JP2580197B2 - 単結晶引上装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、チョクラルスキー法によって単結晶棒を引
上げ成長させる単結晶引上装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の単結晶引上装置としては、ルツボの縁
から外方へ突出している上部の平たい環状リムと、この
環状リムに取付けられ、内側の縁から円筒形状に下方に
傾斜しているまたは円錐状に先細りになっている連結部
とからなるカバー装置によって、ルツボとルツボ内に含
まれる半導体溶融物とを部分的に被覆するものが知られ
ている（特公昭57-40119号公報参照）。

このカバー装置は、露出したルツボの壁面からの熱の
放射を反射することによって単結晶棒を保護するもの
で、この温度遮蔽により、高い引上速度が可能になった
というものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記単結晶引上装置においては、装置
上部から装置内に導入された不活性ガスは、全量がカバ
ー連結部の端縁と単結晶棒との間隙を通過した後、半導
体溶融物の融液面上を通って、融液から発生した一酸化
ケイ素（SiO）を伴ってルツボ外に排出されるものであ
るが、カバーの平たい環状リムの下面部において、融液
から蒸発発生した一酸化ケイ素の凝縮が起こり、固体化
した粒子が溶融物表面に落下して単結晶化を阻害すると
いう問題がある。

また、ルツボの内周壁部付近の溶融物表面が上記環状
リムによって覆われているから、外部からその状況が観
察できず、ルツボの上端が熱変形していたり、ルツボの
内周壁近傍に再結晶やシリコン付着などの不具合が発生
しても、迅速に対応できないという問題もある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、ルツボ内の溶融物から発生した一酸
化ケイ素の凝縮が起こりにくく、固体化した粒子が溶融
物表面に落下することを抑制できて、単結晶化を阻害す
る要因を未然に排除できると共に、ルツボの内周壁部付
近の溶融物表面の目視が容易な単結晶引上装置を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、チャンバ内で不
活性ガスの下降流雰囲気下においてルツボから単結晶棒
を引上成長させるチョクラルスキー法による単結晶引上
装置において、外径がルツボの内径より小径の筒本体部
と、この筒本体部の下端に続いて内方に先細りし、その
先細り先端縁が単結晶棒の直径より大きく形成された傾
斜筒部とを備え、かつ引上単結晶棒を包囲する如く形成
されたリフレクタを具備し、上記チャンバ上方から供給
される不活性ガスの流れを、該筒本体部内を通り傾斜筒
部先端縁と単結晶棒との間隙を流れて融液面に誘導され
た後ルツボ外に排出される第１ガス流と、該筒本体部外
方からルツボ外方に誘導されて上記第１ガス流と合流す
る第２ガス流とに分岐する構造としたことを特徴とする
単結晶引上装置を提供する。

〔作用〕

本発明の単結晶引上装置における不活性ガスの流れを
説明すると、チャンバ上部から供給された不活性ガスの
下降流は、リフレクタ内及びチャンバ内面とリフレクタ
外面との間隙に分岐する。リフレクタ内に分岐した不活
性ガスは、リフレクタの筒本体部内を下降し、続いてリ
フレクタの傾斜筒部の先端縁と単結晶棒との間隙、次い
で傾斜筒部の先端縁と融液面との間隙を通過し、融液面
の表面に導かれ、融液面から蒸発した一酸化ケイ素を伴
って筒本体部の外周面とルツボの隙間を通過してルツボ
外に排出される（第１ガス流）。一方、チャンバ内面と
リフレクタ外部との空隙に分岐した不活性ガス（第２ガ
ス流）は、筒本体部外方を通りルツボの上端縁外方で第
１ガス流と合流し、その後装置外に排出されるものであ
る。

このように、チャンバ内に供給された不活性ガスの流
れを冷却筒内を流れる第１ガス流と冷却筒外方を流れる
第２ガス流とに分岐させることによって、融液面の表面
部に流れる不活性ガスの流量及び流速をコントロールで
きる。また、ルツボ上端縁近傍では、第２ガス流により
アスピレーション効果が発生し、そのためルツボ内を吸
引する結果、融液表面から一酸化ケイ素を含む雰囲気を
巻き込んでルツボ外部に排出する。

