JP2012533507A5

JP2012533507A5 -

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Publication number: JP2012533507A5
Application number: JP2012520815A
Authority: JP
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2013-08-29

Description

本発明のある態様では、溶融した半導体材料を保持するための坩堝は、底部および底部から上方に延在する側壁を有したボディを有して成る。底部および側壁は、半導体材料を保持するためのキャビティーを規定する。側壁は内面および外面を有する。坩堝は、側壁内面の第１領域に第１コーティングを有し、又、側壁内面の第２領域に第２コーティングを有する。第２コーティングは、第１コーティングにはない添加剤を含んで成る。

本発明のある態様では、多結晶シリコン・インゴットを作製するための方法は、被覆された坩堝内にポリ結晶シリコンを充填して、シリコン充填物を形成させることを含んで成る。坩堝は、底部および該底部から上方に延在する側壁を有するボディを有している。底部および側壁は、半導体材料を保持するためのキャビティーを規定する。側壁は、内面および外面を有する。坩堝は、側壁内面の第１領域に第１コーティングを有しており、又、側壁内面の第２領域に第２コーティングを有している。第２コーティングには、第１コーティングにはない添加剤を含んで成る。シリコン充填物を充填物の溶融温度よりも高い温度まで加熱して、シリコン溶融物を形成させる。このシリコン溶融物を一方向に凝固して、多結晶シリコン・インゴットを形成させる。

別の態様では、シリコン・インゴットは底部、頂部および高さＨ_３を有しており、又、Ｈ_３は底部と頂部との間を規定する高さである。Ｈ_３の約２０％の高さでのインゴットの酸素濃度は、約４．５ｐｐｍａ未満である。

しかし、別の態様では、多結晶シリコン・ウェーハは約２．５ｐｐｍａ未満の酸素濃度を有している。

出願人は、例えば、最小の酸素源を含んで成る十分な厚さのコーティング組成物でシリカ坩堝のような、坩堝を被覆することによって、酸素量が低減され、それに対応して光誘起分解が低減された多結晶インゴットおよびウェーハが作製されると分かった。更に、酸素を含有する焼結剤が、坩堝に塗布される様々なコーティング組成物に使用されてもよい。坩堝ボディの第１領域を、焼結剤を含まないコーティング組成物で被覆してもよく、又、坩堝ボディの第２領域を、焼結剤を含まない組成物で被覆して、酸素にさらされた坩堝の表面積を最小にしてもよい。

特定の説に縛られることなく、粒子形状で使用する際、窒化ケイ素粒子の大きさはコーティング組成物のレオロジーに影響し、又、塗布し易いか否かに影響すると言われている。ある態様では、粒子状の窒化ケイ素の平均的な呼び径は、約１００μｍ未満であってよい。他の態様では、窒化ケイ素の平均的な呼び径は、約５０μｍ未満、約２５μｍ未満、又は約１０μｍ未満であってよい。小さな粒子径を利用すると、コーティング組成物の流動性が一般に改善される。

底部１０、頂部Ｔ、および凝固線Ｓ_１は、一般的に図３に示される。一般的に、凝固線Ｓ_１と坩堝側壁の頂部Ｔとの間の距離を、側壁の高さの約２５％ (すなわち、側壁が坩堝の底部と接触する部分と側壁の頂部との間の距離の約２５％)未満にして、凝固したインゴットの大きさを最大にする。他の態様では、この距離は、側壁高さの約１５％未満、約１０％未満、又は５％未満である。ある態様では、この距離は、側壁高さの約０．５％〜約２５％である。

様々な態様では、図４に示すように、第１コーティング組成物は坩堝５の底部１０から高さＨ_１まで側壁の内面に塗布されてもよく、第２コーティング組成物は高さＨ_１から高さＨ_２まで坩堝の内面に塗布されてもよい。坩堝底部とＨ_１との間の距離は、側壁の高さの少なくとも約５０％であってよく、他の態様では、側壁の高さの少なくとも約７０％又は少なくとも約８５％である。第２コーティング組成物が塗布されてよい坩堝の底部と高さＨ_２との間の距離は、側壁の高さの少なくとも約６０％、(例えば、Ｈ_１が側壁高さの約７５％未満である場合、)少なくとも約７５％、又は(例えば、Ｈ_１が側壁高さの約９０％未満である場合、)少なくとも９０％であってよい。他の態様では、Ｈ_２は凝固線Ｓ_１の上まで延在し、又は、(図３に示すように)坩堝の頂部Ｔ付近まで延在する。

