JPH09235173A - 単結晶製造方法及びその装置 - Google Patents
単結晶製造方法及びその装置Info
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- JPH09235173A JPH09235173A JP7142796A JP7142796A JPH09235173A JP H09235173 A JPH09235173 A JP H09235173A JP 7142796 A JP7142796 A JP 7142796A JP 7142796 A JP7142796 A JP 7142796A JP H09235173 A JPH09235173 A JP H09235173A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＣＺ法による単結晶の引上げにおいて、単結
晶引上げ後の炉の冷却時間を短くして、炉の稼働率を上
げる。 【解決手段】 単結晶の引上げ後に、炉内に常温以下の
不活性な低温ガスＧ２を流通させる。低温ガスの生成方
法としては、例えば液化ガスを液注入ノズル１１から注
入する。炉内が負圧のため、注入された液化ガスは急激
に断熱膨張して低温ガスＧ２となる。
晶引上げ後の炉の冷却時間を短くして、炉の稼働率を上
げる。 【解決手段】 単結晶の引上げ後に、炉内に常温以下の
不活性な低温ガスＧ２を流通させる。低温ガスの生成方
法としては、例えば液化ガスを液注入ノズル１１から注
入する。炉内が負圧のため、注入された液化ガスは急激
に断熱膨張して低温ガスＧ２となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＣＺ法による単結晶
製造方法及びその装置に関する。
製造方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体ディバイスの素材として用いられ
るシリコンウェーハは、ＣＺ法により製造されたシリコ
ン単結晶から採取されることが多い。ＣＺ法による単結
晶の製造では、周知の通り、炉内に配置された坩堝の中
で原料融液を生成し、ワイヤを用いて原料融液から単結
晶を引上げる。このとき、炉内には、掃気等のために真
空排気を行いながらＡｒ等の不活性ガスが流通される。
炉内圧は通常２０Torr程度である。
るシリコンウェーハは、ＣＺ法により製造されたシリコ
ン単結晶から採取されることが多い。ＣＺ法による単結
晶の製造では、周知の通り、炉内に配置された坩堝の中
で原料融液を生成し、ワイヤを用いて原料融液から単結
晶を引上げる。このとき、炉内には、掃気等のために真
空排気を行いながらＡｒ等の不活性ガスが流通される。
炉内圧は通常２０Torr程度である。
【０００３】単結晶の引上げが終わると、ヒータをオフ
にし、炉の冷却を待って炉内を常圧に戻す。そして炉を
分解し、炉内の単結晶を取り出すと共に、炉内のホット
ゾーンを解体する。ホットゾーンは坩堝、坩堝の外側に
配置される円筒状のヒータ、ヒータの周囲および下方に
配置される断熱材等により構成される。
にし、炉の冷却を待って炉内を常圧に戻す。そして炉を
分解し、炉内の単結晶を取り出すと共に、炉内のホット
ゾーンを解体する。ホットゾーンは坩堝、坩堝の外側に
配置される円筒状のヒータ、ヒータの周囲および下方に
配置される断熱材等により構成される。
【０００４】ホットゾーンの解体が終わると、その清
掃、交換等を行った後、再びホットゾーンを組み立て、
炉の組立、原料仕込み、真空引きを経て次の仕上げを行
う。
掃、交換等を行った後、再びホットゾーンを組み立て、
炉の組立、原料仕込み、真空引きを経て次の仕上げを行
う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＣＺ法による単結晶製
造の操業サイクルは、上述したように引上げと、引上げ
以外の多くの工程とからなる。現状では引上げ時間の大
幅な短縮が困難であるから、引上げ以外の工程所要時間
を短縮することが操業効率の向上、すなわち炉の稼働率
向上に有効であると考えられる。
造の操業サイクルは、上述したように引上げと、引上げ
以外の多くの工程とからなる。現状では引上げ時間の大
幅な短縮が困難であるから、引上げ以外の工程所要時間
