WO2004024998A1 - 結晶製造用ヒーター及び結晶製造装置並びに結晶製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも、電流が供給される端子部と、抵抗加熱による発熱部とが設けられ、原料融液を収容するルツボを囲繞するように配置される、チョクラルスキー法により結晶を製造する場合に用いられるヒーターであって、該ヒーターは、結晶製造での使用時にヒーター形状が変形した後に、原料融液に対して均一の発熱分布を有するものであることを特徴とする結晶製造用ヒーターである。これにより、結晶製造での使用時に、ヒーターの発熱部の形状が変形することで原料融液内の温度が不均一となり、単結晶化が阻害され、結晶の品質が不安定となるのを防ぐことができる。

Description

明 細 書 結晶製造用ヒーター及び結晶製造装置並びに結晶製造方法 技術分野

本発明は、 チヨ ク ラルスキー法によって結晶を育成する際に用いる結晶製造 用ヒーター及びそれを用いた結晶製造装置並びに結晶製造方法に関し、 特に直径 8インチ以上の大口径の結晶を、 磁場を印加しながら製造するのに適した結晶製 造用ヒーター及びそれを用いた結晶製造装置並びに結晶製造方法に関する。 背景技術

半導体デパイスの基板と して用いられる結晶は、 例えばシリ コン単結晶があり 、 主にチヨクラノレスキー法 （C z o c h r a 1 s k i M e t h o d、 以下 C Z 法と略称する） により製造されている。

C Z法により結晶を製造する際には、 例えば図 4に示すような結晶製造装置を 用いて製造される。 この結晶製造装置は、 例えばシリ コンのような原料多結晶を 溶融するための部材や、 単結晶化したシリ コンを引き上げる機構などを有してお り、 これらは、 メインチャンバ一 1 1内に収容されている。 メインチャンバ一 1 1の天井部からは上に伸びる引き上げチャンパ一 1 2が連接されており、 この上 部に結晶 4をワイヤー 1 0で引上げる機構 （不図示） が設けられている。

メインチヤンバー 1 1内には、 溶融された原料融液 6を収容するルツボ 5が配 置され、 このルツボ 5は駆動機構 （不図示） によって回転昇降自在にシャフ ト 9 で支持されている。 このルツボ 5の駆動機構は、 結晶 4の引き上げに伴う原料融 液 6の液面低下を補償すべく、 ルツボ 5を液面低下分だけ上昇させるようにして いる。

そして、 ルツボ 5を囲繞するように、 原料を溶融させるためのヒーター 7が配 置されている。 このヒーター 7の外側には、 ヒーター 7からの熱がメインチャン バー 1 1に直接輻射されるのを防止するために、 断熱部材 8がその周囲を取り囲 むように設けられている。 このような結晶製造装置内に配置されたルツボ 5に原料塊を収容し、 このルツ ボ 5を、 ヒーター 7により加熱し、 ルツボ 5内の原料塊を溶融させる。 このよ う に原料塊を溶融させたものである原料融液 6に、 ワイヤー 1 0に接続している種 ホルダー 1で固定された種結晶 2を着液させ、 その後、 種結晶 2を引き上げるこ とにより、 種結晶 2の下方に所望の直径と品質を有する結晶 4を育成する。 この . 際、 種結晶 2を原料融液 6に着液させた後に、 直径を 3 mm程度に一旦細く して 絞り部 3を形成するいわゆる種絞り （ネッキング） を行い、 次いで、 所望の口径 になるまで太らせて、 無転位の結晶を引き上げている。

最近では、 C Z法を改良した、 いわゆる MC Z法 （M a g n e t i c f i e 1 d a p p l i e d C z o c h r a l s k i M e t h o d ) も知られている 。 この MC Z法では、 原料融液に磁場を印加することによって原料融液の熱対流 を抑制して結晶を製造する。 近年、 シリ コン単結晶は、 直径 8インチ以上の大口 径のものが要求されているが、 このよ うな大口径のシリ コン単結晶を製造する際 には、 原料融液の熱対流が抑制できる MC Z法を用いるのが効果的である。

