JPH0556964U - 結晶成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 引き上げ軸１８に固定された円板２０の外周
面および少なくとも円板２０の外周面と対向する枠体２
２の内周面にそれぞれ同極の磁石１９ａ、１９ｂが添設
されている結晶成長装置。 【効果】 磁石１９ａ、磁石１９ｂ間に発生する斥力に
より、円板２０は枠体２２の内部において枠体２２に接
触することなく常に一定位置に固定される。これによっ
て、引き上げ軸１８の横振れ及び縦振れならびに偏心を
抑制することができるため、欠陥の少ない単結晶２７を
効率的に得ることができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は結晶成長装置に関し、より詳細には例えば半導体材料として使用され るシリコン単結晶等のような結晶の引き上げ成長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

結晶を成長させるには種々の装置があるが、その一つにチョクラルスキー法（ 以下ＣＺ法と記す）がある。図５は従来のＣＺ法で使用される結晶成長装置の模 式的断面図であり、図中１３はるつぼを示している。るつぼ１３は有底円筒状の 石英製の内層容器１３ａと、この内層容器１３ａの外側に嵌合された同じく有底 円筒状の黒鉛製の外層保持容器１３ｂとから構成されており、るつぼ１３は図中 矢印方向に所定速度で回転する支持軸１４に支持されている。このるつぼ１３の 外側にはヒータ１５が同心円筒状に配設されており、るつぼ１３内には上記ヒー タ１５により溶融させた結晶用原料の溶融液２６が充填されている。またるつぼ １３の中心軸上には、支持軸１４と同一軸心で同方向または逆方向に所定速度で 回動するワイヤー等からなる引き上げ軸１８が配設されている。そして、引き上 げ軸１８の下端に取付けられた種結晶２１を溶融液２６の表面に接触させて引き 上げ軸１８を引き上げていくことにより、溶融液２６が凝固して形成される単結 晶２７を成長させている。また、ドーピング不純物の偏析を防止しながら結晶を 成長させる方法として溶融層法が知られている。溶融層法は図６に示したごとく 、図５に示したものと同様に構成されたるつぼ１３内の原料の上部のみをヒータ １５にて溶融させることにより、上部には溶融液２６、下部には固体層２８を形 成し、溶融液２６中の不純物濃度を一定に保ちつつ上側から下側へ向けて固体層 ２８を溶融させ、上記したＣＺ法の過程と同様にして引き上げ軸１８を引き上げ ていくことにより、単結晶２７を成長させる方法である。

【０００３】 さらに上記した結晶成長装置を構成する引き上げ機構に関しては、引き上げ軸 の横振れ防止を目的とした種々の機構が提案されている。例えば図７に示した装 置は引き上げ軸１８を回動可能に包囲するとともに引き上げ軸１８に係脱可能な ガイド２９とこのガイド２９を離脱させるガイド逃がし手段３０が配設された装 置（特開昭５８−１１０４８７号公報）であり、また図８に示した装置は引き上 げ軸１８の途中を包囲するガイド２９が引き上げ軸１８に垂直な平面に沿って所 定範囲に亙り移動自在な片持ちアーム３１により支持されるように配設された装 置（特公平０３−３６３８号公報）である。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

上記したＣＺ法および溶融層法においては、ヒータ１５のヒータパワーが大き く、溶融液２６層の表面中心部への熱供給量が大きいので、該表面中心部は高温 となり温度揺ぎが激しく発生する。その結果ワイヤー等の可とう性部材を用いた 引き上げ軸１８の下端に取り付けられた種結晶２７を溶融液２６の前記表面中央 部に接触させて該溶融液２６を凝着させ、次いで単結晶２７を成長させる初期工 程において、種結晶２１および引き上げ軸１８が横振れもしくは縦振れを起こす と単結晶２７にも微妙な振動が生じ、単結晶化が大きく阻害されるといった課題 があった。 図７および図８に示した装置を用いても引き上げ軸１８の横振れもしくは縦振 れは十分に抑制されず、かつ片持ちに支持されたアーム３１の熱変形により偏心 が生じやすく、この偏心が単結晶化を阻害するといった課題があった。

