JPH0523581Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は坩堝から引上げられる単結晶の成長容
量に応じて坩堝内に結晶の原料を供給し、連続的
な単結晶の引上げを可能とした単結晶成長装置に
関するものである。

〔従来技術〕

単結晶成長方法としては坩堝内の融液に種結晶
を浸し、これを回転させつつ上方に引上げて種結
晶下に単結晶を成長せしめる、所謂チヨクラルス
キー（CZ）法が従来広く知られている。

この方法により半導体チツプ当りのコストダウ
ンが図れる大口径で、しかも長寸の単結晶を得よ
うとする場合、坩堝自体の容量には限りがあるか
ら、単結晶の成長容量に応じて原料を坩堝に供給
する必要があるが、この原料の供給は成長条件を
変化させないように行わねばならない。

このため従来にあつては坩堝の内側に、融液の
通流口を備えた他の坩堝、又は円筒体を配置して
融液面を単結晶を引上げる内側領域と、原料を供
給する外側領域とに区分し、原料供給に伴つて発
生する融液面の波動、粉塵、温度変化等が結晶成
長域、即ち内側領域に及ぼす影響を可及的に低減
しようとする提案が種々なされている（特開昭57
−183392号、特開昭47−10355号）。

〔考案が解決しようとする問題点〕

ところで例えばSi溶融液中にその原料である
SiO₂を加えると表面の酸化膜と溶融液とによる
下記の反応 Si（液）＋SiO₂（固）→2SiO（ガス）↑ により内包されているSiOの昇華反応によるSiO
ガスの爆発的な発生のため、供給した原料自体、
或いは周辺の溶融液が飛散せしめられて原料の無
駄が大きく、またこの飛散物は隔壁の上方を越え
て結晶成長領域である内側領域、或いは単結晶成
長界面に飛散して正常な単結晶成長を妨げるとい
う問題があつた。

本考案はかかる事情に鑑みなされたものであつ
て、その目的とするところは原料の供給に伴つて
生ずる原料の無駄をなくし、同時に結晶成長上の
不都合を効果的に解消し得るようにした単結晶成
長装置を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案は成長させるべき単結晶の原料を加熱溶
融する坩堝内に垂下され融液面下では融液が相通
じる状態で、融液面を含むその上、下にわたつて
単結晶を引上げる内側領域と、原料を供給する外
側環状領域とに区分する筒状隔壁部を備えた隔壁
部材を有する単結晶成長装置において、前記隔壁
部材の筒状隔壁部に、前記外側環状領域の開面上
方を覆うべくその外周から外部上方に傾斜させて
張り出した鍔状隔壁部を設ける。

〔作用〕

本考案にあつてはこれによつて、筒状隔壁部と
鍔状隔壁部とにより結晶を引上げる内側領域と、
原料を供給する外側環状領域とを広く隔て、しか
も鍔状隔壁部によつて外側環状領域の開面上方を
覆うことにより飛散物の外部への飛び出しを抑制
すると共に、仮りに外部に飛び出しても飛び出し
方向を内側領域から遠ざかる向きに案内する。

〔実施例〕

以下本考案をその実施例を示す図面に基づき具
体的に説明する。第１図は本考案に係る単結晶成
長装置（以下本考案装置という）の模式的断面図
であり、図中１はチヤンバ、２は保温壁、３は坩
堝、４はヒータを示している。チヤンバ１内には
その側周に保温壁２が内張りされ、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はグラフアイト、石英等にて構成されて
おり、底部中央にはチヤンバ１の底壁を貫通させ
た軸３ｃの上端が連結され、該軸３ｃにて回転さ
せつつ昇降せしめられるようになつている。

チヤンバ１の上部壁中央にはチヤンバ１内の雰
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、またその周囲の１個所には、原料供給
口１ｂが開口せしめられており、前記引上口１ａ
には保護筒５が立設され、また原料供給口１ｂに
は原料供給管６ａがその下端部をチヤンバ１内に
臨ませた状態で差し込まれている。

保護筒５の上端からは引上軸５ａを用いて種結
晶５ｃを掴持するチヤツク５ｂが吊り下げられ、
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つて、
種結晶５ｃ下端に単結晶７を成長せしめるように
なつている。

