JPH05117074A - 半導体単結晶製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、炉内品の劣化を防止し長期にわた
って高品質の単結晶を得ることのできる半導体単結晶引
上げ方法をおよび装置を提供することを目的とする。 【構成】 本発明の方法では、チャンバ−内のるつぼと
加熱ヒータとの間およびまたはヒータと保温筒との間に
下方から不活性ガスを導入し、ヒータの上方を通ってチ
ャンバー外に導出しつつ引上げを行うようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、装置内に導かれる不活
性ガスに新たな流路を設けることにより、るつぼ内の原
料融液から、均質な半導体単結晶を製造する半導体単結
晶製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体単結晶の育成には、るつぼ内の原
料融液から円柱状の結晶を育成するＣＺ（チョクラルス
キー引上げ）法が広く用いられている。

【０００３】通常、半導体単結晶の育成に際し、育成さ
れる単結晶を高品質に維持するために、所定の真空度に
真空排気されたチャンバー内にるつぼを設置し、このる
つぼ内の原料融液から結晶を引き上げつつ育成するとい
う方法がとられている。

【０００４】例えば図５に示すように、従来の半導体単
結晶育成装置は、減圧下に保持されたチャンバー１内に
設置された石英るつぼ２内に収容した原料３をヒータ４
によって加熱溶融し、この融液に引上げ軸５にとりつけ
た種結晶を浸漬し、これを回転させつつ上方に引き上げ
て単結晶６を成長せしめるように構成されている。ここ
では、ヒータ４内に、ペディスタル（るつぼ支持台）７
に装着されたるつぼ受け８によって支持された黒鉛るつ
ぼ９内にさらに石英るつぼ２を装着し、この石英るつぼ
２内部で例えばシリコン原料を溶融せしめ原料融液とし
て保持するようになっている。ここで１０は保温筒であ
る。

【０００５】このような装置においては、酸化シリコン
（ＳｉＯ）を含んだ高温ガスがチャンバ−内壁や引上げ
軸まで到達し、これが冷やされて凝縮し付着するという
問題があった。このような付着物が落下して融液に混入
すると育成単結晶に転位が生じ、品質の劣化の原因とな
ることがある。

【０００６】そこでこの問題を解決するため、融液表面
から蒸発してくるシリコン酸化物を排出するために、チ
ャンバー１上部に設けられたガス導入口（図示せず）か
ら不活性ガスであるアルゴンガスが導入され、るつぼ内
の原料融液の近傍領域からヒータ４と黒鉛るつぼ９、ヒ
ータ４と保温筒１０との間を通ってチャンバーの下部に
向かいチャンバー側壁１５にある排気口１２からチャン
バー外に排出されるようにした構造が提案されている。

【０００７】しかしながら、このような構成においても
依然としてチャンバーの下部であるヒータの下部や排気
口周辺部等は低温域にあるため、アルゴンガスと酸化シ
リコンとを含んだ高温ガスが低温の物体に接触すると粉
体となって付着堆積しやすいという問題がある。

【０００８】ヒータや保温筒等の炉内品の多くは高純度
カーボン製品で構成されているが、引上げ後これらの表
面を検証してみるとチャンバー下方へのアモルファスの
付着、シリコンのカーボンへの浸透などが確認される。
そして引上げ回数が増すに従い、カーボンに対するシリ
コン系統物質の汚染の蓄積が著しくなる。

【０００９】このシリコンのカーボンへの浸透やカーボ
ン表面のＳｉＣ化は炉内品の劣化の原因となり、劣化の
程度がひどいときには炉内品同士を接着せしめ、分割を
不可能にしその取扱いを困難なものにするという問題が
あった。特に、使用に対する寿命が異なる炉内品につい
ては接着してしまったがためにその交換性が損なわれる
場合も多い。

【００１０】このように、炉内品の寿命を短縮させてし
まうばかりではなく、炉内温度分布を変化させたり、育
成単結晶の熱履歴に対しても影響するなど、品質に変化
をもたらしてしまう可能性が高い。

【００１１】また、育成工程後半においては、石英るつ
ぼの上端部に付着、堆積したアモルファスが場合によっ
ては融液内にはがれ落ち、結晶に付着することによって
有転位化してしまい、引上げ結晶の品質劣化の原因とな
っていた。また、装置が大型化するに従い、融液の表面
積が大きくなるのは避けられないため酸化シリコンの蒸
発がさらに多くなり、有転位化の危険性が増大する。そ
こでガス流を制御して酸化シリコンを効率よく排出した
としても、その分炉内品の寿命が短くなることが多分に
考えられ、根本的な解決には至っていないのが現状であ
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の方法
および装置では、チャンバーの下部であるヒータの下部
や排気口周辺部等は低温域にあるため、不活性ガスと酸
化シリコンとを含んだ高温ガスが低温の物体に接触して
粉体となって付着堆積し、炉内品の寿命を低下させる
上、石英るつぼの上端部に付着、堆積したアモルファス
が融液内にはがれ落ち、結晶に付着することによって有
転位化してしまい、引上げ結晶の品質を劣化させるなど
の問題もあった。

