JPH06144988A - 半導体引上装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体を引き上げる高圧容器内の温度を熱電
対で測定したとき温度検出誤差を生じさせないでかつ機
密封鎖を維持して高圧容器の外部に取り出す。 【構成】 引上炉１には引上軸４，化合物半導体５，ヒ
ータ２，熱電対３が配設されている。熱電対３は引上炉
１の下部に配設された熱電対検出信号取り出し部材９を
嵌通する外部取り出し用熱電対１３を介して取り出され
る。引上炉１内で熱電対３の熱電対素線３ａ，３ｂは外
部取り出し用熱電対１３からの素線１３ａ，１３ｂにね
じ１４ａ，１４ｂを介して接続される。熱電対３と外部
取り出し用熱電対１３とは同じ材質の熱電対であり，異
種金属が挿入さることに起因する温度誤差は発生しな
い。外部取り出し用熱電対１３は溶接部１６において溶
接されて固定されるとともに，引上炉１の内部を機密封
鎖する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体引上装置に関する
ものであり，特に，半導体引上装置の高圧容器から機密
を維持しつつ温度誤差を生じさせずに熱電対の検出信号
を取り出す半導体引上装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１に本発明にかかる半導体引上装置の
概略構造を示す。この半導体引上装置は，４Ｋｇ／ｃｍ
² 以上もの高圧が印加される耐圧構造の引上炉１，この
引上炉１内に配設された，結晶引き上げの対象である化
合物半導体５およびこの化合物半導体５を加熱するヒー
タ２を有している。また，引上炉１の上部からその先端
に種の化合物半導体が付着された引上軸４が引上炉１の
内部に挿入されている。この引上軸４の種となる化合物
半導体には化合物半導体５から引き上げられた引上中の
化合物半導体５ａが繋がっている。さらに，引上炉１の
下部からルツボ軸６が挿入され，化合物半導体５を収容
しているルツボ６Ａを支持している。引上炉１内の温度
制御を行うため，引上炉１内にはヒータ２の近傍に熱電
対３が配設され，この熱電対３で測定した温度信号が熱
電対取り出しポート８から引上炉１の外部に取り出さ
れ，温度指示計７にその温度が示される。

