JPH09188591A

JPH09188591A - 単結晶引上装置

Info

Publication number: JPH09188591A
Application number: JP183796A
Authority: JP
Inventors: Takashi Atami; 貴熱海; Hisashi Furuya; 久降屋; Michio Kida; 道夫喜田
Original assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp; Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp; Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1996-01-09
Filing date: 1996-01-09
Publication date: 1997-07-22

Abstract

(57)【要約】【課題】粒状半導体原料の流下時間及び流出速度を容
易に調整することができる単結晶引上装置を提供する。【解決手段】単結晶引上装置１００の原料供給装置７
０が、粒状半導体原料Ｓｃ１を貯留してその粒状半導体
原料Ｓｃ１を供給する貯留供給機７１と、貯留供給機７
１から供給された粒状半導体原料Ｓｃ１を自然流下さ
せ、ルツボ３に供給する原料供給管８０とを備えてな
り、原料供給管８０が可撓管８３を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、単結晶引上装置に
係わり、特に、粒状半導体原料の供給を改善した単結晶
引上装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、シリコン（Ｓｉ）やガリウム
ヒ素（ＧａＡｓ）等の半導体単結晶を成長させる方法の
一つとして、ＣＺ法が知られている。このＣＺ法は、ル
ツボで半導体原料を半導体融液とし、この半導体融液か
ら半導体単結晶を引き上げながら成長させるものであ
る。

【０００３】また、ＣＺ法の一つには、例えば、特開平
４−３０５０９１公報に示すように、半導体単結晶を成
長させている過程で、粒状半導体原料を補充するものが
提案されている。図３は、そのようなＣＺ法を用いた単
結晶引上装置１を示す図であり、この単結晶引上装置１
は、粒状半導体原料を連続的に補充するものである。単
結晶引上装置１の概略構成要素を説明すると、単結晶引
上装置１は、中空の気密容器２と、気密容器２内に配置
され、半導体原料として多結晶半導体の塊りを砕いた原
料や粒状半導体原料Ｓｃ１を貯留するルツボ３と、ルツ
ボ３を加熱して半導体原料を半導体融液Ｓｃ２とする加
熱器４と、半導体融液Ｓｃ２から半導体単結晶Ｓｃ３を
引き上げる単結晶引上機構５と、ルツボ３に粒状半導体
原料Ｓｃ１を供給する原料供給装置７とを備えている。

【０００４】原料供給装置７は、粒状半導体原料Ｓｃ１
を貯留してその粒状半導体原料Ｓｃ１を供給する貯留供
給機８と、貯留供給機８から供給された粒状半導体原料
Ｓｃ１を自然流下させ、ルツボ３に供給する原料供給管
９とを備えている。この原料供給管９は、接続され固定
された複数の管からなっている。

【０００５】また、この原料供給装置７では、適切なタ
イミングで適量の粒状半導体原料Ｓｃ１を供給すること
が必要とされると共に、粒状半導体原料Ｓｃ１を半導体
融液Ｓｃ２が波立たないように穏やかに供給することが
必要とされる。このため、粒状半導体原料Ｓｃ１の流下
時間は少ない方がよく、その流出速度も少ない方がよ
い。この相反する二つの要求を満足させるため、原料供
給管９の傾斜角度は、最適角度に設定されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、そのような単
結晶引上装置１では、湿度、気温等の外的要因或いは角
度の設定のくるい等の内的要因で、原料供給管９の傾斜
角度が、最適角度からはずれると修復することが難しい
という問題がある。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑み、粒状半導体原
料の流下時間及び流出速度の調整を容易に行なうことが
できる単結晶引上装置を提供することを目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の発明で
は、半導体原料を貯留するルツボと、ルツボを加熱して
半導体原料を半導体融液とする加熱器と、半導体融液か
ら半導体単結晶を引き上げる単結晶引上機構と、ルツボ
に粒状半導体原料を供給する原料供給装置とを備え、原
料供給装置は、粒状半導体原料を貯留してその粒状半導
体原料を供給する貯留供給機と、貯留供給機から供給さ
れた粒状半導体原料を自然流下させ、ルツボに供給する
原料供給管とを備える単結晶引上装置であって、原料供
給管が可撓部を有することを特徴とする。即ち、貯留供
給機をルツボに対して相対的に自在に移動させることが
可能である。

