(57)【要約】  多結晶シリコンのバッフル・ウェーハ（６０）が単結晶シリコン・ウェーハを熱処理するための支持塔（２０）の非生産スロット内に設置されている。多結晶シリコンはランダム配向したポリシリコン（ＲＯＰＳｉ）であることが好ましく、ランダム配向した種、たとえば、ＣＶＤ成長シリコンを使用してチョクラルスキー法によって成長させたものであることが好ましい。熱処理炉（１０）の全シリコンのホットゾーンはシリコン・ライナ（１８）内に置かれていて、ポリシリコンのバッフル・ウェーハを支持し、シリコン・インジェクタチューブがライナ内で処理ガスを提供するシリコン支持塔を含むことができる。ランダム配向したポリシリコンは、たとえば、シリコン処理室内で、頑丈な部材を必要とする他の部分に対して、および構造部材に対して使用することができる。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチウェーハ支持具の非生産スロットを埋めるのに使用するためのバッフル・ウェーハであって、ポリシリコンを含み、直径がシリコン生産ウェーハの直径にほぼ等しいウェーハを含むことを特徴とするバッフル・ウェーハ。
【請求項２】
前記ポリシリコンがほぼランダムに配向した結晶性を有することを特徴とする、請求項１に記載のバッフル・ウェーハ。
【請求項３】
前記直径が２００ｍｍおよび３００ｍｍから選定されることを特徴とする、請求項２に記載のバッフル・ウェーハ。
【請求項４】
前記ポリシリコンがチョクラルスキー（ＣＺ）ポリシリコンであることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のバッフル・ウェーハ。
【請求項５】
前記ポリシリコンがＣＶＤソースのＣＺポリシリコンであることを特徴とする、請求項４に記載のバッフル・ウェーハ。
【請求項６】
ほぼランダムに配向したポリシリコンから本質的に構成される基板。
【請求項７】
円形であることを特徴とする、請求項６に記載の基板。
【請求項８】
直径が２００ｍｍおよび３００ｍｍから選定されることを特徴とする、請求項７に記載の基板。
【請求項９】
前記ポリシリコンがチョクラルスキー（ＣＺ）ポリシリコンであることを特徴とする、請求項６乃至８のいずれかに記載の基板。
【請求項１０】
前記ポリシリコンがＣＶＤソースのＣＺポリシリコンであることを特徴とする、請求項９に記載の基板。
【請求項１１】
ポリシリコンを成長させる方法であって、ほぼランダムに配向した多結晶シリコン種をシリコン融液に適用し、そのため前記シリコン融液の部分が前記種上で凝縮される工程と、前記種および付着して凝縮されたシリコン融液を前記融液から引き上げて取り去る工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記種がバージン・ポリシリコンを含むことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
化学蒸着によって前記種を成長させる工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ランダム配向した多結晶シリコン種がＣＶＤソースの多結晶シリコン種を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記種が後継種であって、ほぼランダムに配向した多結晶シリコン先行種をシリコン融液に適用し、前記シリコン融液の部分を前記先行種上で凝縮させる工程と、前記先行種および付着して凝縮したシリコン融液を前記融液から引き上げて取り去り、インゴットを形成する工程と、前記後継種を前記インゴットから切断する工程とをさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
サイズ分布が主として１ｍｍ以下であるランダム配向した多結晶シリコンを含む構造部材として使用できるポリシリコン材料。
【請求項１７】
前記ランダム配向した多結晶シリコンが、サイズ分布が主として１０ｍｍ以下であるＣＶＤソース種で成長させたＣＺポリシリコンに適合する結晶サイズおよび形状のチョクラルスキー（ＣＺ）ポリシリコンを含むことを特徴とする、請求項１６に記載の材料。
【請求項１８】
シリコン・ウェーハを熱処理する方法であって、最初のサイクルにおいて実行される、支持塔の第１のスロット内に、実質的に単結晶シリコンを含む少なくとも１つの生産ウェーハを配置する工程と、前記支持塔の第２のスロット内に、多結晶シリコンを含む少なくとも１つのバッフル・ウェーハを配置する工程と、前記支持具および支持された生産ウェーハおよびバッフル・ウェーハを加熱して前記少なくとも１つの生産ウェーハを熱処理する工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのバッフル・ウェーハが実質的にアンドープポリシリコンを含み、前記第２のスロットによって前記支持塔の端部に向かって前記第１のスロットから離れたスロット内に熱的バッファ用ウェーハを配置する工程をさらに含み、前記熱的バッファ用ウェーハはアンドープポリシリコン以外の材料を含むことを