WO2007040081A1

WO2007040081A1 - 単結晶半導体製造装置および製造方法

Info

Publication number: WO2007040081A1
Application number: PCT/JP2006/318960
Authority: WO
Inventors: Tetsuhiro Iida; Yutaka Shiraishi; Junsuke Tomioka
Original assignee: Komatsu Denshi Kinzoku Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2006-09-25
Publication date: 2007-04-12
Also published as: US20090133617A1; KR20080058442A; DE112006002595B4; US8241424B2; JPWO2007040081A1; TW200730673A; DE112006002595T5; JP5343272B2; KR101391057B1; TWI337208B

Abstract

　側面上段ヒータ１０については、電流流路の幅が、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が広くなるように構成している。これにより、側面上段ヒータ１０の電流通過断面積は、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が広くなり、それに応じて抵抗値は、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が小さくなり、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が相対的に発熱量が少なくなる。一方、側面下段ヒータ２０については、電流流路の幅が、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が広くなるように構成している。これにより、側面下段ヒータ２０の電流通過断面積は、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が広くなり、それに応じて抵抗値は、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が小さくなり、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が相対的に発熱量が少なくなる。

Description

明細書

単結晶半導体製造装置および製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、単結晶半導体を製造する装置および製造方法に関する。

背景技術

[0002] 図 3は従来の単結晶弓 I上げ装置 1の構成の一例を示して、る。

[0003] 単結晶引上げ用容器 2つまり CZ炉 2内には石英るつぼ 3が設けられている。この石英るつぼ 3内で多結晶シリコン（Si)が加熱され溶融される。溶融が安定化すると、引上げ機構 4によって石英るつぼ 3内のシリコン融液 5から単結晶シリコン 6が、 CZ法によって引き上げられる。引上げの際、石英るつぼ 3は回転軸 9によって回転する。

[0004] 単結晶引上げのプロセス（1バッチ）の間で、容器 2内には種々の蒸発物が発生する。そこで単結晶引上げ用容器 2にアルゴン (Ar)ガスを供給して容器 2外に蒸発物とともに排気して容器 2内から蒸発物を除去しクリーンにしている。アルゴンガスの供給流量は 1バッチ中の各工程ごとに設定する。

[0005] また石英るつぼ 3の上方にあって、単結晶シリコン 6の周囲には、単結晶引上げ容器 2内のガスを整流して融液 5の表面 5aに導くとともに、単結晶シリコン 6を熱源から遮蔽する熱遮蔽板 8a (ガス整流筒）が設けられて、る。熱遮蔽板 8aの下端と融液表面 5aとの間隙の距離は適宜設定する。

[0006] 引上げ成長した単結晶シリコン 6中には、酸素が固溶している。酸素は石英るつぼ 3からシリコン融液 5中に溶け込み、単結晶シリコン 6の引上げ時に単結晶シリコン 6 中に取り込まれる。単結晶シリコン 6中の酸素濃度は、素子、デバイスの特性に重大な影響を与えるとともに、素子、デバイスの製造工程において、その歩留まりに重大な影響を与える。素子、デバイスはその種類によって必要とする酸素濃度が様々である。そのため単結晶シリコンの製造には、様々な酸素濃度に対応出来るプロセスが必要となる。また同時にこの酸素濃度は、結晶の成長方向に対して均一であるほど、素子、デバイスに必要な酸素濃度に適合する部分が多くなる。従って酸素濃度の制御範囲を結晶全体にわたって拡大すると単結晶シリコンの歩留まりを向上させることが可能となる。

[0007] 石英るつぼ 3の周囲には、円環状に、単一のヒータ 10が設けられている。ヒータ 10 は、プラス電極 11、マイナス（アース）電極 12を備えており、これら電極間に電圧が印加されることで発熱し、石英るつぼ 3内の融液 5が加熱される。ヒータ 10に供給される電力を調整することで、ヒータ 10の発熱量が変化し、これにより石英るつぼ 3の温度が変化し、石英るつぼ 3から溶出されて単結晶シリコン 6に取り込まれる酸素の挙動が変化する。このように、ヒータ 10の発熱量は、単結晶シリコン 6中の酸素濃度に影響を与える。

[0008] しかしながら、図 3に示す単一のヒータ 10を用いた場合には、ヒータ 10の上下方向の発熱量の分布、つまり石英るつぼ 3の温度分布を大きく変えることが出来ない。このため、単一のヒータ 10に対して供給される電力を調整するだけでは、単結晶シリコン 6の酸素濃度の制御幅は極めて狭ぐ単結晶シリコン 6の成長方向の酸素濃度を均一にすることは事実上困難である。

[0009] そこで、石英るつぼ 3の周囲の上下方向の各位置に複数のヒータを設けて、単結晶シリコン 6の酸素濃度の制御幅を幾分でも拡大しょうとする発明が、従来より下記特許文献に示すように、公知となっている。

[0010] 下記特許文献 1には、石英るつぼの側面の上下 2段にそれぞれヒータを設けたヒータ装置が開示されている。

[0011] 下記特許文献 2には、石英るつぼの側面と底面それぞれにヒータを設けたヒータ装置が開示されている。

[0012] 下記特許文献 3には、石英るつぼの側面の上下 2段にそれぞれヒータを設け、各ヒータに対して供給される電力の比率を所定の範囲に制限して、単結晶シリコンの酸素濃度を制御するという発明が記載されている。

[0013] 下記特許文献 4には、石英るつぼの側面の上下 3段にそれぞれヒータを設け、各ヒータの電気抵抗を異ならせ、共通の電源力各ヒータに電力を供給することで、各ヒータで発生する発熱量を異ならせて、単結晶シリコンの酸素濃度を制御するという発明が記載されている。

