JPH0543107Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は、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。

この方法によつて半導体チツプ当りのコストダ
ウンを図るため、大口径且つ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ゆ
えに、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。そして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。

そこで従来は、坩堝の内側に融液の流通口を備
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（例えば特開昭57−
183392号、特開昭47−10355号）。

そして、単結晶の原料を追加供給する場合、坩
堝が回転しているゆえに１箇所から供給を行なつ
ても、融液が攪拌されるため、単結晶の引上げに
は、供給口の設置態様は単結晶の成長の良否に影
響がないと考えられ、従来の単結晶成長装置では
外側環状領域への原料供給口が１箇所とされてい
た。

（考案が解決しようとする課題） しかし、実際には、第３図に示すように、原料
を供給した近傍の液温と、原料が供給される直前
の部分の液温との差が大きい。これは第４図に示
すように、原料供給と同時に液温が低下し、該低
温部が坩堝の回転に従つて原料供給地点を離れ、
ヒータで加熱されるためであり、この結果、筒状
側壁部材の下方から内側領域へと流れ込む融液に
温度差を生じ、この温度差が内部領域（単結晶成
長域）の融液の対流を大きく乱れさせ、単結晶の
成長を妨げるという事態を生じていた。

また、近年、引き上げる単結晶の生産性及び歩
留りを向上すべく、単結晶の大直径化が望まれて
いる。しかしながら、単結晶の大直径化を達成す
るには必然的に時間当りの原料供給量を増大させ
ることが必要であり、外側環状領域への原料供給
口が１箇所のみによる原料供給では、原料を供給
した箇所での温度低下が更に大きくなつて融点以
下の温度となり、溶触液が部分的に固化する。一
旦融液が固化してしまうとその回復が遅く、その
後の原料供給が行えず大直径単結晶の連続的な成
長が行えないという問題がある。

これを詳述すると、例えば引上速度１mm／分で
６″φ単結晶と８″φ単結晶の成長を行つた場合、
６″φ単結晶で44ｇ／分の原料供給が必要である
のに対し、８″φ単結晶では80ｇ／分の原料供給
が必要で、引上速度を速めると更に原料供給量を
増加させることが必要となる。しかし、石英坩堝
の軟化変形などを生じない温度で供給原料を融解
する場合、１箇所からの原料供給では、44ｇ／分
程度までの原料供給量の融解が限度であり、供給
した原料を全て融解することができず、８″φ単
結晶の成長は行えない。また、引上速度を遅くす
ると時間当りの原料供給量を少なくすることはで
きるが、生産性の低下及び品質の低下を生じると
いう問題がある。

（課題を解決するための手段） 本考案に係る単結晶成長装置は、上述の課題を
解決するため、融液面下に融液が相通じる状態に
内側領域と外側環状領域とに坩堝内を区画する筒
状隔壁部材を備えた単結晶成長装置において、原
料の供給される部位たる上記外側環状領域に複数
の原料供給口を均一に分布させて設けるという技
術手段を採用している。

（作用） 上記構成に依れず、外側環状領域への原料の供
給が均一に分布して行われることになり、この結
果、融液の各部の温度差が僅少なものとなり、内
部領域において乱流を生じることがなくなり、単
結晶の成長がスムーズに行われる。

（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。

図において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、石英管にて構成されて
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、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に隔壁材９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つて縮径さ
れ、中空の逆円錐台形をなす傾斜状のテーパ部８
ｃ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１
ａ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。

そして、上記隔壁部材９は、石英製で、円筒形
をなし、上端部に周方向の複数箇所から支持片９
ｃを立設した筒状隔壁部９ａと、この筒状隔壁部
９ａの外周壁から適当角度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９ａ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の傾斜角及び張り出し幅は、
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、カーボン製等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、
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内の溶触液を、溶
触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９
ａの取り付け手段は、従来知られているボルト・
ナツト、その他の手段を適宜に選択すればよい。

１０は、原料たる顆粒状のシリコン（粒径0.1
〜2.0mm）を供給すべく付設された１個の漏斗で、
該漏斗１０は複数本の原料供給管１０ａ，１０ａ
…を有し、これら原料供給管１０ａ，１０ａ…
は、上記隔壁部材９の外側近傍部へと案内され、
上述の鍔状隔壁部９ｂを貫通してそれらの原料供
給口１０ｂ，１０ｂ…が外側環状領域の融液上に
均一分布して臨むように、鍔状隔壁部９ｂに固着
されている。

上記構成の本考案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
と接触しないように設定しておく。

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）
を加熱溶触する。原料が溶触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はその下端が溶触液下の適宜位置（２〜
200mm）に浸漬されるように、また、その上端は
融液面上20〜30mmに位置するように、坩堝３の高
さを設定し、第１図に示すように、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の周縁部近
傍に位置する状態となす。

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（例えば1.5
mm／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内に投入され、複数
本の原料供給管１０ａ，１０ａ…を通つて、外側
環状領域上に均一に分布して臨んでいる原料供給
口１０ｂ，１０ｂ…に導かれ、外側環状領域には
均一に注がれる。

従つて、一本の原料供給管１０ａから融液に注
がれる原料の量は、原料供給管１０ａの全体数を
ｎ、融液に単位時間に投入すべき量をＤとする
と、Ｄ／ｎとなり、第２図に示すように、その
分、原料注入部における融液の温度低下が少なく
なり、よつて外側環状領域における各部の融液の
温度差が小さくなり、更に加えて、原料供給口１
０ｂが外側環状領域上に均一に分布しているた
め、外側環状領域の温度が可及的に均一化される
ことになる。

なお、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。

また、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
フクリーン８のテーパ部８ｃの下側において、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及び保温壁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。

前述した結晶引上げ過程において、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、仮に飛び出しても鍔状隔壁部９ｂに沿つてチ
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状領域に及ぶことはない。

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、各種の単結晶成長事例に適用し得るこ
とはいう迄もない。

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
適宜採択することができる。

（考案の効果） 以上説明したように、本考案に依れば、複数本
の原料供給管から原料が融液上に注がれるので、
原料投下域における融液の温度低下が小さくな
り、更に加えて、原料の供給口が外側環状領域上
に均一に分布していて、小さな温度低下が外側環
状領域全体に均一的に生じることになり、この結
果、外側環状領域から内側領域へと入つて行く融
液の温度が均一化し、従つて、内側領域に乱流を
生じないで、単結晶が順調に成長することにな
る。

また、時間当りの原料供給量を増大させること
ができ、大直径単結晶の連続的な成長を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す縦断面図、第
２図は、外側環状領域の融液の温度を縦軸に、坩
堝の回転角度を横軸にとつて示すグラフで、実線
は本考案装置に依る場合を示し、一点鎖線は従来
装着に依る場合を示すもの、第３図は従来の外側
環状領域における温度分布説明図、第４図は同上
の場合のグラフで、外側環状領域における融液の
温度を縦軸に、また、坩堝の回転角度を横軸に採
つたものを示している。 １……チヤンバ、３……坩堝、９……隔壁部
材、１０ｂ……原料供給口。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 融液面下に融液が相通じる状態に内側領域と外
   側領域とに坩堝内を区画する筒状隔壁部材を備え
   た単結晶成長装置において、顆粒原料の供給され
   る部位たる上記外側環状領域に複数の顆粒原料供
   給口を均一に分布させて設けたことを特徴とする
   単結晶成長装置。