ES2270132T3 - Metodo y aparato para el crecimiento de multiples cintas cristalinas a partir de un unico crisol. - Google Patents

Abstract

Un método de crecimiento de múltiples cintas de semiconductor en un único crisol, método que comprende formar una masa fundida a partir de un material semiconductor dispuesto en un crisol abierto; dividir la masa fundida en una pluralidad de subregiones de masa fundida separadas disponiendo una pluralidad de conformadores de menisco en el crisol, teniendo cada subregión de la masa fundida una superficie de masa fundida separadas definida por el conformador de menisco; y hacer crecer de forma continua múltiples cintas de semiconductor, haciendo crecer cada una de las cintas desde una subregión de la masa fundida mediante el arrastre de una pareja de cuerdas separadas hacia fuera de la superficie separada de la masa fundida.

Description

Método y aparato para el crecimiento de múltiples cintas cristalinas a partir de un único crisol.

Campo técnico

La invención se refiere generalmente al crecimiento de cristales. Más particularmente, la invención se refiere a métodos y aparatos para el crecimiento de cintas cristalinas de materiales semiconductores.

Antecedentes de la invención

El material de silicio en láminas o cinta es particularmente importante en la fabricación de células solares de bajo coste. El crecimiento en continuo de cinta de silicio obvia la necesidad de cortar el silicio producido en masa para formar obleas. En las Patentes Americanas números 4,594,229; 4,627,887;
4,661,200; 4,689,109; 6,090,199; 6,200,383; y 6,217,649, el crecimiento en continuo de cinta de silicio se lleva a cabo introduciendo dos cuerdas de material a alta temperatura a través de un crisol que contiene un lecho poco profundo de silicio fundido. Las cuerdas sirven para estabilizar los bordes de la cinta en crecimiento. El silicio fundido se enfría en forma de una cinta sólida justo por encima del lecho fundido. Las Patentes Americanas números 6,090,199 y 6,217,649 describen un método y un aparato para el rellenado en continuo del material de alimentación para una cinta de silicio continua. Como se practica en el presente, se hace crecer una única cinta de un único crisol, teniendo cada máquina de crecimiento de cinta un crisol de ese tipo. La Figura 1 ilustra este proceso.

De cara a producir células solares de menor coste y con ello expandir las aplicaciones a gran escala eléctrica de la electricidad solar, es importante tener materiales de sustrato de menor coste para la fabricación de la célula solar. La presente invención proporciona métodos y aparatos nuevos y mejorados para el crecimiento de cintas de silicio.

Resumen de la invención

Se han desarrollado métodos y aparatos para el crecimiento simultáneo de múltiples cintas a partir de un único crisol. Estas técnicas permiten el crecimiento eficiente y con un coste bajo de silicio para la fabricación de células solares.

En un aspecto, la invención describe un método como el enunciado en la reivindicación 1 para el crecimiento en continuo de múltiples cintas de semiconductor simultáneamente en un único crisol. Se proporciona un crisol que tiene múltiples conformadores de menisco que están dispuestos espaciados con una relación fija. Se forma una masa fundida en el crisol a partir de un material semiconductor. Los múltiples conformadores de menisco dividen la masa fundida en una pluralidad de subregiones de masa fundida separadas. Se disponen múltiples parejas de cuerdas relacionadas con los múltiples conformadores de menisco. Cada una de las parejas de cuerdas (i) tiene una distancia fijada entre ellas, (ii) emerge desde una de las subregiones separadas de masa fundida y (iii) define un par de bordes de un menisco y controla la anchura de la cinta. Los múltiples pares de cuerdas son arrastrados continuamente hacia fuera de la superficie de la masa fundida para formar múltiples cintas de semiconductor discretas y sustancialmente planas.

En otro aspecto, la invención minimiza la interferencia debida a las interacciones del menisco entre cintas adyacentes en un sistema de crecimiento de múltiples cintas de semiconductor. Se forma una masa fundida a partir de un material semiconductor dispuesto en un crisol abierto. La masa fundida se divide en una pluralidad de subregiones de masa fundida separadas disponiendo una pluralidad de conformadores de menisco en el crisol. Cada una de las subregiones de la masa fundida tiene una superficie de masa fundida separada definida por un conformador de menisco. Se hacen crecer en continuo múltiples cintas de semiconductor desde el crisol. Cada una de las cintas es crecida desde una subregión de la masa fundida arrastrando una pareja de cuerdas separadas hacia fuera de las superficies separadas de la masa fundida.

