TW574442B - Apparatus and method for producing semiconductor single crystal - Google Patents
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Description
574442 A7 B7 五、發明説明(彳) 【發明所屬之技術領域】 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於一種使用切克勞斯基法(Czochralski Method,以下亦稱爲C Z法)之半導體單晶的製造裝置以 及製造方法,詳言之,係關於一.種將用來加熱熔融半導體 單晶製造裝置之結晶成長爐內部所收容之坩堝內原料的加 熱器之發熱部以外的電力損失減少,以降低製造成本並且 提高裝置之可靠性的半導體單晶的製造裝置以及利用該裝 置之半導體單晶的製造方法。、 【習知技術】 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 過去,半導體單晶的製造方法中已知有一種將半導體 單晶原料塡充在半導體製造裝置之結晶成長爐內部所配置 的坩堝,並且利用設置在坩堝外側的加熱器使之熔融而成 爲融液,然後使籽晶接融於該原料融液,以於籽晶下方形 成半導體單晶的C Z法。而且,爲了獲得矽或G a A s ( 砷化鎵)等的半導體單晶,利用C Z法的半導體單晶之形 成技術已大量運用在工業用途上,以下便以矽半導體單晶 之形成作爲其一例來說明本發明之習知例。 利用C Z法的矽半導體單晶之形成方法,首先係將作 爲原料之多晶矽塡充在製造裝置之結晶成長爐內部所裝設 之外側爲石墨、內側爲石英所構成的坩堝,並且在使結晶 成長爐內部充滿氬(以下稱爲A r )等惰性氣體之後,利 用裝有原料之坩堝的外側周圍所配設的石墨製加熱器,對 其加熱至1 4 2 0 °C以上的高溫,而成爲原料融液。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -4 - 574442 A7 B7 五、發明説明(2) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 然後,在原料融液之溫度穩定成爲適合進行單晶提拉 的溫度時,從融液上方降下籽晶’使前端稍微浸泡於原料 融液表面,並且在籽晶之溫度穩定時,一邊使籽晶與增堝 相互朝不同方向旋轉,一邊緩緩向上方拉起,藉此於好晶 下方形成矽的半導體單晶。 此時,爲了熔解作爲半導體單晶之原料的多晶矽,並 且避免其在形成半導體單晶時因爲原料融液之溫度下降而 固化,對於配置在用來保持原料融液之坩堝外側周圍的加 熱器會經常性地持續供應用來加溫原料融液的電力。 在半導體單晶之製造裝置,尤其是矽半導體單晶之製 造裝置中,爲了加熱熔融作爲半導體單晶之原料的多晶矽 ,並且以融液的狀態加以保持,必須在矽之融點 1 4 2 0 °C以上的高溫環境下加溫結晶成長爐內部來形成 單晶,因此配設在半導體單晶製造裝置之結晶成長爐內部 的構造物之材料幾乎皆是使用石墨材料。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 石墨材料比起金屬等,係熱膨漲率較小、耐熱衝擊性 佳、而且融點非常高的材料。因此最適合作爲會暴露於高 溫環境之結晶成長爐內部的構造物構件之材料,而且與石 墨以外之高融點金屬材料等材料相較,更容易進行形狀加 ’工,成本上也較便宜,因此工業用途上需量產半導體單晶 的製造裝置會大量使用以石墨爲材料的構件。 而且,爲了加熱原料融液,配置在半導體單晶結晶成 長裝置的加熱器也是考慮到石墨的這些特性,而使大部分 以石墨材料爲主體而構成。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -5- 574442 A7 _____ B7 _ 五、發明説明(3) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 另外,單晶製造裝置之結晶成長爐係使上述由石墨形 成的加熱器及坩堝、絕熱材料等爐內構造物,以結晶成長 爐內之保溫及保護結晶成長爐爐壁爲目的而複雜地配置, 因此爲了在狹窄的結晶成長爐內完全有效地發揮效果,乃 使爐內構造物之各零件相互保持些許間隙而配置在製造裝 置之結晶成長爐內部。 而且,不僅在單晶製造裝置之結晶成長爐內部,以大 量石墨爲材料製成的爐內構造物係各自保持些許間隙而配 置,石墨材料本身又係電性導電率很高的良導體,且兼具 電性容易流通的特性,因此從結晶成長爐內之坩堝周圍所 配置的加熱器、或是在結晶成長爐內部連接加熱器與結晶 成長爐下部所設置之金屬電極的電流路徑構件等會發生電 流的外漏或放電,爲了避免對爐內構造物造成損害,或是 避免帶來電性故障以致作業困難,單晶成長時施加於加熱 器的電壓係盡可能降低地來持續作業。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 尤其,最近在形成矽半導體單晶時,爲了使結晶品質 成爲所希望之値,並且獲得具有穩定特性的半導體單晶, 或是爲了避免從結晶成長爐內部之原料融液所蒸發的 S i 0 (氧化矽)等氧化物附著於爐內之構造物或爐壁, 以長時間地維持作業,必須使結晶成長爐內部的惰性氣體 有效地排出至外部,因此大多係採用一種降低結晶成長爐 內部之壓力來進行作業的方法。 此時,在有電流通過的加熱器或電流路徑構件或電極 等,爲了避免由於施加電壓而在爐內發生放電,施加於爐 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) _ Ο 574442 A7 B7 五、發明説明(4) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 內下部之電極的電壓會保持低電壓,一般係施加5 Ο V左 右的低電壓,藉此防止在石墨材料所構成的爐內構造物構 件之間發生放電,致使加熱器發熱。 【發明之揭示】 在形成矽半導體單晶時,融解多晶矽所需的電力通常 在1 5 0 k W左右,融解多晶矽之後,爲了在提拉單晶時 以融液的狀態保持原料,必須持續對加熱器供應 1 0 0 kW左右的電力。而且,爲了在上述的低施加電壓 下供應這些電力,通電於加熱器的電流必須是1 〇 〇 〇至 5 Ο Ο 0A左右的極大電流。 然而,爲了熔解多晶原料並且以矽融液的狀態加以保 持,而使這種大電流通電於製造裝置之爐內時,除了加熱 器以外,就連用來對加熱器供應電力之設置於結晶成長爐 內部的電流路徑構件也會產生不必要的熱。此乃由於此電 流路徑構件與加熱器皆由石墨形成,且具有與加熱器相同 程度的電阻率。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 配置在此製造裝置結晶成長爐內的電流路徑構件之發 熱與加溫原料融液之發熱並沒有關係,不注意就會平白地 消耗電力,在單晶形成時必須盡量避免。