JPH0656572A - 結晶成長方法及び結晶成長装置 - Google Patents

結晶成長方法及び結晶成長装置

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JPH0656572A
JPH0656572A JP21141392A JP21141392A JPH0656572A JP H0656572 A JPH0656572 A JP H0656572A JP 21141392 A JP21141392 A JP 21141392A JP 21141392 A JP21141392 A JP 21141392A JP H0656572 A JPH0656572 A JP H0656572A
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JP
Japan
Prior art keywords
crucible
crystal
silicon
raw material
crystal growth
Prior art date
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Withdrawn
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JP21141392A
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English (en)
Inventor
Takaaki Kimura
隆章 記村
Tetsuo Fukuda
哲生 福田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 チョクラルスキー法を使用して半導体結晶を
成長する方法及び装置に関し、シリコン結晶中に混入す
る炭素濃度を低減する結晶成長装置を提供することを目
的とする。 【構成】 内部にるつぼ2と、るつぼ2を加熱するるつ
ぼ加熱手段3とが収容され、頂部にゲートバルブ18が接
続され、下部に排気口6が設けられているるつぼ収容容
器5と、ゲートバルブ18を介してるつぼ2に対接する領
域に着脱可能に取り付けられ、その中にるつぼ頂部隔壁
手段14が上下移動可能に吊り下げられ、頂部にガス導入
口17が設けられているるつぼ頂部隔壁手段吊り下げ手段
13と、ゲートバルブ18を介してるつぼ2に対接する領域
に着脱可能に取り付けられ、その中に種結晶8が上下移
動可能に吊り下げられ、頂部にガス導入口11が設けられ
ている種結晶昇降手段7とをもって構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、チョクラルスキー法を
使用して半導体結晶を成長する方法及び装置に関する。
【0002】半導体産業の発達により半導体製品の集積
化が進み、回路中の素子の占める面積が極めて小さくな
っている。このため、半導体結晶中の析出物などの欠陥
がLSIなどの半導体製品の歩留り、信頼性などに大き
な影響を及ぼすことになる。例えば、シリコン結晶中の
不純物である炭素は、LSI製造中の熱処理などによ
り、酸素の析出の原因となっている。酸素析出物の密度
はこの炭素濃度に比例していることが判明している。こ
の酸素析出物は結晶中のキャリアのライフタイムを低下
させ、LSIの性能を低下させる原因となっている。こ
のため、LSIの製造を目的としたシリコン結晶の製造
においては、結晶中に含まれる炭素の濃度を可能なかぎ
り低く抑えることが求められている。現在、シリコンの
結晶を得る方法としてはチョクラルスキー法(以下、C
Z法と云う。)が一般的であり、工業的にもっとも広く
使用されている方法である。本発明は、低炭素濃度のシ
リコン結晶を得るためのCZ法によるシリコンの引き上
げ方法及び引き上げ装置に関するものである。
【0003】
【従来の技術】図7に従来のシリコン結晶引き上げ装置
の構成図を示す。図において、1はカーボンるつぼであ
り、2は石英るつぼであり、3はヒーターであり、4は
断熱材であり、5はるつぼ収容容器であり、6はガス排
気口である。7は種結晶昇降手段であり、8は種結晶で
あり、9は種結晶8を昇降させるステンレス、タングス
