(57)【要約】【課題】大口径化による石英ルツボの変形や座屈等の変形がなく有転位化を防止できるシリコン単結晶引上用ルツボを提供する。【解決手段】本シリコン単結晶引上用ルツボは、石英ルツボが内装される黒鉛ルツボのストレート部の内面は、下部から上部に向かって順次その口径が大きくなるように傾斜する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ルツボを黒鉛ルツボの内部に挿入した二重構造のシリコン単結晶引上用ルツボにおいて、前記黒鉛ルツボのストレート部の内面は、下部から上部に向かって順次その口径が大きくなるように傾斜することを特徴とするシリコン単結晶引上用ルツボ。
【請求項２】
前記黒鉛ルツボのストレート部の傾斜は、傾斜角度が８６．２°以上、８９．４°以下である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用ルツボ。
【請求項３】
前記黒鉛ルツボは、ストレート部の肉厚が下部から上部に行くに従い肉薄になる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用ルツボ。
【請求項４】
前記黒鉛ルツボは、ストレート部の肉厚が一定である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用ルツボ。
【請求項５】
前記石英ルツボのストレート部の傾斜は、傾斜角度が８６．２°以上、８９．８°以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のシリコン単結晶引上用ルツボ。
【請求項６】
前記石英ルツボのストレート部は下部から上部に向かって順次その口径が大きくなるように傾斜することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のシリコン単結晶引上用ルツボ。
【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用ルツボに係り、特に石英ルツボを黒鉛ルツボの内部に挿入してなり、その形状を改良した二重構造のシリコン単結晶引上用ルツボに関する。
【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及び図７に示すように、このＣＺ法は、単結晶引上装置２１内に、石英ルツボ２２を黒鉛ルツボ２３の内部に挿入した二重構造のシリコン単結晶引上用ルツボ２４を配置し、その石英ルツボ２２に原料ポリシリコンを充填し、石英ルツボ２２の外周に設けたヒーター２５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シリコン融液に浸漬し、シードチャックおよびシリコン単結晶引上用ルツボ２４を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を成長させる方法である。
【０００４】
このような単結晶の引上工程において、石英ルツボは軟化し、黒鉛ルツボの支えでその形状を維持する。そのため石英ルツボの変形に充分考慮したシリコン溶融手順が必要であった。さらに、近年シリコン単結晶の大口径化に伴い、シリコン原料投入量が増加し、石英ルツボも大型化、大重量化している。そのため、加熱に投入される熱量が増加し、ルツボ表面温度が高くなり、より軟化が進む過酷な状況となっている。また石英ルツボの大重量化は、石英ルツボ自身でその重量を支えることが困難となり、溶融や引上中に、今までには見られなかった図８に示す座屈が容易に発生するようになった。この座屈は輻射シールドとの接触や結晶品質異常の原因になり、問題であった。
【０００５】
また、石英ルツボが変形すると、小さな変形であってもその部分にＳｉＯが付着し易くなり、やがてＳｉＯ２が異物としてシリコン融液に落下し、結晶に付着して有転位化する問題もあった。
【０００６】
なお、石英ガラスルツボの上部周囲に傾斜部を形成した二重構造のシリコン単結晶引上用ルツボが提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平９−２４９４９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、大口径化による石英ルツボの変形や座屈等の変形がなく有転位化を防止できるシリコン単結晶引上用ルツボ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】
