説明

顆粒を再溶融させることによってシリコンから成る単結晶を製造するための装置

【課題】管状延長部の端部においてメルトが凍結して固体になり、連続的に流動するシリコンの膜が中断されないようにする。
【解決手段】顆粒を再溶融させることによってシリコンから成る単結晶を製造するための装置において、シリコンから成る回転するプレートが、中央の開口と、開口を包囲しておりかつプレートの下方に延びたシリコンから成る管状延長部とを有しており、顆粒を溶融させるための、プレートの上方に配置された第1の誘導加熱コイルが設けられており、溶融した顆粒を結晶化するための、プレートの下方に配置された第2の誘導加熱コイルが設けられており、第2の誘導加熱コイルが、シリコンから成るプレートと向き合った側において透磁性材料から成る下側層と、上側層とを有しており、該上側層に、冷媒を流通させるための少なくとも1つの冷却チャネルが設けられている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、顆粒を再溶融させることによってシリコンから成る単結晶を製造するための装置に関する。装置は、シリコンから成る回転するプレートを有しており、このプレートは、中央開口と、シリコンから成る管状延長部とを有しており、この管状延長部は、開口を包囲しておりかつプレートよりも下方へ延びており、装置はさらに、顆粒を溶融させるための、プレートの上方に配置された第1の誘導加熱コイルと、溶融した顆粒を結晶化させるための、プレートの下方に配置された第2の誘導加熱コイルとを有している。
【背景技術】
【0002】
このタイプの装置による単結晶の製造は、フローティングゾーン法(FZ法)と同様である。特定の相違点は、シリコンから成る多結晶フィードロッドの代わりに、シリコンから成る実質的に多結晶の顆粒が再溶融されることである。流動床における沈殿によって顆粒を得ることができる。顆粒を溶融させ、溶融した顆粒を結晶化させるために、それぞれ専用の誘導加熱コイル("誘導コイル")が使用され、前記コイルは、シリコンから成る回転プレートの上方及び下方にそれぞれ配置されている。シリコンから成るプレートに供給された顆粒はそこで誘導的に溶融され、液体シリコンの膜として、プレートに設けられた中央開口を通って、シリコンから成る管状延長部に沿って、シリコンから成る成長する単結晶の端部において形成するメルトへ流れる。
【0003】
方法の開始時に、管状延長部は、この時点ではまだ下縁部における固体シリコンの層によって閉鎖されており、プレートの下方に配置された誘導加熱コイルによってまず溶融され、小さな体積の液体シリコンが生じる。管状延長部の下縁部は、誘導加熱コイルに設けられた内側孔の縁部からできるだけ短い距離に配置され、これにより、高いエネルギ密度が誘導的に管状延長部と、溶融したシリコンの形成しつつある体積とに伝達される。このために、プレートの下方に配置された誘導加熱コイルは横方向に移動させられる。その後、単結晶の種結晶が溶融したシリコンの体積に取り付けられ、FZ法によれば、まず細いネック、次いで円錐形に端部直径まで延びた単結晶の区分、最後に一定の所望の直径を有する区分が、結晶化される。溶融されるシリコンの所要の材料は、管状延長部の部分的な溶融によって、閉鎖している層の溶融によって、プレートの上側の部分的な溶融によって、及びその後のシリコンから成る顆粒の溶融によって、提供される。プレートの下方に配置された誘導加熱コイルに設けられた内側孔を通って延びるメルトが形成される。一定の所望の直径を有する部分が結晶化される時、又は適切であるならば既に前もって、誘導加熱コイル及びメルトは、メルトが誘導加熱コイルに設けられた内側孔を通って実質的に対称的に延びるように、互いに配置される。
【0004】
独国特許出願公開第10204178号明細書には、方法、及びこの方法を実施するのに適した装置が記載されている。これらの装置のうち幾つかは、シリコンから成るプレートと、第2の誘導加熱コイルとの間に配置された、金属から成る水冷式遮蔽板を有している。水冷式遮蔽板は、シリコンから成るプレートを、第2の誘導加熱コイルの電磁界から遮蔽するために働くと共に、シリコンから成るプレートから熱を放散するためのヒートシンクとして働く。
【0005】
作動中、遮蔽プレートは大きな熱負荷を受け、その結果、遮蔽プレートは湾曲する傾向がある。