JPH07223894A - 半導体単結晶製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＣＺ法による単結晶の引き上げにおいて、融
液などからの蒸発物や反応生成物を黒鉛るつぼ、ヒータ
に触れることなく炉外に排出させることが可能で、安価
な構造の半導体単結晶製造装置を提供する。 【構成】 ヒータ６の外周面に近接する内筒１１と、断
熱材７の内周面を被覆する外筒１２とを設ける。内筒１
１、外筒１２はカーボンまたは炭素繊維強化カーボンか
らなる。内筒１１の上端には、黒鉛るつぼ３の外周面に
近接する環状のフランジ部１１ａを設ける。チャンバ１
の上部から導入したＡｒガスは、輻射スクリーン１０の
下端と融液４との隙間を通過した後、石英るつぼ５の内
面に沿って上昇し、内筒１１と外筒１２との隙間を流下
して炉外に排出される。融液４から発生するＳｉＯなど
のガスが黒鉛るつぼ３、ヒータ６に触れないため、黒鉛
るつぼ３およびヒータ６のＳｉＣ化を遅らせることがで
き、耐用寿命の大幅延長が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体単結晶製造装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の基板には主として高純度の
シリコン単結晶が用いられているが、このシリコン単結
晶の製造方法の一つにチョクラルスキー法（以下ＣＺ法
という）がある。ＣＺ法においては、一例として図３に
示すように、半導体単結晶製造装置のチャンバ１内に設
置した石英るつぼ５にシリコン多結晶を充填し、前記石
英るつぼ５の周囲に設けたヒータ６によってシリコン多
結晶を加熱溶解して融液４とした上、シードチャック１
４に取り付けた種子結晶を前記融液４に浸漬し、シード
チャック１４および石英るつぼ５を同方向または逆方向
に回転しつつシードチャック１４を引き上げてシリコン
単結晶９を成長させる。なお、図３において３は石英る
つぼ５を収容する黒鉛るつぼ、７，８は断熱材である。

【０００３】石英るつぼ５に充填したシリコン多結晶が
溶解すると、融液４と石英るつぼ５との反応によりＳｉ
Ｏガスが発生する。このＳｉＯガスが前記石英るつぼ５
の内面や引き上げ中の単結晶９の表面、チャンバ１の内
壁などに凝縮、付着し、これが融液４内に剥落すると成
長中の単結晶に付着し転位が発生して歩留りを悪化させ
る。また、ヒータ６や黒鉛るつぼ３、断熱筒７が高温に
加熱されるとＣ，ＣＯの蒸気が発生し、これが融液４内
に混入すると成長中の単結晶のＣ濃度が高くなる。この
ような問題を解決するため、Ａｒなどの不活性ガスを用
いて前記蒸発物、反応生成物を炉外に排出している。半
導体単結晶製造装置の上部から導入された不活性ガス
は、単結晶９に沿って流下した後、融液面から石英るつ
ぼ５の内壁に沿って上昇し、黒鉛るつぼ３とヒータ６と
の隙間、あるいはヒータ６と断熱筒７との隙間を流下し
てチャンバ１に取着した排気管（図示せず）を経て前記
蒸発物、反応生成物とともに炉外に排出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の蒸発物、反応生
成物は不活性ガスとともに炉外に運ばれる途中、黒鉛る
つぼ３やヒータ６、断熱筒７などに付着する。黒鉛るつ
ぼ３は不活性ガスが流れることによってＳｉＯとの反応
によるＳｉＣ化が促進される。分割面のＳｉＣ化により
減肉が起こり、黒鉛るつぼ３が変形する。これに伴って
前記黒鉛るつぼ３内に収容された石英るつぼ５も変形し
て融液面位置が変化し、融液４の温度分布が変化して引
き上げ中の単結晶９の成長が阻害される。一方、ヒータ
６はＳｉＣ化によってその中央部やスリット部が速やか
に減肉する。その結果、融液４の温度分布が変化し、単
結晶の品質たとえば酸素濃度に悪影響を与える。

【０００５】上記不具合を解決するため、特開昭６４−
３７４９２によれば、るつぼ内から発生するガスを不活
性ガスとともにるつぼよりも高い位置で吸引、排出する
ようにした単結晶成長装置が開示されている。しかしこ
の単結晶成長装置の構造では、ＳｉＯガスが水冷されて
いるチャンバ内壁にるつぼの上方で触れるため、前記Ｓ
ｉＯガスが凝固して付着、堆積し、時間がたつにつれて
融液内に落下する確率が増す。従って、引き上げ単結晶
が多結晶化し、単結晶取得率の低下を招き、コストアッ
プになる。また、従来の単結晶製造装置は排気口がチャ
ンバ下部ないし底面に設けられているため装置の改造を
必要とし、コストアップにつながる。

