(57)【要約】  本発明は、窒化物結合シリコン窒化物（ＮＢＳＮ）から作られる半導体グレードのシリコンのインゴットの製造用の再利用可能な坩堝に関する。この坩堝は、シリコン窒化物粉末をシリコン粉末と混合し、坩堝のグリーン体を形成し、次いで、窒素を含有する雰囲気において前記グリーン体を加熱し、前記シリコン粉末が窒化されてＮＢＳＮ坩堝を形成することによって形成されてもよい。前記坩堝は、正方形の断面の坩堝の下部（１）及び壁（３、５）であるＮＢＳＮ材料のプレート要素によって組み立てられてもよく、及び、シリコン粉末及び任意にシリコン窒化物粒子を含むペーストを付け、続いて窒素雰囲気で第２の熱処理を行うことによって任意に固定部を密閉することによって組み立てられてもよい。
2009541194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方向性凝固によって半導体グレードのシリコンのインゴットの製造のための坩堝を製造する方法であって、
シリコン窒化物粉末をシリコン粉末と混合する段階と、
所望の形状を有する前記粉末混合物のグリーン体を形成する段階と、
実質的に純粋な窒素の雰囲気において前記グリーン体を加熱する段階であって、それによって、反応式：３Ｓｉ（ｓ）＋２Ｎ２（ｇ）＝Ｓｉ３Ｎ４（ｓ）に従って前記グリーン体の前記シリコン粒子を窒化することによって前記グリーン体を窒化物結合シリコン窒化物（ＮＢＳＮ）体に変換する段階と、を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
シリコン窒化物粉末をシリコン粉末と混合する段階と、
正方形の断面の坩堝の下部要素及び壁要素となるプレートの形態の一組のグリーン体を形成する段階と、
窒素含有雰囲気で前記グリーン体を加熱する段階であって、それによって、反応式：３Ｓｉ（ｓ）＋２Ｎ２（ｇ）＝Ｓｉ３Ｎ４（ｓ）に従って前記グリーン体の前記シリコン粒子を窒化することによって前記グリーン体を固体の窒化物結合シリコン窒化物（ＮＢＳＮ）プレート要素に変換する段階と、
正方形の断面領域を有する坩堝を形成するために前記下部要素及び壁要素を取り付ける段階と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
シーリングペーストが、前記坩堝を組み立てる際に前記プレートの要素の固定部をシーリングまたは任意に結合するために付けられる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記シーリングペーストは、窒素含有雰囲気で加熱する際に、固体のシーリング及び任意に固体の窒化物結合シリコン窒化物の結合相を形成する、シリコン粉末及び任意のシリコン窒化物粒子を含むペーストである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記粉末混合物は、６０重量％を超えるシリコン窒化物粒子及び４０重量％未満のシリコン粒子を含み、
前記粉末混合物は、高純度の水を加えることによって水性ペーストに形成され、
前記水性スラリーで形成された前記グリーン体は、１４００℃を超える温度まで本質的に純粋な窒素雰囲気で加熱される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項６】
前記グリーン体は、以下の１つの使用による前記シリコン窒化物粉末及びシリコン粉末混合物の形付けられた体であることを特徴とする請求項１または２に記載の方法：シリコン及びシリコン窒化物粉末のみを含有する乾燥加圧粉末混合物、スリップキャスティング、ゲルキャスティングまたは他のセラミック成形方法によって水溶性または非水溶性の懸濁液またはスリップから凝固された形付けられた物体。
【請求項７】
前記グリーン体は、結合剤、分散剤及び可塑剤などの添加剤を任意に含有してもよいことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
方向性凝固による半導体グレードのシリコンのインゴットの製造のための坩堝であって、請求項１に記載の方法によって作られることを特徴とする坩堝。
【請求項９】
方向性凝固による半導体グレードのシリコンのインゴットの製造のための坩堝であって、請求項２に記載の方法によって作られることを特徴とする坩堝。
【請求項１０】
シリコンの方向性凝固用の坩堝であって、
前記坩堝は、全てが正方形の断面の坩堝を定義する窒化物結合シリコン窒化物（ＮＢＳＮ）から作られる１つの下部プレート要素（１、１０）と４つの壁要素（３、５、１２）とを組み立てることによって形成され、
隣接する壁要素（３、５、１２）間及び前記壁要素（３、５、１２）と下部要素（１、１０）との間の結合部は、組み立てる前にシリコン含有シーリング剤ペーストを付けることによって密閉されて固定され、次いで前記ペーストのシリコン窒化物の固体シーリング／結合相を形成するために実質的に純粋な窒素雰囲気で加熱されることを特徴とする坩堝。
