JPH07512B2 - 結晶成長装置 - Google Patents
結晶成長装置Info
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- JPH07512B2 JPH07512B2 JP27005589A JP27005589A JPH07512B2 JP H07512 B2 JPH07512 B2 JP H07512B2 JP 27005589 A JP27005589 A JP 27005589A JP 27005589 A JP27005589 A JP 27005589A JP H07512 B2 JPH07512 B2 JP H07512B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、主に半導体材料として用いられているシリコ
ン単結晶等の結晶成長装置に関する。
ン単結晶等の結晶成長装置に関する。
一般にこの種の結晶の成長装置としてはチョクラルスキ
ー法（CZ法）が広く用いられている。第３図はCZ法によ
る結晶成長装置を示す模式図であり、１は水冷されてい
るチャンバ10内等に配設された坩堝を示している。坩堝
１は有底筒状をなす黒鉛製の外層容器1aと石英製の内層
容器1bとを同心状に配して構成されており、ここに結晶
用原料を投入し、これを坩堝１の周囲に配したヒータ２
にて加熱溶融せしめた後、この溶融液Ｌ中に引上げ軸６
にて吊り下げた種結晶７を浸し、これを回転させつつ上
方に引上げ、種結晶７の下端に単結晶８を成長せしめる
ことによって行なわれる。
ー法（CZ法）が広く用いられている。第３図はCZ法によ
る結晶成長装置を示す模式図であり、１は水冷されてい
るチャンバ10内等に配設された坩堝を示している。坩堝
１は有底筒状をなす黒鉛製の外層容器1aと石英製の内層
容器1bとを同心状に配して構成されており、ここに結晶
用原料を投入し、これを坩堝１の周囲に配したヒータ２
にて加熱溶融せしめた後、この溶融液Ｌ中に引上げ軸６
にて吊り下げた種結晶７を浸し、これを回転させつつ上
方に引上げ、種結晶７の下端に単結晶８を成長せしめる
ことによって行なわれる。
ところで通常単結晶を半導体基板等として用いる場合
は、単結晶の電気抵抗率，電気電導型を調節するため
に、坩堝１内の溶融液中には不純物元素を添加するが、
このような不純物は単結晶８の引上げ方向に偏析し、単
結晶８の成長方向全長にわたって均一な濃度分布を維持
することは極めて難しい。
は、単結晶の電気抵抗率，電気電導型を調節するため
に、坩堝１内の溶融液中には不純物元素を添加するが、
このような不純物は単結晶８の引上げ方向に偏析し、単
結晶８の成長方向全長にわたって均一な濃度分布を維持
することは極めて難しい。
不純物の偏析は、溶融液と単結晶との成長界面における
単結晶中の不純物濃度ＣＳと溶融液中の不純物濃度ＣＬ
との比ＣＳ/CＬ、即ち実効偏析係数keが１とならないこ
とに起因して、単結晶の成長に伴う溶融液中の不純物濃
度、単結晶中の不純物濃度が結晶引上げ途中で変化する
ことによる。
単結晶中の不純物濃度ＣＳと溶融液中の不純物濃度ＣＬ
との比ＣＳ/CＬ、即ち実効偏析係数keが１とならないこ
とに起因して、単結晶の成長に伴う溶融液中の不純物濃
度、単結晶中の不純物濃度が結晶引上げ途中で変化する
ことによる。
このような偏析を抑制する方法として溶融層法が知られ
ている。第４図は一般的な溶融層法による結晶成長装置
の模式図であり、ヒータ２の制御によって坩堝１の底部
に結晶用原料の固体層Ｓを、またの上方に結晶用原料の
溶融層Ｌを共存させた状態で第３図に示す過程と同様に
単結晶８を成長させるようになっている。
ている。第４図は一般的な溶融層法による結晶成長装置
の模式図であり、ヒータ２の制御によって坩堝１の底部
