JPH02255589A - シリコン単結晶の製造方法及びその装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、粒状シリコンを供給しつつ、チョクラルス
キー法によるシリコン単結晶の引上げを連続的に実施す
るシリコン単結晶の製造方法及びその装置に関するもの
である。

［従来の技術］ 従来、石英るつぼ内に、それと同軸状の隔壁を設け、そ
の外側に原料を供給しながら、内側の融液から単結晶を
引き上げる方法については、いくつかの方法が提案され
ている。しかし、粒状原料の供給方法を具体的に示した
ものはほとんどなく、例えば特開昭５８−１３０１９５
号公報に、隔壁の外側のシリコン融液中に浸漬した供給
管により原料を供給する方法が開示されているにす′ぎ
ない。

［発明が解決しようとする課題］ 粒状原料を供給しながら単結晶を育成する連続チャージ
会チョクラルスキー法においては、原料粒状シリコンは
ヒーターやシリコン融液からの輻射熱にさらされない炉
上方に貯蔵される。この場合、ホッパー等の払い出し位
置から、シリコン融液液面までの距離（高低差）が大き
くなり、シリコン融液中に突入する際の粒状シリコンの
落下速度は相当速くなる。そのため、落下する粒状シリ
コンによってたたかれたシリコン融液から、飛沫が多量
に発生する。飛沫は溶融状態のまま、もしくは空中で冷
却されて固体微粉状となって炉内に飛散する。それらは
隔壁や石英るつぼ壁に付着したりはねかえったりするほ
か、ヒーターなど炉内構成物の表面に付着し、それらと
反応して黒鉛の場合はＳｉＣ，金属の場合は金属シリサ
イドを生成する。また、ヒーター表面に飛散物が堆積し
、放電・漏電の原因になることもある。いずれにしても
、ヒーター等の炉内構成物の寿命を著しく縮めることに
なる。

また、飛散物（飛沫・微粉）が隔壁を越えて内室側に侵
入することもあり、それが単結晶表面に付着した場合に
は有転位化の原因になり、またシリコン融液液面に落下
した場合には凝固の核となって、融液面上に凝固膜を発
生させる可能性があるなど、いずれにしても単結晶の健
全な育成の阻害原因になることが多い。

このような問題に対する対策は、従来提案されていない
。特開昭５８−１３０１９５号公報に開示されている方
法では、原料供給管の先端が外室のシリコン融液液面下
に浸漬されているが、このようにすると、飛沫の発生・
飛散は防止できるものの、供給管浸漬部分の融液が局所
的に冷却されて、凝固してしまったり、粒状シリコンが
未溶融状態のまま供給管内の融液液面部分にたまって、
ついには供給管を閉塞したりするなどの問題点がある。

この発明はこれらの問題点を解決するためになされたも
ので、単結晶育成を阻害することなく、また、ヒーター
など炉内構成物に悪影響を及ぼすことなく、粒状シリコ
ンの投入をおこないつつ、シリコン単結晶を連続的に引
き上げることのできるシリコン単結晶の製造方法及びそ
の装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るシリコン単結晶の製造方法においては、
シリコン融液を収容する石英るつぼ内の隔壁で仕切られ
た外室のシリコン融液中に供給する粒状シリコンの落下
速度を減速し、飛沫がほとんど生じない程度のゆるやか
な速度で融液中に供給する。

また、発明に係るシリコン単結晶の製造装置においては
、外室内のシリコン融液中に粒状シリコンを供給する供
給管に設けられ、粒状シリコンの落下速度を減速させる
減速機構を備えている。

この減速機構としては、粒状シリコンの落下方向に対し
て概略垂直な方向に複数の棒を配置し、或いは複数の傾
斜板を概略交互に配置することにより構成される。

［作　用］ この発明に係るシリコン単結晶の製造方法及びその装置
おいては、粒状シリコンはその落下速度が低減された状
態でシリコン融液中に突入するので、その衝撃力は小さ
く、飛沫の発生を低減することができ、これにより炉内
構成物の劣化や、単結晶育成時の外乱を防止することが
できる。

また、この発明に係るシリコン単結晶の製造装置の粒状
シリコンの減速機構において、粒状シリコンの落下方向
に対して概略垂直な方向に配置された複数の棒は、粒状
シリコンが直接シリコン融液液面まで落下するのをさま
たげ、その落下速度を低減させる。すなわち、落下して
きた粒状シリコンは、これらの棒に当たり、その反発時
に被るエネルギーの減少により、大幅にその落下速度が
低減される。

また、この発明に係るシリコン単結晶の製造装置の粒状
シリコンの減速機構において、供給管内の複数の傾斜板
は、上記の棒の場合と同様に、粒状シリコンが直接落下
するのを妨げてその落下速度を低減させるほか、粒状シ
リコンが空中を落下するのではなく、傾斜板上をころが
り若しくはすべり落ちることによりその落下速度を低減
させる。

