JP2012001435A - 単結晶シリコンにおける連続的成長用システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】単結晶インゴットの連続的な成長のためのチョコラルスキー法に基づく改良されたCZシステムは、結晶を囲む選択的な堰を有する、低アスペクト比で大きい直径の、実質的に平面状の坩堝を備える。低アスペクト比の坩堝は、完成品の単結晶シリコンインゴット中の実質的に対流を除去して酸素含有量を低減する。異なる基準で制御されたシリコンプレ溶融炉チャンバは、結晶引上処理中の垂直移動及び坩堝引上システムの必要性を有利に除去した、成長坩堝への溶融シリコンの連続的な供給源を提供する。坩堝下方の複数のヒータは、溶融物に亘る対応する温度ゾーンを構築する。ヒータの温度出力は、改良された結晶成長のために溶融物に亘ってそして結晶/溶融物界面で最適温度制御を提供するために個々に制御される。
【選択図】図2
Description
202 成長チャンバ
203 シリコンインゴット
205 熱シールド
208 プレ溶融炉
209 結晶原料
210a、210b 多結晶引上チャンバ
211 環状領域
220 堰
222 成長坩堝
312 流れコントローラー
400 溶融チャンバ
402 ヒータ
404 熱導体
414 堰
416 第1区域
Claims (53)
- 単結晶インゴットの連続的成長のためのシステムであって、
結晶材料の溶融物を保持するための底面を有する低アスペクト比で大きい直径の坩堝と、
結晶材料の供給を受け入れる入口を有するプレ溶融炉と、
前記材料を溶融するための手段と、
前記坩堝を垂直移動することなく前記結晶に関する所望の基準で前記坩堝中の溶融物が保持されるように、前記溶融物が前記成長する結晶によって取り込まれたときに前記溶融物を補充するための前記坩堝に連通する出口と、
第1インゴットの成長完了の際に第1引上チャンバが第1インゴットを冷却のために坩堝の外へ移動させて次の引上チャンバが坩堝中に新しい結晶を配置するように移動するように、前記坩堝に対して順次配置された複数の結晶引上チャンバと、
溶融物に亘ってそして改良された結晶成長に対する結晶溶融物界面で最適温度分布を提供するために、前記坩堝の底面に隣接配置される、個々に制御可能な加熱手段と、を備える、システム。 - 請求項1に記載の単結晶インゴットの連続的成長のためのシステムであって、
前記結晶/溶融物界面と前記プレ溶融炉の出口ポートとの間の、溶融物中に配置される堰をさらに備え、
前記堰は、前記プレ溶融炉からの溶融物材料が溶融物中に分散されるときに、前記溶融物中の波紋の形成又は熱ゆらぎを遮断するための、前記溶融物の表面上方に延在する頂部表面を有する、システム。 - 溶融結晶原料から単結晶インゴットを成長させるための改良されたCZシステムであって、
低アスペクト比で大きい直径の固定された坩堝であって、該坩堝を垂直移動することなく溶融材料からインゴットを成長させるための種結晶に対して溶融物/結晶界面で溶融材料を保持するための坩堝と、
固体結晶原料及びドーパントの供給源を受け入れて、前記坩堝に溶融ドープされた結晶原料の実質的に連続な供給源を提供するためのプレ溶融炉と、
改良された結晶成長のため、前記坩堝に亘ってそして結晶/溶融物界面で対応する制御可能な温度ゾーンを提供するために、固定された距離で前記坩堝の側面の周り及び底面に隣接して配置される、個々に制御可能な加熱手段と、を備える、システム。 - 固体の塊、ロッド、又は顆粒を含むシリコン又はポリシリコン結晶材料の連続する注入物を実質的に均一に溶融するための装置であって、
シリコン又はポリシリコン材料の連続注入物を含む溶融物(222)を保持するための浅い側壁を有する低アスペクト比で大きい直径の坩堝(200)と、
坩堝中の注入物へのより大きい接触面積及びより短い熱経路によって熱が均一に作用するように、固体の塊、ロッド、又は顆粒を含む前記溶融物に亘って対応する温度ゾーンを構築するための坩堝の下方に配置される複数の独立して制御されるヒータ(218)と、 顆粒が所望の速度で均一に溶融するように、前記溶融物に亘って最適温度分布(223)を達成するように各ヒータを熱的に作動させる手段(240)と、
前記溶融物に亘る最適温度分布を維持するために各ヒータで消費された出力をモニタリングすることによって、各ヒータの熱出力を選択的に制御するための制御手段(224)と、