特許文献 1 :特開昭 62— 153191号公報特許文献 2：特許第 2681115号公報

特許文献 3：特許第 3000923号公報

特許文献 4:特開 2001— 39792号公報また、ヒータ以外の方法で酸素濃度を制御する下記の方法も既に実施されており、公知となっている。

[0014] 1)るつぼ回転数、炉内圧力、炉内ガス流量によって、単結晶シリコンの酸素濃度を制御するという方法

2)磁場発生装置を設け、この磁場発生装置によって、石英るつぼ内の融液に対して磁場を印加することによって、単結晶シリコンの酸素濃度を制御するという方法発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0015] しかし、上記 1)の方法は、単結晶シリコンの酸素濃度の制御幅が狭ぐ単結晶シリコンの歩留まりが低い。

[0016] また、上記 2)の方法は、磁場発生装置の導入に伴うコストおよびその維持、管理に伴うコストが極めて高ぐ半導体製品を安価に製造することが困難である。

[0017] これに対して、複数のヒータを用いて、単結晶シリコンの酸素濃度を制御する方法は、上記 1)の方法よりも、幾分でも単結晶シリコンの酸素濃度を制御幅を広くとれ、単結晶シリコンの歩留まりについても僅かではあるが向上する。また、上記 2)の方法のように高コストになることもな、。

[0018] 複数のヒータを用いて、単結晶シリコンの酸素濃度を制御する方法では、複数のヒータに対して供給される電力の比率を調整することで、石英るつぼの上下方向の温度分布を能動的に変化させる。これにより酸素源である石英るつぼの溶解レートが変化したり、溶解した酸素を単結晶シリコンまで輸送する融液の対流が変化したりする。この結果、単結晶シリコンの成長方向の温度分布が変化して、単結晶シリコンの酸素濃度を変化させることができる。

[0019] しかし、上記特許文献 3に示される方法は、各ヒータに対して供給される電力の比率を所定の範囲内に制限する方法であり、自ずと、単結晶シリコンの成長方向の温度分布の変化範囲は、その所定範囲内の電力比率によって規定されてしまい、温度分布を大きく変えることができない。このため、単結晶シリコンの酸素濃度の制御幅は十分な広さとはいえず、半導体製品の歩留まりは、満足できるものではない。

[0020] また、上記特許文献 4に示される方法では、ヒータ単位で抵抗値を異ならせヒータ単位で発熱量を異ならせるというものであり、単結晶シリコンの成長方向の温度分布の変化範囲は、個々のヒータの高さ、ヒータの個数によって規定されてしまい、温度分布を大きく変えることができない。このため、単結晶シリコンの酸素濃度の制御幅は十分な広さとはいえず、半導体製品の歩留まりは、満足できるものではない。

[0021] 本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、複数のヒータを用いて、単結晶シリコンの酸素濃度を制御するに際して、石英るつぼの温度分布を変えることができるようにして、単結晶シリコンの酸素濃度の制御幅を従来よりも一層拡大して、半導体製品の歩留まりを向上させることを解決課題とするものである。

課題を解決するための手段

[0022] 第 1発明は、

単結晶半導体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単結晶半導体製造装置において、前記ヒータは、るつぼの上下方向の各位置に設けられた複数のヒータであって、各ヒータは、独立して電力が供給され、通電されることによって発熱する導体で構成され、

上側に位置するヒータについては、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が相対的に発熱量が少なくなるように、ヒータ各部における抵抗値が調整されていること

を特徴とする。

[0023] 第 2発明は、

単結晶半導体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単結晶半導体製造装置において、前記ヒータは、るつぼの上下方向の各位置に設けられた複数のヒータであって、各ヒータは、独立して電力が供給され、通電されることによって発熱する導体で構成され、下側に位置するヒータについては、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が相対的に発熱量が少なくなるように、ヒータ各部における抵抗値が調整されていること

を特徴とする。

[0024] 第 3発明は、

上側に位置するヒータについては、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が相対的に発熱量が少なくなるように、ヒータ各部における抵抗値が調整され、

下側に位置するヒータについては、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が相対的に発熱量が少なくなるように、ヒータ各部における抵抗値が調整されていること

を特徴とする。

[0025] 第 4発明は、第 1発明、第 2発明、第 3発明において、

ヒータの電流通過断面積が、ヒータ上部とヒータ下部とで異なって、ることを特徴とする。

[0026] 第 5発明は、第 4発明において、

前記ヒータの電流通過断面積は、電流通路の幅または電流通路の肉厚で調整されること

を特徴とする。

[0027] 第 6発明は、第 1発明、第 2発明、第 3発明、第 4発明、第 5発明において、前記複数のヒータは、るつぼの上下方向の各位置に設けられた 2個のヒータであって、上側のヒータは、その一部の電流流路が下側のヒータの上端位置に相当する位置よりも下方の位置まで入り込むように形成されているとともに、下側ヒータは、その一部の電流流路が上側ヒータの下端位置に相当する位置よりも上方の位置まで入り込むように形成されていることを特徴とする。

[0028] 第 7発明は、

単結晶半導体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単結晶半導体製造装置を用いた単結晶半導体製造方法において、

前記ヒータは、るつぼの上下方向の各位置に設けられた複数のヒータであって、各ヒータは、独立して電力が供給され、通電されることによって発熱する導体で構成され、

上側に位置するヒータについては、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が相対的に発熱量が少なくなるように、ヒータ各部における抵抗値を調整して単結晶半導体を製造すること

を特徴とする。

[0029] 第 8発明は、

下側に位置するヒータについては、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が相対的に発熱量が少なくなるように、ヒータ各部における抵抗値を調整して単結晶半導体を製造すること

