JPH11139899A - 横磁界下シリコン単結晶引上装置 - Google Patents

横磁界下シリコン単結晶引上装置

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JPH11139899A
JPH11139899A JP30437797A JP30437797A JPH11139899A JP H11139899 A JPH11139899 A JP H11139899A JP 30437797 A JP30437797 A JP 30437797A JP 30437797 A JP30437797 A JP 30437797A JP H11139899 A JPH11139899 A JP H11139899A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】低酸素濃度のシリコン単結晶を引き上げるのに
適する横磁界下シリコン単結晶引上装置を提供すること
を目的とする。 【解決手段】ＨＭＣＺ法によるシリコン融液の融液対流
の制御によりシリコン単結晶６中に取り込まれる酸素量
を低減し、また複数の不活性ガス通気用の拡大通気部１
７を磁石５のコイル５ａの中心を結ぶ直線Ｌと同一方向
になるように輻射シールド８に配設し、不活性ガスＡｒ
がこの直線Ｌと同一線上に集中し、磁界Ｇの方向に平行
な流れに沿ってシリコン単結晶６の成長界面に輸送され
る途中の酸素をシリコン融液外に効果的に放出し、低酸
素濃度のシリコン単結晶６を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は横磁界下シリコン単
結晶引上装置に係わり、特に低酸素濃度のシリコン単結
晶を引き上げるのに適する横磁界下シリコン単結晶引上
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にシリコンウェーハを製造するに
は、多結晶シリコンからチョクラルスキー法（以下、Ｃ
Ｚ法という。）によりシリコン単結晶のインゴットを作
り、このインゴットを内周刃式スライシングマシン等で
所定の厚さに切断し、シリコンウェーハを製造する。
【０００３】しかし、超ＬＳＩ製造プロセスの低温化、
デバイスの高密度化、高集積化などにより、シリコンウ
ェーハに対しシリコン単結晶の低酸素化、さらにはより
狭い範囲で酸素濃度が制御された低酸素濃度のシリコン
ウェーハの要求があり、これに伴いシリコンウェーハの
素材となるシリコン単結晶にもより狭い範囲で酸素濃度
が制御された低酸素濃度のシリコン単結晶が要求されて
いる。
【０００４】従来、特公昭５７−４０１１９号公報のよ
うに、シリコン単結晶を引き上げるのに、炉内を流れる
不活性ガスの流れを制御して炉内で発生する不純物の溶
融シリコンへの混入を防止するとともにシリコン単結晶
への酸素の取り込みを抑制して低酸素濃度のシリコン単
結晶を得、かつ溶融シリコンからの放熱を制御するため
に耐熱部材製の輻射シールドを設け、品質の向上および
生産性の向上を図ったシリコン単結晶引上装置はある。
【０００５】しかし、この従来のシリコン単結晶引上装
置で引き上げられたシリコン単結晶は十分な低酸素濃度
のシリコン単結晶を得ることができず、上記要求を満足
していない。
【０００６】また、図１のように横磁界下シリコン単結
晶引上装置１ｃはＣＺ法を横磁界下で適用したもの（Ho
rizontal Magnetic Field applied Czochralski Metho
d、以下ＨＭＣＺ法という。）である。この単結晶引上
装置１ｃの炉本体２に設けられた石英ルツボ３内のシリ
コン融液４に超伝導磁石５により水平方向の磁界が発生
するようにコイルを付勢し、すなわち導電性流体である
シリコン融液の対流が磁界Ｇの方向に対して直角の場合
起電力が有効動粘性係数を増加させるため、ルツボ３内
の融液対流を制御しながらシリコン単結晶の結晶成長を
行うものである。
【０００７】このＨＭＣＺ法によれば、シリコン融液の
