JPH0565477B1 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシリコン等の単結晶の成長方法及びそ
の装置に関するものである。

〔従来技術〕

従来シリコン等の単結晶を引上法（CZ法）に
よつて製造する場合、第５図に示す如き方法によ
り行われていた。第５図は従来の引上法によるシ
リコン単結晶の製造態様を示す模式図であり、チ
ヤンバ（図示せず）内に配したるつぼ１内で塊粒
状多結晶シリコンを加熱溶融する一方、るつぼ１
の上方に配した回転並びに昇降駆動される支持杆
２に種結晶３を固定し、種結晶の下端を融解液に
接触させた後、種結晶を所定の速度で回転させつ
つ上昇させ、種結晶３の下端にシリコン単結晶４
を成長せしめるようになつている。

このように種結晶３の下端にシリコン単結晶４
を成長させる場合、通常種結晶３を融解液に接触
させたときに生じる転位が単結晶に及ぶのを防止
するために種結晶３を融解液に接触させた後、融
解液温度の低下、或いは種結晶３の引上速度の上
昇操作によつて種結晶３下に直径１〜４mm、長さ
40〜50mmの小径部分４ａを形成する、所謂無転位
化プログラムを実施する。

次いで例えば引上速度を漸次遅くして単結晶直
径を大きくし、円錐形の肩部分４ｄを形成した
後、引上速度等の諸条件を一定にして指定の直径
を有する柱状部４ｅを形成せしめる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところでこのようにして製造される従来の成品
としての単結晶は重量にして20〜30Kg程度であつ
たが、近年歩留の向上、半導体等の製造の高効率
化を図るため単結晶は大径化されると共に、長寸
法化される傾向にあり、単結晶重量が100Kg以上
に達する場合も少なくない。

しかし前述の如くこの単結晶の重量は種結晶３
並びに小径部分４ａに負荷されることとなるが、
特に小径部分４ａは１〜４mmの直径しかないため
その耐荷重には限界があり、単結晶の成長中、或
いは単結晶取り扱い中の僅かなねじれ応力、衝撃
が加わると破断するおそれがあり、成長装置の破
壊、融解液の流出、更には爆発の危険があり、人
身事故を招くおそれもあつた。

本発明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、単結晶それ自体の
一部に係合段部を形成し、この係合段部を介して
単結晶を直接吊持することにより小径部分の破断
及びこれに伴う単結晶の倒壊等の危険を確実に防
止し得るようにした単結晶の製造方法及びその装
置を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明にあつては単結晶それ自体に直径を縮小
して係合段部を形成する一方、この係合段部に着
脱自在に吊持手段を係止させる。

〔作用〕

本発明にあつてはこれによつて吊持手段及び／
又は引上手段によつて単結晶を支持することとな
つて、小径部分が破断しても、吊持手段が直接単
結晶を保持する結果、小径部分の破断に伴う単結
晶の落下、倒壊等が防止され、安全性が高められ
ることとなる。

〔実施例〕

以下本発明を図面に基づき具体的に説明する。
第１図は本発明方法の実施状態を示す模式図であ
り、図中１は石英製のるつぼ、２は引上手段を構
成する支持杆、３は種結晶、４は単結晶、５は吊
持手段を構成する吊持具を示している。

るつぼ１、支持杆２はいずれも図示しないチヤ
ンバ内に配置せしめられており、るつぼ１はカー
ボン保温材１ａ内に配置され、その周辺に配置さ
れた抵抗加熱用のヒータ（図示せず）にて原料で
ある例えば粒状多結晶を融解するようになつてい
る。

一方支持杆２はるつぼ１の上方にあつて図示し
ない回転並びに昇降機構に連繋せしめられ、その
下端部に止ねじ２ａにて、着脱自在に種結晶３を
固定し得るようにしてあり、前記回転並びに昇降
機構にて種結晶３を下降させ、その下端をるつぼ
１内の融解液に浸漬した後、無転位化プログラム
に従つて回転させつつ上昇させ先ず単位結晶４の
小径部分４ａを結晶成長せしめる。即ち融解液温
度を低下させ、或いは引上速度を大きくして種結
晶３の直径よりも小さい直径１〜４mmの小径部分
４ａを長さ40〜50mmにわたつて形成する。

