(57)【要約】【課題】球状半導体素子の製造コスト低減と高品質化の両方の要求を同時に満たすことができるようにする。【解決手段】反応チャンバ２１内に、多数の球状Ｓｉ結晶を収容した円筒状ボート３４を出し入れ可能にセットし、電気炉３３により反応チャンバ２１内を加熱した状態で反応チャンバ２１を回転させる。これにより、円筒状ボート３４を回転させて球状Ｓｉ結晶を転動させながら円筒状ボート３４内にＳｉを含む原料ガス（例えばＳｉＨ２  Ｃｌ２  等）を流すことで、この原料ガス中のＳｉを球状Ｓｉ結晶の表面に均一にエピタキシャル成長させて、球状Ｓｉ結晶の表面全体に均一にＳｉエピタキシャル成長層を形成する。この際、原料ガスに不純物原料（例えばＢＣｌ３  等）を添加することで、Ｓｉエピタキシャル成長中にその成長層に不純物を導入する。【選択図】  図１
2004349368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応チャンバ内に、多数の球状Ｓｉ結晶を収容した円筒状ボートを出し入れ可能にセットし、ヒータにより前記反応チャンバ内を加熱した状態で前記円筒状ボートを回転させて前記球状Ｓｉ結晶を転動させながら、前記円筒状ボート内にＳｉを含む原料ガスを流すことで、この原料ガス中のＳｉを前記球状Ｓｉ結晶の表面に均一にエピタキシャル成長させて、前記球状Ｓｉ結晶の表面にＳｉエピタキシャル成長層を形成することを特徴とする球状半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記反応チャンバを円筒状に形成して、この反応チャンバを水平に設置すると共に、この反応チャンバ内に前記円筒状ボートを載置し、前記反応チャンバを回転させることで前記円筒状ボートを回転させることを特徴とする請求項１に記載の球状半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記反応チャンバ内に前記原料ガスを運ぶためのキャリアガスを流し、前記反応チャンバ内に挿入した原料ガス導入管の先端部を前記円筒状ボート内に臨ませて、前記原料ガス導入管の先端部から前記原料ガスを前記円筒状ボート内に集中的に流入させることを特徴とする請求項１又は２に記載の球状半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記原料ガスに不純物原料を添加することで、Ｓｉエピタキシャル成長中にその成長層に不純物を導入す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球状半導体素子の製造方法。
【請求項５】
反応チャンバと、
前記反応チャンバ内を加熱するヒータと、
前記反応チャンバ内に出し入れ可能にセットされる円筒状ボートと、
前記円筒状ボート内にＳｉを含む原料ガスを流入させる原料ガス導入管と、
前記円筒状ボートを回転させる回転駆動手段とを備え、
前記円筒状ボート内に多数の球状Ｓｉ結晶を収容して、この円筒状ボートを前記反応チャンバ内にセットし、前記ヒータにより前記反応チャンバ内を加熱した状態で前記回転駆動手段により前記円筒状ボートを回転させて前記球状Ｓｉ結晶を転動させながら前記原料ガスを前記原料ガス導入管に流して前記円筒状ボート内に流入させることで、この原料ガス中のＳｉを前記球状Ｓｉ結晶の表面に均一にエピタキシャル成長させて、前記球状Ｓｉ結晶の表面にＳｉエピタキシャル成長層を形成することを特徴とする球状半導体素子の製造装置。
【請求項６】
前記反応チャンバを円筒状に形成して、この反応チャンバを水平に設置すると共に、この反応チャンバ内に前記円筒状ボートを載置し、
前記回転駆動手段は、前記反応チャンバを回転させることで前記円筒状ボートを回転させることを特徴とする請求項５に記載の球状半導体素子の製造装置。
【請求項７】
前記反応チャンバ内に前記原料ガスを運ぶためのキャリアガスを流し、前記原料ガス導入管の先端部を前記円筒状ボート内に臨ませて、前記原料ガス導入管の先端部から前記原料ガスを前記円筒状ボート内に集中的に流入させることを特徴とする請求項５又は６に記載の球状半導体素子の製造装置。
【請求項８】
前記原料ガスには不純物原料が添加され、Ｓｉエピタキシャル成長中にその成長層に不純物が導入されることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の球状半導体素子の製造装置。
【請求項９】
前記反応チャンバの一端側にはゲートバルブを挟んでボート出し入れ用チャンバが連結され、前記ボート出し入れ用チャンバには、前記円筒状ボートを出し入れするための開口部と、この開口部を開閉する蓋が設けられ、
前記ゲートバルブを閉鎖して前記蓋を開放した状態で、前記ボート出し入れ用チャンバの開口部から前記円筒状ボートを出し入れするように構成され、
