JPH0859386A - 半導体単結晶育成装置 - Google Patents

半導体単結晶育成装置

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JPH0859386A
JPH0859386A JP6196617A JP19661794A JPH0859386A JP H0859386 A JPH0859386 A JP H0859386A JP 6196617 A JP6196617 A JP 6196617A JP 19661794 A JP19661794 A JP 19661794A JP H0859386 A JPH0859386 A JP H0859386A
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crucible
melt
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JP6196617A
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Yoshiaki Arai
義明 新井
Hiroshige Abe
啓成 安部
Tsunehisa Machida
倫久 町田
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Mitsubishi Materials Corp
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Mitsubishi Materials Silicon Corp
Mitsubishi Materials Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 融液近傍におけるガス流れの整流に優れた、
炭素濃度の低い良質の半導体単結晶を育成する装置を提
供する。 【構成】 半導体単結晶育成装置の炉体内に、二重坩
堝の上方にこれと同軸的に配され、下端部が融液面直上
であってかつ育成される単結晶の外周と内坩堝体の外側
壁面との間隙に位置する逆円錐筒状の整流カバー、融
液面よりも高い位置において内坩堝体の外側壁面に開孔
された短絡流路、および二重坩堝の上方にこれと同軸
的に配され、下端部が融液面直上であってかつ内坩堝体
の外側壁面と外坩堝体の外側壁面との間隙に位置する整
流筒を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、二重構造の坩堝を用い
て単結晶を育成させる半導体単結晶育成装置に関するも
のであり、特に、融液近傍におけるＣＯガスの滞留を抑
制し、単結晶の結晶品質を改善し、製造歩留りを高める
改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】単結晶の製造方法として、坩堝内の融液
から結晶を成長させつつ引上げるチョクラルスキー法
（ＣＺ法）が広く行なわれている。このＣＺ法により
Ｂ、Ｐ、Ｓｂ等のドーパントを添加したシリコン単結晶
を得ようとする場合、これらドーパント原子の偏析係数
が１でないため、育成された単結晶中のドーパント濃度
が長手方向に不均一になり、その一部分しか所望の品質
とならないという問題があった。この問題を解決するた
めに、例えば特開昭４９−１０６６４号公報やＵＳＰ４
３５２７８４号では、坩堝内部を環状隔壁により区画し
た、いわゆる外坩堝体と内坩堝体とからなる二重坩堝構
造とし、各坩堝体で区画された原料融液のドーパント濃
度差を利用して、育成される単結晶中のドーパント濃度
を均一とし、収率を向上させる技術が開示されている。
【０００３】図８は、その構造例を模式的に示すもので
あり、この単結晶育成装置は、炉体１内に、炉体外部に
位置する駆動装置（図示せず）より炉体底部を貫通して
延長された昇降および回転する下軸８に支持された石英
坩堝２を有している。この坩堝２は、外坩堝体２Ａに円
筒形の内坩堝体２Ｂを収めた二重坩堝とされており、ま
た、その外周部を黒鉛製サセプタ３に保護されている。
またこの坩堝２を所定の間隔を有して囲繞する筒状の加
熱ヒータ４が備えられており、さらにこのヒータ４の外
