JPH029782A

JPH029782A - 単結晶成長装置

Info

Publication number: JPH029782A
Application number: JP15813788A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Kajimoto; 梶本　努; Yoshihiro Akashi; 義弘明石; Daizo Horie; 堀江　大造; Shinichi Sakurada; 桜田　晋一
Original assignee: KYUSHU ELECTRON METAL CO Ltd; Osaka Titanium Co Ltd
Current assignee: KYUSHU ELECTRON METAL CO Ltd; Osaka Titanium Co Ltd
Priority date: 1988-06-28
Filing date: 1988-06-28
Publication date: 1990-01-12

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）この発明は、坩堝への原料供給構造に工夫を凝らした単
結晶成長装置に関するものである。

（従来の技術）単結晶成長方法として、坩堝内の融液に種結晶を浸しこ
れを回転させつつ上方へ引き上げて上記種結晶下に単結
晶を成長せしめる、所謂チョクラルスキー（ＣＺ）法が
従来から知られている。

そして上記ＣＺ法に依る操業の生産性向上を図る場合、
まず坩堝自体を大径且つ大容量化することが考えられる
が、この手段は設備経費が嵩む。

そこで実際には、単結晶を連続成長させるべく、単結晶
の成長容量に応じて原料を坩堝に投入供給する手段が採
られる。しかしこの場合、投入供給される顆粒状シリコ
ンによって融液が波動し、単結晶成長の成長条件が変動
することになる。この問題点を防止するために、従来の
単結晶成長装置は、坩堝内を単結晶成長領域たる内側領
域と原料投入領域たる外側環状領域とに２分するだめの
隔壁を設け、ヒータの熱を受は外側環状領域内で溶けた
融液を、上記隔壁の下部から内側領域に供給していた。

しかし、単結晶の成長条件を変動させる要因は、上記原
料の投入供給による衝撃のみではなく、種々の変動要因
が存し、それゆえに従来から多くの提案が行われている
（特開昭５７−１８３３９２号、特開昭４７−１０３５
５号等）。

本発明も上記公報記載の開示発明と同様、結晶成長を良
好に行わせるべくなされたものである。

（発明が解決しようとする課Ｂ）すなわち、上述したように従来の一般的な単結晶成長装
置は、坩堝内の融液を一つの円筒状隔壁で仕切り、該隔
壁の下部を通じて原料たる顆粒状のシリコンの融液を外
部環状領域から内部領域へと供給する構造であったが、
顆粒状シリコン等の溶は残りが隔壁の内側（内側領域）
に混入して単結晶の成長条件を乱し、結晶欠陥を誘発し
ていた。

（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目的でなされたもので、筒
状隔壁部材で坩堝内の融液存在部を内側領域と外側環状
領域とに区画してなる単結晶成長装置において、外側環
状領域内の融液をオーバーフローにより内側領域へ供給
すべく、前記筒状隔壁部材を坩堝の内底面に立設し、更
に内側領域の中央部に筒状の波動防止部材を垂設してい
る。そして、好ましくは、前記隔壁部材及び（又は）波
動防止部材は、芯材のまわりに石英を被覆したものを用
いる。

（作　用）上記構成に依れば、未だ不溶の顆粒状シリコン等原料が
外側環状領域内の下方に沈降し、この沈降物が、坩堝の
内底面上に立設されている筒状隔壁部材によつて上記内
側領域への移動を阻止され、外側環状領域内で生成され
た融液のみが筒状隔壁部材の上縁部にオーバーフローし
て内側領域に供給される。そして上記融液のオーバーフ
ローによって生じる波動は、内部領域の中央部に垂設さ
れている筒状の波動防止部材に遮られ、単結晶成長装置
たる波動防止部材の内部に及ばない。

更に、芯材のまわりに石英を被覆したものを隔壁部材等
に用いた場合は、これらの部材が融液中で軟化変形する
のを阻止できる。

（実施例）以下、本考案をその実施例を示す図面に基いて説明する
６図において１はチャンバ、２は保温壁、３は坩堝、４は
ヒータを示している。チャンバｌ内にはその側周に保温
壁２が設けられており、この保温壁２で囲われた中央部
に坩堝３が配設され、この坩堝３と保温壁２との間にヒ
ータ４がこれらとの間に排気用の通気路を構成する間隙
１ｄを隔てて配設されている。

