JPH0255291A - 単結晶引上げ用治具 - 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、単結晶引上げ用治具に関し、より具体的には
、ＣＺ法及びＭＣＺ法による単結晶引上げ装置における
ルツボに設置される治具に関する。

［従来の技術］ 従来、ＣＺ法及びＭＣＺ法が３ｉ結晶育成に広く用いら
れている。

これらの方法では、ルツボ内に結晶育成原料を入れ、ヒ
ータでこれを加熱、溶融し、単結晶の引上げを行なう。

従来、これらの方法には製造上にむいて次の問題がある
ことが知られている。

第１にルツボ内融液中にお牧る熱対流による成長界面へ
の熱供給が結晶成長の速度を下げる。

第２に、ルツボの内壁から融液中への酸素が溶解し、融
液中の不純物となる。

第３に、融液面から８１０が蒸発しルツボ壁面に析出し
、析出量が多くなると、融液中に落下し、結晶育成のさ
またげとなる（結晶に転位を生じる）。

第４に、高温においてルツボが軟化、変形し、ルツボの
温度分布にむらが生じ、当然融液の温度にもむらが生じ
、単結晶に悪影響を及ぼす。

これらの問題がある為に引上げ速度が制限され、又、良
好な結晶を得る事が困難になる。

従って、ＭＣＺ法では、ｖＡ場の作用により融液の磁気
粘性を高め、熱対流を抑制するとともに融液の中心と周
辺部との温度差を大きくすることにより良好な育成条件
を設定したり又、輻射熱遮蔽体を固化した単結晶周辺に
設けることにより単結晶中の温度勾配を良好にしたりす
る。又、Ａｒガスを固液界面に送風して、液面で蒸発す
るＳｉＯの除去および単結晶の冷却を行なう方法などが
とられる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、より引上げ速度を向上させ、かつ、良好
な結晶を得ることが望ましい。

本光明の目的は、ルツボに取り付けられることによって
単結晶引上げの速度を向上させ、かつ良好な結晶を得る
ことを可能にする単結晶引上げ用治具を提供“すること
にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば前記の目的は、 単結晶引上げ用のルツボと引上げられる単結晶との間に
、前記ルツボと同軸的に配置される円筒部材であって、
上部が前記ルツボ内の融液の融液面の上側において前記
単結晶の周囲を囲み、下部が前記融液の中に浸漬される
円筒部材と、前記円筒部材の上部に連結されており、前
記円筒部材を所定の位置に支持する支持部材とからなる
第１の単結晶引上げ用治具、 および、第１の治具において、前記円筒部材は前記円筒
部材の周壁の全体に亘って径方向に貫通する多数の穴を
有しており、 前記支持部材は、前記円筒部材の上部と前記ルツボの周
壁の上部との間の第１の環状空間を前記支持部材が密封
しないように気体が通過するべく構成された通過手段を
有しており。

前記ルツボの外部に設けられるガス送入手段により、ガ
スが前記円筒部材の上部と前記単結晶との開の第２の環
状空間へ送入され、前記送入されたガスが前記円筒部材
の上部の多数の穴を通って、前記第１の環状空間へと前
記融液面に沿って移動し、前記移動したガスが前記通過
手段を通って前記ルツボの外部に設けられるガス排気手
段へと排気されるように構成された事を特徴とする第２
の治具によって達成される。

［作　　用］ 本発明の第１の治具によれば、円筒部材の下部は、融液
の中に浸漬するが故に、単結晶の成長界面付近へ向う対
流は特に融液面に沿った方向について円筒部材の下部の
周壁により阻止され減少し得、従って成長界面への熱供
給を小さくし得、従って結晶成長の速度を高め得る。

即ち、本発明の第１の治具によれば、ルツボの大きさは
従来通りの十分大きいものを使えるので外乱に対しての
融液の温度の安定性を低下することなく十分に保ち得る
一方で、対流に対しては見かけよルツボが小さくなり得
、従って均一な温度分布の中での温度旧都が可能となり
得る。

