TW202513909A - 矽錠及矽錠的製造方法 - Google Patents

Abstract

該矽錠(10)，由一方向凝固組織組成，且垂直於凝固方向的剖面形成圓形，其中，圓相當徑為3μm以上的異種介在物的個數密度為0.01個/cm ²未滿；在垂直於凝固方向的剖面，具有由單一結晶組成的單晶部(11)、及由形成於該單晶部(11)周圍的複數晶粒組成的多晶部(12)，單晶部(11)的面積率為25%以上。

Description

矽錠及矽錠的製造方法

本發明係有關於由一方向凝固組織組成的矽錠及矽錠的製造方法。 本發明係主張2023年8月29日在日本申請的申請號2023-139153優先權，並援用其內容。

從前，在製造例如矽半導體裝置的工程中使用的電漿蝕刻裝置及電漿CVD裝置等各種裝置中，為了抑制裝置內的污染產生，廣泛使用與矽晶圓相同素材的矽構件。上述矽構件例如以由一方向凝固組織組成的矽錠製造。 由一方向凝固組織組成的矽錠，例如如專利文獻1所示，作為在液晶用濺鍍裝置、電漿蝕刻裝置、CVD裝置等半導體製造裝置使用的部件素材廣泛利用。

又，如專利文獻2所示，電漿處理裝置中，異常放電及粒子產生的抑制成為課題。矽構件中含有的介在物，在乾蝕刻製程中構件消耗而露出表面的情形會成為異常放電的原因，再來構件消耗而從構件脫離的情形會成為粒子產生的原因。

再來，乾蝕刻製程中構件消耗時，不同結晶彼此會產生蝕刻速率差，晶界會更選擇地被消耗，有成為構件的破裂及粒子的原因之虞。因此，無晶界的單晶矽的錠製作各種構件較佳。 不過，單晶矽的錠難以製作大型尺寸者。

其中，專利文獻3提案在坩鍋底部配置由單晶矽板組成的種晶，使坩鍋內的矽熔液進行一方向凝固，從各種晶分別使單晶成長得到的柱狀晶矽錠。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]特許第4531435號公報 [專利文獻2]特開2015-106652號公報 [專利文獻3]特許第6233114號公報

[發明所欲解決的問題]

此外，矽錠的製造時，在鑄造後，從坩鍋將矽錠取出時，會有在矽錠產生破裂之虞。 因此，從前為了使矽錠從坩鍋剝離，會在坩鍋內壁塗佈離型劑。通常，作為離型劑因為使用氮化矽(氮化矽膜)，無法使矽錠中的氮濃度充分降低，無法迴避氮化矽等異種介在物的混入。又，在製造裝置內部配設碳構件的情形，會有碳化矽等異種介在物混入矽錠之虞。一方向凝固時，若在矽熔液內存在異種介在物，則該異種介在物會成為起點而結晶成長，有無法使單晶充分成長之虞。

本發明為鑑於前述情事完成者，目的為提供充分抑制異種介在物混入，且單晶部的比例高而能作為大型構件的素材使用的矽錠、及矽錠的製造方法。 [解決問題的手段]

為了解決上述課題，經由本發明者銳意檢討的結果，得到藉由將製造矽錠時使用的坩鍋設為特定構造，能不使用氮化矽等離型劑，將矽錠良好取出，同時充分抑制介在物的混入，且藉由在坩鍋底部配置種晶板進行一方向凝固，能製造單晶部的比例高的矽錠的見解。

本發明為基於上述見解完成者，本發明的態樣1的矽錠，由一方向凝固組織組成，且垂直於凝固方向的剖面形成圓形，其中，圓相當徑為3μm以上的異種介在物的個數密度為0.01個/cm ²未滿；在垂直於凝固方向的剖面，具有由單一結晶組成的單晶部、及由形成於該單晶部周圍的複數晶粒組成的多晶部，前述單晶部的面積率為25%以上。前述單晶部的面積率是在從下端一方向凝固的矽錠的上端下降15mm的位置的橫剖面測定到的值也可以。異種介在物的前述個數密度，將從前述上端下降15mm的位置的橫剖面進行鏡面研磨，將觀察面在光度1000～2000lx的環境下使用千分尺觀察，算出圓相當徑為3μm以上的異種介在物的個數密度的值也可以。

