JP2015093793A - Single crystal production method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、単結晶製造方法に関し、特にはチョクラルスキー法(CZ法)による単結晶製造装置を用いた単結晶製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a single crystal, and more particularly to a method for producing a single crystal using a single crystal production apparatus based on the Czochralski method (CZ method).
CZ法によるシリコン単結晶等を育成するための単結晶製造装置の炉内では多くの黒鉛部品が使用されている。また、シリコン単結晶製造装置の操業時には炉内に配置されたルツボに収容された原料融液(シリコン融液)からSi蒸気およびSiOガスが発生する。発生したSi蒸気およびSiOガスは、炉内に流入し炉外へと導出される不活性ガス等のガスの流れに従い移動する。 Many graphite parts are used in the furnace of a single crystal manufacturing apparatus for growing silicon single crystals and the like by the CZ method. Further, during operation of the silicon single crystal manufacturing apparatus, Si vapor and SiO gas are generated from the raw material melt (silicon melt) accommodated in the crucible disposed in the furnace. The generated Si vapor and SiO gas move in accordance with the flow of a gas such as an inert gas that flows into the furnace and is led out of the furnace.
炉内のこのガスの流れにおいて、特にルツボよりも下流に位置する黒鉛部品の表面に上記Si蒸気やSiOガスに起因する付着物が蒸着する。このようにして層状に形成された蒸着物は黒鉛部品の表面に対して非常に強固に定着する。そして、炉の昇温または降温時には、蒸着物と黒鉛部品の熱膨張率差から黒鉛部品の割れを引き起こし、結果として黒鉛部品の寿命を短縮させる原因となる。 In this gas flow in the furnace, deposits due to the Si vapor or SiO gas are deposited particularly on the surface of the graphite component located downstream of the crucible. The deposit formed in a layered manner in this way is very firmly fixed to the surface of the graphite part. When the temperature of the furnace is raised or lowered, the graphite part is cracked due to the difference in thermal expansion coefficient between the deposit and the graphite part, and as a result, the life of the graphite part is shortened.
ここで、黒鉛部品に関する技術として以下のような文献が挙げられる。
例えば特許文献1では、多結晶シリコン製造用のルツボ表面に窒化珪素によるコートを施すことで、得られた多結晶シリコンを容易にルツボから剥離させる技術が開示されている。
また、特許文献2、特許文献3では、単結晶製造装置において、黒鉛部品の表面に窒化珪素によるコートを施す技術が開示されている。しかし、これらのコートは化学気相成長法(CVD法)によるものであり、大型部材の処理が難しく、局所的なコートは難しい上コストが高いという問題点がある。
Here, the following literature is mentioned as a technique regarding a graphite component.
For example,
一方、窒化珪素を比較的容易に成形する方法としては鋳型に入れて焼結させるスリップキャスティング法がある。また、特許文献1に示される様にポリビニルアルコール水溶液をバインダーとし離型材として用いられたりしている。しかし、単結晶シリコンにおいては純度の問題があり、使用されることはなかった。
On the other hand, as a method of forming silicon nitride relatively easily, there is a slip casting method in which it is put in a mold and sintered. Further, as disclosed in
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、単結晶製造装置の炉内で使用される黒鉛部品が、Si蒸着物等の付着物を原因として割れてしまうのを簡単に防ぐことができる単結晶の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and it is easy to prevent a graphite component used in a furnace of a single crystal manufacturing apparatus from being cracked due to deposits such as Si deposits. An object of the present invention is to provide a method for producing a single crystal.
上記目的を達成するために、本発明は、CZ法による単結晶製造装置の炉内に配置したルツボに収容された原料融液から単結晶を育成する単結晶製造方法であって、前記単結晶を育成するとき、前記単結晶製造装置の炉内に使用する黒鉛部品に、窒化珪素を含有する塗料を塗布して表面に窒化珪素膜を形成したものを用いることを特徴とする単結晶製造方法を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a single crystal production method for growing a single crystal from a raw material melt contained in a crucible placed in a furnace of a single crystal production apparatus by a CZ method, wherein the single crystal A single crystal manufacturing method using a graphite component used in the furnace of the single crystal manufacturing apparatus, wherein a silicon nitride-containing paint is applied to form a silicon nitride film on the surface thereof I will provide a.
