JPH09175889A - 単結晶引き上げ装置 - Google Patents
単結晶引き上げ装置Info
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Abstract
定に保ち、均質な半導体単結晶が得られる単結晶引き上
げ装置を提供する。 【解決手段】 石英るつぼ5に収容した半導体融液13
より半導体単結晶棒14を引き上げて半導体単結晶を成
長させる単結晶引き上げ装置において、半導体融液14
の液面が一定の高さに保たれるように石英るつぼ5を昇
降可能に設けるとともに、半導体融液13の熱的な環境
が一定に保たれるように半導体融液13を加熱する昇降
可能なメインヒーター7及び昇降可能なサブヒーター1
0を具備した。
Description
法により半導体単結晶を製造するのに用いられる単結晶
引き上げ装置に関する。さらに詳しくは、多結晶半導体
原料を溶融して得られる半導体融液より半導体単結晶棒
を引き上げて半導体単結晶を成長させる単結晶引き上げ
装置に関する。
造する方法として、いわゆるチョクラルスキー法が広く
用いられている。この方法では、石英るつぼに収容され
たシリコン融液に種結晶を浸漬し、これを引き上げてシ
リコン単結晶棒を成長させるものである。
は、多結晶シリコン原料を収容する石英るつぼ、該石英
るつぼを保持する黒鉛るつぼ、該黒鉛るつぼの周囲に配
されヒーター、及び該ヒーターの周囲に配される断熱材
等がチャンバー内に収納された構成を有する。
単結晶を成長する際には、多結晶シリコン原料を石英る
つぼ内に投入し、黒鉛るつぼを円周状に取り囲むように
設けられたヒーターにより黒鉛るつぼを側面から加熱す
る。石英るつぼ内に投入された多結晶シリコンは、黒鉛
るつぼ及び石英るつぼを介して側方よりヒーターにより
加熱されるとともに、ヒーターにより加熱された黒鉛る
つぼの輻射熱により石英るつぼを介して下方からも加熱
され、溶融してシリコン融液となる。この状態で、上方
から吊り下げられた種結晶を石英るつぼ内のシリコン融
液に浸漬し、種結晶を回転させながら引き上げることに
よりシリコン単結晶が棒状に成長し、所望のシリコン単
結晶が得られる。
コン融液がシリコン単結晶棒が成長するにつれて減少
し、シリコン融液の液面は次第に低下する。シリコン融
液の液面が低下して液面位置が変化すると熱的な環境も
変化し、均一なシリコン単結晶が得られないので、シリ
コン融液の高さを一定に保つことにより熱的な環境をほ
ぼ一定に保持する必要がある。そのために、石英るつぼ
は黒鉛るつぼと一体的に昇降可能に設けられ、シリコン
単結晶棒の成長度合いに応じてシリコン融液が減少した
分だけ石英るつぼを上昇させるようにしている。
装置においては、単結晶の成長とともに石英るつぼを上
昇させるので、石英るつぼとヒーターとの相対位置が変
り、十分な加熱ができない恐れがあった。また、石英る
つぼ下方からの加熱は、上述のように黒鉛るつぼの下方
から石英るつぼを輻射で加熱するに留まっているので、
石英るつぼの直径が大きい場合、その断面積も増大する
ので、下方からの加熱は弱まり、やはり十分な加熱がで
きない恐れがあった。
て石英るつぼ(黒鉛るつぼ)を加熱する相対的な位置関
係を一定に保つ手段(特開平3−5394)、あるいは
石英るつぼ側方のヒーター(以下「メインヒーター」と
言う。)の他に石英るつぼ下方にいわゆるサブヒーター
を固定的に配置して補助的に加熱する手段(特開平2−
192486)が知られているが、なお十分とは言えな
かった。
れたものであり、石英るつぼ内の半導体融液の熱的な環
境を一定に保ち、均質な半導体単結晶を得ることができ
る単結晶引き上げ装置を提供することを目的とする。
明は、石英るつぼに収容した半導体融液より半導体単結
晶棒を引き上げて半導体単結晶を成長させる単結晶引き
