(57)【要約】【課題】シリコンの単結晶を製造するための装置および方法を提供する。【解決手段】装置は、プレートを備え、プレートは、外縁および内縁を有する上面と、内縁に隣接する中央開口部と、中央開口部からプレートの下面の下方に延在する管状部とを有する。装置はさらに、粒状シリコンを計量しながらプレートの上面に供給するための装置と、プレートの上方に配置され堆積した粒状シリコンを溶融するために設けられた第１の誘導加熱コイルと、プレートの下方に配置されシリコンの溶融物の安定化のために設けられた第２の誘導加熱コイルとを備え、上記溶融物は成長しているシリコンの単結晶の上にある。この装置に特有の特徴は、プレートの上面が、セラミック材料からなり、隆起部を有し、隣合う隆起部それぞれの中心間の径方向距離が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンの単結晶を製造するための装置であって、
プレートを備え、前記プレートは、外縁および内縁を有する上面と、前記内縁に隣接する中央開口部と、前記中央開口部から前記プレートの下面の下方に延在する管状部とを有し、
粒状シリコンを計量して前記プレートの上面に供給するための装置と、
前記プレートの上方に配置され堆積した前記粒状シリコンを溶融するために設けられた第１の誘導加熱コイルと、
前記プレートの下方に配置されシリコンの溶融物の安定化のために設けられた第２の誘導加熱コイルとを備え、前記溶融物は成長しているシリコンの単結晶の上にあり、
前記プレートの上面は、セラミック材料からなり、隆起部を有し、隣合う隆起部それぞれの中心間の径方向距離は、２ｍｍ以上１５ｍｍ以下である、装置。
【請求項２】
前記セラミック材料は、アルミナ、窒化ホウ素、六硼化ランタノイド、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化タンタル、イットリア、ジルコニア、および石英を含む群から選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記隆起部は前記中央開口部を中心として同心で配置される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記プレートの上面の外縁は壁によって囲まれている、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
シリコンの単結晶を製造するためのプロセスであって、
請求項１〜４のいずれかに記載の装置を準備することと、
前記プレートを回転させながら、前記プレートの上面の外縁の領域における前記プレートの上面上に粒状シリコンを堆積させることと、
前記粒状シリコンを溶融し、溶融したシリコンを、成長しているシリコンの単結晶の上の溶融物になるまで、前記プレートの隆起部の上から中央開口部と管状部を通して送ることとを含む、プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンの単結晶を製造するための装置およびプロセスを提供し、この装置およびプロセスを用いて、原料としての粒状シリコンを加工することにより、単結晶を与えることができる。この装置は、中央開口部および中央開口部から下方向に向けられた管状部を有するプレートと、粒状シリコンを計量しながらプレート上に供給するための装置と、プレートの上方に配置された第１の誘導加熱コイルと、プレートの下方に配置された第２の誘導加熱コイルとを含む。
【背景技術】
【０００２】
ＵＳ２００３１４５７８１Ａ１およびＵＳ２０１１１８５９６３Ａ１には、上記特徴を有する装置およびこのような装置を用いて単結晶を製造するためのプロセスが記載されている。先ず管状部の下端を固体シリコンで閉じ、閉じられた管状部の下端において液体シリコンが形成されるように、第２の誘導加熱コイルを用いて管状部を加熱する。次に、単結晶の種結晶を液体シリコンに接触させ、回転および下降させると、それと同時に管状部の下端からシリコンがさらに溶ける。種結晶を下降させるときに、液体シリコンは種結晶の上で結晶化する。ネッキングと呼ばれる、転位を結晶化部分からその表面に移すという目的を果たす段階の後、成長している単結晶が最終的に現われる。成長している結晶の上端には、単結晶のさらなる成長を助けるシリコンの溶融物の小さな塊がある。次の段階の間、この溶融物の塊および成長している単結晶の直径は、目標とする直径に達するまで増大し続ける。その後、この単結晶をほぼ円筒形になるように成長させる。その後の段階で円筒形に成長した部分をさらに加工して半導体ウェハを与えるためである。管状部の下端を閉じていた固体シリコンが溶けた後、単結晶の成長に必要なさらなる液体シリコンが供給される。この液体シリコンを供給するために、プレートを回転させながら、プレート上に粒状シリコンを堆積させ、これを第１の誘導加熱コイルを用いて溶融する。このシリコンは、液体シリコンとしてプレートの上面からプレートの中央開口部に移動し、管状部を通って、成長している単結晶の上の溶融物に達する。
【０００３】
