(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密容器と、気密容器内で半導体融液を貯留する互いに下端部が連通した外ルツボおよび内ルツボからなる二重ルツボと、外ルツボと内ルツボとの間の半導体融液の液面に向けて原料を投入する原料供給手段とを備えた単結晶引上装置において、
前記外ルツボと内ルツボとの間の半導体融液の液中に、該半導体融液の流動を制限する流動制限部材が配設され、
前記流動制限部材が、前記外ルツボと内ルツボとの間の半導体融液の対流を制限する対流制限部材であり、
この流動制限部材として水平な受板が設けられ、
前記受板が、上下方向に複数段設けられ、各段の受板が内外周方向に交互にずらされていることを特徴とする単結晶引上装置。
【請求項２】
前記受板が少なくとも前記原料供給手段の下側の範囲に設けられることを特徴とする請求項１記載の単結晶引上装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン（Ｓｉ）やガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の半導体単結晶を連続チャージ型磁界印加ＣＺ法（以下、ＣＭＣＺ法と略称する。）で製造するための単結晶引上装置、特に追加原料の投入による影響を少なくするようにした単結晶引上装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＺ法による単結晶引上装置は、気密容器としてのチャンバと、このチャンバの内部に設けられ半導体融液を貯留するルツボと、半導体融液を加熱するヒーターと、半導体単結晶を引上げる引上機構とを有している。この装置は、ルツボ内の半導体融液に半導体単結晶の種結晶を浸し、種結晶を徐々に引上げ、種結晶と同一方位の大口径の半導体単結晶を成長させるものである。
【０００３】
近年、このＣＺ法の一つとして、ルツボに原料を連続的に供給しながら引上げを行うＣＭＣＺ法が開発されている。この方法は、下端部が互いに連通した外ルツボと内ルツボからなる二重ルツボの外ルツボと内ルツボ間の半導体融液に対して、石英製の原料供給管から原料を追加投入しながら、内ルツボより半導体単結晶を引上げるというものである。原料供給管はチャンバの上部から垂下され、その下端開口は外ルツボの半導体融液の液面に近接している。この方法では、原料供給管より投入された原料は、半導体融液中に徐々に融解し、最終的に、外ルツボと内ルツボの下端連通部分を通って内ルツボ内に流入して、半導体単結晶として引上げられることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体単結晶に発生するボイドの原因を調べて見たところ、原料投入側の領域で、ボイドを発生する物質（ここでは、これを「ボイド発生源」と呼ぶ）が半導体融液中に広く拡散することが、半導体単結晶の健全な成長を阻害する一因になっていることが判明した。特に、追加投入する原料の落下の勢いが大きかったり、まとまって原料が落下したりすると、半導体融液中への原料の侵入深さが大きくなるため、ボイド発生源の拡散による影響が、より顕著に現れることになっていた。
【０００５】
本発明は、上記事情を考慮し、半導体単結晶の健全な成長を阻害する要因の一つとして考えられる、原料投入によるボイド発生源の拡散の影響を極力少なくすることのできる単結晶引上装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の単結晶引上装置は、気密容器と、気密容器内で半導体融液を貯留する互いに下端部が連通した外ルツボおよび内ルツボからなる二重ルツボと、外ルツボと内ルツボとの間の半導体融液の液面に向けて原料を投入する原料供給手段とを備えた単結晶引上装置において、外ルツボと内ルツボとの間の半導体融液の液中に、該半導体融液の流動を制限する流動制限部材が配設され、
前記流動制限部材が、前記外ルツボと内ルツボとの間の半導体融液の対流を制限する対流制限部材であり、
この流動制限部材として水平な受板が設けられ、
前記受板が、上下方向に複数段設けられ、各段の受板が内外周方向に交互にずらされていることを特徴とする。
【０００７】
本発明は、前記受板が少なくとも前記原料供給手段の下側の範囲に設けられることを特徴とする。
受板は、外ルツボ及び内ルツボと同心のリング状に形成され、受板の内周と内ルツボ間、受板の外周と外ルツボ間には、受板の上下間を連通する連通隙間が確保されていることができる。
