JPH0711177Y2

JPH0711177Y2 - 半導体単結晶製造装置の原料供給機構

Info

Publication number: JPH0711177Y2
Application number: JP1990126549U
Authority: JP
Inventors: 博行野田; 裕白石; 正人今井
Original assignee: コマツ電子金属株式会社
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1995-03-15
Anticipated expiration: 2005-03-15
Also published as: JPH0484362U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］本考案は、粒状原料を連続的に供給しつつ引上げを行な
う方式のチヨクラルスキー法による半導体単結晶製造装
置の原料供給機構に係り、とくに二重るつぼを用いない
で供給器の先端部に、チャンバー外への不活性ガスの排
気管を備えた隔離管を設けた構成のものに関する。

［従来の技術］従来より、半導体単結晶の製造には、るつぼ内の原料融
液中から半導体単結晶を育成するチヨクラルスキー法
（以下CZ法という）が用いられている。この方法は、育
成される単結晶の抵抗率を制御するために、るつぼ内の
融液にドーパントと呼ばれる不純物元素を添加する。し
かしながら、半導体単結晶中の不純物元素の偏析係数が
１でないため、通常のCZ法では、単結晶の成長長さが長
くなるにつれ、単結晶中のドーパント濃度が変化する。
これは、ドーパント濃度により抵抗率を制御している半
導体単結晶を製造する上で大きな問題となっている。こ
の問題を解決するために、原料をるつぼ内に連続的に供
給し、溶融物中のドーパント濃度を一定に保つ連続チャ
ージ法や、二重るつぼを用いた方法（特開昭63-79790）
が提案されている。連続チャージ法における原料供給方
法としては、粒状シリコンを直接供給する方法が、近年
多く採用されている（特開平1-153589等）。

また、実開平1-122068号公報には、供給される粒状シリ
コンを、るつぼ融液面で溶解する機構を備えたものも開
示されている。

［考案が解決しようとする課題］粒状原料を用いた連続チャージ法では、単結晶育成部
と、原料供給部を二重るつぼにより分離しているが、こ
の方法では、内るつぼの内壁から多結晶が発生しやす
く、成長速度をあまり上げることができない。しかも、
るつぼ材からの不純物混入量が増大するという問題があ
る。また、育成結晶の直径の増大とともに原料供給量も
増大するため、供給部が、チャンバー内気相部に開放し
ていると、粉塵による有転位化の確率が増加する。

供給される粒状シリコンを、るつぼ融液面で溶解する機
構を備えた実開平1-122068号公報によるものも、原料供
給部が、チャンバー気相部に開放しているため、同様の
問題がある。

［課題を解決するための手段］本考案は、従来のように二重るつぼを用いず、長さ方向
にわたって不純物濃度がほぼ均一な単結晶を連続的に製
造することを可能にするもので、連続引上げ式半導体単
結晶製造装置の原料供給機構において、単結晶製造装置
のチャンバー外に設けられ、原料を貯留、供給するホッ
パーと、ホッパーより導かれ、チャンバー内のるつぼ内
融液充填域に達する供給器と、供給器周囲に設けた原料
加熱用の予備加熱装置と、供給器先端部にあって、原料
融液充填時にはその一部がるつぼ内融液中に浸漬する隔
離管とから構成され、供給器内を、原料の溶解室、貯留
室、および供給室の３室に隔壁により分割され、貯留室
と供給室間の隔壁の高さは他の隔壁より低く、溶解室は
上部に設けた連通管によりホッパーに、また、その底部
は溶解室と貯留室間の隔壁底部に設けた連通孔により貯
留室に連通しており、各室上部には、隔壁上端との間に
間隙が設けて各室上部空間を一体的に覆う、前記連通管
とチャンバー外への排気管とを備える、上蓋が気密に設
けることにより、各室がチャンバー内気相部から独立し
た一の気相部を共有するよう構成し、隔離管には、チャ
ンバー外への排気管を備えたことを特徴とする。

本考案の原料供給機構によれば、ホッパー内に納められ
た粒状の原料は、供給器により導かれてチャンバー内の
るつぼ融液面に達する。

供給器内が３室に仕切られているため、溶解室で溶解さ
れ、溶解室と底部で連通した貯留室に満ち、そこをあふ
れて供給室からるつぼ内へと注がれる。この型の供給機
構は、大量供給に適している。

供給機構の先端部に設けた隔離管は、先端が融液中に浸
漬しているため、チャンバー内気相部と原料供給部の気
相部とを隔て、しかも、排気機構を備えているため、溶
融物から蒸発する一酸化珪素の滞留や、それによる圧力
上昇を防止する。隔離管は、また、溶融原料の落下によ
る融液面のゆれが、液面全体に及びことや、未溶融物が
育成単結晶へ付着することを防ぐ。

この構成は、従来の二重るつぼの採用を不要にする。

以下、本考案を実施例を用いて、さらに詳説する。

［参考例］第１図は、原料供給機構を備えた、単結晶製造装置の模
式図である。

１はホッパー、２は供給器、３は予備加熱装置、４は隔
離管である。

石英るつぼ５内のシリコン融液６から、円柱状のシリコ
ン単結晶７が、引上げられると同時に、原料供給機構８
のホッパー１から供給された原料（図示せず）が、供給
器２を通って、チャンバー内気相部９と原料供給機構内
の気相部（図示せず）10とを隔離する隔離管４内に供給
される。

