TWI281695B - Semiconductor single crystal manufacturing equipment and graphite crucible - Google Patents

Description

1281695 九、發明說明： i 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於-種作為半導體晶圓材料之矽时 半導體單結晶製造裝置，特別是關於-種捷|晶等的 (Czochralski)法的半導體單結晶製造裝置。 拉斯基 【先前技術】 在半導體積體電路中，為了找出對重金屬污染 或k生各種晶質的回收率，需要具有各種既定氧濃 晶圓，作為此種石夕晶圓材料的石夕單晶可藉由使又矽 基法的單結晶製造裝置（以下稱cz裝置）來製造。可拉訢 裝置中’首先，在配置於處理室内之坩鍋内埴 充早結晶用原料，一邊將惰性沖灌氣體導入處理室内: 邊使用設置於掛鋼外側之加熱器加熱溶融此原料。將:種 結晶浸潰在此溶融液裡並使之溶化後，持續迴轉此晶^士 晶，將之上拉至上方’在晶種結晶的下端成長單結晶。、° 使用上述CZ裝置來製造之石夕單晶中大部分的氧由㈣ 材料的石英來供應。 換言之’在高溫狀態下，於連接料融液和掛鋼内面 的接液面上，坩鍋材料的石英（Si〇2)和熔融液的矽（Si)刃 住反應，從職表面，揮發性的—氧切（⑽作為㈣ =入溶融液中。此溶氧以揮發性的siQ形式㈣融液表面蒸 發，並且，藉由迴轉坩鍋所產生的熔融液強制對流、坩鍋 及坩鍋内熔融液的溫度分佈（以下稱「坩鍋内溫度分佈」） 所產生的熱對流等來授拌，其一部分被輸送至上拉之單結 7054-7002-Pp 5 1281695 晶成長界面，在單結晶中被吸收。 其次，在實際的矽單晶製造中，在單結晶中的氧的吸 收1，和各種製造條件如S i 0的反應速度、沖灌氣體條件、 熔融液的殘留量、加熱器加熱條件等有複雜的關係，要以 高回收率的方式製造既定之氧濃度範圍内的單結晶，相當 困難。 因此，一般習知，在矽單晶的氧濃度控制法方面，曾 有人提出並實行著眼於坩鍋迴轉速度和熔融液中氧濃度之 關係的方法、著眼於沖灌氣體壓力、流量、流速條件和^ :發罝之關係的方法或著眼於坩鍋内施加磁場和熔融液中 氧〉辰度之關係的方法等。 …2 ’在專利文獻卜4中，作為替換上述方法之有效的 ^辰度控制法，揭示—方法和裝4，如以下所概述，使用 複數個加執哭；^制μ 「 ht如 控制上述「坩鍋内溫度分佈」，藉此來控 拉之矽單晶的氧濃度。 j上 在專利文獻1中，揭示一種裝置，复 圍，在上下古A哥办 /、/口者坩鍋側邊周 向貝牙设置複數個加熱器，根據上 曰 時的狀態將適當的電力供應 早、、” 制溶氧量和溶氧區域，在既定猎此來適當控 濃度。在單結晶f造二::：控制單結晶中的氧 ^ 序的两半段，暫時固化坩銷底邻的 熔融液，控制從坩鍋底部溶出的溶氧量。 、 在專利文獻2中，揭示一稽 "的加熱區域内維㈣融液表面的高度，-邊將最m

7054-7002-PF 6 1281695 加熱為之輸出相 口口 值以上，將坩铯； 口…器之輪出的比率設定在既定 將坩鍋底部的溫度控 疋 還低的狀態，藉此，抑制掛鋼底‘I，F之溫^ 的情況下製造目標氧濃度的單結晶：…，…收率 在專利文獻3中，揭示一種太 裝置中，分別3® 、 ，，其在具有遮蔽元件的 數個 Α控制、沿著坩鍋側邊周圍和底部設置之複 數個加熱器的輪出，藉此， i之妓 融液的鬲溫區域轉移至其、、w ' ^ …、曲由 轉移至…皿那側，-邊精密控制單結晶中 勺虱/辰度’以製造出單結晶。 上^專^獻4中’揭示—種發明，丨在石英㈣側面的 又刀別叹置加熱器，使各加熱器的電阻互異，從妓通 的電源：應電力給各加熱器，藉此，使在各加熱器上：生 的發熱量互異，控制矽單晶的氧濃度。 專利文獻1 :特開昭62-1 531 91號公報 專利文獻2 ··特許30 00 923號公報 專利文獻3 ··特許2681 1 1 5號公報 專利文獻4:特開2〇〇1 —39792號公報 【發明内容】 【發明所欲解決的課題】 然而，近年來，半導體積體電路越來越多樣化，而且， 對於比習知所要求之氧濃度範圍要來得大之氧濃度範圍的 矽晶圓的需求提高，因此，需要一種裝置，其可便宜量 產符合此種規格的矽單晶。 其中’當利用上述迴轉速度和炼融液内氧濃度之關係 7054-7002-PF 7 1281695 去和利用沖灌氣體條件 即，ϋ^ 、方法$，會有問題產生，亦 度較古+ 無法以同回收率製造上述氧濃 責：::置單：所當利用磁場產生裝置的方法時，裝置： 法便宜f #石n AA g 、准^費用亦间’所以，會有無 且衣造矽早晶的問題。 过夂另外’上述4個公報的發明雖然在某種程度上解決了上 迷各方法的門日百.e 、 /又工胖沃r上 之古量、曲麻π 、，一疋，為了以高回收率製造目前所要求 间虱》辰度範圍之矽單晶，仍嫌不夠充分。 了以ί利用複數個加熱器的情況下，其重要關鍵在於，為 ^ 乂尚回收率製造上述高氧濃 「掛鋼内溫度分佈」，在既…… 曰曰主動控制 、高+ 怖」在既疋％所產生既定量的溶氧，藉由 k刀形成的熱對流將此溶氧輪送至既定區域。 的力在上述任一公報的發明中，各個鄰接的加熱器 化，…域互相重疊，即使各加熱器的輸出各自獨立變 ’亦無法主動賦予「掛锅内溫度分佈」，所以，在高氧濃 =範圍内進行精密控制以製造出高回收率的石夕單晶會有困 例如，在上述專利文獻4所揭示的方法中，以加埶哭為 =位使，曰電阻值互異’並以加熱器為單位使各發熱;互 ’、矽單日日成長方向之溫度分佈㈣化範圍根據各個加執 器的高度和加熱器個數來規定，「坩鍋内溫度分佈」無法變 、口此單s曰石夕的氧濃度的控制範圍無法充分擴大，半 導體製品的回收率也無法被滿足。 本發明有鑒於上述問題，提供一種便宜的半導體單結

