JPH05117075A - 単結晶引上げ装置及び単結晶引上げ方法 - Google Patents
単結晶引上げ装置及び単結晶引上げ方法Info
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- JPH05117075A JPH05117075A JP24406591A JP24406591A JPH05117075A JP H05117075 A JPH05117075 A JP H05117075A JP 24406591 A JP24406591 A JP 24406591A JP 24406591 A JP24406591 A JP 24406591A JP H05117075 A JPH05117075 A JP H05117075A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、単結晶引上装置の装置内部品の劣化
を防ぐ技術を提供することを目的とする。 【構成】本発明は、半導体単結晶引上げ装置内の、るつ
ぼの融液面上にガスを捕集し、装置外へと排気する排気
機構を特にもうけ、融液面から生じるＳｉＯｘ等の蒸発
物を除去する。
を防ぐ技術を提供することを目的とする。 【構成】本発明は、半導体単結晶引上げ装置内の、るつ
ぼの融液面上にガスを捕集し、装置外へと排気する排気
機構を特にもうけ、融液面から生じるＳｉＯｘ等の蒸発
物を除去する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、単結晶の引上げ技術に
係り、とくに、半導体デバイスの始発材料となる半導体
単結晶の引上げ技術において、引上げ装置内に設けた排
気機構により原料融液表面上のガスを、装置外へと排出
することにより、製造装置内の部品や、成長単結晶への
悪影響を防止する技術に関する。
係り、とくに、半導体デバイスの始発材料となる半導体
単結晶の引上げ技術において、引上げ装置内に設けた排
気機構により原料融液表面上のガスを、装置外へと排出
することにより、製造装置内の部品や、成長単結晶への
悪影響を防止する技術に関する。
【従来の技術】引上げ法により、るつぼ内に溶融された
原料融液から、たとえばシリコン単結晶を成長させる技
術においては、石英製のるつぼから溶けた酸素と、溶融
シリコンとから生成される揮発性のＳｉＯｘが、融液表
面より蒸発する。この蒸発物は、引上げ装置内の温度の
低い部分、とくにるつぼの縁や、チャンバー内壁に堆積
しやすく、もしこれらが原料融液中に落下すると、成長
中の単結晶に付着して、これを核に欠陥を生じさせる原
因にもなる。このような問題には、通常チャンバー内部
を減圧に保ち、上方よりアルゴン等の不活性ガスを流し
ながら、るつぼより下方で装置外に排出する方法を用い
ていて対処しているが、さらにたとえば、特公昭57-401
19号公報に開示されているような、単結晶引上げ域周囲
に下方に傾斜しているコーン状の板を設けることによ
り、不活性ガスの流れを整流して排出の効率を上げるよ
うな技術により対応している。
原料融液から、たとえばシリコン単結晶を成長させる技
術においては、石英製のるつぼから溶けた酸素と、溶融
シリコンとから生成される揮発性のＳｉＯｘが、融液表
面より蒸発する。この蒸発物は、引上げ装置内の温度の
低い部分、とくにるつぼの縁や、チャンバー内壁に堆積
しやすく、もしこれらが原料融液中に落下すると、成長
中の単結晶に付着して、これを核に欠陥を生じさせる原
因にもなる。このような問題には、通常チャンバー内部
を減圧に保ち、上方よりアルゴン等の不活性ガスを流し
ながら、るつぼより下方で装置外に排出する方法を用い
ていて対処しているが、さらにたとえば、特公昭57-401
19号公報に開示されているような、単結晶引上げ域周囲
に下方に傾斜しているコーン状の板を設けることによ
り、不活性ガスの流れを整流して排出の効率を上げるよ
うな技術により対応している。
【０００３】［発明が解決しようとする課題］しかし、
このような従来採用されている技術では、融液上のＳｉ
Ｏｘはるつぼの縁を通らざるをえず、堆積物の落下の問
題は依然未解決のままである。さらに、装置内部の部
品、たとえばるつぼ内の原料を溶融する加熱ヒータは、
高純度のカーボン製であるが、高温度でＳｉＯｘと反応
して、表面からＳｉＣへと変化したり、カーボンへのシ
リコンの浸透が起きたりする。ＳｉＣへの変化や、シリ
コンの内部浸透は、ヒータの抵抗率を変え、結晶の成長
にとって重要である装置内部の温度分布の状態を変えて
しまう。さらに、装置内部品の黒鉛るつぼやヒータとの
反応で生じるＣＯも、これが融液中に混入すると単結晶
中に取り込まれて、欠陥発生の原因となる。
このような従来採用されている技術では、融液上のＳｉ
Ｏｘはるつぼの縁を通らざるをえず、堆積物の落下の問
題は依然未解決のままである。さらに、装置内部の部
品、たとえばるつぼ内の原料を溶融する加熱ヒータは、
高純度のカーボン製であるが、高温度でＳｉＯｘと反応
して、表面からＳｉＣへと変化したり、カーボンへのシ
リコンの浸透が起きたりする。ＳｉＣへの変化や、シリ
コンの内部浸透は、ヒータの抵抗率を変え、結晶の成長
にとって重要である装置内部の温度分布の状態を変えて
しまう。さらに、装置内部品の黒鉛るつぼやヒータとの
反応で生じるＣＯも、これが融液中に混入すると単結晶
中に取り込まれて、欠陥発生の原因となる。
【０００４】今後、単結晶の太径化により、ますます装
置が大型化する傾向にあり、従来の技術だけでは、上記
のような問題を根本的に解決することはできなくなる。
置が大型化する傾向にあり、従来の技術だけでは、上記
のような問題を根本的に解決することはできなくなる。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、原料を充てんするるつぼと、このるつぼの周
囲にあって、るつぼ内の原料を溶融する加熱ヒータと、
