JPH09301709A - Method for casting silicon - Google Patents

Method for casting silicon

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Publication number
JPH09301709A
JPH09301709A JP14373196A JP14373196A JPH09301709A JP H09301709 A JPH09301709 A JP H09301709A JP 14373196 A JP14373196 A JP 14373196A JP 14373196 A JP14373196 A JP 14373196A JP H09301709 A JPH09301709 A JP H09301709A
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JP
Japan
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silicon
mold
casting
casting mold
solidification
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Application number
JP14373196A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshitake Natsume
義丈 夏目
Tadashi Ogasawara
忠司 小笠原
Noboru Okamoto
昇 岡本
Kenji Fujita
健治 藤田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Sitix Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the failure of a casting and a casting mold even if the casting is flat by managing the cooling rate in the bottom of the casting mold to specific conditions at the time of casting polycrystalline silicon by unidirectionally solidifying the silicon in the casting mold from the lower part to the upper part by a prescribed method. SOLUTION: The cooling rate in the bottom of the casting mold 40 is managed to <=5 deg.C/min at the time of casting the polycrystalline silicon by lowering the casting mold 40 from the upper part to the lower part, thereby unidirectionally solidifying the silicon 30 in the casting mold 40 from the lower part to the upper part within a solidifying furnace 20 provided with a heating section 21 in the upper part and a cooling section 22 in the lower part. At the time of casting, the front surface of the silicon 30 in the casting mold 40 is preferably maintained at a molten state until the time of the final solidification by increasing the areas of heaters 23a to (c), 24 contributing to the front surface heating of the silicon in the casting mold 40 accompanying with the descending of the casting mold 40. Namely, the failure of the casting and the casting mold by the volumetric expansion occurring in the earlier solidification of the upper part, the confinement of the molten part in the casting and the solidification of the molten part is prevented.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は多結晶シリコンの鋳
造方法に関し、更に詳しくはプラズマエッチング用シリ
コン電極、拡散処理用ウエーハボート等といった横幅に
比べて高さの低い偏平な多結晶シリコン製品の製造に適
したシリコン鋳造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for casting polycrystalline silicon, and more particularly to the production of flat polycrystalline silicon products having a lower height than the lateral width such as a silicon electrode for plasma etching and a wafer boat for diffusion treatment. The present invention relates to a silicon casting method suitable for.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体ディバイスの高集積度化に
伴い、プラズマエッチング用電極、拡散処理用ウエーハ
ボート等といった半導体治具にも多結晶シリコン製のも
のが多く使用されるようになった。これらの多結晶シリ
コン製品は、従来は大きなインゴットからの切り出し、
或いは気相析出により製造されたロッドからの切り出し
により製造されていた。しかし、全切削によるため歩留
りが悪く、シリコン原料のロスが多いという本質的な問
題があり、気相析出ロッドを用いる場合は、材料内部の
残留応力により加工時に割れやすいという問題もある。
2. Description of the Related Art In recent years, as the degree of integration of semiconductor devices has increased, semiconductor jigs such as electrodes for plasma etching and wafer boats for diffusion treatment have been made of polycrystalline silicon. These polycrystalline silicon products have traditionally been cut from large ingots,
Alternatively, it is manufactured by cutting out from a rod manufactured by vapor deposition. However, there is an inherent problem that the yield is poor and the silicon raw material is lost a lot because it is entirely cut, and when a vapor deposition rod is used, there is also a problem that it is easily cracked during processing due to residual stress inside the material.