加えて本発明の第１の治具によれば、円筒部材の上部が
、単結晶の周囲を囲むが故に、ルツボの周壁から単結晶
への直接の輻射熱を阻止し得、従って、単結晶中の温度
勾配をより良好にし得る。

従って本発明の第１の治具により、引上げ速度を向上さ
せかつ良好な結晶を得ることが可能となる。

更に本発明の第２の治具によれば、本光明の第１の治具
の効果に加えて、送入されたガスが円筒部材の上部の多
数の穴を通って、第２の環状空間から第１の環状空間へ
と融液面に沿って移動し、更に通過手段を通ってガス排
気手段へと排気されるが故に、融液面から蒸発するＳｉ
Ｏを迅速に排除し得ると共に単結晶を良好に冷却し得る
。

又、本発明の第２の治具によれば、円筒部材の下部に多
数の穴が設けられているが故に、単結晶の引上げ中に融
液面が下がった場合にも、ガスが第２の環状空間から第
１の環状空間へと融液面に沿って良好に移動し得、従っ
て、この場合も融液面から蒸発するＳｉＯを迅速に排除
し得ると共に単結晶を良好に冷却し得、 更に、円筒部材の下部の多数の穴は、円筒部材の下部の
外側と内側の融液の温度差が大きくなり過ぎるのを阻止
する役目も果し得る。

本発明の第２の治具にかかる支持部材としては円筒部材
の上端面に一体的かつ同軸的に設けられた前記ルツボの
上端面の規定する円とほぼ同形の平面外形をもつ円盤状
部材であって、中央に円筒部材の内周面が規定する円と
ほぼ同じ円の平面形状をもつ中央穴を有すると共にルツ
ボの上端部に嵌合するべく環状突起部を周辺部に沿って
有している円盤状部材であるのが好ましく、この場合は
、ルツボの上端部を円盤状部材により支持し得、従って
ルツボの軟化、変形を抑制し得、従って、ルツボの変形
により融液の温度にむらが弁士ずるのを阻止し得る。

本発明の第２の治具にかかる通過手段は、円盤状部材に
設けられた円盤状部材の軸方向に過通する排気穴である
のが好ましい。

本発明の第１および第２の治具にかかる円筒部材の材質
としては、高純度シリコンが好ましく、この場合、円筒
部材の下部から不純物が融液中に混入するのを阻止し得
る。

本発明の第２の治具にかかるガスとしては、Ａｒガスが
好ましく、この場合、ガスにより不純物が溶液中に混入
するのを阻止し得る。

［具体例］ 本発明による具体例を図面を参照しながら説明する。

治具１は円筒部材２と支持部材３とからなる。

部材２には全体に渡って多数の穴５が設けられている。

部材３にはガスを通過させる排気穴７が４個はぼ等間隔
においている。部材３の中央部には中央穴６がおいてお
り、六〇の径は、部材２の内径ＤＮと等しい。部材３の
周辺部に設けられた環状突起部４は、ルツボ１０の上端
部に嵌合するように部材３と共にルツボ１０の外形Ｄ［
に合わせて製作される。部材２と部材３との材質は高純
度ＳｉＯ２であり、高温における部材２および部材３の
軟化や変形が生じても、治具１は硬損しないように、穴
５および穴７を加工しなければならず、穴５の面積が’
＋　ｃ、１以上の場合は、隣接する穴５同士の間隔を１
　ｃｍ以上とし、穴７については、部材３の全面Ｖ４（
穴７の面積を含む）の１／３〜２／３の面積に穴７の総
面積をし、かつ部材２および部材３の内厚は５　ｒｔｔ
ｍ以上とすれば、高温下（１４２０℃）においても強度
的な問題はない。穴５および穴７は、ガスの通過がルツ
ボの周方向に対してほぼ均等で、かつ円滑に行なわれる
限り、上記の面積に関する条件さえ満たしていれば、特
に形状は特定する必要はない。本具体例では、穴５は略
長方形とし、穴７は、略楕円形とする。

