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JPS597675B2 - How to make mold parts - Google Patents
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JPS597675B2 - How to make mold parts - Google Patents

How to make mold parts

Info

Publication number
JPS597675B2
JPS597675B2 JP7206776A JP7206776A JPS597675B2 JP S597675 B2 JPS597675 B2 JP S597675B2 JP 7206776 A JP7206776 A JP 7206776A JP 7206776 A JP7206776 A JP 7206776A JP S597675 B2 JPS597675 B2 JP S597675B2
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silicon
mold
core piece
silicon carbide
mold member
Prior art date
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Expired
Application number
JP7206776A
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Japanese (ja)
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Inventor
ケイ・ブイ・ラビ
ジヨージ・エフ・ハーリー
ジヨン・シー・スワーツ
ダグラス・エイ・イエーツ
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Schott Solar CSP Inc
Original Assignee
Mobil Tyco Solar Energy Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶融体から結晶体を引く方法に関し、かつ特に
、けい素などの材料の成形体を成長させる際に使用され
る毛細管型部材を提供することに係る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for drawing crystals from a melt, and more particularly to providing a capillary type member for use in growing compacts of materials such as silicon.

ハロイト・イー・ラベル・ジュニ7 (HaroldE
, La Belle jr, )氏に認可された米
国特許第3471266号及び第3591348号には
、断面形を制御し所定の形状とした単結晶体を、結晶成
長で消費される溶融体を毛細管作用で補充するようにし
たいわゆる型部材によって成長させるための方法が記載
されている。
HaroldE Label Juni 7
U.S. Patent Nos. 3,471,266 and 3,591,348 issued to Mr. La Belle Jr., La Belle Jr., disclose a method in which a single crystal with a controlled cross-sectional shape and a predetermined shape is produced by capillary action of the melt consumed during crystal growth. A method is described for growing by means of so-called mold parts which are intended to be replenished.

米国特許第3471266号に記載されている方法では
、毛細管の上端に作られる液体固体界面に於いて結晶成
長が起こる。
In the method described in US Pat. No. 3,471,266, crystal growth occurs at a liquid-solid interface created at the top of a capillary.

前記特許の方法によれば任意の断面の結晶体を毛細管か
ら成長させられることができる。
According to the method of the patent, crystals of arbitrary cross sections can be grown from capillary tubes.

米国特許第3591348号に記載されている方法では
、結晶が型部材の上端表面上に支えられた溶融体薄膜か
ら引かれ、同型部材は前記薄膜を自動的に補給するよう
に、溶融体を貯蔵だめから同部材の上端表面へ送るため
の1条またはもつと多条の毛細管を有している。
In the method described in U.S. Pat. No. 3,591,348, crystals are drawn from a thin film of melt supported on the upper surface of a mold member, which stores the melt so as to automatically replenish said film. It has one or more capillary tubes for sending the fluid from the reservoir to the upper surface of the member.

薄膜は型部材の端表面全体を覆い、また薄膜の広がり全
体から結晶成長が起こるから、成長する結晶は型部材の
上端表面の側端縁形状に相当する断面形を有している。
Since the thin film covers the entire end surface of the mold member and crystal growth occurs from the entire extent of the thin film, the growing crystal has a cross-sectional shape corresponding to the side edge shape of the upper end surface of the mold member.

米国特許第3591348号に記載されている方法はし
ばしば″’ EFG”法と呼ばれるが、この”EFG
”とは0側端縁を画定されてフイルムが供給される成
長″を意味する略語である。
The method described in U.S. Pat. No. 3,591,348 is often referred to as the "EFG"method;
``is an abbreviation meaning ``growth where the film is fed with a zero edge defined''.

ラベル氏のこれら双方の方法によれば、結晶を多様な幾
何学的形態、とりわげロツド管及び千リボンQ形に成長
させることが可能である。
With both of Lovell's methods, it is possible to grow crystals in a wide variety of geometrical forms, especially the rod-shaped tube and the thousand-ribbon Q-shape.

かつまた、これらの方法は双方とも、広範な材料、例え
ばサファイア、ルビー、けい素、チタン酸バリウム及び
イットリウム アルミニウム ガーネット ( yttrium alminum garne
t )の単結晶体を成長させるのに使用されても構わな
い。
Both of these methods also work with a wide range of materials such as sapphire, ruby, silicon, barium titanate and yttrium aluminum garnet.
t) may be used to grow a single crystal.

ラベル氏の方法に採用される型部材は成長させられるべ
き材料の融点及びそれよりも高い温度に於ける使用に耐
えることができなげればならない。
The mold members employed in Lovell's method must be able to withstand use at temperatures above and beyond the melting point of the material to be grown.

かつまた、これらの型部材は溶融体材料によって濡らさ
れ、同材料と反応せずかつ同材料に溶解せず、しかも非
常に高い純度を有する材料で造られなければならない。
In addition, these mold parts must be made of a material that is wetted by, does not react with, and does not dissolve in the molten material, and yet has a very high purity.

その結果として、この型材料に適当な材料は普通は高価
である。
As a result, materials suitable for this mold material are usually expensive.

その上、型部材を製作する費用は型材料の性質及び与え
られなげればならない精密な公差のためにかなり高額で
ある。
Moreover, the cost of manufacturing mold parts is quite high due to the nature of the mold material and the close tolerances that have to be provided.

けい素を成長させる際に使用される炭化けい素型では特
にそうである。
This is especially true of the silicon carbide type used in growing silicon.

従って、実質的に単結晶のけい素体を米国特許第347
1266号及び第3591348号に記載されている方
法によって成長させる際に使用される高純度型部材を製
造する比較的簡単で高い費用のかからない方法を見出す
のが本発明の主目的である。
Therefore, a substantially single-crystal silicon body can be used in US Pat.
It is the main object of the present invention to find a relatively simple and inexpensive method of producing high-purity mold parts for use in growing by the methods described in US Pat.

