JPH02145496A - 半導体単結晶引上装置 - 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、半導体単結晶の引上装置に関し、特に、融液
の対流を制−して低酸素濃度の単結晶を安定に成長させ
るための均熱用るつぼ及びそのるつぼ支えの構造に関す
る。

［従来の技術］ 現在、半導体デバイスに使用されるシリコン単結晶の素
材には、通常１０〜１５×ｌＯ１？ａｔｏｍｓ／ｃｌｕ
″［ｏｌｄ　ＡＳＴＭによる］の酸素濃度ものが要求さ
れる。

単結晶中の酸素濃度は引上法においては、引上げととも
に次第に減少していくことがよく知られており、したが
って、製造された単結晶インゴット中の酸素濃度は、ト
ップ側で高く、ボトム側で低くなる。このトップ側の一
部、すなわち全インゴットの１ノ３程度は、前記の酸素
濃度範囲を高めに外れるため、デバイス素材としては直
接には利用できない。このため製造効率としては低下す
ることになる。

従来から、単結晶インゴット中の酸素濃度を低めに制御
し、前記範囲内におさまる単結晶部分をより多く確保す
るよう種々の方法が試みられてきている。

一般には、多結晶融液を入れる石英るつぼの回転数を下
げると、強制対流による融液攪拌の効果が落ちることや
、石英るつぼに接する融液量が下がることから、石英る
つぼからもたらされる酸素の融液への溶は込み量が減る
。この効果を利用して石英るつぼの回転数や引上中の単
結晶の回転数を変化させることで、酸素濃度の制御を行
なうことができる。（特開昭６２−２５６７９号公報）
特に最近では、加熱用のヒーターを多段に分け、引上げ
の進行に応じてそれぞれのヒーターへの電力供給量を制
御し、融液の対流状態を変化させたり（特開昭６２−１
５３１９１号公報）、融液に磁場をかけて対流発生を防
止したり（特開昭６２−８２９０　、特開昭６２−２７
５０８９　）、ヒーターとるつぼの間に断熱板を設けて
融液の熱分布を変えて、対流を制御したり（特開昭６２
−２０２８９２　）する方法も開示されている。

［発明が解決しようとする課題ｊ 前記のような手段を用いる場合、たとえば、ヒーターを
多段にしたり、融液に磁場をかけたりするには、装置の
改造や複雑化或は大型化という問題が生ずるし、経済的
でもない。

また、るつぼ回転や結晶回転を変化させる方法は最も用
いられるものである。しかし、るつぼ回転を従来以下に
下げた場合、融液量の多い引上げ初期では、第７図（Ｔ
）に図示するように、るつぼの側面から中央に向かう強
制対流が支配しているため問題は生じないものの、引上
げが進んだ後期においては、融液量が減ってこの強制対
流が充分行なわれなくなる。この状態においては、第７
図（ＩＩ）のように、るつぼ底からそのまま上昇する流
れが支配的で、正常な単結晶成長が阻害されてしまう。

すなわち、引上げにつれて、融液の対流状態が次第に変
化し、ある時点を境に単結晶成長が崩れることになる。

この現象は、るつぼ回転が低いほど顕著に現われてくる
。引上げ途中でるつぼ回転を上げることも可能であるが
、酸素濃度を低めに抑えようとすれば、やはり好ましい
ことではない。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記のような種々の問題点を解決すべくなさ
れたもので、従来、融液が減少し単結晶成長が困難とな
るるつぼ回転数にしても、なお正常に単結晶成長を行な
うことができ、したがって、酸素濃度を低めに制御して
、要求される範囲に収まる酸素濃度の区間を、−本のイ
ンゴットの中により多く確保するための装置を提供する
。

すなわち、均熱用るつぼと、該均熱用るつぼに内接して
設けられた多結晶溶融用石英るつぼと、前記均熱用るつ
ぼ周囲に付設された加熱装置と、前記石英るつぼ内の溶
融多結晶より単結晶を引上げて成長させる引上治具とを
備える単結晶引上装置において、均熱用るつぼ底面外周
縁に、円筒状のスカートを設けたものである。

