JP2000327479A - 単結晶製造装置及び単結晶製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単結晶引上げ時に通過する１１５０〜１０８
０℃の温度領域で生じる欠陥（Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥）
の欠陥サイズを引上速度と前記欠陥形成温度領域での温
度勾配との積を大きくして欠陥サイズを低減させ、ウエ
ハ熱処理後のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥密度を低減させるこ
とにより、デバイスにおける歩留まりの向上を図り、高
品質の単結晶を製造する単結晶製造装置及び単結晶製造
方法を提供する。 【解決手段】 単結晶材料である融液を保持するルツボ
と、当該ルツボの周囲にあって融液を加熱するヒータ
と、前記ルツボ内の融液上方に位置した上下移動可能な
支持手段と、支持手段に連結された種結晶下部に成長す
る単結晶を取り囲む輻射スクリーンを有する単結晶製造
装置である。輻射スクリーンは、断面形状が中空のほぼ
三角形形状で単結晶を取り囲む環状に形成されるととも
に、単結晶に対向する内面側が逆円錐台形状に漸次縮小
するように配設される熱遮蔽板の内側に所定の厚さの断
熱材を付設し、断熱材間の輻射熱を低減する空間を有し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は単結晶製造装置及び
単結晶製造方法に係り、特に、ＣＺ法（チョコラルスキ
ー法）を用いた単結晶製造装置及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＺ法を用いて単結晶を引上げる
単結晶製造装置として、従来例１として、図１１に示さ
れるように引上げ単結晶１の周囲に平たい環状リム２と
該環状輻射スクリーン３を配置する構成のものが提案さ
れている（特公昭５７−４０１１９号公報）。この単結
晶製造装置においては、単結晶１を取り囲むように配置
した輻射スクリーン３により、ルツボ４やヒータ５及び
融液表面６からの輻射熱を遮断し、単結晶の軸方向温度
勾配を大きくしたものとなっている。また、チャンバ７
上方より供給されるＡｒ等の不活性ガスをルツボ４内に
誘導することにより、シリコン融液表面から生成される
ＳｉＯガス等を、ルツボ４からチャンバ７外部へスムー
ズに排出させるものである。

【０００３】しかしながら、図１１に示した単結晶製造
装置にあっては、融液表面６から単結晶１に向けて放出
される反射熱や、ヒータ５及びルツボ４からの輻射熱を
十分に遮断することができない。その結果、単結晶１に
対する冷却効果が不足して、酸素誘起積層欠陥が生じや
すいとされる５５０〜８５０℃の温度領域を経る時間が
長くなり、結晶品質が低下するおそれがあった。

【０００４】特許第２５６２２４５号公報に示された単
結晶製造装置はこの問題を解決するためになされたもの
である。なお、以下では、上記と同部品には同一符号を
付して説明は省略する。この従来例２の単結晶製造装置
においては、図１２に示すように第一スクリーン３ａの
内側に、単結晶引上げ域を囲んで開口し、内側断面を放
物線形状とした第二スクリーン３ｂを設けたものとなっ
ている。前記第二スクリーン３ｂの放物線形状によっ
て、立体角の効果で吸収性輻射熱や固液界面６付近から
の輻射熱を上方に反射することができる。そして、固液
界面６よりさらに上方の軸方向温度勾配を大きくするこ
とができるため、前記酸素誘起積層欠陥の改善ととも
に、単結晶１の引上速度を増大できることが述べられて
いる。

【０００５】また、従来例３の特公平５−３５７１５号
公報に示された単結晶製造装置においては、図１３に示
したように、支持板７により支持され、単結晶の引上域
と対向するスクリーン３の内面側を、上端側から下端側
に向かうに従って、縮径された逆円錐台形環状に形成
し、当該内面側と外面側の間に融液面側に行くに従っ
て、一部または全体に亘って厚さを大きくした断熱材９
を有し、さらにその内部に断熱性に優れたフェルトを用
いた構成となっている。これにより、ヒータ５やルツボ
４及び融液８等からの輻射熱を遮断して、単結晶１にそ
の引上方向に適当な温度勾配を形成し単結晶１の引上速
度を高める。そして、積層欠陥が生じ易いとされている
５５０〜８５０℃の温度領域を短時間で通過させること
で積層欠陥密度を低減し、また製造効率の向上を計れる
ことが述べられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の単結晶
製造装置においては、以下のような問題があった。単結
晶において生じる結晶欠陥には、上記した５５０〜８５
０℃の温度領域で生じる酸素誘起積層欠陥とは別に、単
結晶引上げ時に通過する１１５０〜１０８０℃の温度領
域で形成される欠陥（Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥）がある。
前記Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の欠陥サイズは、引上速度と
前記欠陥形成温度領域での温度勾配との積（冷却速度）
により、ほぼ決定されることが実験の結果から既に明ら
かになっている。しかし、特公２５６２２４５号に示し
た単結晶製造装置においては、ヒーターとルツボ壁側に
熱吸収体を設けるとともに、この熱吸収体と断熱材とを
当接させているため断熱材の温度が上昇し、この上昇し
た断熱材の熱が単結晶に対向する第２スクリーンに輻射
して伝わる。また、第２スクリーンが板のみよりなるた
め断熱材および融液表面からの輻射熱を受けて温度が上
昇し、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の欠陥サイズに影響する前
記欠陥形成領域の温度勾配をあまり大きく出来ていなか
った。このため、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥サイズの低減に
は、引上速度を速くした分の効果しか寄与していない。

