JP4658453B2

JP4658453B2 - Flowable chip, method for producing and using the same, and apparatus used for carrying out the method

Info

Publication number: JP4658453B2
Application number: JP2003035535A
Authority: JP
Inventors: アーヴィド・ニール・アーヴィドソン; テレンス・リー・ホーストマン; マイケル・ジョン・モルナー; クリス・ティム・シュミット; ロジャー・デイル・スペンサー・ジュニア
Original assignee: Hemlock Semiconductor Corp
Current assignee: Hemlock Semiconductor Operations LLC
Priority date: 2002-11-14
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2023-02-13
Also published as: JP2014058447A; JP2004161595A; JP2009184922A

Description

【０００１】
本発明は、合衆国法典第35巻119条に基づき、２００２年２月２２日に出願された米国仮出願整理番号60/358,851と２００２年１１月１４日に出願された米国特許出願公開第10/298,129号明細書を基礎として優先権を主張している。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動性チップ及び流動性チップを製造・使用する装置並びにその方法に関するものである。流動性チップはチョクラルスキー法においてルツボを再装填する方法で有効である。
【０００３】
【従来の技術】
電子デバイスに用いる多くの半導体チップはチョクラルスキー（ＣＺ）法で製造された単結晶シリコンから作製される。ＣＺ法では、単結晶シリコンインゴットを製造するに際して、ルツボ内の多結晶シリコン原材料を溶融し、平衡温度でルツボと溶融原材料とを安定化し、種結晶を溶融原材料に浸漬し、溶融原材料を種結晶上に結晶化させながら種結晶を引き抜いて単結晶インゴットを成長させていき、インゴットが成長したらインゴットを引き上げる。溶融は、温度1420℃、低圧の不活性ガス雰囲気下で行う。ルツボをほぼ垂直な軸のまわりに連続的に回転させながら、結晶を成長させる。インゴットを溶融原材料から引き上げる速度は、製造するインゴットの所望の直径に合わせて選択される。
【０００４】
多結晶シリコンは、粒状物を形成するための流動層反応器法を用いて得ることができる。あるいは、多結晶シリコンは真空容器において化学的気相成長法（ＣＶＤ）を用いて製造することができる。ＣＶＤ法で製造された多結晶シリコンは、ロッド、チャンク、チップあるいはそれらの集合体のような適当な大きさの破片に砕いてあるいは切断してからルツボに入れてもよい。多結晶シリコンは溶かされて溶融シリコンとされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＣＺ法の欠点の一つは、装填された多結晶シリコンが溶融するときに、ルツボの半分しか溶融シリコンが入っていないことである。これは不規則な形状の破片が装填されたルツボ内に隙間が残ってしまうためであり、それによって、結晶引き上げ装置の使用が非効率的になっている。従って、装填物を溶融後でかつ種結晶化の開始前に効率的に充填する方法の開発が望まれている。
【０００６】
ＣＺ法の他の欠点は、ルツボが使用により劣化しかつ溶融シリコンの中に不純物が混入するおそれがあるので、通常はルツボを一回の引き上げ毎に交換しなければならないことである。新しいルツボは高価であり、使用したルツボを処分するのも高価である。このため、多数回のインゴットの引き上げに継続して使用でき、溶融シリコンへの汚染物（コンタミネーション）の混入が低減された改良型ルツボの開発が進められている。そのため、最初のインゴット及びそれ以降のインゴットの引き上げ中あるいは引き上げ後に、ルツボに効率よく再装填することが必要である。これまで、溶融物を充填し、ルツボに再装填する種々の方法が提案されてきた。
【０００７】
一の方法は、インゴットを引き上げ後に、つまり最初の装填溶融物を充填するために、（エチル社又はＭＥＭＣ製の粒状材料等の）流動層法で製造された粒状多結晶シリコンを、ルツボに残っている溶融ヒールに装填するというものである。しかし、この方法は、流動層法で製造された粒状多結晶シリコンに水素が混入しているという欠点を有する。ヒールの上に粒状多結晶シリコンをつぎ足すとき、水素が開放され、それにより粒状物が破裂する場合がある。これによって、溶融シリコンがはね散り、ルツボが破損することがある。
【０００８】
他の方法は、インゴットを引き上げている間に、ルツボに粒状多結晶シリコンをつぎ足すものである。しかし、この方法は、粒度が小さいために、適度なつぎ足し速度となるような十分な時間でも粒状多結晶シリコンを溶融するのが困難であるという欠点がある。この小さい粒子を溶融するのにさらに熱が必要となるため、新たにコストがかかり、ルツボの劣化が加速する。ルツボの劣化の加速によって、ルツボの寿命が短縮し、コストが増大する。粒状多結晶シリコンつぎ足し速度が速すぎて粒状物が十分に溶融しない場合には、引き上げられるインゴットの表面が損傷し、転位が生じ、単結晶性を損なうことになる。さらに、粒状多結晶シリコンは多量のダストを含むかもしれない。ダストは、引き上げ装置のハウジングに汚染物の問題が生じ、引き上げられたインゴットの表面に付き、転位を発生させ、結晶の歩留まりを低下させる可能性がある。これはまた、再溶融及び再引き上げが必要となるため、工程時間を長くすることにもなる。
【０００９】
結局、粒状多結晶シリコンは、用途によっては、粒状物を再装填するのに用いられる工程に関わりなく、純度が低すぎる。
【００１０】
化学的気相成長法によって製造され断片に砕かれた多結晶シリコンロッドを用いる試みは、純度あるいはサイズの問題のために、ルツボの再充填のためには向けられてこなかった。比較的大きなサイズの多結晶シリコン片をルツボの再充填に用いると、ルツボ及び再装填装置を損傷するという欠点を生ずる。多結晶シリコン片をさらに小さなサイズに砕くと、不純物による汚染のため、多結晶シリコン片がルツボ再装填工程での使用には適さないものとなってしまう。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、流動性チップ及び流動性チップを製造・使用する装置並びにその方法に関するものである。流動性チップは：
ａ）多結晶シリコンロッドを細分化する段階と、
ｂ）段階ａ）での生成物をステップデッキ選別器を用いて選別することにより粒度分布を制御する段階と、
ｃ）段階ａ）あるいは段階ｂ）またはその両方の段階での生成物から不純物を除去する段階、を備えた方法によって製造してもよい。段階ｂ）は、ステップデッキ選別器を用いて実施してもよい。段階ｃ）は、段階ａ）あるいは段階ｂ）またはその両方の段階での生成物を磁場に曝すことを含んでもよい。段階ｃ）は、段階ｂ）での生成物を表面清浄化処理することを含んでもよい。
【００１２】
本発明はさらに、チョクラルスキー法で使用するルツボを流動性チップを用いて再装填する方法に関するものである。この方法は：
ａ）チョクラルスキー法でルツボからシリコンインゴットを引き上げる段階と；
ｂ）ルツボ内の溶融シリコンに流動性チップを加える段階であって、該流動性チップが、化学的気相成長法で製造されかつ低レベルのバルク不純物と低レベルの表面不純物とを有する多結晶シリコン粒子で構成される多結晶シリコン粒子群であって、しかも制御された粒度分布を有しかつ概して非球状モルフォロジィを有する多結晶シリコン粒子群から成るところの段階と；
ｃ）任意でルツボにドーパントを加える段階と、を備えている。
尚、本発明で用いる流動性チップは、低レベルのバルク不純物と低レベルの表面不純物とを有する多結晶シリコン片で構成される多結晶シリコン片群から成り、しかも制御された粒度分布を有しかつ概して非球状モルフォロジィを有する多結晶シリコン片群のみから成るのが好ましい。
【００１３】
本発明はさらに；
ａ）チョクラルスキー法でルツボからシリコンインゴットを引き上げ、ルツボにヒールを残す段階と；
ｂ）ヒールの少なくとも表面を固化させる段階と；
ｃ）ヒールの表面に流動性チップを加える段階であって、該流動性チップが、化学的気相成長法で製造されかつ低レベルのバルク不純物と低レベルの表面不純物とを有する多結晶シリコン粒子で構成される多結晶シリコン粒子群であって、しかも１ mm から１２ mm の制御粒度分布を有しかつ概して非球状モルフォロジィを有する多結晶シリコン粒子群から成るところの段階と；
ｃ）任意でルツボにドーパントを加える段階と、を備えている。
尚、本発明で用いる流動性チップは、低レベルのバルク不純物と低レベルの表面不純物とを有する多結晶シリコン粒子で構成される多結晶シリコン粒子群であって、１ mm から１２ mm の制御粒度分布を有しかつ概して非球状モルフォロジィを有する多結晶シリコン粒子群のみから成るのが好ましい。
【００１４】
量、比及び割合は全て重量で示し、そうでない場合には明示する。以下は本明細書で使用する定義リストである。
【００１５】
定義
“Ａ”及び“an”とはいずれも、一又は二以上を意味する。
【００１６】
“ブラインド（Blinding）”とは、ステップデッキ選別器において２つのデッキ間のギャップが目詰まりし、多結晶シリコン片がギャップを通過できなくなり、そのため、ステップデッキ選別器が選別手段として機能しなくなることを意味する。
【００１７】
“装填最大化（charge maximization）”は、無作為に満たすことによって得られる量以上に溶融物の量を増大する方法によって、鋳型あるいはルツボのような容器を種々のサイズ及び形状を有する多結晶シリコンで満たす工程を意味する。
【００１８】
“充填”は、鋳型あるいはルツボのような容器を多結晶シリコンで満たす工程を意味し、ここで、この多結晶シリコンは溶融され、その後、溶融物の量を増加するためにさらに多結晶シリコンがつぎ足される。
【００１９】
“化学的気相成長法”は、多結晶シリコンを製造するために流動層反応器法を含まない化学的気相成長法を全て意味する。化学的気相成長法の例としては、ジーメンス方式の成長法がある。
【００２０】
“細分化する”は、破砕し、切断し、あるいはすり砕いて小さな粒子にすることを意味する。細分化には、多結晶ロッドを破片まで小さくするいかなる方法も含み、ロッドを切断してからそれらを種々の方法で破砕することには限定しない。
【００２１】
“制御された粒度分布（制御粒度分布）”は、粒子群において少なくとも７５％の粒子が特定の範囲の粒度を有することを意味する。例えば、４ mm から１２ mm の制御された粒度とは少なくとも７５％の粒子が４ mm から１２ mm の範囲にあり、残りの最大25％までの粒子が４ mm から１２ mm の範囲外にあることを意味する。
【００２２】
“ドナー”は、シリコンへ電子を供与する原子を意味する。ドナーにはアンチモン、砒素及び燐が含まれる。
【００２３】
“流動性”は、装置に振動エネルギーを付与して粒子同士が結合した網状構造を形成するのを抑制するときを含めて、粒子同士が結合することなく、多数の固体粒子について移送装置を通過して移動する能力を意味する。
【００２４】
“流動性チップ”は、低レベルのバルク不純物と低レベルの表面不純物とを有する多結晶シリコン粒子で構成される多結晶シリコン粒子群であって、制御粒度分布を有しかつ概して非球状モルフォロジィを有する多結晶シリコン粒子群を意味する。
【００２５】
“粒状”及び“顆粒”はいずれも、流動層法によって製造されかつ６ mm 若しくはそれ以下の粒度を有する多結晶シリコン粒子を意味する。顆粒は通常球状若しくはほぼ球状である。
【００２６】
“ヒール”は容器に残ったある量のシリコンを意味する。残留物は、インゴットをルツボから引き上げた後にルツボに残ったシリコンの塊、及び、充填前の容器内の装填物を溶融することで生じる溶融シリコンの塊を含む。
【００２７】
“粒度”は、粒子上の２点の間の最長の距離を意味する。例えば、球状粒子の場合には、粒度は直径である。
【００２８】
略記“ ppba ”は、シリコン原子数に対して１０億分の１の原子数を意味する。
【００２９】
略記“ ppma ”は、シリコン原子数に対して１００万分の１の原子数を意味する。
【００３０】
流動性チップ
流動性チップは、制御粒度分布を有する多結晶シリコン粒子群である。制御粒度分布は０．２ mm から４５ mm でもよいし、あるいは、１ mm から２５ mm でもよいし、あるいは、１ mm から２０ mm でもよいし、あるいは、３ mm から２０ mm でもよいし、あるいは、４ mm から１２ mm でもよいし、あるいは、４ mm から１０ mm でもよいし、あるいは、１ mm から１２ mm でもよいし、あるいは、１ mm から８ mm でもよい。しかしながら、精確に制御される粒度分布では、流動性チップが使用される方法と流動性チップを供給するのに用いられる装置とを含む種々の因子に基づいて選択する。例えば、ＣＺ法あるいは電子グレード用途又はその両方で使用される流動性チップでは制御粒度分布は２ mm から４５ mm でもよい。また、鋳造法のような太陽電池グレード用途に使用される流動性チップでは、制御粒度分布は０．２ mm から４５ mm でもよい。
【００３１】
用途によっては、制御粒度分布は４ mm から１２ mm であってもよいし、あるいは、４ mm から８ mm であってもよいし、あるいは、４ mm から６ mm であってもよい。理論によって限定することを意図するものではないが、制御粒度分布を４ mm から１２ mm の範囲のうちの低めに設定することによって、溶融シリコンを収容しているルツボに流動性チップを加えるときのはね散りが最小になると考えられている。また、用途によっては、制御粒度分布は９ mm から１２ mm であってもよいし、あるいは、１０ mm から１２ mm であってもよい。理論によって限定することを意図するものではないが、制御粒度分布を４ mm から１２ mm の範囲のうちの低めに設定することによって、少なくとも部分的に固化したヒールを含むルツボに流動性チップを加えるときのはね散りが最小になると考えられている。
【００３２】
本明細書で開示した範囲は、範囲自体を開示するだけでなく、範囲の境界も含めて、その範囲に包含されるいかなる範囲をも開示するものである。例えば、４ mm から１２ mm の範囲の開示には、４ mm から１２ mm の範囲だけでなく、４ mm も５ mm も７ mm も１１ mm も１２ mm もその他この範囲の中に含まれる他の数値も含まれる。また、例えば、４ mm から１２ mm の範囲の開示には、４ mm から８ mm も、９ mm から１０ mm も、９ mm から１２ mm も、１０ mm から１２ mm も、その他その範囲の中に含まれる他の部分範囲と同様に含まれるし、また、ここで開示した範囲と等価な範囲も同様に含まれる。
【００３３】
流動性チップのモルフォロジィは通常非球状である。正確なモルフォロジィは流動性チップを作るのに用いる方法に依存する。例えば、ここで開示した方法、欧州特許出願公開第0 539 097号明細書等において開示されたような低汚染衝撃工具で叩いて多結晶シリコンロッドを手作業で壊すことによって流動性チップを製造すると、モルフォロジィは不規則になる。
【００３４】
流動性チップは、ホウ素、ドナー、燐、炭素及び全ての金属のバルク不純物を低レベルでしか有さない。バルク不純物のレベルは０．２ ppma より小さいかあるいはそれと等しくてもよく、又は、０．０３ ppma より小さいかあるいはそれと等しくてもよく、又は、０．０２５ ppma より小さいかあるいはそれと等しくてもよい。ホウ素のレベルは０．０６ ppba より小さいかあるいはそれと等しくてもよい。しかしながら、用途によっては、例えば、ホウ素をドーパントとして用いる場合等では、ホウ素のレベルは２０ ppba より小さいかあるいはそれと等しくてもよく、又は、５ ppba から２０ ppba の範囲でもよい。
【００３５】
ドナーのレベルは０．３０ ppba より小さいかあるいはそれと等しくてもよい。流動性チップは、０．０２ ppba より小さいかあるいはそれと等しいか、又は、０．０１５ ppba より小さいかあるいはそれと等しいレベルの燐を有してもよい。炭素のレベルは０．１７ ppba より小さいかあるいはそれと等しくてもよい。バルク金属不純物の全レベルは４．５ ppba より小さいかあるいはそれと等しくてもよく、又は、１ ppba より小さいかあるいはそれと等しくてもよい。バルク金属不純物には、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ及びＮｉが含まれる。流動性チップは、０．０１ ppba より小さいかあるいはそれと等しいバルクレベルのＣｒを有してもよい。流動性チップは、０．０１ ppba より小さいかあるいはそれと等しいバルクレベルのＣｕを有してもよい。流動性チップは、０．０１ ppba より小さいかあるいはそれと等しいバルクレベルのＦｅを有してもよい。流動性チップは、０．０１ ppba より小さいかあるいはそれと等しいバルクレベルのＮｉを有してもよい。
【００３６】
バルク金属不純物は、米国特許第4,912,528号明細書、米国特許第5,361,128号明細書、及び米国特許第5,436,164号明細書で開示されたフロートゾーン法や本明細書の例３で示した方法のような公知の方法によって測定することができる。
【００３７】
流動性チップは低レベルの全表面不純物を有する。表面不純物の全レベルは３０ ppba より小さいかあるいはそれと等しくてもよく、又は、１５ ppba より小さいかあるいはそれと等しくてもよく、又は、４．５ ppba より小さいかあるいはそれと等しくてもよい。表面不純物にはＣｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｗ及びＺｎが含まれる。
【００３８】
図４で示したようなジョークラッシャーと図５から図８で示したようなステップデッキ選別器とを用いて以下に記載した方法によって流動性チップを製造すると、流動性チップはさらに少ない量の表面不純物を有し得る。例えば、流動性チップは、０．０６ ppba より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．０２ ppba より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．０１ ppba より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．００４ ppba より小さいかあるいはそれと等しい量のＣｒを有し得る。流動性チップは、０．１５ ppba より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．０３ ppba より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．０２ ppba より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．０１ ppba より小さいかあるいはそれと等しい量のＣｕを有し得る。流動性チップは、１８ ppba より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、１０ ppba より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、９ ppba より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、７ ppba より小さいかあるいはそれと等しい量のＦｅを有し得る。流動性チップは、０．９ ppba より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．８ ppba より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．５ ppba より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．４ ppba より小さいかあるいはそれと等しい量のＮａを有し得る。流動性チップは、０．１ ppba より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．０７ ppba より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．０４ ppba より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０ ppba のＮｉを有し得る。流動性チップは、０．６ ppba より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．５ ppba より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．４ ppba より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．３ ppba より小さいかあるいはそれと等しい量のＺｎを有し得る。
【００３９】
表面の純度は、米国特許第5,851,303号明細書で開示された方法のような公知のの方法によって測定することができる。
【００４０】
流動性チップは低レベルのダストも有し得る。理論によって限定することを意図するものではないが、流動性チップをルツボに加えると、低レベルのダストが溶融を容易にし、結晶転位速度を低下させると思われる。
【００４１】
流動性チップは残留気体の含有量が低いことがあり得る。流動性チップは水素を全く含まないか、あるいは、流動層法によって製造した顆粒より少ないレベルの水素しか含まないことがあり得る。流動性チップの水素含有量は、０から３６００ ppba 、あるいは、０から１３００ ppba 、あるいは、０から８００ ppba 、あるいは、８００から１３００ ppba であることがあり得る。流動性チップは低レベルの塩素を含み得る。流動性チップの塩素含有量は、０から３００ ppba 、あるいは、２０から１２０ ppba 、あるいは、２５から１１０ ppba 、あるいは、３０から１００ ppba 、あるいは、５０から６５ ppba であることがあり得る。
尚、本発明の流動性チップは、０．０３ ppma を超えないレベルのバルク不純物と１５ ppba を超えないレベルの表面不純物とを有する多結晶シリコン片で構成される多結晶シリコン片群であって、しかも制御された粒度分布を有しかつ概して非球状モルフォロジィを有する多結晶シリコン片群のみから成るのが好ましい。
【００４２】
流動性チップを製造する方法
流動性チップは：
ａ）多結晶シリコンロッドを破砕し又は切断する段階と；
ｂ）段階ａ）の生成物を選別して粒度分布を制御する段階と；
任意で、ｃ）段階ａ）あるいは段階ｂ）またはその両方の段階での生成物を表面清浄化処理する段階；を含む方法によって製造してもよい。
【００４３】
流動性チップ生成物は、上述の方法にさらに：
ｄ）段階ａ）、段階ｂ）、又は段階ｃ）の生成物を包装する段階；を含む方法によって製造することができる。
【００４４】
また、流動性チップは：
ａ）多結晶シリコンロッドを細分化する段階と；
ｂ）段階ａ）の生成物を選別して粒度分布を制御する段階と；
ｃ）段階ａ）あるいは段階ｂ）またはその両方の段階での生成物から不純物を除去する段階；を含む方法によって製造してもよい。
【００４５】
流動性チップ生成物は上述の方法にさらに：
ｄ）段階ａ）、段階ｂ）又は段階ｃ）の生成物を包装する段階と；を含む方法によって製造することができる。
【００４６】
多結晶シリコンの製造
多結晶シリコンロッドは公知の方法で製造することができる。例えば、高純度の塩素ガスあるいはシランガスの加熱基板上への化学的気相成長を含む化学的気相成長法によって多結晶シリコンロッドを製造することができる。「半導体シリコン技術ハンドブック（Handbook of Semiconductor Silicon Technology）」（ウイリアムオマラ（Ｗilliam C.O'Mara）、ロバートへリング（Robert B.Herring）及びリーフント（Lee P.Hunt）編著、ノイス出版、パークリッジ、ニュージャージー州、米国、1990年）の第２章第39-58頁を参照されたい。
【００４７】
多結晶シリコンの細分化
多結晶シリコンロッドは、例えば、鋸で切断することによって、又は、欧州特許出願公開第0 539 097号明細書に開示されたような低汚染衝撃工具で叩くことによって細分化することができる。または、ジョークラッシャーによって多結晶シリコンロッドを細分化してもよい。または、多結晶シリコンロッドは低汚染衝撃工具で叩くことによって細分化し、その結果細分化されたロッドをさらにジョークラッシャーによってさらに細分化してもよい。また、多結晶シリコンロッドを鋸で切断することによって細分化し、次いで、低汚染衝撃工具で叩き、ジョークラッシャーによってさらに細分化してもよい。適当なジョークラッシャーの例を図４に示す。ジョークラッシャー４００は固定顎板４０２を搭載したフレームアセンブリ４０１を備えている。可動顎板４０３が固定顎板４０２に対面している。顎板４０２及び４０３の間には顎空洞４０４が形成している。多結晶シリコンはホッパー４２５から顎空洞４０４へ移送することができる。
【００４８】
可動顎板４０３はピットマンキャリヤアセンブリ４０５に備え付けられている。ピットマンキャリヤアセンブリ４０５は、一端で偏心軸４０７を、他端でテンションロッドピン４０８を囲繞するピットマンベアリング４０６に結合されている。偏心軸４０７はフライホイール４０９に備え付けられている。モータ４１０がフライホイール４０９の回りのベルト４１１を駆動する。フライホイール４０９は偏心軸４０７を回転させて、固定顎板４０２に対して楕円状の動きで可動顎板４０３を動かす。回転速度は３００から４００回／分（r.p.m）でもよい。モータ４１０はベースに備え付けられている。可動顎板４０３の動きによって、顎空洞４０４内の多結晶シリコンを砕く。得られた多結晶シリコン片の粒度は多結晶シリコン片について十分に低減されているので、放出スロット４１８を通って顎空洞を出る。
【００４９】
ロッドピン４０８に張力を付与するために、水平バネアセンブリがテンションロッド４１３を備えている。このテンションロッドは、調整ホイール４１４、外側バネカラー４１５、テンションバネ４１６、及び内側バネカラー４１７を通って延在している。外側バネカラー４１５に備え付けられた調整ホイール４１４は回転して、テンションバネを調整することができる。ピットマン４０５をトグルプレート４２４に接触させて保持するのに水平バネアセンブリを用いることができる。
【００５０】
垂直アセンブリは、調整ホイール４２０とクロス棒４２１とを介して延在するくさび型調整ロッド４１９を備えている。調整くさび４２２はベアリングくさび４２３に備え付けられている。トグルプレートベアリングくさび４２３はトグルプレート４２４に備え付けられている。トグルプレート４２４は、テンションロッドピン４０８の上のピットマンキャリヤアセンブリ４０５に備え付けられている。この垂直アセンブリは放出スロット４１８の幅を調整するのに用いることができる。（ベアリングくさび４２３の溝の中の）トグルプレート４２４の位置によって、ピットマン４０５の動き及び可動顎板４０３の底部の動きが決まる。
【００５１】
多結晶シリコンはホッパー４２５からジョークラッシャー４００へ供給することができる。多結晶シリコンはジョークラッシャー４０にかけられると、可動顎板４０３によってより小さい多結晶シリコン片に分割される。多結晶シリコン片は、ダストから、塊、破片、薄片、特大チャンクとサイズ変更が可能である。多結晶シリコン片の粒度分布は、破砕空洞４０４において放出スロット４１８の幅と滞留時間とを含む種々の因子に依存する。
【００５２】
顎板４０２，４０３は、多結晶シリコンより大きいか又はそれに匹敵する硬さを有する材料のような、シリコンの汚染物を最小にする材料から成る。顎板は、タングステンカーバイド、コバルトバインダーを含むタングステンカーバイド、ニッケルバインダーを含むタングステンカーバイド、Ｃｒ_２Ｃ_３、ＮｉＣｒバインダーを含むＣｒ_２Ｃ_３、又はこれらの組合せから成ってもよい。タングステンカーバイド含有材料を使用することによって、細分化工程によってシリコンに混入する鉄の汚染物のレベルを低減させることができる。多結晶シリコンロッドあるいは過大寸法多結晶シリコン片又はその両方を供給するホッパー４２５と、ジョークラッシャー４００からの放出シュート（図示せず）とは、顎板４０２，４０３と同じ構成材料あるいはシリコンの汚染物を最小にする他の構成材料から構成するか、あるいは当該材料でライニングしたものであってもよい。このような構成材料には、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、ポリプロピレン、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）、二フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）、テフロン（登録商標）、タングステンカーバイド、シリコン、及び、セラミックが含まれる。
【００５３】
所望の形状分布若しくは上述の粒度分布またはその両方を得るために、あるいは、過大寸法（大きすぎる）多結晶シリコン片をリサイクルするために、又はその両方のために、多数のジョークラッシャーを直列に配置して用いてもよいことは当業者であれば認識するだろう。シリコンに接触する細分化装置の構成部分の材料がシリコンの汚染物を最小にする材料を含んでいる場合には、「粒子工学入門（Introduction to Particle Technology）」（ジョン・ワイリー＆サン社、ニューヨーク州、1999年4月）の第10章第241-263頁に開示されているジョークラッシャー、ジャイレートリー・クラッシャー、クラッシングロール装置、コーン・クラッシャー、及び、テーブル型フライス盤のような従来の装置が本発明でも使用できることは当業者であれば認識するだろう。好適なジョークラッシャーとしては、米国ペンシルバニア州ダンビルのメッツォ・ミネラル工業（Metso Minerals Industories）株式会社から販売されているモース・ジョークラッシャー（Morse Jaw Crushers）を用いることができる。
【００５４】
本発明の方法において、ジョークラッシャーと併せて、又はその代わりに、他の従来の細分化装置を用いてもよいことは当業者であれば認識するだろう。好適な細分化装置は、米国特許第4,815,667号明細書、米国特許第5,346,141号明細書、米国特許第5,464,159号明細書、欧州特許第0 573 855号明細書、日本国特許第02565759号及び日本国特許第58145611号公報において開示されている。
【００５５】
多結晶シリコン片の選別
シリコンに接触する選別装置の一部が上述のようなシリコンの汚染物を最少にする構成材料から成ると仮定すると、多結晶シリコン片（破砕ロッド）は、米国特許第5,165,548号明細書で開示された回転式シリコンスクリーンや、米国特許第3,905,556号明細書、第5,064,076号明細書若しくは第5,791,493号明細書のいずれかに開示された選別装置のような装置を用いて、又は、手作業で選別することができる。
【００５６】
また、多結晶シリコン片は、ステップデッキ選別器を含む装置を用いて選別してもよい。多結晶シリコン片を選別する装置は、
Ｉ）振動モータアセンブリと、
II）振動モータアセンブリスに備え付けたステップデッキ選別器と、
を備える。
【００５７】
ステップデッキ選別器は、
i）第１デッキであって、
ａ）溝形成領域への多結晶シリコン片投入口を備え、
ｂ）前記溝形成領域は、多結晶シリコン片投入口から延在しあるいは多結晶シリコン片投入口の下流に延在しており、かつ、各溝が尾根部と谷部とを備えており、
ｃ）投入口の下流に形成され、溝の尾根部の方が溝の谷部よりも第１デッキと最終デッキとの間の第１ギャップを越えて突出するように傾斜が設けられている第１デッキ出口端、を備えた第１デッキと、
ii）第１ギャップの下流でかつ第１デッキの下方に配置された最終デッキであって、
ａ）多結晶シリコン片投入口と、
ｂ）多結晶シリコン片投入口から延在しあるいは多結晶シリコン片投入口の下流に形成された溝形成領域であって、各溝が尾根部と谷部とを備えてなる溝形成領域と、
ｃ）多結晶シリコン片用の出口と、を備えた最終デッキと、
iii）第１ギャップを抜けて落ちた多結晶シリコン片を収集するために第１ギャップの下に設けられた収集容器と、
