JPH0733307B2 - 単結晶成長装置 - Google Patents

単結晶成長装置

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JPH0733307B2
JPH0733307B2 JP19229786A JP19229786A JPH0733307B2 JP H0733307 B2 JPH0733307 B2 JP H0733307B2 JP 19229786 A JP19229786 A JP 19229786A JP 19229786 A JP19229786 A JP 19229786A JP H0733307 B2 JPH0733307 B2 JP H0733307B2
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安教 大久保
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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等の単結晶を、原料融液から引
上げ成長させる単結晶成長装置に係わる。
〔発明の概要〕
本発明は、原料融液から単結晶を引上成長させる結晶引
上部の、育成された単結晶の周囲に冷却円筒を設けるも
のであるが、特にその内周面は輻射熱反射防止面とし、
原料融液と対向する面は、輻射熱反射面とし、外周面に
断熱体を配した構成とすることによって結晶引上部に良
好な温度分布が生じるようにして結晶成長速度の向上と
無転位単結晶を再現性良く得ることができるようにす
る。
〔従来の技術〕
例えばシリコンSi単結晶を得る方法としては、チョクラ
ルスキー法(CZ法)が用いられている。このCZ法による
単結晶成長装置は、例えば第2図に示すように、例えば
冷却水が壁面内に循環するようになされた冷却ジャケッ
ト(1)内に、るつぼ(2)がジャケット(1)の軸心
上に配置される。(3)はるつぼ(2)を保持し、これ
をその軸心を中心として回転させると共に軸心方向に推
動自在にした軸である。るつぼ(2)は例えばグラファ
イトより成る外側るつぼ(2A)内に石英の内側るつぼ
(2B)が配置された構成を有する。
るつぼ(2)の外周にはこれと同軸心的に例えば円筒グ
ラファイト発熱体よりなる加熱手段(4)が配置され
る。この加熱手段(4)もまた軸心方向に上下に推動し
得るようになされる。(5)はるつぼ(2)内に収容さ
れ加熱手段(4)によって溶融状態に保持された原料融
液例えばSi融液である。
また(6)は断熱保温体で、るつぼ(2)が加熱手段
(4)によって所要の温度に加熱保持できるようにする
ものである。
ジャケット(1)内の上方には回転と共に軸方向に推動
し得る軸(7)がジャケット(1)の軸心上に配置され
る。この軸(7)の下端には種結晶(8)がチャック
(9)によって保持される。軸(7)は、これを下方に
推下させることによってその種結晶(8)を原料融液
(5)に接触させ、この状態から引き上げによって、種
結晶(8)から単結晶(10)を育成させるようになされ
ている。このとき、軸(7)と軸(3)とは逆向きに回
転され、るつぼ(2)と種結晶とが相対的に所要の回転
速度をもって回転するようになされる。またこのとき単
結晶(10)の育成によって原料融液(5)の液面が変動
することから、るつぼ(2)はこの変動に追従して軸
(3)の推動によって持ち上げられると共にその原料融
液の液面が常時所定の温度に保持されるように加熱手段
(4)も軸心方向に推動するようになされる。またこの
ときジャケット(1)内には、不活性ガス例えばアルゴ
ンガスが矢印aに示すようにジャケット(1)の上方か
ら送り込まれてジャケット(1)の下方に設けられた排
出口(11)から排出するようになされている。(12)は
結晶引上状態を観測するためにジャケット(1)の肩部
に気密的に設けられた観察窓を示す。
このような単結晶成長装置によれば、単結晶の引上成長
を行うことができるものである。
ところがこの構造による単結晶成長装置においては、そ
の単結晶(10)と融液(5)との固相−液相界面におけ
る温度分布が比較的平坦であることによって結晶成長速
度が比較的緩慢であるという問題がある。これは引上げ
られた単結晶(10)が加熱状態にある原料融液からの輻
射熱、さらにるつぼ(2)及び加熱手段(4)からの放
射熱により熱せられていることによる。
そこで、このような問題を解決すべく、特開昭61−6838
9号公開公報で開示された単結晶成長装置が提案され
た。この単結晶成長装置は、第3図に示すように冷却ジ
ャケット(1)の上方からるつぼ(2)に向かって延長
する冷却円筒(13)例えば壁面に冷却水が循環するよう
になされた水冷円筒が設けられ、これによって単結晶
(10)をとり囲むようにして単結晶(10)を効果的に冷
却するようになすと共に、この冷却円筒(13)の下端に
はさらに熱遮蔽体(14)を設け、これによってるつぼの
壁面からの輻射熱によって単結晶体(10)が加熱される
ことを阻止するようにしている。第3図において第2図
と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略す
るものであるが、この場合不活性ガスの供給は、冷却円
