1303676 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於，在存有氫之周圍氣體下製造半導體單 晶之半導體單晶製造裝置。 【先前技術】 半導體之一個例子，亦即矽單晶，係依以下方法而製 造：將被收容在保持氣密之腔室（Chamber )內的坩鍋中 的多晶矽原料，以加熱器加熱爲矽融液，然後依CZ法 (Czochralski Method，柴氏長晶法），一面由矽融液將 矽單晶拉起，一面使之成長。矽晶圓係將以上述方法所製 造之矽單晶切片（Slice )而被製造出來；於此矽晶圓上 形成例如積體電路。 拉起此種矽單晶之時，以往均使用非活性氣體（主要 是Ar氣體）來作爲腔室內之周圍氣體。此係爲了要抑制 矽融液、腔室構件及矽結晶之各種化學反應，而避免產生 作爲副產物而產生之不純物的混入。並且，亦可利用供給 大量氣體所生之腔室內的氣流來避免金屬污染，而可實現 拉起之矽單晶的高品質化。 關於此種腔室內的周圍氣體，最近開始有混合微量氫 氣之有效性的報告（例如專利文獻1〜專利文獻4 )。丰艮 據這些專利文獻所記載之技術，依氫原子對於被導入結曰曰曰 中之Grown-in缺陷，特別是以COP爲代表之空孔缺陷的 作用，可使空孔缺陷與對矽融液之氮雜質同樣地縮小或消 -5- 1303676
滅。 關於此種向腔室內的氫氣供給，爲了安全地供給可燃 的氫氣，而有使用了三角線圖之氫濃度的規定方法（專利 文獻5 )，和高效率地使氫原子溶入矽融液中的氫供給方 法（專利文獻6 )廣爲所知。 然而，專利文獻6所記載之以往的向腔室內供給氫之 方法，係使用「將至少拉起一次之氫之周圍氣體下之矽單 晶所必須之量的氫混合氣體，預先儲存在高壓容器 (Bombe )等」的氫氣供給裝置的氫混合氣體供給方法。 由於此種以往之氫混合氣體供給方法中，預先決定了氫混 合氣體之氫原子含有量，故而，難以對應矽單晶之拉起中 的拉起環境之變化，來控制最適當的氫濃度，亦難以得到 氫之周圍氣體下之矽單晶之拉起所得之最大限度的效果。 又，若欲適用此種每分鐘使用數百公升以上之氫混合 氣體的大口徑之矽單晶製造裝置，則須有相當大的氫混合 氣體的儲存手段，而有設備成本過高之虞。並且，在一次 拉起期間，亦即數日之中，將大流量之氫混合氣體連續且 安定地供給至腔室內，亦相當困難。 [專利文獻1 ]日本特開昭6 1- 1 7 8 4 9 5號公報 [專利文獻2]日本特開平1 U 89495號公報 [專利文獻3]日本特開2000-281491號公報 [專利文獻4]日本特開200 1 -3 3 5 3 96號公報 [專利文獻5]日本特開2004-182525號公報 [專利文獻6]日本特開2004-2 1 7460號公報 (3) 1303676 【發明內容】 [發明所欲解決之課題] 鑑於上述情形，本發明之目的在提供一種半導體單晶 製造裝置，其係可對應半導體單晶之拉起環境之變化而容 易地控制氫混合氣體中之氫原子濃度，且可以低成本之設 備，長時間連續且安定地供給氫混合氣體。 [解決課題所用之手段] 爲達成上述目的，本發明提供一種半導體單晶製造裝 置，其特徵爲，具有··坩鍋，儲存半導體融液；和加熱 器，將前述坩鍋予以加熱；和坩鍋驅動手段，使前述坩鍋 迴轉及/或升降；和腔室，收容前述坩鍋及加熱器；和氫 混合氣體供給裝置，將含有氫原子之含氫氣體及非活性氣 體所混合而成之氫混合氣體，供給至前述腔室內；並且前 • 述氫混合氣體供給裝置具備··含氫氣體供給機，供給含有 氫原子之含氫氣體；和非活性氣體供給機，供給非活性氣 體；和含氫氣體流量控制器，控制前述含氫氣體供給機所 供給之含氫氣體之流量；和非活性氣體流量控制器，控制 前述非活性氣體供給機所供給之非活性氣體之流量；和緩 衝槽（Buffer Tank)，將由前述含氫氣體流量控制器及前 述非活性氣體流量控制器，所分別流出之含氫氣體與非活 性氣體，加以混合而產生氫混合氣體，並予以儲存。 因爲形成緩衝槽以恆常儲存特定量之氫混合氣體，且 -Ί · (4) 1303676 控制使在設定了緩衝槽之內壓的壓力範圍內，成爲恆常加 壓狀態，故縱使在拉起矽單晶晶錠（Ingot )(半導體單 晶）時，爲了控制氫分壓而改變含氫氣體與非活性氣體之 流量，緩衝槽亦可發揮調整壓力之緩衝手段的功能，而使 壓力變動變得十分緩慢。