JP2003504295A - Edge meniscus control for crystal ribbon growth - Google Patents

Edge meniscus control for crystal ribbon growth

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JP2003504295A
JP2003504295A JP2001509582A JP2001509582A JP2003504295A JP 2003504295 A JP2003504295 A JP 2003504295A JP 2001509582 A JP2001509582 A JP 2001509582A JP 2001509582 A JP2001509582 A JP 2001509582A JP 2003504295 A JP2003504295 A JP 2003504295A
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Japan
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meniscus
melt
ribbon
crystal
crucible
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Application number
JP2001509582A
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Inventor
ロバート イー. ジュニア ジャノチ,
エリック ブルース ガバリー,
シーン エム. アザロウスキー,
ブライアン シェア,
Original Assignee
エバーグリーン ソーラー, インコーポレイテッド
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Publication date
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    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • C30B29/06Silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/007Pulling on a substrate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20Controlling or regulating
    • C30B15/22Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal
    • C30B15/24Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal using mechanical means, e.g. shaping guides

Abstract

(57)【要約】 結晶リボンを成長する装置は、半導体材料の溶融物を保持するるつぼと、るつぼに設けられた1対の開口部を通過する1対のストリングと、メニスカスコントローラとを含む。1対のストリングが、溶融物から成長される結晶リボンのエッジを規定する。結晶リボンおよび溶融物の上面がメニスカスを形成する。メニスカスコントローラは、結晶リボンのエッジの近傍におけるメニスカスの特性を制御する。結晶リボンを成長する方法は、半導体材料の溶融物をるつぼ内に提供するステップと半導体材料の種結晶を溶融物の中に配置するステップと、るつぼに設けられた1対の開口部を通過する1対のストリングの間の溶融物から種結晶を引き上げることにより、溶融物を凝固させて、結晶リボンを形成するステップと、メニスカスコントローラを用いて結晶リボンのエッジの近傍におけるメニスカスの特性を制御するステップとを含む。 An apparatus for growing a crystal ribbon includes a crucible holding a melt of semiconductor material, a pair of strings passing through a pair of openings provided in the crucible, and a meniscus controller. A pair of strings define the edges of the crystal ribbon grown from the melt. The crystal ribbon and the upper surface of the melt form a meniscus. The meniscus controller controls the properties of the meniscus near the edges of the crystal ribbon. A method of growing a crystal ribbon includes providing a melt of a semiconductor material in a crucible, placing a seed crystal of the semiconductor material in the melt, and passing through a pair of openings provided in the crucible. Solidifying the melt to form a crystal ribbon by pulling a seed crystal from the melt between the pair of strings, and controlling the properties of the meniscus near the edges of the crystal ribbon using a meniscus controller Steps.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】 (政府援助) 本明細書中に記載の研究は、エネルギー省によって与えられた連邦政府付与第
ZAX−8−17647−07号に援助された。政府は、本発明にいくつかの権
利を有する。
Government Assistance The work described herein was supported by Federal Grant No. ZAX-8-17647-07 awarded by the Department of Energy. The government has certain rights in this invention.

【0002】 (発明の分野) 本発明は、概して、結晶成長に関し、さらに詳細には、リボン結晶成長に関す
る。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to crystal growth, and more particularly to ribbon crystal growth.

【0003】 (発明の背景) 低コストの太陽電池を生成するためには、したがって、太陽電気の大規模な電
気応用を開拓するためには、太陽電池を作製するための低コストの基板材料を有
することが重要である。この場合の結晶シリコンを得るための好適な方法は、米
国特許第4,661,200号;第4,627,887号;第4,689,10
9号および第4,594,229号に示されるような連続プロセスにおけるシリ
コンリボンの成長を通してである。
BACKGROUND OF THE INVENTION In order to produce low cost solar cells, and thus to exploit large-scale electrical applications of solar electricity, low cost substrate materials for making solar cells have been developed. It is important to have. The preferred method for obtaining crystalline silicon in this case is U.S. Pat. Nos. 4,661,200; 4,627,887; 4,689,10.
9 and 4,594,229 through the growth of silicon ribbons in a continuous process.

【0004】 連続シリコンリボンは、この場合、2つの高温材料ストリングを、溶融シリコ
ンの浅い層を含むるつぼに通して導入することで形成される。ストリングは、成
長中のリボンのエッジを固定させ、溶融シリコンは、溶融層のすぐ上で固まって
固体リボンになる。ストリングと成長中のリボンとの間に形成する溶融層は、溶
融シリコンのメニスカスによって規定される。シリコンの無限垂直面に接すると
想定するメニスカスの高さは、リボンの幅に沿って約7mmである。リボンのエ
ッジにおいて、そのエッジの曲率半径そのものによって、メニスカスが局所的に
著しく低い高さをとり、多くの場合、メニスカスがリボンの中間部において、そ
の高さの5%未満まで縮む。成長界面に溶融物による熱匂配があるので、リボン
のエッジで減少したメニスカスの高さは、成長界面により多くの熱が伝導する原
因となり、結果として中間部に比べてエッジが著しく薄いリボンになる。これら
の薄いエッジにより、シリコンリボン基板上に太陽電池を作製する際の歩止まり
を下げることになり得る。なぜなら、エッジは弱く、基板全体に伝播するクラッ
クを発生し得るからである。
Continuous silicon ribbons are formed in this case by introducing two strings of high temperature material through a crucible containing a shallow layer of molten silicon. The strings anchor the edges of the growing ribbon and the molten silicon solidifies just above the molten layer into a solid ribbon. The molten layer that forms between the string and the growing ribbon is defined by the molten silicon meniscus. The height of the meniscus assumed to contact the infinite vertical plane of silicon is about 7 mm along the width of the ribbon. At the edge of the ribbon, the radius of curvature of the edge itself causes the meniscus to have a locally significantly lower height, often shrinking the meniscus to less than 5% of its height in the middle of the ribbon. Since there is a thermal gradient due to the melt at the growth interface, the reduced meniscus height at the ribbon edge causes more heat to be transferred to the growth interface, resulting in ribbons with significantly thinner edges than in the middle. Become. These thin edges can reduce the yield in making solar cells on silicon ribbon substrates. This is because the edge is weak and a crack that propagates throughout the substrate can be generated.

【0005】 さらに、リボンのエッジにおける低メニスカスは、結晶成長界面が下向きにへ
こむ原因となる。下向きにへこんだ成長界面は、結果としてリボンのエッジにお
いて多くの高角度の粒界が核生成し、粒界は次に、リボンの中間部に向って数ミ
リメートル成長する傾向がある。これらの高角度の粒界は、太陽電池の効率を下
げ得る欠陥を含み得る。
Further, the low meniscus at the edge of the ribbon causes the crystal growth interface to dent downwards. The downwardly depressed growth interface results in the nucleation of many high angle grain boundaries at the edges of the ribbon, which in turn tend to grow a few millimeters towards the middle of the ribbon. These high angle grain boundaries can contain defects that can reduce the efficiency of the solar cell.

【0006】 成長中の結晶リボンのエッジにおいてメニスカスの高さを制御する手段は、従
って、これらの問題を解決することに非常に有用である。下記の発明は、そのよ
うな技術を記載する。
Means for controlling the height of the meniscus at the edge of the growing crystal ribbon are therefore very useful in solving these problems. The following invention describes such a technique.

【0007】 (発明の要旨) 本発明は、連続的に行われるプロセスにおいて成長される結晶リボンのエッジ
のメニスカスの高さが変化され得、且つ、制御され得る、システムおよび方法を
特徴とする。このことは、溶融物を濡らし、且つ、成長リボンエッジの近傍に配
置された、特別な形状の構造体を用いて達成され得る。次いで、リボンのエッジ
におけるメニスカスの制御は、構造体の特定的な設計および配置によって影響さ
れ得る。具体的には、エッジにおけるメニスカスは、成長リボンの幅に沿ったメ
ニスカスより高くされるか、低くされるか、または同じ高さにされ得る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention features systems and methods in which the height of the meniscus at the edge of a crystal ribbon grown in a continuously performed process can be varied and controlled. This can be accomplished with a specially shaped structure that wets the melt and is located near the growth ribbon edge. Control of the meniscus at the edge of the ribbon can then be influenced by the specific design and placement of the structure. Specifically, the meniscus at the edge may be higher, lower, or flush with the meniscus along the width of the growth ribbon.

【0008】 さらに、これらの構造体は、また、周囲の溶融物よりも速く熱を失うことがで
きるという、熱伝導率および熱放射率などの、熱的特性を有し得る。より速く熱
を失うことにより、これらの構造体は、リボンをより厚くし得る。熱の損失およ
び修正されたメニスカスの高さの組み合わせ効果は、リボンの中間部分の厚さに
は関係なく、成長中のリボンのエッジの厚さを制御することである。リボンの幅
に沿ったメニスカスの高さは、結晶成長界面の形状を規定する。リボンの中間部
分のメニスカスの高さに対して、エッジメニスカスの高さを変更することの効果
は、結晶成長界面の形状が制御できる点にある。この界面を下向きの凸状にする
ことにより、成長方向は、ほぼ下向きで、わずかにエッジの方を向いている。こ
のことにより、リボンの中間部分に成長される大きな結晶粒が、エッジに向かっ
て伝播し、エッジの近傍に核形成される、小さな、高角度の粒界の影響が大幅に
低減される。
Moreover, these structures may also have thermal properties, such as thermal conductivity and thermal emissivity, that allow them to lose heat faster than the surrounding melt. By losing heat faster, these structures can make the ribbon thicker. The combined effect of heat loss and modified meniscus height is to control the edge thickness of the growing ribbon regardless of the thickness of the middle portion of the ribbon. The height of the meniscus along the width of the ribbon defines the shape of the crystal growth interface. The effect of changing the height of the edge meniscus with respect to the height of the meniscus in the middle portion of the ribbon is that the shape of the crystal growth interface can be controlled. By making this interface downwardly convex, the growth direction is almost downward and slightly toward the edge. This significantly reduces the effects of small, high-angle grain boundaries, where large crystal grains grown in the middle of the ribbon propagate toward the edge and are nucleated near the edge.

