JPH01294600A - シリコン単結晶製造装置 - 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、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の
製造装置に関するものである。

［従来の技術］ シリコン単結晶の製造には、るつぼ内に保持されたシリ
コン溶融液から種結晶を用いて単結晶を引き上げる、所
謂チョクラルスキー法（ＣＺ法）が広く用いられている
。この方法では、シリコン単結晶の抵抗率の制御の目的
で、ボロン、リン、アンチモンなどをシリコン溶融液中
に予め添加している。しかし、これらの添加元素は、シ
リコン溶融液が準結晶に凝固する際に一定の割合で単結
晶中に取り込まれ、残りは残シリコン溶融液中に排出さ
れる。そして単結晶引き上げにともなうシリコン溶Ｍｌ
の減少により、シリコン溶融液中の添加元素濃度が増加
し、従って引き上げられる単結晶中の添加元素濃度も準
結晶の頭部から尾部にかけて次第に増加する。従って抵
抗率も変化し、単結晶からシリコンウェハーを製造した
とき、つエバー毎に電導度が異なることになり、要求が
厳しい場合には、使用可能なウェハーの歩留が５０％以
下になることもある。

また、るつぼ内のシリコン原料融）注の量が少なくなる
と、単結晶育成が困難になるため、最初にるつぼ内に装
入した原料シリコンすべてが単結晶になるわけではなく
、羊のうちの１割乃至２割程度はるつぼ内に残されたま
ま、操業を終わることになり、生産性向上を阻害する要
因のひとつになっている。

このような問題に対し、るつぼから単結晶を引き上げな
がら、前記るつぼ中に新たにシリコン原料を補給してい
く連続引き上げ法が考案されている。この方法によれば
、るつぼ内のシリコン溶融液は減少することなく、常に
同一の条件で単結晶引き上げを続けることが可能になり
、抵抗率（添加元素濃度）などの結晶特性も均一化でき
、歩留は飛躍的に向上する。

このような連続引き上げ法について開示された発明は、
例えば次に挙げるものがある。

■　単結晶の引き上げ用るつぼとは別に、原料を溶解す
るるつぼを設け、このるつぼから原料溶融液を輸送管を
介して前記引き上げ用るつぼに補給する装＝。（特開昭
５２−５８０８０）■　二重構造にしたるつぼ内のシリ
コン溶融液から単結晶を引き上げるとともに、外周部の
シリコン溶融液中に供給管を介してシリコン原料を補給
する装置。（特開昭５８−１３０１９５）■　単結晶引
き上げ用るつぼの外側に原料供給部を設け、ここから原
料供給管により前記るつぼの側壁に設けられた小孔を通
して前記引き上げ用るつぼにシリコン原料を補給しなが
ら単結晶を引き上げる装置。（特開昭６２−２４１８８
９）上記■、■および■にそれぞれ開示されたシリコン
単結晶の製造装置の問題点はつぎの通りである。

■の装置では、原料溶解るつぼから単結晶引き上げ用る
つぼへ溶融原料を輸送るための原料輸送管の温度制御と
原料溶解るつぼ内の圧力制御が困難で、単結晶引き上げ
用のるつぼに対する原料溶融液の補給が円滑に行われな
い虞がある。また、■の装置では、二重構造のるつぼを
用いているが、るつぼの材料である石英ガラスの輻射率
はシリコン溶融液のそれより大きく、るつぼ壁面からの
放熱が大きい。このため、前記るつぼ壁面からシリコン
溶融液の凝固が発生し、シリコン単結晶の育成を阻害す
る虞がある。さらに、■の装置では、原料溶解部の容量
が小さく、溶解潜熱の非常に大きいシリコンを連続的に
供給する場合には原料溶解部が凝固する虞があり、これ
を避けるため溶解量が不足する虞がある。

