JPH0283295A

JPH0283295A - 単結晶引上げ装置

Info

Publication number: JPH0283295A
Application number: JP23358888A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Yamato; 充博大和; Chihiro Nishikawa; 千尋西川; Ryuichi Tsuji; 辻　隆一; Junichi Osanai; 淳一小山内
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1988-09-20
Filing date: 1988-09-20
Publication date: 1990-03-23
Anticipated expiration: 2011-03-13
Also published as: JPH0825835B2

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】 −十の１この発明は、二重ルツボを用いる半導体単結晶引上げ装
置の改良に関する。

更土立韮」〜二重ルツボを用いた従来の半導体単結晶引上げ！ＮＦ！
では、内側ルツボは不透明石英ガラスで構成しである。

また、外側ルツボも通常の引上げルツボ（−重ルツボ）
と同じ材質（純度）の石英を用いている。

が　　しようとする二重ルツボを用いた従来の単結晶引上げ装置の問題点と
して以下の事項がある。

１）　内側ルツボの径方向の温度勾配が小さくなるため
、単結晶が成長しずらくなる。

２）　外ルツボ内の融液温度が通常引上げ（−重ルツボ
）の場合より高くなるため、外ルツボからの不純物の溶
解量が通常引上げの場合より多く、得られる半導体単結
晶の抵抗にバラツキが生じてしまう。

１」！１目頭前述した従来技術の問題点に鑑み、より高品質の半導体
単結晶を効率よく引上げることがでさる半導体単結晶引
上げ装置を提供することが本発明の目的である。１１１丸１１前述の目的を達成するために、このざｔ明は請求項１に
記載の半導体単結晶用−ヒげ装置を要旨としている。

を　゛　るための本発明の単結晶引上げ装置は、内ルツボと外ルツボから
なる２重ルツボを備え、ＭＣＺ法により半導体単結晶の
引上げを行う単結晶用」−げ装置において、内ルツボ、
外ルツボを以下のように構成することを特徴とする。

内ルツボの構成について述べる。

内ルツボは嵩体積が２　Ｘ　１０−３ｃｍ３／ｃｍ３　
／ｃｍ３以下の透明な石英ガラスで構成する。嵩体積が
２　Ｘ　１０−３ｃｍ３　／ｃｍ３を超える場合ニハ熱
の伝達効率が悪くなる。また、泡（空気）があると泡の
膨張のために内ルツボ自体がふくれてしまう。この場合
、液面の位置が安定せず引上げ中の単結晶に悪影響を与
える。また最悪の場合にはルツボが割れることもあり、
石英片が融液中に入り、石英片が単結晶成長界面に付着
して、それが種となり、多結晶となってしまう。

次に外ルツボの構成について述べる。

外ルツボは、Ｎａ、に、Ｌｉのアルカリ金属含有量がそ
れぞれ０．２ｐｐｍ以下、Ｃｕの含有量が０．０２ｐｐ
ｍ以下、またＡｌの含有量がｉ　ｐｐｍ以下であり、か
つ１４５０℃における粘性が１０１０ボイス以上、１２
００℃における電気抵抗が１．４Ｘ１０７Ω・ｍ以上で
ある石英ガラスで構成する。

外ルツボを構成する石英ガラスルツボにおイテ、Ｎａ、
ｌｉ、に、Ｃ１及びＡｉｌの含有量を上記数値以下に限
定したのは、これらの数値を越えると、引上げられるシ
リコン単結晶中のアルカリ金属及び銅の含有量が多くな
り、ライフタイムの低下などの問題が生じ、超ＬＳＩの
製造に使用される高品質のシリコン単結晶を製造できな
くなるためである。

また、高抵抗の結晶を得るためにＡ９の含有量はｉ　ｐ
ｐｍ以下にする。それ以上Ａｌｌが混入すると、結晶の
抵抗率を低下させ、高抵抗率を１９ることができない問
題が生じる。

また、１４５０℃における粘性を上記数値以上に限定し
たのは、この数値未満では引上げ時に変形し易くなるう
えに石英ガラスルツボの浸油量も多くなり、やはり高品
質のシリコン単結晶を製造できなくなるためである。