【0009】 ある局面において、本発明は、結晶リボンを成長する装置を特徴とする。この
装置は、るつぼと、1対のストリングと、メニスカスコントローラとを含む。る
つぼは、半導体材料の溶融物を保持する。るつぼは1対の開口部を有し、1対の
ストリングがこの開口部を通過する。この1対のストリングは、溶融物から成長
される結晶リボンのエッジを規定する。結晶リボンおよび溶融物の上面がメニス
カスを形成する。メニスカスコントローラが、結晶リボンのエッジの近傍のメニ
スカスの特性を制御する。
In one aspect, the invention features an apparatus for growing a crystal ribbon. The device includes a crucible, a pair of strings, and a meniscus controller. The crucible holds a melt of semiconductor material. The crucible has a pair of openings through which a pair of strings pass. This pair of strings defines the edges of the crystal ribbon grown from the melt. The crystal ribbon and the upper surface of the melt form a meniscus. A meniscus controller controls the characteristics of the meniscus near the edges of the crystal ribbon.

【0010】 ある実施形態において、メニスカスコントローラは、るつぼの中に、ストリン
グの少なくとも一方に隣接して配置された構造部材である。例えば、構造部材は
、少なくとも1つのピンまたは略円筒形の管を含み得る。別の実施例において、
構造部材は、溶融物の面に対して実質的に垂直に配向され得る。別の実施例にお
いて、1対のストリングは、第1のストリングおよび第2のストリングを含み、
構造部材は、第1のストリングに隣接して配置された第1の構造部材および第2
のストリングに隣接して配置された第2の構造部材を含む。さらに別の実施例に
おいて、構造部材および溶融物の上面がメニスカスを形成し、このメニスカスが
、結晶リボンのエッジの近傍のメニスカスの形状および高さに作用する。別の実
施形態において、メニスカスコントローラは、るつぼの壁を含む。
In some embodiments, the meniscus controller is a structural member located in the crucible adjacent to at least one of the strings. For example, the structural member may include at least one pin or a generally cylindrical tube. In another embodiment,
The structural member may be oriented substantially perpendicular to the plane of the melt. In another example, the pair of strings includes a first string and a second string,
The structural member includes a first structural member and a second structural member disposed adjacent to the first string.
A second structural member disposed adjacent to the string of. In yet another embodiment, the structural member and the top surface of the melt form a meniscus that affects the shape and height of the meniscus near the edges of the crystal ribbon. In another embodiment, the meniscus controller includes a crucible wall.

【0011】 ある実施形態において、メニスカスコントローラは、実質的に平坦な成長界面
を提供する。あるいは、メニスカスコントローラは、実質的に凸状の成長界面を
提供する。別の実施形態において、メニスカスコントローラは、結晶リボンの厚
さを制御する。例えば、メニスカスコントローラは、均一な厚さを有する結晶リ
ボンを提供し得る。さらに別の実施形態において、メニスカスコントローラは、
結晶リボンのエッジ近傍におけるメニスカスの高さを上昇させる。
In some embodiments, the meniscus controller provides a substantially flat growth interface. Alternatively, the meniscus controller provides a substantially convex growth interface. In another embodiment, the meniscus controller controls the thickness of the crystal ribbon. For example, a meniscus controller can provide a crystal ribbon with a uniform thickness. In yet another embodiment, the meniscus controller is
Increase the height of the meniscus near the edge of the crystal ribbon.

【0012】 別の局面において、本発明は、結晶リボンを成長する装置を特徴とする。この
装置は、半導体材料の溶融物を保持するるつぼと、るつぼ内の1対の開口部を通
過する1対のストリングと、るつぼの中に、ストリングの少なくとも一方に隣接
して配置された構造部材とを含む。1対のストリングが、溶融物から成長される
結晶リボンのエッジを規定する。結晶リボンおよび溶融物の上面がメニスカスを
形成する。るつぼの中の、ストリングの少なくとも一方の近傍に配置された構造
部材が、結晶リボンのエッジの近傍におけるメニスカスの高さを上昇させる。
In another aspect, the invention features an apparatus for growing a crystal ribbon. The apparatus includes a crucible for holding a melt of semiconductor material, a pair of strings passing through a pair of openings in the crucible, and a structural member disposed in the crucible adjacent at least one of the strings. Including and A pair of strings defines the edges of the crystal ribbon grown from the melt. The crystal ribbon and the upper surface of the melt form a meniscus. Structural members located in the crucible near at least one of the strings raise the meniscus height near the edges of the crystal ribbon.

【0013】 さらに別の局面において、本発明は、結晶リボンを成長する方法を特徴とする
。半導体材料の溶融物が、るつぼの中に提供される。半導体材料の種結晶が溶融
物の中に配置される。るつぼに設けられた1対の開口部を通過する1対のストリ
ングの間の溶融物から種結晶を引き上げることにより、溶融物を凝固させて、結
晶リボンを形成する。結晶リボンおよび溶融物の上面がメニスカスを形成する。
メニスカスコントローラが、結晶リボンのエッジの近傍におけるメニスカスの特
性を制御する。
In yet another aspect, the invention features a method of growing a crystal ribbon. A melt of semiconductor material is provided in a crucible. A seed crystal of semiconductor material is placed in the melt. The melt is solidified by pulling the seed crystal from the melt between the pair of strings passing through the pair of openings in the crucible to form a crystal ribbon. The crystal ribbon and the upper surface of the melt form a meniscus.
A meniscus controller controls the characteristics of the meniscus near the edges of the crystal ribbon.

【0014】 ある実施形態において、メニスカスの特性は、1対のストリングの少なくとも
一方に隣接して溶融物内に配置された構造部材を用いて制御される。例えば、構
造部材は、少なくとも1つのピンまたは略円筒形の管であり得る。別の実施形態
において、メニスカスの特性は、るつぼの壁を用いて制御される。
In some embodiments, the meniscus properties are controlled with a structural member disposed in the melt adjacent at least one of the pair of strings. For example, the structural member can be at least one pin or a generally cylindrical tube. In another embodiment, the meniscus properties are controlled using the crucible wall.

【0015】 ある実施形態において、リボンのエッジにおけるメニスカスの高さが制御され
得る。例えば、リボンのエッジにおけるメニスカスの高さは、リボンの中間部分
におけるメニスカスの高さとは関係なく制御され得る。リボンの中間部分におけ
るメニスカスの高さに対して、リボンのエッジにおけるメニスカスの高さを変更
することにより、成長界面を凹状、平坦、または凸状にし得る。別の実施形態に
おいて、リボンのエッジにおける厚さが制御され得る。例えば、リボンのエッジ
における厚さは、リボンの中間部分における厚さよりも薄くされるか、同じ厚さ
にされるか、または厚くされ得る。
In some embodiments, the height of the meniscus at the edge of the ribbon can be controlled. For example, the meniscus height at the ribbon edge can be controlled independently of the meniscus height at the middle portion of the ribbon. By varying the height of the meniscus at the edge of the ribbon relative to the height of the meniscus at the middle portion of the ribbon, the growth interface can be concave, flat, or convex. In another embodiment, the thickness at the edge of the ribbon can be controlled. For example, the thickness at the edges of the ribbon can be less than, the same as, or greater than the thickness at the middle portion of the ribbon.

【0016】 さらに別の実施形態において、本発明は、結晶リボンを成長する方法を特徴と
する。半導体材料の溶融物が、るつぼの中に提供される。構造部材が、るつぼに
設けられた1対の開口部を通過する1対のストリングの少なくとも一方に隣接し
てるつぼ内に提供される。種結晶を、1対のストリングの間の溶融物から引き上
げる。溶融物が凝固して、結晶リボンを形成する。結晶リボンおよび溶融物の上
面がメニスカスを形成する。結晶リボンのエッジの近傍におけるメニスカスの高
さが上昇される。
In yet another embodiment, the invention features a method of growing a crystal ribbon. A melt of semiconductor material is provided in a crucible. Structural members are provided in the crucible adjacent to at least one of the pair of strings passing through the pair of openings in the crucible. A seed crystal is pulled from the melt between a pair of strings. The melt solidifies to form a crystal ribbon. The crystal ribbon and the upper surface of the melt form a meniscus. The height of the meniscus near the edge of the crystal ribbon is increased.

【0017】 本発明の上記、および他の目的、特徴、および利点、ならびに本発明自体は、
添付の図面を参照しながら、以下の好適な実施形態の詳細な説明を読むことによ
って、よりよく理解される。
The above, and other objects, features, and advantages of the invention, as well as the invention itself,
A better understanding will be obtained by reading the following detailed description of the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.

