JPH05221779A - 単結晶引上装置 - Google Patents
単結晶引上装置Info
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- JPH05221779A JPH05221779A JP4047606A JP4760692A JPH05221779A JP H05221779 A JPH05221779 A JP H05221779A JP 4047606 A JP4047606 A JP 4047606A JP 4760692 A JP4760692 A JP 4760692A JP H05221779 A JPH05221779 A JP H05221779A
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- Japan
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- single crystal
- quartz
- melt
- partition wall
- chamber
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10T117/10—Apparatus
- Y10T117/1024—Apparatus for crystallization from liquid or supercritical state
- Y10T117/1032—Seed pulling
-
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- Y10T117/10—Apparatus
- Y10T117/1024—Apparatus for crystallization from liquid or supercritical state
- Y10T117/1032—Seed pulling
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10T117/10—Apparatus
- Y10T117/1024—Apparatus for crystallization from liquid or supercritical state
- Y10T117/1032—Seed pulling
- Y10T117/1068—Seed pulling including heating or cooling details [e.g., shield configuration]
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高品位な単結晶を生産性良く得ることができ
るとともに、高い製品歩留を確保することができる単結
晶引上装置を提供すること。 【構成】 石英ルツボ３内のメルト１４Ａにポリシリコ
ン１４Ａを連続的に供給しながら単結晶１７を育成させ
る単結晶引上装置１において、前記チャンバー２内の前
記石英ルツボ３の上方にアッパーリング７を設置し、チ
ャンバー２内上部から下方に延在するカーボン筒１０を
前記アッパーリング７に上下動自在に貫通せしめる。本
発明によれば、メルト１４Ａの表面からの輻射熱はアッ
パーリング７によって石英ルツボ３側に再反射され、ア
ッパーリング７の断熱効果によってアッパーリング上方
への伝達が遮断されるため、チャンバー２内のアッパー
リング７より下方の空間が保温され、石英隔壁１２近傍
や原料供給部におけるメルト１４Ａの固化が防がれて単
結晶１７の育成速度ＳＥが高められる。
るとともに、高い製品歩留を確保することができる単結
晶引上装置を提供すること。 【構成】 石英ルツボ３内のメルト１４Ａにポリシリコ
ン１４Ａを連続的に供給しながら単結晶１７を育成させ
る単結晶引上装置１において、前記チャンバー２内の前
記石英ルツボ３の上方にアッパーリング７を設置し、チ
ャンバー２内上部から下方に延在するカーボン筒１０を
前記アッパーリング７に上下動自在に貫通せしめる。本
発明によれば、メルト１４Ａの表面からの輻射熱はアッ
パーリング７によって石英ルツボ３側に再反射され、ア
ッパーリング７の断熱効果によってアッパーリング上方
への伝達が遮断されるため、チャンバー２内のアッパー
リング７より下方の空間が保温され、石英隔壁１２近傍
や原料供給部におけるメルト１４Ａの固化が防がれて単
結晶１７の育成速度ＳＥが高められる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、チャンバー内に設置さ
れた石英ルツボ内の溶融液に粒状原料を連続的に供給し
ながらＣＺ法（Czochralski 法）によって単結晶を育成
させる単結晶引上装置に関する。
れた石英ルツボ内の溶融液に粒状原料を連続的に供給し
ながらＣＺ法（Czochralski 法）によって単結晶を育成
させる単結晶引上装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】斯かる単結晶引上装置は、チャンバー内
に石英ルツボ、ヒーター等を収納して構成され、該単結
晶引上装置においては、石英ルツボに供給されたシリコ
ン等の多結晶原料はヒーターによって加熱されて溶融
し、石英ルツボ内には多結晶融液（以下、メルトと称
す）が収容される。そして、このメルトに、ワイヤー等
の上軸の下端に取り付けられた種結晶を浸漬し、該上軸
