JPH0733584A

JPH0733584A - 半導体単結晶引き上げにおけるリチャージ方法

Info

Publication number: JPH0733584A
Application number: JP20044293A
Authority: JP
Inventors: Tatsuji Fujiyama; 辰治藤山; Hirotaka Nakajima; 広貴中島
Original assignee: Komatsu Electronic Metals Co Ltd
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 1993-07-19
Filing date: 1993-07-19
Publication date: 1995-02-03
Anticipated expiration: 2015-09-11
Also published as: JP3085565B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ＣＺ法による半導体単結晶の製造において、
原料多結晶のリチャージに際してるつぼ上方に設けたサ
ブヒータを用いて棒状の原料多結晶を溶解する場合、る
つぼ内に落下する前記原料多結晶の液滴の一部が融液面
で跳ね返り、各所に付着後融液に再落下して無転位結晶
化を阻害する。そこで、前記液跳ねを起こさないように
する。【構成】リチャージする棒状の原料多結晶１０を、回
転ならびに下降させつつ円筒状のサブヒータ８内に挿通
する。そして、前記原料多結晶１０の降下速度とサブヒ
ータ８の駆動電力とを制御して原料多結晶１０の外周部
のみを溶解し、溶け残りの芯部１０ａは融液４に浸漬す
る。原料多結晶１０の外周部は融液となって芯部１０ａ
の表面を流下し、融液４内に流入するので、液跳ねは皆
無となる。前記芯部１０ａはメインヒータ６により容易
に溶解することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体単結晶引き上げ
におけるリチャージ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路素子の基盤には主として
高純度シリコンが用いられているが、この高純度シリコ
ンの製造方法の一つとして、るつぼ内の原料融液から円
柱状の単結晶を引き上げるチョクラルスキー法（以下Ｃ
Ｚ法という）が用いられている。ＣＺ法においては、る
つぼ内に原料多結晶を充填し、前記るつぼの外周を取り
巻くヒータによって原料を加熱溶解した上、シードチャ
ックに取り付けた種子結晶を融液に浸漬し、シードチャ
ックおよびるつぼを同方向または逆方向に回転しつつシ
ードチャックを引き上げて、単結晶を成長させる。

【０００３】近年は、半導体ウェーハの直径が大型化
し、６インチを超える大径ウェーハが要求されるように
なり、単結晶の直径も６インチ以上のものが主流になり
つつある。このため単結晶製造装置も大型化し、１サイ
クル当たりの処理量も増大する傾向にある。しかし、単
結晶製造装置の大型化に伴って単結晶成長工程における
所要時間が長くなるとともに、その前後工程、たとえば
原料多結晶の溶解所要時間や、成長した単結晶を炉外に
取り出した後、るつぼ、ヒータ等が清掃可能な温度に下
がるまでの冷却所要時間等も従来に比べて長くなってい
る。これらは単結晶の生産性を低下させる要因になる。
炉内品の大型化にともない石英ルツボも大口径化し、単
価が上がっている。また、石英るつぼは、原料多結晶の
溶解時に加えられる熱負荷によって変形、割れ等が発生
するため、１本の単結晶引き上げごとに新品と交換して
いる。

【０００４】単結晶の生産性低下を解決する手段として
従来から知られている方法にリチャージ法がある。これ
は、融液から単結晶を引き上げた後、原料多結晶を再度
チャージして溶解し、再度単結晶を成長させる工程を数
回繰り返す方法である。このリチャージ法は、炉内部品
の冷却時間やチャンバ清掃時間等を数バッチ分省略する
ことができる。また、通常は単結晶１本分の引き上げご
とに１個必要とする石英るつぼも、数本の単結晶に対し
て１個の割合となり、製造コストが低減する。しかしな
がら、原料多結晶たとえば棒状の多結晶を石英るつぼ内
に残留する融液に直接浸漬して溶解しようとすると、石
英るつぼに大きな熱負荷がかかり、その表面が浸食され
る。また、石英中の気泡が膨張して石英るつぼに変形が
起こり、甚だしい場合は前記気泡が破裂して石英るつぼ
の破片が融液中に混入するため単結晶化が阻害される。
また、石英ルツボがやぶれてシリコン融液がモレて危険
であると共に製造装置及び炉内品に大きな損傷を与える
という問題点がある。

