JP4730937B2 - 半導体単結晶製造装置および製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体単結晶の製造装置および製造方法に関する。
半導体素子の基板には、主として高純度のシリコン単結晶が用いられている。 シリコン単結晶の製造方法の一つにチョクラルスキー法（ＣＺ法という）がある。ＣＺ法においては、一例として図８に示すように、半導体単結晶製造装置のチャンバ１内に設置した石英るつぼ５にシリコン多結晶を充填し、石英るつぼ５の周囲に設けたヒータ６によってシリコン多結晶を加熱溶融して融液４とした上、シードチャック１４に取り付けた種子結晶を融液４に浸漬し、シードチャック１４および石英るつぼ５を同方向または逆方向に回転させつつシードチャック１４を引き上げることで、シリコン単結晶９が成長する。なお、図８において、断熱筒７は断熱材で構成されている。
石英るつぼ５に充填したシリコン多結晶が溶解すると、融液４と石英るつぼ５との反応により融液面からはＳiＯガスが発生、蒸発する。このＳiＯガスが石英るつぼ５の内面や引上げ中の単結晶９の表面、チャンバ１の内壁などにアモルファスの態様で凝縮、付着し、これが融液４内に剥落すると、成長中の単結晶に付着し転位が発生して歩留まりを悪化させる。
また、ヒータ６や黒鉛るつぼ３、断熱筒７が高温に加熱されると、Ｃ、ＣＯの蒸気が発生し、これが融液４内に混入すると成長中の単結晶のＣ濃度が高くなる。このような問題を解決するため、Ａrなどの不活性ガスを用いて、蒸発物、反応生成物を炉外に排出している。
すなわち、同図８に矢印で示すように、チャンバ１の上部から導入された不活性ガスは、単結晶９に沿って流下した後、融液面から石英るつぼ５の内壁に沿って上昇し、黒鉛るつぼ３とヒータ６との隙間、あるいはヒータ６と断熱筒７との隙間を流下してチャンバ１の底部の排気口、外部の排気管を経て、蒸発物、反応生成物とともに炉外に排出される。
しかし、図８に示す構造の場合、蒸発物、反応生成物は不活性ガスとともに炉外に運ばれる途中、黒鉛るつぼ３やヒータ６、断熱筒７などに付着する。黒鉛るつぼ３では、蒸発したＳiＯを含んだ不活性ガスが接触し、ＳiＯと黒鉛が反応することによってＳiＣ化が促進される。そのため、形成されたＳiＣと黒鉛との熱膨張率の違いにより、黒鉛るつぼ３は使用回数を増すごとに変形してしまう。一方、ヒータ６についても、蒸発したＳiＯを含んだ不活性ガスが接触し、ＳiＯと黒鉛が反応することによって、高温となるヒータ６の中央部やスリット終端部が速やかに減肉する。その結果、融液４の温度分布が変化し、単結晶の品質たとえば酸素濃度に悪影響を与える。
そこで、上記不具合を解決するために、下記特許文献１では、図９に示すように、ヒータ６の外周面に近接して、内筒（ヒートシールド）１１を設けるとともに、断熱筒７の内周面を被覆する外筒（ヒートシールド）１２を設け、これら内筒１１と外筒１２との間を排気通路として不活性ガスを排気するようにしている。
この構成によれば、同図９に矢印で示すように、チャンバ１の上部から導入したＡrガスは、輻射スクリーン１０の下端と融液４との隙間を通過した後、石英るつぼ４の内面に沿って上昇し、内筒１１と外筒１２との隙間を流下して炉外に排出される。
このように、融液４から発生するＳiＯなどのガスが黒鉛るつぼ３、ヒータ６に触れないため、黒鉛るつぼ３およびヒータ６のＳiＣ化を遅らせることができるようになり、これら黒鉛るつぼ３およびヒータ６の耐用寿命が大幅に延長する。
また、下記特許文献２には、ヒータの外側に断熱材を設け、この断熱材の外側に排気管を設けた構造の単結晶製造装置が記載されている。
また、下記特許文献３には、ヒータの外側に断熱材を設け、この断熱材を貫通するように排気管を設けた構造の単結晶製造装置が記載されている。
