JPH0688864B2 - 単結晶引上装置用整流筒 - Google Patents

単結晶引上装置用整流筒

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JPH0688864B2
JPH0688864B2 JP23353089A JP23353089A JPH0688864B2 JP H0688864 B2 JPH0688864 B2 JP H0688864B2 JP 23353089 A JP23353089 A JP 23353089A JP 23353089 A JP23353089 A JP 23353089A JP H0688864 B2 JPH0688864 B2 JP H0688864B2
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哲宏 小田
淳 岩崎
啓 内川
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はCZ法による単結晶引上装置に用いられ、垂直上
方に引き上げられる単結晶を同心に包囲し、内部に不活
性ガスが流下される単結晶引上装置用整流筒に関する。
[従来の技術] CZ法により、石英坩堝内のSi融液からSi単結晶を引き上
げる際、石英坩堝とSi融液との反応により、揮発性SiO
が生成され、坩堝端縁、Si単結晶、引上軸及びチャンバ
内壁に析出する。回転しながら上昇する引上軸に析出し
たSiOは、上方蓋部の気密用シールリングにより掻き落
とされ、下方の融液に落込み、育成中の単結晶に欠陥が
生ずる。そこで、引上軸と同軸に、チャンバ内に整流筒
を融液面上150〜350mmまで垂下させ、上方から整流筒内
にArガスを流下させ、融液面から蒸発したSiOをArガス
とともにチャンバ下部から排出させる方法が提案されて
いる(特公昭54-6511号公報)。
他方、この整流筒の下端を外上方に折り返した形状のカ
ラーを付設することにより、固液界面付近の単結晶の上
下方向温度勾配を大きくして、結晶成長速度を大きくす
るとともに、単結晶中の酸素濃度を低くして酸化誘起欠
陥(OISF)及びスワール欠陥を低減させ、しかも上記Si
O排出効果を高める方法が提案されている。(特開昭64-
65086号公報)。
このような整流筒は、耐熱性、加工容易性及びコストの
観点から、黒鉛で形成するのが好ましいが、引き上げ直
後のSi単結晶の形状を観察したり、固液界面の直径を光
学的に計測することができず、直径の自動制御や良好な
Si単結晶育成の妨げになる。そこで、整流筒の下端部に
窓穴を形成することが上記公報において提案されてい
る。
[発明が解決しようとする課題] ところが、窓穴を形成すると、整流筒の下端開口から流
出するArガスの流量が少なくなり、上記効果が低減する
ことになる。例えば、融液表面からの酸素蒸発量が少な
くなって、Si単結晶の酸素濃度が大きくなる。具体的に
は、酸素濃度を18ppma以下にすることが困難となり、高
集積化を推進しているデバイスメーカの最近の要求に応
えることができない。このような問題点は、Arガスの流
量を大きくすることにより解決される。しかし、実際に
行なってみると、後述の実験例に示すように、この量は
大量、例えば200l/minにもなりコスト高となることがわ
かった。チャンバ(炉)内の圧力を下げて酸素蒸発量を
増やすこともできるが、石英坩堝とSi融液との反応が大
きくなって石英坩堝の寿命が短くなり、コスト高とな
る。
本発明の目的は、このような問題点に鑑み、不活性ガス
の流量を大きくすることなくかつ上記各効果を低減させ
ずに、単結晶の形状を観察することができ、しかも、製
作容易で大幅なコスト高とならない単結晶引上装置用整
流筒を提供することにある。
[課題を解決するための手段] この目的を達成するために、本発明に係る単結晶引上装
