JP2002543037A - 結晶成長のための連続的な溶融物補充 - Google Patents

結晶成長のための連続的な溶融物補充

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、連続結晶成長の方法を特徴とする。粒状原料をホッパに導入する。ホッパを出た任意量の粒状原料が、並進移動しているベルト上に配置される。任意量の粒状原料が、移動しているベルトとの間に安息角を形成する。移動しているベルト上に配置された粒状原料は、粒状原料の溶融物を含むるつぼの中に、安息角、ベルトの速度、およびホッパの開口部のサイズに基づく速度で、連続的に供給される。溶融物を凝固させることにより、結晶リボンが連続的に成長される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の分野） 本発明は概して、半導体材料の結晶成長に関し、より具体的には、連続的な結
晶成長の方法に関する。
【０００２】 （背景） 太陽電気の大規模な電気用途を容易にする目的下において、低価格の太陽電池
を生産するためには、太陽電池を作るための低価格の基板材料を提供することが
重要である。この目的を達成する公知の方法は、米国特許出願第４，６６１，２
００号、第４，６２７，８８７号、第４，６８９，１０９号、および第４，５９
４，２２９号に記載されるように、連続リボン成長プロセスを使用して結晶シリ
コンを成長させることである。
【０００３】 連続リボン成長方法によると、２本の高温材料のストリングが溶融シリコンの
浅い層を含むるつぼにある穴を介して導入される。垂直に引っ張られながら、溶
融物が凝固していくに従って、結晶シリコンリボンが形成する。糸は成長リボン
の端を安定させる。溶融シリコンは、冷結して溶融シリコン層のちょうど上で固
体リボンになる。このリボンシリコンプロセスを連続させるために、結晶シリコ
ンが溶融物定数を維持するために形成されていくに従い、シリコンが溶融物に加
えられる。成長プロセス中に溶融物定数を維持することはまた、結晶シリコンの
均一で制御可能な成長を達成し、冷却リボン定数の熱的環境を維持するために重
要である。溶融物の深度におけるわずかな変化、および固−液インターフェース
の垂直位置の結果的な変化は、著しくこの熱的環境を変化し得る。例えば、約１
ミリメータ以上の溶融物の深度における変動が、著しく異なる厚みをもたらし、
成長シリコンリボンの残留応力状態を導入し得る。これらすべての理由によって
、一定の溶融物レベルは、シリコンリボンの均一で制御された成長を保証する際
に重要な要素である。本明細書中に参考として援用される、「Ｍｅｌｔ Ｄｅｐ
ｔｈ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍａｔｅｒｉａ
ｌｓ Ｇｒｏｗｎ ｆｒｏｍ ａ Ｍｅｌｔ」と題する同時係属出願中の特許出
願に記載されるように、連続的に溶融物の深度を測定し、フィードメカニズムに
フィードバックを提供する方法が完成され得る。一旦そのような方法が確立され
ると、正確且つ予め決定された速度でフィード材料の導入が可能であることが重
要である。固形シリコンフィード材料が融解されるため、固形シリコンを溶融物
に導入することが、最小限の熱破壊を以って固体−液体界面の直接の環境におい
て、行われることが大切である。
【０００４】 フィード材料の制御可能な計測はまた、熱的不調が望ましくなく、定数フィー
ド速度が必要な、結晶成長に対して一般的用途を有する。１例は、シリコンのイ
ンゴットのチョクラルスキ成長にある。チョクラルスキ成長では、成長中るつぼ
にさらなるフィード材料を導入することが望ましい。この様態において、より長
いシリコンのインゴットが、単結晶の種から引き出され得る。
【０００５】 フィード材料を溶融シリコンを含むるつぼに導入するいくつかの方法が知られ
ている。米国特許第４，０３６，５９５号は、個別に加熱されたるつぼが使用さ
れる方法を記載している。欧州特許第０１７０８５６Ｂ１号は、移動ベルトを備
えたフィーダーを記載しており、ここで移動ベルトは、フィードシリコンをコン
セントリックなダムを備えた回転円柱るつぼに加え、チョクラルスキ結晶成長に
