(57)【要約】【課題】構造が簡単で輻射シールドの本来の機能を損なうことなく、単結晶シリコン中の結晶側径方向の温度分布を制御することができ、引上速度を速くしても高品質な単結晶を製造できるシリコン単結晶引上装置を提供する。【解決手段】本シリコン単結晶引上装置は、チョクラルスキー法による単結晶の引上げに用いられる輻射シールドの内側に、高反射率部材からなり断面が凹状でリング形状の反射板が取付けられる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、このチャンバ内に設けられ原料シリコンが収納される石英ガラスルツボと、この石英ガラスルツボを周囲から加熱するヒータと、前記石英ガラスルツボの上方に設けられシリコン単結晶が貫通する開口が形成された輻射シールドと、この輻射シールドを貫通しシードチャックが取付けられた引上げ用ワイヤと、このワイヤを昇降させるワイヤ回転装置とを有し、前記輻射シールドの内側には、高反射率部材からなり断面が凹状でリング形状の反射板が取付けられたことを特徴とするシリコン単結晶引上装置。
【請求項２】
前記輻射シールドは、中空截頭円錐状のシールド主体と、このシールド主体から内方に延びるリング形状の水平部と、この水平部から上方にリング形状に立上がる立上部と、前記シールド主体から外方に延びたリング形状の取付部を有し、前記反射板が前記立上部に取付けられたことを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶引上装置。
【請求項３】
前記反射板は、前記輻射シールドの前記立上部に取付けられており、シールド主体と水平部と立上部の空間にリング状の断熱材を取付けたことを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン単結晶引上装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシリコン単結晶引上装置に係り、特に輻射シールドの構造を改良したシリコン単結晶引上装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に半導体デバイスの基板には主にシリコン単結晶が用いられているが、このシリコン単結晶は、多結晶シリコンからチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という。）により製造される。
【０００３】
図６に示すように、このＣＺ法は、単結晶引上装置２１内に設置した石英ガラスルツボ２２に原料であるポリシリコンを充填し、石英ガラスルツボ２２の外周に設けたヒータ２３によってポリシリコンを加熱溶解した上、シードチャックに取付けた種結晶を融液Ｍに浸漬し、シードチャックおよび石英ガラスルツボ２２を同方向または逆方向に回転させながらシードチャックを引上げて単結晶Ｉｇを成長させる方法である。
【０００４】
単結晶引上装置２１には、シリコン融液の上方に単結晶引上領域の周囲に輻射シールド２４が設置され、この輻射シールド２４は、下部開口部２４ｄの直径が上部開口部２４ｕの直径より小さい截頭円錐形状の筒体をなしている。輻射シールド２４は、単結晶シリコンの引上速度を向上させるために結晶中鉛直方向の温度勾配制御及び融液からの輻射熱を遮断する目的で用いている。
【０００５】
しかしながら、従来の輻射シールドにあっては、単結晶内の温度分布は引上速度が増すほど中心と外周で温度分布に差が生じる。すなわち、結晶中心部は温度が高く、結晶外周部は温度が低いという温度勾配が生じる。逆に単結晶の径方向の温度勾配を均一にしようとすれば、引上速度を抑えなければならず、この両者を損なわず向上させることは困難であった。また、従来の輻射シールドは、これを用いることにより引上速度が増し、ボイド形成温度帯となる１１００℃〜１０００℃の温度帯幅を短くして通過時間を短縮してきたが、引上速度がより速くなると単結晶の径方向の温度勾配が大きくなり、かつ単結晶の１１００℃〜１０００℃となる領域がより融液側ヘシフトするため通過時間の短縮が困難となる。
【０００６】
