JPH092892A - 半導体単結晶引き上げ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＣＺ法による半導体単結晶の引き上げにおい
て、シリコン融液から蒸発するＳｉＯをすみやかに炉外
に排出できるようにする。 【構成】 断熱材２の上端に環状容器３を設置し、その
上面に整流筒４の上端を取り付ける。環状容器３の内周
面上端には水平方向のスリット７が等間隔に開口し、環
状容器３の下面の穴はパイプ９を介してメインチャンバ
５の排気口１０に接続している。整流筒４の内面に沿っ
て流下する不活性ガス１２は、整流筒４とシリコン融液
１３との隙間を通り、整流筒４の外面に沿って上昇す
る。シリコン融液１３から蒸発するＳｉＯは不活性ガス
とともにすみやかに上昇し、前記スリット７から環状容
器３内に吸入された後、パイプ９および排気管１８を通
って、メインチャンバ５の外部に排出される。従って、
石英るつぼ８の周辺におけるＳｉＯの浮遊が少なくな
り、ＳｉＯに起因する単結晶化率の低下を改善すること
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
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の基板には主として高純度の
単結晶シリコンが用いられているが、その製造方法の一
つとして、るつぼ内の原料融液から円柱状の単結晶シリ
コンを引き上げるチョクラルスキー法（以下ＣＺ法とい
う）が知られている。ＣＺ法においては、半導体単結晶
引き上げ装置のメインチャンバ内に設置したるつぼに原
料であるポリシリコンを充填し、前記るつぼの周囲に設
けた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結晶を融液に浸漬し、シードチャッ
クおよびるつぼを互いに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ながら単結晶シリコンを成
長させる。

【０００３】図４は、半導体単結晶引き上げ装置の概略
を示す部分断面図である。石英るつぼ８は高温下で軟化
するため黒鉛るつぼ６によって保持され、所定の真空度
まで減圧したメインチャンバ５の中央に設置されてい
る。シリコン融液１３は前記石英るつぼ８内に貯留され
ている。ヒータ１４は前記黒鉛るつぼ６を囲むように設
置され、ヒータ１４の周囲には断熱材保護筒１と断熱材
２とが設けられている。なお、１５は引き上げ軸、１６
は育成中のシリコン単結晶、１７はるつぼ軸、１８は排
気管で、この排気管１８に装着した図示しない真空ポン
プにより半導体単結晶引き上げ装置の内部が減圧され
る。

【０００４】ＣＺ法によってシリコン単結晶の引き上げ
を行う場合、石英るつぼ８とシリコン融液１３との反応
によってシリコン融液１３からＳｉＯが蒸発し、浮遊す
る。このＳｉＯは、成長中のシリコン単結晶１６の単結
晶化率の良否に大きく影響するため、メインチャンバ５
の外部に効率よく排出しなければならない。そのため、
メインチャンバ５の上方に設けたガス導入管１１から不
活性ガス１２を導入し、ＳｉＯを不活性ガス１２ととも
にメインチャンバ５の下部に設けた排気口１０から排出
することによって、単結晶化率の向上に努めている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】シリコン融液１３から
蒸発したＳｉＯの大部分は、メインチャンバ５の上方か
ら導入した不活性ガスの流れによって除去することがで
きる。しかし、ＳｉＯを含む不活性ガスは黒鉛るつぼ６
とヒータ１４との隙間およびヒータ１４と断熱材保護筒
１との隙間を通過して徐々に排気口１０に到達するた
め、ＳｉＯがシリコン融液１３の近傍あるいは石英るつ
ぼ８の上方で浮遊することは避けられず、この現象が単
結晶化率向上を妨げる要因となっている。これに対し、
ＳｉＯを浮遊させないような半導体単結晶引き上げ諸条
件を見いだすことは、多大の時間と労力を必要とする。
また、高純度の黒鉛からなる黒鉛るつぼ６やヒータ１４
にＳｉＯが触れることによって、前記炉内部品の表面が
ＳｉＣ化して劣化するとともに、炉内温度分布を変化さ
せたり、育成中のシリコン単結晶の熱履歴に悪影響を及
ぼす。

