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JP3870646B2 - Single crystal pulling device - Google Patents
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JP3870646B2
JP3870646B2 JP2000007822A JP2000007822A JP3870646B2 JP 3870646 B2 JP3870646 B2 JP 3870646B2 JP 2000007822 A JP2000007822 A JP 2000007822A JP 2000007822 A JP2000007822 A JP 2000007822A JP 3870646 B2 JP3870646 B2 JP 3870646B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、CZ法(チョクラルスキー法)を用いて、ルツボに貯留された半導体融液より半導体単結晶を引き上げる単結晶引上装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、シリコン(Si)やガリウムヒ素(GaAs)等の半導体単結晶を成長する手段の一つとして、CZ法を用いた単結晶引上装置が知られている。
この単結晶引上装置は、図5に示すように、チャンバ1内部のサセプタ2上に配設した石英ルツボ3内に半導体融液Lを貯留し、該半導体融液Lを石英ルツボ3の周囲に配置した円筒状のヒータ4で所定温度に加熱制御して、この半導体融液Lから半導体単結晶Cを引き上げるものである。
従来、この単結晶引上装置では、石英ルツボ3を支持するサセプタ2として、全体をカーボンで形成したものが用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の単結晶引上装置には、以下のような課題が残されている。すなわち、石英ルツボ内の原料を溶融させる際にヒータによる加熱によってサセプタも高温状態となるため、熱によるダメージを受けて寿命が短くなってしまう不都合があった。
また、シリコン単結晶の重要な特性として、酸素濃度を制御することが必要あり、従来はヒータ形状やルツボ位置等の設定を変えることにより制御していたが、より高い精度で酸素濃度をコントロールすることが望まれている。
また、高品質な結晶の成長を行うには、半導体単結晶Cと半導体融液Lとの固液界面において温度分布を径方向で均一にする必要がある。
特に、近年、固液界面での成長軸方向の温度勾配をGとしたとき、結晶の中心部と外周部との温度勾配Gの差△Gを小さくすると、COP(Crystal Originated Particle)等の成長時導入欠陥の発生を抑制できることがわかり、このため固液界面の温度均一性を向上させて、△Gを制御し、その低減を図ることが要望されている。しかし、従来の装置では、図6に示すように、固液界面の温度分布が下方に凸状態(図中の点線は等温線)となってしまっていた。
【0004】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、サセプタの低温化を図り熱によるダメージを低減するとともに融液の温度分布を制御し、酸素濃度及び界面温度分布を高精度で制御することができる単結晶引上装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、
本発明の単結晶引上装置では、ルツボ内の半導体融液から半導体単結晶を引き上げる単結晶引上装置であって、
前記ルツボを載置して支持するサセプタを備え、
該サセプタは、前記ルツボ底部を支持する部分の一部に断熱材が設けられ、
前記断熱材は、前記ルツボの底部中央を中心とした円環状に配され、かつ、前記ルツボ底部中央の温度に対して前記ルツボ底部中央の周囲の温度を相対的に下げるよう前記ルツボ底部中央から離間して配されてなることを特徴とする。
本発明は、前記断熱材を設けることにより、ルツボ底部中央の周囲の温度を下げて、固液界面における温度分布を均一化させることができる。
本発明は、前記断熱材の内径は、前記半導体融液温度を下降させて酸素濃度を下げる場合には、前記断熱材の内径を小さくして、前記ルツボ自体の局所的な温度を積極的に変えるよう設定されてなることができる。
本発明のルツボ内の半導体融液における温度分布制御方法は、上記のいずれか記載の単結晶引き上げ装置における制御方法であって、
ルツボ内の半導体融液における温度分布を断熱材の位置によって制御することができる。
本発明は、上記の制御方法において、
前記半導体融液温度を下降させて酸素濃度を下げる場合には、前記断熱材の内径を小さく設定するように、前記断熱材の内径を設定することができる。
本発明は、上記の制御方法において、
前記断熱材が無い状態で固液界面における温度分布が下方に凸状態であった場合でも、上記断熱材を設けることにより、前記ルツボ底部中央の周囲の温度を下げて、固液界面における温度分布を均一化させることができる。
本発明は、上記の制御方法において、
前記断熱材によって前記半導体単結晶の外周部における温度が相対的に低下した分をヒータパワーを上げて外周からの加熱で補うことで、半径方向の温度勾配の差△Gを小さくすることができる。
本発明の単結晶引上装置では、ルツボ内の半導体融液から半導体単結晶を引き上げる単結晶引上装置であって、前記ルツボを載置して支持するサセプタを備え、該サセプタは、その一部に断熱材が設けられている技術が採用される。
【0006】
この単結晶引上装置では、サセプタの一部に断熱材が設けられているので、断熱材の部分で温度を比較的低くすることができ、熱によるダメージが低減される。また、断熱材を配した部分の温度を選択的に低くすることができることから、断熱材近傍におけるルツボ内の温度も低く設定することができる。したがって、ルツボ内の半導体融液における温度分布を断熱材の位置によって制御することが可能になる。
