JPH09208378A - 単結晶製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＣＺ法により育成される単結晶２１の複雑な
熱履歴制御を簡単に行う。 【解決手段】 原料融液２０から引上げられる単結晶２
１を筒体１０により包囲し、周囲からの輻射を遮断す
る。筒体１０に開口部１１を設け、周囲からの輻射を単
結晶２１に局部的に伝達する。開口部１１の位置、大き
さ、形状を変えることにより、単結晶２１の熱履歴が変
化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＺ法により単結
晶を回転させながら引上げる単結晶製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ディバイスとして使用されるシリ
コン単結晶の製造には、ＣＺ法による回転引上げが多用
されている。これを用いたシリコン単結晶の製造では、
真空排気されたチャンバー内において、ワイヤを用いて
石英坩堝内のシリコン融液から単結晶を回転させながら
徐々に引上げる。このとき融液の表面から蒸発するＳｉ
Ｏを含む種々の汚染物質をチャンバー外へ排出するため
に、チャンバー内にはＡｒ等の不活性ガスが流通され
る。なお、坩堝やこれを包囲するヒータ、断熱材等はホ
ットゾーン構成部品と呼ばれている。

【０００３】ＣＺ法による回転引上げを用いてシリコン
単結晶を製造する場合、単結晶の品質に大きな影響を及
ぼす成長結晶の熱履歴が重要である。この熱履歴はホッ
トゾーンの構成によりほぼ確定する。この観点から、坩
堝の真上に輻射スクリーンと呼ばれる逆コーン状の熱遮
蔽筒体を熱履歴制御筒として設ける場合がある。また、
プルチャンバー内からメインチャンバー内へ導入される
不活性ガスを整流するために、プルチャンバーの下方に
連結されるドローチューブにも、熱履歴制御筒としての
機能を期待することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、輻射スクリー
ンやドローチューブを設けたとしても、これらを含むホ
ットゾーン全体の構造により、成長結晶の熱履歴は一義
的に決定し、引上げ速度を変更する以外はその熱履歴の
変更は困難である。また、単結晶の引上げ速度を変更し
ようとしても、その速度がホットゾーンによりある程度
決まるため、変更可能な速度範囲は大幅に制限される。
そのため、複雑な熱履歴の制御は、ホットゾーン全体の
構造を大々的に変更する以外不可能であり、容易に対応
できるものではなかった。

【０００５】本発明の目的は、成長結晶の複雑な熱履歴
制御を簡単に行うことができる単結晶製造装置を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の単結晶製造装置
は、ＣＺ法により原料融液から単結晶を引上げる単結晶
製造装置であって、原料融液から引上げられる単結晶を
包囲して周囲からの輻射を遮断する熱履歴制御用の筒体
を具備しており、該筒体に熱履歴を精密制御するための
開口部が設けられていることを特徴とする。

【０００７】筒体の全体構造は、ドローチューブのよう
な全長等径の筒体でも、輻射スクリーンのような異径筒
体でもよい。その配置形態はドローチューブのようにプ
ルチャンバーの下方に連結するものでもよいし、輻射ス
クリーンのように坩堝の直上に独立配置する形態でもよ
い。

【０００８】筒体の材質は、周囲からの輻射を一応遮断
できて単結晶を汚染しないものであれば特に限定しな
い。単結晶の冷却を促進する場合は輻射遮断性の高いグ
ラファイト等を、また、比較的遅い冷却を期待する場合
はグラファイトより輻射遮断性の低い石英等を用いるこ
とができる。

【０００９】筒体に設ける開口部は、周囲からの輻射を
単結晶に伝達し、単結晶の冷却を遅らせる。従って、そ
の位置や形状、大きさを変更することにより、単結晶の
精密な熱履歴制御が可能になる。また、筒体から下方へ
流出するガスの流速が変わるため、酸素濃度制御も可能
になる。具体的な位置や形状、大きさは希望する熱履歴
によって変わるので、特に限定しない。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図示
例に基づいて説明する。図１は本発明を実施した単結晶
製造装置の１例についてその全体構造を示す縦断面図、
図２は熱履歴制御用の筒体の形状例を示す立面図であ
る。

【００１１】本製造装置は、図１に示されるように、チ
ャンバー内で原料融液２０から単結晶２１を引上げるも
のであり、チャンバーとしてメインチャンバー１および
その中心部上に連結されたプルチャンバー２を具備す
る。

【００１２】メインチャンバー１内には、原料融液２０
を収容する坩堝３が配置されている。坩堝３は内側の石
英坩堝３ａと外側の支持坩堝３ｂとからなり、支持軸４
の上端に取付けられている。坩堝３の外側にはヒータ５
が配置され、その更に外側には保温筒６が配置されてい
る。

【００１３】メインチャンバー１内には又、熱履歴制御
用の筒体１０が配置されている。筒体１０は全長にわた
って直径が一定のグラファイトスリーブであり、プルチ
ャンバー２の下方に連結されることによりメインチャン
バー１内に垂直に突き出ている。筒体１０の内径は内側
を単結晶２０が通過する関係から単結晶２０より大径で
あることが必要であり、ここではプルチャンバー２の直
径とほぼ同じに設定されている。そして、筒体１０の軸
方向中間部には、図２（Ａ）にも示されるように、四角
形をした４つの開口部１１が、熱履歴の精密制御のため
に周方向に等間隔をあけて設けられている。

