JPH1112092A - シリコン単結晶の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 育成時におけるシリコン単結晶インゴットの
長手方向における熱履歴差を低減し、インゴットの長手
方向における品質バラツキが小さく製品歩留まりの高い
シリコン単結晶を製造する方法および製造装置を提供す
る。 【解決手段】 引き上げ操作開始後から育成されたシリ
コン単結晶インゴット９がプルチャンバー部１２内へと
進入してくるまでの期間にわたり、メインチャンバー部
１とプルチャンバー部１２との概略区画位置に、種結晶
１１ｃを懸架する種結晶引き上げ用ワイヤー１１ａの挿
通部を有しかつプルチャンバー部１２の内部空間断面の
少なくとも一部を塞ぐことのできる断面形状を有する断
熱体１６ａを配置して、引き上げを行うこと特徴とする
シリコン単結晶の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン単結晶の
製造方法および製造装置に関するものである。詳しく述
べると本発明は、単結晶製造装置内におけるシリコン単
結晶インゴットの長手方向における熱履歴差を低減し、
インゴット長手方向における品質のバラツキを抑え、製
品歩留まりの向上を図ることのできる製造方法および製
造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シリコン等の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（Czochralski法、ＣＺ法と略称される。）
が広く用いられている。

【０００３】このＣＺ法においては、石英製の坩堝から
多量の酸素が融液中に混入し、育成されるシリコン単結
晶インゴット中に高濃度に取込まれる。このようにシリ
コン単結晶インゴット中には、その成長時に取込まれる
上記したような酸素あるいはその他の不純物が存在する
ため、ＣＺ法において、結晶育成時のインゴットの受け
る熱履歴は、得られるシリコン単結晶の品質を大きく左
右するものとなる。

【０００４】すなわち、単結晶育成時の熱履歴は、デバ
イスプロセスの高温酸化処理によって発生するＯＳＦの
発生割合を左右する。前記したように単結晶成長時に取
込まれる酸素などの不純物多量の不純物が融液中に混入
し、育成したシリコン単結晶インゴットにはこの不純物
が取込まれて点欠陥を生ずるが、この点欠陥はその後の
熱履歴により凝集して核成長し、デバイスプロセスの高
温酸化処理においてこの核から積層欠陥が析出するため
である。

【０００５】また、この熱履歴によってシリコン単結晶
における酸素析出濃度が変化する。この析出量は、シリ
コンウェハの反りの大小を決定し、またイントリンシッ
クゲッタリング（Intrinsic gettering ，ＩＧ）効果を
決定するものであった。

【０００６】従来、ＣＺ法によるシリコン単結晶引上げ
においては、育成されるシリコン単結晶インゴットの上
部側と下部側では、融液界面において結晶成長した後シ
リコン単結晶製造装置内を上方に移動する際に受ける冷
却条件、すなわち、熱履歴が大きく異なり、このため、
得られるシリコン単結晶インゴットにおいて上部側と下
部側では、上記したような作用に基づいて、結晶品質が
大きく相違するものとなり、所望する結晶品質のもの
は、シリコン単結晶インゴットの一部の部位からしか取
り出せず、製品歩留まりが悪いという問題があった。

【０００７】このような単結晶製造装置内におけるシリ
コン単結晶インゴットの長手方向における熱履歴差を低
減し、育成されるシリコン単結晶インゴットの長手方向
における品質のバラツキを解消するため、従来、単結晶
製造装置内における種々の断熱ないし冷却技術が提唱さ
れている。

【０００８】例えば、（１）断面Ｖ字型の断熱ボード
を、シリコン融液界面上部に育成単結晶を囲繞するよう
に配置する方法ないしその改良方法（例えば、米国特許
第４３３０３６２号、特開平３−２７９２０号）や、
（２）シリコン融液を収容する坩堝を配するメインチャ
ンバー内面に水冷されたＡｇメッキ反射板を配置する方
法（特開昭５９−１９９５９８号公報）などが知られて
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記したような断熱部
材ないし反射部材等をメインチャンバー内部に配するこ
とによって、引き上げ操作時において、育成単結晶イン
ゴットの各部位が受ける熱履歴差をある程度は、緩和す
ることが可能となる。

【００１０】しかしながら、一般的に単結晶製造装置の
チャンバーは、融液を形成する坩堝を配置するメインチ
ャンバー部（加熱チャンバー部）およびこのメインチャ
ンバー部上方に設けられかつこの引上げチャンバーより
も直径の小さなプルチャンバー部（引き上げチャンバー
部）とからなる構成を有しており、このようなメインチ
ャンバー部とプルチャンバー部を有する単結晶製造装置
における、単結晶引き上げ操作は、このメインチャンバ
ー部とプルチャンバー部との内部空間が連通した状態に
おいて行われるものであるため、上記したような断熱部
材ないし反射部材等を配しても、育成される単結晶イン
ゴット上部の熱が、プルチャンバー側に逃げやすく、単
結晶インゴット上部の温度が低下し、単結晶インゴット
長手方向の温度分布差を十分に低減させることができな
いものであった。

