JPH0733583A - 半導体単結晶育成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 連続チャージ法と二重るつぼ法とを組み合わ
せ、外るつぼに載置した保持体を介して内側隔壁を保持
する半導体単結晶育成装置において、原料供給管から融
液に供給する原料多結晶が前記保持体に当たった場合、
その原料多結晶がるつぼ外に飛散しないようにする。 【構成】 内側隔壁を保持する内輪９ｂと、外るつぼに
載置する外輪とを連結する保持棒９ｃの断面を、外るつ
ぼの回転方向に対して上り斜面となる二つの傾斜面９
ｄ，９ｅを持つ三角形とする。原料供給管１０から落下
して傾斜面９ｄに当たった原料多結晶１４ａは、外るつ
ぼの回転方向と逆の方向に、かつ下向きに跳ね返り、融
液に落下する。また落下中の原料多結晶のうち、傾斜面
９ｅに当たった原料多結晶１４ｂは、前記傾斜面９ｅに
押されて外るつぼの回転方向側かつ下向きに跳ね、融液
に落下する。従って、原料多結晶がるつぼ外に飛散する
ことはほとんどない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、引き上げた単結晶の量
だけ原料を連続的に供給する連続チャージ法による半導
体単結晶育成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の基板となるシリコン単結晶
の製造方法の一つとして、るつぼ内の原料融液から円柱
状の単結晶を引き上げるチョクラルスキー法（以下ＣＺ
法という）が用いられている。ＣＺ法においては、単結
晶育成装置のチャンバ内に設置した黒鉛るつぼに石英る
つぼを収容し、この石英るつぼ内に充填した高純度の多
結晶シリコンを前記黒鉛るつぼの外周を取り巻くように
設けたヒータによって加熱溶解する。そして、引き上げ
シャフトまたは引き上げワイヤに取り付けた種子結晶を
融液に浸漬し、前記引き上げシャフトまたは引き上げワ
イヤと黒鉛るつぼとを同方向または逆方向に回転しつつ
引き上げシャフトまたは引き上げワイヤを引き上げてシ
リコン単結晶を成長させる。

【０００３】上記シリコン単結晶をＣＺ法によって製造
する場合、引き上げた単結晶の量に応じて原料をるつぼ
内に供給し、連続的に単結晶を引き上げる連続チャージ
法と、偏析現象による単結晶の抵抗率変化を小さくする
ため、石英るつぼを二重構造として原料供給部と単結晶
育成部とに分け、内側のるつぼ内すなわち単結晶育成部
から単結晶を引き上げる二重るつぼ法とを組み合わせた
半導体単結晶育成装置が知られている（ＵＳＰ２８９２
７３９号、特開昭６１−３６１９７号参照）。

【０００４】上記従来の半導体単結晶育成装置では、初
期原料の溶解時に溶解熱によって石英製の内るつぼが変
形し、融液の攪拌不良を起こす。この問題を解決するた
め、支持部材を介して内るつぼを保温筒やチャンバ内壁
に固定し、初期原料溶解時には外るつぼを下降させるこ
とによって内るつぼを介在させないようにした半導体単
結晶育成装置が知られている。しかしこの装置では内る
つぼを回転させることができないので、その対策とし
て、保温筒の上端に係止するための複数個の突起部を上
端外縁に備え、内るつぼを取着する複数個の棒状の保持
部を下端内縁に備えた環状の保持具を用いる半導体単結
晶育成装置が特公平５−１１０７４号で提案されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】原料供給管から融液に
原料多結晶を供給しながら単結晶を育成する際、落下す
る原料多結晶が外るつぼとともに回転する上記保持具の
保持部に当たる場合がある。前記保持部に当たって跳ね
上がった原料多結晶の一部は融液内に落下せず、るつぼ
外に飛散する。そのため、次のような問題が発生する。 （１）あらかじめ制御プログラムに設定した原料供給量
よりも実供給量が減少するので、融液レベルが低下す
る。その結果、単結晶の直径制御が困難になる。 （２）るつぼ外に飛散した原料多結晶は洗浄しなければ
再使用することができず、洗浄のために余分な工程が必
要となる。 （３）飛散した原料多結晶が炉内品やチャンバ内壁に当
たって跳ね返り、その後融液に落下した場合、原料多結
晶に付着した不純物によって融液が汚染され、単結晶の
純度低下や有転位化の原因となる。また、前記跳ね返っ
た原料多結晶が育成中の単結晶下部に接触した場合も、
有転位化の原因となる。 （４）飛散した原料多結晶がメインチャンバ上下の継ぎ
目に噛み込んだ場合、チャンバの気密性を低下させるこ
とがある。 本発明は上記の各問題点に着目してなされたもので、原
料供給管から融液に連続的に供給される原料多結晶が保
持体に当たった場合、その原料多結晶がるつぼ外に放出
されることがほとんどないような構造の内側隔壁保持体
を有する半導体単結晶育成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、本発明に係る半導体単結晶育成装置は、原料多結晶
を溶解して融液とする外るつぼと、前記融液に原料多結
晶を供給する原料供給管と、原料供給管より内側の融液
に浸漬する内側隔壁と、内側隔壁内の融液から単結晶を
引き上げる結晶引き上げ機構とを備えた単結晶育成装置
において、前記内側隔壁の上端を係止する内輪と、外る
つぼの上端に載置する外輪と、前記内輪と外輪とを連結
する複数個の保持棒とによって内側隔壁保持体を構成す
るものとし、前記構成において、保持棒は、原料多結晶
の落下線に対する角度が鋭角αの傾斜面と、前記落下線
に対する角度が角度αより小さい角度βの傾斜面とを有
し、前記二つの傾斜面が外るつぼの回転方向に対して上
り斜面であることを特徴としている。

