(57)【要約】      （修正有）【課題】輻射シールドへのＳｉＯガスの付着を防ぎ、整流を保ちつつＳｉＯガスを効果的に排出することができる単結晶引上げ装置を提供する。【解決手段】炉と、第１ガス供給手段１６０と、上部、円形の開口を有する下部及び外側が曲面に形成され前記上部と前記下部とを接続する曲面部を備える輻射シールド１２０と、一端が前記第１ガス供給手段１６０に接続されたガス供給管１２３とを備え、前記輻射シールド１２０は、内部に、一端部が前記ガス供給管１２３の他端に接続され、他端部が前記下部若しくは前記曲面部又はその双方の外側表面に設けられた１以上の開口に接続される１以上のガス供給路１２１を有し、前記ガス供給路１２１の他端部は、前記開口の中心を含み前記輻射シールド１２０の前記外側表面に対して垂直な平面上に位置し、且つ前記外側表面の法線方向に対して前記輻射シールド１２０の前記下部側の端部方向に傾斜されて配設される。【選択図】図１
2010052982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を溶融して融液とし、前記融液から単結晶を引き上げるための炉と、
前記炉外に配設され、前記炉内に第１不活性ガスを供給する第１ガス供給手段と、
円形の開口を有する上部、円形の開口を有する下部及び外側が曲面に形成され前記上部と前記下部とを接続する曲面部を備え、前記下部から前記上部方向に向かって拡開された略Ｕ字形又は略円錐形の形状を有し、前記引き上げられた単結晶を取り囲むように前記炉内に配設された輻射シールドと、
一端が前記第１ガス供給手段に接続されたガス供給管とを有し、
前記輻射シールドは、前記輻射シールド内部に、一端部が前記ガス供給管の他端に接続され、他端部が前記下部若しくは前記曲面部又はその双方の外側表面に設けられた１以上のガス噴出口に接続される１以上のガス供給路を有し、
前記ガス供給路の他端部は、前記開口の中心を含み前記輻射シールドの前記外側表面に対して垂直な平面上に位置し、且つ前記外側表面の法線方向に対して前記輻射シールドの前記下部側の端部方向に傾斜されて配設されることを特徴とする単結晶引上げ装置。
【請求項２】
前記ガス噴出口は、前記輻射シールドの前記下部側の端部と、前記曲面部の曲面に形成された外側の中央との間に配設されることを特徴とする請求項１に記載の引上げ装置。
【請求項３】
前記ガス噴出口は、平面方向で、前記輻射シールドの前記円形の上部開口と前記円形の下部開口との間に、同心円状に１列以上配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の単結晶引上げ装置。
【請求項４】
前記ガス噴出口は、平面方向で、前記輻射シールドの前記円形の上部開口と前記円形の下部開口との間に、同心円状に配置された溝であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の単結晶引上げ装置。
【請求項５】
前記炉外に配設され、第２不活性ガスを供給する第２ガス供給手段を有し、
前記前記ガス供給管の一端が前記第２ガス供給手段と接続されることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の単結晶引上げ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に使用されるシリコンを製造するためのシリコン単結晶引上げ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン単結晶の製造方法としては、無転位あるいは結晶欠陥が極めて少ない単結晶を大口径かつ高純度で比較的容易に得ることができることから、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法と記す。）が広く用いられている。ＣＺ法によるシリコン単結晶の製造においては、単結晶引上げ装置において、チャンバ内でヒータおよび保温体により加熱保温された状態で、シリコン単結晶からなる種結晶を石英ルツボ内に貯留された原料シリコン融液に着液させた後、回転させながらゆっくりと引き上げることにより、シリコン単結晶インゴットを育成する。
【０００３】
