WO2015063992A1 - シリコン単結晶引上装置 - Google Patents

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single crystal
shield
silicon single
pulling
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竹安　志信
淳 岩崎
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信越半導体株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/14—Heating of the melt or the crystallised materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C30B15/206—Controlling or regulating the thermal history of growing the ingot
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon

Definitions

  • the present invention relates to a silicon single crystal pulling apparatus for pulling a silicon single crystal from a silicon melt by a CZ method (Czochralski method).
  • silicon single crystals are mainly manufactured by the CZ method.
  • a polycrystalline silicon raw material is placed in a quartz crucible and heated by a graphite heater to melt the raw material.
  • a seed crystal attached to the lower end of the upper shaft is immersed in the melt, and the silicon single crystal is grown by pulling it up at a low speed while rotating the upper shaft.
  • An apparatus for growing a silicon single crystal in this way is a silicon single crystal pulling apparatus.
  • the liquid level of the melt in the quartz crucible decreases as the silicon single crystal is pulled up. Therefore, in order to keep the melt level at a certain height, the crucible is reduced by the amount of the decrease in the melt level.
  • the pulling speed and melt temperature of the silicon single crystal are controlled so that the diameter is constant, and the pulling speed is constant. It is necessary to raise the crucible at a ratio of
  • the heater is fixed and does not move during pulling of the silicon single crystal, so that the oxygen concentration of the silicon single crystal decreases as the pulling progresses.
  • the rotational speed of the crucible is increased, but this tends to deteriorate the oxygen concentration distribution characteristics in the radial direction within the silicon single crystal cross section. Therefore, in the single crystal pulling apparatus described in Patent Document 1, the single crystal pulling apparatus that can move not only the crucible but also the heater can improve the oxygen concentration distribution characteristic in the axial direction of the single crystal. Yes.
  • the silicon single crystal pulling apparatus described in Patent Document 2 includes a moving mechanism that can raise and lower the shield (insulation cylinder), and after the pulling of the silicon single crystal is finished, the shield is raised and positioned inside the shield.
  • the lower region of the shield was exposed to the water cooling chamber to cool the inside of the water cooling chamber efficiently.
  • the time required for cooling the chamber is shortened, and the production efficiency is improved.
  • the crucible and the heater can be raised or lowered, or the crucible and the shield can be raised or lowered, but both the heater and the shield are not movable. Therefore, when pulling up the silicon single crystal while keeping the position of the melt surface at a certain height, only the heater position or the shield position can be changed with respect to the crucible. Both positions could not be changed.
  • the oxygen concentration of the silicon single crystal during pulling is controlled or the thermal history of the silicon single crystal is adjusted by changing the position of the heater relative to the position of the melt surface. Or At this time, if only the position of the heater is changed while the position of the shield is fixed, and the position of the shield is higher than the heater, the heat insulation effect of the shield is increased and the silicon single crystal cannot be efficiently cooled, and the pulling speed is sufficient. Can not be increased. In addition, if the shield position is lowered with respect to the heater, the heat retention effect of the shield is low, so that the upper part of the melt cannot be heated sufficiently and the oxygen concentration of the silicon single crystal cannot be lowered sufficiently. It was.
  • the position of the heating center of the heater does not change, so the oxygen concentration of the silicon single crystal being pulled is controlled, or the heat of the silicon single crystal is I could n’t adjust my history.
  • the silicon single crystal pulling device is equipped with a mechanism that not only raises and lowers the crucible and the heater but also raises and lowers the shield, the structure becomes extremely complicated, which increases the cost. In addition, problems such as the silicon single crystal pulling apparatus easily fail.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a silicon single crystal pulling apparatus that can easily increase the pulling rate and reduce the oxygen concentration while adjusting the thermal history of the silicon single crystal. For the purpose.
  • a crucible for containing a raw material a main chamber for storing a heater for heating the raw material into a raw material melt, and between the heater and the main chamber
  • a silicon single crystal pulling apparatus according to the Czochralski method, comprising a shield arranged and shielded from radiant heat from the heater, the support member supporting the heater and the shield from below, the support member
  • the heater and the shield can be moved up and down together.
  • the shield since the heater and the shield can be moved up and down together, when the position of the heater is lowered so that the silicon single crystal being pulled is easily cooled, the shield is also positioned at a lower position. As compared with the conventional apparatus, the silicon single crystal can be cooled more easily, and the pulling speed can be further increased. In addition, when the heater position is raised and the heating center of the heater is positioned above the melt, the shield can also be raised together, the heating center can be higher than the conventional device, and it is being pulled up. The oxygen concentration of the silicon single crystal can be further reduced. In addition, the mechanism can be simplified because the heater and the shield can be raised and lowered only by raising and lowering the support member.
