JPH11255591A

JPH11255591A - 単結晶原料補助溶解装置

Info

Publication number: JPH11255591A
Application number: JP8030198A
Authority: JP
Inventors: Tsunehisa Machida; 倫久町田
Original assignee: Super Silicon Crystal Research Institute Corp
Current assignee: Super Silicon Crystal Research Institute Corp
Priority date: 1998-03-12
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 1999-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】補助ルツボ内の原料を加熱して溶解する際の
熱効率を向上させ、また、サセプタルツボの破損を防止
する。【解決手段】石英製の補助ルツボ１には傾動時に内部
のメルトを外に出すためのメルト出湯口１ａが形成さ
れ、補助ルツボ１はサセプタルツボとしてＢＮ（Boron
Nitride）ルツボ２１により支持されている。ＢＮルツ
ボ２１にはカーボンヒータ２２が櫛歯状に、また、ＢＮ
ルツボ２１の底面にもジグザグ状に埋め込まれ、また、
縦方向に１以上の割れ防止用のスリット２３が形成され
ている。ＢＮルツボ２１には、また傾動軸兼電極継ぎ手
２４が取り付けられている。ＢＮは絶縁性であって石英
とも反応せず、また、熱伝導率が石英より低い材料であ
る。ＢＮの代わりにＰＢＮ（Pyrolytic Boron Nitrid
e）を用いてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、引上げＣＺ（Czoc
hralski ）法によりＳｉ（シリコン）の無転位の単結晶
を製造するための単結晶引上げ装置における原料補助溶
解装置に関し、特に、単結晶の原料を補助ルツボ内で加
熱して溶解し、この溶解原料を補助ルツボを傾動するこ
とにより主ルツボに供給するための単結晶原料補助溶解
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、引上げＣＺ法による単結晶製造
装置では、高耐圧気密チャンバ内を１０torr程度に減圧
して新鮮なＡｒ（アルゴン）ガスを流すとともに、チャ
ンバ内の下方に設けられた石英ルツボ内の多結晶を加熱
して溶融し、この融液の表面に種結晶を上から浸漬し、
種結晶と石英ルツボを回転、上下移動させながら種結晶
を引き上げることにより、種結晶の下に上端が突出した
円錐形の上部コーン部と、円筒形のボディ部と下端が突
出した円錐形の下部コーン部より成る単結晶（いわゆる
インゴット）を成長させるように構成されている。

【０００３】このような装置において原料を溶解する従
来の方法としては、単結晶引き上げ用のルツボ（以下、
主ルツボ）内の溶融原料の減少を補助ルツボから供給す
る方法が提案されている。例えば特開昭５５−１３０８
９４号公報では、主ルツボと連通した補助ルツボ内で原
料を溶解して、補助ルツボから連通管を介して主ルツボ
に追加供給する方法が提案されている。また、特開昭５
６−１６４０９７号公報では固体原料を引上げ装置の外
から引上げ装置内の補助ルツボ内に供給して溶解し、溶
解原料を補助ルツボから主ルツボに追加供給する方法が
提案されている。

【０００４】また、補助ルツボ内の溶融液を主ルツボに
供給する構造としては、補助ルツボを傾動させる傾動法
が一般的である。図４、図５は傾動法を用いた従来例と
して抵抗加熱式の構造を示している。石英製の補助ルツ
ボ１には傾動時に内部のメルト（不図示）を外に出すた
めのメルト出湯口１ａが形成されている。この補助ルツ
ボ１はサセプタルツボとしてカーボンルツボ３により支
持され、また、カーボンルツボ３にはメルト出湯口１ａ
の近傍に対応する位置に傾動軸２が取り付けられてい
る。そして、カーボンルツボ３の回りには、カーボンル
ツボ３と接触しないようにカーボンヒータ４が固定さ
れ、また、カーボンヒータ４には一対の電極継ぎ手５が
結合されている。