を備える、装置。 - シリコン又はポリシリコン材料の前記注入物を溶融するための、前記坩堝(200)の前記側壁に対して堰(200)の外側の溶融領域を画定するために、坩堝(200)内の中心に配置された堰(220)をさらに含む、請求項12に記載の装置。
- 供給源から受け取った固体結晶原料を溶融して、坩堝に溶融結晶原料からの生産物を提供するためのプレ溶融炉を有する、坩堝中の成長界面に配置された種結晶からインゴットを成長させるための改良されたCZシステムであって、
前記坩堝中の溶融物の重量を検知して、検知した重量を示す出力信号を生成するために前記坩堝に機械的に結合されたロードセル手段と、
前記ロードセルからの信号に応答するマイクロプロセッサを備えて、前記成長坩堝中の溶融物の所望の深さDに基づくプレ溶融炉の出力を決定するための、基準コントローラーと、
基準コントローラーと通信可能に連結されて、前記プレ溶融炉の出力が前記坩堝中の溶融物の基準を最適結晶成長のための所定の深さで維持するために、前記基準コントローラーからの信号に応じて前記供給源から前記プレ溶融炉に原料を短縮して分注するための前記プレ溶融炉と固体原料の供給源との間に配置された、流れ制御手段と、を備える、システム。 - 溶融物材料中の結晶/溶融物界面で配置された種結晶からの単結晶インゴットの改良された成長用の処理方法であって、
溶融物中の対流及び熱変動を抑制するために低アスペクト比で大きい直径の坩堝中に溶融物材料を含有すること、
前記坩堝中の所望な基準で結晶/溶融物界面を維持するための、実質的に連続的な溶融物材料の坩堝への補充を提供するためにプレ溶融炉中の固体結晶材料を溶融すること、
前記溶融物に亘る対応する温度ゾーンに構築するために、前記坩堝下方の複数のヒータを提供すること、
改良された結晶成長のため、前記溶融物に亘って、そして、結晶溶融物界面での、最適温度分布を提供するために、前記ヒータの前記温度出力を制御すること、を含む、処理方法。 - 所望の基準で結晶/溶融物界面を保持するための前記坩堝に実質的に連続する溶融材料の補充を提供する段階を含み、
空のときと所望の深さの溶融物を有するときのいずれもの坩堝の重量を決定すること、
結晶成長中の成長坩堝の実際の重量を検出すること、そして、
前記坩堝中の所望の深さの溶融物を保持するために、所定の量の固体結晶原料を前記プレ溶融炉に解放するために、ディスペンサを作動することによって、結晶成長中の坩堝及び溶融物の実際の重量と、所望の深さの溶融物を有する坩堝の決定された重量との、差異に基づいて前記プレ溶融炉の出力を制御すること、を含む、請求項15に記載の処理方法。 - 高い小数キャリア寿命で特徴づけられる改良された単結晶材料であって、
溶融物中における対流の形成を防止して酸素を最小化するために、低アスペクト比で大きい直径の坩堝中において溶融物/結晶界面で保持された種結晶から単結晶材料を成長させること、
前記坩堝中に溶融物をゆらぎ無く補充するためにプレ溶融炉中の結晶原料を溶融すること、
最適温度分布が前記溶融物に亘って、そして、特に溶融物結晶界面で生成されるように、前記溶融物に亘る複数の個々の制御可能な温度ゾーンを提供すること、を含む処理で作製される、単結晶材料。 - 制御された雰囲気を有する坩堝中に保持された溶融物材料中の結晶溶融物界面で配置された結晶からインゴットを成長させるためのシステムであって、
前記坩堝を垂直移動することなく前記結晶溶融物界面が成長インゴットに関して所望の基準で保持されるように、溶融結晶原料の連続的な供給源を坩堝に提供するための、前記坩堝中の制御された雰囲気内に配置されたプレ溶融炉であって、前記プレ溶融炉は、
前記坩堝への溶融物原料のゆらぎの無い分布を提供するために、固体結晶原料の供給源を受け入れる入口を有する第1区域と、前記坩堝中の溶融物の基準で実質的に位置する終端部を備える出口を有する第2区域とを含む溶融チャンバと、
前記固体結晶原料を溶融するための溶融チャンバに隣接して設けられたヒータと、
前記第2区域が前記第1区域の底部から上方で満たされて、それにより、任意の非溶融の、固体結晶原料が前記坩堝に通ることを防止するために、第1区域及び第2区域を画定するための、溶融チャンバ中に位置する堰と、を備える、システム。 - 前記坩堝中の溶融物材料の深さが最適結晶成長のための所望な基準で維持されるように、前記プレ溶融炉中に固体結晶原料を制御的に分注するために、前記坩堝中の結晶溶融界面の基準に応答し、そして、固体結晶原料の供給源との接続を有する制御手段を、さらに備え、