【0003】これらの問題を解決するために、最近は製
品に近い形状のものを直接鋳造することが行われている
が、多結晶シリコンの鋳造では凝固時にシリコンの体積
が増加するため、その増加分を逃がす必要がある。この
ため、一般には凝固炉内のヒーターを上下方向に分割し
た鋳造装置を用い、凝固炉内に配置された鋳型内のシリ
コンを、多段ヒーターの独立制御により下部から上部へ
一方向凝固させる方法が採用されている。また一部で
は、上部に加熱部、下部に冷却部を設けた凝固炉内で、
鋳型を上部から下部へ降下させることにより、鋳型内の
シリコンを下部から上部へ一方向凝固させる方法も用い
られている。
In order to solve these problems, recently, a product having a shape close to a product has been directly cast, but in the casting of polycrystalline silicon, the volume of silicon increases at the time of solidification. I need to escape the minute. For this reason, in general, a casting device in which the heater in the solidification furnace is divided in the vertical direction is used, and there is a method of unidirectionally solidifying the silicon in the mold placed in the solidification furnace from the lower part to the upper part by independent control of the multistage heater. Has been adopted. In some cases, in a solidification furnace with a heating part in the upper part and a cooling part in the lower part,
A method of unidirectionally solidifying the silicon in the mold from the lower part to the upper part by lowering the mold from the upper part to the lower part is also used.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、鋳造品
がプラズマエッチング用シリコン電極、拡散処理用ウエ
ーハボート等といった横幅に比べて高さの低い偏平なも
のの場合、多段ヒーターの独立制御による一方向凝固で
は、本質的に鋳込み量が少ない上に、上下方向の長さが
短く、降温用ヒーターと昇温用ヒーターが接近して干渉
するため、鋳型内のシリコンの下部の冷却、上部の加熱
ともに不十分となる。その結果、上部が先に凝固して溶
融部分が鋳物内に閉じ込められ、その溶融部が後から凝
固する際の体積膨張により、鋳物および鋳型が破損する
などの問題があった。
However, when the cast product is a flat one having a height lower than the width such as a silicon electrode for plasma etching, a wafer boat for diffusion treatment, etc., it is not unidirectionally solidified by the independent control of the multi-stage heater. , In addition, the amount of casting is essentially small, the vertical length is short, and the temperature lowering heater and the temperature raising heater come close to each other and interfere with each other, so that the cooling of the lower part of the silicon in the mold and the heating of the upper part are insufficient. Becomes As a result, there has been a problem that the upper part is solidified first and the molten part is confined in the casting, and the casting and the mold are damaged due to volume expansion when the molten part is solidified later.

【0005】ここで、鋳造時の凝固炉内温度を下げる
と、鋳型内にシリコンを注ぎ込むと同時に、そのシリコ
ンは下部から上部へ凝固するが、内部応力が残留するた
め鋳造時やその後の加工時にクラックが入るなどの問題
が生じる。
Here, when the temperature in the solidification furnace during casting is lowered, silicon is poured into the mold and at the same time, the silicon solidifies from the lower part to the upper part, but internal stress remains, so that during casting and subsequent processing. Problems such as cracks occur.

【0006】一方、鋳型を加熱部から冷却部へ引き出す
ことにより、鋳型内のシリコンを下部から上部へ一方向
凝固させる方法では、上面が十分加熱され、且つ温度勾
配が付きやすいために、上部が先に凝固することによる
破損は生じにくい。しかし、鋳造品が横幅に比べて高さ
の低い偏平なものの場合は、温度勾配が大きくなりす
ぎ、内部応力が残留しやすいため、鋳造時やその後の加
工時にクラックが入るなどの問題があった。
On the other hand, in the method of unidirectionally solidifying the silicon in the mold from the lower part to the upper part by pulling the mold from the heating part to the cooling part, since the upper surface is sufficiently heated and a temperature gradient is easily formed, the upper part is Damage due to first solidification is unlikely to occur. However, if the casting is flat with a height lower than the width, the temperature gradient becomes too large and internal stress tends to remain, so there was a problem such as cracking during casting and subsequent processing. .

【0007】鋳物形状を製品形状に近似させるために、
鋳型内に中子を設置する場合があるが、その中子が鋳型
の底部に取り付けられるため、鋳型を降下させて鋳型内
のシリコンを下部から冷却するときに、中子の放熱によ
る温度低下が顕著となる。そのため、中子が鋳型内のシ
リコンを貫通し、中子の上部がシリコンの上面より突出
する場合は、鋳型を加熱部から冷却部へ引き出す方法で
も、シリコンの上部が先に凝固し、溶融部分が鋳物内に
閉じ込められことにより、鋳物および鋳型が破損するな
どの問題があった。
In order to approximate the casting shape to the product shape,
The core may be installed in the mold, but since the core is attached to the bottom of the mold, when the mold is lowered to cool the silicon in the mold from the bottom, the temperature drop due to heat dissipation of the core occurs. It becomes remarkable. Therefore, if the core penetrates the silicon in the mold and the upper part of the core projects from the upper surface of the silicon, the upper part of the silicon will solidify first and the molten part will also melt even if the mold is pulled out from the heating part to the cooling part However, there is a problem that the casting and the mold are damaged due to being trapped in the casting.