  • the support member includes a liftable electrode for passing a current to the heater and a clamp fixed to the upper portion of the electrode, and the heater has a foot plug on the upper surface of the clamp.
  • the shield is attached to the clamp via an insulator fitted on the upper surface of the clamp and a lower shield fitted on the top of the insulator. It is fixed and supported, and the heater can be moved up and down together by moving the electrode up and down.
  • the heater and the shield can be lifted and lowered together only by the electrode lifting mechanism, and it is not necessary to provide a separate lifting lifting mechanism for the shield other than the electrode lifting mechanism.
  • a silicon single crystal pulling device that can raise and lower the heater and shield together can be easily introduced at low cost. .
  • the structure is simple, there are few failures.
  • the insulator may be made of quartz or alumina.
  • the insulator is not worn even if the clamp becomes high temperature. Further, even when a large current is applied to the heater, the lower shield and the shield can be maintained in an electrically insulated state. As a result, the occurrence of failures in the silicon single crystal pulling apparatus can be reduced.
  • the silicon single crystal pulling apparatus of the present invention can easily adjust the thermal history of the silicon single crystal, improve the pulling speed, and reduce the oxygen concentration without complicating the apparatus structure.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a conventional silicon single crystal pulling apparatus used in Comparative Example 1.
  • FIG. 6 is a schematic view showing a conventional silicon single crystal pulling apparatus used in Comparative Example 2.
  • the present invention is not limited to this.
  • the silicon single crystal pulling device when the positional relationship between the heater and the shield is different from the initial position, it is not possible to sufficiently increase the pulling rate of the silicon single crystal to be grown or to suppress the oxygen concentration. was there.
  • a silicon single crystal pulling apparatus in which both the heater and the shield can be moved up and down increases the introduction cost due to the extremely complicated structure, and the silicon single crystal pulling apparatus tends to break down. occured.
  • the present inventors have conducted intensive studies to solve such problems. As a result, if the heater and shield are supported by a single support member that can be raised and lowered, and the heater and shield can be raised and lowered together, the above problem can be solved by raising and lowering both of them while maintaining the positional relationship between the two. As a result, the present invention has been completed.
  • the silicon single crystal pulling apparatus 1 of the present invention has an external appearance constituted by a hollow cylindrical chamber 2, and the chamber 2 is connected and fixed to a main chamber 2a forming a lower cylinder and the main chamber 2a. And a pull chamber 2b forming an upper cylinder.
  • a cylindrical rectifying cylinder 14 having an opening for conducting the silicon single crystal is extended downward from the ceiling of the main chamber 2a.
  • a crucible 3 is disposed at the center of the hollow cylindrical chamber 2, and this crucible has a double structure and is composed of a quartz crucible 3a and a graphite crucible 3b adapted to hold the outside of the quartz crucible 3a. Has been.
  • a pedestal 13 for supporting and rotating the crucible 3 is provided below the crucible 3. The crucible 3 can be raised and lowered by raising and lowering the pedestal 13 while pulling up the silicon single crystal.
  • a graphite heater 4 is disposed outside the crucible 3 having a double structure, and a heat shield 5 is concentrically disposed around the outside of the heater 4.
  • the heater 4 and the shield 5 are supported by a support member 6 that can be moved up and down. By raising and lowering the support member 6, the heater 4 and the shield 5 can be raised and lowered together.
  • the heater 4 and the shield 5 can be moved up and down together when the heater 4 is moved up and down to adjust the heat history and the like. Therefore, as shown in FIG. 1, when the position of the heater 4 is lowered and the silicon single crystal being pulled is easily cooled, the shield 5 can be lowered. Therefore, the silicon single crystal pulling apparatus of the present invention has better cooling efficiency than the conventional silicon single crystal pulling apparatus, and can increase the pulling speed of the silicon single crystal. In addition, as shown in FIG. 2, when the position of the heater 4 is raised and the heat generation center of the heater 4 is located above the melt, the shield 5 can also be raised together.
  • the silicon single crystal pulling apparatus of the present invention can make the heat generation center higher than the conventional silicon single crystal pulling apparatus, and can further reduce the oxygen concentration of the silicon single crystal being pulled. It becomes.
  • the positional relationship between the height of the heater and the shield can always be kept during the vertical movement of the heater and the shield, problems such as unexpected deterioration in crystal quality and a decrease in the single crystallization rate do not occur.
  • the support member 6 includes an electrode 7 that can be raised and lowered to energize the heater 4 and a clamp 8 made of graphite. It is preferable.
  • the electrode 7 is composed of a water-cooled copper electrode 7b and a graphite electrode 7a screwed and fixed to the copper electrode 7b.
