JPS62246894A - 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〕 本発明はシリコン等の単結晶を製造する方法及びその装
置に関するものである。

〔従来技術〕

従来シリコン単結晶の製造方法は浮遊帯域溶融法（ＦＺ
法）、引上法（ＣＺ法）に分けられる。浮遊帯域溶融法
は真空チャンバ内に柱状原料である柱状多結晶シリコン
を垂下し、その下端部を加熱溶融してここに種結晶を接
触させ、種結晶を回転させつつシリコン多結晶をその下
端部側から上端部側に向けて漸次溶融し、種結晶上に単
結晶を成長せしめるようになっている。また引上法はル
ツボ内で原料としての多結晶塊粒状シリコンを溶融した
後、種結晶をこの熔融液に接触させ、これを回転させつ
つ上昇させて種結晶先端にシリコン単結晶を成長せしめ
るようになっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで上述した如き従来の方法にあっては前者は結晶
成長速度が速いという利点がある反面・原料には柱状多
結晶シリコンを用いる必要があるため原料コストが高（
、またこの柱状多結晶シリコンの上端部の駆動機構、更
には種結晶の昇降手段等が必要となるため、製造設備が
上、下方向に長くなりがちで大嵩となり、設備コストが
高いという問題があった。

一方後者は設備コストが安価であり、また原料に塊粒状
多結晶シリコンを使用できて原料コストも安く、その上
型結晶中への０２のドープを行い得るなどの利点を有す
る反面、結晶成長速度が遅く、生産性が低いという問題
があつた。

単結晶中の酸素濃度に関しては、その効果として、結晶
中の転位の振動を妨げることがあげられるが、この効果
はＩ　ＸＸ１０１７ａｔ／ｃｃ以下の酸素濃度で消失す
ると言われている。しかし、従来の浮遊帯域溶融法では
、Ｉ　Ｘ１０’ａｔｍ／ｃｃ程度に酸素濃度を増すこと
は、結晶成長上困難であった。

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであ・つて、そ
の目的とするところは浮遊帯域法の長所である結晶成長
速度が速い点、また引上法の長所である設備コスト、原
料コストが安（ｉであり、しかも０２のドープも可能な
点を併有する単結晶の製造方法及びその装置を提供する
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はルツボを備えており、原料をルツボで融解し、
融解液をルツボから流下させて種結晶を接触させた後、
ルツボと種結晶とを相対的に回転させつつ上、下方向に
離反させる。

〔作用〕

本発明はこれによって従来の浮遊帯域法と同様に最初は
原料の融解液を種結晶に接・触させ、その後は覆結晶に
成長した単結晶を融解液、の受皿としてｔａｒｓさせつ
つ単結晶の成長を行い得、速い結晶成長速度が得られ、
しかも原料として塊粒状多結晶を利用出来るから原料コ
ストが安価であることは勿論、設備コストも安価となり
、その上、０２のドープ、或いは原料の選択によって所
望の比抵′抗を有する単結晶の製造が可能となる。

〔実施例〕

以下本発明を塊粒状（又は粒伏５多結晶シリコンを原料
にして単結晶シリコンを製造する場合につき図面に基づ
き具体的に説明する一図面は本発明に係る単結晶の製造
装置の模式図であり、図中１は真空チャンバ、２は石英
製のルツボ、３は高周波加熱コイルを示している。

真空チャンバ１は円筒状に形成され、この真空チャンバ
１内にルツボ２が配設されている。ルツボ２は石英製で
あって椀形に形成され、底部中央には短円筒のガイド２
ａを備えた開口部２ｂを備え、上部は蓋２Ｃにて開閉さ
れるようになっている。ルツボ２の大きさは特に限定す
るものではないが、製造する単結晶の直径等を勘案して
定めればよい１ルツボ２はセラミック等を材料にして形
成した保温材２ｄ内に設置され、保温＃２ｄｔ−隔てて
その下方にｙｔ寵した高周波加熱用のコイル３にて加熱
されるようになっている。

ルツボ２の１ｉ２ｃにはその中央及び周縁部奢りの位置
に夫々孔２ｅ、２ｆが設けられ、中央部の孔２ｅを通じ
て流量調整用の弁６がルツボ２内に挿入され、また周縁
部の孔２ｆを通じて原料供給用の容器７の供給口がルツ
ボ２内に挿入されている。

弁６は軸６ａの下端に円錐形をなす弁体６ｂを固定する
と共に、輪６ａの上端は図示しないモータに連繋されて
おり、モータの駆動によってルツボ２の開口部２ｂに対
して遠近移動させ、ルツボ２からの融解原料の流出量を
調節するようになっている。

原料供給用の容器７は円筒形に形成され、先端の供給口
は蓋２Ｃの孔２ｆからの挿脱が可能なよう小径に絞って
あり、内部には塊粒状多結晶シリコン４が収容され、必
要に応じてチャンバ１外から原料を補充し得るようにし
である。多結晶シリコン１　　の粒度については特に限
定するものではなく、−必要に応じて設定すればよい。