本発明者らは、シミュレーション等によりルツボ底部の融液温度と酸素濃度との関係について調べた結果、図7に示すように、酸素濃度がルツボ底部の融液温度に依存(シミュレーションで求めたルツボ底部の融液温度が高いほど、酸素濃度も上昇)するという知見を得ることができた。すなわち、融液界面温度を維持しつつ酸素濃度の制御を行うには、ルツボ自体の局所的な温度を積極的に変える必要があることが判明した。そこで、このような知見に基づいて、上記単結晶引上装置の構成を発明したものである。したがって、上記断熱材の位置、大きさ、形状及び材質によって、ルツボ内面の局所的な温度を自在に変えることができ、特にルツボ底部に断熱材を配置することにより、酸素濃度及び融液温度分布を高精度に制御することが可能になる。
【0007】
本発明の単結晶引上装置では、上記の単結晶引上装置において、前記断熱材は、前記ルツボの底部中央を中心とした円環状に配されている技術が採用される。
【0008】
この単結晶引上装置では、断熱材がルツボの底部中央を中心とした円環状に配されているので、断熱材の内径を変えることによりルツボの底部中央の温度を変えて酸素濃度を制御することができる。また、断熱材がルツボ底部中央から離間して配されることになり、ルツボ底部中央の温度に対して底部中央の周囲の温度を相対的に下げることができる。したがって、断熱材が無い状態で固液界面における温度分布が下方に凸状態であった場合でも、上記断熱材を設けることにより、ルツボ底部中央の周囲の温度を下げて、固液界面における温度分布を均一化させることができる。また、断熱材によって半導体単結晶の外周部における温度が相対的に低下するが、その分をヒータパワーを上げて外周からの加熱で補うと、結果的に半径方向の温度勾配が小さくなって△Gを小さくすることができる。
【0009】
本発明の単結晶引上装置では、上記の単結晶引上装置において、前記断熱材は、前記ルツボの底部中央に面して配されている技術が採用される。
【0010】
この単結晶引上装置では、断熱材がルツボの底部中央に面して配されているので、ルツボの底部中央における温度を低くすることができ、底部中央から上昇する酸素を選択的に抑制し、酸素濃度を低く抑えることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る単結晶引上装置の第1実施形態を、図1から図3を参照しながら説明する。
これらの図にあって、符号11はチャンバ、12はシャフト、13はサセプタ、14はルツボ、15はヒータ、16は保温筒を示している。
【0012】
図1は、本実施形態の単結晶引上装置を示すものであって、該単結晶引上装置は、中空の気密容器であるチャンバ11内に、該チャンバ11の中央下部に垂直に立設され上下動可能なシャフト12と、該シャフト12上に載置されたサセプタ13と、該サセプタ13上に載置されて支持されシリコンの融液である半導体融液Lを貯留する石英(SiO2)製のルツボ14と、該ルツボ14の外周に所定距離離間して配されたヒータ15と、該ヒータ15の周囲に配された保温筒16とがそれぞれ配置されている。
【0013】
また、この単結晶引上装置は、ルツボ14の上方に該ルツボ14と同軸に配置された略円筒状のフロー管17と、保温筒16の上部に取り付けられフロー管17を支持する円環状のアッパーリング18とを備えている。
前記ルツボ14は、シャフト12の軸線を中心として水平面上で所定の角速度で回転する構成になっている。
前記ヒータ15は、シリコン原料をルツボ14内で加熱・融解するとともに生じた半導体融液Lを保温するもので、通常、抵抗加熱が用いられる。
【0014】
前記保温筒16は、炭素繊維(カーボンファイバ)からなる保温材16aで形成されその内側面に支持板としてカーボン板16bが張られている。
また、チャンバ11上部からは、引上ワイヤ19が昇降自在にかつ回転自在に吊り下げられ、該引上ワイヤ19の下端部には、シリコンの種結晶が固定されている。
なお、チャンバ11の上部には、半導体単結晶Cの固液界面を観察するための透明窓部20が設けられている。
【0015】
前記フロー管17は、内径が下方に向けて漸次小さくなるテーパ状の円筒部材であり、その上端フランジ部17aがアッパーリング18を介して保温筒16の上部に固定されている。このフロー管17は、成長時に半導体単結晶Cへの輻射熱を遮断するとともに、チャンバ11上端のガス導入口11aから供給されるアルゴンガス(不活性ガス)を通過させて半導体融液L上に吹き付け、半導体融液Lから発生するSiO2を吹き流すものである。なお、吹き流されたSiO2を含むアルゴンガスは、チャンバ11下端のガス排出口11bから外部に順次排出される。
【0016】
前記サセプタ13はカーボン製であるが、ルツボ14の底部を支持する部分の一部に、ルツボ14の底部中央を中心とした円環状の断熱材13aが埋め込まれている。
該断熱材13aは、例えば、フェルト状の炭素繊維で形成されているものである。
【0017】
この単結晶引上装置において結晶成長を行う場合、まずガス導入口11aからアルゴンガスを供給するとともに、ヒータ15に通電してルツボ14内のシリコン原料を溶融して半導体融液Lとし、そしてヒータ15の電力を調整して半導体融液Lの中央液面付近を単結晶成長温度に保つ。次に、引上ワイヤ19により吊り下げられた種結晶を下降させて半導体融液Lに浸してなじませ、いわゆるネッキングにより無転位化を行い、その後、ルツボ15と引上ワイヤ19とを互いに反対に回転させながら半導体単結晶Cを引き上げ成長する。
【0018】
本実施形態では、サセプタ13において、ルツボ14の底部中央に面した位置に断熱材13aが埋設されているので、断熱材13aの部分で温度を相対的に低くすることができ、熱によるダメージが低減される。また、断熱材13aの内径を変えることによりルツボ14の底部中央の温度を変えて酸素濃度を制御することができる。すなわち、図2に示すように、ルツボ14底部の融液温度は断熱材13aの内径に依存し、例えば、該内径を小さくするほど前記融液温度が下降し、酸素濃度も下げることができる。したがって、ヒータ形状やルツボ位置だけでなく、断熱材13aの内径を設定することにより、所定の酸素濃度を高精度に得ることが可能になる。
【0019】
