JP3041784B2 - 半導体材料の溶融方法および当該方法を実施する加熱装置 - Google Patents

半導体材料の溶融方法および当該方法を実施する加熱装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、容器内に設置され
る坩堝（るつぼ）内で半導体材料を溶融するための半導
体材料溶融方法に関する。また、本発明は、当該溶融方
法を実施するのに適する加熱装置にも関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体物質を育成する方法の１つとして
チョクラルスキ法と呼ばれる方法がある。当該方法は、
同種物質の溶融物で満たされた坩堝に、種結晶と呼ばれ
る小さな結晶を挿入し、それを回転させながら、ゆっく
りと引出して大きな半導体物質を育成する方法である。
本発明の半導体溶融方法は、好ましくはチョクラルスキ
法を使用する単結晶の製造に使用される。当該溶融方法
を使用して溶融物からの単結晶の引出しを可能にするた
めに、まず、一般に石英の坩堝内で半導体材料を溶融す
ることが必要である。このために必要なエネルギは、通
常、坩堝のまわりに配置されている固定加熱装置によっ
て与えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】溶融作業の間中、坩堝
は高温にさらされるが、この結果として、前記坩堝を形
成する材料のいわゆる点食が、転位のない単結晶の成長
を不可能にする続く粒子の製造によって引き起こされ
る。前記坩堝の壁での温度、ならびに溶融時間は、それ
ゆえ最小にされるべきである。
【０００４】本発明の目的は、従来の不都合を克服し、
そして前記坩堝の壁での温度および溶融時間を最小にす
る半導体材料溶融方法、ならびに、それに使用する加熱
装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するためめの手段】前述の目的は、本発明
の半導体材料溶融方法、すなわち、容器内に配置される
とともに固定加熱装置によって取り囲まれる坩堝内で、
半導体材料を溶融するための半導体材料溶融方法であっ
て、移動可能な加熱装置のヒータを錠止室から開放遮断
弁を介して前記容器中の前記半導体材料に向って下降さ
せ、前記半導体材料を前記固定加熱装置及び下降された
前記ヒータを使用して溶融し、前記半導体材料が完全に
溶融された後に、前記ヒータを前記容器から前記錠止 室
へ引き戻す半導体材料溶融方法において、溶融処理を前
記坩堝の上方から観察する際、前記半導体材料の溶融表
面が前記坩堝の中央から径方向外方、すなわち前記坩堝
の壁に向って変化していくように溶融することを特徴と
する半導体材料溶融方法によって達成される。
【０００６】また、本発明によって、上述の半導体材料
溶融方法を実施するのに適する加熱装置、すなわち、坩
堝が容器内に配置され、そして、ヒータが前記坩堝の上
方の位置から半導体材料へエネルギを伝達する、前記坩
堝内の半導体材料を溶融するための加熱装置において、
前記ヒータが、移動可能であり、かつ前記容器の上方の
錠止室から開放遮断弁を介して前記容器中の半導体材料
に向かって下降可能であるとともに、その後に上昇して
前記錠止室に戻されることが可能であり、更に、前記ヒ
ータの前方が前記半導体材料に向けられるとともに、後
方が熱絶縁によって絶縁されていることを特徴とする加
熱装置が提供される。
【０００７】本発明は、装填された半導体材料の中心か
ら始まる当該半導体材料の急速な溶融を許容する。よっ
て、坩堝の材料は、所定のエネルギの実質的な比率が当
該坩堝の壁を通って導入されないので保護されている。
そのうえ、本発明の溶融方法は結晶製造方法自体にはな
んら影響をあたえない。すなわち、試験された引出し条
件を変化させる必要性はない。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下に、本発明を図面を参照して
詳細に説明する。図面には本発明の説明に必要な特徴の
みが示される。
【０００９】半導体材料１が充填された坩堝２が、不活
性ガスによって洗い流され（ｂｅｆｌｕｓｈｅｄ）かつ
排出される（ｂｅ ｅｖａｃｕａｔｅｄ）容器３内に配
置される。更に、固定加熱装置４が坩堝２を取り囲んで
いる。適切であるならば、底部ヒータと呼ばれる追加の
固定加熱装置４’が坩堝２の底部の下方に設けられる。
坩堝２の上方には、錠止室５が容器１の上に膨出され