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記熱的バッファ用ウェーハの材料が石英またはＳｉＣを含むことを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記熱的バッファ用ウェーハの材料がドープポリシリコンを含むことを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記支持塔がシリコン塔であり、前記シリコン塔および炉内でその上に支持されている生産ウェーハおよびバッフル・ウェーハを、前記支持塔の側面を囲んでいるシリコン・ライナを含む炉内に配置する工程と、前記塔上に支持されている前記生産ウェーハおよびバッフル・ウェーハを高温に加熱する工程と、前記塔と前記ライナとの間に配置された出口を有する少なくとも１つのシリコン・インジェクタを通して処理ガスを流し、前記ライナ内で前記炉のホットゾーン内の生産ウェーハと反応させる工程とをさらに含むことを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記塔、ライナ、前記少なくとも１つのインジェクタ、および前記ホットゾーン内のバッフル・ウェーハが実質的にシリコン以外の材料を含まないことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記少なくとも１つのバッフル・ウェーハがランダム配向した多結晶シリコンを含むことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
後続の第２のサイクルにおいて実行される工程であって、前記支持塔の第１のスロット内に少なくとも１つの他の生産ウェーハおよび前記少なくとも１つのバッフル・ウェーハを配置し、前記少なくとも１つの他の生産ウェーハが実質的に単結晶シリコンを含む工程と、前記支持塔およびその上に支持されているウェーハを前記第２のサイクルにおいて加熱し、前記少なくとも１つの他の生産ウェーハを熱処理する工程とをさらに含むことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記少なくとも１つのバッフル・ウェーハがチョクラルスキー（ＣＺ）ポリシリコンを含むことを特徴とする、請求項１８乃至２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
前記少なくとも１つのバッフル・ウェーハがＣＶＤソースのＣＺポリシリコンを含むことを特徴とする、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記少なくとも１つのバッフル・ウェーハがランダム配向した多結晶シリコンを含むことを特徴とする、請求項１８乃至２５のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、シリコン・ウェーハの熱処理に関する。特に、本発明は、生産ウェーハの一括熱処理において使用される非生産ウェーハに関する。また、本発明はそのような非生産ウェーハに対して有用であり、同様に他の使用に対しても有用である多結晶シリコンの１つの形式に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連出願）
本出願は２００５年３月３日に出願された仮出願第６０／６５８，０７５号および、２００５年６月２７日に出願された仮出願第６０／６９４，３３４号の利益を主張する。
【０００３】
一括熱処理が、シリコン集積回路の製造のいくつかの段階に対して使用し続けられている。ある低温熱処理は、通常、約７００℃の範囲の温度において前駆体ガスとしてクロロシランおよびアンモニアを使用し、化学蒸着によって窒化シリコンの層を堆積する。高温で実行される他のプロセスとしては、酸化、アニール、シリサイド化のプロセス、および、たとえば、約１０００℃またはそれ以上の１３５０℃にもなる、高い温度を通常使用する他のプロセスなどがある。
【０００４】
大規模な商用生産は、通常、縦型炉および炉内で多数のウェーハを支持している垂直に配置されたウェーハ塔を、多くの場合、図１の略断面図に示す構成において使用する。炉１０は、電源（図示せず）によって電力供給される抵抗発熱コイル１４を支持している熱的に絶縁しているヒータ・キャニスタ１２を含む。通常、石英から構成されているベルジャ１６は、屋根を含み、発熱コイル１４内に嵌合する。開放端付きライナ１８は、ベルジャ１６内に嵌合する。
【０００５】
支持塔２０は台座２２上に設置され、処理中に台座２２および支持塔２０は一般にライナ１８によって囲まれている。塔２０は、一括処理モードで熱的に処理される水平に配置された複数のウェーハを保持するための垂直に配置されたスロットを含む。ガス・インジェクタ２４は、ライナ１８との間に主として配置され、ライナ１８内に処理ガスを注入するために出口をその上端に有している。真空ポンプ（図示せず）がベルジャ１６の底部から処理ガスを取り除く。ヒータ・キャニスタ１２、ベルジャ１６、およびライナ１８を垂直に持ち上げてウェーハを塔２０との間で移動させることができる。ただし、いくつかの構成においては、これらの要素は、エレベータが台座２２を上下させて炉１０の底部との間で装着された塔２０を出し入れする間、静止した状態のままになっている。
