JP2833478B2 - シリコン単結晶成長方法 - Google Patents
シリコン単結晶成長方法Info
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン単結晶成長方
法に関する。さらに詳しくは、ＦＺ法（フロートゾーン
法又は浮遊帯域溶融法）により、シリコン原料棒から１
回の工程でシリコン単結晶を成長させる方法に関する。
法に関する。さらに詳しくは、ＦＺ法（フロートゾーン
法又は浮遊帯域溶融法）により、シリコン原料棒から１
回の工程でシリコン単結晶を成長させる方法に関する。
【０００２】
【発明の背景技術】シリコン単結晶を成長させる方法と
しては、主としてＦＺ法とＣＺ法（チョクラルスキー
法）が挙げられるが、ＦＺ法はＣＺ法に比べて不純物に
よる汚染の少ない高純度のシリコン単結晶を成長できる
という特徴があり、例えば、大電力用半導体素子の製造
を用途とする高抵抗シリコン単結晶を製造する場合に有
利である。
しては、主としてＦＺ法とＣＺ法（チョクラルスキー
法）が挙げられるが、ＦＺ法はＣＺ法に比べて不純物に
よる汚染の少ない高純度のシリコン単結晶を成長できる
という特徴があり、例えば、大電力用半導体素子の製造
を用途とする高抵抗シリコン単結晶を製造する場合に有
利である。
【０００３】図３は、ＦＺ法によりシリコン単結晶を成
長させる際に従来より用いられているシリコン単結晶成
長装置の全体構成を示す概略断面図である。成長炉５内
には、上軸８に保持された所定直径のシリコン多結晶原
料棒１と下軸７に保持された種結晶６が収容されてい
る。また、前記原料棒１の下端を部分的に加熱溶融する
ための輪環状の高周波誘導加熱コイル（以下「誘導加熱
コイル」と言う。）２が前記原料棒１を囲繞するように
該原料棒１と同軸に配置されている。
長させる際に従来より用いられているシリコン単結晶成
長装置の全体構成を示す概略断面図である。成長炉５内
には、上軸８に保持された所定直径のシリコン多結晶原
料棒１と下軸７に保持された種結晶６が収容されてい
る。また、前記原料棒１の下端を部分的に加熱溶融する
ための輪環状の高周波誘導加熱コイル（以下「誘導加熱
コイル」と言う。）２が前記原料棒１を囲繞するように
該原料棒１と同軸に配置されている。
【０００４】この装置を用いてシリコン単結晶を成長さ
せる場合、まず上軸８により保持された原料棒１の下端
に下軸７により保持された種結晶６を接触させるととも
に、両者の接触部付近が誘導加熱コイル２と同一面（加
熱面）に来るように原料棒１及び種結晶６を移動させ
る。そして、原料棒１の下端を誘導加熱コイル２によっ
て融解し、その溶融帯に種結晶６を融着した後、種絞り
によって無転位化しつつ原料棒１と種結晶６とを一体化
する。
せる場合、まず上軸８により保持された原料棒１の下端
に下軸７により保持された種結晶６を接触させるととも
に、両者の接触部付近が誘導加熱コイル２と同一面（加
熱面）に来るように原料棒１及び種結晶６を移動させ
る。そして、原料棒１の下端を誘導加熱コイル２によっ
て融解し、その溶融帯に種結晶６を融着した後、種絞り
によって無転位化しつつ原料棒１と種結晶６とを一体化
する。
【０００５】次に、原料棒１及び種結晶６を回転させな
がら微速度で降下させ、誘導加熱コイル２の加熱面を原
料棒１の下端から上端へ相対的に移動させる。このと
き、原料棒１の誘導加熱コイル２の加熱面にある領域は
溶融し、溶融帯４が形成される。溶融帯４は、加熱面を
過ぎるに従い輻射熱を発しながら徐々に冷却し、種結晶
の結晶方位に従って単結晶化する。そして、この溶融帯
４が原料棒１の下端から上端まで移動することによって
単結晶棒３が得られる。
がら微速度で降下させ、誘導加熱コイル２の加熱面を原
料棒１の下端から上端へ相対的に移動させる。このと
き、原料棒１の誘導加熱コイル２の加熱面にある領域は
溶融し、溶融帯４が形成される。溶融帯４は、加熱面を
過ぎるに従い輻射熱を発しながら徐々に冷却し、種結晶
の結晶方位に従って単結晶化する。そして、この溶融帯
４が原料棒１の下端から上端まで移動することによって
単結晶棒３が得られる。
【０００６】従来、ＦＺ法でシリコン単結晶３を成長さ
せる場合、誘導加熱コイル２により原料棒１を加熱溶融
して溶融帯４を前記原料棒１の下端から上端まで移動さ
せる工程（ＦＺ工程）を通常２回行ってシリコン単結晶
