(57)【要約】【課題】工程時間を短くし、コストを減らし、単結晶シリコン中の炭素濃度を安定して低くする。【解決手段】熱遮蔽体８を、その上端がＣＺ炉２の内壁に接触する位置Ａに位置させる。これによりアルゴンガス７がＣＯガス１２とともに、熱遮蔽体８の外側から熱遮蔽体８の上端、内側を介して融液５に向かう流れ、つまり熱遮蔽体８の回りを上下方向に回流する流れは形成されない。すなわちアルゴンガス７は整流され、ＣＺ炉２内で生成されたＣＯガス１２をのせて、ＣＺ炉２の上方から熱遮蔽体８の下方、ヒータ９と黒鉛るつぼ３ｂとの間を介してＣＺ炉２の下方より効率よく排気される。熱遮蔽体８およびこれを昇降させる機構は、ＣＺ炉２に既存のものを利用することができる。【選択図】  図４
2004256323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方よりキャリアガスが供給され下方より排気される単結晶引上げ用チャンバと、前記単結晶引上げ用チャンバ内に設けられ、原料が供給されて原料を溶融するるつぼと、前記るつぼの上方に配置されキャリアガスを前記るつぼ内の融液表面に導く熱遮蔽体とが備えられ、前記るつぼ内の融液から単結晶を引き上げるようにした単結晶引上げ装置において、
前記熱遮蔽体を、昇降自在とし、
前記単結晶引上げ用チャンバ内で生成された炭素化合物ガスが、前記熱遮蔽体の外側から上端、内側を介して融液に向かう流れを形成せずに前記キャリアガスとともに当該チャンバの下方より排気される位置に、前記熱遮蔽体を位置決めすること
を特徴とする単結晶引上げ装置。
【請求項２】
上方よりキャリアガスが供給され下方より排気される単結晶引上げ用チャンバと、前記単結晶引上げ用チャンバ内に設けられ、原料が供給されて原料を溶融するるつぼと、前記るつぼの上方に配置されキャリアガスを前記るつぼ内の融液表面に導く熱遮蔽体とが備えられ、前記るつぼ内の融液から単結晶を引き上げるようにした単結晶引上げ装置において、
前記熱遮蔽体を、昇降自在とし、
引き上げられる単結晶内の炭素濃度が所定レベル以下になる位置に、前記熱遮蔽体を位置決めすること
を特徴とする単結晶引上げ装置。
【請求項３】
上方よりキャリアガスが供給され下方より排気される単結晶引上げ用チャンバと、前記単結晶引上げ用チャンバ内に設けられ、原料が供給されて原料を溶融するるつぼと、前記るつぼの上方に配置されキャリアガスを前記るつぼ内の融液表面に導く熱遮蔽体とが備えられ、前記るつぼ内の融液から単結晶を引き上げるようにした単結晶引上げ装置において、
前記熱遮蔽体を、昇降自在とするとともに、
前記るつぼを、昇降自在とし、
前記単結晶引上げ用チャンバ内で生成された炭素化合物ガスが、前記熱遮蔽体の外側から上端、内側を介して融液に向かう流れを形成せずに前記キャリアガスとともに当該チャンバの下方より排気される位置に、前記熱遮蔽体を位置決めするとともに、前記るつぼを位置決めすること
を特徴とする単結晶引上げ装置。
【請求項４】
上方よりキャリアガスが供給され下方より排気される単結晶引上げ用チャンバと、前記単結晶引上げ用チャンバ内に設けられ、原料が供給されて原料を溶融するるつぼと、前記るつぼの上方に配置されキャリアガスを前記るつぼ内の融液表面に導く熱遮蔽体とが備えられ、前記るつぼ内の融液から単結晶を引き上げるようにした単結晶引上げ装置において、
前記熱遮蔽体を、昇降自在とするとともに、
前記るつぼを、昇降自在とし、
引き上げられる単結晶内の炭素濃度が所定レベル以下になる位置に、前記熱遮蔽体を位置決めするとともに、前記るつぼを位置決めすること
を特徴とする単結晶引上げ装置。
【請求項５】
前記位置決めの制御に加えて、前記キャリアガスの流量を制御すること
を特徴とする請求項１〜４記載の単結晶引上げ装置。
【請求項６】
前記単結晶引上げ用チャンバには、開閉自在なゲートバルブが設けられており、
少なくとも前記ゲートバルブが閉じられている間中は、前記位置決めがなされていること
を特徴とする請求項１〜４記載の単結晶引上げ装置。
【請求項７】
前記熱遮蔽体の上端が前記単結晶引上げ用チャンバの内壁に接触するか近接する位置に当該熱遮蔽体を位置決めすること
を特徴とする請求項１〜４記載の単結晶引上げ装置。
【請求項８】
石英るつぼの外側に黒鉛るつぼが設けられるともに、前記黒鉛るつぼの周囲にヒータが設けられており、
前記熱遮蔽体の上端が前記単結晶引上げ用チャンバの内壁に接触するか近接する位置に当該熱遮蔽体を位置決めするとともに、
前記ヒータの上端に対して前記黒鉛るつぼの上端が下方に位置するように当該黒鉛るつぼを位置決めすること
を特徴とする請求項３または４記載の単結晶引上げ装置。
【請求項９】
単結晶引上げ用チャンバ内のるつぼに原料を供給し溶融する溶融工程と、前記るつぼ内の融液から単結晶を引き上げる引上げ工程とを含む単結晶の製造方法において、
前記溶融工程では、
前記単結晶引上げ用チャンバ内で生成された炭素化合物ガスが、熱遮蔽体の外側から上端、内側を介して融液に向かう流れを形成せずにキャリアガスとともに当該チャンバの下方より排気できる位置まで、前記熱遮蔽体を上昇させ、
前記引上げ工程では、