  • the electrode 7 has an elevating mechanism, whereby the electrode 7 can be raised and lowered.
  • the clamp 8 is fixed to the graphite electrode 7 a by a clamp bolt 9, and a plug 10 at the foot of the heater 4 is inserted on the upper surface of the clamp 8. In this way, the heater 4 is fixed and supported on the upper surface of the clamp 8.
  • a circular or ring-shaped insulator 11 is fitted on the upper surface of the clamp 8, and a lower shield 12 is fitted on the upper portion of the insulator 11.
  • the shield 5 is fixed to the clamp 8 via the insulator 11 and the lower shield 12. It is preferable that the support member 6 having the above-described structure raises and lowers the electrode 7 to raise and lower the heater 4 and the shield 5 together.
  • the heater 4 and the shield 5 can be raised / lowered together only by the existing raising / lowering mechanism of the electrode 7, and another raising / lowering mechanism such as a shield is newly provided in addition to the raising / lowering mechanism of the electrode 7.
  • the silicon single crystal pulling device that can raise and lower the heater 4 and the shield 5 together is reduced by adopting a simple structure in which the clamp 8, the lower shield 12, the insulator 11 and the like, which are in-furnace parts, are combined as described above. It can be easily introduced at a low cost. And since the structure is also simple, the occurrence of failures can be reduced.
  • the insulator 11 can be made of quartz or alumina. In such a case, the insulator 11 is not worn even when the clamp 8 is heated during the pulling of the silicon single crystal. Further, even when a large current is applied to the heater 4, the lower shield 12 and the shield 5 can be maintained in an electrically insulated state. As a result, the occurrence of failures in the silicon single crystal pulling apparatus can be reduced.
  • Example 1 A silicon single crystal pulling apparatus 1 of the present invention as shown in FIG. 1 was used to pull up a silicon single crystal.
  • 100 kg of silicon polycrystal raw material was filled in a quartz crucible having a diameter of 22 inches (55.88 cm), and was heated and melted by the heater 4.
  • the support member 6 is lowered so that the upper end position of the heater 4 is lower than the upper end position of the crucible 3, and the height positions of the heater 4 and the shield 5 are adjusted.
  • the average pulling speed when pulling up the straight body of the silicon single crystal was able to be pulled up to 1.4 mm / min.
  • the oxygen concentration in the straight cylinder after the pulling was about 19 ppma ⁇ 1.2 ppma (JEIDA).
  • JEIDA 2.3 ppma
  • Example 1 The silicon single crystal was pulled under the same conditions as in Example 1 except that a silicon single crystal pulling apparatus 101 that can move the heater 104 up and down and the shield 105 cannot move up and down as shown in FIG. 3 was used.
  • the upper end position of the heater 104 was made lower than the upper end position of the crucible 103, but the shield 105 did not move, so the position of the shield 105 was higher than the heater 104.
  • the average pulling speed when pulling up the straight body portion of the silicon single crystal was 1.1 mm / min, and the average pulling speed was lower than that in Example 1.
  • the oxygen concentration in the straight cylinder after the pulling was approximately 19 ppma ⁇ 1.2 ppma. This is considered to be because the silicon single crystal could not be cooled efficiently due to the heat retaining effect of the shield because only the heater position was changed while the shield position was fixed, and the shield position became higher with respect to the heater.
  • Example 2 The heater 4 and the shield 5 are raised together, and the silicon single crystal is pulled up under the same conditions as in Example 1 except that the upper end position of the heater 4 is higher than the upper end position of the crucible 3 as shown in FIG. went.
  • the average pulling speed when pulling up the straight body of the silicon single crystal was 1.0 mm / min.
  • the oxygen concentration in the straight cylinder after the pulling was about 15 ppma ⁇ 1.2 ppma, and the oxygen concentration could be made lower than Comparative Example 2 described later.
  • the shield 5 can also be raised together and the heating center of the heater 4 can be raised to a higher position. I was able to lower it. Further, the average pulling rate was in the same range as Comparative Example 2 described later.
  • Example 2 The silicon single crystal was pulled under the same conditions as in Example 2 except that a silicon single crystal pulling apparatus 101 that can move the heater 104 up and down and the shield 105 cannot move up and down as shown in FIG. 4 was used.
  • the upper end position of the heater 104 is set higher than the upper end position of the crucible 103.
  • the shield 105 does not move, the position of the shield 105 with respect to the heater 104 is the same as that of the second embodiment. It was lower than the case of (in the case of FIG. 2).
  • the average pulling speed when pulling up the straight body of the silicon single crystal was 1.0 mm / min.