En otro aspecto más, la invención describe un aparato como el enunciado en la reivindicación 16 para el crecimiento en continuo de múltiples cintas de semiconductor simultáneamente en un único crisol. El aparto incluye un crisol para contener una masa fundida de un material semiconductor; múltiples conformadores de menisco dispuestos espaciados con una relación fija en el crisol para dividir la masa fundida en una pluralidad de subregiones de masa fundida separadas; múltiples parejas de cuerdas; y múltiples postcalentadores. Cada una de las parejas de cuerdas está dispuesta en correspondencia con uno de los múltiples conformadores de menisco. Cada una de las parejas de (i) tiene una distancia fijada entre ellas, (ii) emerge desde una de las subregiones de masa fundida, (iii) define un par de bordes de un menisco y (iv) define la anchura de una de las múltiples cintas con cuerdas de semiconductor cuando la pareja de cuerdas es arrastrada hacia fuera de la subregión de la masa fundida. Cada uno de los postcalentadores está dispuesto adyacente a una superficie de al menos una de las cintas con cuerdas de semiconductor para controlar los perfiles térmicos de las cintas de semiconductor.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1A es una ilustración esquemática de una realización de un sistema de crecimiento de cinta única.

La Figura 1B es una ilustración esquemática de una realización de un sistema de crecimiento de cinta única.

La Figura 2A es una ilustración esquemática de una realización de un sistema de crecimiento de dos cintas.

La Figura 2B es una ilustración esquemática de una realización de un sistema de crecimiento de dos cintas.

La Figura 2C es una ilustración esquemática de una realización de un sistema de crecimiento de dos cintas que incluye postcalentadores.

La Figura 3A es una ilustración esquemática de una realización de un sistema de crecimiento de dos cintas que incluye dos conformadores de menisco.

La Figura 3B es una ilustración esquemática de una realización de un sistema de crecimiento de dos cintas que incluye dos conformadores de menisco y postcalentadores.

La Figura 3C es una ilustración esquemática de una realización de un conformador de menisco.

La Figura 4 es una ilustración esquemática del efecto del conformador de menisco como una función de la separación entre las cintas en un sistema de crecimiento de múltiples cintas.

La Figura 5 es una ilustración esquemática de un sistema de crecimiento de dos cintas que tiene una configuración de bordes enfrentados.

La Figura 6 es una ilustración esquemática de una realización de un sistema de crecimiento de nueve cintas.

Descripción

La invención describe técnicas para el crecimiento en continuo y simultáneo de múltiples cintas de semiconductor desde un único crisol, es decir, desde una máquina de crecimiento de cristales. El método y el aparato descritos aquí permiten un ritmo de producción y una eficiencia sustancialmente incrementados y un descenso sustancial de los costes de capital, material y mano de obra asociados al proceso de crecimiento de cintas, por un factor que es virtualmente igual al número de cintas producidas por máquina. Por ejemplo, usando un sistema de crecimiento de cinta doble en el cual crecen dos cintas simultáneamente en el mismo crisol se reducen a la mitad los costes asociados con el proceso (excepto los de silicio de alimentación y cuerda). Además, la producción medida en términos de cantidad de superficie de cinta por unidad de tiempo, es decir, la denominada producción superficial, puede ser incrementada sustancialmente, permitiendo la producción a gran escala en tiempo corto sin requerir equipamiento adicional.

En un aspecto, la invención se refiere generalmente a un método para el crecimiento en continuo de múltiples cintas de semiconductor simultáneamente en un único crisol. Dos factores principales conectados con el crecimiento de múltiples cintas de semiconductor en un único crisol son (1) la uniformidad del gradiente térmico de cinta a cinta y las posibles asimetrías asociadas al crecimiento de múltiples cintas y (2) las interacciones de los meniscos entre cintas adyacentes. Los métodos y aparatos de la invención tienen en cuenta cada uno de estos factores para permitir el crecimiento simultáneo de cintas múltiples que son discretas y sustancialmente planas en un único crisol. En el crecimiento de una cinta de silicio, el silicio es sometido a gradientes térmicos verticales del orden de varios cientos de ºC/cm ya que se enfría desde su temperatura de fusión de alrededor de 1.412ºC. La falta de ductilidad del silicio y la segunda derivada no nula de la curva de enfriamiento pueden dar como resultado grandes tensiones en la cinta y hacer difícil que crezca una cinta plana y ancha.

