JPH0446089A - 単結晶引上げ装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は単結晶用ｌ−げ装置に関するものである。

詳しく述べると本発明は安定した単結晶育成を行なえる
と同時に、酸素３有率か低くかつ酸素誘起積層欠陥（Ｏ
８Ｆ）の発生の少ない単結晶を１＃ることのできる単結
晶引上は装置に関するものである。

［従来の技術］ シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素などのの単結晶
体の製造り法として、坩堝内の融液から結晶を成長させ
つつ引」−げるチョクラルスキー法（ＣＺ法）が広く行
なわれている。

従来、このＣ２法によりシリコン単結晶を得ようとする
場合、例えば第３図に桧式的に示すような構成の単結晶
引上げ装置が用いられている。

単結晶引上げ装置１は、第３図に示すように加熱チャン
バ部２ａと引上げチャンバ部２ｂとからなるチャンバ２
を有している。加熱チャンバ部りａ内には、チャンバ２
外に位置する駆動装置３よリチャンバ底部を貫通して延
長される回転軸４に支持された石英製坩堝５、および該
石英製坩堝５を所定の間隔を有して囲続する筒状の加熱
ヒータ６か備えられている。なお、この例においては石
英製坩堝５の外周は黒鉛製坩堝７により保護されており
、さらにこの黒鉛製坩堝７は黒鉛製麦げ皿８を介して回
転軸４へ支持されている。

一方、引」−げチャンバ部２ｂは、前記石英製坩堝５内
に形成されるシリコン融液９から引上げられ育成される
シリコン単結晶体１０の引上げ軸に沿って前記加熱チャ
ンバ部２ａよりも上方へ延長された、前記加熱チャンバ
部２ａよりも内径の小さな部位である。

またチャンバ２内にはチャンバ」一部檗面を挿通してＪ
−、ｈより垂下された先端部に種結晶１２を保持するた
めのチャック１３をＨする引上げワイヤ１４が配してあ
り、この引−１−げワイヤ１４は、前記引上げチャンバ
部２ｂの１一部に設けられたワイヤ引上げ装置１１によ
って、回転しながら昇降することを可能とされている。

このような（１４成を有する引」−げ装置１において、
単結晶の育成を行なうにはまず、石英製坩堝５内に多結
晶シリコンおよび必要に応じて添加されるドーパントな
どの原料を所定量装填し、加熱し−タ６によって加熱し
て原料を溶融して融液９を形成する。そして、亥融液９
に引りげワイヤ１４先端に取イ・］けられた種結晶１２
を浸漬し、石英製坩堝５および種結晶１２を回転させな
がら引上げ、種結晶１２の下Ｄ＋１ｊに単結晶体１０を
成長させるものである。

ところで、このような単結晶引１−げにおいて、石英製
坩堝５内に形成された高温の融液９からはシリコンモノ
オキサイド（Ｓ　ｉ　Ｏ）などが蒸発している。このよ
うな蒸発物が、チャンバ２壁面において凝縮し、落下し
て単結晶の成長界面に到達すると結晶が有転位化してし
まう虞れが大きいものとなる。このため、従来上記のよ
うな単結晶弓」二げ操作時においては、不活性ガスとし
てのアルゴンガスＧを引上げチャンバ部２ｂ側から加熱
チャンバ部２ａへと流下させ、このアルゴンガスＧに仕
送させて蒸発物を系外に排出することにより上記のよう
な有転位化の発生を抑制しようとすることが行なわれて
いる。

しかしながら第３図に示すように、従来の単結晶引上げ
装置１のチャンバ２において、加熱チャンバ部２ａは引
」−げチャンバ部２ｂとの連結部直前、すなわち１一部
域においてかなり急激に縮径された形状を有している。

このため、比較的内径の小さな引」二げチャンバ部２ｂ
側から加熱チャンバ部２ａへと導入されたアルゴンガス
Ｇの流れは、加熱チャンバ部２ａの肩部位Ａまでは十分
に回り込まず、この肩部位Ａには渦流が生じてしまう。

このため、融液９から蒸発上昇した蒸発物の一部がこの
肩部位Ａに到達するとこの部位において滞留してしまい
、前記したような白°転位化の問題が発生する虞れが生
じるものとなっていた。

