專利名稱：單晶制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用切克勞斯基法來培育單晶錠的單晶制造裝置。
背景技術(shù)：
制造超高集成半導(dǎo)體器件所使用的基板，主要是使用硅晶片，所述硅晶片是先利用切克勞斯基法(Czochralski method, CZ法)來培育硅單晶錠，然后將培育后的單晶錠進(jìn)行晶片加工，并將表面加工成鏡面。在此種使用CZ法的單晶制造中，隨著為了減低半導(dǎo)體器件的制造成本而增大硅晶片的口徑，則需要進(jìn)一步擴(kuò)大裝置或爐內(nèi)零部件。在CZ法中，利用圓筒形石墨加熱器，對放入石英坩堝中的多晶原料加熱，然后由熔解的硅熔體(silicon melt)來培育單晶。隨著這樣培育的單晶錠的口徑的增大，并導(dǎo)致坩堝等的尺寸擴(kuò)大，將產(chǎn)生以下問題圍繞坩堝進(jìn)行加熱的加熱器也擴(kuò)大，產(chǎn)生彎曲等變形，并與其他零部件接觸而放電。擴(kuò)大后的加熱器的凈重也可能導(dǎo)致此種變形，并且，尤其是在磁場外加切克勞斯基法(Magnetic field applied Czochralski Method, MCZ 法)中，可能無法忽視由磁場中的洛倫茲力(Lorentz force)所引起的變形，為了防止此種加熱器的變形，而采用在加熱電極以外，設(shè)置輔助電極，來支持加熱器的方法(參照專利文獻(xiàn)I)。[先行技術(shù)文獻(xiàn)](專利文獻(xiàn))專利文獻(xiàn)I :日本特開平9-263491號公報

發(fā)明內(nèi)容
[發(fā)明所要解決的問題]但是，經(jīng)由輔助電極從加熱器散失的熱量較多，從而使單晶制造裝置的耗電量增力口。因此，在習(xí)知的CZ法及MCZ法中，存在熱效率較差，工業(yè)成本高，環(huán)境負(fù)擔(dān)大的問題。本發(fā)明是有鑒于所述問題點而完成，其目的在于提供一種抑制加熱器的變形，且熱效率不會惡化的單晶制造裝置。[解決問題的技術(shù)手段]為了達(dá)成所述目的，本發(fā)明提供一種單晶制造裝置，是通過切克勞斯基法來制造單晶錠的單晶制造裝置，具備坩堝，其容置原料熔液；加熱器，其具有圍繞該坩堝的圓筒形發(fā)熱部；主室，其容置該加熱器；加熱電極，其支持所述加熱器，并供給電流；及絕熱板，其被配置于所述加熱器的圓筒形發(fā)熱部的下方；其中，所述單晶制造裝置的特征在于所述絕熱板，經(jīng)由絕緣性固定構(gòu)件，被固定并支持于所述加熱電極，并在所述絕熱板的頂面與所述圓筒形發(fā)熱部的下端相對應(yīng)的位置處，配置有絕緣性支持構(gòu)件。
這樣一來，如果絕熱板是經(jīng)由絕緣性固定構(gòu)件而被固定并支持于加熱電極上，并在絕熱板的頂面與圓筒形發(fā)熱部的下端相對應(yīng)的位置處，配置有絕緣性支持構(gòu)件，就可以利用絕熱板上的絕緣性支持構(gòu)件來支持加熱器的圓筒形發(fā)熱部，并抑制變形，并且，即使絕緣性支持構(gòu)件與加熱器接觸，由于所接觸的絕緣性支持構(gòu)件，是被配置在絕熱板上，且該絕熱板已通過絕緣性固定構(gòu)件而被固定并支持在加熱電極上，因此通過接觸而散失的熱量較小，加熱器的熱效率幾乎不會惡化。又，由于絕熱板經(jīng)由絕緣性的構(gòu)件與加熱電極及加熱器接觸，因此也不用擔(dān)心會放電。并且，為了抑制加熱器的圓筒形發(fā)熱部的變形，無需輔助電極等追加構(gòu)件，因此裝置成本較低。
