特表 2022-518858 半導体結晶成長装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-16

(54)【発明の名称】半導体結晶成長装置

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/06 20060101AFI20220309BHJP

   C30B 15/22 20060101ALI20220309BHJP

【ＦＩ】

C30B29/06 502C

C30B15/22

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021544802

(86)(22)【出願日】2020-01-16

(85)【翻訳文提出日】2021-09-10

(86)【国際出願番号】 CN2020072522

(87)【国際公開番号】W WO2020156213

(87)【国際公開日】2020-08-06

(31)【優先権主張番号】201910104706.5

(32)【優先日】2019-02-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521338880

【氏名又は名称】ヅィング セミコンダクター コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】100115808

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 真司

(74)【代理人】

【識別番号】100113549

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 守

(72)【発明者】

【氏名】シェン ウェイミン

(72)【発明者】

【氏名】ワン ガン

(72)【発明者】

【氏名】デン シェンリャン

【テーマコード（参考）】

4G077

【Ｆターム（参考）】

4G077AA02

4G077BA04

4G077CF10

4G077EG19

4G077EG25

4G077EH06

4G077PF08

(57)【要約】

本発明は、炉体と、前記炉体の内部に設けられ、シリコン融液を保持する坩堝と、前記炉体の上部に設けられ、前記シリコン融液内からシリコン結晶インゴットを引き上げる装置と、リフレクタ装置とを備え、前記リフレクタ装置は、リフレクタ調整インサート装置を備え、前記リフレクタは、筒状であって、前記シリコン結晶インゴットの周囲に設けられ、前記炉体の上部から導入されるアルゴンガスを整流し、前記シリコン結晶インゴットと前記シリコン融液面との間の熱分布を調整するためのものであり、前記リフレクタ調整インサート装置は、前記リフレクタの下端部の内側に設けられ、前記リフレクタ装置と前記シリコン結晶インゴットとの間の最小距離を調整するための調整装置をさらに備えた半導体結晶成長装置を提供する。 本発明によれば、調整インサート装置をリフレクタの下端部の内側に設けることで、リフレクタの形状や位置を変えることなく、シリコン結晶インゴットとその近傍のリフレクタ装置との間の距離を調整して、結晶成長の速度と品質を向上させることができる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体結晶成長装置であって、
炉体と、
前記炉体の内部に設けられ、シリコン融液を保持する坩堝と、
前記炉体の上部に設けられ、前記シリコン融液内からシリコン結晶インゴットを引き上げる装置と
リフレクタ装置と、
を備え、
前記リフレクタ装置は、筒状であって、前記シリコン結晶インゴットの周囲に設けられ、前記炉体の上部から導入されるアルゴンガスを整流し、前記シリコン結晶インゴットと前記シリコン融液面との間の熱分布を調整するためのものである。調整インサート装置は、前記リフレクタの下端部の内側に設けられ、前記リフレクタ装置と前記シリコン結晶インゴットとの間の最小距離を調整するための調整装置をさらに備えた、
半導体結晶成長装置。

【請求項2】

前記調整インサート装置は、前記流入筒の内側を囲うように設けられた環状装置を備えた、請求項１に記載の半導体結晶成長装置。

【請求項3】

前記環状装置は、少なくとも２つの円弧状部材を接合して構成されている、請求項２に記載の半導体結晶成長装置。

【請求項4】

前記調整インサート装置は、前記リフレクタに着脱可能に接続されている、請求項１に記載の半導体結晶成長装置。

【請求項5】

前記リフレクタは、内筒、外筒、及び断熱材を備え、前記外筒の底部は、前記内筒の底部よりも下方に延び、前記内筒の底部と閉じることで、前記内筒と前記外筒との間に空洞を形成し、前記断熱材は前記空洞内に設けられている、請求項１に記載の半導体結晶成長装置。