また、断熱材13aがルツボ14底部中央の周囲に配されることになり、ルツボ14底部中央の温度に対して底部中央の周囲の温度を相対的に下げることができる。したがって、断熱材13aが無い状態で固液界面での温度分布が下方に凸状態であった場合でも、断熱材13aを設けることにより、図3に示すように、ルツボ14中央の周囲の温度を下げることができ、固液界面における温度分布(図中の点線は等温線)を均一化(フラット化)させることができる。
【0020】
さらに、断熱材13aによって半導体単結晶Cの外周部における温度が相対的に低下するが、ヒータ15のパワーを上げて半径方向外方からの加熱で補うことができ、結果的に半径方向の温度勾配が小さくなって△Gを小さくすることができる。
このように、断熱材13aを配した部分の温度を選択的に低くすることができることから、半導体融液Lにおける温度分布を断熱材13aの位置によって制御することが可能になる。
【0021】
次に、本発明に係る単結晶引上装置の第2実施形態を、図4を参照しながら説明する。
【0022】
第2実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態では、円環状の断熱材13aを設けたサセプタ13を用いているのに対し、第2実施形態では、図4に示すように、円板状の断熱材23aをルツボ14の底部中央に面して配したサセプタ23を採用している点である。
すなわち、本実施形態では、断熱材23aによってルツボ14の底部中央における温度を選択的に低くすることができ、底部中央から上昇する酸素を抑制し、酸素濃度を低く抑えることができる。
【0023】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明の単結晶引上装置によれば、サセプタの一部に断熱材が設けられているので、断熱材の部分で温度を比較的低くすることができ、熱によるダメージが低減され、石英ルツボの寿命を向上させることができる。また、断熱材を配した部分の温度が低くなることから、ルツボ内の半導体融液における温度分布を断熱材の位置によって制御することができ、酸素濃度の制御等が可能になる。
【0024】
本発明の単結晶引上装置によれば、断熱材がルツボの底部中央を中心とした円環状に配されているので、ルツボ底部中央の温度に対して周囲の温度を相対的に下げることができる。したがって、下方に凸状態であった固液界面の温度分布を均一化させることができる。また、断熱材によって半導体単結晶の外周部における温度が相対的に低下することを、ヒータパワーを上げて補うことができ、結果的に半径方向の温度勾配が小さくなって△Gを小さくすることができる。すなわち、△Gの低減によって低COP化等を図ることができ、いわゆるピュアシリコン等を成長することも可能となる。したがって、高性能デバイス用の単結晶を製造することが可能となる。
【0025】
本発明の単結晶引上装置によれば、断熱材がルツボの底部中央に面して配されているので、ルツボの底部中央における温度を低くすることができ、底部中央から上昇する酸素を抑制し、低酸素濃度の単結晶を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る単結晶引上装置の第1実施形態を示す全体断面図である。
【図2】 本発明に係る単結晶引上装置の第1実施形態における断熱材の内径とルツボ底部の融液温度との関係を示すグラフである。
【図3】 本発明に係る単結晶引上装置の第1実施形態におけるルツボ内融液の温度分布を示す要部断面図である。
【図4】 本発明に係る単結晶引上装置の第2実施形態を示す全体断面図である。
【図5】 本発明に係る単結晶引上装置の従来例を示す全体断面図である。
【図6】 本発明に係る単結晶引上装置の従来例におけるルツボ内融液の温度分布を示す要部断面図である。
【図7】 本発明に係る単結晶引上装置の従来例におけるルツボ底部の融液温度と酸素濃度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
13、23 サセプタ
13a、23a 断熱材
14 ルツボ
C 半導体単結晶
L 半導体融液
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a single crystal pulling apparatus for pulling a semiconductor single crystal from a semiconductor melt stored in a crucible using a CZ method (Czochralski method).
[0002]
[Prior art]
In general, a single crystal pulling apparatus using a CZ method is known as one of means for growing a semiconductor single crystal such as silicon (Si) or gallium arsenide (GaAs).
As shown in FIG. 5, this single crystal pulling apparatus stores a semiconductor melt L in a quartz crucible 3 disposed on a susceptor 2 inside a chamber 1, and the semiconductor melt L is placed around the quartz crucible 3. The semiconductor single crystal C is pulled up from the semiconductor melt L by controlling the heating to a predetermined temperature with the cylindrical heater 4 arranged in the above.