根據本發明的態樣1的矽錠，因為圓相當徑為3μm以上的異種介在物的個數密度為0.01個/cm ²未滿，抑制了異種介在物的混入，作為能抑制污染、異常放電、粒子產生的矽構件的素材特別合適。圓相當徑為3μm以上的異種介在物的個數密度雖沒有限定但為0.01個/cm ²未滿更佳。前述個數密度的下限沒有限定，但考慮技術的效果及製造成本，工業上設為0.0008個/cm ²左右也可以。 又，在垂直於凝固方向的剖面，因為由單一結晶組成的單晶部的面積率為25%以上，能使用無晶界的單晶部製作矽構件。前述單晶部的面積率的上限沒有限定，但考慮技術的效果及製造成本，工業上設為60%左右也可以。 異種介在物的個數密度為藉由進行矽錠的剖面觀察測定。

本發明的態樣2的矽錠為在本發明的態樣1的矽錠中，在垂直於凝固方向的橫剖面，前述單結晶部的內接圓直徑為300mm以上。 根據本發明的態樣2的矽錠，因為前述單晶部的內接圓直徑為300mm以上，能使用無晶界的單晶部製作直徑300mm以上的矽構件。

本發明的態樣3的矽錠為在本發明的態樣1或態樣2的矽錠中，氮濃度為1.0×10 ¹⁴atoms/cc(atoms/cm ³)未滿。 根據本發明的態樣3的矽錠，因為氮濃度限制在1.0× 10 ¹⁴atoms/cc未滿，抑制了由氮化矽等氮化物組成的異種介在物的混入，作為能抑制污染、異常放電、粒子產生的矽構件的素材特別合適。 又，在一方向凝固時，能抑制將由氮化物組成的異種介在物作為起點的結晶成長，能得到單晶部的面積率充分高的矽錠。 氮濃度雖無限定但5.0×10 ¹³atoms/cc未滿更佳。氮濃度的下限沒有限定，但考慮技術的效果及製造成本，工業上設為1.0×10 ¹³atoms/cc左右也可以。

本發明的態樣4的矽錠為在本發明的態樣1至態樣3中任一矽錠中，碳濃度為3.5×10 ¹⁷atoms/cc(atoms/ cm ³)未滿。 根據本發明的態樣4的矽錠，因為碳濃度為3.5×10 ¹⁷atoms/cc未滿，抑制了由碳化矽等碳化物組成的異種介在物的混入，作為能抑制污染、異常放電、粒子產生的矽構件的素材特別合適。 又，在一方向凝固時，能抑制將由碳化物組成的異種介在物作為起點的結晶成長，能得到單晶部的面積率充分高的矽錠。 碳濃度雖無限定但2.0×10 ¹⁷atoms/cc未滿更佳。碳濃度的下限沒有限定，但考慮技術的效果及製造成本，工業上設為1.0×10 ¹⁷atoms/cc左右也可以。

本發明的態樣5的矽錠的製造方法，係製造如態樣1至態樣4中任一矽錠，具有：在坩鍋底部配置種晶板的種晶板配置工程、在配置前述種晶板的坩鍋內裝入矽原料的原料裝入工程、以前述種晶板未完全溶解的條件使前述矽原料熔融得到矽熔液的矽原料熔融工程、及使前述矽熔液從配置前述種晶板的前述坩鍋底部向上方進行一方向凝固的一方向凝固工程；前述坩鍋具有鑄模，在該鑄模內面，於厚度方向交互層積由平均粒徑為1μm以上200μm以下的微細二氧化矽粉末與矽酸膠組成的漿料層、及由平均粒徑為100μm以上1000μm以下的粗大二氧化矽粉末組成的灰泥層，層積的前述漿料層及前述灰泥層的合計層數為6以上。前述坩鍋的形狀沒有限定，但為有底圓筒狀及有底角筒狀等有底筒狀也可以。

根據本發明的態樣5的矽錠的製造方法，因為使用作為坩鍋具有鑄模，在該鑄模內面，於厚度方向交互層積由平均粒徑為1μm以上200μm以下的微細二氧化矽粉末與矽酸膠組成的漿料層、及由平均粒徑為100μm以上1000μm以下的粗大二氧化矽粉末組成的灰泥層，層積的前述漿料層及前述灰泥層的合計層數為6以上的構造者，取出矽錠時，減輕了施加於矽錠的應力，能抑制在矽錠產生破裂，且無使用氮化矽等離型劑的必要，因此能抑制鑄造時氮化矽及碳化矽等異種介在物在矽熔液中產生，能製造該等異種介在物充分降低的矽錠。