を特徴とする。

[0030] 第 9発明は、

上側に位置するヒータについては、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が相対的に発熱量が少なくなるように、ヒータ各部における抵抗値を調整し、

を特徴とする。

[0031] 第 10発明は、第 7発明、第 8発明、第 9発明において、

ヒータの電流通過断面積が、ヒータ上部とヒータ下部とで異なって、ること

を特徴とする。

[0032] 第 11発明は、第 10発明において、

前記ヒータの電流通過断面積は、電流通過路の幅または電流通路の肉厚で調整されることを特徴とする。

[0033] 第 12発明は、第 7発明、第 8発明、第 9発明、第 10発明、第 11発明において、前記複数のヒータは、るつぼの上下方向の各位置に設けられた 2個のヒータであつて、上側のヒータは、その一部の電流流路が下側のヒータの上端位置に相当する位置よりも下方の位置まで入り込むように形成されているとともに、下側ヒータは、その一部の電流流路が上側ヒータの下端位置に相当する位置よりも上方の位置まで入り込むように形成されてヽること

を特徴とする。

[0034] 単結晶中の酸素は、石英るつぼ力シリコン融液中に溶出した酸素が結晶に取り込まれたものである力主として石英るつぼの底部内表面からの溶出量に依存する事が一般に知られている。すなわち、石英るつぼ底部の温度が高いほど溶出量は増え、単結晶に取り込まれる酸素濃度は高くなり、逆に温度が低くなると単結晶に取り込まれる酸素濃度は低くなる。

[0035] 本発明を図面に即して説明すると、図 2に示すように、側面上段ヒータ 10については、電流流路の幅が、ヒータ上部の幅 clよりもヒータ下部の幅 c2の方が広くなるように構成している。これにより、側面上段ヒータ 10の電流通過断面積は、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が広くなり、それに応じて抵抗値は、ヒータ上部よりもヒータ下部の方力 S小さくなり、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が相対的に発熱量が少なくなる。

[0036] 一方、側面下段ヒータ 20については、電流流路の幅が、ヒータ下部の幅 clよりもヒータ上部の幅 c2の方が広くなるように構成している。これにより、側面下段ヒータ 20の電流通過断面積は、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が広くなり、それに応じて抵抗値は、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が小さくなり、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が相対的に発熱量が少なくなる。

[0037] この結果、本発明によれば、図 8に示すように、側面下段ヒータ 20、側面上段ヒータ 10に対して、所定の電力比率（図では約 1〜3の間の比率)で電力を供給した場合、石英るつぼ 3の底部の温度分布範囲が従来例よりも拡大することがわかる。このため電力比率を調整することで、石英るつぼ 3の上下方向の各位置、つまり単結晶シリコン 6の成長方向の各位置での温度分布の広がりは、従来例と比較して、より拡大されて、単結晶シリコン 6の酸素濃度の制御幅は、より広がることになる。

[0038] そして、本発明のヒータを使用した場合には、図 9 (a)に示すように、単結晶シリコン 6の酸素濃度制御幅 B1〜B2が広いため、酸素濃度規格 Eに入る結晶定径部長さが、拡大される。この結果、図 9 (b)に示すように、本発明のヒータを使用した場合には、単結晶シリコン 6の歩留まりの範囲力拡大される。

[0039] このように本発明のヒータを単結晶シリコン製造装置に使用すると、引き上げられる単結晶シリコン 6の歩留まりが向上するという効果が得られる。

[0040] 第 1発明では、上側のヒータ 10のみにおいて、第 2発明では、下側のヒータ 20のみにおいて、ヒータの上部と下部とで発熱量を異ならせるように抵抗値を調整する。第 1 発明では、たとえば図 5を例にとると、側面上段ヒータ 10のみについて、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が相対的に発熱量が少なくなるように、ヒータ各部における抵抗値を調整するとともに、側面下段ヒータ 20については、図 4と同様に、ヒータ上部と下部とで発熱量が同じように抵抗値が調整される。

[0041] 第 2発明では、側面下段ヒータ 20のみについて、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が相対的に発熱量が少なくなるように、ヒータ各部における抵抗値を調整するとともに、側面上段ヒータ 10については、図 4と同様に、ヒータ上部と下部とで発熱量が同じとなるように抵抗値を調整する。

[0042] ヒータ各部の発熱量の調整は、ヒータの電流通過断面積を調整することで行う（第 4 発明、第 5発明)。

[0043] 第 6発明では、図 2に示すように、上側のヒータは、その一部の電流流路が下側のヒータの上端位置に相当する位置よりも下方の位置まで入り込むように形成されているとともに、下側ヒータは、その一部の電流流路が上側ヒータの下端位置に相当する位置よりも上方の位置まで入り込むように形成されてヽる。

[0044] これ〖こより、ヒータ 10、 20全体の上側領域の発熱量、ヒータ 10、 20全体の下側領域の発熱量に比較して、ヒータ 10、 20全体の中間領域の発熱量を少なくすることができる。

[0045] 第 7〜第 12発明は、第 1発明〜第 6発明の単結晶半導体製造装置を用いて単結晶半導体を製造する方法の発明である。

図面の簡単な説明

[0046] [図 1]図 1は実施形態のヒータが組み込まれた単結晶半導体製造装置の構成を示す側面断面図である。

[図 2]図 2は実施例 1のヒータの構成を示す断面図である。

[図 3]図 3は従来のヒータが組み込まれた単結晶半導体製造装置の構成を示す側面断面図である。

[図 4]図 4は参考例のヒータの構成を示す断面図である。

[図 5]図 5は実施例 2のヒータの構成を示す断面図である。

[図 6]図 6は実施例 3のヒータの構成を示す断面図である。

[図 7]図 7は実施例 4のヒータの構成を示す断面図である。

[図 8]図 8は本発明のヒータと従来のヒータを使用した場合の石英るつぼ底部の温度分布範囲の比較図である。 [図 9]図 9 (a)は結晶定径部長さと単結晶シリコンの酸素濃度との関係を示すグラフで、図 9 (b)は図 9 (a)に対応させて、単結晶シリコンの成長方向の歩留まりの長さを示した図である。

