JPH1192276A - 半導体単結晶の製造装置及び半導体単結晶の製造方法 - Google Patents

半導体単結晶の製造装置及び半導体単結晶の製造方法

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JPH1192276A
JPH1192276A JP27510697A JP27510697A JPH1192276A JP H1192276 A JPH1192276 A JP H1192276A JP 27510697 A JP27510697 A JP 27510697A JP 27510697 A JP27510697 A JP 27510697A JP H1192276 A JPH1192276 A JP H1192276A
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JP
Japan
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crucible
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semiconductor single
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JP27510697A
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Tsunehisa Machida
倫久 町田
Yutaka Shiraishi
裕 白石
Nobumitsu Takase
伸光 高瀬
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Super Silicon Crystal Research Institute Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 単結晶引き上げ用の石英ルツボのサイズが制
限されたり、炉そのものを大きくすることなく原料を補
助ルツボから引上げ用の石英ルツボに供給する。 【解決手段】 補助ルツボ格納容器10内には補助ルツ
ボ11が配置され、補助ルツボ11内では単結晶を製造
するために必要な量から石英ルツボ2内の原料の量を差
し引いた分の量の原料が加熱される。補助ルツボ格納容
器10が真空アイソレーションバルブ1aを介して引上
げ炉1に連結され、連結状態で補助ルツボ11内の原料
融液12が石英ルツボ2内に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、引上げCZ(Czoc
hralski )法によりSi(シリコン)などの半導体単結
晶を製造するための装置及び方法に関し、特に原料を補
助ルツボから引上げ用の石英ルツボに供給する装置及び
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、引上げCZ法による単結晶製造
装置では、グラファイトにより構成された高耐圧気密チ
ャンバ内を10torr程度に減圧して新鮮なAr(アルゴ
ン)などの不活性ガスを流すととともに、チャンバ内の
下方に設けられた石英ルツボ内の多結晶を加熱して溶融
し、この融液の表面に種結晶を上から浸漬し、種結晶と
石英ルツボを回転、上下移動させながら種結晶を引き上
げることにより、種結晶の下に上端が突出した円錐形の
上部コーン部と、円筒形のボディ部と下端が突出した円
錐形の下部コーン部より成る単結晶(いわゆるインゴッ
ト)を成長させるように構成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
単結晶製造装置では、石英ルツボ内で溶解される原料の
温度は、引上げ中より引上げ前の方が高く設定される。
また、製造される単結晶の径が大きくなると石英ルツボ
のサイズも大きくなるので、ある程度の歩留りを確保す
るため、原料の量も多くする必要があり、そのため大き
な熱量を原料溶解に要し、また、溶解時間も長くなる。
したがって、石英ルツボが高温により軟化して変形した
り劣化が激しくなるという問題点がある。
【0004】なお、石英ルツボの劣化を防止するため
に、単結晶の引き上げ中の石英ルツボに対して溶融状態
の原料を補助ルツボから追加供給することにより石英ル
ツボ内の原料の量を減少させる方法が提案されている。
例えば特開昭55−130894号公報には単結晶引上
げ用の石英ルツボに対して連通した補助ルツボ内で原料
を溶解し、これを連通管を介して追加供給する方法が提
