JPH09194287A - 単結晶引上装置 - Google Patents

単結晶引上装置

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JPH09194287A
JPH09194287A JP8004407A JP440796A JPH09194287A JP H09194287 A JPH09194287 A JP H09194287A JP 8004407 A JP8004407 A JP 8004407A JP 440796 A JP440796 A JP 440796A JP H09194287 A JPH09194287 A JP H09194287A
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JP
Japan
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crucible
raw material
semiconductor melt
supply pipe
material supply
Prior art date
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Pending
Application number
JP8004407A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Atami
貴 熱海
Hiroaki Taguchi
裕章 田口
Hisashi Furuya
久 降屋
Michio Kida
道夫 喜田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Materials Silicon Corp
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Silicon Corp
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Materials Silicon Corp, Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Silicon Corp
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Priority to TW085115858A priority patent/TW440613B/zh
Priority to DE19700498A priority patent/DE19700498B4/de
Priority to KR1019970000447A priority patent/KR100441357B1/ko
Priority to CNB971010099A priority patent/CN1138878C/zh
Priority to US08/781,842 priority patent/US5891245A/en
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  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボイドの発生を低減する。 【解決手段】 気密容器2と、気密容器内で半導体融液
を貯留する互いに連通した外ルツボ11及び内ルツボ1
2からなる二重ルツボ3と、気密容器の上部から垂下さ
れ、その下端開口から内ルツボと外ルツボとの間の半導
体融液中に粒状又は粉状の原料を投入可能に配置された
原料供給管5とを備え、外ルツボと内ルツボとの間に貯
留された半導体融液の重量をW(kg)とし、前記原料
供給管からの原料供給量をK(g/min)とした場合
に、原料を供給した部分の温度Tmが固液界面温度Ts
に対してTs+50<Tm<Ts+100の条件下で、
W≧0.3K−5(但しK≧20)の条件を満たすよう
にされていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン(Si)
やガリウムヒ素(GaAs)等の半導体単結晶を連続チ
ャージ型磁界印加CZ法で製造するための単結晶引上装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】CZ法による単結晶引上装置は、気密容
器としてのチャンバと、このチャンバの内部に設けられ
た半導体融液を貯留するルツボと、半導体融液を加熱す
るヒーターと、半導体単結晶を引き上げる引上機構とを
有している。この装置は、ルツボ内の半導体融液に半導
体単結晶の種結晶を浸し、この種結晶を除々に引き上
げ、種結晶と同一方位の大口径の半導体結晶を成長させ
るものである。
【0003】近年、このCZ法の一つとして、ルツボに
原料を連続的に供給しながら引き上げを行う連続チャー
ジ型磁界印加CZ法(以下、CMCZ法と省略する。)
が開発されている。この方法は、外ルツボと筒状の仕切
り体である内ルツボとからなる二重ルツボの外ルツボに
対して、石英製の原料供給管から原料を供給しながら内
ルツボより半導体単結晶を引き上げるというものであ
り、さらに外部からルツボ内の半導体融液に磁界を印加
することにより前記半導体融液内の対流を抑制するもの
である。この石英製の原料供給管はチャンバの上部から
垂下され、その下端開口は外ルツボの半導体融液の液面
に近接している。
【0004】ところで、原料供給管の下端開口は、半導
体融液の液面より数センチメートル上方に開口してお
り、一方、原料は、ヒーターや半導体融液からの輻射熱
にさらされないチャンバの上部に貯留されている。そし
て、原料供給管内に投入された原料は、前記下端開口か
ら半導体融液内へ投入される。
【0005】なお、CMCZ法で成長される単結晶中に
