(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上端に引上げ用ワイヤが取付けられ下端に種結晶が取付けられる取付部材と、この取付部材に設けられ半導体原料塊を支持する支持手段と、この支持手段と半導体原料塊との支持状態を解除する半導体製の動作制御手段とを有し、上記支持手段は、取付部材に開閉動作可能に設けられ開動作または閉動作により半導体原料塊と係合し支持する複数個の支持体で形成され、上記動作制御手段は、上記支持体と上記半導体原料塊の係合位置よりも深く半導体原料塊の上部に断面を横断して切込まれた落下用切欠部と、支持部材に設けられた連結子間に橋設され切欠部内に収容された固形半導体多結晶または単結晶からなり、上記半導体原料塊を溶融させる途中で前記動作制御手段の溶融に因り、支持手段による半導体原料塊の支持を解除して、半導体原料塊を容器内に落下、溶融させると共に、単結晶成長部を露出させることを特徴とする半導体原料塊支持治具。
【請求項２】
上記支持手段は、取付部材に開閉動作可能に設けられ、半導体原料塊を支持している状態では支持体間に種結晶を収納し、半導体原料塊の容器内への落下、溶融状態では種結晶を露出させていることを特徴とする請求項１に記載の半導体原料塊支持治具。
【請求項３】
上記支持体は、一端に爪部が設けられ、他端に重りが取付けられた支持部材を、その中間部で取付部材に設けられた軸に回動自在に取付けたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体原料塊支持治具。
【請求項４】
上記支持体は、動作した支持体の重りが種結晶の上方に位置して静止するように、偏倚した中間部で軸に取付けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体原料塊支持治具。
【請求項５】
上記爪部は、半導体原料塊の側面部に設けられた支持溝に係合することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体原料塊支持治具。
【請求項６】
上記落下用切欠部は、断面が楔形状または矩形形状であることを特徴とする請求項５に記載の半導体原料塊支持治具。
【請求項７】
容器内に収容された半導体原料融液に、引上げ用ワイヤに取付けられた種結晶を接触させて、種結晶から半導体単結晶を成長させる半導体単結晶の製造方法において、上端に引上げ用ワイヤが取付けられ下端に種結晶が取付けられる取付部材と、この取付部材に設けられ半導体原料塊を支持する支持手段と、この支持手段と半導体原料塊との支持状態を解除する半導体製の動作制御手段とを有し、上記支持手段は、取付部材に開閉動作可能に設けられ開動作または閉動作により半導体原料塊と係合し支持する複数個の支持体で形成され、上記動作制御手段は、上記支持体と上記半導体原料塊の係合位置よりも深く半導体原料塊の上部に断面を横断して切込まれた落下用切欠部と、支持部材に設けられた連結子間に橋設され切欠部内に収容された固形半導体多結晶または単結晶からなり、上記半導体原料塊を溶融させる途中で前記動作制御手段の溶融に因り、支持手段による半導体原料塊の支持を解除して、半導体原料塊を容器内に落下、溶融させると共に、単結晶成長部を露出させる半導体原料塊支持治具により半導体原料塊を支持する工程と、前記半導体原料塊を溶融させる途中で動作制御手段の溶融に因り支持手段との係合状態を解除して半導体原料塊を容器内に落下させ溶融させる工程と、前記容器内の半導体原料融液に前記種結晶を接触させて単結晶を成長させる工程とを有することを特徴とする半導体単結晶の製造方法。
【請求項８】
上記半導体原料塊支持治具に支持された半導体原料塊を溶融させる工程に先行する前工程として、予め容器内に半導体融液を収容させておく工程を有することを特徴とする請求項７に記載の半導体単結晶の製造方法。
【請求項９】
上記予め容器内に半導体融液を収容させておく工程は、半導体単結晶の製造の初期に容器内に半導体原料を溶融させる工程であることを特徴とする請求項８に記載の半導体単結晶の製造方法。
【請求項１０】
上記予め容器内に半導体融液を収容させておく工程は、先行して行われる半導体単結晶の製造において半導体原料融液を残存させておく工程であることを特徴とする請求項９に記載の半導体単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体原料塊支持治具およびこれを用いた単結晶の製造方法に係わり、特に半導体原料の供給方法を改善し単結晶化率の向上を図った半導体原料塊支持治具およびこれを用いた単結晶の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に半導体ウェーハの製造方法は、多結晶半導体原料を溶融させ、この原料融液に単結晶よりなる種結晶を接触させ、種結晶から半導体単結晶を成長させる半導単結晶の製造方法が用いられている。
【０００３】
例えば、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という。）によるインゴット状のシリコン単結晶の製造方法は、図２４に示すように、単結晶製造装置９１の炉部材収納室９２内に設置された石英ルツボ９３に不定形な小塊形状の原料の多結晶シリコンｍ０を充填し、石英ルツボ９３の外周に設けられたヒータ９４によって多結晶シリコンｍ０を完全に加熱溶融させた後、シードチャック９５に取付けられた種結晶（シード結晶）Ｓ０をシリコン融液に浸し、種結晶Ｓ０と石英ルツボ９３を逆方向に回転させ種結晶Ｓ０を引上げてシリコン単結晶Ｉｇ０を成長させるものである。
【０００４】
一般に使用される原料の多結晶シリコンは不定形な小塊形状であるため、図２４に示すように、石英ルツボ９３に充填される小塊形状の多結晶シリコンｍ０は嵩張り、石英ルツボ９３に一度に大量に充填することは難しい。また、一回の単結晶引上げ毎に高価な新品の石英ルツボ９２を使用せねば成らず、引上げコストが上昇する。
【０００５】
そこでコスト低減の方策として、図２５に示すようないわゆる原料追加チャージ方式が提案されている。この追加チャージ方式は単結晶製造装置１０１をゲートバルブ１０２により炉部材収納室１０３と単結晶収納部１０４に適宜仕切り可能にし、ゲートバルブ１０２の開放状態で単結晶引上げ初期に炉部材収納室１０３に配置された石英ルツボ１０５に小塊形状の多結晶シリコンｍ０を充填し、さらに、この小塊形状の多結晶シリコンｍ０とは別個にシリコン塊Ｍ０を、このシリコン塊Ｍ０に設けられた支持溝１１１に取付ワイヤ１０６を巻回し、この取付ワイヤ１０６を引上げ用ワイヤ１０７に結びつけ、引上げ用ワイヤ１０７に支持し（図２５（ａ））、小塊形状の多結晶シリコンｍ０を溶融させ石英ルツボ１０５の約８０％程度までシリコン融液Ｌ０を満たし（図２５（ｂ））、このシリコン融液Ｌ０とは別個に引上げ用ワイヤ１０７を降下させて、シリコン融液Ｌ０にシリコン塊Ｍ０を接触させて追加溶融させ（図２５（ｃ））、シリコン融液Ｌ０が石英ルツボ１０５のほぼ全体に満される。
