JPH0312385A - シリコン単結晶の引上方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、シリコン単結晶の引上方法に関し。

特に、大容量の引上げや単一の石英るつぼでシリコン単
結晶を繰返し引上げるのに好適するものである。

（従来の技術） 従来から利用されているシリコン単結晶の製造方法は１
石英るつぼに収納したシリコン原料融液に浸した種結晶
を引上げて単一のシリコン単結晶を引上げる方法が一般
的であり、これを第３図を参照して簡単に説明するが１
本発明に必要な部品に止どめる。図にあるように鉛直方
向に軸方向がある中空の引上チャンバー５０の中心線上
に配置した回転軸５１にカーボンるつぼ５２を配置し、
ここに密着内挿した石英るつぼ５３にはシリコン原料を
収納後加熱してその融液が充填される。これに対してド
ープ剤を添加するドープ剤投下器５４を引上チャンバー
５０に設置する外に、シリコン原料融液に浸して引上げ
る種結晶は、チャンバー５０の中心線上にその中心を位
置させて移動させる。

（発明が解決しようとする課題） 一般に使用されているシリコン原料は、不定形な塊状で
あるために大量を一遍に石英るっぽ５３に収納するのは
非常に難しく当然量にも限界がある。その上、例え大量
のシリコン原料を収納できてもその溶融では、しばしば
原料同士がブリッジを形成するか１石英るつぼ５３の内
壁に未溶融のシリコン原料が付着して引上げが非常に困
難になり、大容量のシリコン単結晶の引上げが非常に難
しい。

更に、−回の引上げ毎に高価な新しい石英るつぼを使用
しなければならず、コスト高となっている。

更にまた、シリコン単結晶の引上げが終了する毎に加熱
川原源をオフにして引上結晶を取出し、中空の引上チャ
ンバー即ち炉部材を室温程度まで冷却してから、清浄工
程を行って、新たな石英るつぼをカーボンるつぼにセッ
トし、更に、シリコン原料を収納しなければならない。

本発明はこのような事情により成されたもので。

特に、石英るつぼに充填されるシリコン原料融液の増量
及び引上げ単結晶の重量増更に、単一の石英るつぼによ
り所望のシリコン単結晶を複数本繰返して引上げること
を目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 回転自在なカーボンるつぼに密着内挿する石英るつぼに
充填したシリコン原料溶融液に対して鉛直方向に沿った
引上方向に固定した棒状シリコン原料を接触して追加溶
融後、種結晶を追加溶融液に浸してから所定の速度で引
上げることに本発明に係わるシリコン単結晶の引上方法
の特徴がある。

（作　用） 本発明では、石英るつぼにチャージできるシリコン原料
を増大させるために、石英るつぼ内のシリコン原料溶融
液に棒状シリコン原料を接触させて追加溶融させる手法
によりシリコン原料溶融液を増加させ、この追加溶融に
より縮小した棒状シリコン原料を種結晶と交換してから
、追加溶融液に浸してシリコン単結晶を製造した。この
種結晶と棒状シリコン原料の交換を実施するために中空
の引上チャンバーにはゲートバルブを設置することによ
って結晶収納室と炉部材収納室に区分し、この結晶収納
室で上記の交換を行う。

また、炉部材収納室には、ドープ剤投下器を設置して、
追加溶融液に必要なドープ材添加ができるようにして、
原料の追加溶融とシリコン単結晶の育成を繰返して行な
えるようにすると共に、２本以上のシリコン単結晶の育
成を１個の石英るつぼの使用により行なえるものである
。

（実施例） 第１図及び第２図ａ　”　ｆにより本発明の詳細な説明
する。即ち、第１図の要部断面図に示すように引上チャ
ンバー１は、径大な炉部材収納室２と径小な結晶収納室
３をその境界付近に設置するゲートバルブ４によって区
分可能とするが、径小な結晶収納室３は、径大な炉部材
収納室２の中央部分に形成され、この両者は勿論中空で
ある。

径大な炉部材収納室２には、その中央部分に回転軸端５
を固定し、ここにカーボンるつぼ６を設置し、更に石英
るつぼ７を密着内挿、配置するので、両るつぼ６．７は
回転可能となる。石英るつぼ７に充填するシリコン原料
溶融液８に必要なドープ材を投入するドープ剤投下器９
が石英るつぼ７から斜上方に位置する炉部材収納室２に
設置される。

更に、径小な結晶収納室３の頂部には棒状シリコン追加
原料１０を吊下げる引上げワイヤ１１の引上駆動機構１
２が取付けてあり、この引上げワイヤ１１は、シリコン
種結晶１３も上下させる。

回転軸５に取付けたカーボンるつぼ６及び石英るつぼ７
を囲んで、加熱ヒータ１７及びカーボン保温部材１８径
大な炉部材収納室２に設置する。

第１図には、石英るつぼ７内に収納した高純度シリコン
原料４０ｋｇ　（第１図に示していない）を加熱した溶
融液８に、引上げワイヤ１１に固定された棒状シリコン
追加原料ＩＯを接触させて徐々に溶融させ、所定量が溶
融した時点で径小な結晶収納室３に収容してからゲート
バルブ４を閉めて炉外に取出した。この時の原料の追加
量は約２０ｋｇで石英るつぼ７内の溶融液量は約６０ｋ
ｇとなった。次に所定量のドープ剤をドープ剤投下器９
から投入して所定の比抵抗値の単結晶が得られるように
溶融液内に添加し、更に径小な結晶収納室３で引上げワ
イヤ１１に固定したシリコン種結晶１３を溶融液に浸し
て総重量約５６ｋｇ　６吋Φの無転位シリコン単結晶が
製造できた。