【０００５】このような構造では、電極継ぎ手５の両端
にＤＣ電圧が印加されると、抵抗体であるカーボンヒー
タ４が発熱して補助ルツボ１内の原料がカーボンヒータ
４によりカーボンルツボ３を介して加熱される。そし
て、補助ルツボ１内の原料が溶解すると補助ルツボ１及
びカーボンルツボ３が一体で傾動され、補助ルツボ１内
の溶融液がメルト出湯口１ａを介して不図示の主ルツボ
に供給される。

【０００６】図６、図７は傾動法を用いた他の従来例と
して誘導加熱式の構造を示している。メルト出湯口１ａ
が形成された石英製の補助ルツボ１はカーボンルツボ３
により支持され、カーボンルツボ３は例えばアルミナの
ような絶縁性の誘導加熱ルツボ６により支持されてい
る。誘導加熱ルツボ６内には、内部に冷却水を流すため
の空洞が形成された銅製の水冷パイプコイル７が埋め込
まれ、また、誘導加熱ルツボ６には一対の傾動軸兼電極
継ぎ手８が取り付けられている。このような構造では、
傾動軸兼電極継ぎ手８の両端にＡＣ電圧が印加される
と、誘導加熱ルツボ６内のコイル７により誘導磁界が発
生し、この誘導磁界により補助ルツボ１内の原料が加熱
される。そして、補助ルツボ１内の原料が溶解すると補
助ルツボ１、カーボンルツボ３及び誘導加熱ルツボ６が
一体で傾動され、補助ルツボ１内の溶融液がメルト出湯
口１ａを介して不図示の主ルツボに供給される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
抵抗加熱式の従来例では、導電性のカーボンルツボ３と
カーボンヒータ４の間の絶縁性を確保するとともに、原
料がカーボンヒータ４に接触して汚染されることを防止
するために、カーボンルツボ３とカーボンヒータ４の間
を離間させる必要が有るので熱効率が悪いという問題点
がある。特に、図４、図５に示すようにメルト出湯口１
ａの近傍に傾動軸２が取り付けられている構造の場合に
は、出湯口１ａと反対側におけるカーボンルツボ３とカ
ーボンヒータ４の間ａは、カーボンルツボ３の傾動時に
カーボンヒータ４に接触しないように大きく離間させる
必要がある。そのため、大きなスペースを必要としてい
る。

【０００８】また、上記の誘導加熱式の従来例において
も同様に、シリコンの導電率は低温時には低く、高温時
に高いので、初期加熱時における熱効率が悪いという問
題点がある。したがって、この方法では、初期加熱時に
一部の原料を溶解させて補助ルツボ１内に供給した後に
誘導加熱を開始する必要がある。また、この方法では、
コイル７が誘導加熱ルツボ６内に埋設されているので割
れ防止用スリットを誘導加熱ルツボ６に形成することが
できないことから、補助ルツボ１内の溶融液を排出した
後に残りが固化して膨張すると、誘導加熱ルツボ６やそ
の内部のコイル７が破損するという問題点がある。ま
た、誘導加熱式の従来例では、放電や冷却水の水漏れと
いう問題もある。

【０００９】本発明は上記従来例の問題点に鑑み、補助
ルツボ内の原料を加熱して溶解するための構成が少ない
スペースで実現でき、原料を加熱して溶解する際の熱効
率を向上させることができ、また、サセプタルツボの破
損を防止することができる単結晶原料補助溶解装置を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、補助ルツボを支持するサセプタルツボを絶
縁性材料により形成するとともにサセプタルツボとカー
ボンヒータを一体化するようにしたものである。すなわ
ち本発明によれば、単結晶の原料を補助ルツボ内で加熱
して溶解し、この溶解原料を前記補助ルツボを傾動する
ことにより主ルツボに供給するための単結晶原料補助溶
解装置において、前記補助ルツボを支持するサセプタル
ツボが絶縁性材料により形成され、前記サセプタルツボ
と一体化されたカーボンヒータが設けられ、前記カーボ
ンヒータが一体化された前記サセプタと前記補助ルツボ
を一体で傾動可能としたことを特徴とする単結晶原料補
助溶解装置が提供される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明に係る単結晶原料補
助溶解装置の一実施形態が適用された単結晶引上げ装置
を示す構成図、図２は図１の補助溶解装置を詳しく示す
平面図、図３は図２の補助溶解装置を詳しく示す側面図
である。

