JP4214618B2 - Method for producing crucible for melting silicon - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、チョクラルスキ−法(CZ法)によってシリコン単結晶を製造する際に用いるシリコン溶融用ルツボとその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、シリコンやガリウムひ素等の半導体単結晶を成長する方法の一つとして、CZ法が知られている。このCZ法は、大口径、高純度の単結晶が無転位あるいは格子欠陥の極めて少ない状態で容易に得られること等の特徴を有することから、様々な半導体結晶の成長に用いられている方法である。
【0003】
このCZ法によってシリコン単結晶を製造する装置には、図5に示すようなものが知られている。
この図において、符号21は内部に不活性ガスが充填されたチャンバー、22はチャンバー内に配置されたルツボ、23はルツボ22のまわりに配置された発熱体、24はるつぼ22の上方に配置された回転昇降自在なシリコン単結晶引上装置である。
【0004】
ルツボ22は、内部に溶融シリコン32が収容される石英製の内ルツボ33と、この内ルツボ33の外面に嵌合されたカーボン製の外ルツボ34とからなるものである。このルツボ22は、その下面が軸30の上側に取り付けられている。
【0005】
シリコン単結晶引上装置24は、ルツボ22の上方に配置された回転昇降自在な軸を備え、この軸の下端にチャック39が取り付けられたものである。このチャック39には、シリコンの種結晶40が保持されている。
【0006】
このような構成のシリコン単結晶成長装置を用いてシリコン単結晶を製造する場合には、まず、ルツボ22内に固体シリコンを収容する。そして、不活性ガスをチャンバー上部からチャンバー21内に流入し、このチャンバー21内のルツボ22を発熱体23により加熱する。このようにして、ルツボ22内の固体シリコンを溶融シリコン32とした後、シリコン単結晶引上装置24を下降させて、種結晶40を溶融シリコン32に浸す。そして、この状態で、シリコン単結晶引上装置24とルツボ23を互いに逆方向に回転させ、シリコン単結晶引上装置24をゆっくりと上昇させる。このようにすると、種結晶40が成長してこの種結晶40の下部に棒状の大きなシリコン単結晶41を成長させていく。
【0007】
このようなCZ法によるシリコン単結晶の製造方法において、原料の固体シリコンを溶融するルツボとしては、従来、石英製ルツボを使用している。この石英製ルツボはアモルファスであり、結晶と比べて構造が安定でないため、高温で軟化し易い。そのため、石英製ルツボは、通常、その形状を保持するためにカーボン製の外ルツボで嵌合している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなルツボを用いてシリコンを溶融すると、石英製ルツボとカーボン製外ルツボとが反応して一酸化炭素ガスが発生し、該一酸化炭素ガスが溶融シリコン中に取り込まれることにより、シリコンインゴット中での炭素の濃度が高くなる等の問題があった。
【0009】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、固体シリコンを溶融するときに該固体シリコンを収容するルツボにおいて、シリコンの溶融中における変形が小さく、カーボン製外ルツボの使用を省略することも可能なシリコン溶融用ルツボおよびその製造方法を提供する事を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明のシリコン溶融用ルツボの製造方法において、所望のルツボの内側空間と同じ形状を有する鑞型の表面にコロイダルシリカと非晶質のシリカ粉末を混合したスラリーを付着した後、そのスラリー層表面に非晶質のシリカ砂を散布してスタッコ層を形成する操作を任意回数繰り返して、スラリー層とスタッコ層とが交互に積層したルツボ殻を形成し、その後、前記鑞型を溶融除去して、該ルツボ殻を、800〜1200℃で1〜8時間加熱保持して焼成し、結晶質のシリカ同士が焼結により拡散結合した成形体とすることを特徴とする。この場合、シリコン溶融用のルツボは、前記スラリー層から溶媒が揮発し、シリカ粉末を主成分とするバインダー層とシリカ砂からなるスタッコ層とが交互に積層された構造をもつ。
