JP7782016B2 - 単結晶シリコンロッドの製造デバイスおよび製造方法 - Google Patents

Description

本発明の目的は、より高い無転位収率でチョクラルスキープロセスによる単結晶シリコンロッドの製造を可能にするデバイスを提供することである。

ほとんどの半導体電子デバイス組立てプロセスの出発材料である単結晶シリコンは、通常、いわゆるチョクラルスキー（「CZ：Czochralski」）プロセスによって製造される。このプロセスでは、多結晶シリコン（「ポリシリコン」）をるつぼに入れて溶融し、溶融したシリコンに種結晶を接触させ、ゆっくりと取り出して単結晶を成長させる。

結晶成長中に発生し溶融物に入る粒子は、成長した結晶を転位となり、結晶の望ましい品質の損失をもたらすおそれがある。これは結果として、収率の著しい損失、したがってコストの増加をもたらす。

したがって、結晶成長系からの粒子が溶融物または結晶－溶融物界面と接触することは避けなければならない。

特許出願国際公開第２０２００７４２８５号では、気相からの粒子が溶融物に落下して、成長する結晶に欠陥が発生するのを防ぐための特殊な熱シールドが提案されている。

本発明者らは、この対策は役立つが、所望の収率を達成するには十分でないことに気づいた。

したがって、本発明の課題は、引上げ装置内のダストおよび粒子の上述の悪影響を受けることなく、単結晶ロッドを製造することを可能にするデバイスを提供することである。

この課題は、特許請求の範囲に記載のデバイスによって解決される。

本発明の好ましい実施形態を示す図である。 図１で使用された受け皿（２００）の好ましい実施形態を示す図である。

発明の詳細な説明
CZ引上げプロセス中、粒子（P、Sb、As、SiO、SiO_２、Siなどのドーパント）がチョクラルスキー系の水冷引上げシャフト上に堆積する。これらの粒子は、剥離し、溶融物に向かって落下し、結晶内に転位を引き起こす可能性がある。

本発明は、引き上げられた結晶の完全性に対する粒子の悪影響を最小限に抑えることを可能にする、チョクラルスキーによる結晶引上げデバイスを含む。特に、これは結晶が粒子に起因して成長中に転位を形成する可能性を低減する。

好ましいデバイスは、結晶成長中に結晶を直立位置に維持し、結晶を回転させ、引き上げるために使用される引上げシャフトを備える。引上げシャフトの使用は、例えば国際公開第２０２００７４２８５号に示されている。

修正された引上げシャフトが、国際公開第１８１４２５４１号に示されている。修正された引上げシャフトも本発明に利用することができる。

好ましいデバイスはまた、結晶引上げ中に種結晶を保持するのに適した種結晶ホルダを備える。適切な種結晶ホルダの例は、例えば国際公開第２０２００７４２８５号に示されている。

好ましいデバイスはまた、中空円錐台の形態の受け皿を含む。このデバイスの好ましい実施形態を図２に示す。

より好ましくは、受け皿は、１mm超かつ５mm未満の材料厚さbを有する炭素繊維強化炭素（CFC：carbon fiber reinforced carbon）から作製される。

好ましくは、受け皿の形状は、高さhおよびベースプレート（２０１）を有する中空円錐台の形態を有し、底部半径R_１および頂部半径R_２を有する。ベースプレートは、ボア直径dを有するボア（２０２）を備える。

最も好ましくは、高さhは、半径R_２と半径R_１との差よりも小さい。
受け皿のベースプレートのボアは、引上げシャフトと種結晶ホルダとの間にそれを固定するために使用される。図１は、好ましい実施形態を図示したものである。種結晶ホルダ（１０２）がねじ山（１０３）によって引上げシャフト（１００）の下部に取り付けられ、受け皿（１０１）（図２に示す）が種結晶ホルダと引上げシャフトとの間にクランプされている。動作中、種結晶は、保持手段（１０４）によって種結晶ホルダ内にクランプすることができる。