此時，優(yōu)選為，所述加熱電極在兩處支持所述加熱器，所述絕熱板的頂面的配置有所述絕緣性支持構(gòu)件的位置，與所述圓筒形發(fā)熱部下端的所述加熱電極支持所述加熱器的位置旋轉(zhuǎn)90度后的位置相對應(yīng)。由此，由于在加熱器的圓筒形發(fā)熱部的變形量最大的位置處，配置有絕緣性支持構(gòu)件，因此所述單晶制造裝置可以更有效地抑制加熱器的變形。此時，優(yōu)選為，所述絕緣性支持構(gòu)件的上端與所述加熱器的圓筒形發(fā)熱部的下端之間的距離為0 5mm。由此，所述單晶制造裝置可以充分地抑制加熱器的變形。此時，優(yōu)選為，所述加熱器的圓筒形發(fā)熱部的內(nèi)徑為850mm以上。這樣一來，由于即使是加熱器的圓筒形發(fā)熱部的內(nèi)徑為850mm以上的大型的裝置，本發(fā)明的裝置也不會使熱效率惡化，而能抑制變形，因此所述單晶制造裝置適合用于制造大口徑單晶錠。(發(fā)明的效果)如上所述，利用本發(fā)明的單晶制造裝置，由于抑制加熱器的變形，并且熱效率幾乎不會惡化，因此所述單晶制造裝置可以降低耗電量，并以低成本來制造大口徑的單晶。


圖I中的(a)是部分地表示本發(fā)明的單晶制造裝置的實施態(tài)樣的一例的概略斜視圖。圖I中的(b)是部分地表示本發(fā)明的單晶制造裝置的實施態(tài)樣的一例的概略側(cè)視圖。圖2是表示本發(fā)明的單晶制造裝置的實施態(tài)樣的一例的概略剖面圖。圖3是表示在實施例、比較例中，制造單晶錠時的平均耗電量的圖表。圖4是表示可以用于本發(fā)明的單晶制造裝置中的絕熱板的一例的概略斜視圖。圖5中的(a)是部分地表示比較例中所使用的單晶制造裝置的概略斜視圖。圖5中的(b)是部分地表示比較例中所使用的單晶制造裝置的概略側(cè)視圖。
具體實施例方式以下，作為實施態(tài)樣的一例，參照圖式并詳細(xì)地說明本發(fā)明的單晶制造裝置，但是本發(fā)明并不限定于此實施態(tài)樣。圖2是表示本發(fā)明的單晶制造裝置的一例的略圖。圖2所示的本發(fā)明的單晶制造裝置21是利用切克勞斯基法來制造單晶錠的裝置，其具備石英坩堝18，其容置原料熔液20 ;石墨坩堝19，其位于石英坩堝18的外側(cè)；及坩堝支持軸17，其支持石英坩堝18和石墨坩堝19，并使它們旋轉(zhuǎn)/升降。而且，所述單晶制造裝置21更具備加熱器13，其具有圍繞石英坩堝18和石墨坩堝19的圓筒形發(fā)熱部14 ;加熱電極11，其支持加熱器13，并供給電流；主室22，其容納加熱器13 ;及絕熱板10，其被配置于加熱器13的圓筒形發(fā)熱部14的下方。并且，在加熱器13和絕熱板10的外側(cè)，于主室22的內(nèi)壁與底面的內(nèi)側(cè)，配置有絕熱構(gòu)件12。此處，圖I是部分地表示本發(fā)明的單晶制造裝置的一例的(a)概略斜視圖、及(b)概略側(cè)視圖。另外，在圖I中的(a)中，用虛線表示絕熱板10?？梢允贡景l(fā)明的單晶制造裝置21的加熱器13設(shè)為例如石墨加熱器，又，如圖I中的(a)、(b)及圖2所示，在圓筒形發(fā)熱部14的下部具有端子部15，此端子部15與加熱電極11連接，由此來支持加熱器13，并向其供給電流。而且，如圖I中的(a)、(b)及圖2所示，本發(fā)明的單晶制造裝置21，其絕熱板10是經(jīng)由絕緣性固定構(gòu)件16而被固定并支持在加熱電極11上，并在絕熱板10的頂面與圓筒形發(fā)熱部14的下端相對應(yīng)的位置處，配置有絕緣性支持構(gòu)件23。通常，絕熱板10是用于利用下方絕熱，來對原料熔液20進(jìn)行保溫，如果是此種本發(fā)明的單晶制造裝置21，可以利用絕熱板10上的絕緣性支持構(gòu)件23來抑制、防止加熱器13的圓筒形發(fā)熱部14發(fā)生變形。因此，除了加熱電極以外，所述單晶制造裝置21無需追加輔助電極等新的零部件等，能以低成本來抑制加熱器13的變形。