JP4776065B2

JP4776065B2 - Ｃｚ法単結晶引上げ装置

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Publication number: JP4776065B2
Application number: JP2000283469A
Authority: JP
Inventors: 利通久保田; 栄一川崎; 恒成朝長; 真一川添
Original assignee: Sumco Techxiv Corp
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 2000-09-19
Filing date: 2000-09-19
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2020-09-19
Also published as: JP2002097097A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チョクラルスキー法（ＣＺ法）により単結晶インゴットを製造するＣＺ法単結晶引上げ装置、特に、不純物をドープしたシリコン単結晶インゴットを製造するのに好適なシリコン単結晶引上げ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン単結晶インゴットの製造に用いられるＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置は、図１３に示されるように、ルツボ１６、ヒータ１８及び熱遮蔽体２３をその構成要素として含む。そして、ＣＺ法でシリコン単結晶インゴットを製造する場合は、多結晶のシリコンナゲットをルツボ１６内に充填し、ヒータ１８で加熱することによってルツボ内のシリコンナゲットを融解し、これによって形成されたシリコン融液１７からシリコン単結晶インゴット２１を引き上げる。
【０００３】
ここで、シリコンナゲットを融解すると、石英製のルツボ１６を構成するSiO₂とシリコン融液１７のSiとが化学反応を起こして、シリコン融液中にSiOを形成する。しかし、図１３に示すように、通常のＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置では、ルツボ１６の上部が開口されていることから、形成されたSiOの殆どが融液表面から蒸発する。そして、これがあまりにも甚だしい場合には、最終的に得られるシリコンウエハのゲッタリング効果を十分に確保することができないという問題がある。
【０００４】
一方、金属砒素やアンチモン等の不純物（ドーパント）をドープしたシリコン単結晶インゴットを製造する場合、これらのドーパントは沸点が低く、融液表面から蒸発し易い。また、これらのドーパントは酸素と反応して、As₂O₃、Sb₂O₃等の複合体となって蒸発する場合もあるが、いずれにしても、ドーパントの殆どが蒸発してしまったのでは、シリコン単結晶インゴット中にドーピングすべきドーパントの量が一定しなくなってしまう。
【０００５】
これに加え、一般的なＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置では、通常は減圧下で不活性ガスが流されているために、融液表面から蒸発したAs、Sb、SiO、As₂O₃、Sb₂O₃等は、不活性ガスに乗って装置内に揮散することとなり、これが装置を汚染する。これに関連して、ＣＺ炉内に熱遮蔽体２３を設けたＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置においては、この熱遮蔽体２３がシリコン融液１７に当たる不活性ガスの流速を加速させてしまうために、シリコン融液１７の液面からのドーパント等の蒸発を更に促進してしまうこととなる。
【０００６】
これを解決するために、金属砒素やアンチモンをドープしたシリコン単結晶の製造を行う際に、融液面からの蒸発量を減少させるべく、ＣＺ炉内を高圧状態にすると、ＣＺ炉の上部から導入される不活性ガスの流れを抑制してしまうこととなるため、熱遮蔽体２３のガス整流効果が実質的に無くなってしまい、不活性ガスの流速等の制御を行うことが困難となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、従来から使用されているＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置を使用した場合には、シリコン単結晶インゴット中に取り込まれる酸素の量やドーパントの量の制御が困難であり、また、融液表面から蒸発したAs、Sb、SiO、As₂O₃、Sb₂O₃等が装置内に飛散することによって装置を汚染するといったような問題がある。
【０００８】