  • the oxygen concentration in the straight cylinder after the pulling was approximately 16 ppma ⁇ 1.2 ppma, and the oxygen concentration was higher than that in Example 2. This is because the position of the shield 105 relative to the heater 104 is low, and the heat insulation effect of the shield is low, so that the upper part of the melt cannot be heated sufficiently and the oxygen concentration of the silicon single crystal cannot be lowered sufficiently. Is considered to be the cause.
  • the silicon single crystal pulling apparatus of the present invention can maintain the heater and shield at appropriate positions by raising and lowering the heater and shield together. It was confirmed that the oxygen concentration can be improved and the oxygen concentration can be reduced. Further, in Examples 1 and 2, the heater 4 and the shield 5 that can be raised and lowered together were not raised or lowered during the pulling of the silicon single crystal, but according to the state of the silicon single crystal being lifted appropriately. By changing and adjusting the height positions of the heater 4 and the shield 5, a silicon single crystal having a desired pulling rate and oxygen concentration can be obtained.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.

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Abstract

　本発明は、原料を収容するルツボと、該原料を加熱して原料融液にするヒーターを格納するメインチャンバと、前記ヒーターと前記メインチャンバとの間に配置され、前記ヒーターからの輻射熱を遮断するシールドとを具備するチョクラルスキー法によるシリコン単結晶引上装置であって、前記ヒーター及び前記シールドを下方から支持する支持部材を有し、前記支持部材が昇降可能であることで、前記ヒーターと前記シールドとが一緒に昇降可能なものであることを特徴とするシリコン単結晶引上装置である。これにより、熱履歴の調節をしつつ、シリコン単結晶の引上げ速度の向上や酸素濃度の低減を容易にできるシリコン単結晶引上装置が提供される。

Description

シリコン単結晶引上装置
　本発明は、ＣＺ法（チョクラルスキー法）によって、シリコン融液からシリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶引上装置に関する。
　従来、シリコン単結晶は主としてＣＺ法によって製造されている。ＣＺ法においては、まず、石英ルツボ内にシリコン多結晶原料を入れ、黒鉛製ヒーターによって加熱して原料を溶融する。その融液に上軸の下端に取り付けられた種結晶を浸漬し、上軸を回転させながら、低速で引き上げることで、シリコン単結晶を成長させている。このようにシリコン単結晶を成長させる装置がシリコン単結晶引上装置である。
　このシリコン単結晶引上装置では、石英ルツボ内の融液の液面がシリコン単結晶の引上げと共に低下するので、融液面を一定の高さ位置に保つために融液面の低下分だけルツボを上昇させる。また、一定の直径のシリコン単結晶を引き上げるには、引上げ中の直径を測定しながら、直径が一定となるようにシリコン単結晶の引上げ速度と融液温度を制御し、引上げ速度に対して一定の比率でルツボを上昇させる必要がある。
　また、従来の単結晶引上装置では、ヒーターが固定されており、シリコン単結晶の引上げ中に移動しないため、引上げの進行と共にシリコン単結晶の酸素濃度が低下する。この酸素濃度の低下を抑制するためにルツボの回転速度を上昇させるが、これによりシリコン単結晶断面内の半径方向の酸素濃度分布特性が悪化する傾向があった。そこで、特許文献１に記載の単結晶引上装置では、ルツボだけで無く、ヒーターも上下に移動できる単結晶引上装置とすることで、単結晶の軸方向の酸素濃度分布特性を改善している。
