JP2009035455A - 半導体単結晶の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】炉内圧を制御することにより、Ｎ型の揮発性のドーパントが高濃度に添加された低抵抗の半導体単結晶の品質の向上および製造歩止まりを向上し、炉外へのガスの流出を防止することにより、作業者に与える悪影響を回避するとともに、クリーンルームの汚染を回避することができ、通常炉内圧品および高炉内圧品の両方の製造に適合したシリコン単結晶製造装置を提供する。
【解決手段】半導体単結晶製造装置１に、排気ライン２０、３０、圧力調整弁２１、開放弁３１を設置する。コントローラ４０は、圧力検出手段５０の検出値Ｐに基づいて、半導体単結晶が所望する低抵抗値になるように、圧力調整弁２１を制御する。圧力検出手段５０で検出された炉内圧力Ｐが異常値Ｐ２に達した場合に、開放弁３１が開放されるように、開放弁３１を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体単結晶の製造装置に関し、特に、炉内に不活性ガスを供給し、炉内のガスを排気口から排気ラインを介して、排気しつつ、炉内でドーパントが添加された半導体単結晶を製造する装置に関する。

（従来の実施技術）
近年、ディスクリート半導体デバイスなどに使用されるシリコンウェーハ、つまりＮ型の電気的特性を有し、揮発性のドーパントが高濃度に添加された低抵抗のシリコンウェーハを、歩留まりよく製造したいとの要請がある。

ここで、Ｎ型の揮発性のドーパントとは、アンチモンＳｂ、赤燐Ｐ、砒素Ａｓなどである。低抵抗とは、２０／１０００Ωｃｍ以下となる抵抗値のことをいうものとする。

図１は、従来のシリコン単結晶製造装置１の構成を示す。この従来装置１は、上述した高濃度、低抵抗のシリコンウェーハよりも低濃度、高抵抗となるシリコンウェーハ、たとえば抵抗値で１Ωｃｍ以上となるシリコンウェーハの製造を想定して構築されている。

従来装置１では、ＣＺ炉２内に不活性ガスが供給され、炉内のガスを排気口４、５から通常排気ライン１０を介して、排気させつつ、ＣＺ炉２内でドーパントが添加されたシリコン単結晶インゴットが製造される。

ＣＺ炉２内では、ＣＺ（チョクラルスキー）法により、融液からドーパントが添加されたシリコン単結晶インゴットが引上げ、成長される。

ＣＺ炉２内と外気を遮断することで炉２内は高真空に維持される。すなわち、ＣＺ炉２には不活性ガスとしてのアルゴンガスが供給され、ＣＺ炉２の排気口４、５から真空ポンプ８によって排気される。これにより炉２内は所定の圧力に減圧される。

単結晶引上げのプロセス（１バッチ）の間で、ＣＺ炉２内には種々の蒸発物が発生する。

そこで、真空ポンプ８によって、ＣＺ炉２内が真空引きされ、ＣＺ炉２内のガスが蒸発物とともに、通常排気ライン１０を介して排気される。これによりＣＺ炉２内から蒸発物が除去される。通常排気ライン１０には、通常圧力調整弁１１が設けられている。通常圧力調整弁１１では、通常の真空領域（以下、通常炉内圧領域という）に対応する圧力範囲、つまり０．１〜１３．３ｋＰａでＣＺ炉２内の圧力が調整される。このように、ＣＺ炉２内の圧力が通常炉内圧領域内の所望する圧力に保持されつつ、シリコン単結晶インゴットが引上げ、成長されることで、低濃度、高抵抗のシリコン単結晶インゴット（以下、適宜、通常炉内圧品という）が製造される。

したがって、上述した従来装置１を用いて、Ｎ型の揮発性のドーパントが高濃度に添加された低抵抗のシリコン単結晶インゴットを製造しようとするときには、上述した通常炉内圧領域の制御に適合した通常圧力調整弁１１を用いて、ＣＺ炉２内の圧力を調整せざるを得ないことになっていた。

（各特許文献にみられる従来技術）
特許文献１には、化合物半導体単結晶を液体封止引上げ法（ＬＥＣ法）により引上げ成長させるに際して、炉内圧を調整することにより、結晶中の炭素濃度を制御するという発明が記載されている。

特許文献２には、シリコン単結晶をＣＺ法により引上げ成長させるに際して、融液に接する雰囲気の圧力を調整することにより、融液表面の酸素濃度を制御するという発明が記載されている。

特許文献３には、シリコン単結晶をＣＺ法により引上げ成長させるに際して、ＣＺ炉内の圧力を調整することによりＣＺ炉内のガスガイドと融液との間を流れる不活性ガスの融液表面近傍の流速を制御するという発明が記載されている。
特開平９−２２１３９０号公報 特開平７−２３２９９０号公報 特開平５−７０２７９号公報

本発明者は、揮発性のドーパントが高濃度に添加された低抵抗のシリコン単結晶インゴットを、既存の装置１で製造しようとするときに、つぎのような課題を見出し、本発明の知見を得るに至った。

すなわち、ＣＺ炉２内で、揮発性のドーパントが高濃度に添加された低抵抗のシリコン単結晶インゴットを製造するには、揮発性故に、融液からのドーパントの蒸発を抑制する必要がある。

仮に、ＣＺ炉２内の圧力を高くしないとすると、引上げ工程で融液からの蒸発が活発となり、ドーパントを含んだガスが多量に排気されてしまい、シリコン単結晶インゴットの抵抗値が所望する値から外れて高くなってしまう。

そこで、既存の通常圧力調整弁１１を流用して、通常炉内圧領域よりも高い圧力範囲１３．３〜９３．３ｋＰａ（以下、亜真空領域という）に、ＣＺ炉２内の圧力を調整して、揮発性のドーパントの蒸発を抑制してシリコン単結晶のドーパント濃度を所望する高濃度に維持する必要がある。

しかしながら、通常圧力調整弁１１は、本来、通常炉内圧領域（０．１〜１３．３ｋＰａ）の制御に適合する圧力調整弁であり、この通常炉内圧領域内で制御性よく調整されるように構成されている。このため、同じ通常圧力調整弁１１を流用して通常炉内圧領域よりも低真空度、高圧の亜真空領域（１３．３〜９３．３ｋＰａ）で調整しようとすると、制御性能が格段に落ちることになる。これにより、ＣＺ炉２内の圧力変動が大きくなり、融液からのドーパントの蒸発量が変動し、シリコン単結晶インゴットの抵抗値や酸素濃度が大きく変動してしまう。この結果、シリコン単結晶インゴットの抵抗値を所望する低抵抗値に安定させることができなくなり、Ｎ型の揮発性のドーパントが高濃度に添加された低抵抗のシリコン単結晶インゴット（以下、適宜、高炉内圧品という）の品質の低下および製造歩止まりの低下を招くおそれがある。

本発明は、こうした実情に鑑みて成されたものであり、炉内圧を制御性よく制御することにより、Ｎ型の揮発性のドーパントが高濃度に添加された低抵抗の半導体単結晶の品質の向上および製造歩止まりの向上を図ることを第１の解決課題とするものである。