iv）第１ギャップを抜けずに落ちなかった過大寸法多結晶シリコン片を収集するために最終デッキの出口の下に設けられた過大寸法多結晶シリコン片用収集容器と、
を具備している。
【００５８】
ステップデッキ選別器は第１デッキと最終デッキとの間の一又は二以上の追加デッキを備えてもよく、各追加デッキは、
ａ）多結晶シリコン片投入口と、
ｂ）多結晶シリコン片投入口から延在しあるいは多結晶シリコン片投入口の下流に延在した溝形成領域であって、各溝が尾根部と谷部とを備えてなる溝形成領域と、
ｃ）追加デッキ出口であって、溝の尾根部の方が溝の谷部よりも出口端でのギャップを覆って突出するように出口端に傾斜が設けられている追加デッキと、を備えている。
【００５９】
多結晶シリコンの選別装置はさらに、iii）の収集容器の下に重量計若しくは第１ギャップの下流に配置されたダスト除去装置あるいはその両方、又は、必要以上の実験をすることなく当業者に可能なそれらの変形装置を備えてもよい。多結晶シリコン片を選別するために一以上のステップデッキ選別器を直列にして用いることができることは、当業者であれば認識するだろう。
【００６０】
多結晶シリコン片を選別しかつステップデッキ選別器を含む装置の例を図５から図８に示す。図５は装置の側面図である。ステップデッキ選別器５００は、多結晶シリコン片用の投入口５０２を有する。振動モータアセンブリ５０１が多結晶シリコン片を、第１デッキ５３１を横切るように移動させる。多結晶シリコン片はまず、矢印５０４で示した空気の流れによってダストが除去されている流動層領域５０３を通過し、穿孔板５０５を通ってダスト収集器５３２まで進んでいく。多結晶シリコン片は流動層領域５０３を通過して溝形成領域５０６まで移動する。多結晶シリコン片は、サイズ及び形状に依存して、溝５１２（図６から図８で図示）の谷部５２０の中へ収まるか又は溝５１２の尾根部５１９の頂部に残る。多結晶シリコン片が第１デッキ５３１の端まで達すると、ギャップ５０７より小さい多結晶シリコン片はギャップ５０７を抜けてコンベヤ５０８上に落ちる。落ちた多結晶シリコン片は、多結晶シリコン小片５０９用の収集容器まで運ばれる。大きめの多結晶シリコン片はギャップを超えて通過し、第２デッキ５１０上に落ちる。
【００６１】
図７は第２デッキ５１０の平面図、図８はＡ−Ａ線に沿った第２デッキの断面図である。第２デッキ５１０の頂部には複数の溝５１２が存在する。各溝５１２は尾根部５１９と谷部５２０とを有する。溝５１２は半円状である。側壁５３０は、多結晶シリコン片が第２デッキ５１０の側部から落ちるのを防止するために尾根部５１９を超えて延びている。多結晶シリコン片は第２デッキ５１０の投入口端５１１から第２デッキ５１０の出口端５１８まで移動する。
【００６２】
図６は、第２デッキ５１０、第３デッキ及びそれらの間のギャップ５１６の断面図である。第２デッキ５１０の投入口端５１１は水平に対して直交する。溝５１２は第２デッキ５１０の頂部に切り込まれている。塊５１３及び破片５１４のような多結晶シリコン片は溝の谷部５２０に載ることになる。薄片５１５のような多結晶シリコン片は溝５１２の尾根部５１９の頂部に載るだろう。第２デッキ５１０の出口端５１８は、溝５１２の尾根部５１９が溝５１２の谷部５２０よりもギャップ５１６を超えて突出するように傾斜が設けられている。第２デッキ５１０が振動すると、塊５１３はギャップ５１６を抜けて落ち、他方、破片５１４及び薄片５１５は出口端５１８から転げて、ギャップ５１６を超え、第３デッキ５１７へ運ばれる。理論によって限定することを意図するものではないが、第２デッキ５１０の出口端５１８の傾斜角はブラインド効果をできるだけ小さくするものである。デッキは出口で薄く形成してさらにブラインド効果を小さくするものである。
【００６３】
ステップデッキ選別器５００は、多結晶片５１３、５１４及び５１５を、デッキ５３１、５１０、５１７、５３３、５２１、５２３及び５２５の間のギャップ５０７、５１６、５１８、５３４、５２２及び５２４のサイズに基づいた制御粒度分布に分離する。ギャップ５０７、５１６、５１８、５３４、５２２及び５２４は、運搬方向にサイズが増大している。小さめの多結晶シリコン片は小さい方のギャップ５０７、５１６及び５１８を通って落ち、小さめの多結晶シリコン片用の収集容器５０９に収集される。大きめの多結晶シリコン片は大きい方のギャップ５３４、５２２及び５２４を通って落ち、大きめの多結晶シリコン片用の収集容器５２６に収集される。過大寸法多結晶シリコン片は、過大寸法多結晶シリコン片用の収集容器５２７においてステップデッキ選別器５００の端部で収集される。過大寸法多結晶シリコン片は細分化装置にリサイクルすることができる。異なる制御粒度分布を有する多結晶シリコン片が、ギャップサイズ、収集容器の数及び多結晶シリコン片を収集容器を移動するコンベヤの数と位置を変えることによって、デッキ間のギャップを介してステップデッキ選別器の種々のデッキから引き落とされることは当業者ならば認識するだろう。
【００６４】
バッグのような収集容器５０９、５２６、５２７を直接充填するために、又は、所定の充填重量に達すると移動を止めて収集容器を変更するために、重量計５２８を振動フィーダ５０１の制御器に組み込んでもよい。
【００６５】
デッキの数；各デッキの溝の幅、深さ及び形状；デッキ間のギャップのサイズ；収集容器の数を変えて収集される粒度分布を調整することは当業者であれば、理解するだろう。溝は異なる幅、深さ及び形状を有してもよい。溝は例えば、三角状、台形状又は半円状であってもよい。
【００６６】
多結晶シリコンを細分化するために使用する装置と同様に、選別に用いる装置の多結晶シリコン片に接触する部分は、ジョークラッシャー４００について上述した構成部材材料のようなシリコンを汚染しない材料から成る。
【００６７】
さらに、上述のステップデッキ選別器は、デッキのサイズ；各デッキの溝の幅、深さ及び形状；デッキ間のギャップのサイズ；収集容器のサイズを変えることによって、大きめのサイズ（例えば、４５ mm 以上）の多結晶シリコン片のような流動性チップ以外の材料を選別するために用いることができることは当業者ならば認識するだろう。
【００６８】
オプションとしての汚染物除去
上述のようにして得られた制御粒度分布を有する多結晶シリコン片は、任意で汚染物を除去するために磁場に曝してもよい。例えば、汚染物を除去するために多結晶シリコン片を磁石を含むチャンバに通してもよいし、あるいは、磁石を多結晶シリコン片上を通過させてもよい。磁石は希土類磁石あるいは電磁石又はそれらの組合せでもよい。磁石は多結晶シリコン片に直接接触させてもいいし、多結晶シリコン片の近傍にあってもよい。磁石は適当な磁化率を有する微粒子の大部分を除去する。これらの粒子には、鉄やコバルトのような強磁性不純物やタングステンカーバイドのような常磁性不純物、及び、シリコンを細分化し選別するのに用いられる装置の構成材料の生成に用いられる他の強磁性不純物及び常磁性不純物が含まれる。
【００６９】
あるいは、汚染物は、米国特許第3,905,556号明細書、米国特許第4,125,191号明細書、米国特許第4,157,953号明細書、米国特許第4,250,025号明細書、米国特許第4,345,995号明細書、米国特許第4,525,336号明細書、米国特許第5,297,744号明細書、又は米国特許第5,830,282号明細書において開示されたような方法によって除去してもよい。汚染物は、磁場を含む方法に加えて、又は、その代わりに、欧州特許第0 215 121号明細書に開示されているような化学的方法によって除去してもよい。
【００７０】
出発材料として用いる多結晶シリコンロッドの純度とシリコンを細分化し選別する方法とに依存して、この段階での生成物は、太陽電池グレードの単結晶シリコンウェハーあるいは電子製品グレードの単結晶シリコンウェハーの製造で使用するのに十分な純度を有してもよい。しかしながら、純度が電子製品グレードの用途又はこれらの両用途に対して十分でないなら、シリコンを表面清浄してさらに不純物を除去してもよい。
【００７１】
オプションとしての表面清浄
多結晶シリコン片は公知の方法で表面清浄することができる。表面清浄は、上述の汚染物除去法に加えて又はその代わりに実施してもよい。例えば、破砕ロッドは米国特許第5,851,303号明細書に開示された方法、すなわち、破砕ロッドをフッ化水素気体、少なくとも0.5％の過酸化水素を含む水溶液に連続して接触させる段階と、その後破砕ロッドを乾燥する段階とを備えた方法によって清浄にすることができる。あるいは、特開平5−4811号公報に開示された方法によって破砕ロッドを清浄にすることができる。あるいはまた、カナダ国特許第954425号明細書又は米国特許第4,971,654号明細書に開示されたような異方性エッチングによって破砕ロッドを表面清浄化することができる。他の好適な表面清浄化方法として米国特許第4,588,571号明細書及び第6,004,402号明細書に開示された方法を含む。
【００７２】
製造された流動性チップはいかなる便利な手段によって、すなわち、手作業で又は自動で流動性チップをポリエチレンバッグに入れることによって包装することができる。
【００７３】
流動性チップの使用方法
上述の流動性チップは、粒度分布と純度とに依存して、太陽電池グレード用途又は電子製品グレード用途で使用することができる。流動性チップの特別な応用には、初期装荷の最大化や初期装荷の充填のような初期装荷関連の応用や、ＣＺ法のルツボ再装荷や再装荷の最大化及び再装填物の充填のような再装填関連の応用が含まれる。
【００７４】
本明細書に記載したシリコンに加えて、又は、その代わりに、流動性チップを、米国特許第4,176,166号明細書、米国特許第4,312,700号明細書、米国特許第4,382,838号明細書、米国特許第4,572,812号明細書、米国特許第5,254,300号明細書、米国特許第5,431,869号明細書、米国特許第5,492,079号明細書、米国特許第5,510,095号明細書、中国特許第1176319号明細書、独国特許第4441911号明細書、欧州特許第0 869 102号明細書、欧州特許第0095757号明細書、日本国特許第10190025号公報、日本国特許第11116386号公報、日本国特許第58026019号公報、日本国特許第58099115号公報、日本国特許第62108515号公報、及び日本国特許第9301709号公報に開示されたような太陽電池鋳造法で使用してもよい。鋳造（キャスティング）は、溶融シリコンを加熱された鋳型に注入する段階あるいはルツボ内の多結晶シリコンを溶融する段階と、シリコンを徐冷し固化する段階とを備えてもよい。
【００７５】
例えば、好適なバッチ鋳造法は：
１）所望の断面形状を画定する壁を備えた鋳型に半導体材料を導入する段階と、
２）半導体材料を溶融する段階と、
３）段階２）の後に半導体材料を固化させて所望の断面形状を有する鋳造インゴットを製造する段階と、を備える。段階２）の実施は、段階１）の前、最中、及び後の何れでもよい。鋳造インゴットは、段階３）の後に鋳型から取り外し、その後この方法を繰り返してもよい。上述の流動性チップを段階１）において鋳型を装填するのに用いてもよい。
【００７６】
また、連続鋳造法を用いることもできる。連続鋳造法は：
１）誘導コイルに配置された無底容器に連続的に供給された半導体材料を溶融する段階と、
任意で、２）精製のために溶融物の表面上に高温プラズマガスを吹きかける段階と、
３）前記無底容器から固化したシリコンを下流へ連続的に放出する段階と、を備える。無底容器の少なくとも軸部は、周方向に離間配置された複数の導電片に分割する。半導体材料は上述の流動性チップを備えてもよい。
【００７７】
また、好適な連続鋳造法に使用する装置は、開放頂部と開放底部とを有する容器状領域を画定するために、側面同士合わさる形で配置された複数の導電部材を備える。装置はさらに、各導電部材に高周波ＡＣ電流を含む手段を備える。容器状領域の開放底部を介して、伸縮式支持部材が設けられている。支持部材は、容器状領域に半導体材料を支持するように機能する。
【００７８】
好適な連続鋳造法は：
１）上述の装置の容器状領域に半導体材料を導入する段階と、
２）半導体材料を溶融する段階と、
３）電流を誘起する手段に電圧を印加して各導電部材に第１の電流を誘起する段階と、
４）第１の電流を用いて半導体材料に第２の電流を誘起する段階であって、前記第２の電流は前記第１の電流の向きに対して実質的に逆向きに流れている段階と、
５）半導体材料が反発して鋳造工程中に導電部材に接触することが回避されるように、第１の電流と第２の電流とを用いる段階と、を備える。
【００７９】
この方法はさらに：６）支持部材に支持される溶融半導体材料が前記導電部材から反発されることによって溶融半導体材料が鋳造インゴットの中に固化されるように、支持部材を容器状領域から引き離す段階と、
７）容器状領域の上に半導体材料を追加供給する段階と、を備えてもよい。段階１）ないし段階７）は繰り返してもよい。段階１）あるいは段階７）又はその両方の段階で用いる材料は上述の流動性チップを含んでもよい。
【００８０】
流動性チップはシリコンリボンを製造するための定形エッジ薄膜成長法（ＥＦＧ）のような定形成長法で用いてもよい。ＥＦＧ法は、ラベル（H.E.LaBelle.Jr）らによってジャーナル・オブ・クリスタル・グロース（Journal of Ｃｒystal Growth）の第8巻第8-17頁（1980年）に掲載された論文“ＥＦＧ−発明とサファイア成長への応用（ＥＦＧ The Invention and Application to Sapphire Growth）”や、カリワッド（K.Koliwad）らによって1984年4月15日に“太陽電池についての高速結晶成長及び結晶のキャラクタリゼーションに関わる平板ソーラーアレイプロジェクト研究フォーラムのプロシーディングス（キャサリン・ダマス編、ジェット推進研究所（ＪＰＬ）、カリフォルニア工科大学、パサデナ、カリフォルニア州、米国エネルギー省管轄）”の第22-24頁に掲載された論文に記載されている。好適なＥＦＧ法は、ダイのエッジで画定された溶融シリコンのメニスカスからシリコンリボンを引き上げる段階を加えてもよい。リボンの寸法はメニスカスで制御する。リボンの製造速度と装置の熱バランスは慎重に制御する。
【００８１】
流動性チップは、日本国特許第10182124号公報や1975年にパーガモン・プレス（Pergamon Press, Ltd.、オックスフォード）から発行されたクリスタル・グロース（Ｃｒystal Growth）（ブライアン・パンプリン（Brian R.Pamplin）編）の第9章第343-344頁に掲載された論文“成長、測定及び結晶成長環境の制御”に開示されているような誘導プラズマ法で用いてもよい。誘導プラズマ法の例として、例えば、4メガヘルツ（MHz）以上の高周波プラズマトーチを用いてシリコン粒子を溶融する。トーチは、アルゴンのような不活性ガスを陰極と陽極との間に加えた高周波電界に通してイオン化することによって生成する。一旦、アルゴン流をイオン化して高温プラズマにすると、粉状のシリコンはホッパーからプラズマジェットへ共通供給することができる。シリコンはジェット噴射ゾーン内で溶融し、溶融シリコンは水冷型ルツボへ又は成長中の結晶シリコンボディ上へ向けることができる。プラズマトーチ空洞用の適したサイズ範囲の流動性シリコンチップは、このような方法のためのシリコン源として用いることができる。
【００８２】
流動性チップは、米国特許第5,454,424号明細書や日本国特許第62260710号公報に開示されているような電子ビーム溶融法において用いてもよい。電子ビーム溶融法の実施例では、電子ビームで多結晶シリコンを走査することによって多結晶シリコンを溶融する段階と、生成した溶融シリコンを本明細書に記載した鋳造法のいずれかによって鋳造する段階とを備える。多結晶シリコンは流動性チップを含んでもよい。
【００８３】
流動性チップは、熱交換法（ＨＥＭ）において使用してもよい。ＨＥＭ炉は、ルツボの底に結合されたヘリウム熱交換器を用いて加熱要素で囲繞されたルツボを収容するチャンバを備えてもよい。多結晶シリコンは、ルツボを充填するために種結晶の最上部に載置する。チャンバを排気し、加熱要素を加熱してシリコンを溶融する。種結晶は、熱交換器にヘリウムガスを流すことによって溶融するのが回避される。ガス流を徐々に増加すると、熱交換器の温度が低下してシリコンが徐々に固化し、結晶は種結晶の外側に成長していく。溶融シリコンの温度は加熱要素によって制御する；しかしながら、固体結晶の温度は熱交換器によって独立に制御される。加熱及び冷却の両方を二元制御することによって、結晶成長プロセスの固体−液体界面の位置及び移動の制御が可能となる。ＨＥＭという語は、結晶系（Ｃｒystal Systems；国立再生可能エネルギー研究所、ゴールデン、コロラド州）に発表された論文“ＨＥＭシリコン”、及び、フェデレイック・シュミッド（Ｆｅderick Schmid）及びチャンドラ・カタック（Chandra P.Khattak）による論文“光電池用のシリコンウェハ切断に要するコスト（オプティカル・スペクトラ（Optical Spectra）、1981年5月）”で用いられている。
【００８４】
流動性チップを、米国特許第4,689,109号明細書に開示されたようなストリングリボン法で用いてもよい。ストリングリボン法の実施例では：
１）２つのストリングと種結晶とを浅いシリコン溶融物から垂直に引き上げる段階と、
２）ストリングと種結晶とを溶融シリコンで濡らし、ストリング間のスペースを充填する段階と、
３）段階２）の生成物を冷却してシリコンリボンを作製する段階と、を備えてもよい。ストリングリボン法は連続であり、最初に溶融物を装填し、流動性チップで再装填することができる。
【００８５】
流動性チップは、米国特許第4,095,329号明細書、米国特許第4,323,419号明細書、米国特許第4,447,289号明細書、米国特許第4,519,764号明細書、米国特許第4,561,486号明細書、米国特許第4,561,717号明細書、米国特許第5,178,840号明細書、独国特許第3 210 492号明細書、欧州特許第0 079 567号明細書、及び日本国特許第6168898号公報に開示された方法のような、基板上でシリコンを鋳造する方法で用いてもよい。方法の一実施例は：
１）多結晶シリコンを溶融してルツボに溶融シリコン溜まりを供給する段階と、
２）ルツボからの溶融シリコンを基板上につけて、それによってシリコンウェハーを形成する段階とを備える。基板は溶融シリコンを通過して移動することができ、例えば、基板は回転するウェハーチャック又は他の移動基板であってもよい。あるいは、基板は静止し、その上に溶融シリコンを供給してもよい。流動性チップはルツボを装填若しくは再装填又はその両方に用いてもよい。
【００８６】
流動性チップは、米国特許第5,006,317号明細書、及び米国特許第5,499,598号明細書に開示されたような焼結方法で使用してもよい。この焼結方法の一実施例は、
１）容器を多結晶シリコン片で充填する段階と、
２）容器を局所的な加熱領域で局所的に加熱して多結晶シリコン片の一部を溶融して焼結部分と溶融部分とを形成する段階と、
３）局所的な加熱領域を容器の長軸方向に移動させて、溶融部分の固化と、焼結部分の溶融と、新しい焼結部分の形成とを交互に行い；それによって容器内にシリコンインゴットを形成する段階とを備えている。
【００８７】
流動性チップは、クリスタル・グロース（Ｃｒystal Growth；ブライアン・パンプリン（Brian R.Pamplin）編、パーガモン・プレス（Pergamon Press, Ltd.）、オックスフォード、1975年）の第13章第497-555頁に掲載された論文“結晶引き上げ（Ｃｒystal Pulling）”に開示されているような種々の結晶引き上げ法において用いてもよい。その中には、台座法、冷炉法及び冷却ルツボ法のようなルツボ及びルツボフリー法を用いるＣＺ法を含んでもよい。他の冷却ルツボ法が、シスゼック（T.F.Ciszek）による論文“シリコン光電池材料製造についての冷却ルツボ技術の応用（Some Applications of Ｃｏld Ｃｒucible Technology for Silicon Photovoltaic Material Preparation）（ジャーナル・オブ・エレクトロケミカル・ソサイアティ（Journal of the Electrochemical Society）、第132巻第4号、1985年4月）”において開示されている。
【００８８】
本発明はさらに、ＣＺ法で用いられるルツボを再装填する方法に関するものである。本方法は、ルツボから少なくとも一のインゴットを引き上げる段階とルツボを再装填するためにルツボに流動性チップを装填する段階とを備える。
【００８９】
図１は、本発明を用いることができるＣＺ装置１００の一例を示すものである。装置１００は、引き上げチャンバ１０２の下に成長チャンバ１０１を備える。この成長チャンバ１０１は真空バルブ１０３によってチャンバ１０２と絶縁可能とされている。成長チャンバ１０１はシャフト１０５上に搭載されたルツボ１０４を収容している。シャフト１０５は、該シャフト１０５及びルツボ１０４を回転させるためのモータ１０６に回転可能に接続されている。ルツボ１０４は、該ルツボ１０４の回りにホットゾーン１１４を形成するヒーター１０７によって囲繞されている。ルツボ１０４は溶融シリコン１０８を収容している。インゴット１０９は、種１１０を溶融シリコン１０８に浸漬し、次いで種１１０とインゴット１０９とを上方へ引き上げることによってルツボ１０４から引き上げる。種１１０とインゴット１０９とはルツボ１０４と逆方向に回転する。種１１０は種支持ケーブル１１１に取り付けている。種支持ケーブル１１１は引き上げ機構１１２によって上方へ引き上げられる。引き上げ機構１１２には結晶重量読出装置１１３を取り付けてもよい。
【００９０】
インゴットは成長チャンバに空気を入れないでＣＺ装置から取り出す。流動性チップはインゴットを引き上げ中又は引き上げ後に加えることもできる。流動性チップは連続モードでもバッチモードでも加えることができる。
【００９１】
流動性チップは、成長チャンバが真空下あるいは不活性ガス雰囲気下又はその両方の下にある場合に、ルツボに加える。
【００９２】
流動性チップはルツボが熱いうちにルツボに加える。理論によって限定することを意図するものではないが、ルツボの温度が下がりすぎたら、ルツボが破損することがあることは考えられる。
【００９３】
流動性チップは、シリコンヒールに汚染物を付けないようにルツボに加えることができる。
【００９４】
流動性チップは、バッチモードでも連続モードでもルツボに加えることができる。流動性チップは、溶融シリコンあるいは少なくとも部分的に固化しているシリコンヒールを収容しているルツボに加えることができる。流動性チップは種々のフィーダ装置を用いて加えることができる。
【００９５】
図２は、図１で示したようなＣＺ法で用いられるルツボ１０４を再装填する振動フィーダ装置２００を示している。振動フィーダ装置２００は、流動性チップ２０２を収容するホッパー２０１を備える。ホッパー２０１は、流動性チップ２０２を投入することができる投入口２０３と、流動性チップ２０２が供給トレイ２０５に抜けて出ていく出口２０４とを有する。供給トレイ２０５は、該供給トレイ２０５を振動させる振動フィーダ２０６に取り付けられている。流動性チップ２０２は、出口２０４から出た後、供給トレイ２０５に沿って、供給トレイ２０５の端部からＣＺ装置の成長チャンバ１０１へ延びる供給管２０７へ移動する。供給管２０７の端部に取り付けられたランス２０８は、供給管２０７の端部からルツボ１０４まで延びている。投入口２０３，ホッパー２０１、振動フィーダ２０６及び供給管２０７の少なくとも投入口は、真空を維持することができるハウジング２０９内に取り付けられている。ルツボ１０４からインゴット（図示せず）を引き上げる間、ハウジング２０９を成長チャンバ１０１から隔離するために、供給トレイ２０５の端部と供給管２０７の投入口とに装填隔離ロック２１０が備えられている。
【００９６】
流動性チップは：
i）流動性チップを収容しているホッパーを真空に引くかあるいは該ホッパーに不活性ガスを入れるか又はその両方を行う段階と、
ii）ホッパーからフィード装置へ流動性チップを供給する段階と、
iii）振動フィーダ装置の全てあるいはその一部を振動させ、それによって流動性チップをフィード装置を介してルツボまで移動する段階と、
を備えた方法において、振動フィーダ装置を用いてルツボに加えることができる。
【００９７】
ホッパーへの不活性ガス注入は、ホッパーを真空にし、ホッパーを半導体グレードのアルゴン、ヘリウムあるいは窒素のような不活性ガスで少なくとも一度パージすることによって実施することができる。
【００９８】
フィード装置は供給管と、任意でホッパーから供給管までの供給トレイと、任意で供給管からルツボまでのランスとを備える。流動性チップを移動するために、ホッパー、供給トレイ、供給管、ランス又はそれらの組合せを振動させることができる。
【００９９】
段階iii）は、流動性チップの共鳴周波数で振動フィーダ装置の全てあるいはその一部を振動させることによって実施することもできる。
【０１００】
流動性チップはバッチモードでルツボに加えることができる。流動性チップは、少なくとも部分的に固化したヒールを収容しているルツボに加えることができる。流動性チップは、キャニスターフィーダ装置（例えば、米国特許第5,488,924号明細書、及び、ダウド（Daud,T）及びカチャール（Kachare,A）による論文“光電池モジュールについての改良型チョクラルスキー法シリコン成長技術（Advanced Czochralski Silicon Growth Technology for Photovoltaic Modules）（DOE/JPL-1012-70、Distribution Category UC-63b、5101-2-7平板ソーラーアレイプロジェクト、ＪＰＬ出版82-35、1982年9月15日）参照）を用いて加えることができる。
【０１０１】
図３は、図１で示したようなＣＺ法で使用されるルツボ１０４を再装填するキャニスターフィーダ装置３００の一実施例を示すものである。キャニスターフィーダ装置３００は、流動性チップ３０２で充填されたキャニスターあるいはホッパー３０１を備える。キャニスタ３０１は、ＣＺ法のための引き上げチャンバ内に位置している。引き上げチャンバ１０２は閉鎖して排気される。キャニスター３０１はケーブル３０３に取り付けられる。ケーブル３０３は、キャニスター３０１をルツボ１０４近傍まで、すなわち、ルツボ１０４内のヒール３０５の少なくとも部分的に固化した表面３０４の上のレベルまで降下する。キャニスター３０１はキャニスター３０１の出口に取り付けられたコーン３０６を有する。機構３０７がコーン３０６を下方へ、ルツボ１０４内のヒール３０５の少なくとも部分的に固化した表面３０４に近接するレベルではあるがその上のレベルまで降下する。これによって、流動性チップ３０２がキャニスター３０１から出ていくことが可能となり、ルツボ１０４内のヒール３０５の少なくとも部分的に固化した表面３０４上に落ちる。
【０１０２】
流動性チップは：
任意で、ａ）ルツボ内のヒールを少なくとも部分的に固化する段階と、
ｂ）キャニスターを流動性チップで充填する段階と、
ｃ）キャニスターを真空に引く段階と、
ｄ）キャニスターをヒールの上の高さまで移動させる段階と、
ｅ）キャニスターを開口して流動性チップがキャニスターを放出してルツボに入れる段階と、
ｆ）ルツボが所望の深さに充填されるまで段階ｂ）、ｃ）、ｄ）及びｅ）を繰り返す段階と、備えた方法でキャニスターフィーダ装置を用いてルツボに加えることができる。
【０１０３】
米国特許第3,998,686号明細書、米国特許第4,002,274号明細書、米国特許第4,095,329号明細書、米国特許第4,176,166号明細書、米国特許第4,312,700号明細書、米国特許第4,323,419号明細書、米国特許第4,382,838号明細書、米国特許第4,394,352号明細書、米国特許第4,447,289号明細書、米国特許第4,519,764号明細書、米国特許第4,557,795号明細書、米国特許第4,561,486号明細書、米国特許第4,572,812号明細書、米国特許第4,661,324号明細書、米国特許第4,689,109号明細書、米国特許第4,968,380号明細書、米国特許第5,006,317号明細書、米国特許第5,080,873号明細書、米国特許第5,098,229号明細書、米国特許第5,161,717号明細書、米国特許第5,178,840号明細書、米国特許第5,229,082号明細書、米国特許第5,242,667号明細書、米国特許第5,254,300号明細書、米国特許第5,431,869号明細書、米国特許第5,４５4,424号明細書、米国特許第5,462,010号明細書、米国特許第5,488,924号明細書、米国特許第5,499,598号明細書、米国特許第5,510,095号明細書、米国特許第5,492,079号明細書、米国特許第5,690,733号明細書、米国特許第5,762,491号明細書、米国特許第5,868,835号明細書、米国特許第5,902,395号明細書、及び米国特許第6,217,649号明細書、に開示された多結晶シリコンを用いる方法は本明細書に参考文献として組み込まれている。当業者ならば、多結晶シリコンを処理する他の方法と同様に、ここに記載されたシリコン出発材料及び再装填材料に加えて又はその代わりにルツボを用いることができることは理解するだろう。
【０１０４】
フィーダ装置
顆粒を供給するように構成されたフィーダ装置における顆粒の代わりに、流動性チップを用いることができる。定量フィーダ装置、キャニスターフィーダ装置、重量ベルトフィーダ装置、振動フィーダ装置、チップスラスタフィーダ装置、空気圧輸送フィーダ装置、停滞流送り出しランスフィーダ装置、回転盤フィーダ装置、又はオーガフィーダ装置のいずれかのフィーダ装置において、流動性チップを用いることができる。
【０１０５】
定量フィーダ装置の例は、フィケット（Ficket,B）及びミハリック（Mihalik,G）による論文“再装填及び“充填”用の経済的なフィーダ（Economic feeder for recharging and “topping off”）（ジャーナル・オブ・クリスタル・グロース（Journal of Ｃｒystal Growth）、ジーメンス・ソーラー・インダストリー、第211巻第372-377頁、2000年）”や、米国特許第3,998,686号明細書、米国特許第5,080,873号明細書、米国特許第5,762,491号明細書、及び日本国特開昭62-260791号公報に開示されている。キャニスターフィーダ装置の例は、米国特許第4,394,352号明細書、米国特許第4,557,795号明細書、米国特許第5,229,082号明細書、及び米国特許第5,488,924号明細書に開示されている。重量ベルトフィーダ装置の例は、米国特許第6,217,649号明細書に開示されている。振動フィーダ装置の例は、米国特許第5,462,010号明細書、及び日本国特開平02-617197号公報に開示されている。チップスラスタフィーダ装置の例は、米国特許第4,661,324号明細書に開示されている。空気圧輸送フィーダ装置の例は、米国特許第4,968,380号明細書、及び米国特許第5,098,229号明細書に開示されている。停滞流送り出しランスフィーダ装置の例は、米国特許第5,690,733号明細書、米国特許第5,868,835号明細書、及び米国特許第5,902,395号明細書に開示されている。回転盤フィーダ装置の例は、米国特許第4,002,274号明細書、及び米国特許第5,242,667号明細書に開示されている。オーガフィーダ装置の例は、ダウド（Daud,T）及びカチャール（Kachare,A）による論文“光電池モジュール用の改良型チョクラルスキー法シリコン成長技術（Advanced Czochralski Silicon Growth Technology for Photovoltaic Modules）（DOE/JPL-1012-70、Distribution Category UC-63b、5101-2-7平板ソーラーアレイプロジェクト、ＪＰＬ出版82-35、1982年9月15日）参照））に開示されている。当業者であれば、本明細書で開示した流動性チップを、多結晶シリコンを処理するのに適したサイズの他の公知のフィーダにおいて用いることができることは理解するだろう。
【０１０６】
【発明の実施の形態】
例
以下の例は、本発明を当業者に例示することを意図しているだけであり、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきものではない。
【０１０７】
例１
ＷＣ、Ｃｏ、ＧＣ-712（ゼネラル・カーバイド社製、１２％Ｃｏ及び８８％ＷＣ含有、粒度０．６μｍの粉末）、及び、焼結ＷＣ／Ｃｏ粉末をプラスチック上に拡げる。粉末の初期重量を記録する。エリーツ（登録商標）希土類プレート磁石を、２ mm 以下の距離で各粉末状を通過させる。粉末の最終重量を記録する。
結果を表１に示す。
【表１】