方には保温筒５が配されている。なお、炉体１内にはガ
ス導入口６からアルゴンガスが供給され、原料融液Ｙか
ら発生する不純物とともにガス排出口７から排出され
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな二重坩堝を備えた装置でシリコン単結晶を実際に製
造すると、得られた単結晶中の炭素濃度が育成開始側か
ら終了側にかけて漸次増大し、部分的に半導体素子とし
て使用可能な炭素濃度の規格を越えてしまい、単結晶の
収率を悪化してしまう現象がしばしば確認された。
【０００５】この種の炭素汚染は、炉体内に使用されて
いる種々のグラファイト部品（例えば、ヒータ４、保温
筒５、サセプタ３、内坩堝体２Ｂの支持体等）に由来す
るもので、まず原料融液Ｙと石英坩堝２との反応により
活性なシリコンモノオキサイド（ＳｉＯ）ガスが発生
し、このＳｉＯが高温のグラファイト部品の表面で次式
の通りＣＯを発生させるものである。 ＳｉＯ＋２Ｃ→ＳｉＣ＋ＣＯ 従って、通常の一重坩堝より二重坩堝において炭素汚染
が顕著であるとすれば、二重坩堝の場合には、発生する
ＣＯを原料融液Ｙ中により多く溶け込ませる何らかの機
構が存在することが予想される。
【０００６】そこで、本出願人は先に、炉内におけるＣ
Ｏガスの挙動について詳細な検討を試み、図８に図示す
るように、原料融液Ｙの直上である、内坩堝体２Ｂと外
坩堝体２Ａとの間隙においてガスが比較的長持間滞留
し、このガス中のＣＯ濃度が上昇するともに、そのＣＯ
が継続的に融液Ｙに接触するため、効率よくＣＯが融液
Ｙ中に溶け込み、融液Ｙひいては単結晶Ｔの炭素濃度を
高めてしまうという知見を得、この知見に基づき、例え
ば、図９に図示するように、二重坩堝２の上方に、これ
と同軸に円筒状のガス整流筒９を設け、このガス整流筒
９の下端部を内坩堝体２Ｂと外坩堝体２Ａの間隙に配置
し、この下端部と、内坩堝体、外坩堝体、原料融液との
間にそれぞれ間隔を設けてなる構成を提唱した（特開平
２−１１６６９７号公報）。
【０００７】このような構成によれば、確かに従来の二
重坩堝を用いた育成装置の場合と比較して、炉内におけ
るガス流れは改善され、より良好な品質の単結晶を得る
ことができるものであったが、その整流効果は充分満足
のいくものではなく、改良の余地のあるものであった。
【０００８】従って、本発明は改良された半導体単結晶
育成装置を提供することを目的とするものである。特に
本発明は融液近傍におけるガス流れの整流に優れた半導
体単結晶育成装置を提供することを目的とするものであ
る。
【０００９】
【課題を解決しようとするための手段】本発明は、上記
課題を解決するためになされたものであり、二重坩堝
の上方にこれと同軸的に配され、下端部が融液面直上で
あってかつ育成される単結晶の外周と内坩堝体の外側壁
面との間隙に位置する逆円錐筒状の整流カバー、融液
面よりも高い位置において内坩堝体の外側壁面に開孔さ
れた短絡流路、および二重坩堝の上方にこれと同軸的
に配され、下端部が融液面直上であってかつ内坩堝体の
外側壁面と外坩堝体の外側壁面との間隙に位置する整流
筒を少なくとも２つ組合せて設けてなることを特徴とす
る。
【００１０】なお、前記の近傍において、内坩堝体の
外側壁面に設けられた開孔部よりも上部から、内周側に
前記の整流カバーとは干渉しない大きさを有する逆円
錐筒状の垂れ部を、また外周側に前記の整流筒とは干
渉しない大きさを有する断面鉤形の筒状垂れ部をそれぞ
れ設けていることが望ましい。また、の整流カバーお
よびの整流筒を構成する材質としては、ＳｉＣ、Ｓｉ
3 Ｎ4 や、高融点金属であるＭｏ、Ｔａ、Ｗなどをであ
ることが望ましい。
【００１１】
【作用】この半導体単結晶育成装置では、上記したよう
に、単結晶の外周と内坩堝体の外側壁面との間隙に逆円
錐筒状の整流カバーを配し、内坩堝体の外側壁面を開孔
して短絡流路を形成し、さらに、内坩堝体の外側壁面と
外坩堝体の外側壁面との間隙に整流筒を配することで、
炉体上方から炉体内に供給されたアルゴンガスが、融液
近傍を炉中心部側から外周側へと略融液界面に沿って層
流状に流れるようにし、育成される単結晶と内坩堝体と
の間隙、および内坩堝体と外坩堝体との間隙でのガスの