テン等のワイヤーであり、10はワイヤー9の巻き上げ装
置であり、11はガス導入口である。
【0004】ガス導入口11からアルゴンガスを導入して
排気口6から排気しながらヒーター3によりカーボンる
つぼ1と石英るつぼ2とを加熱して石英るつぼ2の中に
入れられたシリコン12を溶融する。種結晶昇降手段7の
巻き上げ装置10を駆動してワイヤー9に吊り下げられた
種結晶8を降下させ、種結晶8を溶融しているシリコン
12の表面に接触させた後、1mm/min 程度で引き上げて
シリコン結晶を成長させる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】るつぼ収容容器5内に
収容されているヒーター3や断熱材4は炭素を主原料と
して形成されているため、ガス導入口11から装置内に供
給されるアルゴンガス中の微量の酸素や、シリコンと石
英とが反応して発生する一酸化シリコン(SiO)と反
応して一酸化炭素(CO)や二酸化炭素(CO2 )が発
生する。これらのCO,CO2 が溶融シリコン中に溶け
込むため、成長したシリコン結晶中に炭素不純物が混入
する。
【0006】本発明の目的は、この欠点を解消すること
にあり、シリコン結晶中に混入する炭素濃度を低減する
結晶成長方法及び結晶成長装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的のうち、結晶
成長方法は、チョクラルスキー法を使用して半導体結晶
を成長する結晶成長方法において、成長原料が溶融して
定常状態になり、結晶成長を開始するまでの期間、前記
の成長原料の表面を成長装置内の雰囲気から遮断する
か、成長原料が溶融して定常状態になり、結晶成長を開
始するまでの期間、不活性ガスまたは酸化性ガスをるつ
ぼ中に導入する結晶成長方法によって達成される。
【0008】上記の目的のうち、結晶成長装置は、内部
にるつぼ(2)と、このるつぼ(2)を加熱するるつぼ
加熱手段(3)とが収容され、頂部にゲートバルブ(1
8)が接続され、下部に排気口(6)が設けられている
るつぼ収容容器(5)と、前記のゲートバルブ(18)を
介して前記のるつぼ(2)に対接する領域に着脱可能に
取り付けられ、その中にるつぼ頂部隔壁手段(14)が上
下移動可能に吊り下げられ、頂部にガス導入口(17)が
設けられているるつぼ頂部隔壁手段吊り下げ手段(13)
と、前記のゲートバルブ(18)を介して前記のるつぼ
(2)に対接する領域に着脱可能に取り付けられ、その
中に種結晶(8)が上下移動可能に吊り下げられ、頂部
にガス導入口(11)が設けられている種結晶昇降手段
(7)とからなる結晶成長装置によって達成される。な
お、前記のるつぼ頂部隔壁手段(14)にガス導入手段
(19)が付加されると炭素濃度低減に有効に機能し、ま
た、前記のガス導入手段(19)のガス導入口が前記のる
つぼ(2)の底部に達しているとさらに有効に機能す
る。
【0009】
【作用】まず、CZ法によりシリコン結晶を成長すると
きに炭素がシリコン結晶中に取り込まれるメカニズムに
ついて説明する。結晶成長装置は大型であり、るつぼ収
容容器5の中には多孔質である断熱材4やヒーター3が
多量に使用されているため、成長開始前のるつぼ収容容
器5の中には多量の酸素が存在する。これらの酸素はる
つぼ収容容器5の壁面、断熱材4、ヒーター3、原料シ
リコン12などに吸着されており、容易には除去できな
い。このため、結晶成長装置の稼動初期、特に高温を必
要とする原料シリコンの溶融時に多量の酸素が放出さ
れ、断熱材4やヒーター3の素材である炭素と反応して
多量のCOやCO2 を発生する。このため、結晶成長装
置の稼動初期に多量の炭素が溶融シリコン中に溶け込む
ことになる。
【0010】したがって、成長したシリコン結晶中の炭
素濃度を低減するためには、結晶成長装置の稼動初期に
発生する炭素が溶融シリコン中に溶け込むのを阻止すれ
ばよいことになる。
【0011】図1に示すように、るつぼ収容容器5の頂
部にるつぼ頂部隔壁手段吊り下げ手段13を取り付けて、
るつぼ2の中のシリコン12が溶融して定常状態になるま
での期間、ワイヤー15により吊り下げられたるつぼ頂部
