JPH0834696A - 結晶成長装置 - Google Patents

結晶成長装置

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JPH0834696A
JPH0834696A JP17451494A JP17451494A JPH0834696A JP H0834696 A JPH0834696 A JP H0834696A JP 17451494 A JP17451494 A JP 17451494A JP 17451494 A JP17451494 A JP 17451494A JP H0834696 A JPH0834696 A JP H0834696A
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Hideki Fujiwara
秀樹 藤原
Toshiyuki Fujiwara
俊幸 藤原
Shuichi Inami
修一 稲見
Masahiko Okui
正彦 奥井
Teruo Izumi
輝郎 和泉
Hiroshi Morita
洋 森田
Takashi Koike
隆 小池
Eiji Kajita
栄治 梶田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 結晶の冷却速度を制御して良品質の結晶を成
長させることが可能な結晶成長装置を提供する。 【構成】 主チャンバ20の炉壁は、バフ研磨後にクロ
ムメッキを施して輻射率を0.1以下とし、副チャンバ
21の炉壁は、熱処理により酸化膜を形成して輻射率を
0.8としている。主チャンバでは断熱効果が高まり主
チャンバ20内温度、ひいては単結晶12の温度が上昇
する。従って溶融液13から離脱した直後の単結晶12
の冷却速度を低減せしめ、点欠陥及び格子間酸素の残留
を抑止することができる。またこれによってヒータ2の
パワーも低減せしめられ、消費電力量も低減する。副チ
ャンバ21では輻射率が大きくなしてあるので、単結晶
12からの抜熱を促進し低温時の冷却速度を上昇せしめ
て、OSFの発生を抑止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体材料に使用され
るシリコン単結晶を成長させる結晶成長装置に関する。
【0002】
【従来の技術】結晶成長方法には種々の方法があるが、
その1つにチョクラルスキー(CZ法)がある。図5は
CZ法の実施に使用する従来の結晶成長装置を示す模式
的縦断面図である。図中1は、チャンバ内に配置された
坩堝であり、有底円筒状の石英製の内層保持容器1bと
該内層保持容器1bを保持すべく適合された同じく有底
円筒状の黒鉛製の外層保持容器1aとにて構成されてい
る。坩堝1の外側には抵抗加熱式のヒータ2が同心円状
に設けられており、さらにその外側には黒鉛製の保温筒
3が同心円状に配設されている。坩堝1内には所定重量
の原料をヒータ2にて溶融させた溶融液13が充填され
ている。
【0003】坩堝1の中心軸上方には、図中矢符方向に
所定速度で回転する引上げ棒(又はワイヤ、以下両者と
も引上げ棒と称する)5が垂設されており、引上げ棒5
の下端には種結晶11が種結晶ホルダ10にて取り付け
られている。坩堝1は引上げ棒5と同一軸心で逆方向或
いは同方向に所定速度で回転する坩堝支持軸6にて支持
されている。そして種結晶11を溶融液13に浸漬した
後、引上げ棒5を回転させつつ上方へ引き上げることに
より、溶融液13を凝固せしめて単結晶12を成長させ
る。
【0004】このようにして引き上げられた単結晶12
を使用して、LSI等の半導体デバイスを製造するが、
近年、LSIのパターンの微細化及びチップ面積の増大
に伴い、1枚のウエハから採取可能なチップ数を増大さ
せるために、引き上げられる単結晶12も大径化が進ん
でいる。
【0005】ところでCZ法にて製造された直径 150mm
を越えるウエハを使用してMOSトランジスタ等の集積
回路を作成した場合、そのゲート酸化膜の耐圧が、結晶
の熱履歴、即ち冷却速度に大きく影響されることが分か
っている。そこで例えば特開平5−213690号公報には、
引上げられている単結晶12の周囲にヒータを設けて結
晶中心近傍と周辺部との温度勾配を縮小する結晶成長装
置が開示されている。これにより点欠陥及び格子間酸素
は周辺部へ拡散し結晶表面から外部へ放出するので、引
上げ速度を大きくしても、引上げ速度が小さい場合と同
様に酸化膜耐圧が優れた単結晶が得られる。
【0006】また結晶中の欠陥の一種である酸素誘起積
層欠陥(OSF)はデバイス特性を非常に劣化させる
が、この欠陥の発生原因としても結晶の熱履歴が一因で
あると考えられている。特開平5−221773号公報には、
冷媒を使用して単結晶12の冷却速度を600〜350
℃の低温度領域では1.5〜200℃/分に制御する結
晶成長方法が開示されている。これによりシリコン単結
晶中の酸素誘起積層欠陥の発生を防止し、酸素析出量を