なお、特許文献１には、輻射シールドの下端及び上端にリング状の断熱材を設けて、中間部においてその断熱性能を低くするように構成した単結晶引上装置が提案されているが、この装置は単結晶シリコン中の温度分布を制御することにより、引上速度をより速くしても結晶側径方向の温度勾配の増加を抑制して、引上げ時間の短縮を可能とするものではない。
【０００７】
また、特許文献２には、下端にリング状の石英で被覆した金属反射部材を設けた輻射シールドを有する単結晶引上装置が提案されているが、この装置は温度を制御したい所定の部位に確実に輻射熱を反射させることができない。さらに、特許文献３には、輻射シールドの内側に冷却用部材を設けた単結晶引上装置が提案されているが、この装置は単結晶シリコン中の温度分布を制御することにより、引上速度をより速くしても結晶側径方向の温度勾配の増加を抑制して、引上げ時間の短縮を可能とするものではない。
【特許文献１】特開平９−２０２６８７号公報（段落［０００８］、［００１２］、図２）
【特許文献２】特開平１１−２３６２９４号公報（段落［００１８］、［００３１］、図１）
【特許文献３】特開２００１−２２０２８９号公報（段落［００３４］、図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、構造が簡単で輻射シールドの本来の機能を損なうことなく、単結晶シリコン中の結晶側径方向の温度分布を制御することができ、引上速度を速くしても高品質な単結晶を製造できるシリコン単結晶引上装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、チャンバと、このチャンバ内に設けられ原料シリコンが収納される石英ガラスルツボと、この石英ガラスルツボを周囲から加熱するヒータと、前記石英ガラスルツボの上方に設けられシリコン単結晶が貫通する開口が形成された輻射シールドと、この輻射シールドを貫通しシードチャックが取付けられた引上げ用ワイヤと、このワイヤを昇降させるワイヤ回転装置とを有し、前記輻射シールドの内側には、高反射率部材からなり断面が凹状でリング形状の反射板が取付けられたことを特徴とするシリコン単結晶引上装置が提供される。これにより、構造が簡単で輻射シールドの本来の機能を損なうことなく、単結晶シリコン中の温度分布を制御することができ、高品質な単結晶を製造できるシリコン単結晶引上装置が実現される。
【００１０】
好適な一例では、前記輻射シールドは、中空截頭円錐状のシールド主体と、このシールド主体から内方に延びるリング形状の水平部と、この水平部から上方にリング形状に立上がる立上部と、前記シールド主体から外方に延びたリング形状の取付部を有し、前記反射板が前記立上部に取付けられる。
【００１１】
また、他の好適な一例では、前記反射板は、前記輻射シールドの前記立上部に取付けられており、シールド主体と水平部と立上部の空間にリング状の断熱材を取付ける。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係るシリコン単結晶引上装置の一実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は本発明に係る単結晶引上装置の一実施形態の概念図である。
【００１４】
図１に示すように、本発明に係る単結晶引上装置１は、チャンバ２と、このチャンバ２内に設置され半導体原料が充填される石英ガラスルツボ３と、この石英ガラスルツボ３を保持する黒鉛ルツボ４と、この黒鉛ルツボ４を囲繞しこの石英ガラスルツボ３の半導体原料を加熱して融液Ｍにするヒータ５と、黒鉛ルツボ４に取付けられチャンバ２の底部６を貫通し、モータ（図示せず）に結合されて回転され、かつ昇降装置（図示せず）によって昇降されるルツボ回転軸７とを有している。
【００１５】
また、単結晶引上装置１には、単結晶引上げ用のシード８を保持するシードチャック９が取付けられた引上げ用ワイヤ１０が、石英ガラスルツボ３の上方に設けられており、引上げ用ワイヤ１０は、チャンバ２外に設けられいずれも図示しないモータにより駆動されワイヤ回転装置に巻取りあるいは解放自在に取付けられており、ワイヤ１０は上下に昇降可能になっている。