溶融した原料に種結晶を侵漬して単結晶を引上げる、引
上げ機構とを有する単結晶引上げ技術において、単結晶
引上げ時の融液面上のガスを、単結晶周囲の、原料融液
面に近接して開口させたガス捕集口を有する捕集部によ
り捕集して、排気部を通して単結晶引上げ装置外へと導
く排気機構を備えたこと、及びそれにより融液表面上の
ガスを排気しつつ単結晶を引上げることを特徴としてい
る。
たもので、原料を充てんするるつぼと、このるつぼの周
囲にあって、るつぼ内の原料を溶融する加熱ヒータと、
溶融した原料に種結晶を侵漬して単結晶を引上げる、引
上げ機構とを有する単結晶引上げ技術において、単結晶
引上げ時の融液面上のガスを、単結晶周囲の、原料融液
面に近接して開口させたガス捕集口を有する捕集部によ
り捕集して、排気部を通して単結晶引上げ装置外へと導
く排気機構を備えたこと、及びそれにより融液表面上の
ガスを排気しつつ単結晶を引上げることを特徴としてい
る。
【０００６】また、ガス捕集口が、部分的ではなく、融
液面上方全面を覆って設けられていると排気の効果が高
い。
液面上方全面を覆って設けられていると排気の効果が高
い。
【０００７】さらにまた、排気機構に、強制排気装置を
備えて排気効率を向上させると良い。
備えて排気効率を向上させると良い。
【０００８】
【作用】図１に一実施例として示した本発明の単結晶引
上げ装置を用いた技術によれば、プルチャンバー１５の
上方の引上げ部から導入されたアルゴンガスは、チヤン
バー１内に充満するとともに、引上げ単結晶２に沿って
下降し、排気機構３のガス捕集部４下部のガス捕集口５
より捕集され、さらに排気部６の排気管７を通じてチャ
ンバー側壁８に開けた排気口９より引上げ装置１０外へ
と導かれる。融液面上に存在する揮発性のＳｉＯｘは、
るつぼ縁１１や、ヒータ１２等の装置内の部品に触れる
ことはない。また、捕集部４を形成する捕集管１９の上
部は、ガスの滞留が生じてＳｉＯｘの堆積が起きないよ
うに、コーナーを丸めてある。ガス捕集口５の下端部
は、高温であるため、融液面上のＳｉＯｘは堆積するこ
とはない。
上げ装置を用いた技術によれば、プルチャンバー１５の
上方の引上げ部から導入されたアルゴンガスは、チヤン
バー１内に充満するとともに、引上げ単結晶２に沿って
下降し、排気機構３のガス捕集部４下部のガス捕集口５
より捕集され、さらに排気部６の排気管７を通じてチャ
ンバー側壁８に開けた排気口９より引上げ装置１０外へ
と導かれる。融液面上に存在する揮発性のＳｉＯｘは、
るつぼ縁１１や、ヒータ１２等の装置内の部品に触れる
ことはない。また、捕集部４を形成する捕集管１９の上
部は、ガスの滞留が生じてＳｉＯｘの堆積が起きないよ
うに、コーナーを丸めてある。ガス捕集口５の下端部
は、高温であるため、融液面上のＳｉＯｘは堆積するこ
とはない。
【０００９】なお、排気は通常、チャンバー外より吸引
する強制排気を採用する。
する強制排気を採用する。
【００１０】操作上、原料を石英るつぼ２１に充填し、
溶解させるまでは、排気機構３はじゃまにならないよ
う、チャンバー１内の上方に持ち上げられている。実際
は、まず単結晶の引上げ軸１４の下端にセットしたフッ
ク（図示せず）に、排気機構のガス捕集口５の内周縁を
懸けてチャンバー内の上方につるしておく。原料の溶解
がすんだら、引上げ軸を下降し、保温筒２０の上に排気
管７を載せ、フックを外して排気機構をセットする。つ
いで、引上げ軸をプルチャンバー１５内のゲートバルブ
（図示せず）より上にまでもどし、ゲートバルブを閉じ
てフックを種結晶１６と交換し、ゲートバルブを開け
て、常法により単結晶を引き上げる。
溶解させるまでは、排気機構３はじゃまにならないよ
う、チャンバー１内の上方に持ち上げられている。実際
は、まず単結晶の引上げ軸１４の下端にセットしたフッ
ク（図示せず）に、排気機構のガス捕集口５の内周縁を
懸けてチャンバー内の上方につるしておく。原料の溶解
がすんだら、引上げ軸を下降し、保温筒２０の上に排気
管７を載せ、フックを外して排気機構をセットする。つ
いで、引上げ軸をプルチャンバー１５内のゲートバルブ
（図示せず）より上にまでもどし、ゲートバルブを閉じ
てフックを種結晶１６と交換し、ゲートバルブを開け
て、常法により単結晶を引き上げる。
【００１１】排気機構に用いられる材質としては、シリ
コンより融点の高い金属等が考えられる。しかし、通常
は加工性の良さや経済性から、炭素材が適当であろう。
コンより融点の高い金属等が考えられる。しかし、通常
は加工性の良さや経済性から、炭素材が適当であろう。
【００１２】
【実施例１】図１は、本実施例による単結晶引上げ装置
を用いて、シリコン単結晶の引上げを行なっている状態
を示している。排気機構３は、チャンバー１内の石英る
つぼ２１に溶融した原料融液面１７上に設けてある。排
気機構３は、融液面１７上からのガスを捕集する捕集部
４と、捕集したガスを装置外へと導く排気部６とから成
っている。さらに、捕集部４は、融液面近傍に開口する
ガス捕集口５と、排気部６に連通する捕集管１９を有し
ている。排気部６は、排気管７と、排気口９とから構成
されている。排気口９は、チャンバー１の側壁８に気密
に、しかし、摺動可能に設けられている。捕集部４はカ
ーボン製であり、排気部６は石英で構成される。
を用いて、シリコン単結晶の引上げを行なっている状態
を示している。排気機構３は、チャンバー１内の石英る
つぼ２１に溶融した原料融液面１７上に設けてある。排
気機構３は、融液面１７上からのガスを捕集する捕集部
４と、捕集したガスを装置外へと導く排気部６とから成
っている。さらに、捕集部４は、融液面近傍に開口する
ガス捕集口５と、排気部６に連通する捕集管１９を有し
ている。排気部６は、排気管７と、排気口９とから構成
されている。排気口９は、チャンバー１の側壁８に気密
に、しかし、摺動可能に設けられている。捕集部４はカ
ーボン製であり、排気部６は石英で構成される。
【００１３】排気口９を除く排気機構の他の構成部は、