【0011】
また、このシリコン溶融用ルツボは、安定な構造を有する結晶質のシリカ粒子同士が焼成により拡散結合した成形体であるため、アモルファスの石英製ルツボに比べて強度が高く、溶融したシリコンを収容しても高温軟化が抑制される。そのため、カーボン製外ルツボの使用を廃止することが可能になる。
【0012】
前記ルツボ殻は、前記スラリー層と前記スタッコ層とが交互に任意層積層した内層部と外層部からなり、該外層部のシリカ砂が該内層部のシリカ砂より平均粒径が大きいという条件にしてもよい。
【0013】
例えば、前記内層部のシリカ砂の平均粒径100μm以上1000μm以下で、前記外層部のシリカ砂の平均粒径100μmを越え2000μm以下であればよい。
この場合、シリコン溶融用ルツボは、前述のように高温でも軟化が抑制されることに加えて、シリコンを収容する内層部の内側面は、平均粒径の小さなシリカ砂により均質に仕上げることができる。
また、外層部の外側面は、粗いシリカ砂による凹凸を有するので、カーボン製外ルツボを使用したとしても、該カーボン製外ルツボと点接触状態になり、その間の反応が抑制され、シリコンインゴット中の不純物の原因となる一酸化炭素の発生を低減できる。
【0014】
シリコン溶融用ルツボと該ルツボの半径方向外方を開放状態としてその底面部を支持するカーボン製部材とを具備したシリコン単結晶引上装置の場合、カーボン製部材はシリコン溶融用ルツボの側面部に配置した発熱体に面しないので、該発熱体による加熱が抑制されること、また、シリコン溶融用ルツボの外側面は粗いシリカ砂による凹凸を有するので該凹凸とカーボン製部材とは点接触状態になることから、シリコン溶融用ルツボとカーボン製部材との反応が抑制され、シリコンインゴット中の不純物の原因となる一酸化炭素の発生を低減できる。また、発生した一酸化炭素ガスも、単結晶引上装置の上部から流れるアルゴンガスにより下部に流されるため、ルツボ内で溶融したシリコンに取り込まれる量は少ない。
【0015】
【発明の実施の形態】
まず、本発明に係るシリコン溶融用ルツボの製造方法の好適な実施の形態を図1のフローチャートを参照して詳細に説明する。
【0016】
まず、ステップS01において、所望のルツボの内側空間と同じ形状を有する鑞型を有する鑞型を用意する。次に、ステップS02において、この鑞型を、シリカ粉末とコロイダルシリカとを混合してなるスラリー中に浸漬した後引き上げて、鑞型の表面にスラリー層を形成する。次に、該スラリー層の表面に、ステップS03において、シリカ砂を散布してスタッコ層を形成する。次に、このステップS02とステップS03の工程をさらに任意回数繰り返し、スラリー層とスタッコ層とを交互に積層した緻密な内層部を形成する。
【0017】
次に、ステップS04において、前記内層部が形成された鑞型を、前記スラリー中に浸漬した後引き上げて、前記内層部の表面にスラリー層を形成する。次に、ステップS05において、そのスラリー層の上に該内層部のシリカ砂より平均粒径が大きいシリカ砂を散布してスタッコ層を形成する。このステップS04とステップS05の工程を任意回数繰り返して、スラリー層とスタッコ層とを交互に積層した後、最後にスラリー層を形成して外層部を形成する。こうして鑞型表面には、細かいシリカ砂からなる内層部と粗いシリカ砂からなる外層部とが形成される。
【0018】
ステップS06において、このように表面に内層部と外層部とが形成された鑞型を、温度70〜200℃で加熱して溶融して除去する。こうして得られたシリカの積層体からなるルツボ殻を、最後ステップS07において、800〜1200℃で1〜8時間加熱保持して焼成することにより、図2に示されるように内層部3と外層部4を有する、シリコン溶融用ルツボ1ができあがる。
このようにして作製されたシリコン溶融用ルツボは、安定な構造を有する結晶質のシリカ粒子からなるため、強度が高く、溶融したシリコンを収容しても高温軟化が抑制される。
【0019】
ここでは、細かいシリカ砂による内層部と粗いシリカ砂による外層部を積層した場合を説明したが、粗いシリカ砂の層に細かいシリカ砂が浸透していてもよい。このとき、内側面は主に細かいシリカ砂からなり、また、外側面は主として粗いシリカ砂からなるシリコン溶融用ルツボならば、好適である。
【0020】
