JPH0639353B2 - シリコン単結晶の引上げ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシリコン単結晶製造の引上装置の改良に関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来、シリコン単結晶はチヨコラルスキー法（CZ法）に
よつて製造されている。この方法は石英ガラスルツボ内
にシリコン多結晶原料を入れ、周囲から加熱して該シリ
コン多結晶を溶融させ、その溶融物を種結晶により上方
に引上げ、シリコン単結晶をつくるものである。

例えば第１図に示すように、チヤンバー１内に保温筒２
があり、その内側にカーボンヒーター３が設置されてい
る。そしてヒーター３の内側にカーボンルツボ４があ
り、さらにカーボンルツボ４の内側に石英ガラスルツボ
５があつてシリコン多結晶を溶融し、その溶融物６を種
結晶により上方に引上げシリコン単結晶７をつくつてい
た。

この際シリコン単結晶に不純物が含まれるのを防止する
ためにチヤンバー１内にアルゴン等の不活性ガスを導入
することが一般に行われている。このようにチヤンバー
１内にアルゴン等の不活性ガスを導入するとともに、シ
リコン種結晶を石英ガラスルツボ５内の溶融シリコンに
浸し、シリコン種結晶を引上げることにより単結晶をつ
くつていた。

この際、シリコン単結晶中の酸素濃度を頂部（Head部）
から尾部（Tail部）迄均一にするのに結晶回転速度やル
ツボ回転速度あるいはシリコン融液の液面位置を連続的
に変化させる方法が行われている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、結晶およびルツボ等の回転速度は、結晶断面方
向の酸素濃度分布を均一にするための重要なパラメータ
ーであり、これを変化させると、酸素濃度分布が不均一
になる可能性がある。

また、シリコン融液の液面位置を変化させると結晶直径
を計測している測定器との距離が変化するので、精度の
高い直径制御を行うには何らかの補正が必要である。

そこで、本発明の目的は、引き上げているシリコン単結
晶やルツボの回転速度、あるいはルツボ内のシリコン融
液の液面位置を変化させることなしに、シリコン単結晶
中の酸素濃度を良好に制御することができるシリコン単
結晶の引上げ装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、高精度に直径制御されたシリコン
単結晶が容易に得られるシリコン単結晶の引上げ装置を
提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ この発明のシリコン単結晶の引上げ装置は、ルツボと、
前記ルツボの周囲に固定されたヒーターとを備え、前記
ヒーターにより前記ルツボを加熱して前記ルツボ内にシ
リコン融液を生成し、そのシリコン融液よりシリコン単
結晶を引き上げるシリコン単結晶の引上げ装置におい
て、中心軸を上下方向に向けて前記ルツボと前記ヒータ
ーとの間に配置された上下動可能な断熱筒を備えてお
り、シリコン単結晶の引上げ工程中の前記断熱筒の移動
は、前記断熱筒の上端が常に前記ルツボ内のシリコン融
液の液面より下方にあるように制御され、それによっ
て、前記シリコン融液の底部の温度がその液面付近の温
度よりも低い温度分布を得るようにしたことを特徴とす
る。

［作用］ この発明のシリコン単結晶の引上げ装置では、断熱筒に
より、シリコン単結晶の引上げ工程中、制御シリコン融
液の底部の温度がその液面付近の温度よりも低い温度分
布に保たれる。この温度分布は、断熱筒の上下動を制御
することにより任意に調整可能である。

このため、シリコン融液の液面付近の温度を断熱筒がな
い場合とほぼ同様に保ちながら、ルツボ底部およびその
近傍でのシリコン融液とルツボ形成材料との反応を制御
することが可能となる。よって、シリコン単結晶中の酸
素濃度を良好に制御することができる。

また、断熱筒によりシリコン単結晶中の酸素濃度が制御
されるので、引上げ工程中に、引き上げているシリコン
単結晶やルツボの回転速度、あるいはルツボ内のシリコ
ン融液の液面位置を変化させる必要がない。このため、
高精度に直径制御されたシリコン単結晶が容易に得られ
る。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
第２図は本発明に係るシリコン単結晶引上げ装置の要部
の説明図で、第１図のものと同一のものは、同一符号で
示す。