7054-7002-PF 8 1281695 加熱器中之電阻值，針 器上部之钚敎旦士、， 側加熱斋，為了使加熱 ^ '、、、里目對上比加熱器下部少，調整 之電阻值。 …态中 第6發明第1至5發明之半導體單結晶製造震置，1中 經過^述甜銷之整個周圍，設有上述熱遮蔽物。、 弟7發明為第丨至5發明之半導體單結晶製造裝置，其 中構成上述熱遮蔽物之材料含有石墨纖維材料或石墨。 第8發明為一種石墨㈣，其特徵在於：其可使用在將 …遮敝物設置於坩鍋外側之申請專利範圍第1項之半導體 單結晶製造裝置上。 V體 【發明效果】 猎由第1及第2發明，由於在與上述複數個加熱器外側 相向存在之相向物采7卜城ljJ_ ΒΒ 和上述坩鍋間之空間或其空間附近設置 熱遮蔽物，所以，可接古Ρ 4 ， 徒同攸加熱益放射出來之熱放射的方 向性（指向性），冑加熱器之加熱區域局部化，卩主動賦予 坩鋼及掛鋼内溶融液之溫度分佈（「_内溫度分D。 藉由第3發明，如第1圖所示，藉由配置熱遮蔽物20’ 相鄰接之加熱器4a，4b各自的加熱區域被局部化，另外， 藉由配置熱遮蔽物2卜相鄰接之加熱器仇&各自的加熱 區域被局部化，所以，可主動賦予坩鍋内溫度分佈。 藉由第4發明，上述各加熱器分別獨立供應電力，在 所有加熱器的發熱分佈中，於相對上發熱量少之區域附近 的位置設置上述熱遮蔽物’所以，可提高加熱器之既定區 域的熱放射的指向性。 7054-7002-PF 10 1281695 藉由第5發明，如第〗〇圖所示，熱遮蔽物設置於相對上 加熱器之發熱量較少之中間區域的加熱器外周部約略中央 部位，所以，可使用側面上段之加熱器來提高坩鍋上部區 域的溫度，另夕卜，使用側面下段之加熱器來提高坩鍋下部 區域的溫度’並且’藉由設置熱遮蔽物’可提高側面上下 段之加熱器的熱放射的指向#，所以，可主動賦予坩鍋内 溫度分佈。 藉由第6發明，如第〗圖所示，通過坩鍋3的整個周面設 置熱遮蔽物20，21，所以，可充分發揮熱遮蔽效果。又 藉由第7發明，使用於熱遮蔽物的材料的隔熱性高且具 有熱穩定性，戶斤以，可有效抑制鄰接之加熱器之間的相^ 熱干涉，並且，可避免單結晶的污染。 藉由第8發明，將熱遮蔽物設置於坩鍋外側，所以，當 應用在第1發明之裝置時，可有效控制掛銷内溫度分佈。田 【實施方式】 下面參照圖面書名本發明之半導體單結晶製造裝置及 石墨坩鍋。 弟1實施例 第1圖為用來說明本發明約實施例的半導體單結晶製 造裝置的剖面圖。 CZ裝置1以配置於處理室2内之坩鍋3、設置坩鍋3外側 周圍之側面加熱器4、設置於側面加熱器4之外周的隔熱體 5、配置於坩鍋3附近的沖灌氣體整流元件6及單結晶上拉機