前記ボート出し入れ用チャンバ内に入れた前記円筒状ボートを前記反応チャンバ内に移動させる場合は、前記ボート出し入れ用チャンバの開口部を前記蓋で密閉し、且つ前記ゲートバルブを閉鎖した状態で、前記ボート出し入れ用チャンバと前記反応チャンバとを共に真空引きして両チャンバに同一のガスを充填した後、前記ゲートバルブを開放して前記ボート出し入れ用チャンバから前記円筒状ボートを前記反応チャンバ内に移動させた上で、前記ゲートバルブを閉鎖して前記反応チャンバを密閉し、
前記反応チャンバ内に入れた前記円筒状ボートを前記ボート出し入れ用チャンバ内に移動させる場合は、前記ボート出し入れ用チャンバの開口部を前記蓋で密閉し、且つ前記ゲートバルブを閉鎖した状態で、前記ボート出し入れ用チャンバと前記反応チャンバとを共に真空引きして両チャンバに同一のガスを充填した後、前記ゲートバルブを開放して前記反応チャンバから前記円筒状ボートを前記ボート出し入れ用チャンバ内に移動させた上で、前記ゲートバルブを閉鎖して前記反応チャンバを密閉することを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の球状半導体素子の製造装置。
【請求項１０】
前記原料ガス導入管を気密に保持する管ホルダを前記反応チャンバに形成された管挿通孔に挿通すると共に、その挿通部分に複数本のシールリング部材を介在させ、前記反応チャンバの外部から各シールリング部材間の隙間に連通する真空引き通路を設けたことを特徴とする請求項５乃至９のいずれかに記載の球状半導体素子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、球状Ｓｉ結晶の表面にＳｉエピタキシャル成長層を形成する球状半導体素子の製造方法及び製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、特許文献１（国際公開ＷＯ９９／１０９３５号公報）に示すように、太陽電池用半導体素子、受光素子、発光素子、光触媒素子等として、球状の半導体素子を用いることが提案されている。この球状半導体素子を大量生産可能な製造装置として、特許文献２（特開２００２−６０９４３号公報）に示すような回転型プラズマＣＶＤ装置が提案されている。この回転型プラズマＣＶＤ装置は、図９に示すように、球状半導体素子の芯材（球状セラミック、球状シリコン、球状プラスチック）を収容する反応チャンバ１１を回転可能に設けると共に、この反応チャンバ１１の内周面に、芯材をすくい上げる堰１２を設け、更に、反応チャンバ１１の外周囲に高周波コイル１３を装着した構成となっている。この回転型プラズマＣＶＤ装置を使用する場合は、反応チャンバ１１内を真空引きして、四フッ化珪素（ＳｉＦ４  ）と水素を含む原料ガスを反応チャンバ１１内に供給すると共に、高周波コイル１３に高周波電流を流して反応チャンバ１１の内部にプラズマ領域を発生させながら反応チャンバ１１を回転させることで、この反応チャンバ１１内に収容された芯材を堰１２ですくい上げてプラズマ領域中を自由落下させるという動作を何回も繰り返す。これにより、プラズマ領域中で原料ガスの分解によって生成したＳｉ（シリコン）を芯材の表面に堆積させて、芯材の表面を高純度Ｓｉ層で被覆した球状半導体素子を製造する。
【０００３】
【特許文献１】
国際公開ＷＯ９９／１０９３５号公報（第３頁〜第６頁等）
【特許文献２】
特開２００２−６０９４３号公報（第２頁〜第５頁等）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２の回転型プラズマＣＶＤ装置は、反応チャンバ１１内にプラズマを発生させるための装置が高価であり、球状半導体素子の製造コストが高くなるという欠点がある。
【０００５】
しかも、反応チャンバ１１内に、球状半導体素子の芯材を直接収容する構成であるため、反応チャンバ１１内で製造した多数の球状半導体素子を一括して反応チャンバ１１から取り出すことが困難であり（反応チャンバ１１内に多数の球状半導体素子が散在するため）、反応チャンバ１１からの球状半導体素子の取り出しに手間がかかって、生産性が悪くなるという欠点もある。
【０００６】
更に、反応チャンバ１１内の空間全体のプラズマ分布を均一にすることは困難であるため、芯材の表面に堆積させるＳｉ層の厚みが反応チャンバ１１内の位置（プラズマ分布）によってばらついてしまい、製造する球状半導体素子の品質ばらつきが大きくなるという欠点もある。
【０００７】
本発明はこれらの事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、従来の回転型プラズマＣＶＤ装置よりも安価な装置を用いて、均一な膜厚のＳｉ層で被覆した球状半導体素子を能率良く大量生産することができ、球状半導体素子の製造コスト低減と高品質化の両方の要求を同時に満たすことができる球状半導体素子の製造方法及び製造装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、反応チャンバ内に、多数の球状Ｓｉ結晶を収容した円筒状ボートを出し入れ可能にセットし、ヒータにより反応チャンバ内を加熱した状態で円筒状ボートを回転させて球状Ｓｉ結晶を転動させながら円筒状ボート内にＳｉを含む原料ガスを流すことで、この原料ガス中のＳｉを球状Ｓｉ結晶の表面に均一にエピタキシャル成長させて、球状Ｓｉ結晶の表面にＳｉエピタキシャル成長層を形成するようにしたものである（請求項１，５）。