他の目的は上記性質の比較的高価でない高純度炭化けい
素型部材を提供することである。
Another object is to provide a relatively inexpensive high purity silicon carbide type member of the above nature.

更に他の目的は、形成された状態で結晶体として成長せ
られる材料の中実体を満たした毛細管を含む毛細管型部
材を提供することにある。
Yet another object is to provide a capillary-type member that includes a capillary tube filled with a solid body of material that is grown as a crystal.

上に列挙された諸目的は、結晶体として成長せられる材
料で造られ適当形状の中子片を準備し、かつ前記の適当
な形状の中子片を選択された型材料によって被覆して、
予め決められた形の型部材を得るようにする諸工程を基
本的に有する製造方法によって達成される。
The above-listed objects consist of providing a suitably shaped core piece made of a material that is grown as a crystal, and covering said suitably shaped core piece with a selected mold material;
This is achieved by a manufacturing method which basically comprises steps which make it possible to obtain a mold part of a predetermined shape.

適当な形にされた中子片は毛細管の形を画定しかつ同片
は型部材がるつぼに装架される前に除去されても構わな
い。
A suitably shaped core piece defines the shape of the capillary tube and may be removed before the mold member is mounted in the crucible.

好ましくは、中子片は保持され、かつ型部材は予充てん
された型部材として直接に使用される。
Preferably, the core piece is retained and the mold part is used directly as a prefilled mold part.

本発明のその他の目的、特徴及び多くの付帯利点は添付
図面と共に考察されるべき以下の記述に説明される即ち
同記述によって明らかにされる。
Other objects, features and many attendant advantages of the invention are set forth in or made apparent from the following description, which should be considered in conjunction with the accompanying drawings.

添付図面にあって同じ参照数字は類似部分を指している
Like reference numbers refer to similar parts in the accompanying drawings.

本発明は多様な材料の結晶体を成長させる際に使用され
る型部材を提供するのに使用されることができるけれど
も、以下の詳細記述はけい素を成長させるための型部材
を提供することに係る。
Although the present invention can be used to provide mold members for use in growing crystals of a variety of materials, the detailed description below provides a mold member for growing silicon. Pertains to.

この点に関して埋解されるべきは溶融けい素が広範囲に
亘る数の材料に対する溶剤であるから、けい素を成長さ
せるための型部材を製造するのに使用されることのでき
る材料の選択が限られることである。
In this regard, it should be understood that molten silicon is a solvent for a wide variety of materials, so the selection of materials that can be used to produce mold parts for growing silicon is limited. It is something that can be done.

然し、炭化けい素はけい素に対する型材料として適当で
あり、かつ以下の記述は炭化けい素型部材を製造するこ
とに係る。
However, silicon carbide is suitable as a mold material for silicon, and the following description relates to producing silicon carbide mold parts.

ここで添付図面の第1図乃至第4図を参照すれば、けい
素平リボンを成長させる際に使用されるEFG型は単結
晶または多結晶けい素から成る中子片即ち成形部材2を
先ず準備することによって製造される。
Referring now to FIGS. 1 to 4 of the accompanying drawings, in the EFG type used for growing silicon flat ribbons, a core piece or molded member 2 made of single crystal or polycrystalline silicon is first prepared. Manufactured by

中子片2は断面が矩形でありかつ同片の広い両Uki4
各々には図示の如《細長のくぼみ6が形成される。
The core piece 2 has a rectangular cross section and both wide Uki4 pieces of the same piece.
An elongated recess 6 is formed in each as shown in the figure.

ここのくぼみ6は、特に細長《する必要はない。The depression 6 here does not need to be particularly elongated.

両側及び両端双方の面それぞれ8及び9は前後両而4と
同様に平らであり、かつ中子片の厚さ即ち同中子片の両
側面80幅は毛細管の大きさである。
The surfaces 8 and 9 on both sides and both ends, respectively, are flat like the front and rear surfaces 4, and the thickness of the core piece, that is, the width of both sides 80 of the core piece is the size of a capillary tube.

中子片の長さ、即ち、第1図に見られる如き広い面4の
垂直方向寸法は完成した型部材の目的とする所の毛細管
の長さと少くとも同じである。
The length of the core piece, ie the vertical dimension of the wide surface 4 as seen in FIG. 1, is at least the same as the length of the intended capillary tube in the finished mold part.

中子片2の諸表面は酸化物、ちり、油等の如き不純物を
除去されるように適当な表面浄化処理を受け、かつ次い
で同片は均等な厚さの炭化けい素層10によって被覆さ
れる。
The surfaces of the core piece 2 are subjected to a suitable surface cleaning treatment to remove impurities such as oxides, dust, oil, etc., and then the same piece is coated with a silicon carbide layer 10 of uniform thickness. Ru.

この炭化けい素層は好ましくは化学的蒸気析出によって
、例えばメチルクロルシランの水素中気相反応による析
出によって施される。
This silicon carbide layer is preferably applied by chemical vapor deposition, for example by vapor phase reaction of methylchlorosilane in hydrogen.

けい素の熱膨張係数と炭化けい素の熱膨張係数は析出さ
れた炭化けい素の被覆にき裂が生じないようにすること
を可能ならしめるほどの差を有しうる程度に近似したも
のである。
The coefficient of thermal expansion of silicon and the coefficient of thermal expansion of silicon carbide are similar enough to have a difference that makes it possible to prevent cracks from forming in the deposited silicon carbide coating. be.