【０００３】図６に熱電対３で検出した温度信号を引上
炉１の外部に取り出す従来の構造をに示す。図６に示し
た構造は図１の引上炉１の下部の熱電対取り出しポート
８の拡大図である。図６において，熱電対取り出しポー
ト８の下部に配設された熱電対検出信号取り出し部材９
を２本の銅電極１０Ａ，１０Ｂが貫通しており，内部の
ナット１２Ａ１，１２Ｂ１には引上炉１内の熱電対３か
らの２本の熱電対素線が接続され，外部のナット１２Ａ
２，１２Ｂ２には温度指示計７に接続される補償導線
（図示せず）の２本の熱電対素線が接続される。これら
の銅電極１０Ａ，１０Ｂが熱電対検出信号取り出し部材
９を貫通するときの機密封鎖を行うため，Ｏリング１１
Ｂが配設されている。また，熱電対検出信号取り出し部
材９と熱電対取り出しポート８との機密封鎖を行うた
め，Ｏリング１１Ａが配設されている。内部熱電対３は
温度測定範囲に依存してその種類が決定されるが，たと
えば，ＷＲｅ５／２６を使用する。引上炉１の外部の補
償導線の種類も内部熱電対３と同じものを用いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記例においては，引
上炉１の内部の熱電対３で検出した温度信号を引上炉１
の外部に取り出すために，その連絡に導電体としての銅
電極１０Ａ，１０Ｂを用いている。その結果，内部熱電
対３と外部補償導線との間に，熱電対と異なる銅電極１
０Ａ，１０Ｂという異種の金属が挿入されることとな
り，異種金属の接続点において，熱起電力が発生し，内
部熱電対３の測定温度に悪影響を及ぼす。また熱電対は
ナットによって締めつけられ銅電極に接続されるが，締
めつけ具合によって接触不良を起こしたり，測定中に高
圧による乱流によって締めつけが緩んだりし，接触抵抗
が増加するなどにより，正確な温度測定ができないとい
う問題がある。その結果，温度測定にばらつきが生じて
安定な半導体引き上げができないという問題がある。熱
電対として上記ＷＲｅ５／２６以外のものを用いても，
熱電対検出信号取り出し部材９を貫通して外部に信号を
取り出すとき，熱電対と異なる金属導電体１０Ａ，１０
Ｂを用いると，上記同様の温度測定誤差の発生という問
題が発生する。上述した問題は半導体の引き上げに限ら
ず，高圧容器内の温度を熱電対で検出して高圧容器の外
部に取り出すとき，上記同様の問題が発生する。したが
って，本発明は，高温，高耐圧という条件下で動作する
高圧容器の内部の温度を測定する熱電対で発生した熱起
電力を高圧容器の外部に取り出しに際して，機密封鎖性
を維持しつつ，温度誤差を生じさせない半導体引上装置
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め，本発明によれば，内部の温度を測定する熱電対を内
蔵し半導体結晶の引き上げを行う高圧容器内から該高圧
容器の一部を構成する熱電対検出信号取り出し部材を介
して上記熱電対で検出した信号を外部に取り出すように
構成された半導体引上装置において，（１）上記内部の
熱電対と同じ熱電対であってその保護シースが上記熱電
対検出信号取り出し部材を貫通している外部取り出し熱
電対を設け，（２）上記保護シースの貫通部がろうづけ
（溶接）されて上記高圧容器を機密封鎖し，（３）上記
高圧容器内に，上記高圧容器内の熱電対と上記外部取り
出し熱電対とを接続する部材を上記熱電対検出信号取り
出し部材に設ける。また本発明によれば，上記熱電対検
出信号取り出し部材に設けられた熱電対接続部材に，熱
電対または補償導線を設け，該熱電対または補償導線を
介して上記内部熱電対と上記外部取り出し用熱電対とを
接続する。

【０００６】

【作用】熱電対検出信号取り出し部材を貫通する導電部
材は内部熱電対と同じ熱電対であるから，異種金属が挿
入されることによる新たな熱起電力の発生はない。また
外部取り出し用熱電対の保護シースがろうづけ（溶接）
によって，高圧容器を機密封鎖している。さらに，内部
の熱電対と外部取り出し用熱電対とは高圧容器内の熱電
対接続部材で直接接続され，異種金属が挿入されず，温
度誤差が生じない。好適には，熱電対接続部材に補償導
線を設けて，この補償導線を介して内部熱電対と外部取
り出し用熱電対とを接続するので，接続が容易になる
他，繰り返して接続しなおしなどを行っても，いずれの
熱電対の破損などが生じない。

【０００７】

【実施例】図２に図１に示した引上炉１における熱電対
取り出しポート８に接続された本発明の実施例の熱電対
検出信号取り出し部材９およびこの熱電対検出信号取り
出し部材９に取りつけられた部材の拡大図を示す。図２
（Ａ）は正面図であり，図２（Ｂ）はその側面図であ
る。

【０００８】熱電対検出信号取り出し部材９と熱電対取
り出しポート８との間にはＯリング１１が配設され，引
上炉１の内部を圧力を機密封鎖している。また熱電対検
出信号取り出し部材９にはシース付外部取り出し用熱電
対１３が貫通するだけの穴が穿孔され，その穴に外部取
り出し用熱電対１３が嵌通され，引上炉１の外部の溶接
部１６で溶接（ろうづけ）して外部取り出し用熱電対１
３を熱電対検出信号取り出し部材９に固定するととも
に，外部取り出し用熱電対１３が嵌通した穴を機密封鎖
している。以上の構造により，４Ｋｇ／ｃｍ² 以上もの
高圧の引上炉１は充分機密封鎖されている。

