JPH0797292A - 連続チャージ法における原料供給方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 連続チャージ法を用いる半導体単結晶の引き
上げにおいて、棒状の原料多結晶の溶解を常に安定した
状態に維持し、原料供給量の変動を最小限に抑えること
ができるようにする。 【構成】 原料棒釣支機構によって釣支された原料棒１
を、所定の回転速度で回転させる。原料棒１の回転によ
り、原料溶解ヒータ２の温度分布のばらつきが補正さ
れ、原料棒１はほぼ均一に加熱される。従って、溶解部
先端位置Ｃは常に原料棒１の軸心に一致し、安定した円
錐形を保つ。前記溶解部先端位置Ｃが変動しないため、
液滴３は原料溶解ヒータ２の下方に設けた原料供給口４
の中心を通過して融液５に落下する。また、液滴３の落
下距離Ｈが安定しているので、原料供給口４が液跳ねに
よって塞がれることもない。原料棒１が安定した溶解状
態を維持するので、原料供給量の変動は最小限に抑えら
れ、単結晶は安定した条件のもとで成長する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、引き上げた単結晶の量
だけ原料を連続的に供給する連続チャージ法における原
料供給方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の基板となるシリコン単結晶
の製造方法の一つとして、るつぼ内の原料融液から円柱
状の単結晶を引き上げるチョクラルスキー法（以下ＣＺ
法という）が用いられている。ＣＺ法においては、単結
晶製造装置のチャンバ内に設置したるつぼに原料である
多結晶を充填し、前記るつぼの外周を取り巻くヒータに
よって原料を加熱溶解した上、シードチャックに取り付
けた種子結晶を融液に浸漬し、シードチャックおよびる
つぼを同方向または逆方向に回転しつつシードチャック
を引き上げて単結晶を成長させる。

【０００３】近年は、半導体ウェーハの直径が大型化
し、６インチを超える大径ウェーハが要求されるように
なり、単結晶の直径も６インチ以上のものが主流になり
つつある。このため単結晶製造装置も大型化し、１サイ
クル当たりの処理量も増大する傾向にある。しかし、単
結晶製造装置の大型化に伴って単結晶成長工程における
所要時間が長くなるとともに、その前後工程、たとえば
原料多結晶の溶解所要時間や、成長した単結晶を炉外に
取り出した後、るつぼ、ヒータ等が清掃可能な温度に下
がるまでの冷却所要時間等も従来に比べて長くなってい
る。これらは単結晶の生産性を低下させる要因になる。
また石英るつぼは、原料多結晶の溶解時に加えられる熱
負荷によって変形、割れ等が発生するため、１本の単結
晶引き上げごとに新品と交換している。

【０００４】大径の単結晶をＣＺ法によって効率よく生
産する手段の一つとして、引き上げた単結晶の量に応じ
て原料をるつぼ内に供給し、連続的に単結晶を引き上げ
る連続チャージ法が用いられている。図３は連続チャー
ジ法を用いる半導体単結晶製造装置の一例を模式的に示
す部分断面図で、るつぼ６の中心から単結晶７が引き上
げられ、この単結晶７を挟むようにるつぼ６の上方に原
料溶解ヒータ２が２個設けられている。チャンバ８上部
から釣支された棒状の原料多結晶（以下原料棒という）
１は１本ずつ前記原料溶解ヒータ２内に吊り降ろされて
加熱され、溶解した原料棒は液滴となって融液５に落下
する。片側の原料棒の溶解が完了すると他側の原料棒を
溶解し、連続的に原料の供給が行われる。９は原料溶解
ヒータ２を包囲する保護筒で、その下端は融液５内に浸
漬され、液滴による融液への振動伝播防止と気相分離と
を行っている。なお、１０はメインヒータ、１１は保温
筒、１２はるつぼ軸である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】原料棒の釣支機構には
回転機能がなく、昇降機能のみを備えているため、連続
的に原料をチャージする場合に原料棒は回転することな
く原料溶解ヒータ内に少しずつ下降され、下端から溶解
する。しかし、原料溶解ヒータの温度分布の軸対称性は
必ずしも良いとは限らず、原料棒の溶解状態は原料溶解
ヒータの温度分布を反映するため、原料棒の溶解部先端
形状が不安定になる。図２はこのような状態を模式的に
示す断面図で、下記の不具合が起こっている。 （１）原料棒１から融液５に滴下する液滴３の落下距離
Ｈおよび原料棒１の溶解部先端位置Ｃが安定しない。液
滴３の落下距離Ｈが大きくなると、融液５の表面におけ
る液跳ねが多くなり、原料溶解ヒータ２の下方に設けた
原料供給口４が液跳ねによって塞がれてしまうことがあ
る。 （２）原料棒１の溶解状態が不安定になると原料供給量
が変動し、単結晶の成長に悪影響を及ぼす。 本発明は上記従来の問題点に着目してなされたもので、
原料棒の溶解を常に安定した状態に維持し、原料供給量
の変動を最小限に抑えることができるような連続チャー
ジ法における原料供給方法を提供することを目的として
いる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る連続チャージ法における原料供給方法
は、チョクラルスキー法を用いて半導体単結晶を引き上
げる際に、前記半導体単結晶の原料融液を貯留するるつ
ぼの上方に設けた原料溶解ヒータを用いて棒状の原料多
結晶を溶解し、前記融液内に滴下させて原料を補給する
連続チャージ法において、前記棒状の原料多結晶を回転
させながら溶解することを特徴としている。

