JPH03177393A - 単結晶の製造装置 - 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、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素等に
代表される半導体単結晶の製造装置に関し、特に引上げ
法（チョクラルスキー法）を応用した連続引上げ法に適
用して好ましい単結晶の製造装置に関する。

（従来の技術） 現在、集積回路（ＩＣ）、大規模集積回路（ＬＳＩ）な
どのデバイスとして工業的に広く用いられている半導体
としては、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素等が
知られている。

このような半導体産業にて用いられる単結晶は、多結晶
を原料として、多結晶棒に誘導加熱で溶融帯を作りこれ
を種結晶側から移動させて単結晶を成長させる浮遊帯溶
融法（Ｆｌｏａｔｉｎｇ　Ｚｏｎｅ法、以下ＦＺ法と略
称）、あるいは、多結晶をルツボに入れて加熱溶融し種
結晶を溶融液に浸漬してから引き上げて丸棒の単結晶を
成長させる引上げ法（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ法、以下
ＣＺ法と略称）によッテ製造されている。

これらの製法は単結晶の用途によって選択され、ＦＺ法
により製造された単結晶は高抵抗率の用途、ＣＺ法によ
り製造された単結晶は低〜ψ抵抗率の用途に供されるか
、近年、ＬＳＩ製造技術の進歩により１個の電子回路か
ますます微小化する一方、加工基板となる単結晶ウェハ
ーの面積を大きくして１回のプロセスでウェハー中に形
成される回路数の増大を図ることにより、１つの回路当
たりのコストの低減が図られている。このため単結晶製
造技術に対し、大直径化が絶えず要求されており、同時
に、単結前製造時の時間当たりの生産性を畠めるために
１本の単結晶の長さを長くする方法も追及されている。

上述したＣＺ法は、大径の単結晶インゴットが得やすい
という長所を備えているのみならず、自動直径制御や、
原料多結晶のりチャージによる半連続化等の技術改良が
進んでコスト面でもＦＺ法を凌いでいるのが実情である
。

従来のＣＺ法による単結晶の製造は、シリコンを例にと
れば、原料となる多結晶シリコンおよび必誠に応じてド
ーパント（不純物）をチャンバ内に支持台により支持さ
れた石英製ルツボ内に入れた後、アルゴン雰囲気の下、
石英製ルツボの周囲に配設された加熱ヒータによってン
トを溶解し、ルツボの上方に設けられた引上げ装置のチ
ャックにシリコン単結晶からなる細い種結晶を取り付け
、これをルツボ内のシリコン溶融液に浸漬した後に、引
上げ軸をルツボに対して相対的に回転させなから所定の
速度で引き上げる。すると、引上げ釉に取り付けられた
種結晶の下端に順次単結晶か成長することになり、所望
の抵抗値（ドーパント濃度）を有する単結晶インコツト
を得ることができる。

このようなＣＺ法による単結晶の引きヒげを連続的に行
なう手法も既に知られているが、この連続引上げ法によ
れば、引上げ方向のドーパント濃度の均一化を図ること
ができ、製造された単結晶の歩留りを向上させることが
できる。

ＣＺ法を応用した連続引上げ法による単結晶の製造装置
は、例えば特開昭５７−１８３，３９２号公報に開示さ
れているように（第５図参照）、石英製ルツボ１４内に
２重の環状隔壁１８ａ。

１８ｂを設け、この環状隔壁１８ａ、１８ｂにより石英
製ルツボ１４内を溶融ゾーン１９と凝固ゾーン２０とに
区画すると共に、環状隔壁１８ａ。

１８ｂのそれぞれに開設した連通孔２６ａ、２６ｂによ
り両ゾーン１９．２０を連通させ、多結晶およびドーパ
ントをノズル２２を介して溶融ゾーン１つに供給して溶
融した後に、これを凝固ゾーン２０に導き、単結晶Ｃの
引上げを行なう構成となっている。なお、「１６」はル
ツボ１４を回転させるための駆動装置、「１７」はルツ
ボ内に供給された原料およびドーパントを加熱溶解させ
るための加熱ヒータである。