前記のように、原料多結晶シリコンを溶解するまでは、
チャンバー１内の上方に持ち上げられており、溶解がす
んでから下降させ、排気口９を、外側へと一旦ずらし、
保温筒２０上部で排気管７を支持したのち、排気口９を
元の位置に戻して、図１の状態を実現する。排気管７と
排気口９とは、必ずしも気密に連結される必要はない。
前記のように、原料多結晶シリコンを溶解するまでは、
チャンバー１内の上方に持ち上げられており、溶解がす
んでから下降させ、排気口９を、外側へと一旦ずらし、
保温筒２０上部で排気管７を支持したのち、排気口９を
元の位置に戻して、図１の状態を実現する。排気管７と
排気口９とは、必ずしも気密に連結される必要はない。
【００１４】直径４０．６cm、深さ２８cmの石英ルツボ
２１に多結晶シリコンを４０kg装填した。
２１に多結晶シリコンを４０kg装填した。
【００１５】次に、ヒータ１２に通電し、多結晶シリコ
ンを完全に溶解して融液面近傍に排気機構３を降し、ガ
ス捕集口５と融液面１７との距離を５０ｍｍに調節し
た。ガス捕集口は、融液表面の約８０％をカバーしてい
る。つづいて、プルチャンバー１５の上方から流すＡｒ
流量を５０liter／min．に調節し、排気口９よりポンプ
（図示せず）により排気して、チャンバー内を約７mba
r．の減圧状態に維持した。こうして常法どおり、単結
晶の育成を行なった結果、直径１５５ｍｍ、長さ１１５
cmの、転位の発生がなく、高純度、高品質の単結晶を得
た。
ンを完全に溶解して融液面近傍に排気機構３を降し、ガ
ス捕集口５と融液面１７との距離を５０ｍｍに調節し
た。ガス捕集口は、融液表面の約８０％をカバーしてい
る。つづいて、プルチャンバー１５の上方から流すＡｒ
流量を５０liter／min．に調節し、排気口９よりポンプ
（図示せず）により排気して、チャンバー内を約７mba
r．の減圧状態に維持した。こうして常法どおり、単結
晶の育成を行なった結果、直径１５５ｍｍ、長さ１１５
cmの、転位の発生がなく、高純度、高品質の単結晶を得
た。
【００１６】本発明によると、炉内圧を０．４mbar．か
ら６００mbar．に変化させても単結晶化はまったく阻害
されず同品質の単結晶を得ることができた。
ら６００mbar．に変化させても単結晶化はまったく阻害
されず同品質の単結晶を得ることができた。
【００１７】本実施例では、炉内品の劣化はほとんど認
められず７００回の引上げでもまださらに、使用可能で
あり、現在もなお更新中である。従来のものでは、１０
０回使用が限界であった。
められず７００回の引上げでもまださらに、使用可能で
あり、現在もなお更新中である。従来のものでは、１０
０回使用が限界であった。
【００１８】このように、シリコン融液の表面から蒸発
するＳｉＯｘが速やかに排出されるため、単結晶育成中
に欠陥の発生する頻度が大幅に下がり、生産能力の向上
が見られた。たとえば、欠陥発生頻度は、従来の１／５
以下になる。また、ヒータへ付着物がほとんどなくな
り、寿命が５倍以上伸びると同時に、チャンバーへの付
着物もほとんどなくなることことから、チャンバーの清
掃時間も従来の３０％程度に大幅に改善された。
するＳｉＯｘが速やかに排出されるため、単結晶育成中
に欠陥の発生する頻度が大幅に下がり、生産能力の向上
が見られた。たとえば、欠陥発生頻度は、従来の１／５
以下になる。また、ヒータへ付着物がほとんどなくな
り、寿命が５倍以上伸びると同時に、チャンバーへの付
着物もほとんどなくなることことから、チャンバーの清
掃時間も従来の３０％程度に大幅に改善された。
【００１９】また、図２に示すように、ヒータ１２周囲
の保温筒２０に気導孔２３を穿ち、下部に排気口９´を
設け、チャンバーの下方より排気する技術も実施した。
この実施例においても、同様な効果が得られた。
の保温筒２０に気導孔２３を穿ち、下部に排気口９´を
設け、チャンバーの下方より排気する技術も実施した。
この実施例においても、同様な効果が得られた。
【００２０】
【実施例２】図３は、本発明の異なる実施例を示す。本
実施例において、実施例１と同一構成部分には、同一の
符号を付し、重複する説明を省略する。本実施例では、
チャンバー内のガスを排気するに当り、排気口をチャン
バー側壁８と、従来通りのチャンバー底部２４との異な
る箇所に設けたものである。この理由は、たとえば、排
気をチャンバー側壁からのみ行なった場合、石英るつぼ
２１より下に位置する空間に発生する細かい塵等が、ガ
ス捕集口５からの吸引により、融液面１７の方へ逆流し
て、単結晶化を阻害したり、汚染したりするのを防ぐた
めである。すなわち、チャンバー側壁８の排気口９から
の排気速度と、チャンバー底部２４の排気口９’からの
排気速度をバランスさせることにより、融液面上のガス
等は排気機構３の側へ、排気機構３より下方に発生した
ガス等は下方へと排気するのである。
実施例において、実施例１と同一構成部分には、同一の
符号を付し、重複する説明を省略する。本実施例では、
チャンバー内のガスを排気するに当り、排気口をチャン
バー側壁８と、従来通りのチャンバー底部２４との異な
る箇所に設けたものである。この理由は、たとえば、排
気をチャンバー側壁からのみ行なった場合、石英るつぼ
２１より下に位置する空間に発生する細かい塵等が、ガ
ス捕集口５からの吸引により、融液面１７の方へ逆流し
て、単結晶化を阻害したり、汚染したりするのを防ぐた
めである。すなわち、チャンバー側壁８の排気口９から
の排気速度と、チャンバー底部２４の排気口９’からの
排気速度をバランスさせることにより、融液面上のガス
等は排気機構３の側へ、排気機構３より下方に発生した
ガス等は下方へと排気するのである。
【００２１】本実施例の引上げ装置を用いて、実施例１
と同様に単結晶の育成を行なったが、排気口９からの排
気量と排気口９’からの排気量との比率は、約１：２と
した。結果は実施例１と同様の良好なものであった。
と同様に単結晶の育成を行なったが、排気口９からの排
