JPH07172971A - 半導体単結晶引き上げ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 輻射スクリーンを備えた半導体単結晶引き上
げ装置を用いる単結晶の製造において、１２００°Ｃ以
上の高温領域通過時間を長くし、かつ９００°Ｃ〜５０
０°Ｃ前後の温度領域は速やかに通過させることができ
るようにする。 【構成】 黒鉛またはセラミックスの繊維からなる断熱
材２ａを黒鉛からなる外側部材２ｂおよび２ｃで被包し
た３層構造の上部スクリーン２と、黒鉛または石英もし
くはファインセラミックスからなる１層構造の下部スク
リーン３とによって輻射スクリーン１を構成する。融液
４などの輻射熱は、下部スクリーン３を透過して単結晶
６の下部を加熱し、前記高温領域通過時間を長引かせ
る。上部スクリーン２に包囲されると、単結晶６には前
記輻射熱が到達しないため、比較的急速に冷却され、９
００°Ｃ〜５００°Ｃ前後の温度領域を短時間で通過す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、引き上げ単結晶の周囲
を取り囲み、下端が融液面に近接するように設置した輻
射スクリーンを有する半導体単結晶引き上げ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の基板には主として高純度の
シリコン単結晶が用いられているが、このシリコン単結
晶の製造方法の一つとして、るつぼ内の原料融液から円
柱状の単結晶を引き上げるチョクラルスキー法（以下Ｃ
Ｚ法という）がある。ＣＺ法においては、半導体単結晶
引き上げ装置のチャンバ内に設置したるつぼに原料であ
る多結晶を充填し、前記るつぼの外周に設けたヒータに
よって原料を加熱溶解した上、シードチャックに取り付
けた種子結晶を融液に浸漬し、シードチャックおよびる
つぼを同方向または逆方向に回転しつつシードチャック
を引き上げて単結晶を成長させる。

【０００３】上記の単結晶引き上げ装置において、単結
晶の引き上げ速度を早めるとともに不純物による汚染を
防止して単結晶の無転位化を向上させる手段として、単
結晶引き上げ領域の周囲に輻射スクリーンを設置するこ
とが知られている。図３は、輻射スクリーンを有する半
導体単結晶引き上げ装置の一部を模式的に示す断面図で
ある。前記輻射スクリーン１は単結晶引き上げ領域を取
り巻く熱遮蔽体で、一般に下端開口部の直径が上端開口
部の直径より小さい円錐状の筒である。輻射スクリーン
１は融液４、石英るつぼ５などから単結晶６に加えられ
る輻射熱を遮断して単結晶６の冷却を促進し、単結晶引
き上げ速度を早めるとともに、結晶欠陥の発生を防止す
る。また、チャンバ７の上方から導入される不活性ガス
を単結晶６の周囲に誘導し、石英るつぼ５の中心部から
周縁部を経てチャンバ７の底部に設けられた排気孔に至
るガス流を形成させることによって、融液４から発生す
る酸化珪素や黒鉛るつぼ８から発生する金属蒸気など、
単結晶化を阻害するガスを排除する機能を備えている。
なお、９はヒータ、１０は保温筒である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】輻射スクリーンを設け
ることによって単結晶の冷却が促進されるため、結晶欠
陥発生頻度が高いとされている９００°Ｃ〜５００°Ｃ
前後の温度領域を短時間で通過させることができるとと
もに、酸化珪素などを効率的に排出させることにより単
結晶化率が向上する。しかしながら、９００°Ｃ〜５０
０°Ｃ前後の温度領域を短時間で通過させるだけでは必
ずしもデバイスプロセス後も安定した高品質のウェーハ
が得られるとは限らない。すなわち、輻射スクリーンを
有する従来の単結晶引き上げ装置ではすべての温度領域
を短時間で通過するため、酸化膜耐圧の良好なウェーハ
を得るために必要な１２００°Ｃ以上の高温領域に引き
上げ単結晶を長時間滞留させることができない。また、
輻射スクリーンを廃止し、かつ単結晶引き上げ速度を下
げた場合、前記酸化膜耐圧性能は向上するが、単結晶化
率の低下とＯＳＦあるいは転位ループの発生によるデバ
イスの不良率上昇を招くとともに、単結晶の生産能率も
下がる。

