JPH021117B2

JPH021117B2 -

Info

Publication number: JPH021117B2
Application number: JP56120154A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Hasebe
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1981-07-31
Filing date: 1981-07-31
Publication date: 1990-01-10
Also published as: JPS5826095A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は単結晶シリコン引上装置の改良に関す
るものである。

LSIに使用される単結晶シリコン基板には無転
位単結晶シリコンが用いられる。ここで、単結晶
シリコンの口径が大きく、また長さが長いほど単
結晶シリコンからとれるチツプ数が増加し、チツ
プ当りの原価を低減することができるので、近年
単結晶シリコンの大口径化および長尺化が図られ
ている。この結果、単結晶を引上げる時間も長く
なる傾向にある。

ところで、従来、単結晶シリコンは主にチヨコ
ラルスキー法（CZ法）によつて製造されている。
この方法は石英ルツボ内に多結晶シリコン原料を
入れ、周囲から加熱して該多結晶シリコンを溶融
させ、その溶融物を種結晶を用い、上方に引上
げ、単結晶シリコンを造るものである。この際、
単結晶シリコンに不純物が含まれるのを防止する
ため、チヤンバー内にアルゴン等の不活性ガスを
導入することが一般に行われている。

以下、従来の単結晶シリコン引上装置を第１図
を参照して説明する。

図中１は上部１ａと下部１ｂが開口したチヤン
バーである。このチヤンバー１内には、石英ルツ
ボ２が配置され、かつ該ルツボ２の外周面は黒鉛
製保護体３によつて包囲されている。この保護体
３の底面には、上記チヤンバー１の下部１ｂ開口
から挿入された回転自在な支持棒４が連結されて
いる。また、上記保護体３の外周には、図示しな
い筒状の黒鉛製ヒータおよび筒状の遮熱体の順次
配設されている。さらに、上記チヤンバー１の上
部１ａには、該上部１ａの開口と合致する筒状突
起部５を有する上蓋６が設けられている。また、
上記筒状突起部５上には、ゲートバルブ７を介し
て、単結晶シリコン除冷後一時的にインゴツトを
収納するためのプルチヤンバー８が搭載されてい
る。また、上記上蓋６の筒状突起部５の側壁に
は、第２図ａに示す如く不活性ガス導入口９が、
チヤンバー１の下部１ｂには第２図ｂに示す如く
不活性ガス排気口１０がそれぞれ設けられてい
る。また、プルチヤンバー８の上部側壁には、不
活性ガス導入口１１が、プルチヤンバー８の下部
側壁には、不活性ガス排気口１２がそれぞれ設け
られている。また、上記プルチヤンバー８内部の
下部には、プルチヤンバー８内に除冷後の単結晶
シリコンを収納する時にプルチヤンバー８下部を
閉鎖するための回転自在なプルチヤンバー中蓋１
３が設けられている。また、上記上蓋６には、チ
ヤンバー１の上部１ａまで挿入される測定用窓１
４が設けられ、かつ上蓋６の筒状突起部５には図
示しない炉内観察用窓が設けられている。さら
に、上記プルチヤンバー８からチヤンバー１内に
亘つて、下端に種結晶１５を保持した引上チエー
ン１６が回転可能に吊下されている。

上述した引上装置によつて、単結晶シリコンを
引上げるには、不活性ガスをチヤンバー１内に導
入するとともに、引上チエーン１６下端の種結晶
１５を石英ルツボ２内の溶融シリコン１７に浸
し、引上チエーン１６を引上げることにより行
う。しかし、従来の引上装置では、溶融シリコン
に接した石英ルツボから発生するSiOガスに起因
して、単結晶シリコンの有転位化が結晶引上げ中
に起きるという問題があつた。

そこで、本発明者は、上記従来の引上装置によ
る単結晶シリコンの引上げ中における有転位化の
原因について種々検討した結果、以下に示すこと
によることを究明した。

すなわち、従来の引上装置の場合には、第２図
ａ，ｂに示すように、不活性ガスの導入口９およ
び排気口１０が１つづつしか設けられていないた
め、チヤンバー１内で不活性ガス流が乱れ（第１
図矢印図示）、単結晶シリコンの周囲には、不活
性ガスの流れがほとんどない停滞層が局所的に生
じる。このような不活性ガスの停滞層付近では、
SiO粉がチヤンバー内に付着し、引上げ中にSiO
粉がルツボ内に落下するため単結晶シリコンの有
転位化率が大きくなる。しかも、近年は引上げ結
晶の大口径化、長尺化にともない引上げ時間の長
時間化の趨勢下にあるため、ますます上記の傾向
が助長される。