従って、リフレクタに一酸化ケイ素が付着することを
可及的に防止することができると共に、融液表面におけ
る酸素濃度分布が均一に維持され、高品質の単結晶を得
ることができる。

また、ルツボの内周面とリフレクタとの間には間隙が
あり、ルツボの内周壁近傍の融液表面は覆われていない
ので、装置上部に内部を透視できる覗き窓を設ければ、
融液表面を直接観察することができる。

〔実施例〕

以下、第１図ないし第４図に基づいて本発明の実施例
を説明する。

第１図と第２図は本発明の一実施例を示すもので、第
１図は概略構成図、第２図は第１図のＡ−Ａ′線に沿っ
た断面図である。

これらの図において、チャンバ１のほぼ中央部には石
英ルツボ２が設けられている。そして、石英ルツボ２
は、黒鉛サセプタ２′を介して回転可能で垂直方向に可
動である下軸３に取付けられている。また、上記石英ル
ツボ２の周囲には、上記石英ルツボ２内のシリコン融液
４の温度を制御するヒータ５が設置されていると共に、
このヒータ５とチャンバ１との間には、保温筒６が配置
されている。そして、その保温筒６の上面には、リング
状の支持部材７が設けられており、この支持部材７にリ
フレクタ８が支持されている。

上記リフレクタ８は、外径が石英ルツボ２の内径より
やや小さく設定された円筒部9aとこの円筒部9aの下端に
続いて下方に行くに従い漸次内方に先細りした傾斜筒部
9bとを一体形成した又は分割組み立てたリフレクタ本体
９と、このリフレクタ本体９の円筒部9aの上端縁に等間
隔に設けられ、かつ支持部材７の上面に支持された３個
の湾曲状フック（係止部）10とから構成されている。

また、チャンバ１上部には冷却筒11がチャンバの開口
部と連通して鉛直方向に設けられ、チャンバ開口部から
流下する不活性ガスを引上げられた単結晶棒12に導き単
結晶棒12を冷却するようになっている。冷却筒11の下端
縁は円筒部9aの上端開口部内にやや進入すると共に、円
筒部9aの上端内周面と冷却筒11の下端外周面とが離間し
てこれらの間に間隙G4を形成する。この間隙G4は、チャ
ンバ上方から流下する不活性ガスの流れを円筒部9a外へ
誘導する通路となっている。この場合、冷却筒11の下端
縁が円筒部9a内にやや進入しているので、不活性ガスの
下降流は一旦間隙G4内を上昇した後円筒筒9a外方に流れ
るので、この間隙G4は、後述する第２ガス流の抵抗部と
なっている。

なお、傾斜筒部9bの先端縁の径は、単結晶棒12の径よ
りやや大きく形成され、傾斜筒部9bと先端縁と単結晶棒
12との間に間隙G1を形成すると共に、ルツボ２内の融液
４面との間にも間隙G2を形成する。また、円筒部9aの外
周面とルツボ２の内面との間にも間隙G3が形成され、こ
れらの間隙G1、G2、G3を通して不活性ガスが流れるよう
になっている。

この場合、単結晶棒12の引上に伴い融液面が下がり、
それに伴って傾斜筒部9bの下面と融液面との間隙を一定
に保つようにルツボ２を上昇させると、それだけ円筒部
9aはルツボ２の中に進入するが、円筒部9aは鉛直方向に
形成され、かつ外径がルツボ２の内径より小になってい
るので、ルツボ２内面との間隙G3が一定に保たれるよう
になっている。

上記のように構成された単結晶引上装置にあっては、
従来同様、石英ルツボ２内のシリコン融液４に種結晶を
浸漬させた後に、この種結晶を引上げることにより、種
結晶の下端に順次単結晶棒12が成長していくものである
が、ここで本発明の引上装置における不活性ガスの流れ
を説明する。

チャンバ１の冷却筒11内に供給された不活性ガス、例
えばアルゴンガスは、そのままリフレクタ本体９内を下
降する第１ガス流F1と、冷却筒11とリフレクタ本体９と
の間隙G4を通りリフレクタ本体９外方を下降する第２ガ
ス流F2に分岐する。