【0008】本発明の目的は、鋳造品が横幅に比べて高
さの低い偏平なものの場合も、凝固冷却時に鋳造品およ
び鋳型が破損する問題を解決し、合わせて加工時に鋳物
が破損する問題を解決し得るシリコン鋳造方法を提供す
ることにある。
The object of the present invention is to solve the problem that the cast product and the mold are damaged during solidification cooling even when the cast product is a flat product whose height is smaller than the width, and also the problem that the cast product is damaged during processing. It is to provide a silicon casting method which can solve

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明のシリコン鋳造方
法は、上記目的を達成するために、上部に加熱部、下部
に冷却部を設けた凝固炉内で、鋳型を上部から下部へ降
下させることにより、鋳型内のシリコンを下部から上部
へ一方向凝固させる多結晶シリコンの鋳造方法におい
て、鋳型底部の冷却速度を5℃/分以下に管理するもの
である。
In order to achieve the above object, the silicon casting method of the present invention lowers the mold from the upper part to the lower part in a solidification furnace having a heating part in the upper part and a cooling part in the lower part. Thus, in the method for casting polycrystalline silicon in which the silicon in the mold is unidirectionally solidified from the lower part to the upper part, the cooling rate at the bottom of the mold is controlled to 5 ° C./minute or less.

【0010】鋳型底部の冷却速度を5℃/分以下に管理
すると、鋳型内のシリコンの上下方向の温度勾配が緩和
される。そのため、鋳造品が横幅に比べて高さの低い偏
平なものの場合も、内部残留応力による鋳造品の破損が
防止される。この冷却速度が5℃/分を超えると、シリ
コンの上部が先に凝固することによる鋳造品および鋳型
の破損は防止されても、内部残留応力による鋳造品の破
損は防止されない。
When the cooling rate at the bottom of the mold is controlled to 5 ° C./min or less, the temperature gradient in the vertical direction of silicon in the mold is relaxed. Therefore, even if the cast product is a flat product having a height lower than the lateral width, damage to the cast product due to internal residual stress is prevented. If this cooling rate exceeds 5 ° C./minute, damage to the cast product and mold due to the solidification of the upper part of silicon first is prevented, but damage to the cast product due to internal residual stress is not prevented.

【0011】加熱部はヒーターを上下方向に段階的また
は連続的に配置したものが望ましい。そのような加熱部
から冷却部へ鋳型を引き出すと、鋳型内のシリコンの上
面加熱に寄与するヒーター面積が、鋳型の引き出しに連
れて増大する。そのため、鋳型の降下中、各段のヒータ
ー出力を特に低下させなければ、鋳型の降下に伴って、
シリコン上面の受熱量が増大する。従って、鋳型内のシ
リコンの凝固が進行しても、最終凝固時までシリコンの
上面を溶融状態に維持することができる。かくして、鋳
造品が横幅に比べて高さの低い偏平なものの場合も、鋳
型内のシリコンを下部から上部へ確実に一方向凝固させ
ることができる。
It is desirable that the heating section has heaters arranged vertically or stepwise or continuously. When the mold is pulled out from such a heating unit to the cooling unit, the heater area that contributes to the upper surface heating of the silicon in the mold increases as the mold is pulled out. Therefore, if the heater output of each stage is not particularly reduced during the lowering of the mold, with the lowering of the mold,
The amount of heat received on the upper surface of silicon increases. Therefore, even if the solidification of silicon in the mold proceeds, the upper surface of the silicon can be maintained in a molten state until the final solidification. Thus, even if the cast product is a flat product having a height smaller than the width, the silicon in the mold can be surely unidirectionally solidified from the lower part to the upper part.

【0012】鋳型内に中子を設置する場合に、その中子
として比熱がシリコン以上のものを使用すると、中子の
放熱による温度低下が抑制されるため、中子の上部が鋳
型内のシリコンの上面より突出する場合も、シリコンの
上部が先に凝固することによる鋳造品および鋳型の破損
が防止される。ちなみに、シリコンの比熱は融点温度で
1.0J/g・Kである。
When a core having a specific heat of silicon or more is used as the core when the core is installed in the mold, the temperature drop due to heat dissipation of the core is suppressed. Even when it projects from the upper surface of the mold, damage to the cast product and the mold due to the upper part of the silicon solidifying first is prevented. By the way, the specific heat of silicon is
It is 1.0 J / gK.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1は鋳造装置の構成図、図2は
鋳型の断面図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a casting apparatus, and FIG. 2 is a sectional view of a mold.