好ましい実施形態では、受け皿は、図２に示すようにねじ山を使用して種結晶ホルダと引上げシャフトとの間に固定される。受け皿は、好ましくは、１mm超かつ５mm未満の材料厚さbを有する炭素繊維強化炭素（CFC：carbon fiber reinforced carbon）から作製される。

受け皿の形状は、好ましくは、高さhを有しかつベースプレート（２０１）を有する中空円錐台の形態を有し、底部半径R_１および頂部半径R_２を有する。ベースプレートは、ボア直径dを有するボア（２０２）を備える。

本発明者らは、受け皿の開口部が引上げシャフトの方を向いている場合に最高の効果が達成されることを認識した。したがって、受け皿の開口部を引上げシャフトに向けて固定することが好ましい。

本発明者らは、粒子が溶融物に落ちるのを防ぐために、引上げシャフトをオイルで濡らすことがさらに非常に有益であることに気づいた。好ましくは、真空ポンプオイルが使用される。引上げシャフトのコーティングされた表面は、粒子に対して粘着性の表面を与え、したがってそれらが落下するのを防ぎ、有害な挙動を包み込むと考えられる。

実施された実験では、タイプS２ R１００（Shell製）の真空ポンプオイルを使用した。しかしながら、このオイルは高温（１００℃超）については定格ではなく、引上げシャフトは６００℃超に面しており、この設定で成長させた結晶は、より低い転位率を示す。それでも、効果は非常にはっきりと見ることができた。

より好ましくは、上記オイルを使用して、さらに受け皿を完全に濡らすことが非常に好ましい。

さらに、本発明は、チョクラルスキーによるシリコン結晶の引上げ方法を含む。好ましくは、本方法は、
（a）チョクラルスキー結晶引上げ装置内の引上げシャフト上に種結晶ホルダを設置することであって、中空円錐台の形態の受け皿が、受け皿の開口部が引上げシャフトに向くように種結晶ホルダと引上げシャフトとの間に固定される、設置することと、
（b）種結晶を種結晶ホルダ内に取り付けることと、
（c）るつぼ内で多結晶シリコンを溶融することと、
（d）種結晶が溶融物と接触するまで引上げシャフトを降下させることと、
（e）結晶を引き上げることと
を含む。

より好ましくは、本方法は、引上げシャフトおよび受け皿をオイルで濡らすことを含む。最も好ましくは、真空ポンプオイルとして好適なオイルが使用される。

例示的な実施形態の上記の説明は、例示として理解されるべきである。一方では、このようにしてなされた開示は、当業者が本発明およびそれに関連する利点を理解することを可能にし、他方では、当業者の理解において、記載された構造および方法の明らかな変更および修正も含む。したがって、そのような全ての変更および修正ならびに均等物が、特許請求の範囲の保護範囲に含まれるものとする。

１００ 引上げシャフト
１０１ 受け皿
１０２ 種結晶ホルダ
１０３ トレッド
１０４ 種結晶の保持手段
２００ 受け皿
２０１ ベースプレート
２０２ バスプレートのボア
R_１ 半径
R_２ 半径
h 高さ
d ボアの直径
b 使用される材料の厚さ

Claims (3)

1. チョクラルスキー結晶引上げ装置内の引上げシャフト上に種結晶ホルダを設置して、中空円錐台の形態の受け皿を、前記受け皿の開口部が前記引上げシャフトに向くように前記種結晶ホルダと前記引上げシャフトとの間に固定し、前記受け皿が、頂部半径R_２と、高さhと、材料厚さbと、半径R_１のベースプレートと、直径dのボアとを備えることと、
   種結晶を前記種結晶ホルダ内に取り付けることと、
   るつぼ内で多結晶シリコンを溶融することと、
   前記種結晶が前記溶融物と接触するまで前記引上げシャフトを降下させて結晶を引き上げることと、
   を含む、単結晶の引上げ方法において、
   前記引上げシャフトおよび前記受け皿がオイルで濡れており、
   前記高さhが、前記半径R _２ と前記半径R _１ との差よりも小さい、方法。
2. 前記厚さbが、１mm以上かつ５mm以下であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記受け皿が、炭素繊維強化炭素（CFC）から作製されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。