しかして、本発明者は上記究明結果に基づい
て、チヤンバー上部の導入口とチヤンバー下部の
排気口を引上軸（引上チエーン）を中心として対
称的に複数個設けることによつて、チヤンバー上
部の導入口から不活性ガスを導入した場合、引上
げ中の単結晶シリコンの周囲に不活性ガスを引上
軸を中心として対称的に流すことができ、SiOガ
スによる単結晶シリコンの有転位化を防止し、高
品質の単結晶シリコンの引上げを可能とした引上
装置を見い出した。

以下、本発明の一実施例を第３図及び第４図
ａ，ｂを参照して説明する。ただし、第３図にお
いて、第１図と同じ部材は第１図と同番号を付
し、説明を省略する。

チヤンバー１の上蓋６の筒状突起部５側壁に
は、第４図ａに示す如く、不活性ガス導入口１８
が引上軸を中心として対称的に複数個設けられて
いる。該不活性ガス導入口１８は、ゲートバルブ
７下端から、ゲートバルブ７とチヤンバー１上端
間の長さの1/5の長さ以内に設けられている。チ
ヤンバー１の下部１ｂには、第４図ｂに示す如
く、不活性ガス排気口１９が引上軸を中心として
対称的に複数個設けられている。但し、該不活性
ガス排気口１９は、チヤンバー１の下部１ｂに限
らず、その下端からチヤンバー高さの1/5の長さ
以内に設ければよい。プルチヤンバー８の上部側
壁には、不活性ガス導入口２０が引上軸を中心と
して対称的に複数個設けられている。該不活性ガ
ス導入口２０は、プルチヤンバー８上端からプル
チヤンバー高さの1/5の長さ以内に設けられてい
る。また、プルチヤンバー８下部の不活性ガス排
気口１２は、プルチヤンバー８下端からプルチヤ
ンバー高さの1/5の長さ以内に設けられている。
こうしたプルチヤンバー８は、単結晶シリコン引
上げ工程において、多結晶シリコン溶融、結晶引
上げ、除冷の各段階を経たインゴツトを一時的に
収納するためのものである。

さらに、チヤンバー１の上蓋６上の測定用窓１
４および炉内観察用窓（図示せず）も引上軸を中
心として複数個設けられている。

以上のような構成によれば、石英ルツボ２内に
多結晶シリコン原料を入れ、図示しないヒータを
通電して、石英ルツボを加熱すると、多結晶シリ
コン原料が溶融して溶融シリコン１７となる。こ
うした状態で、例えばアルゴンガスをチヤンバー
１の上蓋６の筒状突起部５側壁およびプルチヤン
バー８の上部側壁にそれぞれ開孔した不活性ガス
導入口１８，２０から導入し、チヤンバー１下部
に開孔した不活性ガス排気口１９から排気する。
この場合、アルゴンガスの代りにヘリウムガス等
の他の不活性ガスを供給してもよい。この後、支
持棒４により、保護体３で包囲された石英ルツボ
２を回転しながら、引上チエーン１６下端の種結
晶１５を石英ルツボ２内の溶融シリコン１７に浸
し、回転しながら引上げると、所定の結晶方位を
もつ単結晶シリコンが引上げられる。このような
引上時において、不活性ガス導入口１８，２０及
び排気口１９が引上軸を中心として対称的に配置
されているため、導入口１８，２０が供給される
アルゴンのガス流は引上軸を中心として対称的に
流れ（第３図矢印図示）、引上装置内部において
アルゴンガス流の停滞層が生じず、したがつて、
SiOガスが引上装置内部に付着することを軽減す
ることができる。その結果、有転位化率の低い単
結晶シリコンを引上げることができる。

事実、次に示す実験例からも、無転位シリコン
を従来の引上装置よりも多く製造できることが確
認された。

実験例１ゲートバルブ７下方５cmのチヤンバー１の上蓋
６の筒状突起部５の上部側壁に不活性ガス導入口
１８を引上げ軸を中心として対称的に４ケ所（第
４図ａ図示）、チヤンバー１の下部１ｂのチヤン
バー１の中心からチヤンバー内径の1/4の長さの
所に20mm幅のスリツト状の不活性ガス排気口１９
を引上げ軸を中心として対称的に４ケ所（第４図
ｂ図示）、プルチヤンバー８上端より下方４cmの
プルチヤンバー側壁に不活性ガス導入口２０を引
上げ軸を中心として対称的に４ケ所、およびプル
チヤンバー８下端より上方５cmのプルチヤンバー
側壁に直径25mmの不活性ガス排気口１２を１ケ所
それぞれ設けた。また、チヤンバー上蓋６上に長
方形の炉内観察用窓（図示せず）と直径85mmの測
定用窓１４を引上げ軸を中心として対称的にそれ
ぞれ２ケ所づつ設けた。ここで、炉内観察用窓は
引上軸を中心として90゜回転すると測定用窓１４
に同位する位置に設けた。また石英ルツボ２とし
ては寸法が直径12インチ、高さ９インチのものを
用いた。