接著，根據前述矽錠的製造方法，因為具有在坩鍋底部配置種晶板的種晶板配置工程、在配置前述種晶板的坩鍋內裝入矽原料的原料裝入工程、以前述種晶板未完全溶解的條件使前述矽原料熔融得到矽熔液的矽原料熔融工程、及使前述矽熔液從配置前述種晶板的前述坩鍋底部向上方進行一方向凝固的一方向凝固工程，能將異種介在物作為起點抑制結晶成長，能製造單晶部的面積比例高的矽錠。

本說明書中的平均粒徑，若沒特別限定則代表中間徑(D50)。微細二氧化矽粉末及粗大二氧化矽粉末的平均粒徑在堆積前後幾乎不變，堆積後也能進行平均粒徑的測定。前述漿料層為將混合微細二氧化矽粉末與矽酸膠的漿料在前述鑄模的內面或前述灰泥層的內面進行塗佈或吹送乾燥後燒結者，成為微細二氧化矽粉末留下粒子形狀而結合的組織。前述矽酸膠為以高濃度包含粒徑100nm以下的膠體狀二氧化矽粒子的水分散液。前述漿料層為將混合粗大二氧化矽粉末在前述鑄模的內面或前述漿料層的內面進行吹送燒結者，成為粗大二氧化矽粉末留下粒子形狀而結合的組織。 [發明的效果]

根據本發明，能提供充分抑制異種介在物混入，且單晶部的比例高而能作為大型構件的素材使用的矽錠、及矽錠的製造方法。

以下，參照圖式說明關於本發明的實施形態的矽錠、及矽錠的製造方法。以下所示的各實施形態為為了使發明的要旨更好理解而具體說明者，只要不特別指定，並非限定本發明者。

本發明的實施形態的矽錠10例如如圖1A及圖1B所示，由從圖1A中的下端向上端依序凝固的一方向凝固組織組成，垂直於凝固方向的橫剖面形狀形成圓形。該實施形態的矽錠10直徑從下端到上端略為一定。 接著，如圖1B所示，在垂直於凝固方向的剖面，具有由單一結晶組成的單晶部11、及於該單晶部11周圍形成圓環狀的由複數晶粒組成的多晶部12，橫剖面所占的單晶部11的面積率為25%以上。

如圖1A所示，矽錠10隨著從下端朝向上方，橫剖面所占的單晶部11的面積比例變小。橫剖面所占的單晶部11的面積率因為在從矽錠10下端到上端的全長進行測定現實上是困難的，本實施形態中，從一方向凝固的矽錠10的上端下降15mm的位置的橫剖面測定單晶部11的面積率。在從矽錠10的上端下降15mm的位置的橫剖面，若單晶部11的面積率為25%以上，則經驗上預想在從矽錠10的下端至上端的全部位置的橫剖面，面積率為25%以上。單晶部11的面積率為30%以上更佳。

又，本實施形態的矽錠10中，圓相當徑為3μm以上的異種介在物的個數密度為0.01個/cm ²未滿。圓相當徑為具有等同於異種介在物粒子的投影面積的面積圓的直徑，能將矽錠的剖面以具有千分尺的光學顯微鏡等觀察測定。將光學顯微鏡照片以電腦進行影像處理，量測異種介在物粒子的圓相當徑及個數密度也可以。異種介在物為混入矽錠的矽以外的物質生成粒狀者，雖無限定，但主要是由氮化矽或碳化矽組成者。

異種介在物的個數密度，從矽錠10採集觀察試料，將觀察試料進行鏡面研磨後觀察確認。觀察試料的大小雖取決於測定裝置，但與矽錠10同徑(例如直徑600mm的圓形試料)也可以。本實施形態中，從一方向凝固的矽錠10的上部採集觀察試料，測定異種介在物的個數密度。採集觀察試料的位置，進行從矽錠10的上端15mm位置的橫剖面上的全面觀察也可以。異種介在物包含氮化矽及碳化矽。圓相當徑為3μm以上的異種介在物的個數密度為0.001個/cm ²以下更佳。異種介在物的個數密度的測定，一般將從錠上端15mm的位置切斷時產生的圓形材作為觀察試料測定，在本案中也將錠直徑(Φ600mm)的圓形試料作為樣本。氮濃度及碳濃度的測定，分別從前述圓形試料的中央附近1處與外周附近1處，採集5mm×5mm× 5mmt的立方體狀試料用於測定。