【００１１】従って、本発明は、改良されたなシリコン
単結晶製造方法および製造装置を提供することを課題と
するものである。本発明はまた育成時におけるシリコン
単結晶インゴットの長手方向における熱履歴差を低減
し、インゴットの長手方向における品質バラツキが小さ
く製品歩留まりの高いシリコン単結晶を製造する方法お
よび製造装置を提供することを課題とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために鋭意検討を行った結果、メインチャンバ
ー部とプルチャンバー部を有する単結晶製造装置におい
て、シリコン単結晶インゴットを育成するにおいて、引
き上げ操作開始後から前記プルチャンバー部に育成され
るシリコン単結晶インゴットが進入してくるまでの期間
において、メインチャンバー部とプルチャンバー部との
概略区画位置に、単結晶引き上げ用線条体の挿通を確保
しつつプルチャンバー部の内部空間断面を実質的に塞ぐ
ことのできる断面形状を有する断熱体を配置すること
で、この期間において、育成される単結晶インゴット上
部からの熱が、プルチャンバー側へ逃げるのを防ぎ、得
られる単結晶インゴットの長手方向における熱履歴差を
低減することができることを見出し本発明に至ったもの
である。

【００１３】すなわち、上記課題を解決する本発明は、
（１）融液を形成する坩堝を配置するメインチャンバー
部およびこのメインチャンバー部上方に設けられたプル
チャンバー部とからなるチャンバー内において、前記融
液に種結晶を浸漬し、この種結晶を引き上げることによ
り種結晶後端部にシリコン単結晶インゴットを育成させ
るシリコン単結晶の製造方法において、引き上げ操作開
始後から育成された前記シリコン単結晶インゴットがプ
ルチャンバー部内へと進入してくるまでの期間にわた
り、前記メインチャンバー部とプルチャンバー部との概
略区画位置に、前記種結晶を懸架する種結晶引き上げ用
線条体の挿通部を有しかつ前記プルチャンバー部の内部
空間断面の少なくとも一部を塞ぐことのできる断面形状
を有する断熱体を配置して、引き上げを行うこと特徴と
するシリコン単結晶の製造方法である。

【００１４】また、本発明のシリコン単結晶の製造方法
においてはさらに、（２）前記断熱体を、プルチャンバ
ー部内において昇降可能なものとし、育成された前記シ
リコン単結晶インゴットがプルチャンバー部内へと進入
した後は、前記シリコン単結晶インゴットの引き上げ進
行に伴い、前記断熱体をシリコン単結晶インゴットの上
部と所定間隔離間しながら、漸次上方へと移動させるこ
とも可能である。

【００１５】さらに、本発明のシリコン単結晶の製造方
法においては、（３）前記断熱体が、前記種結晶引き上
げ用線条体の挿通部を有しかつ前記プルチャンバー部の
内部空間断面の実質的全体を塞ぐことのできる断面形状
を有するものであることが望ましい。

【００１６】上記課題はまた、（４）融液を形成する坩
堝を配置するメインチャンバー部およびこのメインチャ
ンバー部上方に設けられたプルチャンバー部とからなる
チャンバーを有し、種結晶引き上げ用線条体を前記プル
チャンバー上部より昇降自在にチャンバー内に垂下させ
る機構を備えてなるシリコン単結晶製造装置において、
前記種結晶を懸架する種結晶引き上げ用線条体の挿通部
を有しかつ前記プルチャンバー部の内部空間断面の少な
くとも一部を塞ぐことのできる断面形状を有する断熱体
を、前記メインチャンバー部とプルチャンバー部との概
略区画位置に配設・除去可能に備えていることを特徴と
するシリコン単結晶製造装置によっても達成される。

【００１７】本発明のシリコン単結晶製造装置において
は、（５）前記断熱体が、チャンバー半径方向におい
て、前記したメインチャンバー部とプルチャンバー部と
の概略区画位置と、チャンバー内空間に干渉しない位置
との間で変位可能なものとされているものとすることが
できる。

【００１８】本発明のシリコン単結晶製造装置において
はまた、（６）前記断熱体が、プルチャンバー部内にお
いて、昇降可能なものとされ、前記したメインチャンバ
ー部とプルチャンバー部との概略区画位置と、プルチャ
ンバー内の上方位置との間で変位可能なものとされてい
るものとすることができる。

