JP4753308B2 - 半導体ウェーハ素材の溶解方法及び半導体ウェーハの結晶育成方法 - Google Patents
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Description
ルツボと当該ルツボの側面を囲繞するように設けられた側面ヒータとを備えた単結晶製造装置を用いて半導体ウェーハの素材を溶解させる半導体ウェーハ素材の溶解方法において、
前記側面ヒータで主にルツボ側面を熱し、前記ルツボ内の素材を溶解させ融液を生成するルツボ側面加熱工程と、
前記側面ヒータによるルツボ底部の被熱量がルツボ側面の被熱量よりも大きくなるように前記ルツボと前記側面ヒータの相対位置を調整する位置調整工程と、
前記位置調整後の前記ルツボと前記側面ヒータの相対位置を保持し、前記側面ヒータでルツボ底部を熱するルツボ底部加熱工程と、を含むこと
を特徴とする。
前記位置調整工程を、前記ルツボ側面加熱工程で全素材が溶解した後に行うこと
を特徴とする。
前記位置調整工程を、前記ルツボ側面加熱工程で一部素材が溶解した後に行うこと
を特徴とする。
ルツボと当該ルツボの側面を囲繞するように設けられた側面ヒータとを備えた単結晶製造装置を用いて半導体ウェーハの素材を溶解させる半導体ウェーハ素材の溶解方法において、
前記側面ヒータによるルツボ底部の被熱量がルツボ側面の被熱量よりも大きくなるように前記ルツボと前記側面ヒータの相対位置を調整する位置調整工程と、
前記位置調整後の前記ルツボと前記側面ヒータの相対位置を保持し、前記側面ヒータでルツボ底部を熱して素材を溶解させ融液を生成するルツボ底部加熱工程と、を含むこと
を特徴とする。
前記位置調整工程では、前記ルツボの昇降動作範囲のうち、前記側面ヒータの輻射熱が最も大きい部分にルツボ底部が保持されるようなルツボ位置又はその上方まで前記ルツボを上昇させること
を特徴とする。
前記位置調整工程では、前記側面ヒータの昇降動作範囲のうち、前記側面ヒータの輻射熱が最も大きい部分にルツボ底部が保持されるような側面ヒータ位置又はその下方まで前記側面ヒータを下降させること
を特徴とする。
前記ルツボ底部加熱工程における前記側面ヒータの輻射熱を、前記ルツボ側面加熱工程における前記側面ヒータの輻射熱よりも多くすること
を特徴とする。
前記ルツボ底部加熱工程において、ルツボの上方に配置された部材とルツボ開口部及び前記ルツボに入れられた素材が干渉しないような位置まで前記ルツボを上昇させ続けること
を特徴とする。
前記ルツボは、ウェーハ素材が投入される第1のルツボと、この第1のルツボの一部を内設する第2のルツボと、から構成されており、
前記側面ヒータの上下方向の長さをL1とし、前記第2のルツボの上下方向の長さをL2とし、前記第1のルツボ内面の最下端と前記側面ヒータの下端との距離のうち上下方向成分の長さをdとした場合に、
(1/2)L2≦L1≦2L2
となるようにし、且つ前記ルツボ底部加熱工程で前記第1のルツボを
(1/4)L1≦d≦(3/4)L1
となるような位置で保持すること
を特徴とする。
前記ルツボ底部加熱工程では、ルツボを0.5〜15rpmで回転させること
を特徴とする。
第1発明又は第4発明で生成した融液に種結晶を浸漬した後にこの種結晶を引き上げて結晶を育成する場合に、結晶を周速度0.136m/s以上で回転させつつ引き上げること
を特徴とする。
図1は単結晶製造装置の構成を簡素化して示す断面図である。
単結晶製造装置1は、昇降機構2に接続される黒鉛ルツボ3と、黒鉛ルツボ3に側面の一部及び底面に内設される石英ルツボ4と、黒鉛ルツボ3及び石英ルツボ4の側面を囲繞するように設けられる側面ヒータ5と、側面ヒータ5と炉体6内壁との間に設けられる断熱材7と、石英ルツボ4の上方に設けられる熱遮蔽板8と、熱遮蔽板8の上方に設けられる引き上げ機構9と、で構成される。なお熱遮蔽板8が設けられない場合もある。なお単結晶製造装置1の各部の動作は図示しないコントローラによって制御される。
(1/2)L2≦L1≦2L2
となるように側面ヒータ5と黒鉛ルツボ3が設計されている。側面ヒータ5の輻射熱は、下端5aから(1/4)L1以上且つ(3/4)L1以下の領域で大きい。この領域が熱中心である。このように熱中心はある程度の幅を有する。石英ルツボ側面4aよりも石英ルツボ底部4bを加熱するためには、少なくとも石英ルツボ底部4bが熱中心の下端より上方に位置する必要がある。本実施形態の単結晶製造装置1においては、
(1/4)L1≦d≦(3/4)L1
となるような条件で石英ルツボ底部4bを加熱することが最も効率的である。以下に示す各実施例では、このような条件が満たされる位置で石英ルツボ4が保持され、石英ルツボ底部4bが加熱されものとする。
シリコン素材30の塊を石英ルツボ4の内部に投入した後、昇降機構2を動作させて石英ルツボ4等を初期位置に配置する。この際、図3(a)で示すように、石英ルツボ底部4bが熱中心よりも下方に位置するように石英ルツボ4等を配置する。この位置で石英ルツボ4等を保持しつつ側面ヒータ5を作動させ、石英ルツボ側面4aを熱する。すると石英ルツボ4内の素材30が溶解し融液31が生成される。この融液31にはピンホール不良の原因となる気泡が含まれる。
