JPS5933554B2 - 結晶成長装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明はチョクラルスキー法による結晶成長装置に関
するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来より、シリコン等の単結晶インゴットの製造にはチ
ョクラルスキー法が多く用いられている。

この結晶引上げ装置は、たとえは原料となる多結晶シリ
コンおよびドーパント（不純物）を石英ルツボに入れて
これをヒータにより加熱して融液を形成し、この融液に
種結晶を接触させ、引上げ軸を回転させながら徐々に引
上げ、種結晶の下端に結晶を順次成長させるものである
。ところが従来の引上げ装置では、ルツボ中の融液が結
晶引上げに従い直線関数的に減少するため、一定の直径
をもつ単結晶インゴットを製造することができない欠点
があつた。

また、多結晶シリコンを引上げ工程の仕込み段階でルツ
ボに入れるだけであるため、原料を一回の引上げ相当分
のみしか溶かすことはできない。これは著しく不経済で
ある。このような問題を解決するため、結晶引上げ装置
に原料補給手段を内蔵させる提案は既になされている。

しかしこの原料補給の技術は、ルツボ中の融液量の過少
に対する対策およびルツボから液が流出する事故に対す
る対策が未解決のため、未だ実用に供させる段階に至つ
ていない。〔発明の目的〕 本発明は、原料融液面高さを簡便かつ正確に検出する手
段を備えて結晶の直径を一定に保持して連続的な結晶成
長を可能とした結晶成長装置を提供することを目的とす
るものである。

〔発明の概要〕

本発明は結晶原料融液上に非接触状態で通電端子を設置
し、この通電端子と融液間の雰囲気抵抗の変化を検出す
ることにより融液面高さを検出し、この検出出力により
結晶引上げ速度または融液加熱電力を匍脚して結晶の直
径制御を行うことを基本とする。

ルツボ周囲の雰囲気は通常Ａｒガスであるが、本発明者
らの実験によると、融液上に非接触で通電端子を設け、
ルツボを対向電極としてこの間に電圧を印加すると雰囲
気中に電流が流れること、この雰囲気抵抗は融液面高さ
が減少するに従つて 一指数関数的に増大すること、が
明らかになつた。

その理由は、高温ガスのイオン伝導性によるものか、他
のメカニズムによるものか未だ不明であるが、本発明は
この実験による知見を積極的に利用するものである。ま
た本発明は上記通電端子として、少くともその先端部が
Ｐ型炭化硅素で構成されたものを用いることを特徴とす
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、結晶原料融液面の高さを簡便かつ正確
に検出することができ、その検出結果を用いて引上げる
結晶の直径制御を正確に行うことができる。

また原料補給を結晶成長中に連続的に行うことも容易に
なる。また本発明によれば、通電端子は融液とは非接触
で設置されるので、耐久性に優れた構造の簡単な液面検
出手段が得られ、特に、通電端子としてＰ型炭化硅素を
用いることにより経時変化の少ない安定した液面検出手
段となる。〔発明の実施例〕 本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は装置の概略構成を示す。１は石英製ルツボ、２
はシリコン融液、３はヒータ、４は種結晶、５は引上げ
軸、６はルツボ軸、７は引上げられたシリコン結晶であ
る。

この基本構成は従来と変らない。ルツボ１の融液２上に
、石英管８により保護された通電端子９が設けられてい
る。通電端子９は先端部がＰ型炭化硅素で構成されてお
り、後端はリード線１０により炉外にまで導かれ直流電
源１１に接続されている。またルツボ軸６は電気ブラシ
等により接地されており、直流電源１１の一端を対数演
算増幅器１２に接続して、通電端子９と融液２間の雰囲
気を流れる電流を検出するようになつている。ルツボ１
上には、原料溜１３とその原料をルツボ１に補給するた
めの漏斗１４が設けられている。原料溜１３には例えば
ソレノイドコイルを利用した傾き調整機構（図示せず）
が設けられ、演算増幅器１２の出力でこの原料溜１３の
傾きを制御して原料補給を行うようになつている。１５
は引上げモータ１６を制御する引上げ速度調整機、１７
はヒータ３の供給電力を制御する温度調整機であり、前
記演算増幅器１２の出力はこれら引土げ速度調整機１５
または温度調整機１７に選択的に、あるいは同時に入力
され、これにより引上げ結晶７の径制御が行われる。