析出されるSiC被覆は第2図に於いて6Aに示されて
いるように《ぼみ6の形をとどめている。
The deposited SiC coating retains the shape of a depression 6, as shown at 6A in FIG.

中子片が完全に被覆され終った後に、SiC被覆の頂面
と底面の双方12はこれら両面を切削または研削するこ
とによって、けい素中子片20両端面9を第3図に示さ
れている如く露出するように除去される。
After the core piece is completely coated, both the top and bottom surfaces 12 of the SiC coating are cut or ground to form the silicon core piece 20 on both end faces 9 as shown in FIG. It is removed so that it is exposed as if it were there.

この場合に炭化けい素被覆の少くとも頂面12を除去す
ることによって、14に示されている如く被覆の前後面
および側面が中子片2の長手方向軸線に直角に延びる平
らな同一面の頂端面側端縁となすように除去される。
In this case, by removing at least the top surface 12 of the silicon carbide coating, the front, rear and side surfaces of the coating are formed into flat, coplanar surfaces extending perpendicularly to the longitudinal axis of the core piece 2, as shown at 14. It is removed so as to form the edge on the top surface side.

この点に就℃、・て理解されるべきは炭化けい素層が型
部材を構成し、けい素リボンをEFGによって成長させ
ることを可能とし、及び炭化けい素−けい素複合体があ
らかじめ充てんされた型部材として使用されても構わな
いことである。
In this regard, it should be understood that the silicon carbide layer constitutes the mold member, allowing the silicon ribbon to be grown by EFG, and that the silicon carbide-silicon composite is pre-filled. It may also be used as a mold member.

然し、けい素をEFG生長させるために炭化けい素型部
材を使用する前にけい素中子片2を溶解し尽すようにし
てもかまわない。
However, the silicon core piece 2 may be completely melted before using the silicon carbide mold member for EFG growth of silicon.

すなわちけい素中子片は重量で1部の韮.2部の酢酸及
び3部の硝酸を含有するCP4 の如き酸によって溶解
し除去することが可能であり、このようにすることもで
きる。
In other words, a piece of silicon core is 1 part by weight. It can be dissolved and removed by an acid such as CP4 containing 2 parts acetic acid and 3 parts nitric acid.

けい素中子片が除去されてしまってから(または複合構
造体が予充てんされた型部材として使用されるべき場合
に炭化けい素被覆の頂底両表面12が除去されてしまっ
てから)、炭化けい素型部材は同部材の底端を溶融体充
てんるつぼの中に浸して保持する際に使用される適当な
支持構造体に装架される。
After the silicon core piece has been removed (or after the top and bottom surfaces 12 of the silicon carbide coating have been removed if the composite structure is to be used as a prefilled mold part); The silicon carbide shaped member is mounted on a suitable support structure for use in holding the bottom end of the member immersed in the melt-filled crucible.

第4図に示されている如<ー・例を挙げれば、整合させ
られて半径方向に延びている1対の剛固なピン18が支
持リング16に設けられて、これらのピンはくぼみ6A
の中へ延びておりかつそれ故に型部材とかみ合っている
As shown in FIG. 4, by way of example, a pair of aligned, radially extending, rigid pins 18 are provided in the support ring 16, which pins are located in the recesses 6A.
and therefore engages the mold member.

リング16は適当なるつぼ20の上端に載せられかつ炭
化けい素型部材の下端を同るつぼの底に近く但し同底か
ら距てて保持し、従って、型部材の内部は、るつぼに収
容された溶融けい素の給源だめが型部材の底端を包囲す
るに足る限り、毛細管の吸上げ作用によって溶融けい素
を充てんされて維持されることになる。
The ring 16 rests on the upper end of a suitable crucible 20 and holds the lower end of the silicon carbide mold member close to, but at a distance from, the bottom of the crucible, so that the interior of the mold member is contained within the crucible. As long as the source reservoir of molten silicon is sufficient to surround the bottom end of the mold member, it will remain filled with molten silicon by the wicking action of the capillary tubes.

実際には(かつ前掲ラベル氏の特許に記載されている如
《)、るつぼに収容された溶融体から放射による熱の損
失を防ぐのに、型部材の上端を包囲して放射よけ覆いが
置かれるのが通例である。
In practice (and as described in the above-cited Lovell patent), a radiation shielding shroud surrounds the upper end of the mold member to prevent radiation heat loss from the melt contained in the crucible. It is customary to be placed.

けい素中子を炭化けい素型部材の中に保持し、かつこの
複合構造体を”あらかじめ充てんされた型部材として使
用することが真に有利なことであることはすでに知られ
ている。
It is already known that it is of real advantage to hold the silicon core in a silicon carbide mold part and to use this composite structure as a "prefilled mold part."

主たる利点はこのようにすれば結晶成長過程の開始が容
易にされることである。
The main advantage is that in this way the initiation of the crystal growth process is facilitated.

その他の何んらかの理由で処女炭化けい素型、即ちまだ
使用されていない炭化けい素型にある毛細管が溶融けい
素によって濡れ難《て、その結果、毛細管が毛細管作用
のみで溶融けい素で迅速に充てんされることにならず、
かつ型の頂面14上に溶融体の薄膜が容易には作られず
かつ(または)維持されないことが判っている。
For some other reason, the capillary in the virgin silicon carbide type, i.e., the unused silicon carbide type, is difficult to wet with molten silicon, and as a result, the capillary can absorb molten silicon only by capillary action. will not be filled quickly,
It has also been found that a thin film of melt on the top surface 14 of the mold is not easily created and/or maintained.

然し、本発明では形成されたあらかじめ充てんされた型
部材がもしもるつぼに装架されるならば、同るつぼ内の
けい素の給源だめが溶融せしめられるのに従って、けい
素中子片2も溶融することになるけれども、型部材の毛
細管通路内に残存することになる。
However, in the present invention, if the formed pre-filled mold member is mounted in a crucible, as the source of silicon in the crucible is melted, the silicon core pieces 2 will also melt. However, it will remain within the capillary passage of the mold member.