特開平７−２２３８９４号公報
特開平９−２８９２号公報
特開２００１−１０８９３号公報
しかし、図９に示す構造のものでは、ヒータ６で発生した熱は、内筒１１で遮断され、外筒１２の温度は、著しく低くなり、たとえば１６００Ｋ程度以下となる。外筒１２の温度が低くなると、排気ガスが接触することで炉内で発生した蒸発物、反応生成物が外筒１２に、付着、凝縮しやすくなる。このため、内筒１１、外筒１２間の排気通路は、堆積によって目詰まりを起こし、排気能力に支障をきたすおそれがある。また、場合によってはプロセスの続行が不可能になるおそれがある。
また、低温の外筒１２は、ＳiＣ化し易く、ＳiＣ化により破損までの使用回数、時間が短くなり、早期交換を余儀なくされ、コストアップを招くおそれがある。
特に外筒１２は、輻射スクリーン１０を支持している構造であるため、外筒１２に、排気ガスが接触しＳiＣ化が促進されると、ＳiＣ化した部位で熱膨張率が変化する。そして使用回数、使用時間の増加とともに外筒１２の熱膨張率が変化すると、外筒１２によって支持されている輻射スクリーン１０の高さ位置が変化する。ここで、輻射スクリーン１０の下端位置と融液面との距離は、引き上げられる単結晶９の品質に大きな影響を与える。
外筒１２の熱膨張率の変化により輻射スクリーン１０の高さ位置が変化すると、上記輻射スクリーン１０の下端位置と融液面との距離が当初に設定した値からずれてしまい、単結晶９の品質に悪影響を及ぼすおそれがある。
なお、上述した特許文献２、特許文献３記載の排気管は、同様にして、ヒータ外側の断熱材よりも外側若しくはヒータ外側の断熱材の中に設けられているため、ヒータで発生した熱が断熱されることで排気管の温度が低温となり、上述した特許文献１記載の単結晶製造装置（図９）と同様に、排気通路の目詰まりや、排気管のＳiＣ化による使用回数の低下の問題が発生するおそれがある。
また、上述した特許文献１記載の内筒１１、外筒１２で構成された排気管は、ヒータ６の周囲を取り囲むように、筒状に形成されているため、大径で大型の部材であり、製造コストが高いという問題がある。
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、炉内で発生した蒸発物、反応生成物を黒鉛るつぼ、ヒータに触れさせることなく排気できるようにするとともに、排気管自体を高温に保持できるようにして、蒸発物、反応生成物の付着、凝縮を抑制して排気管の詰まりを防止し、また、排気管自体のＳiＣ化を抑制して排気管の耐久性を向上させ、また、輻射スクリーンを支持する部材の熱膨張率の変化を抑制して単結晶を高品質で引上げることができるようにすることを、第１の解決課題とするものである。
また、本発明は、第１の解決課題に加えて、排気管を、少ない材料で構成されるようにすることで、製造コストを低減することを、第２の解決課題とするものである。
第１発明は、
半導体単結晶の原料を溶解するるつぼと、このるつぼの周囲にあって、るつぼ内の原料を加熱するヒータとがチャンバ内に配置され、溶解した原料に種子結晶を浸漬して単結晶を引き上げる引上げ機構が備えられた半導体単結晶製造装置において、
前記ヒータの外側にあって、前記ヒータの周方向に沿って、複数の排気管が設けられていること
を特徴とする。
半導体単結晶の原料を溶解するるつぼと、このるつぼの周囲にあって、るつぼ内の原料を加熱するヒータとがチャンバ内に配置され、溶解した原料に種子結晶を浸漬して単結晶を引き上げる引上げ機構が備えられた半導体単結晶製造装置において、
前記ヒータの外側にあって、前記ヒータの周方向に沿って、複数の排気管が設けられていること
を特徴とする。
第２発明は、第１発明において、
前記ヒータの外側に、ヒートシールドが設けられ、
前記ヒータと前記ヒートシールドとの間に、前記ヒータの周方向に沿って、複数の排気管が設けられていること