再來，本實施形態的矽錠10中，在垂直於凝固方向的剖面，單晶部11的內接圓的直徑為200mm以上也可以、300mm以上更佳。 本實施形態中，規定從一方向凝固的矽錠10的上部15mm位置的剖面的單晶部11的內接圓的直徑。

又，本實施形態的矽錠10中，氮濃度為1.0×10 ¹⁴atoms/cc未滿較佳、5.0×10 ¹³atoms/cc未滿更佳。本實施形態中，矽錠10的氮濃度以SIMS(二次離子質量分析法)測定。測定氮濃度的位置，為從矽錠10的上端下降15mm的位置的橫剖面上的中央部附近及從外周向中心方向5mm內側附近即可。在該位置測定值若滿足上述範圍，則能推測矽錠10的全部位的氮濃度滿足上述範圍。

又，本實施形態的矽錠10中，碳濃度為3.5× 10 ¹⁷atoms/cc未滿較佳、2.0×10 ¹⁷atoms/cc未滿更佳。本實施形態中，矽錠10的碳濃度以FT-IR(傅立葉轉換紅外光譜法)測定。測定碳濃度的位置與測定氮濃度的位置一樣即可。在該位置測定值若滿足上述範圍，則能推測矽錠10的全部位的碳濃度滿足上述範圍。

接著，參照圖2說明關於製造本實施形態的矽錠時使用的矽錠製造裝置20。 該矽錠製造裝置20，具備儲留矽熔液L的有底筒狀的坩鍋30、載置該坩鍋30的冷卻板22、從下方支持該冷卻板22並能進行升降操作的下部加熱器23、配設於坩鍋30的上方並能進行升降操作的上部加熱器24。又，在坩鍋30周圍，設置以包圍坩鍋30的方式形成能開關的容器形狀的隔熱材25。 冷卻板22設為中空構造，經由供應管26對冷卻板12內部供應Ar氣體。

參照圖3說明關於本實施形態的矽錠的製造方法中使用的坩鍋30。 圖3所示的坩鍋30，具有鑄模31、及在鑄模31內面形成略一定厚度的二氧化矽層32。鑄模31，形成有底角筒狀(例如上端開口的箱型)或有底圓筒狀等有底筒狀，例如以石英或石墨構成。

二氧化矽層32，如圖3所示，設於鑄模31內側，在厚度方向交互層積由平均粒徑為1μm以上200μm以下的微細二氧化矽粉末與矽酸膠組成的漿料層33、及由平均粒徑為100μm以上1000μm以下的粗大二氧化矽粉末組成的灰泥層34。與矽錠接觸的最內層為漿料層33較佳，層積的漿料層33及灰泥層34的合計層數為6以上。矽酸膠為以高濃度包含粒徑100nm以下的膠體狀二氧化矽粒子的水分散液。漿料層33為將混合微細二氧化矽粉末與矽酸膠的漿料在鑄模31的內面或灰泥層34的內面進行塗佈或吹送乾燥後燒結者，成為微細二氧化矽粉末留下粒子形狀而結合的組織。矽酸膠為以高濃度包含粒徑100nm以下的膠體狀二氧化矽粒子的水分散液，若與微細二氧化矽粉末混合則成為漿料狀態。灰泥層34為將混合粗大二氧化矽粉末在未燒結的漿料層33的內面進行吹送燒結者，成為在粗大二氧化矽粉末留下粒子形狀鄰接的漿料層33之間結合，且相互結合的組織。 本實施形態中，如圖3所示，在與鑄模31內面接觸的位置形成漿料層33，層積的漿料層33及灰泥層34的合計層數為6。

層積的漿料層33及灰泥層34的合計層數小於6層的情形，無法完全緩和取出矽錠時的應力，而有在矽錠產生破裂之虞。因此，本實施形態中，層積的漿料層33及灰泥層34的合計層數為6層以上。合計層數的上限雖無限定，但從技術效果與製造成本的平衡來看，工業上合計層數為10層以下也可以。 又，將微細二氧化矽粉末的平均粒徑設為1μm以上200μm以下的範圍內，能與矽酸膠混合成為漿料，能良好地形成上述漿料層33。 再來，將粗大二氧化矽粉末的平均粒徑設為100μm以上1000μm以下，表面粗糙度不會大至必要以上，與鑄模31的剝離變得容易。