また、従来の単結晶引上げ装置１においては、加熱チャ
ンバ部２ａの空間が比較的大きいために、融液９からの
熱の放散が大きくなる。このため、融液９を形成するの
に必要とされる加熱ヒータ６の熱量が大きくなり石英製
坩堝５の壁面温度が高くなり、石英製坩堝５から溶出す
る酸素量が増大し、得られる単結晶の酸素量Ｒｆｆｌが
増大してしまうものとなった。さらに、引上げ＋＝ｈ時
にチャンバ２の壁面は水冷およびアルゴンガスＧにより
冷却されているが、前記したように加熱チャンバ部２ａ
から引−ヒげチャンバ部２ｂへはかなり急激に縮径され
た構造を有するために、引上げられる単結晶体１０が加
熱チャンバ部２ａから引上げチャンバ部２ｂへと突入す
る際に急激に冷却されることとなる。シリコン単結晶で
Ｎ型化したものは、引」二げ中のの結晶の各部位の冷却
速度が８００℃以下の温度域で５℃／Ｉｉｎ以」二に早
まると、Ｏ８Ｆの発生が著しくなることを、本出願人ら
は見出した。つまり、このような構成の単結晶引上げ装
置はＯ８Ｆの発生の面でも問題のあるものであった。

さらに、最近、単結晶引上げ装置において、第４図に示
すように、引上げられる単結晶体１０を軸とし、下端部
が融液９液面および引上げられる単結晶体１０の外周面
に近接する逆円錐状の断熱部材１５を設けたものが開発
されている。このような逆円錐状断熱部材１５を石英製
坩堝１５−１一部に設ければ、融液９ないしは加熱ヒー
タ６などからの熱の放散が抑制され、加熱ヒータ６の熱
量の低減化、さらには得られる単結晶体１０における酸
素ｓ何台を低下させることが可能となる。また該逆円錐
状断熱部材１５は融液９上部を実質的に覆っているため
に、融液９から蒸発するＳｉＯがチャンバ２上部へと上
昇することを防止し、さらにアルゴンガスＧの融液９界
面辺傍の流れをある程度整流してＳｉＯを系外に除去す
ることができるため、上記したような単結晶体１０の有
転位化の防止がかなり期待できるものとなる。しかしな
がら、このような逆円錐状断熱部材１５を設けた場合に
おいては、上記したように熱の放散が抑制されるために
引上げられる単結晶体１０が急冷され、Ｏ８Ｆの発生す
る虞れがより高くなってしまうものであり、さらにアル
ゴンガスＧの整流も十分なものとは石い難いものであっ
た。

また、さらに単結晶引上げ装置において、チャンバ２の
加熱チャンバ部２ａにおけるアルゴンガスＧの流れを整
流するための整流板１６を設けることも数多く提唱され
ているか、これらの整流板１６は、第５図に示される一
例におけることく、いずれも引上げられる単結晶体１０
を軸とし、この単結晶体１０を囲繞する直管状の部位を
その要部とするものであった。しかしながら、このよう
な直管状の整流板１６ては、引上げられる単結晶体１０
が該整流板１６の内方に突入した際に、単結晶体１０が
急冷されることとなり、Ｏ８Ｆの発生の虞れが高くなる
ものである。この傾向は整流効果を高めようとして整流
板１６を長くするほど顕著となる。また、このような直
管状の整流板１６によっても、加熱チャンバ部りａ内の
アルゴンガスＧの流れは十分に整流されず、」−記した
ような渦流の発生の虞れがあり、特に整流板１６が短い
あるいは整流板１６の上端部が加熱チャンバ部２ａと引
上げチャンバ部２ｂとの連結部と接していない場合にお
いては顕著であり、改善の余地の残るものであった。

［発明が解決しようとする３題］ 従って、本発明は安定した単結晶育成を行へえると同時
に、酸素含り′字か低くかつ酸素誘起積層欠陥（Ｏ８Ｆ
）の発生の少ない単結晶を得ることのできる新規な単結
晶引上げ装置を提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記諸口的は、坩堝およびこの坩堝に対する加熱手段を
収容する加熱チャンバ部と、この加熱チャンバ部の上方
に単結晶の引−ヒげ軸に沿って延長された前記加熱チャ
ンバ部よりも内径の小さな弓上げチャンバ部とからなる
チャンバを有し、前記坩堝内に形成された原料融液に種
結晶を浸漬し弓上げて単結晶を育成する単結晶引上げ装
置において、前記チャンバの引」二げチャンバ部と加熱
チャンバ部との連結部に前記引上げチャンバの内径とほ
ぼ同じ内径の上端部が位置し、この部位から単結晶の引
上げ軸に沿って下方へ延長され、少なくともその下端部
位において漸次拡径された筒状の整流板を備えたことを
特徴とする単結晶引上げ装置によって達成される。

