JP2003226596A - 単結晶シリコンインゴットの形成方法 - Google Patents
単結晶シリコンインゴットの形成方法Info
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- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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- C30B29/02—Elements
- C30B29/06—Silicon
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/02—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt
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- Materials Engineering (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 いろいろなサイズをした断片の多結晶シリコ
ン原料から、チョクラルスキー法によって単結晶シリコ
ンインゴットを形成方法を提供する。 【解決手段】 該方法は、斜めに切断された端部を有す
る棒状の多結晶シリコン断片の概ね多角形状で、同心状
の配列物をるつぼの底部に入れることを含む。るつぼの
中で多結晶シリコン断片を積み重ねる方法によって、る
つぼの中でのシリコンの更に密な充填が可能となり、不
規則な形状のシリコン断片のサイズ仕分けを使った普通
の充填方法と比較すると、本方法は従来の充填方法より
も速い時間で達成出来、そしてるつぼの底部に対する損
傷の恐れは更に少ない。
ン原料から、チョクラルスキー法によって単結晶シリコ
ンインゴットを形成方法を提供する。 【解決手段】 該方法は、斜めに切断された端部を有す
る棒状の多結晶シリコン断片の概ね多角形状で、同心状
の配列物をるつぼの底部に入れることを含む。るつぼの
中で多結晶シリコン断片を積み重ねる方法によって、る
つぼの中でのシリコンの更に密な充填が可能となり、不
規則な形状のシリコン断片のサイズ仕分けを使った普通
の充填方法と比較すると、本方法は従来の充填方法より
も速い時間で達成出来、そしてるつぼの底部に対する損
傷の恐れは更に少ない。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、いろいろなサイズ
をした断片の多結晶シリコン原料から、チョクラルスキ
ー（Czochralski)法によって単結晶シリコンインゴット
を形成するプロセスに関する。更に詳しくは、本発明
は、チョクラルスキー法による単結晶シリコン製造の場
合に多結晶シリコン断片を積み重ねて、るつぼに入れる
方法に関する。
をした断片の多結晶シリコン原料から、チョクラルスキ
ー（Czochralski)法によって単結晶シリコンインゴット
を形成するプロセスに関する。更に詳しくは、本発明
は、チョクラルスキー法による単結晶シリコン製造の場
合に多結晶シリコン断片を積み重ねて、るつぼに入れる
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および課題】電子デバイスの中で使用され
る大半の半導体チップは、チョクラルスキープロセスに
よって調製される単結晶シリコンから作製される。この
プロセスでは、単結晶シリコンインゴットは、石英るつ
ぼ内で積み重ねられた多結晶シリコン原料を溶融するこ
と、るつぼ及び原料溶融体を平衡温度で安定化させるこ
と、種結晶を原料溶融体に浸漬すること、前記原料溶融
体が種結晶上で結晶化して単結晶インゴットを形成する
につれて種結晶を引き上げること、及び単結晶が成長す
るにつれて前記インゴットを引張ることにより製造され
る。溶融は、低圧の不活性ガス環境で１４２０℃の温度
で起こる。結晶が成長するにつれて、るつぼは概ね垂直
な軸の周りを連続的に回転される。インゴットが原料溶
融体から引張られる速度は、所望の直径を有するインゴ
ットを形成するように選ばれる。溶融シリコンを形成す
るために溶融される多結晶シリコンは、ジーメンス（Ｓ
ｉｅｍｅｎｓ）プロセスによって調製されたのち、好適
なサイズの断片に破砕される、一般的に、不規則な形状
のチャンク（ｃｈｕｎｋ）である。
る大半の半導体チップは、チョクラルスキープロセスに
よって調製される単結晶シリコンから作製される。この
プロセスでは、単結晶シリコンインゴットは、石英るつ
ぼ内で積み重ねられた多結晶シリコン原料を溶融するこ
と、るつぼ及び原料溶融体を平衡温度で安定化させるこ
と、種結晶を原料溶融体に浸漬すること、前記原料溶融
体が種結晶上で結晶化して単結晶インゴットを形成する
につれて種結晶を引き上げること、及び単結晶が成長す
るにつれて前記インゴットを引張ることにより製造され
る。溶融は、低圧の不活性ガス環境で１４２０℃の温度
で起こる。結晶が成長するにつれて、るつぼは概ね垂直
な軸の周りを連続的に回転される。インゴットが原料溶
融体から引張られる速度は、所望の直径を有するインゴ
ットを形成するように選ばれる。溶融シリコンを形成す
るために溶融される多結晶シリコンは、ジーメンス（Ｓ
