(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種結晶取付部材と、この種結晶取付部材から膨出して形成され、半導体原料塊に設けられた支持溝に係合する支持部とを有し、半導体原料塊の溶融中に、この溶融により、前記支持溝に連設された分割溝から半導体原料塊が分割され、前記支持部による半導体原料塊の支持が解除されて、半導体原料塊を容器内に落下、溶融させ、かつ前記種結晶取付部材に取付けられた種結晶を露出させるような構成にしたことを特徴とする半導体原料塊支持治具。
【請求項２】
上記支持部は、種結晶取付部材に着脱自在に取着され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】
上記支持部の取着は、螺着により行われる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】
上記支持部は、種結晶取付部材に着脱自在に取着される支持部本体と、この支持部本体に着脱自在に取着され、半導体原料塊に設けられた係合部と係合し、かつ、半導体原料塊と同一材質で形成された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】
上面部を横断するように設けられ、半導体原料塊支持治具の種結晶取付部材が貫通する貫通溝と、この貫通溝に連設され、前記種結晶取付部材から膨出して形成された支持部が係合するように収納される支持溝と、この支持溝に連設され、種結晶が収納される収納孔と、前記支持溝に連設され、前記種結晶の先端位置よりも深く切込まれた溶融時分割用の分割溝とを有することを特徴とする半導体原料塊。
【請求項６】
上記収納孔は、分割溝上に形成されることを特徴とする請求項５に記載の半導体原料塊。
【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、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により、請求項５に記載の半導体原料塊を支持する工程と、半導体原料塊を溶融させる途中でこの溶融に因り、支持溝に連設された分割溝により半導体原料塊を分割し、支持部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。
【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半導体原料塊ならびにこれを用いた半導体単結晶の製造方法に係わり、特に半導体原料の供給方法、半導体原料塊支持治具および半導体原料塊を改善し、半導体原料塊の溶融が安全に行え、かつ半導体単結晶の製造の生産性向上を図った半導体原料塊支持治具および半導体原料塊ならびにこれを用いた半導体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体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１６に示すように、単結晶製造装置５１の炉部材収納室５２内に設置された石英ルツボ５３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５３の外周に設けられたヒータ５４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５５に取付けられた種結晶（シード結晶となる単結晶）Ｓ０をシリコン融液に浸し、種結晶Ｓ０と石英ルツボ５３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１６に示すように、石英ルツボ５３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５３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５２を使用せねばならず、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１７（ａ）〜（ｆ）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６１をゲートバルブ６２により炉部材収納室６３と単結晶収納部６４に適宜仕切り可能にし、ゲートバルブ６２の開放状態で単結晶引上げ初期に炉部材収納室６３に配置された石英ルツボ６５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６６を、図１７（ａ）ないし（ｃ）に示し、図１８に具体的に示すように、シリコン塊６６に設けられた支持溝６７に取付用ワイヤ６８を巻回し、この取付用ワイヤ６８を引上げ用ワイヤ６９に結びつけ、引上げ用ワイヤ６９に支持し（図１７（ａ））、小塊形状の多結晶シリコンＭ０を溶融させ石英ルツボ６５の約８０％程度までシリコン融液Ｌ０を満たし（図１７（ｂ））、このシリコン融液Ｌ０とは別個に引上げ用ワイヤ６７を降下させて、シリコン融液Ｌ０にシリコン塊６６を接触させて追加溶融させ（図１７（ｃ））、シリコン融液Ｌ０が石英ルツボ６５のほぼ全体に満される。