【請求項6】

前記調整インサート装置は、挿入部と突出部とを備え、前記挿入部は、前記外筒の前記底部のうち前記内筒の前記底部よりも下方に延在する部分と前記内筒の前記底部との間に挿入される、請求項５に記載の半導体結晶成長装置。

【請求項7】

前記調整インサート装置は、断面が逆Ｌ字型、又は反時計回りに９０°回転したＴ字型である、請求項６に記載の半導体結晶成長装置。

【請求項8】

前記突出部は、逆三角形状とされ、又は前記シリコン結晶に向かって突出している形状とされる、請求項６に記載の半導体結晶成長装置。

【請求項9】

前記突出部は、前記リフレクタの底部を越えて下方に延びている、請求項８に記載の半導体結晶成長装置。

【請求項10】

前記突出部の前記リフレクタの底部を越えて下方に延びている形状は、内向きの凹型の曲面又は外向きの凸型の曲面を備えている、請求項８に記載の半導体結晶成長装置。

【請求項11】

前記調整インサート装置の材料は、低熱伝導率の材料を含む、請求項１に記載の半導体結晶成長装置。

【請求項12】

前記調整インサート装置の材料は、単結晶シリコン、グラファイト、石英、高融点金属、又は前記材料の組合せを含む、請求項１０に記載の半導体結晶成長装置。

【請求項13】

前記突出部は、前記シリコン結晶インゴットに面する側に低熱輻射係数の層を有し、前記調整インサート装置と前記シリコン結晶インゴット表面との間の輻射熱の伝達をさらに変更する、請求項９に記載の半導体結晶成長装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体製造分野に関し、より具体的には、半導体結晶成長装置に関する。

【背景技術】

【0002】

CZ引上げ法は、半導体ウェハーやソーラーエネルギー用のシリコン単結晶を作製するための重要な方法であり、坩堝に入れた高純度のポリシリコン原料を炭素材料によるヒーターで加熱して融解させた後、種結晶を融液に浸して一連の工程（ネック、シュルダ、ボーディ、テール、クーリング）を経て最終的に単結晶インゴットを得るものである。

【0003】

結晶引上げ工程では、シリコン結晶インゴットの周囲にリフレクタなど装置を設けることが多い。これは、結晶成長中に石英坩堝や坩堝内のシリコン融液から結晶表面に対する熱輻射を遮断し、結晶インゴットの軸方向の温度勾配を大きくして、かつ半径方向の温度分布をできるだけ均等にすることで、結晶インゴットの成長速度を適切な範囲に制御すると同時に、結晶の内部欠陥を抑制するためである。また、結晶成長炉の上部から導入された不活性ガスをガイドして、シリコン融液面をより大きな流速で通過させることで、シリコン結晶インゴット中の酸素含有量や不純物含有量を制御する効果を得るためである。

【0004】

半導体結晶成長装置の設計過程では、結晶インゴットの軸方向の温度勾配や径方向の温度分布を制御するために、リフレクタ装置とシリコン融液面及び結晶インゴットとの距離を考慮する必要がある。具体的には、リフレクタ装置の設計過程において、リフレクタ装置と液面と間の最小距離（以下、液面距離Ｄｒｍ）と、リフレクタ装置と結晶インゴットとの間の最小距離（以下、結晶インゴット距離Ｄｒｃ）という２つの重要なパラメータを考慮することが多い。ここで、Ｄｒｍはシリコン結晶の結晶引上げ液面との間での安定成長を制御し、Ｄｒｃはシリコン結晶インゴットの軸方向の温度勾配を制御する。 シリコン結晶インゴットとシリコン融液面との間でシリコン結晶を安定的に成長させるために、坩堝の上昇速度を制御することでＤｒｍが適切な範囲で安定するように制御することが多い。例えば、特願２０００－１６０４０５号には、単結晶シリコンの周囲にリフレクタ装置を設け、リフレクタ装置の下方面からシリコン融液の表面までの距離と、引き上げ速度を制御することで、単結晶シリコンの内部に発生する欠陥を抑制する半導体結晶の成長方法及び装置が開示されている。しかし、リフレクタ装置の形状が一旦固定されると、シリコン結晶インゴットとリフレクタ間の距離Ｄｒｃによるシリコン結晶インゴットの軸方向の温度勾配を調整することは困難である。