案されている。また、特開昭56−164097号公報
には、単結晶引上げ用の石英ルツボとは独立した補助ル
ツボを炉内に設け、原料を炉の外からこの補助ルツボに
供給して溶解し、補助ルツボ内の溶融原料を単結晶引上
げ用の石英ルツボに追加供給する方法が提案されてい
る。
【0005】しかしながら、このような方法では、補助
ルツボを引上げ炉内に設けるので、補助ルツボが単結晶
引上げ用の石英ルツボや他の構成部材に干渉しないよう
に設計する必要があり、そのため単結晶引上げ用の石英
ルツボのサイズが制限されたり、炉そのものを大きくす
る必要があるという問題点がある。なお、石英ルツボの
サイズが制限されたり、炉そのものを大きくすると、単
結晶の歩留りが悪化したり、製造コストが高くなる。
【0006】本発明は上記従来の問題点に鑑み、単結晶
引上げ用の石英ルツボのサイズが制限されたり、炉その
ものを大きくすることなく原料を補助ルツボから引上げ
用の石英ルツボに供給することができる半導体単結晶の
製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、引上げ炉の外部において補助ルツボ内に半
導体単結晶の原料をあらかじめ溶解し、引上げ炉内の石
英ルツボ内に供給するようにしたものである。すなわち
本発明によれば、引上げ炉内に載置された石英ルツボ内
の原料融液に種結晶を浸漬させた後に、これを引き上げ
ることにより半導体単結晶を製造する半導体単結晶の製
造装置において、半導体単結晶の原料をあらかじめ溶解
するため、前記引上げ炉の外部に配された補助ルツボ
と、前記補助ルツボ内の融液を前記引上げ炉内の石英ル
ツボ内に供給する手段とを、有することを特徴とする半
導体単結晶の製造装置が提供される。
【0008】また本発明によれば、引上げ炉内に載置さ
れた石英ルツボ内の原料融液に種結晶を浸漬させた後
に、これを引き上げることにより半導体単結晶を製造す
る半導体単結晶の製造装置において、半導体の原料を溶
解するために前記引上げ炉の外部に載置された補助ルツ
ボと、前記補助ルツボを格納する補助ルツボ室と、前記
補助ルツボ室と前記引上げ炉内を気密に遮断可能であ
り、かつ遮断を解除して前記補助ルツボが前記補助ルツ
ボ室から前記引上げ炉内に移動可能な開閉手段と、前記
補助ルツボを前記補助ルツボ室から前記引上げ炉内に移
動させる補助ルツボ移動手段と、前記引上げ室に移動し
た前記補助ルツボ内の原料融液を前記石英ルツボに導く
原料移動手段とを、有することを特徴とする半導体単結
晶の製造装置が提供される。
【0009】また本発明によれば、引上げ炉内に載置さ
れた石英ルツボ内の原料融液に種結晶を浸漬させた後
に、これを引き上げることにより半導体単結晶を製造す
る半導体単結晶の製造方法において、前記引上げ炉の外
部に載置された補助ルツボにて半導体の原料を溶解する
ステップと、前記補助ルツボを前記引上げ炉内に移動さ
せるステップと、前記補助ルツボ内の原料融液を前記石
英ルツボに導くステップとを、有することを特徴とする
半導体単結晶の製造方法が提供される。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図1は本発明に係る半導体単結晶
の製造装置の一実施形態における補助ルツボ格納容器の
接合状態を示す説明図、図2は溶融原料の供給状態を示
す説明図、図3は溶融原料の供給機構の一例を示す説明
図、図4は溶融原料の供給機構の他の例を示す説明図、
図5は補助ルツボ格納容器の運搬を示す説明図、図6は
引き上げ機構の運搬を示す説明図、図7は単結晶の育成
状態を示す説明図である。
【0011】図1において、引上げ炉1内には石英ルツ
ボ2が上下方向に移動可能に、かつ回転可能に配置さ
れ、石英ルツボ2の回りには石英ルツボ2内の原料を加
熱するためのヒータ3が配置されている。ここで、引き
上げ開始前の石英ルツボ2内の原料の量は、単結晶を製
造するために必要な総量より少なく、例えば0%である
(全く入っていない)。補助ルツボ格納容器10内には
補助ルツボ11が配置され、補助ルツボ11内では単結
晶を製造するために必要な量から石英ルツボ2内の原料
の量を差し引いた分(例えば100%)の量の原料が加
熱されて溶融している(溶融された原料融液を12で示
す)。なお、引上げ炉1と補助ルツボ格納容器10の内
部は、原料溶解中にはいずれも真空状態又は不活性ガス
充填状態に維持される。
【0012】引上げ炉1の上方には真空アイソレーショ
ンバルブ1aが取り付けられ、補助ルツボ格納容器10
の下方は真空アイソレーションバルブ1aを介して真空