る。錠止室５の前側（当該図中下側）は半導体材料１に
向けられ、かつその後側には移動可能な加熱装置が収納
されている。前記加熱装置は熱絶縁７によって絶縁され
るヒータ６を有する。
【００１０】図示される実施例によれば、ヒータ６は、
管８および軸９の端部に取り付けられる、２つの加熱要
素からなる。また、ヒータ６は、好ましくは、電気加熱
抵抗器または誘導ヒータの型に設計され、かつ例えば、
グラファイトから形成される。所定の電流（直流または
交流、または交流成分により変調された直流）は好まし
くは管８および軸９を介して供給される。管８および軸
９は共に軸方向に昇降される。管８と軸９との間の隙間
は、不活性ガスを容器３に供給するため、または、容器
３から排ガスを放出するために使用される。更に、前記
加熱装置は不活性ガスにより排出され、かつ洗い流され
ることができ、更に、熱絶縁７およびヒータ６の上に配
置されるベル形状体１０を含む。このベル形状体１０
は、錠止室５の支持板１１上で支持される。ベル形状体
１０と支持板１１との間、および、ベル形状体１０と管
８との間の真空密閉密封体１２はガス密閉障壁を形成し
ている。容器３の内部は、このガス密閉方法に加え、開
放遮断弁１３を使用して錠止室５の内部から分割され
る。
【００１１】半導体材料１が溶融されるために、ベル形
状体１０が不活性ガスにより排出され、かつ洗い流さ
れ、そして開放遮断弁１３が開放される。管８および軸
９は、ヒータ６が半導体材料１の表面に対して可能な限
り接近する位置に達するまで下降される。ヒータ６の表
面と半導体材料１の表面との間の距離は、双方が絶対に
接触しないように十分に大きく選ばれる。シールド１４
が坩堝２の上方に懸垂される容器３に組み込まれる場
合、ヒータ６は、好ましくは、このヒータ６が管状また
は円錐状の熱シールド１４に嵌合するように設計され
る。半導体材料１を溶融するためのエネルギは、底部ヒ
ータが存在する可能性のある固定加熱装置４と、下降さ
れたヒータ６との組み合わせによって与えられる。半導
体材料１へのエネルギの寄与は、坩堝２の壁と接触して
いる材料部分が最後に溶融するように配分されるのが望
ましい。更に、半導体材料１の溶融が、坩堝２を上方の
位置から観察した時、坩堝２の中心から半径方向外方、
すなわち、坩堝２の壁に向かって進行するのが特に好ま
しい。
【００１２】半導体材料１が溶融した後、ヒータ６は錠
止室５に上昇して戻され、開放遮断弁１３は閉止され
る。次いで、前記加熱装置はドア１５を通って錠止室５
から取り除かれる。それに続く単結晶の引出しは、溶融
した半導体材料１の表面に対して、適切ならば不活性ガ
スで排出され、かつ洗い流された錠止室５を介して、錠
止室５の上方に配置される通常の引出し装置（図には示
されない）を使用して種結晶を下降させることから開始
される。
【００１３】上述された方法の代替として、錠止室を備
えた移動可能な加熱装置が容器から取り除かれ、かつ例
えば、他の容器へ移動され得る。引出し装置は取り除か
れた錠止室の所定位置に置かれる。
【００１４】以下、本発明の実施形態を要約列挙する。
【００１５】 ＜１＞ 容器３内に配置されるとともに固
定加熱装置４によって取り囲まれる坩堝２内で、半導体
材料１を溶融するための半導体材料溶融方法であって、
移動可能な加熱装置のヒータ６を錠止室５から開放遮断
弁１３を介して容器３中の半導体材料１に向って下降さ
せ、半導体材料１を固定加熱装置４及び下降されたヒー
タ６を使用して溶融し、半導体材料１が完全に溶融され
た後に、ヒータ６を容器３から錠止室１３へ引き戻す半
導体材料溶融方法において、溶融処理を坩堝２の上方か
ら観察する際、半導体材料１の溶融表面が坩堝２の中央
から径方向外方、すなわち前記坩堝２の壁に向って変化
していくように溶融する半導体材料溶融方法。
【００１６】＜２＞ 移動可能な前記加熱装置が、半導
体材料１が溶融された後、錠止室５のドア１５を通って
取り除かれる、前記＜１＞に記載の半導体材料溶融方
法。
【００１７】＜３＞ 半導体材料１が坩堝２内のその位
置の結果として溶融され、そして坩堝２の内壁と接触し
ている半導体材料１が最後に溶融される、前記＜１＞ま
たは前記＜２＞に記載の半導体材料溶融方法。
【００１８】＜４＞ 坩堝２が容器３内に配置され、そ
して、ヒータ６が坩堝２の上方の位置から半導体材料１
へエネルギを伝達する、坩堝２内の半導体材料１を溶融
するための加熱装置において、ヒータ６が、移動可能で
あり、かつ容器３の上方の錠止室５から開放遮断弁１３