尤其在形成砂半 導體單晶時,結晶定徑部的成長速度非常慢,爲〇 . 5至 1 mm/ m i η左右,拉起一根砂單晶,若包含原料熔融 時間,則需要2 0至3 0小時這麼長的製造時間。 在這當中,必須對加熱器供應1 〇 〇 k W左右的電力 本紙張尺度適用中师家標準(CNS ) A4規格(21GX297公釐) ' -- 574442 A7 B7 五、發明説明(5) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 以持續加熱,當然在加熱器以外的電流路徑構件也會持續 地消耗不必要的電力,即使是電流路徑構件等加熱器以外 的些許電力損失,若不斷累積也會促進單晶之製造成本或 發熱部位及其周邊之石墨零件之劣化,因此最好盡可能避 免不必要部分之電力損失,來持續進行作業。 再者,即使是些許的能源損失,但減輕該損失以進行 毫無浪費能源的生產多少都必須考慮環境問題再來進行生 產活動。 而且,最近使用c Z法的矽半導體之單晶製造裝置, 爲了達成半導體晶圓上所形成的半導體元件之高集積化, 或是增加從一片半導體晶圓所獲得之半導體元件數目以提 高產量,於是越來越需要超過3 0 Omm之大直徑半導體 晶圓,爲了滿足此需求,正引進可收容口徑超過7 0 c m 之大型石英坩堝的製造裝置,以作爲有效生產大直徑單晶 的機構。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 這種可收容大口徑坩堝的單晶製造裝置中所使用的加 熱器與製造裝置內所收容的坩堝之大型化成正比,另一方 面,隨著加熱器的大型化,形成對加熱器供應電力之電流 路徑的電流路徑構件也必須是大型且長的路徑。而且,因 此在此電流路徑構件所消耗的電量會變大,而成爲不可忽 視的値。 再者,上述大型的單晶形成裝置中,發熱部以外的發 熱量會增加,因此配置在爐內的構造物構件之劣化也會加 速,使得爐內構造物之消耗更爲激烈,因此在大型的單晶 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -8 - 574442 Α7 Β7 五、發明説明(6) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 形成裝置中,比起生產直徑6英吋以下之結晶的中型機’ 顯示出結晶成長爐內部所配置的構造物零件之更換頻率也 較高。 由於這種理由,在現今之主力,即拉起直徑超過 2 0 Omm這種半導體單晶的製造裝置中,尤其需要降低 對加熱器供應電力之電流路徑的電力損失。而且,在其他 的半導體單晶製造裝置中,若考慮到製造成本及爐內構造 物之劣化等問題,也應該避免浪費不必要之電力,最好盡 可能是能源損失少的半導體單晶製造之製造裝置。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明係鑒於這種問題點而硏創者,其目的在於提供 一種半導體單晶的製造裝置以及半導體單晶的製造方法, 其係在利用C Z法製造半導體單晶的半導體單晶製造裝置 中,使構成結晶成長爐內部之金屬電極至加熱器間之電流 路徑以對於加熱器供應電力的電流路徑構件之電阻比加熱 器之電阻還小,而可抑制供電流通過的電流路徑之發熱來 降低消耗電力,還可防止製造裝置結晶成長爐內部的電流 路徑構件及其周邊所配置的爐內構造物因此所產生之劣化 ,以提升結晶成長爐內部所配置的零件之耐久性。 爲了解決上述課題,本發明之利用C Z法形成半導體 單晶的半導體單晶製造裝置之第· 1樣態係利用一種將原料 融液收容在製造裝置結晶成長爐內部的ί甘堝,並且使好晶 接融於該原料融液表面後加以提拉,藉此於籽晶下方形成 單晶的切克勞斯基法來製造單晶者,其特徵在於:將加熱 器配置在該坩堝的周圍以加熱熔融前述坩堝所收容的原米斗 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) " 一 - -9- 574442 A7 ____ B7 _ 五、發明説明(7 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ’並且將用來對該加熱器之發熱部供應電力的電流路徑設 置在前述製造裝置結晶成長爐內部,而且該加熱器之發熱 部的電性電阻値爲構成該電流路徑之電流路徑構件之電性 電阻値的9倍以上。 關於上述加熱器之發熱部的電性電阻値相對於上述電 流路徑構件之電性電阻値的比率上限値並沒有特別的限定 ’但是最好以1 0 0 0倍左右爲上限。此外,此電流路徑 構件之材料最好考慮1 5 0 0 °C左右之環境下的電性電阻 値再加以選定。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之利用C Z法形成半導體單晶的半導體單晶製 造裝置之第2樣態係利用一種將原料融液收容在製造裝置 結晶成長爐內部的財堝,並且使好晶接融於該原料融液表 面後加以提拉,藉此於籽晶下方形成單晶的切克勞斯基法 來製造單晶者,其特徵在於:將加熱器配置在該坩堝的周 圍以加熱熔融前述坩堝所收容的原料,並且將用來對該加 熱器之發熱部供應電力的電流路徑設置在前述製造裝置結 晶成長爐內部,而且構成該電流路徑之電流路徑構件的電 性電阻率比該加熱器之發熱部的電性電阻率還低。 配置在單晶製造裝置之結晶成長爐內部的加熱器,亦 即加熱器之發熱部所消耗的電力P,根據歐姆法則,可利 用加熱器所通過之電流I與施加電壓V的積:p = I v = I 2 R ( R :加熱器之電性電阻値)來表示,加熱器的電性 電阻R越大,所通過的電流就越小,加熱器以外之電流路 徑的電力損失也越小。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) " -10- 574442 A7 _______B7 五、發明説明(8) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 此外’在使用導電性高的石墨材料作爲結晶成長爐內 部所配置的絕熱材料等構造物的材料,並且使結晶成長爐 內部保持5 0 0 h P a以下之低爐內壓來進行單晶生產的 情況下’爲了避免在接近加熱器之其他爐內構造物之間產 生放電或漏電’必須使施加於加熱器之電壓保持在1 〇 〇 V以下,最好保持在5 Ο V左右來進行作業。 然而’另一方面,在形成矽半導體單晶等時,必須使 作爲矽單晶之原料的多晶砂塊體在高溫下融解,因而必須 從加熱器取出1 5 0 kW以上之大電力。 另外,即使在完成多晶矽原料的熔融之後,爲了使矽 保持在融液的狀態,必須對加熱器持續供應5 0至1 0 0 k W的電力。 因此,爲了獲得以這種低電壓使原料成爲融液的大電 力,係使1 0 0 0至5 〇 Ο Ο A的電流通過結晶成長爐內 部所設置的加熱器,以進行半導體單晶之形成。