专利名称：单晶硅生产装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及应用Czochralski工艺生产单晶硅的装置，更详细地说，涉及一套在连续加入硅料的同时拉制单晶硅的装置。
应用Czochralski工艺生产单晶硅的方法，以前就已采用了，这种方法是一种基本上完整的技术，可是，在对单晶硅成分要求较严的情况下，由于杂质和氧分布不均，使得可供使用的晶片的成品率只能达到50%以下。
解决上述问题的一个已知的有效方法，是连续或间断地向坩埚内添加硅料以使熔融材料的液面保持在预定的高度上。特别是近来高质量的颗粒状多晶硅已开始生产，出现了一些高质量颗粒状多晶硅应用方面的发明。例如日本专利发布出版第130195/83和95195/88号UaPanesepatentpublica-fionsLaidOpenNo.130195/83，No.95195/88)以及日本实用型专利第141578/84号(JapaneseUfilityModelpublicationLaidOpenNo.141578/84)即公开了这方面的发明。
采用上述方法生产单晶硅的仅有一两个生产小直径单晶硅的实例，但没有描述单晶硅中的微观缺陷。
在已知的装置中是在直接连续地向坩埚添加粒状硅料的过程中拉制单晶硅的，通常都使用用于生产半导体材料的透明石英玻璃作为隔板，将坩埚内熔融的硅料分隔成两部分，内侧为单晶硅生长部分，外侧为材料熔化部分，在这种装置中存在的问题是1)尽管使单晶硅迅速生长以免在单晶硅中产生微观缺陷，但与通常的Czochralski工艺相比仍然产生大量的由氧化诱发的层积缺陷。
2)熔融硅料表面的振动较大，妨碍了熔融硅料的结晶。
本发明的目的是提供一种单晶硅生产装置，在这种装置中盛放熔融材料的坩埚内连续添加块状或粒状硅料，加入的材料能平稳地熔化而妨碍单晶硅的生长。单晶硅在拉制的方向上具有大致均匀的杂质和氧的浓度，不存在任何微观缺陷。
为达到上面的目的，本发明的装置包括装在石墨坩埚内的石英坩埚，熔融的硅料放在石英坩埚内;
将石英坩埚内熔融的硅料分隔成两部分的隔板，隔板内侧是单晶硅生长部分，外侧是材料熔化部分。连续向材料熔化部分中添加粒状硅料，并从单晶硅生长部分中拉制出单晶硅;
加热器，用以使单晶硅生长部分中熔融的硅料保持在适合于单晶硅生长的温度下，同时为装入材料熔化部分的粒状硅料提供热量以使硅料熔化。加热器设置在石墨坩埚的周围;
隔板上的一些小孔，熔化了的硅料经小孔由材料熔化部分流入单晶硅生长部分;
构成隔板的不透明的石英玻璃。
下面结合附图，就本发明的上述目的、其他目的和优点作一详细说明。
图1是本发明单晶硅生产装置实施例的纵向剖面图。
图2为使用不透明石英玻璃隔板与使用透明石英玻璃隔板两种情况下晶体中不同的氧化诱发层积缺陷浓度的对比图。
为了使粒状硅料充分熔化，首先，应使本发明装置的材料熔化部分保持在较高的温度下而使隔板内侧单晶硅生长部分保持在略高于硅的熔点温度下。在此温度下，向材料熔化部分添加相当于拉制出的晶体量的粒状材料。材料熔化部分中熔化了的硅料通过隔板上的一些小孔流入单晶硅生长部分。在本发明中，由于使用了不透明的石英玻璃隔板，减小了内侧单晶硅生长部分中单晶硅内氧化诱化的层积缺陷的浓度，降低了熔融硅料表面的振动，从而消除了妨碍晶体生长的障碍。不透明石英玻璃对可见光的透射率应小于50%。
减小氧化诱化的层积缺陷的浓度和熔融硅表面的振动看来与不透明隔板对光和热的阻挡有关。也就是说，幅射及热的传入使熔融硅液接触石英玻璃的部位受到稳定作用，并使可沾性的波动减小。
用不透明的石英玻璃制作隔板。可以采用由于玻璃的表面有些凹凸不平而形成的不透明玻璃。这种由于凹凸不平所造成的粗糙度应为50～2000μmRMS，RMS为均方根值。这种粗糙的石英玻璃可通过使石英玻璃微粒敷复在玻璃表面上制成。
根据上述情况，下列三种类型的石英玻璃可用作隔板a)在材料熔化部分一侧表面粗糙不平的玻璃;
b)在单晶硅生长部分一侧表面粗糙不平的玻璃;
c)在上述两侧表面均粗糙不平的玻璃。
