JPH0218376A - 粒状シリコン原料の供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、シリコン単結晶を引上げながら粒状シリコン
原料を供給するチョクラルスキー法によるシリコン単結
晶の製造装置において、上記粒状シリコン原料をるつぼ
に供給するための原料供給装置に関するものである。

［従来の技術］ シリコン単結晶（以下単に単結晶ということがある）の
製造には、るつぼ内に保持されたシリコン融液から、種
結晶を用いて単結晶を引上げる、いわゆるチョクラルス
キー法（ＣＺ法）が広〈実施されている。

この方法では、シリコン単結晶の抵抗率の制御の目的で
、ｐ型半導体用としてボロン、Ｎ型半導体用としてリン
、アンチモンなどをシリコン融液中にあらかじめ添加し
ている。しかし、これらの添加元素は、シリコン融液が
単結晶に凝固する際に一定の割合で単結晶中にとりこま
れ、残りは残シリコン融液中に排出される。そして、単
結晶引上げにともなうシリコン融液の減少により、シリ
コン融液中のドープ剤濃度が増加し、このため引上げら
れる単結晶中のドープ剤濃度も、単結晶の頭部から尾部
にかけて次第に増加する。従って低効率も変化し、単結
晶からシリコンウェハを製造したときはウェハごとに電
気電動率が異なることになり、要求が厳しい場合には、
使用可能なウェハの歩留りが５０％以下になることもあ
る。

このようなことから、シリコン単結晶の引上げ量に見合
ったシリコン原料をるつぼ内のシリコン融液に投入して
融解させ、シリコン融液の液面及びドープ剤濃度を常に
一定に保持する方法が提案されている。

この方法は、加熱炉の外部に設けた原料供給装置に、加
熱炉内に設けられた案内管の一端を接続してシリコン融
液に粒状シリコン原料を供給するようにしたものである
。しかしながらこのような方法においては、投下された
粒状シリコン原料によってシリコン融液に波立ちが発生
する、投下された粒状シリコン原料が完全に溶解する前
に中央部で育成されたシリコン単結晶に付着する等の理
由により、成長中のシリコン単結晶が有転位化するとい
う問題が生じる。

そこで、このような問題を防止するため、るつぼ内にこ
れと同心的でかつ下部に連通部を有するリング状の仕切
りを設け、仕切りの内側に単結晶育成部を、また仕切り
の外側に原料供給部を形成し、この原料供給部に粒状シ
リコン原料を供給する方法が提案される。例えば、実開
昭５９−１４１５７８号公報に開示された考案は、粒状
シリコン原料を投入する案内管の開口部を、原料供給部
のシリコン融液の液面からなり上方に位置させたもので
あり、また特開昭５８−１３０１９５号公報に開示され
た発明は、案内管の先端部を原料供給部のシリコン融液
中に挿入したものである。

［発明が解決しようとする課題］ 実開昭５９−１４１５７８号公報に開示された考案にお
いては、落下中の粒状シリコン原料のぶつかり合いや、
融液液面でのはね返り等によって多量の粒状シリコン原
料が単結晶育成部に入り込み、成長中のシリコン単結晶
が有転位化するという問題があり、このため継続的にシ
リコン単結晶の育成を行なうことができないという問題
がある。

また特開昭５８−１３０９５号公報に開示された発明は
、粒状シリコン原料を投入した際、るつぼ内の熱環境か
ら案内管内でシリコン融液が凝固する可能性が大であり
、この方法は実施困難である。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので
、原料供給部に投入された粒状シリコン原料が単結晶育
成部に侵入するおそれがなく、したがって、育成された
シリコン単結晶が有転位化することのない粒状シリコン
原料の供給装置を得ることを目的としたものである。

［課題を解決するための手段〕 本発明は、上記の目的を達成するためになされたもので
、リング状の仕切りを有するるつぼを備え、前記仕切り
の内側からシリコン単結晶を引上げると共に、前記仕切
りの外側に案内管により粒状シリコン原料を連続的に供
給してシリコン単結晶を製造する装置において、前記案
内管の先端部に該案内管の外径より大きい遮蔽部を設け
、該遮蔽部を前記るつぼの仕切りの外側のシリコン融液
の液面に近接し又はその一部を浸漬して配置した粒状シ
リコン原料の供給装置。及び、 上記装置において、前記案内管の途中に、前記粒状シリ
コン原料の落下速度減速部を設けた粒状シリコン原料の
供給装置を提供するものである。

［作　用］ 案内管の先端部に遮蔽部を設けたことにより、投入され
た粒状シリコン原料がシリコン融液に当ってはね返って
も遮蔽部に当って再び仕切りの外側に落下し、仕切りの
内側に侵入することはない。