Conventionally, in this single crystal pulling apparatus, the susceptor 2 that supports the quartz crucible 3 is formed entirely of carbon.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the following problems remain in the conventional single crystal pulling apparatus. That is, when the raw material in the quartz crucible is melted, the susceptor is also brought into a high-temperature state by heating with the heater, so that there is a disadvantage that the life is shortened due to heat damage.
In addition, it is necessary to control the oxygen concentration as an important characteristic of the silicon single crystal. Conventionally, it has been controlled by changing the settings of the heater shape, crucible position, etc., but the oxygen concentration is controlled with higher accuracy. it is desired.
In order to grow a high-quality crystal, it is necessary to make the temperature distribution uniform in the radial direction at the solid-liquid interface between the semiconductor single crystal C and the semiconductor melt L.
In particular, when the temperature gradient in the growth axis direction at the solid-liquid interface is G in recent years, the growth of COP (Crystal Originated Particles) and the like is reduced by reducing the difference ΔG in the temperature gradient G between the center and the outer periphery of the crystal. It has been found that the occurrence of time-introduced defects can be suppressed. For this reason, it is desired to improve the temperature uniformity of the solid-liquid interface, control ΔG, and reduce it. However, in the conventional apparatus, as shown in FIG. 6, the temperature distribution at the solid-liquid interface is convex downward (the dotted line in the figure is an isotherm).
[0004]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and reduces the damage caused by heat by reducing the temperature of the susceptor and controls the temperature distribution of the melt to control the oxygen concentration and the interface temperature distribution with high accuracy. An object of the present invention is to provide a single crystal pulling apparatus capable of achieving the above.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems. That is,
The single crystal pulling apparatus of the present invention is a single crystal pulling apparatus for pulling up a semiconductor single crystal from a semiconductor melt in a crucible,
A susceptor for placing and supporting the crucible;
The susceptor is provided with a heat insulating material in a part of a portion supporting the crucible bottom,
The heat insulating material is arranged in an annular shape centering on the bottom center of the crucible, and from the crucible bottom center so as to lower the temperature around the crucible bottom center relative to the temperature at the crucible bottom center. It is characterized by being spaced apart.
