JPH0511074B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多重構造のルツボを用いて、半導体
単結晶を引上げ育成すると同時に、原料を上記ル
ツボ内に連続的に供給する半導体単結晶育成装置
および育成方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、バツチ式のシリコン単結晶育成装置にあ
つては、石英ルツボ内のシリコン融液量が単結晶
育成とともに減少し、この結果として１本の単結
晶中の品質（酸素濃度、結晶成長界面、ドーパン
ト濃度）が結晶の長手方向で変化するという問題
がある。すなわち、酸素濃度は、石英ルツボから
シリコン融液内に溶出する酸素量に依存するた
め、石英ルツボ内のシリコン融液が変化するのに
伴つて変化する。また、シリコン融液量が変化す
るのに伴つて炉内の熱分布と融液対流とが変化す
るため、結晶成長界面が変化する。さらに、一般
に、シリコン単結晶の電気伝導度を制御するため
に、リン、ホウ素、アンチモン等のドーパントを
添加するが、これらの不純物原子の偏析係数が１
ではないため、結晶育成にしたがつて結晶中のド
ーパント濃度が異なる。

このように、１本の単結晶中の品質がその長手
方向で変化するために、１本の単結晶のうち一部
分しか所望の品質にならないという問題があつ
た。また、バツチ式においては、生産性が低いと
いう問題があつた。

これらの問題点を解決するものとして、原料を
石英ルツボに供給しながら同時に単結晶を育成す
る連続単結晶引上げ育成装置が従来から提案され
てきている。このうち、最も構造の簡単なものと
して、多重構造の石英ルツボと粉末、塊状、また
は顆粒状の原料の連続投入とを組み合わせた引上
げ育成装置が知られている（例えば、
USP2892739号、特開昭61−36197号公報参照）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来の装置によつてシリコ
ン単結晶を育成する場合には次のような問題があ
つた。すなわち、シリコンの融液温度は1420℃以
上であるのに対して、ルツボとして使用する石英
は温度1100℃以上で軟化し高温になればなるほど
軟化する。この結果、グラフアイトサセプタによ
つて支えられた外側の石英ルツボについて元来の
形状から大きく変化することがなく、単結晶育成
に困難はないが、支持機構の充分ではない内側の
ルツボは変形が激しく単結晶育成が困難になる。

そして、このルツボの変形は、単結晶の育成時
よりも、引上サイクルの初期において充填した原
料シリコンを溶解する際に大量の熱量を必要と
し、炉内温度が最も高くなるため、最大となる。
この状態を示したのが、第６図ないし第９図であ
り、これらの図において符号１，１′は円筒状及
び有底円筒状の内ルツボ、２は外ルツボ、３はグ
ラフアイトサセプタ、４はヒーター、５は初期投
入原料、６はシリコン融液を示している。

また、石英は断熱効果が高く、内ルツボ１，
１′の内側の温度は、その外側の温度に比べて低
い。このことは、結晶育成時には、内ルツボ１，
１′と外ルツボ２との間に供給された原料シリコ
ンを効率良く溶解できるので都合が良いが、初期
充填された原料シリコンを溶解する際には、内ル
ツボ１，１′に遮断されて加熱ヒーター４からの
熱が内部に充分に伝えられないため、溶解の効率
が低い。そして、溶解時間を短縮しようとして、
大量の熱を供給すると、上述した内ルツボ１，
１′の変形の問題が大きくなる。

さらに、内ルツボの変形を抑えるために、第１
０図に示すように、内ルツボ１′を支持部材７を
介して固定部８に固定した構成のものも知られて
いるが（特開昭55−47300号公報参照）、この場合
には、内ルツボ１′が外ルツボ２とともに回転で
きない。シリコン単結晶の育成には通常5rpm〜
10rpmのルツボ回転が必要でルツボ回転がない場
合には単結晶化か難しいという問題がある。

また、２重構造のルツボにおいて、その内ルツ
ボ体を上下動及び回転を行える機構としては特開
昭58−204895号があるが、この方法においては必
然的に引上機自体が大型、複雑化し、装置が高価
になるという欠点があつた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、ルツボ内の充填原料の
溶解時において、未然に内ルツボ体の熱変形を防
止でき、しかも溶解効率が極めて高い上に、結晶
育成時に内ルツボ体も回転できて円滑に単結晶を
引上げ育成できる、構造の簡単な半導体単結晶育
成装置および育成方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明の半導体単
結晶育成装置は、加熱ヒーターの上方に設けられ
た係止部材に、多重構造のルツボの内ルツボ体を
支持した保持具を着脱自在に設け、かつこの保持
具の下部に、上記ルツボの外ルツボ体を支持する
サセプタの上縁部に単結晶引上げ育成に際して接
触する載置面を形成したものである。一方、本発
明の育成方法は、前記装置を用いて、初期原料充
填溶解時に、前記係止部材の突起部に前記保持具
の突起部を係合することにより内ルツボ体を外ル
ツボ体の上方に退避させ、外ルツボ体のみを用い
て原料を溶解したうえ、原料溶解後に外ルツボ体
を上昇させて、外ルツボ体を支持しているサセプ
タにより保持具を持ち上げ、さらに所定角度回動
させて保持具と係止部材との係合を解除し、外ル
ツボ体内に内ルツボ体を収納して多重構造のルツ
ボとした後、外ルツボ体と内ルツボ体の間隙に原
料を連続供給しつつ単結晶の引き上げ育成を行な
うことを特徴とする。