【０００８】
上述した目的を達成するため、本発明に係るシリコン単結晶引上用ルツボは、石英ルツボを黒鉛ルツボの内部に挿入した二重構造のシリコン単結晶引上用ルツボにおいて、前記黒鉛ルツボのストレート部の内面は、下部から上部に向かって順次その口径が大きくなるように傾斜することを特徴とする。
【０００９】
好適には、前記黒鉛ルツボのストレート部の傾斜は、傾斜角度が８６．２°以上、８９．４°以下である。
【００１０】
また、好適には、前記黒鉛ルツボは、ストレート部が下部から上部に行くに従い肉薄になる。
【００１１】
また、好適には、前記黒鉛ルツボは、ストレート部の肉厚が一定で傾斜を持つ。
【００１２】
また、前記石英ルツボのストレート部の傾斜は、傾斜角度が８６．２°以上、８９．８°以下である。
【００１３】
また、前記石英ルツボのストレート部は下部から上部に向かって順次その口径が大きくなるように傾斜する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るシリコン単結晶引上用ルツボによれば、大口径化による石英ルツボの変形や座屈等の変形がなく有転位化を防止できるシリコン単結晶引上用ルツボを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の第１実施形態に係るシリコン単結晶引上用ルツボについて添付図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は本発明に係るシリコン単結晶引上用ルツボの縦断面を示す概念図である。
【００１７】
図１に示すように、本発明に係るシリコン単結晶引上用ルツボ１は、外側の黒鉛ルツボ２の内部に内側の石英ルツボ３を挿入した二重構造になっている。
【００１８】
黒鉛ルツボ２は、黒鉛ルツボ２の断面円弧状の底部２ａから上方に延びるストレート部２ｂの内面２ｃが、下部から上部に向かって順次その口径が大きくなるように傾斜角度αで傾斜し、外面２ｄが同一外径を有する垂直状態になっている。
【００１９】
一方、石英ルツボ３は、底部３ａから上方に伸びるストレート部３ｂの内面３ｃが同一内径、外面３ｄが同一外径を有し垂直状態になっている。
【００２０】
傾斜角度αは８６．２°以上、８９．８°以下であるのが好ましい。
【００２１】
傾斜角度αを持たせることにより、図２に示すように、石英ルツボの自重による力Ｆが黒鉛ルツボの傾斜角度により、ＦｃｏｓβとＦｓｉｎβに分解される。これにより、分力Ｆｓｉｎβにより石英ルツボが黒鉛ルツボにより密着することになり、従来とは異なり、自重による変形、座屈を防止することができる。
【００２２】
αが８６．２°未満であると、シリコン原料の溶融中に原料が下がりにくくなり、棚が形成され易くなり、溶融に時間を要しよくない。８９．８°を超えると傾斜の効果が減じる。
【００２３】
上記のように本実施形態のシリコン単結晶引上用ルツボによれば、大口径化による石英ルツボの変形や座屈等の変形がなく有転位化を防止できるシリコン単結晶引上用ルツボが実現される。
【００２４】
次に本発明の第２実施形態に係るシリコン単結晶引上用ルツボについて説明する。
【００２５】
本第２実施形態は、第１実施形態が黒鉛ルツボのストレート部の内面が傾斜し、外面が垂直であるのに対して、黒鉛ルツボのストレート部の肉厚が一定で、内面、外面とも傾斜している。
【００２６】
例えば、図３に示すように、第２実施形態のシリコン単結晶引上用ルツボ１１は、外側の黒鉛ルツボ１２の内部に内側の石英ルツボ３を挿入した二重構造になっている。外側の黒鉛ルツボ１２は底部１２ａから延びるストレート部１２ｂの肉厚が一定であり、内面１２ｃと外面１２ｄ平行であり、両面１２ｃ、１２ｄは傾斜角度αで傾斜している。これにより、石英ルツボの変形や座屈等の変形をより確実に防止することができる。
【００２７】
なお、他の構成は図１に示すシリコン単結晶引上用ルツボと異ならないので、同一符号を付して説明は省略する。
【００２８】