Algo de la tensión se alivia por las formaciones de dislocaciones en la estructura del cristal y/o crecimiento alabeado del plano de la cinta. El alabeo de la cinta tiene como resultado cintas no planas, lo cual es indeseable para las aplicaciones de células solares. Para facilitar el crecimiento de cintas planas, el perfil de enfriamiento (medido a lo largo del eje de crecimiento) puede ser ajustado para minimizar la tensión usando un postcalentador (a veces llamado un escudo de radiación). La Patente Americana Nº 4,627,887, Figura 13A, muestra un ejemplo de escudos de radiación. El postcalentador diseñado puede también influir en la tensión residual del crecimiento de la cinta. Cintas con tensiones inferiores pueden ser procesadas típicamente con rendimientos más altos.

Un método convencional de crecimiento de cintas con cuerdas se muestra en la Figura 1A. Un sistema 10 de crecimiento de cinta en continuo incluye un crisol 11 que tiene en él una masa fundida 12 de silicio y una pareja de cuerdas 15 que se extienden a través del crisol 11. Una cinta cristalina de silicio 17 es arrastrada lentamente hacia fuera de la masa fundida 12 según cristaliza el silicio líquido más frío en la parte superior del menisco 19. Las cuerdas 15 que pasan a través de agujeros (no mostrados) en el fondo del crisol 11 se incorporan a la cinta cristalina 17 y definen los límites de los bordes 18a y 18b. Las cuerdas 15 estabilizan los bordes 18a y 18b según crece la cinta 17. La tensión superficial del silicio evita el goteo por los agujeros del crisol 11 a través de los cuales pasan las cuerdas 15. En el sistema 10 de crecimiento en continuo, el crisol 11 y la masa fundida 12 pueden estar alojados dentro de una envolvente llena con gas inerte (no mostrada) para evitar la oxidación del silicio fundido.

La Figura 1B muestra una vista esquemática en sección transversal del sistema de crecimiento de cinta con cuerdas mostrado en la Figura 1A. La forma del menisco 19 y la posición vertical de su unión a la cinta (en la interfase sólido-líquido, es decir, la interfase de la masa fundida 12 y la cinta 17) está determinada principalmente por constantes físicas (ecuación de Laplace), la profundidad nominal de la masa fundida en el crisol y ligeramente por los lados 13 del crisol 11. El grado de acoplamiento entre el menisco 19 de la cinta y la pared del crisol está relacionada con la distancia física que separa la cinta de los lados 13 del crisol. Los postcalentadores o escudos de radiación 14 están colocados simétricamente a ambos lados de una cinta 17 en crecimiento para modificar el perfil térmico vertical y favorecer el crecimiento de cintas de baja tensión. Para el crecimiento de una cinta única del tipo del ilustrado en la Figura 1A, el postcalentador puede estar dispuesto a ambos lados de la cinta en crecimiento en una disposición simétrica como la ilustrada en la Figura 1B.

Para el crecimiento de múltiples cintas en un único crisol, hay una asimetría geométrica que conduce a una asimetría térmica en el flujo de la radiación, como se discutirá más abajo.

La Figura 2A muestra un sistema 20 dual de crecimiento en continuo de dos cintas. El sistema 20 incluye un crisol 21 que tiene en él una masa fundida 22 de silicio y dos parejas de cuerdas 25a y 25b que se extienden a través del crisol 21. Cada una de las dos parejas de cuerdas 25a y 25b tiene una distancia fijada entre ellas y emergen de la masa fundida 22. Dos cintas cristalinas 27a y 27b de silicio son arrastradas hacia fuera de la masa fundida 22 según cristaliza el silicio líquido más frío en las partes superiores de los meniscos 29a y 29b, respectivamente. Las dos parejas de cuerdas 25a y 25b que pasan a través de agujeros (cuatro agujeros, no mostrados de nuevo, para acomodar dos paras de cuerdas) en el fondo del crisol 21 se incorporan a las cintas cristalinas 27a y 27b y definen los límites de sus bordes. Las dos parejas de cuerdas 25a y 25b estabilizan los bordes de las cintas 27a y 27b, respectivamente. La tensión superficial del silicio evita el goteo por los agujeros del crisol 21 a través de los cuales pasan las cuerdas 25a y 25b.

