によりホットゾーン炉内のシリコン融液１２からボロンコフ（Voronkov）の理論に基づいた所定の引上げ速度プロファイルで引上げられる。
【００２４】
一般的に、ＣＺ法によりシリコン融液１２からシリコン単結晶のインゴット２５を引上げると、インゴット２５内には、点欠陥（point defect）と点欠陥の凝集体（agglomerates：三次元欠陥）が発生する。点欠陥は空孔型点欠陥と格子間シリコン型点欠陥という二つの一般的な形態がある。空孔型点欠陥は一つのシリコン原子がシリコン結晶格子で正常的な位置の一つから離脱したものである。このような空孔が空孔型点欠陥になる。一方、原子がシリコン結晶の格子点以外の位置（インタースチシャルサイト）で発見されるとこれが格子間シリコン点欠陥になる。
【００２５】
点欠陥は一般的にシリコン融液１２とインゴット２５の間の接触面、即ち固液界面２６で形成される。しかし、インゴット２５を継続的に引上げることによって固液界面２６であった部分は引上げとともに冷却し始める。冷却の間、空孔型点欠陥又は格子間シリコン型点欠陥は拡散により互いに合併して、空孔型点欠陥の凝集体（vacancy agglomerates）又は格子間シリコン型点欠陥の凝集体（interstitial agglomerates）が形成される。言い換えれば、凝集体は点欠陥の合併に起因して発生する三次元構造となる。
空孔型点欠陥の凝集体は、前述したＣＯＰの他に、ＬＳＴＤ（Laser Scattering Tomograph Defects）又はＦＰＤ（Flow Pattern Defects）と呼ばれる欠陥を含み、格子間シリコン型点欠陥の凝集体は前述したＬ／Ｄと呼ばれる欠陥を含む。ＦＰＤとは、インゴット２５をスライスして作製されたシリコンウェーハを３０分間セコエッチング（Secco etching、ＨＦ：Ｋ2Ｃｒ2Ｏ7(0.15mol/l)＝２：１の混合液によるエッチング）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、ＬＳＴＤとは、シリコン単結晶内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。
【００２６】
ボロンコフの理論は、欠陥の数が少ない高純度インゴット２５を成長させるために、インゴット２５の引上げ速度をＶ（ｍｍ／分）、インゴット２５とシリコン融液１２の界面２６近傍のインゴット２５中の温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）とするときに、Ｖ／Ｇ（ｍｍ2／分・℃）を制御することである。この理論では、図５に示すように、Ｖ／Ｇを横軸にとり、空孔型点欠陥濃度と格子間シリコン型点欠陥濃度を同一の縦軸にとって、Ｖ／Ｇと点欠陥濃度との関係を図式的に表現し、空孔領域と格子間シリコン領域の境界がＶ／Ｇによって決定されることを説明している。より詳しくは、Ｖ／Ｇ比が臨界点以上では空孔型点欠陥濃度が優勢なインゴット２５が形成される反面、Ｖ／Ｇ比が臨界点以下では格子間シリコン型点欠陥濃度が優勢なインゴット２５が形成される。図５において、［Ｉ］は格子間シリコン型点欠陥が支配的であって、格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在する領域（(Ｖ／Ｇ)1以下）を示し、［Ｖ］はインゴット２５内での空孔型点欠陥が支配的であって、空孔型点欠陥の凝集体が存在する領域（(Ｖ／Ｇ)2以上）を示し、［Ｐ］は空孔型点欠陥の凝集体及び格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域（(Ｖ／Ｇ)1〜(Ｖ／Ｇ)2）を示す。領域［Ｐ］に隣接する領域［Ｖ］にはＯＳＦ核を形成する領域［ＯＳＦ］（(Ｖ／Ｇ)2〜(Ｖ／Ｇ)3）が存在する。
【００２７】
このパーフェクト領域［Ｐ］は更に領域［ＰI］と領域［ＰV］に分類される。［ＰI］はＶ／Ｇ比が上記(Ｖ／Ｇ)1から臨界点までの領域であり、［ＰV］はＶ／Ｇ比が臨界点から上記(Ｖ／Ｇ)2までの領域である。即ち、［ＰI］は領域［Ｉ］に隣接し、かつ侵入型転位を形成し得る最低の格子間シリコン型点欠陥濃度未満の格子間シリコン型点欠陥濃度を有する領域であり、［ＰV］は領域［Ｖ］に隣接し、かつＯＳＦを形成し得る最低の空孔型点欠陥濃度未満の空孔型点欠陥濃度を有する領域である。なお、上記ＯＳＦは、結晶成長時にその核となる微小欠陥が導入され、半導体デバイスを製造する際の熱酸化工程等で顕在化し、作製したデバイスのリーク電流の増加等の不良原因になる。
【００２８】
図１に戻って、シリコン融液１２からインゴット２５を引上げる際には、複数の移動板５１をそれぞれ移動調整して筒体４８と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を変化させ、筒体４８とインゴット２５の間の内空間における不活性ガスの流速によりシリコン融液１２に対流を起こさせる。即ち、図３及び図４に示すように、筒体４８と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を狭めると、筒体４８とインゴット２５の間の内空間における不活性ガスの流速が増す。この内空間を流下する不活性ガスは、インゴット２５の外周面下端に形成されるシリコン融液１２のメニスカス１２ｃに添って方向を転換してシリコン融液１２の液面に添って流れる。一方、メニスカス１２ｃにおけるシリコン融液１２は図４の一点鎖線矢印で示すようにそのメニスカス１２ｃに添って方向を転換する不活性ガスの流れによって、シリコン融液１２に生じる対流を変化させる。
【００２９】
このように複数の移動板５１をそれぞれ移動調整して筒体４８と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を変化させながら、シリコン単結晶のインゴット２５を引上げると、図２に示すように、石英るつぼ１３の底部中央から固液界面２６の中央に向って上昇した後に、固液界面２６の外周縁近傍から石英るつぼ１３の底部中央に流下する第１対流１２ａを拡大させ、石英るつぼ１３の底部外周縁から周縁に沿って上昇した後に、上記第１対流１２ａに沿って流下する第２対流１２ｂを縮小させる。上記第１対流１２ａの拡大は固液界面２６を押上げるので、固液界面２６形状は上側に凸状となる。このように固液界面２６が上凸状になるように複数の移動板５１をそれぞれ移動調整する。この結果、固液界面２６の中心がシリコン融液１２表面の延長面上より上方に位置するため、固液界面２６の中心における鉛直方向の温度勾配が大きくなり、固液界面２６の中心における鉛直方向の温度勾配と、固液界面２６の周縁における鉛直方向の温度勾配との差が小さくなる。従って、略全長にわたって無欠陥で高品質のシリコン単結晶のインゴット２５を比較的容易に製造できる。
【００３０】
なお、上述した実施の形態では、膨出部４１の上部に複数の移動板５１が配置される場合を示したが、複数の移動板５１をそれぞれ移動して筒体４８と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を変更可能である限り、図６に示すように、膨出部４１の下部に複数の移動板５１を配置しても良い。図６における移動板５１は一対の吊支部材５２ａにより移動可能に吊支され、一対の吊支部材５２ａの上端が膨出部４１の下部に取付けられる。図７に示すように、吊支部材５２ａはガイドピン５２ｂと転動ローラ５２ｃにより構成され、移動板５１の中央にはインゴット２５の半径方向に延びる長孔５１ｂが形成される。移動板５１の長孔５１ｂには膨出部４１の下面に取付けられたガイドピン５２ｂが遊挿される。またガイドピン５２ｂの下端には、移動板５１を受ける転動ローラ５２ｃが回転可能に取付けられる。これにより移動板５１はガイドピン５２ｂに案内されて転動ローラ５２ｃ上をインゴット２５の半径方向に往復動可能に構成される。図６に戻って、移動板５１の外端及び内端に連結ワイヤ５３がそれぞれ接続され、連結ワイヤ５３は筒部３７の内側及び膨出部４１に設けられた複数の転向ローラ５８によりその方向を変化させて配索される。そして、移動板移動手段５２はこの連結ワイヤ５３を介して移動板５１をそれぞれ移動させて、筒体４８と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を変更可能に構成される。
【００３１】
また、上述した実施の形態では、膨出部４１の上部を傾斜させ、この傾斜した上部に複数の移動板５１が配置される場合を示したが、複数の移動板５１がそれぞれ移動可能である限り、膨出部４１の上部は水平であっても良い。また、図６では膨出部４１の下部を水平に表したが、複数の移動板５１がそれぞれ移動可能である限り、この下部を傾斜させても良い。
更に、上述した実施の形態では、駆動ギヤと、駆動ギヤを駆動する駆動モータ５４と、駆動ギヤに歯合するラックギヤが周囲に形成された支持棒５６と、支持棒５６の下端と移動板５１を連結する連結ワイヤ５３とを有する移動板移動手段５２を説明したが、移動板移動手段は、移動板を移動可能である限り、駆動ギヤ及び支持棒を設けずに駆動モータと移動板を直接ワイヤにより接続しても良く、ガス流の密閉を考慮する上に、連結ワイヤ５３及びその方向を変化させる転向ローラ５８等を熱遮蔽部材３６における筒部３７の内側に設けても良い。
【００３２】
次に本発明の第２の実施の形態を図面に基づいて説明する。図中上述した実施の形態と同一符号は同一部品を示し繰り返しての説明を省略する。
図８〜図１１に示すように、この実施の形態における引き上げ装置１０は、複数の支軸７１とその複数の支軸７１の数に相当する複数の縦板７２とを備える。図１０に示すように、この実施の形態における複数の支軸７１は１２本であり、インゴット２５に向かうような放射状に膨出部４１の内面から突出される。一方、複数の縦板７２は、インゴット２５の外周面を包囲して膨出部４１とインゴット２５の間の不活性ガス流下空間を２分するように筒部３７と同心状に複数の支軸７１の先端に枢支される。この縦板７２はＣ（黒鉛）により、或いは表面にＳｉＣがコーティングされた黒鉛等により作られ、それぞれの両端が重なり合う大きさに形成される。そして図１１に示すように、その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するように略中央部分が支軸７１の先端に枢支される。この縦板７２の上部及び下部には後述する縦板傾動手段７３（図８）の連結ワイヤ７４の一端がそれぞれ接続される。このワイヤ７４が移動することにより図１１の破線矢印で示すように複数の縦板７２がそれぞれ傾動するように構成される。
【００３３】
