JPH02255592A - シリコン単結晶の製造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の
製造方法及びその装置に関するものである。

［従来の技術］ 原料を連続的に供給しながらチョクラルスキー法により
溶融シリコンを引上げてシリコン単結晶を製造する方法
（以下連続供給ＣＺ法と略す）は古くから良く知られて
おり、その概略構成は第５図に示すようなものである。

第５図において、１は石英るつぼ、４は溶融シリコン、
５はシリコン単結晶、６はヒータ、ｌｌは仕切り部材、
１２は仕切り部材１１に設けられた小孔で、１６はシリ
コンの粒状原料である。Ａは単結晶引上げ部、Ｂは原料
供給部である。

この連続供給Ｃ２法の優れた点は、引上げられるシリコ
ン単結晶５に見合った量のシリコンの粒状原料１６を連
続的に供給するため、石英るつぼ１中の融液量を常に一
定に保つことができ、石英るつぼ１から溶解する酸素量
も常に一定であるということにある。従って、引上げら
れるシリコン単結晶５の長手方向の酸素濃度はどの位置
においても同じに保つことができる。また、シリコン単
結晶中のドーパント濃度においても、引上げられるシリ
コン単結晶５中に取り込まれるドーパント量に見合った
量をシリコン融液中に連続的に添加すれば、単結晶中の
長手方向において一定に保つことができ、従来のチョク
ラルスキー法（以下ＣＺ法と略す）に比べて高品質、高
歩留りのシリコン単結晶を製造することができる。

［発明が解決しようとする課題］ 以上のように、第５図に示した基本構成の連続供給ＣＺ
法は、従来のＣＺ法に比べて優れている。

特に長手方向に亘って同じ酸素濃度のシリコン単結晶が
製造できることは画期的である。

しかしながら、連続供給Ｃ２法では、単結晶の長手方向
の酸素濃度を一定に保つことができるものの、その酸素
濃度レベルが、従来のＣ２法で得られる単結晶中の酸素
濃度レベルよりもかなり高く、それを下げるのが困難で
あるといった問題がある。

シリコン中の酸素濃度は、ＩＣの品質やデバイス工程で
のハンドリング性を決める重要な要素であり、少なくと
も従来のＣ２法で得られる酸素濃度レベルまで低減させ
る必要があるが、現在のところ、そのような酸素濃度の
低減化技術はまだ提案されていない。

連続供給ＣＺ法において、単結晶中の酸素濃度が高くな
るのはつぎの理由に依るものである。連結供給する粒状
原料を加熱、溶解するための原料溶解部を余分に持つた
め、炉体は大きく、るつぼ上方の開孔部は広くなる。こ
のため、単結晶中の酸素濃度に直接関係する単結晶引上
げ部領域の融液面からの放散熱量はＣ２法と比較して多
くなるので、溶融シリコンへの主熱供給源である石英る
つぼの温度は高くならざるを得ない。溶融シリコン中の
酸素量は、融液面からの酸素の蒸発量と酸素の供給源で
ある石英るつぼの溶解量でおおよそ決まる。石英るつぼ
は高温はどシリコン融液に溶は易く、このために、石英
るつぼの溶解量がＣＺ法よりも多くなり、溶融シリコン
液中の酸素濃度レベルが高くなる。

従って、引上げられるシリコン単結晶は長手方向に渡っ
て一定ではあるが、酸素濃度レベルが高いものとなって
しまうのが現状である。

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたもの
で、連続供給ＣＺ法において、その特徴を生かしつつシ
リコン単結晶の長手方向の酸素濃度レベルを低減すべく
、溶融シリコン液中の酸素量を低減することを可能にし
たシリコン単結晶の製造方法及びその装置を得ることを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係るシリコン単結晶の製造方法は、溶融シリコ
ン液面からの放散熱量を制御することにより、溶融シリ
コン液中の酸素量を抑制する。

また、本発明に係るシリコン単結晶の製造装置は、上記
の製造方法を実施するために、溶融シリコン液面上方に
、その液面からの放散熱量を調節する放散熱抑制部材を
設置している。この放散熱抑制部材としては以下の態様
が挙げられる。