に結晶用原料の固体層Ｓを、またの上方に結晶用原料の
溶融層Ｌを共存させた状態で第３図に示す過程と同様に
単結晶８を成長させるようになっている。
なお、この単結晶８の引上げ過程では途中ヒータ２の制
御によって単結晶８の引上げに伴う溶融層の厚さの減少
を固体層Ｓの溶融によって補充し、溶融層Ｌの体積を一
定に保持し（溶融層厚一定法という）、不純物元素は結
晶引上げ中連続的に添加し、溶融液中の不純物濃度を一
定に維持して結晶を成長させる装置（特公昭34-8242号
公報）、或いは意図的に溶融液層の体積を変化させ、
（溶融層厚変化法という）、結晶引上げ中は不純物元素
を添加することなく溶融液中の不純物濃度を一定に維持
して結晶を成長させる装置がある。
御によって単結晶８の引上げに伴う溶融層の厚さの減少
を固体層Ｓの溶融によって補充し、溶融層Ｌの体積を一
定に保持し（溶融層厚一定法という）、不純物元素は結
晶引上げ中連続的に添加し、溶融液中の不純物濃度を一
定に維持して結晶を成長させる装置（特公昭34-8242号
公報）、或いは意図的に溶融液層の体積を変化させ、
（溶融層厚変化法という）、結晶引上げ中は不純物元素
を添加することなく溶融液中の不純物濃度を一定に維持
して結晶を成長させる装置がある。
溶融層法を用いて不純物の偏析なく単結晶を引上げるた
めの条件は概略次の如くに説明出来る。第４図における
坩堝内の溶融層Ｌと固体層Ｓとの層厚さの変化を第５図
（イ）〜（ホ）に示す如き一次元モデル図（左方が坩堝
の上面側である）を用いて説明する。
めの条件は概略次の如くに説明出来る。第４図における
坩堝内の溶融層Ｌと固体層Ｓとの層厚さの変化を第５図
（イ）〜（ホ）に示す如き一次元モデル図（左方が坩堝
の上面側である）を用いて説明する。
第５図（イ）は原料充填終了時の状態を、また第５図
（ロ）は初期溶解終了時の状態を、第５図（ハ）、
（ニ）は結晶引上げ中における状態を、更に第５図
（ホ）は結晶引上げ終了時の状態を夫々示している。
（ロ）は初期溶解終了時の状態を、第５図（ハ）、
（ニ）は結晶引上げ中における状態を、更に第５図
（ホ）は結晶引上げ終了時の状態を夫々示している。
なお、例えば原料として高純度の多結晶シリコンを用い
ても、ここでは固体層Ｓ中の不純物濃度ＣＰは零でない
（ＣＰ≠０）ものとする。
ても、ここでは固体層Ｓ中の不純物濃度ＣＰは零でない
（ＣＰ≠０）ものとする。
第５図（イ）は坩堝に対する原料の充填直後の状態を示
しており、最初に坩堝に充填した原料の重量ｆＰを１と
し、原料上面側から底面側に向けて測った重量比ｘの位
置における不純物濃度をＣＰ（ｘ）とする。
しており、最初に坩堝に充填した原料の重量ｆＰを１と
し、原料上面側から底面側に向けて測った重量比ｘの位
置における不純物濃度をＣＰ（ｘ）とする。
いま第５図（イ）に示す如く結晶用原料を坩堝に充填し
た後、これをその上面側から溶解する。第５図（ロ）は
初期溶解終了時の状態を示しており、坩堝上部に融液率
ｆＬ（＝f0）の溶融層Ｌとその下部に下部固体層ｆＰの
固体層Ｓを共存させ、この状態で単結晶の引上げを開始
する。なお初期溶融液中の不純物濃度をC0とする。
た後、これをその上面側から溶解する。第５図（ロ）は
初期溶解終了時の状態を示しており、坩堝上部に融液率
ｆＬ（＝f0）の溶融層Ｌとその下部に下部固体層ｆＰの
固体層Ｓを共存させ、この状態で単結晶の引上げを開始
する。なお初期溶融液中の不純物濃度をC0とする。
次に第５図（ハ）に示す如く、結晶を初期充填原料重量
１に対し重量比（結晶引上げ率）でｆＳだけ引上げたと
きの溶融層Ｌの重量比（隔液率）をｆＬ、固体として残
っている原料の重量比（固体率）をｆＰとし、このとき
の固体層−溶融層界面における固相中の不純物濃度をＣ
Ｐ、また液相中不純物濃度をＣＬとすると、結晶引上げ
率ｆＳ，融液率ｆＬ，固体率ｆＰ間には下記（１）式が
