JP2010006657A - シリコン単結晶の製造装置およびシリコン単結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコンの固形原料による坩堝への衝突を低減し、さらに原料充填容器へのシリコン融液の付着を抑制するシリコン単結晶の製造装置および製造方法を提供する。
【解決手段】シリコンの固形原料を溶融させる坩堝４と、固形原料を供給する供給装置であって、固形原料を坩堝４に供給する原料供給部１９を含む原料充填容器１８と、原料供給部１９を覆い、坩堝４側に設けられた開口部に向かって先細りとなる原料供給部カバーと、を有する供給装置と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、チョクラルスキー法のうちマルチプーリング法において使用されるシリコン単結晶の製造装置およびシリコン単結晶の製造方法に関する。

一般にシリコン単結晶の育成は、チョクラルスキー法（ＣＺ法）で行われている。

従来、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造コストを低減する方法として、マルチプーリング法が知られている（非特許文献１参照）。これは、目標長を持った単結晶を坩堝から１本引き上げた後、引き上げ重量分のシリコンの固形原料を追加供給し、再度同様の単結晶引き上げを繰り返す方法である。この方法により、１度しか使用できない石英ルツボから複数本の単結晶を製造でき、製造歩留まりを向上させるとともに坩堝コストを低減させることが可能である。

このような方法としては、例えば、シリコンの固形原料を含む原料充填容器の先端に円錐状の底蓋を有するシリコンの固形原料の供給装置が知られている（特許文献１参照）。

また、多結晶シリコンを作製するために、シリコンの固形原料を含む原料充填容器と距離を設け、漏斗を配置するシリコンの固形原料の供給装置が知られている（特許文献２参照）。
特開２００６−８９２９４号公報 特開平１０−１３９５８６号公報 Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｆｕｍｉｏ Ｓｈｉｍｕｒａ １９８９年

しかしながら、特許文献１の発明では、シリコンの固形原料が坩堝の内壁面に衝突して、坩堝からシリコンの固形原料に不純物が混入するため好ましくない傾向があった。

また、特許文献２の発明でも、シリコンの固形原料充填時の融液面にて原料充填容器への液跳ねが生じ、シリコン融液が原料充填容器に付着して原料充填容器が劣化する傾向があった。

従って、本発明は上記従来の技術における問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、シリコンの固形原料による坩堝への衝突を低減し、さらに原料充填容器へのシリコン融液の付着を抑制するシリコン単結晶の製造装置およびシリコン単結晶の製造方法を提供することである。

本発明のシリコン単結晶の製造装置は、シリコン単結晶の製造装置であって、シリコンの固形原料を溶融させる坩堝と、前記固形原料を供給する供給装置であって、前記固形原料を前記坩堝に供給する原料供給部を含む原料充填容器と、前記原料供給部を覆い、前記坩堝側に設けられた開口部に向かって先細りとなる原料供給部カバーと、を有する供給装置と、を具備する。

また、前記原料供給部カバーは、モリブデン、タングステンまたは炭化珪素から成ることが望ましい。

また、前記供給装置は、上面視したときに、前記開口部の中心が前記坩堝の中心と一致するように配設されていることが望ましい。

本発明のシリコン単結晶の製造方法は、坩堝にシリコンの固形原料を供給する供給工程を含むシリコン単結晶の製造方法であって、前記供給工程は、原料充填容器に充填したシリコンの固形原料を原料供給部から排出する工程と、前記原料供給部を覆い、前記坩堝に向かって先細りとなった開口部を有する原料供給部カバーを経由して前記坩堝内に前記固形原料を落下させる工程と、を含む。

本発明のシリコン単結晶の製造装置は、上述の構成を有しているので、シリコンの固形原料充填時の融液面にて原料充填容器への液跳ねが生じても、原料充填容器の坩堝側に配置された原料供給部が原料供給部カバーにより覆われているため、シリコン融液の付着により生じる原料充填容器の劣化を抑制することができる。また、原料供給部カバーが開口部に向かって先細りとなっていることにより、放出するシリコンの固形原料の拡散を低減して、坩堝内壁面へのシリコンの固形原料の衝突を抑制することができる。

また、原料供給部カバーが、耐熱性を有するモリブデン、タングステンまたは炭化珪素から成ることにより、長期間の使用が可能となり、それにより原料充填容器をシリコン融液から十分に保護することができる。