ｉｅｍｅｎｓ）プロセスによって調製されたのち、好適
なサイズの断片に破砕される、一般的に、不規則な形状
のチャンク（ｃｈｕｎｋ）である。
【０００３】るつぼの中に入れられるチャンクタイプの
多結晶シリコンを最初に装入して溶融すると、望ましく
ない不純物が導入され、それが単結晶インゴットにおけ
る欠陥の一因となることがある。例えば、るつぼに初め
てチャンク多結晶シリコンが装入される場合、フル装入
量ではチャンクの縁部がるつぼ壁を引っ掻き、抉り取っ
て、るつぼを傷付けてシリコン溶融体の上に浮遊する、
又はその中に懸濁する粒子発生することがある。これら
の不純物によって、るつぼ内部での転位が著しく発生し
易くなり、無転位単結晶の生産収率及び処理量は大幅に
低下する。更に、１００％不規則な形状のチャンク多結
晶シリコンを最初に装入すると、そのようなチャンク原
料は充填密度が低いので、装入出来る原料の容量は制限
される。このような容量制限は、チョクラルスキータイ
プのプロセスでの単結晶の処理量に直接影響を及ぼす。
多結晶シリコンを最初に装入して溶融すると、望ましく
ない不純物が導入され、それが単結晶インゴットにおけ
る欠陥の一因となることがある。例えば、るつぼに初め
てチャンク多結晶シリコンが装入される場合、フル装入
量ではチャンクの縁部がるつぼ壁を引っ掻き、抉り取っ
て、るつぼを傷付けてシリコン溶融体の上に浮遊する、
又はその中に懸濁する粒子発生することがある。これら
の不純物によって、るつぼ内部での転位が著しく発生し
易くなり、無転位単結晶の生産収率及び処理量は大幅に
低下する。更に、１００％不規則な形状のチャンク多結
晶シリコンを最初に装入すると、そのようなチャンク原
料は充填密度が低いので、装入出来る原料の容量は制限
される。このような容量制限は、チョクラルスキータイ
プのプロセスでの単結晶の処理量に直接影響を及ぼす。
【０００４】Ｈｏｌｄｅｒ等の米国特許第６，２８４，
０４０号は、サイズによってシリコンの各チャンクを分
級したのち、分粒によるチャンクをるつぼの少なくとも
３個の領域の中に入れることを含む多結晶シリコンのい
ろいろなサイズのチャンクから、チョクラルスキー法に
よって単結晶シリコンインゴットを形成するプロセスを
開示している。
０４０号は、サイズによってシリコンの各チャンクを分
級したのち、分粒によるチャンクをるつぼの少なくとも
３個の領域の中に入れることを含む多結晶シリコンのい
ろいろなサイズのチャンクから、チョクラルスキー法に
よって単結晶シリコンインゴットを形成するプロセスを
開示している。
【０００５】Ｈｏｌｄｅｒ等の米国特許第５，５８８，
９９３号は、チョクラルスキー法による単結晶シリコン
インゴットの形成プロセスを開示している。好ましい方
法では、内部で中央凹部を形成するるつぼの中に多結晶
シリコンのチャンクが、先ず、装入されたのち不完全な
溶融体が形成され、そして微粒子多結晶シリコンが前記
の中央凹部の未溶融領域に供給される。
９９３号は、チョクラルスキー法による単結晶シリコン
インゴットの形成プロセスを開示している。好ましい方
法では、内部で中央凹部を形成するるつぼの中に多結晶
シリコンのチャンクが、先ず、装入されたのち不完全な
溶融体が形成され、そして微粒子多結晶シリコンが前記
の中央凹部の未溶融領域に供給される。
【０００６】Ｈｏｌｄｅｒ等の米国特許第５，９１９，
３０３号は、ポリシリコンからチョクラルスキー法によ
ってシリコン溶融体を調製するプロセスを記載してい
て、そのプロセスでは、るつぼにチャンクポリシリコン
が装入されると、ボウル様の形状を有する装入物を形成
し、最初は、この装入物は側壁形成に向かって中心線か
ら頂部へ概ね放射状に上向きへ且つ外側への勾配を持
ち、その次は、その頂部から側壁形成へ概ね下向きで且
つ外側への勾配を持つ。ボウル様の形状のチャンクのポ
リシリコン装入物が加熱されると不完全溶融装入物を形
成し、顆粒状ポリシリコンは前記の不完全溶融装入物の
上に供給されて、チャンクと顆粒状ポリシリコンの混合
装入物を形成する。
３０３号は、ポリシリコンからチョクラルスキー法によ
ってシリコン溶融体を調製するプロセスを記載してい
て、そのプロセスでは、るつぼにチャンクポリシリコン
が装入されると、ボウル様の形状を有する装入物を形成
し、最初は、この装入物は側壁形成に向かって中心線か
ら頂部へ概ね放射状に上向きへ且つ外側への勾配を持
ち、その次は、その頂部から側壁形成へ概ね下向きで且
つ外側への勾配を持つ。ボウル様の形状のチャンクのポ
リシリコン装入物が加熱されると不完全溶融装入物を形
成し、顆粒状ポリシリコンは前記の不完全溶融装入物の
上に供給されて、チャンクと顆粒状ポリシリコンの混合
装入物を形成する。
【０００７】るつぼの中で多結晶シリコン断片を積み重
ねる本発明の方法によって、るつぼの中でのシリコンの
更に密な充填が可能となり、不規則な形状のシリコン断
片のサイズ仕分けを使った普通の充填方法と比較する
と、本発明の方法は従来の充填方法よりも速い時間で達
成出来、そしてるつぼの底部に対する損傷の恐れは更に
少ない。
ねる本発明の方法によって、るつぼの中でのシリコンの
更に密な充填が可能となり、不規則な形状のシリコン断
片のサイズ仕分けを使った普通の充填方法と比較する
と、本発明の方法は従来の充填方法よりも速い時間で達
