(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英るつぼ(13)を包囲して設けられたカーボンヒータ(18)により前記石英るつぼ(13)に貯留されたシリコン融液(12)を加熱して前記シリコン融液(12)からシリコン単結晶棒(15)を引上げる方法において、
前記シリコン単結晶棒(15)の結晶内の温度分布が１３００〜１１００℃の温度領域で、前記シリコン単結晶棒(15)の周囲を包囲する温度分布反転手段(26)により、前記シリコン単結晶棒(15)の結晶内の等温面を上に凸の状態から下に凸の状態に反転するように前記シリコン単結晶棒(15)を引上げ、
前記温度分布反転手段(26)が引上げ中のシリコン単結晶棒(15)の上部を包囲するアッパ部材(27)と、前記引上げ中のシリコン単結晶棒(15)の下部を包囲するロア部材(28)と、前記ロア部材(28)を前記アッパ部材(27)に所定の間隔をあけて連結する複数本の連結部材(29)とを備え、
前記アッパ部材(27)が、直筒部(27a)と、下端が前記直筒部(27a)の下端に連設され上方に向うに従って直径が小さくなって前記直筒部(27a)に収容されるアッパコーン部(27b)とを有し、
前記ロア部材(28)が下方に向うに従って直径が小さくなるコーン状に形成されたことを特徴とするシリコン単結晶の引上げ方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン単結晶を引上げて育成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコン単結晶の引上げ装置として、図７に示すように、チャンバ内にシリコン融液２が貯留された石英るつぼ３が収容され、シリコン単結晶棒５の外周面と石英るつぼ３の内周面との間にシリコン単結晶棒５を包囲するように熱遮蔽部材６が挿入された引上げ装置（特公昭５７−４０１１９）が開示されている。この装置では、熱遮蔽部材６が下方に向うに従って直径が小さくなるコーン部７と、外周縁がコーン部７の下端に接続され水平に延びて内周縁がシリコン単結晶棒５の外周面近傍に達するリング部８と、内周縁がコーン部７の上端に接続され水平に延びて外周縁が保温筒（図示せず）の上面に達するフランジ部（図示せず）とを有する。熱遮蔽部材６はフランジ部を保温筒の上面に載置することにより固定される。
【０００３】
このように構成された引上げ装置では、シリコン単結晶棒５をシリコン融液２から引上げると、シリコン融液２の液面が次第に低下して石英るつぼ３の内周壁が露出し、この露出した石英るつぼ３の内周壁からの輻射熱がシリコン単結晶棒５の外周面に向うが、この輻射熱は熱遮蔽部材６により遮られてシリコン単結晶棒５の外周面に達しない。この結果、引上げ中のシリコン単結晶棒５の凝固が遅延することはなく、シリコン単結晶棒５は速やかに冷却されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の特公昭５７−４０１１９号公報に記載された引上げ装置では、シリコン融液から引上げ中のシリコン単結晶棒の結晶内の温度分布、即ち等温面が図７の一点鎖線で示すように全長にわたって上に凸の状態になる。このため結晶内の点欠陥（格子間シリコン原子若しくは空孔）の坂道拡散が常に図７の実線矢印の方向に向く、即ちシリコン単結晶棒の結晶内に外周面側から斜め下方に向くので、引上げ中のシリコン単結晶棒の結晶内にその外周面から点欠陥が流入し続ける。この結果、このままシリコン単結晶棒が引上げられて冷却されると、点欠陥濃度が高いまま凝固されてしまうため、シリコン単結晶棒中のグローイン（Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ）欠陥の発生を抑制することが難しい問題点があった。
ここで、坂道拡散とは、熱ドリフト移動と同義語であり、等温面に直交して低温側から高温側に点欠陥が移動することをいう。
本発明の目的は、引上げ中のシリコン単結晶棒の結晶内の点欠陥の濃度を低減することにより、シリコン単結晶棒のグローイン欠陥の発生を抑制できる、シリコン単結晶の引上げ方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１及び図２に示すように、石英るつぼ１３を包囲して設けられたカーボンヒータ１８により石英るつぼ１３に貯留されたシリコン融液１２を加熱してシリコン融液１２からシリコン単結晶棒１５を引上げる方法の改良である。