【０００７】

【作用】上記構成によれば、外るつぼと内側隔壁とを有
する半導体単結晶育成装置において、前記内側隔壁を所
定の位置に固定する内側隔壁保持体を内輪、外輪および
複数個の保持棒によって構成し、図３に示すように保持
棒に、外るつぼの回転方向に対して上り斜面となる二つ
の傾斜面を設けたので、原料供給管から融液に落下する
原料多結晶が保持棒に当たった場合、原料多結晶は下記
のように運動する。 （１）内側隔壁保持体が外るつぼとともに矢印の方向に
回転しているため、原料供給管から落下して角度αの傾
斜面に当たった原料多結晶は、内側隔壁保持体の回転方
向と逆の方向かつ下向きに跳ね返り、融液内に落下す
る。 （２）落下中の原料多結晶が角度βの傾斜面に当たった
場合、その原料多結晶は前記傾斜面に押されて内側隔壁
保持体の回転方向かつ下向きに跳ね、融液内に落下す
る。

【０００８】

【実施例】以下に、本発明に係る半導体単結晶育成装置
の実施例について、図面を参照して説明する。図１は単
結晶育成装置の部分的な概略断面を示す模式図、図２は
内側隔壁保持体の斜視図、図３は内側隔壁保持体の保持
棒の形状を示す説明図である。これらの図において、チ
ャンバ１の中心に設けられたるつぼ軸２の上端に黒鉛る
つぼ３が載置され、黒鉛るつぼ３内に石英るつぼ４が収
容されている。前記黒鉛るつぼ３と石英るつぼ４とによ
って外るつぼ５が構成される。黒鉛ヒータ６および保温
筒７は前記外るつぼ５の周囲を取り巻くように同心円状
に設けられている。

【０００９】８は内側隔壁で、上端外周にフランジ部を
備えた円筒である。９は内側隔壁保持体で、図２に示す
ように外輪９ａ、内輪９ｂおよび複数個たとえば４個の
保持棒９ｃからなり、前記外輪９ａと内輪９ｂとは保持
棒９ｃによって連結されている。保持棒９ｃの断面形状
は図３に示す通りで、原料多結晶の落下線Ａに対して鋭
角αの傾斜面９ｄと、前記落下線Ａに対する角度がαよ
り小さい角度βの傾斜面９ｅと、内輪９ｂの端面に平行
な面９ｆとを有する三角柱である。そして前記傾斜面９
ｄ、９ｅは、矢印で示す内側隔壁保持体の回転方向に対
して上り斜面になっている。

【００１０】前記内側隔壁保持体９の外輪９ａを黒鉛る
つぼ３の上端に載置し、内輪９ｂに内側隔壁８を挿嵌す
ると、内側隔壁８のフランジ部が内輪９ｂの上面に当接
して内側隔壁８が所定の位置に固定される。また、チャ
ンバ１の外部に設置された図示しない原料供給装置に接
続された原料供給管１０はチャンバ１内に入り、その端
末は内側隔壁保持体９の保持棒９ｃに近接して開口して
いる。前記内側隔壁８、内側隔壁保持体９および原料供
給管１０はいずれも石英で構成されている。なお、１１
は融液、１２は育成中の単結晶、１３は引き上げシャフ
トである。