図８に戻って、チャンバ１１の上部にはケーシング２１を挟むように一対の縦板傾動手段７３が設けられる。縦板傾動手段７３はチャンバ１１の上部に設けられた駆動ギヤと、チャンバ１１の上部に設けられ駆動ギヤを駆動する駆動モータ７５と、チャンバ１１の上部からチャンバ１１内に吊り下げられ駆動ギヤに歯合するラックギヤが周囲に形成された一対の支持棒７７と、支持棒７７の下端と縦板７２を連結する連結ワイヤ７４とを有する。駆動ギヤはチャンバ１１の上部に設けられたギヤボックス７８に内蔵され、連結ワイヤ７４は筒部３７の外側に設けられた転向ローラ７９（図９及び図１１）によりその方向を変化させて配索される。縦板傾動手段７３は、駆動モータ７５による回転軸７５ａの回転によりギヤボックス７８に内蔵された図示しない駆動ギヤが回転し、一対の支持棒７７を互いに異なる方向に上下動させることにより連結ワイヤ７４を介して縦板７２をそれぞれ傾動可能に構成される。
【００３４】
次に、本発明の別のシリコン単結晶の引上げ方法を説明する。この方法は、上述した装置１０、即ち膨出部４１の内面に複数の支軸７１をインゴット２５に向かって放射状に突出させ、そのインゴット２５の外周面を包囲して膨出部４１とインゴット２５の間の不活性ガス流下空間を２分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するように支軸７１の数に相当する複数の縦板７２を複数の支軸７１の先端に枢支し、複数の縦板７２をそれぞれ傾動可能に構成された縦板傾動手段７３を備えた装置１０を用いて行われる。そして、シリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３を所定の回転速度で回転させ、チャンバ１１の上部からチャンバ１１の内部に不活性ガスを供給して膨出部４１とインゴット２５の間に不活性ガスを流下させつつ、そのシリコン融液１２からシリコン単結晶から成るインゴット２５を引上げる方法である。このインゴット２５は、このインゴット２５内が格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体の存在しないパーフェクト領域となる引上げ速度で引上げられる。即ち、インゴット２５は、ＣＺ法によりホットゾーン炉内のシリコン融液１２からボロンコフ（Voronkov）の理論に基づいた所定の引上げ速度プロファイルで引上げられる。
【００３５】
シリコン融液１２からインゴット２５を引上げる際には、複数の縦板７２をそれぞれ傾動調整して複数の縦板７２とインゴット２５の間を流下する不活性ガスの流速によりシリコン融液１２に対流を起こさせる。即ち、複数の縦板７２とインゴット２５の間を流下する不活性ガスは、図１１に示すように、インゴット２５の外周面下端に形成されるシリコン融液１２のメニスカス１２ｃに添って方向を転換する。一方、メニスカス１２ｃにおけるシリコン融液１２はそのメニスカス１２ｃに添って方向を転換する不活性ガスにつられて流れ、シリコン融液１２全体の対流を変化させる。
【００３６】
このように複数の縦板７２をそれぞれ傾動調整しながら、シリコン単結晶のインゴット２５を引上げると、図９に示すように石英るつぼ１３の底部中央から固液界面２６の中央に向って上昇した後に、固液界面２６の外周縁近傍から石英るつぼ１３の底部中央に流下する第１対流１２ａを拡大させ、石英るつぼ１３の底部外周縁から周縁に沿って上昇した後に、上記第１対流１２ａに沿って流下する第２対流１２ｂを縮小させる。上記第１対流１２ａの拡大は固液界面２６を押上げるので、固液界面２６形状は上側に凸状となる。このように固液界面２６が上凸状になるように複数の縦板７２をそれぞれ傾動調整する。この結果、固液界面２６の中心がシリコン融液１２表面の延長面上より上方に位置するため、固液界面２６の中心における鉛直方向の温度勾配が大きくなり、固液界面２６の中心における鉛直方向の温度勾配と、固液界面２６の周縁における鉛直方向の温度勾配との差が小さくなる。従って、略全長にわたって無欠陥で高品質のシリコン単結晶のインゴット２５を比較的容易に製造できる。
【００３７】
なお、上述した実施の形態では、駆動ギヤと、駆動ギヤを駆動する駆動モータ７５と、駆動ギヤに歯合するラックギヤが周囲に形成された支持棒７７と、支持棒７７の下端と縦板７２を連結する連結ワイヤ７４とを有する縦板傾動手段７３を説明したが、縦板傾動手段は、縦板を傾動可能である限り、駆動ギヤ及び支持棒を設けずに駆動モータと縦板を直接ワイヤにより接続しても良い。
【００３８】
次に本発明の第３の実施の形態を図面に基づいて説明する。図中上述した実施の形態と同一符号は同一部品を示し繰り返しての説明を省略する。
図１２〜図１５に示すように、この実施の形態における引き上げ装置１０は、膨出部４１の内面に挿着されたドーナツ状の固定部材９１と、その固定部材９１の内周縁に上端が枢支された複数の揺動板９２とを備える。図１３に示すように、この実施の形態におけるドーナツ状の固定部材９１は揺動板９２の数に相当する１２枚の扇状板９１ａにより構成され、この１２枚の扇状板９１ａは膨出部４１の内面に沿って互いの両端部分を隣接する扇状板９１ａの端縁に重なり合うようにして円周状に配置される。
【００３９】
一方、複数の揺動板９２は、インゴット２５の外周面を包囲するように筒部３７と同心状に固定部材の内端縁にその上端が枢支される。この固定部材９１を構成する扇状板９１ａ及び揺動板９２はＣ（黒鉛）により、或いは表面にＳｉＣがコーティングされた黒鉛等によりそれぞれ作られる。図１３及び図１４に示すように、複数の揺動板９２は、それぞれの両端が重なり合う大きさに形成され、その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するようにその上端が固定部材９１を構成する扇状板９１ａの内端にそれぞれ枢支される。この揺動板９２の下部には後述する揺動手段９３の連結ワイヤ９４の一端が連結ロッド９６を介してそれぞれ接続される。連結ロッド９６は吊支部材９６ａにより移動可能に吊支され、吊支部材９６ａの上端が膨出部４１の下部に取付けられる。
【００４０】
図１５に示すように、吊支部材９６ａは一対のガイドピン９６ｂ，９６ｂと転動ローラ９６ｃにより構成され、一対のガイドピン９６ｂ，９６ｂは連結ロッド９６を挟むようにしてその上端が膨出部４１の下部に取付けられる。転動ローラ９６ｃは一対のガイドピン９６ｂ，９６ｂの下端を連結するようにその下端に枢支される。転動ローラ９６ｃは連結ロッド９６を下方から支持し、転動ローラ９６ｃが回転することにより連結ロッド９６はインゴット２５の半径方向に往復動可能に構成される。
【００４１】
図１４に戻って、連結ロッド９６の内端及び外端に連結ワイヤ９４が接続され、連結ロッド９６の内端縁は揺動板９２の下部に枢支される。連結ワイヤ９４は筒部３７の内側及び膨出部４１に設けられた複数の転向ローラ９９によりその方向を変化させて配索される。そして、揺動手段９３はこの連結ワイヤ９４を移動させることにより連結ロッド９６をそれぞれ移動させ、連結ロッド９６の移動により複数の揺動板９２がそれぞれ揺動するように構成される。揺動手段９３は、この連結ワイヤ９４の他に、図示しないがチャンバ１１の上部に設けられた駆動ギヤと、チャンバ１１の上部に設けられ駆動ギヤを駆動する駆動モータと、チャンバ１１の上部からチャンバ１１内に吊り下げられ駆動ギヤに歯合するラックギヤが周囲に形成された一対の支持棒９７とを有する。駆動ギヤはチャンバ１１の上部に設けられたギヤボックスに内蔵され、連結ワイヤ９４は筒部３７の外側に設けられた転向ローラ９９（図１２及び図１４）によりその方向を変化させて配索される。揺動手段９３は、図示しない駆動モータによる回転軸の回転によりギヤボックスに内蔵された図示しない駆動ギヤが回転し、一対の支持棒９７を互いに異なる方向に上下動させることにより連結ワイヤ９４及び連結ロッド９６を介して揺動板９２をそれぞれ揺動可能に構成される。
【００４２】
次に、本発明の別のシリコン単結晶の引上げ方法を説明する。この方法は、上述した装置、即ち、インゴット２５の外周面から所定の間隔をあけて内周面が離間するドーナツ状の固定部材９１を膨出部４１の内面に挿着させ、インゴット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するように複数の揺動板９２を筒部３７と同心状に固定部材９１の内周縁に枢支させ、複数の揺動板９２をそれぞれ揺動可能に構成された揺動手段９３を設けた装置を用いて行われる。そして、シリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３を所定の回転速度で回転させ、チャンバ１１の上部からチャンバ１１の内部に不活性ガスを供給して膨出部４１とインゴット２５の間に不活性ガスを流下させつつ、そのシリコン融液１２からシリコン単結晶から成るインゴット２５を引上げる方法である。このインゴット２５は、このインゴット２５内が格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体の存在しないパーフェクト領域となる引上げ速度で引上げられる。即ち、インゴット２５は、ＣＺ法によりホットゾーン炉内のシリコン融液１２からボロンコフ（Voronkov）の理論に基づいた所定の引上げ速度プロファイルで引上げられる。
【００４３】
シリコン融液１２からインゴット２５を引上げる際には、複数の揺動板９２をそれぞれ揺動調整して複数の揺動板９２とインゴット２５の間を流下する不活性ガスの流速によりシリコン融液１２に対流を起こさせる。即ち、複数の揺動板９２とインゴット２５の間を流下する不活性ガスは、図１２に示すように、インゴット２５の外周面下端に形成されるシリコン融液１２のメニスカス１２ｃに添って方向を転換する。一方、メニスカス１２ｃにおけるシリコン融液１２はそのメニスカス１２ｃに添って方向を転換する不活性ガスにつられて流れ、シリコン融液１２全体の対流を変化させる。
【００４４】
このように複数の揺動板９２をそれぞれ揺動調整しながら、シリコン単結晶のインゴット２５を引上げると、石英るつぼ１３の底部中央から固液界面２６の中央に向って上昇した後に、固液界面２６の外周縁近傍から石英るつぼ１３の底部中央に流下する第１対流１２ａを拡大させ、石英るつぼ１３の底部外周縁から周縁に沿って上昇した後に、上記第１対流１２ａに沿って流下する第２対流１２ｂを縮小させる。上記第１対流１２ａの拡大は固液界面２６を押上げるので、固液界面２６形状は上側に凸状となる。このように固液界面２６が上凸状になるように複数の揺動板９２をそれぞれ揺動調整する。この結果、固液界面２６の中心がシリコン融液１２表面の延長面上より上方に位置するため、固液界面２６の中心における鉛直方向の温度勾配が大きくなり、固液界面２６の中心における鉛直方向の温度勾配と、固液界面２６の周縁における鉛直方向の温度勾配との差が小さくなる。従って、略全長にわたって無欠陥で高品質のシリコン単結晶のインゴット２５を比較的容易に製造できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、膨出部とインゴットの間の不活性ガス流下空間を２分する筒体を筒部と同心状に支柱を介して膨出部に取付け、インゴットを包囲するように複数の移動板を膨出部の上部又は下部に放射状にかつ移動可能に配置し、複数の移動板をそれぞれ移動調整して筒体と膨出部の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を変化させ、シリコン融液に対流を起こさせてシリコン融液とインゴットとの固液界面が上凸状になるように調整するので、固液界面の中心がシリコン融液１２表面の延長面上より上方に位置するため、固液界面の中心における鉛直方向の温度勾配が大きくなり、固液界面の中心における鉛直方向の温度勾配と、固液界面の周縁における鉛直方向の温度勾配との差が小さくなる。これにより、略全長にわたって無欠陥で高品質のシリコン単結晶のインゴットを比較的容易に製造することが可能になる。