を回転させながらこれを所定の速度で引き上げれば、種
結晶の先に単結晶を育成させることができる。
に石英ルツボ、ヒーター等を収納して構成され、該単結
晶引上装置においては、石英ルツボに供給されたシリコ
ン等の多結晶原料はヒーターによって加熱されて溶融
し、石英ルツボ内には多結晶融液（以下、メルトと称
す）が収容される。そして、このメルトに、ワイヤー等
の上軸の下端に取り付けられた種結晶を浸漬し、該上軸
を回転させながらこれを所定の速度で引き上げれば、種
結晶の先に単結晶を育成させることができる。
【０００３】ところで、上述のＣＺ法による単結晶の育
成においては、ドーパントの偏析係数が１以下（例え
ば、リンＰ：０．３５、ボロンＢ：０．７５）であるた
め、単結晶の育成に伴ってメルト中のドーパント濃度が
次第に高くなり、そのメルト中から育成される単結晶中
の抵抗率が直胴長の増加に伴って頭部から次第に低下し
てしまう。従って、単結晶の抵抗率が或る範囲内に入る
よう規定された場合には、育成可能な直胴部の長さが自
ずと決まってしまう。
成においては、ドーパントの偏析係数が１以下（例え
ば、リンＰ：０．３５、ボロンＢ：０．７５）であるた
め、単結晶の育成に伴ってメルト中のドーパント濃度が
次第に高くなり、そのメルト中から育成される単結晶中
の抵抗率が直胴長の増加に伴って頭部から次第に低下し
てしまう。従って、単結晶の抵抗率が或る範囲内に入る
よう規定された場合には、育成可能な直胴部の長さが自
ずと決まってしまう。
【０００４】一方、ＣＺ法では、種結晶をメルトに浸け
て育成を開始してからの結晶の無転位化を図るため、直
径２〜３ｍｍ程度まで絞った後に徐々に規定直径まで広
げていくコーン部と、直胴部の育成が終了した時点で直
ちに単結晶を切り離した場合には、該単結晶の熱応力が
大きいことによって該単結晶にスリップが入ってしまう
ために徐々に直径を細くしていくテール部とが単結晶の
両端に必要であり、直胴長が短い程、製品として利用で
きる割合（歩留）が低下してしまう。
て育成を開始してからの結晶の無転位化を図るため、直
径２〜３ｍｍ程度まで絞った後に徐々に規定直径まで広
げていくコーン部と、直胴部の育成が終了した時点で直
ちに単結晶を切り離した場合には、該単結晶の熱応力が
大きいことによって該単結晶にスリップが入ってしまう
ために徐々に直径を細くしていくテール部とが単結晶の
両端に必要であり、直胴長が短い程、製品として利用で
きる割合（歩留）が低下してしまう。
【０００５】そこで、製品歩留を上げるために、石英ル
ツボ内に別の内ルツボを設置する二重ルツボ方式を採用
し、単結晶の育成中、内ルツボの外側に適量の粒状原
料、或いは粒状原料とドーパントを連続的に供給し、抵
抗率や格子間酸素濃度が成長軸方向に均一な単結晶を得
る試みがなされている。
ツボ内に別の内ルツボを設置する二重ルツボ方式を採用
し、単結晶の育成中、内ルツボの外側に適量の粒状原
料、或いは粒状原料とドーパントを連続的に供給し、抵
抗率や格子間酸素濃度が成長軸方向に均一な単結晶を得
る試みがなされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の二重ルツボ方式においては、メルトから放射された
熱はチャンバー内に逃げてしまい、このため内ルツボと
メルト表面との界面及び原料供給部からメルトの固化が
発生し易く、固化がメルト表面に広がった場合には固体
原料と液体原料の密度の違いから石英ルツボに亀裂が生
じ、その亀裂からメルトが漏れ出るという問題が発生す
る。この問題を回避するためにはヒーターパワーを上げ
るか、若しくは単結晶の育成速度を極端に下げてメルト
温度を上昇させねばならず、単結晶の生産性が必然的に
低下してしまう。
来の二重ルツボ方式においては、メルトから放射された
熱はチャンバー内に逃げてしまい、このため内ルツボと
メルト表面との界面及び原料供給部からメルトの固化が
発生し易く、固化がメルト表面に広がった場合には固体
原料と液体原料の密度の違いから石英ルツボに亀裂が生
じ、その亀裂からメルトが漏れ出るという問題が発生す
る。この問題を回避するためにはヒーターパワーを上げ
るか、若しくは単結晶の育成速度を極端に下げてメルト
温度を上昇させねばならず、単結晶の生産性が必然的に
低下してしまう。
【０００７】又、上述のようにメルトから放射された熱
がチャンバー内に逃げると、メルト表面から蒸発するＳ
ｉＯガスがチャンバーの低温部分に触れて冷却され、そ
こで凝縮して付着し、やがて石英ルツボのメルト中に落
下するため、結晶の有転位化を招いてしまうという問題
も発生する。
がチャンバー内に逃げると、メルト表面から蒸発するＳ
ｉＯガスがチャンバーの低温部分に触れて冷却され、そ
こで凝縮して付着し、やがて石英ルツボのメルト中に落
下するため、結晶の有転位化を招いてしまうという問題
も発生する。
【０００８】単結晶の育成と共にメルト量が減少しドー
パント濃度が偏析により高くなるため、ドーパント濃度
を一定に保つ目的でメルトに粒状シリコンのみを供給す
る所謂メルト量減少型の制御方式を採る場合には、メル
トの石英ルツボとの接触面積が小さくなり、メルト量の
減少と共に石英ルツボからメルトへの酸素の溶け込み量
が減るため、単結晶中の格子間酸素濃度が成長軸方向に
次第に下がるという問題もあった。
パント濃度が偏析により高くなるため、ドーパント濃度
を一定に保つ目的でメルトに粒状シリコンのみを供給す
る所謂メルト量減少型の制御方式を採る場合には、メル
