JP5788892B2 - シリコンインゴット製造用容器 - Google Patents
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Description
このキャスト法によれば、シリコン融液が凝固するときに結晶成長の方向が一定に揃うので、粒界による比抵抗の増大を抑制した良質のウェハを製造することができる。また、キャスト法によれば、シリコンインゴットの大量生産が可能となる。
また、特許文献2に記載の技術を適用した場合、シリコン融液の漏れ出しを防止することはできるが、板材の隙間に形成される初期凝固層は、離型材の密集する容器隅の間隙から結晶成長し、結晶が微細化する原因となる。したがって、良好な品質を有するシリコンインゴットを歩留まりよく製造することができない。
前記容器本体が窒化ケイ素、炭化ケイ素、又はアルミナのいずれか1種類からなる多孔質体または2種類以上組み合わせた多孔質体で構成され、前記離型材が窒化ケイ素で構成されていることを特徴とする。
ここで、開気孔率とは、多孔質体の見かけ上の容積に対する、外部に連通している空孔の容積の総和の割合である。
前記固定用溝で囲繞された領域に前記底板が載置され、前記固定用溝に前記側板が立設された状態で、前記固定用溝の残余空間にクサビを嵌入することで、前記底板と前記側板が接合して固定されていることを特徴とする。
図1は本発明を適用したシリコンインゴット製造用容器の上面図で、図2は図1のA−A線における断面図である。図1、2に示すように、実施形態に係るシリコンインゴット製造用容器(以下、容器)10は、耐熱性を有する容器本体11、育成されたシリコンインゴットの離型性を向上させるために容器本体11の内面に形成された離型材12、容器本体11を保持する保持具(サセプタ)13等を備えて構成されている。
底板11a及び側板11bは、例えば、Si3N4粉末を焼結成形することにより作製され、開気孔率が10%以上40%以下となっている。容器本体11を構成する多孔質体の開気孔率が10%未満の場合、離型材12の内部に気泡が残留することにより離型材12が脆弱化して破損しやすくなる。また、開気孔率が40%超の場合、融液漏れが発生する可能性が高まる。したがって、容器本体11を構成する多孔質体の開気孔率は10%以上40%以下とするのが望ましく、他にインゴットの離型性の容易さの観点も考慮した場合により好ましいのは、20%以上30%以下である。
また、凝固時の体積膨張に伴い離型材12付きの側板11bが上方に持ち上がることにより、融液面から結晶成長させたことによる融液の圧縮を防止できるため、融液漏れが生じない。
そのため、良好な品質を有するシリコンインゴットを歩留まり良く製造できる。また、容器10をシリコンインゴットの製造に繰り返し使用することもできる。
また、側板11bは、底板11aよりも下方に突出して設けられているので、結晶成長時に側板11bが上方にわずかに持ち上がっても、底板11aとの接合状態は確保される。万一、何らかの理由により、側板11bと底板11aの隙間からシリコン融液の一部が漏れ出したとしても、シリコン融液は保持具13の固定用溝13aに貯留されて凝固し、封止されることとなる。したがって、容器10の外部にシリコン融液が漏れ出すのを効果的に防止することができる。
また、仮に、側板11bと底板11aとの隙間からシリコン融液の一部が漏れ出したとしても、漏れ出したシリコン融液は融液トラップ材16と反応して融着するので、容器10の外部にシリコン融液が漏れ出すまでには至らない。
このとき、種結晶19を極低速で引き上げながらシリコン多結晶を成長させることにより、シリコン凝固時の体積膨張に伴う縦方向の応力を緩和することができる。具体的には、種結晶19の引き上げ速度を、シリコン融液20が凝固する際の縦方向の体積膨張に応じて設定すればよい。
実施例では、結晶成長装置1を用いてカイロポーラス法によりシリコンインゴットを製造した。まず、ボロン(濃度:1.0×1016atom/cm3)を添加したシリコン融液20をSi3N4製の容器本体11から構成される容器10に流し込み、深さ方向の温度勾配が10℃/cmとなるようにシリコン融液20を保持した。
そして、結晶方位が<100>で3.5mm角のSi単結晶からなる種結晶19をシリコン融液20の表面に接触させ、この種結晶19を1mm/hで引き上げながらシリコン多結晶を成長させた。このとき、容器10および種結晶19を5rpmで回転させ、種結晶19を中心としてシリコン多結晶20aを同心円状に成長させた。3時間の成長によりシリコン融液20を完全に固化させ、実施例に係るシリコンインゴットを得た。なお、容器10(容器本体11)の底部の温度が、シリコンの凝固点である1410℃になった時点を結晶成長の終点とみなした。
また、容器10は、離型材12が損壊していないため、シリコンインゴットの製造に繰り返し使用することができた。
図4Aに示す構造のシリコンインゴット製造用容器を用いた以外は、実施例と同様の条件でシリコン融液を固化させたところ、図4Bの点線で囲まれた部分を拡大した図4Cに示すように、底板11aと側板11bとの間隙から融液が漏れ出た。
融液面上から成長させた結晶を体積膨張分だけ引上げる操作を行う際に、結晶が容器側板にひっかかって持ち上がり、間隙が増大したことが原因である。
容器を解体したところ、種結晶につながっているインゴットの上部のみが得られ、下部の凝固体とは切り離されており、歩留まりよくインゴットを製造することは困難であった。また、漏れ出た融液は離型材を形成していない側板および底板の面に強固に付着したため、再利用は不可能になった。
実施形態の容器10は、カイロポーラス法だけでなく、あらゆるシリコンインゴットの製造法において使用することができる。例えば、容器10の底部からシリコン融液を凝固させてシリコン多結晶を成長させるキャスト法においても使用できる。
また、容器本体11(底板11a及び側板11b)を、Si3N4よりも不純物の少ないアルミナや、SiCの多孔質体で構成するようにしてもよい。離型材12との親和性を何よりも重視するのであれば、離型材と同じ材質のSi3N4を選択すれば良い。
10 シリコンインゴット製造用容器
11 容器本体
11a 底板
11b 側板
12 離型材
13 保持具(サセプタ)
13a 固定用溝
13b 凸部
14 保持板
15 クサビ
16 融液トラップ材
17 ヒータ
18 結晶引き上げ軸
19 種結晶
20 シリコン融液
20a シリコン多結晶
Claims (4)
- 底板と複数の側板からなる分割可能に組み立てられた箱状の容器本体と、この容器本体の内面に形成された離型材を備え、シリコン融液を凝固させてシリコン多結晶を成長させる際に用いられるシリコンインゴット製造用容器であって、
前記容器本体が窒化ケイ素又は炭化ケイ素又はアルミナのいずれか1種類からなる多孔質体または2種類以上組み合わせた多孔質体で構成され、前記離型材が窒化ケイ素で構成されていることを特徴とするシリコンインゴット製造用容器。 - 前記多孔質体の開気孔率が10%以上40%以下であることを特徴とする請求項1に記載のシリコンインゴット製造用容器。
- 前記側板を固定する固定用溝を有する保持具を備え、
前記固定用溝で囲繞された領域に前記底板が載置され、前記固定用溝に前記側板が立設された状態で、前記固定用溝の残余空間にクサビを嵌入することで、前記底板と前記側板が接合して固定されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のシリコンインゴット製造用容器。 - 前記固定用溝の前記残余空間に、漏れ出したシリコン融液と融着し、かつSi体積膨張応力の緩和機能を有する融液トラップ材が敷き詰められていることを特徴とする請求項3に記載のシリコンインゴット製造用容器。
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