坩堝３の底部中央には、チャンバ１の底壁な貫通させた
勃３ｃの上端か連結され、該軸３Ｃにて回転させつつ昇
降せしめられるようになっている。

チャンバ１の上部壁中央にはチャンバ１内への雰囲気ガ
スの供給口を兼ねる単結晶の引上口１ａが開口され、該
引上口１ａには保護筒５が立設され、この保護筒５の上
端からは引上軸５ａを用いて種結晶５Ｃを掴持するチャ
ック５ｂか吊り下げられ、また、引上軸５ａの上端は、
図示しない回転昇降機構に連繋されており、種結晶５ｃ
を融液になじませた後、回転させつつ上昇させることに
よって、種結晶５０下端に単結晶７を成長せしめるよう
になっている。

チャンバ１内の上方には、前記単結晶７の引上げ域の周
囲に位置させて輻射スクリーン８が、保温壁２の上部か
らその内側域に向しりて張り出した支持台２ａ上に載架
されている。

輻射スクリーン８は、金属製、或いはカーボン類であっ
て、環状リム８ａの外周縁部に円筒形の支持部８ｂを設
け、この支持部８ｂで輻射スクリーン８を保温壁２の上
面に支持し、また、内周縁部には、ここから下方に向か
うに従っ°Ｃｋ’Ｍ径され、中空の逆円錐台形をなす傾
斜状のテーバ部８Ｃを設け、更に、前記内周縁部の上部
には、下端部をここに連結し且つ上端部を単結晶の引上
口１ａを通じて保護筒５内にまで延在し／た円筒部８ｄ
を備えている。

９は、坩堝３内の融液存在部を内外二重に区画すべく坩
堝３の内底面に立設された筒状隔壁部材である。従って
融液の存在部は、原料を投入供給する外側環状領域Ａと
、液体のみ存する内側領域Ｂとに２分されることになる
。９ａは上記筒状隔壁部材９の上縁に形成された凹欠部
である。

１３は、投入される顆粒状シリコン原料がそのまま、内
側領域へオーバーフローするのを阻止するため、輻射ス
クリーン８から垂設された隔壁で、該隔壁１３は坩堝３
の上昇時に融液に浸される状態となる。

また、」１記内側領域Ｂの中央部には、筒状の波動防止
部材１１が垂設されている。

具体的には、上記輻射スクリーン８に対し、その上端部
をボルト・ナツト止め等により固定して、波動防止部材
１１を坩堝３内の中央に垂下させているのであり、該波
動防止部材１１の底縁は、坩堝３の内底部から浮き上っ
た状態とされている。

１０は原料たる顆粒状シリコン（粒径０．１〜２．０ｍ
ｍ）を供給すべく付設される漏斗、１０ａはその原料供
給管を示す。

そして、上記筒状隔壁部材９及び波動防止部材１１とし
ては、補強用芯材に石英をクラッドしたものが使用され
ている。

なお、芯材が石英によって完全に覆われるようにすると
、芯材からのガス発生により石英が膨張破裂するので、
このような場合にはガス抜き孔１２を設ける。

すなわち、坩堝３内に使用される隔壁や内坩堝は、石英
製の場合、融液の熱を受けて軟化変形しやすく、特開昭
６１−２６６３８８号公報において石英の表面をＣＶＤ
　（化学気相）法で窒化珪素そコーティングを行う方途
も提案されているが、窒化珪素コーティングは、石英と
の剥離を生じ、また窒化珪素単体ではコストが高くなる
という問題があるのである。ここで補強用芯材としては
、カーボン、ＳｉＣ等が種として用いられるが、Ｔｉ、
Ｍｏ等の高融点全屈であっても支障はない。

上記構成の本発明実施例装置は下記の如く使用する。

まず、図示しない昇降手段によって坩堝３を下方に位置
させ、波動防止部材１１が坩堝３内の原料と接触しない
よう設定しておく。

次にヒータ４で坩堝３を加熱し、坩堝３に収容した原料
たる顆粒状シリコン（粒径０．１〜２．０ｍｍ）を加熱
溶融する。原料が溶融すると昇降手段を作動して坩堝３
を上昇させ、波動防止部材１１の下端が溶融液下の適宜
位舒（２〜２０ｍｍ）に浸漬されるように、また、波動
防止部材１１の上端か融液面上２０〜３０１皿に位置す
るように、坩堝３の高さを設定する（第１図参照）。