【0005】

このため、従来技術の問題点を解決するために、新しい半導体結晶成長装置を提案することになる。

【発明の概要】

【0006】

発明の概要の項では、簡略化された形での一連の概念が紹介されるが、これらは具体的な実施形態の項でさらに詳細に説明される。本発明の発明の概要の欄は、保護が請求された技術的な解決手段の主要な特徴や必須の技術的特徴を限定しようとするものではなく、ましてや保護が請求された技術的の解決手段の保護範囲を決定しようとするものでもない。

【0007】

本発明は、半導体結晶成長装置を提供するものであり、前記装置は、
炉体と、
前記炉体の内部に設けられ、シリコン融液を保持する坩堝と、
前記炉体の上部に設けられ、前記シリコン融液内からシリコン結晶インゴットを引き上げる装置と
リフレクタ装置を備え、
前記リフレクタ装置は、下方部に内径が小さいの筒状であって、前記シリコン結晶インゴットの周囲に設けられ、前記炉体の上部から導入されるアルゴンガスを整流し、前記シリコン結晶インゴットと前記シリコン融液面との間の熱分布を調整するためのものである。リフレクタインサート装置は、前記リフレクタの下端部の内側に設けられ、前記リフレクタ装置と前記シリコン結晶インゴットとの間の最小距離を調整するための調整装置をさらに備えている。

【0008】

例示的に、前記調整インサート装置は、前記流入筒の内側を囲うように設けられた環状装置を備えている。

【0009】

例示的に、前記環状インサート装置は、少なくとも２つの円弧状部材を接合して構成されている。

【0010】

例示的に、前記調整インサート装置は、前記リフレクタに着脱可能に接続されている。

【0011】

例示的に、前記リフレクタは、内筒、外筒、及び断熱材を備え、前記外筒の底部は、前記内筒の底部よりも下方に延び、前記内筒の底部と閉じることで、前記内筒と前記外筒との間に空洞を形成し、前記断熱材は前記空洞内に設けられている。

【0012】

例示的に、前記調整インサート装置は、挿入部と突出部とを備え、前記挿入部は、前記外筒の前記底部のうち前記内筒の前記底部よりも下方に延在する部分と前記内筒の前記底部との間に挿入される。

【0013】

例示的に、前記調整インサート装置は、断面が逆Ｌ字型、又は反時計回りに９０°回転したＴ字型である。

【0014】

例示的に、前記突出部は、逆三角形状とされ、又は前記シリコン結晶に向かって突出している形状とされる。

【0015】

例示的に、前記突出部は、前記リフレクタの底部を越えて下方に延びている。

【0016】

例示的に、前記突出部の前記リフレクタの底部を越えて下方に延びている形状は、内向きの凹型の曲面又は外向きの凸型の曲面を備えている。

【0017】

例示的に、前記調整インサート装置の材料は、熱伝導率が低い材料を含む。

【0018】

例示的に、前記調整インサート装置の材料は、単結晶シリコン、グラファイト、石英、高融点金属、又は前記材料の組合せを含む。

【0019】

例示的に、前記突出部は、前記シリコン結晶インゴットに面する側に低熱輻射係数の層を有し、前記調整インサート装置と前記シリコン結晶インゴット表面との間の輻射熱の伝達をさらに変更する。