また、前記供給装置は、上面視したときに、坩堝の中心と開口部の中心とが一致するように配設されていることにより、シリコンの固形原料は、坩堝の中心付近に落下するため、坩堝内壁面または熱遮蔽シールドへのシリコンの固形原料の衝突を抑制することができる。

本発明のシリコン単結晶の製造方法によれば、上述の工程を経るので、シリコンの固体原料への不純物の混入を抑えることができ、純度の高いシリコン単結晶を製造することが可能となる。

以下、本発明について実施形態の一例を以下に詳細に説明するが、とくに記載をしていない事項については、通常のＣＺ法によって使用されるシリコン単結晶の製造装置における固形原料の供給装置と同様である。

図１は、本発明のシリコン単結晶の製造装置の実施形態の一例を示す断面模式図である。また、図２は、図１のシリコン単結晶の製造装置の箇所の断面模式図である。

図１および２において、１はメインチャンバー、２はプルチャンバー、３はシリコン融液、４は石英坩堝、５は黒鉛坩堝、６はヒーター、７は保温用断熱材、８は熱遮蔽シールド、９はワイヤー、１０は原料充填容器の本体部、１１は原料供給部カバー、１２は装置底部台座、１３は坩堝の支持軸、１４は排気口、１５は錘台部、１６は開口部、１７は係止部、１８は原料充填容器、１９は原料供給部、ならびに２０Ａおよび２０Ｂは接続部を示す。

図１におけるシリコン単結晶の製造装置は、いわゆるＣＺ炉であり、炉体としてメインチャンバー１およびプルチャンバー２を備えている。プルチャンバー２は、メインチャンバー１より小径で、メインチャンバー１の中心部上に重ねられる。メインチャンバー１内の中心部には坩堝が配置されている。

図１において、坩堝は内側に設けられた石英坩堝４と、その外側に設けられた黒鉛坩堝５と、を組み合わせた二重構造である。これらの坩堝は支持軸１３により支持されている。支持軸１３は坩堝を昇降させる、あるいは周方向に回転させるように駆動させることができる。

石英坩堝４は、シリコンの固形原料を融解させるために用いられる。シリコンの固形原料の融解は、排気口１４から空気を排出して石英坩堝４の周囲を真空にしたのち、Ａｒガスなどの不活性ガスを石英坩堝４上に流して行う。

黒鉛坩堝５の外側には、ヒーター６が配置されている。ヒーター６のさらに外側には保温断熱材７が、メインチャンバー１の内面に沿って装置底部台座１２上に配置されている。さらに、保温用断熱材の上に開口部を設け、上部は外側に、下部は内側に水平に延びた円周部を有する熱遮蔽シールド８が設けられている。

プルチャンバー２内には、引き上げ軸としてのワイヤー９が垂下されている。ワイヤー９は、プルチャンバー２の最上部に設けられた図示されない駆動機構により回転駆動され、且つ昇降駆動される。

図１においてワイヤー９の下部に、原料充填容器１８および原料供給部カバー１１を有する固形原料の供給装置が設けられている。

原料充填容器１８は、石英坩堝４内のシリコンの固形原料の融液に対してシリコンを供給するためのシリコンの固形原料が充填されるものである。原料充填容器１８は、本体部１０と原料供給部１９とを含む。

本体部１０はステンレス鋼等により形成されており、その形状は、例えば、円柱状を示す。本体部１０は、原料充填容器１８に充填されたシリコンの固形原料を保持する役割を果たす。

原料供給部１９は、本体部１０にて保持したシリコンの固形原料を、石英坩堝４へ供給する部位をいう。原料供給部１９は、シリコンの固形原料の保持および放出の両方を可能とするために、先端に開閉可能な構造を有している。

原料充填容器１８の動作は以下のとおりである。まず、図１の原料充填容器１８を下降させると、係止部１７がメインチャンバー内に設けられた小径部に当接し、原料充填容器１８の下降が停止する。さらにワイヤー９を下げると原料供給部１９が自重により下降して原料供給部１９の先端が開く。これにより、原料充填容器１８内に充填されていたシリコンの固形原料が原料供給部１９から外部に排出される。その後、シリコンの固形原料は原料供給部カバー１１を介して石英坩堝４に落下し、シリコン融液に供給される。

原料供給部カバー１１は、原料供給部１９の下部側に原料供給部１９を覆うように設けられている。原料供給部カバー１１は、接続部２０Ａおよび２０Ｂによって原料充填容器１８に接続されている。

