JPS585880B2 - 帯状シリコン結晶の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は帯状シリコン結晶の製造方法に関する。

帯状シリコン結晶を得る装置として第１図に示すものが
ある。

具体的に説明すると石英で構成されたルツボ１１にシリ
コン融液１２が収容され、この融液中にカーボンで構成
された２枚のダイ１ ３ａ ， １ ３ｂが設置されて
いる。

この２枚のダイで、シリコン融液１２が毛細管現象によ
り上昇するようにスリットが構成されている。

そしてこの上昇したシリコン融液に種子結晶（図示せず
）を接触させ、その種子結晶を引き上げると、前記ダイ
１３ａ，１３ｂの間隔（スリット）で規定された帯状シ
リコン結晶１４が得られる。

ところでこのように構成された帯状シリコン結晶の製造
装置で、帯状シリコン結晶１４を得る場合ダイ１３ａ，
１３ｂ上端付近の温度の変化或いはシリコン融液のゆれ
などにより、成長される帯状シリコン結晶１４とダイ１
３ａ，１３ｂ上端トが固着することがしばしばあった。

このだめ、帯状シリコン結晶１４を引き上げる際に、ダ
イまでが持ち上げられてしまいダイ１３ａ，１３ｂ上端
付近の温度分布が乱れ、成長を再開しても得られる帯状
シリコン結晶１４の厚み及び幅が異なってしまうという
問題があった。

そして本発明は上記した問題に鑑みなされたもので、成
長中にダイと成長される帯状シリコン結晶とが固着して
もダイまでが持ち上げられないようにしてダイ上端付近
の温度分布を乱すことのないように構成し、均一な厚さ
及び幅を有する帯状シリコン結晶の製造方法を提供する
ものである。

即ち本発明は、成長された帯状シリコン結晶を回転可能
な少なくとも一対のローラで挾持し、該ローラの挾持力
を石英ルツボ、ルツボホルダ、一対のダイ、ダイホルダ
及び熱遮蔽板からなる高温部構成部品より小さくなるよ
うにし、前記ダイと成長される帯状シリコン結晶とが固
着した場合にローラが空回りしてそのま捷の状態に維持
するようにし、その状態で固着した部分を溶融せしめて
帯状シリコン結晶の再引き上げを可能にした帯状シリコ
ン結晶の製造方法である。

以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第２図は本発明の製造方法を説明するために用いた製造
装置の一実施例を示すものであって、帯状シリコン結晶
を挾持し且つ引き上げる回転可能な一対のローラ付近を
拡大して示した斜視図である。

この第２図において、一対のダイ２４ａ，２４ｂのスリ
ットを介して成長さるる帯状シリコン結晶２３は矢印方
向に引き上げられ、回転可能な一対のローラ２１ａ，２
１ｂによって挾持されている。

このローラ２１ａ，２ｌｂの挾持はこのローラを支持す
る部材に設けたバネ２２ａ，２２ｂによって調整される
。

この装置を模形的に示すと第３図に示す如く、回転可能
な一対のローラ３１ａ，３ｌｂが、３組設けられ、この
ローラ３ １ ａ ＊ ３ ｌ ｂに加わる力を調節す
るバネ３２が３組のローラに名々備えつけられている。

このバネ３２は０．５φのステンレス線で構成され長さ
２４ｃｍ，バネのコイル部の中心径０．５ｃｍ、巻数２
０、バネ定数０．０ ２ ５であり、ローラ３１ａ，３
ｌｂが帯状シリコン結晶３３をはさみ込む力と成長帯状
シリコン結晶内の摩擦によって生じる力で成長帯状シリ
コン結晶３３はローラ３１ａ，３１ｂ間に支えられ、垂
直上方に引き上げられるまだ成長シリコン結晶３３の先
端にはバネ秤３４が設置されている。

ところで成長帯状シリコン結晶３３がダイ先端部で固着
した場合、ダイを持ち上げるか否かはローラが結晶をは
さみ込む力（挾持力）と成長結晶間の摩擦力により垂直
上方に働く力（以下Ｆ と称す）と垂直下方に働く力（
以下Ｆ２ と称す）つまり引き上げる重量のバランスで
決定される。

つまりＦ１がＦ２ より犬とければ（固着した場合）、
高温部構成部品を持ち上げ、逆にＦ１がＦ２ より小さ
ければローラは空回りして、高温部構成部品を持ち上げ
ず、同じ位置に保つた状態になる。

従ってこの実施例においては、ある引き上げ速度の時に
、前述したバネ秤３４で垂直下方に力を加えることによ
り、引き上げが中止状態になる力、つまりＦ２ を決定
した。

前述した０．５φステンレス線で構成したバネが１組の
ローラを水平方向に内側に押す力は６００グラム重であ
り、ローラと成長結晶間の運動摩擦係数をＡ（一定）と
すると１組のローラにより成長結晶が引き上げられる力
は、６００・Ａグラム重となり、成長結晶は３組のロー
ラで支えられているので前述したＦ１は１８００・Ａグ
ラム重となる。

