(57)【要約】      （修正有）【課題】装置内の部材表面に付着した粉塵をまんべんなく脱離させたシリコン単結晶の製造方法を提供する。【解決手段】シリコン単結晶製造装置内にてシリコン種結晶を引き上げる工程を含むチョクラルスキー法により行われるシリコン単結晶の製造方法であって、前記工程の前に、炉体１の外壁面および結晶格納塔１４の外壁面に固定された振動子１８により炉体１に機械的振動を与え、前記装置内に付着した粉塵を脱離させる工程を含む。さらに、ガス導入管１６の経路に設置したイオン源１９から、前記装置内にイオン化ガスを導入することにより、帯電により部材表面に対して静電力によって付着している粉塵に対して、その帯電を中和することで粉塵は部材から脱離しやすくする。よって、装置内に物理的な噛み合いによって付着している粉塵だけでなく、装置内に静電力によって付着している粉塵をも脱離させることが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶製造装置内にてシリコン種結晶を引き上げる工程を含むチョクラルスキー法により行われるシリコン単結晶の製造方法であって、
前記工程の前に、前記装置内に付着した粉塵が脱離するように前記装置に対して振動を与える工程を含むシリコン単結晶の製造方法。
【請求項２】
前記シリコン種結晶を引き上げる工程の前に、前記装置内にイオン化ガスを導入する工程をさらに含む請求項１記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項３】
前記イオン化ガスを、コロナ放電により発生させる請求項２記載のシリコン単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン単結晶の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。ＣＺ法によると、溶融させたシリコン原料の表面に種結晶を接触させたのち結晶を引き上げることで、種結晶と同じ面方位の単結晶を無転位で成長させることができる。
【０００３】
しかし、結晶の引上げ中に何らかの原因により結晶成長界面に転位が発生した場合、それ以後は多結晶化して成長する、いわゆる「有転位化」が生じる。この有転位化により、得られるシリコン結晶の単結晶化率が低くなり、製造歩留りが大きく低下するため、極力、有転位化の発生を抑制する対策が検討されている。
【０００４】
有転位化には複数の原因が想定される。そのなかの１つの原因としては、装置内の部材表面に付着していたシリコン等の粉塵が、シリコン結晶の引上げ時に装置中の坩堝内へ落下し、粉塵が完全に溶解せずに固体の状態で結晶成長界面に到達することが挙げられる。
【０００５】
この粉塵は、炉体内部の清掃作業時またはポリシリコン原料充填作業時に飛散したＳｉＯxの微粉末であり、炉体または結晶格納塔の内壁面、熱遮蔽シールド、ワイヤの表面などに付着する。この粉塵は、凸凹面に噛み合う、または静電力によって装置内に付着している。
【０００６】
上記問題を解決するために、例えば、引用文献１には、装置の上方部にガスガイド治具を配設し、アルゴンガスの流速を治具近傍にて早めることで装置内に付着した粉塵を脱離させたシリコン単結晶の製造方法が記載されている。
【特許文献１】特開昭５９−１４１４９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、引用文献１の発明では、治具近傍の粉塵はガスの流速により粉塵を脱離されるが、それ以外の装置内部ではガスの流速が低く、装置内部の粉塵をまんべんなく脱離させることができず、さらなる改善化が要求されていた。
【０００８】
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、装置内の部材表面に付着した粉塵をまんべんなく脱離させたシリコン単結晶の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のシリコン単結晶の製造方法は、シリコン単結晶製造装置内にてシリコン種結晶を引き上げる工程を含むチョクラルスキー法により行われるシリコン単結晶の製造方法であって、前記工程の前に、前記装置内に付着した粉塵が脱離するように前記装置に対して振動を与える工程を含む。
