JP2567312B2 - シリコン単結晶の製造装置及び製造方法 - Google Patents
シリコン単結晶の製造装置及び製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、連続的に原料を供給す
ることを特徴としたチョクラルスキー法（以下ＣＺ法と
いう）による大直径シリコン単結晶の製造装置及び製造
方法に関するものである。
ることを特徴としたチョクラルスキー法（以下ＣＺ法と
いう）による大直径シリコン単結晶の製造装置及び製造
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩ分野では、シリコン単結晶に要求
される直径は年々大きくなっている。今日、最新鋭デバ
イスでは直径６インチのシリコン単結晶が使われてい
る。将来直径８インチあるいはそれ以上の直径のシリコ
ン単結晶、例えば直径１２インチのシリコン単結晶が必
要になるだろうといわれている。ＣＺ法では、シリコン
単結晶の成長とともにるつぼ内のシリコン溶融液が減少
する。従ってシリコン単結晶の成長とともにシリコン単
結晶中のドーパント濃度が上昇し、酸素濃度が低下す
る。即ちシリコン単結晶の性質がその成長方向において
変動する。結晶の直径が大きくなるほど、シリコン単結
晶の成長方向におけるドーパンド濃度の偏析が大きくな
るため、直径８インチ以上のシリコン単結晶では有効単
結晶化率が著しく低下してしまう。ＬＳＩの高密度化と
ともにシリコン単結晶の結晶径は大口径化されており、
またシリコン単結晶に要求される品質も年々きびしくな
るので、ドーパンド濃度の偏析の問題は解決されねばな
らない。
される直径は年々大きくなっている。今日、最新鋭デバ
イスでは直径６インチのシリコン単結晶が使われてい
る。将来直径８インチあるいはそれ以上の直径のシリコ
ン単結晶、例えば直径１２インチのシリコン単結晶が必
要になるだろうといわれている。ＣＺ法では、シリコン
単結晶の成長とともにるつぼ内のシリコン溶融液が減少
する。従ってシリコン単結晶の成長とともにシリコン単
結晶中のドーパント濃度が上昇し、酸素濃度が低下す
る。即ちシリコン単結晶の性質がその成長方向において
変動する。結晶の直径が大きくなるほど、シリコン単結
晶の成長方向におけるドーパンド濃度の偏析が大きくな
るため、直径８インチ以上のシリコン単結晶では有効単
結晶化率が著しく低下してしまう。ＬＳＩの高密度化と
ともにシリコン単結晶の結晶径は大口径化されており、
またシリコン単結晶に要求される品質も年々きびしくな
るので、ドーパンド濃度の偏析の問題は解決されねばな
らない。
【０００３】この問題を解決する手段として、ＣＺ法の
石英るつぼ内のシリコン溶融液を小孔を有する円筒状の
石英製仕切り部材で仕切り、この仕切り部材の外側に原
料シリコンを供給しながら、仕切り部材の内側で円柱状
のシリコン単結晶を育成する方法が古くから知られてい
る（例えば米国特許第２，８９２，７３９号）。近年、
直径０．１〜４．０ｍｍ程度の粒度分布を持つ粒状多結
晶シリコンが開発されたので、特にこれを用いて連続的
に原料供給をおこなうＣＺ法が、盛んに研究開発されて
いる（例えば特開平２−８０３９２号公報）。しかし、
この方法は、結晶の転位発生確率が通常ＣＺ法に比べて
高く、引き上げ速度を大きくできない等の問題点があ
り、そのため未だ実用化レベルに至っていない。
石英るつぼ内のシリコン溶融液を小孔を有する円筒状の
石英製仕切り部材で仕切り、この仕切り部材の外側に原
料シリコンを供給しながら、仕切り部材の内側で円柱状
のシリコン単結晶を育成する方法が古くから知られてい
る（例えば米国特許第２，８９２，７３９号）。近年、
直径０．１〜４．０ｍｍ程度の粒度分布を持つ粒状多結
晶シリコンが開発されたので、特にこれを用いて連続的
に原料供給をおこなうＣＺ法が、盛んに研究開発されて
いる（例えば特開平２−８０３９２号公報）。しかし、
この方法は、結晶の転位発生確率が通常ＣＺ法に比べて
高く、引き上げ速度を大きくできない等の問題点があ
り、そのため未だ実用化レベルに至っていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】連続的に原料供給を行
うＣＺ法においては、単位時間当りのシリコン単結晶の
凝固量（以後、引き上げ量と呼ぶ）と原料供給量を同量
にする方法と引き上げ量より原料供給量を少なくする方
法とがある。本発明では、引き上げ量と原料供給量を同
量にする方法について言及する。連続的に原料供給を行
うＣＺ法では、引き上げ速度を大きくし、即ち、引き上
げ量を大きくすると、それに応じて原料供給量も多くし
なければならない。また、本発明者等は、粒状シリコン
原料の供給量を多くしたとき、以下にあげるような問題
が生じることを知見した。 １）粒状シリコンそのもの、破砕した粒状シリコン、あ
るいは粒状シリコンの供給に伴ったシリコン微粉等が仕
切り部材内側の単結晶育成部に入り込み、転位発生確率
が下がる。 ２）粒状シリコンの供給量が増大するにともなって、粒
状シリコンが融解しにくくなり、粒状シリコンの供給量
