JPH0446090A - シリコン単結晶体の引上装置 - 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、チョクラルスキー法（ＣＺ法）によるシリコ
ン単結晶体の引１−装置、特に、安定した単結晶体育成
を行うことができ、酸素Ａ　１１゛、Ｆｊか低くかつ酸
素誘起積層欠陥（Ｏ３Ｉ’）の発生の少ない単結晶体を
得るようにしたシリコン単結晶体の引１゛、装置に関す
る。

（従来の技術４［コびに発明が解決しようとする３題）
シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素などのの単結晶
体の製造方法として、ルツボ内の融液から結晶を成長さ
せつつ引１−げるチョクラルスキー法（ＣＺ法）が広く
行なわれている。

このＣＺ法では、従来から第４図に模式的に示すシリコ
ン単結晶体の引」二装置が用いられている。

引上げ装置１ａは、加熱チャンバ部２ａと引」二げチャ
ンバ部２ｂとからなるチャンバ２を白′し、加熱チャン
バ部りａ内には、ルツボ４およびこれを囲続する筒状の
加熱ヒータ７か設けられている。

なお、本例ではルツボ４は、石英製ルツボ４ａの外周を
黒鉛製ルツボ４ｂにより覆って保護しており、黒鉛製ル
ツボ４ｂには、黒鉛製受け１１１１３を介して駆動部６
の回転軸５か取付けられている。前記引」二げチャンバ
部２ｂは、加熱チャンバ部２ａより上方へ延長された小
径な筒体であり、内部には、上部壁面を挿通して引−［
−げワイヤ１０か垂下されている。

この装置１ａを用いてシリコン単結晶体Ｃを育成するに
は、まず、石英製ルツボ４ａ内に多結晶シリコンおよび
８星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７によって加熱溶融して融液１３を
形成する。そして、融液１３中に引」、げワイヤ１０の
先端に取イ・ｊけられた種結晶１２を浸漬し、石英製ル
ツボ４ａと種結晶１２とを相対的に回転させながら引」
、げ、種結晶１２の下端にシリコン単結晶体Ｃを成長さ
せる。

なお、図中、符；；ｒ９Ｊは引」、げ駆動部、「１１」
はチャックである。

この装置１ａによるシリコン単￥、１１品体の引１けに
おいては、石英製ルツホ４ａ内に形成された高温の融液
１３からはシリコンモノオキサイド（Ｓｉｎ）などが蒸
発している。この蒸発物は、チャンバ２の壁面において
凝縮して落下し、シリコン単結晶体の成長界面に到達す
ると、結晶か有転位化する虞れかある。このため、従来
からシリコン単結晶体引上げ時には、不活性ガス、例え
ばアルゴンガスＧを引上げチャンバ２内に流下させ、こ
のアルゴンガスＧに仕送させて蒸発物を系外に排出して
いる。

しかし、従来の引上装置１ａでは、加熱チャンバ部２ａ
は−１一部域においてかなり急激に縮径された形状とな
っているため、引−ヒげチャンバ部２ｂ側から加熱チャ
ンバ部２ａに流入する際にアルコンガスＧは、十分整流
された状態とはならす、加熱チャンバ部２ａの肩部位Ａ
において渦流を生じさせつつ流下することになる。この
渦流の部分においては、アルゴンガスＧは実質的に滞留
することになり、融ｔ１支１３から蒸発１昇した蒸発物
の一部は、この肩部位Ａに滞留ないし内周Ａｊ７に付着
することになり、これか凝縮して滴下すると、前述のｉ
゛転０＋、化が生じる處かある。

また、従来の引１．装置１ａは、加熱チャンバ部２ａの
内部空間が比較的大きいので、融液１３からの熱の放散
も大き（、融液１３を形成するために必要とされる加熱
ヒータ７の熱量も大きいものを使用している。この結果
、加熱ヒータ７により加熱される石英製ルツボ４ａの壁
面温度は高くなり、石英製ルツボ４ａから溶出する酸素
量が増大し、得られるシリコン単結晶体の酸素含何台が
増大することになる。