［実施例］ 第１図はこの発明の実施例を模式的に示した断面説明図
である。１は石英るつぼで、黒鉛るつぼ２の中にセット
されて支持されており、内部にシリコン融液５を収容し
ている。３はるつぼ支持軸（ペデスタル）で、黒鉛るつ
ぼ２を上下動及び回転可能に支持している。４は例えば
高純度のシリカガラスからなり、石英るつぼ１に対して
同軸上に設けられたリング状の隔壁であり、これにより
石英るつぼ１が内室Ａと外室Ｂとに分離されている。内
室Ａと外室Ｂとは、隔壁４にあけられた小孔４ａで連通
している。内室Ａからシリコン単結晶６が引き上げられ
るとともに、外室Ｂには供給管１２により粒状シリコン
がシリコン融液５中に供給される。また、外室Ｂにはド
ープ剤供給管（図示せず）によりドープ剤が供給される
。単結晶６の引き上げに対応して、外室Ｂのシリコン融
液が内室Ａに流入し、内室Ａのシリコン融液の不純物濃
度をほぼ一定に保つことが可能になる。これにより、抵
抗率一定の単結晶を連続して引き上げることができ、品
質・歩留いずれの点でも従来のチョクラルスキー法によ
るシリコン単結晶にくらべて著しくすぐれたシリコン単
結晶を製造することが可能である。

７は黒鉛るつぼ２を取り囲むヒーター　８はこのヒータ
ー７を取り囲むホットゾーン断熱材である。９は炉チャ
ンバーで、ｌＯは炉チヤンバ−９を貫通して取り付けら
れた粒状シリコン供給装置であり、粒状シリコン貯蔵室
１１及び供給管１２を備えている。

１３は供給管１２の下部に設けられた粒状シリコン減速
装置であり、粒状シリコンの落下速度を減少させる。こ
れにより、外室Ｂのシリコン融液中に突入する粒状シリ
コンの落下速度を大幅に低減し、シリコン融液からの飛
沫の発生を防止することができる。

第２図（Ａ）は粒状シリコン減速機構１３の一実施例の
構成を示す斜視図である。この粒状シリコン減速機構１
３は、供給管１２の内側に、粒状シリコンの落下方向１
７に対して概略垂直な方向の複数の棒１４を設けたこと
により構成されている。この棒１４は、粒状シリコンの
落下速度を低減させるために供給管１２の開口部１５の
できるだけ近くまで設けである方が望ましい。

第２図ＣＢ）は同図（Ａ）の減速機構１３での粒状シリ
コンの落下状況の一例を図示した模式図であり、粒状シ
リコンは符号１８に示す経路で落下し、粒状シリコンは
棒１４に当たり、その反発時に被るエネルギーの減少に
より、大幅にその落下速度が低減される。

第３図（Ａ）は粒状シリコン減速機構１３の他の実施例
の構成を示す斜視図である。この粒状シリコン減速機構
１３は、供給管１２の内側に、複数の傾斜板１Ｂを概略
交互に設けたことにより構成されている。

第３図（Ｂ）は同図（Ａ）の減速機構１３での落下して
くる粒状シリコンの落下形態の一例を図示した模式図で
あり、粒状シリコンは符号１８に示す方向から落下し、
傾斜板１６に当たって減速されるほか、傾斜板１６に沿
ってころがり又はすべり落ちることによって減速される
ことになる。

以下、この実施例の動作を説明する。第１図に示す製造
装置においてシリコン単結晶の製造を行う際に、２０イ
ンチの石英るつぼ１に、１８インチのリング状の石英製
の隔壁４を備え、３０ｋｇのシリコン融液５を収容した
。隔壁４には直径５龍の小孔４ａが設けられており、内
室Ａと外室Ｂとの溶融液面が同一に保持されている。内
室Ａのシリコン融液から６インチのシリコン単結晶６を
引き上げた。

そして、このシリコン単結晶６を引き上げに対応して、
粒状シリコンが石英製の供給管１２を通して外室Ｂのシ
リコン融液中に供給され、原料溶解部である外室Ｂの溶
融液によって溶解され、隔壁４の小孔４ａを通って単結
晶引上げ部である内室Ａに静かに移動し、シリコン融液
５の液面レベルが一定に保持される。

なお、粒状シリコンは、引上げ炉と連続してはいるが、
炉内の熱の影響を受けることのない、別室の粒状シリコ
ン貯蔵室１１から供給管１２へ導かれるようになってい
る。

当初、粒状シリコンの減速機構１３を設けずに、粒状シ
リコンの供給を行ったところ、大量の飛沫が発生し、そ
の一部が隔壁４を越えて内室Ａ側へ入り込んで単結晶６
に付着したり、シリコン融液液面に凝固膜を発生させた
りするものもあった。

