(57)【要約】【課題】単結晶の成長軸方向の温度勾配の半径方向均一性を確保することができる熱遮蔽部材およびこれを用いた単結晶引上げ装置を提供する。【解決手段】チョクラルスキー法による単結晶引上げ装置において単結晶１６の周囲を熱遮蔽する熱遮蔽部材２０である。単結晶１６を囲繞するように配置され、下端部がルツボ１０内の融液１５の近傍にまで至る略円筒状の本体部２１を備えるとともに、この本体部２１の下端に、融液１５を覆う略円環状の遮蔽部２２を備える。この遮蔽部２２の外周とルツボ１０の内壁面との距離をＤ１、遮蔽部２２の内周と単結晶１６の外周面との距離をＤ２として、Ｄ１／Ｄ２≦３となるように遮蔽部２２が形成されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルツボ内に貯留された融液から単結晶を引上げるチョクラルスキー法による単結晶引上げ装置において、上記単結晶の周囲を熱遮蔽する熱遮蔽部材であって、上記単結晶を囲繞するように配置され、下端部が上記融液の近傍にまで至る略円筒状の本体部を備えるとともに、この本体部の下端に、上記融液を覆う略円環状の遮蔽部を備え、
この遮蔽部は、その外周と上記ルツボの内壁面との距離をＤ１、当該遮蔽部の内周と上記単結晶の外周面との距離をＤ２として、Ｄ１／Ｄ２≦３となるように形成されていることを特徴とする熱遮蔽部材。
【請求項２】
ルツボ内に貯留された融液から単結晶を引上げるチョクラルスキー法による単結晶引上げ装置であって、
上記単結晶の周囲を覆う熱遮蔽部材として、請求項１に記載の熱遮蔽部材を用いたことを特徴とする単結晶引上げ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チョクラルスキー法による単結晶引上げ装置およびこれに用いる熱遮蔽部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、シリコンの単結晶を成長させる方法として、チョクラルスキー法が知られている。チョクラルスキー法とは、原料をルツボ内で溶融し、その融液内に種結晶を浸して、種結晶およびルツボを逆方向に回転させながら、種結晶を徐々に引き上げることにより、その下にシリコンの単結晶を成長させる方法である。
【０００３】
このチョクラルスキー法により成長される単結晶の品質は、成長中の温度に依存することが一般に知られている。特に、単結晶の成長軸方向の温度勾配は、単結晶中の点欠陥種を決める支配的因子であり、単結晶の全域に亘って均一であることが望ましいとされている。他方、上記成長軸方向の温度勾配は、単結晶が融液から受ける輻射熱に大きな影響を受けるため、これを制御する目的で、チョクラルスキー法による単結晶引上げ装置においては、通常、成長中の単結晶のまわりに黒鉛等からなる熱遮蔽部材が配置される（例えば、特許文献１および２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０５−２９４７８４号公報（第２頁〜第４頁）
【特許文献２】
特開平１１−２９０７９２号公報（第４頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の単結晶引上げ装置においては、例えばルツボの直径を大きくしてチャージ量を増加させたときなど、融液面と単結晶の相対的な関係が変化したときに、同一の熱遮蔽部材をそのまま用いると、上記温度勾配の均一性が損なわれてしまうという問題点があった。そのため、このような場合には、熱遮蔽部材を変更する必要があるが、これまでは適切な設計指針が確立されていなかったため、上記温度勾配の均一性を確保することができる所望の熱遮蔽部材を求めて、試行錯誤を重ねる必要があった。
【０００６】
そこで、本発明者等は、上記温度勾配の均一性が損なわれる原因を求めて鋭意研究を重ねた結果、融液表面からの熱輻射が、単結晶の近傍では結晶側面を加熱して単結晶の径方向における温度分布を均一化する役割を果たす一方で、ルツボの内壁近傍では熱の放散により融液表面に温度差を生じさせる原因にもなるということを見いだし、ルツボ内壁近傍まで熱遮蔽部材の面積を拡大して保温性を向上させるようにすれば、融液表面の温度分布が均一化し、結晶軸方向の温度勾配の径方向均一性も改善されるという知見を得るに至った。また、ルツボの熱変形などを考慮してある程度の距離を残す必要はあるが、熱遮蔽部材の下端部（遮蔽部）の外周とルツボの内壁面との距離Ｄ１を、熱遮蔽部材の下端部の内周と単結晶の外周面との距離Ｄ２の３倍以内にしないと上記効果が不十分であるとの理由から、Ｄ１／Ｄ２≦３という関係式を満たすように熱遮蔽部材の各部の寸法を設定するのが望ましいという知見を得るに至った。