気量と排気口９’からの排気量との比率は、約１：２と
した。結果は実施例１と同様の良好なものであった。
【００２２】その他、本発明の単結晶引上げ装置の異な
る実施例の構成を、図４に種々模式的に掲げた。このう
ち、図４（ｆ）に示した構成のものは、引上げ単結晶の
周囲を覆う円筒が、捕集口の内周部分に連結されている
が、これは、単結晶と円筒との間に不活性ガスを流すこ
とにより、単結晶の冷却を効果的に行なうとともに、不
活性ガスの使用量の低減を図ることができる。
る実施例の構成を、図４に種々模式的に掲げた。このう
ち、図４（ｆ）に示した構成のものは、引上げ単結晶の
周囲を覆う円筒が、捕集口の内周部分に連結されている
が、これは、単結晶と円筒との間に不活性ガスを流すこ
とにより、単結晶の冷却を効果的に行なうとともに、不
活性ガスの使用量の低減を図ることができる。
【００２３】なお、排気機構の捕集部は、必ずしも融液
面上全面を覆う必要はなく、たとえば、図５に示したよ
うに、融液面上の一部からでもガス等の捕集は可能であ
る。
面上全面を覆う必要はなく、たとえば、図５に示したよ
うに、融液面上の一部からでもガス等の捕集は可能であ
る。
【００２４】
【発明の効果】本発明の単結晶引上装置及び単結晶引上
げ方法によれば、融液面上に発生するＳｉＯｘ等を、ガ
ス捕集口を有する排気機構を融液面上に設けて速やかに
排出することにより、従来チャンバー底部のみからの排
気によって生じていた、ＳｉＯｘの付着による炉内部品
の急激な劣化をほとんど皆無にすることができる。
げ方法によれば、融液面上に発生するＳｉＯｘ等を、ガ
ス捕集口を有する排気機構を融液面上に設けて速やかに
排出することにより、従来チャンバー底部のみからの排
気によって生じていた、ＳｉＯｘの付着による炉内部品
の急激な劣化をほとんど皆無にすることができる。
【００２５】また、堆積したＳｉＯｘ等の蒸着物の落下
により単結晶化が阻害される現象も防ぐことができる。
当然、本発明に用いられる排気機構は、チャンバー内に
導入される不活性ガスの整流効果を有することから、蒸
発物の滞留による析出も抑えることができる。
により単結晶化が阻害される現象も防ぐことができる。
当然、本発明に用いられる排気機構は、チャンバー内に
導入される不活性ガスの整流効果を有することから、蒸
発物の滞留による析出も抑えることができる。
【００２６】また、排気口をチャンバー側壁とチャンバ
ー底部に備えたものは、るつぼより下方の気相に生じた
塵埃等を、融液面方向へ逆流させることなく排出するこ
とができるので、単結晶の引上げ域を一層清澄に保つ。
ー底部に備えたものは、るつぼより下方の気相に生じた
塵埃等を、融液面方向へ逆流させることなく排出するこ
とができるので、単結晶の引上げ域を一層清澄に保つ。
【図１】本発明の一実施例を示す単結晶製造装置の縦断
面図。
面図。
【図２】本発明の異なる一実施例を示す単結晶製造装置
の縦断面図。
の縦断面図。
【図３】本発明のさらに異なる一実施例を示す単結晶製
造装置の縦断面図。
造装置の縦断面図。
【図４】本発明の種々の実施例を示す単結晶製造装置の
模式図。
模式図。
【図５】本発明の他の実施例を示す平面断面図。
１ チャンバー ２ 単結晶 ３ 排気機構 ４ 捕集部 ５ ガス捕集口 ６ 排気部 ７ 排気管 ８ チャンバー側壁 ９´排気口 １０ 引上げ装置 １１ るつぼ縁 １２ ヒータ １３ 内周縁 １４ 引上げ軸 １５ プルチャンバー １６ 種結晶 １７ 融液面 １９ 捕集管 ２０ 保温筒 ２１ 石英るつぼ ２３ 気導孔 ２４ チャンバー底部
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年１０月３０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】単結晶引上げ装置及び単結晶引上げ方法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、単結晶の引上げ技術に
係り、とくに、半導体デバイスの始発材料となる半導体
単結晶の引上げ技術において、引上げ装置内に設けた排
気機構により原料融液表面上のガスを、装置外へと排出
することにより、製造装置内の部品や、成長単結晶への
悪影響を防止する技術に関する。
係り、とくに、半導体デバイスの始発材料となる半導体
単結晶の引上げ技術において、引上げ装置内に設けた排
気機構により原料融液表面上のガスを、装置外へと排出
することにより、製造装置内の部品や、成長単結晶への
悪影響を防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】引上げ法により、るつぼ内に溶融された
原料融液から、たとえばシリコン単結晶を成長させる技
術においては、石英製のるつぼから溶けた酸素と、溶融
シリコンとから生成される揮発性のＳｉＯｘが、融液表
面より蒸発する。この蒸発物は、引上げ装置内の温度の
低い部分、とくにるつぼの縁や、チャンバー内壁に堆積
しやすく、もしこれらが原料融液中に落下すると、成長
中の単結晶に付着して、これを核に欠陥を生じさせる原
因にもなる。このような問題には、通常チャンバー内部
を減圧に保ち、上方よりアルゴン等の不活性ガスを流し
ながら、るつぼより下方で装置外に排出する方法を用い
ていて対処しているが、さらにたとえば、特公昭57-401
19号公報に開示されているような、単結晶引上げ域周囲
に下方に傾斜しているコーン状の板を設けることによ
り、不活性ガスの流れを整流して排出の効率を上げるよ
うな技術により対応している。
原料融液から、たとえばシリコン単結晶を成長させる技
術においては、石英製のるつぼから溶けた酸素と、溶融
シリコンとから生成される揮発性のＳｉＯｘが、融液表
面より蒸発する。この蒸発物は、引上げ装置内の温度の
低い部分、とくにるつぼの縁や、チャンバー内壁に堆積
しやすく、もしこれらが原料融液中に落下すると、成長
中の単結晶に付着して、これを核に欠陥を生じさせる原
