JPH0640592Y2 - シリコン単結晶の成長装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案はシリコン単結晶の成長装置、くわしくはシリ
コン単結晶成長炉及びこの炉に装入する原料を事前に熱
処理する熱処理装置を備えたシリコン単結晶の成長装置
に関する。

（従来の技術） 半導体などの材料に使用されるシリコン単結晶は、チョ
クラルスキー法やフロートゾーン法によって作られる。
上記チョクラルスキー法では第４図に示すような成長炉
１が用いられる。この炉は図示のように、シリコン原料
を溶融するるつぼ５及びヒータ６を収容するメインチャ
ンバー２と、引き上げた単結晶Ｃを冷却するプルチャン
バー３などから構成されている。尚図中、４はゲートバ
ルブ、７はワイヤ、Ｍは溶融シリコンである。

このような成長炉によりシリコン単結晶を成長させるに
はつぎの操作をする。

メインチャンバー２のるつぼ５に多結晶シリコンのラ
ンプ（一辺が30mm程度の角体）を詰める。

ランプをヒータ６により溶解する。

ワイヤ７の下端に取りつけたシード（図示せず）を溶
融シリコンＭに接触させる。

成長した単結晶Ｃをプルチャンバー３まで引き上げ冷
却する。

以上のように従来のシリコン単結晶の成長法では、原料
は主に多結晶シリコンのランプが使用されていた。しか
し最近では細粒で溶解しやすい多結晶シリコンのチップ
（直径２〜3mm）或いは顆粒（直径1mm程度）を用いるよ
うになった。

ところがランプやチップなどの原料表面は酸化物（Si
O₂）で覆われており、それが溶解されると溶融シリコン
表面上に異物となって浮上してシリコンの単結晶化を阻
害させたり、単結晶中に取りこまれてたりしてその品質
を低下させる。細粒のチップや顆粒はその表面積が同量
のランプのそれに較べ著しく広いために、酸化物も著し
く多い。したがって多結晶シリコンのチップや顆粒を原
料として使用すると単結晶化しなくなったり、品質を一
層悪化させるという問題があった。そこで本出願人は上
記酸化物の除去方法について種々検討を行い、シリコン
原料に比較的簡単な熱処理を施すだけで上記酸化物を容
易に除去できる方法を提案した（特願平１−13641
号）。しかし熱処理された原料は大気に触れると再び酸
化されるために、それを防止する方法や装置が求められ
ていた。

（考案が解決しようとする課題） この考案の目的は、成長炉に装入する前のシリコン原料
に熱処理を施し、それを大気に曝すことなく成長炉に供
給し、安定した成長操作を可能にするとともに、品質の
すぐれた単結晶を作ることのできるシリコン単結晶の成
長装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本考案者は、シリコン原料を簡単に熱処理でき、そして
それを大気に触れさせることなく成長炉に装入できる装
置について検討を重ねた結果、下記の装置を考案した。

すなわち第１の考案は、シリコン単結晶の成長装置であ
って、この装置は成長炉と熱処理装置からなり、成長炉
はシリコン原料を溶融するメインチャンバーとシリコン
単結晶を引き上げるプルチャンバーを備え、熱処理装置
は原料を熱処理する炉とこの炉から前記成長炉のメイン
チャンバーに原料を供給する原料供給管を備えているこ
とを特徴とするシリコン単結晶の成長装置、 第２の考案は、上記シリコン原料成長装置の原料供給管
の途中に、熱処理されたシリコン原料をいったん貯める
貯蔵タンクを設けたことを特徴とするシリコン単結晶引
き上げ装置、である。

（作用） 以下、本考案のシリコン単結晶成長装置を図面を用いて
説明する。第１図はこの考案の成長装置の一部断面側面
図である。図示のようにこの装置は、シリコン単結晶成
長炉１（第３図に示す従来の成長炉と同じ）と熱処理装
置11から構成されている。前記成長炉１は、シリコン原
料を溶融するるつぼ５とヒータ６を収容するメインチャ
ンバー２と、るつぼ内の溶融シリコンＭから単結晶Ｃを
引き上げるワイヤ７を通過させ引き上げた単結晶を冷却
するプルチャンバー３、及び単結晶をプルチャンバー３
内に引き上げたあとメインチャンバー２とプルチャンバ
ー３との間を遮断するゲートバルブ４を備えている。な
おメインチャンバー２に接続する８は排気管であり、９
はArガス供給配管である。

前記熱処理装置11は、図示のように成長装置１に近接し
て設置されている。そしてこの装置11は熱処理炉12と、
この炉にシリコン原料を装入するための原料ホッパ13
と、熱処理炉12で処理された原料を前記メインチャンバ
ー２へ供給する原料供給管14を備えている。また原料供
給管14の途中に熱処理された原料を一旦貯めておく貯蔵
タンク15（一点鎖線で示す）を設置する場合もある。な
お図中、12a,13aはバルブである。この熱処理装置11は
上記のように構成されているから、熱処理された原料は
大気にさらされることなく成長炉のメインチャンバー２
へ供給される。