La vista en sección transversal del sistema de la Figura 2A está dada en la Figura 2B con adición de postcalentadores. La anchura total del crisol 21 mostrado en las Figuras 2A y 2B es elegida para ser la misma que la anchura del crisol 11 mostrado en las Figuras 1A y 1B. La forma de los meniscos 29a y 29b y su posición vertical en el punto de unión (en las interfases sólido-líquido, es decir, la interfase de la masa fundida 22 y las cintas 27a y 27b, respectivamente) están determinadas por la posición lateral de las cintas en crecimiento y los lados 23 del crisol 21, así como por la profundidad nominal de la masa fundida en el crisol. Hay una mayor interacción entre los meniscos 29b y 29a con los lados 23 del crisol 21 que entre el menisco 19 y los lados 13 del crisol 11 (mostrado en la Figura 1A), ya que la separación entre las cintas y los lados del crisol es considerablemente menor en el sistema de dos cintas representado en las Figuras 2A y 2B. Los postcalentadores o escudos de radiación 24 están colocados adyacentes a las superficies externas (26a y 26b) de las cintas 27a y 27b. Como puede verse, hay una asimetría geométrica potencial debida a la disposición de los postcalentadores 24. No se coloca ningún postcalentador adyacente a las superficies internas (26c y 26d) de las cintas 27a y 27b, como se indica por la zona dibujada en línea discontinua 24a.

La Figura 2C muestra una vista desde arriba del sistema de crecimiento representado en la Figura 2A cuando se está produciendo el crecimiento de cintas con cuerdas. Un menisco de curva muy pronunciada resulta del sistema de crecimiento de la Figura 2A tanto en la interfase sólido-líquido en la que ocurre el crecimiento como en los lados del crisol. Un límite práctico a la anchura del crisol para el crecimiento de una cinta única es el que hace que este menisco esté curvado a lo largo y ancho su superficie completa. Esto es, la distancia al borde del crisol nunca es suficientemente grande como para permitir que la superficie sea plana lo que se denomina superficie libre de la masa fundida. Para el crisol de cinta única, la separación entre la cinta y los lados del crisol es suficientemente grande para que la interacción sea pequeña. De cara a obtener beneficios económicos del crecimiento múltiple de cintas, es deseable reducir esta separación para minimizar la separación entre las cintas. Para reducir la energía superficial, los dos meniscos entre dos cintas en crecimiento tienden a reducir el área superficial entre ellos. En el límite, esta atracción capilar hace que las dos cintas se fusionen una en la otra, haciendo imposible el crecimiento múltiple de cintas. Añadida a la atracción capilar simple descrita arriba, existe una inestabilidad en el crecimiento que hará que las cintas que crecen adyacentes tiendan a fusionarse si a sus respectivos meniscos se los deja interactuar. Los bordes de las cintas están aún fijados en su posición a causa de las cuerdas presentes pero los efectos del menisco hacen que las dos cintas sean arrastradas juntas y eventualmente se fusionen en sus centros (como se muestra en la Figura 2C).

Una realización del sistema de crecimiento de múltiples cintas de acuerdo con la invención está ilustrado en las Figuras 3A y 3B. La Figura 3A muestra un sistema similar al mostrado en el Figura 2A excepto en que dos controladores de menisco (es decir, conformadores de menisco) 3a y 3b están colocados alrededor de dos parejas de cuerdas 35a y 35b, respectivamente. Los conformadores de menisco 3a y 3b dividen la masa fundida 32 para formar subregiones 3c y 3d, respectivamente. Las dos parejas de cuerdas 35a y 35b son arrastradas de forma continua hacia fuera de la masa fundida 32 para hacer crecer dos cintas 37a y 37b.

