JPH0687687A - シリコン単結晶引上げ装置 - Google Patents

シリコン単結晶引上げ装置

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JPH0687687A
JPH0687687A JP9704293A JP9704293A JPH0687687A JP H0687687 A JPH0687687 A JP H0687687A JP 9704293 A JP9704293 A JP 9704293A JP 9704293 A JP9704293 A JP 9704293A JP H0687687 A JPH0687687 A JP H0687687A
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heat insulating
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Toshiharu Uesugi
敏治 上杉
Koji Mizuishi
孝司 水石
Atsushi Iwasaki
淳 岩崎
Tadashi Niwayama
正 庭山
Tetsuhiro Oda
哲宏 小田
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 シリコン単結晶引上げ装置内の黒鉛製部品に
SiO起因物質の析出を防止し部品の劣化を防止し、使
用継続期間を延ばし、装置の解体・再組立が簡略化でき
る装置を提供する。 【構成】 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、ヒーター3と、断熱シールド4と、引上げ室6を
形成する外装材14と、不活性ガス導入部15と、不活
性ガス排気部16とを有し、断熱シールド4は、その内
部または上記外装材14との間に通気路17が形成さ
れ、通気路17の上方端部に開口部18が形成され、か
つ、前記開口部18はルツボ1の開口縁部19に近接し
た位置に設けられ、通気路17の下方端部は不活性ガス
排気部16と連通されてな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、ヒーターの外周に設けられた断熱シー
ルドと、ルツボを収納する引上げ室を形成する外装材
と、引上げ室の上方に設けられた不活性ガス導入部と、
引上げ室の下方に設けられた、断熱シールド内周面で囲
まれた引上げ室底面以外の該底面部分に設けられた不活
性ガス排気部とを有し、断熱シールドは、その内部また
は上記外装材との間に通気路が形成され、通気路の上方
端部に開口部が形成され、かつ、前記開口部はルツボの
開口縁部に近接した位置に設けられ、通気路の下方端部
は不活性ガス排気部と連通されてなることを特徴とす
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を形成する外装材、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
引上げ室6の下方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】断熱シールド4は二重壁で形成され、その
二重の壁の間に形成された中空部を通気路17としてあ
る。通気路17の上方端部に開口部18が形成され、通
気路6の下端は不活性ガス排気部16と連通されてい
る。これにより、断熱シールド4の開口部18から通気
路17を経て不活性ガス排気部16に至る流路が形成さ
れる。断熱シールド4の開口部18はルツボ1の開口縁
部19に近接した位置に設けられる。こうすることによ
り、ルツボ1中のシリコン溶融体2から発生したSiO
が周囲に拡散しないうちに引上げ室6内より僅かに減圧
にされた通気路17内に吸い込まれることになり、Si
Oによる汚染を防止するものである。
【0014】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。
【0015】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およびシリコン単結晶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
100mbar以下の減圧にされ、かつ引上げ室6上方
からアルゴンガスのごとき不活性ガス7が流される。
【0016】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とともに二重
壁で形成された断熱シールド4の通気路17の上方端部
に形成された開口部18から通気路17内に入り込み、
不活性ガス排気部16から排出される。
【0017】
【作用】断熱シールド4は、その内部または上記外装材
との間に通気路17が形成され、通気路17の上方端部
に開口部18が形成され、通気路17の下方端部は不活
性ガス排気部16と連通されており、かつ、開口部18
はルツボ1の開口縁部19に近接した位置に設けられて
いるために、ルツボ1中のシリコン溶融体2から発生し
たSiOが周囲に拡散しないうちに開口部18から通気
路17内に吸い込まれることになる。すなわち、引上げ
室6上方から導入れた不活性ガス7やシリコン溶融体2
から発生したSiOは、排気のための流路以外の場所に
は流れ難くなり、上記流路以外の場所に設けられた黒鉛
製部品に接触し難くなる。従って、不活性ガス中に同伴
したSiOが黒鉛製部品等の引上げ装置内の各部材へ析
出するのを防止することができる。
【0018】
【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。又、SiOの析出量を比較する為、
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(O
SF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。
【0019】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。
【0020】
【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、断熱シールド
は、その内部または外装材との間に通気路が形成され、
通気路の上方端部に開口部が形成され通気路の下方端部
は不活性ガス排気部と連結されており、かつ、断熱シー
ルドの開口部はルツボの開口縁部に近接した位置に設け
られているために、ルツボ中のシリコン融液から発生し
たSiOが周囲に拡散しないうちに開口部から吸い込ま
れ、通気路を経て不活性ガス排気部から排出され、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 外装材 15 不活性ガス導入部 16 不活性ガス排気部 17 通気路 18 開口部 19 開口縁部 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 (2)

    【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、ヒーターの外周に設けられた断熱シー
    ルドと、ルツボを収納する引上げ室を形成する外装材
    と、引上げ室の上方に設けられた不活性ガス導入部と、
    引上げ室の下方に設けられた、断熱シールド内周面で囲
    まれた引上げ室底面以外の該底面部分に設けられた不活
    性ガス排気部とを有し、断熱シールドは、その内部また
    は上記外装材との間に通気路が形成され、通気路の上方
    端部に開口部が形成され、かつ、前記開口部はルツボの
    開口縁部に近接した位置に設けられ、通気路の下方端部
    は不活性ガス排気部と連通されてな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】 断熱シールドを二重壁とし、その二重壁
    の中空部を通気路としたことを特徴とするシリコン単結
    晶引上げ装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000020664A1 (en) * 1998-10-07 2000-04-13 Memc Electronic Materials, Inc. Continuous oxidation process for crystal pulling apparatus
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CN114293244A (zh) * 2020-10-07 2022-04-08 韩华思路信 硅锭连续生长器的吸排气装置

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