JP2582582B2 - シリコン単結晶引上装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （１）発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は、シリコン単結晶引上装置に関し、特に高温
の不活性ガスを熱処理炉に対して供給することにより、
熱処理炉で消費される電力を節減し、かつシリコン材料
の溶融に所要の時間を短縮し、併せて低温の不活性ガス
をシリコン単結晶の引上通路に供給することにより、シ
リコン単結晶を引上ののち直ちに冷却して結晶欠陥の核
が成長されることを抑制してなるシリコン単結晶引上装
置に関するものである。

［従来の技術］ 従来この種のシリコン単結晶引上装置としては、減圧
状態の熱処理炉に対し引上チャンバを介して常温の不活
性ガスを供給するものが提案されていた。

［解決すべき問題点］ しかしながら従来のシリコン単結晶引上装置では、不
活性ガスが熱処理炉内で溶融されたシリコン材料から熱
を奪うので、シリコン材料を加熱するための加熱ヒータ
ーにおける消費電力が増大する欠点およびシリコン材料
の溶融に多大の時間を要する欠点があり、また引上げら
れたシリコン単結晶中で結晶欠陥の核が成長されること
を抑制できない欠点もあった。

そこで本発明は、これらの欠点を除去するために、熱
処理炉に供給される不活性ガスを予め昇温せしめること
により、加熱用ヒーターにおける消費電力の節減および
シリコン材料の溶融に所要の時間の短縮を達成し、併せ
てシリコン単結晶の引上通路に供給される不活性ガスを
予め冷却せしめることにより、シリコン単結晶を引上の
のち直ちに冷却して結晶欠陥の核の成長を抑制してなる
シリコン単結晶引上装置を提供せんとするものである。

（２）発明の構成 ［問題点の解決手段］ 本発明により提供される問題点の解決手段は、 「熱処理炉中のルツボ装置の周囲に対し加熱用ヒーター
を配設し、前記ルツボ装置でシリコン材料を溶融してシ
リコン単結晶を引上げてなるシリコン単結晶引上装置に
おいて、高温の不活性ガスを前記熱処理炉に対して供給
し、かつ低温の不活性ガスを前記シリコン単結晶の引上
通路に対して供給してなることを特徴とするシリコン単
結晶引上装置」 である。

［作用］ 本発明にかかるシリコン単結晶引上装置は、高温の不
活性ガスを熱処理炉に対して供給する作用ならびに低温
の不活性ガスをシリコン単結晶の引上通路に対して供給
する作用をなしており、結果的に加熱用ヒーターにおけ
る消費電力を節減する作用およびシリコン材料の溶融に
所要の時間を短縮する作用をなし、併せてシリコン単結
晶における結晶欠陥の核の成長を抑制する作用をなす。

［実施例］ 次に本発明について、添付図面を参照しつつ具体的に
説明する。

第１図は、本発明のシリコン単結晶引上装置の一実施
例を示す断面図である。

第２図は、同動作説明図であって、横軸にシリコン単
結晶の引上方向すなわち結晶成長方向の長さが先端部分
を原点として目盛られ、かつ縦軸に結晶欠陥の濃度が目
盛られている。

まず本発明のシリコン単結晶引上装置の一実施例につ
いて、その構成を詳細に説明する。

10は本発明のシリコン単結晶引上装置で、熱処理炉20
の内部に加熱用ヒーター30が配設されている。熱処理炉
20には、上底部に引上チャンバ21に連通された引上孔22
が形成されており、下底部に排気手段としての真空ポン
プ（図示せず）に連通された排気管23が配設されてい
る。加熱用ヒーター30は、円筒状であって適宜の電源
（図示せず）に対し接続されており、その内部には熱処
理炉20の下方外部の回転昇降装置（図示せず）に向けて
延長され連結された回転シャフト51の一端部に固定され
たルツボ装置50が配置されている。ルツボ装置50は、回
転シャフト51に固定された炭素ルツボ52と、炭素ルツボ
52内に配置され、かつシリコン材料53を収容する石英ル
ツボ54とを含有している。石英ルツボ54に収容されかつ
溶融されたシリコン材料53に対しては、先端部に種結晶
（図示せず）が取り付けられた引上用線部材55が、熱処
理炉20の引上孔22を介して引上チャンバ21より垂下され
ている。