【０００９】本発明の第二の発明では、半導体原料を貯
留するルツボと、ルツボを加熱して半導体原料を半導体
融液とする加熱器と、半導体融液から半導体単結晶を引
き上げる単結晶引上機構と、ルツボに粒状半導体原料を
供給する原料供給装置とを備え、原料供給装置が、粒状
半導体原料を貯留してその粒状半導体原料を供給する貯
留供給機と、貯留供給機から供給された粒状半導体原料
を自然流下させ、ルツボに供給する原料供給管とを備え
る単結晶引上装置であって、原料供給管が屈曲自在な屈
曲部を有することを特徴とする。即ち、その屈曲部を中
心として貯留供給機をルツボに対して、相対的に回転移
動させることが可能である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づき説明する。尚、本実施形態の単結晶引上装置
は、概して図３の従来の単結晶引上装置１の原料供給装
置７を改良して原料供給装置７０に代えたものである。

【００１１】まず、単結晶引上装置１００における原料
供給装置７０以外の構成について本実施形態の詳細を説
明すると、ルツボ３は、略半球状の石英（ＳｉＯ2）製
の外ルツボ１１と、外ルツボ１１内に立設された円筒状
の石英（ＳｉＯ2）製の内ルツボ１２とから形成され、
内ルツボ１２の側壁下部には、内ルツボ１２の内側と外
側とを連通する連通孔１３が複数個形成されている。

【００１２】ルツボ３は、気密容器２の中央下部に垂直
に立設されたシャフト１４上のサセプタ１５に載置さ
れ、シャフト１４の軸線を中心として水平面上で所定の
角速度で回転する構成になっている。そして、このルツ
ボ３内には半導体融液Ｓｃ２が貯留されている。

【００１３】加熱器４は、半導体原料として多結晶半導
体の塊りを砕いた原料や粒状半導体原料Ｓｃ１を外ルツ
ボ１１内で加熱・融解し、生じた半導体融液Ｓｃ２を保
温するもので、本実施形態では抵抗加熱ヒーターが用い
られている。

【００１４】また、加熱器４の周囲には、保温用のヒー
トシールド１６が設けられている

【００１５】上記粒状半導体原料Ｓｃ１としては、例え
ば、気体原料から熱分解法により粒状に析出させた多結
晶シリコンの顆粒が好適に用いられ、成長軸方向の抵抗
を一定に保つために必要に応じてホウ素（Ｂ）（ｐ型シ
リコン単結晶を作る場合）やリン（Ｐ）（ｎ型シリコン
単結晶を作る場合）等のドーパントＳｃ１２と呼ばれる
元素を更に添加する。

【００１６】さて、原料供給装置７０は、粒状半導体原
料Ｓｃ１、ドーパントＳｃ１２を貯留してその粒状半導
体原料Ｓｃ１、ドーパントＳｃ１２を供給する貯留供給
機７１と、貯留供給機７１から供給された粒状半導体原
料Ｓｃ１、ドーパントＳｃ１２を自然流下させ、ルツボ
３に供給する原料供給管８０とからなっている。

【００１７】貯留供給機７１は、粒状半導体原料Ｓｃ１
を貯留して微小振動により適量の粒状半導体原料Ｓｃ１
を連続供給する粒状原料貯留供給機７２と、この粒状原
料貯留供給機７２の粒状半導体原料Ｓｃ１の供給を制御
するコントローラ７３と、ドーパントＳｃ１２を貯留し
て適量を間欠的に適宜供給するドーパント貯留供給機７
４と、このドーパント貯留供給機７４のドーパントＳｃ
１２の供給を制御するコントローラ７５と、粒状原料貯
留供給機７２から供給された粒状半導体原料Ｓｃ１とド
ーパント貯留供給機７４から供給されたドーパントＳｃ
１２とを受けて流下させるホッパー７６とを有してい
る。

【００１８】原料供給管８０は、ホッパー７６の排出口
に接続された石英からなる上部管８１と、気密容器２の
蓋部を貫通してルツボ３の外ルツボ１１内の内ルツボ１
２の外側に向けて配置された石英からなる下部管８２
と、上部管８１と下部管８２との間に配置され、その間
を連通接続させる可撓性を有する可撓管８３とからなっ
ている。この可撓管８３は、原料供給管８０の可撓部を
成しており、本実施形態の可撓管８３では、可撓性を有
するテフロンチューブが用いられている。

【００１９】次に、上記単結晶引上装置１００を用いて
半導体単結晶Ｓｃ３を形成する方法について説明する。

【００２０】まず、半導体原料として多結晶半導体の塊
りを砕いた原料を外ルツボ１１に入れ、気密容器２内を
真空ポンプ等で排気して真空状態する。

【００２１】次に、気密容器２内に雰囲気ガスとなるア
ルゴン（Ａr）等の不活性ガスを導入し、シャフト１４
を軸線を中心として定角速度で水平面上で回転させ、こ
れにより外ルツボ１１を定角速度で回転させながら、加
熱器４に通電し、外ルツボ１１内の原料を単結晶成長温
度以上の温度まで加熱し、この原料を融解して、半導体
融液Ｓｃ２とする。

