JP5780211B2 - 単結晶育成装置 - Google Patents
単結晶育成装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5780211B2 JP5780211B2 JP2012134045A JP2012134045A JP5780211B2 JP 5780211 B2 JP5780211 B2 JP 5780211B2 JP 2012134045 A JP2012134045 A JP 2012134045A JP 2012134045 A JP2012134045 A JP 2012134045A JP 5780211 B2 JP5780211 B2 JP 5780211B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- melt
- raw material
- single crystal
- crucible
- crystal growth
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims description 166
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 109
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 101
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 92
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 92
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 53
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 53
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 53
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 41
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 11
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 230000003028 elevating effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 5
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000011437 continuous method Methods 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
また、この特許文献9には、1つのルツボから複数の引上げ機に溶融液を供給する方法も記載されており、この方法を用いれば省エネルギー化が可能とも思われる。しかし、実際には複雑な制御技術が必要であるし、また直径200mm以上の単結晶の育成で主流であるMCZ法では、引上げ機の横に磁石があるので複数の引上げ機を隣接させることが難しく、離して設置すれば供給管を保温するためのエネルギーが必要となってしまうので現実的ではない。
該単結晶育成装置は、前記シリコン単結晶を育成するための結晶育成チャンバー、該結晶育成チャンバーに融液を供給するための原料供給チャンバー、及び前記結晶育成チャンバーと前記原料供給チャンバーを接続する融液供給管を具備し、
前記結晶育成チャンバーは、前記融液を収容する石英ルツボ及び前記融液を加熱保温するヒーターを格納するメインチャンバーと、前記育成されたシリコン単結晶を収納する引上げチャンバーとを有し、
前記原料供給チャンバーは、原料を溶融するための原料供給ルツボと、前記原料を加熱溶融するヒーターと、前記原料供給ルツボに前記原料を供給する原料供給機構とを備え、
前記融液供給管は、前記原料供給チャンバー内の原料供給ルツボから、前記結晶育成チャンバー内の石英ルツボに前記融液を供給するように接続されたもので、
前記結晶育成チャンバー内の石英ルツボの外径が、前記育成するシリコン単結晶の直径の2〜5倍で、かつ、前記石英ルツボのアスペクト比(外径/高さ)が2〜10であることを特徴とする単結晶育成装置を提供する。
このような原料供給ルツボの外径であれば、省エネルギー効果が大きく、さらに、融液の供給の効率が良い装置となる。
本発明であれば、このように石英ルツボ上方に断熱部材を備えていても、石英ルツボの上下動の邪魔にならず、熱ロスのより小さい装置となる。
このようなルツボ昇降機構を備えたものであれば、育成条件等の制御が容易であり、所望の品質のシリコン単結晶を育成することができる装置となる。
このような検出機構で融液面の高さを検出して融液面の高さを制御しながらシリコン単結晶を育成することで、確実に所望の品質のシリコン単結晶を育成することができる装置となる。
このような石英製であれば、融液が汚染されることもなく、より高品質のシリコン単結晶を生産性良く育成できる装置となる。
これにより、融液供給管内の融液が凝固することを防止でき、より効率的な装置となる。
図1に、本発明の単結晶育成装置の一例の概略図を示す。