さらに、前記したように加熱チャンバ部２ａと引１−げ
チャンバ部２ｂとの連結部分はかなり急激に縮径された
構造を有するために、両チャンバ部２ａ、２ｂを流下す
るアルゴンガスＧの流れ状態は著しるしく相違し、引上
げチャンバ部２ｂ内は早く、加熱チャンバ部りａ内は比
較的緩やかに流れることになる。このため、シリコン単
結晶（ｋ　Ｃを引」、げろ場合には、加熱チャンバ部２
ａから弓土げチャンバ部２ｂに入る際に急激に冷却され
ることになる。

シリコン単結晶体でＮ型化したものは、引１．げ中の結
晶の谷部位の冷却速度が８００℃以下の温度域で５℃／
Ｉ［ｌｉｎ以１−１に早まると、０８１’の発生が著し
くなるという知見を出願人らは実験により見出した。つ
まり、前述した構成の引上装置における急冷状態はＯ８
＋”の発生の面でも問題をｉ゛するものとなる。

そこで、最近では、第５図に示すような引Ｉ７装置１ｂ
が提案されている。この引」−装置１ｂでは、引上げら
れるシリコン単結晶体Ｃを軸とし、下端部が融液１３の
液面並びに引上げられるシリコン単結晶体Ｃの外周面に
通接するように形成された略述円錐状の断熱部十ＡＤが
設けられている。

断熱部材りをルツボ４の」二部に設けると、ｈｔ！ｌ！
液１３、液熱３−タ７などからチャンバ２内への熱の放
散が断熱部材りによって抑制され、加熱ヒータ７の熱量
の低減、得られるシリコン単結晶体Ｃの酸素Ａ白゛量の
低下が可能となる。またこの断熱部材りが融液１３の上
部を実質的に覆うので、融液１３から蒸発するＳｉＯの
１−２昇も抑ｍｌｌでき、アルゴンガスＧの融〆皮近傍
における流れをある程度整流することができるので、Ｓ
ｉＯの除去が比較的良好となり、シリコン単結晶体Ｃの
ｈ°転位化も防止できる。

しかし、このような断熱部ＨＤを設置すると、融液１３
、加熱ヒータ７などからの熱の放散が抑制されるので、
引上げられるシリコン単結晶体Ｃが急冷され、Ｏ８Ｉ’
発生の可能性がより高（なり、しかもこの断熱部ＨＤは
シリコン単結晶体Ｃを覆っているものではないので、ア
ルゴンガスＧの整流性も十分でなく、さらに、外部から
シリコン単結晶体Ｃを観察して、引」−速度、相対的な
回転速度、融液面のレベル等を制御する場合には、その
観察が断熱部ＨＤに邪魔されて不可能になるという不具
合が生じることもある。

本発明は、１．述した従来技術の問題点に鑑みてなされ
たものであり、Ｃｉ法によるシリコン単結晶体の製造に
際して、酸素３６字か低くかつ酸素誘起積層欠陥（Ｏ３
＋’）の発生の少ない、安定したシリコン単結晶体の育
成を行なうことかできるシリコン単結晶体の引上装置を
提供することを目的とする。

（課題を解決するための（段） 上記目的を達成するための本発明は、チャンバ内に設け
られたルツボに向って不ｌＬ性カスを流下し、このルツ
ボ中の融液からの蒸発物を除去しつつ該ルツボから略円
柱状のシリコン単イ１１品体を弓上げる装置において、
前記シリコン単結晶体の弓上げ方向を軸として伸延され
かつ内部を引」二げられるシリコン単結晶体の直胴部と
所定の隙間を酊し、さらに下端が前記融液の液面近傍に
まで垂下するような直管状の断熱部材を石英製とし、こ
の石英製断熱部材内に前記不活性ガスを流下させるよう
にしたことを特徴とするシリコン単結晶体の引１“２装
置である。

また、本発明では、前記チャンバは、大径の加熱チャン
バと、この加熱チャンバ部と同軸的に設けられた小径の
引上げチャンバ部とから構成し、前記石英製断熱部材を
前記引」二げチャンバ部の下端部より重下したことを特
徴とするシリコン単結晶体の引上装置である。