また別には、前記均熱用るつぼ底面中央部は肉薄であっ
て、かつこの均熱用るつぼが、その底面において、るつ
ぼ中心軸に対し同心的に分割されたものである。

さらに別には、均熱用るつぼを支持するるつぼ支えが、
均熱用るつぼ底面全域を覆うように構成されたものであ
る。

さらに、前記るつぼ支えの上面に数個の突起を設け、こ
れにより均熱用るつぼを支えて、るつぼ支え上面と均熱
用るつぼ底面間に若干の間隙をもたせることもできる。

あるいは、前記るつぼ支え上面と均熱用るつぼ底面との
間に断熱材を設けることもできる。

また、前記スカ′−トを設けた均熱用るつぼと前記構造
のるつぼ支えを併用してもいい。

［作用］ 本発明は、均熱用るつぼの底面外周に沿って第１図のよ
うにスカートｌを設けること、また、均熱用るつぼの底
面中央部に第２図のように、薄肉部６を形成し、かつ中
心軸に対し同心的にこの均熱用るつぼを分割すること、
さらにまた、るつぼ支えを、第３図のぷうに、均熱用る
つぼ底面全域を覆うように構成すること、また、この均
熱用るつぼ底面全域を覆う構造において、均熱用るつぼ
とるつぼ支えとの間に、若干のすき間を設けたり（第４
図）、断熱材を挿入したりすることで融液の対流状態を
制御し、この課題を解決する。

本発明のスカート１　（第１図）は、ヒーター３からの
るつぼ底面への熱輻射をさえぎるため、側面加熱が主に
なり、融液量が減少しても、単結晶成長に悪影響を与え
るほど対流状態が変わることはないものと考えられる。

本発明の均熱用るつぼ底面中央部を肉薄にし、分割した
ものは、同様にヒーター３からくる均熱用るつぼ底面へ
の輻射熱を第２図に示した空間部７で断熱し、かつ均熱
用るつぼ側面側からくる伝導による熱を分割部分８によ
りさえぎる作用を有するため、前述と同様、対流状態が
大きく変化することがないものと考えられる。

また、本発明のるつぼ支え５ａ又は５ｂも、均熱用るつ
ぼ底面全域を覆うよう構成されているために（第３図）
やはりヒーターからのるつぼ底面に対する熱輻射量を抑
えて、同様な作用をするものと考えられる。　さらに、
第５図のように前者のスカートるつぼと後者のるつぼ支
えを併用する場合も同様である。　こうした構成により
、るつぼ回転を下げた状態での単結晶成長が可能になる
。

るつぼ回転が下がれば、攪拌力が落ち、石英るつぼ付近
の融液量は下がるから酸素の溶は込み量が減る。

［実施例１コ 第１図に示した本発明の一実施例のスカート１を有した
スカートるつぼ２を設けたチョクラルスキー法による単
結晶引上装置を用いて、以下のような条件でシリコン単
結晶の引上げ成長を行なった。

１６インチ石英るつぼ（図示せず）にシリコン多結晶素
材４５ｋｇを充填し、ヒーター３により加熱溶融した。

溶融後、第１表の２条件でそれぞれφ６°′のシリコン
単結晶を融液中より引上げた。

第１表 るつぼ回転の−（マイナス）は、結晶回転方向と逆であ
ることを表わす。

本実施例により得られたシリコン単結晶中の長さ方向の
酸素濃度分布は第８図に示す。

第８図中、曲線ａは第１表のａの条件によるまた、曲線
すは第１表のｂの条件によるものを表わす。

［実施例２］ 第２図に示した本発明の一実施例である底面中央部が肉
薄で、分割された均熱用るつぼ４を設けたチョクラルス
キー法による単結晶引上装置を用いて、以下のような条
件でシリコン単結晶の引上げ成長を行なった。

１６インチ石英るつぼ（図示せず）にシリコン多結晶素
材４５ｋｇを充填し、ヒーター３により加熱溶融した。

溶融後、第２表の２条件で、それぞれφ６゛′のシリコ
ン単結晶を融液中より引上げた。

第２表 るつぼ回転の−（マイナス）は、結晶回転方向と逆であ
ることを表わす。

本実施例により得られたシリコン単結晶中の長さ方向の
酸素濃度分布は第９図に示す。

第９図中、曲線Ｃは第２表のＣの条件によるまた、曲線
ｄは第２表のｄの条件によるものを表わす。

［実施例３］ 第３図に示した本発明の一実施例であるるつぼ支え５を
設けたチョクラルスキー法による単結晶引上装置を用い
て、以下のような条件でシリコン単結晶の引上げ成長を
行なった。