本発明は以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＣＺ炉内に熱遮蔽体を備えるＣＺ法単結晶引上げ装置において、原料融液から蒸発し飛散する物質の量を低減させることができるようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するために、本発明においては、原料融液の所定の範囲を覆うことによって当該原料融液からの蒸発・飛散を抑制する蓋様体を、ＣＺ法単結晶引上げ装置の熱遮蔽体の下側部分に取り付けるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、原料融液からの蒸発・飛散を抑制する蓋様体として、熱遮蔽体の下端部分に係止することが可能なスカート様の部材を備えると共に当該スカート様の部材の上で気体が流通できるような構造のものを採用する。そして、スカート様の部材で原料融液の所定の範囲を覆い、当該原料融液の所定の範囲に蓋を載せるようにすることによって、当該原料融液からの蒸発を抑制する。これと同時に、スカート様の部材の上で気体が流通できるようにすることによって、原料融液液面に不活性ガスが当たるのを防止し、原料融液からの蒸発物が飛散するのを抑制するようにしている。
【００１１】
より具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
【００１２】
（１）原料融液から引上げられる単結晶インゴットの周囲を囲む熱遮蔽体を備えるＣＺ法単結晶引上げ装置に使用され、前記原料融液からの蒸発を抑制するために前記熱遮蔽体の下端付近に取り付けられる蓋様体であって、前記熱遮蔽体の下端付近に係止される係止部と、前記原料融液の表面の所定の範囲を覆う被覆部と、前記係止部とこの被覆部とを連結する連結部と、を備える蓋様体。
【００１３】
「蓋様体」はルツボ内の原料融液の蒸発を抑制するために設けられるもので、この蓋様体によってルツボが一部蓋をされる格好となる。この蓋様体は、少なくとも原料融液の一部を覆っていればよく（（５）及び（９））、基本的には、原料融液を覆う面積（原料融液を蓋する面積）に応じた蒸発抑制効果を発揮することになる。
本発明に係る「蓋様体」は、後述のように、先細り形状の熱遮蔽体にも筒状の熱遮蔽体にも取り付けることができる（（２）及び（１４））。
【００１４】
（２）前記熱遮蔽体は先細り形状の熱遮蔽体である（１）記載の蓋様体。
【００１５】
（３）前記係止部は、前記先細り形状の熱遮蔽体の最小径部よりも大きい径のリング部材もしくはその一部からなるものであることを特徴とする（２）記載の蓋様体。
【００１６】
（４）前記被覆部は、輪状の平板プレートからなるものであることを特徴とする（３）記載の蓋様体。
【００１７】
（５）前記輪状の平板プレートは、その一部が切り欠かれているものであることを特徴とする（４）記載の蓋様体。
【００１８】
（６）前記連結部は、複数本の帯状部材からなるものである（１）から（５）いずれか記載の蓋様体。
【００１９】
（７）前記連結部は、略円筒状の部材に一つ以上のガス流通用の通孔が設けられた部材である（１）から（５）いずれか記載の蓋様体。
【００２０】
既に説明したように、「蓋様体」はルツボ内の原料融液の蒸発を抑制するために設けられるもので、この蓋様体によってルツボが一部蓋をされる格好となるが、更に、蓋様体に通孔が設けられることにより、ＣＺ炉の上方から流れてきた不活性ガスは、熱遮蔽体を通った後で、この通孔から排出されることとなる。即ち、本発明に係る「蓋様体」は、原料融液の所定範囲を覆う蓋の役割をすると共に、その蓋の上を不活性ガスが通る整流部材としても機能するのである。
【００２１】
（８）原料融液から引上げられる単結晶インゴットの周囲を囲む先細り形状の熱遮蔽体を備えるＣＺ法単結晶引上げ装置であって、前記先細り形状の熱遮蔽体に係止される請求項１から７いずれか記載の蓋様体と、この蓋様体を上下方向に移動させる昇降装置と、を備えるＣＺ法単結晶引上げ装置。
【００２２】
このように、蓋様体を上下方向に昇降可能とすることで、蓋様体と熱遮蔽体の相対的位置関係により、蓋様体に形成されている通孔の開口面積を調整することができ、これによって通孔から排出される不活性ガスの量を調整することができるようになる。
【００２３】
この場合において、上方から流れてきた不活性ガスは、蓋様体に形成されている通孔と、融液液面と蓋様体との間に形成される隙間と、から排出されることとなるが、通孔から排出される不活性ガスの量が調整されることによって、融液液面と蓋様体との間の隙間から排出される不活性ガスの量も調整されることとなる。そして、これによって融液上を流れる不活性ガスの量を制御することができることとなるので、融液からの蒸発量を制御することができるようになる。
【００２４】
（９）原料融液から引上げられる単結晶インゴットの周囲を囲む先細り形状の熱遮蔽体を備えるＣＺ法単結晶引上げ装置であって、前記先細り形状の熱遮蔽体に係止される（５）記載の蓋様体を２個以上備えると共に、この蓋様体を上下方向に移動させる昇降装置と、前記蓋様体を回動させる手段と、備えるＣＺ法単結晶引上げ装置。
【００２５】
