JPH06305878A - シリコン単結晶製造装置 - Google Patents
シリコン単結晶製造装置Info
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- JPH06305878A JPH06305878A JP9952493A JP9952493A JPH06305878A JP H06305878 A JPH06305878 A JP H06305878A JP 9952493 A JP9952493 A JP 9952493A JP 9952493 A JP9952493 A JP 9952493A JP H06305878 A JPH06305878 A JP H06305878A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ｃｚ法によるシリコン単結晶製造装置におい
て、高酸素濃度のアンチモン・ドープ結晶を低電力消費
で、しかも、低多結晶化率で安定に引上げ可能とするシ
リコン単結晶製造装置を提供する。 【構成】ルツボ５中のシリコン融液１の自由表面にシリ
コンの蒸発を防止する蒸発防止材２を設けたシリコン単
結晶製造装置の、蒸発防止材２の上部に蒸発防止材２を
被覆する保温材３を載置した。なお、４は領域、６はチ
ャンバ、７は単結晶、８はヒータ、９は支持部材、１０
はグラファイト材を示す。
て、高酸素濃度のアンチモン・ドープ結晶を低電力消費
で、しかも、低多結晶化率で安定に引上げ可能とするシ
リコン単結晶製造装置を提供する。 【構成】ルツボ５中のシリコン融液１の自由表面にシリ
コンの蒸発を防止する蒸発防止材２を設けたシリコン単
結晶製造装置の、蒸発防止材２の上部に蒸発防止材２を
被覆する保温材３を載置した。なお、４は領域、６はチ
ャンバ、７は単結晶、８はヒータ、９は支持部材、１０
はグラファイト材を示す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、チョクラルスキー法に
より、単結晶を製造する装置に関するものである。
より、単結晶を製造する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】チョクラルスキー法によって、シリコン
単結晶を引上げる装置においては、チャンバ内に収容さ
れたルツボ内の多結晶シリコン融液表面に、引上げワイ
ヤに取付けられた種結晶を融着させ、このワイヤを回転
させながら、所定の速度で引上げることによって、シリ
コン単結晶が得られる。シリコン単結晶には、石英ルツ
ボより溶けだした酸素が含まれる。シリコン中に含まれ
る酸素は、熱処理工程によって、酸素析出物となり、金
属不純物をゲッタリングするという効果を有する。な
お、酸素析出物は、結晶中に含まれる酸素濃度が高いほ
ど、発生しやすいという性質を持っている。
単結晶を引上げる装置においては、チャンバ内に収容さ
れたルツボ内の多結晶シリコン融液表面に、引上げワイ
ヤに取付けられた種結晶を融着させ、このワイヤを回転
させながら、所定の速度で引上げることによって、シリ
コン単結晶が得られる。シリコン単結晶には、石英ルツ
ボより溶けだした酸素が含まれる。シリコン中に含まれ
る酸素は、熱処理工程によって、酸素析出物となり、金
属不純物をゲッタリングするという効果を有する。な
お、酸素析出物は、結晶中に含まれる酸素濃度が高いほ
ど、発生しやすいという性質を持っている。
【０００３】しかしながら、Ｓｂを高濃度にドープした
シリコン融液ではＳｉＯの蒸発が促進され、融液中の酸
素濃度が低下し結果として、高濃度Ｓｂドープ結晶は酸
素濃度が低くなり、ゲッタリング効果が少なくなるとい
う問題があった。そこで、図６に示したように、融液１
の自由表面上を石英製の蒸発防止材２により覆い、Ｓｉ
Ｏ蒸発の抑制と酸素の溶け込み量の増加によって、結晶
中に含まれる酸素濃度を増加させるという技術（特開昭
５７−１７９０９９号公報、特公昭６０−２８７９８号
公報）が知られている。なお図６において５はルツボ，
６はチャンバ，７は単結晶，８はヒータ，９は支持部材
である。
シリコン融液ではＳｉＯの蒸発が促進され、融液中の酸
素濃度が低下し結果として、高濃度Ｓｂドープ結晶は酸
素濃度が低くなり、ゲッタリング効果が少なくなるとい
う問題があった。そこで、図６に示したように、融液１
の自由表面上を石英製の蒸発防止材２により覆い、Ｓｉ
Ｏ蒸発の抑制と酸素の溶け込み量の増加によって、結晶
中に含まれる酸素濃度を増加させるという技術（特開昭
５７−１７９０９９号公報、特公昭６０−２８７９８号
公報）が知られている。なお図６において５はルツボ，
６はチャンバ，７は単結晶，８はヒータ，９は支持部材