【００１９】本発明のシリコン単結晶製造装置において
はさらに、（７）前記断熱体が、前記種結晶引き上げ用
線条体の挿通部を有しかつ前記プルチャンバー部の内部
空間断面の実質的全体を塞ぐことのできる断面形状を有
するものであることが望ましい。

【００２０】

【作用】このように本発明においては、メインチャンバ
ー部とプルチャンバー部を有する単結晶製造装置を用い
てシリコン単結晶インゴットを育成するにおいて、引き
上げ操作開始後から前記プルチャンバー部に育成される
シリコン単結晶インゴットが進入してくるまでの期間に
わたり、メインチャンバー部とプルチャンバー部との概
略区画位置に、種結晶を懸架する種結晶引き上げ用線条
体の挿通部を有しかつ前記プルチャンバー部の内部空間
断面の少なくとも一部を塞ぐことのできる断面形状を有
する断熱体を配置する。このような断熱体が存在しない
状態にあっては、育成されるシリコン単結晶インゴット
がプルチャンバー部へと進入するまでの期間は、前記し
たようにメインチャンバー部内空間とプルチャンバー部
内空間との連通部に何ら熱輻射を遮るものが存在しない
ため、上記したように育成される単結晶インゴット上部
表面からの熱が、プルチャンバー側に逃げやすいが、上
記したような断熱材を配することによってこのような放
熱が低減される。一方、シリコン単結晶インゴットが成
長しプルチャンバー部へ進入した状態に至ると、当該シ
リコン単結晶インゴット自体の上部が前記連通部に存在
することで、インゴットのそれより下部の表面からの熱
が、プルチャンバー側に放熱されにくい状態となる。結
局、育成されるシリコン単結晶インゴットが前記プルチ
ャンバー部に進入してくるまでの期間、断熱体を配して
プルチャンバー側への熱の逃げを抑えることにより、育
成される単結晶インゴットの長手方向における熱履歴差
（温度差）を低減でき、長手方向における品質のバラツ
キの少ない単結晶インゴットを製造することが可能とな
るものである。

【００２１】なお、当該断熱体は、チャンバー内空間を
横断面方向において遮るものであるが、種結晶引き上げ
用線条体の挿通部は、確保されているので、引き上げ操
作自体には支障はない。

【００２２】また、前記断熱体をプルチャンバー部内に
おいて昇降可能なものとし、育成された前記シリコン単
結晶インゴットがプルチャンバー部内へと進入した後
は、前記シリコン単結晶インゴットの引き上げ進行に伴
い、前記断熱体をシリコン単結晶インゴットの上部と所
定間隔離間しながら、漸次上方へと移動させる操作を行
えば、育成される単結晶インゴットの長手方向における
熱履歴差、品質のバラツキをより低減可能である。

【００２３】さらに、本発明においては、上記したよう
に単結晶育成時におけるプルチャンバー部方向への熱損
失を低減することができるため、単結晶製造（シリコン
融液状態維持等）に係る消費電力を低減させることがで
きる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的実施態様に
基づきより詳細に説明する。

【００２５】本発明に係る単結晶製造装置は、融液を形
成する坩堝を配置するメインチャンバー部およびこのメ
インチャンバー部上方に設けられたプルチャンバー部と
からなるチャンバーを有している。なお、プルチャンバ
ー部は、通常は、メインチャンバー部より内径の小さな
ものとされているが、このような態様に限定されるもの
ではない。また、メインチャンバー部とプルチャンバー
部との区画部位には、単結晶引き上げ操作前における坩
堝内における融液形成操作、ならびに単結晶引き上げ操
作終了後における育成単結晶インゴットの系外への取り
出し操作を、容易なものとするために、両チャンバー部
の内部空間の連通を完全に遮断可能な真空ゲートバルブ
を備えていることが望ましいが、このような真空ゲート
バルブを有しない態様も採択し得る。

【００２６】また、本発明に係る単結晶製造装置におい
ては、従来知られる単結晶製造装置と同様に、チャンバ
ー外部に配置された線条体捲取装置等の駆動装置に接続
され、前記プルチャンバー部の上部壁面を挿通して、昇
降自在に垂下された種結晶引き上げ用線条体がチャンバ
ー内へと延長されており、その下端部に取り付けられた
種結晶保持機構に種結晶を取り付け、メインチャンバー
内に配置された坩堝内に形成されるシリコン融液に一旦
種結晶を浸漬し、引き上げることで単結晶インゴットを
成長させることのできる構成とされている。なお、前記
種結晶引き上げ用線条体およびその駆動機構としては、
特に限定されるものではなく、例えば、ワイヤーとワイ
ヤー捲取装置、チェーンとチェーン駆動機構、ラック・
アンド・ピニオン機構等各種の構成とすることができ
る。