次に第４図に示すごとく治具１をルツボ１０に取り付け
、単結晶引き上げ作業中における本発明の具体例を、そ
の作用と共に説明する。尚第４図では簡便の為、穴５お
よび穴７は省略する。。

シリコンの単結晶育成原料（通常、シリコンの多結晶体
）がルツボ１０の中に入れられ、図示しないヒータによ
り加熱、溶融されて、融液１１がルツボ１０に入ってい
る。治具１をルツボ１０に取り付ける作業は、図示しな
い移動手段により、治具１をルツボ１０へ垂直移動させ
て取り付けるのが好ましい。治具１は、ルツボ１０に突
起部４にて嵌合し、ルツボ１０に対する位置が固定され
る。部材２の中央部が融液１１の液面１２の位置にくる
にうに、治具１は構成されかつ融液１１の量は調節され
ていおり、従って、部材２の上部１３は、液面１２の上
側にあり、部材２の下部１４は液面１２の下側にある。

更に上部１３は引き上げられる単結晶１５の周囲を囲う
べく、治具１は構成される。

ルツボ１０は、図示しない回転手段により回転される。

融液１１には、ヒータによる加熱およびルツボ１０の回
転により、対流が生じる。ルツボ１０の形状や、ヒータ
の加熱の仕方、又、ＭＣＺ法におけるｖＡＪＩＭのかけ
方などにより対流の仕方は変わるが、治具１を使わない
場合の一般的な対流を第５図および第６図に示す。この
場合は対流２０又は対流２１により、ルツボの中心に位
置する単結晶１５の成長界面１６には特にルツボの内壁
面からの熱が供給され、結晶の成長を防げるが、治具１
を使うことにより対流２０又は対流２１よりも小さい第
７図又は第８図に示す対流２２又は対流２３が得られる
。従って、部材２の内側に位置する界面１６に向う対流
は小さくなり、界面１６への熱供給は小さくなる。

図示しないガス送入手段により、ガス１７が単結晶１５
と上部１３との間の環状空間１８に送入され、ガス１７
は、液面１２に泊って上部１３の穴５を通って上部１３
とルツボの周壁の上部１９との間の環状空間２０に流れ
込み、更に穴７を介して、図示しないガス排気手段へと
排気される。従って、液面１２において蒸発するＳｉＯ
や酸素の析出を迅速にガス１７により排除し得、かつガ
ス１７により、単結晶１５を冷却し得る。

上部１３は単結晶１５の周囲を囲んでいるのでルツボ１
０および融液１１からの輻射熱が直接単結晶１５に及ぶ
のを阻止する。

突起部４により、単結晶引上げ中の高温によるルツボ１
０の変形が阻止され、変形により生じる融液１１の温度
むらを阻止し得る。

本発明の具体例として、特に部材２の内径ＯＮが３０．
４５、および５５　ｃｍであり、ルツボ１０に取り付け
たときのルツボ１０の底から部材２の底までの距離Ｈ，
が１０ｃＩｎ以上となるように製作された治具１を用い
て、かつ育成条件として、引上げ速度０．８〜２．３ｍ
ｍ／ｍｉｎ　、　３０ｈチヤージ、ルツボ回転０．１〜
１０「ｐＨ、シード回転２０〜３０　ｒｐｎを用いて、
育成結晶径が５．６、および８ｉｎｃｈであるシリコン
単結晶の育成を行なう。この場合、治具１をルツボ１０
に取り付けた後、１〜２時間放置した後、通常のＣＺ法
と同じ手順により単結晶の引上げを行な゛うと、結果と
して無転移で、ライフタイムが５２０〜５８０μ５ｅｃ
（Ｃ−を法）の範囲にある良好な単結晶が得られ、この
単結晶により作製したウェーハの分留も又良好である。