かかるシリコン単結晶の製造方法においては、単結晶成長速度の向上が製造コストの抑制に直結するため、各種の方法が試みられている。例えば、特許文献１に示されたように、育成中の単結晶下部に冷却用の不活性ガス（Ａｒガス。）を吹き付けて冷却することが提案されている。即ち、単結晶を包囲するように、単結晶と同心円状に配置された整流筒の下部に、半径方向内側にガス噴出用の穴が形成された環状管を配設し、前記穴からＡｒガスを単結晶下部に吹き付ける。このＡｒガスの噴き付けによって単結晶の軸方向の温度勾配を大きくできるので、大量のＡｒガスを必要とせずに効率よく単結晶成長速度を向上させることができる。
【０００４】
上述した方法によって、単結晶軸方向の温度勾配の改善を図ることができるが、一方で、この方法では、単結晶径方向の温度勾配の改善には、あまり効果が期待できない。特に近年のシリコン単結晶の大口径化に伴い、結晶内部の冷却が表面部と比べて遅くなっており、径方向の温度差が生じるため、不純物濃度や結晶欠陥の分布が不均一になる問題が生じている。そこで、これを解決のために、単結晶軸方向の温度勾配を大きくするために用いられる輻射シールドとシリコン融液面との間隔（以下、ギャップという場合がある。）を大きくして、ヒータやシリコン融液から結晶へ伝達される輻射熱を増加させて結晶表面の温度を上昇させ径方向の温度差を小さくすることが行われている。しかし、かかる方法を用いると、一方で、炉内に導入されるＡｒガスの流れに乱れが生じて、シリコン融液表面から蒸発するＳｉＯガスを効率的に排出できなくなる。また、ＳｉＯガスが冷却されて輻射シールドに付着しやすくなり、その後ＳｉＯ２となってシリコン融液面に落下し、結晶成長面に到達することで結晶が有転位化してしまう。
【０００５】
以上説明したように、近年のシリコン単結晶の大口径化に伴い、特に単結晶径方向の温度勾配の改善が急務である。従って、ギャップを大きくしても、輻射シールドへのＳｉＯガスの付着を防ぎ、不活性ガス流量を増やして流速を上げながらも、整流を保ちつつＳｉＯガスを効果的に排出する方法が求められている。
【特許文献１】特開平６−２４７７８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ギャップを大きくしても、輻射シールドへのＳｉＯガスの付着を防ぎ、不活性ガス流量を増やして流速を上げながらも、整流を保ちつつＳｉＯガスを効果的に排出することができる単結晶引上げ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態によれば、原料を溶融して融液とし、前記融液から単結晶を引き上げるための炉と、前記炉外に配設され、前記炉内に第１不活性ガスを供給する第１ガス供給手段と、円形の開口を有する上部、円形の開口を有する下部及び外側が曲面に形成され前記上部と前記下部とを接続する曲面部を備え、前記下部から前記上部方向に向かって拡開された略Ｕ字形又は略円錐形の形状を有し、前記引き上げられた単結晶を取り囲むように前記炉内に配設された輻射シールドと、一端が前記第１ガス供給手段に接続されたガス供給管とを有し、前記輻射シールドは、前記輻射シールド内部に、一端部が前記ガス供給管の他端に接続され、他端部が前記下部若しくは前記曲面部又はその双方の外側表面に設けられた１以上のガス噴出口に接続される１以上のガス供給路を有し、前記ガス供給路の他端部は、前記開口の中心を含み前記輻射シールドの前記外側表面に対して垂直な平面上に位置し、且つ前記外側表面の法線方向に対して前記輻射シールドの前記下部側の端部方向に傾斜されて配設されることを特徴とする単結晶引上げ装置が提供される。
【０００８】
前記ガス噴出口は、前記輻射シールドの前記下部側の端部と、前記曲面部の曲面に形成された外側の中央との間に配設されてもよい。
【０００９】
前記ガス噴出口は、平面方向で、前記輻射シールドの前記円形の上部開口と前記円形の下部開口との間に、同心円状に１列以上配置されてもよい。
【００１０】
前記ガス噴出口は、平面方向で、前記輻射シールドの前記円形の上部開口と前記円形の下部開口との間に、同心円状に配置された溝であってもよい。
【００１１】