引き上げられる単結晶を、前記るつぼ内の融液で発生する輻射熱から遮蔽できる位置まで、前記熱遮蔽体を下降させること
を特徴とする単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＺ法（チョクラルスキー法）を用いて単結晶シリコンなどの単結晶半導体を引き上げる単結晶引上げ装置および単結晶を引上げることによって単結晶を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１に示すように、単結晶引上げ用チャンバ２つまりＣＺ炉内には石英るつぼ３ａが設けられている。石英るつぼ３ａの外側には黒鉛るつぼ３ｂが設けられている。石英るつぼ３ａ内で多結晶シリコン（Ｓｉ）が加熱され溶融される。融液温度が安定化すると、種結晶が融液５に浸漬され引上げ機構によって石英るつぼ３ａ内のシリコン融液５から単結晶シリコンが引き上げられる。
【０００３】
石英るつぼ３ａ内に多結晶シリコンの原料を追加供給して溶解することで、石英るつぼ１個当たりで製造される単結晶シリコンの量を増やすことができ、製造コストを低減させることができる。
【０００４】
単結晶シリコン引上げで、素材による原価低減を考えた場合、つぎの原料供給方法がとられる。
【０００５】
１）リチャージ
この方法は、単結晶シリコンのインゴットを１本引き上げる毎に、石英るつぼ３ａ内に多結晶シリコン原料を追加供給するというものである。追加供給後に単結晶シリコンの引上げを繰り返す。この方法によれば単結晶シリコンのインゴットを取り出す毎にＣＺ炉２を外気に開放して清掃することはないので、ＣＺ炉内の石英るつぼ３ａが、シリコン融液の固化の際の膨脹により破損することはない。
【０００６】
このため石英るつぼ３ａの耐久性が向上し１個の石英るつぼ３ａで２〜３本の単結晶シリコンを製造することができ、製造コストが低減する。
【０００７】
２）追いチャージ
この方法は、石英るつぼ３ａ内に多結晶シリコン原料を供給して加熱、溶融し完全に溶かした後に更に多結晶シリコン原料（あるいは溶融した多結晶シリコン）を追加供給するというものである。追いチャージでは、単結晶シリコン引上げの前に予め原料を追加供給する。
【０００８】
ところが多結晶シリコン原料を溶融している工程で、炭素が融液５に取り込まれ、引き上げられる単結晶シリコン中の炭素濃度が増加するという問題が従来より指摘されている。単結晶シリコン中の炭素濃度が高濃度になると、結晶欠陥の原因となり、それによって製造される半導体デバイスの電気的特性に悪影響を与える。
【０００９】
炭素は、元々多結晶シリコン原料に含まれているものや、ＣＺ炉２を構成する材料、石英るつぼ３ａから直接融液５に溶解することで融液５内に取り込まれる以外に、石英るつぼ３ａと黒鉛るつぼ３ｂとの反応によって生じた炭素化合物ガスあるいは炉内の水分とカーボン部品との反応によって生じた炭素化合物ガスが融液５に接触することで炭素が融液５内に取り込まれると考えられている。ここで炭素化合物ガスは主にＣＯガス（一酸化炭素ガス）であると考えられている。
【００１０】
単結晶シリコン中の炭素濃度は、ヒータ９のパワー、石英るつぼ３ａ、黒鉛るつぼ３ｂの位置、工程の時間によって影響を受けるが、特にリチャージや追いチャージによって炉体を解放する機会が増すにつれて大気中の水分を巻き込む量が増え、炭素濃度が高くなる傾向がある。
【００１１】
さらにリチャージや追いチャージを行う際にはゲートバルブ１１が閉じられＣＺ炉２内のガスの流れが変化して、ＣＯガスが融液５に接触し炭素が融液５に取り込まれ易くなる。
【００１２】
図５はゲートバルブ１１が閉じられた状態のＣＺ炉２内のガスの流れを示している。アルゴンガス７の一部は、ＣＺ炉２内で生成されたＣＯガス１２とともに、ＣＺ炉２の上方から熱遮蔽体８の下方、ヒータ９と黒鉛るつぼ３ｂとの間およびヒータ９と保温筒１３との間を介してＣＺ炉２の下方より排気されるが、アルゴンガス７の一部は、ＣＯガス１２とともに、熱遮蔽体８の外側から熱遮蔽体８の上端、内側を介して融液５に向かう流れを形成する。このためＣＯガス１２が融液５に接触し炭素が融液５に取り込まれる易くなる。
【００１３】
そこで炭素が融液５に取り込まれることを回避するために、従来よりつぎの方法がとられている。
【００１４】
【従来技術１】
従来より、ＣＺ炉２の大気解放後のアルゴンガス７による置換回数を増やして、大気解放によって生じた水分をＣＺ炉２の外に効率的に排気する技術が試みられている。
【００１５】
【従来技術２】
下記特許文献１、２には、熱遮蔽体８の上方にパージチューブを設けてアルゴンガス７の流量を増やして、ＣＯガス１２を融液５に向かわせることなく効率的に排気する技術が記載されている。
【００１６】
【従来技術３】
下記特許文献３には、黒鉛るつぼ３ｂの外側にガスを整流して通過させる通路と、この通路に上方よりアルゴンガスを供給する供給口を設けて、ＣＺ炉２内のガス流れの乱流や滞留を防止してＣＯガス１２を効率的に排気する技術が記載されている。
【００１７】
【従来技術４】