ここで、 上記 C Z法および MC Z法で用いられる結晶製造用のヒーター 7の形 状は、 図 1に示すように円筒形状であり、 主に等方性黒鉛でできている。 現在主 流である直流方式では、 端子部 7 bを 2本配し、 その端子部 7 bでヒーター 7を 支える構造になっている。 ヒーター 7の発熱部 7 aはより効率的に発熱できるよ う、 ス リ ッ ト 7 cが数箇所から数十箇所刻まれている。 尚、 このヒーター 7は、 発熱部 7 aのうち、 特に、 上から延びるス リ ッ トの下端と下から延びるス リ ッ ト の上端の間の部分である各発熱スリ ッ ト部 7 dから主に発熱する。

近年要求されている大口径結晶を低コス トで製造する為には、 必然的にルツボ を大型化させなければならない。 このルツボの大型化に伴い、 ルツボ周辺の、 ヒ 一ター等の構造物のサイズも大型化している。 ヒーターの大形化により、 ヒータ 一自重、 および、 発熱時の分布の不均一性、 さらには、 MC Z法のように磁場を 印加した操業の場合は磁場 · 電流の相互作用により、 結晶製造での使用時にヒー ター形状が変形することが問題となってきている。 結晶製造での使用時にヒータ 一形状が変形することによ り、 ヒーターの発熱部と、 結晶あるいは溶液との距離 が変わり、 熱の分布が変化することにより、 原料融液内の温度が不均一となり、 製造する結晶の単結晶化が阻害されたり、 品質が不安定となる等の弊害が生じて いる。

その対策として、 ヒーターに 2つの端子部以外にダミーの端子をつけ、 それに より、 3本以上の部分でヒーターを支える方法が一般的に行なわれている （例え ば、 特公平 7— 7 2 1 1 6号公報。）。 ヒーターを端子部のみによって支える場合 、 2箇所で支えることとなり、 端子のない部分は容易に変形してしまう。 この変 形は、 ヒーター上部において、 端子部のある部分では径が拡大し、 端子の無い部 分の径が縮小するように生じる。 端子がない部分にダミーの端子を支えとして設 置するこの方法は、 このよ うなヒーターの変形を防ぐのにある程度効果のある方 法であった。

しかし、 端子やダミーの端子を設けただけは、 ヒーターがス リ ッ トにより分割 されているため、 完全に変形を防止することができず、 特にヒーターの直径ゃ髙 さが大きくなつた場合は、 変形を抑制することが困難である。 また、 ダミーの端 子部分からの熱ロスや、 さらには機械構造の複雑化等の問題がある。

さらに、 電流磁場を印加しながら大口径結晶を製造する M C Z法においては、 変形の原因と して、 ヒーターの自重、 熱膨張に加えて、 ヒーター電流と磁場との 相互作用で発生する電磁力がある。 この電磁力は、 かなりの強さで、 たとえ、 ヒ 一ターを下端全体で支えたとしても、 ヒーターの変形を防止することは困難であ る。

これに対して、 M C Z法において、 ヒーターを、 ス リ ッ トを入れた内側ヒータ 一と、 ス リ ッ トを入れた外側ヒーターの 2重構造とし、 それぞれに異なる方向の 直流電流を流すことにより、 ヒーター電流と磁場との相互作用で発生する電磁力 を抑えて変形を防止する方法が提案されている （例えば、 特開平 9 — 2 0 8 3 7 1号公報。）。 しかし、 上記方法.は、 電磁力による変形を防ぐのには一定の効果が あるものの、 機械構造の複雑化により、 著しいコス トアップを招く上に、 自重に よる変形がかえって大きくなつてしまう等の問題があった。

また、 ヒーターの材質を等方性黒鉛から、 より高強度で軽量な、 例えばカーボ ンコ ンポジッ トのような材質に変更するという事が、 試行されている。 しかし、 この方法では、 発熱が不安定となること、 ヒーター材料のコス トアップを招く こ と、 さらには製造される結晶の純度が低下すること等の問題がある。