【００４６】
なお、膨出部の内面に複数の支軸をインゴットに向かって放射状に突出させ、インゴットの外周面を包囲して膨出部とインゴットの間の不活性ガス流下空間を２分しかつ下端がシリコン融液表面から間隔をあけて上方に位置するように支軸の数に相当する複数の縦板を複数の支軸の先端に枢支し、複数の縦板をそれぞれ傾動調整してシリコン融液に対流を起こさせ、シリコン融液とインゴットとの固液界面が上凸状になるようにしても同様の効果を得ることができる。
更に、インゴットの外周面から所定の間隔をあけて内周面が離間するドーナツ状の固定部材を膨出部の内面に挿着させ、インゴットの外周面を包囲しかつ下端がシリコン融液表面から間隔をあけて上方に位置するように複数の揺動板を筒部と同心状に固定部材の内周縁に枢支させ、複数の揺動板をそれぞれ揺動調整してシリコン融液に対流を起こさせ、シリコン融液とインゴットとの固液界面が上凸状になるようにしても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における引上げ装置を示す断面構成図。
【図２】その装置によりインゴットが引上げているシリコン融液の対流を示す断面構成図。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図。
【図４】図２のＢ部拡大断面図。
【図５】ボロンコフの理論に基づいた、Ｖ／Ｇ比が臨界点以上では空孔型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成され、Ｖ／Ｇ比が臨界点以下では格子間シリコン型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成されることを示す図。
【図６】移動板が膨出部の下部に設けられた別の引上げ装置を示す図４に対応する断面構成図。
【図７】図６のＥ−Ｅ線断面図。
【図８】本発明の第２実施形態における引上げ装置を示す断面構成図。
【図９】その装置によりインゴットが引上げているシリコン融液の対流を示す断面構成図。
【図１０】その縦板の配置状態を示す図９のＤ−Ｄ線断面図。
【図１１】図９のＣ部拡大断面図。
【図１２】本発明の第３実施形態における引上げ装置によりインゴットが引上げているシリコン融液の対流を示す断面構成図。
【図１３】その固定部材を構成する扇状板及び揺動板の配置状態を示す図１２のＦ−Ｆ線断面図。
【図１４】図１２のＧ部拡大断面図。
【図１５】図１４のＨ−Ｈ線断面図。
【符号の説明】
１０ 引上げ装置
１１ チャンバ
１２ シリコン融液
１２ａ，１２ｂ 対流
１２ｃ メニスカス
１３ 石英るつぼ
１８ ヒータ
２５ インゴット
２６ 固液界面
３６ 熱遮蔽部材
２８ 不活性ガス給排手段
３７ 筒部
４１ 膨出部
４８ 筒体
４９ 支柱
５１ 移動板
５２ 移動板移動手段
５３ 連結ワイヤ
５４ 駆動モータ
５６ 支持棒
７１ 支軸
７２ 縦板
７３ 縦板傾動手段
７４ 連結ワイヤ
７５ 駆動モータ
７７ 支持棒
９１ 固定部材
９１ａ 扇状板
９２ 揺動板
９３ 揺動手段
９４ 連結ワイヤ
９７ 支持棒
【発明の属する技術分野】
本発明は、石英るつぼに貯留されたシリコン融液からシリコン単結晶のインゴットを引上げる装置及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコン単結晶の製造方法として、シリコン単結晶のインゴットをチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という）により引上げる方法が知られている。このＣＺ法は、石英るつぼに貯留されたシリコン融液に種結晶を接触させ、石英るつぼ及び種結晶を回転させながら種結晶を引上げることにより、円柱状のシリコン単結晶のインゴットを製造する方法である。
一方、半導体集積回路を製造する工程において、歩留りを低下させる原因として酸化誘起積層欠陥（Oxidation-induced Stacking Fault、以下、ＯＳＦという。）の核となる酸素析出物の微小欠陥や、結晶に起因したパーティクル（Crystal Originated Particle、以下、ＣＯＰという。）や、或いは侵入型転位（Interstitial-type Large Dislocation、以下、Ｌ／Ｄという。）の存在が挙げられている。ＯＳＦは、結晶成長時にその核となる微小欠陥が導入され、半導体デバイスを製造する際の熱酸化工程等で顕在化し、作製したデバイスのリーク電流の増加等の不良原因になる。またＣＯＰは、鏡面研磨後のシリコンウェーハをアンモニアと過酸化水素の混合液で洗浄したときにウェーハ表面に出現する結晶に起因したピットである。このウェーハをパーティクルカウンタで測定すると、このピットも本来のパーティクルとともに光散乱欠陥として検出される。
【０００３】
このＣＯＰは電気的特性、例えば酸化膜の経時絶縁破壊特性（Time Dependent dielectric Breakdown、ＴＤＤＢ）、酸化膜耐圧特性（Time Zero Dielectric Breakdown、ＴＺＤＢ）等を劣化させる原因となる。またＣＯＰがウェーハ表面に存在するとデバイスの配線工程において段差を生じ、断線の原因となり得る。そして素子分離部分においてもリーク等の原因となり、製品の歩留りを低くする。更にＬ／Ｄは、転位クラスタとも呼ばれたり、或いはこの欠陥を生じたシリコンウェーハをフッ酸を主成分とする選択エッチング液に浸漬するとピットを生じることから転位ピットとも呼ばれる。このＬ／Ｄも、電気的特性、例えばリーク特性、アイソレーション特性等を劣化させる原因となる。この結果、半導体集積回路を製造するために用いられるシリコンウェーハからＯＳＦ、ＣＯＰ及びＬ／Ｄを減少させることが必要となっている。
【０００４】
このＯＳＦ、ＣＯＰ及びＬ／Ｄを有しない無欠陥のシリコンウェーハを切出すためのシリコン単結晶インゴットの製造方法が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。一般に、シリコン単結晶のインゴットを速い速度で引上げると、インゴット内部に空孔型点欠陥の凝集体が支配的に存在する領域［Ｖ］が形成され、インゴットを遅い速度で引上げると、インゴット内部に格子間シリコン型点欠陥の凝集体が支配的に存在する領域［Ｉ］が形成される。このため上記製造方法では、インゴットを最適な引上げ速度で引上げることにより、上記点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域［Ｐ］からなるシリコン単結晶を製造できるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許番号６，０４５，６１０号
【特許文献２】
特開平１１−１３９３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の米国特許番号６，０４５，６１０号に対応する特開平１１−１３９３号公報に示されたシリコン単結晶インゴットの製造方法では、シリコン単結晶のインゴットとシリコン融液との固液界面近傍での鉛直方向の温度勾配が均一になるように制御する必要があり、この制御はシリコン融液の残量の変化や対流の変化による影響を受けるため、インゴットの直胴部全長にわたって、無欠陥のシリコン単結晶を製造することは困難であった。
本発明の目的は、無欠陥のシリコン単結晶のインゴットを比較的容易に製造できる、シリコン単結晶の引上げ装置及びその方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１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から引上げられるインゴット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する筒部３７と筒部３７の下部に筒内の方向に膨出して設けられた膨出部４１とを有する熱遮蔽部材３６と、チャンバ１１の上部からチャンバ１１の内部に不活性ガスを供給して膨出部４１とインゴット２５の間に不活性ガスを流下させる不活性ガス給排手段２８とを備えたシリコン単結晶の引上げ装置の改良である。
その特徴ある構成は、図２に示すように、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膨出部４１とインゴットの間の不活性ガス流下空間を２分する筒体４８が筒部３７と同心状に膨出部４１に支柱４９を介して取付けられ、複数の移動板５１がインゴット２５を包囲するように膨出部４１の上部又は下部に放射状にかつ移動可能に配置され、複数の移動板５１をそれぞれ移動して筒体４８と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を変更可能に構成された移動板移動手段５２を備えたところにある。
ここで、移動板移動手段５２は、駆動モータ５４と、その駆動モータ５４と移動板５１を連結する連結ワイヤ５３とを有することが好ましい。
【０００８】
請求項８に係る発明は、図２に示すように、シリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３を所定の回転速度で回転させ、シリコン融液１２から引上げられるシリコン単結晶のインゴット２５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する筒部３７と筒部３７の下部に筒内の方向に膨出して設けられた膨出部４１とを有する熱遮蔽部材３６を設け、チャンバ１１の上部からチャンバ１１の内部に不活性ガスを供給して膨出部４１とインゴット２５の間に不活性ガスを流下させつつ、インゴット２５内が格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体の存在しないパーフェクト領域となる引上げ速度でインゴット２５を引上げるシリコン単結晶の引上げ方法の改良である。