図3は、得られたシリコン溶融用ルツボの一部を拡大した模式図である。実際のシリコン溶融用ルツボでは通常多数層を積層しているが、この模式図においては、内層部3はバインダー層5とスタッコ層6aを二層づつ、外層部4はバインダー層5を三層、スタッコ層6bを二層だけ描いている。
内層部3は平均粒径の小さなシリカ砂7からなるので、シリコンを収容する内側面3aはバーナーで加熱溶融することによって平坦な面を形成することも容易である。
【0021】
この場合、外層部4のシリカ砂8として、平均粒径がカーボン製部材の表面の凹凸の深さより大きなものを使用すれば、シリコン溶融用ルツボの外側面のシリカ砂8による凹凸9とカーボン製部材とは点接触状態になり、その間の反応の低減により効果的である。あるいは逆に、カーボン製部材として、その表面の凹凸の深さが外層部のシリカ砂の平均粒径より小さなものを使用してもよい。
【0022】
図4は、本発明に係るシリコン単結晶引上装置のシリコン溶融用ルツボおよびカーボン製部材の近傍の模式図である。
この図において、符号15は図示していないチャンバー内に配置されたシリコン溶融用ルツボ、16はそのシリコン溶融用ルツボを固定支持するカーボン製部材、18はそのカーボン製部材が取り付けられている軸、17はシリコン溶融用ルツボ内の固体シリコンを溶融するための発熱体である。
【0023】
カーボン製部材16は、シリコン溶融用ルツボ15の半径方向外方を開放状態としてその底面部15aに面して該シリコン溶融用ルツボ15を支持し、シリコン溶融用ルツボ15の側面部15bに配置した発熱体17に面しないので、該発熱体17による加熱が抑制されること、また、シリコン溶融用ルツボ15の外側面は粗いシリカ砂による凹凸を有するので、カーボン製部材16とは点接触状態になることから、シリコン溶融用ルツボ15とカーボン製部材16との反応が抑制され、シリコンインゴット中の不純物の原因となる一酸化炭素の発生を低減できる。また、発生した一酸化炭素ガス(図中矢印A)も、図示していないシリコン単結晶引上装置の上部から流れているアルゴンガス(図中矢印B)により下部に流されるため、シリコン溶融用ルツボ15内に収容されている溶融シリコン32に取り込まれる量は少ない。
【0024】
【実施例】
CZ法により製造したシリコンインゴットに含有している炭素濃度について、上述のような本発明の方法で製造したシリコン溶融用ルツボをカーボン製外ルツボで嵌合しないで使用した場合と、従来型の石英製ルツボをカーボン製外ルツボで嵌合して使用した場合とで比較した。
【0025】
本発明のシリコン溶融用ルツボの作製にあたって、鑞型はφ500mmで高さ300mmの外形を有するものを用いた。また、スラリーは、平均粒径約30μmのシリカ粉末とコロイダルシリカを約65:35の(重量比)で混合して作製したものを用いた。内層部のスタッコ層のシリカ砂には平均粒径約200μmのものを用い、スラリー層とスタッコ層とを交互に各5層積層し合計厚さ3mmの内層部を形成した。さらに、外層部のスタッコ層のシリカ砂には平均粒径約1000μmのものを用い、スラリー層とスタッコ層とを交互に各5層積層し合計厚さ7mmの外層部を形成した。
【0026】
このようにして表面にシリカ層の内層部と外層部を形成した鑞型を、温度約100℃で加熱して溶融して除去した。こうして得られたシリカの積層体からなるルツボ殻を、800℃で8時間加熱保持して焼成することにより、シリコン溶融用ルツボを作製した。
【0027】
このようにして製造したシリコン溶融用ルツボを使用し、カーボン製外ルツボを用いずに、CZ法で実際に得られたのは、φ3in.×150mmのシリコン単結晶インゴットで、このインゴット中の炭素濃度は約5×1014 atom/cm3であった。一方、従来のように石英製ルツボをカーボン製外ルツボに嵌合して使用し、同じ引上条件で製造したシリコン単結晶の場合の炭素濃度では、約1×1016 atom/cm3であった。すなわち、シリコン単結晶中の炭素濃度は、本発明によるカーボン製外ルツボが不要な結晶質シリカ粒子分散型のシリコン溶融用ルツボを使用した場合は、従来型のカーボン製外ルツボを要した石英製ルツボを使用した場合に比べて、20分の1に低減されている。
こうして、本発明のカーボン製外ルツボが不要なシリコン溶融用ルツボは、シリコン単結晶中の炭素濃度を低減させることに効果があることが確認された。
