JPH0446099A

JPH0446099A - シリコン単結晶体の引上装置

Info

Publication number: JPH0446099A
Application number: JP15151990A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Harada; 博文原田; Sadayuki Shibata; 柴田　貞行; Kiyoshi Kojima; 清小島
Original assignee: Nippon Steel Corp; NSC Electron Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Siltronic Japan Corp
Priority date: 1990-06-12
Filing date: 1990-06-12
Publication date: 1992-02-17

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ＣＣｉ法）によるシリコ
ン単結晶体の引上装置に関する。

（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
体の製造方法として、石英製ルツボ内の原料融液から結
晶を成長させつつ引上げるチョクラルスキー法（ＣＺ法
）か広く行なわれている。

このＣＺ法によりシリコン単結晶体を形成する従来装置
としては、例えば第９図に模式的にＪ、すものが用いら
れている。

この装置１は、加熱チャンバ２ａと引上げチャンバ２ｂ
とからｔよるチャンバ２を白−シ、加熱チャンバ２ａ内
には、ルツボ５およびこのルツボ５と所定の間隔をもっ
て囲繞する筒状の加熱ヒータ６が設けられている。ルツ
ボ５は、チャンバ２外に位置する駆動装置３とチャンバ
底部を貫通して延長される回転軸４を介して迎結されて
いる。

なお、本例のルツボ５は、石英製ルツボ５ａとこれを保
護する黒鉛製ルツボ５ｂとから構成されている。

一方、引上げチャンバ２ｂ内には、頂壁を１山通して垂
下された引上げワイヤ７が設けられ、この引上げワイヤ
７の下嬬には種結晶８を保持するチャック９か設けられ
、上端側は、ワイヤ巻」−機１　Ｃ１に巻回されている
。

この引上げ装置１を用いて単結晶の育成を行なうには、
まず、石英製ルツホ５ａ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融液１１を作る
。そして、原料融液１１中に引上げワイヤ７先端に取付
けられた種結晶８を浸漬し、種結晶８の下端にシリコン
単結晶体１０を成長させ、ルツボ５および種結晶８を相
対的に回転させなから引−ヒげる。

この引」−げ中、高ｌ忌の原料融液１１からシリコンモ
ノオキサイド（Ｓｉｎ）なとが蒸発しているが、この蒸
発物は、不活性ガス、例えばアルゴンガスＧに仕送させ
て蒸発物を排出通路１２から系外に排出し、単結晶の有
転位化を防止している。

しかし、この装置１ては、ルツボ５の周囲に加熱ヒータ
６が設けられているので、石英製ルツボ５ａは周囲から
加熱されることになり、底部は１１対的に温度か低い状
態となる。

したかって、石英製ルツホ５ａ内の多結晶シリコン等の
原料は、温度の低い底部において溶解遅れが生しること
かある。溶解遅れが生しると、シリコン単結晶体Ｃを引
上げるときに多結晶シリコンか石英製ルツボ５ａの１一
部に浮１・し、シリコン単結晶体Ｃか有転位化し、歩留
りの低下を来すという不具合がある。

このため、最近の装置では、ルツボ５の底部に加熱ヒー
タを設けて、ルツボ５の底部を積極的に加熱したり、あ
るいは加熱ヒータ６の側部に設けられた第１１ｔＩ’ｉ
熱部材１３の他にルツボ５の底部に第２断熱部月１４を
設け、ルツボ５の底部の１品度低下を防止している（特
開昭５６−４５　８９３号公報、特開昭６１−１８６．
２８１号公報等）。

（発明か解決しようとする課題）しかし、ルツボ底部の加熱ヒータ（図示せず）や、第２
断熱部材１４をルツボ５の底部に設けると、確かに多結
晶シリコン１．！；＜　１−ｆを溶解する場合には効果
はあっても、シリコン単結晶体Ｃを引１−げる場合には
、ルツボ５及び加熱ヒータ６からの輻射熱かベースプレ
ート１５側に逃げず、加熱過多になり、シリコン単結晶
体Ｃの酸素濃度か高くなる。つまり、ルツボ底部の加熱
ヒータや第２断熱ＲＩｉ＋ｄｌＪを設置することにより
、石英製ルツボ５ａの壁面温度か高くなると、この石英
製ルツボ５ａからｌ＋に＋’ｌ融液１１中に溶出する酸
素量か増大すること１こブ、す、この本古里、弓１ト（
す゛られる／リコン卑１（１部体Ｃの酸素、ｌ＋　１！
′１−　ｅか増大することになる。

