JPH0231040B2 - - Google Patents
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- JPH0231040B2 JPH0231040B2 JP60278629A JP27862985A JPH0231040B2 JP H0231040 B2 JPH0231040 B2 JP H0231040B2 JP 60278629 A JP60278629 A JP 60278629A JP 27862985 A JP27862985 A JP 27862985A JP H0231040 B2 JPH0231040 B2 JP H0231040B2
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はチヨクラルスキー法による単結晶の引
上装置に関するもので、特には単結晶棒を高速に
引き上げる技術に加えて、不純物による結晶の汚
染を抑え、単結晶化を阻害することのない引上装
置に係わるものである。
上装置に関するもので、特には単結晶棒を高速に
引き上げる技術に加えて、不純物による結晶の汚
染を抑え、単結晶化を阻害することのない引上装
置に係わるものである。
従来の技術
チヨクラルスキー法による単結晶の引上装置に
おいて、赤外線放射を反射し得る金属または金属
表面を有する材料で構成された輻射スクリーン
を、ルツボの上部に設置して引き上げることによ
り、単結晶化が促進され引上速度を早めることが
できるほか、単結晶中のカーボン濃度を抑え得る
ことが知られている（特公昭57−40119号公報参
照）。
おいて、赤外線放射を反射し得る金属または金属
表面を有する材料で構成された輻射スクリーン
を、ルツボの上部に設置して引き上げることによ
り、単結晶化が促進され引上速度を早めることが
できるほか、単結晶中のカーボン濃度を抑え得る
ことが知られている（特公昭57−40119号公報参
照）。
またこれに関連した技術として、輻射スクリー
ンを昇降かつ施回し得るように構成し、溶融時に
融液の飛沫が引上単結晶に付着するのを防止し
て、単結晶化を阻害しないようにした装置も知ら
れている（特公昭58−1080号公報参照）。
ンを昇降かつ施回し得るように構成し、溶融時に
融液の飛沫が引上単結晶に付着するのを防止し
て、単結晶化を阻害しないようにした装置も知ら
れている（特公昭58−1080号公報参照）。
発明が解決しようとする問題点
しかしながら、前記公知の装置を用いてシリコ
ン単結晶を引き上げる場合、つぎのような欠点が
ある。
ン単結晶を引き上げる場合、つぎのような欠点が
ある。
(1) 輻射スクリーンは、融体から発生するSiO除
去のために流されるアルゴンガスを整流し、ル
ツボ上端内壁に付着するSiOを効率よく排除す
る効果があるが、輻射スクリーン自体にSiOが
付着凝縮し、これが融体表面に落下して単結晶
化を阻害する。
去のために流されるアルゴンガスを整流し、ル
ツボ上端内壁に付着するSiOを効率よく排除す
る効果があるが、輻射スクリーン自体にSiOが
付着凝縮し、これが融体表面に落下して単結晶
化を阻害する。
(2) 単結晶引上の進行に伴いルツボ内融液の深さ
が低下するので、ヒーター固定型の引上機で
は、融液界面の位置をヒーターに対して相対的
に一定に保つために、ルツボを上昇する必要が
あるが、これにともないルツボと輻射スクリー
ンが接触しないように輻射スクリーンを高くす
るように調節しなければならない。この動きに
より、融液から離れた比較的温度の低い輻射ス
クリーン表面に付着凝縮したSiOが、融液に落
下して、単結晶化の阻害を速める。
が低下するので、ヒーター固定型の引上機で
は、融液界面の位置をヒーターに対して相対的
に一定に保つために、ルツボを上昇する必要が
あるが、これにともないルツボと輻射スクリー
ンが接触しないように輻射スクリーンを高くす
るように調節しなければならない。この動きに
より、融液から離れた比較的温度の低い輻射ス
クリーン表面に付着凝縮したSiOが、融液に落
下して、単結晶化の阻害を速める。
(3) 前記公知の装置においては、スクリーンの材
質が赤外線放射を反射し得る金属または金属表
面を有する材料から構成されるが、重金属を使