熱対流を抑制することにより石英ルツボ３の溶解を低減
し、かつ結晶界面の安定性を増し低酸素濃度のシリコン
単結晶が得られる。
【０００８】ＨＭＣＺ法による酸素低減のメカニズムは
石英ルツボ３の溶解量の低減、シリコン融液４の液面近
くを流れる対流の流速の低下、固液界面近傍に存在する
シリコン融液中の酸素濃度低減などである。
【０００９】これら低酸素化のメカニズムに影響を及ぼ
す主な引き上げパラメータは磁界強度、ルツボ回転数、
結晶回転数、融液量などであるといわれている。
【００１０】しかし、このようなＨＭＣＺ法はシリコン
融液の対流は磁界に対し直角な成分は抑制されるが、磁
界に平行な成分については影響を受けない。すなわち、
従来のＨＭＣＺ法では２個のコイルから形成される磁界
Ｇの方向に平行な横方向の対流成分がシリコン融液中に
存在している。
【００１１】一般のＨＭＣＺ法においては、２個のコイ
ルの中心を結ぶ直線がシリコン融液の液面近傍の高さに
なるようにコイルを配設するため、石英ルツボ内面近傍
に存在する酸素濃度の比較的高いシリコン融液は磁界の
方向に平行な流れに沿ってシリコン結晶の成長界面に供
給される環境にある。
【００１２】このような環境下で引き上げられたシリコ
ン単結晶は一定の低酸素濃度のもの、例えば酸素濃度が
１×１０18（ atoms／cm3 ）以下（換算係数はOld ＡＳ
ＴＭ）程度のものは得られるが、より狭い濃度範囲で酸
素濃度が低く制御された低酸素濃度のシリコン単結晶は
得られない。
【００１３】また、横型と縦型の２つの特徴を組み合わ
せたカスプ（ＣＵＳＰ）法といわれるシリコン単結晶引
き上げ方法が存在する。この引上装置は磁界を上下縦方
向から横方向に印加し、低酸素濃度のシリコン単結晶を
得るものであるが、機構が複雑で高価であり、かつラン
ニングコストが高いなどの欠点がある。
【００１４】そこでより狭い濃度範囲で酸素濃度が低く
制御された低酸素濃度のシリコン単結晶を安価かつ大量
に生産できるＨＭＣＺ法が要望されていた。
【００１５】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、ＨＭＣＺ法において、ランニングコストを低減
し、狭い濃度範囲で酸素濃度が低く制御された低酸素濃
度のシリコン単結晶を安価かつ大量に生産できる横磁界
シリコン引上装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本願請求項１の発明は、炉本体を挟むように
対向して炉本体の側面に配設された磁石を具備する横磁
界下シリコン単結晶引上装置において、前記炉本体内の
ルツボ上方に設けられ炉本体内を流れる不活性ガスの流
れを制御する輻射シールドと、この輻射シールドの外側
面に沿って設けられ前記対向する磁石のコイルの中心を
結ぶ直線と同一方向に配置された複数の拡大通気部と、
この拡大通気部に前記ルツボの側方を通して連通され、
炉本体に設けられた排気口とを有することを特徴とする
横磁界下シリコン単結晶引上装置であることを要旨とし
ている。
【００１７】本願請求項２の発明は、輻射シールドは円
筒部と、この円筒部から伸長しほぼ截頭円錐形の円錐部
と、この円錐部に設けられ単結晶引き上げ用の開口部を
有する底面部と、円筒部と円錐部の外側面に一体に形成
されかつコイルの中心を結ぶ直線と同一方向に配設され
た複数の不活性ガス流通用の拡大通気部からなることを
特徴とする請求項１記載の横磁界下シリコン単結晶引上
装置であることを要旨としている。
【００１８】本願請求項３の発明は、複数の不活性ガス
流通用の拡大通気部に各々ほぼ対向して炉本体の底部に
排気口を設けたことを特徴とする請求項１記載の横磁界
下シリコン単結晶引上装置であることを要旨としてい
る。
【００１９】本願請求項４の発明は、磁石は２個の超伝
導磁石であり、輻射シールドは炉本体内のルツボ上方に
設けられ、円筒部とこの円筒部から伸長し截頭円錐形状
の円錐部とこの円錐部の端部に設けられ単結晶が貫通す
る開口部を有する底面部とを有し、かつ不活性ガス流通
用で対向するように設けられた２個の拡大通気部は円筒