制御することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のよ
うに結晶を加熱又は冷却する場合、加熱手段を新たに備
える必要があるため炉構造が複雑である、冷媒及び冷媒
を供給する手段を備える必要があるという問題があり、
また消費電力量も増加するため、生産コストの上昇も免
れない。さらに結晶周囲に発熱体を設置した場合、結晶
の観察,径制御が困難である上、溶融液13から発生す
るSiOを除去するために炉内に流す不活性ガスの流路
が乱され、結晶が有転位化し易いという問題もある。
【0008】本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたも
のであり、チャンバの炉壁の輻射率を軸方向に変化させ
てあることにより、結晶の冷却速度を制御して良品質の
結晶を成長させることが可能な結晶成長装置を提供する
ことを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】第1発明に係る結晶成長
装置は、溶融液を充填するための坩堝と、該坩堝を収納
するチャンバとを備える結晶成長装置において、前記チ
ャンバの炉壁の輻射率を、引上げ軸方向の上方を高く下
方を小さくしてあることを特徴とする。
【0010】第2発明に係る結晶成長装置は、溶融液を
充填するための坩堝と、該坩堝を収納する主チャンバ
と、該主チャンバの上方に連設されており、引き上げら
れた単結晶を収納する副チャンバとを備える結晶成長装
置において、前記主チャンバの炉壁の輻射率を前記副チ
ャンバの炉壁の輻射率より小さくなしてあることを特徴
とする。
【0011】
【作用】本発明にあっては、チャンバの炉壁の輻射率
を、引上げ軸方向の上方を大きく下方を小さくしてある
ので、チャンバ下方では断熱効果が高まり下方チャンバ
内温度、ひいては結晶温度が上昇する。従って溶融液か
ら離脱した直後の冷却速度を低減せしめ、点欠陥及び格
子間酸素の残留を抑制することができる。またこれによ
ってヒータのパワーも低減せしめられ、消費電力量も低
減する。
【0012】一方、チャンバ上方では輻射率が大きくな
してあるので、結晶からの抜熱を促進し低温時の冷却速
度を上昇せしめて、OSFの発生を抑制することができ
る。
【0013】前記主チャンバの炉壁の輻射率を0.3以
下とし、前記副チャンバの炉壁の輻射率を0.7以上と
すると効果的である。また、例えばクロムメッキを施せ
ば輻射率を小さくすることができ、酸化膜を形成すれば
輻射率を小さくすることができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
き具体的に説明する。図1は、本発明に係る結晶成長装
置を示す模式的縦断面図である。図中1は、銅製の主チ
ャンバ20内に配置された坩堝であり、有底円筒状の石
英製の内層保持容器1bと該内層保持容器1bを保持す
べく適合された同じく有底円筒状の黒鉛製の外層保持容
器1aとにて構成されている。坩堝1の外側には抵抗加
熱式のヒータ2が同心円状に設けられており、さらにそ
の外側には黒鉛製の保温筒3が同心円状に配設されてい
る。坩堝1内には所定重量の原料をヒータ2にて溶融さ
せた溶融液13が充填されている。
【0015】主チャンバ20の上方には、主チャンバ2
0より小径で同心円であり、銅製の副チャンバ21が連
設されている。坩堝1の中心軸上方には、図中矢符方向
に所定速度で回転する引上げ棒(又はワイヤ、以下両者
とも引上げ棒と称する)5が副チャンバ21内を介して
垂設されており、引上げ棒5の下端には種結晶11が種
結晶ホルダ10にて取り付けられている。坩堝1は引上
げ棒5と同一軸心で逆方向或いは同方向に所定速度で回
転する坩堝支持軸6にて支持されている。そして種結晶
11を溶融液13に浸漬した後、引上げ棒5を回転させ
つつ上方へ引き上げることにより、溶融液13を凝固せ
しめて単結晶12を成長させる。所定の長さに引き上げ
られた単結晶12は副チャンバ21内に収納され、その
後取り出される。
【0016】主チャンバ20の炉壁内面は、バフ研磨後
にクロムメッキを施して輻射率を0.1以下とし、副チ
ャンバ21の炉壁内面は、熱処理により酸化膜を形成し
て輻射率を0.8としている。
【0017】以上の如き構成の結晶成長装置にて、多結
晶シリコンを原料としリンを不純物として長さ1100mmの
単結晶の引上げを行った。主な引上げ条件を以下に示
す。 引上げ結晶 φ6インチN型シリコン 原料仕込み量 高純度多結晶シリコン60kg 溶解方法 抵抗加熱式 炉内雰囲気 10Torr,Ar(40リットル/min) 石英坩堝サイズ φ 400×高さ 350(mm) ヒータサイズ 内径 460×外径 508×高さ 150(m
m) 保温筒サイズ 内径 600,外径 800(mm) 炉寸法 φ 845×高さ 600(mm)
【0018】図2は副チャンバ21の輻射率を0.8と
した場合の、結晶軸方向における結晶温度分布を示すグ
ラフであり、主チャンバ20の炉壁の輻射率ε20が 0.
