JP2000313693A - 半導体単結晶製造用熱伝導型種結晶及び該熱伝導型種結晶による単結晶の成長方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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、種結晶を融液に浸漬した後、ネッキングす
ることなく単結晶の引き上げ育成を可能とする。 【解決手段】 下端を融液に浸漬して半導体単結晶を成
長させる育成用シード１と、育成用シード１に装着さ
れ、育成用シード１より先に融液に浸漬して育成用シー
ド１に融液の熱を伝導する熱伝導用部材２と、熱伝導用
部材２を被覆する石英筒３とによって熱伝導型種結晶１
０を構成する。熱伝導用部材２は育成用シード１を取り
巻くように装着し、かつ下部から下端部にわたって上下
方向に設けられた複数のスリット２ｃを有する。また、
石英筒３はスリット２ｃの数と同数の逆楔形の切り欠き
部を有し、隣接する２個の切り欠き部の間に形成される
楔形部３ｂは上下方向の長さが互いに異なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チョクラルスキー
法による半導体単結晶の製造時に用いる熱伝導型種結晶
及び該熱伝導型種結晶による単結晶の成長方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】単結晶シリコンは、一般にチョクラルス
キー法により製造されている。チョクラルスキー法で
は、単結晶製造装置内に設置した石英るつぼに多結晶シ
リコンを充填し、石英るつぼの周囲に設けたヒータによ
って前記多結晶シリコンを加熱溶解して融液とする。そ
して、シードホルダに取り付けた種結晶を融液に浸漬
し、シードホルダ及び石英るつぼを互いに同方向又は逆
方向に回転させながらシードホルダを引き上げて単結晶
シリコンを所定の直径及び長さに成長させる。

【０００３】種結晶を融液に浸漬すると熱応力が発生
し、種結晶に転位が発生する。この転位を除去するた
め、ダッシュネック法を用いて直径３〜４ｍｍ程度のネ
ック部を種結晶の下方に形成し、転位をネック部の表面
に逃がす。そして、無転位化が確認された後、肩部を形
成して単結晶を所定の直径まで拡大させ、次いで直胴部
形成に移行する。

【０００４】近年、半導体デバイス生産の効率化、歩留
り向上等を目的とした単結晶の大径化あるいは軸方向長
さの増大に伴ってその重量が増大し、ネック部の強度が
限界に近づいている。そのため、従来の結晶引き上げ方
法ではネック部が破断するおそれがあり、安全な単結晶
育成ができない。この対策として本発明者等は、ダッシ
ュネック法によらない単結晶製造方法として特願平１０
−５１３０２号（未公開）において単結晶製造用種結晶
及び単結晶製造方法を提案している。この提案における
単結晶製造用種結晶は、一例として図９に示すように、
種結晶を用いて育成用シード１１と、上端面に内部に貫
通する貫通孔を有し、かつ下方に開口部を有する中空の
熱伝導用部材１２とを製作し、育成用シード１１を熱伝
導用部材１２の上端面の貫通孔に嵌挿して取着した上、
育成用シード１１をシードホルダ５に取着する。熱伝導
用部材１２は、図１０に示すように育成用シード１１よ
りも先に融液６に浸漬されるようにしているので、融液
６の熱は熱伝導用部材１２を介して育成用シード１１に
伝導され、育成用シード１１は十分に高温となった後に
融液６に浸漬される。これにより、育成用シード１１に
は熱衝撃による転位が発生せず、熱伝導用部材１２に導
入された転位は育成用シード１１には伝播しない。この
状態で図１１に示すように熱伝導用部材１２全体を融液
６に浸漬して溶解した後に育成用シード１１を引き上げ
ることにより、その下端にネック部を形成することなく
直ちに単結晶の拡径作業に入り、肩部形成工程に移行す
ることができる。

