JPS62283895A - 単結晶の引上げ装置 - Google Patents

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】 ３、発明の詳細な説明 「産業上の利用分野」 この発明は、たとえば多結晶シリコンの溶融液から単結
晶シリコンを成長させつつ引上げる単結晶の引上げ装置
に関するものである。

「従来の技術」 従来、単結晶シリコンを製造する際には、第２図に示す
ようないわゆるチョクラルスキー法（ＣＺ法）による引
上げ装置が広く用いられている。

この従来の装置は、炉本体ｌとその上部に連設された取
出室２、および種結晶の昇降機構３とにより構成されて
いる。炉本体１内には石英ルツボ４およびその周囲に黒
鉛ヒーター５が配設され、ルツボ４内に充填した原料の
多結晶シリコンおよびそれに所定量混入した不純物（ド
ープ材）を、黒鉛ヒーター５によって加熱溶融するよう
になっている。ルツボ４は、昇降杆６の上部に固定され
たルツボホルダー７内に配されており、その昇降杆６は
図示しない昇降機構によって昇降できるとともに回転す
るようになっていて、ルツボ４を図中の矢印で示すよう
に炉本体Ｉ内において昇降させるとともに回転さけるよ
うになっている。また、種結晶の昇降機構３は、ケーブ
ル８の先端にシードヂャック９を介して把持した種結晶
（シード）ＩＯを、ケーブル８を巻き」＝１デること１
こよってルツボ４の上方において昇降させるようになっ
ているとともに、この昇降機構３自体も水平面内におい
てルツボ４の回転とは逆方向に回転できるようにされて
いる。そして、ルツボ４内の溶融液に接触させた種結晶
１０を回転させつつ徐々に上昇させることにより、単結
晶シリコン１１を円柱状に成長させつつ引き上げ、所定
長さに成長した単結晶シリコン１１を取出室２に設けた
開口部１２から取り出すようになっている。

なお第２図において符号１３は黒鉛ヒーター５の外側に
配置された保温筒、１４は黒鉛ヒーター５の電極、１５
は単結晶シリコン１１を取り出す際に炉本体ｌと取出室
２とを仕切るゲート、１６は種結晶の昇降機構３の巻き
上げ用モーター、１７は同じく回転用のモーターである
。

［発明が解決しようとする問題点」 ところで上記従来の引上げ装置では、ルツボ４内で原料
とともに溶融した不純物の濃度が、結晶成長時の偏析作
用によって次第に高まるように変化するものである。し
たがって、成長した単結晶シリコンｌｌ中の不純物濃度
もその長さ方向で均一にならずに、次第に高くなってし
まうことが避けられないものであった。このため所望の
不純物濃度の単結晶シリコン１１を、効率良く得ること
が困難であるという問題があった。

また上記の引上げ装置においては、ルツボ４内の溶融液
の液面レベルを基準として単結晶シリコン１１の径を制
御するようにしており、したがってその液面レベルを常
に所定の位置に正確に保っておく必要がある。このため
、従来においてはルツボ４を昇降させることによって液
面レベルを所定位置に保つように制御しているが、その
ような手段ではヒーター５に対する溶融位置の高精度な
制御は難しく、このため従来においては単結晶シリコン
Ｉｆの品質を正確に均一にすることも困難であった。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、不純物
の偏析による結晶成長方向の不純物濃度の不拘−性を防
止できるとともに、ルツボ内の溶融液の液面レベルの制
御を正確にかつ容易に行うことのできる単結晶の引上げ
装置を提供することを目的としている。

［問題点を解決するための手段」 この発明は、内部の真空度を調節可能な第１の炉体と、
その第１の炉体の内部に配設された第１のルツボと、そ
の第１のルツボの上方に位置して設けられた種結晶の昇
降装置と、前記第１の炉体の下方に連設され内部の真空
度を調節可能な第２の炉体と、その第２の炉体の内部に
前記第１のルツボの下方に位置して設けられた第２のル
ツボと、その第２のルツ、ポの周囲に配設されて第２の
ルツボ内に供給された原料を加熱溶融するヒーターと、
前記第１のルツボの底部から下方に延びてその下端部が
前記第２のルツボ内の原料溶融液中に位置し、第２のル
ツボ内の原料溶融液を第１のルツボに導く溶融液供給管
とを具備してなることを特徴としている。