【請求項１１】
前記坩堝は、間欠的な順序で１つの下部プレート（１）、２つの側壁（３）及び２つの側壁（５）を用いて組み立てられ、
前記下部プレート（１）は、上部対向表面の各々の側端に沿った溝（２）を有する四角形のプレートであり、ここで、前記溝（２）は、前記側壁（３、５）の下端部が前記溝（２）に入ってタイトフィットを形成するように適合され、
前記壁要素（３）は、内側を前記坩堝に向かわせる前記表面の両端部に沿った溝（４）が備えられ、前記壁要素（３）は、前記壁要素（５）の側端にタイトフィットを与えるように採寸されることを特徴とする請求項１０に記載の坩堝。
【請求項１２】
前記壁要素が、前記下部及び上部の側端が平行で前記側端が合同な角を形成する等脚台形として形付けられるように、前記壁要素（３）の溝（４）及び側端は、合同な角の方向性が与えられ、
前記壁要素（３）は、突出部（７）が備えられ、
前記壁要素（５）は、突出部（６）が備えられ、
前記突出部（６、７）は、前記坩堝を組み立てる際に２つの側部の要素（３、５）を保持するロッキンググリップを形成するように形付けられることを特徴とする請求項１１に記載の坩堝。
【請求項１３】
前記壁要素（３、５）及び下部要素（１）は、シーリングペーストの使用なしに組み立てられることを特徴とする請求項１２に記載の坩堝。
【請求項１４】
前記坩堝は、１つの下部プレート（１０）及び４つの側壁（１２）を用いて組み立てられ、
前記下部プレート（１０）は、上部対向表面の各々の側端に沿った２つの開口部（１１）を有する方形のプレートであり、
前記壁要素（１２）は、開口部（１１）に入るように適合される２つの下方対向突出部（１３）が備えられ、下部要素（１０）、１つの側端上の２つの側部の突出部（１４）及び他の側端上の２つの突出部（１５）とタイトフィットを形成し、
前記突出部（１４、１５）は、２つの壁要素（１２）が前記坩堝の隣接する壁を形成して組み立てられる際に前記突出部（１４）が前記突出部（１５）の間の空間に入ってタイトフィットを形成するように採寸されることを特徴とする請求項１０に記載の坩堝。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソーラーグレードシリコンを含む半導体グレードのシリコンのインゴットの製造のための再利用可能な坩堝及び再利用可能な坩堝の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化石油の世界的な供給は、この数十年の間に徐々に尽きてくることが期待されている。これは、現在のエネルギー消費と世界のエネルギー需要のやってくる増加を共にカバーするために、前世紀における我々の主なエネルギー源が数十年以内に置き換えられなければならない。
【０００３】
さらに、化石エネルギーの使用が、危険な状態になるかもしれない程度に地球の温室効果を増加させることに、多くの関心が高まっている。従って、化石燃料の現在の消費は、好ましくは、再生可能で我々の気候及び環境を維持できるエネルギー源／キャリアによって置き換えられなければならない。
【０００４】
１つのこのようなエネルギー源は、人類のエネルギー消費のあらゆる予測される増加を含む、現在の一日の消費より大幅に多いエネルギーを有して地球を放射する太陽光である。しかしながら、太陽電池電力は、最近まで、原子力、火力などに対抗するには高すぎている。太陽電池電力の莫大なポテンシャルが実現されるべき場合、これは、変化する必要がある。
【０００５】
太陽光パネルからの電力のコストは、エネルギー変換効率及び太陽光パネルの生産コストの関数である。従って、太陽光電力のコストを低下させる１つの戦略は、ソーラーウェハインゴットの生産コストを減少させることである。
【０００６】
多結晶シリコンウエハのシリコンベースのソーラーパネルに対する優位的な工程ルートは、現在、ブリッジマン法の使用による方向性凝固（directional solidification）または関連する技術によってインゴットを形成することによる。これらの工程の主たる挑戦は、満足のいく結晶品質を得るためにインゴットの方向性凝固中に、シリコン原料の純度を維持し及び温度勾配の十分な制御を得ることである。
【０００７】
坩堝が溶融シリコンに直接接触するので、不純物に関する問題は坩堝材料に強く関係し、温度制御に関する問題は、遅い熱除去速度の使用及び従って長い凝固時間を意味する。従って、坩堝の材料は、溶融シリコンに対して可能な限り化学的に不活性であり、比較的長期間にわたって約１５００℃までの高温に耐えるべきである。
【０００８】
シリカＳｉＯ２は、現在、高純度の形態の利用可能性のために、坩堝及び型用途における好ましい材料である。方向性凝固方法において使用される場合、シリカは、溶融シリカによって湿らされ、インゴットと坩堝の間に強力な付着をもたらす。インゴットの冷却中に、強力な付着は、シリカと比較してシリコンの高い熱膨張係数からもたらされる機械的張力の急上昇のためにインゴットのクラックをもたらす。