更に、１２００’Ｃにおける電気抵抗を上記数値以上に
限定したのは、上記数値未満では溶融シリコンに磁場を
印加して引上げを行う場合（いわゆるＭＣＺ法）におい
て、アルカリ金属等の移動を起こしたり、溶融シリコン
の対流を起こし易くするためである。

本発明の単結晶引上げ装置は内ルツボ、外ルツボの一方
又は両方を前述の構成にすることにより、高抵抗、低［
Ｏｉ　］品の結晶育成を行うのに適゛ｆる。

また超ＬＳＩ用の結晶育成にも最適である。

なお、低［０１］品とは結晶中のｌｌｉ！！素濃度［Ｏ
ｉ　］−１２Ｘ１０”ａｍ−３（換算係数はＡＳ王ＭＦ
１２１−７９を使用）以下のものである。

支１１以下図面を参照して本発明による単結晶引上げ装置の実
施例について説明する。

単結晶引上げ装置１０は磁石１１を有している。磁石１
１は静磁場を形成する。その静磁場の中で、シリコン等
の半導体の単結晶を引上げる。磁石１１としては、超電
導マグネットを用いることも可能である。磁場の方向は
横磁場、縦磁場のいずれでもよい。

磁石１１の内側には減圧容器２７が設けである。減圧容
器２７には、容器室内２８を所定雰囲気に設定するため
のポンプ系が接続しであるが、図面では省略している。

減圧容器２７の中央部には、内ルツボ２２と外ルツボ２
１からなる２重ルツボが設けである。

ルツボの回りには、半導体材料（例えばシリコン２３）
を加熱するためのヒータ２４が設けである。

ヒータ２４の外側には断熱８２９が設置しである。

内ルツボと外ルツボからなる二重ルツボについて詳しく
述べる。

初めに、外ルツボについて述べる。

まず、天然水晶を粉砕して５０〜８０＃に調整して、浮
遊選鉱法により精製しに０この精製粉をアーク回転溶融
で成形し、石英ガラス製の外ルツボを製造した。次に、
１３００℃の炉内でこのルツボの上下に１０ＫＶの直流
を通電し、５分間以上電解し、アルカリ金属及び銅を移
動させた。このルツボの化学分析値は、Ｎａ　−０，Ｉ
　Ｄｐｍ　、　Ｋ＝０．２ｐｌ）ＩＩＩ　。

Ｌ＋　＝０．Ｏ５ｐｐｍ　、Ｃｕ−０，０２ｐｐｍ　。

Ａｌｌ　＝Ｏ，Ｑｐｐｍ　Ｔ”あった。粘性は１４５０
℃において１．２Ｘ１０１１ポイズであった。

また電気抵抗は１２００’Ｃにおいて１．４×１０７０
・ｃｍであった。

次に内ルツボについて述べる。

内ルツボとして透明な石英ガラスを用いた。

これは真空溶融品である。

この石英ガラスの泡体積は２　Ｘ　１０−３ｃｍ３　／
ｃ＋ｎ３であった。さらに、高温での泡の膨れについて
は、１ｔｏｒｒ、　１６００℃で５時間加熱後に膨れ率
が５％以下であった。また、この石英ガラス５ｉ０２は
極めて高純度で、分析の結果、Ａｌを０．５ｐｐｍ以下
、Ｆｅを０゜５　ｐｐｍ以下、　Ｎａをｏ、ｏ５ｐｐｍ
５ｐｐＫを０、Ｏ４ｐｐｍ以下、Ｃ（１を０．０１１）
Ｅｌｌ１１以下。

Ｂを０．０３０ｐｍ以下それぞれ含んでいた。

内ルツボの下部には、例えば直径５ｍｍ、長さ１５０ｎ
＋ｍの管を設置し、内ルツボと外ルツボを連絡する。し
かし、図面では簡単のために図示していない。

２重ルツボの上方には単結晶つり上げ装置２５が設けで
ある。また、２重ルツボの下方にはルツボ回転支持装置
２６が設置されている。

第１図は例として、単結晶シリコン２３′が単結晶つり
上げ装置２５によってつり上げられている状態を模式的
に示している。

次に、本発明の単結晶引上げ装置を用いて単結晶シリコ
ンを製造した実験例について述べる。

第１図に示した単結晶引上げ装置の内ルツボ及び外ルツ
ボに２０に９〜２５ｋａのｐｏｌｙシリコンをチャージ
し、横磁界の静磁場をかけ、方位（１１１）で５インチ
の結晶を引上げた。