成立する。
１に対し重量比（結晶引上げ率）でｆＳだけ引上げたと
きの溶融層Ｌの重量比（隔液率）をｆＬ、固体として残
っている原料の重量比（固体率）をｆＰとし、このとき
の固体層−溶融層界面における固相中の不純物濃度をＣ
Ｐ、また液相中不純物濃度をＣＬとすると、結晶引上げ
率ｆＳ，融液率ｆＬ，固体率ｆＰ間には下記（１）式が
成立する。
ｆＳ＋ｆＬ＋ｆＰ＝f0＋ｆＰ＝１ …（１） 但しｆＳ＋ｆＳ＝f0 次に第５図（ハ）の状態から結晶引上げ率をｆＳからｆ
Ｓ＋ΔｆＳまで引上げると溶融率ｆＬはｆＬ＋Δｆ
Ｌに、固体率ｆＰはｆＰ＋ΔｆＰに変化するものとし、
更にこの間に結晶−溶融液界面における固相中の不純物
濃度をＣＳ、または融液層中の不純物濃度をＣＬ＋ΔＣ
ＬとするとＡ領域の不純物は保存されるから下記（２）
式が成立する。
Ｓ＋ΔｆＳまで引上げると溶融率ｆＬはｆＬ＋Δｆ
Ｌに、固体率ｆＰはｆＰ＋ΔｆＰに変化するものとし、
更にこの間に結晶−溶融液界面における固相中の不純物
濃度をＣＳ、または融液層中の不純物濃度をＣＬ＋ΔＣ
ＬとするとＡ領域の不純物は保存されるから下記（２）
式が成立する。
ＣＬ・ｆＬ＋Ｃａ・ΔｆＳ＋ＣＰ・Δf0 ＝ＣＳ・ΔｆＳ＋（ＣＬ＋ΔＣＬ）・（ｆＬ＋ΔｆＬ）
…（２） 但し、Ｃａ・ΔｆＳ：不純物添加量， Ｃａ：結晶化率に対する単位不純物添加量 結晶−融液界面における固相中の不純物濃度ＣＳと液相
中不純物濃度ＣＬとの間には下記（３）式の関係が成立
するから、 ＣＳ＝ke・ＣＬ …（３） 但し、ke:実効偏析係数 （２）式中の二次の微小項を省略し、（３）式を適用す
ると下記（４）式が得られる。
…（２） 但し、Ｃａ・ΔｆＳ：不純物添加量， Ｃａ：結晶化率に対する単位不純物添加量 結晶−融液界面における固相中の不純物濃度ＣＳと液相
中不純物濃度ＣＬとの間には下記（３）式の関係が成立
するから、 ＣＳ＝ke・ＣＬ …（３） 但し、ke:実効偏析係数 （２）式中の二次の微小項を省略し、（３）式を適用す
ると下記（４）式が得られる。
而して溶融層法におおいて無偏析条件は（４）式中のdC
Ｌ/dfＳ＝0,CＰ＝０として下記（５）式で与えられる。
Ｌ/dfＳ＝0,CＰ＝０として下記（５）式で与えられる。
結晶の引上げ過程で固体層Ｓを溶融し、溶融層厚を一定
に維持する溶融液層厚一定法ではdfＬ/dfＳ＝０である
から下記（６）式で表わされる不純物を連続的に添加す
れば上記（５）式の条件を満足することが可能となる。
に維持する溶融液層厚一定法ではdfＬ/dfＳ＝０である
から下記（６）式で表わされる不純物を連続的に添加す
れば上記（５）式の条件を満足することが可能となる。
Ｃａ＝keCＬ＝keC0 …（６） 但し、C0:初期溶融液層中不純物濃度 一方溶融層厚変化法では不純物を連続添加しないからＣ
ａ＝０、dfＬ÷dfＳ＝−keが満たされるよう結晶引上げ
に伴って溶融層厚を下記（７）式を満足するよう変化さ
せればよい。
ａ＝０、dfＬ÷dfＳ＝−keが満たされるよう結晶引上げ
に伴って溶融層厚を下記（７）式を満足するよう変化さ
せればよい。
ｆＬ＝ｆL0−kefＳ …（７） 但しｆL0：初期溶融液率 多くの場合不純物の実効偏析係数keは１より小さいから
ｆL0＝keと選定することにより最後まで無偏析条件を維
持することができる。
ｆL0＝keと選定することにより最後まで無偏析条件を維
持することができる。
なお固体層が全部溶融した時点以後は無偏析条件が成立
せず、下記（８）式に従って偏析が進行する。
せず、下記（８）式に従って偏析が進行する。
ＣＳ＝keC0・｛１−（ｆＳ−ｆＳ ａ）/fＬ ａ｝ke−１…
（８） 但し、ｆＳ ａ,fＬ ａ：夫々固体層が全部溶融した時点で
の結晶引上げ率、融液率である。
（８） 但し、ｆＳ ａ,fＬ ａ：夫々固体層が全部溶融した時点で
