JP3722264B2 - 半導体単結晶の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体単結晶の製造方法に係わり、特に半導℃体原料の供給方法を改善し単結晶化率の向上を図った半導体単結晶の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に半導体ウェーハの製造方法は、多結晶半導体原料を溶融し、この原料融液に単結晶よりなる種結晶を接触させ、種結晶から半導体単結晶を成長させる半導単結晶の製造方法が用いられている。
【０００３】
例えば、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という。）によるインゴット状のシリコン単結晶の製造方法は、図１０に示されるように、単結晶製造装置４１の炉部材収納室４２内に設置された石英ルツボ４３に不定形な小塊形状の原料の多結晶シリコンｍ０を充填し、石英ルツボ４３の外周に設けられたヒータ４４によって多結晶シリコンｍ０を完全に加熱溶融した後、シードチャック４５に取り付けられた種結晶（シード結晶）Ｓ０をシリコン融液に浸し、種結晶Ｓ０と石英ルツボ４３を逆方向に回転させ種結晶Ｓ０を引上げてシリコン単結晶Ｉｇ０を成長させるものである。
【０００４】
一般に使用される原料の多結晶シリコンは不定形な小塊形状であるため、図１０に示すように、石英ルツボ４３に充填される小塊形状の多結晶シリコンｍ０は嵩張り、石英ルツボ４３に一度に大量に充填することは難しい。また、一回の単結晶引上げ毎に高価な新品の石英ルツボ４２を使用せねば成らず、引上げコストが上昇する。
【０００５】
そこでコスト低減の方策として、図１１に示すようないわゆる原料追加チャージ方式が提案されている。この追加チャージ方式は単結晶製造装置５１をゲートバルブ５２により炉部材収納室５３と単結晶収納部５４に適宜仕切り可能にし、ゲートバルブ５２の開放状態で単結晶引上げ初期に炉部材収納室５３に配置された石英ルツボ５５に充填し（図１１（ａ））、小塊形状の多結晶シリコンｍ０を溶融して石英ルツボ５５の約８０％程度までシリコン融液Ｌ０を満たし（図１１（ｂ））、このシリコン融液Ｌ０とは別個に用意された原料で固体棒状の多結晶シリコン塊Ｍ０をシリコン塊保持手段５６により保持して降下させて、シリコン融液Ｌ０に接触させて追加溶融させ（図１１（ｃ））、シリコン融液Ｌ０が石英ルツボ４２のほぼ全体に満される。
【０００６】
一方、多結晶シリコン塊Ｍ０の溶融後、シリコン塊保持手段５６を上昇させ、完全ゲートバルブ５２を閉じ、ゲートバルブ５２により仕切られた単結晶収納部５４内でシリコン塊保持手段５６と種結晶保持手段５７とを交換して取り付けし、この種結晶保持手段５７に種結晶Ｓが取り付けられる（図１１（ｄ））。
【０００７】
しかる後、ゲートバルブ５２を開放し、種結晶Ｓ０を石英ルツボ５５中で溶融状態のシリコン融液Ｌ０に接触させて、種結晶Ｓ０の下部に種結晶Ｓ０と同じ結晶方位を有する単結晶Ｉｇ０を成長させ（図１１（ｅ））、石英ルツボ５５中にはシリコン融液Ｌ０がほとんど残らない状態とする（図１１（ｅ））。
【０００８】
上記の単結晶製造装置５１を用いた半導体単結晶の製造方法によれば、図１１に示すような通常のＣＺ法の製造方法よりも石英ルツボ１個当たりのシリコン単結晶の生産量は増大する。
【０００９】
しかし、この製造方法では、ヒータ５８等が付勢された状態で単結晶製造装置５１の稼働中に最低でも１回はゲートバルブ５２を閉じて、炉部材収納室５３と単結晶収納部５４とを分離し、かつこの単結晶収納部５４を開放してシリコン塊装置５６と種結晶保持手段５７との取付けの交換を行い、さらにシリコン塊保持手段５６への多結晶シリコン塊Ｍ０の取り付け、および種結晶保持手段５７への種結晶Ｓ０の取り付けを行わなければならず、単結晶収納部５４は大気に曝される。大気に曝された単結晶収納部５４を再度炉部材収納室５３と連通させると、単結晶収納部５４から塵埃などが落下し、単結晶Ｉｇ０の成長を阻害し単結晶化率（結晶欠陥が発生せず単結晶が得られる割合）を低減させる大きな要因になっている。さらに、ゲートバルブ５２の開閉によるゲートバルブ室５９からの塵埃などの落下も生じる。
【００１０】
また、別のコスト低減の方策として、図１２に示すようなわゆる原料のリチャージ方式がある。
【００１１】
このリチャージ方式は単結晶製造装置６１をゲートバルブ６２により炉部材収納室６３と単結晶収納部６４に適宜仕切り可能にし、ゲートバルブ６２の開放状態で単結晶Ｉｇ１を引上げて取り出し、炉部材収納室６３に配置された石英ルツボ６５に溶融シリコンＬ１を残存させ（図１２（ａ））、次に、ゲートバルブ６２により仕切られた単結晶収納部６４内で種結晶保持手段６６をシリコン塊保持手段６７に交換して取り付け（図１２（ｂ））、このシリコン塊保持手段６７に多結晶シリコン塊Ｍ１を取り付け、降下させてシリコン融液Ｌ１に接触させ溶融し、シリコン融液Ｌ１にする（図１２（ｃ））。
【００１２】
多結晶シリコン塊Ｍ１の溶融によりシリコン融液Ｌ１は石英ルツボ６５のほぼ全体に満され、一方、保持する多結晶シリコン塊Ｍ１が存在しなくなったシリコン保持手段６７を上昇させ、ゲートバルブ６２を閉じ、ゲートバルブ６２により仕切られた単結晶収納部６４内でシリコン塊保持手段６７と種結晶保持手段６６とを交換して取り付け、この種結晶保持手段６６に種結晶Ｓ１が取り付けられる（図１２（ｄ））。
【００１３】
しかる後、ゲートバルブ６２を開放し、種結晶Ｓ１を石英ルツボ６５中で溶融状態の多結晶シリコンＭ１に接触させて、種結晶Ｓ１に単結晶Ｉｇ１を成長させる（図１２（ｅ））。
【００１４】
しかし、この製造方法でも、ヒータ６８等が付勢された状態で単結晶製造装置６１の稼働中に２回はゲートバルブ６２を閉じて、炉部材収納室６３と単結晶収納部６４とを分離し、かつこの単結晶収納部６４を開放して、種結晶保持手段６６とシリコン塊保持手段６７の交換、および逆にシリコン塊保持手段６７と種結晶保持手段６６の交換を行う必要があるため、単結晶収納部６４は２回も大気に曝される。
【００１５】
従って、このリチャージ方式は追加チャージ方式に比べてさらに塵埃などの落下により炉部材収納室６３を汚損し、単結晶Ｉｇ０の成長を阻害し単結晶化率を低減させる大きな要因となる虞があった。
