JPH05221781A

JPH05221781A - 単結晶引上装置

Info

Publication number: JPH05221781A
Application number: JP5969492A
Authority: JP
Inventors: Hironori Shimada; 博宣島田; Naoki Ono; 直樹小野; Tateaki Sahira; 健彰佐平; Michio Kida; 道夫喜田; Yoshiaki Arai; 義明新井
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1992-02-14
Filing date: 1992-02-14
Publication date: 1993-08-31

Abstract

(57)【要約】【目的】溶融シリコンの対流と接触する石英リングの
内壁の溶融を抑制し、溶融シリコン中の酸素濃度を低く
し、シリコン単結晶中の酸素濃度を低くできる単結晶引
上装置を提供する。【構成】水平磁界中で溶融シリコン１３を保持する石
英るつぼ５と、この石英るつぼ５内に設けられ溶融シリ
コン５を中心部と周辺部とに区画する石英リング１５
と、中心部の溶融シリコン１３から単結晶棒１４を引き
上げる引上機構と、を備えた単結晶引上装置において、
石英リング１５と中心部の溶融シリコン１３の対流とが
接触する石英リング１５の接触面の温度を、溶融シリコ
ン１３の再結晶温度より高くし、かつ、上記接触面以外
の石英リング１５の内壁の温度以下にする温度調節手段
を備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、シリコン単結
晶を連続ＭＣＺ法（Magnetic field appliedCzochralsk
i crystal growth method）で製造するための単結晶引
上装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、長尺シリコン単結晶を製造する連
続ＭＣＺ法として、水平方向に磁場が印加された単結晶
引上装置は、概略、水平方向に強磁場を発生する磁場装
置と、この磁場装置の間に設けられた炉体と、この炉体
内に設けられ溶融シリコンを保持する石英るつぼと、こ
の石英るつぼ内に設けられ溶融シリコンを中心部と周辺
部とに区画する石英リングと、溶融シリコンを加熱する
ヒータと、石英るつぼの上方に設けられシリコン単結晶
棒を回転自在に引き上げる引上機構と、石英るつぼと石
英リングとの隙間にシリコン多結晶粒を連続的に補給す
る原料供給機構と、で構成されている。そして、磁場中
で、石英るつぼ内の溶融シリコンを一定量に保ったま
ま、この溶融シリコンにシリコン単結晶の種結晶を浸
し、この種結晶を回転させながら徐々に引き上げ、種結
晶と同一方位の大きなシリコン単結晶を成長させるもの
である。この磁場印加によって、石英るつぼ内のシリコ
ン融液の熱対流現象を抑制し、石英るつぼおよび石英リ
ングからの不純物の混入を大幅に低減し、シリコンの固
液界面をより静的な状態に保っている。さらに、原料の
補給によって、溶融シリコンの溶融量および温度等の変
化を防止し、シリコン単結晶棒の品質の均質化を図って
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
連続ＭＣＺ法の単結晶引上装置にあっては、溶融シリコ
ンの表面層の直下に水平方向の対流層が発生している。
この対流層と石英リングとの接触面の温度が上がり、こ
の接触面で石英リングから酸素が溶融シリコン内に溶融
する。この溶融酸素が溶融シリコン内に発生する対流層
を通って直接シリコン単結晶中に取り込まれるという課
題があった。

【０００４】そこで、本発明者は、溶融シリコンと接触
している石英リングの内壁温度と酸素溶解度との間に、
石英リングの内壁温度が高くなると酸素溶融量も増大す
るという比例関係があることから、溶融シリコンの対流
の石英リングとの接触面での石英リングの壁面温度を、
溶融シリコンの再結晶化温度にならない程度に低下させ
れば、溶融酸素を減少させることができるという知見を
得た。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の単結晶
引上装置においては、水平磁界中で結晶融液を保持する
るつぼと、このるつぼ内に設けられ上記結晶融液を中心
部と周辺部とに区画する仕切部材と、上記中心部の結晶
融液から単結晶棒を引き上げる引上機構と、を備えた単
結晶引上装置において、上記仕切部材と上記中心部の結
晶融液の対流とが接触する上記仕切部材の接触面の温度
を、上記結晶融液の再結晶化温度より高く、かつ、上記
接触面以外の上記仕切部材の内壁の温度以下にする温度
調整手段を備えたものである。