トの石英ルツボとの接触面積が小さくなり、メルト量の
減少と共に石英ルツボからメルトへの酸素の溶け込み量
が減るため、単結晶中の格子間酸素濃度が成長軸方向に
次第に下がるという問題もあった。
【０００９】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、成長軸方向に均一な抵抗率分
布及び格子間酸素濃度分布を有する高品位な単結晶を生
産性良く得ることができるとともに、高い製品歩留を確
保することができる単結晶引上装置を提供することにあ
る。
で、その目的とする処は、成長軸方向に均一な抵抗率分
布及び格子間酸素濃度分布を有する高品位な単結晶を生
産性良く得ることができるとともに、高い製品歩留を確
保することができる単結晶引上装置を提供することにあ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく本
発明は、チャンバー内に設置された石英ルツボ内の溶融
液に粒状原料を連続的に供給しながら単結晶を育成させ
る単結晶引上装置において、前記チャンバー内の前記石
英ルツボの上方にカーボン製のアッパーリングを設置
し、チャンバー内上部から下方に延在するカーボン筒を
前記アッパーリングに上下動自在に貫通せしめたことを
特徴とする。
発明は、チャンバー内に設置された石英ルツボ内の溶融
液に粒状原料を連続的に供給しながら単結晶を育成させ
る単結晶引上装置において、前記チャンバー内の前記石
英ルツボの上方にカーボン製のアッパーリングを設置
し、チャンバー内上部から下方に延在するカーボン筒を
前記アッパーリングに上下動自在に貫通せしめたことを
特徴とする。
【００１１】
【作用】本発明によれば、メルト表面からの輻射熱はア
ッパーリングによって石英ルツボ側に再反射されるとと
もに、アッパーリングの断熱効果によって該アッパーリ
ングより上方への散逸が防がれるため、チャンバー内の
アッパーリングより下方の空間が保温され、これによっ
て石英隔壁（内ルツボ）近傍や原料供給部におけるメル
トの固化が防がれ、単結晶の育成速度を高めて生産性の
向上を図ることができる。
ッパーリングによって石英ルツボ側に再反射されるとと
もに、アッパーリングの断熱効果によって該アッパーリ
ングより上方への散逸が防がれるため、チャンバー内の
アッパーリングより下方の空間が保温され、これによっ
て石英隔壁（内ルツボ）近傍や原料供給部におけるメル
トの固化が防がれ、単結晶の育成速度を高めて生産性の
向上を図ることができる。
【００１２】又、上記アッパーリングによる保温効果に
よって石英ルツボ上部等の低温化が防がれるため、メル
ト表面から蒸発するＳｉＯガスのチャンバーや石英ルツ
ボへの凝縮、付着が抑制され、更には、カーボン筒内を
流れるＡｒガス等の不活性ガスによってＳｉＯガスがス
ムーズに除去されるため、結晶の有転位化が防がれて高
品位な単結晶が得られる。更に、カーボン筒内を流れる
Ａｒガス等の不活性ガスによってメルトの単結晶成長界
面付近が優先的に冷却されるため、メルト表面での半径
方向の温度勾配が大きくなり、単結晶の育成速度（引上
げ速度）を高めることができ、生産性の向上を図ること
ができる。
よって石英ルツボ上部等の低温化が防がれるため、メル
ト表面から蒸発するＳｉＯガスのチャンバーや石英ルツ
ボへの凝縮、付着が抑制され、更には、カーボン筒内を
流れるＡｒガス等の不活性ガスによってＳｉＯガスがス
ムーズに除去されるため、結晶の有転位化が防がれて高
品位な単結晶が得られる。更に、カーボン筒内を流れる
Ａｒガス等の不活性ガスによってメルトの単結晶成長界
面付近が優先的に冷却されるため、メルト表面での半径
方向の温度勾配が大きくなり、単結晶の育成速度（引上
げ速度）を高めることができ、生産性の向上を図ること
ができる。
【００１３】更に又、本発明は石英隔壁を用いた二重ル
ツボ方式を採用し、石英ルツボ内が石英隔壁によって内
外の単結晶育成部と原料供給部とに区画されるため、石
英隔壁の外側の原料供給部に適量の粒状原料とドーパン
トを連続的に供給することができ、成長軸方向に均一な
抵抗率分布を有する単結晶を育成することが可能となっ
て直胴部の長い単結晶を得ることができ、製品の歩留を
高めることができる。
ツボ方式を採用し、石英ルツボ内が石英隔壁によって内
外の単結晶育成部と原料供給部とに区画されるため、石
英隔壁の外側の原料供給部に適量の粒状原料とドーパン
トを連続的に供給することができ、成長軸方向に均一な
抵抗率分布を有する単結晶を育成することが可能となっ
て直胴部の長い単結晶を得ることができ、製品の歩留を
高めることができる。
【００１４】又、石英隔壁をカーボン筒の下端に保持さ
せれば、該石英隔壁はカーボン筒と共に上下動自在であ
るため、メルト量減少型の制御がなされる場合には、石
英ルツボ内のメルト量の減少と共に該石英隔壁を下げれ
ば、メルトの石英ルツボと石英隔壁との接触面積が略一
定に保たれ、単結晶の成長軸方向の格子間酸素濃度分布
が均一に保たれる。尚、石英隔壁は、石英ルツボの回転
或いは熱対流によるメルト表面の石英ルツボ壁から単結
晶へ向かう流れを阻止し、単結晶の断面内の酸素濃度の
均一化に役立つ。
せれば、該石英隔壁はカーボン筒と共に上下動自在であ
るため、メルト量減少型の制御がなされる場合には、石
英ルツボ内のメルト量の減少と共に該石英隔壁を下げれ
ば、メルトの石英ルツボと石英隔壁との接触面積が略一
