(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶原料を溶解する坩堝の上方に配され且つ引上げ領域を囲繞する截頭逆円錐筒状の断熱筒から成る輻射スクリーンを有し、該輻射スクリーンを少なくとも単結晶の引上げ方向に夫々上端部、中間部、下端部から成る３個以上の断熱部材に分割し、
前記輻射スクリーンは、前記截頭逆円錐筒状の断熱筒の上端に環状のフランジ部を備えかつ下端に環状の掛止部を備えて成る截頭逆円錐筒断熱部材と、該截頭逆円錐筒断熱部材の内側に沿って脱着自在に前記掛止部に装着される環状の下端断熱部材と、該截頭逆円錐筒断熱部材の内側に沿って脱着自在に装着されるフランジ付環状の上端断熱部材と、から構成することにより、該輻射スクリーンの断熱性能を部分的に変更して前記単結晶の熱履歴を適宜変更可能とすることを特徴とする単結晶引上装置。
【請求項２】
前記輻射スクリーンは、前記上端断熱部材および前記下端断熱部材の内側に、更に上端に環状の係掛フランジを備えた截頭逆円錐筒状の断熱部材を係脱可能に被覆して成ることを特徴とする請求項１記載の単結晶引上装置。
【請求項３】
前記上端部とは約１０００℃以下、中間部とは約１０００℃〜１２００℃、下端部とは１２００℃以上の温度領域となるようにした請求項１または請求項２記載の単結晶引上装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン等の半導体単結晶を製造する所謂チョクラルスキー（ＣＺ）法による単結晶引上装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特開平７−１７２９７１号公報に開示されているように、単結晶の引上げ速度を早め、不純物による汚染を防止して単結晶の無転位化を向上させる手段として、黒鉛またはセラミックの繊維から成る断熱材を黒鉛から成る外側部材で被包した３層構造の上部スクリーンと、黒鉛または石英もしくはファインセラミックスから成る１層構造の下部スクリーンとにより輻射スクリーンを構成するものがあり、この輻射スクリーンを有する単結晶引上装置において、輻射スクリーンは融液や石英坩堝等から単結晶に加えられる輻射を遮断して単結晶の冷却を促進する所謂熱抵抗となる。ここでは融液面に最も近い部分の断熱材を省略することにより、１２００℃以上の高温領域を拡大して育成される単結晶の通過時間を長くしようとしたものであるが、これが目的としている酸化膜耐圧の良好な半導体ウェハを得るためにはむしろ１０００℃〜１２００℃の間の単結晶の通過時間を極力長くすることが必要であることはその後当該業者にはよく知られたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例では、約１０００℃〜１２００℃の間の単結晶の冷却速度が速い為、単結晶の酸化膜耐圧が低減する。また、引上げ速度を遅くすると酸化膜耐圧は向上するが、単結晶の生産能率のほうが低下してしまうという問題点を有していた。このように単結晶の酸化膜耐圧を向上する為には約１０００℃〜１２００℃の間の単結晶の冷却速度を遅くする必要がある。また、単結晶を安定して引上げる為には約１２００℃以上の単結晶の冷却速度を速くする必要がある。さらに、ＯＳＦ・酸素析出物を低減する為には約１０００℃以下の単結晶の冷却速度を速くする必要がある。
【０００４】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、シリコン等の半導体単結晶を製造する所謂チョクラルスキー（ＣＺ）法による単結晶引上装置において、酸化膜耐圧の高い高品質の単結晶を高い生産性によって製造することを目的としたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明にあっては、単結晶原料を溶解する坩堝の上方に配され且つ引上げ領域を囲繞する截頭逆円錐筒状の断熱筒から成る輻射スクリーンを有し、該輻射スクリーンを少なくとも３個以上の断熱部材に分割し、該断熱部材の一部を脱着可能とすることにより該輻射スクリーンの断熱性能を部分的に変更可能とすることを特徴とする。