　特許文献２に記載のシリコン単結晶引上装置においては、シールド（保温筒部）を昇降できる移動機構を備え、シリコン単結晶の引上げが終了した後、シールドを上昇させ、シールドの内側に位置していたシールドの下部領域を水冷チャンバに対して露出させ、水冷チャンバ内を効率良く冷却している。このように、チャンバの冷却に要する時間を短縮し、生産効率を向上させている。
特開平３－５３９４号公報 特開２０１２－２４０８６１号公報
　上記した単結晶引上装置では、ルツボとヒーターが昇降可能、またはルツボとシールドが昇降可能となっているが、ヒーターとシールドの両方が昇降可能にはなっていない。そのため、融液面の位置を一定の高さ位置に保ちながらシリコン単結晶を引き上げる際、ルツボに対してヒーター位置だけを変える、または、シールドの位置だけを変えることはできても、ヒーターとシールドの両方の位置を変えることはできなかった。
　また、シリコン単結晶を引き上げる際には、融液面の位置に対してヒーターの位置を変えることで、引上げ中のシリコン単結晶の酸素濃度を制御したり、シリコン単結晶の熱履歴を調整したりする。このとき、シールドの位置を固定したままヒーターの位置だけを変えて、ヒーターに対してシールドの位置が高くなると、シールドの保温効果が高くなりシリコン単結晶を効率よく冷却できず、引上げ速度を十分に高めることができない。また、ヒーターに対してシールドの位置が低くなると、シールドの保温効果が低いため、融液の上部を十分に加熱できず、シリコン単結晶の酸素濃度を十分に下げることができない等の問題があった。
　尚、ヒーターの位置を固定したままでシールドの位置だけを昇降する装置では、ヒーターの発熱中心の位置が変わらないため、引上げ中のシリコン単結晶の酸素濃度を制御したり、シリコン単結晶の熱履歴を調整したりすることができなかった。
　これらの問題を解決するために、ルツボとヒーターが昇降するだけで無く、シールドも昇降する機構をシリコン単結晶引上装置に備えようとすると、構造が極めて複雑になるため、コストが高くなり、更に、シリコン単結晶引上装置が故障しやすくなる等の問題が生じた。
　本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、シリコン単結晶の熱履歴の調節をしつつ、引上げ速度の向上や酸素濃度の低減を容易にできるシリコン単結晶引上装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明によれば、原料を収容するルツボと、該原料を加熱して原料融液にするヒーターを格納するメインチャンバと、前記ヒーターと前記メインチャンバとの間に配置され、前記ヒーターからの輻射熱を遮断するシールドとを具備するチョクラルスキー法によるシリコン単結晶引上装置であって、前記ヒーター及び前記シールドを下方から支持する支持部材を有し、前記支持部材が昇降可能であることで、前記ヒーターと前記シールドとが一緒に昇降可能なものであることを特徴とするシリコン単結晶引上装置を提供する。
　このようなものであれば、ヒーターとシールドを一緒に昇降することができるため、ヒーターの位置を低くして、引上げ中のシリコン単結晶が冷えやすい状態とする場合に、シールドも一緒に低い位置にでき、従来の装置と比べて、シリコン単結晶がより冷えやすい状態とすることができ、引上速度をより速くすることができる。また、ヒーター位置を高くし、ヒーターの発熱中心を融液の上部に位置させる場合、シールドも一緒に高い位置にでき、従来の装置と比べて、発熱中心をより高い位置にでき、引上げ中のシリコン単結晶の酸素濃度をより低減することができる。また、支持部材の昇降だけで、ヒーター及びシールドを昇降できるので機構を簡単にすることができる。
　このとき、前記支持部材は、前記ヒーターに電流を通電する昇降可能な電極と、該電極の上部に固定されたクランプから成り、前記ヒーターは、前記ヒーターの足部のプラグが前記クランプの上面に挿入されることで、前記クランプに固定され支持されており、前記シールドは、前記クランプの上面に嵌め込まれた絶縁物と、該絶縁物の上部に嵌め込まれたロアーシールドとを介して前記クランプに固定され支持されたものであり、前記電極が昇降可能であることで、前記ヒーターと前記シールドとが一緒に昇降可能なものとすることができる。
　このようなものであれば、電極の昇降機構のみでヒーターとシールドを一緒に昇降することができ、電極の昇降機構以外にシールド用の昇降機構を別途新たに設ける必要が無い。そして、炉内部品であるクランプ、ロアーシールド、絶縁物等を組み合わせる簡単な構造とすることで、ヒーターとシールドを一緒に昇降できるシリコン単結晶引上装置を低コストで容易に導入することができる。更に、構造が簡単なため故障が少ないものとなる。
　またこのとき、前記絶縁物は石英製又はアルミナ製のものとすることができる。
　このようなものであれば、シリコン単結晶の引上げ中、クランプが高温となっても絶縁物が損耗することが無い。また、ヒーターに大電流が通電してもロアーシールド及びシールドは電気的に絶縁された状態を維持できるものとなる。その結果、シリコン単結晶引上装置の故障の発生をより少なくすることができるものとなる。
　本発明のシリコン単結晶引上装置であれば、装置構成を複雑化させることなく、シリコン単結晶の熱履歴の調節や、引上げ速度の向上、酸素濃度の低減を容易にできる。