てフィードシリコンを収集し且つ融解するために使用され得る。米国特許第５，
２４２，６６７号は、水平シリコン回転ディスク上でシリコンワイパーブレード
を使用し、ディスクの上の保管ホッパ−からフィード速度を制御する方法を教示
する。しかしながら、これらすべての方法は弱点を有する。第１の方法は個別に
加熱されたるつぼを必要とする。第２の方法は、円柱幾何学にのみ適する複雑な
るつぼ配列を必要とし、低安息角を備えたフィード材料に実施することが困難で
あり得る。第３の方法は、シリコンリボン成長に見られるような小さなフィード
速度のフィード速度を制御する際に制限を有する。
【０００６】 連続シリコンリボン成長のためのシリコンフィード材料を制御可能に且つ連続
的に運搬するために、材料が容易に且つ制御可能に運搬されることを可能とする
形態を有することが重要である。シリコン自体は、圧砕された場合、劈開面に沿
ってアンギュラー断裂および切断を示す。これによって、圧砕されたシリコンは
その形状が非常に不規則になり、それ故に、振動フィーダーなど既知の方法を使
用して運搬することが困難である。一方、球形シリコンは、シラン（ＳｉＨ4）
の流動床分解によってまたはショットタワーで生産され得る。前者は広く使用さ
れている方法であり、現在ほとんどのシリコンリボン成長の原料である。この方
法は、概ね細塵から直径約２ｍｍにわたるサイズの分布で円形シリコンを生産す
る。
【０００７】 米国特許第５，０９８，２２９号は、圧力流体を使用し、シリコン球面を溶融
物に吹き上げる、シリコン溶融物リプレニシュメントシステムを記載している。
このシステムの１つの主な弱点は、球形シリコンを必要とすることである。また
別の主な弱点は、シリコン球面が、有効であるために相当狭い粒子サイズの範囲
内にある必要があることである。小さすぎるまたは大きすぎる球形粒子は、この
システムにおいて効果的に使用され得ない。この結果、流動床材料をふるいにか
け、大きすぎるまたは微細すぎるシリコン球面を排除することが必要である。ふ
るいかけ操作のさらなる労力および処理は、コストを増やし、不純物汚染の危険
性を高める。
【０００８】 太陽電池目的のシリコンリボン成長は通常、少量のドーパント（典型的にはホ
ウ素）で作られる。非常に小さなシリコンペレットが、ホウ素でドープされ得る
。あるいは、非常に少量のホウ素ペレットが、フィード材料に加えられ得る。こ
こで、フィード材料は、シリコンペレットから成り、そして成長前の溶融シリコ
ンに運搬される前に物理的にシリコンペレットと混合される。混合は、ホウ素の
均一分布を促進するためになされる。しかしながら、振動フィーダーなどのいく
つかの運搬システムにおいては、ホウ素ペレットまたはシリコンペリットを含む
ホウ素の不均一混合が結果として生じ得る。これによって、成長リボンの最終バ
ルクの抵抗率に変動を生じ得、これによって太陽電池のそれほど制御の厳しくな
い製造プロセスが可能となる。
【０００９】 シリコンのすべてのサイズおよび形態を使用し、シリコンリボン成長のために
単純化された低価格のるつぼ設計を可能にし、ホウ素のより均一混合を生産する
、連続成長を可能とする溶融物補充方法は、それ故、切実に必要とされ、低価格
の光起電力への有意義なステップである。
【００１０】 （発明の要旨） 本発明は、連続結晶成長の方法を特徴とする。ある局面において、本発明は連
続結晶リボン成長の方法を特徴とする。粒状原料がフィーダに導入される。ある
実施形態において、フィーダはホッパである。ホッパから出た任意量の粒状原料
を、並進移動しているベルトの上に配置する。任意量の粒状原料が、移動してい
るベルトとの間に安息角を形成する。移動しているベルト上の任意量の粒状原料
を、安息角、移動しているベルトの移動速度、およびホッパの開口部のサイズに
基づいた速度で、粒状原料の溶融物を含むるつぼの中に連続的に供給する。固液
界面において、溶融物を凝固させることによって、結晶リボンを連続的に成長す
る。
【００１１】 ある実施形態において、半導体が粒状原料であり、結晶半導体を連続するリボ
ン状に成長する。半導体原料は、ｎ型またはｐ型のドーピングが施され、ホッパ
から移動しているベルト上に供給され、その後るつぼ内へと供給される。
