JPH09241098A - 半導体単結晶製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原料多結晶棒を溶解して融液に供給する連続
チャージ法の半導体単結晶製造装置において、結晶育成
部と原料供給部との気相を確実に分離して育成単結晶の
有転位化を防止し、かつ、原料用パージチューブの着脱
を容易にする。 【解決手段】 スロート部２１の所定位置にパージチュ
ーブ支持プレート２５を収容、固定し、パージチューブ
支持プレート２５に設けた段付き穴に原料用パージチュ
ーブ４１と結晶用パージチューブ３１とを挿通して固定
する。原料用パージチューブ４１の下部は、原料溶解ヒ
ータ４３に挿嵌する。パージチューブ支持プレート２５
の使用により、各パージチューブの位置決め精度が向上
し、結晶育成部３０と原料供給部４０との気相を確実に
分離し、パージチューブの着脱を容易にする。また、原
料用パージチューブ４１の外周に断熱材４２を装着する
ことにより、断熱効果が高められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原料多結晶棒を溶
解してるつぼに供給しつつ半導体単結晶を育成する連続
チャージ法による半導体単結晶製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の基板には一般に高純度の単
結晶シリコンが用いられているが、その製造には主とし
て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、半導体単結晶製造装置のチ
ャンバ内に設置したるつぼ軸の上端にるつぼ受けを介し
て黒鉛るつぼを載置し、前記黒鉛るつぼ内に収容した石
英るつぼに多結晶シリコンを充填した上、黒鉛るつぼの
周囲に設けたヒータによって多結晶シリコンを加熱溶解
して融液とする。そして、シードチャックに取り付けた
種結晶を前記融液に浸漬し、シードチャックおよび黒鉛
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シリコンを成長させる。

【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、単結晶シリコンの直径も６インチ以上のものが主
流になりつつある。このため半導体単結晶製造装置が大
型化し、１バッチ当たりの処理量も増大する傾向にあ
る。しかし、単結晶シリコンの大径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、たとえば多結晶シリコンの溶解所要時間や、成長
した単結晶シリコン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。これらは単結晶シリコ
ンの生産性を低下させる要因となっている。

【０００４】大径の単結晶シリコンをＣＺ法によって効
率よく生産する手段の一つとして、育成した単結晶シリ
コンの量に応じて原料をるつぼ内に連続的に供給しつつ
単結晶シリコンを引き上げる連続チャージ法が用いられ
ている。図５は連続チャージ法による半導体単結晶製造
装置の一例を概略的に示す部分縦断面図で、メインチャ
ンバ５１の中心に設けられたるつぼ軸５３の上端に黒鉛
るつぼ５４、石英るつぼ５２が昇降および回転自在に設
置され、黒鉛るつぼ５４の周囲にメインヒータ５５、保
温筒５６が配設されている。メインチャンバ５１の上端
にはスロート部２１を介してプルチャンバ１１が取着さ
れている。

【０００５】石英るつぼ５２の縁部上方には、２組の原
料供給部４０が設置されている。この原料供給部４０
は、プルチャンバ１１から吊り下ろされる棒状の多結晶
シリコン（以下原料多結晶棒という）４４を溶解して融
液５７に滴下させるもので、原料用パージチューブ４１
と、原料溶解ヒータ４３と、原料溶解ヒータ４３を包囲
する保護筒４５と、保護筒４５の底部に取り付けられた
石英製の原料供給管４６とを備えている。前記原料用パ
ージチューブ４１は、プルチャンバ１１に設置されてい
る原料供給室１４の下端に設けられた原料供給用ゲート
バルブ１６の下側と、原料溶解ヒータ４３の上端との間
に取着されている。

【０００６】原料溶解ヒータ４３と保護筒４５の上部と
の隙間は断熱シール部材で封止されている。また、前記
保護筒４５の下部には原料供給部４０に導入した不活性
ガスをメインチャンバ５１から排出する通路となる環状
のメルトカバー４７が取着され、前記メルトカバー４７
の縁部には排気管４８が接続されている。

【０００７】前記２組の原料供給部４０には、単結晶育
成部３０に導入される不活性ガスの管路と別の管路から
不活性ガスが導入される。この不活性ガスは原料用パー
ジチューブ４１、原料溶解ヒータ４３の内部を流れ、保
護筒４５の下部に設けた開口部からメルトカバー４７内
に入り、原料多結晶棒４４の溶解時に発生したＳｉＯ系
ダストや原料供給部４０で発生した不純物とともに排気
管４８を経てメインチャンバ５１から排出される。

