JP3747696B2 - シリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という。）に基づいてシリコン単結晶を引上げる装置の熱遮蔽部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン単結晶を製造する方法の一つとしてＣＺ法が用いられている。このＣＺ法では、多結晶シリコンを原料として石英るつぼ内で加熱融解し、この石英るつぼに貯えられたシリコン融液に種結晶を浸し、この種結晶を引上げ手段により引上げることで円柱状のシリコン単結晶棒を製造している。
この方法では、シリコン単結晶棒を引上げた後、次の引上げの前に引上げ装置のチャンバ内を清掃し、引上げ中に発生した粉塵等を除去している。これは粉塵等の不純物が落下したシリコン融液からシリコン単結晶棒を引上げた場合、結晶が有転位化し易くこの有転位化を防ぐためである。
【０００３】
一方、シリコン単結晶棒の引上げ中には、石英るつぼの内壁のＳｉＯ₂の一部がシリコン融液中に溶解し、このＳｉＯ₂とＳｉが反応してシリコン融液からＳｉＯガスとなって蒸発する。このＳｉＯガスはシリコン融液上方の引上げ装置のチャンバ内部の構造物に付着し、凝固する。この凝固物が堆積すると、シリコン融液中に落下するおそれがある。このために、チャンバ上部からチャンバ内に不活性ガスをキャリアガスとして供給し、融液面から発生するＳｉＯガスを含むチャンバ内のガスをキャリアガスによって積極的にチャンバ下部からチャンバ外部に排出している。
【０００４】
引上げ中のこのキャリアガスが移動しているとき、或は石英るつぼの上方に位置する引上げ手段が作動しているときには、上記清掃やキャリアガスによって除去し切れなかったカーボン粉、酸化ケイ素粉等の粉塵が石英るつぼの上方のチャンバ内で発生する。
また石英るつぼに充填された原料の塊状の多結晶シリコンの大部分が融解したときには上層の多結晶シリコンがブリッジ状になることがある。この場合には上層の多結晶シリコンは融解時に急速にシリコン融液に落下し融液を跳ね上げる。跳ね上がったシリコン融液は熱遮蔽部材の筒部の表面に付着し、凝固する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シリコン単結晶棒の引上げ中に生じた上記粉塵の量がキャリアガスの搬送能力を上回ってシリコン融液に落下したり、或は筒部の表面に付着したシリコン凝固物が引上げ装置の振動によりシリコン融液に落下した場合には、やはり結晶の有転位化を生じる。
本発明の目的は、粉塵、シリコン凝固物等の異物のシリコン融液への落下を防止して品質の高いシリコン単結晶棒を製造し得るシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、石英るつぼ１３に貯留されたシリコン融液１２から引上げられるシリコン単結晶棒２４の外周面を包囲しかつ下端がシリコン融液１２表面から間隔をあけて上方に位置しシリコン融液１２を加熱するヒータ１８からの輻射熱を遮る筒部２７ａを有する熱遮蔽部材２７において、筒部２７ａが下部に向うに従って筒径が小さくなる円錐状に形成され、かつ筒部２７ａの内部に筒部２７ａの下部周縁に一体的に接続された内筒２７ｂと、この内筒２７ｂの上端周縁に筒部２７ａの方向にフランジ２７ｃが設けられたことを特徴とするシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材である。
この請求項１に記載されたシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材では、円錐状の筒部２７ａの内面に付着した粉塵やシリコン凝固物はこの内面に沿って落下し、筒部２７ａと内筒２７ｂの間に溜る。これにより、粉塵やシリコン凝固物などの異物がシリコン融液１２に落下せず、シリコン単結晶の有転位化を防ぐことができる。
【０００７】
フランジ２７ｃを内筒２７ｂの上端周縁に設けることにより、一度筒部２７ａと内筒２７ｂの間に溜った粉塵をより確実に捕捉する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、シリコン単結晶の引上げ装置１０のチャンバ１１内には、シリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３が設けられ、この石英るつぼ１３の外面は黒鉛サセプタ１４により被覆される。石英るつぼ１３の下面は上記黒鉛サセプタ１４を介して支軸１６の上端に固定され、この支軸１６の下部はるつぼ駆動手段１７に接続される。石英るつぼ１３の外周面は石英るつぼ１３から所定の間隔をあけてヒータ１８により包囲され、このヒータ１８は保温筒１９により包囲される。ヒータ１８により石英るつぼ１３に投入された高純度のシリコン多結晶塊が融解してシリコン融液１２になる。
【０００９】
またチャンバ１１の上端には円筒状のケーシング２１が設けられる。このケーシング２１には引上げ手段２２が設けられる。引上げ手段２２はケーシング２１の上端部に水平状態で旋回可能に設けられた引上げヘッド（図示せず）とヘッドから石英るつぼ１３の回転中心に向って垂下されたワイヤケーブル２３とを有する。ワイヤケーブル２３の下端にはシリコン融液１２に浸してシリコン単結晶棒２４を引上げるための種結晶２６が取付けられる。シリコン単結晶棒２４の外周面と石英るつぼ１３の内周面との間にはシリコン単結晶棒２４を包囲する円筒状の熱遮蔽部材２７が設けられる。
【００１０】