因にもなる。このような問題には、通常チャンバー内部
を減圧に保ち、上方よりアルゴン等の不活性ガスを流し
ながら、るつぼより下方で装置外に排出する方法を用い
ていて対処しているが、さらにたとえば、特公昭57-401
19号公報に開示されているような、単結晶引上げ域周囲
に下方に傾斜しているコーン状の板を設けることによ
り、不活性ガスの流れを整流して排出の効率を上げるよ
うな技術により対応している。
【０００３】［発明が解決しようとする課題］しかし、
このような従来採用されている技術では、融液上のＳｉ
Ｏｘはるつぼの縁を通らざるをえず、堆積物の落下の問
題は依然未解決のままである。さらに、装置内部の部
品、たとえばるつぼ内の原料を溶融する加熱ヒータは、
高純度のカーボン製であるが、高温度でＳｉＯｘと反応
して、表面からＳｉＣへと変化したり、カーボンへのシ
リコンの浸透が起きたりする。ＳｉＣへの変化や、シリ
コンの内部浸透は、ヒータの抵抗率を変え、結晶の成長
にとって重要である装置内部の温度分布の状態を変えて
しまう。さらに、装置内部品の黒鉛るつぼやヒータとの
反応で生じるＣＯも、これが融液中に混入すると単結晶
中に取り込まれて、欠陥発生の原因となる。
このような従来採用されている技術では、融液上のＳｉ
Ｏｘはるつぼの縁を通らざるをえず、堆積物の落下の問
題は依然未解決のままである。さらに、装置内部の部
品、たとえばるつぼ内の原料を溶融する加熱ヒータは、
高純度のカーボン製であるが、高温度でＳｉＯｘと反応
して、表面からＳｉＣへと変化したり、カーボンへのシ
リコンの浸透が起きたりする。ＳｉＣへの変化や、シリ
コンの内部浸透は、ヒータの抵抗率を変え、結晶の成長
にとって重要である装置内部の温度分布の状態を変えて
しまう。さらに、装置内部品の黒鉛るつぼやヒータとの
反応で生じるＣＯも、これが融液中に混入すると単結晶
中に取り込まれて、欠陥発生の原因となる。
【０００４】今後、単結晶の太径化により、ますます装
置が大型化する傾向にあり、従来の技術だけでは、上記
のような問題を根本的に解決することはできなくなる。
置が大型化する傾向にあり、従来の技術だけでは、上記
のような問題を根本的に解決することはできなくなる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記のような
問題点を解決するためになされたもので、原料を充てん
するるつぼと、このるつぼの周囲にあって、るつぼ内の
原料を溶融する加熱ヒータと、溶融した原料に種結晶を
侵漬して単結晶を引上げる、引上げ機構とを有する単結
晶引上げ技術において、単結晶引上げ時の融液面上のガ
スを、単結晶周囲の、原料融液面に近接して開口させた
ガス捕集口を有する捕集部により捕集して、排気部を通
して単結晶引上げ装置外へと導く排気機構を備えたこ
と、及びそれにより融液表面上のガスを排気しつつ単結
晶を引上げることを特徴としている。
問題点を解決するためになされたもので、原料を充てん
するるつぼと、このるつぼの周囲にあって、るつぼ内の
原料を溶融する加熱ヒータと、溶融した原料に種結晶を
侵漬して単結晶を引上げる、引上げ機構とを有する単結
晶引上げ技術において、単結晶引上げ時の融液面上のガ
スを、単結晶周囲の、原料融液面に近接して開口させた
ガス捕集口を有する捕集部により捕集して、排気部を通
して単結晶引上げ装置外へと導く排気機構を備えたこ
と、及びそれにより融液表面上のガスを排気しつつ単結
晶を引上げることを特徴としている。
【０００６】また、ガス捕集口が、部分的ではなく、融
液面上方全面を覆って設けられていると排気の効果が高
い。
液面上方全面を覆って設けられていると排気の効果が高
い。
【０００７】さらにまた、排気機構に、強制排気装置を
備えて排気効率を向上させると良い。
備えて排気効率を向上させると良い。
【０００８】
【作用】図１に一実施例として示した本発明の単結晶引
上げ装置を用いた技術によれば、プルチャンバー１５の
上方の引上げ部から導入されたアルゴンガスは、チヤン
バー１内に充満するとともに、引上げ単結晶２に沿って
下降し、排気機構３のガス捕集部４下部のガス捕集口５
より捕集され、さらに排気部６の排気管７を通じてチャ
ンバー側壁８に開けた排気口９より引上げ装置１０外へ
と導かれる。融液面上に存在する揮発性のＳｉＯｘは、
るつぼ縁１１や、ヒータ１２等の装置内の部品に触れる
ことはない。また、捕集部４を形成する捕集管１９の上
部は、ガスの滞留が生じてＳｉＯｘの堆積が起きないよ
うに、コーナーを丸めてある。ガス捕集口５の下端部
は、高温であるため、融液面上のＳｉＯｘは堆積するこ
とはない。
上げ装置を用いた技術によれば、プルチャンバー１５の
上方の引上げ部から導入されたアルゴンガスは、チヤン
バー１内に充満するとともに、引上げ単結晶２に沿って
下降し、排気機構３のガス捕集部４下部のガス捕集口５
より捕集され、さらに排気部６の排気管７を通じてチャ
ンバー側壁８に開けた排気口９より引上げ装置１０外へ
と導かれる。融液面上に存在する揮発性のＳｉＯｘは、
るつぼ縁１１や、ヒータ１２等の装置内の部品に触れる
ことはない。また、捕集部４を形成する捕集管１９の上
部は、ガスの滞留が生じてＳｉＯｘの堆積が起きないよ
うに、コーナーを丸めてある。ガス捕集口５の下端部
は、高温であるため、融液面上のＳｉＯｘは堆積するこ
とはない。
【０００９】なお、排気は通常、チャンバー外より吸引
する強制排気を採用する。
する強制排気を採用する。
【００１０】操作上、原料を石英るつぼ２１に充填し、
溶解させるまでは、排気機構３はじゃまにならないよ
う、チャンバー１内の上方に持ち上げられている。実際
は、まず単結晶の引上げ軸１４の下端にセットしたフッ
ク（図示せず）に、排気機構のガス捕集口５の内周縁を
懸けてチャンバー内の上方につるしておく。原料の溶解
がすんだら、引上げ軸を下降し、保温筒２０の上に排気
管７を載せ、フックを外して排気機構をセットする。つ
いで、引上げ軸をプルチャンバー１５内のゲートバルブ
