JPH09227274A - 連続チャージ法による半導体単結晶製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 連続チャージ法による半導体単結晶の製造に
おいて、原料供給が終了し、融液面が下降して原料供給
管が融液から離脱する際の液面振動による半導体単結晶
の有転位化を防止できるようにする。 【解決手段】 半導体単結晶製造装置の原料供給部に取
り付ける原料供給管２４の下端面を、原料供給管２４の
軸心に対して所定の角度θで傾斜させ、更に、前記下端
面にノッチ２４ａを設ける。ノッチ２４ａは、融液面が
下降して原料供給管２４が融液から離脱する際の液ばな
れのきっかけを作り、更に、下端面の傾斜により液ばな
れが良くなる。従って、従来のように原料供給管の下端
面に付着して持ち上げられた融液が落下して融液面振動
を起こすことがない。また、原料供給終了後、原料供給
部の圧力を結晶育成部と等圧にすれば、原料供給管内の
融液面が下降するので、液ばなれを一層良くすることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原料多結晶棒を溶
解してるつぼに供給しつつ半導体単結晶を育成する連続
チャージ法による半導体単結晶製造装置および製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の基板には一般に高純度の単
結晶シリコンが用いられているが、その製造には主とし
てＣＺ法が用いられている。ＣＺ法においては、半導体
単結晶製造装置のチャンバ内に設置したるつぼ軸の上端
にるつぼ受けを介して黒鉛るつぼを載置し、前記黒鉛る
つぼ内に収容した石英るつぼに多結晶シリコンを装填し
た上、前記黒鉛るつぼの周囲に設けたヒータによって多
結晶シリコンを加熱溶解して融液とする。そして、シー
ドチャックに取り付けた種結晶を前記融液に浸漬し、シ
ードチャックおよび黒鉛るつぼを同方向または逆方向に
回転しつつシードチャックを引き上げて単結晶シリコン
を成長させる。

【０００３】近年は、半導体ウェーハの直径が大型化
し、６インチを超える大径ウェーハが要求されるように
なり、単結晶シリコンの直径も６インチ以上のものが主
流になりつつある。このため半導体単結晶製造装置が大
型化し、１バッチ当たりの処理量も増大する傾向にあ
る。しかし、単結晶シリコンの大径化に伴って単結晶成
長工程における所要時間が長くなるとともに、その前後
工程、たとえば多結晶シリコンの溶解所要時間や、成長
した単結晶シリコンを炉外に取り出した後、るつぼ、ヒ
ータ等が清掃可能な温度に下がるまでの冷却所要時間等
も従来に比べて長くなっている。これらは単結晶シリコ
ンの生産性を低下させる要因となっている。

【０００４】大径の単結晶シリコンをＣＺ法によって効
率よく生産する手段の一つとして、育成した単結晶シリ
コンの量に応じて原料をるつぼ内に連続的に供給しつつ
単結晶シリコンを引き上げる連続チャージ法が用いられ
ている。図６は連続チャージ法による半導体単結晶製造
装置の一例を示す部分断面図で、石英るつぼ３の周縁部
上方に複数の原料供給部２０が設置されている。この原
料供給部２０は、メインチャンバ１の上方から吊り下げ
られた棒状の多結晶シリコン（以下原料多結晶棒とい
う）２１を溶解して融液６に滴下させるもので、原料溶
解ヒータ２２と、原料溶解ヒータ２２を包囲する保護筒
２３と、保護筒２３の底部に取り付けられた原料供給管
２９とを備えている。また、前記保護筒２３の下端には
原料供給部２０に導入した不活性ガスをメインチャンバ
１から排出する通路となる環状のメルトカバー２６が取
着され、メルトカバー２６の外縁部には排気管２７が接
続されている。

【０００５】原料供給管２９の下部は融液６に浸漬さ
れ、落下する液滴によって結晶育成部１０の融液６に振
動が伝播することを防止している。また、原料供給部２
０は、上記構造により単結晶育成部１０から隔離された
独立の空間を形成しているので、原料供給部２０と結晶
育成部１０との気相が分離されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】半導体単結晶７の引き
上げに当たり、原料供給部２０の圧力が単結晶育成部１
０の圧力よりも１Ｔｏｒｒ低くなるように真空引きす
る。図７は、原料供給管内外の融液レベルの変化を示す
説明図である。原料供給管２９の下部は融液６に浸漬さ
れているが、単結晶育成部に対して原料供給部の圧力が
１Ｔｏｒｒ低いため、図７（ａ）に示すように原料供給
管２９内の融液面は原料供給管２９の外側すなわち単結
晶育成部の融液面より上昇している。この差圧により、
原料供給部で発生したＳｉＯ系ダストや不純物の単結晶
育成部への流入が阻止され、育成する半導体単結晶の有
転位化を防止することができる。