【００１２】 別の好適な実施形態において、シリコンが粒状原料である。シリコン原料は、
ｎ型またはｐ型のいずれかのドーピングが施され得る。シリコン粒状原料は、ホ
ッパに導入され、その後ホッパを出て、移動しているベルト上に供給される。ベ
ルトの速度は、約２ｍｍ／分〜１０ｍｍ／分である。上記材料は、移動している
ベルトを出て、成長るつぼ内に供給される。原料を成長るつぼ内に供給する速度
は、安息角、移動しているベルトの速度、およびベルトの真上のホッパ開口部サ
イズに基づき得る。
【００１３】 別の局面において、本発明は、連続結晶成長において使用する溶融物に原料を
導入する方法を特徴とする。粒状原料をホッパ内に導入する。ホッパから出た任
意量の粒状原料を、並進移動しているベルト上に配置する。ベルトは少なくとも
１つの隆起リップを有する。ある詳細な実施形態において、隆起リップは、ベル
トの端部の近傍に配置される。任意量の粒状原料が移動しているベルトとの間に
安息角を形成する。移動しているベルト上に配置された粒状原料を、安息角に基
づいた速度で、粒子原料の溶融物を含むるつぼの中に連続的に供給する。
【００１４】 本発明は、また、連続リボン結晶成長のためのシステムを特徴とする。このシ
ステムは、粒状原料を、実質的に平らな表面との間に安息角を形成するような山
状に提供するホッパと、粒状原料の溶融物を保持するるつぼと、溶融物からの結
晶リボン成長を安定させるための、るつぼを通過する１対のストリングと、並進
移動しているベルトとを含む。ベルトが、粒状原料を、安息角、ベルト速度、お
よびベルトの真上のホッパ開口部に基づく速度で、フィーダからるつぼへ配送す
る。ある実施形態において、ベルトは少なくとも１つの隆起リップを有する。あ
る実施形態において、ベルトが１対の隆起リップを含み、ベルト上のホッパの背
後に配置されたストッパをさらに含む。
【００１５】 別の実施形態において、フィーダはホッパを含み、粒状原料が半導体材料を含
む。ここで、粒状原料は、また、不均一なサイズに形成された粒子を有し得る。
【００１６】 別の局面において、本発明は、結晶成長システムにおいて使用する溶融物に原
料を導入するシステムを特徴とする。このシステムは、粒状原料を、実質的に平
らな表面との間に安息角を形成するような山状に提供するフィーダと、粒状原料
の溶融物を保持するるつぼと、粒状原料を、フィーダからるつぼへ、安息角に基
づく速度で、連続的に配送する、並進移動しているベルトとを含む。ベルトは少
なくとも１つの隆起リップを有する。
【００１７】 （詳細な説明） 粒状材料は、安息角と呼ばれる、特性的な角度を有する。これは、粒状材料が
、狭いオリフィスから平面上にゆっくり落ちる場合に、自由に置かれた粒状材料
の堆積物が形成する水平面に対する角度のことを指す。このような角度は、所与
の粒子サイズ分布および所与の粒子形状の分布を有する材料の基本的な特性であ
る。
【００１８】 図１を参照すると、ホッパー１２または大きな漏斗型供給器から出ていく粒状
材料１１の堆積物は、平坦な表面１５に対する特定の安息角１３を形成する。図
１に示すように、かつ、図６により詳細に示すように、特定の粒子サイズおよび
形態的分布ついて、材料１４の一定の断面または一定のマス１４が繰り返される
。
【００１９】 図２ａ〜２ｃを参照すると、安息角２３ａ、２３ｂ、および２３ｃは、異なる
粒子サイズおよび形態学的分布について異なる。図２ａに、狭いサイズ分布の球
形の粒子の安息角を示す。図２ｂに、広いサイズ分布の球形の粒子の安息角を示
す。広いサイズ分布の粒子の安息角は、狭いサイズ分布の粒子の安息角とは異な
る。図２ｃに、球形でない形状の粒子の安息角を示す。粒子は、角のある形状で
ある。球形でない粒子の安息角は、球形の粒子の安息角より大きい。
【００２０】 本発明は、ゆっくりと移動するベルト上に形成される安息角の概念を用いて、
シリコンリボンの成長のために連続的で均一な溶融物補充を提供する。上述した
ように、並進移動するベルト上に形成する粒子状の原料は、移動するベルトに対
する安息角および一定の断面を形成する。溶融物を含むるつぼに原料を添加する
レートは、ベルト速度、安息角、およびベルトの真上のホッパー開口部のサイズ