このようなＣＺ法単結晶引上げ装置においては、２個以上の蓋様体をそれぞれ個別に回動させてもよく、また、一つを固定した状態で他方を回動させるようにしてもよい。いずれにしても、このようなＣＺ法単結晶引上げ装置によれば、２個以上の蓋様体の重ね合わせ量を調整することによって、融液液面の開口度を調整することを通じて、融液からの蒸発量を調整することができる。
【００２６】
（１０）（８）または（９）記載のＣＺ法単結晶引上げ装置によって引上げられた単結晶インゴットの群及び当該単結晶インゴットから切り出された単結晶ウエハの群。
【００２７】
（１１）前記単結晶インゴットはシリコン単結晶インゴットであり、前記単結晶ウエハはシリコンウエハである、（１０）記載の単結晶インゴットの群及び当該単結晶インゴットから切り出された単結晶ウエハの群。
【００２８】
本発明に係る蓋様体を使用した場合には、酸素やドーパントの蒸発・飛散が抑制されるため、引き上げられたシリコン単結晶インゴット中には酸素やドーパントが所定の含有量で含まれることとなり、しかもその再現性が良く、インゴット中における酸素やドーパントの分布も一様である。このようなことから、本発明に係るＣＺ法単結晶引上げ装置で引き上げられたシリコン単結晶インゴットの群及び当該シリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコンウエハの群は、酸素やドーパントの含有量やその分布が定常的で均質であるという特徴を有している。
【００２９】
（１２）ＣＺ炉内に不活性ガスを流通させると共に、シリコン融液から引上げられるシリコン単結晶インゴットの周囲を囲む熱遮蔽体を備えるＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置において、原料融液からの蒸発を抑制する蓋様体であって前記熱遮蔽体の下端に係止されるガス流通性の蓋様体を当該熱遮蔽体の下端に取り付けることにより、シリコン単結晶インゴット中に取り込まれるドーパントもしくは酸素の濃度を制御する方法。
【００３０】
（１３）前記蓋様体を移動させることによりドーパントもしくは酸素の濃度の調整を行うことを特徴とする（１２）記載の方法。
【００３１】
（１４）前記熱遮蔽体は筒状の熱遮蔽体である（１）記載の蓋様体。
これは、いわゆるパージチューブを熱遮蔽体とした実施態様である。そして、この場合においては、上記の（４）〜（７）のような蓋様体を使用することができるが、パージチューブを採用した場合には上記（３）のような形態を採用することはできないため、上記の（４）〜（７）のような蓋様体をパージチューブの下端部分に係合させる係合部材を、パージチューブ下端もしくは蓋様体のいずれかまたは両方に備えている必要がある。
【００３２】
（１５）ＣＺ法単結晶引上げ装置に使用され、原料融液から引上げられる単結晶インゴットの周囲を囲む熱遮蔽体であって、前記単結晶インゴットの周囲を囲む先細り形状もしくは筒状の熱遮蔽体本体部と、当該熱遮蔽体本体部の下端部分にあって前記原料融液の表面の所定の範囲を覆う蓋様体部と、を備える熱遮蔽体。
【００３３】
これは、要するに、先細り形状の熱遮蔽体もしくは筒状の熱遮蔽体と上記の（４）〜（７）のような蓋様体とが一体となったものである。従って、熱遮蔽体本体部は、上記の（４）〜（７）のいずれの態様も採用することができる。
【００３４】
（１６）ＣＺ法単結晶引上げ装置に使用され、原料融液から引上げられる単結晶インゴットの周囲を囲む熱遮蔽体であって、前記単結晶インゴットの周囲を囲む先細り形状の熱遮蔽体本体部と、当該熱遮蔽体本体部の下端部分にあって前記原料融液の表面の所定の範囲を覆う蓋様体部と、を備え、前記熱遮蔽体本体部の一部が取り外し可能に分割されていることを特徴とする熱遮蔽体。
【００３５】
このような構成を有することにより、ＣＺ炉を組んだ後に、蓋様体部をホットゾーン内に導入することができるようになる。このような機構を採用することは、いわゆるパージチューブを熱遮蔽体として採用した場合には困難であり、先細り形状の熱遮蔽体を採用した場合に特有の機構であるととらえることもできる。
【００３６】
なお、本発明にいずれの形態においても、ＣＺ法単結晶引上げ装置は、熱遮蔽体自身を昇降させる昇降手段を備えているのが好ましい。
【００３７】
別の観点から見れば、上記の方法は、本発明に係るＣＺ法単結晶引上げ装置においては、以下のような方法を提供するものであるということになる。
【００３８】
シリコン単結晶インゴットの引上げに際して上記（６）のＣＺ法単結晶引上げ装置のＣＺ炉内の上部から導入される不活性ガスを制御する方法であって、蓋様体の円筒状部材に形成された通孔の開口面積を調整することによって、シリコン単結晶インゴット中のドーパントもしくは酸素の濃度の調整を行う方法。
【００３９】
上記（８）または（９）のＣＺ法単結晶引上げ装置によるシリコン単結晶インゴットの引上げ過程において、蓋様体を昇降させて当該蓋様体と前記熱遮蔽体（特に、前記熱遮蔽体の下端）との相対的位置を変化させることによって前記通孔の開口面積を変化させ、引上げ中のシリコン単結晶インゴット中に取り込まれるドーパントもしくは酸素の量の調整を行う方法。