定に保たれ、単結晶の成長軸方向の格子間酸素濃度分布
が均一に保たれる。尚、石英隔壁は、石英ルツボの回転
或いは熱対流によるメルト表面の石英ルツボ壁から単結
晶へ向かう流れを阻止し、単結晶の断面内の酸素濃度の
均一化に役立つ。
【００１５】
【実施例】以下に本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。
て説明する。
【００１６】図１は本発明に係る単結晶引上装置１の要
部の縦断面図であり、図中、２はステンレス製のチャン
バーであって、これの内部には石英ルツボ３がシャフト
４上に取り付けられて収納されている。尚、シャフト４
は不図示の駆動手段によってその中心軸回りに回転駆動
される。
部の縦断面図であり、図中、２はステンレス製のチャン
バーであって、これの内部には石英ルツボ３がシャフト
４上に取り付けられて収納されている。尚、シャフト４
は不図示の駆動手段によってその中心軸回りに回転駆動
される。
【００１７】又、上記チャンバー２内の前記石英ルツボ
３の周囲には、カーボン製の円筒状ヒーター５が配さ
れ、該ヒーター５の周囲には同じくカーボン製の断熱材
６が配されている。
３の周囲には、カーボン製の円筒状ヒーター５が配さ
れ、該ヒーター５の周囲には同じくカーボン製の断熱材
６が配されている。
【００１８】ところで、チャンバー２内の前記石英ルツ
ボ３の上方にはアッパーリング７が設置されている。こ
のアッパーリング７は、カーボン製であって、その内部
に断熱材８を含んだ多層構造を有しており、これはチャ
ンバー２の側方からチャンバー２内に組み込まれ、チャ
ンバー２の内周壁に突設された突起９に係合して水平に
載置されている。
ボ３の上方にはアッパーリング７が設置されている。こ
のアッパーリング７は、カーボン製であって、その内部
に断熱材８を含んだ多層構造を有しており、これはチャ
ンバー２の側方からチャンバー２内に組み込まれ、チャ
ンバー２の内周壁に突設された突起９に係合して水平に
載置されている。
【００１９】一方、チャンバー２内の上部からはカーボ
ン製のカーボン筒１０が吊り下げられており、該カーボ
ン筒１０は前記アッパーリング７の内周部を上下動自在
に貫通している。そして、このカーボン筒１０の下端に
はカーボン製の保持リング１１が螺着されており、該保
持リング１１には高さ５ｃｍ程度の円筒状の石英隔壁１
２が保持されている。尚、カーボン筒１０は、これの上
部に設けられた不図示の駆動手段によって上下動せしめ
られる。
ン製のカーボン筒１０が吊り下げられており、該カーボ
ン筒１０は前記アッパーリング７の内周部を上下動自在
に貫通している。そして、このカーボン筒１０の下端に
はカーボン製の保持リング１１が螺着されており、該保
持リング１１には高さ５ｃｍ程度の円筒状の石英隔壁１
２が保持されている。尚、カーボン筒１０は、これの上
部に設けられた不図示の駆動手段によって上下動せしめ
られる。
【００２０】ここで、アッパーリング７、カーボン筒１
０、石英隔壁１２等の組み込み手順を説明すると、先
ず、アッパーリング７をチャンバー２内に側方から嵌め
込み、これをチャンバー２の内周壁に突設された前記突
起９に係合せしめて水平に設置する。次に、カーボン筒
１０をチャンバー２内の上部から垂直に吊り下げてこれ
をアッパーリング７の内周部に貫通せしめ、該カーボン
筒１０の下端部に保持リング１１を螺着し、この保持リ
ング１１に石英隔壁１２を保持せしめてセットを完了す
る。
０、石英隔壁１２等の組み込み手順を説明すると、先
ず、アッパーリング７をチャンバー２内に側方から嵌め
込み、これをチャンバー２の内周壁に突設された前記突
起９に係合せしめて水平に設置する。次に、カーボン筒
１０をチャンバー２内の上部から垂直に吊り下げてこれ
をアッパーリング７の内周部に貫通せしめ、該カーボン
筒１０の下端部に保持リング１１を螺着し、この保持リ
ング１１に石英隔壁１２を保持せしめてセットを完了す
る。
【００２１】ところで、上記保持リング１１の水平部分
には複数のガス抜き孔１１ａが形成されており、これら
のガス抜き孔１１ａの開口面積の総和Ｓは、
には複数のガス抜き孔１１ａが形成されており、これら
のガス抜き孔１１ａの開口面積の総和Ｓは、
【００２２】
【数１】Ｓ＞＞π×Ｄ×ｈ ここに、π：円周率 Ｄ：カーボン筒の内径 ｈ：カーボン筒先端と溶融液表面との距離 の関係が満足されるよう設定される。又、本実施例で
は、カーボン筒１０と保持リング１１の全表面にＳｉＣ
コート処理が施されている。尚、図１において、１３は
適量の粒状原料（或いは粒状原料とドーパント）を石英
ルツボ３に連続的に供給するための石英供給管である。
は、カーボン筒１０と保持リング１１の全表面にＳｉＣ
コート処理が施されている。尚、図１において、１３は
適量の粒状原料（或いは粒状原料とドーパント）を石英
ルツボ３に連続的に供給するための石英供給管である。
【００２３】次に、本発明に係る単結晶引上装置１の作
用を説明する。
用を説明する。
【００２４】例えば、シリコン単結晶の引上げに際して
は、チャンバー２内がＡｒガス雰囲気の減圧状態（例え
ば、内圧３０ｍｂａｒの減圧状態）に保たれ、石英ルツ
ボ３内には石英供給管１３から粒状原料であるポリシリ
コンが供給され、石英ルツボ３内に供給されたポリシリ
コンはヒーター５によって加熱されて溶融（初期溶融）
し、石英ルツボ３内にはメルト１４が収容される。尚、
石英隔壁１２の材質として例えば透明石英ガラスを使用
