JPS61155288A - 帯状シリコン結晶製造方法 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は原料シリコンを連続的に供給しながら、帯状シ
リコン結晶を成長させる帯状シリコン結晶の製造方法に
関する。

［発明の技術的背景コ シリコン基板を安価に製造する目的で、装置が巨大にな
らずに１回の結晶成長で長尺の結晶を得るため、成長し
ながら同時にシリコン原料を供給するという方法がとら
れた。古くはチョクラルスキー法（ＣＺ法）による単結
晶製造においてもこの方法が試みられ、一方近年、シリ
コン基板をより安価に得る目的で開発されている各種帯
状シリコン結晶の製造に際しては、特に原料の連続供給
が重要視されている。というのは、帯状シリコン結晶は
単結晶インゴットと異なり、結晶の製造を行いながら同
時に成長した結晶を切断したり、または、ローうに巻き
とることなどが容易にできるため、成長炉内にシリコン
融液さえあれば原理上はいくらでも結晶成長を続けるこ
とができるからである。帯状シリコン結晶成長時の原料
連続供給の従来の技術例として、例えば、■Ｎ、　Ｍａ
ｋｉ　ｅｔａｌ、、　　４ｔｈ　　Ｅ、　Ｃ，Ｐｈｏｔ
ｏｖｏｌｔａｉｃ　ＳｏｌａｒＥｎｅｒｇＶ　Ｃｏｎｆ
、（１９８２）、　Ｉ）　９６５．■特開昭５８−９８
９６号公報などがある。上記■はスロットを有するキャ
ピラリ・ダイにより帯状シリコン結晶を製造する縦引き
法の例、■はるつぼ中から樹枝状ウェア結晶を製造する
ウェブ法の例である。

［背明技術の問題点］ 帯状シリコン結晶の製造に限らず、一般の液相から結晶
成長を行なう方法では、固液界面の位置、温度の制御が
重要であるが、帯状シリコン結晶製造の場合、ディッピ
ング法などの液相エピタキシャル法とは異なり、固液界
面制御は結晶性ばかりでなく、結晶形状、成長速度など
多くの因子にかかわりをもつ。固液界面の位置制御はと
りもなおさず、るつぼ中の融液面レベルの制御に対応す
る。

ウェブ法、結晶端支持材を用いる方法などのようなるつ
ぼに収容した融液から直接帯状結晶を得る方法ではこの
点は著しい。一方、縦引き法では固液界面が、るつぼ中
の融液面とキャピラリ・ダイを介して分離しているので
、この要素はある程度緩和されるが、るつぼ中の融液面
レベルが固液界面に影響を与えていた。従って従来の結
晶成長をしながらの連続原料供給技術では、結晶の成長
量と原料供給量（詳しく言えば単位時間あたりの成長量
と供給量例えばｇ／ｍ１ｎ）を一致させ融液面レベルを
一定に保つようにしていた。しかしながら、この方法で
は成長した結晶の重量と供給する原料の重量をそれぞれ
測定し、原料供給装置にフィードバックして供給量を制
御するために複雑な装置が必要で、るつぼ中の融液面レ
ベルを正確に一定に保つのはかなり困難であった。即ち
、るつぼへ融液状のシリコン原料を供給するにはその量
の測定が事実上不可能であり、一方、粒状の原料を供給
するとなると、供給量測定はできるが、供給量が不連続
であるのを避けられない。そこで多少の融液面の上下は
無視し、融液面変動による、結晶形状や成長速度の変化
を犠牲にしていた。

［発明の目的］ 本発明は上述のような、結晶を成長しながらの原料連続
供給における問題点を解決するためになされたもので、
その目的は、原料の連続供給を行ってもるつぼ中の融液
面レベルが一定に保たれる帯状シリコン結晶の製造方法
を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明の帯状シリコン結晶製造方法は、シリコン融液を
収容したるつぼに原料シリコンを連続的に供給しながら
前記るつぼに収容した前記シリコン融液から帯状シリコ
ン結晶を成長する帯状シリコン結晶製造方法において、
前記原料シリコン単位時間あたりの供給量が前記帯状シ
リコン結晶の単位時間あたりの成長量以上であり、かつ
この方法による余剰分のシリコン融液を前記るつぼ外へ
排出しながら帯状シリコン結晶を成長させることを特徴
とするものである。