を特徴とする。
前記ヒータの外側に、ヒートシールドが設けられ、
前記ヒータと前記ヒートシールドとの間に、前記ヒータの周方向に沿って、複数の排気管が設けられていること
を特徴とする。
第３発明は、第１発明において、
前記ヒータの外側に、断熱筒が設けられ、
前記ヒータと前記断熱筒との間に、前記ヒータの周方向に沿って、複数の排気管が設けられていること
を特徴とする。
前記ヒータの外側に、断熱筒が設けられ、
前記ヒータと前記断熱筒との間に、前記ヒータの周方向に沿って、複数の排気管が設けられていること
を特徴とする。
第４発明は、第１乃至第３発明のいずれかにおいて、
前記複数の排気管は、前記チャンバの底部に設けられた複数の排気口に連通していること
を特徴とする。
前記複数の排気管は、前記チャンバの底部に設けられた複数の排気口に連通していること
を特徴とする。
第５発明は、第２発明において、
前記複数の排気管は、前記ヒートシールドと独立した隔壁を有する排気管であること
を特徴とする。
前記複数の排気管は、前記ヒートシールドと独立した隔壁を有する排気管であること
を特徴とする。
第６発明は、第２発明において、
前記複数の排気管 は、前記ヒートシールドと共用する隔壁を有する排気管であること
を特徴とする。
前記複数の排気管 は、前記ヒートシールドと共用する隔壁を有する排気管であること
を特徴とする。
第７発明は、第１乃至６発明のいずれか記載の半導体単結晶製造装置を用いること
を特徴とする。
を特徴とする。
図１に示すように、排気管２０は、その上端の開口部がヒータ６の上端よりも上方に位置し、下端の開口部が排気口８ｂに連通しているため、Ａrガスは黒鉛るつぼ３、ヒータ６に殆ど触れることなく、排気管２０の内部のみを流れる。このため図９で説明した従来技術と同様に、黒鉛るつぼ３およびヒータ６のＳiＣ化が回避され、耐用寿命を大幅に延長させることができる。
さらに、本発明の排気管２０は、ヒータ６とヒートシールド１２との間に設けられ、熱伝導性のよい材料で構成されているため、従来技術と異なり、排気管２０は高温に保持される。このため本発明によれば、排気管２０への蒸発物、反応生成物の付着、凝縮が抑制され、排気管２０の目詰まりが防止される。また、排気管２０のＳiＣ化が抑制される。このため排気管２０を交換するまでの時間を長くでき、コストを抑えることができる。更に、ヒートシールド１２で断熱筒７を被覆しなくても、断熱筒７は蒸発したＳiＯと接触することが殆どなくなるため、ヒートシールド１２が不要となり、コストを更に抑えることが可能である。
また、本発明によれば、ヒートシールド１２に排気ガスが触れることが殆どなくなるため、ヒートシールド１２のＳiＣ化が抑制される。これによりヒートシールド１２を交換するまでの時間を長くでき、コストを抑えることができる。また、ヒートシールド１２の熱膨張率の変化を抑制できるため、ヒートシールド１２によって支持されている輻射スクリーン１０の下端位置と融液面との距離を当初、設定した値に保持でき、引き上げられる単結晶９を高品質に維持できるとともに、製品の歩留まりを向上させることができる。
また、特に、第４発明によれば、排気管２０は、比較的小面積の排気口８ｂ（排気孔２２ｂ）に連通する小断面積の筒状に形成された小径、小型の部材であるため、製造コストを低く抑えることができる。
本発明としては、図１に示される構成のものに限定されるわけでなく、ヒータ６の外側にあって、ヒータ６の周方向に沿って、複数の排気管２０を設けるのであれば、いかなる構成であってもよい（第１発明）。
たとえば図１０に示すように、ヒータ６とヒートシールド１２との間に、ヒータ６の周方向に沿って、複数の排気管２０を設けてもよい（第２発明）。
たとえば図１０に示すように、ヒータ６とヒートシールド１２との間に、ヒータ６の周方向に沿って、複数の排気管２０を設けてもよい（第２発明）。