【０００６】
一方、取付ワイヤ１０６に支持された未溶融部を残して多結晶シリコン塊Ｍ０を溶融させた後、取付ワイヤ１０６を上昇させ、完全にゲートバルブ１０２を閉じ、ゲートバルブ１０２により仕切られた単結晶収納部１０４内で，シリコン塊の残部を支持した取付ワイヤ１０６と種結晶支持手段１０８とを交換して取付けし、この種結晶支持手段１０８に種結晶Ｓ０が取付けられる（図２５（ｄ））。
【０００７】
しかる後、ゲートバルブ１０２を開放し、種結晶Ｓ０を石英ルツボ１０５中で溶融状態のシリコン融液Ｌ０に接触させて、種結晶Ｓ０の下部に種結晶Ｓ０と同じ結晶方位を有する単結晶Ｉｇ０を成長させ（図２５（ｅ））、石英ルツボ１０５中にはシリコン融液Ｌ０がほとんど残らない状態とする（図２５（ｆ））。
【０００８】
上記の単結晶製造装置１０１を用いた半導体単結晶の製造方法によれば、図２４に示すような通常のＣＺ法の製造方法よりも石英ルツボ１個当たりのシリコン単結晶の生産量は増大する。
【０００９】
しかし、この製造方法では、ヒータ１０９等が付勢された状態で単結晶製造装置１０１の稼働中に最低でも１回はゲートバルブ１０２を閉じて、炉部材収納室１０３と単結晶収納部１０４とを分離し、かつ、この単結晶収納部１０４を開放して未溶融部の多結晶シリコン塊Ｍ０を支持した取付ワイヤ１０６と種結晶支持手段１０８との取付けの交換を行い、さらに多結晶シリコン塊Ｍ０を支持した取付ワイヤ１０６の引上ワイヤ１０７への取付け、および種結晶支持手段１０８への種結晶Ｓ０の取付けを行わなければならず、単結晶収納部１０４は大気に曝される。大気に曝された単結晶収納部１０４を再度炉部材収納室１０３と連通させると、単結晶収納部１０４から塵埃などが落下し、単結晶Ｉｇ０の成長を阻害し単結晶化率（結晶欠陥が発生せず単結晶が得られる割合）を低減させる大きな要因になっている。また、ゲートバルブ１０２の開閉によるゲートバルブ室１１０からの塵埃などの落下も生じる。さらに、取付ワイヤ１０６にはシリコン塊の未融液部が残り不経済である。
【００１０】
また、別のコスト低減の方策として、図２６に示すようないわゆる原料のリチャージ方式がある。
【００１１】
このリチャージ方式は単結晶製造装置１２１をゲートバルブ１２２により炉部材収納室１２３と単結晶収納部１２４に適宜仕切り可能にし、ゲートバルブ１２２の開放状態で単結晶Ｉｇ１を引上げて取出し、炉部材収納室１２３に配置された石英ルツボ１２５に溶融シリコンＬ１を残存させ（図２６（ａ））、次に、ゲートバルブ１２２により仕切られた単結晶収納部１２４内で種結晶支持手段１２６をシリコン塊Ｍ１に設けられた支持溝１２７に巻回された取付ワイヤ１２８に交換して引上げ用ワイヤ１２９に取付け（図２６（ｂ））、この取付ワイヤ１２８に取付けられた多結晶シリコン塊Ｍ１を降下させシリコン融液Ｌ１に接触させて溶融させ、シリコン融液Ｌ１にする（図２６（ｃ））。
【００１２】
多結晶シリコン塊Ｍ１の溶融に因りシリコン融液Ｌ１は石英ルツボ１２５のほぼ全体に満され、一方、多結晶シリコン塊Ｍ１の未溶融部を支持した取付ワイヤ１２８を上昇させ、ゲートバルブ１２２を閉じ、ゲートバルブ１２２により仕切られた単結晶収納部１２４内で多結晶シリコン塊Ｍ１の未溶融部を支持した取付ワイヤ１２８と種結晶支持手段１２６とを交換して取付け、この種結晶支持手段１２６に種結晶Ｓ１が取付けられる（図２６（ｄ））。
【００１３】
しかる後、ゲートバルブ１２２を開放し、種結晶Ｓ１を石英ルツボ１２５中で溶融状態の多結晶シリコンＭ１に接触させて、種結晶Ｓ１に単結晶Ｉｇ１を成長させる（図２６（ｅ））。
【００１４】
しかし、この製造方法でも、ヒータ１３０等が付勢された状態で単結晶製造装置１２１の稼働中に２回はゲートバルブ１２２を閉じて、炉部材収納室１２３と単結晶収納部１２４とを分離し、かつこの単結晶収納部１２４を開放して、種結晶支持手段１２６と多結晶シリコン塊Ｍ１の未溶融部を支持した取付ワイヤ１２８の交換、および逆に新しいシリコン塊Ｍ１が支持された取付ワイヤ１２８と種結晶支持手段１２６の交換を行う必要があるため、単結晶収納部１２４は２回も大気に曝される。また、取付ワイヤ１２８にはシリコン塊の未溶融部が残り不経済である。
【００１５】
従って、このリチャージ方式は追加チャージ方式に比べてさらに塵埃などの落下により炉部材収納室１２３を汚損し、単結晶Ｉｇ０の成長を阻害し単結晶化率を低減させる大きな要因となる虞があった。
【００１６】
さらに、上述した追加チャージ方式、リチャージ方式とも引上げ装置内のガス置換を必要とするため、１回の引上げに要するサイクルタイムは通常のＣＺ法よりも長くなる問題点がある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、半導体原料塊の供給時、半導体単結晶製造装置内を汚染することがなく、単結晶化率の向上が図れ、かつ１回の引上げに要するサイクルタイムも長くならず、さらに、半導体原料塊を未溶融部が残らず完全に溶融できる多結晶原料支持治具およびこれを用いた単結晶の製造方法が要望されていた。
【００１８】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、半導体原料塊の供給時、半導体単結晶製造装置内を汚染することがなく、単結晶化率の向上が図れ、かつ１回の引上げに要するサイクルタイムも長くならず、さらに、半導体原料塊を未溶融部が残らず完全に溶融できる多結晶原料支持治具およびこれを用いた単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本願請求項１の発明は、上端に引上げ用ワイヤが取付けられ下端に種結晶が取付けられる取付部材と、この取付部材に設けられ半導体原料塊を支持する支持手段と、この支持手段と半導体原料塊との支持状態を解除する半導体製の動作制御手段とを有し、上記支持手段は、取付部材に開閉動作可能に設けられ開動作または閉動作により半導体原料塊と係合し支持する複数個の支持体で形成され、上記動作制御手段は、上記支持体と上記半導体原料塊の係合位置よりも深く半導体原料塊の上部に断面を横断して切込まれた落下用切欠部と、支持部材に設けられた連結子間に橋設され切欠部内に収容された固形半導体多結晶または単結晶からなり、上記半導体原料塊を溶融させる途中で前記動作制御手段の溶融に因り、支持手段による半導体原料塊の支持を解除して、半導体原料塊を容器内に落下、溶融させると共に、単結晶成長部を露出させることを特徴とする半導体原料塊支持治具であることを要旨としている。
【００２０】
本願請求項２の発明では、上記支持手段は、取付部材に開閉動作可能に設けられ、半導体原料塊を支持している状態では支持体間に種結晶を収納し、半導体原料塊の容器内への落下、溶融状態では種結晶を露出させていることを特徴とする請求項１に記載の半導体原料塊支持治具であることを要旨としている。
【００２１】
本願請求項３の発明では、上記支持体は、一端に爪部が設けられ、他端に重りが取付けられた支持部材を、その中間部で取付部材に設けられた軸に回動自在に取付けたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体原料塊支持治具であることを要旨としている。