また、加執ヒータを設ける場合には、設備的にも複顎と
なりかつコストも而くなるという欠点がある。

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされた
ものであり、ＣＺ法により製造されるシリコン単１．１
１品体が有転位化せず、酸素量６゛率し低い高品質のシ
リコン単結晶体を安定的に育成する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。

（′３匙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、加熱チャンバ内に
石英製ルツボおよびこの石英製ルツボを加熱する加熱手
段を収容するとともに、この加熱手段の外周を覆う第１
断熱部十」と前記石英製ルツボの下部域を旧う第２断熱
ｆｌＩ！　＋イを設けたシリコン単結晶体の引−１−げ
装置において、前記第２断熱部材は、石英製ルツボ及び
加執丁段からの輻；ＩＪ、）Ａの透過歯を制御しｉ昇る
司動遮軌板により構成したことを特徴とするシリコン単
結晶（，４の引上げ装置である。

（作　用）このように構成した本発明にあっては、石英製ルツボ内
の１．１：！料を加熱し＋！；４　＄−１融戚を形成す
る場合も、また、この原料融液からノリコン単１１品体
を引き上げる場合にも、可動遮熱板を制御し、ルツボや
加熱手段からチャンバ内に輻財される熱をコントロール
する二とができるので、！３ハ料供給から単結晶の引上
げまでの一連の作業を、シリコン単結晶体に対する温度
的影響をホ１ｊ御しつつ行なうことができ、この春１１
、巣、小春１（１晶化率の向上を図ることができる。

特に、シリコン単結晶体の引上げ時に、石英製ルツボ等
から逃げる熱を制御することは、石英製ルツボの不必要
な高温化を防止することになるので、石英製ルツボから
溶出する酸素量の増大を抑制でき、これによりシリコン
単結晶体の高酸素化を防止し、シリコン単結晶体全体の
酸素濃度の均一化を図ることかできる。

さらに、原料を加熱し溶解する時には、熱の逃げが防止
されるので、原料が全体に亘り均一に溶解され、溶解遅
れはなく、多結晶シリコンのルツボ上部への浮−１−に
よるシリコン単結晶体の有転位化も防止でき、製品歩留
りも向ト２することになる。

（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を模式的示す断面図、第２図
は第１図の要部を部分的に示す分解斜視図であり、第９
図に示す部材と同一機能を有する部材には同一符号を付
し、その説明を一部省略する。

本実施例のシリコン単結晶体の引上装置２０は、大径の
加熱チャンバ２ａ及び引上げチャンバ２ｂからなるチャ
ンバ２をイコしている。加熱チャンバ２ａ内には石英製
ルツボ５ａの外周を黒鉛製ルツボ５ｂが覆い保護した断
面Ｕ字状のルツボ５が設けられている。このルツボ５は
回転軸４と連♀、（１され、駆動装置３により回転され
るようになっている。ルツボ５の周囲には、加熱ヒータ
６が設けられ、石英製ルツホ５ａ内に収容した原１）を
溶融するようになっている。加熱ヒータ６は、抵抗加熱
法あるいは誘導加熱法等種々のものを用いることができ
るが、大型の連続引−Ｌ装置に適用する場合には経済性
を考慮して抵抗加熱ヒータとすることが好ましい。

特に、本実施例では、加熱ヒータ６の外周を第１断熱部
材１３により、また、ルツボ５の下部を第２断熱部材１
４により芙う断熱部りが設けられている。

第１断熱部月１３は、黒鉛製シートを積み重ねることに
より形成した板利を用いて構成することが好ましいか、
本発明は、これに限定されるものではない。この第１断
熱部材１３は、加熱ヒータ６全体を側りから覆うように
支持台２１］、に立設されている。

第２断執部材１４も前記第１断熱部十」１３と同↑、１
に、黒鉛製シートを積み車ねることにより形成した板＋
１を用いて構成することが好ましいが、これに限定され
るものではない。

また、二の第２断熱部材１４は、石英製ルツボ５ａ及び
加執ヒータ６から輻射される熱の透過量を制御し１１ツ
るものであれば、とのようなものでもよく、本実施例で
は、第１図に示すように、多数枚の短冊状をした黒鉛製
の可動Ｐ！熱板２２ａを操ｆｆ機横２３により一括して
回動制御するものにより↑ｊ４成している。