符号の説明

[0047] 10 側面上段ヒータ

20 側面下段ヒータ

30 側面中間段ヒータ

発明を実施するための最良の形態

[0048] 以下図面を参照して、本発明に係る単結晶半導体製造装置およびそれに使用されるヒータの実施の形態について説明する。

[0049] 図 1 (a)は、実施形態の単結晶引上げ装置 1の構成を側面力みた図で断面図にて示して!、る。実施形態のヒータはこの単結晶弓 I上げ装置 1に組み込まれて、る。同図 1に示すように、実施形態の単結晶引上げ装置 1は、単結晶引上げ用容器としての CZ炉（チャンバ） 2を備えて、る。

[0050] CZ炉 2内には、多結晶シリコンの原料を溶融して融液 5として収容する石英るつぼ

3が設けられている。石英るつぼ 3は、その外側が黒鉛るつぼ 7によって覆われている

。るつぼ 3、 7の周囲にあって、るつぼ 3、 7の側面には、石英るつぼ 3内の多結晶シリコン原料を加熱して溶融する側面上段ヒータ 10、側面下段ヒータ 20が設けられている。側面上段ヒータ 10、側面下段ヒータ 20は、石英るつぼ 3の側面の上下方向に沿つて上下 2段の各位置にそれぞれ配置されて、る。

[0051] 図 1 (b)は、側面上段ヒータ 10、側面下段ヒータ 20を上面からみた図であり、側面上段ヒータ 10、側面下段ヒータ 20は、石英るつぼ 3の外周に沿って、円環状に形成されている。

[0052] なお、図 1では、図示していないが、側面下段ヒータ 20の更に下段にあって、るつぼ 3、 7の底面に、円環状の底面ヒータを設けてもよい。

[0053] 図 2は、側面上段ヒータ 10、 20を、図 1 (b)の矢視 Aからみた断面図 (A— A断面図

)であり、実施例 1のヒータの構成を示している。

[0054] 側面上段ヒータ 10、側面下段ヒータ 20は、独立して電力が供給されるものであり、通電されることによって発熱する導体で構成されている。すなわち、各ヒータ 10、 20 に対応して独立した電源が設けられており、各ヒータ 10、 20毎〖こ、プラス電極 11、 2 1、マイナス（アース）電極 12、 22を備えている。各ヒータ 10、 20に印加される電圧を独立して調整することによって発熱量、つまり石英るつぼ 3に対する加熱量を独立して調整することができる。

[0055] 側面上段ヒータ 10用電源の電圧が、ヒータ 10のプラス電極 11、マイナス電極 12間に印加されることによって側面上段ヒータ 10に電流が流れ、発熱する。側面上段ヒータ 10用電源の電圧を変化させることで、側面上段ヒータ 10の発熱量が調整され、石英るつぼ 3の上側の加熱量が制御される。

[0056] また、側面下段ヒータ 20用電源の電圧力ヒータ 20のプラス電極 21、マイナス電極 22間に印加されることによって側面下段ヒータ 20に電流が流れ、発熱する。側面下段ヒータ 20用電源の電圧を変化させることで、側面下段ヒータ 20の発熱量が調整され、石英るつぼ 3の下側の加熱量が制御される。

[0057] 側面上段ヒータ 10、側面下段ヒータ 20は、たとえば黒翁 (カーボン)で構成されている。なお、ヒータ 10、 20の材質としては、導電性のある材質で、通電加熱ができ、汚染発生源にならないものであれば、黒鉛以外の材質であってもよい。たとえば CZ Cコンポジット (炭素繊維強化炭素複合材料)であってもよ!/ヽ。

[0058] 側面上段ヒータ 10、側面下段ヒータ 20と CZ炉 2の内壁との間には、断熱材で構成された保温筒 8bが設けられて、る。

[0059] 石英るつぼ 3の上方には引上げ機構 4が設けられている。引上げ機構 4は、引上げ軸 4aと種結晶 4bを含む。

[0060] 石英るつぼ 3内での溶融が安定ィ匕すると、引上げ軸 4aが鉛直方向に移動し種結晶 4bが融液 5に浸漬されて融液 5から単結晶シリコンのインゴット 6が、 CZ法により引き上げられる。引上げの際、石英るつぼ 3は回転軸 9によって回転する。 CZ炉 2の底面には、回転軸 9が揷通される軸孔 49が形成されて、る。

[0061] CZ炉 2内と外気を遮断することで炉 2内は真空 (たとえば 20Torr程度）に維持される。すなわち CZ炉 2には不活性ガスとしてのアルゴンガスが供給され、 CZ炉 2の排気ロカゝらポンプによって排気される。これにより炉 2内は所定の圧力に減圧される。 [0062] 単結晶引上げのプロセス（1バッチ）の間で、 CZ炉 2内には種々の蒸発物が発生する。そこで CZ炉 2にアルゴンガスを供給して CZ炉 2外に蒸発物とともに排気して CZ 炉 2内から蒸発物を除去しクリーンにしている。アルゴンガスの供給流量は 1バッチ中の各工程ごとに設定する。