カーボンヒーター３の内側にカーボンルツボ４があり、
カーボンルツボ４の内側に石英ルツボ５があつて、シリ
コン多結晶を溶融し、その溶融物６を種結晶により上方
に引上げ、シリコン単結晶７をつくる。

なお８はカーボンルツボ４のルツボ軸で、カーボンルツ
ボ４と石英ルツボ５を回転させる回転軸である。

本発明はルツボ４、５の回転速度およびシリコン融液の
液面位置を変えずに、シリコン融液と石英ルツボの反応
速度を制御するものであり、断熱筒９を設けたものであ
る。

断熱筒９は窒化アルミニウム等の熱伝導性が悪い材料で
製作され、該断熱筒９はカーボンヒーター３の内側、す
なわちカーボンヒーター３とカーボンルツボ４との間に
介在される。そして、図示してないが上下動を行う機構
に接続されている。また断熱筒９はヒーター発熱長の1/
3の長さ位が良く、ヒーター３発熱部の最下部と断熱筒
９の上端が一致する位置を下限とし、ヒーター３発熱部
の最下部と断熱筒９の下端が一致する位置を上限とする
ようにすると良いものであるが、断熱筒の大きさにはこ
だわらない。

第２図に示す装置を製作し、以下の条件で試験を行なっ
た。

直径１６インチの石英ルツボに３５kgのポリシリコンと
チヤージし、直径５インチのシリコン単結晶を育成し
た。

この時の駆動条件として結晶回転速度を15rpm、ルツボ
回転速度８rpmとし、一定にした。そして断熱筒はヒー
ター発熱長の1/3の長さとし、断熱筒の移動範囲はヒー
ター発熱部最下部と断熱筒上端が一致する位置を下限と
し、ヒーター発熱部最下部と断熱筒下端が一致する位置
を上限としたところ、第３図に示すような結果を得た。

本発明の装置により製造したシリコン単結晶は酸素濃度
が1.35〜1.4（１０¹⁸atmos/cm³）であるのに対し、従来
の装置（第１図参照）により製造したシリコン単結晶は
酸素濃度が1.32〜1.55（１０¹⁸atmos/cm³）の範囲であ
り、酸素濃度の変動が本発明の装置によるものよりも大
きかった。

〔発明の効果〕

本発明のシリコン単結晶引上げ装置では、引き上げてい
るシリコン単結晶やルツボの回転速度、あるいはルツボ
内のシリコン融液の液面位置を変化させることなしに、
シリコン単結晶中の酸素濃度を良好に制御することがで
きる。

また、高精度に直径制御されたシリコン単結晶が容易に
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の装置の説明図、第２図は本発明の要部の
断面説明図、第３図は従来の装置を使用して製造したシ
リコン単結晶と本発明に係る装置を使用して製造したシ
リコン単結晶の酸素濃度を示すグラフである。 ３……カーボンヒーター、４……カーボンルツボ ５……石英ルツボ、６……溶融物 ７……シリコン単結晶、８……ルツボ軸 ９……断熱筒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福村 和夫 山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地 東芝セラミツクス株式会社小国製造所内 (56)参考文献 特開 昭55−126597（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−92191（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−83977（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ルツボと、前記ルツボの周囲に固定された
   ヒーターとを備え、前記ヒーターにより前記ルツボを加
   熱して前記ルツボ内にシリコン融液を生成し、そのシリ
   コン融液よりシリコン単結晶を引き上げるシリコン単結
   晶の引上げ装置において、 中心軸を上下方向に向けて前記ルツボと前記ヒーターと
   の間に配置された上下動可能な断熱筒を備えており、 シリコン単結晶の引上げ工程中の前記断熱筒の移動は、
   前記断熱筒の上端が常に前記ルツボ内のシリコン融液の
   液面より下方にあるように制御され、それによって、前
   記シリコン融液の底部の温度がその液面付近の温度より
   も低い温度分布を得るようにしたことを特徴とするシリ
   コン単結晶の引上げ装置。