隔壁手段14を降下させてるつぼ2の頂部を遮蔽するよう
にすれば、結晶成長装置の稼動初期に発生する多量のC
O,CO2 が溶融シリコン中に溶け込むことが抑制され
る。
【0012】さらに、図3、図4に示すように、るつぼ
頂部隔壁手段14にガス導入手段19を付加して原料シリコ
ン12の上部に不活性ガスを導入すれば、CO,CO2
スの溶融シリコン中への溶け込みを抑制する効果が向上
する。
【0013】また、図5に示すように、ガス導入手段19
のガス導入口先端がるつぼ2の底部に達するようにし
て、るつぼ2の底部に酸素のような酸化性ガスを供給す
れば、原料シリコンに付着・吸着している炭素は酸化性
ガスと反応してCO,CO2 となって装置外に除去され
るので、炭素不純物濃度低減効果がさらに向上する。
【0014】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の四つの実施
例に係る結晶成長装置と結晶成長方法とについて説明す
る。
【0015】第1実施例 図1,図2参照 図1は、原料シリコンを溶融して定常状態にするまでの
結晶成長装置の構成図を示し、図2は、種結晶を溶融シ
リコンに接触させて引き上げ成長するときの結晶成長装
置の構成図を示す。なお、図7において示した部材と同
一の部材は同一記号で示してあり、13はるつぼ頂部隔壁
手段吊り下げ手段であり、14は石英からなるるつぼ頂部
隔壁手段であり、15はるつぼ頂部隔壁手段14を吊り下げ
るステンレス,タングステン等のワイヤーであり、16は
ワイヤー巻き上げ装置であり、17はガス導入口であり、
18はゲートバルブである。
【0016】まず、石英るつぼ2に原料シリコン12を入
れ、図1に示すように、るつぼ収容容器5の頂部に設け
られたゲートバルブ18を介してるつぼ頂部隔壁手段吊り
下げ手段13をるつぼ収容容器5の頂部に取り付け、ゲー
トバルブ18を開いてワイヤー15に吊り下げられたるつぼ
頂部隔壁手段14を巻き上げ装置16を駆動して吊り下げ、
石英るつぼ2の頂部をカバーする。
【0017】ガス導入口17からアルゴンガスを導入して
ガス排気口6から排気しながら、ヒーター3を使用して
カーボンるつぼ1と石英るつぼ2とを加熱し、原料シリ
コン12を溶融する。
【0018】石英るつぼ2中のシリコン12が溶融して定
常状態になった後、巻き上げ装置16によりるつぼ頂部隔
壁手段14を引き上げてゲートバルブ18を閉じ、るつぼ頂
部隔壁手段吊り下げ手段13をゲートバルブ18から切り放
す。
【0019】次いで、図2に示すように、種結晶昇降手
段7をゲートバルブ18を介してるつぼ収容容器5の頂部
に取り付け、内部をアルゴンガスに置換した後、ゲート
バルブ18を開き、巻き上げ装置10を駆動してワイヤー9
に吊り下げられた種結晶8を溶隔したシリコン12の表面
に接触させてゆっくり引き上げ、単結晶シリコンを成長
する。
【0020】図6参照 引き上げ成長したシリコン結晶中の炭素濃度の分析結果
を図6に示す。図6のグラフAは本発明の方法を使用し
た場合の炭素濃度を示し、グラフBに示す従来の方法を
使用した場合の炭素濃度に比べて炭素濃度が低減してい
る。なお、固化率の約10%近傍が引き上げたインゴッ
トの頭の部分に相当し、約90%付近がインゴットの終
端部分に相当する。
【0021】第2実施例 図3参照 るつぼ頂部隔壁手段14にガス導入手段19を設け、るつぼ
2内の原料シリコン12の上部にアルゴンガスを供給して
るつぼ収容容器5内で発生したCO,CO2 が原料シリ
コン12の表面に接触するのを防止するものである。な
お、ガス導入手段19はるつぼ頂部隔壁手段14とゝもに上
下に移動可能となるように、図示しないが蛇腹式または
螺施式配管を介してるつぼ頂部隔壁手段吊り下げ手段13
に取り付けられている。
【0022】第3実施例 図4参照 るつぼ頂部隔壁手段14を原料シリコン12の表面に接触さ
せてガス導入手段19から不活性ガスを供給するものであ
り、るつぼ収容容器5内で発生したCO,CO 2 が原料
シリコン12の表面に接触するのを防止する効果をさらに
高めたものである。
【0023】第4実施例 図5参照 ガス導入手段19のガス導入口先端がるつぼ2の底部に達
するようにしたもので、原料シリコン12が溶融するまで