用するとシリコンのような単結晶を引き上げる
際には、それが単結晶中に混入しきわめて有害
であり、デバイスに加工されたときに電気的に
深い準位の欠陥を作り、デバイスの電気特性に
悪い影響を与えるので、これを避けなければな
らない。また前記公知の方法ではゲルマニウム
（Ge）が良いと記載されているが、シリコン単
結晶を引き上げる場合には、融液より15mm程度
離れた単結晶表面は約1300℃の温度であり、
Ge（融点958.5℃）が融けてしまうため実用に
ならない。
質が赤外線放射を反射し得る金属または金属表
面を有する材料から構成されるが、重金属を使
用するとシリコンのような単結晶を引き上げる
際には、それが単結晶中に混入しきわめて有害
であり、デバイスに加工されたときに電気的に
深い準位の欠陥を作り、デバイスの電気特性に
悪い影響を与えるので、これを避けなければな
らない。また前記公知の方法ではゲルマニウム
（Ge）が良いと記載されているが、シリコン単
結晶を引き上げる場合には、融液より15mm程度
離れた単結晶表面は約1300℃の温度であり、
Ge（融点958.5℃）が融けてしまうため実用に
ならない。
(4) また、ルツボ中への原料の充填を容易化し、
充填時に飛沫が付着しないように輻射スクリー
ンを昇降し、あるいは施回させる機構を設けた
装置（特公昭58−1080号公報参照）では、スク
リーンを上昇したときにスクリーン自体が冷却
されるため、スクリーン下表面へのSiOの付着
はどうしても避けられず、またスクリーンを動
かすことによつてSiOが落下し、単結晶化阻害
の原因となる。
充填時に飛沫が付着しないように輻射スクリー
ンを昇降し、あるいは施回させる機構を設けた
装置（特公昭58−1080号公報参照）では、スク
リーンを上昇したときにスクリーン自体が冷却
されるため、スクリーン下表面へのSiOの付着
はどうしても避けられず、またスクリーンを動
かすことによつてSiOが落下し、単結晶化阻害
の原因となる。
問題点を解決するための手段
本発明者は上記問題点を解消するため検討を重
ねた結果、石英ルツボが大口径化しかつ高さが高
くなつた場合に、輻射スクリーンおよびその支持
部にSiOを付着させないために、輻射スクリーン
材を断熱化し、さらに輻射スクリーンによる重金
属汚染を抑えるために、その外表面に重金属以外
の高温に耐え得る材質のものを使うことにより前
記問題点を解消することに成功し、本発明を達成
したもので、これはチヨクラルスキー法による単
結晶引上装置において、該単結晶棒を取囲み、下
端開口が融体面に近接し、その上端が外方へ断面
三角形もしくは弧状に曲折されたリム状環でルツ
ボの頂部周辺をカバーするほぼ逆円錐形の輻射ス
クリーンを設けてなり、該輻射スクリーンの内、
外表面はカーボン、炭化珪素、窒化珪素あるいは
窒化ホウ素の中の１つから、中間層はカーボンフ
エルトから構成される断熱複層構造であることを
特徴とする単結晶の引上装置である。
ねた結果、石英ルツボが大口径化しかつ高さが高
くなつた場合に、輻射スクリーンおよびその支持
部にSiOを付着させないために、輻射スクリーン
材を断熱化し、さらに輻射スクリーンによる重金
属汚染を抑えるために、その外表面に重金属以外
の高温に耐え得る材質のものを使うことにより前
記問題点を解消することに成功し、本発明を達成
したもので、これはチヨクラルスキー法による単
結晶引上装置において、該単結晶棒を取囲み、下
端開口が融体面に近接し、その上端が外方へ断面
三角形もしくは弧状に曲折されたリム状環でルツ
ボの頂部周辺をカバーするほぼ逆円錐形の輻射ス
クリーンを設けてなり、該輻射スクリーンの内、
外表面はカーボン、炭化珪素、窒化珪素あるいは
窒化ホウ素の中の１つから、中間層はカーボンフ
エルトから構成される断熱複層構造であることを
特徴とする単結晶の引上装置である。
以下本発明を図面によつて詳しく説明する。
第１図において、石英ルツボ１は黒鉛ルツボ２
の中に埋め込まれており、軸３によつて上下動ま
たは垂直軸まわりに回転でき、ルツボのまわりに
配設されたヒーター４は軸５によつて上下し得
る。石英ルツボ１内には、たとえばシリコンの融
体６が存在し、これからシリコン単結晶棒７が引
き上げられる。８は種結晶である。９はヒーター
の外方への輻射をさえぎるためのカーボンとカー
