JP4207498B2 - 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米国特許番号６，０４５，６１０号に対応する特開平１１−１３９３号公報に開示されている。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】
【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。
【０００６】
【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、膨出部４１とインゴット２５の間を流下する不活性ガスのうちインゴット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に沿って流下する不活性ガスを吸引してチャンバ１１外に排出するガス排出手段４２を備え、ガス排出手段４２は不活性ガスを吸引することによりメニスカス１２ｃに沿って流れる不活性ガスの流速を速めてシリコン融液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構成されたところにある。
【０００７】
ここで、ガス排出手段４２は、メニスカス１２ｃに臨みかつインゴット２５を包囲するように扁平に形成されたガス吸引口４３ａが先端に設けられた複数のガス吸引ノズル４３と、筒部３７の内周面又は外周面に添って設けられガス吸引ノズル４３の基端に下端が接続された複数の鉛直管４４と、チャンバ１１外に設けられ鉛直管４４の上端が接続された吸引装置とを有することが好ましい。
【０００８】
請求項３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、膨出部４１とインゴット２５の間を流下する不活性ガスのうちインゴット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に沿って流下する不活性ガスを吸引してチャンバ１１外に排出するガス排出手段４２を設け、不活性ガスを吸引することによりメニスカス１２ｃに沿って流れる不活性ガスの流速を速めてシリコン融液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ガス排出手段４２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３に記載されたシリコン単結晶の引上げ方法では、ガス排出手段４２によりメニスカス１２ｃに沿って流下する不活性ガスを吸引してメニスカス１２ｃ近傍を流れる不活性ガスの流速を速めながら、インゴット２５を引上げると、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に生じる図２に示す対流１２ａが増大し、図２に示す対流１２ｂが減少する。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ガス排出手段４２を制御する。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ガス排出手段４２を制御することにより、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】
【発明の実施の形態】
次に本発明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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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３９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。
【００１４】
この実施の形態の特徴ある構成は、膨出部４１とインゴット２５の間を流下する不活性ガスのうちインゴット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に沿って流下する不活性ガスを吸引してチャンバ１１外に排出するガス排出手段４２を備えたところにある。図２に示すように、ガス排出手段４２は、先端がメニスカス１２ｃに臨む複数のガス吸引ノズル４３と、筒部３７の外周面に添って上下方向に設けられガス吸引ノズル４３の基端に下端が接続された複数の鉛直管４４と、チャンバ１１外に設けられ鉛直管４４の上端が接続された吸引装置（図示せず）とを有する。
【００１５】
図３に詳しく示すように、この実施の形態におけるガス吸引ノズル４３は１２個使用され、それぞれのガス吸引ノズル４３の先端におけるガス吸引口４３ａは、インゴット２５の外周方向に沿うように扁平に形成される。そして、１２個のガス吸引ノズル４３の先端におけるガス吸引口４３ａによりインゴット２５を包囲するように構成され、図４に示すようにそのガス吸引口はインゴット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に臨むように斜め下方に向けて開口される。一方、ガス吸引ノズル４３の基端は円管状に形成され、鉛直管４４の下端に接続される。インゴット２５の外周面に沿って設けられた鉛直管４４の上端は図１に示すようにフランジ部３８の上面に配索され、その後チャンバの上部から外部に配索される。そしてチャンバ１１の外部に設けられた図示しない吸引装置に接続される。この吸引装置としては真空ポンプが用いられ、この真空ポンプは上述したガス給排手段２８のガス排出パイプ３０に接続された真空ポンプでもよい。なお、図１における符号４６は吸引装置が吸引する不活性ガスの量を調整するための調整バルブである。
【００１６】
ここで、ガス供給パイプ２９からチャンバ１１内に供給される不活性ガスの流量は１０〜３００リットル／分、更に３０〜１００リットル／分であることが好ましい。またガス排出パイプ３０から吸引される不活性ガスの吸引流量は１０〜８０リットル／分、更に２０〜６０リットル／分であることが好ましく、ガス吸引口４３ａから吸引される不活性ガスの吸引流量は２〜８０リットル／分、更に１０〜５０リットル／分であることが好ましい。チャンバ１１内の不活性ガスの圧力はこの不活性ガスの供給口付近で１．３３〜１３．３０ｋＰａ，更に２．６６〜１０．６４ｋＰａであることが好ましい。