を短縮することが操業効率の向上、すなわち炉の稼働率
向上に有効であると考えられる。
【０００６】引上げ以外の工程の中では、炉の冷却時間
の占める割合が大きい。炉の冷却時間は炉内を常圧に戻
したときに炉内のヒータ等のカーボン部材が空気中の酸
素と接しても劣化しない温度になるという条件から決め
られている。現在主流の６〜８インチ径の単結晶の製造
の場合でも、この冷却時間は４〜５時間に達し、引上げ
以外の工程所要時間の半分近くを占めるに至っている。
の占める割合が大きい。炉の冷却時間は炉内を常圧に戻
したときに炉内のヒータ等のカーボン部材が空気中の酸
素と接しても劣化しない温度になるという条件から決め
られている。現在主流の６〜８インチ径の単結晶の製造
の場合でも、この冷却時間は４〜５時間に達し、引上げ
以外の工程所要時間の半分近くを占めるに至っている。
【０００７】炉の冷却期間は炉の休止期間に他ならな
い。そのため、この冷却期間は結果的に炉の稼働率を著
しく低下させる原因になる。単結晶の大径化の要求はと
どまるところがなく、１２インチ以上の超大径単結晶の
製造も企画されている。その場合、炉内のホットゾーン
の熱容量は現在より格段に大きくなり、これに応じて冷
却時間も長くなるはずであるので、冷却時間の延長によ
る炉の稼働率低下が大きな問題になることが予想され
る。
い。そのため、この冷却期間は結果的に炉の稼働率を著
しく低下させる原因になる。単結晶の大径化の要求はと
どまるところがなく、１２インチ以上の超大径単結晶の
製造も企画されている。その場合、炉内のホットゾーン
の熱容量は現在より格段に大きくなり、これに応じて冷
却時間も長くなるはずであるので、冷却時間の延長によ
る炉の稼働率低下が大きな問題になることが予想され
る。
【０００８】すなわち、１２インチ以上の超大径単結晶
の製造においては、引上げ技術の確立だけでなく、炉の
冷却時間の短縮も重要な課題となる。
の製造においては、引上げ技術の確立だけでなく、炉の
冷却時間の短縮も重要な課題となる。
【０００９】本発明の目的は、炉引上げ後の炉の冷却時
間を短くして、炉の稼働率の向上を図る単結晶製造方法
及びその装置を提供することにある。
間を短くして、炉の稼働率の向上を図る単結晶製造方法
及びその装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の単結晶製造方法
は、炉内でＣＺ法により原料融液から単結晶を引上げる
単結晶製造方法において、単結晶の引上げ終了後に、常
温以下の不活性な低温ガスを炉内に流通させることを特
徴とする。
は、炉内でＣＺ法により原料融液から単結晶を引上げる
単結晶製造方法において、単結晶の引上げ終了後に、常
温以下の不活性な低温ガスを炉内に流通させることを特
徴とする。
【００１１】また本発明の単結晶製造装置は、炉内でＣ
Ｚ法により原料融液から単結晶を引上げる単結晶製造装
置において、常温以下の不活性な低温ガスを炉内に供給
するガス供給系を具備することを特徴とする。
Ｚ法により原料融液から単結晶を引上げる単結晶製造装
置において、常温以下の不活性な低温ガスを炉内に供給
するガス供給系を具備することを特徴とする。
【００１２】従来からも、炉の冷却期間においては炉内
冷却と不活性雰囲気の維持を目的として、引上げ期間か
ら引き続いて常温の不活性ガスが炉内に導入される。し
かし、この導入にもかかわらず、炉の冷却に要する時間
は前述した通り６〜８インチ径の場合で４〜５時間に及
ぶ。これは冷却中の炉内圧が２０Torr程度と低く、ガス
流量が本質的に少ないことによる。
冷却と不活性雰囲気の維持を目的として、引上げ期間か
ら引き続いて常温の不活性ガスが炉内に導入される。し
かし、この導入にもかかわらず、炉の冷却に要する時間
は前述した通り６〜８インチ径の場合で４〜５時間に及
ぶ。これは冷却中の炉内圧が２０Torr程度と低く、ガス
流量が本質的に少ないことによる。
【００１３】本発明の単結晶製造方法及びその装置にお
いては、単結晶の引上げ終了後に、常温以下の不活性な
低温ガスを炉内に流通させることにより、ガス流量が制
限される状況下でも炉内のホットゾーンの冷却が促進さ
れるので、冷却時間の短縮が図られる。また、低温ガス
が不活性ガスであるので、冷却前のカーボン部材と接し
てもこれを劣化損傷させるおそれがない。
いては、単結晶の引上げ終了後に、常温以下の不活性な
