JPS59213697A

JPS59213697A - 単結晶半導体引上装置

Info

Publication number: JPS59213697A
Application number: JP8880583A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Hasebe; 長谷部　等; Masato Matsuda; 正人松田; Tsugio Katagiri; 片桐　二夫
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1983-05-20
Filing date: 1983-05-20
Publication date: 1984-12-03

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は単結晶半導体引上装置の改良に関する。

単結晶半導体、特に単結晶シリコンは主としてチョクラ
ルスキー法（Ｃ２法）により製造されている。この方法
は第１図に示す引上装置を用いて行なわれるものである
。以下、引上装置を第１図を参照して説明する。

図中１は上部と下部が開口したチャンバーであり、この
チャンバー１の下部開口からは回転軸２が挿入されてい
る。この回転軸２上には黒鉛製保護体３が取付けられ、
この保護体３の凹部に収容された石英ルツボ４を保護し
ている。

また、前記保護体３の外周には筒状のヒータ５及び筒状
の保温筒６，７が順次配設されている。

更に、チャンバー１の上部開口からは例えばチェーン８
が回転自在に吊下されており、その下端には神結晶９が
保持されている。

上記引上装置を用い、石英ルツボ４内にシリコン原料を
入れてヒータ５によりこのシリコン原料を溶融させ、こ
のシリコン融液１０に種結晶９を浸し、チェーン８を回
転しながら引上げることにより単結晶シリコン１１金製
造する。

近年、半導体装置用単結晶シリコンの大口径化に伴い石
英ルツボ４も大型化し、１２インチ（３０４，８ｍｍ）
径あるいは１４インチ（３５５，６ｍｍ）径のものが用
いられるようになつてきている。

従来、石英ルツボ４としては不透明石英ガラス（気泡の
多い石英ガラス）を骨格として内表面から２００〜３０
０μｍの部分が透明石英ガラス（気泡の少ない石英ガラ
ス）２外表面が未溶融層であり、全体としては不透明石
英ガラスで形成されているような外観ヲ有するものが用
いられている。こうした不透明石英ガラス製のルツボは
骨格が不透明石英ガラスであるため、その気泡でヒータ
からの輻射綴を散乱することができるので、透明ガラス
製のルツボよりも均熱性に黴れている。また、全体を透
明石英ガラスとしたものでは高・価なものとなる。なお
、内表面の透明石英ガラスは製造工程に′Ｊ？いて必然
的に形成されるが、２００〜３００μｍと薄いものであ
る。

ところで、１其結晶シリコン引上げ操作としては、石英
ルツボ内に多結晶シリコン原料を入れ、単結晶シリコン
を１本だけ引上げる１本引上げ法が行なわれてきた。し
かし、この１本引上げ法では装置全体の入念なりリーニ
ング及びヒータ、ルツボ等の正確なセツティングを１本
引上げる毎に行なわれなければならず、稼動率の低下を
招いていた。また、単結晶シリコンを先端部から末端部
まで無転位にするには引上げ終了時に単結晶シリコンを
融液から切り離す際に、熱応力による転位が波及しない
ように末端部を徐々に細くし、最後は一点で融液から切
り離さなければならない。このためにはある程度の諺の
融液を残さなければならず、この残融液がそのままロス
となるため歩留り低−Ｆとなっていた。

更に、最近は単結晶シリコンの抵抗率の上下限の範囲を
狭くすることが要求さｎているので、１本引上げを行な
っても不純物の偏析によって抵抗率が規定範囲からはず
れる部分が生じ、歩留り及び生産量の低下を招いてぃメ
ヒ。

そこで、こうした問題を解決するために近年、単結晶シ
リコンを１本引上げた後、融液が残っている石英ルツボ
内に再び多結晶シリコン原料を入れ、引上げを行なうリ
チャージ引上げ法が行なわれるようになってきている。

しかし、このリチャージ引上げ法では２本目以降の単結
晶シリコンに一定量の引上げを行なった箇所で転位が発
生するという問題がある。

本発明は上記事情に監みてなされたものであり、２本目
以降の引上げ単結晶半導体についても転位をなくし、歩
留り及び生産量を向上し得る単結晶半蔓体引上装置を提
供しようとするものである。

ところで、上述したリャージ引上げ法で２本目以降の単
結晶シリコンに転位が発生する原因については未だ十分
に解明されているわけではないが、ａ、下のようなメカ
ニズムによると考えられる。このメカニズムについて第
２図及び第３図を参照して説明する。

