JPH0139998B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、適当な材料の単結晶リボンまたはウ
エブを製造するための方法と装置に関するもので
ある。さらに詳しくは本発明は、ケイ素、ゲルマ
ニウム、金属間化合物、サフアイヤ、ガーネツト
等のごとき材料からなる融体（メルト）から単結
晶リボンまたはウエブを引上げる方法と装置に関
するものである。

ケイ素のごとき適当な材料の単結晶リボンの成
長は、デンドリテイツク・ウエブ（Dendritic
Web）法、ステパノフ（Stepanov）法およびエ
ツジ・デフアインド・フイルム・フエツド・グロ
ウス（Edge Defined Film Fed Growth：EFG）
法といつた種々の方法によつて達成されている。
デンドリテイツク・ウエブ法は、過冷却された融
体域中へ下方に成長する薄いデンドライトにより
その両端が区切られておりかつリボン−融体界面
によりその頂部が区切られている融体メニスカス
からのケイ素シートの固化現象を伴なうものであ
る。ステパノフ法は、融体と接触する非湿潤性ダ
イを使用するものであり、このダイがリボン成長
のためのメニスカスを形づくる。EFG法におい
ては、毛細管ダイの頂面で液体の薄い溶融域から
結晶を成長させる。結晶が成長するにつれて、ダ
イ内にあるチヤンネルを通つてルツボ内の融体貯
めから毛管作用によつて新たな液体が供給され
る。これらの方法についてのより詳しい検討につ
いては、米国特許第4075055号を参照のこと。

米国特許第4000030号には、単結晶材料を成長
させるためのEFG法の代替方法が記載されてい
る。この方法は融体の表面張力を利用し、融体表
面上方に伸びる突起の回りに融体の盛上つたメニ
スカスを形成する。融体メニスカスは突起の断面
形状に追随し、引上げられる結晶の形状を制御す
ることができる。

上述した種々の方法は適正なる結晶構造を有す
るリボンの成長に従来から使用されているが、多
くの欠点も有している。デンドリテイツク・ウエ
ブ法は一定の111結晶方位についてのみに限定さ
れ、デンドライトの拡散に起因し幅の制御が困難
である。さらには、この方法の操作は正確な温度
制御を必要とする。その他の前記した方法は、原
則としていかなる結晶面方位も可能であるが、ダ
イによる融体の汚染やダイ頂部と固化前線との間
の間隔すなわちメニスカス高が小さいことに起因
して、かなり損傷された結晶構造を生ずる。

本発明の主要な目的は、融体から少なくとも１
本の単結晶リボンまたはウエブを成長させるため
の新規かつ改良された方法と装置を提供すること
である。

本発明のもう１つの目的は、融体から少なくと
も１本の単結晶半導体リボンまたはウエブを成長
させるための新規かつ改良された方法と装置を提
供することである。

本発明の他の目的は、実質的に汚染されていな
い単結晶半導体リボンまたはウエブを融体から成
長させるための新規かつ改良された方法と装置を
提供することである。

本発明のさらに他の目的は、その幅が約１〜５
cmの単結晶リボンまたはウエブを融体から成長さ
せるための新規かつ改良された方法と装置を提供
することである。

本発明のさらに他の目的は、同一の融体から少
なくとも２本の単結晶リボンまたはウエブを同時
に成長させるための新規かつ改良された方法と装
置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、ケイ素、ゲルマニ
ウム、金属間化合物、サフアイヤ、ガーネツト等
の単結晶リボンまたはウエブを融体から成長させ
るための新規かつ改良された方法と装置を提供す
ることである。

本発明のその他の目的および新規な特徴は以下
の説明から明らかとなろう。

上述した目的を達成するために、本発明の装置
は、融体容器と、互いに隔置されかつ融体材料に
より湿潤されうる少なくとも２つの要素を有する
成形ダイとから構成されている。これらの要素
は、各要素の第１の部分が融体レベルの下方に位
置し、第２の部分が融体レベルの上方に位置する
ように、容器内に置かれている。融体レベルの上
方に位置する各部分は、対応する要素の回りに融
体の盛上つたメニスカスを形成するのに少なくと
も十分な高さを備えている。各要素間の距離は、
シードリボンを配置できる程度の間隔を与えるの
に十分なものとする。これらの要素は、リボンの
成長開始点となるメニスカスのための縁境界を与
えるので、各要素間の距離は、成長させるリボン
の幅を決定する。第１図および第２図に示したよ
うに、シードリボンは融体レベルと接触するに先
立つてメニスカスと接触し、その厚さにより大き
い幅をもつている。

