(57)【要約】本発明は、半導体顆粒の製造方法に関し、半導体粉末が焼結及び／又は融解される工程を有している。粉末は、ナノメートル及び／又はマイクロメートルのサイズである。【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料製造用融解物の原料とすべく意図された半導体顆粒を製造するための方法であって、
ケイ素、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、及びこれらの固溶体によって構成されるグループに属する少なくとも１つの材料の粉末を焼結及び／又は融解させる方法を含んでおり、前記顆粒が、１ｍｍよりも大きい寸法を有している
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記粉末が、ナノメートル・サイズの粉末を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
圧縮成形の工程、及びこれに続く熱処理の工程を有している請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
圧力が１０ＭＰａと１ＧＰａの間の範囲にあり、温度が８００℃よりも高い請求項３に記載の方法。
【請求項５】
熱間プレスの工程を有している請求項１又は２に記載の方法。
【請求項６】
前記熱間プレスの工程において、圧力が１００ＭＰａ未満であり、温度が８００℃よりも高い請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記粉末を金型（３）内に配置する工程を有している請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記粉末が、ドーピングされた半導体粉末である請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記顆粒を熱処理又はドーピングする工程を有している請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体材料の分野に関し、詳しくは、これに限られるわけではないが、シリコンなどの半導体材料のインゴットの形成のための融解物の供給に使用できる半導体顆粒に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、単結晶シリコン又は多結晶シリコンのインゴットは、シリコン融解物からの成長又は育成によって得られている。そのような融解物は、寸法が１ｍｍよりも大であるシリコン顆粒又はシリコン片によって供給される。実際、シリコン融解物がより小さい粒子によって供給される場合、そのような粒子の融解物への取り込みがきわめて不安定になり、プロセスの円滑な進行に悪影響を及ぼす。
【０００３】
従来の顆粒製造の例は、以下のとおりである。化学気相成長反応炉（ＣＶＤ）において、シランＳｉＨ4 又はトリクロロシランＳｉＨＣｌ3 のガスが熱分解され、すなわち、それらの分子が分解するように加熱される。その結果、個体のシリコンが解放されて粉末の形態で堆積する。プロセスの最初において、得られる粉末はきわめて微細であり、典型的には数十ナノメートルのオーダである。これらの粉末の粒をより大きく成長させるためには、特定の条件が実現されなければならず、これがこの方法及び設備を複雑にしている。粉末粒の１〜２ｍｍまでの成長を可能にする流動床堆積装置が、例えば使用される。
【０００４】
上記の方法は、時間がかかるとともに、大量のエネルギーを消費する。顆粒そのもののコストが高くなる。さらに、この製造プロセスでは、１ｍｍよりもはるかに小さいきわめて微細な粉末の形で残留物が残され、現在のところ利用されていない。
【特許文献１】特表２００４−５１０８８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、半導体材料のインゴットの製造のための融解物の供給に適合する顆粒を製造するための方法であって、高速かつ安価でエネルギー消費の少ない方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的及びその他の目的を達成するため、本発明は、半導体材料製造用融解物を供給するよう意図された半導体顆粒を製造するための方法を提供する。この方法は、半導体粉末を焼結及び／又は融解させる方法を含んでいる。
【０００７】
本発明の一実施の形態によれば、顆粒の寸法が１ｍｍよりも大きい。
【０００８】
本発明の一実施の形態によれば、粉末が、ナノメートル及び／又はマイクロメートル・サイズの粉末を含んでいる。
【０００９】
本発明の一実施の形態によれば、前記方法が、圧縮成形の工程、及び引き続く熱処理の工程を有している。