【0018】 (詳細な説明) 図1a〜1cに示すように、リボン結晶成長システム10は、るつぼ12、る
つぼ12に配置される溶融物14、および、るつぼ12を通る一対のストリング
13を含む。るつぼ12は、一対のストリング13が通る一対の開口部(図示せ
ず)を有する。溶融物14は、リボンが溶融物14から引き上げられるにつれて
、凝固し、結晶リボン15を形成する。一対のストリング13は、結晶リボン1
5のエッジを安定化する。メニスカス18は、溶融物14の表面と、リボン15
の成長界面20との間で形成する。正面から見たメニスカス18の上面は、実質
的に、凹形である。成長は、溶融物の自由表面から起こり、るつぼ材料との接触
を最小限にして、不純物が分離される。溶融物の自由表面とは、溶融物の上面を
指す。リボン材料が凝固するにつれて、トレース材料の原子が溶融物に自由に戻
るので、不純物が分離し、その結果、溶融物より純粋な結晶リボンが得られるこ
とになる。この効果は、より低い純度の、従って、より低い価格の開始材料を利
用すること、またはより高い品質の結晶リボンを生成することを可能にする。
Detailed Description As shown in FIGS. 1 a-1 c, a ribbon crystal growth system 10 includes a crucible 12, a melt 14 disposed in the crucible 12, and a pair of strings 13 passing through the crucible 12. The crucible 12 has a pair of openings (not shown) through which the pair of strings 13 pass. The melt 14 solidifies as the ribbon is pulled out of the melt 14, forming a crystalline ribbon 15. The pair of strings 13 is the crystal ribbon 1.
Stabilize the edge of 5. The meniscus 18 forms the surface of the melt 14 and the ribbon 15
And the growth interface 20 thereof. The upper surface of the meniscus 18 as viewed from the front is substantially concave. Growth occurs from the free surface of the melt, minimizing contact with the crucible material and separating impurities. The free surface of the melt refers to the upper surface of the melt. As the ribbon material solidifies, atoms of the trace material are free to return to the melt, causing the impurities to separate, resulting in a crystal ribbon that is purer than the melt. This effect makes it possible to utilize lower purity and therefore lower cost starting materials or to produce higher quality crystalline ribbons.

【0019】 図1bおよび1cに示すように、メニスカス18は、高さhおよび曲率半径R
1およびR2を有する。R1は、垂直面における曲率半径を表し、R2は、水平
面における曲率半径を表す。
As shown in FIGS. 1b and 1c, the meniscus 18 has a height h and a radius of curvature R.
1 and R2. R1 represents the radius of curvature in the vertical plane, and R2 represents the radius of curvature in the horizontal plane.

【0020】 一般化されたラプラス方程式を用いて、所与の材料およびジオメトリについて
、以下の式に基づいて、メニスカスの形状および高さが決定され得る。
Using the generalized Laplace equation, the meniscus shape and height can be determined for a given material and geometry based on the following equations:

【0021】[0021]

【数1】 上式において、Δpは、溶融物表面とメニスカスの高さhとの間の圧力差であ
り、γは、溶融物の表面張力であり、ρは、溶融物材料の密度であり、gは、重
力加速度であり、hは、メニスカスの高さである。R1およびR2は、垂直面およ
び水平面におけるメニスカスの曲線半径である。R1およびR2は、メニスカスに
沿った垂直方向の高さとともに変化する。この式を、溶融物自由表面から、メニ
スカス接触点、またはメニスカスのリボン15上の上限まで積分することによっ
て、メニスカスの高さおよび形状が決定され得る。
[Equation 1] In the above equation, Δp is the pressure difference between the melt surface and the meniscus height h, γ is the melt surface tension, ρ is the density of the melt material, and g is Gravity acceleration and h is the height of the meniscus. R 1 and R 2 are the meniscus curve radii in the vertical and horizontal planes. R 1 and R 2 change with vertical height along the meniscus. By integrating this equation from the melt free surface to the meniscus contact point, or the upper limit of the meniscus on the ribbon 15, the height and shape of the meniscus can be determined.

【0022】 リボン15の中央近傍のメニスカス18については、水平面では、実質的に屈
曲しておらず、従って、1/R2は、上式から省かれ、方程式を解くことで、メ
ニスカスの高さを得ることができる。例えば、メニスカスの高さは、シリコンリ
ボンを濡らす溶融シリコンについて、約7mmであり得る。ここで、ρは、約2
.3gm/cm3、γは、約720ダイン/cm、gは、約980cm/s2であ
る。リボンのエッジの近傍のメニスカス18については、1/R2は、重要な因
数であり、得られるメニスカスの高さは、より低い。上述したように、R1およ
びR2は、メニスカスに沿った垂直方向の高さとともに変化する。メニスカスの
上部で、R2は、リボンの厚さの約半分であり得る。例えば、太陽電池の用途に
おいて用いられるシリコンリボンを成長させるために用いられる、約0.3mm
の厚さを有するシリコンリボン15の場合、リボン15のエッジの近傍のメニス
カスの高さは、約0.3mmである。エッジの近傍のメニスカスの高さは、中央
近傍の高さよりもかなり小さい。図1aに、リボン15の中央の近傍のメニスカ
スの高さと、リボン15のエッジの近傍のメニスカスの高さとの差を示す。
The meniscus 18 near the center of the ribbon 15 is not substantially bent in the horizontal plane, so 1 / R 2 is omitted from the above equation, and the equation is solved to determine the height of the meniscus. Can be obtained. For example, the meniscus height can be about 7 mm for molten silicon that wets the silicon ribbon. Where ρ is about 2
3 gm / cm 3 , γ is about 720 dynes / cm, and g is about 980 cm / s 2 . For the meniscus 18 near the edge of the ribbon, 1 / R 2 is an important factor and the resulting meniscus height is lower. As mentioned above, R 1 and R 2 vary with vertical height along the meniscus. At the top of the meniscus, R 2 can be about half the thickness of the ribbon. For example, about 0.3 mm used to grow silicon ribbons used in solar cell applications.
In the case of a silicon ribbon 15 having a thickness of, the height of the meniscus near the edge of the ribbon 15 is about 0.3 mm. The height of the meniscus near the edge is much smaller than the height near the center. FIG. 1 a shows the difference between the height of the meniscus near the center of the ribbon 15 and the height of the meniscus near the edge of the ribbon 15.

【0023】 リボン成長プロセスにおいて、熱は、溶融物14から成長界面20に、そして
成長界面20からリボン15へと伝えられる。リボン15は、その後、熱を周り
の環境に放射する。さらに、溶解熱は、溶融シリコンが凝固するにつれて、成長
界面20で放熱される。これらの熱流の均衡がリボンの厚さを決定する。リボン
のエッジで、メニスカスの高さが低減されることによって、成長界面20が溶融
物14に近づくので、溶融物14から成長界面20により多くの熱が伝えられる
ことになる。さらに、エッジで、メニスカスがより低くなることによって、成長
界面が、より熱い熱的環境に置かれる。このより熱い熱的環境は、溶融表面に近
い。上記理由により、放射される熱はより少なくなる。これらの熱流の均衡は、
より薄いエッジを提供する。
In the ribbon growth process, heat is transferred from the melt 14 to the growth interface 20 and from the growth interface 20 to the ribbon 15. The ribbon 15 then radiates heat to the surrounding environment. Further, the heat of fusion is radiated at the growth interface 20 as the molten silicon solidifies. The balance of these heat flows determines the ribbon thickness. By reducing the height of the meniscus at the edge of the ribbon, the growth interface 20 approaches the melt 14, so more heat is transferred from the melt 14 to the growth interface 20. In addition, the lower meniscus at the edge places the growth interface in a hotter thermal environment. This hotter thermal environment is closer to the molten surface. For the above reasons, less heat is radiated. The balance of these heat flows is
Provides a thinner edge.

【0024】 図2を参照して、本発明のリボン結晶成長システム30は、るつぼ32、溶融
物34、るつぼ32内の1対の穴を通過する1対のストリング36、およびメニ
スカスコントローラ38を備える。結晶リボン40は、図1a〜1cを参照して
実質的に上述したような溶融物34から成長する。しかしながら、メニスカスコ
ントローラ38は、溶融物34とリボン40との間に形成されたメニスカス42
を修正する。1つの実施形態では、メニスカスコントローラ38は、るつぼ32
内に位置し、1対のストリング36に隣接する1対の構造部材である。溶融材料
が構造部材38の表面を濡らすと、メニスカス44が各構造部材38の周囲に形
成される。液体を介して測定される固体と液体との接触角が、0°〜90°の間
にあるとき、液体が固体を「濡らす」という。溶融材料が構造部材38の表面を
濡らすと、溶融物が構造部材38上を上昇する。それゆえ、構造部材38の材料
は、構造部材38に対する溶融材料の濡れ性に基づいて選択される。例えば、シ
リコンリボンを成長させる場合、構造部材の材料はグラファイトであり得る。あ
るいは、構造部材および/またはるつぼの材料は、カーボン、酸素、シリコン、
窒素、またはこれらの元素のうちのいずれかを含む化合物を含み得る。構造部材
38の周囲に形成されたメニスカス44は、メニスカス42上に重なり、リボン
40の中央部付近のメニスカス42に実質的に影響を及ぼすことなく、リボンエ
ッジ付近のメニスカス44の高さを修正する。リボン40のエッジ付近のメニス
カスの高さが上げられる。結果として、成長界面43は、実質的に直線状または
実質的に凸状である。これらの構造の具体的な設計(例えば、形状およびサイズ
)、および構造の配置が、それゆえ、メニスカスを制御し、かつ変化させるため
に用いられ得る。例えば、リボンのエッジ付近のメニスカスの高さは、より高く
、より低く、またはリボンの全幅に沿ったメニスカスと同じ高さに作製され得る
Referring to FIG. 2, the ribbon crystal growth system 30 of the present invention comprises a crucible 32, a melt 34, a pair of strings 36 passing through a pair of holes in the crucible 32, and a meniscus controller 38. . Crystal ribbon 40 is grown from melt 34 substantially as described above with reference to FIGS. However, the meniscus controller 38 does not include the meniscus 42 formed between the melt 34 and the ribbon 40.
To fix. In one embodiment, the meniscus controller 38 includes a crucible 32.
A pair of structural members located within and adjacent to a pair of strings 36. When the molten material wets the surface of the structural members 38, a meniscus 44 is formed around each structural member 38. A liquid is said to "wet" a solid when the contact angle between the solid and the liquid measured through the liquid is between 0 ° and 90 °. As the molten material wets the surface of structural member 38, the melt rises above structural member 38. Therefore, the material of the structural member 38 is selected based on the wettability of the molten material with the structural member 38. For example, when growing a silicon ribbon, the material of the structural member can be graphite. Alternatively, the material of the structural member and / or the crucible is carbon, oxygen, silicon,
It may include nitrogen, or compounds containing any of these elements. A meniscus 44 formed around the structural member 38 overlays the meniscus 42 and modifies the height of the meniscus 44 near the ribbon edge without substantially affecting the meniscus 42 near the center of the ribbon 40. . The height of the meniscus near the edge of the ribbon 40 is increased. As a result, the growth interface 43 is substantially straight or substantially convex. The specific design (eg, shape and size) of these structures, and the placement of the structures can therefore be used to control and vary the meniscus. For example, the height of the meniscus near the edge of the ribbon can be made higher, lower, or as high as the meniscus along the entire width of the ribbon.