を調節することによって制御され得る。
【００２１】 図４を参照すると、連続的なリボン成長システム５０は、溶融したシリコン（
「溶融物」）のプール４２、およびるつぼ４３を通じて延びる１対のストリング
４４を含むるつぼ４３を含む。シリコンの薄い多結晶シート４１が、溶融物４２
からゆっくりと引き上げられ、より冷えた液体シリコンがメニスカスの上で結晶
化する。るつぼ４３の底部で穴（図示せず）を通るストリング４４は、結晶シー
ト４１に組み込まれ、その端部境界を規定する。ストリング４４は、シート４１
が成長する際、その端部境界を安定化させる。シリコンの表面張力は、ストリン
グ４４が通るるつぼ４３の穴を通じてシリコンが漏れることを防ぐ。実際の連続
的な結晶生業装置において、溶融物４２およびるつぼ４３は、溶融シリコンの酸
化を防ぐために、希ガスを充填したハウジング（図示せず）内に収容される。ロ
ーラー（図示せず）は、シート４１が成長する際、シート４１の垂直移動を継続
させる。るつぼ４３は、溶融物４２内のシリコンが溶融したままであるように加
熱され続ける。るつぼ４３も静止したままである。
【００２２】 連続的な結晶成長プロセスを提供するためには、結晶リボンを形成するために
固体化することによって、溶融物４２の一部が失われるので、溶融物４２が連続
的に補充される必要がある。１つの実施形態において、図３に示すように、粒子
状の原料３５は、大きな開口部１０を通ってホッパー３２に入り、小さい開口部
８を通ってホッパー３２を出る。粒状原料３５は、不均一サイズの粒子であり得
る。例えば、原料は、半導体材料であり得る。１つの実施形態において、原料は
、シリコン、およびドーパント（例えば、ホウ素）を含む。ホッパー３２を出る
原料３５は、並進移動するベルト３４上に原料３５の堆積物を配置する。原料３
５の堆積物は、原料３５を形成する粒子の形およびサイズ分布によって決定され
る安息角を有する。
【００２３】 図５を参照すると、移動するベルト３４に配置される原料３５は、所定のレー
トで、原料３５の溶融物を含むるつぼ４３に連続的に供給される。原料は、漏斗
４５およびチューブ４７を通じてるつぼに添加される。チューブ４７は、るつぼ
３５の一方の端部内に位置する。１つの実施形態において、供給レートは一定で
ある。供給レートは、原料の安息角に基づく。
【００２４】 原料の量は、原料マス断面積×ベルトが移動する速度の積に等しい。図６に、
マス断面積を示す。マス断面積は、Ｈ2／ｔａｎα＋ＨＬに等しい。ここで、α
は安息角であり、Ｈは高さであり、Ｌはベルトの真上のホッパー開口部のサイズ
である。供給レートは、安息角と組み合わせて、ベルトの移動レートによって、
制御され得る。ベルトは、例えば、一定のレートで動き得、原料を一定のレート
で漏斗に添加し得る。また、ベルトは、２ｍｍ／分から１０ｍｍ／分の範囲で動
き得る。他の実施形態において、供給レートは、ベルト上にあるときは原料の断
面積に基づくか、またはベルト速度に基づく。
【００２５】 図３、５、および６に示すように、ゆっくりと移動するベルトと共に安息角の
概念を用いることによって、任意の所望の量の粒状シリコンを、溶融物を含むる
つぼに、連続的に、非常に正確に移すことが可能になる。図１から明らかなよう
に、狭いオリフィスから出た材料の断面積は、安息角の不変性特性により、一定
である。この一定の断面によって、移される材料の量は、粒状材料を運ぶベルト
の速度を変更することによって、簡単に変更され得る。従って、本発明は、シリ
コン供給器材料の粒子サイズ分布および粒子形状分布の選択に、かなり広い幅を
与える。
【００２６】 ベルト速度と供給レートとの間には、非常に簡略で、直線的な関係が存在する
。図７には、原料３５をるつぼ４３に添加するレートが、ベルト３４が移動する
速度またはベルト３４を動かすためにベルト３４に与えられているパワーに正比
例していることが示される。図８に示すように、本発明においては、加えられた
パワーまたはベルト速度と供給レートとの関係も一貫しており、従って、特定の
ベルト速度から得られる供給レートが繰り返され得る。対照的に、振動システム
における加えられたパワーと供給レートとの関係は、直線的ではなく、複雑であ