低温ガスを炉内に流通させることにより、ガス流量が制
限される状況下でも炉内のホットゾーンの冷却が促進さ
れるので、冷却時間の短縮が図られる。また、低温ガス
が不活性ガスであるので、冷却前のカーボン部材と接し
てもこれを劣化損傷させるおそれがない。
【００１４】低温ガスの種類としては、冷却促進の点か
ら熱容量の大きいものが望ましく、具体的にはＡｒ，Ｎ
2 等を用いることができる。
ら熱容量の大きいものが望ましく、具体的にはＡｒ，Ｎ
2 等を用いることができる。
【００１５】低温ガスの温度および供給量については、
温度が低いほど又供給量が多いほど冷却時間を短縮する
効果が大きい。しかし、このガス供給は一方で炉内の高
温部材を熱衝撃により破損させる危険がある。この破損
にはガスと部材の温度差の他に、炉内圧が関係する。こ
のことから、ガス温度および供給量は数式１を満足する
ように選択することが望まれる。
温度が低いほど又供給量が多いほど冷却時間を短縮する
効果が大きい。しかし、このガス供給は一方で炉内の高
温部材を熱衝撃により破損させる危険がある。この破損
にはガスと部材の温度差の他に、炉内圧が関係する。こ
のことから、ガス温度および供給量は数式１を満足する
ように選択することが望まれる。
【００１６】
【式１】５００＞ΔＴ×（Ｐ／Ｐ0 ） ΔＴ：温度差（℃） Ｐ ：炉内圧（Torr） Ｐ0 ：常圧（Torr）
【００１７】すなわち、例えば温度差が１０００℃のガ
スを供給する場合、常圧を７６０Torrとすると、炉内圧
が３８０Torrになるまで、供給量が許容されるというこ
とであり、また温度差が１５００℃のガスを供給する場
合は、炉内圧を２５０Torrまでしか上げることができな
いという意味である。この観点から、温度差がある程度
小さくなるまでガス供給の開始を待つとか、温度差があ
る程度小さくなるまではガス供給量を徐々に多くすると
いった対策が、熱衝撃破損の防止に有効である。
スを供給する場合、常圧を７６０Torrとすると、炉内圧
が３８０Torrになるまで、供給量が許容されるというこ
とであり、また温度差が１５００℃のガスを供給する場
合は、炉内圧を２５０Torrまでしか上げることができな
いという意味である。この観点から、温度差がある程度
小さくなるまでガス供給の開始を待つとか、温度差があ
る程度小さくなるまではガス供給量を徐々に多くすると
いった対策が、熱衝撃破損の防止に有効である。
【００１８】なお、低温ガス供給時の炉内圧が５０Torr
未満ではそのガスの絶対的な供給量が不足するので、こ
の炉内圧は５０Torr以上が望ましい。
未満ではそのガスの絶対的な供給量が不足するので、こ
の炉内圧は５０Torr以上が望ましい。
【００１９】低温ガスの供給系については、冷凍機でガ
スを強制冷却して炉内に供給するものの他、液化ガスを
炉内に注入するものがある。炉内は減圧下であるので、
その炉内に注入された液化ガスは断熱膨張し、その温度
を低下させる。これは炉内が減圧下であることを利用し
た簡易な低温ガス供給系と言える。
スを強制冷却して炉内に供給するものの他、液化ガスを
炉内に注入するものがある。炉内は減圧下であるので、
その炉内に注入された液化ガスは断熱膨張し、その温度
を低下させる。これは炉内が減圧下であることを利用し
た簡易な低温ガス供給系と言える。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に本発明の望ましい実施の形
態を図面に基づいて説明する。図１は本発明を実施する
のに適した引上げ炉の構造を示す縦断面図である。
態を図面に基づいて説明する。図１は本発明を実施する
のに適した引上げ炉の構造を示す縦断面図である。
【００２１】本引上げ炉は、シリコン単結晶の製造に使
用されるものであって、チャンバーとして固定のボトム
チャンバー１、その上に載置される円筒状のメインチャ
ンバー２、メインチャンバー２の上面開口部を塞ぐ鍔状
のトップチャンバー３、及びトップチャンバー３の内縁
部上に載置される小径長尺のプルチャンバー４を具備す
る。
用されるものであって、チャンバーとして固定のボトム
チャンバー１、その上に載置される円筒状のメインチャ
ンバー２、メインチャンバー２の上面開口部を塞ぐ鍔状
のトップチャンバー３、及びトップチャンバー３の内縁