ボンフエルトよりなる断熱材であり、その上にカ
ーボン・カーボンフエルト・カーボンの３重断熱
構造をもつスクリーン補助立１０と、スクリーン
支え１１を載置する。輻射スクリーン１２の下端
開口は融体表面に近接しており、そこから上方に
向かつて拡開して上端は断面三角形または弧状を
呈したリム状環を形成し、スクリーン支えで支え
られる。スクリーンの構造は多層構造となつてお
り、第１図のＡ−A′線を通る横断面図である第
２図において明らかなように、スクリーン外表面
１３は、高温のSiOの蒸気にさらされるため、窒
化珪素（Si3N4）、炭化珪素（SiC）または窒化ホ
ウ素（BN）等のセラミツクスかあるいはカーボ
ン上にSi3N4，SiCまたはBNをコーテイングした
ものからなる。これらのセラミツクスは、輻射率
が約0.5以上で融体からの熱輻射を完全に防ぐま
でには到らないとしても良好な遮熱効果を有し、
高温においても安定であつて、金属材料製のもの
と異なり、シリコン単結晶中に不純物が混入され
ることがほとんどない。これらのセラミツクスの
純度は特に超高純度である必要はなく、たとえば
Si3N4の場合には99％程度の純度のものでよい。
の中に埋め込まれており、軸３によつて上下動ま
たは垂直軸まわりに回転でき、ルツボのまわりに
配設されたヒーター４は軸５によつて上下し得
る。石英ルツボ１内には、たとえばシリコンの融
体６が存在し、これからシリコン単結晶棒７が引
き上げられる。８は種結晶である。９はヒーター
の外方への輻射をさえぎるためのカーボンとカー
ボンフエルトよりなる断熱材であり、その上にカ
ーボン・カーボンフエルト・カーボンの３重断熱
構造をもつスクリーン補助立１０と、スクリーン
支え１１を載置する。輻射スクリーン１２の下端
開口は融体表面に近接しており、そこから上方に
向かつて拡開して上端は断面三角形または弧状を
呈したリム状環を形成し、スクリーン支えで支え
られる。スクリーンの構造は多層構造となつてお
り、第１図のＡ−A′線を通る横断面図である第
２図において明らかなように、スクリーン外表面
１３は、高温のSiOの蒸気にさらされるため、窒
化珪素（Si3N4）、炭化珪素（SiC）または窒化ホ
ウ素（BN）等のセラミツクスかあるいはカーボ
ン上にSi3N4，SiCまたはBNをコーテイングした
ものからなる。これらのセラミツクスは、輻射率
が約0.5以上で融体からの熱輻射を完全に防ぐま
でには到らないとしても良好な遮熱効果を有し、
高温においても安定であつて、金属材料製のもの
と異なり、シリコン単結晶中に不純物が混入され
ることがほとんどない。これらのセラミツクスの
純度は特に超高純度である必要はなく、たとえば
Si3N4の場合には99％程度の純度のものでよい。
つぎに、輻射スクリーンの中間層１４はカーボ
ン系の断熱材たとえばカーボンフエルトによつて
構成される。この中間層は外表面13としてSi3N4
のような熱伝導性の悪い材料を被覆しあるいは複
合させた場合にはこれを省略することもできる。
ン系の断熱材たとえばカーボンフエルトによつて
構成される。この中間層は外表面13としてSi3N4
のような熱伝導性の悪い材料を被覆しあるいは複
合させた場合にはこれを省略することもできる。
さらに輻射スクリーンの内表面（すなわち融体
と反対の面）１５は熱輻射率が大きくかつ熱伝導
性の良い材料たとえばカーボン、SiCなどによつ
て構成される。Si3N4は熱伝導率が悪いが、輻射
率が0.5と大きいので充分使用の目的に耐える。
また、内表面１５はアルゴンガスで常にパージさ
れSiOの蒸気にさらされることがないので、外表
面ほど材料の選定は厳しくなくてもよい。スクリ
ーン補助立１０、スクリーン支え１１、および輻
射スクリーン１２を断熱構造とすることにより、
引き上げ中それらに付着するSiOのごみを最小限
にすることができ、導入口１６より入れたアルゴ
ンガスは、矢印のように単結晶周囲、融体表面、
ルツボ上端内壁面を洗つて排出口１７より系外に
排出されるが、スクリーン本来の目的であるアル
ゴンガスの整流性と、成長界面近くからSiOを排
出する能力によつて単結晶化が大幅に促進され、
引上速度を高く保つことができる。
と反対の面）１５は熱輻射率が大きくかつ熱伝導
