(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、ルツボを収納するメインチャンバーと、該メインチャンバーの上部に連接され、成長した単結晶が引き上げられて収容されるプルチャンバーとを有する単結晶引上げ装置であって、少なくとも、前記プルチャンバー内の上方にリング状のガス供給パイプが水平配置され、該ガス供給パイプには複数のガス吹き出し孔が均等間隔で設けられており、該ガス吹き出し孔は、前記ガス供給パイプの垂下位置から外側の水平位置の間に形成されており、前記ガス吹き出し孔から前記プルチャンバー内壁にガスが直接あたるように吹き出されるものであり、
前記ガス供給パイプのリングの内径ｄｒが、前記プルチャンバーの内径ｄｐに対して、０．４６ｄｐ≦ｄｒ≦０．８０ｄｐであり、
前記ガス吹き出し孔が、前記ガス供給パイプの垂下位置から外側の水平方向に１０°≦θ≦６０°の角度位置に形成されていることを特徴とする単結晶引上げ装置。
【請求項２】
前記ガス吹き出し孔の直径が、８．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の単結晶引上げ装置。
【請求項３】
前記ガス供給パイプに、前記ガス吹き出し孔が均等間隔で６個以上設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の単結晶引上げ装置。
【請求項４】
前記ガスの流量が、３００Ｌ／ｍｉｎ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の単結晶引上げ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョクラルスキー法（ＣＺ法）によりたとえばシリコン単結晶を製造するための単結晶引き上げ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路素子の高集積化とそれに伴う微細化の進展は目覚しく、素子製造の歩留まり向上のためにウェーハ口径の大型化と高品質シリコンウェーハへの強い要求がある。更に、ウェーハを効率良く製造し、高品質なウェーハを安価に提供する技術にも注目が集まっている。
【０００３】
通常、シリコン単結晶の製造は石英ルツボ内の融液から単結晶を成長させつつ引上げるＣＺ法により行われており、その単結晶製造工程では、不活性ガスを単結晶引き上げ装置内に供給している。また、単結晶製造中にはシリコン酸化物が発生し、単結晶引き上げ装置の内壁に該シリコン酸化物が付着する。小口径結晶の引き上げの際には、図４に示すように、プルチャンバーの上部の供給口４１（１箇所）から不活性ガスを供給していた。
【０００４】
しかし、結晶径が大きくなると共に、使用するガス量も多くなり、１箇所からの供給では、炉内でのガス流速分布が不均一になり、結晶成長中に結晶を引上げるワイヤーが振れることがあった。結果、精密な引き上げ速度の制御が必要な無欠陥シリコンと呼ばれる高品質なウェーハの生産性が悪くなる問題があった。
【０００５】
このような問題に対して、特許文献１では、複数のガス吹き出し口を設け、引き上げ中の単結晶に、その軸と直角方向に複数のガス吹き出し口から同時に不活性ガスをワイヤーに向って吹き付けてワイヤーの振れを減衰する技術が開示されているが、このような技術でもワイヤーの振れは発生してしまい、ワイヤーの振れの発生防止には不十分であった。
【０００６】
また、結晶が径大化すると共に、結晶を格納するプルチャンバーの内径が大きくなるため、熱に起因する対流により、シリコン酸化物蒸気がプルチャンバーに進入し、プルチャンバー壁に付着する量が多くなった。その酸化物が何らかの原因で炉内へ落下し、結晶の成長を妨げることが問題となった。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６１−１１１９９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、ワイヤー振れの発生を防止し、プルチャンバー内壁に堆積するシリコン酸化物を減少させるように不活性ガスを供給することができる単結晶引き上げ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に、本発明は、少なくとも、ルツボを収納するメインチャンバーと、該メインチャンバーの上部に連接され、成長した単結晶が引き上げられて収容されるプルチャンバーとを有する単結晶引上げ装置であって、少なくとも、前記プルチャンバー内の上方にリング状のガス供給パイプが水平配置され、該ガス供給パイプには複数のガス吹き出し孔が均等間隔で設けられており、該ガス吹き出し孔は、前記ガス供給パイプの垂下位置から外側の水平位置の間に形成されており、前記ガス吹き出し孔から前記プルチャンバー内壁にガスが直接あたるように吹き出されるものであることを特徴とする単結晶引上げ装置を提供する。
