WO2002036861A1 - Appareil et procede de production de monocristal semi-conducteur de silicium - Google Patents

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Ryoji Hoshi
Takahiro Yanagimachi
Izumi Fusegawa
Tomohiko Ohta
Yuuichi Miyahara
Tetsuya Igarashi
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Shin-Etsu Handotai Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for producing a silicon semiconductor single crystal using a Czochralski method (hereinafter, referred to as a CZ method) and a method for producing a silicon semiconductor single crystal using the apparatus.
  • a CZ method Czochralski method
  • a polycrystalline silicon was housed in a crucible placed in a silicon semiconductor single crystal manufacturing equipment growth furnace, and heating was placed around the rutsupo.
  • a seed crystal is immersed on the surface of the silicon melt, and then pulled up above the silicon melt while rotating gently. It grows a silicon semiconductor single crystal having a cylindrical constant diameter portion.
  • the pulled silicon semiconductor single crystal is cut and ground, leaving a constant diameter portion, and is processed into a silicon semiconductor wafer through a wafer processing step.
  • the silicon semiconductor wafer thus obtained is used as a semiconductor element substrate for forming an integrated circuit or the like by forming an electric circuit on the surface of the wafer.
  • oxygen atoms contained in the silicon semiconductor wafer bond with silicon atoms, and BMD (Bulk Micro Defect) or the like is contained inside the silicon semiconductor wafer.
  • BMD Bulk Micro Defect
  • the oxygen precipitate such as BMD captures extra heavy metal and other contaminating atoms that enter during the semiconductor element formation process. (Gettering) is known to improve the characteristics and yield of semiconductor devices. Therefore, by using a silicon semiconductor wafer substrate having more oxygen precipitates such as BMD, the yield of semiconductor elements formed on the surface layer of the substrate can be improved.
  • the amount of oxygen precipitates depends on the concentration of oxygen contained in the silicon semiconductor wafer from the beginning and the thermal history that the silicon semiconductor wafer receives during the crystal growth and before entering the semiconductor element forming process. Dependent. However, in general, there is a standard for the concentration of oxygen contained in silicon semiconductor wafers, and it cannot be easily changed.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-12591 discloses a method of increasing the precipitation by manipulating the heat history of a crystal by applying heater heating during the growth of a silicon semiconductor single crystal.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 2-2663792 also discusses a method of annealing after growing a silicon semiconductor crystal.
  • heating the silicon semiconductor single crystal during crystal growth requires large-scale remodeling to attach a heating device to heat the grown silicon semiconductor single crystal in the manufacturing equipment and power for heating the grown crystal.
  • -It is not an efficient method in terms of cost and workability.
  • forcibly change the temperature balance during the crystal growth of the silicon semiconductor single crystal As a result, there is a problem that dislocations occur in the grown crystal and the product cannot be commercialized.
  • the present invention has been made in view of such problems, and when growing a silicon semiconductor single crystal, it is necessary to stabilize and uniformize the amount of oxygen precipitation in the crystal growth axis direction of the silicon semiconductor single crystal. It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for producing a silicon semiconductor single crystal.
  • the cooling rate in the low temperature part at this time is desired.
  • the value to a value By adjusting the value to a value, a large amount of heat history can be gained in the low temperature area, and the formation of BMD is promoted.
  • the silicon semiconductor single crystal is pulled up to the upper growth furnace so that a sufficient heat history in the cold zone when the silicon semiconductor single crystal is cooled can be obtained.
  • the best and easiest method is to place an upper heat insulating material to keep the crystals crystallized, and to make it about the entire length of the upper growth furnace or at least about 1/20 of the total length of the upper growth furnace.
  • the upper insulation should be placed to keep the heat.
  • the upper insulating material to be placed in the upper growth furnace is less than 1 Z 20 of the total length of the upper growth furnace, because it is difficult to obtain a sufficient heat retaining effect.
  • the temperature inside the upper growth furnace communicating with the ceiling of the growth furnace of the manufacturing equipment where the silicon semiconductor single crystal is grown is required. Even if the uppermost insulation is 800 ° C or less and the length of the uppermost insulation is short, the upper insulation is arranged so that the temperature zone between 400 ° C and 65 ° C is kept warm. Silicon semiconductor in the temperature range If the thermal history of the body single crystal is adjusted to be long, the amount of oxygen precipitation can be increased, and stable oxygen precipitation can be secured over the entire length of the crystal.
  • the material is surrounded by the heat insulating member of the upper growth furnace, and the heat history in the low-temperature part is sufficient even after the crystal is separated from the silicon melt as in the first half of the silicon semiconductor single crystal. Can be obtained Than it is.
  • the amount of oxygen precipitated in the silicon single crystal is greatly related to the length of the heat history in the low temperature part when the crystal is cooled.
  • the length of the upper insulating material provided in the upper growth furnace of the manufacturing equipment it is possible to more effectively produce a silicon semiconductor single crystal having a desired oxygen precipitation amount. It is possible to grow. For example, the diameter and length of a silicon semiconductor single crystal to be pulled.
  • the upper insulating material in the upper growth furnace may be replaced with a material with a different length each time a single crystal is grown, depending on the crystal type such as the oxygen concentration in the crystal, or the upper insulating material itself.
  • a crystal low-temperature section is provided in the upper growth furnace as a plurality of layers stacked in the direction of the crystal growth axis, and the temperature is maintained by changing the number of upper heat insulators to be installed depending on the desired amount of silicon semiconductor single crystal to be precipitated. It is preferable that the temperature range can be changed.
  • the upper insulating material provided in the upper growth furnace for the purpose of keeping the silicon semiconductor single crystal warm is exposed to a high temperature of several hundred to 800 ° C even though it is in the upper growth furnace. Therefore, it is preferable to use an upper heat insulator made of a material obtained by molding carbon fibers similar to the heater heat insulator etc. placed in the growth furnace for growing silicon semiconductor single crystals. It is.
  • the surface of the upper heat insulating material is made of high-purity graphite material, or the surface is made of high-purity graphite material coated with pyrolytic carbon or silicon carbide so that impurities and the like do not scatter into the growth furnace from the heat insulating member.
  • a silicon semiconductor single crystal is manufactured using the above-described manufacturing apparatus of the present invention.
  • the temperature of the silicon semiconductor single crystal pulled from Rutupo is 800 ° C. It grows a silicon semiconductor single crystal while keeping the following parts warm without external heating.