本実施の形態の特徴ある構成は、図２に詳しく示すように熱遮蔽部材２７が下部に向うに従って筒径が小さくなる円錐状に形成されヒータ１８からの輻射熱を遮る筒部２７ａを備え、この筒部２７ａの内部に筒部２７ａの下部周縁に一体的に接続された内筒２７ｂとこの内筒２７ｂの上端周縁に筒部２７ａの方向にフランジ２７ｃとがそれぞれ設けられたことにある。また、筒部２７ａの上部には外方にほぼ水平に張り出すフランジ部２７ｄが筒部２７ａと一体的に形成される。このフランジ部２７ｄを保温筒１９上に載置することにより熱遮蔽部材２７はチャンバ１１内に固定される。
【００１１】
チャンバ１１にはアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスをシリコン単結晶棒２４と熱遮蔽部材２７の間に流下させかつシリコン融液１２表面を通過させてチャンバ１１外に排出するガス給排手段２８が接続される。ガス給排手段２８は一端がケーシング２１の上部周壁に接続され他端がエアタンク（図示せず）に接続されたガス供給パイプ２８ａと、一端がチャンバ１１の下壁に接続され他端が真空ポンプ（図示せず）に接続されたガス排出パイプ２８ｂとを有する。ガス供給パイプ２８ａ及びガス排出パイプ２８ｂにはこれらのパイプ２８ａ，２８ｂを流れる不活性ガスの流量を調整する第１及び第２流量調整弁２８ｃ，２８ｄがそれぞれ設けられる。
【００１２】
このように構成されたシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材の動作を説明する。
図１に示すように、シリコン単結晶棒２４を引上げるときには、第１及び第２流量調整弁２８ｃ，２８ｄを調整し、ガス供給パイプ２８ａからガス排出パイプ２８ｂへとチャンバを介してキャリアガスを流し、シリコン融液１２表面から蒸発するＳｉＯガスなどの蒸発物をキャリアガスと一緒にチャンバ１１外へ排出する。
【００１３】
一方、引上げ中にキャリアガスがチャンバ１１内を移動しているとき、或は石英るつぼ１３の上方に位置する引上げ手段２２が作動しているときであって、シリコン単結晶を引上げる前に行うチャンバ１１内の清掃やキャリアガスによって除去し切れなかったカーボン粉、酸化ケイ素粉等の粉塵がチャンバ１１内で発生した場合には、この粉塵はチャンバ１１内上部の部材表面に沿うキャリアガスの流れに乗って流下し、図の矢印に示すように、熱遮蔽部材２７の筒部２７ａ内周面に沿って流れ、筒部２７ａと内筒２７ｂの間へ溜る。
【００１４】
また、石英るつぼ１３に充填された原料の塊状の多結晶シリコンの大部分が融解したときであって、上層の多結晶シリコンがブリッジ状になり、上層の多結晶シリコンが融解時に急速にシリコン融液１２に落下し融液を跳ね上げた場合には、この跳ね上がったシリコン融液が筒部２７ａ表面に付着し、凝固することがある。このシリコン凝固物が堆積して熱遮蔽部材２７の筒部２７ａ表面から剥がれても、筒部２７ａ内周面を沿って滑り落ち、筒部２７ａと内筒２７ｂの間に溜る。
【００１５】
この結果、シリコン単結晶棒が粉塵やシリコン凝固物による汚染の頻度は減少するので、結晶の有転位化を防止し、品質の高いシリコン単結晶棒を製造することができる。
【００１６】
なお、上記実施の形態では内筒２７ｂを円筒状にしたが、図３（ａ）及び（ｃ）に示すように上方に向うに従って直径が小さくなる円錐状にしてもよい。このように内筒２７ｂを円錐状にすることにより、図の矢印に示すようにシリコン融液１２上面からの熱を融液近傍のシリコン単結晶棒２４の側部に反射でき、単結晶棒２４の中心部と側部との温度勾配を減少させることができる。また、上記実施の形態ではフランジ２７ｃをリング状にしたが、キャリアガスを流れ易くするために図３（ｃ）及び（ｄ）に示すように上方に向うに従って直径が大きくなる円錐状にしてもよい。また、溜った粉塵等を除去し易くするために図３（ｂ）及び（ｄ）に示すような筒部と内筒の間に底部２７ｅを有する構造にしてもよい。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、チャンバ内で生じる粉塵やシリコン凝固物は熱遮蔽部材の筒部内面に沿って落下し筒部と内筒の間に溜るように構成したので、シリコン融液が不純物に汚染されることが減少し、結晶の有転位化を防止して、品質の高いシリコン単結晶棒を製造することができる。
また、フランジを内筒上端周縁に取付けることにより、一度筒部と内筒の間に溜った粉塵やシリコン凝固物をより確実に捕捉することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシリコン単結晶引上げ装置の構成図。
【図２】図１の引上げ装置の熱遮蔽部材の要部破断斜視図。
【図３】図１の熱遮蔽部材の応用例を示す構成図。
【符号の説明】
１０ シリコン単結晶引上げ装置
１２ シリコン融液
１３ 石英るつぼ
１８ ヒータ
２４ シリコン単結晶棒
２７ 熱遮蔽部材
２７ａ 筒部
２７ｂ 内筒
２７ｃ フランジ

Claims (1)

1. 石英るつぼ(13)に貯留されたシリコン融液(12)から引上げられるシリコン単結晶棒(24)の外周面を包囲しかつ下端が前記シリコン融液(12)表面から間隔をあけて上方に位置し前記シリコン融液(12)を加熱するヒータ(18)からの輻射熱を遮る筒部(27a)を有する熱遮蔽部材(27)において、
   前記筒部(27a)が下部に向うに従って筒径が小さくなる円錐状に形成され、かつ前記筒部(27a)の内部に前記筒部(27a)の下部周縁に一体的に接続された内筒(27b)と、前記内筒 (27b) の上端周縁に筒部 (27a) の方向にフランジ (27c) が設けられたことを特徴とするシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材。

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