JPH0421584A - フローティングゾーン法による単結晶育成方法 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、フローティングゾーン法によりユリコンな
どの棒状の単結晶を育成する方法の改良に関する。

（従来の技術） よく知られているようにフローティングゾーン法も加熱
方式により幾つかに分類できるが、第３図に示すような
集光加熱方式の単結晶製造装置か近年多く利用されてい
る。

第３図において、１，２は対称形の２つの回転楕円面鏡
で、それぞれの一方の焦点ＦＯが一致するように向かい
合わせに組み合わされている。３４は各回転楕円面鏡１
，２の他方の焦点Ｆ〕、２に設置された赤外線ランプで
ある。回転楕円面鏡ｌと２の共通焦点ＦＯの部分を取り
囲むように石英管８が垂直に設置され、石英管８の中心
に原料棒６が垂直に支持され、図示しない操作系により
原料棒６は徐々に下降される。

回転楕円面ｔｆ！ｔ１と２の共通焦点ＦＯの部分に配置
された原料棒６は赤外線ランプ３と４からの光によって
集光加熱され、その部分か局部的に溶融する。５は溶融
帯を差し、７はその溶融帯５の下方につながる結晶棒（
育成された単結晶）である。

原料棒６と結晶棒７を回転させなから徐々に下降させる
ことにより、溶融帯５から下の部分に単結晶か育成され
る。

前述の単結晶育成方法において、育成開始は次のような
操作によって行われる。

ストレースな円柱からなる原料棒６の上端部分を支持し
、石英管８内に上から挿入し、原料棒６の下端部分を焦
点ＦＯに位置させ、原料棒６の下端を溶融させる。一方
、石英管８内の下方位置にホルダで保持した種結晶（図
示省略）を配置しておき、この種結晶を静かに上昇させ
て焦点ＦＯに近づけ、原料棒６の下端の溶融部分に接触
させ、その接触部分の種結晶も集光加熱によって溶融さ
せる。この段階を種付けと呼んでいる。

次に前記原料法と前記種結晶とを引き離す方向に変位さ
せ、原料棒と種結晶との接触部分の溶融帯を上下に引き
伸して細い溶融帯にする。この操作をネッキングと呼ん
でいる。種結晶に存在していた転位や種付は時に溶融帯
と種結晶の界面で発生した転位か育成結晶に伝播するの
を防くために前記のネッキングを行う。

ネッキング後に原料棒と種結晶とを再び近つける方向に
変位させ、溶融帯の太さを原料棒の太さに近づけ、その
状態で原料棒を徐々に下降させて結晶を育成させる。

（発明が解決しようとする課題） ＩＣ用のシリコン単結晶棒を製造する場合、原料棒の直
径は例えば１５韻程度であっても、前記の種付けに使用
する種結晶の直径は２　＋ｎｕ程度と非常に小さい。種
結晶には高純度で極めて高品質の単結晶を使用しなけれ
ばならず、そのような単結晶で直径か１５ｍｍもあるよ
うな種結晶が極めて高価なので、入手しやすい小径の種
結晶を使用するのが普通である。このような関係で原料
棒の直径と種結晶の直径が大きく異なると、前記の種付
けおよびネッキングの段階で次のような問題を生しる。

集光加熱で溶融させた原料棒の下端に小さな種結晶を接
触させるのであるが、種結晶に対して原料棒が極端に太
いので、その下端の溶融部分の体積も種結晶に比して非
常に大きく、超高精度に種結晶を位置決めしなから溶融
部分に近づけないと、原料棒の溶融部分の表面に種結晶
が表面張力によりくっついたような理想的な状態の種付
けは行えない。操作を誤ると原料棒の溶融帯の中に種結
晶が完全に埋没していまい、種付けをやり直さなければ
ならなくなる。種付けに成功してもネッキングの操作も
また難しい。原料棒と種結晶との接触部分の溶融帯を引
き伸ばして細くするのであるか、その時の原料棒の変位
量、変位速度１種結晶側の変位量、変位速度それに赤外
線ランプ３と４による加熱量を全て最適に制御しないと
、溶融帯か引きちぎれたり有害な転位をかえって発生さ
せてしまう。

この発明は前述した従来の問題点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、大径の原料棒に対して大幅に小さな種
結晶を種付けしてネッキングする操作が従来より簡単に
行えるようにしたフローティングゾーン法による単結晶
育成方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） そこでこの発明では、ストレートな円柱からなる原料棒
の本体大径部の下端に中間テーパ部、ストレートな小径
部、さらに下端テーパ部を設けて徐々に小径にし、その
下端テーパ部に対して小さな種結晶を種付けしてネッシ
ングを行うようにした。

（作　用） 原料棒の本体大径部に対して種結晶が大幅に小径であっ
ても、原料棒の前記下端テーパ部および小径部に対して
は種結晶の径差はあまりなく、従って種付けやネッキン
グか比較的簡単に行える。

（実　施　例） この発明では原料棒６を第２図に示すように、ストレー
トな円柱からなる本体大径部６ａと、その下端を徐々に
小径にした中間テーパ部６ｂと、この中間テーパ部６ｂ
の下端につながるストレートな小径部６Ｃと、この小径
部６Ｃの下端を徐々に小径にした下端テーパ部６ｄとを
一体に有する形状とする。

