(57)【要約】【課題】被加熱対象物を集中的に加熱することが可能で、且つ部分的なヒータ素材の劣化を緩和できるヒータを備えた半導体結晶成長装置を提供する。【解決手段】半導体結晶成長装置の筒状のヒータ１において、その上部１２より発熱中心部１３へ向けて拡径しながら厚みが減少し、発熱中心部１３より下部１４へ向けては縮径しながら厚みが増大する構造とし、このヒータ１の中央部に被加熱対象物５を設置し、ヒータ１の上部電極１１、下部電極１５よりヒータ電流を通電する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状ヒータの内側に被加熱対象物を設け、前記筒状ヒータの発熱中心部の厚みを他部の厚みより薄くして抵抗値を増大させることにより、被加熱対象物へ熱を集中させるようにした半導体結晶成長装置において、
前記筒状ヒータの発熱中心部を、他部の厚みよりも薄くしたまま、ヒータ電流が流れる断面積を増加させるために、他部よりも拡径したことを特徴とする半導体結晶成長装置。
【請求項２】
前記発熱中心部を拡径したヒータの抵抗値を、発熱中心部を拡径しない場合のヒータの抵抗値と略同じにした請求項１に記載の半導体結晶成長装置。
【請求項３】
ＬＥＣ法に用いることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体結晶成長装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体結晶原料を加熱して融解させた後、その原料融液より半導体結晶を成長させる半導体結晶成長装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体結晶の製造方法として、半導体結晶原料を加熱して融解させた後、その原料融液より半導体結晶を成長させる、各種のブリッジマン法や、チョクラルスキー法がある。これらの方法にて、半導体結晶を成長させる半導体結晶成長装置は、いずれも所望の半導体結晶原料を融解用容器に収納し、これをヒ−タにて加熱した後、融解させている。
【０００３】
例えば、チョクラルスキー法の一種である液体封止チョクラルスキー法（以下、ＬＥＣ法と記載する。）においては、前記融解用容器としてルツボを用い、ここへ半導体結晶原料と、この原料と化学反応を起こさない封止材原料とを充填し、この原料の充填されたルツボを被加熱対象物として不活性ガス雰囲気下で加熱し、前記半導体結晶原料および封止材原料を融解させた後、予め準備した種結晶を半導体結晶の原料融液へ接触させてから引き上げることで、所望の半導体結晶を製造する方法である。
【０００４】
このＬＥＣ法において高品質な結晶を得るためには、半導体結晶引き上げの際、引き上げられる半導体結晶と半導体結晶原料融液との界面制御が肝要である。そこで半導体結晶成長装置においては、半導体結晶原料融液および封止材の温度プロファイル制御、ルツボの回転制御を始め、様々な工程要素の制御が行われる。
【０００５】
この温度プロファイル制御のため、被加熱対象物を集中的に加熱することが求められるのだが、そのときのヒータの構造例を図３、４により説明する。
【０００６】
図３は従来の技術に係るＬＥＣ法用半導体結晶成長装置例におけるヒータおよび被加熱対象物の断面図、図４は図３に示すヒータの上部であるＡ’−Ａ’断面、発熱中心部であるＢ’−Ｂ’断面、および下部であるＣ’−Ｃ’断面の斜視図である。
【０００７】
図３において、筒状のヒータ２の中央部には被加熱対象物５が設置されており、ヒータ２の最上部および最下部には、各々上部電極２１、下部電極２５が設けられヒータ電流が通電される。さらにヒータ２は、その上部２２より発熱中心部２３へ向けて厚みが減少してゆき、発熱中心部２３より下部２４へ向けては厚みが増大してゆく。
