(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の単結晶半導体を同時にＥＦＧ法（Edge-defined Film-fed Growth Method）によって製造する場合に、単結晶半導体にクラックや割れが生じるのを有効に低減する単結晶育成装置の提供。【解決手段】半導体原料が充填される坩堝１と、坩堝１を加熱して半導体原料を溶融させるための加熱手段と、上下方向に延びる複数のスリットを有するとともに複数のスリットのそれぞれの下側開口が半導体原料の融液２に浸漬される金型３と、上下方向に昇降可能であるとともに上下方向に垂直な平面上において互いに間隔をあけて延びる複数の枝部４を有しており、複数のスリットのそれぞれの上側開口に対応するように複数の枝部４のそれぞれに種結晶が保持されるホルダ６と、昇降する複数の枝部４の通過領域同士の間に配置された保温部材７、８とを具備する単結晶育成装置１０。【選択図】図１
2016047792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体原料が充填される坩堝と、
該坩堝を加熱して前記半導体原料を溶融させるための加熱手段と、
上下方向に延びる複数のスリットを有するとともに前記複数のスリットのそれぞれの下側開口が前記半導体原料の融液に浸漬される金型と、
前記上下方向に昇降可能であるとともに前記上下方向に垂直な平面上において互いに間隔をあけて延びる複数の枝部を有しており、前記複数のスリットのそれぞれの上側開口に対応するように前記複数の枝部のぞれぞれに種結晶が保持されるホルダと、
昇降する前記複数の枝部の通過領域同士の間に配置された保温部材と
を具備する単結晶育成装置。
【請求項２】
前記ホルダは、それぞれの前記枝部に対して複数の前記種結晶が間隔をあけて保持される、請求項１に記載の単結晶育成装置。
【請求項３】
前記保温部材は、複数の板状体が前記上下方向に互いに間隔をあけて配置されて成る、請求項１または２に記載の単結晶育成装置。
【請求項４】
半導体原料が充填される坩堝と、
該坩堝を加熱して前記半導体原料を溶融させるための加熱手段と、
上下方向に延びる複数のスリットを有するとともに前記複数のスリットのそれぞれの下側開口が前記半導体原料の融液に浸漬される金型と、
前記上下方向に昇降可能であるとともに前記上下方向に垂直な平面上において環状に延びる環状部を有しており、前記複数のスリットのそれぞれの上側開口に対応するように前記環状部に複数の種結晶が保持されるホルダと、
昇降する前記環状部の通過領域の内側に配置された第１保温部材と、
前記通過領域の外側において前記通過領域を取り囲むように配置された第２保温部材と
を具備する単結晶育成装置。
【請求項５】
前記第１保温部材および前記第２保温部材は、複数の板状体が前記上下方向に互いに間隔をあけて配置されて成る、請求項４に記載の単結晶育成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶を製造するための単結晶育成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種電子部品において、サファイアや酸化ガリウム等の単結晶半導体が用いられている。このような単結晶半導体の製造方法として、ＥＦＧ法（“EFG法”（Edge-defined Film-fed Growth Method）がある。
【０００３】
ＥＦＧ法は、坩堝内の半導体原料融液にスリットを有する金型を立設させ、毛細管現象によりスリット内を上昇した半導体原料融液に種結晶を接触させた後、この種結晶を引き上げることによって単結晶半導体を得ることができる（特許文献１参照）。
【０００４】
単結晶半導体を量産性良く作製するために、特許文献１では複数の単結晶半導体を同時に製造する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２３７５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＥＦＧ法を用いて単結晶半導体を製造する場合、単結晶半導体が金型から引き上げられた後、金型から離れるにつれて単結晶半導体が急激に冷却されることによって、単結晶半導体にクラックや割れが発生する場合がある。
【０００７】
このような単結晶半導体の急激な温度変化を低減するための方法として、引き上げられた単結晶の周囲に熱を反射する金属等から成る反射板を設置することによって、引き上げられた単結晶半導体を保温する方法がある。
【０００８】
しかしながら、複数の単結晶半導体を同時にＥＦＧ法によって製造する場合、複数の単結晶半導体全体の周囲に設けた反射板だけでは、すべての単結晶半導体に対して同条件で保温することが困難であり、一部の単結晶半導体にクラックは割れが生じやすくなる。