LA Figura 3B es una vista en sección transversal de un sistema 30 dual de crecimiento de dos cintas como el mostrado en la Figura 3A. La Figura 3C representa uno de los conformadores de menisco 3a con detalle. Los conformadores de menisco 3a y 3b permiten el contacto con el volumen de la masa fundida a través de aberturas 3e y 3f en el fondo de los conformadores de menisco 3a y 3b. Los conformadores de menisco 3a y 3b dividen la masa fundida 32 para formar subregiones 3c y 3d, respectivamente, desde las cuales crecen las cintas 37a y 37b. Las partes superiores (3a' y 3b') de los conformadores de menisco 3a y 3b definen los meniscos 39a y 39b, respectivamente. Para el crecimiento de una cinta (por ejemplo, la 37 a), el menisco 39a es capaz de actuar independientemente del menisco 39b de la cinta 37b vecina. Así, en una configuración de este tipo, la forma de los meniscos 39a y 39b y la posición vertical de su unión a la cinta en crecimiento (en la interfase sólido-líquido) están determinadas ahora por las partes superiores (3a' y 3b') de sus respectivos conformadores de menisco 3a y 3b y no por la cinta adyacente (37a o 37b) y un lado 33 del crisol más distante. Por ello, los conformadores de menisco tienen el efecto de eliminar la interacción entre las cintas que crecen adyacentes.

La separación entre los conformadores puede ser variada para ajustarse a una aplicación específica. Sin deseo de estar obligados por la teoría que va a continuación, la separación mínima entre conformadores de menisco para el crecimiento de múltiples cintas puede determinarse de acuerdo con el siguiente análisis. Basándose en que el ángulo de unión del silicio líquido a la cinta en crecimiento es constante y alrededor de 11º, y en la densidad y tensión superficial del silicio líquido, así como en una estimación de la altura de la interfase por encima de la superficie de la masa fundida, es posible integrar numéricamente la ecuación que lo gobierna (ecuación de Laplace, más abajo) y determinar la superficie del menisco para la distancia lateral deseada. Se realizan iteraciones sucesivas hasta que se cumplen las condiciones de contorno requeridas.

Ecuación de Laplace: p = \gamma \ (1/R_{1} + 1/R_{2})

en donde: p es la caída de presión a través de la interfase, \gamma es la tensión superficial y R_{1} y R_{1} son los radios de curvatura principales.

Esta técnica produce una familia de curvas para formas de menisco en función de la separación entre las dos parejas de cintas como se ilustra en la Figura 4. Estas curvas muestran una mitad de la sección transversal del menisco. El borde extremo izquierdo es la superficie de la cinta en crecimiento a la cual debe unirse el menisco y el eje horizontal es la distancia desde esta superficie de la cinta. El eje vertical es la altura del menisco por encima de la superficie libre de la masa fundida. Cada curva representa una separación diferente propuesta entre cintas. Admitiendo que un conformador de menisco debe tener intersección con este menisco de cara a que las dos cintas queden desacopladas entre sí, la Figura 4 puede usarse como una herramienta de diseño.

En un ejemplo de realización, se colocan conformadores de menisco de 8 mm de ancho, o 4 mm en la escala de semianchura como la mostrada en la Figura 4, con una separación de cinta de 12,5 mm, lo que requiere una posición vertical de al menos 3,5 mm por encima de la superficie libre de la masa fundida. Dada alguna variación en el control de la profundidad de la masa fundida en un crisol, esto conduce a una altura requerida de alrededor de 5 mm por encima de la superficie libre de la masa fundida. Asumiendo una profundidad nominal de la masa fundida de 4 mm, esto da entonces una altura de conformador de menisco de 9 mm por encima del suelo del crisol. Para hacer viable el crecimiento de múltiples cintas, es importante controlar la profundidad de la masa fundida. La Patente Americana Nº 6,200,383 describe un método para el control de la profundidad de la masa fundida.