【０００９】
ここで、本発明の第１の特徴は、球状半導体素子の芯材として球状Ｓｉ結晶を用い、熱ＣＶＤ法により球状Ｓｉ結晶の表面にＳｉをエピタキシャル成長させることである。また、本発明の第２の特徴は、反応チャンバ内に、多数の球状Ｓｉ結晶を収容した円筒状ボートを出し入れ可能にセットし、この円筒状ボートを回転させて球状Ｓｉ結晶を転動させることで、原料ガス中のＳｉを球状Ｓｉ結晶の表面全体に均一にエピタキシャル成長させることである。
【００１０】
本発明では、球状半導体素子の芯材となる球状Ｓｉ結晶を反応チャンバ内に直接収容するのではなく、球状Ｓｉ結晶を収容した円筒状ボートを反応チャンバ内に出し入れ可能にセットするため、反応チャンバ内への球状Ｓｉ結晶、球状半導体素子の出し入れを円筒状ボートにより一括して行うことができ、生産性を向上させることができる。しかも、反応チャンバ内の温度分布が比較的均一な部分（例えば反応チャンバの中央部分）に円筒状ボートをセットすることで、円筒状ボート内の多数の球状Ｓｉ結晶の表面に均一な膜厚のＳｉエピタキシャル成長層を形成することができ、Ｓｉエピタキシャル成長層の膜厚ばらつきの小さい高品質の球状半導体素子を能率良く大量生産することができる。更に、本発明の製造装置は、反応チャンバ内を加熱するだけで良く、高価なプラズマ発生装置を必要としないため、製造装置のコストを従来の回転型プラズマＣＶＤ装置よりも安価にすることができ、球状半導体素子の製造コスト低減と高品質化の両方の要求を同時に満たすことができる。
【００１１】
本発明は、反応チャンバを静止させた状態で円筒状ボートのみを回転させるようにしても良いが、請求項２，６のように、反応チャンバを円筒状に形成して、この反応チャンバを水平に設置すると共に、この反応チャンバ内に円筒状ボートを載置し、反応チャンバを回転させることで円筒状ボートを回転させるようにすることが好ましい。このようにすれば、回転駆動手段を反応チャンバの外部に設置できるため、反応チャンバ内の高温ガスに回転駆動手段をさらさずに済むと共に、回転駆動手段の設置スペースの制約も少なくなり、回転駆動手段を容易に構成できる利点がある。
【００１２】
また、本発明は、原料ガスとキャリアガスとを混合させたガスを反応チャンバ内に導入するようにしても良いが、請求項３，７のように、反応チャンバ内に原料ガスを運ぶためのキャリアガスを流し、反応チャンバ内に挿入した原料ガス導入管の先端部を円筒状ボート内に臨ませて、この原料ガス導入管の先端部から原料ガスを円筒状ボート内に集中的に流入させるようにすることが好ましい。このようにすれば、円筒状ボート内の球状Ｓｉ結晶の近くで原料ガスの熱分解を集中的に発生させて、その熱分解により生じたＳｉを球状Ｓｉ結晶の表面に効率良くエピタキシャル成長させることができる。
【００１３】
更に、請求項４，８のように、原料ガスに不純物原料を添加することで、Ｓｉエピタキシャル成長中にその成長層に不純物を導入するようにすると良い。この場合、Ｓｉエピタキシャル成長中に、原料ガスへの不純物原料の添加濃度（添加量）を一定にすれば、Ｓｉエピタキシャル成長層の不純物濃度分布が均一となる。一方、Ｓｉエピタキシャル成長中に、原料ガスへの不純物原料の添加濃度を変化させれば、Ｓｉエピタキシャル成長層の膜厚方向の不純物濃度分布を変化させることができる。従って、原料ガスへの不純物原料の添加濃度を成長時間に応じて制御すれば、Ｓｉエピタキシャル成長層の膜厚方向の不純物濃度分布を制御することができる。
【００１４】
また、請求項９のように、反応チャンバの一端側にはゲートバルブを挟んでボート出し入れ用チャンバを連結し、このボート出し入れ用チャンバに、円筒状ボートを出し入れするための開口部と、この開口部を開閉する蓋を設け、前記ゲートバルブを閉鎖して前記蓋を開放した状態で、前記ボート出し入れ用チャンバの開口部から前記円筒状ボートを出し入れするように構成しても良い。この構成では、ボート出し入れ用チャンバ内に入れた円筒状ボートを反応チャンバ内に移動させる場合は、ボート出し入れ用チャンバの開口部を蓋で密閉し、且つゲートバルブを閉鎖した状態で、ボート出し入れ用チャンバと反応チャンバとを共に真空引きして両チャンバに同一のガスを充填した後、ゲートバルブを開放してボート出し入れ用チャンバから円筒状ボートを反応チャンバ内に移動させた上で、ゲートバルブを閉鎖して反応チャンバを密閉する。一方、反応チャンバ内に入れた円筒状ボートをボート出し入れ用チャンバ内に移動させる場合は、ボート出し入れ用チャンバの開口部を蓋で密閉し、且つゲートバルブを閉鎖した状態で、ボート出し入れ用チャンバと反応チャンバとを共に真空引きして両チャンバに同一のガスを充填した後、ゲートバルブを開放して反応チャンバから円筒状ボートをボート出し入れ用チャンバ内に移動させた上で、ゲートバルブを閉鎖して反応チャンバを密閉する。このようにすれば、反応チャンバ内を大気に開放しなくても、ボート出し入れ用チャンバを使用して反応チャンバ内への円筒状ボートの出し入れが可能となり、反応チャンバ内が大気中の汚染物質で汚染されるのを防ぐことができる。