従って実際にバネ秤３４で垂直下方に力を加えることに
より、３組のローラが空回りし、引き上げが中止する状
態に至る力、つまり前述したＦ２ を調べたところＦ２
が７００グラム重より小さい状態では垂直上方への引き
上げは連続して行なわれるが、Ｆ２が７００グラム重よ
り大きい状態では、ローラは空回りして、すぐに引き上
げができないようになる。

そこで本発明者等は上記した事実に基づいて、次のよう
な実験を行った。

即ち第４図に示す成長装置を用いて行ったもので、成長
結合を引λ上げるだめの１対のローラ４１ａ，４ｌｂが
３組設置され、各々に前述した特性を有する１対のバネ
４ ２ ａ ，４ ２ ｂ ｔ ４ ２ ｃが備え，付
けられ、成長帯状シリコン結晶４８は３組のローラによ
り支えられ、成長帯状シリコン結晶は３組のローラ４１
ａ，４ｌｂがはさみ込む力と摩擦力によって成長帯状シ
リコン結晶４８は引き上げられる。

一の場合、成長帯状シリコン結晶４８を垂直上方に引き
上げようとする力、つ１りＦ１ は上記説明と同様に１
８００ ．Ａグラム重となる。

１ず第４図の成長装置で、石英ルツボ４４、ダイホルダ
４６、ダイ４ ９ ａ ｖ ４ ９ ｂ、シリコン融液
４３、熱遮蔽板４１等の高温部構成部品の重量を６５０
グラムに構成した。

この構成では垂直下方に働く力、つまりＦ は６５０グ
ラム重となり、結晶成長実験を行った。

その結果成長帯状シリコン結晶４８とダイ４９ａ ，４
９ｂが固着した状態でも、ローラ４１ａ，４ｌｂは回転
し、高温部構成部品を持ち上げ均一であったダイ先端部
の温度分布に５〜１０℃程度の温度差が生じ、再び成長
実験を再開しても、成長帯状シリコン結晶４８の形状は
ダイ４９ａ，４９ｂの開放孔（幅３０ｇｎ、厚さ０．８
一の形状と異なり幅５〜１０ｍｍ、厚さ０．３〜０．１
ｍｍ長さ１００〜２００ｍｍであった。

また最悪の場合成長帯状シリコン結晶４８は切れたりし
て、ダイ４９ａ，４９ｂの開放孔とほぼ同じ幅と厚みを
有する帯状シリコン結晶を成長させることができなかっ
た。

そこで、次に第４図の成長装置で、前記高温部構成部品
の重量を７００グラムに構成したこの構成では、垂直下
方に働く力つまりＦ２は７００グラム量となり、この構
成で成長実験を行った。

その結果、成長帯状シリコン結晶４８とダイ４９ａｔ４
９ｂが固着した瞬間にローラ４１ａ，４ｌｂは空回りし
て成長帯状シリコン結晶４８の引き上げが中止し、その
ままの状態に維持され高温部構成部品を持ち上げなかっ
た。

従ってダイ４９ａ，４９ｂ先端部の温度分布は帯状シリ
コン結晶４８が成長するのに適した均一な温度状態を保
ち、ローラが空回りした時に固着部を溶融せしめ、引き
上げを再開する。

このようにして得られた帯状シリコン結晶４８の形状は
ダイ４９ａ，４９ｂの開放孔（幅３０ｍｍ、厚さ０．８
ｍｍ）とほぼ同じ幅と厚みで、幅３０ｍｍ±０ ． ５
ｍｍ，厚さ０．８ｍｍ±０．０ ３ｍｍ，、長さ１００
０ｍｍの帯状シリコン結晶４８を成長させることができ
ミその歩留りも５０％向上した。

次に本発明の他の実施例として、バネの強さを２４０グ
ラム重に構成した。

この場合、上記実施例と同様にＦ１ は９６０・Ａグラ
ム重となり、高温部構成部品の重量を１８０グラムと２
５０グラムに構成して成長実験を行った。

重量が１８０ｇの場合、成長結晶がダイと固着してもロ
ーラは回転し、高温部構成部品を持ち上げ、ダイ先端部
の温度分布は均一な状態から変化し温度差が生じた。

重量が２５０ｇの場合成長結晶がダイと固着すると、す
ぐにローラは空回りして、高温部構成部品を持ち上げな
かった。

従ってダイ先端部の温度分布は均一に保たれ、成長実験
を再開すると、ダイの開放孔の形状とほぼ同等の断面形
状を有する帯状シリコン結晶を歩留り良く成長させるこ
とかできた。