部上に載置される小径長尺のプルチャンバー４を具備す
る。
【００２２】メインチャンバー２内には固形原料および
その原料を溶解して生成された原料融液を収容する坩堝
５が設置されている。坩堝５は内側の石英坩堝５ａと黒
鉛からなる外側の支持坩堝５ｂとからなり、支持軸７の
上に設置されている。坩堝５の外側には現状のヒータ８
が配置され、その更に外側には断熱材９がメインチャン
バー２の内面に沿って配置されている。同様の断熱材は
ボトムチャンバー１内にも敷設されている。そしてボト
ムチャンバー１にはチャンバー内を真空排気するための
排気管１０が取付けられている。
その原料を溶解して生成された原料融液を収容する坩堝
５が設置されている。坩堝５は内側の石英坩堝５ａと黒
鉛からなる外側の支持坩堝５ｂとからなり、支持軸７の
上に設置されている。坩堝５の外側には現状のヒータ８
が配置され、その更に外側には断熱材９がメインチャン
バー２の内面に沿って配置されている。同様の断熱材は
ボトムチャンバー１内にも敷設されている。そしてボト
ムチャンバー１にはチャンバー内を真空排気するための
排気管１０が取付けられている。
【００２３】一方、トップチャンバー３には、メインチ
ャンバー２内に液化Ａｒを注入するために複数の液注入
ノズル１１が取付けられている。複数の液注入ノズル１
１は、トップチャンバー３の開口部周囲に周方向に間隔
をあけて配置されている。個々の液注入ノズル１１は下
方を向き、チャンバー外に設けた図示されない流量制御
器を介して液化Ａｒ源と接続されている。
ャンバー２内に液化Ａｒを注入するために複数の液注入
ノズル１１が取付けられている。複数の液注入ノズル１
１は、トップチャンバー３の開口部周囲に周方向に間隔
をあけて配置されている。個々の液注入ノズル１１は下
方を向き、チャンバー外に設けた図示されない流量制御
器を介して液化Ａｒ源と接続されている。
【００２４】シリコン単結晶の引上げにおいては、プル
チャンバー４からメインチャンバー２内にＡｒ等からる
常温の掃気用不活性ガスＧ１を導入しつつ、チャンバー
内を所定の負圧に維持した状態で、坩堝５内に原料融液
１２を生成する。プルチャンバー４を通ってメインチャ
ンバー２内にワイヤを垂下し、その下端のシードチャッ
クに装着された種結晶を原料融液に浸ける。この状態か
らワイヤを回転させながら引上げることにより、種結晶
の下方に単結晶を育成する。
チャンバー４からメインチャンバー２内にＡｒ等からる
常温の掃気用不活性ガスＧ１を導入しつつ、チャンバー
内を所定の負圧に維持した状態で、坩堝５内に原料融液
１２を生成する。プルチャンバー４を通ってメインチャ
ンバー２内にワイヤを垂下し、その下端のシードチャッ
クに装着された種結晶を原料融液に浸ける。この状態か
らワイヤを回転させながら引上げることにより、種結晶
の下方に単結晶を育成する。
【００２５】単結晶の育成が終わると、ヒータ８をオフ
にし、その単結晶をプルチャンバー４内に完全に引込
む。プルチャンバー４の下端部に設けたゲートバルブを
閉じ、プルチャンバー４内の単結晶をメインチャンバー
２内から隔離する。これと同時に、バルブ操作を行って
掃気用の不活性ガスを、プルチャンバー４を経由せずに
メインチャンバー２内に直接導入し、この状態で炉の冷
却を待つ。
にし、その単結晶をプルチャンバー４内に完全に引込
む。プルチャンバー４の下端部に設けたゲートバルブを
閉じ、プルチャンバー４内の単結晶をメインチャンバー
２内から隔離する。これと同時に、バルブ操作を行って
掃気用の不活性ガスを、プルチャンバー４を経由せずに
メインチャンバー２内に直接導入し、この状態で炉の冷
却を待つ。
【００２６】炉の冷却が始まると、複数の液注入ノズル
１１からメインチャンバー２内に液化Ａｒを注入する。
チャンバー内が負圧のため、注入された液化Ａｒは急激
に断熱膨張し、瞬時に低温のＡｒガスＧ２となる。液化
Ａｒの注入によりメインチャンバー２内の圧力は上昇す
る。真空排気能力を上げず、その圧力が５０Torr以上の
一定値（例えば１００Torr）を維持するように、液化Ａ
ｒの注入を続ける。これにより、メインチャンバー２内
には十分な量の低温ＡｒガスＧ２が流通し続け、ホット
ゾーン等の冷却が促進されるので、冷却時間が短縮され
る。
１１からメインチャンバー２内に液化Ａｒを注入する。
チャンバー内が負圧のため、注入された液化Ａｒは急激
