JPS5919913B2 - 連続式半導体結晶成長装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、るつぼに保有されている溶融半導体物質か
ら半導体結晶を成長させるための装置の改良（こ関する
ものである。

シリコンやゲルマニュームのような半導体結晶を成長さ
せる場合においては、半導体物質を溶融状態で保有し、
そして結晶が適当な長さになるまで種結晶をゆっくりさ
溶融している半導体物質中から引上げるようＱこ構成さ
れている結晶成長炉か従来用いられていた。

従来においては、結晶を成長させるべき物質をるつぼに
満たして溶融させ、これを単一の大きな結晶が引上げる
のが普通であった。

しかしこの方法は溶融させた物質の約９０％を消費する
ので、次の操作を行なう場合ζこは結晶を取去って、新
しい投入物質が入れられた新たなるつぼを炉内（こ装入
するため（こ炉を停止させなければならず、実質上、無
１駄な時間か生じるという欠点があった。

上述の欠点を解消するために、この発明の連続半導体結
晶成長装置は、半導体物質をるっぽＱこ投入することを
不定時で行なえるように構成したので、原材料や労働力
の損失や炉の遊休時間等を生じさせるこさなく、連続し
て多数の結晶を成長させることができる。

この発明の主要な特徴は、自動検出器とフィードバック
機構を用いて、操作者の特別な注意力を要することなく
、結晶成長炉のレベルを長時間に亘って自動的に一定に
保持し得るようにした点である。

この発明の他の特徴は、前記溶融るつぼ覆体（図面にお
けるるつぼ３１、覆体２９を示す）内への原材料の投入
を交換可能な円筒状収納体の形で行なうので、この円筒
状収納体を予め装荷しておくことができ、そのため炉の
操作を全く止めることなく、かつ原材料投入時に伺らの
危険を伴なうことなく、次々と原材料を炉内に再装入し
得るようにした点である。

さらに、炉の第１のるつぼに第２のるつぼから溶融した
半導体物質を再装入する場合（こ、第２のるつぼの表面
や底面からではなく、表面と底面の中間点から溶融した
半導体物質を取出すようにしたので、〔表面積／体積〕
の大きな原材料をも使用することが可能となった。

すなわち、従来の装置においては、非常に小さな切端や
プロークンウェハー、針状体のような〔表面積／体積〕
の大きな原材料を使用すると、結晶に有害な作用するス
ラッジやシリコン酸化物が形成された。

しかしこの発明では前記溶融るつぼの中間レベルから溶
融した半導体物質を取出すので、スラッジやシリコン酸
化物が前置溶融るつぼに浮上もしくは沈澱しているＱこ
係わりなく、これらの不純物が結晶成長炉の中（こ導入
されることはない。

溶融された原材料を結晶成長炉に導入する方式の最新の
従前例として、米国特許第３５０７６２５号明細書があ
る。

しかし、この発明は、上述の従来例の装置と比較して次
の特徴かある。

すなわち、（ａ）自動レベル制御装置か取付けられてい
ること、（ｂ） 交換可能な円筒状収納体システム、
いわゆるカートリッジシステムを採用したこと、 （ｃ）スラッジやその他の不純物か結晶成長炉に導入さ
れることを阻止しであること、である。

その他の特徴については以下に説明する実施例（こより
明らかとなるであろう。

次に図面（こ基づいてこの発明の詳細な説明する。

炉の中で半導体結晶を成長させることは周知であり、ま
たこの目的に使用される装置の各部分の動作も周知であ
るので、結晶成長炉の部分Ｃごついては簡単（こ説明す
る（ことどめる。

半導体結晶成長炉は、溶融半導体き成長しつつある半導
体結晶を収容するための雰囲気が制御されている適当な
覆体１を有している。

そして覆体１の中には水晶のような不活性物質で作られ
たるつぼ３が配置されている。

このるつぼ３は、シール中を貫通している軸５上に取付
られていて、図示されていない回転装置ζこよって回動
させられている。

るつぼ３の外周には、高周波加熱装置もしくは抵抗加熱
装置９が配置されている。

るつぼ３の中には、水晶製の隔壁１１が設けられている
。

この隔壁は、るつぼ内の溶融半導体のレベルより高くな
る程度の高さを有し、そしてその底部Ｑこはるつぼの外
周部からるつぼの中心部へ溶融半導体を流入させるため
の孔列１５を有している。