【００１７】
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の間を流下する不活性ガスのうちインゴット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に沿って流下する不活性ガスを吸引してチャンバ１１外に排出するガス排出手段４２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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
図２及び図４に示すように、シリコン融液１２からインゴット２５を引上げる際には、シリコン融液１２のメニスカス１２ｃに沿って流下する不活性ガスを吸引することによりシリコン融液１２に生じる図２に示す対流１２ａを増大させ、図２に示す対流１２ｂを減少させる。そしてこの対流１２ａ，１２ｂによりシリコン融液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ガス排出手段４２を制御する。即ち、図４に示すように、メニスカス１２ｃに沿って流下する不活性ガスを吸引すると、そのメニスカス１２ｃに沿って流下する不活性ガスの流速が増す。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の流れによってシリコン融液１２全体に図２に示すような対流を生じさせる。
【００２４】
このようにガス排出手段４２を制御してメニスカス１２ｃに添って流下する不活性ガスの流速を変化させながら、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が増大し、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が減少する。上記第１対流１２ａの増大は固液界面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ガス排出手段４２を制御する。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。
【００２５】
なお、上述した実施の形態では、筒部３７の外周面に添って複数の鉛直管４４が設けられる例を示したが、図６及び図７に示すように、複数の鉛直管４４は筒部３７の内周面に添わせてもよい。図６における複数の鉛直管４４は筒部３７の内周面に添って設けられ、その下端は膨出部４１を貫通してガス吸引ノズル４３に接続される場合を示す。図７における複数の鉛直管４４は筒部３７の内周面に比較的離れた状態で添って設けられ、その下端は膨出部４１を迂回してガス吸引ノズル４３に接続される場合を示す。このように複数の鉛直管４４を筒部３７の内周面に添わせても、その下端に接続されるガス吸引ノズル４３により不活性ガスを吸引して固液界面２６が上凸状になるように対流１２ａを増大させ、対流１２ｂを減少させれば同様な効果を生じさせることができる。
【００２６】
【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を流下する不活性ガスのうちインゴットの外周面下端に形成されるシリコン融液のメニスカスに沿って流下する不活性ガスを吸引してチャンバ外に排出するガス排出手段を備えたので、そのガス排出手段により不活性ガスを吸引してメニスカス近傍を流れる不活性ガスの流速を速めながら、インゴットを引上げると、メニスカス近傍を流れる不活性ガスによりシリコン融液に所定の対流が発生する。このように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すれば、この固液界面の中心はシリコン融液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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における引上げ装置を示す断面構成図。
【図２】その装置により生じ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】ボロンコフの理論を基づいた、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】鉛直管が筒部の内周面に添って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】鉛直管が筒部の内周面に添って設けられた更に別の引上げ装置を示す図４に対応する断面構成図。
【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
２８ 不活性ガス給排手段
３６ 熱遮蔽部材
３７ 筒部
４１ 膨出部
４２ ガス排出手段
４３ ガス吸引ノズル
４３ａ ガス吸引口
４４ 鉛直管
【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米国特許番号６，０４５，６１０号に対応する特開平１１−１３９３号公報に開示されている。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】
【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。
【０００６】
【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、膨出部４１とインゴット２５の間を流下する不活性ガスのうちインゴット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に沿って流下する不活性ガスを吸引してチャンバ１１外に排出するガス排出手段４２を備え、ガス排出手段４２は不活性ガスを吸引することによりメニスカス１２ｃに沿って流れる不活性ガスの流速を速めてシリコン融液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構成されたところにある。
