(57)【要約】【課題】シリコン単結晶のインゴットが大口径化しても、無欠陥のシリコン単結晶のインゴットを比較的容易に製造可能とする。【解決手段】チャンバ１１内に設けられた石英るつぼ１３にシリコン融液１２が貯留され、石英るつぼ１３の外周面を包囲する主ヒータ１８がシリコン融液１２を加熱するように構成される。シリコン融液１２から引上げられるインゴット２５とシリコン融液１２との固液界面２６より下方のシリコン融液１２中でインゴット２５下面の中心に向って放熱する熱源４３が設けられる。この熱源４３からの放熱により固液界面２６が上凸状となるように構成される。【選択図】　図１
2004143002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ（１１）内に設けられシリコン融液（１２）が貯留された石英るつぼ（１３）と、前記石英るつぼ（１３）の外周面を包囲し前記シリコン融液（１２）を加熱する主ヒータ（１８）とを備えたシリコン単結晶引上げ装置において、
前記シリコン融液（１２）から引上げられるインゴット（２５）と前記シリコン融液（１２）との固液界面（２６）より下方の前記シリコン融液（１２）中で前記インゴット（２５）下面の中心に向って放熱する熱源（４３，６３，７３，８３）が設けられ、
前記熱源（４３，６３，７３，８３）からの放熱により前記固液界面（２６）が上凸状となるように構成されたことを特徴とするシリコン融液対流制御装置。
【請求項２】
シリコン融液（１２）から引上げられるインゴット（２５）の外周面を包囲しかつ下端が前記シリコン融液（１２）表面から間隔をあけて上方に位置するように構成され主ヒータ（１８）からの輻射熱を遮る円筒状の熱遮蔽部材（３６）を更に備え、
熱源（４３）が、前記熱遮蔽部材（３６）下端及び前記シリコン融液（１２）表面間に位置しかつチャンバ（１１）外から配索された一対のカーボン電極（４９，４９）により電力が供給される補助ヒータ（４４）と、前記補助ヒータ（４４）の発した熱を受けこの熱を前記シリコン融液（１２）中の前記インゴット（２５）下方に導き更に前記インゴット（２５）下面の中心に向って放散する熱伝導体（４６）と、前記補助ヒータ（４４）及び前記熱伝導体（４６）の周面を被覆する石英管（４７）と、前記熱伝導体（４６）及び前記石英管（４７）間に充填された熱源用断熱部材（４８）とを有する請求項１記載のシリコン融液対流制御装置。
【請求項３】
シリコン融液（１２）から引上げられるインゴット（２５）の外周面を包囲しかつ下端が前記シリコン融液（１２）表面から間隔をあけて上方に位置するように構成され主ヒータ（１８）からの輻射熱を遮る円筒状の熱遮蔽部材（３６）を更に備え、
熱源（６３）が、チャンバ（１１）外に設けられレーザ光を発生するレーザ発生手段（６４）と、前記レーザ発生手段（６４）の発したレーザ光を受けて熱に変換しこの熱を前記シリコン融液（１２）中の前記インゴット（２５）下方に導き更に前記インゴット（２５）下面の中心に向って放散する熱伝導体（６６）と、前記熱伝導体（６６）の周面を被覆する石英管（６７）と、前記熱伝導体（６６）及び前記石英管（６７）間に充填された熱源用断熱部材（４８）とを有する請求項１記載のシリコン融液対流制御装置。
【請求項４】
シリコン融液（１２）から引上げられるインゴット（２５）の外周面を包囲しかつ下端が前記シリコン融液（１２）表面から間隔をあけて上方に位置するように構成され主ヒータ（１８）からの輻射熱を遮る円筒状の熱遮蔽部材（３６）を更に備え、
熱源（７３）が、前記シリコン融液（１２）中で前記インゴット（２５）下面の中心に対向して設けられかつチャンバ（１１）外から配索された一対のカーボン電極（４９，４９）により電力が供給される補助ヒータ（４４）と、前記シリコン融液（１２）中の前記カーボン電極（４９，４９）及び前記補助ヒータ（４４）を被覆する石英管（７７）と、前記石英管（７７）中の一対のカーボン電極（４９，４９）間に設けられ前記一対のカーボン電極（４９，４９）の接触を阻止する絶縁部材（７８）とを有する請求項１記載のシリコン融液対流制御装置。
【請求項５】
シリコン融液（１２）から引上げられるインゴット（２５）の外周面を包囲しかつ下端が前記シリコン融液（１２）表面から間隔をあけて上方に位置するように構成され主ヒータ（１８）からの輻射熱を遮る円筒状の熱遮蔽部材（３６）を更に備え、
熱源（８３）が、チャンバ（１１）外に設けられレーザ光を発生するレーザ発生手段（６４）と、前記レーザ発生手段（６４）の発したレーザ光を受けて前記シリコン融液（１２）中の前記インゴット（２５）下方に導き更に前記レーザ光を前記インゴット（２５）下面の中心に向って放散する光伝導体（８６）と、前記光伝導体（８６）の周面を被覆する石英管（８７）と、前記光伝導体（８６）及び前記石英管（８７）間に充填された光遮蔽部材（８８）とを有する請求項１記載のシリコン融液対流制御装置。