【０００９】熱電対検出信号取り出し部材９には引上炉
１の内部にスタンド１５が起立状態で溶接されている。
図３に熱電対３の断面を示す。熱電対３はたとえば，タ
ンタル（Ｔａ）の保護シース３ｅの内部に充填された酸
化マグネシューム（ＭｇＯ）の絶縁物３ｄ内に異なる金
属であるＷＲｅ５／２６の第１の熱電対素線３ａと第２
の熱電対素線３ｂとが挿入されている。このスタンド１
５にはねじ穴１５ａが設けられており，このねじ穴１５
ａには第１のねじ１４ａがねじ込まれる。第１のねじ１
４ａをねじ込むとき，第１の熱電対素線３ａと第１の熱
電対素線１３ａを接続して固定する。同様に，このスタ
ンド１５にはねじ穴１５ｂが設けられており，このねじ
穴１５ｂには第２のねじ１４ｂがねじ込まれる。第２の
ねじ１４ｂをねじ込むとき，第２の熱電対素線３ｂと第
２の熱電対素線１３ｂを接続して固定する。

【００１０】外部取り出し用熱電対１３も図３に示した
熱電対３と同様の組成および構造をしており，外部取り
出し用熱電対１３内の第１の熱電対素線１３ａと内部熱
電対３内の第１の熱電対素線３ａとは同じ金属であり，
外部取り出し用熱電対１３内の第２の熱電対素線１３ｂ
と内部熱電対３内の第２の熱電対素線３ｂとは同じ金属
である。したがって，ねじ穴１５ａおよび１５１ｂにお
いて，ねじ１４ａ，１４ｂを介して内部熱電対３の第１
の熱電対素線３ａと外部取り出し用熱電対１３の第１の
熱電対素線１３ａ，内部熱電対３の第２の熱電対素線３
ｂと外部取り出し用熱電対１３の第２の熱電対素線１３
ｂとを接続しても，異種金属が挿入されることによる新
たな熱起電力は発生しない。また，ねじ１４ａ，１４ｂ
を介して内部熱電対３の熱電対素線３ａ，３ｂと外部取
り出し用熱電対１３の第１の熱電対素線３ａ，１３ｂと
がしっかり接続されるので，高圧の乱流などによっても
締めつけが緩みことが少ない。

【００１１】外部取り出し用熱電対１３は，同じ材質の
補償導線を介して引上炉１の外部の温度指示計７に接続
され，図示しない温度制御装置がこの温度指示計７の温
度を用いてヒータ２の温度制御を行い，引上炉１内の化
合物半導体５の引上げを制御する。

【００１２】図４に上記本発明の実施例による測定結果
を示す曲線ＣＶ１，ＡＶ１と従来の測定結果を示す曲線
ＣＶ２，ＡＶ２とのグラフを示す。この実験例はＧａＡ
ｓ単結晶を１０本引上げたときのヒータ成長開始温度の
ばらつきを示す。従来の方法によれば，曲線ＣＶ２に示
されるようにばらつきの範囲が大きく，その平均温度Ａ
Ｖ２は１２３５°Ｃであった。そして，そのばらつきの
範囲はプラス／マイナス４５°Ｃであった。本発明の実
施例は，曲線ＣＶ１に示されるようにばらつきの範囲は
小さく，平均温度ＡＶ１は１２４５°Ｃであった。その
ばらつきの範囲はプラス／マイナス２５°Ｃであった。

【００１３】安定な半導体の引上げには，均一な温度制
御が要求される。この点において，本発明の実施例によ
れば，温度ばらつきが小さく，精度の高い安定な半導体
引上げを行うことができる。本発明の実施例において，
ばらつきが２５°Ｃとまだ大きく改善の余地があるが，
これは熱電対３の先端とヒータ２との位置が微妙にずれ
ているなどの理由によるものと考えられ，調整などによ
りばらつきをさらに小さくすることができる。

【００１４】半導体の引上げ開始温度のばらつきが大き
いほど当初設定していた温度との隔たりが大きいため，
引上げを開始できる温度を探すのに時間がかかる。従
来，温度のばらつきが大きいため探索時間が８〜１０時
間程度かかっていたが，本発明の実施例においては，温
度ばらつきが小さくなった分だけ探索時間が短縮でき，
３〜４時間程度に改善された。