〔作用〕

本発明の半導体単結晶育成装置および育成方法
にあつては、初期原料充填溶解時に、係止部材の
突起部に保持具の突起部を係合することによつ
て、ルツボの内ルツボ体を外ルツボ体の上方に退
避させ、外ルツボ体のみを用いて原料を溶解し
て、内ルツボ体の熱変形を防止し、次いで、原料
溶解後に、外ルツボ体を上昇させて外ルツボ体を
支持しているサセプタによつて保持具を持ち上
げ、さらに所定角度回動させて保持具と係止部材
との係合状態を解除し、外ルツボ体内に内ルツボ
体を収納して多重構造のルツボとした後、このル
ツボを結晶育成の所望位置に設定し、単結晶の引
上げ育成を行なう。これにより、初期原料溶解時
に、内ルツボ体の熱変形及び溶解効率の低下の問
題が生ぜず、かつ単結晶引上げ育成時に、原料供
給による熱的、機械的振動を内ルツボ体で回避で
き、さらに、内外ルツボ体が同時に回転できて円
滑に単結晶を育成できる。また、高温、減圧下の
シリコン単結晶引上機内に複雑な装置を付加する
ことなく、上記簡単な構成及び通常の引上機に備
わる機構だけでよいので、製作費が嵩まず、保守
点検が容易な上に、結晶育成にも悪影響を及ぼす
ことがない。

〔実施例〕

以下、第１図ないし第４図に基づいて本発明の
一実施例を説明する。

図中符号１０は炉本体内のほぼ中央部に設けら
れた石英ルツボであり、この石英ルツボ１０の外
ルツボ体１１は、グラフアイトサセプタ１２によ
つて保持されている。そして、このグラフアイト
サセプタ１２の下端部は、昇降自在かつ回転可能
な下軸１３に取付けられている。下軸１３のこの
機能は通常のシリコン引上機には本質的に備わつ
ている。また、上記グラフアイトサセプタ１２の
周囲には、ヒーター１４が設置されると共に、こ
のヒーター１４と上記炉本体の内壁との間には保
温筒１５が配置されている。そして、保温筒１５
の上面には、アツパーリング１６が取付けられて
おり、このアツパーリング１６の内縁部には、複
数個（図面においては４個）の突起部１６ａが形
成されている。このアツパーリング１６の各突起
部１６ａには、環状の保持具１７の外縁部に形成
された複数個（図面においては４個）の突起部１
７ａが係脱することにより、該保持具１７がアツ
パーリング１６に着脱自在に支持されている。さ
らに、上記保持具１７の各突起部１７ａの外径よ
り、アツパーリング１６の突起部１６ａの内径が
小さく、かつアツパーリング１６の他の部分の内
径及びヒーター１４の内径がともに大きく設定さ
れている。そして、上記保持具１７の内縁側に
は、上記突起部１７ａに対向して、保持部１７ｂ
が突設されており、これらの保持部１７ｂには、
上記石英ルツボ１０の内ルツボ体１８が設けられ
ている。さらに、上記保持具１７の下端外周部に
は、上記グラフアイトサセプタ１２の内周部に形
成された傾斜面１２ａに接触する載置面１７ｃが
形成されている。

なお、図示されていないが、従来同様、炉本体
の上部には、種結晶を保持するワイヤを昇降かつ
回転させるための引上げ機構が設置されている。

上記のように構成されたシリコン単結晶育成装
置を用いて、シリコン単結晶を引上げ育成する場
合には、まず、シリコン多結晶原料を外ルツボ体
１１の中に装入すると共に、内ルツボ体１８を支
持している保持具１７を、第１図に示すように、
アツパーリング１６の突起部１６ａに載せる。次
いで、炉本体内の空気をアルゴンガスで充分排除
した後、ヒーター１４に通電して炉本体を昇温す
る。充填原料を効率よく溶解するルツボの位置
は、通常内筒形加熱ヒーターの下方である。そし
て、初期充填原料が完全に溶解した後、下軸１３
を上昇させて、グラフアイトサセプタ１２の傾斜
面１２ａを保持具１７の載置面１７ｃに接触さ
せ、該保持具１７をアツパーリング１６から少し
浮かせる。次いで、下軸１３を若干回転させ、保
持具１７をアツパーリング１６から引き抜ける位
置に停止させる。そして、下軸１３を下降させ
て、グラフアイトサセプタ１２に保持具１７を介
して内ルツボ体１８が支持されている状態、すな
わち、外ルツボ体１１の内部に内ルツボ体１８が
収納された状態で、石英ルツボ１０を引上げに適
した位置まで下げる（第２図参照）。