［作用コ このように本発明の単結晶引上げ装置においては、引上
げチャンバ部と加熱チャンバ部との連結部に前記引上げ
チャンバの内径とほぼ同じ内径の上端部が位置し、この
部位から単結晶の引上は軸に沿って下方へ延長され、少
なくともその下端部位において漸次拡径された筒状の整
流板か設けられていることから、引１−げチャンバ部側
から供給されるＡｒガス等の不活性カスは、該整流板に
より整流され、引−ヒげチャンバ部におけるガス流れが
安定したものとなる。このため、引上げチャンバ部内に
滞留するＳｉＯなどが単結晶成長界面に付層し有転位化
してしまうなどといった問題が発生する虞れが少なくな
り、安定した単結晶育成が行なえるものとなる。

さらに、この整流板は引」二げチャンバ部の空間内に張
出した形状となるために、該整流板は融液からの熱の放
散を低下させる断熱利として機能する。このため、該整
流板を設けた単結晶引上げ装置においては、融液を形成
するためのヒータ等の加熱手段による加熱を低減化し石
英製坩堝の温度を低下させることかできるために、坩堝
より溶出する酸素量を低下させることかでき、低酸素念
白の単結晶を得ることかできるものである。また、この
ように断熱材として機能する整流板が単結晶の引上げ方
向に沿って存在し、かつ育成してくる単結晶体に対して
はこの整流板は漸次縮径していくものとなるために、単
結晶は適度に徐冷されることとなり、Ｏ８Ｆの発生も抑
制されるものである。

［実施例］ 以下、本発明を実施態様に基づきより詳細に説明する。

第１図は本発明の単結晶引上げ装置の一実施例としての
シリコン単糺晶引上げ装置の構成を模式的に示す断面図
である。

本発明の単結晶引上げ装置１は、前述したような従来の
単結晶用１−げ装置と同様に、加熱チャンバ部２ａと引
上げチャンバ部２ｂとからなるチャンバ２を有している
。ここで引上げチャンバ部２ｂは、育成されるシリコン
単結晶体１０の引」−げ軸に沿って前記加熱チャンバ部
２ａよりも上方へ延長された、前記加熱チャンバ部２ａ
よりも内径の小さな部位である。

この実施例において、加熱チャンバ部りａ内には、チャ
ンバ２外に位置する駆動装置３よりチャンバ底部を貞通
して延長される回転軸４に支持された石英製坩堝５、お
よび該石英製坩堝５を所定の間隔をｈ゛シて囲繞する筒
状の加熱ヒータ６か備えられている。なお、上記石英製
坩堝５の外周は黒鉛製坩堝７により保護されており、さ
らにこの黒鉛製坩堝７は黒鉛製麦は皿８を介して回転軸
４へ支持されている。

またチャンバ２内にはチャンバ［一部壁面を挿通して上
方より重下された先端部に種結晶１２を保持するための
チャック１３を有する引上げワイヤ１４か配してあり、
この引上げワイヤ１４は、前記引上げチャンバ部２ｂの
」一部に設けられたワイヤ引上げ装置１１によって、回
転しながら昇降することを可能とされている。

さらに、この単結晶用」−げ装置においては、弓には操
作時にチャンバ２を不活性ガスであるアルゴンカスＧ雰
囲気に保つことかできるように、弓上げチャンバ部２ｂ
の途中には不ｆ占性ガス供給タクト１７か迎結されてお
り、また加熱チャンバ部２ａの、下方部位にはガス排出
ダクト（図示せず）が設けである。

ここで、本発明の単結晶引上げ装置１において、上記し
たような石英製坩堝５、加熱ヒータ６および駆動装置３
などの形状、種類等、あるいは不活性ガス供給・排出ダ
クトの配置等は特に限定されるものではない。例えば、
石英製坩堝５を、連続的な単結晶用ｌ−げを行なう装置
において見られるように、一部に貫通孔を有する内坩堝
とこれを囲繞する外坩堝とからなり内坩堝と外坩堝との
相対的位置関係を変化させることのできる２重構造、あ
るいは一部に貫通孔を有する環状隔壁を坩堝内に配して
該坩堝内を該環状隔壁より内方部位と外方部位とに区画
した構造等にすることもできる。