  • FIG. 1 is a schematic sectional explanatory view showing one embodiment of a silicon semiconductor single crystal manufacturing apparatus of the present invention.
  • FIGS. 2A and 2B show another embodiment of the apparatus for manufacturing a silicon semiconductor single crystal of the present invention.
  • FIG. 2A is a schematic cross-sectional explanatory view of a main part, and FIG. .
  • FIGS. 4A and 4B show another embodiment of the silicon semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to the present invention, wherein FIG. 4A is a schematic sectional view of a main part, and FIG. It is.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the temperature from the main growth furnace to the center of the upper growth furnace and the distance from the silicon melt surface in Example 1 and Comparative Example 1.
  • FIG. 6 shows (a) 0 to 25 cm of the constant diameter portion in Example 2 and Comparative Example 2, (b) 25 to 75 cm of the constant diameter portion, and (c) 75 to 75 cm of the constant diameter portion.
  • 4 is a graph showing the relationship between the initial oxygen concentration and the amount of precipitated oxygen after cm.
  • the single crystal production apparatus 10 has a main growth furnace 12 for growing a silicon semiconductor single crystal S and an upper growth furnace 14 for containing the pulled silicon semiconductor single crystal S and allowing it to cool.
  • a crucible 18 composed of a crucible 18 a made of quartz and a crucible 18 b made of graphite on the inside, with the crucible support shaft 16 as the axis,
  • a crucible drive mechanism 20 attached to the lower end of the crucible support shaft 16 is arranged to be rotatable and vertically movable.
  • Rutupo 18 contains a silicon melt M which is a raw material for growing a silicon semiconductor single crystal S. Further, outside the rutupo 18 is made of graphite so as to surround the crucible 18. A heater 20 is disposed, and the heater 20 is heated to dissolve the polycrystalline silicon charged in the crucible 18, and a silicon semiconductor single crystal S is obtained from the obtained silicon melt M. It is something to raise. A heat insulating material 22 is provided between the heater 20 and the main growth furnace 12 to protect the furnace wall of the main growth furnace 12 and keep the inside of the furnace warm.
  • the grown silicon semiconductor single crystal S is pulled up in the upper part of the upper growth furnace 14
  • a wire take-up mechanism 26 for taking up or unwinding the wire 24 for winding, and when growing the crystal, the wire 24 is rotated in the opposite direction to the rutupo 18 and gently wound up.
  • a crystal is grown below the seed crystal 26.
  • a seed holder — 28 for holding a seed crystal 26 is attached to the tip of the wire 24, and the seed crystal 26 is engaged with the wire 24 by the seed holder 28.
  • the inside of the growth furnace is filled with an inert gas such as Ar (Argon) or the like, and the pressure inside the furnace is adjusted to a desired value to perform the growth work. Equipped with a gas amount control device 30 and a conductance pulp 32 for adjusting the flow rate of the active gas and the pressure inside the furnace, the pressure and flow rate of the inert gas in the growth furnace can be adjusted appropriately according to the growth conditions.
  • an inert gas such as Ar (Argon) or the like
  • the temperature of the upper insulating material 34 in the upper growth furnace should be 800 ° C or less. It is more preferable that the temperature is set at a temperature of 400 ° C. to 65 ° C. In addition, the temperature of the grown single crystal increases It is also effective to install the upper heat insulating material 34 in a part where the temperature is 800 ° C. or less, preferably 400 ° C. to 65 ° C., in the furnace.
  • a high-purity graphite material As a material for covering the upper heat insulating material 34, besides the above-mentioned stainless steel, a high-purity graphite material, or a high-purity graphite material whose surface is coated with silicon carbide or pyrolytic carbon may be used.
  • the coating may be performed using a metal material mainly containing a metal such as chromium, copper, titanium, tungsten, and molybdenum. .
  • polycrystalline silicon is charged into a crucible 18 inside the main growth furnace 12, and the inside of the furnace is inertized. After filling with the gas, the heater 20 is heated while adjusting the amount and pressure of the inert gas flowing into the main growth furnace 12 to melt the polycrystalline silicon. When the polycrystalline silicon is completely melted, the crucible 18 containing the silicon melt M is moved up and down to adjust a position suitable for allowing the seed crystal 26 to immerse the silicon melt surface M.
  • the silicon semiconductor single crystal S is gently rolled up to the upper growth furnace 14 and allowed to cool. This completes the work of growing the silicon semiconductor single crystal S.
  • the crucible drive mechanism 20 was always operated to operate the crucible drive mechanism 20 in order to maintain the crystal diameter constant and to stabilize the thermal history applied to the silicon semiconductor single crystal S.
  • the operation is carried out with the height of the surface M kept constant.
  • FIG. 4 shows another example of the arrangement of the upper heat insulating material 34 in the apparatus of the present invention.
  • a plurality (five in the illustrated example) provided in the upper growth furnace 14 includes a plurality (three are attached and one is removed) of projections 36.
  • the upper heat insulator 34 is detachably arranged.
  • the heat retaining portion of the silicon semiconductor single crystal S accommodated in the upper growing furnace 14 and the length in the direction of the crystal growing axis for keeping the temperature can be easily changed as appropriate. can do. 2
  • the upper heat insulating material 34 has a cylindrical shape in the illustrated example.
  • any shape that surrounds the silicon semiconductor single crystal S may be used.
  • a substantially horseshoe-shaped cylindrical body or the like may be used. 2 to 4, the same or similar members as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
  • the main growth furnace 12 of the single crystal production equipment 10 is made of quartz ruth with a diameter of 55 cm. 3 Po 18 was put, and 120 kg of polycrystalline silicon was charged into the crucible 18. After the temperature of the silicon melt M is stabilized, the seed crystal 26 is brought into close contact with the surface of the silicon melt M and pulled up, and the length of the constant diameter portion S 2 is 100 cm below the seed crystal 26. As a result, a silicon semiconductor single crystal S having a crystal diameter of 200 mm was grown. At this time, the pulling speed of the constant diameter portion S2 of the silicon semiconductor single crystal S was set to 0.9 to 1. O mm min, and the crystal was grown, and the silicon semiconductor single crystal was grown. After the growth of S, the constant diameter portion S 2 of the silicon semiconductor single crystal S was further processed into a wafer, and the amount of precipitated oxygen at the center of the crystal was measured. Figure 6 shows the measurement results for the three grown silicon semiconductor single crystals.