した場合、透明石英ガラスの粘度は１０７５℃で１４．
５ポアズ（歪点）、１１８０℃で１３．０ポアズ（徐冷
点）、１７３０℃で７．６ポアズ（軟化点）となって温
度上昇と共にその強度が徐々に低下するため、ポリシリ
コンの初期溶融時や多結晶化時に結晶を再溶融する場合
等、即ちヒーター５のパワーを上げる場合には、石英隔
壁１２自身の強度が低下し、その嵌め込み部からの当該
石英隔壁１２の落下や失透現象による石英隔壁１２の表
面剥離が生じてしまう。そこで、本実施例では、ポリシ
リコンの初期溶融時等においてヒーター５のパワーを上
げる場合には、図１に鎖線にて示すように、カーボン筒
１０を駆動して石英隔壁１２を石英ルツボ３の上方に退
避させ、該石英隔壁１２の変形や劣化を防ぐようにして
いる。
は、チャンバー２内がＡｒガス雰囲気の減圧状態（例え
ば、内圧３０ｍｂａｒの減圧状態）に保たれ、石英ルツ
ボ３内には石英供給管１３から粒状原料であるポリシリ
コンが供給され、石英ルツボ３内に供給されたポリシリ
コンはヒーター５によって加熱されて溶融（初期溶融）
し、石英ルツボ３内にはメルト１４が収容される。尚、
石英隔壁１２の材質として例えば透明石英ガラスを使用
した場合、透明石英ガラスの粘度は１０７５℃で１４．
５ポアズ（歪点）、１１８０℃で１３．０ポアズ（徐冷
点）、１７３０℃で７．６ポアズ（軟化点）となって温
度上昇と共にその強度が徐々に低下するため、ポリシリ
コンの初期溶融時や多結晶化時に結晶を再溶融する場合
等、即ちヒーター５のパワーを上げる場合には、石英隔
壁１２自身の強度が低下し、その嵌め込み部からの当該
石英隔壁１２の落下や失透現象による石英隔壁１２の表
面剥離が生じてしまう。そこで、本実施例では、ポリシ
リコンの初期溶融時等においてヒーター５のパワーを上
げる場合には、図１に鎖線にて示すように、カーボン筒
１０を駆動して石英隔壁１２を石英ルツボ３の上方に退
避させ、該石英隔壁１２の変形や劣化を防ぐようにして
いる。
【００２５】又、石英隔壁１２の石英材質としてはＯＨ
基の含有量の少ない無気泡の高純度石英ガラスが好まし
い。何れの上記特性も石英ガラスの耐熱性の向上及びシ
リコンメルト１４との接触による損傷を防止するのに役
立つ。石英ガラスの純度に関しては、メルト１４を汚染
しないように石英ルツボ３のそれと同様の配慮が必要な
ことは勿論である。而して、上記ポリシリコンの初期溶
融が終了すると、カーボン筒１０が石英隔壁１２と共に
一体的に下げられ、図１に実線にて示すように、石英隔
壁１２が石英ルツボ３内のメルト１４の上部に部分的に
浸漬される。そして、カーボン筒１０内に垂直に吊り下
げられたワイヤー１５の下端に結着された種結晶１６が
石英ルツボ３内のメルト１４に浸漬され、石英ルツボ３
がシャフト４によって図示矢印ＣＲ方向（時計方向）に
回転駆動されると同時に、種結晶１６も図示矢印方向Ｓ
Ｒ（反時計方向）に回転されながら所定の速度ＳＥで引
き上げられると、種結晶１６には図示のように単結晶１
７が成長する。このとき、カーボン筒１０内にはＡｒガ
スが下方に向かって流され、Ａｒガスは保持リング１１
に形成されたガス抜き孔１１ａを通過してチャンバー２
内に流出し、メルト１４の表面から蒸発したＳｉＯと共
にチャンバー２外へ排出される。
基の含有量の少ない無気泡の高純度石英ガラスが好まし
い。何れの上記特性も石英ガラスの耐熱性の向上及びシ
リコンメルト１４との接触による損傷を防止するのに役
立つ。石英ガラスの純度に関しては、メルト１４を汚染
しないように石英ルツボ３のそれと同様の配慮が必要な
ことは勿論である。而して、上記ポリシリコンの初期溶
融が終了すると、カーボン筒１０が石英隔壁１２と共に
一体的に下げられ、図１に実線にて示すように、石英隔
壁１２が石英ルツボ３内のメルト１４の上部に部分的に
浸漬される。そして、カーボン筒１０内に垂直に吊り下
げられたワイヤー１５の下端に結着された種結晶１６が
石英ルツボ３内のメルト１４に浸漬され、石英ルツボ３
がシャフト４によって図示矢印ＣＲ方向（時計方向）に
回転駆動されると同時に、種結晶１６も図示矢印方向Ｓ
Ｒ（反時計方向）に回転されながら所定の速度ＳＥで引
き上げられると、種結晶１６には図示のように単結晶１
７が成長する。このとき、カーボン筒１０内にはＡｒガ
スが下方に向かって流され、Ａｒガスは保持リング１１
に形成されたガス抜き孔１１ａを通過してチャンバー２
内に流出し、メルト１４の表面から蒸発したＳｉＯと共
にチャンバー２外へ排出される。
【００２６】上記のように、カーボン筒１０内にＡｒガ
スを流すと、Ａｒガスがカーボン筒１０内で整流され、
その流速も高められるため、ＳｉＯがチャンバー２外へ
有効に排出され、ＳｉＯによる単結晶１７の有転位化が
防がれ、高品位な単結晶１７が得られる。又、カーボン
筒１０内を流れるＡｒガスによってメルト１４の単結晶
成長界面付近が優先的に冷却されるため、メルト１４の
表面での半径方向の温度勾配が大きくなり、単結晶１７
の育成速度（引上げ速度）ＳＥを高めることができ、生
産性の向上を図ることができる。尚、ガス抜き孔１１ａ
の開口面積の総和Ｓは前述のように設定されているた
め、石英隔壁１２をメルト１４中に浸漬させない状態
（図１において保持リング１１及び石英隔壁１２を取り
除いた状態）におけるＡｒガスの流れが実現され、Ａｒ
ガスはガス抜き孔１１ａを抵抗なくスムーズに通過す
る。
スを流すと、Ａｒガスがカーボン筒１０内で整流され、
