JPH0550478B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は坩堝から引上げられる単結晶の成長容
量に応じて坩堝内に結晶の原料を供給し、連続的
に大径であつて、しかも長大な単結晶の引上げを
可能とした単結晶製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

単結晶成長方法としては坩堝内の融液に種結晶
を浸し、これを回転させつつ上方に引上げて種結
晶下端に単結晶を成長せしめる、所謂チヨクラル
スキーCZ法が従来より公知である。

この方法ではチツプ当りのコスト低下を図るよ
うに、大口径であつてしかも長寸である単結晶を
得ようとする場合、坩堝自体の容量には限りがあ
るので、単結晶の成長容量に応じて原料を坩堝に
供給する必要があるが、この原料の供給は成長条
件を変化させないように行わねばならない。

このため従来にあつては坩堝の内側に、融液の
通流口を開口した他の坩堝、又は円筒体を配置し
て融液面を単結晶を引上げる内側領域と、原料を
供給する外側領域とに区分し、原料供給に伴う融
液面の波動、粉塵、温度変化等が結晶成長域であ
る内側領域に及ぼす影響を可及的に低減すること
が行われている（特開昭57−183392号、特開昭47
−10355号）。

ところでこのような単結晶成長方法に用いるシ
リコン単結晶製造用の原料としては従来シリコン
多結晶を粉砕して塊粒状とした原料が広く使用さ
れている。またこの他にもシラン法、或いはトリ
クロルシラン法により製造された顆粒状の原料等
の使用も試みられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが上述した原料のうちシリコン多結晶を
粉砕した原料は形状の不定形性等のため、原料供
給内でブリツジが発生して詰まりが生じ易いとい
う問題がある。

これに対して顆粒状Si原料は形状が揃っている
ので上記した粉砕原料を用いた場合の詰まり等が
生じず、また原料供給の作業性に優れる等の利点
がある反面、顆粒状Si原料に付随して供給される
難溶解性の異物により単結晶成長条件が乱れ、結
晶欠陥が誘発される等の問題があつて実質的な使
用がなされていないのが現状である。この結晶欠
陥の誘発は以下のようなメカニズムにて引き起こ
される。即ち、顆粒状Si原料のSi融液への供給に
付随して難溶解性の異物がSi融液中に浸入され、
混入された異物はSi融液の流れに乗つて、隔壁内
側のSi融液表面に浮上するか、または単結晶成長
界面直下に移動して、単結晶成長界面に付着し、
この結果単結晶成長条件が乱れて結晶欠陥が誘発
されることとなる。

本発明者は、融液内に混入される難溶解性の異
物の量と顆粒状Si原料の残留〔Cl〕量とには密接
な関係があり、この残留〔Cl〕量が所定値を越え
る場合には、結晶欠陥の誘発（有転位化）が著し
く低減されることを知見した。

このような現象は、顆粒状Si原料を製造する際
に、雰囲気中の酸素または窒素とSiが結合して
SiOxまたはSiyNzが形成されるが、残留〔Cl〕
量が多い場合にはSiは塩素と高頻度にて結合して
いるので、酸素または窒素とは単原子〜数十原子
オーダー位でしか結合出来ず、異物となる程大き
くならないからであると考えられる。

本発明はかかる知見に基づきなされたものであ
つて、残留〔Cl〕量が所定値を越える顆粒状Si原
料を用いることにより、異物の混入に伴う結晶欠
陥の誘発を防止できる単結晶製造方法を提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る単結晶製造方法は、坩堝内に供給
する単結晶原料である顆粒状Si原料として、残留
〔Cl〕量が15wtppmを越える顆粒状Si原料を用い
ることを特徴とする。

〔作用〕

本発明の単結晶製造方法にあつては、顆粒状Si
原料として、残留〔Cl〕量が15wtppmを越える
顆粒状Si原料を用いる。そうすると、坩堝内に混
入する難溶解性の異物の量が少なくなり、単結晶
成長条件が乱されない。従つてこの結果、結晶欠
陥の誘発が防止される。

〔実施例〕

シラン法による顆粒状Si原料は、ベルジヤー内
に導入した粉状のSi種の表面にシランガス
（SiH₄）を温度600〜800℃にて熱解離させて顆粒
状に成長させることにより製造されるが、シラン
ガス中に塩素ガス（Cl₂）またはトリクロルシラ
ンガス（HSiCl₃）を混入して、その混合比と処
理温度を適当に選択することにより、残留〔Cl〕
量を任意に調節できる。

一方トリクロルシラン法による顆粒状Si原料の
製造は、ベルジヤー内に導入した粉状のSi種の表
面にトリクロルシランガスと水素ガス（H₂）と
の混合ガスを導入し、温度1000〜1200℃にて還元
により顆粒状に成長させるが、トリクロルシラン
ガス及び水素ガスの混合比と還元温度とを適当に
調節することにより、残留〔Cl〕量を任意に調節
できる。