  • the diameter was 200 mm and the length of the constant diameter portion was 1 under the same conditions as in Example 1 except that the upper insulating material 34 was removed from the upper growth furnace 14 of the semiconductor single crystal manufacturing apparatus 10 shown in FIG. Three 100 cm silicon semiconductor single crystals were pulled. After the production of the silicon semiconductor single crystal was completed, the wafer for the measurement sample for confirming the amount of precipitated oxygen was also placed in each of the crystals in the same manner as in Example 1. Cut-out processing was performed from the site, and heat treatment was applied to measure the amount of precipitated oxygen. Figure 6 shows the measurement results for the three grown silicon semiconductor single crystals.
  • the constant diameter portion on the seed crystal side of the silicon semiconductor single crystal is defined as O cm, and 0 to 25 cm or less of the constant diameter portion is the first half, and the constant diameter portion is 25 cm to 75
  • Figure 6 (a), (b) and (c) show the amount of precipitated oxygen with respect to the initial oxygen concentration of each silicon semiconductor single crystal, with cm as the middle part and the constant diameter part after 75cm as the latter part.
  • the heat treatment conditions applied to the wafer sample to measure the amount of oxygen precipitation at this time were also 600 ° C X 180 min + 1 00 ° C X 600 min + 110 °.
  • CX was set to 180 min and the same as in Example 1.
  • Example 1 the diameter of the fixed diameter portion was larger than that of the silicon semiconductor single crystal S grown in the single crystal manufacturing apparatus without the upper heat insulator 34 in the upper growth furnace 14 shown in Comparative Example 1. It can be seen that the amount of precipitated oxygen is large over the entire S 2, and the amount of precipitated oxygen in the first half and the second half of the constant diameter portion S 2 is also highly uniform. Furthermore, by providing the upper heat insulator 34 in the upper growth furnace 14, slip dislocations occur during the growth of the silicon semiconductor single crystal S, and the grown crystal does not become single crystal. It was also confirmed that the single crystal was grown without any occurrence of defects, and that the provision of the upper heat insulating material 34 did not cause problems such as disruption of the thermal balance inside the single crystal manufacturing equipment and hindering the crystal growth. .
  • the method for producing a seed crystal / silicon semiconductor single crystal used for growing a silicon semiconductor single crystal according to the present invention is described by a method of pulling a silicon semiconductor single crystal from a silicon melt without applying a magnetic field to the silicon melt.
  • the method has been described as an example.

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Description

明 細 書 シリコン半導体単結晶の製造装置及び製造方法 技術分野
本発明は、 チヨクラルスキー法 （Czochralski Method, 以下、 C Z 法と称する。 ） を用いたシリ コン半導体単結晶の製造装置と、 その装置 を用いたシリコン半導体単結晶の製造方法に関する。 背景技術
従来より、 c Z法を用いたシリコン半導体単結晶の育成においては、 シリコン半導体単結晶の製造装置育成炉に配置されたルツボに多結晶シ リコンを収容し、 ルツポを取り囲むように配置された加熱ヒータを発熱 させることによって多結晶シリコンを融解しシリコン融液とし、 このシ リコン融液の表面に種結晶を着液した後に、 静かに回転させながらシリ コン融液上方に引上げることによって、 略円筒状の定径部を有するシリ コン半導体単結晶を育成するものである。 この後、 引上げられたシリコ ン半導体単結晶は、 定径部を残して切断、 研削加工され、 ゥ ーハ加工 工程を経てシリ コン半導体ゥエーハとされる。 このようにして得られた シリ コン半導体ゥ ーハは、 ゥエーハ表層に電気回路が形成され集積回 路等を作るための半導体素子基板として用いられる。