が一定量を超えると、仕切り部材外側の原料溶解部で、
粒状シリコンの溶け残り、シリコン溶融液の凝固などが
発生し、原料供給が不可能となる。 ３）原料溶解部において半融解したシリコンが仕切り部
材に付着すると仕切り部材からのシリコン溶融液の凝固
あるいは仕切り部材付近の粒状シリコンの溶け残りの増
大が起こり易くなる。これらのシリコン溶融液の凝固、
粒状シリコンの溶け残りの増大が起こると原料供給が不
能となる。 ４）シリコン溶融液面と原料供給管の距離が近い場合、
粒状シリコンが原料供給管の内壁に付着し、原料供給管
そのものが詰まることがある。
うＣＺ法においては、単位時間当りのシリコン単結晶の
凝固量（以後、引き上げ量と呼ぶ）と原料供給量を同量
にする方法と引き上げ量より原料供給量を少なくする方
法とがある。本発明では、引き上げ量と原料供給量を同
量にする方法について言及する。連続的に原料供給を行
うＣＺ法では、引き上げ速度を大きくし、即ち、引き上
げ量を大きくすると、それに応じて原料供給量も多くし
なければならない。また、本発明者等は、粒状シリコン
原料の供給量を多くしたとき、以下にあげるような問題
が生じることを知見した。 １）粒状シリコンそのもの、破砕した粒状シリコン、あ
るいは粒状シリコンの供給に伴ったシリコン微粉等が仕
切り部材内側の単結晶育成部に入り込み、転位発生確率
が下がる。 ２）粒状シリコンの供給量が増大するにともなって、粒
状シリコンが融解しにくくなり、粒状シリコンの供給量
が一定量を超えると、仕切り部材外側の原料溶解部で、
粒状シリコンの溶け残り、シリコン溶融液の凝固などが
発生し、原料供給が不可能となる。 ３）原料溶解部において半融解したシリコンが仕切り部
材に付着すると仕切り部材からのシリコン溶融液の凝固
あるいは仕切り部材付近の粒状シリコンの溶け残りの増
大が起こり易くなる。これらのシリコン溶融液の凝固、
粒状シリコンの溶け残りの増大が起こると原料供給が不
能となる。 ４）シリコン溶融液面と原料供給管の距離が近い場合、
粒状シリコンが原料供給管の内壁に付着し、原料供給管
そのものが詰まることがある。
【０００５】本発明は、以上の従来における問題を解決
するためになされたものであり、ＣＺ法による大直径の
シリコン単結晶の製造を可能とするシリコン単結晶の製
造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
するためになされたものであり、ＣＺ法による大直径の
シリコン単結晶の製造を可能とするシリコン単結晶の製
造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の第１は、シリコ
ン溶融液を収容する石英るつぼと、該石英るつぼを側面
から加熱する電気抵抗加熱体と、前記シリコン溶融液を
石英るつぼ内で単結晶育成部と原料溶解部とに分割し、
かつ該シリコン溶融液が流通できる小孔を有する仕切り
部材と、前記仕切り部材上方に張り出されたシリコン溶
融液面と水平なフランジと、前記原料溶解部に粒状シリ
コンをガイドし連続供給する原料供給管を有する原料供
給装置を備えたシリコン単結晶の製造装置において、前
記仕切り部材上端と前記フランジ下面の距離を１．５〜
３０ｍｍとすることを特徴とするシリコン単結晶の製造
装置である。
ン溶融液を収容する石英るつぼと、該石英るつぼを側面
から加熱する電気抵抗加熱体と、前記シリコン溶融液を
石英るつぼ内で単結晶育成部と原料溶解部とに分割し、
かつ該シリコン溶融液が流通できる小孔を有する仕切り
部材と、前記仕切り部材上方に張り出されたシリコン溶
融液面と水平なフランジと、前記原料溶解部に粒状シリ
コンをガイドし連続供給する原料供給管を有する原料供
給装置を備えたシリコン単結晶の製造装置において、前
記仕切り部材上端と前記フランジ下面の距離を１．５〜
３０ｍｍとすることを特徴とするシリコン単結晶の製造
装置である。
【０００７】本発明の第２は、前記シリコン単結晶の製
造装置において、シリコン溶融液に落下する粒状シリコ
ンに水平速度成分を持たせるために、前記原料供給管は
元部より下端部に至る傾斜部を構成しており、該傾斜部
は水平面に対する傾斜角度が４５〜７５゜を有するもの
である。
造装置において、シリコン溶融液に落下する粒状シリコ
ンに水平速度成分を持たせるために、前記原料供給管は
元部より下端部に至る傾斜部を構成しており、該傾斜部
は水平面に対する傾斜角度が４５〜７５゜を有するもの
である。
【０００８】更に、該傾斜部の原料供給管の元部から下
端部へ至る水平方向の角度が、前記石英るつぼの中心と
該元部とを結ぶ直線の延長線に対し前記石英るつぼの回
転方向に０゜〜９０゜の角度を有していることを特徴と
するシリコン単結晶の製造装置である。
端部へ至る水平方向の角度が、前記石英るつぼの中心と
該元部とを結ぶ直線の延長線に対し前記石英るつぼの回
転方向に０゜〜９０゜の角度を有していることを特徴と
するシリコン単結晶の製造装置である。
【０００９】更にまた、本発明の第３は、前記シリコン
単結晶の製造装置において、前記原料供給管の下端部と