１６インチ石英るつぼ（図示せず）にシリコン多結晶素
材４５ｋｇを充填し、ヒーター３により加熱溶融した。

溶融後、第３表の２条件で、それぞれφ６”のシリコン
単結晶を融液中より引上げた。

第３表 るつぼ回転の−（マイナス）は、結晶回転方向と逆であ
ることを表わす。

本実施例により得られたシリコン単結晶中の長さ方向の
酸素濃度分布は第１０図に示す。

第１０図中、曲線ｅは第３表のｅの条件によるまた、曲
線ｆは第３表のｆの条件によるものを表わす。

［比較例］ 他に、比較のために、第６図に示した従来の均熱用るつ
ぼ１０及びるつぼ支え５を具えた装置でも同様に、第４
表の２条件で、それぞれφ６“のシリコン単結晶を融液
中より引上げた。

第４表 るつぼ回転の−（マイナス）は、結晶回転方向と逆であ
ることを表わす。

本実施例により得られたシリコン単結晶中の長さ方向の
酸素濃度分布は第１１図に示す。

第１１図中、曲線Ｘは第４表のＸの条件によるまた、曲
線ｙは第４表のｙの条件によるものを表わす。

［発明の効果］ 本発明の装置によれば、るつぼの回転数を低下させても
対流状態が正常に保たれるため、結晶成長部での温度変
動も少なくなり、単結晶成長が安定して行なえる。

したがって、酸素濃度が従来のものより低い単結晶を効
率よく製造できる。

また、構造的に簡単なことから、装置自体が大型化した
り複雑化したりすることがなく、従来からの装置に直ち
に適用できる。

さらに、従来では単結晶インゴットのトップ部からボト
ム部にかけての、酸素濃度の傾きが大きかったが、第８
図乃至第１０図より明らかなように、本発明の装置を用
いれば、この傾きを小さくすることができ、インゴット
長さ方向により均一な酸素濃度の単結晶を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるスカートるつぼの一実施例を示
す半縦断面図。 第２図は、本発明による分割した均熱用るつぼの一実施
例を示す半縦断面図。 第３図は、本発明によるるつぼ支えの一実施例を示す半
縦断面図。 第４図は、本発明によるるつぼ支えの他の一実施例を示
す半縦断面図。 第５図は、本発明によるスカートるつぼ及びるつぼ支え
を併用した一実施例を示す半縦断面図。 第６図は、従来装置におけるるつぼ及びるつぼ支えを示
す半縦断面図。 第７図は、単結晶引上用るつぼ中の融液の対流状態を示
す模式図。 第８図、第９図及び第１０図は、本発明による装置を用
いて製造した単結晶中の酸素濃度分布を示す図。 第１１図は、従来装置を用いて製造した単結晶中の酸素
濃度分布を示す図。 ３・・・・ヒーター ４・・・・分割された均熱用るつぼ ５．５ａ、５ｂ・・・・るつぼ支え ６・・・・薄肉部 ７・・・・空間部 ８・・・・分割部分 １０・・・・均熱用るつぼ ｍ能燭較 １１恍ａ＠

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １均熱用るつぼと、該均熱用るつぼに内接して設けられ
   た多結晶溶融用石英るつぼと、前記均熱用るつぼ周囲に
   付設された加熱装置と、前記石英るつぼ内の溶融多結晶
   より単結晶を引上げて成長させる引上治具とを備える単
   結晶引上装置において、前記均熱用るつぼ底面外周縁に
   、円筒状スカートを設けたことを特徴とする半導体単結
   晶引上装置。 ２均熱用るつぼと、該均熱用るつぼに内接して設けられ
   た多結晶溶融用石英るつぼと、前記均熱用るつぼ周囲に
   付設された加熱装置と、前記石英るつぼ内の溶融多結晶
   より単結晶を引上げて成長させる引上治具とを備える単
   結晶引上装置において、前記均熱用るつぼ底面中央部は
   肉薄であって、かつこの均熱用るつぼが、その底面にお
   いて、るつぼ中心軸に対し同心的に分割されていること
   を特徴とする半導体単結晶引上装置。 ３均熱用るつぼと、該均熱用るつぼに内接して設けられ
   た多結晶溶融用石英るつぼと、前記均熱用るつぼ周囲に
   付設された加熱装置と、前記石英るつぼ内の溶融多結晶
   より単結晶を引上げて成長させる引上治具とを備える単
   結晶引上装置において、均熱用るつぼを支持するるつぼ
   支えが、前記均熱用るつぼ底面全域を覆うように構成さ
   れたことを特徴とする半導体単結晶引上装置。 ４るつぼ支え表面に、均熱用るつぼ底面に接する数個の
   突起を設けたことを特徴とする請求項３記載の半導体単
   結晶引上装置。 ５るつぼ支えと均熱用るつぼ底面との間に断熱材を設け
   たことを特徴とする請求項３または請求項４記載の半導
   体単結晶引上装置。