【０００７】一連の半導体単結晶育成が終わりに近づく
と、原料多結晶棒の溶解による原料の供給が終了し、石
英るつぼ３が上昇限度まで上昇すると、融液面は次第に
下降し、原料供給管２９の下端は融液６から離脱する。
しかし、融液６は表面張力が大きいため、図７（ｂ）に
示すように原料供給管２９の下面に付着して持ち上げら
れる。更に融液面が下降すると、原料供給管２９に付着
していた融液６が急激に落下するため、図７（ｃ）に示
すように液面振動が発生する。この液面振動は引き上げ
中の単結晶の有転位化の原因となる。

【０００８】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、連続チャージ法による半導体単結晶の製造
において、原料供給が終了し、融液面が降下して原料供
給管が融液から離脱する際に半導体単結晶の有転位化を
起こさないような半導体単結晶製造装置および製造方法
を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体単結晶製造装置は、半導体単結
晶の原料を装填するるつぼと、るつぼ内の原料を溶解す
るメインヒータと、るつぼ内の融液に種結晶を浸漬して
半導体単結晶を引き上げる引き上げ機構と、るつぼの周
縁部上方に設けた原料溶解ヒータにより原料を溶解して
るつぼ内に連続的に供給する原料供給部とを備えた半導
体単結晶製造装置において、原料溶解ヒータを取り囲む
保護筒の底部に取り付ける原料供給管の下端面を、原料
供給管の軸心に対して所定の角度θで傾斜させ、更に、
前記下端面にノッチを設ける構成とした。

【００１０】また、本発明に係る半導体単結晶製造方法
は、上記連続チャージ法による半導体単結晶製造装置を
用い、原料供給部を結晶育成部よりも減圧した上、原料
溶解ヒータによって溶解した原料をるつぼ内に連続的に
供給しつつ半導体単結晶を育成する半導体単結晶の製造
において、原料の供給が終了した後、原料供給部と結晶
育成部とを等圧にすることを特徴としている。

【００１１】

【発明の実施の形態および実施例】本発明は、連続チャ
ージ法による半導体単結晶の育成が終りに近づいたと
き、融液レベルが降下して原料供給管が融液から離脱す
る際に発生する融液面の振動に起因する有転位化を防止
するものである。原料供給管の下端面を所定の角度θで
傾斜させた場合、傾斜のない従来の原料供給管に比べて
離脱時の液ばなれは良くなるが、十分とはいえない。上
記構成によれば、原料供給管の下端面を所定の角度θで
傾斜させた上、ノッチを設けたので、ノッチが離脱時の
液ばなれのきっかけを作る作用をし、従来の原料供給管
のように、表面張力によって原料供給管の下端面に融液
が付着して持ち上げられることがない。従って、融液が
落下して融液面が振動する不具合が解消する。

【００１２】更に、原料多結晶棒の溶解が終了した後、
原料供給部を結晶育成部と等圧にすれば、原料供給管内
の融液面が下がり、原料供給管が融液から離脱する際の
液ばなれを一層容易にする。

【００１３】次に、本発明に係る連続チャージ法による
半導体単結晶製造装置の実施例について図面を参照して
説明する。図１は前記半導体単結晶製造装置の概略構成
を示す部分断面図で、メインチャンバ１の中心に黒鉛る
つぼ２、石英るつぼ３が昇降および回転自在に設置さ
れ、黒鉛るつぼ２の周囲にメインヒータ４、保温筒５が
配設されている。石英るつぼ３に装填した原料多結晶は
メインヒータ４により溶解して融液６となり、石英るつ
ぼ３の中心部から半導体単結晶７が引き上げられる。半
導体単結晶７が育成される石英るつぼ３の中心部領域を
結晶育成部１０と呼ぶ。

【００１４】石英るつぼ３の周縁近傍上方には、２組の
原料供給部２０が対向して設置されている。原料供給部
２０は、メインチャンバ１の上端に接続されたプルチャ
ンバ８から吊り下ろされる原料多結晶棒２１を溶解して
融液６に滴下させるもので、原料溶解ヒータ２２と、原
料溶解ヒータ２２を包囲する保護筒２３と、保護筒２３
の下端に取り付けられた原料供給管２４と、前記プルチ
ャンバ８の上部と原料溶解ヒータ２２の上端との間に取
着されたシールドカバー２５と、保護筒２３の下部に取
着された環状のメルトカバー２６と、排気管２７とによ
って構成されている。原料溶解ヒータ２２と保護筒２３
の上部との隙間は石英材で封止されている。

