JPS62241889A

JPS62241889A - 単結晶製造装置

Info

Publication number: JPS62241889A
Application number: JP8468086A
Authority: JP
Inventors: Tateaki Sahira; 佐平　健彰; Michio Kida; 喜田　道夫
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1986-04-12
Filing date: 1986-04-12
Publication date: 1987-10-22
Anticipated expiration: 2010-11-29
Also published as: JPH07110798B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、高純度シリコン単結晶等の製造に用いられる
単結晶製造装置に関する。

「従来の技術」石英ルツボ内で多結晶シリコンを溶融して溶湯とし、こ
の溶湯から単結晶棒を引き上げるチジクラルスキー法に
よる単結晶ンリコン製造方法においては、単結晶引き上
げによるルツボ内の溶湯ｉ’ｌｋ減少に伴って、次第に
溶湯の温度が変化する。このようなルツボ内温度条件の
変化は、石英ルツボからの酸索溶出潰を変化させ、ひい
ては結晶に取り込まれる酸素ｍを変化さ仕る。半導体素
子製造においては、シリコン単結晶中の酸素濃度は重要
な因子であり、その濃度は均一であることが９（ましい
。また、結晶の電気的性質を所望のらのとするために、
ルツボ内のンリコン溶湯には、リン・ポロン等のドーパ
ント元素が微量加えられろか、引き上げを進めていくと
、不純物の偏析現象により溶湯中のドーパント元素の濃
度が上昇し、結晶の長さ方向でドーパント濃度ら変化ケ
る。

これにより、半導体素子として使用可能な不純物濃度と
なるのは、引き上げられた単結晶の一部分にしか過ぎず
、シリコン原料の歩留まりが悪いといった問題があった
。

そこで、この問題点を改存するため、単結晶引き」―げ
による溶湯Ｍ減少に応じて、顆粒状等のシリコン原料を
ルツボ内に順次供給することにより、溶湯型を一定に保
ら、ルツボ内の条件変化を防ぐ方法が考えられている。

ところが、ルツボ内の溶湯に直接、シリコン原料を落と
しこんだのでは、溶湯表面を波立たせて単結晶棒の成長
部に振動を与えたり、溶湯の温度が不均一になったりし
、かえって結晶構造の乱れを引き起こしてしまう。

このため、従来では、引き上げ中の単結晶と、シリコン
原料を落とし込む部分との間を区画ずろ円筒状の仕切り
をルツボ内に同心に配置したり、透孔を（ｆする小さな
内側ルツボを外側ルツボ内に設け、外側ルツボでシリコ
ン原料を融解するとともに、内側ルツボ内の溶湯から単
結晶を引き上げることによって、シリコン原料が溶湯に
落らるときに生じる溶湯表面の振動が単結晶の成長部に
伝わらないように、また、溶湯の温度が不均一にならな
いようにしている。

「発明が解決しようとする問題点」ところで、上記のように、ルツボ内に仕切り仮を設けた
り、ルツボを二重に配置する方法では、引き上げる単結
晶棒と仕切り（内側ルツボ）との間隔、および仕切り（
内側ルツボ）とルツボとの間隔をある程度とる必要があ
るため、通常の単結晶棒引き上げに使用されるルツボよ
りらさらに大口径のルツボが使用される。このように大
きなルツボでは、引き上げに必要な溶湯深さを確保する
ためにシリコン原料が多量に必要であり、これにより原
料の歩留まりが悪く、製造コストが依然として高いとい
う欠点がある。

また、仕切り板や、内側ルツボを設けると、これら仕切
り阪・内側ルツボの表面に、シリコン結晶が析出してし
まい、結晶成長条件を変化さＵ゛たり、場合によっては
単結晶成長を阻害するといった問題をも有している。

一方、上記問題を解決する方法として、単結晶を引き上
げるためのルツボの他に、シリコン原料を溶融するため
の補助ルツボを設け、原料を一旦ここで溶融したのち、
ルツボ内に供給するものら提案されているが、この方法
では装置が複雑化し、設備コストが高くなるといった問
題点を有している。

「問題点を解決するための手段」本発明の単結晶製造装置は、多結晶を溶融して溶湯とす
るルツボの側面に透孔を形成するととらに、この透孔を
介してルツボ内に連通ずる供給路をルツボ外側面に沿っ
て設けたしのである。