なお、供給器２の一部は、予備加熱装置３にその周囲が
おおわれていて、供給器内を通る原料を加熱する。

また、第２図は、参考例として掲げた原料供給機構８の
要部の拡大図である。粒状シリコン（図示せず）は、供
給器内へアルゴンガスとともに供給される。供給器２
は、らせん管状に構成されている。供給器２の下部周囲
には、予備加熱装置３が設けてある。また、供給器２の
先端部には、その一部がシリコン融液６に浸漬する隔離
管４が設けられ、供給器２の気相部と、チャンバー内気
相部９（第１図参照）とを隔てている。また、隔離管４
には、チャンバー外へのアルゴンガスの排気管11を備
え、粒状シリコンとともに供給器内へ導入されたアルゴ
ンガスにより、融液面や溶融した供給原料から蒸発する
一酸化珪素を排出し、アモルファスの発生付着を防止す
る。同時に、供給機構内圧力を一定に保つ。

本参考例は、供給原料が少ない場合に適用する。

［実施例１］第３図及び第４図は、本考案の原料供給機構の実施例の
要部を示したものである。

本実施例の説明にあたって、前記参考例と同一構成部分
には、同一符号を付けて、重複する説明を省略する。

第３図及び第４図の実施例において、前記参考例と主に
異なる点は、隔離管４′に、排気管11′のほかに、ガス
導入管19を備えていること、及び供給器２が、らせん構
造ではなく、原料を受け入れて溶解する、溶解室12、溶
解原料を適宜溜めておく、貯留室13、および溶解原料を
るつぼ内に供給する、供給室14、の３室に仕切られてい
ることである。溶解室12と貯留室13間の隔壁15の底部に
は、連通孔16が開けられており、溶解室内の溶融原料は
貯留室にも満ちる。溶解室12の上部および、供給室14下
部は、それぞれ開口し、溶解室はホッパー（第１図中符
号１）に、供給室14は隔離管４′に連通する。また、貯
留室13と供給室14とを隔てる隔壁15′は、貯留室13と溶
解室12（供給室14と溶解室12）とを隔てる隔壁15より低
く構成され、したがって、貯留室13であふれた溶融原料
は、供給室14に入り、さらに隔壁管４′内に到って、る
つぼ内融液中に供給される。

各室の上部は、各室が一の気相部を共有するように、わ
ん曲した上蓋17で密閉され、チャンバー内気相部から独
立した気相部が形成される。

上蓋17には、ホッパーからの原料及びアルゴンガスを溶
解室12内に受け入れるための、供給管20及び、排ガスを
チャンバー外へ出す排気管21′を備えている。このよう
に構成することで、供給機構内に発生する一酸化珪素等
のガスを系外へ運び出すとともに、異物の付着や、その
落下物が、るつぼ内のシリコン融液に到るのを防止す
る。

本実施例によるものは、供給原料が多い場合に採用され
る。

［実施例２］第３図及び第４図に示した、本考案の一実施例である原
料供給機構を採用した単結晶製造装置を用いて、シリコ
ン単結晶を引上げた。引上げ条件は、石英るつぼ径、1
6″、るつぼ内融液充填量、15Kgとして、φ４″のシリ
コン単結晶を得た。

その結果、引上げ速度を従来より30％も上げることがで
き、引上げられた単結晶中の酸素濃度は、50％も低く制
御することができた。

［考案の効果］本考案の原料供給機構は、３室に仕切られた構成である
ことから、原料が溶融状態でるつぼ内に供給されるた
め、大量供給に適している。チャンバー外への排気管を
備えた隔離管を有し、さらに、各室共有の気相部が、チ
ャンバー内気相部と独立しているため、供給機構内に発
生する一酸化珪素等のガスを系外へと運び去ることがで
きる。これにより、供給機構内に異物が付着したり、ま
た、融液中に異物が、落下したりすることを防ぎ、単結
晶化に悪影響を与える因子を除いている。

本考案による原料供給機構の採用で、従来のような二重
るつぼを用いる必要がなくなり、したがって、るつぼ材
からの大量の酸素混入を抑えることができる。二重るつ
ぼを用いないことから、引上げ速度を上げることがで
き、生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、原料供給機構を採用した単結晶製造装置の模
式図。第２図は、原料供給機構の一参考例の要部縦断面図。第３図は、本考案の原料供給機構の実施例の要部縦断面
図。第４図は、本考案の原料供給機構の実施例の要部斜視
図。１……ホッパー２……供給器３……予備加熱装置 4,4′……隔離管５……石英るつぼ６……シリコン融液７……シリコン単結晶８……原料供給機構９……チャンバー内気相部 10……原料供給機構気相部 11,11′……排気管 12……溶解室 13……貯留室 14……供給室 15,15′……隔壁 16……連通孔 17……上蓋 18……単結晶製造装置 19……ガス導入管 20……供給管

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】連続引上げ式半導体単結晶製造装置の原料
供給機構において、単結晶製造装置のチャンバー外に設
けられ、原料を貯留、供給するホッパーと、ホッパーよ
り導かれ、チャンバー内のるつぼ内融液充填域に達する
供給器と、供給器周囲に設けた原料加熱用の予備加熱装
置と、供給器先端部にあって、原料融液充填時にはその
一部がるつぼ内融液中に浸漬する隔離管とから構成さ
れ、前記供給器内が、原料の溶解室、貯留室、および供
給室の３室に隔壁により分割され、貯留室と供給室間の
隔壁の高さは他の隔壁より低く、溶解室は上部に設けた
連通管によりホッパーに、またその底部は溶解室と貯留
室間の隔壁底部に設けられた連通孔により貯留室に連通
しており、各室上部には、隔壁上端との間に間隙が設け
られて各室上部空間を一体的に覆う、前記連通管とチャ
ンバー外への排気管とを備える、上蓋が気密に設けら
れ、前記隔離管には、チャンバー外への排気管が備えら
れたことを特徴とする半導体単結晶製造装置の原料供給
機構。