前記炉外に配設され、第２不活性ガスを供給する第２ガス供給手段を有し、前記前記ガス供給管の一端が前記第２ガス供給手段と接続されてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ギャップを大きくしても、輻射シールドへのＳｉＯガスの付着を防ぎ、不活性ガス流量を増やして流速を上げながらも、整流を保ちつつＳｉＯガスを効果的に排出することができる単結晶引上げ装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態に係る単結晶引上げ装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるわけではない。また、各実施形態において、同様の構成については同じ符号を付し、改めて説明しない場合がある。
【００１４】
（第１の実施形態）
［単結晶引上げ装置］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る単結晶引上げ装置１００の概略構成図である。また、図２は、図１に破線で囲んで示した部分Ａの拡大図であり、シリコン融液１３０、輻射シールド１２０の下部及び石英ルツボ１０３の内壁１０３aの概略断面図及びチャンバ内のガスの流れを示す図である。なお、図２においては、カーボンルツボ１０４を省略して図示している。また、以下の説明においては、原料として固形状多結晶シリコンを使用し、シリコン単結晶を引き上げる例について説明するが、本単結晶引上げ装置１００は、シリコン単結晶の製造に限定されるものではない。本実施形態に係る単結晶引上げ装置１００は、図１に示すように、チャンバを有し、チャンバはメインチャンバ１０１、及びメインチャンバ１０１の上部に配設されたサブチャンバ１０２から構成される。チャンバは、ステンレス等の耐熱性、熱伝導性に優れて金属から形成され、冷却管（図示せず）によって冷却される。サブチャンバ１０２の側壁には、第１不活性ガス供給口１１５（以下、第１ガス供給口１１５という。）が設けられ、単結晶の育成中にチャンバ内にＡｒガス等の第１不活性ガスを供給する。一方、メインチャンバ１０１の下部には、チャンバ内に供給された第１不活性ガス及びシリコン融液から蒸発したＳｉＯガスを排出するための不活性ガス排出口１１６（以下、ガス排出口１１６という。）が設けられている。そして、第１ガス供給口１１５は、チャンバ外部に設けられた第１ガス供給手段１６０（本実施形態においては、第１不活性ガスとしてＡｒガスを用いるので、以下、第１Ａｒガス源１６０と記し、供給される第１不活性ガスを第１ＡｒガスＧ１と記す。）と、第１バルブ１６１を介して接続される。第１バルブ１６１の開閉により第１ＡｒガスＧ１の供給量及び流速が調整される。一方、ガス排出口１１６には、排気ポンプ等のガス排出手段１７０が接続される。
【００１５】
また、メインチャンバ１０１内には、図１に示すように、原料となる固形状多結晶シリコン（図示せず）が充填される石英ルツボ１０３及び石英ルツボ１０３に嵌合されるカーボンルツボ１０４が配設される。前記石英ルツボ１０３及びカーボンルツボ１０４は、嵌合された状態で、軸１０６上に固定されたテーブル１０５上に配設される。単結晶引上げ時には、コンピュータ等の制御部（図示せず）によって制御され且つ単結晶引上げ装置１００の下部に配設された回転手段（図示せず）によって、軸１０６が回転され、テーブル１０５上の石英ルツボ１０３及びカーボンルツボ１０４が所定方向に回転させられる。なお、軸１０６は、回転自在であるばかりでなく昇降自在であり、単結晶引上げ時には、軸１０６が回転されながら昇降され、単結晶が育成されて引き上げられる。
【００１６】
また更に、本実施形態に係る単結晶引上げ装置１００は、メインチャンバ１０１内に固形状多結晶シリコンを加熱・溶融し、シリコン融液１３０とするためのメインヒータ１０７及び下部ヒータ１０８を有する。そして、メインヒータ１０７からの熱が直接メインチャンバ１０１に直接輻射されるのを防止するために、メインチャンバ１０１内には、第１保温材１０９及び第２保温材１１０が、メインヒータを取り囲むように配設される。更に、シリコン融液１３０や石英ルツボ１０３及びカーボンルツボ１０４からの熱がメインチャンバ１０１に直接輻射されるのを防止するために、メインチャンバ１０１内には、第３保温材１１１及び第４保温材１１２が設けられている。なお、第１及び第２保温材の材質は、特に保温性に優れているもものを使用することが望ましく、通常は成形断熱材が用いられる。一方、第３及び第４保温材の材質は、成形断熱材、カーボン、又はカーボンの表面を炭化珪素で被覆したものが用いられる。
【００１７】