また、特開昭６３−７９，７９０号公報、特開昭６２−
２７５．０８８号公報にも、石英製ルツボ内に隔壁を設
けることによりルツボ内を区画した製造装置が示されて
いる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、単結晶を製造するに当たり上述した連続引上
げ法を用いるのは、製造される単結晶の引上げ方向の均
一化を図り、単結晶の歩留まりを向上させることを狙い
としているが、従来の製造装置にあっては、原料を溶融
ゾーンに供給した場合、溶融液の熱対流により溶解前に
連通孔を通過して凝固ゾーンに達し、この未溶解の原車
４が引上げ中の単結晶に付着して単結晶を有転位化して
しまうという問題があった。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされ
たものであり、原料の溶解を確実に行な・うことにより
有転位化を防止すると共に、ドーパントを添加する場合
はそのドーパント濃度を均一化することにより抵抗率が
均一な単結晶を得ることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するための本発明は、ルツボ内に環状隔
壁を設けることによりルツボ内を溶融ゾーンと凝固ゾー
ンとに区画し、環状隔壁に開設した連通孔を介して両ゾ
ーンを連通させ、溶融ゾーンにて溶融した溶融液を凝固
ゾーンに導き、この溶融液に種結晶を浸漬させた後にこ
の種結晶を弓き上げることにより種結晶の下端部に単結
晶を育成させる単結晶の製造装置において、前記環状隔
壁を多重に設けると共に、相隣接する環状隔壁の少なく
とも一つの組合わせにおいて環状隔壁の連通孔か互いに
ずらした位訳に開設されていることを特徴とする単結晶
の製造装置である。

（作用） このように構成した本発明にあっては、溶融ゾーンに供
給された原料は、環状隔壁に開設された連通孔を通過し
て凝固ゾーン側に流入しようとするか、相隣接する環状
隔壁のうち少なくとも一つの組合わせにおいて連通孔が
互いにずれた位置に開設されていることから、一つの連
通孔から他の連通孔に達するまでに時間を要することに
なる。

これにより、原料の溶解が進み、凝固ゾーンに達した際
には完全に溶解して、引上げ中の単結晶に未溶解の原料
が付着して有転位化することかない。

また、ドーパントを添加する場合にあっては、ドーパン
トが均一に溶解するので抵抗率が均一な単結晶が得られ
る。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る単結晶の製造装置を示
す断面図、第２図は第１図の■−■線に沿う断面図、第
３，４図は他の実施例に係る環状隔をの断面図であって
第１図における■−■線に相当する断面図である。

本実施例の連続引上げ装置は、加熱チャンバと引上げチ
ャンバとからなるチャンバ（不図示）を有している。加
熱チャンバ内には黒鉛製麦は皿に支持された黒鉛製ルツ
ボおよび石英製ルツボ（以下ルツボ１４と称する）か設
けられ、このルツボ１４は回転軸１５を介して駆動装置
１６により回転するようになっている。

略円筒状に形成されたルツボ１４の周囲には、ルツボ１
４内に収容した多結晶原料を溶融するための加熱ヒータ
１７が設けられている。なお、ルツボ１４の下方であっ
て後述する溶融ゾーン１９に対応した位置に、ボトムヒ
ータを設けることもできる。

ルツボ１４内には、環状に形成された隔壁１８ａ、１８
ｂが２重に設けられ、これによりルツボ１４は溶融ゾー
ン１つと凝固ゾーン２０とに仕切られているが、この隔
壁１８ａ、１８ｂのそれぞれの下端縁に開設された連通
孔２６ａ、２６ｂを介して両ゾーン１９．２０は連通し
ている。また、溶融ゾーン１つには、原料供給装置から
ノズル２２を介して原料が供給される。

本実施例の環状隔壁１８ａ、　１８ｂにあっては、第２
図に示すように、環状隔壁１８ａに開設された連通孔２
６ａと、環状隔壁１８ｂに開設された連通孔２６ｂとの
開設位置が、円周方向に位相された状態で設定されてい
る。すなわち、外側に位置する環状隔壁１８ｂの連通孔
２６ｂを通過した溶融ゾーン１つの溶融液は、そのまま
凝固ゾーン２０に直進することができず、第２図に示す
右あるいは左側に対流して環状隔壁１８ａの連通孔２６
ａに至る。仮に、連通孔２６ｂを通過した溶融液ψに未
溶解の原料が残留していたとしても、この対流時間によ
ってすべて溶解させた後に凝固ゾーン２０に導くことが
できる。

この連通孔２６ａ、２６ｂの設定位置は上記実施例に限
定されることはなく、第３図に示すように設定すること
も可能であり、また第４図に示すように設定しても良い
。さらに、このような本発明に係る連通孔２６ａ、２６
ｂの関係は、円周方向にずらすたけでなく、環状隔壁の
上下方向にずらしても良く、円周方向と上下方向とを組
み合わせることもできる。

