WO2006064797A1 - 半導体単結晶製造装置および製造方法 - Google Patents

半導体単結晶製造装置および製造方法 Download PDF

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WO2006064797A1
WO2006064797A1 PCT/JP2005/022867 JP2005022867W WO2006064797A1 WO 2006064797 A1 WO2006064797 A1 WO 2006064797A1 JP 2005022867 W JP2005022867 W JP 2005022867W WO 2006064797 A1 WO2006064797 A1 WO 2006064797A1
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heater
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single crystal
heat shield
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Akiko Noda
Tetsuhiro Iida
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Komatsu Denshi Kinzoku Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor single crystal manufacturing apparatus and manufacturing method.
  • High-purity silicon single crystals are mainly used for substrates of semiconductor elements.
  • One of the methods for producing a silicon single crystal is the Chiyoklarsky method (CZ method).
  • CZ method As shown in FIG. 8 as an example, the quartz crucible 5 installed in the chamber 1 of the semiconductor single crystal manufacturing apparatus is filled with silicon polycrystal, and the heater 6 provided around the quartz crucible 5 is charged. Therefore, the silicon polycrystal is heated and melted to form the melt 4, and the seed crystal attached to the seed chuck 14 is immersed in the melt 4, and the seed chuck 14 and the quartz crucible 5 are rotated while rotating in the same direction or in the opposite direction. By pulling up the chuck 14, the silicon single crystal 9 grows.
  • the heat insulating cylinder 7 is formed of a heat insulating material.
  • the inert gas introduced from the upper part of the chamber 1 flows down along the single crystal 9 and then flows along the inner wall of the quartz crucible 5 from the melt surface. Ascended, flows down the gap between the graphite crucible 3 and the heater 6, or the gap between the heater 6 and the heat insulating cylinder 7, passes through the exhaust port at the bottom of the chamber 1 and the external exhaust pipe, along with the evaporant and reaction products. It is discharged outside the furnace.
  • the evaporated product and reaction product adhere to the graphite crucible 3, the heater 6, the heat insulating cylinder 7 and the like while being carried out of the furnace together with the inert gas.
  • the inert gas containing evaporated SiO comes into contact, and SiO and graphite react to promote SiC conversion.
  • the graphite crucible 3 is deformed as the number of uses increases due to the difference in thermal expansion coefficient between the formed SiC and graphite.
  • the heater 6 also comes into contact with the evaporated inert gas containing SiO and reacts with SiO and graphite, so that the central portion of the heater 6 and the end of the slit that are at a high temperature are quickly reduced in thickness.
  • the temperature distribution of the melt 4 changes and adversely affects the quality of the single crystal, for example, the oxygen concentration.
  • Patent Document 1 As shown in FIG. 9, an inner cylinder (heat shield) 11 is provided in the vicinity of the outer peripheral surface of the heater 6 and heat insulation is performed. An outer cylinder (heat shield) 12 that covers the inner peripheral surface of the cylinder 7 is provided, and the inert gas is exhausted using the exhaust path between the inner cylinder 11 and the outer cylinder 12.
  • the Ar gas introduced from the upper part of the chamber 1 passes through the gap between the lower end of the radiation screen 10 and the melt 4, and then the quartz crucible. Ascends along the inner surface of 4 and flows down the gap between the inner cylinder 11 and the outer cylinder 12 and is discharged out of the furnace.
  • Patent Document 2 describes a single crystal manufacturing apparatus having a structure in which a heat insulating material is provided outside a heater, and an exhaust pipe is provided outside the heat insulating material.
  • Patent Document 3 describes a single crystal manufacturing apparatus having a structure in which a heat insulating material is provided outside a heater and an exhaust pipe is provided so as to penetrate the heat insulating material.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 7-223894
  • Patent Document 2 JP-A-9-2892
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-10893
  • the heat generated by the heater 6 is blocked by the inner cylinder 11,
  • the temperature of the outer cylinder 12 becomes extremely low, for example, about 1600K or less.
  • the exhaust gas and reaction products generated in the furnace due to contact with the exhaust gas easily adhere to and condense on the outer cylinder 12.
  • the exhaust passage between the inner cylinder 11 and the outer cylinder 12 may be clogged due to accumulation, and the exhaust capacity may be hindered. In some cases, the process may not be continued.
  • the low temperature outer cylinder 12 is easily converted to SiC, so that the number of times and time until breakage are shortened due to SiC conversion, and it is necessary to replace it early, which may increase the cost.
  • the outer cylinder 12 has a structure that supports the radiating screen 10. Therefore, when exhaust gas comes into contact with the outer cylinder 12 and the SiC conversion is promoted, the coefficient of thermal expansion is increased at the site where the SiC is converted. Change.
  • the coefficient of thermal expansion of the outer cylinder 12 changes as the number of times of use and usage time increase, the height position of the radiation screen 10 supported by the outer cylinder 12 changes.
  • the distance between the lower end position of the radiating screen 10 and the melt surface greatly affects the quality of the single crystal 9 to be pulled up.
  • the present invention has been made in view of such a situation, and allows the evaporated product and reaction product generated in the furnace to be exhausted without touching the graphite crucible and the heater, and the exhaust pipe itself is provided. It can be maintained at a high temperature to prevent clogging of the exhaust pipe by suppressing the attachment and condensation of evaporates and reaction products, and to prevent the exhaust pipe itself from becoming SiC, thereby improving the durability of the exhaust pipe.
  • the first problem to be solved is to improve the single crystal by suppressing the change in the coefficient of thermal expansion of the member that supports the radiation screen.
  • the present invention has a second problem to be solved by reducing the manufacturing cost by configuring the exhaust pipe with a small amount of material. It is.
  • the first invention is:
  • a crucible that melts the raw material of the semiconductor single crystal and a heater around the crucible that heats the raw material in the crucible are placed in the chamber, and the seed crystal is immersed in the melted raw material to pull up the single crystal.
  • a plurality of exhaust pipes are provided outside the heater and along a circumferential direction of the heater.
  • the second invention is the first invention
  • a heat shield is provided outside the heater
  • a plurality of exhaust pipes are provided along the circumferential direction of the heater between the heater and the heat shield.
  • a third invention is the first invention
  • a heat insulation cylinder is provided outside the heater
  • a plurality of exhaust pipes are provided between the heater and the heat insulating cylinder along the circumferential direction of the heater.
  • a fourth invention is any one of the first to third inventions.
  • the plurality of exhaust pipes communicate with a plurality of exhaust ports provided at the bottom of the chamber.
  • the fifth invention is the second invention, wherein
  • the plurality of exhaust pipes may be exhaust pipes having a partition wall independent of the heat shield.
  • a sixth invention is the second invention, wherein
  • the plurality of exhaust pipes are exhaust pipes having a partition wall shared with the heat shield.
  • a seventh invention uses the semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to any one of the first to sixth inventions.
  • the exhaust pipe 20 has an upper end opening located above the upper end of the heater 6 and a lower end opening communicating with the exhaust port 8b. It flows only in the exhaust pipe 20 where it hardly touches the graphite crucible 3 and the heater 6. For this reason, as in the prior art described in FIG. 9, the graphite crucible 3 and the heater 6 are avoided from being made of SiC, and the service life can be greatly extended.
  • the exhaust pipe 20 of the present invention is provided between the heater 6 and the heat shield 12 and is made of a material having good heat conductivity. Retained. For this reason, according to the present invention, the deposits and condensation of the evaporant and reaction product on the exhaust pipe 20 are suppressed, and clogging of the exhaust pipe 20 is prevented. Further, the exhaust pipe 20 can be prevented from being made of SiC. For this reason, it is possible to lengthen the time until the exhaust pipe 20 is replaced, and to reduce the cost. Further, even if the heat insulating cylinder 7 is not covered with the heat shield 12, the heat insulating cylinder 7 hardly comes into contact with the evaporated SiO. Therefore, the heat shield 12 becomes unnecessary, and the cost can be further reduced.