【０１０８】
例１は、磁石を用いると多結晶シリコン片から不純物を除去されることを示している。特に、図４のジャークラッシャーで導入されたＷＣ／Ｃｏ不純物が例１の方法を用いて除去されている。
【０１０９】
例２
流動性チップの４つの例を以下の方法で製造する。ジーメンス型真空容器の冷壁から多結晶シリコンＵ型ロッド状材料が得られる。炭素ソケットの除去後、ポリエチレンテーブル上で低汚染衝撃工具を用いてＵ型ロッド状シリコンを１０〜１５ cm 片に破砕する。得られたシリコンチャンクを図４で示したジャークラッシャー４００に供給する。放出スロットの幅は最近接距離で１５ mm に制限されている。多結晶シリコン片が放出スロット４１８を通り抜けると、それらは、多結晶シリコン片からダストを除去するように作用する空気混入ダスト収集ゾーンを通過する。得られた多結晶シリコン片はポリエチレンでライニングされた瓶に収集する。
【０１１０】
次いで、収集された多結晶シリコン片を再び同じ装備で粉砕する。粉砕段階の後、シリコン片の流速を調整し、図５〜図８で示したステップデッキ選別器５００上に供給するように作用するＵＨＭＷＰＥホッパーに、収集された多結晶シリコン片を移送する。ホッパー５０２及びステップデッキ選別器５００はいずれも、多結晶シリコン片を移動ように作動する振動テーブル５０１に取り付けられている。デッキは、製品サイズが通常１ mm から１２ mm の範囲に維持されるように調整する。長さが１２ mm より長い多結晶シリコン片は製品から取り除いて、追加の粉砕パス用の粉砕処理に戻し、これによって粉砕された材料が一回だけの粉砕パスに曝された多結晶シリコン片と混ぜられることになる。３００kgの量の多結晶シリコン片が得られるまで、この手順を何度も繰り返す。一連の処理の間に、多結晶シリコン片の４個の試料が酸処理されたＰＴＦＡ容器に収集される。これらの試料は米国特許第5,851,303号明細書に記載の方法による表面金属分析用として提出する。得られたシリコンの純度を以下の表２に示す。多結晶シリコン片の各試料の制御粒度分布は１ mm から１２ mm である。
【表２】