部と円錐部に一体に形成され、拡大通気部の一部が円筒
部の上端から底面部に亘り傾斜する傾斜面部で構成され
る凹部であり、この凹部が炉本体の底部に設けられ対向
する２個の超伝導磁石のコイルの中心を結ぶ直線と同一
方向に配置さた２個の排気口とそれぞれ対向することを
特徴とする請求項１記載の横磁界下シリコン単結晶引上
装置であることを要旨としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る横磁界下シリ
コン単結晶引上装置の実施の形態について添付図面に基
づき説明する。図２は本発明に係る横磁界下シリコン単
結晶引上装置１の断面図であり、この装置１はＨＭＣＺ
法を適用したものである。
【００２１】密閉容器を構成する炉本体２の内部には石
英ルツボ３とこの石英ルツボ３を加熱し、石英ルツボ３
に供給されたナゲット状ポリシリコンを溶融しシリコン
融液４にするためのヒータ７が設けられている。
【００２２】また、石英ルツボ３およびシリコン融液４
の上方にはこのシリコン融液４からの熱輻射を防止しか
つ炉本体２内を流れる不活性ガス、例えばアルゴンガス
（以下Ａｒという。）の流路を制御する耐熱部材製の輻
射シールド８である。
【００２３】一方、炉本体２の外部には、２個の超伝導
磁石５が炉本体２を挟むように直径方向に対向して配設
されおり、各超伝導磁石５は各々コイル５ａから構成さ
れる。
【００２４】超伝導磁石５はコイル５ａの中心を結ぶ直
線Ｌがシリコン融液４の液面近傍になるように配設され
る。
【００２５】さらに、炉本体２の上方から導入されたＡ
ｒが、輻射シールド８に設けられ種結晶６ａから成長し
たシリコン単結晶６が貫通する開口部９および石英ルツ
ボ３とヒータ７に形成された通気路１０を介し炉本体２
外に排出されるように、炉本体２の底部１１に複数個例
えば２個の排気口１２が設けられている。
【００２６】この２個の排気口１２は図３に示すように
超伝導磁石５のコイル５ａの中心を結ぶ直線Ｌと同一方
向になるように配設されている。図４（ａ）および
（ｂ）は輻射シールド８の構造を詳細に説明するための
もので、輻射シールド８は取り付け用のフランジ部１３
を有する円筒部１４と、この円筒部１４から伸長し截頭
円錐形状の円錐部１５と、この円錐部１５の端部に設け
られ単結晶が貫通する開口部９を有する底面部１６とよ
り構成されている。
【００２７】さらに、輻射シールド８には不活性ガス流
通用で、かつ直径方向に対向するように外側から凹設さ
れた２個の拡大通気部、例えば凹部１７が円筒部１４と
円錐部１５に一体に軸方向に近接して形成さている。凹
部１７の一部が円筒部１４の上端１８から底面部１６に
亘り傾斜する傾斜面部１９で構成さている。
【００２８】また、図４に示すように通気路１０の一部
を構成する通気用の凹部１７は、各々がコイル５ａの中
心を結ぶ直線Ｌと同一方向に配設された炉本体２の２個
の排気口１２に各々対向し、かつコイル５ａの中心を結
ぶ直線Ｌと同一方向になるように配設されている。
【００２９】従って、図５に示すように炉本体２内に
は、炉本体２の上方から導入されたＡｒがシリコン単結
晶６と輻射シールド８の内側間に形成される空隙を通
り、シリコン単結晶６が貫通する開口部９を通りシリコ
ン融液４の液面に当たり、方向を変え、石英ルツボ３の
上部内面と輻射シールド８の円錐部１５の外面間でかつ
輻射シールド８の外周全面に亘り形成される空隙通気路
１０ａおよび主として輻射シールド８の外面に形成され
た凹部１７を通り石英ルツボ３とヒータ７間に形成され
た通気路１０ｂを経て、凹部１７に対向して設けられた
排気口１２から炉本体２外に排出される不活性ガスの通
気流路が形成される。
【００３０】なお、石英ルツボ３はモータ（図示せず）
に結合された回転軸２０により回転を与えられ、成長し
たシリコン単結晶６はシード軸２１により上方に引き上
げられる。
【００３１】本発明に係るＨＭＣＺ法は以上のような構
造になっているから、シリコン単結晶６を引き上げるに
は、ナゲット状ポリシリコンを石英ルツボ３に入れ、Ａ