又，本實施形態中，二氧化矽層32的厚度(層積的漿料層33及灰泥層34的合計厚度)為1mm以上較佳、2mm以上更佳。另一方面。二氧化矽層32的厚度(層積的漿料層33及灰泥層34的合計厚度)為30mm以下較佳、25mm以下更佳。

再來，漿料層33的厚度為0.1mm以上較佳、0.2mm以上更佳。另一方面，漿料層33的厚度為5mm以下較佳、4mm以下更佳。 又，灰泥層34的厚度為0.1mm以上較佳、0.2mm以上更佳。另一方面，灰泥層34的厚度為5mm以下較佳、4mm以下更佳。

接著，說明關於使用圖2所示的矽錠製造裝置20的本實施形態的矽錠10的製造方法。

首先，在圖3所示的坩鍋30底部配置種晶板(種晶板配置工程)。種晶板以單一結晶構成即可，是由單晶矽錠採集者也可以、由預先製造的本實施形態矽錠10的單晶部11採集者也可以。 雖因應種晶板的板面的結晶面方向成長結晶，但種晶板的板面的結晶面方向沒有特別限制。

接著，在配置種晶板的坩鍋30裝入矽原料(原料裝入工程)。作為矽原料，使用擊碎11N(純度99.999999999)的高純度矽得到的稱為「塊(chunk)」的塊狀物。該塊狀的矽原料的粒徑例如長徑方向的尺寸為30mm至100mm。

接著，將裝入坩鍋30內的矽原料，藉由通電至上部加熱器24與下部加熱器23加熱。此時，以配置於坩鍋30底部的種晶板未完全溶化的方式，調整下部加熱器23的輸出，主要將種晶板的上側塊從上側溶化(矽原料熔融工程)。藉此，在坩鍋30內儲留矽熔液。 種晶板若完全溶化，則無法進行液相磊晶成長，多數結晶核在坩堝底面產生而成為多晶，單晶無法順利成長。因此，有以種晶板不完全熔融的方式進行溫度控制的必要。

接著，再降低向下部加熱器23的通電量，對冷卻板22內部經由供應管26供應Ar氣體。藉此，將坩鍋30底部冷卻。再來，漸漸使向上部加熱器24的通電減少，坩鍋30內的矽熔液，將配置於坩鍋30的底部的種晶板的結晶方位就此引導向上方進行結晶成長，得到由一方向凝固組織組成而具有單晶部的矽錠10(一方向凝固工程)。 作為鑄造條件，以凝固速度成為5mm/h以上20mm/h以下的範圍內的方式調整較佳。

凝固結束後，取出在坩鍋30內部形成的矽錠10。用這種方式製造本實施形態的矽錠10。

根據如同以上構造的本實施形態的矽錠10，因為圓相當徑為3μm以上的異種介在物的個數密度為0.01個/cm ²未滿，抑制了異種介在物的混入，作為能抑制污染、異常放電、粒子產生的矽構件的素材特別合適。 又，在垂直於凝固方向的剖面，因為具有由單一結晶組成的單晶部11、及由形成於該單晶部11周圍的複數晶粒組成的多晶部12，單晶部11的面積率為25%以上，能使用無晶界的單晶部製作矽構件。

本實施形態的矽錠10中，在垂直於凝固方向的剖面，單晶部11的內接圓的直徑為300mm以上的情形，能使用無晶界的單晶部11製作直徑300mm以上的矽構件。

本實施形態的矽錠10中，氮濃度限制在1.0×10 ¹⁴atoms/cc未滿的情形，抑制了由氮化矽等異種介在物的混入，作為能抑制污染、異常放電、粒子產生的矽構件的素材特別合適。

本實施形態的矽錠10中，碳濃度限制在3.5×10 ¹⁷atoms/cc未滿的情形，抑制了由碳化矽等異種介在物的混入，作為能抑制污染、異常放電、粒子產生的矽構件的素材特別合適。