依此，縱使改變氫分壓，腔室內 亦不會發生劇烈的壓力變動，對於安定地拉起矽單晶晶 錠，係非常有效之構成。 φ 又，沿著拉起方向，可將所拉起之矽單晶晶錠大略分 爲晶頸部、晶身部、尾部；而，可對應上述各部之特性， 來改變供給至腔室之氫混合氣體的氫濃度（氫分壓）。依 此，可得到縮小晶身部之COP缺陷大小的效果、與抑制 位錯缺陷形成之效果，而形成缺陷較少之良好矽單晶晶錠 的晶身部。而，將含氫氣體供給機與氫配管等設置於室 外，可降低含有高壓含氫氣體之系統的危險性。此處之 「晶頸部」係指，進行頸縮（necking )之頸部部份以及 # 稱爲「肩部（shoulder )」之擴徑部等，在直筒部之前被 拉起之部份。又，在含氫氣體之周圍氣體中拉起矽單晶晶 錠，可提高對於拉起速度V與結晶軸方向之溫度梯度G 之比値V/G的控制性，而提高對於單晶內之COP、R-0SF 與位錯團簇（cluster)等缺陷分布的控制性。 前述半導體融液只要係矽融液，且前述半導體單晶只 要係矽單晶即可。前述緩衝槽中亦可設置偵測緩衝槽之內 部壓力的緩衝槽壓力感應器。前述緩衝槽之流入側上亦可 設置槽流入開關閥。前述緩衝槽之流入側的總流量只要被 -8- (5) 1303676 設定爲，較流出側之總流量爲多，而於前述緩衝槽之內部 壓力高過預先設定之設定壓力範圍之上限値之際，控制使 關閉前述槽流入開關閥，直到前述緩衝槽之內部壓力下降 至前述設定壓力範圍之下限値以下爲止即可。 依此，由於將流入緩衝槽之氣體總量，設定爲多於流 出氣體之流量，故而，緩衝槽之內部壓力被控制爲，恆常 處於被加壓之方向上，而且可使內部壓力處於一定之範圍 鲁 內。 亦可進一步具備腔室內壓偵測手段，以偵測前述腔室 內之壓力；並且，亦可對應以前述腔室內壓偵測手段所偵 測出之腔室內壓力値，來控制前述含氫氣體流量控制器之 含氫氣體流量。又，亦可進一步具備拉起速度偵測手段， 以偵測由前述矽融液拉起之半導體單晶的拉起速度；並 且，亦可對應半導體單晶之拉起速度値，來控制前述含氫 氣體流量控制器之含氫氣體流量。並且，亦可進一步具備 • 結晶長度偵測手段，以偵測由前述半導體融液所拉起之半 導體單晶之結晶長度；並且，亦可對應所拉起之半導體單 晶之結晶長度，來控制前述含氫氣體流量控制器之含氫氣 體流量。 對融液（melt )(矽融液）之氫的混入，可依循亨利 定律（Henry’s Law)，依融液（melt)表面附近之氫分 壓來加以控制；可進行之控制有：於拉起中爐內壓力改變 之時，保持一定之氫分壓，或者積極地改變氫分壓等； 而，控制對融液（melt )之氫分壓，可將氫原子對單晶之 -9 - (6) 1303676 影響，控制在最適當的狀態。 一開始使籽晶與矽融液（半導體融液）接觸，並爲了 防止位錯缺陷而以較窄之寬度拉起一定長度後，於結晶直 徑擴大至預先設定之特定寬度的晶頸部上，依據對含氫氣 體流量控制器之ON-OFF控制，來進行導入或不導入供給 至腔室之氣體中的含氫氣體部份的控制。依據於晶頸部進 行導入或不導入含氫氣體部份的控制，可得到以下效果： • 降低構成腔室等拉起裝置之構件而來的Fe污染，微量含 氫氣體之存在所致之矽融液面的安定化（整流作用），或 降低使籽晶與矽融液接觸之際的熱震動。又，依據於晶頸 部上之含氫氣體部份的ON-OFF控制，可提高晶頸部後之 晶身部的結晶特性。並且，依據在氫之周圍氣體下進行拉 起，可防止晶頸部上的有位錯化，以防止拉起之重試（回 融，melt back )等，結果，可降低矽單晶之製造成本。 於矽單晶晶錠之晶身部的拉起過程中，基於控制部所 # 送出之流量控制訊號，含氫氣體流量控制器改變含氫氣體 之流量，以控制供給至腔室之氫混合氣體的氫分壓。以拉 起速度（fp )爲控制條件之控制（拉起速度偵測手段）、 以腔室內部壓力爲控制條件之控制（腔室內壓偵測手 段）、或以拉起結晶長度爲控制條件之控制（結晶長度偵 測手段），可得到縮小晶身部之COP缺陷大小的效果、 和抑制位錯缺陷形成之效果，而可形成缺陷較少之良好的 矽單晶晶錠的晶身部。