JPH0616491A - シリコン単結晶引上げ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリコン単結晶引上げ装置内の黒鉛製部品に
ＳｉＯ起因物質が析出するのを防止して黒鉛部品の劣化
を防止し、引上げ装置の使用継続期間を大幅に延ばすこ
とができ、装置の解体・再組立が簡略化できる装置を提
供する。 【構成】 チョクラルスキー法により不活性ガス雰囲気
中でシリコン単結晶を引上げる装置であって、シリコン
溶融体２を収容するルツボ１と、ルツボ１の外周に設け
られたヒーター３と、ルツボ１を収納する引上げ室６を
形成する外装体１４と、引上げ室６の上方に設けられた
不活性ガス導入部１５と、前記不活性ガス導入部１５か
ら離隔しかつ引上げ室６上方の位置に設けられた不活性
ガス排気部１６とを有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリコン単結晶引上げ
装置に関し、より詳しくは、長期間に亘る引上げ操業に
よっても引上げ装置内において汚染がきらわれる部材へ
の不要物質の析出をなくし、該部材を使用可能な期間を
延長させ、清掃・解体作業が簡略できるシリコン単結晶
引上げ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子は、高純度シリコン単結晶棒
より得られる基板から作られることは良く知られてい
る。高純度単結晶棒は、ダイヤモンド刃により、スライ
シングされ、さらにはラッピング、化学薬品によるエッ
チング、次いで鏡面仕上げ加工を経て、例えば、半導体
集積回路等の始発材料基板として使われる。

【０００３】近年、半導体技術の進歩に伴って、ドーパ
ント濃度、ドーパント以外の不純物の濃度、格子欠陥密
度等をより精密に制御する必要性が増大し、それに伴
い、半導体単結晶引上げ装置も上記精密な制御が可能で
あるとともに、そのような精密制御を長期に亘って行な
え、清掃・解体等の作業ができるだけ少ないものが要求
されるようになってきている。

【０００４】従来より、シリコン単結晶の引上げにはチ
ョクラルスキー法が採用されており、その一例を図２に
示す。図２において、１はシリコン溶融体２を収容する
ルツボであり、３はルツボ１の外周に設けられたヒータ
ー、４はヒーター３の外周に設けられた断熱シールド、
５は引上げられつつあるシリコン単結晶である。

【０００５】チョクラルスキー法によりシリコン単結晶
を製造する際、ルツボ１として石英製のルツボが用いら
れるため、石英製のルツボからシリコン溶融体中に酸素
が溶解し、それがシリコン単結晶中に取込まれることが
知られている。これは、石英ルツボ中に収容されたシリ
コン溶融体の熱対流や引上げ中のルツボの回転により生
じる強制対流により、シリコン溶融体が石英ルツボに作
用し、石英ルツボを形成するＳｉＯ₂ とＳｉとの反応を
起こし、この反応によりＳｉＯが発生し、このＳｉＯが
一旦溶融体中に取り込まれ、ＳｉＯの大部分が溶融体表
面より蒸発し、残分がシリコン単結晶中に取り込まれる
ことにより生じるものである。

【０００６】このＳｉＯは、生成するシリコン単結晶中
の格子間酸素濃度を引き上げ、ある場合は欠陥の原因と
なり、他の場合はゲッター効果を発現することとなるた
め、結晶中に取り込まれる酸素濃度は高精度でコントロ
ールされる必要性がある。

【０００７】そこで、引上げ室６を完全密閉系とすると
シリコン溶融体から蒸発したＳｉＯは、シリコン溶融体
中に再融解するし、また、引上げ室６内のＳｉＯ濃度が
刻々と変化するため、一定酸素濃度の単結晶を引上げる
ことは困難になる。そのため、引上げ室６内に不活性ガ
ス７を導入し、引上げ室６内のＳｉＯを同伴させて流出
させ、引上げ室６内のＳｉＯ濃度を定常状態にすること
が行なわれている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図２に示す
従来のシリコン単結晶引上げ装置においては、引上げ室
６の上方から不活性ガス７を流し、シリコン溶融体２表
面に接融させた後は、ルツボ１とヒーター３との間に形
成された間隙９ａ、ヒーター３と断熱シールド４との間
に形成された間隙９ｂを通り、排気孔１０、バルブ１１
を経て真空ポンプ１２により系外に放出され、この際、
ヒーター３、断熱シールド４の表面にＳｉＯに起因する
析出物が多量に付着することとなる。

【０００９】ここで、ヒーター３や断熱シールド４は、
黒鉛製であり、ＳｉＯ起因物質の析出により劣化した
り、あるいは操業終了後の析出物除去作業を行なわなけ
ればならなかったりし、その場合、引上げ装置の解体・
再組立を行なわねばならず、そのために多くの人手と時
間を要するという問題があった。

