JPH0297479A

JPH0297479A - 単結晶引上装置

Info

Publication number: JPH0297479A
Application number: JP25115288A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Yamashita; 一郎山下; Yasushi Shimanuki; 島貫　康
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp; Japan Silicon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp; Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1988-10-05
Filing date: 1988-10-05
Publication date: 1990-04-10
Anticipated expiration: 2009-11-30
Also published as: JPH0696479B2

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、引き上げ中の単結晶を冷却するための冷却筒
を備えた単結晶引上装置に関する。

「従来の技術」この種の単結晶引上装置の一例として、特開昭６１−６
８３８９号公報において提案されたンリコン単結晶の引
上装置を第５図に示す。

図中符号ｌは炉体であり、この炉体１内には、シリコン
溶湯Ｙを保持する石英ルツボ２が黒鉛ザセプタ３を介し
て回転軸４の上端に固定されている。また、ルツボ２の
周囲にはヒータ５および保温筒６が配置されるとともに
、ルツボ２の上方には図示しない引上機構が設けられ、
引上ワイヤ７により、種結晶８を固定した踵保持具９が
昇降および回転操作されるようになっている。

また、引き上げられる単結晶Ｔの周囲には間隔をあけて
同心に冷却筒１０が配置され、炉体ｌの上壁を垂直に貫
通して固定されている。この冷却筒ＩＯは円筒形をなし
、その内部には冷却水等を通す冷媒路（図示路）が形成
されている。そして、この冷却筒１０の上端からＡｒガ
スが炉体ｌ内に供給されるようになっている。

この装置によれば、冷却筒！０によって引き上げ中の単
結晶Ｔへの輻射熱を防ぐとともに単結晶Ｔを冷却し、引
上速度を高めることができる。

「発明が解決しようとする課題　］しかし、上記装置においては、単結晶Ｔの冷却効率をさ
らに高めて生産性を向上させようとした場合、冷却筒の
内径を小さくして単結晶との距離を小さくしなければな
らず、単結晶Ｔと冷却筒１０とが干渉したり、Ａｒガス
の流通が悪化するなどの問題があった。

また、本出願人らは、特願昭６３−１４５２６０号にお
いて、半導体デバイス工程での高温処理時に積層欠陥が
生じにくいシリコン単結晶の引上方法を提案した。この
方法は、溶湯から引き上げたシリコン単結晶が、８５０
〜ｌ０５０℃の温度範囲を１４０分以下の滞留時間で通
過ケるように冷却温度の制御を行なうことを特徴とし、
滞留時間が１４０分以下であれば、短いほど加熱処理後
に発生する積層欠陥の少ないことが判明している。

このため、この点からも、冷却筒による単結晶冷却効果
を高めることが切望されている。

そこで本発明考らは、冷却筒による冷却効果向」二を図
るため種々の実験を試み、その結果、冷却筒の内面に凹
凸部を多数形成して内面積を増すと、冷却効果を予想以
上に向上しうるという知見を得るに至った。

［課題を解決するための手段ｊ本発明は上記課題を解決するためになされたもので、冷
却筒の内面に凹凸部を形成し、内面積を増大させたこと
を特徴とする。なお前記凹凸部は、冷却筒の内面に周方
向等間隔に形成された軸線方向に延びる突条や溝であっ
てもよい。

１作　用」この装置によれば、凹凸部を形成して冷却筒の内面積を
増すことにより、単結晶から放出される熱線の吸収率を
増すとともに、冷却筒と雰囲気ガスとの熱交換効率、お
よび雰囲気ガスと単結晶との熱交換効率を共に高め、単
結晶の冷却効果を向上する。

「実施例」第１図は、本発明に係わる単結晶引上装置の第１実施例
を示し、前記の従来例と同一部分には同一符号を付して
説明を省略する。

この装置では、炉体ｌの上壁に貫通固定された冷却筒２
０の内面に、上端から下端に達する多数（この場合８）
本の突条（凹凸部）２１・・・が周方向等間隔に形成さ
れたことを特徴とする。これら突条２Ｉは断面が鈍角三
角形状であり、その突出里は冷却筒２０の内壁面と単結
晶Ｔとの距離の５〜８０％程度であることが望ましい。