【００１５】
また、請求項１０のように、原料ガス導入管を気密に保持する管ホルダを反応チャンバに形成された管挿通孔に挿通すると共に、その挿通部分に複数本のシールリング部材を介在させ、反応チャンバの外部から各シールリング部材間の隙間に連通する真空引き通路を設けた構成としても良い。この構成では、反応チャンバ内を真空引きする際に、同時に各シールリング部材間の隙間も真空引きして各シールリング部材の両側の圧力差を小さくすることができ、シール効果を高めることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１乃至図８に基づいて説明する。ここで、図１は回転型熱ＣＶＤ装置の主要部の構成を模式的に示す縦断面図、図２は回転型熱ＣＶＤ装置全体の縦断面図、図３は反応チャンバの回転駆動手段の構成を示す平面図、図４は反応チャンバの右端部の支持構造を示す縦断面図、図５は原料ガス導入管の支持構造を示す縦断面図、図６はボート出し入れ用チャンバとゲートバルブ周辺部分の構成を示す縦断面図、図７は反応チャンバの左端部の支持構造を示す縦断面図、図８は反応チャンバ内への円筒状ボートの出し入れ方法を説明する縦断面図である。
【００１７】
まず、球状半導体素子の製造装置である回転型熱ＣＶＤ装置の構成を説明する。反応チャンバ２１は、石英ガラス等により円筒状に形成され、次のような支持構造により水平に設置されている。反応チャンバ２１の両端開口部には、それぞれ支持金具２２，２３が取り付けられている。図４及び図７に示すように、各支持金具２２，２３の外周部には、放熱フィン２４，２５が一体に形成され、且つ、プーリ２６，２７が固定されている。各支持金具２２，２３は、ベアリング２８，２９を介して軸受ブラケット３０，３１に回転自在に支持されている。各軸受ブラケット３０，３１は、基台３２上に固定されている。
【００１８】
図１及び図２に示すように、反応チャンバ２１の中間部分は、電気炉３３（ヒータ）内に回転可能に収容され、反応チャンバ２１内が９００℃〜１２００℃（好ましくは１０００℃〜１１００℃、より好ましくは約１０５０℃）に加熱されるようになっている。この反応チャンバ２１内には、石英ガラス等により形成された円筒状ボート３４が出し入れ可能にセットされている。この円筒状ボート３４内には、製造する球状半導体素子の芯材となる多数の球状Ｓｉ結晶が収容される。
【００１９】
次に、反応チャンバ２１内に原料ガス（例えばＳｉＨ２  Ｃｌ２  等）を導入する原料ガス導入管３７の支持構造を図５に基づいて説明する。原料ガス導入管３７は、石英ガラス等により形成されている。この原料ガス導入管３７を保持する管ホルダ３８は、スプール部材３９の外周部に円筒部材４０を嵌合して両者を溶接等で一体化すると共に、スプール部材３９の開口端部に挿通支持管４１を溶接等で一体化したものである。管ホルダ３８の中心部（スプール部材３９の中心部）には、原料ガス導入管３７を挿通する挿通孔４２が形成され、この挿通孔４２と挿通支持管４１とが水平方向に一直線状に連続している。
【００２０】
原料ガス導入管３７は、挿通支持管４１から挿通孔４２に挿通され、挿通支持管４１の先端外周部に形成されたねじ部４３にキャップ状のナット部材４４が締め付けられている。これにより、ナット部材４４内の筒状スペーサ４５によって挿通支持管４１内のゴム製のＯリング４６が支持管４１の内周テーパ面と原料ガス導入管３７の外周面とに押し付けられ、両者間の隙間がＯリング４６によってシールされるようになっている。
【００２１】
図１に示すように、原料ガス導入管３７の先端部は、円筒状ボート３４の側面の円形孔から円筒状ボート３４内に導入され、原料ガス導入管３７の先端部から原料ガスが円筒状ボート３４内に集中的に流入するようになっている。更に、本実施形態では、円筒状ボート３４内の原料ガスの濃度分布を均一化するために、原料ガス導入管３７の先端部には、原料ガスを円筒状ボート３４内の径方向に向けて流出させるための１本又は複数本のスリット（図示せず）が水平方向に延びるように形成されている。
【００２２】
一方、原料ガス導入管３７の外側の端部には、継手４７、外部配管（図示せず）、電磁弁（図示せず）等を介して原料ガス供給源（図示せず）、不純物ガス供給源（図示せず）、不活性ガス供給源（図示せず）が接続されている。ここで、原料ガス供給源は、原料ガス（ＳｉＨ２  Ｃｌ２  等）を充填したボンベ等により構成され、不純物ガス供給源は、不純物原料（ＢＣｌ３  等）を含む不純物ガスを充填したボンベ等により構成されている。原料ガス供給源から原料ガスを反応チャンバ２１内に導入する際には、同時に不純物ガス供給源から不純物ガスも原料ガス導入管３７内に導入し、原料ガスに不純物ガスを添加しながら反応チャンバ２１内に導入する。不活性ガス供給源は、不活性ガス（Ｎ２  等）を充填したボンベ等により構成され、反応チャンバ２１内への円筒状ボート３４の出し入れ時に反応チャンバ２１内に不活性ガスを導入するのに用いられる。