【００２２】原料が全て半導体融液Ｓｃ２となった後
に、内ルツボ１２を外ルツボ１１内に載置し、二重構造
のルツボ３を得る。その後、加熱器４の電力を調整して
半導体融液Ｓｃ２の中央液面付近を単結晶成長温度に保
ち、単結晶引上機構５の引上軸５ａにより吊り下げられ
た種結晶Ｓｃ４を半導体融液Ｓｃ２になじませた後、こ
の種結晶Ｓｃ４を鉛直上方に引き上げ、この種結晶Ｓｃ
４を核として半導体単結晶Ｓｃ３を成長させる。ここで
は、種結晶Ｓｃ４を無転位化した後にこの単結晶の口径
を徐々に大口径化し所定の径の半導体単結晶Ｓｃ３とす
る。

【００２３】さて、この結晶成長過程においては、ま
ず、原料供給装置７０のコントローラ７３、７５を操作
することにより、粒状原料貯留供給機７２から半導体単
結晶Ｓｃ３の成長量（引上量）に応じて連続的に粒状半
導体原料Ｓｃ１をホッパー７６に供給すると共に、ドー
パント貯留供給機７４から定量のドーパントＳｃ１２を
間欠的にホッパー７６に供給する。すると、その粒状半
導体原料Ｓｃ１とドーパントＳｃ１２とが混合され、原
料供給管８０を流下し、外ルツボ１１内の内ルツボ１２
の外側に入る。この粒状半導体原料Ｓｃ１は外ルツボ１
１内の内ルツボ１２の外側で融解し連通孔１３を通って
内ルツボ１２の内側に連続的に供給される。本実施形態
では、この粒状半導体原料Ｓｃ１を供給する貯留供給機
７１とルツボ３との間の原料供給管８０の一部に可撓管
８３が用いられているので、貯留供給機７１をルツボ３
に対して相対的に移動させてルツボ３に対する貯留供給
機７１の相対高さを例えば図中想像線に示すように変化
させることで、貯留供給機７１からルツボ３までの粒状
半導体原料Ｓｃ１の流下時間及びルツボ３への流出速度
を容易に調整することができる。また、図中想像線に示
すように原料供給管８０の可撓管８３の下部をたるませ
ることで、その下部において粒状半導体原料Ｓｃ１の流
下速度を急速に低下させることができるので、従来より
粒状半導体原料Ｓｃ１の流下時間を下げずに流出速度を
低下させることができる。

【００２４】従って、この粒状半導体原料Ｓｃ１の供給
は、ルツボ３に貯留された半導体融液Ｓｃ２の液面を波
立たせることなく、従来に比して、半導体単結晶Ｓｃ３
の成長量（引上量）に応じてより適切なタイミングで適
量の粒状半導体原料Ｓｃ１を供給することができる。ま
た、これにより、適宜供給される粒状半導体原料Ｓｃ１
のドーパントＳｃ１２をより適切なタイミングで供給す
ることができる。

【００２５】以上のようにして、結晶性の高い半導体単
結晶Ｓｃ３を形成することができる。

【００２６】尚、上記実施形態の原料供給管８０の可撓
管８３に代えて、図２に示すように複数の屈曲自在に接
続された一対の不撓管９１、９２を、上部管８１と下部
管８２との間に配置し、一方の不撓管９１を上部管８１
に屈曲自在に連通接続し、他方の不撓管９２を下部管８
２に連通接続し、不撓管９１と上部管８１との間に屈曲
部９３を形成すると共に、一対の不撓管９１、９２の間
に屈曲部９４を形成する構成としてもよい。屈曲部９
３、９４は、テフロンチューブ或いはナイロンチューブ
等の可撓管で形成すると好適であり、この可撓管は、そ
の上端を上部管８１に接続し、中間部を不撓管９１、９
２の内部に挿通し、下端を下部管８２に接続する構成と
してもよい。

