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JPH0676274B2 - シリコン単結晶の製造装置 - Google Patents

シリコン単結晶の製造装置

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Publication number
JPH0676274B2
JPH0676274B2 JP63284017A JP28401788A JPH0676274B2 JP H0676274 B2 JPH0676274 B2 JP H0676274B2 JP 63284017 A JP63284017 A JP 63284017A JP 28401788 A JP28401788 A JP 28401788A JP H0676274 B2 JPH0676274 B2 JP H0676274B2
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芳延 島
寛 神尾
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東芝セラミックス株式会社
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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るシリコン単結晶の
製造装置に関するものである。
［従来の技術］ チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法は
従来から行なわれており、ほぼ完成された技術となって
いる。
この技術は、周知のように石英製のるつぼに溶融したシ
リコン原料を入れ、種結晶をこの溶融面に接すると同時
に回転させながら徐々に引き上げると、接触面の凝固と
ともに結晶成長が行なわれ、これにより円柱状のシリコ
ン単結晶を得るようにしたものである。
このとき、目的に応じてシリコン結晶をＰ型またはＮ型
の半導体にするために、溶融原料に適量のボロン、アン
チモン、リン等のドープ剤を混入している。しかしなが
ら、これらのドープ剤の単結晶への取り込まれ方は一定
ではなく、下部ほど濃度が高くなる。
また、上記のようにシリコン単結晶内に意識的に混入さ
れせるドープ剤以外に、製造上不可避的に混入する酸素
や炭素等の不純物の存在も大きい。即ち、シリコン単結
晶内に取り込まれた酸素によって半導体の特性や歩留り
を向上させることができるので、シリコン単結晶の上部
から下部まで均一に酸素が含まれていることが望ましい
が、一般に上部ほど濃度が高くなる。このため、ドーブ
剤の濃度が低く酸素の濃度が高いシリコン単結晶の上部
を基準にしてシリコン単結晶を製造している。ところ
が、シリコン単結晶の引き上げが進むにしたがってるつ
ぼ内の溶融原料の液面が低下し、かつ溶融液面の温度が
変化するため、るつぼ内の溶融原料はドープ剤の濃度が
高くなり、酸素の濃度が低くなる。そのため引き上げら
れて成長するシリコン単結晶のなかに存在するドープ剤
がしだいに増加し、酸素は減少するため、製造されたシ
リコン単結晶の品質が引き上げ方向にそって変動すると
いう問題があった。
このようなドープ剤と酸素の偏在により、成分に関する
仕様が厳しい場合には、仕様に耐えうるウエハーの歩留
りが50％以下のこともある。
このような問題を解決する効果的な方法として、シリコ
ン原料をるつぼに連続的または間欠的に供給して、溶融
原料の液面を一定に保持する方法が知られている。この
ように、シリコン原料を連続的または間欠的に供給しな
がらシリコン単結晶を引き上げる方法に、例えば特開昭
56-84397号公報や特開昭56-164097号公報に開示された
発明がある。前者の発明は、るつぼ内の原料溶融液に、
この溶融液と同一成分の溶融液から引き上げた単結晶で
かつ育成目的とする単結晶と同一形態の原料インゴット
を一定速度で挿入しつつ単結晶を製造する方法に関する
ものである。
また、後者の発明は、保温筒外から粉末試料供給筒を保
温筒内に挿入し、粉末試料供給筒の先端に粉末試料を一
旦貯蔵して溶融し、その融液をるつぼ内に間欠的に供給
するための融液供給器を備えた単結晶引き上げ装置に関
するものであるが、これらはいずれも技術的に問題があ
り、いまだ実用化に至っていない。
ところで、最近では、高品質の粒状多結晶シリコンが製
造できるようになり、この粒状シリコンを連続的かつ一
定量ずつ溶融原料に供給しながらシリコン単結晶を成長
させる技術に関する発明はかなりの数にのぼっている。
即ち、特開昭58-130195号、特開昭63-95195号、実開昭5
9-141578号、特開昭61-36197号公報に開示された発明お
よびAnn.Rev.Mater.Sci.1987,Vol.17.P273-279の論文に
紹介された発明は、すべてるつぼを固定式または浮遊式
の仕切りで仕切り、外側の原料溶解部に粒状原料を投入
して溶解しつつ、内側の結晶成長部でシリコン単結晶を
成長させるものである。
［発明が解決しようとする課題］ 上述のような仕切りを用いたシリコン単結晶の製造方法
においては、仕切りの内側からの放熱により溶融原料が
仕切りと接する部分の温度が低下しやすい。これは、仕
切りの材質が透明シリカガラスのため輻射率がシリコン
溶融液よりかなり大きく、さらにるつぼ上方は水冷され
た炉蓋で覆われており、これとの輻射により仕切りはシ