つぎにこの成長装置の特徴とする熱処理炉12について説
明する。第２図はその断面図であり、この炉は図示のよ
うに下部がコーン状に形成された円筒型炉である。その
内部には、炉腹を貫通して設けらられたクランク軸16の
両方のウエブ17をつなぐプレート18上に、るつぼ19（内
側がカーボンで外側が石英）とヒータ20が固定的に取り
つけられている。そしてるつぼ19はクランク軸16の回転
によって自在に反転されるようになっている。なおこの
図において、21は炉内に張られた断熱材、22はArガス等
の不活性ガス供給口、23は真空用排気口、24は電極ケー
ブル用コネクター、Ｇはシリコン原料、である。

このような熱処理装置によりシリコン原料を熱処理し成
長装置に供給するときは、まず原料ホッパ13下のバルブ
13a（第１図参照）を開き、ホッパ内の原料を熱処理炉1
2のるつぼ19内に装入する。そしてヒータ20によって原
料を所定の温度に一定時間保持してその表面酸化物を気
散除去する。熱処理が終わるとクランク軸16を回転させ
てるつぼ19を反転し、その中の原料Ｇを下方の原料供給
管14に落下させる。熱処理炉12内及び原料供給管14内は
気密に保たれているから熱処理された原料は大気に触れ
ることなく成長炉１のるつぼ５内に装入される。また供
給管14の途中に貯蔵タンク15を設けた装置を使用する場
合は、熱処理した原料をここに一旦貯蔵し必要に応じて
成長炉１に供給する。貯蔵タンク15の１例を第３図に示
す。図示のように貯蔵タンク15は、タンク本体15aとそ
の下に設けた電磁フィーダ15b、さらにホッパ15c、秤量
器15d、及びフィーダ15eを備えている。

成長炉１（従来の成長炉と構成が同じ）での原料の溶解
及びシリコン単結晶の引き上げ操作は前述した〜と
同様にして行う。

このように本考案の装置を用いることにより、チップや
顆粒などの細粒原料をランプと同様に使用することがで
きるようになった。また細粒原料に限らずランプのよう
な粗粒原料を熱処理すれば、一層品質のよいシリコン単
結晶を成長させることができる。

（実施例） 以下、第１図に示すようなこの考案の成長装置（貯蔵タ
ンク15を備えている）を用い、シリコン単結晶を作る場
合を説明する。成長炉ではるつぼ（内径:16インチ、深
さ:300mm）に一辺が約30mmの角体の多結晶シリコンのラ
ンプを詰めた。熱処理装置では原料ホッパから直径１〜
3mmの多結晶シリコンのチップ15kgを熱処理炉のるつぶ
（内径:12インチ、深さ:250mm）に装入した。そして炉
内にArガスを供給しながら炉内圧力を１〜5torrにする
とともに、炉内温度を1,300度に１時間保持しチップ表
面に形成された酸化物を気散除去した。この熱処理のあ
とクランク軸を回転してるつぼを反転させ、熱処理され
た原料を下方のタンクに貯蔵した。このようなプロセス
を３回繰り返した。このような準備のあと成長炉にArガ
スを供給しながら炉内圧力を10torrに保ち、炉内温度を
1,450℃に昇温して前記ランプを溶解し、単結晶を成長
させて引き上げた。引き上げによってるつぼ内の溶融シ
リコンが減少したので、貯蔵タンクから事前に熱処理し
た前記チップを、26kgだけ切り出し、メインチップのる
つぼに補給した。そのあと第２回目の引き上げを行っ
た。このようにして、直径６インチ、長さ600mmのシリ
コン単結晶柱体を２本作った。

上記操作の結果、単結晶に転位が入るようなこともなく
成長させることができ、成長後のシリコン単結晶はきわ
めて品質のよいものであった。

（考案の効果） 以上説明したように本考案の成長装置によれば、チップ
や顆粒状の多結晶シリコン表面に形成された酸化物を簡
単に除去することができ、それを大気に触れさせること
なく成長炉に供給することができるで、品質のよいシリ
コン単結晶を安定して成長させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案のシリコン単結晶成長装置の一部断面
側面図、 第２図は、本考案のシリコン単結晶成長装置を構成する
熱処理炉の縦断面図、 第３図は、貯蔵タンクの縦断面図、 第４図は、従来のシリコン単結晶成長装置の一部断面側
面図、である。 １は成長炉、２はメインチャンバー、３はプルチャンバ
ー、４はゲートバルブ、５及び19はるつぼ、６及び20は
ヒータ、７はワイヤ、８は排気管、９はArガス供給管、
11は熱処理装置、12は熱処理炉、13は原料ホッパ、14は
原料供給管、15は貯蔵タンク、16はクランク軸、17はウ
エブ、18はプレート、21は断熱材、22はArガス供給口、
23は排気口、24は電極用コネクタ、Ｍは溶融シリコン、
Ｃはシリコン単結晶、Ｇは原料。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】シリコン単結晶の成長装置であって、この
   装置は成長炉と熱処理装置からなり、成長炉はシリコン
   原料を溶融するメインチャンバーとシリコン単結晶を引
   き上げるプルチャンバーを備え、熱処理装置は原料を熱
   処理する炉とこの炉から前記成長炉のメインチャンバー
   に原料を供給する原料供給管を備えていることを特徴と
   するシリコン単結晶の成長装置。
2. 【請求項２】実用新案登録請求の範囲第１項記載のシリ
   コン単結晶引き上げ装置であって、原料供給管の途中に
   熱処理されたシリコン原料をいったん貯める貯蔵タンク
   を設けたことを特徴とするシリコン単結晶引き上げ装
   置。