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 另一方面,加熱器會因爲原料融液所放出之含有 S i ◦等氧化物的氧化性氣體而受到腐鈾,而且加熱器本 身會發熱而成爲高溫狀態,因此係使用即使在高溫狀態下 耐腐蝕性仍高,且高融點的石墨製造而成。 此外,石墨是較適合的導體,且電流容易通過,半導 體單晶製造裝置所使用的加熱器之電阻値很小,爲8 m Ω 左右。 另一方面,爲了將加熱器立設在結晶成長爐內部,並 且爲了供應電力而配置在結晶成長爐的電流路徑構件,基 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) ^ Λ Λ ^ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 574442 A7 _____B7 _____ 五、發明説明(9) 於上述理由,除了絕緣部分,其餘皆以石墨爲材料而製成 ’其具有與加熱器大致相同程度的電性電阻率,故電流路 徑本身顯示出5至1 m Ω的電阻値。 因此,在形成半導體單晶時有電力供應至加熱器時, 在這些電流路徑構件也會通過大電流,十數k W程度的電 力會在電流路徑構件發熱而消耗。 所以,爲了減少對此加熱器供應電力之電流路徑構件 所消耗的不必要電力,並且.減少無端的能源消耗,使電流 路徑構件的電阻更小,即可降低在電流路徑構件所消耗的 浪費電力。 因此,如果使用電性電阻率比單晶製造裝置之結晶成 長爐內所使用的加熱器之發熱部還低的石墨材料或石墨材 料以外的素材製作電流路徑構件,即可降低整個電流路徑 的電阻,該結果即可減少在電流路徑部分所消耗的電力, 以謀求無端電力損失之降低。 此時,形成電流路徑構件的材料最好係使用在 1 5 0 0 °C的高溫下,構成電流路徑以對於加熱器,亦即 對於加熱器之發熱部供應電力之設置於製造裝置結晶成長 爐內部的電流路徑構件的電性電阻率,相對於加熱器之發 熱部的電性電阻率爲1 / 1 0以下的材料作爲電流路徑構 件。 石墨材料的電性電阻率在1 5 0 0 °C之高溫下的電性 電阻率比常溫下還低,在常溫附近爲1 0 0 0至1 4 0 0 // Ω c m,在1 5 0 0 t:的高溫環境下雖只有少許差距, 本紙張尺度適用中®國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
-12 - 574442 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明(10) 但是電性電阻率較低,爲8 0 0至1 2 Ο Ο //Ω cm。相 對於此,一般融點較高的金屬等,通常在高溫下的電性電 阻率會比在常溫下的電性電阻率還高。 形成結晶成長爐內部之電流路徑的爐內構造物之材料 若是使用電性電阻率較低的構件,則最好考慮接近實際形 成單晶之結晶成長爐內部之環境溫度下的電性電阻率,來 選擇電流路徑構件的材料。 一般來說,若是C Z法的半導體單晶製造裝置,則對 於加熱器供應電力的電流路徑構件之材料,最好考慮 1 5 0 0 °C之環境下的電性電阻率,若使用此時之材料的 電性電阻率相對於加熱器之發熱部的電性電阻率爲1 / 1 0以下的材料作爲電流路徑構件之材料,則可盡量抑制 在電流路徑構件所消耗的電力。 這種材料可例舉出該一部分或全部以鉬(Μ 〇 )、鎢 (W )、钽(Ta)、鈮(Nb)爲主要成分的金屬或合 金。 如果是這些金屬或以這些金屬爲主要成分的合金,則 融點非常高,因而可用來製造大部分的半導體單晶,而且 1 5 0 0 °C下之高溫環境下的電性電阻率也在 1 Ο 0//Ω cm以下,比起石墨材料爲1/1 0以下之極 低電性電阻率,因此最適合用來作爲對單晶製造裝置之加 熱器供應電力的電流路徑構件之材料。 尤其,鉬、鎢、鉅、鈮係融點比矽高很多的金屬,因 此相當適合用在必須以1 4 2 0 °C以上之高溫加熱熔融的 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中.國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -13- 574442 A7 B7 五、發明説明(彳彳) 矽半導體單晶之製造裝置。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 使用這種材料作爲電流路徑構件,可盡量抑制用來連 接結晶成長爐底部所設置之金屬電極與加熱器的電流路徑 所產生的不必要發熱,以避免無端的電力消耗,同時由於 電流路徑構件本身的發熱少,因此電流路徑構件及其周邊 的爐內構造物之劣化情況也會變少,因而亦可降低因爲爐 內構造物之劣化而更換的頻率。 本發明之利用c Z法形成半導體單晶的半導體單晶製 造裝置之第3樣態利用一種將原料融液收容在製造裝置結 晶成長爐內部的坩堝,並且使籽晶接融於該原料融液表面 後加以提拉,藉此於籽晶下方形成單晶的切克勞斯基法來 製造單晶者,其特徵在於:將加熱器配置在該坩堝的周圍 以加熱熔融前述坩堝所收容的原料,並且將用來對該加熱 器之發熱部供應電力的電流路徑設置在前述製造裝置結晶 成長爐內部,而且使構成該電流路徑之電流路徑構件所通 過的電流之電流密度比該加熱器之發熱部所通過的電流之 電流密度小。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 使通過用來將設置在半導體單晶製造裝置之結晶成長 爐底部的金屬電極、以及用來加熱原料融液而設置在結晶 成長爐內部的加熱器加以連接而配置的電流路徑構件之電 流的密度(電流密度),比通過加熱器之發熱部的電流之 、密度還小,例如即使形成電流路徑構件之形狀,也可獲得 與本發明之半導體單晶製造裝置之第1及第2樣態相同的 效果。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) _14麵 574442 A7 B7 五、發明説明(12) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 此外’本發明當中係以將通過導體的電流(I )除以 與通過導體之電流方向直交的方向之導體剖面積S (cm2 ),即I/S(A/cm2)定義爲電流密度。 該理由在於,導體的電性電阻率R ( Ω )只要將電性 電阻率設爲ρ ( Ω c m ),將與電流通過之方向直交的方 向之導體面積,即剖面積設爲S (cm2),並且將導體的 長度設爲1(cm),電性電阻率R即可表示成R=px 1 / S,可知電性電阻率R與導體的剖面積S成反比。 這顯示出電流通過的導體之電性電阻値R,即使是相 同材質的導體,只要面積S爲2倍,電性電阻値就會成爲 1 / 2,藉由適當選擇結晶成長爐內供電流通過的電流路 徑構件的剖面積,也可減少在加熱器以外所消耗的電力。 