３を得ていた。これは、１回のＦＺ工程では原料棒１が
完全に単結晶化し難く、また得られた単結晶に乱れが生
じる場合もあったからである。この原因は、原料棒１か
ら剥離した多結晶粒に起因すると考えられる。
せる場合、誘導加熱コイル２により原料棒１を加熱溶融
して溶融帯４を前記原料棒１の下端から上端まで移動さ
せる工程（ＦＺ工程）を通常２回行ってシリコン単結晶
３を得ていた。これは、１回のＦＺ工程では原料棒１が
完全に単結晶化し難く、また得られた単結晶に乱れが生
じる場合もあったからである。この原因は、原料棒１か
ら剥離した多結晶粒に起因すると考えられる。
【０００７】すなわち、図４に示すように、原料棒１側
の固液界面１ａから多結晶粒９が剥離し、溶融帯４中の
対流によって下方へ移動し、多結晶粒９が融けきれずに
単結晶棒３側の固液界面３ａに到達した途端に、成長中
の単結晶が多結晶化してしまうものである。このため、
１回目のＦＺ工程（プレゾーニング）で中間シリコン多
結晶棒を育成して多結晶粒９が剥離しづらくした後に、
２回目のＦＺ工程（無転位化ゾーニング）で前記中間シ
リコン多結晶棒を原料棒としてシリコン単結晶３を成長
させていた。
の固液界面１ａから多結晶粒９が剥離し、溶融帯４中の
対流によって下方へ移動し、多結晶粒９が融けきれずに
単結晶棒３側の固液界面３ａに到達した途端に、成長中
の単結晶が多結晶化してしまうものである。このため、
１回目のＦＺ工程（プレゾーニング）で中間シリコン多
結晶棒を育成して多結晶粒９が剥離しづらくした後に、
２回目のＦＺ工程（無転位化ゾーニング）で前記中間シ
リコン多結晶棒を原料棒としてシリコン単結晶３を成長
させていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＦＺ工程は１
回行うのに相当な時間を要するので、ＦＺ工程を２回行
うことはシリコン単結晶を製造する上で生産効率の点で
不利である。そこで本発明は、原料棒から剥離した多結
晶粒による単結晶の多結晶化や乱れを防止し、１回のＦ
Ｚ工程で結晶の乱れのないシリコン単結晶を成長するこ
とができるシリコン単結晶成長方法を提供することを目
的とする。
回行うのに相当な時間を要するので、ＦＺ工程を２回行
うことはシリコン単結晶を製造する上で生産効率の点で
不利である。そこで本発明は、原料棒から剥離した多結
晶粒による単結晶の多結晶化や乱れを防止し、１回のＦ
Ｚ工程で結晶の乱れのないシリコン単結晶を成長するこ
とができるシリコン単結晶成長方法を提供することを目
的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明はかかる技術的課
題を達成するために、成長炉内に設けた誘導加熱コイル
によりシリコン原料棒を加熱溶融してシリコン単結晶を
成長させるＦＺ法によるシリコン単結晶成長方法におい
て、前記誘導加熱コイルの上面側及び／又は下面側にリ
ング状部材を設け、該リング状部材の内周縁を前記シリ
コン原料棒が溶融した溶融帯に挿入し、１回のＦＺ工程
でシリコン単結晶を成長させるようにした。
題を達成するために、成長炉内に設けた誘導加熱コイル
によりシリコン原料棒を加熱溶融してシリコン単結晶を
成長させるＦＺ法によるシリコン単結晶成長方法におい
て、前記誘導加熱コイルの上面側及び／又は下面側にリ
ング状部材を設け、該リング状部材の内周縁を前記シリ
コン原料棒が溶融した溶融帯に挿入し、１回のＦＺ工程
でシリコン単結晶を成長させるようにした。
【００１０】前記リング状部材は、石英、サファイアま
たは窒化珪素からなるのが好ましい。また、前記溶融帯
に静磁場を印加するのが好ましい。
たは窒化珪素からなるのが好ましい。また、前記溶融帯
に静磁場を印加するのが好ましい。
【００１１】
【作用】本発明は、多結晶粒９の比重が溶融シリコン
（溶融帯４）よりも１０％程度小さいので、該溶融帯４
の表面上に浮き上がり易いという性質を利用したもので
ある。
（溶融帯４）よりも１０％程度小さいので、該溶融帯４
の表面上に浮き上がり易いという性質を利用したもので
ある。
【００１２】図２に示すように、シリコン原料棒１を加
熱溶融する誘導加熱コイル２の上面側及び／又は下面側
にリング状部材１０を設け、該リング状部材１０の内周
縁を前記シリコン原料棒１が溶融した溶融帯４に挿入す