そして、本実施形態に係る単結晶引上げ装置１００は、メインチャンバ１０１内に輻射シールド１２０を有する。輻射シールド１２０は、引き上げ中のシリコン単結晶１５０の冷却を阻害しないように、シリコン融液１３０、石英ルツボ１０３及びカーボンルツボ１０４からの輻射熱を調整する役割を果す。
【００１８】
サブチャンバ１０２上部には、育成されたシリコン単結晶１５０を引き上げるための引上げ機構１４０が配設される。引上げ機構１４０は、動力手段（図示せず）と動力手段に接続されたワイヤ１４１を有し、動力手段によってワイヤ１４１が巻き上げられる。ワイヤ１４１の先端には、シリコン単結晶育成の基となる種結晶（シードともいう。以下、本明細書においてはシードという。）を取り付けるためのシードチャック（図示せず）が接続される。
【００１９】
以上のよう構成からなる本発明の第１の実施形態に係る単結晶引上げ装置１００の輻射シールド１２０について、図２を基に、より詳細に説明する。図２に示すように、本実施形態に係る輻射シールド１２０は、断面形状が下部から上部に向かってテーパ形状をした、上部及び下部に開口を有する略Ｕ字形である。また、上部方向からの平面図で表した場合、ドーナツ状の形状となる。従って、本明細書においては、以下、輻射シールド１２０のドーナツ状の内周側の端部を輻射シールド第１端部１２８といい、ドーナツ状の外周側の端部を輻射シールド第２端部１２９という。なお、輻射シールド１２０の形状は、略Ｕ字形に限定されるわけではなく、上部及び下部に開口を有する略円錐形であってもよい。輻射シールド１２０の形状は適宜選択されうる。
【００２０】
そして、輻射シールド１２０の下部は、図２に示すように、輻射シールド第１端部１２８から外周方向に向かって、一定の長さでシリコン融液１３０と水平になるように構成されている。以下この部分を輻射シールド下部１２５という。一方、輻射シールド１２０の上部は、輻射シールド第２端部から輻射シールド下部１２５に向かって一定の長さ略垂直に形成されている。以下この部分を輻射シールド上部１２７という。そして、輻射シールド下部１２５と輻射シールド上部１２７とを接続する部分は、外側が曲面に形成され、内側が直線状に形成されている。この部分を輻射シールド曲面部１２６という。輻射シールド曲面部１２６の外側が曲面になだらかに形成されているのは、第１に第１ガス供給口１１５から供給された第１Ａｒガスを、シリコン融液１３０表面上を経由して石英ルツボ内壁１０３ａ側から不活性ガス排出口１１６に向かって、スムースに流すためである。また、第２に、この部分に角があると、シリコン融液１３０表面から発生するＳｉＯガスが前記角部分に付着し、冷却されてＳｉＯ２となってシリコン融液１３０表面に落下し、結晶成長面に到達することで結晶が有転位化してしまうため、これを極力抑制するためである。そして、輻射シールド１２０の材質は、たとえばモリブデン、タングステン、タンタル等の金属や、カーボン、カーボンの表面を炭化珪素で被覆したもの及びこれらの内側に成形断熱材を配設したものが用いられる。
【００２１】
ここで、本発明に係る単結晶引上げ装置１００の輻射シールド１２０は、輻射シールド１２０内部に不活性ガスの流路であるガス供給路１２１を有する。ガス供給路１２１は、輻射シールド上部１２７から、輻射シールド下部１２５若しくは輻射シールド曲面部１２６又は枝分かれしてその双方まで貫通している。そして、輻射シールド下部１２５若しくは輻射シールド曲面部１２６又はその双方に、ガス供給路１２１の枝の数に対応して、少なくとも１つ以上の開口であるガス噴出口１２２が設けられている。ガス噴出口１２２は、ガス供給路１２１を介して提供される不活性ガスを噴出する。一方、ガス供給路１２１の輻射シールド上部１２７側の端部にはガス供給管１２３の一端が接続され、ガス供給管１２３の他端は、第１バルブ１６１を介してチャンバ外部に設けられた第１ガス源１６０と接続される。従って、不活性ガス供給手段から供給された噴出ガスＧ３（本実施形態においては、第１ＡｒガスＧ１である。）が、ガス供給管１２３及びガス供給路１２１を経由して、１つ以上のガス噴出口１２２から噴出される。
【００２２】