此乃意味著,只要減少每個形成串聯電路之加熱器的 發熱部以及對其供應電流之電流路徑構件的單位剖面積所 通過的電流,亦即只要減少電流密度,亦可減少消耗電力 P ° 經濟部智慧財產4員工消費合作社印製 因此,以石墨等相同材質構成加熱器及電流路徑構件 時,只要使電流路徑構件之形狀形成電流路徑構件之剖面 積比加熱器之發熱部的剖面積還大的剖面積,即可抑制在 加熱器以外之發熱。 尤其,將電流路徑之電流密度設爲加熱器之發熱部所 通過之電流密度的1 / 2以下,即可將電流路徑構件所消 耗的不必要電力降低至一半以下。 而且,藉由使用這種構造來降低電流路徑之電力損失 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210'〆297公釐) 574442 A 7 _ B7 _ 五、發明説明(13) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ,對於在可收容大口徑之石英坩堝的半導體單晶製造裝置 之結晶成長爐下部尙有空間的大型半導體單晶製造裝置來 說,更可發揮效果。 另外,本發明當中所謂的電流路徑構件係指將半導體 單晶製造裝置之結晶成長爐下方部分所設置之用來將電流 供應至結晶成長爐內部的金屬電極、以及配設在用來保持 原料融液之坩堝周圍的加熱器加以連結,並且對於加熱器 供應電流而設置於結晶成長爐內部的爐內構造物,也就是 指用來保護結晶成長爐下方所設置之金屬電極的電極保護 構件、用來支撐立設加熱器,並且使電流通過的加熱器支 撐構件、以及將加熱器連接於加熱器支撐構件的加熱器電 極部等所構成的爐內構造物。 另外,藉由組合本發明之半導體單晶製造裝置之第1 至第3樣態,亦可形成電力損失更少的半導體單晶製造裝 置。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 例如,從爐內構造物之配置來看,可成爲一種在用來 設置電流路徑構件之空間較少的部分使用鉬等電性電阻率 較低的高融點金屬,在具有可配置較大之爐內構造物之空 間的部分即使使用石墨製的構件,也可藉由增加其剖面積 來縮小電性電阻値,以降低電流路徑的消耗電力,且顧慮 到結晶成長爐內部之空間及零件成本的半導體單晶之製造 裝置。 再者,如果爲了對加熱器進行加熱所施加的電壓爲不 會在結晶成長爐內部發生放電的程度,則亦可相對增加用 本紙張尺度適用中.國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -16- 574442 A 7 _ B7 ___ 五、發明説明(14> / (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 來加熱熔融原料融液之加熱器的電性電阻値,以降低在電 流路徑構件的電力消耗。此時,加熱器之電性電阻値最好 在1 0 m Ω以上。 提高加熱器之電性電阻値的方法有:使作爲加熱器之 材料的石墨材料之材質爲電性電阻率高的材質;增加加熱 器之發熱部的厚度、或增加加熱器開縫數目來延長發熱部 路徑;或是將通過發熱部之電流的路徑縮小以增加發熱部 之電阻値等方法。然而,加熱器之電性電阻値若考慮到上 述在結晶成長爐內部所產生的放電等,則最好降低至頂多 5 〇 m Ω左右。 本發明之半導體單晶的製造方法之特徵在於:使用上 述本發明之半導體單晶的製造裝置,並且利用切克勞斯基 法從該製造裝置之結晶成長爐內部之坩堝所收容的前述原 料融液提拉半導體單晶而加以製造。 線 如上所述,利用本發明之半導體單晶製造裝置來製造 半導體單晶,可形成電力損失少的半導體單晶。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 【圖面之簡單說明】 第1圖係本發明半導體單晶製造裝置之一實施形態的 槪略剖視圖。 第2圖係本發明半導體單晶製造裝置中加熱器的槪略 說明圖,(a )係俯視槪略說明圖、(b )係側視槪略說 明圖。 本紙張尺度適用中.國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -17 - 574442 A7 B7 五、發明説明(15) 【符號說明】 1〇 半導體單晶製造裝置 12 結晶成長爐 12a 爐壁 12b 底壁部分 1 4 a 石英坩堝 14b 石墨i甘渦 Γ 6 加熱器 1 6 a 加熱器發熱部 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 8 絕 熱 材料 2 〇 坩 渦 底 座 2 2 坩堝 支 撐 軸 2 4 排 氣 管 2 6 金 屬 電 極 2 8 電 極 絕 緣 構 件 3 〇 電 極 保 護 構 件 3 2 加 熱 器 支 撐 構 件 3 4 加 熱 器 電 極 3 6 電 流 路 徑 構 件 3 8 下 部 絕 熱 材料 4 0 上 部 結 晶 成 長 爐 4 2 拉起用 繩 索 4 4 籽 晶 4 6 籽 晶 保持 具 訂 -線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -18 - 574442 A7 B7 五、發明説明() 4 8 氣體導入管 5 〇 氣體流量控制裝置 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) s 半導體單晶 M 原料融液 【發明之最佳實施形態】 以下’參照所附圖面,同時舉出利用c z法形成矽單 晶的例子來說明本發明之實施形態,但是本發明並不限定 於此。例如,本發明之利用c Z法的半導體單晶製造裝置 當然亦可利用在一邊對原料融液施加電場,一邊形成半導 體單晶之使用 MCZ 法(Magnetic field applied Czochralski method ’磁場下提拉法)的半導體單晶之製造裝置以及半 導體單晶之製造方法,或是當然亦可適用在矽半導體單晶 以外’利用C Z法之例如形成G a A s等化合物半導體單 晶的半導體單晶之製造方法或製造裝置。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第1圖係本發明之半導體單晶製造裝置之一實施形態 的槪略剖視圖。在第1圖所示之半導體單晶製造裝置1 〇 的結晶成長爐1 2配置有:用來收容原料融液Μ的石英坩 堝1 4 a ;以及爲了保護此石英坩堝1 4 a而配置在石英 ί甘堝1 4 a外側的石墨i甘渦1 4 b。另外,本說明書中, 有時會單獨將石英坩堝14 a或將石英坩堝14 a及石墨 坩堝1 4 b合倂而簡稱爲坩堝。 在該石墨坩堝1 4 b的外側周圍又設置有用來加熱熔 融石英坩堝1 4 a內所收容的多晶原料,並且將其保持在 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -19- 574442 A7 B7 五、發明説明(17) 原料融液Μ狀態之石墨材料製成的加熱器1 6。