発明の開示

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、 結晶製造での使用時に、 ヒーターの発熱部の形状が変形することで原料融液内の温度が不均一となり、 単 結晶化が阻害され、 結晶の品質が不安定となるのを防ぐことを、 たとえ直径 8ィ ンチ以上の大口径結晶を製造する場合であっても、 安価で、 しかも簡単かつ確実 にできる結晶製造用ヒーター及び結晶製造装置並びに結晶製造方法を提供するこ とを目的とする。

本発明は、 上記課題を解決するためになされたもので、 本発明によれば、 少な く とも、 電流が供給される端子部と、 抵抗加熱による発熱部とが設けられ、 原料 融液を収容するルツボを囲繞するように配置される、 チヨクラルスキー法により 結晶を製造する場合に用いられるヒーターであって、 該ヒーターは、 結晶製造で の使用時にヒーター形状が変形した後に、 原料融液に対して均一の発熱分布を有 するものであることを特徴とする結晶製造用ヒーターが提供される。

このよ うに、 ヒーターが、 結晶製造での使用時にヒーター形状が変形した後に 、 原料融液に対して均一の発熱分布を有するものであることで、 変形後に、 原料 融液内の温度勾配を小さくできるため、 結晶引き上げ中の有転位化を抑制でき、 高品質の結晶を、 安価で、 しかも簡単かつ確実に得ることができる。

尚、 ここで、 原料融液に対して均一の発熱分布とは、 ヒーターからの熱が、 原 料融液に向けて同心円状に放射していることを示している。

また本発明によれば、 少なく とも、 電流が供給される端子部と、 抵抗加熱によ る発熱部とが設けられ、 原料融液を収容するルツボを囲繞するように配置される 、 チヨクラルスキー法により結晶を製造する場合に用いられるヒーターであって 、 該ヒーターの発熱部の水平断面の形状が、 楕円形状であり、 結晶製造での使用 時にヒーター形状が変形して、 前記発熱部の水平断面形状が円形状となるもので あることを特徴とする結晶製造用ヒーターが提供される。

このように、 ヒーターの発熱部の水平断面の形状が、 楕円形状であり、 結晶製 造での使用時にヒーター形状が変形して、 前記発熱部の水平断面形状が円形状と なるものであることで、 変形後に、 原料融液に対する発熱分布を均一化すること ができる。 そのため、 結晶引き上げ中の有転位化を抑制でき、 高品質の結晶を、 安価で、 しかも簡単かつ確実に得ることができる。

この場合、 前記発熱部の水平断面の楕円形状は、 結晶製造での使用時のヒータ 一形状の変形により径が拡大する方向では予め径を小さく し、 逆に、 径が縮小す る方向では予め径を大きく したものであることが好ましい。 また、 前記発熱部の 水平断面の楕円形状は、 長径を D 1 と し短径を D 2と した時、 D 1 Z D 2の値が 、 1 . 0 1以上 1 . 2 0以下の範囲であることが好ましい。

このように、 発熱部の水平断面の楕円形状は、 結晶製造での使用時のヒーター 形状の変形により径が拡大する方向では予め径を小さく し、 逆に、 径が縮小する 方向では予め径を大きく したものであることで、 変形後の原料融液に対する発熱 を、 確実に均一化させることができる。 また、 ヒーターの加工性、 コス ト、 強度 の点から楕円形状の長径と短径の比は、 1 . 0 1〜 1 . 2 0の範囲とするのが良 い

さらに本発明では、 少なく とも、 電流が供給される端子部と、 抵抗加熱による 発熱部とが設けられ、 原料融液を収容するルツボを囲繞するように配置される、 チヨクラルスキー法により結晶を製造する場合に用いられるヒーターであって、 該ヒーターの発熱部は、 電気抵抗に分布をもたせたものであることを特徴とする 結晶製造用ヒーターが提供される。

このように、 ヒーターの発熱部は、 電気抵抗に分布をもたせたものであること で、 変形後の原料融液に対する発熱を均一化することができる。 そのため、 結晶 引き上げ中の有転位化を抑制でき、 高品質の結晶を、 安価で、 しかも簡単かつ確 実に得ることができる。

