JPS63201090A - シリコン・デンドライトウェブ結晶成長装置 - Google Patents

シリコン・デンドライトウェブ結晶成長装置

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JPS63201090A
JPS63201090A JP63028623A JP2862388A JPS63201090A JP S63201090 A JPS63201090 A JP S63201090A JP 63028623 A JP63028623 A JP 63028623A JP 2862388 A JP2862388 A JP 2862388A JP S63201090 A JPS63201090 A JP S63201090A
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side wall
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    • C30B15/10—Crucibles or containers for supporting the melt
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T117/1032—Seed pulling
    • Y10T117/1036—Seed pulling including solid member shaping means other than seed or product [e.g., EDFG die]
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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】 本発明はシリコンの結晶成長に適したるっぽ／サセプタ
（ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ）装置に関する。
現在、シリコンの結晶リボン（これはシリコン・デント
ライトウェブとしても知られている）の成長はるつぼ／
サセプタ装置を使用して行なわれており、るつぼは溶融
シリコンを収容し、この溶融シリコンからシリコンリボ
ンを引上げる。シリコン・デンドライトライトウェブの
成長に使用されている現在のるつぼは縦長であり、また
、対流Ｔ最少限に抑えるために浅い。るつぼは０．２ａ
ｍの薄肉半導体等級の石英で作られている。るつぼは一
般的にはモリブデン製のサセプタの空所に収容されてい
る。成長プロセスの制御は微妙な温度変化に基いて行な
われるので、るつぼの石英の厚さはサセプタから溶融物
への熱伝達率を最大にするために最小に保たれる。しか
しながら、このような最小の厚さでは、るつぼの壁が操
作条件によってはへこんでしまい、その結果最大である
べき熱伝達率が小さくなるという欠点がある。
単一のシリコン結晶リボンを連続的に成長させるために
は、結晶リボンを引上げながらシリコン溶融物にシリコ
ンを補充することが必要である。
理想条件下では、シリコンの補充を溶融物の最も高温の
場所で行い、結晶を最も低温の場所から成長させるが、
この最も低温の場所は溶融物の幾何学的中心に一致する
。成長中の結晶の場所よりも低温の溶融物の領域がシリ
コンの核発生を引起こして結晶成長を妨げたり停止させ
たりすることがある。このために熱伝達は溶融物金物に
亘り均一であることが重要である。
低温のシリコン溶融物を引上げ後に観察すると、るつぼ
の側壁の内方へのへこみにより溶融物への均一な熱伝達
が妨げられることが分かる。従前、るつぼの側壁のへこ
みは炉の冷却中に生じると考えられた。しかしながら、
特定のスロット付きの蓋について実験を行なうと、るつ
ぼの壁がシリコンの溶融時（１４２０℃で溶融した。こ
の温度は石英の軟化点よりも高い）、内方にへこむこと
が分った。これは、軟化した石英の側壁に作用する溶融
シリコンの高い表面張力と、いったん平衡がくずれた場
合の重力の両方により生じると考えられる。
シリコン溶融物の深さ並びに支持されていないるつぼの
壁の高さ、厚さ及び長さ、さらに、石英の軟化点よりも
高い温度における壁に作用する溶融シリコンの重力及び
表面張力により、壁の動きの大きさ及び方向が決定され
る。事実、ウェブ成長中のるつぼの壁の曲がりの分析は
力の分散、塑性流れ及びクリープをも考慮しなければな
らない厄介な問題である。
第１図は作業温度で現われると推定される「へこんだ」
るつぼの略図である。るつぼの側壁１゜の内方への動き
は最も長い無支持のスパンの中点１０ａで最大である。
一般的にこの中点は成長中のウェブから真向かいで、る
つぼの縦の長さの真中にあり、はとんどの場合、溶融物
の冷却不足（ｕｎｄｅｒｃｏｏｌｅｄ）の領域にある。
るつぼの側壁が内方に引き寄せられてサセプタの熱源か
ら遠去かると、溶融物の上方領域への熱の伝達が妨げら
れるだけでなく、るつぼの側壁に接触している溶融物内
面の温度が下がり、そしてシリコンの「アイス」を生成
させる潜在的な核形成点を生ぜしめる。しばしば「アイ
ス」が生成することによって不適当な結晶の成長しか得
られない何回かの引揚げ操作を分析すると、つぼがひど
くへこむことが判明したようである（引出し後の観察に
よる）。るつぼの側壁のへこみの程度は非常にばらつき
があり、サセプタ内でのるつぼの位置、るつぼのシリコ
ンの量及び訪導コイルの位置ε対するるつぼ／サセプタ
の界面の位置の影響を受ける。側壁のへこみにばらつき
があると結晶成長のための再現性のある熱的条件が得ら
れないことになる。したがって、本発明は、るつぼのへ
こみがひどくないるつぼ／サセプタ装置を開発するため
の現行のシリコン結晶リボンの成長技術の改良にある。
本発明は単結晶シリコン・リボンの連続成長を行うため
のるつぼ／サセプタ装置であって、るつぼ（及びサセプ
タの空所）の４つの側壁は全て、るつぼの側壁に作用す