従来より、石英るつぼ３ａに初期装填した多結晶シリコン原料を一度溶解させた後、融液５の表面付近を固化するか、あるいは初期装填した多結晶シリコン原料の一部が溶け残った状態で、その上に追いチャージにより原料を追加供給することで、融液５とＣＯガス１２とが直接接触することを防止する技術が試みられている。
【００１８】
【特許文献１】
特開昭５４−１１９３７５号公報
【特許文献２】
特開平２−１７２８８４号公報
【特許文献３】
特開平９−２０２６８６号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記従来技術１によれば、アルゴンガス７の置換回数を増やすことによって工程時間が長くなるとともにアルゴンガス７の使用量が増加しコストが上がってしまうという問題が発生する。
【００１９】
また上記従来技術２によれば、パージチューブやこれを取り付けるための部品を用意しなければならないため部品点数が増加しコストが上がってしまうという問題が発生する。
【００２０】
また上記従来技術３によれば、ＣＺ炉２にガスを整流して通過させる通路と、この通路専用のガス供給口を設ける必要があることから、ＣＺ炉２に大きな改造を加える必要があるとともに部品点数が増加しコストが上がってしまうという問題が発生する。
【００２１】
また上記従来技術４によれば、融液５の表面が固化した状態を安定して確実に形成することは難しい。このため融液５の表面の状態次第で炭素が融液５に取り込まれる量が変化し、単結晶シリコン中の炭素濃度がばらつき安定した品質を維持できないという問題が発生する。
【００２２】
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、工程時間を短くでき、コストを減らすことができ、単結晶シリコン中の炭素濃度を安定して低くできるようにすることを解決課題とするものである。
【００２３】
【課題を解決するための手段および効果】
そこで、第１発明は、
上方よりキャリアガスが供給され下方より排気される単結晶引上げ用チャンバと、前記単結晶引上げ用チャンバ内に設けられ、原料が供給されて原料を溶融するるつぼと、前記るつぼの上方に配置されキャリアガスを前記るつぼ内の融液表面に導く熱遮蔽体とが備えられ、前記るつぼ内の融液から単結晶を引き上げるようにした単結晶引上げ装置において、
前記熱遮蔽体を、昇降自在とし、
前記単結晶引上げ用チャンバ内で生成された炭素化合物ガスが、前記熱遮蔽体の外側から上端、内側を介して融液に向かう流れを形成せずに前記キャリアガスとともに当該チャンバの下方より排気される位置に、前記熱遮蔽体を位置決めすること
を特徴とする。
【００２４】
第２発明は、
上方よりキャリアガスが供給され下方より排気される単結晶引上げ用チャンバと、前記単結晶引上げ用チャンバ内に設けられ、原料が供給されて原料を溶融するるつぼと、前記るつぼの上方に配置されキャリアガスを前記るつぼ内の融液表面に導く熱遮蔽体とが備えられ、前記るつぼ内の融液から単結晶を引き上げるようにした単結晶引上げ装置において、
前記熱遮蔽体を、昇降自在とし、
引き上げられる単結晶内の炭素濃度が所定レベル以下になる位置に、前記熱遮蔽体を位置決めすること
を特徴とする。
【００２５】
第３発明は、
上方よりキャリアガスが供給され下方より排気される単結晶引上げ用チャンバと、前記単結晶引上げ用チャンバ内に設けられ、原料が供給されて原料を溶融するるつぼと、前記るつぼの上方に配置されキャリアガスを前記るつぼ内の融液表面に導く熱遮蔽体とが備えられ、前記るつぼ内の融液から単結晶を引き上げるようにした単結晶引上げ装置において、
前記熱遮蔽体を、昇降自在とするとともに、
前記るつぼを、昇降自在とし、
前記単結晶引上げ用チャンバ内で生成された炭素化合物ガスが、前記熱遮蔽体の外側から上端、内側を介して融液に向かう流れを形成せずに前記キャリアガスとともに当該チャンバの下方より排気される位置に、前記熱遮蔽体を位置決めするとともに、前記るつぼを位置決めすること
を特徴とする。
【００２６】
第４発明は、
上方よりキャリアガスが供給され下方より排気される単結晶引上げ用チャンバと、前記単結晶引上げ用チャンバ内に設けられ、原料が供給されて原料を溶融するるつぼと、前記るつぼの上方に配置されキャリアガスを前記るつぼ内の融液表面に導く熱遮蔽体とが備えられ、前記るつぼ内の融液から単結晶を引き上げるようにした単結晶引上げ装置において、
前記熱遮蔽体を、昇降自在とするとともに、
前記るつぼを、昇降自在とし、
引き上げられる単結晶内の炭素濃度が所定レベル以下になる位置に、前記熱遮蔽体を位置決めするとともに、前記るつぼを位置決めすること
を特徴とする。
【００２７】
第５発明は、第１発明〜第４発明において、
前記位置決めの制御に加えて、前記キャリアガスの流量を制御すること
を特徴とする。
【００２８】
第６発明は、第１発明〜第４発明において、
前記単結晶引上げ用チャンバには、開閉自在なゲートバルブが設けられており、
少なくとも前記ゲートバルブが閉じられている間中は、前記位置決めがなされていること
を特徴とする。
【００２９】
第７発明は、第１発明〜第４発明において、
前記熱遮蔽体の上端が前記単結晶引上げ用チャンバの内壁に接触するか近接する位置に当該熱遮蔽体を位置決めすること
を特徴とする。