【０００６】
一方、取付用ワイヤ６８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、引上げ用ワイヤ６７を上昇させ、完全にゲートバルブ６２を閉じ、ゲートバルブ６２により仕切られた単結晶収納部６４内で，図１７（ｃ）に示すようなシリコン塊６６の残部を支持した取付用ワイヤ６８と、種結晶支持手段７０とを交換して取付けし、この種結晶支持手段７０に種結晶Ｓ０が取付けられる（図１７（ｄ））。
【０００７】
しかる後、ゲートバルブ６２を開放し、種結晶Ｓ０を石英ルツボ６５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１７（ｅ））、石英ルツボ６５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１７（ｆ））。
【０００８】
上記の単結晶製造装置６１を用いた半導体単結晶の製造方法によれば、図１６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７１等が付勢された状態で単結晶製造装置６１の稼働中に最低でも１回はゲートバルブ６２を閉じて、炉部材収納室６３と単結晶収納部６４とを分離し、かつ、この単結晶収納部６４を開放して未溶融部の多結晶シリコン塊Ｍ０を支持した取付用ワイヤ６８と種結晶支持手段７０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６６の引上用ワイヤ６８への取付け、および種結晶支持手段７０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６４は大気に曝される。大気に曝された単結晶収納部６４を再度炉部材収納室６３と連通させると、単結晶収納部６４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６２の開閉によるゲートバルブ室６２からの塵埃などの落下も生じる。さらに、取付用ワイヤ６８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１９（ａ）〜（ｅ）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７１をゲートバルブ７２により炉部材収納室７３と単結晶収納部７４に適宜仕切り可能にし、ゲートバルブ７２の開放状態で単結晶Ｉｇ１を引上げて取出し、炉部材収納室７３に配置された石英ルツボ７５に溶融シリコンＬ１を残存させ（図１９（ａ））、次に、ゲートバルブ７２により仕切られた単結晶収納部７４内で種結晶支持手段７６をシリコン塊７７に設けられた支持溝７８に巻回された取付用ワイヤ７９に交換して引上げ用ワイヤ８０に取付け（図１９（ｂ））、この取付用ワイヤ７９に取付けられた多結晶シリコン塊７７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１９（ｃ））。
【００１２】
多結晶シリコン塊７７の溶融によりシリコン融液Ｌ１は石英ルツボ７５のほぼ全体に満され、一方、多結晶シリコン塊７７の未溶融部を支持した取付用ワイヤ７９を上昇させ、ゲートバルブ７２を閉じ、ゲートバルブ７２により仕切られた単結晶収納部７４内で多結晶シリコン塊７７の未溶融部を支持した取付用ワイヤ７９と種結晶支持手段７６とを交換して取付け、この種結晶支持手段７６に種結晶Ｓ１が取付けられる（図１９（ｄ））。
【００１３】
しかる後、ゲートバルブ７２を開放し、種結晶Ｓ１を石英ルツボ７５中で溶融状態の多結晶シリコン７７に接触させて、種結晶Ｓ１に単結晶Ｉｇ１を成長させる（図１９（ｅ））。
【００１４】
しかし、この製造方法でも、ヒータ８１等が付勢された状態で単結晶製造装置７１の稼働中に２回はゲートバルブ７２を閉じて、炉部材収納室７３と単結晶収納部７４とを分離し、かつこの単結晶収納部７４を開放して、種結晶支持手段７６と多結晶シリコン塊７７の未溶融部を支持した取付用ワイヤ７９の交換、および逆に新しいシリコン塊７７が支持された取付用ワイヤ７９と種結晶支持手段７６の交換を行う必要があるため、単結晶収納部７４は２回も大気に曝される。また、取付用ワイヤ７９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７３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】
上記問題点を解決するため、追加チャージ方式、リチャージ方式の半導体単結晶の製造方法において、図２０に示すような半導体原料塊支持治具９１および半導体原料塊１０１を用いることが提案されている。
【００１８】
この半導体原料塊支持治具９１は、タングステンやモリブデン等の金属からなり、その一端に引上げ用ワイヤ９２が取付けられ、他端に種結晶Ｓ０が取付けられる単結晶取付部材９３と、この単結晶取付部材９３から膨出し、断面積が順次増大するような円錐体の一部を有する形状に形成され、半導体原料塊１０１を支持する支持部９４から構成されている。