【００１５】メインチャンバ１の底部に設けた排気口１
ａに接続された排気管路１１と、メルトカバー２６外縁
部の排気管２７に接続された排気管路１２とは合流点１
３で合流し、合流点１３の下流に設けた排気管路１４は
真空ポンプ１５に接続されている。前記排気管路１１，
１２，１４にはそれぞれバルブ１６，１７，１８が設け
られている。バルブ１７は原料供給部２０の圧力調整用
である。

【００１６】図２は本発明の第１実施例における原料供
給管を示し、図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）は図２
（ａ）のＺ視図である。原料供給管２４は石英製で、そ
の下端面は、原料供給管の中心軸に対して所定の角度θ
で傾斜し、更に、前記下端面にはノッチ２４ａが設けら
れている。

【００１７】原料多結晶棒２１は１本ずつ交互に、また
は２本同時に原料溶解ヒータ２２内によって溶解され、
連続的に原料の供給が行われる。シールドカバー２５内
を吊り下ろされた原料多結晶棒２１は、原料溶解ヒータ
２２によって下端から溶解され、液滴となって原料供給
管２４内を通過し、石英るつぼ３内に落下する。原料供
給管２４の下部は融液６に浸漬され、前記液滴によって
原料供給管２４の外方にある融液、すなわち結晶育成部
１０の融液６に振動が伝播することを防止している。ま
た、原料供給部２０は、上記構造により結晶育成部１０
から隔離された独立の空間を形成しているので、結晶育
成部１０と原料供給部２０との気相が分離されている。

【００１８】前記シールドカバー２５の上部には結晶育
成部１０に導入される不活性ガスの管路とは別の管路が
接続されていて、前記２組の原料供給部２０に不活性ガ
スが導入される。不活性ガスは原料多結晶棒２１の周囲
を流下し、保護筒２３の下部に設けた開口部からメルト
カバー２６内に入り、原料多結晶棒２１の溶解時に発生
したＳｉＯ系ダストや原料供給部２０で発生した不純物
とともに排気管２７を経てメインチャンバ１から排出さ
れる。

【００１９】一方、結晶育成部１０に導入された不活性
ガスは、育成中の半導体単結晶７の周囲を流下し、前記
メルトカバー２６と融液６との間を流れ、黒鉛るつぼ２
とメインヒータ４との隙間およびメインヒータ４と保温
筒５との隙間を流下して、メインチャンバ１の底部に設
けた排気口１ａから前記結晶育成部１０で発生した不純
物とともに排出される。また、不活性ガスの一部はメイ
ンチャンバ１と保温筒５との隙間を流下して、前記排気
口１ａから排出される。

【００２０】半導体単結晶の引き上げに当たり、バルブ
１６およびバルブ１７の開度を調節し、原料供給部２０
が結晶育成部１０に対して１Ｔｏｒｒ減圧した状態とす
る。原料供給部２０および結晶育成部１０には圧力セン
サが設置されていて、それぞれの検出値に基づいて前記
バルブの開度を調節する。これにより、原料供給部２０
で発生したＳｉＯ系ダスト、不純物等の単結晶育成部へ
の流入が阻止され、育成する半導体単結晶の有転位化を
防止することができる。

【００２１】図３は、原料供給管に対する融液レベルの
変化を示す説明図である。図３（ａ）は、原料供給部で
原料多結晶棒を溶解して融液に供給しているときの原料
供給管２４内外の融液レベルを示す。前述のように、原
料供給管２４の下部は融液６に浸漬され、結晶育成部に
対して原料供給部の圧力が１Ｔｏｒｒ低いため、原料供
給管２４内の融液面は原料供給管２４の外側すなわち単
結晶育成部の融液面よりΔｈだけ上昇している。

【００２２】原料多結晶棒の溶解による原料供給が終了
すると、図１に示したバルブ１７の開度を小さくし、結
晶育成部と原料供給部とを等圧にする。その結果、図３
（ｂ）に示すように原料供給管２４内外の融液レベルは
等しくなる。また、原料供給が終了した後も半導体単結
晶の引き上げは継続されるため、融液減少量に対応して
石英るつぼおよび黒鉛るつぼを上昇させている間は融液
レベルは一定であるが、るつぼの位置が上限に達する
と、図３（ｃ）に示すように原料供給管２４に対する融
液面の位置は下がり始める。

【００２３】融液面が下降すると、図３（ｄ）に示すよ
うに原料供給管２４の下端の一部が融液６から露出す
る。融液面に対して原料供給管２４の下端面が傾斜し、
更にノッチ２４ａが設けられているため、このノッチ２
４ａが液ばなれのきっかけを与える。融液面が更に下降
すると、図３（ｅ）に示すように原料供給管２４の下端
面は融液６から完全に露出する。このとき、原料供給管
２４の下端面が傾斜しているため融液６の液ばなれが良
く、原料供給管２４の下端面に融液が付着して持ち上げ
られる量はごく僅かである。従って、融液面から原料供
給管２４が離脱したとき液面振動はほとんど発生せず、
育成中の単結晶の有転位化が回避される。