【００２７】この構成の原料供給管９０では、屈曲部９
４を中心として貯留供給機７１をルツボ３に対して相対
的に回転移動させて、ルツボ３に対する貯留供給機７１
の相対高さを変化させることができるので、貯留供給機
７１からルツボ３までの粒状半導体原料Ｓｃ１の流下時
間及びルツボ３への流出速度を容易に調整することがで
きる。また、原料供給管９０の屈曲部９４より上部側の
不撓管９１の傾斜に対して、その屈曲部９４より下部側
の不撓管９２の傾斜をなだらかにすることで、その下部
側の不撓管９２で粒状半導体原料Ｓｃ１の流下速度を急
速に低下させることができるので、従来より粒状半導体
原料Ｓｃ１の流下時間を下げずに流出速度を低下させる
ことができる。従って、前記実施形態と同様の効果を奏
することができる。また、不撓管９１と上部管８１との
間に屈曲部９３を形成したので、貯留供給機７１の機軸
を鉛直に保持した状態で移動させることができる。尚、
下部側の不撓管９２と下部管８２との間に屈曲部を設け
て下部側の不撓管９２の傾斜をも変化自在とさせる構成
とすると、更に粒状半導体原料Ｓｃ１の流下速度の調整
を容易且つ自在に行なうことができる。

【００２８】粒状半導体原料Ｓｃ１を多結晶シリコンの
顆粒に代えてガリウムヒ素（ＧaＡs）としてもよく、こ
の場合、ドーパントＳｃ１２は亜鉛（Ｚｎ）もしくはシ
リコン（Ｓｉ）等となる。また、上記実施形態では、粒
状半導体原料Ｓｃ１を連続的に供給する構成としたが、
粒状半導体原料Ｓｃ１を間欠的に供給する構成としても
よい。例えば、ルツボ３内の半導体融液Ｓｃ２の液位が
所定高さ以下になるまで粒状半導体原料Ｓｃ１の充填は
行なわず、半導体融液Ｓｃ２の液位が所定の下限液位以
下となったところで、半導体融液Ｓｃ２の液位が所定の
基準液位となるように粒状半導体原料Ｓｃ１を充填す
る。

【００２９】

【発明の効果】即ち、本発明の第一の発明では、貯留供
給機をルツボに対して、相対的に自在に移動させること
が可能であるので、ルツボに対する貯留供給機の相対高
さを変化させることで、粒状半導体原料の流下時間及び
流出速度を容易に調整することができる。また、原料供
給管の可撓部の下部をたるませることで、その下部にお
いて粒状半導体原料の流下速度を急速に低下させること
ができるので、従来より粒状半導体原料の流下時間を下
げずに流出速度を低下させることができる。

【００３０】本発明の第二の発明では、原料供給管の屈
曲部を中心として貯留供給機をルツボに対して相対的に
回転移動させることが可能であるので、ルツボに対する
貯留供給機の相対高さを変化させることで、粒状半導体
原料の流下時間及び流出速度を容易に調整することがで
きる。また、原料供給管の屈曲部より上部側の傾斜に対
して、原料供給管の屈曲部より下部側の傾斜をなだらか
にすることで、その下部側で粒状半導体原料の流下速度
を急速に低下させることができるので、従来より粒状半
導体原料の流下時間を下げずに流出速度を低下させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の単結晶引上装置の一実施形態を示す
図である。

【図２】本発明の単結晶引上装置の別の実施形態を示
す図である。

【図３】従来の単結晶引上装置の一例を示す図であ
る。

【符号の説明】

３ルツボ４加熱器５単結晶引上機構７０原料供給装置７１貯留供給機８０原料供給管８３可撓管（可撓部）９０原料供給管９３屈曲部９４屈曲部１００単結晶引上装置Ｓｃ１粒状半導体原料Ｓｃ２半導体融液Ｓｃ３半導体単結晶

フロントページの続き (72)発明者喜田道夫埼玉県大宮市北袋１丁目297番地三菱マテリアル株式会社総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体原料を貯留するルツボと、該ルツ
ボを加熱して半導体原料を半導体融液とする加熱器と、
該半導体融液から半導体単結晶を引き上げる単結晶引上
機構と、前記ルツボに粒状半導体原料を供給する原料供
給装置とを備え、前記原料供給装置は、前記粒状半導体
原料を貯留してその粒状半導体原料を供給する貯留供給
機と、前記貯留供給機から供給された粒状半導体原料を
自然流下させ、前記ルツボに供給する原料供給管とを備
える単結晶引上装置であって、前記原料供給管が可撓部を有することを特徴とする単結
晶引上装置。
【請求項２】半導体原料を貯留するルツボと、該ルツ
ボを加熱して半導体原料を半導体融液とする加熱器と、
該半導体融液から半導体単結晶を引き上げる単結晶引上
機構と、前記ルツボに粒状半導体原料を供給する原料供
給装置とを備え、前記原料供給装置は、前記粒状半導体
原料を貯留してその粒状半導体原料を供給する貯留供給
機と、前記貯留供給機から供給された粒状半導体原料を
自然流下させ、前記ルツボに供給する原料供給管とを備
える単結晶引上装置であって前記原料供給管が屈曲自在
な屈曲部を有することを特徴とする単結晶引上装置。