前記溶融チャンバの出口は、溶融物原料を前記坩堝中に連続的に補充するための入口と
出口を有する第2の堰を備える、請求項10に記載のシステム。 - 前記第2の堰は、前記坩堝中への溶融物原料の補充を維持するときに、表面張力の効果に打ち勝ち、及び/又は、熱ゆらぎを最小化するために十分なサイズの内部直径で特徴づけられるチューブを備える、請求項11に記載のシステム。
- 溶融物/結晶界面でインゴットを成長させるために、坩堝への溶融結晶原料の連続的な流れを提供するためのプレ溶融炉であって、
前記坩堝中に溶融結晶原料を実質的に連続的な補充を提供するために、固体結晶原料の供給源を受け入れる入口と、溶融結晶原料の基準で実質的に位置する終端部を備える出口を有する溶融チャンバと、
前記溶融結晶原料を溶融するための前記溶融チャンバに隣接するヒータと、
溶融結晶原料を下方の堰に、そして上方の出口に流すように案内して、これによって、前記坩堝への出口を通過する溶融物原料よりも密度を低くして、望ましくない固体結晶原料を防止するための、入口と出口の間の、溶融チャンバ中に設けられる、堰と、
を備える、プレ溶融炉。 - インゴット成長に関する結晶溶融物界面の最適な基準に対応する、前記坩堝中の溶融物材料の重量を検知するための手段と、
前記検知するための手段に応答する入力部と、前記最適インゴット成長は前記坩堝中に保持されるように、前記プレ溶融炉に固体結晶原料を制御可能に分注するために、固体結晶原料の供給源に接続された出力リードを有する制御手段と、
をさらに備える、請求項13に記載の装置。 - 坩堝中において、1mm又はそれ未満の主要寸法で特徴づけられた、固体の塊、ロッド、又は顆粒を含む結晶原料の注入物を実質的に均一に溶融するための改良された処理方法であって、
低アスペクト比で大きい直径の底面で特徴づけられる坩堝中に溶融物原料を含有すること、
前記坩堝中の注入物へのより大きい接触表面及びより短い熱経路によって、熱が均一に前記顆粒中に作用するように、前記溶融物に亘って複数の制御可能な温度ゾーンを構築するために、前記坩堝の底面下方に複数の独立した制御可能なヒータを提供すること、
均一にそして速い速度で顆粒を溶融するための注入物を介して、各ヒータの熱出力が最適温度分布を提供するように、各ヒータを作動すること、
速い速度での顆粒の均一な溶融を達成するために必要な溶融時間に関する各ヒータの電力出力を測定することによって、最適温度分布を決定すること、
測定された電力消費によって出力を印加することで各ヒータを制御すること、を含む、処理方法。 - 坩堝中において、1mm又はそれ未満の主要寸法で特徴づけられた、固体の塊、ロッド、又は顆粒を含む結晶原料の注入物を実質的に均一に溶融するための装置であって、
垂直移動がなく、溶融結晶原料を保持するための、低アスペクト比で大きい直径の固定された坩堝と、
固体材料を含む前記坩堝中の注入物へのより大きい接触表面及びより短い熱経路によって、熱が均一に前記顆粒中に作用するように、前記坩堝中の溶融結晶原料に亘る対応する温度ゾーンを構築するために、固定された距離で前記坩堝の底面下方に設けられた複数の独立した制御可能なヒータと、
温度ゾーンが熱を固体材料中に所望の速度で均一に作動させるように、最適温度分布を達成するために各ヒータに熱作動用出力を印加するための手段と、を備える、装置。 - 顆粒が所望の速度で均一に溶融される反復可能な状態を達成するために、最適温度分布を達成するために必要とされる各ヒータの出力消費をモニタリングして、前記モニタされた出力消費によって各ヒータに熱作動用出力を印加するための制御手段と、
をさらに備える、請求項16に記載の装置。 - 前記坩堝の、低アスペクト比、直径と高さとの比、は、4:1から10:1の範囲であり、好ましくは約8:1である、請求項16に記載の装置。
- 坩堝中において、1mm又はそれ未満の主要寸法にまで下がった、固体の塊、ロッド、又は顆粒を含むシリコン又はポリシリコン結晶材料の注入物を実質的に均一に溶融するための装置であって、
垂直移動がなく、シリコン又はポリシリコンの溶融物を保持するための低アスペクト比で大きい直径の固定された坩堝と、
固体材料を含む坩堝中のより大きい接触面積及びより短い熱経路の注入物に熱が均一に作用するように、前記溶融物に亘って対応する温度ゾーンを構築するための、固定された距離で坩堝の下方に配置される複数の独立して制御されるヒータと、