【０００６】
上端において閉じられているベルジャ１８は、炉１０がその中間部および上部において一般に一様な高温を示す原因となる傾向がある。これはホットゾーンと呼ばれ、温度が最適化された熱処理のために制御されている。しかし、ベルジャ１８および台座２２の機械的支持の底部が開いていることによって、炉の下端部の温度が低くなり、化学蒸着などの熱処理が効果的には行われない温度にまで下がることが多い。ホットゾーンは塔２０の下側のスロットのいくつかを除外することができる。
【０００７】
従来、低温の用途においては、塔、ライナ、およびインジェクタは、石英または溶融シリカから構成されていた。しかし、石英の塔およびインジェクタはシリコンの塔およびインジェクタによって取って代わられつつある。カリフォルニア州サニーベール所在の、Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．社から入手できるシリコン塔の１つの構成を図２の斜視図に示す。それは複数のウェーハ３８を支持するために中に形成されたスロットを有する３つまたは４つのシリコン脚３４に結合されたシリコン基板３０、３２を含む。スロット間のフィンガの形状および長さは用途および処理温度によって変わる。そのような塔の製作が、ボイル（Ｂｏｙｌｅ）他によって、米国特許第６，４５５，３９５号に記載されている。また、シリコン・インジェクタもゼハヴィ（Ｚｅｈａｖｉ）他によって、２００５年７月８日に出願された米国特許出願第１１／１７７，８０８号に開示されているように、Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓから入手できる。シリコン・ライナは、２００１年５月１８日出願の米国特許出願第０９／８６０，３９２号にボイル（Ｂｏｙｌｅ）他により提案されており、この出願は米国特許２００２／１７０，４８６号公報として開示されている。
【０００８】
塔の高さは炉の高さに従って変更することができ、１００枚以上のウェーハに対するスロットを含むことができる。そのような大量のウェーハによって、生産ウェーハが一様な熱的環境に置かれることを確保するために、熱的バッファ用ウェーハおよびダミー・ウェーハの使用が促進された。熱処理中の塔内のウェーハのスタックの上部および底部の両方が熱的末端効果の対象となる。特に、底部のウェーハはかなり低い温度に加熱され、その温度は窒化物ＣＶＤ処理または他の熱処理が不活発であるのに十分低下する可能性がある。したがって、実質的に単結晶シリコン生産ウェーハではなく熱的バッファ用ウェーハが最上部および最下部のスロット内に置かれ、スタックの端を熱的にバッファし、その間に置かれている生産ウェーハに対するより一様な温度分布を提供する。また、その熱的バッファ用ウェーハは、炉の上部および底部においてより多くなる傾向がある不純物を炉の周囲から取り除くようにも作用する。各端部において６枚または１２枚の熱的バッファ用ウェーハを使用することは珍しくない。バッファ用ウェーハは複数のサイクルに対して再使用することができるが、現在のバッフル・ウェーハは、通常、４サイクルまたは５サイクル以上は使用されない。
【０００９】
シリコンの生産ウェーハは、製作ツール間で移送する搬送用カセットの容量に対応して、約２５枚のウェーハの一括処理が行われる。多数のウェーハ・スロットによって、複数の一括処理を同時に行うことができる。しかし、熱処理を必要とする一括処理が最大数より少ない状況がある。これらの状況においては、空のスロット内にダミーのウェーハを挿入することによって、塔をとにかく満杯に埋めるのが普通である。熱的バッファ用ウェーハおよびダミー・ウェーハは、一括してバッフル・ウェーハと呼ばれる。
【００１０】
過去において、石英塔に関連して、バッフル・ウェーハは、通常、石英（溶融シリカ）から構成されていた。それは安価であり、赤外放射に対して不透明であるという更なる利点を有し、それによってその塔が浴びる４．５μｍ（石英窓）より長い波長の放射の末端効果を減らすという利点がある。しかし、石英の塔とちょうど同じように、石英のバッファ用ウェーハおよびダミー・ウェーハは先進のデバイスの製造にとって不満足な程度にまで粒子の発生に貢献することが認められてきた。生産タイプの単結晶シリコン・ウェーハをバッフル・ウェーハとして使用することは完全には成功していない。それらは繰返し使用において簡単に壊れることが観察されている。さらに、窒化物の堆積処理においては、窒化シリコンが複数の使用においてバッフル・ウェーハ上により厚く堆積され、剥がれ落ちることが観察されており、この場合も粒子の問題が発生する。結果として、先進の生産単結晶シリコンのバッフル・ウェーハは寿命が数サイクルに限定され、その後、それらは破棄されるか、または再研磨される。
【００１１】
炭化珪素のバッフル・ウェーハも、特に比較的高い温度において使用されてきた。しかし、炭化珪素のウェーハは高価であり、また、炭化珪素ウェーハとシリコン塔との間の熱膨張係数が異なることから発生する効果の影響もある。
【特許文献１】仮出願第６０／６５８，０７５号