（図示せず）より上にまでもどし、ゲートバルブを閉じ
てフックを種結晶１６と交換し、ゲートバルブを開け
て、常法により単結晶を引き上げる。
溶解させるまでは、排気機構３はじゃまにならないよ
う、チャンバー１内の上方に持ち上げられている。実際
は、まず単結晶の引上げ軸１４の下端にセットしたフッ
ク（図示せず）に、排気機構のガス捕集口５の内周縁を
懸けてチャンバー内の上方につるしておく。原料の溶解
がすんだら、引上げ軸を下降し、保温筒２０の上に排気
管７を載せ、フックを外して排気機構をセットする。つ
いで、引上げ軸をプルチャンバー１５内のゲートバルブ
（図示せず）より上にまでもどし、ゲートバルブを閉じ
てフックを種結晶１６と交換し、ゲートバルブを開け
て、常法により単結晶を引き上げる。
【００１１】排気機構に用いられる材質としては、シリ
コンより融点の高い金属等が考えられる。しかし、通常
は加工性の良さや経済性から、炭素材が適当であろう。
コンより融点の高い金属等が考えられる。しかし、通常
は加工性の良さや経済性から、炭素材が適当であろう。
【００１２】
【実施例１】図１は、本実施例による単結晶引上げ装置
を用いて、シリコン単結晶の引上げを行なっている状態
を示している。排気機構３は、チャンバー１内の石英る
つぼ２１に溶融した原料融液面１７上に設けてある。排
気機構３は、融液面１７上からのガスを捕集する捕集部
４と、捕集したガスを装置外へと導く排気部６とから成
っている。さらに、捕集部４は、融液面近傍に開口する
ガス捕集口５と、排気部６に連通する捕集管１９を有し
ている。排気部６は、排気管７と、排気口９とから構成
されている。排気口９は、チャンバー１の側壁８に気密
に、しかし、摺動可能に設けられている。捕集部４はカ
ーボン製であり、排気部６は石英で構成される。
を用いて、シリコン単結晶の引上げを行なっている状態
を示している。排気機構３は、チャンバー１内の石英る
つぼ２１に溶融した原料融液面１７上に設けてある。排
気機構３は、融液面１７上からのガスを捕集する捕集部
４と、捕集したガスを装置外へと導く排気部６とから成
っている。さらに、捕集部４は、融液面近傍に開口する
ガス捕集口５と、排気部６に連通する捕集管１９を有し
ている。排気部６は、排気管７と、排気口９とから構成
されている。排気口９は、チャンバー１の側壁８に気密
に、しかし、摺動可能に設けられている。捕集部４はカ
ーボン製であり、排気部６は石英で構成される。
【００１３】排気口９を除く排気機構の他の構成部は、
前記のように、原料多結晶シリコンを溶解するまでは、
チャンバー１内の上方に持ち上げられており、溶解がす
んでから下降させ、排気口９を、外側へと一旦ずらし、
保温筒２０上部で排気管７を支持したのち、排気口９を
元の位置に戻して、図１の状態を実現する。排気管７と
排気口９とは、必ずしも気密に連結される必要はない。
前記のように、原料多結晶シリコンを溶解するまでは、
チャンバー１内の上方に持ち上げられており、溶解がす
んでから下降させ、排気口９を、外側へと一旦ずらし、
保温筒２０上部で排気管７を支持したのち、排気口９を
元の位置に戻して、図１の状態を実現する。排気管７と
排気口９とは、必ずしも気密に連結される必要はない。
【００１４】直径４０．６cm、深さ２８cmの石英ルツボ
２１に多結晶シリコンを４０kg装填した。
２１に多結晶シリコンを４０kg装填した。
【００１５】次に、ヒータ１２に通電し、多結晶シリコ
ンを完全に溶解して融液面近傍に排気機構３を降し、ガ
ス捕集口５と融液面１７との距離を５０ｍｍに調節し
た。ガス捕集口は、融液表面の約８０％をカバーしてい
る。つづいて、プルチャンバー１５の上方から流すＡｒ
流量を５０liter／min．に調節し、排気口９よりポンプ
（図示せず）により排気して、チャンバー内を約７mba
r．の減圧状態に維持した。こうして常法どおり、単結
晶の育成を行なった結果、直径１５５ｍｍ、長さ１１５
cmの、転位の発生がなく、高純度、高品質の単結晶を得
た。
ンを完全に溶解して融液面近傍に排気機構３を降し、ガ
ス捕集口５と融液面１７との距離を５０ｍｍに調節し
た。ガス捕集口は、融液表面の約８０％をカバーしてい
る。つづいて、プルチャンバー１５の上方から流すＡｒ
流量を５０liter／min．に調節し、排気口９よりポンプ
（図示せず）により排気して、チャンバー内を約７mba
r．の減圧状態に維持した。こうして常法どおり、単結
晶の育成を行なった結果、直径１５５ｍｍ、長さ１１５
cmの、転位の発生がなく、高純度、高品質の単結晶を得
た。
【００１６】本発明によると、炉内圧を０．４mbar．か
ら６００mbar．に変化させても単結晶化はまったく阻害
されず同品質の単結晶を得ることができた。
ら６００mbar．に変化させても単結晶化はまったく阻害
されず同品質の単結晶を得ることができた。
【００１７】本実施例では、炉内品の劣化はほとんど認
められず７００回の引上げでもまださらに、使用可能で
あり、現在もなお更新中である。従来のものでは、１０
０回使用が限界であった。
められず７００回の引上げでもまださらに、使用可能で
あり、現在もなお更新中である。従来のものでは、１０
０回使用が限界であった。
【００１８】このように、シリコン融液の表面から蒸発
するＳｉＯｘが速やかに排出されるため、単結晶育成中
に欠陥の発生する頻度が大幅に下がり、生産能力の向上
が見られた。たとえば、欠陥発生頻度は、従来の１／５
以下になる。また、ヒータへ付着物がほとんどなくな
り、寿命が５倍以上伸びると同時に、チャンバーへの付
着物もほとんどなくなることことから、チャンバーの清
掃時間も従来の３０％程度に大幅に改善された。
するＳｉＯｘが速やかに排出されるため、単結晶育成中
に欠陥の発生する頻度が大幅に下がり、生産能力の向上
が見られた。たとえば、欠陥発生頻度は、従来の１／５
以下になる。また、ヒータへ付着物がほとんどなくな
り、寿命が５倍以上伸びると同時に、チャンバーへの付