【００１２】図１において、石英の主ルツボ１１の回り
には円筒状のヒータ１２が配置され、ヒータ１２の回り
には円筒状の断熱材１３が配置されている。これらの部
材１１〜１３は下部チャンバ１４内に配置されている。
また、図示省略されているが主ルツボ１１はカーボンル
ツボにより支持され、この主ルツボ１１とカーボンルツ
ボは上下方向に移動可能に、軸の回りを回転可能に支持
されている。下部チャンバ１４の上には上部チャンバ１
５が配置され、上部チャンバ１５からは単結晶１０を引
き上げるためのケーブル１５が上下方向に移動可能に、
軸の回りを回転可能に吊り下げられている。

【００１３】下部チャンバ１４の上にはまた、補助チャ
ンバ１７が配置され、補助チャンバ１７内には主ルツボ
１１内に溶解原料（メルト）を供給するために図２、図
３に詳しく示すような補助溶解装置２０が配置されてい
る。なお、下部チャンバ１４と、上部チャンバ１５と補
助チャンバ１７の内部は連通していて低圧に維持され、
また、Ａｒなどの不活性ガスが流されている。

【００１４】図２、図３において、石英製の補助ルツボ
１には傾動時に内部のメルト（不図示）を外に出すため
のメルト出湯口１ａが形成され、この補助ルツボ１はサ
セプタルツボとして作用するＢＮ（Boron Nitride：窒
化ほう素）ルツボ２１により支持されている。ＢＮルツ
ボ２１の外周部には櫛歯状の溝が設けられ、カーボンヒ
ータ２２の一部がこの櫛歯状の溝に埋め込まれた櫛歯状
の抵抗体を有している。また、ＢＮルツボ２１の底面に
ついても、カーボンヒータ２２の一部がジグザク状に配
された抵抗体として、同様な形状の溝に埋め込まれてい
る。また、ＢＮルツボ２１には、その軸方向（縦方向）
に１つ以上の割れ防止用のスリット２３が形成されてい
る。このスリット２３は、ＢＮルツボ２１の体積増加を
吸収するものである。スリット２３の好ましい態様とし
て、数ｍｍギャップを有するスリットが円周に沿って３
ヵ所程度設けることができる。ＢＮルツボ２１には又、
傾動軸兼電極継ぎ手２４が取り付けられている。図４に
示した従来の抵抗加熱式のカーボンルツボ３の傾動軸２
は、カーボンヒータ４の電極継ぎ手５とは、別個に設け
られていたが、本発明では、これらを一体のものであ
る、傾動軸兼電極継ぎ手２４とすることができる。な
お、カーボンヒータ２２への通電は、傾動軸兼電極継ぎ
手２４の一方から他方へかけて電流が流れるように、所
定の電圧が印加されることにより行われる。

【００１５】

【表１】ここで、サセプタルツボ２１を構成するＢＮ
は、絶縁性であって石英とも反応せず、また、熱伝導率
が石英より低い材料であり、主な特性は以下の通りであ
る。密度：１．９２ｇ／ｃｍ³ 曲げ強度：４２０ｋｇ／ｃｍ² 圧縮強度：５７０ｋｇ／ｃｍ² 熱伝導率：０．１８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・°Ｃ熱膨張率：０．８６×１０^-6 ／°Ｃ（室温〜１０００
°Ｃ）固有比抵抗：１×１０¹⁴ Ω・ｃｍ耐電圧：４０ｋＶ／ｍｍ

【００１６】なお、ＢＮの代わりにＰＢＮ（Pyrolytic
Boron Nitride：熱分解（焦性）窒化ほう素）を用いて
もよい。ただし、ＰＢＮは通常、熱ＣＶＤにより製造さ
れるので、薄い板状や円筒形、ルツボ状に製造すること
ができるもののＢＮより高価になる。これに対し、ＢＮ
はプレス成型後に焼結することにより製造されるので、
円筒形、ルツボ状を安価に製造することができる。