このシリ コン半導体ゥ ーハの表層に電気回路を作製する工程におい て、 シリコン半導体ゥヱーハ中に含まれる酸素原子はシリコン原子と結 ぴつき、 シリ コン半導体ゥエーハ内部に B M D (Bulk Micro Defect) 等の酸素析出物を形成する。 そして、 この B M D等の酸素析出物は、 半 導体素子形成工程中に混入する余分な重金属等の汚染原子を捕獲 ( Gettering) して、 半導体素子の特性と歩留りを向上させることが知 られている。 従って、 B M D等の酸素析出物がより多く存在するシリコ ン半導体ゥ ーハ基板を用いれば、 基板表層に形成される半導体素子の 歩留り向上を図ることができるようになる。
酸素析出物の量は、 シリ コン半導体ゥ ーハ中に最初から含まれる酸 素の濃度と、 該シリコン半導体ゥ ーハが結晶成長中から半導体素子形 成工程に入る迄に受ける熱履歴とに依存する。 しかし、 一般にシリ コン 半導体ゥエーハに含まれる酸素濃度には規格があり、 容易に変更できる ものではない。
また、 シリ コン半導体単結晶では、 成長軸方向の酸素濃度分布が均一 でも、 酸素析出量に、 成長した結晶の種側では比較的酸素析出量が多く - 融液側では比較的少ないという軸方向分布があることが知られている。 これは単結晶中に酸素析出核が形成され、 成長する比較的低温の温度帯 における熱履歴の軸方向分布に起因するものと考えられている。
そこで、 シリ コン半導体単結晶の育成からシリ コン半導体ゥ： —ハへ 加工する間に、 熱履歴を所望の値に操作する技術が開示されている。 例 えば、 特開昭 5 8— 1 2 0 5 9 1号公報には、 シリ コン半導体単結晶の 成長中にヒータ加熱を加えることによって、 結晶の熱履歴を操作し析出 を増加させる方法が開示されており、 また、 特開平 2— 2 6 3 7 9 2号 公報には、 シリ コン半導体結晶の育成後にァニールする方法等も検討が なされている。
しかし、 シリコン半導体単結晶の結晶成長時に加熱する方法では、 製 造装置に育成されたシリ コン半導体単結晶を加熱するための加熱装置を 取付ける大掛かりな改造や育成結晶を加熱するための電力が必要であり - コス トや作業性の面から見て効率的な方法であるとは言えない。 また、 シリ コン半導体単結晶の結晶成長時の温度パランスを強制的に変更する ことになるため、 育成結晶に転位が発生し製品化できなくなると言う問 題点もある。
一方、 シリ コン半導体単結晶成長後にァニールを行う方法においては、 インゴッ トの状態でのァニール或はゥエーハ状態でのァニール等と言つ た方法が考えられるが、 いずれの場合もァニールのための高価な装置が 必要であり、 且つ、 一般的にはこれらァニールのための装置のランニン グコス トも高く、 やはり製造コス トを考慮すれば非効率な方法である。 そして、 このァニールにより結晶中の酸素析出をコントロールすると言 う方法は、 ァニール工程での重金属による汚染等の心配もあり課題が残 されている方法でもある。 発明の開示
本発明は、 このような問題点に鑑みて成されたものであり、 シリ コン 半導体単結晶を育成するにあたり、 シリコン半導体単結晶の結晶成長軸 方向での酸素析出量の安定化と均一化を図るシリ コン半導体単結晶の製 造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するめに、 本発明のシリコン単結晶の製造装置は、 シリ コン融液を保持するルツポを収容しシリ コン半導体単結晶を育成す るための主育成炉と、 シリコン融液から引上げられたシリコン半導体単 結晶を収容し冷却する上部育成炉を備えたチヨクラルスキー法によるシ リコン半導体単結晶の製造装置において、 該主育成炉の天井部に連通す る該上部育成炉に、 引上げられたシリ コン半導体単結晶を囲繞する上部 断熱材を配設したことを特徴とする。
シリコン半導体単結晶に酸素をより多く析出させるためには、 結晶育 成時に酸素析出をもたらす核を結晶内部に形成し、 それを大きく成長さ せることが必要である。 ある一定の温度でシリ コン半導体単結晶に熱処 理を加えた場合、 その温度での臨界半径より大きい酸素析出核は大きく 成長し、 それ以下のサイズのものはシリコン半導体単結晶の内部から消 滅していく。 この時の酸素析出核の臨界半径は、 熱処理温度が高くなる のに伴って大きくなる。 従って、 シリ コン半導体ゥヱーハの汚染物質を ゲッタリング （Gettering) する B M Dを形成するには、 半導体素子形 成工程の熱処理で消えてしまわない程度に酸素析出核を大きく しておく ことが肝要である。 そのためには、 半導体素子形成工程で受ける熱処理 温度よりも低い温度での熱処理または熱履歴を多く加えて、 酸素析出核 を大きくすることが必要とされる。
シリ コン半導体単結晶は、 製造装置の育成炉で単結晶形成が行われた 後に上部育成炉へと引上げられ放冷が行われるために、 この時の低温部 分での冷却速度が所望の、値となるように調整すれば、 低温部分で熱履歴 を多く稼げるようになり B M Dの形成が促進される。
このような品質を持つシリコン半導体単結晶を容易に育成するために は、 シリ コン半導体単結晶が放冷される際の冷温部での熱履歴を十分に 得られるよう、 上部育成炉に引上げられた結晶を保温するための上部断 熱材を配置するのが最も簡単で優れた方法であり、 上部育成炉の全長程 度とするか、 最小でも上部育成炉の全長の 1 / 2 0程度を保温できるよ うに上部断熱材を配置すれば良い。 上部育成炉に配置する上部断熱材は. 上部育成炉全長の 1 Z 2 0以下では十分な保温効果を得難くなるためで め 。
そして無駄なく適切にシリ コン半導体単結晶の低温領域での保温効果 を得るためには、 シリコン半導体単結晶の育成が行われる製造装置の育 成炉天井部に連通する上部育成炉内部の温度が 8 0 0 °C以下、 最も上部 断熱材の長さが短い場合でも 4 0 0 °C〜 6 5 0 °Cの温度帯部分が保温さ れるように上部断熱材を配設して、 これらの温度領域でのシリ コン半導 体単結晶の熱履歴が長くなるように調整すれば、 酸素析出量を大きくす ることができる上、 結晶の全長にわたって安定した酸素析出を確保する ことができる。
特に、 シリ コン半導体単結晶の製造装置を本発明装置の構成とするこ とによって、 シリ コン半導体単結晶の育成にあたり、 種結晶側にあたる 結晶前半部は、 結晶の後半部の育成中に上部育成炉内に置かれた断熱部 材の中を通過しているため、 十分な低温部での熱履歴を受けることがで きるし、 また、 シリ コン半導体単結晶の後半部は単結晶育成中にこの断 熱部材の中を通過することはないが、 シリコン半導体単結晶を放冷する ために上部育成炉内に卷き上げて、 シリ コン半導体単結晶を取出すこと ができる程度の低温になるまで冷却する際に、 上部育成炉の断熱部材に 囲まれることになり、 シリ コン半導体単結晶の前半部と同様に結晶がシ リコン融液から切り離された後でも、 低温部での熱履歴を十分に得るこ とができるものである。
そして、 このような対策を講じることにより、 シリ コン半導体単結晶 を育成する為の操業条件等により結晶の前半部と後半部とでは、 低温で 保温を受ける時間に多少の差異は出るものの、 断熱部材が無い時に比べ れば結晶前半部と後半部での'酸素析出量の差は小さくなり、 結晶直胴部 の全長に渡って酸素析出量が均一化された結晶を得ることができるもの である。
また、 上述したようにシリコン単結晶にもたらされる酸素析出量は、 結晶が冷却される際の低温部での熱履歴の長さに大きく関係することか ら、 育成を行うシリ コン半導体単結晶の品種や品質に合わせて、 製造装 置の上部育成炉に配設する上部断熱材の長さを調整するようにすれば、 より効果的に所望とする酸素析出量を持ったシリコン半導体単結晶の育 成が可能である。 例えば、 引上げるシリ コン半導体単結晶の直径や長さ. あるいは結晶中の酸素濃度等といった結晶品種に合わせて、 単結晶の育 成の都度、 上部育成炉内の上部断熱材を長さの違うものに交換するよう にしても良いし、 上部断熱材そのものを結晶成長軸方向に複数重ねたも のとして上部育成炉内に装備し、 所望とするシリ コン半導体単結晶の酸 素析出量によって、 装備する上部断熱材の数を変えて保温する結晶低温 部の温度領域を変えられるようにしても、 好ましいものである。