【０００９】
本発明の一つの目的は、複数の単結晶半導体を同時にＥＦＧ法によって製造する場合に、単結晶半導体にクラックや割れが生じるのを有効に低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様に係る単結晶育成装置は、半導体原料が充填される坩堝と、該坩堝を加熱して前記半導体原料を溶融させるための加熱手段と、上下方向に延びる複数のスリットを有するとともに前記複数のスリットのそれぞれの下側開口が前記半導体原料の融液に浸漬される金型と、前記上下方向に昇降可能であるとともに前記上下方向に垂直な平面上において互いに間隔をあけて延びる複数の枝部を有しており、前記複数のスリットのそれぞれの上側開口に対応するように前記複数の枝部のぞれぞれに種結晶が保持されるホルダと、昇降する前記複数の枝部の通過領域同士の間に配置された保温部材とを具備する。
【００１１】
本発明の他の態様に係る単結晶育成装置は、半導体原料が充填される坩堝と、該坩堝を加熱して前記半導体原料を溶融させるための加熱手段と、上下方向に延びる複数のスリッ
トを有するとともに前記複数のスリットのそれぞれの下側開口が前記半導体原料の融液に浸漬される金型と、前記上下方向に昇降可能であるとともに前記上下方向に垂直な平面上において環状に延びる環状部を有しており、前記複数のスリットのそれぞれの上側開口に対応するように前記環状部に複数の種結晶が保持されるホルダと、昇降する前記環状部の通過領域の内側に配置された第１保温部材と、前記通過領域の外側において前記通過領域を取り囲むように配置された第２保温部材とを具備する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の各態様によれば、複数の単結晶半導体を同時にＥＦＧ法によって製造する場合に、単結晶半導体にクラックや割れが生じるのを有効に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態の単結晶育成装置を示す斜視図である。
【図２】図１の単結晶育成装置の断面図である。
【図３】第２実施形態の単結晶育成装置を示す斜視図である。
【図４】図３の単結晶育成装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明の各種実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
＜第１実施形態の単結晶育成装置＞
図１は、第１実施形態の単結晶育成装置１０を示す斜視図であり、図２はその断面図である。単結晶育成装置１０は、坩堝１と、加熱手段９と、金型３と、ホルダ６と、保温部材７、８とを具備している。なお、これらの坩堝１と、加熱手段９と、金型３と、ホルダ６と、保温部材７、８とは、育成室（図示せず）内に収容されており、育成室内が不活性ガス（例えば、アルゴンガス）等の所望のガスで満たされている。
【００１６】
坩堝１はイリジウム（Ｉｒ）やモリブデン（Ｍｏ）等からなる。坩堝１は、例えば側壁の断面が円環状の容器体である。この坩堝１には、単結晶半導体の原料粉末が充填される。単結晶半導体の原料としては、酸化アルミニウムや酸化ガリウム等が用いられる。坩堝１が加熱手段９によって加熱されることによって、この単結晶半導体の原料が溶融されてなる融液（以下、原料融液という）２が坩堝１内に貯留される。
【００１７】
加熱手段９は、例えば銅等からなる誘導コイルが用いられる。誘導コイルは坩堝１の周囲に配置されている。誘導コイルには高周波電圧が印加されて高周波電流が流れる。誘導コイルに高周波電流が流れると、誘導コイルによって囲まれた坩堝１の付近を中心に時間変動する磁界（以降、時間変動磁界ともいう）が生じ、この時間変動磁界に起因して坩堝１の表面に渦電流が発生して坩堝１が発熱する。
【００１８】
金型３は、上下方向（原料融液２の液面に対して垂直な方向）に延びるスリットを有している。図１および図２のスリットは、円環状の構造の例を示しているが、これに限定されず、帯状や矩形状、円形状等であってもよい。この金型３には上記スリットが複数個配置されている。図１および図２では、スリットを有する部材が複数個配置されている例を示しているが、これらは支持部材（図示しない）等で互いに固定されており、これらの部材が一体となって金型３を構成している。
【００１９】
金型３の下面にはスリットの下側開口を有しており、このスリットの下側開口が原料融液２に浸漬されることによって、原料融液２が毛細管現象でスリット内を這いあがり、金型３の上面に位置するスリットの上側開口へ原料融液２が到達する。
【００２０】