また、複数の排気管２０は、ヒートシールド１２と独立した隔壁を有する排気管２０であってもよく（第５発明）、ヒートシールド１２と隔壁を共用する排気管２０であってもよい（第６発明）。
たとえば、図１１に示すように、ヒータ６とヒートシールド１２との間に、ヒータ６の周方向に沿って、複数の排気管２０を設け（第２発明）、これら複数の排気管２０を、ヒートシールド１２と共用する隔壁を有する排気管で構成してもよい（第６発明）。
また、図１２に示すように、ヒートシールド１２の外側に、ヒートシールド１２の周方向に沿って、複数の排気管２０を設け、これら複数の排気管２０を、ヒートシールド１２と共用する隔壁を有する排気管で構成してもよい。
また、本発明の半導体単結晶製造方法によれば、ヒートシールド１２の熱膨張率の変化を抑制できるため、輻射スクリーン１０の下端位置と融液面との距離を当初、設定した値に保持できるので、高品質な単結晶を安定して引上げ製造することができるとともに、使用部品の耐用寿命を大幅に延長することができるので単結晶の製造コストを低く抑えることができる（第７発明）。
以下、図面を参照して本発明に係る半導体単結晶製造装置の実施の形態について説明する。
図１は実施形態のシリコン単結晶製造装置の構成を断面図で示している。
図１（ａ）は側面図であり、図１（ｂ）は上面図である。図１（ａ）のＡ−Ａ
断面が図１（ｂ）の上面図に相当し、図１（ｂ）のＢ−Ｂ′断面が図１（ａ）の側面図に相当する。
断面が図１（ｂ）の上面図に相当し、図１（ｂ）のＢ−Ｂ′断面が図１（ａ）の側面図に相当する。
これら図１に示すようにチャンバ１の中心にはるつぼ軸２が設けられている。このるつぼ軸２の中心軸が、チャンバ１の中心軸に相当する。るつぼ軸２の上端は、図示しないるつぼ受けを介して黒鉛るつぼ３を支持している。
黒鉛るつぼ３の中には、石英るつぼ５が収容されている。石英るつぼ５は融液４を貯留している。
黒鉛るつぼ３の外側には、黒鉛るつぼ３の周囲を取り巻くように円筒状のヒータ６が設けられている。さらにヒータ６の外側には、ヒータ６の周囲を取り巻くように円筒状の断熱筒７が設けられている。断熱筒７は、断熱材で構成されており、チャンバ１の側面の内壁に沿って設けられている。ヒータ６、断熱筒７は、石英るつぼ５の中心（中心軸２ｃ）に対して同心円状に設けられている。
単結晶９は、石英るつぼ５の中心から引き上げられる。すなわち、シードチャック１４に取り付けられた種子結晶を融液４に浸漬し、シードチャック１４および石英るつぼ５を同方向または逆方向に回転させつつ、シードチャック１４を引き上げることで、シリコン単結晶９が成長する。
また、チャンバ１の底部には、同じく断熱材で構成された断熱底８が設けられている。断熱底８の中心位置には、るつぼ軸２が挿通される孔８ａが形成されている。
また、断熱底８の周方向に沿って、等間隔に、４箇所に排気口８ｂが形成されている。排気口８ｂは、後述する炉内のガスを排気するために設けられている。
断熱筒７の上端には、同じく断熱材で構成された円環板状の断熱部材１３が設けられている。断熱部材１３には、輻射スクリーン１０の上端が接続されている。
輻射スクリーン１０は、単結晶引上げ領域を取り巻く熱遮蔽体であり、下端開口部の直径が上端開口部の直径よりも小さい円錐状、筒状の部材である。
輻射スクリーン１０は、融液４、石英るつぼ５などから単結晶９に加えられる輻射熱を遮断して単結晶９の冷却を促進し、単結晶引上げ速度を早めるとともに、結晶欠陥の発生を防止する。また、輻射スクリーン１０は、チャンバ１の上方から導入される不活性ガス（Ａrガス）を単結晶９の周囲に誘導し、石英るつぼ５の中心部から周縁部を経てチャンバ底部の排気口８ｂに至るガス流れをすることによって、融液４から発生するＳiＯなどの単結晶化を阻害する蒸発物、反応生成物を排除する機能を有している。
