JPH01119592A - 結晶育成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、高純度シリコン単結晶等の製造に用いられる
結晶育成装置に関する。

「従来の技術」 ＣＺ法によるシリコン単結晶の製造においては、結晶引
き上げによる溶湯量減少に伴い、溶湯と石英ルツボとの
接触面積が変化し、ルツボからの酸素溶出量が変化する
。しかし最近では、半導体素子基板としてのシリコン単
結晶に、酸素濃度とドーパント濃度の双方に厳しい許容
規格が設けられており、このため、引き上げられた単結
晶のうち半導体素子として使用可能なのは一部分にしか
過ぎず、原料の歩留まりが悪い問題があった。

そこでこの問題を改善するため、結晶の引き上げ量に応
じて、顆粒状シリコン原料を供給管を通じてルツボ内に
順次供給して溶湯量を一定に保ち、溶湯条件の変化を防
ぐようにした装置が従来より各種提案されている（例え
ば特公昭５Ｌ−４０１１９号）。

「発明が解決しようとする問題点」 しかし上記の装置では、温度の低い原料か直接高温の溶
湯（約１４００℃）に投入されるため、溶湯温度が低下
し、結晶成長部に欠陥発生等の悪影響を与えろ問題があ
った。特に、ルツボが小形の場合や、単結晶の成長を速
めるために引上速度を通常より大きくしている場合には
、溶湯温度低下が顕著となり、投入された原料が溶けき
らなかったり、溶湯表面周縁から溶湯が凝固することも
あった。

また上記装置では、単結晶を引き上げている間に溶湯が
石英ルツボと反応して揮発性のＳｉＯを生じるため、こ
のＳｉＯが蒸発して再びルツボの上端縁や単結晶棒およ
びチャンバー内壁に凝結し、この凝結物が溶湯中に落下
して単結晶に転位等の欠陥を生じる問題があった。

これを改善するため、従来の装置においても不活性ガス
を炉体の上部から下部へと流してＳｉＯ排出を図ってい
るが、ＳｉＯガスは比較的小いため、ルツボ内の溶湯近
傍に滞留して排出されにくく、十分な解決には至ってい
ない。

「問題点を解決する手段」 本発明は上記問題を解決するためになされたもので、溶
湯に原料を供給する供給管を通じて雰囲気ガスを外部に
排出する排気機構を設けたことを特徴とし、これにより
溶湯近傍の高温雰囲気ガスを供給管の中に吸い込んで、
供給管内で降下する原料と接触させ、原料を加熱して原
料投入に伴う溶湯温度の低下を防ぐ。同時に、ルツボ近
くに滞るＳｉＯガスを強制的に排出し、凝結ＳｉＯの溶
湯への落下に起因する結晶欠陥の発生を防ぐ。

「実施例」 第１図は、本発明に係わる結晶育成装置の一実施例を示
す縦断面図である。

図中符号ｌは炉体、２は断熱材、３は加熱ヒータ、４は
回転軸５の上端に固定された黒鉛サセプタ、６は黒鉛サ
セプタ４にはめ込まれた石英ルツボであり、このルツボ
６の上方には、下端にシードＳを固定した引上ワイヤ７
を昇降する引上機溝８が設けられている。

前記炉体ｌには、上部にガス導入口９が、下部にガス排
出口ＩＯが形成され、炉体ｌ内にＡｒ等の不活性ガスが
通されるようになっている。また、炉体ｌの中部には壁
面を貫通して原料供給管ＩＩが固定され、その上端部が
スクリュウフィーダ１２とホッパー１３とからなる原料
供給機構に連結されろとともに、下端部はルツボ６内の
溶湯Ｙの液面近くに位置決めされている。また、炉体１
外において供給管１１の上面に排気管１４が接続され、
この排気管１４が排気ポンプ１５（排気機構）の吸気口
に連結されている。