【００３０】
第８発明は、第３発明または第４発明において、
石英るつぼの外側に黒鉛るつぼが設けられるともに、前記黒鉛るつぼの周囲にヒータが設けられており、
前記熱遮蔽体の上端が前記単結晶引上げ用チャンバの内壁に接触するか近接する位置に当該熱遮蔽体を位置決めするとともに、
前記ヒータの上端に対して前記黒鉛るつぼの上端が下方に位置するように当該黒鉛るつぼを位置決めすること
を特徴とする。
【００３１】
第９発明は、
単結晶引上げ用チャンバ内のるつぼに原料を供給し溶融する溶融工程と、前記るつぼ内の融液から単結晶を引き上げる引上げ工程とを含む単結晶の製造方法において、
前記溶融工程では、
前記単結晶引上げ用チャンバ内で生成された炭素化合物ガスが、熱遮蔽体の外側から上端、内側を介して融液に向かう流れを形成せずにキャリアガスとともに当該チャンバの下方より排気できる位置まで、前記熱遮蔽体を上昇させ、
前記引上げ工程では、
引き上げられる単結晶を、前記るつぼ内の融液で発生する輻射熱から遮蔽できる位置まで、前記熱遮蔽体を下降させること
を特徴とする。
【００３２】
第１発明〜第９発明によれば、図４に示すように熱遮蔽体８を、その上端がＣＺ炉２の内壁に接触する位置Ａに位置させる。これによりアルゴンガス７がＣＯガス１２とともに、熱遮蔽体８の外側から熱遮蔽体８の上端、内側を介して融液５に向かう流れ、つまり熱遮蔽体８の回りを上下方向に回流する流れは形成されない。すなわちアルゴンガス７は整流され、ＣＺ炉２内で生成されたＣＯガス１２をのせて、ＣＺ炉２の上方から熱遮蔽体８の下方、ヒータ９と黒鉛るつぼ３ｂとの間およびヒータ９と保温筒１３との間を介してＣＺ炉２の下方より効率よく排気される。このようにアルゴンガス７が整流されることによって、ＣＺ炉２の上部に漂うＣＯガス１２のみならず石英るつぼ３ａと黒鉛るつぼ３ｂとの反応で発生したＣＯガス１２も下方に向かって効率よく排気されるため、溶解中に融液５に取り込まれる炭素の量が図５の場合と比較して格段に減少する。なおアルゴンガス７の整流作用によってガスが効率的に排気されるため、ＣＺ炉２内のシリコンアモルファス等の不純物も炉外に効率よく排出され、炉内の汚染を従来よりも低減できるという副次的な効果も得られる。
【００３３】
また熱遮蔽体８をＣＺ炉２の内壁に接触させた位置Ａに位置させているので、ガス流によって熱遮蔽体８が揺動することが抑制され、安定したガスの流れが形成される。
【００３４】
また本発明によれば、単結晶引上げ装置１に既存の熱遮蔽体８を利用し、その位置決めを行うだけで、ＣＯガス１２が融液５に取り込まれないアルゴンガス７の流れを安定して形成することができ、ＣＯガス１２を効率よく炉外に排出することができる。このため従来技術と比較して、工程時間を短くでき、コストを減らすことができ、単結晶シリコン中の炭素濃度を安定して低くすることができる。
【００３５】
また本発明としては、熱遮蔽体８をＣＺ炉２の内壁に接触する位置Ａまで上昇させているが、必ずしも完全に内壁に接触させる必要はなく、図４と同様なガスの流れが実現できるのであれば、熱遮蔽体８の上端とＣＺ炉２の内壁とが近接（０〜３０ｍｍ程度）した状態になっていたとしてもよい。
【００３６】
また炭素濃度を定めるパラメータには、熱遮蔽体８の位置以外にるつぼ位置Ｃ／Ｐがあり、るつぼ位置Ｃ／Ｐを変化させることで、炭素濃度を制御することができる。図９の水準▲４▼に示すように（熱遮蔽体８の位置がＡ、るつぼ位置Ｃ／Ｐが−１００ｍｍ）、るつぼ位置Ｃ／Ｐをマイナス、つまり黒鉛るつぼ３ｂの上端をヒータ９の上端よりも下方に位置させることで、単結晶シリコン中の炭素濃度を更に低くすることができる。
【００３７】
また炭素濃度を定めるパラメータには、熱遮蔽体８の位置以外にアルゴンガス７の流量があり、アルゴンガス７の流量を変化させることで、炭素濃度を制御することができる。アルゴンガス７の流量を増加させることで、単結晶シリコン中の炭素濃度を更に低下させることができる。
【００３８】
または本発明は、溶融工程のうちゲートバルブ１１が閉じられた状態のときに、図４ないしは図９（水準▲４▼）ないしは図６（水準▲１▼）で示される位置に、熱遮蔽体８、るつぼ３ａ、３ｂを位置決めすることが望ましいが、溶融工程のうちゲートバルブ１１が閉じられていない状態のときに、図４ないしは図９（水準▲４▼）ないしは図６（水準▲１▼）で示される位置に、熱遮蔽体８、るつぼ３ａ、３ｂを位置決めしてもよい。さらに溶融工程以外の工程で、同様に位置決めを行うようにしてもよい。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して実施形態の装置について説明する。
【００４０】
図１は実施形態の構成を側面からみた図である。
【００４１】
同図１に示すように、実施形態の単結晶引上げ装置１は、単結晶引上げ用チャンバとしてのＣＺ炉２を備えている。
【００４２】
ＣＺ炉２内には、多結晶シリコンの原料を溶融して融液５として収容する石英るつぼ３ａが設けられている。石英るつぼ３ａの外側は黒鉛るつぼ３ｂによって覆われている。黒鉛るつぼ３ｂの外側にあって側方には、石英るつぼ３ａ内の多結晶シリコン原料を加熱して溶融するヒータ９が設けられている。