り、かつ一貫していない。図８に示すように、振動システムに同じ量のパワーが
加えられても、振動システムにおける異なる供給レートにつながり得る。
【００２７】 １つの実施形態において、ホッパーの出口の位置は、ベルトの（供給する）端
から１インチ以上である。すなわち、供給材料が配置されるベルトは、供給材料
が落ちてくる前に少なくとも１インチは移動する必要がある。これによって、ベ
ルトが動いてないときに、供給材料の堆積物が、ベルトが移動する方向に、限界
（安息角によって支配される）まで延びることが可能になる。この緩衝距離がな
ければ、ベルトの動きがなくても供給材料がベルトの端から溢れる危険性があり
、計測方式全体を損なうおそれがある。この概念を、図９ａおよび９ｂに示す。
図９ａに、図９ｂに示す供給材料１０８’’の安息角の２倍の安息角を有する供
給材料１０８’を示す。
【００２８】 他の実施形態において、ベルトを動かすために小さい滑車が用いられる。この
実施形態によって、確実に、供給材料がベルトからすべり落ちるポイントが規定
される。１つの実施形態において、ベルトは、９０°の曲がりを終わらせて、供
給材料が漏斗に落ちる線を規定する。
【００２９】 他の実施形態において、ベルトとホッパー出口との間隔は、供給材料粒子の最
大直径とほぼ同じ大きさである。これは、供給材料のベルト上の量を制限するた
めに役立ち、最も大きい粒子がベルトとホッパー出口との間を通過することを可
能にする。
【００３０】 さらに他の実施形態において、ベルトは、可撓性である。可撓性ベルトは、載
せるベルト位置を規定するため簡単に張力を与えることを可能にし、大きい直径
の供給材料に接近する場合にベルトコンプライアンスを与える。このベルトのコ
ンプライアンスは、粒子サイズが不十分にしか規定されていない供給材料につい
て有用である。
【００３１】 さらに他の実施形態において、ベルトは、チタンまたはバナジウムなどの遷移
金属で、シリコン供給材料を汚染しない材料から製造される。また、ベルト材料
は、耐摩耗性があり、従って、ベルト材料は、溶融物を汚染しない。
【００３２】 図９ａおよび９ｂ、ならびに１０ａおよび１０ｂを参照すると、連続的な結晶
成長システム１００は、側面に立ち上がっているへり１０４を有するベルト１０
２、ならびにストッパー１０６を含む。ストッパー１０６は、ベルトの動き１０
７とは反対方向に、ホッパー１０８の後に位置する。この実施形態は、小さい安
息角または充分に規定されていない安息角を有する材料を供給する場合に特に有
用である。立ち上がっているへり１０４およびストッパー１０６は、ホッパー１
１０の下に形成される供給材料１０８’および１０８’’の堆積物の限度を制限
する。立ち上がっているへり１０４およびストッパー１０６は、いくつかの利点
を提供する。立ち上がっているへり１０４およびストッパー１０６は、供給材料
１０８’および１０８’’のベルト上に存在する量を制限し、るつぼ（図示せず
）への供給材料１０８’および１０８’’の制御された小さいマスフローを提供
する。また、立ち上がっているへり１０４およびストッパー１０６は、ベルト装
置のサイズを制限し、ベルト１０２上の供給材料１０８’および１０８’’のフ
ローをベルトの動きの方向１０７だけに制限する。供給材料１０８’および１０
８’’の材料は、ベルト１０２の側部、またはベルト１０２の後から落ちないよ
うに防がれる。図１０ａに、立ち上がっているへり１０４およびストッパー１０
６を有する移動するベルト１０２上に位置付けられた、α’の安息角を有する供
給材料１０８’を示す。あるいは、供給材料の堆積物のサイズを制限するために
、他の実施形態が用いられ得る。例えば、溝またはチャネルがベルト上に作成さ
れ得る。
【００３３】 図１０ｂに、安息角α’’を有する供給材料１０８’’を示す。安息角α’’
は、安息角α’の約半分であり、供給材料１０８’’は、立ち上がっているへり
１０４およびストッパー１０６を有する移動するベルト１０２上に位置付けられ
る。より小さい安息角α’’を有する供給材料１０８’’の堆積物の横向きの広
がりは、立ち上がっているへり１０４によって制限されない限り、非常に大きい
。