  • exhaust gas hardly comes into contact with the heat shield 12, so that the heat shield 12 is prevented from being made of SiC.
  • the time until the heat shield 12 is replaced can be lengthened, and the cost can be reduced.
  • the distance between the lower end position of the radiation screen 10 supported by the heat shield 12 and the melt surface can be maintained at the initially set value, and can be simply lifted.
  • the crystal 9 can be maintained in high quality, and the product yield can be improved.
  • the exhaust pipe 20 is provided with the exhaust port 8b (exhaust port 2) having a relatively small area.
  • the present invention is not limited to the configuration shown in Fig. 1, and is provided outside the heater 6 and provided with a plurality of exhaust pipes 20 along the circumferential direction of the heater 6. Any configuration is possible (first invention).
  • a plurality of exhaust pipes 20 may be provided between the heater 6 and the heat sink 12 along the circumferential direction of the heater 6 (second invention).
  • the plurality of exhaust pipes 20 may be exhaust pipes 20 having partition walls independent of the heat shield 12 (fifth invention), or may be exhaust pipes 20 sharing the partition walls with the heat shield 12.
  • a plurality of exhaust pipes 20 are provided along the circumferential direction of the heater 6 between the heater 6 and the heat sink 12 (second invention).
  • the exhaust pipe 20 may be an exhaust pipe having a partition wall shared with the heat shield 12 (sixth invention).
  • a plurality of exhaust pipes 20 are provided outside the heat shield 12 along the circumferential direction of the heat shield 12, and the plurality of exhaust pipes 20 are shared with the heat shield 12. You may comprise with the exhaust pipe which has a partition used.
  • the semiconductor single crystal manufacturing method of the present invention since the change in the coefficient of thermal expansion of the heat shield 12 can be suppressed, the distance between the lower end position of the radiation screen 10 and the melt surface was initially set. Value, the high-quality single crystal can be stably pulled up and manufactured, and the service life of the parts used can be greatly extended, so the production cost of the single crystal can be kept low (Seventh invention).
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the silicon single crystal manufacturing apparatus of the embodiment.
  • FIG. 1 (a) is a side view
  • FIG. 1 (b) is a top view.
  • the cross-section corresponds to the top view of Fig. 1 (b), and the BB 'cross-section of Fig. 1 (b) corresponds to the side view of Fig. 1 (a). I win.
  • a crucible shaft 2 is provided at the center of the chamber 1.
  • the central axis of the crucible axis 2 corresponds to the central axis of the chamber 1.
  • the upper end of the crucible shaft 2 supports the graphite crucible 3 via a crucible holder not shown.
  • a quartz crucible 5 is accommodated in the graphite crucible 3. Quartz crucible 5 stores melt 4.
  • a cylindrical heater 6 is provided so as to surround the periphery of the graphite crucible 3. Furthermore, a cylindrical heat insulating cylinder 7 is provided outside the heater 6 so as to surround the heater 6.
  • the heat insulating cylinder 7 is made of a heat insulating material and is provided along the inner wall of the side surface of the chamber 1. The heater 6 and the heat insulating cylinder 7 are provided concentrically with respect to the center of the quartz crucible 5 (central axis 2c).
  • the single crystal 9 is pulled up by the central force of the quartz crucible 5. That is, the seed crystal attached to the seed chuck 14 is immersed in the melt 4, and the seed chuck 14 is pulled up while the seed chuck 14 and the quartz crucible 5 are rotated in the same direction or in the opposite direction, so that the silicon single crystal 9 Grow.
  • the bottom of the chamber 1 is provided with a heat insulating bottom 8 that is also formed of a heat insulating material.
  • a hole 8 a through which the crucible shaft 2 is passed is formed at the center position of the heat insulating bottom 8.
  • exhaust ports 8 b are formed at four locations at equal intervals along the circumferential direction of the heat insulating bottom 8.
  • the exhaust port 8b is provided to exhaust the gas in the furnace described later.
  • annular plate-like heat insulating member 13 which is also made of a heat insulating material is provided.
  • An upper end of the radiation screen 10 is connected to the heat insulating member 13.
  • the radiant screen 10 is a heat shield surrounding the single crystal pulling region, and is a conical or cylindrical member in which the diameter of the lower end opening is smaller than the diameter of the upper end opening.
  • the radiant screen 10 blocks the radiant heat applied to the single crystal 9 from the melt 4, the quartz crucible 5 and the like to accelerate the cooling of the single crystal 9, thereby increasing the single crystal pulling speed and generating crystal defects. To prevent.
  • the radiant screen 10 guides an inert gas (Ar gas) introduced from above the chamber 1 to the periphery of the single crystal 9, and passes through the peripheral portion from the center of the quartz crucible 5 to the exhaust port at the bottom of the chamber. Generated from melt 4 by forming a gas flow up to 8b It has a function to eliminate evaporants and reaction products that inhibit single crystallization such as SiO.
  • the inner peripheral surface of the heat insulating cylinder 7 is covered with a cylindrical heat shield 12 made of a heat insulating material.
  • This heat-sinored 12 corresponds to the outer cylinder 12 described in the prior art in FIG.
  • the heat-sinored 12 is made of, for example, carbon or carbon fiber reinforced carbon.
  • the heat shield 12 may be provided in close proximity to the inner peripheral surface of the heat insulating cylinder 7 or close thereto.
  • an exhaust pipe 20 made of a material having good thermal conductivity is further provided between the heater 6 and the heat sink 12.
  • a plurality (four) of exhaust pipes 20 are provided so as to communicate with a plurality (four) of exhaust ports 8b formed in the heat insulating bottom 8 at the bottom of the chamber 1, respectively.
  • the exhaust pipe 20 is a cylindrical member whose upper end is located above the heater 6 and whose lower end is located at the exhaust port 8b of the heat insulating bottom 8, and is located outside the heater 6. It is located inside the heat shield 12.
  • the cross section of the exhaust pipe 20 (exhaust passage cross section) is formed in a rectangular shape, for example.
  • the exhaust pipe 20 is provided at a predetermined distance from the heater 6 and at a predetermined distance from the heat shield 12.
  • the exhaust pipe 20 is made of a heat-resistant material with relatively good thermal conductivity, such as graphite, carbon fiber reinforced carbon, or ceramics.
  • the upper end of the exhaust pipe 20 is supported by the heat shield 12 via the exhaust pipe fixing ring 21 and the lower end is supported by the support member 22.
  • an annular plate-like exhaust pipe fixing ring 21 formed so as to cover the upper end of the heater 6 is provided above the heater 6.
  • the outer periphery of the exhaust pipe fixing ring 21 is fixed to the heat shield 12, and a graphite crucible 3 (quartz crucible 5) is located in the central hole of the exhaust pipe fixing ring 21.
  • the exhaust pipe fixing ring 21 is formed with a rectangular hole 21 a corresponding to the outer shape of the exhaust pipe 20. By passing the exhaust pipe 20 through the rectangular hole 21a, the upper end of the exhaust pipe 20 is supported by the heat shield 21 via the exhaust pipe fixing ring 21, and the top of the exhaust pipe 20 is The end is fixed in chamber 1.
  • the outer surface of the heat insulating bottom 8 is covered with a disk-like support member 22.
  • the support member 22 has four exhaust holes 22b at positions corresponding to the four exhaust ports 8b described above.
  • a rectangular flange 22a corresponding to the outer shape of the exhaust pipe 20 is formed around the exhaust hole 22b.
  • the rectangular flange 22a is inserted into the exhaust port 8b, and the lower end portion of the exhaust pipe 20 is fitted into the flange 22a, whereby the lower end portion of the exhaust pipe 20 is supported by the support member 22,
  • the lower end of the exhaust pipe 20 is fixed in the chamber 1.
  • the exhaust passage sectional area of the exhaust pipe 20 is set to be the same as the area of the exhaust hole 22b.
  • the cross-sectional area of the exhaust pipe in the present invention is preferably larger than the cross-sectional area of the exhaust port in order to reduce pressure loss, but the exhaust port cross-sectional area depends on the pump capacity, furnace pressure, and gas flow rate. It's smaller and better.
  • an inert gas (Ar gas) flows from the upper part of the chamber 1 into the chamber.
  • Ar gas flows down to the outer peripheral surface of the single crystal 9 as shown by an arrow gl in FIG. 1, passes through the gap between the lower end of the radiation screen 10 and the melt 4, and then rises along the inner surface of the quartz crucible 5. To do. Then, it flows down in the exhaust pipe 20 as indicated by an arrow g2, and is discharged out of the chamber 1 through an exhaust hole 22b (exhaust port 8b) as indicated by an arrow g3.
  • the exhaust pipe 20 has an upper end opening located above the upper end of the heater 6 and a lower end opening communicating with the exhaust outlet 8b. Therefore, Ar gas is introduced into the graphite crucible 3 and the heater 6. It flows only inside the exhaust pipe 20, which is almost touching. For this reason, similar to the conventional technology described in FIG. 9, the graphite crucible 3 and the heater 6 are avoided from being made of SiC, and the service life can be greatly extended.
  • the exhaust pipe 20 of the present embodiment is provided between the heater 6 and the heat sink 12 and is made of a material having good thermal conductivity. It is kept at a high temperature, and the exhaust force does not go around the heat shield 12 directly. That is, in the case of the prior art described in FIG. 9, since the heat shield 12 itself constitutes the outer cylinder of the exhaust pipe, the temperature of the exhaust pipe itself is low, and the outer cylinder 12 has evaporated and reaction products. Will adhere and condense easily. In the experiment, the outer cylinder 12 is a place where evaporants and reaction products are likely to adhere. Was confirmed to be 1600K. Furthermore, it was confirmed that the outer cylinder 12 would be less than 1500K at a depth of 10mm.
  • the heat generated by the heater 6 directly goes around the exhaust pipe 20 and is maintained at a high temperature.
  • the temperature of the exhaust pipe 20 was maintained before and after 1800K. For this reason, the adhering and condensing of evaporates and reaction products to the exhaust pipe 20 are avoided. Therefore, according to the present embodiment, clogging of the exhaust pipe 20 is prevented. Further, the exhaust pipe 20 is prevented from being made of SiC. For this reason, it is possible to lengthen the time until the exhaust pipe 20 is replaced, and to reduce the cost.
  • the exhaust gas hardly comes into contact with the heat shield 12, so that the heat shield 12 is prevented from being made of SiC.
  • the time until the heat shield 12 is replaced can be lengthened, and the cost can be reduced.
  • the distance between the lower end position of the radiation screen 10 supported by the heat shield 12 and the melt surface can be initially maintained at the set value and pulled up.
  • the single crystal 9 can be maintained in high quality and the product yield can be improved.
  • the exhaust pipe 20 of the embodiment is a small-diameter, small-sized member formed in a cylindrical shape with a small cross-sectional area that communicates with the exhaust port 8b (exhaust port 22b) having a relatively small area.
  • a hook member 20 a having an L-shaped cross section is formed at the upper end portion of the exhaust pipe 20, and the hook member 20 a is engaged with the upper end of the heater 6.
  • the exhaust pipe 20 is fixed in the chamber 1.
  • the force with which the exhaust pipe 20 is in contact with the heater 6, and the exhaust pipe 20 is supported by the heater 6 via a non-conductive member, for example, without bringing the exhaust pipe 20 into contact with the heater 6. It is good also as a structure to be held.
  • a hook member 20b having an L-shaped cross section is formed at the upper end portion of the exhaust pipe 20, and the hook member 20b is formed on the hook receiving member 12a having an L-shaped cross section formed on the heat shield 12.
  • the exhaust pipe 20 is supported by the heat shield 12, and the exhaust pipe 20 is fixed in the chamber 1.
  • the side surface of the exhaust pipe 20 is separated from the inner peripheral surface of the heat shield 12. However, the side surface of the exhaust pipe 20 is disposed so as to contact the inner peripheral surface of the heat shield 12. Moyore.
  • both guide members 12b, 12c having a cross-section of a cross-section are provided intermittently along the longitudinal direction of the exhaust pipe 20, and as indicated by arrow C, each guide member 12b, 12c During this time, the exhaust pipe 20 is passed through and engaged with the guide members 12 b and 12 c, so that the exhaust pipe 20 is supported by the heat shield 12 and fixed in the chamber 1.
  • both guide members 12d and 12e having a cross-sectional shape of a cross-section are formed continuously along the longitudinal direction of the exhaust pipe 20, and as indicated by an arrow D, the guide members 12d and 12e The exhaust pipe 20 is inserted therebetween and engaged with the guide members 12d and 12e, whereby the exhaust pipe 20 is supported by the heat shield 12 and fixed in the chamber 1.
  • the exhaust pipe 20 may be structured so as to be divided into two parts, as shown in FIGS. 6 and 7, so that the upper part and the lower part can be replaced.
  • FIG. 6 shows a perspective view of a cylindrical exhaust pipe 20 that can be divided into an upper exhaust pipe 20U and a lower exhaust pipe 20L.
  • a fitting recess 20La is formed at the upper end of the lower exhaust pipe 20L, and a fitting projection 20Ua that can be fitted into the fitting recess 2 OLa at the lower end of the upper exhaust pipe 20U.
  • the upper exhaust pipe 20U and the lower exhaust pipe 20L are connected to each other in such a manner that the upper exhaust pipe 20U and the lower exhaust pipe 20L can be divided into Fixed.
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a cylindrical exhaust pipe 20 having a two-divided structure of an upper exhaust pipe 20U and a lower exhaust pipe 20L.
  • a flange 20Lb that can fit the lower end of the upper exhaust pipe 20U is formed at the upper end of the lower exhaust pipe 20L.
  • FIGS. 6 and 7 illustrate the exhaust pipe 20 having a two-divided structure, but the exhaust pipe 20 may be divided into three or more. In any case, it is desirable that the dividing position is in a temperature range where no evaporant or reaction product is attached or condensed.
  • the exhaust pipe 20 has been illustrated with a cross-sectional shape of a rectangular shape (Fig. 1) and a circular shape (Figs. 6 and 7).
  • Fig. 1 a rectangular shape
  • Figs. 6 and 7 a circular shape
  • the present invention is not limited to these shapes. It can also be a cross-sectional shape.
  • the case where the exhaust passage cross-sectional area of the exhaust pipe 20 is approximately the same area as the exhaust hole 22b (exhaust port 8b) at the bottom of the chamber 1 is exemplified, but the pressure loss is reduced.
  • the total of the exhaust passage cross-sectional areas of the plurality of exhaust pipes 20 is larger than the total area of the plurality of exhaust holes 22b (exhaust ports 8b) of the chamber 1, which is more desirable.
  • the number of force exhaust pipes 20 exemplifying the case where a plurality of exhaust pipes 20 are provided along the circumferential direction of the heat insulating bottom 8 is equal to the number of exhaust holes 22b (exhaust holes It can be set arbitrarily according to the number of ports 8b).
  • the plurality of exhaust pipes 20 necessarily correspond to the plurality of exhaust holes 22b on the bottom of the chamber 1 in a one-to-one correspondence, and the number of exhaust holes 22b is less than the number of exhaust pipes 20 that do not need to communicate with each other.
  • the number of exhaust holes 22b may be smaller than the number of exhaust pipes 20.
  • two exhaust pipes 20 may be assembled to communicate with one exhaust hole 22b, or one exhaust pipe 20 may be branched to communicate with two exhaust holes 22b. Good.
  • the length of the exhaust pipe 20 in the circumferential direction can also be set to an arbitrary length. Further, in the above description, it is assumed that a plurality of exhaust pipes 20 are intermittently provided in the circumferential direction of the heat insulating bottom 8, but the exhaust pipe 20 is formed in a ring shape (continuously) along the circumferential direction of the heat insulating bottom 8. May be formed).
  • the exhaust pipe 20 is arranged to be separated from the heat sink 12 and the heater 6.
  • the exhaust pipe 20 is connected to one or both of the heat sink 12 and the heater 6. Let it be placed in contact.
  • the present invention is not limited to the configuration shown in FIG. As long as a plurality of exhaust pipes 20 are provided on the outside of the heater 6 along the circumferential direction of the heater 6, any configuration can be used.
  • FIG. 10 is top views corresponding to FIG. 1 (b).
  • a plurality of exhaust pipes 20 are provided along the circumferential direction of the heater 6 between the heater 6 and the heat sink 12, and the plurality of exhaust pipes 20 are connected to the heater 6. You may provide in the position which contacts.
  • the plurality of exhaust pipes 20 may be exhaust pipes 20 having partition walls independent of the heat shield 12, or may be exhaust pipes 20 sharing the heat shield 12 and partition walls.
  • a plurality of exhaust pipes 20 are provided along the circumferential direction of the heater 6 between the heater 6 and the heat sink 12, and the plurality of exhaust pipes 20 are An exhaust pipe having a partition wall shared with the heat shield 12 may be used.
  • a plurality of exhaust pipes 20 are provided outside the heat shield 12 along the circumferential direction of the heat shield 12, and the plurality of exhaust pipes 20 are shared with the heat shield 12. You may comprise with the exhaust pipe which has a partition used.
  • the semiconductor single crystal manufacturing method of the present invention since the change in the coefficient of thermal expansion of the heat shield 12 can be suppressed, the distance between the lower end position of the radiation screen 10 and the melt surface is initially maintained at a set value. As a result, high-quality single crystals can be stably pulled up and manufactured, and the service life of the parts used can be greatly extended, so the production costs of single crystals can be kept low.
  • the present invention is based on a melt in which a dopant such as phosphorus, arsenic, and antimony is added at a high concentration.
  • the dopant evaporation is deposited on the in-furnace component and causes crystal defects.
  • compound-based and oxide-based crystals can be grown using the Tyoklalsky method, where evaporates accumulate on or deteriorate the components in the furnace. Oh, it ’s a power S to apply.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a silicon single crystal manufacturing apparatus according to an embodiment, FIG. 1 (a) is a side view, and FIG. 1 (b) is a top view.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an exhaust pipe fixing method.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an exhaust pipe fixing method.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an exhaust pipe fixing method.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an exhaust pipe fixing method.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating the structure of an exhaust pipe that can be divided into two parts, upper and lower.
  • FIG. 7 is a vertical cross-sectional view illustrating the structure of an exhaust pipe that can be divided into two parts, upper and lower.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the prior art.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the prior art.
  • FIG. 10 is a diagram showing another embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing another embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram showing another embodiment.

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Abstract

　炉内で発生した蒸発物、反応生成物を黒鉛るつぼ、ヒータに触れさせることなく排気できるようにするとともに、排気管自体を高温に保持できるようにして、蒸発物、反応生成物の付着、凝縮を抑制して排気管の詰まりを防止し、また、排気管自体のＳiＣ化を抑制して排気管の耐久性を向上させ、また、熱膨張率の変化を抑制して熱単結晶を高品質で引上げることができるようにする。また、排気管を、少ない材料で構成されるようにすることで、製造コストを低減する。ヒータ（６）の外側に、断熱材で構成されたヒートシールド（１２）が設けられ、ヒータ（６）とヒートシールド（１２）との間に、複数の排気管（２０）が設けられる。複数の排気管（２０）は、チャンバ（１）の底部に設けられた複数の排気口（８ｂ（２２ｂ））に連通している。

Description

明 細 書
半導体単結晶製造装置および製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、半導体単結晶の製造装置および製造方法に関する。
背景技術
[0002] 半導体素子の基板には、主として高純度のシリコン単結晶が用いられている。 シリ コン単結晶の製造方法の一つにチヨクラルスキー法（CZ法という）がある。 CZ法にお いては、一例として図 8に示すように、半導体単結晶製造装置のチャンバ 1内に設置 した石英るつぼ 5にシリコン多結晶を充填し、石英るつぼ 5の周囲に設けたヒータ 6に よってシリコン多結晶を加熱溶融して融液 4とした上、シードチャック 14に取り付けた 種子結晶を融液 4に浸漬し、シードチャック 14および石英るつぼ 5を同方向または逆 方向に回転させつつシードチャック 14を引き上げることで、シリコン単結晶 9が成長 する。なお、図 8において、断熱筒 7は断熱材で構成されている。
[0003] 石英るつぼ 5に充填したシリコン多結晶が溶解すると、融液 4と石英るつぼ 5との反 応により融液面からは SiOガスが発生、蒸発する。この Si〇ガスが石英るつぼ 5の内 面や引上げ中の単結晶 9の表面、チャンバ 1の内壁などにアモルファスの態様で凝 縮、付着し、これが融液 4内に剥落すると、成長中の単結晶に付着し転位が発生して 歩留まりを悪化させる。
[0004] また、ヒータ 6や黒鉛るつぼ 3、断熱筒 7が高温に加熱されると、 C〇、 C〇2等のガス が発生し、これが融液 4内に混入すると成長中の単結晶の C濃度が高くなる。このよう な問題を解決するため、 Arなどの不活性ガスを用いて、蒸発物、反応生成物を炉外 に排出している。
[0005] すなわち、同図 8に矢印で示すように、チャンバ 1の上部から導入された不活性ガス は、単結晶 9に沿って流下した後、融液面から石英るつぼ 5の内壁に沿って上昇し、 黒鉛るつぼ 3とヒータ 6との隙間、あるいはヒータ 6と断熱筒 7との隙間を流下してチヤ ンバ 1の底部の排気口、外部の排気管を経て、蒸発物、反応生成物とともに炉外に 排出される。 [0006] しかし、図 8に示す構造の場合、蒸発物、反応生成物は不活性ガスとともに炉外に 運ばれる途中、黒鉛るつぼ 3やヒータ 6、断熱筒 7などに付着する。黒鉛るつぼ 3では 、蒸発した Si〇を含んだ不活性ガスが接触し、 SiOと黒鉛が反応することによって SiC 化が促進される。そのため、形成された SiCと黒鉛との熱膨張率の違いにより、黒鉛る つぼ 3は使用回数を増すごとに変形してしまう。一方、ヒータ 6についても、蒸発した S iOを含んだ不活性ガスが接触し、 SiOと黒鉛が反応することによって、高温となるヒー タ 6の中央部やスリット終端部が速やかに減肉する。その結果、融液 4の温度分布が 変化し、単結晶の品質たとえば酸素濃度に悪影響を与える。
[0007] そこで、上記不具合を解決するために、下記特許文献 1では、図 9に示すように、ヒ ータ 6の外周面に近接して、内筒（ヒートシールド） 11を設けるとともに、断熱筒 7の内 周面を被覆する外筒（ヒートシールド） 12を設け、これら内筒 11と外筒 12との間を排 気通路として不活性ガスを排気するようにしてレ、る。
[0008] この構成によれば、同図 9に矢印で示すように、チャンバ 1の上部から導入した Arガ スは、輻射スクリーン 10の下端と融液 4との隙間を通過した後、石英るつぼ 4の内面 に沿って上昇し、内筒 11と外筒 12との隙間を流下して炉外に排出される。
[0009] このように、融液 4力 発生する SiOなどのガスが黒鉛るつぼ 3、ヒータ 6に触れない ため、黒 1^るつぼ 3およびヒータ 6の SiC化を遅らせることができるようになり、これら黒 鉛るつぼ 3およびヒータ 6の耐用寿命が大幅に延長する。
[0010] また、下記特許文献 2には、ヒータの外側に断熱材を設け、この断熱材の外側に排 気管を設けた構造の単結晶製造装置が記載されている。
[0011] また、下記特許文献 3には、ヒータの外側に断熱材を設け、この断熱材を貫通する ように排気管を設けた構造の単結晶製造装置が記載されている。
特許文献 1 :特開平 7— 223894号公報
特許文献 2：特開平 9一 2892号公報
特許文献 3：特開 2001— 10893号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0012] しかし、図 9に示す構造のものでは、ヒータ 6で発生した熱は、内筒 11で遮断され、 外筒 12の温度は、著しく低くなり、たとえば 1600K程度以下となる。外筒 12の温度 が低くなると、排気ガスが接触することで炉内で発生した蒸発物、反応生成物が外筒 12に、付着、凝縮しやすくなる。このため、内筒 11、外筒 12間の排気通路は、堆積 によって目詰まりを起こし、排気能力に支障をきたすおそれがある。また、場合によつ てはプロセスの続行が不可能になるおそれがある。
[0013] また、低温の外筒 12は、 SiC化し易ぐ SiC化により破損までの使用回数、時間が 短くなり、早期交換を余儀なくされ、コストアップを招くおそれがある。
[0014] 特に外筒 12は、輻射スクリーン 10を支持している構造であるため、外筒 12に、排 気ガスが接触し SiC化が促進されると、 SiC化した部位で熱膨張率が変化する。そし て使用回数、使用時間の増加とともに外筒 12の熱膨張率が変化すると、外筒 12によ つて支持されている輻射スクリーン 10の高さ位置が変化する。ここで、輻射スクリーン 10の下端位置と融液面との距離は、引き上げられる単結晶 9の品質に大きな影響を 与える。
[0015] 外筒 12の熱膨張率の変化により輻射スクリーン 10の高さ位置が変化すると、上記 輻射スクリーン 10の下端位置と融液面との距離が当初に設定した値力 ずれてしま レ、、単結晶 9の品質に悪影響を及ぼすおそれがある。
[0016] なお、上述した特許文献 2、特許文献 3記載の排気管は、同様にして、ヒータ外側 の断熱材よりも外側若しくはヒータ外側の断熱材の中に設けられているため、ヒータ で発生した熱が断熱されることで排気管の温度が低温となり、上述した特許文献 1記 載の単結晶製造装置（図 9)と同様に、排気通路の目詰まりや、排気管の SiC化によ る使用回数の低下の問題が発生するおそれがある。
[0017] また、上述した特許文献 1記載の内筒 11、外筒 12で構成された排気管は、ヒータ 6 の周囲を取り囲むように、筒状に形成されているため、大径で大型の部材であり、製 造コストが高いという問題がある。
[0018] 本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、炉内で発生した蒸発物、反応 生成物を黒鉛るつぼ、ヒータに触れさせることなく排気できるようにするとともに、排気 管自体を高温に保持できるようにして、蒸発物、反応生成物の付着、凝縮を抑制して 排気管の詰まりを防止し、また、排気管自体の SiC化を抑制して排気管の耐久性を 向上させ、また、輻射スクリーンを支持する部材の熱膨張率の変化を抑制して単結晶 を高品質で引上げることができるようにすることを、第 1の解決課題とするものである。
[0019] また、本発明は、第 1の解決課題に加えて、排気管を、少ない材料で構成されるよう にすることで、製造コストを低減することを、第 2の解決課題とするものである。
課題を解決するための手段
[0020] 第 1発明は、
半導体単結晶の原料を溶解するるつぼと、このるつぼの周囲にあって、るつぼ内の 原料を加熱するヒータとがチャンバ内に配置され、溶解した原料に種子結晶を浸漬し て単結晶を引き上げる引上げ機構が備えられた半導体単結晶製造装置において、 前記ヒータの外側にあって、前記ヒータの周方向に沿って、複数の排気管が設けら れていること
を特徴とする。
[0021] 第 2発明は、第 1発明において、
前記ヒータの外側に、ヒートシールドが設けられ、
前記ヒータと前記ヒートシールドとの間に、前記ヒータの周方向に沿って、複数の排 気管が設けられていること
を特徴とする。
[0022] 第 3発明は、第 1発明において、
前記ヒータの外側に、断熱筒が設けられ、
前記ヒータと前記断熱筒との間に、前記ヒータの周方向に沿って、複数の排気管が 設けられていること
を特徴とする。
[0023] 第 4発明は、第 1乃至第 3発明のいずれかにおいて、
前記複数の排気管は、前記チャンバの底部に設けられた複数の排気口に連通して レ、ること
を特徴とする。
[0024] 第 5発明は、第 2発明において、
前記複数の排気管は、前記ヒートシールドと独立した隔壁を有する排気管であるこ と
を特徴とする。
[0025] 第 6発明は、第 2発明において、
前記複数の排気管 は、前記ヒートシールドと共用する隔壁を有する排気管である こと
を特徴とする。
[0026] 第 7発明は、第 1乃至 6発明のいずれか記載の半導体単結晶製造装置を用いるこ と
を特徴とする。
[0027] 図 1に示すように、排気管 20は、その上端の開口部がヒータ 6の上端よりも上方に 位置し、下端の開口部が排気口 8bに連通しているため、 Arガスは黒鉛るつぼ 3、ヒ ータ 6に殆ど触れることなぐ排気管 20の内部のみを流れる。このため図 9で説明した 従来技術と同様に、黒鉛るつぼ 3およびヒータ 6の SiC化が回避され、耐用寿命を大 幅に延長させること力できる。
[0028] さらに、本発明の排気管 20は、ヒータ 6とヒートシールド 12との間に設けられ、熱伝 導性のよい材料で構成されているため、従来技術と異なり、排気管 20は高温に保持 される。このため本発明によれば、排気管 20への蒸発物、反応生成物の付着、凝縮 が抑制され、排気管 20の目詰まりが防止される。また、排気管 20の SiC化が抑制さ れる。このため排気管 20を交換するまでの時間を長くでき、コストを抑えることができ る。更に、ヒートシールド 12で断熱筒 7を被覆しなくても、断熱筒 7は蒸発した SiOと接 触することが殆どなくなるため、ヒートシールド 12が不要となり、コストを更に抑えること が可能である。
[0029] また、本発明によれば、ヒートシールド 12に排気ガスが触れることが殆どなくなるた め、ヒートシールド 12の SiC化が抑制される。これによりヒートシールド 12を交換する までの時間を長くでき、コストを抑えることができる。また、ヒートシールド 12の熱膨張 率の変化を抑制できるため、ヒートシールド 12によって支持されている輻射スクリーン 10の下端位置と融液面との距離を当初、設定した値に保持でき、引き上げられる単 結晶 9を高品質に維持できるとともに、製品の歩留まりを向上させることができる。 [0030] また、特に、第 4発明によれば、排気管 20は、比較的小面積の排気口 8b (排気孔 2
2b)に連通する小断面積の筒状に形成された小径、小型の部材であるため、製造コ ストを低く抑えることができる。
[0031] 本発明としては、図 1に示される構成のものに限定されるわけでなぐヒータ 6の外側 にあって、ヒータ 6の周方向に沿って、複数の排気管 20を設けるのであれば、いかな る構成であってもよい（第 1発明）。
たとえば図 10に示すように、ヒータ 6とヒートシ一ノレド 12との間に、ヒータ 6の周方向 に沿って、複数の排気管 20を設けてもよい (第 2発明）。
[0032] また、複数の排気管 20は、ヒートシールド 12と独立した隔壁を有する排気管 20で あってもよ 第 5発明）、ヒートシールド 12と隔壁を共用する排気管 20であってもよい
(第 6発明)。
[0033] たとえば、図 11に示すように、ヒータ 6とヒートシ一ノレド 12との間に、ヒータ 6の周方 向に沿って、複数の排気管 20を設け (第 2発明）、これら複数の排気管 20を、ヒート シールド 12と共用する隔壁を有する排気管で構成してもよい (第 6発明）。
[0034] また、図 12に示すように、ヒートシールド 12の外側に、ヒートシールド 12の周方向に 沿って、複数の排気管 20を設け、これら複数の排気管 20を、ヒートシールド 12と共 用する隔壁を有する排気管で構成してもよい。
[0035] また、本発明の半導体単結晶製造方法によれば、ヒートシールド 12の熱膨張率の 変化を抑制できるため、輻射スクリーン 10の下端位置と融液面との距離を当初、設 定した値に保持できるので、高品質な単結晶を安定して引上げ製造することができる とともに、使用部品の耐用寿命を大幅に延長することができるので単結晶の製造コス トを低く抑えることができる（第 7発明）。
発明を実施するための最良の形態
[0036] 以下、図面を参照して本発明に係る半導体単結晶製造装置の実施の形態につい て説明する。
[0037] 図 1は実施形態のシリコン単結晶製造装置の構成を断面図で示している。
[0038] 図 1 (a)は側面図であり、図 1 (b)は上面図である。図 1 (a)の A— A
断面が図 1 (b)の上面図に相当し、図 1 (b)の B— B' 断面が図 1 (a)の側面図に相 当する。
[0039] これら図 1に示すようにチャンバ 1の中心にはるつぼ軸 2が設けられている。このる つぼ軸 2の中心軸が、チャンバ 1の中心軸に相当する。るつぼ軸 2の上端は、図示し ないるつぼ受けを介して黒鉛るつぼ 3を支持している。
[0040] 黒鉛るつぼ 3の中には、石英るつぼ 5が収容されている。石英るつぼ 5は融液 4を貯 留している。
[0041] 黒鉛るつぼ 3の外側には、黒鉛るつぼ 3の周囲を取り巻くように円筒状のヒータ 6が 設けられている。さらにヒータ 6の外側には、ヒータ 6の周囲を取り巻くように円筒状の 断熱筒 7が設けられている。断熱筒 7は、断熱材で構成されており、チャンバ 1の側面 の内壁に沿って設けられている。ヒータ 6、断熱筒 7は、石英るつぼ 5の中心（中心軸 2c)に対して同心円状に設けられている。
[0042] 単結晶 9は、石英るつぼ 5の中心力、ら引き上げられる。すなわち、シードチャック 14 に取り付けられた種子結晶を融液 4に浸漬し、シードチャック 14および石英るつぼ 5 を同方向または逆方向に回転させつつ、シードチャック 14を引き上げることで、シリコ ン単結晶 9が成長する。
[0043] また、チャンバ 1の底部には、同じく断熱材で構成された断熱底 8が設けられている 。断熱底 8の中心位置には、るつぼ軸 2が揷通される孔 8aが形成されている。
[0044] また、断熱底 8の周方向に沿って、等間隔に、 4箇所に排気口 8bが形成されている 。排気口 8bは、後述する炉内のガスを排気するために設けられている。
[0045] 断熱筒 7の上端には、同じく断熱材で構成された円環板状の断熱部材 13が設けら れている。断熱部材 13には、輻射スクリーン 10の上端が接続されている。
[0046] 輻射スクリーン 10は、単結晶引上げ領域を取り巻く熱遮蔽体であり、下端開口部の 直径が上端開口部の直径よりも小さい円錐状、筒状の部材である。
[0047] 輻射スクリーン 10は、融液 4、石英るつぼ 5などから単結晶 9に加えられる輻射熱を 遮断して単結晶 9の冷却を促進し、単結晶引上げ速度を早めるとともに、結晶欠陥の 発生を防止する。また、輻射スクリーン 10は、チャンバ 1の上方から導入される不活 性ガス (Arガス）を単結晶 9の周囲に誘導し、石英るつぼ 5の中心部から周縁部を経 てチャンバ底部の排気口 8bに至るガス流れを形成することによって、融液 4から発生 する SiOなどの単結晶化を阻害する蒸発物、反応生成物を排除する機能を有してレ、 る。
[0048] 断熱筒 7の内周面には、断熱材で構成された円筒状のヒートシールド 12が被覆さ れている。このヒートシ一ノレド 12は、図 9の従来技術で説明した外筒 12に相当するも のである。ヒートシ一ノレド 12は、たとえばカーボン、あるいは炭素繊維強化カーボン で構成されている。なお、ヒートシールド 12は断熱筒 7の内周面に密接して設けても よぐ近接して設けてもよい。
[0049] 本実施形態では、さらに、ヒータ 6とヒートシ一ノレド 12との間に、熱伝導性のよい材 料で構成された排気管 20が設けられている。排気管 20は、チャンバ 1の底部の断熱 底 8に形成された複数 (4つ）の排気口 8bそれぞれに連通するように、複数 (4つ）、設 けられている。
[0050] すなわち、排気管 20は、その上端がヒータ 6よりも上方に位置し、その下端が、断熱 底 8の排気口 8bに位置される筒状の部材であり、ヒータ 6よりも外側にあってヒートシ 一ルド 12よりも内側に配置されている。排気管 20の断面 (排気通路断面）は、たとえ ば矩形状に形成されている。
[0051] 排気管 20は、ヒータ 6から所定距離離間され、かつヒートシールド 12から所定距離 離間されて設けられている。
[0052] 排気管 20は、熱伝導性が比較的良ぐ耐熱性のある材料、たとえば黒鉛、炭素繊 維強化カーボンあるレ、はセラミックスで構成されてレ、る。
[0053] 排気管 20は、その上端部が排気管固定リング 21を介してヒートシールド 12によつ て支持されているとともに、その下端部が支持部材 22によって支持されている。
[0054] すなわち、ヒータ 6の上方には、ヒータ 6の上端を覆うように形成された円環板状の 排気管固定リング 21が設けられている。排気管固定リング 21の外周は、ヒートシール ド 12に固着されており、排気管固定リング 21の中央の孔には、黒鉛るつぼ 3 (石英る つぼ 5)が位置されている。
[0055] 排気管固定リング 21には、排気管 20の外形に応じた矩形状の孔 21aが形成され ている。この矩形状の孔 21aに、排気管 20が揷通されることで、排気管 20の上端部 が排気管固定リング 21を介してヒートシールド 21によって支持され、排気管 20の上 端部がチャンバ 1内で固定される。
[0056] 断熱底 8の外面には、円板状の支持部材 22が被覆されている。支持部材 22には、 上述した 4つの排気口 8bそれぞれに対応する位置に 4つの排気孔 22bが形成され ている。排気孔 22bの周囲には、排気管 20の外形に応じた矩形状のフランジ 22aが 形成されている。この矩形状のフランジ 22aが、排気口 8bに揷入され、フランジ 22a に、排気管 20の下端部が嵌合されることで、排気管 20の下端部が支持部材 22によ つて支持され、排気管 20の下端部がチャンバ 1内で固定される。排気管 20の排気通 路断面積は、排気孔 22bの面積と同じとなるように設定されてレ、る。
[0057] なお、本発明における排気管の断面積は、圧損を低減するために排気口断面積よ りも大きいことが望ましいが、ポンプの能力、炉内圧力、ガス流量によっては排気口断 面積よりあ小さくてあよレヽ。
[0058] つぎに上述した構成のシリコン単結晶製造装置のガスの流れについて説明する。
[0059] 単結晶 9の引上げの際には、チャンバ 1の上部から不活性ガス (Arガス）がチャンバ
1内に導入される。 Arガスは、図 1に矢印 glで示すように、単結晶 9の外周面に流下 し、輻射スクリーン 10の下端と融液 4との隙間を通過した後、石英るつぼ 5の内面に 沿って上昇する。そして、矢印 g2で示すように、排気管 20内を流下し、矢印 g3で示 すように排気孔 22b (排気口 8b)を経て、チャンバ 1の外へ排出される。
[0060] 排気管 20は、その上端の開口部がヒータ 6の上端よりも上方に位置し、下端の開口 部が排気口 8bに連通しているため、 Arガスは黒鉛るつぼ 3、ヒータ 6に殆ど触れるこ となぐ排気管 20の内部のみを流れる。このため図 9で説明した従来技術と同様に、 黒鉛るつぼ 3およびヒータ 6の SiC化が回避され、耐用寿命を大幅に延長させること ができる。
[0061] さらに、本実施形態の排気管 20は、ヒータ 6とヒートシ一ノレド 12との間に設けられ、 熱伝導性のよい材料で構成されているため、従来技術と異なり、排気管 20は高温に 保持され、し力、もヒートシールド 12に直接、排気が回り込むことがない。すなわち、図 9で説明した従来技術の場合には、ヒートシールド 12自体が排気管の外筒を構成し ているため、排気管自体の温度が低温となり、外筒 12に蒸発物、反応生成物が付着 、凝縮し易くなる。実験では、外筒 12のうち蒸発物、反応生成物が付着し易い場所 の温度が 1600Kであることが確認された。さらに、外筒 12の深度 10mmで 1500K 以下になることが確認された。
[0062] これに対して本実施形態の排気管 20は、ヒータ 6で発生した熱が直接、排気管 20 の周囲に回り込み、高温に保持される。実験では、排気管 20の温度は、 1800K前 後に保持されることが確認された。このため排気管 20への蒸発物、反応生成物の付 着、凝縮が回避される。このため本実施形態によれば、排気管 20の目詰まりが防止 される。また、排気管 20の SiC化が抑制される。このため排気管 20を交換するまでの 時間を長くでき、コストを抑えることができる。
[0063] また、本実施形態によれば、ヒートシールド 12に排気ガスが触れることが殆どなくな るため、ヒートシールド 12の SiC化が抑制される。これによりヒートシールド 12を交換 するまでの時間を長くでき、コストを抑えることができる。また、ヒートシールド 12の熱 膨張率の変化を抑制できるため、ヒートシールド 12によって支持されている輻射スク リーン 10の下端位置と融液面との距離を当初、設定した値に保持でき、引き上げら れる単結晶 9を高品質に維持できるとともに、製品の歩留まりを向上させることができ る。
[0064] また、実施形態の排気管 20は、比較的小面積の排気口 8b (排気孔 22b)に連通す る小断面積の筒状に形成された小径、小型の部材であるため、製造コストを低く抑え ること力 Sできる。
[0065] 上述した実施形態に対しては種々、変形した実施が可能である。
[0066] 図 2〜図 5は、排気管 20の固定方法を例示している。
[0067] 図 2は、排気管 20の上端部に断面 L字形状のフック部材 20aが形成され、このフッ ク部材 20aがヒータ 6の上端に係合されることで、ヒータ 6によって排気管 20が支持さ れ、排気管 20がチャンバ 1内で固定される。
[0068] なお、図 2では、排気管 20をヒータ 6に、接触させている力 排気管 20をヒータ 6に 接触させることなぐたとえば非導電性の部材を介して排気管 20がヒータ 6によって支 持される構造としてもよい。
[0069] 図 3は、排気管 20の上端部に断面 L字形状のフック部材 20bが形成され、このフッ ク部材 20bが、ヒートシールド 12に形成された断面 L字状のフック受け部材 12aに係 合されることで、ヒートシールド 12によって排気管 20が支持され、排気管 20がチャン バ 1内で固定される。
[0070] なお、図 3では、排気管 20の側面がヒートシールド 12の内周面から離間しているが 、排気管 20の側面がヒートシールド 12の内周面に接触するように配置してもよレ、。
[0071] 図 4、図 5は、ヒートシールド 12の内周面に形成された排気管固定用のガイド部材 を例示している。
[0072] 図 4では、断面ハの字の状の両ガイド部材 12b、 12cが、排気管 20の長手方向に 沿って間欠的に設けられ、矢印 Cに示すように、各ガイド部材 12b、 12cの間に、排 気管 20が揷通され、ガイド部材 12b、 12cに係合されることで、排気管 20が、ヒートシ 一ルド 12によって支持され、チャンバ 1内で固定される。
