單晶制造裝置及單晶制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種利用CZ法的單晶制造裝置及單晶制造方法。
【背景技術】
[0002]在通過CZ法制造直徑為450mm以上的半導體單晶時，需要在半導體單晶制造裝置內的熱區或制造裝置自身設置大的開口部，以使所制造的半導體單晶能夠通過制造裝置內。由于開口部的面積越增大，石英坩禍內的多晶硅原料相對于腔室直接露出的面積也越增大，因此在多晶硅原料熔融時，會促進多晶硅原料與腔室之間的輻射傳熱，使多晶硅原料的溫度難以上升。
[0003]其結果，為使多晶硅原料熔融，加熱器的電力需要高功率，給保持多晶硅原料的石英坩禍帶來大的負荷，石英坩禍所受的損傷變大。其結果，無法進行長時間的作業，尋求能夠以低功率加熱器的電力進行多晶硅原料的熔融的制造裝置。
[0004]另一方面，在制造大直徑晶體，尤其是450mm以上的大直徑的長晶體時，Dash縮頸(夂V > I本、y夕)法對于保持收縮部細到2?3mm左右且大重量的晶體，強度較弱。因此不能采用Dash縮頸法。因此，需要通過引晶(種付)后的晶體直徑可任意選擇的無位錯引晶法進行晶體制造。無位錯引晶法是如下所述方法:預先規定能夠保持所希望的晶體重量的引晶后的生長中的最小直徑，使生長中的單晶直徑滿足其最小直徑以上的范圍，將頂端尖銳的籽晶緩慢浸入多晶硅原料熔融液中，然后培育成單晶。
[0005]但是，無位錯引晶法如字面所示，需要無位錯地進行引晶。于是，需要避免由于籽晶與多晶硅原料熔融液的溫度差所引起的熱沖擊，導致在籽晶中位錯被導入，之后的單晶生長成為有位錯生長。在對引晶前的籽晶進行加熱的工序中，為了縮小籽晶與原料熔融液的溫度差，需要對籽晶進行加熱。作為對籽晶進行加熱的方法，主要使用在熔體正上方配置籽晶，利用來自熔體表面的輻射熱對籽晶進行加熱的方法。
[0006]但是，伴隨著所制造的單晶硅的大直徑化，培育中的單晶導通的開口部直徑增大，因此會促進保持籽晶的籽晶夾頭與腔室間的輻射傳熱，在對引晶前的籽晶進行加熱的工序中無法充分加熱籽晶，無位錯引晶的成功率明顯降低。
[0007]現有技術文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:日本專利公開2012-91942號公報
[0010]專利文獻1:日本專利公開2006-44962號公報
【發明內容】
[0011](一)要解決的技術問題
[0012]為解決上述技術問題，進行了大量的技術開發，下面示出其一例。
[0013]在專利文獻I中，雖然記載了在引晶時將獨立于籽晶夾頭且可升降的熱遮蔽板配置在原料熔融液表面附近，但為了實施該技術，需要對現有的單晶制造裝置進行大幅改造，具有不能容易地導入的缺點。
[0014]在專利文獻2中，記載有在籽晶夾頭上安裝隔熱板，在引晶時通過該隔熱板對熔融液表面進行保溫。但是，在實際應用該方法制造450mm以上的大直徑單晶硅時，伴隨著培育成的單晶硅導通的開口部直徑的增大，覆蓋開口部的隔熱板的面積和重量會增加。在隔熱板的面積和重量增加的影響下，隔熱板的轉動慣量增加，因此在用籽晶夾頭提起隔熱板時，會妨礙單晶硅的旋轉，無法實現穩定的晶體生長。最壞的情況是導致培育中的單晶硅的位錯化的問題產生。
[0015]本發明是鑒于上述問題而完成的，其目的在于提供一種單晶制造裝置，該單晶制造裝置能夠容易地導入，能夠在加熱器的電力為低功率的條件下將原料熔融，能夠抑制引晶時位錯的產生，并能夠在提拉單晶時抑制單晶的位錯化。
[0016](二)技術方案
[0017]為了實現上述目的，根據本發明，提供一種單晶制造裝置，其特征在于，具備坩禍、主腔室、提拉腔室、整流筒、籽晶夾頭及保溫板，所述坩禍收容原料；所述主腔室收納對所述原料進行加熱而做成原料熔融液的加熱器；所述提拉腔室連續設置在所述主腔室的上部，培育成的單晶被提拉而收容；所述整流筒為圓筒狀，從所述主腔室的頂部向下方延伸設置，并具有導通所述單晶的開口部；所述籽晶夾頭可旋轉，用于保持籽晶；所述保溫板在加熱并熔融所述原料時，設置于所述整流筒的所述開口部下端，在提拉所述單晶時，與所述籽晶一起被提拉，所述單晶制造裝置一邊同時提拉所述籽晶和所述保溫板，一邊制造所述單晶，所述籽晶夾頭具備用于安裝所述保溫板的安裝件，該安裝件具有使所述保溫板可獨立于所述籽晶夾頭的旋轉而旋轉地進行安裝的機構。