【００３４】 安息角の概念が、側面に立ち上がっているへりを有するベルト、ならびに表面
にチャネルまたは溝が形成されたベルトの使用を広げる。これらの特徴は、ホッ
パーの出口での供給材料の堆積物の横向きの広がりに、前向きの制限を与える。
これは、図６に示す堆積物の断面を変更するために役立つ。この堆積物の面積は
以下の式によって表される。
【００３５】 （Ｌ2Ｈ2）−｛（ｔａｎ α）（Ｌ1Ｌ2）2｝ この計算を図１１に示す。ここでの利点は、堆積物の全体の幅（Ｌ2）は、任
意に特定され得ることである。平坦なベルトでは、この幅は、供給材料の安息角
に依存する。
【００３６】 本発明において、原料を添加するレートは、ベルト速度を調節することによっ
て制御され得、原料の安息角に基づく。この特徴によって、溶融物の制御可能で
連続的な補充が可能になり、そのことによって、均一で連続的な結晶成長が可能
になる。本発明を、連続的なリボン結晶成長方法およびそのシステムを参照しな
がら説明してきたが、供給材料の制御された補充が所望される、任意の結晶成長
システムに適用可能である。例えば、本発明は、チョクラルスキー結晶成長、エ
ッジ規定膜成長（ＥＦＧ）、樹状ウェブ成長（ＷＥＢ）、または溶媒／金属促進
液相成長システムと共に用いられ得る。
【００３７】 （均等物） 本発明を、特定の好適な実施形態を参照しながら、示し、説明してきたが、当
業者であれば、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の精神および範囲から
逸脱することなく、形状および細部に様々な変更が為され得ることを理解する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、粒状材料の安息角を示す図である。
【図２ａ】 図２ａは、狭いサイズ分布の球形粒子の安息角の変形例を示す図である。
【図２ｂ】 図２ｂは、広いサイズ分布の球形粒子の安息角の変形例を示す図である。
【図２ｃ】 図２ｃは、角のある形状の砕かれたシリコン粒子の安息角の変形例を示す図で
ある。
【図３】 図３は、本発明による、連続的な結晶成長システムの一部の実施形態を示す図
である。
【図４】 図４は、連続的なリボン結晶成長用のシステムを示す図である。
【図５】 図５は、本発明による、連続的なリボン結晶成長システムの実施形態を示す図
である。
【図６】 図６は、水平面上の粒状材料の堆積物の断面積の計算を示す図である。
【図７】 図７は、本発明の連続的なリボン結晶システムの供給レートとベルト速度（ま
たは％パワー）との間の直線的な関係、および振動供給システムの供給レートと
ベルト速度（または％パワー）との間のほとんど直線的でない関係を示すグラフ
である。
【図８】 図８に、本発明と比較して、振動供給器が引き起こし得るばらつきの度合いを
示す図である。
【図９ａ】 図９ａは、本発明による連続的な結晶成長システムの部分の一部の一実施形態
を示す図である。
【図９ｂ】 図９ｂは、本発明による連続的な結晶成長システムの部分の一部の一実施形態
を示す図である。
【図１０ａ】 図１０ａは、図９ａの結晶成長システムの一部の断面図である。
【図１０ｂ】 図１０ｂは、図９ｂの結晶成長システムの一部の断面図である。
【図１１】 図１１は、図９ａおよび９ｂの結晶成長システムのベルト上の粒状材料の堆積
物の断面積の計算を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サチス， エマニュエル エム． アメリカ合衆国 マサチューセッツ 02159， ニュートン， モアランド ド ライブ 18 (72)発明者 マーツ， ジェニファー アメリカ合衆国 マサチューセッツ 02368， ランドルフ， アデレイド ス トリート ８ Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BA04 CF03 CF07 HA12 PB02 PB05 PB09 PK00

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 連続結晶リボン成長方法であって、 ａ）粒状原料をフィーダに導入するステップと、 ｂ）該フィーダから出た任意量の該粒状原料を、並進移動しているベルトの上