60は不活性ガス供給装置で、一端部が引上チャンバ21
の内周面にそって延長されたのち加熱用ヒーター30の近
傍で開放され、かつ他端部が引上チャンバ21の上端部か
ら引上チャンバ21外へ延長されたのち温度調節装置61を
介して不活性ガス源62に連通された不活性ガス供給管63
を包有している。不活性ガス供給装置60は、他の温度調
節装置64を介して不活性ガス源62から引上チャンバ21の
上端部へ延長された他の不活性ガス供給管65も包有して
いる。不活性ガス供給管65には、引上チャンバ21に到達
するに先き立ち巻上装置66が配設されており引上チャン
バ21内への延長距離を調節可能としている。したがって
不活性ガス供給管65は、巻上装置66以下の部分が可撓性
材料で形成されておれば、好適である。67は内周面に複
数の噴出口67aが穿設された環状の不活性ガス噴出部材
で、不活性ガス供給管65の先端部に配設されており、引
上チャンバ21内に垂直方向に配設された案内部材68にそ
って移動可能とされている。69は不活性ガス供給装置60
に包有された温度制御装置で、熱処理炉20内（特に加熱
用ヒーター30の上側でシリコン単結晶56の引上通路近傍
であれば好ましい）に配設された温度センサ70の検知温
度に応じ、温度調節装置61,64に対して温度調節信号を
出力する。

更に本発明のシリコン単結晶引上装置の一実施例につ
いて、その作用を詳細に説明する。

熱処理炉20の外部でルツボ装置50の石英ルツボ54中に
シリコン材料53を収容したのち、ルツボ装置50を回転昇
降装置（図示せず）によって熱処理炉20内に対しその下
方より挿入し配置する。そののち排気手段（図示せず）
により熱処理炉20を排気管23を介して10〜25トールとな
るまで矢印Ａ方向に排気し、かつ引上チャンバ21および
引上孔22を介して不活性ガス供給装置60から不活性ガス
（たとえばアルゴンガス）を供給しつつ、回転シャフト
51を介し回転昇降装置によってルツボ装置50を回転しな
がら加熱用ヒーター30に対し適宜の電源（図示せず）か
ら適宜の電圧を印加する。これに伴って加熱用ヒーター
30が、ルツボ装置50の石英ルツボ54に収容されたシリコ
ン材料53を加熱溶融する。

このとき不活性ガスは、不活性ガス源62から不活性ガ
ス供給管63,65を介し引上チャンバ21の上端部に向けて
移送されるに際し、温度調節装置61,64によって所望の
温度とされている。すなわち温度センサ70の検知温度に
応じて温度制御装置69により発生された適宜の温度調節
信号に対応し、温度調節装置61,64は、不活性ガス供給
管63,65を通過して加熱用ヒーター30の近傍およびシリ
コン単結晶56の引上通路へ供給される不活性ガスを加熱
用ヒーター30の近傍の温度が一定温度になるような適宜
の温度（たとえばそれぞれ150℃および常温）とする。

これによりシリコン材料53の加熱溶融が、効率よく進
行せしめられ、シリコン材料53が十分に溶融されると、
引上チャンバ21から熱処理炉20の引上孔22を介して引上
用線部材55を垂下し、その先端部に取り付けられた種結
晶をシリコン材料53に対して浸漬したのち、緩除に引上
げる。これに伴ってシリコン単結晶56が成長形成され、
引上孔22を介して引上チャンバ21に向けて引上げられ
る。

シリコン単結晶56の引上通路近傍には、不活性ガス噴
出部材67が待機しており、シリコン単結晶56の引上に伴
ないその周面に向けて適宜の温度の不活性ガスを噴出す
る。シリコン単結晶56はルツボ装置50から引上げられる
と直ちに不活性ガス噴出部材67によって噴出された低温
の不活性ガスによって冷却され、結晶欠陥の核が成長さ
れることを防止している。不活性ガス噴出部材67の待機
位置は、シリコン単結晶56の引上から冷却を行なうまで
の時間に対応して巻上装置66により適宜に設定すればよ
い。

本発明のシリコン単結晶引上装置10では、熱処理炉20
の加熱用ヒーター30ないしルツボ装置50へ供給される不
活性ガス（たとえばアルゴンガス）が所望の温度まで昇
温されているので、加熱用ヒーター30における消費電力
を低減せしめることができ、併せてシリコン単結晶56の
引上通路へ供給される不活性ガス（たとえばアルゴンガ
ス）が所望の温度まで低下されているので、シリコン単
結晶56を引上ののち冷却して結晶欠陥の核が成長される
ことを防止できる。