に断熱膨張し、瞬時に低温のＡｒガスＧ２となる。液化
Ａｒの注入によりメインチャンバー２内の圧力は上昇す
る。真空排気能力を上げず、その圧力が５０Torr以上の
一定値（例えば１００Torr）を維持するように、液化Ａ
ｒの注入を続ける。これにより、メインチャンバー２内
には十分な量の低温ＡｒガスＧ２が流通し続け、ホット
ゾーン等の冷却が促進されるので、冷却時間が短縮され
る。
【００２７】炉の冷却開始と同時に液化Ａｒの定量注入
を始めると、ヒータ等が熱衝撃により破損する場合があ
る。その場合は、ヒータ等の温度がある程度低下するの
を待って、液化Ａｒの注入を開始する。
を始めると、ヒータ等が熱衝撃により破損する場合があ
る。その場合は、ヒータ等の温度がある程度低下するの
を待って、液化Ａｒの注入を開始する。
【００２８】従来５ｈｒを要していた炉の冷却におい
て、ヒータの温度が約１３００℃になるのを待って液化
Ａｒの定量供給（炉内圧で１００Torr）を開始したとこ
ろ、冷却時間は４ｈｒに短縮された。冷却開始と同時に
液化Ａｒの微量注入を行い、ヒータの温度が約１３００
℃になるまでは注入量を徐々に増加させ、その後、定量
注入を行った。この方法により、冷却時間は3.５ｈｒに
まで短縮された。
て、ヒータの温度が約１３００℃になるのを待って液化
Ａｒの定量供給（炉内圧で１００Torr）を開始したとこ
ろ、冷却時間は４ｈｒに短縮された。冷却開始と同時に
液化Ａｒの微量注入を行い、ヒータの温度が約１３００
℃になるまでは注入量を徐々に増加させ、その後、定量
注入を行った。この方法により、冷却時間は3.５ｈｒに
まで短縮された。
【００２９】
【発明の効果】以上に説明した通り、本発明の単結晶製
造方法及び装置は、引上げ以外の工程のなかでも長時間
を占める炉の冷却の所要時間短縮を図り、これにより炉
の稼働率を高めることができる。単結晶の更なる大径化
に伴って冷却時間の大幅な増大が予測されるが、本発明
の方法及び装置はその冷却時間の短縮により、単結晶の
大径化にも貢献するものである。
造方法及び装置は、引上げ以外の工程のなかでも長時間
を占める炉の冷却の所要時間短縮を図り、これにより炉
の稼働率を高めることができる。単結晶の更なる大径化
に伴って冷却時間の大幅な増大が予測されるが、本発明
の方法及び装置はその冷却時間の短縮により、単結晶の
大径化にも貢献するものである。
【図１】本発明を実施するのに適した引上げ炉の構造を
示す縦断面図である。
示す縦断面図である。
１ ボトムチャンバー ２ メインチャンバー ３ トップチャンバー ４ プルチャンバー ５ 坩堝 ８ ヒータ １０ 排気管 １１ 液注入ノズル Ｇ１ 掃気用ガス Ｇ２ 冷却用の低温ガス
Claims (2)
- 【請求項１】 炉内でＣＺ法により原料融液から単結晶
を引上げる単結晶製造方法において、単結晶の引上げ終
了後に、常温以下の不活性な低温ガスを炉内に流通させ
ることを特徴とする単結晶製造方法。 - 【請求項２】 炉内で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において、常温以下の不活性
な低温ガスを炉内に供給するガス供給系を具備すること
を特徴とする単結晶製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8071427A JP3008846B2 (ja) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | 単結晶製造方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8071427A JP3008846B2 (ja) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | 単結晶製造方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09235173A true JPH09235173A (ja) | 1997-09-09 |
| JP3008846B2 JP3008846B2 (ja) | 2000-02-14 |
Family