さらに評述すれば、第２図（第２断熱部相１４の半分の
みを示している）に示すように、支持台２１の内周に沿
った形状を有する第１リテーナ２４と前記回転軸４を回
避するように湾曲された第２リテーナ２５とを設け、両
リテーナ２４２５に開設された通孔２６に黒鉛製の可動
遮熱板２２ａから突出されたビン部２７を遊嵌するとと
もにこれらと糸引ワイヤ２８とを連結し、牽引ワイヤ２
８を外部の操ｆｒ機１１４２３により１゛ρ作すること
により可動遮熱板２２仝体を一括して開度制御するよう
にしている。

次に、作用を説明する。

ます、原料供給装置から所定量の多結晶シリコンとｚ・
霊に応してこれに添加すべき１・−バントを石英製ルツ
ボ５ａに（ｊｌ、給し、加熱し−ク６を「「動させて溶
解する。この場合、第２断執部十イ］４は、外部の操作
機＋Ｍ　２３により可動辷バ枚２２ａ全体を一括して閉
鎖した状態とする（第３図下半分に示すａゾーン）。

この閉鎖によりルツボ５の下部域は閉鎖された状態とな
り、ルツボ５あるいは加執ヒータ６がら輻射される熱は
チャンバ２のメルト受け１５がら逃げることはなく、ル
ツボ５は全体が略均−に加熱されることになる。したが
って、右英装ルツホ５ａ内の１京料は全体に亘り均一に
溶解されるので、溶解遅れはなく、多結晶シリコンが石
英製ルツボ５ａの−１一部へ浮」ニし、シリコン単結晶
体Ｃが（ｊ転位化する虞はない。

このようにして原ｆ４融浦１ユが形成されると、引上は
ワイヤ７のチャック９に面方位の定まった８ｉ結晶８を
取り付け、ワイヤ巻上Ｒ１０を作動させて種結晶８の下
端部か原料１７ｉ！ｌ！液１１に浸漬するまで降下する
。そして、種結晶８の下端にシリコン単結晶体Ｃを成長
させ、ルツボ５および種結晶８を相対的に回転させなが
ら引］二げ作業を開始する。シリコン単結晶体Ｃの引上
げ操作は、初期段階は、引」−げ速度を速く設定し、か
つ／または原料融液温度を商くすることにより、シリコ
ン単結晶体Ｃの径を細（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」二げ速度
および／または原料融液温度を下げることにより、所望
の径を有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３により石英製ルツボ５ａ等を回転させる
と共に、ワイヤ巻１機１０により引上げワイヤ７も回転
させ、原料融液１１の攪拌と温度の均一化を図ることが
好ましい。

この引」二げの際には、加熱チャンバ２ａ内にアルゴン
カスＧを吹き込むとともに加熱チャンバ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。また、第
２１ｔＩｉ熱部＋４１４は、再度外部の操作機構２３を
操作することにより可動遮熱板２２ａ全体を一括作動し
、徐々に開放状態とする（第３図のｂゾーン）。

第２断熱部材１４の開放により、ルツボ５がら輻射され
る熱はメルト受け１５へと逃がされるので、ルツボ５は
不必要に加熱されることはなく、石英製ルツボ５ａから
溶出する酸素量が抑ホ１１されることになる。この結果
、シリコン単結晶体Ｃの高酸素化が防止されることにな
る。つまり、第３図（Ａ）の上半部の破線で示す実施例
１のように、酸素濃度は、略結晶化が開始された時点か
ら比較例１と比較し、略平均的に約Ｉ　Ｘ　１０１７ａ
ｔｏｍｓ　／ｃｍ　’低くなる（図中Ｃ）。なお、この
第３図の上半分に示す実線は従来の装置を用い固定式断
熱板がある場合の比較例１の、二点鎖線は可動式断熱板
かない場合の比較例２のそれぞれ酸素濃度を示すもので
ある。

この引上げ中において、アルゴンカスＧは、原料融液上
面からの蒸発物を仕送して（ノド出通路１７から系外に
排出され、蒸発物に起因するシリコン単結晶体Ｃの高炭
素化、高酸素化、６転位化、多結晶化か防止される。

また、第３１ス１（Ａ）の内、実施例２の々Ｌ１＜−１
例えは、同化率０，２〜０．４程度の時点て、前記第２
断ね仮１４を半閉状態とすると、ルツボ５の温度か１．
昇し、単結晶Ｃ中の酸素濃度が１−昇する（図中ｄ）。

すなわち、これは、引上は中には第２断熱板ユ４の開度
を調節することにより任意の酸素濃度の単尊占品を得る
ことかできることを意味することになる。なお、開度調
節を行なう固化宇や設定する開度は、所望の酸素濃度に
応じて任意に選択できる。