【0025】 1つの実施形態では、溶融物54内に設けられた垂直ピン52が、図3aに示
すようなメニスカスコントローラとして機能する。この実施形態では、シリコン
リボンの成長のために、2つの垂直なグラファイトピン52aおよび52bが、
各ストリング51付近にある、るつぼ59の底部のブラインドホールに設置され
る。第1のピン52aが、リボン56の一方の側に設けられ、第2のピン52b
がリボン56の他方の側に設けられる。メニスカスが、ピン52aおよび52b
の各々の周囲に形成される。ピン52aおよび52bの各々の周囲に形成された
メニスカスは、成長界面60と溶融物54との間に形成されたメニスカス58上
に重なるため、リボン56のエッジ付近で、メニスカス58の高さを上げる。
In one embodiment, the vertical pin 52 provided in the melt 54 functions as a meniscus controller as shown in FIG. 3a. In this embodiment, two vertical graphite pins 52a and 52b are provided for growth of the silicon ribbon.
It is installed in a blind hole at the bottom of the crucible 59 near each string 51. A first pin 52a is provided on one side of the ribbon 56 and a second pin 52b
Is provided on the other side of the ribbon 56. The meniscus has pins 52a and 52b.
Formed around each. The meniscus formed around each of the pins 52a and 52b overlaps the meniscus 58 formed between the growth interface 60 and the melt 54, thus increasing the height of the meniscus 58 near the edge of the ribbon 56. .

【0026】 別の実施形態では、図3bに示すように、溶融物74内に設けられた垂直壁7
2が、リボン78のエッジ付近のメニスカス76を修正する。各垂直壁72は、
リボン78のエッジ付近で、リボン78の面と実質的に垂直に配置される。各垂
直壁72の周囲に形成されるメニスカス79は、メニスカス76上に重なり、リ
ボン78のエッジ付近で、メニスカス76の高さを変える。これらの壁72は、
機械加工により、るつぼ71内に形成され得るか、またはるつぼ71の底部のブ
ラインドホールにピンで留められる個別の部分であり得る。
In another embodiment, a vertical wall 7 provided in the melt 74, as shown in FIG. 3b.
2 modifies the meniscus 76 near the edge of the ribbon 78. Each vertical wall 72
Located near the edge of ribbon 78 and substantially perpendicular to the plane of ribbon 78. A meniscus 79 formed around each vertical wall 72 overlies the meniscus 76 and changes the height of the meniscus 76 near the edge of the ribbon 78. These walls 72
It may be machined into crucible 71 or may be a separate part that is pinned into a blind hole in the bottom of crucible 71.

【0027】 さらに別の実施形態では、図3cに示すように、リボン結晶成長システム80
が、メニスカス86を修正する内壁84を有するるつぼ82を備える。内壁84
は、各内壁84の周囲に形成されたメニスカス89が溶融物90とリボン88と
の間に形成されたメニスカス86と相互作用し、リボン88のエッジ付近で、メ
ニスカス86を修正するように、リボン88のエッジの実質的に近くに位置する
。溶融材料が内壁84の表面を濡らすと、メニスカス89が各内壁84の周囲に
形成される。
In yet another embodiment, as shown in FIG. 3c, a ribbon crystal growth system 80.
Comprises a crucible 82 having an inner wall 84 that modifies the meniscus 86. Inner wall 84
Ribbons such that the meniscus 89 formed around each inner wall 84 interacts with the meniscus 86 formed between the melt 90 and the ribbon 88 to modify the meniscus 86 near the edges of the ribbon 88. Located substantially near the edge of 88. When the molten material wets the surface of the inner wall 84, a meniscus 89 is formed around each inner wall 84.

【0028】 図4を参照して、リボン結晶成長システム100は、リボン104のエッジ付
近で溶融物106に配置される中空半円筒102を備える。円筒102の内面は
、リボンエッジに面し、円筒102の外面はリボン104と反対方向を向く。円
筒102の内面は、実質的に、リボン104のエッジを囲む。溶融物106は、
円筒102の内面を濡らし、リボン104のエッジ付近で、メニスカスの高さを
上げる。この実施形態では、図4に示すように、1対のストリング108が円筒
102の中空の内部を通過する。中空半円筒102の利点は、メニスカス103
が円筒102の内面に沿って非常に高く隆起し得ることである。半円筒102は
、完全な円筒を半分に切断することにより用意され得る。あるいは、完全な円筒
は、円筒の側面に沿って開口部を設け、メニスカスが円筒のこの内面と成長する
結晶リボンとを接続することを可能にするように機械加工され得る。
Referring to FIG. 4, the ribbon crystal growth system 100 comprises a hollow semi-cylinder 102 that is placed in the melt 106 near the edge of the ribbon 104. The inner surface of cylinder 102 faces the ribbon edge and the outer surface of cylinder 102 faces away from ribbon 104. The inner surface of cylinder 102 substantially surrounds the edge of ribbon 104. The melt 106 is
Wet the inner surface of the cylinder 102 and raise the meniscus height near the edge of the ribbon 104. In this embodiment, as shown in FIG. 4, a pair of strings 108 pass through the hollow interior of cylinder 102. The advantage of the hollow semi-cylinder 102 is that the meniscus 103
Can rise very high along the inner surface of the cylinder 102. The half cylinder 102 can be prepared by cutting a full cylinder in half. Alternatively, the full cylinder can be machined to provide an opening along the side of the cylinder, allowing the meniscus to connect this inner surface of the cylinder with the growing crystal ribbon.

【0029】 リボンのエッジ付近でメニスカスの高さを上げることに加えて、メニスカスコ
ントローラは、溶融物が凝固するときに、溶融物の冷却を促進し得るため、エッ
ジ付近でより厚いリボンが提供される。構造部材は、通常、溶融物の上まで延び
、溶融物の材料の放射率よりも大きな放射率を有する材料から作製され得るため
、例えば、メニスカスコントローラとして用いられる構造部材は放熱し、リボン
エッジ付近で、溶融シリコンを直接冷却し得る。それゆえ、材料選択およびメニ
スカスコントローラのサイズにより、リボンの厚さが制御され得る。例えば、グ
ラファイトで形成されるメニスカスコントローラは、結晶シリコンリボンの成長
に用いられ得る。
In addition to raising the meniscus height near the edge of the ribbon, the meniscus controller may facilitate cooling of the melt as it solidifies, thus providing a thicker ribbon near the edge. It Since the structural member typically extends above the melt and can be made of a material having an emissivity greater than that of the material of the melt, for example, a structural member used as a meniscus controller will dissipate heat and near the ribbon edge. The molten silicon can be cooled directly. Therefore, ribbon thickness can be controlled by material selection and size of the meniscus controller. For example, a meniscus controller formed of graphite can be used to grow crystalline silicon ribbons.

【0030】 図5aおよび5bは、メニスカスコントローラが存在する場合に成長されたシ
リコンリボンの断面とメニスカスコントローラが存在しない場合に成長されたシ
リコンリボンの断面の相違を示す。図5aは、エッジ122にメニスカスの修正
がないリボン120の断面を示す。エッジ122は、ストリング124付近の領
域に当たる。この結果、エッジ122付近がくびれ、エッジがもろくなり、破損
につながり得る。図5bは、メニスカスが本発明により修正された場合のエッジ
132付近でのリボン130の厚さの著しい改善を示す。エッジ132付近のく
びれは、リボン130が破損しなくなるように、実質的に除去される。
5a and 5b show the difference between the cross section of a silicon ribbon grown in the presence of a meniscus controller and the cross section of a silicon ribbon grown in the absence of a meniscus controller. FIG. 5 a shows a cross section of ribbon 120 with no meniscus modification at edge 122. The edge 122 hits a region near the string 124. As a result, the vicinity of the edge 122 becomes constricted and the edge becomes brittle, which may lead to damage. FIG. 5b shows a significant improvement in ribbon 130 thickness near edge 132 when the meniscus is modified according to the present invention. The constriction near the edge 132 is substantially removed so that the ribbon 130 does not break.