ホルダ６は、種結晶を保持するためのものであり、上下方向に昇降可能となっている。ホルダ６は、図１および図２に示すように、支持軸５と複数の枝部４とを有している。枝部４および支持軸５の材質としては、例えばジルコニア（ＺｒＯ２）やグラファイト等が用いられる。
【００２１】
複数の枝部４は、上記上下方向に垂直な平面（原料融液２の液面に平行な平面）上において互いに間隔をあけて延びている。図１および図２では、複数の枝部４が支持軸５から互いに間隔をあけて放射状に延びている例を示しているが、これに限定されず、互いに平行に延びていてもよい。
【００２２】
支持軸５は、上記複数の枝部４を保持しており、これら複数の枝部４と一体となって上下方向に昇降する。支持軸５および枝部４を有するホルダ６を昇降可能にする手段としては、モーター等の動力源（図示せず）と、この動力源によって駆動して支持軸５を上下方向に移動させる駆動機構部（図示せず）とが用いられる。
【００２３】
複数の枝部４は、上記金型３の複数のスリットのそれぞれの上側開口に対応するように配置されており、スリットの上側開口に対応する位置に種結晶が保持される。種結晶は、育成しようとする単結晶半導体の高純度単結晶体が用いられる。
【００２４】
枝部４に保持された種結晶は、金型３のスリットの上側開口部に到達した原料融液２に接触される。そして、ホルダ６が上方に移動することにより、種結晶を起点に単結晶半導体Ｃが上方に引き上げられるように成長する。図１および図２の金型３では、円環状のスリットが用いられており、このスリットの形状に応じたチューブ状やロッド状、リボン状等の各種形状（図１および図２の例ではチューブ状形状）の単結晶半導体Ｃが得られる。
【００２５】
保温部材７、８は、引き上げられた単結晶半導体Ｃを保温し、単結晶半導体Ｃが急激に冷却されるのを低減するためのものである。保温部材７、８は、昇降する上記複数の枝部４の通過領域同士の間に位置するように配置されている。つまり、複数の枝部４が保温部材７、８の隙間を通ることによって、保温部材７、８に阻害されることなくホルダ６が昇降可能となる。このような構成によって、保温部材７、８が、同時に引き上げられている複数の単結晶半導体Ｃのそれぞれに対して近接し、さらに、各単結晶半導体を挟み込んだ状態で単結晶半導体Ｃを保温することが可能となる。その結果、複数の単結晶半導体Ｃを同時にＥＦＧ法によって製造した場合でも、単結晶半導体Ｃにクラックや割れが生じるのを有効に低減することが可能となる。
【００２６】
特に、図１および図２に示すように、１つの枝部４に対して複数の種結晶を間隔をあけて保持することによって、量産性を向上するような場合でも、各単結晶半導体Ｃに対して保温を良好に行なうことができる。
【００２７】
保温部材７、８としては、輻射熱を反射する部材または熱を伝えて放射する部材が用いられる。このような部材としては、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）またはモリブデン（Ｍｏ）等の金属が用いられる。クラックや割れの発生を抑制しながら単結晶半導体Ｃを徐々に冷却しやすくするという観点からは、保温部材７、８は、図１および図２に示すように、複数の板状体７ａ〜７ｉ、８ａ〜８ｉが、上下方向に互いに間隔をあけて配置されて成るものであってもよい。
【００２８】
保温部材７、８は坩堝１内の原料融液２または加熱手段９からの輻射熱を反射するか、または輻射熱を伝えて放射するように配置されているが、これに限定されない。例えば、保温部材７、８の周囲に他の加熱手段を設けてもよい。
【００２９】
なお、図１および図２では図示の都合上、保温部材７、８は一部しか記載していないが、単結晶半導体Ｃが引き上げられる領域に沿ってさらに上方側へ保温部材７、８が延在していてもよい。
【００３０】
＜第２実施形態の単結晶育成装置＞
図３は、第２実施形態の単結晶育成装置２０を示す斜視図であり、図４はその断面図である。単結晶育成装置２０は、坩堝２１と、加熱手段２９と、金型２３と、ホルダ２６と、第１保温部材２７と、第２保温部材２８とを具備している。なお、これらの坩堝２１と、加熱手段２９と、金型２３と、ホルダ２６と、第１保温部材２７と、第２保温部材２８とは、育成室（図示せず）内に収容されており、育成室内が不活性ガス（例えば、アルゴンガス）等の所望のガスで満たされている。
【００３１】
坩堝２１、加熱手段２９および金型２３は、第１実施形態の単結晶育成装置１０と同様の構成であり、詳細な説明は省略する。
【００３２】
ホルダ２６は、種結晶を保持するためのものであり、上下方向に昇降可能となっている。ホルダ２６は、図３および図４に示すように、支持軸２５と環状部２４とを有している。環状部２４および支持軸２５の材質としては、例えばジルコニア（ＺｒＯ２）を主成分としたセラミックス等が用いられる。
【００３３】