このようにして育成されたシリコン単結晶体Ｃは、第３
図（Ａ）の」一部に示す図から明らかなように高酸素化
することなくミ酸素濃度の均一性も高く品質の良いもの
となる。また、単結晶化率は第３図１）に示す如く、従
来り法に比べて大巾に向上した。

上述した実施例の第２１ｔＩｉ熱部＋Ａ１４は、短旧状
の可動遮熱板２２ａを用いて構成したものであるか、本
発明は、この実施例のみに１；［（定されるものではな
く、Ｈ・々改変することができる。

例えは、第４図に］、すように、黒鉛製の可動遮熱板２
２ｂをルツボの下部に複数枚配し、個々の可動遮熱ｌｊ
２２２　ｂを外部の駆動部＋（２９により開閉作動する
ようにしてもよい。つまり、第５図に示すように、円板
状の黒１１゛）製司動辷熱板２２ｂを、例えば６ピース
に分割し、各ピースをシャフト３０を介して駆動部十」
２９と連春占し、駆動部材２９である、例えばモータを
駆動することにより各ピースをシャフト３０を中心とし
て回動するようにしてもよい。ただし、この駆動部相２
９は、複数個設けることなく、１つの駆動卯月２９によ
り前記複数のシャフト３０を同時に作動させるようにし
てもよいことはいうまでもない。

また、第６図に示すように、２分割した円板状の黒鉛製
可動遮熱板２２ｅにシャフト２９を連結し、これをモー
タ等の駆動部材３０により回動するようにしてもよい。

また、第７，８図に示すように、第２断熱部月１４を、
ホス部３１から半（そｈ向外力に向って所定のスペース
３２を介して放射状片３３を突出した上下一対の可動遮
熱板２２ｅ、２２ｄから構成し、いずれか−ｈ、例えは
下部の可動遮熱板２２ｄをリンク３４＄を介して前記操
作機構２３等により回動操作し、両可動遮熱板２２Ｃ２
２２ｄの放射状片３３相互の重なり状態によりルツボ５
等から輻射される熱を制御するようにしてもよい。

（発明の効果）以−Ｌのように、本発明では、ＣＺ法によるシリコン単
結晶体の製造に際して、原料加熱時あるいはシリコン単
結晶体の引１−け時に、石英製ルツボ及び加熱ヒータか
ら輻射される熱を制御するようにしたので、原料の溶解
遅れ、石英製ルツボの不必要な高温化を防止し、シリコ
ン単結晶体の有転位化、高酸素化を防ぎ、シリコン単結
晶体全体の酸素濃度の均一性を向上させ、品質の良い安
定したシリコン単結晶体の育成とシリコン単結晶１′４
製造の歩留りの向［−を図ることかできる。また、口；
（料溶解から単結晶の引ｊ−けまての一連の作業を１１
乱度制御の下で行なうので、単♀１１、晶化字の向１を
図ることかできる。

【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
第１図の要部を示す分解斜視図、第３図（Ａ）は本発明
に係る引上装置により結晶体を製造する場合の第２断熱
部材の開度状態と酸素濃度との関係を丞す説明図、第３
図（Ｂ）は本発明と従来例の単結晶化率を比較した表、
第４〜８図は、本発明の他の実施例を示すもので、第４
図は第２実施例の全体断面図、第５図は同第２実施例の
第２断熱部材を示す斜視図、第６図は同第２断熱部材の
他の例を示す斜視図、第７図は第３実施例の全体断面図
、第８図は同第３実施例の第２断熱部ｔｒ］を示す斜視
図、第９図は従来の引１−装置を示す全体断面図である
。２ａ・・加熱チャンバ、６　加熱手段、１４・・・第２断熱部＋」、 ’）２ａ　２２ｂ、２２（Ｃ・・シリコン単結晶体。５ａ・・石英製ルツボ、１３・・第１１ｔＪｉ熱部材、１５・・・メルト受け、２２ｄ・・・可動′ｅ熱数、

Claims

【特許請求の範囲】

１）加熱チャンバ（２ａ）内に石英製ルツボ（５ａ）お
よびこの石英製ルツボを加熱する加熱手段（６）を収容
するとともに、この加熱手段（６）の外周を覆う第１断
熱部材（１３）と前記石英製ルツボの下部域を覆う第２
断熱部材（１４）を設けたシリコン単結晶体（Ｃ）の引
上げ装置において、前記第２断熱部材（１４）は、石英
製ルツボ及び加熱体からの輻射熱の透過量を制御し得る
可動遮熱板（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）により
構成したことを特徴とするシリコン単結晶体の引上げ装
置。