JP3602472B2 - 半導体材料からなる装填物および多結晶シリコン棒のための保持系 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の対象は、ツバメの尻尾状の溝をシリコン棒に形成させる方法である。更に、本発明の対象は、単結晶種結晶にツバメの尻尾状のキーを形成させる方法である。また、本発明の対象は、蟻継ぎを２つのシリコン棒の間に形成させる方法である。
【０００２】
【従来の技術】
チョクラルスキーによる坩堝引上げ法により単結晶を製造する場合には、シリコン破片またはシリコン顆粒が坩堝中に準備され、溶融される。この破片または顆粒の比嵩密度はシリコンの理論的比密度よりも低いので、溶融の間に坩堝の充填度は減少する。しかし、高い歩留りを得るために、多結晶シリコン顆粒または多結晶シリコン棒は、シリコン溶融液中にさらに導かれ、同様に溶融が開始される。
【０００３】
詳述すれば、チョクラルスキーによる坩堝引上げ法は、例えばＷ． ＺｕｌｅｈｎｅｒおよびＤ． Ｈｕｂｅｒ， Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ−Ｇｒｏｗｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ， Ｃｒｙｓｔａｌｓ ８， Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ， Ｂｅｒｌｉｎ−Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ， １９８２およびそこに引用された刊行物において、現在最も重要な使用分野、即ちシリコン単結晶の坩堝引上げ法を特に考慮しながら説明されている。多くの場合には、準備された破片材料を溶融して溶融液を形成させた後に、半導体棒の形の他の固体の溶融物を添加することによって、坩堝の充填度を改善することに移行しつつある。そのために、一般に固有の引上げ過程の開始前に適当な保持装置または保持系により、多結晶棒片が装填物または後装填物として自由溶融表面内に浸漬され、望ましい溶融レベルに達するまで次第に溶融される。
【０００４】
フローティングゾーン法により単結晶を製造する場合には、多結晶シリコン棒は、高周波パルスにより帯域的に溶融される（Ｈ． Ｈａｄａｍｏｖｓｋｙ， Ｗｅｒｋｓｔｏｆｆｅ ｄｅｒ Ｈａｌｂｌｅｉｔｅｒｔｅｃｈｎｉｋ， 第６章， ＶＥＢ−Ｖｅｒｌａｇ， Ｌｅｉｐｚｉｇ， １９８５）。
【０００５】
双方の方法は、多結晶シリコン棒が引上げ装置中で回転するシャフト上で保持されなければならないことが共通している。
【０００６】
米国特許第５８８８２９３号明細書には、後装填物および後装填物のための保持系が開示されている。後装填物は、結合片により相互に結合された、数多くの多結晶シリコン棒からなる。保持系は、多結晶シリコン棒の棒外被の外側に取り付けられた包囲溝と、種々の材料、例えば石英、タンタルまたはモリブデンからなるクランプ系とからなる。この保持系の欠点は、クランプ系において使用される材料によって高純度のシリコン溶融液が汚染されることにある。
【０００７】
装填物の欠点は、半導体材料の装填および溶融液からの単結晶の引上げを１工程で行なうことができないことにある。それというのも、最初に装入物は溶融されなければならず、引き続いて初めて種結晶を溶融液表面に近づけることができるからである。しかし、望ましいのは、単結晶の装填および引上げを１工程で実施することである。そのために、装填物と単結晶種結晶とを相互に結合しなければならない。それに応じて、この技術の場合には、単結晶棒ホルダーを種結晶体（Ｉｍｐｆｌｉｎｇ）として使用することができない。
【０００８】
