JPH05238875A - 単結晶引上装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリコン単結晶棒の面内の酸素濃度分布を均
質化する。シリコン単結晶棒の面内のドーパント濃度を
均質化する。シリコン単結晶棒の品質を向上させる。 【構成】 シリコン融液１３を保持する石英坩堝５を回
転自在に設ける。このシリコン融液１３からシリコン単
結晶棒１４を引き上げる引上機構を設ける。石英坩堝５
の周りにシリコン融液１３を加熱するヒータ６を設け
る。そして、シリコン単結晶棒１４のシリコン融液１３
との界面部分を取り囲むように、複数の案内羽根を有す
る対流制御治具１５をシリコン融液１３中に吊り下げ
る。石英坩堝５とシリコン単結晶棒１４との相対回転に
より発生したシリコン融液１３の対流の方向を、この案
内羽根である曲板１５Ｃにより制御する。例えば円筒部
１５Ａの中から外に向かって遠心流とするか、逆に向心
流とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばシリコン単結晶
棒の面内の酸素濃度分布を均質化し、または、シリコン
単結晶棒とシリコン融液との固液界面の形状を制御して
シリコン単結晶棒の面内のドーパント濃度を均質化する
ことができるＣＺ（Czochralski）法の単結晶引上装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、大口径の円柱状シリコン単結晶棒
の製造に適したＣＺ法による単結晶引上装置は、チャン
バと、このチャンバ内に回動自在に設けられシリコン融
液を保持する石英坩堝と、この石英坩堝を取り囲むよう
に設けられシリコン融液を加熱するヒータと、石英坩堝
の上方に回転自在に設けられシリコン単結晶棒を引き上
げる引上機構と、で構成されている。そして、この単結
晶引上装置は、シリコン融液にシリコン単結晶の種結晶
を浸し、この種結晶を回転させながら徐々に引き上げ、
種結晶と同一方位の大口径のシリコン単結晶棒を成長さ
せるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＣＺ法の単結晶引上装置にあっては、石英坩堝の回転数
と、引き上げ時のシリコン単結晶棒の回転数と、をそれ
ぞれ変化させて、シリコン単結晶棒の面内酸素濃度の均
質性制御が行われているのみであった。その結果、石英
坩堝内で発生した溶融酸素濃度の異なるシリコン融液の
対流同士が、シリコン単結晶棒とシリコン融液との固液
界面近傍において衝突し、この固液界面近傍におけるシ
リコン融液中の溶融酸素の濃度を制御することができな
いという課題があった。また、この単結晶引上装置にあ
っては、引き上げ時にシリコン融液の表面直下の浅い位
置に発生するマランゴニ対流を制御することができなか
った。その上、シリコン単結晶棒とシリコン融液との界
面でのシリコン単結晶棒の形状を平坦化できないため、
そのドーパント濃度がシリコン単結晶棒の面内で不均質
になるという課題もあった。

【０００４】そこで、本発明は、シリコン単結晶棒の面
内の酸素濃度分布を均質化するとともに、シリコン単結
晶棒の面内のドーパント濃度を均質化することができ、
これらの結果、シリコン単結晶棒の品質を向上させるこ
とができる単結晶引上装置を提供することを、その目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の単結晶
引上装置においては、結晶融液を保持する回動自在の石
英坩堝と、この結晶融液から単結晶棒を引き上げる引上
機構と、上記結晶融液を加熱するヒータと、を備えた単
結晶引上装置において、上記石英坩堝の回動により上記
結晶融液の表面直下の所定深さ範囲に発生する対流の方
向を制御する対流制御手段を備えるものである。

【０００６】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の単結晶引上装置において、上記対流制御手段
が、上記結晶融液の表面直下の所定深さ範囲に、上記単
結晶棒を囲むように設けられた複数の案内羽根形状の治
具を有するものである。

【０００７】

【作用】本発明に係る単結晶引上装置にあっては、石英
坩堝の回動により結晶融液に対流が発生する。この対流
の方向を、対流制御手段、例えば結晶融液内に設けた案
内羽根形状の治具により、制御する。例えば単結晶棒と
結晶融液との界面近傍での結晶融液の対流の向きを向心
方向にまたは遠心方向に変える。この対流を遠心流とす
ることにより、該界面近傍の結晶融液中の酸素濃度を均
一化することができるとともに、マランゴニ流の発生を
防止することができる。一方、向心方向への対流に制御
した結果、単結晶棒との界面近傍で結晶融液の温度分布
を均一化することができ、単結晶棒の固液界面の形状を
平坦化することができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図３は本発明の一実施例に係る単結晶引上装置の
断面図である。