前記顆粒が所望の速度で均一に溶融するように、溶融物に亘って最適温度分布を達成するように各ヒータを熱的に作動させる手段と、
前記溶融物に亘る最適温度分布を達成するために各ヒータで消費された出力をモニタリングすることによって、各ヒータの熱作動を選択的に制御するための制御手段と、
を備える、装置。 - 前記坩堝の、低アスペクト比(直径と高さとの比)は、4:1から10:1の範囲であり、好ましくは約8:1である、請求項19に記載の装置。
- 溶融結晶原料からの単結晶インゴットの成長用の改良されたCZシステムであって、
溶融材料からのインゴットを成長させるための種結晶に対して溶融物/結晶界面で溶融シリコンを保持するための底面及び側壁を有する低アスペクト比で大きい直径の固定された坩堝と、
前記坩堝を垂直移動することなく前記溶融物/結晶界面が所望の基準で保持されるように、連続する溶融シリコン原料の供給源を前記坩堝に提供するためのプレ溶融炉と、
インゴットを形成するように種結晶を引上げるための、前記坩堝に対して回転可能に配置された複数の成長チャンバであって、同一の前記坩堝は各々の成長チャンバに対して前記プレ溶融炉により再充填されるところの複数の成長チャンバと、
最適な結晶成長のために、前記坩堝に亘って、そして、結晶溶融物界面での、均一な温度分布を提供するための、固定された距離で前記坩堝の底面下方に配置される環状加熱手段と、を備える、改良されたCZシステム。 - 前記環状加熱手段は、前記坩堝に亘って対応する温度ゾーンを構築するための放射状のパターンで配置される複数の個々に制御される抵抗ヒータを備え、各温度ゾーンは、前記坩堝に亘ってそして結晶溶融物界面で最適温度分布が構築されるように、抵抗ヒータの温度出力によって制御される、請求項20に記載の改良されたCZシステム。
- 下記の処理によって作製されて、実質的に抑制された転位欠陥、及び、軸方向及び半径方向における均一な抵抗率又は伝導率によって特徴づけられる高純度の単結晶インゴットであって、
前記処理は、
溶融物中における対流の形成を防止して酸素を最小化するために、低アスペクト比で大きい直径の坩堝中において結晶/溶融物界面で保持された種結晶から単結晶材料を成長させること、
前記坩堝中の溶融物における熱ゆらぎの無い補充を維持するために、前記坩堝に連通するプレ溶融炉中に結晶原料を溶融してドーパントを提供すること、
成長インゴットの半径に亘って均一な温度分布が保持されるように、溶融物に亘ってそして特に結晶溶融物界面で制御可能な温度ゾーンが構築されるように、坩堝下方に複数の個々に制御されたヒータを提供すること、を含む、単結晶インゴット。 - 溶融結晶原料からの単結晶インゴットを成長させるための改良されたCZシステムであって、
前記溶融材料からのインゴットを成長させるための種結晶に対して溶融物/結晶界面で溶融材料を保持するための底面及び側壁を有する低アスペクト比で大きい直径の固定された坩堝と、
空の坩堝の重量と前記溶融結晶原料の所望の基準(レベル)を有した坩堝の重量を検知して、検知した重量を示す出力信号を生成するために前記坩堝に接続されたロードセル手段と、
前記坩堝を再充填させるための結晶原料の供給源と、
前記結晶原料の供給源に通信可能に結合され、及び前記坩堝を垂直移動することなく、前記溶融物/結晶界面が所望の基準(レベル)で維持されるように、前記坩堝に結晶原料を提供するために前記供給源を選択的に作動させるため、前記ロードセルからの出力信号に応答する基準コントローラーと、
最適結晶成長のため、前記溶融物に亘って、そして結晶/溶融物界面で均一な温度分布を提供するために、前記坩堝の底面の下に配置された環状の加熱手段と、を備える改良されたCZシステム。 - 前記溶融物に亘って対応する温度ゾーンを構築するため、放射状のパターンに配置された個々に制御可能な複数の抵抗ヒータであって、各々の温度ゾーンは、最適な温度分布が前記溶融物に亘って、そして前記結晶溶融界面で構築されるように各々の抵抗ヒータの温度出力により制御されている請求項24に記載の改良されたCZシステム。
- 個々に制御された一つ以上の側壁ヒータと、
各々の温度ゾーンの温度をモニタリングし、及び検出された温度を示す信号を生成するための一つ以上のセンサと、
前記溶融物に亘って、そして前記結晶溶融界面で最適な温度分布が構築されるように、各々の側壁ヒータと環状加熱手段を作動させるため、前記センサ信号に応答する制御手段と、