おいては、CZ法に比べて、ボイド(格子欠陥)の発生
頻度が大きくなる傾向がある。これは、原料供給管から
の原料の投入方法と関連があると考えられる。すなわ
ち、所定の圧力で保持されたチャンバ内において原料は
原料供給管内を流れる不活性ガスとともに投入されてい
るので、不活性ガスの流速及び炉内圧とボイド発生との
間に関係があると推定できる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のCM
CZ法による単結晶引上装置では、単結晶の引上速度を
増大させると、ボイドの発生頻度が大きくなる傾向があ
る。
【0007】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、ボイドの発生を低減することができる単結晶引上装
置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の単結晶引上装置
は、気密容器と、気密容器内で半導体融液を貯留する互
いに連通した外ルツボ及び内ルツボからなる二重ルツボ
と、気密容器の上部から垂下され、その下端開口から内
ルツボと外ルツボとの間の半導体融液中に粒状又は粉状
の原料を投入可能に配置された原料供給管とを備え、外
ルツボと内ルツボとの間に貯留された半導体融液の重量
をW(kg)とし、前記原料供給管からの原料供給量を
K(g/min)とした場合に、原料を供給した部分の
温度Tmが固液界面温度Tsに対してTs+50<Tm
<Ts+100の条件下で、W≧0.3K−5(但しK
≧20)の条件を満たすようにされていることを特徴と
する。
【0009】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
の単結晶引上装置について説明する。
【0010】図1に示すように、この単結晶引上装置1
のチャンバ2の内部には二重ルツボ3、ヒーター4、原
料供給管5が配設されている。二重ルツボ3はほぼ半球
状の石英製の外ルツボ11と、外ルツボ11内に設けら
れた円筒状の仕切り体である石英製の内ルツボ12とか
ら構成され、内ルツボ12の側壁下部には、内ルツボ1
2と外ルツボ11とを連通する連通孔12aが形成され
ている。
【0011】二重ルツボ3は、チャンバ2の中の下部に
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
の速度で回転駆動されるようになっている。そして、こ
の二重ルツボ3内には、半導体融液(加熱溶解された半
導体単結晶の原料)21が貯留されている。ヒーター4
は、半導体の原料を外ルツボ11内で加熱融解すると共
に、それによって生じた半導体融液21を保温するため
のものである。ヒーター4は、サセプタ15および二重
ルツボ3を取り囲むように配設されており、ヒーター4
の外側は保温用の熱シールド部材(図示せず)により取
り囲まれている。
【0012】原料供給管5は、半導体融液21の粒状ま
たは粉状の原料を外ルツボ11と内ルツボ12との間の
半導体融液21の液面上に連続的に供給するためのもの
である。原料投入管5から投入する原料としては、例え
ば多結晶シリコンのインゴットを粉砕機等で破砕してフ
レーク状にしたもの、あるいは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等であり、
必要に応じてドーパントと呼ばれる添加元素のホウ素
(B)やリン(P)等がさらに添加される。また、ガリ
ウムヒ素の場合は、添加元素として亜鉛(Zn)もしく
はシリコン(Si)等ががさらに添加される。
【0013】原料供給管5は上端側が支持されており、
下端開口5aが半導体融液21の液面上方の所定の距離
離間した位置に配置されている。この原料供給管5は、
コンタミネーション防止および加工性の点から、矩形断
面の石英管で構成されている。
【0014】原料供給管5の内部にはアルゴンガス等の
不活性ガスが所定の流量でチャンバ2の内部に向けて流
されており、原料供給管5内に投入された原料は、不活
性ガスとともに、半導体融液21の液面に向かって搬送
・投下される。不活性ガスの流量は、操業条件に応じて
流量を連続的に変化させることができるようになってい
る。
【0015】チャンバ2の上部には、引上機構およびチ
ャンバ2にアルゴンガス(Ar)等の不活性ガスを導入
するための導入口等が設けられている。引上機構の一部
である引上ワイヤ24は、上方で回転しつつ上下動する
ようになっている。この引上ワイヤ24の先端には、チ
ャックを介して半導体単結晶の種結晶が取り付けられて
いる。そして、この種結晶を内ルツボ12内の半導体融
液21に浸した後、上昇させ、種結晶を始点として順次
成長した半導体単結晶がアルゴンガス(Ar)等の不活
性ガス雰囲気中で引き上げられる。
【0016】ここで、外ルツボと内ルツボとの間に貯留
された半導体融液の重量(原料投入領域重量)及び原料
供給管からの原料供給量を変化させて、溶解能力テスト
及びボイドの発生テストを行った。実験は、原料を供給
した部分の温度Tmが固液界面温度Tsに対してTs+
50<Tm<Ts+100の条件で行った。
【0017】この調査結果を、図2に、縦軸に外ルツボ
と内ルツボとの間に貯留された半導体融液の重量(原料
投入領域重量)W(kg)を、横軸に原料供給管からの
原料供給量K(g/min)をとって、図示する。図2
中の小さな○は投入した原料が再結晶することなく溶解
した場合を示し、小さな×は投入した原料が再結晶して
溶解しなかった場合を示す。また、大きな×はボイドが
発生した場合を示し、大きな○はボイドが発生しなかっ
た場合を示す。
【0018】これにより、溶解能力が不足の場合と溶解
能力が十分である場合とを仕切るa線が得られる。さら
に、溶解可能な領域であってボイドが発生しない領域と