そして、坩堝３はこれを支持する軸３Ｃで回転させ、ま
た、引上げ手段を構成する引上Ｉ＋ｌＩ５　ａを下降し
て種結晶５Ｃを筒状隔壁部材９にて囲われた内側領域の
融液中に浸漬した後、引上軸５ａを回転させつつ所定の
速度で引上げ（例えば１．５ｍｍ／分）、種結晶５Ｃ下
に単結晶７を成長させる。

顆粒状の原料は、漏斗１０から原料供給管１０ａを通っ
て外側環状領域Ａに投入され、該領域Ａにおいてヒータ
ー４の熱で溶融液化され、融液となった原ネ４は、筒状
隔壁部材９の上縁（具体的には、凹欠部９ａ）からオー
バーフローして内側領域Ｂに流入する。かくして内側領
域Ｂに流入する原料によって内側領域Ｂ内に波紋が生じ
るが、該波紋は波動防止部材１１に遮られて、単結晶の
成長部位に到らない。

なお、最初に挿入された原料のタルト開始から、単結晶
の引上げ終了に到るまで、保護筒５の上端に接続した供
給管からＡｒ等の雰囲気ガスが、保護筒５を通じて坩堝
３の内側領域上に上方から導入される。

保護筒５の上方から坩堝３上に下降した雰囲気ガスは、
輻射スクリーン８のテーパ部８Ｃに沿って坩堝３内の融
液表面に達し、内側領域内を外方に向けて流動し、坩堝
３とヒータ４、保温壁２との間に形成された間隙１ｄを
経て、チャンバ１の下部側壁に開口した排気口ＩＣから
図示しない排気ポンプにより吸引排出される。

前述した結晶引上げ過程においては、坩堝３、ヒータ４
、保温壁２及び融液からの輻射熱は輻射スクリーン８に
て遮断され、単結晶７に及ぶことはない、また、融液面
へ顆粒状原料を供給したときに生じる波動、融液の温度
変化、或いは粉塵等が生じるところ、波動、温度変化は
筒状隔壁部材９にて遮断され、結晶引上げを行う内側領
域に及ぶことはない。また、粉塵は外部への流出を抑制
される。

なお、上記説明では原料として顆粒状シリコンを用いる
場合を例に採ったが、破砕小片のシリコンを用いる場合
であってもよく、また、各種の単結晶成長事例に適用し
得ることはいうまでもない。

また、上述の実施例では隔壁部材９は石英を用い、輻射
スクリーン８の材料としてグラファイトを用いる場合に
つき説明したが、何らこれに限るものではなく、成長さ
せるべき単結晶に応じて適宜採択することができる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明に依れば、外側環状領域の
底部が内側領域との連通しておらず、未溶融の原料等が
内側領域に入り込まず、この結果、単結晶の成長が良好
に保全されるという効果を有する。更に、隔壁部材等に
おいて芯材のまわりに石英を被覆したものを用いた場合
は、これらの部材が融液中で軟化変形するのを阻止でき
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は全体縦断面図
、第２図は筒状隔壁部材の斜視図、第３図は筒状隔壁部
材の拡大断面図である。３・・・坩堝　　　　　　　９・・・筒状隔壁部材１１
・・・波動防止部材Ａ・・・外側環状領域　　　Ｂ・・・内側領域特許出願
人　大阪チタニウム製造株式会社特許出願人　九州電子
金居株式会社代　理　人　　弁理士　　森　　　　　正　　澄第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）筒状隔壁部材で坩堝内の融液存在部を内側領域と
外側環状領域とに区画してなる単結晶成長装置において
、外側環状領域内の融液をオーバーフローにより内側領
域へ供給すべく、前記筒状隔壁部材を坩堝の内底面に立
設し、更に内側領域の中央部に筒状の波動防止部材を垂
設したことを特徴とする単結晶成長装置。
（２）筒状隔壁部材で坩堝内の融液存在部を内側領域と
外側環状領域とに区画してなる単結晶成長装置において
、外側環状領域内の融液をオーバーフローにより内側領
域へ供給すべく、前記筒状隔壁部材を坩堝の内底面に立
設し、更に内側領域の中央部に筒状の波動防止部材を垂
設し、前記筒状隔壁部材及び（又は）波動防止部材は芯
材のまわりに石英を被覆したものとなしたことを特徴と
する単結晶成長装置。