JPH04357190A - 単結晶製造装置 - 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】

【０００１】〔発明の目的〕

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体単結晶製造装置
に係り、特に高純度で均質な半導体単結晶を製造する半
導体単結晶製造技術に関する。

【０００３】

【従来の技術】半導体単結晶の育成には、るつぼ内の原
料融液から円柱状の結晶を育成するＣＺ（チョクラルス
キー引上げ）法が用いられている。育成される単結晶に
は極めて高純度のものが要求されるが、引上げ中に凝縮
した一酸化ケイ素凝縮物からなる塊状物がるつぼ内融液
中に落下し、引上げ単結晶中に不純物として取り込まれ
たり、また単結晶化が阻害されたりするという問題があ
った。

【０００４】そこで、このような問題を解決するため、
るつぼの縁から内側に平たい環状リムを突出させるとと
もに、この環状リムに、円筒形状または円錐状に先細り
となるようにカバーを取り付け、さらに反応炉内に不活
性ガスを流速および圧力を適当に調節することによって
、引上げ中に凝縮した凝縮物または塊状物が融液中に落
ち込むのを防止するという方法が提案されている（特公
昭５７−４０１１９号または特公昭５８−１０８０）。

【０００５】しかしながらこのような構造では、カバー
の外側すなわち低温部側には、引上げ中に凝縮した一酸
化ケイ素凝縮物または塊状物が付着し、これが融液中に
落下する。そして融液中に落下した凝縮物は成長するケ
イ素単結晶中に結晶欠陥を生ずる原因となっていた。

【０００６】さらに、本発明者らは種々の実験の結果、
このように引上げ単結晶中に不純物として取り込まれ、
多結晶化の原因になる物質として、一酸化ケイ素凝縮物
以外にも、金属、金属酸化物等があることを発見した。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の構造
では、カバーの外側すなわち低温部側には、引上げ中に
凝縮した一酸化ケイ素凝縮物または塊状物あるいは金属
、金属酸化物等が付着し、これが融液中に落下し、成長
するケイ素単結晶中に結晶欠陥を発生させる原因となっ
ていた。

【０００８】本発明は、前記実情に鑑みてなされたもの
で、不純物が成長するケイ素単結晶中に取り込まれるの
を防止し、結晶欠陥が少なく信頼性の高い半導体単結晶
を得ることのできる半導体単結晶製造装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】〔発明の構成〕

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで本発明では、半導
体単結晶製造装置において単結晶引上げ装置内のヒータ
とるつぼ上方の全面を覆い、単結晶引上げ領域の固液界
面付近にまで下降、縮径して、引上げ領域の前記単結晶
との間に開口部を構成し、この開口部を残して前記単結
晶製造装置内の気相部を２分する隔離板と、この隔離板
の内部（下方）にあって、るつぼの上方を蓋状に覆うよ
うに配設され、複数の小孔を有する下方板とを配設しこ
の隔離板と単結晶との間に不活性ガスを流し、下方板に
設けた小孔を介して排出せしめるようにしている。

【００１１】また本発明の第２では、引上げ単結晶の周
囲を囲み、下方程縮径した内円筒と、内円筒上端に連設
され、るつぼとヒータ上方全面を覆う上方板と、上方板
の外周にとり付けられる外円筒とからなる隔離板と、こ
の隔離板の内部（下方）にあって、るつぼの原料融液を
蓋状に覆い、複数の小孔を有する下方板とを設け、引上
げ方向から原料融液方向にむけて、この隔離板と単結晶
との間に不活性ガスを流すようにしている。

【００１２】望ましくは、この円筒の単結晶との間隔は
、２０ｍｍとし、円筒の下端部では１０ｍｍ程度となる
ように縮径している。

【００１３】さらに、望ましくはこの小孔には上方に向
かって縮径し先端が解放となっている円錐状または円錐
台状の筒をとりつけるようにしてもよい。

【００１４】

【作用】上記構成によれば、引上げ中の単結晶のまわり
に所定の間隔を隔て、複数の小孔の配設された板状体を
有しているため、蒸発物が凝結して原料融液中に落下す
るのを防止することができる。

【００１５】一方、この円筒の下端部を縮径し、引上げ
中の単結晶との間隔が小さくなるようにしているため、
一方で、引上げ中の単結晶と溶解ケイ素の境界領域で不
活性ガスの流速が上昇し、わずかに原料融液中に不純物
が含まれていたとしても引上げ時にガス状不純物が単結
晶に付着するのは防止される。

【００１６】また、この円筒と単結晶との隙間は、融液
から引き上げられたばかりの高温の単結晶から輻射熱が
効率よく除去されるのに必要であり、この隙間の下限値
として２０ｍｍ程度は必要である。

【００１７】また、上方に向かって縮径し先端が解放と
なっている円錐状または円錐台状の筒を小孔にとりつけ
ることにより、生成した凝縮物が融液中に落下するのを
防ぐことができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。

