JP5719507B2 - 単結晶半導体の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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すなわち、カーボンヒータを構成する炭素(C)が水分(H2O)と反応し一酸化炭素(CO)となってチャンバ外部へ排出されてしまい、これにより、カーボン組織が粗雑になり、カーボンヒータが早期に破損する原因となっていた。詳しくは、カーボンヒータの抵抗値が増大して早期に使用に適さなくなり、部材の交換を頻繁に行うことになって、設備費用が嵩んでいた。
すなわち、本発明は、チャンバ内に配置された坩堝に貯留した半導体融液にシードを浸漬し、前記シードを引き上げて単結晶半導体を成長させる単結晶半導体の製造方法であって、前記チャンバ内の圧力を10−4Pa以下に減圧し、該チャンバ内の水分を除去する水分除去工程と、前記チャンバ内に不活性ガスを導入するガス導入工程と、前記坩堝内に収容した半導体原料をカーボンヒータで加熱し溶解させて前記半導体融液とする溶解工程と、前記半導体融液に浸漬したシードを引き上げ、単結晶半導体を成長させる成長工程と、を備え、前記水分除去工程では、前記カーボンヒータとは別に設けられた加熱手段により、前記チャンバ内を40〜200℃の範囲内に加熱し、前記チャンバ内へ前記半導体原料を入れる時、及び、製出された前記単結晶半導体を取り出す時には、前記チャンバ内を40〜200℃の範囲内に加熱し保持することを特徴とする。
また、前記水分除去工程では、前記チャンバ内を40〜200℃の範囲内に加熱することで、チャンバ内のカーボンヒータ等の部材に付着した水分が加熱されて蒸発しやすくなるので、水分がより確実に除去されることになる。すなわち、チャンバ内の温度が室温よりも低く設定された場合には、前述の蒸発が十分に促進されないことがあるので、40℃以上に設定されることが好ましい。また、チャンバ内の温度が200℃を超えて設定された場合には、それ以上の温度(例えば300℃以下)に設定された場合との差が出にくくなり、加熱のためのエネルギー消費量が増大することになるので、200℃以下に設定されることが好ましい。
また、チャンバ内への半導体原料の充填時や製出された単結晶半導体の取り出し時には、電気炉開放により、カーボンヒータや断熱部材(保温筒)等のカーボン部材の大気暴露が生じる。この際にカーボン部材は大気中の水分を吸着するので、これを除去するために、次の水分除去工程での真空(減圧)排気の時間が大幅に増えてしまう。このような水分の吸着を抑制し、短時間で10−4Pa以下の真空度へ到達する手法として、電気炉開放中はチャンバ内を40〜200℃の範囲内に加熱し保持することが効果的である。
この場合、結晶欠陥がなく高品質な単結晶シリコンを製出可能である。
この場合、結晶欠陥がなく高品質な単結晶ゲルマニウムを製出可能である。
また、加熱手段が、チャンバ内のカーボンヒータ等の部材に付着した水分を加熱して蒸発させるので、水分がより確実に除去されることになる。
図1はこの発明の一実施形態に係る単結晶シリコン(単結晶半導体)の製造装置の概略を模式的に示す図であり、符号1は単結晶シリコンの製造装置を示している。単結晶シリコンの製造装置1は、耐圧気密に構成された水冷ジャケット構造のチャンバ10内に、石英坩堝(坩堝)15、シードチャック17、カーボンヒータ19、坩堝支持台21を備えている。また、チャンバ10の上方にシードチャック駆動機構30を備えている。
図2のS10において、まず、前記切替弁を操作して、チャンバ10内とクライオポンプ20とを接続させる。そして、クライオポンプ20を作動させ、チャンバ10内の圧力を10−4Pa以下に減圧して高真空状態にするとともに、チャンバ10内の水分(H2O)を蒸発させ水蒸気として外部へ排気し除去する。尚、本実施形態では、チャンバ10内の圧力を10−4〜10−5Paの範囲内に減圧している。
次いで、図2のS20において、前記切替弁を操作して、チャンバ10内と前記ドライポンプとを接続させる。そして、ドライポンプを作動させ、減圧されたチャンバ10内の圧力を10−2Pa以上に昇圧させる。好ましくは、ドライポンプを用いて、チャンバ10内の圧力を10−2Paに維持する。この状態で、不活性ガス導入手段25によりチャンバ10内にアルゴンガスを導入して、該チャンバ10内の圧力を30torr程度に設定する。