状態を維持した状態で引上げ炉1に対して結合可能に構
成されている。そして、補助ルツボ11内の原料が溶融
すると、図1に示すように補助ルツボ格納容器10が例
えば図5、図6に示すような旋回/昇降機構20により
運搬され、真空アイソレーションバルブ1aを介して引
上げ炉1に連結され、次いで図2に示すように連結状態
で補助ルツボ11を矢印M1で示すように引上げ炉1内
に下降せしめ、次いで補助ルツボ11内の原料融液12
が矢印M2で示すように石英ルツボ2内に供給される。
【0013】補助ルツボ11内の原料融液12を石英ル
ツボ2内に供給する構造としては、例えば図3に示すよ
うにこぼし口11a付きのルツボ11−1を傾動支点1
1aの回りを傾動させることにより、こぼし口11aを
介して矢印M3で示すように原料融液(メルト)12を
石英ルツボ2内に供給することができる。また、他の例
としては図4に示すように、底穴11c付きのルツボ1
1−2を用い、底穴11cをストッパ棒11dにより開
けることにより矢印M4で示すように原料融液12を石
英ルツボ2内に供給することができる。
【0014】補助ルツボ11内の原料融液12の供給が
完了すると、図5に示すような旋回/昇降機構20によ
り補助ルツボ格納容器10を支持して旋回、下降させる
ことにより、矢印M5、M6で示すように補助ルツボ格
納容器10が引上げ炉1から切り離される。次いで、図
5、図6に示すように旋回/昇降機構20により引き上
げ機構4を支持して上昇、旋回させることにより、矢印
M7、M8で示すように引き上げ機構4が真空アイソレ
ーションバルブ1aを介して真空状態を維持した状態で
引上げ炉1の上に結合される。そして、図7に示すよう
に引き上げ機構4内のワイヤ5の先端の図示省略の種結
晶ホルダに種結晶7を取り付けて原料融液12の表面に
上から浸漬し、種結晶7と石英ルツボ2を回転、上下移
動させながら種結晶7を引き上げることにより、種結晶
7の下に単結晶8を成長させる。
【0015】ここで、石英ルツボ2として24インチの
ものを用い、単結晶8を製造するために必要な原料融液
12の量を100kgとして、従来例のように全てを石
英ルツボ2内に3時間で供給して8時間で溶解した後に
単結晶8を引き上げたところ、石英ルツボ2の寿命は約
40時間、単結晶8の無転位化率は約70%であり、ま
た、原料供給中の液はねや融液の固化が頻発した。これ
に対し、全ての量を補助ルツボ11内に3時間で供給し
て溶解させた後にこれを石英ルツボ2に供給し、石英ル
ツボ2での溶解時間を0時間にして単結晶8を引き上げ
たところ、石英ルツボ2の寿命は約60時間、単結晶8
の無転位化率は約80%であり、また、原料供給中の液
はねや融液の固化は殆ど発生しなかった。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、引
上げ炉の外部において補助ルツボ内に半導体単結晶の原
料をあらかじめ溶解し、引上げ炉内の石英ルツボ内に供
給するようにしたので、単結晶引き上げ用の石英ルツボ
のサイズが制限されたり、炉そのものを大きくすること
なく原料融液を補助ルツボから引上げ用の石英ルツボに
供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体単結晶の製造装置の一実施
形態における補助ルツボ格納容器の接合状態を示す説明
図である。
【図2】溶融原料の供給状態を示す説明図である。
【図3】溶融原料の供給機構の一例を示す説明図であ
る。
【図4】溶融原料の供給機構の他の例を示す説明図であ
る。
【図5】補助ルツボ格納容器の運搬を示す説明図であ
る。
【図6】引き上げ機構の運搬を示す説明図である。
【図7】単結晶の育成状態を示す説明図である。
【符号の説明】
1 引上げ炉 1a 真空アイソレーションバルブ 2 石英ルツボ 3 ヒータ 7 種結晶 4 引き上げ機構 5 ワイヤ 8 単結晶 10 補助ルツボ格納容器 11 補助ルツボ 11a こぼし口 11b 傾動支点 11c 底穴 11d ストッパ棒 11−1 こぼし口付きのルツボ 11−2 底穴付きのルツボ 12 原料融液 20 旋回/昇降機構

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 引上げ炉内に載置された石英ルツボ内の
    原料融液に種結晶を浸漬させた後に、これを引き上げる
    ことにより半導体単結晶を製造する半導体単結晶の製造
    装置において、 半導体単結晶の原料をあらかじめ溶解するため、前記引
    上げ炉の外部に配された補助ルツボと、 前記補助ルツボ内の融液を前記引上げ炉内の石英ルツボ