リコン溶融液より多く熱を奪われているためと考えられ
る。またるつぼが二重構造であるためシリコン溶融液の
対流が抑えられ、仕切り内側の温度はさらに上がりにく
くなっている。
また、単結晶を成長させるためには仕切りの内側（結晶
成長部）のシリコン溶融液の液温を融点直上にする必要
があるが、上に述べた現象のため仕切りの内側の溶融液
表面との接触部から凝固が発生するという問題が生じ
る。
しかしながら、上述の従来技術にはこのような凝固の発
生を防止するための手段は講じられていなかった。
［発明の目的］ 本発明は、上記の緒問題を解決し目的を達成するために
なされたもので、溶融原料が入れられたるつぼ内に粒状
または塊状原料を連続的に供給するようにしたシリコン
単結晶の製造装置において、シリコン単結晶の育成を阻
害する、るつぼ内に浸漬した仕切りと、溶融表面との接
触部からの凝固の発生を防止することのできるシリコン
単結晶の製造装置を得ることを目的としたものである。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、上述の課題を解決し目的を達成するためにな
されたもので、シリコン溶融原料が入れられたるつぼ内
を、引き上げられるシリコン単結晶を囲みかつ前記シリ
コン溶融原料が静かに移動しうるように小孔が貫通され
た仕切り部材で仕切り、該仕切り部材の外側にシリコン
原料を連続的に供給しながらその内側からシリコン単結
晶を引き上げてシリコン単結晶を製造する装置におい
て、前記仕切り部材の全部又は一部を気泡入りシリカガ
ラスで構成したシリコン単結晶の製造装置。
前記仕切り部材のシリコン溶融原料と接する部分を気泡
入りシリカガラス、他の部分を透明シリカガラスで構成
したシリコン単結晶の製造装置。
前記仕切り部材の気泡入りシリカガラス部を、気泡含有
率（体積率）が0.01％以上の気泡入りシリカガラスで構
成したシリコン単結晶の製造装置。
前記仕切り部材の気泡入りシリカガラス部を、気泡含有
率（体積率）が0.01％未満のものであって、るつぼに投
入されたシリコン原料を溶解するための熱により気泡含
有率（体積率）が0.01％以上に増加する気泡入りシリカ
ガラスで構成したシリコン単結晶の製造装置。
［作用］ 本発明においては、仕切り部材の全部又は一部を気泡入
りシリカガラスで構成したので、仕切り部材とシリコン
溶融原料が接する部分からの放熱を低減し、仕切り部材
近傍からの溶融原料の凝固を防止する。
［発明の実施例］ 先ず、最初に本発明の主要部をなす仕切り部材の原理的
構成について説明する。第５図は溶融したシリコン原料
中に透明シリカガラス21aおよび気泡入りシリカガラス1
1aを浸漬した状態。を示す模式図である。（ａ）図に示
す透明シリカガラス21aの場合は、溶融原料４がガラス
と接する部分が透明なため、融液面より上の方向への放
熱が大きいことがわかる。さらに透明シリカガラス21a
は熱の吸収が少く加熱されにくいため、溶融原料４がガ
ラスと接する部分の温度が低くなり、この部分から凝固
が発生しやすくなる。
一方、気泡入りシリカガラス11aの場合は、ガラス中に
存在する気泡12によって溶融原料４が気泡入りシリカガ
ラス11aと接する部分からの熱の放射が散乱されること
により、融液面より上の方向への放熱が透明シリカガラ
ス21aに比較して小さい。その結果、溶融原料４が気泡
入りシリカガラス11aと接する部分の温度の低下がほと
んどなく、このため溶融原料４の凝固を防止することが
できる。また、気泡入りシリカガラス11aの副次効果と
して、熱の放射が少ないため溶融原料４が気泡入りシリ
カガラス11aと接する部分での温度変動や、濡れ性の変
動が減少する。
第１図は本発明の実施例を模式的に示した断面図、第２
図はそのＩ−Ｉ断面図である。図において、１は石英る
つぼで、黒鉛るつぼ２の中にセットされており、黒鉛る
つぼ２はペデスタル３上に上下動および回転可能に支持
されている。４はるつぼ１内に入れられたシリコン溶融
原料で、これから柱状に育成されたシリコン単結晶５が
引き上げられる。６は黒鉛るつぼ２をとり囲むヒータ、
７はこのヒータ６をとり囲むホットゾーン断熱材で、こ
れらは通常のチョクラルスキー法による単結晶引き上げ
装置と基本的には同じである。
11は気泡入高純度のシリカガラスからなり、るつぼ１と
同心的に構成された仕切り部材で、第３図に一例を示す
ように高さ方向のほぼ中央部から下の領域には、少なく
とも１個の小孔13が貫通されている。この仕切り部材11
は、原料のチャージ時に一緒にるつぼ１のなかにセット
され、原料の溶融後は単結晶５を取り囲むように溶融原
料４内に浸されており、上縁部は溶融液面からわずかに
露出している。また、下縁部はるつぼ１と殆ど融着した
状態となり浮き上がることはない。したがって、仕切り
部材11の外側の溶融原料４は小孔12を介してのみ静かに
内側に移動できるだけのため、仕切り部材11の外側と内
側（単結晶引き上げ部）とを十分に仕切ることができ
る。なお、仕切り部材11をるつぼ１にあらかじめ融着さ
せてもよい。
９はチャンバー８に、仕切り部材11の外側の溶融液面に
対応して設けた開口部で、この開口部９には粒状または
塊状原料の供給装置14が挿入固定されており、供給装置
14の先端部は仕切り部材11の外側の溶融液面と対向して
いる。この供給装置14はチャンバー８の外部に設けた原
料供給チャンバー（図示せず）に連結されており、粒状
