(57)【要約】【課題】  育成する単結晶の結晶欠陥等が少ない単結晶育成装置を提供する。【解決手段】  単結晶原料が充填される坩堝と、電流が流れることで前記坩堝を発熱させて前記単結晶原料を溶融させるための、前記坩堝の周囲に配置された誘導コイルと、種結晶を保持して上下動し、前記坩堝内で溶融した結晶原料の融液に前記種結晶を接触させた後に上昇させることで、前記種結晶に連続した単結晶体を引き上げるための結晶引き上げ機構と、前記単結晶体の引き上げの最中に、前記誘導コイルを上昇させる移動機構とを備えることを特徴とする単結晶育成装置を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶原料が充填される坩堝と、
電流が流れることで前記坩堝を発熱させて前記単結晶原料を溶融させるための、前記坩堝の周囲に配置された誘導コイルと、
種結晶を保持して上下動し、前記坩堝内で溶融した結晶原料の融液に前記種結晶を接触させた後に上昇させることで、前記種結晶に連続した単結晶体を引き上げるための結晶引き上げ機構と、
前記単結晶体の引き上げの最中に、前記誘導コイルを上昇させる移動機構とを備えることを特徴とする単結晶育成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶育成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶原料を充填した坩堝を高温に加熱して単結晶原料を溶融し、坩堝内の単結晶原料融液の液面に上方から種結晶を接触させた後に上昇させることで、種結晶に連なる長尺の単結晶体を育成する、いわゆるチョクラルスキー法と呼ばれる単結晶育成方法が、従来から実施されている（特許文献１等）。
【０００３】
チョクラルスキー法による単結晶育成では、坩堝の周囲に高周波電流が流される誘導コイルが配されており、この誘導コイルに高周波電流を流すことにより生じる誘導加熱によって坩堝が発熱し、坩堝内の単結晶原料が溶融される。チョクラルスキー法では、種結晶の上昇に伴い、この単結晶原料融液から引き上げられるように単結晶体が成長する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
単結晶体は熱伝導率が高く、単結晶体が大きく成長してくると、単結晶体を通じて単結晶原料融液から放出される熱が大きくなり過ぎてしまい、成長中の単結晶体における温度分布が大きくなり、この温度部分に起因した結晶欠陥等が発生する場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明は、単結晶原料が充填される坩堝と、電流が流れることで前記坩堝を発熱させて前記単結晶原料を溶融させるための、前記坩堝の周囲に配置された誘導コイルと、種結晶を保持して上下動し、前記坩堝内で溶融した結晶原料の融液に前記種結晶を接触させた後に上昇させることで、前記種結晶に連続した単結晶体を引き上げるための結晶引き上げ機構と、前記単結晶体の引き上げの最中に、前記誘導コイルを上昇させる移動機構とを備えることを特徴とする単結晶育成装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の単結晶育成装置によれば、成長中の単結晶体の温度分布を比較的高い精度で制御することができるので、成長中の単結晶に生じる単結晶体の不具合（結晶欠陥の発生）を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の単結晶育成装置の一実施形態の構成を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の単結晶育成装置の一実施形態について説明する。図１は、本発明の単結晶育成装置１（以下、育成装置１ともいう。）の概略構成図である。
【００１０】
育成装置１は、単結晶原料が充填される坩堝１０と、電流が流れることで坩堝１０を発熱させて単結晶原料を溶融させ、坩堝１０内に貯留された単結晶原料融液を得るための、坩堝１０の周囲に配置された誘導コイル３２（単にコイル３２ともいう）と、