その流速も高められるため、ＳｉＯがチャンバー２外へ
有効に排出され、ＳｉＯによる単結晶１７の有転位化が
防がれ、高品位な単結晶１７が得られる。又、カーボン
筒１０内を流れるＡｒガスによってメルト１４の単結晶
成長界面付近が優先的に冷却されるため、メルト１４の
表面での半径方向の温度勾配が大きくなり、単結晶１７
の育成速度（引上げ速度）ＳＥを高めることができ、生
産性の向上を図ることができる。尚、ガス抜き孔１１ａ
の開口面積の総和Ｓは前述のように設定されているた
め、石英隔壁１２をメルト１４中に浸漬させない状態
（図１において保持リング１１及び石英隔壁１２を取り
除いた状態）におけるＡｒガスの流れが実現され、Ａｒ
ガスはガス抜き孔１１ａを抵抗なくスムーズに通過す
る。
【００２７】又、メルト１４からの輻射熱はアッパーリ
ング７によって石英ルツボ３側に再反射されるととも
に、アッパーリング７の断熱効果によって該アッパーリ
ング７より上方への伝達が遮断されるため、チャンバー
２内のアッパーリング７より下方の空間が保温され、こ
れによって石英隔壁１２近傍や原料供給部（石英ルツボ
３内の石英隔壁１２より外側の部分）におけるメルト１
４の固化が防がれ、単結晶１７の育成速度ＳＥを高めて
生産性の向上を図ることができる。尚、本実施例では、
前述のようにアッパーリング７として内部に断熱材８を
内包するカーボン製のものを用いたが、該アッパーリン
グ７の特性としては、厚さ方向の断熱性が高く、且つ径
方向の熱伝導性も高いことが望ましい。従って、このア
ッパーリング７としては、例えばその繊維の配列がその
面方向となっているカーボンフェルト層を固定カーボン
材の薄板で両側から挟んで構成される３層構造のものを
採用しても良く、特に厚さ方向の断熱性の高いものとし
て、複数の薄板状の固体カーボンを間に僅かな隙間（断
熱空気層）を残して積層することによって全体が１枚の
肉厚断熱板として構成されるものを採用しても良い。
ング７によって石英ルツボ３側に再反射されるととも
に、アッパーリング７の断熱効果によって該アッパーリ
ング７より上方への伝達が遮断されるため、チャンバー
２内のアッパーリング７より下方の空間が保温され、こ
れによって石英隔壁１２近傍や原料供給部（石英ルツボ
３内の石英隔壁１２より外側の部分）におけるメルト１
４の固化が防がれ、単結晶１７の育成速度ＳＥを高めて
生産性の向上を図ることができる。尚、本実施例では、
前述のようにアッパーリング７として内部に断熱材８を
内包するカーボン製のものを用いたが、該アッパーリン
グ７の特性としては、厚さ方向の断熱性が高く、且つ径
方向の熱伝導性も高いことが望ましい。従って、このア
ッパーリング７としては、例えばその繊維の配列がその
面方向となっているカーボンフェルト層を固定カーボン
材の薄板で両側から挟んで構成される３層構造のものを
採用しても良く、特に厚さ方向の断熱性の高いものとし
て、複数の薄板状の固体カーボンを間に僅かな隙間（断
熱空気層）を残して積層することによって全体が１枚の
肉厚断熱板として構成されるものを採用しても良い。
【００２８】更に、上記アッパーリング７による保温効
果によって石英ルツボ３の上部やチャンバー２の内壁等
の低温化が防がれるため、メルト１４の表面から蒸発す
るＳｉＯガスのチャンバー２や石英ルツボ３への凝縮、
付着が抑制され、更には、前述のカーボン筒１０内を流
れるＡｒガスによるＳｉＯガスのスムーズな除去とも相
俟って、単結晶１７の有転位化が防がれる。
果によって石英ルツボ３の上部やチャンバー２の内壁等
の低温化が防がれるため、メルト１４の表面から蒸発す
るＳｉＯガスのチャンバー２や石英ルツボ３への凝縮、
付着が抑制され、更には、前述のカーボン筒１０内を流
れるＡｒガスによるＳｉＯガスのスムーズな除去とも相
俟って、単結晶１７の有転位化が防がれる。
【００２９】尚、単結晶１７の引上げ中、カーボン筒１
０と保持リング１１は常に１４００℃以上の超高温に晒
されるが、これらは前述のようにその全表面がＳｉＣコ
ート処理されているため、その耐熱性が高められ、これ
らが劣化してカーボンが落下することがなく、落下した
カーボンによって単結晶１７の育成が阻害されることが
ない。因に、カーボン筒１０と保持リング１１にＳｉＣ
コート処理を施さない場合には、カーボン筒１０と保持
リング１１が超高温に晒されるとこれらは劣化し易く、
劣化した表面が剥離してメルト１４中に落下して単結晶
１７の育成を阻害する。カーボンはシリコンメルト１４
に対して不溶性のため、これが固液界面に付着した場合
には、直ちに多結晶化が生じてしまう。或いは、単結晶
１７が極めて高濃度にカーボンを含んだものとなり、製
品歩留が低下してしまう。
０と保持リング１１は常に１４００℃以上の超高温に晒
されるが、これらは前述のようにその全表面がＳｉＣコ
ート処理されているため、その耐熱性が高められ、これ
らが劣化してカーボンが落下することがなく、落下した
カーボンによって単結晶１７の育成が阻害されることが
ない。因に、カーボン筒１０と保持リング１１にＳｉＣ
コート処理を施さない場合には、カーボン筒１０と保持
リング１１が超高温に晒されるとこれらは劣化し易く、
劣化した表面が剥離してメルト１４中に落下して単結晶
１７の育成を阻害する。カーボンはシリコンメルト１４
に対して不溶性のため、これが固液界面に付着した場合
には、直ちに多結晶化が生じてしまう。或いは、単結晶
１７が極めて高濃度にカーボンを含んだものとなり、製
品歩留が低下してしまう。