着物もほとんどなくなることことから、チャンバーの清
掃時間も従来の３０％程度に大幅に改善された。
【００１９】また、図２に示すように、ヒータ１２周囲
の保温筒２０に気導孔２３を穿ち、下部に排気口９´を
設け、チャンバーの下方より排気する技術も実施した。
この実施例においても、同様な効果が得られた。
の保温筒２０に気導孔２３を穿ち、下部に排気口９´を
設け、チャンバーの下方より排気する技術も実施した。
この実施例においても、同様な効果が得られた。
【００２０】
【実施例２】図３は、本発明の異なる実施例を示す。本
実施例において、実施例１と同一構成部分には、同一の
符号を付し、重複する説明を省略する。本実施例では、
チャンバー内のガスを排気するに当り、排気口をチャン
バー側壁８と、従来通りのチャンバー底部２４との異な
る箇所に設けたものである。この理由は、たとえば、排
気をチャンバー側壁からのみ行なった場合、石英るつぼ
２１より下に位置する空間に発生する細かい塵等が、ガ
ス捕集口５からの吸引により、融液面１７の方へ逆流し
て、単結晶化を阻害したり、汚染したりするのを防ぐた
めである。すなわち、チャンバー側壁８の排気口９から
の排気速度と、チャンバー底部２４の排気口９’からの
排気速度をバランスさせることにより、融液面上のガス
等は排気機構３の側へ、排気機構３より下方に発生した
ガス等は下方へと排気するのである。
実施例において、実施例１と同一構成部分には、同一の
符号を付し、重複する説明を省略する。本実施例では、
チャンバー内のガスを排気するに当り、排気口をチャン
バー側壁８と、従来通りのチャンバー底部２４との異な
る箇所に設けたものである。この理由は、たとえば、排
気をチャンバー側壁からのみ行なった場合、石英るつぼ
２１より下に位置する空間に発生する細かい塵等が、ガ
ス捕集口５からの吸引により、融液面１７の方へ逆流し
て、単結晶化を阻害したり、汚染したりするのを防ぐた
めである。すなわち、チャンバー側壁８の排気口９から
の排気速度と、チャンバー底部２４の排気口９’からの
排気速度をバランスさせることにより、融液面上のガス
等は排気機構３の側へ、排気機構３より下方に発生した
ガス等は下方へと排気するのである。
【００２１】本実施例の引上げ装置を用いて、実施例１
と同様に単結晶の育成を行なったが、排気口９からの排
気量と排気口９’からの排気量との比率は、約１：２と
した。結果は実施例１と同様の良好なものであった。
と同様に単結晶の育成を行なったが、排気口９からの排
気量と排気口９’からの排気量との比率は、約１：２と
した。結果は実施例１と同様の良好なものであった。
【００２２】その他、本発明の単結晶引上げ装置の異な
る実施例の構成を、図４に種々模式的に掲げた。このう
ち、図４（ｆ）に示した構成のものは、引上げ単結晶の
周囲を覆う円筒が、捕集口の内周部分に連結されている
が、これは、単結晶と円筒との間に不活性ガスを流すこ
とにより、単結晶の冷却を効果的に行なうとともに、不
活性ガスの使用量の低減を図ることができる。
る実施例の構成を、図４に種々模式的に掲げた。このう
ち、図４（ｆ）に示した構成のものは、引上げ単結晶の
周囲を覆う円筒が、捕集口の内周部分に連結されている
が、これは、単結晶と円筒との間に不活性ガスを流すこ
とにより、単結晶の冷却を効果的に行なうとともに、不
活性ガスの使用量の低減を図ることができる。
【００２３】なお、排気機構の捕集部は、必ずしも融液
面上全面を覆う必要はなく、たとえば、図５に示したよ
うに、融液面上の一部からでもガス等の捕集は可能であ
る。
面上全面を覆う必要はなく、たとえば、図５に示したよ
うに、融液面上の一部からでもガス等の捕集は可能であ
る。
【００２４】
【発明の効果】本発明の単結晶引上装置及び単結晶引上
げ方法によれば、融液面上に発生するＳｉＯｘ等を、ガ
ス捕集口を有する排気機構を融液面上に設けて速やかに
排出することにより、従来チャンバー底部のみからの排
気によって生じていた、ＳｉＯｘの付着による炉内部品
の急激な劣化をほとんど皆無にすることができる。
げ方法によれば、融液面上に発生するＳｉＯｘ等を、ガ
ス捕集口を有する排気機構を融液面上に設けて速やかに
排出することにより、従来チャンバー底部のみからの排
気によって生じていた、ＳｉＯｘの付着による炉内部品
の急激な劣化をほとんど皆無にすることができる。
【００２５】また、堆積したＳｉＯｘ等の蒸着物の落下
により単結晶化が阻害される現象も防ぐことができる。
当然、本発明に用いられる排気機構は、チャンバー内に
導入される不活性ガスの整流効果を有することから、蒸
発物の滞留による析出も抑えることができる。
により単結晶化が阻害される現象も防ぐことができる。
当然、本発明に用いられる排気機構は、チャンバー内に
導入される不活性ガスの整流効果を有することから、蒸
発物の滞留による析出も抑えることができる。
【００２６】また、排気口をチャンバー側壁とチャンバ
ー底部に備えたものは、るつぼより下方の気相に生じた
塵埃等を、融液面方向へ逆流させることなく排出するこ
とができるので、単結晶の引上げ域を一層清澄に保つ。
ー底部に備えたものは、るつぼより下方の気相に生じた
塵埃等を、融液面方向へ逆流させることなく排出するこ
とができるので、単結晶の引上げ域を一層清澄に保つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す単結晶製造装置の縦断
面図。
面図。
【図２】本発明の異なる一実施例を示す単結晶製造装置
の縦断面図。
の縦断面図。
【図３】本発明のさらに異なる一実施例を示す単結晶製
造装置の縦断面図。
造装置の縦断面図。
【図４】本発明の種々の実施例を示す単結晶製造装置の
模式図。
模式図。
【図５】本発明の他の実施例を示す平面断面図。