【０００９】
インゴットのクラックに関する問題は、溶融による湿潤に対抗するシリコン窒化物の剥離性コーティングを付けることによって解決されるかもしれない。
【００１０】
炉内プロセス中に、シリカの坩堝は、ガラスから結晶相に変質される。冷却中に、結晶性ＳｉＯ２は、破損を引き起こす相転移を経験する。このため、シリカの坩堝は、一度使用されるだけであるかもしれない。これは、インゴットの製造コストに大きな寄与を与える。
【００１１】
従って、半導体グレードのシリコンの方向性凝固における坩堝または型として再利用されることができる坩堝を見出すことが企てられている。冷却中にインゴットと坩堝との間の強力な機械的張力をもたらさない熱膨張を有し、高純度のインゴットが形成されることを可能にするために、十分に純粋で溶融されたシリコンに対して化学的に不活性である材料で作られるべきこのような坩堝の必要性がある。
【００１２】
このような試みの１つは、ＪＰ−５９−１６２１９９から知られており、それは、反応結合シリコン窒化物（ＲＢＳＮ）によって作られる坩堝を開示している。シリコン窒化物の坩堝は、シリコン金属に匹敵する低い熱膨張係数を有する坩堝を与えるように設計されてもよい。ＪＰ−５９−１６２１９９による坩堝は、シリコン窒化物の理論的な最高密度の８５％の密度を有し、それらが良好な機械的特性を示すと報告されている。しかしながら、液体シリコンによる湿潤及び結果的にインゴットと坩堝との間の強力な付着に関する問題があり、シリコン金属を剥離する際に坩堝のクラック及び破損をもたらす。
【００１３】
液体シリコンによる湿潤に関するこの問題は、シリコン粒子の粒径分布及び窒化中の圧力が、理論的な最高密度の４０から６０％の密度を有するシリコン窒化物を与えるように規制され、及び、坩堝表面の少なくとも５０％の気孔が、Ｓｉ３Ｎ４粒子の平均粒径より大きな直径を有しなければならない、ＲＢＳＮから作られる坩堝を開示するＮＯ３１７０８０で解決される。この材料は、液体金属による湿潤の傾向を示さず、坩堝からの比較的容易なインゴットの剥離を可能にすることが報告されている。ＮＯ３１７０８０による坩堝は、１つの要素で形成され、２５から３０ｍｍの内部直径及び４０ｍｍの外部直径を有するテーパーが形成された内表面を有する一般的な円筒状のビーカーデザインが与えられる。この坩堝の高さは、４０ｍｍであった。
【００１４】
再生可能な坩堝の他の例は、Ｋｈａｔｔａｋらによる米国特許出願２００４−０２１１４９６に開示されている。この出願は、反応結合シリコン窒化物、または、剥離剤コーティングを用いてコーティングされたイソプレスされたシリコン窒化物から作られる正方形の断面の坩堝の使用を教示している。ＲＢＳＮ坩堝は、４０×４０ｃｍ２までの内部の断面領域を有して形成された。壁厚は、約２０ｍｍであった。イソプレスされた坩堝は、１７×１７×１７ｃｍ３の内部寸法と２ｃｍの壁厚さを有した。この坩堝がインゴット製造の１６回の使用に耐えることができることが示された。
【００１５】
反応結合シリコン窒化物は、一般的には、
例えば水性スリップ中で、適切な粒径分布及び純度のシリコン粒子の原料を混合し、
例えば石膏型で鋳造することによって、このシリコン粒子混合物を、しばしばグリーン体と呼ばれる所望の形状に形成し、
チャンバー炉、連続加熱炉またはそれらの類似物内において窒素雰囲気でグリーン体を加熱し、それによって反応式（Ｉ）３Ｓｉ（ｓ）＋２Ｎ２（ｇ）＝Ｓｉ３Ｎ４（ｓ）に従って前記グリーン体のシリコンをシリコン窒化物に変換させる、
ことによって形成される。
【００１６】
ＲＢＳＮ工程の特徴は、グリーン体が窒化中に若干の寸法の変化のみを経験するということである。他の特徴は、反応式（Ｉ）に従うシリコン粒子の窒化が大きく発熱的であるということである。
【００１７】
大きく発熱的な反応は、充填物内の高温領域が周囲の材料より速く反応する傾向にあり、局所的な熱の放出の危険性をもたらすという問題を引き起こす。熱の放出が起こると、材料のクラック及び欠陥の高い可能性がある。窒化中に反応領域からの十分な熱移動を可能にするために対象物が比較的薄いバルク相（高いアスペクト比と薄い壁）を有しなければならないので、熱放出に関する問題は、形成されるべき対象物の物理的な寸法に現実的な限界を設定する。
【００１８】
従って、ＲＢＳＮ工程は、１００×１００×４０ｃｍ３またはそれ以上までのサイズのインゴットを形成する、例えば現在では方向性凝固炉（ＤＳ炉（Direct Solidification Furnace）などの半導体シリコンの産業規模の製造用の坩堝を製造するために適しない。これは、ＲＢＳＮ材料で現在入手可能なものより大きな寸法を有する坩堝を必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開昭５９−１６２１９９号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／０２１１４９６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の主たる目的は、半導体グレードのシリコンの高純度のインゴットの製造用の再利用可能な坩堝を提供することである。