さらに本発明の他の実施例としてバネの強さを８００グ
ラム重にし、高温部構成部品の重量を１０００グラムと
１２００グラムに構成して成長実験を試みた。

重量が１０００グラムの場合、成長結晶がダイと固着す
ると、高温部構成部品を持ち上げ、ダイ先端部に温度差
が生じた。

重量が１２００グラムの場合、成長結晶がダイと固着す
ると、ローラは空回りして高温部構成部品を持ち上げず
、ダイ先端部の温度も均一に保った状態であった。

成長実験再開後も、ダイの開放孔の形状とほほ同等の断
面形状を有する。

帯状シリコン結晶を歩留り良く成長させることができた
。

なお、上記実施例においてダイが１個の場合であるが、
ダイを複数設けて同時に複数の帯状シリコン結晶を引き
上げるようにしても良い。

例えば第５図に示すようにシリコン融液５３が収容され
たルツボ５４に３個のダイ５９ａ，５９ｂ，５９ｃ ，
５９ｄ ，５９ｅ ，５９ｆを設置し、これに対応して
３台のローラ５１ａ，５ｌｂ，５１ｃ．５１ｄ，５１ｅ
，５１ｆが備え付けられている。

なお第５図において、第４図と同様ルツボ５４を支持す
るルツボホルダ５５、ダイを支持するダイホルダ５６、
熱を遮蔽する熱遮蔽板が設置されており、帯状シリコン
結晶５８ａ ，ｓｓｂ ，５８ｃが引き上げられる。

このように構成された装置の場合も、１台のローラ５９
ａ ，５９ｂによって垂直上方に引上げようとする力は
、１８００・Ａグラム重であるので、３台の場合５４０
０・Ａグラム重となる。

この装置で高温部構成部品の重量を２１００グラム以上
に構成して、結晶成長実験を行うと、３本の成長結晶が
同時に固着した場合でも高温部構成部品を持ち上げない
。

従ってダイ先端部の温度は帯状シリコン結晶が成長する
のに適した均一な温度状態に保たれ、再現性良く３本の
帯状シリコン結晶を成長させることができる。

尚複数個成長の場合も同様にローラが結晶をはさみ込む
力、つまりバネの力に応じて、高温部構成部品の重量を
決定できる。

この発明の効果はダイか複数個になったときに顕著であ
る。

上述したバネによって圧縮力を調整したローラは成長結
晶に無理なく上昇運動と、空回りによる停止を伝達する
。

このため複数個のダイの少数個が固化したときに、次に
どのダイが結晶と固着できるか予測できる。

少数個の固着の分布をみながら固着しないように温度制
御を行い得ることになる。

この効果により一つのルツボに多数のダイを有する引上
げ装置はその生産効率が著しくあがる。

また、そのほかの作用効果としてバネを調整することで
ローラは帯状シリコン結晶に密着し、表面を清浄にする
ことが認められた。

そのうち特別は別として、ルツボより成長した帯状シリ
コン結晶表面に枝状附着物がついて突起状の形状を示し
ていたが、ローラはこれを折り平滑な面を生じさせた。

附着物の原因は炉内の揮発性物質例えばＳｉＯ による
ものと思われる。

平滑な面は空気運搬に必要な条件である。

この効果によって処理法は簡単になるがその経済性は見
落せない。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来の帯状シリコン結晶の製造装置の成長部を
示した断面図、第２図は本発明の一実施例を説明するた
めの帯状シリコン結晶を挾持する一対のローラ部を拡大
して示した斜視図、第３図は第２図の装置でローラを３
組用いた場合の断面図、第４図は第３図の装置で帯状シ
リコン結晶を成長する部分を含めて示した断面図、第５
図は本発明の変形例を説明するためのもので、３本の帯
状シリコン結晶を引き上げる装置の断面図である。 ２１ａ，２ｌｂ−・・一対のローラ、２２ａ，２２ｂ・
・・ローラの挾持するためのバネ、２３・・・帯状シリ
コン結晶、２４ａ，２４ｂ・・・ダイ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリコン融液を収容する石英ルツボと、該ルツボを
   支持するルツボホルダと、前記ルツボ内に設けられたス
   リットを有する一対のダイと、前記ルツボ上に設けられ
   た前記一対のダイを保持するダイホルダと、該ダイホル
   ダ上に設けられた熱遮蔽板と、前記一対のダイのスリッ
   トを毛細管現象により前記シリコン融液を上昇せしめる
   手段と、該手段により上昇したシリコン融液に種子結晶
   を接触させ、該種子結晶を引き上げることにより帯状シ
   リコン結晶を得る手段と、該手段により得られた帯状シ
   リコン結晶を挾持して上方に引き上げるように設けられ
   た回転可能な少なくとも一対のローラと、該ローラを支
   持する部材に設けられたローラの挾持力を調整するバネ
   とを備えだ装置を用いて帯状シリコン結晶を製造する際
   、前記バネによって前記ローラの挾持力を前記石英ルツ
   ボ、ルツボホルダ、一対のダイ、ダイホルダ及び熱遮蔽
   板からなる高温部構成部品の重量より小さくなるように
   調整し、前記引き上げられる帯状シリコン結晶と前記一
   対のダイとが固着した場合に、前記ローラが空回りして
   そのままの状態に推持するようにし、その推持した状態
   で固着した部分を溶融せしめ、再び帯状シリコン結晶を
   上方に引き上げて、前記一対のダイのスリットの形状に
   応じた帯状シリコン結晶を連続引き上げ可能としたこと
   を特徴とする帯状シリコン結晶の製造方法。