【０００６】また、請求項２に記載の単結晶引上装置に
おいては、上記温度調整手段は、上記対流と接触する上
記仕切部材の肉厚を、上記対流と接触しない上記仕切部
材の肉厚より増加するものである。

【０００７】

【作用】本発明に係る単結晶引上装置にあっては、仕切
部材の内壁が所定温度以上に上昇しないので、仕切部材
の内壁からの結晶融液の対流による溶融酸素量を抑制す
ることができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図２は本発明の一実施例に係る単結晶引上装置の
断面図である。

【０００９】この図に示すように、単結晶引上装置は、
Ｎ極およびＳ極が所定間隔離れて対向配設された磁場装
置１と、この磁場装置の両極間に設けられた炉体２と、
を有している。この磁場装置１は、炉体２に対して左方
がＮ極、右方がＳ極であり、Ｎ極よりＳ極に向かって水
平方向に磁界を発生するものである。炉体２の中央部に
は、モータ（図示略）で回転する軸３が設けられてい
る。この軸３の上端には、有底円筒状の黒鉛サセプタ４
が取り付けられている。この黒鉛サセプタ４の内部に、
石英るつぼ５が着脱可能に保持されている。この石英る
つぼ５は、略半球形状をなしている。石英るつぼ５内に
は石英リング１５が、吊下ワイヤ（図示略）により設け
られている。この石英リング１５は、石英るつぼ５に保
持される溶融シリコン１３を中心部（結晶育成）と周辺
部（原料供給）とに区画するためのものである。石英る
つぼ５と石英リング１５との隙間（溶融シリコン１３の
周辺部）に多結晶シリコンの粒１７を連続的に補給する
ため原料供給機構１６が炉体２の上方に設けられてい
る。

【００１０】また、黒鉛サセプタ４の外側には、溶融シ
リコン１３の加熱用ヒータ６および熱シールド部材７が
黒鉛サセプタ４を取り囲むように配設されている。さら
に、炉体２の上部には、引上機構（図示略）、および、
炉体２内部にアルゴンガスを導入するための導入口８が
設けられている。この引上機構によって、引き上げワイ
ヤ９が石英るつぼ５の上方で、石英るつぼ５と反対方向
に回転しつつ上下動するようになっている。この引き上
げワイヤ９の先端には、チャック１０を介してシリコン
単結晶の種結晶１１が取り付けられている。炉体２の下
部には、アルゴンガス等の排気口１２が設けられてい
る。この排気口１２は真空装置（図示略）に接続されて
いる。そして、この種結晶１１を、中心部の溶融シリコ
ン１３に浸した後上昇させることにより、種結晶１１を
始点として順次成長したシリコン単結晶棒１４がアルゴ
ン雰囲気中で引き上げられるようになっている。

【００１１】図１は、図２の要部拡大図である。この図
に示すように、石英るつぼ５に対して左から右へ水平に
磁場（図中矢印ａ）が印加してある。この磁場の影響
で、石英リング１５内の溶融シリコン１３の表面直下の
所定深さには、対流（図中矢印ｂ）が発生している。こ
の対流は石英リング１５の内壁に接触する。そして、石
英リング１５は、下部の肉厚に対して上部（対流との接
触部分）の肉厚を２倍にしてある。例えば、この上部の
厚さは１５〜３０ｍｍである。これは、石英リング１５
と溶融シリコン１３の対流との接触部分の内壁の温度
が、溶融シリコン１３の再結晶温度より高く、かつ、接
触部分以外の内壁の温度より低くなるようにするためで
ある。この結果、石英リング１５の内壁からの溶融シリ
コン１３の対流による溶融酸素量を抑制することができ
る。

【００１２】次に、上記単結晶引上装置を使用したシリ
コン単結晶の引き上げ方法を説明する。引き上げに先立
って、黒鉛サセプタ４中にある石英るつぼ５の中に高純
度多結晶シリコンを原料として入れる。これら全体を軸
３に取り付ける。炉体２内を真空装置で真空にし、導入
口８へアルゴンガスを供給し、炉体２内を１０〜２０Ｔ
ｏｒｒのアルゴン雰囲気にする。磁場装置１を用いて１
０００〜５０００ガウスの磁場を印加しながらヒータ６
に直接通電して、石英るつぼ５を加熱し原料のシリコン
を溶融する。このとき、図１中に示す対流の鉛直方向の
長さは、５〜２５ｍｍになっている。