次いで、図2のS30において、カーボンヒータ19で石英坩堝15を加熱し、該石英坩堝15内に充填した塊状の多結晶シリコンを溶解して、1420℃のシリコン融液Mとする。またその一方で、シリコン融液Mにおいて、シードSを浸漬する部分近傍(以下「シード浸漬部」)は過冷却状態とする。
次いで、図2のS40において、シードチャック17のカーボンチャック部17AにシードSを挿入し固定した状態で、シードチャック駆動機構30を駆動し、シードチャック17を下降させて、シードSをシリコン融液Mの前記シード浸漬部に浸漬する。この状態で、シードSをシリコン融液Mになじませる。
Si+H2O=SiO+H2 …(1)
2C+2H2O=CH4+CO …(2)
CH4+Si=SiC+2H2 …(3)
C+O2=CO2 …(4)
CO2+Si=SiO2+SiC …(5)
また、チャンバ10内には、これらカーボンヒータ19及び保温筒22以外に、炭素(C)を含む黒鉛サセプタ16、黒鉛電極19C、及び、カーボンチャック部17Aが設けられているが、当然にこれらの劣化も防止されて寿命が延長する。
例えば、本実施形態では、単結晶シリコンの製造装置1を用いて、シリコン原料を溶解したシリコン融液Mから単結晶シリコンTを製出する手順について説明したが、これに限定されるものではない。
10 チャンバ
15 石英坩堝(坩堝)
19 カーボンヒータ
20 クライオポンプ(減圧手段)
22 保温筒(断熱部材)
25 不活性ガス導入手段
M シリコン融液(半導体融液)
S シード
S10 水分除去工程
S20 ガス導入工程
S30 溶解工程
S40 成長工程
T 単結晶シリコン(単結晶半導体)
Claims (7)
- チャンバ内に配置された坩堝に貯留した半導体融液にシードを浸漬し、前記シードを引き上げて単結晶半導体を成長させる単結晶半導体の製造方法であって、
前記チャンバ内の圧力を10−4Pa以下に減圧し、該チャンバ内の水分を除去する水分除去工程と、
前記チャンバ内に不活性ガスを導入するガス導入工程と、
前記坩堝内に収容した半導体原料をカーボンヒータで加熱し溶解させて前記半導体融液とする溶解工程と、
前記半導体融液に浸漬したシードを引き上げ、単結晶半導体を成長させる成長工程と、を備え、
前記水分除去工程では、前記カーボンヒータとは別に設けられた加熱手段により、前記チャンバ内を40〜200℃の範囲内に加熱し、
前記チャンバ内へ前記半導体原料を入れる時、及び、製出された前記単結晶半導体を取り出す時には、前記チャンバ内を40〜200℃の範囲内に加熱し保持することを特徴とする単結晶半導体の製造方法。 - 請求項1に記載の単結晶半導体の製造方法であって、
前記水分除去工程では、クライオポンプ、拡散ポンプ、分子ポンプ及びイオンポンプのいずれかを用いて前記チャンバ内を減圧させることを特徴とする単結晶半導体の製造方法。 - 請求項1又は2に記載の単結晶半導体の製造方法であって、
前記半導体融液はシリコン融液であり、前記単結晶半導体は単結晶シリコンであることを特徴とする単結晶半導体の製造方法。 - 請求項1又は2に記載の単結晶半導体の製造方法であって、
前記半導体融液はゲルマニウム融液であり、前記単結晶半導体は単結晶ゲルマニウムであることを特徴とする単結晶半導体の製造方法。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の単結晶半導体の製造方法を用いて、半導体融液に浸漬したシードを引き上げて単結晶半導体を成長させる単結晶半導体の製造装置であって、
チャンバ内に、半導体融液を貯留する有底筒状の坩堝と、前記坩堝の径方向外側に配置されたカーボンヒータとを備え、
前記チャンバには、該チャンバ内の圧力を10−4Pa以下に減圧可能な減圧手段と、該チャンバ内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段とが備えられ、
前記カーボンヒータとは別に、前記チャンバ内を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする単結晶半導体の製造装置。 - 請求項5に記載の単結晶半導体の製造装置であって、
前記減圧手段は、クライオポンプ、拡散ポンプ、分子ポンプ及びイオンポンプのいずれかであることを特徴とする単結晶半導体の製造装置。 - 請求項5又は6に記載の単結晶半導体の製造装置であって、
前記カーボンヒータの径方向外側には、黒鉛を含む断熱部材が配設されていることを特徴とする単結晶半導体の製造装置。
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