【００１０】
このように、リング状のガス供給パイプの均等間隔に設けられた複数のガス吹き出し孔からガスを吹き出すことで、単結晶引き上げ装置内へのガス流量を大きくした場合でも、プルチャンバー下方に向かってガスが均等に流れ、プルチャンバー内でのガス流速分布がプルチャンバーの中心軸に対し軸対称になり、ワイヤーが振れるのを防止することができる。
【００１１】
また、ガスがプルチャンバー内壁に向って吹き出され、プルチャンバーの内壁に直接ガスがあたってプルチャンバー内壁に沿うようにガスが流れるため、プルチャンバー内壁に付着するシリコン酸化物を減らし、堆積したシリコン酸化物が落下することを防止することができる。このように、ワイヤー振れとプルチャンバー内壁へのシリコン酸化物の堆積の両方を防止することができるため、結晶の育成が阻害されることが無く、高精度で引き上げ速度の制御が必要な高品質のシリコン単結晶を効率的に製造することができる。
【００１２】
このとき、前記ガス供給パイプのリングの内径ｄｒが、前記プルチャンバーの内径ｄｐに対して、０．４６ｄｐ≦ｄｒ≦０．８０ｄｐであることが好ましい。
このように、ガス供給パイプのリングの内径が上記範囲ならば、ガス吹き出し孔から吹き出されるガスが確実にプルチャンバー内壁にあたり、内壁に沿って流れやすいため、シリコン酸化物のプルチャンバー内壁への付着を阻害し堆積するシリコン酸化物の量を大幅に減らすことができ、またガスの流速分布がプルチャンバーの中心軸に対し軸対称になりやすく、ワイヤー振れを防止することができる。
【００１３】
このとき、前記ガス吹き出し孔が、前記ガス供給パイプの垂下位置から外側の水平方向に１０°≦θ≦６０°の角度位置に形成されていることが好ましい。
上記のような角度位置にガス吹き出し孔があれば、ガス吹き出し孔から吹き出されるガスがプルチャンバー内壁にあたり、内壁に沿ってガスが流れやすいため、プルチャンバー内のガス流速分布をより確実にプルチャンバーの中心軸に対し軸対称にすることができ、シリコン酸化物の堆積量も効果的に減らすことができる。また、ワイヤーにガスが直接吹きかけられることがないので、ワイヤー振れの防止もより確実となる。
【００１４】
また、前記ガス吹き出し孔の直径が、８．０ｍｍ以下であることが好ましい。
このように、ガス吹き出し孔の直径が８．０ｍｍ以下であれば、ガスが吹き出される時の流速が大きくなり、より確実にプルチャンバー内壁にガスがあたり、さらにプルチャンバーの下方に到達するまで内壁に沿ってガスが流れるため、プルチャンバーの内壁全面についてシリコン酸化物の堆積を減らすことができる。
【００１５】
また、前記ガス供給パイプに、前記ガス吹き出し孔が均等間隔で６個以上設けられていることが好ましい。
このように、ガス供給パイプにガス吹き出し孔を６個以上均等間隔で設けることによって、プルチャンバー内壁に沿ってガスが流れる際に内壁のほぼ全面を流れ、これによりプルチャンバー内壁に付着するシリコン酸化物を大幅に減らし、さらにはプルチャンバー内のガス流速分布をより均一にすることができるためワイヤー振れも防止することができる。
【００１６】
また、前記ガスの流量を、３００Ｌ／ｍｉｎ以下とすることができる。
このように、本発明の単結晶引き上げ装置であれば、直径の大きな単結晶を引き上げる際に３００Ｌ／ｍｉｎとガスの流量を多くしてもワイヤー振れを防止することができるため、プルチャンバー内壁にシリコン酸化物が堆積しないガスの流量を適宜選択することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明の単結晶引き上げ装置であれば、リング状のガス供給パイプに均等間隔で設けられた複数のガス吹き出し孔からガスをプルチャンバー内壁に直接あたるように吹き出されるため、吹き出されたガスがプルチャンバーの内壁に沿って流れる。これにより、プルチャンバーに入り込んだシリコン酸化物の蒸気がプルチャンバー内壁に付着して堆積する量を減らすことができ、さらには、ガスがリング状のガス供給パイプから均等間隔で吹き出されるため、プルチャンバー内のガス流速分布をプルチャンバーの中心軸に対し軸対称にして、ワイヤー振れを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