【0020】

本発明による半導体結晶成長装置によれば、リフレクタ装置の設計において、リフレクタの下端の内側にインサート調整装置を設けることで、リフレクタの形状や位置を変えることなく、リフレクタ装置と結晶インゴットとの最小距離を小さくすることができ、シリコン結晶インゴットの軸方向の温度勾配を大きくして、結晶成長速度を向上させることができる。同時に、結晶インゴットの中心部とエッジ部との軸方向の温度勾配の差を小さくすることができ、結晶内部の欠陥制御が可能になる。また、調整インサート装置は、リフレクタを介してシリコン融液面に流入するアルゴンガスのガス流量と、リフレクタ装置と結晶インゴットとの間の最小距離Ｄｒｃによって、リフレクタを通ってシリコン融液面に向かい、シリコン融液面から半径方向に展開するガスの流量を変化させて、融液の酸素含有量を制御することができ、引き上げた結晶の品質をさらに向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

本発明の以下の添付図面は、本発明の理解のために本発明の一部として本明細書で使用される。 本発明の原理を説明するために、本発明の実施形態とその説明を添付図面に示す。

【0022】

添付の図面において、

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る半導体結晶成長装置の概略構成図である。

【図2】図２は、本発明の一実施形態に係るリフレクタに取り付けられた調整インサート装置の概略構成図である。

【図3A】図３Ａは、本発明の一実施形態に係る調整インサート装置の概略構成図である。

【図3B】図３Ｂは、本発明の一実施形態に係る調整インサート装置の概略構成図である。

【図3C】図３Ｃは、本発明の一実施形態に係る調整インサート装置の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下の説明では、本発明の深い理解のために、多くの具体的な内容を記載する。しかし、本発明は、これらの詳細の１つ又は複数を有さずに実施できることは、当業者には明らかであろう。他の例では、当技術分野でよく知られているいくつかの技術的特徴は、本発明との混同を避けるために記載していない。

【0024】

本発明を十分に理解するために、以下の説明では、本明細書に記載された半導体結晶成長装置を例に挙げて詳細な説明を行う。当然のことながら、本発明はその実施において、半導体分野の当業者に馴染みのある特定の詳細に限定されるものではない。以下、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明するが、本発明はこれらの詳細な説明に加えて、他の実施形態を有することができる。

【0025】

本明細書で使用されている用語は、特定の実施形態を説明することのみを意図しており、本発明による例示的な実施形態を制限することを意図していないことに留意すべきである。本明細書では、文脈が明示的に示さない限り、単数形は複数形を含むことも意図している。さらに、本明細書で「構成する」及び／又は「含む」という用語が使用されている場合、これらの用語は、前記特徴、全体、ステップ、操作、部品、アセンブリ及び／又はそれらの組合せの存在を示しているが、１つ又は複数の他の特徴、全体、ステップ、操作、部品、アセンブリ又はそれらの組合せの存在又は追加を排除するものではないことも理解すべきである。

【0026】

次に、本発明による例示的な実施形態について、添付の図面を参照してより詳細に説明する。しかし、これらの例示的な実施形態は、様々な異なる形態で実施することができ、本明細書に記載された実施形態に限定されると解釈されるべきではない。これらの実施形態は、本発明の開示を徹底して完全なものとし、これらの例示的な実施形態のアイデアを当業者に適切に伝えるために提供されるものであることを理解されたい。添付の図面では、明確にするために層や領域の厚さを誇張しており、また、同じ構成要素は同じ添付の標記を使用して示し、それらの説明は省略する。

【0027】

先行技術の技術的課題を解決するために、本発明は、半導体結晶成長装置を提供するものであり、前記装置は、
炉体と、
前記炉体の内部に設けられ、シリコン融液を保持する坩堝と、
前記炉体の上部に設けられ、前記シリコン融液内からシリコン結晶インゴットを引き上げる装置と
リフレクタ装置を備え、
前記リフレクタ装置は、下方部に内径が小さいの筒状であって、前記シリコン結晶インゴットの周囲に設けられ、
、前記炉体の上部から導入されるアルゴンガスを整流し、前記シリコン結晶インゴットと前記シリコン融液面との間の熱分布を調整するためのものである。
リフレクタ調整インサート装置は、前記リフレクタの下端部の内側に設けられ、前記リフレクタ装置と前記シリコン結晶インゴットとの間の最小距離を調整するための調整インサート装置をさらに備えている。