根據本實施形態的矽錠的製造方法，因為使用作為坩鍋30具有鑄模31，在該鑄模31內面，於厚度方向交互層積由平均粒徑為1μm以上200μm以下的微細二氧化矽粉末與矽酸膠組成的漿料層33、及由平均粒徑為100μm以上1000μm以下的粗大二氧化矽粉末組成的灰泥層34，層積的漿料層33及灰泥層34的合計層數為6以上的構造者，從坩鍋30取出矽錠10時，能抑制在矽錠10產生破裂，同時能抑制鑄造時氮化矽及碳化矽等異種介在物產生，能製造該等異種介在物充分降低的矽錠10。

接著，因為具有在坩鍋30底部配置種晶板的種晶板配置工程、在配置種晶板的坩鍋內裝入矽原料的原料裝入工程、以種晶板未完全溶解的條件使矽原料熔融得到矽熔液的矽原料熔融工程、及使矽熔液從配置前述種晶板的坩鍋30底部向上方進行一方向凝固的一方向凝固工程，能將異種介在物作為起點抑制結晶成長，能製造單晶部11的面積比例高的矽錠10。

以上，雖說明有關本發明的實施形態，但本發明不限於此，在不逸脫本發明的技術思想範圍可以適宜地作變更。 本實施形態中，如圖2所示，以層積的漿料層33及灰泥層34的合計層數作為6說明，但不限於此，合計層數為7以上也可以。

二氧化矽層32的鑄模31側的最外層是漿料層33也可以、是灰泥層34也可以，但為漿料層33較佳。 又，二氧化矽層32的矽熔液L側的最內層是漿料層33也可以、是灰泥層34也可以，但為漿料層33較佳。 因此，二氧化矽層32中的漿料層33及灰泥層34的合計層數雖沒有限定，但為奇數較佳。 [實施例]

說明有關為了確認本發明的有效性而進行的確認實驗。

(本發明例) 準備具有內徑：600mm、外徑：650mm、深度：550mm的尺寸的有底圓筒狀的石英鑄模。側壁部的厚度及底壁部的厚度都是25mm，側壁部與底壁部的邊界與內周面及外周面都設為曲面。 接著，交互重複實施4次塗佈將平均粒徑為1μm以上200μm以下的微細二氧化矽粉末與矽酸膠以重量比1：1混合而成的漿料形成漿料層的漿料層形成工程、及3次在燒結前的漿料層上散佈平均粒徑為100μm以上1000μm以下的粗大二氧化矽粉末形成灰泥層的灰泥層形成工程，將漿料層及灰泥層的合計層數設為7，之後，以氛圍：N ₂、加熱溫度：800℃、保持時間：8小時的條件實施坩鍋的燒結工程，製造在鑄模內面形成二氧化矽層的坩鍋。將漿料層及灰泥層的合計厚度(二氧化矽層的厚度)設為3mm。

在該坩鍋底面配設種晶板。接著，在配設種晶板的坩鍋內裝填矽原料。 接著，使用圖2所示的矽錠製造裝置，製造矽錠。對矽錠製造裝置的上部加熱器與下部加熱器通電進行加熱，將矽原料熔融。此時，以配置於坩鍋底部的種晶板未完全溶化的方式，調整下部加熱器的輸出。

接著，再降低向下部加熱器的通電量，對冷卻板內部經由供應管供應Ar氣體，冷卻坩鍋底部。再來，漸漸使向上部加熱器的通電減少，坩鍋內的矽熔液，將配置於坩鍋的底部的種晶板的結晶方位就此引導向上方進行結晶成長，製造由一方向凝固組織組成而具有單晶部的矽錠10。

(比較例) 準備具有內徑：600mm、外徑：650mm、深度：550mm的尺寸的與實施例的鑄模相同的石英鑄模。 接著，在鑄模內面，作為離型劑形成厚度1mm的氮化矽膜，製造在比較例使用的坩鍋。在成膜時，與二氧化矽漿料一樣塗佈氮化矽漿料，使其燒結。層數設為僅氮化矽1層。

在該坩鍋底面配設種晶板。接著，在配設種晶板的坩鍋內，與本發明例一樣裝填矽原料。 接著，與本發明例一樣，使用圖2所示的矽錠製造裝置，製造矽錠。

在從得到的矽錠上面15mm的高度位置將矽錠切斷，分別從產生的直徑600mm的圓形試料的中央附近1處與由外周向中心方向5mm內側附近1處，採集5mm×5mm×5mmt的立方體狀的測定試料，測定圓相當徑為3μm以上的異種介在物的個數密度、氮濃度、碳濃度。測定結果顯示於表1。