【０００８】一方、結晶育成部３０に導入された不活性
ガスは、育成中の半導体単結晶３２の周囲を流下し、メ
ルトカバー４７と融液５７との間を流れ、黒鉛るつぼ５
４とメインヒータ５５との隙間、メインヒータ５５と保
温筒５６との隙間および保温筒５６とメインチャンバ５
１との隙間を流下して、メインチャンバ５１の底部から
排出される。

【０００９】原料多結晶棒４４は１本ずつ交互に、また
は２本同時に原料用パージチューブ４１内に吊り下ろさ
れ、原料溶解ヒータ４３によって下端から溶解され、液
滴となって原料供給管４６内を通過し、融液５７に落下
する。原料供給管４６の下部は融液５７に浸漬され、前
記液滴によって原料供給管４６の外側の融液、すなわち
結晶育成部３０の融液５７に振動が伝播することを防止
している。また、原料供給部４０は、上記構造により結
晶育成部３０から隔離された独立の空間を形成している
ので、結晶育成部３０と原料供給部４０との気相が分離
されている。

【００１０】半導体単結晶の引き上げに当たり、メイン
チャンバ５１の外部に設けられた図示しないバルブの開
度を調節し、原料供給部４０が結晶育成部３０よりも低
圧の状態とする。これにより、原料供給部４０で発生し
たＳｉＯ系ダスト、不純物等の単結晶育成部３０への流
入を阻止し、育成する半導体単結晶３２の有転位化を防
止している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】原料用パージチューブ
４１の下端は原料溶解ヒータ４３に締着され、上端はス
ロート部２１の上端に設けられた穴にＯリング４９を介
して挿嵌されている。このような構造の場合、原料用パ
ージチューブ４１と原料溶解ヒータ４３とを一体構成と
しているため、重量が大きくなり、取り付け，取り外し
に多大の労力を必要とする。また、原料用パージチュー
ブ４１のスロート部２１への挿嵌がやりにくく、Ｏリン
グ４９を損傷することがある。Ｏリング４９が損傷する
と、原料供給部４０で発生したＳｉＯ系ダスト、不純物
等が単結晶育成部３０に流入しやすくなり、育成中の半
導体単結晶３２の有転位化を招く。

【００１２】また、原料溶解ヒータ４３によって溶解し
た原料多結晶棒４４の上端部分は、溶け残りの残材とし
てプルチャンバ１１に引き上げて取り出すが、原料溶解
ヒータ４３の作動停止に伴って急速に冷却されるため、
破損することがある。破損した前記残材は原料溶解ヒー
タ４３内に落下し、原料溶解ヒータ４３や原料供給管４
６に損傷を与え、更に融液５７に落下した場合は育成中
の半導体単結晶３２が有転位化する。

【００１３】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、原料多結晶棒を溶解して融液に供給する連
続チャージ法の半導体単結晶製造装置において、結晶育
成部と原料供給部との気相分離不完全、あるいは原料多
結晶棒溶解後の残材の破損、落下による育成単結晶の有
転位化を防止するとともに、原料用パージチューブの取
り付け，取り外しを容易に行うことができる半導体単結
晶製造装置を提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体単結晶製造装置は、半導体単結
晶の原料を溶解するるつぼと、るつぼ内の原料を加熱す
るメインヒータと、溶解した原料融液に種結晶を浸漬し
て半導体単結晶を引き上げる引き上げ機構と、るつぼの
縁部上方に設けた原料溶解ヒータにより原料多結晶棒を
溶解してるつぼ内に連続的に供給する原料供給部とを備
えた連続チャージ法による半導体単結晶製造装置におい
て、原料多結晶棒を原料供給用ゲートバルブの下側と原
料溶解ヒータとの間で被包する原料用パージチューブの
上端と、結晶収容用ゲートバルブの下側からメインチャ
ンバ内に垂設して育成中の半導体単結晶を包囲する結晶
用パージチューブの上端とを、前記各ゲートバルブの下
側の所定位置に固定する構成とした。

【００１５】上記構成において、本発明に係る半導体単
結晶製造装置は、プルチャンバとメインチャンバとの間
に挟着するスロート部の所定位置にパージチューブ支持
プレートを収容、固定し、前記パージチューブ支持プレ
ートに設けた段付き穴に原料用パージチューブと結晶用
パージチューブとを挿通して掛止することを特徴として
いる。