【0031】 図6a〜6cに示すように、本発明において使用されるメニスカスコントロー
ラはまた、成長界面の形状を制御する。メニスカスコントローラを使用せずに成
長したリボン142の成長界面140は、図6aに示すように、実質的に凹型で
、下方に向いている(すなわち、しかめ面をしている)。結晶リボン142は、
成長界面140に対しほぼ垂直の方向に成長するので、しかめ面の界面140に
は、エッジで核生成し、その後リボン142の中程に向かって伝播する結晶粒が
多く生じる。結果として、かなりの量の粒界144の量が形成され得る。本明細
書に記載するようにリボンのエッジの近傍のメニスカスを修正することによって
、成長界面が図6bに示すように実質的に平坦にされ得るか、または図6cに示
すように実質的に凸型で、上方に向かわせ(すなわち、笑っている)得る。
As shown in Figures 6a-6c, the meniscus controller used in the present invention also controls the shape of the growth interface. The growth interface 140 of the ribbon 142 grown without the meniscus controller is substantially concave and faces downward (ie frowns), as shown in Figure 6a. The crystal ribbon 142 is
Since the crystal grows in a direction substantially perpendicular to the growth interface 140, a large number of crystal grains that nucleate at the edge and then propagate toward the middle of the ribbon 142 are generated at the frowning interface 140. As a result, a significant amount of grain boundaries 144 may be formed. By modifying the meniscus near the edge of the ribbon as described herein, the growth interface can be made substantially flat as shown in Figure 6b, or substantially convex as shown in Figure 6c. With a pattern, you can turn upwards (ie, laughing).

【0032】 図6cを参照すると、界面150が実質的に凸型である場合には、結晶粒は、
リボン152の中程の近傍において核生成し、エッジ154に向かって伝播する
。したがって、概して非常に大きい粒または凝集性双晶(coherent t
wins)から成る粒が、下方、およびリボン152のエッジに向かって成長す
る。凝集性双晶粒は、互いに鏡像関係にある結晶構造を有する。これらの粒は、
次いでリボン152において優勢となり、エッジにおいて核生成する多くの高角
度粒を抑圧し、この結果、図6cに示す著しく大きな結晶粒および縮小した高角
度粒界を有するリボンを生じる。
Referring to FIG. 6c, when the interface 150 is substantially convex, the grains are
Nucleation occurs near the middle of the ribbon 152 and propagates toward the edge 154. Therefore, it is generally very large grains or coherent twins.
Grains of wins) grow downward and toward the edge of the ribbon 152. The cohesive twin grains have crystal structures that are mirror images of each other. These grains are
It then predominates in the ribbon 152 and suppresses many high angle grains nucleating at the edges, resulting in a ribbon with significantly larger grains and reduced high angle grain boundaries as shown in Figure 6c.

【0033】 本発明は、1999年5月3日に出願された、共に所有され、かつ係属中の「
Melt Depth Control for Semiconductor
Materials Grown from a Melt」と題する米国特
許出願に記載されるような、溶融物の深さ制御を備えるリボン成長システムを用
いて使用され得る。本明細書中、同出願を参考のため援用する。
This invention is a co-owned and pending “filed on May 3, 1999.
Melt Depth Control for Semiconductor
It may be used with a ribbon growth system with melt depth control as described in the US patent application entitled "Materials Grown from a Melt". This application is incorporated herein by reference.

【0034】 図7および8を参照すると、連続リボン成長システム210は、溶融シリコン
(「溶融物」)214の貯蔵部を含むるつぼ212と、るつぼ212を通って延
びる1対のストリング216とを含む。メニスカスコントローラ211は、各ス
トリング216の近傍に位置付けられる。薄い多結晶シート218は、より冷た
い液体シリコンがメニスカス219の上面で結晶化するにしたがい、溶融物21
4からゆっくりと引き上げられる。るつぼ212の底面にある穴(図示せず)を
通っているストリング216は、結晶シート218のエッジ境界へと組み込まれ
、そのエッジ境界を規定する。ストリング216は、シート218が成長するに
したがい、エッジを固定する。メニスカスコントローラ211は、メニスカスを
修正する。シリコンの表面張力によって、ストリング216が通っているるつぼ
212の穴を介して漏れ出ることが防がれる。連続リボン成長システム210に
おいて、溶融物214およびるつぼ212は、不活性ガスが充満したハウジング
(図示せず)内に収納され、溶融シリコンの酸化を防ぐ。ローラ(図示せず)に
よって、シート218が成長するにしたがい、シート218は、垂直方向に移動
し続ける。るつぼ212は、溶融物214内で溶融されたシリコンの溶融を維持
するために、加熱されたままである。
With reference to FIGS. 7 and 8, a continuous ribbon growth system 210 includes a crucible 212 containing a reservoir of molten silicon (“melt”) 214 and a pair of strings 216 extending through the crucible 212. . The meniscus controller 211 is positioned near each string 216. The thin polycrystalline sheet 218 melts 21 as the colder liquid silicon crystallizes on top of the meniscus 219.
It is slowly pulled up from 4. A string 216 running through a hole (not shown) in the bottom of crucible 212 is incorporated into and defines the edge boundary of crystal sheet 218. The string 216 secures the edges as the sheet 218 grows. The meniscus controller 211 corrects the meniscus. The surface tension of the silicon prevents the string 216 from leaking through the holes in the crucible 212. In continuous ribbon growth system 210, melt 214 and crucible 212 are contained within a housing (not shown) filled with an inert gas to prevent oxidation of molten silicon. As the sheet 218 grows by rollers (not shown), the sheet 218 continues to move vertically. The crucible 212 remains heated to maintain the melting of the melted silicon in the melt 214.

【0035】 溶融物214の深さが計測され、この情報は、フィーダ226に提供される。
これにより、シリコンを溶融物214内に導入する速度が調整され、結晶成長中
、溶融物の深さが一定に維持される。フィーダ226は、結晶シート218が溶
融物214から成長するにしたがい、シリコンペレットを溶融物214に追加し
、溶融物214から失われたシリコンを補償する。溶融物214の深さは、入力
信号をるつぼ212および溶融物214に伝え、この入力信号に応答して生成さ
れた出力信号を計測することによって計測される。出力信号は、溶融物の深さを
示す。
The depth of the melt 214 is measured and this information is provided to the feeder 226.
This regulates the rate at which silicon is introduced into the melt 214 and maintains a constant melt depth during crystal growth. The feeder 226 adds silicon pellets to the melt 214 as the crystal sheet 218 grows from the melt 214, compensating for silicon lost from the melt 214. The depth of the melt 214 is measured by transmitting an input signal to the crucible 212 and the melt 214 and measuring an output signal generated in response to the input signal. The output signal indicates the depth of the melt.

【0036】 1実施形態において、電流IINが1対の電極AおよびBを介してるつぼ212
と溶融物214とを組み合わせたものに印加され、合成電位が計測される。合成
電位VOUTが、差動増幅器222によって、1対の電極CおよびDを介して計測
され、バルク抵抗信号を提供する。結果の電位は、フィードバック回路部224
内に供給され、ここで回路部224は、フィーダ226の供給速度を制御する制
御信号を生成する。フィードバック回路部224は、所望の溶融物の高さに相当
する、一定のレベルに結果の電圧を維持するように設定される。1実施形態にお
いて、1対の電極CおよびDは、1対の電極AとBとの間に位置される。
In one embodiment, the current I IN passes through a pair of electrodes A and B to the crucible 212.
And the melt 214 are applied in combination, and the combined potential is measured. The resultant potential V OUT is measured by the differential amplifier 222 via a pair of electrodes C and D to provide a bulk resistance signal. The resulting potential is the feedback circuit section 224.
Is supplied to the circuit portion 224, and the circuit portion 224 generates a control signal for controlling the feeding speed of the feeder 226. The feedback circuitry 224 is set to maintain the resulting voltage at a constant level, which corresponds to the desired melt height. In one embodiment, the pair of electrodes C and D is located between the pair of electrodes A and B.

【0037】 溶融物の深さと入力信号に応答して計測された出力信号との関係を以下に記載
する。深さを測定する本方法は、半導体のユニークな特性、および広く用いられ
るるつぼ材料(例えば、グラファイト)を利用する。例えば、室温では、シリコ
ンは普通半導体である。しかし、溶融点では、他の半導体と同様、シリコンは、
電気導電体となり、金属とほぼ同程度の導電率を有する。グラファイトもまた、
電気導電体である。しかし、溶融シリコンの導電率は、グラファイトの導電率よ
りも高く、それ故に同時に計測された場合、優勢となる。
The relationship between the melt depth and the output signal measured in response to the input signal is described below. This method of measuring depth takes advantage of the unique properties of semiconductors and widely used crucible materials such as graphite. For example, at room temperature, silicon is usually a semiconductor. However, at the melting point, silicon, like other semiconductors,
It becomes an electric conductor and has a conductivity almost the same as that of metal. Graphite is also
It is an electric conductor. However, the conductivity of molten silicon is higher than that of graphite and, therefore, dominates when measured simultaneously.