（ａ）放散熱抑制部材は繊維状耐火物から構成され、そ
の耐火物量を調節することにより放散熱抑制度合を調整
する。そして、繊維状耐火物を金属板で被覆する。

（ｂ）放散熱抑制部材は間隙を持った多層金属板から構
成され、その金属板の枚数を調節することにより放散熱
抑制度合を調整する。

（ｃ）放散熱抑制部材は電気抵抗発熱体から構成され、
通電量を抑制することにより放散熱抑制度合を制御する
。

［作　用］ 本発明においては、放散熱抑制部材により溶融シリコン
液面からの放散熱量が抑制され、その結果溶融液中の酸
素量も抑制され、引上げられるシリコン単結晶中の酸素
濃度が低減する。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を模式的に示した断面図であ
る。図において、１は石英るつぼで、黒鉛るつぼ２の中
にセットされており、黒鉛るつぼ２はベデイスタル３上
に上下動及び回転可能に支持されている。４はるつぼ１
内に入れられた溶融シリコンで、これから柱状に育成さ
れた単結晶５が引上げられる。６は黒鉛るつぼ２をとり
囲むヒータ、７はこのヒータ６をとり囲むホットゾーン
断熱材で、これらはチャンバー８内に収容されている。

１１は高純度の石英からなり、るつぼ１と同心的に構成
された仕切り部材で、高さ方向のは？中央部から下の領
域には、微少小孔１２が貫設されている。従って、仕切
り部材１１の外側の溶融液は微少小孔１２を介してのみ
静かに内側に移動できるため、原料溶解部Ａと結晶引上
げ部Ｂとを十分に仕切ることができる。

９はチャンバー８に、仕切り部材１１の外側の溶融液面
に対応して設けた開口部で、この開口部９には粒状原料
の供給装置１３が挿入固定されており、供給装置１３の
先端部は仕切り部材１１の外側の溶融液面と対向してい
る。この供給装置１３はチャンバー８の外部に設けた原
料供給チャンバー（図示せず）に連結されており、粒状
原料を連続的に溶融液表面上に供給する。以上は連続供
給ＣＺ法の装置と基本的には同じである。

１４は放散熱抑制部材で、熱伝導率の小さい繊維状耐火
物を使用している。放散熱抑制部材１４の外周部は石英
ガラス板（図示せず）を介してホットゾーン断熱材７に
支持され、溶融シリコン４を覆うよう°にセットされて
いる。１５は粒状原料１６の供給路に設けた穴、１７は
単結晶引上げに支障のないように設けた円形状の切欠部
である。

上記のように構成された製造装置において、放散熱抑制
部材１４は断熱部材としての峨能を果たし、その厚みあ
るいは切欠部１７の面積を調整することにより、溶融シ
リコン４の液面からの放散熱量を任意に抑制制御するこ
とができる。また、原料溶解部Ｂの溶融シリコン及び石
英仕切り部材１１に対しても保熱効果があり、ヒータ６
の温度を下げても、粒状原料１Ｂの未溶解あるいは仕切
り部材１１からの凝固発生といった単結晶５の引上げに
支障となる問題が起らないことが確認された。

放散熱抑制部材１４により溶融シリコン４からの放散熱
量を抑制すると、ヒータ６の温度を下げることができる
。従って、ヒータ６に囲まれている石英るつぼ１の温度
は低下し、溶融シリコン中への石英るつぼの溶解量が減
少するので、溶融シリコン中の酸素量を下げることがで
きる。すなわち、引上げられるシリコン単結晶中の酸素
濃度は放散熱抑制部材１４の放散熱量の抑制度合を制御
することにより、従来の連続供給ＣＺ法では得られなか
ったような低濃度レベルまで制御できるようになった。

第２図（Ａ）（Ｂ）は放散熱抑制部材の実施例を示した
もので、同図（Ａ）は同図（Ｂ）のＡ−Ａ断面図、同図
（Ｂ）は平面図である。この実施例の放散熱抑制部材１
４は繊維状耐火物２０を金属板２１で囲ったものである
。放散熱抑制部材１４は溶融シリコン４の液面上方に設
置するため汚染源になってはいけない。繊維状耐火物２
０は長時間使用中に剥離することも考えられるので、本
実施例のように金属板２１で被覆し汚染防止を配慮して
おく方がより良い。

金属板２１は、耐熱性、耐化学反応性及び高温強度性を
考え、使用環境に合ったものでなくてはならない。本実
施例では、金属板２１に厚さ０．５關のモリブデンを使
用した。ただし、モリブデンはカーボンと高温で接する
と炭化物を作り易いので、石英ガラス板（図示せず）を
介してホットゾーン断熱材（カーボン製）７の上に設置
する。