【請求項６】
熱源（４３，６３，７３，８３）が熱遮蔽部材（３６）に対して上下動可能に設けられた請求項２ないし５いずれか１項記載のシリコン融液対流制御装置。
【請求項７】
チャンバ（１１）内に設けられた石英るつぼ（１３）にインゴット（２５）を引上げ可能なシリコン融液（１２）を貯留し、前記インゴット（２５）内が格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体の存在しないパーフェクト領域となる引上げ速度で前記インゴット（２５）を引上げるシリコン単結晶引上げ方法において、
前記インゴット（２５）と前記シリコン融液（１２）との固液界面（２６）より下方の前記シリコン融液（１２）中で熱源（４３，６３，７３，８３）が前記インゴット（２５）下面の中心に向って放熱し、
前記固液界面（２６）が上凸状となるように前記熱源（４３，６３，７３，８３）を制御することを特徴とするシリコン融液対流制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石英るつぼに貯留されたシリコン融液からシリコン単結晶のインゴットを引上げるときに上記シリコン融液の対流を制御する装置と、その制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコン単結晶の製造方法として、シリコン単結晶のインゴットをチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という）により引上げる方法が知られている。このＣＺ法は、石英るつぼに貯留されたシリコン融液に種結晶を接触させ、石英るつぼ及び種結晶を回転させながら種結晶を引上げることにより、円柱状のシリコン単結晶のインゴットを製造する方法である。
一方、半導体集積回路を製造する工程において、歩留りを低下させる原因として酸化誘起積層欠陥（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ−ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｓｔａｃｋｉｎｇ　Ｆａｕｌｔ、以下、ＯＳＦという。）の核となる酸素析出物の微小欠陥や、結晶に起因したパーティクル（Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ、以下、ＣＯＰという。）や、或いは侵入型転位（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ−ｔｙｐｅ　Ｌａｒｇｅ　Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ、以下、Ｌ／Ｄという。）の存在が挙げられている。ＯＳＦは、結晶成長時にその核となる微小欠陥が導入され、半導体デバイスを製造する際の熱酸化工程等で顕在化し、作製したデバイスのリーク電流の増加等の不良原因になる。またＣＯＰは、鏡面研磨後のシリコンウェーハをアンモニアと過酸化水素の混合液で洗浄したときにウェーハ表面に出現する結晶に起因したピットである。このウェーハをパーティクルカウンタで測定すると、このピットも本来のパーティクルとともに光散乱欠陥として検出される。
【０００３】
このＣＯＰは電気的特性、例えば酸化膜の経時絶縁破壊特性（Ｔｉｍｅ　Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ、ＴＤＤＢ）、酸化膜耐圧特性（Ｔｉｍｅ　Ｚｅｒｏ　Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ、ＴＺＤＢ）等を劣化させる原因となる。またＣＯＰがウェーハ表面に存在するとデバイスの配線工程において段差を生じ、断線の原因となり得る。そして素子分離部分においてもリーク等の原因となり、製品の歩留りを低くする。更にＬ／Ｄは、転位クラスタとも呼ばれたり、或いはこの欠陥を生じたシリコンウェーハをフッ酸を主成分とする選択エッチング液に浸漬するとピットを生じることから転位ピットとも呼ばれる。このＬ／Ｄも、電気的特性、例えばリーク特性、アイソレーション特性等を劣化させる原因となる。この結果、半導体集積回路を製造するために用いられるシリコンウェーハからＯＳＦ、ＣＯＰ及びＬ／Ｄを減少させることが必要となっている。
【０００４】