【００４０】
［用語の定義等］
「蓋様体」はルツボ内のシリコン融液の蒸発を抑制するために設けられるものである。このような蓋様体の材質は、カーボン、石英、セラミック、ＳｉＣ等を使用することができるが、高温に耐え得る材質であればこれに限られるものではない。
【００４１】
「熱遮蔽体」は、原料融液液面からの輻射熱や炉内のヒーターからの放熱を遮蔽するためにＣＺ炉内に設置されるものであるが、これは炉内に流されるガスの流れを整流する働きもする。ここで、もしガスの整流が主目的であったとしても、結果として融液液面やヒーターからの熱を何らかの形で遮蔽しているものであれば、本発明に係る熱遮蔽体として機能するのに十分であるから、何らかの形で熱遮蔽を行うものである限り、本発明における「熱遮蔽体」の概念に含まれる。
【００４２】
係止部と被覆部とを連結する連結部は、係止部と被覆部とを離れないように連結することができるものであれば如何なる形態のものでもよく、板状や帯状のものに限られず、例えば線状のものであってもよい。
【００４３】
連結部は、被覆部の上から不活性ガスを通すために、円筒状の部材にガス流通用の通孔が設けられたような部材であるとか（上記（５））、複数本の帯状部材からなり、当該帯状部材同士の間に隙間が空いているというような構造（上記（４））となっているとかいうような構成であることが必要となる。しかしながら、不活性ガスが、蓋様体の被覆部の下側を通って原料融液液面と被覆部の間の隙間を通って抜けていくということを避け、蓋様体の被覆部の上側を流通するようにするという本発明の趣旨からすれば、熱遮蔽体自体に穴（通風孔）が開いている等の構成によって蓋様体の被覆部の上側を不活性ガスが流通するようになっていれば、蓋様体自体にガス流通用の通孔が設けられている必要はない（上記（１））。
【００４４】
本発明に係る蓋様体は、シリコンの特性とリンクした構成を備えているというわけではないので、シリコン単結晶の引き上げ工程に限られることなく、例えばGaAs等の化合物半導体のようなものの引き上げの際にも使用することができる。
【００４５】
「ドーパント」としては、例えば砒素やアンチモンを挙げることができ、本発明の適用対象はこれに限られるものではないが、本発明は、砒素やアンチモンのように沸点が低く、シリコン融液中から蒸発しやすいものに対して適用するのが好適である。
【００４６】
本発明に係る蓋様体を上下方向に移動させる昇降装置は、蓋様体をＣＺ炉内において自在に昇降させることができるものであれば、いかなる構成のものを採用してもよい。
【００４７】
また、上記（９）及び（１０）の方法においては、熱遮蔽体は、先細り形状のものであることが好ましいが、これに限られることなく、例えばいわゆるパージチューブのような円筒状のものであってもよい。
【００４８】
【発明の実施の形態】
［基本原理］
図１は、本発明の基本原理を説明するための図である。ここで、図１（Ａ）は、熱遮蔽体を備える従来からのＣＺ法単結晶引上げ装置のＣＺ炉内の不活性ガスの流れを図示したものであり、図１（Ｂ）は、本発明に係る蓋様体１０を備えるＣＺ法単結晶引上げ装置のＣＺ炉内の不活性ガスの流れを図示したものである。
【００４９】
図１（Ａ）と図１（Ｂ）を対比させれば明らかなように、従来からのＣＺ法単結晶引上げ装置では、ＣＺ炉の上側から流れてきた不活性ガスがシリコン融液１７に直接的にあたるのに対し、本発明に係る蓋様体１０を備えるＣＺ法単結晶引上げ装置においては、不活性ガスがシリコン融液１７に直接的にあたらずに、蓋様体１０の被覆プレート１０ａの上を通過していくことになる。
【００５０】
図２は、本発明の好適な一実施形態に係る蓋様体１０の構成を示す斜視図である。この図２に示されるように、第一の実施形態に係る蓋様体１０は、シリコン融液１７の所定の範囲を蓋をするように覆う被覆プレート（被覆部）１０ａと、先細り形状の熱遮蔽体２３の下端付近２３ａ（図１（Ｂ））に係止される係止リング（係止部）１０ｂと、この係止リング（係止部）１０ｂと被覆プレート（被覆部）１０ａとを連結する連結筒（連結部）１０ｃと、を備える。
【００５１】
ここで、被覆プレート１０ａは輪状の平板プレートからなり、連結筒１０ｃは円筒状の部材からなるものであって、連結筒１０ｃの下部には、被覆プレート１０ａとの境界部分の一部を切り欠いて、ガス流通用の通孔１２が形成されている。従って、図１（Ｂ）に示されるように、このような蓋様体１０が、先細り形状の熱遮蔽体２３の下端付近２３ａに係止されると、ＣＺ炉の上側から流れてきた不活性ガスは、円筒状の連結筒１０ｃの内側を通り、通孔１２を経由し、被覆プレート１０ａ上を通過していくことになる。そして不活性ガスは、最終的には、装置に備えられた排気機構（図示せず）によって炉内から排気されていく。
【００５２】