【００１５】なお，以上の実施例において，外部取り出
し用熱電対１３に代えて，保護シース付きの補償導線を
用いることもできる。この補償導線も内部熱電対３と同
じ材質のもの用いる。さらに熱電対３とスタンド１５と
の間が長い場合，スタンド１５から内部熱電対３の近傍
まで補償導線を延ばして，内部熱電対３と接続すること
もできる。

【００１６】図５に本発明の第２実施例の部分構造図を
示す。図５において，熱電対検出信号取り出し部材９に
スタンド１９が起立しており，このスタンド１９に第１
の補償導線板１７ａと第２の補償導線板１７ｂが装着さ
れている。内部熱電対３の第１の熱電対素線３ａは一旦
第１のねじ１４ａでスタンド１９に固定されて第１の補
償導線板１７ａに接続される。同様に，内部熱電対３の
第２の熱電対素線３ｂは第２のねじ１４ｂでスタンド１
９に固定されて第２の補償導線板１７ｂに接続される。
外部取り出し用熱電対１３の第１の熱電対素線１３ａは
第１の溶接箇所１８ａで第１の補償導線板１７ａに溶接
されている。同様に，外部取り出し用熱電対１３の第２
の熱電対素線１３ｂは第２の溶接箇所１８ｂで第２の補
償導線板１７ｂに溶接されている。その他の構造は図２
に図解したものと同様である。

【００１７】図５に示した構造においては，外部取り出
し用熱電対１３の熱電対素線１３ａ，１３ｂが内部熱電
対３の熱電対素線３ａ，３ｂに直接接続されていないか
ら，外部取り出し用熱電対１３に下側の力がかかったと
しても，熱電対３には影響がない。また，外部取り出し
用熱電対１３の熱電対素線１３ａ，１３ｂの補償導線板
１７ａ，１７ｂへの溶接と，内部熱電対３の熱電対素線
３ａ，３ｂのねじ１４ａ，１４ｂを介しての補償導線板
１７ａ，１７ｂへの接続とは別個に行うことができるか
ら，接続が容易であり，接続が確実となり，接触不良が
生じない。さらに，外部取り出し用熱電対１３の熱電対
素線３ａ，１３ｂと同時にねじ１４ａ，１４ｂをねじ込
んで固定する必要がないので，余分の力を加える必要が
なく，内部熱電対３の熱電対素線３ａ，３ｂが破損する
ことが少ない。

【００１８】図５において，第１の溶接箇所１８ａおよ
び第２の溶接箇所１８ｂを，第１のねじ１４ａおよび第
２のねじ１４ｂと同様，ねじで固定することもできる。

【００１９】以上内部熱電対３および外部取り出し用熱
電対１３などとしてＷＲｅ５／２６を用いた場合につい
て例示したが，熱電対は種々のものを用いることができ
る。また，上述した実施例としては温度測定素子として
熱電対を用いた場合について述べたが，たとえば，白金
測温抵抗体などを用いてもよい。この場合，熱電対にお
けるような異種金属が挿入されることに起因する問題は
考慮しないでもよいが，熱電対検出信号取り出し部材９
から取り出すときの構造として，上述した構造にするこ
とができる。

【００２０】さらに上述した本発明の実施例は半導体引
上装置について例示したが，本発明は，化合物半導体５
などの半導体引き上げに限らず，高圧容器の内部温度を
測定してその検出温度を外部に取り出す他の種々の場合
に適用できる。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように，本発明の半導体引上
装置によれば，高圧容器の内部温度を機密封鎖しなが
ら，温度誤差を生じさせずに高圧容器の外部に取り出す
ことができる。また本発明によれば，熱電対などの温度
測定素子の高圧容器内での接続を容易にし，しかも，高
圧容器内の乱流などによっても接触不良をしょうじさせ
ない接続を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の半導体引上装置の概略構成図
である。