【０００７】また、特公平５−３５７１５号公報に示し
た単結晶製造装置では、熱遮蔽板の内部が断面三角形状
の一部又は全部に亘って厚さを大きくした断熱材で充満
しているため、ヒータやルツボ及び融液に対向している
熱遮蔽板の熱が断熱材を介して単結晶に対向する熱遮蔽
板に熱伝導として伝わり、単結晶に対向する熱遮蔽板に
加算されるために熱放射による熱移動が多くなり冷却効
率が落ちる。このため、前記欠陥形成領域の温度勾配の
大きさが不十分であり、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のサイズ
を十分に低減することはできていなかった。

【０００８】本発明は、上記従来の問題点に着目し、単
結晶製造装置及び単結晶製造方法に係り、特に、単結晶
引上げ時に通過する１１５０〜１０８０℃の温度領域で
形成される欠陥（Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥）の欠陥サイズ
を引上速度と前記欠陥形成温度領域での温度勾配との積
（冷却速度）を大きくして低減させ、ウエハ熱処理後の
Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥サイズを効果的に消滅させること
により、デバイスにおける歩留まりの向上を図り、高品
質の単結晶を製造する単結晶製造装置及び単結晶製造方
法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明における単結晶製造装置の発明では、単結晶
材料である融液を保持するルツボと、当該ルツボの周囲
にあって融液を加熱するヒータと、前記ルツボ内の融液
上方に位置した上下移動可能な支持手段と、支持手段に
連結された種結晶下部に成長する単結晶を取り囲む輻射
スクリーンとを有する単結晶製造装置において、輻射ス
クリーンは、断面形状が中空のほぼ三角形形状で単結晶
を取り囲む環状に形成されるとともに、単結晶に対向す
る内面側が逆円錐台形状に漸次縮小するように配設され
る熱遮蔽板の内側に所定の厚さの断熱材を付設し、断熱
材間の輻射熱を低減する空間を有する構成としている。
また、隣り合う断熱材の端面に伝導熱を遮断するスキマ
を設けると良い。

【００１０】本発明における単結晶製造方法の発明で
は、単結晶材料を加熱溶融して融液となし、種結晶を当
該融液に浸して引上げることにより、単結晶を製造する
単結晶製造方法において、引上げるときに単結晶が通過
する１１５０〜１０８０℃の欠陥形成温度領域に、単結
晶に対向する内面側が逆円錐台形状で、断面形状が中空
の三角形形状よりなる熱遮蔽板の内部に付設された断熱
材間に空間を有する輻射スクリーンを配設して欠陥形成
温度領域の温度勾配を大きくする空間とし、この輻射ス
クリーンを用いて単結晶を速い引上速度で引上げて温度
勾配と引上速度との積（冷却速度）を大きくし、Ｇｒｏ
ｗｎ−ｉｎ欠陥の欠陥サイズを微小にさせて単結晶棒を
作製し、この単結晶棒よりウエハを切断加工した後に、
ウエハを水素ガス又はアルゴンガス等を含む非酸化性雰
囲気中で熱処理を行ないウエハ内部まで無欠陥にする製
造方法としている。

【００１１】

【作用】ＣＺ法において、輻射スクリーンに取り囲まれ
た単結晶の温度は融液からの熱伝導、融液表面からの輻
射および熱遮蔽板からの輻射によりほぼ決定されてい
る。融液からの熱伝導量と、融液表面からの輻射量と
は、前記先行技術間で差がないとすると、単結晶表面の
温度は、対向している熱遮蔽板表面との熱の移動量のや
りとりでほぼ決定される。このため、単結晶表面の温度
勾配は、単結晶と熱の移動量のやりとりを行う熱遮蔽板
表面の熱量を出来るだけ小さくすることにより、大きく
することができる。