この場合、 前記発熱部の電気抵抗の分布は、 結晶製造での使用時のヒーター形 状の変形により、 径が拡大する方向では予め電気抵抗を大きく し、 逆に、 径が縮 小する方向では予め電気抵抗を小さく分布させたものであることが好ましい。 このように、 前記発熱部の電気抵抗の分布は、 結晶製造での使用時のヒーター 形状の変形により、 径が拡大する方向では予め電気抵抗を大きく し、 逆に、 径が 縮小する方向では予め電気抵抗を小さく分布させたものであることで、 変形後の 原料融液に対する発熱分布を、 均一化させることができる。

この場合、 前記発熱部の電気抵抗の分布は、 発熱ス リ ッ ト部の肉厚、 発熱ス リ ッ ト部の幅、 又は発熱スリ ッ ト部の長さのいずれか一つ以上を変更することによ り調整したものであることが好ましい。

このよ うに、 発熱部の電気抵抗の分布は、 発熱ス リ ッ ト部の肉厚、 発熱ス リ ッ ト部の幅、 又は発熱スリ ッ ト部の長さのいずれか一つ以上を変更することにより 、 容易に調整することができる。

また、 前記発熱部の電気抵抗の分布は、 結晶製造での使用時のヒーター形状の 変形により径が拡大する方向での電気抵抗を R 1 と し、 径が縮小する方向での電 気抵抗を R 2とした時、 R 1 / R 2の値が、 1 . 0 1以上 1 . 1 0以下の範囲で 分布させたものであることが好ましい。

このように、 前記発熱部の電気抵抗の分布を、 結晶製造での使用時のヒーター 形状の変形により径が拡大する方向での電気抵抗を R 1 と し、 径が縮小する方向 での電気抵抗を R 2と した時、 R 1 / R 2の値が、 1 . 0 1以上 1 . 1 0以下の 範囲で分布させたものであることで、 ヒーター加工上、 ヒーター強度等において 大きな問題を生じることなく変形後の原料融液に対する発熱を確実に均一化させ ることができる。

さらに、 本発明の結晶製造用ヒーターは、 該ヒーターの発熱部水平断面の形状 が楕円形状であり、 結晶製造での使用時にヒーター形状が変形して、 前記発熱部 の水平断面の形状が円形状になるものであることに加えて、 前記発熱部は、 電気 抵抗に分布をもたせたものであることができる。

このよ うに、 ヒーターの発熱部水平断面の形状が楕円形状であり、 結晶製造で の使用時にヒーター形状が変形して、 前記発熱部の水平断面の形状が円形状にな るものであることに加えて、 前記発熱部は、 電気抵抗に分布をもたせたものであ ることで、 変形後の原料融液に対する発熱をきめ細やかに微調整が可能となり、 より確実に発熱分布を均一化させることができる。

さらに、 前記ヒーターが用いられるチヨクラルスキー法は、 M C Z法であるこ とができる。

このよ うに、 本発明の結晶製造用ヒーターは、 M C Z法により結晶を製造する のに用いる場合に、 特に有効である。 M C Z法は特に大口径結晶の製造に用いら れるし、 電流と磁場の相互作用により、 ヒーターがより変形し易いからである。

さらに、 前記製造する結晶は、 シリ コン単結晶であるものとすることができる このよ うに、 本発明の結晶製造用ヒーターは、 近年特に大口径化が著しく ヒー タも大型化しているシリ コン単結晶を製造するヒーターに適用することができる さらに本発明は、 上記結晶製造用ヒーターを具備する結晶製造装置を提供し、 また、 その結晶製造装置を用いてチヨクラルスキー法により結晶を製造する結晶 製造方法を提供する。

このよ うな本発明の結晶製造用ヒーターを具備する結晶製造装置を用いて、 チ ョクラルスキー法により結晶を製造すれば、 高品質の結晶を、 安価で、 しかも簡 単かつ確実に得ることができる。

以上説明したように、 本発明によれば、 c Z法により結晶を製造する場合に用 いられるヒーターが、 発熱部の形状が結晶製造での使用時に変形した後に、 原料 融液に対して均一の発熱分布を有するものであることで、 単結晶製造において、 結晶の無転位化率を向上し、 高品質な結晶を安定して製造することを、 安価で、 しかも簡単かつ確実に達成できる。