の結晶引上げ率、融液率である。
第６図は溶融層厚変化法における温度制御の例を示す説
明図であり、第６図（イ）は坩堝及び坩堝内の溶融液，
固体層の層さ寸法を、また第６図（ロ）は各部の温度分
布を示しており、ヒータの発熱長、坩堝深さ、支柱軸の
形状、材料の選択条件はシュミレーション、実験により
決定され、定性的には以下のように説明される。
明図であり、第６図（イ）は坩堝及び坩堝内の溶融液，
固体層の層さ寸法を、また第６図（ロ）は各部の温度分
布を示しており、ヒータの発熱長、坩堝深さ、支柱軸の
形状、材料の選択条件はシュミレーション、実験により
決定され、定性的には以下のように説明される。
ヒータから溶融液に供給される熱量は単結晶を通しての
伝導熱、溶融液表面からの輻射熱等の熱量ＱＵと坩堝内
の原料，坩堝軸1cを介して放散される伝導熱量ＱＬとの
和となる。結晶引上条件を安定させるためには熱量ＱＵ
は引上期間を通じて略一定になるよう設定され、また、
ヒータの電力（発熱量）、熱量ＱＬを一定とみなせるか
ら下記（９）式が成立する。
伝導熱、溶融液表面からの輻射熱等の熱量ＱＵと坩堝内
の原料，坩堝軸1cを介して放散される伝導熱量ＱＬとの
和となる。結晶引上条件を安定させるためには熱量ＱＵ
は引上期間を通じて略一定になるよう設定され、また、
ヒータの電力（発熱量）、熱量ＱＬを一定とみなせるか
ら下記（９）式が成立する。
但し、Ｔｍ：溶融液層と固体層との境界温度 Ｔ０：坩堝軸下部の温度 λ6:固体層Ｓの熱伝導率 λｃ：外層容器の熱伝導率 λ3:内層容器の熱伝導率 ＳＣ：坩堝内断面積 ＳＰ：坩堝軸の断面積 λＰ：坩堝軸の熱伝導率 ｌＰ：チャンバ内の坩堝軸長 （９）式からＴｂ,TＰを消去すると下記（10）式の如く
になる。
になる。
通常の結晶引上げ過程では溶融液表面の位置は一定に維
持されるから（第６図のｌ＝一定）Δl2＋Δl6＋ΔｌＰ
＝０である。また、 ΔｆＳ＋ΔｆＬ＋ΔｆＰ＝０であるから ΔｆＳ∝ΔｌＰが成立する。
持されるから（第６図のｌ＝一定）Δl2＋Δl6＋ΔｌＰ
＝０である。また、 ΔｆＳ＋ΔｆＬ＋ΔｆＰ＝０であるから ΔｆＳ∝ΔｌＰが成立する。
従って（10），（11）式から下記（12）式を得る。
これから固体層Ｓの熱の伝え易さλ6SＣと坩堝軸の熱の
伝え易さλＰＳＰが等しければ溶融層厚を一定に維持出
来、またλＰＳＰ＞λ6SＣであれば溶融層厚さは結晶の
引上げに伴って減少することとなり、これらの伝導条件
を適切に設定することにより溶融層厚の制御が可能とな
る。
伝え易さλＰＳＰが等しければ溶融層厚を一定に維持出
来、またλＰＳＰ＞λ6SＣであれば溶融層厚さは結晶の
引上げに伴って減少することとなり、これらの伝導条件
を適切に設定することにより溶融層厚の制御が可能とな
る。
ところで溶融層法では上述した如く（５），（６），
（７）式に示す条件に従う限り理論上は単結晶中の不純
物濃度分布の均一化が可能で、不純物濃度の均一な単結
晶が得られるはずであるが、現実には坩堝内に装入した
原料全体を単結晶化することは難しい。特に半導体用材
料としてのシリコン原料は固体の密度が溶融液の密度よ
りも小さいため、固体層Ｓの厚さが一定値以下になると
固体層Ｓが溶融液中に浮遊し、単結晶の引上げの障害と
なり、坩堝内に相当量の原料を残した状態で単結晶の引
上げを停止せざるを得ず、原料の歩留りが悪いという問
題があった。
（７）式に示す条件に従う限り理論上は単結晶中の不純
物濃度分布の均一化が可能で、不純物濃度の均一な単結
晶が得られるはずであるが、現実には坩堝内に装入した
原料全体を単結晶化することは難しい。特に半導体用材
料としてのシリコン原料は固体の密度が溶融液の密度よ
りも小さいため、固体層Ｓの厚さが一定値以下になると
固体層Ｓが溶融液中に浮遊し、単結晶の引上げの障害と
なり、坩堝内に相当量の原料を残した状態で単結晶の引