さて、ＣＺ炉２内で、揮発性のドーパントが高濃度に添加された低抵抗のシリコン単結晶インゴット（高炉内圧品）を製造する際に、留意しなければならないことは、揮発性故に、融液から蒸発したドーパントが化合物アモルファスとなって、排気ライン１０に大量に流れ込むということである。

仮に、ドーパントを含む大量の化合物アモルファスの排気ライン１０への流入を長期間放置すると、排気ライン１０の配管内部表面に化合物アモルファスが固着し、配管に固着物が堆積し、最終的には配管が閉塞するおそれがある。配管への化合物アモルファスの固着は、高炉内圧品に特有のものであり、通常炉内圧品を製造する際には、配管への固着という現象はみられない。

排気ライン１０が化合物アモルファスによって閉塞したり、圧力調整弁１１が故障したりすると、ＣＺ炉２内のガスが真空ポンプ８側に排気されなくなり、ＣＺ炉２内が異常に高圧化する。とりわけ、亜真空領域は、通常炉内圧領域よりも元々高圧であるため、炉内の圧力は迅速に異常な圧力まで上昇してしまう。
ＣＺ炉２内の圧力が異常に上昇すると、ＣＺ炉２内の高圧のガスが外部へ流出するおそれがある。そこで、これを防止するために ＣＺ炉２内に入る不活性ガスの供給を止める措置をとることが考えられる。

しかし、この方法をとると、ＣＺ炉２内の圧力上昇を抑制することは可能になるが、炉内圧力を下げることはできない。
仮に、ＣＺ炉２内の圧力が亜真空領域の上限９３．３ｋＰａを超える異常圧まで上昇した状態で、ＣＺ炉２内へのアルゴンガスの供給を止めたとすると、ＣＺ炉２内の残存容量から炉内に閉じ込められた不活性ガスが熱せられる。このときＣＺ炉２内には、ガスの流れが無いためにガスによる熱交換が行われず、通常であれば温度上昇しない部分まで、閉じ込められた不活性ガスによって温度上昇してしまう。こうした炉内各部の温度上昇により炉体のＯリングなどの各種シールが破損するおそれがある。このため炉体のシール性が良くない部分から炉体内に外気が入り込み、炉内の圧力を上昇させる。これにより逆に炉内から外部にガスが流出することになる。
この炉外に流出したガスは高温であるため、作業者を火傷させるおそれがある。またガス中に含まれる化合物アモルファスは、毒性のあるドーパント、つまり砒素Ａｓ、アンチモンＳｂなどを含んでいるため、作業者の健康を損ねるおそれがある。さらには、化合物アモルファスの炉外への流出により、クリーンルームが汚染され、製品の品質の低下や製造歩留まりの低下を引き起こすことになりかねない。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、Ｎ型の揮発性のドーパントが高濃度に添加された低抵抗の半導体単結晶を製造するにあたり、炉外へのガスの流出を防止することにより、作業者に与える悪影響を回避するとともに、クリーンルームの汚染を回避して製品の品質の向上および製造歩止まりの向上を図ることを第２の解決課題とするものである。

上述したように、通常炉内圧品の製造を想定して構築された従来のシリコン単結晶製造装置１は、高炉内圧品の製造に必ずしも適したものではない。しかし、高炉内圧品の製造に適した新たなシリコン単結晶製造装置を別途構築しようとすると、設備のコストは増大するとともに、限られた設置スペースに配置できなくなるおそれがある。

そこで、本発明は、通常炉内圧品および高炉内圧品の両方の製造に適合した装置を、既存のシリコン単結晶製造装置１にわずかな変更を加えるだけで構築できるようにして、設備のコストを抑制するとともに、新たに炉を増やすことなく限られたスペースに装置を配置できるようにすることを第３の解決課題とするものである。

なお、上述した各特許文献に記載された炉内圧を調整する目的は、結晶中の炭素濃度を制御するためであったり、融液表面の酸素濃度を制御するためであったり、不活性ガスの流速を制御するためであったりするものであり、それら目的は、本発明の解決課題を何ら示唆するものではない。

第１発明は、
炉内に不活性ガスを供給し、炉内のガスを排気口から排気ラインを介して、排気しつつ、炉内でドーパントが添加された半導体単結晶を製造する半導体単結晶の製造装置において、
炉内で、揮発性のドーパントが高濃度に添加された低抵抗の半導体単結晶を製造するに際して、
それぞれ独立して並列に設けられ、排気口に連通し、炉内のガスを排気する高炉内圧排気ラインおよび緊急用排気ラインと、
高炉内圧排気ラインに設けられ、揮発性のドーパントの蒸発を抑制して半導体単結晶のドーパント濃度を高濃度にするための亜真空領域に対応する圧力範囲で炉内の圧力を調整する圧力調整弁と、
緊急用排気ラインに設けられた開放弁と、
炉内の圧力を検出する圧力検出手段と、
圧力検出手段の検出値に基づいて、半導体単結晶が所望する低抵抗値になるように、圧力調整弁を制御する第１の制御手段と、
圧力検出手段で検出された炉内圧力が異常値に達した場合に、開放弁が開放されるように、開放弁を制御する第２の制御手段と
が備えられていること
を特徴とする。

第２発明は、
炉内に不活性ガスを供給し、炉内のガスを排気口から排気ラインを介して、排気しつつ、炉内でドーパントが添加された半導体単結晶を製造する半導体単結晶の製造装置において、
炉内で、揮発性のドーパントが高濃度に添加された低抵抗の半導体単結晶と、該低抵抗品よりも高抵抗の半導体単結晶とを製造する装置であって、
それぞれ独立して並列に設けられ、排気口に連通し、炉内のガスを排気する高炉内圧排気ラインおよび通常排気ラインと、
通常炉内排気ラインに設けられ、高真空の範囲で炉内の圧力を調整する通常圧力調整弁と、
高炉内圧排気ラインに設けられ、通常圧力調整弁よりも口径サイズが小さく設定され、低真空の範囲で炉内の圧力を調整する高炉内圧用圧力調整弁と、
低抵抗の半導体単結晶を製造する際には、高炉内圧用圧力調整弁を制御し、高抵抗の半導体単結晶を製造する際には、通常圧力調整弁を制御する制御手段と
が備えられていること
を特徴とする。