【０００５】 本考案はこのような課題に鑑みなされたものであり、ＣＺ法および溶融層法に おける単結晶引き上げ軸の横振れ、縦振れおよび偏心を抑制することができる結 晶成長装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために本考案に係る結晶成長装置は、結晶原料が充填され るるつぼを備え、該るつぼの周囲にヒータが配設され、前記るつぼの上方に単結 晶の引き上げ軸が配設された結晶成長装置において、前記引き上げ軸に円板が固 定され、該円板の近傍にプルチャンバー側壁に対して上下方向にのみ摺動可能な 枠体が配設され、少なくとも前記円板の外周面および前記枠体の前記円板の外周 面と対向する内周面に同極の磁石が添設されていることを特徴としている。

【０００７】

【作用】

本考案者が調査した結果、横振れ及び縦振れは引き上げ軸の下部を固定するこ とにより抑制されるが、従来の引き上げ軸の固定はそれ自体が回動しかつ上昇す る前記引き上げ軸の外周面とガイドの内周面とが十分な線接触を生じた場合にの みなされるため、前記引き上げ軸の上昇に伴いこの固定力に変動を生じて横振れ 及び縦振れの抑制が不十分となり、かつ前記引き上げ軸の回動速度および上昇速 度にも微妙な影響を及ぼすことが知見された。 上記の知見をもとに考察すると、引き上げ軸に接触することなく、しかも引き 上げられる単結晶との距離が短く、かつ常に一定距離になるように引き上げ軸が 固定されれば、前記引き上げ軸の回転および上昇に支障なく横振れ及び縦振れが 抑制されることとなる。

【０００８】 本考案に係る装置によれば、引き上げ軸に固定された円板のすくなくとも外周 面および該円板と対向する枠体の内周面にそれぞれ添設された同極の磁石間に発 生する相互斥力により、前記円板は前記枠体の内部において該枠体の内周面に接 触することなく常に一定位置に固定され、また前記枠体は前記引き上げ軸の上下 動に連動して上下方向のみ摺動可能にプルチャンバー側壁に支持されている。し たがって引き上げ軸は横振れ及び縦振れが抑制されるとともに偏心もなく円滑に 回転しかしながら上昇し得ることとなる。

【０００９】

【実施例および比較例】

以下、本考案に係る結晶成長装置の実施例を図面に基づいて説明する。なお、 従来例と同一機能を有する構成部品には同一の符号を付すこととする。

【００１０】 図１は実施例に係る結晶成長装置を摸式的に示した断面図であり、図２および 図３はそれぞれ実施例に係る引き上げ軸振動防止機構を模式的に示した拡大垂直 断面図および水平断面図である。チャンバー１１は軸長方向を垂直とした略円筒 形状の真空容器１２により形成されており、図示しない水冷機構によって水冷さ れている。チャンバー１１の略中央位置には、結晶用原料が充填されるるつぼ１ ３が配設されており、るつぼ１３底部の略中心箇所には真空容器１２の底壁を貫 通する支持軸１４が取り付けられ、この支持軸１４によってるつぼ１３は回動お よび昇降可能に支持されている。るつぼ１３の外周には、ヒータ１５が同心円筒 状かつ昇降可能に配設されている。ヒータ１５の外側にはさらに保温筒１６が同 心円筒状に配設されている。また、るつぼ１３の上方には、チャンバー１１の上 部に連設形成された小形の円筒形状のプルチャンバー１７を通して、ワイヤーか らなる引き上げ軸１８が回動ならびに昇降可能に垂設されている。

【００１１】 上記した引き上げ軸１８にはプルチャンバー１７内の下部で外周面および上下 面に磁石１９ａが添設された円板２０が固定され、さらに最下端でチャック（図 示せず）により把持された種結晶２１が着脱可能に装着されている。また円板２ ０の近傍には、円板２０に添設された磁石１９ａと対向する位置にこれと同極の 磁石１９ｂがそれぞれ添設された枠体２２が配設され、枠体２２はプルチャンバ ー１７の中心に位置するように４組の枠体支持棒２３により支持され、枠体支持 棒２３はプルチャンバー１７側壁に形成された軌条２４に密着して摺動可能に構 成され、枠体支持棒２３にある所定以上の力が加わらないと枠体支持棒２３は上 下動しないようになっている。さらに枠体２２は枠体引き上げ軸２５により引き 上げ軸１８と同一速度で昇降可能に吊設されている。

