(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
るつぼ(13)に貯留された融液(12)に下端を接触させた種結晶(24)を引上げて単結晶棒(25)を育成し引上げとともに減少する融液(12)の量に応じて前記るつぼ(13)を上昇させるように構成された単結晶育成装置(10)に用いられ、
前記るつぼ(13)の側面を包囲する板状カーボンにその鉛直方向に交互にスリット(41a)を設けることにより方形波状に形成されたカーボンヒータ(41)において、
前記カーボンヒータ(41)の上端を除く外側部分に部分的に厚肉部(41b)が形成され、
前記カーボンヒータ(41)の高さをｈとするときに前記カーボンヒータ(41)の上端から厚肉部(41b)のセンタ位置(B-B)までの長さ(C)がｈ／３であり、
前記厚肉部(41b)以外の厚さをｔ0とするときに前記厚肉部(41b)の厚さ(t1)が１．０３ｔ0〜１．５ｔ0である
ことを特徴とする単結晶育成装置用カーボンヒータ。
【請求項２】
ヒータ表面がＳｉＣ膜(41c)により被覆された請求項１記載の単結晶育成装置用カーボンヒータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、るつぼに貯留された融液から種結晶を引上げて単結晶棒を育成する単結晶育成装置に用いられるカーボンヒータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の装置として、チャンバの上方から不活性ガスを供給して融液表面から蒸発したＳｉＯｘガスを排出するガス供給手段を備えた単結晶育成装置が知られており、この装置を使用したシリコン単結晶棒の育成方法としてるつぼ内のシリコン融液から半導体用の高純度シリコン単結晶棒を成長させるチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という）が知られている。この方法は、ミラーエッチングされた種結晶をシリコン融液に接触させ、種結晶を引上げてシリコン融液から種絞り部を作製し、その後目的とするシリコン棒の直径まで結晶を徐々に太らせて成長させることにより、必要な面方位を有する無転位の単結晶棒を得るものである。
【０００３】
図５に示すように、るつぼ３の周囲にはるつぼの３側面を包囲するようにカーボンヒータ１が設けられ、このカーボンヒータ１は板状カーボンにその鉛直方向に交互に図示しないスリットを設けることにより方形波状に形成されたものが一般的であり、このカーボンヒータ１によりるつぼ３内のシリコン融液２が加熱されて所定温度に維持されるようになっている。
一方、このような単結晶育成装置にはるつぼ３を上昇させる駆動手段が設けられ、この図示しない駆動手段は単結晶棒の引上げとともに低下するシリコン融液２の表面を所定位置に維持するため、実線で示す初期位置から減少する融液の量に応じて実線矢印で示すようにるつぼ３を上昇させ、図の一点鎖線で示す最高位置まで上昇し得るように構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、るつぼ３の側面を包囲するカーボンヒータ１にあっては、使用によりカーボンヒータ１の側部、特にるつぼ３の側面に対向する部分１ａが減肉する不具合があることが経験的に知られている。この減肉化する原理について明確に解明されていないが、一般的に融液表面から蒸発したＳｉＯｘガスがガス供給手段によりチャンバの上方から供給された不活性ガスにより図の破線矢印で示すように、カーボンヒータ１側部を通過して外部に排出される際に、ＳｉＯｘガスにおける酸素とカーボンヒータ１を構成する炭素とが反応し、ＣＯとして不活性ガスとともに外部に排出されるためと考えられている。特にるつぼ３の側面に対向する部分が消耗するのは、るつぼ３からの反射熱によりその対向する部分がるつぼ３に対向しない部分に比較して過熱するためであり、るつぼ３の最低位置からるつぼ３の最高位置になるまでるつぼ３の側面に対向する部分にあっては常に過熱されて減肉が加速されるためと解されている。このようなカーボンヒータ１の減肉はカーボンヒータ１自体の強度を低下させてカーボンヒータ１の寿命を短くする問題点がある。