このようにすれば、塗布のため、例えばCVD法を用いた場合と比較して極めて簡単に窒化珪素膜を形成することができる。局所的な膜形成も容易であるし、しかも低コストで膜形成を行うことができる。
そして、このような窒化珪素膜を形成したものを用いることで、たとえSi蒸着物などの付着物が形成されても、形成される箇所は黒鉛部品自体の表面ではなく窒化珪素膜の表面であるため、例えば窒化珪素膜を一部剥離させることでその付着物を簡単に除去することができる。従来ではその付着物が、直接、黒鉛部品自体の表面に強固に定着してしまい、黒鉛部品の割れを引き起こしてしまっていた。しかしながら本発明の場合、上記のように黒鉛部品に直接的に付着物が定着するのを防いで除去できるので、黒鉛部品の割れの発生を簡単に防ぐことが可能である。したがって、黒鉛部品の寿命を飛躍的に延ばすことができる。このため、黒鉛部品の交換頻度も抑制することができ、交換に伴うコストの増加も抑制することができる。
In this way, the silicon nitride film can be formed very easily for application as compared with, for example, the CVD method. Local film formation is easy, and film formation can be performed at low cost.
Then, by using such a silicon nitride film formed, even if deposits such as Si deposits are formed, the place to be formed is not the surface of the graphite part itself but the surface of the silicon nitride film Therefore, for example, by removing a part of the silicon nitride film, the deposit can be easily removed. In the past, the deposits were firmly fixed directly on the surface of the graphite part itself, causing cracks in the graphite part. However, in the case of the present invention, it is possible to prevent and prevent the deposits from directly fixing on the graphite part as described above, and thus it is possible to easily prevent the graphite part from cracking. Therefore, the life of the graphite component can be greatly extended. For this reason, the exchange frequency of graphite parts can also be suppressed and the increase in the cost accompanying replacement | exchange can also be suppressed.
そして、前記単結晶を育成後、前記黒鉛部品の窒化珪素膜の表面に付着物が確認されたときは、前記窒化珪素膜の少なくとも一部を剥離することにより前記付着物を除去してから、次の単結晶を育成し、前記黒鉛部品の窒化珪素膜の表面に付着物が確認されないときは、前記窒化珪素膜を剥離することなく、そのまま、次の単結晶を育成することができる。 And after growing the single crystal, when deposits are confirmed on the surface of the silicon nitride film of the graphite component, after removing the deposits by peeling at least a part of the silicon nitride film, When the next single crystal is grown and no deposit is observed on the surface of the silicon nitride film of the graphite part, the next single crystal can be grown as it is without peeling the silicon nitride film.
このようにすれば、例えば窒化珪素膜の極表層を剥離することで簡単に付着物を除去できる。
また、付着物がなければそのままの状態で次の単結晶の育成の際に用いることができ、効率的かつ簡便である。
In this way, for example, the deposits can be easily removed by peeling off the extreme surface layer of the silicon nitride film.
Moreover, if there is no deposit, it can be used in the growth of the next single crystal as it is, which is efficient and simple.
また、前記原料融液をシリコン融液としてシリコン単結晶を育成するとき、前記シリコン融液からのSi蒸気またはSiOガスとの接触によりシリコン蒸着物またはシリコン酸化物蒸着物が形成される箇所の黒鉛部品に前記窒化珪素膜を形成したものを用いることができる。 Further, when growing a silicon single crystal using the raw material melt as a silicon melt, graphite at a location where a silicon deposit or a silicon oxide deposit is formed by contact with Si vapor or SiO gas from the silicon melt. A component having the silicon nitride film formed thereon can be used.
前述したようにシリコン融液からはSi蒸気等が発生する。そこで、例えば炉内のガスの流れにおいてルツボよりも下流の位置のような、Si蒸気等と接触する箇所に配置される黒鉛部品に対して窒化珪素膜を形成しておくのは、特に有効である。 As described above, Si vapor or the like is generated from the silicon melt. Therefore, for example, it is particularly effective to form a silicon nitride film on a graphite component placed at a location in contact with Si vapor or the like, such as a position downstream from the crucible in the gas flow in the furnace. is there.
また、前記窒化珪素を含有する塗料を、ポリビニルアルコール水溶液をバインダーとして、窒化珪素粉末を前記ポリビニルアルコール水溶液に分散させたものとすることができる。 In addition, the paint containing silicon nitride may be obtained by dispersing silicon nitride powder in the polyvinyl alcohol aqueous solution using a polyvinyl alcohol aqueous solution as a binder.
このような塗料を用いれば、簡便に黒鉛部品の表面に窒化珪素膜を塗布形成することが可能である。 If such a paint is used, a silicon nitride film can be easily formed on the surface of the graphite component.
また、前記窒化珪素を含有する塗料を塗布するとき、刷毛またはスプレーを用いて行うことができる。 Moreover, when apply | coating the coating material containing the said silicon nitride, it can carry out using a brush or spray.
