JPS59121185A - 単結晶シリコン引上装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は単結晶シリコン引上装置に関する。

半導体装置の製造に用いられる単結晶シリコンは主にチ
ョクラルスキー法（Ｃ２法）によって製造されている。

この方法はルツボ内でシリコン原料を溶融し、この溶融
シリコンに種結晶を浸して回転しながら引上げることに
よシ単結晶シリコンを製造するものである。

以下、従来の単結晶シリコン引上装置を第１図を参照し
て説明する。

図中１は上部と下部が開口したチャンバーである。この
チャンバー１の下部開口からは回転自在な支持棒２が挿
入されておシ、この支持棒２上には黒鉛製保護体３が支
持され、石英ルツボ４を保護している。前記保護体３の
外周には筒状のヒータ５及び保温筒６が順次配設されて
いる。また、前記チャンバー１の上部開口からは例えば
ステンレス製のワイヤ７によって種結晶保持具８が回転
自在に吊下されておシ、種結晶９を保持している。

上述した引上装置を用いたチョクラルスキー法による単
結晶シリコンの引上げは、ルツボ４内にシリコン原料を
入れ、ヒータ５によシリコン原料を溶融させ、この溶融
シリコン１０に種結晶９を浸し、ルツボ４及び種結晶９
を逆方向に回転させながらワイヤ７を引上げることによ
シ行なう。

一般に単結晶シリコンの高品質化には単結晶シリコンの
成長方向及び径方向のいずれにおいても不純物濃度、酸
素濃度等の均一性が要求される。このうち成長方向の均
一性は溶融シリコンに磁場をかける等して溶融シリコン
の振動や対流を防止することによシ改善されつつあると
いえるが、径方向の不純物濃度の不均一性（いわゆるス
トリエーション）や酸素濃度の不均一性については有効
な対策が示されているとはいえない。この径方向の均一
性については上述した単結晶シリコン引上装置では引上
げ中の単結晶シリコンの回転速度を上げることが最°も
有効と考えられる。

ところで、種結晶保持具を吊下するには■玉鎖、■シャ
フトあるいは■ワイヤが一般に用いられている。■の玉
鎖と■のシャフトの場合には種結晶保持具の回転による
芯振れが比較的起こシにくくある程度回転数を上げるこ
とができるが、■では大気中から装置内へガスが浸入し
易く、■では溶融シリコンの液面の振動が太きいため良
質の単結晶シリコンを得るには装置自体を精密に製造し
なければならない。また、■のワイヤでは種結晶保持具
の芯振れが太きいため回転数を上げられず単結晶シリコ
ンの径方向の均一性が劣る。更に、単結晶シリコンイン
ゴットは大口径化されてきているため横振れによって落
下するおそれがちシ、この結果、装置内の部品の破壊を
引き起こす危険性も高くなっている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであシ、成長方
向、径方向のいずれにおいても物性の均一化した高品質
の単結晶シリコンを製造し得る単結晶シリコン引上装置
を提供しようとするものである。

すなわち、本発明の単結晶シリコン引上装置は、ルッデ
内の溶融シリコンに鉛直方向の磁場を印加する手段を設
けるとともに、種結晶保持具内部に磁性体を埋設したこ
とを特徴とするものであり、磁場によシ溶融シリコンの
振動や対流を防止するとともに種結晶保持具内部の磁性
体に磁場の影響を与えて芯振れを防止して高品質の単結
晶シリコンを引上げるものである。

以下、本発明の実施例を第２図〜第４図を参照して説明
する。なお、第２図において、既述した第１図図示の従
来の装置と同一の部材には同一番号を付して説明を省略
する。

第２図に示すようにチャンバー１内の保温筒６の外周に
は内部が空洞となったクライオスタット１１が配設され
ておシ、このクライオスタット１ノの内周面にはコイル
１２が巻かれている。このコイル１２は例えば直流電流
を通電することによシ溶融シリコン１０に鉛直方向の磁
場を印加することができる。前記クライオスタット１１
の空洞部には液体ヘリウムが流され、コイルの加熱を防
止する。また、ステンレス製のワイヤ７の下端には内部
に鉄心が埋設された種結晶保持具１３が吊下され、種結
晶９が保持されている。この種結晶保持具１３は第３図
に示す如く、耐熱不活性金属製の円柱状保持具本体１４
の中心部に円柱状の鉄心１５を埋設し、上端にワイヤ結
合部１６が形成され、下端に耐熱不活性金属製の種結晶
嵌合部１７が取付けられた構造となっている。