このような石英ルツボ110を用いて、多結晶または単結晶の塊を数cm程度のサイズに砕いた原料を溶融する際には、石英ルツボ110内に投入された原料の高さは、それが溶けて融液になった時の高さに比較するとかなり高い。従って、原料を溶融する際には、育成中のシリコン単結晶への輻射熱を遮る目的で装備されている遮熱部材などの上部の部品と原料とが接触しないように、石英ルツボ110を下げる必要がある。このため石英ルツボ110の下方に設置される下部断熱部材は、石英ルツボ110から、ある程度距離を離しておく必要がある。
また、石英ルツボ24の外径については、育成するシリコン単結晶15の直径に比較して大きくなり過ぎると、加熱すべき領域が増加してしまうので、石英ルツボ24の外径はシリコン単結晶15の直径の5倍以下とする。一方で、シリコン単結晶15の直径と同じでは融液供給管13を設置するスペースも取れず、また、シリコン単結晶15が有転位化しやすくなって育成が難しくなるので、シリコン単結晶15の直径の2倍以上は必要である。
例えば、石英ルツボ24の外壁より内側まで張り出させた上部断熱部材16を配置することで、石英ルツボ24の上部からメインチャンバー11の上方への熱ロスの低減を図ることができ、さらなる省エネルギー化を達成できる。または、遮熱部材19を大型のものとすれば、遮熱部材19により石英ルツボ24の上端部を覆うこともできる。
しかし、本発明においては、融液33を随時供給できるため石英ルツボ24が上昇するための空間がほとんど不要なので、石英ルツボ24の外壁の上端近傍に断熱構造(例えば、上部断熱部材16や、大型の遮熱部材19)を設けることが可能であり、これによる省エネルギー効果が非常に大きい。
結晶育成チャンバー30では、育成されるシリコン単結晶15によって石英ルツボ24内の融液27が減少していくが、それに相当する量の固形原料を原料供給チャンバー17内の原料供給ルツボ22に、原料供給機構14を通じて供給することができる。これにより、融液供給管13で繋がれたそれぞれのルツボ22,24内の融液面の高さは、基本的に同じになる。従って特殊な機構を設けることなく、原料供給チャンバー17側の原料供給ルツボ22から結晶育成チャンバー30側の石英ルツボ24へ融液33を供給することが可能である。
原料供給ルツボ22の外径が小さければ小さいほど熱ロスが少なくなり、石英ルツボ24の外径の1/1.5倍以下の大きさであれば、省エネルギー効果を確実に得られる。一方、1/5倍以上の大きさであれば、容量が十分であり、シリコン単結晶15の育成によって減少する結晶育成チャンバー30の石英ルツボ24内の融液27の補充を効率的に実施できる。
ルツボ昇降機構を設けることで、融液面の位置制御を容易に行うことが可能となるため、近年求められている高品質シリコン単結晶、特に無欠陥シリコン単結晶を効率的に得ることができる。融液供給管13で繋がれた融液27,33の融液面の高さは基本的に同じになるので、どちらか一方のチャンバーにルツボ昇降機構を取り付け、融液面の高さを制御すれば、もう一方の融液面の高さも同じ高さに制御することが可能である。もちろん、両方のチャンバーにルツボ昇降機構を取り付け、高さを同期させるなどして制御しても良い。
このように融液面の高さの制御を行うことで、より精度良く所望品質のシリコン単結晶15を育成することができる。融液面の高さは育成されたシリコン単結晶15の重量と投入された原料の重量との差分、石英ルツボ24と原料供給ルツボ22の内径、ルツボ昇降機構で移動させた量などから比較的容易に算出可能である。ただし、結晶育成チャンバー30の炉内圧と原料供給チャンバー17の炉内圧が異なるような場合には、その圧力差分を考慮する必要がある。一方で、石英ルツボ24は高温下で軟化し、わずかだが変形するので、算出法ではなく、融液面の高さを直接検出する方法を用いれば、より正確に制御可能である。融液面の高さの検出方法は、レーザーの反射によって求める方法、融液面に映った反射像の位置や反射像と実像との距離などから求める方法など、各種技術があり、どれを用いても問題ない。
石英はルツボ材質にも使われているように、シリコンと酸素からなる物質であり、酸素を含むCZシリコン単結晶にとっては問題のない材質であるからである。
(実施例)
図1に示すような本発明の単結晶育成装置10を用いてシリコン単結晶を育成した。当該装置10には、石英ルツボ24の外壁より内側まで張り出した上部断熱部材16を設け、さらに、下部断熱部材28とルツボ底との距離を縮め、上方と下方への熱ロスの低減を図った。
結晶育成チャンバー30側の石英ルツボ24には50kg、原料供給チャンバー17側の原料供給ルツボ22には10kgの原料融液が満たされた状態で、単結晶の育成を開始した。この際、直径が概略200mm、重量120kgの8インチ単結晶を育成した。従って、石英ルツボ24の外径は、単結晶の直径の約3倍である。
また、単結晶の品質においても、融液面の高さを、育成した単結晶の重量と投入した原料の重量から計算により求めて所望の値に制御したので、無欠陥の単結晶を得ることができた。さらに、抵抗調整用のボロンを含んだ原料を混ぜながら育成したことにより、軸方向の抵抗率を、狙い値の±8%以内に制御することができた。
図2に示したバッチ法の単結晶育成装置100を用いて、直径が概略200mmである8インチ単結晶を育成した。このとき、石英ルツボ110としては、外径が約610mmで、全高が約420mmである、アスペクト比が約1.45の24インチ石英ルツボを用いて単結晶を育成した。この石英ルツボ110内に150kgの原料を投入して溶融した後、重量が約120kgである単結晶を育成した。