Las configuraciones de las parejas de cuerdas pueden ser de forma que las cintas crezcan, por ejemplo, en un modelo de caras enfrentadas como el ilustrado en las Figuras 3A-3B, o en un modelo de bordes enfrentados como el ilustrado en la Figura 5. La configuración puede ser también una mezcla de la de bordes enfrentados y la de caras enfrentadas, por ejemplo, una matriz, u otras configuraciones, por ejemplo, una configuración radial, en la cual las cintas estarían dispuestas para asemejarse a los radios de una rueda.

Los múltiples conformadores de menisco pueden ser idénticos en su forma y tamaño o diferentes en forma y/o tamaño. Las múltiples parejas de cuerdas pueden también tener distancias diferentes entre las cuerdas de una pareja, permitiendo con ello el crecimiento simultáneo de cintas de diferentes tamaños. Típicamente se hace crecer las cintas, es decir, son arrastradas, en una dirección perpendicular a o sustancialmente perpendicular a la superficie de la masa fundida de donde se hace crecer la cinta. Otras direcciones de crecimiento, es decir, arrastre inclinado de las cuerdas, pueden ser empleadas en determinados sistemas de crecimiento para alcanzar las especificaciones de cinta deseadas.

El número de cintas que puede hacerse crecer a partir de un único crisol puede ser variado de acuerdo con las aplicaciones. En una realización, como la mostrada en la Figura 6, se hace crecer simultáneamente nueve cintas desde un único crisol 61. Se colocan nueve conformadores de menisco (6a-6i) en el crisol 61 para formar nueve subregiones (6a'-6i') de la masa fundida. Cada una de las subregiones soporta el crecimiento de una cinta con cuerdas. Se colocan postcalentadores adyacentes a las superficies externas (66a y 66i) de las dos cintas más exteriores (67a y 67i). Las cintas interiores (67b-67h) no tienen nada entre ellas como se indica por las zonas dibujadas en línea discontinua 64a. Para las cintas interiores (67b-67h) en una configuración de caras enfrentadas del tipo de la representada en la Figura 6, el ambiente térmico que las rodea es debido principalmente a las cintas en crecimiento adyacentes y por ello es muy uniforme y constante porque cada cinta está ahora rodeada por superficies de emisividad constante. En un caso así, las cintas adyacentes Actúan como postcalentadores unas de otras.

En otro aspecto, la invención describe un método para minimizar la interferencia entre cintas adyacentes en un sistema de crecimiento de múltiples cintas de semiconductor. En un ejemplo de realización y refiriéndose de nuevo a las Figuras 3A-3B, los conformadores de menisco 3a y 3b se usan para minimizar la interferencia entre las cintas 37a y 37b que están creciendo adyacentes en un sistema dual de crecimiento de dos cintas. En vez de que sean las cintas adyacentes y los lados 33 del crisol 31 los que determinen los meniscos 39a y 39b, son los conformadores de menisco 3a y 3b los que proporcionan los límites de los bordes para las subregiones aisladas de la masa fundida 3c y 3d (cada una de ellas con una superficie de masa fundida separada definida por los conformadores de menisco), desde las cuales dos parejas de cuerdas son arrastradas en continuo hacia fuera de la masa fundida y se hace crecer dos cintas.

De forma similar, en la Figura 6 los conformadores de menisco 6a-6i se usan para minimizar la interferencia entre cintas 67a-67i que están creciendo adyacentes en un sistema dual de crecimiento de nueve cintas. En vez de que sean las cintas adyacentes y los lados 63 del crisol 61 los que determinen los meniscos 69a-69i, son los conformadores de menisco 6a-6i los que proporcionan los límites de los bordes para las nueve subregiones aisladas de la masa fundida (6a'-6i', cada una de ellas con una superficie de masa fundida separada definida por los conformadores de menisco), desde las cuales las nueve parejas de cuerdas (no mostradas) son arrastradas en continuo y se hace crecer nueve cintas 67a-67i.

Ahora se ha descubierto que el crecimiento de una cinta no está afectado por una asimetría geométrica en el ambiente térmico radiante como la que se produce, por ejemplo, teniendo un postcalentador sólo en un lado de la cinta. La resistencia térmica de la cinta a través de su espesor es tan baja que no se requiere una simetría del ambiente radiante. Así, el flujo radiante a ambos lados de una cinta en crecimiento puede ser asimétrico y, aún así, permite el crecimiento con éxito de cinta planas. Esta observación es de particular significado para un sistema de dos cintas pues cada cinta "ve" un ambiente radiante idéntico.