【００２２】
本願請求項４の発明では、上記支持体は、動作した支持体の重りが種結晶の上方に位置して静止するように、偏倚した中間部で軸に取付けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体原料塊支持治具であることを要旨としている。
【００２３】
本願請求項５の発明では、上記爪部は、半導体原料塊の側面部に設けられた支持溝に係合することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体原料塊支持治具であることを要旨としている。
【００２４】
本願請求項６の発明では、上記落下用切欠部は、断面が楔形状または矩形形状であることを特徴とする請求項５に記載の半導体原料塊支持治具であることを要旨としている。
【００２５】
本願請求項７の発明は、容器内に収容された半導体原料融液に、引上げ用ワイヤに取付けられた種結晶を接触させて、種結晶から半導体単結晶を成長させる半導体単結晶の製造方法において、上端に引上げ用ワイヤが取付けられ下端に種結晶が取付けられる取付部材と、この取付部材に設けられ半導体原料塊を支持する支持手段と、この支持手段と半導体原料塊との支持状態を解除する半導体製の動作制御手段とを有し、上記支持手段は、取付部材に開閉動作可能に設けられ開動作または閉動作により半導体原料塊と係合し支持する複数個の支持体で形成され、上記動作制御手段は、上記支持体と上記半導体原料塊の係合位置よりも深く半導体原料塊の上部に断面を横断して切込まれた落下用切欠部と、支持部材に設けられた連結子間に橋設され切欠部内に収容された固形半導体多結晶または単結晶からなり、上記半導体原料塊を溶融させる途中で前記動作制御手段の溶融に因り、支持手段による半導体原料塊の支持を解除して、半導体原料塊を容器内に落下、溶融させると共に、単結晶成長部を露出させる半導体原料塊支持治具により半導体原料塊を支持する工程と、前記半導体原料塊を溶融させる途中で動作制御手段の溶融に因り支持手段との係合状態を解除して半導体原料塊を容器内に落下させ溶融させる工程と、前記容器内の半導体原料融液に前記種結晶を接触させて単結晶を成長させる工程とを有することを特徴とする半導体単結晶の製造方法であることを要旨としている。
【００２６】
本願請求項８の発明では、上記半導体原料塊支持治具に支持された半導体原料塊を溶融させる工程に先行する前工程として、予め容器内に半導体融液を収容させておく工程を有することを特徴とする請求項７に記載の半導体単結晶の製造方法であることを要旨としている。
【００２７】
本願請求項９の発明では、上記予め容器内に半導体融液を収容させておく工程は、半導体単結晶の製造の初期に容器内に半導体原料を溶融させる工程であることを特徴とする請求項８に記載の半導体単結晶の製造方法であることを要旨としている。
【００２８】
本願請求項１０の発明では、上記予め容器内に半導体融液を収容させておく工程は、先行して行われる半導体単結晶の製造において半導体原料融液を残存させておく工程であることを特徴とする請求項９に記載の半導体単結晶の製造方法であることを要旨としている。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる多結晶原料支持治具およびと種結晶ならびにこれを用いた単結晶の製造方法について添付図面に基づき説明する。
【００３０】
図１に示すような本発明に係わる半導体単結晶の製造方法に用いられる単結晶製造装置、例えばＣＺ法による単結晶引上げ装置１は、炉部材収納室２とこの炉部材収納室２の上方に連接して設けられた単結晶収納部３とで形成されている。炉部材収納室２内にはヒータ４により加熱され黒鉛ルツボ５に内装された容器例えば石英ルツボ６が設けられており、この石英ルツボ６内で原料の多結晶が加熱溶融される。黒鉛ルツボ５は炉体７を貫通し、モータ（図示せず）に結合されて回転されるルツボ回転軸８に取付けられている。
【００３１】
また、単結晶収納部３には昇降自在に設けられたワイヤ９の下端に本発明に係わる半導体原料塊支持治具１０が設けられている。
【００３２】
図２ないし図４に示すように、半導体原料塊支持治具１０は、一端１１ａに引上げ用ワイヤ９が取付けられ他端１１ｂに種結晶Ｓが取付けられた取付部材１１と、この取付部材１１に設けられ半導体原料塊Ｍを支持する支持手段、例えば一対の支持体１２、１２と、この支持体１２、１２と半導体原料塊Ｍとの支持状態を解除する、例えば支持体１２、１２間に橋設された動作制御手段１３とを有している。
【００３３】
支持体１２、１２は、一端に爪部１４、１４が設けられた支持部材１５、１５と、この支持部材１５、１５の回転軸１６、１６から内方に約３０°折曲して位置する他端に設けられた重り１７、１７と、支持部材１５、１５と平行に延伸し、爪部１８、１８が設けられた他の支持部材１９、１９とを有している。
【００３４】
支持体１５、１５、１９、１９は、回転軸１６，１６を中心に回動するように、その中間部で取付部材１１に設けられ矩形形状に組立てられた軸受部材２０に回転軸１６、１６を介して回動自在に取付けられ、図５および図６に示すように、動作制御手段１３が溶融され支持体１２、１２が動作した状態で、支持部材１５、１５の重り１７、１７が種結晶Ｓの上方に位置して静止するように、偏倚した中間部で回転軸１６、１６に取付けられている。支持部材１５、１５、１９、１９の長さは単結晶引上げ時、単結晶収納部３の内径を考慮して決定されており、単結晶引上げ中爪部１４、１４、１８、１８が単結晶収納部３の壁面に当らないようになっている。また、各々の支持部材１５、１５に設けられた重り１７、１７は、軸受部材２０の対角線上に配設されており、各々の重り１７、１７の回動が干渉されないようになっている。
【００３５】
爪部１４、１４、１８、１８は支持部材１５、１５、１９、１９から９０°折曲して形成されており、図２に示すように、支持体１２、１２による半導体原料塊Ｍの支持は、支持部材１５、１５、１９、１９に設けられた４個の爪部１４、１４、１８、１８を半導体原料塊Ｍの側面部に設けられた支持溝２１に係合することにより行われている。
【００３６】
動作制御手段１３は、支持体１２、１２に設けられ平行に垂下する一対の連結子２２、２２が挿入される取付孔（図示せず）が設けられた例えば、Ｕ字形状の固形半導体多結晶製であり、上記のように一対の連結子２２、２２間に橋設され、かつ、半導体原料塊Ｍの上部にその断面を横断して設けられ、支持溝２１の位置よりも深く切込まれた矩形形状の切欠部２３内に収容されている。
【００３７】
なお、種結晶Ｓの取付部材１１への取付けは、取付部材１１および種結晶Ｓに各々設けられた取付孔（図示せず）に係合ピン（図示せず）を挿入して行われる。
【００３８】
次に、本発明に係わる半導体原料塊支持治具および半導体単結晶の製造方法を用いたいわゆる原料追加チャージ方式を説明する。
【００３９】