【００１２】本発明の上記構成によれば、図７（図中の
符号は後述する図１と同一である）に示すように、輻射
スクリーン４０は熱遮蔽板４２の内部に断熱材４４を付
設するとともに、断熱材４４に囲まれる内面に空間Ｍａ
を有しているため、単結晶表面に対向している熱遮蔽板
４２の斜辺４０ａが受ける熱量は、熱遮蔽板４２自身を
伝わる熱伝導による伝熱量と、断熱材４４自身を伝わる
熱伝導による伝熱量と、および、断熱材４４間の熱放射
による熱移動量との加算により決定される。本発明で
は、熱遮蔽板４２の内部に所定厚さの断熱材４４が配設
され、この断熱材４４は熱遮蔽板４２間の内部に設けら
れた空間Ｍａを伝播する熱放射による熱移動を十分に遮
ることができ、熱遮蔽板４２の斜辺４０ａが受ける熱量
を小さくすることができる。すなわち、物体が空間に放
射する熱は物体の温度が高くなると急激に増加するが、
本発明では、熱を放射する断熱材４４の表面は熱遮蔽板
４２からの熱伝導による熱を断熱材４４で低下し、その
低下した断熱材４４の表面の熱が空間Ｍａに放射され、
対向する断熱材４４の面に伝播するため熱放射による熱
移動を実質上遮ることになり、熱遮蔽板４２の斜辺４０
ａが受ける熱量を小さくできる。

【００１３】熱遮蔽板４２の斜辺４０ａが受ける熱量
は、メルトからの距離に比例して上方に行くほど熱遮蔽
板４２の伝熱量が減少し低下するとともに、対向してい
る単結晶の温度も低下し、単結晶表面と熱遮蔽板４２の
斜辺４０ａとの熱の移動量のやりとりも上方に行くほど
少なくなる。このため、図１０の実線（Ａ）に示すよう
に、熱遮蔽板４２の斜辺４０ａの熱量はメルトからの距
離に比例して小さくなる。このように、本発明では、熱
遮蔽板４２の斜辺４０ａは受ける熱量が小さく、上方に
行くほど熱遮蔽板４２から単結晶表面に伝播する熱量が
少なくなるため、単結晶の温度領域Ｇ２（１１５０℃〜
１０８０℃）の温度勾配を大きくすることができる。こ
れにより、熱遮蔽板４２の斜辺４０ａに対向する単結晶
の温度勾配を大きくすることができ、また、これに伴い
単結晶の引上速度を増加させることが可能となり、単結
晶のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の欠陥サイズをウエハ熱処理
の際に効果的に消滅し易いように微小にさせることがで
きる。

【００１４】また、図７において、輻射スクリーンは、
内部に空間Ｍａを有するとともに、熱遮蔽板４２の内部
に断熱材４４を付設し、かつ、断熱材４４の端面間にス
キマを設けることにより熱伝導が遮断できるので、さら
に、単結晶表面に対向している熱遮蔽板４２の斜辺４０
ａが受ける熱量を小さくできる。この結果、熱遮蔽板４
２の斜辺４０ａは、図１０の実線（Ａ）に示されるよう
に熱遮蔽板の軸方向温度勾配が大きくなり、その結果、
対向する単結晶の温度領域Ｇ２（１１５０℃〜１０８０
℃）の温度勾配を更に大きくすることができる。なお、
図１０は横軸に融液から熱遮蔽板の距離Ｌｎ（図２に示
す）を、縦軸に熱遮蔽板の斜辺の受ける熱量を表す。ま
た、このとき熱遮蔽板の裏面と表面はほぼ同一の温度と
なっている。

【００１５】これに対して、従来の特公平５−３５７１
５号公報の図８に示すような輻射スクリーン３（符号は
図１３と同じものを用いている）では、単結晶表面に対
向している熱遮蔽板３ａの受ける熱量は、前記のように
熱遮蔽板３ａ自身を伝わる熱伝導による伝熱量と、熱遮
蔽板３ａ以外の熱遮蔽板から断熱材９を経て熱遮蔽板３
ａに伝わる熱伝導による伝熱量との加算により決定され
る。熱遮蔽板３ａの表面の受ける熱量は、本発明の断熱
材４４の面から空間を伝播して対向する断熱材４４の面
に移動する熱の移動量よりも、熱遮蔽板の内部が断熱材
９により満たされており、断熱材９を経て熱遮蔽板３ａ
に伝わる熱伝導による伝熱量の方が多くなっている。し
たがって、単結晶表面に対向している熱遮蔽板３ａの表
面の受ける熱量は、本発明の断熱材４４の面から空間Ｍ
ａを伝播した後に熱遮蔽板４２の斜辺４０ａに熱伝導さ
れたものよりも大きくなっている。熱遮蔽板３ａの表面
の受ける熱量は、メルトからの距離に比例して上方に行
くほど熱遮蔽板３ａの伝熱量が減少するが、熱遮蔽板３
ａの伝熱量は前記のように本発明より多くなっているい
るために、熱遮蔽板３ａの熱量の低下量が少なくなる。
このため、図１０の点線（Ｂ）に示すように、熱遮蔽板
３ａの熱量はメルトからの距離に比例して小さくなる
が、本発明よりも大きくなっている。このように、この
従来の技術では、熱遮蔽板３ａの受ける熱量は本発明よ
りも大きいため、熱遮蔽板３ａから単結晶表面に伝播す
る熱量も大きくなり、単結晶の温度領域Ｇ２（１１５０
℃〜１０８０℃）の温度勾配は本発明よりも小さくなっ
ている。