成出来、そしてるつぼの底部に対する損傷の恐れは更に
少ない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、いろいろなサ
イズをした断片の多結晶シリコン原料から、チョクラル
スキー法によって単結晶シリコンインゴットを形成する
プロセスを開示するものである。本発明の１つの実施態
様では、本プロセスは、斜めに切断された端部を有する
棒状の多結晶シリコン断片の概ね多角形状で、同心状の
配列物を、るつぼの底部に入れることを含む。本発明の
別の実施態様では、本プロセスは、斜めに切断された端
部を有する棒状の多結晶シリコン断片の概ね平行な配列
物を、るつぼの底部に入れることを含む。
イズをした断片の多結晶シリコン原料から、チョクラル
スキー法によって単結晶シリコンインゴットを形成する
プロセスを開示するものである。本発明の１つの実施態
様では、本プロセスは、斜めに切断された端部を有する
棒状の多結晶シリコン断片の概ね多角形状で、同心状の
配列物を、るつぼの底部に入れることを含む。本発明の
別の実施態様では、本プロセスは、斜めに切断された端
部を有する棒状の多結晶シリコン断片の概ね平行な配列
物を、るつぼの底部に入れることを含む。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は、いろいろなサイズをし
た断片の多結晶シリコン原料から、チョクラルスキー法
によって単結晶シリコンインゴットを形成するプロセス
である。本発明の１つの実施態様では、本プロセスは、
斜めに切断された端部を有する棒状の多結晶シリコン断
片の概ね多角形状で、同心状の配列物を、るつぼの底部
に入れることを含む。本発明の別の実施態様では、本プ
ロセスは、斜めに切断された端部を有する棒状の多結晶
シリコン断片の概ね平行な配列物を、るつぼの底部に入
れることを含む。るつぼの中で多結晶シリコン断片を積
み重ねる方法によって、るつぼの中でのシリコンの更に
密な充填が可能となり、不規則な形状のシリコン断片の
サイズ仕分けを使った普通の充填方法と比較すると、本
方法は従来の充填方法よりも速い時間で達成出来、そし
てるつぼの底部に対する損傷の恐れは更に少ない。
た断片の多結晶シリコン原料から、チョクラルスキー法
によって単結晶シリコンインゴットを形成するプロセス
である。本発明の１つの実施態様では、本プロセスは、
斜めに切断された端部を有する棒状の多結晶シリコン断
片の概ね多角形状で、同心状の配列物を、るつぼの底部
に入れることを含む。本発明の別の実施態様では、本プ
ロセスは、斜めに切断された端部を有する棒状の多結晶
シリコン断片の概ね平行な配列物を、るつぼの底部に入
れることを含む。るつぼの中で多結晶シリコン断片を積
み重ねる方法によって、るつぼの中でのシリコンの更に
密な充填が可能となり、不規則な形状のシリコン断片の
サイズ仕分けを使った普通の充填方法と比較すると、本
方法は従来の充填方法よりも速い時間で達成出来、そし
てるつぼの底部に対する損傷の恐れは更に少ない。
【００１０】本プロセスで使用される多結晶シリコン原
料は、半導体用途向けの高純度シリコンを調製するのに
半導体産業で周知の普通のプロセスで調製されることが
出来る。好ましいプロセスは、加熱されたシリコンコア
素子上でのトリクロロシランのような超高純度のシラン
の化学気相成長法である。このタイプのプロセスでは、
本質的に丸い棒状の素子が得られ、これを切断して斜め
に切断された端部を有する棒状の多結晶シリコン断片に
することが出来る。
料は、半導体用途向けの高純度シリコンを調製するのに
半導体産業で周知の普通のプロセスで調製されることが
出来る。好ましいプロセスは、加熱されたシリコンコア
素子上でのトリクロロシランのような超高純度のシラン
の化学気相成長法である。このタイプのプロセスでは、
本質的に丸い棒状の素子が得られ、これを切断して斜め
に切断された端部を有する棒状の多結晶シリコン断片に
することが出来る。
【００１１】図１〜５を参照しながら、本発明を以下で
更に詳細に説明する。図１は、空のチョクラルスキーる
つぼの断面図である。るつぼの特定の形状はさほど重要
ではないけれども、溶融シリコンを含むことが出来る少
なくとも部分的に開放された構造を定義する内面及び外
面を有する円形のボウル形状を有するタイプである。そ
のような容器は、一般的に石英ガラス（即ち、石英シリ
カ）で作られる。るつぼ１は、概略的には、底部２、コ
ーナー部３、側壁４、上部縁部５及び中心線６を含む内
面を有する。この内面は多結晶シリコン断片が入れられ
る開放型空洞を定義する。
更に詳細に説明する。図１は、空のチョクラルスキーる
つぼの断面図である。るつぼの特定の形状はさほど重要
ではないけれども、溶融シリコンを含むことが出来る少
なくとも部分的に開放された構造を定義する内面及び外
面を有する円形のボウル形状を有するタイプである。そ
のような容器は、一般的に石英ガラス（即ち、石英シリ
カ）で作られる。るつぼ１は、概略的には、底部２、コ
ーナー部３、側壁４、上部縁部５及び中心線６を含む内
面を有する。この内面は多結晶シリコン断片が入れられ
る開放型空洞を定義する。
【００１２】図２は、斜めに切断された端部を有する棒
状の多結晶シリコン断片（これに代えて、本明細書では