このＯＳＦ、ＣＯＰ及びＬ／Ｄを有しない無欠陥のシリコンウェーハを切出すためのシリコン単結晶インゴットの製造方法が米国特許番号６，０４５，６１０号に対応する特開平１１−１３９３号公報に開示されている。一般に、シリコン単結晶のインゴットを速い速度で引上げると、インゴット内部に空孔型点欠陥の凝集体が支配的に存在する領域［Ｖ］が形成され、インゴットを遅い速度で引上げると、インゴット内部に格子間シリコン型点欠陥の凝集体が支配的に存在する領域［Ｉ］が形成される。このため上記製造方法では、インゴットを最適な引上げ速度で引上げることにより、上記点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域［Ｐ］からなるシリコン単結晶のインゴットを製造できるようになっている。
【０００５】
一方、ＣＺ法によりシリコン融液からシリコン単結晶のインゴットを引上げるときに、インゴットとシリコン融液との固液界面の形状を考慮して無欠陥結晶を製造する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この無欠陥結晶を製造する方法では、上記固液界面の形状の調整が、インゴット下面の中心における固液界面の高さを調整することによって行われ、インゴット下面の周縁の温度分布の調整が、インゴット外周部の引上げ方向の温度勾配を調整することによって行われる。また上記インゴット下面の中心における固液界面の高さがシリコン融液表面より１０ｍｍ以上高くなるように、インゴット下面の中心における固液界面の高さの調整が、シリコン融液に対して印加される磁場の強度の調整、シリコン融液を貯留する石英るつぼの単位時間当りの回転速度の調整、及びインゴットの単位時間当りの回転速度の調整からなる群から選ばれた１種又は２種以上の調整によって行われる。上記磁場は、石英るつぼの外周面から所定の間隔をあけて設けられたソレノイドに所定の電流を流すことにより発生し、シリコン融液に印加される。
【０００６】
このように構成された無欠陥結晶を製造する方法では、シリコン融液からシリコン単結晶のインゴットを引上げるときに、上記固液界面の形状と引上げ中のインゴット下部周縁の温度分布との関係を適切に調整することによって、無欠陥のシリコン単結晶インゴットを安定かつ再現性よく製造することができる。即ち、インゴットの引上げ方向及び半径の面方向のいずれにおいても、広い範囲にわたって無欠陥領域を有するインゴットを安定かつ再現性良く製造することができる。この結果、インゴットをスライスして得られる無欠陥ウェーハの枚数が多くなるので、歩留まりを向上できるとともに、大口径のインゴットを引上げた後にこの大口径のインゴットをスライスして得られる大口径のウェーハは全面が無欠陥となる。
【０００７】
【特許文献１】
米国特許第６，０４５，６１０号明細書に対応する特開平１１−１３９３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の特許文献１に示されたシリコン単結晶インゴットの製造方法では、シリコン単結晶のインゴットとシリコン融液との固液界面近傍での鉛直方向の温度勾配が均一になるように制御する必要があり、この制御はシリコン融液の残量の変化や対流の変化による影響を受けるため、インゴットの直胴部全長にわたって、無欠陥のシリコン単結晶を製造することは困難であった。
また、上記従来の特許文献１に示された無欠陥結晶を製造する方法では、シリコン単結晶のインゴットが大口径化するに従って、磁場を発生するソレノイドを大型化する必要があるけれども、このソレノイドの大型化の割合はインゴットの大口径化の割合より飛躍的に大きいため、インゴットの大口径化に伴ってソレノイドの製作が技術及び資金の両面で困難になるおそれがある。
本発明の目的は、シリコン単結晶のインゴットが大口径化しても、無欠陥のシリコン単結晶のインゴットを比較的容易に製造できる、シリコン融液対流制御装置及びその制御方法を提供することにある。
【０００９】
【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４に示すように、チャンバ１１内に設けられシリコン融液１２が貯留された石英るつぼ１３と、石英るつぼ１３の外周面を包囲しシリコン融液１２を加熱する主ヒータ１８とを備えたシリコン単結晶引上げ装置の改良である。
その特徴ある構成は、シリコン融液１２から引上げられるインゴット２５とシリコン融液１２との固液界面２６より下方のシリコン融液１２中でインゴット２５下面の中心に向って放熱する熱源４３が設けられ、熱源４３からの放熱により固液界面２６が上凸状となるように構成されたところにある。
【００１０】
請求項７に係る発明は、図１及び図４に示すように、チャンバ１１内に設けられた石英るつぼ１３にインゴット２５を引上げ可能なシリコン融液１２を貯留し、インゴット２５内が格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体の存在しないパーフェクト領域となる引上げ速度でインゴット２５を引上げるシリコン単結晶引上げ方法の改良である。