ｒを炉本体２の上方より炉本体２内に流入させ、ヒータ
７を付勢して石英ルツボ３を加熱し、モータを付勢して
このモータに結合された回転軸２０を回転させて石英ル
ツボ３を回転させる。
【００３２】一定時間が経過した後、シード軸２１を下
ろし、種結晶６ａをシリコン融液４の液面に接触させ
る。しかるのち、超伝導磁石５のコイル５ａを付勢し、
磁界Ｇをシリコン融液４の液面近傍に集中させる。
【００３３】このシリコン融液４の溶融状態で、シリコ
ン融液４は石英ルツボ３内で対流を起こすが、シリコン
融液４の対流が磁界の方向に対して直角の場合には、起
電力が有効動粘性係数を増加させるため対流は抑制され
る。
【００３４】このシリコン融液４の対流の抑制により、
石英ルツボ３からシリコン融液４に溶出する酸素を抑制
し、従ってシリコン単結晶６に取り込まれる酸素を相当
減少させることができるが、石英ルツボ３近傍に存在し
て酸素濃度が比較的高いシリコン融液４は磁界の方向に
平行な流れに沿ってシリコン単結晶６の成長界面に輸送
され、酸素が成長界面からシリコン単結晶６内に取り込
まれる。
【００３５】一方、炉本体２上部から導入されたＡｒは
シード軸２１、シリコン単結晶６に沿って降下し、輻射
シールド８に設けられた開口部９を通過し、空隙通気路
１０ａおよび通気用の凹部１７を通り通気路１０ｂを経
て、炉本体２の底部１１に設けられた排気口１２から炉
本体２外に排出される。
【００３６】このＡｒの流れにおいて、拡大通気部、す
なわち凹部１７で形成される通気流路の断面積が、通気
路１０ａで形成される通気流路の断面積より著しく大き
く形成されているので、Ａｒの大部分はこの凹部１７を
通り通気路１０ｂへと流れる。
【００３７】２個の凹部１７はコイル５ａの中心を結ぶ
直線Ｌと同一方向になるように配設されているので、Ａ
ｒがこの直線Ｌと同一線上に集中し、磁界の方向、すな
わち直線Ｌに平行な流れに沿ってシリコン単結晶６の成
長界面に輸送される途中の酸素はシリコン融液４外へ効
果的に放出される。また、２個の排気口１２は各々２個
の凹部１７に対向している、すなわち直線Ｌと同一線上
の設けられているので、さらに効果的に酸素を含んだＡ
ｒは２個の排気口１２から炉本体２外に排出される。
【００３８】また、本実施の形態のように拡大通気部を
凹部１７で形成する場合には、構造が簡単で輻射シール
ド８を容易に製造でき、かつ十分な通気路機能を果たす
ことができる。
【００３９】上述のようにＨＭＣＺ法を用いることで、
石英ルツボ３からシリコン融液４中に溶出する酸素を抑
制してシリコン単結晶６中に取り込まれる酸素量を低減
し、シリコン単結晶６の酸素濃度を低減するとともに、
さらに輻射シールド８の２個の凹部１７はコイル５ａの
中心を結ぶ直線Ｌと同一方向になるように配設されてい
るので、Ａｒがこのコイル５ａの中心を結ぶ直線Ｌと同
一線上に集中し、磁界の方向に平行な流れに沿ってシリ
コン単結晶６の成長界面に輸送される途中の酸素をシリ
コン融液４外に効果的に放出する。すなわち、ＨＭＣＺ
法とＡｒの効果的流れの相乗効果により低酸素濃度のシ
リコン単結晶６が得られる。
【００４０】
【実施例】図６は従来の横磁界下シリコン単結晶引上装
置および本発明に係る横磁界下シリコン単結晶引上装置
により引き上げたシリコン単結晶の長さ方向（全長＝固
化率１００％）の酸素濃度を比較したものである。本発
明に係る横磁界下シリコン単結晶引上装置により引き上
げたシリコン単結晶の酸素濃度はいずれの固化率（長さ
位置）においても、従来の横磁界下シリコン単結晶引上
装置により引き上げたシリコン単結晶の酸素濃度の約１
／２程度に低減される。
【００４１】
【発明の効果】以上に述べたように本発明に係る横磁界
下シリコン単結晶引上装置において、ＨＭＣＺ法による
シリコン融液の融液対流の制御によりシリコン単結晶中
に取り込まれる酸素量を低減しシリコン単結晶の酸素濃
度を低減するとともに、複数の不活性ガス通気用の拡大
通気部を磁石のコイルの中心を結ぶ直線と同一方向にな