次いで引上速度を低下して単結晶４の直径を増
大せしめてゆく。そして例えば単結晶４としての
成品の直径が200mm〜260mmである場合、直径が
100〜130mm程度にまで増大せしめて拡径部４ｂを
形成した後、直径50〜70mm程度まで急縮小して縮
径部４ｃを形成し、再び直径を製品としての単結
晶直径である200〜260mmまで急拡大し、その後は
直径を一定にして肩部４ｄを形成し、続いて柱状
部４ｅを所望の長さ（1100〜1600mm程度）にまで
成長させてゆくが、この途中で成長を行わせつつ
吊持具５を操作して単結晶４の拡径部４ｂ、縮径
部４ｃにて形成された係合段部を吊持具５に保持
せしめて、そのまま成長を継続してゆく。単結晶
の直径の調節は主として支持杆２による引上速度
の制御によつて行う場合を示したが、何らこれに
限るものではなく、例えば直径に対する影響要素
である融解液温度、回転速度、引上速度等を単独
或いは併行的に制御してもよい。通常は他に与え
る影響が少なく、しかも効果的な調節が可能な引
上速度の調節によるのが望ましい。

ちなみに、種結晶３の回転速度を15〜20r.p.
m.、融解液の回転速度を10r.p.m.としたとき、引
上速度は0.6〜0.4mm／分の範囲内で前記した如き
単結晶直径の調節が可能であることが確認され
た。

吊持具５は前記支持杆２の回転並びに昇降機構
と連繋せしめられ、支持杆２と同調して回転並び
に昇降される本体部分に支持杆２と同心円上に位
置させて複数（通常は３〜４本）のクランプアー
ム５ａを配設して構成されている。各クランプア
ーム５ａの下端には係止部５ｂを備え、また上端
部は本体部分５ｃに枢支され、機械的方法、油圧
シリンダ、その他電気的手段にて下端部を開閉操
作し得るようにしてある。

クランプアーム５ａの係止部５ｂはクランプア
ーム５ａの下端部を所要の角度で内方側に向けて
湾曲せしめて形成されている。このクランプアー
ム５ａの係止部５ｂの形状については特に限定す
るものではなく、係合段部に適合し、単結晶を確
実に支持し得る形状であればどのようなものでも
よい。

このような吊持具５は前述の如く、単結晶４に
拡径部４ｂ、縮径部４ｃにて係合段部を形成し終
えた後、一定時間後に前述したクランプアーム５
ａを閉じたときその先端の係止部５ｂが係合段部
に係入し得る位置まで下降し、その位置で支持杆
２の回転並びに昇降機構と連繋せしめて吊持具５
自体を支持杆２と同じ速度で回転並びに昇降さ
せ、支持杆２の動作と一致させた後、クランプア
ーム５ａを閉じる。これによつて単結晶４は支持
杆２により与えられていた回転並びに昇降速度を
保持したまま吊持具５によつて回転しつつ上昇せ
しめられることとなる。

吊持具５のクランプアーム５ａによつて、単結
晶４を保持せしめた後は、支持杆２に対する回
転、昇降駆動力の伝達を停止してもよいが、その
まま吊持具５と共動して単結晶４を回転させつつ
上昇せしめることとしてもよい。また、吊持具５
のクランプアーム５ａは係合段部に直接接触させ
ず、この係合段部に予備的に臨ませるだけでもよ
く、この場合は単結晶４の小径部分４ａが破壊さ
れたときはじめて吊持具５に支持されて、単結晶
の転倒等の事故を防止し得ることとなる。

