(57)【要約】      （修正有）【課題】単結晶の引上速度を向上して結晶欠陥の発生を抑制し、且つ、結晶の有転位化を抑制できる単結晶引上装置の輻射シールドを提供する。【解決手段】円筒状の直胴部６ｂと、前記直胴部の下端から内側に湾曲し、下端部に開口を形成する下肩部６ｃとを有し、育成する単結晶Ｃの直径をΦcry（ｍｍ）とすると、前記下肩部における断熱部材６ｄの下端部開口の厚さ寸法ｔ1は、式（１）により規定され、前記直胴部における断熱部材の外側面を下方に延長した仮想線と、前記下肩部における断熱部材の下端部を含む水平面との交点から、水平面に対して４５°の傾斜線を前記下肩部に向けてひいたとき、その断熱部材に対する交点における断熱部材の厚さ寸法ｔ2は、式（２）により規定される。ｔ1＝０．１Φcry〜０．５Φcry・・・（１）ｔ2≦２ｔ1・・・（２）【選択図】図２
2012206862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
種結晶をルツボ内のシリコン溶融液に接触させ、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上装置において、引き上げられるシリコン単結晶を包囲するように前記ルツボ上方に配置されると共に、所定の厚さに形成された外筒部材と、前記外筒部材の内側に設けられた断熱部材とからなる輻射シールドであって、
円筒状の直胴部と、前記直胴部の下端から内側に湾曲し、下端部に開口を形成する下肩部とを有し、
育成する単結晶の直径をΦcry（ｍｍ）とすると、前記下肩部における断熱部材の下端部開口の厚さ寸法ｔ1は、式（１）により規定され、
前記直胴部における断熱部材の外側面を下方に延長した仮想線と、前記下肩部における断熱部材の下端部を含む水平面との交点から、水平面に対して４５°の傾斜線を前記下肩部に向けてひいたとき、その断熱部材に対する交点における断熱部材の厚さ寸法ｔ2は、式（２）により規定されることを特徴とする単結晶引上装置の輻射シールド。
［数１］
ｔ1＝０．１Φcry〜０．５Φcry  ・・・式（１）
ｔ2≦２ｔ1  ・・・式（２）
【請求項２】
前記断熱部材は、カーボン繊維からなるフェルト材によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載された単結晶引上装置の輻射シールド。
【請求項３】
前記下肩部における断熱部材は、その内側面が断面放物線状に形成され、外側面が断面円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された単結晶引上装置の輻射シールド。
【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（以下、「ＣＺ法」という）によって単結晶を育成しながら引き上げる単結晶引上装置が具備する輻射シールドに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン単結晶の育成に関し、ＣＺ法が広く用いられている。この方法は、図７に示すように、ヒータ５２の熱によりルツボ５０内にシリコンの溶融液Ｍを形成し、その表面に種結晶Ｐを接触させ、ルツボ５０を回転させるとともに、この種結晶Ｐを反対方向に回転させながら上方へ引上げることによって、種結晶Ｐの下端に単結晶Ｃを形成していくものである。
【０００３】
このＣＺ法を実施する単結晶引上装置においては、特許文献１に開示されるように、単結晶Ｃの引上領域を囲むように、ルツボの上方に輻射シールド５１が設けられる。この輻射シールド５１は、育成する単結晶Ｃの外周面への輻射熱を効果的に遮断するものであって、これにより引き上げ中の単結晶Ｃの凝固を促進し、単結晶Ｃを速やかに冷却することができる。
また、図示するように輻射シールド５１の内側に水冷体５３を配置した構成の場合には結晶からの抜熱効果が向上するため、引上速度を速くすることができる。
また、シールド内面に断熱材５４を設けることによって、輻射熱を効果的に遮蔽することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−５２９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、図７の構成にあっては、図８に輻射シールド５１の一部拡大図を示すように、シールド内側の断熱材５４は、結晶外周面からの熱を効率的に散発するために、シールド下端部開口における厚さ寸法ｔ1が薄く形成されている。
【０００６】