その特徴ある点は、膨出部４１とインゴット２５の間の不活性ガス流下空間を２分する筒体４８を筒部３７と同心状に支柱４９を介して膨出部４１に取付け、インゴット２５を包囲するように複数の移動板５１を膨出部４１の上部又は下部に放射状にかつ移動可能に配置し、複数の移動板５１をそれぞれ移動調整して筒体５１と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を変更可能に構成された移動板移動手段５２を設け、移動板移動手段５２により複数の移動板５１をそれぞれ移動調整して筒体５１と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を狭め、筒体４８とインゴット２５の間の内空間における不活性ガスの流速によりシリコン融液１２に対流１２ａ，１２ｂを起こさせてシリコン融液１２とインゴット２５との固液界面２６が上凸状になるように移動板移動手段５２を制御するところにある。
【０００９】
この請求項１並びに請求項２に記載されたシリコン単結晶の引上げ装置及び請求項８に記載されたシリコン単結晶の引上げ方法では、複数の移動板５１をそれぞれ移動調整して筒体５１と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を変化させながら、インゴット２５を引上げると、インゴット２５の外周面下端に形成されるシリコン融液１２のメニスカス１２ｃ近傍を流れる不活性ガスによりシリコン融液１２に所定の対流１２ａ，１２ｂが発生する。これらの対流１２ａ，１２ｂにより固液界面２６形状が上側に凸状となるように移動板５１を移動調整すると、固液界面の中心がシリコン融液１２表面の延長面上より上方に位置するため、固液界面２６の中心における鉛直方向の温度勾配が大きくなり、固液界面の中心における鉛直方向の温度勾配と、固液界面の周縁における鉛直方向の温度勾配との差が小さくなる。従って、固液界面２６形状が上側に凸状となるように移動板５１を移動調整することにより、略全長にわたって無欠陥で高品質のシリコン単結晶のインゴット２５を比較的容易に製造できる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、図８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から引上げられるインゴット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する筒部３７と筒部３７の下部に筒内の方向に膨出して設けられた膨出部４１とを有する熱遮蔽部材３６と、チャンバ１１の上部からチャンバ１１の内部に不活性ガスを供給して膨出部４１とインゴット２５の間に不活性ガスを流下させる不活性ガス給排手段２８とを備えたシリコン単結晶の引上げ装置の改良である。
その特徴ある構成は、膨出部４１の内面に複数の支軸７１がインゴット２５に向かって放射状に突出され、インゴット２５の外周面を包囲して膨出部４１とインゴット２５の間の不活性ガス流下空間を２分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するように支軸７１の数に相当する複数の縦板７２が筒部３７と同心状に複数の支軸７１の先端に枢支され、複数の縦板７２をそれぞれ傾動可能に構成された縦板傾動手段７３を備えたところにある。
ここで、縦板傾動手段７３は、駆動モータ７５と、その駆動モータ７５と縦板７２を連結する連結ワイヤ７４とを有することが好ましい。
【００１１】
請求項９に係る発明は、図９に示すように、シリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３を所定の回転速度で回転させ、シリコン融液１２から引上げられるシリコン単結晶のインゴット２５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する筒部３７と筒部３７の下部に筒内の方向に膨出して設けられた膨出部４１とを有する熱遮蔽部材３６を設け、チャンバ１１の上部からチャンバ１１の内部に不活性ガスを供給して膨出部４１とインゴット２５の間に不活性ガスを流下させつつ、インゴット２５内が格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体の存在しないパーフェクト領域となる引上げ速度でインゴット２５を引上げるシリコン単結晶の引上げ方法の改良である。
その特徴ある点は、膨出部４１の内面に複数の支軸７１をインゴット２５に向かって放射状に突出させ、インゴット２５の外周面を包囲して膨出部４１とインゴット２５の間の不活性ガス流下空間を２分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するように支軸７１の数に相当する複数の縦板７２を複数の支軸７１の先端に枢支し、複数の縦板７２をそれぞれ傾動可能に構成された縦板傾動手段７３を設け、縦板傾動手段７３により複数の縦板７２をそれぞれ傾動調整して複数の縦板７２とインゴット２５の間に流入する不活性ガスの流量を増大させ、複数の縦板７２とインゴット２５の間から流出する不活性ガスの流速によりシリコン融液１２に対流１２ａ，１２ｂを起こさせてシリコン融液１２とインゴット２５との固液界面２６が上凸状になるように縦板傾動手段７３を制御するところにある。
【００１２】
この請求項３並びに請求項４に記載されたシリコン単結晶の引上げ装置及び請求項９に記載されたシリコン単結晶の引上げ方法では、複数の縦板７２をそれぞれ傾動調整しながら、インゴット２５を引上げると、インゴット２５の外周面下端に形成されるシリコン融液１２のメニスカス１２ｃ近傍を流れる不活性ガスによりシリコン融液１２に所定の対流１２ａ，１２ｂが発生する。これらの対流１２ａ，１２ｂにより固液界面２６形状が上側に凸状となるように縦板７１を傾動させると、固液界面の中心がシリコン融液１２表面の延長面上より上方に位置するため、固液界面２６の中心における鉛直方向の温度勾配が大きくなり、固液界面の中心における鉛直方向の温度勾配と、固液界面の周縁における鉛直方向の温度勾配との差が小さくなる。従って、固液界面２６形状が上側に凸状となるように縦板７２を傾動調整することにより、略全長にわたって無欠陥で高品質のシリコン単結晶のインゴット２５を比較的容易に製造できる。
【００１３】
請求項５に係る発明は、図１２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から引上げられるインゴット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する筒部３７と筒部３７の下部に筒内の方向に膨出して設けられた膨出部４１とを有する熱遮蔽部材３６と、チャンバ１１の上部からチャンバ１１の内部に不活性ガスを供給して膨出部４１とインゴット２５の間に不活性ガスを流下させる不活性ガス給排手段２８とを備えたシリコン単結晶の引上げ装置の改良である。
その特徴ある構成は、インゴット２５の外周面から所定の間隔をあけて内周面が離間するドーナツ状の固定部材９１が膨出部４１の内面に挿着され、インゴット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するように複数の揺動板９２が筒部３７と同心状に固定部材９１の内周縁に枢支され、複数の揺動板９２をそれぞれ揺動可能に構成された揺動手段９３を備えたところにある。
ここで、ドーナツ状の固定部材９１は、揺動板９２の数に相当する複数の扇状板９１ａにより構成されることが好ましく、揺動手段９３は、駆動モータと、その駆動モータと揺動板９２を連結する連結ワイヤ９４とを有することが好ましい。
【００１４】
請求項１０に係る発明は、シリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３を所定の回転速度で回転させ、シリコン融液１２から引上げられるシリコン単結晶のインゴット２５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する筒部３７と筒部３７の下部に筒内の方向に膨出して設けられた膨出部４１とを有する熱遮蔽部材３６を設け、チャンバ１１の上部からチャンバ１１の内部に不活性ガスを供給して膨出部４１とインゴット２５の間に不活性ガスを流下させつつ、インゴット２５内が格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体の存在しないパーフェクト領域となる引上げ速度でインゴット２５を引上げるシリコン単結晶の引上げ方法の改良である。
その特徴ある点は、インゴット２５の外周面から所定の間隔をあけて内周面が離間するドーナツ状の固定部材９１を膨出部４１の内面に挿着させ、インゴット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するように複数の揺動板９２を筒部３７と同心状に固定部材９１の内周縁に枢支させ、複数の揺動板９２をそれぞれ揺動可能に構成された揺動手段９３を設け、揺動手段９３により複数の揺動板９２をそれぞれ揺動調整して複数の揺動板９２とインゴット２５の間に流入する不活性ガスの流量を増大させ、複数の揺動板９２とインゴット２５の間から流出する不活性ガスの流速によりシリコン融液１２に対流１２ａ，１２ｂを起こさせてシリコン融液１２とインゴット２５との固液界面２６が上凸状になるように揺動手段９３を制御するところにある。
【００１５】
この請求項５〜請求項７に記載されたシリコン単結晶の引上げ装置及び請求項１０に記載されたシリコン単結晶の引上げ方法では、複数の揺動板９２をそれぞれ揺動調整しながら、インゴット２５を引上げると、インゴット２５の外周面下端に形成されるシリコン融液１２のメニスカス１２ｃ近傍を流れる不活性ガスによりシリコン融液１２に所定の対流１２ａ，１２ｂが発生する。これらの対流１２ａ，１２ｂにより固液界面２６形状が上側に凸状となるように揺動板９１を揺動させると、固液界面の中心がシリコン融液１２表面の延長面上より上方に位置するため、固液界面２６の中心における鉛直方向の温度勾配が大きくなり、固液界面の中心における鉛直方向の温度勾配と、固液界面の周縁における鉛直方向の温度勾配との差が小さくなる。従って、固液界面２６形状が上側に凸状となるように揺動板９２を揺動調整することにより、略全長にわたって無欠陥で高品質のシリコン単結晶のインゴット２５を比較的容易に製造できる。
【００１６】
【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に本発明のシリコン単結晶の引上げ装置１０を示す。この引上げ装置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の外周面は黒鉛サセプタ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。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・融解してシリコン融液１２にする。