【００１９】実施例１ 本発明の第１の実施例の単結晶製造装置は、図１および
図２に示すように（図１は断面図、図２は下方板の斜視
図である）、単結晶製造装置本体１００と、この内部に
設けられた原料融液部２００と、引上げ部３００とから
構成されている。そして、引上げ部３００のまわりを囲
み、下端で引上げ単結晶１との間が１０ｍｍ程度となる
ような縮径部２を有する円筒状の内円筒３と、内円筒３
の上端に連設され、引上げ部３００の近傍から石英るつ
ぼ５の縁を越え、ヒータ８と製造装置１００との間に達
して上方を覆う上方板４と、上方板４の外縁に連設され
て下降し、ヒータ８を囲み、製造装置本体１００の底部
（図示せず）で支えられた外円筒３０とからなる隔離板
５０と、隔離板５０の内部（下方）に、石英るつぼ５の
上面に蓋をするように形成され、小孔６を有する下方板
７とを具備している。

【００２０】そして隔離板５０の縮径部２は、融液との
境界部近傍で急激に間隔が小さく（ｌ２　）なるように
構成されている。そしてさらに、この下方板７は、小孔
６それぞれに上方に向かって縮径し先端が解放状態であ
る円錐状または円錐台状の小筒６ｓを配設しており、生
成した凝縮物が融液中に落下するのを防ぐ構造になって
いる。なお、隔離板３と単結晶１との間隔は上部でｌ１
　＝２０ｍｍ、下端でｌ２＝１０ｍｍとした。さらに下
方板７の側方にも側方孔７ｈが形成されている。

【００２１】また、石英るつぼ５と上方板４との間には
ヒータ８が配設され石英るつぼの温度を所定の値に保持
するようになっている。

【００２２】そしてこの隔離板５０の上方からは、単結
晶製造装置本体１００の上方に配設された供給口Ｏ１　
を介してアルゴンガスが供給され、下方に配設された排
気口（図示せず）を介して排気される。

【００２３】従って、アルゴンガスは、隔離板の内円筒
３と引上げ単結晶１との間をとおって流れ、縮径部２で
急速に流速を増し、原料融液からの揮散物（酸化ケイ素
，金属酸化物）とともに、下方板７に設けられた小孔６
から流出し、ヒータ８および外円筒３０の内側に沿って
流れ、最終的に系外へと排気される。

【００２４】さらに、単結晶製造装置内に発生する凝縮
物は、この下方板７と上方板４との間を通って流出され
るが、この下方板７は、各小孔６に連設された小筒６ｓ
を有しているため、上方板４の内壁に付着したとしても
、上方に向かって縮径し先端が解放となっている円錐状
または円錐台状の小筒６ｓの存在により原料融液中に落
下することはほとんどない。

【００２５】これら下方板７、隔離板５０は、石英、カ
ーボン等熱的に安定な材料で構成される。

【００２６】また、原料融液部２００は、ヒータ８内に
、ペディスタル（るつぼ支持台）９に装着されたるつぼ
受け１０に支持された黒鉛るつぼ１１内にさらに石英る
つぼ５を装着し、この石英るつぼ５内部でシリコン原料
を溶融せしめ原料融液として保持するようになっている
。

【００２７】さらに、引上げ部３００はこの原料融液内
に種結晶を浸漬し所定の速度で引き上げることにより単
結晶１を育成するようになっている。

【００２８】次に、この図１の単結晶製造装置を用いて
シリコン単結晶の育成を行う方法について説明する。

【００２９】まず、排気口を真空排気し、原料融液部２
００を減圧状態とする。

【００３０】そして、石英るつぼ５内を加熱するための
ヒータ８をオンし、原料融液を得ると共に、この原料融
液内に種結晶を浸漬し、引上げ部３００によって所定の
速度で引き上げることにより単結晶１を育成する。

【００３１】単結晶育成時の条件は、石英るつぼ４の直
径１６インチ、石英るつぼ３内の融液量１５ｋｇ、育成
単結晶１の直径４インチ、抵抗率（リンド―プ）１５Ω
・ｃｍ、引上げ速度１ｍｍ／ｍｉｎ．である。

【００３２】このように本発明の装置によれば、隔離板
５０および下方板７を具備した構成をとることにより、
装置内に導入される不活性ガスの流れが、固液界面近傍
（引上げ中の単結晶と融液との境界近傍）で最大となる
ことから、融液面からの揮散物が速やかに運び去られ、
引上げ時に単結晶中に不純物が取り込まれるのを防ぐこ
とができる。