または塊状原料を連続的に供給する。
15,16はチャンバー８の上部に配置された例えば放射温
度計のごとき温度検出器で、一方の温度検出器15は仕切
り部材11の外側の溶融液面の、他方の温度検出器16は内
側の溶融液面の温度をそれぞれ測定する。
17は保温カバーで、上述のように気泡入りシリカガラス
製の仕切り部材11自体に凝固を防止する機能があるが、
本実施例ではさらに仕切り部材11及びその外側の融液の
保温効果を高めるために配置したものである。
本発明においては、仕切り部材11を気泡入りシリカガラ
スで構成したことにより、仕切り部材11とシリコン溶融
原料４とが接する部分からの放熱を低減し、仕切り部材
よりの溶融原料の凝固を防止することができる。
この気泡入りシリカガラスによる溶融原料４の凝固防止
効果は、通常気泡含有率（体積率）0.01％以上で生じる
が、気泡含有率（体積率）0.01％未満の気泡入りシリカ
ガラスのものも、シリコン原料を溶解するための熱によ
り新たな気泡が生成し、あるいは既に存在する気泡の膨
張により気泡含有率（体積率）0.01％以上になった場合
は、同様に溶融液の凝固防止効果が得られる。
上述の気泡入りシリカガラスによる仕切り部材11の溶融
液凝固防止効果は、溶融原料４が仕切り部材11と接する
部分にこの気泡入りシリカガラスが位置していればよ
く、例えば第４図（ａ）の実施例に示すように底部から
融液面上約1cmまでが気泡入りシリカガラスのものや、
（ｂ）図に示すように融液面の上下それぞれ約1cmのみ
が気泡入りシリカガラスで他の部分は透明シリカガラス
のものも凝固防止効果がある。
［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明はシリコン溶融
原料が入れられたるつぼ内を、引き上げられるシリコン
単結晶を囲みかつシリコン溶融原料が静かに移動しうる
ように小孔が貫通された仕切り部材で仕切り、この仕切
りの外側にシリコン原料を連続的に供給しながらその内
側からシリコン単結晶を引き上げてシリコン単結晶を製
造する装置において、仕切り部材の全部又は一部を気泡
入りシリカガラスで構成し、仕切り部材近傍の溶融液か
らの放熱を抑制することにより、溶融原料が仕切り部材
と接する部分より凝固することを防止したので、健全な
シリコン単結晶を引き上げることができる。そのため、
引き上げ方向の品質の均一化による歩留りの向上、生産
性の向上を実現できる等、実施による効果大である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明実施例を模式的に示した縦断面図、第２
図はそのI-I断面図、第３図は仕切り部材の実施例の側
面図、第４図（ａ），（ｂ）は仕切り部材の他の実施例
の模式図、第５図（ａ），（ｂ）は透明シリカガラスと
気泡入りシリカガラスの作用比較図である。 1:るつぼ、2:黒鉛るつぼ、4:溶融原料、5:シリコン単結
晶、6:ヒータ、8:チャンバー、11:仕切り部材、12:小
孔、13:気泡、17:保温カバー、18:供給原料。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】シリコン溶融原料が入れられたるつぼ内
    を、引き上げられるシリコン単結晶を囲み、かつ前記シ
    リコン溶融原料が静かに移動しうるように小孔が貫通さ
    れた仕切り部材で仕切り、該仕切り部材の外側にシリコ
    ン原料を連続的に供給しながらその内側からシリコン単
    結晶を引き上げてシリコン単結晶を製造する装置におい
    て、前記仕切り部材の全部又は一部を気泡含有率（体積
    率）が0.01％以上の気泡入りシリカガラスで構成したこ
    とを特徴とするシリコン単結晶の製造装置。
  2. 【請求項２】前記気泡含有率（体積率）を有する仕切り
    部材の一部が、少なくともシリコン溶融原料融液面の上
    方1cmより下方であることを特徴とする請求項１記載の
    シリコン単結晶の製造装置。
  3. 【請求項３】前記気泡含有率（体積率）を有する仕切り
    部材の一部が、少なくともシリコン溶融原料融液面の下
    方1cmより上方であることを特徴とする請求項１記載の
    シリコン単結晶の製造装置。
  4. 【請求項４】少なくとも１個の融液原料流通用の小孔が
    貫通された同心状の仕切り部材を有する石英るつぼであ
    って、前記仕切り部材の全部又は一部が気泡含有率（体
    積率）で0.01％以上の気泡を有する気泡入りシリカガラ
    スで構成したことを特徴とするシリコン単結晶の製造装
    置の石英るつぼ。
JP63284017A 1988-11-11 1988-11-11 シリコン単結晶の製造装置 Expired - Lifetime JPH0676274B2 (ja)

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EP (1) EP0368586B1 (ja)
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CN (1) CN1019031B (ja)
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FI (1) FI895158A7 (ja)
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