【００１７】
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のインゴット２５を引上げるための種結晶２４が取付けられる。
更にチャンバ１１にはこのチャンバ１１のインゴット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２８が接続される。ガス給排手段２８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２９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３０とを有する。供給パイプ２９及び排出パイプ３０にはこれらのパイプ２９，３０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３１，３２がそれぞれ設けられる。
【００１８】
一方、引上げ用モータの出力軸（図示せず）にはエンコーダ（図示せず）が設けられ、るつぼ駆動手段１７には支軸１６の昇降位置を検出するエンコーダ（図示せず）が設けられる。２つの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、即ちインゴット２５の引上げ長さが第１マップとして記憶される。また、メモリには、インゴット２５の引上げ長さ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、引上げ用モータにおけるエンコーダ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。
【００１９】
インゴット２５の外周面と石英るつぼ１３の内周面との間にはインゴット２５の外周面を包囲する熱遮蔽部材３６が設けられる。この熱遮蔽部材３６は円筒状に形成されヒータ１８からの輻射熱を遮る筒部３７と、この筒部３７の上縁に連設され外方に略水平方向に張り出すフランジ部３８とを有する。上記フランジ部３８を保温筒１９上に載置することにより、筒部３７の下縁がシリコン融液１２表面から所定の距離だけ上方に位置するように熱遮蔽部材３６はチャンバ１１内に固定される。この実施の形態における筒部３７は同一直径の筒状体であり、この筒部３７の下部には筒内の方向に膨出しかつ内部に断熱部材４７を有する膨出部４１が設けられる。この筒部３７及び膨出部４１はＣ（黒鉛）により、或いは表面にＳｉＣがコーティングされた黒鉛等により作られる。
【００２０】
図２に詳しく示すように、膨出部４１には不活性ガス流下空間を２分する筒体４８が設けられる。この筒体４８は膨出部４１の内側にインゴット２５の中心に向かって突出して設けられた複数の支柱４９の先端に設けられる。この筒体４８はＣ（黒鉛）により、或いは表面にＳｉＣがコーティングされた黒鉛等により作られ、その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するように熱遮蔽部材３６における筒部３７と同心状に複数の支柱４９の先端に取付けられる。一方、膨出部４１の上部には複数の移動板５１がインゴット２５を包囲するように放射状にかつ移動可能に配置される。本実施の形態における膨出部４１の上面はインゴット２５に向かって下向きに傾斜するように形成され、図３に示すように、移動板５１は６枚使用される。６枚の移動板５１はそれぞれカーボンにより作られ、図４に示すように、下部にローラ５１ａが設けられる。膨出部４１の上面にはそのローラ５１ａが挿入可能な幅を有する凹溝４１ａが放射状に形成され、ローラ５１ａをその凹溝４１ａに挿入することにより６個の移動板５１は放射状にそれぞれ移動可能に配置される。
【００２１】
６個の移動板５１には後述する移動板移動手段５２（図１）の連結ワイヤ５３の一端がそれぞれ接続される。このワイヤ５３が引張られることにより図４の破線矢印で示すように複数の移動板５１が移動して筒体４８と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を拡大し、ワイヤ５３が繰出されることにより図の実線矢印で示すように複数の移動板５１が移動して筒体４８と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を狭めるように構成される。
【００２２】
図１に戻って、チャンバ１１の上部にはケーシング２１を挟むように一対の移動板移動手段５２が設けられる。移動板移動手段５２はチャンバ１１の上部に設けられた駆動ギヤと、チャンバ１１の上部に設けられ駆動ギヤを駆動する駆動モータ５４と、チャンバ１１の上部からチャンバ１１内に吊り下げられ駆動ギヤに歯合するラックギヤが周囲に形成された支持棒５６と、支持棒５６の下端と移動板５１を連結する連結ワイヤ５３とを有する。駆動ギヤはチャンバ１１の上部に設けられたギヤボックス５７に内蔵され、連結ワイヤ５３は筒部３７の外側に設けられた転向ローラ５８（図２）によりその方向を変化させて配索される。移動板移動手段５２は、駆動モータ５４による回転軸５４ａの回転によりギヤボックス５７に内蔵された図示しない駆動ギヤが回転し、支持棒５６を上下動させることにより連結ワイヤ５３を介して移動板５１をそれぞれ移動させて、筒体４８と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を変更可能に構成される。
【００２３】
次に、本発明のシリコン単結晶の引上げ方法を説明する。この方法は、上述した装置１０、即ち膨出部４１とインゴット２５の間の不活性ガス流下空間を２分する筒体４８が筒部３７と同心状に膨出部４１に支柱４９を介して取付けられ、複数の移動板５１がインゴット２５を包囲するように膨出部４１の上部に放射状にかつ移動可能に配置され、複数の移動板５１をそれぞれ移動して筒体４８と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を変更可能に構成された移動板移動手段５２を備えた装置１０を用いて行われる。そして、シリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３を所定の回転速度で回転させ、チャンバ１１の上部からチャンバ１１の内部に不活性ガスを供給して膨出部４１とインゴット２５の間に不活性ガスを流下させつつ、そのシリコン融液１２からシリコン単結晶から成るインゴット２５を引上げる方法である。このインゴット２５は、このインゴット２５内が格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体の存在しないパーフェクト領域となる引上げ速度で引上げられる。即ち、インゴット２５は、ＣＺ法によりホットゾーン炉内のシリコン融液１２からボロンコフ（Voronkov）の理論に基づいた所定の引上げ速度プロファイルで引上げられる。
【００２４】
一般的に、ＣＺ法によりシリコン融液１２からシリコン単結晶のインゴット２５を引上げると、インゴット２５内には、点欠陥（point defect）と点欠陥の凝集体（agglomerates：三次元欠陥）が発生する。点欠陥は空孔型点欠陥と格子間シリコン型点欠陥という二つの一般的な形態がある。空孔型点欠陥は一つのシリコン原子がシリコン結晶格子で正常的な位置の一つから離脱したものである。このような空孔が空孔型点欠陥になる。一方、原子がシリコン結晶の格子点以外の位置（インタースチシャルサイト）で発見されるとこれが格子間シリコン点欠陥になる。
【００２５】
点欠陥は一般的にシリコン融液１２とインゴット２５の間の接触面、即ち固液界面２６で形成される。しかし、インゴット２５を継続的に引上げることによって固液界面２６であった部分は引上げとともに冷却し始める。冷却の間、空孔型点欠陥又は格子間シリコン型点欠陥は拡散により互いに合併して、空孔型点欠陥の凝集体（vacancy agglomerates）又は格子間シリコン型点欠陥の凝集体（interstitial agglomerates）が形成される。言い換えれば、凝集体は点欠陥の合併に起因して発生する三次元構造となる。
空孔型点欠陥の凝集体は、前述したＣＯＰの他に、ＬＳＴＤ（Laser Scattering Tomograph Defects）又はＦＰＤ（Flow Pattern Defects）と呼ばれる欠陥を含み、格子間シリコン型点欠陥の凝集体は前述したＬ／Ｄと呼ばれる欠陥を含む。ＦＰＤとは、インゴット２５をスライスして作製されたシリコンウェーハを３０分間セコエッチング（Secco etching、ＨＦ：Ｋ2Ｃｒ2Ｏ7(0.15mol/l)＝２：１の混合液によるエッチング）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、ＬＳＴＤとは、シリコン単結晶内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。
【００２６】
ボロンコフの理論は、欠陥の数が少ない高純度インゴット２５を成長させるために、インゴット２５の引上げ速度をＶ（ｍｍ／分）、インゴット２５とシリコン融液１２の界面２６近傍のインゴット２５中の温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）とするときに、Ｖ／Ｇ（ｍｍ2／分・℃）を制御することである。この理論では、図５に示すように、Ｖ／Ｇを横軸にとり、空孔型点欠陥濃度と格子間シリコン型点欠陥濃度を同一の縦軸にとって、Ｖ／Ｇと点欠陥濃度との関係を図式的に表現し、空孔領域と格子間シリコン領域の境界がＶ／Ｇによって決定されることを説明している。より詳しくは、Ｖ／Ｇ比が臨界点以上では空孔型点欠陥濃度が優勢なインゴット２５が形成される反面、Ｖ／Ｇ比が臨界点以下では格子間シリコン型点欠陥濃度が優勢なインゴット２５が形成される。図５において、［Ｉ］は格子間シリコン型点欠陥が支配的であって、格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在する領域（(Ｖ／Ｇ)1以下）を示し、［Ｖ］はインゴット２５内での空孔型点欠陥が支配的であって、空孔型点欠陥の凝集体が存在する領域（(Ｖ／Ｇ)2以上）を示し、［Ｐ］は空孔型点欠陥の凝集体及び格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域（(Ｖ／Ｇ)1〜(Ｖ／Ｇ)2）を示す。領域［Ｐ］に隣接する領域［Ｖ］にはＯＳＦ核を形成する領域［ＯＳＦ］（(Ｖ／Ｇ)2〜(Ｖ／Ｇ)3）が存在する。
【００２７】