第１図は第２図の原料棒を用いた本発明のフローティン
グゾーン法による単結晶育成方法の工程を示している。

第３図に示した集光加熱方式の単結晶製造装置を用い、
前述の原料棒６を石英管８の上から垂直に下降させ、下
端テーパ部６ｄを焦点ＦＯに位置させ、ここを赤外線ラ
ンプ３と４によって加熱して溶融させる。そして第１図
（Ａ）に示すように、石英管８内の下方部分に適宜なホ
ルダで支持した種結晶９を配置し、種結晶９を（Ｂ）図
のように上昇させるとともに原料棒６を適宜に下降させ
、原料棒下端テーパ部６ｄの溶融帯５に種結晶９を接触
させる。なお図に示すように種結晶９は原料棒小径部６
Ｃとほぼ同じ直径である。

（Ｂ）図において原料棒下端テーパ部６ｄの溶融部分に
接触した種結晶９もほぼ焦点ＦＯの位置にあり、種結晶
９の側も溶融して両者の界面に溶融帯５が形成される。

これて種付けが完了したことになる。

ここまでの過程で、原料棒下端テーパ部６ｄの側の溶融
部分の体積は種結晶９に比して極端に大きくはないので
、種付は時の種結晶９および原料棒６の位置調節をそれ
ほど超精密に行わなくても、原料棒側の溶融帯中に種結
晶が埋没してしまうような失敗はなくなる。

次に（Ｃ）図に示すように、原料棒６と種結晶９をそれ
ぞれ支持している上部シャフトおよび下部シャフトによ
って全体を徐々に下降させ、溶融帯５を原料棒小径部６
ｃ側に徐々に相対的に上昇させるのであるが、その過程
で原料棒６側を一時的に上方へ引き上げ、小径部６Ｃに
ある溶融帯５を上下に引き伸ばして細くする。これがネ
ッキング操作である。

ここで種結晶９と原料棒小径部６Ｃの径がほぼ等しく、
小径部６Ｃに溶融帯５が存在する状態てネッキングを行
うので、従来のように径差の大きな原料棒と種結晶との
間のテーパ状の溶融帯に対してネッキング操作を行うの
に比へて制御は極めて容易で失敗は少なくなる。

この後（Ｄ）（Ｅ）図のように前述の上部シャフトおよ
び下部シャフトによって原料棒６および種結晶９を徐々
に下降させ、相対的に、溶融帯５を小径部６Ｃから中間
テーパ部６ｂさらに本体大径部６ａへと移行させる。（
Ｅ）図の段階になれば、溶融帯５の上方の原料棒の直径
と溶融帯５の下方の育成結晶の直径とが揃い、この後は
定常的な操作で溶融帯５の下方に単結晶棒が順次育成さ
れていく。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、この発明によれば、原料棒
の本体大径部に比して極めて小径の種結晶を用いても、
原料棒下端に種結晶を融着させる種付けの操作および両
者の接触部分の溶融帯を上下に引き伸ばすネッキング操
作が比較的簡単に行えるようになり、原料棒および種結
晶の位置調整や加熱量の調整を超高精度に適切に行えな
くても種付けおよびネッキングの失敗は非常に少なくな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による単結晶育成方法の工程
図、第２図は本発明に用いる原料棒の形状を示す斜視図
、第３図は集光加熱方式のフローティングゾーン法によ
る単結晶製造装置の概略構成図である。 １・・・・・・回転楕円面鏡　　　２・・・・・・回転
楕円面鏡３・・・・・・赤外線ランプ　　　４・・・・
・・赤外線ランプ５・・・・・・溶融帯　　　　　　６
・・・・・・原料棒６ａ・・・本体大径部　　　　６ｂ
・・・中間テーパ部６ｃ・・・小径部　　　　　　６ｄ
・・・下端テーパ部７・・・・・・結晶棒　　　　　　
８・・・・・・石英管９・・・・・・種結晶 ＦＯ，Ｆｌ、Ｆ２・・・・・・焦点 特許出願人　　　　　　　富士電気化学株式会社代　理
　人　　　　　　　弁理士　−色　健　軸向　　　　　
　　　　弁理士　松　本　雅　利第 図 １１晶１にら吃る ＆、草専Ｎ身（ビ禿台ｒｅ＾殺が介う 第 芯

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ストレートな円柱からなる本体大径部と、その下端を徐
   々に小径にした中間テーパ部と、この中間テーパ部の下
   端につながるストレートな小径部と、この小径部の下端
   を徐々に小径にした下端テーパ部とを一体に有する原料
   棒を設け； 前記原料棒を垂直に支持し、前記下端テーパ部を加熱し
   て溶融させ、その真下に保持した種結晶を上昇させて前
   記原料棒の溶融帯に接触させ、その接触部分の前記種結
   晶も加熱溶融させ； 前記原料棒と前記種結晶との接触部分の溶融帯を上下に
   引き伸してネッキングを行った後、加熱部位を前記小径
   部から前記中間テーパ部さらに前記本体大径部へと徐々
   に移行させて溶融帯を前記本体大径部へ移行させる； ようにしたことを特徴とするフローティングゾーン法に
   よる単結晶育成方法。