【００２１】
本発明のさらなる目的は、この坩堝を製造する方法を提供することである。
【００２２】
本発明の目的は、以下の本発明の詳細な説明及び／又は添付された特許請求の範囲に記載の特徴によって実現されるかもしれない。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、１００×１００×４０ｃｍ３またはそれ以上の寸法を有するインゴットを形成するための高純度のシリコン金属を溶融し直接的に凝固する繰り返しサイクルに使用される十分な純度と機械的強度とを有するシリコン窒化物の坩堝の規模拡大に関する問題が、窒化物結合シリコン窒化物（ＮＢＳＮ）の坩堝の製造と、坩堝を形成するために続いて取り付けられる下部及び壁の要素を形成するＮＢＳＮ材料のプレート要素を形成することによって解決されるという認識に基づく。
【００２４】
従って、本発明の第１の側面では、
方向性凝固によって半導体グレードのシリコンのインゴットの製造のための坩堝を製造する方法であって、
シリコン窒化物粉末をシリコン粉末と混合する段階と、
所望の形状を有する前記粉末混合物のグリーン体を形成する段階と、
窒素雰囲気において前記グリーン体を加熱する段階であって、それによって、反応式（Ｉ）３Ｓｉ（ｓ）＋２Ｎ２（ｇ）＝Ｓｉ３Ｎ４（ｓ）に従って前記グリーン体の前記シリコン粒子を窒化することによって前記グリーン体を窒化物結合シリコン窒化物（ＮＢＳＮ）体に変換する段階と、を備える方法が提供される。
【００２５】
本発明の第２の側面では、
方向性凝固によって半導体グレードのシリコンのインゴットの製造のための坩堝を製造する方法であって、
シリコン窒化物粉末をシリコン粉末と混合する段階と、
正方形の断面の坩堝の下部要素及び壁要素となるプレートの形態の一組のグリーン体を形成する段階と、
窒素含有雰囲気で前記グリーン体を加熱する段階であって、それによって、反応式（Ｉ）に従って前記グリーン体の前記シリコン粒子及び前記シーリングペーストを窒化することによって前記グリーン体を固体の窒化物結合シリコン窒化物（ＮＢＳＮ）プレート要素に変換する段階と、
正方形の断面領域を有する坩堝を形成するために前記プレート要素を取り付ける段階と、を備える方法が提供される。
【００２６】
あるいは、前記グリーン体の坩堝が窒化物結合シリコン窒化物の坩堝に窒化されるまで、前記グリーン体プレート要素は、グリーン体の坩堝を形成し、窒素含有雰囲気で前記グリーン体の坩堝を加熱するために組み立てられてもよい。
【００２７】
前記坩堝は強化されてもよく、固定部は、シリコン粉末及び任意にシリコン窒化物を含むペーストを付けることによって密閉され、次いで、前記ペーストのシリコン粒子が窒化され、前記ペーストを固体の結合及び密閉ＮＢＳＮ相に変質するまで窒素含有雰囲気でペーストを熱処理する。ペーストは、グリーン体を窒化する前に又はグリーン体の初期的な窒化の後に付けられてもよい。後者の場合、ペーストは、第２の熱処理で窒化されるだろう。
【００２８】
本発明の第３の側面では、方向性凝固によって半導体グレードのシリコンのインゴットの製造のための坩堝であって、本発明の第１側面で特定されるような方法に従って前記坩堝が窒化物結合シリコン窒化物（ＮＢＳＮ）から作られる坩堝が提供される。
【００２９】
本発明の第４の側面では、方向性凝固によって半導体グレードのシリコンのインゴットの製造のための坩堝であって、前記坩堝が、本発明による第２の側面で特定されるような方法に従って正方形の断面の坩堝を形成するように取り付けられる窒化物結合シリコン窒化物（ＮＢＳＮ）プレート要素から作られる坩堝が提供される。
【００３０】
ここで使用される“窒化”という用語は、シリコン粒子がシリコン窒化物粒子に変換され、それによって、共に固体を形成するための粉末混合物構成の結合を得られるように、シリコン粒子と窒素ガスとの間の反応が得られるまで、シリコン金属粒子を有する形付けられた粉末またはペーストが窒素雰囲気中で加熱処理されるあらゆる方法を意味する。形成された固体の対象物は、窒化する前に前記粉末に存在するシリコン粒子及び／又は他の粒子の粒径及び粒径分布に依存するある程度の多孔性を示す。窒化物結合シリコン窒化物において、粉末混合物は、シリコン粒子及びシリコン窒化物粒子を含み、その窒化は、シリコン粒子が、それらを結合し、純粋なシリコン窒化物の固体の多孔性体に共に窒化物粒子を本来提供するシリコン窒化物粒子に変換されることをもたらす。
【００３１】