ると、該溶融帯４の表面上に浮き上がり該溶融帯４の表
面上を下方へ移動する多結晶粒９は、前記リング状部材
１０で受け止められるので、多結晶粒９が直接成長界面
３ａに付着することが抑制される。
熱溶融する誘導加熱コイル２の上面側及び／又は下面側
にリング状部材１０を設け、該リング状部材１０の内周
縁を前記シリコン原料棒１が溶融した溶融帯４に挿入す
ると、該溶融帯４の表面上に浮き上がり該溶融帯４の表
面上を下方へ移動する多結晶粒９は、前記リング状部材
１０で受け止められるので、多結晶粒９が直接成長界面
３ａに付着することが抑制される。
【００１３】前記リング状部材１０は、石英、サファイ
アまたは窒化珪素からなるのが好ましい。特に合成石英
からなる場合には、前記リング状部材１０からの汚染の
心配をより減少させることができる。
アまたは窒化珪素からなるのが好ましい。特に合成石英
からなる場合には、前記リング状部材１０からの汚染の
心配をより減少させることができる。
【００１４】前記リング状部材１０で受け止められた多
結晶粒９は、該リング状部材１０付近に留って融解する
か又は溶融帯４中に入る。該溶融帯４中に入った多結晶
粒９は対流に乗って移動するが、溶融帯４に静磁場を印
加すると、該溶融帯４における溶融シリコンの対流を抑
制することができるので、多結晶粒９が単結晶３側の成
長界面３ａに到達するまでの時間を長くして多結晶粒を
完全に融解し、単結晶成長部位の多結晶化や結晶の乱れ
をさらに抑制することができる。
結晶粒９は、該リング状部材１０付近に留って融解する
か又は溶融帯４中に入る。該溶融帯４中に入った多結晶
粒９は対流に乗って移動するが、溶融帯４に静磁場を印
加すると、該溶融帯４における溶融シリコンの対流を抑
制することができるので、多結晶粒９が単結晶３側の成
長界面３ａに到達するまでの時間を長くして多結晶粒を
完全に融解し、単結晶成長部位の多結晶化や結晶の乱れ
をさらに抑制することができる。
【００１５】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の好適な実施例
を例示的に説明する。但し、この実施例に記載されてい
る構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特
に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
を例示的に説明する。但し、この実施例に記載されてい
る構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特
に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１６】図１は、本発明のシリコン単結晶成長方法
の一実施例を示す概略図である。基本構成は図３に示し
た従来の成長方法と同じであるが、本実施例の方法は、
誘導加熱コイル２の下面側に合成石英からなるリング状
部材１０が設けられている。このリング状部材１０の内
周縁１０ａは、前記シリコン原料棒が溶融した溶融帯に
挿入されている。
の一実施例を示す概略図である。基本構成は図３に示し
た従来の成長方法と同じであるが、本実施例の方法は、
誘導加熱コイル２の下面側に合成石英からなるリング状
部材１０が設けられている。このリング状部材１０の内
周縁１０ａは、前記シリコン原料棒が溶融した溶融帯に
挿入されている。
【００１７】図２は、リング状部材１０を含む部分拡大
図である。図のように、原料棒１側の固液界面１ａから
剥離した多結晶粒９のうち、溶融帯４の表面上に浮上し
た多結晶粒９は重力によって溶融帯４の表面を下方へ移
動するが、リング状部材１０によってその移動を阻止さ
れ、該リング状部材１０付近に留って融解するか又は溶
融帯４中に入る。該溶融帯４中に入った多結晶粒９は、
対流に乗って移動しながら融解する。
図である。図のように、原料棒１側の固液界面１ａから
剥離した多結晶粒９のうち、溶融帯４の表面上に浮上し
た多結晶粒９は重力によって溶融帯４の表面を下方へ移
動するが、リング状部材１０によってその移動を阻止さ
れ、該リング状部材１０付近に留って融解するか又は溶
融帯４中に入る。該溶融帯４中に入った多結晶粒９は、
対流に乗って移動しながら融解する。
【００１８】従来の成長方法を用いて１回のＦＺ工程で
シリコン単結晶を成長した場合には、単結晶化率は３０