【００２７】しかして、本発明の単結晶製造装置におい
ては、前記種結晶を懸架する種結晶引き上げ用線条体の
挿通部を有しかつ前記プルチャンバー部の内部空間断面
の少なくとも一部、より好ましくは実質的に全体（例え
ば、内部空間断面の７５％以上、より好ましくは９０％
以上）を塞ぐことのできる断面形状を有する断熱体を、
前記メインチャンバー部とプルチャンバー部との概略区
画位置に配設・除去可能に備えている。

【００２８】この断熱体およびその変位機構としては、
特に限定されるものではなく、例えば、後述する図１お
よび図２に示す実施例群におけるように、チャンバーの
軸線に対し半径方向に変位し、メインチャンバー部とプ
ルチャンバー部の連通空間を遮る第１位置と、チャンバ
ー側方に設けられた収納部に位置する第２位置との間で
移動するスライドゲートバルブ形式のもの、また図３に
示す実施例におけるように、プルチャンバー部上方より
昇降可能に懸架され、その昇降によって所定位置に配置
される吊り下げ方式のもの、あるいはその他、カメラの
絞り機構に見られるように複数の葉様体を円周方向に相
互に重なり合うように組合せ、その重なり度合いを変化
させることで開閉を行う方式のもの等、種々の態様を用
いることができる。

【００２９】また、このような断熱体の配置位置として
も、前記メインチャンバー部とプルチャンバー部との厳
密な区画位置である必要はなく、チャンバーの形状によ
っても左右されるが、少なくとも当該配置位置より上部
に、プルチャンバー部の十分な残部、成長完了後のイン
ゴット（結晶）をプルチャンバー内に格納できる長さが
存在すれば、その配置位置が前記区画位置よりプルチャ
ンバー部側にシフトした位置であっても、当該断熱体の
配置による所望の効果が期待できるものであり、また、
メインチャンバー部側にある程度シフトした位置であっ
ても、プルチャンバー部への放熱を十分に遮断できる限
り、許容されるものである。特に後述する図１〜３に示
す実施例群において見られるように、メインチャンバー
部が、その上部位置にプルチャンバー部との接続を容易
とするため等の目的から、それより下部位置（実質的な
メインチャンバー領域）よりも直径の小さな、プルチャ
ンバー部と同等直径の首部位を有している態様において
は、この首部位は、プルチャンバーの一部とみなすこと
が可能であって、当該首部位に前記断熱体を配すること
は何ら問題ではない。

【００３０】さらに、このような断熱体を構成する材質
としても、特に限定されるものではないが、例えば、グ
ラファイト繊維、多孔質セラミックス等により構成する
ことが望ましい。

【００３１】本発明の単結晶製造装置において、上記し
たような部材以外の構成としては、任意のものであり、
従来公知の種々の態様を採用し得るものである。

【００３２】本発明の単結晶製造方法は、上記のごとき
構成の単結晶製造装置を用いて行われるものであって、
まず常法に基づき、メインチャンバー内に配置された坩
堝内に多結晶シリコンおよび必要に応じて添加されるド
ーパントなどの原料を所定量装填し、加熱ヒータ等によ
って加熱して原料を溶融して融液を形成する。単結晶製
造装置に上記したような真空ゲートバルブが存在する態
様においては、この融液形成時までは、当該真空ゲート
バルブと断熱体を閉じ、メインチャンバー部とプルチャ
ンバー部との連通を解き、融液形成に要する消費電力を
低減する。

【００３３】次いで、真空ゲートバルブを開き、一旦前
記断熱体を除去し、前記融液に、種結晶把持手段に保持
された種結晶を一旦浸漬する。その後、前記断熱体をプ
ルチャンバーとメインチャンバーの概略分離位置に戻
し、前記種結晶把持手段に連結された昇降手段によって
種結晶を軸回りに回転させながら引上げ、種結晶の下端
に単結晶を成長させていく。必要に応じて、無転位化の
ために一旦径を絞ってダッシュズネック部を形成後、し
だいに拡径してコーン部を形成し、所望口径に達した後
はその口径を維持するように引き上げ速度、融液温度等
を制御して、直胴部を形成していく。

【００３４】単結晶インゴットの育成が進行し、成長し
たインゴット上部がプルチャンバー部へと進入する位
置、すなわち、前記断熱体の直下の位置まで上昇した
ら、前記断熱体を当該閉塞位置より、閉塞解除位置へと
移動させる。なお、図１または図２に示される実施例に
おいては、この閉塞解除位置は、チャンバー側方に設け
られた収納位置であり、また図３に示される実施例にお
いては、プルチャンバー部のより上方空間位置である。