（作　用） このように構成した本発明にあっては、直管状の石英製
断熱部材をルツボの１部に、その下端が融液に近接する
ように設けたので、１−／７から流下される不活性ガス
は、断熱部材により整流されることになり、断熱部Ｈに
８１０が何首することはなく、助字良く除去されること
になる。この結果、シリコン単結晶体の有転位化を防止
することができる。

また、前記断熱部材は、石英製であるので、ルツボ等か
らの赤外線の一部は、これを透過することになり、過冷
却にも断熱過度にもならないので、シリコン単結晶体は
、不必要に引」、速度を上げたり低下させたりすること
はなく、シリコン単結晶体中のＯ８Ｉ’の発生も防止す
ることができ、しかも、石英製ルツボから溶出する酸素
量も増大せず、得られるシリコン単結晶体の酸素含有量
か増大することもない。

さらに、シリコン単結晶体Ｃの外形等を観察し、引上速
度、相対的な回転速度、融液面のレベル等を制御する場
合も、外部からの観察か容易となる。

（実　施　例） 以下、本発明の一実施例を図面に基ついて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す全体断面図であり、第
４，５図に示す部材と同一部月には同一符号を付してい
る。

本実施例のシリコン単結晶体の引１−装置１は、大径の
加熱チャンバ部２ａと、この加熱チャンバ部２ａと同軸
的に設けられた小径の引１−げチャンバ部２ｂとからな
るチャンバ２を何している。加熱チャンバ部りａ内には
黒鉛製麦は皿３に支持された断面Ｕ字状のルツボ４が設
けられ、このルツボ４は石英製ルツボ４ｂの外周を黒鉛
製ルツボ４ａが覆い保護している。このルツボ４は回転
軸５と連結され、駆動装置６により回転されるようにな
っている。ルツボ４の周囲には、加熱ヒータ７が設けら
れ、石英製ルツボ４ｂ内に収容した１京料を溶融するよ
うになっている。加熱ヒータ７は、抵抗加熱法によるあ
るいは誘導加熱法によるもの等種々のものを用いること
かできるか、大型の連続引１・装置に適用する場合には
経済性を、’；１５慮して抵抗加熱ヒータとすることが
好ましい。

前記加熱ヒータ７の外周には、断熱板８か設けられ、前
記チャンバ２に不必要な熱が伝わらないようにしている
。

引上げチャンバ部２ｂの」０部には、引上げ駆動部９が
設けられ、引上げワイヤ１０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１０の先端に
は、チャック１１が取り付けられ、このチャック１１に
種結晶１２が把持されている。

この引」〕げチャンバ部２ｂの中間部分には、融７夜１
３から発生するＳｉＯを除去するための不話性ガス、例
えばアルゴンガスＧを供給するダクト１４が連結されて
いる。

特に、本実施例では、引１．げチャンバ部２ｂの下端部
に直箱状の石英５９断熱管１５が取付けられている。こ
の石英製断熱管１５は、シリコン単結晶体Ｃの引上げｈ
向を軸として伸延し、シリコン単結晶体Ｃの直胴部Ｃａ
と所定の隙間を酊し、さらにその下端はＭ；＋＆１３の
表面に近接するように重下されている。つまり、石英製
断熱’＋５゛１５は、シリコン単結晶体Ｃの直胴部Ｃａ
との間の［（：〔間を流れるアルゴンガスＧを整流して
流し、融液１３の表面から蒸発する蒸発物を羅実にシリ
コン単１（部体Ｃの引上げ搬送路外に排出するようにし
、ている。

また、この断熱部材１５は、石英製であるので、ルツボ
等からの赤外線の一部は、これを透過することになり、
過冷却にも断熱過度にもならない。

そのため、シリコン単結晶は適度な加熱状態となり、Ｏ
８「の発生を抑制することが可能である。

加えて、この石英製断熱箱１５は、透明体であるために
外部からの視認が容易となる。したかって、この引１−
装置には、加熱チャンバ部２ａの肩部に窓１７か設けら
れ、この窓部１７からテレビカメラ１８等によりシリコ
ン単結晶体Ｃの引」１部分が観察できるようにしている
。テレビカメラ１８か観察した画像データは解）ｊｉさ
れ、シリコン単結晶体Ｃと融液面との境界位置を検出し
、この検出結果に基づいてシリコン単結晶体Ｃの外形か
所定形状に沿うように引上速度、相対的な回転速度、融
液面のレベル等が制御される。