しかしながら、その場合、固液界面近傍の結晶外周面に対する熱遮蔽効果が不十分となるため、結晶外周近傍の熱流束（図７の溶融液Ｍ中に示す矢印、及び単結晶Ｃ中に示す矢印）が結晶中心部よりも非常に大きくなり、結晶外周近傍の溶融液内において、過冷却部Ｍ１が発生しやすいという課題があった。
また、特に、図示するように水冷体５３が配置され、更にルツボ側方からの横磁場印加がなされる構成にあっては、溶融液Ｍにおいて中央から外側に向かう離心流（図示せず）が発生するため、それにより図６に示すように結晶の周りに一層、過冷却部Ｍ１が形成されやすくなり、育成する単結晶が有転位化しやすいという課題があった。
【０００７】
一方、前記シールド開口部における断熱材５４の厚さ寸法ｔ1を厚く形成した場合には、結晶外周面からの熱が散発され難くなるため、結晶引上速度を速くすることができず、グローイン欠陥などの結晶欠陥が発生しやすくなるという別の課題があった。
【０００８】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、チョクラルスキー法によってルツボからシリコン単結晶を引上げる単結晶引上装置の輻射シールドであって、単結晶の引上速度を向上して結晶欠陥の発生を抑制し、且つ、結晶の有転位化を抑制できる単結晶引上装置の輻射シールド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】
前記課題を解決するためになされた、本発明に係る単結晶引上装置の輻射シールドは、種結晶をルツボ内のシリコン溶融液に接触させ、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上装置において、引き上げられるシリコン単結晶を包囲するように前記ルツボ上方に配置されると共に、所定の厚さに形成された外筒部材と、前記外筒部材の内側に設けられた断熱部材とからなる輻射シールドであって、円筒状の直胴部と、前記直胴部の下端から内側に湾曲し、下端部に開口を形成する下肩部とを有し、育成する単結晶の直径をΦcry（ｍｍ）とすると、前記下肩部における断熱部材の下端部開口の厚さ寸法ｔ1は、式（１）により規定され、前記直胴部における断熱部材の外側面を下方に延長した仮想線と、前記下肩部における断熱部材の下端部を含む水平面との交点から、水平面に対して４５°の傾斜線を前記下肩部に向けてひいたとき、その断熱部材に対する交点における断熱部材の厚さ寸法ｔ2は、式（２）により規定されることに特徴を有する。
［数１］
ｔ1＝０．１Φcry〜０．５Φcry  ・・・式（１）
ｔ2≦２ｔ1  ・・・式（２）
尚、前記断熱部材は、カーボン繊維からなるフェルト材によって形成されていることが望ましい。
また、前記下肩部における断熱部材は、その内側面が断面放物線状に形成され、外側面が断面円弧状に形成されていることが望ましい。
【００１０】
このように構成することにより、下肩部における断熱部材の下端部開口の厚さ寸法ｔ1が薄すぎることがなく、固液界面近傍の結晶外周面に対し充分に熱遮蔽することができ、結晶外周における熱流束を低減することができる。その結果、結晶外周近傍の溶融液における過冷却の発生を抑制し、結晶の有転位化を防止することができる。
また、下肩部における断熱部材の厚さ寸法ｔ2が適度に薄く形成されるため、輻射シールド内の水冷体を配置した場合に、水冷体を溶融液面に近づけることができ、結晶中心部を効果的に冷却することができる。
即ち、結晶の引上速度を向上できるため、欠陥析出温度帯の通過時間を短縮することができ、欠陥発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、チョクラルスキー法によってルツボからシリコン単結晶を引上げる単結晶引上装置の輻射シールドであって、単結晶の引上速度を向上して結晶欠陥の発生を抑制し、且つ、結晶の有転位化を抑制できる単結晶引上装置の輻射シールドを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明に係る輻射シールドが配置された単結晶引上装置の一部構成を示す断面図である。
【図２】図２は、図１の単結晶引上装置が具備する輻射シールドの一部拡大断面図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｆ）は、本発明に係る輻射シールドの変形例を示す一部拡大断面図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｄ）は、本発明に係る輻射シールドの変形例を示す一部拡大断面図である。
【図５】図５は、実施例１と比較例１の実験結果を示すグラフである。
【図６】図６は、磁場印加方向との交差角度θ（ｄｅｇ）を説明するために概略図である。
