JPH0840794A - 単結晶シリコン製造工程におけるリチャージ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 必要量の多結晶シリコンを１回の作業で速や
かにリチャージできる方法を提供する。 【構成】 貫通孔２１ａが開設された収容治具２１に塊
状の多結晶シリコン２２を所定量だけ投入し、収容治具
２１に収容された多結晶シリコン２２を融液４の輻射熱
で所定時間加熱し、多結晶シリコン２２が加熱された収
容治具２１を融液４に浸漬して塊状の多結晶シリコン２
２を融液中に溶融するものである。これによれば、リチ
ャージに必要な量の多結晶シリコン２２を１回で処理す
ることが可能になる。また、加熱される多結晶シリコン
２２は塊状のために内部にまで速やかに輻射熱が伝搬さ
れて短時間で加熱され、融液４との接触面積が広くなっ
て短時間で溶解することになり、リチャージ作業を迅速
に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、単結晶シリコンを引き
上げた後の融液に多結晶シリコンを融解し、再度単結晶
シリコンを成長させる単結晶シリコン製造工程でのリチ
ャージ技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】単結晶シリコンの製造技術としては、Ｃ
Ｚ法（チョクラルスキー法）やＦＺ法（フローティング
ゾーン法）が知られているが、半導体装置に使用される
電気比抵抗の低いシリコンウエハを得ようとするときに
は、ＣＺ法を用いるのが一般的である。ここでＣＺ法と
は、石英るつぼの中で多結晶シリコンを溶融して種結晶
を浸し、この種結晶とるつぼとを回転させながら引き上
げて、単結晶シリコンを成長させる方法である。

【０００３】このような単結晶シリコン製造に関する技
術を詳しく記載している例としては、たとえば、大日本
図書（株）発行、「シリコンＬＳＩと化学」（１９９３
年１０月１０日発行）Ｐ７８〜Ｐ８３がある。

【０００４】ＣＺ法における単結晶シリコンの製造にお
いては、リチャージ法−すなわち、融液から単結晶シリ
コンを引き上げたあと、原料の多結晶シリコンを再度チ
ャージし、融解して、再び単結晶シリコンを成長させる
手法−が採用されている。このリチャージ法において
は、ロッドポリと呼ばれる、たとえばφ１２０×１００
０mm程度の多結晶シリコンを融液に溶解して行うことが
考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような方
法によれば、溶解される多結晶シリコンが大口径である
ために中心部まで加熱されるのに長時間かかって溶解時
間が長くなり、作業効率が悪化することになる。該多結
晶シリコンを一気に融液中に浸す方法も考えられるが、
急激な温度上昇による熱膨張により多結晶シリコンが破
損するとともに、これが石英るつぼ内へ降下して石英る
つぼ自体をも破損してしまう虞れがある。

【０００６】また、このように溶解時間が長くなれば、
石英るつぼが劣化して取り替え頻度が増加したり、炉内
雰囲気が悪化して得られた単結晶シリコンの品質に支障
をきたすおそれがある。

【０００７】さらに、ロッドポリの多結晶シリコンでは
重量が決まっている（たとえば、約２０kg／本）ため
に、これ以上の多結晶シリコンをリチャージする場合に
おいては、リチャージ作業を数回繰り返す必要が生じる
ことになる。

【０００８】そこで、本発明の目的は、必要量の多結晶
シリコンを１回の作業で速やかにリチャージすることの
できる技術を提供することにある。

【０００９】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかにな
るであろう。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を説明すれば、次の通
りである。

【００１１】すなわち、本発明による単結晶シリコン製
造工程におけるリチャージ方法は、貫通孔が開設された
収容治具に塊状の多結晶シリコンを所定量だけ投入し、
収容治具の多結晶シリコンを融液の輻射熱で所定時間加
熱し、多結晶シリコンが加熱された収容治具を融液に浸
漬して塊状の多結晶シリコンを融液中に溶融するもので
ある。

【００１２】また、本発明による単結晶シリコン製造工
程におけるリチャージ方法は、底部に貫通孔が開設さ
れ、この貫通孔の内周部の複数箇所に支持爪が形成され
た収容治具の支持爪に平面状のシリコンウエハを載置
し、収容治具に塊状の多結晶シリコンを所定量だけ投入
し、収容治具のシリコンウエハを多結晶シリコンとを融
液の輻射熱で所定時間加熱し、シリコンウエハおよび多
結晶シリコンが加熱された収容治具を融液に浸漬してシ
リコンウエハを融液中に溶融し、これに続いて塊状の多
結晶シリコンを融液中に溶融するものである。

【００１３】これらの場合において、前記した収容治具
は、石英から構成することが望ましい。

【００１４】

【作用】上記した手段によれば、塊状の多結晶シリコン
を収容治具に投入することでリチャージに必要な量の多
結晶シリコンを１回で処理することが可能になり、リチ
ャージ作業を繰り返し行う必要がなくなる。