［発明の実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照にして詳細に説明す
る。

第１図はウェブ法による帯状シリコン結晶の製造模式図
である。るつは１内にシリコン融液２が収容されており
、種結晶３の下部左右にデンドライト４ａ、４ｂが成長
し、デンドライト４ａ、４ｂの間に帯状結晶（ウェブ）
５が成長する。

第２図は本発明の一実施例の主要部を示す概略構成図で
あり、グラファイト類のるつぼ１と、石英製原料シリコ
ン投入パイプ７、グラファイト製余剰シリコン融液排出
路８からなる。るつぼ１は、通路６のある中間壁１０に
よって、結晶成長域１１と原料供給域１２にわけられ、
この結晶成長域１１にはシリコン融液溢出口４が設けら
れ、このシリコン融液溢出口４には余剰シリコン融液排
出路８が連結される。るつぼ１、排出路８の下部にはそ
れぞれシリコンを融解させるためのグラファイト類の加
熱ヒータ（図示せず）が設置される。

上記構成要素は、保温材（図示せず）により囲われてお
り、更に金属製外囲器（図示せず）に収納される。ただ
し、投入パイプ７は、前記保温材、前記外囲器を貫通し
ており、外囲器外部から径数Ｍの粒状原料シリコンを投
入できるように構成される。また、排出路８も前記保温
材を貫ぬきその直下に余剰シリコン溜め（図示せず）が
外囲器内に配置される。

６一 上述の装置を用い、ウェブ法により幅３　ｃｍ、厚さ約
２５０μｍの帯状シリコンを成長速度５　ｃｍ　／ｍｉ
ｎで成長させた。この条件下では単位時間あたりの結晶
成長重量は１４７／ｍｉｎ弱となる。結晶成長を行いな
がら、原料シリコンの連続供給は上記のように径数ｍｍ
の粒状シリコンを投入パイプ７よりるつぼ１の原料供給
１．ｉ１２に供給速度２ｇ／１ｌｌｉｎの設定で供給し
た。成長状況を観察したところ、原料を供給するに従っ
て、るつぼ１の溢出口９からシリコン融液が溢れ出るの
がわかり、同時に、融液面レベルは、溢出口９のほぼ下
部の位置にあって、目に見える液面変動はなかった。制
御精度の悪い原料供給装置を使用した場合、その供給速
度は設定値２　ｇ　／ｍｉｎに対し、１．５！？／ｍｉ
ｎ〜２．５ｇ／ｍｉｎの広い範囲にわたって変動したが
、２時間の連続実験の結果、るつぼ１中の融液面レベル
の変動は観察されず、かつ、るつぼ温度や成長速度を変
更することなく成長が連続し、得られた結晶の厚さの変
動も±５％であった。実験終了後、上）ホの装置を調べ
たところ、排出路８が途中でつまることもなく、余剰シ
リコンはすべて排出路８の出口下に設けた余剰シリコン
溜めに残っていた。