【００１９】
半導体原料塊支持治具９１に支持される半導体原料塊１０１は、中実円柱形状をなし、その上面部１０２には直径上に沿って、上面部１０２を横断するように設けられ、半導体原料塊支持治具９１の種結晶取付部材９３が貫通する貫通溝１０３が設けられている。さらに、この貫通溝１０３に連設され、種結晶取付部材９１の支持部９４が係合する支持溝１０４と、この支持溝１０４に連設された支持溝１０４および種結晶Ｓ０が収納される幅広Ｕ字形状の幅広溝１０５が半導体原料塊支持治具９１を横断するように形成されている。
【００２０】
従って、図２０および図２１に示すように、半導体原料塊１０１の溶融が進行し、溶融面が幅広溝１０５の下端部１０５ａに達すると、図２１（ｂ）に示すように、半導体原料塊１０１（残部）には自重により幅広溝１０５を拡大する方向に力が働き、支持溝１０４と支持部９４の係合が外れて、原料半導体塊支持治具９１による半導体原料塊１０１の支持が解除され、半導体原料塊１０１（残部）は完全に落下するようになっている。
【００２１】
図２１（ｃ）に示すように露出した種結晶Ｓ０を融液に接触させて、単結晶Ｉｇ０を成長させる。
【００２２】
図２０（ａ）および（ｂ）に示すような半導体原料塊支持治具９１および半導体原料塊１０１を用いることにより、半導体原料塊１０１は全て溶融し、かつ溶融後に種結晶が現れるため、図１８（ａ）〜（ｃ）に示す従来の支持構造のように、種結晶をあらためて取付ける必要がない。
【００２３】
しかし、半導体原料塊１０１の幅広溝１０５は、その幅が広く、また、空間容積が半導体原料塊１０１に対して非常に大きくなるため、機械的構造強度が低下し、半導体原料塊１０１を半導体原料塊支持治具９１で支持する際に、半導体原料塊１０１が破断して落下し、災害を引き起こすおそれがあった。
【００２４】
【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短縮でき、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半導体原料塊ならびにこれを用いた単結晶の製造方法が要望されていた。
【００２５】
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短縮でき、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半導体原料塊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を目的とする。
【００２６】
【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種結晶取付部材と、この種結晶取付部材から膨出して形成され、半導体原料塊に設けられた支持溝に係合する支持部とを有し、半導体原料塊の溶融中に、この溶融により、前記支持溝に連設された分割溝から半導体原料塊が分割され、前記支持部による半導体原料塊の支持が解除されて、半導体原料塊を容器内に落下、溶融させ、かつ前記種結晶取付部材に取付けられた種結晶を露出させるような構成にした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。
【００２７】
本願請求項２の発明では、上記支持部は、種結晶取付部材に着脱自在に取着され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。
【００２８】
本願請求項３の発明では、上記支持部の取着は、螺着により行われる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。
【００２９】
本願請求項４の発明では、上記支持部は、種結晶取付部材に着脱自在に取着される支持部本体と、この支持部本体に着脱自在に取着され、半導体原料塊に設けられた係合部と係合し、かつ、半導体原料塊と同一材質で形成された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。
【００３０】
本願請求項５の発明は、上面部を横断するように設けられ、半導体原料塊支持治具の種結晶取付部材が貫通する貫通溝と、この貫通溝に連設され、前記種結晶取付部材から膨出して形成された支持部が係合するように収納される支持溝と、この支持溝に連設され、種結晶が収納される収納孔と、前記支持溝に連設され、前記種結晶の先端位置よりも深く切込まれた溶融時分割用の分割溝とを有することを特徴とする半導体原料塊であることを要旨としている。
【００３１】
本願請求項６の発明では、上記収納孔は、分割溝上に形成されることを特徴とする請求項５に記載の半導体原料塊であることを要旨としている。
【００３２】
