JP2017105691A - シリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、本発明のシリコン単結晶製造装置について説明する。図1は、本発明のシリコン単結晶製造装置の一例を示す概略図である。図1のシリコン単結晶製造装置は、メインチャンバー1、トップチャンバー2、引き上げチャンバー3、多結晶シリコン原料4を収容するための石英るつぼ5、石英るつぼ5を支持するための黒鉛るつぼ6、多結晶シリコン原料4を加熱して溶融するための黒鉛ヒーター7、黒鉛ヒーター7からの熱を遮断するための断熱部材8、シリコン融液に浸す種結晶を固定するための種結晶ホルダー9、ガスを排気するためのガス流出口10、ガスを導入するためのガス導入口11、ガスをメインチャンバー1に導くためのガス整流筒12、石英るつぼ5から引き上げられるシリコン単結晶に対して黒鉛ヒーター7から供給される輻射熱を遮蔽するための熱遮蔽部材13、熱遮蔽部材13より上方にあって育成中のシリコン単結晶を冷却するための冷却筒14、及び冷却筒14の内側に冷却筒14を覆うように配置された脱着可能な円筒型のカバー15を具備する。
次に、本発明のシリコン単結晶の製造方法について説明する。本発明の製造方法は、上述の本発明のシリコン単結晶製造装置を用いて行うことができる。ここで、図4(a)〜(f)に本発明のシリコン単結晶の製造方法の一例のフロー図を示す。図4の製造方法では、まず、石英るつぼ内に原料を充填する(図4(a))。次に、冷却機構の内側に冷却機構を覆うように円筒型のカバーを配置する(図4(b))。なお、カバーの配置は、原料の溶融を開始する前であればよいため、石英るつぼへの原料の充填前にカバーを配置しておいてもよい。次に、石英るつぼ内に充填した原料を黒鉛ヒーターにより加熱して溶融させる(図4(c))。追加チャージを行わない場合は、図4(c)の原料溶融が終了したら、冷却機構の内側に配置したカバーを取り外す(図4(e))。一方、追加チャージを行う場合は、図4(c)の原料溶融が終了した後、原料を追加投入し、黒鉛ヒーターで加熱して溶融させる(図4(d))。なお、この追加チャージは複数回行ってもよい。図4(d)の追加投入した原料の溶融が終了したら、冷却機構の内側に配置したカバーを取り外す(図4(e))。そして、カバーを取り外した状態で、シリコン単結晶を引き上げる(図4(f))。
図1に示される冷却筒14の内側に脱着可能な円筒型のカバー15を備えた本発明のシリコン単結晶製造装置を用いて、黒鉛製のカバー15を装着した状態で原料の溶融を行い、原料溶融開始から終了までに要した時間を計測した。なお、石英るつぼの口径は800mm、使用した原料の総量は250kg、300kg、350kg、400kgの4条件で、原料溶融前にるつぼに充填する原料量は250kgとし、それ以上の原料は50kgずつ追加投入(追加チャージ)した。即ち、使用原料量250kgの場合は追加チャージなし、300kgの場合は追加チャージ1回、350kgの場合は追加チャージ2回、400kgの場合は追加チャージ3回とした。原料溶融中に黒鉛ヒーターに通電する電力は160kWで一定とし、黒鉛ヒーター及びるつぼの位置はその都度適当な位置に調整した。
図6に示される(冷却筒114にカバーを備えていない)従来のシリコン単結晶製造装置を用いて、実施例と同様に原料の溶融を行い、原料溶融開始から終了までに要した時間を計測した。なお、使用原料量、黒鉛ヒーターの電力、並びに黒鉛ヒーター及びるつぼの位置は実施例と同様にした。
4…多結晶シリコン原料、 5…石英るつぼ、 6…黒鉛るつぼ、
7…黒鉛ヒーター、 8…断熱部材、 9…種結晶ホルダー、 10…ガス流出口、
11…ガス導入口、 12…ガス整流筒、 13…熱遮蔽部材、 14…冷却筒、
15…カバー、 16…冷却補助筒、 17…取り出し治具、 18…フランジ部。
Claims (11)
- 原料を収容するための石英るつぼ、前記原料を加熱して溶融するための黒鉛ヒーター、前記石英るつぼから引き上げられるシリコン単結晶に対して前記黒鉛ヒーターから供給される輻射熱を遮蔽するための熱遮蔽部材、及び前記熱遮蔽部材より上方にあって育成中のシリコン単結晶を冷却するための冷却機構を備えたシリコン単結晶製造装置を用いてシリコン単結晶を製造する方法であって、
前記原料の溶融を開始する前に、前記冷却機構の内側に前記冷却機構を覆うように円筒型のカバーを配置し、前記原料溶融が終了した後、前記カバーを取り外してから前記シリコン単結晶を引き上げることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。 - 前記冷却機構として、前記育成中のシリコン単結晶を囲むように配置された冷却筒を用いることを特徴とする請求項1に記載のシリコン単結晶の製造方法。
- 前記冷却筒として、該冷却筒の内側に冷却補助筒を備えたものを用いることを特徴とする請求項2に記載のシリコン単結晶の製造方法。
- 前記原料の溶融において、あらかじめ前記石英るつぼ内に充填した原料を溶融した後、原料を追加投入して溶融し、該追加投入した原料の溶融が終了してから前記カバーを取り外すことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
- 前記カバーとして、黒鉛製のものを用いることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
- 前記カバーの取り外しにおいて、前記原料を溶融したシリコン融液に浸す種結晶を固定するための種結晶ホルダーに装着された可動のフランジ部を有する取り出し治具を用い、該取り出し治具を前記カバーの内側を通して前記カバーの下端部より下側に降下させ、前記フランジ部を広げて固定してから、前記種結晶ホルダーを上昇させることにより前記フランジ部で前記カバーの下端部を支持しながら前記カバーを持ち上げて取り外すことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
- 原料を収容するための石英るつぼ、前記原料を加熱して溶融するための黒鉛ヒーター、前記石英るつぼから引き上げられるシリコン単結晶に対して前記黒鉛ヒーターから供給される輻射熱を遮蔽するための熱遮蔽部材、及び前記熱遮蔽部材より上方にあって育成中のシリコン単結晶を冷却するための冷却機構を備えたシリコン単結晶製造装置であって、
前記冷却機構の内側に前記冷却機構を覆うように配置された脱着可能な円筒型のカバーを備えたものであることを特徴とするシリコン単結晶製造装置。 - 前記冷却機構が、前記育成中のシリコン単結晶を囲むように配置された冷却筒であることを特徴とする請求項7に記載のシリコン単結晶製造装置。
- 前記冷却筒が、該冷却筒の内側に冷却補助筒を備えたものであることを特徴とする請求項8に記載のシリコン単結晶製造装置。
- 前記カバーが、黒鉛製のものであることを特徴とする請求項7から請求項9のいずれか一項に記載のシリコン単結晶製造装置。
- 前記シリコン単結晶製造装置が、前記原料を溶融したシリコン融液に浸す種結晶を固定するための種結晶ホルダーを備えたものであり、かつ該種結晶ホルダーが、前記カバーを取り外すための可動のフランジ部を有する取り出し治具を装着可能なものであることを特徴とする請求項7から請求項10のいずれか一項に記載のシリコン単結晶製造装置。
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