る溶融シリコンの重力と静圧の合力が溶融シリコンの表
面張力によって生じる内方引張り力よりも十分大きくな
るほどの角度で外方に傾斜している、上記るっぽ／サセ
プタ装置を提供する。これらの条件下では軟化した石英
はサセプタの傾斜した壁に接触して該壁と同じ形になる
。るつぼの側壁の厚さがｏ、０８０インチ（約０．２ｃ
ｍ）である典型的なるっぽ／サセプタ装置においてサセ
プタ及びるつぼの４つの側壁を垂直線から１０”の角度
で外方に傾斜させると好結果が得られた。この傾斜角度
は石英製のるつぼの側壁の厚さに応じてまちまちであり
、側壁が薄ければ薄いほど大きく、側壁が厚ければ厚い
ほど小さい。
本発明のその他の構成上の細部、目的及び利点は本発明
の好ましい実施例及び本発明を実施する好ましい方法に
ついての以下の説明から明らかになろう。
添付の図面には、本発明の好ましい実施例及び本発明を
実施する好ましい方法が示されている。
溶融シリコンを収容したるつぼの側壁が作業温度でサセ
プタの空所の側壁から引き離されることを実験的に確か
めてから側壁を補強すると共に、あるいは支持する方法
を数多く考慮した。側壁を厚くする方法は熱の流れを一
層妨げるので採用しなかった。小さな補強用三角架でる
つぼの側壁と底部とを接合することも考えたが融接（ｆ
ｕｓｉｏｎ　ｗｅｌｄｉｎｇ）の際の組立て及び取扱い
が困難であることが分った。
一つの解決策として、等間隔をへたてた石英補強ロッド
（枝状シール材）をるつぼの底部と垂直に且つこれと接
触させてるつぼの側壁に融着させることが考えられた。
これらの補強ロンドはるつぼの側壁の内方への動きを妨
げるのには役立つが、るつぼのサセプタとの間の引上げ
後の隙間を完全に無くすことはできなかった。
もう一つの方法を試してみたが、これは、サセプタに載
置され、溶融物の一部を覆う蓋に形成されたスロットの
中までるつぼの側壁（又はその延長部）を延長させるこ
とであった。かかる側壁を延長する方法によれば側壁は
直立に保たれることが分ったが、るつぼの側壁とサセプ
タの側壁との間の隙間は無くならなかった。
るつぼの側壁を、溶融シリコンの表面張力がるつぼの壁
に作用する重力及び静圧と釣合うような角度で外方に傾
斜させることにより上記るつぼの壁のへこみの問題を解
決できるのではないかということが分った。
るつぼの壁を第１ａ図に示すようにるつぼの底部にヒン
ジ留めされた剛性の板とみなす。壁に作用する種々の力
は＄　１　ａ図に示すとおりであり、３つの作用モーメ
ントが溶融液の表面張力γ、るつぼの壁の重量Ｍｇ、及
び壁の単位長さ当りの液状シリコンの静圧ｐから生じる
。
以下、右回りのモーメントを負、左回りのモーメントを
正として３つの作用モーメントを求めた。
面張力のモーメントをＬｓとすると、 Ｌｓ＝−ｈｏγ ＝−７２０Ｘ０．９ ＝　−６４８ｄｙｎｅ　ＩＣ［０ るつぼの壁の重量ＭｇのモーメントをＬｗとすると、 Ｍ＝ρｈ　ｂ　／　ｃ　ｏ　ｓθ ＝０．７６ｇｍ（ただし、θ＝１０°）−’−Ｌｗ＝　
１　／　２ｍｇｈ　ｔａｎ　θ＝　１　ｆ　２ｄｙｎｅ
−ｃｒｎ　（ただし、θ＝１０°）液状シリコンの静圧
のモーメントをＬＨとすると、 ａ　ｃｏｓ　　θ ＝　３０１　ｄｙｎｅ−ｃｍ　（ただし、θ−１０”　
）θ＝１０°の場合には理論的な正味のモーメントは−
２３５ｄｙｎｅ−ｃｍであり、これは表面張力が壁を内
方に引張っていることを示している。試験を何回か行な
フたところ、実際には１０’角度が表面張力の内方引張
り効果を打消すのに十分であることが分かった。この理
由はるつぼの壁と底部との間のジヨイントの剛性が正の
モーメントを幾分生じさせるからである。完全な安定性
を得るためにはジヨイントの剛性を必要としないがθを
約３０°にすることが必要である。実際問題として、１
０°の傾斜角度が厚さ０．２ｃｍの石英のるつぼ壁に通
していた。しかしながら、ジョイント領域において厚さ
が同じではないるつぼについては、最適傾斜角度は１０
゜〜３０°の範囲にある。
第２図は、本明細書で開示したるつぼ／サセプタ装置の
好ましい実施例としてのるつぼ９及びサセプタ１３を示
している。第２図に示すように、るつぼの側壁１０及び
サセプタの空所１２の側壁１１は外方に傾斜している。
るつぼの側壁１０はサセプタ空所の傾斜側壁１１に嵌ま
り込むような傾斜した形状に作られている。るつぼ／サ
セプタ装置が使用温度に達すると石英のるつぼ側壁１０
が軟化する。るつぼ及びサセプタの側壁が垂直ではなく
外方に傾斜すると液状シリコンの静圧及び重力がるつぼ
の側壁に作用するので軟化した石英の側壁１０は弛緩し
てサセプタの傾斜側壁１１に当接する。
第３図に示すように４つの側壁がどれも垂直線から１０
°の角度で傾斜しているるつぼ９を使用して好結果を得
た。第４ａ図、第４ｂ図及び第４Ｃ図は１０°の角度で
傾斜した側壁１１を有し、第３図に示するつぼと共に使
用されることになるサセプタ１３を示している。
現時点において好ましい実施例を図示し詳細に説明した
が、本発明を特許請求の範囲の記載に基いて定められる
技術的範囲内でその他種々の態様で実施することができ
るということは明確に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
第１図は、るつぼの側壁の使用温度におけるへこみ傾向
を示するつぼの一般的挙動の一例を示するつぼの略平面
図である。 第１ａ図は、るつぼの壁のモーメントの計算に必要な幾
何学事項を示す図である。 第２図は、本発明の傾斜した側壁を備えたサセプタ及び
るつぼを示す横断面図である。 第３図は、本発明で使用されるるつぼの詳細図であり、
傾斜した側壁を示す図である。 第４図は、本発明のサセプタの詳細図であり、傾斜した
側壁を示す図である。 ９・・・るつぼ、　　　　　１０．１１・・・側壁。 １２・・・空所、　　　　１３・・・サセプタ。 １１ｉ人　　　　　　　　　　　ウエスチンクへウス・
エレクトリック・コーボレーシ（ン代理人　　　　　加
藤紘一部（ばか１名）ＦＩＧ、２