【０００６】図５は、図４に示した半導体単結晶引き上
げ装置に不活性ガスの流れを制御する整流筒を設置した
半導体単結晶引き上げ装置の概略を示す部分断面図であ
る。整流筒４は、育成中のシリコン単結晶を取り囲むよ
うに設けられた円錐状または円筒状の筒で、その上端は
石英るつぼ８の上方で支持され、下端はシリコン融液１
３に近接している。メインチャンバ５の上方から導入し
た不活性ガス１２は整流筒４の内面に沿って流下し、整
流筒４の下端とシリコン融液１３との隙間を通過した
後、シリコン融液１３から蒸発したＳｉＯとともに整流
筒４の外面に沿って上昇する。そして、黒鉛るつぼ６と
ヒータ１４との隙間およびヒータ１４と断熱材保護筒１
との隙間を通過して排気口１０から外部に排出される。
整流筒４を設けることにより石英るつぼ８の上部等にお
けるＳｉＯの浮遊はほとんどなくなるが、黒鉛るつぼ６
やヒータ１４のＳｉＣ化は避けられない。

【０００７】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、シリコン融液から蒸発するＳｉＯを不活性
ガスとともにすみやかに炉外に排出することによって、
前記ＳｉＯに起因する単結晶化率の低下と、炉内部品の
汚染ないし損耗を抑制することができる半導体単結晶引
き上げ装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【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装置は、ＣＺ法
による半導体単結晶引き上げ装置において、内周の直径
がるつぼの外径より大きく、前記内周にスリット状の開
口部を有する環状容器と、前記環状容器の内側に位置す
る整流筒とをるつぼの上方に設け、前記環状容器と半導
体単結晶引き上げ装置の排気口とをパイプを用いて接続
する構成とした。

【０００９】これにより、半導体単結晶引き上げ装置の
上部から導入され、整流筒の内側に沿って流下し、整流
筒の下端と融液面との隙間を通過して整流筒の外側に沿
って上昇する不活性ガスと、シリコン融液から蒸発する
ＳｉＯとを前記スリット状の開口部から環状容器内に取
り込んだ後、パイプを経て排気口から排出させることを
特徴としている。

【００１０】

【作用】上記構成によれば、スリット状の開口部を備え
た環状容器を整流筒の外側上部に設け、前記整流筒とメ
インチャンバの排気口とをパイプで接続したので、メイ
ンチャンバ上方から導入された不活性ガスは前記整流筒
の内面を流下し、整流筒の下端と融液との隙間を通過し
て整流筒の外面に沿って上昇した後、スリット状の開口
部からすみやかに環状容器内に流入する。そしてパイプ
内を流下し、メインチャンバから排出される。従って、
融液から蒸発したＳｉＯは融液面の近傍やるつぼの上方
で浮遊することなく、不活性ガスとともに環状容器に取
り込まれる。またＳｉＯは、黒鉛るつぼとヒータとの隙
間あるいはヒータと断熱材との隙間にはほとんど入り込
まないため、これらの炉内部品はＳｉＯに汚染されな
い。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明に係る半導体単結晶引き上げ
装置の実施例について、図面を参照して説明する。な
お、前記従来の技術において説明した構成要素に対応す
る構成要素に関しては、同一の符号を付してその説明を
省略する。

【００１２】図１は半導体単結晶引き上げ装置の第１実
施例の概略を模式的に示す縦断面図、図２は同じく横断
面図で、図１は図２のＸ−Ｙ断面を示し、図２は図１の
Ａ−Ａ断面を示している。これらの図において、円筒状
の断熱材保護筒１および断熱材２の上端に環状容器３が
設置され、円錐状の整流筒４の上端は前記環状容器３の
上面に取り付けられている。環状容器３はメインチャン
バ５の内壁に遊嵌され、内周の直径は黒鉛るつぼ６の外
径より大きく作られている。環状容器３の内周面上端に
は水平方向にスリット７が開口し、これらのスリット７
は図２に示すように等間隔、６箇所に設けられている。
前記スリット７は、黒鉛るつぼ６とともに石英るつぼ８
が最高位置まで上昇した場合でも、常に石英るつぼ８の
上端より高い位置にあるように設けられている。また、
環状容器３の下面に設けられた２個の穴はパイプ９を介
してメインチャンバ５の底面２箇所に設けられた排気口
１０にそれぞれ接続されている。