図面の簡単な説明

図 1は、 結晶製造用ヒーターを示す概略斜視図である。

図 2は、 本発明の楕円形状である結晶製造用ヒーターの、 変形前と変形後の発 熱部の水平断面の形状を示す概略図である。

( a ) 変形前、 （ b ) 変形後。

図 3は、 従来の円形状である結晶製造用ヒーターの、 変形前と変形後の発熱部 の水平断面の形状を示す概略図である。

( a ) 変形前、 （ b ) 変形後。

図 4は、 C Z法による結晶製造装置を示す概略図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の実施の形態について説明するが、 本発明はこれらに限定され るものではない。

特に大口径結晶を製造するためにヒ ーターが大型化 した現在において は、 結晶製造での使用時に、 ヒーターの形状が変形する のを完全に防止 する こ と は困難である。 そのよ う なヒ ーター形状の変形を防止するため の方法と し、 ヒーターを分割するなどの方法が考えられるが、 その場合、 炉内構造の複雑化、 な らびに炉内構造物のコ ス トア ップ等の問題が発生 する こ とが考えられる。 さ らに、 磁場を印カ卩 した M C Z法においては、 なおさ ら ヒーター形状の変形防止は困難であ り 、 結果と して、 原料融液 内の温度不均一を防止する こ と は困難であった。 そこで、 本発明者らは、 ヒーターの変形を防止する のではなく 、 ヒーターは変形する も のであ る から、 予め ヒーター形状の変形を予想 して ヒーターを設計し、 変形後に 原料融液に対して均一の発熱分布を有する も の とすれば、 原料融液内の 温度が不均一になる こ と を防止できる こ と に想到 し、 本発明を完成させ たも のである。

すなわち、 本発明では、 結晶製造での使用時にヒーター形状が変形し た時に、 原料融液に対 して均一の発熱分布を有する も の とするため、 以 下に 2つの方策を提案する。

第 1 の方策は、 ヒーター形状が結晶製造での使用時に変形する のを見 越して、 発熱部の水平断面の形状を、 予め円形状にせずに、 楕円形状と する こ とである。

こ こ で、 図 3 は、 従来のヒ ーターの変形前 （ a ) と変形後 （ b ) の発 熱部の水平断面の形状を示す概略図である。 図 3 に示すよ う に、 従来の 円形状の発熱部は、 元々円形状であったものが使用時には変形して、 端 子部 7 b 同士を結ぶ方向では変形後に径が拡大 し、 逆に、 それぞれの端 子部 7 b から 9 0 ⁰ 離れた部分同士を結ぶ方向では変形後に径が縮小 し て、 楕円形状になる。 そこで、 本発明では図 2 に示すよ う に、 ヒーター形状の変形によ り 、 径が拡大する方向では、 予め径を小さ く し、 逆に変形して径が縮小する 方向では予め径を大き く した楕円形状 （ a ) と しておく 。 こ の よ う にす る こ とで、 使用時に自重等で変形した時に、 ヒーターの発熱部の水平断 面の形状が円形状 （ b ) と な り 、 結果と して、 変形後に原料融液に対す る発熱を均一化でき る。

一方、 こ の よ う にヒ ーターの発熱部の水平断面の形状を楕円形状にす る場合、 ヒーター発熱部の上部と下部では、 径が縮小する場所と径が拡 大する場所が入れ替わる。 したがって、 上部と下部でも径を変える こ と が最も好ま しい。 しか し、 そのよ う なヒーターは、 発熱部の形状が複雑 とな り 、 製作が困難であるため、 実際は発熱ス リ ッ ト部の変形を主に考 慮して形状を決定する のが最も効率的である。

尚、 このよ うにヒーターの発熱部の水平断面の形状を楕円形状にする場合、 長 径を D 1 と し短径を D 2と した時、 D 1 / D 2の値が、 1 . 0 1以上 1 . 2 0以 下の範囲であることが好ましい。 さらに、 D 1 / D 2の値が、 1 . 0 3以上 1 . 1 0以下の範囲であることがより好ましい。

1 . 0 1以上としなければ、 ほとんどヒーター変形部を相殺する効果が望めな い。 また、 1 . 2 0を超えて楕円形状とすると、 加工コス トが高く付く し、 ヒー ターの強度上も、 この値以下と した方が望ましい。