【図７】図７は、従来の輻射シールドが配置された単結晶引上装置の一部構成を示す断面図である。
【図８】図８は、図７の単結晶引上装置が具備する輻射シールドの一部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る単結晶引上装置の輻射シールドの実施形態について図面に基づき説明する。図１は本発明に係る輻射シールドが配置された単結晶引上装置の一部構成を示す断面図である。
この単結晶引上装置１は、炉体（図示せず）内に設けられたルツボ２と、ルツボ２に装填された半導体原料（原料ポリシリコン）Ｍを溶融するヒータ３と、育成される単結晶Ｃをワイヤ４で引上げる引上げ機構５とを有している。尚、ルツボ２は、二重構造であり、内側が石英ガラスルツボ、外側が黒鉛ルツボで構成されている。また、ワイヤ４の先端に種結晶Ｐが取り付けられている。
【００１４】
また、ルツボ２の上方且つ近傍には、本発明に係る輻射シールド６が設けられている。この輻射シールド６は、単結晶Ｃの周囲を包囲するよう上部と下部が開口形成され、育成中の単結晶Ｃに対するヒータ３や溶融液Ｍ等からの余計な輻射熱を遮蔽する。また、輻射シールド６は、所定の厚さに形成された外筒部材７が炉体（図示せず）に固定され、外筒部７の内側に断熱部材８が設けられることによって構成されている。
【００１５】
前記外筒部材７は、例えば高純度な黒鉛、或いは表面にＳｉＣがコーティングされた黒鉛により形成されている。また、前記断熱部材８は、例えばカーボン繊維からなるフェルト材によって形成されている。
尚、輻射シールド６下端と溶融液面との間の距離寸法（ギャップ）は、育成する単結晶の所望の特性に応じて所定の距離を維持するよう制御される。
【００１６】
前記輻射シールド６は、図２の一部拡大断面図に示すように、上端に形成され、炉体（図示せず）に固定されるフランジ部６ａと、フランジ部６ａの内周縁から下方に延びる円筒状の直胴部６ｂと、直胴部６ｂの下端から内側に湾曲し、下端部に開口を形成する下肩部６ｃとからなる。
下肩部６ｃにおける断熱部材８は、その内側面６ｄが、断面放物線状に形成され、外側面６ｅが、断面円弧状に形成されている。
また、育成する単結晶Ｃの直径をΦcry（ｍｍ）とすると、輻射シールド６の下端部開口における断熱部材８の厚さ寸法ｔ1は、式（１）で規定される。
【００１７】
［数２］
ｔ1＝０．１Φcry〜０．５Φcry  ・・・式（１）
また、直胴部６ｂにおける断熱部材８の外側面を下方に延長した仮想線と、下肩部６ｃにおける断熱部材８の下端の高さの水平面との交点Ｃから、水平面に対して４５°の傾斜線を下肩部６ｃに向けてひいたとき、断熱部材８に対する交点Ｄにおける断熱部材８の厚さ寸法ｔ２は、式（２）で規定される。この厚さ寸法ｔ２は前記交点Ｄを通る断熱部材８の内側面に垂直な垂線上の長さ寸法である。
【００１８】
［数３］
ｔ2≦２ｔ1  ・・・式（２）
また、輻射シールド６の下端開口の直径Φ１は、式（３）で規定される。
［数４］
Φcry＋５０ｍｍ≧Φ1≧Φcry  ・・・式（３）
また、輻射シールド６の直胴部内径Φ２は、式（４）で規定される。
［数５］
Φ2＝１．５Φcry〜３Φcry  ・・・式（４）
【００１９】
また、輻射シールド６の直胴部６ｂの内側であって、下肩部６ｃの上方には、円筒状の水冷体９が配備されている。この水冷体９には、冷却水供給手段（図示せず）によって冷却水が供給され、循環することによって所定温度が維持されるように構成されている。
【００２０】
前記のように構成された輻射シールド６によれば、下肩部６ｃの下端部開口における断熱部材８の厚さ寸法ｔ1が式（１）に従い規定されている。これにより、前記下端部開口の厚さ寸法ｔ1が薄すぎることがなく、結晶外周面に対し充分に熱遮蔽することができ、結晶外周における熱流束を低減することができる。その結果、結晶外周近傍の溶融液における過冷却の発生を抑制し、結晶の有転位化を防止することができる。
【００２１】
また、下肩部６ｃの厚さ寸法ｔ2が式（２）に従い規定され、これにより下肩部６ｃにおける断熱部材８の厚さ寸法が適度に薄く形成されるため、水冷体９を溶融液面に近づけることができ、結晶中心部を効果的に冷却することができる。
即ち、結晶の引上速度を向上し、欠陥析出温度帯の通過時間を短縮することができ、欠陥発生を抑制することができる。
【００２２】
尚、前記実施の形態においては、輻射シールド６の下肩部６ｃ（断熱部材８）の形状について、その内側面６ｄを、断面放物線状に形成し、外側面６ｅを、断面円弧状に形成したものを示した。
しかしながら、本発明に係る輻射シールド６は、それに限定されることなく、前記式（１）、及び式（２）を満足する形状であれば、前記した効果を得ることができる。