このような製造装置を用いることによって、 上部育成炉に配設する上 部断熱材の長さを変えることで、 保温される結晶低温部の温度領域幅を、 適切に調節することが可能となり、 引上げるシリコン半導体単結晶の酸 素析出量を所望とする値にコントロール可能となる。
—方、 このシリ コン半導体単結晶を保温する目的で上部育成炉に配設 される上部断熱材には、 上部育成炉内とはいえ数百 から 8 0 0 °C程度 の高温に曝されることになるため、 シリコン半導体単結晶を育成する育 成炉に配置されているヒータ断熱材等と同様の炭素繊維を成形して得ら れる材料を用いた上部断熱材を使用するのが好ましいものである。 そし て、 望ましくは断熱部材から不純物等が育成炉内へ飛散しないように上 部断熱材表面を高純度黒鉛材、 あるいは表面を熱分解炭素または炭化珪 素の皮膜を施した高純度黒鉛材で被覆したり、 または、 鉄、 ニッケル、 クロム、 銅、 チタン、 タングステン及びモリブデンからなる群から選択 された何れかの金属を主成分とする金属材料で覆うようにするのが良い c そして、 これらの装置を用いることによってシリ コン半導体単結晶の 結晶成長軸方向の酸素析出量が略均一に安定させられるため、 それぞれ の結晶部位から得られたシリ コン半導体ゥエーハに、 次工程でデバイス シミュレーション等の何らかの熱処置を施すことによって得られる酸素 析出量の個体間のバラツキも軽減され、 素子品質や歩留りの安定を図る ことが可能となるものである。 本発明のシリコン半導体単結晶の製造方法の第 1の態様は、 上記した 本発明の製造装置を使用してシリコン半導体単結晶を製造するものであ る。
本発明のシリコン半導体単結晶の製造方法の第 2の態様は、 チヨクラ ルスキー法によるシリ コン半導体単結晶の製造方法において、 ルツポか ら引上げられたシリ コン半導体単結晶の温度が 8 0 0 °C以下となる部分 を、 外部から加熱することなく保温しながらシリコン半導体単結晶を成 長させるものである。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明のシリ コン半導体単結晶の製造装置の一つの実施の形 態を示す概略断面的説明図である。
図 2は、 本発明のシリコン半導体単結晶の製造装置の他の実施の形態 を示すもので、 （ a ) は要部の概略断面説明図、 （b ) は上部断熱材の 摘示斜視図である。
図 3は、 本発明のシリコン半導体単結晶の製造装置のさらに他の実施 の形態を示すもので、 （ a ) は要部の概略断面説明図、 （b ) は上部断 熱材の摘示斜視図である。
図 4は、 本発明のシリ コン半導体単結晶の製造装置の別の実施の形態 を示すもので、 （ a ) は要部の概略断面的説明図、 （b ) は上部断熱材 の摘示斜視図である。
図 5は、 実施例 1及び比較例 1における主育成炉〜上部育成炉中心部 の温度とシリ コン融液面からの距離との関係を示すグラフである。
図 6は、 実施例 2及び比較例 2における （ a ) 定径部の 0〜 2 5 c m. ( b ) 定径部の 2 5 c m〜 7 5 c m、 ( c ) 定径部の 7 5 c m以降の初 期酸素濃度と酸素析出量の関係を示すグラフである。 発明を実施するための最良の形態
以下に、 本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら、 C Z法によ るシリコン半導体単結晶の育成例を挙げて説明するが、 本発明はこれら のみに限定されるものではない。 例えば、 本発明のシリ コン半導体単結 晶の育成に用いるシリ コン半導体単結晶の製造装置は、 シリコン融液に 磁場を印加しながら単結晶を育成する、 磁界下引上法 （Magnetic Field Applied Czochralski Method, 以下、 M C Z法と称する。 ） を用いた シリコン半導体単結晶の製造装置にも当然利用することは可能である。 図 1は、 本発明のシリ コン半導体単結晶の製造装置 （以下、 単結晶製 造装置と称することがある。 ） の一つの実施の形態を示す断面概略図で ある。 図 1において単結晶製造装置 1 0は、 シリ コン半導体単結晶 Sを 育成する主育成炉 1 2と、 引上げられたシリコン半導体単結晶 Sを収容 放冷を行うための上部育成炉 1 4を有しており、 主育成炉 1 2の内部中 央にはルツボ支持軸 1 6を軸として、 内側を石英製ルツポ 1 8 aで外側 を黒鉛製ルツボ 1 8 bで構成されたルツボ 1 8が、 ルツポ支持軸 1 6の 下端に取付けられたルツボ駆動機構 2 0により回転動可能かつ上下動可 能に配置されている。 ルツポ 1 8にはシリ コン半導体単結晶 Sを育成す るための原料となるシリ コン融液 Mが収容されており、 更に、 ルツポ 1 8の外側にはルツボ 1 8を取り囲むように黒鉛製の加熱ヒータ 2 0が配 置され、 この加熱ヒータ 2 0を発熱させることでルツボ 1 8内に仕込ま れた多結晶シリコンを溶解し、 得られたシリコン融液 Mからシリコン半 導体単結晶 Sを引上げるものである。 そして、 加熱ヒータ 2 0と主育成 炉 1 2の間にはヒータ断熱材 2 2が設けられ、 主育成炉 1 2の炉壁の保 護と炉内を保温する役目を果たしている。
上部育成炉 1 4の上部には育成したシリ コン半導体単結晶 Sを引上げ る為のワイヤ 2 4を巻き取るあるいは卷き出すためのワイヤ巻き取り機 構 2 6があり、 結晶育成時にはルツポ 1 8と反対方向にワイヤ 2 4を回 転させながら静かに卷き取ることによって、 種結晶 2 6の下方に結晶の 成長を図る。 ワイヤ 2 4の先端には種結晶 2 6を保持する為の種ホルダ — 2 8が取付けられ、 種結晶 2 6はこの種ホルダー 2 8によってワイヤ 2 4と係合されている。
そして、 単結晶を育成するにあたっては育成炉内部を A r (ァルゴ ン） 等の不活性ガスで満たし炉内の圧力を所望の値に調整して育成作業 を行うため、 育成炉外には不活性ガスの流量と炉内圧力を調整するガス 量制御装置 3 0とコンダクタンスパルプ 3 2が装備されており、 これに よって育成炉内の不活性ガス圧力と流量を育成条件に合わせ適宜調整可 能としている。
また、 上部育成炉 1 4の主育成炉 1 2の天井部 1 2 a と連通する部分 付近には、 シリコン融液 Mから引上げられたシリコン半導体単結晶 Sの 放冷にあたり、 結晶低温領域の保温を行うための上部断熱材 3 4が該シ リコン半導体単結晶 Sを囲繞するように配置されている。 この上部断熱 材 3 4の配置は本発明装置の特徴的構成で、 シリコン半導体単結晶 Sが 通過する際に、 所望とする結晶冷却温度帯の保温を行うものである。 上部断熱材 3 4の材質は、 保温効果を高めるため炭素繊維成形断熱材 を用い、 上部断熱材の表面は、 育成炉内部の汚染防止のためステンレス 製の被覆を施し、 炭素繊維のクズ等が育成炉内に飛散しないようにして いる。
シリ コン半導体単結晶 sの酸素析出量を大きく し、 かつ成長軸方向の 酸素析出量分布を小さくするためには、 上部断熱材 3 4を上部育成炉内 部の温度が 8 0 0 °C以下、 より好ましくは 4 0 0 °C〜 6 5 0 °Cである部 分に設置することが好ましい。 また、 育成された単結晶の温度が上部育 成炉内で 8 0 0 °C以下より、 好ましくは 4 0 0 °C〜 6 5 0 °Cとなる部分 に上部断熱材 3 4を設置することも有効である。
なお上部断熱材 3 4を被覆する材質としては、 上述のステンレス以外 に高純度黒鉛材、 あるいは高純度黒鉛材の表面を炭化珪素または熱分解 炭素で被覆したものを使用しても良いし、 ニッケル、 クロム、 銅、 チタ ン、 タングステン、 モリブデン等の金属を主成分とする金属材料を用い て被覆しても良い。 .