ここで、本発明に係る単結晶引上げ装置１００の輻射シールド１２０に、ガス噴出口１２２を設ける理由について、図を基に説明する。図７は、ガス噴出口を設けていない単結晶引上げ装置における、図１に破線で囲んで示した部分Ａでのガスの流れを示す図である。なお、図７においては、カーボンルツボ１０４を省略して図示している。図７において、ＡｒガスをＡｒガスＧ１と表示し、Ａｒガスの流れを白抜きの矢印で示す。また、シリコン融液１３０表面から蒸発するＳｉＯガスをＳｉＯガスＧ２と表示し、その流れを破線矢印で示す。上述したように、ＣＺ法による単結晶製造方法においては、シリコン融液表面から蒸発するＳｉＯガスが冷却されて輻射シールド等に付着し、その後ＳｉＯ２となってシリコン融液面に落下して結晶成長面に到達することで結晶が有転位化してしまう。そこでこれを防止するために、ＳｉＯガスを効率的に排出する目的で、チャンバ内にＡｒガス等の不活性ガスが流入される。更に、単結晶の大口径化に伴い輻射シールドとシリコン融液表面とのギャップを大きくして、ヒータやシリコン融液から結晶へ伝達される輻射熱を増加させて結晶表面の温度を上昇させ径方向の温度差を小さくすることが行われている。すると、図７に示すように、ＳｉＯガスを効率よく排出する目的で流入されたＡｒガスＧ１は、単結晶１５０に沿って降下し、輻射シールド第１端部１２８とシリコン融液１３０表面の間から、輻射シールド下部１２５に沿って流れ、更に輻射シールド曲面部１２６及び輻射シールド上部１２７沿いに流れる。そして、最終的に石英ルツボ１０３更にはカーボンルツボ１０４（図示せず）の外壁に沿って流れ、ガス排出口１１６からチャンバ外部に排出される。
【００２３】
以上のような流れを示すＡｒガスＧ１であるが、上述した輻射シールド１２０とシリコン融液１３０表面とのギャップが大きくなった場合、ガス流の渦や逆流が起こりやすくなる。これは、前述したギャップが大きくなったことにより、輻射シールド第１端部１２８と結晶１５０の間を流れるガスの圧力と、輻射シールド曲面部１２６中央付近のガス圧との間に差が生じるためである。図７においては、白抜きの矢印で示したＡｒガスＧ１が、輻射シールド曲面部１２６の下方で、流れの方向が輻射シールド曲面部１２６側に向かっているが、このように流れの方向が変化し、場合によっては渦巻き、また逆流する場合もある。
【００２４】
この理由を、図を基に説明する。図７において、輻射シールド第１端部１２８とシリコン融液１３０表面との形成するガス流路の断面積をＡ１、輻射シールド曲面部１２６中央と、シリコン融液１３０と石英ルツボ内壁１０３ａとの接点との断面積をＡ２とする。そして当該箇所における圧力をそれぞれＰ１、Ｐ２とする。また、Ａ１部分を流れるＡｒガスＧ１の体積流量をＱ１、Ａ２部分を流れるガスの体積流量をＱ２とする。Ａ１、Ａ２にベルヌーイの式を適用すると、
【００２５】
【数１】
2010052982.tif 000003
となる。ここで、Ｑ２＝Ｑ１であり、またＡ１＜Ａ２であるため、
【００２６】
【数２】
2010052982.tif 000004
となり、Ｐ１からみたＰ２との圧力差が負となってしまう（即ち、Ｐ２の圧力の方がＰ１の圧力より大きくなってしまう。）。従って、渦や逆流が生じるのである。この結果、シリコン融液１３０表面から蒸発したＳｉＯガスＧ２は効率よく排出されず、輻射シールド１２０や石英ルツボ内壁１０３ａに付着し、更にＳｉＯ２となってシリコン融液１３０に落下して、結晶の有転位化等の欠陥の原因となる。ここで、Ａ１は、輻射シールド１２０とシリコン融液１３０表面との距離ということもでき、即ちギャップの大きさである。従って、大口径化に伴ってギャップの大きさを大きくするほど、この影響が大きくなる。
【００２７】
そこで、本発明に係る単結晶引上げ装置１００は、図２に示すように、ガス噴出口１２３を設けた。そして、ガス噴出口１２３から噴出ガスＧ３を噴出することで、Ａ１とＡ２との圧力差を近づける（あるいは、Ａ１の圧力をＡ２の圧力より大きくする。）のである。図２を基に説明する。図２において、Ａ１、Ａ２、Ｑ１、Ｑ２、Ｐ１及びＰ２は、図７と同じである。そして、ガス噴出口１２３から噴出する噴出ガスＧ３の体積流量をＱｈとする。Ｑ２＝Ｑ１+Ｑｈであるので、
【００２８】
【数３】
2010052982.tif 000005
となる。ΔＰ´＞ΔＰであるから、輻射シールド１２０のガス噴出口１２３から噴出ガスＧ３を適切に噴出することによって、流れ方向に対してＡ１＜Ａ２であっても圧力差を正に近づける（あるいは、正にする。）ことができる。従って、単結晶径方向の育成速度を向上させるために上述したギャップを大きく設定した場合であっても、流れ方向に対して流路の断面積が増加することによって生じるガス流の渦や逆流の発生を抑制することができる。
【００２９】