シリコン単結晶を引き上げる際に生じるワイヤー振れや、プルチャンバー内壁に堆積したシリコン酸化物の落下によって、結晶の成長を妨げることが問題となっていた。特に、高精度の引き上げ速度の制御が必要な、無欠陥結晶の育成では、引き上げ速度の制御が困難となり、生産性も低くなるため問題である。
そこで、本発明者らは、プルチャンバー内の上方にリング状のガス供給パイプを水平配置し、プルチャンバー内壁へ直接あたるようにガスを吹き出すことができるガス吹き出し孔を均等間隔でガス供給パイプに形成することで、吹き出されるガスがプルチャンバー内壁に沿って流れるため内壁に付着するシリコン酸化物を減らすことができ、かつプルチャンバー内のガス流速分布をプルチャンバーの中心軸に対し軸対称にすることができるため、ワイヤー振れも防止することができることを見出し、本発明を完成させた。
【００１９】
以下、本発明の単結晶引き上げ装置について、実施態様の一例として、図１、２、３を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は本発明の単結晶引き上げ装置の一例を示す概略図である。図２は本発明の単結晶引き上げ装置に配置することができるガス供給パイプの一例を示す概略図である。図３は本発明のガス吹き出し孔が形成される角度を説明するための説明図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明の単結晶引き上げ装置は、原料融液を収容するルツボ１６、２３、原料を加熱、融解するためのヒータ１８などがメインチャンバー１２内に格納され、メインチャンバー１２上に連接されたプルチャンバー１１の上部には、育成された単結晶１４を引上げる引上げ機構（不図示）が設けられている。
【００２１】
プルチャンバー１１の上部に取り付けられた引上げ機構からは引上げワイヤー２０が巻き出されており、その先端には、種結晶２１を取り付けるための種ホルダ２２が接続され、種ホルダ２２の先に取り付けられた種結晶２１を原料融液に浸漬し、引上げワイヤー２０を引上げ機構（不図示）によって巻き取ることで種結晶２１の下方に単結晶１４を形成する。
【００２２】
なお、上記ルツボ１６、２３は、内側の原料融液を直接収容する石英ルツボ１６と、外側の該石英ルツボを支持するための黒鉛ルツボ２３とから構成されている。ルツボ１６、２３は、単結晶引き上げ装置の下部に取り付けられた回転駆動機構（不図示）によって回転昇降動自在なルツボ回転軸１７に支持されており、単結晶引き上げ装置中の融液面の変化によって結晶直径や結晶品質が変わることのないよう、融液面を一定位置に保つため、結晶と逆方向に回転させながら単結晶１４の引上げに応じて融液が減少した分だけルツボ１６、２３を上昇させている。
【００２３】
また、ルツボ１６、２３を取り囲むようにヒータ１８が配置されており、このヒータ１８の外側には、ヒータ１８からの熱がメインチャンバー１２に直接輻射されるのを防止するための断熱部材１９が周囲を取り囲むように設けられている。
なお、メインチャンバー１２及びプルチャンバー１１は、ステンレス等の耐熱性、熱伝導性に優れた金属により形成されており、冷却管（不図示）を通して水冷されている。
【００２４】
そして、単結晶１４を育成する際には、種ホルダ２２に取り付けられた種結晶２１を原料融液に浸漬した後、引上げ機構（不図示）により種結晶２１を所望の方向に回転させながら静かにワイヤー２０を巻き上げ、種結晶２１の先端部に単結晶１４を成長させているが、種結晶２１を原料融液に着液させた際に生じる転位を消滅させるため、一旦、成長初期の結晶を３〜５ｍｍ程度まで細く絞り、転位が抜けたところで径を所望の直径まで拡大して、目的とする品質の単結晶１４を成長させていく。あるいは、前記種絞りを行わず、先端が尖った種結晶２１を用いて、該種結晶２１を原料融液に静かに接触して所定径まで浸漬させてから引上げを行う無転位種付け法を適用して単結晶１４を育成することもできる。
【００２５】
また、炉内に発生したシリコン酸化物を炉外に排出する等を目的とし、プルチャンバー１１の上方からアルゴンガス等の不活性ガスが導入され、導入されたガスは整流筒１５の内側を通り、引上げ中の単結晶１４の近傍に整流され、原料融液表面を通過してルツボ１６、２３の上端縁の上方を通過し、ガス流出口２４から排出される。