【0028】

本発明で提案する半導体結晶成長装置の例示的な説明を、図１及び図２を参照して以下に行う。図１は、本発明の実施形態にかかる半導体結晶成長装置の概略構成図であり、図２は、本発明の実施形態にかかるリフレクタに取り付けられた調整インサート装置の概略構成図であり、図３Ａ～図３Ｃは、それぞれ、調整インサート装置の概略構成図である。

【0029】

引上げ法（Ｃｚ）は、半導体ウェハーやソーラーエネルギー用のシリコン単結晶を作製するための重要な方法であり、坩堝に入れた高純度のシリコン材料を炭素材料によるヒーターで加熱して融解させ、その融解液に種結晶を浸して、一連の工程（ネック、シュルダ、ボーディ、テール、クーリング）を経て、最終的に単結晶インゴットを得る方法である。

【0030】

図１を参照して、本発明の一実施形態に係る半導体結晶成長装置を説明する。 半導体結晶成長装置は、坩堝１１が設けられた炉体１を備え、坩堝１１の外側に坩堝１１を加熱するヒーター１２が設けられ、坩堝１１内にシリコン融液１３が収容される。

【0031】

炉体１の上部には引上げ装置１４が設けられており、種結晶は引上げ装置１４によってシリコン融液面からシリコン結晶インゴット１０を引き上げるとともに、シリコン結晶インゴット１０の周囲にはリフレクタ装置が設けられている。例示的には、図１に示すように、リフレクタ装置は、円錐筒形のリフレクタ１６を備えている。リフレクタ装置は、結晶成長過程で石英坩堝と坩堝内のシリコン融液が結晶表面に対して発生する熱輻射を遮断して、結晶インゴットの冷却速度と軸方向の温度勾配を高め、成長速度を増やすると同時に、結晶インゴット表面の熱分布に影響を与えながら、結晶インゴットの中心部とエッジ部との軸方向の温度勾配に過度な差が生じないように工夫して、結晶インゴットの欠陥と面内分布を制御する。また、リフレクタは、結晶成長炉の上部から導入された不活性ガスを、より大きな流量でシリコン融液の表面を通過させるように誘導し、結晶中の酸素量や不純物の含有量を制御する効果を得られる。 図１を参照すると、リフレクタ１６の底面とシリコン融液１３の液面との間の最小距離を、リフレクタ装置とシリコン融液との間の最小距離として用い、これを液面距離と称し、Ｄｒｍと表し、リフレクタ１６のシリコン結晶インゴット１０との間の最小距離を、リフレクタ装置とシリコン結晶インゴットとの間の最小距離として用い、これを結晶インゴット距離と称し、Ｄｒｃと表す。

【0032】

シリコン結晶インゴットを安定して成長させるために、坩堝１１を回転・上下動させる駆動装置１５を炉体１の底部に設けている。駆動装置１５は、シリコン融液の熱的非対称性を低減して、結晶引上げ工程中に坩堝１１を回転させ続けるように駆動する。また、駆動装置１５は、液面距離Ｄｒｍを適度な範囲に制御して、シリコン融液面から結晶インゴットへの熱輻射を安定させて、坩堝を適正な速度で駆動する。例示的には、駆動ユニット１５は、坩堝を上下に駆動して、液面距離Ｄｒｍを２０ｍｍから８０ｍｍの間で制御する。

【0033】

しかし、リフレクタ装置が固定されている場合には、リフレクタの形状や位置が固定されており、シリコン結晶インゴットの形状が一定である場合には、装置自体を制御して、Ｄｒｃをさらに小さくすることでシリコン結晶インゴットの軸方向の温度勾配をより大きくすることは困難である。