第 2の方策は、 ヒーター形状が、 結晶製造での使用時に変形する のを 見越して、 予め発熱部の電気抵抗に分布をもたせる こ とである。 この時、 ヒーター形状の変形によ り 、 径が拡大する方向では予め発熱部の電気抵 抗を大き く し、 変形して径が縮小する方向では予め発熱部の電気抵抗を 小さ く したものとする。 このよ う にする こ とで、 変形した時に、 原料融 液から よ り遠い部分の発熱が大き く 、 原料融液から よ り 近い部分の発熱 が小さ く な り 、 結果と して、 変形後に原料融液に対する発熱を均一化で きる。

発熱部の電気抵抗の分布は、 例えば、 ①発熱ス リ ッ ト部の肉厚 （図 1 の符号 α ) を変更する こ と 、 ②発熱ス リ ッ ト部の幅 （図 1 の符号 |3 ) を 変更する こ と 、 又は③発熱ス リ ッ ト部の長さ （図 1 の符号 を変更す る こ と の う ちいずれか一つ以上を行う こ と によって調整する こ とができ る。

尚、 このよ う に発熱部の電気抵抗に分布をもたせるものと した場合、 結晶製 造での使用時のヒーター形状の変形により径が拡大する方向での電気抵抗を R 1 とし、 径が縮小する方向での電気抵抗を R 2 と した時、 R 1 / R 2の値が、 1 .

0 1以上 1 . 1 0以下の範囲で分布させたものであることが好ましい。 さらに、

R 2 / R 1の値が、 1 . 0 1以上 1 . 0 5以下の範囲で分布させたものであるこ とがより好ましい。 '

これは、 尺？ノ ：！を丄 . 0 1以上と しなければ効果が少ないし、 1 . 1 0を 超えるように肉厚等を変更するとなると加工上難しいし、 ヒーター強度も問題と なり得るからである。

一方、 上記 2つの方策を組み合わせたヒーターを用いるこ と もでき る。 このよ うにすることで、 原料融液に対する発熱を均一化させるための微調整が可 能となる。 すなわち、 ヒーター発熱部の水平断面を楕円形状とするとともに、 電 気抵抗に分布を持たせる。 こうすることによって、 ヒーターのどのような変形に 対しても対応することができ、 きめ細やかに温度分布を均一に調整できる。 また、 加工するヒーター形状の変形の度合いを小さくすることができ、 ヒーター強度上 も好ましい結果となった。

上記したよ う な本発明の結晶製造用ヒーターは、 M C Z法により結晶を製造 するのに用いる場合に、 特に有効である。 また、 本発明の結晶製造用ヒーターは

、 シリ コン単結晶を製造するのに用いることができる。

本発明のヒータを M C Z法で用いるのは、 M C Z法は特に大口径結晶の製造に 用いられるし、 電流と磁場の相互作用により、 ヒーターがより変形し易いからで ある。 また、 シリ コン単結晶を製造するのに用いるのは、 シリ コン単結晶は近年 特に大口径化が著しく、 その製造のためにヒーターも大型化しているためである さらに本発明は、 上記結晶製造用ヒーターを具備する結晶製造装置を提供し、 また、 その結晶製造装置を用いてチヨクラルスキー法により結晶を製造する結晶 製造方法を提供する。 本発明は、 上記のような特性を有するヒーターを従来の炉 内構造を有する結晶製造装置にセッ トするだけで、 単結晶化率を大幅に改善する ことができ、 既存の装置の設計変更等が不要であり、 非常に簡単かつ安価に構成 できる。

本発明により提供される結晶製造用ヒーターを用いた場合、 その発熱部の形状 が結晶製造での使用時に変形した後に、 原料融液に対して均一の発熱分布を有す るものであることで、 単結晶製造において、 結晶の無転位化率を向上し、 高品質 な結晶を安定して製造することができる。 しかも、 炉内構造を複雑なものとせず 、 また比較的安価で、 かつ確実に、 原料融液に対する発熱分布の均一化を達 成できる。 以下、 実施例を示し、 本発明を具体的に説明するが、 本発明は下記の実施例 に限定されるものではない。