図７は追加チャージ方式の半導体単結晶の製造工程図で、単結晶引上げ装置１の炉部材収納室２内に設置された石英ルツボ６に小塊形状の原料の多結晶シリコンｍを充填し、さらに単結晶収納部３のワイヤ９に取付けられた半導体原料塊支持治具１０の取付部材１１に種結晶Ｓを取付け、しかる後、図２ないし図４に示すように、半導体原料塊Ｍを垂直に保持しながら、種結晶Ｓを一対の支持体１２、１２間に収納し、かつ、一対の連結子２２、２２を切欠部２３に収納するように支持部材１５、１５、１９、１９を垂下し、平行にして爪部１４、１４、１８、１８を支持溝２１に係合し半導体原料塊Ｍを一対の支持体１２、１２で支持した後、切欠部２３内で一対の連結子２２、２２を動作制御手段１３の取付孔に挿入して、支持部材１５、１５、１９、１９の開放動作を抑え、半導体原料塊支持治具１０により半導体原料塊Ｍを支持する（図７（ａ））。
【００４０】
次に、石英ルツボ６の外周に設けたヒータ４を付勢して、多結晶シリコンｍを完全に加熱溶融され、多結晶シリコン塊Ｍの溶融より先に予め石英ルツボ６の約８０％程度までシリコン融液Ｌを満す（図７（ｂ））。さらに、小塊形状の多結晶シリコンｍとは別個に用意し、既に単結晶収納部３に収納され半導体原料塊支持治具１０により支持された半導体原料塊Ｍを降下してシリコン融液Ｌに接触させ追加溶融させる。この半導体原料塊Ｍを溶融させる工程において、半導体原料塊Ｍは順次溶融されるが、図３および図４に示すように、溶融が切欠部２３に達し、さらに図５に示すように、Ｕ字形状の多結晶半導体の動作制御手段１３が溶融されると、重り１７、１７により生じる力により支持体１２、１２は開放動作して、半導体原料塊支持治具１０と半導体原料塊Ｍ（残部）との係合状態は解除され半導体原料塊Ｍは石英ガラスルツボ６内に落下し溶融される。従って、半導体原料塊Ｍは全て融液Ｌ中に落下して溶融される。
【００４１】
半導体原料塊Ｍの溶融が完了するとシリコン融液Ｌは石英ルツボ６のほぼ全体に満される。一方、支持体１２、１２が開放動作すると、図６に示すように、爪部１４、１４、１８、１８は上方に跳ね上がり、重り１７、１７が下方になる。しかし、支持部材１５、１５は偏倚した位置で取付部材１１に回動自在に取付けられているので、単結晶Ｓが最下位に露出し、引上げ時の種結晶の機能を果たせる状態になる（図７（ｄ））。
【００４２】
しかる後、単結晶引上げ装置１内を単結晶引上げ条件に適合させ、種結晶Ｓを石英ルツボ６中で溶融状態のシリコン融液Ｌに接触させて、種結晶Ｓに単結晶Ｉｇを成長させる（図７（ｅ））。
【００４３】
さらに単結晶インゴットＩｇを成長させて引上げを完了させるが、石英ルツボ６内には再使用可能な溶融シリコンＬは残存していない（図７（ｅ））。
【００４４】
上述した本発明に係わる半導体単結晶の製造方法によれば、原料半導体塊Ｍを支持し種結晶Ｓが取付けられた原料半導体支持治具１０を用いることにより、種結晶支持手段と原料半導体塊支持治具の交換のために、炉体８または単結晶収納部３を開放する必要がなく、原料半導体塊Ｍを追加原料として溶融できて、石英ルツボ６に汚染のない十分なシリコン融液Ｌの供給が可能となり、一度に大容量のシリコン単結晶Ｉｇを高単結晶化率で引上げることができる。
【００４５】
また、単結晶引上げ装置１を炉部材収納室２と単結晶収納部３とに適宜仕切るゲートバルブも不要となり、ゲートバルブの開閉に伴い単結晶収納部３から塵埃などが落下して、溶融シリコン融液Ｌが汚染されることもなくなり、単結晶Ｉｇの成長が阻害されることもなく、単結晶化率の高率化も図れる。
【００４６】
さらに、引上げ工程における最初の小塊形状の原料半導体ｍと原料半導体塊Ｍとを同時に装填する時、および引上げられた単結晶インゴットＩｇの取出し時以外に、一連の工程中に炉体７または単結晶収納部３を開放する必要がないため、ガス置換も不必要であり、１回の引上げに要するサイクルタイムも通常のＣＺ法よりも長くなることがない。
【００４７】
原料半導体塊Ｍは残部を半導体原料塊支持治具に未溶融部を残すことなく、全て溶融させることができるので経済的である。
【００４８】
次に、半導体原料塊支持治具および半導体単結晶の製造方法を用いた他の実施形態であるいわゆるリチャージ方式を説明する。上述した実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００４９】
図８はリチャージ方式の半導体単結晶の製造工程を示すもので、成長した単結晶Ｉｇを引上げ、一方、石英ルツボ６に溶融シリコンＬを残存させると共にヒータ４の付勢を継続して溶融シリコンＬの溶融状態を保つ（図８（ａ））。
【００５０】
次に、単結晶収納部３に設けられたゲートバルブ３１を閉じて単結晶Ｉｇを取出すと共に、上述した実施形態で用い図７に示したと同様の構造を有し、ワイヤ９に取付けられた本発明に係わる半導体原料塊支持治具１０の取付部材１１に種結晶Ｓを取付ける。しかる後、図２ないし図４に示すように、半導体原料塊Ｍを垂直に保持し、一対の連結子２２、２２が切欠部２３に収納されるように支持部材１５、１５、１９、１９を垂下し、平行にして爪部１４、１４、１８、１８を支持溝２１に係合させ半導体原料塊Ｍを一対の支持体１２、１２で支持した後、切欠部２３内で一対の連結子２２、２２を動作制御手段１３の取付孔に挿入して、支持部材１５、１５、１９、１９の開放動作を抑え、半導体原料塊支持治具１０により半導体原料塊Ｍを支持する（図８（ｂ））。
【００５１】
次に、ゲートバルブ３１を開いて多結晶シリコン塊Ｍをシリコン融液ｍに浸して溶融させる（図８（ｃ））。この半導体原料塊Ｍを溶融させる工程において、半導体原料塊Ｍは順次溶融されるが、図３および図４に示すように、溶融が切欠部２３に達し、さらに図５に示すように、Ｕ字形状の多結晶半導体の動作制御手段１３が溶融されると、重り１７、１７によって生じる力により支持体１２、１２は開放動作して、半導体原料塊支持治具１０と半導体原料塊Ｍ（残部）との係合状態は解除され半導体原料塊Ｍは容器内に落下し溶融される。従って、半導体原料塊Ｍは全て融液Ｌ中に落下して溶融される。
【００５２】
半導体原料塊Ｍの溶融が完了するとシリコン融液Ｌは石英ルツボ６のほぼ全体に満され、一方、支持体１２、１２が開放動作すると、図６に示すように、単結晶Ｓが最下位に露出し、引上げ時の種結晶の機能を果たせる状態になる（図８（ｄ））。
【００５３】
しかる後、単結晶引上げ装置１ａ内を単結晶引上げ条件に適合させ、種結晶Ｓを石英ルツボ６中で溶融状態のシリコン融液Ｌに接触させて、種結晶Ｓに単結晶Ｉｇを成長させる（図８（ｅ））。
【００５４】
さらに単結晶インゴットＩｇを成長させて引上げを完了させるが、石英ルツボ６等に耐久力があり、さらに新規の単結晶の引上げを行なう場合には、再使用可能な溶融シリコンＬを残存させる（図８（ａ））。
【００５５】