石英ルツボ110の外壁の上端部は、移動できる空間を設ける必要があるため、遮熱部材と上部断熱部材との間に隙間を設けた。この点と、下部断熱部材がルツボ底面から離れている点とから、単結晶の直胴育成中の電力は実施例よりも約1.5倍高くなってしまった。また、育成した単結晶の軸方向の抵抗率は、トップ側の抵抗率に対してボトム側の抵抗率が73%まで低下してしまった。トップとボトムの平均値を中心値として表すと、中心値±15.6%となり、実施例の倍近くまで抵抗率分布が広がってしまった。
また、実施例では軸方向の抵抗率分布が±8%であったが、原料とドーパントの投入方法等を改善することにより、さらに狭い範囲におさめることも可能である。偏析係数がボロンより小さいリンをドープするN型においては、より本発明の効果を発揮することが可能である。
13…融液供給管、 14…原料供給機構、 15…シリコン単結晶、
16…上部断熱部材、 17…原料供給チャンバー、 18…ガス整流筒、
19…遮熱部材、 20…ワイヤー、 21…種結晶、 22…原料供給ルツボ、
23…側部断熱部材、 24…石英ルツボ、 25…黒鉛ルツボ、
26…ルツボ支持軸、 27、33…融液、 28…下部断熱部材、
29、32…ヒーター、 30…結晶育成チャンバー、 31…断熱部材。
Claims (6)
- チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を育成するための単結晶育成装置であって、
該単結晶育成装置は、前記シリコン単結晶を育成するための結晶育成チャンバー、該結晶育成チャンバーに融液を供給するための原料供給チャンバー、及び前記結晶育成チャンバーと前記原料供給チャンバーを接続する融液供給管を具備し、
前記結晶育成チャンバーは、前記融液を収容する石英ルツボ及び前記融液を加熱保温するヒーターを格納するメインチャンバーと、前記育成されたシリコン単結晶を収納する引上げチャンバーとを有し、
前記原料供給チャンバーは、原料を溶融するための原料供給ルツボと、前記原料を加熱溶融するヒーターと、前記原料供給ルツボに前記原料を供給する原料供給機構とを備え、
前記融液供給管は、前記原料供給チャンバー内の前記原料供給ルツボから、前記結晶育成チャンバー内の前記石英ルツボに前記融液を供給するように接続されたもので、
前記結晶育成チャンバー内の前記石英ルツボの外径が、前記育成するシリコン単結晶の直径の2〜5倍であり、前記石英ルツボの外径/高さであるアスペクト比が2〜10であり、かつ、前記原料供給ルツボの外径が、前記石英ルツボの外径の1/5〜1/1.5倍であることを特徴とする単結晶育成装置。 - 前記結晶育成チャンバーは、前記石英ルツボの上方で、かつ前記石英ルツボの上端部を覆う断熱部材を備えたものであることを特徴とする請求項1に記載の単結晶育成装置。
- 前記結晶育成チャンバー及び前記原料供給チャンバーの少なくとも一方は、融液面の高さを制御するためのルツボ昇降機構を備えたものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の単結晶育成装置。
- 前記結晶育成チャンバー及び前記原料供給チャンバーの少なくとも一方は、前記融液面の高さを算出もしくは検出する検出機構を備え、該検出機構により算出もしくは検出された前記融液面の高さを基に、前記融液面の高さを前記ルツボ昇降機構によって所望の高さに制御するものであることを特徴とする請求項3に記載の単結晶育成装置。
- 前記融液供給管は、石英製であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の単結晶育成装置。
- 前記融液供給管は、該融液供給管内の融液を融点以上に保温する保温手段を備えたものであることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の単結晶育成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012134045A JP5780211B2 (ja) | 2012-06-13 | 2012-06-13 | 単結晶育成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012134045A JP5780211B2 (ja) | 2012-06-13 | 2012-06-13 | 単結晶育成装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013256417A JP2013256417A (ja) | 2013-12-26 |
JP5780211B2 true JP5780211B2 (ja) | 2015-09-16 |
Family
ID=49953191
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012134045A Active JP5780211B2 (ja) | 2012-06-13 | 2012-06-13 | 単結晶育成装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5780211B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102271708B1 (ko) * | 2020-09-28 | 2021-07-01 | 한화솔루션 주식회사 | 잉곳 성장 장치 및 그 제어 방법 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4410494A (en) * | 1981-04-13 | 1983-10-18 | Siltec Corporation | Apparatus for controlling flow of molten material between crystal growth furnaces and a replenishment crucible |