【０００８】
このヒータ２の構造について、図４を用いさらに説明する。
【０００９】
図４において、ヒータの上部２２の横断面Ｈ２２は、厚みｄ２２、横断面々積Ｓ２２、電気抵抗値Ｒ２２を有し、発熱中心部２３の横断面Ｈ２３は、厚みｄ２３、横断面々積Ｓ２３、電気抵抗値Ｒ２３を有し、下部の横断面Ｈ２４は、厚みｄ２４、横断面々積Ｓ２４、電気抵抗値Ｒ２４を有している。そして、ヒータ２の構造は、ｄ２２＝ｄ２４＞ｄ２３となっていることよりＲ２２＝Ｒ２４＜Ｒ２３およびＳ２２＝Ｓ２４＞Ｓ２３となっている。
【００１０】
ここで図３に戻り、上部電極２１と下部電極２５との間にヒータ電流を流したとき、ヒータの上部２２の発熱をＱ２２、発熱中心部２３の発熱をＱ２３、下部２４の発熱をＱ２４とすると、上述したＲ２２＝Ｒ２４＜Ｒ２３より、Ｑ２２＝Ｑ２４＜Ｑ２３となり、発熱中心部２３付近が最も発熱することより、被加熱対象物５が集中的に加熱されることとなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、被加熱対象物を集中的に加熱するため、上述した従来例のように、ヒータの電気抵抗値を制御して部分的に高い所を設け、その部分の発熱量を上昇させて被加熱対象物を集中的に加熱することを継続していると、その電気抵抗値の高い部分におけるヒータ素材の劣化が促進されてしまい、ヒータ全体としてはそれ程劣化していないのに、補修が必要な事態を招いてしまう。
【００１２】
特に、ＬＥＣ法を始めとする半導体結晶成長装置の場合、ヒータに、耐熱性、低汚染性が求められるためグラファイト製ヒータが多用されるが、グラファイト製ヒータは、一体構造を有しているため劣化部分のみの部分的な交換は困難で、たとえ一部の劣化であってもヒータ全体の交換が必要である。
【００１３】
さらに、上述した例のように、ヒータの発熱中心部の劣化は速く、上部と下部との劣化は遅いといった具合に、ヒータ部分毎の劣化の進行状況がバラバラに進行するため、少しでも劣化が進行すると、被加熱対象物への加熱バランスが崩れてくる。これを回避するためには、製造ロット毎にヒータ部分毎における素材の劣化状況を確認する必要もあった。
【００１４】
本発明は、上述の背景のもとでなされたものであり、被加熱対象物を集中的に加熱することが可能で、且つ部分的なヒータ素材の劣化を緩和できるヒータを備えた半導体結晶成長装置を提供する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための第１の手段は、筒状ヒータの内側に被加熱対象物を設け、前記筒状ヒータの発熱中心部の厚みを他部の厚みより薄くして抵抗値を増大させることにより、被加熱対象物へ熱を集中させるようにした半導体結晶成長装置において、
前記筒状ヒータの発熱中心部を、他部の厚みよりも薄くしたまま、ヒータ電流が流れる断面積を増加させるために、他部よりも拡径したことを特徴とする半導体結晶成長装置である。
【００１６】
この構成を採ることによりヒータの発熱中心部の横断面々積が増加するので、発熱中心部の厚みが、ヒータの上部や下部よりも薄くなっていても、これら上部や下部に較べて発熱中心部に発熱が集中することは緩和される。しかも、発熱中心部の横断面々積の増加により、発熱中心部において被加熱対象物に対向する輻射面積が増加するので、被加熱対象物への発熱集中は維持される。
【００１７】
第２の手段は、前記発熱中心部を拡径したヒータの抵抗値を、発熱中心部を拡径しない場合のヒータの抵抗値と略同じにした第１の手段に記載の半導体結晶成長装置である。
【００１８】
