JPS5932430B2 - 帯状シリコン結晶の製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は帯状シリコン結晶の製造方法に関する。

結晶引上げを行うに際しまず第一に考慮すべき点は、結
晶引上げ速度と、加熱ヒータパワーとのバランスである
。

一般に結晶引上げを行なう際には、結晶引上げ速度を上
昇させるに従い加熱ヒータパワーを減少させて行く必要
がある。

これは、シリコン融液が結晶化するに際して発生する潜
熱の分だけヒータから固液界面に供給される熱を減少さ
せ、固液界面の位置変動を少すくシようという目的（こ
よる。

帯状シリコン結晶引上げに際しても同様な操作が必要で
ある。

帯状シリコン結晶引上げに適した固液界面形状は、帯状
シリコン結晶幅方向端部のメニスカス高さが低く、中央
部では高いという形状である。

これが逆転している場合には結晶引上げは困難である。

結晶幅方向端部でのメニスカス高さが高いと結晶幅の拡
大及び一定幅の維持は困難であり、幅方向端部でメニス
カス高さを低下させた場合幅方向中央部でのメニスカス
高さも低下し、成長中の帯状結晶はキャピラリ・ダイと
固着するからである。

しかし帯状結晶引上げの際、幅方向中央部でのメニスカ
ス高さは高い方が良いとはいえ、これが極端になりすぎ
た場合にはキャピラリ・ダイ中央部で結晶成長が起らな
いか、ないしは中央部で結晶厚みが薄い結晶が得られる
という不都合を生ずる。

さて、帯状シリコン結晶の成長に当り、結晶引上げ速度
を増大させ、ヒータパワーを減少させた場合には、一般
的にはメニスカス形状は変化する。

その方向は、結晶幅方向端部のメニスカス高さを一定に
しよう吉して操作した場合、幅方向中央部メニスカス高
さが増大するというものである。

これは潜熱発生とは無関係の固液界面以外の部分はヒー
タパワーの減少に伴い確実に温度低下を起し、結晶幅方
向端部は中央部に比べ熱放散が良いために起る現象であ
る。

このため結晶が低速で引上げられる結晶成長初期のメニ
スカス形状を定めている条件は、引上げ速度の大きいそ
の後の状態下では好ましいものではなく、またその逆も
いえる。

従来このような不都合を避けるためには、帯状シリコン
結晶の幅方向の温度分布を結晶引上げ中に変更できるよ
うな電気的あるいは機械的手段を設けるという方法によ
り解決していたが、これは非常に繁雑であった。

本発明は、このような繁雑な方法を取らずに結晶成長時
の初期から引上げ速度増大に至るまでの間の温度分布の
変化を解消して所望の形状の帯状シリコン結晶を引上げ
る方法を提供するものである。

このような目的を達成するためには、リボン結晶幅方向
端部が結晶引上げ初期には熱放散が大きくその後熱放散
が低下すればよい。

そこで本発明では、種子結晶として、結晶引上げ方向に
頂点をもつ頂角が鈍角である二等辺三角形板体部と、そ
の頂点部と種子結晶支持体との間を連結する、前記二等
辺三角形板体部の底辺１／１０以下の幅をもつ平行板体
部とからなる板状結晶を用いることにより、上記目的を
達成する。

第１図ａは一実施例での結晶引上げの要部状態を示し、
同図すはその種子結晶の平面形状を示している。

図中、１はシリコン融液２が収容された石英製ルツボで
あり、その中にスリットを有するキャピラリ・ダイ３（
３□、３゜）が配置され、スリットを介して上昇した融
液２に種子結晶４を接触させ、これを引上げることによ
り帯状シリコン結晶５を得るものである。

６は種子結晶支持体である。

種子結晶４は、第１図すに示すように、結晶引上げ方向
に頂点をもち、頂点θが鈍角である二等辺三角形板体部
４ａと、その頂点部と種子結晶支持体６との間を連結す
る、二等辺三角形板体部４ａの底辺ｄ１の１／１０以下
の幅ｄ２をもつ平行平板部４ｂとからなる。