【０００５】また、ＷＯ９７／３２０５９によれば、種
結晶の周囲を石英製の保温管で包囲し、種結晶より先に
前記保温管の下端が融液に浸漬することによって種結晶
を昇温させ、種結晶を融液に浸漬したときの熱衝撃発生
を回避するようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には下記の問題がある。特願平１０−５１３０２
号公報に開示された単結晶製造用種結晶では、熱伝導用
部材１２が溶解する過程で熱伝導用部材１２と育成用シ
ード１１との嵌合部に融液６が侵入して固化することに
より、育成用シード１１が有転位化するという問題が発
生している。また、熱伝導用部材１２の溶解過程の終盤
において図１２及び図１３に示すように針状溶解残１３
が発生し、育成用シード１１の周辺を浮遊する。そし
て、図１４に示すようにこの針状溶解残１３が育成用シ
ード１１に付着すると、育成用シード１１が有転位化す
るという問題点も発生している。また、ＷＯ９７／３２
０５９で用いられている保温管は底面が平坦であるた
め、引き上げ時に底面全体が融液から一挙に離脱し、こ
れにより液面が波立って育成中の単結晶が有転位化する
という問題がある。

【０００７】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、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、種結晶を融液に浸漬した後、ネッキング
を行うことなく単結晶を育成することができ、大重量の
単結晶の引き上げが可能な半導体単結晶製造用熱伝導型
種結晶及び該熱伝導型種結晶による単結晶の成長方法を
提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記目的
を達成するため、本発明に係る半導体単結晶製造用熱伝
導型種結晶の第１発明は、下端を融液に浸漬して半導体
単結晶を成長させる育成用シードと、育成用シードの外
側に装着され、育成用シードより先に融液に浸漬して育
成用シードに融液の熱を伝導する熱伝導用部材と、熱伝
導用部材を被覆する石英筒とにより構成されていること
を特徴とする。半導体単結晶製造用熱伝導型種結晶の第
１発明によれば、熱伝導用部材は育成用シードより先に
融液に浸漬されるため、融液の熱は育成用シードに比べ
て容積の大きい熱伝導用部材を介して育成用シードに伝
導される。よって育成用シードは、その下端が融液に接
触する前に熱伝導用部材により十分に予熱されるため、
融液に浸漬する時の熱衝撃が緩和され、転位が発生しな
い。熱伝導用部材に導入された転位は、熱伝導用部材と
不連続面で接触する育成用シードには伝播しない。ま
た、石英筒は融液に浸漬しても溶解せず、結晶の成長も
起こらない。以上により、育成用シードはネック部を形
成して無転位化する必要がなく、そのままの径で直胴部
形成工程に移行できるので、大重量の単結晶の引き上げ
に耐える充分な強度を有する単結晶把持部を容易に形成
でき、生産性を向上できる。

【０００９】また、本発明に係る半導体単結晶製造用熱
伝導型種結晶の第２発明は、熱伝導型種結晶の第１発明
において、熱伝導用部材は、育成用シードを取り巻くよ
うに装着し、かつ下部から下端部にわたって上下方向に
複数のスリットを設けたことを特徴とする。半導体単結
晶製造用熱伝導型種結晶の第２発明によれば、熱伝導用
部材には複数のスリットを上下方向に設けたので、これ
らのスリットを通して育成用シードの融液への着液状況
や単結晶の成長状況を観察でき、結晶引き上げ時の作業
性が良い。また、熱伝導用部材の下部はスリットにより
複数個に分割されていることになり、結晶引き上げ時に
熱伝導用部材の下部に成長する結晶もこのスリットによ
り複数個に分割される。したがって、熱伝導用部材の下
部に成長する結晶が石英筒に誘導され易くなり、融液か
らの離脱の石英筒による制御が容易となる。