第３発明は、
炉内に不活性ガスを供給し、炉内のガスを排気口から排気ラインを介して、排気しつつ、炉内でドーパントが添加された半導体単結晶を製造する半導体単結晶の製造装置において、
炉内で、揮発性のドーパントが高濃度に添加された低抵抗の半導体単結晶と、該低抵抗品よりも高抵抗の半導体単結晶とを製造する装置であって、
それぞれ独立して並列に設けられ、排気口に連通し、炉内のガスを排気する高炉内圧排気ラインおよび通常排気ライン並びに緊急用排気ラインと、
通常炉内排気ラインに設けられ、高真空の範囲で炉内の圧力を調整する通常圧力調整弁と、
高炉内圧排気ラインに設けられ、通常圧力調整弁よりも口径サイズが小さく設定され、低真空の範囲で炉内の圧力を調整する高炉内圧用圧力調整弁と、
緊急用排気ラインに設けられた開放弁と、
炉内の圧力を検出する圧力検出手段と、
低抵抗の半導体単結晶を製造する際には、高炉内圧用圧力調整弁を制御し、高抵抗の半導体単結晶を製造する際には、通常圧力調整弁を制御する第１の制御手段と、
圧力検出手段で検出された炉内の圧力が異常値に達した場合に、開放弁が開放されるように、開放弁を制御する第２の制御手段と
が備えられていること
を特徴とする。

第１発明では、図２に示すように、半導体単結晶製造装置１に、高炉内圧排気ライン２０と、圧力調整弁２１と、圧力検出手段５０と、第１の制御手段４０とが備えられる。

高炉内圧排気ライン２０は、炉２内のガスを排気口４、５から真空ポンプ８を介して外部の安全な場所に排気する。

高炉内圧排気ライン２０には、圧力調整弁２１が設けられている。この圧力調整弁２１は、揮発性のドーパントの蒸発を抑制して半導体単結晶のドーパント濃度を高濃度にするための亜真空領域に対応する圧力範囲で炉２内の圧力を調整するものである。

圧力検出手段５０では、炉２内の圧力Ｐが検出される。

コントローラ４０は、圧力検出手段５０の検出値Ｐに基づいて、半導体単結晶が所望する低抵抗値になるように、圧力調整弁２１を制御する（図３：ステップ１０１〜１０７）。

第１発明によれば、圧力調整弁２１は、亜真空領域で制御性よく圧力が調整されるように構成されている。このため、図１に示す既存の圧力調整弁１１と比較して亜真空領域における炉内圧の制御性能が格段に向上する。この結果、半導体単結晶の抵抗値を所望する低抵抗値に安定させることができるようになり、高炉内圧品であるＮ型の揮発性のドーパントが高濃度に添加された低抵抗の半導体単結晶の品質を向上させることができ、製造歩止まりが向上する。

さらに第１発明では、緊急用排気ライン３０と、開放弁３１と、第２の制御手段４０が備えられている。

緊急用排気ライン３０は、高炉内圧排気ライン２０とは独立して並列に設けられ、排気口４、５に連通して、炉２内のガスを排気する。

開放弁３１は、緊急用排気ライン３０に設けられている。

第２の制御手段４０は、圧力検出手段５０で検出された炉内圧力Ｐが異常値Ｐ２に達した場合に、開放弁３１が開放されるように、開放弁３１を制御する（図４：ステップ２０１〜２０６）。これにより、ドーパントを含む大量の化合物アモルファスが高炉内圧排気ライン２０へ流入して、高炉内圧排気ライン２０が化合物アモルファスの固着、堆積によって閉塞したり、あるいは圧力調整弁２１が故障したりして、炉２内が異常に高圧化したとしても、開放弁３１が開放されて、炉２内のガスが、排気口４、５から、高炉内圧排気ライン２０とは独立して設けられた緊急用排気ライン３０を通って、真空ポンプ８を介して外部の安全な場所に排気される。

よって、本第１発明によれば、Ｎ型の揮発性のドーパントが高濃度に添加された低抵抗の半導体単結晶を製造するにあたり、炉２外へのガスの流出を未然に防止することができ、作業者に与える悪影響を回避できるとともに、クリーンルームの汚染が回避されて製品の品質、製造歩止まりが向上する。

第１発明は、図２に示すように、高炉内圧排気ライン２０、緊急用排気ライン３０以外に他の排気ライン１０が設けられた構成であってもよく、図６に示すように、高炉内圧排気ライン２０、緊急用排気ライン３０のみが設けられた構成であってもよい。

第２発明は、既存の半導体単結晶装置１（図１）に、新たな排気ライン２０、圧力調整弁２１を増設し、既存の制御手段４０で行なわれる処理内容を変更するだけで、装置を構築することができる。すなわち、通常炉内圧品および高炉内圧品の両方の製造に適合した装置を、既存の半導体単結晶製造装置１（図１）にわずかな変更、つまり新たな排気ライン２０、圧力調整弁２１を増設する等だけで容易に構築することができる。これにより、設備コストを抑制できるとともに、新たに炉を増やすことなく限られた設置スペースに装置を配置することができる。ここで、図１に示す既存の半導体単結晶製造装置１と同じく、通常排気ライン１０に設けられた通常圧力調整弁１１を、制御手段４０で制御して、炉２内の圧力を調整することによって、高抵抗の半導体単結晶（通常炉内圧品）が製造される。通常炉内圧品は、通常炉内圧領域で酸素濃度等の引上げ条件が定められている。このため、通常炉内品を、従来と変わらない引上げ条件にて、高品質に歩留まりよく製造することができる。

第２発明は、図２に示すように、高炉内圧排気ライン２０、通常排気ライン１０以外に他の排気ライン３０が設けられた構成であってもよく、図７に示すように、高炉内圧排気ライン２０、通常排気ライン１０のみが設けられた構成であってもよい。

第３発明では、第２発明の構成に加えて、緊急用排気ライン３０と、開放弁３１と、第２の制御手段４０が備えられている。

第３発明によれば、第２発明と同様の効果が得られる。

さらに、第３発明によれば、第１発明と同様に、圧力検出手段５０で検出された炉内圧力Ｐが異常値Ｐ２に達した場合に、開放弁３１が開放されるように、開放弁３１を制御する（図４；ステップ２０１〜２０６）ようにしたので、炉２内が異常に高圧化したとしても、開放弁３１が開放されて、炉２内のガスが、排気口４、５から、高炉内圧排気ライン２０、通常排気ライン１０とは独立して設けられた緊急用排気ライン３０を通って、真空ポンプ８を介して外部の安全な場所に排気される。

よって、本第３発明によれば、炉２外へのガスの流出を未然に防止することができ、作業者に与える悪影響を回避できるとともに、クリーンルームの汚染が回避されて製品の品質、製造歩止まりが向上する。

以下、図面を参照して本発明に係る半導体単結晶の製造装置の実施の形態について説明する。

（第１実施例）
図２は、実施例のシリコン単結晶製造装置１の構成を示す。この実施例装置１は、揮発性でＮ型の高濃度、低抵抗のシリコンウェーハ（高炉内圧品）および高炉内圧品よりも低濃度、高抵抗のシリコンウェーハ（通常炉内圧品）を製造するための装置である。シリコン単結晶製造装置１は、クリーンルームに設置されている。

ここで、「Ｎ型の揮発性のドーパント」とは、アンチモンＳｂ、赤燐Ｐ、砒素Ａｓなどである。「低抵抗」とは、２０／１０００Ωｃｍ以下となる抵抗値のことをいうものとする。