図３は、本発明の第二実施形態に係る蓋様体１１０の構成を示す図であり、図３（Ａ）は斜視図、図３（Ｂ）は上面図である。この図３に示されるように、第二実施形態に係る蓋様体１１０においては、係止リング１０ｂと被覆プレート１０ａとを連結する連結部が連結棒１０ｄで構成されている。この連結棒１０ｄは、十分な剛性のある細い棒体であり、連結棒１０ｄが十分な剛性を有していない場合には被覆プレート１０ａのふらつきを生じてしまうので、好ましくない。このような第二実施形態に係る蓋様体１１０では、ガス流通用の通孔１２のようなものを設ける必要がなく、構成も簡易であるが、不活性ガスの指向性が第一実施形態のものよりも劣る可能性がある。
【００５３】
更に、図３（Ａ）に示されるように、蓋様体１１０の係止リング１０ｂと被覆プレート１０ａとを連結する一対の連結棒１０ｄと、蓋様体１１０を昇降するための昇降機構３４に連結されている一対のワイヤ３４ａとは、相互のバランスを考慮して、係止リング１０ｂを介して互い違いに接続するようにしている。即ち、係止リング１０ｂを上から見た図３（Ｂ）に示されるように、相互のバランスを取るために、連結棒１０ｄの連結部分の位置とワイヤ３４ａの連結部分の位置とは互いにがずらされている。なお、被覆プレート１０ａを安定化させるために、連結棒１０ｄは３本で構成するのが好ましいが、ワイヤ３４ａ及び連結棒１０ｄの本数は２本以上であればこれに限られない。
【００５４】
図４は、本発明の第三実施形態に係る蓋様体２１０の構成を示す斜視図である。この図４に示されるように、第三実施形態に係る蓋様体２１０においては、係止リング１０ｂと被覆プレート１０ａとを連結する連結部が、複数本の帯状部材１０ｅで構成されている。そして、これらの複数本の帯状部材１０ｅの間が、それぞれガス流通用の通孔１２を形成している。このような第三実施形態に係る蓋様体２１０は、第二実施形態に係る蓋様体２１０よりもしっかりとした構造となっている。
【００５５】
図５は、本発明の第四実施形態に係る蓋様体３１０の構成を示す斜視図である。この第四実施形態は、第一実施形態と第二実施形態とを組み合わせたものであって、図５に示されるように、第四実施形態に係る蓋様体３１０においては、係止リング１０ｂと被覆プレート１０ａとを連結する連結部を、第一実施形態に係る連結筒１０ｃと第二実施形態に係る連結棒１０ｄとで構成している。連結筒１０ｃの下部には、第一実施形態と同様に、被覆プレート１０ａとの境界部分の一部を切り欠いて、ガス流通用の通孔１２が形成されている。
【００５６】
図６は、本発明の第五実施形態に係る蓋様体４１０の構成を示す斜視図である。なお、図６（Ａ）は斜視図であり、図６（Ｂ）は上面図である。この第五実施形態は、図６に示されるように、係止リング１０ｂの代わりに係止爪１０ｂ’を採用し、連結筒１０ｃのほぼ中央部にガス流通用の通孔１２’を設けたものである。
【００５７】
ここで、係止リング１０ｂというのは、熱遮蔽体２３の下端付近２３ａ（図１（Ｂ））に係止させるように、先細り形状の熱遮蔽体２３の最小径部（即ち、最下端の径）よりも大きい径のリング部材からなるが、この第五実施形態に係る蓋様体４１０の係止爪１０ｂ’は、このような係止リング１０ｂの一部からなるものであって、この実施の形態では、係止リング１０ｂを切り欠いて構成したものである。このような係止爪１０ｂ’を採用した場合でも、蓋様体を熱遮蔽体２３の下端付近２３ａ（図１（Ｂ））に係止させるようにすることができる。
【００５８】
また、連結筒１０ｃのほぼ中央部に設けられた通孔１２’についても、蓋様体４１０が熱遮蔽体２３の下端付近２３ａに係止された状態で、当該通孔１２’が熱遮蔽体２３の下端から出ているようにすればよい。
【００５９】
図７は、本発明の第六実施形態に係る蓋様体４１０’の構成を示す斜視図である。なお、図７（Ａ）は斜視図であり、図７（Ｂ）は上面図である。この第六実施形態は第五実施形態の変形例であり、第六実施形態に係る蓋様体４１０’は、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、第五実施形態において被覆プレート１０ａが分割されて形成された分割被覆プレート１０ａ’を備えている。
【００６０】
ここで、分割被覆プレート１０ａ’は、通孔１２’から出てくる不活性ガスがシリコン融液１７の液面に当たるのを遮るために、通孔１２’の下側に位置するように配置されている。
【００６１】
なお、このような第六実施形態に係る蓋様体４１０’は、分割被覆プレート１０ａ’を用いることによって、被覆プレート１０ａ’で覆われないシリコン融液１７の部分が多く、シリコン融液液面からの熱遮蔽量が少ない（従って、シリコン融液液面からの輻射熱量は多い）という特徴があり、また、図７（Ｃ）に示されるように、複数のものを重ねて使用することが可能であり、そのようにした場合には、蓋様体４１０’同士の重ね合わせの程度によって、シリコン融液液面からの熱遮蔽量（シリコン融液液面からの輻射熱量）を自在に調整することができる。
【００６２】