シリコン素材30の塊を石英ルツボ4の内部に投入した後、昇降機構2を動作させて石英ルツボ4等を初期位置に配置する。この際、石英ルツボ底部4bが熱中心よりも上方に位置するように石英ルツボ4等を配置する。この位置で石英ルツボ4等を保持しつつ側面ヒータ5を作動させ、石英ルツボ底部4bを熱する。すると石英ルツボ4内の素材30が溶解し融液31が生成される。
上記実施例1〜3によって生成された融液に種結晶を浸漬させた後にこの種結晶を引き上げて単結晶を育成させる。本実施例では、引き上げ機構9は種結晶を上方に引き上げると共に引き上げ軸を中心にして回転させる。その回転数は周速度0.136m/s以上で、上限は実質結晶が引き上げ可能な上限速度として0.21m/sである。すると融液から気泡が排出される効果所謂吐き出し効果が高まり、形成される単結晶シリコンは気泡がさらに低減される。
例えば、実施例1〜3では石英ルツボ4等を上昇させているが、側面ヒータ5を下降させてもよい。石英ルツボ4等の上昇と側面ヒータ5の下降とでは同等の効果が得られる。
2 昇降機構
3 黒鉛ルツボ
4 石英ルツボ
4a ルツボ側面
4b ルツボ底部
4c ルツボ開口部
5 側面ヒータ
Claims (11)
- ルツボと当該ルツボの側面を囲繞するように設けられた側面ヒータとを備えた単結晶製造装置を用いて半導体ウェーハの素材を溶解させる半導体ウェーハ素材の溶解方法において、
前記側面ヒータで主にルツボ側面を熱し、前記ルツボ内の素材を溶解させ融液を生成するルツボ側面加熱工程と、
前記側面ヒータによるルツボ底部の被熱量がルツボ側面の被熱量よりも大きくなるように前記ルツボと前記側面ヒータの相対位置を調整する位置調整工程と、
前記位置調整後の前記ルツボと前記側面ヒータの相対位置を保持し、前記側面ヒータでルツボ底部を熱するルツボ底部加熱工程と、を含むこと
を特徴とする半導体ウェーハ素材の溶解方法。 - 前記位置調整工程を、前記ルツボ側面加熱工程で全素材が溶解した後に行うこと
を特徴とする請求項1記載の半導体ウェーハ素材の溶解方法。 - 前記位置調整工程を、前記ルツボ側面加熱工程で一部素材が溶解した後に行うこと
を特徴とする請求項1記載の半導体ウェーハ素材の溶解方法。 - ルツボと当該ルツボの側面を囲繞するように設けられた側面ヒータとを備えた単結晶製造装置を用いて半導体ウェーハの素材を溶解させる半導体ウェーハ素材の溶解方法において、
前記側面ヒータによるルツボ底部の被熱量がルツボ側面の被熱量よりも大きくなるように前記ルツボと前記側面ヒータの相対位置を調整する位置調整工程と、
前記位置調整後の前記ルツボと前記側面ヒータの相対位置を保持し、前記側面ヒータでルツボ底部を熱して素材を溶解させ融液を生成するルツボ底部加熱工程と、を含むこと
を特徴とする半導体ウェーハ素材の溶解方法。 - 前記位置調整工程では、前記ルツボの昇降動作範囲のうち、前記側面ヒータの輻射熱が最も大きい部分にルツボ底部が保持されるようなルツボ位置又はその上方まで前記ルツボを上昇させること
を特徴とする請求項1又は4記載の半導体ウェーハ素材の溶解方法。 - 前記位置調整工程では、前記側面ヒータの昇降動作範囲のうち、前記側面ヒータの輻射熱が最も大きい部分にルツボ底部が保持されるような側面ヒータ位置又はその下方まで前記側面ヒータを下降させること
を特徴とする請求項1又は4記載の半導体ウェーハ素材の溶解方法。 - 前記ルツボ底部加熱工程における前記側面ヒータの輻射熱を、前記ルツボ側面加熱工程における前記側面ヒータの輻射熱よりも多くすること
を特徴とする請求項1記載の半導体ウェーハ素材の溶解方法。 - 前記ルツボ底部加熱工程において、ルツボの上方に配置された部材とルツボ開口部及び前記ルツボに入れられた素材が干渉しないような位置まで前記ルツボを上昇させ続けること
を特徴とする請求項3又は4記載の半導体ウェーハ素材の溶解方法。 - 前記ルツボは、ウェーハ素材が投入される第1のルツボと、この第1のルツボの一部を内設する第2のルツボと、から構成されており、
前記側面ヒータの上下方向の長さをL1とし、前記第2のルツボの上下方向の長さをL2とし、前記第1のルツボ内面の最下端と前記側面ヒータの下端との距離のうち上下方向成分の長さをdとした場合に、
(1/2)L2≦L1≦2L2
となるようにし、且つ前記ルツボ底部加熱工程で前記第1のルツボを
(1/4)L1≦d≦(3/4)L1
となるような位置で保持すること
を特徴とする請求項1又は4記載の半導体ウェーハ素材の溶解方法。 - 前記ルツボ底部加熱工程では、ルツボを0.5〜15rpmで回転させること
を特徴とする請求項1又は4記載の半導体ウェーハ素材の溶解方法。 - 請求項1又は4記載の方法で生成した融液に種結晶を浸漬した後にこの種結晶を引き上げて結晶を育成する場合に、結晶を周速度0.136m/s以上で回転させつつ引き上げること
を特徴とする半導体ウェーハの結晶育成方法。
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