JPH09241094A - 半導体単結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＣＺ法または連続チャージを行うＣＺ法によ
る半導体単結晶の製造において、石英るつぼの熱負荷に
よる劣化に起因する単結晶の有転位化を防止するととも
に、石英るつぼに装填した塊状原料を効率よく溶解す
る。 【解決手段】 連続チャージ法による半導体単結晶の製
造において、石英るつぼ１に装填した多結晶シリコンの
塊状原料５を溶解する際に、石英るつぼ１を取り巻くメ
インヒータ２と、石英るつぼ１の上方に設置した原料供
給装置２０のロッド溶解ヒータ２１とによって前記塊状
原料５を加熱し、メインヒータ２に供給する電力を所定
値まで降下させる。これにより石英るつぼ１に加えられ
る熱負荷が小さくなり、劣化が抑制される。また、塊状
原料５は横方向と上方とから加熱されるので、従来より
も短時間で溶解する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体単結晶の製造
方法に係り、特に石英るつぼに装填した塊状原料の溶解
を効率的に行う半導体単結晶の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の基板には一般に高純度の単
結晶シリコンが用いられているが、その製造には主とし
てチョクラルスキー法（以下ＣＺ法という）が用いられ
ている。ＣＺ法においては、半導体単結晶製造装置のチ
ャンバ内に設置したるつぼ軸の上端にるつぼ受けを介し
て黒鉛るつぼを載置し、前記黒鉛るつぼ内に収容した石
英るつぼに多結晶シリコンを装填した上、前記黒鉛るつ
ぼの周囲に設けたヒータによって多結晶シリコンを加熱
溶解して融液とする。そして、シードチャックに取り付
けた種結晶を前記融液に浸漬し、シードチャックおよび
黒鉛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シリコンを成長させる。

【０００３】ＣＺ法による半導体単結晶の生産性を向上
させる手段として、融液から単結晶シリコンを引き上げ
た後、原料多結晶を再度チャージして溶解し、単結晶シ
リコンを引き上げる工程を繰り返すリチャージ法があ
る。また、大径で長尺の単結晶シリコンを引き上げる場
合、初期原料の溶解完了後、単結晶引き上げ開始前に融
液に原料多結晶を追加して融液を増量する追チャージ法
を用いることがある。特開平７−１８７８８１号公報に
開示されている単結晶製造装置は、棒状の多結晶シリコ
ンをリチャージまたは追チャージの原料として用いるも
ので、上端部に外向きの環状リムを備え、下端部をるつ
ぼ内の融液充填域近傍に位置させて、単結晶引き上げ域
周囲に配置せしめられた円筒状のスクリーンと、前記ス
クリーンの内側に、単結晶引き上げ域を囲みこのスクリ
ーンの開口に近接して開口した、素材溶解用のサブヒー
タを配設している。または、前記円筒状のスクリーンの
下部を発熱体構造としてサブヒータと一体構成のスクリ
ーンを配設している。サブヒータはリチャージまたは追
チャージに用いる棒状の多結晶シリコンを液はねを起こ
さずに溶解することができ、粒状の多結晶シリコンも容
易に溶解可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＣＺ法による半導体単
結晶の製造においては、半導体単結晶の引き上げに先立
って、まず石英るつぼに装填した塊状原料を溶解して融
液としなければならないが、石英るつぼには原料溶解の
際に最も熱負荷がかかる。石英るつぼに過大な熱負荷が
かかると、変形を起こして真円度が悪化し、あるいは石
英るつぼの内部に含まれている気泡が膨張して肉厚の均
一性が損なわれる。このため、石英るつぼに対する融液
面の位置が変化したり、バッチ間における単結晶引き上
げ開始時の石英るつぼ位置がずれたりして品質のはらつ
きを生じる原因となっている。

【０００５】上記に加え、最も大きい問題として、石英
るつぼの劣化が挙げられる。石英るつぼに加わる熱負荷
が大きいと、石英るつぼ内面の透明層が溶損し、気泡を
含む層が融液に暴露された状態になる。この状態で気泡
が破裂すると、極小片が融液に混入し、単結晶に付着し
て有転位化が起こりやすくなる。

【０００６】近年は、６インチを超える大径ウェーハが
主流になり、単結晶シリコンも直径６インチ以上のもの
が要求されている。このため半導体単結晶製造装置が大
型化し、特に、直径８インチ以上の大径の単結晶引き上
げは、１バッチ当たりの操業時間が長くなるため、直胴
部成長工程の後半に石英るつぼの劣化に起因する有転位
化の可能性が高くなっている。石英るつぼの劣化を防止
する手段として、ヒータ投入電力を下げることにより石
英るつぼに加わる熱負荷を低減させる方法もあるが、原
料溶解時間が長くなって生産性を低下させるため、好ま
しくない。