a)是上述三种不透明玻璃中最理想的，因为这样就不会从单晶硅生长部分一侧的隔板表面上掉下石英玻璃碎片。
对隔板只是要求其在单晶硅的生长过程中具有不透明度。也就是说可以使用这样的玻璃，这种玻璃使用前是透明的，使用时则变成不透明的。这就是本发明的效果所在。
图1是本发明单晶硅生产装置实施例的纵剖面图。图中1表示石英坩埚，2表示石墨坩埚，石英坩埚置于石墨坩埚内。7为石英坩埚1内的熔融材料，生长成的柱状单晶硅4从熔融的材料中拉出。3为设置在石墨坩埚2周围的加热器。上述装置与运用“Czochralski”工艺生产单晶硅的装置基本上相同。粒状材料6由材料供应漏斗5加入材料熔化部分A。
8为由不透明石英玻璃制成的隔板，隔板设在坩埚1内与其同轴。隔板8上开有一些小孔9，材料熔化部分A内的熔化材料通过小孔9流进单晶硅生长部分。隔板8的底边预先与坩埚融合或在硅料熔化所产生的热量作用下预先与坩埚1融合，材料熔化部分A内的高温熔化材料只能通过小孔9流进单晶硅生长部分B。
图2为使用不透明石英玻璃隔板与使用透明石英玻璃隔板两种情况下，氧化诱发层积缺陷不同浓度的对比图，从图中可以看到，使用不透明石英玻璃隔板时，单晶硅内的氧化诱发层积缺陷的浓度明显减小。
综上所述，本发明生产单晶硅的装置具有盛有熔融硅料的坩埚，在坩埚内隔板将熔融的硅料分成内侧的单晶硅生长部分及外侧的材料熔化部分。由于隔板是用不透明石英玻璃制成的，从而防止了由于温度波动所造成的氧化诱发层积缺陷，并消除了结晶的障碍。
权利要求
1.单晶硅生产装置，包括置于石墨坩埚内的石英坩埚，熔融的硅料盛放于石英坩埚内；隔板，将石英坩埚内熔融的硅料分成两部分，隔板内侧为单晶硅生长部分，外侧为材料熔化部分，原材料加入材料熔化部分，单晶硅从单晶硅生长部分拉出；加热器，用以使单晶硅生长部分中熔融硅料保持在适于单晶硅生长的温度下，并为熔化装进材料熔化部分的原材料提供热量，加热器设在石墨坩埚的周围；隔板上的一些小孔，熔化的硅料通过这些小孔由材料熔化部分流入单晶硅生长部分；由不透明石英玻璃制成的隔板。
2.权利要求1所述装置，其特征是不透明石英玻璃对可见光的透射率小于50%。
3.权利要求1所述装置，其特征是石英玻璃的不透明度是通过使其在材料熔化部分一侧的表面凹凸不平而具有50～2000μmRMS的粗糙度产生的。
4.权利要求3所述装置，其特征是石英玻璃的粗糙度是由石英玻璃颗粒在石英玻璃表面上的敷复产生的。
5.权利要求1所述装置，其特征是石英玻璃的不透明度是通过使其在单晶硅生长部分一侧的表面凹凸不平而具有50～2000μmRMS的粗糙度产生的。
6.权利要求5所述装置，其特征是石英玻璃的粗糙度是由石英玻璃颗粒在石英玻璃表面上的敷复产生的。
7.权利要求1所述装置，其特征是石英玻璃的不透明度是通过使其在材料熔化部分一侧和在单晶硅生长部分一侧的两个表面凹凸不平而具有50～2000μmRMS的粗糙度产生的。
8.权利要求7所述装置，其特征是石英玻璃的粗糙度是由石英玻璃颗粒在石英玻璃表面上的敷复产生的。
9.权利要求1所述装置，其特征是隔板是由不透明石英玻璃制成的，其不透明度是通过使其在材料熔化部分一侧的表面凹凸不平而具有50～2000μmRMS的粗糙度产生的。隔板对可见光的透射率小于50%。
全文摘要
一种单晶硅生产装置，包括一个置于石墨坩埚内的石英坩埚、隔板和加热器，隔板将石英坩埚中的熔融硅料分成两部分。内侧是单晶硅生长部分，外侧是材料熔化部分；加热器用以使单晶硅生长部分中的熔融硅料保持在适于单晶硅生长的温度下，并为熔化装进材料熔化部分的原材料提供热量；隔板上开有一些小孔。隔板的材料为不透明的石英玻璃。向材料熔化部分加入原材料而从单晶硅生长部分拉出单晶硅。熔融硅料通过隔板小孔由材料熔化部分流入晶体生长部分。
文档编号C30B15/12GK1047894SQ9010079
公开日1990年12月19日 申请日期1990年2月17日 优先权日1989年5月30日
发明者岛芳延, 大村雅纪, 大谷章, 荒木健治 申请人:日本钢管株式会社