又，即使絕熱板10上的絕緣性支持構(gòu)件23與圓筒形發(fā)熱部14接觸，由于絕熱板10是經(jīng)由絕緣性固定構(gòu)件16而被加熱電極11支持，因此因傳熱而散失的熱量較小。又，由于加熱電極11及加熱器13是經(jīng)由絕緣性的構(gòu)件而接觸，因此絕熱板10也不會產(chǎn)生放電。圖4是表示可以用于本發(fā)明的單晶制造裝置中的絕熱板的一例的概略斜視圖。作為絕熱板10，如圖4所示，例如是由石墨材料26與絕熱材料27所構(gòu)成，且為圓板形，并可以形成有坩堝支持軸17所穿過的中心的孔24、及加熱器13的端子部15所穿過的孔25。又，絕緣性支持構(gòu)件23及絕緣性固定構(gòu)件16可以是任一種形狀，只要端面為平面即可，材質(zhì)可以是例如碳化硅、氮化硅及氧化鋁等。另外，如果加熱器13不具有端子部15時，也可以利用加熱電極直接來支持加熱器的圓筒形發(fā)熱部。又，優(yōu)選為，當(dāng)如圖I、2所示的加熱電極11在兩處支持加熱器13時，如圖4所示，絕熱板10的頂面的配置有絕緣性支持構(gòu)件23的位置，與圓筒形發(fā)熱部14下端的加熱電極11支持加熱器13的位置(孔25的位置)旋轉(zhuǎn)90度后的位置相對應(yīng)。由此，在加熱器13的圓筒形發(fā)熱部14特別容易產(chǎn)生彎曲等變形的位置處，通過配置絕緣性支持構(gòu)件23，可以配合加熱電極11的支持位置，在四個旋轉(zhuǎn)對稱的位置處支持圓筒形發(fā)熱部14的下端，可以有效地抑制圓筒形發(fā)熱部14的變形。又，如果加熱器13的圓筒形發(fā)熱部14的內(nèi)徑較大，也可以進(jìn)一步再多配置兩處絕緣性支持構(gòu)件23，來支持圓筒形發(fā)熱部14。又，優(yōu)選為，如圖I中的(b)所示的絕緣性支持構(gòu)件23的上端與加熱器13的圓筒形發(fā)熱部14的下端之間的距離D為0 5mm。在單晶制造前的設(shè)置有加熱器13的狀態(tài)下，如果使絕緣性支持構(gòu)件23與圓筒形發(fā)熱部14的下端接觸(D=Omm),或與下端的距離為5mm以內(nèi)，就可以確實地抑制加熱器13 的變形，不會產(chǎn)生與其他構(gòu)件接觸等問題。并且，優(yōu)選為，加熱器13的圓筒形發(fā)熱部14的內(nèi)徑為850mm以上。
如果是所述本發(fā)明的單晶制造裝置，即使圓筒形發(fā)熱部14具有850mm以上較大的內(nèi)徑，也可以抑制變形。因此，當(dāng)使用用于制造大口徑單晶錠的內(nèi)徑較大的坩堝時，也可以有效地加熱，并可以降低硅晶片的制造成本。如果是如上所述的本發(fā)明的單晶制造裝置，由于不會使熱效率惡化，并能抑制加熱器的變形，因此適合用于例如利用MCZ法來實行的單晶制造中，該MCZ法容易因磁場而使加熱器產(chǎn)生變形。[實施例]以下，示出實施例及比較例來更具體地說明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限定于此實施例。 (實施例)使用圖1、2、4所示的本發(fā)明的單晶制造裝置，進(jìn)行單晶錠的制造。此時，將絕緣性支持構(gòu)件的上端與加熱器的圓筒形發(fā)熱部的下端之間的距離設(shè)為5mm。首先，將500kg的多晶原料裝入內(nèi)徑為910mm的石英坩堝中，并利用內(nèi)徑為1020mm的石墨加熱器熔解該多晶。然后，施加水平磁場，并使中心強(qiáng)度為0. 4T，經(jīng)過熔液的成熟步驟，將具有〈001〉面的籽晶浸潰于熔液中。此時，將爐內(nèi)流動的Ar流量調(diào)整為200L/min.，并通過在排氣管上設(shè)置阻力，將爐內(nèi)的壓力調(diào)整為IOOhPa (75torr)。