【００１０】本発明に係る半導体単結晶製造用熱伝導型
種結晶の第３発明は、熱伝導型種結晶の第２発明におい
て、石英筒は熱伝導用部材のスリットの数と同数の逆楔
形の切り欠き部を有し、隣接する２個の切り欠き部の間
に形成される楔形部は上下方向の長さが互いに異なるこ
とを特徴とする。半導体単結晶製造用熱伝導型種結晶の
第３発明によれば、石英筒に設けた複数個の楔形部の上
下方向長さを互いに異なるようにしたので、融液に浸漬
した種結晶を無転位のまま引き上げる過程で各楔形部の
下端が融液から離脱するタイミングが互いにずれる。し
たがって、融液を波立たせずに種結晶を無転位のまま引
き上げることができる。また、石英筒の各楔形部は下方
に向かって融液との接触面積が小さくなるので、熱伝導
用部材の下部に成長する結晶と融液との接触面積が減じ
られ、よって成長結晶の融液からの離脱時の液切れがよ
く、波立ちはごく小さくなり、したがって更に無転位化
が容易となる。

【００１１】本発明に係る半導体単結晶製造用熱伝導型
種結晶の第４発明は、熱伝導型種結晶の第３発明におい
て、石英筒の複数の切り欠き部の上端位置を熱伝導用部
材のスリットの位置と一致させたことを特徴とする。半
導体単結晶製造用熱伝導型種結晶の第４発明によれば、
石英筒に設けた切り欠き部の上端位置と熱伝導用部材に
設けたスリットの位置とが一致するため、熱伝導用部材
のスリットは石英筒によって覆われることがなく、石英
筒を装着した状態で育成用シードを観察できる。これに
より、単結晶引き上げ時の作業性を向上できる。

【００１２】また、本発明に係る熱伝導型種結晶による
単結晶の成長方法の第１発明は、下部から下端部にわた
って上下方向にスリットを有する熱伝導用部材を育成用
シードの外側に装着し、更に熱伝導用部材を逆楔形の切
り欠き部を有する石英筒で被覆し、熱伝導用部材のスリ
ットと石英筒の切り欠き部の上端位置とを一致させて熱
伝導型種結晶を構成し、シードホルダに取着した前記熱
伝導型種結晶の育成用シードの下端が融液に浸漬される
高さまで熱伝導型種結晶を下降させ、この後に育成用シ
ードの下端に単結晶を成長させながら引き上げる方法と
している。熱伝導型種結晶による単結晶の成長方法の第
１発明によれば、熱伝導型種結晶を育成用シードの下端
が融液に浸漬される高さまでしか下降させないので、育
成用シードと熱伝導用部材との嵌合部は融液に浸漬され
ない。したがって、育成用シードと熱伝導用部材との嵌
合部に融液が侵入せず、また、熱伝導用部材をすべて溶
解したときに発生する針状溶解残の浮遊も起こらないた
め、育成用シードの有転位化を防止できる。そして、育
成用シードには融液浸漬時の熱衝撃による転位の発生が
ないので、ネッキングを必要とせず、直ちに肩部形成工
程に移行できる。したがって、育成用シードの径のまま
単結晶を引き上げることができるので、大重量に耐える
充分な強度を有する単結晶を容易に製造でき、生産性を
向上できる。

【００１３】本発明に係る熱伝導型種結晶による単結晶
の成長方法の第２発明は、上記熱伝導型種結晶による単
結晶の成長方法の第１発明において、単結晶の引き上げ
に伴って熱伝導用部材の下端に育成される結晶の成長量
を、石英筒の切り欠き部の間に形成され、かつ下方に向
かって融液との接触が減少する楔形部で誘導し、楔形部
の下端で融液から切り離す方法としている。熱伝導型種
結晶による単結晶の成長方法の第２発明によれば、熱伝
導用部材の融液への浸漬により溶解残存部下端に成長す
る結晶は、単結晶の引き上げに伴って、熱伝導用部材の
外側にある石英筒の楔形部が下方に向かうにつれて融液
(6)との接触面積が減少することにより誘導されて楔形
となり、楔形部の下端で融液を波立たせることなく融液
から離脱する。したがって、育成用シードの下部に成長
する単結晶を無転位のまま引き上げることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、実施形態について図面を
参照して詳細に説明する。本発明に係わる半導体単結晶
製造用熱伝導型種結晶は、育成用シード、熱伝導用部
材、石英筒で構成されている。育成用シード１は図１に
示すように、通常の種結晶とほぼ同等の直径を有する上
部１ａと、上部１ａより大径の下部１ｂとをテーパ部１
ｃで接続してなり、上部１ａには図示しないシードホル
ダに取着される係止部１ｄが設けられている。

