JPS5933552B2 - 結晶成長装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は結晶成長装置に係り、特にそのルツボに成長
すべき結晶の原料を補給する手段に関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来より、シリコン等の結晶成長には第１図のようなチ
ョクラルスキー型の結晶引上げ装置が用いられている。

この結晶引上げ装置では、たとえば原料となる多結晶シ
リコンをルツボ１１に入れた後ヒータ（加熱装置）１２
によって多結晶シリコンを溶解してシリコン融液１６を
形成し、ルツボ１１の上方に設けた引上げ軸１３０種結
晶チャック部１４にシリコン結晶からなる細い種結晶１
５を取り付けた後、引上げ軸１３を降下させて種結晶１
５の下端をルツボ１１内のシリコン融液１６に浸し、つ
いで引上軸１３をルツボ１１に対して相対的に回転させ
ながら徐々に引上げることにより、種結晶１５の下端に
シリコン結晶１７を成長させ所望のインゴットを製造す
る。

従来の一般的な装置では、多結晶シリコンを引上げ工程
の仕込み段階でルツボに入れるだけであるため、原料を
一回の引上げ相当分のみしか溶かすことしか出来ない。

これでは著しく不経済である。

このため、第２図に示すように容器１８を貫通して粒状
原料を補給する原料導入管１９を設けることが提案され
ている。

この装置では、結晶１７が所定の直径に達した時点より
、結晶成長重量と同量の粒状多結晶シリコンを容器１８
の外部より原料導入管１９を介してルツボ１１内に補給
する。

しかしながらこの方式では次のような欠点があった。

■ 原料導入管より炉内に空気が拡散されるため、シリ
コン融液１６の酸化及びカーボン部材の劣化が生じる。

■ 原料導入管が煙突作用をする事により容器１８内の
ガス及び酸化物が容器１８の外部に搬出されると同時に
酸化物は原料導入管内壁に付着する。

この状態で長時間使用すると原料導入管は酸化物により
塞がれ粒状多結晶シリコンの補給が出来なくなる。

このような欠点を取り除く方法として、原料導入管の導
入口に閉塞用の栓又はコックを設けることも考えられて
いる（例えば特開昭５６＝１６４０９６号公報）。

しかしながら、栓又はコックによる空気の遮断や酸化物
付着防止法では連続的な原料供給ができず、閉塞の度に
原料供給が停止される間欠供給にならざるを得ない。

〔発明の目的〕

本発明は上記の点に鑑み、原料導入管を介して空気が炉
内に拡散することを防止し、また原料導入管が酸化物等
により閉塞されることを防止して、しかも長時間の連続
的な原料補給を可能とした結晶成長装置を提供するもの
である。

〔発明の概要〕

本発明においては、原料導入管を二重管構造とする。

内管が粒状原料を補給するためのものであって、そのル
ツボ側開口端近傍の管壁には複数の孔が設けられている
。

そして外管に不活性ガスを供給し、これを上記複数の孔
を通して内管内に放出させるようにする。

〔発明の効果〕

本発明によれば、内管の径と、内管に設けられる複数の
孔の径および密度を適当な条件に設定することによって
、空気の炉内への拡散を防止し、また内管が酸化物等に
より閉塞されるのを防止しながら、連続的な原料補給に
よる連続的な結晶成長が可能となる。

〔発明の実施例〕

第３図は本発明の一実施例装置を示す縦断面図である。

第２図と対応する部分には第２図と同一符号を付して詳
細な説明は省く。

第２図と基本的に異なるのは、粒状原料を補給する原料
導入管２０として内管２０１と外管２０２からなる二重
管構造を用いていることである。

原料導入管２０の材質は石英ガラスである。

内管２０１はその原料投入口２３が漏斗状に開口し、ル
ツボ１１側の開口端近傍の管壁には複数の孔２１が設け
られている。

外管２０２はその両端部が内管２０１の両端部にシール
されており、原料投入口２３側の端部にガス導入口２２
が設けられている。

外管２０２には、ガス導入口２２から、容器１８内に導
入している非反応性のアルゴンガスと同種のアルゴンガ
スが送られ、同ガスは内管２０１内に孔２１を通して放
出されてルツボ１１側と原料投入口２３の両方に流出す
るように設計されている。

このような構成として、結晶引上げ開始後、結晶１７の
直径が目標値の１１０Ｏｘになり、その後３分経過した
時点より粒状の多結晶シリコンを毎分１８ ｇｒ投入す
る。

これと同時にガス導入口２２からアルゴンガスを大気圧
より０．１ ｋｇ ／ｃｒＡだけ増圧して供給し、内管
２０□の両端へ放出させる。

これにより、粒状多結晶シリコンは、ガスの噴流により
舞い上がりながらもルツボ１１へ落下していく。

このようにして、長時間の連続的な結晶成長を可能とす
るには、原料導入管２０の内管２０１の中間に酸化物の
付着や生成物質の堆積が起こらないことが必要である。

その最適条件についての実験データを以下に説明する。

ガス放出を行う孔２１の直径と孔数を種々変えて実験を
行った。

孔２１の直径は０．１ ｍｍより０．１ｍｍ毎に１．２
間まで実験対象とし、孔数は１ｃｆＬあたり３個より１
２個までを採用した。

ガス圧および容器１８内温度、原料投入量を同一とする
と、内管２０□が閉塞しない条件は非常に限定されたも
のであることが判明した。

第４図はこの実験の結果であって、縦軸に孔２１の直径
、横軸に孔の分布密度をとったものである。

○印は連続供給を行っても内管２０１が閉塞しないとこ
ろ、Ｘ印は内管２０１が閉塞して原料供給が不可能とな
った点である。

図から明らかなように、■印はほぼ直線上にあり、この
直線上またはその近傍に孔２１の径と密度を設定するこ
とにより、連続的な原料供給が可能である。

なお、内管２０１ の径を大きくすると、第４図の破線
で示す直線は上方に平行移動することが確認された。

こうして本実施例によれば、原料導入管２０の内管２０
、の径との関係で内管２０１に設ける孔２１の径および
密度を適当な値に設定することにより、空気の炉内への
拡散や内管２０、の閉塞を防止して、連続的な原料補給
が可能となる。

なお、原料導入管２０の材料として、石英ガラスの代り
に高純度アルミナや焼結窒化ケイ素などを用いることも
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の一般的な結晶成長装置を示す図、第２図
はこれに原料導入管を設けた従来の結晶成長装置を示す
図、第３図は本発明の一実施例の結晶成長装置を示す図
、第４図は原料の連続補給を可能とする条件を求める実
験データを示す図である。 １１・・・・・・ルツボ、１２・・・・・化−タ、１３
・・・・・・引上げ軸、１４・・・・・・種結晶チャッ
ク部、１５・・・・・・種結晶、１６・・・・・・シリ
コン融Ｌ１７・・・・・・シリコン結晶、１８・・・・
・・容器、２０・・・・・・原料導入管、２０１・・・
・・・内管、２０２・・・・・・外管、２１・・・・・
・孔、２２・・・・・・ガス導入口、２３・・・・・−
原料投入口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 原料融液を収容したルツボに容器外から粒状原料を
   補給する原料導入管を備えた結晶成長装置において、前
   記原料導入管を二重管構造とし、粒状原料を導入する内
   管のルツボ側開口端近傍の管壁に複数個の孔を設け、外
   管に不活性ガスを供給してこれを前記複数の孔から内管
   内に導入するように構成したことを特徴とする結晶成長
   装置。