上述した本発明のシリコン単結晶引上装置10の作用を
一層理解するために、具体的な数値を挙げて説明する。

（実施例） 第１図に示した本発明のシリコン単結晶引上装置10に
おいて、排気管23を介して加熱用炉20内を減圧し、不活
性ガス供給装置60から不活性ガス供給管63に介して15ト
ールで150℃のアルゴンガスを加熱用ヒーター30に向け
て供給しつつ、加熱用ヒーター30に対して46ボルトの電
圧を印加し1640アンペアの電流を流したところ、石英ル
ツボ54中に収容された30kgのポリシリコーンすなわちシ
リコン材料53を、2.5時間で溶融することができた。

シリコン材料53が溶融されたのち、不活性ガス供給管
63を介してアルゴンガスの供給を持続し、かつ不活性ガ
ス供給管65を介して15トールで常温のアルゴンガスを不
活性ガス噴出部材67から噴出しながら回転シャフト51の
回転速度を適宜に選択し、引上用線部材55で種結晶を引
上げることによって、直径が５インチ（12.7cm）のシリ
コン単結晶56を成長せしめた。

このとき加熱用ヒーター30で消費された電力は75kw時
であり、シリコン単結晶56中に発生され成長された結晶
欠陥の核の数は第２図に示すとおりであった。

（比較例） 不活性ガス供給装置60から熱処理炉20内へ供給される
アルゴンガスの温度を25℃とし、かつシリコン単結晶の
引上通路に対して低温の不活性ガスの供給を停止するこ
とを除き、実施例が反復された。

加熱用ヒーター30に電圧を印加し始めたときからポリ
シリコーンすなわちシリコン材料53が溶融されるまでに
要した時間は、４時間であった。

また加熱用ヒーター30で消費された電力は90kw時であ
り、シリコン単結晶中に発生され成長された結晶欠陥の
核の数は第２図に示すとおりであった。

本発明によれば、比較例に比し特に加熱用ヒーター30
における消費電力の節減およびシリコン材料53の溶融時
間の短縮を達成でき、併せてシリコン単結晶中の結晶欠
陥の核の数を削減できた。

なおルツボ装置50が回転シャフト51によって回転され
ているが、本発明は、これに限定されるものではなく、
所望によっては回転シャフト51を除去する構成としても
よい。

（３）発明の効果 上述より明らかなように本発明にかかるシリコン単結
晶引上装置は、熱処理炉中のルツボ装置の周囲に加熱用
ヒーターを配設し、前記ルツボ装置でシリコン材料を溶
融してシリコン単結晶を引上げてなるシリコン単結晶引
上装置であって、特に高温の不活性ガスを前記熱処理炉
に対して供給し、かつ低温の不活性ガスを前記シリコン
単結晶の引上通路に対して供給し てなるので、 （ｉ）溶融シリコン材料から奪われた熱を削減できる効
果 を有し、ひいては （ii）加熱用ヒーターにおける消費電力を節減できる効
果 を有し、また （iii）シリコン材料の溶融に所要の時間を短縮できる
効果 を有し、併せて （iv）シリコン単結晶中における結晶欠陥の核の成長を
抑制できる効果 を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は同動
作説明図である。10 ……シリコン単結晶引上装置20 ……熱処理炉 21……引上チャンバ 22……引上孔 23……排気管30 ……加熱用ヒータ50 ……ルツボ装置 51……回転シャフト 52……炭素ルツボ 53……シリコン材料 54……石英ルツボ 55……引上用線部材 56……シリコン単結晶60 ……不活性ガス供給装置 61,64……温度調節装置 62……不活性ガス源 63,65……不活性ガス供給管 66……巻上装置 67……不活性ガス噴出部材 68……案内部材 69……温度制御装置 70……温度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−8374（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−61180（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−15366（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−77115（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱処理炉中のルツボ装置の周囲に対し加熱
   用ヒーターを配設し、前記ルツボ装置でシリコン材料を
   溶融してシリコン単結晶を引上げてなるシリコン単結晶
   引上装置において、高温の不活性ガスを前記熱処理炉に
   対して供給し、かつ低温の不活性ガスを前記シリコン単
   結晶の引上通路に対して供給してなることを特徴とする
   シリコン単結晶引上装置。