置用整流筒では、坩堝が内設されたメインチャンバの上
端開口部に上端開口部が接続され垂直上方に引き上げら
れる単結晶を同心に包囲し下部側面に窓孔が形成された
第1の黒鉛製円筒と、該窓孔を覆う石英製窓板とを備え
ている。
具体的な窓板取付構造は、例えば、内径が前記円筒の外
径に略等しく前記窓孔に対応した窓孔が形成された第2
の黒鉛製円筒を、該両窓孔を一致させて前記第1の円筒
に嵌入係止し、該第1の円筒と該第2の円筒の接合面の
該窓孔縁部に溝を形成し、該溝に前記窓板の縁部が嵌入
した構造となっている。
他の具体的な窓板取付構造では、前記窓板を、外径が前
記第1の円筒の内径に略等しい円筒で構成し、これを前
記第1の円筒に嵌入係止した構造となっている。
なお、整流筒下端に、外側上方へ突出した黒鉛製カラー
を取り付けてもよい。
また、必要性は少ないが、整流筒やこのカラーの表面を
SiCでコーティングして劣化をより小さくするようにし
てもよい。
[作用] 整流筒に窓孔を形成しているので、引き上げ直後のSi単
結晶の形状を観察することができ、直径の光学的計測が
可能となり、また、良好なSi単結晶を育成することが可
能となる。
この窓孔は窓板で覆われているので、整流筒内を流下す
る不活性ガスは全て整流筒の下端と融液面との間を通
り、不活性ガスの流量を特に大きくしなくても、単結晶
内の酸素濃度を低減でき、引上軸等へのSiO析出を防止
でき、かつ、単結晶成長速度を大きくすることができ
る。
また、整流筒の材料としては、耐熱性があり不純物を放
出しないものが要求され、セラミック等も考えられる
が、本体の円筒を成形容易で安価な黒鉛で形成し、窓孔
部分のみ、すなわち必要部分のみを石英で覆っているの
で、整流筒全体としては、製作容易であり、かつ、大幅
なコスト高とならない。
[実施例] 以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
(1)第1実施例 第1図は単結晶引上装置用整流筒の使用状態を示す。
メインチャンバ10の上端開口12には、サブチャンバ14が
接続されている。サブチャンバ14の側壁にはArガス供給
用の入口ジョイント14aが形成され、メインチャンバ10
の底面にはArガス吸引排出用の排出孔10aが形成され、
メインチャンバ10の肩部には引上単結晶観察用の覗き窓
10b及び固液界面の直径計測用ITVが対向配置される別の
覗き窓(不図示)が設けられている。このメインチャン
バ10内には、昇降及び回転可能な昇降回転軸16の上端に
テーブル18が固着され、このテーブル18上に黒鉛坩堝20
が載置され、黒鉛坩堝20内に石英坩堝22が嵌合されてい
る。黒鉛坩堝20の周囲はヒータ24で囲繞され、ヒータ24
の周囲は黒鉛断熱壁26で囲繞されている。石英坩堝22内
に多結晶Siを入れ、ヒータ24に電力を供給すると、この
Siが溶解され融液28となる。
一方、サブチャンバ14の中心線に沿って上下動される引
上軸30の下端には、種ホルダ32を介して種結晶34が保持
されている。
また、メインチャンバ10の上端開口部には、整流筒38の
本体である黒鉛製長円筒40の上端開口が接続されてい
る。この長円筒40は、引上軸30と同心に垂直に配置され
ている。長円筒40の長さは、長円筒40の下端から融液28
の表面までの距離が5〜100mmになるようにする。ま
た、長円筒の内径は、整流筒38の内面と単結晶36の表面
との最短距離が5〜100mmになるようにする。
長円筒40の下部側面には、観察用の窓孔40aが形成され
ている。長円筒40の下端には、縮径して半径方向内側に
向いた係止部40bが形成されている。
第2図に示す如く、外径が長円筒40の内径に略等しい黒
鉛製短円筒42の側面にも、窓孔40aと同一形状の窓孔42a
が形成されている。短円筒42の外周面の窓孔42a縁部に
は溝枠42bが形成されており、これに石英製窓板44の縁