【0014】鋳造装置は、図1に示すように、溶解炉1
0と凝固炉20とを具備する。これらは、図示されない
真空チャンバー内に設置されている。溶解炉10は、高
純度の石英からなる坩堝11の中にチャージされたシリ
コンを溶解する。その溶融シリコン30は、溶解炉10
の傾動により、凝固炉20内の鋳型40に注入される。
As shown in FIG. 1, the casting apparatus comprises a melting furnace 1
0 and a solidification furnace 20. These are installed in a vacuum chamber (not shown). The melting furnace 10 melts silicon charged in a crucible 11 made of high-purity quartz. The molten silicon 30 is used in the melting furnace 10.
Is poured into the mold 40 in the solidification furnace 20.

【0015】凝固炉20は、上面および下面が開放した
角筒状の炉体と、炉体内で鋳型40を昇降させるための
垂直なシリンダー26とを有する。炉体の上部は加熱部
21、下部は冷却部22である。加熱部21の内部に
は、角枠状のサイドヒーター23a,23b,23cが
3段に配置されている。また、これらのヒーターの上方
には、角枠状をした小型のトップヒーター24が、開口
部25のすぐ下に位置して配置されている。
The solidification furnace 20 has a rectangular tube-shaped furnace body having an open upper surface and a lower surface, and a vertical cylinder 26 for raising and lowering the mold 40 in the furnace body. The upper part of the furnace body is a heating part 21, and the lower part is a cooling part 22. Inside the heating section 21, side heaters 23a, 23b, and 23c having a rectangular frame shape are arranged in three stages. Further, a small top heater 24 in the shape of a square frame is arranged above these heaters and positioned just below the opening 25.

【0016】シリンダー26は、下方から炉体内に挿入
され、上方に4本の支柱27を介して鋳型40を炉体内
に支持する。そして、軸方向に駆動されることにより、
鋳型40を炉体内で昇降させる。28は開口部25を閉
じる蓋である。
The cylinder 26 is inserted into the furnace body from below, and supports the mold 40 in the furnace body through the four columns 27 above. And by being driven in the axial direction,
The mold 40 is moved up and down in the furnace. 28 is a lid that closes the opening 25.

【0017】鋳型40は、図2に示すように、プラズマ
エッチング用多結晶シリコン電極を製造するためのもの
であり、台41の上に分割可能な皿状のシリコン保持部
42を載せ、その中に薄い中子43を敷いた構造になっ
ている。シリコン保持部42内に溶融シリコン30を注
入すると、中子43はその溶融シリコン30の中に完全
に浸漬する。シリコン保持部42の材質はカーボン、中
子43の材質もカーボンである。
As shown in FIG. 2, the mold 40 is used to manufacture a polycrystalline silicon electrode for plasma etching, and a separable dish-shaped silicon holding portion 42 is placed on a base 41, and the inside thereof It has a structure in which a thin core 43 is laid. When the molten silicon 30 is injected into the silicon holder 42, the core 43 is completely immersed in the molten silicon 30. The material of the silicon holder 42 is carbon, and the material of the core 43 is also carbon.

【0018】次に、上記鋳造装置を用いた操業例につい
て説明する。鋳造操業では、まずチャンバー内を約13
3Paまで真空引きする。この状態で坩堝11内に仕込
まれたシリコン原料を溶解する。一方、凝固炉20で
は、鋳型40を加熱部21内の中段位置に支持し、加熱
部21内に設置されたヒーター23a,23b,23c
および24の温度を1455℃まで上げて、鋳型40を
予熱する。
Next, an operation example using the above casting apparatus will be described. In the casting operation, the inside of the chamber is about 13
Evacuate to 3 Pa. In this state, the silicon raw material charged in the crucible 11 is melted. On the other hand, in the solidification furnace 20, the mold 40 is supported in the middle position of the heating unit 21, and the heaters 23a, 23b, 23c installed in the heating unit 21 are installed.
The temperature of 24 and 24 is raised to 1455 ° C. to preheat the mold 40.