同時，控制對融液（melt )之氫分 壓’可將氫原子對單晶之影響，控制在最適當的狀態。 -10- (7) 1303676 前述非活性氣體至少係以氬氣爲主成份即可。前述含 氫氣體供給機亦可具備含氫氣體精製手段，以精製含有氫 原子之原料氣體。 前述非活性氣體供給機亦可具備非活性氣體精製手 段’以精製含有非活性氣體之原料氣體。前述氫混合氣體 供給裝置亦可具備複數之氫混合氣體供給線，以將前述氫 混合氣體供給至複數之前述腔室。而，氫混合氣體供給裝 φ 置，亦可將氫氣與非活性氣體以外之氣體予以組合並進行 供給；或者將氫氣、非活性氣體、與其他氣體予以組合並 進行供給，或控制切換至這些氣體中之至少一種以上，而 分別進行供給。又，前述腔室之至少內面係由具有對氫的 耐腐蝕性之材料所形成即可。依此，縱使腔室內係在含有 具有活性之氫的周圍氣體下，亦可防止腔室之腐蝕與劣 化。 # [發明之效果] 依本發明之半導體單晶製造裝置，可對應在氫之周圍 氣體下拉起之矽單晶晶錠之各部份的特性，來改變供給至 腔室之氫混合氣體之氫濃度（氫分壓）。依此，可得到縮 小晶身部之COP缺陷大小的效果、和抑制位錯缺陷形成 之效果，而可形成缺陷較少之良好的矽單晶晶錠的晶身 部。而，將含氫氣體供給機與氫配管等設置於室外，可降 低含有高壓含氫氣體之系統的危險性。 -11 - (8) 1303676 【實施方式】 以下以矽單晶製造裝置爲本發明之半導體單晶製造裝 置之一個實施形態，並說明該實施形態。第1圖係本發明 之矽單晶製造裝置（半導體單晶製造裝置）之全體構成的 槪略圖；第2圖係其腔室部份的側面斷面圖。矽單晶製造 裝置（半導體單晶製造裝置）10主要係由拉起裝置n、 氫混合氣體供給裝置1 2與控制部1 3所構成。拉起裝置 φ 11具備腔室21;和石英坩鍋（坩鍋）23，設置於此腔室 21內，儲存矽融液（半導體融液）22 ;和側面加熱器 24，將石英坩鍋23予以加熱；和保溫材料25 ;和坩鍋驅 動手段2 6。 石英坩鍋23係由上方開啓之略圓筒狀之筒部23a， 與閉塞此筒部23a下方之底部23b所構成。石英坩鍋23 之表面係被石墨承座（susceptor) (i甘鍋支撐體）27所 支撐。石英坩鍋23之下面係透過石墨承座27而被固定於 • 支軸28之上端；此支軸28之下部連接至坩鍋驅動手段 2 6。石英坩鍋2 3之筒部2 3 a之外側周圍設有側面加熱器 24，二者中間夾著石墨承座27。 加熱石英坩鍋23所需之側面加熱器24係形成爲，例 如將石英坩鍋23包圍之圓筒狀，以加熱石英坩鍋23。 又，側面加熱器24與腔室21之間設有包圍側面加熱器 24之筒狀保溫材料25。 坩鍋驅動手段2 6係具有：第1迴轉用馬達（圖示省 略），使石英坩鍋23迴轉；和升降用馬達（圖示省 -12- (9) 1303676 略），使石英坩鍋23升降；依這些馬達，不但可使石英 坩鍋23迴轉至特定方向，同時還可上下移動。 特別是，上述升降用馬達之構成係··爲了將隨著矽單 晶晶錠（半導體單晶）3 1之拉起而降低之矽融液（半導 體融液）22之液面22a，在腔室21內維持一定高度，而 對應減少之矽融液22之量，使石英坩鍋23上升。 腔室2 1之上面設有使腔室2 1之一部份的直徑變窄之 • 圓筒狀上爐室（casing) 4〗。此上爐室41之上端部上設 有可以水平狀態迴旋之拉起頭42;纜線43由拉起頭42 向石英坩鍋23之迴轉中心垂下。而，腔室全體或內側面 係以對高活性之氫具有耐腐蝕性之材料而形成，若係依鍍 膜而形成則更佳。 雖未圖示，不過，拉起頭42中藏有：第2迴轉用馬 達，使拉起頭42迴轉；和拉起用馬達，將纜線43捲回或 放出。浸入矽融液22再拉起矽單晶晶錠3 1所需之籽晶 # 33，係透過固定器（holder ) 34而裝置在纜線43之下 端。 腔室21之上部連結至將於後詳述之氫混合氣體供給 裝置1 2，且形成第1導入部3 6，以將氫混合氣體由上爐 室4 1導入腔室2 1內。又，同樣地連結至氫混合氣體供給 裝置12，且形成第2導入部37，由腔室21之上部向石英 坩鍋23附近延伸，以將氫混合氣體導入石英坩鍋23附 近。