第２図ａ　＝　ｆにより他の実施例を説明する。即ち、
第２図ａにあるように直径１６吋Φの石英るつぼ７内に
は、３５ｋｇの塊状の高純度シリコン原料１４を収納後
溶融後、ゲートバルブ４を開いてシリコン種結晶１３を
シリコン原料溶融液８に接触（第２図す参照）させてか
ら通常の速度によって引上工程を行う。この工程で得ら
れた単結晶は重量が約２５ｋｇの５吋Φ無転位シリコン
単結晶であった。

詳細に説明するとゲートバルブ４を閉じて径小な結晶収
納室３に収容しく第２図Ｃ参照）だシリコン単結晶１５
は、棒状シリコン追加原料１０と交換する（第２図Ｃ参
照）。

再びゲートバルブ４を開けて引上げワイヤ１１に固定さ
れた約２５ｋｇの棒状シリコン追加原料１０を降下させ
て高純度シリコン溶融液８に徐々に接触して所定量の追
加溶融が完了した時点で引上げワイヤ１１の引上駆動機
構１２を稼働して引上げワイヤ１１を引上げる。この状
態を第２図ｅには接触溶融する状況を示した。

棒状シリコン追加原料１０は、引上げワイヤ１１の引上
駆動機構１２により移動させるが、その溶融量は移動量
検出センサシステムによって管理している。即ち、引上
げられた単結晶の重量を先ず測定してから、所定のチャ
ージ量の棒状シリコン追加原料１０を引上げワイヤ１１
に取付けてから、徐々に引上量と等量を溶融する。

例えば約２０ｋｇの原料を追加する場合、１００〜１０
５φの棒状多結晶シリコン追加原料の溶融長りは７Ｃｒ
　　ｐ　１：　２００００ｇｒ　　ここでｒ＝５．１ｃ
＋＋＋、ρ（シリコン密度）　＝２．３３　１　＝２０
０００／１９０＝１０５ｃｍとなる。

次に第２図ｆに明らかなように所定量のドープ剤をドー
プ剤投下器８から添加して所定の比抵抗をもった単結晶
製造に備えると共に追加溶融液１６を形成する。ここで
径小な結晶収納室３にある引上げワイヤ１１に固定した
シリコン種結晶１３を、引上げワイヤ１１を上下させる
機構１２の稼働により追加溶融液１６に浸してから所定
の速度で２回目の引上げを行って総重量約５６ｋｇの５
吋Φの無転位シリコン単結晶を得た。

即ち、第２図ａ　’−ｅでは、所定量の結晶成長後、引
上げワイヤ１１からシリコン単結晶を取外して追加の棒
状シリコン追加原料を取付けて結晶成長を行う他の実施
例を示したものである。なお、部品名称と番号は第１図
と同じとした。

このように、本発明では、単一の石英るつぼ７を利用し
て３本の無転位単結晶を合計約８０ｋｇが得られた。こ
の工程により引上チャンバ１内の汚れは従来方法と変わ
らないので容易に結晶育成ができる。

〔発明の効果〕

本発明は、石英るつぼに収納するシリコン溶融液に棒状
シリコン原料を追加溶融することによって容量を増加さ
せることができる。更に、所定量の単結晶を引上でから
、この単結晶を炉外に取出してから棒状シリコン原料を
石英るつぼ内に残ったシリコン溶融液に追加溶融する方
法により、２本以上のシリコン単結晶を繰返して引上げ
ることができる。

従って、結晶引上げの効率が向上し、また部品材料コス
トの低減などに大きな効果があるのでより安価なシリコ
ンウェーハを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に利用する装置の要部を示す断
面図、第２図Ｃ参照は他の実施例の工程毎の利用装置の
内部状態を示す断面図、第３図は従来の装置の概略を示
す断面図である。 １：引上チャンバー　　　２：炉部材収納室。 ３：結晶収納室、　　　　４：ゲートバルブ、５：回転
軸、　　　　　　　６：カーボンるつぼ、７：石英るつ
ぼ、　　　　８：溶融液、９：ドープ剤投下器、 １０：棒状シリコン追加原料、 １１：引上げワイヤー、　　１２：引上駆動機構、１３
：シリコン種結晶、　　１４：高純度シリコン原料、１
５：シリコン単結晶、１６：追加溶融液。 １７：加熱ヒータ、　　　　１８：カーボン保温材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　回転自在なカーボンるつぼに密着内挿する石英るつぼ
   に充填したシリコン原料溶融液に対して鉛直方向に沿っ
   た引上方向に固定した棒状シリコン原料を接触して追加
   溶融後、種結晶を追加溶融液に浸してから所望の単結晶
   を引上げることを特徴とするシリコン単結晶の引上方法
   。