【００４３】
ヒータ９とＣＺ炉２の内壁との間には、保温筒１３が設けられている。
【００４４】
石英るつぼ３ａの上方には図示しない引上げ機構が設けられている。溶融が安定化すると、この引上げ機構により種結晶が融液５に浸漬されて融液５から単結晶シリコンのインゴットが引き上げられる。
【００４５】
ＣＺ炉２の上方には、ゲートバルブ１１が取り付けられている。ゲートバルブ１１が閉じられることにより炉２内と外気が遮断され炉２内を真空（たとえば２０Ｔｏｒｒ程度）に維持することができる。
【００４６】
単結晶引上げのプロセス（１バッチ）の間で、ＣＺ炉２内には種々の蒸発物が発生する。そこでＣＺ炉２にはキャリアガスとしてアルゴンガス７が上方より供給され図示しない下方の排気口からポンプによって排気される。これにより炉２内は所定の低圧に減圧されるとともに炉２内の不純物がアルゴンガス７とともに排気され炉２内がクリーンに保たれる。アルゴンガス７の供給流量は１バッチ中の各工程毎に設定される。
【００４７】
石英るつぼ３ａの容量には限りがあることから、引き上げられる単結晶シリコンの重量に応じて、あるいは引上げ回数に応じて、石英るつぼ３ａ内に追いチャージやリチャージによって多結晶シリコン原料が追加供給される。石英るつぼ３ａ内に多結晶シリコン原料を追加供給することで、石英るつぼ１個当たりで製造される単結晶シリコンの量を増やすことができ、製造コストを低減させることができる。
【００４８】
黒鉛るつぼ３ｂの底には回転軸１０が固定されている。単結晶シリコンが引き上げられる際に、石英るつぼ３ａは黒鉛るつぼ３ｂとともに回転軸１０によって所定の回転速度で回転する。
【００４９】
また回転軸１０は鉛直方向に昇降自在であり、石英るつぼ３ａを黒鉛るつぼ３ｂとともに上下動させて任意の位置に移動させることができる。ここでヒータ９の上端に対する黒鉛るつぼ３ｂの上端の相対距離を、るつぼ位置Ｃ／Ｐと定義する。るつぼ位置Ｃ／Ｐの極性は、ヒータ９の上端よりも黒鉛るつぼ３ｂの上端が上方に位置した場合をプラス（＋）とし、ヒータ９の上端よりも黒鉛るつぼ３ｂの上端が下方に位置した場合をマイナス（−）とする。
【００５０】
石英るつぼ３ａの上方にあって、引き上げられる単結晶シリコンの周囲には、略逆円錐台形状の熱遮蔽体（ガス整流筒）８が設けられている。熱遮蔽体８は、種結晶により成長される単結晶シリコンを、石英るつぼ３ａ、黒鉛るつぼ３ｂ、融液５、ヒータ９などの高温部で発生する輻射熱から断熱、遮蔽するために設けられている。また熱遮蔽体８は、引き上げられる単結晶シリコンに、炉内で発生した不純物（シリコンアモルファス）等が付着して、単結晶の育成を阻害することを防止する。熱遮蔽体８の下端と融液５の表面との間隙のギャップＨの大きさは、単結晶シリコンの成長条件Ｖ／Ｇ（Ｖ：成長速度、Ｇ：結晶の軸方向温度勾配）を制御する上で重要なパラメータである。そこでギャップＨの大きさを調整するために、熱遮蔽体８を昇降させる昇降機構が設けられている。この昇降機構により熱遮蔽体８はＣＺ炉２内で鉛直方向に昇降自在であり、熱遮蔽体８を上下動させて任意の位置に移動させることができる。
【００５１】
図２は熱遮蔽体８を斜視的に示す。同図２に示すように、熱遮蔽体８には、上面が平坦となるようにフレーム材として吊り部８ａが架け渡されている。この吊り部８ａは、たとえばＣ．Ｃ．Ｍ（カーボン・カーボンファイバ複合材料）で構成されている。
【００５２】
吊り部８ａには吊りケーブル１４が接続されており、吊りケーブル１４によって熱遮蔽体８が吊り下げられている。吊りケーブル１４は、たとえばタングステンで構成されている。
【００５３】
図３は熱遮蔽体８を昇降させる昇降機構を示している。
【００５４】
同図３に示すように吊りケーブル１４は巻上ドラム１６に巻かれている。巻上ドラム１６は駆動モータ１７が作動することによって回転される。駆動モータ１７は直流の電源２１より電気信号線２２を介して印加される電圧（たとえば１２Ｖ）によって作動する。電源２１と駆動モータ１７との間の電気信号線２２には電流制限抵抗２０が介在されており、駆動モータ１７に流れる電流が制限される。
【００５５】
熱遮蔽体８、吊りケーブル１４、巻上ドラム１６は電気信号線２２に電気的に接続されている。また電気信号線２２に印加されている電圧を検出する電圧検出器１８が設けられている。電圧検出器１８にはリレー１９が付設されており、このリレー１９は、電圧検出器１８で検出される電圧が、所定のしきい値（たとえば６Ｖ）以下になると、付勢されて、駆動モータ１７を停止させる。ＣＺ炉２は接地（アース）されている。
【００５６】
図１に示すように、熱遮蔽体８の外径は、保温筒１３の上端開口部に応じた大きさに形成されている。熱遮蔽体８が上昇しその端がＣＺ炉２の内壁に接触したときの位置をＡ、熱遮蔽体８が位置Ａよりも下降して、熱遮蔽体８の下部が保温筒１３の開口部に位置したときの位置をＢ、熱遮蔽体８が位置Ｂよりも更に下降して、熱遮蔽体８の上部が保温筒１３の開口部に位置したときの位置をＣとする。
【００５７】