所望の厚さを得た後(又は坩堝内面上にある範囲以上の厚さを得た後)、バインダー、分散剤、可塑剤等を取り除くために十分な温度まで坩堝を加熱してもよい。一般的に、所望の温度が得られるまでコーティング組成物を有する坩堝を加熱することにより、加熱が行われてもよい。コーティングが５重量％未満、約３重量％未満又は約１重量％未満の残留炭素を含んで成るまで、バインダー、分散剤および/又は可塑剤が取り除かれてもよい。ある態様では、少なくとも約１５０℃、少なくとも約２００℃、少なくとも約３００℃、少なくとも約４００℃又は少なくとも約７５０℃まで坩堝を加熱して、バインダー、可塑剤および分散剤化合物を取り除く。様々な他の態様では、坩堝を少なくとも約１時間、他の態様では、少なくとも約２時間、少なくとも約３時間又は約１〜約５時間加熱してもよい。ある態様では、坩堝を少なくとも約２時間少なくとも約３００℃まで加熱する。気圧は、約６０トル(０．０８ａｔｍ)〜約１ａｔｍ又は約１５０トル(０．２０ａｔｍ)〜約１ａｔｍの(真空)圧力であってよい。他の態様では、大気圧よりも高い圧力として、例えば、少なくとも１ａｔｍ，少なくとも２ａｔｍ又は少なくとも５ａｔｍの圧力が使用される。

被覆坩堝
上記で説明したように、コーティング組成物は、１つ又はそれよりも多いアプリケーションを使用する内面の一部又は全てに塗布され、コーティング組成物は、コーティングの種類や数、コーティングの所望の組成物に応じて様々な方法で乾燥されてもよい。一般的に、周囲温度で坩堝を乾燥することにより、媒体を気化させて、窒化ケイ素、並びにバインダー、可塑剤、分散剤、および/又は（イットリア、シリカ、アルミナ等の）酸化物添加剤を残す。坩堝を加熱することにより、残留バインダー、可塑剤および/又は分散剤を気化して、窒化ケイ素、酸化物添加剤および残留炭素を残してもよい。実施例６に示すように、少なくとも２時間４００℃まで坩堝を加熱することにより、コーティング中の残留炭素濃度が、コーティングの１重量％未満まで低減されてもよい。

坩堝の一部を被覆するために使用されるコーティング組成物が酸化物添加剤を含んで成っていない態様を含むある態様では、坩堝のコーティングは、少なくとも約９０重量％の窒化ケイ素を含んで成ってよい。他の態様では、コーティングは、少なくとも約９５重量％の窒化ケイ素又は少なくとも約９７．５重量％の窒化ケイ素を含んで成る。コーティングは、約１重量％未満の炭素を含んで成ってよい。表題「被覆坩堝」中で説明したコーティング組成物は、(例えば、少なくとも約３００℃まで加熱する)加熱工程の後、任意には、表題「坩堝の被覆方法」中で説明した焼結工程の後のコーティングの組成物を指す。

特定の態様では、坩堝側壁の内面上にあるコーティングは、窒化ケイ素、(例えば、イットリア、シリカ又はアルミナのような)焼結剤および炭素から基本的に構成されてよい。コーティング中の炭素量は、約１重量％未満の炭素であってよい。

本発明の被覆坩堝は、坩堝側壁の内面に塗布される１つ以上のコーティングを含んで成ってよい。坩堝は、側壁内面の第１領域に第１コーティングと側壁内面の第２領域に第２コーティングとを含んで成ってよい。ある態様では、第２コーティングは、第１コーティングにはない例えば、イットリアのような添加剤を含んで成る。又、又は、更に、第１コーティングは、第２コーティングにはない添加剤を含んで成ってよい。

第１および第２コーティング組成物の塗布に関して、又、図４に関して、上記に説明するように、第１コーティングは坩堝の底部から高さＨ_１まで延在し、第２コーティングは高さＨ_１付近から高さＨ_２まで延在してもよい。被覆坩堝が２つのコーティングを含んで成る場合、第１コーティングは窒化ケイ素を含んで成ってよく、バインダー、可塑剤、分散剤等から分けられた残留炭素を含んで成ってよい。第１コーティングは、約１重量％未満の炭素を含んで成ってよい。第１コーティングは、窒化ケイ素と炭素とから基本的に構成されてよい。