【0034】

このため、図２を参照すると、本発明の半導体結晶成長装置では、リフレクタ１６の下端に調整インサート装置１７が設けられており、調整インサート装置１７とフレクタ１６と合わせ、リフレクタ装置として一体となり、シリコン融液面と結晶インゴットとの間の熱分布を調整する。具体的には、リフレクタの下端の内側に調整インサート装置を設けることで、調整インサート装置を設けない場合と比較して、リフレクタの大きさや位置を調整することなく、リフレクタ装置とシリコン結晶インゴットとの間の最小距離Ｄｒｃを、リフレクタとシリコン結晶インゴットとの間の初期の最小距離から調整インサート装置とシリコン結晶インゴットとの間の最小距離に変更することで、リフレクタ装置とシリコン結晶インゴットとの間の最小距離Ｄｒｃを小さくすることができる。リフレクタ装置は、シリコン結晶インゴットとリフレクタ装置との間、及びリフレクタ装置とシリコン融液面との間の輻射エネルギーを再度調整し、これにより結晶面上の熱流束の強度と分布が調整され、シリコン結晶インゴットの中心部とエッジ部との間の軸方向の温度勾配が大きくなり、結晶成長速度が効果的に向上するとともに、シリコン結晶インゴットの中心部とエッジ部との間の軸方向の温度勾配の差が減少し、シリコン融液面で結晶が安定して成長しやすくなる。また、調整インサート装置は、さらに、アルゴンガスがリフレクタを介してシリコン融液面に流れる流路の断面積を小さくすることで、シリコン融液面から半径方向に展開するアルゴンガスのガス流量を調整し、成長する結晶の酸素含有量を調整して、引き上げられる結晶の品質をさらに向上させる。

【0035】

さらに、調整インサート装置を設定する場合は、リフレクタ装置とシリコン結晶インゴットとの間の最小距離Ｄｒｃを小さくし、シリコン融液から結晶インゴットへの輻射熱の伝達を小さくし、結晶インゴットの軸方向の温度勾配を大きくして、結晶の成長速度の向上させると同時に、結晶成長用の加熱器の消費電力を低減できる。リフレクタと結晶インゴットとの間に調整インサート装置を設ける場合には、リフレクタから結晶インゴットへの輻射熱の伝達を低減でき、それにより結晶インゴットの中心部とエッジ部との軸方向の温度勾配の差を小さくして、結晶成長のプロセスウィンドウ（引上げ速度の適正許容範囲）を広くし、製品の歩留まりを向上させることができる。

【0036】

前記リフレクタは、前記シリコン結晶インゴットの周囲に、筒状に設けられており、例示的に、前記調整インサート装置１７は、前記リフレクタの内側を囲う環状装置として設けられている。

【0037】

例示的に、前記調整インサート装置と前記リフレクタとは、着脱可能に接続されている。

【0038】

さらに、例示的に、前記環状装置は、少なくとも２つの円弧状の部材を継ぎ足して構成されている。結晶引上げ工程は高温環境下にあるため、高温環境下で調整インサート装置が膨張してリフレクタとの取付けが不安定になることを避けるために、環状の調整インサート装置を多段の円弧とし、多段の円弧の間にギャップを設けることで、調整インサート装置が膨張してリフレクタとの取付けが不安定になる問題を効果的に回避すると同時に、環状の調整装置を多段の円弧とすることで、調整インサート装置をリフレクタに取り付ける作業をさらに簡素化することができる。

【0039】

引き続き図２を参照すると、本発明の一実施形態によれば、リフレクタ１６は、内筒１６１と、外筒１６２と、内筒１６１と外筒１６２との間に設けられた断熱材１６３とを備え、外筒１６２の底部は、内筒１６１の底部の下に延び、内筒１６１の底部と接続されて、内筒１６１と外筒１６２との間に断熱材１６３を収容する空洞を形成する。リフレクタを内筒、外筒、断熱材を備える構成とすることで、リフレクタの設置を容易にできる。例示的に、内筒及び外筒の材料はグラファイトとし、断熱材はカーボン繊維、アスベスト、ロックウール、シリケート、エアロジェルマット、真空ボード等多孔質素材を含む。