【００１６】
さらに、上述した追加チャージ方式、リチャージ方式とも引上げ装置内のガス置換を必要とするため、１回の引上げに要するサイクルタイムは通常のＣＺ法よりも長くなる問題点がある。
【００１７】
【発明が解決しょうとする課題】
そこで、原料半導体の供給時、半導体単結晶製造装置内を汚染することがなく、単結晶化率の向上が図れ、かつ１回の引上げに要するサイクルタイムも長くならない半導体単結晶の製造方法が要望されていた。
【００１８】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、半導体単結晶製造装置を汚染することなく原料半導体供給が行えて、単結晶化率も向上し、かつ１回の引上げに要するサイクルタイムを長くすることのない半導体単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本願請求項１の発明は、容器内に収容された半導体原料融液に種結晶を接触させて種結晶から半導体単結晶を成長させる半導体単結晶の製造方法において、種結晶に設けられた保持手段に固体状態の半導体原料塊を保持させる工程と、前記保持手段に保持された前記半導体原料塊を溶融して前記容器内に収容させる工程と、この工程に先行して半導体単結晶の製造の初期に容器内に半導体原料を溶融させる工程と、前記容器内の半導体原料融液に前記種結晶を接触させて単結晶を成長させる工程を有し、前記保持手段は円板形状の係止部であり、前記半導体原料塊に設けられた係止部は前記種結晶が収納される係合溝部と前記種結晶の円形形状の係合部を収納する中空部とを有し、前記保持手段の係止部と前記半導体原料塊係止部を係合することにより前記半導体原料塊を保持し、前記半導体原料塊の溶融後前記保持手段の係止部を露出させ、この係止部を融液に接触させて半導体単結晶を成長させることを特徴とする半導体単結晶の製造方法であることを要旨としている。
【００２０】
請求項２の発明では、前記種結晶の円形形状の係止部の直径は、円柱形状の種結晶の直径の３ないし４倍であることを特徴とする請求項１に記載の半導体単結晶の製造方法あることを要旨としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる半導体単結晶の製造方法の一実施の形態としていわゆる原料追加方式に用いられる単結晶製造装置について添付図面に基づき説明する。
【００２２】
図１に示すような本発明に係わる半導体単結晶の製造方法に用いられる単結晶製造装置、例えばＣＺ法による単結晶引上げ装置１は、炉部材収納室２とこの炉部材収納室２の上方に連接して設けられた単結晶収納部３とで形成されている。炉部材収納室２にはヒータ４により加熱され黒鉛ルツボ５に内装された容器例えば石英ルツボ６が設けられており、この石英ルツボ６内で小塊形状の原料の多結晶シリコンｍ（図８（ａ）参照）が加熱溶融される。黒鉛ルツボ５は炉体７を貫通し、モータ（図示せず）に結合されて回転されるルツボ回転軸８に取り付けられている。
【００２３】
また、単結晶収納部３には昇降自在に設けられたワイヤ９の下端に取り付けられた円筒形状の種結晶保持手段１０が設けられており、この種結晶保持手段１０には、種結晶Ｓが取り付けられている。
【００２４】
図２および図３に拡大して示すように、種結晶保持手段１０に取り付けられた種結晶Ｓは、中実円柱形状をなす種結晶本体Ｓ１とこの種結晶本体Ｓ１の一端部に設けられた保持手段例えば円板形状の円形係止部Ｓ２とで形成されている。
【００２５】
また、種結晶Ｓには固体の半導体原料塊、例えば固体で円柱形状を有する原料の多結晶シリコン塊Ｍが保持されており、この多結晶シリコン塊Ｍの一端部例えば上端部には、上記円形係止部Ｓ２が収納される中空状の収納部Ｍ１と、この収納部Ｍ１に連接し円形係止部Ｓ２と係合する係止部Ｍ２と、この係止部Ｍ２に形成された係合溝部Ｍ３が設けられている。
【００２６】
なお、１１は種結晶Ｓに設けられた取付長孔Ｓ３を貫通し、種結晶Ｓを種結晶保持手段１０に保持する係合ピンである。
【００２７】
上記種結晶Ｓの円形係止部Ｓ２の直径ｄ１は、種結晶本体Ｓ１の直径ｄ２の３ないし４倍であり、円形係止部Ｓ２の厚みｔ１は２０ｍｍ以上であることが好ましく、また係止部Ｍ２の厚みｔ２も２０ｍｍ以上、収納部Ｍ１の高さｈ１は５０ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２８】
従って、図４に示すように、種結晶Ｓによる多結晶シリコンＭの保持は、種結晶本体Ｓ１が係合溝部Ｍ３を貫通し、収納部Ｍ３に収納された円形係止部Ｓ２を係止部Ｍ２に係合することによって行われる。
【００２９】
なお、図５は、半導体原料塊の平面を示し、図６は半導体原料塊の側面を示し、図７は半導体原料塊の断面を示している。
【００３０】
次に、単結晶引上げ装置１を用いた本発明に係わる半導体単結晶の製造方法の原料追加チャージ方式を説明する。
【００３１】
図８は追加チャージ方式の半導体単結晶の製造工程図で、単結晶引上げ装置１の炉部材収納室２内に設置された石英ルツボ６に小塊形状の原料の多結晶シリコンｍを充填し、さらに単結晶収納部３のワイヤ９に取り付けられた種結晶保持手段１０に種結晶Ｓを取り付け、しかる後、図４で拡大して示したように種結晶Ｓの種結晶本体Ｓ１を係合溝部Ｍ３の側部から係合溝部Ｍ３に挿入させながら円形係止部Ｓ２を収納部Ｍ３に収納させ、円形係止部Ｓ２と係止部Ｍ２とを係合させることにより、多結晶シリコン塊Ｍを種結晶Ｓおよび種結晶保持手段１０を介してワイヤ９に懸垂保持させる（図８（ａ））。
【００３２】
次に、石英ルツボ６の外周に設けたヒータ４を付勢して多結晶シリコンｍを完全に加熱溶融させ、多結晶シリコン塊Ｍの溶融より先に予め石英ルツボ６の約８０％程度までシリコン融液Ｌを満させる（図８（ｂ））。さらに、小塊形状の多結晶シリコンｍとは別個に用意され、既に単結晶収納部３に収納され種結晶Ｓの円形係止部Ｓ２により保持されている多結晶シリコン塊Ｍを降下させてシリコン融液Ｌに接触させ追加溶融させる（図８（ｃ））。多結晶シリコン塊Ｍの溶融が完了するとシリコン融液Ｌは石英ルツボ６のほぼ全体に満される。
【００３３】
