JPH06345585A - 単結晶引き上げ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 坩堝１６を効率よく冷やすことができ、全融
再凝固方式における固体層３１の形成時にサブヒータ１
９のパワーをオフする以外に溶融層３０を効率よく冷却
することができ、固体層３１の形成時間を大幅に短縮す
ることができ、また坩堝１６の冷却範囲を調節すること
ができ、形成される固体層３１の厚さを制御することが
できる単結晶引き上げ装置１０を提供すること。 【構成】 坩堝支持軸の１７内部に形成された冷媒の流
路２０と、外層保持容器１６ｂ底部内に形成された冷媒
流通用の第１の空洞２１とが接続され、外層保持容器１
６ｂ底面部または側面部において第１の空洞２１と外部
流路２３とが接続されている単結晶引き上げ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は単結晶引き上げ装置に関
し、より詳細には例えばシリコン等の半導体物質の単結
晶を成長させるときに使用される単結晶引き上げ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、単結晶を引き上げるには種々の装
置及び方法があり、その一つにチョクラルスキー法（以
下、ＣＺ法と記す）がある。

【０００３】図８は従来のＣＺ法で使用される単結晶引
き上げ装置を概略的に示した縦断面図であり、図中６６
は坩堝を示している。坩堝６６は有底円筒形状の石英製
の内層容器６６ａと、内層容器６６ａの外側に嵌合され
た同じく有底円筒形状の黒鉛製の外層保持容器６６ｂと
から構成されており、坩堝６６下部には坩堝支持軸３７
が形成され、坩堝支持軸３７には昇降・回転機構（図示
せず）が接続されている。さらに、坩堝６６の外周には
ヒータ３２が同心円筒状に配設されており、坩堝６６内
にはヒータ３２を用いて溶融させた結晶用原料の溶融液
２９が充填され、またヒータ３２は前記結晶原料の充填
高さと略同一高さを有して形成されている。また、坩堝
６６の中心軸上にはワイヤ等を用いて形成された引き上
げ軸２５が吊設され、引き上げ軸２５は坩堝支持軸３７
の回転方向と同方向または逆方向へ回転可能となってお
り、引き上げ軸２５下端部にはシードチャック２５ａが
接続され、シードチャック２５ａには種結晶２５ｂが装
着されている。

【０００４】このように構成された装置を使用し、ＣＺ
法により単結晶２６を引き上げる場合、まず坩堝支持軸
３７の昇降機構を用いて所定位置に坩堝６６を設定し、
坩堝６６内の結晶原料を溶融させる。そして引き上げ軸
２５に取り付けられた種結晶２５ｂを溶融液２９の表面
に接触させ、引き上げ軸２５を回転させながら溶融液２
９が凝固することにより形成される単結晶２６を引き上
げる。

【０００５】ところで、単結晶２６の引き上げの際に
は、電気抵抗率や電気伝導型を調整するために、引き上
げ前に溶融液２９中にドーパント（不純物）を添加する
ことが多い。この場合、溶融液２９と単結晶２６との界
面における単結晶２６中の不純物濃度Ｃ_S と溶融液２９
中の不純物濃度Ｃ_L との比Ｋ_e （実効分配係数）は、例
えばシリコン（以下、Ｓｉと記す）に対する不純物とし
てのリン（以下、Ｐと記す）の場合、０．３５（「Ｓｉ
単結晶とドーピング」；ｐ３５，丸善参照）である。し
たがってＣＺ法では、単結晶２６の成長にともなって溶
融液２９中の不純物濃度が高くなり、このため引き上げ
られる単結晶２６中の不純物濃度が次第に増加し、その
結果単結晶２６中で電気抵抗率が不均一になるという問
題があった。

【０００６】不純物の偏析が生じていない単結晶２６を
成長させることを目的として溶融層法が提案されてい
る。図９は従来の溶融層法で使用される単結晶引き上げ
装置を示した模式的断面図であり、図８に示したものと
略同様に構成されている。