従って、もしも種子となるけい素が型部材の高温の頂而
14上にもたらし、同種子けい素を薄膜の形成を生じせ
しめるように溶かし始めるべく維持するならば、同時に
同種子けい素は毛細管内で中子片2を溶かして形成され
た溶融柱に接触しかつ粘着することになり、従って溶融
薄膜が前掲ラベル氏の特許第3591348号に記載さ
れている態様に毛細管作用によって補給されることにな
る。
Therefore, if the seed silicon is brought onto the hot apex 14 of the mold member and maintained to begin to melt so as to cause the formation of a thin film, at the same time the seed silicon is brought into the capillary tube. The melted core piece 2 contacts and adheres to the molten column formed by melting the core piece 2, so that the molten thin film is replenished by capillary action in the manner described in Lovell's Patent No. 3,591,348, supra. Become.

勿論、矩形側端縁形状の上端表面を有するEFG型はそ
の他の断面形のけい素中子を有する形に造られても構わ
ない。
Of course, the EFG type having the upper end surface having a rectangular side edge shape may be made to have a silicon core having another cross-sectional shape.

従って、例えば、けい素中子は正方形であっても構わず
、また炭化げい素被覆は相反する両面上の厚さを優先的
に大きくして析出され、従って仕上り型部材は同部材の
上端に矩形側端縁形状を有し、かつ正方形断面の毛細管
通路を有している。
Thus, for example, the silicon core can be square, and the silicon carbide coating is deposited preferentially increasing the thickness on opposite sides, so that the finished mold part is formed at the top of the part. It has a rectangular side edge shape and a capillary passage with a square cross section.

更に一例を挙げれば、矩形のEFG型は円筒Si中子の
表面に均等厚さの炭化けい素被覆を施し次いで被覆上に
平らな表面を機械加工して、仕上’JSiC型が矩形側
端縁形状を断面に有しかつ円形断面の毛細管を有するよ
うにされることによって製造されることができる。
As a further example, the rectangular EFG type is produced by coating the surface of a cylindrical Si core with a silicon carbide coating of uniform thickness, and then machining a flat surface on the coating. It can be manufactured by having a shape in cross section and having a capillary tube of circular cross section.

理解されるべきはピン18を受けるくぼみ6Aの根拠に
なるくぼみ6が両側表面8に形成された《ぼみまたはノ
ツチによって代えられても構わないことである。
It should be understood that the recess 6, which forms the basis of the recess 6A for receiving the pin 18, may be replaced by a recess or notch formed in the side surfaces 8.

あるいはまた、表面4または8に突起が同じ目的でくぼ
みの代りに形成されても構わない(第5図乃至第7図の
リブ26を参照)。
Alternatively, protrusions may be formed in the surface 4 or 8 instead of indentations for the same purpose (see ribs 26 in FIGS. 5 to 7).

ある場合には、けい素中子片の《ぼみに貫通孔が代えら
れても構わない。
In some cases, the through holes may be substituted for the recesses in the silicon core piece.

従って、適用可能な場合には”くぼみ′”なる用語が貫
通孔を包含すると考えられるべきである。
Accordingly, the term "recess" should be considered to include through-holes where applicable.

第5図乃至第7図は毛細管からけい素フィラメントを成
長させるための型をラベル氏の米国特許第347126
6号の方法に従って提供するのに本発明が如何に使用さ
れるかを示している。
Figures 5 through 7 show a mold for growing silicon filaments from a capillary tube, as disclosed in Lovell's U.S. Pat.
6 shows how the present invention can be used to provide according to the method of No. 6.

この場合に、けい素中子片は円周方向に延びているリブ
即ちフランジ26を一端近《に有するシリンダ24の形
をしている。
In this case, the silicon core piece is in the form of a cylinder 24 having a circumferentially extending rib or flange 26 near one end.

この中子片は酸化物、油、ちりなどを除去されるように
処理されてしまってから、炭化けい素の粘着性被覆30
を第6図に示されているように設けられる。
This core piece has been treated to remove oxides, oil, dust, etc. and then a sticky coating of silicon carbide 30
are provided as shown in FIG.

この被覆はリブ26の形に相当する形でリブ26Aの形
成されるように均等な厚さで施される。
This coating is applied to a uniform thickness so that the ribs 26A are formed in a manner corresponding to the shape of the ribs 26.

その後、被覆は中子片の上下両端32を機械加工により
切除される3そのほかに、炭化けい素は鋭《なった円形
上縁38(第8図)で終端する傾斜表面34を形成する
ように上方表面の周囲を機械加工でまたは研削されて除
去される。
The coating is then machined away at the upper and lower ends 32 of the core piece. In addition, the silicon carbide is cut away to form an inclined surface 34 terminating in a sharpened circular upper edge 38 (FIG. 8). Removed by machining or grinding around the upper surface.

その結果得られるのは炭化けい素被覆30及びけい素中
子片24から成るあらかじめ充てんされた円筒形炭化け
い素型である。
The result is a prefilled cylindrical silicon carbide mold consisting of a silicon carbide coating 30 and a silicon core piece 24.

中子片24が適当な大きさの断面にされると仮定すれば
、被覆30の内面は毛細管大の円筒、即ちラベル氏の米
国特許第3471266号の所要条件に従うて毛細管の
吸上げ作用によってけい素を充てんされるようになって
いる毛細管を画定することになる。
Assuming that the core piece 24 is sized to an appropriately sized cross-section, the inner surface of the sheath 30 will form a capillary-sized cylinder, i.e., the inner surface of the sheath 30 will be blown by the wicking action of the capillary in accordance with the requirements of Lovell, U.S. Pat. No. 3,471,266. This will define a capillary tube that is meant to be filled with the element.