【0038】 シリコン溶融物の導電率は、シリコン溶融物の断面積に、正比例する。溶融シ
リコンの溶融の深さにおける変化は、シリコン溶融物の断面積を変化させ、結果
的に、導電率を変化させて、抵抗を逆に変化させる。電流が、るつぼ212およ
び溶融物214の両方を流れる場合、るつぼ212上の2つの点(すなわち、電
極AおよびB)への電気接続を形成することによって、溶融物214およびるつ
ぼ212の壁は、並列抵抗パスを形成する。従って、印加された電流に応答して
発生された電位は、るつぼ212における溶融物214の深さによって影響され
る。るつぼ212上の2点(すなわち、電極CおよびD)の間で測定される電圧
は、溶融物214およびグラファイト212の合わせた抵抗を表す信号を提供し
、従って、るつぼ212における溶融物214の高さ(または、深さ)を表す。
半導体処理るつぼの構成に用いられる、典型的なグラファイト材料のバルク抵抗
率は、約1ミリオームセンチメートルである。溶融シリコンのバルク抵抗率は、
20倍小さい値のオーダーである。従って、るつぼの断面積が、典型的な溶融物
の断面積の20倍より大幅に小さい場合(これは、典型的なケースである)、溶
融シリコンは、グラファイトの抵抗層上の「ショート層」であると考えられ得る
。その後、溶融物によって、コンダクタンス全体が左右されるので、基準は、好
ましくは、溶融物の抵抗であると考えられる。図9に、図7および8の連続リボ
ン成長システム210の回路図を示す。
The conductivity of the silicon melt is directly proportional to the cross-sectional area of the silicon melt. A change in the melting depth of the molten silicon changes the cross-sectional area of the silicon melt, which in turn changes the conductivity and vice versa. When current flows through both the crucible 212 and the melt 214, the walls of the melt 214 and the crucible 212 are separated by making electrical connections to two points on the crucible 212 (ie, electrodes A and B). Form a parallel resistive path. Therefore, the potential generated in response to the applied current is affected by the depth of the melt 214 in the crucible 212. The voltage measured between two points on crucible 212 (ie, electrodes C and D) provides a signal representative of the combined resistance of melt 214 and graphite 212, and thus the high melt 214 in crucible 212. (Or depth).
The bulk resistivity of a typical graphite material used in the construction of semiconductor processing crucibles is about 1 milliohm centimeter. The bulk resistivity of molten silicon is
On the order of 20 times smaller values. Thus, if the crucible cross-sectional area is significantly less than 20 times the typical melt cross-sectional area (which is the typical case), the molten silicon will be a "short layer" on the graphite resistive layer. Can be considered to be The criterion is then preferably considered to be the resistance of the melt, since the melt determines the overall conductance. FIG. 9 shows a schematic diagram of the continuous ribbon growth system 210 of FIGS. 7 and 8.

【0039】 本発明は、さらに、1999年3月3日に出願され、「Continuous
melt replenishment for crystal grow
th」という名称の本願と所有者が同一の係属中の米国特許出願第09,304
,284号に記載される連続溶融物補充装置を有する結晶成長システムに組み込
まれ得る。この出願は、本明細書中で参考として援用される。
The present invention was further filed on Mar. 3, 1999, “Continuous
melt replenishment for crystal glow
US patent application Ser. No. 09,304
, 284 may be incorporated into a crystal growth system having a continuous melt replenisher. This application is incorporated herein by reference.

【0040】 図10および11を参照すると、連続リボン成長システム350は、溶融シリ
コン(「溶融物」)342のプールを含むるつぼ343、およびるつぼ343を
通って延びる一対のストリング344を含む。メニスカスコントローラ340は
、各ストリングの近傍に位置する。シリコンの多結晶シート341が、溶融物3
42から、ゆっくりと引き上げられ、メニスカスの上部でより冷たい液体のシリ
コンが結晶化する。メニスカスコントローラ340は、リボン341のエッジ近
傍のメニスカスを修正する。るつぼ343の底部にある穴(図示せず)を通るス
トリング344は、結晶シート341のエッジ境界に組み込まれるようになり、
結晶シート341のエッジ境界を規定する。ストリング344は、シート341
が成長するにつれて、エッジを安定化させる。シリコンの表面張力は、ストリン
グ344が通る、るつぼ343の穴を通じる漏れを防ぐ。実際の連続的な結晶成
長装置において、溶融物342およびるつぼ343は、不活性ガスが充填された
ハウジング(図示せず)の中に収容されて、溶融シリコンの酸化が防がれる。ロ
ーラー(図示せず)が、シート341の成長に伴って、垂直にシート341を動
かし続ける。るつぼ343は、溶融物342において、シリコンを溶融したまま
にしておくために、加熱され続ける。また、るつぼ343は、静止し続ける。
With reference to FIGS. 10 and 11, the continuous ribbon growth system 350 includes a crucible 343 containing a pool of molten silicon (“melt”) 342 and a pair of strings 344 extending through the crucible 343. The meniscus controller 340 is located near each string. Polycrystalline sheet 341 of silicon melt 3
From 42, it is slowly pulled up and the colder liquid silicon crystallizes on top of the meniscus. The meniscus controller 340 corrects the meniscus near the edge of the ribbon 341. A string 344 through a hole (not shown) in the bottom of the crucible 343 becomes incorporated into the edge boundary of the crystal sheet 341,
The edge boundary of the crystal sheet 341 is defined. String 344 is seat 341
Stabilizes the edges as grows. The surface tension of the silicone prevents leakage through the holes in the crucible 343 through which the string 344 passes. In an actual continuous crystal growth apparatus, the melt 342 and crucible 343 are contained in a housing (not shown) filled with an inert gas to prevent oxidation of the molten silicon. Rollers (not shown) continue to move sheet 341 vertically as it grows. The crucible 343 remains heated in the melt 342 to keep the silicon molten. Further, the crucible 343 remains stationary.

【0041】 溶融物342の一部が、凝固して結晶リボンを形成することによって失われる
ので、連続的な結晶成長プロセスを提供するため、溶融物342は、連続的に補
充される必要がある。1実施形態において、図11に示すように、粒状原料33
5は、大きな開口部を通じてホッパー322に入り、小さい開口部を通じてホッ
パー312を出る。粒状原料335は、不均一なサイズの粒子を有し得る。原料
は、例えば、半導体材料であり得る。1実施形態において、原料は、シリコン、
およびボロンのようなドーパントを含む。ホッパー312を出る原料335は、
並進運動ベルト334上に配置されて原料335の山を形成する。原料335の
山は、安息角を有する。安息角は、原料335を構成する粒子の形状およびサイ
ズ分布によって決定される。
Since a portion of melt 342 is lost by solidifying to form a crystal ribbon, melt 342 needs to be continuously replenished to provide a continuous crystal growth process. . In one embodiment, as shown in FIG.
5 enters hopper 322 through a large opening and exits hopper 312 through a small opening. Granular feedstock 335 may have particles of non-uniform size. The raw material can be, for example, a semiconductor material. In one embodiment, the raw material is silicon,
And a dopant such as boron. The raw material 335 exiting the hopper 312 is
Arranged on translational belt 334 to form a pile of raw material 335. The pile of raw material 335 has an angle of repose. The angle of repose is determined by the shape and size distribution of the particles forming the raw material 335.

【0042】 図11を参照すると、運動ベルト334上に配置された原料335は、所定の
速度で、原料335の溶融物を含むるつぼ343に連続的に供給される。原料は
、漏斗345およびチューブ347を通じて、るつぼに入れられる。チューブ3
47は、るつぼ343の一方の端部の内部に配置される。1実施形態において、
供給速度は一定である。供給速度は、原料の安息角に基づく。
Referring to FIG. 11, the raw material 335 arranged on the motion belt 334 is continuously supplied to the crucible 343 containing the melted material of the raw material 335 at a predetermined speed. The raw material is placed in the crucible through the funnel 345 and the tube 347. Tube 3
47 is placed inside one end of the crucible 343. In one embodiment,
The feed rate is constant. The feed rate is based on the angle of repose of the raw material.

【0043】 原料の量は、原料の質量断面積と移動ベルトのスピードとの積に等しい。図1
2に、質量断面積を示す。質量断面積は、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、ベルトのすぐ上のホッパー開
口部のサイズである。供給速度は、安息角との組合せで、ベルトの運動の速度に
よって制御され得る。例えば、ベルトは、一定の速度で移動し得、それに従って
、一定の速度で、原料をるつぼに入れる。また、ベルトは、2mm/分〜10m
m/分の範囲の速度で運動し得る。他の実施形態において、供給速度は、原料が
ベルト上にある場合には断面積に基づくか、またはベルトスピードに基づく。
The amount of raw material is equal to the product of the mass cross-sectional area of the raw material and the speed of the moving belt. Figure 1
2 shows the mass sectional area. The mass cross section is equal to H 2 / tan α + HL. Where α is the angle of repose, H is the height, and L is the size of the hopper opening just above the belt. The feed rate can be controlled by the speed of movement of the belt in combination with the angle of repose. For example, the belt may move at a constant speed and accordingly feed the ingredients into the crucible at a constant speed. Also, the belt is 2 mm / min-10 m
It can move at speeds in the range of m / min. In other embodiments, the feed rate is based on cross-sectional area when the feed is on the belt, or based on belt speed.

【0044】 図10、11および12に示すように、ゆっくり運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、連続的、かつ、非常に正確に、所望の量の粒状
シリコンを溶融物を含むるつぼに運ぶことが可能になる。狭いオリフィスから出
てくる材料の断面は、特徴的な安息角の安定性に起因して、一定である。このよ
うに断面が一定なので、単に粒状材料を運ぶベルトのスピードを変更することに
よって、運ばれる材料の量が変更され得る。これは、シリコン供給材料の粒子サ
イズ分布および粒子形状分布の選択において、かなりの大きさの許容範囲を可能
にする。
As shown in FIGS. 10, 11 and 12, by using the concept of angle of repose with a slowly moving belt, the desired amount of granular silicon is melted continuously and very accurately. It becomes possible to carry it to a crucible. The cross section of the material exiting the narrow orifice is constant due to the characteristic stability of the angle of repose. Due to this constant cross-section, the amount of material carried can be modified by simply changing the speed of the belt carrying the granular material. This allows for a large degree of tolerance in the choice of particle size distribution and particle shape distribution of the silicon feedstock.