切断されたロッド７と呼ぶ）の概ね多角形状で、同心状
の２個の配列物を内部に配置したチョクラルスキーるつ
ぼの平面図である。図２では、切断されたロッド７は、
底部２に配置されて、中心線６の周りで且つ側壁４に直
ぐ隣接して位置決めされた第１同心状の配列物を形成す
る。第２同心状の配列物は、底部２の上で中心線６の周
りに位置決めされ、第１同心状の配列物によって形成さ
れた八角形の空洞の内側壁に隣接して配置される。
状の多結晶シリコン断片（これに代えて、本明細書では
切断されたロッド７と呼ぶ）の概ね多角形状で、同心状
の２個の配列物を内部に配置したチョクラルスキーるつ
ぼの平面図である。図２では、切断されたロッド７は、
底部２に配置されて、中心線６の周りで且つ側壁４に直
ぐ隣接して位置決めされた第１同心状の配列物を形成す
る。第２同心状の配列物は、底部２の上で中心線６の周
りに位置決めされ、第１同心状の配列物によって形成さ
れた八角形の空洞の内側壁に隣接して配置される。
【００１３】図３ａ及び図３ｂは、斜めに切断された端
部を有する棒状の多結晶シリコン断片（切断されたロッ
ド７）の正面図である。図３ａ及び図３ｂに示している
切断されたロッド７の寸法は、約４５ｃｍの内径を有す
るるつぼの中に好ましい配置で入れられるのに好適なサ
イズである。当業者は、切断されたロッド７のこのよう
な寸法がいろいろなサイズのるつぼに受け入れられるよ
うに調整出来ることを理解している。概略的には、切断
されたロッド７の斜めに切断された端部は、切断された
ロッド７の同心状の配列がるつぼの中心線の周りに行な
われると、斜めに切断された端部に対向する面は実質的
に互いに平行であるような角度で切断されることが好ま
しい。本発明の好ましい実施態様では、切断されたロッ
ド７の各同心状の配列物は、６ないし８個の断片で形成
されると六角形、七角形及び八角形の形状を形成する。
八角形が最も好ましい。切断されたロッドの１種以上の
多角形配列物は、るつぼの底部に配置されるこれらの配
列物の上に積み重ねることが可能である。しかしなが
ら、切断されたロッドの重量によって、切断されたロッ
ドが溶融過程で移動してるつぼに損傷を与えることがあ
るので、前記のことは必ずしも広く勧められる訳ではな
い。棒状の多結晶シリコン素子を切断して斜めに切断さ
れた端部を有する切断されたロッド７を形成する方法
は、重要ではなく、バンソー（ｂａｎ ｓａｗ）、ワイ
ヤーソー、又はチョップソー（ｃｈｏｐ ｓａｗ）のよ
うな、シリコンを切断するのに一般的に使用される方法
が可能である。
部を有する棒状の多結晶シリコン断片（切断されたロッ
ド７）の正面図である。図３ａ及び図３ｂに示している
切断されたロッド７の寸法は、約４５ｃｍの内径を有す
るるつぼの中に好ましい配置で入れられるのに好適なサ
イズである。当業者は、切断されたロッド７のこのよう
な寸法がいろいろなサイズのるつぼに受け入れられるよ
うに調整出来ることを理解している。概略的には、切断
されたロッド７の斜めに切断された端部は、切断された
ロッド７の同心状の配列がるつぼの中心線の周りに行な
われると、斜めに切断された端部に対向する面は実質的
に互いに平行であるような角度で切断されることが好ま
しい。本発明の好ましい実施態様では、切断されたロッ
ド７の各同心状の配列物は、６ないし８個の断片で形成
されると六角形、七角形及び八角形の形状を形成する。
八角形が最も好ましい。切断されたロッドの１種以上の
多角形配列物は、るつぼの底部に配置されるこれらの配
列物の上に積み重ねることが可能である。しかしなが
ら、切断されたロッドの重量によって、切断されたロッ
ドが溶融過程で移動してるつぼに損傷を与えることがあ
るので、前記のことは必ずしも広く勧められる訳ではな
い。棒状の多結晶シリコン素子を切断して斜めに切断さ
れた端部を有する切断されたロッド７を形成する方法
は、重要ではなく、バンソー（ｂａｎ ｓａｗ）、ワイ
ヤーソー、又はチョップソー（ｃｈｏｐ ｓａｗ）のよ
うな、シリコンを切断するのに一般的に使用される方法
が可能である。
【００１４】図４は、切断されたロッド７の概ね多角形
状で、同心状の配列物を底部２に配置して、その周り及
びその上に不規則な形状の断片の多結晶シリコン（これ
に代えて、以後は、不規則なシリコン断片８）を積み重
ねているチョクラルスキーるつぼの断面図である。この
ような不規則なシリコン断片８は、少なくとも約１ｍｍ
が可能であり、或いはまた、最大寸法で少なくとも約６
ｍｍが可能である。或いはまた、そのような不規則なシ
リコン断片８は約１２５ｍｍ、或いはまた約５０ｍｍ、
或いはまた約１０ｍｍの最大寸法を有することが可能で
ある。好ましいプロセスでは、最大寸法で約６ないし約
５０ｍｍの不規則なシリコン断片８が、切断されたロッ
ド７の周りやその間の隙間を実質的に満たすのに使用さ
れる。この場合、最大寸法で約６ｍｍないし約１２５ｍ
ｍの断片の混合物を上に重ねることにより、溶融体を形
成すること、及びチョクラルスキー法を実施するための
るつぼでの積み重ねを完了させることが出来る。本発明
の代替の実施態様では、いろいろな多結晶シリコン断片
を使って前述の不規則なシリコン断片を含めて、それに
加えて、又はその代わりに、隙間を満たすことが出来
る。そのような多結晶シリコン断片には、通常、約１ｍ