このパーフェクト領域［Ｐ］は更に領域［ＰI］と領域［ＰV］に分類される。［ＰI］はＶ／Ｇ比が上記(Ｖ／Ｇ)1から臨界点までの領域であり、［ＰV］はＶ／Ｇ比が臨界点から上記(Ｖ／Ｇ)2までの領域である。即ち、［ＰI］は領域［Ｉ］に隣接し、かつ侵入型転位を形成し得る最低の格子間シリコン型点欠陥濃度未満の格子間シリコン型点欠陥濃度を有する領域であり、［ＰV］は領域［Ｖ］に隣接し、かつＯＳＦを形成し得る最低の空孔型点欠陥濃度未満の空孔型点欠陥濃度を有する領域である。なお、上記ＯＳＦは、結晶成長時にその核となる微小欠陥が導入され、半導体デバイスを製造する際の熱酸化工程等で顕在化し、作製したデバイスのリーク電流の増加等の不良原因になる。
【００２８】
図１に戻って、シリコン融液１２からインゴット２５を引上げる際には、複数の移動板５１をそれぞれ移動調整して筒体４８と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を変化させ、筒体４８とインゴット２５の間の内空間における不活性ガスの流速によりシリコン融液１２に対流を起こさせる。即ち、図３及び図４に示すように、筒体４８と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を狭めると、筒体４８とインゴット２５の間の内空間における不活性ガスの流速が増す。この内空間を流下する不活性ガスは、インゴット２５の外周面下端に形成されるシリコン融液１２のメニスカス１２ｃに添って方向を転換してシリコン融液１２の液面に添って流れる。一方、メニスカス１２ｃにおけるシリコン融液１２は図４の一点鎖線矢印で示すようにそのメニスカス１２ｃに添って方向を転換する不活性ガスの流れによって、シリコン融液１２に生じる対流を変化させる。
【００２９】
このように複数の移動板５１をそれぞれ移動調整して筒体４８と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を変化させながら、シリコン単結晶のインゴット２５を引上げると、図２に示すように、石英るつぼ１３の底部中央から固液界面２６の中央に向って上昇した後に、固液界面２６の外周縁近傍から石英るつぼ１３の底部中央に流下する第１対流１２ａを拡大させ、石英るつぼ１３の底部外周縁から周縁に沿って上昇した後に、上記第１対流１２ａに沿って流下する第２対流１２ｂを縮小させる。上記第１対流１２ａの拡大は固液界面２６を押上げるので、固液界面２６形状は上側に凸状となる。このように固液界面２６が上凸状になるように複数の移動板５１をそれぞれ移動調整する。この結果、固液界面２６の中心がシリコン融液１２表面の延長面上より上方に位置するため、固液界面２６の中心における鉛直方向の温度勾配が大きくなり、固液界面２６の中心における鉛直方向の温度勾配と、固液界面２６の周縁における鉛直方向の温度勾配との差が小さくなる。従って、略全長にわたって無欠陥で高品質のシリコン単結晶のインゴット２５を比較的容易に製造できる。
【００３０】
なお、上述した実施の形態では、膨出部４１の上部に複数の移動板５１が配置される場合を示したが、複数の移動板５１をそれぞれ移動して筒体４８と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を変更可能である限り、図６に示すように、膨出部４１の下部に複数の移動板５１を配置しても良い。図６における移動板５１は一対の吊支部材５２ａにより移動可能に吊支され、一対の吊支部材５２ａの上端が膨出部４１の下部に取付けられる。図７に示すように、吊支部材５２ａはガイドピン５２ｂと転動ローラ５２ｃにより構成され、移動板５１の中央にはインゴット２５の半径方向に延びる長孔５１ｂが形成される。移動板５１の長孔５１ｂには膨出部４１の下面に取付けられたガイドピン５２ｂが遊挿される。またガイドピン５２ｂの下端には、移動板５１を受ける転動ローラ５２ｃが回転可能に取付けられる。これにより移動板５１はガイドピン５２ｂに案内されて転動ローラ５２ｃ上をインゴット２５の半径方向に往復動可能に構成される。図６に戻って、移動板５１の外端及び内端に連結ワイヤ５３がそれぞれ接続され、連結ワイヤ５３は筒部３７の内側及び膨出部４１に設けられた複数の転向ローラ５８によりその方向を変化させて配索される。そして、移動板移動手段５２はこの連結ワイヤ５３を介して移動板５１をそれぞれ移動させて、筒体４８と膨出部４１の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を変更可能に構成される。
【００３１】
また、上述した実施の形態では、膨出部４１の上部を傾斜させ、この傾斜した上部に複数の移動板５１が配置される場合を示したが、複数の移動板５１がそれぞれ移動可能である限り、膨出部４１の上部は水平であっても良い。また、図６では膨出部４１の下部を水平に表したが、複数の移動板５１がそれぞれ移動可能である限り、この下部を傾斜させても良い。
更に、上述した実施の形態では、駆動ギヤと、駆動ギヤを駆動する駆動モータ５４と、駆動ギヤに歯合するラックギヤが周囲に形成された支持棒５６と、支持棒５６の下端と移動板５１を連結する連結ワイヤ５３とを有する移動板移動手段５２を説明したが、移動板移動手段は、移動板を移動可能である限り、駆動ギヤ及び支持棒を設けずに駆動モータと移動板を直接ワイヤにより接続しても良く、ガス流の密閉を考慮する上に、連結ワイヤ５３及びその方向を変化させる転向ローラ５８等を熱遮蔽部材３６における筒部３７の内側に設けても良い。
【００３２】
次に本発明の第２の実施の形態を図面に基づいて説明する。図中上述した実施の形態と同一符号は同一部品を示し繰り返しての説明を省略する。
図８〜図１１に示すように、この実施の形態における引き上げ装置１０は、複数の支軸７１とその複数の支軸７１の数に相当する複数の縦板７２とを備える。図１０に示すように、この実施の形態における複数の支軸７１は１２本であり、インゴット２５に向かうような放射状に膨出部４１の内面から突出される。一方、複数の縦板７２は、インゴット２５の外周面を包囲して膨出部４１とインゴット２５の間の不活性ガス流下空間を２分するように筒部３７と同心状に複数の支軸７１の先端に枢支される。この縦板７２はＣ（黒鉛）により、或いは表面にＳｉＣがコーティングされた黒鉛等により作られ、それぞれの両端が重なり合う大きさに形成される。そして図１１に示すように、その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するように略中央部分が支軸７１の先端に枢支される。この縦板７２の上部及び下部には後述する縦板傾動手段７３（図８）の連結ワイヤ７４の一端がそれぞれ接続される。このワイヤ７４が移動することにより図１１の破線矢印で示すように複数の縦板７２がそれぞれ傾動するように構成される。
【００３３】
図８に戻って、チャンバ１１の上部にはケーシング２１を挟むように一対の縦板傾動手段７３が設けられる。縦板傾動手段７３はチャンバ１１の上部に設けられた駆動ギヤと、チャンバ１１の上部に設けられ駆動ギヤを駆動する駆動モータ７５と、チャンバ１１の上部からチャンバ１１内に吊り下げられ駆動ギヤに歯合するラックギヤが周囲に形成された一対の支持棒７７と、支持棒７７の下端と縦板７２を連結する連結ワイヤ７４とを有する。駆動ギヤはチャンバ１１の上部に設けられたギヤボックス７８に内蔵され、連結ワイヤ７４は筒部３７の外側に設けられた転向ローラ７９（図９及び図１１）によりその方向を変化させて配索される。縦板傾動手段７３は、駆動モータ７５による回転軸７５ａの回転によりギヤボックス７８に内蔵された図示しない駆動ギヤが回転し、一対の支持棒７７を互いに異なる方向に上下動させることにより連結ワイヤ７４を介して縦板７２をそれぞれ傾動可能に構成される。
【００３４】
次に、本発明の別のシリコン単結晶の引上げ方法を説明する。この方法は、上述した装置１０、即ち膨出部４１の内面に複数の支軸７１をインゴット２５に向かって放射状に突出させ、そのインゴット２５の外周面を包囲して膨出部４１とインゴット２５の間の不活性ガス流下空間を２分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するように支軸７１の数に相当する複数の縦板７２を複数の支軸７１の先端に枢支し、複数の縦板７２をそれぞれ傾動可能に構成された縦板傾動手段７３を備えた装置１０を用いて行われる。そして、シリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３を所定の回転速度で回転させ、チャンバ１１の上部からチャンバ１１の内部に不活性ガスを供給して膨出部４１とインゴット２５の間に不活性ガスを流下させつつ、そのシリコン融液１２からシリコン単結晶から成るインゴット２５を引上げる方法である。このインゴット２５は、このインゴット２５内が格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体の存在しないパーフェクト領域となる引上げ速度で引上げられる。即ち、インゴット２５は、ＣＺ法によりホットゾーン炉内のシリコン融液１２からボロンコフ（Voronkov）の理論に基づいた所定の引上げ速度プロファイルで引上げられる。
【００３５】
シリコン融液１２からインゴット２５を引上げる際には、複数の縦板７２をそれぞれ傾動調整して複数の縦板７２とインゴット２５の間を流下する不活性ガスの流速によりシリコン融液１２に対流を起こさせる。即ち、複数の縦板７２とインゴット２５の間を流下する不活性ガスは、図１１に示すように、インゴット２５の外周面下端に形成されるシリコン融液１２のメニスカス１２ｃに添って方向を転換する。一方、メニスカス１２ｃにおけるシリコン融液１２はそのメニスカス１２ｃに添って方向を転換する不活性ガスにつられて流れ、シリコン融液１２全体の対流を変化させる。
【００３６】
このように複数の縦板７２をそれぞれ傾動調整しながら、シリコン単結晶のインゴット２５を引上げると、図９に示すように石英るつぼ１３の底部中央から固液界面２６の中央に向って上昇した後に、固液界面２６の外周縁近傍から石英るつぼ１３の底部中央に流下する第１対流１２ａを拡大させ、石英るつぼ１３の底部外周縁から周縁に沿って上昇した後に、上記第１対流１２ａに沿って流下する第２対流１２ｂを縮小させる。上記第１対流１２ａの拡大は固液界面２６を押上げるので、固液界面２６形状は上側に凸状となる。このように固液界面２６が上凸状になるように複数の縦板７２をそれぞれ傾動調整する。この結果、固液界面２６の中心がシリコン融液１２表面の延長面上より上方に位置するため、固液界面２６の中心における鉛直方向の温度勾配が大きくなり、固液界面２６の中心における鉛直方向の温度勾配と、固液界面２６の周縁における鉛直方向の温度勾配との差が小さくなる。従って、略全長にわたって無欠陥で高品質のシリコン単結晶のインゴット２５を比較的容易に製造できる。
【００３７】