筒(13)を通じてるつぼ(2)内に送り込まれ、これよ
り矢印bをもって示すように、るつぼ(2)外へすなわ
ち冷却円筒(13)外へと流出され、これがジャケット
(1)の下方に設けられた排出口(11)より排出するよ
うになされる。
このような構成による単結晶成長装置によれば冷却円筒
(13)及び熱遮蔽体(14)の存在によって単結晶(10)
に対するるつぼ(2)や加熱手段(4)からの熱、さら
にるつぼ(2)内の融液(5)からの熱による温度上昇
が効果的に回避されることによって固相−液相界面近傍
における温度勾配が急峻となり、単結晶の成長速度が高
められる。ところが、このような構成による単結晶成長
装置においては引上成長された単結晶に双晶あるいは転
位が発生し易く、高品質の単結晶を育成しにくいという
問題点が生じている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明においては、単結晶例えばシリコン半導体単結晶
の引上成長を行う単結晶成長装置において高い成長速度
を有し、また高品質の単結晶の引上げを可能にしたすな
わち前述した諸問題の解消を図った単結晶成長装置を提
供するものである。
すなわち、本発明においては、第3図で説明した単結晶
成長装置による場合、不活性ガスの供給が冷却円筒(1
3)から行われてこれがるつぼ(2)内の原料溶融液に
接触するように送り込まれるが、このガスが融液に接触
し且つ石英るつぼと接触することによってSiOが生成さ
れ、このようにして生成されたSiOを含むガスがるつぼ
外すなわち冷却円筒(13)外に送り出されるとき冷却円
筒(13)との接触によってこれが急激に冷却されて固相
のSiOの析出が生じ、これがるつぼ内の原料融液(5)
中に落下し、これがため引上げられた単結晶(10)に転
位や双晶の発生原因となることを究明し、このような不
都合の発生を回避しようとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明においては、第1図に示すように結晶原料の融液
(5)を収容するるつぼ(2)と、融液(5)を加熱す
る加熱手段(4)と、融液(5)から単結晶を引上げる
引上手段(15)と、この手段(15)によって引上げられ
た単結晶(10)の周囲に設けられた冷却円筒(13)とを
有するものであるが、特にこの冷却円筒(13)の内周面
を輻射熱反射防止面(17)によって構成し、またその下
端すなわち融液(5)と対向する端部を輻射熱反射面
(18)とし、外周面に断熱体(16)を配置した構成とす
る。そして、この場合においても冷却円筒(13)からる
つぼ内に向い、さらにこれより外方に不活性ガスを流す
ようにする。
〔作用〕
上述の構成によれば、冷却円筒(13)がるつぼ内に入り
込むように設けられ、不活性ガスが原料融液面に吹き込
まれて送り出される態様をとるにも拘わらず、冷却円筒
(13)の外周には断熱体(16)が設けられていることに
よって原料融液(5)の液面からこの外周に流れる流路
において冷却円筒(13)の存在によってこのガスが急激
に冷却することが回避されるのでSiO等の不純物付着物
の析出、したがってこれが原料融液中に入り込む不都合
を回避できる。また、冷却円筒(13)の単結晶(10)と
対向する内周面には輻射熱の反射を防止する面(17)す
なわち輻射熱が良好に吸収される面が設けられているこ
とによって単結晶(10)に対してこの冷却円筒(13)の
内周面に輻射熱が反射して向かうことが効果的に阻止さ
れると共に、単結晶(10)からの熱を有効に吸収して冷
却円筒(13)によってこれを冷却する効果が生じる。ま
た同時に冷却円筒(13)の原料融液(5)の液面と対向
する部分には輻射熱反射面(18)が設けられたことによ
って融液から放射させる熱は融液側に向かって効率良く
反射されるので、ここにおける温度が冷却円筒(13)の
存在によって低下することが排除されるので単結晶(1
0)と融液(5)との固相−液相界面における熱勾配は
急峻となるので結晶成長速度は高く保持される。
〔実施例〕
さらに第1図を参照して本発明装置の一例を詳細に説明
する。第1図において第2図及び第3図と対応する部分
には同一符号を付して重複説明を省略するが、この場合
冷却ジャケット(1)は、ジャケット本体(1A)とその
上方の蓋体部(1B)とによって構成される。そして、こ
の場合においても、冷却ジャケット(1)の蓋体部(1
B)の中心軸上に内方に突出して例えば水冷パイプが壁
面内に挿入されて冷却水の循環がなされてその冷却が行
われるようにした冷却円筒(13)が挿入される。そして
この冷却円筒(13)内に単結晶引上手段(15)が配置さ
れる。この単結晶引上手段(15)は第2図で説明したと
同様にその軸心上に回転及び軸方向に推動する軸(7)
が設けられ、その先端に種結晶(8)がチャック(9)
によって保持されてなる。
この冷却円筒(13)の下端は、るつぼ(2)を所定位置
に保持した状態でるつぼ(2)の開口部内に入り込むよ
うになされる。そしてこの冷却円筒(13)の内周面の単
結晶引上手段(15)によって引上成長された単結晶(1
0)と対向する内周面には耐熱性を有し、熱輻射の反射
防止すなわち熱吸収の大なる黒色のグラファイト塗膜、
SiC塗膜、或いは、黒色薄膜の被着等による輻射熱反射
防止面(17)が形成される。また、この冷却円筒(13)