【特許文献２】仮出願第６０／６９４，３３４号
【特許文献３】米国特許第６，４５５，３９５号
【特許文献４】米国特許出願第１１／１７７，８０８号
【特許文献５】米国特許出願第０９／８６０，３９２号
【特許文献６】米国特許２００２／１７０，４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、安価であるにもかかわらず、頑健性および、非常に厚い窒化物および他の材料が剥がれないで上に堆積される機能などの優秀な性能を提供するバッフル・ウェーハが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の１つの態様は、ランダム配向した多結晶シリコン（ＲＯＰＳｉ）、たとえば、シリコン融液から種を引き上げることによってチョクラルスキー（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法によって成長された多結晶シリコンを含む。その種はそれ自身がランダム配向した多結晶シリコンであってもよい。それはシラン型の物質の前駆体から化学蒸着（ＣＶＤ）によって成長された、電子等級シリコンとしても知られているバージン・ポリシリコンの棒から切断されたものであってもよい。代わりに、その種はＣＶＤ追跡可能な種から成長されたインゴットから切断された種を使用して、ＣＺ成長のインゴットから切断されたものであってもよい。後者の場合、バージン・ポリシリコンから、あるいはそのようなＣＶＤ成長の種に対して追跡可能な種から始まった少なくとも遠い世代の種である。
【００１４】
本発明のもう１つの態様は、多結晶体バッファおよびダミー・ウェーハ（集合的にバッフル・ウェーハと呼ばれる）を含む。より好ましくは、その多結晶体ウェーハはランダム配向した多結晶シリコン種、たとえば、ＣＶＤ追跡可能な種から成長させたインゴットから切断される。
典型的な使用においては、本発明のバッフル・ウェーハは搭上に単結晶シリコン生産ウェーハと一緒に置かれ、炉または他の熱処理装置で同時に処理される。
【００１５】
バッフル・ウェーハは、複数工程の処理において調製することができる。インゴットから切断された後、歪みを減らすか、あるいはなくすために、たとえば、アルカリ溶液内でそのウェーハをエッチすることができる。歪みのエッチングの後、ウェーハはその２つの主面上、およびおそらく周辺のエッジにおいて表面下の損傷を作り出す表面処理にかけられることが好ましい。表面下の損傷は、ビード・ブラスティングによって、あるいは研削または機械加工によって行うことができる。その表面損傷されたウェーハは次に酸洗浄工程にかけられ、次に超音波洗浄にかけられる。
【００１６】
ＣＺ成長の、またはランダム配向したポリシリコンは、純度が高く、微細な多結晶構造を有し、頑健性があるので、機械加工された構造を形成するためにも有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
市販のシリコン生産ウェーハは単結晶なので、集合的にバッフル・ウェーハと呼ばれるバッファ用ウェーハおよびダミー・ウェーハとして使用するには不適切であると信ずる。生産ウェーハは完全には単結晶でないことが多く、転移やスリップなどのいくつかの欠陥を有している可能性がある。しかし、生産における経済的な歩留まりを得るためにはその欠陥は最小限でなければならず、その典型的な目標は、転移の低い、スリップのない単結晶生産ウェーハを得て維持することである。
【００１８】
単結晶ウェーハのエッジがバッフル・ウェーハとしての繰返し使用において欠けている場合、クラックは結晶のヘキ開面に沿ってウェーハを横切って伝播し、ウェーハが壊れる原因となりやすい。市販の単結晶ウェーハは高価なので、バッフル・ウェーハとしてはさらに不適切である。比較的古いウェーハはその背面上で表面処理され、一方、それらの前面は研磨されていたが、最新の生産においては、生産ウェーハの前面および背面の両方に研磨が必要となっている。また、単結晶ウェーハは広範囲な高温処理の後、ポテトチップの形状または他の曲がった形状に歪む傾向があるので、バッファ用ウェーハおよび熱的ウェーハとして複数回使用するには欠点がある。過去において準単結晶シリコンのバッフル・ウェーハが使用されていたが、それらは、たとえば、好ましい結晶面に沿って割れるなどの、単結晶バッフル・ウェーハの多くの欠点の影響を受ける。準単一シリコンは特定の好ましい方向に関してある範囲の向きを有している多結晶シリコンとして特徴付けることができる。
【００１９】
単結晶生産ウェーハの代わりに、多結晶シリコンからバッフル・ウェーハが形成されることが好ましい。図３の平面図に示すポリシリコンのバッフル・ウェーハ４０は単結晶シリコン生産ウェーハに非常に近い形状を有しているが、単結晶ウェーハのフィーチャのない面ではなく、目に見えるランダムな粒状構造を有している。バッフル・ウェーハの直径は生産ウェーハに対する業界標準、すなわち、ほとんどの現在のウェーハ生産に対しては約２００ｍｍまたは３００ｍｍ以内に入っている必要があるが、多少厚くてもよく、ベベルなどの標準ウェーハのフィーチャを必要としない。製品番号およびシリアル番号などの目に見える指標４２を主面上に形成することができる。