【０１１１】
例３
多結晶シリコンのＵ型ロッドはジーメンス型ベルジャー反応器の冷水壁から得られる。炭素ソケット端部の除去後、ポリエチレンテーブル上で低汚染衝撃工具を使ってＵ型ロッド状のシリコンを４インチ片に破砕する。得られたシリコンチャンクを図４で示したジャークラッシャー４００に供給する。放出スロット４１８の幅は最近接距離で１５ mm までに制限する。多結晶シリコン片が放出スロット４１８を通り抜けると、それらは、多結晶シリコン片からダストを除去するように作用する空気混入ダスト収集ゾーンを通過する。得られた多結晶シリコン片はポリエチレンライニングされた瓶に収集する。収集された多結晶シリコン片を同じ装備で再び粉砕する。粉砕段階の後、シリコン片の図５のステップデッキ選別器５００への流速が調整されるように作用するＵＨＭＷＰＥホッパーに、収集された多結晶シリコン片を移送する。デッキは、製品粒度分布が通常１ mm から１２ mm の範囲に維持されるように調整する。４０kgの量の多結晶シリコン片を処理する。バルク不純物（ホウ素、全ドナー、炭素、燐、鉄、ニッケル、銅、及びクロム）と表面不純物（鉄、ニッケル、銅、クロム、ナトリウム、及び亜鉛）とを測定する。表面純度分析に対して、多結晶シリコン片の４個の試料が酸洗されたＰＴＦＡ容器に収集される。
【０１１２】
これらの試料はバルク不純物と表面不純物とを分析する。バルク金属値は、冷凍された探針の酸分解を用いてエッチングされたフローティングゾーンコアから得る。コアは多結晶シリコンロッドから得る。バルク金属値を得るための手順は米国特許第4,912,528号明細書に記載されている。金属濃度は原子吸収分析から測定する。
【０１１３】
炭素はフローティングゾーンコアから測定する。コアからスライスをとる。スライスはラップして研磨する。フーリエ変換赤外分光法を用いてシリコン中の炭素濃度を測定する。
【０１１４】
燐、ホウ素、アルミニウム、及び砒素は、分散性光ルミネセンス（ＰＬ）として公知の技術的を用いてフローティングゾーンコアから測定する。このテストを用いて、フローティングゾーンコアからの単結晶シリコンスライスを化学的に研磨する。スライスを液体ヘリウム温度まで冷却することによって、アルゴンレーザーを用いて試料内にフォトン放出を生じさせる。電子−正孔ペアの再結合放射の測定強度を用いてこれらの不純物の濃度を決定する。
【０１１５】
ドナーは、シリコンコアの抵抗を測定することから得られる計算値である。
【０１１６】
表面不純物は米国特許第5,851,303号明細書の方法によって測定する。得られたシリコンの純度は以下の表３及び表４に示す。多結晶シリコン片の各試料の制御粒度分布は１ mm から１２ mm である。
【表３】

