JP2007284343A - 単結晶または多結晶材料、特に多結晶シリコンの製造装置及び製造方法本特許出願は、2006年4月12日付けで出願されたドイツ特許出願No.102006017621.9−43、発明の名称「単結晶または多結晶材料、特に多結晶シリコンの製造方法」を基礎として優先権主張されている出願である。この優先権主張の基礎となる出願はその開示内容の参照書類として本願書類中に含まれている。 - Google Patents
単結晶または多結晶材料、特に多結晶シリコンの製造装置及び製造方法本特許出願は、2006年4月12日付けで出願されたドイツ特許出願No.102006017621.9−43、発明の名称「単結晶または多結晶材料、特に多結晶シリコンの製造方法」を基礎として優先権主張されている出願である。この優先権主張の基礎となる出願はその開示内容の参照書類として本願書類中に含まれている。 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】坩堝周囲に均質でない温度分布を形成する平坦な平面状発熱体、特にジャケットヒーターを設置する。この温度分布を坩堝の中心に形成される温度勾配に対応させる。平面状発熱体の熱出力を坩堝の上端から下端へ向けて減ずる。平面状発熱体を縦方向あるいは水平方向へ蛇行して延びる複数の平行な加熱ウェブで構成する。これらウェブからの熱出力を導体断面を相違させることによって設定する。坩堝の角部分における局部的過熱を防止するため、ウェブが蛇行して延びる転回ゾーンにおいて断面を狭窄する。平面状発熱体は複数の相互接続された独立分節から作製可能である。
【選択図】図1
Description
Ri〜1/Ai
式中、Ai=bi×d
そして、その断面積には下記不等式が適用される。
A1<A2<A3<A4
これにより、個々の蛇行には下記不等式が適用される。
R1<R2<R3<R4
従って、下記不等式となる。
T1<T2<T3<T4
A1/A1 1
A2/A1 1.055
A3/A1 1.11
A4/A1 1.165
これらの面積比から下記抵抗比が得られる。
R1/R2 1
R2/R1 0.948
R3/R1 0.901
R4/R1 0.858
・すべての結晶化段階において、平面状相界面を形成することによりSi粒子を柱状かつ縦方向に均質構造をもって結晶成長させることが可能となる。
・インゴット中の線状欠陥数が減少していることがSiウェハー上のエッチングピットの密度減少から確認できる。
・相界面上方における猶溶融しているSi中の対流を最小限に抑え、それによって内側がコーティングされた石英坩堝壁から溶融液内部へのSi3N4粒子の移動を最小限に減らし、あるいは溶融Si表面から溶融液内部へのSiCの移動を最小限に減らすことにより、インゴット中への吸蔵が減少し、上記最小限化によって収率及び効率が向上する。
・インゴットの角部分における応力を抑制し、それによって角部分における欠陥密度の増加を防止することにより、後続処理において収量ロスの原因となる応力に起因した微小クラックの生成が抑制される。
2:坩堝
3:溶融液
4:黒鉛容器
5:底部ヒーター
6:上部ヒーター
7:ジャケットヒーター
8:断熱部
9:温度センサ
10:水平ウェブ
100:第一分節
101:第二分節
102:界面
103:中央突起
104:接続部材
11:水平ウェブ
12:水平ウェブ
13:水平ウェブ
14a〜c:隙間
15:縦接続ウェブ
16:縦接続ウェブ
17:縦接続ウェブ
18:打抜き穴または窪み
19:窪み
20:窪み
21:エッヂ
Claims (33)
- 縦方向に見た場合に下端部及び上端部を有する多角形断面をもつ固定型坩堝(2、3)、及び
シリコン溶融用の加熱装置(5〜7)から成り、
前記坩堝(2,4)中において縦方向に温度勾配を形成するように構成された、垂直勾配凝固法(VGF法)を用いる単結晶あるいは多結晶材料の製造装置であって、