ここまでは従来の単結晶引き上げ装置の構成と同様である。
【００２６】
本発明の単結晶引き上げ装置のプルチャンバー内の上方には、上記のアルゴン等の不活性ガス導入のための、リング状のガス供給パイプ１３が水平配置されており、複数のガス吹き出し孔２５がガス供給パイプ１３の垂下位置から外側の水平位置の間に形成され、ガス吹き出し孔２５からプルチャンバー１１内壁にガスが直接あたるように吹き出される。なお、このときの垂下位置から外側の水平位置の間に形成されるとは、図３（ｂ）に示すように、この間にガス吹き出し孔の中心が位置するように形成されることを意味する。
【００２７】
このようなガス供給パイプからガスを吹き出すことで、円筒状のプルチャンバーにリング状で均等間隔にガスが吹き出されるため、単結晶引き上げ装置内のガス流速分布が均一になり、また、プルチャンバー内壁にあたるようにガスを吹き出すため、内壁に沿ってガスが流れ、プルチャンバーの中心位置を通っているワイヤーの振れが起こるのを防止でき、さらにはシリコン酸化物がプルチャンバー内壁に付着して堆積する量も減らすことができる。
【００２８】
図１及び図２に示すような、ガス供給パイプ１３のリングの内径ｄｒとしては、プルチャンバー１１の内径ｄｐに対して０．４６ｄｐ≦ｄｒ≦０．８０ｄｐであることが好ましい。
このような範囲のガス供給パイプの内径であれば、プルチャンバー内壁により確実に直接あたるようにガスを吹き出すことができ、また、ガスがワイヤーに直接あたることもない。さらには、プルチャンバー内壁に沿ってガスが流れやすいため、シリコン酸化物のプルチャンバー内壁への堆積量をより減らし、シリコン酸化物の炉内への落下を防止できる。さらに、引き上げられた単結晶１４と干渉することもない。
【００２９】
また、このときのガス吹き出し孔２５が、ガス供給パイプ１３の垂下位置から外側の水平方向に１０°≦θ≦６０°の角度位置に形成されていることが好ましく、２０°≦θ≦３０°の角度位置に形成されていることがより好ましい。このような角度範囲でガス吹き出し孔が形成されていれば、プルチャンバー内壁に直接ガスがあたった後に、ガスが下方に内壁に沿って流れやすくシリコン酸化物の堆積量を減らすことと、単結晶引き上げ装置内のガス流速分布の均一化をより効果的に達成できる。
なお、このときのガス吹き出し孔の角度θは、図３（ａ）に示すようにガス供給パイプの垂下位置から外側への傾き角度であって、図３（ｂ）に示すように、垂下位置からガス吹き出し孔の中心位置までの傾きをθとする。
【００３０】
また、ガス吹き出し孔２５の直径が８．０ｍｍ以下であることが好ましい。
このように、ガス吹き出し孔の直径が８．０ｍｍ以下であれば、吹き出されるガスの流速が大きくなり、プルチャンバー内壁にあたって、より確実に内壁に沿ってメインチャンバーまで到達するため、プルチャンバー内のガス流速をプルチャンバーの中心軸に対し軸対称とし、シリコン酸化物のプルチャンバー内壁への付着防止をより効果的に達成できる。
【００３１】
また、ガス供給パイプ１３にガス吹き出し孔２５が均等間隔で６個以上設けられていることが好ましい。
このように、ガス吹き出し孔が６個以上設けられていれば、プルチャンバー全体にガスをより均一に流すことができ、さらには、プルチャンバー内壁全面でシリコン酸化物の堆積量を減らすことができる。
【００３２】
また、このとき吹き出されるガスの流量を、３００Ｌ／ｍｉｎ以下とすることができる。
製造されるシリコン単結晶の径によって、単結晶引き上げ装置の大きさが異なるため、その大きさに合わせて吹き出されるガスの流量は適宜選択することができるが、３００Ｌ／ｍｉｎと多量のガスを供給する場合にも本発明の単結晶引き上げ装置であれば、プルチャンバー内の均一なガス流速によりワイヤー振れを防止することができるので、プルチャンバー内壁に堆積が生じない範囲でガス流量を適宜選択すればよい。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３４】
（実施例１−５、比較例１−３）