【０００７】このように構成された装置を使用して溶融
層法により単結晶２６を引き上げる場合、まず坩堝支持
軸３７の昇降機構を用いて所定位置に坩堝６６を設定
し、ヒータ３２を用いて坩堝６６内における結晶原料の
上部を溶融させ、坩堝６６内の上部には溶融層３０、坩
堝６６内の下部には固体層３１を形成する。次に、ヒー
タ３２のパワーを調整しつつ上側から下側へ向けて固体
層３１を溶融させ、上記したＣＺ法の過程と同様にして
単結晶２６を引き上げる。

【０００８】この溶融層法には溶融層厚変化法と溶融層
厚一定法とがある。溶融層厚変化法は意図的に溶融層３
０の体積を変化させることにより、単結晶２６の引き上
げ中に不純物を添加することなく、溶融層３０中におけ
る不純物濃度を一定に保つ方法である（特開昭６１−２
０５６９１号、特開昭６１−２０５６９２号及び特開昭
６１−２１５２８５号公報）。一方、溶融層厚一定法は
単結晶２６の成長と同時に、不純物を含有しない固体層
３１を溶融させていき、単結晶２６の引き上げ中に溶融
層３０の体積を一定に保ちつつ不純物を連続的に添加す
ることにより、溶融層３０中における不純物濃度を一定
に保つ方法である（特公昭３４−８２４２号、特公昭６
２−８８０号及び実公平３−７４０５号公報）。

【０００９】また、溶融層厚一定法では全融再凝固方式
が提案されている。この方法では図９に示した装置を使
用し、まず坩堝支持軸３７の昇降機構を用いて坩堝６６
を所定位置に設定し、ヒータ３２を用いて結晶原料を一
旦すべて溶融させて溶融液２９を形成する。次に、ヒー
タ３２のパワーを下げ、比較的冷却されやすい坩堝６６
内の下部から溶融液２９を凝固させ、坩堝６６内の上部
に所定厚さの溶融層３０を坩堝６６内の下部に所定厚さ
の固体層３１を形成する。この後、不純物は添加せず、
坩堝６６の上側から下側へ向けて固体層３１を溶融さ
せ、ヒータ３２のパワーを調整して略一定層厚の溶融層
３０を形成することにより溶融層３０中における不純物
濃度を一定に保ちつつ単結晶２６を引き上げる（特開昭
６３−２５２９８９号公報）。

【００１０】しかし、図９に示した単結晶引き上げ装置
では、ヒータ３２に対する坩堝６６の位置が固定されて
いるため、溶融層法により単結晶２６を引き上げる場
合、坩堝６６を所定位置に設定した状態で、ヒータ３２
のパワー調整のみにより固体層３１の溶解量を制御する
ことは困難である。この結果、引き上げ時における溶融
層３０中の不純物濃度が一定になり難く、引き上げた単
結晶２６の軸方向に関して電気抵抗率が一定になり難い
という問題があった。

【００１１】このような問題の解決を図るため、上下２
段に分割されるヒータを用いた単結晶引き上げ装置が提
案されている。図１０はこの単結晶引き上げ装置を示し
た模式的断面図であり、図中６６は図９の装置のものと
同様に構成された坩堝を示している。坩堝６６上部の外
側にはメインヒータ１８が同心円筒状に配設され、メイ
ンヒータ１８の下方には、メインヒータ１８と略同一形
状に形成されたサブヒータ１９が同心円筒状に配設され
ており、メインヒータ１８及びサブヒータ１９はそれぞ
れパワーが調整可能となっている。

【００１２】このように構成された装置を使用し、全融
再凝固方式を用いて単結晶を引き上げる場合、まず坩堝
６６を所定位置に設定し、メインヒータ１８及びサブヒ
ータ１９を用いて坩堝６６内の結晶原料を一旦全て溶融
させて溶融層３０を形成する。次に、サブヒータ１９の
パワーをオフにし、メインヒータ１８パワーを下げて溶
融層３０の下側に固体層３１を形成するとともに溶融層
３０内に不純物を添加して溶融させる。この後、メイン
ヒータ１８及びサブヒータ１９のパワーを調整し、固体
層３１の溶解量を制御しつつ上記したＣＺ法の過程と同
様にして単結晶２６を引き上げている（特開平５−２４
９７２号公報）。