【００２０】
また、複数のサイクルにおいて堆積された比較的厚い層に対して付着性のより強いベースを提供するために、バッフル・ウェーハの両面が表面処理されることが好ましい。
【００２１】
電子等級シリコン（ＥＧＳ）としても知られているバージン・ポリシリコンは、生産ウェーハのために使用されるほとんどのチョクラルスキー（ＣＺ）成長のシリコンに対するソース材料である。バージン・ポリシリコンはボイル（Ｂｏｙｌｅ）他に対する上記２つの特許に記載されているように、ウェーハ塔および他の構造を作るために最近使用されてきている。バージン・ポリシリコンは、シリコンの熱い種棒の上に水素の存在において約６００℃またはそれ以上の温度において、シランまたはハロシランの化学蒸着によって成長される。ディシランなどの他のシランを代りに使用することもできる。ウォルフ（Ｗｏｌｆ）他の、「Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ＶＬＳＩ  Ｅｒａ：Ｖｏｌｕｍｅ  １  ‐Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」２ｄ．ｅｄ．，Ｌａｔｔｉｃｅ  Ｐｒｅｓｓ，２０００，ｐｐ．５−８を参照されたい。ＳｉＨ４から成長させたバージン・ポリシリコンはその純度の故に可能な利点を有しているが、ＳｉＣｌ３Ｈまたは他のハロシランから成長させたバージン・ポリシリコンは、より経済的である。成長すると、バージン・ポリシリコンのインゴット５０は図４に示す断面構造を有する。結晶デンドライト５２は種棒５４から外側に広がる。バージン・ポリシリコンは、通常、高い内部応力を伴って成長し、そのために普通はその材料が機械加工されるのが妨げられる。しかし、ボイル（Ｂｏｙｌｅ）他によって説明されているように、バージン・ポリシリコンがアニールされた場合、アニーリングによって応力が取り除かれるので、機械加工することができる。純粋なシラン（ＳｉＨ４）から成長させたバージン・ポリシリコンは、普通はトリクロロシランから成長させたものより結晶性が小さい。
【００２２】
本発明の１つの態様によると、多結晶シリコンのインゴットは、ウォルフ（Ｗｏｌｆ）他によって前記文献の８〜２１ページに記載されているチョクラルスキー（ＣＺ）法によっても成長させる（シリコン融液から引き上げる）ことができる。大きいサイズの多結晶ＣＺシリコンは少数の会社から入手できる。そのようなシリコンは多くの結晶性を含むが、露出した面は、通常、表面の法線の±２０度以内で＜１００＞の向きである結晶性から構成されている。ただし、他の好ましい向き、たとえば、＜１１１＞または＜１１０＞を適切な条件の下で得ることができる。上記準単一材料は表面処理することができる。それはクラックの伝播が単結晶シリコンより少ないが、それでもクラックは好ましい向きの故に伝播する可能性がある。石英モールドでキャストされた多結晶シリコンも入手できるが、その純度レベルはＣＺ成長のポリシリコンから得られたものに比べて劣っている。
【００２３】
一般に、本発明の１つの態様によると、多結晶ＣＺシリコンは代表的な単結晶の種または準単一シリコンから導かれた以前に使用された多結晶の種ではなく、ランダム配向した多結晶シリコン（ＲＯＰＳｉ）の多結晶シリコンの種を使用することによって得ることが好ましい。標準のチョクラルスキー結晶成長炉を使用することができるが、溶融面の４０ｍｍ以内にまで延びる円錐形状の熱遮蔽を含める必要がある。背面充填型のアルゴンの処理室圧力を１０〜５０トールの範囲内に維持することができる。バージン・ポリシリコンのチャージが溶融され、温度が安定化した後、その種が溶融面内に浸され、種／融液界面がスムースなメニスカスを形成するまでそこに維持される。次に、その種が種の直径より小さいネックを形成しない十分な速度で引き上げられる。種を２００ｍｍまたは３００ｍｍのインゴットに対して接合している単純な円錐型拡張部が、１０〜２０ｃｍにわたって延びることができる。次に、所望のインゴット径を維持するために、引上げ速度が調整される。そのポリシリコンＣＺインゴットは単結晶ＣＺインゴットより速く引き上げることができる。引上げの終わりにおいて、最小限の後尾端テーパだけが必要である。引き上げられたインゴットは周囲温度においてゆっくり冷却される必要がある。
【００２４】
ＳｉＨ４またはＳｉＣｌ３Ｈの前駆体ガスのいずれかから作り出されたバージン・ポリシリコンの多結晶の種から成長された、図５の断面図に示す多結晶ＣＺインゴット６０は、やや不規則な形状の結晶性の外側のゾーン６２、および通常１ｃｍ以下のサイズのより対称的な形状の、やや大きい結晶性の内部ゾーン６４を作り出すことが観察されている。この図はその結晶性のサイズを正確には示していない。いくつかの製造実行において、３〜１０ｍｍの結晶性がウェーハを横切ってランダムに分布していたが、本発明は結晶性サイズの特定の空間的分布には限定されない。一般に、成長条件は１〜１０ｍｍの範囲内の望ましい分布で分布を制御するために変えることができる。
【００２５】
