JPH03295892A

JPH03295892A - 単結晶引上方法及びその装置

Info

Publication number: JPH03295892A
Application number: JP32269290A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kaneda; 洋金田; Katsumi Nishizaki; 西崎　克己; Masahiro Murakami; 村上　雅宏; Teruyuki Sekine; 関根　輝幸; Kazuhiko Echizenya; 一彦越前谷; Hiroshige Hidaka; 日高　裕成
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1990-02-19
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1991-12-26

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］本発明はチョクラルスキー法による単結晶引上方法及び
その装置に関する。

［従来の技術］第８図は、従来の単結晶引上装置の縦断面図である。

サセプタ６に支持されたるつぼ５は融液４を収納してお
り、シードワイヤ１によりシードチャック２を介して単
結晶３が引上げられる。加熱体１２は、同図右側に付記
した温度分布をもち、その等温領域を均熱帯２５と呼ぶ
。なお、９は断熱材、１０はこれを支持するポスト、１
１はベースプレート、１３はサポート、１４は電極であ
る。

従来のチョクラルスキー法による単結晶の引上げは、融
液表面２２の位置（以下メルトレベルと称す）が加熱体
１２の均熱帯２５から外れない範囲で引上げを実施して
いた。この理由はメルトレベルを均熱帯２５から上方に
外すと、るつぼ側から融液の凝固が起こりやすくなり、
単結晶の引上げが阻害されるためである。

このような従来技術には以下の２つの問題があった。

■　融液がるつぼの側壁と接する領域２１が均熱帯の内
側にあるため、融液はこの領域で加熱され融液の表面２
２で冷却される。そのため矢印で示す熱対流２３が単結
晶と融液の固液界面近傍にまでおよび、その影響で結晶
成長が不安定になる。なお、矢印２４は結晶の回転によ
る対流である。

■　結晶育成中にるつぼ及びサセプタが第９図の（ａ）
に示した縦断面図のように傾くことがある。なお、同図
（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ矢視断面図である。この
場合、点Ａの近傍の融液は常に加熱体から遠く、点Ｂの
近傍の融液は常に加熱体に近くなる。そのため、点ＡＢ
を通る直線Ｘ上の融液表面の温度分布は同図（ｃ）のよ
うになり、結晶引上軸２７に対し非対称となる。この結
果、前記固液界面は回転中に温度の高い部分と低い部分
とを交互に通過する。このため、結晶の成長速度にむら
が発生し、結晶品質の低下（不純物濃度分布の不均一性
）が生じる。

結晶育成速度を高速化をさせるために、ヒータパワーを
下げたり、メルトレベルを均熱帯２５より高くして、融
液の温度を低下させることが考えられるが、これらの場
合、従来の装置ではるつぼ側から融液の凝固が起こりや
すくなり、単結晶の引上げが阻害される。

［発明が解決しようとする課題］本発明の目的は上記問題点を解決し、るつぼが傾いた場
合においても、安定な単結晶引上げを実現し、単結晶の
品質の均一化と結晶育成の高速化を達成することである
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記課題を解決するために、チョクラルスキー
法による単結晶引上方法において、融液を加熱する加熱
体の均熱帯よりも上方に融液表面を保持し、かつ融液表
面からの熱輻射を融液表面とるつぼとの接触領域に向け
て反射させて結晶成長を行うことを特徴とする単結晶引
上方法及びチョクラルスキー法による単結晶引上装置に
おいて、融液表面の位置を融液な加熱する加熱体の均熱
帯の上端より高くすることが可能で、かつ融液表面から
の熱輻射を融液表面とるつぼとの接触液域に向けて反射
させる反射板を、前記単結晶を囲繞して単結晶とるつぼ
との間に設けたことを特徴とする単結晶引上装置を提供
するものである。