(実施例 1 )

横方向の磁場を印加した MC Z法によりシリ コン単結晶を製造した。 直径 3 2 インチ ( 8 0 O mm) のルツボに、 原料シリ コン 3 0 0 k gをチャージし、 直径 1 2インチ （ 3 0 5 mm) のシリ コン単結晶を引き上げた。 この時、 ヒーターの 発熱部の形状が、 長径 D 1が 9 2 5 mmで、 短径 D 2 (端子側） が 9 1 5 mmの 楕円形状であり （D l /D 2 = l . 0 1 )、 電気抵抗が発熱部内で均一であるヒ 一ターを用いた。 このヒーターを用いて結晶を製造したところ、 特に問題無く最 後まで結晶の成長を行なう ことができた。

尚、 この条件で 2 0回シリコン単結晶を引き上げた時の無転位化率を表 1に示 す。

(実施例 2 )

実施例 1 と同様に、 横方向の磁場を印加した MC Z法により シリ コン単結晶を 製造した。 直径 3 2ィンチ （ 8 0 O mm) のルツボに、 原料シリ コン 3 0 0 k g をチャージし、 直径 1 2ィンチ （ 3 0 5 mm) のシリ コン単結晶を引き上げた。 この時、 ヒーターの発熱部の形状が、 直径 9 2 0 mmの円形状であり、 結晶製造 での使用時のヒーター形状の変形により、径が拡大して長径となる方向 （端子側） の発熱スリ ッ ト部の電気抵抗を R 1 と し、 径が縮小して短径となる方向の発熱ス リ ッ ト部の電気抵抗を R 2 と したとき、 R l /R S - l . 1 0であるヒーターを 使用した。 発熱スリ ッ ト部の電気抵抗は、 短径となる部分の癸熱ス リ ッ ト部の肉 厚を 3 3 mmと し、 長径となる部分の発熱スリ ッ ト部の肉厚を 3 O mmとするこ とで分布をもたせた。 このヒーターを用いて結晶を製造したところ、 特に問題無 く最後まで結晶の成長を行なうことができた。

尚、 この条件で 2 0回シリ コン単結晶を引き上げた時の無転位化率を表 1に示 す。

(比較例 1 )

実施例 1 と同様に、 横方向の磁場を印加した MC Z法によりシリ コン単結晶を 製造した。 直径 3 2インチ （ 8 0 0 mm) のルツボに、 原料シリ コン 3 0 0 k g をチャージし、 直径 1 2イ ンチ （ 3 0 5 mm) のシリ コン単結晶を引き上げた。 この時、 ヒーターの発熱部の形状は、 直径 9 2 0 mmの円形状であり （D 1 /D 2 = 1 . 0 0)、 電気抵抗が発熱部内で均一である （R l /R 2 = l . 0 0 ) ヒ 一ターを用いた。 しかし、 このヒーターは、 常温で結晶製造装置内に装着された 段階で、 自重により、 長径が 9 3 0 mmで、 短径が 9 1 0 m mの楕円形状に変形 していることが確認された。 このヒーターを用いて結晶をある程度製造したとこ ろ、 発熱部が長径となった方向で原料融液表面に固化が観測され、 結晶製造を中 断せざるを得ない場合があった。

尚、 この条件で 2 0回シリコン単結晶を引き上げた時の無転位化率を表 1に示 す。

(表

実施例 1 実施例 2 比較例 1

無転位化率 8 5 8 5 5 0

(%) 表 1から明らかなように、 育成結晶の無転位化率は、 比較例 1のヒーターを用 いて結晶を育成したときに比べて、 実施例 1及び実施例 2のヒーターを用いて結 晶を育成したときの方が高く、 大幅に改善できていることがわかる。 尚、 本発明は、 記実施形態に限定されるものではない。 上記実施形態は、 例 示であり、 本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構 成を有し、 同様な作用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。

例えば、 本発明の実施例では、 主にシリ コン単結晶の引き上げ時に磁場を印加 する M C Z法について説明したが、 本発明はこれに限定されず、 磁場を印加しな い通常の C Z法にも適用できる。