本発明のＣＺ多結晶成長の１つの実施形態はインゴット５０が機械加工を可能にするためにアニールされた後、インゴット５０の軸に沿ってバージン・ポリシリコンのインゴット５０の外側の領域から切断された、図４に示す種棒６６を使用する。ＣＺ成長において使用される上記バージン・ポリシリコンの種は、図５の断面図に示すインゴット６０を作り出す。そのようなＣＺインゴット６０の材料は、その結晶構造をＣＶＤ生産のバージン・ポリシリコンまで追跡できるので、ＣＶＤソース・シリコンとして特徴付けることができる。直径が約１ｃｍで長さが約２０ｃｍのシリコンの種棒を使用して、本発明に従って、インゴット６０がニューヨーク州ロチェスター所在の、Ｋａｙｅｘによって育成された。ＳｉＨ４およびＳｉＨＣｌ３  ＣＶＤ前駆体ガスによって形成されたバージン・ポリシリコン材料の種は両方とも実質的にＣＺと同様な結果を作り出した。
【００２６】
上記材料のスライスまたはウェーハの結晶性はラウエＸ線実験によって確認された。そのポリシリコンは、インゴット軸または任意の他の軸に対して好ましい法線の向きでないほぼランダムな結晶性の向きを示すことが分かっている。
【００２７】
図６の断面図で示す多結晶ＣＺインゴット７０（図６のインゴット６０であってもよい）を、更なる種に対するソースとして使用することができる。たとえば、インゴット７０から、あるいはその厚いスライスから半径方向のプラグ７８を切断し、別の世代の多結晶ＣＶＤソース・シリコンに対する種としてそのプラグを使用することができる。特に、そのインゴットの外側の端により近いプラグ７８の端は結晶性のサイズが比較的小さい可能性があり、そのシリコン融液に接触するための種の好ましい部分である。十分な長さの種棒を得る必要がある場合、より短いＲＯＰＳｉの種を溶接するか、あるいはより長いシリコン棒に対して結合することができる。何故なら、ほとんどの種棒のアセンブリは融液内には決して浸らず、より長い棒を再使用することができるからである。前の世代から開発された種を使用することによってさらに次の世代のＣＶＤソースＣＺインゴットを成長させることができる。ＣＶＤソースの種は任意のタイプのシラン含有前駆物質から成長させた元の世代のバージン・ポリシリコンを含む。それらは、ＳｉＨ４、ＳｉＣｌＨ３、ＳｉＣｌ２Ｈ２、ＳｉＣｌ３Ｈ、およびＳｉＣｌ４および他のハロシランおよびマルチシランおよびバージン・ポリシリコンの種にまで追跡可能な種を有し、ＣＺ多結晶シリコンから切断されたさらに次の世代の種を含んでいるが、これらに限定されるわけではない。
【００２８】
他のタイプの多結晶シリコン、特に、ランダム配向した多結晶シリコンを本発明で使用することができる。
多結晶インゴットからのバッファおよびダミー・ウェーハの製造は、単結晶インゴットから単結晶の生産ウェーハを製作するために使用されるプロセスに部分的に従う。そのインゴットの直径はウェーハより少し大きい必要がある。先進の商用生産は２００ｍｍから３００ｍｍに徐々に移行しつつある。ただし、標準のウェーハのサイズは７５ｍｍ、１００ｍｍ、１２５ｍｍ、および１５０ｍｍで継続する。次世代のウェーハは直径が４５０ｍｍになると期待されている。
【００２９】
多結晶ウェーハは図７の流れ図に一般的に示すプロセス８０において形成することができる。そのプロセスは前記文献の２２〜３１ページにおいてウォルフ（Ｗｏｌｆ）によって記述されている標準の生産ウェーハの処理および、ボイル（Ｂｏｙｌｅ）他に対する２つの参照文献に記載されているようなバージン・ポリシリコン塔とを形成するために使用されるプロセスとを組み合わせて適合する。性能上の要求および製作結果に依存して、工程のいくつかは省略される可能性がある。ＣＺポリシリコンは、おそらく融液からのＣＺの引上げがポリシリコンを効果的にアニールするので、それ以上アニールしなくても簡単に機械加工される。多結晶インゴットは所望の直径、すなわち、生産ウェーハの直径に丸められる。工程８２において、多結晶ウェーハはワイヤ鋸または内部または外部の円形鋸でインゴットから切断される。それらのエッジは生産ウェーハの場合と同様に成形されることが好ましい。生産ウェーハの厚さは、２００ｍｍウェーハの場合は０．７２５ｍｍ、３００ｍｍウェーハの場合は０．７７５ｍｍが普通である。バッファおよびダミー・ウェーハはできるだけ頑丈に作ることが望ましいので、より厚いバッフル・ウェーハが有利である。したがって、バッフル・ウェーハの初期バッチは１．０〜１．５ｍｍの厚さで用意されてきている。ほとんどの生産装置はこれらのやや厚いウェーハを扱うことができる。ただし、生産ウェーハの厚さに実質的に等しい厚さのバッフル・ウェーハが商業用途において満足に利用することが期待される。
【００３０】
工程８４において、ポリシリコンの両側がラッピングに似たプロセスにおいてダイヤモンド・グリットを使用してＢｌａｎｃｈａｒｄグラインダで平坦研削される。その研削はクラックおよび２５〜５０μｍの深さまでのクレビスを含んでいる表面下の加工物損傷を導入する。そのようなフィーチャは生産の多くのサイクルの後、バッフル・ウェーハ上に堆積された厚い膜に対するアンカを提供し、それによって薄片化およびその結果の微粒子を減らす。
【００３１】
