JPH04154688A

JPH04154688A - 半導体単結晶製造装置

Info

Publication number: JPH04154688A
Application number: JP27842590A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Noda; 博行野田; Hiroshi Niikura; 新倉　啓史; Shoei Kurosaka; 昇栄黒坂; Masato Imai; 正人今井
Original assignee: Komatsu Electronic Metals Co Ltd
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 1990-10-17
Filing date: 1990-10-17
Publication date: 1992-05-27
Anticipated expiration: 2012-03-12
Also published as: JP2589212B2

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、るつぼ内に原料を連続的に供給し、均質な半
導体単結晶を連続的に製造する半導体単結晶製造装置技
術に関する。

（従来の技術）半導体単結晶の育成には、るつぼ内の原料融液から円柱
状の結晶を育成するＣＺ（チョクラルスキー引上げ）法
が用いられている。

通常、半導体単結晶の育成に際し、育成される単結晶の
抵抗率を制御する必要があるが、このＣＺ法を用いた場
合には、育成される単結晶の抵抗率を制御するために、
るっは内の原料融液にドーパントと呼ばれる不純物元素
を添加する。しかしながらドーパントは一般に偏析係数
が１でないため、通常のＣＺ法では、結晶の長さが長く
なるにつれ結晶中の濃度か変化する。これは、ドーパン
ト濃度で抵抗率の制御を行なう半導体単結晶の製造にお
いては深刻な問題となっている。

この問題を解決するために、原料をるつぼ内に連続的に
供給し、原料融液中のドーパント濃度を一定に保つ連続
チャージ法や二重るつぼを用いた技術（特開昭６３−７
９７９０）が提案されている。連続チャージ法における
原料供給手段としては、粒状シリコンを直接供給する方
法か盛んに用いられている（特開平１−１５３５８９）
等の提案がある。

（発明が解決しようとする課題）この粒状シリコンを用いた連続チャージ法では、単結晶
育成部と原料供給部とを二重るっほにより分離している
が、この方法では内るっほの内壁から多結晶が発生し易
く、また成長速度も低下しゃずいという問題かあった。

また、るっほからの酸素混入量が増大するという問題が
あった。

また、育成結晶の直径の増大と共に原料供給量も増大す
るため、粉塵による有転位化の確率が増加するという問
題があった。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、ドーパン
ト濃度が一定で結晶欠陥か少なくさらに信頼性の高い半
導体単結晶を得ることのできる半導体単結晶製造装置を
提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）そこで本発明では、るつぼ内の単結晶育成部を筒状体で
覆うと共に、この単結晶育成部から離間した位置に複数
の原料供給部を配設し、これらの原料供給部の先端をる
つぼ内の原料融液中に浸漬し、これらの原料供給部から
るっは内に原料粉末を供給するようにしている。

望ましくは、引上装置内気相部と、前記案内筒内気相部
とが互いに独立となるように構成する。

さらに望ましくは、この原料供給部を保温材で保温する
ようにしている。

さらに望ましくは、この原料供給部の原料融液中に浸漬
された領域に複数個の流通孔を配設するようにしている
。

（作用）上記構成によれば、るっは内の単結晶育成部を筒状体で
覆うことにより、原料供給に際しての粉塵から単結晶育
成部を隔離することがてき、有転位化を防止することが
できる。

また複数の原料供給部を配設し、これらの原料供給部の
先端をるつぼ内の原料融液中に浸漬し、これらの原料供
給部からるっは内に原料粉末を供給するようにしている
ため、原料供給部の単位面積当たりの、供給量を少なく
し、温度低下による結晶化を防ぐようにしている。

また、引上装置内気相部と、前記案内筒内気相部とか互
いに独立となるように構成することにより、原料供給部
から発生する粉塵や蒸発物が単結晶育成部に侵入するの
を防止することができる。