ここで使用される“グリーン体”という用語は、シリコン及びシリコン窒化物粒子粉末のみを含有する乾燥された加圧粉末混合物から、スリップキャスティング、ゲルキャスティング、または、他のセラミック成形方法によって水性または非水性の懸濁液またはスリップで強化された形付けられた対象物までの、シリコン粒子及びシリコン窒化物粒子を含む粉末混合物のあらゆる形状の対象物を意味し、窒素雰囲気中での加熱において、それは、半導体グレートのシリコンの方向性凝固における坩堝材料として機能するための十分な純度と機械的強度を有する多孔性のシリコン窒化物の固体の対象物を形成するために、窒化反応を経験する。グリーン体は、結合剤、分散剤及び可塑剤などの添加剤を、これらが本質的に完全に後続の工程で揮発されるという条件で任意に含有してもよい。
【００３２】
ここで使用される“窒化物結合シリコン窒化物（ＮＢＳＮ）”という用語は、シリコン窒化物凝集体の粒径分布及び純度を反映する凝集相と、シリコン粉末の粒径分布と純度を反映する結合相とから構成される、多かれ少なかれ多孔性を有する固体のシリコン窒化物材料を意味し、ここで、シリコン結合相は、窒化工程中にシリコン窒化物に本質的に完全に変換される。
【００３３】
他のシリコン窒化物材料のタイプとのＮＢＳＮ材料の主たる違いは、調製方法である。ＲＢＳＮ（反応結合シリコン窒化物）との違いは、ＲＢＳＮ製造において、グリーン体が完全にシリコン粉末から作られるということである。
【００３４】
本発明による坩堝は、有利には、インゴットの剥離を容易にするためにテーパーが備えられてもよい。坩堝は、任意に、鋳造後にインゴットの剥離を容易にするための何らかの材料でコーティングされることができる。
【００３５】
このシーリングペーストは、グリーン体形成ペースト、シリコン粒子及びシリコン窒化物粒子の水性ペーストと同じペーストであってもよい。あるいは、シーリングペーストは、シリコン粒子のみのペーストであってもよい。
【００３６】
高純度の原料を使用することが重要である。シリコン窒化物の酸素含有量が液体シリコンによって湿潤をもたらすことが知られているので、これは、酸素において特に重要である。シリコン窒化物粒子の標準的な入手可能な市販のグレードは、本発明によるグリーン体用の原材料と適用される前に精製されることが必要かもしれない。これは、酸浸出、例えばＷＯ２００７／０４５５７１に開示されるような酸浸出及びそれに続く高純度な水での洗浄によって得られてもよい。しかしながら、本発明は、この洗浄方法に固定されず、高純度のシリコン窒化物粒子及び／又はシリコン粒子を提供するあらゆる周知の方法が適用されてもよい。
【００３７】
ＲＳＢＮ工程と比較して、窒化物結合シリコン窒化物（ＮＢＳＮ）の坩堝を製造する工程は、以下の利点を有する。
−良好な工程安定性。窒化反応（Ｉ）は、非常に発熱的である。これは、充填物の高温領域が周囲の材料より速く反応する傾向にあることを意味し、局所的な熱放出の危険性をもたらす。熱放出が起こると、材料のクラック及び欠陥の高い可能性がある。ＮＢＳＮでは、窒化されるべき材料の量は、ＲＢＳＮより少ない。これは、反応によってより少ない熱が放出され、より多くの材料が熱を吸収し分布させることを意味する。この結果は、この工程安定性が大幅に改善されることである。
−マイクロ構造の技術におけるより高い屈曲性。この窒化反応は、シリコン粒子の表面に生成物層を形成する。完成するために行われる反応において、窒素は、この層を介して拡散されなければならない。これは、シリコン粒径の現実的な上限を与える。必要であれば、粗いシリコン窒化物粒子は、シリコン窒化物原料を介してＮＢＳＮに導入されることができる。
−高い信頼性。ＮＢＳＮで作られる坩堝は、それが、より高い信頼性とより高い収率を有して、窒化反応によって放出される熱の低減された量のためにシリコンの方向性凝固に使用される必要な寸法で作られることができるという利点を有する。
【００３８】
本発明による第２及び第４側面によるプレートベースの工程は、以下の利点を有する。
−窒化のためにプレートが積層される場合に、炉内の利用可能な空間がより効率的に使用される。
−グリーン坩堝より容易い取り扱いのグリーン体は、壁及び下部の厚さの減少を可能にする。これは、坩堝の熱特性を改善し、材料を節約する。
−プレートから作られる坩堝の製造は、キャスティング段階におけるより低い欠陥率、材料の高密度、及び、窒化中のより高い反応速度における可能性のために、より容易で、より経済的である。