その特徴ある構成は、シリコン単結晶棒１５の結晶内の温度分布が１３００〜１１００℃の温度領域で、シリコン単結晶棒１５の周囲を包囲する温度分布反転手段２６により、シリコン単結晶棒１５の結晶内の等温面を上に凸の状態から下に凸の状態に反転するようにシリコン単結晶棒１５を引上げ、温度分布反転手段２６が引上げ中のシリコン単結晶棒１５の上部を包囲するアッパ部材２７と、引上げ中のシリコン単結晶棒１５の下部を包囲するロア部材２８と、ロア部材２８をアッパ部材２７に所定の間隔をあけて連結する複数本の連結部材２９とを備え、アッパ部材２７が、直筒部２７ａと、下端が直筒部２７ａの下端に連設され上方に向うに従って直径が小さくなって直筒部２７ａに収容されるアッパコーン部２７ｂとを有し、ロア部材２８が下方に向うに従って直径が小さくなるコーン状に形成されたところにある。
シリコン単結晶棒１５の結晶内に発生するグローイン欠陥は、シリコン融液１２から引上げているときにシリコン単結晶棒１５の外周面から結晶内に流入する点欠陥が原因の１つと考えられている。
請求項１に記載されたシリコン単結晶の引上げ方法では、シリコン融液１２から引上げられるシリコン単結晶棒１５の結晶内の等温面は温度分布反転手段２６により所定の高さに達すると上に凸の状態から下に凸の状態に反転する。このシリコン単結晶棒１５がシリコン融液１２から次第に引上げられて上記所定の高さより上方に達し、結晶内の等温面が上に凸の状態になると、結晶内の点欠陥の坂道拡散が結晶内から外周面側へ斜め下方に向くので、点欠陥が外周面から抜け、シリコン単結晶棒１５の結晶内の点欠陥の絶対量を低減できる。具体的には、シリコン単結晶棒１５がシリコン融液１２から引上げられてロア部材２８及びアッパ部材２７間の開放された部分に達すると、カーボンヒータ１８からの輻射熱がシリコン単結晶棒１５に照射されてシリコン単結晶棒１５が保温され、シリコン単結晶棒１５の結晶内の等温面が上に凸の状態から下に凸の状態に反転する。この部分ではシリコン単結晶棒１５の温度は約１３００℃〜約１２００℃まで低下する。シリコン単結晶棒１５が更に引上げられてアッパ部材２７により包囲された部分に達すると、カーボンヒータ１８からの輻射熱がアッパ部材２７により遮られるが、シリコン融液１２からの輻射熱がアッパ部材２７に反射してシリコン単結晶棒１５に照射されるので、結晶内の点欠陥の坂道拡散が促進される。この結果、結晶内の点欠陥の坂道拡散が結晶内から外周面側へ斜め下方に向いているので、結晶内の点欠陥の大部分がシリコン単結晶棒の外周面から抜け、シリコン単結晶棒１５の結晶内の点欠陥の絶対量を低減できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図２に示すように、シリコン単結晶棒１５は引上げ装置１０によりシリコン融液１２から引上げられる。この引上げ装置１０のチャンバ１１内には、シリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３が設けられ、この石英るつぼ１３の外面は黒鉛サセプタ１４により被覆される。石英るつぼ１３の下面は上記黒鉛サセプタ１４を介して支軸１６の上端に固定され、この支軸１６の下部はるつぼ駆動手段１７に接続される（図２）。るつぼ駆動手段１７は図示しないが石英るつぼ１３を回転させる第１回転用モータと、石英るつぼ１３を昇降させる昇降用モータとを有し、これらのモータにより石英るつぼ１３が所定の方向に回転し得るとともに、上下方向に移動可能となっている。石英るつぼ１３の外周面は石英るつぼ１３から所定の間隔をあけてカーボンヒータ１８により包囲され、このカーボンヒータ１８は保温筒１９により包囲される。カーボンヒータ１８は石英るつぼ１３に投入された高純度のシリコン多結晶体を加熱・溶融してシリコン融液１２にする。
【００１０】
またチャンバ１１の上端には円筒状のケーシング２１が接続される。このケーシング２１には引上げ手段２２が設けられる。引上げ手段２２はケーシング２１の上端部に水平状態で旋回可能に設けられた引上げヘッド（図示せず）と、このヘッドを回転させる第２回転用モータ（図示せず）と、ヘッドから石英るつぼ１３の回転中心に向って垂下されたワイヤケーブル２３と、上記ヘッド内に設けられワイヤケーブル２３を巻取り又は繰出す引上げ用モータ（図示せず）とを有する。ワイヤケーブル２３の下端にはシリコン融液１２に浸してシリコン単結晶棒１５を引上げるための種結晶２４が取付けられる。
【００１１】