これに対応して、湾曲を回避するために遮蔽プレートがより厚く形成されているか、又は遮蔽プレートが第2の誘導加熱コイル又はシリコンから成るプレートに接触することなく湾曲することができるように十分な空間が軸方向で残されている場合に、管状延長部の端部においてメルトが固まって固体になるリスクがあり、連続的に流動するシリコンの膜が中断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】独国特許出願公開第10204178号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の課題は、不都合な結果を生じることなくこのリスクを排除することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記課題は、シリコンから成る回転するプレートが設けられており、該プレートが、中央の開口と、該開口を包囲しておりかつプレートの下方に延びたシリコンから成る管状延長部とを有しており、顆粒を溶融させるための、プレートの上方に配置された第1の誘導加熱コイルが設けられており、溶融した顆粒を結晶化するための、プレートの下方に配置された第2の誘導加熱コイルが設けられており、第2の誘導加熱コイルが、シリコンから成るプレートと向き合った側において透磁性材料から成る下側層と、上側層とを有しており、該上側層に、冷媒を案内するための少なくとも1つの冷却チャネルが設けられている、顆粒を再溶融させることによってシリコンから成る単結晶を製造するための装置によって達成される。
【0009】
回転するプレートは、中央開口と、開口を包囲しかつプレートの下方へ延びた、シリコンから成る管状延長部とを有している。第2の誘導加熱コイルは、シリコンから成るプレートと向き合った側において透磁性材料から成る下側層と、冷媒を流通させるための少なくとも1つの冷却チャネルが設けられた上側層とを有している。第2の誘導加熱コイルは、好適には銀又は銅から製造されている。下側層は、第2の誘導加熱コイルと直接に熱接触しており、上側層は、下側層と直接に熱接触している。上側層と、第2の誘導加熱コイルとは、互いに直接に電気的に隔離されている。第2の誘導加熱コイルに設けられた内側孔の周囲に位置する上側層の縁部にスロットを設けることができ、第2の誘導加熱コイルが上側層のこの領域に誘導的に結合する状況を妨げる。上側層の冷却チャネルを通流する冷媒、例えば水は、第2の誘導加熱コイルと向き合った回転するプレートの下側を冷却する。上側層を形成する材料として、好適には、優れた熱伝導率を有する材料、例えば金属又はセラミックが考慮される。優れた熱伝導率を有しかつ半導体材料としてのシリコンの電気的特性に不都合に影響しない金属材料が、特に好ましい。銀及び銅が特に適している。上側層は、向き合っているプレートに対して可能な限り少ない熱を放射すべきである。したがって、プレートに向き合った側において上側層を黒化することが好ましい。
【0010】
上側層の別の好適な特徴は、誘導加熱コイルに設けられた内側孔の領域における切欠き、例えばV字形又はだ円形の切欠きであり、この切欠きは、好適には、誘導加熱コイルの給電ラインとは反対側に配置されている。切欠きは、誘導加熱コイルと、プレートの管状延長部との間の短い距離、ひいては有効な誘導結合を可能にする。したがって、製造方法の最初に種結晶が取り付けられる、溶融シリコンの小さな体積を形成することが、より単純になる。切欠が設けられていると、上側層は、プレートの管状延長部と、プレートの隣接する領域とを効果的に冷却しにくい。この欠点を補償するために、第2の誘導加熱コイルに少なくとも1つのノズルが設けられており、このノズルを通って、プレートの管状延長部及び隣接する領域を冷却するためのガスを流通させることができる。下側層に関しては、強磁性プラスチック、例えば軟鉄粒子を含有する熱可塑性樹脂が、好適には、透磁性材料として考慮される。米国特許第4486641号明細書には、磁束の方向及び強度を制御するために誘導加熱コイルのコーティングとしてこのような材料を使用することができることが記載されている。下側層は、第2の誘導加熱コイルによって生ぜしめられた磁界を、誘導加熱コイルの近接した周囲、特に誘導加熱コイルに設けられた内側孔に最も近いメルトの領域に集中させる。
【0011】
以下に本発明を図面を参照して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】プレートの管状延長部の下縁部に小さな体積の液体シリコンが形成された段階における装置の特定の好適な実施形態を断面図で示している。
【図2】一定の所望の直径を有する単結晶の一部が結晶された段階における、図1の装置を示している。
【発明を実施するための形態】
【0013】
図1に示された装置は、シリコンから成る回転するプレート1と、プレート1の上方に配置された第1の誘導加熱コイル2と、プレートの下方に配置された第2の誘導加熱コイル3とを有している。回転するプレート1は、中央開口と、開口を包囲しかつプレート1の下方へ延びた、シリコンから成る管状延長部4とを有している。第1の誘導加熱コイル2は、好適には、独国特許出願公開第102008013326号明細書に記載された誘導加熱コイルの特徴を有している。第2の誘導加熱コイル3は、中央内側孔5を有する平坦なコイルとして形成されている。第2の誘導加熱コイルには、一方の側から給電ライン6を介して電力が供給される。第2の誘導加熱コイル3は、プレート1と向き合った側において、透磁性材料から成る下側層7によってコーティングされている。透磁性材料は、好適には、磁束を集中させかつFluxtrol(R)の商品名で提供されるプラスチックを含む。下側層の上には上側層8が配置されており、上側層8には、冷媒を流通させるための少なくとも1つの冷却チャネル9が設けられており、上側層8は、好適には、銀又は銅から成る。誘導加熱コイル3が、冷媒を流通させるための少なくとも1つの冷却チャネル10を有することも好ましい。