【００１３】このように、メインヒータ１８及びサブヒ
ータ１９とが配設された装置では、メインヒータ１８の
パワーとサブヒータ１９とのパワーとを個別に調整する
ことにより、坩堝６６の温度分布と坩堝６６下部の冷却
速度とをかなり制御することができる。また、通常メイ
ンヒータ１８及びサブヒータ１９は固定されて配設され
ており、上記した方法における固体層３１の形成の際、
坩堝６６の位置をメインヒータ１８及びサブヒータ１９
の位置と相対的に決めて設定することにより、固体層３
１の厚みを一定にしている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た単結晶引き上げ装置においては、単結晶の引き上げを
行なう毎にメインヒータ１８及びサブヒータ１９の消耗
等により発熱状態等が微妙に変化してしまい、固体層３
１の形成時にメインヒータ１８及びサブヒータ１９に対
する坩堝６６の相対位置を一定に設定しても、形成され
る固体層３１の厚みが毎回変化する。このため、形成さ
れる固体層３１の厚さを制御することが難しく、一定の
厚みを有する固体層３１を形成することは困難であると
いう課題があった。

【００１５】また、固体層３１の形成の際、サブヒータ
１９のパワーをオフする以外に坩堝６６を冷却する手段
がなく、このため溶融層３０を効率よく冷却することが
できない。このため、固体層３１の形成速度が遅くな
り、固体層３１の形成に時間がかかり、その結果プロセ
ス時間が長くなり、生産効率が悪くなるという課題があ
った。

【００１６】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、坩堝を効率よく冷やすことができ、全融再凝
固方式における固体層の形成時にサブヒータのパワーを
オフにする以外に溶融層を効率よく冷却することがで
き、固体層の形成時間を大幅に短縮することができ、ま
た前記坩堝の冷却範囲を調節することができ、形成され
る前記固体層の厚さを制御することができる単結晶引き
上げ装置を提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る単結晶引き上げ装置は、坩堝支持軸の内
部に形成された冷媒の流路と、外層保持容器の底部内に
形成された冷媒流通用の第１の空洞とが接続され、前記
外層保持容器の底面部または側面部において前記第１の
空洞と外部流路とが接続されていることを特徴としてい
る（１）。

【００１８】また、上記（１）記載の単結晶引き上げ装
置において、前記外層保持容器の側面部内に、前記第１
の空洞から連続した第２の空洞が形成されていることを
特徴としている（２）。

【００１９】さらに、上記（２）記載の単結晶引き上げ
装置において、前記第２の空洞に孔のあいたまたは孔の
あいていない円筒形状の仕切り板が内設されていること
を特徴としている。

【００２０】

【作用】上記（１）記載の単結晶引き上げ装置によれ
ば、坩堝支持軸の内部に形成された冷媒の流路と、外層
保持容器の底部内に形成された冷媒流通用の第１の空洞
とが接続され、前記外層保持容器の底面部または側面部
において前記第１の空洞と外部流路とが接続されている
ので、冷媒が前記流路、前記第１の空洞及び前記外部流
路を流れることにより、前記坩堝の底部が効率よく冷却
される。このため、全融再凝固方式における固体層の形
成時にサブヒータのパワーをオフする以外に、前記坩堝
下部の溶融層が効率よく冷却され、該溶融層が短時間で
凝固し、前記固体層の形成速度が速められる。その結
果、該固体層の形成時間が短縮され、プロセス時間の短
縮を図ることが可能となり、生産効率を向上させること
が可能となる。なお、前記外部流路は前記坩堝の昇降へ
の妨害や他の装置との接触等がないように配設されてい
ることが望ましい。

【００２１】また、上記（２）記載の単結晶引き上げ装
置によれば、上記（１）記載の単結晶引き上げ装置にお
いて、前記外層保持容器の側面部内に、前記第１の空洞
から連続した第２の空洞が形成されているので、冷媒が
前記流路、前記第１の空洞、前記第２の空洞及び前記外
部流路を流れることにより、前記坩堝の底部及び側部が
広い範囲で効率よく冷却される。このため、全融再凝固
方式における固体層の形成時にサブヒータのパワーをオ
フする以外に、前記坩堝内の溶融層が広い範囲で効率よ
く冷却され、該溶融層がより短時間で凝固し、前記固体
層の形成速度が一層速められ、その結果該固体層の形成
時間が大幅に短縮される。