熱遮蔽体８は、図４に示すように、ＣＺ炉２内に上方より供給されるアルゴンガス７を、融液５の表面の中央に導き、さらに融液５の表面を通過させて融液５の表面の周縁部に導く。そして、アルゴンガス７は、ＣＺ炉２内で生成されたＣＯガス１２、特にＣＺ炉２の上部に漂うＣＯガス１２や石英るつぼ３ａと黒鉛るつぼ３ｂが上端で接触する部分Ｄで生成されたＣＯガス１２を、そのアルゴンガス７の流れにのせて、ＣＺ炉２の下部に設けた排気口から排出させる。
【００５８】
また熱遮蔽体８によって融液５の液面上のガス流速が安定化し、融液５から蒸発する酸素を安定な状態に保つことができる。
【００５９】
つぎに上述した実施形態装置の動作について説明する。
【００６０】
ＣＺ法によるプロセスは概略すると、溶融、融液温度安定化、引上げ、冷却、取り出しの各工程からなる。リチャージによる方法ではこのプロセスが繰り返され複数本の単結晶シリコンが引き上げられ、１本単結晶シリコンが引き上げられる毎に、つぎの溶融工程で多結晶シリコン原料の追加供給が行われる。追いチャージによる方法では溶融工程で初期の多結晶シリコン原料を供給して初期の分が溶融した後に追加分の原料が供給される。リチャージや追いチャージが行われる際にはゲートバルブ１１が閉じられる。単結晶シリコンの製造のプロセス中、特に溶融工程でＣＯガス１２が融液５に取り込まれ易く、さらに溶融工程のうちゲートバルブ１１が閉じられた状態でＣＯガス１２が融液５に特に取り込まれ易いといわれている。
【００６１】
・溶融工程
リチャージや追いチャージの溶融工程ではゲートバルブ１１が閉じられる。そしてゲートバルブ１１が閉じられた状態では、熱遮蔽体８は図１に示す位置Ａまで上昇される。
【００６２】
すなわち図３の昇降機構において駆動モータ１７が作動し巻上ドラム１６が回転する。これにより吊りケーブル１４が上昇し熱遮蔽体８が上昇される。熱遮蔽体８が位置Ａに達すると熱遮蔽体８の上端がＣＺ炉２の内壁に接触する。このため熱遮蔽体８がアースされた状態となり、熱遮蔽体８、吊りケーブル１４、巻上ドラム１６を介して電気信号線２２が接地電位となる。このため電圧検出器１８で検出される電圧がしきい値以下となりリレー１９が付勢され、駆動モータ１７が停止する。このため熱遮蔽体８は、ＣＺ炉２の内壁に接触した位置Ａで丁度停止する。
【００６３】
なお熱遮蔽体８の吊り部８ａは、可撓性のあるＣ．Ｃ．Ｍで構成されているため、駆動モータ１７がオーバーランしたときに吊りケーブル１４の撓みを吸収することができる。
熱遮蔽体８が位置Ａに位置されたときのガスの流れは図４に示される。従来にあっては熱遮蔽体８は図５に示されるように位置Ｂに位置されていた。以下図５の対比において図４のガスの流れについて説明する。
【００６４】
図５に示すように、通常、溶融工程ではヒータ９からの熱吸収をよくするため、そしてＣＯガス１２の巻き込みを抑制するために、るつぼ位置Ｃ／Ｐを、引上げ工程の位置よりも高く保っている。一方、熱遮蔽体８は多結晶シリコン原料の熔解の熱効率を高める観点からはなるべく低い位置（Ｃ位置）に位置させる必要があるが、原料や融液５との接触を回避するために中間の位置Ｂに位置させるようにしている。この状態では、アルゴンガス７の一部は、ＣＺ炉２内で生成されたＣＯガス１２とともに、ＣＺ炉２の上方から熱遮蔽体８の下方、ヒータ９と黒鉛るつぼ３ｂとの間を介してＣＺ炉２の下方より排気されるものの、アルゴンガス７の一部は、ＣＯガス１２とともに、熱遮蔽体８の外側から熱遮蔽体８の上端、内側を介して融液５に向かう流れ、つまり熱遮蔽体８を上下方向に回流する流れを形成する。このためＣＯガス１２が融液５に接触し炭素が融液５に取り込まれる易くなる。
【００６５】
これに対して図４に示すように熱遮蔽体８を、その上端がＣＺ炉２の内壁に接触する位置Ａに位置させた場合には、アルゴンガス７がＣＯガス１２とともに、熱遮蔽体８の外側から熱遮蔽体８の上端、内側を介して融液５に向かう流れ、つまり熱遮蔽体８の回りを上下方向に回流する流れは形成されない。すなわちアルゴンガス７は整流され、ＣＺ炉２内で生成されたＣＯガス１２をのせて、ＣＺ炉２の上方から熱遮蔽体８の下方、ヒータ９と黒鉛るつぼ３ｂとの間およびヒータ９と保温筒１３との間を介してＣＺ炉２の下方より効率よく排気される。このようにアルゴンガス７が整流されることによって、ＣＺ炉２の上部に漂うＣＯガス１２のみならず石英るつぼ３ａと黒鉛るつぼ３ｂとの反応で発生したＣＯガス１２も下方に向かって効率よく排気されるため、溶解中に融液５に取り込まれる炭素の量が図５の場合と比較して格段に減少する。なおアルゴンガス７の整流作用によってガスが効率的に排気されるため、ＣＺ炉２内のシリコンアモルファス等の不純物も炉外に効率よく排出され、炉内の汚染を従来よりも低減できるという副次的な効果も得られる。
【００６６】
また本実施形態では、熱遮蔽体８をＣＺ炉２の内壁に接触させた位置Ａに位置させているので、ガス流によって熱遮蔽体８が揺動することが抑制され、安定したガスの流れが形成される。
【００６７】
・引上げ工程
引上げ工程では、種結晶が融液５に浸漬され種結晶を引き上げることで単結晶シリコンのインゴットが生成される。
【００６８】