【００１６】また、輻射スクリーンの熱遮蔽板４２が前
記図７と同形状で、図９に示すように内部に断熱材４４
が設けられていないで空間Ｍを有する場合には、単結晶
表面に対向している熱遮蔽板４２の斜辺４０ａが受ける
熱量は、熱遮蔽板４２自身を伝わる熱伝導による伝熱量
と、および、熱遮蔽板４２間の空間Ｍを伝播する熱放射
による熱移動量との加算により決定される。前記のよう
に、物体が空間に放射する熱は物体の温度が高くなると
急激に増加することから、熱遮蔽板４２間が断熱材４４
で遮られることがない図９の場合には、高い熱が熱遮蔽
板４２から空間Ｍに直接放射されて伝播されるため、対
向する熱遮蔽板４２に移動する熱の移動量は、図１０の
三点鎖線（Ｃ）に示すように、非常に多くなり、単結晶
表面に対向している熱遮蔽板４２の斜辺４０ａが受ける
熱量は非常に大きくなる。さらに、前記の三点鎖線
（Ｃ）の熱量に、本発明と同じ熱遮蔽板４２自身を伝わ
る熱伝導による伝熱量が加算され、熱遮蔽板４２の斜辺
４０ａが受ける熱量は二点鎖線（Ｄ）に示すごとく更に
大きくなる。熱遮蔽板４２の斜辺４０ａは受ける熱量が
更に大きくなった結果、図１０の二点鎖線（Ｄ）に示す
ように、熱遮蔽板４２の熱量はメルトからの距離に比例
して小さくなるが、前記従来の技術よりも更に大きくな
っている。このように、この先行技術では、熱遮蔽板４
２の受ける熱量は更に大きいため、熱遮蔽板３ａから単
結晶表面に伝播する熱量が更に大きくなり、単結晶の温
度領域Ｇ２（１１５０℃〜１０８０℃）の温度勾配は本
発明よりも更に小さくなっている。

【００１７】また、本発明における単結晶製造方法は、
１１５０〜１０８０℃の欠陥形成温度領域に、単結晶と
対向する内面側が逆円錐台形状で、断面形状が中空の三
角形形状からなる熱遮蔽板の内部に付設された断熱材間
に空間を有する輻射スクリーンに取り囲まれた温度勾配
の大きい空間を設けて、この輻射スクリーンを用いて融
液より単結晶を所定の冷却速度以上で引上げるため、Ｇ
ｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の欠陥サイズを微小にさせることが
できる。この単結晶はウエハに切断加工した後に、ウエ
ハを水素ガスを含む非酸化性雰囲気中で熱処理を行なう
ことにより、水素熱処理で欠陥が効果的に消滅し易くな
り、ウエハ内部まで無欠陥領域が大幅に改善されて良好
な酸化膜耐圧良品率（ＧＯＩ）が確保できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る単結晶製造
装置及び単結晶製造方法の好ましい実施の形態を添付し
た図面に従って詳細に説明する。なお、従来と同一部品
には同一符号を付して説明は省略する。図１は本発明の
第一実施形態における単結晶製造装置２０の全体概念側
面図である。図２は単結晶製造装置２０の第１実施形態
の一部拡大側面図、図３は輻射スクリーン部の一部拡大
図である。本実施形態においては、多結晶をルツボにて
溶融して融液とし、種結晶を融液に浸して引上げること
により所定の大きさに単結晶を成長させるＣＺ法（チョ
コラルスキー法）を用いて単結晶を製造する場合につい
て述べる。

【００１９】図１において、単結晶製造装置２０のチャ
ンバ２２は、上部に筒型のトップチャンバ２４を組み込
んだ構成となっている。チャンバ２２の内部には、単結
晶材料の融液３０を保持するルツボ２６が回転自在およ
び昇降自在に配設されている。前記ルツボ２６は、融液
３０側を石英ルツボ２６ａで形成するとともに、当該石
英ルツボ２６ａを黒鉛ルツボ２６ｂで覆った形状となっ
ている。また、ルツボ２６の周囲には融液３０を加熱溶
融させるヒータ２８が、さらに当該ヒータ２８の周囲に
は保温壁２９がそれぞれ同心円状に配置されている。