【００２２】さらに、上記（２）記載の単結晶引き上げ
装置において、前記第２の空洞に孔のあいていない円筒
形状の仕切り板が内設されている場合には、冷媒が前記
第２の空洞の上部まで確実に流れることにより、前記坩
堝の側部がより確実に冷却され、（２）記載の単結晶引
き上げ装置による作用がより確実に得られる。

【００２３】そのうえ、上記（２）記載の単結晶引き上
げ装置において、前記第２の空洞に孔のあいた円筒形状
の仕切り板が内設されている場合には、（２）記載の単
結晶引き上げ装置による作用に加え、冷媒の流量を調整
することにより、前記坩堝の側部における冷却範囲を制
御することも可能となる。すなわち、冷媒の流量を少な
くした場合、冷媒が前記仕切り板の低い部分の前記孔を
通り前記第２の空洞を流れるため、冷媒は前記第２の空
洞の高い部分まで流れず、これにより冷却部分が前記外
層保持容器側部の低い部分に限定される。また、流量を
多くした場合は、冷媒が前記第２の空洞の高い部分まで
流れるため、前記外層保持容器側部の高い部分まで冷却
される。このため、全融再凝固方式における固体層の形
成時に前記坩堝の冷却範囲を制御することが可能とな
り、該坩堝内の溶融層の冷却範囲を調節することが可能
となり、その結果前記固体層の厚みを制御することが可
能となり、所望の厚みの固体層を形成することが可能と
なる。

【００２４】

【実施例及び比較例】以下、本発明に係る単結晶引き上
げ装置の実施例及び比較例を図面に基づいて説明する。
なお、従来例と同一機能を有する構成部品には同一の符
号を付すこととする。図１は本発明に係る単結晶引き上
げ装置の実施例を概略的に示した縦断面図であり、図２
は図１におけるＸ−Ｘ線断面図を示している。図中１０
は単結晶引き上げ装置を示しており、メインチャンバー
１１は軸長方向を垂直とした略円筒形状の真空容器１１
ａで形成されており、メインチャンバー１１上部には小
形の略円筒形状に形成されたプルチャンバー１２が連設
されている。真空容器１１ａ下部には真空ポンプ（図示
せず）が接続される排気口１３が形成され、また冷媒の
流入口２７及び流出口２８が引き出されている。また、
プルチャンバー１２上部壁にはガス導入管１４が接続さ
れており、プルチャンバー１２とメインチャンバー１１
とは前記真空ポンプを用いて排気され、Ａｒ雰囲気で充
満されるようになっている。

【００２５】メインチャンバー１１の中央下部には坩堝
支持軸１７及び昇降・回転機構（図示せず）が配設され
ており、坩堝支持軸１７の内部には冷媒の流路２０が形
成され、坩堝支持軸１７の外部には冷媒の外部流路２３
が配設されている。なお、外部流路２３は坩堝１６の昇
降を妨害することがなく、また他の装置と接触すること
がないように配設されている。

【００２６】また、坩堝支持軸１７上には坩堝１６が配
設されており、この坩堝１６は有底円筒形状の石英製の
内層容器１６ａと、内層容器１６ａの外側に嵌合された
同じく有底円筒形状の外層保持容器１６ｂとから構成さ
れている。この外層保持容器１６ｂの底部には冷媒流通
用の第１の空洞２１が形成され、第１の空洞２１には外
層保持容器１６ｂの底部中央部分において流路２０が接
続され、また第１の空洞２１は外層保持容器１６ｂの底
面部において外部流路２３に接続されている。このよう
に、流入してきた冷媒が流路２０から第１の空洞２１を
経て外部流路２３に流れるようになっている。

【００２７】また、坩堝１６の中心軸上にはプルチャン
バー１２を通して引き上げ軸２５が回転・昇降可能に吊
設され、引き上げ軸２５下端部には種結晶２５ｂを着脱
可能に保持するシードチャック２５ａが接続されてい
る。