DE4106589C2 (de) * | 1991-03-01 | 1997-04-24 | Wacker Siltronic Halbleitermat | Kontinuierliches Nachchargierverfahren mit flüssigem Silicium beim Tiegelziehen nach Czochralski |
-
2012
- 2012-06-13 JP JP2012134045A patent/JP5780211B2/ja active Active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102271708B1 (ko) * | 2020-09-28 | 2021-07-01 | 한화솔루션 주식회사 | 잉곳 성장 장치 및 그 제어 방법 |
WO2022065738A1 (ko) * | 2020-09-28 | 2022-03-31 | 한화솔루션 주식회사 | 잉곳 성장 장치 및 그 제어 방법 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013256417A (ja) | 2013-12-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5945971B2 (ja) | シリコン単結晶引上装置 | |
US20140261155A1 (en) | Crucible for controlling oxygen and related methods | |
KR20150127681A (ko) | 산소를 제어하기 위한 초크랄스키 도가니 및 관련 방법들 | |
KR101565642B1 (ko) | 잉곳 제조 장치 및 방법 | |
JP4830312B2 (ja) | 化合物半導体単結晶とその製造方法 | |
CN105452542A (zh) | 用于控制氧的坩埚组件和相关方法 | |
JP2014080302A (ja) | 単結晶引上装置及び単結晶引上方法 | |
JP5163386B2 (ja) | シリコン融液形成装置 | |
JP5782323B2 (ja) | 単結晶引上方法 | |
JP5780211B2 (ja) | 単結晶育成装置 | |
JP2014101246A (ja) | 単結晶製造装置、および単結晶の製造方法 | |
KR101675903B1 (ko) | 반도체 단결정의 제조 장치 및 제조 방법 | |
KR101596550B1 (ko) | 잉곳성장장치 및 잉곳성장방법 | |
KR101540566B1 (ko) | 단결정 잉곳 성장 방법 | |
JP2011148694A (ja) | 化合物半導体単結晶基板 | |
KR20150049327A (ko) | 단결정 실리콘 잉곳 제조장치 및 그 제조방법 | |
KR101333791B1 (ko) | 단결정 성장장치 | |
KR20130007354A (ko) | 실리콘 결정 성장장치 및 그를 이용한 실리콘 결정 성장방법 | |
KR20100127699A (ko) | 탄소가 도핑된 반도체 단결정 잉곳 및 그 제조 방법 | |
JP5051044B2 (ja) | シリコン単結晶の育成方法 | |
JP3642174B2 (ja) | シリコン単結晶の引上げ装置及びその引上げ方法 | |
KR101615340B1 (ko) | N형 다결정 실리콘 잉곳의 제조 방법 및 장치 | |
KR100831809B1 (ko) | 쵸크랄스키법에 의한 잉곳 성장용 히터 및 이를 구비하는단결정 잉곳 제조 장치 | |
KR102003697B1 (ko) | 원료 리차지 방법 및 장치 | |
JP6369352B2 (ja) | 結晶育成方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140623 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150210 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150212 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150325 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150507 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150527 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150616 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150629 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5780211 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |