JPH02243587A - 単結晶の引上方法およびその装置 - 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、チョクラルスキー法によるＳｉやＧａＡｓ等
の半導体あるいは無機化合物等の単結晶の引上方法およ
びその装置に関する。

〔従来の技術１ チョクラルスキー法による単結晶の引上げは５大径の単
結晶インゴットが得られやすいなどの利点があるため、
ＳＬやＧａＡｓ等の単結晶の製造に実用されている。

しかし、この方法によって例えばＰをドーパントとして
ＳＬのインゴットを引上げると、Ｐは固／液間に分配係
数（ｋ、この場合はｋく１）を有するので、インゴット
の成長に伴い融液（メルト）中にＰが濃縮され、１本の
インゴットにおいても、引上開始時の部分（トップ部）
においては目標範囲内のＰ濃度であり、抵抗値も仕様範
囲内になっていても、引上終了時の部分（テイル部）に
おいてはＰ濃度は目標範囲を越える高濃度となリ、従っ
て抵抗値も仕様範囲を逸脱した低い値となり、このため
インゴットのウェハとなる歩留が低くならざるを得なか
った。

これを防ぐには、インゴットに接触しているメルト中の
Ｐ濃度を、インゴットに含有させるＰ濃度および分配係
数を勘案して常に所定値に保つ必要がある。

さらに、同様の理由により、インゴットの横断面におい
てもＰ濃度を所定値内に保つ必要がある。

また、メルトに原料として多結晶粉粒体が連続または間
欠的に供給されている場合には、これによるメルトの振
動やインゴットへの原料の付着により、インゴットの結
晶配列が乱される。

単結晶が引上げられるメルト部分（引上領域）と原料粒
子が供給されるメルト部分とを仕切りによって隔離する
ことによってこれ等の問題点を解決するために、例えば
第２図、第３図および第４図に縦断面模式図を示したる
つぼを使用してインゴットを引上げることが試みられて
いる。

第２図、第３図および第４図において、■はるつぼ、２
は仕切り、３はメルト、４は引上げ中のインゴット、５
は細い中空管、６は連続または間欠的に供給される多結
晶原料粒子である。

第２図に示した仕切り２は有底円筒状で、側壁に細い中
空管５を有し上端を湯面上に突出してメルト３中に浮遊
しており、るつぼ１と仕切り２との間のメルト３に供給
された多結晶原料粒子６は、−旦メルト３に均一に溶解
したのち中空管５を通って仕切り２の内側に入りインゴ
ット４として引上げられる。

従って、インゴット４に接触しているメルト３のドーパ
ント濃度は安定しており、多結晶原料粒子６の供給によ
るメルト３の振動や多結晶原料粒子６のインゴット４へ
の付着を防ぐことができる。

第３図に示した仕切り２は円筒状で、この仕切り２も第
２図に示した仕切りと同様の作用・効果を得ようとする
ものである。

第４図に示した仕切り２は有底円筒状で、側壁の下端か
ら仕切り２の下端の中央にむけて、中空管５を仕切り２
の内部に設けたもので、この仕切り２も第２図に示した
仕切り２と同様の効果を得ようとするものである。

しかし上記３方法とも、いずれも原料粒子を連続的に供
給する場合、供給する原料粒子が室温状態であると、投
入点近傍のメルト温度が大幅に下がり、凝固（Ｆｒｅｅ
ｚｅ）状態が起こる。

これを防ぐためにるつぼの外側に設けられた融液全体を
加熱するヒータ（図示せず）のパワーを上げれば、投入
点近傍のメルト温度は余り下がらず凝固状態も発生しな
くなるが、加熱がメルト全体の加熱になってしまうため
、インゴット引上領域の温度も同時に上がってしまい引
上げが不可能になる。

また、それを避けるために原料粒子の供給速度を遅くす
れば、原料連続供給引上げにおいて生産性が悪化するた
め経済性において不利になる。

また、原料粒子を予め予熱してるつぼに連続供給するこ
とも考えられるが、この場合は原料粒子の予熱系が大掛
かりな設備となること、予熱温度が高いと微粉原料の焼
結がおこり、正常な操業を維持出来なくなる。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上記従来技術の問題点を解決し、インゴットの
引上領域の熱的条件を出来るだけ変化させずに正常な単
結晶の引上げを可能とする条件を保ちつつ、かつ、室温
状態の原料粒子を凝固を生ずることなしに連続供給する
単結晶引上方法と装置を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段］ 本発明は上記課題を解決するために、融液から単結晶を
引上げる方法において、原料粒子を単結晶の引上領域よ
り隔離された融液表面に供給して供給された位置に一時
的に滞留させ、融液全体を加熱する熱源とは別の熱源に
より該原料粒子を該位置にて加熱して融液中に溶解する
ことを特徴とする単結晶の引上方法を提供すると共に、
この方法を実施し得る装置として、単結晶が引上げられ
る融液を収納する有底円筒状るつぼと、るつぼの内面と
間隙を介して対向する環状突起を外周に繞らし、かつ、
るつぼと同軸にるつぼの内側に配設された円筒状仕切り
と、原料粒子をるつぼの内面と仕切りの外面との間に供
給する原料供給手段と、供給された原料粒子を供給され
た位置で照射するレーザ又は赤外線照射手段とを備えた
ことを特徴とする単結晶の引上装置を提供するものであ
る。

［作用］ 本発明は上記課題を解決するために、 ■　室温状態の原料粒子を、融液表面に連続供給した位
置でメルトの凝固を起こさせず直ちに溶解させる。

■　その際、インゴット引上領域の熱的条件を極力乱さ
ないようにするため、インゴット引上領域より仕切った
領域に連続供給し、かつ。

そこで溶解させる。

■　ドーパント濃度の急峻な変化を避けるために、原料
粒子を連続供給・溶解させる領域からインゴット引上領
域にメルトを供給追加する経路を、インゴット引上領域
から遠いるつぼ壁に沿った所に設ける。