【００２８】一方、坩堝１６の外周には、例えば９０mm
程度の発熱長を有するメインヒータ１８が同心円筒状に
配設され、またメインヒータ１８の下方には、これと略
同一形状を有するサブヒータ１９が同心円筒状に配設さ
れており、さらにメインヒータ１８及びサブヒータ１９
の外側には保温筒１５が周設されている。

【００２９】このように構成された本実施例に係る単結
晶引き上げ装置１０にあっては、冷媒が流路２０、第１
の空洞２１及び外部流路２３を流れるので、坩堝１６底
部を効率よく冷却することができる。このため、全融再
凝固方式における固体層３１の形成時にサブヒータ１９
のパワーをオフする以外に、坩堝１６下部の溶融層３０
を効率よく冷却することができ、溶融層３０を短時間で
凝固させることができ、固体層３１の形成時間を短縮す
ることができる。

【００３０】図３は別の実施例に係る単結晶引き上げ装
置の坩堝及び坩堝支持軸部分を示した模式的断面図であ
る。この単結晶引き上げ装置は、図１に示した実施例に
係る単結晶引き上げ装置１０と略同様の構成を有し、か
つ外層保持容器の側面部内に第１の空洞から連続した第
２の空洞が形成され、該第２の空洞に孔のあいていない
円筒形状の仕切り板が内設されている。

【００３１】図１に示した単結晶引き上げ装置１０と同
様に坩堝支持軸１７の内部には冷媒の流路２０が形成さ
れており、坩堝支持軸１７の外部には冷媒の外部流路２
３が配設されている。坩堝支持軸１７上には坩堝４６が
配設されており、坩堝４６は内層容器４６ａと外層保持
容器４６ｂとから構成されている。また、外層保持容器
４６ｂ底部には冷媒流通用の第１の空洞４１が形成され
ており、第１の空洞４１には外層保持容器４６ｂの底部
中央部分において流路２０が接続されている。外層保持
容器４６ｂの側面部には第１の空洞４１から連続した第
２の空洞２２が形成されており、第２の空洞２２にはタ
ングステンあるいはモリブデン製の孔のあいていない仕
切り板２４が外層保持容器４６ｂとの一体形成により内
設されている。また、第２の空洞２２は外層保持容器４
６ｂの底面側部において、外部流路２３に接続されてお
り、流入してきた冷媒が流路２０から第１の空洞４１を
通り、さらに第２の空洞２２を通って外部流路２３に流
れるようになっている。

【００３２】このように構成された本実施例に係る単結
晶引き上げ装置にあっては、冷媒が流路２０、第１の空
洞４１、第２の空洞２２及び外部流路２３を流れるの
で、坩堝４６の底部及び側部を効率よく冷却することが
できる。また、第２の空洞２２に孔のあいていない仕切
り板２４が内設されているので、冷媒が前記第２の空洞
２２の上部にまで確実に流れ、坩堝４６側部を一層効率
よく冷却することができる。このため、全融再凝固方式
における固体層３１の形成時に、サブヒータ１９のパワ
ーをオフする以外に、坩堝４６内の溶融層３０が広い範
囲でしかも効率よく冷却され、溶融層３０をより短時間
で凝固させることができる。このため、固体層３１の形
成速度をより一層速くすることができ、固体層３１の形
成時間を大幅に短縮することができる。

【００３３】図４はさらに別の実施例に係る坩堝及び坩
堝支持軸を示した模式的断面図であり、この単結晶引き
上げ装置は、図３に示した単結晶引き上げ装置と略同様
の構成を有し、第２の空洞に孔のあいた円筒状の仕切り
板が内設されている。