構7為構成要素。 7054-7002-PF 11 1281695 掛鋼3為雙重構造，在用來將㈣融液8貯存在内侧的 :英（Si〇相鋼Μ，外嵌有石英㈣純形狀相似之石 掛鋼3b。炫融液8和石英掛鋼的内表面以接液面&來接 *另外，坩鍋3的底部以可迴轉及升降之支持軸9受到支 藉此，在迴轉時引起熔融液8的強制對流，並且，可在 矽單晶1〇的製造中將溶融液表面8a維持在約略同-平面位 置。 —側面加熱器4由上加熱器4a、中加熱器讣、下加熱器“ 〜個加熱器所構成。各加熱器的内直徑和外直徑相同，藉 〜有既疋厚度之圓筒狀石墨加熱器，在上下方向維持既 疋的間隔，與坩鍋3同軸，並配置於坩鍋3的側面。另外， 為了能有效地對坩鍋3加熱，配置於石墨坩鍋补外周侧面 近。 τ 此外，有關使用於本發明之裝置的加熱器的材f，為 具有導電性的材質，可通電加熱，若不想製造污染發生源，

亦可使用石墨以外的材質。例如，使用碳/礙複合材料（石户 纖維強化碳複合材料）。 A >隔熱體5可防止側面加熱器4所產生的熱逃逸，有效地 對坩鍋3加熱’所以，在構造上，處理室2的圓筒狀的内周 側面和平面形狀的底面以既定厚度來覆蓋。 σ 此外，在側面加熱器4的外周上，除了隔熱體5，選可 配置如用來排出導入之沖灌氣體的排氣筒等元件。下面將 先兒月在側面加熱裔4之外周僅配置隔熱體5的情況，之後 再敘述配置排氣筒等元件的情況。 <

7054-7002-PF 12 1281695 沖灌氣體整流元件6在設詈於丰闽-^ + 丁你又1於未圖不之處理室2上部的 惰性沖灌體導入口所導人之沖、、兹$ 所守八4 4虱體的矽熔融液表面8a上 方進行整流。 單結晶上拉機構7具有可迴轉及升降的上拉軸几，在其 下端’可固定晶種結晶7 a。 到此為止，和使用習知之複數個加熱器的半導體單結 晶製造裝置相同，但在第丨實施例的情況下，在第丨圖中， 熱遮敝物20為上下鄰接之加熱器4a和加熱器扑之間隙的位 置，抑制鄰接之加熱器的相互熱干涉，設置於鄰接之加熱 器的加熱區域被局部化的位置。同樣，熱遮蔽物21為上下 鄰接之加熱器4b和加熱器4c之間隙的位置，抑制鄰接之加 熱器的相互熱干涉，設置於鄰接之加熱器的加熱區域被局 部化的位置。 換言之，在第1實施例中，在上下鄰接之加熱器的所有 間隙（在此為兩處）上，配設有熱遮蔽物。 另外，熱遮蔽物20，21跨過坩鍋3的整個周圍而設置。 熱遮蔽物20形成圓環狀（圓筒狀），其内直徑和側面加 熱器4的内直徑幾乎一致，其外直徑和隔熱體5的内直徑幾 乎一致。另外，為了使加熱器4a的下端和熱遮蔽物2〇的上 面及加熱Is 4 b的上端和熱遮蔽物2 0的下面以既定距離間隔 配設，設定了厚度。 同樣，熱遮蔽物21亦形成圓環狀（圓筒狀），其内外直 徑和熱遮蔽物2 0的内外直徑幾乎相同。另外，為了使加熱 器4b的下端和熱遮蔽物21的上面及加熱器4c的上端和熱遮 7054-7002-PF 13 1281695 蔽物21的下面以既定距離間隔配設，設定了厚度。 有關熱遮蔽物20，21的材料，宜為在高溫環境中不成 為污木源且隔熱性兩的材料。此種材料包括石墨或石墨纖 維材料’但以石墨覆蓋石墨纖維材料之構造的熱遮蔽物會 更好。 …此外，熱遮蔽物2G，21為了不降低熱遮蔽效果，宜透 過=數根支持桿等來固定於處理室2的内部元件。此點在其 他實施例中亦同，下面會省略有關此點的說明。 其次，將說明藉由配設熱遮蔽物20，21所得到的作用 效果。 在先前技術中所敛述，組裝於習知之裝置的複數個 力:熱器分別獨立變化其輪出，但是’鄰接之加熱器的加熱 會相互產生熱干涉，無法將各加熱器的加熱 部 化來控制溫度。 哭之此’在第1實施例的情況下，藉由在鄰接之加数 ::間:相互熱干涉，所以，可將各個加熱器的：： 充刀局部化來進行溫度控制。 為了比較第i實施例和習知之裝置的加熱區 圖中’於左側的加熱器上，以模式圖的方式來在广 各力:熱器的加熱區域(虛線Α，β，〇,在右側的加二知之 以模式圖的方式來表示本發明之各加熱器的:^上， 線D，E F)。不t 、、、 、12…、區域（實