また、加熱ヒータ６としては、抵抗加熱法によるものあ
るいは誘導加熱法によるものなどを用いることができる
。さらにこの実施例においては、石英製坩堝５を外部の
駆動装置３により回転させる構成としているが、このよ
うな回転手段を何ら設けない態様や、あるいはさらに上
記のような回転手段に代えて石英製坩堝５内に形成され
る融液９に回転磁界を与えて融液９を回転させるような
態様などを取ることも可能である。さらにまた、単結晶
引上げ操作を通じて、融液９量を一定に保つために、坩
堝５内に原料を補充するための原料供給管を配したよう
な態様を取ることも可能である。

しかして本発明の単結晶引上げ装置１においては、第１
図に示すように、加熱チャンバ部りａ内に整流板１８が
設けられている。この整流板１８は引上げチャンバ部２
ｂと加熱チャンバ部２ａとの連結部に前記引上げチャン
バ部２ｂの内径とほぼ同じ内径の上端部が位置し、この
部位から単結晶の引上げ軸に沿って下りへ延長され、少
なくともその下端部位において漸次拡径された筒状の形
状を有するものである。なお、この第１図に示す実施例
においては、整流板１８はその上端部と同径の上方の直
胴部１８ａとこの直胴部１８ａの径より所定の傾斜をも
って漸次拡径された下方の円錐部１８ｂとからなるもの
とされているか、本発明に係わる整流板１８において、
上記のような直胴部１８ａは必ずしも必要ではなく、円
錐部１８ｂのみからなるもの、すなわち、上端部から下
端部へと全体を通じて廐次拡径された形状であってもよ
い。また、この整流板１８の円錐部１８ｂの傾斜の度合
としては、チャンバ２の加熱チャンバ部２ａの上部壁面
１９の傾斜（垂直方向からの傾斜）よりも小さいもので
あれば特に限定されるものではないが、望ましくは垂直
方向からの傾斜が２０°〜７０°程度であることが望ま
れる。さらにこの整流板１８の下端部の内径は、特に限
定されるものではないが、加熱チャンバ２ｂ部の内径の
０．３〜１．０倍程度であることが望ましい。

またこの整流板１８の下端部の位置としても特に限定さ
れるわけではないが、引ｔげチャンバ２ｂ下端より該整
流板１８の下端部までの距離が、加熱ヒータ６−ヒ端か
ら引上げチャンバ部２ｂ下端までの距離の、３〜０．　
８倍程度となることか望ましい。整流板１８の形状か上
記したような条件をｌ萬だすものであると、引」−げチ
ャンバ部２ｂ側から加熱チャンバ部２ａへと流下する不
活性カスの十分な整流効果および育成される単結晶のＯ
８Ｆ発生を抑制するための徐冷効果をもたらされるもの
と期待される。なお、この整流板１８を構成する材質と
しても特に限定されるものではなく、その形状、大きさ
等との関係から最適の断熱効果などを得るものが選択さ
れ、例えは、黒鉛、石英、炭化珪素、あるいはＭｏ５Ｔ
ｉ、ステンレス鋼などの金属等が用いられ得る。

なお、第１図に示す実施例においては、この整流板１８
は、上端部側から吊下げた構成を取っているが、第２図
に示す別の実施例におけるように下方に設けられた支持
体２０によって下端部側から支持するような構成として
もよい。

このような構成を有する本発明の単結晶引上げ装置を用
いてのシリコン単結晶の育成は、従来の単結晶引上げ装
置を用いる場合とほぼ同様にして行なわれる。すなわち
まず、石英製坩堝５内に多結晶シリコンおよび必要に応
じて添加されるドーパントなどの原料を所定量装填し、
加熱ヒータ６によって加熱して原料を溶融して融液９を
形成する。

引上げ操作を開始する際には、加熱チャンバ部２ａの下
方部位に連結されたガス排出ダクト（図示せず）より、
チャンバ２内のガスを系外へ吸上排出するとともに、不
活性ガス供給ダクト１７よリチャンバ２内にアルゴンガ
スＧを導入し、チャンバ２内を減圧アルゴン雰囲気ある
いは常圧アルゴン雰囲気にする。

