JP2003165790A - 単結晶引上装置 - Google Patents
単結晶引上装置Info
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Abstract
い冷却効果を有すると共に直径計測も可能にすること。 【解決手段】 半導体融液Lを保持するルツボ14と、
該ルツボ内の半導体融液から半導体単結晶Cを引き上げ
る引上機構20と、該引上機構で引き上げられる半導体
単結晶の周囲に同心に配された冷却筒22と、前記ルツ
ボ及び前記冷却筒を収納する気密容器11とを備えた単
結晶引上装置であって、前記気密容器には、外部から前
記半導体融液と前記半導体単結晶との境界領域を観察可
能な窓部11aが形成され、前記冷却筒の下端部には、
前記窓部と前記境界領域とを結ぶ直線上に切り欠き部2
2aが形成されている。
Description
ルスキー法)を用いて、ルツボに貯留された半導体融液
より半導体単結晶を引き上げる単結晶引上装置に関す
る。
素(GaAs)等の半導体単結晶を成長する手段の一つ
として、CZ法を用いた単結晶引上装置が知られてい
る。この単結晶引上装置は、図3に示すように、チャン
バ1内部のサセプタ2上に配設した石英ルツボ3内に半
導体融液Lを貯留し、該半導体融液Lを石英ルツボ3の
周囲に配置した円筒状のヒータ4で所定温度に加熱制御
して、この半導体融液Lから半導体単結晶Cを引上機構
10で引き上げるものである。なお、符号7は、ガス整
流用のフロー管であり、符号6はフロー管7を支持する
円環状のアッパーリングである。
られる半導体単結晶Cを効果的に冷却して引上速度を向
上させるために半導体単結晶Cの周囲を覆うように冷却
筒8を設置しているものがある。この冷却筒8内には、
冷却水等が流されており、水冷により熱吸収するように
なっている。また、チャンバ1の透明窓部1aからCC
Dカメラ等の光学系計測装置9によって半導体単結晶C
と半導体融液Lとの境界領域を観測し、引上中の半導体
単結晶Cの直径を計測するようになっている。
来の単結晶引上装置には、以下のような課題が残されて
いる。すなわち、引き上げた半導体単結晶の冷却効果を
より高めるためには、冷却筒の長さを長くして、できる
限り融液面に下端を近づけた方が良いが、冷却筒の下端
が低すぎると、冷却筒が邪魔になってチャンバの窓部か
らCCDカメラ等によって半導体単結晶と半導体融液と
の境界領域が観測できず、引上中の半導体単結晶の直径
を計測することができないという不都合があった。
ので、半導体単結晶の高い冷却効果を有すると共に直径
計測も可能な単結晶引上装置を提供することを目的とす
る。
決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明
の単結晶引上装置は、半導体融液を保持するルツボと、
該ルツボ内の半導体融液から半導体単結晶を引き上げる
引上機構と、該引上機構で引き上げられる半導体単結晶
の周囲に同心に配された冷却筒と、前記ルツボ及び前記
冷却筒を収納する気密容器とを備えた単結晶引上装置で
あって、前記気密容器には、外部から前記半導体融液と
前記半導体単結晶との境界領域を観察可能な窓部が形成
され、前記冷却筒の下端部には、前記窓部と前記境界領
域とを結ぶ直線上に切り欠き部が形成されていることを
特徴とする。
に、窓部と境界領域とを結ぶ直線上に切り欠き部が形成
されているので、冷却筒の下端部が邪魔にならず、切り
欠き部を介して窓部から境界領域を観察でき、冷却筒を
半導体融液面により近づけることができる。
却筒の内部に冷媒を流通させる冷媒路が形成され、該冷
媒路は、前記切り欠き部の近傍で他の部分よりも狭めら
れていることが好ましい。すなわち、この単結晶引上装
置では、冷媒路が切り欠き部の近傍で他の部分よりも狭
められているので、この部分で冷媒の流速が高くなり、
切り欠き部の近傍で冷媒が滞留してしまうことを防ぐこ
とができる。
媒路が、前記冷却筒の周方向に180度づつ第1路と第
2路とに分割され、前記第1路と前記第2路とは、互い
に前記冷媒の流入口と排出口とが反対側に配されて逆方
向に冷媒が流通可能であることが好ましい。すなわち、
この単結晶引上装置では、第1路と第2路とが、互いに
冷媒の流入口と排出口とが反対側に配されて逆方向に冷
媒が流通可能であるので、冷却筒の周方向における温度
差を極力低減することができる。
置の一実施形態を、図1及び図2を参照しながら説明す
る。これらの図にあって、符号11はチャンバ、12は
シャフト、13はサセプタ、14はルツボ、15はヒー
タ、16は保温筒を示している。
すものであって、該単結晶引上装置は、中空の気密容器
であるチャンバ11内に、該チャンバ11の中央下部に
垂直に立設され上下動可能なシャフト12と、該シャフ
ト12上に載置されたカーボン製のサセプタ13と、該
サセプタ13上に載置されて支持されシリコンの融液で
ある半導体融液Lを貯留する石英(SiO2)製のルツ
ボ14と、該ルツボ14の外周に所定距離離間して配さ
れたヒータ15と、該ヒータ15の周囲に配された保温
筒16とがそれぞれ配置されている。
中心として水平面上で所定の角速度で回転する構成にな