【0040】

引き続き図２を参照すると、リフレクタ１６が、内筒１６１と、外筒１６２と、内筒１６１と外筒１６２との間に設定された断熱材１６３とを含むように設定されている形態において、調整インサート装置１７は、突出部１７１と挿入部１７２とを含み、当該挿入部１７２は、外筒１６２の底部の内筒１６１の底部よりも下方に延在する部分と内筒１６１の底部との間に挿入される。調整インサート装置を挿入する方式でリフレクタに取り付けるので、リフレクタを改造することなく、調整装置の設置を実現でき、調整装置及びリフレクタの製造コストや設置コストをさらに簡素化することができる。また、挿入部が外筒の底部と内筒の底部の間に挿入されることで、外筒から内筒への熱伝達を効果的に減らし、内筒の温度を下げて、内筒から結晶インゴットへの輻射熱の伝達をさらに減少させ、シリコン結晶インゴットの中心部とエッジ部との軸方向の温度勾配の差を効果的に減少させ、引き上げた結晶の品質を向上させることができる。

【0041】

例示的に、前記調整インサート装置は、低熱伝導性材料で構成される。さらに、例示的な前記低熱伝導率材料は、５～１０Ｗ／（ｍ＊Ｋ）未満の熱伝導率を有する材料を含む。例として、前記調整インサート装置の材料は、ＳｉＣ、石英、単結晶シリコン、カーボン繊維、石英、高融点金属、又は前記材料の組み合わせ等とされる。

【0042】

本実施形態では、調整インサート装置をリフレクタに着脱可能に取り付けるようにしているが、これは、一方では、両者の取り付けと分離製造を実現し、製造工程を簡略化して製造コストを低減するためであり、他方では、調整インサート装置を別個に交換し、調整インサート装置を消耗品として加工して使用することを可能とし、調整インサート装置がシリーズ化された製品を形成し、プロセス開発のサイクルを短縮して、開発コストを削減するためである。なお、調整インサート装置をリフレクタの内筒と一体的に製造する場合にも本発明が適用可能であることは、当業者に理解されるべきである。

【0043】

例示的に、前記調整インサート装置の断面は、逆Ｌ字型又は反時計回りに９０°回転したＴ字型をしている。引き続き図２を参照すると、調整インサート装置１７は、反時計回りに９０°回転したＴ字型の断面を有しており、挿入部１７２が、内筒１６１の底面の下方に延びる外筒１６２の底面の部分と内筒１６１の底面との間に挿入され、突出部１７１が逆三角形になっているため、結晶インゴットとリフレクタ装置との間の最小距離が短くなっている。

【0044】

なお、突出部を逆三角形にしたのは例示的なものであり、シリコン結晶インゴットの側面に向かって突出する形状であれば、どのような形状にしてもよく、また、結晶インゴットとリフレクタ装置との最小距離を短くする形状であれば、本発明に適用可能であることを理解されたい。

【0045】

図３Ａ～図３Ｃを参照すると、突出部１７１が結晶インゴットに向かって突出する形状とされていることが示されている。図３Ａ～図３Ｃに示すように、突出部１７１は、矢印Ｐで示す部分に示されるように、前記リフレクタの底部を超えて下方に延びている。図２に示すように、突出部はリフレクタの底面を越えて下方に延びており、リフレクタの大きさや位置を変えることなく、リフレクタ装置とシリコン融液面との間の最小距離Ｄｒｍを、リフレクタの底面とシリコン融液面との間の最小距離から、調整装置の突出部の下端とシリコン融液面との間の最小距離に変更することで、リフレクタ装置とシリコン融液面との間の最小距離Ｄｒｍを小さくし、それによってリフレクタ内をシリコン融液面に向かって流れ、シリコン融液面から半径方向に展開するアルゴンガスのガス流量を調整することで、シリコン結晶の外周部付近のシリコン融液内の酸素濃度を制御し、結晶中の酸素含有量を調整し、引き上げた結晶の品質をさらに向上させることができる。