【０００８】
本発明は、前記受板が、上下方向に複数段設けられていることを特徴とする。
ここでは、水平な受板を上下方向に複数段に設けて、各段の受板を内外周方向に交互にずらすことで、受板の上下間の連通隙間を、受板の内外周部に交互に配置することができる。
なお、受板を上下方向に別個に配設せずに、連続したスパイラル状のものとして配設することもできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、各形態について述べる前に、共通の全体構成について、図４を参照しながら説明する。
【００１０】
図４に示すように、この単結晶引上装置１のチャンバ２の内部には、二重ルツボ３、ヒーター４、原料供給管（原料供給手段）５が配設されている。二重ルツボ３は、略半球状の石英製の外ルツボ１１と、この外ルツボ１１内に設けられた円筒状の仕切体である石英製の内ルツボ１２とから形成され、内ルツボ１２の側壁下部には、内ルツボ１２と外ルツボ１１を連通する連通部１２ａが形成されている。
【００１１】
二重ルツボ３は、チャンバ２の中央下部に垂直に立設されたシャフト１４上のサセプタ１５に載置され、シャフト１４の軸線を中心として水平面上で所定の速度で回転駆動されるようになっている。そして、この二重ルツボ３内には、半導体融液（加熱融解された半導体単結晶の原料）２１が貯留されている。ヒーター４は、半導体の原料を外ルツボ１１内で加熱融解すると共に、それによって生じた半導体融液２１を保温するためのものである。ヒーター４は、サセプタ１５および二重ルツボ３を取り囲むように配設されており、ヒーター４の外側は保温用の熱シールド部材（図示せず）により取り囲まれている。
【００１２】
原料供給管５は、半導体融液２１の粒状の原料を、外ルツボ１１と内ルツボ１２との間の半導体融液２１ａの液面上に連続的に供給するためのものである。原料供給管５から投入する原料としては、例えば多結晶シリコンのインゴットを粉砕機等で破砕してフレーク状にしたもの、あるいは気体原料から熱分解法により粒状に析出させた多結晶シリコンの顆粒等であり、必要に応じてホウ素（Ｂ）（ｐ型シリコン単結晶を作る場合）や、リン（Ｐ）（ｎ型シリコン単結晶を作る場合）等のドーパントと呼ばれる添加元素が更に添加される。また、ガリウムヒ素の場合も同様で、この場合、添加元素は亜鉛（Ｚｎ）もしくはシリコン（Ｓｉ）等である。
【００１３】
チャンバ２の上部には、引上機構（図示略）およびチャンバ２にアルゴンガス（Ａｒ）等の不活性ガスを導入する導入口等が設けられている。引上機構の一部である引上ワイヤ２４は、二重ルツボ３の上方で、回転しつつ上下動するように構成されている。この引上ワイヤの先端には、チャックを介して半導体単結晶の種結晶が取付けられる。そして、この種結晶を内ルツボ１２内の半導体融液２１に浸した後、上昇させ、種結晶を始点として順次成長した半導体単結晶がアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガス雰囲気中で引上げられる。
【００１４】
原料供給管５は、上端から原料を投入し、下端開口５ａから原料を排出するもので、上端側が支持されて垂下され、外ルツボ１１の周壁寄りの位置に下端開口５ａが位置している。この原料供給管５は、コンタミネーション防止および加工性の点から、矩形断面の石英管で構成されている。また、粒状の高純度半導体原料を適当な落下速度で半導体融液２１中へ供給するため、原料供給管５の内部には、図示しないラダー状の斜板が互い違いに配設されている。
【００１５】
また、外ルツボ１１と内ルツボ１２との間の半導体融液２１ａの液中には、同半導体融液２１ａの流動を制限するための流動制限部材（図４では図示省略）が配設されている。この流動制限部材は、主として半導体融液２１ａの対流を制限する（対流制限部材としての機能を果たす）ことで、前述のボイド発生源の広い範囲への拡散を抑制し、それにより、原料投入点から、外ルツボ１１と内ルツボ１２の下端連通部１２ａまでの間に、安定した濃度勾配を確保しようとするものである。
【００１６】
次に、個別の各実施形態について説明する。
図１は本発明の参考例としての形態を示す。この例では、外ルツボ１１と内ルツボ１２との間の半導体融液２１ａの液中の、液面から適当な深さの位置に、水平な受板３１を流動制限部材あるいは対流制限部材として配設している。この図示例では、受板３１は、外ルツボ１１及び内ルツボ１２と同心のリング状に形成され、受板３１の内周と内ルツボ１２間、受板３１の外周と外ルツボ１１間には、受板３１の上下間を連通する連通隙間３１ａが確保されている。受板３１の支持は、内ルツボ２１から行ってもよいし、原料供給管５から行ってもよい。なお、受板３１は、全周連続して設けなくてもよく、少なくとも原料供給管５の下側の所定の範囲に設ければよく、この場合には原料供給管５から支持を行うことが好ましい。
