JPH01226789A - Ｃｚ法による結晶引上げ方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、るつぼと融液との境界等に生ずる結晶析出を
防止し、品質が安定した単結晶を製造するＣＺ法による
結晶引上げ方法及びその装置に関する。

（従来の技術） 一般に、ＣＺ法（チョクラルスキー法）により単結晶を
成長させる際には、引上げ棒の先端に取付けられた種結
晶を、炉内のるつぼのシリコン融液に浸し、引上げ棒と
るつぼを互いに逆回転させながら、単結晶の成長に伴っ
て引上げ棒を徐々に上方へ引上げて行なわれる。

また、ＣＺ法による単結晶成長の最終段階（成長終期の
テイル絞り時）では、るつぼと融液との境界に生ずる析
出結晶の溶解や結晶成長の抑制を、ヒータの出力を増加
させたり、テイル絞り速度を早くすることにより行なっ
ている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上述したように従来においては、析出結晶の
溶解やその抑制をヒータのパワーを増大させることによ
り行なっていたので、種々の不具合を生じていた。

すなわち、ヒータパワーの増大による場合には、るつぼ
内の融液残液量、るつぼ形状、るつぼとヒータとの幾何
学的配置等によって、ヒータパワーの印加パターンや引
上げ速度が著しく異なってくるため、炉内温度分布、単
結晶内部の温度分布、融液の流れ等の条件が各成長結晶
ごとに、また、引上げ時刻ごとに異なってくることとな
り、単結晶の熱履歴にバラツキが生じ、単結晶における
欠陥の発生、品質の低下を招くおそれがあった。

そこで、本発明では、単結晶の成長最終段階において、
レーザービームを用いて局部的に昇温させることにより
、るつぼ、炉壁、保温筒等の温度を変化させずに析出結
晶の溶解や抑制を可能にすることを目的としている。

（課題を解決するための手段） 第一発明に係るＣＺ法により結晶を引上げる方法は、炉
体外に設けられた発光器により、炉体内の少なくとも融
液表面および結晶析出部にレーザービームを照射しなが
ら結晶を成長させることにより構成され、第二発明に係
るＣＺ法により結晶を引上げる装置は、炉体外に、少な
くとも炉体内の融液表面及び結晶析出部にレーザービー
ムを照射する発光器を設けるとともに、炉体に前記発光
器のレーザービームを炉体内に導く窓を設けたことによ
り構成されている。

（実施例） 以下に本発明の一実施例を図面に基づき説明する。

図中、１は炉体を示し、この炉体１は全体として縦に長
い円筒状に形成されている。

炉体１の底部周囲には、保温材２で囲繞された熱源ヒー
タ３が設けられ、このヒータ３内には、下部回転機構４
上に載置された黒鉛るっぽ６と、その内部に嵌め込まれ
た石英るっぽ７が設置され、石英るつぼ７内はヒータ３
により溶解されたシリコン融液８で満たされている。

炉体１の頂部外には、上部回転吊上機構１０が設置され
、この機構１０には、引上棒１１が取付けられており、
引上棒１１の下端には、シリコンの種結晶１２が取付け
られている。そして、単結晶１３の成長時には、種結晶
１２をシリコン融液８に浸し、上部回転吊上機構１０に
よって引上棒１１を回転させながら上方に引上げること
により、行なわれる。

また、炉体１の中間部外には、温度並びに結晶径センサ
１４、結晶形状センサ１５及びレーザー発光器１６が設
けられている。センサ１４は、窓１７を通じて炉体１内
温度や成長する柱状の単結晶１３の径の検出を行なう。

センサ１５は、窓１８を通じて単結晶１３の形状を検出
し、これらの各センサ１４，１５は引上炉を制御するコ
ンピュータユニット（図示省略）に入力されている。上
記レーザー発光器１６は、コンピュータユニットの出力
側に接続され、窓１９を通じて融液８の表面等にレーザ
ービームを照射して照射部の温度を高める。また、レー
ザー発光器１６の光源部は、るつぼ７内の三ケ月形状の
範囲にレーザービームを照射できるように、照射角度を
任意に変えられるとともに、炉体外で結晶の周囲を回転
移動可能に設けられている。光源部を移動できない時に
は、鏡やレンズを用いて上記三ケ月形状範囲を照射でき
るようにすればよい。さらに、レーザー発振器１６とし
ては、照射個所を短時間のうちに温度上昇できるように
高出力レーザー発振器（例えば、ＳＯＷのＹＡＧレーザ
ー発光器）により構成され、上記窓１９は、レーザービ
ームの波長と通温率との関係から石英により形成された
構造となっている。

このような引上炉により単結晶１３を成長させる際には
、ヒータ３により適度な温度でるっぽ６および７を加熱
して、種結晶１２を融液８に浸した状態で引上棒１１と
るつぼ６，７を互いに逆転させながら、引上棒１１を次
第に上方に引上げることにより、柱状の単結晶の育成が
行なわれる。

そして、単結晶育成の最終段階（通称、テイル絞り時）
においては、各センサ１４．Ｉｓにより析出した結晶の
位置、形状の検出が行なわれ、コンピュータユニットに
おいて析出結晶の位置、大きさ、成長速度が演算により
求められ、レーザー発光器１６による照射位置、照射面
積、照射強度、照射間隔が決定される。

レーザー発光器１６においては、コンピュータユニット
の指令により、光学系と光源電圧が制御され、目標の析
出結晶箇所にレーザービームを照射し、析出結晶の溶解
や、析出結晶の成長抑制が行なわれる。また、融液の昇
温によって結晶析出の予防が行なわれる。

この場合、析出した結晶を溶解するのに必要な熱量とし
ては、例えば直径が１６インチのるつぼでは、るつぼ淵
より厚さ１ｍｍの結晶が内側へ３ｃｍ析出したとすると
、この結晶の融解熱は、シリコンの場合、２．３　ｘ　
１０’　Ｊとなり、１００Ｗのレーザービーム照射によ
り約４０分で溶解する。

また、ＩＫＷの出力ビームでは４分で溶解させることが
できる。そして、レーザービームを融液結晶に照射する
ことによって、照射部分のみを直接加熱できるので、る
つぼや、炉壁、ホットゾーン等の温度に殆んど影響を与
えることがなく析出結晶の融解や、成長の抑制が可能と
なり、この結果、成長した単結晶の成長後半の熱履歴の
バラツキが少なくなり、単結晶の質を向上させることが
できる。

本発明者が、５０Ｗのレーザー発光器を用い、１６イン
チるつぼ中で直径５インチの単結晶を成長させ、テイル
絞りの段階でるつぼ淵ないし析出結晶と融液との境界を
レーザービームにより照射した結果、制御状態を単結晶
の育成時と同じにしても、結晶の析出はわずかにしか発
生せず、引上げ速度も略一定で行なうことが可能となり
、遅くする必要もなかった。

このため、従来では、テイル段階近傍では、異常析出結
晶の多発のために歩留りが６割程度であったが、本発明
によれば、このようなロスが殆んどなくなり、歩留りも
９割以上に向上させることができた。また、エネルギー
の上からもテイル絞り段階でのヒータによる融液加熱が
不要となったため、ヒータパワーを例えば１００ＫＷか
ら９０ＫＷまで下げることが可能となった。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、レーザービーム
により結晶析出部のみが加熱されるので、炉体の他の部
分の温度変化を少なくすることができ、単結晶の熱履歴
に対する影響が少なく、バラツキのない安定品質の単結
晶が得られる。また、融液の上部の加熱により、融液の
上下方向の温度差が小さくなって対流が抑制され、融液
の温度コントロールが容易となり、応答時間が短くなる
。これに伴って、引上げ速度の変化が小さくなり、単結
晶の欠陥の発生を低減することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る引上げ炉を示す概略縦断面図である
。 １・・・炉体　　　　　８・・・融液 １６・・・発光器　　　１９・・・窓 特許出願人　九州電子金属株式会社 特許出願人　大阪チタニウム製造株式会社代　理　人　
　弁理士　　森　　　　　正　　澄手続補正書（、） 平成元年５月１９日 特許庁長官　　吉　１）文　毅　殿 １　事件の表示 昭和６３年特許願第５２７９５号 ２　発明の名称 ＣＺ法による結晶引上げ方法及びその装置３　補正をす
る者 事件との関係　　特許出願人 ４代理人〒１６４電話（０３）　３７３−９５１０住　
所　　東京都中野区本町２丁目９番１０号６　補正の内
容 明細書第６頁第６行の「通温率」を「透過率Ｊと訂正す
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ＣＺ法により結晶を引上げる方法において、炉体外
   に設けられた発光器により、炉体内の少なくとも融液表
   面及び結晶析出部にレーザービームを照射しながら、結
   晶を成長させることを特徴とするＣＺ法による結晶引上
   げ方法。 ２）ＣＺ法により結晶を引上げる装置において、炉体外
   に、少なくとも炉体内の融液表面及び結晶析出部にレー
   ザービームを照射する発光器を設けるとともに、炉体に
   前記発光器のレーザービームを炉体内に導く窓を設けた
   ことを特徴とするＣＺ法による結晶引上げ装置。