【符号の説明】 １ チャンバー ２ 単結晶 ３ 排気機構 ４ 捕集部 ５ ガス捕集口 ６ 排気部 ７ 排気管 ８ チャンバー側壁 ９´排気口 １０ 引上げ装置 １１ るつぼ縁 １２ ヒータ １３ 内周縁 １４ 引上げ軸 １５ プルチャンバー １６ 種結晶 １７ 融液面 １９ 捕集管 ２０ 保温筒 ２１ 石英るつぼ ２３ 気導孔 ２４ チャンバー底部
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
Claims (4)
- 【請求項１】原料を充てんするるつぼと、このるつぼの
周囲にあって、るつぼ内の原料を溶融する加熱ヒータ
と、溶融した原料に種結晶を浸漬して単結晶を引上げ
る、引上げ機構とを有する単結晶引上げ装置において、
単結晶引上げ域周囲の原料融液充てん域上方に開口した
ガス捕集口を有する捕集部と、この捕集部に連接し、単
結晶引上げ装置外へとガスを導く排気部と、から構成さ
れる排気機構を、単結晶引上げ装置のチャンバ内に設け
たことを特徴とする単結晶製造装置。 - 【請求項２】ガス捕集口が、単結晶引上げ域の融液充て
ん域上方全面を覆って設けられていることを特徴とする
請求項１記載の単結晶引上げ装置。 - 【請求項３】排気機構が、強制的排気装置を備えている
ことを特徴とする請求項１または２記載の単結晶引上げ
装置。 - 【請求項４】原料を充てんするるつぼと、このるつぼの
周囲にあって、るつぼ内の原料を溶融する加熱ヒータ
と、溶融した原料に種結晶を侵漬して単結晶を引上げ
る、引上げ機構とを有する装置を用いて単結晶を引き上
げる単結晶引上げ方法において、単結晶引上げ時の融液
面上のガスを、単結晶引上げ域周囲の、原料融液充てん
域に近接して開口させたガス捕集口を有する捕集部によ
り捕集し、捕集ガスを単結晶引上げ装置外へと導きつ
つ、引上げを行なうことを特徴とする単結晶引上げ方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24406591A JPH05117075A (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 単結晶引上げ装置及び単結晶引上げ方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24406591A JPH05117075A (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 単結晶引上げ装置及び単結晶引上げ方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05117075A true JPH05117075A (ja) | 1993-05-14 |
Family
ID=17113213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24406591A Pending JPH05117075A (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 単結晶引上げ装置及び単結晶引上げ方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05117075A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8753446B2 (en) | 2004-12-13 | 2014-06-17 | Sumco Techxiv Kabushiki Kaisha | Semiconductor single crystal production device and producing method therefor |
| US10378121B2 (en) | 2015-11-24 | 2019-08-13 | Globalwafers Co., Ltd. | Crystal pulling system and method for inhibiting precipitate build-up in exhaust flow path |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5441280A (en) * | 1977-09-07 | 1979-04-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Manufacturing apparatus for single crystal |
-
1991
- 1991-08-30 JP JP24406591A patent/JPH05117075A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5441280A (en) * | 1977-09-07 | 1979-04-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Manufacturing apparatus for single crystal |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8753446B2 (en) | 2004-12-13 | 2014-06-17 | Sumco Techxiv Kabushiki Kaisha | Semiconductor single crystal production device and producing method therefor |
| US10378121B2 (en) | 2015-11-24 | 2019-08-13 | Globalwafers Co., Ltd. | Crystal pulling system and method for inhibiting precipitate build-up in exhaust flow path |
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