これらの方法を用いれば、簡単に、手間やコストをかけずに黒鉛部品に塗料を塗布することができる。しかも、局所的に塗布する場合にも対応しやすい。 If these methods are used, a paint can be easily applied to a graphite part without labor and cost. In addition, it is easy to deal with the case of applying locally.
以上のように、本発明によれば、単結晶製造装置の炉内の黒鉛部品に直接的にSi蒸着物等が定着して黒鉛部品が割れてしまうのを簡単かつ低コストで防止することができ、黒鉛部品の寿命の向上を図ることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to easily and inexpensively prevent Si deposits or the like from directly fixing to a graphite component in a furnace of a single crystal manufacturing apparatus and cracking the graphite component. The life of graphite parts can be improved.
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明の単結晶製造方法で使用することができるCZ単結晶製造装置の一例を図1に示す。なお、ここでは原料融液として多結晶シリコンを溶融したシリコン融液を用意し、該シリコン融液からシリコン単結晶を育成する場合を例に挙げて説明するが、これに限定されない。例えばGaPなどの化合物半導体単結晶やGGG等の酸化物単結晶をCZ法で育成する場合も炉内に黒鉛部品を用いており、同様に適用することができる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail as an example of an embodiment with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
An example of a CZ single crystal manufacturing apparatus that can be used in the single crystal manufacturing method of the present invention is shown in FIG. Here, a case where a silicon melt obtained by melting polycrystalline silicon is prepared as a raw material melt and a silicon single crystal is grown from the silicon melt will be described as an example, but the present invention is not limited thereto. For example, when a compound semiconductor single crystal such as GaP or an oxide single crystal such as GGG is grown by the CZ method, a graphite component is used in the furnace, and the same can be applied.
シリコン単結晶製造装置1の炉(メインチャンバー2)内には、多結晶シリコンが溶融された原料融液(シリコン融液3)を収容するためのルツボ4(石英ルツボ5と、該石英ルツボ5を支持する黒鉛ルツボ6)が設けられている。また、該メインチャンバー2上に連設された引上げチャンバー7の上部には、育成されたシリコン単結晶を引上げる引上げ機構(図示せず)が設けられている。
In the furnace (main chamber 2) of the silicon single
引上げチャンバー7の上部に取り付けられた引上げ機構からは引上げワイヤ8が巻き出されており、その先端には、種ホルダに支持された種結晶9が取り付けられており、その種結晶9を原料融液3に浸漬し、引上げワイヤ8を引上げ機構によって巻き取ることで種結晶9の下方にシリコン単結晶10を育成する。
A
なお、ルツボ4は、シリコン単結晶製造装置1の下部に取り付けられた回転駆動機構(図示せず)によって回転昇降自在な支持軸11により支持されている。
The
また、ルツボ4の周囲に配設された黒鉛製の加熱ヒーター12の外側や上方には、周辺部断熱部材13が設けられている。この周辺部断熱部材13は、ここでは、インナーシールド15およびその外側のヒートシールド14や、アッパーシールド断熱材16およびその下側のアッパーシールド17により構成されている。
In addition, a peripheral heat insulating member 13 is provided outside and above the graphite heater 12 disposed around the
また、チャンバー2、7には、ガス導入口18、ガス排出口19が設けられており、チャンバー2、7内部に不活性ガス(例えばアルゴンガス)などを導入し、排出できるようになっている。
なお、ガス排出口19の付近には、ガス排出スリーブ20が配設されている。
The
A gas discharge sleeve 20 is disposed in the vicinity of the
そして、円筒形状のガス整流筒21が引上げ中のシリコン単結晶10を囲繞するようにシリコン融液3の表面(シリコン融液面3’)の上方に配設されている。またガス整流筒21は、メインチャンバー2の天井部からシリコン融液面3’に向かって延伸するように設けられている。
さらに、ガス整流筒21のシリコン融液面側にはリング状の遮熱部材22が設けられている。
A cylindrical
Further, a ring-shaped
なお、ガス整流筒21の下端(遮熱部材22)からシリコン融液面3’までの距離を調整したり、加熱ヒーター12の上下方向への駆動により発熱中心を移動することが可能な構造となっている。
メインチャンバー2内におけるホットゾーンの最適構造やシリコン融液面3’、加熱ヒーター12の発熱中心の位置関係などの最適条件は、熱数値解析シュミレーションソフトFEMAGの計算により算出して設定することができる。