種結晶１３を保持して上下動し、坩堝１０内の単結晶原料融液に種結晶１３を接触させた後に上昇させることで、種結晶１３に連続した単結晶体１５を引き上げるための結晶引き上げ機構４０と、単結晶体１５の引き上げの最中に、誘導コイル３２を上昇させる移動機構８０とを備える。また、誘導コイル３２（単にコイル３２ともいう）に交流電流を流すための高周波電源３０、制御部５０、ガス供給部６２、排気部７０等を有して構成されている。制御部５０は、ＣＰＵとメモリとを備えた例えば公知のコンピュータからなり、制御部５０が、育成装置１全体の動作を制御する。
【００１１】
坩堝１０には、単結晶の原料であるシリコン粉末が充填され、さらに、坩堝１０自体の発熱によって、このシリコンが溶融されてなる単結晶原料融液が貯留される。育成装置１では、坩堝１０の開口１１から、結晶引き上げ機構４０の引き上げ軸４２が坩堝１０内部に挿入される構成となっている。
【００１２】
坩堝１０は、育成室１６内に配置されている。育成室１６は、坩堝１０と同様の、側壁１６ａの断面が円環状の容器体である。
【００１３】
育成室１６の天板部１９には貫通孔１９ａが設けられており、この貫通孔１９ａに結晶引き上げ機構４０の結晶引き上げ軸４２が挿通されている。単結晶の育成の際、結晶引き上げ軸４２の下端には、単結晶育成の基点となる、種結晶１３（以降、種結晶１３とする）が保持される。種結晶１３は、高純度の単結晶体である。
【００１４】
結晶引き上げ部４０は、引き上げ軸４２と、この引き上げ軸４２を図中の上下方向に移動させる、引き上げ機構部４４とを備えて構成されている。結晶引き上げ機構部４４は、図示しないモーター等の動力源と、この動力源によって駆動して引き上げ軸４２を上下方向に移動させる図示しない機構部とを有している。単結晶育成の際、種結晶１３は引き上げ軸４２の先端（図１中の下端）に保持されて、坩堝１０の開口１１から、先端に種結晶１３が取り付けられた引き上げ軸４２が坩堝１０内に挿入され、坩堝１０に貯留された単結晶原料融液の液面に種結晶１３が接触する。引き上げ軸４２は、坩堝１０の開口１１の中心を通る中心軸Ｃに対応する位置に配置されており、種結晶１３の一部が中心軸Ｃに対応する位置に浸漬されて、種結晶１３と単結晶原料融液とが接触する。
【００１５】
ガス供給部６０は、図示しないガスボンベ、ガス流量計、ガス配管等を備えている。ガス供給部６０は、ガス供給管６２を介して育成室１６内に接続されている。本実施形態では、ガス供給部６０にはアルゴン（Ａｒ）ガスボンベを備えており、ガス供給管６２を介して育成室１６内にアルゴン（Ａｒ）ガスが送られる。排気部７０は、例えば図示しない排気ポンプ等を備えている。排気部７０は、排気管７２を介して育成室１６に接続されており、育成室１６内の気体を排気管７２を介して排気する。
【００１６】
コイル３２は例えば銅からなり、高周波電源３０に接続されている。コイル３２は、高周波電源３０から高周波電圧が印加されて高周波電流が流れる。コイル３２の高周波電流に起因した電磁界によって、坩堝１０の表面に渦電流が流れ坩堝１０が発熱する。
【００１７】
移動機構８０は図示しないモーター等の動力源と、この動力源によってコイル３２を上下方向に移動させる図示しない機構部とを有している。移動機構８０は、制御部５０に制御されて、単結晶体１５の引き上げの最中に、コイル３２を上昇させる。例えば、単結晶体１５の引き上げ開始の段階では、コイル３２は坩堝１０の底部に近い側を効率的に加熱するように比較的下側に配置しておき、単結晶体１５の引き上げ（成長）が進行にともなって、コイル３２を徐々に上側に移動させる。コイル３２が徐々に上側に移動することで、坩堝１０の側壁１０ａの高音部分が徐々に上側に移動する。単結晶体は熱伝導率が高く、単結晶体が大きく成長してくると、単結晶体を通じて単結晶原料融液から放出される熱が大きくなるが、単結晶体１５の成長にともなって、坩堝１０の側壁１０ａの高音部分を徐々に上側に移動させることで単結晶体１５の温度低下を抑制することができる。
【００１８】