【０００６】また、特開平２−１４８９８にはチャンバ
内空間を、ヒータを含む空間とるつぼを含む空間とに分
離し、その境界に遮蔽壁を設けたことを特徴とする単結
晶製造装置が開示されている。この装置の問題点とし
て、ヒータとるつぼとの間に遮蔽壁を設けるため熱効率
が低下すること、ヒータの耐用寿命は延びるがるつぼの
寿命は延びないこと、従来の単結晶製造装置を改造しな
ければならないためコストアップとなる点が挙げられ
る。

【０００７】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、ＣＺ法による半導体単結晶の引き上げにお
いて、融液からの蒸発物や反応生成物を黒鉛るつぼ、ヒ
ータに触れることなく炉外に排出させることが可能で、
かつ安価な構造の半導体単結晶製造装置を提供すること
を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体単結晶製造装置は、半導体単結
晶の原料を溶解するるつぼと、このるつぼの周囲にあっ
てるつぼ内の原料を加熱するヒータと、溶解した原料に
種子結晶を浸漬して単結晶を引き上げる引き上げ機構と
を備えた半導体単結晶製造装置において、前記ヒータの
外周面に近接して内筒を設けるとともに、前記ヒータを
取り巻くように配置した断熱筒の内周面を外筒で被覆
し、半導体単結晶製造装置の上部から導入したパージ用
不活性ガスを、前記内筒と外筒との隙間を流下させて半
導体単結晶製造装置から排出する構成とした。

【０００９】

【作用】上記構成によれば、半導体単結晶製造装置のヒ
ータの外周面に近接する内筒と、断熱筒の内周面を被覆
する外筒とを設け、パージ用不活性ガスを前記内筒と外
筒との隙間を流下させて装置外に排出することにしたの
で、融液などからの蒸発物や反応生成物は前記不活性ガ
スとともに内筒と外筒との隙間を流下し、黒鉛るつぼや
ヒータにはほとんど接触しない。従って、黒鉛るつぼや
ヒータのＳｉＣ化が回避され、耐用寿命を延長させるこ
とができる。内筒および外筒は前記蒸発物、反応生成物
に触れて劣化するので、適当な周期で交換しなければな
らないが、そのコストは黒鉛るつぼやヒータに比べると
著しく低い。

【００１０】

【実施例】以下に、本発明に係る半導体単結晶製造装置
の実施例について、図面を参照して説明する。図１は、
本発明の第１実施例として熱遮蔽体タイプの半導体単結
晶製造装置の概略構造を模式的に示した部分断面図であ
る。チャンバ１の中心に設けられたるつぼ軸２の上端に
図示しないるつぼ受けを介して黒鉛るつぼ３が載置さ
れ、融液４を貯留する石英るつぼ５は前記黒鉛るつぼ３
の中に収容されている。ヒータ６および断熱材７は前記
黒鉛るつぼ３の周囲を取り巻くように同心円状に設けら
れている。単結晶９は石英るつぼ５の中心から引き上げ
られる。前記断熱材７の上端には輻射スクリーン１０が
取り付けられている。輻射スクリーン１０は単結晶引き
上げ領域を取り巻く熱遮蔽体で、下端開口部の直径が上
端開口部の直径より小さい円錐状の筒である。輻射スク
リーン１０は融液４、石英るつぼ５などから単結晶９に
加えられる輻射熱を遮断して単結晶９の冷却を促進し、
単結晶引き上げ速度を早めるとともに、結晶欠陥の発生
を防止する。また、チャンバ１の上方から導入される不
活性ガスを単結晶９の周囲に誘導し、石英るつぼ５の中
心部から周縁部を経てチャンバ１に設けられた排気孔に
至るガス流を形成させることによって、融液４から発生
するＳｉＯなど、単結晶化を阻害する蒸発物、反応生成
物を排除する機能を備えている。なお図１においては、
構造のやや異なる２種類の断熱材７および輻射スクリー
ン１０を中心線の左右に併記しているが、どちらを使用
しても効果は同じである。

【００１１】ヒータ６の外周面に近接してヒータ６を取
り巻くように内筒１１が設置され、断熱材７の内周面に
は外筒１２が取り付けられている。前記外筒１２は断熱
筒７の内周面に密接していてもよく、近接していてもよ
い。内筒１１および外筒１２はいずれもカーボンまたは
炭素繊維強化カーボンからなる。内筒１１の上端には環
状のフランジ部１１ａが設けられ、前記フランジ部１１
ａの内縁は黒鉛るつぼ３の外周面に近接している。