本願請求項７の発明では、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、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により、請求項５に記載の半導体原料塊を支持する工程と、半導体原料塊を溶融させる途中でこの溶融に因り、支持溝に連設された分割溝により半導体原料塊を分割し、支持部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。
【００３３】
【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。
【００３４】
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。
【００３５】
また、単結晶収納部３には昇降自在に設けられた引上げ用ワイヤ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。
【００３６】
半導体原料塊支持治具１０は、図２（ａ）〜）ｃ）に示すように、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、一端に引上げ用ワイヤ９が取付けられ、さらに他端に種結晶（シード結晶となる単結晶）Ｓが取付けられ、中間部に螺子部１１ａが形成された単結晶取付部材１１と、この単結晶取付部材１１から膨出して形成され、半導体原料塊２０を図５に示すように支持する支持部１２とを有している。
【００３７】
支持部１２は、単結晶取付部材１１に着脱自在に取着、例えば螺着されており、さらに、単結晶取付部材１１から膨出するように、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た膨出部１２ａと、この膨出部１２ａに連なる直線部１２ｂとで構成されている。膨出部１２ａと直線部１２ｂは中空形状をなし、直線部１２ｂの内面には単結晶取付部材１１への螺着のための螺溝１２ｃが形成されている。
【００３８】
半導体原料塊支持治具１０により支持され、溶融される半導体原料塊２０は、図４（ａ）〜）ｃ）に示すように、例えば中実円柱形状をなし、上面部２１にはその直径上に沿って上面部２１を横断するように設けられ、半導体原料塊支持治具１０の種結晶取付部材１１が貫通する貫通溝２２が設けられている。さらに、この貫通溝２２に連設され、種結晶取付部材１１の支持部１２が係合するように収納される支持溝２３と、この支持溝２３に連設され、種結晶Ｓが収納される収納孔２４と、支持溝２３に連設された溶融時分割用でスリット状の分割溝２５を有している。この分割溝２５は、図５（ｂ）に示すように、種結晶Ｓの先端位置ｓ１よりも深く切込まれており、溶融時、この分割溝２５から残部の半導体原料塊２０が分割されるようになっている。
【００３９】
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。
【００４０】
次に、半導体原料塊支持治具１０を用いた半導体原料塊２０の支持方法について説明する。
【００４１】
図７（ａ）に示すように、種結晶取付部材１１から分離状態にある支持部１２を、半導体原料塊２０の側面から半導体原料塊支持治具１０の貫通溝２２に支持部１２の直線部１２ｂを挿入し、また、膨出部１２ａを支持溝２３に挿入する。支持部１２の挿入後、スライドさせ、図７（ｂ）〜（ｄ）に示すように、支持部１２を中心部、すなわち収納孔２４の上方に位置させる。
【００４２】
しかる後、図８および図９に示すような状態にある支持部１２に、半導体原料塊２０の上方から種結晶Ｓが取け付けられた種結晶取付部材１１を貫通させて、種結晶Ｓを収納孔２４に収納させ、さらに、種結晶取付部材１１の螺子部１１ａを支持部１２の螺溝１２ｃに螺合させ、半導体原料塊２０を半導体原料塊支持治具１０で支持させる。
【００４３】
次に、本発明に係わる半導体原料塊支持治具、半導体原料塊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。
【００４４】
図１０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の引上げ用ワイヤ９に取付けられた半導体原料塊支持治具１０の単結晶取付部材１１に種結晶Ｓを取付け、しかる後、図５および図６に示すように、上述した取付け方法に従って、半導体原料塊２０を半導体原料塊支持治具１０により支持する。
【００４５】
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２０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１０（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２０を降下てシリコン融液Ｌに接触させ追加溶融させる。この半導体原料塊２０を溶融させる工程において、図１１に示すように、半導体原料塊２０は順次溶融され、分割溝２５底部のＢ−Ｂ線に接近してゆくが、図１２（ａ）に示すように、溶融が分割溝２５に達すると、残部の半導体原料塊２０は、図１２（ｂ）に示すように、自重による重力Ｆにより、半導体原料塊２０は分割溝２５、支持溝２３および貫通溝２２に沿って２個に分割され半導体原料塊支持治具１０と半導体原料塊２０（残部）との係合状態は解除され半導体原料塊２０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２０は全て融液Ｌ中に落下して溶融される。なお、この半導体原料塊２０の溶融過程において、この分割溝２５は、図５（ｂ）に示すように、種結晶Ｓの先端位置ｓ１よりも深く切込まれているので、種結晶Ｓがシリコン融液Ｌに接することはない。