異種介在物的個數密度，將測定試料的觀察面進行鏡面研磨，將觀察面在光度1000～2000lx的環境下使用千分尺目視觀察，算出圓相當徑為3μm以上的異種介在物的個數密度。 氮濃度以SIMS(二次離子質量分析法)測定。碳濃度以FT-IR(傅立葉轉換紅外光譜法)測定。 異種介在物的個數密度的算出、氮濃度的測定、碳濃度的測定分別使用從相同矽錠的相同高度位置採集的試料。

接著，在從得到的矽錠的上面15mm的高度位置，於垂直於鑄造方向的橫剖面，評價單晶部的面積率及單晶部的內接圓直徑。評價結果顯示於表1。

比較例中，使用在鑄模內面作為離型劑形成氮化膜的坩鍋，在製造的矽錠中氮濃度、碳濃度高，異種介在物的個數密度為5.3個/cm ²，大量包含異種介在物。 又，雖在坩鍋底部配設種晶板進行一方向凝固，但在從矽錠上面15mm的高度位置的剖面，單晶部的面積率小至5%，單晶部的內接圓直徑成為50mm，使用單晶部製造大型矽構件是困難的。

相對於此，本發明例中，使用在鑄模內面交互層積漿料層與灰泥層，最內層設為漿料層同時層積的漿料層及灰泥層的合計層數為6的坩鍋，製造的矽錠中氮濃度、碳濃度充分低，異種介在物的個數密度為0.001個/cm ²未滿，幾乎不存在異種介在物。 接著，雖在坩鍋底部配設種晶板進行一方向凝固，但在從矽錠上面15mm的高度位置的剖面，單晶部的面積率充分大至30%，單晶部的內接圓直徑成為300mm，能使用單晶部製造大型矽構件。

如同以上，根據本發明，確認能提供充分抑制異種介在物混入，且單晶部的比例高而能作為大型構件的素材使用的矽錠、及矽錠的製造方法。 [產業利用性]

本發明，因為能提供充分抑制異種介在物混入，且單晶部的比例高而能作為大型構件的素材使用的矽錠、及矽錠的製造方法，而具有產業利用性。

10:矽錠 11:單晶部 12:多晶部 30:坩鍋 31:鑄模 33:漿料層 34:灰泥層

[圖1A]本發明的實施形態矽錠的沿鑄造方向的縱剖面圖。 [圖1B]垂直於同矽錠的鑄造方向的方向的橫剖面圖。 [圖2]表示製造本發明的實施形態的矽錠時使用的矽錠製造裝置的一例的縱剖面圖。 [圖3]製造本發明的實施形態的矽錠時使用的坩鍋的縱剖面圖。

10:矽錠

11:單晶部

12:多晶部

Claims (5)

1. 一種矽錠，由一方向凝固組織組成，且垂直於凝固方向的剖面形成圓形，其中， 圓相當徑為3μm以上的異種介在物的個數密度為0.01個/cm ²未滿； 在垂直於凝固方向的剖面，具有由單一結晶組成的單晶部、及由形成於該單晶部周圍的複數晶粒組成的多晶部，前述單晶部的面積率為25%以上。
2. 如請求項1記載的矽錠，其中，在垂直於凝固方向的剖面，前述單晶部的內接圓直徑為300mm以上。
3. 如請求項1記載的矽錠，其中，氮濃度為1.0×10 ¹⁴atoms/cc未滿。
4. 如請求項1記載的矽錠，其中，碳濃度為3.5×10 ¹⁷atoms/cc未滿。
5. 一種矽錠的製造方法，係製造如請求項1至請求項4中任一項記載的矽錠，具有： 在坩鍋底部配置種晶板的種晶板配置工程、在配置前述種晶板的坩鍋內裝入矽原料的原料裝入工程、以前述種晶板未完全溶解的條件使前述矽原料熔融得到矽熔液的矽原料熔融工程、及使前述矽熔液從配置前述種晶板的前述坩鍋底部向上方進行一方向凝固的一方向凝固工程； 前述坩鍋具有鑄模，在該鑄模內面，於厚度方向交互層積由平均粒徑為1μm以上200μm以下的微細二氧化矽粉末與矽酸膠組成的漿料層、及由平均粒徑為100μm以上1000μm以下的粗大二氧化矽粉末組成的灰泥層，層積的前述漿料層及前述灰泥層的合計層數為6以上。

Images