【0028】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係るシリコン溶融用ルツボの製造方法によれば、以下に記載されるような効果を奏する。
【0029】
本発明の製造方法により製造したシリコン溶融用ルツボは、ルツボ中に分散した安定構造を有する結晶質のシリカ粒子同士が、焼成により拡散結合した成形体であるため、強度が高く、溶融したシリコンを収容しても高温軟化が抑制される。そのため、カーボン製外ルツボの使用を廃止することも可能である。
【0030】
シリコン溶融用ルツボが、バインダー層とスタッコ層とが交互に任意層積層した内層部と外層部からなり、該外層部のシリカ砂が該内層部のシリカ砂より平均粒径が大きい場合、シリコン溶融用ルツボの内側面はバーナーによる加熱溶融によって容易に平坦な面を形成することができて品質のよいシリコンインゴットを製造するのに適しており、また、外側面は平均粒径が大きいシリカ砂による凹凸を有するので、カーボン製部材とは点接触状態になることから、シリコン溶融用ルツボとカーボン製部材との反応が抑制され、シリコンインゴット中の不純物の原因となる一酸化炭素の発生を低減できる。
【0031】
本発明のシリコン溶融用ルツボを具備したシリコン単結晶引上装置の場合、シリコン溶融用ルツボはカーボン製外ルツボとは点接触状態で支持されるのでその間の反応が抑制され、一酸化炭素の発生が低減されることから、炭素濃度の低いシリコンインゴットを製造することが可能になる。また、カーボン製外ルツボの使用を廃止することが可能になり、その場合も、炭素濃度の低いシリコンインゴットを製造することが可能となる。
【0032】
本発明のシリコン溶融用ルツボと該ルツボの半径方向外方を開放状態としてその底面部を支持するカーボン製部材とを具備したシリコン単結晶引上装置の場合、シリコン溶融用ルツボとカーボン製部材との反応が抑制され、シリコンインゴット中の不純物の原因となる一酸化炭素の発生を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の製造方法に係る一実施形態を示すフローチャートである。
【図2】 本発明のシリコン溶融用ルツボの一例の断面図である。
【図3】 図2の一部の拡大図である。
【図4】 本発明のシリコン溶融用ルツボとカーボン製部材の一実施形態を示す図である。
【図5】 従来のシリコン単結晶引上装置の一実施形態を示す図である。
【符号の説明】
1 シリコン溶融用ルツボ
3 内層部
3a 内側面
4 外層部
4a 外側面
5 バインダー層
6a スタッコ層
6b スタッコ層
7 シリカ砂
8 シリカ砂
9 凹凸
15 シリコン溶融用ルツボ
15a 底面部
15b 側面部
16 カーボン製部材
17 発熱体
18 軸
21 チャンバー
22 ルツボ
23 発熱体
24 シリコン単結晶引上装置
30 軸
32 溶融シリコン
40 種結晶
41 シリコン単結晶
A 一酸化炭素ガスの流れ
B アルゴンガスの流れ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a crucible for melting silicon used for producing a silicon single crystal by the Czochralski method (CZ method) and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the CZ method is known as one of methods for growing a semiconductor single crystal such as silicon or gallium arsenide. This CZ method is characterized by the fact that a single crystal having a large diameter and high purity can be easily obtained with no dislocations or very few lattice defects. is there.
[0003]
An apparatus for producing a silicon single crystal by the CZ method is known as shown in FIG.