ＵＳ２００３１４５７８１Ａ１は、上記プレートとして、石英製の容器またはシリコン製のプレートを用い、溶融シリコンの流路を中央開口部まで延在させるために、通路を形成する隆起部をプレートの上面に設けることを提案している。このように流路が延在していることによって、元々は粒状シリコンであった固体シリコンが、成長している単結晶に達する前に完全に溶融することが促進されると思われる。このような通路を設けない場合には、第１の誘導加熱コイルの作用によって、中央開口部の領域におけるプレートの上面上に固体シリコンのバリアを設けることが提案されている。バリアの高さとしては、粒状シリコンが完全に溶融しない限りバリアを超えられない高さが選択される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＵＳ２００３１４５７８１Ａ１
【特許文献２】ＵＳ２０１１１８５９６３Ａ１
【特許文献３】ＵＳ２００３１４５７８１Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の発明者らは、シリコン製のプレートの上面は第１の誘導加熱コイルの作用によって変質し、そのため、さらなる単結晶の製造にこのプレートを使用することは、選択肢でなくなる、または、徹底的に再調整しなければ不可能になることを、発見した。加えて、石英製のプレートが使用されている場合は、上面の外縁の領域から上面の内縁への液体シリコンの移送には、その流路を延在させる通路がなくても障害が発生することが発見された。
【０００６】
本発明の目的は、プレートを容易に再利用できるようにするとともに、プレートの上面の外縁からプレートの上面の内縁への液体シリコンの移送を容易にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、以下に示すシリコンの単結晶を製造するための装置によって達成される。この装置は、
プレートを備え、プレートは、外縁および内縁を有する上面と、内縁に隣接する中央開口部と、中央開口部からプレートの下面の下方に延在する管状部とを有し、
粒状シリコンを計量してプレートの上面に供給するための装置と、
プレートの上方に配置され堆積した粒状シリコンを溶融するために設けられた第１の誘導加熱コイルと、
プレートの下方に配置されシリコンの溶融物の安定化のために設けられた第２の誘導加熱コイルとを備え、溶融物は成長しているシリコンの単結晶の上にあり、
プレートの上面は、セラミック材料からなり、隆起部を有し、隣合う隆起部それぞれの中心間の径方向距離は２ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。
【０００８】
本発明はまた、シリコンの単結晶を製造するためのプロセスを提供し、このプロセスは、
上記装置を準備することと、
プレートを回転させながら、プレートの上面の外縁の領域におけるプレートの上面上に粒状シリコンを堆積させることと、
粒状シリコンを溶融し、溶融したシリコンを、成長しているシリコンの単結晶の上の溶融物になるまで、プレートの隆起部の上から中央開口部と管状部を通して送ることとを含む。
【０００９】
プレートおよび管状部は、一体的に作られることが好ましい。プレートの上面は、液体シリコンと接触した状態で熱的に安定で異質な物質による液体シリコンの汚染の程度が最小である、セラミック材料からなる。プレートおよび管状部は、セラミック材料で被覆された基礎構造からなるものであってもよい。また、プレートおよび管状部は、全体がセラミック材料からなるものであってもよい。基礎構造として可能な材料は、セラミック材料で被覆することができる、熱安定性が高い耐破壊性材料あり、たとえば金属および炭素である。特に好ましいのは、炭素からなる基礎構造である。セラミック材料は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ホウ素（ＢＮ）、六硼化ランタノイド（ＬａＢ６）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、または石英（ＳｉＯ２）等の材料であることが好ましい。特に好ましいのは炭化ケイ素である。
【００１０】
隆起部があるので、プレートの上面は平坦ではなく構造化されている。隆起部と隆起部の間は、窪み部、好ましくは閉じた窪み部である。閉じた窪み部は、隆起部によって完全に囲まれている、プレートの表面上の領域である。窪み部のうちの１つの中にある液体シリコンは、隆起部によって囲まれた溜まりを形成する。このような隆起部は、プレートの上面の外縁と内縁の間に分布している。窪み部の輪郭は、たとえば、環状、正方形、矩形、螺旋形、または菱形であってもよい。プレートの外縁にある窪み部と、径方向においてプレートの中央開口部に近い部分の窪み部との間には、勾配があることが好ましい。この勾配の傾斜角は、好ましくは１°以上１５°以下、より好ましくは１°以上５°以下である。このため、液体シリコンはプレートの外縁からプレートの中央開口部に向かって流れる傾向を示す。
【００１１】
発明者らは、プレートの上面の外縁からプレートの上面の内縁への液体シリコンの移送を容易にするには隆起部が適切であることを見出した。隆起部がなければ、中央開口部への液体シリコンの移送には障害が発生する。その理由は、液体シリコンによるセラミック材料の濡れ性が並みの程度であることにある。隆起部がないプレートの上では、ゆっくりと移動する液体シリコンの複数の島が形成され、これは、プレートの上面を少ししか濡らさず、中央開口部に流れにくい。