本発明の目的は、減肉によるカーボンヒータの強度の低下を防止して寿命を長くすることができる単結晶育成装置用カーボンヒータを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１、図２及び図４に示すように、るつぼ１３に貯留された融液１２に下端を接触させた種結晶２４を引上げて単結晶棒２５を育成し引上げとともに減少する融液１２の量に応じてるつぼ１３を上昇させるように構成された単結晶育成装置１０に用いられ、るつぼ１３の側面を包囲する板状カーボンにその鉛直方向に交互にスリット４１ａを設けることにより方形波状に形成されたカーボンヒータ４１の改良である。
その特徴ある構成は、カーボンヒータ４１の上端を除く外側部分に部分的に厚肉部４１ｂが形成され、カーボンヒータ４１の高さをｈとするときにカーボンヒータ４１の上端から厚肉部４１ｂのセンタ位置Ｂ−Ｂまでの長さＣがｈ／３であり、厚肉部４１ｂ以外の厚さをｔ0とするときに前記厚肉部４１ｂの厚さｔ1が１．０３ｔ0〜１．５ｔ0であるところにある。
【０００６】
この請求項１に係る発明では、るつぼ１３の側面に対向する部分を厚肉に形成することにより、この厚肉部分が減肉しても他の部分に比較して薄くなることはなく、減肉によるカーボンヒータ４１の強度が低下することを防止する。
また、るつぼ１３の側面に対向する部分を厚肉に形成することにより、厚肉部分におけるカーボンヒータ４１の断面積を他の平板部分に比較して増大させる。断面積の増大は電気的抵抗値の低下をもたらし、厚肉部分における発熱量が低下する結果、厚肉部分の過熱を抑制して減肉作用が加速されることを防止する。
カーボンヒータ４１の上端部はるつぼ１３から反射熱を受けてもその熱がカーボンヒータ４１の上方に放散するため過熱することはなく、その上端部における減肉作用が加速されることはない。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、図２に示すように、ヒータ表面がＳｉＣ膜４１ｃにより被覆された単結晶育成装置用カーボンヒータである。
この請求項２に係る発明では、ヒータ表面にコーティングされたＳｉＣがカーボンヒータ４１を構成する炭素と酸素との反応を防止して、カーボンヒータ４１が減肉することを抑制する。
【０００８】
【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詳しく説明する。
図４に示すように、本発明のカーボンヒータ４１が使用される単結晶育成装置１０のチャンバ１１内には、シリコン融液１２を貯留する石英から成るるつぼ１３が設けられ、このるつぼ１３の外面は黒鉛サセプタ１４により被覆される。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。るつぼ駆動手段１７は図示しないがるつぼ１３を回転させる第１回転用モータと、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に構成される。特に昇降用モータにあっては後述する種結晶２４の引上げとともに低下するシリコン融液１２の表面を所定位置に維持するため、減少する融液１２の量に応じてるつぼ１３を上昇させるように構成される。
【０００９】
チャンバ１１の上面にはチャンバ１１より小径の円筒状のケーシング２１が設けられる。このケーシング２１の上端部には水平状態で旋回可能に引上げヘッド２２が設けられ、ヘッド２２からはワイヤケーブル２３がるつぼ１３の回転中心に向って垂下される。図示しないが、ヘッド２２にはヘッド２２を回転させる第２回転用モータと、ワイヤケーブル２３を巻取り又は繰出す引上げ用モータが内蔵される。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２５を引上げるための種結晶２４がホルダ２３ａを介して取付けられる。
【００１０】