滞留を防ぎ、原料融液へのＣＯの混入を低減する。な
お、これらの整流カバー、短絡流路および整流筒は、そ
の全てを備えていれば、最もその作用は顕著であるが、
いずれか２つを組合せたものであっても、実用上十分な
効果を得ることができる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明を実施態様に基づきより詳細に
説明する。図１〜４は、それぞれ本発明の半導体単結晶
育成装置の一実施例の構成を模式的に表わす使用状態図
である。
【００１３】この実施例に係る半導体単結晶育成装置
は、図１に示すように、上体１０Ａおよび下体１０Ｂか
らなる炉体１０を有し、この炉体１０の中央には、炉体
外部に位置する駆動装置（図示せず）より炉体底部を貫
通して延長された昇降および回転を行なう下軸が配置さ
れ、この下軸１１の上端には黒鉛サセプタ１２を介して
石英製の二重坩堝１３が固定されている。またサセプタ
１２の外周を囲繞してヒーター１４、保温筒１５が順に
配置されている。
【００１４】前記二重坩堝１３は、有底円筒状の外坩堝
体１３Ａと、その中に同軸的に配置された円筒形の内坩
堝体１３Ｂとからなり、この内坩堝体１３Ｂの外周側壁
部の下端には、外坩堝体１３Ａの内部空間と内坩堝体１
３Ｂの内部空間との融液Ｙの流通を可能とする透孔（図
示せず）が設けられている。さらに炉体１０の上方に
は、種結晶１６を保持する引上げワイヤ１７を昇降およ
び回転させ、内坩堝体１３Ｂの内側から単結晶Ｔを育成
させる引上機構（図示せず）が設けられている。
【００１５】しかして、この実施例においては、前記二
重坩堝１３の上方に、これと同軸的にかつ育成される単
結晶Ｔを囲繞するかたちで、逆円錐筒状の整流カバー１
８が配置され、さらにその外周側に略直筒状の整流筒１
９が配置されている。また、前記内坩堝体１３Ｂの外周
側壁部には、融液Ｙ面よりも高い位置において開口され
た短絡流路２０が形成されている。
【００１６】整流カバー 前記整流カバー１８は、その上端開口部が坩堝１３の内
径よりも小さな直径を有しており、これより漸次縮径さ
れた壁面を有して下端開口部に至る形状の逆円錐筒状部
２１有している。また、この整流カバー１８は、その上
端部位において外方側へ向って半径方向に延長された複
数、好ましくは４箇所程度の係止部２２を有しており、
この係止部２２が、前記保温筒１５の上部に取付けられ
た円環板状の取付板２３に係合することで、所定位置に
保持されている。
【００１７】従ってこの整流カバー１８の係合部での炉
体軸線に垂直な断面において、この取付板２３と逆円錐
筒状部２１との間にはいくつかの爪状の係止部２２が存
在するのみであり、この間隙が完全に閉塞されるもので
はないため、炉体１０上方より流下してくるアルゴンガ
スは、整流カバー１８の内側のみならず、外側にも分岐
して流れることとなる。なお、この係止部２２は、前記
逆円錐筒状部２１に一体的に形成してもよいし、また係
止部２２を別体的に形成し、ボルトなどによって逆円錐
筒状部２１に固定してもよい。図５に、このような整流
カバー１８の一例の斜視図を示す。
【００１８】前記整流カバー１８（逆円錐筒状部２１）
の下端部は、育成される単結晶Ｔの外周と内坩堝体１３
Ｂの外周側壁部との間隙に差し入れられ、この下端部
と、単結晶Ｔ、内坩堝体１３Ｂの外周側壁部、原料融液
Ｙとの間にはそれぞれ略同じ間隙が開けられている。
【００１９】これらの間隙は、引上げられる単結晶イン
ゴットの種類および直径、融液温度、引上げ速度、イン
ゴット長さ等の引上げ条件によって左右されるため、一
概には規定できないが、例えば、整流カバー１８の下端
と融液Ｙとの距離は５ｍｍより大きく、かつ下端は内坩
堝体１３Ｂの外周側壁部上端よりも低い位置に設定され
ていることが望まれる。
【００２０】融液Ｙからの距離が５ｍｍ未満であると、
この間隙を通るガスの流速が過大となり、融液Ｙ液面に
不要な振動を引き起し育成単結晶Ｔが有転位化してしま
う虞れがあり、また整流カバー１８が融液Ｙに接触して
しまう虞れもある。一方、整流カバー１８の下端が内坩
堝体１３Ｂの上端よりも高い位置にあると、融液液面近
傍におけるガス流れの整流効果が得られず、単結晶Ｔと
内坩堝体１３Ｂの外周側壁部との間隙におけるガス滞留