前記透孔はルツボ内の溶湯液面より下に形成すまた、前
記供給路をルツボと同じ材質の部材によって構成し、ル
ツボと同一のザセブタに保持してもよい。

また、前記ルツボにリング状の受は皿を付設し、この受
は皿内に供給された原料を供給路に導出するように構成
してもよい。

「作用　」本′発明では、受は皿にシリコン原料を供給すると、こ
の原料がルツボに沿った供給路内に導入され、ここでル
ツボの熱によって融解して溶湯となり、この溶湯が透孔
を通してルツボ内に穏やかに供給されることにより、ル
ツボ内の溶湯の補給がなされる。

「実施例」以下、本発明の一実施例の単結晶製造装置を図面を用い
て詳細に説明する。

第１図はシリコン単結晶製造装置の側断面図である。図
中符号ｌは炉体てあり、この炉体１の中央部には、有底
円筒状の石英ルツボ２が設けられザ　会−ツ　　　　＋
　ｔ＼　Ｔ　′ノー°　１１１リ　−１’ｌ　　ｔｈ　
　ＩＴＩ　　々Ａ　　Ｊｌ−コヴ−ｆｈ　　Ｑ　　＋−
１−−て保持され、この黒鉛サセプタ３の下端部は接合
部材５を介して輔４の」１端に取り付けられ、さらに、
この軸４は、図示しないモータによって回転されるよう
になっている。また、ルツボ２の周囲にはルツボ加熱用
ヒータ６が配置され、このヒータ６と炉体ｌの間には、
断熱材７が配置されている。

炉体１の上方には、図示しない引き上げ機構が設けられ
ており、この引き上げ機構によって、引き上げワイヤ８
が、ルツボ２上方でルツボ２と反対方向に回転しつつ上
下動されるようになっている。この引き上げワイヤ８の
先端には、シード取付具９を介してシード１０（シリコ
ン単結晶の種）が取り付けられており、このシードＩＯ
を溶？ＪＪ　１１に浸した後、引き上げることにより、
シードＩＯを始点として順次成長した単結晶棒１１Ａが
引き上げられるようになっている。その際には、炉体ｌ
内にアルゴンガス等の不活性ガスが供給されるようにな
っている。

前記ルツボ２の図中左側の側面には、溶湯ｌ！の液面よ
りも若干下方に、透孔！２が形成されている。また、同
側面には、一端部かルツボ２の上縁に達する石英製の垂
直線＋３（第２図参照）が、ルツボ２の側面を覆うよう
に上下方向に溶接され、その他端部は透孔１２を覆って
、透孔１２より若干下方において閉じられている。これ
により、上記垂直線１３とルツボ側面とによって囲まれ
ろ空間は、透孔１２を介してルツボ内に連通４−ろ（」
（給路１４となっている。また、黒鉛サセプタ３の内周
部は、垂直線１３がはまりこむようにえくられ、ここに
垂直線１３が保持されている。

一方、黒鉛サセプタ３の上には、サセプタ３と同径のリ
ング状の受は皿＋５（第３図参ｊｊｌ　）か１投けられ
ている。この受は皿１５は、断面がＵ字状であり、この
皿の断面の深さは一方側（図中右側）で浅く、他方側（
図中左側）で深くなっている。そして、受は皿１５の最
深部底面は、ずり林状にへこまされて、その中央には下
方に向いたノズル１６が形成されている。そして、受は
皿１５は、上記ノズル１６を供給路１４に挿入した状態
で、支持材１７を介してサセプタ３上に上縁がホモとな
るように載置されており、内底面がノズル１６側に傾斜
した斜面となっている。これにより、この受は皿１５内
に顆粒状または粉末状のシリコン原料を入れると、これ
らは斜面に沿って転がり、ノズル１６から供給路Ｉ４内
に落ちろようになっている。

また、炉体１内には、外部から原料供給用のペイプ１８
が導入され、このバイブ１８の先端が受は皿１５に差し
入れられた状態で固定されている。

このバイブ１８は、図示しない外部の原料供給装置に連
結されており、シリコン単結晶棒１１Ａの引き上げ亀に
応じて、顆粒状あるいは粉衣状のシリコン原料を受は皿
１５に順次導入するようになっている。

次に、このようなシリコン単結晶製造装置の使用方法お
よび作用を説明ずろ。

シリコン単結晶を引き上げる際には、溶？Ａｌｌの減少
債に応じて、原料供給装置からバイブ１８皿１５はルツ
ボ２とと６に回転しているが、リング状であるためにバ
イブ１８からの原料は常にこの中に落ちる。そして、受
は皿１５内に導入された原料は、内底面の傾斜に沿って
ノズル１６側に転がり、ノズル１６から供給路１４内に
落らる。

一方、この供給路１４の下部には、透孔１２からシリコ
ン溶湯ｌ！の一部が流れこんでおり、原料はこの溶湯に
落ち込む。その際、供給路１４内の溶湯液面は波立つが
、透孔１２は液面下にあるため、波および振動はルツボ
内に伝わることがない。また、供給路１４はルツボ２よ
りらヒータ６に近いので、供給路１４内の溶湯は、ルツ
ボ内の溶湯１１よりも若干高温になっており、落下した
原料はやがて供給路１４内で融解する。こうして、供給
路１４内の溶湯はルツボ内片ｔｂｚと略同し温度になり
、増■した分が透孔１２を通っ°てルツボ２内に穏やか
に流れこみ、溶湯１１の減少分が補給される。

したがって、ルツボ２内の溶湯１１は、原料供納ｚ、−
上ス′Ａ屈’ｔＨＩ！’１’　（ｒ＞　ｆｆｉ＜　４＞
　ｍ　４に下　直し波下１１−／／）Ｈ：ｉ動等を引き
起こすことなく常に一定の液面高さに保たれ、ここから
単結晶棒を引き上げることによって、結晶構造の乱れが
少なく、結晶中酸素濃度の均一な単結晶が得られる。ま
た、シリコン原料とと乙に、ドーパント元素を外部から
供給すれば、ドーパント濃度が均一な単結晶が得られ、
結果的に原料の歩留まりを向上することかできる。

このような構成のシリコン単結晶製造装置によれば、原
料を融解しつつルツボ内に供給４”る供給路をルツボの
外側面に設けたので、ルツボ内に仕切り板を設けたり、
ルツボを二重に配置４“ろ従来の方法に比へ、ルツボ２
が小さくてよい、、シたがって、単結晶製造に必要なシ
リコン原料が少なくて済み、原料の歩留まりの向上およ
び製造コスト低下を図ることができる。また、シリコン
結晶が不必要な所に析出して、単結晶の成長条件を変化
させることがない。また、原料融解用の補助ルツボを配
設する方法に比べて、装置の構成が単純であるため、設
備コストが安い。さらに、引き上げ中の単結晶棒に対し
て、ルツボ内への溶湯の流入口（透孔１２）がルツボと
と乙に回転するので、ルツボ２内の溶湯１１の特に単結
晶成長部の近くの部分がより均質化し、これにより単結
晶棒の品質向上が図れるといった効果らある。

なお、上記実施例では、透孔１２は１箇所となっている
が、本発明はこれに限らず、２箇所以上に透孔を形成し
てらよい。その場合には、原料か融解した溶湯を、より
満遍無くルツボ内の溶湯に加えることができ、より一層
溶湯の均質化が図れる。

また、供給路構成用の石英部材として、垂直線１３の代
わりに、石英製パイプを使用したり、供給路をルツボと
一体成型してもよい。

「発明の効果」本発明の単結晶製造装置によれば、以下の効果が得られ
る。

■ルツボ内に仕切り板を設けたり、ルツボを二重に配置
する従来の方法に比べ、ルツボが小さくてよいので、単
結晶製造に必要な原料が少なくて済み、原料の歩留まり
が向上し、製造コスト低下を図ることができる。

■シリコン結晶が不必要な所に析出することがなく、こ
れによる単結晶の成長条件の変化が防げる。

■原料融解用の補助ルツボを配設する方法に比べ、装置
の構成が単純であり、設備コストが安い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のシリコン単結晶製造装置を
示ず側断面図、第２図および第３図は同製造装置の要部
を示す平面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）多結晶を溶融して溶湯とするルツボと、このルツ
ボ内の溶湯から単結晶を成長させながら引き上げる引き
上げ機構とを備えた単結晶製造装置において、前記ルツボの側面に透孔が形成されるとともに、この透
孔を介してルツボ内に連通する原料供給路がルツボ外側
面に沿って形成されていることを特徴とする単結晶製造
装置。
（２）前記透孔はルツボ内の溶湯液面よりも下に形成さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
単結晶製造装置。
（３）前記供給路はルツボと同じ材質の部材によって構
成され、この部材がルツボと同一のサセプタに保持され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の単
結晶製造装置。
（４）前記ルツボにはリング状の原料受け皿が付設され
、この受け皿内に供給された原料を前記供給路に導出す
るように構成されていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の単結晶製造装置。