【００１０】本発明は、上記の点を解決しようとするも
ので、その目的は、黒鉛製の部品にＳｉＯ起因物質が析
出するのを防止して黒鉛部品のＳｉＯ起因物質の析出に
よる劣化を防止し、また、黒鉛部品からの析出物除去作
業をなくすか、あるいは極端に少なくすることができ、
さらには、黒鉛製部品の解体・再組立を行なわずに、操
業できる期間を大幅に延ばすことができ、また、黒鉛製
部品への析出物が少ないため、解体・再組立が簡略化さ
れ、大型化が可能になり、引上げ可能なシリコン単結晶
棒の径も大型化することができるシリコン単結晶の引上
げ装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のシリコン単結晶
引上げ装置は、チョクラルスキー法により不活性ガス雰
囲気中でシリコン単結晶を引上げる装置であって、シリ
コン溶融体を収容するルツボと、ルツボの外周に設けら
れたヒーターと、ルツボを収納する引上げ室を形成する
外装体と、引上げ室の上方に設けられた不活性ガス導入
部と、前記不活性ガス導入部から離隔しかつ引上げ室上
方の位置に設けられた不活性ガス排気部とを有すること
を特徴とする。

【００１２】次に、図面に従い、より詳細に本発明を説
明する。図１は本発明に係るシリコン単結晶引上げ装置
の概略の構成を示す説明図である。図１において、２は
シリコン溶融体、１はシリコン溶融体２を収容するルツ
ボ、３はルツボ１の外周に設けられたヒーター、６は引
上げ室、１４は引上げ室６を形成する外装体、１５は引
上げ室６内上方に設けられた不活性ガス導入部、１６は
前記不活性ガス導入部１５から離隔し、かつ引上げ室６
の上方の位置に設けられた不活性ガス排気部、４はヒー
ター３の外周に設けられた断熱シールドである。

【００１３】不活性ガス排気部１６は、排気孔２０と真
空ポンプ１２とバルブ１１により構成され、引上げ室６
内の気圧よりも僅かに低く目になるように、制御してあ
る。これにより引上げ室６から不活性ガス排気部１６へ
の気流が生じる。

【００１４】石英製のルツボ１に収容したシリコン溶融
体２に種結晶（図示せず）を浸漬し、ルツボ１と種結晶
を回転しつつ、種結晶にシリコンを析出させて結晶成長
を行う。ここで、ルツボ１内のシリコン溶融体２は、加
熱による温度差に基づく密度の偏りにより熱対流を生
じ、またルツボ１及びシリコン単結晶５の回転に伴う強
制対流も生じる。そして、これらの対流によりシリコン
溶融体２はルツボ１の壁面を摩擦し、石英製のルツボ１
を溶解して酸素を取り込む。ここで、引上げ室６内は１
００ｍｂａｒ以下の減圧にされ、かつ引上げ室の上方に
設けられた不活性ガス導入部からアルゴンガスのごとき
不活性ガス７が流される。

【００１５】シリコン溶融体２に取り込まれた酸素は、
ＳｉＯとなって蒸発する。引上げ室６上方から導入され
た不活性ガス７は、引上げ室６内のＳｉＯとともに不活
性ガス排気部１６から排出される。

【００１６】

【作用】引上げ室の上方に不活性ガス導入部が設けら
れ、前記不活性ガス導入部から離隔し、かつ引上げ室上
方の位置に設けられた不活性ガス排気部が設けられてい
るために、不活性ガス導入部から不活性ガス排気部に至
る不活性ガスの気流が引上げ室上方に形成され、かつ、
この気流は引上げ室内の汚染がきらわれる部材に接触す
るものではないので、ルツボ中のシリコン溶融体から発
生し、引上げ室上方に拡散してきたＳｉＯは上記気流に
伴われて、不活性ガス排気部より排出される。ここで、
ＳｉＯはシリコン溶融体より静かに蒸発し、しかも引上
げ室上方へ向かう経路の断面積は非常に大きいために、
ＳｉＯが引上げ室上方に行くまでに引上げ室内の部材表
面に衝突する確率は非常に小さく、よって、引上げ室内
の黒鉛製部材等へのＳｉＯ起因物質の析出は非常に低く
抑えられる。