【００１３】本発明は、前記実情に鑑みてなされたもの
で、炉内品の劣化を防止し長期にわたって高品質の単結
晶を得ることのできる半導体単結晶引上げ方法をおよび
装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】そこで本発明の方法で
は、チャンバ−内のるつぼと加熱ヒータとの間およびま
たはるつぼと保温筒の間に下方から、さらに引上げ単結
晶に沿って上方から同時に不活性ガスを導入し、保温筒
の上方を通ってチャンバー外に導出しつつ引上げを行う
ようにしている。

【００１５】また本発明の装置では、チャンバ−内のる
つぼと加熱ヒータとの間およびまたはるつぼと保温筒の
間に下方から、さらに引上げ単結晶に沿って上方から同
時に不活性ガスを導入する導入手段を設け、不活性ガス
を保温筒の上方を通ってチャンバー外に導出しつつ引上
げを行うように構成している。

【００１６】

【作用】上記構成によれば、不活性ガスによってるつぼ
とヒータ間やヒータと保温筒との間の下方に酸化シリコ
ンガスが回り込むのを防ぎ、酸化シリコンガスを効率よ
く排気口に導き、酸化シリコンの付着等によって炉内品
が劣化するのを防止することができる。

【００１７】ここで炉内は下方から導入されたアルゴン
ガスがただちに排気口に導出されないように炉内品によ
って適切に炉内空間を仕切る必要がある。また望ましく
は、ガス導入口をメインヒータのほぼ下方となるような
位置に複数個配列するのが望ましい。これにより、ベー
スチャンバーから導入されたフレッシュな不活性ガスは
ヒータの下方から上端部へと向かって上昇する流れを作
り、最上部のヒートシールドリング上で上方から流れ込
み融液近傍領域を通ってきた不活性ガス流と合流し、チ
ャンバと保温筒との空間を通って降下しチャンバー側壁
にある排気口から炉外へと導かれる。このガス流によっ
て大部分の酸化シリコンガスが保温筒の外側において排
出されるので、ヒータやカーボン電極等がシリコンの浸
透によって劣化するのを防止することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明実施例について図面を参照しつ
つ詳細に説明する。

【００１９】本発明の第１の実施例の単結晶製造装置
は、図１に断面図、図２に要部斜視図を示すように、単
結晶製造装置本体を構成するチャンバー１の底部のベー
スプレート１１のヒータ４の真下位置に沿って４５度毎
に１個ずつ計８個のアルゴンガス導入口１３が設けられ
ており、このアルゴンガス導入口１３から導入されたア
ルゴンガスがるつぼとヒータ６との間を通って上昇流を
形成し、チャンバ上部から導入されたアルゴンガスと共
に、ヒータ４の最上端から保温筒１０とチャンバー側壁
１５との間を通りベースプレート側方に設けられたガス
排出口１２からチャンバー外に導出されるように構成し
たことを特徴とするものである。

【００２０】他の部分は図５に示した従来例の装置と同
様に形成されており、減圧下に保持したチャンバー１内
の石英るつぼ２内に収容した単結晶原料３をヒータ４に
よって加熱溶融し、この融液に引上げ軸５にとりつけた
種結晶を浸漬し、これを回転させつつ上方に引き上げて
単結晶６を成長せしめるように構成されている。そして
図１において１０は保温筒でありその下部は、ベースプ
レート１１に密着するように固着されており、アルゴン
ガス導入口１３から導入されたアルゴンガスがるつぼと
ヒータの間およびヒータと保温筒の間を通って上方に流
れ、保温筒よりも外側に流れるのを防ぐように、上昇し
た後チャンバー上部から導入されたアルゴンガスととも
に保温筒の外側を下降しチャンバー外に導出されるよう
になっている。また、ヒータ４の内側に、ペディスタル
（るつぼ支持台）７に装着されたるつぼ受け８によって
支持された黒鉛るつぼ９内にさらに石英るつぼ２を装着
し、この石英るつぼ２内部でシリコン原料を溶融せしめ
原料融液として保持するようになっている。符号１４は
ヒータの電極である。

【００２１】このような装置においては、酸化シリコン
（ＳｉＯ）を含んだ高温ガスがるつぼとヒータの間のお
よびヒータと保温筒の間の低温領域に流れ込むのを防
ぎ、上方に導いた後保温筒の外側を通ってチャンバ−外
に導くことができる。

