JP5092940B2 - 単結晶製造装置及び単結晶の製造方法 - Google Patents
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Description
図6に従来の単結晶製造装置の一例を示す断面図を示す。
また、整流筒に石英製の窓板を設けることによって、前記整流筒による効果を奏しつつ、育成中の単結晶の形状を観察することができる整流筒が開示されているが(特許文献4参照)、石英製の窓板の目的は、結晶の観察や、直径制御のための光学的な計測のためであり、冷却効果という観点でのものではない。
このように、前記整流筒の窓を、石英製の窓板で塞ぐものであれば、整流筒による不活性ガスの整流効果が低減するのを防ぎつつ、単結晶から放射する熱を石英製の窓板から透過させることができ、単結晶の冷却効果の一層の向上を奏することができる。
このように、前記整流筒の下端と前記融液の表面との間隔が、10mm以上であれば、整流する不活性ガスの流速が大きくなりすぎて湯面の振動や湯の吹き上げが発生するの防ぐことができ、100mm以下であれば、単結晶の冷却効果の向上を確実に奏することができる。
このように、本発明に係る単結晶製造装置を用いて、N領域のシリコン単結晶を製造すれば、引上げの際の単結晶の冷却効果を高めることができ、すなわち、結晶内温度勾配を大きくすることができるので、成長速度を速めてN領域のシリコン単結晶を製造することができ、生産性を向上することができる。
従来より、単結晶の成長速度は、成長中の単結晶の熱収支によって決定され、これを高速化するには、単結晶表面から放出される熱を効率的に除去すれば良いことが知られている。この際、単結晶の冷却効果を高めることができれば更に効率の良い単結晶の製造が可能である。
したがって無欠陥結晶を製造する上でも、単結晶の成長速度を高速化して生産性の向上を図る上でも、育成中の単結晶の冷却効果を高めることが重要な課題となっている。
図1に示すように、単結晶製造装置1は、原料融液6を収容するルツボ9、10、原料を加熱、融解するためのヒータ11などがメインチャンバ5内に格納され、メインチャンバ5上に連接された引上げチャンバ7の上部には、育成された単結晶8を引上げる引上げ機構(不図示)が設けられている。
また、育成する単結晶8を取り囲むようにして、円筒状の整流筒3が設けられている。
ここで、整流筒3には黒鉛材が用いられており、ヒータや融液からの単結晶8への輻射熱を遮断することができるようになっている。
なお、メインチャンバ5及び引上げチャンバ7は、ステンレス等の耐熱性、熱伝導性に優れた金属により形成されており、冷却管(不図示)を通して水冷されている。
図2中に示すAは、整流筒3の外周面を平面上に表わしたものである。Aに示すように、図2の整流筒3は、窓2が3つ設けられた例であり、この3つの窓2の開口面積の合計が、整流筒3の下端より50〜200mmの高さ領域の表面積の50%以上を占めている。
そして、窓2の開口面積が、整流筒3の下端より50〜200mmの領域の表面積の50%以上を占めるようにすれば、確実に冷却効果を向上できるものとすることができる。
本発明に係る単結晶製造装置は、前記したように単結晶の冷却効果を向上することができるので、固液界面の温度勾配を大きくすることができるものとなっている。これにより、成長速度を速めて単結晶8を製造することができ、生産性を向上することができる。
このように、整流筒3の窓2を、石英製の窓板19で塞ぐものであれば、整流筒3による不活性ガスの整流効果が窓2によって低減するのを防ぎつつ、単結晶8から放射する熱を石英製の窓板19で透過させることができ、一層の冷却効果の向上を奏することができる。
ここで、整流筒3の窓板2の材料は、石英の他にも耐熱性があり赤外線を透過するものであれば用いることができる。
このように、整流筒3の下端と融液6の表面との間隔が、10mm以上であれば、整流する不活性ガスの流速が大きくなりすぎて湯面の振動や湯の吹き上げが発生するの防ぐことができ、100mm以下であれば、冷却効果の向上を確実に奏することができる。
ここで、この整流筒3の下端と融液6の表面との間隔は、10〜100mmの範囲内で炉の仕様や製造する単結晶8の目的とする品質に合わせて適切な間隔に調整することが望ましい。
まず、ルツボ9、10内でシリコンの高純度多結晶原料を融点(約1420℃)以上に加熱して融解して融液6とする。そして、ワイヤ15を巻き出すことにより湯面の略中心部に種結晶13の先端を接触または浸漬させる。