公知技術水準には、多結晶棒を引上げ装置中で保持するための種々の方法が開示されている。例えば、単結晶半導体棒と多結晶シリコン棒との間の溶接位置での結合による保持系は、ドイツ連邦共和国特許第３９２２１３５号明細書の記載から公知である。この結合技術は、極めて費用がかかる。多結晶シリコン棒は、最初に溝および円錐部を備えていなければならない。引続き、多結晶シリコン棒は、例えばフローティングゾーン−引上げ装置中で溝中に取り付けられる。次に、別の端部、円錐部、で単結晶棒ホルダーは、多結晶シリコン棒と一緒に溶接される。次に初めて、この種の保持装置を使用することができる。溶融された単結晶棒ホルダーは、費用のかかる後作業後にのみ再使用されることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、高い強度を示し、半導体棒の費用のかかる熱処理および別の材料の使用なしに完成させることができる、保持系、殊に装填物を形成させる方法を提供することであった。また、本発明の課題は、公知技術水準の欠点を回避し、装填および溶融液からの単結晶の引上げに適している装填物を形成させる方法を提供することであった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この課題は、ツバメの尻尾状の溝をシリコン棒に形成させる方法の場合には、次の過程：
ａ）シリコン棒の前面に対して垂直方向に鋸でシリコン棒に切り込みを入れる過程；
ｂ）鋸の切り込み方向に沿って円錐形のフライス盤のヘッドを用いてツバメの尻尾状の溝を形成させる過程を含むことによって解決される。更に、この課題は、単結晶種結晶にツバメの尻尾状のキーを形成させる方法の場合には、２つのフライス削り部を直径方向で単結晶種結晶に備えさせることによって解決される。また、この課題は、蟻継ぎ（Nut- und Feder-Verbindung）を２つのシリコン棒の間に形成させる方法の場合には、次の過程：
ａ）請求項１記載の第１のシリコン棒にツバメの尻尾状の溝を形成させる過程；
ｂ）請求項３記載の第２のシリコン棒にツバメの尻尾状のキーを形成させる過程：
ｃ）溝とキーを互いの中に押し込むことによって２つのシリコン棒の間に結合を得る過程を含むことによって解決される。
【００１１】
意外なことに、脆性硬質（ｓｐｒｏｅｄｈａｒｔｅｎ）材料、例えば多結晶半導体棒と単結晶半導体棒、有利に高い強度を有する単結晶種結晶との間に蟻継ぎを得ることができることが見い出された。また、意外なことに、単結晶半導体棒とこれに比較して小型の破壊の危険性のある種結晶との前記結合は、棒の中心軸線上にない懸吊によって実現される曲げ応力に耐える。
【００１２】
本発明によれば、費用のかかる処理工程、例えば種結晶溶融、保持装置または保持系中での異質物質の使用、ひいては製品の汚染は、保持系によって回避される。更に、引上げ装置中への棒の取付けは、簡易化され、多結晶半導体棒および単結晶半導体棒、殊に単結晶種結晶の運搬は、互いに別個に可能である。また、原則的な再使用可能性および結合位置の高い強度が保証される。
【００１３】
それに応じて、本発明による方法によって得られる対象は、多結晶シリコン棒を全てのフローティングゾーン法および坩堝引上げ法で結合位置での費用のかかる温度処理も結合位置での異質物質もなしに固定することができる保持系である。本発明による方法によって得られる保持系は、一端に溝が形成されている多結晶半導体棒と、一端にキーが形成されている単結晶半導体棒、例えば種結晶との間に蟻継ぎを有する。
【００１４】
保持系は、好ましくはチョクラルスキーによる坩堝引上げ法の間にシリコン溶融液中に後案内される多結晶シリコン棒を保持するために使用される。保持系は、好ましくはフローティングゾーン法の間に帯域的に溶融される多結晶シリコン棒を保持するために使用される。
【００１５】
保持系は、多結晶半導体棒、殊にシリコン棒と単結晶半導体棒、殊にシリコン棒、有利に多結晶シリコン種結晶との間の再解除可能な機械的結合であり、この機械的結合は、付加的な工具または材料なしに得ることができる。
【００１６】
保持系は、場合によっては単結晶半導体棒が種結晶として使用されないプロセスで、多結晶シリコンからなる保持装置棒の清浄化後に、完全な再使用可能性を示す。
【００１７】
また、本発明によるホルダー系について好ましいのは、最も純粋なシリコン、殊に単結晶の最も純粋なシリコンからなる互いに別個に運搬可能な保持装置であり、この保持装置は、フローティングゾーン装置または坩堝引上げ装置中への多結晶半導体棒の取付けの際に初めて取り付けられなければならない。