【００１０】
本発明の一実施の形態によれば、圧力が１０ＭＰａと１ＧＰａの間の範囲にあり、温度が８００℃よりも高い。
【００１１】
本発明の一実施の形態によれば、前記方法が、熱間プレスの工程を有している。
【００１２】
本発明の一実施の形態によれば、前記熱間プレスの工程において、圧力が１００ＭＰａ未満であり、温度が８００℃よりも高い。
【００１３】
本発明の一実施の形態によれば、前記方法が、粉末を金型内に配置する工程を有している。
【００１４】
本発明の一実施の形態によれば、粉末が、ドーピング済みの半導体粉末である。
【００１５】
本発明の一実施の形態によれば、前記方法が、顆粒を熱処理又はドーピングする工程を有している。
【００１６】
本発明の以上の目的、特徴、及び利点、並びに他の目的、特徴、及び利点を、添付の図面に関連して行なわれる特定の実施の形態についての以下の説明において詳しく検討するが、本発明がこれらの実施の形態に限定されるわけではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
安価な顆粒を短時間かつ少ないエネルギー消費で製造するため、本発明の発明者は、半導体粉末を焼結又は融解することに想到した。
【００１８】
使用される粉末は、例えば、ＣＶＤ反応炉から来るナノメートル・サイズ（１０〜５００ｎｍ）又はマイクロメートル・サイズ（１０〜５００μｍ）の粉末である。やはりナノメートル及びマイクロメートル・サイズの粉末からなるシリコンウエハ切断時の残留物も、使用可能である。
【００１９】
本発明による顆粒製造を、図１Ａ〜１Ｆに関して以下に説明する。
【００２０】
図１Ａは、平坦な平行六面体形状のサポート１を示している。サポート１は、圧縮用の部品となることを意図されており、例えばグラファイト板又は他のセラミックで形成されている。サポート１の形成のために、例えば、チッ化ケイ素Ｓｉ３Ｎ４、炭化ケイ素ＳｉＣ、チッ化ホウ素ＢＮ、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、などを使用することができる。
【００２１】
図１Ａのサポート１の上方に、図１Ｂに示す金型３が配置される。金型３は、開口５が穿孔された板である。図１Ｂに示されている開口５は、円形断面を有している。通常は、金型３の厚さは、１〜数ｍｍのオーダであり、開口５の直径は、例えば１〜５ｍｍの間の範囲にある。
【００２２】
次に、図１Ｃに示すように、サポート１と金型３の重ね合わせによって形成されたアセンブリが、半導体材料の粉末８で覆われる。半導体粉末８は、スクレーパ部材１０によって矢印Ｖの方向にこすり取られる。部材１０が粉末８をこすり取り、部材１０の通過後には、金型３の開口５が粉末１２で満たされている。
【００２３】
図１Ｄに示すとおり、サポート１に開口５が粉末１２で満たされた金型３が載せられてなるアセンブリ１３が得られる。
【００２４】
プレート１４が、アセンブリ１３の上方に配置される。プレート１４は、サポート１と同じ材料で形成できる。プレート１４は、図１Ｅに示す下面において、開口５と相補的で
ありかつ開口５の奥行きよりも高さが低い突起１８が突き出してなる平坦な表面１６を呈している。
【００２５】
図１Ｆは、プレート１４の断面を示している。突起１８は、直径が開口５よりもわずかに小さい円柱部材によって構成されている。突起１８の位置は、開口５の位置と同じである。プレート１４が、図１Ｄのアセンブリ１３の上方に配置され、したがって突起１８は、ケイ素粉末１２で満たされた開口５の上方にある。
【００２６】
次に、顆粒を製造するための本発明による方法について、いくつかの実施の形態を説明する。
【００２７】
図２Ａは、サポート１と、ケイ素粉末を含んでいる金型３と、プレート１４とによって構成されたアセンブリ２０を、断面で示している。部材１及び１４間に圧力Ｐが加えられる。圧力Ｐは、金型３内に含まれたケイ素粉末１２の圧縮成形を確実にし、プレート１４の突起１８が金型３の開口５へと貫入して、粉末を圧縮する。圧縮成形によって、圧密プロセスが開始する。圧密ののちにアッセンブリ２０は、図２Ｂに示されているとおり熱処理炉２２内に配置され、温度Ｔでの熱処理にさらされる。簡略化のため、図２Ａにおいては、アセンブリ２０が簡略化された様式で示されており、とくに突起１８が表示されていない。炉２２において焼結が生じ、得られる顆粒が優れた機械的強度を有する。
【００２８】
図２Ａの圧縮工程において加えられる圧力は、例えば１００バール（１０メガパスカル）〜１０，０００バール（１ギガパスカル）など、幅広い値の範囲内においてさまざまであってよい。図２Ｂの熱処理において使用される温度も、幅広い値の範囲内においてさまざまであってよい。例えば、１，０００℃のオーダであってよい。