まず、直径２００ｍｍの結晶を引き上げるため、プルチャンバーの内径ｄｐを５００ｍｍとした。リングの内径ｄｒが４００ｍｍ（０．８０ｄｐ）であって、均等間隔に６個のガス吹き出し孔を直径７．５ｍｍで形成され、そのガス吹き出し孔の角度θ（図３参照）のみが各々異なるリング状ガス供給パイプを７個作製した。それぞれのガス吹き出し孔の角度θを表１に示す。そして、これらのガス供給パイプからアルゴンを２５０Ｌ／ｍｉｎの流量でプルチャンバー内に流しながら、無欠陥シリコン単結晶の引き上げをそれぞれ行った。また、比較例３として、図４に示すような従来の単結晶引き上げ装置の１つのガス供給口からアルゴンガスを２５０Ｌ／ｍｉｎの流量でプルチャンバー内に流しながら、同条件で無欠陥シリコン単結晶の引き上げを行った。これらの結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
0005239468.tif 000002
【００３６】
表１に示すように、ガス吹き出し孔がリングの中心方向（θ＝−５°）に位置していた比較例１では、ガスが直接ワイヤーにあってしまいワイヤー振れが発生し、さらにシリコン酸化物が堆積し落下してしまい、著しく結晶の生産性を落とした。比較例２では、ワイヤー振れは起きなかったがシリコン酸化物が落下し、比較例３では、ワイヤー振れとシリコン酸化物の落下の両方が発生し、著しく結晶の生産性を落とした。
一方、実施例１−５は、ワイヤー振れもシリコン酸化物の落下も発生せず結晶の乱れのない高品質のシリコン単結晶を効率良く安価に製造できた。
【００３７】
実施例１、２、４、５についてはシリコン酸化物の堆積は発生したが、堆積物の落下は発生しなかった。ここで、実施例１、５（θ＝５°、６５°）に比べ、実施例２、４（θ＝１５°、３５°）の場合がシリコン酸化物の堆積量は低減されており、さらに、実施例３（θ＝２５°）では、シリコン酸化物の堆積は目視ではほとんどみられなかった。
この結果より、吹き出し孔の角度θとしては、１０°≦θ≦６０°の角度位置に形成されていることが好ましく、２０°≦θ≦３０°の角度位置に形成されていることがより好ましいことがわかる。
【００３８】
（実施例６−８）
まず、直径２００ｍｍの結晶を引き上げるため、プルチャンバーの内径ｄｐを５００ｍｍとした。均等間隔に６個のガス吹き出し孔を直径７．５ｍｍで形成され、そのガス吹き出し孔の角度θ（図３参照）が２５°であるリング状ガス供給パイプを内径ｄｒのみをそれぞれ変えて３個作製した。それぞれのガス供給パイプの内径ｄｒを表２に示す。そして、これらのガス供給パイプからアルゴンを２５０Ｌ／ｍｉｎの流量でプルチャンバー内に流しながら、無欠陥シリコン単結晶の引き上げをそれぞれ行った。この結果を実施例３の結果と共に表２に示す。
【００３９】
【表２】
0005239468.tif 000003
【００４０】
実施例６では、内径ｄｒが小さくワイヤーにわずかにガスがあたるためか、わずかではあるがワイヤー振れが発生し、わずかではあるが結晶の生産性が落ちた。実施例６、８共にシリコン酸化物の堆積はあったが、落下は発生しなかった。実施例７、３はワイヤー振れもシリコン酸化物の堆積もほとんどみられず、結晶の乱れのない高品質のシリコン単結晶を効率良く安価に製造できた。
この結果より、ガス供給パイプのリングの内径ｄｒとしては、プルチャンバーの内径ｄｐに対して０．４６ｄｐ≦ｄｒ≦０．８０ｄｐであることが好ましいことがわかる。
【００４１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の単結晶引き上げ装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の単結晶引き上げ装置に用いることができるガス供給パイプの一例を示す概略図である。
【図３】本発明のガス供給パイプの吹き出し孔を説明するための説明図である。（ａ）（ｂ）本発明の単結晶引き上げ装置に用いることができるガス供給パイプを部分的に示す概略図である。
【図４】従来の単結晶引き上げ装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４３】
１１…プルチャンバー、  １２…メインチャンバー、  １３…ガス供給パイプ、
１４…単結晶、  １５…整流筒、  １６…石英ルツボ、  １７…ルツボ回転軸、
１８…ヒータ、  １９…断熱部材、  ２０…ワイヤー、  ２１…種結晶、
２２…種ホルダ、  ２３…黒鉛ルツボ、  ２４…ガス流出口、
２５…ガス吹き出し孔、  ４１…ガス供給口。
【図１】
0005239468.tif 000004
【図２】
0005239468.tif 000005
【図３】
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【図４】
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