シリコン溶融液面の距離を１０〜１００ｍｍとすること
を特徴とする請求項１または２記載のシリコン単結晶の
製造装置。
単結晶の製造装置において、前記原料供給管の下端部と
シリコン溶融液面の距離を１０〜１００ｍｍとすること
を特徴とする請求項１または２記載のシリコン単結晶の
製造装置。
【００１０】また、本発明の第４は、シリコン溶融液を
収容する石英るつぼと、該石英るつぼを側面から加熱す
る電気抵抗加熱体と、シリコン溶融液を前記石英るつぼ
内で単結晶育成部と原料溶解部とに分割し、かつ該シリ
コン溶融液が流通できる小孔を有する仕切り部材と、前
記仕切り部材上方に張り出されたシリコン溶融液面と水
平なフランジと、前記原料溶解部に粒状シリコンをガイ
ドし連続供給する原料供給管を有する原料供給装置を備
えた装置を用いてシリコン単結晶を製造する方法におい
て、前記石英るつぼの回転方向と順方向に粒状シリコン
を原料溶解部に投入することを特徴とするシリコン単結
晶の製造方法である。
収容する石英るつぼと、該石英るつぼを側面から加熱す
る電気抵抗加熱体と、シリコン溶融液を前記石英るつぼ
内で単結晶育成部と原料溶解部とに分割し、かつ該シリ
コン溶融液が流通できる小孔を有する仕切り部材と、前
記仕切り部材上方に張り出されたシリコン溶融液面と水
平なフランジと、前記原料溶解部に粒状シリコンをガイ
ドし連続供給する原料供給管を有する原料供給装置を備
えた装置を用いてシリコン単結晶を製造する方法におい
て、前記石英るつぼの回転方向と順方向に粒状シリコン
を原料溶解部に投入することを特徴とするシリコン単結
晶の製造方法である。
【００１１】
【作用】ＣＺ法によるシリコン単結晶の製造装置におい
て、仕切り部材の上端とフランジの下面との距離が小さ
い場合、粒状シリコン、破砕した粒状シリコン等は、仕
切り部材及びフランジに遮られることおよび仕切り部材
と保温カバー間の雰囲気ガス流速が大きくなることによ
り、結晶育成部に侵入しにくくなる。この結果、転位発
生確率が下がる。従来は、例えば実開平−８７１７１号
公報には、仕切り部材を上方よりぶら下げ固定し、仕切
り部材より外側に張り出した隔壁部を設けることによ
り、粒状シリコンの侵入を防止する方法が開示されてい
るが、本発明は、仕切り部材が上方に固定されず、るつ
ぼと一緒に回転するので、シリコン溶融液面を静かな状
態に保つことができ、引き上げを安定して行うことがで
きる。また、仕切り部材に張り出し部を設けたり、吊っ
たりする必要もないので簡便である。
て、仕切り部材の上端とフランジの下面との距離が小さ
い場合、粒状シリコン、破砕した粒状シリコン等は、仕
切り部材及びフランジに遮られることおよび仕切り部材
と保温カバー間の雰囲気ガス流速が大きくなることによ
り、結晶育成部に侵入しにくくなる。この結果、転位発
生確率が下がる。従来は、例えば実開平−８７１７１号
公報には、仕切り部材を上方よりぶら下げ固定し、仕切
り部材より外側に張り出した隔壁部を設けることによ
り、粒状シリコンの侵入を防止する方法が開示されてい
るが、本発明は、仕切り部材が上方に固定されず、るつ
ぼと一緒に回転するので、シリコン溶融液面を静かな状
態に保つことができ、引き上げを安定して行うことがで
きる。また、仕切り部材に張り出し部を設けたり、吊っ
たりする必要もないので簡便である。
【００１２】原料溶解部での粒状シリコンの溶け残り、
内るつぼからの凝固は集中的な粒状シリコンの投入、お
よび半融解した粒状シリコンが仕切り部材に付着するこ
とにより起こる。本発明の第２及び第３では、粒状シリ
コンに水平速度成分を持たせることにより、粒状シリコ
ンを拡散させ、分散供給を実現している。この方法は、
特開平２−１１１６６号公報で提案されている複数供給
管を設ける方法よりも簡便である。
内るつぼからの凝固は集中的な粒状シリコンの投入、お
よび半融解した粒状シリコンが仕切り部材に付着するこ
とにより起こる。本発明の第２及び第３では、粒状シリ
コンに水平速度成分を持たせることにより、粒状シリコ
ンを拡散させ、分散供給を実現している。この方法は、
特開平２−１１１６６号公報で提案されている複数供給
管を設ける方法よりも簡便である。
【００１３】また本発明では、粒状シリコン原料を外る
つぼ壁方向に落下させることにより半融解した粒状シリ
コンが仕切り部材に付着しないようにし、粒状シリコン
の溶け残りの増大や仕切り部材からの凝固を防止でき
る。原料供給管の材料は、不純物の混入を避けるため概
ね石英ガラスで作られる。原料供給管は、るつぼ壁やシ
リコン溶融液面からの輻射により加熱され高温化する。
さらに、原料供給に伴ってシリコン粉塵やシリコン溶融
液面で跳ねた粒状シリコンが原料供給管の下端付近に付
着する。この原料供給管の下端部に付着したシリコンは
輻射熱により融解するので、供給される粒状シリコンが
次々に付着溶解する。この結果原料供給管そのものが詰
まり、原料供給が不能となる。本発明の第３では原料供
給管の下端部とシリコン溶融液面との距離を１０〜１０
０ｍｍにしているので原料供給管の下端部にシリコンが
付着しにくい。
つぼ壁方向に落下させることにより半融解した粒状シリ