そして、融液９に引上げワイヤ１４先端に取付けられた
種結晶１２を浸漬し、石英製坩堝５および種結晶１２を
回転させながら引上げ、種結晶１２の下端に単結晶体１
０を成長させるものであるが、本発明の単結晶引上げ装
置１においては前記したような形状の整流板１８が加熱
チャンバ部りａ内に配されているために、加熱チャンバ
部２ａに形成されるアルゴンガスＧの流れは、引上げら
れる単結晶体１０にほぼ７Ｄって下降し、石英製坩堝５
上部近傍に至るまでに適度に外方に拡がるスムースなも
のとなり、加熱チャンバ部２ａの肩部位Ａなどに渦流が
生じる虞れは極めて小さく、また仮に発生したとしても
融液９から蒸発するＳｉＯは前記スムースな流れに乗っ
て系外へ排出されることとなるために、このような蒸発
物に起因する結晶のｈ゛転位化の虞れは極めて小さいも
のとへる。さらに、育成されてくる単結晶体１０は、こ
の整流板１８の中心部を通過して引１−げチャンバ部２
ａへと至ることとなるが、整流板１８は上方より下方へ
と漸次拡径された構造を有するため、下方より突入して
（る単結晶体１０に対しては整流板１８の壁面（アルゴ
ンガスＧにより冷却されている。）は徐々に近接するも
のとなる。このため単結晶体１０は徐冷され、Ｏ８Ｆの
発生が抑えられる。また、この整流板１８を配すること
により融液９あるいは加熱ヒータ６からの熱の放散が抑
制されるために、加熱を低減化し石英製坩堝の温度を低
下させることができ、低酸素含有の単結品を得ることか
できるものである。

なお、以」、は本発明の単結晶用にげ装置を、シリコン
単結晶引上げの場合を例にとり説明したが、本発明は、
シリコン以外のもの、例えはゲルマニウム、ガリウム砒
素などの単結晶体を育成するものにおいても同様に適用
可能である。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明の単結晶引上げ装置は、前記チ
ャンバの引上げチャンバ部と加熱チャンバ部との連結部
に前記引上げチャンバの内径とほぼ同じ内径の上端部が
位置し、この部位から単結−の引１−げ軸に沿って下方
へ延長され、少なくともその下端部位において漸次拡径
された筒状の整流板を配したものであるので、融液中か
ら発生する蒸発物に起因して結晶が有転位化するという
ような問題を生じることなく安定した単結晶育成を行な
えると同時に、酸素含有率が低くかつ酸素銹起積層欠陥
（Ｏ３Ｆ）の発生の少ない単結晶を得ることができるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の単結晶引上げ装置の一実施例のＩｊ４
造を模式的に示す断面図、第２図は本発明の単結晶用」
二げ装置の別の実施例の横進を模式的に示す断面図であ
り、また第３図〜第５図はそれぞれ従来の単結晶引上げ
装置の措造を模式的に示す断面図である。 １・・・単結晶引上げ装置、２・・・チャンバ、２ａ・
・・加熱チャンバ部、２ｂ・・・引上げチャンバ部、３
・・・駆動装置、４・・・回転軸、５・・・石英製坩堝
、６・・・加熱ヒータ、７・・・黒鉛製坩堝、８・・・
黒鉛製受皿、９・・・融液、１０・・・単結晶体、１１
・・・ワイヤ引上げ装置、１２・・・種結晶、１３・・
・チャック、１４・・・引」；げワイヤ、１５・・・逆
円錐状断熱部拐、１６・・種口管状整流板、１７・・・
不活性ガス供給ダクト、 １８・・・整流板、１８ａ・・・整流板の直胴部、１８
ｂ・・・整流板の円錐部、 １９・・・引上げチャンバ部の上部壁面、２０・・・整
流板支持体、 Ａ・・・引上げチャンバ部の肩部位、 Ｇ・・・アルゴンガス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）坩堝およびこの坩堝に対する加熱手段を収容する
   加熱チャンバ部と、この加熱チャンバ部の上方に単結晶
   の引上げ軸に沿って延長された前記加熱チャンバ部より
   も内径の小さな引上げチャンバ部とからなるチャンバを
   有し、前記坩堝内に形成された原料融液に種結晶を浸漬
   し引上げて単結晶を育成する単結晶引上げ装置において
   、前記チャンバの引上げチャンバ部と加熱チャンバ部と
   の連結部に前記引上げチャンバの内径とほぼ同じ内径の
   上端部が位置し、この部位から単結晶の引上げ軸に沿っ
   て下方へ延長され、少なくともその下端部位において漸
   次拡径された筒状の整流板を備えたことを特徴とする単
   結晶引上げ装置。