【００３０】更に又、石英隔壁１２はメルト１４中に部
分的に浸漬されるのみであるため、その高さは短くて済
み（本実施例では、高さ５ｃｍ程度である）、これの熱
変形が抑えられて耐久性が高められるとともに、その材
料費及び加工費が低減される。
分的に浸漬されるのみであるため、その高さは短くて済
み（本実施例では、高さ５ｃｍ程度である）、これの熱
変形が抑えられて耐久性が高められるとともに、その材
料費及び加工費が低減される。
【００３１】又、本発明は石英隔壁１２を用いた二重ル
ツボ方式を採用し、石英ルツボ３内が石英隔壁１２によ
って内外の単結晶育成部と原料供給部とに区画されるた
め、石英隔壁１２の外側の原料供給部に石英供給管１３
から適量の粒状原料とドーパントを連続的に供給するこ
とができ、成長軸方向に均一な抵抗率分布を有する単結
晶１７を育成することが可能となって、直胴部の長い単
結晶１７を得ることができ、製品の歩留を高めることが
できる。
ツボ方式を採用し、石英ルツボ３内が石英隔壁１２によ
って内外の単結晶育成部と原料供給部とに区画されるた
め、石英隔壁１２の外側の原料供給部に石英供給管１３
から適量の粒状原料とドーパントを連続的に供給するこ
とができ、成長軸方向に均一な抵抗率分布を有する単結
晶１７を育成することが可能となって、直胴部の長い単
結晶１７を得ることができ、製品の歩留を高めることが
できる。
【００３２】更に、石英隔壁１２はカーボン筒１０と共
に上下動自在であるため、メルト量減少型の制御がなさ
れる場合には、石英ルツボ３内のメルト１４の量の減少
と共に該石英隔壁１２を下げれば、メルト１４の石英ル
ツボ３と石英隔壁１２との接触面積が略一定に保たれ、
単結晶１７の成長軸方向の格子間酸素濃度分布が均一に
保たれる。尚、石英隔壁１２は、石英ルツボ３の回転或
いは熱対流によるメルト１４表面の石英ルツボ３側から
単結晶１７へ向かう流れを阻止し、単結晶１７の断面内
の酸素濃度の均一化に役立つ。
に上下動自在であるため、メルト量減少型の制御がなさ
れる場合には、石英ルツボ３内のメルト１４の量の減少
と共に該石英隔壁１２を下げれば、メルト１４の石英ル
ツボ３と石英隔壁１２との接触面積が略一定に保たれ、
単結晶１７の成長軸方向の格子間酸素濃度分布が均一に
保たれる。尚、石英隔壁１２は、石英ルツボ３の回転或
いは熱対流によるメルト１４表面の石英ルツボ３側から
単結晶１７へ向かう流れを阻止し、単結晶１７の断面内
の酸素濃度の均一化に役立つ。
【００３３】ところで、単結晶１７の育成においては、
結晶の歩留を高めるために単結晶１７の直径制御が不可
欠であり、又、チャンバー２内に異常が発生した場合に
は即座に対処しなければならない。そのため、石英ルツ
ボ３内の固液界面近傍やヒーター５、石英ルツボ３等が
チャンバー２の外から監視可能でなければならない。然
るに、本実施例のようにカーボン筒１０をチャンバー２
内の上部から吊り下げると、チャンバー２の上部からの
視界が極めて狭くなり、イメージセンサーによる固液界
面成長部の直視も不可能となってしまう。そこで、本実
施例では、アッパーリング７とカーボン筒１０の一部に
不図示の切り欠きを形成し、該切り欠きを介してチャン
バー２内の固液界面成長部の直視を可能としている。
結晶の歩留を高めるために単結晶１７の直径制御が不可
欠であり、又、チャンバー２内に異常が発生した場合に
は即座に対処しなければならない。そのため、石英ルツ
ボ３内の固液界面近傍やヒーター５、石英ルツボ３等が
チャンバー２の外から監視可能でなければならない。然
るに、本実施例のようにカーボン筒１０をチャンバー２
内の上部から吊り下げると、チャンバー２の上部からの
視界が極めて狭くなり、イメージセンサーによる固液界
面成長部の直視も不可能となってしまう。そこで、本実
施例では、アッパーリング７とカーボン筒１０の一部に
不図示の切り欠きを形成し、該切り欠きを介してチャン
バー２内の固液界面成長部の直視を可能としている。
【００３４】尚、以上はカーボン筒１０の下端に石英隔
壁１２を取り付け、この石英隔壁１２をメルト１４の表
面近傍に部分的に浸漬させる二重ルツボ方式を採用する
実施例について述べたが、本発明は、図２に示すような
石英ルツボ３内に筒状の石英隔壁（内ルツボ）２０を同
心状に溶着する二重ルツボ方式を採用する装置に対して
も適用可能である。
壁１２を取り付け、この石英隔壁１２をメルト１４の表
面近傍に部分的に浸漬させる二重ルツボ方式を採用する
実施例について述べたが、本発明は、図２に示すような
石英ルツボ３内に筒状の石英隔壁（内ルツボ）２０を同
心状に溶着する二重ルツボ方式を採用する装置に対して
も適用可能である。
【００３５】
【発明の効果】以上の説明で明らかな如く、本発明によ
れば、チャンバー内に設置された石英ルツボ内の溶融液
に粒状原料を連続的に供給しながら単結晶を育成させる
単結晶引上装置において、前記チャンバー内の前記石英
ルツボの上方にカーボン製のアッパーリングを設置し、
チャンバー内上部から下方に延在するカーボン筒を前記
アッパーリングに上下動自在に貫通せしめたため、成長
軸方向に均一な抵抗率分布及び格子間酸素濃度分布を有
する高品位な単結晶を生産性良く得ることができるとと
もに、高い製品歩留を確保することができるという効果
が得られる。
れば、チャンバー内に設置された石英ルツボ内の溶融液
に粒状原料を連続的に供給しながら単結晶を育成させる
単結晶引上装置において、前記チャンバー内の前記石英