In this figure, reference numeral 21 is a chamber filled with an inert gas, 22 is a crucible disposed in the chamber, 23 is a heating element disposed around the crucible 22, and 24 is disposed above the crucible 22. This is a silicon single crystal pulling device which can be rotated up and down.
[0004]
The crucible 22 includes a quartz inner crucible 33 in which molten silicon 32 is accommodated, and a carbon outer crucible 34 fitted to the outer surface of the inner crucible 33. The lower surface of the crucible 22 is attached to the upper side of the shaft 30.
[0005]
The silicon single crystal pulling device 24 includes a shaft that is disposed above the crucible 22 and that can freely move up and down. A chuck 39 is attached to the lower end of the shaft. The chuck 39 holds a silicon seed crystal 40.
[0006]
When a silicon single crystal is manufactured using the silicon single crystal growth apparatus having such a configuration, first, solid silicon is accommodated in the crucible 22. Then, an inert gas flows into the chamber 21 from the upper part of the chamber, and the crucible 22 in the chamber 21 is heated by the heating element 23. In this way, after the solid silicon in the crucible 22 is made into the molten silicon 32, the silicon single crystal pulling device 24 is lowered and the seed crystal 40 is immersed in the molten silicon 32. In this state, the silicon single crystal pulling device 24 and the crucible 23 are rotated in opposite directions, and the silicon single crystal pulling device 24 is slowly raised. In this way, the seed crystal 40 grows, and a large rod-shaped silicon single crystal 41 is grown below the seed crystal 40.
[0007]
In such a method for producing a silicon single crystal by the CZ method, a crucible made of quartz is conventionally used as a crucible for melting the raw material solid silicon. This quartz crucible is amorphous, and its structure is not stable compared to crystals, so it is easy to soften at high temperatures. Therefore, the quartz crucible is usually fitted with a carbon outer crucible to maintain its shape.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, when silicon is melted using such a crucible, the quartz crucible and the carbon outer crucible react to generate carbon monoxide gas, and the carbon monoxide gas is taken into the molten silicon. There have been problems such as an increase in the concentration of carbon in the silicon ingot.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances. In a crucible that contains solid silicon when melting solid silicon, deformation during the melting of silicon is small, and the use of an outer crucible made of carbon is omitted. An object of the present invention is to provide a crucible for melting silicon and a method for producing the same.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the method for producing a crucible for melting silicon according to the present invention, a slurry in which colloidal silica and amorphous silica powder are mixed is attached to a bowl-shaped surface having the same shape as the inner space of a desired crucible. Thereafter, the operation of forming the stucco layer by spraying amorphous silica sand on the surface of the slurry layer is repeated an arbitrary number of times to form a crucible shell in which the slurry layer and the stucco layer are alternately laminated, and then The mold is melted and removed, and the crucible shell is heated and calcined at 800 to 1200 ° C. for 1 to 8 hours and fired to form a molded body in which crystalline silicas are diffusion-bonded by sintering. In this case, the crucible for melting silicon has a structure in which the solvent is volatilized from the slurry layer, and a binder layer mainly composed of silica powder and a stucco layer composed of silica sand are alternately laminated.
[0011]
In addition, this silicon melting crucible is a molded body in which crystalline silica particles having a stable structure are diffusion-bonded by firing, so that it has higher strength than an amorphous quartz crucible and contains molten silicon. However, high temperature softening is suppressed. Therefore, it becomes possible to abolish the use of the carbon outer crucible.
[0012]
The crucible shell is composed of an inner layer portion and an outer layer portion in which the slurry layer and the stucco layer are alternately laminated, and the silica sand of the outer layer portion has a larger average particle diameter than the silica sand of the inner layer portion. May be.
[0013]
For example, the average particle size of the silica sand in the inner layer portion may be 100 μm or more and 1000 μm or less, and the average particle size of silica sand in the outer layer portion may be more than 100 μm and 2000 μm or less.
In this case, the silicon melting crucible can be uniformly finished with the silica sand having a small average particle diameter in addition to the suppression of softening even at a high temperature as described above, and the inner surface of the inner layer portion containing silicon. .