【００２０】ルツボ２６内には、上記したように多結晶
を加熱溶融した融液３０が保持されている。そして、ト
ップチャンバ２４の中心軸上部に配置され上下移動可能
な支持手段３２には種結晶３４が連結され、種結晶３４
を融液３０に浸して引上げることにより棒状の単結晶３
６が製造できる。前記融液３０の上面３０ａの上側近傍
には、単結晶３６を囲んで断面形状が中空のほぼ三角形
形状で環状に形成された輻射スクリーン４０が配置され
ている。

【００２１】輻射スクリーン４０はチャンバ２２に固設
された支持スクリーン６０，６２と連結されている。ト
ップチャンバ２４の上方からは、不活性ガス６４を単結
晶３６の軸方向に流入させ、種結晶３４と輻射スクリー
ン４０の斜辺４０ａとの間、融液３０の上面３０ａと輻
射スクリーン４０の底辺４０ｂとの間、および、輻射ス
クリーン４０の側辺４０ｃとルツボ２６の内壁２６ｃと
の間を経て、ルツボ２６の外周から下方に流れている。

【００２２】図２において、前記輻射スクリーン４０は
ほぼ直角三角形状により構成され、その斜辺４０ａ、底
辺４０ｂ、および、側辺４０ｃとからなる所定の厚さの
熱遮蔽板４２と、熱遮蔽板４２の各辺に付設された所定
の厚さの断熱材４４とからなっている。輻射スクリーン
４０の斜辺４０ａの斜辺用熱遮蔽板４２ａは、単結晶３
６に対向する内面側の斜辺４０ａが逆円錐台形状で、融
液３０側に向かうに従って単結晶３６に近づくよう漸次
縮小するように形成されている。また、底辺４０ｂの底
辺用熱遮蔽板４２ｂは融液３０の近傍の位置で、かつ、
融液３０の上面３０ａに対して所定間隔離間してほぼ平
行に形成されている。側辺４０ｃの側辺用熱遮蔽板４２
ｃはルツボ２６の内壁２６ｃに沿って所定間隔離間して
ほぼ平行に配設されている。

【００２３】断熱材４４は、斜辺用熱遮蔽板４２ａに付
設された斜辺用断熱材４４ａと、底辺用熱遮蔽板４２ｂ
に付設された底辺用断熱材４４ｂと、および、側辺用熱
遮蔽板４２ｃに付設された側辺用断熱材４４ｃとから構
成されている。

【００２４】そして、本実施形態においては、熱遮蔽板
４２は、所定の厚さ、例えば、本実施例では約５ｍｍの
厚さよりなり、材料としては耐熱性の高い高密度の黒鉛
を使用している。断熱材４４は、所定の厚さ、例えば、
本実施例では約２０ｍｍの厚さよりなり、材料としては
熱伝導性の低い黒鉛フェルトを使用している。断熱材４
４の斜辺用断熱材４４ａおよび底辺用断熱材４４ｂのそ
れぞれの両端面は隣り合う断熱材４４と接触させてい
る。側辺用断熱材４４ｃは、中間部が斜辺用断熱材４４
ａの端面に、また、側辺用断熱材４４ｃの一端面は底辺
用断熱材４４ｂの端面に接触させている。輻射スクリー
ン４０の内部には、斜辺用断熱材４４ａ、底辺用断熱材
４４ｂ、および、側辺用断熱材４４ｃの内面に囲まれた
所定面積以上の空間Ｍａを有している。

【００２５】図３は、第１実施形態の輻射スクリーン４
０の変形例の一部拡大図であり、上記の図２では、断熱
材４４の斜辺用断熱材４４ａおよび底辺用断熱材４４ｂ
のそれぞれの両端面は隣り合う断熱材４４と接触させ、
また、側辺用断熱材４４ｃは中間部で斜辺用断熱材４４
ａの端面に、他の端面は底辺用断熱材４４ｂの端面と接
触させている。しかし、変形例では、斜辺用断熱材４４
ａと底辺用断熱材４４ｂとの間にスマキＳａを有して形
成されている。

【００２６】底辺用断熱材４４ｂは、融液３０の上面３
０ａの高い溶融温度からの輻射熱を底辺用熱遮蔽板４２
ｂで受けた後、底辺用熱遮蔽板４２ｂから熱伝導で伝導
熱を受けている。この底辺用断熱材４４ｂは、斜辺用断
熱材４４ａよりも融液３０の近傍に配置されているため
に、斜辺用断熱材４４ａよりも高い熱量を有している。
この底辺用断熱材４４ｂの熱量は、斜辺用断熱材４４ａ
と底辺用断熱材４４ｂとの間に設けられたスマキＳａに
より、斜辺用断熱材４４ａに熱伝導しないで遮断され
る。これにより、底辺用断熱材４４ｂの伝熱量が斜辺用
断熱材４４ａに熱伝導されることがなくなり、斜辺用断
熱材４４ａは低い熱量を維持することができる。