【００２３】
原料ガス導入管３７を挿通支持する管ホルダ３８は、支持部材４８（図４参照）を介して軸受ブラケット３０に支持されている。これにより、反応チャンバ２１の回転中でも、管ホルダ３８と原料ガス導入管３７は回転しないようになっている。
【００２４】
図５に示すように、管ホルダ３８の外周面（円筒部材４０の外周面）と反応チャンバ２１の右側の支持金具２２の内周面と間には、耐熱性・耐摩耗性・摺動性のある樹脂等により形成された２本のシールリング部材４９が介在されている。そして、管ホルダ３８には、真空ポンプ（図示せず）に接続する真空引き用の接続口５０と、この接続口５０から両シールリング部材４９間の隙間に連通する真空引き通路５１が形成されている。この構成により、反応チャンバ２１内を真空引きする際に、同時に両シールリング部材４９間の隙間も真空引きしてシールリング部材４９の両側の圧力差を小さくすることで、シール効果を高めるようにしている。尚、シールリング部材４９を３本以上設けて、各シールリング部材４９間の隙間に真空引き通路５１を連通させるように構成しても良い。
【００２５】
また、管ホルダ３８の挿通孔４２の内径寸法は、原料ガス導入管３７の外径寸法よりも少し大きく形成され、挿通孔４２内周面と原料ガス導入管３７との間の隙間がキャリアガス（Ｈ２  等）を反応チャンバ２１内に流すキャリアガス通路５２として用いられる。管ホルダ３８には、キャリアガス通路５２に連通するキャリアガス導入用の接続口５３が設けられ、この接続口５３には、外部配管（図示せず）と電磁弁（図示せず）等を介してキャリアガス供給源（図示せず）が接続されている。このキャリアガス供給源は、キャリアガスを充填したボンベ等により構成されている。
【００２６】
図７に示すように、反応チャンバ２１の左側の支持金具２３と軸受ブラケット３１との嵌合部には、耐熱性・耐摩耗性・摺動性のある樹脂等により形成された２本のシールリング部材５４が介在され、両シールリング部材５４によって支持金具２３と軸受ブラケット３１との嵌合部がシールされるようになっている。そして、軸受ブラケット３１には、真空ポンプ（図示せず）に接続する真空引き用の接続口５５が両シールリング部材５４間の隙間に連通するように形成されている。この構成により、反応チャンバ２１内を真空引きする際に、同時に両シールリング部材５４間の隙間も真空引きしてシール効果を高めるようにしている。
【００２７】
また、反応チャンバ２１の左側の支持金具２３には、排気口５７が形成されている。この排気口５７は、外部配管（図示せず）、三方弁（図示せず）等を介して除害装置（図示せず）と真空ポンプ（図示せず）に接続されている。反応チャンバ２１内の使用済みガスを排気する時は、三方弁を排気口５７が除害装置に連通する位置に切り換えて、排気口５７から排出する使用済みガスを除害装置で無害化して排出する。そして、反応チャンバ２１内を真空引きする時は、三方弁を排気口５７が真空ポンプに連通する位置に切り換えて、真空ポンプを運転して反応チャンバ２１内を真空引きする。
【００２８】
図６に示すように、反応チャンバ２１の左側開口部（支持金具２３の開口部）には、ゲートバルブ５８（仕切弁）が取り付けられている。そして、反応チャンバ２１内への円筒状ボート３４の出し入れ時に、ゲートバルブ５８の板状の弁体（図示せず）をモータ等のアクチュエータ５６で開閉駆動することで反応チャンバ２１の左側開口部を開閉できるようになっている。
【００２９】
一方、ゲートバルブ５８の左側には、ボート出し入れ用チャンバ５９が取り付けられている。このボート出し入れ用チャンバ５９には、円筒状ボート３４を出し入れするための開口部６０が形成され、この開口部６０には、蓋６１がボルト等によって着脱可能に取り付けられている。ゲートバルブ５８を開放すると、ボート出し入れ用チャンバ５９が反応チャンバ２１と一直線状に連通した状態となり、両チャンバ５９，２１間で円筒状ボート３４をスライド移動させることができるようになる。
【００３０】
また、ボート出し入れ用チャンバ５９には、排気口６２と不活性ガス導入用の接続口６３が設けられている。排気口６２は、外部配管（図示せず）、三方弁（図示せず）等を介して除害装置（図示せず）と真空ポンプ（図示せず）に接続されている。ボート出し入れ用チャンバ５９内のガスを排気する時は、三方弁を排気口６２が除害装置に連通する位置に切り換えて、排気口６２から排出するガスを除害装置で無害化して排出する。そして、ボート出し入れ用チャンバ５９内を真空引きする時は、三方弁を排気口６２が真空ポンプに連通する位置に切り換えて、ボート出し入れ用チャンバ５９内を真空引きする。不活性ガス導入用の接続口６３は、外部配管（図示せず）、電磁弁（図示せず）等を介して不活性ガス供給源（図示せず）に接続されている。この不活性ガス供給源は、反応チャンバ２１内への円筒状ボート３４の出し入れ時にボート出し入れ用チャンバ５９内に不活性ガス（Ｎ２  等）を導入するのに用いられる。