【００１５】また、加熱される多結晶シリコンは塊状の
ために内部にまで速やかに輻射熱が伝搬されて短時間で
加熱され、さらに、融液との接触面積が広くなって短時
間で融液中に溶解することになり、リチャージ作業を迅
速に行うことが可能になる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面に基づいてさ
らに詳細に説明する。

【００１７】（実施例１）図１は本発明の一実施例であ
るリチャージ方法が適用される単結晶シリコン製造装置
を示す断面図、図２はその単結晶シリコン製造装置での
リチャージ方法に用られる収容治具の正面図、図３はそ
の収容治具の底面図、図４は本発明の一実施例によるリ
チャージ方法を示す説明図である。

【００１８】図１に示すように、本実施例による単結晶
シリコン製造装置はＣＺ法により単結晶シリコン１を製
造するものであり、下方に位置する引上げ炉２内の中央
部には、高温での変形を支える黒鉛るつぼ３に包囲さ
れ、内部に多結晶シリコンの融液４が収容された石英る
つぼ５が位置している。黒鉛るつぼ３の底面には回転機
構に加えて上昇機構をも有するるつぼ軸６が接続され、
単結晶シリコン１の成長段階において融液４の液面を一
定位置に保ち液面付近の温度分布を均一化するようにな
っている。

【００１９】黒鉛るつぼ３の外周位置には、石英るつぼ
５内の融液４を加熱して一定温度に保つためのヒータ
７、およびこのヒータ７の熱が外部へ発散することを防
止するための遮蔽板８が配置されている。

【００２０】引上げ炉２の上部には、融液４の表面から
蒸発するＳｉＯを排気口９から有効に排出するためのキ
ャリアガス１０を供給するガス供給口１１が開設され、
さらに、単結晶シリコン１が液面をつり上げて作るメニ
スカス部からの光の位置移動を直径の増減として光学的
に検出して成長する単結晶シリコン１の直径を一定に制
御する光センサ１２が設けられている。

【００２１】そして、引上げ炉２の上方には、この引上
げ炉２に開口した結晶取出部１３が、さらにその上方に
は、種結晶１４を回転させながら引き上げるワイヤ巻取
り装置１５が設けられている。

【００２２】結晶取出部１３には、引き上げられた単結
晶シリコン１を側方から取り出すための開閉扉１６が設
けられるとともに、単結晶シリコン１から発生するＳｉ
Ｏを排気口１７から排出するキャリアガス１０を供給す
るガス供給口１８が開設されている。ワイヤ巻取り装置
１５は、ワイヤ１９によって融液４に対して垂直に設け
られた種結晶ホルダ２０に保持された種結晶１４を多結
晶シリコンの融液４の中に浸して回転させながら、たと
えば約1.0mm/min の速度で引き上げるものであり、これ
によって種結晶１４に続いて単結晶シリコン１が成長す
ることになる。そして、得られた単結晶シリコン１のイ
ンゴットは、結晶取出部１３の開閉扉１６から取り出さ
れる。

【００２３】このような構造を有する単結晶シリコン製
造装置におけるリチャージに用いられる収容治具２１
は、図２および図３に示すようなものである。耐熱温度
を高くするためにたとえば石英より構成される収容治具
２１の側部および底部には、収容された塊状の多結晶シ
リコン２２（図４）が融液４（図１、図４）中に溶け出
るための貫通孔２１ａが開設されている。また、側部の
上方には、前記したワイヤ（図１、図４）１９を取り付
けるためのワイヤ取付孔２１ｂが開設されている。した
がって、塊状の多結晶シリコン２２が収容された収容治
具２１はワイヤ１９によって単結晶シリコン製造装置内
に吊り下げられるようになる。

【００２４】融液４から単結晶シリコン１（図１）を引
き上げたあと、この収容治具２１を用いて原料の多結晶
シリコン２２を再度チャージし、融解して、再び単結晶
シリコン１を成長させるリチャージ方法は、図４に示す
ものである。

【００２５】すなわち、図４（ａ）に示すように、ま
ず、収容治具２１内にたとえば一辺が８０mm程度の、ラ
ンプポリと呼ばれる塊状の多結晶シリコン２２をリチャ
ージ重量分、たとえば総重量で３０kg程度投入する。次
に、図４（ｂ）に示すように、収容治具２１をワイヤ１
９に吊るして石英るつぼ５内にある融液４の液面付近ま
で下降させ、融液４の輻射熱によって多結晶シリコン２
２を所定時間だけ加熱する。なお、本実施例では、収容
治具２１を液面付近に位置させて加熱しているが、収容
治具２１の底部を融液４に浸して加熱するようにしても
よい。多結晶シリコン２２が加熱された後には、図４
（ｃ）に示すように、収容治具２１を融液４に浸漬して
塊状の多結晶シリコン２２を融液４中に溶融する。