[0063] 石英るつぼ 3の上方にあって、単結晶シリコン 6の周囲には、熱遮蔽板 8a (ガス整流筒）が設けられている。熱遮蔽板 8aは、保温筒 8bに支持されている。熱遮蔽板 8a は、 CZ炉 2内に上方より供給されるキャリアガスとしてのアルゴンガスを、融液表面 5a の中央に導き、さらに融液表面 5aを通過させて融液表面 5aの周縁部に導く。そして、アルゴンガス 7は、融液 5から蒸発したガスとともに、 CZ炉 2の下部に設けた排気口力排出される。このため融液 5から蒸発される酸素を安定に保ち液面上のガス流速を安定ィ匕することができる。

[0064] また熱遮蔽板 8aは、単結晶シリコン 6を、石英るつぼ 3、融液 5、ヒータ 10、 20などの熱源で発生する輻射熱から、断熱、遮蔽する。また熱遮蔽板 8aは、単結晶シリコン 6に、炉内で発生した不純物 (たとえばシリコン酸ィ匕物)等が付着して、単結晶育成を阻害することを防止する。熱遮蔽板 8aの下端と融液表面 5aとの間隙の距離の大きさは、回転軸 9を上昇下降させ、るつぼ 3の上下方向位置を変化させることで調整することができる。

[0065] また、石英るつぼ 3の上下方向位置を変化させることで、るつぼ 3と、上下ヒータ 10

、 20との上下の位置関係も相対的に変化する。

[0066] 図 4に、参考例のヒータの構成を示す。以下、図 2に示す実施例 1のヒータと、図 4に示す参考例のヒータを対比して説明する。

[0067] 図 4に示す参考例の場合には、側面上段ヒータ 10の電流流路の幅 c、肉厚 dは、ヒータ各部で同じであり、ヒータ上部とヒータ下部とで発熱量は異なることはない。同様に、側面下段ヒータ 20についても、電流流路の幅 c、肉厚 dは、ヒータ各部で同じであり、ヒータ上部とヒータ下部とで発熱量が異なることはない。

[0068] これに対して図 2に示すように、実施例 1のヒータにあっては、側面上段ヒータ 10については、電流流路の幅が、ヒータ上部の幅 clよりもヒータ下部の幅 c2の方が広くなるように構成している。これにより、側面上段ヒータ 10の電流通過断面積は、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が広くなり、それに応じて抵抗値は、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が小さくなり、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が相対的に発熱量が少なくなる

[0069] 一方、側面下段ヒータ 20については、電流流路の幅が、ヒータ下部の幅 clよりもヒータ上部の幅 c2の方が広くなるように構成している。これにより、側面下段ヒータ 20の電流通過断面積は、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が広くなり、それに応じて抵抗値は、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が小さくなり、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が相対的に発熱量が少なくなる。

[0070] さらに、図 2に示す実施例 1の側面上段ヒータ 10は、その一部の電流流路が、図 4 に示す参考例の側面下段ヒータ 20の上端位置に相当する位置よりも下方の位置まで入り込むように形成されているとともに、図 2に示す実施例 1の側面下段ヒータ 20は、その一部の電流流路が、図 4に示す参考例の側面上段ヒータ 10の下端位置に相当する位置よりも上方の位置まで入り込むように形成されている。これにより、図 4に示す実施例 1のヒータ 10、 20を全体としてみたとき、ヒータ 10、 20全体の上側領域の発熱量、ヒータ 10、 20全体の下側領域の発熱量に比較して、ヒータ 10、 20全体の中間領域の発熱量が、少なくなる。

[0071] 側面上段ヒータ 10および側面下段ヒータ 20の主発熱部の発熱部高さ Xは、ヒータ全体の高さ Yに対して 1Z2. 5倍以下とするのが好ましい。

[0072] また、側面上段ヒータ 10において、ヒータ上部よりヒータ下部の発熱量を小さくするために、ヒータ上部に対するヒータ下部の電流通過断面積比を 1. 5倍以上にするのが好ましい。同様に、側面下段ヒータ 20において、ヒータ下部よりヒータ上部の発熱量を小さくするために、ヒータ下部に対するヒータ上部の電流通過断面積比を 1. 5倍以上にするのが好ましい。たとえばヒータの幅 clとヒータの幅 c2は、 c2≥l . 5 X clの関係を満たすことが好ま、。

[0073] なお、図 2の実施例 1のヒータを構成するに際して、スリットの数に制限はなぐ所望するヒータ抵抗値に合わせてスリットの数を設定すればよい。

[0074] また、ヒータを構成する電流流路の間隔 (スリット幅 a)は例えば 5〜30mm程度に、上段ヒータ 10と下段ヒータ 20の間隔 bは、例えば 10〜30mm程度に設定することが望ましい。これら間隔 a、 bを広くすると、隙間からの熱の逃げが多くなり、本発明の効果が得られ難くなり、逆に間隔 a、 bを狭くすると、放電の可能性が高くなり、プロセス自体が成立しなくなることがある力である。

[0075] 図 8は本発明のヒータと従来のヒータを使用した場合の石英るつぼ底部の温度分布範囲を比較した図である。

[0076] 同図 8において、本発明のヒータは図 2の上下段ヒータ 10、 20であり、従来のヒータは図 4の上下段ヒータ 10, 20である。

[0077] 図の横軸は下段ヒータの電力出力を上段ヒータの電力出力で割った電力比率（図では約 1〜3の間）であり、電力比率が大きいほど下段ヒータ 20の出力が上段ヒータの出力より大きいことを意味する。図の縦軸は石英るつぼ 3底部の中心部の温度を任意値で示している。また、電力比率が 1から 3の間における本発明の温度分布範囲 H 1と従来の温度分布範囲 H2がそれぞれ示されて、る。