なお、本発明に係る単結晶引上げ装置１００においては、上述した輻射シールド１２０に設けるガス噴出口１２２を、輻射シールドの所定の範囲に設けている。そして、所定の方向に噴出ガスＧ３を噴出することができるように、ガス噴出口１２２に接続する部分のガス供給路１２１の向きを所定の方向に設定している。図を基に説明する。図３は、本発明に係る単結晶引上げ装置１００におけるガス噴出口１２２の配設位置及びガス噴出口１２２に接続する部分のガス供給路１２１の向きを示す図である。なお、図３においては、カーボンルツボ１０４を省略して図示している。まず、ガス噴出口１２２の配設位置について説明する。
【００３０】
図３において、輻射シールド曲面部１２６は、ＡｒガスＧ１の流れを阻害しないように、曲面に形成さている。この円弧状の曲線の半径をＲとすると、曲線の中心は、中心角を二分する線が円弧状の曲線と接する箇所になる。この箇所を第１の箇所１２６ａとする。即ち、第１の箇所１２６ａは、輻射シールド曲面部１２６の中央の位置である。本発明に係る単結晶引上げ装置１００においては、ガス噴出口１２２を、輻射シールド第１端部１２８と輻射シールド曲面部１２６の中央である第１の箇所１２６ａとの間の配設する。ガス流路の断面積は、第１の箇所１２６ａと、シリコン融液１３０表面と石英ルツボ内壁１０３ａとの接点との間で一番大きくなるからである。言い換えれば、この箇所においてＡ２が一番大きくなるからである。ガス噴出口１２２は、ガス供給路１２１のガス噴出口１２２に接続する部分の向きを、以下で説明する方向に設定すれば、上述した輻射シールド第１端部１２８と第１の箇所１２６ａとの間であればどこに設けてもよい。この間であれば、噴出ガスＧ３の体積流量（上述した式におけるＱｈ）が、ガス流路に供給されるＡｒガスＧ１の体積流量（上述した式におけるＱ１）を増加させる方向に働くからである。また、ガス噴出口１２２の数は、１つに限定されず、複数個であってもよい。また、ガス噴出口１２２の配置位置に特に制約は無いが、円周方向対して等間隔に配置されているほうが、全体的に均等なガスの流れができる点で好ましい。
【００３１】
次に、ガス噴出口１２２との接続部分におけるガス供給路１２１の向きの設定について説明する。上述したようにガス噴出口１２２は、輻射シールド第１端部１２８と第１の箇所１２６ａとの間に設けられる。このガス噴出口１２２に接続するガス供給路１２１の向きは、輻射シールド下部１２５の開口の中心を含み輻射シールド１２０の外側表面に対して垂直な平面上に位置し、ガス噴出口１２２の設けられた輻射シールド１２０外側表面に対する法線に対して、ガス流方向に向かって傾斜角度αを有するよう設定する。言い換えれば、ガス噴出口１２２に接続するガス供給路１２１の向きは、ガス噴出口１２２の設けられた輻射シールド１２０外側表面に対する法線に対して、輻射シールド第１端部１２８側に傾斜させて設定する。これによって、ガス噴出口１２２から噴出される噴出ガスＧ３は、ガス流方向に対して鋭角に噴出されることになり、ガス流を妨げることがない。なお、傾斜角度αの大きさは任意であり、０より大きければ本発明の効果を示すが、実際に製作する場合、あまり角度が小さいと、０°の場合と比べて本発明の効果が得にくいおそれがあるので、１０°以上が好ましい。また、９０°近くでは、実際に輻射シールド１２０外側表面と平行に近くなり、輻射シールド１２０のガス噴出口１２２の設計が困難になるおそれがあるので、これを考慮すると８０°以下が好ましい。
【００３２】
なお、本発明に係る単結晶引上げ装置１００の、輻射シールド１２０に設けるガス噴出口１２２の全体の配置位置を、図で説明する。図４は、本発明の第１の実施形態に係る単結晶引上げ装置１００における、ガス噴出口１２２の配設位置を示す図である。上側に平面図を示し、下側に断面図を示す。輻射シールド１２０は、平面図からの把握できるように、中央が開口したドーナツ形状であり、断面が略Ｕ字形状である。そこで、本実施形態においては、ガス噴出口１２２を、上述した輻射シールド第１端部１２８と、輻射シールド曲面部１２６の中央である第１の箇所１２６ａとの間に同心円状に複数個、等間隔で配設した。図４においては、１２個配設した例を示しているが、これに限定されるわけではなく、必要に応じて配設する数を調整する。また、同心円状に複数個のガス噴出口１２２を配置したものを１列として、これを、同心円状に複数列配設してもよい。数の調整によって、効率よくＡｒガスＧ１及びＳｉＯガスＧ２を排出することができる。