また、ヒーター７の上部や、保温筒８の上部などに、飛
沫によるシリコンが多量に付着していた。

これに対し、第２図（Ａ）に示す機構の粒状シリコン減
速機構１３を供給管１２の下部的１５（至）にわたって
設け、これを用いてシリコン単結晶の引上げをおこなっ
た。その結果、飛沫はほとんど発生せず、上記のような
現象は全く観察されなかった。

また、第３図（Ａ）に示す機構の減速機構１３を用いた
場合にもそれと同等かそれ以上の飛沫防止効果が得られ
た。なお、第３図（Ａ）に示す機構の減速機構では傾斜
板（石英製＞　１０の角度を、水平に対して２５＃に設
定した。

なお、これらの減速機構１３はいうまでもないことであ
るが、シリコン融液液面にできるだけ近づけて設けるこ
とによって、大きな効果が得られる。

すなわち、供給管１２の開口部１５をできるだけシリコ
ン融液液面に近づけ、かつ減速機構１３を供給管１２の
開口部１５近くまで設けることが望ましい。

また、この発明は第１図、第２図（Ａ）及び第３図（Ａ
）に図示した実施例に限定されるものではなく、この発
明の目的に応じて適宜変形されたものも含まれることは
いうまでもない。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、シリコン融液中に供給
する粒状シリコンの落下速度を十分低減してからシリコ
ン融液中に供給するようにしたので、融液からの飛沫の
発生を低減・防止することができ、単結晶育成に対する
悪影響をとりのぞき、安定した単結晶製造が実現できる
ばかりでなく、炉内構成物への飛沫の付着による劣化が
防止でき、長時間・多数回の単結晶引上げが可能になる
という効果がある。

また、炉内構成物は高純度黒鉛・石英ガラスあるいは高
融点金属といった高価な材料のもので作られているため
、これらの寿命は製造時のコストに直接大きな影響を及
ぼすが、上記のように飛沫の発生を防止したことにより
その寿命が伸び、コスト面からもその効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るシリコン単結晶の製
造装置を示す断面図、第２図（Ａ）（Ｂ）は粒状シリコ
ンの減速機構の一実施例を示す斜視図及びその粒状シリ
コンの落下状況の一例を示す模式図、第３図（Ａ）（Ｂ
）は粒状シリコンの減速機構の他の実施例を示す斜視図
及びその粒状シリコンの落下状況の一例を示す模式図で
ある。 図において、１は石英るつぼ、２は黒鉛るつぼ、３はる
つぼ支持軸、４は隔壁、４ａは小孔、５はシリコン融液
、６はシリコン単結晶、７はヒーター８は保温筒、９は
炉チヤンバ−，１０は粒状シリコン供給装置、１１は粒
状シリコン貯蔵室、１２は供給管、１３は粒状シリコン
減速装置、１４は減速用の棒、１５は供給管の開口部、
１Ｂは減速用の傾斜板、１７は粒状シリコンの落下方向
、１ｇは粒状シリコンの落下経路である。 代理人　弁理士　佐　々　木　宗　治 第 図 ９；炉へソぐ− 第 （Ａ） 第 図 （Ａ） （Ｂ） （Ｂ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン融液を収容する石英るつぼ内に、該石英
   るつぼと同軸状で、小孔のある隔壁を設け、該小孔で連
   通する内室と外室とに分離し、該外室内のシリコン融液
   中に粒状シリコンを供給しつつ、該内室内のシリコン融
   液からシリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶の製
   造方法において、シリコン融液中に供給される粒状シリ
   コンの落下速度を減速させることを特徴とするシリコン
   単結晶の製造方法。
2. （２）シリコン融液を収容する石英るつぼ内に、該石英
   るつぼと同軸状で、小孔のある隔壁を設け、該小孔で連
   通する内室と外室とに分離し、該外室内のシリコン融液
   中に粒状シリコンを供給しつつ、該内室内のシリコン融
   液からシリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶の製
   造装置において、前記外室内のシリコン融液中に粒状シ
   リコンを供給する供給管に設けられ、粒状シリコンの落
   下速度を減速させる減速機構を備えたことを特徴とする
   シリコン単結晶の製造装置。
3. （３）減速機構は、粒状シリコンの落下方向に対して概
   略垂直な方向に複数の棒を配置してなることを特徴とす
   る請求項２記載のシリコン単結晶の製造装置。
4. （４）減速機構は、複数の傾斜板を概略交互に配置して
   なることを特徴とする請求項２記載のシリコン単結晶の
   製造装置。