【図２】本発明の第１実施例の図１における熱電対を耐
圧容器から取り出す構造の断面図であり，（Ａ）は正面
断面図、（Ｂ）は側面断面図である。

【図３】図２における熱電対の断面図である。

【図４】本発明の第１実施例にもとづく測定結果と従来
方法による測定結果を示す特性図である。

【図５】本発明の第２実施例の図１における熱電対を耐
圧容器から取り出す構造の断面図であり，（Ａ）は正面
断面図、（Ｂ）は側面断面図である。

【図６】従来の熱電対の耐圧容器から取り出す構造の断
面図である。

【符号の説明】

１・・引上炉，２・・ヒータ，３・・内部熱電対，３
ａ，３ｂ・・熱電対素線，３ｄ・・絶縁物，３ｅ・・保
護シース，４・・引上軸，５・・化合物半導体，６・・
ルツボ軸，７・・温度指示計，８・・熱電対取り出しポ
ート，９・・熱電対検出信号取り出し部材，１０・・銅
電極，１１，１１Ａ，１１Ｂ・・Ｏリング，１２・・ナ
ット，１３・・外部取り出し用熱電対，１３ａ，１３ｂ
・・熱電対素線，１４ａ，１４ｂ・・ねじ，１５・・ス
タンド，１５ａ，１５ｂ・・ねじ穴，１６・・溶接部，
１７ａ，１７ｂ・・補償導線板，１８ａ，１８ｂ・・溶
接箇所，１９・・スタンド。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年８月２４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の半導体引上装置の概略構成図
である。

【図２】本発明の第１実施例の図１における熱電対を耐
圧容器から取り出す構造の断面図であり，（Ａ）は正面
断面図、（Ｂ）は側面断面図である。

【図３】図２における熱電対の断面図である。

【図４】本発明の第１実施例にもとづく測定結果と従来
方法による測定結果を示す特性図である。

【図５】本発明の第２実施例の図１における熱電対を耐
圧容器から取り出す構造の正面断面図である。

【図６】従来の熱電対の耐圧容器から取り出す構造の断
面図である。

【符号の説明】 １・・引上炉，２・・ヒータ，３・・内部熱電対，３
ａ，３ｂ・・熱電対素線，３ｄ・・絶縁物，３ｅ・・保
護シース，４・・引上軸，５・・化合物半導体，６・・
ルツボ軸，７・・温度指示計，８・・熱電対取り出しポ
ート，９・・熱電対検出信号取り出し部材，１０・・銅
電極，１１，１１Ａ，１１Ｂ・・Ｏリング，１２・・ナ
ット，１３・・外部取り出し用熱電対，１３ａ，１３ｂ
・・熱電対素線，１４ａ，１４ｂ・・ねじ，１５・・ス
タンド，１５ａ，１５ｂ・・ねじ穴，１６・・溶接部，
１７ａ，１７ｂ・・補償導線板，１８ａ，１８ｂ・・溶
接箇所，１９・・スタンド。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部の温度を測定する熱電対を内蔵し半
   導体結晶の引き上げを行う高圧容器内から該高圧容器の
   一部を構成する熱電対検出信号取り出し部材を介して上
   記熱電対で検出した信号を外部に取り出すように構成さ
   れた半導体引上装置において，上記内部の熱電対と同じ
   材質の熱電対または補償導線であってその保護シースが
   上記熱電対検出信号取り出し部材を貫通している外部取
   り出し熱電対または補償導線を設け，上記保護シースの
   貫通部がろうづけされて上記高圧容器を機密封鎖し，上
   記高圧容器内に，上記高圧容器内の熱電対と上記外部取
   り出し熱電対または補償導線とを接続する部材を上記熱
   電対検出信号取り出し部材に設けたことを特徴とする半
   導体引上装置。
2. 【請求項２】 上記熱電対検出信号取り出し部材に設け
   られた熱電対接続部材に補償導線を設け，該補償導線を
   介して上記内部熱電対と上記外部取り出し用熱電対また
   は補償導線とを接続する請求項１記載の半導体引上装
   置。