【００１７】

【実施例】次に、実施例を挙げてさらに詳細に本発明を
説明する。 実施例１ 図１に示した単結晶引上げ装置を用いて、直径４イン
チ、軸方位〈１００〉のシリコン単結晶棒を引上げた。
石英製のルツボ１の内径は１４インチ、引上げ室６内の
気圧は１００ｍｂａｒとし、石英製のルツボ１を８ｒｐ
ｍ、種結晶を２５ｒｐｍで互いに逆方向に回転しつつシ
リコン単結晶５を引上げた。また、不活性ガスとして
は、アルゴンガスを１１０Ｎｌ／ｍｉｎの流速で引上げ
室６内に流入した。また、ＳｉＯの析出量を比較するた
め、図１中Ａ及びＢに直径１００ｍｍ、厚み５ｍｍの黒
鉛板を放置した。この条件で、６９．６７時間引上げ操
作を行い、図１における黒鉛板Ａ，Ｂ及びヒーター３の
重量増加を調べた。黒鉛板Ａ，Ｂ及びヒーター３のいず
れも重量の増加がなく、ＳｉＯが析出していないことが
わかった。また、引上げられたシリコン単結晶中の酸素
濃度をＦＴ−ＩＲ法（フーリエ変換赤外分光法）により
測定したところ、下記比較例１に比べ約０．５ｐｐｍａ
低いことがわかった。さらに、シリコン単結晶中の欠陥
（ＯＳＦ密度）は比較例１に比較して同等かやや少な
く、カーボン濃度についても、比較例１と比較して特に
差は認められなかった。

【００１８】比較例１ 図２に示したような従来のシリコン単結晶引上げ装置を
用いた以外は実施例１と同様にして、シリコン単結晶を
引上げた。２６．６７時間引上げ操作を行い、図２にお
ける黒鉛板Ａ，Ｂ及びヒーター３の重量増加を調べたと
ころ、ヒーター３の重量増加はなかったが、黒鉛板Ａは
４６．４ｍｇの増加、黒鉛板Ｂは３．３ｍｇの増加を示
した。

【００１９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係るシリコン単結晶引上げ装置によれば、引上げ室の上
方に設けられた不活性ガス導入部と、前記不活性ガス導
入部から離隔し、かつ引上げ室上方の位置に設けられた
不活性ガス排気部を有するため、不活性ガス導入部から
不活性ガス排気部に至る不活性ガスの気流が引上げ室上
方に形成され、かつ、この気流は引上げ室内の汚染がき
らわれる部材に接触するものではないので、ルツボ中の
シリコン溶融体から発生し、引上げ室上方に拡散してき
たＳｉＯは上記気流に伴われて、不活性ガス排気部より
排出され、黒鉛製部材のような引上げ装置内の各部材へ
のＳｉＯ起因物質の析出が防止されるとともに、ＳｉＯ
起因物質の析出による劣化を防止し、また、引上げ装置
内の各部材からの析出物除去作業をなくすか、あるいは
極端に少なくすることができ、さらには引上げ装置の解
体・再組立を行なわずに操業できる期間を大幅に延長す
ることができ、また、ＳｉＯ起因物質が析出する部材が
少ないため、解体・再組立の作業が簡略化され、大型化
が可能となり、引上げ可能なシリコン単結棒の径も大型
化することができる。そして、このような利点は、引上
げられる単結晶棒の品質を良好に保ったまま可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るシリコン単結晶引上げ装置の概略
構成を示す縦断面図である。

【図２】従来のシリコン単結晶引上げ装置の概略構成を
示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ ルツボ ２ シリコン溶融体 ３ ヒーター ４ 断熱シールド ５ シリコン単結晶 ６ 引上げ室 ７ 不活性ガス ９ａ，９ｂ 間隙 １０ 排気孔 １１ バルブ １２ 真空ポンプ １４ 外装体 １５ 不活性ガス導入部 １６ 不活性ガス排気部 ２０ 排気孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 庭山 正 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越半 導体株式会社磯部工場内 (72)発明者 小田 哲宏 福井県武生市北府２丁目13番50号 信越半 導体株式会社武生工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チョクラルスキー法により不活性ガス雰
   囲気中でシリコン単結晶を引上げる装置であって、シリ
   コン溶融体を収容するルツボと、ルツボの外周に設けら
   れたヒーターと、ルツボを収納する引上げ室を形成する
   外装体と、引上げ室の上方に設けられた不活性ガス導入
   部と、前記不活性ガス導入部から離隔しかつ引上げ室上
   方の位置に設けられた不活性ガス排気部とを有すること
   を特徴とするシリコン単結晶引上げ装置。
2. 【請求項２】 不活性ガス導入部が引上げ室上方の中央
   に設けられ、不活性ガス排気部が引上げ室上方の隅に設
   けられることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単
   結晶引上げ装置。
3. 【請求項３】 不活性ガス導入部が引上げ室に設けら
   れ、不活性ガス排気部が引上げ室の２箇所以上に設けら
   れることを特徴とする請求項２に記載のシリコン単結晶
   引上げ装置。
4. 【請求項４】 引上げ室の２箇所以上に設けられた不活
   性ガス排気部が、引上げ室の中央軸心の略対称位置に配
   置され、複数組の２個の該不活性ガス排気部対を形成す
   ることを特徴とする請求項３に記載のシリコン単結晶引
   上げ装置。