そして、図示されていない回転引上げ手段に連結された
棒１９によってるつぼ３内の溶融半導体から半導体結晶
１７が引き上げられる。

回転引上げ手段の回転速度き引上げ速度とは、半導体物
質の固相と液相との間の界面を検出する検出器２１（こ
よって制御されている。

半導体結晶成長炉の頂部にはスライドバルブ２３が設け
られている。

このスライドバルブは、半導体結晶が所定のサイズまで
成長した時に半導体結晶を取り出し、そして次のプロセ
スを繰返させるための種結晶が取付けられた新しい棒を
装入するためのものである。

覆体１に隣接した第２の覆体２９も同様な構造である。

るつぼ３１は台脚３５上に固定されていて、側ら回転運
動をせず、またその外周には加熱装置３３が設けられて
いる。

第２の覆体２９＋こは、図示されていないガス源からの
アルゴンガスのような不活性ガスを導入するための入口
３７、排出するための出口３９、および後述するように
排出させるガスの量を決定するための電磁弁４１とが設
けられている。

第２の覆体２９の頂部には、円筒状の開孔４３が設けら
れており、そしてその円筒状の開孔４３には第２の覆体
を封止得る弁機構４５が設けられている。

円筒状の開孔４３内には、これと気密的に結合され得る
円筒体４７が設置されている。

この円筒体４７の頂部は、弁機構４５の頭部で係止でき
るようにフランジ５１を有する封止板４９で封止されて
おり、他方その底部は、棒５５に取付けられた底部材５
３で閉じられている。

このような構成を有する円筒体４７の内部には多量の半
導体物質５７が入れられており、そして棒５５を下げる
ことによって所望量の半導体物質５７をるつぼ３１内へ
放出することが可能となる。

るつぼ３１の底部と溶融半導体表面との中間点６１と、
るつぼ３の隔壁１１の外側の溶融半導体表面上との間は
、管５９で接続されている。

管５９内の溶融半導体の温度が下らないよう（こするた
めに、管５９の周囲ζこは適当な加熱手段６３が設けら
れている。

この加熱手段６３？こよって、半導体物質をるつぼ３１
からるつぼ３に移送する間に移送されている溶融半導体
物質が凝固するのを防止し、また温度の低下した溶融半
導体物質がるつぼ３に流入するのを防ぐことができる。

オプティカルサーモパイルのような検出器６５によって
るつぼ３内の溶融半導体物質のレベルを検出し、これに
よって検出されたレベル信号はリード線６７で制御装置
６９に入力される。

この制御装置６９からの出力信号はリード線７１で前述
の電磁弁４１に入力される。

次Ｃとこれらの動作について説明する。

今、るつぼ３内の溶融半導体のレベルが下ると、これを
検出器６５か検出し、制御装置６９を介して電磁弁４１
を閉じさせて第２の覆体２９内の圧力を上昇させ、るつ
（よ３１内の溶融半導体物質をるつぼ３の方へ押出させ
る。

そしてるつぼ３内の溶融半導体物質のレベルが所定の値
（こ達すると、覆体１と第２の覆体２９との間の圧力差
を零にして溶融半導体物質の流れを止める。

隔壁１１内の溶融半導体の表面から結晶が引上げられる
さ、隔壁１１の外側からるつは３の中央部へ孔列１５を
通して清浄な半導体物質か導入される。

すなわち、仮（こスラグのような軽い汚染物質か管５９
を通って導入されたとしても、そのような物質は隔壁１
１の外側の溶融半導体物質の表面ζこ浮んでいるので、
結晶は汚染されない。

また重い汚染物質がるつぼ３１（こ導入されたとしても
、管５９の取入口がるつぼ３１の底面のかなり上方に位
置されているため、そのような物質はるつぼ３１の底に
留り、やはり結晶は汚染されない。

上述したことから明らかなように、この発明の装置を使
用すると、結晶を成長させるための操作を実質的に連続
して行ない得る。

また、適当な位置に複数個の円筒状収納体４７を設けて
貯蔵用、装入用とすることもできる。

そして複数個の円筒状収納体４７の内の１個が空になっ
たならば、その円筒状収納体４７を第２の覆体２９から
ただ引出して弁機構４５を閉じ、新規の円筒状収納体を
装入用として使用する。