ｍの直径を有する実質的に球状のシリコンビーズ、最大
寸法で約１ｍｍないし約１０ｍｍの不規則なシリコンチ
ャンク、最大寸法で約６ｍｍないし約５０ｍｍの不規則
なシリコンチャンク、最大寸法で約６ないし約４５ｍｍ
の不規則なシリコンチャンク、最大寸法で約１２５ｍｍ
未満の特定されないサイズ分布を有する不規則なチャン
ク、それらの組み合わせ物、等が挙げられる。
状で、同心状の配列物を底部２に配置して、その周り及
びその上に不規則な形状の断片の多結晶シリコン（これ
に代えて、以後は、不規則なシリコン断片８）を積み重
ねているチョクラルスキーるつぼの断面図である。この
ような不規則なシリコン断片８は、少なくとも約１ｍｍ
が可能であり、或いはまた、最大寸法で少なくとも約６
ｍｍが可能である。或いはまた、そのような不規則なシ
リコン断片８は約１２５ｍｍ、或いはまた約５０ｍｍ、
或いはまた約１０ｍｍの最大寸法を有することが可能で
ある。好ましいプロセスでは、最大寸法で約６ないし約
５０ｍｍの不規則なシリコン断片８が、切断されたロッ
ド７の周りやその間の隙間を実質的に満たすのに使用さ
れる。この場合、最大寸法で約６ｍｍないし約１２５ｍ
ｍの断片の混合物を上に重ねることにより、溶融体を形
成すること、及びチョクラルスキー法を実施するための
るつぼでの積み重ねを完了させることが出来る。本発明
の代替の実施態様では、いろいろな多結晶シリコン断片
を使って前述の不規則なシリコン断片を含めて、それに
加えて、又はその代わりに、隙間を満たすことが出来
る。そのような多結晶シリコン断片には、通常、約１ｍ
ｍの直径を有する実質的に球状のシリコンビーズ、最大
寸法で約１ｍｍないし約１０ｍｍの不規則なシリコンチ
ャンク、最大寸法で約６ｍｍないし約５０ｍｍの不規則
なシリコンチャンク、最大寸法で約６ないし約４５ｍｍ
の不規則なシリコンチャンク、最大寸法で約１２５ｍｍ
未満の特定されないサイズ分布を有する不規則なチャン
ク、それらの組み合わせ物、等が挙げられる。
【００１５】不規則な形状のシリコン断片８の製造方法
は、本発明にとっては重要ではなく、当業界では概ね周
知であり、例えば、加熱された素子上にシランを化学気
相成長することにより作られる多結晶シリコン棒状物
は、ハンマー、加熱若しくは音響による衝撃等を使って
破壊することが可能である。次に、これらの断片は、人
手による仕分け又は篩分けによって所望のサイズに振り
分けることが可能である。
は、本発明にとっては重要ではなく、当業界では概ね周
知であり、例えば、加熱された素子上にシランを化学気
相成長することにより作られる多結晶シリコン棒状物
は、ハンマー、加熱若しくは音響による衝撃等を使って
破壊することが可能である。次に、これらの断片は、人
手による仕分け又は篩分けによって所望のサイズに振り
分けることが可能である。
【００１６】図５は、本発明の別の実施態様を示してい
る。図５は、斜めに切断された端部を有する４個の棒状
の多結晶シリコン断片（これに代えて、本明細書では、
切断されたロッド９と呼ぶ）の概ね平行な配列物を内部
に配置しているチョクラルスキーるつぼの平面図であ
る。図５では、切断されたロッド９は、るつぼ１の底部
２に配置される。るつぼ１の底部２が実質的に完全に覆
われるように、いろいろな長さの切断されたロッド９を
配置することが出来る。切断されたロッド９の寸法及び
数を調整していろいろなサイズのるつぼに適応させるこ
とが出来ることを当業者は理解しているだろう。しかし
ながら、少なくとも約４個の切断されたロッド９が使用
される。本発明の１つの実施態様では、最大約６個の切
断されたロッドが使用される（示されていない）。概ね
平行な配列物の切断されたロッドの１層以上の層が、る
つぼの底部に配置された概ね平行な配列物の上に積み重
ねられることが可能である。切断されたロッドの移動を
起こすことがある溶融プロセス過程で、当業者は、るつ
ぼを損傷しない切断されたロッドの重量を含めたいろい
ろなファクターに基づいて、余分な実験をすることな
く、好適な数の層を選ぶことが出来る。棒状の多結晶シ
リコン素子を切断して、斜めに切断された端部を有する
切断されたロッド９を形成する方法は、重要ではなく、
バンソー、ワイヤーソー、チョップソーのような、シリ
コンを切断するのに一般的に使用される方法が可能であ
る。
る。図５は、斜めに切断された端部を有する４個の棒状
の多結晶シリコン断片（これに代えて、本明細書では、
切断されたロッド９と呼ぶ）の概ね平行な配列物を内部
に配置しているチョクラルスキーるつぼの平面図であ
る。図５では、切断されたロッド９は、るつぼ１の底部
２に配置される。るつぼ１の底部２が実質的に完全に覆
われるように、いろいろな長さの切断されたロッド９を
配置することが出来る。切断されたロッド９の寸法及び
数を調整していろいろなサイズのるつぼに適応させるこ
とが出来ることを当業者は理解しているだろう。しかし
ながら、少なくとも約４個の切断されたロッド９が使用
される。本発明の１つの実施態様では、最大約６個の切
断されたロッドが使用される（示されていない）。概ね
平行な配列物の切断されたロッドの１層以上の層が、る
つぼの底部に配置された概ね平行な配列物の上に積み重
ねられることが可能である。切断されたロッドの移動を
起こすことがある溶融プロセス過程で、当業者は、るつ
