JPH01224292A

JPH01224292A - 結晶成長装置

Info

Publication number: JPH01224292A
Application number: JP5009988A
Authority: JP
Inventors: Ritsuo Takizawa; 滝沢　律夫
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-03-03
Filing date: 1988-03-03
Publication date: 1989-09-07

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】〔概要〕チョクラルスキー法による半導体結晶成長装置に関し。

成長後の半導体結晶を安全に、かつ無傷で取り出すこと
ができるようにすることを目的とし。

半導体の融液を満たしたルツボと、ルツボの中の半導体
の融液を加熱するためのヒータとを内蔵し。

半導体の融液から種結晶をワイヤあるいは支持棒により
引き上げて半導体の結晶を成長させるための第１の成長
室と、この第１の成長室に固着された保持支柱を軸とし
て回転自在に設けられており。

第１の成長室内で成長された半導体の結晶を収納するた
めの第２の成長室とからなる結晶成長装置において、第
２の成長室内に、成長された半導体の結晶を収納するた
めのサセプタを設け、サセプタの底部に、成長が終了し
た半導体の結晶を保持するための保持プレートを取り外
し自在に設け。

サセプタの内部に、サセプタとは独立に、その中に空気
を吸入して膨張させ、成長が終了した半導体の結晶を包
むためのエア・ホルダを設けるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、結晶成長装置、特にチックラルスキー法によ
る半導体結晶成長装置に関する。

半導体材料の結晶成長には、主に、引き上げ法（Ｃｚｏ
ｃｈｒａｌｓｋｉ法、ＣＺ法）とフロート・ゾーン法（
浮遊帯域溶融法、　ｆｌｏａｔ　ｚｏｎｅ法、ＦＺ法）
との２種類の方法がある。

現在、半導体産業で用いられている材料結晶の９０％以
上がＣＺ法による結晶であり、その口径も次第に大きく
なってきている。

ＣＺ結晶の口径が大きくなると、必然的に結晶重置も増
大する。４インチφの結晶で約１０ｋｇ。

８インチφの結晶では４０ｋｇ以上になる。

その結果、成長後の結晶を安全に、かつ無傷で結晶成長
装置から取り出すことが困難になってきており、そのた
めの対策が必要とされている。

〔従来の技術〕

第３図は、従来例を示す図である。

第３回において、３０１は成長室Ａ、３０２は成長室８
．３０３は保持支柱、３０４はルツボ。

３０５は残留Ｓｉ、３０６はヒータ、３０７はワイヤあ
るいは支持棒、３０８はＳ１結晶、３０９はシード、３
１０はシード・チャック、３１１はネック部である。

成長室Ａ３０１は、　Ｓｉの融液（メルト）を満たした
ルツボ３０４およびＳｉのメルトを加熱するためのヒー
タ３０６を内蔵している。

成長室Ｂ５０２は、成長室Ａ３０１内で成長されたＳｉ
結晶３０８を収納する部分であるゆ保持支柱３０３は、
成長室Ａ３０１に固着されており、成長室Ｂ５０２を回
転自在に保持している。

ルツボ３０４は２石英などからなり、その中にＳｉの融
液（メルト）が満たされる。

残留５ｉ３０５は、　Ｓｉ結晶３０８の成長終了後にル
ツボ３０４内に残留したＳｉのメルトである。

ヒータ３０６は、カーボンなどからなり、ルツボ３０４
内に満たされたＳｉの融液（メルト）を加熱するための
ものである。

−ワイヤあるいは支持棒３０７は、　Ｓｉ結晶３０８を
引き上げるためのものである。

Ｓｉ結晶３０８は、成長室Ａ３０１内でルツボ３０４内
のＳｉの融液（メルト）からワイヤあるいは支持棒３０
７の先端に固着されたシード（種結晶）３０９を引き上
げることにより成長される。

シード３０９は、Ｓｉ結晶３０８を成長させるためのち
とになるＳｉの種結晶である。

シード・チャック３１０は、アルミナなどからなり、シ
ード３０９をワイヤあるいは支持棒３０７の先端に固着
させるためのものである。

ネック部３１１は、シード３０９の先に結晶成長を開始
した時に導入される結晶欠陥がＳｉ結晶３０８の中に導
入されないように、その直径を絞った部分であり３通常
、３〜４鶴φ程度である。

以下、第３図に示した従来の結晶成長装置の動作を説明
する。

まず、成長室Ａ３０１内のルツボ３０４の中に多結晶Ｓ
ｉをを入れ、ワイヤ３０７の先端に設けられたシード・
チャック３１０にＳｉの種結晶（シード３０９）を取り
付ける。