【0019】鋳型40の予熱温度については、低温、例
えば1400℃以下では、シリコンの凝固時に内部残留
応力が発生し、最悪の場合はシリコン鋳造品にクラック
が発生するので、一般にはシリコンの融点以上の温度を
必要とし、鋳造品がプラズマエッチング用多結晶シリコ
ン電極のように薄い場合は、熱容量が小さいので、放熱
による鋳型温度の低下を抑えるために、少し高めの14
50℃以上とすることが望まれる。
With respect to the preheating temperature of the mold 40, if the temperature is low, for example, 1400 ° C. or less, internal residual stress is generated during solidification of silicon, and in the worst case, cracks are generated in the silicon casting, so that it is generally higher than the melting point of silicon. Temperature is required and the cast product is thin like a polycrystalline silicon electrode for plasma etching, the heat capacity is small.
It is desired that the temperature be 50 ° C. or higher.

【0020】鋳型40が所定温度に予熱されると、坩堝
11内の溶融シリコン30を鋳型40内に鋳込む。鋳込
みが終了すると、鋳型40内のシリコンの上面が加熱部
21からでるまで、鋳型40を徐々に降下させる。
When the mold 40 is preheated to a predetermined temperature, the molten silicon 30 in the crucible 11 is cast into the mold 40. When the casting is completed, the mold 40 is gradually lowered until the upper surface of the silicon in the mold 40 comes out of the heating section 21.

【0021】これにより、鋳型40は加熱部21内の中
段位置から下段位置に移動し、更に加熱部21内から冷
却部22内に引き出される。その結果、鋳型40は底部
から徐々に冷却される。一方、鋳型40内のシリコン上
面は、当初は最上段に配置された上面加熱用のトップヒ
ーター24と上段のサイドヒーター23aとにて加熱さ
れるが、鋳型40が下がるに連れて中段のサイドヒータ
ー23bおよび下段のサイドヒーター23cによる加熱
も受けるようになり、受熱量が増大する。
As a result, the mold 40 moves from the middle position to the lower position in the heating section 21 and is further drawn out of the heating section 21 into the cooling section 22. As a result, the mold 40 is gradually cooled from the bottom. On the other hand, the upper surface of the silicon in the mold 40 is initially heated by the top heater 24 for heating the upper surface and the upper side heater 23a arranged in the uppermost stage, but as the mold 40 goes down, the middle side heater is heated. 23b and the lower side heater 23c also receive heat, and the amount of heat received increases.

【0022】かくして、鋳型40内に注入された溶融シ
リコン30は、下部から徐々に放熱し冷却されることに
より、下部から上部へ一方向凝固し、その上面は最終凝
固時まで溶融状態に維持される。
Thus, the molten silicon 30 injected into the mold 40 gradually radiates heat from the lower portion and is cooled, whereby it is unidirectionally solidified from the lower portion to the upper portion, and the upper surface thereof is maintained in a molten state until the final solidification. It

【0023】このとき、鋳型40の降下速度を3mm/
分とした。これにより、鋳型40の底部の冷却速度は5
℃/分以下の4.2℃/分となった。鋳込み量は3.5k
g、鋳型40の降下量は290mmである。この場合、
鋳造時に鋳造品および鋳型40は破損しなかった。鋳造
後、鋳造品をプラズマエッチング用多結晶シリコン電極
に加工したが、加工時にも鋳造品は破損しなかった。
At this time, the descending speed of the mold 40 is 3 mm /
Minutes. As a result, the cooling rate at the bottom of the mold 40 is 5
The temperature was 4.2 ° C / min, which was below ° C / min. Casting amount is 3.5k
g, the descending amount of the mold 40 is 290 mm. in this case,
The casting and the mold 40 did not break during casting. After casting, the cast product was processed into a polycrystalline silicon electrode for plasma etching, but the cast product was not damaged during processing.

【0024】比較のために、鋳型40の降下速度を5m
m/分とした。これにより、鋳型40の底部の冷却速度
は5℃/分を超える5.9℃/分となった。この場合は、
鋳型40から取り出した鋳造品は、急冷凝固による内部
残留応力のために破損していた。
For comparison, the lowering speed of the mold 40 was 5 m.
m / min. As a result, the cooling rate at the bottom of the mold 40 was 5.9 ° C./min, which exceeded 5 ° C./min. in this case,
The cast product taken out from the mold 40 was broken due to internal residual stress due to rapid solidification.