ある態様では、Ｈ_３の約２０％の高さでのインゴットの酸素濃度は、約４．５ｐｐｍａ未満である。他の態様では、Ｈ_３の約２０％の高さでのインゴットの酸素濃度は、約４．０ｐｐｍａ未満、約３．０ｐｐｍａ未満又は約２．０ｐｐｍａ未満である。Ｈ_３の約２０％の高さからＨ_３の約８０％の高さまでのインゴットの酸素濃度は、約３．０ｐｐｍａ未満であってよく、他の態様では、約２．０ｐｐｍａ未満であってよい。ある特定の態様では、インゴットの底部と頂部との間のインゴットの酸素濃度は、約２．５ｐｐｍａ未満であり、別の態様では、約２．０ｐｐｍａ未満である。

低酸素量のウェーハ
図５から分かるように、本発明のインゴットの全高に沿った酸素濃度は、通常のインゴットにより示される最も低い酸素の濃度を下回る。従って、インゴットの全高に沿って作製されるウェーハの酸素量は、通常のインゴットから作製される全ウェーハの酸素量よりも低い値を示すであろう。本発明のある態様では、シリコン・ウェーハの酸素濃度は、約２．５ｐｐｍａ未満である。他の態様では、シリコン・ウェーハの酸素濃度は、約２．２５ｐｐｍａ未満、約２ｐｐｍａ未満、約１．７５ｐｐｍａ未満、約１．５ｐｐｍａ未満又は約１．２５ｐｐｍａ未満である。様々な他の態様では、ウェーハの酸素量は、約０．１〜約３ｐｐｍａ、約０．５〜約３ｐｐｍａ、約０．７５〜約３ｐｐｍａ、約１〜約３ｐｐｍａ、約０．７５〜約２．５ｐｐｍａ、約０．７５〜約２．２５ｐｐｍａ、約０．７５〜約２ｐｐｍａ又は約０．７５〜約１．７５ｐｐｍａである。