部が嵌合される。この状態で、短円筒42が長円筒40内に
嵌入され、窓孔42aと窓孔40aとを一致させた状態で短円
筒42が長円筒40の係止部40bにより係止される。第3図
は、この係止状態での、窓部を通る横断面を示す。
係止部40bの外周面には、第1図に示す如く、この外周
面と同一傾斜を有する中空円錐台状の黒鉛製カラー46の
小径側端部が接合されている。
次に、上記の如く構成された本実施例の動作を説明す
る。
メインチャンバ10内を真空ポンプで減圧し、サブチャン
バ14の入口ジョイント14aからArガスを供給し、メイン
チャンバ10の排出孔10aからArガスを吸引排出させる。A
rガスの供給量又は排出量を調節して、メインチャンバ1
0内の圧力を100mbar程度にする。次に、ヒータ24に電力
を供給して石英坩堝22内の多結晶シリコンを加熱溶融
し、融液28を形成する。次に、引上軸30を下降させて種
結晶34を融液28内に漬け、引き上げて単結晶36を育成す
る。この際、作業者はメインチャンバ10の覗き窓10bか
ら窓板44を通して単結晶36を観察しながら、良好な単結
晶36が育成されるように各種制御量を調節(自動制御量
を補正)する。
一方、Arガスは整流筒38内を流下し、その全てが整流筒
38の下端と融液28の表面との間を通り、カラー46の外面
と石英坩堝22の内面との間を通って石英坩堝22から排出
され、下降して排出孔10aから吸引排出される。
したがって、融液28と石英坩堝22との反応により生成さ
れた揮発性SiOは、このArガスの流れにのって排出孔10a
から排出され、石英坩堝22の内周面、カラー46の外面、
単結晶36、種ホルダ32及び引上軸30等にSiOが析出する
のを防止することができる。また、このArガスの流れに
より融液28から蒸発する酸素量が多くなり、単結晶36の
酸素濃度が低くなるので、酸化誘導欠陥及びスワール欠
陥が低減される。
また、単結晶36の周囲を覆うようにArガスが通るので、
単結晶36が冷却される。さらに、カラー46は、融液28か
ら直接受ける輻射熱及び石英坩堝22の内面で反射された
輻射熱を吸収して加熱されるが、Arガスにより冷却され
るので、長円筒40の下部の温度はカラー46を設けない場
合よりも相当低くなる。したがって、固液界面付近の単
結晶36の上下方向温度勾配が大きくなり、単結晶36の成
長速度が大きくなる。このことは、単結晶36の単位長さ
当たりの酸素取り込み量が少なくなることを意味し、単
結晶36の酸素濃度低減に寄与する。
(2)第2実施例 第4図は第2実施例の整流筒の下端部横断面を示す。
この整流筒では、第1実施例よりも狭い矩形の窓孔40c
を黒鉛製長円筒窓40Aの下部側面に3箇所形成し、これ
に対応して黒鉛製短円筒42Aにも矩形の窓孔42cを3箇所
形成し、各短円筒42Aの外周面の窓孔42c縁部に溝枠42d
を形成し、各溝枠42dに平らな矩形の石英製窓板44Aを嵌
め入れている。
この第2実施例では、平らな窓板を用いているので第1
実施例よりも制作容易であり、かつ、整流筒をより安価
に構成することができる。
(3)第3実施例 第5図は本発明の第3実施例の下部構成を示す。
長円筒40は第1実施例のものと同一形状であるが、短円
筒42及び窓板44の代わりに、外径が長円筒40の内径に略
等しい石英製円筒形窓板44aを長円筒40内に嵌入係止さ
せている。
この第3実施例では、任意の窓孔の形状に対し同一形状
の窓板44aを用いることができるという利点がある。
(4)実験例 次に、実験例を説明する。
(A)比較の基準となる条件は次の通りである。
Arガス流量 :100l/min メインチャンバ10内圧力:100mbar 整流筒38の内径:200mm 整流筒38の下端から融液面28の表面までの初期距離 :3