【００３４】図中１７は坩堝支持軸を示しており、単結
晶引き上げ装置１０と同様に坩堝支持軸１７の内部には
冷媒の流路２０が形成され、坩堝支持軸１７の外部には
冷媒の外部流路２３が配設されている。坩堝支持軸１７
上には坩堝５６が配設されており、この坩堝５６は有底
円筒形状の石英製の内層容器５６ａと、内層容器５６ａ
の外側に嵌合された同じく有底円筒形状のタングステン
製の外層保持容器５６ｂとから構成されている。また、
この外層保持容器５６ｂの底部内には冷媒流通用の第１
の空洞５１が形成され、第１の空洞５１は外層保持容器
５６ｂの底部中央部分において流路２０に接続されてお
り、外層保持容器５６ｂの側面部内には第１の空洞５１
と接続された冷媒流通用の第２の空洞５２が形成され、
図５に示したように第２の空洞５２には図６に示したよ
うな孔３４ａのあいた円筒形状のタングステンあるいは
モリブデン製の仕切り板３４が介装されることにより内
設されている。また、第２の空洞５２は外層保持容器５
６ｂの底面側部において外部流路２３に接続されてお
り、流入された冷媒が流路２０から第１の空洞５１を通
って第２の空洞５２を通り外部流路２３に流れるように
なっている。

【００３５】次に、図４のように構成された単結晶引き
上げ装置を使用し、全融再凝固方式により単結晶２６を
引き上げた場合について説明する。まず、坩堝５６内に
結晶用原料として約６５ｋｇの多結晶Ｓｉを充填し、ｎ
型不純物として０．６ｇのＰ（リン）を添加した。この
後、チャンバー１１内を１０ＴｏｒｒのＡｒ（アルゴ
ン）雰囲気に設定し、メインヒータ１８への印加電力を
約５０ｋｗ、サブヒータ１９への印加電力を約５０ｋｗ
にそれぞれ設定し、全ての多結晶Ｓｉ及びリンを溶融さ
せて溶融層３０を形成した。次に、昇降機構を駆動させ
て坩堝５６を所定の高さに設定した後、メインヒータ１
８への印加電力を約７０ｋｗ、サブヒータ１９への印加
電力を０ｋｗにそれぞれ設定するとともに、冷媒の流入
口２７から冷却水（冷媒）を流入し、流路２０、第１の
空洞５１、第２の空洞５２及び外部流路２３に流した。
こうして、意図した固体層３１の厚さが得られるまで坩
堝５６底部から上方へ向けて溶融層３０を凝固させ、坩
堝５６内の上側に溶融層３０を形成し、下側に固体層３
１を形成した。

【００３６】次に、種結晶２５ｂ下端を溶融層３０に浸
漬した後、たとえば坩堝５６の回転速度を１ｒｐｍ、引
き上げ軸２５の回転速度を１０ｒｐｍのように坩堝５６
の毎分回転数／引き上げ軸２５の毎分回転数＝１／１０
になるように設定して回転させつつ単結晶２６を引き上
げた。ネック部２６ａ、ショルダー部２６ｂを経てボデ
イ部２６ｃにかかる箇所まで単結晶２６を引き上げた
際、坩堝５６を所定位置に設定し、その後メインヒータ
１８及びサブヒータ１９への印加電力を調整することに
より固体層３１の溶解量を制御し、かつ溶融層３０中の
不純物濃度を一定に保ち、引き上げ速度を１ｍｍ／ｍｉ
ｎ、単結晶２６の直径を１５４ｍｍに保持しつつ単結晶
２６を引き上げた。

【００３７】図７は本実施例に係る単結晶引き上げ装置
を使用し、上記した方法により坩堝５６下部の溶融層３
０を凝固させて固体層３１を形成し、固体層３１の厚み
が約１００ｍｍになるまでに要した時間を測定し、これ
を２０回行なった結果の度数分布図であり、従来の単結
晶引き上げ装置（図１０）を用いて同様の測定を行なっ
た場合の度数分布を比較例として図７に併記する。

【００３８】図７から明らかなように、約１００ｍｍの
厚みの固体層３１を形成するのに要した時間は、比較例
のものの場合、平均すると約８時間であったが、実施例
のものの場合は、平均すると約６時間であり、平均して
約２時間短縮されている。このように、サブヒータ１９
のパワーをオフにした場合でも坩堝５６の周囲を冷却す
ることにより、固体層３１の形成に要する時間を大幅に
短縮することができることを確認することができた。