ID=13460212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8071427A Expired - Fee Related JP3008846B2 (ja) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | 単結晶製造方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3008846B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009141963A1 (ja) * | 2008-05-20 | 2009-11-26 | 信越半導体株式会社 | 単結晶製造装置 |
| KR101005988B1 (ko) * | 2008-12-22 | 2011-01-05 | 주식회사 실트론 | 실리콘 단결정 잉곳 제조장치의 냉각 모듈 및 냉각 방법 |
| DE112009000526T5 (de) | 2008-03-24 | 2011-02-17 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Einkristallherstellungsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls |
-
1996
- 1996-03-01 JP JP8071427A patent/JP3008846B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE112009000526T5 (de) | 2008-03-24 | 2011-02-17 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Einkristallherstellungsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls |
| US8741059B2 (en) | 2008-03-24 | 2014-06-03 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Single-crystal manufacturing apparatus and method for manufacturing single crystal |
| DE112009000526B4 (de) * | 2008-03-24 | 2017-02-09 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Einkristallherstellungsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls |
| WO2009141963A1 (ja) * | 2008-05-20 | 2009-11-26 | 信越半導体株式会社 | 単結晶製造装置 |
| DE112009001202T5 (de) | 2008-05-20 | 2011-06-22 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Einkristallherstellungsvorrichtung |
| JP5152328B2 (ja) * | 2008-05-20 | 2013-02-27 | 信越半導体株式会社 | 単結晶製造装置 |
| US8821636B2 (en) | 2008-05-20 | 2014-09-02 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Single-crystal manufacturing apparatus |
| KR101005988B1 (ko) * | 2008-12-22 | 2011-01-05 | 주식회사 실트론 | 실리콘 단결정 잉곳 제조장치의 냉각 모듈 및 냉각 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3008846B2 (ja) | 2000-02-14 |
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