【００２９】
一般に、圧縮工程における圧力が大きいほど、熱処理は弱くできる。高温での熱処理にさらされた顆粒は、より良好な機械的強度を示す。
【００３０】
しかしながら、粉末の圧密が室温で開始されるため、粉末の冷間での圧密のみによって顆粒を得ること、すなわち室温で顆粒を得ることを考慮できることに、注目すべきである。しかしながら、熱処理されていない顆粒が壊れやすく、注意深く取り扱わない場合には、融解物へと搬送する際に砕けてしまう恐れがあることに注意すべきである。
【００３１】
さらに、粉末の圧密を行なわず、炉２２内のアセンブリ２０を、ケイ素の場合には１，４１０度であるが、材料の融解温度に到達しうる温度にまで至らしめることも考えられる。この場合、上側のプレート１４は不要である。先験的に、サポート１がグラファイトの場合には、得られた顆粒がサポート１に溶着したままになる可能性があるため、ケイ素の融解は避けるべきであろう。
【００３２】
図３は、図２の方法によって得られた顆粒２４を示している。顆粒２４は、金型３の厚さよりも小さい厚さｅを有し、金型３の開口５の直径と事実上等しい直径を有する円柱形ペレットの形態である。一案としては、厚さｅが１〜３ｍｍであり、直径Φが１〜５ｍｍのオーダである。
【００３３】
熱処理が融点までは行なわれない場合、図２の方法によって得られた顆粒は、通常は２０〜４０％の間の範囲の比較的大きな多孔率を呈する。これは、開放孔とも呼ばれる互いにつながった孔であり、すなわち、孔による通路が顆粒全体にわたって存在し、外へとつながっている。この特徴を、例えば精製又はドーピングなど、幾つかのやり方で好都合に利用できる。
【００３４】
実際、例えば使用したケイ素粉末の汚れなどが理由で、顆粒が不純物を含んでいる場合、不純物を孔による通路を介して顆粒の外部へと移動させるべく、顆粒を引き続く熱処理にさらすことができる。
【００３５】
さらに、顆粒をドーピングするため、引き続く熱処理においてドーパント・ガスを流すことができる。互いにつながった孔ゆえに、ガスが顆粒塊の全体にわたって一様に広がるため、塊の全体にわたって均質な顆粒のドーピングが達成される。さらに、ドーピングされた顆粒を、すでにドーピングされている半導体粉末から顆粒を形成することによって、ドーピングすることができる。ＣＶＤ反応炉で生成される従来の顆粒がドーピングされておらず、顆粒を容易にドーピングできるという事実が本発明のさらなる長所であることに、注目すべきである。
【００３６】
図４は、本発明による顆粒の製造方法の一変形例である。ここでもやはり簡略化された様式で示されており、すでに述べたとおりサポート１と、ケイ素粉末で満たされた金型３と、プレート１４とで構成されているアセンブリ２０が、容器２６内に配置されており、容器２６内でケイ素粉末が熱間での圧密工程にさらされる。この目的のため、アセンブリを温度Ｔ’での熱処理にさらしつつ、部材１及び１４間に圧力Ｐ’が加えられる。圧力Ｐ’は、熱処理の全継続時間にわたって加えてもよく、この処理の一部においてのみ加えてもよい。
【００３７】
図４の方法は、顆粒がほぼ即座に得られるという点で特筆できる。例えば、圧力Ｐ’が約１秒間加えられ、約１分間にわたって１，２００℃までに加熱される場合、きわめて高い機械的強度を有する顆粒を、迅速かつきわめて経済的に得ることができる。さらに、圧力Ｐ’は、事実上同じ機械的強度を呈する顆粒を得るための図２の圧力Ｐにくらべ、はるかに小さくてよい。例えば、３０ＭＰａ（３００バール）を下回る圧力Ｐ’が、申し分なく適切である。温度Ｔ’は、温度Ｔの程度のオーダであってよく、例えば８００℃とケイ素の融解温度（１，４１０℃）との間である。
【００３８】
図４の方法によって得られる顆粒は、図２の方法によって得られる顆粒と同じ種類である。しかしながら、図４の方法によって得られる顆粒の多孔率は、通常はより小さく、例えば１０％以下である。顆粒の高い多孔率に起因する利点を維持したい場合には、多孔率が小さくなりすぎないよう確認しなければならない。
【００３９】
得られる顆粒の寸法は、重要ではない。顆粒が、シリコン・インゴットが製造される融解物を供給できるために充分大きければ充分である。実際、それらの寸法は、例えば１〜数ｍｍのオーダなど、ミリメートル程度で充分である。必要であれば、単に金型３の開口５の寸法を大きくするだけで、より大きな寸法の顆粒を得ることが可能である。
【００４０】
得られる顆粒の形状は、重要ではない。円柱形の顆粒を示したが、顆粒は、金型３の開口５の形状に応じて、立方体、長方形の平行六面体、又は他の形状であってよい。顆粒が、例えば細長くてもよく、棒状や糸状などであってもよい。
【００４１】
使用される粉末は、例えば直径が２０ｎｍのオーダであるナノメートル粉末、マイクロメートル粉末、ミリメートル粉末、あるいは種々の粒度分布の粉末の混合物であってよい。