【００１０】
前記シリコン種結晶を引き上げる工程の前に、前記装置内にイオン化ガスを導入する工程をさらに含むことが好ましい。
【００１１】
前記イオン化ガスが、コロナ放電により発生することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のシリコン単結晶の製造方法は、シリコン単結晶製造装置内にてシリコン種結晶を引き上げる工程を含むチョクラルスキー法により行われるシリコン単結晶の製造方法であって、前記工程の前に、前記装置内に付着した粉塵が脱離するように前記装置に対して振動を与える工程を含む。このように、シリコン種結晶を引き上げる前に装置内を振動させることにより、引き上げ中の単結晶成長を阻害することなく、粉塵に加速度を与え、装置の内部材からの粉塵の脱離を促進することができる。脱離したシリコン粉塵をシリコン溶液中に落下させて溶解させることで、シリコン原料を余すことなく用いてシリコン単結晶を製造することができる。
【００１３】
シリコン種結晶を引き上げる工程の前に、装置内にイオン化ガスを導入することが好ましい。装置内にイオン化ガスを導入することで、帯電により部材表面に対して静電力によって付着している粉塵に対して、その帯電を中和することで粉塵は部材から脱離しやすくなる。よって、装置内に物理的な噛み合いによって付着している粉塵だけでなく、装置内に静電力によって付着している粉塵をも脱離させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明のシリコン単結晶の製造に方法について実施の形態を以下に詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明のシリコン単結晶の製造方法に用いるシリコン単結晶製造装置の断面図である。この製造装置は、連結部１５を介して炉体１と結晶格納塔１４とから構成される。
【００１６】
炉体１は、原料であるポリシリコン原料を溶融したシリコン融液２を保持する石英坩堝３と、石英坩堝３を保持する黒鉛坩堝４と、黒鉛坩堝４を囲繞するヒータ５と、ヒータ５の外側に配置された保温用断熱材６および熱遮蔽リング７と、熱遮蔽保温用断熱材６の上に設けられた熱遮蔽リング７と、熱遮蔽リング７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と、を有する。
【００１７】
石英坩堝３は、シリコン融液２を保持し、黒鉛坩堝４は石英坩堝３を保持する。
【００１８】
黒鉛坩堝４は、炉体１を貫通し、モータ（不図示）に結合されて回転され、かつ昇降装置（図示されず）によって昇降される坩堝回転軸１０が取り付けられている。
【００１９】
保温用断熱材６または熱遮蔽リング７は、カーボン素材、たとえば、ポーラスカーボン、カーボンフェルトなど耐熱衝撃性に富み、かつ加工性に優れた材料が選択される。
【００２０】
結晶格納塔１４は、引上げた結晶を格納するために設置される。結晶格納塔１４は、その内部に、単結晶引上げのためのシード１１、シードホルダ１２、および引き上げ用のワイヤ１３が取り付けられている。ワイヤ１３は結晶格納塔１４の頂部に設けられたモータ（図示されず）により巻き取るとともに結晶を回転させるワイヤ回転装置（不図示）が取り付けられている。
【００２１】
結晶格納塔１４の上部には雰囲気ガス（Ａｒ等の不活性ガス）のガス導入管１６が設置され、数十リットル／ｍｉｎ．程度の流量を流すことによってシリコン融液２の表面から蒸発するＳｉＯｘを押し流して、炉体１の下部に設けられた排気口１７を通って排気ポンプ（不図示）で排気される。
【００２２】
前述のシリコン単結晶製造装置内にて、チョクラルスキー法が行われる。本発明のシリコン単結晶の製造方法は、チョクラルスキー法のシリコン種結晶を引き上げる工程よりも前に、装置内に装着した粉塵が脱離するように装置に対して振動を与える工程を含み、引き上げ中の単結晶成長の阻害を抑制する。