としたものである。

本発明を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の方法において、インゴットの引上開始
時のメルトの状態を示す縦断面模式図で、１はインゴッ
ト４が引上げられるメルト３を収容する有底円筒状るつ
ぼで、るつぼ１の側方に設けられた図示されないヒータ
によってメルト３全体が加熱されている。

２は、るつぼ１の内面と間隙８を介して対向する環状突
起７を外周に繞らし、かつ、るつぼ１と同軸の円筒状仕
切りで、仕切り２の上端がメルト３の上面より上方に、
突起７の上面がメルト３の液面より下方に位置するよう
に、るつぼ１より上部の炉構造体から吊下するか、メル
ト３に浮遊させる等の方法により設置される。仕切り２
を上記の位置に設置することにより、原料粒子６の供給
によるメルト３の振動、または原料粒子６のインゴット
４への付着によるインゴット４の多結晶化を防ぐことが
できると共に、るつぼ１の内面、仕切り２の外面および
突起７の上面により区画されたメルト３の上面に、原料
粒子６を一時的に滞留させることができる。

るつぼｌおよび仕切り２の材質はメルト３の種類によっ
て適宜選択され、例えばＰをドーパントとしたＳＬのイ
ンゴットを引上げる場合にはＳ　ｉ　０２が用いられ、
また、るつぼＩ、仕切り２および突起７の大きさは、引
上げるインゴット４の種類および大きさ等を勘案して適
宜決定される。

原料粒子６は、ロータリバルブ等の図示されない原料供
給手段により、るつぼ１の内面と仕切り２の外面との間
のメルト３の表面に連続供給され、供給された位置に一
時的に滞留すると同時に、図示されないレーザ光又は赤
外線発生装置にて発生させたレーザ光又は赤外線ビーム
９等の別の熱源にて供給位置で加熱されて直ちに既存の
メルト３中に溶解する。メルト３の液面と突起７の上面
との距離を小にすると、突起７の上方に存在するメルト
３の量が少なくなり、レーザ光による加熱効果がよくな
る。レーザ光としては、ＣＯ２レーザ、アルゴンガスレ
ーザ、ヤグレーザ等が用いられる。

原料粒子６を溶解したメルト３は、間隙８を通過しろつ
ぼ１の内面に沿ってメルト３の主部に混入するので、イ
ンゴット引上領域のメルト３のドーパント濃度に急峻な
変化を与えることはない。従って、間隙８の幅は成可（
狭いほうがよい。

〔実施例〕

縦断面模式図を第１図に示した装置を用い、ＳｉにＰを
ドーパントとして加えた場合のインゴットの引上げを行
った。

インゴットの直径は約１５５ｍｍ、仕切りは外径３９０
ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、高さ１００ｍｍ。

環状突起は幅２０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、るつぼは内径４
５０ｍｍで、４５ｋｇのメルトを収容している。

仕切りはるつぼ上部の炉構造体から吊下げられており、
仕切り上端のメルト上面からの距離を４０ｍｍ、突起上
面のメルト上面からの距離を１０ｍｍに調節した。

るつぼの内面と突起の先端との距離は、操業当初は約１
０ｍｍで、操業中にるつぼの変形があってもるつぼの内
面と突起の先端が接触しない程度の距離を保持していた
。

多結晶原料粒子を２０ｇ／ｍｉｎの投入量で供給し、投
入点にむけて２００ＷのＣＯ２レーザ光を照射して加熱
・溶解した。

得られたインゴットの長さとＰ濃度との関係を第５図に
示した。また、実施例と同一多結晶原料粒子を用い、第
３図に縦断面模式図を示した装置を用いた従来方法によ
って得られた値も合わせて第５図に示した。破線はバラ
ツキの範囲内を示す。

従来方法においては、Ｐ濃度が目標範囲を越えてしまい
操業が不能となるが、本発明方法においてはインゴット
長さ方向のドーパント濃・度を安定させることができた
。

［発明の効果］ 本発明により、品質の安定したＳｔやＧａＡｓ等の半導
体あるいは無機化合物等の単結晶を経済的に製造するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法において、インゴットの引上開始
時の融液の状態を示す縦断面模式図、第２図、第３図お
よび第４図はそれぞれ従来の方法において用いられたる
つぼの縦断面模式図、第５図は本発明方法と従来方法に
おけるインゴット長さとＰ濃度との関係を示す図である
。 １・・・るつぼ　　　　　　２・・・仕切り３・・・融
液　　　　　　　４−・・インゴット５・・・中空管　
　　　　　６・・・原料粒子７・・・突起　　　　　　
　８・・・間隙９・・・レーザ光、又は赤外線ビーム

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　融液から単結晶を引上げる方法において、原料粒子
   を単結晶の引上領域より隔離された融液表面に供給して
   供給された位置に一時的に滞留させ、融液全体を加熱す
   る熱源とは別の熱源により該原料粒子を該位置にて加熱
   して融液中に溶解することを特徴とする単結晶の引上方
   法。 ２　融液から単結晶を引上げる装置において、単結晶が
   引上げられる融液を収納する有底円筒状るつぼと、るつ
   ぼの内面と間隙を介して対向する環状突起を外周に繞ら
   し、かつ、るつぼと同軸にるつぼの内側に配設された円
   筒状仕切りと、原料粒子をるつぼの内面と仕切りの外面
   との間に供給する原料供給手段と、供給された原料粒子
   を供給された位置で照射するレーザ又は赤外線照射手段
   とを備えたことを特徴とする単結晶の引上装置。