第１図は、坩堝の径が16センチ、顆粒状Si原料
の初期融解量が20Kgである条件にて径が６インチ
であるSi単結晶を引き上げた際における、顆粒状
Si原料の残留〔Cl〕量と単結晶長さ（無転位引上
げ長さ）との関係を示すグラフであり、横軸は残
留〔Cl〕量（wtppm：放射化分析法に依る）を、
縦軸は無転位引上げ長さ（mm）を夫々示してい
る。

第１図に示すグラフから、残留〔Cl〕量が
15wtppm、好ましくは50wtppmを越える場合に
無転位引上げ長さが著しく向上することが理解さ
れる。

ところで残留〔Cl〕量が多い顆粒状Si原料を使
用する場合には、融解直前に顆粒が破裂し、その
顆粒細片または融液が飛散物として坩堝の内側領
域または単結晶成長面に侵入して結晶成長条件が
乱れることがある。第２図はトリクロルシラン法
により製造した顆粒状Si原料における残留〔Cl〕
量と飛散との関係を示すグラフである。グラフは
横軸に残留〔Cl〕量（wtppm）を、また縦軸に
飛散の有無をとつて示してある。グラフ中白丸は
飛散なし、また黒丸は飛散有りの場合を示してい
る。

このグラフから明らかなように残留〔Cl〕量を
増加させると顆粒状Si原料の飛散を招いて、結晶
成長には不都合が生じることになるが、隔壁の外
側領域（顆粒状Si原料供給側）に、顆粒状Si原料
の飛散を防止するため飛散防止手段を設けること
により、上述したような飛散に伴う結晶成長にお
ける不都合を抑制することができる。

次に本発明の顆粒状Si原料を用いて単結晶成長
を行う場合の具体的装置の例について説明する。

第３図は本発明に係る単結晶製造方法に用いる
単結晶製造装置の模式的断面図であり、図中１は
チヤンバ、２は保温壁、３は坩堝、４はヒータを
示している。チヤンバ１内にはその側周に保温壁
２が内張りされ、この保温壁２で囲われた中央部
に坩堝３が配設され、この坩堝３と保温壁２との
間にヒータ４がこれらとの間に排気用の通気路を
構成する間〓を隔てて配設されている。

坩堝３がグラフアイト製の容器の内側に石英製
の容器を嵌め合わせた二重構造に構成されてお
り、底部中央にはチヤンバ１の底壁を貫通させた
軸３ａの上端が連結され、該軸３ａにて回転させ
つつ昇降せしめられるようになつている。

チヤンバ１の上部壁中央にはチヤンバ１内の雰
囲気ガスの供給口を兼ねる単結晶の引上口１ａが
開口され、またその周囲の１個所には、原料供給
口１ｂが開口せしめられており、前記引上口１ａ
には保護筒５が立設され、また原料供給口１ｂを
通じて原料供給装置６の原料供給管６ａがチヤン
バ１内に差し込まれている。

保護筒５の上端からは引上軸５ａを用いて種結
晶５ｃを掴持するチヤツク５ｂが吊り下げられ、
また引上軸５ａの上端は図示しない回転、昇降機
構に連繋されており、種結晶５ｃを坩堝３内の融
液になじませた後、回転させつつ上昇させること
によつて、種結晶５ｃ下端にシリコン単結晶７を
成長せしめるようになつている。

チヤンバ１内の上方には前記単結晶７の引上げ
域の周囲に位置させて輻射スクリーン８が配置さ
れ、またこの輻射スクリーン８には筒状隔壁９、
原料導入治具１０が取り付けられている。

輻射スクリーン８は金属製あるいはカーボン製
の環状リム８ａの外周縁部の輻射スクリーン８を
保温壁２の上面に支持する円筒形の支持部８ｂ
を、また内周縁部にはここから下方に向かうに従
つて縮径され、中空の逆円錐台形をなすよう傾斜
させたテーパ部８ｃを夫々設けて構成されてい
る。

筒状隔壁９は石英製であつて、円筒形の隔壁本
体部９ａの上端部に周方向の複数個所から立設し
た図示しない支持片を輻射スクリーン８のテーパ
部８ｃに取り付けられ、その下端が坩堝３の内底
から所要高さの位置であつて、且つ融液中の適正
な深さ位置まで漬かり、坩堝３内を同心状に内側
領域とその外側の環状領域とに区分するようにな
つている。また隔壁本体部９ａの融液中に漬かつ
ていない外周面の中央には、該外周面に略垂直
に、円板状の飛散防止板９ｂが設けられており、
単結晶成長部への顆粒の飛散を阻止するようにな
つている。

一方原料導入治具１０はロート部１０ａ及びこ
れに連なる管部を備えており、輻射スクリーン８
の環状リム８ａに穿つた孔に管部を通して取り付
けられ、ロート部１０ａは原料供給口１ｂから差
し込まれた原料供給管６ａの下端に臨み、また管
部の下端は坩堝３内であつて、筒状隔壁９で仕切
られる外側、即ち外側の環状領域に臨ませてあ
る。なお、原料導入治具１０からの原料顆粒の供
給が前記飛散防止板９ｂにて遮断されないよう
に、前記飛散防止板９ｂには孔９ｃが形成されて
いる。