Claims

溶融した半導体材料を保持するための坩堝であって、
底部および該底部から上方に延在する側壁を有し、該底部および該側壁は前記半導体材料を保持するキャビティーを規定し、また、該側壁が内面および外面を有しているボディ；
前記側壁の前記内面の第１領域上に設けられた第１コーティング；ならびに
前記側壁の前記内面の第２領域上に設けられた第２コーティング
を有して成り、
前記第１コーティングは、前記第２コーティングと完全に重なっておらず、又、前記第２コーティングは、前記第１コーティングと完全に重なっておらず、前記第２コーティングは、前記第１コーティングにはない添加剤を含んで成る、坩堝。
第２コーティングが、焼結剤および窒化ケイ素を少なくとも約４０重量％含んで成る、請求項１に記載の坩堝。
第２コーティングが、焼結剤としてシリカを少なくとも約０．５重量％含んで成る、請求項２に記載の坩堝。
第２コーティングが窒化ケイ素、焼結剤および炭素から基本的に構成され、焼結剤がイットリアである、請求項２に記載の坩堝。
第１コーティングが坩堝の底部から高さＨ _１まで延在しており、第２コーティングが約Ｈ _１から高さＨ _２まで延在しており、第１コーティングと第２コーティングとが坩堝側壁の一部に沿って重なるように、第２コーティングがＨ_１よりも下方に延在しており、第２コーティングは、重なり合うコーティング部分の内、坩堝の側壁と第１コーティングとの間に位置する、請求項１に記載の坩堝。
坩堝のインゴット取り出し特性を向上させる方法であって、
前記坩堝が、底部と該底部から延在する側壁を有するボディを有して成り、
前記底部と前記側壁とが、半導体材料を保持するためのキャビティーを規定し、
前記側壁が、内面と外面とを有し、
前記側壁の前記内面の第１領域に第１コーティング組成物を塗布し、
前記側壁の前記内面の第２領域に第２コーティング組成物を塗布して、
前記第１コーティング組成物が前記第２コーティング組成物に完全に重ならず、又、前記第２コーティング組成物が前記第１コーティング組成物に完全に重ならないようにすることを含んで成る方法。
第１コーティング組成物が媒体、窒化ケイ素およびコーティングの坩堝への付着力を高めるバインダーを含んで成り、第１コーティング組成物が少なくとも約５重量％の窒化ケイ素を含んで成る、請求項６に記載の方法。
媒体がＣ１〜Ｃ１０のアルコールである、請求項７に記載の方法。
媒体がイソプロピルアルコールである、請求項７に記載の方法。
第１コーティング組成物が、少なくとも約１０重量％の媒体を含んで成る、請求項７〜９のいずれかに記載の方法。
バインダーがポリビニル・ブチラールである、請求項７〜１０のいずれかに記載の方法。
第１コーティング組成物が、少なくとも約０．５重量％のバインダーを含んで成る、請求項７〜１１のいずれかに記載の方法。
前記組成物が、メチルオキシラン・ポリマー分散剤を含んで成る、請求項７〜１２のいずれかに記載の方法。
第１コーティング組成物が、少なくとも約０．０５重量％の分散剤を含んで成る、請求項７〜１３のいずれかに記載の方法。
第１コーティング組成物が、ポリエチレングリコール可塑剤を含んで成る、請求項７〜１４のいずれかに記載の方法。
第１コーティング組成物が、少なくとも約０．５重量％の可塑剤を含んで成る、請求項７〜１５のいずれかに記載の方法。
第２コーティング組成物が、媒体、窒化ケイ素および焼結剤を含んで成り、媒体がイソプロピルアルコールである、請求項７〜１６のいずれかに記載の方法。
第２コーティング組成物が、メチルオキシラン・ポリマー分散剤を含んで成る、請求項１７に記載の方法。
第２コーティング組成物が、少なくとも約０．０５重量％の分散剤を含んで成る、請求項１７又は１８に記載の方法。
第２コーティング組成物が、ポリエチレングリコール可塑剤を含んで成る、請求項１７〜１９のいずれかに記載の方法。
第２コーティング組成物が、少なくとも約０．５重量％の可塑剤を含んで成る、請求項１７〜２０のいずれかに記載の方法。
第１コーティング組成物を坩堝の底部から高さＨ _１まで坩堝の側壁に塗布し、第２コーティング組成物を約Ｈ _１から高さＨ _２まで坩堝の内面に塗布し、第２コーティング組成物をＨ _１よりも下方に塗布して、第１コーティング組成物と第２コーティング組成物とを坩堝側壁の一部に重なるように塗布し、第１コーティング組成物の塗布前に第２コーティング組成物を塗布する、請求項６に記載の方法。
坩堝の内面を被覆して、坩堝のインゴット取り出し特性を改善する組成物であって、
媒体、窒化ケイ素、バインダーおよび焼結剤としてイットリアを含んで成る、組成物。
媒体がイソプロピルアルコールである、請求項２３に記載の組成物。
メチルオキシラン・ポリマー分散剤を含んで成る、請求項２３又は２４に記載の組成物。
コーティング組成物が、少なくとも約０．０５重量％の分散剤を含んで成る、請求項２３〜２５のいずれかに記載の組成物。
組成物がポリエチレングリコール可塑剤を含んで成る、請求項２３〜２６のいずれかに記載の組成物。
コーティング組成物が、少なくとも約０．５重量％の可塑剤を含んで成る、請求項２３〜２７のいずれかに記載の組成物。
コーティング組成物が、焼結剤として少なくとも約０．１重量％のイットリアを含んで成る、請求項２３〜２８のいずれかに記載の組成物。
コーティング組成物が、焼結剤として少なくとも約０．１重量％のアルミナを含んで成る、請求項２３〜２９のいずれかに記載の方法。
坩堝の内面を被覆して、坩堝のインゴット取り出し特性を改善する組成物であって、