【０００６】
また、前記断熱部材は、２種以上の断熱性能が異なる部材により構成されたり、前記少なくとも３個以上の断熱部材に分割された輻射スクリーンとは、夫々上端部、中間部、下端部から成るものであり、該上端部、下端部付近に比較して中間部においてその断熱性能が低いように構成することができる。さらに、前記上端部とは約１０００℃以下、中間部とは約１０００℃〜１２００℃、下端部とは１２００℃以上の温度領域となるようにして構成することもできる。
【０００７】
本発明に係る単結晶引上装置にあっては、３個以上に分割された輻射スクリーンの断熱部材のうちの一部を取り除いて、断熱性能を部分的に下げることにより、輻射スクリーンによって囲まれた単結晶の引上げ長さ方向の温度分布が容易に調整される。例えば、輻射スクリーンの中間部の断熱部材を取り除くことで、約１０００℃〜１２００℃の間の温度領域を従来の約２倍近くまで拡大することが可能となり、該温度領域である中間部での通過時間を長引かせる。また、固液界面の温度勾配を大きくすることができ、単結晶の引上げ速度を大きくすることを可能とさせる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明するに、図において示される符号１は、例えばシリコン等の半導体単結晶を製造する所謂チョクラルスキー（ＣＺ）法による単結晶引上装置において、単結晶原料を溶解する石英坩堝Ｓの上方に配され且つ引上げ領域を囲繞する上端開口部より下端開口部が小さい截頭逆円錐筒状の断熱筒から成る輻射スクリーンであり、該輻射スクリーン１は、図１、図２に示す如く、上端に環状のフランジ２を備え、下端に掛止部３が設けられた截頭逆円錐筒状の黒鉛部材４と、該黒鉛部材４の内側に沿って脱着可能に前記掛止部３に掛架装着されるセラミックス等の繊維から成るリング状の下端断熱部材５と、該黒鉛部材４の内側に沿って脱着可能に前記フランジ２上に掛架装着されるセラミックス等の繊維から成るフランジ付リング状の上端断熱部材６とから構成し、前記下端断熱部材５と前記上端断熱部材６との間を離反させて黒鉛部材４のみを残している。したがって、約１０００℃以下の温度領域である上端部（黒鉛部材４と上端断熱部材６との２層構造）、約１０００℃〜１２００℃の温度領域である中間部（黒鉛部材４による単層構造）、１２００℃以上の温度領域である下端部（黒鉛部材４と下端断熱部材５との２層構造）と３個の断熱部材に分割され、該断熱部材の一部を脱着可能とすることにより該輻射スクリーン１の断熱性能を部分的に変更可能なものとしている。尚、前記各断熱部材５，６は夫々断熱性能が異なる部材により構成されていても良い。
【０００９】
また、図３に示す如く、黒鉛部材４に装着された下端断熱部材５と上端断熱部材６との間に該下端断熱部材５と上端断熱部材６よりも肉厚幅の薄いセラミックス等の繊維から成るリング状の中間断熱部材７を介設させ、該中間断熱部材７と前記上端断熱部材６との間を離反させて黒鉛部材４のみを残しておき、さらに、その内側には上端に環状の係掛フランジ８を備えた截頭逆円錐筒状の黒鉛部材９を係脱可能に被覆しておいても良い。したがって、輻射スクリーン１は、約１０００℃以下の温度領域である上端部が黒鉛部材４、上端断熱部材６、黒鉛部材９の３層構造となり、約１０００℃〜１２００℃の温度領域である中間部が空間Ｑを挟んだ黒鉛部材４による２重構造と、空間Ｐを挟んだ黒鉛部材４、中間断熱部材７、黒鉛部材９の３層構造との隣接した構造となり、１２００℃以上の温度領域である下端部が黒鉛部材４、下端断熱部材５、黒鉛部材９の３層構造となって故に４個の断熱領域に分割される構成となる。１０は融液、１１は引上げ中の単結晶である。
【００１０】