[0078] 図 8によれば、本発明の場合、石英るつぼ 3の底部の温度分布範囲は従来よりも大きい。このため電力比率を調整することで、石英るつぼ 3の上下方向の各位置、つまり単結晶シリコン 6の成長方向の各位置での温度分布の広がりは、参考例と比較して、より拡大されて、単結晶シリコン 6の酸素濃度の制御幅は、より広がることになる。

[0079] 図 9 (a)は、単結晶シリコン 6の酸素濃度の制御幅をグラフで示し、図 9 (b)は、図 9 ( a)に対応させて、単結晶シリコン 6 (インゴット）の成長方向における歩留まり範囲を示している。図 9 (a)の横軸は、結晶定径部長さ（％)であり、縦軸は単結晶シリコン 6の酸素濃度 (任意値)である。

[0080] 図 9 (a)では参考例のヒータを使用した場合の単結晶シリコン 6の酸素濃度を破線で示し、本発明（実施例 1)のヒータを使用した場合の単結晶シリコン 6の酸素濃度を実線で示している。

[0081] 同図 9 (a)に示すように、参考例のヒータを使用した場合の単結晶シリコン 6の酸素濃度の上限値は A1であり、同下限値は A2であり、これら上限値 Al、下限値 A2の幅が参考例のヒータを使用した場合の単結晶シリコン 6の酸素濃度制御幅を示す。

[0082] 一方、本発明（実施例 1)のヒータを使用した場合の単結晶シリコン 6の酸素濃度の上限値は B1であり、同下限値は B2であり、これら上限値 Bl、下限値 B2の幅が本発明（実施例 1)のヒータを使用した場合の単結晶シリコン 6の酸素濃度制御幅を示す。

[0083] 本発明（実施例 1)のヒータを使用した場合の単結晶シリコン 6の酸素濃度制御幅 B

1〜B2は、参考例のヒータを使用した場合の単結晶シリコン 6の酸素濃度制御幅 A1

〜A2よりも明らかに広いことがわかる。

[0084] 図 9 (a)にお、て、 Eは酸素濃度規格を示して、る。この酸素濃度規格 Eに酸素濃度が入ることが、単結晶シリコン 6の歩留まりの条件となる。

[0085] 本発明（実施例 1)のヒータを使用した場合には、単結晶シリコン 6の酸素濃度制御幅 B1〜B2が広いため、参考例のヒータを使用した場合よりも、酸素濃度規格 Eに入る結晶定径部長さが、拡大される。この結果、図 9 (b)に示すように、本発明（実施例

1)のヒータを使用した場合の単結晶シリコン 6の歩留まりの範囲は、参考例のヒータを使用した場合の単結晶シリコン 6の歩留まりの範囲よりも、拡大される。

[0086] このように本発明（実施例 1)のヒータを単結晶シリコン製造装置に使用すると、引き上げられる単結晶シリコン 6の歩留まりが向上するという効果が得られる。

[0087] 上述した図 2に示す実施例 1のヒータの構成は、一例であり、図 5、図 6、図 7に示す構成のヒータであってもよ、。

[0088] 図 5は、実施例 2のヒータの構成を示している。

[0089] この実施例 2のヒータは、側面上側ヒータ 10の下端位置、側面下側ヒータ 20の上端位置が、図 4に示す参考例の側面上側ヒータ 10の下端位置、側面下側ヒータ 20の上端位置と同 f立置になっている他は、図 2の実施例 1のヒータと同様に構成されている。

[0090] すなわち、側面上段ヒータ 10については、電流流路の幅が、ヒータ上部の幅 clよりもヒータ下部の幅 c2の方が広くなるように構成している。これにより、側面上段ヒータ 1 0の電流通過断面積は、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が広くなり、それに応じて抵抗値は、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が小さくなり、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が相対的に発熱量が少なくなる。

[0091] 一方、側面下段ヒータ 20については、電流流路の幅が、ヒータ下部の幅 clよりもヒータ上部の幅 c2の方が広くなるように構成している。これにより、側面下段ヒータ 20の電流通過断面積は、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が広くなり、それに応じて抵抗値は、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が小さくなり、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が相対的に発熱量が少なくなる。

[0092] 側面上段ヒータ 10および側面下段ヒータ 20の主発熱部の発熱部高さ Xは、ヒータ全体の高さ Yに対して 1Z2. 5倍以下とするのが好ましい。

[0093] また、側面上段ヒータ 10において、ヒータ上部よりヒータ下部の発熱量を小さくするために、ヒータ上部に対するヒータ下部の電流通過断面積比を 1. 5倍以上にするのが好ましい。同様に、側面下段ヒータ 20において、ヒータ下部よりヒータ上部の発熱量を小さくするために、ヒータ下部に対するヒータ上部の電流通過断面積比を 1. 5倍以上にするのが好ましい。たとえばヒータの幅 clとヒータの幅 c2は、 c2≥l. 5 X clの関係を満たすことが好ま、。

[0094] この実施例 2のヒータを使用した場合には、図 8において実施例 1のヒータを使用した場合と同様に、電力比率の操作範囲を一定とした場合に、石英るつぼ 3の底部の温度分布範囲が従来よりも拡大されるため、実施例 1のヒータを使用した場合と同様に、単結晶シリコン 6の酸素濃度幅 B1〜B2が拡大され（図 9 (a) )、この結果、単結晶シリコン 6の歩留まりが向上する（図 9 (b) )。