その特徴ある構成は、インゴット２５とシリコン融液１２との固液界面２６より下方のシリコン融液１２中で熱源４３がインゴット２５下面の中心に向って放熱し、固液界面２６が上凸状となるように熱源４３を制御するところにある。
【００１１】
この請求項１に記載されたシリコン融液対流制御装置又は請求項７に記載されたシリコン融液対流制御方法では、熱源４３から固液界面２６の中心に向って放熱しながら、シリコン融液１２からインゴット２５を引上げると、石英るつぼ１３中心のシリコン融液１２に上昇する対流が発生するため、この対流により固液界面２６が上凸状になる。この結果、固液界面２６の中心がシリコン融液１２表面の延長面より上方に位置するため、固液界面２６の中心近傍の鉛直方向の温度勾配が大きくなり、固液界面２６の中心近傍の鉛直方向の温度勾配と、固液界面２６の周縁近傍の鉛直方向の温度勾配との差が小さくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図４に示すように、シリコン単結晶引上げ装置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の外周面は黒鉛サセプタ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。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主ヒータ１８により包囲され、この主ヒータ１８は保温筒１９により包囲される。また主ヒータ１８には主ヒータ用電源（図示せず）が電気的に接続される。
【００１３】
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のインゴット２５を引上げるための種結晶２４が取付けられる。
【００１４】
更にチャンバ１１には引上げ中のインゴット外周面側に不活性ガスを供給しかつ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。
【００１５】
一方、インゴット２５の外周面と石英るつぼ１３の内周面との間にはインゴット２５の外周面を包囲する熱遮蔽部材３６が設けられる。この熱遮蔽部材３６は円筒状に形成され主ヒータ１８からの輻射熱を遮る筒部３７と、この筒部３７の上縁に連設され外方に略水平方向に張り出すフランジ部３８と、筒部３７の下部に筒部３７内方に膨出するように設けられた膨出部４１とを有する。上記フランジ部３８を保温筒１９上に載置することにより、筒部３７の下縁がシリコン融液１２表面から所定の距離だけ上方に位置するように、熱遮蔽部材３６がチャンバ１１内に固定される。この筒部３７及び膨出部４１は黒鉛により、或いは表面にＳｉＣがコーティングされた黒鉛等により形成される。また膨出部４１の内部には膨出部用断熱部材４２が充填され、この膨出部用断熱部材４２はカーボンフェルト、即ちカーボンファイバの不織布により形成される。
【００１６】
一方、図１〜図４に示すように、インゴット２５とシリコン融液１２との固液界面２６より下方のシリコン融液１２中には、インゴット２５下面の中心に向って放熱する熱源４３が設けられる。この熱源４３は、熱遮蔽部材３６下端及びシリコン融液１２表面間に設けられた補助ヒータ４４と、補助ヒータ４４の発した熱を受けこの熱をシリコン融液１２中のインゴット２５下方に導き更にインゴット２５下面の中心に向って放散する熱伝導体４６と、補助ヒータ４４及び熱伝導体４６の周面を被覆する石英管４７と、熱伝導体４６及び石英管４７間に充填された熱源用断熱部材４８（図３）とを有する。
【００１７】
補助ヒータ４４は小型のカーボンヒータにより構成される。この補助ヒータ４４には、チャンバ１１外から配索されかつ膨出部４１を貫通する一対のカーボン電極４９，４９の一端が電気的に接続され、一対のカーボン電極４９，４９の他端はチャンバ１１外に設けられた補助ヒータ用電源（図示せず）に電気的に接続される。熱伝導体４６は、補助ヒータ４４に対向して設けられた受熱部４６ａと、シリコン融液１２中でインゴット２５下面の中心に対向して設けられた放熱部４６ｂと、受熱部４６ａ及び放熱部４６ｂを連結し受熱部４６ａの受けた熱を放熱部４６ｂに導く伝導部４６ｃとからなる。上記受熱部４６ａ、放熱部４６ｂ及び伝導部４６ｃはソリッドカーボンにより一体的に形成される。
【００１８】