【０００７】
本発明は、上記知見に鑑みてなされたもので、単結晶の成長軸方向の温度勾配の均一性を確保することができる熱遮蔽部材およびこれを用いた単結晶引上げ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、ルツボ内に貯留された融液から単結晶を引上げるチョクラルスキー法による単結晶引上げ装置において、上記単結晶の周囲を熱遮蔽する熱遮蔽部材であって、上記単結晶を囲繞するように配置され、下端部が上記融液の近傍にまで至る略円筒状の本体部を備えるとともに、この本体部の下端に、上記融液を覆う略円環状の遮蔽部を備え、この遮蔽部は、その外周と上記ルツボの内壁面との距離をＤ１、当該遮蔽部の内周と上記単結晶の外周面との距離をＤ２として、Ｄ１／Ｄ２≦３となるように形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、略円筒状の本体部には、上下両端の径がほぼ同寸法となる円筒状の本体部が含まれる他、上端から下端に向けて漸次小径となる逆円錐台状の本体部も含まれる。また、略円環状の遮蔽部には、内周と外周の高さがほぼ同じになる水平な遮蔽部が含まれる他、内周と外周の一方が他方よりも下方に位置する傾斜した状態の遮蔽部や、内周から外周に向けて厚みが漸次変化する遮蔽部等も含まれる。
【００１０】
この請求項１に記載の発明によれば、遮蔽部の外周とルツボの内壁面との距離をＤ１、遮蔽部の内周と単結晶の外周面との距離をＤ２として、Ｄ１／Ｄ２≦３となるように遮蔽部が形成されているので、融液表面の温度分布を均一化することができ、その結果として、単結晶の成長軸方向の温度勾配の径方向均一性を確保することができる。したがって、欠陥種の径方向均一性に優れた単結晶を得ることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、ルツボ内に貯留された融液から単結晶を引上げるチョクラルスキー法による単結晶引上げ装置であって、上記単結晶の周囲を覆う熱遮蔽部材として、請求項１に記載の熱遮蔽部材を用いたことを特徴とするものである。
【００１２】
この請求項２に記載の発明によれば、単結晶の成長軸方向の温度勾配の均一性を容易に確保することができ、単結晶の温度制御に起因する品質のバラツキを低減することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る熱遮蔽部材およびこれを用いた単結晶引上げ装置の一実施形態を示すもので、図中符号１０がルツボである。このルツボ１０は、石英製の内層容器と黒鉛製の外層容器とからなり、支持軸１２により回転自在かつ昇降自在に支持された状態でチャンバ１１内に収容されている。このルツボ１０の周囲には、その外周に沿ってヒータ１３が配置される一方、ルツボ１０の上方には、回転自在かつ昇降自在な引上げ軸１４が配設されている。この引上げ軸１４の下端部には種結晶（図示省略）が取り付けられており、この種結晶をルツボ１０内の融液１５に浸して、引上げ軸１４および支持軸１２を逆方向に回転させながら、融液１５から種結晶を徐々に引き上げることにより、その下にシリコンの単結晶１６が成長するようになっている。
【００１４】
また、ルツボ１０の上方には、成長中の上記単結晶１６の周囲を熱遮蔽する熱遮蔽部材２０が配置されている。この熱遮蔽部材２０は、単結晶１６を囲繞するように配置され、下端部がルツボ１０内の融液１５の近傍にまで至る略円筒状の本体部２１を備えるとともに、この本体部の２１下端に、融液１５を覆う略円環状の遮蔽部２２を備えている。この熱遮蔽部材２０は黒鉛等により形成され、その表面にはＳｉＣ等によるコーティングが施されている。
【００１５】
本体部２１の上端部には、チャンバ１１内の支持フレーム１７に熱遮蔽部材２０を係止させるためのフランジ部２３が設けられている。一方、遮蔽部２２は、融液１５と対向する下面が水平に形成されるとともに、その厚みが中心に向けて漸次小さくなるように上面が緩傾斜した状態となっている。この遮蔽部２２は、その外周とルツボ１０の内壁面との距離をＤ１、当該遮蔽部２２の内周と単結晶１６の外周面との距離をＤ２として、次の関係式（１）を満足するように形成されている。
Ｄ１／Ｄ２≦３      ・・・（１）
また、遮蔽部２２には、その下面と外周面とが出会う角部に面取り加工が施されている。
【００１６】