である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】表２は各種材料の熱物
性を比較した表である。石英はシリコン融液に対して、
熱伝導率は低いものの、熱放射率が高い。従って、図６
に示した従来技術では、熱放射率が高い石英製の蒸発防
止材２が融液１に密着するため、融液１からの熱の放射
を促進してしまい、融液１が冷えやすくなる。その結
果、ヒータ８からの熱の供給を増やさなければならず、
消費電力が増加するという問題点がある。
性を比較した表である。石英はシリコン融液に対して、
熱伝導率は低いものの、熱放射率が高い。従って、図６
に示した従来技術では、熱放射率が高い石英製の蒸発防
止材２が融液１に密着するため、融液１からの熱の放射
を促進してしまい、融液１が冷えやすくなる。その結
果、ヒータ８からの熱の供給を増やさなければならず、
消費電力が増加するという問題点がある。
【０００５】また、蒸発防止材２の近傍の融液が冷却さ
れると、次のような問題点も生じる。これを図５によっ
て説明する。図５はルツボ５内の融液１の流動を模式的
に示した図であり、融液１が蒸発防止材２で冷却される
ことにより生じる流れａと、結晶回転により生じる流れ
ｂが存在する。しかし、ヒータの出力を変えたときに
は、熱バランスが変わるため、結晶成長界面へ到達する
流れｃが発生する。この流れｃは蒸発防止材２によって
冷却されているため、通常の場合に比べて、温度の低い
融液１が結晶成長界面へ到達することになる。従って、
結晶成長界面に急激な温度変化が与えられることにな
り、結晶径を厳しく制御する必要のあるネッキング工程
が不安定になり、多結晶化率の増加を引き起こし、生産
性が低下する。
れると、次のような問題点も生じる。これを図５によっ
て説明する。図５はルツボ５内の融液１の流動を模式的
に示した図であり、融液１が蒸発防止材２で冷却される
ことにより生じる流れａと、結晶回転により生じる流れ
ｂが存在する。しかし、ヒータの出力を変えたときに
は、熱バランスが変わるため、結晶成長界面へ到達する
流れｃが発生する。この流れｃは蒸発防止材２によって
冷却されているため、通常の場合に比べて、温度の低い
融液１が結晶成長界面へ到達することになる。従って、
結晶成長界面に急激な温度変化が与えられることにな
り、結晶径を厳しく制御する必要のあるネッキング工程
が不安定になり、多結晶化率の増加を引き起こし、生産
性が低下する。
【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、石英製の蒸発防止材による融液の冷却を防ぐこと
で、高酸素濃度のＳｂドープ結晶を低消費電力でしかも
低多結晶化率で安定に引上げ可能とした単結晶の引上げ
装置を提供することを目的とするものである。
で、石英製の蒸発防止材による融液の冷却を防ぐこと
で、高酸素濃度のＳｂドープ結晶を低消費電力でしかも
低多結晶化率で安定に引上げ可能とした単結晶の引上げ
装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の問題点
を解決するもので、シリコン融液の自由表面にシリコン
の蒸発防止材を密着させてシリコン単結晶を引上げるシ
リコン単結晶製造装置に適用され、次の技術手段を採っ
た。すなわち、蒸発防止材の上部に蒸発防止材を被覆す
る保温材を載置したことを特徴とするシリコン単結晶製
造装置である。
を解決するもので、シリコン融液の自由表面にシリコン
の蒸発防止材を密着させてシリコン単結晶を引上げるシ
リコン単結晶製造装置に適用され、次の技術手段を採っ
た。すなわち、蒸発防止材の上部に蒸発防止材を被覆す
る保温材を載置したことを特徴とするシリコン単結晶製
造装置である。
【０００８】保温材は蒸発防止材より熱放射率が低い材
料及び／又は熱伝導率が低い材料であれば好適である。
料及び／又は熱伝導率が低い材料であれば好適である。
【０００９】
【作用】図１は本発明の一実施例の断面の説明図であ
る。シリコン融液１の表面からの熱は、主に上方のチャ
ンバ６或はグラファイト材１０に対して放射される。従
って、シリコン融液１のみの場合よりも、石英製の蒸発
防止材２が融液１に密着していると、石英はシリコン融
液よりも熱放射率が高いため、蒸発防止材２がない場合
に比べ、融液１からの熱の放射が促進される。
る。シリコン融液１の表面からの熱は、主に上方のチャ
ンバ６或はグラファイト材１０に対して放射される。従
って、シリコン融液１のみの場合よりも、石英製の蒸発
防止材２が融液１に密着していると、石英はシリコン融
液よりも熱放射率が高いため、蒸発防止材２がない場合
に比べ、融液１からの熱の放射が促進される。
【００１０】しかし、図１に示したように、蒸発防止材
２の上に保温材３を載置すると、融液１の冷却を抑制す