本発明装置の好ましい実施例においては、各要
素は円錘形とし、各円錘形要素の先端は融体のレ
ベルより上方に位置せしめる。

本発明装置のさらに好ましい実施例において
は、隔置された要素は移動できるように容器内に
取付けて、リボンの成長の幅を変えかつ融体内の
各要素の高さを最適に調節できるようにする。

本発明の別な観点である本発明の方法は、容器
内の湿潤可能な成形ダイの全表面の周囲に材料の
融体を形成せしめる工程を有する。この成形ダイ
は、互いに隔置された少なくとも２個の要素を備
え、各要素は、容器内の融体レベルより下方に位
置する１つの部分と、融体レベルの上方でかつ対
応する要素の回りに融体の盛上つたメニスカスを
形成するのに少なくとも十分な高さに位置するも
う１つの部分とを有している。各要素間の距離
は、少なくとも１つのシードリボンを配置できる
程度の間隔を与えるのに十分なものとする。好ま
しくは、各要素間の距離は１〜５cmとする。シー
ドリボンを隔置された要素の間に置き、一端が融
体表面と接するまで降下させる。このシードリボ
ンを融体に対して実質的に垂直な方向に徐々に引
上げていくと、融体材料の単結晶リボンが生成す
る。成長したリボンは、成形ダイの隔置された要
素間の距離により決められる幅を有している。容
器内の液体レベルは、レベル上方に位置する各要
素の部分の高さが変化しないように慣用的方法で
融体を補給することによつて、一定に維持され
る。

本発明方法の好ましい実施例においては、半導
体材料から融体を生成せしめる工程を有してい
る。

本発明方法のさらに好ましい実施例において
は、ケイ素、ガーネツト、金属間化合物、サフア
イヤ、ゲルマニウム等の材料からなる融体を生成
せしめる工程を有している。最も好ましい融体は
ケイ素である。

本発明方法のもう１つの好ましい実施例におい
ては、各要素は約１〜５cmの間隔をもたせて融体
内に互いに離して置かれる。

本発明の上述したような装置と方法は、前述し
た従来の結晶成長方法や装置と比較して、いくつ
かの特有の利点をもたらす。例えば、デンドリテ
イツク・ウエブ法と異なり、本発明の装置と方法
は、(1)成長させるリボンの結晶方位は、いかなる
方位でも可能である；(2)過冷却された融体の温度
制御は厳密なものではない；(3)リボンにおいて双
晶面を要求しない；(4)成長させるべきリボンに対
して幅の制御と安定性を改善できる。といつた利
点を有する。

ステパノフ法、EFG法および米国特許第
4000030号の方法と比較すると、本発明の装置と
方法の利点は次のように要約することができる；
(1)固／液界面とダイ頂部との間の狭いメニスカス
を必要とせず、熱的動揺に対する感受性を実質的
に低減できる；(2)湿潤可能な隔置された要素をほ
んの少量しか必要とせず、特にリボンまたはウエ
ブの中心領域の全域下における融体汚染の問題を
非常に少なくする；(3)ダイヤモンドからなる湿潤
可能な隔置された要素が経済的に使用でき、汚染
の問題をさらに少なくする；(4)通常の冷却偏析に
よる精製ができ、かような方法は細い毛管を用い
ては不可能である。

以下に、好ましい実施例を示す図面を参照して
本発明を詳述する。

第１図は、融体７を保持するための容器１を示
し、この容器は底３と直立する側壁５を有してい
る。容器底３から垂直に成形ダイ９が伸びてお
り、この成形ダイ９は互いに隔置されかつ側壁５
からも隔置されている一組の要素１５，１７を有
している。要素１５は、容器１内の融体７のレベ
ル１３のそれぞれ上方および下方に位置する部分
１５ａおよび１５ｂを有している。同様に、要素
１７は、容器１内の融体７のレベル１３のそれぞ
れ上方および下方に位置する部分１７ａおよび１
７ｂを有している。融体レベル１３の上下に位置
する部分１５ａ，１７ａは、要素１５，１７の周
囲に融体７の一組の盛上がつたメニスカス１９を
形成するのに少なくとも十分な高さだけ、融体レ
ベル１３の上方に伸びている。要素１５と１７
は、融体７と接触させるためにシードリボン１１
を配置できる程度の間隔を与えるのに少なくとも
十分な距離だけ、互いに隔置されている。図示し
た成形ダイ９は容器底３と一体となつて伸長して
いるが、容器底３とは別部材で構成し、容器１に
適当に取付けて伸長させるようにしてもよいこと
は勿論である。さらに、成形ダイ９には要素１
５，１７と同様な要素をさらに１個以上追加的に
設けてもよく、この場合には、複数のシードリボ
ン１１を用いることによつて同時に複数の単結晶
リボンまたはウエブの引上げが可能になる。例え
ば、互いに隔置した３個の要素を用いれば、２個
のシードリボンを使用することによつて同時に２
本のウエブを引上げることができる。あるいはま
た、三角形の頂点に相当する位置に要素を配置す
れば、３個のシードリボンを使用することによつ
て同時に３本のウエブを引上げることができる。