The structure is such that the distance from the lower end (heat shielding member 22) of the gas
Optimal conditions such as the optimum structure of the hot zone in the
また、ガス整流筒21、遮熱部材22、周辺部断熱部材13、ガス排出スリーブ20等の配設によりガス誘導路を形成することができる。ガス導入口18から導入された不活性ガスは、ガス誘導路を通って(すなわち、図1に示す例では、ガス整流筒21の内側、遮熱部材22とシリコン融液面3’との間、遮熱部材22とルツボ4との間、周辺部断熱部材13とルツボ4との間、ガス排出スリーブ20の内側を通って)ガス排出口19から排出される。
Further, the gas guiding path can be formed by arranging the
また、ガス整流筒21、周辺部断熱部材13(インナーシールド15、ヒートシールド14、アッパーシールド断熱材16、アッパーシールド17)やガス排出スリーブ20などの材質は特には限定されないが、黒鉛製とすることができる。さらに、加熱ヒーター12、黒鉛ルツボ6、支持軸11も黒鉛製とすることができる。
そして、これらの黒鉛部品で、ルツボ4内のシリコン融液3から発生してガス誘導路を流れるSi蒸気やSiOガスと接触し、シリコン蒸着物やシリコン酸化物蒸着物が形成される箇所、例えば、ここではガス排出スリーブ20の表面に窒化珪素膜が塗布形成されている。
なお、当然、ガス排出スリーブ20以外の箇所(周辺部断熱部材13のインナーシールド15やアッパーシールド17等)にも、適宜、窒化珪素膜を塗布形成することができる。
The materials of the gas
And in these graphite parts, the silicon vapor generated from the
Needless to say, a silicon nitride film can be appropriately coated and formed on portions other than the gas discharge sleeve 20 (such as the inner shield 15 and the
次に本発明のCZ法による単結晶製造方法について説明する。ここでは、図1に示すシリコン単結晶製造装置1を用いてシリコン単結晶を製造する場合について説明するが、先に述べたようにシリコン単結晶に限定されず、本発明においては化合物半導体単結晶など、他の単結晶をCZ法により製造することもできる。
Next, a method for producing a single crystal by the CZ method of the present invention will be described. Here, a case where a silicon single crystal is manufactured using the silicon single
(黒鉛部品への窒化珪素膜の塗布形成)
まず、シリコン単結晶製造装置1を操業させる前に、炉内で使用される黒鉛部品の任意箇所に対して窒化珪素を含有する塗料を塗布し、黒鉛部品の表面に窒化珪素膜を形成する。
シリコン単結晶製造装置1の操業中においては、シリコン融液3からSi蒸気およびSiOガスが発生し、炉内の低温部の黒鉛部品の表面にそれらの蒸着物(付着物)が形成される。しかしながら、予め窒化珪素膜を施しておくことで黒鉛部品の表面に対する直接的な蒸着物の形成を防止することができる。そして、後述するように窒化珪素膜の剥離によって簡単に蒸着物を除去することができるので、従来のように、蒸着物が黒鉛部品の表面から除去できずに残存してしまい、黒鉛部品と蒸着物の熱膨張率差に起因する割れも起こらない。結果として黒鉛部品の寿命の飛躍的な向上に寄与する。また、寿命が延びるため、黒鉛部品の交換頻度を抑制することができ、装置や育成する単結晶のコスト低下を図ることができる。
(Application of silicon nitride film to graphite parts)
First, before the silicon single
During operation of the silicon single
また、窒化珪素膜を塗布形成する箇所については特に限定されないが、シリコン融液からのSi蒸気やSiOガスと接触し、シリコン蒸着物やシリコン酸化物蒸着物が形成されやすい箇所の黒鉛部品を形成対象とするのが効果的である。例えば、前述したようにガス排出スリーブ20など、SiO蒸気等が流れるガス誘導路で比較的低温の箇所が挙げられる。当然これに限定されず、その他の箇所、例えば周辺部断熱部材13のインナーシールド15やアッパーシールド17などにも必要に応じて窒化珪素膜を塗布形成することができる。
Also, the location where the silicon nitride film is applied and formed is not particularly limited, but it forms a graphite part where silicon deposits or silicon oxide deposits are easily formed by contact with Si vapor or SiO gas from the silicon melt. It is effective to target. For example, as described above, a relatively low temperature portion such as the gas discharge sleeve 20 in the gas guiding path through which SiO vapor or the like flows can be cited. Of course, the present invention is not limited to this, and a silicon nitride film can be applied and formed at other locations, for example, the inner shield 15 and the
なお、CZ法によるシリコン単結晶製造装置1において、シリコン融液3の表面から排出されるSi蒸気およびSiOガスのガスが流れる過程における、ルツボ4よりも下流に位置する上記のような黒鉛部品に窒化珪素膜を塗布形成することで、シリコン融液3の純度低下を防止することができる。ルツボ4よりも下流であれば、不純物が付着した窒化珪素膜が剥がれた場合にもシリコン融液3に混ざるのを防止できるからである。