【００２６】そして、多結晶シリコン２２が全て融液４
中に溶けだした時点でワイヤ１９を巻き上げて収容治具
２１を取り出し、図１に示すように、再び種結晶１４に
よって単結晶シリコン１を生成する。

【００２７】このように、本実施例に示すリチャージ方
法によれば、塊状の多結晶シリコン２２を用い、これを
収容治具２１中に入れて加熱、溶融することでリチャー
ジに必要な所定量の多結晶シリコン２２を１回で処理す
ることができる。すなわち、大口径の多結晶シリコン２
２の固まりを用いる場合と異なり、必要とされる任意の
重量分のリチャージが可能となり、リチャージ作業を繰
り返し行う必要がなくなる。

【００２８】また、加熱される多結晶シリコン２２は一
辺が８０mm程度と小さいので内部にまで速やかに熱が伝
搬されて短時間で加熱され、さらに、多結晶シリコン２
２が塊状とされていることで融液４との接触面積が広く
なって短時間で融液４中に溶解することになる。したが
って、リチャージ作業が迅速に行われることになり、作
業効率が向上する。

【００２９】（実施例２）図５は本発明の他の実施例に
よるリチャージ方法に用いられる収容治具の正面図、図
６はその収容治具の底面図、図７は本発明の他の実施例
によるリチャージ方法を示す説明図である。

【００３０】本実施例のリチャージ方法において用いら
れる単結晶シリコン製造装置も、前記実施例１に示すも
のと同様のものであり、したがって、ここでは該単結晶
シリコン製造装置についての説明は省略する。なお、本
実施例において前記実施例と共通する部材には同一の符
号を付して説明する。

【００３１】図５および図６に示すように、たとえば石
英より構成される収容治具３１の底部には貫通孔３１ａ
が開設され、この貫通孔３１ａの内周部のたとえば４箇
所には支持爪３１ｃが形成されている。そして、上部か
ら平面状のシリコンウエハ３３（図７）を入れてこれを
支持爪３１ｃに載置することで、該貫通孔３１ａが閉塞
されるようになっている。また、側部の上方にはワイヤ
（図７）１９を取り付けるためのワイヤ取付孔３１ｂが
開設され、これによって収容治具３１が単結晶シリコン
製造装置内に吊り下げられるようになっている。

【００３２】本実施例によるリチャージ方法は、図７に
示すようなものである。

【００３３】まず、図７（ａ）に示すように、シリコン
ウエハ３３を収容治具３１に入れて支持爪に載置させ、
底板を構成する。次に、図７（ｂ）に示すように、収容
治具３１内にたとえば一辺が８０mm程度の塊状の多結晶
シリコン２２をリチャージ重量分投入する。そして、図
７（ｃ）に示すように、収容治具３１をワイヤ１９に吊
るして石英るつぼ５の融液４の液面付近まで下降させ、
これの輻射熱によってシリコンウエハ３３と多結晶シリ
コン２２とを所定時間だけ加熱する。なお、本実施例に
おいても、収容治具３１の底部を融液４に浸して加熱す
るようにしてもよい。両者が加熱された後には、図７
（ｄ）に示すように、収容治具３１を融液４に浸漬す
る。これによって、先ずシリコンウエハ３３が融液４に
溶融されて消失し、加熱された塊状の多結晶シリコン２
２が、底部の貫通孔から収容治具３１内に浸入してきた
融液４にさらされて溶融される。このようにして、シリ
コンウエハ３３と塊状の多結晶シリコン２２が融液４中
に融解されることになる。

【００３４】このように、本実施例に示すリチャージ方
法によっても、リチャージに必要な所定量の多結晶シリ
コン２２を１回で処理することができ、リチャージ作業
を繰り返し行う必要がなくなる。

【００３５】また、加熱される多結晶シリコン２２は塊
状のために短時間で加熱され、融液４との接触面積が広
くなって短時間で融液４中に溶解するので、リチャージ
作業が迅速に行われることになり作業効率が向上する。

【００３６】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることは言うまでもない。

【００３７】たとえば、本実施例に示す塊状の多結晶シ
リコン２２の寸法は一例に過ぎず、種々のサイズのもの
であってもよい。また、この多結晶シリコン２２の形状
は様々なものであってよい。支持爪３１ｃについても、
本実施例においては４箇所に形成されているが、必要な
数だけ設けることができる。同様に、１回のチャージ量
は実施例１に示すような３０kgに限定されるものではな
く、自由に設定することができる。