【００１５】熱伝導用部材２は育成用シード１と同一の
材料からなり、図２（ａ）及び図２（ａ）の底面図であ
る図２（ｂ）に示すように、下方に開口した略中空円柱
状をなし、この熱伝導用部材２の内部に設けられ、かつ
図１に示した育成用シード１の下部１ｂを収容する大径
穴２ａと、熱伝導用部材２の上端面に設けられ、かつ育
成用シード１のテーパ部１ｃが挿嵌されるテーパ穴２ｂ
とを有している。また熱伝導用部材２は、大径穴２ａの
下端から軸方向に平行な複数個の（本実施形態では、４
個の）スリット２ｃを備えている。スリット２ｃの幅Ｗ
は、熱伝導用部材２を育成用シード１に嵌着したときに
育成用シード１の下部１ｂを観察するに十分な寸法とす
る。

【００１６】石英筒３は図３に示すように、熱伝導用部
材２の上面と外周面とを被覆する高純度石英製の部材か
らなり、円筒部分の下部には複数個の（実施形態では４
個の）切り欠き部３ａが設けられている。切り欠き部３
ａは下端が幅広で、かつ上方に向かって次第に幅が狭く
なる逆楔形であって、切り欠き部３ａの個数は熱伝導用
部材２のスリット２ｃの数と同一である。また、切り欠
き部３ａの上端は、石英筒３を熱伝導用部材２にかぶせ
たとき熱伝導用部材２のスリット２ｃと一致する位置に
配設されている。これらの切り欠き部の間には楔形部３
ｂが形成されるが、互いに隣接する楔形部３ｂの軸方向
長さは異なっている。また、石英筒３の上端には育成用
シード１の上部１ａを通す穴３ｃが設けられている。な
お、本発明に係る石英筒３の素材の石英は、高純度で、
透明タイプ及び不透明タイプなどがあり、いずれでもよ
い。

【００１７】育成用シード１に熱伝導用部材２を嵌着
し、熱伝導用部材２に石英筒３をかぶせると、図４に示
す熱伝導型種結晶１０が完成する。

【００１８】図５〜図８に、本発明の熱伝導型種結晶を
使用して単結晶を引き上げる際の手順を示す。図５に示
すように、熱伝導型種結晶１０を引き上げ軸４の下端に
繋着したシードホルダ５に取着し、融液６に向かって下
降させると、熱伝導型種結晶１０の熱伝導用部材２の下
端と石英筒３の一部すなわち楔形部のうち軸方向長さの
長い部分がまず融液６に接触し、次いで石英筒３の各楔
形部が融液６に接触する。このとき、熱伝導用部材２の
融液浸漬部が円滑に溶解し続ける融液温度を維持するよ
うに、熱伝導用部材２の溶解状況を観察しながらヒータ
電力及び石英るつぼ回転数を調整する。この間、熱伝導
用部材２の溶解を通じて融液６の温度が熱伝導用部材２
から育成用シード１に伝導されるので、育成用シード１
の温度はこの育成用シード１を単体で融液６の表面に近
接させた場合よりも著しく高温域まで上昇し、融液６と
育成用シード１との温度差は極めて小さくなる。

【００１９】引き上げ軸４を更に下降させると、図６に
示すように育成用シード１が融液６に浸漬される。この
ときまでに育成用シード１は熱伝導用部材２を介して融
液６から十分な熱伝導を受けているので、融液浸漬時の
熱衝撃が大幅に緩和され、転位は導入されない。そし
て、この状態で育成用シード１の直径が変動しない温度
を維持するように融液温度を調整する。なお、育成用シ
ード１と熱伝導用部材２との嵌着部は融液６に浸漬させ
ない。