％以下であり、結晶に乱れも生じていたが、本実施例の
成長方法を用いて１回のＦＺ工程でシリコン単結晶を成
長した場合、単結晶化率は９０％以上となり、結晶の乱
れも見られなかった。
シリコン単結晶を成長した場合には、単結晶化率は３０
％以下であり、結晶に乱れも生じていたが、本実施例の
成長方法を用いて１回のＦＺ工程でシリコン単結晶を成
長した場合、単結晶化率は９０％以上となり、結晶の乱
れも見られなかった。
【００１９】なお、本実施例においてはリング状部材を
誘導加熱コイルの下面側に設置したが、リング状部材を
誘導加熱コイルの上面側に設置してもよい。
誘導加熱コイルの下面側に設置したが、リング状部材を
誘導加熱コイルの上面側に設置してもよい。
【００２０】また、溶融帯４に３００〜１０００ｇａｕ
ｓｓの静磁場を印加すると、該溶融帯４における溶融シ
リコンの対流が抑制されるので、対流に乗った多結晶粒
９は単結晶３側の成長界面３ａに到達するまでに完全に
融解し、単結晶成長部位の多結晶化や結晶の乱れをさら
に抑制することができる。
ｓｓの静磁場を印加すると、該溶融帯４における溶融シ
リコンの対流が抑制されるので、対流に乗った多結晶粒
９は単結晶３側の成長界面３ａに到達するまでに完全に
融解し、単結晶成長部位の多結晶化や結晶の乱れをさら
に抑制することができる。
【００２１】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、シ
リコン原料棒から１回のＦＺ工程で結晶の乱れのないシ
リコン単結晶を成長することができ、高い生産性で高品
質のシリコン単結晶を製造することができる。
リコン原料棒から１回のＦＺ工程で結晶の乱れのないシ
リコン単結晶を成長することができ、高い生産性で高品
質のシリコン単結晶を製造することができる。
【図１】本発明のシリコン単結晶成長方法の一実施例を
示す概略断面図である。
示す概略断面図である。
【図２】図１における溶融帯付近の部分拡大図である。
【図３】従来のシリコン単結晶成長方法の一例を示す概
略断面図である。
略断面図である。
【図４】図３における溶融帯付近の部分拡大図である。
１ 原料棒 １ａ 固液界面 ２ 誘導加熱コイル ３ 単結晶棒 ３ａ 成長界面 ４ 溶融帯 ５ 成長炉 ６ 種結晶 ７ 下軸 ８ 上軸 ９ 多結晶粒 １０ リング状部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−6972（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−197118（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−177388（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C30B 13/20 C30B 13/00 C30B 13/28 - 13/30 C30B 28/00 - 35/00
Claims (3)
- 【請求項１】 成長炉内に設けた誘導加熱コイルにより
シリコン原料棒を加熱溶融してシリコン単結晶を成長さ
せるＦＺ法によるシリコン単結晶成長方法において、前
記誘導加熱コイルの上面側及び／又は下面側にリング状
部材を設け、該リング状部材の内周縁を前記シリコン原
料棒が溶融した溶融帯に挿入し、１回のＦＺ工程でシリ
コン単結晶を成長させることを特徴とするシリコン単結
晶成長方法。 - 【請求項２】 前記リング状部材は、石英、サファイア
または窒化珪素からなる請求項１記載のシリコン単結晶
成長方法。 - 【請求項３】 前記溶融帯に静磁場を印加することを特
徴とする請求項１または請求項２記載のシリコン単結晶
成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12817994A JP2833478B2 (ja) | 1994-05-18 | 1994-05-18 | シリコン単結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12817994A JP2833478B2 (ja) | 1994-05-18 | 1994-05-18 | シリコン単結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08104590A JPH08104590A (ja) | 1996-04-23 |