【００４６】
半導体原料塊２０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。
【００４７】
一方、半導体原料塊支持治具１０に取り付けた種結晶Ｓは、半導体原料塊２０が落下したので、収納孔２４に収納されていた種結晶Ｓは、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１０（ｄ））。
【００４８】
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１０（ｅ））。
【００４９】
さらに単結晶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１０（ｆ））。
【００５０】
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２０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２０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、一度に大容量の単結晶Ｉｇを高単結晶化率で引上げることができる。
【００５１】
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。
【００５２】
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２０とを同時に装填する時、および引上げられた単結晶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。原料半導体塊２０は残部を半導体原料塊支持治具１０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。
【００５３】
また、半導体原料塊２０は種結晶Ｓが収納される収納孔２４と分割溝２５を設けることにより、従来のように半導体原料塊の上部にある切欠溝部を幅広にする必要がなく、また、切欠溝部の空間容積を半導体原料塊に比して非常に大きくする必要がないため、半導体原料塊の機械的構造強度を低下させることもなく、半導体原料塊２０を半導体原料塊支持治具１０で支持する際に、半導体原料塊が破断して落下し、災害を引き起こすおそれも解消される。
【００５４】
さらに、半導体原料塊支持治具１０は、支持部１２が種結晶取付部材１１に着脱自在に取着されるので、種結晶Ｓを半導体原料塊２０の上方から挿入することができ、分割溝２５を幅広に形成する必要がなく、半導体原料塊２０を半導体原料塊支持治具１０で支持する際に、半導体原料塊が破断して落下することがない。
【００５５】
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。
【００５６】
図１３（ａ）〜（ｅ）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、リチャージ方式単結晶引上げ装置１ｒを用いて成長した単結晶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１３（ａ））。
【００５７】
次に、単結晶収納部３に設けられたゲートバルブ１５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１０に示したと同様の構造を有し、引上げ用ワイヤ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の単結晶取付部材１１に種結晶Ｓを取付ける。
【００５８】
しかる後、図５および図６に示すように、上述した取付け方法に従って、半導体原料塊２０を半導体原料塊支持治具１０により支持する（図１３（ｂ））。
【００５９】
次に、ゲートバルブ１５を開いて多結晶シリコン塊２０をシリコン融液Ｍに浸して溶融させる（図１３（ｃ））。この半導体原料塊２０を溶融させる工程において、半導体原料塊２０は順次溶融されるが、上述した実施形態と同様に、図１２に示すように、溶融が分割溝２５に達すると残部の半導体原料塊２０は２個に分割され、石英ガラスルツボ６内に落下し溶融される。半導体原料塊２０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。
【００６０】
一方、半導体原料塊支持治具１０に取付けた種結晶Ｓは、半導体原料塊２０が落下したので、収納孔２４に収納されていた種結晶Ｓは、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１３（ｄ））。