【００２４】図４は本発明の第２実施例における原料供
給管を示し、図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は図４
（ａ）のＺ視図である。この原料供給管２８の下端に
は、中心軸の両側に所定の角度θの傾斜面２８ａが設け
られている。これにより、融液から原料供給管２８が離
脱する際の液ばなれが良くなり、液面振動はほとんど発
生しない。

【００２５】上記実施例では、原料多結晶棒を溶解して
融液に供給する連続チャージ法について説明したが、こ
れに限るものではなく、粒状の原料を連続的に融液に供
給する連続チャージ法においても本発明を適用すること
ができる。たとえば、図５に示す実公平７−１１１７７
号公報に開示されている半導体単結晶製造装置では、メ
インチャンバ１の外部に設置されたホッパ３１から供給
器３２を介して予備加熱装置３３に導かれた粒状の原料
を、前記予備加熱装置３３の下端に接続した隔離管３４
から融液６に供給している。隔離管３４の下端を図２ま
たは図４に示した形状とし、粒状の原料の供給が終了し
たら隔離管３４内を結晶育成部１０と等圧にすることに
より、融液面下降時の隔離管３４の液ばなれを円滑に行
うことができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、連
続チャージ法による半導体単結晶製造装置の原料供給部
に取り付ける原料供給管の下端面を、原料供給管の軸心
に対して所定の角度θで傾斜させ、更に、前記下端面に
ノッチを設けることにより、融液面が下降して原料供給
管が融液から離脱する際の液ばなれが良くなり、従来の
ように原料供給管の下端面に付着して持ち上げられた融
液が落下して融液面振動を起こすことがない。また、原
料供給終了後、原料供給部の圧力を結晶育成部と等圧に
すれば、原料供給管内の融液面が下降するので、液ばな
れを一層良くすることができる。これにより、育成した
半導体単結晶の有転位化を防止することが可能となり、
半導体単結晶の生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】連続チャージ法による半導体単結晶製造装置の
概略構成を示す部分断面図である。

【図２】本発明の第１実施例における原料供給管を示
し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＺ視図である。

【図３】原料供給管に対する融液レベルの変化を示す説
明図で、（ａ）は原料供給時、（ｂ）は原料供給終了
時、（ｃ）は融液レベル下降時、（ｄ）は原料供給管の
一部が融液から離脱した時、（ｅ）は原料供給管が融液
から完全に離脱した状態を示す。

【図４】本発明の第２実施例における原料供給管を示
し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＺ視図である。

【図５】粒状の原料を連続的に供給する連続チャージ法
による半導体単結晶製造装置の概略構成を示す部分断面
図である。

【図６】連続チャージ法による従来の半導体単結晶製造
装置の概略構成を示す部分断面図である。

【図７】従来の技術による原料供給管に対する融液レベ
ルの変化を示す説明図で、（ａ）は原料供給時、（ｂ）
は原料供給管が融液から離脱する時、（ｃ）は原料供給
管が融液から完全に離脱した状態を示す。

【符号の説明】

２…黒鉛るつぼ、３…石英るつぼ、４…メインヒータ、
６…融液、７…半導体単結晶、１０…結晶育成部、２０
…原料供給部、２１…原料多結晶棒、２２…原料溶解ヒ
ータ、２３…保護筒、２４，２８，２９…原料供給管、
２４ａ…ノッチ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体単結晶の原料を装填するるつぼ
   と、るつぼ内の原料を溶解するメインヒータと、るつぼ
   内の融液に種結晶を浸漬して半導体単結晶を引き上げる
   引き上げ機構と、るつぼの周縁部上方に設けた原料溶解
   ヒータにより原料を溶解してるつぼ内に連続的に供給す
   る原料供給部とを備えた半導体単結晶製造装置におい
   て、 原料溶解ヒータを取り囲む保護筒の底部に取り付ける原
   料供給管の下端面を、原料供給管の軸心に対して所定の
   角度θで傾斜させ、更に、前記下端面にノッチを設けた
   ことを特徴とする連続チャージ法による半導体単結晶製
   造装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体単結晶製造装置を
   用い、原料供給部を結晶育成部よりも減圧した上、原料
   溶解ヒータによって溶解した原料をるつぼ内に連続的に
   供給しつつ半導体単結晶を育成する半導体単結晶の製造
   において、 原料の供給が終了した後、原料供給部と結晶育成部とを
   等圧にすることを特徴とする連続チャージ法による半導
   体単結晶製造方法。