In addition, in the silicon single
また、窒化珪素を含有する塗料を用いて塗布形成した黒鉛部品の表面の窒化珪素膜は、黒鉛部品に定着するものの強固ではない。シリコン単結晶製造装置1の操業終了後には、容易に黒鉛部品の表面から剥離させることができるため、窒化珪素膜上にSi蒸気またはSiOガスによる蒸着物等の付着物が形成された場合でも容易にそれらを窒化珪素膜ごと除去することができる。
Moreover, the silicon nitride film on the surface of the graphite part formed by coating using a paint containing silicon nitride is not strong, although it is fixed on the graphite part. After the operation of the silicon single
また、使用する窒化珪素を含有する塗料は、例えば、水に対しポリビニルアルコールを溶解させたポリビニルアルコール水溶液をバインダーとし、窒化珪素粉末をその水溶液に分散させたものとすることができる。このような塗料であれば簡単に窒化珪素膜を塗布形成することができる。
塗料中の各成分の割合等は特には限定されない。例えばポリビニルアルコールが水に対し1〜10wt%になるよう溶解させ、所望の塗料粘度により変化させることができる。使用する窒化珪素粉末は平均粒径0.65μmの粒子を使用し、前記バインダーに対して5〜55wt%の粉末を使用し、所望の塗料粘度、膜の緻密度により変化させることができる。
Moreover, the coating material containing silicon nitride to be used can be, for example, a polyvinyl alcohol aqueous solution in which polyvinyl alcohol is dissolved in water as a binder, and silicon nitride powder dispersed in the aqueous solution. With such a paint, a silicon nitride film can be easily formed by coating.
The ratio of each component in the paint is not particularly limited. For example, polyvinyl alcohol can be dissolved in water so as to be 1 to 10 wt%, and can be changed depending on the desired viscosity of the paint. The silicon nitride powder to be used is a particle having an average particle diameter of 0.65 μm, and 5 to 55 wt% of the powder is used with respect to the binder, and can be changed depending on a desired paint viscosity and film density.
また窒化珪素膜厚は特に限定されず、例えば10μm以上とすることができる。後述の蒸着物を除去する工程においては、窒化珪素膜の極表層、すなわち膜の一部を剥がすことで膜ごと蒸着物を除去することができるが、蒸着物が形成されやすい箇所などにおいては膜を予め比較的厚く形成しておいても良い。このようにすれば、多数回にわたる除去工程を経ても窒化珪素膜をなお残存させることができ、改めて窒化珪素膜を塗布形成する手間を省くことができる。 The silicon nitride film thickness is not particularly limited, and can be, for example, 10 μm or more. In the step of removing the deposit, which will be described later, the deposit can be removed together with the film by peeling off the extreme surface layer of the silicon nitride film, that is, part of the film. May be formed relatively thick in advance. In this way, the silicon nitride film can still remain even after many removal steps, and the labor for coating and forming the silicon nitride film can be saved.
なお、シリコン単結晶製造装置1の操業時では、装置内低温部の温度でもポリビニルアルコールの熱分解温度としては十分高い。窒化珪素を含有する塗料を塗布した黒鉛部品の表面では、シリコン単結晶製造装置1の操業終了後、ポリビニルアルコールの残存はほぼないと考えられる。ポリビニルアルコールが除去された状態では残存する窒化珪素の黒鉛部品の表面に対する定着は非常に弱いため、例えばブラシ付き掃除機により擦り、吸引することで容易に剥離することができる。そのため、窒化珪素膜上から生成されたSi蒸気やSiOガスによるシリコン蒸着物やシリコン酸化物の蒸着物は、シリコン単結晶製造装置1の操業終了時に容易に黒鉛部品の表面から剥離させることができる。
When the silicon single
また、塗布する手段は特に限定されないが、刷毛やスプレーを用いれば簡単に形成することができる。大掛かりな装置も必要なく、手間やコストもかからないので好ましい。 The means for applying is not particularly limited, but can be easily formed by using a brush or a spray. A large-scale apparatus is not necessary, and it is preferable because it does not require labor and cost.