を備えている請求項24に記載の改良されたCZシステム。 - 前記坩堝に対して順次配置された複数の結晶引上チャンバをさらに備え、
各引上チャンバは、第1インゴットの成長完了の際に第1引上チャンバが第1インゴットを冷却のために坩堝から離れるように移動して次の引上チャンバが坩堝中における結晶/溶融物界面で新しい結晶を配置するために移動するように、溶融物/結晶界面で種結晶を配置して、前記成長するインゴットを引き上げるための手段を備える、請求項24に記載の改良されたCZシステム。 - 前記坩堝の低アスペクト比(直径と高さの比)は、4:1から10:1の範囲であり、好ましくは約8:1である請求項24に記載の改良されたCZシステム。
- インゴット中に亘るドーパント濃度が軸方向及び半径方向で実質的に均一となるように、ドーパント材料の量をプレ溶融炉に追加するための手段をさらに備える、請求項24のような単結晶インゴットの連続的成長のための、システム。
- α又はβ焼結炭化ケイ素及び窒化タンタルからなる群から選択される材料でコーティングされた溶融材料を含有する内部表面を有する、低アスペクト比で大きい直径の坩堝をさらに含む、請求項24または請求項28に記載の改良されたCZシステム。
- α又はβ焼結炭化ケイ素及び窒化タンタルからなる群から選択される材料を備える、低アスペクト比で大きい直径の坩堝をさらに含む、請求項24から請求項28に記載の改良されたCZシステム。
- 単結晶インゴットの連続成長のためのシステムであって、
結晶材料の溶融物を保持するための底面を有する低アスペクト比で大きい直径の坩堝と、
結晶材料の供給を受け入れるための入口と、前記坩堝内の前記溶融物が前記結晶に対する所望の基準で維持されるように、前記坩堝に連絡しており、結晶の成長により取り込まれる前記溶融物を再充填するための出口を有するディスペンサと、
空の坩堝の重量と前記溶融結晶原料の所望の基準を有する坩堝の重量を検知して、検知した重量を示す出力信号を生成するために前記坩堝に接続されたロードセル手段と、
前記ディスペンサに通信可能に結合され、及び前記坩堝が垂直移動することなく、前記坩堝内の溶融物が前記坩堝に対して所望の基準で維持され、減少された滞留時間と不純物の減少をもたらすように、前記坩堝に結晶原料を提供するため前記ディスペンサを選択的に作動させるため、前記ロードセルからの出力信号に応答する基準コントローラーと、
第1インゴットの成長完了の際に第1引上チャンバが第1インゴットを冷却のために坩堝の外に移動させて次の引上チャンバが坩堝中に新しい結晶を配置するために移動するように、前記坩堝に対して順次配置された複数の結晶引上チャンバと、
前記溶融物に亘ってそして改良された結晶成長に対する結晶溶融物界面で最適温度分布を提供するために、前記坩堝の底面に隣接配置される、個々に制御可能な加熱手段と、を備えるシステム。 - 請求項32に記載の単結晶インゴットの連続的成長のためのシステムであって、
前記結晶/溶融物界面と前記ディスペンサの出口ポートとの間の、溶融物中に配置される堰をさらに備え、
前記堰は、前記ディスペンサからの溶融物材料が溶融物中に分散されるときに、前記溶融物中の波紋の形成又は熱ゆらぎを遮断するための、前記溶融物の上方に延在する頂部表面を有する、システム。 - 溶融結晶原料から単結晶インゴットを成長させるための改良されたCZシステムであって、
溶融材料からインゴットを成長させるための種結晶に対して溶融物/結晶界面で溶融材料を保持するための低アスペクト比で大きい直径の坩堝と、
固体結晶原料及びドーパントの供給源を受け入れて、前記坩堝に溶融ドープされた結晶原料の実質的に連続的な供給源を提供するためのプレ溶融炉と、
改良された結晶成長のため、前記溶融物に亘ってそして結晶溶融物界面で最適温度分布を提供するために、前記坩堝の側面の周り及び底面に隣接して配置される、個々に制御可能な加熱手段と、を備える、システム。 - 坩堝内で定義された結晶/成長界面に配置された種結晶からインゴットを連続成長させるため、供給源から提供された固体結晶原料を前記坩堝の第1領域内へ溶融させて、前記坩堝に溶融結晶原料の所望の量を提供するための改良されたCZシステムであって、
前記坩堝中の溶融物の重量を検知して、検知した重量を示す出力信号を生成するためのロードセル手段と、