第１ガス流F1のアルゴンガスは、円筒部9a内周面と単
結晶棒11との間を流れて単結晶棒11を冷却する。そして
そのアルゴンガスは傾斜筒部9b先端縁と単結晶棒12との
狭い間隙G1を流れて融液４面に誘導され、次に傾斜筒部
9b先端縁と融液４面との間隙G2を流れ、融液４面上を水
平方向に流れて融液４面から蒸発する一酸化ケイ素を含
むようになる。一酸化ケイ素を伴ったアルゴンガスは、
次いでルツボ２内面と円筒部9a外周面との間隙G3を上昇
し、ルツボ２の外部に排出される。

一方、第２ガス流F2のアルゴンガスは、円筒部9a外面
と保温材６との間隙を下降してルツボ２の縁に達し、こ
こで第１ガス流F1のアルゴンガスと合流する。

合流したアルゴンガスは、ルツボ２と保温材６との間
隙G5を下降した後、チャンバ１外部に排出される。

ここで、第１ガス流F1における抵抗は、主に傾斜筒部
9bの先端縁と単結晶棒12との間隙G1、傾斜筒部9bの先端
縁と融液４面との間隙G2、及び円筒部9aとルツボ２との
間隙G3であり、第２ガス流における抵抗は、主に冷却筒
11と円筒部9aとの間隙G4である。従って、これらの間隙
を調整することで、第１ガス流F1と第２ガス流F2との流
量を調整することができ、シリコン融液の表面部に流れ
る第１ガス流F1の流量及び流速をコントロールできる構
造となっている。

また、第２ガス流F2によりルツボ２上端縁近傍にはア
スピレーション効果が発生し、そのためルツボ２内を吸
引する結果、融液表面から一酸化ケイ素を含む雰囲気を
巻き込んでルツボ２外部に排出する。従って、リフレク
タ８に一酸化ケイ素の付着を可及的に防止することがで
きると共に、融液４表面における酸素濃度分布が均一に
維持され、単結晶12内に含まれる酸素濃度を制御でき、
高品質の単結晶を得ることができる。

しかも、各湾曲状フック10間の間隙を通して、炉本体
１の覗き窓13から石英ルツボ２の内周壁部付近のシリコ
ン融液４の表面を視認できるので、この内周壁部におい
て万一再結晶が発生した場合には、確認が容易で、直ち
に適切な操作ができる。

なお、上記実施例においては、リフレクタ本体９を支
持する係止部として湾曲状フック10を用いて説明した
が、これに限られることなく、例えば、第３図と第４図
に示すようにＬ字状フック14を用いても同様の効果が得
られる。

〔発明の効果〕

本発明の単結晶引上装置は、一酸化ケイ素の凝縮が生
じにくく、従って、単結晶化を阻害する要因を取り除く
ことができる上に、各係止部間の間隙を通してルツボ内
の溶融物の表面を視認できるという優れた効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は本発明の一実施例を示すもので、第１
図は概略構成図、第２図は第１図のＡ−Ａ′線に沿った
断面図、第３図と第４図は本発明の他の実施例を示すも
ので、第３図は概略構成図、第４図はリフレクタの平面
図である。 １……チャンバ、２……ルツボ、６……保温筒、７……
支持部材、８……リフレクタ、９……リフレクタ本体、
9a……円筒部、9b……傾斜筒部、10……湾曲状フック
（係止部）、11……冷却筒、12……単結晶棒、14……Ｌ
字状フック。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チャンバ内で不活性ガスの下降流雰囲気下
   においてルツボから単結晶棒を引上成長させるチョクラ
   ルスキー法による単結晶引上装置において、外径がルツ
   ボの内径より小径の筒本体部と、この筒本体部の下端に
   続いて内方に先細りし、その先細り先端縁が単結晶棒の
   直径より大きく形成された傾斜筒部とを備え、かつ引上
   単結晶棒を包囲する如く形成されたリフレクタを具備
   し、上記チャンバ上方から供給される不活性ガスの流れ
   を、該筒本体部内を通り傾斜筒部先端縁と単結晶棒との
   間隙を流れて融液面に誘導された後ルツボ外に排出され
   る第１ガス流と、該筒本体部外方からルツボ外方に誘導
   されて上記第１ガス流と合流する第２ガス流とに分岐す
   る構造としたことを特徴とする単結晶引上装置。