此第1導入部36與第2導入部37，只要是向腔室21 內具備開口端之導管即可。並且，腔室21之下部上，形 -13- (10) 1303676 成排出腔室2 1內之氣體的排出部3 9。由此排出部3 9，排 出與由第1導入部36與第2導入部37所導入之氫混合氣 體之量相同之氣體，以使腔室21保持一定之內部壓力。 參照第1圖，氫混合氣體供給裝置1 2具備含氫氣體 供給機5 1與非活性氣體供給機52。含氫氣體供給機5 1 係由含氫氣體源51a與含氫氣體精製器（含氫氣體精製手 段）5 1 b所構成。含氫氣體源5 1 a係氫氣或含氫原子化合 φ 物氣體等之原料氣體的供給源；含氫氣體例如氫氣、 H2〇、HC1等含氫原子之無機化合物，砂院（siiane)氣 體、CH4、C2H2 等碳化氫，醇、殘酸（carboxylic acid) 等含氫原子之有機化合物。 此含氫氣體源51a於含氫氣體係氫氣時，只要係液化 氫氣設備、由化合物產生氫之氫產生設備、或取出氫吸藏 合金所吸藏之氫的設備即可。又，若含氫氣體係化合物氣 體’則只要係液體狀態之化合物儲存設備，或合成含氫原 • 子化合物所需之化合設備即可。此液化氫氣設備或化合物 儲存設備係長時間安定供給大量氫氣或含氫氣體之供給 鄰接於含氫氣體源51a而設置之含氫氣體精製器 5 1 b，係將含氫氣體源5 1 a所供給之作爲原料氣體的含氫 氣體加以精製，以供給除去了不純物之含氫氣體。此含氫 氣體精製器51b之構成亦可爲，將已被供給至拉起裝置 1 1之腔室2 1而經過循環又被送回之使用過的氫混合氣 體’加以精製而取出氫，然後再度產生無不純物之含氫氣 -14- 1303676 (11) 體。又，若含氫氣體源5 1 a所供給者係無不純物之含氫氣 體，則不特別設置此含氫氣體精製器5 1 b亦無妨。 非活性氣體供給機5 2係由非活性氣體源5 2 a與非活 性氣體精製器（非活性氣體精製手段）52b所構成。非活 性氣體源52a係稀有氣體的供給源；此非活性氣體以低成 本之Ar氣爲佳，不過，此外例如He、Ne、Kr、Xe等各 種稀有氣體單體，或這些氣體的混合物均可。 φ 此非活性氣體源52a只要係液化非活性氣體設備、或 取出非活性氣體之非活性氣體產生設備即可。此液化非活 性氣體設備等係長時間安定供給大量非活性氣體之供給 源。 鄰接於非活性氣體源5 2 a而設置之非活性氣體精製器 52b，係將非活性氣體源52a所供給之作爲原料氣體的非 活性氣體加以精製，以供給除去了不純物之非活性氣體。 此非活性氣體精製器52b之構成亦可爲，將已被供給至拉 # 起裝置11之腔室21之使用過的氫混合氣體，加以精製而 取出非活性氣體。又，若非活性氣體源5 2 a所供給者係無 不純物之非活性氣體，則不特別設置此非活性氣體精製器 52b亦無妨。 含氫氣體供給機5 1所供給之含氫氣體係透過氫配管 5 3而供給。氫配管5 3之途中形成含氫氣體流量控制器 (質流控制器，mass flow controller ) 54，以控制流過氫 配管5 3之含氫氣體之流量。此含氫氣體流量控制器5 4係 依控制矽單晶製造裝置1 0全體之動作所需之控制部1 3來 -15- (12) 1303676 設定流量。而，於氫配管53之途中，除含氫氣體流量控 制器54以外，亦可適當地設置減壓閥或逆止閥等。 非活性氣體供給機52所供給之非活性氣體係透過非 活性氣體配管5 5而供給。非活性氣體配管5 5之途中形成 非活性氣體流量控制器（質流控制器）56，以控制流過非 活性氣體配管5 5之非活性氣體之流量。此非活性氣體流 量控制器5 6係依控制矽單晶製造裝置1 〇全體之動作所需 • 之控制部1 3來設定流量。而，於非活性氣體配管55之途 中，除非活性氣體流量控制器56以外，亦可適當地設置 減壓閥或逆止閥等。又，亦可爲僅具備含氫氣體流量控制 器54與非活性氣體流量控制器56中之任一者，而調節氫 混合氣體中之氫濃度的構成。 經過含氫氣體流量控制器54之氫配管53，與經過非 活性氣體流量控制器5 6之非活性氣體配管5 5，各自與緩 衝槽5 8連結。於此緩衝槽5 8中，含氫氣體與非活性氣體 • 在同一空間中交會，而產生氫混合氣體。