[0095] 図 6は、実施例 3のヒータの構成を示している。

[0096] この実施例 3のヒータは、上述した図 5の実施例 2のヒータと同様に、側面上側ヒータ 10の下端位置、側面下側ヒータ 20の上端位置が、図 4に示す参考例の側面上側ヒータ 10の下端位置、側面下側ヒータ 20の上端位置と同じ位置になっている。

[0097] ただし、図 5の実施例 2のヒータと異なり、電流流路の幅 cではなぐ電流流路の肉厚 dを変えることで、発熱量を変化させている。

[0098] すなわち、側面上段ヒータ 10については、電流流路の肉厚が、ヒータ上部の肉厚 d 1よりもヒータ下部の肉厚 d2の方が広くなるように構成している。これにより、側面上段ヒータ 10の電流通過断面積は、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が広くなり、それに応じて抵抗値は、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が小さくなり、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が相対的に発熱量が少なくなる。

[0099] 一方、側面下段ヒータ 20については、電流流路の肉厚が、ヒータ下部の肉厚 dlよりもヒータ上部の肉厚 d2の方が広くなるように構成している。これにより、側面下段ヒータ 20の電流通過断面積は、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が広くなり、それに応じて抵抗値は、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が小さくなり、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が相対的に発熱量が少なくなる。

[0100] 側面上段ヒータ 10および側面下段ヒータ 20の主発熱部の発熱部高さ Xは、ヒータ全体の高さ Yに対して 1Z2. 5倍以下とするのが好ましい。

[0101] また、側面上段ヒータ 10において、ヒータ上部よりヒータ下部の発熱量を小さくするために、ヒータ上部に対するヒータ下部の電流通過断面積比を 1. 5倍以上にするのが好ましい。同様に、側面下段ヒータ 20において、ヒータ下部よりヒータ上部の発熱量を小さくするために、ヒータ下部に対するヒータ上部の電流通過断面積比を 1. 5倍以上にするのが好ましい。たとえばヒータの肉厚 dlとヒータの肉厚 d2は、 d2≥l. 5 X dlの関係を満たすことが好ましい。

[0102] この実施例 3のヒータを使用した場合には、図 8において実施例 1のヒータを使用した場合と同様に、電力比率の操作範囲を一定とした場合に、石英るつぼ 3の底部の温度分布範囲が従来よりも拡大されるため、実施例 1のヒータを使用した場合と同様に、単結晶シリコン 6の酸素濃度幅 B1〜B2が拡大され（図 9 (a) )、この結果、単結晶シリコン 6の歩留まりが向上する（図 9 (b) )。

[0103] 図 7は、実施例 4のヒータの構成を示している。

[0104] この実施例 4のヒータは、実施例 1、実施例 2、実施例 3のヒータと異なり、上下 2段のヒータではなぐ上下 3段のヒータで構成されている。

[0105] すなわち、石英るつぼ 3の上下方向の各位置には、上側より、側面上段ヒータ 10、側面中間段ヒータ 30、側面下段ヒータ 20が順に配置される。

[0106] 側面上段ヒータ 10については、電流流路の幅が、ヒータ上部の幅 clよりもヒータ下部の幅 c2の方が広くなるように構成している。これにより、側面上段ヒータ 10の電流通過断面積は、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が広くなり、それに応じて抵抗値は、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が小さくなり、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が相対的に発熱量が少なくなる。

[0107] 一方、側面下段ヒータ 20については、電流流路の幅が、ヒータ下部の幅 clよりもヒータ上部の幅 c2の方が広くなるように構成している。これにより、側面下段ヒータ 20の電流通過断面積は、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が広くなり、それに応じて抵抗値は、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が小さくなり、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が相対的に発熱量が少なくなる。

[0108] これに対して、側面中間段ヒータ 30については、電流流路の幅が、ヒータ各部で同じ幅 c2になるように構成されている。これは、側面上段ヒータ 10の上部、側面下段ヒータ 20の下部に比して、側面中間段ヒータ 30の発熱量が少なくなるように、側面中間段ヒータ 30の電流流路の幅を、側面上段ヒータ 10、側面下段ヒータ 20の電流流路の最大幅 (c2)と同等にしている力それ以上の大きさの幅にしてさらに発熱量が少なくなる様にしてもよい。

[0109] なお、ヒータにおける電流通過断面積の設定だけでなぐ側面中間ヒータ 30に供給する電力を、ヒータ 3段全ての合計電力の 33%以下に設定する事が好ましい。これにより、側面上段ヒータ 10のヒータ上部および側面下段ヒータ 20のヒータ下部の発熱量を、他のヒータ部の発熱量に比べて相対的に大きくすることができる。

[0110] 側面上段ヒータ 10および側面下段ヒータ 20の主発熱部の発熱部高さ Xは、ヒータ全体の高さ Yに対して 1Z2. 5倍以下とするのが好ましい。

[0111] また、側面上段ヒータ 10において、ヒータ上部よりヒータ下部の発熱量を小さくするために、ヒータ上部に対するヒータ下部の電流通過断面積比を 1. 5倍以上にするのが好ましい。同様に、側面下段ヒータ 20において、ヒータ下部よりヒータ上部の発熱量を小さくするために、ヒータ下部に対するヒータ上部の電流通過断面積比を 1. 5倍以上にするのが好ましい。たとえばヒータの幅 clとヒータの幅 c2は、 c2≥l . 5 X clの関係を満たすことが好ま、。

[0112] なお、図 7の実施例 4では、ヒータ各部の電流流路の幅 cを変化させて、ヒータ各部の発熱量を変化させている力図 6と同様に、ヒータ各部の電流流路の肉厚 dを変化させて、ヒータ各部の発熱量を変化させてもよい。