Moreover, since the outer surface of the outer layer portion has irregularities due to rough silica sand, even if a carbon outer crucible is used, the outer crucible is in point contact with the carbon outer crucible, the reaction therebetween is suppressed, and the silicon ingot The generation of carbon monoxide, which causes the impurities, can be reduced.
[0014]
In the case of a silicon single crystal pulling apparatus comprising a silicon melting crucible and a carbon member that supports the bottom surface of the crucible in a radially open state, the carbon member is placed on the side surface of the silicon melting crucible. Since it does not face the arranged heating element, heating by the heating element is suppressed, and the outer surface of the silicon melting crucible has irregularities due to rough silica sand, so that the irregularities and the carbon member are in a point contact state. Therefore, the reaction between the silicon melting crucible and the carbon member is suppressed, and the generation of carbon monoxide that causes impurities in the silicon ingot can be reduced. The generated carbon monoxide gas is also flowed downward by the argon gas flowing from the upper part of the single crystal pulling apparatus, so that the amount taken into the molten silicon in the crucible is small.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, a preferred embodiment of a method for producing a silicon melting crucible according to the present invention will be described in detail with reference to the flowchart of FIG.
[0016]
First, in step S01, a bowl having a bowl having the same shape as the inner space of a desired crucible is prepared. Next, in step S02, this saddle shape is immersed in a slurry obtained by mixing silica powder and colloidal silica, and then pulled up to form a slurry layer on the surface of the saddle shape. Next, in step S03, silica sand is sprayed on the surface of the slurry layer to form a stucco layer. Next, the steps S02 and S03 are repeated any number of times to form a dense inner layer portion in which slurry layers and stucco layers are alternately laminated.
[0017]
Next, in step S04, the saddle mold on which the inner layer portion is formed is dipped in the slurry and then pulled up to form a slurry layer on the surface of the inner layer portion. Next, in step S05, silica sand having an average particle size larger than that of the silica sand of the inner layer portion is dispersed on the slurry layer to form a stucco layer. Steps S04 and S05 are repeated an arbitrary number of times to alternately stack slurry layers and stucco layers, and finally form a slurry layer to form an outer layer portion. Thus, an inner layer portion made of fine silica sand and an outer layer portion made of coarse silica sand are formed on the bowl-shaped surface.
[0018]
In step S06, the saddle mold having the inner layer portion and the outer layer portion formed on the surface in this manner is heated and melted at a temperature of 70 to 200 ° C. to be removed. In this last step S07, the crucible shell made of the silica laminate thus obtained is heated and held at 800 to 1200 ° C. for 1 to 8 hours and fired, so that the inner layer portion 3 and the outer layer portion as shown in FIG. The silicon melting crucible 1 having 4 is completed.
Since the silicon melting crucible produced in this manner is made of crystalline silica particles having a stable structure, the strength is high, and high-temperature softening is suppressed even when molten silicon is accommodated.
[0019]
Here, although the case where the inner layer part by fine silica sand and the outer layer part by coarse silica sand were laminated | stacked was demonstrated, the fine silica sand may osmose | permeate the layer of coarse silica sand. At this time, a silicon melting crucible made mainly of fine silica sand and an outer surface mainly made of coarse silica sand is suitable.
[0020]
FIG. 3 is an enlarged schematic view of a part of the obtained silicon melting crucible. In an actual silicon melting crucible, usually a large number of layers are laminated, but in this schematic diagram, the inner layer portion 3 has two binder layers 5 and a stucco layer 6a, and the outer layer portion 4 has three binder layers 5. Only two stucco layers 6b are drawn.
Since the inner layer portion 3 is made of silica sand 7 having a small average particle diameter, it is easy to form a flat surface by heating and melting the inner side surface 3a containing silicon with a burner.
[0021]
In this case, if the silica sand 8 of the outer layer portion 4 has an average particle diameter larger than the depth of the unevenness on the surface of the carbon member, the unevenness 9 due to the silica sand 8 on the outer surface of the silicon melting crucible and the carbon sand It is in a point contact state with the member and is more effective in reducing the reaction during that time. Or conversely, as the carbon member, a member having a surface with an uneven depth smaller than the average particle diameter of the silica sand of the outer layer portion may be used.