次いで、成長室Ｂ５０２を保持支柱３０３を軸にして回
動させ、成長室Ａ３０１の上に密着させ。

成長室Ａ３０１および成長室Ｂ５０２内を約数Ｔ。

ｒｒに減圧し、　Ａｒガスを導入する。

この状態で、成長室Ａ３０１内のヒータ３０６によりル
ツボ３０４の中の多結晶Ｓｉを加熱してＳｉを溶解させ
、　Ｓｉの融液（メルト）を作る。

その後、ワイヤ３０７を下げ、その先端に設けられたシ
ード・チャック３１０に取り付けられたＳｉの種結晶で
あるシード３０９をルツボ３０４の中のＳｉのメルトに
接触させた後、ワイヤ３０７を回転させながら引き上げ
ることにより、棒状のＳｉ結晶の成長を行う。

この時、成長開始時の熱応力により導入された結晶欠陥
がＳｉ結晶３０８に導入されるのを防止するために、−
度、　Ｓｉ結晶３０８の直径を細（絞って９、ネック部
３１１を形成する。ネック部３１１の直径は１通常、３
〜４ｔｍφ程度である。

成長されたＳｉ結晶３０８は、成長室Ｂ５０２内に収納
されていく。

結晶成長が終了したら、ヒータ３０６の加熱を停止し、
成長室Ａ３０１および成長室Ｂ５０２を冷却させる。成
長室Ａ３０１および成長室Ｂ５０２が充分に冷却された
ら、成長が終了したＳｉ結晶３０８を成長室Ｂ５０２内
に引き上げる。

そして、成長室Ｂ５０２を成長室Ａ３０１から切り離し
、保持支柱３０３を軸にして静かに回転させて、横に振
る。この状態で、ワイヤ３０７を下に伸ばして、　Ｓｉ
結晶３０８を降下させて、成長室Ｂ５０２から取り出す
。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の結晶成長装置では、結晶成長が終了した後、　Ｓ
ｉ結晶を収納した成長室Ｂを保持支柱を軸にして回転さ
せ、横に振る時に、Ｓｉ結晶が揺れて。

ネック部が折れたり、　Ｓｉ結晶が成長室Ｂの内壁に当
たって傷が付くという問題があった。

この問題は、シードの保持をワイヤの代わりに支持棒で
行っても解決されない。

Ｓｉ結晶の口径が小さいものや長さの短いものは。

結晶を手で押さえながら成長室Ｂを横に振ることもでき
るが、信頼性は低い、また、大口径のものや長尺のもの
では、結晶を手で押さえながら成長室Ｂを横に振ること
は、不可能である。　本発明は、成長後の半導体結晶を
安全に、かつ無傷で取り出すことができる結晶成長装置
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために１本発明の結晶成長装置は、
半導体の融液を満たしたルツボと、ルツボの中の半導体
の融液を加熱するためのヒータとを内蔵し、半導体の融
液から種結晶をワイヤあるいは支持棒により引き上げて
半導体の結晶を成長させるための第１の成長室と、この
第１の成長室に固着された保持支柱を軸として回転自在
に設けられており、第１の成長室内で成長された半導体
の結晶を収納するための第２の成長室とからなる結晶成
長装置において、第２の成長室内に、成長された半導体
の結晶を収納するためのサセプタを設け、サセプタの底
部に、成長が終了した半導体の結晶を保持するための保
持プレートを取り外し自在に設け、サセプタの内部に、
サセプタとは独立に、その中に空気を吸入して膨張させ
、成長が終了した半導体の結晶を包むためのエア・ホル
ダを設けるように構成する。

〔作用〕

本発明の結晶成長装置では、従来例の成長室Ｂに相当す
る第２の成長室内にサセプタを設け、このサセプタ内に
、サセプタとは独立して、エア・ホルダが装着できるよ
うにしである。

結晶成長が終了し、従来例の成長室Ａに相当する第１の
成長室および第２の成長室の中が充分に冷却されたら、
結晶を第２の成長室内に設けたサセプタの内側に引き上
げる。

結晶がサセプタに納まったら、サセプタの底部に保持プ
レートを挿入して、結晶の落下を防止する。そして、空
気が抜けているエア・ホルダをサセプタ内部に装着し、
結晶を包み込むようにする。

その後、エア・ホルダに空気を導入して膨張させ。

それにより、結晶をサセプタに固定する。

この状態で、第２の成長室を第１の成長室から切り離し
、第２の成長室を保持支柱を軸にして回転させて横に振
る。そして、結晶が固定されたサセプタを降下させた後
、エア・ホルダの中の空気を排気してエア・ホルダをし
ぼませて結晶を取り出す。