【０００７】

【作用】上記構成によれば、るつぼの上方に設けた原料
溶解ヒータを用いて原料棒を溶解し、液滴の形で融液内
に原料を補給する連続チャージ法において、前記原料溶
解ヒータで原料棒を溶解するとき原料棒に回転運動を与
えることにしたので、原料溶解ヒータの温度分布の軸対
称性が良くない場合でも原料棒はほぼ均一に加熱され
る。その結果、原料棒の溶解部先端は原料棒の軸心に一
致し、安定した形状を保つことができる。従って、原料
棒から融液に滴下する液滴の落下距離も安定し、融液面
における液跳ねが少なくなるので、原料供給口が液跳ね
によって塞がれる不具合や、原料棒の溶解状態不安定に
よる原料供給量変動の問題がすべて解決される。

【０００８】

【実施例】以下に、本発明に係る連続チャージ法におけ
る原料供給方法の実施例について、図面を参照して説明
する。図１は、図３に示した半導体単結晶製造装置にお
いてチャンバ内に釣支された原料棒の下端近傍を模式的
に示す断面図である。原料棒１は昇降および回転機能を
有する原料棒釣支機構によって釣支され、所定の回転速
度で回転しつつ原料溶解ヒータ２内に挿入される。原料
溶解ヒータ２は大小２種類の円筒を中空の円錐で連結し
た形状で、この原料溶解ヒータ２内に吊り降ろされて加
熱された原料棒１は下端から溶解する。そして、原料棒
１が回転することによって原料溶解ヒータ２の温度分布
のばらつきが補正され、原料棒１はほぼ均一に加熱され
る。従って、溶解部先端位置Ｃａは常に原料棒１の軸心
に一致し、安定した円錐形を保つ。前記溶解部先端位置
Ｃａが変動しないため、液滴３は原料溶解ヒータ２の下
方に設けた原料供給口４の中心を通過して融液５に落下
する。また、原料棒１の下端から融液５までの距離すな
わち液滴３の落下距離Ｈａは、その距離が最小となる様
な条件下で操業され、かつ、一定しているので原料供給
口４が、液跳ねによって塞がれてしまうことがない。

【０００９】原料棒１がほぼ均一に加熱され、安定した
溶解状態を維持することにより、るつぼへの原料供給量
の変動は最小限に抑えることができ、単結晶は安定した
条件のもとで成長することになる。

【００１０】本実施例では、引き上げられる単結晶を挟
むように原料溶解ヒータを２個設け、交互に原料棒を溶
解する半導体単結晶製造装置について説明したが、これ
に限るものではなく、るつぼの上方に原料溶解ヒータを
設けて原料多結晶を溶解する各種の半導体単結晶製造装
置に対しても、本発明を適用することができる。

【００１１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、原
料棒を溶解して液滴の形で融液内に原料を補給する連続
チャージ法において、原料溶解ヒータ内に吊り降ろす原
料棒に回転運動を与えることにしたので、原料溶解ヒー
タの温度分布の軸対称性の良否にかかわらず原料棒はほ
ぼ均一に加熱される。従って、前記ヒータの温度分布の
不良に起因する原料棒の溶解部先端形状の不安定と、こ
れに伴って発生する原料供給口の液跳ねによる閉塞や原
料供給量の変動など、従来から指摘されていた問題をす
べて解決することができ、安定した条件のもとで所望の
品質の半導体単結晶を連続的に生産することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】原料棒の下端近傍を模式的に示す断面図であ
る。

【図２】従来の技術を用いた場合の、原料棒の下端近傍
を模式的に示す断面図である。

【図３】連続チャージ法を用いる半導体単結晶製造装置
の一例を模式的に示す部分断面図である。

【符号の説明】

１ 原料多結晶（原料棒） ２ 原料溶解ヒータ ５ 融液 ６ るつぼ ７ 単結晶

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チョクラルスキー法を用いて半導体単結
   晶を引き上げる際に、前記半導体単結晶の原料融液を貯
   留するるつぼの上方に設けた原料溶解ヒータを用いて棒
   状の原料多結晶を溶解し、前記融液内に滴下させて原料
   を補給する連続チャージ法において、前記棒状の原料多
   結晶を回転させながら溶解することを特徴とする連続チ
   ャージ法における原料供給方法。