【００４２】
炉２２内又は容器２６内の反応の雰囲気は、真空であってよく、あるいは例えばアルゴン、窒素、又は塩素など、不活性であっても活性であってもよいが、制御された圧力のガスであってよい。例えば他の半導体やホウ素、リン、又はヒ素などのケイ素ドーパントなど、ケイ素以外の元素の蒸気圧を含んでいるガスも、やはり使用可能である。
【００４３】
当然ながら、本発明には、当業者であれば想到できる種々の改変及び変更が存在するであろう。
【００４４】
とくに、図１Ａ〜１Ｆに関して説明したさまざまな部材があくまで例であって多くの変更が可能であることに、注意すべきである。
【００４５】
例えば、金型３を構成する素材が、金型によって囲まれている粉末の小島を適切に圧縮するために充分に柔軟かつ／又は変形可能である場合、プレート１４は突起１８を有していなくてもよい。
【００４６】
さらに、金型３を無くすことも可能である。例えば、粉末の小山を、サポート上に間隔を空けて配置することができる。このアセンブリの上にプレートを配置し、図２又は４の方法にさらすことができる。粉末の小山が圧縮によって押しつぶされ、それらが互いに充分離れているならば、別個独立した顆粒が形成されるであろう。
【００４７】
さらに、ただ１つの金型３ではなく、別個独立したいくつかの金型３を適当に重ね合わせて使用できる点に、注目すべきである。例えば、サポート１と、ケイ素粉末で満たされた金型３と、プレート１４とで構成され、さらにケイ素粉末で満たされたもう１つの金型３、もう１つのプレート１４、などが続いている積み重ねを形成し、多数の顆粒を同時に形成することができる。
【００４８】
顆粒の形成に用いる粉末は、所望の圧縮成形度にあわせて調節された粒度分布の粉末混合物で構成することができる。さらに、本発明による方法が、すでに述べたとおりケイ素顆粒の製造を可能にするだけでなく、ゲルマニウムなどの他の半導体材料の顆粒、あるいはガリウムヒ素又はケイ素、ゲルマニウム、及び炭素の固溶体など、固溶体の顆粒の製造をも可能にすることに、注目すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による顆粒の製造を示している。
【図２】本発明による方法の一実施の形態を示している。
【図３】本発明によって得られた顆粒を示している。
【図４】本発明による方法の他の実施の形態を示している。
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年3月28日(2006.3.28)
【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】
半導体材料製造用融解物の原料とすべく意図された半導体顆粒の製造方法であって、
ケイ素、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、及びこれらの固溶体によって構成されるグループに属する少なくとも１つの材料の粉末を、圧縮成形及び熱処理によって焼結する工程を有する
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記顆粒が、１ｍｍよりも大きい寸法を有している請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記粉末が、ナノメートル及び／又はマイクロメートル・サイズの粉末を有している請求項１に記載の方法。
【請求項４】
圧縮成形の工程、及びこれに続く熱処理の工程を有している請求項１に記載の方法。
【請求項５】
圧力が１０ＭＰａと１ＧＰａとの間の範囲にあり、温度が８００℃よりも高い請求項４に記載の方法。
【請求項６】
熱間プレスの工程を有している請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記熱間プレスの工程において、圧力が１００ＭＰａ未満であり、温度が８００℃よりも高い請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記粉末を金型（３）内に配置する工程を有している請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記粉末が、ドーピングされた半導体粉末である請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記顆粒を熱処理又はドーピングする工程を有している請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
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