【００１６】また、本発明に係る半導体単結晶製造装置
は、原料用パージチューブの外周に断熱材を装着するも
のとした。

【００１７】

【発明の実施の形態および実施例】本発明は、結晶育成
部から隔離した原料供給部で原料多結晶棒を溶解して融
液に供給する半導体単結晶製造装置において、結晶育成
部と原料供給部との気相分離の完全化と、パージチュー
ブの着脱容易化を実現するものである。上記構成によれ
ば、原料用パージチューブ、結晶用パージチューブの上
端は各ゲートバルブ下側の所定位置に固定されるため、
不活性ガスの流路が適切に区分され、特に原料溶解ヒー
タ内に不活性ガスを円滑に導くことができる。

【００１８】各パージチューブはパージチューブ支持プ
レートによって位置決めされるが、正確に位置決めする
にはパージチューブ支持プレートを所定の位置、所定の
高さに固定しなければならない。本発明では、パージチ
ューブ支持プレートがスロート部の所定の位置に収容、
固定されるので、各パージチューブの上端をそれぞれ正
確に位置決めすることが可能となり、組立精度が向上す
る。特に、原料用パージチューブは原料溶解ヒータに継
合するので高精度が要求されるが、本発明ではパージチ
ューブ支持プレートが組立治具の機能を果たすめ、継合
は容易である。

【００１９】また、原料用パージチューブの外周に断熱
材を装着することにより、原料溶解時の熱効率が向上す
るとともに、原料多結晶棒の溶解完了後、急冷による残
材の破損、落下が回避される。更に、前記断熱材の装着
により結晶用パージチューブの断熱効率が向上するの
で、原料溶解ヒータから育成中の半導体単結晶に対する
側面からの熱伝達が緩和され、半導体単結晶の引き上げ
速度を上げることができる。

【００２０】次に、本発明に係る半導体単結晶製造装置
の実施例について図面を参照して説明する。なお、従来
の技術で説明した構成要素に対応する構成要素について
は、同一符号を付してその説明を省略する。

【００２１】図１は、本発明の第１実施例に係る半導体
単結晶製造装置の概略構造を示す部分縦断面図である。
プルチャンバ１１は隔壁１２，１２によって３分割さ
れ、中央に結晶収容室１３、その両側に原料供給室１
４，１４が設けられている。プルチャンバ１１の下端に
は、前記各室とスロート部２１とを分離する結晶収容用
ゲートバルブ１５および原料供給用ゲートバルブ１６，
１６が設けられている。

【００２２】図２はスロート部の斜視図、図３はパージ
チューブの取り付け構造を示す説明図である。スロート
部２１は、図２に示すように角形長方形の筒２２の上下
にフランジ２３，２４を有し、筒２２の内壁にはパージ
チューブ支持プレート２５を収容して固定する段付き部
２６が設けられている。パージチューブは、図３に示す
ように、結晶用パージチューブ３１と原料用パージチュ
ーブ４１，４１とがあり、いずれも上端にフランジを備
えた円筒である。結晶用パージチューブ３１は黒鉛また
は黒鉛と断熱材との複合材料からなる。原料用パージチ
ューブ４１は、上部が黒鉛または黒鉛と断熱材との複合
材料からなり、下部は絶縁材、たとえば石英からなる。
また、パージチューブ支持プレート２５は、黒鉛または
黒鉛と断熱材との複合材料からなり、中央に結晶用パー
ジチューブ３１の上端を所定の位置に固定するための段
付き穴２７を有し、両端に原料用パージチューブ４１の
上端を所定の位置に固定するための段付き穴２８を備え
ている。

【００２３】原料用パージチューブと原料溶解ヒータと
の継合方法について説明する。まず、パージチューブ支
持プレート２５をスロート部２１の段付き部２６に挿嵌
する。これにより、パージチューブ支持プレート２５は
所定の位置に固定される。次に、スロート部２１を、メ
インチャンバ５１の上面に取着し、結晶用パージチュー
ブ３１および原料用パージチューブ４１をそれぞれパー
ジチューブ支持プレート２５の段付き穴２７，２８に挿
通した後、原料用パージチューブ４１の外周に断熱材４
２を装着する。断熱材４２は成型炭素繊維材からなり、
表面にダスト発生防止のコーティングが施されている。
パージチューブ支持プレート２５によって原料用パージ
チューブ４１が正確に位置決めされるため、原料用パー
ジチューブ４１の下部すなわち石英等の絶縁材からなる
部分は原料溶解ヒータ４３に円滑に挿入され、原料用パ
ージチューブ４１と原料溶解ヒータ４３との継合が完了
する。また、結晶用パージチューブ３１は、メインチャ
ンバ５１に設置された石英るつぼ５２の中心軸上に垂設
される。結晶用パージチューブ３１の下端は、半導体単
結晶育成時の融液面から所定の距離を保つ位置に固定さ
れている。