さらに、本実施例に係る環状隔壁は、２重に設けられて
いるが、本発明はこれに限定されることなく多重に設け
たものであれば良い。

引上げチャンバの上部には、引上げ装置が設けられ、引
上げ軸である引上げワイヤを回転させると共に昇降させ
るように構成されている。引上げワイヤの先端には、チ
ャックが取り付けられて、このチャックに種結晶２を把
持せしめ、引上げ装置を駆動させて引上げワイヤを種結
晶２の先端がルツボ１４内の溶融液３に所定量たけｄ漬
するまで下降させた後に、引上げワイヤを引上げ速度を
制御しながら上昇させれば、秤粘品２の下端に単結晶Ｃ
が成長することになる。

次に、上述した本実施例の連続引上げ装置を用いて単結
晶を製造する方法を説明する。本発明の製造装置は、シ
リコン結晶、ゲルマニウム結晶、ガリウム砒素結晶の他
、金属結晶、金属酸化物結晶に適用することかできる。

まず、原料供給装置から所定量の多結晶原料と必要に応
じてこれに添加すべきドーパントとをルツボ１４内の溶
融ゾーン１９に供給し、加熱ヒータ１７を作動させて溶
解させる。なお、引上げを開始する前にルツボ１４内に
溶融液３を充満させる場合には、凝固ゾーン２０および
溶融ゾーン１９の両方に原料を供給することも可能であ
る。

ついで、引上げ軸のチャックに面方位の定まった種結晶
２を取り付け、引上げ装置を作動させて引上げ軸を種結
晶２の下端部が溶融液３に浸漬するまで降下させる。

引上げの最初においては、引上げ速度を速く設定し、か
つ／または溶融液温度を高くすることにより、単結晶の
径を細く絞り、転位を単結晶表面に追い出して無転位化
する。続いて、引上げ速度および／または溶融液温度を
下げることにより、所望の径を有する単結晶Ｃを成長さ
せる。この場合、駆動装置１６によりルツボ１４を回転
させると共に、引上げ袖もこの回転に同期させて回転さ
せ、溶融液３を攪拌し、融液温度の均一化を図ることが
好ましい。

なお、本実施例の引上げ操作を行なっている間は、原料
供給装置からノズル２２を介してルツボ１４の溶融ゾー
ン１９に原料が供給されており、これによって溶融液３
の液面が常に一定に保たれている。

このように構成した本実施例にあっては、溶融ゾーン１
９に供給された原料は、外側の環状隔壁１８ｂに開設さ
れた連通孔２６ｂを通過して凝固ゾーン２０側に流入し
ようとするが、内側の環状隔壁１８ａの連通孔２６ａは
、前記外側の連通孔２６ｂに対してずれた位置に開設し
ていることから、連通孔２６ｂから他の連通孔２６ａに
達するまでに時間を要することになる。これにより、原
料の溶解が進み、凝固ゾーン２０に達した際には完全に
溶解して、引上げ中の単結晶Ｃに未溶解の原料か付着す
ることもない。したがって、単結晶の白゛転位化を防止
することができる。また、ドーパントを添加した場合は
ドーパント濃度が均一な単結晶を得ることができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されることなく、
本発明の要旨を越えない限りにおいて、種々に改変する
ことが可能である。

（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、原料の溶解を確実に
行なうことにより単結晶の有転位化が防止されると共に
、ドーパントを添加した場合はドーパント濃度が均一な
単結晶を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る製造装置を示す断面図
、第２図は第１図の■−■線に沿う断面図、第３〜４図
は他の実施例に係る環状隔壁を示す断面図、第５図は従
来の製造装置を示す断面図である。 ２・・・種結晶、　　　　　　Ｃ・・・単結晶、１４・
・・ルツボ、　　　　　１７・・・加熱ヒータ、１８ａ
、１８ｂ・・・環状隔壁、１つ・・・溶融ゾーン、２０
・・・凝固ゾーン、　　　２６ａ、２６ｂ・・・連通孔
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ルツボ内に環状隔壁を設けることによりルツボ内を溶
   融ゾーンと凝固ゾーンとに区画し、環状隔壁に開設した
   連通孔を介して両ゾーンを連通させ、溶融ゾーンにて溶
   融した溶融液を凝固ゾーンに導き、この溶融液に種結晶
   を浸漬させた後にこの種結晶を引き上げることにより種
   結晶の下端部に単結晶を育成させる単結晶の製造装置に
   おいて、前記環状隔壁を多重に設けると共に、相隣接す
   る環状隔壁の少なくとも一つの組合わせにおいて環状隔
   壁の連通孔が互いにずらした位置に開設されていること
   を特徴とする単結晶の製造装置。