【0045】 形状および/または高さを変更することによるメニスカスの制御、リボンの厚
さの制御、より大きい歩留まり、減少した欠陥、および本明細書中に記載の他の
利点を提供する、本発明は、他の結晶成長システムおよび方法にも同様に組み込
まれ得る。
The present invention, which provides control of meniscus by changing shape and / or height, control of ribbon thickness, greater yield, reduced defects, and other advantages described herein. Can be similarly incorporated into other crystal growth systems and methods.

【0046】 (均等物) 本発明は、特に、特定の好適な実施形態を参照しながら、例示され、説明され
てきたが、当業者であれば、形状および細部における様々な変更点が、添付の特
許請求の範囲によって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
、為され得ることを理解する。
Equivalents While the present invention has been illustrated and described with particular reference to certain preferred embodiments, those skilled in the art will appreciate that various changes in shape and detail are It is understood that the invention can be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the following claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1a】 図1aは、結晶リボン成長システムの透視図である。Figure 1a   FIG. 1a is a perspective view of a crystal ribbon growth system.

【図1b】 図1bは、図1aの結晶リボン成長システムの側面図である。Figure 1b   1b is a side view of the crystal ribbon growth system of FIG. 1a.

【図1c】 図1cは、図1aの結晶リボン成長システムの平面図である。[Fig. 1c]   1c is a plan view of the crystal ribbon growth system of FIG. 1a.

【図2】 図2は、本発明の結晶リボン成長システムの1実施形態の透視図である。[Fig. 2]   FIG. 2 is a perspective view of one embodiment of the crystal ribbon growth system of the present invention.

【図3a】 図3aは、本発明の結晶リボン成長システムの1実施形態の透視図である。FIG. 3a   FIG. 3a is a perspective view of one embodiment of the crystal ribbon growth system of the present invention.

【図3b】 図3bは、本発明の結晶リボン成長システムの1実施形態の透視図である。FIG. 3b   FIG. 3b is a perspective view of one embodiment of the crystal ribbon growth system of the present invention.

【図3c】 図3cは、本発明の結晶リボン成長システムの1実施形態の透視図である。[Fig. 3c]   FIG. 3c is a perspective view of one embodiment of the crystal ribbon growth system of the present invention.

【図4】 図4は、本発明の結晶リボン成長システムの1実施形態の透視図である。[Figure 4]   FIG. 4 is a perspective view of one embodiment of the crystal ribbon growth system of the present invention.

【図5a】 図5aは、図1aの結晶リボン成長システムを用いて成長させたリボン結晶の
断面図である。
FIG. 5a is a cross-sectional view of a ribbon crystal grown using the crystal ribbon growth system of FIG. 1a.

【図5b】 図5bは、本発明の結晶リボン成長システムを用いて成長させたリボン結晶の
断面図である。
FIG. 5b is a cross-sectional view of a ribbon crystal grown using the crystal ribbon growth system of the present invention.

【図6a】 図6aは、図1aの結晶リボン成長システムを用いて成長させたリボン結晶の
前面図である。
6a is a front view of a ribbon crystal grown using the crystal ribbon growth system of FIG. 1a.

【図6b】 図6bは、本発明の結晶リボン成長システムの1実施形態を用いて成長させた
リボン結晶の前面図である。
FIG. 6b is a front view of a ribbon crystal grown using one embodiment of the crystal ribbon growth system of the present invention.

【図6c】 図6cは、本発明の結晶リボン成長システムの1実施形態を用いて成長させた
リボン結晶の前面図である。
FIG. 6c is a front view of a ribbon crystal grown using one embodiment of the crystal ribbon growth system of the present invention.

【図7】 図7は、連続結晶成長システムの1実施形態の模式図である。[Figure 7]   FIG. 7 is a schematic diagram of one embodiment of a continuous crystal growth system.

【図8】 図8は、線8’−8’’で切断され、るつぼおよび溶融物のみを示す、図7の
結晶成長システムの断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the crystal growth system of FIG. 7, taken along line 8′-8 ″ and showing only the crucible and melt.

【図9】 図9は、図7および8の結晶成長システムの抵抗を示す回路図である。[Figure 9]   FIG. 9 is a circuit diagram showing the resistance of the crystal growth system of FIGS. 7 and 8.

【図10】 図10は、連続結晶成長のシステムの一部を示す図である。[Figure 10]   FIG. 10 is a diagram showing a part of a continuous crystal growth system.

【図11】 図11は、連続リボン結晶成長システムの1実施形態を示す図である。FIG. 11   FIG. 11 is a diagram illustrating one embodiment of a continuous ribbon crystal growth system.

【図12】 図12は、水平面上の粒状材料の山の質量断面積の計算を示す図である。[Fig. 12]   FIG. 12 is a diagram showing the calculation of the mass cross-sectional area of a pile of granular material on a horizontal plane.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ガバリー, エリック ブルース アメリカ合衆国 ニューハンプシャー 03055, ミルフォード, ファーンウッ ド ドライブ 2 (72)発明者 アザロウスキー, シーン エム. アメリカ合衆国 ニューハンプシャー 03060, ナシュア, ウエスト グレン ウッド ドライブ 107 (72)発明者 シェア, ブライアン アメリカ合衆国 マサチューセッツ 02062, ノーウッド, ルーズベルト アベニュー 192 Fターム(参考) 4G077 AA02 BA04 CF03 EG01 EG25 EH06 PA16 5F051 AA03 BA14 CB06 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Gabary, Eric Bruce             United States New Hampshire             03055, Milford, Fern Wood             Drive 2 (72) Inventor Azarowsky, Scene M.             United States New Hampshire             03060, Nashua, West Glen             Wood drive 107 (72) Inventor Share, Brian             United States Massachusetts             02062, Norwood, Roosevelt             Avenue 192 F term (reference) 4G077 AA02 BA04 CF03 EG01 EG25                       EH06 PA16                 5F051 AA03 BA14 CB06