このように１本発明の結晶成長装置では、結晶成長が終
了した結晶をエア・ホルダで包み、それをサセプタに固
定した状態で、第２の成長室を横に振るので、結晶が揺
れることがなくなる。したがって、結晶のネック部が折
れることはなく、また、結晶が第２の成長室の内壁に当
たって傷が付くということもない。しかも、仮にネック
部が折れても結晶が落下することがなく安全である。

〔実施例〕

第１図は１本発明の１実施例構成図である。

第１図において、１０１は成長室Ａ、１０２は成長室Ｂ
、１０３は保持支柱、１０４はルツボ。

１０５は残留Ｓｉ、１０６はヒータ、１０７はワイヤあ
るいは支持棒、１０８はＳｉ結晶、１０９はサセプタ、
１１０は保持プレート、ｉｉｔはエア・ホルダ、１１２
は空気吸入口、１１３はサセプタ駆動ギヤである。

成長室Ａ１０１は、　Ｓｉの融液（メルト）を満たした
ルツボ１０４およびＳｉのメルトを加熱するためのヒー
タ１０６を内蔵している。

成長室Ｂ１０２は、成長室Ａｌ０１内で成長されたＳｉ
結晶１０８を収納する部分である。

保持支柱１０３は、成長室Ａｌ０Ｉに固着されており、
成長室Ｂ１０２を回転自在に保持している。

ルツボ１０４は３石英などからなり、その中にＳｉの融
液（メルト）が満たされる。

残留５ｉ１０５は、　Ｓｉ結晶１０８の成長終了後にル
ツボ１０４内に残留したＳｉのメルトである。

ヒータ１０６は、カーボンなどからなり、ルツボ１０４
内に満たされたＳｉの融液（メルト）を加熱するための
ものである。

ワイヤあるいは支持棒１０７は、Ｓｌ結晶１０８を引き
上げるためのものである。

Ｓｉ結晶１０８は、成長室Ａ１０１内でルツボ１０４内
のＳｔの融液（メルト）からワイヤあるいは支持棒１０
７の先端に固着されたシード（種結晶）を引き上げるこ
とにより成長される。

サセプタ１０９は、ステンレスなどからなり。

内部にエア・ホルダ１１１を装着することができるよう
になっている。

保持プレート１１０は、サセプタ１０９の底部に挿入さ
れ、　Ｓｉ結晶１０８が落下しないように保持する。

エア・ホルダ１１１は、シリコーン・ゴムなどからなり
、結晶成長が終了したＳｉ結晶１０８を包み込むように
袋状の形状をしている。

空気吸入口１１２は、エア・ホルダ１１１の中に空気を
導入するためのものである。

サセプタ駆動ギヤ１１３は、サセプタ１０９を上下動さ
せるためのものである。

第２図（ａ）および（ｂ）は、サセプタ詳細図である。

第２図＜ａ＞はサセプタを第１図の右方向から見た図で
あり、第２図（ｂ）はサセプタを第１図の正面方向から
見た図である。

サセプタは１本発明において、特に重要な役割を果たし
ているので、第２図を用いて、その構造を詳細に説明す
る。

第２図において、２０１はワイヤあるいは支持棒、２０
２はＳｉ結晶、２０３はサセプタ本体、２０４は保持プ
レー）、２０５はエア・ホルダ、２０６は空気吸入口、
２０７はサセプタ駆動ギヤである。

ワイヤあるいは支持棒２０１は、Ｓｉ結晶２０２を引き
上げるためのものである。

Ｓｉ結晶２０２は、第１図に示した成長室ＡＩＤｌ内で
ルツボ１０４内のＳｉの融液（メルト）からワイヤある
いは支持棒２０１の先端に固着されたシード（種結晶）
を引き上げることにより成長される。

サセプタ本体２０３は、ステンレスなどからなり、内部
にエア・ホルダ２０５を装着することができるようにな
っている。

保持プレート２０４は、サセプタ２０３の底部に挿入さ
れ、　Ｓｉ結晶２０２が落下しないように保持する。

エア・ホルダ２０５は、シリコーン・ゴムなどからなり
、結晶成長が終了したＳｉ結晶２０２を包み込むように
袋状の形状をしている。

空気吸入口２０６は、エア・ホルダ２０５の中に空気を
導入するためのものである。

サセプタ駆動ギヤ２０７は、サセプタ本体２０３を上下
動させるためのものである。

次に、第１図に示した本実施例の結晶成長装置の動作を
説明する。

まず、成長室Ａｌ０Ｉ内のルツボ１０４の中に多結晶Ｓ
ｉをを入れ、ワイヤあるいは支持棒１０７の先端に設け
られたソード・チャックにＳｉの種結晶（シード）を取
り付ける。