ることができる。保温材３の材質としては、熱放射率が
蒸発防止材（石英）２よりも低いもの、又は、熱伝導率
が蒸発防止材（石英）２よりも低いものを用いればよ
い。また蒸発防止材（石英）２よりも熱放射率が低いも
のと、熱伝導率が低いものとを組合わせてもよい。
２の上に保温材３を載置すると、融液１の冷却を抑制す
ることができる。保温材３の材質としては、熱放射率が
蒸発防止材（石英）２よりも低いもの、又は、熱伝導率
が蒸発防止材（石英）２よりも低いものを用いればよ
い。また蒸発防止材（石英）２よりも熱放射率が低いも
のと、熱伝導率が低いものとを組合わせてもよい。
【００１１】例えば、保温材３の熱放射率が蒸発防止材
（石英）２よりも低い場合は、蒸発防止材（石英）２を
通じて放射された熱を受けた保温材３からの熱の放射
は、蒸発防止材（石英）２からの放射よりも減少するた
め、放射によって上方へ逃げる熱が保温材３がない場合
に比べて減少する。従って、融液１から蒸発防止材を通
じて逃げる熱が減少し、蒸発防止材２に密着した領域４
近傍の融液１の冷却を防ぐことができる。
（石英）２よりも低い場合は、蒸発防止材（石英）２を
通じて放射された熱を受けた保温材３からの熱の放射
は、蒸発防止材（石英）２からの放射よりも減少するた
め、放射によって上方へ逃げる熱が保温材３がない場合
に比べて減少する。従って、融液１から蒸発防止材を通
じて逃げる熱が減少し、蒸発防止材２に密着した領域４
近傍の融液１の冷却を防ぐことができる。
【００１２】また、保温材３の熱伝導率が蒸発防止材よ
りも低い場合は、熱の逃げる上方のチャンバ６或はグラ
ファイト材１０と対向する保温材３の上面の温度が低く
なっても、熱伝導率が低いため、上方へ逃げる熱量を減
らすことができる。従って、蒸発防止材２に密着した領
域４近傍の融液１の冷却を防ぐことができる。さらに、
熱伝導率および熱放射率共に低い物質を用いれば、一層
の効果が期待できる。
りも低い場合は、熱の逃げる上方のチャンバ６或はグラ
ファイト材１０と対向する保温材３の上面の温度が低く
なっても、熱伝導率が低いため、上方へ逃げる熱量を減
らすことができる。従って、蒸発防止材２に密着した領
域４近傍の融液１の冷却を防ぐことができる。さらに、
熱伝導率および熱放射率共に低い物質を用いれば、一層
の効果が期待できる。
【００１３】
【実施例】以下、図１に基づき本発明の実施例を説明す
る。本実施例では、直径４００ｍｍのルツボ５を用い、
原料の多結晶シリコンを４０ｋｇ投入し、ドーパンとし
てＳｂを結晶トップで２０ｍΩｃｍとなるように投入
し、直径１５５ｍｍの単結晶を育成した場合について説
明する。
る。本実施例では、直径４００ｍｍのルツボ５を用い、
原料の多結晶シリコンを４０ｋｇ投入し、ドーパンとし
てＳｂを結晶トップで２０ｍΩｃｍとなるように投入
し、直径１５５ｍｍの単結晶を育成した場合について説
明する。
【００１４】図２は、蒸発防止材２と支持部材９の形状
の説明図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図
２（ａ）のＡ−Ａ矢視図を示す。蒸発防止材２には、外
径３５０ｍｍ、内径２６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの石英材
を使用した。本実施例の場合、蒸発防止材２と支持部材
９を一体に形成したが、組合わせ式の形状でもかまわな
い。
の説明図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図
２（ａ）のＡ−Ａ矢視図を示す。蒸発防止材２には、外
径３５０ｍｍ、内径２６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの石英材
を使用した。本実施例の場合、蒸発防止材２と支持部材
９を一体に形成したが、組合わせ式の形状でもかまわな
い。
【００１５】図３は、保温材３の形状の説明図であり、
図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側面図である。外径
３４５ｍｍ、内径２６５ｍｍ、材質はモリブデン製およ
びカーボンファイバー製のものを使用した。厚さは、モ
リブデン２．５ｍｍ、カーボンファイバー５ｍｍとし
た。本実施例では、これ等を単体で使用するだけでな
く、組合わせても使用した。
図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側面図である。外径
３４５ｍｍ、内径２６５ｍｍ、材質はモリブデン製およ
びカーボンファイバー製のものを使用した。厚さは、モ
リブデン２．５ｍｍ、カーボンファイバー５ｍｍとし
た。本実施例では、これ等を単体で使用するだけでな