ＣＺ炉２の排気口４、５は、ＣＺ炉２の下側に設けられている。なお、本実施例では、ＣＺ炉２の下側からガスが排気される構造を想定しているが、ガスの排気口の場所はＣＺ炉２のいずれの場所に設けられていてもよい。

ＣＺ炉２の排気口４、５は、共通の排気ライン９ａに連通している。

通常排気ライン１０、高炉内圧排気ライン２０、緊急用排気ライン３０はそれぞれ、独立して並列に設けられており、共通の排気ライン９ａを介してＣＺ炉２の排気口４、５に連通している。

通常排気ライン１０、高炉内圧排気ライン２０、緊急用排気ライン３０には、共通の排気ライン９ｂが連通している。共通の排気ライン９ｂには、真空ポンプ８の吸入口８ａが連通している。真空ポンプ８の吐出口８ｂは、クリーンルーム以外の安全な場所（大気）に連通している。なお、真空ポンプ８は、通常排気ライン１０、高炉内圧排気ライン２０、緊急用排気ライン３０に共通のものとしているが、もちろん通常排気ライン１０、高炉内圧排気ライン２０、緊急用排気ライン３０毎に個別の真空ポンプを設ける実施も可能である。

よって、通常排気ライン１０、高炉内圧排気ライン２０、緊急用排気ライン３０はそれぞれ、ＣＺ炉２内のガスを排気口４、５から排出されたガスを、真空ポンプ８に送り外部の安全な場所に排気する。

実施例のシリコン単結晶製造装置１では、ＣＺ炉２内に、アルゴンガスなどの不活性ガスが供給され、ＣＺ炉内のガスを排気口４、５から通常排気ライン１０、高炉内圧排気ライン２０を通して、排気させつつ、ＣＺ炉２内でドーパントが添加されたシリコン単結晶インゴットが製造される。

ＣＺ炉２内では、ＣＺ（チョクラルスキー）法により、融液からドーパントが添加されたシリコン単結晶インゴットが引上げ、成長される。

ＣＺ炉２内と外気を遮断することで炉２内は高真空に維持される。すなわち、ＣＺ炉２には不活性ガスとしてのアルゴンガスが供給され、ＣＺ炉２の排気口４、５から真空ポンプ８によって排気される。これによりＣＺ炉２内は所定の圧力に減圧される。

単結晶引上げのプロセス（１バッチ）の間で、ＣＺ炉２内には種々の蒸発物が発生する。

そこで、真空ポンプ８によって、ＣＺ炉２内が真空引きされ、ＣＺ炉２内のガスが蒸発物とともに、通常排気ライン１０、高炉内圧排気ライン２０を介して排気される。これによりＣＺ炉２内から蒸発物が除去される。

通常排気ライン１０には、通常圧力調整弁１１と遮断弁１２が設けられている。通常圧力調整弁１１は、バタフライバルブを有したスロットルバルブによって構成されている。遮断弁１２は、エア駆動のボールバルブで構成されている。

通常圧力調整弁１１は、通常炉内圧領域に対応する圧力範囲、つまり０．１〜１３．３ｋＰａでＣＺ炉２内の圧力を調整するように構成されている。

通常圧力調整弁１１は、制御手段としてのコントローラ４０によって制御される。

遮断弁１２は、作業者の操作により手動制御される。

高炉内圧排気ライン２０には、通常圧力調整弁１１よりも口径サイズが小さく設定され、低真空の範囲でＣＺ炉２内の圧力を調整する高炉内圧用圧力調整弁２１が設けられている。

高炉内圧排気ライン２０には、遮断弁２２が設けられている。高炉内圧用圧力調整弁２１は、バタフライバルブを有したスロットルバルブによって構成されている。遮断弁２２は、エア駆動のボールバルブで構成されている。

圧力調整弁２１は、亜真空領域に対応する圧力範囲でＣＺ炉２内の圧力を調整するように構成されている。

ここで、亜真空領域とは、揮発性のドーパントの蒸発を抑制してシリコン単結晶インゴット内のドーパント濃度を高濃度にするための圧力範囲であり、上記通常炉内圧領域よりも高圧となる圧力範囲１３．３〜９３．３ｋＰａのことである。

高炉内圧用圧力調整弁２１は、コントローラ４０によって制御される。

遮断弁２２は、作業者の操作により手動制御される。

緊急用排気ライン３０には、開放弁３１が設けられている。開放弁３１は、エア駆動のストップバルブで構成されている。開放弁３１は、コントローラ４０によって制御される。

つぎに、図８、図９、図１０、図１１を用いて、通常圧力調整弁１１、高炉内圧用圧力調整弁２１について説明する。

図８は、ＣＺ炉２から真空ポンプ８に向かう不活性ガスの流れを概念的に示している。

１つの配管１０または２０を流れるガスの流量をＱ、圧力調整弁１１または２１の上流側の圧力、つまりＣＺ炉２内の圧力をＰ、同圧力調整弁１１または２１の下流側の圧力をＰＢとすると、ガスの流量Ｑは、次式（１）で表される。

Ｑ＝Ｃ・（Ｐ−ＰＢ） …（１）
上記（１）式中のＣは、圧力調整弁１１または２１のコンダクタンスであり、抵抗の逆数である。コンダクタンスＣは、圧力調整弁１１または２１内の流路の形状と開口面積Ａとによって基本的には決定される。ここで流路の形状は、ほぼ固定されていることから、開口面積Ａを変化させて、圧力調整弁１１または２１のコンダクタンスＣを変化させることが一般的である。また上記（１）式から明らかなように、圧力調整弁１１または２１のコンダクタンスＣを調整することで、圧力調整弁１１または２１の上流側圧力（ＣＺ炉２内圧力）Ｐを制御することができる。

よって、圧力調整弁１１または２１の開口面積Ａを変化させて、圧力調整弁１１または２１のコンダクタンスＣを調整し、それにより圧力調整弁１１または２１の上流側圧力（ＣＺ炉２内圧力）Ｐを制御することができる。

コンダクタンスＣは、抵抗の逆数であるため、開口面積Ａが小さいとコンダクタンスＣは小さくなり、開口面積Ａが大きいとコンダクタンスＣは大きくなる。

よって、圧力調整弁１１または２１の上流側圧力（ＣＺ炉２内圧力）Ｐが比較的低い領域では、開口面積Ａが大きいと制御性がよくなり、逆に圧力調整弁１１または２１の上流側圧力（ＣＺ炉２内圧力）Ｐが比較的高い領域では、開口面積Ａが小さいと制御性がよくなることがわかる。

以上のような原理に基づき、通常圧力調整弁１１の口径サイズ（開口面積Ａの最大値）を比較的大きく設定し、開口面積Ａが大きい領域で調整することにより、低圧（高真空）の領域（通常炉内圧領域）における制御性を高めるとともに、高炉内圧用圧力調整弁２１の口径サイズ（開口面積Ａの最大値）を比較的小さく設定し、開口面積Ａが小さい領域で調整することにより、高圧（低真空）の領域（亜真空領域）における制御性を高めるようにしている。