【００３３】
［効果］
本発明の第１の実施形態に係る単結晶引上げ装置１００の効果について説明する。本実施形態に係る単結晶引上げ装置１００は、輻射シールド１２０内部にガス供給路１２１及びガス噴出口１２２を有する。そして、ガス噴出口１２２から噴出ガスＧ３を噴出することで、シリコン融液１３０表面から蒸発するＳｉＯガスＧ２が輻射シールド下部１２５及び輻射シールド曲面部１２６の外側に付着することを抑制することができる。噴出ガスＧ３の勢いで、ＳｉＯガスＧ２の上昇方向を制御することができるからである。この効果は、シリコン融液１３０表面と輻射シールド１２０との間隔であるギャップが大きくなるほど顕著になる。従って、単結晶径方向の温度勾配を小さくして結晶成長速度を向上させる場合に有効である。
【００３４】
また、本実施形態に係る単結晶引上げ装置１００は、上述したようにガス噴出口１２２に接続するガス供給路１２１の向きを、ガス噴出口１２２を設けた輻射シールド１２０表面に対する法線に対して輻射シールド第１端部１２８側に傾斜させている。これによって、ガス噴出口１２２から噴出する噴出ガスＧ３を、ガス流方向に噴出できるので、ガス流の流速を阻害することがない。従って、噴出ガスＧ３の供給量及び流速を制御することで、不活性ガス流量を増やしても流速を上げることができる。特に単結晶軸方向の温度勾配を大きくして結晶成長速度を向上させる場合に有効である。
【００３５】
更に、本実施形態に係る単結晶引上げ装置１００は、上述したように噴出ガスＧ３によってガス流の渦や逆流の発生を抑制することができるので、言い換えれば、整流を保つことができるので、炉内の不活性ガス及びＳｉＯガスを効率的に排出することができる。ガス噴出口１２２の配設位置や配設個数を調整することができるので、炉内に供給する不活性ガス流量を増やしても、整流を保つことができる。
【００３６】
（変形実施例）
本発明の第１の実施形態に係る単結晶引上げ装置１００の、別の実施例について図５を基に説明する。図５は、本発明の第1の実施形態に係る単結晶引上げ装置１００の変形実施例を示す図である。上述した第１の実施形態においては、ガス噴出口１２２から噴出する噴出ガスＧ３を、第１ガス供給手段（第１Ａｒガス源）１６０から供給する。即ち、炉内に供給する不活性ガスと、ガス源が同一である。ここで、炉内を流れる不活性ガス（第１ＡｒガスＧ１）は、炉内の温度の影響を受け、例えば輻射シールド第１端部１２８とシリコン融液１３０表面との間においては、不活性ガス（第１ＡｒガスＧ１）の温度は上昇している。一方、ガス噴出口１２２から噴出される噴出ガスＧ３は、ガス供給管１２３を流れる間に温度が上昇しているが、炉内を流れた不活性ガス（第１ＡｒガスＧ１）よりは温度が低い。従って、不活性ガス（第１ＡｒガスＧ１）と噴出ガスＧ３が接する場合に、温度差が生じ、ガス流が乱れることも考えられる。
【００３７】
そこで、これを解消するために、本実施例においては、図５に示すように、炉外に第２ガス供給手段１６２（本実施例においては、第２不活性ガスとして、同じＡｒガスを使用するので、以下、第２Ａｒガス源１６２と記す。）を配設し、第２バルブ１６３を介して、ガス供給管１２３の他端と接続した。即ち、炉内に供給する第１ＡｒガスＧ１と、噴出ガスＧ３とを、異なるガス供給源から供給する構成とした。これによって、第２Ａｒガス源から供給するガスの温度を、別個に制御できるため、例えば、予め輻射シールド第１端部１２８とシリコン融液１３０表面との間を流れる第１ＡｒガスＧ１の温度に制御した噴出ガスＧ３を、噴出することができる。同じ温度のガスが接することになり、温度によるガス流の乱れを防止できる。また、他の効果は上述した第１の実施形態と同様である。
【００３８】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る単結晶引上げ装置１００について説明する。上述した第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。他の部分については、第１の実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【００３９】