| JP2833478B2 true JP2833478B2 (ja) | 1998-12-09 |
Family
ID=14978382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12817994A Expired - Lifetime JP2833478B2 (ja) | 1994-05-18 | 1994-05-18 | シリコン単結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2833478B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5942032A (en) * | 1997-08-01 | 1999-08-24 | Memc Electronic Materials, Inc. | Heat shield assembly and method of growing vacancy rich single crystal silicon |
| JP2000082679A (ja) | 1998-07-08 | 2000-03-21 | Canon Inc | 半導体基板とその作製方法 |
| DE10220964B4 (de) * | 2002-05-06 | 2006-11-02 | Pv Silicon Forschungs- Und Produktions Ag | Anordnung zur Herstellung von Kristallstäben mit definiertem Querschnitt und kolumnarer polykristalliner Struktur mittels tiegelfreier kontinuierlicher Kristallisation |
| KR20130133883A (ko) | 2006-01-20 | 2013-12-09 | 에이엠지 아이디얼캐스트 솔라 코포레이션 | 광전 변환 소자용 단결정 캐스트 실리콘 및 단결정 캐스트 실리콘 바디들을 제조하는 방법 및 장치 |
| WO2009015167A1 (en) | 2007-07-25 | 2009-01-29 | Bp Corporation North America Inc. | Methods for manufacturing monocrystalline or near-monocrystalline cast materials |
| CN101871124B (zh) * | 2010-06-02 | 2013-01-16 | 王敬 | 具有改进加料能力的制造多晶锭的系统 |
| CN101892518B (zh) * | 2010-07-08 | 2013-01-16 | 王敬 | 制造多晶锭的系统和方法 |
| CN102808216A (zh) * | 2012-08-22 | 2012-12-05 | 北京京运通科技股份有限公司 | 一种区熔单晶硅生产工艺方法及区熔热场 |
| CN102912414B (zh) * | 2012-10-15 | 2015-11-25 | 天津英利新能源有限公司 | 一种多晶硅铸锭炉及其坩埚 |
| DE102012022965B4 (de) * | 2012-11-19 | 2018-12-06 | Forschungsverbund Berlin E.V. | Vorrichtung für das tiegelfreie Zonenziehen von Kristallstäben |
| CN104264220A (zh) * | 2014-07-02 | 2015-01-07 | 洛阳金诺机械工程有限公司 | 一种用产品料直接拉制硅芯的方法 |
-
1994
- 1994-05-18 JP JP12817994A patent/JP2833478B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08104590A (ja) | 1996-04-23 |
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