【0025】別の比較例として、鋳込み終了後、鋳型4
0を加熱部21内の中段位置に固定し、トップヒーター
24および上段のサイドヒーター32aは1455℃を
維持し、中段のサイドヒーター23bは275℃/Hの
速度で降温し、下段のサイドヒーター23cはオフとな
るように、各段のヒーターを制御して、鋳型40内のシ
リコンを凝固させた。ところが、ヒーター間の温度干渉
のため、実際のヒーター温度は、トップヒーター24お
よび上段のサイドヒーター32aでは1420℃に下が
り、中段のサイドヒーター23bでは400℃/Hの速
度で降温した。鋳造後に鋳型40から鋳造品を取り出し
たところ、その鋳造品は上面が先に凝固したことによる
溶融部の封じ込めのために破損していた。
As another comparative example, the mold 4 is used after the casting is completed.
0 is fixed to the middle position in the heating unit 21, the top heater 24 and the upper side heater 32a maintain 1455 ° C., the middle side heater 23b lowers the temperature at a rate of 275 ° C./H, and the lower side heater 23c. The heaters in the respective stages were controlled so as to be turned off to solidify the silicon in the mold 40. However, due to temperature interference between the heaters, the actual heater temperature dropped to 1420 ° C. for the top heater 24 and the upper side heater 32a, and dropped to 400 ° C./H for the middle side heater 23b. When the cast product was taken out from the mold 40 after casting, the cast product was damaged due to the containment of the molten portion due to the solidification of the upper surface first.

【0026】鋳型40として、図3に示すウエーハボー
ト用のものを使用した。この鋳型40は、電極用のもの
と異なり、シリコン保持部42内の溶融シリコン30を
貫通する中子43を有する。シリコン保持部42は、分
割式の円筒部42aと、その下部内に嵌合する底板42
bとからなり、上下の固定リング44,45により一体
化されている。中子43は底板42bの上に載り、その
材質はカーボン材とした。カーボン材の比熱はシリコン
融点温度で2.02J/g・Kである。なお、46は環状
の湯漏れ受けである。
As the mold 40, the one for the wafer boat shown in FIG. 3 was used. Unlike the one for the electrode, this mold 40 has a core 43 that penetrates the molten silicon 30 in the silicon holder 42. The silicon holding part 42 includes a split type cylindrical part 42a and a bottom plate 42 fitted in the lower part thereof.
b, which are integrated by upper and lower fixing rings 44 and 45. The core 43 is placed on the bottom plate 42b, and its material is a carbon material. The specific heat of the carbon material is 2.02 J / gK at the melting point of silicon. Reference numeral 46 is an annular hot water leak receiver.

【0027】最初の方法と同じ方法(鋳型降下速度は3
mm/分,鋳型底部の冷却速度は4.5℃/分)で2.0k
gのウエーハボート用鋳造品を製造した。中子43の上
部がシリコンの上に突出するにもかかわらず、中子43
の蓄熱により、シリコンの上面が先に凝固する事態が回
避されたため、鋳造品は破損しなかった。
The same method as the first method (the mold descending speed is 3
mm / min, cooling rate at the bottom of the mold is 4.5k / min) 2.0k
g of a wafer boat casting was produced. Even though the upper part of the core 43 projects above the silicon, the core 43
Due to the heat storage of 1, the situation in which the upper surface of the silicon solidified first was avoided, so the cast product was not damaged.

【0028】比較のために、中子43の材質を窒化珪素
(シリコン融点温度での比熱は0.7J/g・K)に変更
したところ、中子43からの放熱によりシリコンの上面
が先に凝固したため、鋳造品は破損していた。
For comparison, the material of the core 43 was changed to silicon nitride (specific heat at the silicon melting point temperature was 0.7 J / gK). The casting was damaged because it solidified.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明のシリコン
鋳造方法は、上部に加熱部、下部に冷却部を設けた凝固
炉内で、鋳型を上部から下部へ降下させることにより、
鋳型内のシリコンを下部から上部へ凝固させる多結晶シ
リコンの鋳造方法において、鋳型底部の冷却速度を5℃
/分以下に管理することにより、鋳造品が横幅に比べて
高さの低い偏平なものの場合も、鋳型内のシリコンの上
部が先に凝固することによる鋳造品および鋳型の破損を
防止することができ、合わせて残留応力に起因する鋳造
品の破損を防止することができる。
As described above, the method of casting silicon according to the present invention, by lowering the mold from the upper part to the lower part in the solidification furnace having the heating part in the upper part and the cooling part in the lower part,
In the method of casting polycrystalline silicon in which the silicon in the mold is solidified from the bottom to the top, the cooling rate of the mold bottom is set to 5 ° C.
Even if the casting is flat with a height lower than the width, it can be prevented from damaging the casting and the casting due to the solidification of the upper part of the silicon in the casting first by controlling to less than 1 / min. In addition, it is possible to prevent damage to the cast product due to residual stress.