Un aspecto importante de la invención es que el crecimiento de muchas cintas desde un único crisol da como resultado un entorno térmico para todas las cintas interiores, excluyendo las dos cintas más exteriores, que es extremadamente uniforme en el tiempo. La uniformidad en el tiempo puede ser particularmente valiosa, pues es bien conocido para un experto en la técnica que pueden formarse con el tiempo depósitos de óxido de silicio o carbóxido de silicio en los postcalentadores y afectar con ello sus propiedades radiantes. Esto, a su vez, puede tener como resultado cambios en el perfil térmico que pueden hacer más difícil conseguir el crecimiento de cintas planas de baja tensión.

La invención también describe un aparato para el crecimiento en continuo de múltiples cintas de semiconductor simultáneamente en un único crisol. Ejemplos de realizaciones del aparato están representados en las Figuras 3A, 3B y 6.

Refiriéndose de nuevo a la Figura 3A, una realización de un sistema 30 de crecimiento de dos cintas incluye un crisol 31 para contener la masa fundida 32, conformadores de menisco 3a y 3b para dividir la superficie de la masa fundida, parejas de cuerdas 35a y 35b colocadas en el crisol y que emergen desde los conformadores de menisco 3a y 3b, respectivamente, y postcalentadores 34 (no mostrados en la Figura 3A pero mostrados en la Figura 3B) colocados adyacentes a las superficies externas (26a y 26b) de las cintas 37a y 37b.

Refiriéndose de nuevo a la Figura 6, una realización de un sistema 60 de crecimiento de nueve cintas incluye un crisol 61 para contener la masa fundida 62, conformadores de menisco 6a-6i para dividir la superficie de la masa fundida, nueve parejas de cuerdas (no mostradas) colocadas en el crisol y que emergen desde los conformadores de menisco 6a-6i, respectivamente, y postcalentadores 64 colocados adyacentes a las superficies externas (66a y 66i) de las cintas 67a y 67i.

Una envolvente está incluida típicamente para aislar del medio ambiente la masa fundida y una porción de la cinta que se está solidificando, especialmente la interfase sólido-líquido y cualquier parte de la cinta que tenga una temperatura de 400ºC o superior. La envolvente está típicamente llena de un gas inerte, por ejemplo, Argón.

Materiales en láminas o cintas de materiales que pueden hacerse crecer usando los métodos y aparatos discutidos aquí incluyen, por ejemplo, silicio, germanio, carburo de silicio, arseniuro de galio, fosfuro de galio, arseniuro de indio, antimoniuro de galio, antimoniuro de indio, fosfuro de indio, arseniuro antimoniuro de galio, nitruro de galio, compuestos ternarios y aleaciones de los anteriores. Los métodos y aparatos discutidos más arriba pueden aplicarse en sistemas de crecimiento de cintas múltiples en los que se hace crecer simultáneamente dos, tres, cuatro o más (por ejemplo veinte) cintas desde un único crisol.

Cada uno de los documentos de patente descritos más arriba se está incorporado en su integridad por referencia aquí. Variaciones, modificaciones y otras implementaciones de lo que está descrito aquí se les ocurrirán a los expertos en el arte sin salir del espíritu y del alcance de la invención. De acuerdo con esto, la invención no se limita sólo a las descripciones ilustrativas precedentes.

Lo que se reivindica es:

Claims (22)

1. Un método de crecimiento de múltiples cintas de semiconductor en un único crisol, método que comprende

formar una masa fundida a partir de un material semiconductor dispuesto en un crisol abierto;

dividir la masa fundida en una pluralidad de subregiones de masa fundida separadas disponiendo una pluralidad de conformadores de menisco en el crisol, teniendo cada subregión de la masa fundida una superficie de masa fundida separadas definida por el conformador de menisco; y

hacer crecer de forma continua múltiples cintas de semiconductor, haciendo crecer cada una de las cintas desde una subregión de la masa fundida mediante el arrastre de una pareja de cuerdas separadas hacia fuera de la superficie separada de la masa fundida.