【０００９】この図に示すように、単結晶引上装置１
は、チャンバ２を有している。このチャンバ２の中央部
には、モータ（図示略）で回転する軸３が設けられてい
る。この軸３の上端には、有底円筒状の黒鉛サセプタ４
が取り付けられている。この黒鉛サセプタ４の内部に、
石英坩堝５が着脱可能に保持されている。この石英坩堝
５は、略半球形状をなしている。この石英坩堝５の内部
にはシリコン融液１３が溶融している。このシリコン融
液１３中には、石英製の対流制御治具１５が、チャンバ
２の上部から吊下られた４本の吊下ワイヤ１６により懸
吊されている。

【００１０】この対流制御治具１５は、図１に示すよう
に、略円筒体形状であって、上端側に所定口径の円筒部
１５Ａを有している。この円筒部１５Ａの下端側には、
案内羽根形状の曲板１５Ｃが複数枚形成されている。こ
れらの曲板１５Ｃのそれぞれは円筒体の放射方向に対し
て所定の傾きを有するよう形成されており、さらに、各
曲板１５Ｃは所定の曲率を有して湾曲している。また、
これらの曲板１５Ｃは円筒体の軸線を含む平面、すなわ
ち鉛直面を有して構成されており、その長さは所定の
値、例えば対流を効果的に制御できる程度の長さに設
定、垂下されている。さらに、各曲板１５Ｃの間には円
筒体の内部とその外部とを連通する所定の隙間が画成さ
れている。したがって、この対流制御治具１５は、上記
曲板１５Ｃがシリコン融液１３表面から所定の深さに位
置するようにシリコン融液１３内に挿入され、この深さ
範囲でのシリコン融液１３を石英坩堝５の中心部とその
周辺部とに区画するものである。そして、この対流制御
治具１５の曲板１５Ｃに、石英坩堝５およびシリコン単
結晶棒１４の相対的な回転により発生するシリコン融液
１３の対流が当接することにより、この対流の向きが制
御されるものである。例えば通常は水平面内で円形をな
して流れる対流を、周辺部から中心部に向かって流れる
向心流、または、その逆に中心部から周辺部に向かって
流れる遠心流のいずれかに制御するものである。

【００１１】このシリコン融液１３の対流の制御を図２
を用いて説明する。図２は、図３の主要部（シリコン単
結晶棒１４とシリコン融液１３との界面を示す部分）の
拡大図である。この図に示すように、石英坩堝５が一方
向に回転し、シリコン単結晶棒１４が他方向に回転して
いるとき、表面から所定深さ範囲のシリコン融液１３中
に発生する対流は、対流制御治具１５の曲板１５Ｃによ
って向きを変え、図中矢印Ｂのように、シリコン融液１
３の周辺部から中心部（シリコン単結晶棒１４の直下部
分）に向かって流れる（向心流）ものである。反対に、
石英坩堝５が他方向に、シリコン単結晶棒１４が一方向
に向かって回転すると、対流制御治具１５によって、シ
リコン融液１３中の対流は、矢印Ｂと反対向きに流れる
（遠心流）ものである。

【００１２】また、この単結晶引上装置１にあっては、
従来と同様に、黒鉛サセプタ４の外側には、シリコン融
液１３の加熱用ヒータ６および熱シールド部材７がこの
黒鉛サセプタ４を取り囲むように配設されている。さら
に、チャンバ２の上部には、引上機構（図示略）、およ
び、導入口８がそれぞれ設けられている。この導入口８
は、チャンバ２内部にアルゴンガスを導入するためのも
のである。この引上機構によって、引上ワイヤ９が石英
坩堝５の上方で、石英坩堝５と反対方向に回転しつつ上
下動するように構成されている。この引上ワイヤ９の先
端には、シードチャック１０を介してシリコン単結晶の
種結晶１１が取り付けられている。チャンバ２の下部に
は、アルゴンガス等の排気口１２が設けられている。こ
の排気口１２は真空装置（図示略）に接続されている。
そして、この種結晶１１を、シリコン融液１３に浸した
後上昇させる。このことにより、種結晶１１を始点とし
て順次成長しこの種結晶１１と結晶方位が同じシリコン
単結晶棒１４がアルゴン雰囲気中で引き上げられるよう
になっている。