このような単結晶製造装置 1 0を用いてシリ コン半導体単結晶 Sを育 成するには、 まず多結晶シリ コンを主育成炉 1 2内部のルツボ 1 8に充 填し炉内を不活性ガスで満たした後に、 主育成炉 1 2内に流す不活性ガ スの量と圧力を調整しながら加熱ヒータ 2 0を発熱して多結晶シリコン を融解する。 多結晶シリ コンが完全に融解したら、 シリ コン融液 Mを収 容したルツボ 1 8を上下動させて種結晶 2 6をシリコン融液面 Mに着液 させるのに適した位置に調整する。
その後、 シリ コン融液 Mの温度を種結晶 2 6を着液させるのに適した 温度まで降温し、 融液温度が十分に低下安定したらワイヤ 2 4を卷き出 して種結晶 2 6をシリコン融液 Mに静かに着液させ種結晶 2 6を停止し. 温度が安定したところで今度は種結晶 2 6 とルツポ 1 8を互いに反対方 向に静かに回転させながら、 徐々にワイヤ 2 4を巻き上げて種結晶 2 6 の下方にシリコン半導体単結晶 Sを育成するものである。
シリ コン半導体単結晶 sの形成にあたっては、 まず種結晶 2 6の先端 部を細く絞って絞り部 2 6 aを形成し、 種結晶 2 6をシリコン融液 Mに 着液させた際にもたらされたスリ ップ転位を除去する。 スリ ツプ転位が 育成結晶から消滅した後に、 種結晶 2 6下方に形成される結晶直径を所 望の直径となるまで拡大し、 シリ コン半導体単結晶 Sの拡径部 S 1を形 成する。 拡径部 S 1を形成した後には、 シリ コン半導体ゥ： r ーハとされ る所望の一定直径をもった略円筒状の定径部 S 2の形成に移行する。 そ して、 所望の長さの定径部 S 2の形成を引上げたら、 シリ コン半導体単 結晶 Sに熱衝撃を加えることなくシリ コン融液 Mから切り離すため、 徐々に結晶径を縮径して縮径部 S 3の形成に移る。
縮径部 S 3の形成が完了し、 シリ コン半導体単結晶 Sがシリ コン融液 Mから離れた後は、 シリ コン半導体単結晶 Sを静かに上部育成炉 1 4ま で巻き上げて放冷を行い、 シリ コン半導体単結晶 Sの育成作業を終了す るものである。
なお、 シリ コン半導体単結晶 Sの育成の間は、 結晶直径を一定に保ち 結晶品質ゃシリコン半導体単結晶 Sに加わる熱履歴の安定を図るため、 ルツボ駆動機構 2 0を操作し常にシリコン融液面 Mの高さを一定に保つ て操業が行われている。
' 図 2は、 本発明装置における上部断熱材 3 4を上部育成炉 1 4へ取付 けた他の例を示したものである。 図 2の例では上部育成炉 1 4に設けら れた凸部 3 6に長尺の上部断熱材 3 4が着脱可能に配置されている。 図 3は上部断熱材 3 4のさらに他の取付け例を示すもので、 凸部 3 6を介 して短尺の上部断熱材 3 4が取付けられる。 このような構成とすること によって、 育成するシリ コン半導体単結晶 Sの要求品質によって容易に 上部断熱材 3 4を交換可能としたものである。
図 4は、 本発明装置における上部断熱材 3 4の配置の別の例を示した ものである。 図 4の例では、 上部育成炉 1 4内に設けられた複数個 （図 示例では 5個） の凸部 3 6に複数個 （ 3個が取付けられ、 1個は取外さ れている） の上部断熱材 3 4が着脱可能に配置されている。 この場合、 上部断熱材 3 4を適宜着脱することによって、 上部育成炉 1 4内に収容 されたシリコン半導体単結晶 Sの保温部位や保温を行う結晶育成軸方向 の長さを、 適宜簡単に変更することができる。 2 図 2〜図 4のような装置構造とすることによって、 自在に保温を行う 温度領域やその幅を変更できるものである。 上部断熱材 3 4の形状とし て、 図示例では筒状体とした例を示したが、 シリ コン半導体単結晶 Sを 囲繞する形状であればよく、 筒状体を分割した形態のもの、 あるいは上 面馬蹄形の略筒状体等を用いることもできる。 なお、 図 2〜図 4におい ては、 図 1 と同一または類似部材は同一の符号を用いて示されている。 実施例
以下、 実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、 本発明はこ れらに限定して解釈されるべきものではない。
(実験例 1 )
本発明装置における上部育成炉 1 4に設けた上部断熱材 3 4の保温効 果を確認するため、 図 1 と同様の装置を用いて、 炉内中心の結晶育成軸 方向の温度分布を測定し、 上部育成炉 1 4に上部断熱材 3 4の無い通常 の単結晶育成装置との比較を行った。 なお、 この時の上部断熱材 3 4の 長さは 5 O c mとした。 この結果を図 5に示す。
この測定結果から、 単結晶製造装置 1 0の上部育成炉 1 4内に断熱部 材 3 4を設けた効果により、 6 0 0 °C〜 3 0 0 °C間前後の比較的低温の 温度域で温度分布がなだらかになることが確認された。 従って、 本発明 の単結晶製造装置 1 0を用いてシリコン半導体単結晶 Sを育成すれば、 上部育成炉 1 4に断熱部材 3 4を配置しない時に比べ、 シリ コン半導体 単結晶 Sが放冷される際に低温熱履歴を長く受けることが判る。
(実施例 1 )
次に、 実際に図 1に示す上部断熱材 3 4を設けた本発明の単結晶製造 装置 1 0を用いて、 複数本 （ 3本） のシリ コン半導体単結晶 Sの育成を 行った。
単結晶製造装置 1 0の主育成炉 1 2には口径が 5 5 c mの石英製ルツ 3 ポ 1 8を入れ、 ルツボ 1 8内に多結晶シリコンを 1 2 0 k g仕込み、 カロ 熱ヒータ 2 0を発熱させてシリ コン融液 Mとした。 そして、 シリ コン融 液 Mの温度が安定した後に種結晶 2 6をシリコン融液 M表面に接融させ て引上げ、 種結晶 2 6の下方に定径部 S 2の長さが 1 0 0 c mで結晶直 径が 2 0 0 mmのシリ コン半導体単結晶 Sを育成した。 この時のシリコ ン半導体単結晶 Sの定径部 S 2の引上げ速度は、 0. 9〜 1. O mm m i nとなるように設定して結晶育成を行つたものであり、 シリコン半 導体単結晶 Sの育成終了後、 更にシリ コン半導体単結晶 Sの定径部 S 2 をゥエーハに加工して結晶中心部での酸素析出量を測定した。 育成した 3本のシリ コン半導体単結晶についての測定結果を、 図 6に示す。