前記加熱装置は、坩堝(2,4)周囲に設置され、かつ坩堝(2,4)の側面上へ長手方向あるいは垂直方向に延びるように蛇行状に配置される複数の発熱体(10〜13)を含み、長手方向に対して直角な方向への熱流を排した平面状発熱体(7)から成り、
坩堝(2,4)の角部分における前記蛇行状に延びる発熱体の転回ゾーン(15〜17)において、平面状発熱体(7)の熱出力が他の部分よりも高くされるか、あるいは坩堝壁と平面状発熱体間の間隔が狭窄されることを特徴とする前記製造装置。 - 前記角部分において、平面状発熱体の熱出力を一定とするか、あるいは少なくとも1つの不連続な段階を経て増大されるか、あるいは坩堝壁と平面状発熱体間の間隔が少なくとも1つの不連続な段階を経て減じられることを特徴とする請求項1項記載の装置。
- 前記発熱体が矩形ウェブ(10〜13)として構成され、前記転回ゾーンにおいて前記ウェブ(10〜13)の導体断面が各転回ゾーン前後の接続ウェブの導体断面と等しくなるように対角線方向へ狭窄されることを特徴とする請求項1または2項記載の装置。
- 前記転回ゾーン(15〜17)における導体断面の狭窄が、ウェブ材料の中あるいは外に導体断面に対して横方向に配列された複数の打抜き穴あるいは窪みによって形成されることを特徴とする請求項3項記載の装置。
- 前記打抜き穴あるいは窪みが対角線方向へ配列されることを特徴とする請求項4項記載の装置。
- 前記打抜き穴あるいは窪みが2つの隣接する発熱体間に形成される隙間(14a)の中心線に対して鏡面対称に配列されることを特徴とする請求項4または5項記載の装置。
- ウェブが前記長手方向に対して垂直に延び、及びそれらの導体断面が上端から下端へ向かって不連続かつ段階的に増大されることを特徴とする請求項3〜6のいずれかに記載の装置。
- ウェブ長手方向に延び、及びそれらの導体断面が連続的に増大されるか、あるいは上端から下端へ向かって不連続な複数の段階を経て増大されることを特徴とする請求項3〜6のいずれかに記載の装置。
- ウェブ(10〜13)が等間隔で互いに平行に延びていることを特徴とする請求項7または8項記載の装置。
- 前記平面状発熱体の外側輪郭が、該平面状発熱体と坩堝との間の間隔が一定となるように、坩堝の外側輪郭に一致するように形状化されることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の装置。
- 前記平面状発熱体(7)の熱出力が坩堝(2,4)の中心の温度勾配に対応して縦方向に減じられることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の装置。
- 前記平面状発熱体(7)が前記縦方向に対して垂直に複数の等温面を形成あるいは保持するように構成されることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の装置。
- 平面状発熱体(7)によって、熱出力が上端から下端に向かって減少して坩堝(2,4)中への温度勾配形成の少なくとも一助となるように構成される加熱ゾーンが形成されることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の装置。
- ウェブ(10〜13)が複数の分節(100,101)から成り、これら分節が接続部材(104)を用いて取り外し可能に相互に接続され、あるいは相互に堅固に結合されることを特徴とする請求項3〜8のいずれかに記載の装置。
- 坩堝壁と平面状発熱体(7)との間に断熱材が設けられないことを特徴とする請求項1〜14のいずれかに記載の装置。
- 前記多結晶材料が多結晶シリコンであり、前記固定型坩堝の断面が矩形あるいは四角形形状であることを特徴とする請求項1〜15のいずれかに記載の装置。
- 縦方向に見た場合に下端部及び上端部を有する多角形断面をもつ固定型坩堝(2、3)中における垂直勾配凝固法(VGF法)を用いた単結晶あるいは多結晶材料の製造方法であって、