より詳しく説明すると、図７（Ｃ）に示されるように、例えば２枚の蓋様体４１０’‐１及び４１０’‐２を重ね合わせた場合には、連結筒１０ｃ‐１及び１０ｃ‐２同士はほぼ一致して重なり合い、分割被覆プレート１０ａ’‐１及び１０ａ’‐２はそれぞれずれた状態で重ね合わせることができる。係止爪１０ｂ’‐１及び１０ｂ’‐２はそれぞれずれた状態で、熱遮蔽体２３の下端付近２３ａに係止されることとなる。そして、分割被覆プレート１０ａ’‐１及び１０ａ’‐２の重ね合わせの程度を調整することによって、シリコン融液液面からの熱遮蔽量（シリコン融液液面からの輻射熱量）を自在に調整することができることとなる。
【００６３】
このような蓋様体４１０’同士の重ね合わせは、蓋様体４１０’を炉内に取り付ける際に行うこともできるが、後述するような蓋様体の昇降装置を使用して、単結晶インゴットの引上げ最中に適宜行うようにすることもできる。
【００６４】
図８（Ａ）は、上記のような蓋様体が取り付けられたＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置の構成を示す断面図であり、蓋様体３１０がまだ熱遮蔽体２３に接触せずに、中に浮いた状態で吊止されている状態を示す断面図である。また、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）中の破線Ｂで囲まれた領域において、蓋様体３１０が熱遮蔽体２３に接触した状態を示す部分拡大図である。更に、図８（Ｃ）は、図８（Ａ）中の破線Ｃで囲まれた領域の部分拡大図であり、熱遮蔽体２３の接続部分Ｐの構成を説明するための図である。
【００６５】
図９は、蓋様体の機能を説明するための図である。ここで、図９（Ａ）は、蓋様体の機能の説明の便宜のために、図８（Ａ）中の破線Ａで囲まれた領域から必要な部分を抜き出し、その他の必要な符号を付した図であり、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の説明を補助するための図である。また、図１０は、通孔１２或いは１２’の形状のバラエティを示す図である。
【００６６】
図８（Ａ）に示されるように、この実施の形態に係るＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置は、シリコン融液１７を貯留するルツボ１６と、ヒータ１８と、シリコン単結晶棒２１と、熱遮蔽体２３と、断熱材にて構成された蓋様体と、この蓋様体を昇降する昇降機構３４と、を含む要素から構成されている。
【００６７】
この実施形態においては、第四実施形態に係る蓋様体３１０が、ルツボ１６内に吊り下げられ、熱遮蔽体２３の下端に係止される。蓋様体３１０の吊り下げは、ＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置のチャンバ上部に備え付けられている昇降機構３４によって行われ、昇降機構３４から伸びるワイヤ３４ａは、蓋様体３１０の係止リング１０ｂに取り付けられている。
【００６８】
このような構成を有する本実施の形態に係るＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置によれば、ＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置に備え付けられた昇降機構によって蓋様体を自在に昇降させることができる。
【００６９】
次に、本実施の形態に係るＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置の動作について説明する。
【００７０】
まず、シリコン単結晶インゴット２１の引上げに際し、装置上部からは不活性ガスが導入される。この不活性ガスは、熱遮蔽体２３のガス整流作用によって蓋様体の上部に達するが、蓋様体３１０に達した不活性ガスは、図９（Ｂ）に示されるように、通孔１２からその一部が通過する（矢印α）と共に、その残りの不活性ガスは、蓋様体３１０とシリコン融液１７の液面との間に形成された隙間３７を通り（矢印β）、装置に備えられた排気機構（図示せず）によって炉外に排気される。
【００７１】
ここで、図８（Ａ）の領域Ａの部分拡大図である図９（Ａ）において、ｈ₁は通孔１２の開口の大きさ、ｈ₂は隙間３７の大きさ、ｈ₃は蓋様体３１０の被覆プレート１０ａの半径、ｈ₄は被覆プレート１０ａの周縁とルツボ１６との間の距離を示す。
【００７２】
図９（Ａ）において、本実施の形態に係るＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置では、昇降機構３４による蓋様体３１０の昇降によって、熱遮蔽体２３の下端が通孔１２を塞ぐ度合を変化させることができるので、実質的にｈ₁の大きさを適宜調整することができるということになる。当然のことながら、昇降機構３４による蓋様体３１０の昇降によって、隙間３７の大きさｈ₂を変化させることもできる。
【００７３】
ここで、熱遮蔽体２３による通孔１２の開口具合を詳述する。図８（Ｂ）に示されるように、熱遮蔽体２３の下端が通孔１２に被さっておらず、通孔１２全体が完全に露出しているような場合には、通孔１２はいわば全開した状態にある、ということとなる。そして、この図８（Ｂ）に示す状態から、昇降機構３４によって蓋様体を上昇させていくと、図８（Ａ）に示す状態を経て、熱遮蔽体２３の下端が通孔１２に被さっていくような形となり、更に上昇させると、通孔１２が熱遮蔽体２３によって完全に塞がれるようになり、通孔１２はいわば全閉した状態となる。