上記構成の結晶育成装置を使用する場合は、単結晶引き
上げの進行に伴い、スクリュウフィーダ１２を回転させ
原料を供給管１１を通じて溶＊Ｙに投下しつつ、排気ポ
ンプ１５を作動させて溶湯Ｙ近くの高温雰囲気ガスを供
給管１１と排気管１４を通して外部へ排出する。これに
より、供給管１１内を転がり落ちる原料は、管内を上昇
してくる高温雰囲気ガスとむらなく接触し、高温に加熱
された状態で溶湯Ｙへと投入される。したがって、原料
投入に伴う溶湯温度の低下が従来装置と比して格段に小
さく、原料が溶けきらなかったり、溶湯Ｙが周辺から凝
固するといったことがなく、単結晶成長部の温度変化に
よる結晶欠陥の発生等も防げる。

また、本装置によれば、ルツボ６内に滞留しやすいＳｉ
Ｏガスを発生直後に供給管１１を通じて効果的に排出で
きるので、ＳｉＯガスがルツボ６の上端縁で凝結して溶
湯に落下し、単結晶に転位等の欠陥が生じることを防げ
る。

なお上記実施例では、供給管１１として円筒型のパイプ
をそのまま用いていたが、第２図〜第６図に示すように
、原料の落下を遅ら仕る構造を設けた供給管２０を使用
してもよい。

第２図は、供給管２０の内面に互い違いに複数の邪魔板
２１を下傾状態に固定したもので、原料が管内の各邪魔
板２１に次々衝突しつつ、曲がりくねって降下するため
、管内を上昇する高温雰囲気ガスとの接触時間が長く、
原料の加熱がより効果的に行なわれろ利点がある。

第３図は、供給管、２０の壁を交互に反対方向から凹ま
せて管内に凸部２２を形成したしので、第２図と同様の
効果が得られ、供給管製造コストはより安く済む。

第４図は、供給管２０自体を波型または螺旋状に曲げて
成形したもので、管径が比較的小さい場合に好適である
。

第５図は、供給管２０の中途部にループ２３を形成した
もの。

第６図は、供給管２０の下端部を球状に膨らませて貯留
部２４を形成し、その下端面に小さな孔２５を形成した
もので、貯留部２４に所望量の原料が溜まりつつ、原料
が孔２５から少しづつ落下するように各部首法を設定す
れば、原料を効果的に加熱できる。

なお、第１図示の装置では、排気ポンプ１５により排気
機構を構成していたが、その代わりに流量調節バルブを
介して炉体ｌの排出口ｌＯに連なる排気路に接続しても
よく、その場合には排気ポンプ１５が要らない分、設備
コストを削減できる。

また供給管の形状は、上記以外にも種々の変形が可能で
ある。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明の結晶育成装置においては
、単結晶引き上げ時に原料供給とともに溶湯近くの高温
雰囲気ガスを供給管を通じて外部へと排出することによ
り、供給管内を落下する原料と高温雰囲気ガスとを接触
させ、原料をむら無く加熱して溶湯へと投入する。した
がって、原料投入に伴なう溶湯温度の低下が少なく、投
入された原料が溶けきらなかったり、溶湯が凝固すると
いった不具合を防ぎ、単結晶成長部の温度変化に起因す
る結晶欠陥の発生も防ぎ得る。

また、ルツボ内に滞留しやすいＳｉＯ等の不純物ガスを
供給管を通じて効果的に排出できるので、この不純物ガ
スが凝結して溶湯に落下し、単結晶に転位等の欠陥を引
き起こすことも防げる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる結晶育成装置の一実施例を示す
縦断面図、第２図〜第６図は同装置の要部の変形例を示
す説明図である。 １・・・炉体、　　　　　６・・・ルツボ、７・・・引
上ワイヤ、　　８・・・引上機構、１１・・・供給管、
　　　１２．１３・・・原料供給機構１４・・排気管、
　　　１５・・・排気機構、２０・・・供給管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　多結晶を溶融して溶湯とするルツボと、前記溶湯に多
   結晶原料を供給するための供給管と、前記ルツボ内の溶
   湯から単結晶を引き上げる引上機構とを備えた結晶育成
   装置において、 前記供給管を通じてルツボ近傍の雰囲気ガスを外部に排
   出する排気機構を設けたことを特徴とする結晶育成装置
   。