［発明が解決しようとする課題］ 前記のような従来技術を基に、シリコンを連続的るつぼ
内に供給しながら単結晶を引き上げる場合、次のような
問題がある。すなわち、るつぼをシリコンの溶解部と単
結晶引き上げ部とを仕切る場合、伝熱でいわれているフ
ィン効果及びシリコン溶融液よりも放射率が高いことか
ら、この仕切り部から凝固が発生し易く、−旦凝固が発
生すると成長し続け、健全な単結晶の育成が阻害される
。また、シリコンの溶解部の容量が小さいので単結晶引
き上げに見合う量の溶融シリコンが供給出来ない虞があ
る。

本発明は、上記の問題点を解決するなめになされたもの
で、溶融原料が入れられたるつぼ内に粒状のシリコンを
連続的に供給するようにしたシリコン単結晶の製造装置
において、単結晶の育成を阻害せず、単結晶引き上げに
見合う量のｉＷ　ｉｌｌシリコンを確実に単結晶引き上
げ部に供給し、引き上げ方向の添加元素濃度がほぼ一定
のシリコン単結晶を製造することのできる装置を得るこ
とを目的としたものである。

［課舵を解決するための手段］ 請求項１による発明のシリコン単結晶の製造装置は、る
つぼに入れられた溶融シリコンを引き上げてシリコン単
結晶を製造するシリコン単結晶の製造装置において、前
記るつぼは単結晶引き上げ部と原料溶解部で構成され、
この両者に収容されるシリコン溶融液が両者間に連通さ
れる小孔がその境界壁に設けられてあり、前記原料溶解
部は管状で、前記引き上げ部の外側面にこれを収り囲ん
テｊＱ　Ｇｔられ、上方からシリコン原料が導入される
原料導入孔を有するものであることを特徴とする 請求項２による発明は請求項１を限定するもので、上下
に分割可能に構成され、前記るつぼの底部および側面に
密着してこれを支持する黒鉛支持体が設けられているこ
とを特徴とする。

［作用］ 原料溶解部は前記黒鉛支持体の外側面に配設されたヒー
タにより、単結晶引き上げ部における引き上げに見合っ
た量のシリコンを溶解するのに十分な熱量が供給され、
また、前記原料溶解部は単結晶引き上げ部の外周部を取
り囲んだ環状体の中に十分な容量のシリコン溶融液を収
容している。

さらに、原料溶解部はその外側の側面および底面を黒鉛
支持体に覆われて保温されであるので輻射による放熱が
生じない。

原料溶解部と単結晶引き上げ部は前記小孔により両者間
に連通され、原料溶解部で溶解されるシリコン溶融液は
単結晶引き上げ部内の単結晶引き上げに見合う量で、こ
れが前記小孔を通してＳ、結晶引き上げ部に移動し、原
料溶解部と単結晶引き上げ部のシリコン溶融液面のレベ
ルは常に一定に保たれ、いうまでもなく、原料シリコン
の投入による液面の乱れは生じない。

［実施例］ 本発明の実施例を添付の図面を参照しながら詳細に説明
する。

第１図は本発明の実施例を模式的に示した縦断面図で、
この図において、１は単結晶引き上げ部１ａと原料溶解
部１ｂからなるシリコン溶融原料が収容される石英製の
るつぼで、この見取り図を第２図に示す。るつぼ１は黒
鉛支持体２の中に、これに密着してセットされており、
前記黒鉛支持体２はペデスタル３に上下動及び回転可能
に支持されている。４ａ、４ｂはそれぞれ単結晶引き上
げ部１ａ、原料溶解部１ｂの中に入れられたシリコン溶
融原料で、これが単結晶引き上げ部１ａにおいて、柱状
に育成されたシリコン単結晶５となって引き上げられる
。シリコン溶融原料４ａ、４ｂは単結晶引き上げ部１ａ
と原料溶解部１ｂの間の壁面に設けられた小孔１４によ
り連通されている。

６は黒鉛支持体２をとり囲むヒータ、７はこのヒータ６
をとり囲むホットゾーン断熱材で、これらはチャンバー
８内に収容されている。単結晶引き上げ部１ａの外側部
にこれを取り囲んで原料溶解部１ｂが設けられ、これに
は第２図に示すとおり上向きの開孔部をもつ原料導入孔
９が設けられている。