本実施形態の半導体単結晶の製造方法によれば、原料半導体塊Ｍを支持し種結晶Ｓが取付けられた原料半導体支持治具１０を用いることにより、種結晶支持手段と原料半導体塊支持治具の交換のために、単結晶収納部３を開放は１回で済む。従って、シリコン単結晶Ｉｇの高単結晶化率で引上げることが可能となり、半導体単結晶の製造コスト低減化に寄与する。このため、従来のリチャージ法では少なくとも２回であったゲートバルブの開閉回数を低減させ、開閉に伴う炉内への汚染のおそれを低減しつつ十分なシリコン融液の供給が可能となり、シリコン単結晶を高単結晶化率で引上げることができる。原料半導体塊Ｍは残部を半導体原料塊支持治具に未溶融部を残すことなく、全て溶融させることができるので経済的である。
【００５６】
次に、本発明に係わる半導体原料塊支持治具の他の実施形態について説明する。上述した実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００５７】
図９ないし図１２に示すように、半導体原料塊支持治具４１は、一端４２ａに引上げ用ワイヤ９が取付けられ他端４２ｂに種結晶Ｓが取付けられた取付部材４２と、この取付部材４２に設けられ半導体原料塊Ｍを支持する支持手段、例えば一対の支持体４３、４３と、この支持体４３、４３間に配設され半導体原料塊Ｍに設けられた動作制御手段４４とを有している。
【００５８】
各々の支持体４３、４３は、一端に２個の爪部４５、４６が設けられた支持部材４７、４７と、この支持部材４７、４７の回転軸４８、４８から外方に約３０°折曲して位置する他端に設けられた重り４９、４９とを有している。
【００５９】
支持部材４７、４７は、回転軸４８、４８を中心に回動するように、その中間部で取付部材４２に設けられ矩形形状の軸受部材５０に回転軸４８、４８を介して回動自在に取付けられ、図１１および図１２に示すように、動作制御手段４４が溶融され支持体４３、４３が動作した状態で、支持部材４７、４７の重り４９、４９が種結晶Ｓの上方に位置して静止するように、偏倚した中間部で回転軸４８、４８に取付けられている。
【００６０】
重り４９、４９は支持部材４７、４７の爪部４５、４５、４６、４６側を閉動作させるものであり、取付部材４２に取付けられた矩形形状の軸受部材５０の対角線上に配設されており、各々の重り４９、４９の回動が干渉されないようになっている。
【００６１】
爪部４５、４５、４６、４６は支持部材４７、４７から９０°折曲して形成されており、半導体原料塊Ｍの支持は、４個の爪部４５、４５、４６、４６を支持溝５１に係合することにより行われている。
【００６２】
動作制御手段４４は半導体原料塊Ｍの上部に設けられ、中心線ｃに沿って断面を横断して切欠され、支持溝５１の位置よりも深く切込まれた先細の楔形状の切欠部５２により形成されている。従って、図１３および図１４に示すように、半導体原料塊Ｍの溶融が進行し、溶融面が動作制御手段４４の下端に達すると、支持部材４７、４７の爪部４５、４５、４６、４６により閉方向の力により半導体原料塊Ｍ（残部）は切欠部５２を縮小する方向に押圧され、支持溝５１と爪部４５、４５、４６、４６の係合が外れて、支持部材４７、４７による半導体原料塊Ｍの支持が解除され、半導体原料塊Ｍ（残部）は完全に落下するようになっている。
【００６３】
このとき、図１０および図１２に示すように、支持溝５１と爪部４５、４５、４６、４６の係合は動作制御手段４４を形成する切欠部５２の中心軸線ｃまたはこの中心軸線ｄと直交する線上から外した位置で行なわれるようになっているので、より確実に支持溝５１と爪部４５、４５、４６、４６の係合が外れ易くなっている。
【００６４】
なお、動作制御手段４４を形成する切欠部５２は、断面が楔形状に限らず、矩形形状であってもよい。
【００６５】
本実施形態の原料半導体支持治具４１を原料追加チャージ方式の単結晶の製造方法に用いれば、種結晶支持手段と原料半導体塊支持治具の交換のために、炉体８または単結晶収納部３を開放する必要がなく、原料半導体塊Ｍを追加原料として溶融でき、石英ルツボ６に汚染のない十分なシリコン融液Ｌの供給が可能となり、一度に大容量のシリコン単結晶Ｉｇを高単結晶化率で引上げることができる。
【００６６】
また、単結晶引上げ装置１をゲートバルブにより炉部材収納室２と単結晶収納部３とに適宜仕切るゲートバルブも不要となり、また、ゲートバルブの開閉に伴い単結晶収納部３から塵埃などが落下して、溶融シリコン融液Ｌが汚染されることもなくなり、単結晶Ｉｇの成長が阻害されることもなく、単結晶化率の高率化も図れる。
【００６７】
さらに、引上げ工程における最初の小塊形状の原料半導体ｍと原料半導体塊Ｍとを同時に装填する時、および引上げられた単結晶インゴットＩｇの取出し時以外に、一連の工程中に炉体７または単結晶収納部３を開放する必要がないため、ガス置換も不必要であり、１回の引上げに要するサイクルタイムも通常のＣＺ法よりも長くなることがない。
【００６８】
原料半導体塊Ｍは残部を半導体原料塊支持治具に残すことなく、全て溶融させることができるので経済的である。
【００６９】
また、リチャージ方式に用いれば、原料半導体塊Ｍを支持し種結晶Ｓが取付けられた原料半導体支持治具４１を用いることにより、種結晶支持手段と原料半導体塊支持治具の交換のために、単結晶収納部３の開放は１回で済む。従って、シリコン単結晶Ｉｇを高単結晶化率で引上げることが可能となり、半導体単結晶の製造コスト低減化に寄与する。このため、従来のリチャージ法では少なくとも２回であったゲートバルブの開閉回数を低減させ、開閉に伴う炉内への汚染のおそれを低減しつつ十分なシリコン融液の供給が可能となり、シリコン単結晶を高単結晶化率で引上げることができる。
【００７０】
さらに、本発明に係わる半導体原料塊支持治具の他の実施形態について説明する。上述した第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００７１】
図１５および図１６に示すように、半導体原料塊支持治具６１は、タングステンやモリブデン等の金属または金属化合物もしくは炭素または炭素化合物等からなり、その一端６２ａに引上げ用ワイヤ９が取付けられ他端６２ｂに種結晶Ｓが取付けられた取付部材６２と、この取付部材６２に設けられ半導体原料塊Ｍを支持する支持手段、例えば半導体原料塊Ｍに設けられた係合部６３に係合する支持部６４と、半導体原料塊Ｍに設けられた動作制御手段６５とを有している。
【００７２】
支持部６４は、取付部材６２から膨出し断面積が順次増大するような末広形状、例えば円錐体の一部を有する形状に形成されている。
【００７３】
動作制御手段６５は、半導体原料塊Ｍの上部に設けられ、かつ、中心線ｃに沿って切欠された細長のＵ字形状切欠部６６と、この切欠部６６の上部に設けられ、断面形状が取付部材６２の円錐体部を有する形状と同一の末広形状をなす係合部６３とで形成されている。Ｕ字形状切欠部６６は取付部材６２に取付けられた種結晶Ｓが収納されるに十分な深さを有している。
【００７４】
従って、図１７および図１８に示すように、半導体原料塊Ｍの溶融が進行し、溶融面が動作制御手段６５の下端部６５ｄに達すると、半導体原料塊Ｍ（残部）には自重により切欠部６６を拡大する方向に力が働き、係合部６３と支持部６４の係合が外れて、原料半導体塊支持治具６１による半導体原料塊Ｍの支持が解除され、半導体原料塊Ｍ（残部）は完全に落下するようになっている。図１９に示すように露出した種結晶Ｓを融液に接触させて、単結晶Ｉｇを成長させる。