従って、単結晶育成部において融液中に落下しｌｌｉ結
晶化阻害の原因となる付着物が発生せず、その結果、単
結晶の製造歩留まりを向上させることができる。

さらにまた、原料供給用の円筒の周囲を保温材で保温す
ることにより、円筒の冷却を防止し、結晶化を防くよう
にしている。

また、原料供給部の原料融液中に浸漬された領域に複数
個の流通孔を配設するようにしているため、原料供給部
内での原料融液の対流を促進し、対流による熱伝達を促
進し、供給される原料粉末の溶融を促進する二とが可能
となる。

（実施例）以下、本発明実施例について図面を参照しつつ詳細に説
明する。

本発明実施例の単結晶育成装置は、第１図乃至第３図に
示すように（第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は
原料供給部の要部図である）、原料融液を充填してなる
融液部１００と、融液部１００から単結晶２を引き上げ
つつ冷却し育成する単結晶育成部２００と、融液部１０
０に原料粉末を供給する原料供給部３００とから構成さ
れており、単結晶育成部２００か下方に折り返し部４ｓ
を有する黒鉛製の外筒４て覆われると共に、原料供給部
が４この石英製の円筒からなる原料供給筒７から構成さ
れていることを特徴とするものである。

そしてこの原料供給筒７は、第３図に示すように、先端
部を原料融液１に浸漬されており、液面下の相対向する
位置に２対の流通孔１６を具備しており、原料供給管８
を介して引上げ単結晶２と同量の不純物を有してなる多
結晶シリコン粉末Ｐを供給するようになっている。

さらに、融液部１０は、ペディスタル（るつぼ支持台）
１２に装着されたるつぼ受け１１に支持された黒鉛るつ
ぼ１０内にさらに石英るつぼ９を装着し、この石英るつ
ぼ９内部で原料を溶融せしめ原料融液として保持するよ
うになっており、外側を円筒状の黒鉛からなるヒートシ
ールド１４と、板状黒鉛からなるシールド３とによって
気密的に封しられている。ここてこのヒートシールド１
−。

の内部にはヒータ１３か配設されており、石英るつぼ９
内の原料融液の温度を所定値に制御するようにしている
。

また、各原料供給筒４はシールド３に形成された穴に気
密的に挿通されている。

さらに、引上げ部２００はこの原料融液内に種結晶を浸
漬し所定の速度で引き上げることにより単結晶２を育成
するようになっている。

このように融液部１００がシールド３とヒートシールド
１４とによって気密的に封しられており、かつ単結晶育
成時には、常時原料供給筒７の先端部は融液１中にあり
、かつこの原料供給筒７の上方の開口端はシールド３上
方にあるため、単結晶育成部２００の気相５と原料供給
部３００の気相６とは完全に分離されており、原料供給
に際しての粉塵から単結晶育成部２００を隔離すること
ができ、有転位化を防止することかできる。

また、このように原料供給筒７の先端部を融液１中に位
置させることで、原料粉末の供給により粉塵が発生して
も、落下異物が育成単結晶２に達することをも防止し、
るつぼ融液１中に生ずる温度の不均一や、液面振動を抑
えることができる。

さらにまた４個の原料供給筒７を配設し、これらの原料
供給部からるつぼ内に原料粉本を供給するようにしてい
るため、原料供給部の単位面積当たりの、供給量は少な
くなり、温度低下による結晶化を防ぐことかできる。

また、原料供給筒７の原料融液中に浸漬された領域に複
数個の流通孔１６を配設しているため、原料供給筒７内
での原料融液の対流が促進され、対流による熱伝達が促
進されて、供給される原料粉末の溶融が促進され、原料
の溶解が円滑に進行して行くことになる。

なお、原料粉末の供給量は、原料融液１の量を一定に保
つよう育成単結晶２の重量を重量センサ（図示せず）で
検出し、この検出値の変化に応じて原料粉末供給量が調
整されるようになっており、るつぼ内の原料融液の温度
で溶融状態となる。

さらにこの装置において、引上げ部２００の外筒４か原
料融液部１００の近傍て断面コの字状の二重構造をなす
ように折り返し部４Ｓを有でいることにより、結果的に
引上げ部か原料供給部先端の高温部から受ける熱的影響
を防１トすることができる。