さて、本発明に係る帯状シリコン結晶製造方法では、こ
れまでに述べた融液面制御という効果の他にも大きな効
果があった。第３図は、成長した長さ約３ｍの帯状シリ
コン結晶中の有害不純物である鉄の濃度分布を表わした
ものである。図中のＡ（○印）は本発明の帯状シリコン
結晶の製造方法による場合、Ｂ（ム印）は従来の原料供
給法であって、結晶の成長量と原料供給量をほぼ等しく
しく供給装置は前述のものより高精度のものを用いた）
シリコン融液をるつぼから溢れさせない場合、Ｃ（ｘ印
）は全く原料供給を行わない場合である。なお原料中の
鉄濃度は約１１０ｐｌ）ｂであった。原料非供給の場合
Ｃでは鉄の濃度は偏析のため、成長初期と末期では桁違
いに変化し、末期では５００　ｐｐｂを越し、このよう
な結晶から素子を製作しても長持性は望めない。（原料
シリコン中の鉄濃度が１１０ｐｐｂであり、鉄の偏析係
数が１０−’程度であることを考えると、成長初期でも
約５　ｐｐｂの鉄があるのはおかしいようであるが、こ
れは、原料以外の各種成長部材からの鉄の混入と考えら
れる。）一方、従来の原料供給法の場合Ｂでは、成長初
期はもちろん上記Ｃと同程度の不純物濃度であり、末期
ではその１／１０程度であった。これは、原料の供給に
より、融液中の鉄濃度が薄められるためである。しかし
、本発明の方法の場合Δでは、成長初期と末期での鉄濃
度の違いは２倍以下で末期の高濃度部分でも１０１）Ｉ
ｌｂ以下であった。これは、シリコン融液をるつぼ外に
溢れさせながら原料供給を行うため、融液中の鉄濃度の
増加が少ないためであると思われる。

上記は不純物として鉄のみに着目したが、他の銅、クロ
ム、チタン等についても同様の傾向であった。

尚、本発明の上記実施例においては、供給原料として粒
状シリコンを用い、また余剰シリコン融液は、排出路を
通して、外囲器内のシリコン溜めに排出するようにした
が、本発明を実施するにあたっでは上記実施例に限定さ
れるものではなく、供給原料をるつぼとは別な場所で融
液状としたも　。

のをるつぼに供給したり、一方、余剰シリコンを外囲器
外部（ことり出すようにしてもよい。余剰シリコンを外
囲器外にとり出せば余剰シリコンが前記シリコン溜めか
ら溢れる心配がなく、連続成長時間は更に向上する。ま
た、上記実施例では原料供給量をシリコン結晶成長量の
約２倍に設定したが、原料費の観点からは、原料シリコ
ン供給量は帯状シリコン結晶成長量より僅かに多い程度
が望ましく、この程度の量でも本発明の目的は十分達成
される。

また、本発明は、ウェア法以外の様々な帯状結晶製造に
ももちろん適用できる。

その他、本発明の趣旨を逸説しない範囲でさまざま変形
して実施することができる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、結晶成長の際の融液
面レベルの制御が事実上不要であるため、結晶成長量と
原料供給量を一致させるための複雑な装置が不必要であ
り、その上、原料供給装置自体も高精度でなくてよい。

このため設備費が安価になる。また、融液面レベルが一
定のため、従来のように融液面レベル変動による成長速
度等の成長条件の変更の手数がなくなり、連続成長時間
も向上する上に、得られる結晶形状の変動も少ない。

更には、得られた結晶中の不純物分布も均一であり、有
害不純物濃度も低いなど様々な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はウェア法による帯状シリコン結晶の製造模式図
、第２図は本発明の一実施例の主要部を示す概略構成図
、第３図は本発明及び従来技術により製造した帯状シリ
コン結晶中の不純物濃度の一例を示す比較説明図である
。 １・・・るつぼ、３・・・シリコン融液、４ａ　、４ｂ
・・・ダイ、５・・・帯状シリコン結晶、７・・・原料
シリコン投入パイプ、８・・・余剰シリコン融液排出路
、９・・・シリコン融液濡出口、１０・・・中間壁、１
１・・・結晶成長域、１２・・・原料供給域。 第１図 ７ｅｔｍＨｆｆ６１−１５５２８８　（５）第３図 −Ｃ × × ×　× × ム ム 。。・−〇 。・　０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリコン融液を収容したるつぼに原料シリコンを連続的
   に供給しながら前記るつぼに収容した前記シリコン融液
   から帯状シリコン結晶を成長する帯状シリコン結晶製造
   方法において、前記原料シリコンの単位時間あたりの供
   給量が前記帯状シリコン結晶の単位時間あたりの成長量
   以上であり、かつこの方法による余剰分のシリコン融液
   を前記るつぼ外へ排出しながら帯状シリコン結晶を成長
   させることを特徴とする帯状シリコン結晶製造方法。