【００３３】また、融液上方に設けられた下方板７は、
不活性ガスにより融液面上から除去された凝縮物の逆流
を防止する。

【００３４】そしてさらに、上述したように、小孔６に
は小筒６ｓが設けられているため、生成した凝縮物が落
下しても融液中に戻る確率が大幅に低減される。

【００３５】従って、通常のＣＺ法では、不純物が混入
していたのに対して、本発明を用いて育成した単結晶で
は不純物の混入が大幅に低減される。

【００３６】なお、本発明の装置において、融液近傍の
部品の材質としては石英、カ―ボンが望ましいが、特に
融液に触れる部分については高純度の石英にするのが望
ましい。

【００３７】なお前記実施例では小さい孔を弧をなすよ
うに配列したが、図３に変形例を示すように断面円形の
孔を所定の密度で配列するようにしてもよい。また小孔
に取り付けられる小筒は省略しても良い。

【００３８】また前記実施例では、隔離板５０の内円筒
３の下端部は、軸方向に対して垂直に縮径部が形成され
、固液界面近傍で単結晶との間隔が急激に小さくなって
いるが、図４に隔離板５１として示すように徐々に単結
晶との間隔が小さくなるテーパ形状としてもよい。

【００３９】さらに、本発明は前記実施例に限定される
ことなく、種々の応用例、例えば、シリコン以外の単結
晶の育成、磁場の印加や粒状原料の使用等においても適
用可能である。

【００４０】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、引上げ中の単結晶のまわりに所定の間隔を隔てて配
設され、下端部を縮径し、引上げ中の単結晶との間隔が
小さくなるようにした隔離板と、前記るつぼの原料融液
を覆うように所定の高さに配設され、複数の小孔を有す
る下方板とを具備しているため、引上げ中の単結晶と融
液との固液界面での不活性ガスの流速が上昇し、ガス状
不純物を速やかに融液面上より運び去り、しかも逆流を
防ぐことができ、育成中の単結晶にこれら不純物が付着
するのを防止し、高純度でかつ欠陥のない高品質の半導
体単結晶を効率よく得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の単結晶育成装置の説明
図。

【図２】同単結晶育成装置の下方板の斜視図。

【図３】本発明の下方板の変形例を示す図。

【図４】本発明の第２の実施例の単結晶育成装置を示す
図

【符号の説明】

１００　　単結晶製造装置本体 ２００　　原料融液部 ３００　　引上げ部 １　　引上げ単結晶 ２　　縮径部 ３　　内円筒 ４　　上方板 ５　　石英るつぼ ６　　小孔 ６Ｓ　　小孔 ７　　下方板 ８　　ヒータ ９　　ペディスタル（るつぼ支持台） １０　　るつぼ受け １１　　黒鉛るつぼ １３　　隔離板 ３０　　外円筒 ５０　　隔離板 ５１　　隔離板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　原料融液を充填したるつぼと、前記る
   つぼの周囲に配設され、るつぼ内の原料を溶融し原料融
   液を形成する加熱ヒ―タと、前記るつぼ内の溶融原料に
   種結晶を浸漬して単結晶を引上げる引上機構とを具備し
   た単結晶製造装置において、前記加熱ヒータおよびるつ
   ぼの上方を覆い、るつぼ中央に向かって下降し、固液界
   面近傍にまで達して下端部ほど縮径して、引上げ領域の
   前記単結晶との間に開口部を構成し、この開口部を残し
   て前記単結晶製造装置内の気相部を２分する隔離板と、
   この隔離板内の原料融液面から一定の高さに、石英るつ
   ぼの上方を蓋状に覆うように配設され、複数の小孔を有
   する下方板とを具備し、前記隔離板と前記単結晶との間
   に不活性ガスを流し、前記下方板に設けた小孔を介して
   排出せしめるようにしたことを特徴とする単結晶製造装
   置。
2. 【請求項２】　　前記小孔は、上方に向かって縮径し先
   端が解放となっている円錐状または円錐台状の筒を有し
   ていることを特徴とする請求項１に記載の単結晶製造装
   置。
3. 【請求項３】　　原料融液を充填したるつぼと、前記る
   つぼの周囲に配設され、るつぼ内の原料を溶融し原料融
   液を形成する加熱ヒ―タと、前記るつぼ内の溶融原料に
   種結晶を浸漬して単結晶を引上げる引上機構とを具備し
   た単結晶製造装置において、引上げ領域の前記単結晶の
   まわりに所定の間隔を隔てて配設され、下端部を縮径し
   、前記単結晶との間隔が小さくなるようにした内円筒と
   、前記るつぼと加熱ヒータ上方を覆う上方板と、前記上
   方板の外周に設置された外円筒とからなる隔離板と、前
   記るつぼの原料融液を覆うように前記上方板の所定の高
   さに配設され、複数の小孔を有する下方板とを具備し、
   この円筒と単結晶との間に不活性ガスを流し、前記小孔
   を介して排出せしめるようにしたことを特徴とする単結
   晶製造装置。