以上のような効果により、本発明では、連続チャージ式
半導体単結晶製造装置において最大の問題である原料供
給が、育成中の単結晶に悪影響を与えることなく可能と
なる。その結果、るつぼ内の原料融液中のドーパント濃
度か制御でき、単結晶の軸方向の抵抗率は一定となる。

なお、前記実施例では、原料供給筒に流通孔を設けるよ
うにしたが、必すしも流通孔を設けなくても良い。

また、原料供給量は、あらかしめ一定の値に決定してお
くこともできるし、引上げ単結晶の重量変化を測定しつ
つ、逐次調整するようにしてもよい。

さらにまた、石英るつぼ９内の原料融液の液面のレベル
を光センサ等で検出し、このしｌ＼ルの変化に応して原
料粉末供給量を変化させ、原料融液の液面のレヘルか常
に一定となるようにしてもよい。

また、第４図に示すように原料供給筒７のまわりに、カ
ーホン等の保温材料１５を装着するようにしてもよい。

これにより、原料粉末が効率よく溶融せしめられ、極め
て溶融状態が良好となる。

さらに、本発明は前記実施例に限定されることなく、種
々の応用例、例えば、シリコン以外の単結晶の育成、磁
場の印加等においても適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば、るつぼ内の
単結晶育成部を筒状体で覆うと共に、この単結晶育成部
から離間した位置に複数の原料供給部を配設し、これら
の原料供給部の先端をるつぼ内の原料融液中に浸漬し、
これらの原料供給部からるつぼ内に原料粉末を供給する
ようにしているため、原料の融解および熱の供給か円滑
に進められ、結晶性か良好で、（；軸性の高い半導体中
結晶を得ることが可能となる。

また、引上装置内気相部と、前記案内筒内気相部とが互
いに独立となるように構成することにより、原料供給部
から発生する粉塵や蒸発物が単結晶育成部に侵入するの
を防止することができる。

従って、単結晶育成部において融液中に落トし単結晶化
阻害の原因となる付着物が発生せず、その結果、単結晶
の製造歩留まりを向上させることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の単結晶製造装置の縦断面図、第
２図は第１図中のＡ−Ａ線に沿う横断面図、第３図は原
料供給筒を示す図、第４図は本発明の他の実施例の原料
供給筒を示す図である。１・・・原料融液、　　　２・・・育成単結晶、３・・
・シールド　　　　４・・・外筒５・・・育成部の気相
　　６・・・原料供給部の気相７・・原料供給筒　　　
８・・原料供給管９・・・石英るつぼ、　　１０・・・
黒鉛るつぼ、］１・るつぼ受け、１２・ペディスクル（るっは支持台う、１３・・・ヒー
タ　　　　　１４・・・ヒートシールド１５・保温材料
　　　１６・・流通孔、］００・・融液部２００・単結晶育成部３００・・原料供給部。代理人弁理士　　木　村　高　久　　−ら　−・ −一Ａ−Ａ　ｄＴ面図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）原料を充填するるつぼと、前記るつぼの周囲に配設され、るつぼ内の原料を溶融し
原料融液を形成する加熱ヒータと、前記るつぼ内の溶融
原料に種結晶を浸漬して単結晶を育成する育成部と、前記育成部の周りを覆う外筒と、前記育成部から離間した位置に複数の原料供給部を配設
し、これらの原料供給部の先端をるつぼ内の原料融液中
に浸漬し、これらの原料供給部からるつぼ内に原料粉末
を供給するようにしたことを特徴とする半導体単結晶製
造装置。
（２）前記引上装置内気相部と、前記案内筒内気相部と
が互いに独立となるように構成されていることを特徴と
する請求項（１）に記載の半導体単結晶製造装置。
（３）前記原料供給部は、原料融液中に浸漬された領域
に複数個の流通孔を配設してなることを特徴とする請求
項（１）または（２）のいずれかに記載の半導体単結晶
製造装置。
（４）前記原料供給部は保温材で被覆されていることを
特徴とする請求項（１）乃至（３）のいずれかに記載の
半導体単結晶製造装置。