が避けられず、融液ＹへのＣＯ混入を低減できない。
【００２１】また、整流カバー１８の下端部の肉厚は、
単結晶Ｔと内坩堝体１３Ｂの外周側壁部との離間距離の
０．３〜０．８であることが望ましい。０．３倍未満で
あると、単結晶Ｔと内坩堝体１３Ｂの近傍でガスが滞留
しやすく、整流効果が弱くなる。一方、０．８倍より大
きいと、単結晶Ｔないしは内坩堝体１３Ｂと干渉するお
それが生じる。なお、整流カバー１８の逆円錐筒状部２
１における縮径率および逆円錐筒状部２１の長さは、各
種単結晶Ｔに必要とされる冷却条件、引上げ速度等に応
じて適宜変更され得るが、代表的には、それぞれ、縮径
率が０．６〜１．０の範囲、逆円錐筒状部２１の長さが
３００〜５００の範囲である。
【００２２】整流筒 前記整流筒１９は、略直筒状の円筒部２４と、その上端
より外周側に延長されて一体に形成された円環板部２５
とを有し、この円環板部２５の外周部が、前記保温筒１
５の中間部に取付けられた円環板状の取付板２６に係合
することで、所定位置に保持されている。なお、この実
施例においては、整流筒１９は、保温筒１５の中間部に
取付けられたものとされているが、保温筒１５の上部に
取付板を設け、これに円環板部２５を係止することで、
保温筒１５の上部に取付けることも可能である。この場
合、この整流筒１９の円筒部２４上端ないしは円環板部
２５に前記整流カバー１８の係止部２２が内周側から、
整流カバー１８と整流筒１９との間の空間へのガス流通
性を維持しつつ、係合する構成となる。
【００２３】前記整流筒１９（円筒部２４）の下端部
は、内坩堝体１３Ｂの外周側壁部と外坩堝体１３Ａの外
周側壁部との間隙に差し入れられ、この下端部と、内坩
堝体１３Ｂの外周側壁部、外坩堝体１３Ａの外周側壁
部、原料融液Ｙとの間にはそれぞれ略同じ間隙が開けら
れている。
【００２４】これらの間隙は、引上げられる単結晶イン
ゴットの種類および直径、融液温度、引上げ速度、イン
ゴット長さ等の引上げ条件によって左右されるため、一
概には規定できないが、例えば、整流筒１９の下端と融
液Ｙとの距離は５ｍｍより大きく、かつ下端は内坩堝体
１３Ｂの外周側壁部上端および外坩堝体１３Ａの外周側
壁部上端よりも低い位置、例えば４０ｍｍ程度低い位置
に設定されていることが望まれる。融液Ｙからの距離が
５ｍｍ未満であると、この間隙を通るガスの流速が過大
となり、融液Ｙ液面に不要な振動を引き起し育成単結晶
Ｔが有転位化してしまう虞れがあり、また整流筒１９が
融液Ｙに接触してしまう虞れもある。一方、整流筒１９
の下端が内坩堝体１３Ｂの外周側壁部上端および外坩堝
体１３Ａの外周側壁部上端よりも高い位置にあると、融
液液面近傍におけるガス流れの整流効果が得られず、内
坩堝体１３Ｂの外周側壁部と外坩堝体１３Ａの外周側壁
部との間隙におけるガス滞留が避けられず、融液Ｙへの
ＣＯ混入を低減できない。
【００２５】また、整流筒１９の下端部の肉厚は、内坩
堝体１３Ｂの外周側壁部と外坩堝体１３Ａの外周側壁部
との離間距離の０．３〜０．８であることが望ましい。
０．３倍未満であると、内坩堝体１３Ｂと外坩堝体１３
Ａの近傍でガスが滞留しやすく、整流効果が弱くなる。
一方、０．８倍より大きいと、内坩堝体１３Ｂないしは
外坩堝体１３Ａと干渉するおそれが生じる。
【００２６】短絡流路 また前記短絡流路２０としては、前記内坩堝体１３Ｂの
外周側壁部に、融液Ｙ面よりも高い位置において、全周
にわたり略均一にわたり、開口形成されているものであ
れば各開口の大きさ、形状、配置等は特に限定されるも
のではない。例えば、図示するように二段ないし多段に
設けなくとも一段に設けてもよく、また、開口形状は、
例えば不連続な複数の丸穴などであっても、また円周方
向にある程度長く連続するスリット状のものであっても
よい。なお、この短絡流路２０の最低部は、融液Ｙ面よ
り１０ｍｍ以上高いことが望まれる。すなわち、これよ
りも低いと、融液Ｙが該短絡流路２０を通って流通する
虞れがあるためである。
【００２７】さらに、この短絡流路２０の近傍には、内
坩堝体１３Ｂの外周側壁部に設けられた開孔部よりも上
部から、内周側に前記整流カバー１８とは干渉しない大
きさを有する逆円錐筒状の垂れ部２７が、また外周側に