ルツボの上方にカーボン製のアッパーリングを設置し、
チャンバー内上部から下方に延在するカーボン筒を前記
アッパーリングに上下動自在に貫通せしめたため、成長
軸方向に均一な抵抗率分布及び格子間酸素濃度分布を有
する高品位な単結晶を生産性良く得ることができるとと
もに、高い製品歩留を確保することができるという効果
が得られる。
【図１】本発明に係る単結晶引上装置要部の縦断面図で
ある。
ある。
【図２】本発明の別実施例に係る単結晶引上装置要部の
縦断面図である。
縦断面図である。
１ 単結晶引上装置 ２ チャンバー ３ 石英ルツボ ７ アッパーリング ８ 断熱材 １０ カーボン筒 １１ 保持リング １１ａ ガス抜き孔 １２ 石英隔壁 １４ メルト（溶融液） １７ 単結晶 ２０ 石英隔壁（内ルツボ）
Claims (9)
- 【請求項１】 チャンバー内に設置された石英ルツボ内
の溶融液に粒状原料を連続的に供給しながら単結晶を育
成させる単結晶引上装置において、前記チャンバー内の
前記石英ルツボの上方にカーボン製のアッパーリングを
設置し、チャンバー内上部から下方に延在するカーボン
筒を前記アッパーリングに上下動自在に貫通せしめたこ
とを特徴とする単結晶引上装置。 - 【請求項２】 前記アッパーリングは、内部に断熱材を
含んだ多層構造を有することを特徴とする請求項１記載
の単結晶引上装置。 - 【請求項３】 前記カーボン筒の下端には、筒状の石英
隔壁が保持リングを介して保持されていることを特徴と
する請求項１記載の単結晶引上装置。 - 【請求項４】 前記保持リングには複数のガス抜き孔が
形成され、該ガス抜き孔の開口面積の総和Ｓは、 Ｓ＞＞π×Ｄ×ｈ ここに、π：円周率 Ｄ：カーボン筒の内径 ｈ：カーボン筒先端と溶融液表面との距離 を満足することを特徴とする請求項３記載の単結晶引上
装置。 - 【請求項５】 前記カーボン筒には不活性ガスが供給さ
れ、前記石英隔壁は単結晶引上げ時に石英ルツボ内の溶
融液に浸漬され、粒状原料が石英隔壁の外部に連続的に
供給されることを特徴とする請求項３記載の単結晶引上
装置。 - 【請求項６】 多結晶原料の初期溶解時等においては、
前記石英隔壁は前記石英ルツボの上方に退避せしめられ
ることを特徴とする請求項３記載の単結晶引上装置。 - 【請求項７】 前記石英ルツボ内には筒状の石英隔壁が
同心状に溶着されていることを特徴とする請求項１記載
の単結晶引上装置。 - 【請求項８】 前記カーボン筒の全表面は、ＳｉＣコー
ト処理が施されていることを特徴とする請求項１記載の
単結晶引上装置。 - 【請求項９】 前記アッパーリングとカーボン筒の一部
には、直視用の切り欠きが形成されていることを特徴と
する請求項１記載の単結晶引上装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4047606A JP2795036B2 (ja) | 1992-02-04 | 1992-02-04 | 単結晶引上装置 |
| DE69319463T DE69319463T2 (de) | 1992-02-04 | 1993-02-02 | Einkristall-Ziehvorrichtung |
| US08/012,172 US5361721A (en) | 1992-02-04 | 1993-02-02 | Single crystal pulling apparatus |
| EP93300735A EP0555040B1 (en) | 1992-02-04 | 1993-02-02 | A single crystal pulling apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4047606A JP2795036B2 (ja) | 1992-02-04 | 1992-02-04 | 単結晶引上装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05221779A true JPH05221779A (ja) | 1993-08-31 |
| JP2795036B2 JP2795036B2 (ja) | 1998-09-10 |
Family
ID=12779900
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4047606A Expired - Lifetime JP2795036B2 (ja) | 1992-02-04 | 1992-02-04 | 単結晶引上装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5361721A (ja) |
| EP (1) | EP0555040B1 (ja) |
| JP (1) | JP2795036B2 (ja) |
| DE (1) | DE69319463T2 (ja) |
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| KR20150060690A (ko) | 2012-10-03 | 2015-06-03 | 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 | 실리콘 단결정 육성장치 및 실리콘 단결정 육성방법 |
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