チヤンバ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けて張り出した支持
台２ａ上に載架されており、この輻射スクリーン
８に隔壁部材９、原料導入管１０が取り付けられ
ている。

輻射スクリーン８は金属製、或いはカーボン製
であつて環状リム８ａの外周縁部に輻射スクリー
ン８を保温壁２の上面に支持する円筒形の支持部
８ｂを、また内周縁部にはここから下方に向かう
に従つて縮径されて中空の逆円錐台形をなすよう
傾斜させたテーパ部８ｃを、更に前記内周縁部の
上部には下端部をここに連結し、上端部が単結晶
の引上口１ａを通じて保護筒５内にまで延在させ
た円筒部８ｄを備えている。

第２図は隔壁部材の斜視図であり、隔壁部材９
は石英製であつて、円筒形をなし、上端部に周方
向の複数個所から支持片９ｃを立設した筒状隔壁
部９ａと、この筒状隔壁部９ａの外周壁から所要
角度θだけ傾斜させて斜め上方に向けて張り出し
た鍔状隔壁部９ｂとを備えている。筒状隔壁部９
ａに対する鍔状隔壁部９ｂの固定は融着等によ
る。なお筒状隔壁部９ａに対する鍔状隔壁部９ｂ
の傾斜角θ及び張り出し幅は特に限定するもので
はなく鍔状隔壁部９ｂの周縁と坩堝３の周縁との
間に形成される間隙が狭く飛散物の排出を抑制し
得るよう設定すればよい。隔壁部材９はその筒状
隔壁部９ａの各支持片９ｃを輻射スクリーン８の
テーパ部８ｃに穿つた孔８ｅに係入してセラミツ
ク製のピンで止めることにより輻射スクリーン８
に取り付けられ、筒状隔壁部９ａの下端が坩堝３
の内底から所要高さの位置であつて、且つ融液中
の適正な深さ位置まで漬かるよう設定され、これ
によつて坩堝３内の溶融液を、溶融液面を含むそ
の上、下所要の範囲にわたつて単結晶７を引上げ
る内側領域と原料を供給する外側環状領域とに略
同心状に区分するようになつている。

なお輻射スクリーン８に対する筒状隔壁部９ａ
の取り付け手段については特に限定するものでは
なく、従来知られているボルト・ナツト、その他
の手段を適宜に採択すればよい。

一方原料導入管１０はロート部１０ａ及びこれ
に連なる管部１０ｂを備えており、ロート部１０
ａは原料供給口１ｂから差し込まれた原料供給管
６ａの下端に臨ませ、また管部１０ｂは輻射スク
リーン８の環状リム８ａに穿つた孔に管部１０ｂ
及び隔壁部材９の鍔状隔壁部９ｂを貫通させて坩
堝３内であつて、筒状隔壁部９ａで仕切られる外
側環状領域の上方に臨ませてある。

而して上述の如く構成された本考案装置にあつ
ては、当初図示しない昇降手段によつて坩堝３を
下方に位置させ、筒状隔壁部９ａが坩堝３内の原
料と接触しないよう設定しておく。

ヒータ４にて坩堝３を加熱し、坩堝３に収容し
た原料である顆粒状シリコン（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、隔壁部材９の筒状隔壁
部９ａはその下端が溶融液下の適宜位置（2.0〜
3.0mm）に浸漬されるよう、また上端は融液面上
20〜30mmに位置するよう坩堝３の高さを設定す
る。

この状態では第１図に示す如く隔壁部材９の鍔
状隔壁部９ｂは外側環状領域の開面上方を覆い、
鍔状隔壁部９ｂの周縁部が坩堝３の周縁部に近接
して位置することとなる。

坩堝３はこれを支持する軸３ｃにて矢符方向に
回転させ、また引上げ手段を構成する引上軸５ａ
を下降して種結晶５ｃを筒状隔壁部９ａ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（平均1.5
mm／分）、種結晶５ｃ下に単結晶７を成長せしめ
る。

顆粒状原料は図示しないホツパに貯留されてお
り、ここから計量されつつ原料供給管６ａ、隔壁
部材９の鍔状隔壁部９ｂに貫設した原料導入管１
０を経て坩堝３における外側環状領域に供給され
ることとなる。