チャンバ１１にはこのチャンバ１１の上部からＡｒガスのような不活性ガスを供給しかつ上記不活性ガスをチャンバ１１の下部から排出するガス給排手段２８が接続される。ガス給排手段２８は一端がケーシング２１の周壁に接続され、他端が図示しない不活性ガスのタンクに接続された供給パイプ２９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３０とを有する。供給パイプ２９及び排出パイプ３０にはこれらのパイプ２９，３０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３１，３２がそれぞれ設けられる。
【００１１】
この装置では、るつぼ１３に多結晶を融解して作ったシリコン融液１２を貯留し、そのシリコン融液面の直上に種結晶２４をホルダ２３ａを介してワイヤケーブル２３に吊り下げる。次に、第１及び第２流量調整弁３１，３２を開くことにより供給パイプ２９から不活性ガスをケーシング２１内に供給してシリコン融液１２の表面から蒸発したＳｉＯｘガスをこの不活性ガスとともに排出パイプ３０から排出させる。この状態で、引上げヘッド２２の図示しない引上げ用モータによりワイヤ１９を繰出して種結晶２４を降下させ、種結晶２４の先端部をシリコン融液２３に接触させる。種結晶２４の先端部をシリコン融液１２に接触させると、熱応力によりこの先端部にスリップ転位が導入されるため、その後種結晶２４を徐々に引上げて直径が約３ｍｍの種絞り部２５ａを形成する。種絞り部２５ａを形成することにより、種結晶２４に導入された転位は消滅し、その後、更に種結晶２４を引上げることにより種絞り部２５ａの下部に無転位のシリコン単結晶棒２５を育成させる。このとき、図示しない昇降用モータは減少する融液１２の量に応じてるつぼ１３を上昇させ、種結晶２４の引上げとともに低下するシリコン融液１２の表面を所定位置に維持する。
【００１２】
本実施の形態に係るカーボンヒータ４１は、るつぼ１３の側面を包囲するようにるつぼ１３から所定の間隔をあけてチャンバ１１内に設けられ、このカーボンヒータ４１とチャンバ１１との間には保温筒１９が設けられる。図２及び図３に示すように、カーボンヒータ４１は板状カーボンにその鉛直方向に交互にスリット４１ａを設けることにより方形波状に形成され、図１に示すように、カーボンヒータ４１によりるつぼ１３に投入された高純度のシリコン多結晶は溶融してシリコン融液１２になる。このカーボンヒータ４１の特徴ある点は、引上げ前の実線で示するつぼ１３の初期位置から引上げ後の一点鎖線で示するつぼ１３の最高位置になるまで、るつぼ１３の側面に対向する部分のうち上端を除く部分であって、図２に示すように、外側部分に部分的に厚肉部４１ｂが形成されたところにある。
【００１３】
図１に示すように、カーボンヒータ４１の上端から厚肉部４１ｂのセンタ位置（Ｂ−Ｂ）までの長さＣは、カーボンヒータ４１の高さをｈとするときに、ｈ／５〜ｈ／２であることが好ましく、ｈ／３が更に好ましい。厚肉部４１ｂのセンタ位置（Ｂ−Ｂ）が上記範囲外であるとカーボンヒータ４１が反射熱を受けない部分を厚肉にすることになり適当でない。また、厚肉部４１ｂの厚さｔ1はカーボンヒータ４１の厚さをｔ0とするときに、１．０３ｔ0〜１．５ｔ0であることが好ましく、更に好ましいのは１．１ｔ0〜１．２ｔ0である。厚肉部４１ｂの厚さが１．０３ｔ0未満であると本発明の目的を達成できず、１．５ｔ0を越えてもカーボンヒータ４１の寿命は長くならない。
なお、図２に示すように、厚肉部４１ｂは滑らかに厚肉にすれば、ガス供給手段２８による不活性ガスのカーボンヒータ４１の側部における流れを円滑に行うことができる。
【００１４】
このように構成された単結晶育成装置用カーボンヒータでは、シリコン融液１２表面から蒸発したＳｉＯｘガスをガス供給手段２８によりチャンバ１１の上方から供給された不活性ガスにより外部に排出させながら種結晶２４を引上げて無転位のシリコン単結晶棒２５を育成すると、シリコン融液１２表面から蒸発したＳｉＯｘガスは不活性ガスによりカーボンヒータ４１の側部を通過する。この通過の際に、ＳｉＯｘガスにおける酸素とカーボンヒータを構成する炭素とが反応し、ＣＯとして不活性ガスとともに外部に排出され、カーボンヒータ４１は徐々に減肉する。カーボンヒータ４１の減肉は、るつぼ１３の側面に対向する部分のうち上端を除く部分を厚肉に形成したので、比較的減肉量の多いるつぼ１３に対向する部分が減肉しても他の部分に比較して薄くなることはなく、減肉によるカーボンヒータ４１の強度が低下することを防止する。