一方、多結晶シリコン塊Ｍが溶融されて種結晶Ｓは完全に露出され、引上げ時の種結晶の機能を果たせる状態になる（図８（ｄ））。なお、多結晶シリコン塊Ｍの係止部Ｍ２が未溶融で円形係止部Ｓ２上に残存する場合には、種結晶Ｓの回転数を上げ遠心力により、係止部Ｍ２をシリコン溶融Ｌ中に落下させればよく、また多結晶シリコン塊Ｍが実質的に全部溶けて種結晶Ｓの円形係止部Ｓ２が露出されていれば、多結晶シリコン塊Ｍの一部が未溶融にまま種結晶Ｓに取り付いていてもよい。
【００３４】
しかる後、単結晶引上げ装置１内を単結晶引上げ条件に適合させ、種結晶Ｓの円形係止部Ｓ２を石英ルツボ６中で溶融状態のシリコン融液Ｌに接触させて、円形係止部Ｓ２を融解したのち、種結晶Ｓに単結晶Ｉｇを成長させる（図８（ｅ））。
【００３５】
さらに単結晶インゴットＩｇを成長させて引上げを完了させるが、石英ルツボ６内には再使用可能な溶融シリコンＬは残存していない（図８（ｅ））。
【００３６】
上述した本発明に係わる半導体単結晶の製造方法によれば、種結晶Ｓを、本来の種結晶として用いると共に多結晶シリコン塊Ｍを保持する保持手段として用いることにより、種結晶保持手段１０とシリコン塊保持手段の交換のために、炉体８または単結晶収納部３を開放する必要がなく、多結晶シリコン塊Ｍを追加原料として溶融できて、石英ルツボ６に汚染のない十分なシリコン融液Ｌの供給が可能となり、一度に大容量のシリコン単結晶Ｉｇを高単結晶化率で引き上げることができる。
【００３７】
また、単結晶引上げ装置１をゲートバルブにより炉部材収納室２と単結晶収納部３を適宜仕切るゲートバルブも不要となり、ゲートバルブの開閉に伴い単結晶収納部３から塵埃などが落下して、溶融シリコン融液Ｌが汚染されることもなくなり、単結晶Ｉｇの成長が阻害されることもなく、単結晶化率の高率化も図れる。
【００３８】
さらに、引上げ工程における最初の小塊形状の多結晶シリコンｍと多結晶シリコン塊Ｍとを同時に装填する時、および引き上げられた単結晶インゴットＩｇの取り出し時以外に、一連の工程中に炉体７または単結晶収納部３を開放する必要がないため、ガス置換も不必要であり、１回の引上げに要するサイクルタイムも通常のＣＺ法よりも長くなることがない。
【００３９】
次に、本発明に係わる半導体単結晶の製造方法の他の実施の形態であるいわゆるリチャージ方式を上述の単結晶引上げ装置１を用いて説明する。
【００４０】
図９はリチャージ方式の半導体単結晶の製造工程を示すもので、引き上げられた単結晶Ｉｇを引上げて、石英ルツボ６に溶融シリコンＬを残存させ（図９（ａ））、次に、ゲートバルブを閉じて単結晶Ｉｇを取出すとともに、上述した実施の形態で用いた図８に示したと同様の構造を有する種結晶Ｓを種結晶保持具１０に取り付け、この種結晶Ｓの円形係止部Ｓ２に多結晶シリコン塊Ｍの係止部Ｍ１を係合させる（図９（ｂ））。しかる後、多結晶シリコン塊Ｍを降下させて、予め石英ルツボ６に収納されているシリコン融液Ｌに接触させて溶融し、シリコン融液Ｌにする（図９（ｃ））。多結晶シリコン塊Ｍの溶融によりシリコン融液Ｌは石英ルツボ６のほぼ全体に満される。
【００４１】
一方、多結晶シリコン塊Ｍが溶融した後の種結晶Ｓは完全に露出され引上げ時の種結晶の機能を果たせる状態になる（図９（ｄ））。しかる後、単結晶引上げ装置１内を単結晶引上げ条件に適合させ、結晶Ｓの円形係止部Ｓ２を石英ルツボ６中で溶融状態のシリコン融液Ｌに接触させて、種結晶Ｓに単結晶Ｉｇを成長させる（図９（ｅ））。
【００４２】
本実施形態の半導体単結晶の製造方法によれば、種結晶Ｓを本来の種結晶として用いると共に多結晶シリコン塊Ｍを保持する保持手段として用いることにより、種結晶保持手段１０とシリコン塊保持手段の交換のために、単結晶収納部３を開放する必要のは１回で済む。従って、シリコン単結晶Ｉｇの高単結晶化率で引き上げることが可能となり、半導体単結晶の製造コスト低減化に寄与する。
【００４３】
このため、従来のリチャージ法では少なくとも２回であったゲートバルブの開閉回数を低減させ、開閉に伴う炉内への汚染のおそれを低減しつつ十分なシリコン融液の供給が可能となり、シリコン単結晶を高単結晶化率で引き上げることができる。
【００４４】
【実施例】
実施例１（追加チャージ方式）
図８に記載の引上装置を用い、炉材収納室２および単結晶収納部３が大気解放状態で直径が２２インチの石英ルツボに、小形塊状の多結晶シリコンを１００ｋｇ充填した。ついでこの状態のまま単結晶収納部３に本発明の保持手段を設けた種結晶およびこの種結晶に２０ｋｇの円柱形状多結晶シリコン塊を保持させてゲートバルブを解放した状態で炉材収納室および単結晶収納部を閉じた。
【００４５】
ついで石英ルツボ内の多結晶シリコンを溶融させた後、種結晶に保持させた多結晶シリコンを降下させて石英ルツボ内のシリコン融液と接触させ完全に融解した。続いて種結晶をシリコン融液に接触させ、保持手段に当たる部分を溶融せしめてから通常の方法に従ってシリコン単結晶を引き上げた。得られた無転位シリコン単結晶の収率を表１に示す。本実施形態において、ゲートバルブの開閉は行われていない。
【００４６】
比較例１（追加チャージ方式）
図８に記載の引上装置を用い、炉材収納室２および単結晶収納部３が大気解放状態で直径が２２インチの石英ルツボに、小形塊状の多結晶シリコンを１００ｋｇ充填した。ついでこの状態のまま単結晶収納部３に専用の保持手段を介して円柱形状多結晶シリコン塊を保持させてゲートバルブを解放した状態で炉材収納室および単結晶収納部を閉じた。
【００４７】
ついで石英ルツボ内の多結晶シリコンを溶融させたのち、専用の保持手段に保持させた多結晶シリコンを降下させて石英ルツボ内のシリコン融液と接触させ融解した。
【００４８】
その後保持手段を単結晶収納部に引き上げ、ゲートバルブを閉じ、炉材収納部と隔離した後に単結晶収納部を開放して専用の保持手段を単結晶引上用のシコン種結晶に交換した。その後単結晶収納部を閉じ、内部雰囲気を炉材収納部と同一にした後にゲートバルブを開放し、種結晶を降下させて通常の方法に従ってシリコン単結晶を引き上げた。
【００４９】
得られた無転位シリコン単結晶の収率を表１に示す。本比較例において、ゲートバルブの開閉は１回行われている。
【００５０】
【表１】
【００５１】
実施例２（リチャージ方式）
図９に記載の引上装置を用い、通常の方法に従って、第１回目のシリコン単結晶を引き上げた。引き上げられた単結晶を単結晶収納部に引き上げ、ゲートバルブを閉じて取り出した。
