[發明專利]原料填充方法、單晶的制造方法及單晶制造裝置

有效

• 申請號: 201380048354.7
• 申請日: 2013-10-28
• 公開（公告）號: CN104641024A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發明（設計）人: 北川勝之;浦野雅彥;吉田勝浩
• 申請（專利權）人: 信越半導體株式會社
• 主分類號: C30B15/02
• 分類號: C30B15/02;C30B29/06
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 謝順星;張晶

技術領域

本發明涉及一種在單晶制造中使用再裝填管(リチャージ管)向石英坩堝填充原料的方法。

背景技術

作為用作半導體集成電路的基板的單晶硅的制法，通常為CZ法(切克勞斯基單晶生長法)、外加磁場的MCZ法(外加磁場切克勞斯基單晶生長法)。在這些CZ/MCZ法中，在石英坩堝內填充并熔融硅原料，在籽晶與該熔液接觸后進行提拉，由此能夠使單晶硅生長。在CZ/MCZ法的單晶制造裝置(提拉機)中，在主室內設置有對熔液進行加熱的加熱器，并在其內側設置有收容熔液的石英坩堝。

通常，首先將原料裝入該石英坩堝，通過加熱器加熱使原料熔融。伴隨著近年來單晶硅大口徑化和結晶拉長化，僅以初始裝入石英坩堝內的原料量不夠，存在進一步補充原料的情況。這稱為補充填充，與后面說明的再填充相同，將原料裝入下端具有圓錐狀的錐形物(錐形閥)的再裝填管，通過該再裝填管將原料投入石英坩堝內。然后，在將這些原料全部熔融之后，開始單晶硅的生長。

石英坩堝內裝滿原料被熔解的熔液，單晶硅從這里生長。生長成的單晶收容在通過閘閥與主室上部連接的提拉室內，并被冷卻。然后，從該提拉室中取出單晶。

在這這樣的單晶制造中，如果從一個石英坩堝僅使一根單晶生長，則在這個時間點單晶生長結束，但由于石英坩堝破損而不能再使用，因此制造成本增加。因此，存在進行從一個石英坩堝中使多根單晶生長的多作業的情況。在該情況下，由于單晶生長后石英坩堝中的熔液減少了結晶生長的量，因此無法直接進行下一單晶的生長。因此，為了補充該減少的量，進行再次投入原料的再填充。

作為再填充的方法，過去提出了棒再填充法(ロッドリチャージ法)或如專利文獻1所公開的由原料箱供給的方法等。但是，被多數專利文獻所提及的技術為，將原料收容在下端具有錐形閥的再裝填管中，并將收容在該再裝填管中的原料投入石英坩堝內的方法。專利文獻2、3公開了該技術的基本內容。

在這種方法中，在從用閘閥分隔的提拉室中取出單晶硅之后，用繩線將收容有原料的再裝填管懸掛安裝，在通過抽真空使提拉室內的爐內壓與主室內的爐內壓一致后打開閘閥，使再裝填管下降后，使錐形閥下降，由此打開再裝填管的開口部投入原料。

如上所述被填充的原料存在通常為多結晶，或者偶爾為單晶的情況，將這些結晶粉碎使用，在裝入再裝填管的狀態下存在空隙。因此，為了補充與生長成單晶的量相當的原料，存在使用再裝填管進行一次投入而不夠的情況。在這種情況下，要連續進行多次投入。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利公開昭和62-260791號公報

專利文獻2：日本專利公開平成2-157180號公報

專利文獻3：WO2002/068732

發明內容

(一)要解決的技術問題

在專利文獻3中記載了如下方法：使用再裝填管主體朝向下方端部向外側擴展的再裝填管，為了使剩余熔液凝固的表面與再裝填管的錐形閥接觸，使石英坩堝上升，在使該凝固表面與錐形閥接觸后，緩和懸掛的再裝填管繩線的負荷，使石英坩堝下降，由此使錐形閥下降而填充原料。

但是，在該方法中如果投入原料，則原料不能均勻流出而集中在中央部，有時未熔融原料高度的偏差會增大。因此，無論是等之前投入的原料熔化到某種程度之后再進行下一批原料投入，或者即使順利投入全部原料但原料的熔融也耗費時間，不管怎樣都存在補充原料的熔融耗費時間的問題。

此外，操作員一邊確認爐內一邊進行原料投入時的繩線或石英坩堝的操作。此時，理想的是對繩線和石英坩堝同時操作，但通過操作員一邊確認這兩者一邊同時操作缺是困難的，這成為不能進行最適合投入的主要原因。

因此，大多預先估計錐形閥的下降量，將其與石英坩堝的距離設為較大，即，使石英坩堝位置向下方充分下降并開始投入，但是如果這樣做則存在被投入的原料猛烈碰撞石英坩堝，帶來較大損傷的問題。相反地，如果將投入開始時的石英坩堝的位置設置得高，則再裝填管與石英坩堝之間的距離變窄，在投入最后階段錐形閥落在投入的原料上，由此錐形閥大幅搖擺，存在石英制再裝填管開裂或破損發生，或者被投入的原料上面不平坦，熔化部分不均勻等問題。

本發明是鑒于如上所述的問題而完成的，其目的在于提供一種原料填充方法，該原料填充方法能夠將原料順利地投入坩堝內，縮短熔融時間，并且抑制石英坩堝或再裝填管破損。

(二)技術方案