［作用］第１図は本発明装置の実施例の縦断面図、第２図及び第
３図は本発明における融液の対流状態を示す説明図であ
る。

第２図に示すように、融液４のメルトレベルを加熱体１
２の均熱帯２５を外れた高い位置に保持することにより
、第２図に示すように、加熱されて上昇している融液が
均熱帯を外れた領域２６では温度が下がり、るつぼ側壁
近傍で下降流が生じるようになる。その結果、第３図に
示したように、従来装置に比べ熱対流の影響が固液界面
近傍におよびにくくなり、結晶成長が安定する。

また、結晶育成中にるつぼ５及びサセプタ６が傾いた場
合にも、本発明装置の使用により、融液４のメルトレベ
ルを加熱体１２の均熱帯２５より上にできるので、第４
図のように、融液表面とるつぼの側壁とが接する点Ａ、
Ｂと加熱体１２との距離の非対称性が緩和される。

例えば、融液のるつぼ側と加熱体との間隔が４０ｍｍで
あったときに、るつぼ及びサセプタが傾き、融液表面の
中心が３ｍｍずれたとする。このとき、従来装置におい
ては融液４のメルトレベルを加熱体１２の均熱帯２５よ
り高（できないので、第４図に示したように、融液のる
つぼ側の点Ａ、、Ｂ、と加熱体との距離は最大４３ｍｍ
。

最小３７ｍｍとになる。よってその比を計算すると、４
３二３７＝１．１６２となる。これに比べ本発明により
メルトレベルを５０ｍｍ高くすると、融液のるつぼ側の
点Ａ　２　＋　Ｂ　２と加熱体との距離は、最大６５．
９ｍｍ、最小６２．２　ｍ　ｍとになる。

よってその比は６５．９÷６２．２　＝　１．０５９と
なり、非対象が緩和される。

さらに、加熱体から融液のるつぼ側の点ＡＩ＋Ｂ１及び
Ａ２．Ｂ２に到達する輻射エネルギの非対称性について
説明する。

加熱体から上記の点Ａ１＋Ｂ１及びＡ２　＋　Ｂ２へ到
達する輻射エネルギＥを、加熱体の輻射強度をＩ、両者
の距離をβとすると、これらの間には次式が成立する。

よって従来法において点Ａｌ　＋　Ｂｌでの輻射エネル
ギをＥ　Ａｌ　＋　Ｅ　８１とすると、その比はＥ＾１
３７２となる。これに対し、本発明において点Ａ２゜Ｂ２での
輻射エネルギをＥＡ２＋　ＥＢ２とすると、その比はＥＡ２　　　６２．２２となる。よって本発明により、融液が受ける輻射エネル
ギの非対称性が１７３程度に減少できることがわかる。

したがって、結晶の固液界面の温度むらも従来よりも弱
まり、単結晶の不純物分布も均一化される。

なお、メルトレベルを高（するとるつぼ側から凝固が起
こる。そこで、本発明装置の縦断面を示す第１図に１８
として例示した反射板を用いることにより、融液表面か
らの熱輻射を融液表面がるつぼと接する領域１９にむけ
て反射させ、この領域を保温することによって融液のる
つぼ側からの凝固を防止する。

［実施例］第１図に本発明の実施例に用いられた装置の縦断面図を
示した。

直径１６インチの石英るつぼ５に多結晶シリコン４５ｋ
ｇを装入し、直径６インチのシリコン単結晶の育成を行
った。メルトレベルは加熱体１２の上端よりも１０ｍｍ
上方に設定した。

従来技術の説明で述べたように、メルトレベルを上昇さ
せるだけでは、融液４はるつぼと融液が接する領域１９
から凝固が始まる。そこで、本発明の反射板１８をワイ
ヤ２９．梁２８及び反射板支持台１７を介して断熱材１
５の上に設置した。

反射板１８を設けることにより、融液４の表面からの熱
輻射をるつぼ５と融液４が接する領域１９に向けて反射
し、この領域を局部的に保温する効果を持たせた。反射
板１８の下端と融液表面との距離は５０ｍｍとした、た
だし、反射板１８の位置はこの限りではなく、本目的を
達成できる位置であればよい。

