JP2000344594A - シリコン原料の供給方法及び単結晶シリコンの製造方法 - Google Patents
シリコン原料の供給方法及び単結晶シリコンの製造方法Info
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Abstract
製造する場合の製造能率を上げる。追チャージやリチャ
ージで供給される棒状の多結晶シリコンに未溶解部が生
じる事態を回避する。 【解決手段】 棒状の多結晶シリコン20をルツボ10
内のシリコン融液11に上方から追加供給する際に、多
結晶シリコン20を種結晶40により直接支持する。多
結晶シリコン20を降下させてシリコン融液11に全量
供給した後、引き続き、その種結晶40を用いて単結晶
シリコン44の引上げを行う。
Description
晶シリコンを製造する際に、その製造原料である多結晶
シリコンをルツボ内に供給して溶解するシリコン原料の
供給方法、及びその供給方法を用いた単結晶シリコンの
製造方法に関する。
は、周知のとおり、その単結晶の引上げに先立ってルツ
ボ内に塊粒状の多結晶シリコンを装填し、これを溶解し
て所定量のシリコン融液を得た後、その融液から単結晶
シリコンの引上げを開始する。
造される単結晶シリコンの大径化及び大重量化が急速に
進んでおり、これに伴って、ルツボ内への一回当たりの
原料供給量をできるだけ多くすることが求められるよう
になった。
ボのサイズアップと、ルツボ内の原料装填レベルを高く
することがある。しかし、ルツボのサイズを大きくする
と、溶解に要する電力費が嵩み、しかも、融液温度の管
理が困難となる。このため、ルツボのサイズを大きくす
ることは、好ましい対策とは言えない。
ると、ルツボの上端近くまで原料が山積みになる。ルツ
ボの上端部はヒータの上方に突出し、他の部分に比べて
放熱量が多く温度が低い。このため、ルツボの上端部内
に位置する原料は、完全に溶解せずにルツボ壁の内周面
に固着した状態となる。その結果、固着した原料の荷重
がルツボ壁に加わり、ルツボの上端部が内側に変形する
ことにより、ルツボの寿命低下やルツボの変形に伴う単
結晶の有転位化を招く。従って、ルツボ内の原料装填レ
ベルを高くする対策も好ましいものとは言えない。
チャージと呼ばれる技術である。また、リチャージと呼
ばれる技術でも、同様の原料供給方法が採用される。こ
れらの技術は、特開平2−188487号公報、特開平
3−12385号公報、特開平8−169795号公
報、特開平8−310892号公報等に説明されてい
る。
た塊粒状の多結晶シリコンを溶解した後に、棒状の多結
晶シリコンをルツボ内の融液中に上方から追加供給して
溶解する。これによると、ルツボのサイズを大きくする
ことなく、またルツボ内の原料装填レベルを高くするこ
となく、ルツボ内への一回当たりの原料供給量を多くす
ることが可能になる。
終了後、ルツボ内に残る融液に棒状の多結晶シリコンを
追加供給して融液量を回復させることにより、ルツボを
交換することなく引上げを繰り返す。これによると、単
結晶シリコンの製造能率が上がると共に、ルツボコスト
が低減されることにより、製造コストの大幅低減が可能
となり、この技術も追チャージと共に、単結晶シリコン
の大径化及び大重量化に必要不可欠な技術と考えられ
る。
追チャージ及びリチャージには以下の問題がある。
ンは、引上げ軸の下端に吊り下げられてルツボ内に降下
される。ここにおける多結晶シリコンの保持は、従来
は、図6に示すように、多結晶シリコン20の上端部外
周面に環状溝を加工して小径部22を形成し、引上げ軸
30の下端に結合されたモリブデン製のワイヤ50を、
支持具としてこの小径部22に巻き付けることで行われ
ていた。
材であるワイヤをルツボ内のシリコン融液に浸漬させる
と、ワイヤからの汚染が生じる。このため、ワイヤで縛
られている多結晶シリコンの上端部を未溶解のまま残す
必要があり、これによるロスが生じる。
具であるワイヤを多結晶シリコンの未溶解部と共に炉外
に取り出し、単結晶引上げのための種結晶と交換する作
業が必要になり、その結果として、単結晶シリコンは次
の〜の操作により製造されることになる。
液に上方から供給して溶解する。 溶解終了後、多結晶シリコンの未溶解部と支持具を
上昇させてプルチャンバ内に移動させる。 移動後、プルチャンバとメインチャンバの間のゲー