前記ロードセルからの出力信号に応答するマイクロプロセッサを備えて、前記坩堝内の溶融物の所望の深さDに基づく前記結晶/成長界面に提供された結晶原料の所望の量を決定するための、基準コントローラーと、
基準コントローラーと通信可能に連結されて、前記原料の供給源の出力が前記坩堝中の溶融物の基準を最小残存時間と不純物の減少のための所定の深さで維持するように、前記基準コントローラーからの信号に応じて前記供給源から前記坩堝に原料を短縮して分注するための前記坩堝の第1領域と固体原料の供給源との間に配置された、流れ制御手段と、を備える、システム。 - 坩堝中において、1mm又はそれ未満の主要寸法で特徴づけられた、固体の塊、ロッド、又は顆粒を含む結晶原料の注入物を実質的に均一に溶融するための装置であって、
溶融結晶原料を保持するための低アスペクト比で大きい直径の坩堝と、
固体材料を含む前記坩堝中の注入物へのより大きい接触表面及びより短い熱経路によって、熱が均一に前記顆粒中に作用するように、前記坩堝内の前記溶融結晶原料に亘って対応する温度ゾーンを構築するための、前記坩堝の底面下方にある複数の独立した制御可能なヒータと、
前記温度ゾーンが所定の割合で固体材料内へ均一に熱を進めるように、最適な温度分布を達成するため各々のヒータを熱的に作動させる出力を印加するための手段と、を備える装置。 - 最適な温度分布を達成するために必要とされる各々のヒータの出力消費をモニタリングし、及び顆粒が所望の割合で均一に溶融する反復可能な状態を達成するためにモニタされた出力消費に従って各々のヒータを熱的に作動させる出力を印加するための制御手段をさらに備える、請求項36に記載の装置。
- 前記坩堝の低アスペクト比(直径と高さとの比)は、4:1から10:1の範囲であり、好ましくは約8:1である、請求項36に記載の装置。
- 坩堝中において、1mm又はそれ未満の主要寸法に至る固体の塊、ロッド、又は顆粒を含むシリコンまたはポリシリコン結晶材料の注入物を実質的に均一に溶融するための装置であって、
前記シリコンまたはポリシリコン溶融物を保持するための低アスペクト比で大きい直径の坩堝と、
固体材料を含む前記坩堝中の注入物へのより大きい接触表面及びより短い熱経路に熱が均一に作用するように、前記溶融物を通して対応する温度ゾーンを構築するための、前記坩堝の下に配置された複数の独立した制御可能なヒータと、
顆粒が所望の割合で均一に溶融されるように、前記溶融物に亘って最適な温度分布を達成するために各々のヒータを熱的に作動させるための手段と、
前記溶融物に亘って最適な温度分布を達成するために各々のヒータによる出力消費をモニタリングすることにより各々のヒータの熱的な作動を選択的に制御するための制御手段と、を備える装置。 - 前記坩堝の低アスペクト比(直径と高さとの比)は、4:1から10:1の範囲であり、好ましくは約8:1である、請求項39に記載の装置。
- 溶融シリコン材料から単結晶シリコンインゴットを成長させるための改良されたCZシステムであって、
溶融材料からインゴットを成長させるための種結晶に対して溶融物/結晶界面で溶融シリコンを保持するための底面及び側壁を有する低アスペクト比で大きい直径の坩堝と、
前記坩堝を垂直移動することなく、前記溶融物/結晶界面が所望の基準(レベル)で保持されるように、溶融シリコン原料の連続的な供給源を前記坩堝に提供するためのプレ溶融炉と、
最適な結晶成長のために、前記溶融物に亘って、そして、結晶溶融物界面で、均一な温度分布を提供するための、前記坩堝の底面下方に配置される環状加熱手段と、を備える、改良されたCZシステム。 - 前記環状加熱手段は、前記溶融物に亘って対応する温度ゾーンを構築するための放射状のパターンで配置される複数の個々に制御される抵抗ヒータを備え、各温度ゾーンは、溶融物に亘ってそして結晶溶融物界面で最適温度分布が構築されるように、個々の抵抗ヒータの温度出力によって制御される、請求項41に記載の改良されたCZシステム。
- 下記の処理によって作製されて、実質的に抑制された転位欠陥、及び、軸方向及び半径方向における均一な抵抗率又は伝導率によって特徴づけられる高純度の単結晶インゴットであって、
前記処理は、
溶融物中における対流の形成を防止して酸素を最小化するために、低アスペクト比で大きい直径の坩堝中において結晶/溶融物界面で保持された種結晶から単結晶インゴットを成長させること、
前記坩堝に連絡しているディスペンサを通してドーパントを含む結晶原料の供給源を提供すること、