前記整流筒１９とは干渉しない大きさを有する断面鉤形
の筒状垂れ部２８が設けられており、融液Ｙ面近傍にお
いて、炉体中心部側から外周側へと流れるガス流が、前
記短絡流路２０の前後において、より融液Ｙ面に近いと
ころを流れるように規制している。なお、この垂れ部２
７および２８の下端の融液Ｙ面からの距離は、それぞれ
例えば、１０〜３０ｍｍおよび１０〜３０ｍｍ程度であ
ることが望ましい。すなわち、融液Ｙ面との距離が必要
以上に近すぎると、規制されたガス流れが融液Ｙ面を乱
し単結晶の有転位化が発生する虞れがあり、一方、必要
以上に遠いとこれらを設けたことによる整流効果が得ら
れないためである。
【００２８】なお、図１に示す実施例においては、短絡
流路２０の近傍にこのような垂れ部２７および２８を有
しているが、内坩堝体１３Ｂの外周側壁部は、これらの
双方あるいは一方が存在しない図６、図７に示すような
構成であってもよい。
【００２９】前記整流カバー１８および前記整流筒１９
を構成する材質としては、グラファイトであってもよい
が、単結晶Ｔの炭素汚染を防止する上からは、ＳｉＣ、
Ｓｉ3 Ｎ4 などのセラミックスあるいはＭｏ、Ｔａおよ
びＷなどの金属といった高耐熱材料の単体または複合材
料であることが好ましい。また、グラファイトあるいは
金属材料で構成された場合、単結晶Ｔの炭素汚染ないし
は金属汚染を防止する上から、必要に応じてＳｉＣ等の
被覆層をさらに形成してもよい。
【００３０】この実施例において、さらに炉体１０内に
は、内坩堝体１３Ｂと外坩堝体１３Ａとの間隙に原料を
供給する原料供給管２９が、ガス整流筒１９の円環板部
２５を貫通し円筒部２４の外面に沿って固定されてい
る。なお、この原料供給管２９は、円筒部２４にスリッ
トを形成してその中に固定してもよいし、円筒部２４の
内面に沿って配置してもよい。また符号３０はガス導入
口、３１はガス排出口である。
【００３１】この半導体単結晶育成装置を使用するに
は、まず二重坩堝１３内にシリコン原料を装填し、ヒー
ター１４に通電するとともにガス導入口３０からアルゴ
ンガスを供給し、原料を溶解する。次いで、二重坩堝１
３を上昇させてガス整流カバー１８およびガス整流筒１
９との距離を最適値に合せ、種結晶１６を融液Ｙに浸漬
して単結晶Ｔを育成しつつ、原料供給管２９を通じて原
料を坩堝１３に補給し、融液の減少分を補う。単結晶育
成時、融液Ｍと坩堝１３とが反応してＳｉＯが生成し、
さらにこのＳｉＯの一部が炉体１０内のグラファイト部
品と反応してＣＯを生じる。
【００３２】一方、ガス導入口３０から供給されたアル
ゴンガスは、ガス整流カバー１８の存在によって、ガス
整流カバー１８の逆円錐筒状部２１内方を単結晶Ｔに沿
って下降する流れと、逆円錐筒状部２１外方を下降する
流れとに分岐する。さらにこの外方を下降する流れは、
ガス整流筒１９の円環板部２５によって円筒部２４内に
全て集束され、逆円錐筒状部２１と円筒部２４との間隙
を通って融液Ｙ面近傍まで下降する。前記逆円錐筒状部
２１内方を単結晶Ｔに沿って下降したガス流れは、逆円
錐筒状部２１と円筒部２４との間隙を通って内坩堝体１
３Ｂ内方へと下降したガス流れと融液Ｙ面直上で合流
し、融液Ｙ面と略平行に外周側へと向い、短絡流路２０
を通過して内坩堝体１３Ｂと外坩堝体１３Ａとの間隙へ
と流れる。
【００３３】そして、逆円錐筒状部２１と円筒部２４と
の間隙を通って内坩堝体１３Ｂと外坩堝体１３Ａとの間
隙へと下降したガス流れと合流し、さらに外周側へと流
れ、ガス排出口３１へと向う。このように炉体１０内に
おけるガス流れは、融液Ｙ面近傍において、いずれの部
位においても滞ることなく、速やかに中心部側から外周
側へと通過してガス排出口３１へと向う。
【００３４】これにより、前記ＳｉＯやＣＯは、育成さ
れる単結晶Ｔと内坩堝体１３Ｂとの間隙、および内坩堝
体１３Ｂと外坩堝体１３Ａとの間隙で滞留することなく
排出されることから、融液に溶け込むＣＯ総量が著しく
減少し、炭素濃度の低い良質な単結晶Ｔを製造すること
が可能である。なお、上記実施例ではガス整流カバー１
８、整流筒１９および垂れ部２７、２８の下端は角張っ
ていたが、丸く面取り下降したり、下端部のみを肉厚を
増して丸みを付けてその下端部全体を曲面としてもよ
