| １−１−１ 単結晶引き上げ装置（１） |
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| 【技術分類】 |
| １−１ ウエーハ製造装置 |
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| 【技術の名称】 |
| １−１−１ 単結晶引き上げ装置（１） |
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| 【技術内容】 |
| 半導体ウエーハの原料には、シリコン単結晶や、化合物半導体に用いられるGaAs単結晶などの化合物が用いられるが、半導体ウエーハのもっとも一般的な材料である単結晶シリコンインゴットの製造に用いられる単結晶引き上げ装置を取り上げる。図１にその構造を示す。 |
| 単結晶シリコンインゴットを得る方法としては、浮遊帯域融解法（FZ法）と、チョクラルスキー法（CZ法）の二つがあるが、一般的に用いられているのがCZ法である。CZ法では、図１のチャンバー内に納められた溶融坩堝（石英ガラス製が、石英ガラス中からの結晶中酸素によってシリコン単結晶の機械的強度を増すことから、一般的に使用される。）に高純度・多結晶のシリコン、ドーパント（導電型を作る場合、B、AS、P、Asなどをドーパントする）を入れ、Ar雰囲気中で抵抗加熱、赤外線集中加熱、高周波誘導加熱などの方法で溶かし、そこに種子にあたる単結晶を浸して、それをを結晶引き上げ機構を使ってゆっくりと引上げることによって、種子結晶と同じ方位配列を持った単結晶を成長させ、大きな円柱状のインゴットに仕上げている。 |
| この過程で、真空技術としては、結晶成長時に不活性ガスを導入しつつ真空ポンプで減圧し、融液表面に発生する反応副生成物を流出させ、チャンバー内に清浄雰囲気を作り出す減圧法が用いられる。Arを流し103〜104Paに調整することで、融液から蒸発するSiO2の除去を容易にし、これによって単結晶の製造能力を飛躍的に高めることが出来る。 |
| こうして製造されるシリコン単結晶インゴットであるが、主流の８インチウエーハ向けから300mmウエーハ向けへと直径の拡大がさらに進んでおり、一方で高密度配線のために製造過程で生じる微小欠陥の低減が求められている。 |
| 大口径のシリコン単結晶インゴットを製造するためには坩堝容積を大きくしなければならないが、坩堝内の結晶融液の対流が大きくなるため、得られる単結晶の品質が低下するという問題が発生する。このため、シリコン融液に磁場を印加して見かけの動粘性率を高めて融液の対流を制御する磁場印加引き上げ法（MCZ法）が普及している。これは、坩堝の外側に超電導コイルを配置（図２参照）して磁場を印加するもので、コイルを冷やすために高価で希少な4.2Kの液体ヘリウムを使った冷却システムの使用が一般的であったが、近年、大型化が進むシリコン単結晶引き上げ装置向けに、液体ヘリウムを使わない簡易な超伝導マグネットシステムの開発が進んでいる。 |
| シリコンウエーハの大口径化は、単結晶引き上げ装置の大型化に繋がっており、必要となる真空系も今後ますます大容量の処理と制御が求められる。 |
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| 【図】 |
| 図１ 構造図 |
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| 出典：「半導体製造装置 用語辞典 第５版」、（2000年11月21日）、（社）日本半導体製造装置協会編、日刊工業新聞社発行、114頁、図C-2101 |
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| 図２ シリコン単結晶引き上げ装置の例 |
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| 出典（引用情報）：著者の氏名：向島造機株式会社、表題：シリコン製品紹介シリコン単結晶引上装置（FSZＦ-80）、関連箇所：写真および概要「online」掲載日：不明、掲載者：向島造機株式会社、掲載場所：向島造機株式会社ホームページ、シリコン製品紹介、検索日：2003年11月17日、情報の情報源およびアドレス：http://www.m-zoki.ecnet.jp/index11.htm |
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| 【応用分野】 |
| 単結晶シリコンインゴットの製造 |
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| 【出典／参考資料】 |
| 出典：「21世紀のシリコンウエーハ製造プロセス」、「SEAJ Jounal別冊 半導体製造装置とその最新技術II〜前編」（2002年10月30日）、林健郎著、（社）日本半導体製造装置協会発行、12頁〜16頁 |
| 出典：「半導体製造装置 用語辞典 第５版」、（2000年11月21日）、（社）日本半導体製造装置協会編、日刊工業新聞社発行、114頁〜125頁 |
| 出典（引用情報）：著者の氏名：向島造機株式会社、表題：シリコン製品紹介シリコン単結晶引上装置（FSZＦ-80）、関連箇所：写真および概要「online」掲載日：不明、掲載者：向島造機株式会社、掲載場所：向島造機株式会社ホームページ、シリコン製品紹介、検索日：2003年11月17日、情報の情報源およびアドレス：http://www.m-zoki.ecnet.jp/index11.htm |