【表４】

【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＺ装置の概略構成図である。
【図２】ＣＺ法で使用するルツボを再装填する振動フィーダ装置の概略構成図である。
【図３】ＣＺ法で使用するルツボを再装填するキャニスターフィーダ装置の概略構成図である。
【図４】流動性チップを製造する方法で使用するジョークラッシャーの概略側断面図である。
【図５】流動性チップを製造する方法で使用するステップデッキ選別器の概略側断面図である。
【図６】図５のステップデッキ選別器の第２及び第３デッキの拡大側断面図である。
【図７】図５のステップデッキ選別器の第２のステップデッキの概略平面図である。
【図８】図５のステップデッキ選別器の第２デッキの概略側断面図である。
【符号の説明】
１００ＣＺ装置
１０１成長チャンバ
１０２引き上げチャンバ
１０３真空バルブ
１０４ルツボ
１０５シャフト
１０６モータ
１０７ヒーター
１０８溶融シリコン
１０９インゴット
１１０種
１１１種支持ケーブル
１１２引き上げ機構
１１３結晶重量読出装置
１１４ホットゾーン
２００振動フィーダ装置
２０１ホッパー
２０２流動性チップ
２０３投入口
２０４出口
２０５供給トレイ
２０６振動フィーダ
２０７供給管
２０８ランス
２０９ハウジング
２１０装填隔離ロック
３００キャニスターフィーダ装置
３０１キャニスター又はホッパー
３０２流動性チップ
３０３ケーブル
３０４表面
３０５ヒール
３０６コーン
３０７機構
４００ジョークラッシャー
４０１フレームアセンブリ
４０２固定顎板
４０３可動顎板
４０４顎空洞
４０５ピットマンキャリヤアセンブリ
４０６ピットマンベアリング
４０７偏心軸
４０８テンションロッドピン
４０９フライホイール
４１０モータ
４１１ベルト
４１２ベース
４１３テンションロッド
４１４調整ホイール
４１５外側バネカラー
４１６テンションバネ
４１７外側バネカラー
４１８放出スロット
４１９くさび型調整ロッド
４２０調整ホイール
４２１クロスバー
４２２調整くさび
４２３ベアリングくさび
４２４トグルプレート
４２５ホッパー
５００ステップデッキ選別器
５０１振動モータアセンブリ
５０２投入口
５０３流動層領域
５０４空気の流れ
５０５穿孔板
５０６溝形成領域
５０７ギャップ
５０８コンベヤ
５０９収集容器
５１０第２デッキ
５１１第２デッキの入口端
５１２溝
５１３塊
５１４破片
５１５薄片
５１６ギャップ
５１７第３デッキ
５１８第２デッキの出口端
５１９尾根部
５２０谷部
５２１デッキ
５２２ギャップ
５２３デッキ
５２４ギャップ
５２５デッキ
５２６収集容器
５２７収集容器
５２８重量計
５３０側壁
５３１第１デッキ
５３２ダスト収集器
５３３デッキ
５３４ギャップ[0001]
The present invention is based on US Provisional Application Serial No. 60 / 358,851 filed February 22, 2002 and US Patent Application Publication No. The priority is claimed on the basis of the specification of 298,129.
[0002]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a flowable chip, a device for manufacturing and using the flowable chip, and a method thereof. The flowable chip is effective in a method of reloading the crucible in the Czochralski method.
[0003]
[Prior art]
Many semiconductor chips used in electronic devices are made from single crystal silicon manufactured by the Czochralski (CZ) method. In the CZ method, when manufacturing a single crystal silicon ingot, the polycrystalline silicon raw material in the crucible is melted, the crucible and the molten raw material are stabilized at an equilibrium temperature, the seed crystal is immersed in the molten raw material, and the molten raw material is seeded. A single crystal ingot is grown by pulling out the seed crystal while crystallizing upward, and when the ingot grows, the ingot is pulled up. Melting is performed in an inert gas atmosphere at a temperature of 1420 ° C. and a low pressure. Crystals are grown while the crucible is continuously rotated about a substantially vertical axis. The speed at which the ingot is pulled up from the molten raw material is selected according to the desired diameter of the ingot to be produced.
[0004]
Polycrystalline silicon can be obtained using a fluidized bed reactor process to form particulates. Alternatively, polycrystalline silicon can be produced using chemical vapor deposition (CVD) in a vacuum vessel. Polycrystalline silicon produced by the CVD method may be crushed or cut into pieces of an appropriate size such as rods, chunks, chips or aggregates thereof, and then placed in a crucible. Polycrystalline silicon is melted to form molten silicon.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
One of the disadvantages of the CZ method is that when the loaded polycrystalline silicon melts, only half of the crucible contains molten silicon. This is because a gap remains in the crucible loaded with irregularly shaped fragments, which makes the use of the crystal pulling device inefficient. Therefore, it is desirable to develop a method for efficiently filling the charge after melting and before the start of seed crystallization.
[0006]
Another disadvantage of the CZ method is that the crucible usually has to be replaced after every pull-up, since the crucible may deteriorate with use and impurities may be mixed into the molten silicon. New crucibles are expensive and disposal of used crucibles is also expensive. For this reason, the development of an improved crucible that can be continuously used for pulling up an ingot many times and in which contamination (contamination) in molten silicon is reduced has been promoted. Therefore, it is necessary to efficiently reload the crucible during or after the first ingot and subsequent ingots are pulled up. So far, various methods have been proposed for filling the melt and reloading the crucible.
[0007]
One method is to leave granular polycrystalline silicon produced in a fluidized bed process (such as granular material from Ethyl or MEMC) in the crucible after pulling up the ingot, that is, to fill the initial charge melt. It is to load the melt heel. However, this method has a drawback that hydrogen is mixed in granular polycrystalline silicon produced by the fluidized bed method. When granular polycrystalline silicon is added over the heel, hydrogen is released, which may cause the granular material to rupture. This can cause the molten silicon to splash and break the crucible.
[0008]
Another method is to add granular polycrystalline silicon to the crucible while pulling up the ingot. However, this method has a drawback that it is difficult to melt the granular polycrystalline silicon even for a sufficient period of time so as to achieve an appropriate addition speed because the particle size is small. Since more heat is required to melt these small particles, new costs are incurred and crucible degradation is accelerated. Accelerating crucible degradation shortens crucible life and increases costs. When the granular polycrystalline silicon addition speed is too high and the granular material is not sufficiently melted, the surface of the ingot to be pulled is damaged, dislocation occurs, and single crystallinity is impaired. In addition, granular polycrystalline silicon may contain a large amount of dust. Dust can cause contamination problems in the housing of the pulling device and can stick to the surface of the pulled ingot, causing dislocations and reducing crystal yield. This also increases process time because remelting and redrawing is required.
[0009]
Eventually, the granular polycrystalline silicon is too low in purity, depending on the application, regardless of the process used to reload the granular material.
[0010]
Attempts to use polycrystalline silicon rods produced by chemical vapor deposition and broken into pieces have not been directed to crucible refilling due to purity or size issues. The use of relatively large sized pieces of polycrystalline silicon for crucible refilling has the disadvantage of damaging the crucible and reloading device. If the polycrystalline silicon piece is broken into smaller sizes, the polycrystalline silicon piece becomes unsuitable for use in the crucible reloading process due to contamination by impurities.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a flowable chip, a device for manufacturing and using the flowable chip, and a method thereof. Flowable chips are:
a) subdividing the polycrystalline silicon rod;
b) controlling the particle size distribution by sorting the product from step a) using a step deck sorter;
c) removing impurities from the product in step a) or step b) or both steps. Step b) may be performed using a step deck sorter. Step c) may comprise exposing the product of step a) or step b) or both to a magnetic field. Step c) may comprise surface cleaning the product from step b).
[0012]
The present invention further relates to a method of reloading a crucible used in the Czochralski method using a flowable tip. This method is:
a) pulling the silicon ingot from the crucible by the Czochralski method;
b) adding a flowable tip to the molten silicon in the crucible, wherein the flowable tip is manufactured by chemical vapor deposition and has a low level of bulk impurities and a low level of surface impurities A stage comprising a group of polycrystalline silicon particles composed of silicon particles and having a controlled particle size distribution and generally a non-spherical morphology;
c) optionally adding a dopant to the crucible.
The flowable chip used in the present invention comprises a group of polycrystalline silicon pieces composed of polycrystalline silicon pieces having low level bulk impurities and low level surface impurities, and has a controlled particle size distribution. And it is preferable that it consists only of a group of polycrystalline silicon having a non-spherical morphology.
[0013]
The present invention further includes:
a) lifting the silicon ingot from the crucible by the Czochralski method and leaving the heel in the crucible;
b) solidifying at least the surface of the heel;
c) adding a flowable tip to the surface of the heel, wherein the flowable tip is manufactured by chemical vapor deposition and has low levels of bulk impurities and low levels of surface impurities And comprising a group of polycrystalline silicon particles having a controlled particle size distribution of 1 mm to 12 mm and generally having a non-spherical morphology;
c) optionally adding a dopant to the crucible.
The flowable chip used in the present invention is a group of polycrystalline silicon particles composed of polycrystalline silicon particles having a low level of bulk impurities and a low level of surface impurities, and has a controlled particle size of 1 mm to 12 mm. Preferably it consists only of a group of polycrystalline silicon particles having a distribution and generally having a non-spherical morphology.
[0014]
All quantities, ratios and proportions are given by weight and are otherwise indicated. The following is a definition list used in this specification.
[0015]
Definition
“A” and “an” both mean one or more.
[0016]
“Blinding” means that the gap between two decks in a step deck sorter becomes clogged, and the piece of polycrystalline silicon cannot pass through the gap, so that the step deck sorter does not function as a sorting means. Means.
[0017]
“Charge maximization” is the process of increasing the amount of melt over that obtained by random filling, by using polycrystalline silicon with various sizes and shapes for containers such as molds or crucibles. Means the process of filling
[0018]
“Filling” means the process of filling a container, such as a mold or crucible, with polycrystalline silicon, where the polycrystalline silicon is melted and then further polycrystalline silicon is added to increase the amount of melt. It is added.
[0019]
“Chemical vapor deposition” refers to all chemical vapor deposition methods that do not include a fluidized bed reactor method to produce polycrystalline silicon. As an example of chemical vapor deposition, there is a Siemens growth method.
[0020]
“Subdivide” means crushing, cutting, or grinding into small particles. Fragmentation includes any method that reduces polycrystalline rods to fragments and is not limited to cutting the rods and then crushing them in various ways.
[0021]
“Controlled particle size distribution” means that at least 75% of the particles in the particle group have a specific range of particle sizes. For example, a controlled particle size of 4 mm to 12 mm means that at least 75% of the particles are in the range of 4 mm to 12 mm and the remaining up to 25% of the particles are outside the range of 4 mm to 12 mm. Means.
[0022]
“Donor” means an atom that donates electrons to silicon. Donors include antimony, arsenic and phosphorus.
[0023]
“Fluidity” means that a large number of solid particles pass through a transfer device without bonding between particles, including when vibrational energy is applied to the device to prevent the formation of a network structure where particles are bonded. Means the ability to move.
[0024]
A “flowable chip” is a group of polycrystalline silicon particles composed of polycrystalline silicon particles having low levels of bulk impurities and low levels of surface impurities, having a controlled particle size distribution and generally non-spherical morphology. Means a group of polycrystalline silicon particles.
[0025]
“Granular” and “granular” both mean polycrystalline silicon particles produced by a fluidized bed process and having a particle size of 6 mm or less. Granules are usually spherical or nearly spherical.
[0026]
“Heel” means a certain amount of silicon left in the container. The residue includes a lump of silicon remaining in the crucible after the ingot is lifted from the crucible, and a lump of molten silicon generated by melting the charge in the container before filling.
[0027]
“Granularity” means the longest distance between two points on a particle. For example, in the case of spherical particles, the particle size is the diameter.
[0028]
The abbreviation “ppba” means one billionth of the number of atoms relative to the number of silicon atoms.
[0029]
The abbreviation “ppma” means one millionth of an atom with respect to the number of silicon atoms.
[0030]
Flowable chip
A flowable chip is a group of polycrystalline silicon particles having a controlled particle size distribution. The controlled particle size distribution may be 0.2 mm to 45 mm, 1 mm to 25 mm, 1 mm to 20 mm, 3 mm to 20 mm, or It may be 4 mm to 12 mm, or 4 mm to 10 mm, 1 mm to 12 mm, or 1 mm to 8 mm. However, a precisely controlled particle size distribution is selected based on a variety of factors including the method in which the flowable tip is used and the equipment used to supply the flowable tip. For example, for flowable chips used in the CZ process or electronic grade applications or both, the controlled particle size distribution may be from 2 mm to 45 mm. Also, for flowable chips used for solar cell grade applications such as casting, the controlled particle size distribution may be from 0.2 mm to 45 mm.
[0031]
Depending on the application, the controlled particle size distribution may be 4 mm to 12 mm, 4 mm to 8 mm, or 4 mm to 6 mm. While not intending to be limited by theory, when adding a flowable tip to a crucible containing molten silicon by setting the control particle size distribution to be lower in the 4 mm to 12 mm range. Splashing is believed to be minimal. Depending on the application, the control particle size distribution may be 9 mm to 12 mm, or 10 mm to 12 mm. While not intending to be limited by theory, adding a flowable tip to a crucible containing at least partially solidified heel by setting the control particle size distribution to a lower one in the range of 4 mm to 12 mm It is believed that the splashing of time is minimized.
[0032]
The ranges disclosed herein disclose not only the ranges themselves, but also any ranges that are encompassed by the ranges, including the boundaries of the ranges. For example, the disclosure of the range of 4 mm to 12 mm includes not only the range of 4 mm to 12 mm, but also 4 mm, 5 mm, 7 mm, 11 mm, and 12 mm, etc. Numerical values are also included. Also, for example, disclosures in the range of 4 mm to 12 mm include 4 mm to 8 mm, 9 mm to 10 mm, 9 mm to 12 mm, 10 mm to 12 mm, and others within that range. It is included in the same manner as other included sub ranges, and ranges equivalent to the ranges disclosed herein are also included.
[0033]
The morphology of flowable chips is usually non-spherical. The exact morphology depends on the method used to make the flowable chip. For example, manufacturing a flowable tip by manually breaking a polycrystalline silicon rod by hitting with a low-contamination impact tool such as disclosed in the method disclosed herein, EP 0 539 097, etc. , Morphology becomes irregular.
[0034]
The flowable tip has low levels of bulk impurities of boron, donor, phosphorus, carbon and all metals. The level of bulk impurities may be less than or equal to 0.2 ppma, or less than or equal to 0.03 ppma, or less than or equal to 0.025 ppma . The level of boron may be less than or equal to 0.06 ppba. However, depending on the application, for example, when boron is used as a dopant, the level of boron may be less than or equal to 20 ppba or in the range of 5 ppba to 20 ppba.
[0035]
The donor level may be less than or equal to 0.30 ppba. The flowable chip may have a level of phosphorus less than or equal to 0.02 ppba, or less than or equal to 0.015 ppba. The level of carbon may be less than or equal to 0.17 ppba. The total level of bulk metal impurities may be less than or equal to 4.5 ppba, or may be less than or equal to 1 ppba. Bulk metal impurities include Cr, Cu, Fe and Ni. The flowable tip may have a bulk level of Cr less than or equal to 0.01 ppba. The flowable tip may have a bulk level of Cu that is less than or equal to 0.01 ppba. The flowable tip may have a bulk level of Fe that is less than or equal to 0.01 ppba. The flowable tip may have a bulk level of Ni less than or equal to 0.01 ppba.
[0036]
Bulk metal impurities such as the float zone method disclosed in US Pat. No. 4,912,528, US Pat. No. 5,361,128, and US Pat. No. 5,436,164 and the method shown in Example 3 herein. It can be measured by a known method.
[0037]
The flowable chip has a low level of total surface impurities. The total level of surface impurities may be less than or equal to 30 ppba, may be less than or equal to 15 ppba, or may be less than or equal to 4.5 ppba. The surface impurities include Co, Cr, Cu, Fe, Na, Ni, W, and Zn.
[0038]
When the flowable chip is manufactured by the method described below using the jaw crusher as shown in FIG. 4 and the step deck sorter as shown in FIGS. 5 to 8, the flowable chip has a smaller amount of surface. May have impurities. For example, the flowable chip has an amount less than or equal to 0.06 ppba, or an amount less than or equal to 0.02 ppba, or an amount less than or equal to 0.01 ppba, or 0. It may have an amount of Cr less than or equal to .004 ppba. The flowable chip has an amount less than or equal to 0.15 ppba, or an amount less than or equal to 0.03 ppba, or an amount less than or equal to 0.02 ppba, or 0.01 It may have an amount of Cu less than or equal to ppba. The flowable chip is an amount less than or equal to 18 ppba, or an amount less than or equal to 10 ppba, or an amount less than or equal to 9 ppba, or an amount less than or equal to 7 ppba. Of Fe. The flowable chip has an amount less than or equal to 0.9 ppba, or an amount less than or equal to 0.8 ppba, or an amount less than or equal to 0.5 ppba, or 0.4 It may have an amount of Na less than or equal to ppba. The flowable chip is less than or equal to 0.1 ppba, or less than or equal to 0.07 ppba, or less than or equal to 0.04 ppba, or 0 ppba. Can have Ni. The flowable chip has an amount less than or equal to 0.6 ppba, or an amount less than or equal to 0.5 ppba, or an amount less than or equal to 0.4 ppba, or 0.3 It may have an amount of Zn less than or equal to ppba.
[0039]
Surface purity can be measured by known methods, such as the method disclosed in US Pat. No. 5,851,303.
[0040]
Flowable chips can also have low levels of dust. While not intending to be limited by theory, it is believed that when flowable chips are added to the crucible, low levels of dust facilitate melting and reduce the crystal dislocation rate.
[0041]
The flowable chip can have a low residual gas content. The flowable chips may contain no hydrogen at all, or may contain less levels of hydrogen than granules produced by the fluidized bed process. The hydrogen content of the flowable chip can be from 0 to 3600 ppba, alternatively from 0 to 1300 ppba, alternatively from 0 to 800 ppba, alternatively from 800 to 1300 ppba. The flowable tip can contain low levels of chlorine. The chlorine content of the flowable chip can be from 0 to 300 ppba, alternatively from 20 to 120 ppba, alternatively from 25 to 110 ppba, alternatively from 30 to 100 ppba, alternatively from 50 to 65 ppba.
The flowable chip of the present invention is a group of polycrystalline silicon pieces composed of polycrystalline silicon pieces having a bulk impurity level not exceeding 0.03 ppma and a surface impurity level not exceeding 15 ppba. And preferably only consist of a group of polycrystalline silicon pieces having a controlled particle size distribution and generally having a non-spherical morphology.
[0042]
Method for producing a flowable chip
Flowable chips are:
a) crushing or cutting the polycrystalline silicon rod;
b) selecting the product of step a) to control the particle size distribution;
Optionally, it may be produced by a method comprising: c) surface cleaning the product of step a) or step b) or both.
[0043]
The flowable chip product is further added to the method described above:
d) packaging the product of step a), step b), or step c).
[0044]
And the flowable chip is:
a) subdividing the polycrystalline silicon rod;
b) selecting the product of step a) to control the particle size distribution;
c) removing impurities from the product of step a) or step b) or both steps.
[0045]
The flowable chip product is further to the method described above:
d) packaging the product of step a), step b) or step c).
[0046]
Production of polycrystalline silicon
The polycrystalline silicon rod can be manufactured by a known method. For example, a polycrystalline silicon rod can be manufactured by a chemical vapor deposition method including chemical vapor deposition on a heated substrate of high-purity chlorine gas or silane gas. "Handbook of Semiconductor Silicon Technology" (William C. O'Mara, edited by Robert B. Herring and Lee P. Hunt, Neuss Publishing, Park Ridge) New Jersey, USA, 1990), Chapter 2, pages 39-58.
[0047]
Subdivision of polycrystalline silicon
Polycrystalline silicon rods can be subdivided, for example, by sawing or by tapping with a low contamination impact tool such as disclosed in EP 0 539 097. Alternatively, the polycrystalline silicon rod may be subdivided with a jaw crusher. Alternatively, the polycrystalline silicon rod may be subdivided by hitting with a low-contamination impact tool, and the subdivided rod may be further subdivided by a jaw crusher. Alternatively, the polycrystalline silicon rod may be subdivided by cutting with a saw, then hit with a low-contamination impact tool, and further subdivided with a jaw crusher. An example of a suitable jaw crusher is shown in FIG. The jaw crusher 400 includes a frame assembly 401 on which a fixed jaw plate 402 is mounted. The movable jaw plate 403 faces the fixed jaw plate 402. A jaw cavity 404 is formed between the