リチャージ引上げ法では石英ルツボに多結晶シリコン原
’４’Ａ　’ｃチャージして溶融し、１木目の単結晶シ
リコン（以下、イニシャルロットと称する）金、引上げ
た後、多結晶シリコン原料をリチャージする前に残融液
を約２時間放置している。この間に第２図に示す如く、
不透明石英ガラス４ａを骨格とし、内表面から２００〜
３００μｍの部分が透明石英ガラス４ｂ、外表面が未溶
融層４ｃからなる石英ルツボ４の内表面と、残融液１ゲ
の表面近傍の接触部分において５ｊ０２＋Ｓｉ→２８１
０の反応が進み石英ルツボ４内表面が局所的に侵食される
。この結果、侵食された箇所では不透明石英ガラス４ａ
が露出して凹凸が激しくなっている。この後、石英ルツ
ボ４内に多結晶シリコン原料をリチャージして溶融し、
２本目以降の単結晶シリコン１１　（以下、リチャージ
ロットと称する）を引上げていき、第３図に示す如く２
木目のシリコン融液１グ罎石英ルツボ４の侵食された箇
所にさしかかると、そのｉ、４　ｔ＠Ｉにシリコンが固
着する。更に、引上げをつづけると固層したしたシリコ
ン表面に８１０　が付着し、これがシリコン融液１０’
面が落下する。表面にＳｉＯが付着した固着シリコンは
溶けにくくなっているので対流によって単結晶シリコン
（リャージロット）１ノに壕で達して付着し、転位を発
生させると考えられる。また、転位が１筒所で発生する
と、その上下方向にもかなりの距離まで転位が伝播する
と考えられる。

上述した究明結果から、石英ルツボ４の不透明石英ガラ
ス４ａが露出しないよ５にすれば、リチャージロットの
転位を防止することができると゛考えられる。

すなわち、本発明の単結晶半桿体引上装置は不透明石英
ガラス製のルツボの少なくとも半導体原料融液面と接す
る部分を内表面から１ｍｍ以上に亘って透明石英ガラス
で形成したことを特徴とするものである。

本発明において透明石英ガラスの厚さを１ηＬす、上と
規定したのは、１ｍｍ未満ではイニシャルロット引上げ
後の残融液によって石英ルツボの内表面が浸食されて不
透明石英ガラスが露出し、上述したメカニズムによって
リチャージロットに転位が発生するためである。

また、石英ノンツボの半導体原料融液面と接する部分は
その厚み方向全体にわたって透明石英ガラスのみで形成
してもよい。

なお、本発明における透明石英ガラスは気泡が皆無のも
のに限定されず、気泡・かわずかに存在しても外匹上透
明石英ガラスであれば同様の効果を有する。

以下、本発明の実施例を第４図を参照して説明する。

既述した第１図図示の引上装置において、従来の石英ル
ツボ４の代わりに第４図に示す石英ルツボ２１を用いた
。この石英ルツボ２１は内径３０５　ｍｍφ高さ２５０
ｍｍであり、不透明石英ガラス２１ａを骨格とし、内表
面の半導体原料融液面と接する部分が厚さｌ　ｍｍ以上
、内表面の他の部分が厚さ２００〜３００μｍの透明石
英ガラス２１ｍで、また、外衣面が未溶融層２１ｃでそ
れぞれ形成されている。

第４図図示の石英ルツボ′２１は以下のようにして製造
することができる。まず、ルツボ形状の凹部を有する容
器を回転しながら、その凹部内に高純度水晶粉を入れる
と水晶粉は遠心力によって容器外壁に押しつけられる。

次に、これをアーク溶融するとルツボ形状の不透明石英
ガラスが得られる。更に、この不透明石英ガラスの半導
体原料融液面と接する部分のみを内表面側から加熱する
ことによりその部分が透明石英ガラスとなり、第４図図
示の石英ルツボ２ノが得られる。

しかして、上記石英ルツボ２１を用いた引上装置によれ
ば、リチャージ引上げを行なった場合、イニシャルロッ
ト引上げ後の残融液によって石英ルツボ２１の内表面が
侵食されても残融液との接触部が１ｍｍ以上と厚い透明
石英ガラスで形成され、不透明石英ガラス２１ａが露出
しないので９チヤージロツトに転位が発生しない。

したがって、１２インチ（３０４，８ｍｍ）径あるいは
１４インチ（３５５，５ｍｍ）径のような大型石英ルツ
ボそもリチャージ引上げを行なうことができ、装置のク
リーニング、セツティングに要する時間を短縮し、残融
液のロスを防止して生産量１歩留りを向上することがで
きる。また石英ルツボ２１は不透明石英ガラス２１ａ、
透明石英ガラス２１ｂ及び未溶融層２１ｃの組合せにな
っているため、不透明石英ガラス２１ｍの気泡でヒータ
からの輻射線を散乱させることができ、均熱性及び強度
は従来の石英ノンツボと同様である。