In the present invention, by providing the heat insulating material, the temperature around the bottom center of the crucible can be lowered, and the temperature distribution at the solid-liquid interface can be made uniform.
In the present invention, when the inner diameter of the heat insulating material is lowered to reduce the oxygen concentration by lowering the semiconductor melt temperature, the inner diameter of the heat insulating material is reduced to positively increase the local temperature of the crucible itself. Can be configured to change.
The temperature distribution control method in the semiconductor melt in the crucible of the present invention is a control method in the single crystal pulling apparatus according to any one of the above,
The temperature distribution in the semiconductor melt in the crucible can be controlled by the position of the heat insulating material.
The present invention provides the above control method,
When the oxygen concentration is lowered by lowering the semiconductor melt temperature, the inner diameter of the heat insulating material can be set so as to set the inner diameter of the heat insulating material small.
The present invention provides the above control method,
Even when the temperature distribution at the solid-liquid interface in the state without the heat insulating material is convex downward, by providing the heat insulating material, the temperature around the bottom center of the crucible is lowered, and the temperature distribution at the solid-liquid interface Can be made uniform.
The present invention provides the above control method,
The difference in temperature gradient in the radial direction ΔG can be reduced by increasing the heater power to compensate for the temperature drop at the outer periphery of the semiconductor single crystal due to the heat insulating material. .
The single crystal pulling apparatus according to the present invention is a single crystal pulling apparatus that pulls up a semiconductor single crystal from a semiconductor melt in a crucible, and includes a susceptor for mounting and supporting the crucible. A technique in which a heat insulating material is provided in the part is adopted.
[0006]
In this single crystal pulling apparatus, since the heat insulating material is provided in a part of the susceptor, the temperature can be relatively lowered in the heat insulating material part, and damage due to heat is reduced. Moreover, since the temperature of the part which has arrange | positioned the heat insulating material can be selectively made low, the temperature in the crucible in the heat insulating material vicinity can also be set low. Therefore, the temperature distribution in the semiconductor melt in the crucible can be controlled by the position of the heat insulating material.
As a result of investigating the relationship between the melt temperature at the bottom of the crucible and the oxygen concentration by simulation or the like, the present inventors have shown that the oxygen concentration depends on the melt temperature at the bottom of the crucible (as shown in FIG. It was found that the higher the melt temperature at the bottom, the higher the oxygen concentration). That is, it has been found that in order to control the oxygen concentration while maintaining the melt interface temperature, it is necessary to positively change the local temperature of the crucible itself. Therefore, based on such knowledge, the configuration of the single crystal pulling apparatus was invented. Therefore, the local temperature of the inner surface of the crucible can be freely changed according to the position, size, shape and material of the heat insulating material. In particular, by arranging the heat insulating material at the bottom of the crucible, the oxygen concentration and the melt temperature distribution. Can be controlled with high accuracy.
[0007]
In a single crystal pulling apparatus of the present invention, the single crystal pulling apparatus described above, the heat insulating material, techniques that are arranged annularly around the bottom center of the crucible are employed.
[0008]
In this single crystal pulling apparatus, since the heat insulating material is arranged in an annular shape centering on the center of the bottom of the crucible, the oxygen concentration is controlled by changing the temperature at the center of the bottom of the crucible by changing the inner diameter of the heat insulating material. be able to. Further, the heat insulating material is disposed away from the crucible bottom center, and the temperature around the bottom center can be relatively lowered with respect to the temperature at the crucible bottom center. Therefore, even when the temperature distribution at the solid-liquid interface is in a downwardly convex state in the absence of the heat insulating material, by providing the heat insulating material, the temperature around the bottom of the crucible bottom is lowered, and the temperature distribution at the solid-liquid interface Can be made uniform. Moreover, although the temperature at the outer peripheral portion of the semiconductor single crystal is relatively lowered by the heat insulating material, if the heater power is increased to compensate for this by heating from the outer periphery, the temperature gradient in the radial direction becomes smaller as a result. G can be reduced.