【００７５】
なお、図２０に示すように、支持部７１は、円錐体の一部形状を利用したものに限らず、球面部を有するものでもよく、また、図２１（ａ）〜（ｃ）に示すように、支持部７２は取付部材７３から分割可能に形成されていてもよい。支持部７１が球面部で形成されていれば、係合部６３の断面形状が如何なる形状であっても、係合部６３と支持部７１の係合が外れ易い。また、支持部７２を分割方式にすれば、支持部７２が劣化した場合には、この支持部７２のみを交換すれば再使用が可能である。
【００７６】
さらに、支持部７１、７２を半導体原料と同じ材質で形成すえば、原料塊Ｍと支持部７１、７２とが接触することによる汚染を防ぐことができ好適である。
【００７７】
本実施形態の原料半導体支持治具６１を原料追加チャージ方式の単結晶の製造方法に用いれば、上述した実施形態の原料半導体支持治具と同様に、石英ルツボ６に汚染のない十分なシリコン融液Ｌの供給が可能となり、一度に大容量のシリコン単結晶Ｉｇを高単結晶化率で引上げることができる。また、ゲートバルブの開閉に伴い単結晶収納部３から塵埃などが落下して、溶融シリコン融液Ｌが汚染されることもなくなり、単結晶Ｉｇの成長が阻害されることもなく、単結晶化率の高率化も図れる。
【００７８】
さらに、ガス置換も不必要であり、１回の引上げに要するサイクルタイムも通常のＣＺ法よりも長くなることがなく、また、原料半導体塊Ｍは残部を半導体原料塊支持治具に未溶融部を残すことなく、全て溶融させることができるので経済的である。さらに、支持部６４を取付部材６２に膨出して形成したので、可動部分がなく構造が簡単で経済的な半導体原料塊支持治具を提供することができる。また、支持部７２を分割方式にすれば、支持部７２が劣化した場合には、この支持部７２のみを交換することで半導体原料塊支持治具６１全体を交換することなく、元に復することができ経済的である。さらに、単結晶引上げ完了毎に汚染除去のための化学エッチングを行なう必要がある場合には、種結晶Ｓのみを行なえばよく、半導体原料塊支持治具６１が薬品によりエッチングされることもなく、長寿命化が実現できる。
【００７９】
また、リチャージ方式に用いれば、上述した実施形態の原料半導体支持治具と同様に、シリコン単結晶Ｉｇを高単結晶化率で引上げることが可能となり、半導体単結晶の製造コスト低減化に寄与する。さらに、開閉に伴う炉内への汚染のおそれを低減しつつ十分なシリコン融液の供給が可能となり、シリコン単結晶を高単結晶化率で引上げることができる。
【００８０】
さらに、本発明に係わる種結晶について説明する。
【００８１】
図２２および図２３に示すように、本発明に係わる種結晶Ｓ１は、下部に単結晶成長部Ｓ１ａと、この単結晶成長部Ｓ１ａの上方に設けられ、半導体原料塊Ｍに設けられた動作制御手段８１に係合し、かつ、断面積が順次増大するような末広形状、例えば球面部で形成された支持部８２とを有し、単結晶の成長と半導体原料塊Ｍを支持する２機能を有している。
【００８２】
動作制御手段８１は、半導体原料塊Ｍの上部に設けられた係合孔８３とこの係合孔８３に連通し、かつ、この係合孔８３の直径よりも大きな直径を有し、半導体原料塊Ｍを長手方向に貫通する貫通孔８４と、支持部８２が係合孔８３と係合状態にあるとき、単結晶成長部Ｓ１ａが達する位置よりも下まで達する分割溝８５とを有している。この分割溝８５は半導体原料塊Ｍの断面を横断して形成されており、半導体原料塊Ｍがこの分割溝８５まで溶融されると、半導体原料塊Ｍ（残部）は分割するようになっている。
【００８３】
半導体原料塊Ｍの単結晶Ｓ１への取付けは、単結晶成長部Ｓ１ａを下にした状態で種結晶Ｓ１を貫通孔８４に貫通させ、支持部８２を係合孔８３に係合させた後、種結晶Ｓ１を取付部材（図示せず）に固定して行なう。
【００８４】
従って、図２２に示すように、半導体原料塊Ｍの溶融時、半導体原料塊Ｍの溶融が進行し、溶融面ｌが半導体原料塊Ｍの分割溝８５の下端に達すると、半導体原料塊Ｍ（残部）には自重により係合孔８３を拡大する方向に力が働き、係合孔８３と支持部８２の係合が外れて、種結晶Ｓ１による半導体原料塊Ｍの支持が解除され、半導体原料塊Ｍ（残部）は完全に落下するようになっている。半導体原料塊Ｍの落下により、種結晶Ｓ１（単結晶成長部Ｓ１ａ）は露出する。
【００８５】
本実施形態の種結晶Ｓ１を原料追加チャージ方式の単結晶の製造方法に用いれば、上述した第一の実施形態の原料半導体支持治具と同様に、石英ルツボ６に汚染のない十分なシリコン融液Ｌの供給が可能となり、一度に大容量のシリコン単結晶Ｉｇを高単結晶化率で引上げることができる。また、ゲートバルブの開閉に伴い単結晶収納部３から塵埃などが落下して、溶融シリコン融液Ｌが汚染されることもなくなり、単結晶Ｉｇの成長が阻害されることもなく、単結晶化率の高率化も図れる。さらに、ガス置換も不必要であり、１回の引上げに要するサイクルタイムも通常のＣＺ法よりも長くなることがなく、また、原料半導体塊Ｍは残部を半導体原料塊支持治具に残すことなく、全て溶融させることができるので経済的である。さらに、支持部８２を単結晶Ｓ１に一体的に膨出して形成したので、可動部分がなく構造が簡単で経済的な半導体原料塊支持治具として使用できる。
【００８６】
また、リチャージ方式に用いれば、上述した実施形態の原料半導体支持治具と同様に、シリコン単結晶Ｉｇの高単結晶化率で引上げることが可能となり、半導体単結晶の製造コスト低減化に寄与する。さらに、開閉に伴う炉内への汚染のおそれを低減しつつ十分なシリコン融液の供給が可能となり、シリコン単結晶を高単結晶化率で引上げることができる。
【００８７】
なお、支持部８２は、円錐体の一部形状を利用したものに限らず、球面部を有するものでもよい。
【００８８】
また、図２５に示すように、断面積が順次増大するような末広形状、例えば球面部で形成された支持部８６を離間して複数個設けると共に、原料半導体塊Ｍの上部に断面を横断する矩形形状の切欠部８７を設け、かつ、この切欠部８７の上方に平行に係合溝条８８を設け、さらに、係合溝条８８に連通する係合孔８９を設け、この係合孔８９に支持部８６を係合させるようにしてもよい。
【００８９】
支持部８６が球面部に形成されていれば、係合孔８９の断面形状が如何なる形状であっても、係合孔８９と支持部８６の係合が外れ易い。また、支持部８６を離間して複数個設ければ、複数回に追加溶融にも容易に対応でき便利である。
【００９０】
【実施例】
試験１：図３に示すような半導体原料塊支持治具を用いて、直径１２７ｍｍ、重量１５ｋｇ、長さ６００ｍｍの棒状シリコン多結晶を溶融させ、従来例と比較した。
【００９１】
結果：実施例は棒状多結晶原料を１５ｋｇ全て溶融させることができた。また、棒状多結晶原料の溶融が完了した後、支持体が種結晶よりも上方に上がるため、棒状多結晶原料支持治具と種結晶とを交換する作業をせずに、引続き単結晶の育成に移行することができた。