以下に具体的な実験データを挙げてこの発明の効果を明
らかにする。

まず、キャピラリ・ダイ３として、比重１．８の高純度
グラファイトを幅１００ ｍｍ、高さ４０ｍ１１Ｌ１厚
み３ｒｒａｎに切り出し、先端を３０度の角度に斜め研
削し、同質のグラファイト製ネジでスペーサを介して間
隔０．３ ｒｎｍのスリットをもつように構成した。

この２枚のキャピラリ・ダイ３を内径１５０ｍｍφの石
英ガラス製ルツボ１に配置した。

そしてキャピラリ・ダイ３以外の石英ガラスルツボ１中
には比抵抗５０Ω儒の高純度原料シリコン粒を１００１
ｒ充填し、ドーピング用ホウ素を１０μｇｒ混入した。

次に引上炉中にルツボをセットし、炉内を昇温した。

約１時間後に炉内温度は１４５０°Ｃ迄上がり、高純度
シリコンとドーピング用ホウ素は融解し、融液２となっ
た。

炉内温度を更に上げて１５００°Ｃにすると、融液２は
キャピラリ・ダイ３のスリットの間を上昇し始め、１０
分後にスリット開口部を埋めた。

加熱をやや抑えて成長に必要な温度条件を作り出すと、
あらかじめ中心軸に近い端の温度が高くなっていた。

この状態で頂角θが１２０度である二等辺三角形板体部
４ａをもつ種子結晶４をキャピラリ・ダイ３の開口部の
融液２に命中させた。

一定時間そのまま保持し、その後毎分１． ｍｍの引上
げ速度で引上げを開始し、炉の加熱条件を入力パワーを
下げる方向で変えた。

成長した帯状結晶５は幅が二等辺三角形板体部４ａの底
辺の幅ｄ１と同等で中心部の厚みは薄くなかった。

次に種子結晶４の形状、特に頂角が帯状結晶の良否を決
める決定的な要因になることを明らかにするデータを示
す。

具体的には、頂角θをパラメータとして、１メートルの
帯状結晶を引上げたあと、目的の結晶幅がどの位できた
かを一つの目安にし、また厚みが中心部で薄いことを目
的の厚みと比較して不良率を求めた。

第２図、第３図は種子結晶４の頂角θを２０．４０，５
０，８０゜ｉｏｏ 、１２０度と選んで上記不良率を求
めたものである。

なお、幅ｄ２は実施例と同様幅ｄ１の１／１０以下に設
定した。

幅、厚みともに頂角θが１２０度と大きいときに不良率
が激減する。

頂角θが９０度より大きい範囲では、実用土十分小さい
不良率となることがわかる。

品質に関しても頂角θが大きい方が帯状結晶の破損事故
が少ないことが確認された。

また種子結晶４の平行平板部４ｂの幅ｄ２が二等辺三角
形板体部゛４ａ゛の底辺の幅ｄ１の１／１０以下でない
と、種子結晶側への熱伝達が大きすぎて固液界面の熱バ
ランスが悪くなり、良質の帯状シリコン結晶が引上げら
れないことも確認された。

以上のように本発明によれば、種子結晶の形状を選ぶこ
とにより、複雑な外部的温度制御を要せず、所望の形状
の帯状シリコン結晶を安定に引上げることかできる。

【図面の簡単な説明】 第１図ａ、ｂは本発明の一実施例の成長方法の説明図、
第２図及び第３図は本発明の効果を示す図である。 １・・・・・・石英ガラス製ルツボ、２・・・・・・シ
リコン融液、３□、３２・・・・・・キャピラリ・ダイ
、４・・・・・・種子結晶、４ａ・・・・・・二等辺三
角形板体部、４ｂ・・・・・・平行板体部、５・・・・
・・帯状シリコン結晶、６・・・・・・種子結晶支持体
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリコン融液を収納したルツボにスリットを有する
   キャピラリ・ダイを配し、前記スリットを介して上昇し
   た融液に種子結晶を接触させ、この種子結晶を引上げる
   ことにより帯状シリコン結晶を引上げるに際し、前記種
   子結晶として、結晶引上げ方向に頂点をもつ頂角が鈍角
   である二等辺三角形板体部と、その頂点部と種子結晶支
   持体との間を連結する、前記二等辺三角形板体部の底辺
   の１／１０以下の幅をもつ平行板体部とからなる板状結
   晶を用いることを特徴とする帯状シリコン結晶の製造方
   法。