また、本発明の第３実施形態に係るシリコン単結晶引上用ルツボについて説明する。
【００２９】
本第３実施形態は、第１実施形態が石英ルツボのストレート部が垂直であるのに対して、石英ルツボのストレート部が下部から上部に向かって順次その口径が大きくなるように傾斜している。
【００３０】
例えば、図４に示すように、第３実施形態のシリコン単結晶引上用ルツボ２１は、外側の黒鉛ルツボ２の内部に内側の石英ルツボ２３を挿入した二重構造になっている。
【００３１】
石英ルツボ２３の底部２３ａから延びるストレート部２３ｂは同一肉厚を有し、内面２３ｃと外面２３ｄが下部から上部に向かって順次その口径が大きくなるように傾斜角度βで傾斜して、傾斜角度βを傾斜角度αに合わせる。
【００３２】
傾斜角度βが８６．２°以上、８９．８°以下であるのが好ましい。
【００３３】
これにより、石英ルツボの変形や座屈等の変形をより確実に防止することができる。
【００３４】
また、本発明の第４実施形態に係るシリコン単結晶引上用ルツボについて説明する。
【００３５】
本第４実施形態は、第３実施形態が、石英ルツボのストレート部が傾斜し、黒鉛ルツボのストレート部の肉厚が一定で、内面、外面とも傾斜している。
【００３６】
例えば、図５に示すように、第４実施形態のシリコン単結晶引上用ルツボ３１は、外側の黒鉛ルツボ３２の内部に内側の石英ルツボ３３を挿入した二重構造になっている。
【００３７】
外側の黒鉛ルツボ３２は底部３２ａから延びるストレート部３２ｂの肉厚が一定であり、内面３２ｃと外面３２ｄは平行であり、両面３２ｃ、３２ｄは傾斜角度αで傾斜している。石英ルツボ３３の底部３３ａから延びるストレート部３３ｂは同一肉厚を有し、内面３３ｃと外面３３ｄが下部から上部に向かって順次その口径が大きくなるように傾斜角度βで傾斜して、傾斜角度βを傾斜角度αに合わせる。
【００３８】
これにより、石英ルツボの変形や座屈等の変形をより確実に防止することができる。
【実施例】
【００３９】
石英ルツボは３２インチ、結晶は１２インチを選び、傾斜角度βは８６．２°、８９．７°、８９．８°の石英ルツボとこれに合わせた傾斜角度αを有する黒鉛ルツボの組み合わせた図４に示すルツボ（実施例１〜３）と、図７に示し口径が一定となり傾きがない傾斜角度α、βが９０°のルツボ（従来例）を、図６に示す単結晶引上装置に組み込み、シリコン単結晶を引き上げ、図８に示すような石英ルツボの変形量Ｌと結晶の無転位化率を調べた。
【００４０】
結果を表１に示す。
【表１】
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【００４１】
表１からもわかるように、傾斜角度βが８６．２°の実施例１、８９．４°の実施例２共、石英ルツボの変形量は０ｃｍであり、無転位化率は９０％と高率であった。βが８９．８°の実施例３は、石英ルツボの変形量は２ｃｍであり、無転位化量は８０％と実施例１、２に次ぐ無転位化率であった。
【００４２】
これに対して、βが９０°の従来例は変形量が４ｃｍと大きく、無転位化率も５０％と低率であった。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るシリコン単結晶引上用ルツボの概念図。
【図２】本発明のシリコン単結晶引上用ルツボの石英ルツボに作用する力の説明図。
【図３】本発明の第２実施形態に係るシリコン単結晶引上用ルツボの概念図。
【図４】本発明の第３実施形態に係るシリコン単結晶引上用ルツボの概念図。
【図５】本発明の第４実施形態に係るシリコン単結晶引上用ルツボの概念図。
【図６】一般的な単結晶引上装置の概念図。
【図７】従来のシリコン単結晶引上用ルツボの概念図。
【図８】従来のシリコン単結晶引上用ルツボの変形状態を示す概念図。
【符号の説明】
【００４４】
１  シリコン単結晶引上用ルツボ
２  黒鉛ルツボ
２ｂ  ストレート部
２ｃ  内面
２ｄ  外面
３  石英ルツボ
３ｂ  ストレート部
３ｃ  内面
３ｄ  外面
【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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