また、 引き上げる結晶もシリ コンに限定されるものではなく、 化合物半導体や 酸化物単結晶等の成長にも適用できることは言うまでもない。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 少なく とも、 電流が供給される端子部と、 抵抗加熱による発熱部とが設 けられ、 原料融液を収容するルツボを囲繞するように配置される、 チヨクラルス キー法により結晶を製造する場合に用いられるヒーターであって、該ヒーターは、 結晶製造での使用時にヒーター形状が変形した後に、 原料融液に対して均一の発 熱分布を有するものであることを特徴とする結晶製造用ヒーター。

2 . 少なく とも、 電流が供給される端子部と、 抵抗加熱による発熱部とが設 けられ、 原料融液を収容するルツボを囲繞するように配置される、 チヨクラルス キー法により結晶を製造する場合に用いられるヒーターであって、 該ヒーターの 発熱部の水平断面の形状が、 楕円形状であり、 結晶製造での使用時にヒーター形 状が変形して、 前記発熱部の水平断面形状が円形状となるものであることを特徴 とする結晶製造用ヒーター。

3 . 前記発熱部の水平断面の楕円形状は、 結晶製造での使用時のヒーター形 状の変形によ り径が拡大する方向では予め径を小さく し、 逆に、 径が縮小する方 向では予め径を大きく したものであることを特徴とする請求項 2に記載の結晶製 造用ヒーター。

4 . 前記発熱部の水平断面の楕円形状は、 長径を D 1 と し短径を D 2と した時 、 D 1 Z D 2の値が、 1 . 0 1以上 1 . 2 0以下の範囲であることを特徴とする 請求項 2又は請求項 3に記載の結晶製造用ヒーター。

5 . 少なく とも、 電流が供給される端子部と、 抵抗加熱による発熱部とが設け られ、 原料融液を収容するルツボを囲繞するように配置される、 チヨク ラルスキ 一法により結晶を製造する場合に用いられるヒーターであって、 該ヒーターの発 熱部は、 電気抵抗に分布をもたせたものであることを特徴とする結晶製造用ヒ一

6. 前記発熱部の電気抵抗の分布は、 結晶製造での使用時のヒーター形状の変 形により、 径が拡大する方向では予め電気抵抗を大きく し、 逆に、 径が縮小する 方向では予め電気抵抗を小さく分布させたものであることを特徴とする請求項 5 に記載の結晶製造用ヒーター。

7. 前記発熱部の電気抵抗の分布は、 発熱スリ ッ ト部の肉厚、 発熱ス リ ッ ト部 の幅、 又は発熱スリ ッ ト部の長さのいずれか一つ以上を変更することにより調整 したものであることを特徴とする請求項 5又は請求項 6に記載の結晶製造用ヒ一 ター。

8. 前記発熱部の電気抵抗の分布は、 結晶製造での使用時のヒーター形状の変 形により径が拡大する方向での電気抵抗を R 1 と し、 径が縮小する方向での電気 抵抗を R 2と した時、 R 1 ZR 2の値が、 1. 0 1以上 1. 1 0以下の範囲で分 布させたものであることを特徴とする請求項 5ないし請求項 7のいずれか一項に 記載の結晶製造用ヒーター。

9. 請求項 2ないし請求項 4のいずれか一項に記載のヒーターであって、 かつ 請求項 5ないし請求項 8のいずれか一項に記載のヒーターであることを特徴とす る結晶製造用ヒータ一。

1 0. 前記ヒーターが用いられるチヨクラルスキー法は、 MC Z法であること を特徴とする請求項 1ないし請求項 9のいずれか一項に記載の結晶製造用ヒータ

1 1. 前記製造する結晶は、 シリ コン単結晶であるこ とを特徴とする請求項 1 ないし請求項 1 0のいずれか一項に記載の結晶製造用ヒーター。

1 2. 少なく とも、 請求項 1ないし請求項 1 1のいずれか一項に記載の結晶製 造用ヒーターを具備することを特徴とする結晶製造装置。

1 3 . 請求項 1 2に記載の結晶製造装置を用いてチヨクラルスキー法により結 晶を製造することを特徴とする結晶製造方法。