【００２７】上記により、斜辺用断熱材４４ａの下側
は、底辺用断熱材４４ｂからの高い熱量を熱伝導される
ことがなくなり、斜辺用断熱材４４ａから単結晶３６に
高い熱放射が伝播することがなくなり、単結晶３６の温
度勾配を大きくすることができる。

【００２８】また、上側の斜辺用断熱材４４ａの中間部
と側辺用断熱材４４ｃとの端面は、側辺用断熱材４４ｃ
の上側がヒータ２８の熱放射を受けるときにはスキマを
設けて伝導熱を遮断し、側辺用断熱材４４ｃの上側がヒ
ータ２８の熱放射を受けないときには接触させて斜辺用
断熱材４４ａの熱量を側辺用断熱材４４ｃに熱伝導によ
り伝えて逃がし温度勾配を大きくするようにしても良
い。

【００２９】以上により、側辺用熱遮蔽板４２ｃに対向
する単結晶３６の温度勾配を大きくすることができ、単
結晶３６のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の欠陥サイズをアニー
ルの際に消滅し易いように微小にさせることができる。

【００３０】図４は、輻射スクリーン４０Ａが不等辺三
角形の実施例の一例である。輻射スクリーン４０Ａの上
部には環状リム４６を介して、図１と同様に、チャンバ
２２に固設された支持スクリーン６０，６２と連結され
ている。前記輻射スクリーン４０Ａ、その斜辺５０ａ、
底辺５０ｂ、および、側辺５０ｃとからなる所定の厚さ
の熱遮蔽板５２と、熱遮蔽板５２の各辺に付設された所
定の厚さの断熱材５４とからなっている。輻射スクリー
ン４０Ａの斜辺５０ａの斜辺用熱遮蔽板５２ａは、単結
晶３６に対向する内面側の斜辺５０ａが逆円錐台形状
で、融液３０側に向かうに従って単結晶３６に近づくよ
う漸次縮小するように形成されている。また、底辺５０
ｂの底辺用熱遮蔽板５２ｂは、単結晶３６に近い内側で
融液３０の近傍に、また、外側のルツボ２６の近傍で融
液３０の上面３０ａから大きく所定間隔離間した漸次拡
大するよう傾斜して形成されている。側辺５０ｃの側辺
用熱遮蔽板５２ｃはルツボ２６の内壁２６ａに沿って所
定間隔離間してほぼ平行に配設されている。

【００３１】これにより、輻射スクリーン４０Ａが不等
辺三角形の場合には、不活性ガス６４が内部を流れると
き、融液３０と底辺５０ｂとの間の流れがスムースにな
り、融液３０の上面３０ａを波出させることがなくな
り、融液の表面が安定し、単結晶３６の安定した成長界
面が得られる。また、輻射スクリーン４０Ａの内部には
所定面積以上の空間Ｍｂを有している。また、熱遮蔽板
５２および断熱材５４の材料あるいは厚さ等は、前記の
図１の実施例とほぼ同じため説明は省略する。

【００３２】上記構成においては、以下のように単結晶
３６の製造が行なわれる。まず、ルツボ２６内には、単
結晶材料であるシリコン多結晶をヒータ２８により加熱
溶融して融液３０となす。そして、支持手段３２に連結
された種結晶３４は、ルツボ２６内の融液３０に一旦浸
した後、当該融液３０から種結晶３４を回転させつつ引
上げることにより、種結晶３４の下部に棒状の単結晶３
６を製造する。融液３０から引上げられる単結晶３６
は、融液３０の近傍の第１温度領域Ｇ１（シリコン融点
１４１２℃〜１３５０℃）を通過した後、欠陥形成に影
響するといわれる第２温度領域Ｇ２（１１５０℃〜１０
８０℃）を通過する。前記融液３０の近傍の温度領域の
第１温度勾配をＧ１（℃／ｍｉｎ）、前記結晶欠陥形成
温度領域の第２温度勾配をＧ２（℃／ｍｉｎ）、単結晶
３６の引上速度をＶとする。

【００３３】上記したように、単結晶３６に発生する結
晶欠陥サイズは、結晶欠陥形成温度領域の第２温度勾配
Ｇ２と単結晶の引上速度Ｖとの積である冷却速度Ｃｖ
（Ｃｖ＝Ｇ２×Ｖ）でほぼ決定されることが実験からわ
かっている。