それよりも小さいと内面積増大効果が小さく、逆に大き
いと突条２１が単結晶Ｔに与える熱影響が大きくなり過
ぎ、冷却むら等の悪影響が生じるおそれがある。また、
前記突条２１の個数は多いほど冷却効率が向上するが、
同時に製造コストも増加するので、少なくとも引き上げ
たシリコン単結晶の８５０〜１０５０℃での滞留時間が
１４０分以下になるように考慮すべきである。

冷却筒２０は、Ｍｏ、ＳＵＳ製等の外筒と、突条を形成
した同材質の内筒とを重ねて均等に空隙をあけ、両端部
を封止した中空構造をなし、例えば第３図に示すように
、萌記空隙内が仕切り２２Ａ。

２２Ｂで区画され、冷媒路２４がその全体に亙って形成
されている。そしてこの冷媒路２４には、冷却筒２０の
上部両側に固定された一対の供給管２３を通じて冷却水
が循環されるとともに、冷却筒２０の上端にはＡｒガス
等の供給管（図示略）が気密的に連結されている。なお
、第３図は冷媒路２４の一例に過ぎず、他にも２重螺旋
形等の形状に冷媒路を形成してもよい。

上記構成からなる単結晶引上装置においては、冷却筒２
０の内面に突条２１・・・を形成することにより内面積
が広くされているので、単結晶Ｔがら放射される熱線の
吸収率が高いうえ、冷却筒と雰囲気ガスとの熱交換効率
、およびＡｒガスと単結晶Ｔとの熱交換効率が共に向上
され、従来装置に比して単結晶Ｔの冷却効率を著しく高
め、単結晶の生産性を高めることが可能である。

また、上記のようにシリコン単結晶製造に用いれば、引
き上げられた単結晶を効率良く冷却できるため、単結晶
の８５０〜１０５０℃での滞留時間を１４０分以下に短
縮することが容易で、半導体デバイス工程における高温
処理後も積層欠陥が発生しにくい優れた単結晶が得られ
る。

さらに、この例では、凹凸部として上下方向に延びる突
条２１・・・を形成しているので、冷却筒内２０を流れ
ろＡｒガスの流れを整える作用が得られ、冷却筒２０内
でガスが渦を巻いて滞ることがなく、冷却筒２０内にお
ける不純物凝着を防ぐ効果が高い。

なお、上記実施例のように上下方向に延びる突条２１・
・・を冷却筒２０に形成する代わりに、必要に応じては
、上下方向の溝、水平方向に延びる多数の突条や溝、螺
旋状の突条や冴、独立した多数の四部や突起を形成した
り、内面に小形の熱交換フィンを固定する構成等も可能
である。また、熱線の吸収率を高めるためには、冷却筒
２０の内面に黒色等の塗料を塗布したり、黒色の材質で
冷却筒２０の内筒を形成することら有効である。

また、本発明はシリコンのみに限らず、他種の半導体単
結晶の製造装置に適用してもよい。さらに、冷却筒の形
状を截頭円筒状等に変更したり、冷却筒に結晶成長部観
察用の窓を形成したり、炉体（こ冷却筒を直接固定する
代わりに、棒体を介して炉体１の土壁から冷却筒を吊り
下げた構成や、保温筒６の上端にフランツ部材を介して
冷却筒を支持する構成、冷却筒に昇降機構を付設し炉体
ｌ内で昇降操作可能とした構成等も実施可能である。