い。このようにすれば、これらの近傍において渦流が生
じにくくなり、より高い整流効果が期待できる。また、
この実施例においては、引上げ中に供給管２９を通して
原料の連続供給を行なったが、原料の補給を行なわず、
バッチ式で行なうことも可能であり、この場合には融液
の減少と共に坩堝１３を上昇させ、融液Ｙとガス整流カ
バー１８、整流筒１９との位置管径を一定に保つ。
【００３５】図２は、本発明の別の実施例を示すもので
あり、図１に示す実施例における短絡流路２０（ならび
に垂れ部２７、２８）を形成していない以外は、ほぼ同
様の構成を有するものである。また図３は、本発明のさ
らに別の実施例を示すものであり、図１に示す実施例に
おける整流筒１９を有しない以外は、ほぼ同様の構成を
有するものである。さらにまた、図４は、本発明に別の
実施例を示すものであり、図１に示す実施例における整
流カバー１８を有しない以外は、ほぼ同様の構成を有す
るものである。
【００３６】これらの実施例においても、上述したもの
とほぼ同様の整流効果により、炉体１０内におけるガス
流れは、融液Ｙ面近傍において、いずれの部位において
も滞ることなく、速やかに中心部側から外周側へと通過
してガス排出口３１へと向う。これにより、前記ＳｉＯ
やＣＯは、育成される単結晶Ｔと内坩堝体１３Ｂとの間
隙、および内坩堝体１３Ｂと外坩堝体１３Ａとの間隙で
滞留することなく排出されるものである。
【００３７】次に、実際に行なった単結晶育成における
データにより本発明の効果を実証する。実験例１ 図１に示した構成の装置を用い、次の育成条件にて全長
１５００ｍｍの単結晶を育成した。 外坩堝体の内径：５３６ｍｍ 内坩堝体の内径：３９２ｍｍ 原料の初期充填量：４０ｋｇ 初期融液深さ：１１２ｍｍ 単結晶の外径：１０５ｍｍ 外坩堝体、内坩堝体の外周側壁部上端の融液からの高
さ：共に１００ｍｍ ガス整流カバー下端の外径：２８０ｍｍ ガス整流カバー下端の肉厚：５０ｍｍ ガス整流カバー下端の融液からの高さ：２５ｍｍ ガス整流カバー下端の単結晶からの距離：３７．５ｍｍ ガス整流カバー下端の内坩堝体外周側壁部からの距離：
５６ｍｍ 短絡流路の融液からの高さ：１５ｍｍ ガス整流筒下端の外径：４８０ｍｍ ガス整流筒下端の肉厚：２２ｍｍ ガス整流筒下端の融液からの高さ：３０ｍｍ ガス整流筒下端の内坩堝体外周側壁部からの距離：２８
ｍｍ ガス整流筒下端の外坩堝体外周側壁部からの距離：５６
ｍｍ アルゴンガス供給量：４０ ｌ／分（常圧） ルツボへの原料供給：有
【００３８】実験例２ 図１に示した構成の装置を用い、次の育成条件にて全長
１５００ｍｍの単結晶を育成した。 外坩堝体の内径：５３６ｍｍ 内坩堝体の内径：３４０ｍｍ 原料の初期充填量：４０ｋｇ 初期融液深さ：１１２ｍｍ 単結晶の外径：１０５ｍｍ 外坩堝体、内坩堝体の外周側壁部上端の融液からの高
さ：共に１００ｍｍ ガス整流カバー下端の外径：２６５ｍｍ ガス整流カバー下端の肉厚：４０ｍｍ ガス整流カバー下端の融液からの高さ：２５ｍｍ ガス整流カバー下端の単結晶からの距離：４０ｍｍ ガス整流カバー下端の内坩堝体外周側壁部からの距離：
３７．５ｍｍ 短絡流路の融液からの高さ：１５ｍｍ ガス整流筒下端の外径：４８０ｍｍ ガス整流筒下端の肉厚：２８ｍｍ ガス整流筒下端の融液からの高さ：３０ｍｍ ガス整流筒下端の内坩堝体外周側壁部からの距離：２
９．５ｍｍ ガス整流筒下端の外坩堝体外周側壁部からの距離：５６
ｍｍ アルゴンガス供給量：４０ ｌ／分（常圧） ルツボへの原料供給：有
【００３９】実験例３ 図１に示した構成の装置を用い、次の育成条件にて全長
１７００ｍｍの単結晶を育成した。 外坩堝体の内径：５３６ｍｍ 内坩堝体の内径：３４０ｍｍ 原料の初期充填量：４０ｋｇ 初期融液深さ：１１２ｍｍ 単結晶の外径：１０５ｍｍ 外坩堝体、内坩堝体の外周側壁部上端の融液からの高
さ：共に１００ｍｍ ガス整流カバー下端の外径：２６５ｍｍ ガス整流カバー下端の肉厚：４０ｍｍ ガス整流カバー下端の融液からの高さ：２５ｍｍ ガス整流カバー下端の単結晶からの距離：４０ｍｍ ガス整流カバー下端の内坩堝体外周側壁部からの距離：
３７．５ｍｍ 短絡流路の融液からの高さ：１５ｍｍ ガス整流筒下端の外径：４８０ｍｍ ガス整流筒下端の肉厚：２８ｍｍ ガス整流筒下端の融液からの高さ：３０ｍｍ ガス整流筒下端の内坩堝体外周側壁部からの距離：２
