JP2000203986A - シリコン単結晶引上装置 - Google Patents

シリコン単結晶引上装置

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JP2000203986A
JP2000203986A JP11008313A JP831399A JP2000203986A JP 2000203986 A JP2000203986 A JP 2000203986A JP 11008313 A JP11008313 A JP 11008313A JP 831399 A JP831399 A JP 831399A JP 2000203986 A JP2000203986 A JP 2000203986A
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JP
Japan
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silicon
single crystal
chamber
quartz glass
glass crucible
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JP11008313A
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English (en)
Inventor
Hideaki Takano
英明 高野
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Coorstek KK
Original Assignee
Toshiba Ceramics Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】チョクラルスキー法による単結晶育成過程にお
いて、石英ガラスルツボの内表面への付着シリコンをな
くして、発熱体への大電流の供給を必要とせず、石英ガ
ラスの寿命を延ばし、消費電力量の少ないシリコン単結
晶引上装置を提供する。 【解決手段】チャンバー2の上方に穿設された貫通孔2
3を貫通し石英ガラスルツボ12の内表面16に沿って
降下する作動子21を具備し、この作動子21をチャン
バー2外から操作し前記内表面16に付着した付着シリ
コンShに当てて付着シリコンShを溶融シリコンS中
に落下させるシリコン単結晶引上装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はシリコン単結晶引上
装置に係わり、特に原料シリコンの溶融時間を短縮でき
るシリコン単結晶引上装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、シリコン単結晶を育成する場合
には、溶融した原料シリコンに種結晶を浸し、この種結
晶を緩やかに引き上げることによって単結晶を成長させ
るチョクラルスキー法(CZ法という)が用いられてい
る。
【0003】このCZ法による従来のシリコン単結晶の
引上装置としては第4図に示すようなものが用いられて
いる。この第4図に示されるような引上装置40は、内
部に不活性ガスGが供給されるチャンバー41と、この
チャンバー41内に設れられ原料シリコンを溶融しシリ
コン単結晶Igを育成する熱環境を作るホットゾーン4
2から構成されている。
【0004】このホットゾーン42は、多結晶の原料シ
リコンSpが充填される石英ガラスルツボ43と、この
石英ガラスルツボ43を支持しチャンバー41の底部4
2を貫通する回転昇降自在なルツボ回転軸44に取り付
けられた黒鉛ルツボ45と、原料シリコンシSpを溶融
する発熱体46と、この発熱体46、石英ガラスルツボ
43、および黒鉛ルツボ45を囲繞し保温する保温材4
7から構成されている。
【0005】さらに、チャンバー41の上部には引上機
構48が設けられ、この引上機構48には種結晶49を
固定するチャック50を具備するワイヤー51が昇降自
在に設けられている。
【0006】また、石英ガラスルツボ41およびシリコ
ン融液Sの上方にはこのシリコン融液Sからの熱輻射を
防止しかつチャンバー41内を流れる不活性ガスGの流
路を制御する耐熱部材製の輻射シールド52が設けられ
ている。
【0007】なお、53はチャンバー41に不活性ガス
Gを導入する導入管、54は不活性ガスGをチャンバー
41外に排出する排出導入管である。
【0008】このような構造を有する従来のシリコン単
結晶引上装置40を用いてシリコン単結晶Igを引き上
げる場合には、まず、図5(a)に示すように、石英ガ