【0030】比熱がシリコン以上の中子を鋳型内に設置
したときは、その中子の上部が鋳型内のシリコンの上面
より突出する場合も、シリコンの上部が先に凝固するこ
とによる鋳造品および鋳型の破損が防止される。
When a core whose specific heat is higher than that of silicon is placed in the mold, even if the upper part of the core protrudes from the upper surface of the silicon in the mold, the upper part of the silicon solidifies first to form a cast product and Damage to the mold is prevented.

【0031】従って、本発明のシリコン鋳造方法によ
り、製品に近い形の多結晶シリコン鋳造品が、歩留りよ
く経済的に製造される。
Therefore, according to the silicon casting method of the present invention, a polycrystalline silicon cast product having a shape close to that of the product can be economically manufactured with high yield.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のシリコン鋳造方法に使用する鋳造装置
の1例についてその構造を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic view showing the structure of an example of a casting apparatus used in the silicon casting method of the present invention.

【図2】鋳型の構造をプラズマエッチング電極用のもの
について例示する縦断面図である。
FIG. 2 is a vertical cross-sectional view illustrating a mold structure for a plasma etching electrode.

【図3】鋳型の構造をウエーハボート用のものについて
例示する縦断面図である。
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view illustrating the structure of a mold for a wafer boat.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 溶解炉 20 凝固炉 21 加熱部 22 冷却部 23,24 ヒーター 30 溶融シリコン 40 鋳型 42 シリコン保持部 43 中子 10 Melting Furnace 20 Solidification Furnace 21 Heating Part 22 Cooling Part 23, 24 Heater 30 Molten Silicon 40 Mold 42 Silicon Holding Part 43 Core

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 健治 兵庫県尼崎市東浜町1番地 住友シチック ス株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kenji Fujita 1 Higashihama-cho, Amagasaki-shi, Hyogo Sumitomo Citicus Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 上部に加熱部、下部に冷却部を設けた凝
固炉内で、鋳型を上部から下部へ降下させることによ
り、鋳型内のシリコンを下部から上部へ一方向凝固させ
る多結晶シリコンの鋳造方法において、鋳型底部の冷却
速度を5℃/分以下に管理することを特徴とするシリコ
ン鋳造方法。
1. A polycrystalline silicon for unidirectionally solidifying silicon in a mold from the lower part to the upper part by lowering the mold from the upper part to the lower part in a solidification furnace having a heating part in the upper part and a cooling part in the lower part. In the casting method, the cooling rate of the bottom of the mold is controlled to 5 ° C./min or less.
【請求項2】 鋳型内のシリコンの上面加熱に寄与する
ヒーター面積を、鋳型の降下に伴って増大させることに
より、最終凝固時まで、鋳型内のシリコンの上面を溶融
状態に維持することを特徴とする請求項1に記載のシリ
コン鋳造方法。
2. The upper surface of the silicon in the mold is kept in a molten state until the final solidification by increasing the heater area contributing to the upper surface heating of the silicon in the mold as the mold descends. The silicon casting method according to claim 1.
【請求項3】 鋳型内に中子を設置する場合に、その中
子として比熱がシリコン以上のものを使用することを特
徴とする請求項1または2に記載のシリコン鋳造方法。
3. The silicon casting method according to claim 1, wherein when the core is installed in the mold, a core having a specific heat of silicon or more is used as the core.
JP14373196A 1996-05-13 1996-05-13 Method for casting silicon Pending JPH09301709A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004106019A (en) * 2002-09-19 2004-04-08 Dowa Mining Co Ltd Apparatus and method for casting indium
KR100602824B1 (en) * 1998-11-04 2006-07-19 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 Electrode plate for plasma etching equipment for forming uniformly-etched surface
CN102718221A (en) * 2012-06-28 2012-10-10 厦门大学 Polycrystalline silicon self-plugging casting device

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Effective date: 20040817