ぼを損傷しない切断されたロッドの重量を含めたいろい
ろなファクターに基づいて、余分な実験をすることな
く、好適な数の層を選ぶことが出来る。棒状の多結晶シ
リコン素子を切断して、斜めに切断された端部を有する
切断されたロッド９を形成する方法は、重要ではなく、
バンソー、ワイヤーソー、チョップソーのような、シリ
コンを切断するのに一般的に使用される方法が可能であ
る。
【００１７】本発明の１つの実施態様では、いろいろな
サイズの断片の多結晶シリコン原料から、チョクラルス
キー法によって単結晶シリコンを形成するプロセスは次
を含む： （Ａ）斜めに切断された端部を有する棒状の多結晶シリ
コン断片の概ね多角形状で、同心状の配列物を、るつぼ
の底部に入れること、（Ｂ）不規則な形状の断片の多結
晶シリコンを、るつぼに入れること、（Ｃ）高温の不活
性環境の中で、るつぼの中の多結晶シリコンを溶融して
原料溶融体を形成すること、（Ｄ）前記るつぼ及び前記
原料溶融体の温度を結晶成長に好適な平衡レベルまで安
定化させること、並びに（Ｅ）前記原料溶融体から、チ
ョクラルスキー法によって単結晶シリコンインゴットを
引張ること。
サイズの断片の多結晶シリコン原料から、チョクラルス
キー法によって単結晶シリコンを形成するプロセスは次
を含む： （Ａ）斜めに切断された端部を有する棒状の多結晶シリ
コン断片の概ね多角形状で、同心状の配列物を、るつぼ
の底部に入れること、（Ｂ）不規則な形状の断片の多結
晶シリコンを、るつぼに入れること、（Ｃ）高温の不活
性環境の中で、るつぼの中の多結晶シリコンを溶融して
原料溶融体を形成すること、（Ｄ）前記るつぼ及び前記
原料溶融体の温度を結晶成長に好適な平衡レベルまで安
定化させること、並びに（Ｅ）前記原料溶融体から、チ
ョクラルスキー法によって単結晶シリコンインゴットを
引張ること。
【００１８】この実施態様では、プロセス段階（Ａ）及
び（Ｂ）は前述の通りであり、段階（Ｃ）ないし（Ｅ）
はチョクラルスキー法を実施するための普通のプロセス
によって実施出来る。チョクラルスキー法を実施するた
めのそのようなプロセスは、本明細書で記載している背
景特許の中に記載されいて、そのような教示に対しては
引用文献によって本明細書に組み入れられている。チョ
クラルスキー法の全体像は、Ｚｕｌｅｈｎｅｒの、Ｈｉ
ｓｔｏｒｉｃａｌ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ Ｓｉｌｉｃ
ｏｎ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｐｕｌｌｉｎｇ Ｄｅｖｅｌｏｐ
ｍｅｎｔ，Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｂ７３（２０００）７−１５
頁によって提供される。
び（Ｂ）は前述の通りであり、段階（Ｃ）ないし（Ｅ）
はチョクラルスキー法を実施するための普通のプロセス
によって実施出来る。チョクラルスキー法を実施するた
めのそのようなプロセスは、本明細書で記載している背
景特許の中に記載されいて、そのような教示に対しては
引用文献によって本明細書に組み入れられている。チョ
クラルスキー法の全体像は、Ｚｕｌｅｈｎｅｒの、Ｈｉ
ｓｔｏｒｉｃａｌ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ Ｓｉｌｉｃ
ｏｎ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｐｕｌｌｉｎｇ Ｄｅｖｅｌｏｐ
ｍｅｎｔ，Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｂ７３（２０００）７−１５
頁によって提供される。
【００１９】本発明の代替の実施態様では、いろいろな
サイズの断片の多結晶シリコン原料から、チョクラルス
キー法によって単結晶シリコンインゴットを形成するプ
ロセスは次を含む： （ａ）斜めに切断された端部を有する棒状の多結晶シリ
コン断片の実質的に平行な配列物を、るつぼの底部に入
れること、（ｂ）不規則な形状の断片の多結晶シリコン
を、るつぼに入れること、（ｃ）高温の不活性環境の中
で、るつぼの中の多結晶シリコンを溶融して原料溶融体
を形成すること、（ｄ）前記るつぼ及び前記原料溶融体
の温度を結晶成長に好適な平衡レベルまで安定化させる
こと、並びに（ｅ）前記原料溶融体から、チョクラルス
キー法によって単結晶シリコンインゴットを引張るこ
と。
サイズの断片の多結晶シリコン原料から、チョクラルス
キー法によって単結晶シリコンインゴットを形成するプ
ロセスは次を含む： （ａ）斜めに切断された端部を有する棒状の多結晶シリ
コン断片の実質的に平行な配列物を、るつぼの底部に入
れること、（ｂ）不規則な形状の断片の多結晶シリコン
を、るつぼに入れること、（ｃ）高温の不活性環境の中
で、るつぼの中の多結晶シリコンを溶融して原料溶融体
を形成すること、（ｄ）前記るつぼ及び前記原料溶融体
の温度を結晶成長に好適な平衡レベルまで安定化させる
こと、並びに（ｅ）前記原料溶融体から、チョクラルス
キー法によって単結晶シリコンインゴットを引張るこ
と。
【００２０】次の実施例を提供して本発明を説明する。
これらの実施例は、本明細書の特許請求の範囲を限定し
ようとするためのものではない。