シリコン単結晶棒１５の外周面と石英るつぼ１３の内周面との間にはシリコン単結晶棒１５を包囲する温度分布反転手段２６が設けられる（図２〜図５）。この温度分布反転手段２６はシリコン融液１２から引上げられるシリコン単結晶棒１５の上部を包囲するアッパ部材２７と、シリコン単結晶棒１５の下部を包囲するロア部材２８と、ロア部材２８をアッパ部材２７に所定の間隔をあけて連結する複数本の連結部材２９とを備える。アッパ部材２７は直筒部２７ａと、下端が直筒部２７ａの下端に連設され上方に向うに従って直径が小さくなって直筒部２７ａに収容されるアッパコーン部２７ｂとを有する。直筒部２７ａの上端には外方に略水平方向に張り出すフランジ部２７ｃが連設され、このフランジ部２７ｃを保温筒１９上に載置することにより温度分布反転手段２６が固定される。またロア部材２８は下方に向うに従って直径が小さくなるコーン状に形成され、ロア部材２８の下端はシリコン融液１２表面から間隔をあけて上方に位置する。アッパコーン部２７ｂ及びロア部材２８の傾斜角度は水平面に対して３０〜６０度の範囲、好ましくは４５度に設定される。
【００１２】
また連結部材２９はこの実施の形態では３本であり（図４）、各連結部材２９は上端がアッパコーン部２７ｂの上端にボルト３３ａ及びナット３３ｂ（図３）を介して接続されたアッパ連結具３１と、下端がロア部材２８の下端にボルト３４ａ及びナット３４ｂ（図３）を介して接続されたロア連結具３２とを有する（図２〜図５）。アッパ連結具３１の上端及びロア連結具３２の下端は略Ｖ字状に折曲げられ、アッパ連結具３１の下端及びロア連結具３２の上端にはこれらの連結具３１，３２の長手方向に所定の間隔をあけて複数の第１及び第２通孔３１ａ，３２ａ（図３）がそれぞれ形成される。これらの通孔３１ａ，３２ａに選択的にボルト３５ａを挿通してナット３５ｂ（図３）を螺合することにより、アッパ連結具３１の下端及びロア連結具３２の上端が接続される。このように連結部材３３の全長を変更可能に形成することにより、アッパ部材２７及びロア部材２８間の間隔が調整可能に構成される。上記アッパ部材２７、ロア部材２８及び連結部材２９はＭｏ，Ｗ，Ｃ等により形成されることが好ましい。
【００１３】
チャンバ１１にはこのチャンバ１１のシリコン単結晶棒側に不活性ガスを供給しかつ上記不活性ガスをチャンバ１１のるつぼ内周面側から排出するガス給排手段３６が接続される（図２）。ガス給排手段３６は一端がケーシング２１の周壁に接続され他端が上記不活性ガスを貯留するタンク（図示せず）に接続された供給パイプ３７と、一端がチャンバ１１の下壁に接続され他端が真空ポンプ（図示せず）に接続された排出パイプ３８とを有する。供給パイプ３７及び排出パイプ３８にはこれらのパイプ３７，３８を流れる不活性ガスの流量を調整する第１及び第２流量調整弁４１，４２がそれぞれ設けられる。
【００１４】
また引上げ用モータの出力軸（図示せず）にはロータリエンコーダ（図示せず）が設けられ、るつぼ駆動手段１７には石英るつぼ１３内のシリコン融液１２の重量を検出する重量センサ（図示せず）と、支軸１６の昇降位置を検出するリニヤエンコーダ（図示せず）とが設けられる。ロータリエンコーダ、重量センサ及びリニヤエンコーダの各検出出力はコントローラ（図示せず）の制御入力に接続され、コントローラの制御出力は引上げ手段２２の引上げ用モータ及びるつぼ駆動手段の昇降用モータにそれぞれ接続される。またコントローラにはメモリ（図示せず）が設けられ、このメモリにはロータリエンコーダの検出出力に対するワイヤケーブル２３の巻取り長さ、即ちシリコン単結晶棒１５の引上げ長さが第１マップとして記憶され、重量センサの検出出力に対する石英るつぼ１３内のシリコン融液１２の液面レベルが第２マップとして記憶される。コントローラは重量センサの検出出力に基づいて石英るつぼ１３内のシリコン融液１２の液面を常に一定のレベルに保つように、るつぼ駆動手段１７の昇降用モータを制御するように構成される。
【００１５】
このように構成された引上げ装置１０を用いてシリコン単結晶棒１５が引上げられ、シリコン単結晶棒１５がロア部材２８により包囲された部分に達すると（図１の▲１▼の部分）、ロア部材２８の外周面によりカーボンヒータ１８及びシリコン融液１２からの輻射熱が遮られてシリコン単結晶棒１５の外周面に照射されず、約１４１０℃から約１３００℃まで急冷されるので、シリコン単結晶棒１５の結晶の成長速度は速くなる。このときシリコン単結晶棒１５の結晶内の温度分布は同一水平面上において中心部で高く周縁部で低いため、即ち結晶内の等温面が上に凸の状態であるため、結晶内の点欠陥の坂道拡散が図１の破線矢印で示すようにシリコン単結晶棒１５の外周面から結晶内側へ斜め下方に向くので、点欠陥がシリコン単結晶棒１５の外周面から結晶内に流入する。なお、シリコン単結晶棒１５内の熱流束（熱の流れのベクトル）は等温面に直交して温度の高い方から低い方に向く、即ち結晶内の点欠陥の坂道拡散の向きと逆向きになる。