の期間、酸素とアルゴンガスとの混合ガスをるつぼ2の
底部に導入し、原料に付着・吸着している炭素と反応さ
せてCO,CO 2 に変換して外部に排出するもので、炭
素不純物濃度をさらに低減するのに有効である。
【0024】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係る結晶
成長方法及び結晶成長装置においては、原料シリコンが
溶融して定常状態に達するまでの期間、るつぼ頂部をる
つぼ頂部隔壁手段をもって遮蔽することによって、結晶
成長装置内部で発生したCO,CO2 が溶融シリコン中
に溶け込むのが抑制され、炭素濃度の低いシリコン結晶
が得られる。るつぼ頂部隔壁手段による遮蔽に加えて、
さらに原料シリコン表面に不活性ガスを供給するか、ま
たは、るつぼ底部に酸化性ガスを供給するようにすれば
結晶中の炭素濃度をさらに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】原料シリコンの溶融過程における結晶成長装置
の構成図である。
【図2】原料シリコンの結晶引き上げ過程における結晶
成長装置の構成図である。
【図3】ガス導入手段を有するるつぼ頂部隔壁手段の詳
細図である。
【図4】ガス導入手段を有するるつぼ頂部隔壁手段の詳
細図である。
【図5】ガス導入手段を有するるつぼ頂部隔壁手段の詳
細図である。
【図6】シリコン結晶中の炭素濃度を示すグラフであ
る。
【図7】従来の結晶成長装置の構成図である。
【符号の説明】
1 カーボンるつぼ 2 石英るつぼ 3 るつぼ加熱手段 4 断熱材 5 るつぼ収容容器 6 排気口 7 種結晶昇降手段 8 種結晶 9・15 ワイヤー 10・16 巻き上げ装置 11・17 ガス導入口 12 原料シリコン 13 るつぼ頂部隔壁手段吊り下げ手段 14 るつぼ頂部隔壁手段 18 ゲートバルブ 19 ガス導入手段

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チョクラルスキー法を使用して半導体結
    晶を成長する結晶成長方法において、成長原料が溶融し
    て定常状態になり、結晶成長を開始するまでの期間、前
    記成長原料の表面を成長装置内の雰囲気から遮断するこ
    とを特徴とする結晶成長方法。
  2. 【請求項2】 チョクラルスキー法を使用して半導体結
    晶を成長する結晶成長方法において、成長原料が溶融し
    て定常状態になり、結晶成長を開始するまでの期間、不
    活性ガスまたは酸化性ガスをるつぼ中に導入することを
    特徴とする結晶成長方法。
  3. 【請求項3】 内部にるつぼ(2)と、該るつぼ(2)
    を加熱するるつぼ加熱手段(3)とが収容され、頂部に
    ゲートバルブ(18)が接続され、下部に排気口(6)が
    設けられてなるるつぼ収容容器(5)と、 前記ゲートバルブ(18)を介して前記るつぼ(2)に対
    接する領域に着脱可能に取り付けられ、その中にるつぼ
    頂部隔壁手段(14)が上下移動可能に吊り下げられ、頂
    部にガス導入口(17)が設けられてなるるつぼ頂部隔壁
    手段吊り下げ手段(13)と、 前記ゲートバルブ(18)を介して前記るつぼ(2)に対
    接する領域に着脱可能に取り付けられ、その中に種結晶
    (8)が上下移動可能に吊り下げられ、頂部にガス導入
    口(11)が設けられてなる種結晶昇降手段(7)とから
    なることを特徴とする結晶成長装置。
  4. 【請求項4】 前記るつぼ頂部隔壁手段(14)にガス導
    入手段(19)が付加されてなることを特徴とする請求項
    3記載の結晶成長装置。
  5. 【請求項5】 前記ガス導入手段(19)のガス導入口は
    前記るつぼ(2)の底部に達していることを特徴とする
    請求項3または4記載の結晶成長装置。
JP21141392A 1992-08-07 1992-08-07 結晶成長方法及び結晶成長装置 Withdrawn JPH0656572A (ja)

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