【００１２】
本発明が提案するようにプレートの上面を隆起部によって構造化すると、堆積した粒状シリコンが溶融する一方で、窪み部には液体シリコンの溜まりが形成される。時間の経過に伴い、このような溜まりの体積は増し続け、最終的には隆起部が液体シリコンを窪み部の中に留めておくことができなくなり、溜まりが溢れ出す。溢れ出した液体シリコンは、島を形成する傾向を示さず、最終的には隆起部の上からプレートの中央開口部に流れる。その間に、溢れ出した液体シリコンは結合されてプレートの上面の大きな面積を覆う。
【００１３】
窪み部の底と、この窪み部の境界に位置する隆起部の最高点との間の高低差は、好ましくは０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、より好ましくは０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下である。隆起部上で液体シリコンを物質移動させることができるようにするためには、隣合う隆起部それぞれの中心間の径方向距離は、２ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、好ましくは３ｍｍ以上６ｍｍ以下である。
【００１４】
本発明の装置の他の利点は、プレートがシリコンで構成されていればプレートの冷却に必要である冷却装置がなくてもよいことである。本発明の装置はこのような冷却装置を必要としない。
【００１５】
本発明の特に好ましい実施形態において、隆起部と窪み部は、上から見ると、中央開口部の周りに同心で配置された円環を形成している。加えて、隆起部と窪み部は管状部の内面上にもあってもよい。
【００１６】
プレートの上面の外縁は壁によって囲まれていてもよく、そうであればプレートを皿と呼ぶことができる。
【００１７】
以下、本発明を図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】シリコンの単結晶を製造するための本発明の装置の特に好ましい実施形態の断面図を示す。
【図２】中央開口部に対して同心である環状の隆起部１３と窪み部１４を有するプレート１を上から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１に示される装置は、外縁３と内縁４を有する上面２を有するプレート１を含む。プレートの中央には、内縁に隣接する中央開口部と、中央開口部からプレートの下面６の下方に延在する管状部５がある。この装置はさらに、プレートの上方に配置された第１の誘導加熱コイル７と、プレートの下方に配置された第２の誘導加熱コイル８とを含む。第１の誘導加熱コイル７は、粒状シリコンを溶かすために使用され、下側の誘導加熱コイル８は、成長しているシリコンの単結晶１０の上にあるシリコン溶融物９を安定化させるために使用される。粒状シリコン１１は、計量装置１２を用いて、第１の誘導加熱コイル７を通してプレートの上面に、たとえば拡散によって供給される。粒状シリコンは、最初にプレートの外縁近くの外側領域におけるプレートの上面に接触するように供給することが好ましい。
【００２０】
プレートの上面は、セラミック材料、好ましくは炭化ケイ素からなり、閉じた窪み部１４の境界に位置する隆起部１３を有する。隆起部１３および閉じた窪み部１４は、上から見ると円環を形成しており、これら円環は、中央開口部に対して同心であり、プレート上面の外縁から内縁まで延在し、管状部の内面上にもある。
【００２１】
図２は、中央開口部に対して同心である環状の隆起部１３と窪み部１４を有するプレート１を上から見た図である。隣合う隆起部それぞれの中心間の径方向距離Ｄは、２ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。プレート１の上面２の上の、粒状シリコンが供給される領域Ｂは、たとえば双方向の矢印で示される径方向位置および幅を有する。
【００２２】
実施例および比較例
シリコンの単結晶の製造のために、異なる２つの装置を準備した。唯一の違いは、本発明の方法ではない方法による製造に、上面に隆起部がないプレートを有する装置を使用したことであった。本発明の方法による製造には、同心で環状の隆起部が上面にある図２に示すプレートを有する本発明の装置を使用した。
【００２３】
構造化されていない平滑な表面を有するプレートを使用したときには、ゆっくりと移動する液体シリコンの複数の島が形成されたために、液体シリコンの物質移動には相当な障害が生じた。この短所は本発明の装置を使用したときには生じなかった。
【図１】
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【図２】
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【外国語明細書】
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