上げを停止せざるを得ず、原料の歩留りが悪いという問
題があった。
本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、その
目的とするところは結晶用原料の歩留り低下の要因とな
っている固体層の浮遊を抑制し、歩留りの大幅な向上を
図れるようにした結晶成長装置を提供するにある。
目的とするところは結晶用原料の歩留り低下の要因とな
っている固体層の浮遊を抑制し、歩留りの大幅な向上を
図れるようにした結晶成長装置を提供するにある。
本発明に係る結晶成長装置は、水冷されているチャンバ
内で、周囲にヒータ及びその外周に位置して保温材を配
設した坩堝内の結晶用原料を、前記ヒータにて上側から
下側へ向けて溶融しつつ、その溶融液から結晶を引き上
げて成長させる装置において、前記保温材内の一部に熱
伝導率の高い物質を介装せしめてあることを特徴とす
る。
内で、周囲にヒータ及びその外周に位置して保温材を配
設した坩堝内の結晶用原料を、前記ヒータにて上側から
下側へ向けて溶融しつつ、その溶融液から結晶を引き上
げて成長させる装置において、前記保温材内の一部に熱
伝導率の高い物質を介装せしめてあることを特徴とす
る。
本発明にあっては、水冷されているチャンバに対向して
いる熱伝導率の高い物質と直接接触している部分及びこ
れと対向している部分の温度が他の部分よりも相対的に
温度が低下せしめられることとなる。
いる熱伝導率の高い物質と直接接触している部分及びこ
れと対向している部分の温度が他の部分よりも相対的に
温度が低下せしめられることとなる。
前述した如く溶融層法による結晶成長装置にあっては坩
堝内に原料、即ち固体層が残存した状態で結晶成長作業
が終了するが、このとき結晶製造歩留りは結晶引上げ
率，換言すれば固体層との浮上限界での坩堝内に残留す
る溶融層と、固体層の和の比率により決まる。
堝内に原料、即ち固体層が残存した状態で結晶成長作業
が終了するが、このとき結晶製造歩留りは結晶引上げ
率，換言すれば固体層との浮上限界での坩堝内に残留す
る溶融層と、固体層の和の比率により決まる。
そこで、固体層Ｓの浮上限界を遅延させ、また坩堝内原
料を減少、即ち結晶化できれば歩留の向上を図れること
となる。固体層の浮上限界は固体層と坩堝層との接触面
積に左右されるから、一般に第４図に示す如く溶融層Ｌ
と固体層Ｓとの界面形状は凸形となっているのが、これ
を凹形又は平坦にすれば固体層率の変化がなくても坩堝
周壁に対する固体層Ｓの接触面積が増大し、また（５）
〜（７）式で与えられる条件式から、初期融液率ｆLOが
小さくなる程、固体層Ｓの浮上限界における隔液率を小
さく、換言すれば結晶化率を大きくできることとなる。
従って、（10）式から明らかなように坩堝軸下部温度T0
を小さくすれば固体層厚l0が増大、即ち融液率を低減出
来、結晶化率を増大することが可能となる。
料を減少、即ち結晶化できれば歩留の向上を図れること
となる。固体層の浮上限界は固体層と坩堝層との接触面
積に左右されるから、一般に第４図に示す如く溶融層Ｌ
と固体層Ｓとの界面形状は凸形となっているのが、これ
を凹形又は平坦にすれば固体層率の変化がなくても坩堝
周壁に対する固体層Ｓの接触面積が増大し、また（５）
〜（７）式で与えられる条件式から、初期融液率ｆLOが
小さくなる程、固体層Ｓの浮上限界における隔液率を小
さく、換言すれば結晶化率を大きくできることとなる。
従って、（10）式から明らかなように坩堝軸下部温度T0
を小さくすれば固体層厚l0が増大、即ち融液率を低減出
来、結晶化率を増大することが可能となる。
以下本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に説
明する。第１図は本発明装置の模式的縦断面図であり、
図中10は水冷されているチャンバ、１は坩堝、２はヒー