【００３５】ここで、図３に示される実施例におけるよ
うに、当該断熱体をプルチャンバー部内において昇降可
能なものとして構成した場合においては、この閉塞解除
操作時において、断熱体を一気にチャンバーの最上部位
置まで引き上げることも可能ではあるが、その後の単結
晶引き上げ操作期間中においても、さらに上部空間への
放熱をできる限り少なくすることが、得られる単結晶イ
ンゴットの長手方向の熱履歴差を小さくする上で好まし
いために、このような構成とした場合には、前記シリコ
ン単結晶インゴットがプルチャンバー部内へと進入した
後は、前記シリコン単結晶インゴットの引き上げ進行に
伴い、前記断熱体をシリコン単結晶インゴットの上部と
所定間隔離間しながら、漸次上方へと移動させる操作と
することが望ましい。

【００３６】その後は、常法に基づき、インゴットの直
胴部が所望の長さとなるまで単結晶育成を続け、所望長
さの直胴部が得られたら、漸次引き上げ速度を高くし
て、インゴットの直径を縮径してゆき、最終的にインゴ
ット下端部（下部コーン部後端）を融液界面より解離さ
せ、得られた単結晶インゴットをそのままプルチャンバ
ー部内に完全に収まるまで引き上げて、単結晶育成操作
を終了する。前記したように真空ゲートバルブを有する
態様においては、単結晶インゴットがプルチャンバー部
内に完全に収納された段階で、当該真空ゲートバルブを
閉じる。

【００３７】本発明の単結晶製造方法においては、上記
したような操作により、単結晶引き上げ操作時における
プルチャンバー側への放熱を抑制するものであるため、
育成される単結晶インゴットのチャンバー軸方向におけ
る位置の変位に対する単結晶温度の変化（温度降下）が
緩やかなものとなり、これによって、単結晶インゴット
の長手方向における熱履歴差が小さくなり、長手方向に
おける品質のバラツキが改善されるものである。なお、
図８は、実際に本発明に基づき単結晶インゴットを育成
した際の融液界面からの距離と、単結晶インゴットの結
晶中心温度との関係を、本発明に係る断熱体による放熱
抑制操作を行わずに単結晶インゴットを育成した際のも
のとして比較して示すものであるが、この図に示される
ように、本発明の製造方法によれば、優れた結晶保温効
果が得られるものである。

【００３８】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づきより具体的に
説明する。

【００３９】図１は、本発明に係るシリコン単結晶製造
装置の一実施例における構成を使用状態において、模式
的に示すものである。

【００４０】この実施例の製造装置においては、チャン
バーが、比較的直径の大きなメインチャンバー部１と、
前記メインチャンバー部の上方に前記メインチャンバー
と同軸的に配置された比較的直径の小さなプルチャンバ
ー部１２とから構成されており、図中符号２０の付され
た位置において両者が締結されている。なお、メインチ
ャンバー部１の上部域は縮径されて実質的にプルチャン
バー１２と同径とされている。

【００４１】そして、従来の単結晶製造装置と同様に、
メインチャンバー部１内には、その概略中央部に石英製
坩堝３ｂおよびこれを囲繞するグラファイト製坩堝３ａ
からなる坩堝３が、チャンバー外に位置する駆動装置
（図示せず）よりメインチャンバー部底壁面を貫通して
延長された回転軸６によって支持され、配置されてい
る。またメインチャンバー部１内には、前記坩堝３を所
定の間隔を有して囲繞する筒状の加熱ヒーター４、さら
にこのヒータ５の外方には、メインチャンバー内側壁面
より所定間隔離間して配置されたチャンバー形状に沿っ
た仕切板２が設けられており、この仕切板２とメインチ
ャンバー内側壁面との間隙に断熱材が充填され筒状の保
温筒６を形成している。また、前記保温筒６が配された
部位より上方のメインチャンバー内側壁ないし上壁面に
も同様に、前記仕切板２と一体的に形成された仕切板１
０によって保温筒１８が設けられている。また、前記坩
堝３の上部空間には、前記仕切板２、１０と一体的に形
成された切頭逆円錐筒形状の熱遮断体８が配置されてい
る。

【００４２】さらに、チャンバー内にはプルチャンバー
部１２の上端部に配置された結晶回転・ワイヤー捲き上
げ機構１３より、チャンバー軸線に沿って垂下された先
端部に種結晶１１ｃを保持するための種結晶保持治具１
１ｂを有する単結晶引上げワイヤー１１ａが配してあ
る。