【００１１】単結晶１２を育成する際、るつぼ軸２が回
転し、これに伴って外るつぼ５、内側隔壁保持体９、内
側隔壁８も回転する。原料多結晶は原料供給管１０から
連続的に供給され、融液１１内に落下するが、その一部
は図３に示すように内側隔壁保持体の保持棒９ｃに当た
る。保持棒９ｃの傾斜面９ｄに当たった原料多結晶１４
ａは、内側隔壁保持体の回転方向と逆の方向に、かつ下
向きに跳ね返り、融液内に落下する。また落下中の原料
多結晶のうち、傾斜面９ｅに当たった原料多結晶１４ｂ
は、前記傾斜面９ｅに押されて内側隔壁保持体の回転方
向側かつ下向きに跳ね、融液内に落下する。

【００１２】内側隔壁保持体９の保持棒９ｃを、三角形
の各頂角に丸みを持たせたほぼ三角形の断面形状として
もよい。また、原料供給管１０の下端は融液面に対して
垂直に設置されているが、これを外るつぼの回転方向と
反対の方向に僅かに傾けて設置してもよい。

【００１３】この単結晶育成装置を用いる場合、あらか
じめ外るつぼ５に充填する初期原料の量を少なくするこ
とにより、内側隔壁８の熱による変形を抑えることがで
きる。初期原料の溶解後、原料供給管１０から原料多結
晶を補充して融液レベルを所定の位置に保つものとす
る。また、内側隔壁８の浸漬深さを所定の範囲に制御す
ることにより、黒鉛ヒータ６の融液１１に対する伝熱効
率低下を抑えるとともに、前記内側隔壁８から融液１１
内に溶出する酸素量の増加を抑え、単結晶中の酸素濃度
の上昇を防止する。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、連
続チャージ法と二重るつぼ法とを組み合わせた半導体単
結晶育成装置において、内側隔壁を所定の位置に固定す
る内側隔壁保持体を内輪、外輪および複数個の保持棒に
よって構成し、外るつぼの回転方向に対して上り斜面と
なる二つの傾斜面を前記保持棒に設けたので、原料供給
管から落下して前記保持棒に当たった原料多結晶はほと
んどすべて融液内に落下し、外るつぼの外側に飛散する
確率は極めて小さくなる。従って、原料の実供給量と設
定値との差異発生による融液レベルの変動や、不純物の
混入による融液の汚染が著しく低減され、高品質の半導
体単結晶を育成することができる。また、るつぼ外に飛
散した原料多結晶の洗浄工程が不要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】単結晶育成装置の部分的な概略断面を示す模式
図である。

【図２】内側隔壁保持体の斜視図である。

【図３】内側隔壁保持体の保持棒の断面形状を示す説明
図である。

【符号の説明】

５ 外るつぼ ８ 内側隔壁 ９ 内側隔壁保持体 ９ａ 外輪 ９ｂ 内輪 ９ｃ 保持棒 ９ｄ，９ｅ 傾斜面 １０ 原料供給管 １１ 融液 １２ 単結晶 １４ａ，１４ｂ 原料多結晶

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原料多結晶を溶解して融液とする外るつ
   ぼと、前記融液に原料多結晶を供給する原料供給管と、
   原料供給管より内側の融液に浸漬する内側隔壁と、内側
   隔壁内の融液から単結晶を引き上げる結晶引き上げ機構
   とを備えた単結晶育成装置において、前記内側隔壁の上
   端を係止する内輪と、外るつぼの上端に載置する外輪
   と、前記内輪と外輪とを連結する複数個の保持棒とによ
   って内側隔壁保持体を構成したことを特徴とする半導体
   単結晶育成装置。
2. 【請求項２】 保持棒は、原料多結晶の落下線に対する
   角度が鋭角αの傾斜面と、前記落下線に対する角度が角
   度αより小さい角度βの傾斜面とを有し、前記二つの傾
   斜面が外るつぼの回転方向に対して上り斜面であること
   を特徴とする請求項１の半導体単結晶育成装置。