【００６１】
しかる後、単結晶引上げ装置１ｒ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１３（ｅ））。
【００６２】
さらに単結晶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が残存する（図１３（ａ））。
【００６３】
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２０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２０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、一度に大容量の単結晶Ｉｇを高単結晶化率で引上げることができる。
【００６４】
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２０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、種結晶支持治具と原料半導体塊支持治具との交換はなく、単結晶収納部３を開放は１回で済む。従って、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。
【００６５】
次に、半導体原料塊支持治具の変形例について説明する。
【００６６】
図１４に示すように、半導体原料塊支持治具３０は、一端に引上げ用ワイヤ９が取付けられ、さらに、他端に種結晶Ｓが取付けられ、中間部にリング形状の突状３１ａが形成された単結晶取付部材３１と、この単結晶取付部材３１に着脱自在に螺着される支持部３２と、この支持部３２を単結晶取付部材３１に螺着する取付リング３３を有する。支持部３２は、膨出部３２ａと、この膨出部３２ａに連なる直線部３２ｂとで構成され、膨出部３２ａと直線部３２ｂは中空形状をなし、直線部３２ｂの外面には単結晶取付部材３１への螺着のための螺子部３２ｃが形成され、また、取付リング３３の内面には、螺子部３２ｃと螺合する螺溝３３ａが形成されている。
【００６７】
従って、半導体原料塊支持治具３０を用いた半導体原料塊２０の支持方法は、次のような方法で行われる。
【００６８】
図１４（ａ）に示すように、取付リング３３を単結晶取付部材３１に外嵌し、図１４（ｂ）に示し、かつ、上述した図７に基づく取付け方法のように、半導体原料塊（図示せず）の側面から支持部の直線部３２ｂを貫通溝に挿入し、さらに膨出部３２ａを支持溝に挿入し、支持部３２の挿入後、スライドさせ、支持部１２を収納孔の上方に位置させる。
【００６９】
しかる後、半導体原料塊の上方から種結晶Ｓが取付けられた種結晶取付部材３１を貫通させて、種結晶Ｓを収納孔２４に収納させ、さらに、取付リング３３の螺溝３３ａを回転させ、支持部３２の螺子部３２ｃに螺合する。この螺合により、取付リング３３は突状３１ａにより固定され、半導体原料塊は、支持部３２の膨出部３２ａを介して、半導体原料塊支持治具３０により支持される。この半導体原料塊支持治具３０を用いた半導体原料塊の支持過程において、取付リング３３を回転させるだけで、容易に支持部３２を単結晶取付部材３１に螺着することができる。
【００７０】
さらに、支持部の変形例について説明する。
【００７１】
本支持部の変形例は、図３に示すような支持部を分割したものである。
【００７２】
例えば、図１５に示すように、支持部４０は、膨出部４０ａと、この膨出部４０ａに連なる直線部４０ｂとで構成され、さらに、膨出部４０ａと直線部４０ｂは中空形状をなし、直線部４０ｂの内面には単結晶取付部材（図示せず）へ螺着するための螺溝４０ｃが形成されている。また、膨出部４０ａは、２分割され、半導体原料塊の支持溝と当接する当接部４０ｄは、ほぼ截頭半球体のリング形状をなしており、直線部４０ｂに離間自在に外嵌されている。
【００７３】
膨出部４０ａの当接部４０ｄは、好ましくは、半導体原料塊と同一元素または同一化合物製であり、このような材質を用いることにより、半導体原料塊ないし溶融の汚染を防止することができ、さらに、半導体単結晶の製造工程終了毎に行う汚染除去のための化学エッチングは、当接部４０ｄのみに施せばよく、その結果、当接部４０ｄの形状が化学エッチングにより肉薄になり、半導体原料塊に対する支持信頼性が低下した場合には、当接部４０ｄのみを交換すればよいので、経済的である。
【００７４】
【実施例】
（１）試験方法
直径１４０ｍｍ、重量２７ｋｇ、長さ約８６０ｍｍの棒状多結晶原料を本発明に係わるような形状に加工した半導体原料塊を用い、本発明に係わる半導体原料塊支持治具を使用して多結晶原料の溶融作業を行い（実施例）、図１８に示すような従来例を用いた場合と比較した。
【００７５】
（２）試験結果
実施例は、棒状多結晶原料の溶融を全て溶融できることがわかった。また、棒状多結晶原料の溶融完了後、半導体原料塊支持治具に取り付けておいた種結晶は完全に露出し、直ちに単結晶引上げ工程に移行できることがわかった。