【００４３】また、この実施例の単結晶製造装置におい
ては、メインチャンバー部とプルチャンバー部との前記
締結位置２０直下において、メインチャンバー部壁面を
半径方向側方に延長して断面短尺長矩形状の真空ゲート
バルブハウジング１５ａが形成されており、ここに配置
された真空ゲートバルブ１５ｂは、チャンバー半径方向
に移動可能とされ、このゲートバルブハウジング１５ａ
内の開放位置と、メインチャンバー部１内の閉鎖位置と
の間を変位する。

【００４４】しかして、この実施例においては、本発明
に係る断熱体機構として、このゲートバルブハウジング
１５ａの下方近傍に同様にメインチャンバー部壁面を半
径方向側方に延長して断面短尺長矩形状の断熱ゲートバ
ルブハウジング１６ａが形成されており、ここに配置さ
れた断熱ゲートバルブ１６ｂは、チャンバー半径方向に
移動可能とされ、この断熱ゲートバルブハウジング１６
ａ内の開放位置と、メインチャンバー部１内の熱遮断位
置との間を変位する。

【００４５】図４は、図１に示す実施例の単結晶製造装
置の当該断熱ゲートバルブ近傍部位の詳細構造を示す図
面であるが、図４（ａ）に示されるように、断熱ゲート
バルブ１６ａは、その移動方向（チャンバーの半径方
向）に沿って、一側部中央より概略心央部に至るスリッ
ト状の切欠１６ｅを有している。断熱ゲートバルブ１６
ｂが、メインチャンバー部１内の熱遮断位置に位置す
る、ないしはこの位置より断熱ゲートバルブハウジング
１６ａ内の開放位置へと移動する際のいずれにおいて
も、当該切欠１６ｅの存在によって、前記したようにチ
ャンバー軸線に沿ってチャンバー内を垂下する引き上げ
ワイヤ１１ａに対して、断熱ゲートバルブ１６ｂの実部
が干渉することが回避されており、引き上げワイヤー１
１ａによる単結晶引き上げ操作中において、断熱ゲート
バルブ１６ｂの開閉が可能とされている。また、断熱ゲ
ートバルブ１６ｂは、図４（ｂ）に示されるように、保
形のための枠状本体である断熱材保持材１６ｃとその内
部に収容された断熱材１６ｄから構成されている。

【００４６】なお、この実施例の単結晶製造装置におい
て、図１中符号７は、メインチャンバー部下方に設けら
れた、チャンバー内を減圧に保つための真空排気口を、
符号１４ａ、１４ｂ、１４ｃはチャンバー内にＡｒ等の
不活性ガスを導入する不活性ガス導入口をそれぞれ示
す。

【００４７】図２は、本発明に係る単結晶製造装置の別
の実施例における構成を使用状態において、模式的に示
すものである。

【００４８】図２に示される実施例は、上記図１に示さ
れる実施例における構成と、メインチャンバー部１の形
状が異なる以外は、ほぼ同様の構成を有するものであ
り、図中に示される符号は、図１に示される同一符号の
部材と同一のものを示している。

【００４９】この実施例においては、メインチャンバー
部１の上部域における、実質的にプルチャンバー１２と
同径に縮径された部位の長さが、実施例１におけるもの
と比較して、短いものとされている。

【００５０】図３は、本発明に係る単結晶製造装置のさ
らに別の実施例における構成を使用状態において、模式
的に示すものである。

【００５１】図３に示される実施例は、上記図２に示さ
れる実施例における構成と、本発明に係る断熱体の構造
が異なる以外は、ほぼ同様の構成を有するものであり、
図中に示される符号は、図１に示される同一符号の部材
と同一のものを示している。この実施例においては、前
記図１および図２に示した実施例群における断熱ゲート
バルブ１６ｂ（および断熱ゲートバルブハウジング１６
ａ）に代えて、断熱弁１９（および断熱弁支持ワイヤー
２１）を、本発明に係る断熱体として設けたものであ
る。すなわち、本実施例においては、プルチャンバー部
１２上端に配置された前記結晶回転・ワイヤー捲き上げ
機構１３中に、前記単結晶引上げワイヤー１１ａのワイ
ヤー捲き上げ装置（図示せず）とは別途に、断熱弁支持
ワイヤー２１のワイヤー捲き上げ装置（図示せず）を設
け、チャンバー半径方向断面においてチャンバー軸線を
中心としてその周方向に等間隔（等角度）離間配置さ
れ、かつチャンバー軸線方向において当該軸線に沿って
垂下された複数本の断熱弁支持ワイヤー２１を、前記断
熱弁支持ワイヤ捲き上げ装置の駆動軸に接続し、当該複
数本の断熱弁支持ワイヤー２１の他方端において、断熱
弁１９を接続して、断熱弁１９をプルチャンバー部内に
昇降自在に懸架支持している。なお、前記単結晶引き上
げワイヤー１１ａと、断熱弁支持ワイヤー２１とは、そ
れぞれ独立した捲き上げ装置に接続されているために、
相互に独立して昇降可能である。また、前記断熱弁１９
は、プルチャンバー部１２の内部空間断面よりもわずか
に小さな円盤形状体であるが、その中央部、すなわちチ
ャンバー軸線の通る部位には、前記単結晶引き上げワイ
ヤー１１ａが自在に通過できる貫通孔２２が設けてある
ため、断熱弁１９の実部が単結晶引き上げワイヤー１１
ａの動きに干渉することはない。従っく、引き上げワイ
ヤー１１ａによる単結晶引き上げ操作中において、前記
断熱弁１９は、育成される単結晶インゴット９に対し
て、上下方向に任意に変位可能である。なお、この実施
例において、断熱弁１９は、円盤形状体としたが、プル
チャンバー部の内部空間を、一断面ないしはある程度の
領域幅において存在して、実質的に塞ぐことのできるも
のであれば、特に限定されるものではなく、例えば、傘
状形状、短尺円錐形状等といったものや、あるいは複数
の部材の組合せによるもの等種々の変形態様が用いられ
得る。