これらの実施例は、本明細書の特許請求の範囲を限定し
ようとするためのものではない。
【００２１】
【実施例】実施例１．高さが約４５ｃｍで内径が４５ｃ
ｍの透明なアクリルチューブの中に、図２に示している
ような、多結晶シリコン断片の八角形の２個の配列物を
入れた。この断片のサイズは図３ａ及び３ｂに示してい
る通りである。図２では、外側の八角形の配列物は、図
３ａに示している７個のシリコン断片と、図３ｂに示し
ている１個のシリコン断片を含む。内側の八角形の配列
物は、図３ｂに示している８個のシリコン断片を含む。
その場合、前記八角形の２個の配列物を形成する多結晶
シリコンの断片の間及びその周りの隙間は最大寸法で１
０ｍｍないし４５ｍｍの平均サイズ分布を有する多結晶
シリコンの不規則な形状の断片で満たした。前記チュー
ブに加えられた全シリコン断片によって占められる容積
は、重量を含めて測定し、その容積を使ってシリコン充
填物の密度パーセントを計算した。前記チューブを計算
容積まで満すのに要する時間も測定した。シリコンの全
充満重量は３０ｋｇであった。これらの測定値の結果を
表１に示している。
ｍの透明なアクリルチューブの中に、図２に示している
ような、多結晶シリコン断片の八角形の２個の配列物を
入れた。この断片のサイズは図３ａ及び３ｂに示してい
る通りである。図２では、外側の八角形の配列物は、図
３ａに示している７個のシリコン断片と、図３ｂに示し
ている１個のシリコン断片を含む。内側の八角形の配列
物は、図３ｂに示している８個のシリコン断片を含む。
その場合、前記八角形の２個の配列物を形成する多結晶
シリコンの断片の間及びその周りの隙間は最大寸法で１
０ｍｍないし４５ｍｍの平均サイズ分布を有する多結晶
シリコンの不規則な形状の断片で満たした。前記チュー
ブに加えられた全シリコン断片によって占められる容積
は、重量を含めて測定し、その容積を使ってシリコン充
填物の密度パーセントを計算した。前記チューブを計算
容積まで満すのに要する時間も測定した。シリコンの全
充満重量は３０ｋｇであった。これらの測定値の結果を
表１に示している。
【００２２】参照実施例１．実施例１に記載のアクリル
チューブの中に、最大寸法で６ｍｍないし４０ｍｍのサ
イズ分布を有する不規則な形状の多結晶シリコン断片の
混合物を装入した。このチューブを実施例１とほぼ同じ
重量まで装入したのち、容積を測定した。シリコン充填
物の密度パーセントばかりでなく装入時間も測定して表
１に報告している。
チューブの中に、最大寸法で６ｍｍないし４０ｍｍのサ
イズ分布を有する不規則な形状の多結晶シリコン断片の
混合物を装入した。このチューブを実施例１とほぼ同じ
重量まで装入したのち、容積を測定した。シリコン充填
物の密度パーセントばかりでなく装入時間も測定して表
１に報告している。
【００２３】
【表１】
平均密度 平均装入時間 試験番号 （％） （分）
実施例１ ６９．６ １５ ５参照実施例１ ５０．２ ３７ ６
【図１】空のチョクラルスキーるつぼの断面図である。
【図２】斜めに切断された端部を有する棒状の多結晶シ
リコン断片の概ね多角形状で、同心状の２個の配列物を
内部に配置したチョクラルスキーるつぼの平面図であ
る。
リコン断片の概ね多角形状で、同心状の２個の配列物を
内部に配置したチョクラルスキーるつぼの平面図であ
る。
【図３】斜めに切断された端部を有する棒状の多結晶シ
リコン断片を説明するための図である。
リコン断片を説明するための図である。
【図４】斜めに切断された端部を有する棒状の多結晶シ
リコン断片の概ね多角形状で、同心状の配列物を内側底
部に配置し、その周り及びその上に不規則な形状の断片
の多結晶シリコン断片を積み重ねているチョクラルスキ
ーるつぼの断面図である。
リコン断片の概ね多角形状で、同心状の配列物を内側底
部に配置し、その周り及びその上に不規則な形状の断片
の多結晶シリコン断片を積み重ねているチョクラルスキ
ーるつぼの断面図である。
【図５】斜めに切断された端部を有する棒状の多結晶シ
リコン断片の概ね平行な配列物を内部に配置しているチ
ョクラルスキーるつぼの平面図である。
リコン断片の概ね平行な配列物を内部に配置しているチ
ョクラルスキーるつぼの平面図である。
１ るつぼ
２ 底部
３ コーナー部
４ 側壁
５ 上部縁部
６ 中心線
７ ロッド
８ シリコン断片
９ ロッド
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 アーヴィッド・ニール・アーヴィッドソン
アメリカ合衆国、ミシガン州、ミッドラン
ド、バーリントン 1915
Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BA04 CF05 HA12
Claims (9)
- 【請求項１】 様々なサイズを有する断片の多結晶シリ
コン原料から、チョクラルスキー法によって単結晶シリ
コンインゴットを形成する方法において、斜めに切断さ
れた端部を有する棒状の多結晶シリコン断片の概ね多角
形状で、同心状の配列物、又は斜めに切断された端部を
有する棒状の多結晶シリコン断片の概ね平行な配列物か
ら選ばれる斜めに切断された端部を有する棒状の多結晶
シリコン断片の配列物を、るつぼの底部に入れることを
含むことを特徴とする前記方法。 - 【請求項２】 斜めに切断された端部を有する棒状の多