【００１８】
図１は、溝３を有する多結晶シリコン棒１が円錐形の突出部４を有する単結晶半導体棒２に接して懸吊されているような保持装置を略示的に示す。
【００１９】
他の利点は、数多くのポリシリコン棒を機械加工過程で加工することができる、溝の完成を簡単に自動化することができることにある。
【００２０】
【実施例】
蟻継ぎの製造：
１．ツバメの尻尾状の溝：
横引きされたポリシリコン棒を、前面に対して垂直方向に鋸身で全体の棒直径に亘って中心で切り込みを入れる。この結果、ツバメ固有の尻尾状の溝の製造の際にポリシリコン棒中に不均質な応力分布が生じることが回避される。この不均質な応力分布は、ポリシリコン棒の引裂きをまねく（図２ａ、２ｂ）。この応力除去過程後に、円錐形のフライス盤のヘッドを用いて溝を完成させる（図２ｃ、２ｄ）。更に、鋸身を用いての前切り込みの利点は、フライス盤のヘッドの送り速度が本質的に高いことである。それというのも、材料は僅かでも引き裂かれてはならないからである。２つの工具の鋸身およびフライスヘッドは、直接に順次に棒を加工することができる。
【００２１】
２．ツバメの尻尾状のキー：
単結晶種結晶は、前面で２つの角度を有するフライス削り部を直径方向に備えている。（図３）
３．本発明による保持装置系（溝とキーと一緒の実施形式）：
モノシリコン棒とポリシリコン棒との間の結合を得るために、溝とキーを互いに中に押し込む。この場合、モノシリコン棒は、有利にポリシリコン棒の軸線に到達するまで押し込まれる。ポリシリコン棒は、凹所を備えており、溝とキーとの間の平面圧力により確実に保持されている。（図１）
それに応じて、本発明による保持系は、単結晶保持棒と熱的完成過程および別の結合材料の使用なしに得ることができる多結晶シリコン棒との間の機械的結合に対応しており、有利には、半導体材料の製造の際に溶融坩堝を装填または後装填するための装填物として使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】溝を有する多結晶シリコン棒が円錐形の突出部を有する単結晶半導体棒に接して懸吊されているような保持装置を示す略図。
【図２】ツバメの尻尾状の溝を有する、横引きされたポリシリコン棒の製造過程を示す略図。但し、ａとｂは、不均質な応力分布により、ポリシリコン棒の引裂きがまねかれる場合を示し、ｃとｄは、この応力除去過程後に、円錐形のフライス盤のヘッドを用いて溝が完成される場合を示す略図。
【図３】単結晶種結晶を示す略図。但し、ａは、前面で２つの角度を有するフライス削り部を直径方向に備えていることを示す略図であり、ｂは、ａの場合を側方から見た場合を示す略図。
【符号の説明】
１ 多結晶シリコン棒、 ２ 単結晶半導体棒、 ３ 溝、 ４ 円錐形の突出部

Claims (4)

1. ツバメの尻尾状の溝をシリコン棒に形成させる方法において、次の過程：
   ａ）シリコン棒の前面に対して垂直方向に鋸でシリコン棒に切り込みを入れる過程；
   ｂ）鋸の切り込み方向に沿って円錐形のフライス盤のヘッドを用いてツバメの尻尾状の溝を形成させる過程を含むことを特徴とする、ツバメの尻尾状の溝をシリコン棒に形成させる方法。
2. 過程ａ）とｂ）を順次に実施する、請求項１記載の方法。
3. 単結晶種結晶にツバメの尻尾状のキーを形成させる方法において、２つのフライス削り部を直径方向で単結晶種結晶に備えさせることを特徴とする、単結晶種結晶にツバメの尻尾状のキーを形成させる方法。
4. 蟻継ぎを２つのシリコン棒の間に形成させる方法において、次の過程：
   ａ）請求項１記載の第１のシリコン棒にツバメの尻尾状の溝を形成させる過程；
   ｂ）請求項３記載の第２のシリコン棒にツバメの尻尾状のキーを形成させる過程：
   ｃ）溝とキーを互いの中に押し込むことによって２つのシリコン棒の間に結合を得る過程を含むことを特徴とする、蟻継ぎを２つのシリコン棒の間に形成させる方法。

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