本発明のシリコン単結晶引上装置の一例を示した概略図である。 本発明のシリコン単結晶引上装置のヒーター位置を変更したときの概略図である。 比較例１において使用した従来のシリコン単結晶引上装置を示した概略図である。 比較例２において使用した従来のシリコン単結晶引上装置を示した概略図である。
　以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
　シリコン単結晶引上装置において、ヒーターとシールドの位置関係が当初の位置に対して互いに異なる高さ位置となると、成長させるシリコン単結晶の引上げ速度の向上又は酸素濃度の抑制が十分にできないという問題があった。また、ヒーターとシールドが、どちらも昇降可能なシリコン単結晶引上装置は、構造が極めて複雑になるため導入コストが高くなり、更に、シリコン単結晶引上装置が故障しやすくなる等の問題が生じた。
　そこで、本発明者等はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、ヒーターとシールドを昇降可能な１つの支持部材で支持し、ヒーターとシールドが一緒に昇降可能とすれば、両者の高さの位置関係を維持しつつ、両方とも昇降することで上記問題を解決できることに想到し、本発明を完成させた。
　以下、本発明のシリコン単結晶引上装置を、図１、２を参照して説明する。
　図１に示すように、本発明のシリコン単結晶引上装置１は、中空円筒状のチャンバ２で外観を構成し、チャンバ２は下部円筒をなすメインチャンバ２ａと、メインチャンバ２ａに連接固定された上部円筒をなすプルチャンバ２ｂとから構成される。また、メインチャンバ２ａの天井部から、シリコン単結晶を導通するための開口部を有する円筒状の整流筒１４が下方に延設されている。
　中空円筒状のチャンバ２の中心部にはルツボ３が配設され、このルツボは二重構造であり、石英ルツボ３ａと、石英ルツボ３ａの外側を保持すべく適合された黒鉛ルツボ３ｂとから構成されている。また、ルツボ３の下方には、ルツボ３を支持し、回転させるためのペディスタル１３が設けられている。尚、このペディスタル１３をシリコン単結晶の引上げ中に昇降させることで、ルツボ３を昇降させることができる。
　二重構造からなるルツボ３の外側には黒鉛製のヒーター４が配設され、ヒーター４の外側周辺には断熱材のシールド５が同心円状に配設される。本発明のシリコン単結晶引上装置においては、ヒーター４及びシールド５は、上下に昇降可能な支持部材６に支持されている。この支持部材６を昇降することで、ヒーター４とシールド５とが一緒に昇降可能なものとなっている。
　このようなものであれば、熱履歴等の調整のため、ヒーター４を昇降させる際には、ヒーター４とシールド５を一緒に昇降させることができる。従って、図１のように、ヒーター４の位置を低くし、引上げ中のシリコン単結晶が冷えやすい状態とする場合、シールド５も一緒に低い位置にできる。そのため、本発明のシリコン単結晶引上装置は、従来のシリコン単結晶引上装置と比べて冷却効率が良く、シリコン単結晶の引上速度をより速くすることができるものとなる。また、図２に示すようにヒーター４の位置を高くし、ヒーター４の発熱中心を融液の上部に位置させる場合、シールド５も一緒に高い位置にできる。そのため、本発明のシリコン単結晶引上装置は、従来のシリコン単結晶引上装置と比べて、発熱中心をより高い位置にでき、引上げ中のシリコン単結晶の酸素濃度をより下げることができるものとなる。しかも、ヒーターとシールドの上下動の間、常にヒーターとシールドの高さの位置関係をキープできるので、思わぬ結晶品質の悪化や単結晶化率の低下等の問題が生じることもない。
　ヒーター及びシールドを下方から支持する支持部材の構造としては特に限定されないが、図１のように、支持部材６はヒーター４に電流を通電する昇降可能な電極７と、黒鉛製のクランプ８から成ることが好ましい。電極７は、水冷された銅電極７ｂと、銅電極７ｂにねじ込み固定された黒鉛電極７ａから構成されている。この電極７は昇降機構を有しており、これにより電極７は昇降可能となっている。クランプ８は、黒鉛電極７ａにクランプボルト９で固定されおり、クランプ８の上面にヒーター４の足部のプラグ１０が挿入されている。このようにして、ヒーター４がクランプ８の上面に固定され支持されている。また、クランプ８の上面に円形状またはリング状の絶縁物１１が嵌め込まれ、その絶縁物１１の上部にロアーシールド１２が嵌め込まれている。そして、絶縁物１１と、ロアーシールド１２とを介してクランプ８にシールド５が固定されている。上記のような構造を持つ支持部材６が、電極７を昇降させることによりヒーター４とシールド５が一緒に昇降することが好ましい。
　このようなものであれば、既存の電極７の昇降機構のみでヒーター４とシールド５を一緒に昇降させることができ、電極７の昇降機構以外にシールド用等の別の昇降機構を新たに設ける必要が無い。更に、炉内部品であるクランプ８、ロアーシールド１２、絶縁物１１等を上記したように組み合わせる簡単な構造とすることで、ヒーター４とシールド５を一緒に昇降できるシリコン単結晶引上装置を低コストで容易に導入することができる。そして、その構造も簡単であるため、故障の発生を少なくすることができるものとなる。
　またこのとき、絶縁物１１は石英製又はアルミナ製のものとすることができる。