[0022]
FIG. 4 is a schematic view of the vicinity of a silicon melting crucible and a carbon member of the silicon single crystal pulling apparatus according to the present invention.
In this figure, reference numeral 15 is a silicon melting crucible disposed in a chamber (not shown), 16 is a carbon member for fixing and supporting the silicon melting crucible, 18 is a shaft to which the carbon member is attached, Reference numeral 17 denotes a heating element for melting the solid silicon in the silicon melting crucible.
[0023]
The carbon member 16 has the radially outer side of the silicon melting crucible 15 open and faces the bottom surface portion 15 a to support the silicon melting crucible 15 and is disposed on the side surface portion 15 b of the silicon melting crucible 15. Since it does not face the heating element 17, the heating by the heating element 17 is suppressed, and the outer surface of the silicon melting crucible 15 has irregularities due to rough silica sand, so that it is in point contact with the carbon member 16. Therefore, the reaction between the silicon melting crucible 15 and the carbon member 16 is suppressed, and the generation of carbon monoxide that causes impurities in the silicon ingot can be reduced. Further, the generated carbon monoxide gas (arrow A in the figure) is also caused to flow downward by argon gas (arrow B in the figure) flowing from the upper part of the silicon single crystal pulling apparatus (not shown). The amount taken into the molten silicon 32 accommodated in the crucible 15 is small.
[0024]
【Example】
Regarding the carbon concentration contained in the silicon ingot produced by the CZ method, the case where the silicon melting crucible produced by the method of the present invention as described above is used without being fitted with the carbon outer crucible, and the conventional quartz A comparison was made between the case where a crucible made of carbon was fitted with an external crucible made of carbon.
[0025]
In producing the crucible for melting silicon according to the present invention, a saddle type having an outer shape of φ500 mm and a height of 300 mm was used. The slurry was prepared by mixing silica powder having an average particle size of about 30 μm and colloidal silica at a weight ratio of about 65:35. A silica sand having an average particle diameter of about 200 μm was used as the silica sand of the stucco layer in the inner layer portion, and five slurry layers and stucco layers were alternately laminated to form an inner layer portion having a total thickness of 3 mm. Furthermore, silica sand with an average particle diameter of about 1000 μm was used as the silica sand of the stucco layer in the outer layer portion, and five slurry layers and stucco layers were alternately laminated to form an outer layer portion having a total thickness of 7 mm.
[0026]
Thus, the saddle type having the inner layer portion and the outer layer portion of the silica layer formed on the surface was heated and melted at a temperature of about 100 ° C. to be removed. The crucible shell made of the silica laminate obtained in this way was heated and held at 800 ° C. for 8 hours, and fired to prepare a silicon melting crucible.
[0027]
A silicon single crystal ingot of φ3 in. × 150 mm was actually obtained by the CZ method using the silicon melting crucible manufactured in this manner and without using a carbon outer crucible, and the carbon in the ingot was obtained. The concentration was about 5 × 10 14 atoms / cm 3 . On the other hand, the carbon concentration in the case of a silicon single crystal manufactured by using a quartz crucible fitted to a carbon outer crucible as in the prior art and manufactured under the same pulling conditions was about 1 × 10 16 atoms / cm 3. It was. That is, the carbon concentration in the silicon single crystal is such that when the crystalline silica particle-dispersed silicon melting crucible according to the present invention which does not require the carbon outer crucible is used, the conventional carbon outer crucible is required. Compared to the case where a crucible is used, it is reduced to 1/20.
Thus, it was confirmed that the silicon melting crucible which does not require the carbon outer crucible of the present invention is effective in reducing the carbon concentration in the silicon single crystal.
[0028]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the method for producing a crucible for melting silicon according to the present invention, the following effects can be obtained.
[0029]
The crucible for melting silicon manufactured by the manufacturing method of the present invention is a molded body in which crystalline silica particles having a stable structure dispersed in the crucible are diffusion-bonded by firing, so that the strength is high and the molten silicon is Even if accommodated, high temperature softening is suppressed. Therefore, it is possible to abolish the use of the carbon outer crucible.