ラスルツボ43に原料シリコンSpを不規則に充填し、
不活性ガスGをチャンバー41上部の導入管52からチ
ャンバー41内に導入し、石英ガラスルツボ43の原料
シリコンSpを発熱体46により加熱する。
【0009】図5(b)に示すように、発熱体46によ
り加熱された石英ガラスルツボ43の原料シリコンSp
は、下方部分が溶融して溶融シリコンSとなり、上方部
分は原料シリコンSpの状態を保ったままブリッジ形状
を形成する。
【0010】さらに原料シリコンSpを加熱すると、図
5(c)のように原料シリコンSpは内表面55に食い
込むように付着した付着シリコンSh以外の原料シリコ
ンSpは完全に溶融して溶融シリコンSとなる。
【0011】図5(c)に示すように、付着シリコンS
hが内表面55に付着し溶融シリコンSから離間した状
態で結晶育成を行うと、結晶育成中に未溶融の付着シリ
コンShが溶融シリコンS中に落下して、液面振動を発
生させ、また付着シリコンShの存在により石英ガラス
ルツボ43と輻射シールド52間の不活性ガスG流れが
乱され、SiOガスの排出効率を低下させる可能性があ
る。
【0012】このように付着シリコンShの存在は結晶
育成に種々の支障があり、付着シリコンShを完全に溶
融してから結晶育成を開始する必要がある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】従来、付着シリコンS
hの完全な溶融のため、付着シリコンShが石英ガラス
ルツボ43の内表面55から溶融シリコンSに完全に溶
け落ちるまで大電流を発熱体46に供給し、石英ガラス
ルツボ43を高温に加熱していた。
【0014】また、より高温状態で長時間石英ルツボと
溶融シリコンが保持されるため、溶融シリコン中への酸
素含有量が増加してしまう問題があった。
【0015】このような発熱体46への大電流の供給
は、石英ガラスルツボ43の寿命を短くすると共に消費
電力量が増大し不経済であった。
【0016】そこで、単結晶育成過程において、石英ガ
ラスルツボの内表面への付着シリコンをなくして、発熱
体への大電流の供給を必要とせず、石英ガラスの寿命を
延ばし、消費電力量の少ないシリコン単結晶引上装置が
要望されていた。
【0017】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、発熱体への大電流の供給を必要とせず、石英ガ
ラスの寿命を延ばし、消費電力量の少ないシリコン単結
晶引上装置を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本願請求項1の発明は、チョクラルスキー法
によるシリコン単結晶引上装置において、チャンバー上
方に穿設された貫通孔を貫通し石英ガラスルツボの内表
面に沿って昇降する作動子を具備し、この作動子をチャ
ンバー外から操作し前記内表面に付着した付着シリコン
に当てて付着シリコンを溶融シリコン中に落下させる構
成としたことを特徴とするシリコン単結晶引上装置であ
ることを要旨としている。
【0019】本願請求項2の発明では、上記作動子を昇
降する昇降装置をチャンバー外に設けたことを特徴とす
る請求項1に記載のシリコン単結晶引上装置であること
を要旨としている。
【0020】本願請求項3の発明では、上記作動子のチ
ャンバー内の一端部にシリコン体が取り付けられている
ことを特徴とする請求項1または2に記載のシリコン単
結晶引上装置であることを要旨としている。
【0021】本願請求項4の発明では、上記石英ガラス
ルツボの内部上方に輻射シールドを設け、この輻射シー
ルドと石英ガラスルツボの内表面間に作動子を昇降させ
るようにしたことを特徴とする請求項1〜3いずれかに
記載のシリコン単結晶引上装置であることを要旨として
いる。
【0022】本願請求項5の発明では、上記輻射シール
ドを支持部材によりチャンバーに支持し、かつ前記支持
部材に作動子が貫通する貫通孔を穿設したことを特徴と
する請求項4に記載のシリコン単結晶引上装置であるこ
とを要旨としている。
【0023】本願請求項6の発明では、上記作動子のシ
リコン体が最上位位置にあるとき、前記シリコン体によ
り支持部材の貫通孔を閉塞させることを特徴とする請求
項3または5に記載のシリコン単結晶引上装置であるこ
とを要旨としている。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る単結晶引上装
置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【0025】図1は本発明に係る単結晶引上装置1で、
この引上装置1は、気密性のチャンバー2と、このチャ