なお、上述した実施の形態では、駆動ギヤと、駆動ギヤを駆動する駆動モータ７５と、駆動ギヤに歯合するラックギヤが周囲に形成された支持棒７７と、支持棒７７の下端と縦板７２を連結する連結ワイヤ７４とを有する縦板傾動手段７３を説明したが、縦板傾動手段は、縦板を傾動可能である限り、駆動ギヤ及び支持棒を設けずに駆動モータと縦板を直接ワイヤにより接続しても良い。
【００３８】
次に本発明の第３の実施の形態を図面に基づいて説明する。図中上述した実施の形態と同一符号は同一部品を示し繰り返しての説明を省略する。
図１２〜図１５に示すように、この実施の形態における引き上げ装置１０は、膨出部４１の内面に挿着されたドーナツ状の固定部材９１と、その固定部材９１の内周縁に上端が枢支された複数の揺動板９２とを備える。図１３に示すように、この実施の形態におけるドーナツ状の固定部材９１は揺動板９２の数に相当する１２枚の扇状板９１ａにより構成され、この１２枚の扇状板９１ａは膨出部４１の内面に沿って互いの両端部分を隣接する扇状板９１ａの端縁に重なり合うようにして円周状に配置される。
【００３９】
一方、複数の揺動板９２は、インゴット２５の外周面を包囲するように筒部３７と同心状に固定部材の内端縁にその上端が枢支される。この固定部材９１を構成する扇状板９１ａ及び揺動板９２はＣ（黒鉛）により、或いは表面にＳｉＣがコーティングされた黒鉛等によりそれぞれ作られる。図１３及び図１４に示すように、複数の揺動板９２は、それぞれの両端が重なり合う大きさに形成され、その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するようにその上端が固定部材９１を構成する扇状板９１ａの内端にそれぞれ枢支される。この揺動板９２の下部には後述する揺動手段９３の連結ワイヤ９４の一端が連結ロッド９６を介してそれぞれ接続される。連結ロッド９６は吊支部材９６ａにより移動可能に吊支され、吊支部材９６ａの上端が膨出部４１の下部に取付けられる。
【００４０】
図１５に示すように、吊支部材９６ａは一対のガイドピン９６ｂ，９６ｂと転動ローラ９６ｃにより構成され、一対のガイドピン９６ｂ，９６ｂは連結ロッド９６を挟むようにしてその上端が膨出部４１の下部に取付けられる。転動ローラ９６ｃは一対のガイドピン９６ｂ，９６ｂの下端を連結するようにその下端に枢支される。転動ローラ９６ｃは連結ロッド９６を下方から支持し、転動ローラ９６ｃが回転することにより連結ロッド９６はインゴット２５の半径方向に往復動可能に構成される。
【００４１】
図１４に戻って、連結ロッド９６の内端及び外端に連結ワイヤ９４が接続され、連結ロッド９６の内端縁は揺動板９２の下部に枢支される。連結ワイヤ９４は筒部３７の内側及び膨出部４１に設けられた複数の転向ローラ９９によりその方向を変化させて配索される。そして、揺動手段９３はこの連結ワイヤ９４を移動させることにより連結ロッド９６をそれぞれ移動させ、連結ロッド９６の移動により複数の揺動板９２がそれぞれ揺動するように構成される。揺動手段９３は、この連結ワイヤ９４の他に、図示しないがチャンバ１１の上部に設けられた駆動ギヤと、チャンバ１１の上部に設けられ駆動ギヤを駆動する駆動モータと、チャンバ１１の上部からチャンバ１１内に吊り下げられ駆動ギヤに歯合するラックギヤが周囲に形成された一対の支持棒９７とを有する。駆動ギヤはチャンバ１１の上部に設けられたギヤボックスに内蔵され、連結ワイヤ９４は筒部３７の外側に設けられた転向ローラ９９（図１２及び図１４）によりその方向を変化させて配索される。揺動手段９３は、図示しない駆動モータによる回転軸の回転によりギヤボックスに内蔵された図示しない駆動ギヤが回転し、一対の支持棒９７を互いに異なる方向に上下動させることにより連結ワイヤ９４及び連結ロッド９６を介して揺動板９２をそれぞれ揺動可能に構成される。
【００４２】
次に、本発明の別のシリコン単結晶の引上げ方法を説明する。この方法は、上述した装置、即ち、インゴット２５の外周面から所定の間隔をあけて内周面が離間するドーナツ状の固定部材９１を膨出部４１の内面に挿着させ、インゴット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するように複数の揺動板９２を筒部３７と同心状に固定部材９１の内周縁に枢支させ、複数の揺動板９２をそれぞれ揺動可能に構成された揺動手段９３を設けた装置を用いて行われる。そして、シリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３を所定の回転速度で回転させ、チャンバ１１の上部からチャンバ１１の内部に不活性ガスを供給して膨出部４１とインゴット２５の間に不活性ガスを流下させつつ、そのシリコン融液１２からシリコン単結晶から成るインゴット２５を引上げる方法である。このインゴット２５は、このインゴット２５内が格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体の存在しないパーフェクト領域となる引上げ速度で引上げられる。即ち、インゴット２５は、ＣＺ法によりホットゾーン炉内のシリコン融液１２からボロンコフ（Voronkov）の理論に基づいた所定の引上げ速度プロファイルで引上げられる。
【００４３】
シリコン融液１２からインゴット２５を引上げる際には、複数の揺動板９２をそれぞれ揺動調整して複数の揺動板９２とインゴット２５の間を流下する不活性ガスの流速によりシリコン融液１２に対流を起こさせる。即ち、複数の揺動板９２とインゴット２５の間を流下する不活性ガスは、図１２に示すように、インゴット２５の外周面下端に形成されるシリコン融液１２のメニスカス１２ｃに添って方向を転換する。一方、メニスカス１２ｃにおけるシリコン融液１２はそのメニスカス１２ｃに添って方向を転換する不活性ガスにつられて流れ、シリコン融液１２全体の対流を変化させる。
【００４４】
このように複数の揺動板９２をそれぞれ揺動調整しながら、シリコン単結晶のインゴット２５を引上げると、石英るつぼ１３の底部中央から固液界面２６の中央に向って上昇した後に、固液界面２６の外周縁近傍から石英るつぼ１３の底部中央に流下する第１対流１２ａを拡大させ、石英るつぼ１３の底部外周縁から周縁に沿って上昇した後に、上記第１対流１２ａに沿って流下する第２対流１２ｂを縮小させる。上記第１対流１２ａの拡大は固液界面２６を押上げるので、固液界面２６形状は上側に凸状となる。このように固液界面２６が上凸状になるように複数の揺動板９２をそれぞれ揺動調整する。この結果、固液界面２６の中心がシリコン融液１２表面の延長面上より上方に位置するため、固液界面２６の中心における鉛直方向の温度勾配が大きくなり、固液界面２６の中心における鉛直方向の温度勾配と、固液界面２６の周縁における鉛直方向の温度勾配との差が小さくなる。従って、略全長にわたって無欠陥で高品質のシリコン単結晶のインゴット２５を比較的容易に製造できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、膨出部とインゴットの間の不活性ガス流下空間を２分する筒体を筒部と同心状に支柱を介して膨出部に取付け、インゴットを包囲するように複数の移動板を膨出部の上部又は下部に放射状にかつ移動可能に配置し、複数の移動板をそれぞれ移動調整して筒体と膨出部の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を変化させ、シリコン融液に対流を起こさせてシリコン融液とインゴットとの固液界面が上凸状になるように調整するので、固液界面の中心がシリコン融液１２表面の延長面上より上方に位置するため、固液界面の中心における鉛直方向の温度勾配が大きくなり、固液界面の中心における鉛直方向の温度勾配と、固液界面の周縁における鉛直方向の温度勾配との差が小さくなる。これにより、略全長にわたって無欠陥で高品質のシリコン単結晶のインゴットを比較的容易に製造することが可能になる。
【００４６】
なお、膨出部の内面に複数の支軸をインゴットに向かって放射状に突出させ、インゴットの外周面を包囲して膨出部とインゴットの間の不活性ガス流下空間を２分しかつ下端がシリコン融液表面から間隔をあけて上方に位置するように支軸の数に相当する複数の縦板を複数の支軸の先端に枢支し、複数の縦板をそれぞれ傾動調整してシリコン融液に対流を起こさせ、シリコン融液とインゴットとの固液界面が上凸状になるようにしても同様の効果を得ることができる。
更に、インゴットの外周面から所定の間隔をあけて内周面が離間するドーナツ状の固定部材を膨出部の内面に挿着させ、インゴットの外周面を包囲しかつ下端がシリコン融液表面から間隔をあけて上方に位置するように複数の揺動板を筒部と同心状に固定部材の内周縁に枢支させ、複数の揺動板をそれぞれ揺動調整してシリコン融液に対流を起こさせ、シリコン融液とインゴットとの固液界面が上凸状になるようにしても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における引上げ装置を示す断面構成図。
【図２】その装置によりインゴットが引上げているシリコン融液の対流を示す断面構成図。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図。
【図４】図２のＢ部拡大断面図。
【図５】ボロンコフの理論に基づいた、Ｖ／Ｇ比が臨界点以上では空孔型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成され、Ｖ／Ｇ比が臨界点以下では格子間シリコン型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成されることを示す図。
【図６】移動板が膨出部の下部に設けられた別の引上げ装置を示す図４に対応する断面構成図。
【図７】図６のＥ−Ｅ線断面図。
【図８】本発明の第２実施形態における引上げ装置を示す断面構成図。
【図９】その装置によりインゴットが引上げているシリコン融液の対流を示す断面構成図。
【図１０】その縦板の配置状態を示す図９のＤ−Ｄ線断面図。
【図１１】図９のＣ部拡大断面図。
【図１２】本発明の第３実施形態における引上げ装置によりインゴットが引上げているシリコン融液の対流を示す断面構成図。
【図１３】その固定部材を構成する扇状板及び揺動板の配置状態を示す図１２のＦ−Ｆ線断面図。
【図１４】図１２のＧ部拡大断面図。
【図１５】図１４のＨ−Ｈ線断面図。
【符号の説明】
１０ 引上げ装置
１１ チャンバ
１２ シリコン融液
１２ａ，１２ｂ 対流
１２ｃ メニスカス
１３ 石英るつぼ
１８ ヒータ
２５ インゴット
２６ 固液界面
３６ 熱遮蔽部材
２８ 不活性ガス給排手段
３７ 筒部
４１ 膨出部
４８ 筒体
４９ 支柱
５１ 移動板
５２ 移動板移動手段
５３ 連結ワイヤ
５４ 駆動モータ
５６ 支持棒
７１ 支軸
７２ 縦板
７３ 縦板傾動手段
７４ 連結ワイヤ
７５ 駆動モータ
７７ 支持棒
９１ 固定部材
９１ａ 扇状板