【００５２】上記したような実施例における単結晶製造
装置を用いてのシリコン単結晶の製造は、先に本発明の
単結晶製造方法に関する説明のところで詳述したよう
に、単結晶引き上げ操作時において、本発明に係る断熱
体としての、断熱ゲートバルブ１６ｂないし断熱弁１９
を所定の位置に配置することによってなされる。なお、
表１には、前記図１および２に示す実施例群の単結晶製
造装置における断熱ゲートバルブおよび真空ゲートバル
ブの単結晶製造時における動きの一例を、また、表２に
は、図３に示す実施例の単結晶製造装置における断熱弁
および真空ゲートバルブの単結晶製造時における動きの
一例を示す。また、図５〜７には、図２に示す実施例の
単結晶製造時における断熱ゲートバルブおよび真空ゲー
トバルブの単結晶製造時における動きを、育成される単
結晶の位置と共に模式的に示すもので、図５は原料溶解
中及び結晶取出し、図６は種結晶コンタクトから引上げ
中、図７は引上げ完了から結晶の移動を示すものであ
る。

【００５３】

【表１】

【００５４】

【表２】

【００５５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、メイ
ンチャンバー部とプルチャンバー部を有する単結晶製造
装置を用いてシリコン単結晶インゴットを育成するにお
いて、引き上げ操作開始後から前記プルチャンバー部に
育成されるシリコン単結晶インゴットが進入してくるま
での期間にわたり、メインチャンバー部とプルチャンバ
ー部との概略区画位置に、種結晶を懸架する種結晶引き
上げ用線条体の挿通部を有しかつ前記プルチャンバー部
の内部空間断面の少なくとも一部を塞ぐことのできる断
面形状を有する断熱体を配置することにより、育成され
る単結晶インゴットの長手方向における熱履歴差（冷却
温度差）を低減でき、長手方向における品質のバラツキ
の少ない単結晶インゴットを製造することが可能となる
ものである。

【００５６】また、前記断熱体をプルチャンバー部内に
おいて昇降可能なものとし、育成された前記シリコン単
結晶インゴットがプルチャンバー部内へと進入した後
は、前記シリコン単結晶インゴットの引き上げ進行に伴
い、前記断熱体をシリコン単結晶インゴットの上部と所
定間隔離間しながら、漸次上方へと移動させる操作を行
えば、育成される単結晶インゴットの長手方向における
熱履歴差、品質のバラツキをより低減可能である。

【００５７】さらに、本発明においては、上記したよう
に単結晶育成時におけるプルチャンバー部方向への熱損
失を低減することができるため、単結晶製造（シリコン
融液状態維持等）に係る消費電力を低減させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る単結晶引き上げ装置の一実施例
の構成を使用状態において模式的に示す概略図、