【００３４】本実施形態においては、輻射スクリーン４
０、４０Ａは、断面形状が中空のほぼ三角形形状で、単
結晶３６に対向する内面側の斜辺４０ａ、５０ａが逆円
錐台形状の熱遮蔽板４２、５２と、熱遮蔽板４２、５２
の内側に付設された断熱材４４、５４とからなる。各辺
に付設されている断熱材４４、５４の内面には、断熱材
４４、５４に囲まれた所定面積以上の空間Ｍａ、Ｍｂを
有しているため、作用の欄で記述しているように、単結
晶３６に対向する熱遮蔽板４２、５２の斜辺４０ａ、５
０ａは受ける熱量が小さく、上方に行くほど熱遮蔽板４
２から単結晶３６の表面に伝播する熱量が少なくなるた
め、単結晶３６の融液３０の近傍の第１温度領域Ｇ１お
よび結晶欠陥形成温度領域の第２温度勾配Ｇ２を大きく
させることができる。

【００３５】これに伴って、引上速度Ｖは大きくさせる
ことができ、これにより第２温度勾配Ｇ２と引上速度Ｖ
との積である冷却速度Ｃｖも大きくさせることができ
る。表１には、従来例と本実施形態における結果を示
す。なお、表１において、限界引上速度Ｖ、結晶軸方向
第１温度勾配Ｇ１、結晶軸方向第２温度勾配Ｇ２、およ
び、冷却速度Ｃｖを示している。なお、引上速度Ｖは結
晶育成時に結晶軸方向第１温度勾配Ｇ１に対して大きす
ぎると曲がり、または変形が発生する。ここで、示した
引上速度Ｖは曲がり、変形が起こらない引上限界速度を
表している。

【００３６】

【表１】

【００３７】本実施形態における単結晶製造装置２０に
おいては、融液３０の近傍の第１温度領域Ｇ１が大きく
なることにより引上速度Ｖを上昇させることができ、ま
た、第２温度勾配Ｇ２をも大きくさせることができる。
このため、冷却速度Ｃｖをも大きくさせることにより、
第２温度勾配Ｇ２の温度領域で形成されるＧｒｏｗｎ−
ｉｎ欠陥の欠陥サイズを図５に示すように低減させるこ
とができる。図５は、横軸に熱遮蔽板の水準を、縦軸に
Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の欠陥サイズを取っており、本発
明と従来とのＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥サイズ（ｎｍ）を示
している。図中、白丸は平均値を示し、本発明の平均欠
陥サイズは従来と比べて平均で少なくとも約２０ｎｍ以
上低減させることができている。

【００３８】上記したように単結晶３６を製造した後
に、その単結晶３６より図示しないウエハを作製し、水
素雰囲気中で１２００℃の温度で３０分の熱処理を行な
い酸化膜耐圧良品率（ＧＯＩ）の確認を実施した。その
結果、表２に示すように、酸化膜耐圧良品率（ＧＯＩ）
は、ａｓ−ｇｒｏｗｎでは悪くなるものの、水素熱処理
後では、従来例とほぼ同等の良品率が得られるととも
に、特に、３μｍ研磨後では、大幅に改善されウエハ内
部まで無欠陥領域が確保できたことが確認された。

【００３９】

【表２】

【００４０】これは、冷却速度Ｃｖが大きくできるた
め、欠陥サイズ（ｎｍ）が小さくなり、ａｓ−ｇｒｏｗ
ｎ時では酸化膜耐圧良品率（ＧＯＩ）は悪くなるもの
の、欠陥サイズ（ｎｍ）が小さいため、水素熱処理でウ
エハ表層の欠陥が効果的に消滅し、同等の良品率が得ら
れるとともに、３μｍ研磨後では、ウエハ内部まで無欠
陥領域が大幅に改善されて良好な酸化膜耐圧良品率（Ｇ
ＯＩ）が確保できるものである。上記では、水素雰囲気
中で行ったが、アルゴン雰囲気中でも同様な効果を得る
ことができる。

【００４１】図６は本発明の第二実施形態における単結
晶製造装置２０Ａの説明図である。なお、第二実施形態
と同一部品には同一符号を付して説明は省略する。図６
に示されるように、棒状の保持手段６６をチャンバ２２
に設けて輻射スクリーン４０Ａを支持することによって
も前記実施形態と同等の効果が得られる。また、保持手
段６６として円筒状のものを用いれば、整流作用により
ガス流れを改善させることができる。この場合には、棒
状の保持手段６６を用いる場合よりもＤＦＣ化率（Ｄｉ
ｓｌｏｃａｔｉｏｎ Ｆｒｅｅ Ｃｒｙｓｔａｌ）を向
上させることができる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明における単
結晶製造装置及び単結晶製造方法においては、単結晶引
上げにおける引上げ界面近傍及び欠陥形成温度領域の軸
方向温度勾配を大きくするとともに、結晶引上速度を上
げることによって、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の欠陥サイズ
を低減させた単結晶棒を作製できる。この単結晶棒より
切断加工したウエハは、水素ガスを含む非酸化性雰囲気
中で熱処理を行なうことにより、水素熱処理で欠陥が効
果的に消滅し易くなり、水素熱処理で同等の良品率が得
られるとともに、ウエハ内部では無欠陥領域が大幅に改
善された良好な酸化膜耐圧良品率（ＧＯＩ）のウエハが
確保でき、デバイスにおける歩留まりの向上をはかるこ
とができ、高品質な単結晶を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施形態における単結晶製造装置
の全体概念側面図である。