タ、３は保温筒、４はプルチャンバ、11は固体原料の供
給器を示している。
明する。第１図は本発明装置の模式的縦断面図であり、
図中10は水冷されているチャンバ、１は坩堝、２はヒー
タ、３は保温筒、４はプルチャンバ、11は固体原料の供
給器を示している。
水冷されているチャンバ10の内部中央に坩堝１が配設さ
れ、この坩堝１の周囲にヒータ２が、またこのヒータ２
の周囲に保温筒３が配設されている。チャンバ１の上部
壁には坩堝１上に面してシャッタ12にて開閉されるプル
チャンバ４が立設してあり、このプルチャンバ４から
昇，降並びに回転可能な引上げ軸６が吊り下げられてい
る。
れ、この坩堝１の周囲にヒータ２が、またこのヒータ２
の周囲に保温筒３が配設されている。チャンバ１の上部
壁には坩堝１上に面してシャッタ12にて開閉されるプル
チャンバ４が立設してあり、このプルチャンバ４から
昇，降並びに回転可能な引上げ軸６が吊り下げられてい
る。
坩堝１は、石英製の内層容器1bの外周にグラファイト製
の外層容器1aを配した二重構造に構成されており、その
底部中央にはチャンバ１の底壁を貫通させた軸1cの上端
が連結され、該軸1cにて回転させつつ昇降せしめられる
ようになっている。
の外層容器1aを配した二重構造に構成されており、その
底部中央にはチャンバ１の底壁を貫通させた軸1cの上端
が連結され、該軸1cにて回転させつつ昇降せしめられる
ようになっている。
保温筒３は熱伝導率の低い材料、例えばカーボンファイ
バー成形材を用いて円筒形に形成されており、坩堝１、
ヒータ２の外周を囲う態様でこれらと同心状に配設され
ている。保温筒３の高さ方向の中間部には熱伝導率の高
い材料、例えばグラファイト等を用いて形成された冷却
材3a、3bが全周にわたって環状に介装せしめられてい
る。この冷却材3a、3bは熱伝導率が高いために周囲にあ
る水冷されているチャンバ10の熱伝達による温度低下が
一般に熱伝導率の低い保温筒３の温度低下より大きく、
従って冷却材の坩堝側の面は周囲の保温筒３の材料より
も温度が低く、これと対向する坩堝１の周壁の熱を吸収
し、固液界面の固体層Ｓはその周壁部分において第１図
に示す如く平坦、又は第２図に示す如く盛り上がり、全
体として凹形状となる。
バー成形材を用いて円筒形に形成されており、坩堝１、
ヒータ２の外周を囲う態様でこれらと同心状に配設され
ている。保温筒３の高さ方向の中間部には熱伝導率の高
い材料、例えばグラファイト等を用いて形成された冷却
材3a、3bが全周にわたって環状に介装せしめられてい
る。この冷却材3a、3bは熱伝導率が高いために周囲にあ
る水冷されているチャンバ10の熱伝達による温度低下が
一般に熱伝導率の低い保温筒３の温度低下より大きく、
従って冷却材の坩堝側の面は周囲の保温筒３の材料より
も温度が低く、これと対向する坩堝１の周壁の熱を吸収
し、固液界面の固体層Ｓはその周壁部分において第１図
に示す如く平坦、又は第２図に示す如く盛り上がり、全
体として凹形状となる。
プルチャンバ４の上方から回転、昇降機構（図示せず）
に連繋された引上げ軸５の上端が導入され、その下端に
はチャックに掴持させた種結晶７が吊設され、この種結
晶７を坩堝２内の溶融液になじませた後、回転させつつ
上昇させることによって、種結晶７の下端にシリコンの
単結晶８を成長せしめるようになっている。
に連繋された引上げ軸５の上端が導入され、その下端に
はチャックに掴持させた種結晶７が吊設され、この種結
晶７を坩堝２内の溶融液になじませた後、回転させつつ
上昇させることによって、種結晶７の下端にシリコンの
単結晶８を成長せしめるようになっている。
固体原料の供給器11は、その下部に原料投入管11bを備
え、その下端を坩堝内の周縁部寄りの上方に臨ませてあ
り、ホッパ11aから落下した原料は原料投入管11bを経て