ボイドが発生する領域とを仕切るb線が得られる。b線
は、統計的処理により、W=0.3K−5(但しK≧2
0)で表される。したがって、K≧20においては、W
≧0.3K−5のときはボイドの発生の抑えつつ単結晶
成長することができる。
【0019】前記条件を外れた場合すなわちW<0.3
K−5の領域である場合には、原料投入領域重量Wを増
大させるか、又は原料投入供給量を減少させることによ
り、前記条件すなわちW≧0.3K−5を満たすように
することができる。Wを増大させるには、半導体融液の
液深さを増すことによりある程度対応することができる
が、二重ルツボ3の大きさにより自ずと限界があるの
で、設計変更を行い半径の大きなルツボを使用する。な
お、原料供給量を減少させるためには引上速度の減少が
必要となる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の単結晶引
上装置によれば、気密容器と、気密容器内で半導体融液
を貯留する互いに連通した外ルツボ及び内ルツボからな
る二重ルツボと、気密容器の上部から垂下され、その下
端開口から内ルツボと外ルツボとの間の半導体融液中に
粒状又は粉状の原料を投入可能に配置された原料供給管
とを備え、外ルツボと内ルツボとの間に貯留された半導
体融液の重量をW(kg)とし、前記原料供給管からの
原料供給量をK(g/min)とした場合に、原料を供
給した部分の温度Tmが固液界面温度Tsに対してTs
+50<Tm<Ts+100の条件下で、W≧0.3K
−5(但しK≧20)の条件を満たすようにされている
ので、ボイドの発生を低減しつつ単結晶成長を行うこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に使用される単結晶引上
装置を示す断面図である。
【図2】溶解試験及びボイドの発生テストの結果を、縦
軸に外ルツボと内ルツボとの間に貯留された半導体融液
の重量W(kg)を、横軸に原料供給管からの原料供給
量K(g/min)をとって、図示したものである。
【符号の説明】
1 単結晶引上装置 2 チャンバ(気密容器) 3 二重ルツボ 4 ヒーター 5 原料供給管 5a 下端開口 11 外ルツボ 12 内ルツボ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 降屋 久 東京都千代田区大手町一丁目5番1号 三 菱マテリアルシリコン株式会社内 (72)発明者 喜田 道夫 埼玉県大宮市北袋町1丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社総合研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 気密容器と、気密容器内で半導体融液を
    貯留する互いに連通した外ルツボ及び内ルツボからなる
    二重ルツボと、気密容器の上部から垂下され、その下端
    開口から内ルツボと外ルツボとの間の半導体融液中に粒
    状又は粉状の原料を投入可能に配置された原料供給管と
    を備え、 外ルツボと内ルツボとの間に貯留された半導体融液の重
    量をW(kg)とし、前記原料供給管からの原料供給量
    をK(g/min)とした場合に、 原料を供給した部分の温度Tmが固液界面温度Tsに対
    してTs+50<Tm<Ts+100の条件下で、 W≧0.3K−5(但しK≧20)の条件を満たすよう
    にされていることを特徴とする単結晶引上装置。
JP8004407A 1996-01-11 1996-01-12 単結晶引上装置 Pending JPH09194287A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8004407A JPH09194287A (ja) 1996-01-12 1996-01-12 単結晶引上装置
TW085115858A TW440613B (en) 1996-01-11 1996-12-21 Method for pulling single crystal
DE19700498A DE19700498B4 (de) 1996-01-11 1997-01-09 Einkristall-Ziehverfahren
KR1019970000447A KR100441357B1 (ko) 1996-01-11 1997-01-10 단결정인상방법및그실행장치
CNB971010099A CN1138878C (zh) 1996-01-11 1997-01-10 拉单晶方法及其实现装置
US08/781,842 US5891245A (en) 1996-01-11 1997-01-10 Single crystal pulling method and apparatus for its implementation

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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03199193A (ja) * 1989-12-27 1991-08-30 Nippon Steel Corp シリコン単結晶の製造方法
JPH03295891A (ja) * 1990-04-13 1991-12-26 Nkk Corp シリコン単結晶の製造方法
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JPH04198086A (ja) * 1990-11-28 1992-07-17 Osaka Titanium Co Ltd 単結晶成長方法

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20050927