【００２３】
図２にＣＺ法の手順を示すフロー図を示す。本発明においては、引き上げ工程よりも前の工程（例えば、原料充填工程の後、原料溶解工程の後、原料追加投入工程の後、種結晶着液の後）であれば装置に振動を与える操作を行うことができる。
【００２４】
特に振動を印加する工程は、ポリシリコン原料を追加投入後に振動を印加することが好ましい。これにより、追加投入したポリシリコン原料を十分に脱離させることができる。
【００２５】
図１において、炉体１の外壁面および結晶格納塔１４の外壁面に振動子１８が固定されている。炉体１の外壁面に固定された振動子１８は、炉体１に機械的振動を与え、この振動は熱遮蔽リング７や熱遮蔽シールド８にも伝達して、熱遮蔽リング７または熱遮蔽シールド８の表面に付着した粉塵に加速度を付与して脱離させることができる。
【００２６】
また、結晶格納塔１４の外壁面に固定された振動子１８は、結晶格納塔１４の内壁面に付着した粉塵に加速度を付与して粉塵を脱離させることができる。
【００２７】
振動子１８としては、圧電素子、機械的回転、磁力などの一般的な振動を発生させる機構を用いることができる。
【００２８】
振動子１８で発生させる振動の周波数は５０Ｈｚ以上で、振動の振幅は１μｍ以上であることにより、装置内の粉塵に加速度を与え、粉塵を十分に脱離させることができる。
【００２９】
ただし、振動の周波数および振幅が大きすぎると、装置が損傷する可能性があるため、振動の周波数は１００ｋＨｚ以下、振動の振幅は５０ｋＨｚ以下が好ましい。
【００３０】
装置に対して振動を与える工程において、一定の振動の周波数を印加してもよいが、５０〜１００ｋＨｚの範囲内で周波数を連続的に変化させることが好ましい。これにより、種々の大きさの粉塵に対して有効な振動を与えることができ、粉塵の脱離を促進することができる。
【００３１】
なお、装置の共振周波数を利用すれば、共振により振動を増大させることができるため、振動子１８の出力を小さい場合でも十分な振動を得ることができるので好適である。
【００３２】
振動子１８を設置する位置は炉体１の内部でもよく、特に選択的に振動を与えたい装置内部の部位に、熱遮蔽シールド８に磁性体を固定し、炉体１の外部から交流磁場を磁性体へ印加する形態がよい。このように特定の部位に対して選択的に振動を与えることにより、その部位に付着した粉塵を選択的に脱離させることができる。
【００３３】
また、振動と同時に、雰囲気ガスを間歇的に導入することで、粉塵にさらなる加速度を与え、装置からの脱離を促進することができる。これにより、振動により脱離しきれなかった粉塵を雰囲気ガスにより脱離できる効果が期待できる。
【００３４】
振動により脱離した粉塵は重力によって下方へ落下する。あるいは雰囲気ガスによってガスの下流側へ輸送される。粉塵の一部はシリコン融液２内へ混入し、一部は雰囲気ガスの輸送により排気口１７を通って排出される。
【００３５】
清浄な環境で装置を操作した場合、粉塵の由来は多くの場合、ポリシリコン原料の微粉末や、シリコン融液から蒸発したＳｉＯｘであるため、シリコン融液２内へ混入しても直ちに溶解が進行して攪拌され、引上げたシリコン単結晶の品質にも悪影響を与えることはない。
【００３６】
また本発明においては、シリコン種結晶を引き上げる工程の前に、装置内にイオン化ガスを導入する工程をさらに含むことが好ましい。粉塵は装置内の部材表面に対して物理的噛み合いによって付着している場合に加えて、粉塵または部材が帯電していて部材表面に対して静電力によって付着している場合がある。装置内にイオン化ガスを導入することで、静電力によって付着している粉塵の静電気を除電して脱離しやすくできる。
【００３７】
図１において、具体的には、ガス導入管１６の経路にイオン源１９を設置し、正あるいは負にイオン化させた雰囲気ガスを導入させている。
【００３８】
イオン源１９として、例えば、ガス中に露出した鋭敏な針に電圧を印加する、いわゆるコロナ放電を発生させる方法を用いれば効率よく雰囲気ガスをイオン化できる。電圧は十Ｖ〜数十ｋＶの直流、交流、パルス波であり、極性は正または負またはその双方である。