断熱筒７の内周面には、断熱材で構成された円筒状のヒートシールド１２が被覆されている。このヒートシールド１２は、図９の従来技術で説明した外筒１２に相当するものである。ヒートシールド１２は、たとえばカーボン、あるいは炭素繊維強化カーボンで構成されている。なお、ヒートシールド１２は断熱筒７の内周面に密接して設けてもよく、近接して設けてもよい。
本実施形態では、さらに、ヒータ６とヒートシールド１２との間に、熱伝導性のよい材料で構成された排気管２０が設けられている。排気管２０は、チャンバ１の底部の断熱底８に形成された複数（４つ）の排気口８ｂそれぞれに連通するように、複数（４つ）、設けられている。
すなわち、排気管２０は、その上端がヒータ６よりも上方に位置し、その下端が、断熱底８の排気口８ｂに位置される筒状の部材であり、ヒータ６よりも外側にあってヒートシールド１２よりも内側に配置されている。排気管２０の断面（排気通路断面）は、たとえば矩形状に形成されている。
排気管２０は、ヒータ６から所定距離離間され、かつヒートシールド１２から所定距離離間されて設けられている。
排気管２０は、熱伝導性が比較的良く、耐熱性のある材料、たとえば黒鉛、炭素繊維強化カーボンあるいはセラミックスで構成されている。
排気管２０は、その上端部が排気管固定リング２１を介してヒートシールド１２によって支持されているとともに、その下端部が支持部材２２によって支持されている。
すなわち、ヒータ６の上方には、ヒータ６の上端を覆うように形成された円環板状の排気管固定リング２１が設けられている。排気管固定リング２１の外周は、ヒートシールド１２に固着されており、排気管固定リング２１の中央の孔には、黒鉛るつぼ３（石英るつぼ５）が位置されている。
排気管固定リング２１には、排気管２０の外形に応じた矩形状の孔２１ａが形成されている。この矩形状の孔２１ａに、排気管２０が挿通されることで、排気管２０の上端部が排気管固定リング２１を介してヒートシールド２１によって支持され、排気管２０の上端部がチャンバ１内で固定される。
断熱底８の外面には、円板状の支持部材２２が被覆されている。支持部材２２には、上述した４つの排気口８ｂそれぞれに対応する位置に４つの排気孔２２ｂが形成されている。排気孔２２ｂの周囲には、排気管２０の外形に応じた矩形状のフランジ２２ａが形成されている。この矩形状のフランジ２２ａが、排気口８ｂに挿入され、フランジ２２ａに、排気管２０の下端部が嵌合されることで、排気管２０の下端部が支持部材２２によって支持され、排気管２０の下端部がチャンバ１内で固定される。排気管２０の排気通路断面積は、排気孔２２ｂの面積と同じとなるように設定されている。
なお、本発明における排気管の断面積は、圧損を低減するために排気口断面積よりも大きいことが望ましいが、ポンプの能力、炉内圧力、ガス流量によっては排気口断面積よりも小さくてもよい。
つぎに上述した構成のシリコン単結晶製造装置のガスの流れについて説明する。
単結晶９の引上げの際には、チャンバ１の上部から不活性ガス（Ａrガス）がチャンバ１内に導入される。Ａrガスは、図１に矢印ｇ1で示すように、単結晶９の外周面に流下し、輻射スクリーン１０の下端と融液４との隙間を通過した後、石英るつぼ５の内面に沿って上昇する。そして、矢印ｇ2で示すように、排気管２０内を流下し、矢印ｇ3で示すように排気孔２２ｂ（排気口８ｂ）を経て、チャンバ１の外へ排出される。
排気管２０は、その上端の開口部がヒータ６の上端よりも上方に位置し、下端の開口部が排気口８ｂに連通しているため、Ａrガスは黒鉛るつぼ３、ヒータ６に殆ど触れることなく、排気管２０の内部のみを流れる。このため図９で説明した従来技術と同様に、黒鉛るつぼ３およびヒータ６のＳiＣ化が回避され、耐用寿命を大幅に延長させることができる。