るように輻射シールドに配設し、不活性ガスがこの直線
と同一線上に集中し、磁界の方向に平行な流れに沿って
シリコン単結晶の成長界面に輸送される途中の酸素をシ
リコン融液外に効果的に放出する。すなわち、ＨＭＣＺ
法と不活性ガスの効果的流れの相乗効果により低酸素濃
度のシリコン単結晶が得られる。また、本発明に係る横
磁界下シリコン単結晶引上装置はＨＭＣＺ法の不活性ガ
ス流れを改善し、磁界の方向と不活性ガスの流れの方向
に相関関係を持たせたので、カスプ法のように高価な装
置を必要とせず、またＦＺ法に比べ生産性もよく、大口
径のシリコン単結晶を引き上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の横磁界下シリコン単結晶引上装置の概略
図。
【図２】本発明に係る横磁界下シリコン単結晶引上装置
の縦断面図。
【図３】図３の平面概略図。
【図４】（ａ）および（ｂ）は本発明に係る横磁界下シ
リコン単結晶引上装置に用いられる輻射シールドの平面
図および側面図。
【図５】図２の要部拡大図。
【図６】従来および本発明に係る横磁界下シリコン単結
晶引上装置により引き上げたシリコン単結晶の酸素濃度
比較図。
【符号の説明】
１，１ｃ 横磁界下シリコン単結晶引上装置 ２ 炉本体 ３ 石英ルツボ ４ シリコン融液 ５ 超伝導磁石 ５ａ コイル ６ シリコン単結晶 ６ａ 種結晶 ７ ヒータ ８ 輻射シールド ９ 開口部 １０ 通気路 １１ 底部 １２ 排気口 １３ フランジ部 １４ 円筒部 １５ 円錐部 １６ 底面部 １７ 拡大通気部 １８ 上端 １９ 傾斜面部 ２０ 回転軸 ２１シード軸 Ｌ コイルの中心を結ぶ直線 Ａｒ アルゴンガス Ｇ 磁界

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 炉本体を挟むように対向して炉本体の側
    面に配設された磁石を具備する横磁界下シリコン単結晶
    引上装置において、前記炉本体内のルツボ上方に設けら
    れ炉本体内を流れる不活性ガスの流れを制御する輻射シ
    ールドと、この輻射シールドの外側面に沿って設けられ
    前記対向する磁石のコイルの中心を結ぶ直線と同一方向
    に配置された複数の拡大通気部と、この拡大通気部に前
    記ルツボの側方を通して連通され、炉本体に設けられた
    排気口とを有することを特徴とする横磁界下シリコン単
    結晶引上装置。
  2. 【請求項２】 輻射シールドは円筒部と、この円筒部か
    ら伸長しほぼ截頭円錐形の円錐部と、この円錐部に設け
    られ単結晶引き上げ用の開口部を有する底面部と、円筒
    部と円錐部の外側面に一体に形成されかつコイルの中心
    を結ぶ直線と同一方向に配設された複数の不活性ガス流
    通用の拡大通気部からなることを特徴とする請求項１記
    載の横磁界下シリコン単結晶引上装置。
  3. 【請求項３】 複数の不活性ガス流通用の拡大通気部に
    各々ほぼ対向して炉本体の底部に排気口を設けたことを
    特徴とする請求項１記載の横磁界下シリコン単結晶引上
    装置。
  4. 【請求項４】 磁石は２個の超伝導磁石であり、輻射シ
    ールドは炉本体内のルツボ上方に設けられ、円筒部とこ
    の円筒部から伸長し截頭円錐形状の円錐部とこの円錐部
    の端部に設けられ単結晶が貫通する開口部を有する底面
    部とを有し、かつ不活性ガス流通用で対向するように設
    けられた２個の拡大通気部は円筒部と円錐部に一体に形
    成され、拡大通気部の一部が円筒部の上端から底面部に
    亘り傾斜する傾斜面部で構成される凹部であり、この凹
    部が炉本体の底部に設けられ対向する２個の超伝導磁石
    のコイルの中心を結ぶ直線と同一方向に配置さた２個の
    排気口とそれぞれ対向することを特徴とする請求項１記
    載の横磁界下シリコン単結晶引上装置。
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