【０００７】大径の単結晶シリコンをＣＺ法によって効
率よく生産する手段の一つとして、育成した単結晶シリ
コンの量に応じて原料をるつぼ内に連続的に供給しつつ
単結晶シリコンを引き上げる連続チャージ法が用いられ
ている。図３は連続チャージ法による半導体単結晶製造
装置の一例を示す部分断面図で、石英るつぼ１の縁部上
方に複数の原料供給装置２０が設置されている。この原
料供給装置２０は、メインチャンバ９の上方から吊り下
げられた棒状の多結晶シリコン（以下多結晶ロッドとい
う）２３を溶解して融液１０に滴下させるもので、ロッ
ド溶解ヒータ２１と、ロッド溶解ヒータ２１を包囲する
保護筒２４と、保護筒２４の底部に取り付けられた原料
供給管２５とを備えている。また、前記保護筒２４の下
部には原料供給装置２０に導入した不活性ガスをメイン
チャンバ９から排出する通路となる環状のメルトカバー
２２が取着され、メルトカバー２２の外縁部には排気管
２６が接続されている。

【０００８】連続チャージ法による半導体単結晶製造装
置に用いられている石英るつぼ１は、その縁部に原料を
連続的に供給する区域を設けるため、通常のＣＺ法に用
いる石英るつぼに比べてるつぼ内径が大きく、深さの浅
い形状となっている。このため、メインヒータ２から石
英るつぼ１の中心までの距離が長くなり、石英るつぼ１
に装填した塊状原料の溶解時にるつぼ中心付近に熱が伝
わりにくい。従って、石英るつぼ１の劣化を避けようと
すると、通常の石英るつぼを用いる場合よりも更に溶解
時間が長くなっている。

【０００９】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、ＣＺ法による半導体単結晶の製造におい
て、石英るつぼに加わる熱負荷を小さくして石英るつぼ
の劣化に起因する単結晶の有転位化を防止するととも
に、石英るつぼに装填した塊状原料を効率よく溶解する
ことができるような半導体単結晶の製造方法を提供する
ことを目的としている。

【００１０】

【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の製造方法は、ＣＺ法に
よる半導体単結晶の製造において、るつぼに装填した塊
状原料の溶解に際し、るつぼを取り巻く環状のメインヒ
ータと、るつぼの上方に設置した加熱手段とによって前
記塊状原料を加熱し、メインヒータに供給する電力を所
定値まで降下させる構成とした。

【００１１】また、原料を供給しつつ半導体単結晶を製
造する連続チャージ法による半導体単結晶の製造におい
て、供給原料を加熱または溶解するためにるつぼの上方
に設置した加熱手段を用いてるつぼ内の塊状原料を加熱
し、メインヒータに供給する電力を所定値まで降下させ
る構成とした。

【００１２】

【発明の実施の形態および実施例】本発明は、ＣＺ法に
よる半導体単結晶製造の初期段階において石英るつぼに
装填した塊状原料を溶解する際に、石英るつぼに過大な
熱負荷を与えないようにする方法である。すなわち、Ｃ
Ｚ法による半導体単結晶の製造においては、るつぼの上
方に設置した加熱手段とメインヒータとによって前記塊
状原料を加熱する。このとき、メインヒータに供給する
電力を所定値まで降下させることにより、石英るつぼに
加えられる熱負荷が小さくなって熱による劣化が抑制さ
れ、半導体単結晶の有転位化が防止される。また、メイ
ンヒータと前記加熱手段とを併用することにより、メイ
ンヒータの供給電力を降下させても塊状原料の溶解所要
時間は長くならず、塊状原料を効率よく溶解することが
できる。

【００１３】連続チャージ法による半導体単結晶の製造
においては、図３に示したメインヒータ２とロッド溶解
ヒータ２１とを併用してるつぼ内の塊状原料を加熱する
ので、上記ＣＺ法による半導体単結晶の製造時と同様に
メインヒータの供給電力を降下させることができ、石英
るつぼに加えられる熱負荷が小さくなる。

【００１４】次に、本発明に係る半導体単結晶の製造方
法の実施例について図面を参照して説明する。図１は本
発明の第１実施例として、連続チャージ法による半導体
単結晶の製造において石英るつぼに装填した塊状原料の
溶解工程を示す部分断面図である。この半導体単結晶製
造装置は、メインチャンバの上方から吊り下げた多結晶
ロッドを溶解してその液滴を融液に連続的に供給しつつ
半導体単結晶を引き上げる装置で、石英るつぼ１の縁部
上方に２組の原料供給装置２０が設置され、前記原料供
給部装置２０にはロッド溶解ヒータ２１が組み込まれて
いる。前記原料供給装置２０の下部は、メインヒータ２
を取り囲む保温筒３の上端に取着されたメルトカバー２
２によって固定されている。メルトカバー２２は、原料
供給装置２０に導入された不活性ガスの排出路を形成す
る。