使籽晶接觸熔液后，不進(jìn)行縮頸(necking)，而擴(kuò)徑至所需直徑300mm，然后，培育摻雜有硼且直徑為300mm的硅單晶錠，該硅單晶錠的作為產(chǎn)品部的固定直徑部的比電阻被調(diào)整為IOQ cm。此時的平均耗電量為138kW。將測定結(jié)果示于圖3中。(比較例)圖5是部分地表示比較例中所使用的單晶制造裝置的(a)概略斜視圖、及(b)概略側(cè)視圖。另外，在圖5中的(a)的概略斜視圖中，用虛線表示絕熱板100。如圖5中的(a)、(b)所示，利用加熱電極101來支持具有圓筒形發(fā)熱部104與端子部105的加熱器103，并在圓筒形發(fā)熱部104的下方配置絕熱板100。其中，配置兩個加熱輔助電極102，利用此加熱輔助電極102來支持絕熱板100，并且在貫穿孔125的加熱輔助電極102上，經(jīng)由絕緣性支持構(gòu)件106，在兩處支持圓筒形發(fā)熱部104的下端。其他使用與實施例相同的裝置，并在相同的條件下培育直徑為300mm的硅單晶錠。此時的平均耗電量為150kW。將測定結(jié)果示于圖3中。已確認(rèn)如圖3所示，如果是本發(fā)明的單晶制造裝置，在單晶的制造中，有可以將耗電量減少8%左右的效果。另外，本發(fā)明并不限定于所述實施形態(tài)。所述實施形態(tài)為示例，具有與本發(fā)明的權(quán)利申請范圍所記載的技術(shù)思想實質(zhì)上相同的構(gòu)成，并發(fā)揮相同作用效果的所有發(fā)明均包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種單晶制造裝置，是利用切克勞斯基法來制造單晶錠的單晶制造裝置，具備坩堝，其容置原料熔液；加熱器，其具有圍繞該坩堝的圓筒形發(fā)熱部；主室，其容置該加熱器；加熱電極，其支持所述加熱器，并供給電流；及絕熱板，其被配置于所述加熱器的圓筒形發(fā)熱部的下方；其中，所述單晶制造裝置的特征在于 所述絕熱板，經(jīng)由絕緣性固定構(gòu)件，被固定并支持于所述加熱電極，并在所述絕熱板的頂面與所述圓筒形發(fā)熱部的下端相對應(yīng)的位置處，配置有絕緣性支持構(gòu)件。
2.如權(quán)利要求I所述的單晶制造裝置，其中，所述加熱電極在兩處支持所述加熱器，所述絕熱板的頂面的配置有所述絕緣性支持構(gòu)件的位置，與所述圓筒形發(fā)熱部下端的所述加 熱電極支持所述加熱器的位置旋轉(zhuǎn)90度后的位置相對應(yīng)。
3.如權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的單晶制造裝置，其中，所述絕緣性支持構(gòu)件的上端與所述加熱器的圓筒形發(fā)熱部的下端之間的距離為0 5_。
4.如權(quán)利要求I至權(quán)利要求3中的任一項所述的單晶制造裝置，其中，所述加熱器的圓筒形發(fā)熱部的內(nèi)徑為850mm以上。
全文摘要
本發(fā)明是一種單晶制造裝置，是通過切克勞斯基法來制造單晶錠的單晶制造裝置，具備坩堝，其容置原料熔液；加熱器，其具有圍繞該坩堝的圓筒形發(fā)熱部；主室，其容置該加熱器；加熱電極，其支持所述加熱器，并供給電流；及絕熱板，其被配置于所述加熱器的圓筒形發(fā)熱部的下方；其中，所述絕熱板，經(jīng)由絕緣性固定構(gòu)件，被固定并支持于所述加熱電極，并在所述絕熱板的頂面與所述圓筒形發(fā)熱部的下端相對應(yīng)的位置處，配置有絕緣性支持構(gòu)件。由此，其目的在于提供一種抑制加熱器的變形且熱效率不會惡化的單晶制造裝置。
文檔編號C30B29/06GK102630256SQ201080053719
公開日2012年8月8日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者島田聰郎 申請人:信越半導(dǎo)體股份有限公司