(単結晶の育成)
シリコン単結晶製造装置1のルツボ4内に多結晶シリコンを投入して充填する。この時シリコン単結晶の抵抗率を決定するリン、ホウ素、砒素、アンチモン、ガリウム、ゲルマニウム、アルミニウムなど所望の抵抗率制御用のドーパントも添加する。抵抗率制御用のドーパント以外に用途に応じて窒素や炭素をドープする場合もある。
不図示の真空ポンプを稼動させてガス排出口19から排気しながら、ガス導入口18からアルゴンガスを流入し、装置内部をアルゴン雰囲気に置換する。そして、加熱ヒーター12で多結晶シリコンを加熱溶融してシリコン融液3を得る。
次に、該シリコン融液3に種結晶9を浸漬した後引上げ、CZ法により、棒状のシリコン単結晶10を育成する。
(Single crystal growth)
Polycrystalline silicon is charged into the
While a vacuum pump (not shown) is operated and exhausted from the
Next, the seed crystal 9 is immersed in the
(付着物の確認とその除去)
単結晶を育成した後、窒化珪素膜の表面状態を確認する。
このとき、その表面にシリコン蒸着物等の付着物が確認されたときは、窒化珪素膜の少なくとも一部を剥離し、それによって膜表面の付着物を除去する。前述したように窒化珪素膜はその表層を簡単に剥がすことができるのでその付着物の除去を容易に行うことができる。そして付着物を除去して窒化珪素膜上に余計な物が付着されていない状態にした後、次のシリコン単結晶の育成を行う。
なお、この除去工程において窒化珪素膜を剥離することによって黒鉛部品自体の表面が露出した場合、改めて窒化珪素膜を塗布形成し、その後に次のシリコン単結晶の育成を行う。
(Confirmation and removal of deposits)
After growing the single crystal, the surface state of the silicon nitride film is confirmed.
At this time, when deposits such as silicon deposits are confirmed on the surface, at least a part of the silicon nitride film is peeled off, thereby removing deposits on the film surface. As described above, since the surface layer of the silicon nitride film can be easily peeled off, the deposits can be easily removed. Then, after removing the deposits so that no extraneous matter is deposited on the silicon nitride film, the next silicon single crystal is grown.
If the surface of the graphite part itself is exposed by peeling off the silicon nitride film in this removing step, a silicon nitride film is applied again and then the next silicon single crystal is grown.
一方、窒化珪素膜の表面に付着物が確認されないときは、上述したような窒化珪素膜の剥離は必要ないため実施せず、そのまま、次の単結晶を育成することができる。 On the other hand, when no deposit is confirmed on the surface of the silicon nitride film, the next single crystal can be grown as it is without performing the removal of the silicon nitride film as described above.
このように本発明では、炉内の黒鉛部品に窒化珪素膜を塗布形成した状態で単結晶の育成を行うので、黒鉛部品の表面に対し、シリコン蒸着物等の付着物が直接的に形成されるのを簡単にコストをかけずに防止することができる。さらには、窒化珪素膜の表面に付着物が形成されたとしても、その付着物を簡単に除去することができる。
したがって、従来のように黒鉛部品がその表面に形成された付着物を原因として割れてしまうのを簡単かつ低コストで防ぐことができ、そのため黒鉛部品の寿命を大幅に延ばすことができる。
As described above, in the present invention, since the single crystal is grown in a state where the silicon nitride film is applied and formed on the graphite component in the furnace, deposits such as silicon deposits are directly formed on the surface of the graphite component. Can be easily prevented without cost. Furthermore, even if deposits are formed on the surface of the silicon nitride film, the deposits can be easily removed.
Therefore, it is possible to easily and inexpensively prevent the graphite component from being cracked due to the deposits formed on the surface as in the prior art, and thus the life of the graphite component can be greatly extended.