トバルブを閉じて、プルチャンバ内を常圧に戻す。 多結晶シリコンの未溶解部と支持具をプルチャンバ
から取り出す。 引上げ軸の下端にシードチャック及び種結晶を取付
ける。 プルチャンバ内を再度減圧する。 ゲートバルブを開き、種結晶をメインチャンバ内に
降下させる。 種結晶を融液に浸漬し、ディップ操作を行った後、
引上げ操作を行う。
供給に伴って〜の作業が別途必要となり、ながでも
の取り出しは、多結晶シリコンの未溶解部と保持具が
非常に高温であるため取り扱いが危険であり、長い冷却
期間を必要とする。このため、追チャージでは、単結晶
シリコンの製造効率が低下し、リチャージでは、単結晶
シリコンの製造効率が期待されるほど向上しないという
問題がある。
え、支持具による汚染の危険は依然として残る。
に代わる新しい支持具が提案され、特開平8−3108
92号公報では棒状の多結晶シリコンを連結する技術が
提案さているが、支持具に起因する未溶解の問題、能率
低下の問題及び汚染の問題は何ら解決されない。
ルツボ内に供給するに当たり、支持具による汚染の危険
性を取り除くと共に、未溶解によるロスの発生を回避
し、合わせて単結晶シリコンの製造効率を大幅に向上さ
せることができるシリコン原料の供給方法及び単結晶シ
リコンの製造方法を提供することにある。
に、本発明のシリコン原料の供給方法は、CZ法により
単結晶シリコンを引上げる前に、シリコン原料としての
棒状の多結晶シリコンを種結晶で支持してルツボ内に上
方から供給して溶解するものである。
は、CZ法により単結晶シリコンを引上げる前に、シリ
コン原料としての棒状の多結晶シリコンを種結晶で支持
してルツボ内に上方から供給して溶解し、引き続き前記
種結晶をルツボ内のシリコン融液に浸漬させてCZ法に
より単結晶シリコンを引上げるものである。
晶シリコンの製造方法は、追チャージ操業及びリチャー
ジ操業のいずれにも適用可能である。
にしろ、棒状の多結晶シリコンをルツボ内のシリコン融
液に追加供給した後は、そのシリコン融液から単結晶シ
リコンの引上げを行う必要があり、その引上げでは種結
晶がシリコン融液に浸漬される。
晶シリコンの製造方法では、CZ引上げに使用され、シ
リコン融液に浸漬させて何ら問題ない種結晶を、棒状の
多結晶シリコンの支持に利用し、種結晶と共に多結晶シ
リコンの全体をルツボ内のシリコン融液に浸漬し供給す
ることにより、多結晶シリコンの溶解操作に連続してC
Z引上げを開始することが可能となる。その結果、前述
した〜の作業が省略可能となり、単結晶シリコンの
製造効率が大幅に向上する。また支持具による汚染の危
険性が取り除かれると共に、未溶解によるロスの発生が
回避される。
は、汚染の危険が実質ないシリコン製の支持具を併用す
る程度のことは可能であるが、コストの点からは支持具
を使用せず、種結晶の下端部で多結晶シリコンを直接支
持する形態が望ましい。この直接支持のためには、例え
ば種結晶の下端部に、上方の部分より断面積が大きい大
径部を形成し、この大径部で多結晶シリコンを掛け止め
するのがよい。この場合、多結晶シリコンの上端面に
は、大径の掛け止め部が嵌合して抜け止めされる凹部が
形成される。
械加工により形成することができる。また、種結晶をル
ツボ内のシリコン融液に浸漬させた後のネッキングプロ
セスの過程で形成することができる。後者の方法による
と、大径の掛け止め部がネック部に形成される。この場
合、当該引上げを終えた後、掛け止め部の下で単結晶シ
リコンを分離することにより、その種結晶を掛け止め部
付きの種結晶として後の原料供給及び引上げに使用する
ことができる。このため、掛け止め部を形成するための
機械加工が不要になり、リチャージでは種結晶の付け替
え操作も不要になる。
基づいて説明する。図1は本発明の一実施形態を示す単
結晶シリコン製造工程の説明図、図2は種結晶による多
結晶シリコンの支持形態の説明図、図3は種結晶の下端
部に大径の掛け止め部を形成する工程の説明図、図4は
多結晶シリコンの上端部の形状を示す斜視図である。
に、CZ引上げに先立ってルツボ10の上方にシリコン
原料としての棒状の多結晶シリコン20が吊り下げられ
る。ルツボ10内には、シリコンの原料融液11が収容
されている。原料融液11は、追チャージでは塊粒状の
多結晶シリコンを溶解して形成された初期溶解原料であ