このようにあらかじめ充てんされた型は中心孔を有する
支持円板42によってるつぼ40に装架されることがで
きる。
The mold thus prefilled can be mounted to the crucible 40 by means of a support disk 42 having a central hole.

この孔は同円板の内周縁部分がリブ26Aの下にあって
同リプを支える肩として作用するように型をしつかり受
ける大きさにされている。
This hole is sized to receive the mold so that the inner circumferential edge of the disc is under the rib 26A and acts as a shoulder to support the lip.

第8図はこのあらかじめ充てんされた型部材が断面では
如何に見えるかを示している。
FIG. 8 shows how this prefilled mold member looks in cross section.

もしもけい素中子が炭化けい素型部材から溶出されるな
らば、同型部材は同部材の内面に周囲みぞを有すること
になる。
If the silicon core is leached from the silicon carbide mold, the mold will have a circumferential groove on the inner surface of the mold.

このみぞは溶融けい素が結晶成長中に毛細管内を上方へ
流れるのをさまたげることにはならない。
This groove does not prevent the molten silicon from flowing upward through the capillary during crystal growth.

ある場合にはるつぼの底に載っているように装架される
のが型部材にと′一)で望ましいことがある。
In some cases it may be desirable for the mold member to be mounted so that it rests on the bottom of the crucible.

然し、このような場合には、第7図及び第8図に示され
ている如き横孔44が溶融体の流入を可能ならしめるの
に型部材の底端に設げられなげればならない。
However, in such a case, a transverse hole 44, as shown in FIGS. 7 and 8, must be provided at the bottom end of the mold member to allow the inflow of the melt.

これらの横孔は型30の一部を切取ることによって形成
されても構わないけれども、好ましくはこれらの孔は被
覆工程中に中子片の適当な部分に炭化けい素被覆が形成
されることのできないように同部分をマスクで覆うこと
によって形成される。
Although these lateral holes may be formed by cutting out a portion of the mold 30, preferably these holes are formed during the coating process so that the silicon carbide coating is formed on the appropriate portions of the core piece. It is formed by covering the same area with a mask to prevent it from being exposed.

明らかに、その他の断面形の型部材が本発明に従って形
成されても構わない。
Obviously, other cross-sectional shapes of mold members may be formed in accordance with the present invention.

従って、例えば、正方形断面の型部材が正方形断面の中
子片の表面に炭化けい素被覆を施すことによって形成さ
れても構わない。
Therefore, for example, a mold member having a square cross section may be formed by coating the surface of a core piece with a square cross section with silicon carbide.

中子片の上下両端表面から炭化けい素を除去することは
同片が気相から析出される炭化けい素を受ける前に同片
のこれらの表面をマスクで覆う簡単な手段によって不要
にされることも埋解されるべきである。
The removal of silicon carbide from the upper and lower end surfaces of the core piece is made unnecessary by the simple expedient of masking these surfaces of the piece before it receives the silicon carbide deposited from the gas phase. This should also be understood.

冶金学的処理に精通せる人々に熟知されている種々の析
出方法がけい素中子の表面に炭化けい素被覆を形成する
のに使用されても構わない。
Various deposition methods familiar to those skilled in metallurgical processing may be used to form the silicon carbide coating on the surface of the silicon core.

好ましくは析出はアール・シー・マーシャル( R,
C.Marshall )氏、ジエー・ダブリュー・フ
ァウスト・ジュニア(J,W, Faust ,.J
r )氏及びシー・イー・リアン( C.E.Ryan
)氏によって編集され、米国サウス カロナイナ州
コロンビア市のサウス カロライナ プレス大学によっ
て発行された゛山化けい素( Silicon Car
bide ) 1973”(1974年)の92ページ
以下にダブリュー・エフ・ニツペンバーグ( W, F
. Knippenberg )氏、ジー・バースプイ
( G.Verspui )氏及びエー・ダブリュー・
シー・フオン ケメネード(A,W,C.Von Ke
menade )氏によって記載されているように水素
中のメチルクロルブランの解離によって達成される。
Preferably the precipitation is performed using R.C. Marshall (R.
C. Marshall), J.W. Faust, Jr.
Mr. R) and C.E. Ryan
), South Carolina, USA
Silicon Car published by University of South Carolina Press, Columbia.
bid) 1973” (1974), from page 92 onward, W.F.
.. Knippenberg), G. Verspui and A.W.
A, W, C. Von Ke
This is accomplished by the dissociation of methylchlorobran in hydrogen as described by John Menade.

その他の材料から成る部材が本発明に従って製造される
ことも考えられる。
It is also conceivable that components made of other materials may be manufactured according to the invention.

従って、例えば、けい素を成長させるのに使用されるち
つ化けい素型がけい素中子片の表面にちつ化けい素の被
覆を析出することによって製造されても構わない。
Thus, for example, a silicon oxide mold used to grow silicon may be manufactured by depositing a coating of silicon oxide on the surface of a silicon core piece.

ちつ化けい素は、電気化学協会報(J, Electrochemical Society )
第114号(1967年)の第717ページ以下に所載
のティー・エル・チュー( T, L. Chu)、シ
ー・エッチ・リー( C, H. Lee )及びジー
・工一・グルーバ( G.A, Gruber ) 3
氏の論文゛アモーフオラスS i 3N4の調製及び性
質( The Preparationand Pro
perties of Amorphorus
Si3N4)”に記載されているように、例えば、Si
Cl4及びNH3 を使用する化学的蒸気析出によって
析出されても構わない。
Silicon titanium is published in the Electrochemical Society Bulletin (J, Electrochemical Society).
No. 114 (1967), pages 717 et seq., by T. L. Chu, C. H. Lee, and G. Koichi Gruba. .A, Gruber) 3
His paper ``The Preparation and Properties of Amorphous S i 3N4''
Parties of Amorphorus
For example, as described in
It may also be deposited by chemical vapor deposition using Cl4 and NH3.