1, 0.5, 0.9である場合について示している。輻射率ε
20が大きいほど、結晶軸方向における結晶温度の差が大
きい。
【0019】図3は主チャンバ20の炉壁の輻射率を
0.1とした場合の、結晶軸方向における結晶温度分布
を示すグラフであり、副チャンバ21の炉壁の輻射率ε
21が 0.1, 0.5, 0.9である場合について示している。輻
射率ε21が大きいほど、副チャンバ21内において結晶
温度が低くなっており、急冷されていることが判る。図
2,3より炉壁の輻射率により、結晶の熱履歴が制御さ
れることが判る。
【0020】図4は主チャンバ20の炉壁の輻射率とヒ
ータのパワーとの関係を示すグラフである。ここでヒー
タは、炉内の温度が所望する値となるように自動的にそ
のパワーを制御するものとする。輻射率が小さいほど断
熱効果が高まるために、結晶温度が上昇し、ヒータのパ
ワーも低減せしめられている。
【0021】ヒータパワー,酸化膜耐圧良品率及びOS
F密度について従来と本発明とを比較した結果を表1に
示す。従来装置では、銅製の主チャンバは炉壁の輻射率
を0.8であり、銅製の副チャンバは炉壁の輻射率を
0.3である。表1より明らかな如く、本発明ではヒー
タパワーが約5%低減され、酸化膜耐圧良品率は72%
から86%にまで上昇しており、OSF密度は55個/
cm2 から5個/cm2 へ約1/10となっている。
【0022】
【表1】
【0023】なお本実施例では、主チャンバ20にはバ
フ研磨後にクロムメッキを施し、また副チャンバ21に
は熱処理により酸化膜を形成することにより、輻射率を
変更しているが、その他の方法を使用して輻射率を変更
してもよい。
【0024】
【発明の効果】以上のように本発明に係る結晶成長装置
は、チャンバの炉壁の輻射率を、引上げ軸方向の上方を
高く下方を小さくしてあることにより、結晶の冷却速度
を制御することが可能である。これによりチャンバ下方
では断熱効果が高まり冷却速度を低減せしめ、点欠陥及
び格子間酸素の残留を抑制することができ、さらに消費
電力量も低減することができる。またチャンバ上方では
輻射率が大きくなしてあるので、冷却速度を上昇せしめ
て、OSFの発生を抑制することができる。以上より新
たな装置を炉内に新設することなく良品質の結晶を成長
させることができる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る結晶成長装置を示す模式的縦断面
図である。
【図2】図1に示す副チャンバの輻射率を0.8とした
場合の、結晶軸方向における結晶温度分布を示すグラフ
である。
【図3】図1に示す主チャンバの輻射率を0.1とした
場合の、結晶軸方向における結晶温度分布を示すグラフ
である。
【図4】図1に示す主チャンバの炉壁の輻射率とヒータ
のパワーとの関係を示すグラフである。
【図5】従来の結晶成長装置を示す模式的縦断面図であ
る。
【符号の説明】
1 坩堝 1b 内層保持容器 1a 外層保持容器 2 ヒータ 3 保温筒 5 引上げ棒 6 坩堝支持軸 10 種結晶ホルダ 11 種結晶 12 単結晶 13 溶融液 20 主チャンバ 21 副チャンバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲見 修一 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 奥井 正彦 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 和泉 輝郎 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 森田 洋 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 小池 隆 佐賀県杵島郡江北町大字上小田2201番地 住友シチックス株式会社九州事業所内 (72)発明者 梶田 栄治 佐賀県杵島郡江北町大字上小田2201番地 住友シチックス株式会社九州事業所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶融液を充填するための坩堝と、該坩堝
    を収納するチャンバとを備える結晶成長装置において、
    前記チャンバの炉壁の輻射率を、引上げ軸方向の上方を
    高く下方を小さくしてあることを特徴とする結晶成長装
    置。
  2. 【請求項2】 溶融液を充填するための坩堝と、該坩堝
    を収納する主チャンバと、該主チャンバの上方に連設さ
    れており、引き上げられた単結晶を収納する副チャンバ
    とを備える結晶成長装置において、前記主チャンバの炉
    壁の輻射率を前記副チャンバの炉壁の輻射率より小さく
    なしてあることを特徴とする結晶成長装置。
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