[0009]
In a single crystal pulling apparatus of the present invention, the single crystal pulling apparatus described above, the heat insulating material, techniques that are disposed facing the bottom center of the crucible are employed.
[0010]
In this single crystal pulling apparatus, since the heat insulating material is arranged facing the center of the bottom of the crucible, the temperature at the center of the bottom of the crucible can be lowered, and oxygen rising from the center of the bottom can be selectively suppressed. , The oxygen concentration can be kept low.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of a single crystal pulling apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS.
In these drawings, reference numeral 11 denotes a chamber, 12 denotes a shaft, 13 denotes a susceptor, 14 denotes a crucible, 15 denotes a heater, and 16 denotes a heat insulating cylinder.
[0012]
FIG. 1 shows a single crystal pulling apparatus according to this embodiment. The single crystal pulling apparatus is vertically installed in a chamber 11 that is a hollow hermetic container and vertically at the lower center of the chamber 11. The shaft 12 is movable up and down, the susceptor 13 placed on the shaft 12, and quartz (SiO 2) for storing the semiconductor melt L, which is placed on and supported by the susceptor 13 and is a silicon melt. ) Made crucible 14, a heater 15 arranged at a predetermined distance from the outer periphery of the crucible 14, and a heat retaining cylinder 16 arranged around the heater 15.
[0013]
Further, this single crystal pulling apparatus includes a substantially cylindrical flow pipe 17 disposed coaxially with the crucible 14 above the crucible 14 and an annular shape attached to the upper part of the heat insulating cylinder 16 and supporting the flow pipe 17. And an upper ring 18.
The crucible 14 is configured to rotate at a predetermined angular velocity on a horizontal plane around the axis of the shaft 12.
The heater 15 heats and melts the silicon raw material in the crucible 14 and keeps the generated semiconductor melt L. Usually, resistance heating is used.
[0014]
The heat insulating cylinder 16 is formed of a heat insulating material 16a made of carbon fiber (carbon fiber), and a carbon plate 16b is stretched as a support plate on the inner surface thereof.
A pull-up wire 19 is suspended from the upper part of the chamber 11 so as to be movable up and down and rotatable. A seed crystal of silicon is fixed to the lower end of the pull-up wire 19.
A transparent window 20 for observing the solid-liquid interface of the semiconductor single crystal C is provided in the upper part of the chamber 11.
[0015]
The flow tube 17 is a tapered cylindrical member whose inner diameter gradually decreases downward, and an upper end flange portion 17 a is fixed to an upper portion of the heat retaining cylinder 16 via an upper ring 18. This flow tube 17 blocks the radiant heat to the semiconductor single crystal C during the growth and allows the argon gas (inert gas) supplied from the gas inlet 11a at the upper end of the chamber 11 to pass therethrough and spray it onto the semiconductor melt L. The SiO2 generated from the semiconductor melt L is blown away. Note that the blown-in argon gas containing SiO 2 is sequentially discharged to the outside from the gas discharge port 11 b at the lower end of the chamber 11.
[0016]
The susceptor 13 is made of carbon, but an annular heat insulating material 13 a centering on the center of the bottom of the crucible 14 is embedded in a part of the portion that supports the bottom of the crucible 14.
The heat insulating material 13a is made of felt-like carbon fiber, for example.
[0017]
When crystal growth is performed in this single crystal pulling apparatus, first, argon gas is supplied from the gas introduction port 11a, and the heater 15 is energized to melt the silicon raw material in the crucible 14 to form the semiconductor melt L, and the heater The power of 15 is adjusted to keep the vicinity of the central liquid surface of the semiconductor melt L at the single crystal growth temperature. Next, the seed crystal suspended by the pull-up wire 19 is lowered and immersed in the semiconductor melt L so as to be dislocation-free by so-called necking, and then the crucible 15 and the pull-up wire 19 are opposite to each other. The semiconductor single crystal C is pulled up and grown while being rotated.
[0018]
In the present embodiment, in the susceptor 13, since the heat insulating material 13a is embedded at a position facing the center of the bottom of the crucible 14, the temperature can be relatively lowered at the portion of the heat insulating material 13a, and damage due to heat is caused. It is reduced. Further, by changing the inner diameter of the heat insulating material 13a, the oxygen concentration can be controlled by changing the temperature at the bottom center of the crucible 14. That is, as shown in FIG. 2, the melt temperature at the bottom of the crucible 14 depends on the inner diameter of the heat insulating material 13a. For example, the smaller the inner diameter, the lower the melt temperature and the lower the oxygen concentration. Therefore, by setting not only the heater shape and crucible position but also the inner diameter of the heat insulating material 13a, a predetermined oxygen concentration can be obtained with high accuracy.