「作用」 この発明の単結晶の引上げ装置は、第１の炉体内の真空
度を第２の炉体内の真空度より高く（すなわち圧力を低
く）保持することによって、第２のルツボ内において溶
融した原料溶融液を溶融液供給管を通して第１のルツボ
内に吸引して導き、その第１のルツボ内の溶融液に種結
晶を接触さ仕てそれを昇降機構により上昇させることに
より、単結晶を成長させつつ引上げる。

「実施例」 以下、この発明の一実施例を第１図を参照して説明する
。

この実施例の引上げ装置は、上述した従来の引上げ装置
（第２図参照）と同様の取出室２の下部に、第１の炉体
２０および第２の炉体２１が連設され、また取出室２の
上部にはこれも従来と同様の種結晶の昇降機構３が設け
られた構成とされている。

したがって、取出室２および昇降機構３については説明
を省略し、従来のものと同様の構成要素については、第
１図に第２図と同一符号を付すことにする。

上記の第１および第２の炉体２０，２１は、それぞれ密
閉状態を保持し得る容器であって、真空ポンプ２２，２
３、および圧力調整バルブ４３．４４によって内部の真
空度をそれぞれ調節できるようになっている。

第１の炉体２０の内部には、石英からなる第１のルツボ
２４が配設されており、この第１めルツボ２４の周囲に
は第１のヒーター２５が設けられ、さらにその外側には
保温筒２６が設けられている。

また、第２の炉体２Ｉの内部には、上記第１のルツボ２
４の下方に位置して第２のルツボ２７が配設され、その
外側には第２のヒーター２８、保温筒２９がそれぞれ設
けられている。また各ヒーター２５．２８はそれぞれ黒
鉛により形成されていて電極３０．３１により通電され
て発熱するようになっている。第１のヒーター２５は第
１のルツボ２４内の溶融液３２の温度が低下しないよう
に保温するためのものであり、また第２のヒーター２８
は第２のルツボ２７内に供給された原料４２を加熱溶融
するものである。

上記第１のルツボ２４の底部からは溶融液供給管３３が
垂設され、この供給管３３は第１の炉体２０の底面およ
び第２の炉体２１の上面を貫通し、その先端（下端）は
第２のルツボ２７内に位置するようになっている。この
供給管３３はその下端部を除いて保温筒３４により被覆
され、さらにその外側には外管３５が被せられている。

この外管３５は、第１および第２の炉体２０，２＋の貫
通部に設けられた気密シール３６．３６に回転自在に支
持されており、図示しない回転駆動源によって内部の供
給管３３とともに図中の矢印で示すように回転すること
によって、第１のルツボ２４を回転させることができる
ようになっている。また、この外管３５の下端部周囲に
は、供給管３３内の溶融液３２を保温するコイル状の第
３のヒーター３７が配設されている。この第３のヒータ
ー３７は第２の炉体２１を貫通していてその貫通部には
絶縁シール３８．３８が取り付けられている。

また、第２の炉体２１には、原料を第２のルツボ２４内
に供給するだめの原料供給機構３９が備えられている。

この原料供給機構３９は、漏斗状のホッパー４０とその
内方に配されたスクリューフィーダー４１からなり、こ
のスクリューフィーダー４１を回転させることによりホ
ッパー４０内の原料４２を所定量ずつ第２のルツボ２７
に供給するようにされている。なおこの原料４２は、多
結晶シリコンと所定量の不純物とを混合したものである
。

以上でこの実施例の装置の構成を説明したか、次に使用
方法を説明する。

まず、原料供給機構３９によって第２のルツボ２７内に
所定量の原料４２を供給し、第２のヒーター２８によっ
てそれを加熱して溶融する。それから真空ポンプ２２．
２３を作動させて第１および第２の炉体２０．２１の内
部を所定の真空度とする。このとき、第１の炉体２０内
の真空度が、第２の炉体２１内の真空度より高く（すな
わち圧−＋１人ＪＩ１１１−）Ａン−プｂ二】−半ツ　
イー７ψしｂ）　ム１１１−の差圧によって第２のルツ
ボ２７内の溶融液３２が、図中の矢印で示すように供給
管３３内を吸引されて上昇していくので、第１のルツボ
２４内の液面レベルが所定の位置になるように差圧を制
御してその状態に保持する。たとえば差圧を１／４気圧
とすれば、溶融液３２を約１メートル上昇させることが
できる。また、第１のヒーター２５によって第１のルツ
ボ２４内の溶融液３２を加熱して保温するとともに、第
３のヒーター３７によって供給管３３中の溶融液３２も
加熱保温する。