【０００５】単結晶の引き上げに当たり、輻射スクリー
ンの下端と融液面との間隔を従来よりも拡げた場合は、
引き上げ中の単結晶下端部分は輻射スクリーンによる遮
蔽効果を受けず、冷却されにくくなる。従って、１２０
０°Ｃ以上の高温領域通過時間は長くなり、輻射スクリ
ーンの遮蔽効果を受ける９００°Ｃ〜５００°Ｃ前後の
温度領域は短時間で通過することができる。しかし、酸
化珪素などを効率的に排出させ、かつ単結晶中の酸素濃
度を高精度に制御するとともに単結晶の生産性を維持す
るためには、輻射スクリーンの下端と融液面との間隔を
従来通りに保たなければならない。本発明は上記従来の
問題点に着目してなされたもので、１２００°Ｃ以上の
高温領域通過時間をできるだけ長くし、かつ９００°Ｃ
〜５００°Ｃ前後の温度領域は速やかに通過させること
ができるとともに、不活性ガス流による酸化珪素などの
排出を効率的に行うことが可能な輻射スクリーンを備え
た半導体単結晶引き上げ装置を提供することを目的とし
ている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体単結晶引き上げ装置は、半導体
単結晶の原料を溶解するるつぼと、このるつぼの周囲に
あってるつぼ内の原料を加熱するヒータと、溶解した原
料に種子結晶を浸漬して単結晶を引き上げる引き上げ機
構とを備え、引き上げ領域を取り囲む円錐状の断熱筒か
らなる輻射スクリーンを融液近傍上方に設けた半導体単
結晶引き上げ装置において、前記輻射スクリーンの上部
と下部の断熱性能を任意の位置で変える構成とし、この
ような構成において、輻射スクリーン下部の断熱性能
が、輻射スクリーン上部の断熱性能に比べて低いもので
あることを特徴としている。

【０００７】

【作用】上記構成によれば、単結晶の引き上げ領域を取
り囲む輻射スクリーンの断熱性能を上部と下部とで異な
るものとし、輻射スクリーン下部の断熱性能を上部より
低くしたので、輻射スクリーン下部に包囲される部分、
すなわち固液界面の直上近傍部分では融液、石英るつぼ
などからの輻射熱が前記輻射スクリーン下部を透過して
単結晶に到達する。従って、単結晶は加熱され、高温領
域通過時間が長くなる。単結晶が成長し、更に引き上げ
られて断熱性能の高い輻射スクリーン上部に包囲された
部分は従来と同様に冷却されるので、９００°Ｃ〜５０
０°Ｃ前後の温度領域を速やかに通過させることができ
る。また、輻射スクリーンの下端と融液面との間隔を従
来通りに保つことにより、不活性ガス流による酸化珪素
などの排出を効率的に行うことが可能である。

【０００８】

【実施例】以下に、本発明に係る半導体単結晶引き上げ
装置の実施例について、図面を参照して説明する。図１
は輻射スクリーンおよびその周辺の模式的断面図で、輻
射スクリーン１は断熱性能の異なる上部スクリーン２と
下部スクリーン３とに分割されている。上部スクリーン
２は３層構造で、黒鉛またはセラミックスの繊維からな
る断熱材２ａを、黒鉛からなる外側部材２ｂおよび２ｃ
で被包したものである。前記上部スクリーン２は、上端
開口部より下端開口部が小さい円錐状の筒で、上端に環
状のフランジを備えている。また、上部スクリーン２の
下端には下部スクリーン３を取り付ける掛止部が設けら
れている。下部スクリーン３は１層構造で、黒鉛または
石英もしくはファインセラミックスからなり、上端に設
けられたフランジが前記上部スクリーン２の下端に掛止
されている。４は融液、５は石英るつぼ、６は引き上げ
中の単結晶である。

【０００９】下部スクリーン３は１層構造であるため、
従来の輻射スクリーンのように融液４や石英るつぼ５な
どからの輻射熱を完全に遮蔽する機能を有しない。従っ
て、融液４からの輻射熱は、直接下部スクリーン３を透
過して、あるいは石英るつぼ５の内面で反射した後、下
部スクリーン３を透過して引き上げ中の単結晶６の下部
に到達し、単結晶６の下部を加熱する。従来の輻射スク
リーンを用いた場合、前記単結晶６の下部は輻射熱が遮
断されるため、１２００°Ｃ以上の高温領域を短時間で
通過して冷却されていた。しかし、本実施例の場合は輻
射スクリーンがありながら逆に加熱されるため、前記高
温領域通過時間を長引かせることになる。一方、上部ス
クリーン２は従来と同じく十分な断熱性能を持っている
ので、中低温領域に対する急冷機能を発揮することがで
きる。従って、単結晶６が下部スクリーン３の部分から
引き上げられて上部スクリーン２に包囲されると、比較
的急速に冷却され、９００°Ｃ〜５００°Ｃ前後の温度
領域を短時間で通過することができる。