2. El método de la reivindicación 1 que incluye, además, el crecimiento en continuo de múltiples cintas de semiconductor mediante la disposición de múltiples parejas de cuerdas separadas en correspondencia con la pluralidad de conformadores de menisco, siendo cada pareja de cuerdas separadas de forma que (i) tiene una distancia fijada entre ellas, (ii) emerge desde una de las subregiones separadas de la masa fundida y (iii) define un par de bordes de un menisco y controla la anchura de la correspondiente cinta de semiconductor.

3. El método de la reivindicación 2 que incluye, además, el arrastrar en continuo las múltiples parejas de cuerdas separadas hacia fuera de la superficie de la masa fundida para formar múltiples cintas de semiconductor discretas y sustancialmente planas.

4. El método de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el método minimiza la interferencia entre cintas de semiconductor adyacentes.

5. El método de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el material semiconductor es silicio, germanio, carburo de silicio o aleaciones de los mismos.

6. El método de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende, además, la colocación de múltiples postcalentadores en correspondencia con las cintas en la que cada postcalentador está dispuesto adyacente a una superficie de, al menos, una de las cintas para controlar los perfiles térmicos de las cintas.

7. El método de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende, además, la disposición de múltiples parejas de cuerdas en correspondencia con los múltiples conformadores de menisco de forma que las cintas crecen sustancialmente paralelas unas a otras en un modelo de caras enfrentadas.

8. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende, además, la disposición de múltiples pares de cuerdas en correspondencia con los múltiples conformadores de menisco de forma que las cintas crecen sustancialmente en un modelo de bordes enfrentados.

9. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende, además, la disposición de múltiples pares de cuerdas en correspondencia con los múltiples conformadores de menisco de forma que las cintas crecen en un modelo que comprende cintas adyacentes en ambos modelos de caras enfrentadas y de bordes enfrentados.

10. El método de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los múltiples conformadores de menisco son idénticos en tamaño y forma.

11. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que los múltiples conformadores de menisco son diferentes en tamaño y forma.

12. El método de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que crecen simultáneamente entre dos y veinte cintas.

13. El método de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la distancia entre cada pareja de cuerdas varía.

14. El método de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende, además, arrastrar las múltiples parejas de cuerdas en la dirección perpendicular a la superficie de la masa fundida.

15. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, que comprende, además, arrastrar las múltiples parejas de cuerdas en una dirección distinta a la perpendicular a la superficie de la masa fundida.

16. Un aparato para el crecimiento de múltiples cintas de semiconductor simultáneamente en un único crisol, aparto que comprende

un crisol para contener una masa fundida de un material semiconductor;

múltiples conformadores de menisco dispuestos espaciados con una relación fija en el crisol para dividir la masa fundida en una pluralidad de subregiones de masa fundida separadas; y

múltiples parejas de cuerdas de las que cada una de las parejas de cuerdas está dispuesta en correspondencia con uno de los múltiples conformadores de menisco, siendo cada una de las parejas de forma que (i) tiene una distancia fijada entre ellas, (ii) emerge desde una de las subregiones de la masa fundida, (iii) define un par de bordes de un menisco y (iv) define una anchura de una de las múltiples cintas de semiconductor cuando la pareja de cuerdas es arrastrada hacia fuera de la subregión de la masa fundida.

17. El aparato de la reivindicación 16 en el que cada una de las parejas de cuerdas pasa a través de una pareja de agujeros del crisol.

18. El aparato de la reivindicación 16 o 17, que comprende, además, múltiples postcalentadores de los que cada postcalentador está dispuesto adyacente a una superficie de, al menos, una de las cintas para controlar los perfiles térmicos de las cintas de semiconductor.

19. El aparato de la reivindicación 18 en el que cada postcalentador está dispuesto adyacente a una superficie externa de una cinta.

20. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 16 a 19 en el que la distancia entre las cuerdas de cada pareja de cuerdas varía.

21. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 16 a 20, que comprende, además, una envolvente para aislar del ambiente del entorno la masa fundida y una porción de la cinta que se está solidificando que comprende la interfase sólido-líquido y que tiene una temperatura de 400ºC o más alta.

22. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 16 a 21, que comprende entre dos y veinte parejas de cuerdas para el crecimiento simultáneamente de dos a veinte cintas.