    に配置するステップであって、該任意量の該粒状原料が該移動しているベルトと
    の間に安息角を形成する、ステップと、 ｃ）該移動しているベルト上の該任意量の該粒状原料を、該粒状原料の溶融物
    を含むるつぼの中に、該安息角に基づいた速度で、連続的に供給するステップと
    、 ｄ）固液界面において、該溶融物を凝固させることによって、結晶リボンを連
    続的に成長するステップと、 を含む方法。
  2. 【請求項２】 前記ステップａ）が、ドープされた半導体原料を前記フィー
    ダに導入するステップを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記半導体原料が、ドープされたシリコンを含む、請求項２
    に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記ステップａ）が、粒状原料をホッパに導入するステップ
    を含む、請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記ステップｂ）が、任意量の前記粒状原料を、約０．１ｇ
    ／分〜約１００ｇ／分のベルトの速度で配置するステップを含む、請求項１に記
    載の方法。
  6. 【請求項６】 前記ステップｂ）が、任意量の前記粒状原料を、ほぼ一定の
    速度で移動しているベルト上に配置するステップを含む、請求項１に記載の方法
    。
  7. 【請求項７】 前記ステップｃ）が、前記粒状原料を一定の速度で前記るつ
    ぼの中に供給するステップを含む、請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記ステップｃ）が、前記粒状原料を、前記安息角、前記移
    動しているベルトの移動速度、および前記ホッパの開口部のサイズに基づく速度
    で、前記るつぼの中に供給するステップを含む、請求項４に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記粒状原料を前記るつぼに供給する速度と、前記移動して
    いるベルトの移動速度とが、線形関係を有する、請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記溶融物の深さを一定のレベルに維持するステップをさ
    らに含む、請求項１に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記ステップｄ）が、るつぼを通過する１対のストリング
    の間の溶融物を凝固させることによって、前記結晶リボンを形成するステップを
    含む、請求項１に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記ステップｂ）が、任意量の前記粒状原料を、少なくと
    も１つの隆起リップを有する、並進移動しているベルト上に配置するステップを
    含む、請求項１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記ステップｂ）が、任意量の前記粒状原料を、前記ベル
    ト上の前記フィーダの背後に配置されたストッパを有する、該並進移動している
    ベルト上に配置するステップを含む、請求項１に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記ステップｃ）が、前記粒状原料を、前記安息角および
    １対のリップの間の距離に基づく速度で、前記るつぼの中に連続的に供給するス
    テップを含む、請求項１２に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 連続リボン結晶成長のためのシステムであって、 粒状原料を、実質的に平らな表面との間に安息角を形成するような山状に提供
    するフィーダと、 該粒状原料の溶融物を保持するるつぼと、 該溶融物からの結晶リボン成長を安定させるための、該るつぼを通過する１対