以下、圧力調整弁１１、２１を説明するために、具体的な数値を挙げるが、本明細書で掲げる数値は発明の理解のために例示したものであって、本発明は、明細書に記載された数値に限定されるわけではない。

図９、図１０は、高炉内圧排気ライン２０の配管の内径を３２ｍｍとし、亜真空領域に対応する圧力範囲を、高炉内圧用圧力調整弁２１のバタフライバルブ２１ａの角度（以下、バルブ角度θ２）で調整したときの制御性と、通常排気ライン１０の配管の内径を１００ｍｍとし、同亜真空領域に対応する圧力範囲を、通常圧力調整弁１１のバタフライバルブ１１ａの角度（以下、バルブ角度θ１）で調整したときの制御性とを対比して説明する図である。

図９は、横軸をバルブ角度θ１、θ２（°）とし、縦軸を開口面積Ａ（ｍｍ2）としたときの対応関係Ｌ１、Ｌ２を示している。同図９に示すように、圧力調整弁１１、２１の口径サイズはそれぞれ、配管１０、２０の内径に対応しているものとする。

なお、実施例では、圧力調整弁１１、２１がそれぞれ、スロットルバルブで構成され、バタフライバルブ１１ａ、２１ａのバルブ角度θ１、θ２を変化させることで、開口面積Ａを調整し、それによりコンダクタンスＣを可変する構造を想定しているが、コンダクタンスＣを可変できるのであれば、圧力調整弁１１、２１の構造は、スロットルバルブに限定されることなく、いかなる構造のものも本発明に適用することができる。

図９からわかるように、亜真空領域に対応する圧力範囲を制御するときには、開口面積Ａが０から７００ｍｍ2の範囲でバルブ角度θ１、θ２を調整しなければならない。一方、通常炉内圧領域に対応する圧力範囲を制御するときには、開口面積Ａが７００ｍｍ2から４０００ｍｍ2の範囲でバルブ角度θ１、θ２を調整しなければならない。

高炉内圧用圧力調整弁２１では、Ｌ２にて示すように、亜真空領域に対応する開口面積Ａが０から７００ｍｍ2の範囲を、バルブ角度θ２で０°から８０°までの広い角度範囲を変化させることで調整することができる。これに対して、Ｌ１にて示すように、通常圧力調整弁１１では、亜真空領域に対応する開口面積Ａが０から７００ｍｍ2の範囲を、バルブ角度θ１で６７°から８０°までの狭い角度範囲を変化させることでしか調整することができない。

なお、通常圧力調整弁１１では、通常炉内圧領域に対応する開口面積Ａが７００ｍｍ2から４０００ｍｍ2の範囲を、バルブ角度θ１を変化させることで調整できるが、高炉内圧用圧力調整弁２１では、通常炉内圧領域に対応する開口面積Ａが７００ｍｍ2から４０００ｍｍ2の範囲を、バルブ角度θ２の変化では調整できない。

一方、図１０は、バルブ角度θ１、θ２と、開口面積Ａの関係を示す。

図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、高炉内圧用圧力調整弁２１は、バルブ角度θ２が５５°から６０°まで５°だけ変化するとき、開口面積Ａは、１２２．８ｍｍ2から９０．９ｍｍ2まで、３１．９ｍｍ2だけ変化し、その開口面積Ａの差は比較的小さい。一方、図９（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）に示すように、通常圧力調整弁１１は、バルブ角度θ１が７０°から７５°まで５°だけ変化するとき、開口面積Ａは、４５０．２ｍｍ2から２５４．３ｍｍ2まで、１９５．９ｍｍ2だけ変化し、その開口面積Ａの差は比較的大きい。このように亜真空領域（開口面積Ａ：０〜７００ｍｍ2）における単位バルブ角度（５°）当りの開口面積Ａの変化量は、通常圧力調整弁１１に比べて高炉内圧用圧力調整弁２１の方が格段に小さい。

以上のことから、開口面積Ａが０〜７００ｍｍ2の範囲で圧力が制御される亜真空領域では、バルブの口径サイズの小さい高炉内圧用圧力調整弁２１の方が通常圧力調整弁１１よりも圧力の制御性がよいことがわかる。

図１１は、横軸を圧力Ｐ（ｋＰａ）とし、縦軸をバルブ角度θ１、θ２（°）としたときの対応関係Ｌ１１、Ｌ２１を示している。この実験データは、ＣＺ炉２内に流量１００ｌ／ｍｉｎの不活性ガスを流して得られたものである。

図１１は、亜真空領域内のうち１３．３〜４０．０ｋＰａという圧力範囲におけるバルブ角度θ１、θ２の変化量を対比して示している。なお、１３．３〜４０．０ｋＰａは、通常圧力調整弁１１、高炉内圧用圧力調整弁２１の両方が安定して圧力を制御できる範囲として選択したものである。

同図１１のＬ１１に示すように、亜真空領域内の同じ圧力範囲１３．３〜４０．０ｋＰａを制御するに際して通常圧力調整弁１１では、バルブ角度θ１が１１．３°から１９．１° までの７．８°しか変化しないのに対して、Ｌ２１にて示すように、高炉内圧用圧力調整弁２１では、バルブ角度θ２が２７°から４２°までの１５°もの約倍程度の大きな変化量をもって制御することができる。よって、同じ圧力範囲を比較してもバルブの口径サイズの小さい高炉内圧用圧力調整弁２１の方が通常圧力調整弁１１よりも圧力の制御性が格段によいことがわかる。

また、同図１１のＡに示すように、亜真空領域内のうち高圧側では、通常圧力調整弁１１は、バルブ角度θ１の変化に対して圧力Ｐの変化が不安定となるのに対して、Ｂにて示すように、高炉内圧用圧力調整弁２１は、バルブ角度θ２の変化に対して圧力Ｐの変化が安定して追従する。よって亜真空領域内のうち高圧側の制御性をみても、バルブ口径サイズの小さい高炉内圧用圧力調整弁２１の方が通常圧力調整弁１１よりも圧力の制御安定性が格段によいことがわかる。

なお、上述の説明では、図１０に示すように、圧力調整弁１１、２１の口径サイズがそれぞれ、配管１０、２０の内径に対応しているものとして説明したが、配管１０、２０の内径は同径とし、圧力調整弁１１、２１の口径サイズのみを異ならせる実施も可能である。

以下、通常圧力調整弁１１、高炉内圧用圧力調整弁２１を制御するコントローラ４０の構成について説明する。

さて、図２に示すように、コントローラ４０は、制御盤４３と、通常圧力調整コントローラ４１と、高炉内圧用圧力調整コントローラ４２とを含んで構成されている。

共通の排気ライン９ａには、同排気ライン９ａ内を流れるガスの圧力を検出することで、間接的に、ＣＺ炉２内の圧力Ｐを検出する圧力センサ５０が設けられている。圧力センサ５０は、第１の圧力センサ５１と、第２の圧力センサ５２とからなる。第１の圧力センサ５１は、２接点出力の圧力スイッチで構成されている。第１の圧力センサ５１では、圧力Ｐ１、Ｐ２が（Ｐ１＜Ｐ２）接点出力値（しきい値）として設定されており、検出圧力Ｐがしきい値Ｐ１に達すると警報接点信号を出力し、圧力Ｐがしきい値Ｐ２に達すると異常接点信号を出力する。

第２の圧力センサ５２は、アナログセンサで構成されており、ＣＺ炉２内の現在の炉内圧力値Ｐが検出され、圧力モニタ値として出力する。

第１の圧力センサ５１から出力された異常／警報接点信号は、制御盤４３に入力される。また第２の圧力センサから出力された圧力モニタ値Ｐは、フィードバック量として、通常圧力調整コントローラ４１、高炉内圧用圧力調整コントローラ４２に入力される。

制御盤４３には、後述するように、通常炉内圧条件または高炉内圧条件での製造を指示するスイッチが設けられている。

制御盤４３は、上記スイッチによって通常炉内圧品製造のための通常炉内圧条件が指示されると、通常炉内圧条件に対応する設定圧力信号を生成して、通常圧力調整コントローラ４１に対して出力する。設定圧力信号は、通常炉内圧領域内の目標圧力値Ｐｒ1に対応している。通常圧力調整コントローラ４１は、目標圧力値Ｐｒ１と、圧力モニタ値Ｐとの偏差を零にするためのバルブ角度θ１を演算してバルブ角度信号として、通常圧力調整弁１１に出力する。これにより通常圧力調整弁１１のバタフライバルブ１１ａが作動されて、バルブ角度θ１が指令された角度まで変化する。

同様に、制御盤４３は、スイッチによって高炉内圧品製造のための高炉内圧条件が指示されると、高炉内圧条件に対応する設定圧力信号を生成して、高炉内圧用圧力調整コントローラ４２に対して出力する。設定圧力信号は、亜真空領域内の目標圧力値Ｐｒ２に対応している。高炉内圧用圧力調整コントローラ４２は、目標圧力値Ｐｒ２と、圧力モニタ値Ｐとの偏差を零にするためのバルブ角度θ２を演算してバルブ角度信号として、高炉内圧用圧力調整弁２１に出力する。これにより高炉内圧用圧力調整弁２１のバタフライバルブ２１ａが作動されて、バルブ角度θ２が指令された角度まで変化する。

制御盤４３では、異常接点信号が入力されると、開放弁３１を開放させるための開信号が生成されて、開放弁３１に対して出力される。これにより開放弁３１がエア駆動のアクチュエータにより開弁され、緊急用排気ライン３０が開かれる。なお、平常時は、制御盤４３から閉信号が出力されており（開信号オフ）、開放弁３１は閉弁され、緊急用排気ライン３０は閉じられている。

以下、図３、図４のフローチャートを参照して、コントローラ４０で行われる処理内容について説明する。

図３は、通常圧力調整弁１１、高炉内圧用圧力調整弁２１の制御処理手順を示すフローチャートである。

作業者が制御盤４３のスイッチを操作して、引上げ条件として通常炉内圧品を製造するための通常炉内圧条件を指示、入力すると（ステップ１０１）、通常排気ライン１０を使用するために、通常圧力調整弁１１を開状態にするとともに、高炉内圧用圧力調整弁２１を閉状態にするために、設定圧力信号を、通常圧力調整コントローラ４１、高炉内圧用圧力調整コントローラ４２に出力する。これにより、通常圧力調整弁１１のバタフライバルブ１１ａが作動されて通常圧力調整弁１１が開状態になるとともに、高炉内圧用圧力調整弁２１のバタフライバルブ２１ａが作動されて高炉内圧用圧力調整弁２１が閉状態になる（ステップ１０８）。

つぎに、通常炉内圧条件に対応する目標圧力値Ｐｒ１を示す設定圧力信号が生成されて、通常圧力調整コントローラ４１に対して出力される。通常圧力調整コントローラ４１では、目標圧力値Ｐｒ１と、第２の圧力センサ５２で検出される圧力モニタ値Ｐとの偏差を零にするためのバルブ角度θ１を演算してバルブ角度信号として、通常圧力調整弁１１に出力する。これにより通常圧力調整弁１１のバタフライバルブ１１ａが作動されて、バルブ角度θ１が指令された角度まで変化する（ステップ１０９、１１０）。

第２の圧力センサ５２で検出される圧力モニタ値Ｐが目標圧力値Ｐｒ１に達すると、シリコン単結晶インゴットの引上げが開始される（ステップ１１１）。これによりＣＺ炉２内の圧力が通常炉内圧領域内の所望する値に制御されつつ、低濃度、高抵抗のシリコン単結晶インゴットが通常炉内圧条件で引上げられる。通常炉内圧条件の引上げが終了すると（ステップ１０６）、つぎのバッチに備えて、引上げ条件の指示がクリアされて（ステップ１０７）、最初のステップ１０１に戻る。

作業者が制御盤４３のスイッチを操作して、引上げ条件として高炉内圧品を製造するための高炉内圧条件を指示、入力すると（ステップ１０１）、高炉内圧排気ライン２０を使用するために、高炉内圧用圧力調整弁２１を開状態にするとともに、通常圧力調整弁１１を閉状態にするために、設定圧力信号を、通常圧力調整コントローラ４１、高炉内圧用圧力調整コントローラ４２に出力する。これにより、通常圧力調整弁１１のバタフライバルブ１１ａが作動されて通常圧力調整弁１１が閉状態になるとともに、高炉内圧用圧力調整弁２１のバタフライバルブ２１ａが作動されて高炉内圧用圧力調整弁２１が開状態になる。なお、高炉内圧排気ライン２０で圧力制御する際には、通常排気ライン１０を閉状態にしてもよく、また通常排気ライン１０の開度をあまり上げずに高炉内圧用圧力調整弁２１のコンダクタンスよりも充分に小さいコンダクタンスにすることで、亜真空領域における圧力の制御性能を良好にすることができる（ステップ１０２）。

つぎに、高炉内圧条件に対応する目標圧力値Ｐｒ２を示す設定圧力信号が生成されて、高炉内圧用圧力調整コントローラ４２に対して出力される。高炉内圧用力調整コントローラ４２では、目標圧力値Ｐｒ２と、第２の圧力センサ５２で検出される圧力モニタ値Ｐとの偏差を零にするためのバルブ角度θ２を演算してバルブ角度信号として、高炉内圧用圧力調整弁２１に出力する。これにより高炉内圧用圧力調整弁２１のバタフライバルブ２１ａが作動されて、バルブ角度θ２が指令された角度まで変化する（ステップ１０３、１０４）。

第２の圧力センサ５２で検出される圧力モニタ値Ｐが目標圧力値Ｐｒ２に達すると、シリコン単結晶インゴットの引上げが開始される（ステップ１０５）。これによりＣＺ炉２内の圧力が亜真空領域内の所望する値に制御されつつ、揮発性でＮ型の高濃度、低抵抗のシリコン単結晶インゴットが高炉内圧条件で引上げられる。高炉内圧条件の引上げが終了すると（ステップ１０６）、つぎのバッチに備えて、引上げ条件の指示がクリアされて（ステップ１０７）、最初のステップ１０１に戻る。