坩堝１内に供給されるようになっている。
え、その下端を坩堝内の周縁部寄りの上方に臨ませてあ
り、ホッパ11aから落下した原料は原料投入管11bを経て
坩堝１内に供給されるようになっている。
なお、図面に示していないが不純物についての供給器も
同様にして設けられている。
同様にして設けられている。
而してこのような本発明装置は、先ず供給器11を通じて
坩堝１内に結晶用の固体原料、例えば高純度の多結晶シ
リコンを充填する。
坩堝１内に結晶用の固体原料、例えば高純度の多結晶シ
リコンを充填する。
次にチャンバ10内の雰囲気ガスを不活性ガス等を置換し
た後、ヒータ２の電力を溶解条件に設定し、充填された
固体原料の溶解を行いつつ溶融液中には図示しない不純
物供給器から不純物を添加する。
た後、ヒータ２の電力を溶解条件に設定し、充填された
固体原料の溶解を行いつつ溶融液中には図示しない不純
物供給器から不純物を添加する。
充填した固体原料は予め定めた初期融液率が得られる迄
溶解し、不純物の溶融層Ｌと、その下部固体層Ｓとが共
存する状態に設定する。この状態では坩堝１の周面に対
向させた冷却材3a,3bによって若干温度が低下するため
溶融層−外層容器の界面における固体層面は坩堝１の周
壁と接する周囲が盛り上がった凹形となる。
溶解し、不純物の溶融層Ｌと、その下部固体層Ｓとが共
存する状態に設定する。この状態では坩堝１の周面に対
向させた冷却材3a,3bによって若干温度が低下するため
溶融層−外層容器の界面における固体層面は坩堝１の周
壁と接する周囲が盛り上がった凹形となる。
初期溶解が終了すると、結晶の引上げを開始し、これに
伴う溶融層厚さの減少はヒータ２により固体層Ｓを溶融
することによって補充する。
伴う溶融層厚さの減少はヒータ２により固体層Ｓを溶融
することによって補充する。
引上げた単結晶８はシャッタ12を通してプルチャンバ４
内に引き込んだ後、シャッタ12を閉じる。再び供給器11
から固体層原料を坩堝１内に投入し、ヒータ２の制御に
よって固体原料を溶解し、前述した過程を反復する。プ
ルチャンバ４内に引き入れた単結晶８はプルチャンバ４
を取り外すことにより外部に取り出される。
内に引き込んだ後、シャッタ12を閉じる。再び供給器11
から固体層原料を坩堝１内に投入し、ヒータ２の制御に
よって固体原料を溶解し、前述した過程を反復する。プ
ルチャンバ４内に引き入れた単結晶８はプルチャンバ４
を取り外すことにより外部に取り出される。
第２図は本発明の他の実施例を示す部分断面図であり、
この実施例では保温筒３内に介装する冷却材3aは１個の
場合を示している。他の構成及び作用は実質的に第１図
に示す実施例と同じであり、対応する部分には同じ番号
を付して説明を省略する。
この実施例では保温筒３内に介装する冷却材3aは１個の
場合を示している。他の構成及び作用は実質的に第１図
に示す実施例と同じであり、対応する部分には同じ番号
を付して説明を省略する。
坩堝として内径:150mm、深さ200mm、厚さ4mmの石英製内
層容器、グラファイト製の外層容器、同じくグラファイ
ト製の坩堝軸で構成し、原料として7kgの多結晶シリコ
ンを、また不純物としてシリコンに対する偏析り係数ke
＝0.35のリンを用い、溶融層厚変化法による第１図に示
す如き結晶成長装置を用いて結晶を引上げた。
層容器、グラファイト製の外層容器、同じくグラファイ
ト製の坩堝軸で構成し、原料として7kgの多結晶シリコ
ンを、また不純物としてシリコンに対する偏析り係数ke
＝0.35のリンを用い、溶融層厚変化法による第１図に示
す如き結晶成長装置を用いて結晶を引上げた。
この結果、従来装置では結晶化率ｆＳ＝0.62で固体層が
溶融層中に浮遊したが、本発明装置にあっては結晶化率
ｆＳ＝0.71まで固体層の浮遊が認められなかった。また