補助ヒータ４４には、受熱部４６ａを１４５０〜２０００℃、好ましくは１６００〜１８５０℃の範囲に加熱可能な電力が補助ヒータ用電源から供給されに構成され、これにより放熱部４６ｂはこの放熱部４６ｂ上面に対向するシリコン融液１２を１４３０〜１９００℃、好ましくは１５００〜１７００℃の範囲に加熱可能に構成される。また放熱部４６ｂの外径をｄ１（図２）とし、インゴット２５の直径をＤ（図４）とするとき、ｄ１／Ｄは０．０１〜１．０、好ましくは０．１〜０．６に設定される。更に伝導部４６ｃの外径をｄ２（図３）とするとき、ｄ２／Ｄは０．０１〜０．８、好ましくは０．１〜０．３に設定される。放熱部４６ｂ上面に対向するシリコン融液１２の温度を１４３０〜１９００℃の範囲に設定し、ｄ１／Ｄを０．０１〜１．０の範囲に設定したのは、インゴット２５下面の中心における固液界面２６の高さがシリコン融液１２表面に対して１〜３０ｍｍ、好ましくは３〜１８ｍｍの範囲で高くするためである。またｄ２／Ｄを０．０１〜０．８の範囲に設定したのは、０．０１未満では放熱部４６ｂ上面に対向するシリコン融液１２の温度が十分に上昇せず、０．８を越えると放熱部４６ｂ上面に対向するシリコン融液１２の温度が上昇し過ぎて固液界面の縦断面が略Ｍ字状になるからである。
【００１９】
石英管４７は、受熱部４６ａ及び補助ヒータ４４を所定の間隔をあけて被覆する受熱被覆部４７ａと、放熱部４６ｂ下面を被覆するロア放熱被覆部４７ｂと、放熱部４６ｂ上面を被覆するアッパ放熱被覆部４７ｃと、伝導部４６ｃを被覆する伝導被覆部４７ｄとからなる（図１）。アッパ放熱被覆部４７ｃは透明石英により形成される。受熱被覆部４７ａの幅は膨出部４１の幅より僅かに大きく形成され、受熱被覆部４７ａの上面には所定の間隔（膨出部の幅分）をあけて第１及び第２ロッド５１，５２の下端が取付けられる。第１ロッド５１は膨出部４１及び筒部３７の外周面に鉛直方向に摺動可能に取付けられ、第２ロッド５２は膨出部４１の内周面に鉛直方向に摺動可能に取付けられる。また第１及び第２ロッド５１，５２の上端はチャンバ１１外に設けられた石英管駆動手段（図示せず）に連結される。これにより石英管４７は熱遮蔽部材３６に対して上下動可能に設けられる。
【００２０】
このように構成されたシリコン融液対流制御装置の動作を説明する。
先ず、主ヒータ１８に主ヒータ用電源（図示せず）から所定の電力を供給すると、石英るつぼ１３に投入された高純度のシリコン多結晶体が加熱・融解してシリコン融液１２になる。この状態でシリコン融液１２からインゴット２５を所定の引上げ速度、即ちインゴット２５内が格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体の存在しないパーフェクト領域となる引上げ速度で引上げる。同時に補助ヒータ４４に補助ヒータ用電源から所定の電力を供給すると、補助ヒータ４４が熱伝導体４６の受熱部を加熱し、この熱が伝導部４６ｃを通って放熱部４６ｂに伝わり放熱部４６ｂから固液界面２６の中心に向って放散される。これにより放熱部４６ｂ上面に対向するシリコン融液１２が１４３０〜１９００℃の範囲内の所定値、例えば１６００℃に加熱されるので、石英るつぼ１３中心のシリコン融液１２に上昇する対流が発生する。この結果、この対流により固液界面２６が上凸状になる、即ち固液界面２６の中心がシリコン融液１２表面の延長面より上方に位置するため、固液界面２６の中心近傍の鉛直方向の温度勾配が大きくなり、固液界面２６の中心近傍の鉛直方向の温度勾配と、固液界面２６の周縁近傍の鉛直方向の温度勾配との差が小さくなる。従って、略全長にわたって無欠陥で高品質のインゴット２５を比較的容易に製造できる。
【００２１】
図５〜図７は本発明の第２の実施の形態を示す。図５〜図７において図１〜図３と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、熱源６３が、チャンバ１１外に設けられレーザ光を発生するレーザ発生手段６４と、レーザ発生手段６４の発したレーザ光を受けて熱に変換しこの熱をシリコン融液１２中のインゴット２５下方に導き更にインゴット２５下面の中心に向って放散する熱伝導体６６と、熱伝導体６６の周面を被覆しかつ熱遮蔽部材３６に対して上下動可能に設けられた石英管６７と、熱伝導体６６及び石英管６７間に充填された熱源用断熱部材４８とを有する。
【００２２】
レーザ発生手段６４としては、ＣＯ２ガスを用いた気体レーザ発生手段や、ルビーやＹＡＧ等を用いた固体レーザ発生手段等が挙げられる。またレーザ発生手段６４が発したレーザ光は膨出部４１を貫通して熱伝導体６６の受光熱変換部６６ａ上面に照射されるように構成される。熱伝導体６６は、熱遮蔽部材３６下端及びシリコン融液１２表面間に位置しかつレーザ発生手段６４に対向して設けられた受光熱変換部６６ａと、シリコン融液１２中でインゴット２５下面の中心に対向して設けられた放熱部４６ｂと、受光熱変換部６６ａ及び放熱部４６ｂを連結し受光熱変換部６６ａでレーザ光から変換された熱を放熱部４６ｂに導く伝導部４６ｃとからなる。上記受光熱変換部６６ａ、放熱部４６ｂ及び伝導部４６ｃはソリッドカーボンにより一体的に形成される。