【００１４】単結晶２０の引上げでは、チャンバー内を
真空排気し、ヒータ４を制御して、坩堝３内に原料融液
１０を生成する。プルチャンバー２を通ってメインチャ
ンバー１内に垂下したワイヤ８の下端に装着した種結晶
９を融液２０の表面に浸け、ワイヤ８を回転させながら
上昇させることにより、融液２０から単結晶２１を引上
げる。このとき、プルチャンバー２内から筒体１０内を
通ってメインチャンバー１内に掃気用の不活性ガス（Ａ
ｒガス）が導入される。

【００１５】融液２０から引上げられた単結晶２１は、
筒体１０内を通ってプルチャンバー２内に引き込まれ
る。このときの単結晶２１の熱履歴は次のようになる。

【００１６】融液２０の表面から筒体１０に進入するま
での間は、ヒータ４や融液２０から直接・間接の輻射を
受けるので徐冷である。筒体１０はグラファイトからな
り、、ヒータ４や融液２０からの直接・間接の輻射を遮
蔽するので、筒体１０内を通過する間は基本的に冷却が
促進される。しかし、筒体１０の軸方向中間部に開口部
１１が設けられているので、この部分を通過するときに
はヒータ４や融液２０から直接・間接の輻射を受けるの
で徐冷となる。プルチャンバー２内に進入すると、冷却
は更に進む。

【００１７】筒体１０に進入するときの単結晶２１の温
度を１３００℃、開口部１１のところを通過するときの
単結晶２１の温度を１２００〜１０００℃とすれば、１
３００℃以下の冷却プロセスにおいて１２００〜１００
０℃の間を徐冷とし、それ以外は急冷とするような熱履
歴制御が、本製造装置により可能となる。このような熱
履歴は結晶欠陥密度の低減に有効である。

【００１８】図２（Ｂ）に示すように、グラファイトか
らなる筒体１０の下端部に開口部１１を設けた場合は、
１２００℃以上を徐冷とし、それ以下は急冷とするよう
な熱履歴制御が可能となる。このような熱履歴は結晶欠
陥密度の低減に有効である。

【００１９】筒体１０の材質を石英に変更した場合は、
筒体１０を通過する間の冷却を、グラファイトの場合よ
り基本的に遅らせることができる。

【００２０】いずれにしろ、筒体１０を取り替えるだけ
で、様々な精密熱履歴制御を簡単に行うことができる。
また、筒体１０はプルチャンバー２内からメインチャン
バー１内に導入される不活性ガスを融液１０の表面に導
く整流筒として機能し、筒体１０に設けられた開口部１
１は、融液１０の表面に衝突する不活性ガスの流速を低
下させることにより、単結晶２１の酸素濃度制御を可能
にする。

【００２１】

【実施例】図１に示した単結晶製造装置により直径６イ
ンチのシリコン単結晶を製造した。原料としては６５ｋ
ｇの多結晶シリコンを坩堝に装填し、ｎ型ドーパントと
してリン−シリコン合金を0.６ｇ添加した。チャンバー
内を１０Torrのアルゴン雰囲気にして坩堝内の原料を溶
融し、坩堝回転１０rpm 、引上げ軸回転１０rpm の条件
でボディ長１０００ｍｍの単結晶引上げを行った。

【００２２】熱履歴制御用の筒体は、外径２１０ｍｍ、
内径２００ｍｍ、全長３００ｍｍのグラファイトスリー
ブである。筒体の下端レベルは、融液表面から２００ｍ
ｍの高さとした。開口部としては縦１００ｍｍ、横１０
０ｍｍの四角形のものを周方向に４つ設けた。開口部の
筒体軸方向位置は、中心が筒体の下端から５０ｍｍの高
さとなるように設定した。

【００２３】製造された単結晶のＢＭＤ密度を全長にわ
たって調査した。筒体を使用しなかった場合（従来法
１）、開口部のない筒体を使用した場合（従来法２）に
ついても同じ引上げを実施し、同じ調査を行った。

【００２４】調査結果を図３に示すが、本発明により単
結晶の精密な熱履歴制御が可能になり、結晶品質の改善
が可能であることが分かる。

【００２５】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明の単結晶製
造装置は、これまではホットゾーンの全体的な構造変更
を余儀なくされていた単結晶の熱履歴制御を、筒体の変
更という簡単な手法で能率よく行うことができる。ま
た、ホットゾーンの全体的な構造変更によっても困難な
複雑な熱履歴制御を行うことができる。従って、単結晶
の品質向上、引上げ速度増大、操業の合理化等に大きな
効率を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施した単結晶製造装置の１例につい
てその全体構造を示す縦断面図である。

【図２】熱履歴制御用の筒体の形状例を示す立面図であ
る。

【図３】本発明の効果を示すＢＭＤ密度の分布図であ
る。

【符号の説明】

１ メインチャンバー ２ プルチャンバー ４ ヒータ ８ ワイヤ １０ 筒体 １１ 開口部 ２０ 原料融液 ２１ 単結晶

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＣＺ法により原料融液から単結晶を引上
   げる単結晶製造装置であって、原料融液から引上げられ
   る単結晶を包囲して周囲からの輻射を遮断する熱履歴制
   御用の筒体を具備しており、該筒体に熱履歴を精密制御
   するための開口部が設けられていることを特徴とする単
   結晶製造装置。