ンバー2内に設れられ原料シリコンSpを溶融しシリコ
ン単結晶Igを育成する熱環境を作るホットゾーン3か
ら構成されている。
【0026】このチャンバー2には、このチャンバー2
に不活性ガスGを導入する導入管4と、チャンバー2の
底部5を貫通する回転昇降自在なルツボ回転軸6と、こ
のルツボ回転軸6の周囲に位置する不活性ガスGの排出
管7が設けられている。
【0027】さらに、チャンバー2の上部には引上機構
8が設けられ、さらにこの引上機構8には種結晶9を固
定するチャック10を具備するワイヤー11が昇降自在
に設けられている。
【0028】上述のホットゾーン3は、原料シリコンS
p溶融用の石英ガラスルツボ12と、この石英ガラスル
ツボ12を支持する黒鉛ルツボ13と、原料シリコンシ
Spを溶融する発熱体14と、この発熱体14、石英ガ
ラスルツボ12および黒鉛ルツボ13を囲繞し保温する
保温材115から構成されている。
【0029】石英ガラスルツボ12の上方には内表面1
6に対向して輻射シールド17が設けられ、この輻射シ
ールド17は、引き上げられるシリコン単結晶Igを同
心円の軸として取り囲み、輻射シールド17の下端開口
部18はシリコン融液Sに近接し、上端開口部19は石
英ガラスルツボ12の上端部付近に達している。
【0030】また、輻射シールド17はチャンバー2に
支持部材20によりに取り付けられており、この支持部
材20には、アーム状の作動子21が貫通する貫通孔2
2が穿設されている。作動子21はその一端部がチャン
バー2の外側上方に設けられ貫通孔23に対向して設け
られた昇降装置24に取り付けられ、他端部には貫通孔
22とほぼ同じ大きさを有するシリコン体例えばシリコ
ン板25が取り付けられている。
【0031】このシリコン板25は石英ガラスルツボ1
2の内表面16に小間隙gを設けて配設されており、シ
リコン板25は昇降装置24による作動子21の作動で
石英ガラスルツボ12間に小間隙gを有しかつ内表面1
6に沿って自由に昇降が可能である。
【0032】なお、作動子21はSiをCVDによりコ
ーティングしたSi含浸炭化珪素製等の高純度、高耐熱
性を備えた材質であれば、特にシリコン体25は必要で
なく、また昇降装置24を設けずチャンバー2外から手
動操作で作動子21を操作作動させてもよい。
【0033】本発明に係わるシリコン単結晶引上装置1
を用いて単結晶を引上げるには、図1に示すルツボ回転
軸6を回転させて石英ガラスルツボ12を最下点まで降
下させ、従来の技術で説明したと同様に図5(a)に示
すように、石英ガラスルツボ12に多結晶の原料シリコ
ンSpを不規則に充填し、不活性ガスGをチャンバー2
上部の導入管4からチャンバー2内に導入し、石英ガラ
スルツボ12の原料シリコンSpを発熱体14により加
熱する。
【0034】加熱された石英ガラスルツボ12の原料シ
リコンSpは、図5(b)に示すように、下方部分が溶
融して溶融シリコンSとなり、上方部分は原料シリコン
Spの状態を保ったままブリッジ形状を形成する。
【0035】さらに原料シリコンSpを加熱すると、図
2および図5(c)のように原料シリコンSpは、内表
面16に付着した付着シリコンSh以外は完全に溶融し
て溶融シリコンSとなる。
【0036】原料シリコンSpの溶融工程で付着シリコ
ンShが石英ガラスルツボ12の内表面16に未溶融状
態で付着しているときは、昇降装置24を作動させて作
動子21を下降させ、この作動子21の先端に取り付け
られたシリコン板25を付着シリコンShの位置まで降
ろし、付着シリコンShに当てて衝撃を与え、付着シリ
コンShを溶融シリコンS中に落下させる。
【0037】この場合には、シリコン板25と付着シリ
コンShは同一材質であるため、シリコン板25から溶
融シリコンS中に不純物には混入しない。
【0038】なお、付着シリコンShが数個付着してい
る場合には、石英ガラスルツボ12の回転にタイミング
を合わせ、付着シリコンShの付着位置でシリコン板2
5を降下させて、付着シリコンShに当てて付着シリコ
ンShを内表面16から脱落させ。溶融シリコンS中に
落下させる。
【0039】全ての付着シリコンShを溶融シリコンS
中に落下させたのちは、作動子21を上昇させ、シリコ
ン板25で支持部材20の貫通孔17を塞いだ状態で停
止させる。
【0040】原料シリコンSpが完全に溶融されたの
ち、ワイヤー11を下降させて種結晶9を溶融シリコン
Sに浸す。種結晶9を溶融シリコンSに浸した状態で、
引上機構8とルツボ回転軸6を互いに逆方向へ回転さ
せ、ワイヤー11を低速度で上昇させる。
【0041】このようにすると種結晶9が成長して、種
結晶9の下部にシリコン単結晶Igが成長する。シリコ