【００１５】
この実施の形態では、図２に示すように、カーボンヒータ４１の表面がＳｉＣ膜４１ｃにより被覆される。カーボンヒータ４１の表面をＳｉＣ膜４１ｃにより被覆すれば、カーボンヒータ４１を構成する炭素とＳｉＯxにおける酸素との反応を防止して、カーボンヒータ４１が減肉することを更に抑制することができる。このＳｉＣ膜４１ｃは化学気相堆積（ＣＶＤ）法、蒸着法等により１０〜２００μｍの厚さで形成される。
【００１６】
なお、カーボンヒータ４１の外側部分に部分的に厚肉部４１ｂを形成したので、カーボンヒータとるつぼとのスペースを増加させずに、カーボンヒータの減肉を防止することができる。
【００１７】
また、厚肉部分におけるカーボンヒータ４１の断面積は他の平板部分に比較して電気的抵抗値が低下するため、厚肉部分４１ｂにおける発熱量は低下する。このため、るつぼ１３から反射熱を受けることに起因する厚肉部分の過熱を抑制して減肉作用が加速されることを防止する。また、カーボンヒータ４１の上端はるつぼ１３から反射熱を受けても、その熱がカーボンヒータ４１上方のチャンバ１１内に放散するため過熱することはなく、減肉作用が加速されることはない。
更に、上述した実施の形態では、シリコン単結晶育成装置におけるカーボンヒータについて説明したが、本発明はシリコン単結晶に限らず、Ｇｅ、ＩｎＳｂ、ＧａＡｓ等の他の半導体、各種金属、各種化合物等のＣＺ法による単結晶育成装置のカーボンヒータにも適用することができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、るつぼの側面に対向する部分の上端を除く外側部分に部分的に厚肉部を形成したので、厚肉部分が減肉しても他の部分に比較して薄くなることはなく、減肉によるカーボンヒータの強度が低下することを防止することができる。また、るつぼの側面に対向する部分を厚肉に形成したので、厚肉部分におけるカーボンヒータの断面積を他の平板部分に比較して増大させる。断面積の増大は電気的抵抗値の低下をもたらし、厚肉部分における発熱量が低下する結果、厚肉部分の過熱を抑制して減肉作用が加速されることを防止することができる。この結果、減肉によるカーボンヒータの強度の低下を防止してカーボンヒータの寿命を長くすることができる。
【００１９】
また、ヒータ表面をＳｉＣ膜により被覆すれば、このＳｉＣ膜の存在によりカーボンヒータを構成する炭素と酸素との反応が禁止され、減肉によるカーボンヒータの強度の低下を有効に防止してカーボンヒータの寿命を更に長くすることができる。
このため、るつぼの側面に対向する部分を厚肉に形成することにより、単結晶棒を大口径化させるためにカーボンヒータの出力を向上させたとしてもカーボンヒータの寿命を大口径化以前の時より短縮することはない。
なお、カーボンヒータの上端部はるつぼから反射熱を受けてもその熱がカーボンヒータの上方に放散するため過熱することはなく、その上端部における減肉作用が加速されることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカーボンヒータとるつぼとの位置関係を示す側面図。
【図２】その外側部分に部分的に厚肉部が形成されたカーボンヒータを示す図３のＡ−Ａ線断面図。
【図３】そのカーボンヒータの展開図。
【図４】そのカーボンヒータを使用する装置の構成を示す断面図。
【図５】  従来例を示す図１に対応する側面図。
【符号の説明】
１０  単結晶育成装置
１２  シリコン融液
１３  るつぼ
２４  種結晶
２５  単結晶棒
４１カーボンヒータ
４１ａ  スリット
４１ｂ  厚肉部
４１ｃ  ＳｉＣ膜
【図１】
0003587235.tif 000002
【図２】
0003587235.tif 000003
【図３】
0003587235.tif 000004
【図４】
0003587235.tif 000005
【図５】
0003587235.tif 000006