単結晶育成装置１における単結晶の育成では、まず坩堝１０内に、単結晶の原料であるシリコン粉末が充填される。次に、排気ポンプ７０によって、ガス排気管７２を介して育成室１６内の気体を排気した後、ガス供給部６０により、ガス供給管６２を介して育成室１６内にアルゴンガスを充填する。以降、継続してアルゴンガスを育成室１６内に供給しつつ自然排気し、育成室１６を大気圧のアルゴンガス雰囲気とする。
【００１９】
この状態で、高周波電源３０によってコイル３２に高周波電流を流し、まず坩堝１０の側壁１２を発熱させる。坩堝１０が発熱して高温となることで、坩堝１０内の単結晶原料が溶融し、坩堝１０内には溶融した単結晶原料（単結晶原料融液）が貯留された状態となる。
【００２０】
このように、単結晶原料融液が坩堝１０に貯留された状態で、坩堝１０内の単結晶原料融液の液面に、種結晶１３が接触させられる。種結晶１３は、引き上げ軸４２の先端に保持されて、坩堝１０の開口１１から、先端に種結晶１３が取り付けられた引き上げ軸４２が坩堝１０内に挿入されて、坩堝１０の溶融原料の液面に種結晶１３が接触する。引き上げ軸４２は、坩堝１０の開口１１の中心を通る中心軸Ｃに対応する位置に配置されており、種結晶１３の一部が中心軸Ｃに対応する位置に浸漬される。
【００２１】
種結晶１３を単結晶原料融液に接触させた後、引き上げ軸４２は、中心軸Ｃを中心に回転しながら種結晶１３を上方に上昇させる。これにより、種結晶１３を起点に、溶融原料の単結晶（単結晶体１５）が上方に引き上げられるように成長する。単結晶体１５の引き上げ開始の段階では、コイル３２は坩堝１０の底部に近い側を効率的に加熱するように比較的下側に配置している。
【００２２】
坩堝１０内の単結晶原料融液は、側壁１０ａの近傍では、誘導加熱された側壁１０ａによって温度が比較的上昇し易く、側壁１０ａから離れた坩堝１０中心部分（中心軸Ｃの近傍）では温度が比較的上昇し難い。さらに、中心軸Ｃの近傍に単結晶体１５が位置しており、坩堝１０内の単結晶原料融液の熱が、この単結晶体１５を介して坩堝１０外へ放熱され易い。このため、坩堝１０内では、側壁１０ａの近傍付近に比べて、中心軸Ｃの近傍において、単結晶原料融液の温度が比較的低くなり易い。単結晶体１５は中心軸Ｃ方向に沿って長く成長していくので、単結晶体１５の表面からの放熱の程度などは、この単結晶体１５の成長に応じて刻々と変化する。単結晶体１５が大きく成長するにつれて、単結晶原料融液から逃げる単位時間あたりの熱量は大きくなってくる。
【００２３】
本実施形態では、単結晶体１５の引き上げ（成長）が進行にともなって、移動機構８０がコイル３２を徐々に上側に移動させる。コイル３２が徐々に上側に移動することで、坩堝１０の側壁１０ａの高音部分が徐々に上側に移動する。これにより、単結晶原料融液から露出した単結晶体から放出される熱が大きくなるにつれて、この単結晶体１５に与える熱を大きくすることができるので、単結晶体１５の温度低下や単結晶体１５に生じる温度分布を抑制することができる、単結晶体１５が比較的大きくなっても単結晶原料融液の温度が過度に低下して、単結晶体１５の育成状態に不具合が発生すること等が抑制される。
【００２４】
なお、単結晶体の種類については特に限定されず、酸化物金属など各種単結晶体を成長させることができる。以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の各種実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において各種の改良および変更を行なってもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００２５】
１  単結晶育成装置（育成装置）
１０  坩堝
１１  開口
１２  側壁
１３  種結晶
１５  単結晶体
１６  育成室
１７  保温材
１９  天板部
１８  側壁
３０  高周波電源
３２  コイル
４０  結晶引き上げ機構
４２  引き上げ軸
４４  引き上げ機構部
５０  制御部
６０  ガス供給部
６２  ガス供給管
８０  移動機構
【図１】
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