前記固定型坩堝は多角形形状の断面を有し、加熱装置(5〜7)によって坩堝中にその上端から下端に至る温度勾配が形成され、坩堝周囲に設置される平面状発熱体(7)によって縦方向に対して垂直方向に流れる熱流が抑制され、及び平面状発熱体が(7)が坩堝(2,4)の側面上へ配置され長手方向あるいは垂直方向へ蛇行状に延びる複数の発熱体(10〜13)から成り、及び
坩堝(2,4)の角部分における熱ロスが、平面状発熱体(7)の熱出力の増大、あるいは坩堝(2,4)の角部分において蛇行状に延びる転回ゾーン(15〜17)における坩堝壁と平面状発熱体間の間隔の狭窄によって補償されることを特徴とする前記方法。 - 前記角部分において、平面状発熱体(7)の熱出力が連続的に、あるいは少なくとも1つの不連続な段階を経て増大され、あるいは坩堝壁と平面状発熱体間の間隔が少なくとも1つの不連続な段階を経て減じられることを特徴とする請求項17項記載の方法。
- 発熱体が、転回ゾーン(15〜17)の前後において接続されるウェブの導体断面と等しくなるように転回ゾーンにおいて対角線方向へ狭窄された導体断面を有する矩形のウェブ(10〜13)として設けられることを特徴とする請求項17または18項記載の方法。
- 転回ゾーン(15〜17)における導体断面の狭窄がウェブ材の中側あるいは外側にある複数の打抜き穴あるいは窪みによって形成され、前記打抜き穴あるいは窪みが導体断面に対して横方向に配列形成されることを特徴とする請求項19項記載の方法。
- 打抜き穴あるいは窪みが対角線方向へ配列されることを特徴とする請求項20項記載の方法。
- 打抜き穴あるいは窪みが2つの隣接する発熱体間に形成される隙間(14a)の中心線に対して鏡面対称に配列されることを特徴とする請求項20または21項記載の方法。
- ウェブが縦方向に対して垂直方向へ延びるウェブ(10〜13)として設けられ、これらウェブの導体断面が上端から下端へ向かって不連続かつ段階的に増大していることを特徴とする請求項19〜22のいずれかに記載の方法。
- ウェブが縦方向に延びるウェブ(10〜13)として設けられ、これらウェブの導体断面が上端から下端へ向かって連続的に、あるいは複数の不連続な段階を経て増大されることを特徴とする請求項19〜22のいずれかに記載の方法。
- ウェブ(10〜13)が等間隔かつ相互に平行に延びるように設けられることを特徴とする請求項23または24項記載の方法。
- 坩堝(2,4)及び平面状発熱体(7)が、坩堝壁と平面状発熱体(7)が広がる面との間隔が坩堝(2,4)の周囲全体に亘って一定となるように設けられることを特徴とする請求項17〜25項記載の方法。
- 平面状発熱体(7)の熱出力が、坩堝(2,4)の中心の温度勾配に対応して縦方向に減じられることを特徴とする請求項17〜26のいずれかに記載の方法。
- 平面状発熱体(7)によって縦方向に対して垂直に複数の等温面が設定あるいは保持されることを特徴とする請求項17〜26のいずれかに記載の方法。
- 坩堝(2,4)中に温度勾配を形成する少なくとも一助となるように、加熱ゾーンを形成する平面状発熱体の熱出力が上端から下端に向かって減じられることを特徴とする請求項17〜28のいずれかに記載の方法。
- ウェブ(10〜13)に複数の分節(100,101)が設けられ。これら分節が取り外し可能に接続部材(104)を用いて相互に接続されるか、あるいはこれら分節が相互に堅固に結合されることを特徴とする請求項19〜24のいずれかに記載の方法。
- 坩堝壁と平面状発熱体(7)との間に断熱材が設けられないことを特徴とする請求項17〜30のいずれかに記載の方法。
- 前記多結晶材料が矩形あるいは四角形形状の断面を有する前記固定型坩堝中において成長した多結晶シリコンであることを特徴とする請求項17〜31項記載の方法。
- 特に光電池成分用の出発材料として利用可能な、垂直勾配凝固結晶引き上げ法(VGF)を用いた多結晶シリコンの製造のための請求項1〜16のいずれかに記載の装置及び請求項17〜32のいずれかに記載の方法の使用。
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