[0030]
A silicon melting crucible consists of an inner layer portion and an outer layer portion in which arbitrary layers of a binder layer and a stucco layer are alternately laminated, and when the silica sand of the outer layer portion has a larger average particle size than the silica sand of the inner layer portion, the silicon melting The inner surface of the crucible can be easily formed into a flat surface by heating and melting with a burner and is suitable for producing a high-quality silicon ingot, and the outer surface is made of silica sand having a large average particle diameter. Since it has irregularities, it is in a point contact state with the carbon member, so that the reaction between the silicon melting crucible and the carbon member is suppressed, and the generation of carbon monoxide that causes impurities in the silicon ingot can be reduced. .
[0031]
In the case of the silicon single crystal pulling apparatus equipped with the silicon melting crucible of the present invention, the silicon melting crucible is supported in a point contact state with the carbon outer crucible, so that the reaction between them is suppressed, and carbon monoxide is generated. Therefore, it becomes possible to manufacture a silicon ingot having a low carbon concentration. Moreover, it becomes possible to abolish the use of the outer crucible made of carbon, and in that case, it becomes possible to produce a silicon ingot having a low carbon concentration.
[0032]
In the case of a silicon single crystal pulling apparatus comprising the silicon melting crucible of the present invention and a carbon member supporting the bottom surface of the crucible in a radially open state, the silicon melting crucible and the carbon member This can suppress the generation of carbon monoxide which causes impurities in the silicon ingot.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing an embodiment according to a manufacturing method of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an example of a silicon melting crucible of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged view of a part of FIG. 2;
FIG. 4 is a view showing an embodiment of a silicon melting crucible and a carbon member according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of a conventional silicon single crystal pulling apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon melting crucible 3 Inner layer part 3a Inner side surface 4 Outer layer part 4a Outer side surface 5 Binder layer 6a Stucco layer 6b Stucco layer 7 Silica sand 8 Silica sand 9 Concavity and convexity 15 Silicon melting crucible 15a Bottom surface part 15b Side part 16 Carbon member 17 Heating element 18 Shaft 21 Chamber 22 Crucible 23 Heating element 24 Silicon single crystal pulling device 30 Shaft 32 Molten silicon 40 Seed crystal 41 Silicon single crystal A Flow of carbon monoxide gas B Flow of argon gas

Claims (2)

シリコン溶融用ルツボの製造方法において、所望のルツボの内側空間と同じ形状を有する鑞型の表面にコロイダルシリカと非晶質のシリカ粉末を混合したスラリーを付着した後、そのスラリー層表面に非晶質のシリカ砂を散布してスタッコ層を形成する操作を任意回数繰り返して、スラリー層とスタッコ層とが交互に積層したルツボ殻を形成し、その後、前記鑞型を溶融除去して、該ルツボ殻を、800〜1200℃で1〜8時間加熱保持して焼成し、結晶質のシリカ同士が焼結により拡散結合した成形体とすることを特徴とするシリコン溶融用ルツボの製造方法。  In a method for producing a silicon melting crucible, after a slurry mixed with colloidal silica and amorphous silica powder is attached to a bowl-shaped surface having the same shape as the inner space of a desired crucible, the surface of the slurry layer is amorphous. The operation of forming a stucco layer by spraying quality silica sand is repeated an arbitrary number of times to form a crucible shell in which a slurry layer and a stucco layer are alternately stacked, and then the crucible is melted and removed. A method for producing a crucible for melting silicon, characterized in that a shell is heated and calcined at 800 to 1200 ° C. for 1 to 8 hours and fired to form a molded body in which crystalline silicas are diffusion-bonded by sintering. 前記ルツボ殻は、前記スラリー層と前記スタッコ層とが交互に任意層積層した内層部と外層部からなり、該外層部のシリカ砂が該内層部のシリカ砂より平均粒径が大きいことを特徴とする請求項1に記載のシリコン溶融用ルツボの製造方法。  The crucible shell is composed of an inner layer portion and an outer layer portion in which the slurry layer and the stucco layer are alternately laminated, and the silica sand of the outer layer portion has a larger average particle diameter than the silica sand of the inner layer portion. The method for producing a crucible for melting silicon according to claim 1.
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