【００７６】
これに対し、従来例では、２５ｋｇは溶融できたが、２ｋｇはワイヤに巻かれた状態で残り、全部を溶融することができないことがわかった。また、この残留原料塊を巻回したワイヤと種結晶が取付けられた取付治具を交換するために約１．５時間の作業時間を要した。
【００７７】
【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半導体原料塊ならびにこれを用いた半導体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短縮でき、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半導体原料塊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。
【００７８】
すなわち、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種結晶取付部材と、この種結晶取付部材から膨出して形成され、半導体原料塊に設けられた支持溝に係合する支持部とを有し、半導体原料塊の溶融中に、この溶融により、支持溝に連設された分割溝から半導体原料塊が分割され、支持部による半導体原料塊の支持が解除されて、半導体原料塊を容器内に落下、溶融させ、かつ種結晶取付部材に取付けられた種結晶を露出させるような構成にした多結晶原料支持治具であるので、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炉部材収納室と単結晶収納部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。さらに、炉体または単結晶収納部の開放数を減少でき、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。
【００７９】
また、支持部は、種結晶取付部材に着脱自在に取着されるので、単結晶を半導体原料塊の上方から挿入することができ、分割溝を幅広に形成する必要がないため、半導体原料塊の機械的構造強度を低下させることもなく、半導体原料塊を半導体原料塊支持治具で支持する際に、半導体原料塊が破断して落下することがない。
【００８０】
また、支持部の取着は、螺着により行われるので、半導体原料塊の取付けが迅速に行え、炉体の開放時間を短縮でき炉内を汚染することがない。
【００８１】
また、支持部は、種結晶取付部材に着脱自在に取着される支持部本体と、この支持部本体に着脱自在に取着され、半導体原料塊に設けられた係合部と係合し、かつ、半導体原料塊と同一材質で形成されているので、半導体原料塊ないし溶融の汚染を防止することができ、さらに、半導体単結晶の製造工程終了毎に行う汚染除去のための化学エッチングは、当接部のみに施せばよく、その結果、当接部の形状が化学エッチングにより肉薄になり、半導体原料塊に対する支持信頼性が低下した場合には、当接部のみを交換すればよく、経済的である。
【００８２】
また、上面部を横断するように設けられ、半導体原料塊支持治具の種結晶取付部材が貫通する貫通溝と、この貫通溝に連設され、種結晶取付部材から膨出して形成された支持部が係合するように収納される支持溝と、この支持溝に連設され、種結晶が収納される収納孔と、支持溝に連設され、種結晶の先端位置よりも深く切込まれた溶融時分割用の分割溝とを有するので、従来のように半導体原料塊の上部にある切欠溝部を幅広にする必要がなく、また、切欠溝部の空間容積を半導体原料塊に比して非常に大きくする必要がないため、半導体原料塊の機械的構造強度を低下させることもなく、半導体原料塊を半導体原料塊支持治具で支持する際に、半導体原料塊が破断して落下し、災害を引き起こすおそれも解消される。
【００８３】
また、収納孔は、分割溝上に形成されるので、半導体原料塊支持治具内での空隙部を最小限に抑えることができ、半導体原料塊の供給効率も向上し、さらに、半導体原料塊を半導体原料塊支持治具で支持する際に、半導体原料塊が破断して落下し、災害を引き起こすおそれも解消される。
【００８４】
また、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、本発明に係わる半導体原料塊支持治具により、本発明に係わる半導体原料塊を支持する工程と、半導体原料塊を溶融させる途中でこの溶融により、支持溝に連設された分割溝により半導体原料塊を分割し、支持部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、溶融させる工程と、容器内の半導体原料融液に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半導体単結晶の製造方法であるので、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短縮でき、さらに、半導体原料塊を完全に溶融できる。