引上げ工程では、熱遮蔽体８は、本来の機能を果たすことができる位置、つまり石英るつぼ３ａ内の融液５で発生する輻射熱から、引き上げられる単結晶シリコンを遮蔽できる位置に位置決めされる。溶融工程でＡ位置に位置されていた場合には、熱遮蔽体８は保温筒１３上に載置されるまで下降される。
【００６９】
以上のように本実施形態によれば、単結晶引上げ装置１に既存の熱遮蔽体８を利用し、その位置決めを行うだけで、ＣＯガス１２が融液５に取り込まれないアルゴンガス７の流れを安定して形成することができ、ＣＯガス１２を効率よく炉外に排出することができる。このため従来技術と比較して、工程時間を短くでき、コストを減らすことができ、単結晶シリコン中の炭素濃度を安定して低くすることができる。
【００７０】
上述した説明では、熱遮蔽体８をＣＺ炉２の内壁に接触する位置Ａまで上昇させているが、必ずしも完全に接触させる必要はなく、図４と同様なガスの流れが実現できるのであれば、熱遮蔽体８の上端とＣＺ炉２の内壁との距離が０〜３０ｍｍ程度に近接した距離になっていたとしてもよい。
【００７１】
また上述した説明では、るつぼ位置Ｃ／Ｐが通常（従来）の溶融工程と同じ位置（図５と同じ位置）であるものとして説明したが、回転軸１０を下降させて、るつぼ位置Ｃ／Ｐを通常（従来）の溶融工程よりも低い位置まで下降させて、更に単結晶シリコン中の炭素濃度を低下させてもよい。
【００７２】
また上述した説明では、アルゴンガス７の流量については言及しなかったが、アルゴンガス７の流量を通常（従来）の溶融工程で設定される流量よりも増加させることで、更に単結晶シリコン中の炭素濃度を低下させてもよい。
【００７３】
図１３は、熱遮蔽体８が位置Ａに位置されている状態で、るつぼ位置Ｃ／Ｐ（ｍｍ）、アルゴンガス７の流量（Ｌ／ｍｉｎ）を変化させたときの単結晶シリコン中の炭素濃度（Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を示した表である。るつぼ位置Ｃ／Ｐを−７０（ｍｍ）まで下げ、アルゴンガス７の流量を１２０（Ｌ／ｍｉｎ）まで増加させたときに最も炭素濃度が減っている（０．０７Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）のがわかる。
【００７４】
つぎに熱遮蔽体８の位置、るつぼ位置Ｃ／Ｐと、ガスの流れ、炭素濃度との関係について図６〜図１１を参照して説明する。図１２は図６〜図１１の各水準▲１▼〜▲６▼に対応させて熱遮蔽体８の位置、るつぼ位置Ｃ／Ｐ、炭素濃度の低い順位（（１）〜（６））を表で示している。図１２に示すように、図９の水準▲４▼→図６の水準▲１▼→図１１の水準▲６▼→図８の水準▲３▼→図１０の水準▲５▼→図７の水準▲２▼の順番に単結晶シリコン中の炭素濃度が高くなった。以下炭素濃度が低い順にガスの流れと炭素濃度との関係について説明する。
【００７５】
図９は、熱遮蔽体８が位置Ａに位置決めされ、るつぼ位置Ｃ／Ｐが−１００（ｍｍ）に位置決めされた水準▲４▼のガスの流れを示している。同図９に示すように、水準▲４▼では、アルゴンガス７がＣＯガス１２とともに、熱遮蔽体８の外側から熱遮蔽体８の上端、内側を介して融液５に向かう流れ、つまり熱遮蔽体８の回りを上下方向に回流する流れは形成されていない。すなわちアルゴンガス７は整流化されている。図９の水準▲４▼は全ての水準の中で最もガス流れが層流化しており、石英るつぼ３ａ内で内側に巻き込む渦も形成されていない。このため水準▲４▼は全ての水準の中で最も炭素濃度が低くなっている（炭素濃度順位（１））。
【００７６】
図６は、熱遮蔽体８が位置Ａに位置決めされ、るつぼ位置Ｃ／Ｐが２３（ｍｍ）に位置決めされた水準▲１▼のガスの流れを示している。同図６に示すように、水準▲１▼では、アルゴンガス７がＣＯガス１２とともに、熱遮蔽体８の外側から熱遮蔽体８の上端、内側を介して融液５に向かう流れ、つまり熱遮蔽体８の回りを上下方向に回流する流れは形成されていない。すなわちアルゴンガス７は整流化されている。しかし図６の水準▲１▼は図９の水準▲４▼と比較して石英るつぼ３ａ内で内側に巻き込む渦が形成されている。このため図９の水準▲４▼よりも炭素濃度の低減の効果が低くなっている（炭素濃度順位（２））。
【００７７】
図１１は、熱遮蔽体８が位置Ｃに位置決めされ、るつぼ位置Ｃ／Ｐが−１００（ｍｍ）に位置決めされた水準▲６▼のガスの流れを示している。同様に図８は、熱遮蔽体８が位置Ｃに位置決めされ、るつぼ位置Ｃ／Ｐが２３（ｍｍ）に位置決めされた水準▲３▼のガスの流れを示している。
【００７８】
これら図１１、図８に示すように、水準▲６▼、▲３▼では、アルゴンガス７がＣＯガス１２とともに、熱遮蔽体８の外側から熱遮蔽体８の上端、内側を介して融液５に向かう流れ、つまり熱遮蔽体８の回りを上下方向に回流する流れは形成されていない。すなわちアルゴンガス７は整流化されている。ガスの流れとしては層流的であるといえるが、融液５の上方からガスが舞い上がり熱遮蔽体８の内側をとおり熱遮蔽体８の上方に逆流するガスの流れが形成されているため、水準▲４▼、▲１▼よりも炭素濃度の低減の効果が低くなっている（水準▲６▼は炭素濃度順位（３）、水準▲３▼は炭素濃度順位（４））。なお、熱遮蔽体８がＣ位置に位置決めされると、熱遮蔽体８が揺れることにより、熱遮蔽体８の上部が保温筒１３の開口部と接触し、炭素のパーティクルが発生するおそれがある。このため炭素の発生要因を少なくするためにも熱遮蔽体８をＣ位置に位置決めするのは望ましくない。