−シーリングの最終的な窒化は、完全に速く、品質制御用の温度衝撃処理と組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１（ａ）から（ｃ）は、本発明の一実施形態によるシリコンのＤＳ凝固用の坩堝を形成するために組み立てられてもよいプレート要素の概略図である。図１（ｄ）は、組み立てられた坩堝を示す。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２実施形態によるシリコンのＤＳ凝固用の坩堝を形成するために組み立てられてもよいプレート要素の概略図である。図２（ｃ）は、組み立てられた坩堝を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明は、本発明の第２または第４の側面に従う本発明の実施形態の実施例、すなわち四角形の断面の再利用可能な坩堝を形成するために組み立てられるプレート要素の製造によってさらに詳細に記載されるだろう。これらの実施例は、窒化物結合シリコン窒化物（nitride bonded silicon nitride）すなわちＮＢＳＮの再利用可能な坩堝を形成する一般的な発明概念の限定を示すものと決して考えられるべきではなく、１つの要素またはいくつかの要素による組合体においてシリコンを凝固するための坩堝として機能するＮＢＳＮ要素の考えられる形状及び寸法が採用されてもよい。
【００４１】
実施例１及び２による坩堝のプレート要素は全て、６０重量％を超えるシリコン窒化物粒子及び４０重量％未満のＳｉ粒子のスラリーを、好ましくは形成されるべき網形状のプレートを有する石膏から作られ、組立体に相応しいプレートを得るために坩堝に溝または開口を含む型に鋳造することによって作られる。次いで、プレートは、鋳放しの材料内のシリコンが反応し、シリコン窒化物粒子間にシリコン窒化物結合を形成し、及び、添加剤を蒸発させる間に、本質的に純粋な窒素の雰囲気で１４００℃を超える温度まで加熱される。シリコン窒化物の固体プレートが得られるようにスラリー内の全てのＳｉ粒子が窒化されるまで、窒素雰囲気におけるこの熱処理が続けられる。必要であれば、窒化されたプレートは、正確な寸法を得るための冷却の後に、研磨され、形が整えられ、それによって、組立体上に緊密で漏れ防止された坩堝を形成することを可能にする。
【００４２】
坩堝を組み立てる場合、液体に分散されたシリコンから作られたシーリングペーストが、組み立てる際に隣接するプレート要素に接触するプレート要素の領域に堆積される。次いで、プレート要素が組み立てられ、形成された坩堝は、シーリングペーストのＳｉ粒子が窒化され、それによって坩堝の結合部を密閉し、要素を共に結合するように、本質的に純粋な窒素雰囲気で第２の熱処理にさらされる。第２の熱処理は第１の熱処理と同様であり、約１４００℃で、シーリングペースト内の全てのＳｉ粒子を窒化する期間である。
【００４３】
（実施例１）
図１は、本発明の第１実施例による正方形の断面の坩堝の下部壁及び側壁を形成するプレート要素の概略図である。全ての要素は、ＮＢＳＮで作られる。図は、組み立てられた坩堝も示す。
【００４４】
図１ａは、下部プレート１を示し、それは、その側部の各々に沿った上部対向表面の溝２を有する四角形のプレートである。この溝は、側壁の下端部が溝に入りタイトフィットを形成するように、坩堝の壁部を形成する側部の要素の厚さに適合する。あるいは、側部の要素及び下部の溝は、例えばすき（プラウ）とトングなどの相補的な形状が与えられてもよい。
【００４５】
図１ｂは、１つの長方形の壁要素３を示す。図１ｄを参照すると、対向する側にこれらの２つが使用される。この側部の要素３は、内側を坩堝に向かわせる表面の両端に沿った溝４が備えられている。溝４は、壁要素３に垂直に配置される壁要素５の側端とタイトフィットを与えるように採寸される。壁要素が、下部及び上部の側端が平行で側端が合同な角を形成する等脚台形として形付けられるように、溝４と壁要素３の両側とは、合同な角の方向性が与えられかもしれない。この等脚台形は、坩堝の開口部の断面領域が坩堝の下部の断面領域より大きくなるようにテーパーが形成されて組み立てられた坩堝を形成する。上部方向は図１に矢印で示されている。また、側端の上部において、側部の要素３は、図１ｄを参照して、壁要素５の対応する突出部６を用いてロッキンググリップを形成してもよい突出部７が備えられてもよい。
【００４６】
図１ｃは、本発明の第１の実施例による坩堝の対応する壁要素５を示す。図１ｄを参照して、対向する側であって垂直に壁要素３の間にあるこれらの壁要素の２つが使用される。壁要素５は、上部側部に突出部６が備えられており、それは、壁３の突出部７のような相補的な形状が与えられる。突出部６が突出部７に螺入される場合、突出部６、７は、ロッキンググリップを形成する。
【００４７】
図１ｄは、坩堝に組み立てられる場合のプレート要素を示す。シーリングペーストは、組み立てられる前に各々の溝２、４に付けられる。溝２、４及びプレート要素３、５の端部は、十分な寸法の正確性が与えられ、坩堝は、漏れ防止の坩堝を得るために十分なタイトフィットを有して組み立てられてもよい。この場合、シーリング剤ペーストの使用及び第２の加熱が省略されてもよく、壁要素は、突出部６、７によって所定の位置に保持されるだろう。
【００４８】
（実施例２）
図２は、本発明の第２実施例による正方形の断面の坩堝の下部及び側部の壁を形成するプレート要素の概略図である。全ての要素は、ＮＢＳＮから作られる。この図は、組み立てられた坩堝も示す。