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）シリコン・デントライトウェブ結晶成長装置であ
    って、連続的に傾斜した側壁を備えた空所を有するサセ
    プタを含み、前記側壁が実質的に平らな形状を有し且つ
    外方に傾斜しており、さらに、サセプタの空所の中に配
    置され、連続的に傾斜した側壁を有し、シリコンの表面
    張力による側壁のへこみを防ぐための連続的に傾斜した
    側壁を有する石英製の薄肉るつぼを含み、前記るつぼの
    前記側壁は実質的に平らな形状を有し且つ側壁に作用す
    る重力と、空所の側壁における溶融シリコンの静圧との
    合力が溶融シリコンの表面張力よりも大きくなるように
    外方に傾斜し、前記るつぼの前記側壁はサセプタの空所
    の側壁と形状が同じであり且つ空所の側壁と実質的に接
    触し、るつぼの側壁が軟化すると前記サセプタの側壁が
    前記るつぼの側壁を支持することを特徴とする装置。
  2. （２）るつぼの側壁及びサセプタの側壁は垂直線から１
    ０゜〜３０゜の角度で外方に傾斜していることを特徴と
    する請求項第（１）項記載の装置。
  3. （３）るつぼは石英で作られ、るつぼの側壁は厚さが約
    ０．２ｃｍであることを特徴とする請求項第（１）項記
    載の装置。
  4. （４）るつぼは石英で作られ、るつぼの側壁は厚さが約
    ０．２ｃｍであり、るつぼの側壁及びサセプタの側壁は
    垂直線から１０゜の角度で外方に傾斜していることを特
    徴とする請求項第（１）項記載の装置。
JP63028623A 1987-02-09 1988-02-09 シリコン・デンドライトウェブ結晶成長装置 Expired - Lifetime JP2750689B2 (ja)

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US012,779 1987-02-09

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JPS63201090A true JPS63201090A (ja) 1988-08-19
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