以上のような構成の引上装置を用いて、ルツボ
に15Kgの多結晶シリコンを入れ、溶融し、チヤン
バー内を10torrのアルゴンガス減圧雰囲気にして
不活性ガス導入口１８，２０からアルゴンガスを
導入し、不活性ガス排気口１９からアルゴンガス
を排気するとともに、定径部の直径４インチの単
結晶シリコン40cm引上げた。この引上げ工程にお
いて、炉内観察用窓からSiOの流れ状態を観察し
たところ、SiOガスが引上軸を中心として対称的
に流れて、排気口１９に導かれることが観察され
た（第３図矢印図示）。このため、引上げ後の装
置内部でのSiO粉の付着が軽減されるとともに、
その付着の仕方も引上軸を中心として対称的であ
ることが確認された。

また、上記装置を用いて、120時間の連結稼動
で得られる無転位単結晶シリコンの本数を調べ、
従来の装置を用いた場合と比較した。10回の稼動
の平均を算出したところ、従来の装置を用いた場
合、１回（120時間）あたり6.2本しか無転位単結
晶シリコンが得られなかつたが、上記装置を用い
た場合、１回あたり8.4本の無転位単結晶シリコ
ンを得ることができた。

実験例２ゲートバルブ７下方５cmのチヤンバー１の上蓋
６の筒状突起部５の上部側壁に不活性ガス導入口
１８′を引上軸を中心として対称的に20ケ所（第
５図ａ図示）、チヤンバー底部のチヤンバー１中
心からチヤンバー内径の1/4の長さの所に、直径
30mmの不活性ガス排気口１９′を引上げ軸を中心
として対称的に12ケ所（第５図ｂ図示）およびプ
ルチヤンバー８上端より下方４cmのプルチヤンバ
ー側壁に不活性ガス導入口２０を引上軸を中心と
して対称的に20ケ所それぞれ設けた。ここで、ア
ルゴンガス常圧雰囲気とした以外、他の条件は実
験例１と同一にして単結晶シリコン引上げを行つ
た。

以上のような構成の引上装置を用いて、120時
間の連続稼動で得られる無転位単結晶シリコンの
本数を調べ、従来の装置を用いた場合と比較し
た。10回の稼動の平均を算出したところ、従来の
装置を用いた場合、１回（120時間）あたり5.1本
しか無転位単結晶シリコンが得られなかつたが、
上記装置を用いた場合、7.2本の無転位単結晶シ
リコンを得ることができた。

上記実験例１、２から明らかなように、本発明
の装置を使用した場合、アルゴンガスの流れが引
上軸を中心として対称的となるため、従来の装置
を使用した場合と比較して、１回の稼動で得られ
る無転位単結晶シリコンの本数が多くなることが
わかる。

以上詳述したように、本発明によれば不活性ガ
スの流れが引上軸を中心として対称的となるた
め、単結晶シリコンの有転位化が抑制され、引上
げ単結晶シリコンの大口径化、長尺化およびその
結果としての引上げ時間の長時間化の傾向に十分
応じることができる単結晶シリコンを製造しうる
引上装置を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の単結晶シリコン引上装置を示す
断面図、第２図ａは第１図のＡ−Ａ断面図、第２
図ｂは第１図のＢ−Ｂ断面図、第３図は本発明の
単結晶シリコン引上装置を示す断面図、第４図ａ
は第３図のＣ−Ｃ断面図、第４図ｂは第３図のＤ
−Ｄ断面図、第５図ａ，ｂは第４図ａ，ｂに対応
する他の形態の不活性ガス導入口、排気口を示す
断面図である。１……チヤンバー、２……石英ルツボ、３……
黒鉛製保護体、４……支持棒、６……上蓋、８…
…プルチヤンバー、９，１１，１８，１８′，２
０……不活性ガス導入口、１０，１２，１９，１
９′……不活性ガス排気口、１４……測定用窓、
１５……種結晶、１６……引上チエーン、１７…
…溶融シリコン。

Claims

【特許請求の範囲】

１チヤンバー内に石英ガラス製ルツボを載置
し、該ルツボ内の溶融シリコンを常圧以下の不活
性ガス雰囲気下で引上げて単結晶シリコンを造る
装置において、上記チヤンバー上部の所望位置に
複数個の不活性ガス導入口を、該チヤンバーの下
部付近に複数個の不活性ガス排気口を、それぞれ
引上軸を中心として対称的に配置されるように設
けたことを特徴とする単結晶シリコン引上装置。