く、組合わせても使用した。
【００１６】表２には各種材料の熱物性値が示されてい
る。モリブデンは石英よりも、熱伝導率は高いが、熱放
射率が低い。また、カーボンファイバーは、石英よりも
熱放射率は高いが熱伝導率が低い。従って、どちらの材
質でも、蒸発防止材による冷却を抑制できると考えられ
る。それぞれの材質の保温材３を蒸発防止材２の上に載
置し、蒸発防止材２を融液１に５ｍｍ沈めるように炉内
に設置した。さらに、蒸発防止材の２の上にカーボンフ
ァイバー製の保温材を載置し、１ｍｍ程度間隔をあけ
て、モリブデン製の保温材を載置した組合わせ構造につ
ても引上げを実施した。
る。モリブデンは石英よりも、熱伝導率は高いが、熱放
射率が低い。また、カーボンファイバーは、石英よりも
熱放射率は高いが熱伝導率が低い。従って、どちらの材
質でも、蒸発防止材による冷却を抑制できると考えられ
る。それぞれの材質の保温材３を蒸発防止材２の上に載
置し、蒸発防止材２を融液１に５ｍｍ沈めるように炉内
に設置した。さらに、蒸発防止材の２の上にカーボンフ
ァイバー製の保温材を載置し、１ｍｍ程度間隔をあけ
て、モリブデン製の保温材を載置した組合わせ構造につ
ても引上げを実施した。
【００１７】図４は、図１の構成で引上げを行った場合
と、保温材３を設置せずに引上げを行った場合、およ
び、蒸発防止材２を使用しない通常の引上げを行った場
合の結晶直胴部成長時のヒータパワー（消費電力）の変
化を比較した図である。保温材３がある場合、モリブデ
ン製及びカーボンファイバー製共に、保温材３がない場
合に比べて、消費電力が少く、蒸発防止材２の無い通常
の引上げの場合と同程度で済むことがわかる。また、モ
リブデンとカーボンファイバーを組合わせた構造の保温
材を使用した場合は、最も消費電力が少く、蒸発防止材
２の無い通常の引上げ場合よりも、さらに消費電力が少
ない。
と、保温材３を設置せずに引上げを行った場合、およ
び、蒸発防止材２を使用しない通常の引上げを行った場
合の結晶直胴部成長時のヒータパワー（消費電力）の変
化を比較した図である。保温材３がある場合、モリブデ
ン製及びカーボンファイバー製共に、保温材３がない場
合に比べて、消費電力が少く、蒸発防止材２の無い通常
の引上げの場合と同程度で済むことがわかる。また、モ
リブデンとカーボンファイバーを組合わせた構造の保温
材を使用した場合は、最も消費電力が少く、蒸発防止材
２の無い通常の引上げ場合よりも、さらに消費電力が少
ない。
【００１８】表１は、図１の構成と、保温材３を設置し
ない構成において、それぞれ１０本の結晶を引上げ、発
生した多結晶化位置及び回数を比較した表である。保温
材３がある場合、保温材３の材質がモリブデンでも、カ
ーボンファイバーでも、また、モリブデンとカーボンフ
ァイバーの組合わせでも、保温材３の無い場合に比べ、
結晶のトップ部付近での多結晶化回数が減少し、しか
も、多結晶化回数そのものも減少しており、明らかに、
生産性が向上していることが分かる。
ない構成において、それぞれ１０本の結晶を引上げ、発
生した多結晶化位置及び回数を比較した表である。保温
材３がある場合、保温材３の材質がモリブデンでも、カ
ーボンファイバーでも、また、モリブデンとカーボンフ
ァイバーの組合わせでも、保温材３の無い場合に比べ、
結晶のトップ部付近での多結晶化回数が減少し、しか
も、多結晶化回数そのものも減少しており、明らかに、
生産性が向上していることが分かる。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【表２】
【００２１】
【発明の効果】本発明は、保温材を融液に密着させたシ
リコン蒸発防止材上に載置することにより、蒸発防止材
の近傍で融液が冷却されることを防止したので、蒸発防
止材を用いない通常の引上げと同程度あるいは少ない消
費電力で高酸素濃度のＳｂドープ結晶を育成することを
可能とした。また、保温材を載置しない蒸発防止材を用
いると、結晶成長界面近傍の融液の温度変動が大きくな
り、安定なネッキング工程が行えず、多結晶化すること
が多かったが、本発明により引上げが安定し、高酸素濃
度のＳｂドープ結晶を生産性よく、育成することが可能
となった。
リコン蒸発防止材上に載置することにより、蒸発防止材
の近傍で融液が冷却されることを防止したので、蒸発防
止材を用いない通常の引上げと同程度あるいは少ない消
費電力で高酸素濃度のＳｂドープ結晶を育成することを
可能とした。また、保温材を載置しない蒸発防止材を用
いると、結晶成長界面近傍の融液の温度変動が大きくな
り、安定なネッキング工程が行えず、多結晶化すること
が多かったが、本発明により引上げが安定し、高酸素濃
度のＳｂドープ結晶を生産性よく、育成することが可能
となった。
【図１】本発明の一実施例を示す縦断の説明図である。