【００４９】
図２ａは、下部プレート１０を示し、それは、その側部の各々に沿った２つの細長い開口部１１を有する四角形のプレートである。開口部の寸法は、それらが、側壁の下向きの面の突出部を受け入れ、タイトフィットを形成することができるように適合される。それは、第１の実施例の下部プレート１の溝２と同様の、開口部１１の中心軸と位置合わせされて走る溝（図示されない）を含むようにも想定される。
【００５０】
図２ｂは、１つの壁要素１２を示す。図２ｃを参照すると、４つのこれらの要素があるだろう。側部要素１２は、各々の側部の２つの突出部１４、１５と２つの下向きの突出部１３とが備えられる。側部の突出部は、２つの側部の要素１２が坩堝の隣接する壁を形成して組み立てられる場合に、突出部１４が突出部１５の間の空間に入り、タイトフィットを形成するように採寸される。下向きの面の突出部１３は、図２ｃを参照すると、開口部１１に適合し、タイトフィットを形成するように採寸される。壁要素が、下部及び上部の側端が平行で側端が合同な角を形成する等脚台形として形付けられるように、壁要素１２の側端は、合同な角の方向性が与えられるかもしれない。この等脚台形は、坩堝の開口部の断面領域が坩堝の下部の断面領域より大きくなるようにテーパーが形成されて組み立てられた坩堝を形成する。上向きは、図２ｂの矢印で示される。
【００５１】
図２ｃは、坩堝に組み立てられる場合のプレート要素１０、１２を示す。シーリングペーストは、組立前に各々の壁要素１２の各々の側部及び下部端部に付けられる。
【００５２】
この実施例は、壁要素１２の各々の端部及び下部の２つの突出部１３、１４、１５を使用しなければならないと考えられるべきではない。１から上方に向かう考えられる数の突出部１３、１４、１５が使用されてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１  下部プレート要素
３  壁要素
４  溝
５  壁要素
６  突出部
７  突出部
１２  壁要素
１０  下部プレート要素
１１  開口部
１４  突出部
１５  突出部
【図１ａ）】
2009541194.tif 000003
【図１ｂ）】
2009541194.tif 000004
【図１ｃ）】
2009541194.tif 000005
【図１ｄ）】
2009541194.tif 000006
【図２ａ）】
2009541194.tif 000007
【図２ｂ）】
2009541194.tif 000008
【図２ｃ）】
2009541194.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成20年4月21日(2008.4.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方向性凝固によって半導体グレードのシリコンのインゴットの製造のための坩堝を製造する方法であって、
シリコン窒化物粉末をシリコン粉末と混合する段階と、
所望の形状を有する前記粉末混合物のグリーン体を形成する段階と、
実質的に純粋な窒素の雰囲気において前記グリーン体を加熱する段階であって、それによって、反応式：３Ｓｉ（ｓ）＋２Ｎ２（ｇ）＝Ｓｉ３Ｎ４（ｓ）に従って前記グリーン体の前記シリコン粒子を窒化することによって前記グリーン体を窒化物結合シリコン窒化物（ＮＢＳＮ）体に変換する段階と、を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
シリコン窒化物粉末をシリコン粉末と混合する段階と、
正方形の断面の坩堝の下部要素及び壁要素となるプレートの形態の一組のグリーン体を形成する段階と、
窒素含有雰囲気で前記グリーン体を加熱する段階であって、それによって、反応式：３Ｓｉ（ｓ）＋２Ｎ２（ｇ）＝Ｓｉ３Ｎ４（ｓ）に従って前記グリーン体の前記シリコン粒子を窒化することによって前記グリーン体を固体の窒化物結合シリコン窒化物（ＮＢＳＮ）プレート要素に変換する段階と、
正方形の断面領域を有する坩堝を形成するために前記下部要素及び壁要素を取り付ける段階と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記グリーン体が窒化物結合シリコン窒化物（ＮＢＳＮ）から構成される坩堝に変換されるまで、前記プレート形態の前記グリーン体は、窒素含有雰囲気で加熱される前に前記坩堝のグリーン体を形成するために取り付けられる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