そして、熱遮蔽部材２０の上方には、チャンバ１１内に不活性ガスを供給するための給気口（図示省略）が設けられている。また、チャンバ１１内の所定位置には、単結晶１６と熱遮蔽部材２０の本体部２１との間隙Ｓ１、熱遮蔽部材２０の遮蔽部２２と融液１５との間隙Ｓ２、熱遮蔽部材２０の本体部２１とルツボ１０の内壁面との間隙Ｓ３を順次経由して流れてきた上記不活性ガスをチャンバ１１外に排気するための排気口（図示省略）が設けられている。
【００１７】
上記構成からなる単結晶引上げ装置を用いて、シリコンの単結晶１６を成長させる場合には、先ず、原料となる多結晶シリコンをルツボ１０内に供給し、その後、チャンバ１１内を真空排気した状態でヒータ１３を作動させて、ルツボ１０内の原料を溶解する。また、チャンバ１１内に不活性ガスを供給して、給気口から上記間隙Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を経由して排気口に至る不活性ガスの流れをチャンバ１１内に形成する。次いで、引上げ軸１４の下端部に取り付けた種結晶をルツボ１０内の融液１５に浸漬し、この状態から引上げ軸１４と支持軸１２を回転させながら引上げ軸１４を上昇させる。これにより、種結晶の下方にシリコンの単結晶１６が育成される。
【００１８】
この際に、本実施形態の熱遮蔽部材２０によれば、前述した関係式（１）を満足するように遮蔽部２２が形成されているので、融液１５表面の温度分布がほぼ均一になり、その結果として、単結晶１６の径方向の温度分布、すなわち、単結晶１６の成長軸方向の温度勾配の径方向分布がほぼ均一になる。したがって、欠陥種の径方向均一性に優れた単結晶１６を得ることができる。
【００１９】
なお、この実施形態においては、本体部２１の内周側に延出する状態で遮蔽部２２を設けるようにしたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、本体部２１の内周側と外周側の両方に延出する状態（すなわち、単結晶１６側だけでなくルツボ１０の内壁面側にも延出する状態）で遮蔽部を設けるようにしてもよい。この場合においても、前述した関係式（１）を満足するように遮蔽部の寸法を設定すれば、上記と同様の作用効果が得られる。
【００２０】
【実施例】
次に、本発明の効果を実施例により明らかにする。
本発明を適用した実施例では、前述した関係式（１）を満足する熱遮蔽部材２０として、Ｄ１／Ｄ２＝１．７となる熱遮蔽部材を用いる一方、比較例では、関係式（１）を満足しない熱遮蔽部材として、Ｄ１／Ｄ２＝４．４２となる熱遮蔽部材を用いて、図１の単結晶引上げ装置によりシリコンの単結晶１６の引上げを行った。単結晶１６の引上げ条件としては、直径３０５ｍｍ、引上速度１．０ｍｍ／ｍｉｎ、炉内圧力４０Ｔｏｒｒとした。
【００２１】
上記条件で製造した各シリコンの単結晶１６中のＢＭＤ（Ｂｕｌｋ  Ｍｉｃｒｏ  Ｄｅｆｅｃｔ）密度の分布を調べたところ、図２のグラフに示すような結果が得られた。
この図２に示すように、比較例においては、結晶中心からの距離に応じてＢＭＤの密度が大きく変化しているのに対して、本発明を適用した実施例においては、比較例ほど大きなバラツキは見られなかった。因みに、ＢＭＤ密度の最大値をｄｍａｘ、最小値をｄｍｉｎとして、それぞれについてｄｍａｘ／ｄｍｉｎを求めると、比較例は４．４５、実施例は２．１２であった。これは、実施例の方が比較例よりも欠陥種の径方向均一性に優れており、単結晶１６の成長軸方向の温度勾配の径方向におけるバラツキが小さいことを示している。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、熱遮蔽部材の遮蔽部外周とルツボの内壁面との距離をＤ１、遮蔽部内周と単結晶の外周面との距離をＤ２として、Ｄ１／Ｄ２≦３となるように熱遮蔽部材を構成したので、単結晶の成長軸方向の温度勾配の径方向分布を均一化することができる。したがって、欠陥種の径方向均一性に優れた単結晶を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱遮蔽部材およびこれを用いた単結晶引上げ装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る実施例とその比較例の単結晶中のＢＭＤ密度の径方向分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  ルツボ
１５  融液
１６  単結晶
２０  熱遮蔽部材
２１  本体部
２２  遮蔽部
【図１】
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【図２】
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