[0019]
Moreover, the heat insulating material 13a will be distribute | arranged to the circumference | surroundings of the bottom center of the crucible 14, and the temperature of the circumference of the bottom part center can be relatively lowered with respect to the temperature of the crucible 14 bottom center. Therefore, even when the temperature distribution at the solid-liquid interface is in a downwardly convex state without the heat insulating material 13a, by providing the heat insulating material 13a, the temperature around the center of the crucible 14 can be reduced as shown in FIG. The temperature distribution at the solid-liquid interface (the dotted line in the figure is an isotherm) can be made uniform (flattened).
[0020]
Furthermore, although the temperature at the outer peripheral portion of the semiconductor single crystal C is relatively lowered by the heat insulating material 13a, it can be compensated by increasing the power of the heater 15 and heating from the outside in the radial direction, resulting in the temperature in the radial direction. The gradient can be reduced and ΔG can be reduced.
Thus, since the temperature of the portion where the heat insulating material 13a is arranged can be selectively lowered, the temperature distribution in the semiconductor melt L can be controlled by the position of the heat insulating material 13a.
[0021]
Next, a second embodiment of the single crystal pulling apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0022]
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that in the first embodiment, a susceptor 13 provided with an annular heat insulating material 13a is used, whereas in the second embodiment, it is shown in FIG. Thus, the point which employ | adopts the susceptor 23 which has arrange | positioned the disk-shaped heat insulating material 23a facing the center of the bottom part of the crucible 14 is used.
That is, in this embodiment, the temperature at the bottom center of the crucible 14 can be selectively lowered by the heat insulating material 23a, oxygen rising from the bottom center can be suppressed, and the oxygen concentration can be suppressed low.
[0023]
【The invention's effect】
The present invention has the following effects.
According to the single crystal pulling apparatus of the present invention , since the heat insulating material is provided in a part of the susceptor, the temperature can be relatively lowered in the heat insulating material part, the heat damage is reduced, and the quartz crucible is reduced. Can improve the service life. In addition, since the temperature of the portion where the heat insulating material is arranged becomes low, the temperature distribution in the semiconductor melt in the crucible can be controlled by the position of the heat insulating material, and the oxygen concentration can be controlled.
[0024]
According to the single crystal pulling apparatus of the present invention , since the heat insulating material is arranged in an annular shape centering on the bottom center of the crucible, the ambient temperature can be lowered relative to the temperature at the bottom center of the crucible. it can. Therefore, the temperature distribution of the solid-liquid interface that is in a downwardly convex state can be made uniform. In addition, a relatively low temperature at the outer periphery of the semiconductor single crystal due to the heat insulating material can be compensated by increasing the heater power, resulting in a small temperature gradient in the radial direction and a small ΔG. can. That is, by reducing ΔG, the COP can be reduced and so-called pure silicon can be grown. Therefore, it becomes possible to manufacture a single crystal for a high-performance device.
[0025]
According to the single crystal pulling apparatus of the present invention , since the heat insulating material is arranged facing the center of the bottom of the crucible, the temperature at the center of the bottom of the crucible can be lowered, and oxygen rising from the center of the bottom is suppressed. In addition, a single crystal having a low oxygen concentration can be easily obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall sectional view showing a first embodiment of a single crystal pulling apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the inner diameter of the heat insulating material and the melt temperature at the bottom of the crucible in the first embodiment of the single crystal pulling apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the main part showing the temperature distribution of the melt in the crucible in the first embodiment of the single crystal pulling apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is an overall cross-sectional view showing a second embodiment of the single crystal pulling apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is an overall sectional view showing a conventional example of a single crystal pulling apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of the main part showing the temperature distribution of the melt in the crucible in the conventional example of the single crystal pulling apparatus according to the present invention.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the melt temperature at the bottom of the crucible and the oxygen concentration in the conventional example of the single crystal pulling apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
13, 23 Susceptors 13a, 23a Heat insulation material 14 Crucible C Semiconductor single crystal L Semiconductor melt

Claims (7)

ルツボ内の半導体融液から半導体単結晶を引き上げる単結晶引上装置であって、
前記ルツボを載置して支持するサセプタを備え、
該サセプタは、前記ルツボ底部を支持する部分の一部に断熱材が設けられ
前記断熱材は、前記ルツボの底部中央を中心とした円環状に配され、かつ、前記ルツボ底部中央の温度に対して前記ルツボ底部中央の周囲の温度を相対的に下げるよう前記ルツボ底部中央から離間して配されてなることを特徴とする単結晶引上装置。
A single crystal pulling apparatus for pulling a semiconductor single crystal from a semiconductor melt in a crucible,
A susceptor for placing and supporting the crucible;
The susceptor is provided with a heat insulating material in a part of a portion supporting the crucible bottom ,
The heat insulating material is arranged in an annular shape centering on the bottom center of the crucible, and from the crucible bottom center so as to lower the temperature around the crucible bottom center relative to the temperature at the crucible bottom center. A single crystal pulling apparatus characterized by being arranged apart .