【００１３】上記のように構成した本実施例の作用は、
次の通りである。すなわち、整流筒４の上端は環状容器
３に支持されているため、ガス導入管１１から導入され
た不活性ガス１２は整流筒４の内面に沿って流下し、整
流筒４の下端とシリコン融液１３との隙間を通り、整流
筒４の外面と石英るつぼ８の内面との間を上昇する。こ
の間、不活性ガス１２は浮遊することが少なく比較的す
みやかに流れるので、シリコン融液１３から蒸発するＳ
ｉＯも不活性ガス１２とともに石英るつぼ８の上方に運
ばれる。そして、常に石英るつぼ８の上端よりも上方に
位置している環状容器３のスリット７から環状容器３内
に吸入される。従って、石英るつぼ８の周辺における不
活性ガスおよびＳｉＯの浮遊を避けることができ、Ｓｉ
Ｏに起因する単結晶化率の低下を改善することができ
る。環状容器３内に吸入された不活性ガスおよびＳｉＯ
はパイプ９および排気管１８を通って、メインチャンバ
５の外部に排出される。また、ＳｉＯを含む不活性ガス
は黒鉛るつぼ６やヒータ１４にほとんど接触しないの
で、前記炉内部品がＳｉＯによって汚染されることはな
い。

【００１４】図３は、半導体単結晶引き上げ装置の第２
実施例の概略を模式的に示す部分断面図で、メインチャ
ンバ５の底部には複数個のガス導入孔１９が設けられて
いる。その他の構造は図１に示した第１実施例と同一で
ある。この半導体単結晶引き上げ装置の場合、不活性ガ
スはメインチャンバ５の上方と底部の双方からメインチ
ャンバ５に導入される。すなわち、メインチャンバ５の
上方に設けたガス導入管１１から導入された不活性ガス
１２は、第１実施例と同様に整流筒４の内面に沿って流
下し、整流筒４の下端とシリコン融液１３との隙間を通
り、整流筒４の外面と石英るつぼ８の内面との間を上昇
する。この間、不活性ガス１２は浮遊することが少なく
比較的すみやかに流れるので、シリコン融液１３から蒸
発するＳｉＯも不活性ガス１２とともに石英るつぼ８の
上方に運ばれる。一方、ガス導入孔１９から導入された
不活性ガス１２は、黒鉛るつぼ６とヒータ１４との隙間
およびヒータ１４と断熱材保護筒１との隙間を上昇し、
前記ガス導入管１１から導入された不活性ガス１２とと
もに環状容器３内に吸入される。

【００１５】第２実施例の半導体単結晶引き上げ装置で
は、ガス導入孔１９から不活性ガスを導入することによ
って、ＳｉＯを含む不活性ガスが黒鉛るつぼ６とヒータ
１４との隙間あるいはヒータ１４と断熱材保護筒１との
隙間に入り込むことを防止し、ＳｉＯを効率よく環状容
器３内に取り込むことができる。また、黒鉛るつぼ６や
ヒータ１４のＳｉＯによる劣化を確実に防止することが
できる。

【００１６】環状容器３の内周面上端に設ける水平方向
のスリットは、前記内周面に切れ目なしに連続的に開口
するものでもよい。また、環状容器３の内部に放射状の
フィンあるいは邪魔板を設け、環状容器３に吸入される
ＳｉＯを含む不活性ガスを旋回させることによって各ス
リットから均一に吸入するようにしてもよい。

【００１７】図１に示した半導体単結晶引き上げ装置を
用いた実験例として、１６インチの石英るつぼを用いて
ｐ型、軸方位＜１００＞の６インチ単結晶を引き上げ
た。この場合、メインチャンバ内の圧力は５０Ｔｏｒ
ｒ、引き上げ軸回転速度は２０ｒｐｍ、るつぼ軸は引き
上げ軸の回転方向と逆向きに１２ｒｐｍで回転させた。
不活性ガスとして６０Ｎｌ／ｍｉｎのＡｒガスを導入し
た。前記条件で１０回の単結晶引き上げを行ったとこ
ろ、シリコンインゴット１０本中８本が１００％単結晶
で、１本は直胴の後半部分にスリップが発生し、他の１
本はテールにスリップが発生した。