【００５２】
次に、取り出した単結晶の代りに、本発明の保持手段を設けた種結晶およびこの種結晶に５０ｋｇの円柱形状多結晶シリコン塊を保持させて単結晶収納部を閉じ、内部雰囲気を炉材収納部と同一にした後にゲートバルブを開放し、種結晶および多結晶シリコン塊を降下させて石英ルツボに残っているシリコン融液に接触させて多結晶シリコン塊を完全に融解した。その後、種結晶の保持手段に当たる部分を溶融せしめてから通常の方法に従ってシリコン単結晶を引き上げた。リチャージによって得られた無転位シリコン単結晶の収率を表２に示す。本実施例において、ゲートバルブの開閉が行われるのは１回のみであった。
【００５３】
比較例２（リチャージ方式）
図９に記載の引上装置を用い、通常の方法に従って、第１回目のシリコン単結晶を引き上げた。引き上げられた単結晶を単結晶収納部に引き上げ、ゲートバルブを閉じて取り出した。
【００５４】
次に、取り出した単結晶の代りに、専用の保持手段を介して５０ｋｇの円柱形状多結晶シリコン塊を保持させて単結晶収納部を閉じ、内部雰囲気を炉材収納部と同一にした後にゲートバルブを開放し、多結晶シリコン塊を降下させて石英ルツボに残っているシリコン融液に接触させて多結晶シリコン塊を融解した。その後、保持手段を単結晶収納部に引き上げ、ゲートバルブを閉じ、炉材収納部と隔離した後に単結晶収納部を開放して専用の保持手段を単結晶引上用のシリコン種結晶に交換した。その後、単結晶収納部を閉じ、内部雰囲気を炉材収納部と同一にした後にゲートバルブを開放し、種結晶を降下させて通常の方法に従ってシリコン単結晶を引き上げた。
【００５５】
リチャージによって得られた無転位シリコン単結晶の収率を表２に示す。本実施例において、ゲートバルブの開閉は２回行われている。
【００５６】
【表２】
【００５７】
【発明の効果】
本発明に係わる半導体単結晶の製造方法によれば、種結晶を種結晶と固体の半導体原料塊を保持する保持手段として兼用することにより、これら保持手段の交換をなくして、固体の半導体原料塊による原料供給に伴う単結晶製造装置内およびシリコン融液の汚染を防止し、単結晶化率の向上を図ることができる。
【００５８】
また、種結晶の兼用により、炉体またはその一部の開放をなくし、あるいは開放回数を減少させても、追加原料として固体の半導体原料塊を用いて石英ルツボに十分なシリコン融液の供給が可能となり、さらに炉内ガスの置換も不要となり、１回の引上げに要するサイクルタイムを延長させることもない。
【００５９】
またさらに、原料の追加チャージ方式に適用すれば、汚染のないシリコン融液を十分に石英ルツボに供給できるので、単結晶化率の高い大容量のシリコン単結晶を引き上げることができる。
【００６０】
また、原料リチャージ方式に適用すれば、汚染のないシリコン融液を繰り返し石英ルツボに供給できるので、１個の石英ルツボから単結晶化率の高いシリコン単結晶を複数本引き上げることができ、製造コストを低減できる。
【００６１】
さらに、固体の半導体原料塊の保持は、この半導体原料塊に設けた係止部と種結晶に設けた保持手段とを係合させることにより行うので、種結晶を種結晶と固体の半導体原料塊を保持する保持手段として兼用が可能となり、保持手段の交換をなくして、固体の半導体原料塊による原料供給に伴う半導体原料融液の汚染を防止し、単結晶化率の向上を図ることができる。また、炉内ガスの置換も不要となり、１回の引上げに要するサイクルタイムを長くすることがない。
【００６２】
さらに、種結晶に設けられた係止部を円板形状にする場合には、単結晶化率の高い半導体単結晶の引上げが可能である。
【００６３】
また、種結晶の円形形状の係止部の直径を、円柱形状の種結晶の直径の３ないし４倍にする場合には、確実に固体の半導体原料塊を保持できると共に、単結晶化率の高い半導体単結晶の引上げが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わる半導体単結晶の製造方法に用いられる単結晶製造装置の概念図。
【図２】 本発明に係わる半導体単結晶の製造方法に用いられる単結晶製造装置に組み込まれた種結晶の側面図。
【図３】 図２に示す種結晶の平面図。
【図４】 本発明に係わる半導体単結晶の製造方法に用いられる単結晶製造装置に組み込まれた種結晶と半導体原料塊の係合状態を示す説明図。
【図５】 図４に示す半導体原料塊の平面図。
【図６】 図４に示す半導体原料塊の平面図。
【図７】 図４に示す半導体原料塊の断面図。
【図８】 本発明に係わる半導体単結晶の製造方法の一実施形態の製造工程図。
【図９】 本発明に係わる半導体単結晶の製造方法の他の実施形態の製造工程図。
【図１０】 従来の半導体単結晶の製造方法に用いられる単結晶製造装置の概念図。
【図１１】 従来の半導体単結晶の製造方法の製造工程図。
【図１２】 従来の半導体単結晶の製造方法の他の製造工程図。
【符号の説明】
１ 単結晶製造装置
２ 炉部材収納室
３ 単結晶収納部
４ ヒータ
５ 黒鉛ルツボ
６ 石英ルツボ
７ 炉体
８ ルツボ回転軸
９ ワイヤ
１０ 種結晶保持手段
１１ 係合ピン
Ｍ 半導体原料塊（多結晶シリコン塊）
Ｍ１ 収納部
Ｍ２ 係止部
Ｍ３ 係合溝部
Ｓ 種結晶
Ｓ１ 種結晶本体
Ｓ２ 保持手段（円形係止部）
Ｓ３ 取付長孔
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体単結晶の製造方法に係わり、特に半導℃体原料の供給方法を改善し単結晶化率の向上を図った半導体単結晶の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に半導体ウェーハの製造方法は、多結晶半導体原料を溶融し、この原料融液に単結晶よりなる種結晶を接触させ、種結晶から半導体単結晶を成長させる半導単結晶の製造方法が用いられている。
【０００３】