Ｃ１〜Ｃ１０のアルコール、窒化ケイ素、分散剤およびコーティングの坩堝への付着力を高めるバインダーを含んで成る、組成物。
窒化ケイ素が、Ｃ１〜Ｃ１０のアルコールに分散される微粒子である、請求項３１に記載の組成物。
組成物が、少なくとも約５重量％の窒化ケイ素を含んで成る、請求項３１又は３２に記載の組成物。
Ｃ１〜Ｃ１０のアルコールがイソプロピルアルコールである、請求項３１〜３３のいずれかに記載の組成物。
組成物が、少なくとも約１０重量％のＣ１〜Ｃ１０のアルコールを含んで成る、請求項３１〜３４のいずれかに記載の組成物。
バインダーがポリビニル・ブチラールである、請求項３１〜３５のいずれかに記載の組成物。
組成物が、少なくとも約０．５重量％のバインダーを含んで成る、請求項３１〜３６のいずれかに記載の組成物。
組成物が、少なくとも約２重量％のバインダーを含んで成る、請求項３１〜３７のいずれかに記載の組成物。
分散剤が、メチルオキシラン・ポリマーである、請求項３１〜３８のいずれかに記載の組成物。
組成物が、少なくとも約０．０５重量％の分散剤を含んで成る、請求項３１〜３９のいずれかに記載の組成物。
組成物が、少なくとも約０．１重量％の分散剤を含んで成る、請求項３１〜４０のいずれかに記載の組成物。
可塑剤を含んで成る、請求項３１〜４１のいずれかに記載の組成物。
可塑剤がポリエチレングリコールである、請求項４２に記載の組成物。
組成物が、少なくとも約０．５重量％の可塑剤を含んで成る、請求項３１〜４３のいずれかに記載の組成物。
多結晶シリコン・インゴットの作製方法であって、
ポリ結晶シリコンを被覆坩堝に充填して、シリコン充填物を形成すること、
前記シリコン充填物を、該充填物の溶融温度付近よりも高い温度まで加熱して、シリコン溶融物を形成すること、および
前記シリコン溶融物を一方向に凝固させて、多結晶シリコン・インゴットを形成することを含んで成り、
前記坩堝が、底部と該底部から延在する側壁を有するボディを有し、
前記底部と前記側壁とが、前記充填物を保持するためのキャビティーを規定し、
前記側壁が、内面と外面とを有し、
前記坩堝が、前記側壁の前記内面の第１領域上に第１コーティングを、又、前記側壁の前記内面の第２領域上に第２コーティングを有し、
前記第１コーティングが前記第２コーティングと完全に重なっておらず、前記第２コーティングが前記第１コーティングと完全に重なっておらず、前記第２コーティングが、前記第１コーティングにはない添加剤を含んで成る、方法。
第２コーティングが、窒化ケイ素と焼結剤とを含んで成る、請求項４５に記載の方法。
第２コーティングが、窒化ケイ素を少なくとも約４０重量％含んで成る、請求項４６に記載の方法。
第２コーティングが焼結剤を含んで成る、請求項４６又は４７に記載の方法。
第２コーティングは、窒化ケイ素、焼結剤および炭素から基本的に構成される、請求項４６〜４８のいずれかに記載の方法。
焼結剤が、イットリア、シリカ、アルミナおよびこれらの組み合わせから選択される、請求項４９に記載の方法。
焼結剤がシリカである、請求項４９に記載の方法。
第２コーティングが、約１重量％未満の炭素を含んで成る、請求項４６〜５１のいずれかに記載の方法。
第２コーティング組成物中の焼結剤と窒化ケイ素との質量比が、少なくとも約１：２０である、請求項４６に記載の方法。
坩堝ボディが、シリカ、窒化ケイ素およびグラファイトから選択される材料を含んで成る、請求項４５〜５３のいずれかに記載の方法。
坩堝ボディがシリカを含んで成る、請求項４５〜５４のいずれかに記載の方法。
坩堝ボディがシリカから基本的に構成される、請求項４５〜５５のいずれかに記載の方法。
坩堝底部の内面が第１コーティングで被覆されている、請求項４５〜５６のいずれかに記載の方法。
第２コーティングの厚さが、少なくとも約５０μｍである、請求項４５〜５７のいずれかに記載の坩堝。
シリコン充填物を少なくとも約１４１０℃まで加熱して、シリコン溶融物を形成する、請求項４５〜５８のいずれかに記載の方法。
坩堝が直方体形状である、請求項４５〜５９のいずれかに記載の方法。
ポリ結晶シリコンを坩堝に充填する前に、第１コーティング組成物と第２コーティング組成物で坩堝を被覆し、第１コーティングと第２コーティングとを形成することを含んで成る、請求項３５〜６０のいずれかに記載の方法。
シリコン充填物の溶融温度付近よりも高い温度まで、シリコン充填物を加熱する工程の間に、坩堝を焼結する、請求項３５〜６１のいずれかに記載の方法。
第１コーティングが坩堝の底部から高さＨ _１まで延在し、第２コーティングが約Ｈ _１から高さＨ _２まで延在し、第１コーティングと第２コーティングとが坩堝側壁の一部に沿って重なるように、第２コーティングがＨ_１よりも下方に延在する、請求項４５に記載の方法。
Ｈ_１が凝固線Ｓ_１付近よりも上方へ延在する、請求項６３に記載の方法。
Ｈ_１が坩堝の頂部付近まで延在する、請求項６３又は６４に記載の方法。
第１コーティングが、坩堝側壁と重なるコーティングの部分内にある第２コーティングとの間に設けられる、請求項６３〜６５のいずれかに記載の方法。
第２コーティングが、坩堝側壁と重なるコーティングの部分内にある第１コーティングとの間に設けられる、請求項６３〜６６のいずれかに記載の方法。
多結晶シリコン・ウェーハを作製する方法であって、
請求項４５〜６７のいずれかに記載の多結晶シリコン・インゴットを作製すること、およびインゴットを切ってウェーハを生産することを含んで成る、方法。