【００１３】次いで、チャック１０にシリコン単結晶の
種結晶１１を取り付け、この種結晶１１を溶融シリコン
１３に接触させる。その後、モータで軸３を回転速度毎
分５〜１５回転させ、この回転とは逆回転に引上機構に
より種結晶１１を、回転速度毎分０．１〜２回転させな
がらゆっくり上昇させる。この間、原料供給機構１６よ
り多結晶シリコンの粒１７を溶融シリコン１３中に連続
的に補給させている。この結果、種結晶１１からシリコ
ン単結晶棒１４が成長して引き上げられていく。そし
て、石英るつぼ５の斜め上方にある直径制御用光センサ
（図示略）でシリコン単結晶棒１４の直径を監視し、引
上機構の引き上げ速度を変化（平均１.０〜１.５ｍｍ／
分）させて、直径が常に一定になるようにしている。こ
の場合、溶融シリコン１３の表層直下には、水平磁場に
より対流が生じている。しかしながら、この対流と接触
する石英リング１５の肉厚は、対流との非接触部、例え
ば下部より厚いので、石英リング１５の接触面の温度は
石英リング１５の下部の温度以下である。かつ、溶融シ
リコン１３の再結晶温度より高い。このため、石英リン
グ１５の接触部の内壁面からの溶融酸素量を抑制するこ
とができる。このようにして、成長を得たシリコン単結
晶棒１４中の酸素濃度を調べると、従来の０．８×１０
¹⁸〜１．２×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｃより約０．２×１
０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｃ減少している。

【００１４】従って、本実施例にあっては、極めて低い
酸素濃度のシリコン単結晶棒を提供できる。また、従来
の単結晶引上装置の機構等を大幅に変更する必要がな
い。従来の単結晶引上装置に蓄積されたノウハウ、例え
ば結晶回転の条件等をほとんど使用することができる。
この手法を溶融シリコン１３と石英るつぼ５、１５との
他の接触面に用いることにより、部分的に溶融シリコン
の酸素濃度を制御することもできる。

【００１５】なお、水平方向に磁場が印加された単結晶
引上装置の少なくともヒータ６または熱シールド部材７
を複数で構成しこれらを制御することにより、溶融シリ
コンの対流と石英リングとの接触面の温度を所定の温度
に下げてもよい。また、本発明の仕切部材は、二重構造
の石英るつぼの内るつぼでもよい。

【００１６】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明に係る単
結晶引上装置によれば、結晶融液の対流と接触する仕切
部材の内壁からの溶融酸素量を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る単結晶引上装置の要部
断面図である。

【図２】本発明の一実施例に係る単結晶引上装置の断面
図である。

【符号の説明】

５石英るつぼ１３溶融シリコン（結晶融液）１４シリコン単結晶棒１５石英リング（仕切部材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者喜田道夫埼玉県大宮市北袋町一丁目297番地三菱マテリアル株式会社中央研究所内 (72)発明者新井義明埼玉県大宮市北袋町一丁目297番地三菱マテリアル株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水平磁界中で結晶融液を保持するるつぼ
と、このるつぼ内に設けられ上記結晶融液を中心部と周辺部
とに区画する仕切部材と、上記中心部の結晶融液から単結晶棒を引き上げる引上機
構と、を備えた単結晶引上装置において、上記仕切部材と上記中心部の結晶融液の対流とが接触す
る上記仕切部材の接触面の温度を、上記結晶融液の再結
晶化温度より高く、かつ、上記接触面以外の上記仕切部
材の内壁の温度以下にする温度調整手段を備えたことを
特徴とする単結晶引上装置。
【請求項２】上記温度調整手段は、上記対流と接触す
る上記仕切部材の肉厚を、上記対流と接触しない上記仕
切部材の肉厚より増加することを特徴とする請求項１に
記載の単結晶引上装置。