り、リチャージでは単結晶シリコンの引上げ終了後に残
った残液である。
0の下端に連結されたシードホルダ31に装着された種
結晶40により直接懸吊支持されている。ここにおける
種結晶40は、図2に示すように、断面が四角形の本体
部41と、本体部41の下に連続して形成されたくびれ
部42と、くびれ部42の更に下に連続して形成された
大径の掛け止め部43とからなる。
対応する断面形状をもつ角柱である。くびれ部42は、
断面が円形で、その直径が下方に向かって漸減したテー
パ形状である。掛け止め部43は、くびれ部42の下端
部より直径が十分に大きい大径部である。
Z法による単結晶引上げでのネッキングプロセスで工夫
を講じることにより作製される。即ち、CZ法による単
結晶引上げでは、図3(a)に示すように、種結晶4
0′をルツボ内の原料融液に浸漬した後の引上げ開始期
に、先ず転位排出等のために結晶径を更に小さく絞るネ
ッキングが行われ、その後、ボディの形成が開始され
る。その結果、種結晶40′の下にネック部41′、肩
部42′及び胴部43′が順に育成される。
グプロセスの過程で引上げ速度等を制御して、ネック部
41′の中間に大径部41″を形成し、引上げ終了後
に、図3(b)に示すように、大径部41″の下でネッ
ク部41′を切断して単結晶を分離する。そうすると、
残った部分は、本体部41の下のくびれ部42に続い
て、下端部に大径の掛け止め部43が形成された種結晶
40が作製される。
40を作製すれば、掛け止め部を形成するための機械加
工が不要になる。また、リチャージでは、作製された種
結晶40をそのまま次回の原料供給及び引上げに使用す
ることができる。
種結晶40により、棒状の多結晶シリコン20がルツボ
10の上方に直接懸吊支持される。この支持のために、
多結晶シリコン20の上端面には、種結晶40の掛け止
め部43が嵌合して抜け止めされる凹部21が形成され
ている。
リコン20の中心部から外周面にかけて機械加工された
溝状の切り欠き部であり、その溝幅は、種結晶40の下
端部形状に対応している。即ち、凹部21の下半部は、
種結晶40の掛け止め部43が嵌合する広幅部21″と
され、上半部は、くびれ部42の下端部が嵌合するテー
パ部21′とされている。
晶40の下端部を多結晶シリコン20の凹部21に側方
から奥まで挿入する。これにより、多結晶シリコン20
は、図1(a)に示す通り、種結晶40により引上げ軸
30の下方に同心状に支持され、ルツボ10の上方に懸
吊保持されることになる。
期原料の溶解開始前に行うのがよい。こうすることによ
り、初期溶解中の熱を利用して、多結晶シリコン20を
予熱することができる。
晶シリコン20の荷重に耐える断面積を有することは言
うまでもない。
り、追チャージでは初期溶解が終了すると、図1(b)
に示すように、引上げ軸30を降下させて、多結晶シリ
コン20を下から徐々にルツボ10内の原料融液11に
漬けて溶解し、ルツボ10内の融液量を増加させる。
(c)に示すように、多結晶シリコン20が全て溶解す
るまで続けられる。原料供給が終了した時点では、多結
晶シリコン20の凹部21内に嵌合する、種結晶40の
掛け止め部43を含む下端部も溶解するが、種結晶40
は単結晶であるため、原料融液11を汚染する危険はな
い。
ように、引上げ軸30の降下を更に続け、種結晶40の
ネック部であるくびれ部42を溶解し、本体部41を原
料融液11に漬ける。その後、図1(e)に示すよう
に、CZプロセスに従って新たな単結晶シリコン44の
引上げを開始する。
結晶40で多結晶シリコン20を直接支持してルツボ1
0内の原料融液11に追加供給するため、多結晶シリコ
ン20の全てを溶解できる。このため、第1に、未溶解
によるロスが生じない。
引き続いてCZ引上げを開始することができる。その結
果、未溶解部の取り出し及び支持具の取り出しのため
に、従来の追チャージやリチャージで必要とされていた
前記〜の工程が省略される。従って、追チャージ操
業やリチャージ操業での単結晶シリコンの製造効率が著
しく向上する。
供給するにもかかわらず、原料融液11を汚染する危険
がない。
キングプロセスを利用して掛け止め部付きの種結晶40
を作製するため、掛け止め部を形成するための機械加工
が不要になり、リチャージでは、その掛け止め部付きの
種結晶40を次回の引上げにそのまま使用できるので、