【０００７】
ここで、ガス排出手段４２は、メニスカス１２ｃに臨みかつインゴット２５を包囲するように扁平に形成されたガス吸引口４３ａが先端に設けられた複数のガス吸引ノズル４３と、筒部３７の内周面又は外周面に添って設けられガス吸引ノズル４３の基端に下端が接続された複数の鉛直管４４と、チャンバ１１外に設けられ鉛直管４４の上端が接続された吸引装置とを有することが好ましい。
【０００８】
請求項３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、膨出部４１とインゴット２５の間を流下する不活性ガスのうちインゴット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に沿って流下する不活性ガスを吸引してチャンバ１１外に排出するガス排出手段４２を設け、不活性ガスを吸引することによりメニスカス１２ｃに沿って流れる不活性ガスの流速を速めてシリコン融液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ガス排出手段４２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３に記載されたシリコン単結晶の引上げ方法では、ガス排出手段４２によりメニスカス１２ｃに沿って流下する不活性ガスを吸引してメニスカス１２ｃ近傍を流れる不活性ガスの流速を速めながら、インゴット２５を引上げると、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に生じる図２に示す対流１２ａが増大し、図２に示す対流１２ｂが減少する。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ガス排出手段４２を制御する。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ガス排出手段４２を制御することにより、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】
【発明の実施の形態】
次に本発明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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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３９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。
【００１４】
この実施の形態の特徴ある構成は、膨出部４１とインゴット２５の間を流下する不活性ガスのうちインゴット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に沿って流下する不活性ガスを吸引してチャンバ１１外に排出するガス排出手段４２を備えたところにある。図２に示すように、ガス排出手段４２は、先端がメニスカス１２ｃに臨む複数のガス吸引ノズル４３と、筒部３７の外周面に添って上下方向に設けられガス吸引ノズル４３の基端に下端が接続された複数の鉛直管４４と、チャンバ１１外に設けられ鉛直管４４の上端が接続された吸引装置（図示せず）とを有する。
【００１５】
図３に詳しく示すように、この実施の形態におけるガス吸引ノズル４３は１２個使用され、それぞれのガス吸引ノズル４３の先端におけるガス吸引口４３ａは、インゴット２５の外周方向に沿うように扁平に形成される。そして、１２個のガス吸引ノズル４３の先端におけるガス吸引口４３ａによりインゴット２５を包囲するように構成され、図４に示すようにそのガス吸引口はインゴット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に臨むように斜め下方に向けて開口される。一方、ガス吸引ノズル４３の基端は円管状に形成され、鉛直管４４の下端に接続される。インゴット２５の外周面に沿って設けられた鉛直管４４の上端は図１に示すようにフランジ部３８の上面に配索され、その後チャンバの上部から外部に配索される。そしてチャンバ１１の外部に設けられた図示しない吸引装置に接続される。この吸引装置としては真空ポンプが用いられ、この真空ポンプは上述したガス給排手段２８のガス排出パイプ３０に接続された真空ポンプでもよい。なお、図１における符号４６は吸引装置が吸引する不活性ガスの量を調整するための調整バルブである。
【００１６】
ここで、ガス供給パイプ２９からチャンバ１１内に供給される不活性ガスの流量は１０〜３００リットル／分、更に３０〜１００リットル／分であることが好ましい。またガス排出パイプ３０から吸引される不活性ガスの吸引流量は１０〜８０リットル／分、更に２０〜６０リットル／分であることが好ましく、ガス吸引口４３ａから吸引される不活性ガスの吸引流量は２〜８０リットル／分、更に１０〜５０リットル／分であることが好ましい。チャンバ１１内の不活性ガスの圧力はこの不活性ガスの供給口付近で１．３３〜１３．３０ｋＰａ，更に２．６６〜１０．６４ｋＰａであることが好ましい。
【００１７】
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の間を流下する不活性ガスのうちインゴット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に沿って流下する不活性ガスを吸引してチャンバ１１外に排出するガス排出手段４２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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