例えば、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という。）によるインゴット状のシリコン単結晶の製造方法は、図１０に示されるように、単結晶製造装置４１の炉部材収納室４２内に設置された石英ルツボ４３に不定形な小塊形状の原料の多結晶シリコンｍ０を充填し、石英ルツボ４３の外周に設けられたヒータ４４によって多結晶シリコンｍ０を完全に加熱溶融した後、シードチャック４５に取り付けられた種結晶（シード結晶）Ｓ０をシリコン融液に浸し、種結晶Ｓ０と石英ルツボ４３を逆方向に回転させ種結晶Ｓ０を引上げてシリコン単結晶Ｉｇ０を成長させるものである。
【０００４】
一般に使用される原料の多結晶シリコンは不定形な小塊形状であるため、図１０に示すように、石英ルツボ４３に充填される小塊形状の多結晶シリコンｍ０は嵩張り、石英ルツボ４３に一度に大量に充填することは難しい。また、一回の単結晶引上げ毎に高価な新品の石英ルツボ４２を使用せねば成らず、引上げコストが上昇する。
【０００５】
そこでコスト低減の方策として、図１１に示すようないわゆる原料追加チャージ方式が提案されている。この追加チャージ方式は単結晶製造装置５１をゲートバルブ５２により炉部材収納室５３と単結晶収納部５４に適宜仕切り可能にし、ゲートバルブ５２の開放状態で単結晶引上げ初期に炉部材収納室５３に配置された石英ルツボ５５に充填し（図１１（ａ））、小塊形状の多結晶シリコンｍ０を溶融して石英ルツボ５５の約８０％程度までシリコン融液Ｌ０を満たし（図１１（ｂ））、このシリコン融液Ｌ０とは別個に用意された原料で固体棒状の多結晶シリコン塊Ｍ０をシリコン塊保持手段５６により保持して降下させて、シリコン融液Ｌ０に接触させて追加溶融させ（図１１（ｃ））、シリコン融液Ｌ０が石英ルツボ４２のほぼ全体に満される。
【０００６】
一方、多結晶シリコン塊Ｍ０の溶融後、シリコン塊保持手段５６を上昇させ、完全ゲートバルブ５２を閉じ、ゲートバルブ５２により仕切られた単結晶収納部５４内でシリコン塊保持手段５６と種結晶保持手段５７とを交換して取り付けし、この種結晶保持手段５７に種結晶Ｓが取り付けられる（図１１（ｄ））。
【０００７】
しかる後、ゲートバルブ５２を開放し、種結晶Ｓ０を石英ルツボ５５中で溶融状態のシリコン融液Ｌ０に接触させて、種結晶Ｓ０の下部に種結晶Ｓ０と同じ結晶方位を有する単結晶Ｉｇ０を成長させ（図１１（ｅ））、石英ルツボ５５中にはシリコン融液Ｌ０がほとんど残らない状態とする（図１１（ｅ））。
【０００８】
上記の単結晶製造装置５１を用いた半導体単結晶の製造方法によれば、図１１に示すような通常のＣＺ法の製造方法よりも石英ルツボ１個当たりのシリコン単結晶の生産量は増大する。
【０００９】
しかし、この製造方法では、ヒータ５８等が付勢された状態で単結晶製造装置５１の稼働中に最低でも１回はゲートバルブ５２を閉じて、炉部材収納室５３と単結晶収納部５４とを分離し、かつこの単結晶収納部５４を開放してシリコン塊装置５６と種結晶保持手段５７との取付けの交換を行い、さらにシリコン塊保持手段５６への多結晶シリコン塊Ｍ０の取り付け、および種結晶保持手段５７への種結晶Ｓ０の取り付けを行わなければならず、単結晶収納部５４は大気に曝される。大気に曝された単結晶収納部５４を再度炉部材収納室５３と連通させると、単結晶収納部５４から塵埃などが落下し、単結晶Ｉｇ０の成長を阻害し単結晶化率（結晶欠陥が発生せず単結晶が得られる割合）を低減させる大きな要因になっている。さらに、ゲートバルブ５２の開閉によるゲートバルブ室５９からの塵埃などの落下も生じる。
【００１０】
また、別のコスト低減の方策として、図１２に示すようなわゆる原料のリチャージ方式がある。
【００１１】
このリチャージ方式は単結晶製造装置６１をゲートバルブ６２により炉部材収納室６３と単結晶収納部６４に適宜仕切り可能にし、ゲートバルブ６２の開放状態で単結晶Ｉｇ１を引上げて取り出し、炉部材収納室６３に配置された石英ルツボ６５に溶融シリコンＬ１を残存させ（図１２（ａ））、次に、ゲートバルブ６２により仕切られた単結晶収納部６４内で種結晶保持手段６６をシリコン塊保持手段６７に交換して取り付け（図１２（ｂ））、このシリコン塊保持手段６７に多結晶シリコン塊Ｍ１を取り付け、降下させてシリコン融液Ｌ１に接触させ溶融し、シリコン融液Ｌ１にする（図１２（ｃ））。
【００１２】
多結晶シリコン塊Ｍ１の溶融によりシリコン融液Ｌ１は石英ルツボ６５のほぼ全体に満され、一方、保持する多結晶シリコン塊Ｍ１が存在しなくなったシリコン保持手段６７を上昇させ、ゲートバルブ６２を閉じ、ゲートバルブ６２により仕切られた単結晶収納部６４内でシリコン塊保持手段６７と種結晶保持手段６６とを交換して取り付け、この種結晶保持手段６６に種結晶Ｓ１が取り付けられる（図１２（ｄ））。
【００１３】
しかる後、ゲートバルブ６２を開放し、種結晶Ｓ１を石英ルツボ６５中で溶融状態の多結晶シリコンＭ１に接触させて、種結晶Ｓ１に単結晶Ｉｇ１を成長させる（図１２（ｅ））。
【００１４】
しかし、この製造方法でも、ヒータ６８等が付勢された状態で単結晶製造装置６１の稼働中に２回はゲートバルブ６２を閉じて、炉部材収納室６３と単結晶収納部６４とを分離し、かつこの単結晶収納部６４を開放して、種結晶保持手段６６とシリコン塊保持手段６７の交換、および逆にシリコン塊保持手段６７と種結晶保持手段６６の交換を行う必要があるため、単結晶収納部６４は２回も大気に曝される。
【００１５】
従って、このリチャージ方式は追加チャージ方式に比べてさらに塵埃などの落下により炉部材収納室６３を汚損し、単結晶Ｉｇ０の成長を阻害し単結晶化率を低減させる大きな要因となる虞があった。
【００１６】
さらに、上述した追加チャージ方式、リチャージ方式とも引上げ装置内のガス置換を必要とするため、１回の引上げに要するサイクルタイムは通常のＣＺ法よりも長くなる問題点がある。
【００１７】
【発明が解決しょうとする課題】
そこで、原料半導体の供給時、半導体単結晶製造装置内を汚染することがなく、単結晶化率の向上が図れ、かつ１回の引上げに要するサイクルタイムも長くならない半導体単結晶の製造方法が要望されていた。