９．５ｍｍ ガス整流筒下端の外坩堝体外周側壁部からの距離：５６
ｍｍ アルゴンガス供給量：４０ ｌ／分（常圧） ルツボへの原料供給：有
【００４０】実験例４ 図１に示した構成の装置において、短絡流路近傍の構成
を図５に示したものに変更したもの用い、次の育成条件
にて全長７００ｍｍの単結晶を育成した。 外坩堝体の内径：５３６ｍｍ 内坩堝体の内径：３９２ｍｍ 原料の初期充填量：４０ｋｇ 初期融液深さ：１１２ｍｍ 単結晶の外径：１６０ｍｍ 外坩堝体、内坩堝体の外周側壁部上端の融液からの高
さ：共に１００ｍｍ ガス整流カバー下端の外径：３１０ｍｍ ガス整流カバー下端の肉厚：３５ｍｍ ガス整流カバー下端の融液からの高さ：２５ｍｍ ガス整流カバー下端の単結晶からの距離：４０ｍｍ ガス整流カバー下端の内坩堝体外周側壁部からの距離：
４１ｍｍ 短絡流路の融液からの高さ：１５ｍｍ ガス整流筒下端の外径：４８０ｍｍ ガス整流筒下端の肉厚：２２ｍｍ ガス整流筒下端の融液からの高さ：３０ｍｍ ガス整流筒下端の内坩堝体外周側壁部からの距離：２８
ｍｍ ガス整流筒下端の外坩堝体外周側壁部からの距離：５６
ｍｍ アルゴンガス供給量：４０ ｌ／分（常圧） ルツボへの原料供給：有
【００４１】実験例５ 実験例４と引上速度を変更する以外は同様にして、全長
１９００ｍｍの単結晶を育成した。
【００４２】実験例６ 図２に示した構成の装置を用い、次の育成条件にて全長
１５００ｍｍの単結晶を育成した。 外坩堝体の内径：５３６ｍｍ 内坩堝体の内径：３９２ｍｍ 原料の初期充填量：４０ｋｇ 初期融液深さ：１１２ｍｍ 単結晶の外径：１６０ｍｍ 外坩堝体、内坩堝体の外周側壁部上端の融液からの高
さ：共に１００ｍｍ ガス整流カバー下端の外径：３１０ｍｍ ガス整流カバー下端の肉厚：３５ｍｍ ガス整流カバー下端の融液からの高さ：２５ｍｍ ガス整流カバー下端の単結晶からの距離：４０ｍｍ ガス整流カバー下端の内坩堝体外周側壁部からの距離：
４１ｍｍ ガス整流筒下端の外径：４８０ｍｍ ガス整流筒下端の肉厚：２２ｍｍ ガス整流筒下端の融液からの高さ：３０ｍｍ ガス整流筒下端の内坩堝体外周側壁部からの距離：２８
ｍｍ ガス整流筒下端の外坩堝体外周側壁部からの距離：５６
ｍｍ アルゴンガス供給量：４０ ｌ／分（常圧） ルツボへの原料供給：有
【００４３】比較実験例１ 図２に示した構成から整流筒を除いた構成の装置を用
い、次の育成条件にて全長１５００ｍｍの単結晶を育成
した。 外坩堝体の内径：５３６ｍｍ 内坩堝体の内径：３９２ｍｍ 原料の初期充填量：４０ｋｇ 初期融液深さ：１１２ｍｍ 単結晶の外径：１６０ｍｍ 外坩堝体、内坩堝体の外周側壁部上端の融液からの高
さ：共に１００ｍｍ ガス整流カバー下端の外径：３１０ｍｍ ガス整流カバー下端の肉厚：３５ｍｍ ガス整流カバー下端の融液からの高さ：２５ｍｍ ガス整流カバー下端の単結晶からの距離：４０ｍｍ ガス整流カバー下端の内坩堝体外周側壁部からの距離：
４１ｍｍ アルゴンガス供給量：４０ ｌ／分（常圧） ルツボへの原料供給：有
【００４４】比較実験例２ 比較実験例１における構成の二重坩堝を通常の単坩堝に
変更した構成の装置を用い、次の育成条件にて全長６０
０ｍｍの単結晶を育成した。 坩堝体の内径：５３６ｍｍ 原料の初期充填量：４０ｋｇ 初期融液深さ：１１０ｍｍ 単結晶の外径：１６０ｍｍ ガス整流カバー下端の外径：３１０ｍｍ ガス整流カバー下端の肉厚：１５ｍｍ ガス整流カバー下端の融液からの高さ：２５ｍｍ ガス整流カバー下端の単結晶からの距離：６０ｍｍ ガス整流カバー下端の坩堝体外周側壁部からの距離：１
１３ｍｍ アルゴンガス供給量：４０ ｌ／分（常圧） ルツボへの原料供給：なし（バッチ式）
【００４５】このようにして得られた８本の単結晶につ
いて、ＩＲ測定装置（炭素検出限界０．００５×１０17
atoms ／ｃｍ3 ）を用い、その炭素濃度を長手方向に多
点測定した。その結果を図１０に示す。図１０に示す結
果から明らかなように、整流カバーのみを有する従来構
成の場合は育成に伴い炭素濃度が漸次増加するのに比し
て、本発明に係る構成にいおいては、全長の大部分にお
いて炭素濃度が非常に低く維持され、単坩堝を用いる場