【００１２】単結晶９の引き上げに当たりチャンバ１の
上部から導入されたＡｒガスは、単結晶９の外周面に沿
って流下し、輻射スクリーン１０の下端と融液４との隙
間を通過した後、石英るつぼ５の内面に沿って上昇す
る。そして、内筒１１と外筒１２との隙間を流下し、チ
ャンバ１の外に排出される。内筒１１のフランジ部１１
ａ内縁が黒鉛るつぼ３の外周面に近接しているため、Ａ
ｒガスは黒鉛るつぼ３とヒータ６との隙間にはほとんど
流入しない。Ａｒガスがこのような経路を流れることに
より、融液４などから発生する蒸発物や反応生成物を高
温の状態に保持したまま、かつ黒鉛るつぼ３、ヒータ６
に触れさせることなく排出することができる。従って、
黒鉛るつぼ３およびヒータ６のＳｉＣ化が回避され、耐
用寿命を大幅に延長させることができる。

【００１３】融液４などから発生する蒸発物や反応生成
物がＡｒガスとともに内筒１１と外筒１２との隙間を流
下するので、前記内筒１１の外周面および外筒１２の内
周面は当然のことながら化学反応を起こして劣化する。
従って、適当な周期で交換する必要があるが、内筒１１
および外筒１２は黒鉛るつぼ３あるいはヒータ６に比べ
ると著しく安価である。また本実施例の場合、単結晶製
造装置に対して特別な改造を必要としないため、装置コ
ストの上昇を招くことはない。

【００１４】図２は、本発明の第２実施例としてパージ
チューブタイプの半導体単結晶製造装置の概略構造を模
式的に示した部分断面図である。図１の輻射スクリーン
に代えて、チャンバ１の上端中央部には円錐状または円
筒状のパージチューブ１３が下方に向かって取着され、
チャンバ１の上部から導入されたＡｒガスを単結晶９の
周囲に誘導する。内筒１１、外筒１２を含むその他の構
造は、図１に示した熱遮蔽体タイプの半導体単結晶製造
装置の場合と同一であり、Ａｒガスの流通経路も同じで
あるので、説明を省略する。また、図２においても、構
造のやや異なる２種類の断熱材７を中心線の左右に併記
しているが、どちらを使用しても効果は同じである。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｃ
Ｚ法による半導体単結晶製造装置において、ヒータの外
周面に近接する内筒と、断熱筒の内周面を被覆する外筒
とを設け、パージ用不活性ガスを前記内筒と外筒との隙
間を流下させて炉外に排出する構造としたので、融液な
どから発生する蒸発物や反応生成物は前記不活性ガスと
ともに内筒と外筒との隙間を流下し、黒鉛るつぼやヒー
タにはほとんど接触しない。従って、黒鉛るつぼやヒー
タのＳｉＣ化が回避され、従来は比較的早期に交換しな
ければならなかった黒鉛るつぼ、ヒータの耐用寿命を大
幅に延長させることができる。内筒および外筒は前記蒸
発物、反応生成物に触れて劣化するので、適当な周期で
交換しなければならないが、そのコストは黒鉛るつぼや
ヒータに比べると著しく低い。また、本発明の実施に当
たり、前記内筒と外筒との新設以外には単結晶製造装置
を改造する必要がほとんどなく、低コストで設備の改良
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱遮蔽体タイプの半導体単結晶製造装置の概略
構造を模式的に示した部分断面図である。

【図２】パージチューブタイプの半導体単結晶製造装置
の概略構造を模式的に示した部分断面図である。

【図３】従来の半導体単結晶製造装置の概略構造を模式
的に示した部分断面図である。

【符号の説明】

３…黒鉛るつぼ、５…石英るつぼ、６…ヒータ、７…断
熱材、９…単結晶、１１…内筒、１２…外筒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体単結晶の原料を溶解するるつぼ
   と、このるつぼの周囲にあってるつぼ内の原料を加熱す
   るヒータと、溶解した原料に種子結晶を浸漬して単結晶
   を引き上げる引き上げ機構とを備えた半導体単結晶製造
   装置において、前記ヒータの外周面に近接して内筒を設
   けるとともに、前記ヒータを取り巻くように配置した断
   熱筒の内周面を外筒で被覆し、半導体単結晶製造装置の
   上部から導入したパージ用不活性ガスを、前記内筒と外
   筒との隙間を流下させて半導体単結晶製造装置の底部か
   ら排出することを特徴とする半導体単結晶製造装置。