続いて、石英ルツボ１０内のシリコン融液の温
度を調整すると共に、該石英ルツボ１０を回転さ
せ、かつ上方より種結晶を下降させシリコン融液
に浸漬した後、従来周知の方法で単結晶の育成を
開始する。すなわち、種結晶を回転させながら引
上げることにより、単結晶のネツク部、肩部に続
いて直胴部を育成する。この直胴部の引上げ育成
中においては、粒状の原料を、内ルツボ体１８と
外ルツボ体１１との間に単結晶の育成量と同量連
続供給して、石英ルツボ１０内のシリコン融液の
量を一定としたまま連続引上げを行なう。

なお、第５図に示すように、上記保持具１７を
保温筒の外方を囲繞しているチヤンバー（炉体）
２０の肩部から垂設した複数本の（図において４
本の）係止具２１（あるいは筒状の係止具）の下
端の突起部２１ａに着脱自在に係合してもよいこ
とは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、加熱ヒーター
の上方に設けられた係止部材に、多重構造のルツ
ボの内ルツボ体を支持した保持具を着脱自在に設
け、かつこの保持具の下部に、上記ルツボの外ル
ツボ体を支持するサセプタの上縁部に単結晶引上
げ育成に際して接触する載置面を形成したもので
あるから、内ルツボ体の変形が少なく、単結晶の
育成に問題を生じることがない。また、初期充填
原料を溶解する時間はそのたびに異なるため、従
来の方法においては、石英ルツボの変形量の異な
つていたが、本発明においては、初期充填原料の
溶解時間が変化しても、内ルツボ体の変形量は一
定しており、円滑に育成することができる。さら
に、初期充填原料を溶解する際に、熱伝導率が低
い内ルツボ体がないので、原料の溶解時間を短縮
でき、生産性の向上を図ることができる。さら
に、アツパーリングと保持具と引上機内の石英ル
ツボ昇降・回転機構とによつて上記効果を実施す
ることができるので、構造が簡単で、保守点検が
容易な上に、結晶育成にも悪影響を及ぼすことが
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例を示す
もので、第１図は内ルツボ体が上方に退避した状
態の概略構成図、第２図は内ルツボ体が外ルツボ
体内に収納された状態の説明図、第３図は保持具
と内ルツボ体とを説明する平面図、第４図はアツ
パーリングの平面図、第５図は本発明の他の実施
例を示す概略構成図、第６図と第７図は従来の単
結晶育成装置の一例を示すもので、第６図は初期
原料充填時の説明図、第７図は原料溶解時の説明
図、第８図と第９図は従来の単結晶育成装置の他
の一例を示すもので、第８図は初期原料充填時の
説明図、第９図は原料溶解時の説明図、第１０図
は従来の単結晶育成装置の別の一例を示す説明図
である。 １０……石英ルツボ、１１……外ルツボ体、１
２……グラフアイトサセプタ、１４……加熱ヒー
ター、１５……保温筒、１６……アツパーリング
（係止部材）、１６ａ，１７ａ……突起部、１７…
…保持具、１７ｃ……載置面、１８……内ルツボ
体、２１……係止具（係止部材）、２１ａ……突
起部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内ルツボ体と外ルツボ体とを備えた多重構造
   のルツボを用いて、単結晶を引上げ育成すると同
   時に、原料を上記ルツボ内に連続的に供給する半
   導体単結晶育成装置において、加熱ヒーターの上
   方に設けられた係止部材に、上記内ルツボ体を支
   持した保持具が、その外縁部に設けた複数個の突
   起部を上記係止部材の突起部に係脱することによ
   つて着脱自在に設けられ、かつこの保持具の下部
   に、上記外ルツボ体を支持するサセプタの上縁部
   に単結晶引上げ育成に際して接触する載置面が形
   成されたことを特徴とする半導体単結晶育成装
   置。 ２ 内ルツボ体と外ルツボ体とからなるルツボを
   具備し、ルツボを加熱する加熱ヒーターの上方に
   設けられた係止部材に、上記内ルツボ体を支持し
   た保持具が、その外縁部に設けられた複数個の突
   起部を上記係止部材の突起部に係脱することによ
   つて着脱自在に設けられ、かつこの保持具の下部
   に上記外ルツボ体を支持するサセプタの上縁部に
   単結晶引き上げ育成に際して接触する載置面が形
   成された半導体単結晶育成装置を用い、 初期原料充填溶解時に、前記係止部材の突起部
   に前記保持具の突起部を係合することにより、内
   ルツボ体を外ルツボ体の上方に退避させ、外ルツ
   ボ体のみを用いて原料を溶解したうえ、原料溶解
   後に外ルツボ体を上昇させて、外ルツボ体を支持
   しているサセプタにより保持具を持ち上げ、さら
   に所定角度回動させて保持具と係止部材との係合
   を解除し、外ルツボ体内に内ルツボ体を収納して
   多重構造のルツボとした後、外ルツボ体と内ルツ
   ボ体の間隙に原料を連続供給しつつ単結晶の引き
   上げ育成を行なうことを特徴とする半導体単結晶
   育成方法。