さらに、本実施形態の排気管２０は、ヒータ６とヒートシールド１２との間に設けられ、熱伝導性のよい材料で構成されているため、従来技術と異なり、排気管２０は高温に保持され、しかもヒートシールド１２に直接、排気が回り込むことがない。すなわち、図９で説明した従来技術の場合には、ヒートシールド１２自体が排気管の外筒を構成しているため、排気管自体の温度が低温となり、外筒１２に蒸発物、反応生成物が付着、凝縮し易くなる。実験では、外筒１２のうち蒸発物、反応生成物が付着し易い場所の温度が１６００Ｋであることが確認された。さらに、外筒１２の深度１０ｍｍで１５００Ｋ以下になることが確認された。
これに対して本実施形態の排気管２０は、ヒータ６で発生した熱が直接、排気管２０の周囲に回り込み、高温に保持される。実験では、排気管２０の温度は、１８００Ｋ前後に保持されることが確認された。このため排気管２０への蒸発物、反応生成物の付着、凝縮が回避される。このため本実施形態によれば、排気管２０の目詰まりが防止される。また、排気管２０のＳiＣ化が抑制される。このため排気管２０を交換するまでの時間を長くでき、コストを抑えることができる。
また、本実施形態によれば、ヒートシールド１２に排気ガスが触れることが殆どなくなるため、ヒートシールド１２のＳiＣ化が抑制される。これによりヒートシールド１２を交換するまでの時間を長くでき、コストを抑えることができる。また、ヒートシールド１２の熱膨張率の変化を抑制できるため、ヒートシールド１２によって支持されている輻射スクリーン１０の下端位置と融液面との距離を当初、設定した値に保持でき、引き上げられる単結晶９を高品質に維持できるとともに、製品の歩留まりを向上させることができる。
また、実施形態の排気管２０は、比較的小面積の排気口８ｂ（排気孔２２ｂ）に連通する小断面積の筒状に形成された小径、小型の部材であるため、製造コストを低く抑えることができる。
上述した実施形態に対しては種々、変形した実施が可能である。
図２〜図５は、排気管２０の固定方法を例示している。
図２は、排気管２０の上端部に断面Ｌ字形状のフック部材２０ａが形成され、このフック部材２０ａがヒータ６の上端に係合されることで、ヒータ６によって排気管２０が支持され、排気管２０がチャンバ１内で固定される。
なお、図２では、排気管２０をヒータ６に、接触させているが、排気管２０をヒータ６に接触させることなく、たとえば非導電性の部材を介して排気管２０がヒータ６によって支持される構造としてもよい。
図３は、排気管２０の上端部に断面Ｌ字形状のフック部材２０ｂが形成され、このフック部材２０ｂが、ヒートシールド１２に形成された断面Ｌ字状のフック受け部材１２ａに係合されることで、ヒートシールド１２によって排気管２０が支持され、排気管２０がチャンバ１内で固定される。
なお、図３では、排気管２０の側面がヒートシールド１２の内周面から離間しているが、排気管２０の側面がヒートシールド１２の内周面に接触するように配置してもよい。
図４、図５は、ヒートシールド１２の内周面に形成された排気管固定用のガイド部材を例示している。
図４では、断面ハの字の状の両ガイド部材１２ｂ、１２ｃが、排気管２０の長手方向に沿って間欠的に設けられ、矢印Ｃに示すように、各ガイド部材１２ｂ、１２ｃの間に、排気管２０が挿通され、ガイド部材１２ｂ、１２ｃに係合されることで、排気管２０が、ヒートシールド１２によって支持され、チャンバ１内で固定される。
図５では、断面ハの字の状の両ガイド部材１２ｄ、１２ｅが、排気管２０の長手方向に沿って連続して形成され、矢印Ｄに示すように、ガイド部材１２ｄ、１２ｅの間に、排気管２０が挿通され、ガイド部材１２ｄ、１２ｅに係合されることで、排気管２０が、ヒートシールド１２によって支持され、チャンバ１内で固定される。