例えば、図３（ａ）〜図３（ｆ）、図４（ａ）〜図４（ｄ）に示す変形例のいずれかの形状であってもよい。
【実施例】
【００２３】
本発明に係る単結晶引上装置の輻射シールドについて、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施形態に示した輻射シールドを用いて単結晶引き上げを行った。
【００２４】
（実施例１）
実施例１では、結晶外周直下における溶融液の温度分布を測定した。具体的な条件としては、ルツボへの原料シリコンのチャージ量を３７０ｋｇ、育成する単結晶の直径を３００ｍｍ、結晶長さを１７００ｍｍ、磁場強度（磁束密度）を３０００ガウス、磁場位置を０ｍｍ、ルツボ下端と溶融液面とのギャップを２０ｍｍとした。
また、輻射シールドは、下端部開口における断熱部材の厚さ寸法ｔ1を５５ｍｍ、下肩部中央における断熱部材の厚さ寸法ｔ2を６０ｍｍに形成したものを用いた。
【００２５】
（比較例１）
比較例１では、前記実施例１の条件のうち、厚さ寸法ｔ1を２０ｍｍ、厚さ寸法ｔ2を１００ｍｍに形成したものを用いた。
図５に実施例１、並びに比較例１の結果をグラフとして示す。このグラフにおいて、横軸は、磁場印加方向との交差角度θ（ｄｅｇ）であり、縦軸は、溶融液温度（Ｋ）である。尚、磁場印加方向との交差角度θ（ｄｅｇ）とは、図６に示すように、ルツボ２の中心を通るシリコン溶融液Ｍの任意垂直断面とシリコン溶融液表面とが接する交線Ｌが磁場印加方向Ｂを０度として反時計方向になす角度である。
図５に示すように、比較例１では、磁場印加方向に拘わらず、シリコン融点を下回る（過冷却が生じやすい）結果となったが、本発明の構成であれば、溶融液温度がシリコン融点を殆ど下回ることが無く、過冷却が生じないことを確認した。
【００２６】
（実施例２）
実施例２では、実施例１の条件において、３００ｍｍの結晶長さ育成後における無転位化率を１０本の引上本数に基づき求めた。
（比較例２）
比較例２では、比較例２の条件において、３００ｍｍの結晶長さ形成後における無転位化率を１０本の引上本数に基づき求めた。
表１に、実施例２、並びに比較例２の結果（無転位化率）を示す。
【００２７】
【表１】
2012206862.tif 000003
表１に示すように、実施例２では、１０本中８本について無転位化を達成することができた。一方、比較例２では、１０本中１本のみを無転位のまま引き上げることが出来た。
【００２８】
（実施例３）
実施例３では、実施例１の条件において、結晶長さ５００ｍｍまで育成したときの単結晶引上速度と、結晶中のグローイン欠陥密度について測定した。
（比較例３）
比較例３では、比較例１の条件において、結晶長さ５００ｍｍまで育成したときの単結晶引上速度と、結晶中のグローイン欠陥密度について測定した。
【００２９】
表２に、実施例３、並びに比較例３の結果（引上速度、グローイン欠陥密度）を示す。尚、表中の引上速度は、比較例３での引上速度に対する相対速度（割合）で示す。また、グローイン欠陥密度は、実施例３でのウエハ面内の８０ｎｍ以上のグローイン欠陥数と、比較例３での欠陥数との比率を示す。
【００３０】
【表２】
2012206862.tif 000004
【００３１】
表２に示すように、実施例３では、従来よりも引上速度を３０％向上することができた。また、従来よりもグローイン欠陥を２０％低減することができた。
以上の実施例の結果より、本発明に係る輻射シールドによれば、単結晶の引上速度を向上して結晶欠陥の発生を抑制し、且つ、結晶の有転位化を抑制できることを確認した。
【符号の説明】
【００３２】
１      単結晶引上装置
２      ルツボ
３      ヒータ
４      ワイヤ
５      引上機構
６      輻射シールド
６ａ    フランジ部
６ｂ    直胴部
６ｃ    下肩部
７      外筒部材
８      断熱部材
９      水冷部材
Ｃ      単結晶
Ｍ      シリコン溶融液
Ｐ      種結晶
θ      磁場印加方向との交差角
【図１】
2012206862.tif 000005
【図２】
2012206862.tif 000006
【図３】
2012206862.tif 000007
【図４】
2012206862.tif 000008
【図５】
2012206862.tif 000009
【図６】
2012206862.tif 000010
【図７】
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【図８】
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