この原料供給に伴つて外側環状領域内にSiOガ
ス、その他の飛散物が生じるが、外側環状領域の
開面上方は鍔状隔壁部９ｂにて覆われているため
飛散物の外部への飛び出しが抑制され、また仮り
に飛び出しても鍔状隔壁部９ｂは斜め上方に向く
よう傾斜させてあるから、これに沿つて外部に飛
び出すこととなり、内側領域内に飛び込むのが抑
制されることとなる。

なお最初に挿入された原料のメルト開始から、
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の内側領域上にその上方から導
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に沿つて
坩堝３内の融液表面に達し、ここから隔壁部材９
の筒状隔壁部９ａで囲われた内側領域内を外方に
向けて流動し、筒状隔壁部９ａと輻射スクリーン
８のテーパ部８ｃに穿つた孔８ｅを経て輻射スク
リーン８のテーパ部８ｃの下側であつて、鍔状隔
壁部９ｂの上方を外側に向けて流れ、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
経てチヤンバ１の下部側壁に開口した排気口１ｃ
から図示しない排気ポンプにより吸引排出され
る。

前述した如き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。また融液面への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
塵等が生じるが、波動、温度変化は筒状隔壁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
が、仮りに飛び出しても鍔状隔壁部９ｂに沿つて
キヤリアガスと共に外部に排出除去され、同様に
結晶引上げを行う内側環状領域に及ぶことはな
い。

このような本考案装置を用いて例えば直径16イ
ンチの坩堝、融液重量35Kg、直径６インチの単結
晶を1.5mm／分の割合で引上げたところ隔壁部材
９で隔てられた内側領域温度を1440℃〜1480℃、
外側環状領域温度を1420℃としたとき単結晶の１
分間当りの引上げ重量は約66gとなり、原料供給
の際に発生する飛散の割合は供給原料の２％程度
であるから、従来装置にあつては１分当り1.3gの
原料損失が生じていたところ本考案装置にあつて
は原料の総供給量が50Kgの場合１Kg程度の飛散原
料の回収再利用が図れることが確認された。

なお、上述の実施例はシリコン単結晶の成長を
行う場合につき説明したが、何らこれに限るもの
ではなく、各種の単結晶成長に適用し得ることは
勿論である。

また上述の実施例では隔壁部材９は石英を用い
て、また輻射スクリーン８の材料としてグラフア
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
て適宜採択すればよい。

〔効果〕

以上の如く本考案にあつては隔壁部材は筒状隔
壁部とその外周壁から斜め上方に向けて張り出し
た鍔状隔壁部とにて構成したから、筒状隔壁部に
よつて区分される内側領域と外側環状領域とが広
く隔てられることとなり、また鍔状隔壁部が外側
環状領域の開面上面を覆うから、飛散物の大半が
外側環状領域内に落下回収されることとなつて原
料の有効利用も図れ、しかも仮りに飛散物が外部
に流出しても原料投入に伴つて生ずるガス、飛散
物は鍔状隔壁部によつて内側領域の開面から遠ざ
けられる向きに案内されることとなり、単結晶成
長界面への飛び込みを防止されるなど本考案は優
れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の模式的縦断面図、第２図は隔
壁部材の斜視図、第３図は同じく縦断面図であ
る。 １……チヤンバ、２……保温壁、３……坩堝、
４……ヒータ、５……保護筒、７……単結晶、８
……輻射スクリーン、９……隔壁部材、９ａ……
筒状隔壁部、９ｂ……鍔状隔壁部、９ｃ……支持
片。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 成長させるべき単結晶の原料を加熱溶融する坩
   堝内に垂下され、融液面下では融液が相通じる状
   態で、融液面を含むその上、下にわたつて単結晶
   を引上げる内側領域と、原料を供給する外側環状
   領域とに区分する筒状隔壁部を備えた隔壁部材を
   有する単結晶成長装置において、前記隔壁部材の
   筒状隔壁部に、前記外側環状領域の開面上方を覆
   うべくその外周から外部上方に傾斜させて張り出
   した鍔状隔壁部を設けたことを特徴とする単結晶
   成長装置。