【００３１】
一方、ボート出し入れ用チャンバ５９の左側面中心部には、出し入れ棒６４が反応チャンバ２１の中心線に沿って押し込み／引き出し可能且つ回動可能に挿通支持されている。この出し入れ棒６４の外側（左側）の端部には、操作ハンドル６５が設けられている。
【００３２】
図８に示すように、出し入れ棒６４の先端部（右端部）には、その外径方向に突出する引掛爪部６６が設けられ、この出し入れ棒６４を１８０°回動させることで、引掛爪部６６の位置を上下反転させて、引掛爪部６６を円筒状ボート３４の左側に形成した係止凹部６７に引っ掛けた状態［図８（ａ）参照］と、引掛爪部６６を円筒状ボート３４の係止凹部６７から外した状態［図８（ｂ）参照］とに切り換えることができるようになっている。
【００３３】
次に、図３に基づいて反応チャンバ２１の回転駆動手段の構成を説明する。基台３２上に、反応チャンバ２１と平行に延びる駆動軸６８が回転自在に支持され、この駆動軸６８の３箇所にプーリ６９〜７１が嵌着され、その中間のプーリ７０とモータ７２の回転軸に嵌着されたプーリ７３との間にベルト７４が掛け渡されている。そして、駆動軸６８の両端のプーリ６９，７１と反応チャンバ２１の両端のプーリ２６，２７との間にそれぞれベルト７５，７６が掛け渡されている。これにより、モータ７２の回転中は、モータ７２の回転力によって駆動軸６８の両端のプーリ６９，７１が回転駆動され、その回転駆動力がベルト７５，７６を介して反応チャンバ２１の両端のプーリ２６，２７に伝達され、反応チャンバ２１が回転駆動される。この構成では、反応チャンバ２１の両端に均等に回転駆動力が作用するため、反応チャンバ２１の両端を支持するベアリング２８，２９に作用する荷重が偏荷重とならず、反応チャンバ２１が滑らかに安定して回転駆動される。
【００３４】
以上のように構成された回転型熱ＣＶＤ装置を用いて、球状半導体素子を製造する方法を説明する。
球状半導体素子の芯材となる球状Ｓｉ結晶を円筒状ボート３４内に収容する作業は、回転型熱ＣＶＤ装置の外部で行う。そして、球状Ｓｉ結晶を収容した円筒状ボート３４を次のようにして反応チャンバ２１の中間部分にセットする。まず、ゲートバルブ５８を閉鎖して反応チャンバ２１とボート出し入れ用チャンバ５９とを完全に隔離した状態にすると共に、ボート出し入れ用チャンバ５９の蓋６１を取り外してボート出し入れ用チャンバ５９の開口部６０を開放した状態にする。この状態で、球状Ｓｉ結晶を収容した円筒状ボート３４を開口部６０からボート出し入れ用チャンバ５９内に収容する。この際、予め、出し入れ棒６４は、その先端部が開口部６０（円筒状ボート３４の収容位置）よりも左方向に位置するようにほぼ限界位置まで引き出しておく。
【００３５】
円筒状ボート３４をボート出し入れ用チャンバ５９内に入れた後、ボート出し入れ用チャンバ５９の開口部６０を蓋６１で閉鎖してボート出し入れ用チャンバ５９を密閉する。この後、ボート出し入れ用チャンバ５９内を真空引きした後、ボート出し入れ用チャンバ５９内に不活性ガス（Ｎ２  等）を充填する。この作業と並行して、反応チャンバ２１内を真空引きした後、反応チャンバ２１内にも不活性ガス（Ｎ２  等）を充填する。このように、両チャンバ２１，５９内に不活性ガス（Ｎ２  等）を充填することで、ゲートバルブ５８を開放可能な状態にする。尚、前回の製造工程で、後述する円筒状ボート３４の取り出し作業のために反応チャンバ２１内に充填した不活性ガス（Ｎ２  等）がそのまま残っている場合には、ボート出し入れ用チャンバ５９内のみに不活性ガスを充填すれば良い。
【００３６】
この後、ゲートバルブ５８を開放して、ボート出し入れ用チャンバ５９と反応チャンバ２１とを一直線状に連通させた状態とする。この状態で、図８（ｂ）に示すように、出し入れ棒６４の先端の引掛爪部６６が円筒状ボート３４の係止凹部６７に突き当たらないように出し入れ棒６４を適宜回動して、出し入れ棒６４を右方向に限界位置まで押し込む。これにより、出し入れ棒６４の先端の引掛爪部６６によって円筒状ボート３４が右方向に押し込まれて反応チャンバ２１の中間部分まで移動する。この作業は、両チャンバ２１，５９内に不活性ガス（Ｎ２  等）を充填した状態で行われるため、反応チャンバ２１内や円筒状ボート３４内の球状Ｓｉ結晶に大気中の汚染物質が付着するのが防止される。
【００３７】
このようにして、円筒状ボート３４を反応チャンバ２１の中間部分まで押し込んだ後、出し入れ棒６４を左方向に限界位置まで引き出す。この際、出し入れ棒６４の先端の引掛爪部６６が円筒状ボート３４の係止凹部６７に引っ掛からないうにした状態で出し入れ棒６４をのみ引き出すことで、円筒状ボート３４は反応チャンバ２１の中間部分に残される。この後、ゲートバルブ５８を閉鎖して反応チャンバ２１とボート出し入れ用チャンバ５９とを完全に隔離した状態にした後、反応チャンバ２１内を真空引きすると共に、電気炉３３のヒータを発熱させて反応チャンバ２１内を９００℃〜１２００℃（好ましくは１０００℃〜１１００℃、より好ましくは約１０５０℃）に加熱する。