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 要形成半導體單晶S時會對於供應至此石墨製加熱器 1 6的電力進行調整,然後使原料融液Μ之溫度成爲所希 望之値來形成半導體單晶S。在加熱器1 6與結晶成長爐 1 2之間,設置有用來保護金屬製結晶成長爐1 2之爐壁 1 2 a,以有效保溫結晶成長爐1 2內部的絕熱材料1 8 〇 另外,收容有原料融液Μ的石英坩堝1 4 a及石墨土甘 堝1 4 b係透過坩堝底座2 0,然後藉由坩堝支撐軸2 2 而配置在結晶成長爐1 2的大致中央處,並且利用坩堝支 撐軸2 2下端所安裝的未圖示坩堝軸驅動機構而可自由地 上下動作及旋轉。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 另一方面,在結晶成長爐1 2的下部,由於必須在形 成半導體單晶時,一邊將來自原料融液Μ的蒸發物質排出 至結晶成長爐1 2外部,一邊進行半導體單晶S的形成, 因此透過電極絕緣構件2 8安裝有用來將回流至結晶成長 爐1 2內部的氬(A I·)氣等惰性氣體排出的排氣管2 4 ;以及用來對配設在結晶成長爐1 2內部的加熱器1 6供 應電力的金屬電極2 6。 金屬電極2 6係利用此電極絕緣構件2 8而成爲絕緣 狀態,並且配置成在結晶成長爐1 2不會發生電流漏電的 情形。金屬電極2 6可從結晶成長爐1 2外部所設置的未 圖示電力供應裝置接受電力的供應,並且將電力傳送至結 晶成長爐內的加熱器1 6。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -20- 574442 A7 B7 _ ___ 五、發明説明(18) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 另外,在金屬電極2 6還安裝有電極保護構件3 0, 可避免金屬電極2 6受到結晶成長爐1 2之高溫環境影響 ,藉由電極保護構件3 0,即使金屬電極2 6僅與作爲發 熱源的加熱器1 6稍微分開,也不會使融點比石墨低的金 屬過熱而熔融損壞。 再者,本發明之半導體單晶形成裝置1 0中,於電極 保護構件3 0的上部設有加熱器支撐構件3 2,該加熱器 支撐構件係用來將加熱器立設在結晶成長爐1 2內部,並 且構成用來供應電流的路徑。該加熱器支撐構件3 2係透 過該加熱器1 6下端所設置的加熱器電極3 4而連接於該 加熱器1 Θ 〇 本發明之半導體單晶製造裝置1 0係使電極保護構件 3 0、加熱器支撐構件3 2以及加熱器電極3 4構成對加 熱器1 6供應電力的電流路徑構件3 6。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 加熱器1 6之發熱部的電性電阻値係電流路徑構件 3 6之電性電阻値的9倍以上。而且,電流路徑構件3 6 之電性電阻率比加熱器1 6之發熱部的電性電阻率還低, 最好設定在1 / 1 0以下。再者,通過電流路徑構件3 6 之電流的電流密度比通過加熱器1 6之發熱部的電流密度 還小,例如最好形成1 / 2以下。 加熱器16的材料最好使用石墨材料,構成電流路徑 構件3 6之一部分或全部的材料之主要成分則最好使用融 點比坩堝所收容之原料融液高,而且從鉬、鎢、鉅及鈮所 構成之群中所選擇之1種或2種以上所構成的金屬或合金 本紙張尺度適用中.國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -21 - 574442 A7 B7 五、發明説明(19) 〇 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 另外,在結晶成長爐1 2內部的底壁部分1 2 b配置 有用來保溫結晶成長爐下部,並且避免爐壁受到高溫之輻 射熱傷害的下部絕熱材料3 8。 然後,在結晶成長爐1 2的上部具有用來收容從原料 融液Μ拉起之半導體單晶S的上部結晶成長爐4 0,在上 部結晶成長爐4 0的上端設有用來放下或捲取拉起用繩索 4 2以提拉半導體單晶S的未圖示繩索捲取機構。 在由此繩索捲取機構所捲出的拉起用繩索4 2之前端 部具有用來保持籽晶4 4的籽晶保持具4 6,可將籽晶 4 4扣在此好晶保持具4 6而在籽晶下方形成半導體單晶 〇 另外,在上部結晶成長爐4 0設有用來將惰性氣體導 入結晶成長爐1 2內的氣體導入管4 8,可在半導體單晶 之形成條件下,利用氣體流量控制裝置5 0,將所需量之 惰性氣體導入結晶成長爐1 2。 Ν 接下來,對於利用本發明之半導體單晶製造裝置形成 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 矽半導體單晶的方法加以說明。 將多晶矽塊體裝入半導體單晶製造裝置1 〇之結晶成 長爐1 2內部所設置的石英坩堝1 4 a ,並且以惰性氣體 充滿結晶成長爐1 2內部之後,經過金屬電極2 6及電流 路徑構件3 6,從電力供應裝置將電力供應至石英坩堝 1 4 a及石墨坩堝1 4b周圍所設置的加熱器1 6,並且 將多晶矽原料加熱至矽之融點1 4 2 0 °C以上而成爲原料 本紙張尺度適用中.國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 574442 A7 B7 五、發明説明(2〇) 融液Μ。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在石英坩堝1 4 a內所有的多晶矽皆成爲原料融液μ 時,使融液溫度穩定成爲適合使半導體單晶成長的溫度, 並且放下拉起用繩索4 2,使籽晶4 4之前端部浸泡接融 於原料融液Μ的表面,然後使石英坩堝1 4 a及石墨坩堝 1 4 b及籽晶4 4分別朝不同方向旋轉,同時緩緩捲取拉 起用繩索4 2,藉此使半導體單晶S於籽晶4 4下方成長 〇 而且,在進行半導體單晶S之形成時,經常對加熱器 供應電力,使結晶成長爐1 2內的環境溫度保持在適合形 成半導體單晶的溫度,以避免原料融液Μ固化。 第2圖係本發明之半導體單晶製造裝置1 0中石墨製 加熱器1 6的槪略圖。加熱器呈圓筒狀,在下方安裝有用 來固定並且立設加熱器1 6的加熱器電極3 4。此加熱器 電極3 4係以螺絲栓入的方式扣合於加熱器1 6,可快速 地進行因爲破損或劣化所需的零件更換作業。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 而且,當電流通過加熱器1 6時,在加熱器1 6之加 熱器發熱部1 6 a會發熱,並且使半導體單晶製造裝置 1 0之石英坩堝1 4 a所收容的多晶原料受到加熱而成爲 原料融液Μ 〇 . 