コンが仕切り部材に付着しないようにし、粒状シリコン
の溶け残りの増大や仕切り部材からの凝固を防止でき
る。原料供給管の材料は、不純物の混入を避けるため概
ね石英ガラスで作られる。原料供給管は、るつぼ壁やシ
リコン溶融液面からの輻射により加熱され高温化する。
さらに、原料供給に伴ってシリコン粉塵やシリコン溶融
液面で跳ねた粒状シリコンが原料供給管の下端付近に付
着する。この原料供給管の下端部に付着したシリコンは
輻射熱により融解するので、供給される粒状シリコンが
次々に付着溶解する。この結果原料供給管そのものが詰
まり、原料供給が不能となる。本発明の第３では原料供
給管の下端部とシリコン溶融液面との距離を１０〜１０
０ｍｍにしているので原料供給管の下端部にシリコンが
付着しにくい。
【００１４】さらに、シリコン溶融液面からの輻射が比
較的小さいので、原料供給管そのものの温度も低く、原
料供給管に付着したシリコンに対する輻射入熱も小さ
い。このため本発明のシリコン単結晶の製造装置では、
原料供給量を多くしても、原料供給管が詰まることな
く、安定して引き上げを行うことができる。また、本発
明の装置による製造方法では、粒状シリコンの投入方向
と順方向にるつぼを回転させるので、粒状シリコンがシ
リコン溶融液面で跳ねたとき、原料供給管に付着する確
率がさらに少なくなる。
較的小さいので、原料供給管そのものの温度も低く、原
料供給管に付着したシリコンに対する輻射入熱も小さ
い。このため本発明のシリコン単結晶の製造装置では、
原料供給量を多くしても、原料供給管が詰まることな
く、安定して引き上げを行うことができる。また、本発
明の装置による製造方法では、粒状シリコンの投入方向
と順方向にるつぼを回転させるので、粒状シリコンがシ
リコン溶融液面で跳ねたとき、原料供給管に付着する確
率がさらに少なくなる。
【００１５】
【実施例】図１は、本発明の実施例を直径６インチのシ
リコン単結晶を育成する場合について模式的に示した説
明図である。図において、１は直径２０インチの石英る
つぼで、黒鉛るつぼ２の中にセットされている。黒鉛る
つぼ２はペディスタル４で支えられ、ペディスタル４は
炉外で電動モーターに結合されており、黒鉛るつぼ２に
回転運動（１０ｒｐｍ）を与える作用をする。７は石英
るつぼ１内に入れられたシリコン溶融液であり、このシ
リコン溶融液７から柱状のシリコン単結晶５が回転（２
０ｒｐｍ）しながら引き上げられる。３は黒鉛るつぼを
取り囲む電気抵抗加熱体である。雰囲気ガスは引き上げ
チャンバー内２０から炉内に導入され最終的に炉底の排
出口１９から減圧装置（図示せず）により排出される。
６は保温部材である。以上は通常のＣＺ法によるシリコ
ン単結晶の製造装置と基本的には同じである。
リコン単結晶を育成する場合について模式的に示した説
明図である。図において、１は直径２０インチの石英る
つぼで、黒鉛るつぼ２の中にセットされている。黒鉛る
つぼ２はペディスタル４で支えられ、ペディスタル４は
炉外で電動モーターに結合されており、黒鉛るつぼ２に
回転運動（１０ｒｐｍ）を与える作用をする。７は石英
るつぼ１内に入れられたシリコン溶融液であり、このシ
リコン溶融液７から柱状のシリコン単結晶５が回転（２
０ｒｐｍ）しながら引き上げられる。３は黒鉛るつぼを
取り囲む電気抵抗加熱体である。雰囲気ガスは引き上げ
チャンバー内２０から炉内に導入され最終的に炉底の排
出口１９から減圧装置（図示せず）により排出される。
６は保温部材である。以上は通常のＣＺ法によるシリコ
ン単結晶の製造装置と基本的には同じである。
【００１６】８は石英るつぼ１内にこれと同心に配置さ
れた高純度石英ガラスからなる仕切り部材であり、その
直径は３５ｃｍである。この仕切り部材８には小孔１０
があけられており、原料溶解部のシリコン溶融原料はこ
の小孔１０を通って単結晶育成部１３に流入する。この
仕切り部材８の下縁部は石英るつぼ１と予め融着されて
いるか、粒状シリコン原料を溶融する際の熱により融着
しており、原料溶解部１２の高温のシリコン溶融液７は
この小孔１０のみを通り単結晶育成部１３に流入する。
１４は原料供給管で、原料溶解部１２の上部に下端部の
開口を有しており、粒状シリコン原料はこの原料供給管
１４の元部より下端部に至る傾斜部を通って原料溶解部
１２に供給される。この原料供給管１４はチャンバー上
蓋１６の外部に設けられた原料供給チャンバー（図示せ
ず）に連結されており、粒状シリコン原料を連続的に供
給する。なお１７はチャンバ−胴である。
れた高純度石英ガラスからなる仕切り部材であり、その
直径は３５ｃｍである。この仕切り部材８には小孔１０
があけられており、原料溶解部のシリコン溶融原料はこ
の小孔１０を通って単結晶育成部１３に流入する。この
仕切り部材８の下縁部は石英るつぼ１と予め融着されて
いるか、粒状シリコン原料を溶融する際の熱により融着
しており、原料溶解部１２の高温のシリコン溶融液７は
この小孔１０のみを通り単結晶育成部１３に流入する。
１４は原料供給管で、原料溶解部１２の上部に下端部の
開口を有しており、粒状シリコン原料はこの原料供給管