【００２４】上記のように構成された本実施例の作用
は、下記の通りである。 （１）パージチューブ支持プレート２５、スロート部２
１の段付き部２６および結晶用パージチューブ３１、原
料用パージチューブ４１の寸法精度が良好であれば、各
パージチューブの位置決めが容易となり、原料用パージ
チューブ４１は原料溶解ヒータ４３に正しく継合され
る。これにより、結晶育成部３０と原料供給部４０との
気相は確実に分離される。 （２）原料用パージチューブ４１の外周に装着した断熱
材４２は、原料多結晶棒４４溶解時の熱効率を高めると
ともに、原料多結晶棒の残材を急冷しないので、残材の
破損、落下を防止する。また、育成中の半導体単結晶３
２に対する熱伝達を緩和する。

【００２５】スロート部２１を構成する筒２２の内壁に
段付き部を設けず、図４に示すように筒２２の内壁に複
数個のストッパ２９を突設させてもよい。スロート部２
１に挿嵌したパージチューブ支持プレートの下面がスト
ッパ２９に当接すると、パージチューブ支持プレートは
所定の高さに固定される。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、従
来は原料溶解ヒータに締着していた原料供給用パージチ
ューブを、パージチューブ支持プレートによって高精度
に位置決めできるようにしたので、メインチャンバに対
する原料供給部の着脱が極めて容易となり、組立精度も
向上する。これに伴って、結晶育成部と原料供給部との
気相を確実に分離することができ、育成する半導体単結
晶の有転位化が防止される。また、育成中の半導体単結
晶の周囲に結晶用パージチューブを設けるとともに、原
料用パージチューブの外周に断熱材を装着したので、半
導体単結晶に対する原料溶解ヒータからの熱伝達が緩和
され、引き上げ速度を上げることができる。更に、原料
溶解ヒータの熱効率が向上して原料多結晶棒の溶解が円
滑に行われるとともに、溶解後の残材破損が回避され
る。これらを総合すると、本発明により半導体単結晶の
生産性向上に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体単結晶製造装置の概略構造
を示す部分縦断面図である。

【図２】スロート部の斜視図である。

【図３】パージチューブの取り付け構造を示す説明図で
ある。

【図４】スロート部の他の構造を示す斜視図である。

【図５】連続チャージ法による従来の半導体単結晶製造
装置の概略構造を示す部分縦断面図である。

【符号の説明】

１１…プルチャンバ、１３…結晶収容室、１４…原料供
給室、１５…結晶収容用ゲートバルブ、１６…原料供給
用ゲートバルブ、２１…スロート部、２５…パージチュ
ーブ支持プレート、２６…段付き部、２７，２８…段付
き穴、２９…ストッパ、３０…結晶育成部、３１…結晶
用パージチューブ、３２…半導体単結晶、４０…原料供
給部、４１…原料用パージチューブ、４２…断熱材、４
３…原料溶解ヒータ、４４…原料多結晶棒、５１…メイ
ンチャンバ、５２…石英るつぼ、５５…メインヒータ、
５７…融液。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体単結晶の原料を溶解するるつぼ
   と、るつぼ内の原料を加熱するメインヒータと、溶解し
   た原料融液に種結晶を浸漬して半導体単結晶を引き上げ
   る引き上げ機構と、るつぼの縁部上方に設けた原料溶解
   ヒータにより原料多結晶棒を溶解してるつぼ内に連続的
   に供給する原料供給部とを備えた連続チャージ法による
   半導体単結晶製造装置において、原料多結晶棒を原料供
   給用ゲートバルブの下側と原料溶解ヒータとの間で被包
   する原料用パージチューブの上端と、結晶収容用ゲート
   バルブの下側からメインチャンバ内に垂設して育成中の
   半導体単結晶を包囲する結晶用パージチューブの上端と
   を、前記各ゲートバルブの下側の所定位置に固定するこ
   とを特徴とする半導体単結晶製造装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体単結晶製造装置に
   おいて、プルチャンバとメインチャンバとの間に挟着す
   るスロート部の所定位置にパージチューブ支持プレート
   を収容、固定し、前記パージチューブ支持プレートに設
   けた段付き穴に原料用パージチューブと結晶用パージチ
   ューブとを挿通して掛止することを特徴とする半導体単
   結晶製造装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の半導体単結晶製造装置に
   おいて、原料用パージチューブの外周に断熱材を装着す
   ることを特徴とする半導体単結晶製造装置。