【００７４】
このようにして、通孔１２の開口部分ｈ_１の大きさを調整することによって、通孔１２の部分を通過する不活性ガス量を制御できることとなり、またｈ_２の大きさを調整することによって、隙間３７の部分を通過する不活性ガス量を制御することができることとなる。従って、ｈ_１とｈ_２の大きさを別個もしくは同時に調整することによって、シリコン融液１７の液面上を通過する不活性ガスの量を個別的もしくは相乗的に制御することができる。
【００７５】
そしてこれは、更に進んで、ｈ_１とｈ_２の大きさを別個もしくは同時に調整することによって、シリコン融液１７の液面上を通過する不活性ガスの量を個別的もしくは相乗的に制御することができ、これによって所望の酸素濃度の単結晶を作ることが可能となるということを意味する。
【００７６】
また、本発明においては、ｈ₃の大きさによってｈ₄の大きさが決まることとなるが、蓋様体１０は容易に設計変更が可能であるため、ｈ₃の大きさを変更してｈ₄の大きさを変えることによっても、融液からの蒸発量を制御することができる。
【００７７】
このように、本発明においては、ｈ₁、ｈ₂及びｈ₃（ｈ₄）を適宜調整することによって、シリコン融液１７からの酸素化合物の蒸発量を制御し、所望の酸素濃度の単結晶を作ることが可能となる。
【００７８】
なお、昇降機構３４によって蓋様体を昇降させるにあたっては、蓋様体の被覆部１０ａの上に熱遮蔽体２３を載せることによって、熱遮蔽体２３ごと蓋様体を昇降させるようにしてもよい。ここで、例えば熱遮蔽体２３が大型で、蓋様体の強度が熱遮蔽体２３の重量に耐えないような場合には、図８（Ａ）及び図８（Ｃ）に示されるように、熱遮蔽体２３をその一部から適宜取り外しできるように所定箇所で係合させるような構造とするとよい。より詳しく説明すると、熱遮蔽体２３が大型で、熱遮蔽体２３を蓋様体に載せることができないような場合には、熱遮蔽体２３において接続部分Ｐを設け、熱遮蔽体２３を下から持ち上げた場合にはこの接続部分Ｐの部分で分離し、熱遮蔽体２３を組んだ場合には、熱遮蔽体２３の下部分の自重によってこの接続部分Ｐの部分で係合するようにするとよい。
【００７９】
ところで、蓋様体１０、２１０、３１０、４１０、４１０’の通孔１２の形状は、いずれのタイプの蓋様体においても、その形状が限定されることはない。
【００８０】
このような蓋様体の通孔１２の形状としては、図１０（Ａ）に示す縦長型長方形形状、図１０（Ｂ）に示す横長型長方形形状、図１０（Ｃ）に示す円形状、図１０（Ｄ）に示す三角形形状、図１０（Ｅ）に示す多角形形状等の様々なものが考えられる。そのため、通孔１２の形状は、前述した実施形態で示した形状や図１０に示す形状に限定される必要はない。
【００８１】
なお、図１０において、一点鎖線は熱遮蔽体２３の下端部を示している。そして、一点鎖線の上部は、通孔１２の一部が熱遮蔽体２３で覆われている部分を示すものであり、一点鎖線の下部は、不活性ガスが通過する部分を示すものである。この熱遮蔽体２３を図８に示す昇降機構３４で昇降させることによって、熱遮蔽体２３の昇降が可能であり、図１０に示す一点鎖線の位置（熱遮蔽体の下端）を移動することができる。
【００８２】
なお、熱遮蔽体は、図８（Ａ）に示されるように先細り形状のものであることが好ましいが、これに限られることなく、図１１に示されるように、いわゆるパージチューブ２３’のような円筒状のものであってもよい。
【００８３】
但し、パージチューブ２３’のような円筒状のものを熱遮蔽体として採用した場合には、熱遮蔽体２３’（パージチューブ２３’）の下端に蓋様体を係止するための係止部２３ａ’を内周面に突設するなどして、係止部２３ａ’が蓋様体の係止リング１０ｂと係止されるようにする必要がある。
【００８４】
【実施例】
図８に示す本発明に係るシリコン単結晶引上げ装置を用いて、シリコン単結晶インゴットの引上げを行い、得られたシリコン単結晶の酸素濃度を測定して従来例と比較した結果を図１２に示す。
【００８５】
この図１２において、白丸印は従来のシリコン単結晶引上げ装置を用いて得られたシリコン単結晶の酸素濃度を示したものであり、白三角印及び黒四角印は本発明のシリコン単結晶引上げ装置を用いて得られたシリコン単結晶の酸素濃度を示したものである。そして、それぞれ得られた酸素濃度データを最小２乗法により回帰した。
【００８６】
図１２から明らかなように、本発明により得られたシリコン単結晶の酸素濃度は従来よりも大きい。例えば、シリコン単結晶の固化率が８０％の酸素濃度を見てみると、従来よりも高酸素濃度のシリコン単結晶を得ることができるということが明らかである。
【００８７】
また、本発明によれば、結晶の引上げに伴う酸素濃度の減少の仕方が直線的であることから、得られる結晶の酸素濃度の予測の確実性が向上するということが期待できる。
【００８８】