Claims (34)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 結晶リボンを成長する装置であって、 半導体材料の溶融物を保持するるつぼであって、該るつぼが1対の開口部を有
する、るつぼと、 該1対の開口部を通過する1対のストリングであって、該1対のストリングが
、該溶融物から成長される該結晶リボンのエッジを規定し、該結晶リボンおよび
該溶融物の上面がメニスカスを形成する、1対のストリングと、 該結晶リボンの該エッジから離れた該メニスカスに実質的に作用することなく
、該結晶リボンの該エッジの近傍における該メニスカスの特性を制御するメニス
カスコントローラと、 を含む装置。
1. An apparatus for growing a crystal ribbon, comprising a crucible for holding a melt of semiconductor material, the crucible having a pair of openings, and passing through the pair of openings. A pair of strings that define the edges of the crystal ribbon grown from the melt, the top surface of the crystal ribbon and the melt forming a meniscus. A string, and a meniscus controller that controls the properties of the meniscus near the edge of the crystal ribbon without substantially affecting the meniscus away from the edge of the crystal ribbon.
【請求項2】 前記メニスカスコントローラは、るつぼの中に、前記ストリ
ングの少なくとも一方に隣接して配置された構造部材を含む、請求項1に記載の
装置。
2. The apparatus of claim 1, wherein the meniscus controller includes a structural member disposed in the crucible adjacent to at least one of the strings.
【請求項3】 前記構造部材は、少なくとも1つのピンを含む、請求項2に
記載の装置。
3. The device of claim 2, wherein the structural member comprises at least one pin.
【請求項4】 前記構造部材は、前記溶融物の面に対して、実質的に垂直に
配向されている、請求項2に記載の装置。
4. The apparatus of claim 2, wherein the structural member is oriented substantially perpendicular to the plane of the melt.
【請求項5】 前記構造部材は、略円筒形の管を含む、請求項2に記載の装
置。
5. The apparatus of claim 2, wherein the structural member comprises a generally cylindrical tube.
【請求項6】 前記メニスカスコントローラは、実質的に平坦な成長界面を
提供する、請求項2に記載の装置。
6. The apparatus of claim 2, wherein the meniscus controller provides a substantially flat growth interface.
【請求項7】 前記メニスカスコントローラは、実質的に凸状の成長界面を
提供する、請求項2に記載の装置。
7. The apparatus of claim 2, wherein the meniscus controller provides a substantially convex growth interface.
【請求項8】 前記1対のストリングが、第1のストリングと第2のストリ
ングとを含み、前記構造部材が、該第1のストリングに隣接して配置された第1
の構造部材と、該第2のストリングに隣接して配置された第2の構造部材とを含
む、請求項2に記載の装置。
8. The pair of strings includes a first string and a second string, the structural member being a first string disposed adjacent to the first string.
3. The device of claim 2 including a structural member of claim 2 and a second structural member disposed adjacent to the second string.
【請求項9】 前記メニスカスコントローラは、前記結晶リボンの厚さを制
御する、請求項1に記載の装置。
9. The apparatus of claim 1, wherein the meniscus controller controls the thickness of the crystal ribbon.
【請求項10】 前記メニスカスコントローラは、均一な厚さを有する結晶
リボンを提供する、請求項9に記載の装置。
10. The apparatus according to claim 9, wherein the meniscus controller provides a crystal ribbon having a uniform thickness.
【請求項11】 前記メニスカスコントローラは、前記リボンの面に対して
実質的に垂直な前記るつぼの壁を含む、請求項1に記載の装置。
11. The apparatus of claim 1, wherein the meniscus controller includes a wall of the crucible that is substantially perpendicular to a face of the ribbon.
【請求項12】 前記メニスカスコントローラは、前記結晶リボンの前記エ
ッジ近傍における前記メニスカスの高さを上昇させる、請求項1に記載の装置。
12. The apparatus according to claim 1, wherein the meniscus controller raises the height of the meniscus near the edge of the crystal ribbon.
【請求項13】 前記構造部材を、前記半導体材料によって濡らすことがで
きる、請求項1に記載の装置。
13. The device of claim 1, wherein the structural member is wettable by the semiconductor material.
【請求項14】 前記メニスカスコントローラは、前記結晶リボンの前記エ
ッジにおける核形成を低減する、請求項1に記載の装置。
14. The apparatus of claim 1, wherein the meniscus controller reduces nucleation at the edges of the crystal ribbon.
【請求項15】 前記構造部材および前記溶融物の前記上面がメニスカスを
形成し、該メニスカスが、前記結晶リボンの前記メニスカスに作用する、請求項
2に記載の装置。
15. The apparatus according to claim 2, wherein the structural member and the upper surface of the melt form a meniscus, which acts on the meniscus of the crystal ribbon.
【請求項16】 前記構造部材が、炭素、酸素、シリコン、および窒素のう
ちの少なくとも1つを含む、請求項2に記載の装置。
16. The device of claim 2, wherein the structural member comprises at least one of carbon, oxygen, silicon, and nitrogen.
【請求項17】 前記半導体材料がシリコンを含む、請求項1に記載の装置
17. The device of claim 1, wherein the semiconductor material comprises silicon.
【請求項18】 結晶リボンを成長する装置であって、 半導体材料の溶融物を保持するるつぼであって、該るつぼが1対の開口部を有
する、るつぼと、 該1対の開口部を通過する1対のストリングであって、該1対のストリングが
、該溶融物から成長される該結晶リボンのエッジを規定し、該結晶リボンおよび
該溶融物の上面がメニスカスを形成する、1対のストリングと、 該結晶リボンの該エッジから離れた該メニスカスに実質的に作用することなく
、該結晶リボンの該エッジの近傍における該メニスカスの高さを上昇させる、該
るつぼの中の、該ストリングの少なくとも一方の近傍に配置された構造部材と、
を含む装置。
18. An apparatus for growing a crystal ribbon, comprising a crucible for holding a melt of semiconductor material, the crucible having a pair of openings, and passing through the pair of openings. A pair of strings that define the edges of the crystal ribbon grown from the melt, the top surface of the crystal ribbon and the melt forming a meniscus. A string and of the string in the crucible that raises the height of the meniscus in the vicinity of the edge of the crystal ribbon without substantially affecting the meniscus away from the edge of the crystal ribbon. A structural member disposed in the vicinity of at least one,
A device that includes.
【請求項19】 結晶リボンを成長する方法であって、 a)半導体材料の溶融物をるつぼ内に提供するステップと b)該半導体材料の種結晶を該溶融物の中に配置するステップと、 c)該るつぼに設けられた1対の開口部を通過する1対のストリングの間の該
溶融物から該種結晶を引き上げることにより、該溶融物を凝固させて、該結晶リ
ボンを形成するステップであって、該結晶リボンおよび該溶融物の上面がメニス
カスを形成する、ステップと、 d)該結晶リボンのエッジから離れた該メニスカスに実質的に作用することな
く、メニスカスコントローラを用いて、該結晶リボンの該エッジの近傍における
該メニスカスの特性を制御するステップと、 を含む方法。
19. A method of growing a crystal ribbon, comprising: a) providing a melt of semiconductor material in a crucible; and b) disposing a seed crystal of the semiconductor material in the melt. c) solidifying the melt by pulling the seed crystal from the melt between a pair of strings passing through a pair of openings in the crucible to form the crystal ribbon. A top surface of the crystal ribbon and the melt forms a meniscus, and d) using a meniscus controller without substantially affecting the meniscus away from the edge of the crystal ribbon. Controlling the properties of the meniscus in the vicinity of the edge of the crystal ribbon.
【請求項20】 前記ステップd)が、前記1対のストリングの少なくとも
一方に隣接して前記溶融物内に配置された構造部材を用いて、前記メニスカスの
特性を制御するステップを含む、請求項19に記載の方法。
20. The step d) includes controlling structural properties of the meniscus with a structural member disposed in the melt adjacent at least one of the pair of strings. The method according to 19.
【請求項21】 前記ステップd)が、前記1対のストリングの少なくとも
一方に隣接して前記溶融物内に配置された少なくとも1つのピンを用いて、前記
メニスカスの特性を制御するステップを含む、請求項19に記載の方法。
21. Step d) includes controlling the properties of the meniscus with at least one pin located in the melt adjacent at least one of the pair of strings. The method according to claim 19.
【請求項22】 前記ステップd)が、前記ストリングの少なくとも一方に
隣接し、且つ、前記溶融物に対して実質的に垂直になるように該溶融物内に配置
された構造部材を用いて、前記メニスカスの特性を制御するステップを含む、請
求項19に記載の方法。
22. The step d) comprises using a structural member disposed within the melt so as to be adjacent to at least one of the strings and substantially perpendicular to the melt. 20. The method of claim 19, comprising controlling the characteristics of the meniscus.
【請求項23】 前記ステップd)が、前記1対のストリングの少なくとも
一方に隣接して前記るつぼ内に配置された略円筒形の管を用いて、前記メニスカ
スの特性を制御するステップを含む、請求項19に記載の方法。
23. Step d) includes controlling the characteristics of the meniscus using a generally cylindrical tube disposed within the crucible adjacent at least one of the pair of strings. The method according to claim 19.
【請求項24】 前記ステップd)が、前記メニスカスの形状を制御するス
テップを含む、請求項19に記載の方法。
24. The method of claim 19, wherein step d) comprises controlling the shape of the meniscus.
【請求項25】 前記メニスカスの形状を制御するステップが、実質的に平
坦な成長界面を提供するステップを含む、請求項24に記載の方法。
25. The method of claim 24, wherein controlling the shape of the meniscus comprises providing a substantially flat growth interface.
【請求項26】 前記メニスカスの形状を制御するステップが、実質的に凸
状の成長界面を提供するステップを含む、請求項24に記載の方法。
26. The method of claim 24, wherein controlling the shape of the meniscus comprises providing a substantially convex growth interface.
【請求項27】 前記ステップd)が、前記るつぼの壁を用いて前記メニス
カスの特性を制御するステップを含む、請求項19に記載の方法。
27. The method of claim 19, wherein step d) comprises controlling the characteristics of the meniscus with the walls of the crucible.
【請求項28】 前記ステップd)が、前記メニスカスの高さを制御するス
テップを含む、請求項19に記載の方法。
28. The method of claim 19, wherein step d) includes controlling the height of the meniscus.
【請求項29】 前記ステップd)が、前記結晶リボンの前記エッジの近傍
における前記メニスカスの高さを上昇させるステップを含む、請求項28に記載
の方法。
29. The method of claim 28, wherein step d) includes increasing the height of the meniscus near the edge of the crystal ribbon.
【請求項30】 d)前記結晶リボンの厚さを制御するステップをさらに含
む、請求項19に記載の方法。
30. The method of claim 19, further comprising: d) controlling the thickness of the crystal ribbon.
【請求項31】 前記ステップd)が、前記結晶リボンの前記エッジにおけ
る前記メニスカスの高さを上昇させることによって、均一な厚さを有する結晶リ
ボンを提供するステップを含む、請求項30に記載の方法。
31. The method of claim 30, wherein step d) includes increasing the height of the meniscus at the edge of the crystal ribbon to provide a crystal ribbon having a uniform thickness. Method.
【請求項32】 前記ステップd)が、前記結晶リボンの前記メニスカスと
相互作用する前記構造部材でメニスカスを形成するステップを含む、請求項20
に記載の方法。
32. The step d) includes forming a meniscus with the structural member that interacts with the meniscus of the crystal ribbon.
The method described in.
【請求項33】 前記ステップa)が、シリコンの溶融物をるつぼ内に提供
するステップを含む、請求項19に記載の方法。
33. The method of claim 19, wherein step a) comprises providing a melt of silicon in a crucible.
【請求項34】 結晶リボンを成長する方法であって、 a)半導体材料の溶融物をるつぼ内に提供するステップと b)該るつぼに設けられた1対の開口部を通過する1対のストリングの少なく
とも一方に隣接するように、該るつぼの中に構造部材を提供するステップと、 c)該半導体材料の種結晶を該溶融物の中に配置するステップと、 d)該1対のストリングの間の該溶融物から該種結晶を引き上げることにより
、該溶融物を凝固させて、該結晶リボンを形成するステップであって、該結晶リ
ボンおよび該溶融物の上面がメニスカスを形成する、ステップと、 e)該結晶リボンのエッジから離れた該メニスカスに実質的に作用することな
く、該結晶リボンの該エッジの近傍における該メニスカスの高さを上昇させるス
テップと、 を含む方法。
34. A method of growing a crystalline ribbon, comprising: a) providing a melt of semiconductor material into a crucible; and b) a pair of strings passing through a pair of openings in the crucible. Providing a structural member in the crucible so as to be adjacent to at least one of the: c) disposing a seed crystal of the semiconductor material in the melt; and d) of the pair of strings. A step of solidifying the melt to form the crystal ribbon by pulling the seed crystal from the melt between, wherein the crystal ribbon and the top surface of the melt form a meniscus; E) increasing the height of the meniscus in the vicinity of the edge of the crystal ribbon without substantially affecting the meniscus away from the edge of the crystal ribbon. Law.
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