【００１６】
さらに、石英ガラスルツボ３の上方の引上領域を囲むように設置され不活性ガスＧの流れを整流し、単結晶Ｉｇが貫通する開口部１１ａ１が設けられた輻射シールド１１を有しており、さらに、チャンバ２の上方には、不活性ガス供給口１２が設けられており、チャンバ２の底部６には不活性ガス排出口１３が設けられている。
【００１７】
図２に示すように、上記輻射シールド１１は、熱伝導性が小さく断熱性に優れた黒鉛基材からなり、その表面はクリーンな雰囲気を保つように炭化珪素で被覆されており、上記開口部１１ａ１が設けられ単結晶Ｉｇを囲うように配置された中空筒状、例えば中空截頭円錐状のシールド主体１１ａと、このシールド主体１１ａから内方に延びるリング形状の水平部１１ｂと、この水平部１１ｂから単結晶に沿って上方にリング形状に立上る立上部１１ｃと、シールド主体１１ａから外方に延びリング形状の取付部１１ｄとを有している。
【００１８】
輻射シールド１１には、その下部近傍内側、すなわち水平部１１ｂに近接した上方には反射板１３が設けられており、図３に示すように、この反射板１３は高反射率部材からなり、断面が所定の曲率を有する曲面の凹状でリング形状例えば無底ボウル形状をなしている。
【００１９】
反射板１３には例えば６個の取付部材１３ａが設けられており、図２及び図４に示すように、この取付部材１３ａを立上部１１ｃに嵌込むことにより、反射板１３は輻射シールド１１に着脱自在に取付けられ、この取付けにより、取付部材１３ａと立上部１１ｃ間には、不活性ガスの一部が通過するリング状の通気路１３ｂが形成され、不活性ガスが滞ることなく流れるようになっている。
【００２０】
輻射シールド１１は、上記のような構造を有しており、構造が簡単であり、既存の輻射シールドに取付けることにより、容易に単結晶シリコン中の温度分布を制御することができ、また、その着脱が容易であるので、清掃作業等も容易に行える。
【００２１】
次に本発明に係わる単結晶引上装置を用いた単結晶引上方法について説明する。
【００２２】
図１に示すように、原料のポリシリコンを石英ガラスルツボ３に充填し、不活性ガスＧをチャンバ２の上方の不活性ガス供給口１２からチャンバ２内に流入させ、ヒータ５を付勢して、石英ガラスルツボ３を加熱し、ルツボ回転用モータを付勢してこのモータに結合されたルツボ回転軸７により石英ガラスルツボ３を回転させる。
【００２３】
一定時間が経過した後、ワイヤ回転装置を回転させて引上げ用ワイヤ１０を降下させ、シードチャック９を降ろし、シード８をシリコン融液Ｍに接触させ、結晶を成長させ、単結晶Ｉｇを引上げる。
【００２４】
このようなシリコン単結晶引上工程において、チャンバ２の上方の不活性ガス供給口１２より供給された不活性ガスＧは、立上部１１ｃによって、よりよく整流されて反射板１３が取付けられた輻射シールド１１と単結晶Ｉｇの間を通り、水平部１１ｂの存在により、融液面から単結晶Ｉｇへの熱は遮断されるとともに、不活性ガスＧは融液Ｍの表面に到達する。融液Ｍの表面より蒸発する酸化物は、融液表面上を流れる不活性ガスＧにより捕獲される。酸化物を含んだ不活性ガスＧは、輻射シールド１１の外側と石英ガラスルツボ３の間を通過し、不活性ガス排出口１３からチャンバ２外部へと排出される。このように、輻射シールド１１は本来の機能を損なうことなく、その本来の機能を果たす。
【００２５】
また、上記シリコン単結晶引上工程において、図５に示すように、反射板１３の凹部曲面の曲率半径（反射板の焦点距離）はシリコン単結晶Ｉｇの温度を制御したい部位に反射板の焦点が合されているので、輻射シールド１１により、ヒータ５及び融液Ｍからシリコン単結晶Ｉｇに加えられる輻射熱を遮断して、シリコン単結晶Ｉｇから発せられる輻射熱は断面凹状の反射板１３によってシリコン単結晶Ｉｇの温度制御したい部位に反射される。これにより、単結晶シリコン中の径方向の温度分布を制御することができ、さらに、反射板１３の存在は、シリコン単結晶Ｉｇから発せられる輻射熱を反射させて集中させるために、シリコン単結晶Ｉｇ外周を加熱させて温度制御させる一方で、その反射板１３の上万に存在する１１００℃〜１０００℃の温度領域をより上方にシフトすることができる。上方にシフトすると融液から離れるため、それだけ冷却効果が高くなり、結果、通過時間を低減させることができる。