けい素を成長させる際に使用される石英型がけい素中子
片の表面にSi02被覆を形成することによって製造さ
れても構わない。
The quartz mold used in growing silicon may be manufactured by forming a Si02 coating on the surface of a silicon core piece.

このような被覆を形成するための最もありふれた方法は
けい素の単なる酸化、即ち による方法である。
The most common method for forming such coatings is by simple oxidation of silicon.

この方法はほとんど総べてのけい素装置処理に使用され
る。
This method is used for almost all silicon device processing.

この被覆は、かつまたちつ化けい素被覆も、化学的に蒸
気析出された炭化けい素によってまたは同じ材料に(即
ちSi3N4をS i 3 N4にまたはSiO2をS
i02に)接合することによって付与されることのでき
る機械的剛固さを得るのに裏当て被覆を必要とするもの
である。
This coating can also be made by chemically vapor-deposited silicon carbide or by chemically vapor-deposited silicon carbide or on the same materials (i.e. Si3N4 to Si3N4 or SiO2 to S
i02) requires a backing coating to obtain the mechanical rigidity that can be imparted by bonding.

勿論、多くの代替方法が同じ最終目的のために採用され
ることができる。
Of course, many alternative methods can be employed for the same end goal.

従って、けい素はメタン中で例えば直接にちり化されま
たはアンモニア中で例えば直接にちつ化されることがで
きる。
Silicon can thus be oxidized, for example directly, in methane or eg directly atomized in ammonia.

これらの方法は双方とも、補助支えを必要とすることに
なる比較的薄い被覆をもたらすものである。
Both of these methods result in relatively thin coatings that will require auxiliary support.

型材料を気相から析出することによって型部材?形成す
るのは、特にもしも型材料が上述Ω如く気相反応によっ
て形成されるならば、型部材がほとんど完全な純度にさ
れて製造されることができるから、好まれることである
Mold parts by precipitating mold material from the gas phase? Forming is preferred, especially if the mold material is formed by a gas phase reaction, such as the above-mentioned Ω, since the mold parts can be produced with almost perfect purity.

これは融成物及び結晶製品へ望ましくない汚染の導入さ
れる可能性を最小にするから重要である。
This is important because it minimizes the possibility of introducing unwanted contamination into the melt and crystalline product.

埋解されるのは、けい素を成長させるための型部材がけ
い素でない中子片の表面に型材料を析出することによっ
て、例えば、ゲルマニウム中子片の表面に炭化けい素を
析出することによって形成されて、中子片が溶融及び(
または)適類な溶剤即ち反応性化学薬品によって除去さ
れても構わないことである。
What is buried is that the mold material for growing silicon is deposited on the surface of a core piece that is not made of silicon, for example, silicon carbide is deposited on the surface of a germanium core piece. The core piece is melted and (
or) may be removed by suitable solvents or reactive chemicals.

然し、けい素中子片を使用するのは、るつぼ及び結晶製
品へ不純物の導入されるのを最低限にすると同時に、溶
融けい素によって濡らされかつ充てんされるべき新たな
型部材の毛細管の抵抗を克服する問題を避ける点で、明
らかに有利である。
However, the use of silicon core pieces minimizes the introduction of impurities into the crucible and crystalline product, while at the same time reducing the resistance of the capillaries of the new mold part to be wetted and filled by molten silicon. It is clearly advantageous in avoiding the problem of overcoming the problem.

けい素中子片は単結晶性または多結晶性であっても構わ
ない。
The silicon core piece may be monocrystalline or polycrystalline.

然し、多結晶性中子片が高価でなくかつ様々な形にして
得られ易いから好まれる。
However, polycrystalline core pieces are preferred because they are less expensive and can be easily obtained in various shapes.

本発明が如何にして実施されるかの特殊な実例は次の通
りである。
A specific example of how the invention may be implemented is as follows.

厚さが約0.41ミリメートル( 0. 0 1 6イ
ンチ)で約25.4ミリメートル(l3 インチ)の幅と3 4.9 2 5ミリメートル(1−
イ8 ンチ)の長さに有する単結晶けい素の平板即ちリボンが
表面不純物を除去されるように浄化されかつ次いで、ニ
ツペンバーグ氏(上掲)によって説明されたようにメチ
ルクロルシランの水素中解離によって析出される炭化け
い素の0.381ミリメートル(0.015インチ)厚
さの層によって全体に被覆される。
The thickness is approximately 0.41 mm (0.016 inch) and the width is approximately 25.4 mm (13 inches) and 34.9 mm (1-3 mm).
A slab or ribbon of single crystal silicon having a length of 8 inches) is purified to remove surface impurities and then subjected to hydrogen dissociation of methylchlorosilane as described by Mr. Nitzpenberg (supra). The entire surface is coated with a 0.015 inch thick layer of silicon carbide deposited by.

その後炭化けい素被覆はけい素をあらかじめ充てんされ
た炭化けい素EFG型部材を残して、けい素板の両端か
ら研削によって除去される。
The silicon carbide coating is then removed by grinding from both ends of the silicon plate, leaving a silicon carbide EFG-type member prefilled with silicon.

この型部材は次いでるつぼに装架されて、単結晶けい素
リボンを成長させるのに使用される。
This mold member is then mounted in a crucible and used to grow a single crystal silicon ribbon.