図２及び図４に示すように、シリコン融液１２からインゴット２５を引上げる際には、シリコン融液１２のメニスカス１２ｃに沿って流下する不活性ガスを吸引することによりシリコン融液１２に生じる図２に示す対流１２ａを増大させ、図２に示す対流１２ｂを減少させる。そしてこの対流１２ａ，１２ｂによりシリコン融液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ガス排出手段４２を制御する。即ち、図４に示すように、メニスカス１２ｃに沿って流下する不活性ガスを吸引すると、そのメニスカス１２ｃに沿って流下する不活性ガスの流速が増す。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の流れによってシリコン融液１２全体に図２に示すような対流を生じさせる。
【００２４】
このようにガス排出手段４２を制御してメニスカス１２ｃに添って流下する不活性ガスの流速を変化させながら、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が増大し、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が減少する。上記第１対流１２ａの増大は固液界面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ガス排出手段４２を制御する。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。
【００２５】
なお、上述した実施の形態では、筒部３７の外周面に添って複数の鉛直管４４が設けられる例を示したが、図６及び図７に示すように、複数の鉛直管４４は筒部３７の内周面に添わせてもよい。図６における複数の鉛直管４４は筒部３７の内周面に添って設けられ、その下端は膨出部４１を貫通してガス吸引ノズル４３に接続される場合を示す。図７における複数の鉛直管４４は筒部３７の内周面に比較的離れた状態で添って設けられ、その下端は膨出部４１を迂回してガス吸引ノズル４３に接続される場合を示す。このように複数の鉛直管４４を筒部３７の内周面に添わせても、その下端に接続されるガス吸引ノズル４３により不活性ガスを吸引して固液界面２６が上凸状になるように対流１２ａを増大させ、対流１２ｂを減少させれば同様な効果を生じさせることができる。
【００２６】
【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を流下する不活性ガスのうちインゴットの外周面下端に形成されるシリコン融液のメニスカスに沿って流下する不活性ガスを吸引してチャンバ外に排出するガス排出手段を備えたので、そのガス排出手段により不活性ガスを吸引してメニスカス近傍を流れる不活性ガスの流速を速めながら、インゴットを引上げると、メニスカス近傍を流れる不活性ガスによりシリコン融液に所定の対流が発生する。このように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すれば、この固液界面の中心はシリコン融液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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における引上げ装置を示す断面構成図。
【図２】その装置により生じ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】ボロンコフの理論を基づいた、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】鉛直管が筒部の内周面に添って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】鉛直管が筒部の内周面に添って設けられた更に別の引上げ装置を示す図４に対応する断面構成図。
【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
２８ 不活性ガス給排手段
３６ 熱遮蔽部材
３７ 筒部
４１ 膨出部
４２ ガス排出手段
４３ ガス吸引ノズル
４３ａ ガス吸引口
４４ 鉛直管
Claims (3)
- 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)と前記インゴット(25)の間を流下する不活性ガスのうち前記インゴット(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)に沿って流下する前記不活性ガスを吸引して前記チャンバ(11)外に排出するガス排出手段(42)を備え、
前記ガス排出手段(42)は前記不活性ガスを吸引することにより前記メニスカス (12c) に沿って流れる不活性ガスの流速を速め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。 - ガス排出手段(42)は、メニスカス(12c)に臨みかつインゴット(25)を包囲するように扁平に形成されたガス吸引口(43a)が先端に設けられた複数のガス吸引ノズル(43)と、筒部(37)の内周面又は外周面に添って設けられ前記ガス吸引ノズル(43)の基端に下端が接続された複数の鉛直管(44)と、チャンバ(11)外に設けられ前記鉛直管(44)の上端が接続された吸引装置とを有する請求項１記載のシリコン単結晶の引上げ装置。
- 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)の間を流下する不活性ガスのうち前記インゴット(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)に沿って流下する前記不活性ガスを吸引して前記チャンバ(11)外に排出するガス排出手段(42)を設け、
前記不活性ガスを吸引することにより前記メニスカス (12c) に沿って流れる不活性ガスの流速を速め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ガス排出手段(42)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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