【００２０】育成用シード１を融液６になじませた後、
熱伝導型種結晶１０を上昇させると、図７に示すように
育成用シード１及び熱伝導用部材２のそれぞれの下端に
結晶が成長する。このうち、育成用シード１の下端に成
長するシリコン成長部７には転位が導入されていないの
で、ネッキング工程に入る必要がなく、図８に示すよう
に直ちに肩部８の形成工程に移行し、次いで通常のプロ
セスと同様に単結晶を育成する。一方、熱伝導用部材２
の下端に成長するシリコン成長部９は石英筒３に設けら
れた楔形部が融液との接触を徐々に減少させることによ
り成長を誘導するので、融液６との接触面積は次第に減
少していき、融液６からの離脱を容易にする。また、石
英筒３に対してシリコンは成長しない。このため、熱伝
導用部材２の溶解残存部下端に成長した結晶は、石英筒
３の各楔形部３ｂが融液６から離脱するのとほぼ同時に
融液６から切り離される。なおかつ、石英筒３の楔形部
３ｂは軸方向長さが互いに異なるので、個々の楔形部下
端における融液６からの離脱のタイミングが同時でな
く、従って融液面の振動は極めて微小なものに抑えられ
る。

【００２１】上記実施形態においては、熱伝導用部材の
融液への浸漬、溶解により育成用シードへの熱伝導が十
分に行われ、融液に接触する前に育成用シードの温度を
上昇させることができる。その結果、育成用シードが着
液したときの熱衝撃が緩和され、転位が導入されること
なく育成用シードを浸漬させることができる。この位置
から熱伝導型種結晶を上昇させると、育成用シードと熱
伝導用部材とのそれぞれの下端に結晶が成長するが、熱
伝導用部材の外側には下方に向かって融液との接触が徐
々に小さくなる楔形部を備えた石英筒があるため、熱伝
導用部材の下端から下方に向かう結晶成長が石英筒に誘
導され、その断面積が次第に縮小する。また、前記石英
筒は隣接する楔形部の軸方向長さが異なるため、短い部
位から順次融液から離脱することになる。従って、石英
筒と熱伝導用部材の下端に成長した結晶とが融液から離
脱するときの融液振動は最小限に抑えられ、育成用シー
ドの下端に成長している単結晶のみが着液している状態
をつくり出す。育成用シードは無転位状態で着液してい
るので、ネッキング工程を経ずに直接肩部形成工程に移
行することができる。ネッキングを行わないため、種結
晶の断面積がそのまま維持され、この断面積で育成単結
晶を支持することができる。前記ＷＯ９７／３２０５９
では保温管の底面が平坦であるため、単結晶の育成に際
して前記保温管が融液から離脱したとき融液の波立ちが
起こり、育成中の単結晶が有転位化するおそれがある
が、本発明ではそのおそれは皆無である。さらに、ヒー
ター電力や、石英るつぼ回転数を調整すれば、なお離脱
の制御が容易となる。

【００２２】以上説明したように本発明によれば、次の
効果が得られる。 （１）育成用シードが十分に予熱された後、融液に浸漬
されるので、熱衝撃による転位の導入が起こらず、ダッ
シュ法によるネッキング工程が不要となる。従って、単
結晶の最小径は種結晶の直径にほぼ等しい値となり、引
き上げ可能な単結晶重量が増大するので、生産性を向上
できる。 （２）熱伝導型種結晶の上部を融液に浸漬しないので、
育成用シードと熱伝導用部材との嵌合部に融液が侵入し
て育成用シードが有転位化したり、熱伝導用部材の溶解
時に発生する針状溶解残が育成用シードに付着して有転
位化するなどの問題が解決され、高品質の単結晶を製造
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】育成用シードの斜視図である。