緩衝槽58只要 係由具有耐氫腐蝕性之耐壓式槽而構成即可。緩衝槽58 中設有緩衝槽壓力感應器60，以偵測此緩衝槽5 8之內部 壓力値，並將內部壓力値送出至控制部13。而，向此緩 衝槽5 8之流入側之系統，除如上述之氫配管5 3與非活性 氣體配管55各自連接至緩衝槽58之構成以外，亦可爲氫 配管53與非活性氣體配管55先合流至一根配管後，再連 接至緩衝槽5 8之構成。 含氫氣體流量控制器5 4與緩衝槽5 8之間的氫配管 -16- (13) 1303676 53上設有槽流入開關閥57a。又，非活性氣體流量控制器 5 6與緩衝槽5 8之間的非活性氣體配管5 5上設有槽流入 開關閥5 7b。此種設於緩衝槽5 8之流入側的槽流入開關 閥5 7a、5 7b，係基於緩衝槽壓力感應器60所偵測之緩衝 槽5 8的內部壓力値，而依控制部1 3而來的操作訊號而開 關。 緩衝槽5 8之流出側與氫混合氣體配管5 7連接，以使 φ 含氫氣體與非活性氣體所混合而成之氫混合氣體流出。氫 混合氣體配管5 7之端部只要係成爲，將氫混合氣體由上 爐室41導入腔室21內之第1導入部36、與將氫混合氣 體由腔室21之上部導入石英坩鍋23之附近的第2導入部 37，而與腔室21連結即可。依此構成，氫混合氣體被由 上爐室41導入腔室21內；或氫混合氣體是由石英坩鍋 23之附近被導入至腔室21內。而此氫混合氣體配管57 之端部亦可被並列配置到複數之矽單晶製造裝置的腔室， 0 而由一個氫混合氣體供給裝置12向複數之矽單晶製造裝 置供給氫混合氣體。 連繫緩衝槽58與腔室21之氫混合氣體配管57之途 中設有氫混合氣體流量控制器（質流控制器）5 9。此氫混 合氣體流量控制器5 9係對應控制部1 3所輸出之氫混合氣 體之供給量控制訊號，來控制經過氫混合氣體配管5 7而 被供給至腔室2 1內之氫混合氣體之流量。而，氫混合氣 體配管5 7之途中，除此氫混合氣體流量控制器5 9以外， 亦可適當地設置氫濃度計（未圖示）。 -17- (14) 1303676 控制部1 3係基於腔室2 1之內部壓力値（腔室 測手段）、矽單晶晶錠3 1之拉起速度（拉起速度 段）、或拉起之砂單晶晶銳31之結晶長度（結晶 測手段）等資料，而將預先設定之流量控制訊號， 含氫氣體流量控制器54與非活性氣體流量控制器 氫氣體流量控制器54與非活性氣體流量控制器56 此流量控制訊號，來控制含氫氣體與非活性氣體之 又，基於緩衝槽壓力感應器60所偵測之緩衝槽5 8 壓力値，將流入閥操作訊號送出至槽流入開關閥 5 7 b。並且，向氫混合氣體流量控制器5 9送出氫混 之供給量控制訊號。 具備如以上構成之氫混合氣體供給裝置1 2的 製造裝置10，係因將含氫氣體供給機51與氫配管 衝槽58等設置於室外，故可減低含有高壓含氫氣 統對建築物內之危險性。 以下針對此種構成之矽單晶製造裝置（半導體 造裝置）1 0，來說明氫混合氣體供給裝置丨2所爲 合氣體供給之控制的槪要。第3圖係依本發明之矽 造裝置，於存有氫之周圍氣體下拉起之矽單晶晶錠 平面圖。所拉起之矽單晶晶錠3 1，沿著拉起方向l 分爲晶頸部N、晶身部B、尾部T。 對應上述各部份之特性，改變供給至腔室之氫 體的氫濃度（氫分壓）。 首先’使籽晶與矽融液（半導體融液）接觸， 內壓偵 偵測手 長度偵 送出至 56。含 係基於 流量。 之內部 57a > 合氣體 矽單晶 53、緩 體之系 單晶製 之氫混 單晶製 之側面 ，主要 混合氣 並爲了 -18- (15) 1303676 防止位錯缺陷而以較窄之寬度拉起一定長度後，於結晶直 徑擴大至預先設定之特定寬度的晶頸部N上，依據對第1 圖所示之含氫氣體流量控制器54之ON-OFF控制，來進 行導入或不導入供給至腔室21之氣體中的含氫氣體部份 的控制。 依據於晶頸部N進行導入或不導入含氫氣體部份的 控制，可得到以下效果：降低構成腔室2I等拉起裝置之 φ 構件而來的Fe污染，微量含氫氣體之存在所致之矽融液 面的安定化（整流作用），或降低使籽晶與矽融液接觸之 際的熱震動。依據於晶頸部N上之含氫氣體部份的ON-OFF控制，可提高晶頸部N後之晶身部B的結晶特性。 