上げ装置において、前記半導体融液の液面が一定の高さ
に保たれるように前記石英るつぼを昇降可能に設けると
ともに、前記半導体融液の熱的な環境が一定に保たれる
ように該半導体融液を加熱する昇降可能なメインヒータ
ー及び昇降可能なサブヒーターを具備したことを特徴と
する単結晶引き上げ装置を提供する。
載の単結晶引き上げ装置において、サブヒーターが石英
るつぼの昇降又はメインヒーターの昇降に連動して昇降
することを特徴とする単結晶引き上げ装置を提供する。
ブヒーターによるメインヒーター、黒鉛るつぼ及びチャ
ンバーの相対位置変更ができない点を、サブヒーターを
昇降可能とする機構を具備させることにより改良しよう
とするものである。すなわち、従来の単結晶引き上げ装
置の欠点であったサブヒーターの固定的な配置を改良
し、サブヒーターを例えば2本の電極とともに上下に昇
降可能な可動式とすることにより、かかる問題を解決し
たものである。
ヒーターの昇降について、石英るつぼの昇降に連動した
機構も設けたことを特徴とする。すなわち、単結晶引き
上げ中に単結晶の成長に伴うシリコン融液表面の位置の
下降を補って常に一定位置を保つように、例えばコンピ
ューターを使用して石英るつぼ位置そのものを連動させ
て上昇させていくようにする。サブヒーターの上下方向
の位置もかかる石英るつぼ位置の同期的な移動に合わせ
てコンピューターにより移動距離を動的に計算し、移動
させていくことが本発明の特徴である。
の移動に連動させるだけでなく、メインヒーターの移動
にも連動させて行うようにすることも可能である。前述
のように、単結晶引き上げにおいては、石英るつぼ中の
シリコン融液の熱的な環境を一定に保つために、石英る
つぼ位置を一定に保ち、メインヒーターをシリコン融液
表面位置の減少量に合わせコンピューターで計算し、連
動させて下降させていく方法も知られている。本発明で
は、メインヒーターに連動させてサブヒーターを石英る
つぼに対して相対的に移動させる機構を持たせることに
より、シリコン融液に対して熱的なバランスをとろうと
するものである。
ターが昇降可能に設けられているので、サブヒーターが
固定式である場合に比べ、以下のような利点がある。す
なわち、石英るつぼ又はメインヒーターを単結晶引き上
げ中に移動させた場合、サブヒーターが固定式である場
合には、石英るつぼ又はメインヒーターに対してのサブ
ヒーターの空間的な相対位置が変り、固液界面における
温度を固化温度に一定に保とうとする本来の絶対的な目
的を達成するためには、著しく複雑な制御が必要にな
る。
配的であるが、固液界面の温度を制御する際には、メイ
ンヒーター、石英るつぼ及びサブヒーターが所定の相対
的位置にある場合の各々の輻射伝熱形態係数を計算し、
それをもとに固液界面温度を一定に保つように伝熱計算
を行い、その結果に基づいてメインヒーター及びサブヒ
ーターの出力制御を行う。したがって、メインヒーター
又は石英るつぼとサブヒーターとの相対的な位置が変化
した場合は、固液界面温度を一定に保つように新たな伝
熱計算が必要となり、制御が著しく複雑になる。
ー又は石英るつぼとサブヒーターとの相対的位置は常に
一定に保たれるので、伝熱計算を繰り返す必要はなく、
制御が極めて容易である。
に基づいて説明する。
施形態を示す縦断面図である。図において、密閉タンク
状のチャンバー1内の中心には中空状の支持軸2が下方
から垂直に臨んでおり、支持軸2の上端部には上下2段
の支持台3及び4が取り付けられている。そして、支持
台3上には、石英るつぼ5と該石英るつぼ5の周囲を囲
ってこれを保護する黒鉛るつぼ6が載置されている。石
英るつぼ5と黒鉛るつぼ6は、支持軸2が軸方向に移動
することにより上下に昇降できる構造になっている。
ぼ5及び黒鉛るつぼ6の側方の周囲には円筒状のメイン
ヒーター7が配置され、さらにメインヒーター7の周囲