また原料としての塊粒状多結晶シリコンは単一種類のも
のでもよいが、例えば通切な比抵抗を有する単結晶シリ
コンを得たい場合には融解混合によって所望の比抵抗と
なるよう異種の比抵抗を有する原料を適切な混合比で混
合したものを用いて、もよい。

種結晶８はチャ、７り９ａにて支持軸９の上端に固定さ
れている。支持軸９はその下端を図示しなし）回転駆動
部及びｗｉ＃降ｗｊＡ訪部に連繋され、ており、種結晶
８をルツボ２の開口部２ｂに臨ませ、融解シリコンに接
触せしめて回転させ得るようになっている。

而して上述した如き本発明にあっては最初＃ｌ−６を下
降してルツボ２の開口部２ｂを閉じた状態で容器７から
塊粒状多結晶シリコンをルツボ２内に（井・給し、図示
しないヒータにてルツボ２内の塊粒状多結晶シリコンを
予熱した後、高周波加熱コイル３にて１４２０℃にまで
加熱して融解する。４！結晶８をルツボ２の開口部２ｂ
直下に臨ませ、弁６を上昇して融解液を開口部２ｂを通
じて流下し、種結＃１８に接触させる。その後は弁６の
操作で開口部２ｂの開度を調節し融解原料流量を調節し
つつ種結晶８を支持軸９にて回転させつつ下降し、種結
晶４に単結晶シリコン５を成長せしめてゆく。

なおこの間容器７からは原料である塊粒状多結晶シリコ
ン４を適量づつ供給し、ルツボ２内の融解液レベルを略
一定に維持する。

なお上述の実施例においてはルツボ２の底部に開口部２
ｂを設けてここから融解液を流下させる構成としたが、
ルツボ２の上部から流出させることとしてもよい。また
実施例では種結晶４を支持軸９にて回転させつつルツボ
２から下方に離反させる構成を説明したが、例えばルツ
ボ２を回転させつつ上昇させる構成としてもよい。

〔数値例〕

底部中央に直径４韻の開口部を有する石英製ルツボに塊
粒状多結晶シリコン１００ｇ　（比抵抗５００Ω備のｎ
型塊粒状多結晶シリコン中に比抵抗０．１ΩＧの塊粒状
多結晶シリコンを１．１重Ｎχ混合したもの）を入れ、
これを融解した後、開口部から流下させて種結晶と接触
させ、種結晶を回転しつつ下降し、直径３０簡の結晶を
４鱈／分の速度で成長させ、得られた単結晶の酸素濃度
、比抵抗の実測を行った。

その結果、本発明に依った場合にあっては酸素濃度は２
　Ｘｌ０１１１ａｔｅ／ｃｃ、比抵抗ば５Ω値であった
。

従来の浮遊帯域溶融法に依り得た単結晶の酸素濃度Ｉ　
ＸＩＯ”ａｔｅ／ｃｃと比較して大きくなっているが、
これはルツボの融解によりｏ２がドープされたものであ
る。換言すればｏ２のドープが容易に行い得ること、並
びに比抵抗の具なる２種以上を混合した原料を用いるこ
とによって所望の比抵抗を有する単結晶の製造が可能で
あることを意味する。

〔効果〕

以上の如く本発明にあっては、ルツボにて原料を融解し
た後これを種結晶と接触させつつ流下せしめる構成とし
たから、原料として塊粒状多結晶シリコンを用いること
が出来て塊粒状多結晶シリコンを用いる場合に比較して
原料コストの大幅な低減が可能となり、またルツボから
の融解原料の供給量は比較的広範囲に調節することが出
来で、成長速度も速く、そのうえ０２のドーピング、更
には供給原料の混合によって必要−な比抵抗を有する単
結晶の製造が可能となるなど本発明は優れた効果を奏す
るもので・ある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施状態を示す模式図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ルツボ内で原料である多結晶を融解し、融解原料を
   ルツボから流下させて種結晶と接触させ、種結晶をルツ
   ボに対して相対的に回転させつつ下降させて、該種結晶
   に単結晶を成長せしめることを特徴とする単結晶の製造
   方法。 ２、前記原料である多結晶は粒状のシリコン多結晶であ
   る特許請求の範囲第１項記載の単結晶の製造方法。 ３、原料である多結晶を融解するルツボと、該ルツボか
   ら流下させる融解原料量を調節する調節手段と、前記ル
   ツボから流下される融解原料に種結晶を接触させ、且つ
   これをルツボに対して相対的に回転させつつ下降させる
   手段とを具備することを特徴とする単結晶の製造装置。 ４、前記多結晶はシリコン多結晶である特許請求の範囲
   第２項記載の単結晶製造装置。 ５、前記ルツボは融解原料を流下させる孔を底部に備え
   る特許請求の範囲第２項記載の単結晶の製造装置。