於矽單晶晶錠31之晶身部B的拉起過程中，基於控 制部1 3所送出之流量控制訊號，含氫氣體流量控制器54 改變含氫氣體之流量，以控制供給至腔室之氫混合氣體的 氫分壓。 # 氫分壓 P(H2)以下式表示（非活性氣體爲 Ar之 時）。 P(H2)=(拉起壓力/大氣壓力）x(H2氣體流量/ Αγ + Η2混合氣體流量）(Pa) 以拉起速度（fp )爲控制條件之控制（拉起速度偵測 手段），係於將H2之最適當之氫分壓設爲Z ( Pa)，無 缺陷領域產生速度設爲X ( mm/min )之時，依下列方式 來控制氫分壓： 實際結果f P < X時，設定氫分壓> Z ; -19- (16) 1303676 實際結果fp= X時，設定氫分壓=z ; 實際結果fp>X時，設定氫分壓<z。 又，以腔室內部壓力爲控制條件之控制（腔室內壓偵 測手段），係於腔室內部壓力變動之時，分別控制H2氣 體流重與Ar氣體流量’以使上述H2之最適當之氯分壓z (Pa)保持一定。 並且，以拉起結晶長度爲控制條件之控制（結晶長度 • 偵測手段），係於結晶全長設爲1 00%之時，依由結晶之 拉起尖端起算的結晶長度所佔比例（％)來進行控制。於 將H2之最適當之氫分壓設爲Z( Pa)之時，以下列方式 來控制氫分壓： 結晶尖端〜結晶長度20%之範圍時，設定氫分壓> Z ； 結晶長度20〜30%之範圍時，設定氫分壓<Z; 結晶長度30〜100%之範圍時，設定氫分壓=Z。 # 於拉起晶身部B時，對應上述之拉起速度、腔室內部 壓力、與拉起結晶長度分別之値，以控制氫混合氣體中之 氫分壓，藉此，可得到縮小晶身部B之COP缺陷大小的 效果、和抑制位錯缺陷形成之效果，而可形成缺陷較少之 良好的矽單晶晶錠的晶身部。而，於腔室內部壓力30 (Torr )時之矽單晶拉起時的氫混合氣體中的氫濃度 (% )與氫分壓（Pa )之相關，表示於第1表，以爲參 考0 -20- (17) 1303676 [第I表] 氫濃度（％) 氫分壓（Pa) 1 40 3 120 6 240 8 320 1 0 400 矽單晶晶錠3 ]之尾部τ之形成過程中，依據對含氫 氣體流量控制器54之ON-OFF控制，來進行導入或不導 入供給至腔室2 1之氣體中的含氫氣體部份的控制。依此 來抑制因晶錠內部結晶化所導致之晶錠回縮，而形成最適 當的尾部。 而，此氫混合氣體中之氫濃度之最大範圍被控制在1 〜8 °/〇。依據將氫混合氣體中之氫濃度設在1〜8%之範圍 • 內，可確實遠離可燃性之氫氣的燃燒範圍，而可將含氫氣 體安全地導入腔室內。 以下說明緩衝槽58之內部壓力控制。緩衝槽58之氣 體的基本流出入量係設定爲：流過流入側系統，亦即氫配 管53與非活性氣體配管55之含氫氣體與非活性氣體之合 計流量，多於流過流出側系統，亦即氫混合氣體配管5 7 之氫混合氣體流量。並且’如第4圖所示之流程圖般地， 來控制緩衝槽5 8的內部壓力。 緩衝槽5 8被預先設定了壓力範圍；所設定之壓力範 -21 - (18) 1303676 壓 〇 於 被 感 判 驟 閥 閉 體 流 槽 係 範 訊 流 58 依 氣 圍 圍上限設爲Psl，壓力範圍下限設爲Ps2。又’緩衝槽 力感應器60所偵測之緩衝槽58之內部壓力値設爲Pn 由於緩衝槽5 8係如上所述，被設定爲流入氣體總量大 流出氣體之流量，故而，緩衝槽5 8之內部壓力恆常地 控制在被加壓之方向。 並且，緩衝槽5 8之內部壓力恆常地被緩衝槽壓力 應器60所參照（步驟Sa);而，當內部壓力値Pn被 φ 斷爲高過所設定之壓力範圍之上限 Psl之時（步 Sb )，則控制部1 3輸出操作訊號，以使槽流入開關 57a、5 7b關閉。結果，槽流入開關閥57a、57b被關 (步驟Sc )，而，向緩衝槽5 8之含氫氣體與非活性氣 之流入停止。由於緩衝槽5 8係被設爲加壓環境，故而 氫混合氣體會持續由流出側，亦即氫混合氣體配管5 7 出。依此，緩衝槽5 8之內部壓力開始降低。縱使於此 流入開關閥57a、57b關閉中，緩衝槽58之內部壓力亦 φ 恆常地被緩衝槽壓力感應器60所參照（步驟Sd )。 而，當內部壓力値Pn被判斷爲低於所設定之壓力 圍之下限Ps2之時（步驟Se )，則控制部13輸出操作 號，以使槽流入開關閥57a、57b再度開啓。