【００１７】
この構造によれば、受板３１が配設されているため、原料投入の際に半導体融液２１ａに与える衝撃が減少する。原料投入によるボイド発生源は受板３１の内外側から除々に半導体融液２１ａ中に拡散する。その際、図中矢印（イ）で示す半導体融液２１ａの対流の影響が受板３１で遮断され、受板３１の上部には及ばないので、原料投入時の衝撃緩和の効果と相俟って、ボイド発生源の拡散が最小限に抑制され、半導体融液２１ａの液面から、外ルツボ１１と内ルツボ１２の下端連通部１２ａまでの間に安定した濃度勾配が確保される。
【００１８】
図２は本発明の実施形態を示す。この例では、水平な受板３２を、上下方向に複数段（図示例では２段）に設けている。そして、各段の受板３２を内外周方向に交互にずらすことで、受板３２の上下間の連通隙間３２ａを、受板３２の内外周部に交互に配置している。これにより、半導体融液２１ａの液面の原料投入点から、外ルツボ１１と内ルツボ１２の下端連通部１２ａまでの経路長さが大きく設定されている。
【００１９】
この構造では、受板３２が複数段に設けれられているので、半導体融液２１ａの対流が更に抑制され、ボイド発生源の拡散が一層制限される。また、半導体融液２１ａの液面の原料投入点から、外ルツボ１１と内ルツボ１２の下端連通部１２ａまでの経路長さが大きいので、原料投入点での影響が内ルツボ１２側に及びにくくなり、より安定した濃度勾配が確保される。
【００２０】
なお、受板３２を上下方向に別個に配設せずに、連続したスパイラル状のものとして配設することもできる。
【００２１】
図３は本発明の参考例としての形態を示す。この例では、内周側と外周側に配設した２つの垂直な仕切壁３４を、上下にずらして交互に配置することにより、外周側の仕切壁３４ｂの下端と、内周側の仕切壁３４ｃの上端に、それぞれ仕切壁３４を内外方向に連通する連通部分３４ａを確保している。これにより、半導体融液２１ａの液面の原料投入点（原料供給管５の下端開口５ａの直下の液面）から、外ルツボ１１と内ルツボ１２の下端連通部１２ａまでの経路が長くなるように構成されている。
【００２２】
この構造では、二重に配設した垂直な仕切板３４ｂ、３４ｃの存在により、半導体融液２１ａの大きな対流が抑制され、対流の影響でボイド発生源が広い範囲に拡散することが抑制される。また、原料投入点から、外ルツボ１１と内ルツボ１２の下端連通部１２ａまでの経路長さが大きいので、安定した濃度勾配が確保される。
【００２３】
なお、流動制限部材の配設の仕方は、上記の各形態に限定されるものではなく、半導体融液２１ａの対流の抑制効果があり、全体の流動を制限できる形態であれば、任意の形態で配設することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、追加原料を投入し原料を融解させる領域である、外ルツボと内ルツボ間の半導体融液中に、流動制限部材を配設したので、同領域での全体的な流動を制限することができ、原料投入に伴うボイド発生源の拡散を抑制することができる。従って、半導体単結晶の健全な成長を阻害する要因を極力排除することができる。また、本発明は、流動制限部材によって、主として外ルツボと内ルツボ間の半導体融液の対流を抑制するようにしたので、対流によるボイド発生源の拡散促進作用を抑えることができ、半導体単結晶の健全な成長を保証することができる。また、本発明のように、原料投入点から、内ルツボ内へ半導体融液が流する部分までの経路を長くした場合は、同経路に、安定した濃度分布を作ることができるので、いっそう半導体単結晶に対するボイドの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例としての形態の要部断面図である
【図２】本発明の実施形態の要部断面図である
【図３】本発明の参考例としての形態の要部断面図である
【図４】本発明の各形態に共通の単結晶引上装置全体構成図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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