次に、上述したシリコン単結晶体の引−１−装置を用い
てシリコン単結晶体を製造する場合を説明する。

まず、原料供給装置から所定量の多結晶シリコンと必要
に応じてこれに添加すべきドーパントを石英製ルツボ４
ｂに供給し、加熱ヒータ７を作動させて溶解する。

引」−げ作業を開始する際には、加熱チャンバ部りａ内
にダクト１４からアルゴンガスＧを吹き込むとともに加
熱チャンバ部２ａを減圧アルゴン雰囲気または常圧アル
ゴン雰囲気にする。

ついて、引」−げワイヤ１０のチャック１１に面方位の
定まった種結晶１２を１．ｌｌＺすｆ、Ｉけ、引１げ駆
動部９を作動させて種結晶１２の下Ｑ；ｌｊ部か融１ｔ
ｋ１３に浸漬するまで降下する。

引Ｉ−げの籾量は、引１゛、げ速度を速く設定し、かつ
／または融液温度を高（することにより、シリコン単結
晶体Ｃの径を細く絞り、転位をシリコン単結晶体表面に
追い出して無転位化する。続いて、引上げ速度および／
または融７Ｉｋ　ｈＡＡ度を下げることにより、所望の
径を何するシリコン単結晶体Ｃを成長させる。この場合
、駆動装置６により石英製ルツボ４ａ等を回転させると
共に、引上げワイヤ１０も回転させ、融液１３の攪拌と
温度の均一化を図ることが好ましい。

なお、引上げ操作を行なっている間は、原料供給装置か
ら石英製ルツボ４ａに原料が供給されており、これによ
って融液１３の液面が常に一定に保たれている。

この引上げ中において、シリコン単結晶体Ｃの直胴部Ｃ
ａと石英製断熱管１５との間の隙間には、アルゴンガス
Ｇが流通するが、このアルゴンガスＧは直る状の石英製
断熱−１５内を流下することになるので、チャンバ２の
形状に影響されることなく整流されて流下することにな
る。したかって、この石英製断熱管１５には、融液１３
の表面から蒸発したＳｉＯが付着しに（くなり、ＳｉＯ
か効率良く除去されることになる。しかもアルゴンガス
の流れに基づいてシリコン単結晶体Ｃが過冷却となるこ
ともない。また、この断熱管１５は石英により形成され
ているので、透明な断熱管となり、加熱ヒータ７＄によ
り発生した赤外線の一部はこれを透過して放散され、自
余のものは透過させることなく、加熱に利用される。し
たがって、シリコン単結晶体Ｃは、過冷却されることも
、また断熱過多となることもない。つまり、シリコン単
結α体Ｃは適度な加熱状態となるので、シリコン単結晶
体Ｃの引」、速度も不必要に」−けたり低下させたりす
ることはなく、引上速度によってはシリコン単結晶体中
に発生する虞かあるＯ８Ｉ”も抑制されることになる。

しかも、融ｌｌ＆　１３からの熱の放散も適度に行なわ
れるので、断熱過度にならす、ルツボ４も過度に温度上
昇することもないので、石英製ルツボ４ａから溶出する
酸素量も増大せす、得られるシリコン単結晶体Ｃの酸素
ａＣＪ量が増大することもない。

−ｂ、前記石英か透明であることから、外部からのシリ
コン単結晶体Ｃの引１一部分をテレビカメラ１８等によ
り容易に観察することかできる。この観察により得た画
像データは解）（〒され、シリコン単結晶体Ｃの外形を
所定形状とすることになる。