【０００５】本発明者らは前記問題点を解決するため、
図３に示すように取り付け部材９を介してメインチャン
バ１内に円筒状のサブヒータ８を設け、このサブヒータ
８を用いて原料多結晶１０を溶解し石英るつぼ内の残留
融液に滴下する方法、または、前記サブヒータ８を用い
て原料多結晶１０を加熱した上、るつぼを取り巻くメイ
ンヒータ６により前記残留融液内で原料多結晶を溶解す
る方法、あるいは、一定量の原料多結晶を溶解した後、
追加する原料多結晶をサブヒータ８またはサブヒータ８
とメインヒータ６とを用いて溶解する方法を特願平４−
３５３９０２号で提案した。この方法によれば、メイン
ヒータのパワーを上げなくても原料多結晶を溶解するこ
とができる。従って、メインヒータから石英るつぼに加
えられる熱負荷を最小限に抑えることができ、石英るつ
ぼの耐用回数を数回まで延ばすことができる。また、石
英るつぼに充填した初期原料多結晶が溶解したとき融液
面はるつぼの上端より下方にあるので、前記溶解完了
後、追加する原料多結晶を前記サブヒータあるいはサブ
ヒータとメインヒータとを用いて溶解することにより、
１回のチャージ量を増やすことが可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記サ
ブヒータを用いて棒状の原料多結晶を溶解すると、図３
に示すように溶解した原料多結晶の液滴が融液４に落下
したとき、融液面で跳ねた液滴の一部が石英るつぼ３の
内周面やメインチャンバ１の内壁などに付着する。そし
て、液跳ねした多結晶シリコン、あるいは前記多結晶シ
リコン上に堆積したアモルファスシリコンが融液４に落
下すると、融液から引き上げる単結晶の無転位結晶化が
妨げられる。また、融液に添加するドープ剤を原料多結
晶とともに溶解する場合は、前記液跳ねによってドープ
剤の一部も飛散し、所定量のドープ剤を融液に正確に添
加することが困難となる。また、狙った量の多結晶シリ
コンを正確にチャージできない。その結果、引き上げ単
結晶の電気抵抗値が所定の範囲から外れるという不具合
が起こる。炉内品に液ハネした場合などはシリコン浸透
などがおこり、寿命を縮める。本発明はこのような従来
の問題点に着目してなされたもので、原料多結晶のリチ
ャージに際し、るつぼ上方に設けたサブヒータを用いて
原料多結晶を溶解した場合に、るつぼ内に落下する前記
原料多結晶の液滴によって液跳ねを起こさないような半
導体単結晶引き上げにおけるリチャージ方法を提供する
ことを目的としている。

【０００７】

【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引き上げにおけるリチャ
ージ方法は、ＣＺ法、ＭＣＺ法を用いる半導体単結晶の
製造において、融液から単結晶を引き上げた後、るつぼ
の上方に設けた円筒状のサブヒータに棒状の原料多結晶
を挿通して外周部を溶解し、溶け残りの多結晶芯部を融
液内に浸漬してメインヒータによって溶解する構成と
し、このような構成において、棒状の原料多結晶を回転
させつつサブヒータ内を下降させ、前記原料多結晶の降
下速度ならびにサブヒータの駆動電力を制御することに
よって原料多結晶の外周部を溶解し、溶解した原料融液
を原料多結晶の芯部表面に沿って流下させることを特徴
としている。

【０００８】

【作用】上記構成によれば、リチャージする棒状の原料
多結晶の溶解に当たり、サブヒータで原料多結晶の外周
部のみを溶解し、芯部は溶解せずに下降させて融液に浸
漬させることにしたので、前記サブヒータによって溶解
した融液は原料多結晶の芯部表面に沿って流下し、るつ
ぼ内の融液に流れ込む。従って、液滴の落下による融液
面での液跳ねが起こらず、石英るつぼの内周面やチャン
バ内壁などに液滴が付着することはない。また、原料多
結晶の芯部は融液に浸漬されることによって、容易に溶
解される。

【０００９】

【実施例】以下に本発明に係る半導体単結晶引き上げに
おけるリチャージ方法の実施例について、図面を参照し
て説明する。図１は単結晶引き上げ装置下部の概略構成
を模式的に示す部分断面図で、棒状の原料多結晶を溶解
中の状態を示している。図２はサブヒータの平面図であ
る。これらの図において、メインチャンバ１内に設置さ
れた黒鉛るつぼ２に石英るつぼ３が収容され、この石英
るつぼ３内には単結晶を引き上げた後に残った融液４が
貯留されている。５はるつぼ軸、６はメインヒータ、７
は保温筒である。サブヒータ８は、メインチャンバ１内
に設置された取り付け部材９の下面に取着されている。
前記サブヒータ８は図２に示すように、円筒状の黒鉛製
ヒータ本体８ａと、これを取り巻く円筒状の黒鉛製保温
筒８ｂとからなり、前記保温筒８ｂは炭素繊維からなる
円筒状の断熱材８ｃを黒鉛製表層８ｄで被覆したもので
あり、保温筒及び炭素繊維は炭素シリコン（ｓｉｃ）等
でコートしたものが望ましい。サブヒータ８の内径、軸
方向長さ、電力等を変えることにより、原料多結晶の処
理量を調節することができ、この実施例では３本の棒状
の原料多結晶１０を一括して同時に溶解している。