    のストリングと、 該粒状原料を、該フィーダから該るつぼへ、該安息角に基づく速度で、連続的
    に配送する、並進移動しているベルトと、 を含むシステム。
  16. 【請求項１６】 前記フィーダがホッパを含む、請求項１５に記載のシステ
    ム。
  17. 【請求項１７】 前記並進移動しているベルトが、前記粒状原料を、該ベル
    トの速度および前記ホッパの開口部のサイズにさらに基づく速度で、前記フィー
    ダから前記るつぼへ配送する、請求項１６に記載のシステム。
  18. 【請求項１８】 前記粒状原料が半導体材料を含む、請求項１６に記載のシ
    ステム。
  19. 【請求項１９】 前記粒状原料が不均一なサイズの粒子を含む、請求項１６
    に記載のシステム。
  20. 【請求項２０】 前記粒状原料がシリコンおよびドーパントを含む、請求項
    １８に記載のシステム。
  21. 【請求項２１】 前記移動しているベルト上に配置された前記粒状原料を、
    前記溶融物へと指向する漏斗をさらに含む、請求項１６に記載のシステム。
  22. 【請求項２２】 前記るつぼが、グラファイト、石英、シリコンカーバイド
    、窒化シリコンのうちの１つを含む、請求項１６に記載のシステム。
  23. 【請求項２３】 前記ベルトを動かすためのモータをさらに含む、請求項１
    ６に記載のシステム。
  24. 【請求項２４】 前記並進移動しているベルトが、該ベルトの端部の近傍に
    配置された少なくとも１つの隆起リップを含む、請求項１５に記載のシステム。
  25. 【請求項２５】 前記並進移動しているベルトが、前記ベルト上の前記フィ
    ーダの背後に配置されたストッパを含む、請求項１５に記載のシステム。
  26. 【請求項２６】 連続結晶成長において使用する溶融物に原料を導入する方
    法であって、 ａ）粒状原料をホッパに導入するステップと、 ｂ）該ホッパから出た任意量の該粒状原料を、並進移動しているベルトであっ
    て、該ベルトの端部の近傍に配置された少なくとも１つの隆起リップを有するベ
    ルトの上に配置するステップであって、該任意量の該粒状原料が該移動している
    ベルトとの間に安息角を形成する、ステップと、 ｃ）該移動しているベルト上に配置された該粒状原料を、該安息角に基づいた
    速度で、該粒子原料の溶融物を含むるつぼの中に連続的に供給するステップと、
    を含む方法。
  27. 【請求項２７】 前記ステップｂ）が、前記任意量の前記粒状原料を、少な
    くとも１つの隆起リップを有する、並進移動しているベルト上に配置するステッ
    プを含み、前記ステップｃ）が、前記粒状原料を、前記安息角および該１対のリ
    ップの間の距離に基づく速度で、連続的に供給するステップを含む、請求項２６
    に記載の方法。
  28. 【請求項２８】 前記ステップｃ）が、前記粒状原料を、前記移動している
    ベルト上に配置された該粒状原料の断面積に基づく速度で、連続的に供給するス
    テップを含む、請求項２６に記載の方法。
  29. 【請求項２９】 前記ステップｂ）が、任意量の前記粒状原料を、前記ベル
    ト上の前記ホッパの背後に配置されたストッパを含む該移動しているベルト上に
    配置するステップを含む、請求項２６に記載の方法。
  30. 【請求項３０】 連続結晶成長システムにおいて使用する溶融物に原料を導
    入するシステムであって、 粒状原料を、実質的に平らな表面との間に安息角を形成するような山状に提供
    するフィーダと、 該粒状原料の溶融物を保持するるつぼと、 該粒状原料を、該フィーダから該るつぼへ、該安息角に基づく速度で、連続的
    に配送する、並進移動しているベルトであって、該ベルトの端部の近傍に配置さ
    れた少なくとも１つの隆起リップを有するベルトと、 を含むシステム。
  31. 【請求項３１】 前記ベルトが１対の隆起リップを含み、該ベルト上の前記
    ホッパの背後に配置されたストッパをさらに含む、請求項３０に記載のシステム
    。
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