この構成を採ることによりヒータの抵抗値は略同じとなるので、ヒータに加える電力量が同じ、すなわち入熱量が同じであれば、発熱中心部を拡径しないヒータと較べて同じ程度の輻射熱量を被加熱対象物へ与えることができる。
【００１９】
第３の手段は、ＬＥＣ法に用いることを特徴とする第１または第２の手段に記載の半導体結晶成長装置である。
【００２０】
ＬＥＣ法に用いられる半導体結晶成長装置においては、融解した原料、封止剤およびそれらを収納する容器という被加熱対象物へ、集中的、且つ安定的に発熱を供給することが求められるが、上記、第１または第２の手段に記載した半導体結晶成長装置は、この要求に応えることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明に係る半導体結晶成長装置について説明する。
【００２２】
図１は、本発明に係るＬＥＣ法用半導体結晶成長装置例におけるヒータおよび被加熱対象物の断面図、図２は図１に示すヒータの上部であるＡ−Ａ断面、発熱中心部であるＢ−Ｂ断面、および下部であるＣ−Ｃ断面の斜視図である。図５は本発明を説明するため、図１と図３とを重ねて描いた図である。
【００２３】
尚、本実施の形態の説明において、内容を簡明化するため、本発明に係るヒータ１および従来の技術に係るヒータ２において、通電電力、ヒータの高さ方向のサイズ、およびヒータ全体としての電気抵抗値が等しい場合を例として説明する。
【００２４】
図１において、筒状のヒータ１の中央部には被加熱対象物５が設置されており、ヒータ１の最上部および最下部には、各々上部電極１１、下部電極１５が設けられヒータ電流が通電される。さらにヒータ１は、その上部１２より発熱中心部１３へ向けて拡径しながら厚みが減少してゆき、発熱中心部１３より下部１４へ向けては縮径しながら厚みが増大してゆく。
【００２５】
図２において、ヒータの上部１２の横断面Ｈ１２は厚みｄ１２、横断面々積Ｓ１２、電気抵抗値Ｒ１２を有し、発熱中心部１３の横断面Ｈ１３は厚みｄ１３、横断面々積Ｓ１３、電気抵抗値Ｒ１３を有し、下部の横断面Ｈ１４は厚みｄ１４、横断面々積Ｓ１４、電気抵抗値Ｒ１４を有している。
【００２６】
ヒータ１の構造は、ｄ１２＝ｄ１４＞ｄ１３となっていることよりＲ１２＝Ｒ１４＜Ｒ１３となるが、発熱中心部１３へ向けて拡径していることよりＳ１２＝Ｓ１４＜Ｓ１３となる。
【００２７】
ここで図１に戻り、上部電極１１と下部電極１５との間にヒータ電流を流したとき、ヒータの上部１２の発熱Ｑ１２、発熱中心部１３の発熱をＱ１３、下部１４の発熱をＱ１４とすると、上述したＲ１２＝Ｒ１４＜Ｒ１３より、Ｑ１２＝Ｑ１４＜Ｑ１３となり、発熱中心部１３付近が最も発熱し、被加熱対象物５が集中的に加熱されることとなる。
【００２８】
次に、図５を用いてヒータ１、２の発熱量を比較してみる。
【００２９】
図５において、本発明に係るヒータ１は実線で示し、従来の技術に係るヒータ２は一点鎖線で示し、被加熱対象物５はヒータの中央部に設置されている。そして、ヒータ１の発熱中心部１３における厚みｄ１３を、ヒータ２の発熱中心部２３における厚みｄ２３と略同じとする構成を採っている。
【００３０】
この構成を採ると、両ヒータの発熱中心部の電気抵抗値Ｒ１３とＲ２３とは略同じとなり、両ヒータに加えられる電力量が同じ、すなわち入熱量が同じであることから、両ヒータとも同じ程度の輻射熱量を被加熱対象物へ与えることとなり、装置設計、装置改造等の観点より好ましいからである。
【００３１】
この結果、ヒータ１、２はヒータ全体として同量の熱量を発生することとなり、さらに、ヒータの発熱中心部１３、２３においても、ｄ１３＝ｄ２３よりＲ１３＝Ｒ２３となり、Ｑ１３＝Ｑ２３となる結果、被加熱対象物５は、本発明においても従来の技術と同量の熱輻射を受ける。