【００１０】次に、上記単結晶引き上げ装置におけるリ
チャージ方法について説明する。図１に示すように、結
晶引き上げ機構のワイヤケーブル１１に吊り具１２を介
して棒状の原料多結晶１０を釣支し、駆動中のサブヒー
タ８内に吊り降ろす。そして、原料多結晶１０の降下速
度とサブヒータ８の駆動電力とを制御し、前記原料多結
晶１０が芯部まで溶解しないうちにその先端が融液４に
近接ないし浸漬されるように下降させる。サブヒータ８
によって加熱された原料多結晶１０は外周部から溶解
し、融液となった多結晶は溶け残りの原料多結晶の芯部
１０ａの表面を伝わって流れ、融液面で跳ね返ることな
く融液４内に流入する。また、融液４に浸漬された前記
芯部１０ａは、メインヒータ６の電力を大きくしなくて
も容易に溶解することができる。

【００１１】融液４が所定量に達した時点でサブヒータ
８の駆動を停止し、ワイヤケーブル１１を巻き上げ、棒
状の原料多結晶１０の残部をプルチャンバから外部に取
り出す。その後、前記ワイヤケーブル１１に種子結晶を
釣支し、この種子結晶を融液４に浸漬した後単結晶の引
き上げを行う。

【００１２】このように、棒状の原料多結晶１０の外周
部をサブヒータ８によって溶解し、芯部１０ａはメイン
ヒータ６で溶解することにしたので、融液に落下する原
料多結晶の液滴の跳ね返りを防止するとともに、メイン
ヒータ６から石英るつぼ３に加えられる熱負荷が軽減さ
れ、石英るつぼ３を交換せずに複数回の単結晶引き上げ
を行うことができる。

【００１３】本実施例では原料多結晶のリチャージ方法
について説明したが、これに限るものではなく、石英る
つぼに充填した初期原料の溶解完了後、更に融液量を増
やす追チャージに対しても本発明を利用することができ
る。追チャージにより、１回のチャージ量を従来の１．
５倍程度に増やすことが可能となる。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、リ
チャージまたは追チャージする棒状の原料多結晶の溶解
に当たり、るつぼの上方に設けたサブヒータで原料多結
晶の外周部を溶解し、芯部は溶解せずに下降させて融液
に浸漬させることにしたので、前記サブヒータによって
溶解した融液は原料多結晶の芯部を伝わってるつぼ内の
融液に流れ込む。本発明によるリチャージ方法では、従
来のように液滴の落下による融液面での液跳ねが起こら
ず、石英るつぼの内周面やチャンバ内壁炉内品などに液
滴が付着することはない。従って、前記液跳ねに起因す
る結晶の有転位化や電気抵抗値の規格外れといった単結
晶の品質低下を確実に防止することができる。また、原
料多結晶の芯部はサブヒータで加熱された上、融液に浸
漬してメインヒータで加熱されることになるので、原料
多結晶の溶解所要時間は従来よりも短縮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】単結晶引き上げ装置下部の概略構成を模式的に
示す部分断面図である。

【図２】サブヒータの平面図である。

【図３】サブヒータのみで棒状の原料多結晶を溶解する
従来の方法を示す説明図である。

【符号の説明】

２黒鉛るつぼ１０原料多結
晶３石英るつぼ１０ａ芯部４融液６メインヒータ８サブヒータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チョクラルスキー法を用いる半導体単結
晶の製造において、融液から単結晶を引き上げた後、る
つぼの上方に設けた円筒状のサブヒータに棒状の原料多
結晶を挿通して外周部を溶解し、溶け残りの多結晶芯部
を融液内に浸漬してメインヒータによって溶解すること
を特徴とする半導体単結晶引き上げにおけるリチャージ
方法。
【請求項２】棒状の原料多結晶を回転させつつサブヒ
ータ内を下降させ、前記原料多結晶の降下速度ならびに
サブヒータの駆動電力を制御することによって原料多結
晶の外周部を溶解し、溶解した原料融液を原料多結晶の
芯部表面に沿って流下させることを特徴とする請求項１
の半導体単結晶引き上げにおけるリチャージ方法。