１４の元部より下端部に至る傾斜部を通って原料溶解部
１２に供給される。この原料供給管１４はチャンバー上
蓋１６の外部に設けられた原料供給チャンバー（図示せ
ず）に連結されており、粒状シリコン原料を連続的に供
給する。なお１７はチャンバ−胴である。
【００１７】シリコン単結晶の引上げ速度は１ｍｍ／ｍ
ｉｎであり、粒状シリコン原料は引上げ量と同量、即ち
４５ｇ／ｍｉｎ程度の割合で供給される。２１はシリコ
ン溶融液７の面に水平なドーナツ円板にガス流口を開け
たフランジ、２２はフランジ２１の内径よりシリコン溶
融液７の直上に向かって延びた円筒であり、フランジ２
１と円筒２２より仕切り部材８と原料溶解部１２を覆っ
た保温カバーを構成する。これは仕切り部材８および原
料溶解部１２からの熱の放散を抑制し、粒状シリコン原
料の溶解にとって有利である。本実施例では、フランジ
２１のみでなく、円筒２２を合わせた保温カバーを用い
てシリコン単結晶の製造を行った。
ｉｎであり、粒状シリコン原料は引上げ量と同量、即ち
４５ｇ／ｍｉｎ程度の割合で供給される。２１はシリコ
ン溶融液７の面に水平なドーナツ円板にガス流口を開け
たフランジ、２２はフランジ２１の内径よりシリコン溶
融液７の直上に向かって延びた円筒であり、フランジ２
１と円筒２２より仕切り部材８と原料溶解部１２を覆っ
た保温カバーを構成する。これは仕切り部材８および原
料溶解部１２からの熱の放散を抑制し、粒状シリコン原
料の溶解にとって有利である。本実施例では、フランジ
２１のみでなく、円筒２２を合わせた保温カバーを用い
てシリコン単結晶の製造を行った。
【００１８】［実施例１］以上の装置において、フラン
ジ２１と仕切り部材８の上端の間隔を変えてシリコン単
結晶の引き上げを行った。その結果を表１に示す。表１
に明らかな如く、フランジ２１と仕切り部材８の上端の
間隔が大きくなると無転位引上げ確率が小さくなる。ま
た、間隔を１．５ｍｍ以下にすると仕切り部材の変形に
より、フランジと仕切り部材の接触が起こり引き上げ不
能となった。従って、表１より、無転位引き上げを行う
ために、フランジ２１と仕切り部材８の上端の間隔は
１．５〜３０ｍｍ、望ましくは１．５〜１５ｍｍでなけ
ればならないことがわかる。本実施例ではシリコン溶融
液７の面からフランジ２１の下面までの距離を１８０ｍ
ｍとしたが、シリコン溶融液面の高さを３０ｍｍ高く
し、すなわちシリコン溶融液７の面からフランジ２１の
下面まての高さを１５０ｍｍとして同様にシリコン単結
晶の引上げ行ったところ、表１と同じ結果が得られた。
この結果より、粒状シリコンの結晶育成部１３への進入
防止には、仕切り部材８の絶対的な高さより、仕切り部
材８の上端とフランジ２１の下面との間隔がより重要で
あることが確認された。
ジ２１と仕切り部材８の上端の間隔を変えてシリコン単
結晶の引き上げを行った。その結果を表１に示す。表１
に明らかな如く、フランジ２１と仕切り部材８の上端の
間隔が大きくなると無転位引上げ確率が小さくなる。ま
た、間隔を１．５ｍｍ以下にすると仕切り部材の変形に
より、フランジと仕切り部材の接触が起こり引き上げ不
能となった。従って、表１より、無転位引き上げを行う
ために、フランジ２１と仕切り部材８の上端の間隔は
１．５〜３０ｍｍ、望ましくは１．５〜１５ｍｍでなけ
ればならないことがわかる。本実施例ではシリコン溶融
液７の面からフランジ２１の下面までの距離を１８０ｍ
ｍとしたが、シリコン溶融液面の高さを３０ｍｍ高く
し、すなわちシリコン溶融液７の面からフランジ２１の
下面まての高さを１５０ｍｍとして同様にシリコン単結
晶の引上げ行ったところ、表１と同じ結果が得られた。
この結果より、粒状シリコンの結晶育成部１３への進入
防止には、仕切り部材８の絶対的な高さより、仕切り部
材８の上端とフランジ２１の下面との間隔がより重要で
あることが確認された。
【表１】
【００１９】［実施例２］ 引き上げ速度１ｍｍ／ｍｉｎで６インチのシリコン単結
晶を引き上げているときに、粒状シリコン原料の供給量
を変更しシリコン単結晶の引上げを行った。図２は原料
溶解部１２への粒状シリコンの投入方向を示すための説
明図である。図２において、２３はるつぼ壁、２４は石
英るつぼ１と同心で原料供給管１４の位置が周となる
円、２５は円２４の原料供給管１４の位置における接線
である。本実施例では、図２に示す如く、円２４の原料
供給管１４の位置での接線２５に対し、粒状シリコンを
投入する方向となす角（゜）を変更し単結晶の引上げを
行った。この時、粒状シリコンの投入方向が接線２５よ
り外側即ち石英るつぼ壁２３に向いているとき（外向
き）、そのなす角（゜）即ち、別の表現ですれば、原料
供給管１４の傾斜部の元部から下端部へ至る水平方向の
角度θが前記石英るつぼの中心と該元部とを結ぶ直線の
延長線に対し、石英るつぼの回転方向に０〜９０°の範
囲の角度を正とし、内側（仕切り部材８側）を向いてい
るとき（内向き）のなす角（゜）即ち、前記角度θが９
０以上１８０°の範囲の角度を負とする。各シチュエー
ションについて、仕切り部材８からのシリコン溶融液の