【００７９】
図１０は、熱遮蔽体８が位置Ｂに位置決めされ、るつぼ位置Ｃ／Ｐが−１００（ｍｍ）に位置決めされた水準▲５▼のガスの流れを示している。同様に図７は、熱遮蔽体８が位置Ｂに位置決めされ、るつぼ位置Ｃ／Ｐが２３（ｍｍ）に位置決めされた水準▲２▼のガスの流れを示している。
【００８０】
これら図１０、図７に示すように、水準▲５▼、▲２▼では、アルゴンガス７がＣＯガス１２とともに、熱遮蔽体８の外側から熱遮蔽体８の上端、内側を介して融液５に向かう流れ、つまり熱遮蔽体８の回りを上下方向に回流する流れが形成されている。すなわちアルゴンガス７は整流化されていない。このためＣＯガス１２が融液５に取り込まれやすく、炭素濃度が高くなっている（水準▲５▼は炭素濃度順位（５）、水準▲２▼は炭素濃度順位（６））。
【００８１】
なお上記各水準▲１▼〜▲６▼それぞれについてアルゴンガス７を流量を８０（Ｌ／ｍｉｎ）から１００（Ｌ／ｍｉｎ）に増加させたところ、流量を増加させた場合の方が各水準で炭素濃度が低くなるという結果を得た。
【００８２】
以上のことから、単結晶シリコン６中の炭素濃度に影響を与えるパラメータには、熱遮蔽体８の位置、るつぼ位置Ｃ／Ｐ、アルゴンガス７の流量があり、図９（水準▲４▼）に示すように、熱遮蔽体８の位置をＣＺ炉２の内壁に接触する位置ＡかＣＺ炉２の内壁に近接させた位置に位置させ、かつるつぼ位置Ｃ／Ｐをマイナスの位置つまり黒鉛るつぼ３ｂの上端がヒータ９の上端よりも下方にある位置に位置させ、更にアルゴンガス７の流量を増加させることで、炭素濃度を最も低下させることができることがわかった。ただし重要なパラメータは、熱遮蔽体８の位置であり、図９（水準▲４▼）、図６（水準▲１▼）に示すように、るつぼ位置Ｃ／Ｐに関係なく、熱遮蔽体８の位置をＣＺ炉２の内壁に接触する位置ＡかＣＺ炉２の内壁に近接させた位置に位置させることで、炭素濃度を低下させることができることがわかった。
【００８３】
なお上述した説明では、溶融工程のうちゲートバルブ１１が閉じられた状態のときに、図４ないしは図９（水準▲４▼）ないしは図６（水準▲１▼）で示される位置に、熱遮蔽体８、るつぼ３ａ、３ｂが位置決めされる場合を想定したが、溶融工程のうちゲートバルブ１１が閉じられていない状態のときに、図４ないしは図９（水準▲４▼）ないしは図６（水準▲１▼）で示される位置に、熱遮蔽体８、るつぼ３ａ、３ｂを位置決めしてもよい。さらに溶融工程以外の工程で、同様に位置決めを行うようにしてもよい。
【００８４】
また本実施形態では単結晶シリコンを引き上げる場合を想定しているが、引き上げられる単結晶はシリコン以外の半導体であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は実施形態の装置構成を示す側面図である。
【図２】図２は熱遮蔽体の斜視図である。
【図３】図３は熱遮蔽体を昇降させる機構を示す図である。
【図４】図４は実施形態のガスの流れを示す図である。
【図５】図５は従来のガスの流れを示す図である。
【図６】図６は水準▲１▼の位置決めがなされたときのガスの流れを示す図である。
【図７】図７は水準▲２▼の位置決めがなされたときのガスの流れを示す図である。
【図８】図８は水準▲３▼の位置決めがなされたときのガスの流れを示す図である。
【図９】図９は水準▲４▼の位置決めがなされたときのガスの流れを示す図である。
【図１０】図１０は水準▲５▼の位置決めがなされたときのガスの流れを示す図である。
【図１１】図１１は水準▲６▼の位置決めがなされたときのガスの流れを示す図である。
【図１２】図１２は図６〜図１１の各水準▲１▼〜▲６▼に対応させて、熱遮蔽体の位置、るつぼ位置と炭素濃度の低い順位（（１）〜（６））を示した表である。
【図１３】図１３はガス流量とるつぼ位置と炭素濃度との関係を示した表である。
【符号の説明】
１  単結晶引上げ装置
２  単結晶引上げ用チャンバ（ＣＺ炉）
３ａ  石英るつぼ
３ｂ  黒鉛るつぼ
５    融液
７  アルゴンガス
９  ヒータ
１０  回転軸
１１  ゲートバルブ
１２  ＣＯガス
【図１】
2004256323.tif 000003
【図２】
2004256323.tif 000004
【図３】
2004256323.tif 000005
【図４】
2004256323.tif 000006
【図５】
2004256323.tif 000007
【図６】
2004256323.tif 000008
【図７】
2004256323.tif 000009
【図８】
2004256323.tif 000010
【図９】
2004256323.tif 000011
【図１０】
2004256323.tif 000012
【図１１】
2004256323.tif 000013
【図１２】
2004256323.tif 000014
【図１３】
2004256323.tif 000015