次いで、成長室Ｂ１０２を保持支柱１０３を軸にして回
動させ、成長室Ａｌ０Ｉの上に密着させ。

成長室Ａｌ０Ｉおよび成長室Ｂ１０２内を約数Ｔ。

ｒｒに減圧し、　Ａｒガスを導入する。

この状態で、成長室−Ａ１０１内のヒータ１０６により
ルツボ１０４の中の多結晶Ｓｉを加熱してＳｉを溶解さ
せ、　Ｓｉの融液（メルト）を作る。

その後、ワイヤあるいは支持棒１０７を下げ。

その先端に設けられたシード・チャックに取り付けられ
たＳｉの種結晶であるシードをルツボ１０４の中のＳｉ
のメルトに接触させた後、ワイヤあるいは支持棒１０７
を回転させながら引き上げることにより、棒状のＳｉ結
晶１０８の成長を行う。

この時、成長開始時の熱応力により導入された結晶欠陥
がＳｉ結晶１０８に導入されるのを防止するために、−
度、　Ｓｉ結晶１０Ｂの直径を細く絞って、ネック部を
形成する。ネック部の直径は、３〜４ｍφ程度である。

成長されたＳｉ結晶１０８は、成長室Ｂ１０２内に収納
されていく。

結晶成長が終了したら、ヒータ１０６の加熱を停止し、
成長室Ａｌ０Ｉおよび成長室Ｂ１０２を冷却させる。成
長室Ａ１０１および成長室ＢＩＯ２が充分に冷却された
ら、成長が終了したＳｉ結晶１０８を成長室Ｂ１０２内
に引き上げ、全体が成長室Ｂ１０２内に設けたサセプタ
１０９の中に包まれるようにする。

そして、Ｓｉ結晶１０８の落下を防止するために。

サセプタ１０９の底部に保持プレート１１０を挿入する
。その後、空気が抜けているエア・ホルダ１１１をサセ
プタ１０９の内部に、結晶を包み込むように装着する。

そして、空気吸入口１１２からエア・ホルダ１１１の中
に空気を導入してエア・ホルダ１１１を膨張させてＳｉ
結晶１０８をサセプタ１０９に固定する。

さらに、成長室Ｂ１０２を成長室Ａｌ０Ｌから切り離し
、保持支柱１０３を軸にして静かに回転させて、横に振
る。この状態で、サセプタ駆動ギヤ１１３を駆動してサ
セプタ１０９を成長室Ｂ１０２の外まで降下させる。

最後に、エア・ホルダ１１１の中の空気を排気してエア
・ホルダ１１１をしぼませてＳｉ結晶１０８を取り出す
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、結晶をエア・ホルダで包み込んでいる
ので、どのような形状の結晶でも安定に固定することが
でき、したがって、結晶を成長室から取り出す際に、結
晶が揺れて成長室の内壁に衝突して傷が付くことがない
。

また、結晶の下部を保持プレートで保持しているので、
結晶のネック部が折れても、結晶が落下することを防止
することができる。

このように１本発明に′よれば、結晶を安全、かつ無傷
で成長室から取り出すことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例構成図、第２図はサセプタ詳
細図、第３図は従来例を示す図である。第１図において１０１：成長室ＡｌＯ２：成長室Ｂ１０３：保持支柱１０４ニルツボ１０５：残留５ｔ１０６：ヒータ１０７：ワイヤ／支持棒１０８：Ｓｉ結晶１０９：サセプタ１１０：保持プレート１１１：エア・ホルダ１１２：空気吸入口１１３：サセプタ駆動ギヤ

Claims

【特許請求の範囲】　半導体の融液を満たしたルツボ（１０４）と、ルツボ
（１０４）の中の半導体の融液を加熱するためのヒータ
（１０６）とを内蔵し、半導体の融液から種結晶をワイ
ヤあるいは支持棒（１０７）により引き上げて半導体の
結晶（１０８）を成長させるための第１の成長室（１０
１）と、この第１の成長室（１０１）に固着された保持
支柱（１０３）を軸として回転自在に設けられており、
第１の成長室（１０１）内で成長された半導体の結晶（
１０８）を収納するための第２の成長室（１０２）とか
らなる結晶成長装置において、第２の成長室（１０２）内に、成長された半導体の結晶
（１０８）を収納するためのサセプタ（１０９）を設け
、サセプタ（１０９）の底部に、成長が終了した半導体の
結晶（１０８）を保持するための保持プレート（１１０
）を取り外し自在に設け、サセプタ（１０９）の内部に、サセプタ（１０９）とは
独立に、その中に空気を吸入して膨張させ、成長が終了
した半導体の結晶（１０８）を包むためのエア・ホルダ
（１１１）を設けたことを特徴とする結晶成長装置。