　このようなものであれば、シリコン単結晶の引上げ中、クランプ８が高温となっても絶縁物１１が損耗することが無い。また、ヒーター４に大電流が通電してもロアーシールド１２及びシールド５は電気的に絶縁された状態を維持することができる。その結果、シリコン単結晶引上装置の故障の発生をより少なくすることができるものとなる。
　以下、本発明の実施例及び比較例を示し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されるものではない。
（実施例１）
　図１に示すような、本発明のシリコン単結晶引上装置１を用いて、シリコン単結晶の引上げを行った。
　まず、直径２２インチ（５５．８８ｃｍ）の石英ルツボ内に１００ｋｇのシリコン多結晶原料を充填し、ヒーター４で加熱し溶融した。その後、図１に示すように、ヒーター４の上端位置をルツボ３の上端位置よりも低くなるように支持部材６を下降させ、ヒーター４とシールド５の高さ位置を調整して、シリコン単結晶を直径２０５ｍｍ狙いで引上げた。
　その結果、シリコン単結晶の直胴部を引き上げる際の平均引上げ速度を１．４ｍｍ／ｍｉｎとして引き上げることができた。また、引上げ後の直胴中の酸素濃度は約１９ｐｐｍａ±１．２ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）であった。
　このように、ヒーターとシールドを一緒に下降させることで、成長中のシリコン単結晶を効率よく冷却することができ、後述する比較例１よりも平均引上げ速度を大きくできることが確認できた。また、引上げ後の直胴中の酸素濃度を後述する比較例１と同等の範囲であった。
（比較例１）
　図３に示すような、ヒーター１０４が昇降可能で、シールド１０５は昇降できないシリコン単結晶引上装置１０１を使用したこと以外、実施例１と同様な条件でシリコン単結晶の引上げを行った。このとき、図３に示すように、ヒーター１０４の上端位置をルツボ１０３の上端位置よりも低くなるようにしたが、シールド１０５は動かないためヒーター１０４に対してシールド１０５の位置は高くなっていた。
　その結果、シリコン単結晶の直胴部を引き上げる際の平均引上げ速度は１．１ｍｍ／ｍｉｎとなり実施例１よりも平均引上げ速度は小さくなってしまった。また、引上げ後の直胴中の酸素濃度がほぼ１９ｐｐｍａ±１．２ｐｐｍａであった。
　これは、シールドの位置を固定したままヒーターの位置だけを変えヒーターに対してシールドの位置が高くなったため、シールドの保温効果によりシリコン単結晶を効率よく冷却できなかったことが原因と考えられる。
（実施例２）
　ヒーター４とシールド５を一緒に上昇させて、図２に示すようにヒーター４の上端位置をルツボ３の上端位置よりも高くしたこと以外、実施例１と同様な条件でシリコン単結晶の引上げを行った。
　その結果、シリコン単結晶の直胴部を引き上げる際の平均引上げ速度は１．０ｍｍ／ｍｉｎとなった。また、引上げ後の直胴中の酸素濃度は約１５ｐｐｍａ±１．２ｐｐｍａとなり後述する比較例２よりも酸素濃度を低くすることができた。
　このように、ヒーター４とシールド５を一緒に上昇させることで、シールド５も一緒に高い位置にでき、ヒーター４の発熱中心をより高い位置にできるため、後述する比較例２よりも酸素濃度を下げることができた。また、平均引上げ速度を後述する比較例２と同等の範囲であった。
（比較例２）
　図４に示すような、ヒーター１０４が昇降可能で、シールド１０５は昇降できないシリコン単結晶引上装置１０１を使用したこと以外、実施例２と同様な条件でシリコン単結晶の引上げを行った。このとき、図４に示すように、ヒーター１０４の上端位置をルツボ１０３の上端位置よりも高くなるようにしたが、シールド１０５は動かないためヒーター１０４に対してシールド１０５の位置は、実施例２の場合（図２の場合）に比べて低くなっていた。
　その結果、シリコン単結晶の直胴部を引き上げる際の平均引上げ速度は１．０ｍｍ／ｍｉｎとなった。また、引上げ後の直胴中の酸素濃度がほぼ１６ｐｐｍａ±１．２ｐｐｍａとなり実施例２よりも酸素濃度は高くなってしまった。
　これは、ヒーター１０４に対してシールド１０５の位置が低く、シールドの保温効果が低いため、融液の上部を十分に加熱できず、シリコン単結晶の酸素濃度を十分に下げることができなかったことが原因と考えられる。
　以上の結果から、本発明のシリコン単結晶引上装置であれば、ヒーターとシールドを一緒に昇降させることで、ヒーターとシールドの位置を適切な位置に維持できるため、シリコン単結晶の引上げ速度を向上させたり、酸素濃度を低減させたりできることが確認された。また、実施例１、２では、一緒に昇降可能なヒーター４とシールド５を、シリコン単結晶の引上げの最中には昇降させなかったが、引上げ中のシリコン単結晶の状態にあわせて、適宜ヒーター４とシールド５の高さ位置を変更して調整することで、所望の引上げ速度や酸素濃度のシリコン単結晶を得ることができる。
　なお、本発明は、上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。

Claims (3)

  1. 　原料を収容するルツボと、該原料を加熱して原料融液にするヒーターを格納するメインチャンバと、前記ヒーターと前記メインチャンバとの間に配置され、前記ヒーターからの輻射熱を遮断するシールドとを具備するチョクラルスキー法によるシリコン単結晶引上装置であって、