上述した断熱スクリーン１の中間部はその断熱性能が小さい為に、融液や石英坩堝Ｓ等からの輻射熱を完全に遮蔽する機能を有さず、融液１０からの輻射熱を直接透過するかあるいは石英坩堝Ｓの内面で反射した後に透過させ、引上げ中の単結晶１１の中部に到達し、該中部を加熱するので、約１０００℃〜１２００℃の温度領域の拡大が許容される。図４に示す如く、この断熱スクリーン１を使用した場合の半導体の単結晶引上装置によって作成される単結晶引上げ中の冷却曲線を実線（図中Ａ）で示し、横軸は融液面からの距離（ｍｍ）、縦軸は単結晶の温度（℃）を採ってある。また、比較の為、従来技術による冷却曲線を点線（図中Ｂ）で示す。このとき、固液界面付近の温度勾配は従来に比して約２倍程度大きくなり、約１０００℃〜１２００℃の温度領域は約１．８倍と拡大される。この結果、引上げ速度を従来の約１．２倍に高めることができ、しかも約１０００℃〜１２００℃の温度領域の通過時間は従来の約１．５倍となって、従来技術に比較して酸化膜耐圧はさらに良好となる。また、結晶軸＜１００＞方向の６”、Ｐタイプ酸化膜耐圧結果は、横軸をＣモード占有率（％）、縦軸に度数を採れば、酸化膜耐圧の良好なＣモードで絶縁破壊を起こすサンプルの割合が約１５％に増大した（図５参照）。さらに、輻射スクリーン１を構成する３個のリング状の断熱部材５，６，７の内側に截頭逆円錐筒状の黒鉛部材９を係脱可能に被覆した場合には、各断熱部材５，６，７の消耗を防ぎ、且つ冷却曲線の勾配を高温側でより急峻にすることとなる。
【００１１】
尚、本実施の形態において、約１０００℃以下の温度領域である上端部を黒鉛部材４と上端断熱部材６との２層構造とし、約１０００℃〜１２００℃の温度領域である中間部を黒鉛部材４による単層構造とし、１２００℃以上の温度領域である下端部を黒鉛部材４と下端断熱部材５との２層構造と３個の断熱領域に分割させたものとしてあるが、本発明は輻射スクリーン１の中間部の断熱性能を低くすることを可能とするものであれば、これら部材や数値条件に限定されることはないことは勿論である。例えば、輻射スクリーン１の中間部を断熱機能を有しない構造状態、すなわち非断熱部材を介設したり、透孔、スリット孔等に設定しても良い。
【００１２】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されており、主として単結晶の無転位化を向上させる為の輻射スクリーンを少なくとも３個以上の断熱部材に分割し、該断熱部材の一部を脱着可能とすることにより該輻射スクリーンの断熱性能を部分的に変更可能としたので、シリコン等の半導体単結晶を製造する所謂チョクラルスキー（ＣＺ）法による単結晶引上装置において、任意の熱履歴を単結晶に与えることができ、多様な品質規格に十分対処することができる。特に、その上端部、下端部付近に比較して中間部においてその断熱性能が低いように構成したので、ＯＳＦ・酸素析出物を低減させ、酸化膜耐圧の良好な高品質の単結晶を高い生産性によって製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本出願に係る発明の実施の形態を示した輻射スクリーンおよびその周辺の模式的断面図である。
【図２】同じく輻射スクリーンの一部断面を有する全体斜視図である。
【図３】本出願に係る発明の他の実施の形態を示した輻射スクリーンおよびその周辺の模式的断面図である。
【図４】同じく単結晶引上中の冷却曲線を示すグラフであり、横軸は融液面からの距離（ｍｍ）、縦軸は単結晶の温度（℃）を採ってある。
【図５】同じく本発明の輻射スクリーンを使用した場合の結晶軸＜１００＞方向の６”、Ｐタイプ酸化膜耐圧グラフであり、横軸をＣモード占有率（％）、縦軸に度数を採ってある。
【符号の説明】
１…輻射スクリーン
２…フランジ
３…掛止部
４，９…黒鉛部材
５…下端断熱部材
６…上端断熱部材
７…中間断熱部材
８…係掛フランジ
１０…融液
１１…引上げ中の単結晶
【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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