0mm 窓孔40aの面積:200cm2(必要充分な面積) 窓板44なし 単結晶36の直径:6inch 上記条件の下で、単結晶36の直胴部10cm以降の酸素濃度
は20ppmaであった。また、この直胴部の横断面における
酸素濃度分布の分散D D=100(CC-CP)/CC は15%であった。ここに、 CC:中心の酸素濃度 CP:周面から中心側へ3mmの位置の酸素濃度である。酸
素濃度は、この最大値を基準値以下にすることが要求さ
れるので、分散Dを小さくする必要がある。
(B)上記基準条件のうち、Arガス流量のみを200l/min
に変えた場合、酸素濃度を約1.5ppma低下させることが
できた。しかし、上記分散Dは20%と悪化した。
(C)上記(A)の基準条件において、窓孔に窓板を取
り付け、他を同一条件にした場合、酸素濃度を約3ppma
低下させることができた。また、上記分散Dは13%で、
僅かに改善された。
[発明の効果] 以上説明した如く、本発明に係る単結晶引上装置用整流
筒では、下端部に窓孔を設け、この窓孔を窓板で覆って
いるので、整流筒内を流下する不活性ガスは全て整流筒
の下端と融液面との間を通り、不活性ガスの流量を特に
大きくしなくても、引上軸等にSiOが析出するのを防止
でき、単結晶の成長速度を大きくすることができ、さら
に、酸化誘導欠陥及びスワール欠陥を低減させることが
でき、また、本体の円筒を成形容易で安価な黒鉛で形成
し、窓孔部分のみ、すなわち必要部分のみを石英で覆っ
ているので、整流筒全体としては、製作容易であり、か
つ、大幅なコスト高とならないという優れた効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第3図は本発明に係る単結晶引上装置用整流
筒の第1実施例に係り、 第1図は整流筒の使用状態を示す概略縦断面図、 第2図は整流筒の下部構成を示す分解斜視図、 第3図は第2図の組付け状態でのIII-III線断面図であ
る。 第4図は本発明の第2実施例に係る整流筒の下部構成を
示す横断面図である。 第5図は本発明の第3実施例に係る整流筒の下部構成を
示す分解斜視図である。 図中、 10はメインチャンバ 12は開口 14はサブチャンバ 22は石英坩堝 28は融液 30は引上軸 36は単結晶 38は整流筒 40は黒鉛製長円筒 40a、40c、42a、42cは窓孔 42、42Aは黒鉛製短円筒 42b、42dは溝枠 44、44A、44Bは石英製窓板 46は黒鉛製カラー

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】坩堝(22)が内設されたメインチャンバ
    (10)の上端開口(12)部に上端開口部が接続され、垂
    直上方に引き上げられる単結晶(36)を同心に包囲し、
    下部側面に窓孔(40a、40c)が形成された第1の黒鉛製
    円筒(40、40A)と、 該窓孔を覆う石英製窓板(44、44A、44B)と、 を有することを特徴とする単結晶引上装置用整流筒。
  2. 【請求項2】外径が前記円筒の内径に略等しく、前記窓
    孔(40a、40c)に対応した窓孔(42a、42c)が形成され
    た第2の黒鉛製円筒(42、42A)が、該両窓孔を一致さ
    せて前記第1の円筒(40、40A)に嵌入係止され、 該第1の円筒と該第2の円筒の接合面の該窓孔縁部に溝
    (42b、42d)が形成され、該溝に前記窓板(44、44A)
    の縁部が嵌入されたことを特徴とする請求項1記載の単
    結晶引上装置用整流筒。
  3. 【請求項3】前記窓板(44B)は、内径が前記第1の円
    筒(40)の外形に略等しい円筒であり、前記第1の円筒
    に嵌入係止されて前記窓孔(40a)を覆うことを特徴と
    する請求項1記載の単結晶引上装置用整流筒。
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