図 6においては、 シリ コン半導体単結晶 Sの種結晶側の定径部 S 2先 端を 0 c mとして、 定径部 S 2の 0〜 2 5 c m以下を前半部、 定径部 S 2の 2 5 c m〜 7 5 c mを中盤部、 そして、 定径部 S 2の 7 5 c m以降 を後半部として、 それぞれのシリ コン半導体単結晶 Sの初期酸素濃度に 対する酸素析出量を図 6の （ a ) ( b ) ( c ) に各々示した。
なお、 酸素析出量を測定するためにゥエーハサンブルに加えた熱処理 条件は、 6 0 0 °CX 1 8 0 m i n + 1 0 0 0 °CX 6 0 m i n + 1 1 0 0°CX 1 8 0 m i nとして熱処理を施した後に測定を行ったものである t また、 酸素析出量は熱処理前後の赤外吸収により酸素温度を測定し、 熱 処理前の値から熱処理後の値を引いて算出した。
(比較例 1 )
図 1に示す半導体単結晶製造装置 1 0の上部育成炉 1 4から上部断熱 材 3 4を取外した以外は実施例 1 と同じ条件で直径が 2 0 0 mm、 定径 部の長さが 1 0 0 c mのシリ コン半導体単結晶 （ 3本） の引上げを行つ た。 シリ コン半導体単結晶の製造が完了した後に、 やはり実施例 1 と同 様に酸素析出量の確認を行うための測定サンプル用ゥエーハを結晶の各 部位から切り出し処理を行い、 熱処理を加えて酸素析出量の測定を行つ た。 育成した 3本のシリコン半導体単結晶についての測定結果を図 6に 示す。
図 6のグラフにおいても、 シリ コン半導体単結晶の種結晶側の定径部 先端を O c mとして、 定径部の 0〜 2 5 c m以下を前半部、 定径部の 2 5 c m〜 7 5 c mを中盤部、 そして、 定径部 7 5 c m以降を後半部とし て、 それぞれのシリコン半導体単結晶の初期酸素濃度に対する酸素析出 量を図 6の （a ) (b ) ( c ) に各々示ものであり、 この時の酸素析出 量を測定するためにゥヱー ハサンプルに加えた熱処理条件も、 6 0 0°CX 1 8 0 m i n + 1 0 0 0 °CX 6 0 m i n + 1 1 0 0°CX 1 8 0 m i nとし実施例 1 と同様とした。
以上の結果から、 実施例 1では比較例 1で示した上部育成炉 1 4に上 部断熱材 3 4を設けない単結晶製造装置で育成したシリ コン半導体単結 晶 Sに比べ、 定径部 S 2全体に渡って酸素析出量が多く、 定径部 S 2の 前半部と後半部での酸素析出量も均一性が高いことが判る。 更には、 上 部育成炉 1 4に上部断熱材 3 4を設けることにより、 シリ コン半導体単 結晶 Sの育成途中でスリ ップ転位が発生し育成結晶が単結晶化しないと いったような問題も発生すること無く単結晶育成が行われ、 上部断熱材 3 4を配備したことにより単結晶製造装置内部の熱パランスを崩して結 晶成長を阻害する等の不具合も生じないことも確かめられた。
これに対し、 比較例 1の結果からは、 実施例 1の場合と比較して、 酸 素析出量が少なく、 定径部前半部に比べて後半部の酸素析出量が低いこ とが判り、 結晶成長軸方向で酸素析出量にバラツキがあることがわかる t また、 全体的に酸素析出量そのものも低い値を示している。
なお、 本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。 上述 の実施の形態は単なる例示であり、 本発明の特許請求の範囲に記載され 5 た技術的思想と実質的に同一な構成を有し、 同様の効果を奏するものは いかなるものであっても、 本発明の技術的範囲に包含されることは勿論 である。
例えば、 本発明のシリコン半導体単結晶の育成に用いる種結晶ゃシリ コン半導体単結晶の製造方法を、 シリ コン融液に磁場を印加することな くシリコン融液からシリコン半導体単結晶を引上げる C Z法を例に挙げ て説明したが、 半導体単結晶製造装置の育成炉の外側に磁石を配置して、 シリコン融液に磁場を印加しながら単結晶を育成する M C Z法を用いた シリコン半導体単結晶の製造においても、 同様の効果が得られることは 言うまでもない。 産業上の利用可能性
以上に述べたごとく、 C Z法によるシリ コン半導体単結晶の育成にお いて、 本発明のシリ コン半導体単結晶の製造装置を用いれば、 シリ コン 半導体単結晶の製造装置に高価で複雑な装置を付加したり、 あるいは育 成後のシリコン半導体単結晶に熱処理を加えるための装置等を導入する ことなく、 結晶全長にわたって酸素析出量の安定した均一なシリ コン半 導体単結晶を育成することができるようになり、 低コス トで且つ製造ェ 程の変更を必要とすることなく品質パラツキの少ない優れたシリ コン半 導体ゥエーハが製造可能とされる。
また、 同時に従来のものに比べ酸素析出量を高めたシリコン半導体単 結晶を容易に供給可能となるものであり、 それらのシリコン半導体単結 晶から得られたゥエーハを用いて半導体素子を製造すれば、 素子歩留り の向上を図ることができると伴に、 半導体素子の品質をも高めることが 可能となるものである。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . シリ コン融液を保持するルツポを収容しシリコン半導体単結晶を育 成するための主育成炉と、 シリ コン融液から引上げられたシリ コン半導 体単結晶を収容し冷却する上部育成炉を備えたチヨクラルスキー法によ るシリ コン半導体単結晶の製造装置において、 該主育成炉の天井部に連 通する該上部育成炉に、 引上げられたシリ コン半導体単結晶を囲繞する 上部断熱材を配設したことを特徴とするシリコン半導体単結晶の製造装
2 . 請求項 1に記載したシリ コン半導体単結晶の製造装置において、 前 記上部育成炉に配設する前記上部断熱材の結.晶成長軸方向の長さを、 該 上部育成炉の全長に対し 1 / 2 0以上でかつ該上部育成炉の全長以下の 長さとしたことを特徴とするシリコン半導体単結晶の製造装置。
3 . 請求項 1または請求項 2に記載したシリ コン半導体単結晶の製造装 置において、 前記上部育成炉に配設する前記上部断熱材を、 該上部育成 炉内部の温度が 8 0 0 °C以下となる位置に配設したことを特徴とするシ リコン半導体単結晶の製造装置。
4 . 請求項 3に記載したシリ コン半導体単結晶の製造装置において、 前 記上部育成炉に配設する前記上部断熱材を、 該上部育成炉内部の温度が 4 0 0 °C〜 6 5 0 °Cとなる位置に配設したことを特徴とするシリコン半 導体単結晶の製造装置。