ところで、排気管２０の上下方向の各所では、温度が異なり、特に、排気管下部では低温となり、ＳiＣ化が早まり、交換サイクルが短くなることが予測される。一方で、排気管２０の上部は高温であり、交換サイクルを長くできる。そこで、排気管２０を、図６、図７に示すように上下２つに分割可能な構造とし、上部、下部毎に交換できるように構成してもよい。
図６は、円筒形状の排気管２０を、上部排気管２０Ｕ、下部排気管２０Ｌに２分割可能な構造としたものを斜視図で示している。同図６に示すように、下部排気管２０Ｌの上端に、嵌合凹部２０Ｌａが形成されるとともに、上部排気管２０Ｕの下端に、嵌合凹部２０Ｌａに嵌合し得る嵌合凸部２０Ｕａが形成され、下部排気管２０Ｌの嵌合凹部２０Ｌａに、上部排気管２０Ｕの嵌合凸部２０Ｕａが嵌合されることで、上部排気管２０Ｕと、下部排気管２０Ｌとが分割可能に接続、固定される。
図７は、同じく円筒形状の排気管２０を、上部排気管２０Ｕ、下部排気管２０Ｌの２分割構造としたものを縦断面図で示している。同図７に示すように、下部排気管２０Ｌの上端に、上部排気管２０Ｕの下端部を嵌合し得るフランジ２０Ｌｂが形成され、下部排気管２０Ｌのフランジ２０Ｌｂに、上部排気管２０Ｕの下端部が嵌合されることで、上部排気管２０Ｕと、下部排気管２０Ｌとが分割可能に接続、固定される。
なお、図６、図７では、２分割構造の排気管２０を例示したが、排気管２０を３以上に分割する実施も可能である。いずれの場合も、分割位置は蒸発物、反応生成物が付着、凝縮しない温度域であることが望ましい。
なお、上述した説明では、排気管２０の断面形状を矩形状（図１）、円状（図６、図７）としたものを例示したが、これら形状に限定されることなく、任意の断面形状としてもよい。
また、上述した説明では、排気管２０の排気通路断面積が、チャンバ１の底の排気孔２２ｂ（排気口８ｂ）とほぼ同じ面積である場合を例示したが、圧力損失を小さくする上では、複数の排気管２０の排気通路断面積の合計は、チャンバ１の複数の排気孔２２ｂ（排気口８ｂ）の総面積よりも大きい方が望ましい。
また、上述した説明では、排気管２０を、断熱底８の周方向に沿って複数設けた場合を例示したが、排気管２０の数は、チャンバ１の底の排気孔２２ｂ（排気口８ｂ）の数に応じて任意に設定可能である。
また、複数の排気管２０は、必ずしも、チャンバ１の底の複数の排気孔２２ｂと一対一に対応して、連通させる必要はなく、排気管２０の数よりも、排気孔２２ｂの数の方が多くてもよく、排気管２０の数よりも、排気孔２２ｂの数の方が少なくてもよい。たとえば２つの排気管２０を集合させて１つの排気孔２２ｂに連通させるよう構成してもよく、また、１つ排気管２０を分岐させて２つの排気孔２２ｂに連通させるよう構成してもよい。
また、排気管２０の周方向の長さも、任意の長さに設定可能である。また、上述した説明では、排気管２０を、断熱底８の周方向に間欠的に複数、設けた場合を想定したが、排気管２０は、断熱底８の周方向に沿って環状に（連続して）形成されたものであってもよい。
また、図１では、排気管２０は、ヒートシールド１２、ヒータ６からそれぞれ離間されて配置されているが、排気管２０を、ヒートシールド１２、ヒータ６のいずれか一方、あるいは両方に接触するように配置させてもよい。
また、図１では、排気管２０は、ヒートシールド１２、ヒータ６からそれぞれ離間されて配置されているが、排気管２０を、ヒートシールド１２、ヒータ６のいずれか一方、あるいは両方に接触するように配置させてもよい。
すなわち、本発明としては、図１に示される構成のものに限定されるわけでなく、ヒータ６の外側にあって、ヒータ６の周方向に沿って、複数の排気管２０を設けるのであれば、いかなる構成であってもよい。
以下、図１０、図１１、図１２を参照して他の実施例を説明する。図１０〜図１２は図１（ｂ）に対応する上面図である。