そして、引上げ中はV/Gの値を適切に制御しながら、N領域の単結晶8を育成していく。
図1に示すような本発明に係る単結晶製造装置を用い、直径200mmのN領域のシリコン単結晶を製造した。そして、その製造時間、及びチャンバ上部の除熱量に関して評価した。
使用したルツボは直径650mmのものを使用し、整流筒の下端より50〜200mmの領域に、図2に示すような窓を3つ設け、その開口面積を、50〜200mmの領域の表面関に対する比率が72%となるようにした。また、整流筒の下端と融液の表面との間隔は、50mmとした。
このときの単結晶育成時のメインチャンバ上部の除熱量の変化を図4に示す。
図4に示すように、後述する比較例の結果と比べ、除熱量が大きくなっており、冷却効果が向上していることが分かる。
このことにより、本発明に係る単結晶製造装置は、単結晶育成中の冷却効果を向上することができ、また、単結晶の成長速度を速めて、生産性を向上することができることが確認できた。
結果を図5に示す。図5の縦軸は後述する比較例のOSFが消滅する成長速度を1.0としたときの相対速度を示したものである。図5からも分かるように、後述する比較例より各欠陥の発生領域の成長速度が速くなっている。
整流筒の下端と融液の表面との間隔を58mmとした以外、実施例1と同様の単結晶製造装置を用い、実施例1と同様に、引上げ中の成長速度を漸減させ、得られた単結晶の欠陥分布を評価した。
結果を図5に示す。図5に示すように、実施例1よりやや成長速度が遅くなっているものの、後述する比較例より成長速度が速くなっており、例えば、結晶の中心軸付近のOSF領域のすぐ下のN領域は、実施例2の方が比較例に比較して約12%の成長速度の向上がなされていることが分かる。
このようにして、整流筒の下端と融液の表面との間隔を調整することにより、成長速度による欠陥分布を改善することができることが確認できた。また、従来の単結晶製造装置を用いた場合と比較して、欠陥分布を悪化させることなく、成長速度を向上させることができることが確認できた。
図6に示すような従来の単結晶製造装置を用いた以外、実施例1と同様な条件でN領域のシリコン単結晶を製造し、実施例1と同様にして評価した。
このときのメインチャンバー上部の除熱量の結果を図4に示す。
図4に示すように、実施例1の結果と比べ、除熱量が小さくなっていることが分かる。
また、この単結晶製造装置を用いて、直径200mmのシリコン単結晶を製造し、引上げ中に成長速度を漸減させ、得られた単結晶の欠陥分布を評価した。
結果を図5に示す。この図5からも分かるように、実施例より成長速度が遅くなっている。
6…融液、7…引上げチャンバ、8…単結晶、9、10…ルツボ、
11…ヒータ、12…断熱部材、13…種結晶、14…種ホルダ、
15…ワイヤ、16…ガス導入口、17…ガス流出口、18…ルツボ回転軸、
19…窓板。
Claims (4)
- 少なくとも、原料融液を収容するルツボ及び前記原料融液を加熱するヒータを格納するメインチャンバと、該メインチャンバの上部に連設され、成長した単結晶が引き上げられて収容される引上げチャンバと、前記引上げチャンバに設けられたガス導入口と、前記メインチャンバの天井部から下方に延設される黒鉛製の整流筒と、前記整流筒の下端部から、前記整流筒を取り囲むように外上方に拡径して延出した断熱リングとを有したチョクラルスキー法による単結晶製造装置であって、前記整流筒の下端より50〜200mmの領域に少なくとも1つの窓を設け、前記窓の開口面積が、前記整流筒の下端より50〜200mmの領域の表面積の50%以上を占めるものであることを特徴とする単結晶製造装置。
- 前記整流筒の窓を、石英製の窓板で塞ぐものであることを特徴とする請求項1に記載の単結晶製造装置。
- 前記整流筒の下端と前記融液の表面との間隔は、10〜100mmであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の単結晶製造装置。
- 前記請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の単結晶製造装置を用いて、N領域のシリコン単結晶を製造することを特徴とする単結晶の製造方法。
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