更に、この場合、引上げ速度を２．８ｍｍ／ｎｉｎ程度
にまで上昇させて引１げを行なっても何んら問題はなく
良好な単結晶が得られ、ＳｉＯ等が液面１２から発生し
てもルツボ１０の内壁と上部１３のルツボ１０側の壁と
に付着する程度で固液界面に何んら、悪影響を及ぼすこ
とがなく、結晶の冷却やＳｉＯの排除は良好に行なわれ
得、又、ルツボの著しい変形がなくなる。

［効果］ 本発明の治具によれば、単結晶の成長界面への熱供給を
小さくして単結晶の成長の速度を高め得るが故に、引上
げの速度が向上し得、単結晶への直接の輻射熱を阻止し
得るが故に単結晶中の温度勾配を良好にし得、融液面に
発生するＳｉＯを迅速に排除し得ると共に単結晶を良好
に冷却し得、又、融液面が下がった場合にも同様に該Ｓ
ｉＯを排除し得ると共に単結晶を冷却し得、従って、良
好なる単結晶をしかも、より速く製造することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一員体例の斜視図、第２図は本発明の
一具体例の平面図、第３図は治具１のｍＩＵ　石面図、
第４図は本発明の一具体例を用いた単結晶育成装冒の概
略図、第５図および第６図は本発明による治具を用いな
い場合の対流を示す説明図、Ｍ７図および第８図は本発
明による治具を用いた場合の対流を示す説明図である。 １・・・・・・冶　具、　　　２・・・・・・円筒部材
、３・・・・・・支持部材、　　４・・・・・・環状突
起部、５・・・・・・穴、　　６・・・・・・中央穴、
　　７・・・・・・排気穴、１０・・・・・・ルツボ、
１１・・・・・・融液、　１２・・・・・・液面、１３
・・・・・・上　部、　　１４・・・・・・下　部、１
５・・・・・・単結晶、　１６・・・・・・成長界面、
１７・・・・・・ガ　ス、　　１８．２０・・・・・・
環状空間、１９・・・・・・ルツボの周壁の上部。 第１図 第２図 第５図 第７図 第６図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）単結晶引上げ用のルツボと引上げられる単結晶と
   の間に、前記ルツボと同軸的に配置される円筒部材であ
   つて、上部が前記ルツボ内の融液の融液面の上側におい
   て前記単結晶の周囲を囲み、下部が前記融液の中に浸漬
   される前記円筒部材と、前記円筒部材の上部に連結され
   ており、前記円筒部材を所定の位置に支持する支持部材
   とからなる単結晶引上げ用治具。
2. （２）請求項第１項に記載の治具において、前記円筒部
   材は前記円筒部材の周壁の全体に亘つて径方向に貫通す
   る多数の穴を有しており、 前記支持部材は、前記円筒部材の上部と前記ルツボの周
   壁の上部との間の第１の環状空間を前記支持部材が密封
   しないように気体が通過するべく構成された通過手段を
   有しており、 前記ルツボの外部に設けられるガス送入手段により、ガ
   スが前記円筒部材の上部と前記単結晶との間の第２の環
   状空間へ送入され、前記送入されたガスが前記円筒部材
   の上部の多数の穴を通つて、前記第１の環状空間へと前
   記融液面に沿って移動し、前記移動したガスが前記通過
   手段を通って、前記ルツボの外部に設けられるガス排気
   手段へと排気されるように構成された事を特徴とする治
   具。
3. （３）請求項第２項に記載の治具であって、前記支持部
   材は、前記円筒部材の上端面に一体的かつ同軸的に設け
   られた前記ルツボの上端面の規定する円とほぼ同形の平
   面外形をもつ円盤状部材であって、中央に前記円筒部材
   の内周面が規定する円とほぼ同じ円の平面形状をもつ中
   央穴を有すると共に前記ルツボの上端部に嵌合するべく
   環状突起部を周辺部に沿つて有している前記円盤状部材
   であり、前記通過手段は前記円盤状部材に設けられた前
   記円盤状部材の軸方向に貫通する排気穴であることを特
   徴とする治具。