jaw plates

402 and 403. Polycrystalline silicon can be transferred from hopper 425 to jaw cavity 404.
[0048]
The movable jaw plate 403 is provided on the pitman carrier assembly 405. The pitman carrier assembly 405 is coupled to a pitman bearing 406 that surrounds an eccentric shaft 407 at one end and a tension rod pin 408 at the other end. The eccentric shaft 407 is provided on the flywheel 409. Motor 410 drives belt 411 around flywheel 409. The flywheel 409 rotates the eccentric shaft 407 to move the movable jaw plate 403 in an elliptical motion with respect to the fixed jaw plate 402. The rotation speed may be 300 to 400 times / minute (r.p.m). The motor 410 is provided on the base. The movement of the movable jaw plate 403 breaks the polycrystalline silicon in the jaw cavity 404. The grain size of the resulting polycrystalline silicon piece is sufficiently reduced for the polycrystalline silicon piece to exit the jaw cavity through the discharge slot 418.
[0049]
In order to apply tension to the rod pin 408, the horizontal spring assembly includes a tension rod 413. The tension rod extends through adjustment wheel 414, outer spring collar 415, tension spring 416, and inner spring collar 417. The adjustment wheel 414 provided on the outer spring collar 415 can rotate to adjust the tension spring. A horizontal spring assembly can be used to hold the pitman 405 in contact with the toggle plate 424.
[0050]
The vertical assembly includes a wedge-shaped adjustment rod 419 that extends through an adjustment wheel 420 and a cross bar 421. The adjustment wedge 422 is provided on the bearing wedge 423. A toggle plate bearing wedge 423 is provided on the toggle plate 424. A toggle plate 424 is mounted on the pitman carrier assembly 405 above the tension rod pin 408. This vertical assembly can be used to adjust the width of the discharge slot 418. The position of the toggle plate 424 (in the groove of the bearing wedge 423) determines the movement of the pitman 405 and the bottom of the movable jaw plate 403.
[0051]
Polycrystalline silicon can be supplied from the hopper 425 to the jaw crusher 400. When polycrystalline silicon is applied to jaw crusher 40, it is divided into smaller polycrystalline silicon pieces by movable jaw plate 403. Polycrystalline silicon pieces can be resized from dust to lumps, debris, flakes, and oversized chunks. The particle size distribution of the polycrystalline silicon pieces depends on various factors including the width of the discharge slot 418 and the residence time in the fracture cavity 404.
[0052]
The

jaw plates

402, 403 are made of a material that minimizes silicon contamination, such as a material having a hardness greater than or comparable to polycrystalline silicon. The jaw plate is tungsten carbide, tungsten carbide containing cobalt binder, tungsten carbide containing nickel binder, Cr₂C₃Cr containing NiCr binder₂C₃Or a combination thereof. By using a tungsten carbide-containing material, the level of iron contaminants mixed into the silicon by the fragmentation process can be reduced. The hopper 425 supplying the polycrystalline silicon rod and / or the oversized polycrystalline silicon piece and both, and the discharge chute (not shown) from the jaw crusher 400 are made of the same material as the

jaw plates

402 and 403 or silicon contamination. It may be composed of another constituent material that minimizes the above, or may be lined with the material. Such materials include ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE), polypropylene, perfluoroalkoxy resin (PFA), polyurethane (PU), polyvinylidene difluoride (PVDF), Teflon (registered trademark), tungsten carbide, silicon And ceramic.
[0053]
Multiple jaw crushers placed in series to obtain the desired shape distribution and / or the above-mentioned particle size distribution, or to recycle oversized (too large) polycrystalline silicon pieces, or both Those skilled in the art will recognize that these may be used. "Introduction to Particle Technology" (John Wiley & Sun, New York), where the material of the components of the fragmentation device that contacts the silicon contains materials that minimize silicon contamination State, April 1999), Chapter 10, pages 241-263, conventional devices such as jaw crushers, gyratory crushers, crushing roll devices, cone crushers, and table milling machines Those skilled in the art will recognize that can be used in the present invention. As suitable jaw crushers, Morse Jaw Crushers sold by Metso Minerals Industories, Inc. of Danville, Pa. Can be used.
[0054]
Those skilled in the art will recognize that other conventional fragmentation devices may be used in the method of the present invention in conjunction with or in place of the jaw crusher. Suitable fragmentation devices include U.S. Patent No. 4,815,667, U.S. Patent No. 5,346,141, U.S. Patent No. 5,464,159, European Patent No. 0 573 855, Japanese Patent No. 02565759 and Japan This is disclosed in Japanese Patent No. 58145611.
[0055]
Selection of polycrystalline silicon pieces
  Components in which part of the sorting device in contact with silicon minimizes silicon contamination as described aboveChargeAssuming that the polycrystalline silicon piece (crushed rod) is a rotating silicon screen disclosed in US Pat. No. 5,165,548, US Pat. No. 3,905,556, US Pat. No. 5,064,076 or US Pat. No. 5,791,493. Sorting can be done using a device such as the sorting device disclosed in any of the specification or manually.
[0056]
The polycrystalline silicon piece may be sorted using an apparatus including a step deck sorter. An apparatus for sorting out polycrystalline silicon pieces
I) a vibration motor assembly;
II) A step deck sorter installed in the vibration motor assembly,
Is provided.
[0057]
Step deck sorter
i) First deck,
a) a polycrystalline silicon piece inlet to the groove forming region;
b) The groove forming region extends from the polycrystalline silicon piece inlet, or extends downstream from the polycrystalline silicon piece inlet, and each groove has a ridge and a valley.
c) A slope formed so that the ridge portion of the groove protrudes beyond the first gap between the first deck and the final deck than the trough portion of the groove. A first deck with one deck exit end;
ii) a final deck located downstream of the first gap and below the first deck,
a) polycrystalline silicon piece inlet,
b) a groove forming region extending from the polycrystalline silicon piece inlet or formed downstream of the polycrystalline silicon piece inlet, wherein each groove comprises a ridge and a valley;
c) a final deck comprising an outlet for polycrystalline silicon pieces;
iii) a collection container provided under the first gap for collecting the pieces of polycrystalline silicon that have fallen through the first gap;
iv) a collection container for oversized polycrystalline silicon pieces provided under the exit of the final deck to collect oversized polycrystalline silicon pieces that did not fall through the first gap;
It has.
[0058]
The step deck sorter may comprise one or more additional decks between the first and final decks, each additional deck being
a) polycrystalline silicon piece inlet,
b) a groove forming region extending from the polycrystalline silicon piece inlet or downstream of the polycrystalline silicon piece inlet, wherein each groove has a ridge and a valley;
c) an additional deck exit, the ridge portion of the groove being more inclined than the trough portion of the groove so as to protrude over the gap at the exit end, Yes.
[0059]
The polycrystalline silicon sorting device is further possible to those skilled in the art without undue experimentation, or a dust removal device located at the downstream of the weighing scale and / or first gap under the collection container of iii) Such a deformation device may be provided. One skilled in the art will recognize that one or more step deck sorters can be used in series to sort polycrystalline silicon pieces.
[0060]
  Examples of apparatus for sorting polycrystalline silicon pieces and including a step deck sorter are shown in FIGS. FIG. 5 is a side view of the apparatus. The step deck sorter 500 has an inlet 502 for polycrystalline silicon pieces. The vibration motor assembly 501 moves the polycrystalline silicon piece across the first deck 531. The polycrystalline silicon piece first passes through the fluidized bed region 503 where the dust is removed by the air flow indicated by the arrow 504, and proceeds to the dust collector 532 through the perforated plate 505. The polycrystalline silicon piece moves through the fluidized bed region 503 to the groove forming region 506. Polycrystalline silicon piecesDepending on the size and shapeFits into the trough 520 of the groove 512 (shown in FIGS. 6-8) orIs a grooveRemains on top of 512 ridge 519. When the polycrystalline silicon piece reaches the end of the first deck 531, the polycrystalline silicon piece smaller than the gap 507 passes through the gap 507 and falls onto the conveyor 508. The dropped piece of polycrystalline silicon is transported to a collection container for a piece of polycrystalline silicon 509. A large piece of polycrystalline silicon passes over the gap and falls onto the second deck 510.
[0061]
FIG. 7 is a plan view of the second deck 510, and FIG. 8 is a cross-sectional view of the second deck along the line AA. There are a plurality of grooves 512 at the top of the second deck 510. Each groove 512 has a ridge 519 and a valley 520. The groove 512 is semicircular. The side wall 530 extends beyond the ridge 519 to prevent the polycrystalline silicon pieces from falling from the side of the second deck 510. The polycrystalline silicon piece moves from the inlet end 511 of the second deck 510 to the outlet end 518 of the second deck 510.
[0062]
  FIG. 6 is a cross-sectional view of the second deck 510, the third deck, and the gap 516 therebetween. The input port end 511 of the second deck 510 is orthogonal to the horizontal. The groove 512 is cut into the top of the second deck 510. Polycrystalline silicon pieces such as chunks 513 and fragments 514 will rest in the troughs 520 of the grooves. A piece of polycrystalline silicon such as flake 515 will rest on top of ridge 519 of groove 512. The outlet end 518 of the second deck 510 is inclined so that the ridge 519 of the groove 512 protrudes beyond the gap 516 than the valley 520 of the groove 512. As the second deck 510 vibrates, the mass 513 falls through the gap 516, while the debris 514 and the flake 515 roll off the outlet end 518 and the gap 516And is carried to the third deck 517. While not intending to be limited by theory, the angle of inclination of the outlet end 518 of the second deck 510 will make the blinding effect as small as possible. The deck is made thin at the exit to further reduce the blind effect.
[0063]
  The step deck sorter 500 divides the