上述した本発明の第１の実施形態に係る単結晶引上げ装置１００においては、輻射シールド１２０の所定の位置に、少なくとも１つ以上のガス噴出口１２２を設け、ガス流を整流するために、噴出ガスＧ３を噴出する構成とした。そして、ガス噴出口１２２は、同心円状に複数個配設する構成とした。従って、輻射シールド１２０内部に複数のガス供給路１２１を形成し、複数のガス噴出口１２２に接続した。しかし、ガス供給路は小口径であるため、供給するガス流量を大幅に増加することができない。また、輻射シールド１２０自体の成形も複雑となる。
【００４０】
そこで、本発明の第２の実施形態に係る単結晶引上げ装置１００においては、ガス噴出口１２２を、輻射シールド１２０内部に形成した、１つの円形の溝として構成した。図を基に説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係る単結晶引上げ装置１００のガス噴出口１２２の形状を示す図である。上側に平面図を示し、下側に断面図を示す。図６に示すように、平面図において、ガス噴出口１２２が、同心円状に配設された円形の形状であることがわかる。また、ガス供給路１２１も、平面図において同心円状に配設された円形の形状であり、且つ第１の実施形態のガス供給路１２１と同一の断面形状である。但し。一定箇所に接側部分を有する。このようなガス噴出口１２２及びガス供給路１２１を有する輻射シールド１２０は、２つの部材を接続することで形成できるため、形成が容易である。即ち、図６の断面図において、ガス供給路１２１を境として右側の部材と、左側の部材である。
【００４１】
そして、図示はしていないが、輻射シールド上部１２７側の端部である輻射シールド第２端部１２９上に、ガス供給管１２３を環状に配設している。これによって、ガス供給路１２１及びガス噴出口１２２に大量のガス流量を供給することができる。なお、本実施形態に係る単結晶引上げ装置１００の他の効果は、本発明の第１の実施形態に係る単結晶引上げ装置１００と同様であるので、説明を省略する。また、説明は省略するが、本第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、第１ＡｒガスＧ１と噴出ガスＧ３のガス供給源を、異なる供給源とする変形実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る単結晶引上げ装置１００の概略構成図である。
【図２】図１に破線で囲んで示した部分Ａの拡大図であり、シリコン融液１３０、輻射シールド１２０の下部及び石英ルツボ１０３の内壁１０３aの概略断面図及びチャンバ内のガスの流れを示す図である。
【図３】本発明に係る単結晶引上げ装置１００におけるガス噴出口１２２の配設位置及びガス噴出口１２２に接続する部分のガス供給路１２１の向きを示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る単結晶引上げ装置１００における、ガス噴出口１２２の配設位置を示す図である。上側に平面図を示し、下側に断面図を示す。
【図５】本発明の第1の実施形態に係る単結晶引上げ装置１００の変形実施例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る単結晶引上げ装置１００のガス噴出口１２２の形状を示す図である。上側に平面図を示し、下側に断面図を示す。
【図７】ガス噴出口を設けていない単結晶引上げ装置における、図１に破線で囲んで示した部分Ａでのガスの流れを示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１００：単結晶引上げ装置
１０１：メインチャンバ
１０２：サブチャンバ
１０３：石英ルツボ
１０４：カーボンルツボ
１１５：第１ガス供給口
１１６：ガス排出口
１２０：輻射シールド
１２１：ガス供給路
１２２：ガス噴出口
１２３：ガス供給管
１２５：輻射シールド下部
１２６：輻射シールド曲面部
１２７：輻射シールド上部
１３０：シリコン融液
１５０：単結晶
Ｇ１：不活性ガス（第１Ａｒガス）
Ｇ２：ＳｉＯガス
Ｇ３：噴出ガス
【図１】
2010052982.tif 000006
【図２】
2010052982.tif 000007
【図３】
2010052982.tif 000008
【図４】
2010052982.tif 000009
【図５】
2010052982.tif 000010
【図６】
2010052982.tif 000011
【図７】
2010052982.tif 000012