凝固、粒状シリコンの溶け残りの増大などにより、単結
晶の引き上げ操業が不可能になったかどうかを図３に示
す。図３より、６インチ結晶で引上げ速度１ｍｍ／ｍｉ
ｎを維持するためには接線２５となす角（゜）が０゜よ
り大きくなければならないことがわかる。また、るつぼ
の回転方向と順方向に粒状シリコンを原料溶解部１２に
投入することが望ましいことが判る。
晶を引き上げているときに、粒状シリコン原料の供給量
を変更しシリコン単結晶の引上げを行った。図２は原料
溶解部１２への粒状シリコンの投入方向を示すための説
明図である。図２において、２３はるつぼ壁、２４は石
英るつぼ１と同心で原料供給管１４の位置が周となる
円、２５は円２４の原料供給管１４の位置における接線
である。本実施例では、図２に示す如く、円２４の原料
供給管１４の位置での接線２５に対し、粒状シリコンを
投入する方向となす角（゜）を変更し単結晶の引上げを
行った。この時、粒状シリコンの投入方向が接線２５よ
り外側即ち石英るつぼ壁２３に向いているとき（外向
き）、そのなす角（゜）即ち、別の表現ですれば、原料
供給管１４の傾斜部の元部から下端部へ至る水平方向の
角度θが前記石英るつぼの中心と該元部とを結ぶ直線の
延長線に対し、石英るつぼの回転方向に０〜９０°の範
囲の角度を正とし、内側（仕切り部材８側）を向いてい
るとき（内向き）のなす角（゜）即ち、前記角度θが９
０以上１８０°の範囲の角度を負とする。各シチュエー
ションについて、仕切り部材８からのシリコン溶融液の
凝固、粒状シリコンの溶け残りの増大などにより、単結
晶の引き上げ操業が不可能になったかどうかを図３に示
す。図３より、６インチ結晶で引上げ速度１ｍｍ／ｍｉ
ｎを維持するためには接線２５となす角（゜）が０゜よ
り大きくなければならないことがわかる。また、るつぼ
の回転方向と順方向に粒状シリコンを原料溶解部１２に
投入することが望ましいことが判る。
【００２０】［実施例３］ シリコン溶融液７に落下する粒状シリコンに水平速度成
分を持たせるために、原料供給管１４の元部より下端部
に至る傾斜部を設けた場合、傾斜部の水平面に対する傾
斜角度を変えて単結晶の引き上げを行った。またこの
時、実施例２における接線２５と原料投入方向とのなす
角（゜）を０゜、原料供給管１４の下端とシリコン溶融
液７の面との距離を６０ｍｍとし、原料供給量を４５ｇ
／ｍｉｎとした。本実施例より、傾斜部の水平面に対す
る傾斜角（゜）が、７５゜を越えた場合は粒状シリコン
の溶け残りが増大し、傾斜角（゜）が４５゜未満の場合
は傾斜部での反跳により、粒状シリコンが石英るつぼ１
から飛び出すことがわかった。石英るつぼ１からの粒状
シリコンの飛び出しは高純度カーボン製である仕切り部
材８のホットゾーン寿命を短くすることになるので不都
合である。以上のことより、傾斜部の水平面に対する傾
斜角（゜）は４５゜〜７５゜でなければならないことが
わかった。
分を持たせるために、原料供給管１４の元部より下端部
に至る傾斜部を設けた場合、傾斜部の水平面に対する傾
斜角度を変えて単結晶の引き上げを行った。またこの
時、実施例２における接線２５と原料投入方向とのなす
角（゜）を０゜、原料供給管１４の下端とシリコン溶融
液７の面との距離を６０ｍｍとし、原料供給量を４５ｇ
／ｍｉｎとした。本実施例より、傾斜部の水平面に対す
る傾斜角（゜）が、７５゜を越えた場合は粒状シリコン
の溶け残りが増大し、傾斜角（゜）が４５゜未満の場合
は傾斜部での反跳により、粒状シリコンが石英るつぼ１
から飛び出すことがわかった。石英るつぼ１からの粒状
シリコンの飛び出しは高純度カーボン製である仕切り部
材８のホットゾーン寿命を短くすることになるので不都
合である。以上のことより、傾斜部の水平面に対する傾
斜角（゜）は４５゜〜７５゜でなければならないことが
わかった。
【００２１】［実施例４］ 原料供給管１４の下端とシリコン溶融液７の面との距離
を変更して、シリコン単結晶の引上げを行い、原料供給
管１４の詰まり発生について調べた。この時、結晶径６
インチ、引き上げ速度１ｍｍ／ｍｉｎ、傾斜部の水平面
に対する傾斜角（゜）は６０゜とした。表２にその結果
を示す。原料供給管１４がシリコン溶融液７の面に近い
と、シリコン溶融液７の面からの輻射で高温化した原料
供給管１４の下端部にシリコン溶融液７の面で跳ねた粒
状シリコンやシリコン粉塵が付着し、融解する。これを
起点にして、原料供給管１４に粒状シリコンが堆積し、
詰まりが起こるが、表２に示す如く、この詰まり現象
は、原料供給管１４の下端とシリコン溶融液７の面との
距離が１０ｍｍ以上であれば起こらないことがわかっ
た。また、表２に示す如く、傾斜部の水平面に対する傾
斜角（゜）を６０゜としても、シリコン溶融液７の面と
原料供給管１４の下端との距離が１００ｍｍを超える
と、傾斜部での反跳により、粒状シリコンが石英るつぼ
１からの飛び出してしまうことがわかった。従って、原
料供給管１４の下端とシリコン溶融液７の面との間の適
切な距離は１０ｍｍ〜１００ｍｍでシリコン単結晶を引
上げを行うとよい。
を変更して、シリコン単結晶の引上げを行い、原料供給