此時,從加熱器電極3 4供應的電流(I )會如第2 圖(a )所示,順著加熱器1 6之圓筒形狀分成兩個方向 (I / 2 ),然後沿著第2圖(b )的加熱器發熱部 1 6 a蛇行而到達相對向配置的另一側加熱器電極3 4, 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210'〆297公釐) -23- 574442 A7 B7 五、發明説明(21) 並且從加熱器電極3 4經由結晶成長爐1 2內的電流路徑 構件而回到電源。 4 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 實施例 以下,舉出實施例來更爲具體地說明本發明,但本發 明並不限定於此。 (實施例1及比較例1 ) 要使用第1圖所示之裝置,將加熱原料融液所需之電 力加以削減時,爲了確認最好選擇何種製造裝置,使用由 電性電阻率比一般加熱器高2 5 %之素材所形成的高電阻 加熱器,來進行矽半導體單晶的製造。 此時,用來加熱原料的加熱器之電性電阻爲1 〇 m Ω ,比一般加熱器1 6電阻値高2 m Ω左右。構成對加熱器 1 6供應電力之電流路徑構件3 6的加熱器電極3 4、加 .熱器支撐構件3 2、電極保護構件3 0係由等向性的高純 度石墨材料所製成。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 接下來,在半導體單晶的形成過程中,將直徑6 0 c m的石英坩堝1 4 a放入半導體單晶製造裝置1 〇內, 並且將1 0 0 k g之多晶矽塊體裝入此坩堝,然後使加熱 器發熱而加以熔解,接著控制施加電流控制,使施加於加 熱器1 6的電力成爲10 〇 kW,以形成直徑2 0 Omm 的半導體單晶S。 接下來,測量在形成半導體單晶S時,構成電流路徑 構件3 6之加熱器電極3 4、加熱器支撐構件3 2兩個構 本紙張尺度通用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) "" ' -24- 574442 A7 B7 22} 五、發明説明( 件所消耗的電力,結果如表1所示 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中.國國家標準(CNS ) A4規格(210 X 297公釐) -25- 574442 A7 B7 五、發明説明(23)
表 一般電阻之 加熱器 (比較例1) 電阻提高後之 加熱器 (實施例1) 加熱器電阻値 8.0ιηΩ ΙΟ.ΟιηΩ 電流値 3536Α 3162Α 加熱器支撐構件•加 熱器電極電阻値 1.05mQ 加熱器支撐構件•加 熱器電極消耗電力 13.1Kw 10.5kW (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
表1中 倂計載了利用一般所使 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 低之加熱器(一般電阻之加熱器)來製 結果(比較例1 )、以及使用電阻提高 半導體單晶時的實驗結果(實施例1 ) 加熱器發熱部的電阻値爲電流路徑構件 倍,在比較例1中,加熱器發熱部的電 件之電阻値的7 . 6倍。 用之電 造半導 後之加 。在實 之電阻 阻値爲 另外,也記載了在使用一般電阻之加熱器 單晶時,除了加熱器之電性電阻値之外,製造 條件也是使用與電阻以提高之加熱器來形成半 相同的條件來進行單晶形成的資料。 該結果,在半導體單晶形成時,加熱器1 電力無論在任何加熱器1 6皆同樣爲1 0 〇 k 性電阻値較 體單晶時的 熱器來形成 施例1中, 値的9 . 5 電流路徑構 製造半導體 裝置及製造 導體單晶時 6所消耗的 W,關於構 訂 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210 X 297公釐) -26 - 574442 A7 B7 ____ 五、發明説明(24) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 成電流路徑構件3 6的加熱器電極3 4、加熱器支撐構件 3 2所消耗的電力,使用電阻提高之加熱器者爲 2·6kW,大約低2%左右。 這是因爲在使用電性電阻値高的加熱器之半導體單晶 之形成裝置中,爲了獲得與一般電阻之加熱器相同的發熱 能源所通電的電流會變少,最後加熱器以外之加熱器電極 及加熱器支撐構件等電流路徑構件所消耗的電力便減少, 使整個半導體單晶製造裝置所消耗的電力減少。 因此,在形成單晶時,爲了減少半導體單晶製造裝置 1 0所使用之電力,只要增加加熱器1 6之電性電阻,同 時縮小加熱器1 6以外之電流路徑構件之電性電阻,即可 減少消耗電力。 然而,加熱器1 6係很容易影響半導體單形成環境的 爐內構造物,由於大幅改變材質或形狀,對於結晶之成長 條件或品質會造成很大的影響,故不是很理想。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因此,爲了更爲減少半導體單晶製造裝置1 0內之消 耗電力,檢討了一種藉由改變用來將電流傳送至加熱器 1 6之電流路徑構件3 6,即加熱器電極3 4、加熱器支 撐構件3 2以及電極保護構件3 0之材質或形狀來降低消 耗電力的方法。 (實施例2 ) 檢討了電性電阻値小,且可耐比矽融點還高之溫度的 素材之後,發現有鉬、鎢、鉅、鈮等,這些金屬的融點比 本紙張尺度適用中.國國家標準(CNS ) A4規格(210 X297公釐) -27 - 574442 A7 B7 i、發明説明( 25; 砂高很多,而且即使在半導體單晶之成長環境下,某 1 5 〇 〇 °c之高溫的電性電阻率也在1 〇 〇 // Ω c m以下 ’爲加熱器之素材,即石墨材料的1 / 1 〇左右以下之値 ’非常適合作爲半導體單晶製造裝置內所使用的電流路徑 構件之材料。 這兩種鉬、鎢、鉅等高融點金屬以及加熱器用石墨材 料之各個溫度下的電性電阻率顯示於表2。 表2 材料的種類 高融點材料 (實施例2) 加熱器用石墨 (比較例2) 電性電阻率 電性電阻率 (常溫) (1500。。) [μ Qcm] [μ Qcm] 石墨材料(A) 1260 1030 石墨材料(B) 1350 1030 鉬 5.7 46 鉅 13.5 71 鶴 5.5 50 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 上述高融點金屬中,使用鉬來製作加熱器電極3 4輿 加熱器支撐構件3 2。將此以鉬爲材料的加熱器電極3 4 與加熱器支撐構件3 2使用在第1圖之半導體單晶製造裝 置1 0,並且進行矽半導體單晶的製造。此時之加熱器電 極3 4與加熱器支撐構件3 2間的電性電阻値爲〇 · 〇 7 m Ω。另外,電極保護構件仍爲石墨製品,但使用電性電 阻値爲1 〇 m Ω的加熱器。本實施例中,加熱器發熱部的 抵張尺度逍用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -28- 574442