【図２】 本発明に係る単結晶引き上げ装置の別の実施
例の構成を使用状態において模式的に示す概略図、

【図３】 本発明に係る単結晶引き上げ装置のさらに別
の実施例の構成を使用状態において模式的に示す概略
図、

【図４】 （ａ）図１に示す実施例における装置の要部
構成を示す横断面図、（ｂ）同要部構成の縦断面図、

【図５】 図２に示す実施例の装置の原料溶解中におけ
るバルブの状態を示す概略図、

【図６】 図２に示す実施例の装置の単結晶引き上げ操
作開始時から引き上げ中におけるバルブの状態を示す概
略図、

【図７】 図２に示す実施例の装置の単結晶引き上げ操
作完了後単結晶インゴットをプルチャンバー部へと移動
させる際におけるバルブの状態を示す概略図、

【図８】 単結晶中心温度と融液界面からの距離との関
係を示すグラフ。

【符号の説明】

１ メインチャンバー部 ２ 仕切り板 ３ 坩堝 ３ａ グラファイト製坩堝 ３ｂ 石英製坩堝 ４ ヒーター ５ 保温筒 ６ 坩堝回転軸 ７ 真空排気口 ８ 熱遮断体 ９ シリコン単結晶インゴット １０ 仕切り板 １１ａ 単結晶引き上げワイヤー １１ｂ 種結晶保持治具 １１ｃ 種結晶 １２ プルチャンバー部 １３ 結晶回転・ワイヤー捲き上げ機構 １４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 不活性ガス導入口 １５ａ 真空ゲートバルブハウジング １５ｂ 真空ゲートバルブ １６ａ 断熱ゲートバルブハウジング １６ｂ 断熱ゲートバルブ １６ｃ 断熱材保持 １６ｄ 断熱材 １６ｅ スリット状切欠 １７ シリコン融液 １８ 保温筒 １９ 断熱弁 ２０ プルチャンバーとメインチャンバーの締結位置 ２１ 断熱弁支持ワイヤ ２２ 断熱弁の貫通孔

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 融液を形成する坩堝を配置するメインチ
   ャンバー部およびこのメインチャンバー部上方に設けら
   れたプルチャンバー部とからなるチャンバー内におい
   て、前記融液に種結晶を浸漬し、この種結晶を引き上げ
   ることにより種結晶後端部にシリコン単結晶インゴット
   を育成させるシリコン単結晶の製造方法において、引き
   上げ操作開始後から育成された前記シリコン単結晶イン
   ゴットがプルチャンバー部内へと進入してくるまでの期
   間にわたり、前記メインチャンバー部とプルチャンバー
   部との概略区画位置に、前記種結晶を懸架する種結晶引
   き上げ用線条体の挿通部を有しかつ前記プルチャンバー
   部の内部空間断面の少なくとも一部を塞ぐことのできる
   断面形状を有する断熱体を配置して、引き上げを行うこ
   と特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
2. 【請求項２】 前記断熱体を、プルチャンバー部内にお
   いて昇降可能なものとし、育成された前記シリコン単結
   晶インゴットがプルチャンバー部内へと進入した後は、
   前記シリコン単結晶インゴットの引き上げ進行に伴い、
   前記断熱体をシリコン単結晶インゴットの上部と所定間
   隔離間しながら、漸次上方へと移動させることを特徴と
   する請求項１に記載のシリコン単結晶の製造方法。
3. 【請求項３】 前記断熱体が、前記種結晶引き上げ用線
   条体の挿通部を有しかつ前記プルチャンバー部の内部空
   間断面の実質的全体を塞ぐことのできる断面形状を有す
   るものである請求項１または２に記載のシリコン単結晶
   の製造方法。
4. 【請求項４】 融液を形成する坩堝を配置するメインチ
   ャンバー部およびこのメインチャンバー部上方に設けら
   れたプルチャンバー部とからなるチャンバーを有し、種
   結晶引き上げ用線条体を前記プルチャンバー上部より昇
   降自在にチャンバー内に垂下させる機構を備えてなるシ
   リコン単結晶製造装置において、前記種結晶を懸架する
   種結晶引き上げ用線条体の挿通部を有しかつ前記プルチ
   ャンバー部の内部空間断面の少なくとも一部を塞ぐこと
   のできる断面形状を有する断熱体を、前記メインチャン
   バー部とプルチャンバー部との概略区画位置に配設・除
   去可能に備えていることを特徴とするシリコン単結晶製
   造装置。
5. 【請求項５】 前記断熱体が、チャンバー半径方向にお
   いて、前記したメインチャンバー部とプルチャンバー部
   との概略区画位置と、チャンバー内空間に干渉しない位
   置との間で変位可能なものとされている請求項４に記載
   のシリコン単結晶製造装置。
6. 【請求項６】 前記断熱体が、プルチャンバー部内にお
   いて、昇降可能なものとされ、前記したメインチャンバ
   ー部とプルチャンバー部との概略区画位置と、プルチャ
   ンバー内の上方位置との間で変位可能なものとされてい
   ることを特徴とする請求項４に記載の単結晶製造装置。
7. 【請求項７】 前記断熱体が、前記種結晶引き上げ用線
   条体の挿通部を有しかつ前記プルチャンバー部の内部空
   間断面の実質的全体を塞ぐことのできる断面形状を有す
   るものである請求項４〜６のいずれか１つに記載のシリ
   コン単結晶製造装置。