【００２３】
レーザ発生手段６４から発せられたレーザ光の強度は、受光熱変換部６６ａを１４５０〜２０００℃、好ましくは１６００〜１８５０℃の範囲に加熱可能な強度に設定され、これにより放熱部４６ｂはこの放熱部４６ｂ上面に対向するシリコン融液１２を１４３０〜１９００℃、好ましくは１５００〜１７００℃の範囲に加熱可能に構成される。また石英管６７は、受光熱変換部６６ａを所定の間隔をあけて被覆する受光被覆部６７ａと、放熱部４６ｂ下面を被覆するロア放熱被覆部４７ｂと、放熱部４６ｂ上面を被覆する透明石英製のアッパ放熱被覆部４７ｃと、伝導部４６ｃを被覆する伝導被覆部４７ｄとからなる。受光被覆部６７ａの幅は膨出部４１の幅より僅かに大きく形成され（図５）、受光被覆部６７ａの上面には所定の間隔（膨出部の幅分）をあけて第１及び第２ロッド５１，５２の下端が取付けられる。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００２４】
このように構成されたシリコン融液対流制御装置の動作を説明する。
シリコン融液１２からインゴット２５を所定の引上げ速度、即ちインゴット２５内が格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体の存在しないパーフェクト領域となる引上げ速度で引上げるときに、レーザ発生手段６４が所定の強度のレーザ光を熱伝導体６６の受光熱変換部６６ａに照射することにより、この受光熱変換部６６ａが加熱されると、この熱が伝導部４６ｃを通って放熱部４６ｂに伝わり放熱部４６ｂから固液界面２６の中心に向って放散される。これにより放熱部４６ｂ上面に対向するシリコン融液１２が１４３０〜１９００℃の範囲内の所定値、例えば１６００℃に加熱されるので、石英るつぼ１３中心のシリコン融液１２に上昇する対流が発生する。この結果、第１の実施の形態と同様に、略全長にわたって無欠陥で高品質のインゴット２５を比較的容易に製造できる。
【００２５】
図８〜図１０は本発明の第３の実施の形態を示す。図８〜図１０において図１〜図３と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、熱源７３が、シリコン融液１２中でインゴット２５下面の中心に対向して設けられかつチャンバ１１外から配索された一対のカーボン電極４９，４９により電力が供給される補助ヒータ４４と、シリコン融液１２中の一対のカーボン電極４９，４９及び補助ヒータ４４を被覆しかつ熱遮蔽部材３６に対して上下動可能に設けられた石英管７７と、石英管７７中の一対のカーボン電極４９，４９間に設けられた石英製の絶縁部材７８とを有する。
【００２６】
一対のカーボン電極４９，４９はシリコン融液１２中を通りかつ膨出部４１を貫通して配索される。これらのカーボン電極４９，４９の一端は補助ヒータ４４に電気的に接続され、他端はチャンバ１１外に設けられた補助ヒータ用電源（図示せず）に電気的に接続される。補助ヒータ４４には、この補助ヒータ４４上面に対向するシリコン融液１２を１４３０〜１９００℃、好ましくは１５００〜１７００℃の範囲に加熱可能な電力が補助ヒータ用電源から供給されるようになっている。
【００２７】
石英管７７は、シリコン融液１２中の一対のカーボン電極４９，４９を被覆する電極被覆部７７ａと、補助ヒータ４４を被覆する透明石英製のヒータ被覆部７７ｂと、熱遮蔽部材３６下端及びシリコン融液１２表面間に位置しかつ膨出部４１の幅より僅かに大きく形成された取付部７７ｃとからなる。取付部７７ｃの上面には所定の間隔（膨出部の幅分）をあけて第１及び第２ロッド５１，５２の下端が取付けられる。なお、石英管７７の電極被覆部７７ａの直径は第１の実施の形態における石英管の伝導被覆部より細く形成される。また、絶縁部材７８は、一対のカーボン電極４９，４９の接触を阻止するために、一対のカーボン電極４９，４９間や、電極被覆部７７ａ及びカーボン電極４９間に設けられる。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００２８】
このように構成されたシリコン融液対流制御装置の動作を説明する。
シリコン融液１２からインゴット２５を所定の引上げ速度、即ちインゴット２５内が格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体の存在しないパーフェクト領域となる引上げ速度で引上げるときに、補助ヒータ４４に補助ヒータ用電源から所定の電力を供給すると、補助ヒータ４４の発生した熱が固液界面２６の中心に向って放散される。これにより補助ヒータ４４上面に対向するシリコン融液１２が１４３０〜１９００℃の範囲内の所定値、例えば１６００℃に加熱されるので、石英るつぼ１３中心のシリコン融液１２に上昇する対流が発生する。この結果、第１の実施の形態と同様に、略全長にわたって無欠陥で高品質のインゴット２５を比較的容易に製造できる。