相同。…，相對應之左右各加熱器的輪出假設為 7054-7002-PF 14 1281695 在使用習知之裝置的情況下，於第1圖的剖面上，各加 熱器的間隙或其間隙附近沒有熱遮蔽物，所以，來自各加 熱器的熱放射以圓形的形狀放射出來，和鄰接之加熱哭的 加熱區域的重疊部分頗大。相對於此，在第1實施例的情況 下’藉由配設熱遮蔽物20，21，來自各加熱器的熱放射耳 有方向性（指向性），所以，可將加熱區域局部化，使和鄰 接之加熱器的加熱區域重疊的部分變小。換古 π B 1，在本實 施例的情況下，熱遮蔽物2 0，21可抑制鄰接之加熱器的相 _互熱干涉。 並且’在使分別和兩裝置對應之加熱器輪出相同的情 況下，第1實施例的加熱器具有熱放射的方向性，所以，相 較於習知之加熱器，可局部加熱至更遠的區域。因此，藉 由第1實施例’可主動控制溫度至比習知之穿 a i文見且更运 之區域的「坩锅内溫度分佈」。 、、若使用本發明之裝置，石夕單晶中的氧遭度可如下所 述，在包含廣大的範圍内受到主動的控制。 如上所述，石夕單晶中的氧濃度和溶入炫融液之S10的溶 解！及對單結^長界面之溶氧輸送方法有报深的關係。 長界===盡可能使用本實施例之裝置在單結晶的成 點溶氧，將職部的接液面積加大， 長界面，宜作如下的處理。 _央的早結晶1。的成 換言之’對掛鍋底部及其附近的炫融液 '、，、，在坩鍋底部附近的接液 疋研蜗材枓的石英（Si〇2)

7054-7002-PF 15 1281695 和融液的矽（Si )的反應，溶解更多的溶氧。 ^ itQ gi 調整各加熱器的輸出，對坩鍋及坩鍋内熔融液賦予既2 ’ /JEL度刀佈，使從甜鋼底部之接液面溶解的溶氧、白、 物，不使其散逸，形成在單結晶10的成長界面迅逮:蒸發 送的熱對流。 遵仃輪 相反地，為了盡可能使單結晶中的氧濃度變小，士 各加熱裔的輸出’抑制從掛锅底部溶解的溶氧量，、乂周整 使從接液面溶解的溶氧作為蒸發物，盡可能使之：且’ 降低炫融液内氧濃度的同時，形成在單結晶1〇的：長界與 迅速輸送溶氧的熱對流。 、1面 第2圖顯示以上說明之第斤施例之裝置及 在低乳濃度時矽輩S夕与、曲& , 、衣置 又了 ^早日日之乳濃度的比較實驗結果。 在第2圖中，横軸代表上 士曰 長完畢(卿的結晶長度(固化率;曰：成長初期⑽到成 氧濃度（任意值钭轴代表單結晶中的 晶中的氧濃度規格範圍，此範圍中的單曰曰圓的石夕單 的實線代表第!實施例的改善資料，卢= 日為良品。圖中 習知資料。 、虛線代表習知之裝置的 如第2圖所示，習知之 高，所以，成長初期的單結晶的衰農度時的臨界點較 回收，當結晶長声增# 、 ’辰度無法在規格範圍内 曰负度.交成約20%時，剛 當結晶長度變成約70%時 成為良品。另外， 良品。 /辰度再次升高，從此之後為不 另一方面’在第1實施例的裝置中，* 置中 如上所述，在低氧

7054-7002-PF 16 1281695 濃度時的臨界點可比習知的還低， α ^ m Λ 仗成長初期為良 口口，結晶長度在變成約85%之前，在氧灌_ w ^ w 隹虱，辰度的規格範圍内回 收。結果，良品率改善了約35%。 第3圖顯示第1實施例之裝置和 ^ ^衣置在鬲氣澧声 日守石夕單晶之氧濃度的比較實驗結果。 又 如第3圖所示，習知之裝詈卜古 心衣皇比问虱濃度時的臨界 低，所以，上拉之石々i a A ^ 矽早曰曰在成長初期為良品，但是，為了 結晶成長並使掛鋼内溶融液的氧濃度有漸減的傾向，^曰 長度變成約55%，從氧濃度頻祆，R伯私 、、、口曰曰 攸我/辰戾規格靶圍偏離，從 變為不良品。 <便的⑷为 另一方面，第1實施例之裝 由士， 精由上述方法使高氧濃 度時的臨界點上升至比習知的广 Η ^ ^ ^ Μ 彳之成長初期到結 日日長度約7 3 %的範圍為良品戸 ~良口口艮口口率改善了約18% 〇 如此，藉由第1實施例之裝 盔认* 或低氧濃度碎單晶，早日日 造出來。另外，可製造出過去二二。…率製 低氧濃度时單晶。 ’’“來的高氧濃度惑 高氧濃度和低氧濃度之 丄，1 间所要的虱濃度的單結晶可Μ 由上述可作局部加熱的各加埶哭 曰 融液的溫度分佈來製造出來。 熔 此外，在第1貫施例的裝置中，可將既定夕Λ _ 埶F衿Α都几 」將既疋之加熱器的加 …、（HE域局部化，所以，且 W φ ^ ^ ^ . 〜一乜點，亦即，可比習知之裝 置更有效率地進行加熱#告 口口 消耗電力。 …、工 並降低矽單晶製造所需要的