【００９２】
これに対して、ワイヤ巻き付けによる支持方法の従来例では、棒状多結晶原料を約１２ｋｇまで溶融できたが、残りの約３ｋｇ分は溶融させることができなかった。また、棒状多結晶原料を溶融させた後、種結晶を取付ける為の作業に約１．５時間を必要とした．
試験２：図１１に示すような半導体原料塊支持治具を用いて、直径１２７ｍｍ、重量１５ｋｇ、長さ６００ｍｍの棒状シリコン多結晶を溶融させ、従来例と比較した。
【００９３】
結果：上述した試験１と同様の結果を得た。
【００９４】
試験３：図１６に示すような半導体原料塊支持治具を用いて、直径１４０ｍｍ、重量２７ｋｇ、長さ約８６０ｍｍの棒状シリコン多結晶を溶融させ、従来例と比較した。
【００９５】
結果：実施例は棒状多結晶原料を２７ｋｇ全て溶融させることができた。また、棒状多結晶原料の溶融が完了した後、支持体が種結晶よりも上方に上がるため、棒状多結晶原料支持治具と種結晶とを交換する作業をせずに、引続き単結晶の育成に移行することができた。
【００９６】
これに対して、ワイヤ巻き付けによる支持方法の従来例では、棒状多結晶原料を約２５ｋｇまで溶融できたが、残りの約２ｋｇ分は溶融させることができなかった。また、棒状多結晶原料を溶融させた後、種結晶を取付ける為の作業に約１．５時間を必要とした．
試験４：図２３に示すような種結晶を用い、棒状シリコン多結晶を原料追加チャージ方式により溶融させて、単結晶の製造を行った。
【００９７】
結果：棒状多結晶原料支持治具と種結晶との交換作業が必要でなく、従来例に比べて約６０分単結晶引上げ時間を短縮することができた。
【００９８】
【発明の効果】
本発明に係わる半導体原料塊支持治具およびこれを用いた単結晶の製造方法によれば、半導体原料塊の供給時、半導体単結晶製造装置内を汚染することがなく、単結晶化率の向上が図れ、かつ１回の引上げに要するサイクルタイムも長くならず、さらに、半導体原料塊を完全に溶融できる多結晶原料支持治具およびと種結晶ならびにこれを用いた単結晶の製造方法を提供することができる。
【００９９】
即ち、種結晶が取付けられた支持手段により半導体原料塊を支持し、半導体原料塊の溶融途中で支持状態を解除する半導体製の動作制御手段の溶融に因り、半導体原料塊の支持を解除して、半導体原料塊を容器内に落下、溶融させるので、本発明に係わる原料半導体支持治具を原料追加チャージ方式の単結晶の製造方法に用いれば、種結晶支持手段と原料半導体塊支持治具の交換のために、炉体または単結晶収納部を開放する必要がなく、原料半導体塊を追加原料として溶融できて、石英ルツボに汚染のない十分なシリコン融液の供給が可能となり、一度に大容量のシリコン単結晶を高単結晶化率で引上げることができる。また、単結晶引上げ装置をゲートバルブにより炉部材収納室と単結晶収納部とを適宜仕切るゲートバルブも不要となり、また、ゲートバルブの開閉に伴い単結晶収納部から塵埃などが落下して、溶融シリコン融液が汚染されることもなくなり、単結晶の成長が阻害されることもなく、単結晶化率の高率化も図れる。
【０１００】
さらに、引上げ工程における最初の小塊形状の原料半導体と原料半導体塊とを同時に装填する時、および引上げられた単結晶インゴットの取出し時以外に、一連の工程中に炉体または単結晶収納部を開放する必要がないため、ガス置換も不必要であり、１回の引上げに要するサイクルタイムも通常のＣＺ法よりも長くなることがない。また、原料半導体塊は残部を半導体原料塊支持治具に残すことなく、全て溶融させることができるので経済的である。
【０１０１】
また、リチャージ方式に用いれば、原料半導体塊を支持し種結晶が取付けられた原料半導体支持治具を用いることにより、種結晶支持手段と原料半導体塊支持治具の交換のために、単結晶収納部の開放は１回で済む。従って、シリコン単結晶の高単結晶化率で引上げることが可能となり、半導体単結晶の製造コスト低減化に寄与する。このため、従来のリチャージ法では少なくとも２回であったゲートバルブの開閉回数を低減させ、開閉に伴う炉内への汚染のおそれを低減しつつ十分なシリコン融液の供給が可能となり、シリコン単結晶を高単結晶化率で引上げることができる。
【０１０２】
また、支持手段は取付部材に開閉動作可能に設けられ開動作または閉動作により半導体原料塊を挟むように支持する複数個の支持体で形成されているので、半導体原料塊を確実に支持できると共に、支持体間に種結晶を収納することができ、省スペース化が図れる。
【０１０３】
また、支持体は一端に爪部が設けられ、他端に重りが取付けられた支持部材を、その中間部で取付部材に設けられた回転軸に回動自在に取付けたので、半導体原料塊を確実に支持できると共に、重りの作用で支持体により自動的に半導体原料塊の支持解除を行うことができる。
【０１０４】
また、支持体は動作した支持体の重りが種結晶の上方に位置して静止するように偏倚した中間部で回転軸に取付けたので、種結晶を確実に最下に位置させることができる。
【０１０５】
また、爪部が半導体原料塊の側面部に設けられた支持溝に係合することにより、簡単な形状で容易かつ確実に原料半導体塊を半導体原料塊支持治具で支持、解放することができる。
【０１０６】
また、動作制御手段は支持溝の位置よりも深く半導体原料塊の上部に断面を横断して切込まれた落下用切欠部で形成されているので、半導体原料塊の溶融途中で確実に半導体原料塊を落下、溶融させることができる。
【０１０７】
また、落下用切欠部は断面が楔形状または矩形形状であるので、簡単な構造にもかかわらず、半導体原料塊を確実に落下、溶融させることができる。
【０１０８】
また、動作制御手段は支持部材に設けられた連結子間に橋設される固形半導体多結晶または単結晶であり、かつ、支持溝の位置よりも深く切込まれた切欠部内に収容されているので、半導体原料塊の溶融途中で確実に半導体原料塊を落下、溶融させることができ、さらに半導体製であるので、不純物にはならず、単結晶化率を低下させることもない。
【０１０９】
また、上端に引上げ用ワイヤが取付けられ下端に種結晶が取付けられる取付部材と、この取付部材に設けられ半導体原料塊を支持する支持手段と、この支持手段と半導体原料塊との支持状態を解除する半導体製の動作制御手段とを有する半導体原料塊支持治具により半導体原料塊を支持する工程を有する半導体単結晶の製造方法を原料追加チャージ方式の単結晶の製造方法に用いれば、種結晶支持手段と原料半導体塊支持治具の交換のために、炉体または単結晶収納部を開放する必要がなく、原料半導体塊を追加原料として溶融できて、石英ルツボに汚染のない十分なシリコン融液の供給が可能となり、一度に大容量のシリコン単結晶を高単結晶化率で引上げることができる。また、単結晶引上げ装置をゲートバルブにより炉部材収納室と単結晶収納部とを適宜仕切るゲートバルブも不要となり、また、ゲートバルブの開閉に伴い単結晶収納部から塵埃などが落下して、溶融シリコン融液が汚染されることもなくなり、単結晶の成長が阻害されることもなく、単結晶化率の高率化も図れる。
【０１１０】