【００２９】
図１１〜図１３は本発明の第４の実施の形態を示す。図１１〜図１３において図１〜図３と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、熱源８３が、チャンバ１１外に設けられレーザ光を発生するレーザ発生手段６４と、レーザ発生手段６４の発したレーザ光を受けてシリコン融液１２中のインゴット２５下方に導き更にレーザ光をインゴット２５下面の中心に向って放散する光伝導体８６と、光伝導体８６の周面を被覆しかつ熱遮蔽部材３６に対して上下動可能に設けられた石英管８７とを有する。
【００３０】
レーザ発生手段６４が発したレーザ光は膨出部４１を貫通して光伝導体８６の受光部８６ａ上面に照射されるように構成される。光伝導体８６は、熱遮蔽部材３６下端及びシリコン融液１２表面間に位置しかつレーザ発生手段６４に対向して設けられた受光部８６ａと、シリコン融液１２中でインゴット２５下面の中心に対向して設けられた散光部８６ｂと、受光部８６ａ及び散光部８６ｂを連結し受光部８６ａで受けたレーザ光を散光部８６ｂに導く伝導部８６ｃとからなる。上記受光部８６ａ、散光部８６ｂ及び伝導部８６ｃは石英により一体的に形成される。
【００３１】
レーザ発生手段６４から発せられたレーザ光の強度は、散光部８６ｂから放散されたレーザ光が散光部８６ｂ上面に対向するシリコン融液１２を１４３０〜１９００℃、好ましくは１５００〜１７００℃の範囲に加熱可能な強度に設定される。また石英管８７は、受光部８６ａを所定の間隔をあけて被覆する受光被覆部８７ａと、散光部８６ｂ下面を被覆するロア散光被覆部８７ｂと、散光部８６ｂ上面を被覆する透明石英製のアッパ散光被覆部８７ｃと、伝導部８６ｃを被覆する伝導被覆部８７ｄとからなる。受光被覆部８７ａの幅は膨出部４１の幅より僅かに大きく形成され（図１１）、受光被覆部８７ａの上面には所定の間隔（膨出部の幅分）をあけて第１及び第２ロッド５１，５２の下端が取付けられる。なお、石英管８７の伝導被覆部８７ｄの直径は第１の実施の形態における石英管の伝導被覆部より細く形成される。また伝導部８６ｃと伝導被覆部８７ｄとの間には、ソリッドカーボン製の光遮蔽部材８８が充填される。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００３２】
このように構成されたシリコン融液対流制御装置の動作を説明する。
シリコン融液１２からインゴット２５を所定の引上げ速度、即ちインゴット２５内が格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体の存在しないパーフェクト領域となる引上げ速度で引上げるときに、レーザ発生手段６４が所定の強度のレーザ光を光伝導体８６の受光部８６ａに照射すると、このレーザ光は受光部８６ａから伝導部８６ｃを通って散光部８６ｂに導かれた後に、固液界面２６の中心に向って放散される。このレーザ光の放散により放熱部８６ｂ上面に対向するシリコン融液１２が１４３０〜１９００℃の範囲内の所定値、例えば１６００℃に加熱されるので、石英るつぼ１３中心のシリコン融液１２に上昇する対流が発生する。この結果、第１の実施の形態と同様に、略全長にわたって無欠陥で高品質のインゴット２５を比較的容易に製造できる。
【００３３】
図１４は本発明の第５の実施の形態を示す。図１４において図１と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、第１及び第２ロッド５１，５２が膨出部４１を貫通しかつ一対のカーボン電極４９，４９をそれぞれ被覆する筒状に形成され、これにより石英管４７の受熱被覆部４７ａの幅が膨出部４１の幅より大幅に小さく形成される。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
このように構成されたシリコン融液対流制御装置では、石英管４７の受熱被覆部４７ａを小型化できるので、熱遮蔽部材３６下面とシリコン融液１２表面との間を通過する不活性ガスが第１の実施の形態よりスムーズに流れる。上記以外の動作は第１の実施の形態の動作と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００３４】
