[发明专利]晶体生长装置及晶体生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及作为半导体材料、太阳能电池使用的硅的晶体生长装置及晶体生长方法。

背景技术

作为半导体用的硅晶体生长方法，广泛使用切克劳斯基(Czochralski)法(CZ法)及垂直梯度凝固法(VGF法)。该CZ法或垂直梯度凝固法(VGF法)在进行大口径晶体的生长方面具有优势，但是从节约资源、节能的观点考虑存在一些问题。并且，作为这样的问题中的一个，可以举出需要频繁更换每一批次的石英坩埚的问题。即，在CZ法或垂直梯度凝固法(VGF法)中，将填充于石英坩埚内的多晶硅熔解，并从该熔融液制造硅晶体，但石英坩埚的内表面暴露于高温的硅熔融液并发生老化，因此每制成一个或数个硅晶体都需要进行更换。

因此，设计了降低石英坩埚的老化、或使能够从一个石英坩埚生产的硅晶体的数目增加等降低石英坩埚的更换频率的方法。并且，作为这样的方法有例如日本特开2000-247788号公报(专利文献1)所公开的单晶硅的制造方法、日本特开2004-338978号公报(专利文献2)所公开的单晶硅提拉法。

根据上述专利文献1所公开的制造方法，通过对石英坩埚内的硅熔融液施加磁场，能够抑制石英坩埚内表面的老化，从而延长石英坩埚的寿命。并且，能够将使用石英坩埚制造硅晶体的时间长期稳定在100小时以上。

另外，根据专利文献2所公开的单晶硅提拉法，不是重复进行利用现有的再装料方法所进行的在每次提拉结束后打开提拉室并取出晶体的操作，而是能够从一个石英坩埚重复进行再装料并同时连续提拉硅晶体。另外，能够省略如现有的在每次晶体提拉结束时进行的开闭闸阀的操作和取出提拉晶体的操作，与现有技术相比工作效率提高，并且能够防止由上述开闭及取出操作造成的炉内污染，并能够进一步提高合格率。

专利文献1：日本特开2000-247788号公报

专利文献2：日本特开2004-338978号公报

发明内容

石英是坚硬的矿物，因此从机械强度方面考虑，理论上也能够较长期地使用，并且能够较长期地使用可以说是社会的要求。但是，石英坩埚只要存在在硅的熔解温度下保持的时间，就是在晶体制造工序中最高温度区域下使用，因此与硅熔融液的界面、特别是熔融液表面的接触部上的侵蚀增多，即使是上述专利文献1或专利文献2所公开的方法也不能充分降低石英坩埚的更换频率。

另一方面，现有方法中除石英坩埚的更换频率高这样的问题外，还存在工作效率差这样的问题。例如，进行太阳能电池用的垂直梯度凝固的VGF法中存在的问题是，制造晶体时在使硅熔融的期间不能使晶体生长，从而浪费了该熔融时间。另外，垂直梯度凝固法(VGF法)在熔解时有可能产生大型坩埚的变形或破损，不能除去不熔解物质。

因此，本发明的目的在于提供使石英坩埚的较长期的使用成为可能，而且能够改善工作效率的晶体生长装置及晶体生长方法。另外，目的在于，在垂直梯度凝固法(VGF法)中，抑制熔解时大型坩埚的变形或破损，事前制作并供给熔融物，由此提高炉的安全和工作效率，并在除去不熔解物质后进行晶体生长。

本发明的晶体生长装置包括具有石英坩埚的晶体生长炉、原料熔融炉及从所述原料熔融炉向所述石英坩埚重复供给熔融原料的供给单元。

所述晶体生长炉也可以具有供给所述熔融原料的供给口，所述供给口相对于所述原料熔融炉连接分离自如。

在所述原料熔融炉的周围也可以配置有多个所述晶体生长炉。

所述原料熔融炉也可以具有不熔解物质分离单元。

本发明的晶体生长方法中向石英坩埚填充预先熔化的熔融原料。

在本发明的晶体生长方法中，也可以在所述填充之前从所述熔融原料除去不熔解物质。

发明效果

根据本发明的晶体生长装置及晶体制造方法，石英坩埚不使用于熔融用于生成晶体的原料，只接受预先熔化的熔融原料，因此内面不会损伤。即，无需接近石英的软化点温度来熔解多晶体原料，连石英的变形也少。另外，现有的再装料方法中伴随有熔解固体原料硅的无效时间，但是，本发明中能够在短时间内转移至晶体生长作业，因此能够更长期地使用石英坩埚，而且能够改善工作效率。

另外，向石英坩埚填充熔融原料前，若从那里除去伴随有杂质的不熔解物质，则在对原料进行再利用的情况下，也能够防止由不熔解物质混入熔融原料而造成的结晶不良。因此，能够降低由原料中的不熔解物质造成的晶体品质下降、晶体崩解，能够使用低成本原料并且能够长期使用石英坩埚。