[0018]若為這樣的單晶制造裝置，則能夠在加熱并熔融原料時，抑制從原料向腔室的輻射傳熱，即使加熱器的電力為低功率也能夠使原料熔融。另外，在引晶時，由于從原料熔融液、籽晶及籽晶夾頭向腔室的輻射傳熱被抑制，能夠充分加熱籽晶并保溫，因此即使為無位錯引晶法，也能夠抑制位錯的產生。并且，在提拉單晶時，能夠抑制因轉動慣量大的保溫板導致的單晶的轉速暫時減速，能夠進行穩定的晶體生長。因此，能夠抑制提拉中單晶的位錯化和雜質污染。另外，由于僅改造籽晶夾頭即可，因此能夠容易地導入現有的單晶制造裝置中。
[0019]此時，優選地，所述安裝件具有下凸緣及上凸緣，所述下凸緣為環狀，從所述籽晶夾頭的側面延伸出；所述上凸緣為環狀，放上所述保溫板，可獨立于所述籽晶夾頭的旋轉而旋轉，在所述下凸緣的上表面及所述上凸緣的下表面設置有環狀溝槽，通過配置在所述下凸緣的上表面的環狀溝槽及所述上凸緣的下表面的環狀溝槽中的三個以上的球，所述上凸緣載置于所述下凸緣上方。
[0020]若是這樣，則在單晶的提拉中，保溫板和上凸緣通過球獨立于籽晶夾頭本體進行旋轉，保溫板與籽晶夾頭本體不會接觸，因此能夠抑制微小片的產生。其結果，能夠切實地抑制提拉中的單晶的雜質污染。另外，若為這樣的安裝件，由于結構簡單，因此能夠更加容易地導入現有的單晶制造裝置中。
[0021]另外，此時，所述下凸緣可以在最外周具有向上方突出的阻擋壁。
[0022]若是這樣，則能夠切實地抑制由于上凸緣與保溫板接觸時的摩擦力而可能產生的微小片向硅熔融液表面落下。其結果，能夠進一步切實地抑制提拉中的單晶的位錯化和雜質污染。
[0023]另外，根據本發明，提供一種使用了如上所述的本發明的單晶制造裝置的單晶制造方法。
[0024]若為這樣的單晶制造方法，則在加熱并熔融原料時，能夠抑制從原料向腔室的輻射傳熱，即使加熱器的電力為低功率也能夠使原料熔融。另外，在引晶時，由于從原料熔融液、籽晶及籽晶夾頭向腔室的輻射傳熱被抑制，能夠充分加熱籽晶并保溫，因此即使為無位錯引晶法，也能夠抑制位錯的產生。并且，在提拉單晶時，能夠抑制因轉動慣量大的保溫板導致的單晶的轉速暫時減速，能夠進行穩定的晶體生長。因此，能夠抑制提拉中的單晶的位錯化和雜質污染。另外，由于僅改造籽晶夾頭即可，因此能夠用現有的單晶制造裝置容易地實施。
[0025](三)有益效果
[0026]若為本發明的單晶制造裝置，即使加熱器的電力為低功率，也能夠熔融原料，在引晶時，由于能夠充分加熱籽晶并保溫，因此能夠抑制位錯的發生。另外，在將保溫板安裝至籽晶夾頭上時，能夠抑制單晶的轉速暫時減速。其結果，能夠抑制單晶的位錯化。另外，由于僅改造籽晶夾頭即可，因此能夠容易地導入現有的單晶制造裝置中。
【附圖說明】
[0027]圖1是表示本發明的引晶時的單晶制造裝置的一例的剖視圖。
[0028]圖2是表示本發明的提拉單晶時的單晶制造裝置的一例的剖視圖。
[0029]圖3是表示本發明的具有安裝件的籽晶夾頭的一例的剖視圖。
[0030]圖4是表示本發明的具有安裝件的籽晶夾頭的一例的立體圖。
【具體實施方式】
[0031]下面，對本發明的實施方式進行說明，但本發明并不限定于此。
[0032]近年來，在大直徑的單晶、尤其是450mm以上的大直徑的長單晶的制造中，在原料熔融或引晶時，需要用保溫板堵塞整流筒的開口部，對熱區進行保溫。但是，在用籽晶夾頭提起保溫板時，具有妨礙單晶硅的旋轉，培育中的單晶硅發生位錯化的問題。
[0033]于是，本發明人等為解決這樣的問題進行了深入研究。其結果，想到若在將保溫板安裝到籽晶夾頭上的安裝件上，設置使保溫板可獨立于籽晶夾頭的旋轉而旋轉地進行安裝的機構，幾乎不會妨礙單晶硅的旋轉，而能夠抑制培育中的單晶硅的位錯化，并完成了本發明。
[0034]下面，參照圖1、圖2、圖3及圖4，對本發明的單晶制造裝置的一例進行說明。
[0035]如圖1、圖2所示，本發明的制造裝置I在主腔室6內收納有收容原料的坩禍2、3，以及對原料進行加熱而做成原料熔融液4的加熱器5。在主腔室6的上部連續設置的提拉腔室7的上部，設置有用于提拉單晶8的線繩9。此外，坩禍2、3由石英坩禍2和石墨坩禍3構成，所述石英坩禍2在內側用于直接收容原料熔融液4，所述石墨坩禍3在外側用于支承該石英樹禍2。
[0036]另外，還設置有整流筒10和籽晶夾頭12，所述整流筒10為圓筒狀，從主腔室6的頂部向下方延伸設置，具有單晶8導通的開口部；所述籽晶夾頭12可旋轉，用于在線繩9的前端保持籽晶11。如圖2所示，將安裝在該籽晶夾頭12的前端的籽晶11浸入原料熔融液4中，通過卷繞線繩9來提拉籽晶夾頭12，在籽晶11的下方形成單晶8。
[0037]另外，加熱器5以包圍坩禍2、3的方式配置。在該加熱器5與主腔室6之間，以包圍加熱器5周圍的方式設置有隔熱材料16，能夠通過該隔熱材料16隔絕來自加熱器5的輻射熱。進一步地，在隔熱材料16的內側配置有隔熱材料保護部件17。<