請求項1記載の単結晶引上装置において、
前記断熱材を設けることにより、ルツボ底部中央の周囲の温度を下げて、固液界面における温度分布を均一化させることを特徴とする単結晶引上装置。
The single crystal pulling apparatus according to claim 1, wherein
A single crystal pulling apparatus characterized in that by providing the heat insulating material, the temperature around the bottom center of the crucible is lowered and the temperature distribution at the solid-liquid interface is made uniform .
請求項1記載の単結晶引上装置において、
前記断熱材の内径は、前記半導体融液温度を下降させて酸素濃度を下げる場合には、前記断熱材の内径を小さくして、前記ルツボ自体の局所的な温度を積極的に変えるよう設定されてなることを特徴とする単結晶引上装置。
The single crystal pulling apparatus according to claim 1, wherein
The inner diameter of the heat insulating material is set so as to positively change the local temperature of the crucible itself by reducing the inner diameter of the heat insulating material when lowering the oxygen concentration by lowering the semiconductor melt temperature. single crystal pulling device characterized by comprising Te.
請求項1から3のいずれか記載の単結晶引上装置における制御方法であって、A control method in the single crystal pulling apparatus according to any one of claims 1 to 3,
ルツボ内の半導体融液における温度分布を断熱材の位置によって制御することを特徴とするルツボ内の半導体融液における温度分布制御方法。  A temperature distribution control method in a semiconductor melt in a crucible, wherein the temperature distribution in a semiconductor melt in a crucible is controlled by the position of a heat insulating material.
請求項4記載の制御方法において、The control method according to claim 4, wherein
前記半導体融液温度を下降させて酸素濃度を下げる場合には、前記断熱材の内径を小さくするように、前記断熱材の内径を設定することを特徴とするルツボ内の半導体融液における温度分布制御方法。  The temperature distribution in the semiconductor melt in the crucible is characterized in that when the semiconductor melt temperature is lowered to lower the oxygen concentration, the inner diameter of the heat insulating material is set so as to reduce the inner diameter of the heat insulating material. Control method.
請求項4または5記載の制御方法において、The control method according to claim 4 or 5,
前記断熱材が無い状態で固液界面における温度分布が下方に凸状態であった場合でも、上記断熱材を設けることにより、前記ルツボ底部中央の周囲の温度を下げて、固液界面における温度分布を均一化させることを特徴とするルツボ内の半導体融液における温度分布制御方法。  Even when the temperature distribution at the solid-liquid interface in the state without the heat insulating material is convex downward, by providing the heat insulating material, the temperature around the bottom center of the crucible is lowered, and the temperature distribution at the solid-liquid interface A method for controlling temperature distribution in a semiconductor melt in a crucible, wherein the temperature is uniformized.
請求項4から6のいずれか記載の制御方法において、The control method according to any one of claims 4 to 6,
前記断熱材によって前記半導体単結晶の外周部における温度が相対的に低下した分をヒータパワーを上げて外周からの加熱で補うことで、半径方向の温度勾配の差△Gを小さくすることを特徴とするルツボ内の半導体融液における温度分布制御方法。  The difference in temperature gradient in the radial direction ΔG is reduced by increasing the heater power and heating from the outer periphery to compensate for the temperature drop at the outer periphery of the semiconductor single crystal by the heat insulating material. A temperature distribution control method in a semiconductor melt in a crucible.
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