には同じく円筒状の断熱材8が配されている。メインヒ
ーター7の下部には電極9が配され、上下に昇降できる
ようになっている。
ぼ5及び黒鉛るつぼ6の下方には円板状のサブヒーター
10が配されている。サブヒーター10の下端部には電
極11が配され、上下に昇降できるようになっている。
(図示せず。)が設けられ、ここに冷却水を流すことに
よってチャンバー1壁面が冷却されている。
リコン単結晶を成長させる工程について説明する。ま
ず、石英るつぼ5内に投入された多結晶シリコン原料
は、メインヒーター7及びサブヒーター10によって加
熱されて溶融せしめられ、石英るつぼ5内にシリコン融
液13が満たされる。そして、上方から吊り下げられる
種結晶15をシリコン融液13に浸漬し、種結晶15を
回転させながら所定の速度で引き上げることにより、種
結晶15の先に所望のシリコン単結晶棒14が成長す
る。
れてシリコン融液13の体積が減少するので、メインヒ
ーター7に対するシリコン融液13の表面位置は徐々に
変わってくる。これによるシリコン単結晶とシリコン融
液との界面の位置における温度の固化温度からのずれを
補正するために、単結晶重量に連動した計算により、所
望の距離だけ石英るつぼ5及び黒鉛るつぼ6を上昇させ
るか、あるいはメインヒーター7を所望の距離だけ下降
させる。また、サブヒーター10は、図2に示すよう
に、計算機により石英るつぼ5及び黒鉛るつぼ6を上昇
させる場合はこれらと連動させて等距離上昇させ、メイ
ンヒーター7を下降させる場合はこれと連動させて等距
離下降させる。
コン単結晶棒を引き上げて成長させた例を示す。
料210kgを投入し、メインヒーター7によって加熱
して溶融させ、石英るつぼ5内にシリコン融液13を得
た。このシリコン融液13に、上方から吊り下げられた
種結晶を浸漬し、該種結晶を回転させながらこれを所定
の速度で引き上げ、種結晶の先に直径300mmの単結
晶を成長させた。単結晶の引き上げ重量が増すにつれシ
リコン融液の体積が減少てシリコン融液の表面位置がメ
インヒーター7に対して相対的に変るので、単結晶と融
液との界面の位置における温度を固化温度に保つため
に、単結晶重量に連動した計算により、所望の距離だけ
石英るつぼ5及び黒鉛るつぼ6を上昇させた。また、サ
ブヒーター10を、石英るつぼ5及び黒鉛るつぼ6と連
動させて等距離上昇させた。引き上がったシリコン単結
晶棒は、直径の公差が300mm±5mmの範囲内に収
まり、高精度のシリコン単結晶棒が得られた。
れば、石英るつぼに収容した半導体融液より半導体単結
晶棒を引き上げて半導体単結晶を成長させる単結晶引き
上げ装置において、前記半導体融液の液面が一定の高さ
に保たれるように前記石英るつぼを昇降可能に設けると
ともに、前記半導体融液の熱的な環境が一定に保たれる
ように該半導体融液を加熱する昇降可能なメインヒータ
ー及び昇降可能なサブヒーターを具備したことにより、
複雑な制御を行うことなく石英るつぼ内の半導体融液の
熱的な環境を一定に保ち、均質な半導体単結晶を得るこ
とができる。
置を示す縦断面図である。
ある。
Claims (2)
- 【請求項1】 石英るつぼに収容した半導体融液より半
導体単結晶棒を引き上げて半導体単結晶を成長させる単
結晶引き上げ装置において、前記半導体融液の液面が一
定の高さに保たれるように前記石英るつぼを昇降可能に
設けるとともに、前記半導体融液の熱的な環境が一定に
保たれるように該半導体融液を加熱する昇降可能なメイ
ンヒーター及び昇降可能なサブヒーターを具備したこと
を特徴とする単結晶引き上げ装置。 - 【請求項2】 前記サブヒーターは前記石英るつぼの昇
降又は前記メインヒーターの昇降に連動して昇降するこ
とを特徴とする請求項1記載の単結晶引き上げ装置。
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