【図２】本発明の一実施例の蒸発防止材と支持部材の形
状の説明図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は
図２（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
状の説明図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は
図２（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】本発明の一実施例の保温材の形状の説明図であ
り、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側面図を示す。
り、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側面図を示す。
【図４】本発明の効果を示す単結晶育成時のヒータパワ
ー変化の比較図である。
ー変化の比較図である。
【図５】融液の流動を模式的に示した説明図である。
【図６】従来技術の縦断の説明図である。
１ シリコン融液 ２ 蒸発防止材 ３ 保温材 ４ 領域 ５ ルツボ ６ チャンバ ７ 単結晶 ８ ヒータ ９ 支持部材 １０ グラファイ
ト材 ａ、ｂ、ｃ 融液の流れ
ト材 ａ、ｂ、ｃ 融液の流れ
Claims (2)
- 【請求項１】 シリコン融液の自由表面にシリコンの蒸
発防止材を密着させてシリコン単結晶を引上げるシリコ
ン単結晶製造装置において、 該蒸発防止材の上部に該蒸発防止材を被覆する保温材を
載置したことを特徴とするシリコン単結晶製造装置。 - 【請求項２】 該保温材は該蒸発防止材より熱放射率が
低い材料及び／又は熱伝導率が低い材料である請求項１
記載のシリコン単結晶製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9952493A JPH06305878A (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | シリコン単結晶製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9952493A JPH06305878A (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | シリコン単結晶製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06305878A true JPH06305878A (ja) | 1994-11-01 |
Family
ID=14249625
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9952493A Withdrawn JPH06305878A (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | シリコン単結晶製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06305878A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017095323A (ja) * | 2015-11-26 | 2017-06-01 | 株式会社Sumco | シリコン単結晶の製造方法 |
| JP2018104208A (ja) * | 2016-12-22 | 2018-07-05 | 株式会社Sumco | 蒸発抑制部材、単結晶引き上げ装置、および、シリコン単結晶の製造方法 |
-
1993
- 1993-04-26 JP JP9952493A patent/JPH06305878A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017095323A (ja) * | 2015-11-26 | 2017-06-01 | 株式会社Sumco | シリコン単結晶の製造方法 |
| US10711368B2 (en) | 2015-11-26 | 2020-07-14 | Sumco Corporation | Method for producing silicon single crystal |
| JP2018104208A (ja) * | 2016-12-22 | 2018-07-05 | 株式会社Sumco | 蒸発抑制部材、単結晶引き上げ装置、および、シリコン単結晶の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000704 |