環状部２４は、上記上下方向に垂直な平面（原料融液２の液面に平行な平面）上において環状に延びた環状体である。図３および図４では、環状部２４が円環状の例を示しているが、これに限定されず、矩形の環状体であってもよい。
【００３４】
支持軸２５は、上記環状部２４を保持しており、環状部２４と一体となって上下方向に昇降する。支持軸２５および環状部２４を有するホルダ２６を昇降可能にする手段としては、モーター等の動力源（図示せず）と、この動力源によって駆動して支持軸２５を上下方向に移動させる駆動機構部（図示せず）とが用いられる。
【００３５】
環状部２４は、上記金型２３の複数のスリットのそれぞれの上側開口に対応するように配置されており、スリットの上側開口に対応する位置に種結晶が保持される。種結晶は、育成しようとする単結晶半導体の高純度単結晶体が用いられる。
【００３６】
環状部２４に保持された種結晶は、金型２３のスリットの上側開口部に到達した原料融液２２に接触される。そして、ホルダ２６が上方に移動することにより、種結晶を起点に単結晶半導体Ｃが上方に引き上げられるように成長する。図３および図４の金型２３では、円環状のスリットが用いられており、このスリットの形状に応じたチューブ状やロッド状、リボン状等の各種形状（図３および図４の例ではチューブ状形状）の単結晶半導体Ｃが得られる。
【００３７】
第１保温部材２７および第２保温部材２８は、引き上げられた単結晶半導体Ｃを保温し、単結晶半導体Ｃが急激に冷却されるのを低減するためのものである。第１保温部材２７は、昇降する上記環状部２４の通過領域の内側に位置するように配置されている。また、第２保温部材２８は、昇降する環状部２４の通過領域の外側において、この通過領域を取り囲むように配置されている。つまり、環状部２４が第１保温部材２７と第２保温部材２８との隙間を通ることによって、第１保温部材２７および第２保温部材２８に阻害されることなくホルダ２６が昇降可能となる。このような構成によって、第１保温部材２７および第２保温部材２８が、同時に引き上げられている複数の単結晶半導体Ｃのそれぞれに対して近接し、さらに、各単結晶半導体を挟み込んだ状態で単結晶半導体Ｃを保温することが可能となる。その結果、複数の単結晶半導体Ｃを同時にＥＦＧ法によって製造した場合でも、単結晶半導体Ｃにクラックや割れが生じるのを有効に低減することが可能となる。
【００３８】
なお、図３において、第２保温部材２８は環状部２４を取り囲む環状体である例を示しているが、内部の構造を見やすくするため、第２保温部材２８の一部を省略している。また、第２保温部材２８は環状体に限定されず、複数の第２保温部材２８が互いに間隔をあけて環状部２４を取り囲むように配置されたものであってもよい。
【００３９】
第１保温部材２７および第２保温部材２８としては、輻射熱を反射する部材または熱を伝えて放射する部材が用いられる。このような部材としては、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）またはモリブデン（Ｍｏ）等の金属が用いられる。クラックや割れの発生を抑制しながら単結晶半導体Ｃを徐々に冷却しやすくするという観点からは、第１保温部材２７および第２保温部材２８は、図３および図４に示すように、それぞれ複数の板状体２７ａ〜２７ｈおよび複数の板状体２８ａ〜２８ｈが、上下方向に互いに間隔をあけて配置されて成るものであってもよい。
【００４０】
第１保温部材２７および第２保温部材２８は坩堝２１内の原料融液２２または加熱手段２９からの輻射熱を反射するか、または輻射熱を伝えて放射するように配置されているが、これに限定されない。例えば、第２保温部材２８の周囲に他の加熱手段を設けてもよい。
【００４１】
なお、図３および図４では図示の都合上、第１保温部材２７および第２保温部材２８は一部しか記載していないが、単結晶半導体Ｃが引き上げられる領域に沿ってさらに上方側へ第１保温部材２７および第２保温部材２８が延在していてもよい。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の各種実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において各種の改良および変更を行なってもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００４３】
１０、２０：単結晶育成装置
１、２１：坩堝
２、２２：原料融液
３、２３：金型
４：枝部
２４：環状部
６、２６：ホルダ
７、８：保温部材
２７：第１保温部材
２８：第２保温部材
【図１】
2016047792.tif 000003
【図２】
2016047792.tif 000004
【図３】
2016047792.tif 000005
【図４】
2016047792.tif 000006