演算増幅器１２の出力は液面高さ表示器１８にも接続さ
れている。この装置によるシリコン結晶成長の操作を次
に説明する。

まず多結晶シリコン２００７とドーパントのホウ素をル
ツボ１へ入れた後、ヒータ３により溶かしシリコン融液
２をつくる。ルツボ１の上方に設けた引上軸５の種結晶
チヤツク部に種結晶４を取り付けた後、引上げ軸５を降
下させて種結晶４の下端をルツボ１内のシリコン融液２
に浸し、続いて引上軸５を回転させながら、徐々に引上
げ、種結晶４の下端に結晶７を順次成長させる。回転速
度は毎分６〜１０回転が最適で、引上げ速度は毎分２ミ
リメートルが好しい。このときルツボ軸６も同時に回転
させるが、ルツボ軸６は電気ブラシで接地させる。引上
げ結晶７の直径が一定になる以前より、原料溜１３より
連続的に粒状の多結晶シリコンをルツボ１内へ投入する
ように原料溜１３の傾き調整機構を働かせる。そして引
上げ結晶７の直径が一定になると前後して、直流電源１
１のスイツチをオンして通電端子９に直流バイアスを印
加し、通電電流を対数演算増幅器１２で増幅し、その出
力信号を液面高さを表示する表示器１５へ出力すると同
時に原料溜め１３の傾き調整機構のソレノイドコイルへ
出力させる。実測によれば、融液２の面と通電端子９間
の距離をＸ？としたとき、その間の抵抗Ｒ（Ω／ＣｒＡ
）は第２図の如くなつた。これを式で表現すれば次式の
如くなる。従つて実施例によれば、上記式に応じて結晶
成長に従う融液２の減少量を検出して自動的に原料補給
量を制御することで、安定して長時間結晶を引上げるこ
とが可能である。

しかも連続的成長によりインゴツトの長さが極めて大き
くなるため作業能率は大幅に向上する。不純物等の添加
物もあらかじめ原料溜め１３に調合し人れておくことが
できるため、従来技術で困難であつた指数関数不純物濃
度変化を任意に修正して、均質の結晶を連続的に製造す
ることができる。また引上げ結晶７の直径が増大すると
、通電端子９の先端は融液が盛り上る結晶近傍の傾斜面
に対向することになる結果、距離Ｘの減少、即ち通電電
流の増大をもたらす。

この情報は引上げ速度調整機１５に送られ、引上げモー
タ１６に対して引上げ速度を増加する制御信号が送出さ
れる。これにより直径の減少が始まり、直径増大は効果
的に抑制される。こうして引上げ結晶の直径の一定化が
達成される。温度調整機１７による加熱電力制御によつ
ても同様の直径制御が可能である。

ところで、通電端子９の先端部にＰ型炭化硅素を用いて
いるのは、これが長時間の使用に対して安定であること
による。

その実験データを第３図に示す。第３図け、通電端子９
の先端部にＰ型炭化硅素を用いた場合（○印）、黒鉛を
用いた場合（Ｘ印）およびｎ型炭化硅素を用いた場合（
Δ印）について、それぞれ前述の距離Ｘを２０ｍ７！Ｌ
一定に設定して通常の結晶成長条件において長時間の通
電試験を行つたときの通電抵抗の変化を測定したもので
ある。この実験データから、Ｐ型炭化硅素を用いた通電
端子は経時変化が少なく、液面高さ検出素子として信頼
性が優れていることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による結晶引上装置の概略構
成図、第２図はその通電端子と融液間の抵抗特性を示す
図、第３図は通電端子の通電抵抗の経時変化特性を示す
図である。 １・・・・・・ルツボ、２・・・・・・シリコン融液、
３・・・・・・ヒータ、４・・・・・・種結晶、５・・
・・・・引上げ軸、６・・・・・・ルツボ軸、７・・・
・・・引上げ結晶、８・・・・・・石英管、９・・・・
・・通電端子、１１・・・・・・直流電源、１２・・・
・・・対数、演算増幅器、１３・・・・・・原料溜、１
４・・・・・・漏斗、１５・・・・・・引土げ速度調整
機、１６・・・・・・引上げモータ、１７・・・・・・
温度調整機、１８・・・・・・液面高さ表示器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ルツボに結晶原料融液を形成し、この融液に種結晶
   を接触させて引上げることにより結晶成長を行う装置に
   おいて、前記結晶原料融液上に少くとも先端の材質がＰ
   型炭化硅素である通電端子を非接触状態で設置し、この
   通電端子と結晶原料融液間の雰囲気抵抗の変化を検出し
   、この検出出力により結晶引上げ速度または融液加熱電
   力を制御して結晶の直径制御を行うようにしたことを特
   徴とする結晶成長装置。