JPH0930889A - 半導体単結晶の引上装置 - Google Patents

半導体単結晶の引上装置

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JPH0930889A
JPH0930889A JP7213904A JP21390495A JPH0930889A JP H0930889 A JPH0930889 A JP H0930889A JP 7213904 A JP7213904 A JP 7213904A JP 21390495 A JP21390495 A JP 21390495A JP H0930889 A JPH0930889 A JP H0930889A
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melt
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semiconductor single
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JP7213904A
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Yoshinobu Hiraishi
吉信 平石
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Sumco Techxiv Corp
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Komatsu Electronic Metals Co Ltd
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    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/32Seed holders, e.g. chucks
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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Abstract

(57)【要約】 【目的】融液面位置の正確な計測を低コストにて行い得
ることができる半導体単結晶の引上装置を提供する。 【構成】種結晶6を保持する種結晶保持器Aを、種結晶
6を保持する種結晶ホルダー5と、種結晶ホルダー5に
螺合する吊下ボルト3により伸縮可能に設け、種結晶保
持器Aの上下移動範囲における上死点での種結晶先端位
置を、保持器Aの伸縮によって基準点に合致させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、チョクラルスキー法
(CZ法)により半導体単結晶を製造する工程における
半導体単結晶の引き上げ装置に関するものであり、特に
ガス整流管を備えたシリコン単結晶育成装置の融液表面
の位置を検出し、育成単結晶中の酸素濃度変動を自動的
に抑制するための装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体集積回路の基本材料である
シリコン単結晶の製造方法の一つとして、坩堝内で半導
体原料を溶融し、円柱状の単結晶インゴットを引き上げ
るチョクラルスキー法(以下CZ法という)が用いられ
ている。このCZ法における単結晶育成装置において
は、育成した単結晶中の不純物である酸素濃度を精度よ
く抑制するため、融液表面位置を、引き上げの全過程に
おいて、設定位置通りに制御することが重要である。
【0003】特に、ガス整流管を備えた育成装置の場
合、ガス整流管の下端と融液の表面との間隔が一定に保
たれないと、結晶中の酸素濃度が安定しないという問題
が生じていた。すなわち、ガス整流管の下端位置は、育
成装置の構造により決定されるが、融液表面の位置は、
多結晶素材装填量のバラツキ、融液を保持する石英坩堝
肉厚のバラツキ、石英坩堝を保持する黒鉛製坩堝形状の
経時変化等により、大きく変動する。このため、ガス整
流管下端と融液表面との距離も変動して、これが育成さ
れた単結晶の酸素濃度の変動をもたらす。従って、当該
融液表面位置を正確に検出することは、結晶の品質特性
として重要な酸素濃度を目標値通りに制御するために非
常に重要な課題である。
【0004】従来から、この表面位置を測定する方法
は、数多く提案されている。先に、図3及び図4に基づ
いて従来方法を説明し、本発明の目的を明らかにする。
例えば、特開平6−293590号公報に記載されてい
る方法を、図3により説明する。これはガス整流管21
下端に基準反射鏡21を設け、投射したレーザー光L1
がこの反射鏡22に反射した後の光路の変位を検出する
ことによって、ガス整流管21下端位置を検出し、この
反射光に平行なレーザー投射光L2を融液面23に投射
して同様に液面位置を検出して、それぞれの検出位置デ
ータの差から、ガス整流管21下端と融液面23との間
隔を算出するようにしたものである。
【0005】この方法では、ガス整流管21下端に、基
準点として反射鏡22を設置しなければならないが、ガ
ス整流管21下端はシリコン融液の近傍に設置されるた
め、その融点に近い1300〜1400℃程度の高温度
になると考えられる。反射鏡は、このような高温とシリ
コン融液表面から発生するSiO蒸気にさらされるた
め、基準点反射鏡表面の鏡面状態を維持できる材質や加
工方法の選択は実際上極めて困難である。また、ガス整
流管は、通常、下向に向かって径の減少する逆円錐形で
あるが、この様な場合、その下端は、単結晶インゴット
24外周に近づくが、その場合、融液面の測定点も単結
晶インゴット24外周に近づく。この場合、結晶24と
融液面の境界部分は、通常メニスカスと呼ばれる表面張
力により大きく盛り上がった領域になるため、レーザー
光の反射角度が不安定になり、融液面位置の測定が困難
になる。また、炉内を外気から密閉するためのチャンバ
ーに、レーザー光を通過させるための窓を開けねばなら
ない。また、このようなレーザー式のセンサーは極めて
高価なものである。
【0006】次に、特公平5−59876号公報所載の
装置を図4に示す。これは、チャンバー内に種結晶25
の下端位置を検出する光学式の基準位置検出センサー2
6を設けたものであり、ガス整流管下端と融液面との距
離については言及されていないが、融液面位置の測定を
行うには有効な方法である。しかしながら、この基準位
置検出センサー26を従来の単結晶育成装置に付加する
には、チャンバーに新たな窓を開けるための大ががりな
改造が必要となり、経済的ではない。加えて、通常、種
結晶は反復使用されるため、初回以外は割断したままの
不整形な状態となり、先端部が鋭く尖った状態になるこ
とが多い。このような場合、光量の減少量によって作動
する光学式の基準位置検出センサーでは先端部の検出に
誤差が生じ、種結晶の真の先端位置を検出することがで
きない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点に鑑みてなされたものであり、融液面位置の
正確な計測を低コストにて行い得ることができる半導体
単結晶の引上装置を提供することを目的とするものであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】このため本発明では、チ
ョクラルスキー法にて半導体単結晶を育成する装置であ
って、種結晶と坩堝内の融液とが導通したことを検知す
る手段と、前記融液の上方に配設され前記種結晶を保持
する手段と、該種結晶保持手段を昇降及び回転駆動可能
に懸吊する手段と、種結晶の降下距離に比例したパルス
を出力する手段と、種結晶が基準位置から導通位置まで
降下する間のパルス数をカウントして融液面の上下位置
を出力する手段とを有する半導体単結晶の引上装置にお
いて、前記種結晶保持手段を伸縮自在に設けたことを特
徴とする。
【0009】
【作用】本発明装置では、特公平5−59876号公報
所載の装置(図4参照)に設けられたような種結晶の下
端が基準位置にあることを検出するためのセンサー及び
これをチャンバー内に設置するための窓を必要としな
い。したがって、このセンサー及びセンサー取付工事が
不要であるにもかかわらず同様の機能を得ることができ
る。
【0010】つまり、種結晶の長さが変動するにもかか
わらず、種結晶先端位置と基準点とを厳密に一致させる
必要があるため、従来装置におては上記センサーを必要
としたが、図1に示すように、種結晶6を保持する保持
器Aの上下移動範囲における上死点での種結晶先端位置
を、保持器Aの伸縮によって合致させることによって前
記センサーが不要になる。
【0011】実際には、図1に示すような、種結晶保持
器Aを単結晶育成装置のケーブル又は引上軸に取付ける
前に、簡単な治具(スケール8)によって長さを調整す
ることにより可能となる。すなわち、通常の単結晶育成
装置には必ず設置されている上死点検出用のリミットス
イッチ19を使用し、上死点から単結晶が融液面に接触
するまでの移動距離を測定することによって、単結晶装
置に何ら改造を施すことなく種結晶先端位置と基準点と
を高精度に一致させることが可能となる。
【0012】また、別の方法として、本出願人により出
願されている特開平6−48888号所載の方法を用い
ることができる。この場合には、種結晶を引上機本体か
ら絶縁する必要もなくなる。
【0013】以上は、液面位置の測定方法に関する説明
であるが、これによりガス整流管下端と融液面との間隔
が算出できるので、これを基準値と比較して偏差を修正
するように坩堝を上下に移動してから結晶成長を行うこ
とにより、酸素濃度の変動を抑制することができる。
【0014】酸素濃度に与える影響の大きい別のプロセ
ス条件、例えば、炉内の圧力・炉内に流入するアルゴン
ガス流量・坩堝回転数等を変更して、ガス整流管下端と
融液面との間隔の誤差による酸素濃度の変化を打ち消す
ことも可能である。
【0015】
【実施例】以下、本発明に係る半導体単結晶の引上装置
の実施例を図面に基づいて説明する。図1に示すよう
に、種結晶保持器Aは、種結晶6を保持する種結晶ホル
ダー5を上下及び回転駆動可能に設けられたステンレス
製のケーブル1に、係合ピン2を介して吊り下げられて