成形ダイ９は、融体７により湿潤可能な材料な
らばいかなる材料からでも作製することができ
る。融体は隔置された要素１５，１７の側部を表
面張力により濡らし、凸状すなわち盛上つたメニ
スカスをこれら隔置された要素１５，１７の回り
に形成する。成形ダイ９は、生長させる単結晶リ
ボンまたはウエブ材料に依存して、高密度グラフ
アイト、炭化ケイ素、ダイヤモンド、イリジウム
またはモリブデンからつくることができる。

本発明の方法によれば、先ず単結晶リボンまた
はウエブとして引上げることができる材料を容器
１に入れる。かような材料としては例えば、ケイ
素、ゲルマニウム、ガーネツト、サフアイアなど
が適している。この融体は慣用的な方法、例えば
米国特許第4000030号に記載されている方法によ
つてつくることができる。融体のレベル１３は、
成形ダイ９の隔置された要素１５および１７のそ
れぞれ部分１５ａおよび１７ａよりも下方に位置
するように維持される。また、融体レベル１３に
おける融体７と成形ダイ９との間の表面張力が融
体７を盛上げて、隔置された要素１５および１７
のそれぞれ部分１５ａおよび１７ａの側部を濡ら
して各要素の回りに一組の盛上がつたメニスカス
１９を形成するように、制御された高さに融体７
を維持する。

次いで、隔置された要素１５および１７の間に
与えられた間隔内の融体レベル１３でシードリボ
ン端部１０を融体７と接触させるように、シード
リボン１１を降下させる。シードリボン１１を融
体７に対して実質的に垂直な方向に引上げること
によつて融体レベル１３との接触位置からシード
リボン１１を徐々に引上げる。この引上げ操作は
いかなる慣用的機構によつても行なうことができ
る。引上げ機構の詳細については、米国特許第
4075055号を参照されたい。融体７から引上げら
れる単結晶リボンまたはウエブの幅は、要素１７
と１５との間の距離によつて決められる。通常、
これら要素は約１〜５cmの距離をもたせて互いに
隔置されている。

第２図は、別な構成の成形ダイを用いた第１図
と同様な図面を示すものである。第２図において
は、融体２７を入れる容器２０は底２４と側壁２
２とを有している。円錘形部２１，２３を有する
一組の成形ダイ要素２９が融体２７内に伸びてい
る。成形ダイ要素２９は、シードリボン２５を配
置できる程度の間隔を与えるに十分な距離だけ互
いに隔置されている。成形ダイ２９の円錘形部２
１は、融体２７のレベル３１よりも上方および下
方に位置するそれぞれ部分２１ａおよび２１ｂを
有している。同様に、成形ダイ２９の円錘形部２
３は、融体２７のレベル３１よりも上方および下
方に位置するそれぞれ部分２３ａおよび２３ｂを
有している。円錘形部２１および２３のそれぞれ
部分２１ａおよび２３ａは、融体レベル３１にお
ける融体２７と成形ダイ２９との間の表面張力が
融体２７を盛上げて、円錘形部２１および２３の
それぞれ部分２１ａおよび２３ａを濡らして要素
２１，２３の回りに一組の盛上がつたメニスカス
３３を形成するように、融体レベル３１より上方
の高さに維持される。第２図において成形ダイ２
９は、隔置された要素２１，２３を垂直方向およ
び水平方向いずれにも移動しうるように取付けら
れている。かような可動取付けによつて、成長す
るリボンの幅を調節できると同時に、融体２７内
の各要素２１，２３の高さを最適化することもで
きる。勿論、成形ダイ要素２９をさらに追加的に
用い、複数のシードリボン２５を使用することに
よつて、複数の単結晶ウエブまたはリボンを同時
に引上げることも可能である。