【００２６】
また、シールド主体１１ａ、水平部１１ｂ、立上部１１ｃに囲まれた空間１１ｅに、断熱材を敷き詰めて、輻射シールド１１の断熱効果を向上させることがより好ましい。このように空間１１ｅに断熱材を敷き詰めることで、融液からの輻射熱をより遮断できるため、反射板１３の上方に存在する１１００℃〜１０００℃の温度領域通過時間をより低減することができる。
【００２７】
上記本シリコン単結晶引上装置は、従来の輻射シールドの内側に凹状でリング形状の反射板を設けることで、単結晶シリコン中の結晶径方向の温度勾配を制御することができ、また、引上速度を速くしても高晶質な単結晶を製造することが可能になる。
【００２８】
なお、本発明のシリコン単結晶引上装置は上記実施例に限定されず、例えば、輻射シールドに別個に取付け部を設けて、そこに係合させるように上記反射板を取り付けてもよい。
【００２９】
上述のように本実施形態のシリコン単結晶引上装置によれば、構造が簡単で輻射シールドの本来の機能を損なうことなく、単結晶シリコン中の径方向の温度分布を制御することができ、引上速度を速くしても高品質な単結晶を製造できる。
【実施例】
【００３０】
図１に示すような本発明のシリコン単結晶引上装置を用い、表１に示すような条件でシリコン単結晶の引上げを行った。次に、引上げたシリコン単結晶インゴットをスライス、ラッピング、エッチング、ポリッシングを行ない、厚さ７２５μｍの片面ミラーウェーハを作製し、そのミラー面のＬＳＴＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  Ｄｅｆｅｃｔ）密度を、ウェーハ中心とウェーハ外周部（測定点４、外周部ベベル部５ｍｍ）で調べた（実施例１）。
【００３１】
次に、本発明のシリコン単結晶引上装置のうち、輻射シールドの空間（図１中符号１１ｅ）に円形の断熱材を敷き詰めた状態で反射板を立上部に嵌込み、実施例１と同様の条件にてシリコン単結晶を引上げ、同様の方法にてＬＳＴＤの評価を行った（実施例２）。
【００３２】
また、比較例１として、図１に示す反射板を設置しない状態でシリコン単結晶の引上げを行ない、実施例１と同様の条件で評価を行った。
【表１】
2005272245.tif 000003
【００３３】
【表２】
2005272245.tif 000004
【００３４】
表２からもわかるように、実施例１においては、比較例１に比べて、ＬＳＴＤ密度が減少していると共に、中心部と外周部の差も低減しており面内均一性が良化しているのが確認できた。また、実施例２では、断熱材を設けることで、実施例１よりもＬＳＴＤ密度の低減効果が得られることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る単結晶引上装置の一実施形態の概念図。
【図２】本発明に係る単結晶引上装置に用いられる輻射シールド及び反射板の一部を示す概念図。
【図３】本発明に係る単結晶引上装置に用いられる反射板の斜視図。
【図４】本発明に係る単結晶引上装置に用いられる反射板の取外し状態を示す断面図。
【図５】本発明に係る単結晶引上装置の一実施形態の使用状態を示す概念図。
【図６】従来の単結晶引上装置の概念図。
【符号の説明】
【００３６】
１  単結晶引上装置
２  チャンバ
３  石英ガラスルツボ
４  黒鉛ルツボ
５  ヒータ
１０  引上げ用ワイヤ
１１  輻射シールド
１１ａ  シールド主体
１１ｂ  水平部
１１ｃ  立上部
１１ｄ  取付部
１１ｅ  空間
１３  反射板
１３ａ  取付部材
１３ｂ  通気路
【図１】
2005272245.tif 000005
【図２】
2005272245.tif 000006
【図３】
2005272245.tif 000007
【図４】
2005272245.tif 000008
【図５】
2005272245.tif 000009
【図６】
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