【００１２】 このように構成された結晶成長装置にあっては、プルチャンバー１７側壁に上 下方向にしか移動しないように支持された枠体２２内に円板２０が収納されてお り、この円板２０は磁石１９ａと磁石１９ｂとの斥力により枠体２２の内周面に 接触することなく、常に枠体２２内の所定の位置に保持される。従って円板２０ が固定された引き上げ軸１８の単結晶引き上げに伴う微妙な振動の発生は抑制さ れ、単結晶を容易に成長させることができることとなる。

【００１３】 このように構成された結晶成長装置を用いて結晶を成長させる場合には、まず るつぼ１３内に充填した結晶用原料をヒータ１５を用いて溶融させる。また円板 ２０の外周面および上下面が枠体２２の内周面および上下面に接触することなく 円板２０が枠体２２内で回動し、かつ引き上げ軸１８に偏心が生じないよう円板 ２０と枠体２２との位置を調整しておく。次に引き上げ軸１８および枠体２２を 同時に降下させて引き上げ軸１８の下端に装着された種結晶２１を溶融液２６に 接触したのちこれを回動させつつ引き上げることにより、種結晶２１の下方から 単結晶２７を成長させる。 以下に、直径１５ｃｍ、長さ約６０ｃｍのシリコン単結晶の引き上げ成長を２ ０回行なった結果について説明する。なお比較例として、従来の結晶成長装置で 同様のシリコン単結晶の引き上げを２０回行なった。

【００１４】 その結果を図４に示す。図４に示したように引き上げ軸１８の下端に取付けら れた種結晶２１を溶融液２６に接触させてから単結晶２７を引き上げ始めるまで の時間は、従来の装置ではおよそ８０分間を要していたが、本実施例に係る装置 では５０分間程度に短縮することができた。

【００１５】 この結果から明らかなように、最も問題が発生しやすい初期工程において引き 上げ軸１８の横振れ及び縦振れならびに偏心が容易に抑制されていることが分る 。 また本実施例に係る結晶成長装置で得られたシリコン単結晶は、従来の装置に より得られた単結晶より転位が極めて少ない良好なものであった。したがって本 実施例に係る結晶成長装置によれば欠陥の無い単結晶が得られることが確認され た。

【００１６】

【考案の効果】

以上詳述したように本考案に係る結晶成長装置にあっては、引き上げ軸に接触 することなくしかも引き上げられる単結晶との距離が常に一定距離になるように プルチャンバー側壁に支持された枠体に、引き上げ軸に固定された円板が磁石の 斥力によって保持されているので、前記引き上げ軸の横振れ及び縦振れを抑制す ることができ、欠陥の無い結晶を効率的に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る結晶成長装置の一実施例を模式的
に示したプルチャンバー上方からの断面図である。

【図２】実施例に係る結晶成長装置の要部を模式的に示
した縦断面図である。

【図３】実施例に係る結晶成長装置の要部を模式的に示
した水平断面図である。

【図４】実施例に係る結晶成長装置と従来の結晶成長装
置とを用いて結晶成長させた場合に単結晶の引き上げを
開始するまでに要した時間の比較図である。

【図５】従来のＣＺ法で使用される結晶成長装置を示す
模式的断面図である。

【図６】溶融層法で使用される結晶成長装置を示す模式
的断面図である。

【図７】従来の結晶成長装置における引き上げ軸横振れ
防止装置を示す模式的断面図である。

【図８】従来の結晶成長装置における引き上げ軸横振れ
防止装置の模式的断面図である。

【符号の説明】

１７ プルチャンバー １８ 引き上げ軸 １９ａ、１９ｂ 磁石 ２０ 円板 ２２ 枠体 ２３ 枠体支持棒 ２７ 単結晶

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 結晶原料が充填されるるつぼを備え、該
   るつぼの周囲にヒータが配設され、前記るつぼの上方に
   単結晶の引き上げ軸が配設された結晶成長装置におい
   て、前記引き上げ軸に円板が固定され、該円板の近傍に
   プルチャンバー側壁に対して上下方向にのみ摺動可能な
   枠体が配設され、少なくとも前記円板の外周面および前
   記枠体の前記円板の外周面と対向する内周面に同極の磁
   石が添設されていることを特徴とする結晶成長装置。