【００１０】下部スクリーン３の下端と融液４の表面と
の間隔は、従来通りの寸法範囲に保たれていて、前記下
部スクリーン３は不活性ガスの整流効果を発揮する。単
結晶引き上げ装置の上部から導入されたアルゴンなどの
不活性ガスは、単結晶６の外周に沿って流下した後、前
記下部スクリーン３の下端と融液４との隙間を通り、石
英るつぼ５の内面に沿って上昇した後、単結晶引き上げ
装置の底部に設けた排気孔から排出される。

【００１１】図２は、デバイスプロセス後の酸化膜耐圧
に関する良品率を、本実施例による単結晶引き上げ装置
を用いて得られた製品と従来の輻射スクリーンを備えた
単結晶引き上げ装置によって得られた製品とについて比
較した図である。ここでいう酸化膜耐圧の良品率とはシ
リコンウェーハ上に多数個の素子を形成し、酸化膜の絶
縁破壊電圧が８ＭＶ／ｃｍ以上の素子数の割合を示して
いる。同図で明らかなように、本実施例による製品の良
品率は従来品の１．５倍以上に向上している。

【００１２】本実施例では上部スクリーンと下部スクリ
ーンとを分割したが、これに限るものではなく、３層構
造の上部スクリーンと１層構造の下部スクリーンとを一
体に構成してもよい。加えて、下部スクリーンの厚さや
材質を変えることにより、単結晶に任意の熱履歴を与え
ることが可能となる。また、下部スクリーンを排除する
ことで、酸化膜耐圧特性が向上することは言うまでもな
い。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、単
結晶引き上げ速度を早めるとともに単結晶の無転位化を
向上させる手段として輻射スクリーンを備えた半導体単
結晶引き上げ装置において、前記輻射スクリーンの断熱
性能を上部と下部とで異なるものとし、輻射スクリーン
下部の断熱性能を上部より低くすることによって、輻射
スクリーン下部に包囲される部分が輻射熱を受けるよう
にした。これにより、単結晶引き上げ時における１２０
０°Ｃ以上の高温領域通過時間の延長が可能となり、デ
バイスプロセス後、酸化膜耐圧の良好なウェーハを得る
ことができる。また、輻射スクリーン上部に包囲された
単結晶は従来と同様に冷却されるので、９００°Ｃ〜５
００°Ｃ前後の温度領域は速やかに通過させることがで
き、結晶欠陥の発生は従来同様に少なく、輻射スクリー
ンの設置高さを従来通りとすることにより、不活性ガス
流による酸化珪素などの排出を効率的に行うことが可能
である。更に、本発明を利用して下部スクリーンの厚さ
あるいは材質を変えることにより、任意の熱履歴を単結
晶に与えることが可能となり、多様な品質規格に対応し
た単結晶を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】輻射スクリーンおよびその周辺の模式的断面図
である。

【図２】デバイスプロセス後の酸化膜耐圧に関する良品
率を、本実施例による製品と従来品とについて比較した
図である。

【図３】従来の技術による輻射スクリーンを備えた半導
体単結晶引き上げ装置の模式的部分断面図である。

【符号の説明】

１ 輻射スクリーン ２ 上部スクリーン ２ａ 断熱材 ２ｂ，２ｃ 外側部材 ３ 下部スクリーン ４ 融液 ５ 石英るつぼ ６ 単結晶

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯田 哲広 神奈川県平塚市四之宮2612 コマツ電子金 属株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体単結晶の原料を溶解するるつぼ
   と、このるつぼの周囲にあってるつぼ内の原料を加熱す
   るヒータと、溶解した原料に種子結晶を浸漬して単結晶
   を引き上げる引き上げ機構とを備え、引き上げ領域を取
   り囲む円錐状の断熱筒からなる輻射スクリーンを融液近
   傍上方に設けた半導体単結晶引き上げ装置において、前
   記輻射スクリーンの上部と下部の断熱性能を任意の位置
   で変えたことを特徴とする半導体単結晶引き上げ装置。
2. 【請求項２】 輻射スクリーン下部の断熱性能が、輻射
   スクリーン上部の断熱性能に比べて低いものであること
   を特徴とする請求項１の半導体単結晶引き上げ装置。