【００３９】
電圧を印加するタイミングは、ポリシリコン原料を充填後、炉体１を雰囲気ガスに置換した後に印加を開始することが好ましい。なお、イオン化ガスのガス流量は、具体的に１０〜１００リットルである。また、イオン化ガスの種類は、具体的にアルゴン、窒素、ヘリウムなどの不活性ガスが挙げられる。
【００４０】
また、図１ではイオン化した雰囲気ガスをガス導入管から導入しているが、炉体１の側から導入してもよい。
【００４１】
以下に本発明の実施例を、図１を用いて説明する。
【実施例】
【００４２】
以下に図１を用いて、本発明の実施例を説明する。
【００４３】
（実施例１）
炉体１を大気開放し、ポリシリコン原料８０ｋｇを石英坩堝３へ充填した後、炉体１を密閉して真空引きした。ガス導入管１６からＡｒガスを５０リットル/ｍｉｎ．流して炉内１の圧力を３．０ｋＰａに保持しながらヒータ５に１０５ｋＷの電力を供給してポリシリコン原料を溶解させた。ポリシリコン原料が完全に溶解した後、追加投入治具（不図示）によって小片状のポリシリコン原料２０ｋｇをシリコン融液２へ投入した。
【００４４】
次に、シードホルダ１２に、＜１００＞方位のシード１１を取り付けた。
【００４５】
次に、粉塵除去操作として、炉体１に取り付けられた圧電素子からなる振動子１８に周波数２８ｋＨｚ、出力１０Ｗの電力を印加して超音波振動を与えた。なお、振動子から発生する周波数２８ｋＨｚおよび振幅３０μｍ（ｐ−ｐ）の振動数を有する超音波により、３０秒間炉体１を振動させた。その後シード１１をシリコン融液２へ着液させてから引上げ操作をおこない、直径８インチ、長さ１０００ｍｍのシリコン単結晶の育成をおこなった。
【００４６】
同条件にてシリコン単結晶育成の試行を複数回おこない、無転位で育成が成功した試行に対して引上げ中に多結晶化して失敗した試行の割合を単結晶化率として算出した。
【００４７】
（実施例２）
粉塵除去操作として、炉体１に取り付けられた圧電素子からなる振動子１８に周波数２８ｋＨｚ、出力１０Ｗの電力を３０秒間印加して炉体１へ超音波振動を与え、さらに、ガス導入管１６の経路に取り付けられたイオン源１９を３０秒間動作させた以外は、実施例１と同条件にてシリコン単結晶育成の試行を複数回おこない、単結晶化率を算出した。振動子から発生する周波数２８ｋＨｚおよび振幅３０μｍ（ｐ−ｐ）の振動数を有する超音波により、３０秒間炉体１を振動させ、コロナ放電は、正負の極性からなる交流電圧３ｋＶ（ｐ−ｐ）、周波数２０ｋＨｚの電圧を印加する条件によりおこなわれた。
【００４８】
（比較例）
粉塵除去操作を実施しなかったこと以外は、実施例１と同条件にてシリコン単結晶育成の試行を複数回おこない、単結晶化率を算出した。
【００４９】
実施例１〜２および比較例の結果を表１に示す。
この結果を表１に示す。
【００５０】
【表１】
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【００５１】
表１から、比較例に対していずれの実施例も単結晶化率が改善した。また、粉塵除去操作として、装置を振動させ、イオン化ガスを導入した実施例３が最も効果が高いことがわかった。
【００５２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係るシリコン単結晶製造装置の構造を示す断面図である。
【図２】ＣＺ法の手順を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００５４】
１：炉体
２：シリコン融液
３：石英坩堝
４：黒鉛坩堝
５：ヒータ
６：保温用断熱材
７：熱遮蔽リング
８：熱遮蔽シールド
９：育成結晶
１０：坩堝回転軸
１１：シード
１２：シードホルダ
１３：ワイヤ
１４：結晶格納塔
１５：連結部
１６：ガス導入管
１７：排気口
１８：振動子
１９：イオン源
【図１】
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【図２】
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