【００１８】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、半導体単結晶製造装置を汚染することなく原料半導体供給が行えて、単結晶化率も向上し、かつ１回の引上げに要するサイクルタイムを長くすることのない半導体単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本願請求項１の発明は、容器内に収容された半導体原料融液に種結晶を接触させて種結晶から半導体単結晶を成長させる半導体単結晶の製造方法において、種結晶に設けられた保持手段に固体状態の半導体原料塊を保持させる工程と、前記保持手段に保持された前記半導体原料塊を溶融して前記容器内に収容させる工程と、この工程に先行して半導体単結晶の製造の初期に容器内に半導体原料を溶融させる工程と、前記容器内の半導体原料融液に前記種結晶を接触させて単結晶を成長させる工程を有し、前記保持手段は円板形状の係止部であり、前記半導体原料塊に設けられた係止部は前記種結晶が収納される係合溝部と前記種結晶の円形形状の係合部を収納する中空部とを有し、前記保持手段の係止部と前記半導体原料塊係止部を係合することにより前記半導体原料塊を保持し、前記半導体原料塊の溶融後前記保持手段の係止部を露出させ、この係止部を融液に接触させて半導体単結晶を成長させることを特徴とする半導体単結晶の製造方法であることを要旨としている。
【００２０】
請求項２の発明では、前記種結晶の円形形状の係止部の直径は、円柱形状の種結晶の直径の３ないし４倍であることを特徴とする請求項１に記載の半導体単結晶の製造方法あることを要旨としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる半導体単結晶の製造方法の一実施の形態としていわゆる原料追加方式に用いられる単結晶製造装置について添付図面に基づき説明する。
【００２２】
図１に示すような本発明に係わる半導体単結晶の製造方法に用いられる単結晶製造装置、例えばＣＺ法による単結晶引上げ装置１は、炉部材収納室２とこの炉部材収納室２の上方に連接して設けられた単結晶収納部３とで形成されている。炉部材収納室２にはヒータ４により加熱され黒鉛ルツボ５に内装された容器例えば石英ルツボ６が設けられており、この石英ルツボ６内で小塊形状の原料の多結晶シリコンｍ（図８（ａ）参照）が加熱溶融される。黒鉛ルツボ５は炉体７を貫通し、モータ（図示せず）に結合されて回転されるルツボ回転軸８に取り付けられている。
【００２３】
また、単結晶収納部３には昇降自在に設けられたワイヤ９の下端に取り付けられた円筒形状の種結晶保持手段１０が設けられており、この種結晶保持手段１０には、種結晶Ｓが取り付けられている。
【００２４】
図２および図３に拡大して示すように、種結晶保持手段１０に取り付けられた種結晶Ｓは、中実円柱形状をなす種結晶本体Ｓ１とこの種結晶本体Ｓ１の一端部に設けられた保持手段例えば円板形状の円形係止部Ｓ２とで形成されている。
【００２５】
また、種結晶Ｓには固体の半導体原料塊、例えば固体で円柱形状を有する原料の多結晶シリコン塊Ｍが保持されており、この多結晶シリコン塊Ｍの一端部例えば上端部には、上記円形係止部Ｓ２が収納される中空状の収納部Ｍ１と、この収納部Ｍ１に連接し円形係止部Ｓ２と係合する係止部Ｍ２と、この係止部Ｍ２に形成された係合溝部Ｍ３が設けられている。
【００２６】
なお、１１は種結晶Ｓに設けられた取付長孔Ｓ３を貫通し、種結晶Ｓを種結晶保持手段１０に保持する係合ピンである。
【００２７】
上記種結晶Ｓの円形係止部Ｓ２の直径ｄ１は、種結晶本体Ｓ１の直径ｄ２の３ないし４倍であり、円形係止部Ｓ２の厚みｔ１は２０ｍｍ以上であることが好ましく、また係止部Ｍ２の厚みｔ２も２０ｍｍ以上、収納部Ｍ１の高さｈ１は５０ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２８】
従って、図４に示すように、種結晶Ｓによる多結晶シリコンＭの保持は、種結晶本体Ｓ１が係合溝部Ｍ３を貫通し、収納部Ｍ３に収納された円形係止部Ｓ２を係止部Ｍ２に係合することによって行われる。
【００２９】
なお、図５は、半導体原料塊の平面を示し、図６は半導体原料塊の側面を示し、図７は半導体原料塊の断面を示している。
【００３０】
次に、単結晶引上げ装置１を用いた本発明に係わる半導体単結晶の製造方法の原料追加チャージ方式を説明する。
【００３１】
図８は追加チャージ方式の半導体単結晶の製造工程図で、単結晶引上げ装置１の炉部材収納室２内に設置された石英ルツボ６に小塊形状の原料の多結晶シリコンｍを充填し、さらに単結晶収納部３のワイヤ９に取り付けられた種結晶保持手段１０に種結晶Ｓを取り付け、しかる後、図４で拡大して示したように種結晶Ｓの種結晶本体Ｓ１を係合溝部Ｍ３の側部から係合溝部Ｍ３に挿入させながら円形係止部Ｓ２を収納部Ｍ３に収納させ、円形係止部Ｓ２と係止部Ｍ２とを係合させることにより、多結晶シリコン塊Ｍを種結晶Ｓおよび種結晶保持手段１０を介してワイヤ９に懸垂保持させる（図８（ａ））。
【００３２】
次に、石英ルツボ６の外周に設けたヒータ４を付勢して多結晶シリコンｍを完全に加熱溶融させ、多結晶シリコン塊Ｍの溶融より先に予め石英ルツボ６の約８０％程度までシリコン融液Ｌを満させる（図８（ｂ））。さらに、小塊形状の多結晶シリコンｍとは別個に用意され、既に単結晶収納部３に収納され種結晶Ｓの円形係止部Ｓ２により保持されている多結晶シリコン塊Ｍを降下させてシリコン融液Ｌに接触させ追加溶融させる（図８（ｃ））。多結晶シリコン塊Ｍの溶融が完了するとシリコン融液Ｌは石英ルツボ６のほぼ全体に満される。
【００３３】
一方、多結晶シリコン塊Ｍが溶融されて種結晶Ｓは完全に露出され、引上げ時の種結晶の機能を果たせる状態になる（図８（ｄ））。なお、多結晶シリコン塊Ｍの係止部Ｍ２が未溶融で円形係止部Ｓ２上に残存する場合には、種結晶Ｓの回転数を上げ遠心力により、係止部Ｍ２をシリコン溶融Ｌ中に落下させればよく、また多結晶シリコン塊Ｍが実質的に全部溶けて種結晶Ｓの円形係止部Ｓ２が露出されていれば、多結晶シリコン塊Ｍの一部が未溶融にまま種結晶Ｓに取り付いていてもよい。
【００３４】
しかる後、単結晶引上げ装置１内を単結晶引上げ条件に適合させ、種結晶Ｓの円形係止部Ｓ２を石英ルツボ６中で溶融状態のシリコン融液Ｌに接触させて、円形係止部Ｓ２を融解したのち、種結晶Ｓに単結晶Ｉｇを成長させる（図８（ｅ））。
【００３５】
さらに単結晶インゴットＩｇを成長させて引上げを完了させるが、石英ルツボ６内には再使用可能な溶融シリコンＬは残存していない（図８（ｅ））。
【００３６】