【0046】

例示的に、前記突出部１７１の前記リフレクタの底部を超えた下方延長部の形状は、内向き凹型の曲面（図３Ｂに示す）又は外向き凸型の曲面（図３Ｃに示す）を含む。突出部の前記リフレクタの底部を超えた下方延長部の形状を内向き凹型曲面又は外向き凸型曲面とすることで、調整インサート装置とシリコン融液面との相対的な形状により、シリコン結晶インゴットの表面とシリコン融液面と調整インサート装置との間の輻射熱の伝達をさらに調整し、結晶面の軸方向に沿った方向や、結晶から外部に放出される熱流束の変動を調整して、中心部とエッジ部との軸方向の温度勾配の差を小さくすることで、結晶と融液との界面をより平坦な形状にする効果を得ることができる。

【0047】

例示的に、前記突出部は、シリコン結晶インゴットに面する側に低熱輻射係数（高反射係数）の層を備えており、これによりリフレクタとシリコン結晶インゴットの表面との間の輻射熱の伝達をさらに減少させている。前記熱輻射係数ｅは、０～１（反射係数ｐ＝１－ｅ）である。例示的に、前記低輻射係数材料の熱輻射係数はｅ＜０．５である。

【0048】

例示的に、前記調整インサート装置の材料をグラファイトとし、前記グラファイトの表面を表面処理して、コーティング厚さが１０μｍから１００μｍのＳｉＣコーティング及び／又は熱分解カーボンコーティングを形成する。ここで、前記熱分解カーボンコーティングは、表面密度が高く、高温での熱反射率が高いものであり、前記表面処理は、化学気相成長法などを含む。

【0049】

例示的に、調整インサート装置の前記突出部の形状及び表面にコーティング処理を施して、表面の高反射率（低熱輻射率）の層を形成し、シリコン結晶インゴットの表面、液面及び調整インサートの間の輻射熱の伝達を変化させ、軸方向に沿った結晶面の向きや、結晶から外部に放出される熱流束の変動を調整して、中心部とエッジ部との軸方向の温度勾配の差を小さくして、結晶と融液との界面の形状をより平坦化にし、結晶の半径方向の差を小さくする効果がある。

【0050】

以上、本発明による半導体結晶成長装置を例示的に説明したが、本実施形態の半導体結晶成長装置における調整装置の形状、実装方法、材質等の制限は単なる例示であり、結晶インゴットとリフレクタ装置との間の最小距離を小さくできる調整装置であれば、本発明に適用可能であることを理解されたい。

【0051】

以上のように、本発明による半導体結晶成長装置は、リフレクタの下端部の内側に調整インサート装置を設けることにより、リフレクタの形状や位置を変えることなく、リフレクタ装置と結晶インゴットとの最小距離を短くし、シリコン結晶インゴットの軸方向の温度勾配を大きくして、結晶成長速度を調整することができ、同時に、中心部とエッジ部との軸方向の温度勾配の差が小さくなるため、安定した結晶成長がしやすくなる。同時に、調整インサート装置は、リフレクタ装置と結晶インゴットとの間の最小距離によって、リフレクタからシリコン融液面に流れるアルゴンガスの通路サイズを小さくし、リフレクタからシリコン融液面に流れてシリコン融液面から半径方向に展開するアルゴンガスのガス流量を変更し、シリコン結晶の外周付近のシリコン融液内部の酸素濃度を制御し、結晶の酸素含有量を調整し、引き上げられる結晶の品質をさらに向上させることができる。

【0052】

本発明を上述の実施形態によって説明してきたが、上述の実施形態は、例示及び説明の目的でのみ使用されており、本発明を記載された実施形態の範囲に限定することを意図していないと理解されるべきである。さらに、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の教示に従って、より多様な変形や変更が可能であり、それらはすべて本発明が主張する保護の範囲に入ることが、当業者には理解されるであろう。本発明の保護範囲は、添付の特許請求の範囲とそれと同等の効果を有する範囲によって定義される。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【国際調査報告】