【図２】本発明の単結晶製造装置の第１実施形態の一部
拡大側面図である。

【図３】本発明の単結晶製造装置の輻射スクリーン部の
一部拡大図である。

【図４】本発明の輻射スクリーンの不等辺三角形の実施
形態の側面図である。

【図５】従来例と本発明とにおける欠陥サイズを示すグ
ラフ図である。

【図６】本発明の第二実施形態における単結晶製造装置
の全体概念側面図である。

【図７】本発明の単結晶製造装置の作用を説明する一部
概念側面図である。

【図８】従来の単結晶製造装置の作用を説明する一部概
念側面図である。

【図９】従来の他の単結晶製造装置の作用を説明する一
部概念側面図である。

【図１０】従来と本発明の融液からの距離に応じて遮蔽
板の受ける熱量を示す説明図である。

【図１１】従来における第１例の単結晶製造装置の側面
図である。

【図１２】従来における第２例の単結晶製造装置の側面
図である。

【図１３】従来における第３例の単結晶製造装置の側面
図である。

【符号の説明】

２０、２０Ａ 単結晶製造装置 ２２ チャンバ ２４ トップチャンバ ２６ ルツボ ２８ ヒータ ２９ 保温壁 ３０ 融液 ３２ 支持手段 ３４ 種結晶 ３６ 単結晶 ４０、４０Ａ 輻射スクリーン ４２、５２ 熱遮蔽板 ４２ａ、５２ａ 斜辺用熱遮蔽板 ４２ｂ、５２ｂ 底辺用熱遮蔽板 ４２ｃ、５２ｃ 側辺用熱遮蔽板 ４４、５４ 断熱材 ４４ａ、５４ａ 斜辺用断熱材 ４４ｂ、５４ｂ 底辺用熱遮蔽板 ４４ｃ、５４ｃ 側辺用熱遮蔽板 ６４ 不活性ガス Ｖ 引上速度 Ｇ１ 第１温度勾配 Ｇ２ 第２温度勾配 Ｃｖ 冷却速度（Ｃｖ＝Ｖ＊Ｇ２） Ｍａ、Ｍｂ 空間 Ｓａ スキマ

フロントページの続き (72)発明者 中島 広貴 神奈川県平塚市四之宮2612番地 コマツ電 子金属株式会社 Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BA04 CF10 EG19 EG20 EG25 FE02 PE22

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単結晶材料である融液を保持するルツボ
   と、当該ルツボの周囲にあって融液を加熱するヒータ
   と、前記ルツボ内の融液上方に位置した上下移動可能な
   支持手段と、支持手段に連結された種結晶下部に成長す
   る単結晶を取り囲む輻射スクリーンとを有する単結晶製
   造装置において、輻射スクリーンは、断面形状が中空の
   ほぼ三角形形状で単結晶を取り囲む環状に形成されると
   ともに、単結晶に対向する内面側が逆円錐台形状に漸次
   縮小するように配設される熱遮蔽板の内側に所定の厚さ
   の断熱材を付設し、断熱材間の輻射熱を低減する空間を
   有することを特徴とする単結晶製造装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の単結晶製造装置において、 隣り合う断熱材の端面に伝導熱を遮断するスキマを設け
   ることを特徴とする単結晶製造装置。
3. 【請求項３】 単結晶材料を加熱溶融して融液となし、
   種結晶を当該融液に浸して引上げることにより、単結晶
   を製造する単結晶製造方法において、引上げるときに単
   結晶が通過する１１５０〜１０８０℃の欠陥形成温度領
   域に、単結晶に対向する内面側が逆円錐台形状で、断面
   形状が中空の三角形形状よりなる熱遮蔽板の内部に付設
   された断熱材間に空間を有する輻射スクリーンを配設し
   て欠陥形成温度領域の温度勾配を大きくする空間とし、
   この輻射スクリーンを用いて単結晶を速い引上速度で引
   上げて温度勾配と引上速度との積を大きくし、Ｇｒｏｗ
   ｎ−ｉｎ欠陥の欠陥サイズを微小にさせて単結晶棒を作
   製し、この単結晶棒よりウエハを切断加工した後に、ウ
   エハを水素ガス又はアルゴンガス等を含む非酸化性雰囲
   気中で熱処理を行ないウエハ内部まで無欠陥にすること
   を特徴とする単結晶製造方法。