また、案内管の途中に落下速度減速部を設けることによ
り、粒状シリコン原料の落下速度を減速し、シリコン融
液の液面に当ったときのはね返りを少なくする。

［発明の実施例］ 第１図は本発明に係る粒状シリコンの供給装置を備えた
シリコン単結晶製造装置の一例の断面図である。図にお
いて、１は石英製のるつぼで、支持軸３に回転かつ上下
動可能に支持された黒鉛るつぼ２内にセットされている
。４はるつぼ１内に設けられた石英製の仕切りリングで
、下部にはシリコン融液５の流通孔４ａが設けられてお
り、上部はシリコン融液５の液面から僅かに露出してい
る。

るつぼ１はこの仕切りリング４により内側の単結晶育成
部Ａと、外側の原料供給部Ｂとに分けられている。６は
シリコン融液５から引上げられた柱状シリコン単結晶で
ある。７は黒鉛るつぼ２の外周に配置され、シリコン融
液を加熱するヒータ、８はヒータ７の外側に設けられた
断熱材、９は加熱炉のハウジングである。

１０はハウジング９の内外に設けられた粒状シリコン原
料の供給装置で、１１はホッパー　１２は一端がホッパ
ー１１に連結された案内管である。案内管１２は第２図
に示すように、先端部に案内管１２の下部の径より大き
い円板状の遮蔽部１３が設けられている。この遮蔽部１
３は、その下面をシリコン融液５の液面に可能な限り接
近して配置する事が望ましく、実施例では、遮蔽部１３
の下面とシリコン融液５の液面との距離は５龍であった
。

次に、上記のように構成したシリコン単結晶製造装置の
作用を説明する。先ず、るつぼ１内に塊状のシリコン多
結晶を装入し、ヒータ７によりるつぼ１を加熱して溶解
する。ついで、種結晶を下降させて単結晶育成部Ａのシ
リコン融液５の液面に接触させ、回転しながら徐々に引
上げると、柱状のシリコン単結晶６が育成される。一方
、原料の供給装置ＩＯから案内管１２を介して、シリコ
ン単結晶６の引上げ量に見合った量の粒状シリコン原料
を原料供給部Ｂに投入する。投入された粒状シリコン原
料は直ちに溶解し、シリコン単結晶６の引上げ量に見合
ったシリコン融液５が流通孔４ａから単結晶育成部Ａに
移動し、単結晶育成部Ａと単結晶供給部Ｂのシリコン融
液５の液面を常に一定に保持する。

ところで、本発明においては原料供給装置の案内管１２
を前記のように構成したので、粒状シリコン原料がシリ
コン融液５の液面に落下してはね返っても遮蔽部１３に
当り、再び原料供給部Ｂ内に落下して溶解するので、単
結晶育成部Ａに侵入するおそれは全くない。

なお、本実施例において、遮蔽部１８のるつぼ１の半径
方向と直交する側、したがってるつぼ１の回転方向の両
側を第２図（ｂ）に１点鎖線で示すように切除して小判
状に形成してもよい。

第３図は本発明に係る遮蔽部１３の別の実施例を示すも
ので、案内管１２の下部に外管１４を設け、その下端部
を案内管１２の下端部より下方に位置させたものである
。

また、第４図は本発明に係る遮蔽部１３のさらに別の実
施例を示したものである。１５は外壁がかまぼこ状に形
成され、るつぼ１の回転方向の両側に開口部１６が設け
られた遮蔽部１３を、その下端部が案内管１２の下端部
より下方に位置するように案内管１２に取付けたもので
、粒状シリコン原料を大量に投入する場合に実施して特
に有効である。

なお、第４図の実施例においては、遮蔽部１３を原料供
給部Ｂのシリコン融液５内に浸漬した状態で、粒状シリ
コン原料を供給してもよい。

次に、第１図で説明した本発明に係る原料供給装置と、
第６図に示す従来の原料供給装置（実開昭５９−１４１
５７８号公報に開示された考案に相当するもの）とをそ
れぞれ使用して実験した結果を説明する。

先ず、第６図に示すように先端部を長さ方向と直角に切
断したまＮの案内管１２を有する原料供給装置ｌＯによ
り、粒状シリコン原料を原料供給Ｂに連続的に投入した
ところ、多量の粒状シリコン原料が飛散して単結晶育成
部Ａにはいり込み、成長中の単結晶６は直ちに多結晶化
してしまった。なお、この場合、案内管１２の先端部と
、シリコン融液５の液面間との距離は３０　ｍ＋＊であ
った。