単結晶引き上げ部１ａの外周部上方には環状の満１２を
有する原料供給部１０が設けられ、これに前記原料導入
孔９に粒状のシリコン原料を供給する原料供給孔（特に
図示せず）が下方に開口して設けられている。前記溝１
２は前記原料供給孔に向かって傾斜され、また、この溝
１２に粒状シリコンを供給する原料供給管１３が設けら
れている。黒鉛支持体２は上下に分割可能に構成され、
これにより前記るつぼ１に密着するようにセットするこ
とができる。

次いで、以上のように構成されたシリコン単結晶の製造
装置の作用について説明する。単結晶引き上げ中、るつ
ぼ１とともに回転している前記原料供給部の樋状の渭１
２に原料供給管１３がら装入された粒状のシリコン原料
は、講１２を転がりながら原料供給孔に達し、ここから
原料溶解部の原料導入孔９を通じてシリコン溶融原料４
ｂ内に装入される。

原料溶解部１ｂは前記黒鉛支持体２の外側面に配設され
たヒータ６により、装入された粒状シリコンを溶解する
のに十分な熱量が供給され、十分な容量のシリコン溶融
原料が保持されている。さらに、単結晶引き上げ部１ａ
はその外側の側面および底面を黒鉛支持体２または原料
溶解部との境界壁で囲まれているので、この内面から凝
固が発生する虞はない。

また、原料溶解部ｌｂ内のシリコン溶融原料４ｂの液面
上に粒状シリコンが落下して生じる波紋は原料溶解部１
ｂの壁面に遮られて、単結晶引き上げ部の内部に達する
ことはなく、したがって、これにより単結晶の成長が乱
されることはない。

単結晶引き上げ部１ａと原料溶解部１ｂとは両者の境界
壁に設けられた小孔１４により連通され、原料溶解部１
ｂで溶解されるシリコン溶融原料は単結晶引き上げ部ｌ
ａ内で行われる単結晶引き上げに見合う量で、これが前
記小孔１４を通して単結晶引き上げ部１ａに静かに移動
し、単結晶引き上げ部１ａ、原料溶解部１ｂにそれぞれ
保持されるシリコン溶融原料４ａ、４ｂの液面レベルは
常に一定に保たれる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明はシリコン溶融
原料の容器として、単結晶引き上げ部とこれを取り囲む
原料溶解部を設け、この間にシリコン溶融原料を連通さ
せる小孔を設け、前記るつぼは黒鉛支持体で覆って保温
されであるので、単結晶引き上げに見合う量の溶融シリ
コン原料を単結晶の育成を阻害することなく、単結晶引
き上げ部に供給し、引き上げ方向の添加元素濃度がほぼ
一定のシリコン単結晶を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を模式的に示した縮開面図、第
２図はるつぼの見取り図である。 １・・・るつぼ、１ａ・・・単結晶引き上げ部、１ｂ・
・・原料溶解部、２・・・黒鉛るつぼ、３・・・ペデス
タル、４ａ、４ｂ・・・シリコン溶融原料、５・・・シ
リコン単結晶、６・・・ヒータ、７・・・断熱材、８・
・・チャンバ、９・・・原料導入孔、１０・・・原料供
給部、１１・・・原料供給孔、１２・・・溝、１３・・
・原料供給管。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）るつぼに入れられた溶融シリコンを引き上げてシ
   リコン単結晶を製造するシリコン単結晶の製造装置にお
   いて、前記るつぼは単結晶引き上げ部と原料溶解部で構
   成され、この両者に収容されるシリコン溶融液が両者間
   に連通される小孔がその境界壁に設けられており、前記
   原料溶解部は管状で、前記引き上げ部の外側面にこれを
   取り囲んで設けられ、上方からシリコン原料が導入され
   る原料導入孔を有するものであることを特徴とするシリ
   コン単結晶の製造装置。
2. （２）上下に分割可能に構成され、前記るつぼの底部お
   よび側面に密着してこれを支持する黒鉛支持体が設けら
   れていることを特徴とする請求項１記載のシリコン単結
   晶の製造装置。