原料充填容器１８は、一般的にステンレス鋼から構成されており、１４１０℃を超えるシリコン融液に接近させると劣化する恐れがあるが、本発明では、原料充填容器１８のうち、シリコン融液に近い原料供給部１９を原料供給部カバー１１により覆うことにより、液跳ねなどによるシリコン融液の付着を起こりにくくし、原料供給部１９の劣化を抑制することができる。

とくに、原料供給部カバー１１を、耐熱性に優れた部材により形成するようにすれば、原料供給部カバーの長期間の使用が可能となり、それにより原料充填容器１８をシリコン融液から十分に保護することができる。このような耐熱性に優れた部材としては、モリブデン、タングステンまたはカーボンを用いることができる。なお、１０００℃を超える高温条件下では、熱は光となり伝達される。そのため、原料供給部カバー１１の材質としては、光を反射する、つまり輻射率が低いものが好ましい。輻射率は０．４以下が好ましく、このような材質としては、モリブデン、タングステンなどが挙げられる。

原料供給部カバー１１の先端側（石英坩堝４側）には開口部１６が設けられる。原料供給部１９から放出されたシリコンの固形原料は、原料供給部カバー１１の内部を経由して開口部１６から石英坩堝４へ落下する。

原料供給部カバー１１の先端は、開口部１６に向かって先細りとなっている。この形状としては、例えば、錐台部１５とすることが望ましい。このような錐台部１５は、縦断面形状が台形のものをいい、具体的には円錐台、角錐台などが挙げられる。このような錐台部１５を含むことにより、放出するシリコンの固形原料が石英坩堝４の内壁面または熱遮蔽シールド８への拡散を低減し、それらへのシリコンの固形原料の衝突を抑制することができる。

さらに、上面視したときに、開口部１６の中心と坩堝の中心とが一致していることが好ましい。これにより、シリコンの固形原料は坩堝の中心付近に落下するため、石英坩堝４の内壁面、または熱遮蔽シールド８に対してシリコンの固形原料が衝突することが少なくなり、それらへの悪影響を低減することができる。

以上説明したシリコン単結晶の製造装置を用いることにより、本発明のシリコン単結晶の製造方法を行うことができる。具体的な方法は、すでに製造装置の説明において詳述したとおりである。

この本発明のシリコン単結晶の製造方法を用いることにより、シリコンの固体原料への不純物の混入を抑えることができ、純度の高いシリコン単結晶を製造することが可能となる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。

本発明のシリコン単結晶製造装置の構造を示す断面模式図である。 本発明に係る供給装置を示す断面模式図である。

符号の説明

１：メインチャンバー
２：プルチャンバー
３：シリコン融液
４：石英坩堝
５：黒鉛坩堝
６：ヒーター
７：保温用断熱材
８：熱遮蔽シールド
９：ワイヤー
１０：本体部
１１：原料供給部カバー
１２：装置底部台座
１３：坩堝支持軸
１４：排気口
１５：錘台部
１６：開口部
１７：係止部
１８：原料充填容器
１９：原料供給部
２０Ａ、２０Ｂ：接続部

Claims (4)

1. シリコンの固形原料を溶融させる坩堝と、
   前記固形原料を供給する供給装置であって、
   前記固形原料を前記坩堝に供給する原料供給部を含む原料充填容器と、
   前記原料供給部を覆い、前記坩堝側に設けられた開口部に向かって先細りとなる原料供給部カバーと、を有する供給装置と、を具備するシリコン単結晶の製造装置。
2. 前記原料供給部カバーは、
   モリブデン、タングステンまたは炭化珪素から成る請求項１記載のシリコン単結晶の製造装置。
3. 前記供給装置は、
   上面視したときに、前記開口部の中心が前記坩堝の中心と一致するように配設されている請求項１または２記載のシリコン単結晶の製造装置。
4. 坩堝にシリコンの固形原料を供給する供給工程を含むシリコン単結晶の製造方法であって、
   前記供給工程は、
   原料充填容器に充填したシリコンの固形原料を原料供給部から排出する工程と、
   前記原料供給部を覆い、前記坩堝に向かって先細りとなった開口部を有する原料供給部カバーを経由して前記坩堝内に前記固形原料を落下させる工程と、を含むシリコン単結晶の製造方法。