    内に供給する手段とを、 有することを特徴とする半導体単結晶の製造装置。
  2. 【請求項2】 引上げ炉内に載置された石英ルツボ内の
    原料融液に種結晶を浸漬させた後に、これを引き上げる
    ことにより半導体単結晶を製造する半導体単結晶の製造
    装置において、 半導体の原料を溶解するために前記引上げ炉の外部に載
    置された補助ルツボと、 前記補助ルツボを格納する補助ルツボ室と、 前記補助ルツボ室と前記引上げ炉内を気密に遮断可能で
    あり、かつ遮断を解除して前記補助ルツボが前記補助ル
    ツボ室から前記引上げ炉内に移動可能な開閉手段と、 前記補助ルツボを前記補助ルツボ室から前記引上げ炉内
    に移動させる補助ルツボ移動手段と、 前記引上げ室に移動した前記補助ルツボ内の原料融液を
    前記石英ルツボに導く原料移動手段とを、 有することを特徴とする半導体単結晶の製造装置。
  3. 【請求項3】 前記開閉手段が前記引上げ炉の上部に設
    けられた前記補助ルツボ室と前記引上げ炉の間に取り付
    けられ真空アイソレーションバルブであることを特徴と
    する請求項2記載の半導体単結晶の製造装置。
  4. 【請求項4】 前記補助ルツボ室が前記引上げ炉の上部
    で水平方向に移動可能であることを特徴とする請求項2
    又は3記載の半導体単結晶の製造装置。
  5. 【請求項5】 前記種結晶を引上げる手段が前記引上げ
    炉の上部で水平方向に移動可能であることを特徴とする
    請求項4記載の半導体単結晶の製造装置。
  6. 【請求項6】 前記原料移動手段が前記補助ルツボを前
    記石英ルツボの上部に位置せしめ、その後前記補助ルツ
    ボを、その中心軸に垂直な線を中心に回転させて、前記
    補助ルツボの上端開口を介して前記原料融液を前記石英
    ルツボに移動させるものである請求項2ないし5のいず
    れか1つに記載の半導体単結晶の製造装置。
  7. 【請求項7】 前記原料移動手段が前記補助ルツボを前
    記石英ルツボの上部に位置せしめ、その後前記補助ルツ
    ボの下端又はその近傍に設けられた開閉可能な開口部を
    開いて、前記原料融液を前記石英ルツボに移動させるも
    のである請求項2ないし5のいずれか1つに記載の半導
    体単結晶の製造装置。
  8. 【請求項8】 引上げ炉内に載置された石英ルツボ内の
    原料融液に種結晶を浸漬させた後に、これを引き上げる
    ことにより半導体単結晶を製造する半導体単結晶の製造
    方法において、 前記引上げ炉の外部に載置された補助ルツボにて半導体
    の原料を溶解するステップと、 前記補助ルツボを前記引上げ炉内に移動させるステップ
    と、 前記補助ルツボ内の原料融液を前記石英ルツボに導くス
    テップとを、 有することを特徴とする半導体単結晶の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記移動させるステップが前記引上げ炉
    の上部に設けられた前記補助ルツボを格納する補助ルツ
    ボ室と前記引上げ炉を連結するステップを有することを
    特徴とする請求項8記載の半導体単結晶の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記原料融液を前記石英ルツボに導く
    ステップが前記補助ルツボを前記石英ルツボの上部に位
    置せしめるステップと、その後前記補助ルツボを、その
    中心軸に垂直な線を中心に回転させて、前記補助ルツボ
    の上端開口を介して前記原料融液を前記石英ルツボに移
    動させるステップとを有することを特徴とする請求項8
    又は9記載の半導体単結晶の製造方法。
  11. 【請求項11】 前記原料融液を前記石英ルツボに導く
    ステップが前記補助ルツボを前記石英ルツボの上部に位
    置せしめるステップと、その後前記補助ルツボの下端又
    はその近傍に設けられた開閉可能な開口部を開いて、前
    記原料融液を前記石英ルツボに移動させるステップとを
    有することを特徴とする請求項8又は9記載の半導体単
    結晶の製造方法。
JP27510697A 1997-09-22 1997-09-22 半導体単結晶の製造装置及び半導体単結晶の製造方法 Withdrawn JPH1192276A (ja)

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