ン単結晶引上げ中、導入管4よりチャンバー2内に不活
性ガスGが導入され、輻射シールド17の下端開口部1
8、輻射シールド17と溶融シリコンS間を通り、溶融
シリコン表面Ssから蒸発するSiOガスと共に排出管
54から排出される。
【0042】SiOガスがシリコン単結晶Igの表面に
付着すると結晶を有転位化させるので不活性ガスGは単
結晶引上げ中流し続けられる。
【0043】このように単結晶引上げ中は流し続ける
が、上述のように全ての付着シリコンShを溶融シリコ
ンS中に落下させたのちは、シリコン板25で貫通孔2
2を塞いだ状態に保つので、シリコン単結晶育成中輻射
シールド17と石英ガラスルツボ12との間を通過した
不活性ガスGが支持部材20より上方に漏れず排気管4
から整然と排気されるため、SiOガスの排出効率をよ
く維持できる。
【0044】引上げ過程の初期において、作動子21を
用いて石英ガラスルツボ12の内表面16に付着した未
溶融の付着シリコンShを機械的にかつ不純物を混入さ
せることなく溶融シリコンS中に落下させることによ
り、原料シリコンSpを完全に溶融するまでに要する時
間を短縮でき省電力化が図れ、かつ石英ガラスルツボ1
2の長寿命化が達成できる。
【0045】また、原料シリコンSpの一回当たりのチ
ャージ量が増え未溶融の付着シリコンShの量が増える
ような場合には、さらに本発明に係わるシリコン単結晶
引上装置の効果が期待できる。
【0046】
【発明の効果】以上に述べたように本発明に係わるシリ
コン単結晶引上装置は、石英ガラスルツボの内表面に沿
って昇降する作動子により内表面に付着する付着シリコ
ンを溶融シリコンに落下させることにより、SiOガス
の排出効率がよく、原料シリコンが溶融するまでの時間
を短縮して省電力化が図れ、かつ石英ガラスルツボの長
寿命化が図れるシリコン単結晶引上装置を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるシリコン単結晶引上装置の説明
図。
【図2】図1のシリコン体の作動状態を示す説明図。
【図3】図1のシリコン体の作動状態を示す説明図。
【図4】従来のシリコン単結晶引上装置の説明図。
【図5】一般的なシリコン単結晶引上装置における原料
シリコンの溶融過程を示す説明図。
【符号の説明】
1 単結晶引上装置 2 チャンバー 3 ホットゾーン 4 導入管 5 底部 6 ルツボ回転軸 7 排出管 8 引上機構 9 種結晶 10 チャック 11 ワイヤー 12 石英ガラスルツボ 13 黒鉛ルツボ 14 発熱体 15 保温材 16 内表面 17 輻射シールド 18 下端開口部 19 上端開口部 20 支持部材 21 作動子 22 貫通孔 23 貫通孔 24 昇降装置 25 シリコン板 S 溶融シリコン Sh 付着シリコン Sp 多結晶の原料シリコン Ss 融液シリコン表面

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チョクラルスキー法によるシリコン単結
    晶引上装置において、チャンバー上方に穿設された貫通
    孔を貫通し石英ガラスルツボの内表面に沿って昇降する
    作動子を具備し、この作動子をチャンバー外から操作し
    前記内表面に付着した付着シリコンに当てて付着シリコ
    ンを溶融シリコン中に落下させる構成としたことを特徴
    とするシリコン単結晶引上装置。
  2. 【請求項2】 上記作動子を昇降する昇降装置をチャン
    バー外に設けたことを特徴とする請求項1に記載のシリ
    コン単結晶引上装置。
  3. 【請求項3】 上記作動子のチャンバー内の一端部にシ
    リコン体が取り付けたことを特徴とする請求項1または
    2に記載のシリコン単結晶引上装置。
  4. 【請求項4】 上記石英ガラスルツボの内部上方に輻射
    シールドを設け、この輻射シールドと石英ガラスルツボ
    の内表面間に作動子を昇降させるようにしたことを特徴
    とする請求項1〜3いずれかに記載のシリコン単結晶引
    上装置。
  5. 【請求項5】 上記輻射シールドを支持部材によりチャ
    ンバーに支持し、かつ前記支持部材に作動子が貫通する
    貫通孔を穿設したことを特徴とする請求項4に記載のシ
    リコン単結晶引上装置。
  6. 【請求項6】 上記作動子のシリコン体が最上位位置に
    あるとき、前記シリコン体により支持部材の貫通孔を閉
    塞させることを特徴とする請求項3または5に記載のシ
    リコン単結晶引上装置。
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