上述した単結晶シリコンの引上げはルツデ４内にシリコ
ン原料を入れ、ヒータ５によりシリコン原料を溶融させ
、この溶融シリコン１０に種結晶９を浸すとともにコイ
ル１２に直流電流を通電し、溶融シリコシ１０に鉛直方
向の磁場を印加しなからルツ？４及び種結晶９を逆方向
に回転させガからワイヤ７を引上げることにより行なう
。

しかして、上記単結晶シリコン引上装置によれば、溶融
シリコン１０に鉛直方向の磁場が印加されているので、
その粘性が高められ溶融シリコン１０の振動や対流かは
とんど起こらカいうえに、種結晶保持具１３内部に埋設
された鉄心１５が鉛直方向の磁場の影響を受けて種結晶
保持具１３の芯振れがほとんど起こらない。この結果、
種結晶保持具１３の回転数、すなわち引上げ中の単結晶
シリコンの回転数を上げても溶融シリコン１０の振動や
対流を起こさずに単結晶シリコンを引上げることができ
る。

事実、種結晶保持具１３に種結晶９を保持させない状態
で種結晶保持具１３を回転させ、芯振れの様子を観察し
だところ、種結晶保持具１３近傍に鉛直方向の磁場を印
加すれば芯振れが起こらないことが確認された。この実
験について第４図を参照して説明する。

まず、比較のためにコイルに直流電流を通電しない状態
で回転数１　Ｏｒｐｍから１分間で５０ｒｐｍ’）で回
転数を増加させたところ、回転数５　Ｏｒｐｍに到達後
３０秒以内に芯振れが起きた。

その際、芯振れの大きさ、すなわち回転中心から種結晶
保持具１３までの水平距離りは１’Ｏａ以上であった。

更に、駆動モータに横方向からショックを与えたところ
、芯振れの大きさｈは実に２０刈以上となった。ここま
での結果は従来の装置による単結晶シリコンの引上げに
対応する。実際に種結晶をつけて単結晶シリコンを引上
げた場合には、芯振れの大きさｈは必ずしも上述した値
にならないが、上述した様な大きな芯振れは転位の危い
高品質の単結晶シリコンの製造を不可能にするだけでな
く、インコ゛ットの落下による装置内の部品の破壊を引
き起こす危険性が極めて高い。

次に、芯振れの大きさｈが２０刈の時にコイルに直流電
流を通電し、種結晶保持具１３近傍に鉛直方向の磁場を
印加し、徐々に磁束密度を強めていったところ、回転中
心で５００ガウスの時に芯振れはほぼ０となり、更に磁
束密度を２０００ガウスまで強めると、回転数１５　Ｏ
ｒｐｍでも芯振れは全く生じなかった。この結果は本発
明の装置による単結晶シリコンの引上げに対応するもの
で、実際に種結晶をつけて単結晶シリコンの引上げを行
なっても種結晶保持具の老振れはほとんど起こらない。

なお、水平方向に磁場を印加した場合には芯振れを防止
できない。

したがって、上記単結晶シリコン引上装置によシ製造さ
れた単結晶シリコンは成長方向、径方向のいずれにおい
ても不純物濃度及び酸素濃度の均一性が従来の装置によ
って製造された単結晶シリコンと比較して大幅に向上し
た。

なお、上記実施例では種結晶保持具１３内部に埋設する
磁性体として円柱状の鉄心１５を用いたが、これに限ら
ず球状の磁性体等他の形状でもよい。

以上詳述した如く、本発明によれば成長方向、径方向の
いずれにおいても物性の均一化した高品質の単結晶シリ
コンを製造し得る単結晶シリコン引上装置を提供できる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の単結晶シリコン引上装置を示す断面図、
第２図は本発明の実施例における単結晶シリコン引上装
置を示す断面図、第３図は同装置の種結晶保持具を示す
断面図、第４図は種結晶保持具の芯振れを示す説明図で
ある。 １・・・チャンバー、２・・・支持軸、３・・・保護体
、４・・・石英ルツデ、５・・・ヒータ、６・・・保温
筒、７・・・ワイヤ、９・・・種結晶、１０・・・溶融
シリコン、１１・・・クライオスタット、１２・・・コ
イル、１３・・・種結晶保持具、１４・・・保持具本体
、１５・・・鉄心、１６・・・ワイヤ連結部、１７・・
・種結晶嵌合部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. チャンバー内にルツボを回転自在に支持し、該ルツボ内
   の溶融シリコンに該ルツボ上方から回転自在に吊下され
   た種結晶保持具下端に保持された種結晶を浸し、該種結
   晶を引上げることによシ単結晶シリコンを造る装置にお
   いて、前記ルツボ内の溶融シリコンに鉛直方向の磁場を
   印加する手段を設けるとともに前記種結晶保持具内部に
   磁性体を埋設したことを特徴とする単結晶シリコン引上
   装置。