９２ 揺動板
９３ 揺動手段
９４ 連結ワイヤ
９７ 支持棒
Claims (10)
- 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)から引上げられるインゴット(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する筒部(37)と前記筒部(37)の下部に筒内の方向に膨出して設けられた膨出部(41)とを有する熱遮蔽部材(36)と、前記チャンバ(11)の上部から前記チャンバ(11)の内部に不活性ガスを供給して前記膨出部(41)と前記インゴット(25)の間に不活性ガスを流下させる不活性ガス給排手段(28)とを備えたシリコン単結晶の引上げ装置において、
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膨出部(41)と前記インゴットの間の不活性ガス流下空間を２分する筒体(48)が前記筒部(37)と同心状に前記膨出部(41)に支柱(49)を介して取付けられ、
複数の移動板(51)が前記インゴット(25)を包囲するように前記膨出部(41)の上部又は下部に放射状にかつ移動可能に配置され、
前記複数の移動板(51)をそれぞれ移動して前記筒体(48)と前記膨出部(41)の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を変更可能に構成された移動板移動手段(52)を備えた
ことを特徴とするシリコン単結晶の引上げ装置。 - 移動板移動手段(52)が、駆動モータ(54)と、前記駆動モータ(54)と移動板(51)を連結する連結ワイヤ(53)とを有する請求項１記載の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)から引上げられるインゴット(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する筒部(37)と前記筒部(37)の下部に筒内の方向に膨出して設けられた膨出部(41)とを有する熱遮蔽部材(36)と、前記チャンバ(11)の上部から前記チャンバ(11)の内部に不活性ガスを供給して前記膨出部(41)と前記インゴット(25)の間に不活性ガスを流下させる不活性ガス給排手段(28)とを備えたシリコン単結晶の引上げ装置において、
前記膨出部(41)の内面に複数の支軸(71)が前記インゴット(25)に向かって放射状に突出され、
前記インゴット(25)の外周面を包囲して前記膨出部(41)と前記インゴット(25)の間の不活性ガス流下空間を２分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するように前記支軸(71)の数に相当する複数の縦板(72)が前記筒部(37)と同心状に前記複数の支軸(71)の先端に枢支され、
前記複数の縦板(72)をそれぞれ傾動可能に構成された縦板傾動手段(73)を備えた
ことを特徴とするシリコン単結晶の引上げ装置。 - 縦板傾動手段(73)が、駆動モータ(75)と、前記駆動モータ(75)と縦板(72)を連結する連結ワイヤ(74)とを有する請求項３記載の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)から引上げられるインゴット(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する筒部(37)と前記筒部(37)の下部に筒内の方向に膨出して設けられた膨出部(41)とを有する熱遮蔽部材(36)と、前記チャンバ(11)の上部から前記チャンバ(11)の内部に不活性ガスを供給して前記膨出部(41)と前記インゴット(25)の間に不活性ガスを流下させる不活性ガス給排手段(28)とを備えたシリコン単結晶の引上げ装置において、
前記インゴット(25)の外周面から所定の間隔をあけて内周面が離間するドーナツ状の固定部材(91)が前記膨出部(41)の内面に挿着され、
前記インゴット(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するように複数の揺動板(92)が前記筒部(37)と同心状に前記固定部材(91)の内周縁に枢支され、
前記複数の揺動板(92)をそれぞれ揺動可能に構成された揺動手段(93)を備えた
ことを特徴とするシリコン単結晶の引上げ装置。 - ドーナツ状の固定部材(91)が、揺動板(92)の数に相当する複数の扇状板(91a)により構成された請求項５記載のシリコン単結晶の引上げ装置。
- 揺動手段(93)が、駆動モータと、前記駆動モータと揺動板(92)を連結する連結ワイヤ(94)とを有する請求項５又は６記載のシリコン単結晶の引上げ装置。
- シリコン融液(12)を貯留する石英るつぼ(13)を所定の回転速度で回転させ、前記シリコン融液(12)から引上げられるシリコン単結晶のインゴット(25)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する筒部(37)と前記筒部(37)の下部に筒内の方向に膨出して設けられた膨出部(41)とを有する熱遮蔽部材(36)を設け、前記チャンバ(11)の上部から前記チャンバ(11)の内部に不活性ガスを供給して前記膨出部(41)と前記インゴット(25)の間に不活性ガスを流下させつつ、前記インゴット(25)内が格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体の存在しないパーフェクト領域となる引上げ速度で前記インゴット(25)を引上げるシリコン単結晶の引上げ方法において、前記膨出部(41)と前記インゴット(25)の間の不活性ガス流下空間を２分する筒体(48)を前記筒部(37)と同心状に支柱(49)を介して前記膨出部(41)に取付け、
前記インゴット(25)を包囲するように複数の移動板(51)を前記膨出部(41)の上部又は下部に放射状にかつ移動可能に配置し、
前記複数の移動板(51)をそれぞれ移動調整して前記筒体(51)と前記膨出部(41)の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を変更可能に構成された移動板移動手段(52)を設け、
前記移動板移動手段(52)により前記複数の移動板(51)をそれぞれ移動調整して前記筒体(51)と前記膨出部(41)の間の外空間における不活性ガスの流通断面積を狭め、
前記筒体(48)と前記インゴット(25)の間の内空間における不活性ガスの流速により前記シリコン融液(12)に対流(12a,12b)を起こさせて前記シリコン融液(12)と前記インゴット(25)との固液界面(26)が上凸状になるように前記移動板移動手段(52)を制御する
ことを特徴とするシリコン単結晶の引上げ方法。 - シリコン融液(12)を貯留する石英るつぼ(13)を所定の回転速度で回転させ、前記シリコン融液(12)から引上げられるシリコン単結晶のインゴット(25)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する筒部(37)と前記筒部(37)の下部に筒内の方向に膨出して設けられた膨出部(41)とを有する熱遮蔽部材(36)を設け、前記チャンバ(11)の上部から前記チャンバ(11)の内部に不活性ガスを供給して前記膨出部(41)と前記インゴット(25)の間に不活性ガスを流下させつつ、前記インゴット(25)内が格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体の存在しないパーフェクト領域となる引上げ速度で前記インゴット(25)を引上げるシリコン単結晶の引上げ方法において、前記膨出部(41)の内面に複数の支軸(71)を前記インゴット(25)に向かって放射状に突出させ、
前記インゴット(25)の外周面を包囲して前記膨出部(41)と前記インゴット(25)の間の不活性ガス流下空間を２分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するように前記支軸(71)の数に相当する複数の縦板(72)を前記複数の支軸(71)の先端に枢支し、
前記複数の縦板(72)をそれぞれ傾動可能に構成された縦板傾動手段(73)を設け、
前記縦板傾動手段(73)により前記複数の縦板(72)をそれぞれ傾動調整して前記複数の縦板(72)と前記インゴット(25)の間に流入する不活性ガスの流量を増大させ、
前記複数の縦板(72)と前記インゴット(25)の間から流出する不活性ガスの流速により前記シリコン融液(12)に対流(12a,12b)を起こさせて前記シリコン融液(12)と前記インゴット(25)との固液界面(26)が上凸状になるように前記縦板傾動手段(73)を制御する
ことを特徴とするシリコン単結晶の引上げ方法。 - シリコン融液(12)を貯留する石英るつぼ(13)を所定の回転速度で回転させ、前記シリコン融液(12)から引上げられるシリコン単結晶のインゴット(25)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する筒部(37)と前記筒部(37)の下部に筒内の方向に膨出して設けられた膨出部(41)とを有する熱遮蔽部材(36)を設け、前記チャンバ(11)の上部から前記チャンバ(11)の内部に不活性ガスを供給して前記膨出部(41)と前記インゴット(25)の間に不活性ガスを流下させつつ、前記インゴット(25)内が格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体の存在しないパーフェクト領域となる引上げ速度で前記インゴット(25)を引上げるシリコン単結晶の引上げ方法において、
前記インゴット(25)の外周面から所定の間隔をあけて内周面が離間するドーナツ状の固定部材(91)を前記膨出部(41)の内面に挿着させ、
前記インゴット(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するように複数の揺動板(92)を前記筒部(37)と同心状に前記固定部材(91)の内周縁に枢支させ、
前記複数の揺動板(92)をそれぞれ揺動可能に構成された揺動手段(93)を設け、前記揺動手段(93)により前記複数の揺動板(92)をそれぞれ揺動調整して前記複数の揺動板(92)と前記インゴット(25)の間に流入する不活性ガスの流量を増大させ、
前記複数の揺動板(92)と前記インゴット(25)の間から流出する不活性ガスの流速により前記シリコン融液(12)に対流(12a,12b)を起こさせて前記シリコン融液(12)と前記インゴット(25)との固液界面(26)が上凸状になるように前記揺動手段(93)を制御する
ことを特徴とするシリコン単結晶の引上げ方法。
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