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例)
図1のようなCZ法によるシリコン単結晶製造装置1を用いて本発明の製造方法によりシリコン単結晶を育成する。
このとき、メインチャンバー2の上部のガス導入口18からは、不活性ガスとしてArガスを流している。この不活性ガスはガス誘導路に沿って流れる。すなわち、不活性ガスは、まずガス整流筒21と育成するシリコン単結晶10の間を通ってシリコン融液面3’に導かれている。不活性ガスは減圧下でシリコン融液3の直上に配置した遮熱部材22とシリコン融液面3’とによって形成される誘導路を通じて流れ、更にルツボ4の内壁部と遮熱部材22の外側とによって形成される誘導路を通じてルツボ4の外へと排出される。
さらに黒鉛製の加熱ヒーター12の上部には、ヒートシールド14およびインナーシールド15からせり出したアッパーシールド17およびアッパーシールド断熱材16が配設されており、メインチャンバー2の下部にあるガス排出スリーブ20を介し、ガス排出口19から不図示の真空ポンプにより不活性ガスを強制排気している。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
(Example)
A silicon single crystal is grown by the manufacturing method of the present invention using a silicon single
At this time, Ar gas is allowed to flow as an inert gas from the gas inlet 18 at the top of the
Further, an
従ってシリコン融液面3’から排出されたSi蒸気およびSiOガスは、黒鉛ルツボ6の外壁とアッパーシールド17の下部及びインナーシールド15によって形成された誘導路をガス排出口19に向かって流れていく。このガスが流れる過程に設置された黒鉛部品に対して、Si蒸気またはSiOガス接触による蒸着物の形成が起こる。
Accordingly, the Si vapor and SiO gas discharged from the
そこで本実施例では、上記蒸着物の形成が特に見られる黒鉛製のガス排出スリーブ20に関して、スプレーによって窒化珪素を含有する塗料を外表面および内表面の全面に塗布して窒化珪素膜を形成したものを配設し、シリコン単結晶の育成を行った。
なお、水170mlに対しポリビニルアルコールを7wt%溶解させたポリビニルアルコール水溶液をバインダーとし、該バインダーに対して55wt%の窒化珪素粉末を分散させた塗料を用いた。
Therefore, in this example, with respect to the graphite gas discharge sleeve 20 in which the formation of the above-mentioned deposit is particularly seen, a silicon nitride film is formed by spraying a paint containing silicon nitride on the entire outer surface and inner surface by spraying. A silicon single crystal was grown.
A paint in which 7 wt% of polyvinyl alcohol was dissolved in 170 ml of water as a binder and 55 wt% of silicon nitride powder was dispersed in the binder was used.
また、シリコン単結晶を育成するごとに、窒化珪素膜の表面の観察を行い、蒸着物が確認されたときはブラシによって窒化珪素膜の極表層ごと蒸着物を除去し、それから次のシリコン単結晶を育成した。蒸着物が確認されないときは、そのまま何も処理を施さず、剥離せずに次のシリコン単結晶を育成した。そして、操業前後のガス排出スリーブの質量を計測した。これを操業毎に繰り返した。 In addition, every time a silicon single crystal is grown, the surface of the silicon nitride film is observed, and when the deposit is confirmed, the deposit is removed together with the extreme surface layer of the silicon nitride film with a brush, and then the next silicon single crystal Nurtured. When the deposited material was not confirmed, the next silicon single crystal was grown without performing any treatment as it was and without peeling. And the mass of the gas discharge sleeve before and behind operation was measured. This was repeated for each operation.
(比較例)
実施例とは異なり、窒化珪素膜は形成せず、黒鉛材むき出しのガス排出スリーブを配設し、それ以外は実施例と同様にしてシリコン単結晶の育成を行い、操業前後のガス排出スリーブの質量を計測した。これを操業毎に繰り返した。
(Comparative example)
Unlike the example, a silicon nitride film was not formed, and a graphite gas-exposed gas discharge sleeve was provided. Otherwise, the silicon single crystal was grown in the same manner as in the example, and the gas exhaust sleeve before and after the operation was grown. The mass was measured. This was repeated for each operation.
図2に比較例と実施例のサンプル黒鉛部品(ガス排出スリーブ)の使用時間に対する質量増加率の関係を示す。
比較例では操業後に蒸着物の除去を試みたものの完全に除去できず、操業毎に蒸着物が積層し、ガス排出スリーブの質量が増加してしまった。
一方、本発明を実施した実施例では、操業後に窒化珪素膜ごと蒸着物が除去されたため、ガス排出スリーブの質量は増加していない。
FIG. 2 shows the relationship of the rate of increase in mass with respect to the use time of the sample graphite parts (gas discharge sleeve) of the comparative example and the example.
In the comparative example, although removal of the deposit was attempted after the operation, it could not be completely removed, and the deposit was stacked for each operation, and the mass of the gas discharge sleeve was increased.
On the other hand, in the Example which implemented this invention, since the deposit was removed with the silicon nitride film after the operation, the mass of the gas discharge sleeve has not increased.
また、比較例、実施例ともに、それぞれ上記と同様の条件で、ガス排出スリーブに割れが生じるまでシリコン単結晶の育成を繰り返し行った。
図3に比較例と実施例のガス排出スリーブのライフ指標比較を示す。図3に示すように結果は実施例が比較例の3.8倍となった。
以上の結果から分かるように、従来では黒鉛部品に対する蒸着物の除去は困難であったが、本発明であればその蒸着物を除去することができる。黒鉛部品と蒸着物の熱膨張率差に起因する黒鉛部品の割れの発生を抑止することができ、黒鉛部品の寿命を飛躍的に向上させることができる。
In both the comparative example and the example, the silicon single crystal was repeatedly grown under the same conditions as described above until the gas discharge sleeve was cracked.