【００３８】
そして、モータ７２を運転して駆動軸６８の両端のプーリ６９，７１を回転駆動し、その回転駆動力をベルト７５，７６を介して反応チャンバ２１の両端のプーリ２６，２７に伝達して、反応チャンバ２１を例えば０．３〜３０ｒｐｍの回転速度で回転駆動する。これにより、反応チャンバ２１内に載置された円筒状ボート３４も回転して、円筒状ボート３４内の球状Ｓｉ結晶が転動する。
【００３９】
この状態で、キャリアガス供給源からキャリアガス（Ｈ２  等）を管ホルダ３８のキャリアガス通路５２を通して反応チャンバ２１内に導入すると共に、原料ガス供給源から原料ガス（ＳｉＨ２  Ｃｌ２  等）を原料ガス導入管３７を通して円筒状ボート３４内に集中的に流入させる。この際、同時に不純物ガス供給源から不純物ガス（ＢＣｌ３  等）も原料ガス導入管３７内に導入する。これにより、不純物ガスを添加した原料ガスが原料ガス導入管３７を通して円筒状ボート３４内に導入される。これと並行して、反応チャンバ２１の排気口５７から反応チャンバ２１内の使用済みガスが少しずつ除害装置を通して排気され、反応チャンバ２１内の原料ガスとキャリアガスの流れが一定化される。
【００４０】
この際、円筒状ボート３４内は、９００℃〜１２００℃（好ましくは１０００℃〜１１００℃、より好ましくは約１０５０℃）に加熱されるため、円筒状ボート３４内に導入された原料ガスが熱分解して生じたＳｉ（シリコン）が、転動する球状Ｓｉ結晶の表面全体に均一にエピタキシャル成長して、球状Ｓｉ結晶の表面に均一な膜厚のＳｉエピタキシャル成長層が形成される。
【００４１】
このＳｉエピタキシャル成長中に、原料ガスへの不純物ガスの添加濃度（添加量）を一定にすれば、Ｓｉエピタキシャル成長層の不純物濃度分布が均一となる。一方、Ｓｉエピタキシャル成長中に、原料ガスへの不純物ガスの添加濃度を変化させれば、Ｓｉエピタキシャル成長層の膜厚方向の不純物濃度分布を変化させることができる。従って、原料ガスへの不純物ガスの添加濃度を成長時間に応じて制御すれば、Ｓｉエピタキシャル成長層の膜厚方向の不純物濃度分布を制御することができる。
【００４２】
以上のようにして、円筒状ボート３４内の球状Ｓｉ結晶の表面に必要な膜厚のＳｉエピタキシャル成長層を形成した時点で、反応チャンバ２１内への新たなガスの導入を停止して、反応チャンバ２１の回転駆動を停止する共に、電気炉３３による加熱を停止して、Ｓｉエピタキシャル成長の工程を終了する。
【００４３】
その後、反応チャンバ２１内のガス温度がある程度低下した段階で、反応チャンバ２１内の円筒状ボート３４を次のようにして取り出す。まず、反応チャンバ２１内の使用済みガスを排気口５７から除害装置を通して排気し、更に、反応チャンバ２１を真空引きした後、反応チャンバ２１内に不活性ガス（Ｎ２  等）を充填する。この作業と並行して、蓋６１で密閉したボート出し入れ用チャンバ５９内を真空引きした後、ボート出し入れ用チャンバ５９内にも不活性ガス（Ｎ２  等）を充填する。このように、両チャンバ２１，５９内に不活性ガス（Ｎ２  等）を充填することで、ゲートバルブ５８を開放可能な状態にする。
【００４４】
この後、ゲートバルブ５８を開放して、ボート出し入れ用チャンバ５９と反応チャンバ２１とを一直線状に連通させた状態とする。この状態で、図８（ｂ）に示すように、出し入れ棒６４の先端の引掛爪部６６が円筒状ボート３４の係止凹部６７に当たらないように出し入れ棒６４を適宜回動して、出し入れ棒６４を右方向に限界位置まで押し込み、引掛爪部６６を円筒状ボート３４の側面に当接させるか又は接近させた状態にする。この後、出し入れ棒６４を適宜回動して、図８（ａ）に示すように、引掛爪部６６を円筒状ボート３４の係止凹部６７に引っ掛けた状態にする。この状態で、出し入れ棒６４を左方向に引き出して、円筒状ボート３４を反応チャンバ２１内からボート出し入れ用チャンバ５９内の中央部付近まで引きずり出した後、出し入れ棒６４を適宜回動して、引掛爪部６６を円筒状ボート３４の係止凹部６７から外して、出し入れ棒６４のみを左方向にほぼ限界位置まで引き出す。この作業は、両チャンバ２１，５９内に不活性ガスを充填した状態で行われるため、反応チャンバ２１内に大気中の汚染物質が付着するのが防止される。
【００４５】
この後、ゲートバルブ５８を閉鎖して反応チャンバ２１とボート出し入れ用チャンバ５９とを完全に隔離した後、ボート出し入れ用チャンバ５９の蓋６１を取り外してボート出し入れ用チャンバ５９の開口部６０を開放した状態にする。この状態で、球状半導体素子が収容された円筒状ボート３４をボート出し入れ用チャンバ５９内から取り出す。
【００４６】
この後、新たな球状Ｓｉ結晶を収容した円筒状ボート３４をボート出し入れ用チャンバ５９内に収容して、上述した作業を繰り返せば、再び、同様の方法で球状半導体素子を製造することができる。
【００４７】