【００１３】次に、単結晶引上装置１を使用したシリコ
ン単結晶の引き上げ方法を説明する。引き上げに先立っ
て、黒鉛サセプタ４内にある石英坩堝５内に高純度多結
晶シリコン、および、ボロンを高濃度にドープしたシリ
コン結晶の小片を入れる。これら全体を軸３に取り付け
る。チャンバ２内を真空装置で真空にし、導入口８へア
ルゴンガスを供給し、チャンバ２内を１０〜２０Ｔｏｒ
ｒのアルゴン雰囲気にする。ヒータ６に直接通電して石
英坩堝５を加熱し原料のシリコン等を溶融する。次い
で、シードチャック１０にシリコン単結晶の種結晶１１
を取り付け、この種結晶１１をシリコン融液１３の中心
部に接触させる。この接触と同時に、モータで軸３を所
定の坩堝回転速度で一方向に回転させるとともに、引上
機構により、所定の結晶回転速度で他方向に回転させな
がら、種結晶１１をゆっくり上昇させる。この結果、種
結晶１１からシリコン単結晶棒１４が成長して引き上げ
られていく。

【００１４】このとき、シリコン融液１３中に発生する
対流は、対流制御治具１５の曲板１５Ｃによって向きを
変え、シリコン融液１３の上部（表面から所定の深さ範
囲まで）においてはその周辺部から中心部へ向かって流
れるものである。このことにより、シリコン単結晶棒１
４とシリコン融液１３との界面直下およびその近傍の温
度は均一化する。よって、シリコン単結晶棒１４とシリ
コン融液１３との固液界面形状は平坦化する。そして、
石英坩堝５の斜め上方にある直径制御用光センサ（図示
略）でシリコン単結晶棒１４の直径を監視し、引上機構
の引き上げ速度を変化（平均１.０〜１.５ｍｍ／分）さ
せて、その直径が常に一定になるようにする。

【００１５】次に、石英坩堝５の回転方向、および、シ
リコン単結晶棒１４の回転方向、を上記とは逆にした場
合について説明する。この場合、シリコン融液１３中に
図２の対流の流れ（向心流）とは反対方向の流れ（遠心
流）が発生する。詳しくは、シリコン単結晶棒１４とシ
リコン融液１３との界面直下およびその近傍に遠心的な
対流が発生する。この結果、シリコン単結晶棒１４とシ
リコン融液１３との界面直下およびその近傍に流入する
シリコン融液１３中の石英坩堝５からの溶融酸素量を制
御することができ、したがって、シリコン単結晶棒１４
への酸素の取り込み量を制御することができる。よっ
て、シリコン単結晶棒１４の面内の酸素濃度分布は均質
化する。また、上記遠心方向の対流によりマランゴニ流
の発生を抑えることができる。なお、対流制御治具１５
の案内羽根形状の曲板１５Ｃの湾曲を逆にしても同様の
効果がある。

【００１６】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明に係る単
結晶引上装置によれば、単結晶棒の面内の酸素濃度分布
を均質化することができる。また、単結晶棒と結晶融液
との界面近傍の温度を均一化することができ、その単結
晶棒の固液界面形状を平坦化することができる。この結
果、単結晶棒の品質を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る単結晶引上装置の対流
制御治具の斜視図である。

【図２】本発明の一実施例に係る単結晶引上装置の要部
断面図である。

【図３】本発明の一実施例に係る単結晶引上装置の断面
図である。

【符号の説明】

５ 石英坩堝 ６ ヒータ １３ シリコン融液（結晶融液） １４ シリコン単結晶棒 １５ 対流制御治具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島貫 康 東京都千代田区岩本町３丁目８番16号 三 菱マテリアルシリコン株式会社内 (72)発明者 新行内 隆之 埼玉県大宮市北袋町一丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社中央研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結晶融液を保持する回動自在の石英坩堝
   と、 この結晶融液から単結晶棒を引き上げる引上機構と、 上記結晶融液を加熱するヒータと、を備えた単結晶引上
   装置において、 上記石英坩堝の回動により上記結晶融液の表面直下の所
   定深さ範囲に発生する対流の方向を制御する対流制御手
   段を備えることを特徴とする単結晶引上装置。
2. 【請求項２】 上記対流制御手段は、上記結晶融液の表
   面直下の所定深さ範囲に、上記単結晶棒を囲むように設
   けられた複数の案内羽根形状の治具を有することを特徴
   とする請求項１に記載の単結晶引上装置。