を介して容器３中の半導体材料１に向かって下降可能で
あるとともに、その後に上昇して錠止室５に戻されるこ
とが可能であり、更に、ヒータ６の前方が半導体材料１
に向けられるとともに、後方が熱絶縁７によって絶縁さ
れている加熱装置。
【００１９】＜５＞ 前記加熱装置が錠止室５内のドア
１５を通って取り除かれる、前記＜４＞に記載の加熱装
置。
【００２０】
【発明の効果】以上のように本願発明は、容器内に配置
されるとともに固定加熱装置によって取り囲まれる坩堝
内で、半導体材料を溶融するための半導体材料溶融方法
であって、移動可能な加熱装置のヒータを錠止室から開
放遮断弁を介して前記容器中の前記半導体材料に向って
下降させ、前記半導体材料を前記固定加熱装置及び下降
された前記ヒータを使用して溶融し、前記半導体材料が
完全に溶融された後に、前記ヒータを前記容器から前記
錠止室へ引き戻す半導体材料溶融方法において、溶融処
理を前記坩堝の上方から観察する際、前記半導体材料の
溶融表面が前記坩堝の中央から径方向外方、すなわち前
記坩堝の壁に向って変化していくように溶融することを
特徴とする半導体材料溶融方法である。更に、本発明に
よって提供される半導体材料の加熱装置は、坩堝が容器
内に配置され、そして、ヒータが前記坩堝の上方の位置
から半導体材料へエネルギを伝達する、前記坩堝内の半
導体材料を溶融するための加熱装置において、前記ヒー
タが、移動可能であり、かつ前記容器の上方の錠止室か
ら開放遮断弁を介して前記容器中の半導体材料に向かっ
て下降可能であるとともに、その後に上昇して前記錠止
室に戻されることが可能であり、更に、前記ヒータの前
方が前記半導体材料に向けられるとともに、後方が熱絶
縁によって絶縁されていることを特徴とする加熱装置で
ある。したがって、坩堝の壁に対する、温度上昇および
加熱時間を最小することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】チョクラルスキ法を使用する単結晶引出し装置
を示す側面断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体材料 ２ 坩堝 ３ 容器 ４ 固定加熱装置 ５ 錠止室 ６ 移動可能な加熱装置のヒータ １３ 開放遮断弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エーリッヒ・トムツィーク ドイツ連邦共和国 ブルクキルヒェン、 ホーホフェルンシュトラーセ ４ (72)発明者 ポール・フックス オーストリア国 シュアルヘン、オベル リンダッハ 69 (56)参考文献 特開 平９−263481（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00 ＥＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 容器内に配置されるとともに固定加熱装
    置によって取り囲まれる坩堝内で、半導体材料を溶融す
    るための半導体材料溶融方法であって、 移動可能な加熱装置のヒータを錠止室から開放遮断弁を
    介して前記容器中の前記半導体材料に向って下降させ、 前記半導体材料を前記固定加熱装置及び下降された前記
    ヒータを使用して溶融し、 前記半導体材料が完全に溶融された後に、前記ヒータを
    前記容器から前記錠止室へ引き戻す半導体材料溶融方法
    において、 溶融処理を前記坩堝の上方から観察する際、前記半導体
    材料の溶融表面が前記坩堝の中央から径方向外方、すな
    わち前記坩堝の壁に向って変化していくように溶融する
    ことを特徴とする半導体材料溶融方法。
  2. 【請求項２】 坩堝が容器内に配置され、そして、ヒー
    タが前記坩堝の上方の位置から半導体材料へエネルギを
    伝達する、前記坩堝内の半導体材料を溶融するための加
    熱装置において、前記ヒータが、移動可能であり、かつ前記容器の上方の
    錠止室から開放遮断弁を介して前記容器中の半導体材料
    に向かって下降可能であるとともに、その後に上昇して
    前記錠止室に戻されることが可能であり、 更に、前記ヒータの前方が前記半導体材料に向けられる
    とともに、後方が熱絶縁によって絶縁されていることを
    特徴とする加熱装置。
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