性の良い材料たとえばカーボン、SiCなどによつ
て構成される。Si3N4は熱伝導率が悪いが、輻射
率が0.5と大きいので充分使用の目的に耐える。
また、内表面１５はアルゴンガスで常にパージさ
れSiOの蒸気にさらされることがないので、外表
面ほど材料の選定は厳しくなくてもよい。スクリ
ーン補助立１０、スクリーン支え１１、および輻
射スクリーン１２を断熱構造とすることにより、
引き上げ中それらに付着するSiOのごみを最小限
にすることができ、導入口１６より入れたアルゴ
ンガスは、矢印のように単結晶周囲、融体表面、
ルツボ上端内壁面を洗つて排出口１７より系外に
排出されるが、スクリーン本来の目的であるアル
ゴンガスの整流性と、成長界面近くからSiOを排
出する能力によつて単結晶化が大幅に促進され、
引上速度を高く保つことができる。
輻射スクリーン１２をセラミツクスまたは少な
くともその外表面をセラミツクスにすることによ
り、ルツボその他の炉内部品を構成するカーボン
による単結晶の汚染を抑えられる。
くともその外表面をセラミツクスにすることによ
り、ルツボその他の炉内部品を構成するカーボン
による単結晶の汚染を抑えられる。
本発明では、原料充填時にはルツボとヒーター
を共に下降しておき、原料を充填したのち原料に
接触しないようなルツボ上部位置にスクリーンを
固定する。原料が溶融してからルツボとヒーター
を上昇させて所定位置で停止させ、その後結晶の
引上を開始する。この間スクリーンを移動するこ
となく結晶引上操作を完了するのが好ましい。こ
のようにすることにより、スクリーンが冷却され
ずほぼ一定の高温に維持されてSiOの付着がな
く、したがつてその落下による結晶欠陥の発生を
防止できる。
を共に下降しておき、原料を充填したのち原料に
接触しないようなルツボ上部位置にスクリーンを
固定する。原料が溶融してからルツボとヒーター
を上昇させて所定位置で停止させ、その後結晶の
引上を開始する。この間スクリーンを移動するこ
となく結晶引上操作を完了するのが好ましい。こ
のようにすることにより、スクリーンが冷却され
ずほぼ一定の高温に維持されてSiOの付着がな
く、したがつてその落下による結晶欠陥の発生を
防止できる。
つぎに実施例をあげる。
実施例
直径40.6cm、深さ28cmの石英ルツボに多結晶シ
リコン60Kgを装入した。このときヒーターとルツ
ボの位置を種付け時の位置よりも20cm下にしてお
いた。輻射スクリーンをスクリーン支えの上に静
置し、真空引き後アルゴンで置換して溶融を開始
した。完全に原料が溶融し終つた後、融体表面と
スクリーンに先端開口の距離が30mmになるまで石
英ルツボとヒーターを同時に上昇させた後、通常
の方法で単結晶を引き上げ、直径約150mm、長さ
約120cmの品質の良い単結晶を得た。
リコン60Kgを装入した。このときヒーターとルツ
ボの位置を種付け時の位置よりも20cm下にしてお
いた。輻射スクリーンをスクリーン支えの上に静
置し、真空引き後アルゴンで置換して溶融を開始
した。完全に原料が溶融し終つた後、融体表面と
スクリーンに先端開口の距離が30mmになるまで石
英ルツボとヒーターを同時に上昇させた後、通常
の方法で単結晶を引き上げ、直径約150mm、長さ
約120cmの品質の良い単結晶を得た。
本発明によると、引上室内圧力を0.5〜
500mbarに、またアルゴンガスの流量を10〜200
／minまで広範囲に変えても、単結晶化は阻害
されなかつた。またアルゴンガス流が融体表面を
通るために、揮発性の不純物（たとえばSiO）
は、本発明装置をつけない時よりも揮発が速かつ
た。また、結晶の冷却が適切に速いために、結晶
中の格子欠陥が減少し結晶性の改善がみられた。
500mbarに、またアルゴンガスの流量を10〜200
／minまで広範囲に変えても、単結晶化は阻害
されなかつた。またアルゴンガス流が融体表面を
通るために、揮発性の不純物（たとえばSiO）
は、本発明装置をつけない時よりも揮発が速かつ
た。また、結晶の冷却が適切に速いために、結晶
中の格子欠陥が減少し結晶性の改善がみられた。
発明の効果
以上述べたように、本発明の装置によれば、引
上単結晶の欠陥発生を抑制し、不純物の混入を防
止でき、引上速度を高めて生産性の向上が可能で
あるという優れた効果をあげることができる。