管１４の詰まり発生について調べた。この時、結晶径６
インチ、引き上げ速度１ｍｍ／ｍｉｎ、傾斜部の水平面
に対する傾斜角（゜）は６０゜とした。表２にその結果
を示す。原料供給管１４がシリコン溶融液７の面に近い
と、シリコン溶融液７の面からの輻射で高温化した原料
供給管１４の下端部にシリコン溶融液７の面で跳ねた粒
状シリコンやシリコン粉塵が付着し、融解する。これを
起点にして、原料供給管１４に粒状シリコンが堆積し、
詰まりが起こるが、表２に示す如く、この詰まり現象
は、原料供給管１４の下端とシリコン溶融液７の面との
距離が１０ｍｍ以上であれば起こらないことがわかっ
た。また、表２に示す如く、傾斜部の水平面に対する傾
斜角（゜）を６０゜としても、シリコン溶融液７の面と
原料供給管１４の下端との距離が１００ｍｍを超える
と、傾斜部での反跳により、粒状シリコンが石英るつぼ
１からの飛び出してしまうことがわかった。従って、原
料供給管１４の下端とシリコン溶融液７の面との間の適
切な距離は１０ｍｍ〜１００ｍｍでシリコン単結晶を引
上げを行うとよい。
【表２】
【００２２】
【発明の効果】本発明の粒状シリコン原料を連続的に供
給しながら、シリコン単結晶を引き上げる装置において
は、仕切り部材とフランジとの距離を小さくし、投入す
る粒状シリコンに水平方向成分を与え、その射出方向を
るつぼ壁向きとし、原料供給管の下端とシリコン溶融液
面との間を適度な距離としたので、シリコン単結晶の転
位発生確率を低減し、原料溶解部での凝固や粒状シリコ
ンの溶け残りの増大を抑え、原料供給管を詰まらせるこ
となく安定してシリコン単結晶を引き上げを行うことが
できるようになった。
給しながら、シリコン単結晶を引き上げる装置において
は、仕切り部材とフランジとの距離を小さくし、投入す
る粒状シリコンに水平方向成分を与え、その射出方向を
るつぼ壁向きとし、原料供給管の下端とシリコン溶融液
面との間を適度な距離としたので、シリコン単結晶の転
位発生確率を低減し、原料溶解部での凝固や粒状シリコ
ンの溶け残りの増大を抑え、原料供給管を詰まらせるこ
となく安定してシリコン単結晶を引き上げを行うことが
できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に用いられたシリコン単結晶の
製造装置の説明図である。
製造装置の説明図である。
【図２】本発明の実施例における原料溶解部への粒状シ
リコンの投入方向を示すための説明図である。
リコンの投入方向を示すための説明図である。
【図３】本発明の実施例における粒状シリコンの供給量
と粒状シリコンの落下方向を変えた時の結晶引き上げの
可、不可の関係を示したグラフである。
と粒状シリコンの落下方向を変えた時の結晶引き上げの
可、不可の関係を示したグラフである。
１ 石英るつぼ ２ 黒鉛るつぼ ３ 電気抵抗加熱体 ４ ペディスタル ５ シリコン単結晶 ６ 保温部材 ７ シリコン溶融液 ８ 仕切り部材 １０ 小孔 １２ 原料溶解部 １３ 単結晶育成部 １４ 原料供給管 １６ チャンバー上蓋 １７ チャンバー胴 １９ 排出口 ２０ 引き上げチャンバー内 ２１ フランジ ２２ 円筒 ２３ るつぼ壁 ２４ 円 ２５ 接線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島 芳延 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−12386（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−148792（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−18376（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−164493（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】 シリコン溶融液を収容する石英るつぼ
と、該石英るつぼを側面から加熱する電気抵抗加熱体
と、前記シリコン溶融液を石英るつぼ内で単結晶育成部
と原料溶解部とに分割し、かつ該シリコン溶融液が流通
できる小孔を有する仕切り部材と、前記仕切り部材上方
に張り出されたシリコン溶融液面と水平なフランジと、
前記原料溶解部に粒状シリコンをガイドし連続供給する
原料供給管を有する原料供給装置を備えたシリコン単結
晶の製造装置において、 前記仕切り部材上端と前記フランジ下面の距離を１．５
〜３０ｍｍとすることを特徴とするシリコン単結晶の製
造装置。 - 【請求項２】 シリコン溶融液を収容する石英るつぼ
と、該石英るつぼを側面から加熱する電気抵抗加熱体
と、前記シリコン溶融液を石英るつぼ内で単結晶育成部
と原料溶解部とに分割し、かつ該シリコン溶融液が流通
できる小孔を有する仕切り部材と、前記仕切り部材上方
に張り出されたシリコン溶融液面と水平なフランジと、
前記原料溶解部に粒状シリコンをガイドし連続供給する
原料供給管を有する原料供給装置を備えたシリコン単結