多結晶ウェーハを希釈した水酸化カリウム（ＫＯＨ）内に浸すことによって、腐食性の、あるいはアルカリ歪み削減エッチ８６が実行される。歪みエッチ８６は歪みを緩和し、一般にウェーハを洗浄する。しかし、代わりのプロセスは脱イオン（ＤＩ）水の槽内でウェーハを超音波的に単純に洗浄する。ソーイングおよび研削の目に見える表面フィーチャを取り除き、一様に灰色の表面を残すために、ウェーハの両方の主面上で表面処理工程８８が実行される。その表面処理は、Ｂｌａｎｃｈａｒｄ研削または所望の表面下の加工物損傷を作り出す機械加工を含むことができる。そのような表面加工が不要である場合、炭化珪素粉末を使用したビード・ブラスティングを使用してソーイングおよび研削の目に見える表面フィーチャを取り除くことができる。
【００３２】
希釈したフッ化水素酸（ＨＦ）内に多結晶ウェーハを浸すことによって、第１の酸洗浄工程９０が実行される。第１の酸洗浄工程９０はウェーハ面上の酸化珪素を取り除くのに効果的である。水、ＨＦ、および過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）の混合液にウェーハを浸すことによって、第２の酸洗浄工程９２が実行される。第２の酸洗浄工程９２は、ウェーハの表面近くから重金属を取り除くのに効果的である。他の酸エッチング液または他のタイプの洗浄剤に置き換えることができる。たとえば、商用のシリコン・ウェーハを洗浄するために十分に開発された洗浄剤またはウェーハおよび装置の化学分析において使用される他の洗浄剤を代りに使用することができる。
【００３３】
ウェーハを脱イオン（ＤＩ）水の槽の中に浸し、その脱イオン水を超音波的に励起することによって、超音波洗浄工程９４が実行され、それによってウェーハの表面から粒子が清掃される。例示されたプロセスは生産ウェーハに対して行われる研磨を含まないことに留意されたい。必要に応じて、在庫管理および使用を容易化するために、バッフル・ウェーハの主面に製品番号およびシリアル番号および他の識別指標をエッチすることができる。また、バッフル・ウェーハの両面にＣＶＤ堆積材料の層、たとえば、クラックおよびクレビス内で強く固定される窒化シリコンをプリコートすることができ、それを付けてバッフル・ウェーハが使用される。これで、多結晶ウェーハが製造ラインによって使用するために準備されている。それぞれの慣習に依存して、バッフル・ウェーハは使用前にプリコートが施されることが推奨される。
【００３４】
そのような多結晶バッフル・ウェーハは単結晶ウェーハよりずっと寿命が長い。多結晶バッフル・ウェーハの純度レベルはずっと高く、それらの粒子発生は従来の石英バッフル・ウェーハよりずっと低い。多結晶バッフル・ウェーハ上で堆積が過剰に厚くなった場合、それらのウェーハを、たとえば、その堆積された厚さの一部分を取り除くことによって、あるいはそれをすべて取り除き、図７のウェーハ製造工程のいくつかを再実行することによって刷新することができる。
【００３５】
熱的バッファリングのために、特に、ホットゾーンから外れている塔の底部においていくつかの石英ウェーハを続けて使用したい場合がある。石英のバッフル・ウェーハは赤外線放射に所望の不透明性を提供する。しかし、堆積が発生しつつある炉のホットゾーン全体を通して多結晶ウェーハが使用されることが好ましい。結果として、塔、ライナ、インジェクタ、生産ウェーハ、およびバッファ用ウェーハおよびダミー・ウェーハを含んでいるホットゾーン全体をシリコンで満たすことができる。ホットゾーン内に汚染または熱膨張の問題を発生させる他の材料がほとんど存在しない。
【００３６】
しかし、多結晶ウェーハを変更して、特にバッフル・ウェーハについての必要な赤外線不透明性を提供することができる。ダミー・ウェーハが形成されるＲＯＰＳｉ材料を十分な半導体ドーピングで成長させ、その抵抗率を１Ωｃｍ以下に、好ましくは０．１Ωｃｍ以下に、あるいはそのシリコン・ウェーハが実質的に赤外線熱放射に対して不透明であるレベルにまで、炉の内部で低減することができる。ドープされたシリコンのＣＺ成長についてのウォルフ（Ｗｏｌｆ）の前記資料を参照されたい。ホウ素は好ましいドーパントであり、上記ドーピングによってＣＺシリコンを成長させることは従来から行われている。また、赤外線における必要な吸収を提供する十分な厚さの窒化シリコン（または他の材料も可能）でダミー・ウェーハにプリコートを施すこともできる。
【００３７】
多結晶ＣＺシリコン、特にＣＶＤソースＣＺシリコンをバッフル・ウェーハ以外の使用に対して適用することができる。比較的小さい結晶構造がシリコンの機械加工を容易化する。多結晶ＣＺ材料は結晶サイズが小さいという利点がある。多結晶ＣＺシリコンに対する１つの用途は塔の２つのベースを形成することである。
【００３８】