B 五、發明説明(26) 電阻値爲電流路徑構件之電阻値的1 4 2 . 9倍。 利用此製造裝置1 0,將直徑6 0 c m的石英坩堝 1 4 a放進結晶成長爐內部,並且將1 〇 〇 k g的多晶砂 塊體裝入坩堝,然後使加熱器發熱加以熔解而成爲原料融 '液Μ之後,控制施加電流使施加於加熱器1 6的電力成爲 1 0 0 kW,以形成直徑2 0 0mm之半導體單晶。該結 果顯示於表3 〇 表3
加熱器支撐構件•加熱器電極材質 鉬 (實施例2) 加熱器電阻値 ΙΟ.ΟιηΩ 電流値 3162Α 加熱器支撐構件•加熱器電極電阻値 0.07mQ 加熱器支撐構件·加熱器電極消耗電力 0.7kW (實施例3 ) 接下來,在第1圖的半導體單晶製造裝置1 〇中,由 於在結晶成長爐下方較有空間,因此電極保護構件3 〇以 石墨製成,並且使用直徑D爲過去的1 · 4倍,剖面積爲 2倍的電極保護構件3 0來進行半導體單晶的製造。此時 電極保護構件3 0的電性電阻値爲〇 . 2 5 m Ω,且係相 對於通過加熱器1 6之發熱部的電流爲1 / 2倍的電流密 度。 而且,以使用此電極保護構件3 0之製造裝置1 〇來 本紙張尺度適用中.國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -— 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -29 - 574442 A7
7 B 五、發明説明(27) 形成半導體單晶係與實施例2同樣地,從塡滿有 1 0 0 k g原料融液Μ的直徑6 0 c m石英坩堝1 4 a形 成直徑2 0 〇 m m的半導體單晶,單晶形成時的作業條件 亦以大致與實施例2相同的條件來進行成長作業。該結果 顯示於表4。 表4 __
實施例3 比較例2 電極保護構件最大電流 密度 大約 33.3A/cm2 大約 69.3A/cm2 加熱器電阻値 ΙΟ.ΟιηΩ 電流値 3162Α 電極保護構件 電阻値 0.25ιηΩ 0.5 0m Ω 電極保護構件 消耗電力 2.5kW 5.0kW (比較例2 ) 爲過去所使用的石墨製電極保護構件3 0,使用直徑 爲D的電極保護構件3 0,於第1圖所示之半導體單晶製 造裝置1 0進行半導體單晶之製造。此時,爲了抑制因爲 施加電流而在電極保護構件3 0產生的過多發熱,將通過 電極保護構件3 0之電流的電流密度與通過加熱器1 6之 發熱部1 6 a的電流密度設爲相同値。而且,半導體單晶 的形成係在與實施例2相同的作業條件下形成直徑2 0 0 本紙張尺度通用中.國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、11 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -30- 574442 A7 ___ B7 五、發明説明(28) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) m m的半導體單晶。該結果亦一倂顯示於表4。另外,比 較例2中,加熱器發熱部的電阻値不滿電流路徑構件之電 阻値的9倍。 從實施例3及比較例2的結果可知,在實施例3將電 極保護搆件3 0之直徑設爲2 D,電極保護構件之電性電 阻値會下降爲〇 . 2 5 m Ω,與比較例之習知電極保護構 件相較,電阻値爲1 / 2。 因此構成電極路徑構件3 6之電極保護構件3 0所消 耗的電力會減少,與比較例3相較可獲得2 . 5 k W的電 力削減效果。在此實施例3所使用的電極保護構件3 0當 中’將構件直徑設爲1 · 4倍,將剖面積設爲2倍,則與 比較例3之電極保護構件3 0相較,電流密度會成爲1 / 2倍,即3 3 _ 3 A / c m 2,因而可抑制電力的消耗。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 加熱器1 6與對加熱器1 6供應電流的電流路徑構件 3 6爲相同材質的情況下,只要將通過電流路徑構件3 6 之電流的密度保持在通過加熱器1 6之發熱部1 6 a的電 流之電流密度的1 / 2以下,即可有效抑制不必要的電力 消耗。 另外,本發明並不限定於上述實施形態。上述實施形 態僅爲例示,只要具有與本發明申請專利範圍所記載之技 術性思想實質上相同的構造,且可發揮同樣效果,當然包 含在本發明之技術性範圍內。 例如,雖然以對於原料融液不施加電場而從原料融液 提拉單晶的C Z法爲例子說明了本發明之半導體單晶製造 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇χ297公釐) 574442 A7 B7 ___ 一 五、發明説明(29) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝置及半導體單晶之製造方法,但即使是在半導體單晶製 造裝置之結晶成長爐外側配置磁鐵,以一邊對原料融液Μ 加電場,一邊形成半導體單晶之利用C Ζ法的半導體單晶 製造裝置及半導體單晶之形成方法,當然亦可獲得同樣的 效果。 而且,當然可將本發明利用在矽以外之半導體單晶2 製造用途,即使在利用c Ζ法形成例如G a A s等化合物 半導體單晶的情況下,也可充分發揮該效果。 【產業上利用的可能性】 如以上所述,利用c Z法形成半導體單晶的半導體單 晶製造裝置若是本發明之半導體單晶製造裝置’則可將形 成用來連接製造裝置之結晶成長爐內部所配置的加熱器與 設置於結晶成長爐底部之金屬電極之電流路徑的電流路徑 構件所浪費的電力降低,以抑制半導體單晶製造時能源的 損失。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 而且,在不需要發熱的電流路徑構件使發熱的情況減 少,可避免電流路徑構件本身及其周邊之結晶成長爐內部 之石墨構件等爐內構造物的劣化及損傷’因此可降低因爲 劣化或損傷而更換零件的頻率,且可謀求可靠性的提升。 因此,不僅可提升半導體單晶製造裝置之可靠性及耐 久性,且可藉由減少加熱器之發熱所需的電力以及構成結 晶成長爐內部之零件的更換頻率’來實現半導體單晶之製 造成本的降低。 本紙張尺度遗用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐_) ~ 574442 A7 B7 五、發明説明( 3ty 尤其,本發明之半導體單晶製造裝置中,設置於結晶 離等的 距晶好 的單更 極體揮 電導發 屬半可 金矽, 之之中 部m置 底m裝 Μ oii 長ο製 成 2 晶 晶過單 結超體 與徑導 器直半 熱成型 加形大 的在之 部如法 內例 Ζ 爐 ,C 。 長長用果 成很利效 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 33