検知した重量を示す出力信号を生成するためのロードセル手段で前記坩堝の重量を検知すること、
前記結晶/溶融物界面に亘って前記原料及び/またはドーパントの所望の補充が維持されるように前記出力信号に応じて前記坩堝に原料を提供するため、前記ディスペンサを制御すること、
成長インゴットの半径に亘って均一な温度分布が保持されるように、溶融物に亘ってそして特に結晶溶融物界面で制御可能な温度ゾーンが構築されるため、坩堝下方に複数の個々に制御されたヒータを提供すること、を含む、単結晶インゴット。 - インゴットが坩堝内の溶融物/結晶界面に位置された個々の種結晶から引上げられるシステムにおいて、連続的なCZ結晶成長のための広いアスペクト比の坩堝内の結晶原料の溶融物を連続的に補充するため改善された基準制御を達成するためのシステムであって、
前記坩堝の重さを量り、及び前記坩堝により与えられた加重または重量を、検知された加重または重量を表す出力信号に変換するために取り付けられた重量検知手段と、
前記坩堝の重量を表す重量センサからの出力信号を受けるために重量検知手段に連絡可能に結合されたコントローラーであって、前記コントローラーは、空の状態及び前記結晶成長界面で溶融物の所望の深さを有する状態の両方の成長坩堝の重量を決定し、及び前記坩堝にシリコン原料を選択的に提供するため、第2の通信リンクを通してディスペンサまで作動信号を提供するための手段を含んでいるところのコントローラーと、
前記ディスペンサが、所望の深さで前記成長/結晶界面の溶融基準を維持するために、前記コントローラーからの出力信号に応じて、前記坩堝内へ固体シリコン原料の所定の量を解放するように、前記ディスペンサに接続されたシリコン原料の供給源と、を備えるシステム。 - 前記重量検知手段は、それぞれがアームを有し、前記坩堝に結合され、前記坩堝内で溶融されたシリコンの重量が、加重に比例した電気抵抗変化を順に生み出す変位を生成するように、適用された加重に応えて変位ができる一つ以上のロードセルをさらに備えている、請求項44に記載の連続的なCZ結晶成長のための広いアスペクト比の坩堝内の結晶原料の溶融物を連続的に補充するため改善された基準制御を達成するためのシステム。
- 前記重量センサ、コントローラーとディスペンサとの間の通信リンクは、安定した高温操作を提供するために、電気ケーブル、光ファイバーケーブル、無線又は赤外線通信を備える、請求項44に記載の連続的なCZ結晶成長のための広いアスペクト比の坩堝内の結晶原料の溶融物を連続的に補充するため改善された基準制御を達成するためのシステム。
- 前記コントローラーはさらに、以下の関係式に従って、前記坩堝内の溶融物の所望の深さDに基づいて前記ディスペンサの作動を決定するための計算手段を備える、請求項44に記載の連続的なCZ結晶成長のための広いアスペクト比の坩堝内の結晶原料の溶融物を連続的に補充するため改善された基準制御を達成するためのシステム。
D=(W−Wt)/(π * R exponent 2 * r)
ここで、Wは溶融物を含む坩堝の全重量であり、Wtは空と測定された坩堝の重量であり、Rは坩堝の内部直径であり、rは液状シリコンの密度である。 - 1mm又はそれ未満の主要寸法で特徴づけられた、固体の塊、ロッド、又は顆粒を含むシリコンまたはポリシリコンの結晶材料の注入物を効果的で実質的に均一に溶融するための装置であって、
シリコンまたはポリシリコン材料の注入物を保持するための浅い側壁を有して、垂直軸に固定された低アスペクト比で大きい直径の坩堝と、
固体の塊、ロッド、又は顆粒を含む前記坩堝中の注入物へのより大きい接触表面及びより短い熱経路によって、熱が均一に作用するように、前記溶融物を通して対応する温度ゾーンを構築するための、前記坩堝に隣接して配置された複数の独立した制御可能なヒータと、
顆粒が所望の割合で均一に溶融されるように、前記溶融物に亘って最適温度分布を達成するため各々のヒータを熱的に作動させるための手段と、
前記溶融物に亘って前記最適温度分布を維持するため各々のヒータにより消費された出力をモニタリングすることにより、各々のヒータの熱出力を選択的に制御するためのコントローラーと、を備える装置。 - 前記坩堝内の中心に配置された堰であって、前記坩堝の側壁に対して前記堰の外側の第1の溶融領域を画定し、及び溶融シリコンまたはポリシリコン結晶材料から結晶を引上げるための前記堰の内側の第2の結晶成長領域を画定するための堰をさらに含む、請求項48に記載の装置。