晶の製造装置において、 シリコン溶融液に落下する粒状シリコンに水平速度成分
を持たせるために、前記原料供給管は元部より下端部に
至る傾斜部を構成しており、該傾斜部は水平面に対する
傾斜角度が４５〜７５゜を有しており、且つ、該傾斜部
の原料供給管の元部から下端部へ至る水平方向の角度
が、前記石英るつぼの中心と該元部とを結ぶ直線の延長
線に対し前記石英るつぼの回転方向に０゜〜９０゜の角
度を有していることを特徴とするシリコン単結晶の製造
装置。 - 【請求項３】 シリコン溶融液を収容する石英るつぼ
と、該石英るつぼを側面から加熱する電気抵抗加熱体
と、前記シリコン溶融液を石英るつぼ内で単結晶育成部
と原料溶解部とに分割し、かつ該シリコン溶融液が流通
できる小孔を有する仕切り部材と、前記仕切り部材上方
に張り出されたシリコン溶融液面と水平なフランジと、
前記原料溶解部に粒状シリコンをガイドし連続供給する
原料供給管を有する原料供給装置を備えたシリコン単結
晶の製造装置において、 前記原料供給管の下端部とシリコン溶融液面の距離を１
０〜１００ｍｍとすることを特徴とする請求項１または
２記載のシリコン単結晶の製造装置。 - 【請求項４】 シリコン溶融液を収容する石英るつぼ
と、該石英るつぼを側面から加熱する電気抵抗加熱体
と、シリコン溶融液を前記石英るつぼ内で単結晶育成部
と原料溶解部とに分割し、かつ該シリコン溶融液が流通
できる小孔を有する仕切り部材と、前記仕切り部材上方
に張り出されたシリコン溶融液面と水平なフランジと、
前記原料溶解部に粒状シリコンをガイドし連続供給する
原料供給管を有する原料供給装置を備えた装置を用いて
シリコン単結晶を製造する方法において、 前記石英るつぼの回転方向と順方向に粒状シリコンを原
料溶解部に投入することを特徴とするシリコン単結晶の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3262488A JP2567312B2 (ja) | 1991-10-11 | 1991-10-11 | シリコン単結晶の製造装置及び製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3262488A JP2567312B2 (ja) | 1991-10-11 | 1991-10-11 | シリコン単結晶の製造装置及び製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0597570A JPH0597570A (ja) | 1993-04-20 |
| JP2567312B2 true JP2567312B2 (ja) | 1996-12-25 |
Family
ID=17376492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3262488A Expired - Fee Related JP2567312B2 (ja) | 1991-10-11 | 1991-10-11 | シリコン単結晶の製造装置及び製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2567312B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0925192A (ja) * | 1995-07-07 | 1997-01-28 | Nec Corp | 単結晶育成用るつぼおよび単結晶育成法 |
| KR102133795B1 (ko) * | 2012-09-10 | 2020-07-14 | 지티 어드밴스드 씨제트 엘엘씨 | 연속적인 초크랄스키 방법 및 장치 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3736339A1 (de) * | 1987-10-27 | 1989-05-11 | Siemens Ag | Anordnung zum kontinuierlichen aufschmelzen von siliziumgranulat fuer das bandziehverfahren |
| JPH0218376A (ja) * | 1988-07-04 | 1990-01-22 | Nkk Corp | 粒状シリコン原料の供給装置 |
| JPH0312386A (ja) * | 1989-06-07 | 1991-01-21 | Nkk Corp | シリコン単結晶の製造方法 |
| JPH03164493A (ja) * | 1989-11-20 | 1991-07-16 | Toshiba Corp | 半導体結晶棒の引上げ装置及び引上げ方法 |
-
1991
- 1991-10-11 JP JP3262488A patent/JP2567312B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0597570A (ja) | 1993-04-20 |
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