上述した本発明に係わる半導体単結晶の製造方法によれば、種結晶Ｓを、本来の種結晶として用いると共に多結晶シリコン塊Ｍを保持する保持手段として用いることにより、種結晶保持手段１０とシリコン塊保持手段の交換のために、炉体８または単結晶収納部３を開放する必要がなく、多結晶シリコン塊Ｍを追加原料として溶融できて、石英ルツボ６に汚染のない十分なシリコン融液Ｌの供給が可能となり、一度に大容量のシリコン単結晶Ｉｇを高単結晶化率で引き上げることができる。
【００３７】
また、単結晶引上げ装置１をゲートバルブにより炉部材収納室２と単結晶収納部３を適宜仕切るゲートバルブも不要となり、ゲートバルブの開閉に伴い単結晶収納部３から塵埃などが落下して、溶融シリコン融液Ｌが汚染されることもなくなり、単結晶Ｉｇの成長が阻害されることもなく、単結晶化率の高率化も図れる。
【００３８】
さらに、引上げ工程における最初の小塊形状の多結晶シリコンｍと多結晶シリコン塊Ｍとを同時に装填する時、および引き上げられた単結晶インゴットＩｇの取り出し時以外に、一連の工程中に炉体７または単結晶収納部３を開放する必要がないため、ガス置換も不必要であり、１回の引上げに要するサイクルタイムも通常のＣＺ法よりも長くなることがない。
【００３９】
次に、本発明に係わる半導体単結晶の製造方法の他の実施の形態であるいわゆるリチャージ方式を上述の単結晶引上げ装置１を用いて説明する。
【００４０】
図９はリチャージ方式の半導体単結晶の製造工程を示すもので、引き上げられた単結晶Ｉｇを引上げて、石英ルツボ６に溶融シリコンＬを残存させ（図９（ａ））、次に、ゲートバルブを閉じて単結晶Ｉｇを取出すとともに、上述した実施の形態で用いた図８に示したと同様の構造を有する種結晶Ｓを種結晶保持具１０に取り付け、この種結晶Ｓの円形係止部Ｓ２に多結晶シリコン塊Ｍの係止部Ｍ１を係合させる（図９（ｂ））。しかる後、多結晶シリコン塊Ｍを降下させて、予め石英ルツボ６に収納されているシリコン融液Ｌに接触させて溶融し、シリコン融液Ｌにする（図９（ｃ））。多結晶シリコン塊Ｍの溶融によりシリコン融液Ｌは石英ルツボ６のほぼ全体に満される。
【００４１】
一方、多結晶シリコン塊Ｍが溶融した後の種結晶Ｓは完全に露出され引上げ時の種結晶の機能を果たせる状態になる（図９（ｄ））。しかる後、単結晶引上げ装置１内を単結晶引上げ条件に適合させ、結晶Ｓの円形係止部Ｓ２を石英ルツボ６中で溶融状態のシリコン融液Ｌに接触させて、種結晶Ｓに単結晶Ｉｇを成長させる（図９（ｅ））。
【００４２】
本実施形態の半導体単結晶の製造方法によれば、種結晶Ｓを本来の種結晶として用いると共に多結晶シリコン塊Ｍを保持する保持手段として用いることにより、種結晶保持手段１０とシリコン塊保持手段の交換のために、単結晶収納部３を開放する必要のは１回で済む。従って、シリコン単結晶Ｉｇの高単結晶化率で引き上げることが可能となり、半導体単結晶の製造コスト低減化に寄与する。
【００４３】
このため、従来のリチャージ法では少なくとも２回であったゲートバルブの開閉回数を低減させ、開閉に伴う炉内への汚染のおそれを低減しつつ十分なシリコン融液の供給が可能となり、シリコン単結晶を高単結晶化率で引き上げることができる。
【００４４】
【実施例】
実施例１（追加チャージ方式）
図８に記載の引上装置を用い、炉材収納室２および単結晶収納部３が大気解放状態で直径が２２インチの石英ルツボに、小形塊状の多結晶シリコンを１００ｋｇ充填した。ついでこの状態のまま単結晶収納部３に本発明の保持手段を設けた種結晶およびこの種結晶に２０ｋｇの円柱形状多結晶シリコン塊を保持させてゲートバルブを解放した状態で炉材収納室および単結晶収納部を閉じた。
【００４５】
ついで石英ルツボ内の多結晶シリコンを溶融させた後、種結晶に保持させた多結晶シリコンを降下させて石英ルツボ内のシリコン融液と接触させ完全に融解した。続いて種結晶をシリコン融液に接触させ、保持手段に当たる部分を溶融せしめてから通常の方法に従ってシリコン単結晶を引き上げた。得られた無転位シリコン単結晶の収率を表１に示す。本実施形態において、ゲートバルブの開閉は行われていない。
【００４６】
比較例１（追加チャージ方式）
図８に記載の引上装置を用い、炉材収納室２および単結晶収納部３が大気解放状態で直径が２２インチの石英ルツボに、小形塊状の多結晶シリコンを１００ｋｇ充填した。ついでこの状態のまま単結晶収納部３に専用の保持手段を介して円柱形状多結晶シリコン塊を保持させてゲートバルブを解放した状態で炉材収納室および単結晶収納部を閉じた。
【００４７】
ついで石英ルツボ内の多結晶シリコンを溶融させたのち、専用の保持手段に保持させた多結晶シリコンを降下させて石英ルツボ内のシリコン融液と接触させ融解した。
【００４８】
その後保持手段を単結晶収納部に引き上げ、ゲートバルブを閉じ、炉材収納部と隔離した後に単結晶収納部を開放して専用の保持手段を単結晶引上用のシコン種結晶に交換した。その後単結晶収納部を閉じ、内部雰囲気を炉材収納部と同一にした後にゲートバルブを開放し、種結晶を降下させて通常の方法に従ってシリコン単結晶を引き上げた。
【００４９】
得られた無転位シリコン単結晶の収率を表１に示す。本比較例において、ゲートバルブの開閉は１回行われている。
【００５０】
【表１】
実施例２（リチャージ方式）
図９に記載の引上装置を用い、通常の方法に従って、第１回目のシリコン単結晶を引き上げた。引き上げられた単結晶を単結晶収納部に引き上げ、ゲートバルブを閉じて取り出した。
【００５２】
次に、取り出した単結晶の代りに、本発明の保持手段を設けた種結晶およびこの種結晶に５０ｋｇの円柱形状多結晶シリコン塊を保持させて単結晶収納部を閉じ、内部雰囲気を炉材収納部と同一にした後にゲートバルブを開放し、種結晶および多結晶シリコン塊を降下させて石英ルツボに残っているシリコン融液に接触させて多結晶シリコン塊を完全に融解した。その後、種結晶の保持手段に当たる部分を溶融せしめてから通常の方法に従ってシリコン単結晶を引き上げた。リチャージによって得られた無転位シリコン単結晶の収率を表２に示す。本実施例において、ゲートバルブの開閉が行われるのは１回のみであった。
【００５３】
比較例２（リチャージ方式）
図９に記載の引上装置を用い、通常の方法に従って、第１回目のシリコン単結晶を引き上げた。引き上げられた単結晶を単結晶収納部に引き上げ、ゲートバルブを閉じて取り出した。