結晶シリコン断片の概ね多角形状で、同心状の２個の配
列物が、前記るつぼの底部に配置されることを特徴とす
る請求項１記載の単結晶シリコンインゴットの形成方
法。 - 【請求項３】 斜めに切断された端部を有する棒状の多
結晶シリコン断片の概ね多角形状で、同心状の少なくと
も２個の配列物が使用され、且つ前記同心状の配列物の
少なくとも１個の配列物が、前記同心状の配列物の別の
配列物の上に積み重ねられることを特徴とする請求項１
記載の単結晶シリコンインゴットの形成方法。 - 【請求項４】 前記多角形状で、同心状の配列物が八角
形の形状であることを特徴とする請求項１記載の単結晶
シリコンインゴットの形成方法。 - 【請求項５】 斜めに切断された端部を有する棒状の多
結晶シリコン断片の概ね平行な配列物の１層以上の層
が、前記るつぼの底部に配置される斜めに切断された端
部を有する棒状の多結晶シリコン断片の概ね平行な配列
物の上に積み重ねられることを特徴とする請求項１記載
の単結晶シリコンインゴットの形成方法。 - 【請求項６】 斜めに切断された端部を有する棒状の多
結晶シリコン断片の概ね平行な配列物が、少なくとも約
４個の切断されたロッドを含むことを特徴とする請求項
１記載の単結晶シリコンインゴットの形成方法。 - 【請求項７】 更に、隙間を満たすために前記るつぼに
多結晶シリコン断片を加えることを含むことを特徴とす
る請求項１記載の単結晶シリコンインゴットの形成方
法。 - 【請求項８】 前記多結晶シリコン断片が、最大寸法で
約１ｍｍないし約１２５ｍｍのサイズ分布を有する不規
則な形状の多結晶シリコンチャンクを含むことを特徴と
する請求項７記載の単結晶シリコンインゴットの形成方
法。 - 【請求項９】 更に、高温の不活性環境の中で、るつぼ
の中の多結晶シリコンを溶融して原料溶融体を形成する
こと、 前記るつぼ及び前記原料溶融体の温度を、結晶成長に好
適な平衡レベルまで安定化させること、及び前記原料溶
融体から、チョクラルスキー法によって単結晶シリコン
インゴットを引張ること、 を含むことを特徴とする請求項７記載の単結晶シリコン
インゴットの形成方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/042684 | 2002-01-11 | ||
| US10/042,684 US6605149B2 (en) | 2002-01-11 | 2002-01-11 | Method of stacking polycrystalline silicon in process for single crystal production |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003226596A true JP2003226596A (ja) | 2003-08-12 |
| JP2003226596A5 JP2003226596A5 (ja) | 2006-02-16 |
Family
ID=21923222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002368524A Pending JP2003226596A (ja) | 2002-01-11 | 2002-12-19 | 単結晶シリコンインゴットの形成方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6605149B2 (ja) |
| JP (1) | JP2003226596A (ja) |
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| JP2010042968A (ja) * | 2008-08-18 | 2010-02-25 | Sumco Corp | シリコン単結晶の製造方法 |
| JP2012140285A (ja) * | 2010-12-28 | 2012-07-26 | Siltronic Japan Corp | シリコン単結晶インゴットの製造方法 |
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| JP2016130200A (ja) * | 2015-01-14 | 2016-07-21 | 株式会社Sumco | シリコン単結晶の製造方法 |
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| NO324710B1 (no) * | 2004-12-29 | 2007-12-03 | Elkem Solar As | Fremgangsmate for fylling av digel med silisium av solcellekvalitet |
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2002
- 2002-01-11 US US10/042,684 patent/US6605149B2/en not_active Expired - Fee Related
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