種結晶40を交換する手間も省略される。
は、1本の種結晶に対して繰り返し行うことができ、リ
チャージ操業を1本の種結晶で行うことも可能である。
の塊粒状の多結晶シリコンを初期装填して溶解した後、
40kgの棒状の多結晶シリコンを上方から追加供給
(追チャージ)して、8インチの単結晶シリコンを製造
した。
後、ルツボ内のシリコン残液10kgに対し、150k
gの棒状の多結晶シリコンを上方から追加供給(リチャ
ージ)して、再度8インチの単結晶シリコンを製造し
た。
イヤからなる支持具を用いる従来法では、追チャージ操
業、リチャージ操業のどちらも、所定量の棒状の多結晶
シリコンの溶解終了から種結晶のディップ開始まで約3
時間を要していたが、追加供給を上記の方法により種結
晶を利用して行った本発明法では、この所要時間はディ
ップ開始のための融液調整時間だけの10分程度に大幅
短縮された。
汚染を考慮しなければならないため、追加供給用の多結
晶シリコンに5kgの未溶解部が生じ、追チャージでは
実質35kg、リチャージでは145kgの追加供給し
か行えなかったが、本発明法ではどちらも全量を追加供
給することができた。
の種結晶40は、本体部41が18mm角、くびれ部4
2の最小径が8mm、掛け止め部43の外径が20m
m、全長が220mmの細い単結晶棒である。また、多
結晶シリコン20の上端面に形成された凹部21の深さ
は30mmである。
支持形態の説明図である。
の種結晶40は、上記実施形態では、CZ引上げのネッ
キングプロセスで大径部を形成することにより作製され
たが、図5(a)(b)に示すように、機械加工によっ
て作製することも可能である。
体部41の下方に、円柱形状のくびれ部42と、大径の
掛け止め部43とが機械加工により形成されている。図
5(b)の種結晶40では、角柱状の本体部41の下方
に、くびれ部42から掛け止め部43にかけて連続した
円錐部が機械加工により形成されている。一方、多結晶
シリコン20の上端面には、対応する種結晶40の掛け
止め部43を含む下端部が嵌合する凹部21が、中心部
から外周面にかけて溝状に形成される(図4参照)。
応する多結晶シリコン20を直接支持することにより、
支持具による汚染の危険性を取り除くと共に、未溶解に
よるロスの発生を回避し、合わせて単結晶シリコンの製
造効率を大幅に向上させことができる。
支持のための形状は、上述した例に限定されず、任意に
設計することができる。また、溶解して問題のない支持
具、連結具の併用は可能である。
原料の供給方法及び単結晶シリコンの製造方法は、棒状
の多結晶シリコンをルツボ内に供給するに当たり、CZ
引上げに使用される種結晶を多結晶シリコンの支持に利
用することにより、支持具による汚染の危険性を取り除
くと共に、未溶解によるロスの発生を回避し、合わせて
単結晶シリコンの製造効率を大幅に向上させことができ
るので、大径・大重量の単結晶シリコンを品質よく、し
かも低コストで製造することが可能である。
工程の説明図である。
図である。
工程の説明図である。
ある。
説明図である。
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 CZ法により単結晶シリコンを引上げる
前に、シリコン原料としての棒状の多結晶シリコンを種
結晶で支持してルツボ内に上方から供給して溶解するこ
とを特徴とするシリコン原料の供給方法。 - 【請求項2】 種結晶の下端部に形成された大径の掛け
止め部で多結晶シリコンを直接支持することを特徴とす
る請求項1に記載のシリコン原料の供給方法。 - 【請求項3】 CZ法により単結晶シリコンを引上げる
前に、シリコン原料としての棒状の多結晶シリコンを種
結晶で支持してルツボ内に上方から供給して溶解し、引
き続き前記種結晶をルツボ内のシリコン融液に浸漬させ
てCZ法により単結晶シリコンを引上げることを特徴と
する単結晶シリコンの製造方法。 - 【請求項4】 種結晶をルツボ内のシリコン融液に浸漬
させた後のネッキングプロセスの過程で、棒状の多結晶
シリコンを支持するための大径の掛け止め部を前記種結
晶に形成することを特徴とすることを特徴とする請求項
3に記載の単結晶シリコンの製造方法。
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