- 単結晶インゴットを成長させるための改良されたCZシステムであって、
溶融材料からインゴットを引上げるための種結晶に対する溶融物/結晶界面で、溶融結晶材料を保持するための底面及び側壁を有して、垂直軸に対して固定された低アスペクト比で大きい直径の固定された坩堝と、
前記溶融物/結晶界面が、前記坩堝の垂直移動無しに所望の基準で維持されるように、結晶材料の実質的に連続的な供給源を前記坩堝に提供するための手段と、
前記坩堝の底面に隣接して、固定された距離で提供された個々に制御可能な加熱ゾーンを備えている環状加熱手段であって、最適な結晶成長のために前記坩堝に亘って、そして、結晶/溶融物界面で、制御可能な温度分布を提供するため、各々の加熱ゾーンは前記坩堝の隣接部分に熱エネルギーの所望の量を移動させるところの環状加熱手段と、を備える、改良されたCZシステム。 - 連続的なチョコラルスキー結晶成長のためのシステムであって、
結晶/溶融物系面に位置する種結晶を含む溶融結晶材料を保持するための、垂直移動の必要の無い、低アスペクト比で大きい直径の固定された坩堝と、
前記結晶/溶融物界面での前記種結晶から引上げられたインゴットを包囲するための成長チャンバと、
第1インゴットの成長完了の際に第1引上チャンバが完了した第1インゴットを前記成長チャンバの外へ移動させて次の引上チャンバが前記結晶/溶融物界面に次の種結晶を配置するように、前記溶融物からインゴットを引上げるための、前記成長チャンバに対して配置された複数の引上チャンバと、
前記インゴットが前記溶融物から引上げられるように溶融物の一定の基準を検知及び維持するための基準コントローラーと、
各々のインゴットが引上げられるように、前記溶融物を補充するための前記基準コントローラーに応答する結晶材料の供給源と、
各々の加熱要素の熱出力が、前記溶融物に亘って実質的に水平に対応する制御可能な温度ゾーンを構築するように、前記坩堝の下に固定して配置され、及びコントローラーに応答する個々に制御可能な一連の加熱要素を備えている底面ヒータと、を備えるシステム。 - 連続的なチョコラルスキー結晶成長のためのシステムであって、
固体結晶原料を含み、所望の基準により特徴付けられた溶融物を備えている、前記坩堝の垂直移動の無い、溶融結晶材料を保持するための低アスペクト比で大きい直径の固定された坩堝と、
結晶/溶融物界面に位置する種結晶と、
前記種結晶からインゴットを連続的に引上げるための複数の引上げチャンバと、
前記所望の基準で前記溶融物を維持するように結晶原料を受けるための、前記結晶/溶融物界面の外側の前記坩堝内で定義された補充領域と、
前記結晶/溶融物界面から成長されたインゴットを含むための成長チャンバと、
前記成長チャンバの外に各々の完成したインゴットを連続的に移動させるための手段と、
各々のインゴットが成長するように、堰の外で前記溶融物を補充するための、基準コントローラーに応答する結晶材料の供給源と、
前記坩堝の下に位置された複数の環状底面ヒータであって、各々のヒータは、所望の温度ゾーンが前記溶融物に亘って実質的に水平に構築されるように、熱出力を設定するためのコントローラーに個々に応答するところのヒータと、を備えるシステム。 - チョコラルスキー工程に従って結晶インゴットが成長される、連続的な結晶成長装置における結晶成長を制御するためのシステムであって、
前記結晶成長装置は、底面及び側壁を有し、溶融物及び前記インゴットが引上げられる結晶溶融物界面を含んでいる溶融坩堝と、前記インゴットを引上げるための、前記結晶/溶融物界面にわたって連続的に配置された複数の引上げチャンバと、及び前記インゴットが成長されるように、前記溶融物を補充するため前記坩堝に提供される結晶原料の供給源と、を備えており、
前記システムは、垂直移動の必要がなく、垂直軸に対して固定された低アスペクト比で大きい直径の坩堝と、前記側壁の周囲に位置して、及び前記坩堝の底面に亘って環状パターンで固定された個々に制御可能なヒータ要素と、ヒータ要素の結合された熱出力が、前記溶融物に亘って、そして前記結晶/溶融物界面で水平に、実質的に一定の温度分布を提供するように、前記溶融物内で対応する温度ゾーンを維持するため、各々のヒータ要素の熱出力を設定点まで個別にエネルギーを与えるためのコントローラーと、を備えるシステム。
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