なお、本発明の引上装置に用いられる石英ルツボは第４
図図示のものに限らず例えば第５図図示のものでもよい
。

第５図図示の石英ノンツボ２２は半導体原料融液面と接
する部分がその厚み方向全体にわたって透明石英ガラス
２２ｂからなっている以外は第４図図示の石英ルツボ２
ノとほぼ同様であり、他の部分は不透明石英ガラス２２
ａｆ骨格とし、内表面から２００〜３００μｍの部分が
透明石英ガラス２２ｂ、外表面が未溶融層２２ｃからな
っている。

第５図図示の石英ルツボ２２は以下のようにして製造す
ることができる。まず、第４図図示の石英ルツボ２１を
製造した場合と同様にしてルツボ形状の不透す」石英ガ
ラスを造る。次に、半導体原料融液面と接する部分だけ
を切断した彼、同じ肉ノｕを有する管状の透明石英ガラ
スを溶着することにより第５図図示の石英ルツボ２２を
得る。

しかして、第５図図示の石英ルツボ２２を用いた引上装
置でも、上記実施例の引上装置と同様の効果を得ること
ができる。

小火、第４図図示の石英ルツボ２１を用いた引上装置（
Ａ）、第５図図示の石英ルツボ２２″ｆｆ、用いた引上
装置（１３）及び従来の引上装置（比較例）について、
リチャージ引上げ法によりそれぞれ５本の単結晶シリコ
ンを引上げる実験を行なったところ上述したような効果
が確められた。下記表にリチャージロットの転位の有無
、引上げろ几た単結晶シリコンの先端部、中間部及び後
端部における抵抗率を示す。

従来の引上装置では２本目以降のりチャージロットには
全て転位が発生していた。また、転位の発生位置はりチ
ャージロットを引上げる際のシリコン融液面がイニシャ
ルロット引上げ後の残融液面に達した時に単結晶化しつ
つある箇所の近傍であることが確認された。これに対し
てＡ及びＢの引上装置ではりチャージロットに転位が全
く発生しなかった。

また、上記表から明らかなようにＡ及びＢの引上装置を
用いた場合、従来の引上装置よりも抵抗率が均一化され
ていることがわかる。この理由については未だ解明され
ていないが、本発明の引上装置で引上げられた単結晶シ
リコンは要求される抵抗率の範囲に収まる部分が多くな
るので歩留りが向上した。

なお、Ｊ２Ｉ、上の説明では単結晶シリコンを引上げる
場合について述べたが、本発明の引上装置は他の半導体
単結晶を引上げる場合についても同様にノ凶用できる。

咬た、本発明の引上装置に用いられる石英ルツボの製造
方法は上述した方法に限定されない、Ｓ’ｔ：た、底部
を肉厚にして強度を増すこともできる。

更に、本発明の引上装置に用いられる石英ルツボは、必
ずしも外表面に未溶融層を残す必要はなく、（ｉＪＦ　
ｉ、’ｉ′’＝　、ガス焼＠等により取り除いてもよい
。

以上詳述した如く本発明によ汎ば大型の石英ルツボ音用
いた場合でもリチャージ引上げ法を採用することができ
、リチャージロットの転位をな（シ１歩留り及び生産量
を向上し得る半導体単結晶引上装置勿提供できるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は単結晶シリコン引上装置の断面図、第す図及び
第３図は従来の単結晶シリコン引上装置に用いられる石
英ルツボの欠点を説明するための断面図、第４図は本発
明の実施例における単結晶シリコン引上装置に用いられ
る石英ルツボの断面図、第５図は本発明の他の実施例に
おける単結晶シリコン引上装置に用いられる石英ルツボ
の断面図である。１・・・チャンバー、２・パ回転軸、３・・・保１獲体
、４・・・石英ルツボ、５・・・ヒータ、６，７・・・
保温筒、８・・・チェーン、９・・・種結晶、１０・・
・シリコン融液、１１…単結晶シリコン、２１，２２・
・・石英ルツボ、２１ａ、２２ａ・・・不透明石英ガラ
ス。〕２１ｂ、２２ｂ・・・透明石英ガラス、２１Ｃ２２２ｃ
・・・未溶融層。出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

チャンバー内に不透明石英ガラス製のルツボを回転自在
に支持し、該ルツボ内に半導体原料を入れて溶融させ、
該半導体原料融液に上方から回転自在に吊下された種結
晶を浸して引上げることにより単結晶半導体を造る装置
において、前記ルツボの少なくとも半導体原料融液面と
接する部分を内表面から１ｍｍ以上に亘って透明石英ガ
ラスで形成したことを特徴とする単結晶半導体引上装置
。