JPS62138386A - 単結晶の引上装置 - Google Patents

単結晶の引上装置

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JPS62138386A
JPS62138386A JP27862985A JP27862985A JPS62138386A JP S62138386 A JPS62138386 A JP S62138386A JP 27862985 A JP27862985 A JP 27862985A JP 27862985 A JP27862985 A JP 27862985A JP S62138386 A JPS62138386 A JP S62138386A
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crucible
insulating
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Shozo Shirai
省三 白井
Hirotoshi Yamagishi
浩利 山岸
Izumi Fusegawa
泉 布施川
Hirobumi Harada
博文 原田
Junichi Hattori
順一 服部
Takao Abe
孝夫 阿部
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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】 産業上のJ 本発明はチョクラルスキー法による単結晶の引上装置に
関するもので、特には単結晶棒を高速に引き上げる技術
に加えて、不純物による結晶の汚染を抑え、単結晶化を
阻害することのない引上装置に係わるものである。
従米立技嵐 チョクラルスキー法による単結晶の引上装置において、
赤外線放射を反射し得る金属または金属表面を有する材
料で構成された輻射スクリーンを、ルツボの上部に設置
して引き上げることにより、単結晶化が促進され引上速
度を早めることができるほか、単結晶中のカーボン濃度
を抑え得ることが知られている(特公昭57−4011
9号公報参照)。
またこれに関連した技術として、輻射スクリーンを昇降
かつ旋回し得るように構成し、溶融時に融液の飛沫が引
上単結晶に付着するのを防止して、単結晶化を阻害しな
いようにした装置も知られている(特公昭5g−108
0号公報参照)。
■が解゛ しようとする間 膏 しかしながら、前記公知の装置を用いてシリコン単結晶
を引き上げる場合、つぎのような欠点がある。
(1)輻射スクリーンは、融体から発生するSi○除去
のために流されるアルゴンガスを整流し、ルツボ上端内
壁に付着するSiOを効率よく排除する効果があるが、
輻射スクリーン自体にSiOが付着凝縮し、これが融体
表面に落下して単結晶化を阻害する。
(2)単結晶引上の進行に伴いルツボ内融液の深さが低
下するので、ヒーター固定型の引上機では。
融液界面の位置をヒーターに対して相対的に一定に保つ
ために、ルツボを上昇する必要があるが、これにともな
いルツボと輻射スクリーンが接触しないように輻射スク
リーンを高くするように調節しなければならない。この
動きにより、融液から離れた比較的温度の低い輻射スク
リーン表面に付着凝縮したSiOが、融液に落下して、
単結晶化の阻害を速める。
(3)前記公知の装置においては、スクリーンの材質が
赤外線放射を反射し得る金属または金属表面を有する材
料から構成されるが、重金属を使用するとシリコンのよ
うな単結晶を引き上げる際には、それが単結晶中に混入
しきわめて有害であり、デバイスに加工されたときに電
気的に深い準位の欠陥を作り、デバイスの電気特性に悪
い影響を与えるので、これを避けなければならない。ま
た前記公知の方法ではゲルマニウム(Go)が良いと記
載されているが、シリコン単結晶を引き上げる場合には
、融液より15wa程度離れた単結晶表面は約1300
℃の温度であり、Ga(融点958.5℃)が融けてし
まうため実用にならない。
(4)また、ルツボ中への原料の充填を容易化し、充填
時に飛沫が付着しないように輻射スクリーンを昇降し、
あるいは旋回させるn+yを設けた装置(特公昭5g−
1080号公報参照)では、スクリーンを上昇したとき
にスクリーン自体が冷却されるため、スクリーン下表面
へのSiOの付着はどうしても避けられず、またスクリ
ーンを動かすことによってSiOが落下し、単結晶化阻
害の原因となる。
−1点を解決するための手 本発明者は上記問題点を解消するため検討を重ねた結果
1石英ルツボが大口径化しかつ高さが高くなった場合に
、輻射スクリーンおよびその支持部にSiOを付着させ
ないために、輻射スクリーン材を断熱化し、さらに輻射
スクリーンによる重金属汚染を抑えるために、その外表
面に重金属以外の高温に耐え得る材質のものを使うこと
により前記問題点を解消することに成功し1本発明を達
成したもので、これはチョクラルスキー法による単結晶
引上装置において、該単結晶棒を取囲み。
下端開口が融体面に近接し、その上端が外方へ断面三角
形もしくは弧状に曲折されてルツボの頂部周辺をカバー
するほぼ逆円錐形の断熱複層構造の輻射スクリーンを設
けてなる単結晶の引上装置である。
以下本発明を図面によって詳しく説明する。
第1図において1石英ルツボ1は黒鉛ルツボ2の中に埋
め込まれており、軸3によって上下動または垂直軸まわ
りに回転でき、ルツボのまわりに配設されたヒーター4
は軸5によって上下し得る。
石英ルツボ1内には、たとえばシリコンの融体6が存在
し、これからシリコン単結晶棒7が引き上げられる。8
は種結晶である。9はヒーターの外方への輻射をさえぎ
るためのカーボンとカーボンフェルトよりなる断熱材で
あり、その上にカーボン・カーボンフェルト・カーボン
の3重断熱構造をもつスクリーン補助室10と、スクリ
ーン支え11を載置する。輻射スクリーン12の下端開
口は融体表面に近接しており、そこから上方に向かって
拡開して上端は断面三角形または弧状を呈したリム状環
を形成し、スクリーン支えで支えられる。スクリーンの
構造は多層構造となっており、第1図のA−A’線を通
る横断面図である第2図において明らかなように、スク
リーン外表面13は、高温のSiO蒸気にさらされるた
め、窒化珪素(si3N、)、炭化珪素(SiC)また
は窒化ホウ素(BN)等のセラミックスかあるいはカー
ボン上にSi、N4.SiCまたはBNをコーティング
したものからなる。これらのセラミックスは、輻射率が
約0.5以上で融体からの熱−輻射を完全に防ぐまでに
は到らないとしても良好な遮熱効果を有し、高温におい
ても安定であって、金属材料製のものと異なり、シリコ
ン単結晶中に不純物が混入されることがほとんどない。
これらのセラミックスの純度は特に超高純度である必要
はなく、たとえばSi、N4の場合には99%程度の純
度のものでよい。
つぎに、輻射スクリーンの中間層I4はカーボン系の断
熱材たとえばカーボンフェルトによって構成される。こ
の中間層は外表面13としてSi3N。
のような熱伝導性の悪い材料を被覆しあるいは複合させ
た場合にはこれを省略することもできる。
さらに輻射スクリーンの内表面(すなわち融体と反対の
面)15は熱輻射率が大きくかつ熱伝導性の良い材料た
とえばカーボン、SiCなどによって構成される。Si
、N4は熱伝導率が悪いが、輻射率が0.5と大きいの
で充分使用の目的に耐える。
また、内表面15はアルゴンガスで常にパージされSi
Oの蒸気にさらされることがないので、外表面はど材料
の選定は厳しくなくてもよい。スクリーン補助室10、
スクリーン支え11.および輻射スクリーン12を断熱
構造とすることにより、引き上げ中それらに付着するS
iOのごみを最小限にすることができ、導入口16より
入れたアルゴンガスは、矢印のように単結晶周囲、融体
表面、ルツボ上端内壁面を洗って排出口17より系外に
排出されるが、スクリーン本来の目的であるアルゴンガ
スの整流性と、成長界面近くからSiOを排出する能力
によって単結晶化が大幅に促進され、引上速度を高く保
つことができる。
輻射スクリーン12をセラミックスまたは少なくともそ
の外表面をセラミックスにすることにより、ルツボその
他の炉内部品′を構成するカーボンによる単結晶の汚染
を抑えられる。
本発明では、原料充填時にはルツボとヒーターを共に下
降しておき、原料を充填したのち原料に接触しないよう
なルツボ上部位置にスクリーンを固定する。原料が溶融
してからルツボとヒーターを上昇させて所定位置で停止
させ、その後結晶の引上を開始する。この間スクリーン
を移動することなく結晶引上操作を完了するのが好まし
い。このようにすることにより、スクリーンが冷却され
ずほぼ一定の高温に維持されてSiOの付着がなく、し
たがってその落下による結晶欠陥の発生を防止できる。
つぎに実施例をあげる。
夫1涯 直径40.6C11、深さ28(!lの石英ルツボに多
結晶シリコン60kgを装入した。このときヒーターと
ルツボの位置を種付は時の位置よりも20cm下にして
おいた。輻射スクリーンをスクリーン支えの上に静置し
、真空引き後アルゴンで置換して溶融を開始した。完全
に原料が溶融し終った後、融体表面とスクリーンの先端
開口の距離が30+mになるまで石英ルツボとヒーター
を同時に上昇させた後、通常の方法で単結晶を引き上げ
、直径約150ma、長さ約120aI+の品質の良い
単結晶を得た。
本発明によると、引上室内圧力を0.5〜500mba
rに、またアルゴンガスの流量を10〜200 Q /
 winまで広範囲に変えても、単結晶化は阻害されな
かった。またアルゴンガス流が融体表面を通るために、
揮発性の不純物(たとえばS i O)は、本発明装置
をつけない時よりも揮発が速かった。また、結晶の冷却
が適切に速いために、結晶中の格子欠陥が減少し結晶性
の改善がみられた。
又皿勿麦員 以上述べたように、本発明の装置によれば、引上単結晶
の欠陥発生を抑制し、不純物の混入を防止でき、引上速
度を高めて生産性の向上が可能であるという優れた効果
をあげることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の引上装置の縦断面図を、第2図は第1
図のA−A’線を通る横断面図を示す。 1・・・石英ルツボ、 2・・・黒鉛ルツボ、 3・・
・軸。 4・・・ヒーター、  5・・・軸、 6・・・融体、
7・・・単結晶棒、 8・・・種結晶、 9・・・断熱
材。 10・・・スクリーン補助室、 11・・・スクリーン
支え、12・・・輻射スクリーン、 13・・・スクリ
ーン外表面。 14・・・スクリーン中間層、 15・・・スクリーン
内表面、16・・・導入口、 17・・・排出口。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)チョクラルスキー法による単結晶引上装置において
    、該単結晶棒を取囲み、下端開口が融体面に近接し、そ
    の上端が外方へ断面三角形もしくは弧状に曲折されてル
    ツボの頂部周辺をカバーするほぼ逆円錐形の断熱複層構
    造の輻射スクリーンを設けてなる単結晶の引上装置。 2)輻射スクリーンの円筒部の一部もしくは全部がセラ
    ッミックス焼結体もしくはセラミックスコーティングさ
    れた耐熱材料で構成されていることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の装置。 3)該セラミックスが炭化珪素、窒化珪素あるいは窒化
    ホウ素から選ばれることを特徴とする特許請求の範囲第
    2項記載の装置。
JP27862985A 1985-12-11 1985-12-11 単結晶の引上装置 Granted JPS62138386A (ja)

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