図１５は本発明の第６の実施の形態を示す。図１５において図５と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、第１及び第２ロッド５１，５２が膨出部４１を貫通して配設され、これにより石英管６７の受光被覆部６７ａの幅が膨出部４１の幅より大幅に小さく形成される。上記以外は第２の実施の形態と同一に構成される。
このように構成されたシリコン融液対流制御装置では、石英管６７の受光被覆部６７ａを小型化できるので、熱遮蔽部材３９下面とシリコン融液１２表面との間を通過する不活性ガスが第２の実施の形態よりスムーズに流れる。上記以外の動作は第２の実施の形態の動作と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００３５】
図１６は本発明の第７の実施の形態を示す。図１６において図８と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、第１及び第２ロッド５１，５２が膨出部４１を貫通しかつ一対のカーボン電極４９，４９をそれぞれ被覆する筒状に形成され、これにより石英管７７の取付部７７ｃの幅が膨出部４１の幅より大幅に小さく形成される。上記以外は第３の実施の形態と同一に構成される。
このように構成されたシリコン融液対流制御装置では、石英管７７の取付部７７ｃを小型化できるので、熱遮蔽部材３９下面とシリコン融液１２表面との間を通過する不活性ガスが第３の実施の形態よりスムーズに流れる。上記以外の動作は第３の実施の形態の動作と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００３６】
図１７は本発明の第８の実施の形態を示す。図１７において図１１と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、第１及び第２ロッド５１，５２が膨出部４１を貫通して配設され、これにより石英管８７の受光被覆部８７ａの幅が膨出部４１の幅より大幅に小さく形成される。上記以外は第４の実施の形態と同一に構成される。
このように構成されたシリコン融液対流制御装置では、石英管８７の受光被覆部８７ａを小型化できるので、熱遮蔽部材３９下面とシリコン融液１２表面との間を通過する不活性ガスが第４の実施の形態よりスムーズに流れる。上記以外の動作は第４の実施の形態の動作と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、シリコン融液から引上げられるインゴットとシリコン融液との固液界面より下方のシリコン融液中でインゴット下面の中心に向って放熱する熱源を設けたので、この熱源から固液界面の中心に向って放熱しながら、シリコン融液からインゴットを引上げると、石英るつぼ中心のシリコン融液に上昇する対流が発生し、この対流により固液界面形状が上凸状になる。この結果、固液界面の中心がシリコン融液表面の延長面より上方に位置するため、固液界面の中心近傍の鉛直方向の温度勾配が大きくなり、固液界面の中心近傍の鉛直方向の温度勾配と、固液界面の周縁近傍の鉛直方向の温度勾配との差が小さくなる。従って、略全長にわたって無欠陥で高品質のシリコン単結晶のインゴットを比較的容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１実施形態のシリコン融液対流制御装置を含む図４のＡ部拡大断面図。
【図２】図１のＢ−Ｂ線断面図。
【図３】図１のＣ−Ｃ線断面図。
【図４】その制御装置を含むシリコン単結晶引上げ装置の縦断面図。
【図５】本発明の第２実施形態を示す図１に対応する断面図。
【図６】図５のＤ−Ｄ線断面図。
【図７】図５のＥ−Ｅ線断面図。
【図８】本発明の第３実施形態を示す図１に対応する断面図。
【図９】図８のＦ−Ｆ線断面図。
【図１０】図８のＧ−Ｇ線断面図。
【図１１】本発明の第４実施形態を示す図１に対応する断面図。
【図１２】図１１のＨ−Ｈ線断面図。
【図１３】図１１のＩ−Ｉ線断面図。
【図１４】本発明の第５実施形態を示す図１に対応する断面図。
【図１５】本発明の第６実施形態を示す図５に対応する断面図。
【図１６】本発明の第７実施形態を示す図８に対応する断面図。
【図１７】本発明の第８実施形態を示す図１１に対応する断面図。
【符号の説明】
１１　チャンバ
１２　シリコン融液
１３　石英るつぼ
１８　主ヒータ
２５　インゴット
２６　固液界面
３６　熱遮蔽部材
４３，６３，７３，８３　熱源
４４　補助ヒータ
４６，６６　熱伝導体
４７，６７，７７，８７　石英管
４８　熱源用断熱部材
４９　カーボン電極
６４　レーザ発生手段
７８　絶縁部材
８６　光伝導体
８８　光遮蔽部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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