次にバルブ機構を開けて新しい円筒状収納体を覆体内（
こ挿入しておく。

したがって、るつぼ３１（こ半導体物質を連続して供給
することか可能となる。

同様にして、結晶１７か所定のサイズＱこ達したならば
、棒１９を引き上げて結晶を取出し、スライドバルブ２
３を閉じる。

そして、次の結晶成長操作を行なうために、種結晶が取
付けられた新しい棒をスライドバルブ２３を通して覆体
１内へ導入する。

以上、説明してきたよう（ここの発明の装置では、覆体
１内において新しい結晶を成長させ初ぬる場合や、第２
の覆体２９内に原材料を補給する場合においても、炉を
冷却したり、操作を中断する必要かない。

以上、この発明の特に望ましい実施例（こついて説明し
てきたか、この発明の技術的範囲内において種々の変形
例か考えられることは、明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

図は、この発明の結晶成長装置の断面図である。 １・・・・・・覆体、計・・・・・るつぼ、５・・・・
・・回転軸、７・・・・・・シール、９・・・・・・加
熱装置、１１・・・・・・隔壁、１３・・・・・・溶融
半導体、１５・・・・・・孔列、１７・・・・・・結晶
、１９・・・・・・結晶引上棒、２１・・・・・・検出
器、２３・・・・・・スライド゛バルブ、２９・・・・
・・第２の覆体、３１・・・・・−るつぼ、３３・・・
・・・加熱装置、３５・・・・・・台脚、３７・・・・
・・入口、３９・・・・・・出口、４１・・・・・・電
、４３・・・・・・開孔、４５・・・・・・弁機構、４
７・・・・・・円筒状収納体、４９・・・・・・封止板
、５１・・・・・・フランジ、５３・・・・・・底部材
、５５・・・・・・棒、５７・・・・・・半導体物質、
５９・・・・・・管、６３・・・・・・加熱手段、６５
・・・・・・レベル検出器、６９・・・・・・制御装置
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の覆体中（こ設けられた第１のるつぼ（こ保有
   されている溶融半導体物質から半導体結晶を成長させる
   ための装置において、 溶融半導体物質をその中で生成するため（こ固形状半導
   体物質を溶融させるための手段を持った第２のるつぼと
   、 前記第２のるつぼの底面と溶融半導体物質の表面との中
   間点から前記第１のるつぼの溶融半導体物質（こまで延
   びている管を有する、前記第２のるつぼから前記第１の
   るつぼへ溶融半導体物質を案内するための手段とを具備
   しており、 前記第２のるつぼは、第１の覆体とは分離している第２
   の覆体中に設置され、 その第２の覆体はその中へ通ずる頂部開口を有し、 その頂部開口はその開口を選択的に閉じたり、開いたり
   するための弁手段を有し、 前記第２の覆体はまた、前記頂部開口へ気密的（こ挿入
   される長い円筒状収納体を有し、その円筒状収納体は、
   その底部に設けた弁手段と、その底部の弁手段に結合さ
   れ、かつ頂部を通して外に伸びている操作手段吉を有し
   、それにより円筒状収納体の固形状半導体物質が前記操
   作手段の作動によって選択的に導入されることを特徴と
   する連続式半導体結晶成長装置。 ２ 前記第１のるつぼの溶融半導体物質のレベルを決定
   するためのレベル検出器と、前記第２の覆体（こ設けら
   れた制御装置とによって、前記第１のるつぼの溶融半導
   体物質のレベルが所定の値に保持されるように前記第２
   のるつぼから前記第１のるつぼに導入される溶融半導体
   物質の量が自動的に制御されることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の連続式半導体結晶成長装置。 ３ 前記第２の覆体Ｑこ加圧されたガスを導入するため
   の入口と、導入されたガスを排出するための出日吉を前
   記第２の覆体（こ設けると共に、前記レベル検出器で前
   記出口を制御することによって、前記第２のるつぼから
   前記第１のるつぼに押出される溶融半導体物質の量を制
   御するよう（こ該第２の覆体内の圧力を変化させること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項？載の連続式半導体
   結晶成長装置。 ４ 前記第１のるつぼ内（こは結晶が引き上げられる中
   央部と溶融半導体物質か専任される外周部吉を区分する
   ための隔壁か設置されており、該隔壁は溶融半導体物質
   のレベルより上方に出るだけの高さと、その底部に前記
   外周部から前記中央部へ溶融半導体物質を流入させるた
   めの複数個の隣接した孔を有していることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の連続式半導体結晶成長装置
   。