【００３２】
ここで、ヒータ素材の劣化速度を比較する観点より、ヒータ１、２における両ヒータの単位面積当たりの発熱量（Ｑ／Ｓ）を比較してみる。
【００３３】
すると両ヒータの発熱中心部１３、２３において、Ｑ１３＝Ｑ２３およびＳ１３＞Ｓ２３より、（Ｑ１３／Ｓ１３）＜（Ｑ２３／Ｓ２３）となり、ヒータ１の方がヒータ２よりヒータの単位面積当たりの発熱量が小さく、ヒータ素材に対する負担が少ないことが判明した。この結果ヒータを経時的に使用した場合、ヒータ１の方がヒータ２より、ヒータ素材の劣化速度をより遅くすることができる。
【００３４】
尤も、本発明においてはヒータ１が拡径している分、被加熱対象物５が受け取る熱量が減少するとも考えられる。
【００３５】
しかし図５において、被加熱対象物５に対向するヒータ１の対向部分１６（図中、太実線で示した）は、ヒータ２の対向部分２６（図中、太一点鎖線で示した）の面積より広いので、拡径の割合を適宜設定することにより被加熱対象物５が受け取る熱量を略等量とすることができる。
【００３６】
さらにヒータ１は、滑らかに拡径しているので装置内の雰囲気の対流を殆ど乱さず、この点からも、被加熱対象物５に対する集中的な加熱を始めとする温度プロファイルの崩れは発生しない。
【００３７】
加えて、ヒータ１の拡径は、ヒータの素材としてカーボンのような脆い素材を用いる場合でも容易に実施可能である。
【００３８】
以上、ＬＥＣ法を例として、被加熱対象物であるルツボに対向するヒータの表面積を拡大することで、前記融解用の容器における所望の箇所を集中的に加熱する構成を有する半導体結晶成長装置について説明したが、当該構成はＬＥＣ法に限られず、他のチョクラルスキー法およびブリッジマン法においても同様に適用することが可能である。
【００３９】
【発明の効果】
ヒータの発熱中心部を、他部の厚みよりも薄くしたまま、ヒータ電流が流れる断面積を増加させるために、他部よりも拡径したことにより、ヒータの発熱中心部の横断面々積が増加するので、発熱中心部の厚みが、ヒータの上部や下部よりも薄くなっていても、これら上部や下部に較べて発熱中心部に発熱が集中することは緩和され、且つ発熱中心部の横断面々積の増加により、発熱中心部において被加熱対象物に対向する輻射面積が増加するので、被加熱対象物への発熱集中を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る半導体結晶成長装置の模式的な断面図である。
【図２】本発明の実施例に係る半導体結晶成長装置のヒータ横断面の斜視図である。
【図３】従来の技術に係る半導体結晶成長装置の模式的な断面図である。
【図４】従来の技術に係る半導体結晶成長装置のヒータ横断面の斜視図である。
【図５】図１および図３を重ね合わせた図である。
【符号の説明】
１　（本発明の実施例に係る）ヒータ
５　被加熱対象物
１１　上部電極
１２　ヒータの上部
１３　ヒータの発熱中心部
１４　ヒータの下部
１５　下部電極
ｄ１２　ヒータの上部におけるヒータの厚み
ｄ１３　ヒータの発熱中心部におけるヒータの厚み
ｄ１４　ヒータの下部におけるヒータの厚み
Ｈ１２　ヒータの上部の横断面
Ｈ１３　ヒータの発熱中心部の横断面
Ｈ１４　ヒータの下部の横断面
【図１】
2004018320.tif 000003
【図２】
2004018320.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004018320.tif 000006
【図５】
2004018320.tif 000007