合と同程度のものとなった。
【００４６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明に係わる半導
体単結晶育成装置によれば、炉体上方から炉体内に供給
されたアルゴンガスが、融液近傍を炉中心部側から外周
側へと略融液界面に沿って層流状に速やかに流れるた
め、育成される単結晶と内坩堝体との間隙、および内坩
堝体と外坩堝体との間隙でのガスの滞留が生じず、原料
融液へのＣＯの混入が低減でき、炭素濃度の小さい良質
の単結晶を製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における装置構成を示す断面図
である。
【図２】本発明の別の実施例における装置構成を示す断
面図である。
【図３】本発明のさらに別の実施例における装置構成を
示す断面図である。
【図４】本発明のまた別の実施例における装置構成を示
す断面図である。
【図５】本発明の別の実施例における要部構成を示す断
面図である。
【図６】本発明の別の実施例における要部構成を示す断
面図である。
【図７】本発明の別の実施例における要部構成を示す断
面図である。
【図８】従来の装置構成の一例を示す断面図である。
【図９】従来の装置構成の別の例を示す断面図である。
【図１０】本発明の実験例において得られた単結晶の長
手方向における炭素濃度の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｔ…単結晶、 Ｙ…原料融液、１０…炉体、
１３…二重坩堝、１３Ａ…外坩堝体、 １３Ｂ…内
坩堝体、１８…整流カバー、 １９…整流筒、２０…短
絡流路、 ２７，２８…垂れ部、３０…ガス導入口、
３１…ガス排出口。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 町田 倫久 埼玉県大宮市北袋町１−297 三菱マテリ アル株式会社中央研究所内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内坩堝体および外坩堝体からなる二重坩堝
    を炉体内に備え、前記内坩堝体の内側から単結晶を引上
    げ育成する半導体単結晶育成装置において、 前記二重坩堝の上方にこれと同軸的に配され、下端部が
    融液面直上であって、育成される単結晶の外周面と内坩
    堝体の外周側壁部との間隙に位置する逆円錐筒状の整流
    カバー、 融液面よりも高い位置において内坩堝体の外周側壁部に
    開孔された短絡流路、および二重坩堝の上方にこれと同
    軸的に配され、下端部が融液面直上であって、内坩堝体
    の外周側壁部と外坩堝体の外周側壁部との間隙に位置す
    る整流筒、を少なくとも２つ組合せて設けてなることを
    特徴とする半導体単結晶育成装置。
  2. 【請求項２】前記短絡流路近傍には、内坩堝体の外周側
    壁部に設けられた開孔部よりも上部から、内周側に前記
    整流カバーとは干渉しない大きさを有する逆円錐筒状の
    垂れ部が、および外周側に前記整流筒とは干渉しない大
    きさを有する断面鉤形の筒状垂れ部が、またはいずれか
    一方が設けられている請求項１に記載の半導体単結晶育
    成装置。
  3. 【請求項３】前記整流カバーおよび前記整流筒またはい
    ずれか一方が、ＳｉＣ、Ｓi3Ｎ4 、Ｍｏ、ＴａおよびＷ
    からなる群から選ばれてなるいずれかの材質により構成
    されている請求項１に記載の半導体単結晶育成装置。
  4. 【請求項４】前記整流カバー、短絡流路および整流筒の
    全てを備えてなる請求項１に記載の半導体単結晶育成装
    置。
  5. 【請求項５】前記整流カバーおよび整流筒を備えてなる
    請求項１に記載の半導体単結晶育成装置。
  6. 【請求項６】前記整流カバーおよび短絡流路を備えてな
    る請求項１に記載の半導体単結晶育成装置。
  7. 【請求項７】前記短絡流路および整流筒を備えてなる請
    求項１に記載の半導体単結晶育成装置。
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