FIG. 3 shows a comparison of life indices of the gas discharge sleeves of the comparative example and the example. As shown in FIG. 3, the result was 3.8 times that of the comparative example.
As can be seen from the above results, conventionally, it was difficult to remove the deposit on the graphite part. However, according to the present invention, the deposit can be removed. It is possible to suppress the occurrence of cracks in the graphite part due to the difference in thermal expansion coefficient between the graphite part and the deposit, and the life of the graphite part can be dramatically improved.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
実施例ではCZ法によるシリコン単結晶製造装置内で使用される黒鉛部品に対する窒化珪素膜を塗布形成したものを用いる場合を示したが、これに限定されるものではなく、窒化珪素を含有する塗料を黒鉛部品の表面に塗布することで黒鉛部品を長寿命化させる技術はいかなるものであっても本発明の権利範囲に含まれる。例えば、CZ法によるGaPなどの化合物半導体単結晶を製造するための装置の黒鉛部品に窒化珪素膜を塗布形成する場合が挙げられる。 In the embodiment, the case where a silicon nitride film coated and formed on a graphite part used in a silicon single crystal manufacturing apparatus by the CZ method is used is not limited to this, but a paint containing silicon nitride is used. Any technique for extending the life of a graphite part by coating the surface of the graphite part is within the scope of the present invention. For example, there is a case where a silicon nitride film is applied and formed on a graphite part of an apparatus for manufacturing a compound semiconductor single crystal such as GaP by the CZ method.
1…シリコン単結晶製造装置、 2…メインチャンバー、 3…シリコン融液、
3’…シリコン融液面、 4…ルツボ、 5…石英ルツボ、 6…黒鉛ルツボ、
7…引上げチャンバー、 8…引上げワイヤ、 9…種結晶、
10…シリコン単結晶、 11…支持軸、 12…加熱ヒーター、
13…周辺部断熱部材、 14…ヒートシールド、 15…インナーシールド、
16…アッパーシールド断熱材、 17…アッパーシールド、
18…ガス導入口、 19…ガス排出口、 20…ガス排出スリーブ、
21…ガス整流筒、 22…遮熱部材。
DESCRIPTION OF
3 '... Silicon melt surface, 4 ... Crucible, 5 ... Quartz crucible, 6 ... Graphite crucible,
7 ... Pulling chamber, 8 ... Pulling wire, 9 ... Seed crystal,
10 ... Silicon single crystal, 11 ... Support shaft, 12 ... Heating heater,
13 ... Peripheral heat insulating member, 14 ... Heat shield, 15 ... Inner shield,
16 ... Upper shield insulation material, 17 ... Upper shield,
18 ... gas inlet, 19 ... gas outlet, 20 ... gas outlet sleeve,
21 ... Gas flow straightening cylinder, 22 ... Heat insulation member.
Claims (5)
前記単結晶を育成するとき、前記単結晶製造装置の炉内に使用する黒鉛部品に、窒化珪素を含有する塗料を塗布して表面に窒化珪素膜を形成したものを用いることを特徴とする単結晶製造方法。 A single crystal production method for growing a single crystal from a raw material melt contained in a crucible disposed in a furnace of a single crystal production apparatus by a CZ method,
When growing the single crystal, a graphite component used in the furnace of the single crystal manufacturing apparatus is applied with a silicon nitride-containing coating formed on a surface thereof by applying a coating containing silicon nitride. Crystal manufacturing method.
前記黒鉛部品の窒化珪素膜の表面に付着物が確認されたときは、前記窒化珪素膜の少なくとも一部を剥離することにより前記付着物を除去してから、次の単結晶を育成し、
前記黒鉛部品の窒化珪素膜の表面に付着物が確認されないときは、前記窒化珪素膜を剥離することなく、そのまま、次の単結晶を育成することを特徴とする請求項1に記載の単結晶製造方法。 After growing the single crystal,
When deposits are confirmed on the surface of the silicon nitride film of the graphite component, after removing the deposits by peeling off at least part of the silicon nitride film, the next single crystal is grown,
2. The single crystal according to claim 1, wherein when a deposit is not confirmed on the surface of the silicon nitride film of the graphite component, the next single crystal is grown as it is without peeling off the silicon nitride film. Production method.
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