また、繊維状耐火物２０には、熱伝導率の非常に小さい
アルミナを主体とした材料を使用し、モリブデンとの反
応を防止した。

第３図（Ａ）（Ｂ）は放散熱抑制部材の他の実施例を示
したものであり、同図（Ａ）は同図（Ｂ）のＡ−Ａ断面
図、同図（Ｂ）は平面図である。この実施例の放散熱抑
制部材１４は金属板２２を多層構造にしたものであり、
断熱効果を高めるために各金属板２２が接触しないよう
にスペーサ２３を介在させている。金属板２２にはモリ
ブデンを使用し、ホットゾーン断熱材７との間に石英ガ
ラス板（図示せず）を介して設置する。

第４図は（Ａ）（Ｂ）は放散熱抑制部材の他の実施例を
示したもので、同図（Ａ）は同図（Ｂ）のＡ−Ａ断面図
、同図（Ｂ）は平面図である。この実施例は放散熱抑制
部材１４に電気抵抗発熱体２４を使用したものである。

この実施例では、シリコン融液４からの放散熱量を抑制
制御するために発熱体２４の温度を、端子２５．２５か
らの通電量を制御することにより調整した。前述の繊維
状耐火物２゜を放散熱抑制部材１４として使用する場合
に比べ微細な放散熱量制御、すなわち単結晶中の酸素濃
度制御が可能であった。なお、この放散熱抑制部材１４
は端子２５及び支持部２Ｂにより上方がら固定し、ホッ
トゾーン断熱材７に接触しないように取り付けられて設
置される。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、溶融
シリコン液面がらの放散熱量を抑制することにより、シ
リコン溶融液中の酸素量を調整できるように構成したの
で、連続供給ｃｚ法において低酸素濃度レベルのシリコ
ン単結晶の製造が可能になり、実施による効果は大であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を模式的に示した縦断面図、
第２図（Ａ）（Ｂ）は放散熱抑制部材のの実施例の断面
図及び平面図、第３図（Ａ）（Ｂ）はは放散熱抑制部材
の他の実施例の断面図及び平面図、第４図は（Ａ）（Ｂ
）は放散熱抑制部材のの他の実施例の断面図及び平面図
、第５図は従来の連続供給ＣＺ法の概略図である。 に石英るつぼ、２：黒鉛るつぼ、４：溶融シリコン、５
：単結晶、６：ヒータ、８：チャンバ、ｌｌ：石英仕切
り部材、Ｉ４：放散熱抑制部材、ｌＢ＝粒状原料。 代理人　弁理士　佐　々　木　宗　治 第１図 １４：歓散均午刊炸材 く」

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶融シリコンが入れられたるつぼを該溶融シリコ
   ンが静かに移動しうるように内側の単結晶育成部と外側
   の原料供給部とに仕切り、該原料供給部にシリコン原料
   を連続的に供給しながら前記単結晶育成部から溶融シリ
   コンを引き上げてシリコン単結晶を製造する方法におい
   て、 前記溶融シリコン液面からの放散熱量を制御することに
   より、シリコン溶融液中の酸素量を抑制することを特徴
   とするシリコン単結晶の製造方法。
2. （２）溶融シリコンが入れられたるつぼを該溶融シリコ
   ンが静かに移動しうるように内側の単結晶育成部と外側
   の原料供給部とに仕切り、該原料供給部にシリコン原料
   を連続的に供給しながら前記単結晶育成部から溶融シリ
   コンを引き上げてシリコン単結晶を製造する装置におい
   て、 前記溶融シリコン液面上方に、該融液面からの放散熱量
   を調節する放散熱抑制部材を設置したことを特徴とする
   シリコン単結晶の製造装置。
3. （３）放散熱抑制部材が繊維状耐火物からなっており、
   該耐火物量を調節することにより、放散熱抑制度合を調
   整することを特徴とする請求項２記載のシリコン単結晶
   の製造装置。
4. （４）繊維状耐火物を金属板で被覆したことを特徴とす
   る請求項３記載のシリコン単結晶の製造装置。
5. （５）放散熱抑制部材が間隙を持った多層金属板からな
   っており、該金属板の枚数を調節することにより、放散
   熱抑制度合を調整することを特徴とする請求項２記載の
   シリコン単結晶の製造装置。
6. （６）放散熱抑制部材が電気抵抗発熱体からなっており
   、通電量を抑制することにより放散熱抑制度合を制御す
   ることを特徴とする請求項２記載のシリコン単結晶の製
   造装置。