以上説明した球状半導体素子の製造方法の第１の特徴は、球状半導体素子の芯材として球状Ｓｉ結晶を用い、熱ＣＶＤ法により球状Ｓｉ結晶の表面にＳｉをエピタキシャル成長させることである。更に、第２の特徴は、反応チャンバ２１内に、多数の球状Ｓｉ結晶を収容した円筒状ボート３４を出し入れ可能にセットし、この円筒状ボート３４を回転させて球状Ｓｉ結晶を転動させることで、原料ガス中のＳｉを球状Ｓｉ結晶の表面全体に均一にエピタキシャル成長させることである。
【００４８】
本実施形態では、球状半導体素子の芯材となる球状Ｓｉ結晶を反応チャンバ２１内に直接収容するのではなく、球状Ｓｉ結晶を収容した円筒状ボート３４を反応チャンバ２１内に出し入れ可能にセットするため、反応チャンバ２１内への球状Ｓｉ結晶、球状半導体素子の出し入れを円筒状ボート３４により一括して行うことができ、生産性を向上させることができる。しかも、反応チャンバ２１内の温度分布が比較的均一な部分（反応チャンバ２１の中央部分）に円筒状ボート３４をセットすることで、円筒状ボート３４内の多数の球状Ｓｉ結晶の表面に均一な膜厚のＳｉエピタキシャル成長層を形成することができ、Ｓｉエピタキシャル成長層の膜厚ばらつきの小さい高品質の球状半導体素子を能率良く大量生産することができる。
【００４９】
更に、本実施形態の製造装置（回転型熱ＣＶＤ装置）は、高価なプラズマ発生装置を必要としないため、製造装置のコストを従来の回転型プラズマＣＶＤ装置よりも安価にすることができ、球状半導体素子の製造コスト低減と高品質化の両方の要求を同時に満たすことができる。
【００５０】
また、本実施形態では、反応チャンバ２１を円筒状に形成して、この反応チャンバ２１を水平に設置すると共に、この反応チャンバ２１内に円筒状ボート３４を載置し、反応チャンバ２１を回転させることで円筒状ボート３４を回転させるように構成したので、全ての回転駆動手段を反応チャンバ２１の外部に設置できる。これにより、反応チャンバ２１内の高温ガスに回転駆動手段をさらさずに済むと共に、回転駆動手段の設置スペースの制約も少なくなり、回転駆動手段を容易に構成できる利点がある。
【００５１】
しかしながら、本発明は、反応チャンバの外部に設置したモータ等で駆動される駆動軸を反応チャンバ内に挿通して、この駆動軸によって反応チャンバ内の円筒状ボートのみを回転駆動する構成としても良い。
【００５２】
また、本実施形態では、反応チャンバ２１内に原料ガスを運ぶためのキャリアガスを流し、反応チャンバ２１内に挿入した原料ガス導入管３７の先端部を円筒状ボート３４内に臨ませて、この原料ガス導入管３７の先端部から原料ガスを円筒状ボート３４内に集中的に流入させるようにしたので、円筒状ボート３４内の球状Ｓｉ結晶の近くで原料ガスの熱分解を集中的に発生させて、その熱分解により生じたＳｉを球状Ｓｉ結晶の表面に効率良くエピタキシャル成長させることができる利点がある。
【００５３】
しかしながら、本発明は、原料ガスとキャリアガスとを混合させたガスを反応チャンバ２１内に導入するようにしても良く、この場合でも、球状Ｓｉ結晶の表面にＳｉをエピタキシャル成長させることができる。
【００５４】
その他、本発明は、図１乃至図８に図示した構成に限定されず、例えば、各チャンバ２１，５９のシール構造を変更したり、回転駆動系の構成を変更したり、反応チャンバ２１内に導入する各ガスの組成を変更しても良い等、種々変更して実施できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における回転型熱ＣＶＤ装置の主要部の構成を模式的に示す縦断面図
【図２】回転型熱ＣＶＤ装置全体の縦断面図
【図３】反応チャンバの回転駆動手段の構成を示す平面図
【図４】反応チャンバの右端部の支持構造を示す縦断面図
【図５】原料ガス導入管の支持構造を示す縦断面図
【図６】ボート出し入れ用チャンバとゲートバルブ周辺部分の構成を示す縦断面図
【図７】反応チャンバの左端部の支持構造を示す縦断面図
【図８】反応チャンバ内への円筒状ボートの出し入れ方法を説明する縦断面図
【図９】従来の球状半導体素子製造装置の構成を示す縦断面図
【符号の説明】
２１…反応チャンバ、２２，２３…支持金具、２４，２５…放熱フィン、２６，２７…プーリ、３３…電気炉（ヒータ）、３４…円筒状ボート、３７…原料ガス導入管、３８…管ホルダ、４２…挿通孔、４９…シールリング部材、５０…真空引き用の接続口、５１…真空引き通路、５２…キャリアガス通路、５３…キャリアガス導入用の接続口、５４…シールリング部材、５５…真空引き用の接続口、５７…排気口、５８…ゲートバルブ、５９…ボート出し入れ用チャンバ、６０…開口部、６１…蓋、６２…排気口、６３…不活性ガス導入用の接続口、６４…出し入れ棒、６６…引掛爪部、６７…係止凹部、６８…駆動軸、６９〜７１…プーリ、７２…モータ、７３…プーリ、７４〜７６…ベルト。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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