っている。前記ヒータ15は、シリコン原料をルツボ1
4内で加熱・融解するとともに生じた半導体融液Lを保
温するもので、通常、抵抗加熱が用いられる。
の上方に該ルツボ14と同軸に配置された略円筒状のフ
ロー管17と、保温筒16の上部に取り付けられフロー
管17を支持する円環状のアッパーリング18とを備え
ている。上記フロー管17は、内径が下方に向けて漸次
小さくなるテーパ状の円筒部材であり、その上端フラン
ジ部がアッパーリング18を介して保温筒16の上部に
固定されている。このフロー管17は、成長時に半導体
単結晶Cへの輻射熱を遮断するとともに、チャンバ11
の上部から供給されるアルゴンガス(不活性ガス)を通
過させて半導体融液L上に吹き付け、半導体融液Lから
発生するSiO2を吹き流すものである。なお、吹き流
されたSiO2を含むアルゴンガスは、チャンバ11の
下部から外部に順次排出される。
ァイバ)からなる保温材で形成されその内側面に支持板
としてカーボン板が張られている。また、チャンバ11
上部からは、引上ワイヤ19がモータ等の引上機構20
によって昇降自在にかつ回転自在に吊り下げられ、該引
上ワイヤ19の下端部には、シリコンの種結晶が固定さ
れている。
半導体融液Lと半導体単結晶Cとの境界領域(半導体単
結晶Cの固液境界領域)を観察するための透明窓部11
aが設けられている。さらに、該透明窓部11aを介し
てチャンバ11の外部から上記境界領域を観察し、半導
体単結晶Cの直径を計測するCCDカメラ等の光学系計
測装置21がチャンバ11上部に設置されている。
20で引き上げられる半導体単結晶Cの周囲に同心に配
された冷却筒22がチャンバ11上部に固定されてい
る。上記冷却筒22は、図2に示すように、その下端部
に透明窓部11aと上記境界領域とを結ぶ直線上に矩形
状に切り欠き部22aが形成されている。なお、この冷
却筒22の下端は、従来の切り欠き部22aの無いもの
よりも、半導体融液面に近く下方に設定されている。
冷却水を流通させる冷媒路23が形成され、該冷媒路2
3は、冷却筒22の周方向に180度づつ第1路23a
と第2路23bとに第1仕切板22b及び第2仕切板2
2cで分割されている。これらの第1路23aと第2路
23bとは、互いに冷却水の流入口22dと排出口22
eとが反対側に配されて逆方向に冷却水が流通可能とな
っている。すなわち、第1路23aと第2路23bとで
は、冷却水の流入口22dと排出口22eとが互い違い
に配置されている。
の近傍で他の部分よりも狭められている。すなわち、第
1路23aには、周方向における切り欠き部22aの前
後に下部に冷却水の上流側流通部23c及び下流側流通
部23dを開けて上流側仕切板22f及び下流側仕切板
22gがそれぞれ設けられていると共に、切り欠き部2
2aの上方にも冷却水の上部流通部23eを冷却筒22
上部に開けて上部仕切板22hが設けられている。
に流入した冷却水は、切り欠き部22aの近傍まで流れ
ると、上流側流通部23cから上流側仕切板22fと上
部仕切板22hとの間、上部流通部23e、下流側仕切
板22gと上部仕切板22hとの間、下流側流通部23
dをこの順に介して流れ、最終的に排出口22eから外
部へと排出される。なお、図中において、矢印は冷却水
の流れる方向を示している。
板22gと上部仕切板22hとの間隔をD1とし、上流
側仕切板22fと冷却筒22の下端との間隔をD2と
し、上流側仕切板22fと切り欠き部22aとの間隔を
D3とし、切り欠き部22aの幅をD4とすると、以下
の2つの関係式(1)(2)を満足するように各間隔が
設定されていることが、切り欠き部22a近傍の流速を
効果的に高めるために望ましい。 ・D3=D1−D4/2 ・・・(1) ・D1>D3>D2 ・・・(2)
う場合、まずチャンバ11内にアルゴンガスを供給する
とともに、ヒータ15に通電してルツボ14内のシリコ
ン原料を溶融して半導体融液Lとし、そしてヒータ15
の電力を調整して半導体融液Lの中央液面付近を単結晶
成長温度に保つ。次に、引上ワイヤ19により吊り下げ
られた種結晶を下降させて半導体融液Lに浸してなじま
せ、いわゆるネッキングにより無転位化を行い、その
後、ルツボ15と引上ワイヤ19とを互いに反対に回転
させながら半導体単結晶Cを引き上げ成長する。この
際、光学系計測装置21によって、透明窓部11aから
切り欠き部22aを介して上記境界領域を観察し、半導
体単結晶Cの直径を計測しながら、引上機構20による
引上速度を調整する。
下端部に、透明窓部11aと上記境界領域とを結ぶ直線
上に切り欠き部22aが形成されているので、切り欠き
部22aを介して透明窓部11aから上記境界領域を観
察でき、冷却筒22を半導体融液面により近づけること
ができる。また、切り欠き部22aの近傍では、冷媒路
23の他の部分よりも上記仕切板により流路断面積が狭
くなっているので、冷却水の流速が速くなり、冷却水の
滞留を防ぐことができる。さらに、第1路23aと第2
路23bとは、互いに冷却水の流入口22dと排出口2
2eとが反対側に配されて逆方向に冷却水が流通可能で
あるので、冷却筒22の周方向における温度差を極力低
減することができる。
