原料填充方法、單晶的制造方法及單晶制造裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種在單晶制造中使用再裝填管（y千卞一0管）向石英坩堝填充原 料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為用作半導(dǎo)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(nèi)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(nèi)設(shè)置有對熔液進行加熱的加熱器，并 在其內(nèi)側(cè)設(shè)置有收容熔液的石英坩堝。
[0003] 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(jié)晶拉長化，僅以初始裝入石英坩堝內(nèi)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(nèi)。然后，在將這些原料全 部熔融之后，開始單晶硅的生長。
[0004] 石英坩堝內(nèi)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(nèi)，并被冷卻。然后，從該提拉室中取出單晶。
[0005] 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(jié)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(yè)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(jié)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。
[0006] 作為再填充的方法，過去提出了棒再填充法（口 7卜'' y千卞一'，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(shù)專利文獻所提及的技術(shù)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(nèi)的方 法。專利文獻2、3公開了該技術(shù)的基本內(nèi)容。
[0007] 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(nèi)的爐內(nèi)壓與主室內(nèi)的爐內(nèi)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。
[0008] 如上所述被填充的原料存在通常為多結(jié)晶，或者偶爾為單晶的情況，將這些結(jié)晶 粉碎使用，在裝入再裝填管的狀態(tài)下存在空隙。因此，為了補充與生長成單晶的量相當?shù)脑?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(xù)進行多次投入。
[0009] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0010] 專利文獻
[0011] 專利文獻1 :日本專利公開昭和62-260791號公報
[0012] 專利文獻2 :日本專利公開平成2-157180號公報
[0013] 專利文獻 3 :W02002/068732

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014](一）要解決的技術(shù)問題
[0015] 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(cè)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。
[0016] 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。
[0017] 此外，操作員一邊確認爐內(nèi)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。
[0018] 因此，大多預(yù)先估計錐形閥的下降量，將其與石英坩堝的距離設(shè)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(shè)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(fā)生，或者被投入的原料上面不平坦，熔化 部分不均勻等問題。
[0019] 本發(fā)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?qū)⒃享樌赝度脎釄鍍?nèi)，縮短熔融時間，并且抑制石英坩堝或再裝填 管破損。
[0020] (二）技術(shù)方案
[0021] 為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供一種原料填充方法，在具有向石英坩堝內(nèi)填 充原料的工序、在所述石英坩堝內(nèi)熔融所述原料形成熔液的工序以及從該熔液中提拉單晶 的工序的單晶的制造中，在向所述石英坩堝內(nèi)填充原料的工序中，在具有圓筒部件及錐形 閥的再裝填管中收容所述原料，其中，所述圓筒部件為石英制并收容所述原料，所述錐形閥 用于開閉該圓筒部件下端的開口部，將該收容有原料的再裝填管安置在腔室內(nèi)，使所述錐 形閥下降，打開所述圓筒部件下端的開口部，由此向所述石英坩堝內(nèi)投入收容在所述再裝 填管內(nèi)的原料，其特征在于，配置所述再裝填管及所述石英坩堝，使開始投入所述原料時所 述再裝填管的下端與所述石英坩堝內(nèi)的原料或者熔液的距離為200mm以上250mm以下，之 后，以所述石英坩堝的下降速度（CL)與所述再裝填管的錐形閥的下降速度（SL)之比（CL/ SL)為1. 3以上1. 45以下的方式，一邊使所述石英坩堝和所述再裝填管的錐形閥同時下降， 一邊投入所述原料。
[0022] 如果是這種原料填充方法，則能夠在將再裝填管和石英坩堝配置在恰當?shù)奈恢弥?后以恰當?shù)耐度胨俣韧度朐希虼四軌蛞种朴捎诼湎碌脑鲜故③釄迤茡p，或者再裝 填管與投入的原料干涉使再裝填管破損。而且，被投入的原料的上面為平坦，也能夠高效地 進行之后的熔融。
[0023] 此時，優(yōu)選將所述再裝填管的錐形閥的下降速度（SL)設(shè)為250mm/min以上375mm/ min以下。
[0024] 這樣，如果下降速度（SL)為250mm/min以上，則能夠抑制斷續(xù)地投入原料而使投 入時間增加，能夠可靠地將原料均勻地投入石英坩堝內(nèi)。由此，能夠減少原料的熔融時間或 在連續(xù)投入時直至下次投入的等待時間。此外，如果下降速度（SL)為375mm/min以下，貝1J 能夠更可靠地抑制原料被猛烈投入而使石英坩堝破損。
[0025] 此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種單晶的制造方法，其反復(fù)進行如下工序，即，向所述石 英坩堝內(nèi)填充原料的工序、在所述石英坩堝內(nèi)熔融所述原料形成熔液的工序以及從該熔液 中提拉單晶的工序，使用同一個石英坩堝來制造多個單晶，其特征在于，在填充所述原料的 工序中，通過上述本發(fā)明的原料填充方法來填充所述原料。
[0026] 如果是這樣的單晶制造方法，則能夠抑制在填充原料的工序中由于落下的原料使 石英坩堝破損，或者再裝填管與投入的原料干涉使再裝填管破損。此外，由于能夠?qū)⒃暇?勻地投入石英坩堝內(nèi)，因此能夠降低原料的熔融時間或在連續(xù)投入時直至下次投入的等待 時間，能夠減少單晶制造時間。
[0027] 此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種單晶制造裝置，其具備石英坩堝、腔室、再裝填管，其 中，所述石英坩堝收容原料；所述腔室收納熔融該原料從而制成熔液的加熱器；所述再裝 填管被安置在該腔室內(nèi)，并具有圓筒部件及錐形閥，其中，所述圓筒部件為石英制并收容所 述原料；所述錐形閥用于開閉該圓筒部件下端的開口部，其特征在于，還具備控制裝置，所 述控制裝置在上述本發(fā)明的原料填充方法中向所述石英坩堝內(nèi)填充原料的工序中，對開始 投入所述原料時的所述再裝填管及所述石英坩堝的配置，以及在投入所述原料過程中的所 述石英坩堝與所述再裝填管的錐形閥的下降進行自動控制。
[0028] 如果是這樣的單晶制造裝置，則能夠在填充單晶制造原料的工序中以短時間可靠 地實施再裝填管及石英坩堝的控制，能夠可靠地實施上述原料填充方法。由此，能夠提高單 晶制造的生廣率。
[0029] (三）有益效果
[0030] 本發(fā)明中，在向單晶制造的石英坩堝內(nèi)填充原料的工序中，由于在開始投入原料 時使再裝填管的下端與石英坩堝內(nèi)的原料或熔液的距離為200mm以上250mm以下，并使石 英坩堝的下降速度（CL)與再裝填管的錐形閥的下降速度（SL)之比（CL/SL)為1.3以上 1. 45以下，因此能夠在將再裝填管和石