なお、図３に示すフローチャートでは、１回のバッチ、１回の引き上げ工程で、亜真空領域における圧力の制御と、通常炉内圧領域における圧力の制御のいずれかが行なわれ、亜真空領域と通常炉内圧領域にまたがった圧力領域で圧力制御が行なわれないものとして説明した。しかし、亜真空領域と通常炉内圧領域にまたがった圧力領域で、１本のシリコン単結晶インゴットを引き上げる実施も可能である。この場合には、通常圧力調整弁１１および高炉内圧用圧力調整弁２１を、ＰＩＤ制御などの制御式を用いて、同時に制御する処理が行なわれる。

図４は、開放弁３１の制御処理手順を示すフローチャートである。図４の処理は、図３と並行して行われるものとする。

作業者が制御盤４３のスイッチを操作して、引上げ条件として高炉内圧品を製造するための高炉内圧条件を指示、入力すると（ステップ２０１）、ステップ２０２以降の警報／異常処理が行われる。これは、高炉内圧品の製造が行われる亜真空領域は、通常炉内圧領域よりも元々高圧であるため、ＣＺ炉２内の圧力は迅速に異常な圧力まで上昇してしまうおそれがあるからである。

ステップ２０２では、第１の圧力センサ５１から警報接点信号が出力されているか否かが判断される（ステップ２０２）。

検出圧力Ｐがしきい値Ｐ１に達し警報接点信号が出力されている場合には、図示しないブザーまたはパトライトなどの警報発令手段が作動して、作業者に警告が与えられる。なお、しきい値Ｐ１は、たとえば８４．０ｋＰａに設定される（ステップ２０３）。

つぎに、第１の圧力センサ５１から異常接点信号が出力されているか否かが判断される（ステップ２０４）。

検出圧力Ｐがしきい値Ｐ２に達し異常接点信号が出力されている場合には、異常処置がとられる。開放弁３１を開放させるための開信号が生成されて、開放弁３１に対して出力される。これにより開放弁３１がエア駆動のアクチュエータにより開弁され、緊急用排気ライン３０が開かれる。また、これと同時に、ＣＺ炉２内の圧力を目標圧力値に制御する圧力制御が中止される。なお、しきい値Ｐ２は、たとえば９０．７ｋＰａに設定される。（ステップ２０５、２０６）。

なお、図４では、引上げ条件として高炉内圧品を製造するための高炉内圧条件が指示されたときに、ステップ２０２以降の警報／異常処理が行われるものとして説明したが、通常炉内品を製造するための通常炉内圧条件が指示されたときにも、同様に、ステップ２０２以降の警報／異常処理を行ってもよい。

つぎに本第１実施例の効果について説明する。

（効果イ）本第１実施例によれば、亜真空領域で制御性よく圧力を調整することができる高炉内圧用圧力調整弁２１が、高炉内圧排気ライン２０に設けられ、コントローラ４０で、この圧力調整弁２１を制御するようにしている（図３のステップ１０１〜１０７）。このため、ドーパントの蒸発が抑制され所望するドーパント濃度に精度よく制御することができるようになる。これにより高炉内圧品であるＮ型の揮発性のドーパントが高濃度に添加された低抵抗のシリコン単結晶の品質を向上させることができ、製造歩止まりが向上する。

（効果ロ） また、本第１実施例によれば、コントローラ４０は、圧力センサ５１で検出されたＣＺ炉内圧力Ｐが異常値Ｐ２に達した場合に、開放弁３１が開放されるように、開放弁３１を制御するようにしている（図４のステップ２０１〜２０６）。このため、ドーパントを含む大量の化合物アモルファスが高炉内圧排気ライン２０へ流入して、高炉内圧排気ライン２０が化合物アモルファスの固着、堆積によって閉塞したり、あるいは圧力調整弁２１が故障したりして、ＣＺ炉２内が異常に高圧化したとしても、開放弁３１が開放されて、ＣＺ炉２内のガスを、排気口４、５から、高炉内圧排気ライン２０とは独立して設けられた緊急用排気ライン３０を通して、真空ポンプ８を介して外部の安全な場所に排気させることができる。

よって、本第１実施例によれば、Ｎ型の揮発性のドーパントが高濃度に添加された低抵抗のシリコン単結晶を製造するにあたり、ＣＺ炉２外へのガスの流出を未然に防止することができ、作業者に与える悪影響を回避できるとともに、クリーンルームの汚染が回避されて製品の品質、製造歩止まりが向上する。

（効果ハ） また、本第１実施例によれば、通常炉内圧品および高炉内圧品の両方の製造に適合した装置を、既存の半導体単結晶製造装置１（図１）にわずかな変更、つまり新たな排気ライン２０、圧力調整弁２１を増設する等するだけで構築することができる。これにより、設備コストを抑制できるとともに、新たに炉を増やすことなく限られた設置スペースに装置を配置することができる。

ここで、図１に示す既存のシリコン単結晶製造装置１と同じく、通常排気ライン１０に設けられた通常圧力調整弁１１を、コントローラ４０で制御して、ＣＺ炉２内の圧力を従来と同様の通常炉内圧領域内で調整することによって、高抵抗の半導体単結晶（通常炉内圧品）が製造される。通常炉内圧品は、通常炉内圧領域で酸素濃度等の引上げ条件が定められている。このため、従来と代わらない引上げ条件にて通常炉内圧品を高品質に歩留まりよく製造することができる。

上述した第１実施例に対しては、適宜、省略ないしは変形した実施が可能である。

（第２実施例）
図５は、図２と対比すると、高炉内圧排気ライン２０以外の他の通常排気ライン１０、緊急用排気ライン３０が省略された構成であり、ＣＺ炉２から真空ポンプ８に連通する排気ラインとして、高炉内圧排気ライン２０のみが設けられた構成である。

この第２実施例によれば、上述した効果イを得ることができる。

（第３実施例）
図６は、図２と対比すると、高炉内圧排気ライン２０、緊急用排気ライン３０以外の他の通常排気ライン１０が省略された構成であり、ＣＺ炉２から真空ポンプ８に連通する排気ラインとして、高炉内圧排気ライン２０、緊急用排気ライン３０のみが設けられた構成である。

この第３実施例によれば、上述した効果イ、効果ロを得ることができる。

（第４実施例）
図７は、図２と対比すると、高炉内圧排気ライン２０、通常排気ライン１０以外の他の緊急用排気ライン３０が省略された構成であり、ＣＺ炉２から真空ポンプ８に連通する排気ラインとして、高炉内圧排気ライン２０、通常排気ライン１０のみが設けられた構成である。