の外周面から冷却ジャケット(1)の蓋体部(1B)及び
ジャケット本体(1A)の各内周面にはそれぞれ例えば繊
維状グラファイトより成る耐熱断熱体(16)を被着す
る。また、冷却円筒(13)の下端面すなわちるつぼ
(2)内の原料融液の液面と対向する端面には放射熱の
反射が効果的に行われる輻射熱反射面(18)を形成す
る。この反射面(18)は、例えば滑面を有し耐熱性に優
れたMo,Ta,W等の金属箔あるいは金属層を被着すること
によって形成し得る。
また、冷却円筒(13)には引上げられた単結晶(10)を
観察することができる観察窓(19)を設ける。また、冷
却ジャケット(1)の蓋体部(1B)の上面にも同様の観
察窓(20)を設けてるつぼ(2)内の原料融液の表面状
態の観察を行い得る観察窓(20)を設ける。
このような構成による単結晶成長装置においても、るつ
ぼ(2)と加熱手段(4)とを適当位置に移動させて単
結晶引上手段(15)の軸(7)とるつぼ(2)の軸
(3)とを互いに逆方向に回転させ且つ軸方向に移動さ
せて相対的に所定の回転速度と引上速度をもってその種
結晶(8)の融液(5)に接触させて後引上げることに
よって単結晶(10)の育成を行う。この場合においても
冷却円筒(13)中を通じて矢印Cで示すようにその上方
から下端に向かって不苛性ガスの供給をなしるつぼ内か
ら冷却円筒(13)の外周、さらにるつぼ外に不活性ガス
を流し、冷却ジャケット(1)のジャケット本体(1A)
の下端に設けた排出口(11)から排出する。この場合、
不活性ガスは、るつぼ(2)内の融液(5)に接触して
流れるものであるが冷却円筒(13)の外周面には断熱体
(16)が存在していることによって、これによって急激
に冷却されることがないので生成されたSiOは、そのま
ま気体として外部に送り出されるので、この固相のSiO
析出物が融液(5)中に入り込んで引上げられた単結晶
(10)に双晶あるいは転位を発生させるような不都合が
回避される。
そしてまた冷却円筒(13)の内周面には輻射熱反射防止
面(17)が形成されていることによって他部からの放射
熱がこの冷却円筒(13)によって反射して単結晶(10)
に向かうような不都合が回避されるものであり、また反
射面(18)によってるつぼ(2)内の融液(5)からの
放散熱は有効に融液へと反射されるのでこれの温度は充
分高い温度に保持され単結晶(10)と融液との固相−液
相界面における温度勾配は急峻に保持されるので結晶引
上速度を高めることができる。因みに、その結晶引上速
度は、第2図の従来装置においての0.7〜1.0mm/分であ
ったに比し、本発明装置では1.6〜2.0mm/分という高い
成長速度が得られた。
尚、本発明装置は電界印加型の単結晶成長装置に適用す
ることもでき、この場合においては第1図に鎖線で示す
ように電磁石あるいは永久磁石等による直流磁界印加手
段(21)をジャケット(1)の外周に設ければ良い。
〔発明の効果〕
上述の本発明装置によれば、引上成長された単結晶(1
0)の周囲に冷却円筒(13)を配置するとともに、その
内周面に輻射熱反射防止面(17)を形成し、融液(5)
と対向する面には輻射熱反射面(18)を形成したので引
上成長された単結晶(10)と融液(5)との間の固相−
液相界面における温度分布勾配を急峻にすることがで
き、単結晶成長速度が早められるとともに冷却円筒(1
3)の外周面に断熱体(16)を配置したのでSiO等の急峻
な冷却による析出を効果的に回避でき、これによるこの
析出物が融液中に入りこむことによる双晶あるいは転位
の発生を回避でき高品質の単結晶を成長させることがで
きる。したがって、収率が高い高能率の単結晶成長を行
うことができ、その工業的利益は大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による単結晶成長装置の一例の断面図、
第2図及び第3図は従来装置の断面図である。 (1)は冷却ジャケット、(2)はるつぼ、(4)は加
熱手段、(5)は原料融液、(15)は単結晶引上手段、
(10)は引上単結晶、(13)は冷却円筒、(17)は輻射
熱反射防止面、(18)は輻射熱反射面、(16)は断熱体
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−128988(JP,A) 特開 昭62−138386(JP,A) 特開 昭59−57992(JP,A) 実開 昭56−134376(JP,U)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】結晶原料の融液を収容するるつぼと、前記
    融液を加熱する加熱手段と、前記融液から単結晶を引上
    げる引上げ手段と、前記引上げられた単結晶の周囲に設
    けられた冷却円筒とを有して成り、 前記冷却円筒は、その内周面が輻射熱反射防止面とさ
    れ、前記融液との対向部が輻射熱反射面とされ、外周面
    に断熱体が設けられて成る単結晶成長装置。
JP19229786A 1986-08-18 1986-08-18 単結晶成長装置 Expired - Lifetime JPH0733307B2 (ja)

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