【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】（ａ）は本発明に係わる半導体原料塊支持治具の一実施形態の上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図。
【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支持部を分離した状態を示す正面図。
【図４】（ａ）は本発明に係わる半導体原料塊支持治具の一実施形態の上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図５】（ａ）は本発明に係わる半導体原料塊支持治具の一実施形態を用いて半導体原料塊を支持した状態を示す上面図、（ｂ）は正面図。
【図６】（ａ）は本発明に係わる半導体原料塊支持治具の一実施形態を用いて半導体原料塊を支持した状態を示す上面図、（ｂ）は側面図。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は各々本発明に係わる半導体原料塊支持治具の一実施形態を用いた半導体原料塊の支持手順を示す概念図。
【図８】本発明に係わる半導体原料塊支持治具の一実施形態を用いた半導体原料塊の支持手順を示す側面図。
【図９】本発明に係わる半導体原料塊支持治具の一実施形態を用いた半導体原料塊の支持手順を示す正面図。
【図１０】（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１１】半導体原料塊の溶融状態を示し、溶融が分割溝底部のＢ−Ｂ線に接近してする状態を示す概念図。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は半導体原料塊の溶融状態を示す概念図。
【図１３】（ａ）〜（ｆ）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１４】（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平面図。
【図１５】（ａ）および（ｂ）は本発明に係わる半導体原料塊支持治具に用いられる支持部の変形例の平面図、（ｃ）は断面図。
【図１６】従来の半導体単結晶の製造方法を示す概念図。
【図１７】（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工程図。
【図１８】（ａ）〜（ｃ）は各々従来の半導体原料塊支持治具を用いた半導体原料塊の支持状態を示す正面図。
【図１９】（ａ）〜（ｅ）は各々従来のリチャージ方式の単結晶の製造工程図。
【図２０】（ａ）および（ｂ）は各々従来の半導体原料塊支持治具を用いた半導体原料塊の支持状態を示す上面図および断面図。
【図２１】（ａ）〜（ｃ）は各々従来の半導体原料塊支持治具を用いた半導体原料塊の溶融および単結晶引上げ状態を示す概念図。
【符号の説明】
１  単結晶引上げ装置
１ｒ  単結晶引上げ装置
２  炉部材収納室
３  単結晶収納部
４  単結晶収納ヒータ
５  黒鉛ルツボ
６  石英ルツボ
７  炉体
８  ルツボ回転軸
９  ワイヤ
１０  半導体原料塊支持治具
１１  種結晶取付治具
１１ａ  螺子部
１２  支持部
１２ａ  膨出部
１２ｂ  直線部
１２ｃ  螺溝
１５  ゲートバルブ
２０  半導体原料塊
２１  上面部
２２  貫通溝
２３  支持溝
２４  収納孔
２５  分割溝
３０  半導体原料塊支持治具
３１ａ  突状
３１  単結晶取付部材
３２  支持部
３２ａ  膨出部
３２ｂ  直線部
３２ｃ  螺子部
３３  取付リング
３３ａ  螺子溝
Ｉｇ  単結晶
Ｌ  溶融シリコン
Ｍ  多結晶シリコン
Ｓ  種結晶
【図１】
0004327333.tif 000002
【図２】
0004327333.tif 000003
【図３】
0004327333.tif 000004
【図４】
0004327333.tif 000005
【図５】
0004327333.tif 000006
【図６】
0004327333.tif 000007
【図７】
0004327333.tif 000008
【図８】
0004327333.tif 000009
【図９】
0004327333.tif 000010
【図１０】
0004327333.tif 000011
【図１１】
0004327333.tif 000012
【図１２】
0004327333.tif 000013
【図１３】
0004327333.tif 000014
【図１４】
0004327333.tif 000015
【図１５】
0004327333.tif 000016
【図１６】
0004327333.tif 000017
【図１７】
0004327333.tif 000018
【図１８】
0004327333.tif 000019
【図１９】
0004327333.tif 000020
【図２０】
0004327333.tif 000021
【図２１】
0004327333.tif 000022