5 . 請求項 1〜請求項 4のいずれか 1項に記載したシリ コン半導体単結 晶の製造装置において、 前記上部育成炉に配設する前記上部断熱材は、 炭素繊維を成形して得られた材料で作られていることを特徴とするシリ コン半導体単結晶の製造装置。
6 . 請求項 1〜請求項 5のいずれか 1項に記載したシリコン半導体単結 晶の製造装置において、 前記上部育成炉に配設する前記上部断熱材の表 面を高純度黒鉛材、 あるいは表面を熱分解炭素または炭化珪素の皮膜を 施した高純度黒鉛材で被覆したことを特徴とするシリコン半導体単結晶 の製造装置。
7 . 請求項 1〜請求項 5のいずれか 1項に記載したシリ コン半導体単結 晶の製造装置において、 前記上部育成炉に配設する前記上部断熱材の表 面を鉄、 ニッケル、 クロム、 銅、 チタン、 タングステン及びモリブデン からなる群から選択された何れかの金属を主成分とする金属材料で被覆 したことを特徴とするシリコン半導体単結晶の製造装置。
8 . 請求項 1〜請求項 7のいずれか 1項に記載したシリ コン半導体単結 晶の製造装置において、 所望とするシリ コン半導体単結晶の冷却熱履歴 に合わせ、 前記上部育成炉に配設する前記上部断熱材を交換可能とした ことを特徴とするシリコン単結晶の製造装置。
9 . 請求項 1〜請求項 8のいずれか 1項に記載したシリ コン半導体単結 晶の製造装置において、 前記上部育成炉内にシリ コン半導体単結晶の結 晶成長軸に沿って前記上部断熱材を複数個配設し、 所望とするシリ コン 半導体単結晶の冷却熱履歴に合わせ、 シリ' コン半導体単結晶の結晶成長 軸方向に配置する前記上部断熱材の個数を調整可能としたことを特徴と するシリ コン半導体単結晶の製造装置。
1 0 . 請求項 1〜請求項 9のいずれか 1項記載のシリ コン半導体単結晶 の製造装置を使用してシリコン半導体単結晶を製造することを特徴とす るシリ コン半導体単結晶の製造方法。
1 1 . チヨクラルスキー法によるシリ コン半導体単結晶の製造方法にお いて、 ルツボから引上げられたシリ コン半導体単結晶の温度が 8 0 0 °C 以下となる部分を、 外部から加熱することなく保温しながらシリ コン半 導体単結晶を成長させることを特徴とするシリコン半導体単結晶の製造
8 I
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006002682A1 (de) * 2006-01-19 2007-08-02 Siltronic Ag Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls, Einkristall und Halbleiterscheibe
FR2911150B1 (fr) * 2007-01-10 2010-08-20 Fr De Detecteurs Infrarouges S Dispositif pour realiser la croissance d'un materiau semi-conducteur
KR100970319B1 (ko) * 2007-07-24 2010-07-15 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 유리 모재 또는 광섬유 제조용 가열로
CN102362016B (zh) * 2009-01-30 2014-10-22 Amg艾迪卡斯特太阳能公司 晶种层和晶种层的制造方法
KR101540232B1 (ko) * 2013-09-11 2015-07-29 주식회사 엘지실트론 잉곳성장장치
KR101532265B1 (ko) * 2013-12-03 2015-06-29 주식회사 엘지실트론 단결정 성장 장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06287098A (ja) * 1993-03-31 1994-10-11 Nippon Steel Corp 単結晶引上げ用装置
US5575847A (en) * 1993-11-30 1996-11-19 Sumitomo Sitix Corporation Apparatus for producing single crystals
JPH10167890A (ja) * 1996-12-17 1998-06-23 Nippon Carbon Co Ltd シリコン単結晶引上げ装置の分割した保温筒

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5264189A (en) * 1988-02-23 1993-11-23 Mitsubishi Materials Corporation Apparatus for growing silicon crystals
JP2619611B2 (ja) * 1993-05-31 1997-06-11 住友シチックス株式会社 単結晶の製造装置および製造方法
US5900059A (en) * 1996-05-29 1999-05-04 Komatsu Electronic Metals Co., Ltd. Method and apparatus for fabricating semiconductor single crystal
JP4689027B2 (ja) * 2000-10-23 2011-05-25 株式会社Ｓｕｍｃｏ 半導体単結晶引上装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06287098A (ja) * 1993-03-31 1994-10-11 Nippon Steel Corp 単結晶引上げ用装置
US5575847A (en) * 1993-11-30 1996-11-19 Sumitomo Sitix Corporation Apparatus for producing single crystals
JPH10167890A (ja) * 1996-12-17 1998-06-23 Nippon Carbon Co Ltd シリコン単結晶引上げ装置の分割した保温筒

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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