次に第７図に示すように案内管１２の先端部を斜めに切
除してその傾斜面をるつぼ１の内壁に対向させ、かつ先
端部をシリコン融液５の液面に可及的に近接（実験例で
は両者間の距離は５ｍｍ）させて配置し、粒状シリコン
原料を原料供給装置に連続的に投入した。その結果、大
部分の粒状シリコン原料は原料供給部Ｂに落下したが、
やはりその一部はシリコン融液５の液面ではねて単結晶
育成部Ａにはいり込んだ。本例においては、シリコン単
結晶６は粒状シリコン原料を投入しはじめてから、暫く
終ったのち多結晶化した。

本発明に係る原料供給装置による実験結果は前述の通り
で、粒状シリコン原料の単結晶育成部Ａへのはいり込み
は皆無であり、したがって長時間操業を続けてもシリコ
ン単結晶６が多結晶に転化することはなかった。

第５図は本発明の別の実施例の断面図である。

３０は案内管１２ａの大径部内に設けられた粒状シリコ
ン原料の落下速度減速部で、漏斗状のシュート３１と、
このシュート３１に複数本の支持枠３２で支持された、
案内管１２ａの大径部の内径より若干小径、上面半球状
で逆皿状の分配板３３とから構成されている。

このように構成した落下速度減速部３０を備えた案内管
１２ａにおいては、原料供給装置ｌＯから投入された粒
状シリコン原料は、シュート３１によって整流されて分
配板３３上に落下する。これにより落下のエネルギが減
衰した粒状シリコン原料は、分配板３３の上面を転がり
ながら下降し、案内管１２ａの内壁と分配板３３の外周
とで形成するすき間を通って原料０（給部Ｂの溶畿液面
上に落下する。このようにして、原料供給装置１０から
落下した粒状シリコン原料の落下速度は落下速度減速部
３０で零付近まで減速され、再び落下するのでシリコン
融液５の液面に落下したときの落下速度は大幅に減速さ
れ、したがって飛散を防止することができる。

上記の実施例では、第１図に示したシリコン単結晶の製
造装置に本発明を実施した場合を示したが、シリコン単
結晶を引上げながら粒状シリコン原料を投入する方式の
装置であれば、他の構成のものにも本発明を実施するこ
とができる。また、遮蔽部は落下速度減速部を備えた案
内管に設けてもよく、あるいは落下速度減速部のない案
内管に設けてもよい。さらに遮蔽部の構造は前記実施例
に限定するものではなく、落下した粒状シリコン原料が
シリコン融液の液面に当ってはね返り、単結晶育成部に
侵入するものを防止できるものであれば、他の構造のも
のでもよい。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明は原料供給部に
粒状シリコン原料を供給する案内管の先端部に遮蔽部を
設けて、投入された粒状シリコン原料が単結晶育成部に
侵入するのを防止するようにしたので、育成されるシリ
コン単結晶が有転位化することを防止できる。このため
頭部から足部にかけてドープ剤濃度の均一な高品質のシ
リコン単結晶を得ることができる。

また、上記の案内管の途中に、粒状シリコン原料の落下
速度減速部を設けることにより、投入される粒状シリコ
ン原料の落下速度を低減し、シリコン融液の液面に当っ
たときのはね返りを小さくし、単結晶育成部への侵入防
止をさらに確実にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る原料供給装置を備えたシリコン単
結晶製造装置の一例の模式図、第２図及び第３図は本発
明要部の実施例を示すもので、それぞれ（ａ）は一部を
断面で示した正面図、（ｂ）は底面図、第４図は本発明
要部の他の実施例を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ
）は底面図、第５図は本発明の別の実施例を示す断面図
、第６図は従来のシリコン単結晶の製造装置の一例を示
す模式図、第７図はさらに他の例の要部を示す模式図で
ある。 １：るつぼ、４：仕切りリング、５：シリコン融液、６
：シリコン単結晶、７：ヒータ、１０：原料供給装置、
１２．１２ａ：案内管、１３：遮蔽部、３０：落下速度
減速部、Ａ：単結晶育成部、Ｂ：原料供給部。 代理人　弁理士　佐々木　宗　治 慨 図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）リング状の仕切りを有するるつぼを備え、前記仕
   切りの内側からシリコン単結晶を引上げると共に、前記
   仕切りの外側に案内管により粒状シリコン原料を連続的
   に供給してシリコン単結晶を製造する装置において、 前記案内管の先端部に該案内管の外径より大きい遮蔽部
   を設け、該遮蔽部を前記るつぼの仕切りの外側のシリコ
   ン融液の液面に近接し又はその一部を浸漬して配置した
   ことを特徴とする粒状シリコン原料の供給装置。
2. （２）前記案内管の途中に、前記粒状シリコン原料の落
   下速度減速部を設けたことを特徴とする請求項（１）記
   載の粒状シリコン原料の供給装置。