【００１６】
シリコン単結晶棒１５が更に引上げられてロア部材２８及びアッパ部材２７間の開放された部分に達すると（図１の▲２▼の部分）、シリコン単結晶棒１５の外周面にカーボンヒータ１８からの輻射熱が照射されてシリコン単結晶棒１５が保温されるため、シリコン単結晶棒１５の結晶内の温度分布は同一水平面上において中心部で低く周縁部で高くなり、結晶内の等温面が上に凸の状態から下に凸の状態に反転する。この部分ではシリコン単結晶棒１５の温度は約１２００℃まで低下する。
【００１７】
シリコン単結晶棒１５が更に引上げられてアッパ部材２７により包囲された部分に達すると（図１の▲３▼の部分）、カーボンヒータ１８からの輻射熱がアッパ部材２７の外周面により遮られるが、シリコン融液１２からの輻射熱が図１の二点鎖線矢印で示すようにアッパ部材２７の内周面に反射してシリコン単結晶棒１５の外周面に照射される。この部分では、シリコン単結晶棒１５の温度は約１２００℃〜約１１００℃に低下し、結晶内の点欠陥の坂道拡散が促進される最適な温度勾配となる。またこの部分では、シリコン単結晶棒１５の結晶内の等温面が下に凸の状態であるので、上記結晶内の点欠陥の坂道拡散は図１の太い実線矢印で示すように結晶内から外周面側へ斜め下方に向く。この結果、結晶内の点欠陥の大部分がシリコン単結晶棒１５の外周面から抜け、結晶内の点欠陥の絶対量を低減できるので、これに起因するシリコン単結晶棒１５の結晶内のグローイン欠陥の発生を抑制できる。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、シリコン単結晶棒の結晶内の温度分布が１３００〜１１００℃の温度領域で、シリコン単結晶棒の周囲を包囲する温度分布反転手段により、シリコン単結晶棒の結晶内の等温面を上に凸の状態から下に凸の状態に反転するようにシリコン単結晶棒を引上げるので、シリコン単結晶棒の結晶内の等温面が温度分布反転手段により下に凸の状態に反転した後は、結晶内の点欠陥の坂道拡散がシリコン単結晶棒の結晶内から外周面側へ斜め下方に向くので、点欠陥がシリコン単結晶棒の外周面から抜け、結晶内の点欠陥の絶対量を低減できるので、これに起因する結晶内のグローイン欠陥の発生を抑制できる。
【００２２】
また温度分布反転手段のアッパ部材により引上げ中のシリコン単結晶棒の上部を包囲し、ロア部材により引上げ中のシリコン単結晶棒の下部を包囲し、更に複数本の連結部材によりロア部材をアッパ部材に所定の間隔をあけて連結すれば、シリコン単結晶棒がシリコン融液から引上げられてロア部材及びアッパ部材間の開放された部分に達すると、カーボンヒータからの輻射熱の照射によりシリコン単結晶棒が保温され、シリコン単結晶棒の結晶内の等温面が上に凸の状態から下に凸の状態に反転する。シリコン単結晶棒が更に引上げられてアッパ部材により包囲された部分に達すると、カーボンヒータからの輻射熱がアッパ部材により遮られるが、シリコン融液からの輻射熱がアッパ部材に反射してシリコン単結晶棒に照射されるので、結晶内の点欠陥の坂道拡散が促進される。この結果、結晶内の点欠陥の坂道拡散が結晶内から外周面側へ斜め下方に向いているので、結晶内の点欠陥の大部分がシリコン単結晶棒の外周面から抜け、シリコン単結晶棒の結晶内の点欠陥の絶対量を低減でき、これに起因する結晶内のグローイン欠陥の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施形態の引上げ中のシリコン単結晶棒の等温面を示す断面構成図。
【図２】そのシリコン単結晶の引上げ装置の断面構成図。
【図３】図２のＡ部拡大断面図。
【図４】図３のＢ−Ｂ線断面図。
【図５】その引上げ装置の温度分布反転手段を含む要部斜視図。
【図６】従来例を示す図１に対応する断面構成図。
【符号の説明】
１２  シリコン融液
１３  石英るつぼ
１５  シリコン単結晶棒
１８  カーボンヒータ
２６  温度分布反転手段
２７  アッパ部材
２８  ロア部材
２９  連結部材
【図１】
0003598800.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003598800.tif 000006
【図６】
0003598800.tif 000007