【００２２】次に、この単結晶製造装置を用いてシリコ
ン単結晶の育成を行う方法について説明する。

【００２３】まず、チャンバー１を真空排気し、１０^-2
〜^-3Torrとする。

【００２４】そして、アルゴンガス導入口１３およびチ
ャンバ上部のガス導入口（図示せず）からアルゴンガス
をそれぞれ２０l/min づつ導入し、さらにチャンバー１
内のるつぼを加熱するためのヒータ４をオンし、原料融
液を得る。

【００２５】そして、この原料融液内に種結晶を浸漬
し、引上げ部（図示せず）によって所定の速度で引き上
げることにより単結晶を育成するようになっている。

【００２６】この装置によれば、ベースプレート１１に
設けられたアルゴンガス導入口１３からチャンバ−１内
に流入せしめられるガスの流れにより、酸化シリコン
（ＳｉＯ）を含んだ高温ガスはるつぼの裏側の低温領域
まで到達して、付着したりすることなく、ガス状のまま
上方に導かれるため、炉内品の劣化を生じたり原料融液
に異物が混入したりすることなく、長期にわたって結晶
欠陥の少ない良好な結晶を得ることができる。

【００２７】さらに、本発明は前記実施例に限定される
ことなく、種々の応用例、例えば、シリコン以外の単結
晶の育成等においても適用可能である。

【００２８】次に、本発明の第２の実施例として図３に
示すように、排気口２２がベースプレート１１底部に形
成されている場合は、保温筒２０の下端を内側に変形さ
せ排気口２２とアルゴンガス導入口１３とが保温筒２０
を介して隔離され、ガス流が良好に保温筒の内側で上昇
して外側で下降し、排気口２２に導出されるようにして
もよい。

【００２９】また前記実施例１の構成に加え図４に示す
ように、カバー筒２１を取り付け上方からもアルゴンガ
スを２０l/min 程度で流すようにしても良く、これによ
り結晶近傍のガスを整流し育成結晶が汚染されるのを防
止することができ、さらに品質の向上をはかることがで
きる。他は前記実施例１とまったく同様に構成すればよ
い。

【００３０】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、チャンバーの下方から導入された不活性がヒータの
下方から上端部に向かって上昇する流れを形成し、例え
ば酸化シリコンの付着により消耗品であるカーボン炉内
品のライフを伸ばすことができ、また引上げ単結晶の製
造歩留まりを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の単結晶製造装置の断面
図

【図２】本発明の第１の実施例の単結晶製造装置の要部
斜視図

【図３】本発明の第２の実施例の単結晶製造装置の要部
斜視図

【図４】本発明の第３の実施例の単結晶製造装置の断面
図

【図５】従来例の単結晶製造装置の断面図

【符号の説明】

１ チャンバー ２ 石英るつぼ ３ 融液 ４ ヒータ ５ 引上げ軸 ６ 単結晶 ７ ペディスタル ８ るつぼ受け ９ 黒鉛るつぼ １０ 保温筒 １１ ベースプレート １２ 排気口 １３ アルゴンガス導入口 １４ 電極 １５ チャンバ側壁 １６ ヒートシールドリング ２０ 保温筒 ２１ カバー筒

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原料を充填するるつぼと、この周囲の円
   筒状の加熱ヒータと、さらに加熱ヒータを取り囲む保温
   筒とをチャンバー内に設置し、加熱ヒータにより前記る
   つぼ内の原料を溶融して原料融液を形成する融液形成工
   程と前記るつぼ内の原料融液に種結晶を浸漬して単結晶
   を引上げる引上工程とを備えた半導体単結晶製造方法に
   おいて、 前記引上げ工程が前記チャンバ−内の前記るつぼと前記
   加熱ヒータとの間およびまたは前記るつぼと前記保温筒
   の間に下方から、さらに引上げ単結晶に沿って上方から
   同時に不活性ガスを導入し、保温筒の上方を通ってチャ
   ンバー外に導出しつつ引上げを行う工程であることを特
   徴とする半導体単結晶製造方法。
2. 【請求項２】 原料を充填するるつぼと、 前記るつぼの周囲を囲むように設置され、前記るつぼ内
   の原料を溶融し原料融液を形成する円筒状の加熱ヒ―タ
   と、前記加熱ヒータを取り囲む保温筒とを具備したチャ
   ンバーと前記るつぼ内の原料融液に種結晶を浸漬して単
   結晶を引上げる引上部とを備えた半導体単結晶製造装置
   において、 前記チャンバ−内の前記るつぼと前記加熱ヒータとの間
   およびまたは前記るつぼと前記保温筒の間に下方から、
   さらに引上げ単結晶に沿って上方から同時に不活性ガス
   を導入し、保温筒の上方を通ってチャンバー外に導出す
   るように構成されたアルゴンガス導入手段を具備したこ
   とを特徴とする半導体単結晶製造装置。