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば、切り欠き部は2以上設けても構わず、複数の切り
欠き部を設けた場合は、各切り欠き部に対応して上記仕
切板を設けることが好ましい。また、切り欠き部の形状
は、矩形状に限らず、半円形や三角形などの他の形状と
しても構わない。また、冷媒として冷却水を使用した
が、他の冷媒、例えばArガス等の気体や水銀等の液体
でも構わない。
すなわち、本発明の単結晶引上装置によれば、冷却筒の
下端部に、窓部と境界領域とを結ぶ直線上に切り欠き部
が形成されているので、切り欠き部を介して窓部から境
界領域を観察でき、冷却筒を半導体融液面により近づけ
ることができる。したがって、より効果的に半導体単結
晶を冷却することができ、成長速度を速めることができ
る。
示す全体断面図である。
おいて、冷却筒の内部構造及び冷却水の流れを説明する
ために冷却筒を透視的に見た概略構造図である。
全体断面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 半導体融液を保持するルツボと、該ルツ
ボ内の半導体融液から半導体単結晶を引き上げる引上機
構と、該引上機構で引き上げられる半導体単結晶の周囲
に同心に配された冷却筒と、前記ルツボ及び前記冷却筒
を収納する気密容器とを備えた単結晶引上装置であっ
て、 前記気密容器には、外部から前記半導体融液と前記半導
体単結晶との境界領域を観察可能な窓部が形成され、 前記冷却筒の下端部には、前記窓部と前記境界領域とを
結ぶ直線上に切り欠き部が形成されていることを特徴と
する単結晶引上装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の単結晶引上装置におい
て、 前記冷却筒の内部に、冷媒を流通させる冷媒路が形成さ
れ、 該冷媒路は、前記切り欠き部の近傍で他の部分よりも狭
められていることを特徴とする単結晶引上装置。 - 【請求項3】 請求項1又は2に記載の単結晶引上装置
において、 前記冷媒路は、前記冷却筒の周方向に180度づつ第1
路と第2路とに分割され、 前記第1路と前記第2路とは、互いに前記冷媒の流入口
と排出口とが反対側に配されて逆方向に冷媒が流通可能
であることを特徴とする単結晶引上装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001361376A JP4016644B2 (ja) | 2001-11-27 | 2001-11-27 | 単結晶引上装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2001361376A JP4016644B2 (ja) | 2001-11-27 | 2001-11-27 | 単結晶引上装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2003165790A true JP2003165790A (ja) | 2003-06-10 |
JP4016644B2 JP4016644B2 (ja) | 2007-12-05 |
Family
ID=19172051
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001361376A Expired - Lifetime JP4016644B2 (ja) | 2001-11-27 | 2001-11-27 | 単結晶引上装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4016644B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011057467A (ja) * | 2009-09-07 | 2011-03-24 | Sumco Techxiv株式会社 | 単結晶引上装置 |
JP2013519617A (ja) * | 2010-02-12 | 2013-05-30 | エルジー シルトロン インコーポレイテッド | 単結晶冷却装置およびこれを含む単結晶成長装置 |
KR101904430B1 (ko) | 2017-12-01 | 2018-10-05 | 웅진에너지 주식회사 | 잉곳의 접촉식 냉각장치 |
JP2020138887A (ja) * | 2019-02-28 | 2020-09-03 | 信越半導体株式会社 | 単結晶育成装置及び単結晶育成方法 |
-
2001
- 2001-11-27 JP JP2001361376A patent/JP4016644B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
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JP7059967B2 (ja) | 2019-02-28 | 2022-04-26 | 信越半導体株式会社 | 単結晶育成装置及び単結晶育成方法 |
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