polycrystalline pieces

513, 514 and 515 based on the size of the

gaps

507, 516, 518, 534, 522 and 524 between the

decks

531, 510, 517, 533, 521, 523 and 525. Separated into controlled particle size distribution. The

gaps

507, 516, 518, 534, 522 and 524 are increasing in size in the transport direction. Smaller polycrystalline silicon pieces fall through the

smaller gaps

507, 516 and 518 and are collected in a collection container 509 for smaller polycrystalline silicon pieces. Larger pieces of polycrystalline silicon fall through the larger gaps 534, 522 and 524 and are collected in a collection vessel 526 for larger pieces of polycrystalline silicon. Oversized polycrystalline silicon pieces are collected at the end of the step deck sorter 500 in a collection container 527 for oversized polycrystalline silicon pieces. Oversized polycrystalline siliconPiece isCan be recycled to the fragmentation device. Polycrystalline silicon pieces with different controlled particle size distribution, step deck sorting through gaps between decks by changing gap size, number of collection containers and number and position of conveyors moving polycrystalline silicon pieces through collection containers Those skilled in the art will recognize that they are withdrawn from various decks of vessels.
[0064]
To directly fill a

collection container

509, 526, 527 such as a bag, or to stop moving and change the collection container when a predetermined fill weight is reached, a weigh scale 528 is connected to the controller of the vibratory feeder 501. It may be incorporated.
[0065]
Those skilled in the art will understand that the number of decks; the width, depth and shape of the grooves in each deck; the size of the gap between the decks; and adjusting the particle size distribution collected by varying the number of collection containers . The grooves may have different widths, depths and shapes. For example, the groove may be triangular, trapezoidal, or semicircular.
[0066]
Subdivide polycrystalline siliconConversionAs with the device used to do this, the portion of the device used for sorting that contacts the polycrystalline silicon piece is made of a material that does not contaminate the silicon, such as the component material described above for the jaw crusher 400.
[0067]
In addition, the step deck sorter described above can be adapted to a larger size (eg, 45 mm) by changing the deck size; groove width, depth and shape of each deck; gap size between decks; Those skilled in the art will recognize that it can be used to sort materials other than flowable chips such as polycrystalline silicon pieces.
[0068]
Optional contaminant removal
Polycrystalline silicon pieces having a controlled particle size distribution obtained as described above may optionally be exposed to a magnetic field to remove contaminants. For example, a piece of polycrystalline silicon may be passed through a chamber containing a magnet to remove contaminants, or a magnet may be passed over the piece of polycrystalline silicon. The magnet may be a rare earth magnet or an electromagnet or a combination thereof. The magnet may be in direct contact with the polycrystalline silicon piece or may be in the vicinity of the polycrystalline silicon piece. The magnet removes most of the fine particles having the appropriate magnetic susceptibility. These particles include ferromagnetic impurities such as iron and cobalt, paramagnetic impurities such as tungsten carbide, and silicon.ConversionOther ferromagnetic impurities and paramagnetic impurities that are used to produce the component material of the device used to screen and sort are included.
[0069]
Alternatively, contaminants can be obtained from U.S. Pat.No. 3,905,556, U.S. Pat.No. 4,125,191, U.S. Pat.No. 4,157,953, U.S. Pat. May be removed by methods such as those disclosed in US Pat. No. 5,297,744 or US Pat. No. 5,830,282. Contaminants may be removed by chemical methods as disclosed in EP 0 215 121 in addition to or instead of methods involving magnetic fields.
[0070]
Depending on the purity of the polycrystalline silicon rod used as the starting material and the method of fragmenting and sorting the silicon, the product at this stage can be either a solar grade single crystal silicon wafer or an electronic grade single crystal silicon wafer. It may have sufficient purity for use in manufacturing. However, if the purity is not sufficient for electronic product grade applications or both, silicon may be surface cleaned to further remove impurities.
[0071]
Optional surface cleaning
The surface of the polycrystalline silicon piece can be cleaned by a known method. Surface cleaning may be performed in addition to or instead of the contaminant removal method described above. For example, the crushing rod is disclosed in US Pat. No. 5,851,303, that is, the crushing rod is continuously contacted with an aqueous solution containing hydrogen fluoride gas and at least 0.5% hydrogen peroxide, and then the crushing rod. Can be cleaned by a method comprising drying. Alternatively, the crushing rod can be cleaned by the method disclosed in JP-A-5-4811. Alternatively, the crushing rod can be surface cleaned by anisotropic etching as disclosed in Canadian Patent No. 954425 or US Pat. No. 4,971,654. Other suitable surface cleaning methods include those disclosed in US Pat. Nos. 4,588,571 and 6,004,402.
[0072]
The produced flowable chips can be packaged by any convenient means, i.e. manually or automatically by placing the flowable chips in a polyethylene bag.
[0073]
How to use flowable chips
The flowable chips described above can be used in solar cell grade applications or electronic product grade applications depending on the particle size distribution and purity. Special applications of flowable tips include initial loading related applications such as initial loading maximization and initial loading filling, CZ crucible reloading and reloading maximization and reload filling. Reload related applications are included.
[0074]
In addition to or in lieu of the silicon described herein, flowable chips can be formed using U.S. Patent No. 4,176,166, U.S. Patent No. 4,312,700, U.S. Patent No. 4,382,838, U.S. Patent No. 4,572,812. No., U.S. Pat.No. 5,254,300, U.S. Pat.No. 5,431,869, U.S. Pat.No. 5,492,079, U.S. Pat.No. 5,510,095, Chinese Patent No. 1176319, German Patent No. 4441911 Description, European Patent No. 0 869 102, European Patent No. 0095757, Japanese Patent No. 10190025, Japanese Patent No. 11116386, Japanese Patent No. 58026019, Japanese Patent No. 58099115 No. 6, Japanese Patent No. 62108515, and Japanese Patent No. 9301709 may be used in a solar cell casting method. Casting may include a step of injecting molten silicon into a heated mold, a step of melting polycrystalline silicon in the crucible, and a step of gradually cooling and solidifying the silicon.
[0075]
For example, a suitable batch casting method is:
1) introducing a semiconductor material into a mold with walls defining a desired cross-sectional shape;
2) melting the semiconductor material;
3) After step 2), solidifying the semiconductor material to produce a cast ingot having a desired cross-sectional shape. The implementation of step 2) can be any of before, during and after step 1). The cast ingot may be removed from the mold after step 3) and then the method repeated. The flowable chip described above may be used to load the mold in step 1).
[0076]
A continuous casting method can also be used. The continuous casting method is:
1) melting a semiconductor material continuously supplied to a bottomless container disposed in an induction coil;
Optionally 2) blowing hot plasma gas over the surface of the melt for purification;
And 3) continuously releasing the solidified silicon from the bottomless container downstream. At least the shaft portion of the bottomless container is divided into a plurality of conductive pieces spaced apart in the circumferential direction. The semiconductor material may comprise the above-described flowable chip.
[0077]
The apparatus used in the preferred continuous casting method also includes a plurality of conductive members arranged side by side to define a container-like region having an open top and an open bottom. The apparatus further comprises means for including a high frequency AC current in each conductive member. A telescopic support member is provided through the open bottom of the container-like region. The support member functions to support the semiconductor material in the container-like region.
[0078]
The preferred continuous casting method is:
1) introducing a semiconductor material into the container-like region of the device described above;
2) melting the semiconductor material;
3) Inducing a first current in each conductive member by applying a voltage to the means for inducing current;
4) Inducing a second current in the semiconductor material using the first current, wherein the second current is flowing in a substantially opposite direction to the direction of the first current. When,
5) using a first current and a second current so as to avoid the semiconductor material from repelling and contacting the conductive member during the casting process.
[0079]
The method further includes: 6) pulling the support member away from the container-like region so that the molten semiconductor material supported by the support member is repelled from the conductive member so that the molten semiconductor material is solidified in the cast ingot. When,
And 7) additionally supplying a semiconductor material on the container-like region. Steps 1) to 7) may be repeated. The material used in step 1) or step 7) or both may include the flowable tip described above.
[0080]
The flowable tip may be used in a regular length method such as a regular edge thin film growth method (EFG) for producing silicon ribbons. The EFG method is based on the paper “EFG-Invention and Sapphire” published in the Journal of Crystal Growth, Volume 8 pages 8-17 (1980) by HELaBelle.Jr et al. "EFG The Invention and Application to Sapphire Growth" and K. Koliwad et al. On April 15, 1984 "Plate Solar Array for High-Speed Crystal Growth and Crystal Characterization for Solar Cells" Proceedings of Project Research Forum (edited by Catherine Damas, Jet Propulsion Laboratory (JPL), California Institute of Technology, Pasadena, California, US Department of Energy), pages 22-24 Yes. A suitable EFG method may include the step of lifting the silicon ribbon from the molten silicon meniscus defined by the die edge. Ribbon dimensions are controlled by the meniscus. The ribbon production rate and the thermal balance of the equipment are carefully controlled.
[0081]
The liquidity chip is available from Japanese Patent No. 10182124 and Crystal Growth (Brian R. Pamplin) issued by Pergamon Press, Ltd. in 1975. Ed.), Chapter 9, pp. 343-344, may be used in the induction plasma method as disclosed in the paper “Growth, Measurement and Control of Crystal Growth Environment”. As an example of the induction plasma method, for example, silicon particles are melted using a high frequency plasma torch of 4 megahertz (MHz) or higher. The torch is generated by ionizing it through a high frequency electric field in which an inert gas such as argon is applied between the cathode and the anode. Once the argon stream is ionized into a high temperature plasma, powdered silicon can be commonly supplied from the hopper to the plasma jet. Silicon melts in the jetting zone and the molten silicon can be directed to a water-cooled crucible or onto a growing crystalline silicon body. A flowable silicon tip in a suitable size range for the plasma torch cavity can be used as a silicon source for such a method.
[0082]
The flowable tip may be used in an electron beam melting method as disclosed in US Pat. No. 5,454,424 and Japanese Patent No. 62260710. In an embodiment of the electron beam melting method, melting the polycrystalline silicon by scanning the polycrystalline silicon with an electron beam and casting the resulting molten silicon by any of the casting methods described herein. Is provided. The polycrystalline silicon may include a flowable chip.
[0083]
The flowable chip may be used in a heat exchange method (HEM). The HEM furnace may comprise a chamber containing a crucible surrounded by a heating element using a helium heat exchanger coupled to the bottom of the crucible. Polycrystalline silicon is placed on top of the seed crystal to fill the crucible. The chamber is evacuated and the heating element is heated to melt the silicon. The seed crystal is avoided from melting by flowing helium gas through the heat exchanger. When the gas flow is gradually increased, the temperature of the heat exchanger is lowered, the silicon is gradually solidified, and the crystal grows outside the seed crystal. The temperature of the molten silicon is controlled by a heating element; however, the temperature of the solid crystals is independently controlled by a heat exchanger. By controlling both heating and cooling in a binary manner, the position and movement of the solid-liquid interface of the crystal growth process can be controlled. The term HEM refers to the paper “HEM Silicon” published in Crystal Systems (National Renewable Energy Laboratory, Golden, Colorado), and Federick Schmid and Chandra P. Khattak's paper “The cost of cutting silicon wafers for photovoltaic cells (Optical Spectra, May 1981)”.
[0084]
Flowable tips may be used in the string ribbon method as disclosed in US Pat. No. 4,689,109. In the string ribbon example:
1) pulling the two strings and seed crystal vertically out of the shallow silicon melt;
2) Wetting the strings and seed crystals with molten silicon to fill the spaces between the strings;
3) cooling the product of step 2) to produce a silicon ribbon. The string ribbon method is continuous and can be initially charged with a melt and reloaded with a flowable tip.
[0085]
U.S. Pat.No. 4,095,329, U.S. Pat.No. 4,323,419, U.S. Pat.No. 4,447,289, U.S. Pat.No. 4,519,764, U.S. Pat.No. 4,561,486, U.S. Pat. No. 5,178,840, German Patent No. 3 210 492, European Patent No. 0 079 567, and Japanese Patent No. 6168898. You may use by the method of casting a silicon above. An example of the method is:
1) melting polycrystalline silicon and supplying a molten silicon reservoir to a crucible;
2) applying molten silicon from a crucible onto a substrate, thereby forming a silicon wafer. The substrate can move through the molten silicon, for example, the substrate can be a rotating wafer chuck or other moving substrate. Alternatively, the substrate may be stationary and molten silicon may be supplied thereon. The flowable tip may be used to load or reload the crucible or both.
[0086]
The flowable tip may be used in sintering methods such as disclosed in US Pat. No. 5,006,317 and US Pat. No. 5,499,598. One example of this sintering method is:
1) filling the container with polycrystalline silicon pieces;
2) locally heating the container in a local heating region to melt a portion of the polycrystalline silicon piece to form a sintered portion and a molten portion;
3) The local heating region is moved in the long axis direction of the container to alternately solidify the molten part, melt the sintered part, and form a new sintered part; Forming a step.
[0087]
Liquid chips can be found in Chapter 13 pages 497-555 of Crystal Growth (edited by Brian R. Pamplin, Pergamon Press, Ltd., Oxford, 1975). It may be used in various crystal pulling methods as disclosed in the published paper “Crystal Pulling”. Among them, a CZ method using a crucible and a crucible free method such as a pedestal method, a cooling furnace method and a cooling crucible method may be included. Another cooling crucible method is the paper by TFCiszek, “Some Applications of Cold Crucible Technology for Silicon Photovoltaic Material Preparation” (Journal of Electrochemical Society) of the Electrochemical Society), Vol. 132, No. 4, April 1985) ”.
[0088]
The invention further relates to a method for reloading a crucible used in the CZ process. The method includes pulling up at least one ingot from the crucible and loading the crucible with a flowable tip to reload the crucible.
[0089]
FIG. 1 shows an example of a CZ device 100 in which the present invention can be used. The apparatus 100 comprises a growth chamber 101 below the pulling chamber 102. The growth chamber 101 can be insulated from the chamber 102 by a vacuum valve 103. The growth chamber 101 contains a crucible 104 mounted on a shaft 105. The shaft 105 is rotatably connected to a motor 106 for rotating the shaft 105 and the crucible 104. The crucible 104 is surrounded by a heater 107 that forms a hot zone 114 around the crucible 104. Crucible 104 contains molten silicon 108. The ingot 109 raises the seed 110 from the crucible 104 by immersing the seed 110 in the molten silicon 108 and then pulling the seed 110 and the ingot 109 upward. The seed 110 and the ingot 109 rotate in the opposite direction to the crucible 104. The seed 110 is attached to the seed support cable 111. The seed support cable 111 is pulled up by the lifting mechanism 112. A crystal weight reading device 113 may be attached to the pulling mechanism 112.
[0090]
The ingot is removed from the CZ apparatus without introducing air into the growth chamber. Flowable chips can also be added during or after pulling up the ingot. Flowable chips can be added in either continuous mode or batch mode.
[0091]
The flowable tip is added to the crucible when the growth chamber is under vacuum and / or under an inert gas atmosphere.
[0092]
Flowable chips are added to the crucible while it is hot. While not intending to be limited by theory, it is possible that the crucible may break if the temperature of the crucible is too low.
[0093]
Flowable tips can be added to the crucible so as not to contaminate the silicon heel.
[0094]
The flowable tip can be added to the crucible in either batch mode or continuous mode. The flowable tip can be added to a crucible containing molten silicon or at least partially solidified silicon heel. The flowable tip can be added using various feeder devices.
[0095]
FIG. 2 shows a vibration feeder device 200 for reloading the crucible 104 used in the CZ method as shown in FIG. The vibration feeder device 200 includes a hopper 201 that accommodates the flowable chip 202. The hopper 201 has an input port 203 into which the flowable chip 202 can be input, and an outlet 204 through which the flowable chip 202 exits to the supply tray 205. The supply tray 205 is attached to a vibration feeder 206 that vibrates the supply tray 205. After the flowable chip 202 exits from the outlet 204, it moves along the supply tray 205 to a supply tube 207 extending from the end of the supply tray 205 to the growth chamber 101 of the CZ apparatus. A lance 208 attached to the end of the supply pipe 207 extends from the end of the supply pipe 207 to the crucible 104. At least the input ports of the input port 203, the hopper 201, the vibration feeder 206, and the supply pipe 207 are mounted in a housing 209 that can maintain a vacuum. In order to isolate the housing 209 from the growth chamber 101 while pulling up the ingot (not shown) from the crucible 104, a load isolation lock 210 is provided at the end of the supply tray 205 and the inlet of the supply tube 207.
[0096]
Flowable chips are:
i) evacuating the hopper containing the flowable chip and / or filling the hopper with an inert gas;
ii) supplying flowable chips from the hopper to the feed device;
iii) vibrating all or part of the vibratory feeder device, thereby moving the flowable tip through the feed device to the crucible;
Can be added to the crucible using a vibration feeder device.
[0097]
Inert gas injection into the hopper can be performed by evacuating the hopper and purging the hopper at least once with an inert gas such as semiconductor grade argon, helium or nitrogen.
[0098]
The feed device comprises a supply tube, optionally a supply tray from the hopper to the supply tube, and optionally a lance from the supply tube to the crucible. To move the flowable tip, the hopper, feed tray, feed tube, lance or combination thereof can be vibrated.
[0099]
Step iii) can also be carried out by vibrating all or part of the vibrating feeder device at the resonant frequency of the flowable tip.
[0100]
Flowable chips can be added to the crucible in batch mode. The flowable tip can be added to a crucible containing an at least partially solidified heel. The flowable chip is a canister feeder device (eg, US Pat. No. 5,488,924 and paper by Daud, T and Kachare, A) “An improved Czochralski silicon growth technology for photovoltaic modules. (See Advanced Czochralski Silicon Growth Technology for Photovoltaic Modules) (DOE / JPL-1012-70, Distribution Category UC-63b, 5101-2-7 Flat Solar Array Project, JPL Publication 82-35, September 15, 1982)) Can be added using
[0101]
FIG. 3 shows an embodiment of a canister feeder apparatus 300 for reloading the crucible 104 used in the CZ method as shown in FIG. The canister feeder device 300 includes a canister or hopper 301 filled with a flowable tip 302. The canister 301 is located in the pulling chamber for the CZ method. The pulling chamber 102 is closed and evacuated. The canister 301 is attached to the cable 303. Cable 303 lowers canister 301 to the vicinity of crucible 104, that is, to a level above at least partially solidified surface 304 of heel 305 within crucible 104. The canister 301 has a cone 306 attached to the outlet of the canister 301. Mechanism 307 descends cone 306 down to a level close to but above the at least partially solidified surface 304 of heel 305 in crucible 104. This allows the flowable tip 302 to exit the canister 301 and falls onto the at least partially solidified surface 304 of the heel 305 in the crucible 104.
[0102]
Flowable chips are:
Optionally, a) at least partially solidifying the heel in the crucible;
b) filling the canister with flowable chips;
c) evacuating the canister;
d) moving the canister to a height above the heel;
e) opening the canister and allowing the flowable chip to discharge the canister into the crucible;
f) Repeat steps b), c), d) and e) until the crucible is filled to the desired depth, and can be added to the crucible using a canister feeder device in the manner provided.
[0103]
U.S. Patent 3,998,686, U.S. Patent 4,002,274, U.S. Patent 4,095,329, U.S. Patent 4,176,166, U.S. Patent 4,312,700, U.S. Patent 4,323,419, U.S. Patent U.S. Patent 4,382,838, U.S. Patent 4,394,352, U.S. Patent 4,447,289, U.S. Patent 4,519,764, U.S. Patent 4,557,795, U.S. Patent 4,561,486, U.S. Patent 4,572,812 U.S. Patent No. 4,661,324, U.S. Patent No. 4,689,109, U.S. Patent No. 4,968,380, U.S. Patent No. 5,006,317, U.S. Patent No. 5,080,873, U.S. Patent No. 5,098,229 , U.S. Patent No. 5,161,717, U.S. Patent No. 5,178,840, U.S. Patent No. 5,229,082, U.S. Patent No. 5,242,667, U.S. Patent No. 5,254,300, U.S. Patent No. 5,431,869, U.S. Pat.No. 5,454, 424, U.S. Patent 5,462,010, U.S. Patent 5,488,924, U.S. Patent 5,499,598, U.S. Patent 5,510,095, U.S. Patent 5,492,079, U.S. Patent 5,690,733 The method using polycrystalline silicon disclosed in the specification, U.S. Pat.No. 5,762,491, U.S. Pat.No. 5,868,835, U.S. Pat.No. 5,902,395, and U.S. Pat. Are incorporated as references. Those skilled in the art will appreciate that crucibles can be used in addition to or in place of the silicon starting materials and reload materials described herein, as well as other methods of processing polycrystalline silicon.
[0104]
Feeder device
Instead of granules in a feeder device configured to supply granules, a flowable tip can be used. In the feeder device of any one of a fixed feeder device, a canister feeder device, a heavy belt feeder device, a vibration feeder device, a chip thruster feeder device, a pneumatic transport feeder device, a stagnant flow feed lance feeder device, a rotating disk feeder device, or an auger feeder device A flowable chip can be used.
[0105]
An example of a metering feeder device is the paper “Economic feeder for recharging and“ topping off ”” by Journal of Ficket, B and Mihalik, G (Journal of・ Journal of Crystal Growth, Siemens Solar Industry, Vol. 211, pp. 372-377 (2000) ”, US Pat. No. 3,998,686, US Pat. No. 5,080,873, US Patent No. 5,762,491 and Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-260791. Examples of canister feeder devices are disclosed in US Pat. No. 4,394,352, US Pat. No. 4,557,795, US Pat. No. 5,229,082, and US Pat. No. 5,488,924. An example of a heavy belt feeder device is disclosed in US Pat. No. 6,217,649. Examples of the vibration feeder device are disclosed in US Pat. No. 5,462,010 and Japanese Patent Laid-Open No. 02-617197. An example of a chip thruster feeder device is disclosed in US Pat. No. 4,661,324. Examples of pneumatic transport feeder devices are disclosed in US Pat. No. 4,968,380 and US Pat. No. 5,098,229. Examples of stagnant flow delivery lance feeder devices are disclosed in US Pat. No. 5,690,733, US Pat. No. 5,868,835, and US Pat. No. 5,902,395. Examples of turntable feeder devices are disclosed in US Pat. No. 4,002,274 and US Pat. No. 5,242,667. An example of an auger feeder device is the paper by Daud, T and Kachare, A, “Advanced Czochralski Silicon Growth Technology for Photovoltaic Modules for Photovoltaic Modules (DOE / JPL). -1012-70, Distribution Category UC-63b, 5101-2-7 Flat Solar Array Project, JPL Publication 82-35, September 15, 1982)))). It will be appreciated that the flowable tips disclosed herein can be used in other known feeders of a size suitable for processing polycrystalline silicon.
[0106]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Example
The following examples are only intended to illustrate the present invention to those skilled in the art and should not be construed as limiting the scope of the invention.
[0107]
Example 1
WC, Co, GC-712 (general carbide, 12% Co and 88% WC, 0.6 μm particle size powder) and sintered WC / Co powder are spread on plastic. Record the initial weight of the powder. An Elitz® rare earth plate magnet is passed through each powder at a distance of 2 mm or less. Record the final weight of the powder.
The results are shown in Table 1.
[Table 1]