第２，３図は夫々単結晶４に形成された係合段
部の別の態様を示す模式図であり、第２図に示す
単結晶４にあつては無転位化プログラムにて小径
部分４ａを形成した後、単結晶直径を製品直径で
あるＤまで拡大して拡径部４ｂを形成した後、直
径を急縮小して縮径部４ｃを形成し、再び製品直
径Ｄにまで直径を拡大して係合段部を形成してあ
り、また第３図に示す単結晶４にあつては、無転
位化プログラムにて小径部分４ａを形成した後、
単結晶を製品直径であるＤよりも大きいD′にま
で拡大して拡径部４ｂを形成し、直径をＤまで急
縮小して縮径部４ｃを形成し、そのまま直径Ｄに
一定した状態で柱状部４ｅを形成して吊持具５に
対する係合段部を形成してある。

第２図における吊持具５のクランプアーム５ａ
はその下端部に単結晶４の係合段部に係止させる
べき鉤部５ｃを備え、また第３図に示すクランプ
アーム５ａはその下端部を直角に内方側に湾曲さ
せると共に、上面を円弧状に形成して鈎部５ｄを
備えている。

第４図は吊持具におけるクランプアーム下端の
係止部の各別異の態様を示す模式図であり、第４
図イに示すクランプアームは、上面がテーパ面と
なるよう形成した係止部５ｅを備え、また第４図
ロに示すクランプアームはその下端をそのまま直
角に内方に湾曲せしめた係止部５ｆを備え、第４
図ハに示すクランプアームはその下端をそのまま
直角に内方に湾曲せしめると共に、その先端に
SiO₂、セラミツク、金属等を材料とする緩衝材
５ｇを、また第４図ニに示すクランプアームは、
その下端をそのままほぼ直角に内方に湾曲せしめ
ると共に、その先端に同じくSiO₂、セラミツク、
金属製の扇形をなす緩衝材５ｈを固定して構成し
てある。このような吊持具の形状、構造について
は特に上記した態様のものにのみ限定するもので
はなく、単結晶の係合段部の形状に合わせて適宜
に設定すればよいことは言うまでもない。

なお上述の実施例においては単結晶における無
転位化プログラムにより小径部分４ａを形成した
直後に拡径部、縮径部により係合段部を形成する
場合を示したが、例えば単結晶が長大になる場合
には単結晶の長手方向の中間部に１又は複数個の
係合段部を形成することとしてもよい。

また、本発明は原料の連続供給可能な融液から
の結晶引上にも適用できることは言うまでもな
い。

〔効果〕

以上の如く本発明方法にあつては単結晶の直径
の縮小、拡大操作によつて係合段部を形成するこ
ととしているから、この係合段部に対する吊持手
段の支持力が確実に作用せしめ得、結晶成長時、
或いは成長終了後の取り扱い時に小径部分が破断
しても吊持手段によつて単結晶を倒壊することな
く確実に保持することが可能となつて安全性が高
められるなど本発明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図は本発明に係る単結晶の成長方法を示す
模式図、第２図、第３図は本発明方法の他の実施
例を示す模式図、第４図イ〜ニは本発明装置に用
いる吊持具の他の例を示す模式図、第５図は従来
方法の実施状態を示す模式図である。 １……るつぼ、２……支持杆、３……種結晶、
４……単結晶、４ａ……小径部分、４ｂ……拡径
部、４ｃ……縮径部、４ｄ……柱状部、５……吊
持具、５ａ……クランプアーム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 融解液に種結晶の下端を接触させた後、種結
   晶を回転させつつ引き上げてその下端に単結晶を
   成長せしめる過程で、単結晶を保持するための治
   具を係止させるべく単結晶の直径を一旦拡大した
   後縮小させる工程を有する単結晶成長方法。 ２ 種結晶に成長させるべき単結晶の直径を変化
   させて係合段部を形成すべく単結晶の引上速度を
   可変とした引上手段と、単結晶に形成した係合段
   部に着脱自在に係止させる単結晶の吊持手段とを
   具備することを特徴とする単結晶成長装置。