【００１８】不良品となったシリコンインゴットについ
て、スリップ発生部分の表面を拡大モニタで観察したと
ころ、ＳｉＯが付着していた。また、ＡｒガスおよびＳ
ｉＯの流路となる箇所に設置されていた炉内部品を単結
晶引き上げ後に観察したところ、整流筒４の内周面、石
英るつぼ８の内周面および上端面の表面状態にはほとん
ど変化がなく、環状容器３の内部からパイプ９、排気口
１０にかけてＳｉＯが浮遊した痕跡が多く見られたが、
単結晶化率に与える影響は小さいことがわかった。

【００１９】ここで比較例として、図３に示した従来の
半導体単結晶引き上げ装置を用い、上記実験例と同一条
件で５回の単結晶引き上げを行った。その結果、シリコ
ンインゴット５本中１本が１００％単結晶で、３本は直
胴の中程にスリップ発生、他の１本はテールにスリップ
が発生していた。これらのインゴットについてもスリッ
プ発生部分の表面を拡大モニタで観察したところ、Ｓｉ
Ｏが付着していた。また、ＡｒガスおよびＳｉＯの流路
となる箇所に設置されていた炉内部品を単結晶引き上げ
後に観察すると、石英るつぼ８の表面、黒鉛るつぼ６の
表面、ヒータ１４の表面、断熱材保護筒１の内周面にＳ
ｉＯの析出およびＳｉの付着が見られた。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による半導
体単結晶引き上げ装置は、シリコン融液から蒸発するＳ
ｉＯを不活性ガスとともに環状容器にすみやかに取り込
み、炉外に排出できるようにしたので、この半導体単結
晶引き上げ装置を用いればＳｉＯに起因する単結晶化率
の低下を大幅に改善することができる。また、環状容
器、パイプ、排気口以外の炉内部品については、ＳｉＯ
による汚染の程度が従来の引き上げ装置に比べて格段に
軽減されるので、単結晶引き上げ後の炉内部品清掃を簡
略化することができ、かつ、炉内部品の交換頻度も少な
くすることが可能である。従って、半導体単結晶の品質
および生産効率が著しく向上するとともに、製造コスト
を引き下げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体単結晶引き上げ装置の第１実施例の概略
を模式的に示す部分断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】半導体単結晶引き上げ装置の第２実施例の概略
を模式的に示す部分断面図である。

【図４】従来の半導体単結晶引き上げ装置の概略を模式
的に示す部分断面図である。

【図５】整流筒を備えた従来の半導体単結晶引き上げ装
置の概略を模式的に示す部分断面図である。

【符号の説明】

３ 環状容器 ４ 整流筒 ６ 黒鉛るつぼ ７ スリット ８ 石英るつぼ ９ パイプ １０ 排気口 １２ 不活性ガス １３ シリコン融液

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＣＺ法による半導体単結晶引き上げ装置
   において、内周の直径がるつぼの外径より大きく、前記
   内周にスリット状の開口部を有する環状容器と、前記環
   状容器の内側に位置する整流筒とをるつぼの上方に設
   け、前記環状容器と半導体単結晶引き上げ装置の排気口
   とをパイプを用いて接続したことを特徴とする半導体単
   結晶引き上げ装置。
2. 【請求項２】 半導体単結晶引き上げ装置の上部から導
   入され、整流筒の内側に沿って流下し、整流筒の下端と
   融液面との隙間を通過して整流筒の外側に沿って上昇す
   る不活性ガスと、シリコン融液から蒸発するＳｉＯとを
   前記スリット状の開口部から環状容器内に取り込んだ
   後、パイプを経て排気口から排出させることを特徴とす
   る請求項１記載の半導体単結晶引き上げ装置。