それから、第１図に示すように、ケーブル８の先端にシ
ードチャック９に把持して取り付けた種結晶１０を、昇
降機構３（第２図参照）によって降下させて第１のルツ
ボ２４内の溶融液３２に接触させ、これを回転させつつ
所定の速度で徐々に引き上げていく。また同時に外管３
５を回転させて、第１のルツボ２４も種結晶ＩＯの回転
方向と逆方向に回転させる。こうすることにより、単結
晶シリコン１１か円柱状に成長しつつ引き上げられるの
で、これが所定の番さに酸霧したら取出室２の開口部１
１から取り出す。

この引上げ装置によれば、第２のルツボ２７内において
原料４２を溶融し、その溶融液３２を第１のルツボ２４
内に吸引して供給するようにしたので、第１のルツボ２
４内で溶融液３２に不純物の偏析が生じたとしても、第
２のルツボ２７に供給する不純物の量を制御することに
よって濃度が均一となるように調整することができる。

したがって、第１のルツボ２４から成長する単結晶シリ
コン１１はその長さ方向の不純物濃度が均一となり、所
望の比抵抗値を有する高品質の単結晶シリコンを得るこ
とができる。

また、この引上げ装置では、第１．第２の炉体２０．２
１内の差圧を常に一定の値に保持しておくことにより、
単結晶シリコン１１の成長に伴って自動的に第２のルツ
ボ２７から第１のルツボ２４に溶融液３２が吸引されて
供給され、第１のルツボ２４内の液面レベルは変動する
ことなく常に一定位置に保たれる。したがって、液面レ
ベルの制御が極めて確実かつ容易であり、単結晶シリコ
ン１１の径を常に一定にすることが可能となる。

また、原料供給機構３９によって原料４２を連続的に第
２のルツボ２７に供給するようにすれば、単結晶シリコ
ン１１の引上げを連続的に行うことが可能であり、長尺
の単結晶シリコン１１を得ることもできる。

さらに、第１のヒーター２５によって第１のルツボ２４
内の溶融液３２を、また第３のヒーター３７によって供
給管３３中の溶融液３２をそれぞれ保温するようにした
ので、溶融液３２の温度が低下して単結晶の成長が損な
われることを防止できるとともに、これらによって溶融
液３２の温度を制御することにより単結晶シリコンｌ！
の成長速度を制御することも可能である。

以上でこの発明の一実施例を説明したが、この発明は上
記に限定されるものではない。たとえば、上記では第１
のルツボ２４内の溶融液３２を保温する第１のヒーター
２５と、供給管３３中の溶融、ｆｆ１３２を保温する第
３のヒーター３７を備えるようにしたが、それらは必ず
しも備えることはない。

また原料供給機構３９についても同様である。

なお、上記では単結晶シリコンの引上げ装置に適用した
場合について述べたが、シリコンに限らず同種の他の材
料に対しても同様に適用できることは勿論である。

「発明の効果」 以上詳細に説明したように、この発明によれば、第１お
よび第２の炉体の差圧を調節することにより、第２のル
ツボ内で溶融した原料を溶融液供給管を通して第１のル
ツボに導くように構成したので、第１のルツボ内での不
純物の偏析による結晶成長方向の不均一性を防止するこ
とができ、また、第１のルツボ内の溶融液の液面レベル
を常に一定に保持することができ、したがって高品質の
単結晶を効率良く製造することかできるという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の引上げ装置の要部の概略構
成を示す立断面図である。 す立断面図である。 ３・・・・・・種結晶の昇降機構、１０・・・・・・種
結晶、２０・・・・・・第１の炉体、２１・・・・・第
２の炉体、２４・・・・・・第１のルツボ、２７・・・
・・・第２のルツボ、２８・・・・・・第２のヒーター
（ヒーター）、３２・・・・・・溶融液、３３・・・・
・溶融液供給管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　内部の真空度を調節可能な第１の炉体と、その第１の
   炉体の内部に配設された第１のルツボと、その第１のル
   ツボの上方に位置して設けられた種結晶の昇降機構と、
   前記第１の炉体の下方に連設され内部の真空度を調節可
   能な第２の炉体と、その第２の炉体の内部に前記第１の
   ルツボの下方に位置して設けられた第２のルツボと、そ
   の第２のルツボの周囲に配設されて第２のルツボ内に供
   給された原料を加熱溶融するヒーターと、前記第１のル
   ツボの底部から下方に延びてその下端部が前記第２のル
   ツボ内の原料溶融液中に位置し、第２のルツボ内の原料
   溶融液を第１のルツボに導く溶融液供給管とを具備して
   なることを特徴とする単結晶の引上げ装置。