シーリングペーストが、前記坩堝を組み立てる際に前記プレートの要素の固定部をシーリングまたは任意に結合するために付けられる、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記シーリングペーストは、窒素含有雰囲気で加熱する際に、固体のシーリング及び任意に固体の窒化物結合シリコン窒化物の結合相を形成する、シリコン粉末及び任意のシリコン窒化物粒子を含むペーストである、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記粉末混合物は、６０重量％を超えるシリコン窒化物粒子及び４０重量％未満のシリコン粒子を含み、
前記粉末混合物は、高純度の水を加えることによって水性ペーストに形成され、
前記水性スラリーで形成された前記グリーン体は、１４００℃を超える温度まで本質的に純粋な窒素雰囲気で加熱される、請求項１から３の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記グリーン体は、以下の１つの使用による前記シリコン窒化物粉末及びシリコン粉末混合物の形付けられた体であることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の方法：シリコン及びシリコン窒化物粉末のみを含有する乾燥加圧粉末混合物、スリップキャスティング、ゲルキャスティングまたは他のセラミック成形方法によって水溶性または非水溶性の懸濁液またはスリップから凝固された形付けられた物体。
【請求項８】
前記グリーン体は、結合剤、分散剤及び可塑剤などの添加剤を任意に含有してもよいことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
方向性凝固による半導体グレードのシリコンのインゴットの製造のための坩堝であって、請求項２に記載の方法によって作られることを特徴とする坩堝。
【請求項１０】
シリコンの方向性凝固用の坩堝であって、
前記坩堝は、全てが正方形の断面の坩堝を定義する窒化物結合シリコン窒化物（ＮＢＳＮ）から作られる１つの下部プレート要素（１、１０）と４つの壁要素（３、５、１２）とを組み立てることによって形成され、
隣接する壁要素（３、５、１２）間及び前記壁要素（３、５、１２）と下部要素（１、１０）との間の結合部は、組み立てる前にシリコン含有シーリング剤ペーストを付けることによって密閉されて固定され、次いで前記ペーストのシリコン窒化物の固体シーリング／結合相を形成するために実質的に純粋な窒素雰囲気で加熱されることを特徴とする坩堝。
【請求項１１】
前記１つの下部プレート要素（１、１０）と４つの壁要素（３、５、１２）は、それらがグリーン体である前に、従って、前記坩堝として形付けられるグリーン体を形成し、次いで、窒化物結合シリコン窒化物（ＮＢＳＮ）から作られる前記坩堝を形成する前記窒化工程に前記坩堝のグリーン体をさらす前に取り付けられることを特徴とする請求項１０に記載の坩堝。
【請求項１２】
前記坩堝は、間欠的な順序で１つの下部プレート（１）、２つの側壁（３）及び２つの側壁（５）を用いて組み立てられ、
前記下部プレート（１）は、上部対向表面の各々の側端に沿った溝（２）を有する方形のプレートであり、ここで、前記溝（２）は、前記側壁（３、５）の下端部が前記溝（２）に入ってタイトフィットを形成するように適合され、
前記壁要素（３）は、内側を前記坩堝に向かわせる前記表面の両端部に沿った溝（４）が備えられ、前記壁要素（３）は、前記壁要素（５）の側端にタイトフィットを与えるように採寸されることを特徴とする請求項１０に記載の坩堝。
【請求項１３】
前記壁要素が、前記下部及び上部の側端が平行で前記側端が合同な角を形成する等脚台形として形付けられるように、前記壁要素（３）の溝（４）及び側端は、合同な角の方向性が与えられ、
前記壁要素（３）は、突出部（７）が備えられ、
前記壁要素（５）は、突出部（６）が備えられ、
前記突出部（６、７）は、前記坩堝を組み立てる際に２つの側部の要素（３、５）を保持するロッキンググリップを形成するように形付けられることを特徴とする請求項１１に記載の坩堝。
【請求項１４】
前記壁要素（３、５）及び下部要素（１）は、シーリングペーストの使用なしに組み立てられることを特徴とする請求項１２に記載の坩堝。
【請求項１５】
前記坩堝は、１つの下部プレート（１０）及び４つの側壁（１２）を用いて組み立てられ、
前記下部プレート（１０）は、上部対向表面の各々の側端に沿った２つの開口部（１１）を有する方形のプレートであり、
前記壁要素（１２）は、開口部（１１）に入るように適合される２つの下方対向突出部（１３）が備えられ、下部要素（１０）、１つの側端上の２つの側部の突出部（１４）及び他の側端上の２つの突出部（１５）とタイトフィットを形成し、
前記突出部（１４、１５）は、２つの壁要素（１２）が前記坩堝の隣接する壁を形成して組み立てられる際に前記突出部（１４）が前記突出部（１５）の間の空間に入ってタイトフィットを形成するように採寸されることを特徴とする請求項１０に記載の坩堝。
【国際調査報告】
2009541194.tif 000010
2009541194.tif 000011