第３図は、第２図と同じ実施例の斜視図であ
り、各構成部分の参照番号は第２図と同じにし
た。従つて第３図についての詳細な説明は必要な
いと思う。

特定の理論に限定されるものではないが、本発
明は、(1)融体内で要求される成形ダイの容積を低
減させたこと、および(2)シードリボンまたはウエ
ブの中央域下方の成形ダイと融体との間の接触域
を最小としたことによつて、従来技術における汚
染および方位の問題を実質的に克服することがで
きるのである。

上述した本発明の好ましい実施例についての記
述は説明のためのものであつて、本発明はこれら
の実施例に限定されるものではない。特許請求の
範囲内で各種の変形や変更が可能であることは当
業者にとつて明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好ましい実施例を示す装置の
断面図、第２図は本発明の別な好ましい実施例を
示す装置の断面図、および第３図は第２図の斜視
図である。 １，２０……融体容器、７，２７……融体、
９，２９……成形ダイ、１１，２５……シードリ
ボン、１３，３１……融体レベル、１５，１７，
２１，２３……成形ダイの要素、１５ａ，１７
ａ，２１ａ，２３ａ……融体レベル上方にある成
形ダイ要素の部分、１５ｂ，１７ｂ，２１ｂ，２
３ｂ……融体レベル下方にある成形ダイ要素の部
分、１９，３３……メニスカス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも１本のシードリボンを用いて融体
   から少なくとも１本の単結晶材料からなるリボン
   を成長させる方法であつて、 ａ 容器内に収容されておりかつ少なくとも２つ
   の互いに隔置された要素をもつ湿潤可能な成形
   ダイの表面の周囲に前記材料の融体を形成し； ｂ 前記各要素の第１の部分は容器内の前記融体
   のレベルより下方に位置し第２の部分は前記融
   体レベルの上方でかつ対応する前記要素の回り
   に少なくとも１組の盛上つた融体メニスカスを
   形成するのに少なくとも十分な高さに位置する
   ように各要素を融体表面に対して位置せしめ、
   また、前記シードリボンを前記各要素間に配置
   できるような間隔を与えるのに十分な距離を置
   いて各要素を互いに隔置せしめ、 ｃ 前記成形ダイの各要素の間に少なくとも１本
   のシードリボンを置き； ｄ 少なくとも１本の前記シードリボンをその一
   端に沿つて前記融体表面と接触せしめ； ｅ 少なくとも１本の前記シードリボンを前記融
   体材料に対して実質的に垂直な方向に引上げ、
   これによつて少なくとも１本の単結晶リボンを
   製造する ことを特徴とする単結晶リボン製造方法。 ２ 前記融体材料は半導体材料である特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ３ 前記融体材料はケイ素、ゲルマニウム、サフ
   アイヤ、金属間化合物およびガーネツトからなる
   群から選ばれた１つの材料であり特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ４ 前記融体材料はケイ素である特許請求の範囲
   第３項記載の方法。 ５ 前記各要素を約１〜５cmの距離を置いて互い
   に隔置する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６ 少なくとも１本のシードリボンを用いて融体
   から少なくとも１本の単結晶材料からなるリボン
   を成長させる装置であつて、 ａ 前記融体材料の容器と、 ｂ 少なくとも２つの互いに隔置された要素をも
   つ前記容器内に収容された成形ダイとからな
   り、 前記各要素は容器内の前記融体のレベルより下方
   に位置する第１の部分と前記融体レベルの上方で
   かつ対応する前記要素の回りに盛上つた融体メニ
   スカスを形成するのに少なくとも十分な高さに位
   置する第２の部分とを有し、また、前記各要素は
   前記シードリボンを前記各要素間に配置して前記
   融体と接触できるような間隔を与えるのに十分な
   距離でかつ成長するリボンの幅を決定する距離を
   置いて互いに隔置されていることを特徴とする単
   結晶リボン製造装置。 ７ 前記要素が円錘形状である特許請求の範囲第
   ６項記載の装置。 ８ 前記円錘形要素の先端が前記融体のレベルよ
   り上方に位置する特許請求の範囲第７項記載の装
   置。 ９ 前記成形ダイの要素は隔置された各要素の垂
   直方向位置を調節しうるように可動的に取付けら
   れている特許請求の範囲第６項記載の装置。 １０ 前記成形ダイの要素は隔置された各要素の
   垂直および水平両方向位置を調節しうるように可
   動的に取付けられている特許請求の範囲第６項記
   載の装置。 １１ 前記各要素は約１〜５cmの距離を置いて互
   いに隔置されている特許請求の範囲第６項記載の
   装置。