結果，槽 入開關閥57a、57b被開啓（步驟Sf)，而，向緩衝槽 之含氫氣體與非活性氣體，再度以所設定之流量流入。 此’緩衝槽5 8內再度被控制在被加壓之方向。 如此’形成緩衝槽5 8以®常儲存一定量之氫混合 體’且控制使緩衝槽5 8之內部壓力在所設定之壓力範 -22- (19) 1303676 內，恆常地處於加壓狀態，則縱使於拉起矽單晶晶錠時， 爲了控制氫分壓而改變含氫氣體或非活性氣體之流量，緩 衝槽亦可發揮壓力調整之緩衝手段的功能，而使壓力變動 變得十分緩慢。依此，縱使改變氫分壓，腔室內亦不會發 生劇烈的壓力變動，對於安定地拉起矽單晶晶錠，係非常 有效之構成。 此種緩衝槽5 8之容量只要依例如槽流入開關閥（電 φ 磁閥）之壽命、氫混合氣體之必要供給量、緩衝槽前後之 配管壓力等各條件，來設定最適當之容量即可。基本上， 設計爲使槽流入開關閥（電磁閥）開關間隔約3 0分鐘左 右（ΟΝ/OFF間隔）之容量即可。緩衝槽58之容量設定 之一個例子：氫混合氣體流量設爲3 0 0 L /分，流出質量流 量計（mass flow meter)設置二個，槽流入開關閥（電磁 閥）壽命設爲十萬次，緩衝槽流入側配管壓力設爲 0.5 MPa ;則緩衝槽之容量以約80L爲最適當。於流出質 • 流計量器直列設置二個之時，由於一個流出質流計量器的 動差壓在0.25〜0.3MPa，故而，將流出質流計量器之間 的配管壓力保持在0.15〜0.25MPa較佳。 而，本發明之其他實施形態中之氫氣控制之例，記載 於第5圖。 第5圖係結晶長度與氫氣控制流程的關係圖。首先， 於拉起開始時，將矽原料投入石英坩鍋，如步驟S 1所 示，控制向腔室內進行或不進行氫之供給；然後，於該狀 態下，如步驟S2所示，將矽原料加以溶融，以形成矽融 -23- (20) 1303676 液。而於砂原料溶融中，如步驟S3所示，亦控制進行或 不進行氫之供給，然後’如步驟S4所示，砂原料之溶融 結束。如此，於矽原料之溶融階段中，依據控制氫之供 糸口’可有效防止由腔室或加熱器等構件而來的不純物污 染。 其次’使籽晶與石英坩鍋中所形成之矽融液接觸。於 使籽晶與矽融液接近之階段中，如步驟S 5所示，控制向 Φ 腔室內進行或不進行氫之供給；然後，於該狀態下，如步 驟S 6所不，使好晶與砂融液接觸。於使好晶接觸而甫開 始結晶成長之際，如步驟S 7所示，亦控制進行或不進行 氫之供給；然後，如步驟S 8所示，向籽晶之浸漬（Dip ) 結束。如此，於籽晶之向矽融液之浸漬工程中，亦控制氫 之供給，則可得到以下效果：依氫對於矽融液之整流作 用，而於接下來的晶頸形成工程中，防止位錯缺陷，以達 成無缺陷狀態。 • 接著，於拉起開始時，如步驟S9所示，控制向腔室 內進行或不進行氫之供給；然後，於該狀態下，如步驟 S 1 〇所示，進行晶頸之拉起。於晶頸之拉起途中，如步驟 S 1 1所示，亦控制進行或不進行氫之供給；然後，如步驟 S 1 2所示，晶頸之拉起結束。 其後，如步驟S 1 3所示，控制向腔室內進行或不進行 氫之供給；然後，於該狀態下，如步驟S 1 4所示’進行肩 部之拉起。於肩部之拉起途中’如步驟s 1 5所示’亦控制 進行或不進行氫之供給；然後，如步驟s 1 6所示，肩部之 -24- (21) 1303676 拉起結束。 其後，如步驟S 1 7所示，控制向腔室內進行或不進行 氫之供給；然後，於該狀態下，如步驟S 1 8所示，進行直 筒部之拉起。於直筒部之拉起途中，如步驟S 1 9所示，亦 控制進行或不進行氫之供給；然後，如步驟S20所示，直 筒部之拉起結束。 其後，如步驟S 2 1所示，控制向腔室內進行或不進行 φ 氫之供給；然後，於該狀態下，如步驟S22所示，進行尾 部之拉起。於尾部之拉起途中，如步驟S23所示，亦控制 進行或不進行氫之供給；然後，如步驟S24所示，尾部之 拉起結束。 然後，單晶之拉起結束。進行此種控制，則可得到如 上所述之單晶。 [實施例] • 本申請人檢證了本發明之作用與效果。檢證實係使用 如上所述之本發明的半導體單晶製造裝置，而製造了本發 明之第1、2實施例之矽結晶晶錠。