【００５４】
次に、取り出した単結晶の代りに、専用の保持手段を介して５０ｋｇの円柱形状多結晶シリコン塊を保持させて単結晶収納部を閉じ、内部雰囲気を炉材収納部と同一にした後にゲートバルブを開放し、多結晶シリコン塊を降下させて石英ルツボに残っているシリコン融液に接触させて多結晶シリコン塊を融解した。その後、保持手段を単結晶収納部に引き上げ、ゲートバルブを閉じ、炉材収納部と隔離した後に単結晶収納部を開放して専用の保持手段を単結晶引上用のシリコン種結晶に交換した。その後、単結晶収納部を閉じ、内部雰囲気を炉材収納部と同一にした後にゲートバルブを開放し、種結晶を降下させて通常の方法に従ってシリコン単結晶を引き上げた。
【００５５】
リチャージによって得られた無転位シリコン単結晶の収率を表２に示す。本実施例において、ゲートバルブの開閉は２回行われている。
【００５６】
【表２】
【発明の効果】
本発明に係わる半導体単結晶の製造方法によれば、種結晶を種結晶と固体の半導体原料塊を保持する保持手段として兼用することにより、これら保持手段の交換をなくして、固体の半導体原料塊による原料供給に伴う単結晶製造装置内およびシリコン融液の汚染を防止し、単結晶化率の向上を図ることができる。
【００５８】
また、種結晶の兼用により、炉体またはその一部の開放をなくし、あるいは開放回数を減少させても、追加原料として固体の半導体原料塊を用いて石英ルツボに十分なシリコン融液の供給が可能となり、さらに炉内ガスの置換も不要となり、１回の引上げに要するサイクルタイムを延長させることもない。
【００５９】
またさらに、原料の追加チャージ方式に適用すれば、汚染のないシリコン融液を十分に石英ルツボに供給できるので、単結晶化率の高い大容量のシリコン単結晶を引き上げることができる。
【００６０】
また、原料リチャージ方式に適用すれば、汚染のないシリコン融液を繰り返し石英ルツボに供給できるので、１個の石英ルツボから単結晶化率の高いシリコン単結晶を複数本引き上げることができ、製造コストを低減できる。
【００６１】
さらに、固体の半導体原料塊の保持は、この半導体原料塊に設けた係止部と種結晶に設けた保持手段とを係合させることにより行うので、種結晶を種結晶と固体の半導体原料塊を保持する保持手段として兼用が可能となり、保持手段の交換をなくして、固体の半導体原料塊による原料供給に伴う半導体原料融液の汚染を防止し、単結晶化率の向上を図ることができる。また、炉内ガスの置換も不要となり、１回の引上げに要するサイクルタイムを長くすることがない。
【００６２】
さらに、種結晶に設けられた係止部を円板形状にする場合には、単結晶化率の高い半導体単結晶の引上げが可能である。
【００６３】
また、種結晶の円形形状の係止部の直径を、円柱形状の種結晶の直径の３ないし４倍にする場合には、確実に固体の半導体原料塊を保持できると共に、単結晶化率の高い半導体単結晶の引上げが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わる半導体単結晶の製造方法に用いられる単結晶製造装置の概念図。
【図２】 本発明に係わる半導体単結晶の製造方法に用いられる単結晶製造装置に組み込まれた種結晶の側面図。
【図３】 図２に示す種結晶の平面図。
【図４】 本発明に係わる半導体単結晶の製造方法に用いられる単結晶製造装置に組み込まれた種結晶と半導体原料塊の係合状態を示す説明図。
【図５】 図４に示す半導体原料塊の平面図。
【図６】 図４に示す半導体原料塊の平面図。
【図７】 図４に示す半導体原料塊の断面図。
【図８】 本発明に係わる半導体単結晶の製造方法の一実施形態の製造工程図。
【図９】 本発明に係わる半導体単結晶の製造方法の他の実施形態の製造工程図。
【図１０】 従来の半導体単結晶の製造方法に用いられる単結晶製造装置の概念図。
【図１１】 従来の半導体単結晶の製造方法の製造工程図。
【図１２】 従来の半導体単結晶の製造方法の他の製造工程図。
【符号の説明】
１ 単結晶製造装置
２ 炉部材収納室
３ 単結晶収納部
４ ヒータ
５ 黒鉛ルツボ
６ 石英ルツボ
７ 炉体
８ ルツボ回転軸
９ ワイヤ
１０ 種結晶保持手段
１１ 係合ピン
Ｍ 半導体原料塊（多結晶シリコン塊）
Ｍ１ 収納部
Ｍ２ 係止部
Ｍ３ 係合溝部
Ｓ 種結晶
Ｓ１ 種結晶本体
Ｓ２ 保持手段（円形係止部）
Ｓ３ 取付長孔
Claims (2)
- 容器内に収容された半導体原料融液に種結晶を接触させて種結晶から半導体単結晶を成長させる半導体単結晶の製造方法において、
種結晶に設けられた保持手段に固体状態の半導体原料塊を保持させる工程と、
前記保持手段に保持された前記半導体原料塊を溶融して前記容器内に収容させる工程と、
この工程に先行して半導体単結晶の製造の初期に容器内に半導体原料を溶融させる工程と、
前記容器内の半導体原料融液に前記種結晶を接触させて単結晶を成長させる工程を有し、
前記保持手段は円板形状の係止部であり、前記半導体原料塊に設けられた係止部は前記種結晶が収納される係合溝部と前記種結晶の円形形状の係合部を収納する中空部とを有し、
前記保持手段の係止部と前記半導体原料塊係止部を係合することにより前記半導体原料塊を保持し、前記半導体原料塊の溶融後前記保持手段の係止部を露出させ、この係止部を融液に接触させて半導体単結晶を成長させることを特徴とする半導体単結晶の製造方法。 - 前記種結晶の円形形状の係止部の直径は、円柱形状の種結晶の直径の３ないし４倍であることを特徴とする請求項１に記載の半導体単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP12055099A JP3722264B2 (ja) | 1999-04-27 | 1999-04-27 | 半導体単結晶の製造方法 |
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|---|---|---|---|
| JP12055099A JP3722264B2 (ja) | 1999-04-27 | 1999-04-27 | 半導体単結晶の製造方法 |
Publications (2)
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