【００３８】また、本実施例による収容治具２１，３１
は石英で構成されているが、これに限定されるものでは
なく、石英るつぼ５内の融液４の温度に耐え得るもので
あれば、種々の素材で構成することが可能である。

【００３９】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以
下の通りである。

【００４０】(1).すなわち、本発明の単結晶シリコン製
造工程におけるリチャージ方法によれば、塊状の多結晶
シリコンを収容治具に投入することでリチャージに必要
な量の多結晶シリコンを１回で処理することが可能にな
り、リチャージ作業を繰り返し行う必要がなくなる。

【００４１】(2).また、加熱される多結晶シリコンは塊
状のために内部にまで速やかに輻射熱が伝搬されて短時
間で加熱され、さらに、融液との接触面積が広くなって
短時間で融液中に溶解することになる。したがって、リ
チャージ作業が迅速に行われることになる。

【００４２】(3).前記した(1) および(2) により、リチ
ャージ作業が効率よく迅速に行われることになるので、
生産効率の向上を図ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１によるリチャージ方法が適用
される単結晶シリコン製造装置を示す断面図である。

【図２】図１の単結晶シリコン製造装置でのリチャージ
方法に用られる収容治具の正面図である。

【図３】図２の収容治具の底面図である。

【図４】本発明の実施例１によるリチャージ方法を示す
説明図であり、（ａ）は収容治具に塊状の多結晶シリコ
ンを投入している状態を示す説明図、（ｂ）はその収容
治具を融液の輻射熱で加熱している状態を示す説明図、
（ｃ）はその収容治具を融液中に浸漬している状態を示
す説明図である。

【図５】本発明の実施例２によるリチャージ方法に用い
られる収容治具の正面図である。

【図６】図５の収容治具の底面図である。

【図７】本発明の実施例２によるリチャージ方法を示す
説明図であり、（ａ）は収容治具の支持爪にシリコンウ
エハを載置している状態を示す説明図、（ｂ）は収容治
具に塊状の多結晶シリコンを投入している状態を示す説
明図、（ｃ）はその収容治具を融液の輻射熱で加熱して
いる状態を示す説明図、（ｄ）はその収容治具を融液中
に浸漬している状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 単結晶シリコン ２ 引上げ炉 ３ 黒鉛るつぼ ４ 融液 ５ 石英るつぼ ６ るつぼ軸 ７ ヒータ ８ 遮蔽板 ９ 排気口 １０ キャリアガス １１ ガス供給口 １２ 光センサ １３ 結晶取出部 １４ 種結晶 １５ ワイヤ巻取り装置 １６ 開閉扉 １７ 排気口 １８ ガス供給口 １９ ワイヤ ２０ 種結晶ホルダ ２１ 収容治具 ２１ａ 貫通孔 ２１ｂ ワイヤ取付孔 ２２ 多結晶シリコン ３１ 収容治具 ３１ａ 貫通孔 ３１ｂ ワイヤ取付孔 ３１ｃ 支持爪 ３３ シリコンウエハ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単結晶シリコンを引き上げた後の融液に
   多結晶シリコンをチャージし、溶解して、再度単結晶シ
   リコンを成長させる単結晶シリコン製造工程におけるリ
   チャージ方法であって、 貫通孔が開設された収容治具に塊状の多結晶シリコンを
   所定量だけ投入し、 前記収容治具の前記多結晶シリコンを前記融液の輻射熱
   で所定時間加熱し、 前記多結晶シリコンが加熱された前記収容治具を前記融
   液に浸漬して塊状の前記多結晶シリコンを融液中に溶融
   することを特徴とする単結晶シリコン製造工程における
   リチャージ方法。
2. 【請求項２】 単結晶シリコンを引き上げた後の融液に
   多結晶シリコンをチャージし、溶解して、再度単結晶シ
   リコンを成長させる単結晶シリコン製造工程におけるリ
   チャージ方法であって、 底部に貫通孔が開設され、該貫通孔の内周部の複数箇所
   に支持爪が形成された収容治具の前記支持爪に平面状の
   シリコンウエハを載置し、 前記収容治具に塊状の多結晶シリコンを所定量だけ投入
   し、 前記収容治具の前記シリコンウエハと前記多結晶シリコ
   ンとを前記融液の輻射熱で所定時間加熱し、 前記シリコンウエハおよび前記多結晶シリコンが加熱さ
   れた前記収容治具を前記融液に浸漬して前記シリコンウ
   エハを融液中に溶融し、これに続いて塊状の前記多結晶
   シリコンを融液中に溶融することを特徴とする単結晶シ
   リコン製造工程におけるリチャージ方法。
3. 【請求項３】 前記収容治具は、石英から構成されてい
   ることを特徴とする請求項１または２記載の単結晶シリ
   コン製造工程におけるリチャージ方法。