7054-7002-PF 17 1281695 弟2貫施例 第4圖為用來說明本發明其他實施例的概念圖。 在第4圖中，第2實施例之以裝置〗和第丨實施例之以裝 置1相同，於處理室2的内部組裝坩鋼3、側面加熱器4(上^ 熱器4a、中加熱器4b、下加熱器4〇、隔熱體5等，有關和 第1圖共通的部分，使用相同符號。下面將省略這些說明而 詳述這些以外的部分。 在第2實施例的情況下，熱遮蔽物22在上下鄰接之加熱 器4a和加熱器4b之間隙附近的位置，抑制鄰接之加熱器的 相互熱干涉，言史置於冑鄰接之加#器的力口熱區域局部化的 位置。同樣，熱遮蔽物23在上下鄰接之加熱器扑和加熱器 4c之間隙附近的位置，抑制鄰接之加熱器的相互熱干涉， 設置於將鄰接之加熱器的加熱區域局部化的位置。 熱遮蔽物22，23形成圓環狀（圓筒狀），内直徑分別和 側面加熱器4的外直徑幾乎一致，外直徑分別和隔熱體5的 内直徑幾乎一致。另外，熱遮蔽物22，23的厚度分別設定 為和第1實施例之熱遮蔽物20, 21的厚度相同。此外，熱遮 蔽物22, 23的内直徑比側面加熱器4的外直徑大，可避免與 側面加熱器4接觸的不良情況，並且，可將熱遮蔽物22，23 的厚度設定得比第1實施例的熱遮蔽物2〇，21大。 藉由上述構造’抑制鄰接之加熱器的相互熱干涉的效 果比第1實施例來得稍微微弱，但相較於習知裝置，可將各 加熱器之加熱區域充分局部化。 另外’在第2實施例的情況下，相較於第1實施例，具 7054-7002-PF 18 1281695 有的優點為，處理室2内的熱遮蔽物22, 23的安裝或拆卸變 得容易，而且，可避免熱遮蔽物因和高電壓的加熱器接觸 而通電或在兩者間產生異常放電的不良情況。 第3實施例 第5圖為用來說明本發明另外其他實施例的概念圖。 第3只轭例之cz裝置1和第1實施例之cz裝置j相同，在 構仏上為，於處理室2的内部組裝坩鍋3、側面加熱器4 (上 力”、、叩4a中加熱為4b、下加熱器4C)、隔熱體5等，有關 和第1圖共if的部分，使用相同符號。下φ將雀略這些說明 而詳述這些以外的部分。 在第3實施例的情況下’在側面加熱器和下加熱器4c 下方的位置’設有底部加熱器i 4 ’其以同軸狀態包圍支持 軸9。另外，在第1實施例中所說明的熱遮蔽物20, 21和下 加熱器4c及底部加熱器14的間隙，設有熱遮蔽物24。 底部加熱器14具有既定厚度且形成圓環狀，其内直捏 鲁比支持軸9的外直徑大，其外直#比下加熱器4c的内直徑 小。此外，在在石夕單晶製造中的配置方面，即使掛鋼3升降， 底部加熱器14的上面也不會干涉到坩鍋3的下端。 熱遮蔽物24形成具有既定長度之圓筒狀，其内直徑比 %卩力…、m 14的外直徑大，其外直徑比下加熱器4c的内直 仫J、如此形成之熱遮蔽物24連接至隔熱體5的底面，在設 置t近乎底部加熱器14之上的高度的狀態下，配置於下加 熱裔4c和底部加熱器14的間隙。 藉由上述構造，可永告| j抑制下加熱器4 c和底部加熱器14的

7054-7002-PF 19 1281695 相互熱干涉，所以，藉 進行局部加熱。因此， 佈」，所以，可將矽單晶 此將製造過程變得容易 由底部加熱器1 4，可對坩鍋3的底部 可進一步主動控制「掛鐵内溫度分 中的氧濃度設定在既定範圍内，如 第4實施例 第6圖為用來說明本發明其他實施例的概念圖。 、第4貫施例之CZ裝置1和第}圖之cz裝置j相同，在構造 上々為，於處理室2的内部組裝坩鍋3、側面加熱器4、隔熱= 5等，有關和第1圖共通的部分，使用相同符號。下面將省 略這些說明而詳述這些以外的部分。 ' 在第4實施例的裝置中，和第3實施例相同，在側面加 熱斋4(上加熱器4a、中加熱器让、下加熱器4c)和下加熱器 ^下方的位置，設有底部加熱器14。另外，在第1實施例所 "兒明之熱遮蔽物2 〇，21和下加熱器及底部加熱器丨4的間 隙’設有熱遮蔽物25。 底部加熱器14和第3實施例相同，具有既定厚度且形成 圓環狀，其内直徑比支持軸9的外直徑大，其外直徑比侧面 加熱器4的内直徑小。此外，在在矽單晶製造中的配置方 面，即使坩鍋3升降，底部加熱器14的上面也不會干涉到坩 鍋3的下端。 熱遮蔽物25形成具有既定長度之圓筒狀，其内直徑比 底部加熱器14的外直徑大，其外直徑比侧面加熱器4的内直 徑小。如此形成之熱遮蔽物25將其圓筒上端連接至坩鋼3 下端外周，使其圓筒下端包圍底部加熱器丨4而下垂，在此 7054-7002-PF 20 1281695 狀態下，配置於下加熱器4c和底部加熱器14的間隙。 藉由上述構造’可得到和第3實施例相同的效果。 此外，熱遮蔽物2 4，2 5不一定限於圓筒狀，也可以是 六邊形之類的形狀。 在第1至4實施例中，說明了具備3個側面加熱器4的情 況’但實際上侧面加熱器的個數可為2個或4個以上。 另外，在上述實施例中，在所有鄰接之加熱器的間隙 都設有熱遮蔽物。本發明不受此限，可考慮裝置成本及維 φ修費用等，在任意鄰接之加熱器的間隙配設熱遮蔽物。例 如，在第1圖中’除去熱遮蔽物2〇，僅配置熱遮蔽物21也可 以。另外，在第5圖中，也可以是不設置熱遮蔽物2〇而僅使 用熱遮蔽物21，24的裝置。 雖然以上將上述任一熱遮蔽物當成一體構造來說明， 但本發明之熱遮蔽物可沿著坩鍋3的周圍來分割配置。 第7圖可作為其中一例，在第i圖中，顯示p — p線所在之 水平剖面圖，其為於坩鍋3的周圍配置4個熱遮蔽方塊來構 • 成熱遮蔽物的情況。 在同一圖中，熱遮蔽方塊2 〇a為相同形狀，相互以等間 隔配置。 特別是，於加熱器4的外周設置排氣筒等時，宜適當分 割熱遮蔽物’使配置呈現和排氣筒等不接觸的狀態。 即使汉置如此刀杳]之熱遮蔽方塊，在進行單結晶製造 時’仍以既定週期迴韓掛柄q 仏 、， 、得坩鍋3，所以，可以充分缓和熱的不 均勻並達成本’X明之目的亦即抑制鄰接之加熱器之間的相

7054-7002-PF 21 !281695 ^ °此外，熱遮蔽方塊的形狀、分割個數、相 =可配合排氣筒等之形狀及單結晶製造條件來作適; 有關使用熱遮蔽方塊的優點，包括了比一體物 工及形成以及容易安裝於處理室内且容易維修。 此外’可根據情況將熱遮蔽物設置於排氣筒等部位。 弟5實施例 =有效^刀離加熱器之間的熱放射，熱遮蔽物宜配置 ;ϋ…、裔之發熱量相對上較少 範圍内控制…之二:的&域。因此，為了在較大 广、 早、日曰之乳浪度，對加熱器4的上部區域和下部 品域賦予較大的電力量（發 ,1 里、i熱里），另一方面，對加埶哭4 的中間區域賦予較小的雷七旦,& …、。口 4 著认t 的電力里（發熱量），宜將熱遮蔽物配 置於發熱量相對上較 于乂』日7甲間&域。此外，不一定要把埶 遮蔽物設置於加熱器4的中央 … 所 J T央邛為，可根據所要求的結晶品 貝來適當決定熱遮蔽物的位置。 第8圖為剖面概念圖’用來說明應用本發明之熱遮蔽物 的其他實施例。 在第5只知例中，如第8圖所示，在隔熱元件5的内側表 〇面加熱為4的外側表面所構成的空間的約略中央部 :立，配置有從加熱器之外表面延伸出既定距離的熱遮蔽物 _另外自面加熱裔4由上下3段的側面加熱密4(上加熱 器43、中加熱器4b、下加熱器4c)構成。此外，在第8圖中， 未圖7Γ即使在下加熱器4c的更下方，亦即掛锅3的底面 上’也可設置圓環狀的底部加熱器。

7054-7002-PF 22 1281695 如以下所述，熱遮蔽物80配置 少的區域。 毛熱里比加熱器全體 第9圖為展開上加熱器4a、中加埶 S門闰 时- ……σ 4b、下加熱器4c 的展開圖’顯示應用第5實施例之側面加熱器的構迭。 圖所示，各加熱器分別獨立供應電力，構成以通 笔方式來發熱的導體。對應各加熱 Μ - 叹置互相獨立的電 源0

換吕之’在各個加熱器4a，4b，4c±，具備正電極4al ，4c卜負（接地）電極4a2,4b2,4c2。藉由獨立並調整 施加於各加熱器4a，4b，4c的電麼，可獨立且調整發敎量 亦即對坩鍋3的加熱量。 ' 上加熱器4a用電源的電壓藉由施加於上加熱器乜的正 電極W和負電極4叙間電流在上加熱器4种流動且 發熱。藉由變化上加熱器4a用電源的電壓，可調整上加熱 Is 4a的發熱量並控制坩鍋3上部的加熱量。 另外，中加熱器4b用電源的電壓藉由施加於中加熱器 4b的正電極4M和負電極4b2之間，使電流在中加熱器 流動且發熱。藉由變化中加熱器4b用電源的電壓，可調整 中加熱器4b的發熱量並控制坩鍋3中央部位的加熱量。 另外，下加熱器4c用電源的電壓藉由施加於下加熱器 4c的正電極4cl和負電極4c2之間，使電流在下加熱器抚中 流動且發熱。藉由變化下加熱器4C用電源的電壓，可調整 下加熱器4c的發熱量並控制坩鍋3下部的加熱量。 有關上加熱器4a，電流電路的寬度構造為，加熱器下 7054-7002-PF 23 1281695 第8圖顯示第5實施例之加熱區域（實線及習知之三 段加熱器之加熱區域（虛線H)。在使用習知之三段加熱器的 情況下，加熱區域在中段加熱器區域未充分分離，但在第5 實施例的情況下，加熱器4之上下方向的加熱區域在中段加 熱杰區域充分分離並且在加熱器4之上部及下部區域的加 熱區域中具有方向性。 如上所述’藉由第5實施例，將熱遮蔽物8 〇配置於中加 熱器4b的外周附近，藉此，可提高上加熱器4a和下加熱器 • 4c的熱放射的方向性。另外，可將上加熱器“的上部和下 加熱器4c的下部的發熱量設定得在相對上較大，所以，藉 由適當設定中加熱器4b的熱放射量，可從所有加熱器4的上 部區域及下部區域進行方向性高的熱放射。 第6實施例 第1 0圖為剖面概念圖，用來說明使用本發明之熱遮蔽 物的其他實施例。 在第1 0圖中，在由隔熱元件5的内側表面和側面加熱器 4的外侧表面上所構成的空間的約略中央部位，從側面加熱 為4的表面相隔既定距離配置有熱遮蔽物丨〇 〇。另外，加熱 器由上下兩段的側面加熱器4(上加熱器4a、下加熱器4b) 構成。此外，在第1〇圖中，雖未圖示，在下加熱器軋的下 方，亦即坩鍋3的底面，可設置圓環狀的底部加熱器。 如下所述’熱遮蔽物1 0 0配置於比所有加熱器的發熱量 還少的區域。

第11圖為展開上加熱器4a、下加熱器4c的展開圖，顯 7054-7002-PF 25 1281695 示應用於第6實施例之側面加熱器4的構造。 如第11圖所示，各加熱器分別獨立供應電力，構成因 通電而發熱的導體。對應各加熱器，設置獨立的電源。 換5之，上加熱器4a、下加熱器4c分別獨立供應電力， 構成因通電而發熱的導體。對應各加熱器4a，4c，設置獨 立的電源，在各加熱器4a，4c上，具備正電極4al，4cl、 負（接地）電極4a2，4c2。藉由獨立並調整施加於各加熱器 4a，4c之電壓，可獨立並調整發熱量亦即對坩鍋3的加埶 •量。 上加熱器4a用電源的電壓藉由施加於上加熱器4a的正 電極4al和負電極4a2之間，使電流在上加熱器4a +流動且 發熱。藉由變化上加熱器4a用電源的電壓，可調整上加熱 器4a的發熱量並控制坩鍋3上部的加熱量。 另外，下加熱器4c用電源的電壓藉由施加於下加熱器 4c的正電極4C1和負電極4c2之間，使電流在下加熱器扰中 机動且發熱。藉由變化下加熱器4c用電源的電壓，可調整 下加熱器4c的發熱量並控制坩鍋3下部的加熱量。 另外’在苐6貫施例的加熱器&的情況下，有關上加熱 $ 4a ’電流電路的寬度構造為，加熱器下部的寬度c2比加 熱器上部的寬度cl大。藉此，在上加熱器4a的電流通過剖 面積方面’加熱裔下部比加熱器上部要大，相應於此，電 阻值方面為’加熱器下部比加熱器上部要小，加熱器下部 的發熱量相對上比加熱器上部少。 另—方面’有關下加熱器4c，電流電路的寬度構造為，

7054-7002-PF 26 1281695 -加熱器上部的寬度cl比加熱器下部的寬度c2a。藉此 下加熱器4。的電流通過剖面積方面，力σ熱器上部二… 下部要大，相應於此，電阻佶古二& , ^ “、如 电丨且值方面為，加熱器上部比加埶 器下部要小’加熱器上部的發熱量相對上比加熱器下部少: 再者，如第11圖所示，上加熱器4a其中一部分的電法 電路進入比與下加熱H4C上端位置相當的位置還下方的： 置而形成’並且，下加熱器4c其中—部分的電流電路進入 比與下加熱器4 c上端位置相當的位置還上方的位置而形 成。 ^ 藉此，當整體來看第1 〇圖所示之第6實施例的上下加熱 器4a，4c時，整個加熱器4的上部區域的發熱量相較於整個 加熱器4下部區域的發熱f，整個加熱器4的中間1域的發 熱量變少。 在第6實施例中，熱遮蔽物丨〇〇配置於和整個加熱器4 相比發熱量相對上較少之中間區域的約略中央部位。 此外，在構成第U圖的第6實施例之加熱器時，間隙的 個數並無限制，可配合所要之加熱器電阻值來設定間隙的 個數。 另外構成加熱裔的電流電路的間隔（間隙寬度）、上 加熱器4a和下加熱器仂的間隔宜設定為丨〇〜3〇mm。若擴大這 些間隔，會從間隙散逸很多熱，變得難以得到本發明之效 果，相反地，若將間隔變窄，會提高放電的可能性，製程 本身無法被建立起來。 第11圖顯示第6實施例之加熱區域（實線I)及習知之兩

7054-7002-PF 27 1281695 2加熱器之加熱區域（虛線j)。在使用習知之兩段加熱器的 f月況下，加熱區域在整個側面加熱器的中間區域未充分分 離’但是，在第6實施例的情況下，可將加熱區域在侧面加 熱器4的中間區域充分分離，並且，可提高側面加熱器4之 上部區域及下部區域的方向性。 如上所述，藉由第6實施例，將熱遮蔽物1〇〇配置於侧 面加熱器4的中間區域附近，藉此，可提高上加熱器^和下 加熱器4c的熱放射的方向性。另外，可將上加熱心的上 部和下加熱器4c的下部的發熱量設定得在相對上較大，所 乂可k所有加熱為4的上部區域及下部區域進行方向性高 的熱放射。 ° 、如以上所說明’藉由本發明之裝置，在複數個加熱器 及相向物所構成的空間或其空間附近設置熱遮蔽物，所 以，可將加熱器的加熱區域局部化。結果，可主動控制「坩 鍋内·度为佈」’所以’可以高回收率製造出從高氧濃度之 單結晶到低氧濃度之單結晶的既定氧濃度規格範 結晶。 早 另夕卜，在本發明的裝置中，具有一優點，亦即，可在 不需要特別變更處理室的情況下’以低成本改造裝置，並 將既定加熱器之加熱區域局部化，以有效率地進行加熱控 制所以’單結晶製造所需要消耗的電力可比以前低。 -上面已D兒明使用於矽單晶製造的實施例，但本發明不 受此限，只要不脫離本發明主旨的構造，皆可應用二砷化 鎵（GaAs)等的半導體單結晶製造。

7054-7002-PF 28 1281695 【產業上可利性】 藉由本發明之半導體單結晶製造裝置，可將_種要求 大fe圍之氧濃度及既定氧濃度規袼之半導體晶圓專用半導 體單結晶以便宜且穩定的方式供應給市場。 【圖式簡單說明】 第1圖為用來說明本發明之實施例的概念圖。 第2圖顯示本發明之裝置和習知之裝置在低氧濃度時 的比較實驗結果。 又^ 第3圖顯不本發明之裝置和習知之裝置在高氧濃度時 的比較實驗結果。 ^ 第4圖為用來說明本發明其他實施例的概念圖。 第5圖為用來說明本發明另外其他實施例的概念圖。 第6圖為用來說明本發明其他實施例的概念圖。 第7圖為水平剖面概念圖，用來說明使用本發明之熱 蔽方塊的熱遮蔽物。 ........ 第8圖為用來說明本發明其他實施例的概念圖。 第9圖為概念圖，用來說明本發明之其他實施例 谱诰。 刀口 f 10圖為用來說明本發明其他實施例的概念圖。 第11圖為概念圖，用來說明本發明之其他實施例 加熱器構造。 【主要元件符號說明】 A~C，H，J胃知裝置之加熱器的加熱區域 D〜F，G，丨本發明裳置之加熱器的加熱區域

7054-7002-PF 29 •1281695 G1〜G4沖灌氣體的流動方向 1 CZ裝置 2處理室 3掛锅 3a石英坩鍋 3b石墨坩鍋 3 c接液面 4側面加熱器 5隔熱體 6沖灌氣體整流元件 7上拉機構 8矽熔融液 9支持軸 1 0矽單晶 14底部加熱器 20〜25，80，100熱遮蔽物 20a熱遮蔽方塊 30

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Claims (1)

1. 修正日期·· 95.9.4 J281矣龄1Q3⑻鮮請專利範圍修正本 十、申請專利範圍： .-種丰導體單結晶製造裝置，使用捷可拉斯基 (CzochraiskM，具備儲存半導體單結晶之原料炼融液的 坩鍋和為了加熱熔融上述原料且於上述坩鍋外側的上下方 向具備複數個加熱器， 其特徵在於： 加熱器 附近設 在上述複數個加熱器的外側，在與上述複數個

   相向配置之相向物和上述坩鍋之間的空間或其空間 有熱遮蔽物。 2. 如申請專利範圍第！項之半導體單結晶製造裝置，其 中’與上述複數個加熱器外側相向存在的相向物為隔熱元 件。 3. 如申請專利範圍第丨項之半導體單結晶製造裝置，其 中’上述熱遮蔽物設置於複數個加熱器之間隙或其間隙附 近之位置。 中 在 4·如申請專利範圍第丨項之半導體單結晶製造裴置，其 ，上述各加熱器各自獨立供應電力，上述熱遮蔽物設置 所有加熱器之發熱分佈中相對上發熱量較少之區域附近 之位置。 5.如申請專利範圍第4項之半導體單結晶製造裝置，其 中，在上述發熱量較少之區域中，針對位於上側之加熱器， 為了使加熱器下部之發熱量相對上比加熱器上部少，調整 各加熱器中之電阻值，針對位於下側之加熱器’為了使加 .、、、器上之發熱s相對上比加熱器下部少，調整各加熱器 7054-7002-PF2 31 1281695 中之電阻值。 6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之半導體單結晶 製造裝置，其中，經過上述坩鍋之整個周圍，設有上述熱 遮蔽物。 7. 如申請專利範圍第4項所述之半導體單結晶製造裝置，其 中上述熱遮蔽物係設置於石墨坩鍋的外側。 8.如申請專利範圍第4項所述之半導體單結晶製造裝置，其

   中上述熱遮蔽物係相向於上述複數個加熱器的外側，並設於所配 置的隔熱元件的内側。 9. 如申請專利範圍第1〜5、7、8項中任一項所述之半導體單 結晶製造裝置，其中上述構成上述熱遮蔽物的材料為包含石墨纖 維材或石墨的材料。 10. 如申請專利範圍第6項所述之半導體單結晶製造裝置， 其中上述構成上述熱遮蔽物的材料為包含石墨纖維材或石墨的材 料。 7054-7002-PF2 32