【図２】熱伝導用部材を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）
は底面図である。

【図３】石英筒の斜視図である。

【図４】熱伝導型種結晶の斜視図である。

【図５】熱伝導型種結晶を使用して単結晶を引き上げる
際の手順の説明図で、熱伝導型種結晶を融液に近接させ
た状態を示す。

【図６】同、熱伝導型種結晶を融液に浸漬した状態の説
明図である。

【図７】同、熱伝導型種結晶の引き上げを開始した状態
の説明図である。

【図８】同、熱伝導型種結晶の育成用シード下端に単結
晶を育成している状態の説明図である。

【図９】従来技術に係わる種結晶を融液に近接させた状
態の説明図である。

【図１０】同、種結晶の熱伝導用部材の下部を融液に浸
漬した状態の説明図である。

【図１１】同、種結晶の熱伝導用部材全体を融液に浸漬
した状態の説明図である。

【図１２】同、育成用シードの周りに針状溶解残が発生
した状態の説明図である。

【図１３】同、育成用シードの周りに針状溶解残が浮遊
している状態の説明図である。

【図１４】同、育成用シードに針状溶解残が付着した状
態の説明図である。

【符号の説明】

１，１１…育成用シード、２，１２…熱伝導用部材、２
ｃ…スリット、３…石英筒、３ａ…切り欠き部、３ｂ…
楔形部、５…シードホルダ、６…融液、７，９…シリコ
ン成長部、 １０…熱伝導型種結晶。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下端を融液(6) に浸漬して半導体単結晶
   を成長させる育成用シード(1) と、育成用シード(1) の
   外側に装着され、育成用シード(1) より先に融液(6) に
   浸漬して育成用シード(1) に融液(6) の熱を伝導する熱
   伝導用部材(2) と、熱伝導用部材(2) を被覆する石英筒
   (3) とにより構成されたことを特徴とする半導体単結晶
   製造用熱伝導型種結晶。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体単結晶製造用熱伝
   導型種結晶において、熱伝導用部材(2) は、育成用シー
   ド(1) を取り巻くように装着し、かつ下部から下端部に
   わたって上下方向に複数のスリット(2c)を設けたことを
   特徴とする半導体単結晶製造用熱伝導型種結晶。
3. 【請求項３】 請求項２記載の半導体単結晶製造用熱伝
   導型種結晶において、石英筒(3) は熱伝導用部材(2) の
   スリット(2c)の数と同数の逆楔形の切り欠き部(3a)を有
   し、隣接する２個の切り欠き部(3a)の間に形成される楔
   形部(3b)は上下方向の長さが互いに異なることを特徴と
   する半導体単結晶製造用熱伝導型種結晶。
4. 【請求項４】 請求項３記載の半導体単結晶製造用熱伝
   導型種結晶において、石英筒(3) の複数の切り欠き部(3
   a)の上端位置を熱伝導用部材(2) のスリット(2c)の位置
   と一致させたことを特徴とする半導体単結晶製造用熱伝
   導型種結晶。
5. 【請求項５】 下部から下端部にわたって上下方向にス
   リット(2c)を有する熱伝導用部材(2) を育成用シード
   (1) の外側に装着し、更に熱伝導用部材(2) を逆楔形の
   切り欠き部(3a)を有する石英筒(3) で被覆し、熱伝導用
   部材(2) のスリット(2c)と石英筒(3) の切り欠き部(3a)
   の上端位置とを一致させて熱伝導型種結晶(10)を構成
   し、シードホルダ(5) に取着した前記熱伝導型種結晶(1
   0)の育成用シード(1) の下端が融液(6) に浸漬される高
   さまで熱伝導型種結晶(10)を下降させ、この後に育成用
   シード(1) の下端に単結晶を成長させながら引き上げる
   ことを特徴とする熱伝導型種結晶による単結晶の成長方
   法。
6. 【請求項６】 請求項５記載の熱伝導型種結晶による単
   結晶の成長方法において、単結晶の引き上げに伴って熱
   伝導用部材(2) の下端に育成される結晶の成長量を、石
   英筒(3) の切り欠き部(3a)の間に形成され、かつ下方に
   向かって融液(6) との接触が減少する楔形部(3b)で誘導
   し、楔形部(3b)の下端で融液(6) から切り離すことを特
   徴とする熱伝導型種結晶による単結晶の成長方法。