本発明装置により得た結晶について引上軸方向の電気抵
抗率ρを測定したところ となり、偏析防止効果も確認された。このため製品の歩
留りが大幅に向上した。
溶融層中に浮遊したが、本発明装置にあっては結晶化率
ｆＳ＝0.71まで固体層の浮遊が認められなかった。また
本発明装置により得た結晶について引上軸方向の電気抵
抗率ρを測定したところ となり、偏析防止効果も確認された。このため製品の歩
留りが大幅に向上した。
以上の如く本発明装置にあっては固体層の浮遊限界を遅
延させ、結晶化率を高め得、同時に偏析を防止できるた
め、製品の歩留りの向上が図れる等本発明は優れた効果
を奏するものである。
延させ、結晶化率を高め得、同時に偏析を防止できるた
め、製品の歩留りの向上が図れる等本発明は優れた効果
を奏するものである。
第１図は本発明装置の模式的縦断面図、第２図は坩堝内
の固体層の形状を示す説明図、第3,4図はチョクラルス
キー法，溶融層法の説明図、第５図は溶融層法での充填
材料の相変化を示す説明図、第６図は坩堝の温度制御の
内容を示す説明図である。 １……坩堝、２……ヒータ、３……保温筒、3a,3b……
冷却材、４……プルチャンバ、６……引上げ軸、７……
種結晶、８……単結晶、10……チャンバ、11……固体原
料供給器
の固体層の形状を示す説明図、第3,4図はチョクラルス
キー法，溶融層法の説明図、第５図は溶融層法での充填
材料の相変化を示す説明図、第６図は坩堝の温度制御の
内容を示す説明図である。 １……坩堝、２……ヒータ、３……保温筒、3a,3b……
冷却材、４……プルチャンバ、６……引上げ軸、７……
種結晶、８……単結晶、10……チャンバ、11……固体原
料供給器
Claims (1)
- 【請求項１】水冷されているチャンバ内で、周囲にヒー
タ及びその外側に位置して保温材を配設した坩堝内の結
晶用原料を、前記ヒータにて上側から下側へ向けて溶融
しつつ、その溶融液から結晶を引き上げて成長させる装
置において、 前記保温材の一部に熱伝導率の高い物質を介装せしめて
あることを特徴とする結晶成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27005589A JPH07512B2 (ja) | 1989-10-16 | 1989-10-16 | 結晶成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27005589A JPH07512B2 (ja) | 1989-10-16 | 1989-10-16 | 結晶成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03131592A JPH03131592A (ja) | 1991-06-05 |
| JPH07512B2 true JPH07512B2 (ja) | 1995-01-11 |
Family
ID=17480892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27005589A Expired - Lifetime JPH07512B2 (ja) | 1989-10-16 | 1989-10-16 | 結晶成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07512B2 (ja) |
-
1989
- 1989-10-16 JP JP27005589A patent/JPH07512B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03131592A (ja) | 1991-06-05 |
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