この第４実施例によれば、上述した効果イ、効果ハを得ることができる。

なお、この第４実施例では、緊急用排気ライン３０で行われる緊急時の開放処理を、通常排気ライン１０で行わせるようにしてもよい。すなわち、高炉内圧排気ライン２０の圧力調整弁２１を制御しているときに、ＣＺ炉２内の圧力が異常になった場合には、通常排気ライン１０の圧力調整弁１１を開放させることによって、緊急排気を行わせてＣＺ炉２内からの炉外へのガスの流出を回避することができる。

（第５実施例）
上述の説明では、真空領域を、２つの領域に区分し、それに応じて、高炉内圧排気ライン２０、通常排気ライン１０という２本の排気ラインおよびこれら排気ライン２０、１０に対応する２つの圧力調整弁２１、１１を設けて、それら排気ラインを流れる圧力を調整する実施を想定したが、本発明は、２つの真空領域、２本の排気ライン２０、１０、２つの圧力調整弁２１、１１に限定されるわけではない。亜真空領域における圧力を制御できる排気ライン、圧力調整弁を設けていさえすれば、真空領域を、３つ以上の領域に区分し、それに応じて、３本以上の排気ライン、およびこれら排気ラインに対応する３つ以上の圧力調整弁を設けて、それら排気ラインを流れる圧力を調整する実施も可能である。

なお、実施例では、半導体単結晶としてシリコン単結晶を製造する場合を想定して説明したが、本発明は、シリコン以外の半導体あるいはガリウム砒素などの化合物半導体を製造する場合にも同様にして適用することができる。また、実施例では、引上げ法として、ＣＺ法を想定して説明したが、本発明は、引上げ方法は問わない。磁場印加引上げ法（ＭＣＺ法）によって半導体単結晶を引き上げる場合にも当然本発明を適用することができる。さらには、ＦＺ法などのＣＺ法（ＭＣＺ法）とは異なる他の引き上げ法により半導体単結晶を引上げる場合にも本発明を適用することができる。

図１は、従来のシリコン単結晶製造装置の構成を示した図である。 図２は、第１実施例のシリコン単結晶製造装置の構成を示した図である。 図３は、コントローラで行われる処理内容について説明する図で、通常圧力調整弁、高炉内圧用圧力調整弁の制御処理手順を示すフローチャートである。 図４は、コントローラで行われる処理内容について説明する図で、開放弁の制御処理手順を示すフローチャートである。 図５は、第２実施例のシリコン単結晶製造装置の構成を示した図である。 図６は、第３実施例のシリコン単結晶製造装置の構成を示した図である。 図７は、第４実施例のシリコン単結晶製造装置の構成を示した図である。 図８は、ＣＺ炉から真空ポンプに向かう不活性ガスの流れを概念的に示した図である。 図９は、横軸をバルブ角度とし、縦軸を開口面積としたときの対応関係を示した図である。 図１０は、バルブ角度と、開口面積の関係を示した図である。 図１１は、横軸を圧力とし、縦軸をバルブ角度としたときの対応関係を示した図である。

符号の説明

１ シリコン単結晶製造装置、 ２ ＣＺ炉、１０ 通常排気ライン、１１ 通常圧力調整弁、２０ 高炉内圧排気ライン、２１ 高炉内圧用圧力調整弁、３０ 緊急用排気ライン、３１ 開放弁、４０、４１、４２、４３ コントローラ、５０、５１、５２ 圧力センサ

Claims (3)

1. 炉内に不活性ガスを供給し、炉内のガスを排気口から排気ラインを介して、排気しつつ、炉内でドーパントが添加された半導体単結晶を製造する半導体単結晶の製造装置において、
   炉内で、揮発性のドーパントが高濃度に添加された低抵抗の半導体単結晶を製造するに際して、
   それぞれ独立して並列に設けられ、排気口に連通し炉内のガスを排気する高炉内圧排気ラインおよび緊急用排気ラインと、
   高炉内圧排気ラインに設けられ、揮発性のドーパントの蒸発を抑制して半導体単結晶のドーパント濃度を高濃度にするための亜真空領域に対応する圧力範囲で炉内の圧力を調整する圧力調整弁と、
   緊急用排気ラインに設けられた開放弁と、
   炉内の圧力を検出する圧力検出手段と、
   圧力検出手段の検出値に基づいて、半導体単結晶が所望する低抵抗値になるように、圧力調整弁を制御する第１の制御手段と、
   圧力検出手段で検出された炉内圧力が異常値に達した場合に、開放弁が開放されるように、開放弁を制御する第２の制御手段と
   が備えられていること
   を特徴とする半導体単結晶の製造装置。
2. 炉内に不活性ガスを供給し、炉内のガスを排気口から排気ラインを介して、排気しつつ、炉内でドーパントが添加された半導体単結晶を製造する半導体単結晶の製造装置において、
   炉内で、揮発性のドーパントが高濃度に添加された低抵抗の半導体単結晶と、該低抵抗品よりも高抵抗の半導体単結晶とを製造する装置であって、
   それぞれ独立して並列に設けられ、排気口に連通し、炉内のガスを排気する高炉内圧排気ラインおよび通常排気ラインと、
   通常炉内排気ラインに設けられ、高真空の範囲で炉内の圧力を調整する通常圧力調整弁と、
   高炉内圧排気ラインに設けられ、通常圧力調整弁よりも口径サイズが小さく設定され、低真空の範囲で炉内の圧力を調整する高炉内圧用圧力調整弁と、
   低抵抗の半導体単結晶を製造する際には、高炉内圧用圧力調整弁を制御し、高抵抗の半導体単結晶を製造する際には、通常圧力調整弁を制御する制御手段と
   が備えられていること
   を特徴とする半導体単結晶の製造装置。
3. 炉内に不活性ガスを供給し、炉内のガスを排気口から排気ラインを介して、排気しつつ、炉内でドーパントが添加された半導体単結晶を製造する半導体単結晶の製造装置において、
   炉内で、揮発性のドーパントが高濃度に添加された低抵抗の半導体単結晶と、該低抵抗品よりも高抵抗の半導体単結晶とを製造する装置であって、
   それぞれ独立して並列に設けられ、排気口に連通し、炉内のガスを排気する高炉内圧排気ラインおよび通常排気ライン並びに緊急用排気ラインと、
   通常炉内排気ラインに設けられ、高真空の範囲で炉内の圧力を調整する通常圧力調整弁と、
   高炉内圧排気ラインに設けられ、通常圧力調整弁よりも口径サイズが小さく設定され、低真空の範囲で炉内の圧力を調整する高炉内圧用圧力調整弁と、
   緊急用排気ラインに設けられた開放弁と、
   炉内の圧力を検出する圧力検出手段と、
   低抵抗の半導体単結晶を製造する際には、高炉内圧用圧力調整弁を制御し、高抵抗の半導体単結晶を製造する際には、通常圧力調整弁を制御する第１の制御手段と、
   圧力検出手段で検出された炉内の圧力が異常値に達した場合に、開放弁が開放されるように、開放弁を制御する第２の制御手段と
   が備えられていること
   を特徴とする半導体単結晶の製造装置。

Images