【0014】
上側層8が、誘導加熱コイルにおける内側孔5の領域の、給電ライン6とは反対側において、縁部に切欠き11を有することがさらに好適である。切欠き11は、プレート1の管状延長部4の下縁部に小さな体積の液体シリコン12が形成される段階において、誘導加熱コイル3と管状延長部4との間の短い距離を提供する。切欠きは、例えばV字形又はだ円形に形成されている。
【0015】
第2の誘導加熱コイル3における内側孔5の周囲に位置する上側層8の縁部にスロットを設けることができ、これにより、第2の誘導加熱コイルが上側層のこの領域に誘導結合する状況を妨げる。
【0016】
さらに、上側層8を、プレート1に向き合った側13において黒化することも好ましい。
【0017】
図2は、一定の所望の直径を有する単結晶14の一部が結晶化されている段階を示している。この段階において、シリコンから成るプレート1に漏斗16を介して顆粒15が搬送され、この顆粒は第1の誘導加熱コイル2によって溶融される。顆粒は、溶融したシリコンの膜17として管状延長部4を通ってメルト18へ流れ、このメルト18は、成長する単結晶14の上側に位置し、連続的に結晶化される。この段階において、切欠き11の近傍における、プレートの管状延長部4及び隣接する領域は、第2の誘導加熱コイル3によって比較的強く加熱される。その結果、シリコンから成る管状延長部4が下端部において過度に溶融し、メルト18が過度に伸長させられて管状延長部4の下端部との接触が失われるまで3重点Tが上方へ移動するリスクがある。これを回避するために、シリコンから成る管状延長部4と、プレート1の隣接する領域とを、ガス、例えばアルゴンで冷却することが好ましい。ガスは、誘導加熱コイルに配置された少なくとも1つのノズル19を流通させられる。
【符号の説明】
【0018】
1 回転プレート、 2 第1の誘導加熱コイル、 3 第2の誘導加熱コイル、 4 管状延長部、 5 中央内部孔、 6 給電ライン、 7 下側層、 8 上側層、 9 冷却チャネル、 10 冷却チャネル、 11 切欠き、 12 液体シリコン、 14 単結晶、 15 顆粒、 16 漏斗、 18 メルト、 19 ノズル

【特許請求の範囲】
【請求項1】
顆粒を再溶融させることによってシリコンから成る単結晶を製造するための装置において、
シリコンから成る回転するプレートが設けられており、該プレートが、中央の開口と、該開口を包囲しておりかつプレートの下方に延びたシリコンから成る管状延長部とを有しており、
顆粒を溶融させるための、プレートの上方に配置された第1の誘導加熱コイルが設けられており、
溶融した顆粒を結晶化するための、プレートの下方に配置された第2の誘導加熱コイルが設けられており、該第2の誘導加熱コイルが、シリコンから成るプレートと向き合った側において透磁性材料から成る下側層と、上側層とを有しており、該上側層に、冷媒を流通させるための少なくとも1つの冷却チャネルが設けられていることを特徴とする、顆粒を再溶融させることによってシリコンから成る単結晶を製造するための装置。
【請求項2】
前記下側層が、強磁性プラスチックから成る、請求項1記載の装置。
【請求項3】
前記上側層が、金属材料から成る、請求項1又は2記載の装置。
【請求項4】
前記第2の誘導加熱コイル及び前記上側層が、銀又は銅から成る、請求項1から3までのいずれか1項記載の装置。
【請求項5】
前記第2の誘導加熱コイルが、冷媒を流通させるための少なくとも1つの冷却チャネルを有する、請求項1から4までのいずれか1項記載の装置。
【請求項6】
前記上側層が、第2の誘導加熱コイルに設けられた内側孔の領域における縁部おいて、第2の誘導加熱コイルの給電ラインとは反対側に、切欠きを有しており、第2の誘導加熱コイルが、プレートの管状延長部及び隣接する領域をガスで冷却するための少なくとも1つのノズルを有する、請求項1から5までのいずれか1項記載の装置。
【請求項7】
前記上側層が、プレートと向き合った側において黒化されている、請求項1から6までのいずれか1項記載の装置。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2011−93793(P2011−93793A)
【公開日】平成23年5月12日(2011.5.12)
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願2010−238315(P2010−238315)
【出願日】平成22年10月25日(2010.10.25)
【出願人】(599119503)ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフト (223)
【氏名又は名称原語表記】Siltronic AG
【住所又は居所原語表記】Hanns−Seidel−Platz 4, D−81737 Muenchen, Germany
【Fターム(参考)】