[0113] この実施例 4のヒータを使用した場合には、図 8において実施例 1のヒータを使用した場合と同様に、電力比率の操作範囲を一定とした場合に、石英るつぼ 3の底部の温度分布範囲が従来よりも拡大されるため、側面上段ヒータ 10の発熱領域と側面下段ヒータ 20の発熱領域とが明確に分離する温度分布を呈し、実施例 1のヒータを使用した場合と同様に、単結晶シリコン 6の酸素濃度幅 B1〜B2が拡大され（図 9 (a) )、この結果、単結晶シリコン 6の歩留まりが向上する（図 9 (b) )。

[0114] 以上説明した実施例では、上側に位置するヒータ 10については、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が相対的に発熱量が少なくなるように、ヒータ各部における抵抗値を調整するとともに、下側に位置するヒータ 20については、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が相対的に発熱量が少なくなるように、ヒータ各部における抵抗値を調整している力本発明としては、上側のヒータ 10のみにおいて、あるいは、下側のヒータ 20のみにおいて、ヒータ上部と下部とで発熱量を異ならせるように抵抗値を調整する実施も可能である。たとえば図 5に示す実施例 2を例にとると、側面上段ヒータ 10のみについて、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が相対的に発熱量が少なくなるように、ヒータ各部における抵抗値を調整する（たとえば電流流路の幅 cl、 c2を異ならせる）とともに、側面下段ヒータ 20については、図 4の参考例と同様に、ヒータ上部と下部とで発熱量が同じとする（たとえば電流流路の幅 cを同じとする）実施も可能である。

[0115] 逆に、側面下段ヒータ 20のみについて、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が相対的に発熱量が少なくなるように、ヒータ各部における抵抗値を調整するとともに、側面上段ヒータ 10については、図 4の参考例と同様に、ヒータ上部と下部とで発熱量が同じとする実施も可能である。

[0116] また、実施例 4では上下 3段のヒータ構成であった力石英るつぼ 3の上下方向の各位置に 4段以上のヒータを配置した構成にしてもよい。その場合、たとえば最上段に位置するヒータについては、ヒータ上部よりもヒータ下部の方が相対的に発熱量が少なくなるように、ヒータ各部における抵抗値を調整するとともに、最下段に位置するヒータについては、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が相対的に発熱量が少なくなるように、ヒータ各部における抵抗値を調整する。その他についても実施例 4に準じて行うことができるので、その説明につヽては省略する。

産業上の利用可能性

[0117] 本発明は、シリコン単結晶のみならず、ガリウム砒素等の化合物半導体を製造する装置に対しても、同様に適用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 単結晶半導体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単結晶半導体製造装置において、前記ヒータは、るつぼの上下方向の各位置に設けられた複数のヒータであって、各ヒータは、独立して電力が供給され、通電されることによって発熱する導体で構成され、

を特徴とする単結晶半導体製造装置。

[2] 単結晶半導体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単結晶半導体製造装置において、前記ヒータは、るつぼの上下方向の各位置に設けられた複数のヒータであって、各ヒータは、独立して電力が供給され、通電されることによって発熱する導体で構成され、

を特徴とする単結晶半導体製造装置。

[3] 単結晶半導体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単結晶半導体製造装置において、前記ヒータは、るつぼの上下方向の各位置に設けられた複数のヒータであって、各ヒータは、独立して電力が供給され、通電されることによって発熱する導体で構成され、

下側に位置するヒータについては、ヒータ下部よりもヒータ上部の方が相対的に発熱量が少なくなるように、ヒータ各部における抵抗値が調整されていることを特徴とする単結晶半導体製造装置。

[4] ヒータの電流通過断面積が、ヒータ上部とヒータ下部とで異なっていることを特徴とする請求項 1、 2、 3記載の単結晶半導体製造装置。

[5] 前記ヒータの電流通過断面積は、電流通路の幅または電流通路の肉厚で調整されることを特徴とする請求項 4記載の単結晶半導体製造装置。

[6] 前記複数のヒータは、るつぼの上下方向の各位置に設けられた 2個のヒータであって、上側のヒータは、その一部の電流流路が下側のヒータの上端位置に相当する位置よりも下方の位置まで入り込むように形成されているとともに、下側ヒータは、その一部の電流流路が上側ヒータの下端位置に相当する位置よりも上方の位置まで入り込むように形成されていることを特徴とする請求項 1、 2、 3、 4、 5記載の単結晶半導体製造装置。

[7] 単結晶半導体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単結晶半導体製造装置を用いた単結晶半導体製造方法において、

を特徴とする単結晶半導体製造方法。

[8] 単結晶半導体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単結晶半導体製造装置を用いた単結晶半導体製造方法において、

を特徴とする単結晶半導体製造方法。

[9] 単結晶半導体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単結晶半導体製造装置を用いた単結晶半導体製造方法において、

を特徴とする単結晶半導体製造方法。

[10] ヒータの電流通過断面積が、ヒータ上部とヒータ下部とで異なっていることを特徴とする請求項 7、 8、 9記載の単結晶半導体製造方法。

[11] 前記ヒータの電流通過断面積は、電流通過路の幅または電流通路の肉厚で調整されることを特徴とする請求項 10記載の単結晶半導体製造方法。

[12] 前記複数のヒータは、るつぼの上下方向の各位置に設けられた 2個のヒータであって、上側のヒータは、その一部の電流流路が下側のヒータの上端位置に相当する位置よりも下方の位置まで入り込むように形成されているとともに、下側ヒータは、その一部の電流流路が上側ヒータの下端位置に相当する位置よりも上方の位置まで入り込むように形成されていることを特徴とする請求項 7、 8、 9、 10、 11記載の単結晶半導体製造方法。