「実験例」次に、実験例を挙げて本発明の効果を実証する。

（実験ｌ）第１図に示した装置と、冷却筒２０以外は全く同構成か
つ同寸法の従来装置（第５図参照）を用い、それぞれシ
リコン単結晶の引上試験を行なった。

なお、各装置における冷却筒の直径、冷却水の供給量、
ルツボ内のシリコン原料充填量、単結晶の直径、引き上
げ速度、引き上げ時の冷却筒の位置は全て統一した。ま
た、本発明の装置の冷却筒は内面に突出量２０ｘｘの突
条を上下方向に多数形成したもので、その内面積は従来
装置の２倍であった。実験の結果、本発明の装置では、
引き上げた単結晶の８５０〜１０５０℃での滞留時間か
約５０分であったのに対し、従来装置では約１００９要
した。

次に、得られた２種のシリコン単結晶からウェーハを切
り出し、これらウェーハに、２℃／分で１１００℃まで
昇温さ仕る高温熱処理を施したところ、従来装置からの
ウェーハては約５０ｃｚ−”の密度で積層欠陥が検出さ
れたが、本発明の装置で得られたウェーハでは積層欠陥
は全く検出されなかった。

（実験２）次に、冷却筒の内面積の大小と単結晶冷却効果との相関
を調へた。

冷媒路を内蔵した内径２００■、高さ１００■のＭｏ、
ＳＵＳ製の冷却筒の内周面に、軸線方向に延びる突条（
突出ｆ１２０ｘｘ）を多数形成することにより、内面積
を変更した数種の冷却筒を作成し、それぞれを引上装置
に装着してシリコン単結晶の引き上げを行なった。一方
、比較例としては、突条のない同寸法の冷却筒（内面積
５＝３１４０ｃＴｌ’）を用いた。なお、冷却水の供給
量、ノリクン原料充填ｍ、単結晶の直径、引き上げ速度
、引き上げ時の冷却筒の位置は全て統一した。

引き上げ中の単結晶が８５０〜１０５０°Ｃの温度範囲
を通過するのに要する滞留時間を測定した結果を第４図
に示す。このグラフから明らかなように、冷却筒の内面
積と面記滞留時間とは略反比例の関係を有し、本発明の
有効性が確認できた。

「発明の効果」以上説明したように、本発明に係わる単結晶弓上装置は
、冷却筒の内面に突条を形成して内面積を広くとってい
るので、単結晶から放射される熱線の吸収率か高くなる
とともに、冷却筒と雰囲気ガスとの熱交換効率、および
雰囲気ガスと単結晶との熱交換効率が共に向上され、従
来装置に比して単結晶の冷却効率を高め、単結晶の成員
速度を増して生産性を向上することができる。

また、例えばシリコン単結晶製造に用いた場合には、引
き」二げられた単結晶の８５０〜１０５０℃での滞留時
間を１４０分以下に短縮することが容易で、半導体デバ
イス工程における高温処理後ら積層欠陥が発生しにくい
優れた単結晶を製造できる。

さらに、凹凸部として上下方向に延びる突条を形成した
場合には、冷却筒内を流れる雰囲気ガスの流れを整える
作用が得られ、不純物の排除効果が高い利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる単結晶引上装置の一実施例を示
す縦断面図、第２図および第３図は同装置の冷却筒を示
す平面図および側面図、第１１図は本発明の実験例の結
果を示すグラフである。一方、第５図は従来の単結晶引上装置の一例を示す縦断
面図である。Ｙ・・シリコン溶湯、　Ｔ・・・単結晶、１・・・炉体
、　　　　　　２・・ルツボ、２０・冷却筒、　　　　
２１・・・突条（凹凸部）、２３・・・冷媒供給管、　
２４・・冷媒路。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　溶湯を保持するルツボと、このルツボ内の溶湯
から単結晶を成長させながら引き上げる引上機構と、引
き上げ中の単結晶の周囲に同心に配置される冷却筒とを
備えた単結晶引上装置において、前記冷却筒の内面に凹
凸部を形成したことを特徴とする単結晶引上装置。
（２）　前記凹凸部は、冷却筒の内面に周方向等間隔に
形成された軸線方向に延びる複数の突条または溝である
ことを特徴とする第１項記載の単結晶引上装置。