Claims (1)
- A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 574442s 公 夂、申請專利範圍 1 . 一種半導體單晶的製造裝置,係利用一種將原料 融液收容在製造裝置結晶成長爐內部的坩渦,並且使籽晶 接融於該原料融液表面後加以提拉,藉此於籽晶下方形成 ,單晶的切克勞斯基法來製造單晶者,其特徵在於:將加熱 器配置在該坩堝的周圍以加熱熔融前述坩堝所收容的原料 ,並且將用來對該加熱器之發熱部供應電力的電流路徑設 置在前述製造裝置結晶成長爐內部,而且該加熱器之發熱 部的電性電阻値爲構成該電流路徑之電流路徑構件之電性 電阻値的9倍以上。 ’ 2 . —種半導體單晶的製造裝置,係利用一種將原料 融液收容在製造裝置結晶成長爐內部的坩堝,並且使籽晶 接融於該原料融液表面後加以提拉,藉此於籽晶下方形成 單晶的切克勞斯基法來製造單晶者,其特徵在於:將加熱 器配置在該坩堝的周圍以加熱熔融前述坩堝所收容的原料 ,並且將用來對該加熱器之發熱部供應電力的電流路徑設 置在前述製造裝置結晶成長爐內部,而且構成該電流路徑 之電流路徑構件的電性電阻率比該加熱器之發熱部的電性 電阻率還低。 、 3 .如申請專利範圍第2項之半導體單晶的製造裝置 ,其中,在1 5 0 0 °C的高溫下,前述電流路徑構件的電 性電阻率爲前述加熱器之發熱部的電性電阻率的1 / 1 0 以下。 4 .如申請專利範圍第1項之半導體單晶的製造裝置 ,其中,使用石墨作爲前述加熱器的材料,構成前述電流 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) C請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁}574442 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 路徑構件之一部分或全部的材料之主要成分則使用融點比 收谷在i甘堝之原料融液尚,而且從鉬、鎢' 組及銀所構成 之群中所選擇之1種或2種以上所構成的金屬或合金。 5 _如申請專利範圍第2項之半導體單晶的製造裝置 ,其中,使用石墨作爲前述加熱器的材料,構成前述電流 路徑構件之一部分或全部的材料之主要成分則使用融點比 收容在坩堝之原料融液高,而且從鉬、鎢、钽及鈮所構成 之群中所選擇之1種或2種以上所構成的金屬或合金。 6 ·如申請專利範圍第3項之半導體單晶的製造裝置 ,其中,使用石墨作爲前述加熱器的材料,構成前述電流 .路徑構件之一部分或全部的材料之主要成分則使用融點比 收容在坩堝之原料融液高,而且從鉬、鎢、钽及鈮所構成 之群中所選擇之1種或2種以上所構成的金屬或合金。 7 ·如申請專利範圍第1項之半導體單晶的製造裝置 ,其中,使通過前述電流路徑構件的電流之電流密度1比前 述加熱器之發熱部所通過的電流密度還小。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 8 .如申請專利範圍第2項之半導體單晶的製造裝置 ,其中,使通過前述電流路徑構件的電流之電流密度比前 述加熱器之發熱部所通過的電流密度還小。 9 ·如申請專利範圍第3項之半導體單晶的製造裝置 ,其中,使通過前述電流路徑構件的電流之電流.密度比前 述加熱器之發熱部所通過的電流密度還小。. 1 0 .如申請專利範圍第4項之半導體單晶的製造裝 置,其中,使通過前述電流路徑構件的電流之電流密度比 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -35- 574442 A8 B8 C8 D8 六、申請專利托圍 前述加熱器之發熱部所通過的電流密度還小。 1 1 . 一種半導體單晶的製造裝置,係利用一種將原 料融液收容在製造裝置結晶成長爐內部的坩堝,並且使籽 晶接融於該原料融液表面後加以提拉,藉此於籽晶下方形 成單晶的切克勞斯基法來製造單晶者,其特徵在於:將加 熱器配置在該坩堝的周圍以加熱熔融前述坩堝所收容的原 料,並且將用來對該加熱器之發熱部供應電力的電流路徑 設置在前述製造裝置結晶成長爐內部,而且使構成該電流 路徑之電流路徑構件所通過的電流之電流密度比該加熱器 之發熱部所通過的電流之電流密度還小。 1 2 .如申請專利範圍第7項之半導體單晶的製造裝 置,其中,使通過前述電流路徑構件的電流之電流密度成 爲前述加熱器之發熱部所通過的電流之電流密度的1 / 2 以下。 1 3 .如申請專利範圍第8項之半導體單晶的製造裝 置,其中,使通過前述電流路徑構件的電流之電流密度成 爲前述加熱器之發熱部所通過的電流之電流密度的1 / 2 以下。 1 4 .如申請專利範圍第9項之半導體單晶的製造裝 置,其中,使通過前述電流路徑構件的電流之電流密度成 爲前述加熱器之發熱部所通過的電流之電流密度的1 / 2 以下。 工5 .如申請專利範圍第1 0項之半導體單晶的製造 裝置,其中,使通過前述電流路徑構件的電流之電流密度 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項#填寫本頁) IT 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 574442 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 成爲前述加熱器之發熱部所通過的電流之電流密度的1 / 2以下。 1 6 .如申請專利範圔第1 1項之半導體單晶的製造 裝置,其中,使通過前述電流路徑構件的零流之電流密度 成爲前述加熱器之發熱部所通過的電流之電流密度的1 / 2以下。 1 7 _如申請專利範圍第1項至第1 6項任一項之半 導體單晶的製造裝置,其中,將用來對該製造裝置之結晶 成長爐內部之坩堝所收容的前述融液進行加熱熔融的加熱 器之電性電阻値設爲1 0 m Ω以上。 1 8 · —種半導體單晶的製造方法,其特徵在於:使 用申請專利範圍第1項至第1 6項任一項之半導體單晶的 製造裝置,並且利用切克勞斯基法從該製造裝置之結晶成 長爐內部之坩堝所收容的前述原料融液提拉半導體單晶而' 加以製造。 1 9 . 一種半導體單晶的製造方法,其特徵在於:使 用申請專利範圍第1 7項之半導體單晶的製造裝置,並且 利用切克勞斯基法從該製造裝置之結晶成長爐內部之坩堝 所收容的前述原料融液提拉半導體單晶而加以製造。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 、言 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)-37
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