上単結晶の欠陥発生を抑制し、不純物の混入を防
止でき、引上速度を高めて生産性の向上が可能で
あるという優れた効果をあげることができる。
第１図は本発明の引上装置の縦断面図を、第２
図は第１図のＡ−A′線を通る横断面図を示す。 １……石英ルツボ、２……黒鉛ルツボ、３……
軸、４……ヒーター、５……軸、６……融体、７
……単結晶棒、８……種結晶、９……断熱材、１
０……スクリーン補助立、１１……スクリーン支
え、１２……輻射スクリーン、１３……スクリー
ン外表面、１４……スクリーン中間層、１５……
スクリーン内表面、１６……導入口、１７……排
出口。
図は第１図のＡ−A′線を通る横断面図を示す。 １……石英ルツボ、２……黒鉛ルツボ、３……
軸、４……ヒーター、５……軸、６……融体、７
……単結晶棒、８……種結晶、９……断熱材、１
０……スクリーン補助立、１１……スクリーン支
え、１２……輻射スクリーン、１３……スクリー
ン外表面、１４……スクリーン中間層、１５……
スクリーン内表面、１６……導入口、１７……排
出口。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ チヨクラルスキー法による単結晶引上装置に
おいて、該単結晶棒を取囲み、下端開口が融体面
に近接し、その上端が外方へ断面三角形もしくは
弧状に曲折されたリム状環でルツボの頂部周辺を
カバーするほぼ逆円錐形の輻射スクリーンを設け
てなり、該輻射スクリーンの内、外表面はカーボ
ンから、中間層はカーボンフエルトから構成され
る断熱複層構造であることを特徴とする単結晶の
引上装置。 ２ チヨクラルスキー法による単結晶引上装置に
おいて、該単結晶棒を取囲み、下端開口が融体面
に近接し、その上端が外方へ断面三角形もしくは
弧状に曲折されたリム状環でルツボの頂部周辺を
カバーするほぼ逆円錐形の輻射スクリーンを設け
てなり、該輻射スクリーンの内、外表面は炭化珪
素、窒化珪素あるいは窒化ホウ素の中の１つか
ら、中間層はカーボンフエルトから構成される断
熱複層構造であることを特徴とする単結晶の引上
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27862985A JPS62138386A (ja) | 1985-12-11 | 1985-12-11 | 単結晶の引上装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27862985A JPS62138386A (ja) | 1985-12-11 | 1985-12-11 | 単結晶の引上装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62138386A JPS62138386A (ja) | 1987-06-22 |
| JPH0231040B2 true JPH0231040B2 (ja) | 1990-07-11 |
Family
ID=17599938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27862985A Granted JPS62138386A (ja) | 1985-12-11 | 1985-12-11 | 単結晶の引上装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62138386A (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS58140393A (ja) * | 1982-02-16 | 1983-08-20 | Toshiba Ceramics Co Ltd | 単結晶シリコン引上装置 |
-
1985
- 1985-12-11 JP JP27862985A patent/JPS62138386A/ja active Granted
Patent Citations (2)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62138386A (ja) | 1987-06-22 |
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