【００１７】

【表２】次に実施例と従来例（抵抗加熱式）について説
明する。まず、カーボンヒータ２２としては以下のよう
に同じものを用いた。外径：２６０ｍｍ高さ：１５０ｍｍ肉厚：１０ｍｍスリット幅：５ｍｍ抵抗体幅：３５ｍｍ円周方向の抵抗体の数（分割数）：２０抵抗率：０．０２７Ω（１６００°Ｃ）

【００１８】

【表３】また、補助ルツボ１として以下のものを用い
た。（１）従来例外径：１２０ｍｍ高さ：１８０ｍｍ有効融液保持量：約３ｋｇ（２）実施例外径：２２０ｍｍ高さ：１８０ｍｍ有効融液保持量：約１０ｋｇ

【００１９】そして、原料の溶解速度は次の通りであっ
た。（１）従来例：６７ｇ／分（２）実施例：１６７ｇ／分したがって、補助ルツボ１を大型化しても、加熱効率が
向上した。また、原料を溶解して主ルツボ１１に供給し
た後にもＢＮルツボ２１とカーボンヒータ２２の破損は
見られなかった。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、傾
動することにより主ルツボに溶融原料を供給するための
単結晶原料補助溶解装置において、補助ルツボを支持す
るサセプタルツボを絶縁性材料により形成するとともに
サセプタルツボとカーボンヒータを一体化するようにし
たので、少ないスペース占有で、補助ルツボ内の原料を
加熱して溶解する際の熱効率を向上させることができ
る。また、割れ防止用のスリットをサセプタルツボに形
成することができるので、サセプタルツボの破損を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る単結晶原料補助溶解装置の一実施
形態が適用された単結晶引上げ装置を示す構成図であ
る。

【図２】図１の補助溶解装置を詳しく示す平面図であ
る。

【図３】図２の補助溶解装置を詳しく示す側面図であ
る。

【図４】従来の補助溶解装置を示す平面図である。

【図５】図４の補助溶解装置を示す側面図である。

【図６】他の従来の補助溶解装置を示す側面図である。

【図７】図６の補助溶解装置を示す平面図である。

【符号の説明】

１補助ルツボ２１ＢＮルツボ２２カーボンヒータ２３スリット２４傾動軸兼電極継ぎ手

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単結晶の原料を補助ルツボ内で加熱して
溶解し、この溶解原料を前記補助ルツボを傾動すること
により主ルツボに供給するための単結晶原料補助溶解装
置において、前記補助ルツボを支持するサセプタルツボが絶縁性材料
により形成され、前記サセプタルツボと一体化されたカ
ーボンヒータが設けられ、前記カーボンヒータが一体化
された前記サセプタと前記補助ルツボを一体で傾動可能
としたことを特徴とする単結晶原料補助溶解装置。
【請求項２】前記カーボンヒータが前記サセプタルツ
ボの外周部に設けられた櫛歯状の溝に埋め込まれた櫛歯
状の抵抗体を有することを特徴とする請求項１記載の単
結晶原料補助溶解装置。
【請求項３】前記絶縁性材料は、窒化ほう素であるこ
とを特徴とする請求項１記載の単結晶原料補助溶解装
置。
【請求項４】前記絶縁性材料は、熱分解窒化ほう素で
あることを特徴とする請求項１記載の単結晶原料補助溶
解装置。
【請求項５】前記サセプタルツボの軸方向に割れ防止
用のスリットが形成されていることを特徴とする請求項
１ないし４のいずれか１つに記載の単結晶原料補助溶解
装置。
【請求項６】前記サセプタに前記サセプタを傾動さ
せ、かつ前記カーボンヒータに通電するための傾動軸兼
電極継ぎ手が設けられていることを特徴とする請求項１
ないし４のいずれか１つに記載の単結晶原料補助溶解装
置。