[0108]
Example 1 shows that impurities can be removed from a piece of polycrystalline silicon when a magnet is used. In particular, WC / Co impurities introduced by the jar crusher of FIG. 4 are removed using the method of Example 1.
[0109]
Example 2
Four examples of flowable chips are produced by the following method. A polycrystalline silicon U-shaped rod-shaped material is obtained from the cold wall of the Siemens type vacuum vessel. After removal of the carbon socket, the U-shaped silicon rod is crushed into 10-15 cm pieces on a polyethylene table using a low pollution impact tool. The obtained silicon chunk is supplied to the jar crusher 400 shown in FIG. The width of the discharge slot is limited to 15 mm at the closest distance. As the polycrystalline silicon pieces pass through the discharge slot 418, they pass through an aerated dust collection zone that acts to remove dust from the polycrystalline silicon pieces. The resulting polycrystalline silicon pieces are collected in a polyethylene lined bottle.
[0110]
The collected polycrystalline silicon pieces are then ground again with the same equipment. After the pulverization stage, the flow rate of the silicon pieces is adjusted, and the collected polycrystalline silicon pieces are transferred to a UHMWPE hopper that serves to feed on the step deck sorter 500 shown in FIGS. Both the hopper 502 and the step deck sorter 500 are attached to a vibration table 501 that operates to move the polycrystalline silicon piece. The deck is adjusted so that the product size is usually maintained in the range of 1 mm to 12 mm. A piece of polycrystalline silicon longer than 12 mm is removed from the product and returned to the grinding process for an additional grinding pass so that the ground material is exposed to a single grinding pass. Will be mixed. This procedure is repeated many times until a 300 kg piece of polycrystalline silicon is obtained. During a series of treatments, four samples of polycrystalline silicon pieces are collected in an acid treated PTFA container. These samples are submitted for surface metal analysis by the method described in US Pat. No. 5,851,303. The purity of the obtained silicon is shown in Table 2 below. The controlled particle size distribution of each sample of polycrystalline silicon pieces is from 1 mm to 12 mm.
[Table 2]

[0111]
Example 3
Polycrystalline silicon U-shaped rods are obtained from the cold water wall of a Siemens type bell jar reactor. After removing the carbon socket end, the U-shaped rod-shaped silicon is crushed into 4-inch pieces on a polyethylene table using a low contamination impact tool. The obtained silicon chunk is supplied to the jar crusher 400 shown in FIG. The width of discharge slot 418 is limited to 15 mm at the closest distance. As the polycrystalline silicon pieces pass through the discharge slot 418, they pass through an aerated dust collection zone that acts to remove dust from the polycrystalline silicon pieces. The resulting polycrystalline silicon pieces are collected in polyethylene-lined bottles. The collected polycrystalline silicon pieces are ground again with the same equipment. After the grinding step, the collected polycrystalline silicon pieces are transferred to a UHMWPE hopper which acts to adjust the flow rate of the silicon pieces to the step deck sorter 500 of FIG. The deck is adjusted so that the product particle size distribution is usually maintained in the range of 1 mm to 12 mm. A piece of polycrystalline silicon weighing 40 kg is processed. Bulk impurities (boron, total donors, carbon, phosphorus, iron, nickel, copper, and chromium) and surface impurities (iron, nickel, copper, chromium, sodium, and zinc) are measured. For surface purity analysis, four samples of polycrystalline silicon pieces are collected in a pickled PTFA container.
[0112]
These samples analyze bulk impurities and surface impurities. Bulk metal values are obtained from a floating zone core etched using acid decomposition of a frozen probe. The core is obtained from a polycrystalline silicon rod. A procedure for obtaining bulk metal values is described in US Pat. No. 4,912,528. Metal concentration is measured from atomic absorption analysis.
[0113]
Carbon is measured from the floating zone core. Take a slice from the core. The slice is lapped and polished. The carbon concentration in silicon is measured using Fourier transform infrared spectroscopy.
[0114]
Phosphorus, boron, aluminum, and arsenic are measured from the floating zone core using a technique known as dispersive photoluminescence (PL). This test is used to chemically polish single crystal silicon slices from the floating zone core. By cooling the slice to liquid helium temperature, an argon laser is used to cause photon emission in the sample. The measured intensity of electron-hole pair recombination radiation is used to determine the concentration of these impurities.
[0115]
The donor is a calculated value obtained from measuring the resistance of the silicon core.
[0116]
Surface impurities are measured by the method of US Pat. No. 5,851,303. The purity of the obtained silicon is shown in Tables 3 and 4 below. The controlled particle size distribution of each sample of polycrystalline silicon pieces is from 1 mm to 12 mm.
[Table 3]

[Table 4]

[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a CZ apparatus.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a vibration feeder device for reloading a crucible used in the CZ method.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a canister feeder device for reloading a crucible used in the CZ method.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional side view of a jaw crusher used in a method for producing a flowable tip.
FIG. 5 is a schematic sectional side view of a step deck sorter used in a method for producing a flowable chip.
6 is an enlarged side cross-sectional view of second and third decks of the step deck sorter of FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a schematic plan view of a second step deck of the step deck sorter of FIG.
8 is a schematic sectional side view of a second deck of the step deck sorter of FIG.
[Explanation of symbols]
100 CZ equipment
101 Growth chamber
102 Lifting chamber
103 Vacuum valve
104 crucible
105 shaft
106 Motor
107 heater
108 Molten silicon
109 ingot
110 species
111-type support cable
112 Lifting mechanism
113 Crystal weight reading device
114 hot zone
200 Vibrating feeder device
201 Hopper
202 Flowable chip
203 slot
204 Exit
205 Supply tray
206 Vibrating feeder
207 Supply pipe
208 Lance
209 Housing
210 Loading isolation lock
300 Canister feeder device
301 Canister or hopper
302 Flowable chip
303 cable
304 surface
305 Heel
306 corn
307 Mechanism
400 jaw crusher
401 Frame assembly
402 Fixed jaw plate
403 Movable jaw plate
404 jaw cavity
405 Pitman carrier assembly
406 Pitman bearing
407 Eccentric shaft
408 Tension rod pin
409 Flywheel
410 motor
411 belt
412 base
413 Tension rod
414 Adjustment wheel
415 Outer spring collar
416 Tension spring
417 Outer spring collar
418 discharge slot
419 Wedge type adjustment rod
420 Adjustment wheel
421 crossbar
422 Adjusting wedge
423 Bearing wedge
424 Toggle plate
425 Hopper
500 step deck sorter
501 Vibration motor assembly
502 slot
503 Fluidized bed region
504 Air flow
505 Perforated plate
506 Groove formation region
507 gap
508 conveyor
509 Collection container
510 Deck 2
511 Second deck entrance end
512 groove
513 lump
514 pieces
515 flakes
516 gap
517 Deck 3
518 Second deck exit end
519 Ridge
520 Valley
521 decks
522 gap
523 decks
524 gap
525 decks
526 Collection container
527 collection container
528 Weigh scale
530 side wall
531 Deck 1
532 dust collector
533 decks
534 gap

Claims

I) a vibration motor assembly;
II) a device comprising a step deck sorter attached to the vibration motor assembly,
The step deck sorter is
i) the first deck,
a) with a first deck inlet end to the groove forming region;
b) The groove forming region extends from the first deck insertion port end or from the vicinity of the first deck insertion port end, and each groove includes a ridge and a valley.
c) The first deck is inclined at the outlet end of the first deck so that the ridge portion of the groove protrudes beyond the first gap between the first deck and the final deck than the trough portion of the groove. A first deck with an exit end;
ii) the final deck disposed downstream of the first gap and below the first deck,
a) The end of the final deck slot,
b) a groove forming region extending from the end of the final deck slot or from the vicinity of the end of the final deck slot, each groove having a ridge and a valley;
c) a final deck having a final deck exit end;
iii) a collection container installed under the first gap to collect the pieces of polycrystalline silicon that have fallen through the first gap;
iv) A device comprising a collection container for oversized polycrystalline silicon pieces installed under the outlet for collecting polycrystalline silicon pieces that have not fallen through the first gap.

An additional deck is provided between the first deck and the final deck.
a) Additional deck insertion port end,
b) a groove forming area extending from the end of the additional deck slot or from the vicinity of the end of the additional deck slot, each groove having a ridge and a valley;
and c) an additional deck outlet end that is inclined so that the groove ridge protrudes beyond the additional gap at the additional deck outlet end than the trough of the groove. apparatus.

The apparatus of claim 1 further comprising a weigh scale under the collection container of iii).

The apparatus according to claim 1, wherein the step deck sorter comprises a dust removal device disposed upstream of the first gap.

a) subdividing the polycrystalline silicon rod;
b) controlling the particle size distribution by sorting the product from step a) using the step deck sorter according to claim 1;
c) removing impurities from the product of step a) or step b) or both.

6. A method according to claim 5, wherein step a) is performed by a technique comprising using a jaw crusher.

6. The method of claim 5, wherein step c) is performed by a technique that includes exposing the product of step b) to a magnetic field.

6. The method of claim 5, wherein step c) is performed by a technique that includes surface cleaning the product from step b).