[發明專利]單晶制造裝置

有效

• 申請號: 200880124024.0
• 申請日: 2008-12-18
• 公開（公告）號: CN101910474A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 星亮二;高野清隆
• 申請（專利權）人: 信越半導體股份有限公司
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00;C30B29/06
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 郭曉東;馬少東

技術領域

本發明是涉及一種根據切克勞斯基法(Czochralski?method，以下稱為“CZ法”)來實行的單晶硅的制造裝置。

背景技術

以下，關于公知的根據切克勞斯基法來實行的單晶制造裝置，以單晶硅的培育為例，來進行說明。

圖4表示用以顯示公知的單晶制造裝置的一例的概要剖面圖。

利用CZ法來制造單晶硅時所使用的單晶制造裝置101，一般而言在用以培育單晶104的主腔室102內，配置可升降移動的用以容置原料熔液105的坩堝106、107及以包圍該坩堝106、107的方式而配置的加熱器108；并且，在該主腔室102的上部，連接設置有提拉腔室103，該提拉腔室103用于容置培育而成的單晶，然后加以取出。坩堝106、107利用被安裝在單晶制造裝置101下部的旋轉驅動機構(未圖標)，而被支撐在可自如旋轉升降的坩堝旋轉軸118上。

另外，在加熱器108的外側，以包圍該加熱器108的周圍的方式，設有用于防止來自加熱器的熱量直接輻射在主腔室102上的隔熱構件109。

另外，在腔室內部，以將在爐內產生的雜質排出爐外等作為目的，從設在提拉腔室103上部的氣體導入口111導入氬氣等的惰性氣體，其通過提拉過程中的單晶104、原料熔液105的表面，而在腔室內部流通，然后從氣體流出口110排出。另外，設有用于整流的整流筒114，以使此惰性氣體從熔液上方往下流過結晶附近。

另外，冷卻筒112以包圍提拉中的單晶104的方式，從主腔室102的至少頂部向原料熔液105的表面延伸。在冷卻筒112內，冷卻介質從冷卻介質導入口113被導入，該冷卻介質在冷卻筒112內循環，將冷卻筒112強制冷卻后，被排出外部。

當使用此種單晶制造裝置101來制造單晶時，先將晶種116浸漬于原料熔液105中，之后，一邊使此晶種旋轉一邊慢慢地往上方提拉來使棒狀的單晶成長，且為了獲得所希望的直徑和結晶質量，以使熔液面的高度一直保持在規定的位置的方式，配合結晶的成長，來使坩堝106、107上升。

而且，當培育單晶時，在將已被安裝于晶種夾頭117上的晶種116，浸漬在原料熔液105中之后，根據提拉機構(未圖示)，一邊使晶種116往所希望的方向旋轉一邊慢慢地卷起鋼線115，而使單晶104在晶種116的前端部成長。此處，為了消除在使晶種116浸在熔液中時所產生的位錯，先暫時使成長初期的結晶直徑縮小至3～5mm程度，而在消除位錯之后，將直徑擴大至所希望的直徑為止，然后成長為目標質量的單晶104。

此時，單晶104的具有規定直徑的晶身部(固定直徑部)的提拉速度，是依據要被提拉的單晶的直徑來決定的，但是處于0.4～2.0mm/min程度的非常慢的范圍內，若勉強地快速提拉，則培育中的單晶會發生變形而無法獲得具有固定直徑的圓柱狀制品。或者，在單晶104中會產生滑移位錯或是單晶104從熔液分離而無法成為制品等的問題，因而，限制結晶成長的高速化。

但是，在根據上述CZ而實行的單晶104的制造中，為了提高生產性、降低成本，使單晶104的成長速度高速化，是一種重要的手段，直到目前為止，為了實現單晶104的成長速度的高速化，已經有多種改良。

單晶104的成長速度是根據成長中的單晶104的熱收支(Heat?Budget)來決定的，為了使單晶104的成長速度高速化，已知只要有效率地除去從單晶表面放出的熱量即可。此時，若能提高單晶104的冷卻效果，則可更有效率地制造單晶。進而，已知由于單晶104的冷卻速度的不同，結晶的質量會改變。例如，單晶硅在單晶培育中所形成的成長(Grown-in)缺陷，可通過結晶內溫度梯度與單晶的提拉速度(成長速度)的比值，來進行控制，通過控制該比值，也能培育出無缺陷的單晶(參照日本特開11-157996號公報)。因而，不論是制造無缺陷結晶方面、或是使單晶的成長速度高速化來實現生產性的提高方面，提高培育中的單晶的冷卻效果是重要的。

當在CZ法中有效率地冷卻單晶104時，使來自加熱器108的輻射不直接照射在結晶上，且使腔室等的已被強制冷卻的物體，吸收來自單晶104的輻射熱的方式，是有效的。作為可實現此作用的裝置的構造，可舉出屏幕(screen)構造(參照日本特公昭57-40119號公報)。但是，此種構造若作成可避免由于坩堝的上升而造成的接觸的屏幕形狀，則需要縮小屏幕上部的內徑，其結果，存在結晶變成難以冷卻的缺點。

另外，在提拉結晶中，為了防止由于氧化性氣體所造成的污染而流通惰性氣體，但是存在不能活用此流通的惰性氣體所產生的單晶的冷卻效果這樣的問題。