いる。3は種結晶ホルダー5にネジ込まれて種結晶6を
含めた種結晶保持器Aの長さを任意の長さに調節するた
めの吊下ボルトであり、この種結晶ホルダー5と吊下ボ
ルト3との螺合により種結晶保持器Aは伸縮可能とな
り、ナット4により長さ調節後の位置を固定できるよう
にされている。7は種結晶6を保持するためのモリブデ
ン製のピン、8は種結晶保持器A全体の長さを設定する
ためのスケールであり、カーソル9を設定位置に止めネ
ジ10により固定して使用する。
【0016】上記種結晶保持器Aを使用して、種結晶6
の先端から種結晶保持器A上端までの距離を300mm
に調節して、図2に示すシリコン単結晶製造装置に取付
けて単結晶の育成を行った。
【0017】種結晶6と坩堝11内の融液12表面との
接触は通電を電圧計18により検出する。ケーブル1に
最大24ボルト、設定電流0.2ミリアンペアの定電流
電源13を接続した。その結果、ケーブル1とアース1
4間の電圧は、非接触時に23.7ボルト、接触時に1
ボルトとなり確実な検出を行うのに充分な電圧変化が得
られた。その際のシリコン融液量は60キログラムであ
った。
【0018】種結晶保持器Aの上下駆動範囲の上死点か
ら融液表面に種結晶先端が接触するまでの移動距離は、
ケーブル巻上ドラム15の回転軸に直結した光学式ロー
タリーエンコーダー16の発生するパルスをカウンター
17でカウントすることによって測定した。実施例で
は、上死点から融液表面に接触するまでの距離は270
0mmの設定値に対して繰り返し誤差プラスマイナス
0.5mmで測定できた。図中、M1及びM2は駆動モ
ーター、11は坩堝、20はカウンター17及び電圧計
の計測値を基に坩堝11の回転数及び上下動を制御する
コントローラーである。
【0019】実際の単結晶育成に際して融液表面位置の
バッチ間の変動は2〜3mmある。本実施例以前の単結
晶育成条件では、融液表面位置の1mmの上昇に対して
酸素濃度の0.12×1017atoms/cmの変
動を生じているので、融液面位置変動による酸素濃度バ
ラツキの幅は、0.36×1017atoms/cm
なる。本実施例では、前記融液表面位置の測定結果によ
り、ガス整流管との間隔の設定値である20mmからの
誤差をプラスマイナス0.5mm以内に修正して単結晶
の育成を行ったところ、従来の方法では0.47×10
17atoms/cmのバラツキ幅であったところ
が、0.3×1017atoms/cmとなり、バラ
ツキによる酸素濃度規格はずれを大幅に減少することが
できた。
【0020】
【発明の効果】本発明は以上のように構成したので、以
下に述べる優れた効果がある。 (1). 従来の装置に設けられているような種結晶の
下端が基準位置にあることを検出するためのセンサーが
不要になり、単結晶装置をなんら改造することなく、ま
た、そのセンサーによる測定誤差が発生することなく融
液面位置を正確に測定することができる。 (2).シリコン単結晶の重要な品質の一つである酸素
濃度のバラツキを低減することができ、製品歩留まりを
向上することができると共に、均一な品質の単結晶を製
造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る種結晶保持器の拡大断面である。
【図2】本発明に係るシリコン単結晶製造装置の概略説
明図である。
【図3】従来技術を示す概略説明図である。
【図4】従来技術を示す概略説明図である。
【符号の説明】
A 種結晶保持器 1 ケーブル 2 係合ピン 3 吊下ボルト 4 ナット 5 種結晶ホルダー 6 種結晶 7 ピン 8 スケール 9 カーソル 10 止めネジ 11 坩堝 12 融液 13 電源 14 アース 15 巻上ドラム 16 ロータリーエンコーダ 17 カウンター 18 電圧計 19 リミットスイッチ 20 コントローラー

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】チョクラルスキー法にて半導体単結晶を育
    成する装置であって、種結晶と坩堝内の融液とが導通し
    たことを検知する手段と、前記融液の上方に配設され前
    記種結晶を保持する手段と、該種結晶保持手段を昇降及
    び回転駆動可能に懸吊する手段と、種結晶の降下距離に
    比例したパルスを出力する手段と、種結晶が基準位置か
    ら導通位置まで降下する間のパルス数をカウントして融
    液面の上下位置を出力する手段とを有する半導体単結晶
    の引上装置において、 前記種結晶保持手段を上下に伸縮自在に設けたことを特
    徴とする半導体単結晶の引上装置。
  2. 【請求項2】種結晶保持手段を、種結晶を保持する種結
    晶ホルダーと、該種結晶ホルダーに螺合する吊下ボルト
    と、該種結晶ホルダーを上下駆動可能に懸吊するケーブ
    ルとから構成したことを特徴とする請求項1記載の半導
    体単結晶の引上装置。
JP7213904A 1995-07-18 1995-07-18 半導体単結晶の引上装置 Pending JPH0930889A (ja)

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