他の可能な使用は、エッジ支持リングに対する使用である。たとえば、図８に示すエッジ・リング１００は急速熱処理（ＲＴＰ）において、ウェーハの周辺を支持するための内側に延びている薄い環状リップ１０２を有する。リップ１０２の厚さは、本発明以外の多結晶シリコンにおいて得るのは困難である２０ミル（０．５ｍｍ）以下に低減することが望ましい。２つの下降している環状リム１０４、１０６が、図９の正投影図で示すロータリ・チューブ１１０を捕捉し、エッジ・リング１００および支持されているウェーハを支持し、急速回転させる。エッジ・リングに対するあまり複雑でない構造が知られている。他の同様なリングとしては、リップまたは類似のオーバハングが上に乗っていて、ウェーハ周辺から離れていてそれを堆積から防止するエッジ・エクスクルージョン・リング、および上部ウェーハ周辺に接触してそれを処理中に台座にクランプするクランプ・リングなどがある。また、支持チューブ１１０を本発明の多結晶ＣＺシリコンから作製することもできる。シリコン生産ウェーハのＲＴＰのために使用されるシリコンから構成されているエッジ・リングおよび支持チューブは、高い純度レベルを提供するだけでなく、これらのコンポーネントが他の材料から作られている時に存在する放射および熱膨張の問題も単純化する。
【００３９】
本発明のＣＺシリコンの他の用途としては、図１０に示すプラテン１２０などの台座プラテンがあり、ウェーハ処理のためにウェーハを支持するためにランダム配向したＣＺ多結晶シリコンから形成されることが好ましい。一般に、円板状プラテン１２０はリフトピンまたは浅い凹部の分岐構造１２４のための軸方向のスルーホール１２２および、熱移動ガスのための供給穴１２６を含むことができる。そのような微細な形状の機械加工は本発明のＣＺ多結晶シリコンによって容易化される。そのような塔ベース、ウェーハ・リング、支持チューブ、および台座は他の処理室部分と同様に、処理中のウェーハの直径よりやや大きい直径を必要とする。
【００４０】
しかし、十分な直径のポリシリコンＣＺインゴットを、生産ウェーハに対して使用するインゴットを形成するために使用するのと同じＣＺ引上げ装置内で引き上げることができる。何故なら、単結晶ウェーハに一様に課されている極端な条件の故に、単結晶ＣＺインゴットの直径は、それが引き上げられているるつぼの直径より大幅に短いからである。構造部材に対してそのような高度な一様性は不要なので、ポリシリコン種を使用して、より大きな直径に対する成長条件を調整し、たとえば、引上げ速度を低減することによって、より大きなポリシリコンＣＺインゴットを同じ装置内で成長させることができる。
【００４１】
ＣＺ多結晶シリコンの１つの使用、特に、バージン・ポリシリコンまたはＣＶＤソース種から成長させるポリシリコンは、図１１の正投影図に示す太陽電池１３０を形成するための使用であり、図１１において、垂直のＰＮ接合がシリコンのスライス内に作られ、サイズがそれらの丸いインゴットのサイズのままであるか、または矩形形状に切断することもできる。電気接点１３２、１３４が、太陽電池１３０の前面および背面に対して作られる。ＣＺ結晶のランダム配向性は比較的強い材料を作り出し、したがって、比較的小さい結晶サイズの、しかし大きな面積のシリコンの薄い半導体層を形成することができる。
【００４２】
また、キャストシリコンに対するＣＺ多結晶シリコンの高い純度は、より良い半導体特性を提供する。何故なら、多結晶シリコン内の不純物はグレイン境界へ移行し、境界に沿っての電気的漏洩を促進するからである。
ポリシリコンのバッフル・ウェーハはシリコン塔と組み合わせて有利に使用されるが、それらは石英および炭化珪素などの他の材料の塔およびボートにおいて使用するのに有利である。
【００４３】
シリコン・ウェーハ・ボートはシリコン処理において有利に使用されるもう１つのウェーハ支え治具である。ウェーハ・ボートにおいては、ウェーハはボート内のスロット内に水平方向に延びているアレイに配列され、主面が垂直から数度傾いている向きに置かれる。結果として、ウェーハのエッジはボートの底部およびスロット接点の歯上に乗り、ウェーハの裏側を支持する。本発明のバッフル・ウェーハは、塔以外にボートでも有利に使用することができる。本発明のランダム配向した多結晶シリコンはバッフル・ウェーハおよび他の頑丈な部材および構造に対して多くの利点を提供し、材料を商用の単結晶ウェーハに対して十分に開発されたＣＺ技法で成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】典型的な熱処理炉の略断面図である。
【図２】本発明で有利に使用されるシリコン塔の正投影図である。
【図３】本発明のポリシリコンのバッフル・ウェーハの平面図である。
【図４】バージン・ポリシリコンのインゴットの断面図である。
【図５】バージン・ポリシリコンの種から成長されたチョクラルスキー・ポリシリコン・インゴットの断面図、およびそこから切断されたバッフル・ウェーハの平面図である。
【図６】ＣＶＤソースのチョクラルスキー・ポリシリコン・インゴットの断面図、およびそこから切断されたバッフル・ウェーハの平面図である。
【図７】多結晶シリコン・バッフル・ウェーハを処理するための処理シーケンスの１つの実施形態である。
【図８】１つのタイプのウェーハ・リング、特に、ＲＴＰエッジ・リングの断面の正投影図である。
【図９】図８のエッジ・リングを支持して回転させるために使用されるシリコンチューブの正投影図である。
【図１０】シリコン台座プラテンの正投影図である。
【図１１】ＣＺ太陽電池の正投影図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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