本発明の方法が改変されれば、炭素を含有せず、それ故
に不純物として炭素の導入されるのを減らすかまたは皆
無にする選択された表面被覆、例えばSiOまたはS
i 3 N4を有する炭化けい素型が製造されることが
できる。
If the method of the invention is modified, selected surface coatings that do not contain carbon and therefore reduce or eliminate the introduction of carbon as an impurity, such as SiO or S
A silicon carbide type with i 3 N4 can be produced.

改変された方法は本質的には次の通りである。The modified method is essentially as follows.

第1に、けい素中子の表面の全部または選択された部分
のみに、選択された材料の表皮即ち被覆が化学的蒸気析
出によってまたは酸化またはちつ化によって設けられる
First, all or only selected portions of the surface of the silicon core are provided with a skin or coating of a selected material by chemical vapor deposition or by oxidation or curing.

第2に、この被覆されたけい素中子の表面に炭化けい素
型が既述の如く蒸気析出によって形成される。
Second, a silicon carbide mold is formed on the surface of the coated silicon core by vapor deposition as described above.

次に炭化けい素は中子の選択された範囲、例えば上下両
端から必要に応じて除去される。
The silicon carbide is then optionally removed from selected areas of the core, such as the top and bottom ends.

その後、けい素中子は型部材の使用される前に除去され
ても、または予充てんされた型部材を提供するように保
持されても構わない。
Thereafter, the silicon core may be removed before the mold member is used, or it may be retained to provide a prefilled mold member.

何れの場合にも、型部材は選択された材料の被覆を有す
る炭化けい素体即ちサブストレート、例えばシリカを内
ぼりされた毛細管を有して第3図に示されている如き型
部材から成っている。
In either case, the mold member comprises a silicon carbide body or substrate having a coating of the selected material, such as the one shown in FIG. 3 with silica-filled capillaries. ing.

もしも所望されるならば、選択された同じまたは異なる
材料の補助被覆が炭化けい素体の外面の一部または全部
に(もしもけい素中子が除去されるのならば除去される
前後何れかに)施されることができる。
If desired, an auxiliary coating of the same or a different material of choice may be applied to some or all of the outer surface of the silicon carbide body (either before or after the silicon core is removed if removed). ) can be applied.

炭化けい素型の毛細管表面にシリヵを内ぼりするのはけ
い素中子の外面を酸化することによって達成される。
Incorporation of silica onto the surface of silicon carbide type capillaries is accomplished by oxidizing the outer surface of the silicon core.

炭化けい素型の外面のシリヵ被覆も型の外面を酸化する
ことによって同様に作られる。
A silica coating on the exterior surface of a silicon carbide mold is similarly made by oxidizing the exterior surface of the mold.

このような酸化はけい素中子または炭化けい素体を酸素
中で約1200℃、または1200℃よりも高い温度に
於いてそれぞれ加熱することによって達成される。
Such oxidation is accomplished by heating the silicon core or silicon carbide body in oxygen to a temperature of about 1200 DEG C. or above 1200 DEG C., respectively.

けい素中子の表面にSi3N4の被覆を形成するのは前
掲のテイ・エルチュー氏等によって説明された如き既知
方法に従って達成される。
The formation of the Si3N4 coating on the surface of the silicon core is accomplished according to known methods such as those described by Tei Erchu et al., supra.

本発明の重要な特徴は本発明が精密な寸法の毛細管を有
する一体型を比較的低い価格で製作可能にする事実にあ
る。
An important feature of the invention lies in the fact that it allows monolithic designs with precisely dimensioned capillaries to be manufactured at relatively low cost.

2片またはもつと多数の片を結合して作られた型は”流
出する′゛、即ち片間に形成される割れ目を経由してけ
い素を漏らす傾向を持つから、一片型が有利である。
Single-piece molds are advantageous because molds made by joining two pieces or many pieces have a tendency to "bleed", ie, leak silicon through the cracks formed between the pieces. .

他の利点はあらかじめ充てんされた型部材が提供されて
、中子片が型部材を補強し、従って、予充てんされた薄
・肉型部材が匹敵できる寸法の充てんされない型部材よ
りも粗暴な扱いに耐えることができる事実に由来する。
Another advantage is that a pre-filled mold part is provided, with the core piece reinforcing the mold part and therefore requiring less rough handling than an unfilled mold part of comparable dimensions. This stems from the fact that it can withstand

更に他の利点はけい素を成長させるのに本明細書に説明
されたように造られた型部材が剛固な型材料体から型部
材を機械加工することによって可能であるよりも高い純
度で製造されることができ(従って融成物の汚染を少く
ず)る事実にある。
Yet another advantage is that mold members constructed as described herein can grow silicon at a higher purity than is possible by machining the mold member from a rigid body of mold material. The fact lies in the fact that it can be manufactured (thus reducing contamination of the melt).

この高い純度は型材料が中子片の表面に気相反応によっ
て析出される事実に由来する。
This high purity comes from the fact that the mold material is deposited on the surface of the core piece by a gas phase reaction.

更に他の利点は型部材の壁の厚さが単にけい素中子の表
面に析出される型材料の量を変えることによって変えら
れることができることである。
Yet another advantage is that the wall thickness of the mold member can be varied simply by varying the amount of mold material deposited on the surface of the silicon core.

EFG型の場合にも、溶融けい素の薄膜を支える端表面
の型の外面を機械加工または研削することによって如何
なる所望の外周縁形態にでも造られることができ、それ
と同時に毛細管は単に適当な形状寸法の中子片を使用す
ることによって如何なる所望断面をでも有するように造
られることができる。
In the case of the EFG type, any desired peripheral configuration can also be created by machining or grinding the outer surface of the mold at the end surface that supports the thin film of molten silicon, while the capillary tube is simply shaped to the appropriate shape. It can be made to have any desired cross-section by using core pieces of any size.