第５図に本実施例に用いた、融液４の表面からの熱輻射
をるつぼと融液が接する領域１９に向けて反射し、この
領域を局部的に保温する効果が得られるような、逆円錐
筒形の反射板１８．ワイヤ２９、梁２８の形状を示した
。第５図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は（ａ）における
Ａ−Ａ矢視断面図である。

反射板１８は反射板支持台１７の４箇所から出した梁２
８にワイヤ２９を介して吊下げた。反射板１８の形状を
第５図のようにして、反射板１８の角度θを４５度とし
たのは、るつぼと融液が接する領域１９付近へ熱輻射を
効率よく反射させるためである。したがって、反射板の
形状、角度はこの実施例に限定されるものではなく、本
発明の目的を達成できるものであればよい。

本実施例においては、反射板１８は反射率が高く耐熱性
に優れたモリブデン製を用いた。ただし、反射板１８の
材質としては、モリブデンに限らず、耐熱性があり反射
率の高いものであればよい。なお、１６はファーネス、
２０は結晶成長領域である。

以上の条件で引上げを行った結果、結晶育成終了まで融
液はるつぼ側から凝固することはなく、結晶直胴部での
引上速度の平均値は、従来技術の１．５倍となった。

また、引上速度の標準偏差を従来技術に比較して第６図
に示した。この図かられかる通り、本発明では引上速度
のばらつきは少なく、安定した弓上げが実現できた。

さらに、引上げられた結晶から製造したウェーハの比抵
抗の面内分布のばらつきも、第７図に従来技術に比較し
て示した通り、非対称性が緩和されると共に、灼〜化す
ることができた。

［発明の効果］本発明の単結晶引上方法及びその装置により、単結晶を
高速で、かつ安定した引上速度で育成できた。更に、育
成した結晶の品質が向上し、特に比抵抗の面内分布のば
らつきを減少させることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の実施例の縦断面図、第２図及び第
３図は融液の対流状態を示す説明図、第４図はるつぼが
傾いた場合の融液と加熱体との位置関係を示す説明図、
第５図は本発明装置の実施例における反射板の取付状態
を示す図、第６図は本発明及び従来技術における結晶長
と引上速度の標準偏差との関係を示すグラフ、第７図は
本発明と従来技術におけるウェーハの面内比抵抗と測定
位置との関係を示すグラフ、第８図は従来技術の実施に
用いられる装置の一例の縦断面図、第９図はるつぼが傾
いた場合の融液表面の温度変化を説明する図である。１・・・シードワイヤ２・・・シードチャック３・・・単結晶４・・・融液５・・・るつぼ６・・・サセプタ７・・・ペデスタル８・・・クルージプルシャフト９・・・断熱材１０・・・ポスト１１・・・ベースプレート１２・・・加熱体１３・・・サポート１４・・・電極１５・・・断熱材１６・・・ファーネス１７・・・反射板支持台１８・・・反射板１９・・・るつぼと融液表面とが接する領域２０・・・
結晶成長領域１・・・融液のるつぼ側壁と接する領域２・・・融液表
面３・・・熱対流４・・・結晶回転による対流５・・・均熱帯６・・・均熱帯を外れた領域７・・・単結晶引上軸８・・・梁９・・・ワイヤ

Claims

【特許請求の範囲】１　チョクラルスキー法による単結晶引上方法において
、融液を加熱する加熱体の均熱帯よりも上方に融液表面
を保持し、かつ融液表面からの熱輻射を融液表面とるつ
ぼとの接触領域に向けて反射させて結晶成長を行うこと
を特徴とする単結晶引上方法。２　チョクラルスキー法による単結晶引上装置において
、融液表面の位置を融液を加熱する加熱体の均熱帯の上
端より高くすることが可能で、かつ融液表面からの熱輻
射を融液表面とるつぼとの接触領域に向けて反射させる
反射板を、前記単結晶を囲繞して単結晶とるつぼとの間
に設けたことを特徴とする単結晶引上装置。