第1實施例係使用具 有可製造無Grown-in缺陷及位錯之3 00mm矽結晶之熱區 (Hot zone )之育成裝置來進行拉起之例；其係以具有由 融點至1 3 50°C之結晶中心部上之軸方向溫度梯度Gc爲 3.2 °C /mm，結晶外緣部上之軸方向溫度梯度Ge爲2.2 °C /mm’ Gc/Ge爲〗·3之熱區構造的育成裝置’並供給磁場 強度3 000G之水平磁場，且磁場中心高度相對於融液液 -25- (22) 1303676 面爲0mm，來實施結晶育成。 供給至爐內之氫/ Ar混合氣體，係將H2配管連結至 最靠近爐的Ar配管而使二者混合，並通過混合氣體攪拌 器（靜態混合器，static mixer )後，而供給至爐內。氫僅 供$合結晶之直筒部份；且係在3〜2 4 L / m i η之間改變氫氣 流量，以育成結晶。結晶長度0 m m〜2 0 0 m m (第1區段） 之部位所供給至爐內之氫分壓係40Pa、結晶長度200mm φ 〜3 00mm (第2區段）之部位所供給至爐內之氫分壓係 120Pa、結晶長度3 00mm以後（第3區段）所供給至爐內 之氫分壓係240Pa，而製造出樣本。 第2實施例除氫分壓控制以外之結晶育成條件，係與 第1實施例相同；結晶長度0mm〜200mm (第1區段）之 部位所供給至爐內之氫分壓係40Pa、結晶長度200mm〜 3 00mm (第 2區段）之部位所供給至爐內之氫分壓係 3 20Pa、結晶長度3 00mm以後（第3區段）所供給至爐內 # 之氫分壓係24〇Pa，而製造出樣本。 又，依以往之方法，亦即於結晶育成中，氫分壓係恆 常固定爲240Pa所拉起之結晶，藉以製造出比較例之樣 本，以作爲比較例（以往例）。 由本發明之第1、2實施例之樣本，與比較例之樣本 中取出第1〜3區段，由各區段沿著拉起軸縱切，以製作 包含拉起軸附近之板狀試片；而爲了觀察Growri_in缺陷 之分布’而進行了銅飾法（Cu decoration)。首先，將各 試片浸漬於硫酸銅水溶液後，使之自然乾燥，並於氮之周 -26- (23) 1303676 圍氣體中，施以900。(：、20分鐘左右之熱處理·，而，爲除 去試片表層之C'U矽化層（silicide )，而將之浸漬於 HF/HN03混合溶液中，以蝕刻法除去表層數十微米 (micron)後，依 X 射線形貌（X-ray topography)法來 調查〇SF環之位置與各缺陷領域之分布。又，此切片之 COP的密度則依例如opp法來測量。並且，位錯團簇的 密度則依例如Secco蝕刻法來調查。以依此所得結果爲基 礎’而算出製品或可作爲監測晶圓（monitor wafer)而使 用之結晶長度，並檢證其佔結晶全長之比例。 此檢證結果以第2表表示。 [第2表] 第1區段 第2區段 第3區段 結晶製成率 第1實施例 40 120 240 60% 第2實施例 40 320 240 75% 以往方法 240 240 240 50% 依第2表，以本發明之第1、2實施例所製造之矽單 晶任一之結晶製成率，均較比較例（以往例）大幅提高。 由此檢證結果可確認本發明之效果。 [產業上的可利用性] 依本發明，可提供一種半導體單晶製造裝置，其係可 對應半導體單晶之拉起環境的改變，而容易地控制氫混合 -27- (24) 1303676 氣體中之氫原子濃度；且可以低成本之設備，長時間連續 而安定地供給氫混合氣體。 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明之半導體單晶製造裝置之構成的槪略 圖。 第2圖係第1圖之腔室部份的側面斷面圖。 • 第3圖係矽單晶晶錠之部位的說明圖。 第4圖係緩衝槽之內部壓力控制的順序的流程圖。 第5圖係關於本發明之氫供給控制的流程圖。 【主要元件符號說明】 10:矽單晶製造裝置（半導體單晶製造裝置） 1 2 :氫混合氣體供給裝置 21 :腔室 • 23 :石英坩鍋（坩鍋） 5 1 :含氫氣體供給機 52 :非活性氣體供給機 54 :含氫氣體流量控制器 56 :非活性氣體流量控制器 5 7a、5 7b :槽流入開關閥 5 8 :緩衝槽 6〇 :緩衝槽壓力感應器 -28-