選択された型式の型を造るのに1個よりも多《の中子片
が使用されても構わないことも注目されるべきである。
It should also be noted that more than one core piece may be used to make a mold of the selected type.

更に他の利点は本発明が多数の同形の型を比較的安《製
造するのを可能にすることである。
Yet another advantage is that the present invention allows large numbers of identical molds to be manufactured relatively inexpensively.

この点に関して注目されるべきは、例えば、けい素リボ
ンを成長させるための多数の同形EFG型部材が中子片
2の長さの少くとも数倍の長さを有する中子片を準備し
、同中子片を第2図に就いて既述された如く炭化けい素
の層で被覆し、同中子片の上下両端表面の被覆を除去し
、かつ次いで複合構造体を横に、即ち両側面8に直角に
切断し、かく切断することによって得られる各部分が第
3図に示さ熟ているのと同様なあらかじめ充てんされた
型部材を構成することによって得られることができるこ
とである。
It should be noted in this regard that, for example, a number of identical EFG-type members for growing silicon ribbons prepare a core piece having a length at least several times the length of the core piece 2; The core piece is coated with a layer of silicon carbide as previously described in connection with FIG. It can be obtained by cutting at right angles to plane 8 and constructing a prefilled mold member similar to that shown in FIG. 3, with each section thus obtained.

もしも充てんされていない空の型部材が所望されるなら
ば勿論、げい・素中子は複合構造体が切断されて多数の
部分にされる前にまたはその後に除去されても構わない
Of course, if an unfilled, empty mold member is desired, the core may be removed before or after the composite structure is cut into multiple parts.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図乃至第3図は平リボンを成長させる際に使用され
るEFG型部材の本発明による形成を示す透視図、第4
図はるつぼに装架された同じ型部材を示す透視図、第5
図乃至第7図は結晶成長が毛細管に匍駅された状態で丸
フィラメント即ちロンドを成長させる際に使用される型
部材の形成を示す透視図、そして、第8図はるつぼに装
架された第7図の同じ型部材を同図よりも縮小して示す
断面図である。 2−・・・・・「固体中子片」、6A・・・・・・「く
ぼみ」、10・・・・・・第2被選択材料の「中実層」
、または「炭化けい素部材」、18・・・・・・「相互
に連結される装置」。
1-3 are perspective views showing the formation of an EFG-type member according to the invention for use in growing flat ribbons; FIG.
Figure 5 is a perspective view showing the same mold member mounted on a crucible.
Figures 7 to 7 are perspective views showing the formation of a mold member used in growing a round filament, or rond, with crystal growth suspended in a capillary tube, and Figure 8 is a perspective view showing the formation of a mold member used in growing a round filament, or rond, with crystal growth suspended in a capillary tube. FIG. 8 is a sectional view showing the same mold member in FIG. 7 on a smaller scale than in the same figure; 2-... "Solid core piece", 6A... "Indentation", 10... "Solid layer" of second selected material
, or "silicon carbide member", 18... "interconnected device".

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 第1被選択材料の溶融体から結晶体を成長させるた
めに使用される、選択された大きさ及び形の毛細管を有
する型部材を製作する方法にして、前記第1被選択材料
から造られかつ前記毛細管の形及び大きさに相当する形
及び大きさを有する中実の中子片を準備し、かつ、(a
) 前記第1被選択材料の融点よりも高い融点を有し
、(b) 前記第1被選択材料の溶融体によって濡ら
されることができ、かつ(e) 前記第1被選択材料
に比較的溶解せずかつ同材料と比較的反応しない第2被
選択材料の中実層によって前記中子片を被覆し、前記中
子片の両端面を露出すべ《、両端面部分の中実層被覆を
除去する諸工程を包含することを特徴とする型部材を製
作する方法。 2 特許請求の範囲第1項の方法において、前記中子片
はけい素で造られかつ前記中実層は炭化けい素で造られ
ていることを特徴とする型部材を製作する方法。 ′3 特許請求の範囲第1項の方法において、前記中子
片は前記中実層の蒸気析出によって被覆されることを特
徴とする型部材を製作する方法。 4 特許請求の範囲第1項の方法において、前記中子片
は矩形断面を有していることを特徴とする型部材を製作
する方法。 5 特許請求の範囲第1項の方法において、前記中子片
は同片の少くとも一面にくぼみまたは突起を有している
ことを特徴とする型部材を製作する方法。 6 特許請求の範囲第5項の方法において、前記くぼみ
または突起は前記第2被覆選択材料によって被覆されて
いることを特徴とする型部材を製作する方法。
Claims: 1. A method of fabricating a mold member having a capillary tube of a selected size and shape used for growing a crystal from a melt of a first selected material, comprising the steps of: providing a solid core piece made of a selected material and having a shape and size corresponding to the shape and size of the capillary tube;
(b) capable of being wetted by the melt of the first selected material; and (e) relatively soluble in the first selected material. The core piece is covered with a solid layer of a second selected material that does not react with the same material and that does not react with the same material, and both end faces of the core piece are exposed. A method of manufacturing a mold member, comprising the steps of: 2. The method of claim 1, wherein the core piece is made of silicon and the solid layer is made of silicon carbide. 3. A method according to claim 1, characterized in that the core piece is coated by vapor deposition of the solid layer. 4. The method of manufacturing a mold member according to claim 1, wherein the core piece has a rectangular cross section. 5. A method for manufacturing a mold member according to claim 1, wherein the core piece has a recess or protrusion on at least one surface thereof. 6. A method according to claim 5, characterized in that the depressions or protrusions are covered with the second coating selection material.
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