【００３９】以上説明したように、本実施例に係る単結
晶引き上げ装置にあっては、冷却水（冷媒）が流路２
０、第１の空洞５１、第２の空洞５２及び外部流路２３
を流れるので、坩堝５６の底部及び側部を効率よく冷却
することができる。このため、全融再凝固方式における
固体層３１の形成時に、サブヒータ１９のパワーをオフ
する以外に、坩堝５６内の溶融層３０を広い範囲でしか
も効率よく冷却することができ、溶融層３０を短時間で
凝固させることができる。このため、固体層３１の形成
速度をより速くすることができ、固体層３１の形成時間
を大幅に短縮することができる。

【００４０】また、第２の空洞５２に孔３４ａのあいた
仕切り板３４が内設されているので、冷媒の流量を少な
くした場合、冷却水（冷媒）が仕切り板３４の低い部分
の孔３４ａを通って第１の空洞５１側に流れ込むため、
冷却水（冷媒）は第２の空洞５２の高い部分にまでは流
れず、これにより冷却部分を外層保持容器５６ｂ側部の
低い部分に限定することができる。また、流量を多くし
た場合は、冷却水（冷媒）が第２の空洞５２の高い部分
にまで流れるため、外層保持容器５６ｂ側部の高い部分
まで冷やすことができる。このように、冷却水（冷媒）
の流量を調節することにより、坩堝５６の冷却範囲を調
整することができる。このため、全融再凝固方式におけ
る固体層３１の形成時に冷却水（冷媒）の流量を調節す
ることにより、坩堝５６の冷却範囲を調整することがで
き、形成される固体層３１の厚みを制御することがで
き、所望の厚みの固体層３１を形成することができる。

【００４１】なお、上記した実施例では外層保持容器が
タングステンを用いて形成されている場合について説明
したが、外層保持容器を形成する材質としてはカーボン
と同程度以上の熱伝導性を有し、かつＳｉよりも融点が
高いＭｏ（モリブデン）、Ｔａ（タンタル）等の金属あ
るいは耐熱性に優れたＳｉＣ（炭化珪素）等のセラミッ
クスを用いることができる。

【００４２】また、上記した実施例では第１の空洞と外
部流路との接続箇所が外層保持容器の底面部である場合
を例にとって説明したが、接続箇所が外層保持容器の側
面部である場合でも同様の効果を得ることができる。

【００４３】さらに、上記した実施例では第２の空洞に
孔のあいていない円筒形状の仕切り板が内設されている
場合を例にとって説明したが、孔のあいていない円筒形
状の仕切り板が内設されていない場合でも略同様の効果
を得ることができる。

【００４４】しかも、上記した実施例では冷媒として冷
却水を用いた場合を例にとって説明したが、冷媒として
はその他Ａｒ（アルゴン）ガスやＨｅ（ヘリウム）ガス
等を用いることができる。また、冷媒は流すだけでなく
循環させることもできる。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る単結晶
引き上げ装置（１）にあっては、坩堝支持軸の内部に形
成された冷媒の流路と、外層保持容器の底部内に形成さ
れた冷媒流通用の第１の空洞とが接続され、前記外層保
持容器の底面部または側面部において前記第１の空洞と
外部流路とが接続されているので、冷媒が前記流路、前
記第１の空洞及び前記外部流路を流れることにより、前
記坩堝の底部を効率よく冷却することができる。このた
め、全融再凝固方式における固体層の形成時にサブヒー
タのパワーをオフする以外に、前記坩堝下部の溶融層を
効率よく冷却することができ、該溶融層を短時間で凝固
させることができ、前記固体層の形成速度を速めること
ができる。その結果、該固体層の形成時間を短縮するこ
とができ、プロセス時間の短縮を図ることができ、生産
効率を向上させることができる。