以下、図１０、図１１、図１２を参照して他の実施例を説明する。図１０〜図１２は図１（ｂ）に対応する上面図である。
たとえば図１０に示すように、ヒータ６とヒートシールド１２との間に、ヒータ６の周方向に沿って、複数の排気管２０を設け、これら複数の排気管２０を、ヒータ６に接触する位置に設けてもよい。
また、複数の排気管２０は、ヒートシールド１２と独立した隔壁を有する排気管２０であってもよく、ヒートシールド１２と隔壁を共用する排気管２０であってもよい。
たとえば、図１１に示すように、ヒータ６とヒートシールド１２との間に、ヒータ６の周方向に沿って、複数の排気管２０を設け、これら複数の排気管２０を、ヒートシールド１２と共用する隔壁を有する排気管で構成してもよい。
また、図１２に示すように、ヒートシールド１２の外側に、ヒートシールド１２の周方向に沿って、複数の排気管２０を設け、これら複数の排気管２０を、ヒートシールド１２と共用する隔壁を有する排気管で構成してもよい。
以上、本発明に係る半導体単結晶製造装置の実施例を説明してきたが、上記実施例の半導体単結晶製造装置を用いて半導体単結晶を製造することができる。
本発明の半導体単結晶製造方法によれば、ヒートシールド１２の熱膨張率の変化を抑制できるため、輻射スクリーン１０の下端位置と融液面との距離を当初、設定した値に保持できるので、高品質な単結晶を安定して引上げ製造することができるとともに、使用部品の耐用寿命を大幅に延長することができるので単結晶の製造コストを低く抑えることができる
本発明は、リン、砒素、アンチモンなどのドーパントを高濃度に添加した融液から０．１Ωｃｍよりも低い抵抗値を有する結晶を育成する場合においても、ドーパントの蒸発物が炉内構成部材に堆積し結晶欠陥を引き起こすため、同様に適用することができる。また、シリコン単結晶以外の、蒸発物が炉内構成部材に堆積あるいは構成部材を劣化させるような化合物系、酸化物系結晶のチョクラルスキー法による育成方法にも適用することができる。
１ チャンバ ３ 黒鉛るつぼ ５ 石英るつぼ ６ ヒータ ７ 断熱筒 １２ ヒートシールド ２０チャンバ
Claims (4)
- 半導体単結晶の原料を溶解するるつぼと、このるつぼの周囲にあって、るつぼ内の原料を加熱するヒータとがチャンバ内に配置され、溶解した原料に種子結晶を浸漬して単結晶を引上げる引上げ機構が備えられ、排気口を介してチャンバ内のガスを排気する半導体単結晶製造装置において、
前記ヒータの外側にヒートシールドが設けられ、
前記ヒータの外側にあって、前記ヒータと前記ヒートシールドとの間に、前記ヒータの周方向に沿って、複数の排気管が設けられ、
前記排気管は、その上端が前記ヒータよりも上方に位置し、下端の開口部が前記排気口に連通する筒状の部材であり、
前記ヒータの上方には、前記ヒータの上端を覆うように形成された円環板状の排気管固定リングが設けられ、
当該排気管固定リングの外周は、前記ヒートシールドに固着されており、当該排気管固定リングの中央の孔には、前記るつぼが位置され、
前記排気管固定リングには、前記排気管が挿通されることで、前記排気管の上端部が当該排気管固定リングを介して前記ヒートシールドによって支持され、前記排気管の上端部を前記チャンバ内で固定する孔が形成されていること
を特徴とする半導体単結晶製造装置。 - 前記ヒートシールドの外側に、断熱筒が設けられていることを特徴とする請求項１記載の半導体単結晶製造装置。
- 前記複数の排気管は、前記チャンバの底部に設けられた複数の排気口に連通していることを特徴とする請求項１または２記載の半導体単結晶製造装置。
- 前記請求項１乃至３いずれか記載の半導体単結晶製造装置を用いる半導体単結晶製造方法。
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