−ヒ述した実施例は、石英製の断熱・ｍ゛１５を融液１
３の直」−に位置したものであるが、本発明は、この実
施例のみに限定されるものではなく、例えば、第２図に
示すように、前記断熱板８の頂部より内方に支持板２０
を突出し、この支持板２０の上に前記断熱管１５を立設
してもよ（、さらに、第３図に示すように、支持板２０
の先端部かルツボ４内に入込むように傾斜し、この支持
板２０の１−に石英製の断熱管１５を立設してもよい。

このようにしても、前述した実施例と同様に、不活性ガ
スの整流性及び断熱部Ｈに対するＳｉＯの何首防止性に
伴なうシリコン単結晶体の１転１１゛ｌ化防止とか、過
冷却及び断熱過度の回避に伴なう、シリコン単結晶体中
の０８１’の発生防止、シリコン単結晶体Ｃの酸素劇ｈ
′量の増大防止等も達成することかできる。

（発明の効果） 本発明により、ＣＺ法によるシリコン単結晶体の製造に
際して、Ｉｉｌ！ｉ１．管状の石英製断熱部材をルツボ
の−１１部に、その下端が融液に近接するように設けた
ので、上方から流下されるアルゴンガスは、断熱部旧に
より整流されることになり、断熱部材にＳＩＯが付着す
ることはなく、効率良く除去されることになる。この結
果、ＳｉＯと不純物によるシリコン単結晶体の汚染を防
止することができる。しかもシリコン単結晶体Ｃをアル
ゴンガスにより過冷却することもない。また、前記断熱
部制は、石英製であるので、赤外線の一部は、これを透
過することになり、過冷却にも断熱過度にもならないの
で、シリコン単結晶体は、不必要に引＋１速度を１−げ
たり低下させたりすることはなく、シリコン単結晶体中
のＯ８［”の発生あるいはシリコン単結晶体の酸素ＳＩ
′Ｕ′量の増大を防止でき、さらに、シリコン単結晶体
Ｃを外部観察し、引上速度、相対的な回転速度、融液面
のレベル等を制御する場合も、容易に観察できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体断面図、第２図は
本発明の他の実施例を示す凹部断面図、第３図はさらに
本発明の他の実施例を示す要部断面図、第４．５図はそ
れぞれ従来のシリコン単結晶体の引上装置を示す断面図
である。 ２・・・チャンバ、　　　　２ａ・・・加熱チャンバ部
、２ｂ・・・引上げチャンバ部、４・・・ルツボ、１３
・・・融液、　　　　１５・・・石英製断熱部材、Ｃ・
・・シリコン単結晶体、 Ｃａ・・・シリコン単結晶体の直胴部、Ｇ・・・不活性
ガス。 特許出願人　　　新日本製鐵株式會社 同　　　　　ニッテツ電丁株式会社 代理人　　　弁理士　八　１）幹　雄（他１名）第１ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）チャンバ（２）内に設けられたルツボ（４）に向っ
   て不活性ガス（Ｇ）を流下し、このルツボ（４）中の融
   液（１３）からの蒸発物を除去しつつ該ルツボ（４）か
   ら略円柱状のシリコン単結晶体（Ｃ）を引上げる装置に
   おいて、前記シリコン単結晶体（Ｃ）の引上げ方向を軸
   として伸延されかつ内部を引上げられるシリコン単結晶
   体（Ｃ）の直胴部（Ｃａ）と所定の隙間を有し、さらに
   下端が前記融液（１３）の液面近傍にまで垂下するよう
   な直管状の断熱部材（１５）を石英製とし、この石英製
   断熱部材（１５）内に前記不活性ガス（Ｇ）を流下させ
   るようにしたことを特徴とするシリコン単結晶体の引上
   装置。 ２）前記チャンバ（２）は、大径の加熱チャンバ部（２
   ａ）と、この加熱チャンバ部（２ａ）と同軸的に設けら
   れた小径の引上げチャンバ部（２ｂ）とからなり、前記
   石英製断熱部材（１５）を前記引上げチャンバ部（２ｂ
   ）の下端部より垂下したことを特徴とする請求項第１項
   に記載のシリコン単結晶体の引上装置。