なお、ルツボの回転は０．１〜０．５ｒｐｍ以下とし、
抵抗率はリンドープの１００Ωｃｍを狙った。

第２図に示した熱電対Ａ、Ｂの位置においてシリコン単
結晶引上げ時の外ルツボ内の温度と内ルツボ内壁付近の
温度を測定した。融液の温度はシードづけの温度に固定
した。

比較例として、従来の二重ルツボを用いて、前述の実験
例と同じ条件でシリコン単結晶を引上げた。

実験例と比較例の単結晶引上げ装置におけるルツボ内の
温度測定の結果を第１表に示す。

また、実験例と比較例の単結晶引上げ装置により引上げ
たシリコン単結晶の特性を第２表に小す。

第１表より、従来の二重ルツボでは、ルツボ中心部の温
度１４１０℃対して内ルツボ内壁の温度が１４１１℃で
あり、両方の温度差がほとんどなく、結晶の成長が困難
であった。

これに対し、本発明による実験例では内ルツボ内壁の温
度が１４１８℃であり結晶成長が良好に行われた。

第２表によれば、本発明の実験例では比較例にくらべて
、ＤＦ率が大きく、引（−速度も大きい。また、酸素濃
度［Ｏｉ　］が小さい。

さらに、抵抗収率が大きいことがわかる。なお、ＤＦ率
とはチャージ量に対し、良品（無転位）重量の比率であ
る（　Ｄ　１ｓｌｏｃａｔｉｏｎ　　Ｆｒｅｅ　）。

二重ルツボ法において、結晶成長が１回で成功すれば、
抵抗収率は向上する。また、半導体単結晶の高品質化の
ためには引上速度を大きくすることが必要である。以上
の点がらも本発明による単結晶引上げ装置は、高品質、
高歩留の半導体（Ｓｉなど）結晶の成長に有効であるこ
とがわかる。

本発明による単結晶引上げ装置に、リチャージ技術を適
用することにより、チャージ量の増加、コスト低減、サ
イクルアップの向上のために有効な技術となる。

本発明の単結晶引上げ装置によれば、内ルツボのルツボ
壁が透明であり、ヒータがらの熱が内ルツボ内面に達し
易く、内ルツボ内面が過冷却になることを防止できる。

このため、単結晶引上げを効率よく行える。

また本発明の単結晶引上げ装置によれば、外ルツボから
の不純物の混入が少なくなるため、高抵抗のウェーハの
抵抗のキバラツキを少なくでき、再現性を高めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による単結晶引上げ装置の実施例を示す
概念図、第２図は第１図の装置にのルツボおいて熱電対
をセットする位置を示した図である。１０・・・単結晶引上げ装置２９・・・断熱材２１・・・外ルツボ２２・・・内ルツボ２３・・・溶融シリコン２３−・・・単結晶シリコン２４・・・ヒータ２５・・・単結晶つり上げ装置２６・・・ルツボ回転支持装置２７・・・減圧容器２８・・・容器室内第表弔図

Claims

【特許請求の範囲】内ルツボと外ルツボからなる２重ルツボを備え、ＭＣＺ法により半導体単結晶の引上げを行う単結
晶引上げ装置装置において、内ルツボを泡体積が２×１
０＾−＾３ｃｍ＾３／ｃｍ＾３以下の透明な石英ガラス
で構成し、外ルツボをＮａ、Ｋ、Ｌｉのアルカリ金属含
有量がそれぞれ０．２ｐｐｍ以下、Ｃｕの含有量が０．
０２ｐｐｍ以下、Ａｌの含有量が１ｐｐｍ以下であり、
かつ１４５０℃における粘性が１０＾１＾０ポイズ以上
、１２００℃における電気抵抗が１．４×１０＾７Ω・
ｍ以上である石英ガラスで構成することを特徴とする単
結晶引上げ装置。