原料供給管６ａの上端はチヤンバ１の外に配し
た原料供給装置６におけるケーシング６ｂ内に配
した秤量計付の電磁フイーダ６ｃの排出端下に臨
ませてある。電磁フイーダ６ｃの受給端にはサブ
ホツパ６ｄが配設され、該サブホツパ６ｄ上には
ケーシング６ｂに固定したメインホツパ６ｅを臨
ませてある。

次にこのような構成の装置を用いるSi単結晶の
製造方法の具体的手順について説明する。

まずヒータ４にて坩堝３を加熱し、坩堝３に収
容した顆粒状Si原料（粒径0.1〜2.0mm）を加熱溶
融する。

坩堝３はこれを支持する軸３ａにて矢符方向に
回転させ、また引上げ手段を構成する引上軸５ａ
を下降して種結晶５ｃを筒状隔壁９にて囲われた
内側の融液中に浸漬した後、引上軸５ａを回転さ
せつつ所定の速度で引上げ（平均1.5mm／分）、種
結晶５ｃ下に単結晶７を成長せしめる。

本発明に係る顆粒状Si原料を予めメインホツパ
６ｅに貯留しておき、ここからサブホツパ６ｄを
経て電磁フイーダ６ｃにより軽量しつつ原料供給
管６ａ、原料導入治具１０を経て坩堝３における
筒状隔壁９の外側の環状領域に供給することとす
る。

この際、供給する顆粒状Si原料は残留〔Cl〕量
15wtppmを越える顆粒状Si原料を使用するので、
この顆粒状Si原料に付随して坩堝３内に混入され
る難溶解性の異物の量は極めて少なく、単結晶成
長条件が乱されない。また、顆粒状Si原料の飛散
物は飛散防止板９ｂにてその進路が遮断されるの
で、この飛散物が坩堝３の内側領域または単結晶
成長面に侵入することは防止され、単結晶成長条
件が乱されない。

なお最初に収容された原料の融解開始から、単
結晶の引上げ終了に到るまで保護筒５の上端に接
続した供給管からAr等の雰囲気ガスを保護筒５
を通じて坩堝３上にその上方から導入する。

保護筒５の上方から坩堝３上に下降した雰囲気
ガスは輻射スクリーン８のテーパ部８ｃに沿つて
坩堝３内の融液表面に達し、ここから輻射スクリ
ーン８の下面側を経て筒状隔壁９間を経、次いで
筒状隔壁９の外側領域を経、坩堝３とヒータ４、
保温壁２との間に形成された通気路を経てチヤン
バ１の下部側壁に開口した排出口１ｃから図示し
ない排気ポンプにより吸引排出される。

前述した如き結晶引上げ過程においては坩堝
３、ヒータ４、保温壁２及び融液からの輻射熱は
輻射スクリーン８にて遮断され、単結晶７に与え
る影響を軽減できる。また融液面へ顆粒状Si原料
を供給したときに生じる波動、融液の温度変化、
或いは粉塵等が生じるが、波動、温度変化は筒状
隔壁９にて遮断され、結晶引上げを行う内側領域
に及ぶことはない。また粉塵はキヤリアガスによ
つて外部に排出除去され、同様に結晶引上げを行
う内側領域に及ぶことはない。

〔発明の効果〕

以上の如く本発明方法にあつてはSi単結晶用原
料として、残留〔Cl〕量が15wtppmを越える顆
粒状Si原料を用いるので、難溶解性の異物が混入
に伴う結晶欠陥の誘発を著しく減少することがで
きる。

また隔壁に飛散防止手段を設ける場合にあつて
は、破裂現象（顆粒状Si原料が融点直前にて破裂
する現象）によつて生じる飛散物をこの飛散防止
手段にて遮蔽するので、破裂現象に伴う単結晶成
長の不都合を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は顆粒状Si原料の残留〔Cl〕量と単結晶
長さ（無転位引上げ長さ）との関係を示すグラ
フ、第２図は顆粒状Si原料における残留〔Cl〕量
と飛散の有無との関係を示すグラフ、第３図は本
発明の顆粒状Si原料を使用してSi単結晶を製造す
る装置の縦断面図である。 １……チヤンバ、３……坩堝、６……原料供給
装置、７……単結晶、９……筒状隔壁、９ｂ……
飛散防止板、１０……原料導入治具。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 坩堝内にその単結晶原料融液の液面を液面下
   で連通した状態で内、外の領域に区分する隔壁を
   配置し、外側領域に顆粒状Si原料を供給し、内側
   領域からSi単結晶を成長させつつ引上げる単結晶
   製造方法において、 前記顆粒状Si原料として、残留〔Cl〕量が
   15wtppmを越える顆粒状Si原料を用いることを
   特徴とする単結晶製造方法。 ２ 前記隔壁に、前記坩堝の外側領域からの顆粒
   状Si原料の飛散を防止する飛散防止手段を設ける
   請求項１記載の単結晶製造方法。