さらに、引上げ工程における最初の小塊形状の原料半導体と原料半導体塊とを同時に装填する時、および引上げられた単結晶インゴットの取出し時以外に、一連の工程中に炉体または単結晶収納部を開放する必要がないため、ガス置換も不必要であり、１回の引上げに要するサイクルタイムも通常のＣＺ法よりも長くなることがない。また、原料半導体塊は残部を半導体原料塊支持治具に残すことなく、全て溶融させることができるので経済的である。
【０１１１】
また、リチャージ方式に用いれば、原料半導体塊を支持し種結晶が取付けられた原料半導体支持治具を用いることにより、種結晶支持手段と原料半導体塊支持治具の交換のために、単結晶収納部の開放は１回で済む。従って、シリコン単結晶の高単結晶化率で引上げることが可能となり、半導体単結晶の製造コスト低減化に寄与する。このため、従来のリチャージ法では少なくとも２回であったゲートバルブの開閉回数を低減させ、開閉に伴う炉内への汚染のおそれを低減しつつ十分なシリコン融液の供給が可能となり、シリコン単結晶を高単結晶化率で引上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わる半導体単結晶の製造方法の一実施形態を示す説明図。
【図２】  本発明に係わる半導体原料塊支持治具の一実施形態による半導体原料塊の支持状態を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ'矢視断面図。
【図３】  本発明に係わる半導体原料塊支持治具の一実施形態の正面図。
【図４】  本発明に係わる半導体原料塊支持治具の一実施形態の側面図。
【図５】  本発明に係わる半導体原料塊支持治具の一実施形態の動作状態を示す説明図。
【図６】  本発明に係わる半導体原料塊支持治具の一実施形態の動作状態を示す説明図。
【図７】  （ａ）〜（ｆ）は各々本発明に係わる半導体単結晶の製造方法を原料追加チャージ方式の単結晶の製造方法に用いた一実施形態の製造工程図。
【図８】  （ａ）〜（ｅ）は各々本発明に係わる半導体単結晶の製造方法をリチャージ方式の単結晶の製造方法に用いた一実施形態の製造工程図。
【図９】  本発明に係わる半導体原料塊支持治具の他の実施形態の平面図。
【図１０】  本発明に係わる半導体原料塊支持治具の他の実施形態の半導体原料塊の支持状態を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその縦断面図。
【図１１】  本発明に係わる半導体原料塊支持治具の他の実施形態の正面図。
【図１２】  本発明に係わる半導体原料塊支持治具の他の実施形態の側面図。
【図１３】  本発明に係わる半導体原料塊支持治具の他の実施形態の動作状態を示す説明図。
【図１４】  本発明に係わる半導体原料塊支持治具の他の実施形態の動作状態を示す説明図。
【図１５】  本発明に係わる半導体原料塊支持治具の他の実施形態の正面図。
【図１６】  本発明に係わる半導体原料塊支持治具の他の実施形態の支持状態を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその縦断面図。
【図１７】  本発明に係わる半導体原料塊支持治具の他の実施形態の動作状態を示す説明図。
【図１８】  本発明に係わる半導体原料塊支持治具の他の実施形態の動作状態を示す説明図。
【図１９】  本発明に係わる半導体原料塊支持治具の他の実施形態を用いた単結晶引上げ状態の説明図。
【図２０】  本発明に係わる半導体原料塊支持治具の他の実施形態の変形例を示す説明図。
【図２１】  （ａ）〜（ｃ）は本発明に係わる半導体原料塊支持治具の他の実施形態の変形例を示す説明図。
【図２２】  本発明に係わる半導体原料塊支持治具の他の実施形態の断面図。
【図２３】  本発明に係わる半導体原料塊支持治具の他の実施形態の変形例を示す断面図。
【図２４】  従来の半導体単結晶の製造方法の単結晶の製造方法。
【図２５】  （ａ）〜（ｆ）は各々従来の原料追加チャージ方式の単結晶の製造方法の製造工程図。
【図２６】  （ａ）〜（ｅ）は各々従来のリチャージ方式の単結晶の製造方法の製造工程図。
【符号の説明】
１  単結晶製造装置
２  炉部材収納室
３  単結晶収納部
４  ヒータ
５  黒鉛ルツボ
６  石英ルツボ
７  炉体
８  ルツボ回転軸
９  引上げ用ワイヤ
１０  半導体原料塊支持治具
１１  取付部材
１１ａ  一端
１１ｂ  他端
１２  支持体
１３  動作制御手段
１４  爪部
１５  支持部材
１６  回転軸
１７  重り
１８  爪部
１９  支持部材
２０  軸受部材
２１  支持溝
２２  連結子
２３  切欠部
Ｍ  半導体原料塊（多結晶シリコン塊）
Ｓ  種結晶
４１  半導体原料塊支持治具
４２  取付部材
４２ａ  一端
４２ｂ  他端
４３  支持体
４４  動作制御手段
４５  爪部
４６  爪部
４７  支持部材
４８  回転軸
４９  重り
５０  軸受部材
５１  支持溝
５２  切欠部
６１  半導体原料塊支持治具
６２  取付部材
６２ａ  一端
６２ｂ  他端
６３  係合部
６４  支持部
６５  動作制御手段
６５ｄ  下端部
６６  切欠部
７１  支持部
７２  支持部
８１  動作制御手段
８２  支持部
８３  係合孔
８４  貫通孔
８５  分割溝
８６  支持部
８７  切欠部
８８  係合溝条
８９  係合孔
Ｓ１  種結晶
Ｓ１ａ  単結晶成長部
【図１】
0003730056.tif 000002
【図２】
0003730056.tif 000003
【図３】
0003730056.tif 000004
【図４】
0003730056.tif 000005
【図５】
0003730056.tif 000006
【図６】
0003730056.tif 000007
【図７】
0003730056.tif 000008
【図８】
0003730056.tif 000009
【図９】
0003730056.tif 000010
【図１０】
0003730056.tif 000011
【図１１】
0003730056.tif 000012
【図１２】
0003730056.tif 000013
【図１３】
0003730056.tif 000014
【図１４】
0003730056.tif 000015
【図１５】
0003730056.tif 000016
【図１６】
0003730056.tif 000017
【図１７】
0003730056.tif 000018
【図１８】
0003730056.tif 000019
【図１９】
0003730056.tif 000020
【図２０】
0003730056.tif 000021
【図２１】
0003730056.tif 000022
【図２２】
0003730056.tif 000023
【図２３】
0003730056.tif 000024
【図２４】
0003730056.tif 000025
【図２５】
0003730056.tif 000026
【図２６】
0003730056.tif 000027