    　前記ヒーター及び前記シールドを下方から支持する支持部材を有し、前記支持部材が昇降可能であることで、前記ヒーターと前記シールドとが一緒に昇降可能なものであることを特徴とするシリコン単結晶引上装置。
  2. 　前記支持部材は、前記ヒーターに電流を通電する昇降可能な電極と、該電極の上部に固定されたクランプから成り、前記ヒーターは、前記ヒーターの足部のプラグが前記クランプの上面に挿入されることで、前記クランプに固定され支持されており、前記シールドは、前記クランプの上面に載置された絶縁物と、該絶縁物の上部に載置されたロアーシールドとを介して前記クランプに固定され支持されたものであり、前記電極が昇降可能であることで、前記ヒーターと前記シールドとが一緒に昇降可能なものであることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶引上装置。
  3. 　前記絶縁物が石英製又はアルミナ製であることを特徴とする請求項２に記載のシリコン単結晶引上装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024027316A1 (zh) * 2022-08-05 2024-02-08 隆基绿能科技股份有限公司 一种环形支撑板、热场件和单晶炉用热场

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6014237B1 (ja) * 2015-12-25 2016-10-25 並木精密宝石株式会社 サファイア単結晶部材製造装置
CN107541788B (zh) * 2017-08-02 2020-02-04 上海汉虹精密机械有限公司 一种一体式单晶硅生长炉电极升降机构
KR102017080B1 (ko) * 2017-12-05 2019-09-02 웅진에너지 주식회사 잉곳 성장장치
CN110273178A (zh) * 2018-03-14 2019-09-24 胜高股份有限公司 单晶硅的提拉方法
JP7294225B2 (ja) * 2020-04-23 2023-06-20 信越半導体株式会社 単結晶引上げ装置及び半導体単結晶の製造方法
CN113337896A (zh) * 2021-04-23 2021-09-03 上海新昇半导体科技有限公司 一种支撑电极及加热器和单晶炉
CN114277434A (zh) * 2021-12-29 2022-04-05 西安奕斯伟材料科技有限公司 一种用于单晶生长的热场调节装置和方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02293390A (ja) * 1989-05-01 1990-12-04 Kawasaki Steel Corp 単結晶引上げ装置
JPH0769778A (ja) * 1993-09-03 1995-03-14 Sumitomo Metal Ind Ltd 単結晶成長装置
JP2002326888A (ja) * 2001-05-01 2002-11-12 Shin Etsu Handotai Co Ltd 半導体単結晶の製造装置およびそれを用いたシリコン単結晶の製造方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3337303A (en) * 1965-03-01 1967-08-22 Elmat Corp Crystal growing apparatus
JP2678383B2 (ja) * 1989-05-30 1997-11-17 信越半導体 株式会社 単結晶上装置
JPH0772116B2 (ja) 1991-02-15 1995-08-02 信越半導体株式会社 単結晶引上装置
CN101532172A (zh) * 2009-04-17 2009-09-16 江苏华盛天龙机械股份有限公司 一种生长硅单晶的热装置
JP5477229B2 (ja) 2010-08-26 2014-04-23 信越半導体株式会社 半導体単結晶の製造装置及び製造方法
JP2012240861A (ja) * 2011-05-16 2012-12-10 Mitsubishi Materials Techno Corp 単結晶シリコン製造装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02293390A (ja) * 1989-05-01 1990-12-04 Kawasaki Steel Corp 単結晶引上げ装置
JPH0769778A (ja) * 1993-09-03 1995-03-14 Sumitomo Metal Ind Ltd 単結晶成長装置
JP2002326888A (ja) * 2001-05-01 2002-11-12 Shin Etsu Handotai Co Ltd 半導体単結晶の製造装置およびそれを用いたシリコン単結晶の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024027316A1 (zh) * 2022-08-05 2024-02-08 隆基绿能科技股份有限公司 一种环形支撑板、热场件和单晶炉用热场

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