[0073] 図 5では、断面ハの字の状の両ガイド部材 12d、 12eが、排気管 20の長手方向に 沿って連続して形成され、矢印 Dに示すように、ガイド部材 12d、 12eの間に、排気管 20が挿通され、ガイド部材 12d、 12eに係合されることで、排気管 20が、ヒートシール ド 12によって支持され、チャンバ 1内で固定される。
[0074] ところで、排気管 20の上下方向の各所では、温度が異なり、特に、排気管下部で は低温となり、 SiC化が早まり、交換サイクルが短くなることが予測される。一方で、排 気管 20の上部は高温であり、交換サイクルを長くできる。そこで、排気管 20を、図 6、 図 7に示すように上下 2つに分割可能な構造とし、上部、下部毎に交換できるように 構成してもよい。
[0075] 図 6は、円筒形状の排気管 20を、上部排気管 20U、下部排気管 20Lに 2分割可能 な構造としたものを斜視図で示している。同図 6に示すように、下部排気管 20Lの上 端に、嵌合凹部 20Laが形成されるとともに、上部排気管 20Uの下端に、嵌合凹部 2 OLaに嵌合し得る嵌合凸部 20Uaが形成され、下部排気管 20Lの嵌合凹部 20Laに 、上部排気管 20Uの嵌合凸部 20Uaが嵌合されることで、上部排気管 20Uと、下部 排気管 20Lとが分割可能に接続、固定される。
[0076] 図 7は、同じく円筒形状の排気管 20を、上部排気管 20U、下部排気管 20Lの 2分 割構造としたものを縦断面図で示している。同図 7に示すように、下部排気管 20Lの 上端に、上部排気管 20Uの下端部を嵌合し得るフランジ 20Lbが形成され、下部排 気管 20Lのフランジ 20Lbに、上部排気管 20Uの下端部が嵌合されることで、上部排 気管 20Uと、下部排気管 20Lとが分割可能に接続、固定される。
[0077] なお、図 6、図 7では、 2分割構造の排気管 20を例示したが、排気管 20を 3以上に 分割する実施も可能である。いずれの場合も、分割位置は蒸発物、反応生成物が付 着、凝縮しない温度域であることが望ましい。
[0078] なお、上述した説明では、排気管 20の断面形状を矩形状（図 1)、円状（図 6、図 7) としたものを例示したが、これら形状に限定されることなぐ任意の断面形状としてもよ レ、。
[0079] また、上述した説明では、排気管 20の排気通路断面積が、チャンバ 1の底の排気 孔 22b (排気口 8b)とほぼ同じ面積である場合を例示したが、圧力損失を小さくする 上では、複数の排気管 20の排気通路断面積の合計は、チャンバ 1の複数の排気孔 22b (排気口 8b)の総面積よりも大きレ、方が望ましレ、。
[0080] また、上述した説明では、排気管 20を、断熱底 8の周方向に沿って複数設けた場 合を例示した力 排気管 20の数は、チャンバ 1の底の排気孔 22b (排気口 8b)の数 に応じて任意に設定可能である。
[0081] また、複数の排気管 20は、必ずしも、チャンバ 1の底の複数の排気孔 22bと一対一 に対応して、連通させる必要はなぐ排気管 20の数よりも、排気孔 22bの数の方が多 くてもよく、排気管 20の数よりも、排気孔 22bの数の方が少なくてもよい。たとえば 2つ の排気管 20を集合させて 1つの排気孔 22bに連通させるよう構成してもよぐまた、 1 つ排気管 20を分岐させて 2つの排気孔 22bに連通させるよう構成してもよい。
[0082] また、排気管 20の周方向の長さも、任意の長さに設定可能である。また、上述した 説明では、排気管 20を、断熱底 8の周方向に間欠的に複数、設けた場合を想定した が、排気管 20は、断熱底 8の周方向に沿って環状に（連続して)形成されたものであ つてもよい。
また、図 1では、排気管 20は、ヒートシ一ノレド 12、ヒータ 6からそれぞれ離間されて 配置されている力 排気管 20を、ヒートシ一ノレド 12、ヒータ 6のいずれか一方、あるい は両方に接触するように配置させてもょレ、。
[0083] すなわち、本発明としては、図 1に示される構成のものに限定されるわけでなぐヒ ータ 6の外側にあって、ヒータ 6の周方向に沿って、複数の排気管 20を設けるのであ れば、いかなる構成であってもよレ、。
以下、図 10、図 11、図 12を参照して他の実施例を説明する。図 10〜図 12は図 1 ( b)に対応する上面図である。
[0084] たとえば図 10に示すように、ヒータ 6とヒートシ一ノレド 12との間に、ヒータ 6の周方向 に沿って、複数の排気管 20を設け、これら複数の排気管 20を、ヒータ 6に接触する 位置に設けてもよい。
[0085] また、複数の排気管 20は、ヒートシールド 12と独立した隔壁を有する排気管 20で あってもよく、ヒートシールド 12と隔壁を共用する排気管 20であってもよい。
[0086] たとえば、図 11に示すように、ヒータ 6とヒートシ一ノレド 12との間に、ヒータ 6の周方 向に沿って、複数の排気管 20を設け、これら複数の排気管 20を、ヒートシールド 12 と共用する隔壁を有する排気管で構成してもよい。
[0087] また、図 12に示すように、ヒートシールド 12の外側に、ヒートシールド 12の周方向に 沿って、複数の排気管 20を設け、これら複数の排気管 20を、ヒートシールド 12と共 用する隔壁を有する排気管で構成してもよい。
[0088] 以上、本発明に係る半導体単結晶製造装置の実施例を説明してきたが、上記実施 例の半導体単結晶製造装置を用いて半導体単結晶を製造することができる。
[0089] 本発明の半導体単結晶製造方法によれば、ヒートシールド 12の熱膨張率の変化を 抑制できるため、輻射スクリーン 10の下端位置と融液面との距離を当初、設定した値 に保持できるので、高品質な単結晶を安定して引上げ製造することができるとともに、 使用部品の耐用寿命を大幅に延長することができるので単結晶の製造コストを低く 抑えることができる
産業上の利用可能性
[0090] 本発明は、リン、砒素、アンチモンなどのドーパントを高濃度に添加した融液から 0.
1 Ω cmよりも低い抵抗値を有する結晶を育成する場合においても、ドーパントの蒸発 物が炉内構成部材に堆積し結晶欠陥を引き起こすため、同様に適用することができ る。また、シリコン単結晶以外の、蒸発物が炉内構成部材に堆積あるいは構成部材 を劣化させるような化合物系、酸化物系結晶のチヨクラルスキー法による育成方法に あ適用すること力 Sでさる。
図面の簡単な説明
[図 1]図 1は、実施形態のシリコン単結晶製造装置の構成を示す断面図であり、図 1 ( a)は側面図で、図 1 (b)は上面図である。
[図 2]図 2は、排気管の固定方法を例示した図である。
[図 3]図 3は、排気管の固定方法を例示した図である。
[図 4]図 4は、排気管の固定方法を例示した図である。
[図 5]図 5は、排気管の固定方法を例示した図である。
[図 6]図 6は、上下 2つに分割可能な排気管の構造を例示した斜視図である。
[図 7]図 7は、上下 2つに分割可能な排気管の構造を例示した縦断面図である。
[図 8]図 8は従来技術を説明する図である。
[図 9]図 9は従来技術を説明する図である。
[図 10]図 10は他の実施例を示す図である。
[図 11]図 11は他の実施例を示す図である。
[図 12]図 12は他の実施例を示す図である。

Claims

請求の範囲
[1] 半導体単結晶の原料を溶解するるつぼと、このるつぼの周囲にあって、るつぼ内の 原料を加熱するヒータとがチャンバ内に配置され、溶解した原料に種子結晶を浸漬し て単結晶を引き上げる引上げ機構が備えられた半導体単結晶製造装置において、 前記ヒータの外側にあって、前記ヒータの周方向に沿って、複数の排気管が設けら れていること
を特徴とする半導体単結晶製造装置。
[2] 前記ヒータの外側に、ヒートシールドが設けられ、
前記ヒータと前記ヒートシールドとの間に、前記ヒータの周方向に沿って、複数の排 気管が設けられていること
を特徴とする請求項 1記載の半導体単結晶製造装置。
[3] 前記ヒータの外側に、断熱筒が設けられ、
前記ヒータと前記断熱筒との間に、前記ヒータの周方向に沿って、複数の排気管が 設けられていること
を特徴とする請求項 1記載の半導体単結晶製造装置。
[4] 前記複数の排気管は、前記チャンバの底部に設けられた複数の排気口に連通して レ、ること
を特徴とする請求項 1乃至 3いずれか記載の半導体単結晶製造装置。
[5] 前記複数の排気管は、前記ヒートシールドと独立した隔壁を有する排気管であること を特徴とする請求項 2記載の半導体単結晶製造装置。
[6] 前記複数の排気管は、前記ヒートシールドと共用する隔壁を有する排気管であること を特徴とする請求項 2記載の半導体単結晶製造装置。
[7] 前記請求項 1乃至 6いずれか記載の半導体単結晶製造装置を用いる半導体単結晶 製造方法。
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