これに関し、金属砒素やアンチモン等の蒸発しやすいドーパントも、酸素と同様の挙動を示すことから、ドーパント濃度についても不要な減少を招くことなく、その濃度の予測の確実性が向上する。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、原料融液からの蒸発・飛散を抑制する蓋様体を熱遮蔽体の下端部分に係止させるようにしたことによって、当該原料融液からの酸素やドーパントの過剰な蒸発を抑制し、酸素やドーパントの適切な濃度制御を行なうことができるようになる。
【００９０】
また、蓋様体として、熱遮蔽体の下端部分に係止することが可能なスカート様の部材を備えると共に当該スカート様の部材の上で気体が流通できるような構造のものを採用し、スカート様の部材の上で気体が流通できるようにすることによって、原料融液液面に不活性ガスが当たるのを防止することができる。そして、これによって原料融液からの蒸発物が飛散するのを防止することができ、原料融液からの蒸発物の飛散によってＣＺ炉内が汚染されるといったような事態を防止することができることとなる。
【００９１】
そして、本発明によれば、融液中に含まれる酸素の蒸発を抑制することができるので、単結晶中における酸素濃度の制御を安定に行なうことができるようになり、結晶の品質の向上を図ることができるようになる。
【００９２】
更に、本発明によれば、蓋様体によってルツボから上に抜ける熱の放散が著しく抑制されることとなるので、融液形成の際の時間が短縮されると共に、引上げの全工程においてエネルギーの節約を図ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本原理を説明するための図である。
【図２】本発明の好適な一実施形態に係る蓋様体の構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係る蓋様体の構成を示す斜視図であり、図３（Ａ）は斜視図、図３（Ｂ）は上面図である。
【図４】本発明の第三実施形態に係る蓋様体の構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の第四実施形態に係る蓋様体の構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の第五実施形態に係る蓋様体の構成を示す斜視図である。
【図７】本発明の第六実施形態に係る蓋様体の構成を示す斜視図である。
【図８】蓋様体が取り付けられるＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置の構成を示す図である。
【図９】（Ａ）は図８中の破線Ａで囲まれた領域の拡大図、（Ｂ）は（Ａ）の説明を補助するための図である。
【図１０】通孔の形状のバラエティを示す図である。
【図１１】本発明に係る熱遮蔽体の別の構成態様を示す図である。
【図１２】結晶長さ方向の酸素濃度の測定結果について、従来と比較した結果を示す図である。
【図１３】従来のシリコン単結晶引上げ装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０、２１０、３１０、４１０、４１０’ 蓋様体
１０ａ被覆プレート（被覆部）
１０ａ’ 分割被覆プレート
１０ｂ係止リング（係止部）
１０ｂ’ 係止爪
１０ｃ連結筒（連結部）
１０ｄ連結棒
１０ｅ帯状部材
１２、１２’ 通孔
１６ルツボ
１７融液
１８ヒータ
２１単結晶棒
２３，２３’ 熱遮蔽体
２３ａ熱遮蔽体の下端部
２３ａ’ 熱遮蔽体下端の係止部
３４昇降機構
３４ａワイヤ
Ｐ熱遮蔽体の接続部分

Claims

原料融液から引上げられる単結晶インゴットの周囲を囲み且つ下端に向けて先細り形状を有する熱遮蔽体と、
前記原料融液からの蒸発を抑制するために前記熱遮蔽体の下端付近に取り付けられる蓋様体であって、前記熱遮蔽体の下端付近に係止される係止部と、前記原料融液の表面の所定の範囲を覆う被覆部と、前記係止部と前記被覆部とを連結する連結部と、を備える蓋様体と、
前記蓋様体を上下方向に移動させる昇降装置と、を備え、
前記連結部は、略円筒状の部材に一つ以上のガス流通用の通孔が設けられた部材であり、
前記昇降装置は、前記蓋様体を上下方向に移動させることにより、前記熱遮蔽体の下端が前記通孔を塞ぐ度合いを変化させることを特徴とするＣＺ法単結晶引上げ装置。
前記係止部は、前記先細り形状を有する熱遮蔽体の最小径部よりも大きい径のリング部材又はその一部からなるものであることを特徴とする請求項１記載のＣＺ法単結晶引上げ装置。
前記被覆部は、輪状の平板プレートからなるものであることを特徴とする請求項２記載のＣＺ法単結晶引上げ装置。
前記輪状の平板プレートは、その一部が切り欠かれているものであることを特徴とする請求項３記載のＣＺ法単結晶引上げ装置。
前記蓋様体を２個以上備えると共に、前記蓋様体を回動させる手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＣＺ法単結晶引上げ装置。