【００１５】黒鉛るつぼ４に収容された石英るつぼ１に
は多結晶シリコンからなる所定量の塊状原料５が装填さ
れている。このとき、原料供給装置２０の下端と前記塊
状原料５との干渉を避けるため、るつぼ軸６を駆動して
黒鉛るつぼ４および石英るつぼ１を所定の位置まで下降
させておく。

【００１６】塊状原料５の溶解に際し、メインヒータ２
と、原料供給装置２０に組み込まれたロッド溶解ヒータ
２１の双方に電力を供給する。この場合、ロッド溶解ヒ
ータ２１内には多結晶ロッドを吊りおろさない。塊状原
料５は、メインヒータ２とロッド溶解ヒータ２１とによ
って加熱される。メインヒータ２に供給する電力は、メ
インヒータのみを使用する従来方法による塊状原料溶解
時より低くする。

【００１７】一例として、従来方法による塊状原料溶解
に８時間を要している場合、メインヒータとロッド溶解
ヒータとを併用すると６時間で溶解することができた。
ロッド溶解ヒータによる加熱を行わず、メインヒータの
みで塊状原料を６時間で溶解しようとすると、メインヒ
ータに供給する電力を１５ｋＷ増加させなければなら
ず、石英るつぼの劣化を招く。

【００１８】図２は本発明の第２実施例として、るつぼ
の上方に加熱装置を有する半導体単結晶製造装置を用い
て石英るつぼ内の塊状原料を溶解する場合を示す部分断
面図である。図１と同一の構成要素には、図１と同一の
符号を付してある。第２実施例の場合も第１実施例と同
様に、加熱装置３０の下端と塊状原料５との干渉を避け
るため黒鉛るつぼ７および石英るつぼ８を下降させ、メ
インヒータ２と加熱装置３０とを作動させる。加熱装置
３０は互いに独立する複数のヒータでもよく、環状の１
個のヒータを使用してもよい。メインヒータ２に供給す
る電力は従来方法による塊状原料溶解時より低くする。

【００１９】るつぼの上方に加熱手段を有する半導体単
結晶製造装置であれば、石英るつぼに装填した塊状原料
の溶解に際してメインヒータと前記加熱手段との併用に
より、石英るつぼを劣化させることなく塊状原料を短時
間で溶解することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｃ
Ｚ法または連続チャージを行うＣＺ法による半導体単結
晶製造の初期工程において、石英るつぼに装填した塊状
原料を溶解する際に、るつぼの上方に設置した加熱手段
をメインヒータと併用することにしたので、メインヒー
タの供給電力を降下させても溶解時間は長くならず、塊
状原料を効率よく溶解することができる。また、メイン
ヒータによって石英るつぼに加えられる熱負荷が小さく
なるため、従来から問題となっていた石英るつぼの熱負
荷による劣化を抑制することができ、半導体単結晶の有
転位化が防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例として、連続チャージ法に
よる半導体単結晶の製造における塊状原料の溶解工程を
示す部分断面図である。

【図２】本発明の第２実施例として、るつぼの上方に加
熱装置を有する半導体単結晶製造装置を用いて塊状原料
を溶解する場合を示す部分断面図である。

【図３】連続チャージ法による従来の半導体単結晶製造
装置の一例を示す部分断面図である。

【符号の説明】

１，８ 石英るつぼ ２ メインヒータ ４，７ 黒鉛るつぼ ５ 塊状原料 ２０ 原料供給装置 ２１ ロッド溶解ヒータ ３０ 加熱装置

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る半導体単結晶
   の製造において、るつぼに装填した塊状原料の溶解に際
   し、るつぼを取り巻く環状のメインヒータと、るつぼの
   上方に設置した加熱手段とによって前記塊状原料を加熱
   し、メインヒータに供給する電力を所定値まで降下させ
   ることを特徴とする半導体単結晶の製造方法。
2. 【請求項２】 原料を供給しつつ半導体単結晶を製造す
   る連続チャージ法による半導体単結晶の製造において、
   供給原料を加熱または溶解するためにるつぼの上方に設
   置した加熱手段を用いてるつぼ内の塊状原料を加熱し、
   メインヒータに供給する電力を所定値まで降下させるこ
   とを特徴とする半導体単結晶の製造方法。