【００４６】また、本発明に係る単結晶引き上げ装置
（２）にあっては、上記（１）記載の単結晶引き上げ装
置において、前記外層保持容器の側面部内に、前記第１
の空洞から連続した第２の空洞が形成されているので、
冷媒が前記流路、前記第１の空洞、前記第２の空洞及び
前記外部流路を流れることにより、前記坩堝の底部及び
側部を効率よく冷却することができる。このため、全融
再凝固方式における固体層の形成時にサブヒータのパワ
ーをオフする以外に、前記坩堝内の溶融層を広い範囲で
効率よく冷却することができ、該溶融層をより短時間で
凝固させることができ、前記固体層の形成速度を一層速
めることができ、その結果該固体層の形成時間を大幅に
短縮することができる。

【００４７】さらに、上記（２）記載の単結晶引き上げ
装置において、前記第２の空洞に孔のあいていない円筒
形状の仕切り板が内設されている場合は、冷媒が前記第
２の空洞の上部まで流れることにより、前記坩堝の側面
部をより確実に冷却することができ、このため単結晶引
き上げ装置（２）における効果をより確実に得ることが
できる。

【００４８】さらに、上記（２）記載の単結晶引き上げ
装置において、前記第２の空洞に孔のあいた円筒形状の
仕切り板が内設されている場合は、単結晶引き上げ装置
（２）における効果に加え、冷媒の流量を調整すること
により、前記坩堝の側部における冷却範囲を制御するこ
とができる。すなわち、冷媒の流量を少なくした場合、
冷媒が前記仕切り板の低い部分の前記孔を通り、前記第
２の空洞を流れるため、冷媒は前記第２の空洞の高い部
分まで流れず、これにより冷却部分を前記外層保持容器
側部の低い部分に限定することができる。また、流量を
多くした場合は、冷媒が前記第２の空洞の高い部分まで
流れるため、前記外層保持容器側部の高い部分まで冷や
すことができる。このため、全融再凝固方式における固
体層の形成時に、前記坩堝内の冷却範囲を制御すること
ができ、該坩堝内の溶融層の冷却範囲を制御することが
でき、その結果前記固体層の厚みを制御することがで
き、所望の厚みの固体層を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る単結晶引き上げ装置の実施例を示
した模式的縦断面図である。

【図２】実施例に係る単結晶引き上げ装置を概略的に示
した図１におけるＸ−Ｘ線断面図である。

【図３】別の実施例に係る単結晶引き上げ装置の坩堝及
び坩堝支持軸部分を示した模式的縦断面図である。

【図４】さらに別の実施例に係る単結晶引き上げ装置の
坩堝及び坩堝支持軸部分を示した模式的縦断面図であ
る。

【図５】さらに別の実施例に係る仕切り板の部分を示し
た図４におけるＸ’−Ｘ’線断面図である。

【図６】さらに別の実施例に係る仕切り板を示した斜視
図である。

【図７】溶融層を凝固させて固体層を形成し、固体層の
厚みが１００ｍｍになるまでに要した時間を測定した結
果を示した度数分布図である。

【図８】従来のＣＺ法で使用される単結晶引き上げ装置
を概略的に示した縦断面図である。

【図９】従来の溶融層法で使用される単結晶引き上げ装
置を概略的に示した縦断面図である。

【図１０】上下２段に分割されるヒータを用いた従来の
単結晶引き上げ装置を概略的に示した縦断面図である。

【符号の説明】

１６ｂ 外層保持容器 １７ 坩堝支持軸 ２０ 流路 ２１ 第１の空洞 ２２ 第２の空洞 ２３ 外部流路 ２４、３４ 仕切り板 ３４ｂ 孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保 高行 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 藤原 秀樹 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 稲見 修一 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 坩堝支持軸の内部に形成された冷媒の流
   路と、外層保持容器の底部内に形成された冷媒流通用の
   第１の空洞とが接続され、前記外層保持容器の底面部ま
   たは側面部において前記第１の空洞と外部流路とが接続
   されていることを特徴とする単結晶引き上げ装置。
2. 【請求項２】 前記外層保持容器の側面部内に、前記第
   １の空洞から連続した第２の空洞が形成されていること
   を特徴とする請求項１記載の単結晶引き上げ装置。
3. 【請求項３】前記第２の空洞に孔のあいたまたは孔のあ
   いていない円筒形状の仕切り板が内設されていることを
   特徴とする請求項２記載の単結晶引き上げ装置。