JP6918974B2 - 坩堝およびバリアを含む結晶引上げシステムならびに結晶引上げ方法 - Google Patents

Description

分野
本開示は、概して、半導体材料またはソーラー材料（又はソーラー・マテリアル（solar material））のインゴットを溶融物（又はメルト（melt））から形成するための単結晶引上げシステム（monocrystalline pulling systems）に関し、より具体的には、坩堝と、溶融物での移動（又は運動又はムーブメント（movement））を制限するバリアとを含むシステムおよび方法に関する。

背景
チョクラルスキー（Czochralski）（CZ）法によって成長するシリコン単結晶の製造において、シリコン溶融物を形成するための結晶引上げ装置（又はクリスタル・プリング・デバイス（crystal pulling device））の坩堝（例えば、石英の坩堝）内で多結晶シリコンを溶融させる。プラー（puller）によって、この溶融物に種結晶を降下させて、この溶融物から種結晶をゆっくり引き上げ、この種結晶上で溶融物を固化させて、インゴットを形成する。連続ＣＺ法では、多結晶シリコンを溶融物に添加し、その一方で、種結晶をその溶融物から引上げる。多結晶シリコンの添加は、溶融物の温度に影響を与えてよく、そして、溶融物の表面に沿って撹乱（又はディスターバンス（disturbances））を発生させてよい。しかし、高品質の単結晶を製造するためには、インゴットに直接に隣接する溶融物の表面の温度および安定性は、実質的に一定（又はコンスタント（constant））に維持されなければならない。加えて、インゴットに直接に隣接する溶融物は、固体フィードストック（又は固形フィードストック）が存在しない状態を維持しなければならない。また、溶融物の特徴（又は特性又はキャラクテリスティク（characteristics））（例えば、酸素含量（又は酸素含有量又はオキシジェン・コンテント（oxygen content））は、厳密に制御されなければならない。

上記の目的を達成するための従来のシステムは、完全に満足するものではなかった。従って、インゴットに直接に隣接する溶融物の特徴（又は特性又はキャラクテリスティク）を制御（又はコントロール）するためのより効率的で有効なシステムおよび方法が必要とされていた。

上記の背景の記載は、本開示の様々な態様に関連し得る技術の様々な態様を紹介することを意図したものであり、本開示の様々な態様は、以下にて記載され、そして／または特許請求されるものである。本開示の様々な態様のより良い理解を促進するために、上記の説明は、背景の情報を提供する際に役立つであろうと考えられる。従って、上記の記載は、この目的の範囲で読まれるべきであり、従来技術の自認として読まれるべきでないことを理解するべきである。

簡単な要旨
１つの態様によると、溶融物からインゴットを形成するためのシステムであり、当該システムは、溶融物を受容するためのキャビティを規定する第１坩堝と、このキャビティにおける第２坩堝とを含む。第２坩堝は、外側ゾーンを内側ゾーンと分離する。第２坩堝は、第２坩堝を通る通路を含み、それにより、外側ゾーン内に位置（又は配置）された溶融物が内側ゾーンに移動（又は運動）することが可能となる。内側ゾーンは、インゴットの成長エリアを規定する。また、当該システムは、バリアを含み、かかるバリアは、外側ゾーン内に位置（又は配置）され、それにより、外側ゾーンを通る溶融物の移動（又は運動）を制限する。バリアは、部材（複数）（members）を含み、かかる部材は、溶融物フロー（又は溶融フロー又はメルト・フロー（melt flow））のためのラビリンス（labyrinth）を規定するために配置されるものである。

別の態様は、溶融物からインゴットを形成するためのシステムであり、当該システムは、溶融物を受容するためのキャビティを規定する坩堝と、この坩堝に結合された堰（せき）（又はダム（weir））とを含む。堰は、キャビティにおいて位置付け（又は位置決め）され、それにより、堰の外側から堰の内側への溶融物の移動（又は運動）を制限する。坩堝および堰は、外側ゾーンと内側ゾーンを形成する。堰は、通路を含み、この通路によって、外側ゾーン内に位置（又は配置）された溶融物が、内側ゾーンに移動（又は運動）することができる。また、当該システムは、外側ゾーン内にバリアを含み、このバリアにより、外側ゾーンを通る溶融物の移動（又は運動）を制限する。バリアは、部材（複数）を含み、かかる部材は、溶融物フローのためのギャップのラビリンスを規定するために配置（又は配列）されるものである。

別の態様では、結晶引上げシステムにおいて、溶融物から結晶のインゴットを引上げる（又はプリング又はプルする（pulling））ための方法を記載する。このシステムは、キャビティを規定する坩堝を含む。当該方法は、キャビティ内に第１バリアを配置すること（又は工程又はステップ）を含み、それにより、第１バリアの外側の位置から第１バリアの内側の位置（又は場所またはロケーション）への溶融物の移動（又は運動）を制限する。また、当該方法は、第１バリアと坩堝との間のキャビティ内に第２バリアを配置すること（又は工程又はステップ）を含む。第２バリアは、溶融物が通って流れるためのギャップのラビリンスを規定する。当該方法は、フィードストック材（又はフィードストック材料）をキャビティに配置すること（又は工程又はステップ）、そして、溶融物を形成するために、このフィードストック材を第２バリアの上側（又は上方）で溶融させること（又は工程又はステップ）をさらに含む。溶融物は、第２バリアのギャップを通って移動（又は運動）する。

様々な改良が、上述の態様に関連して記載された特徴（又はフィーチャ（features））に存在する。また、さらなる特徴が、上述の態様に組み込まれてもよい。かかる改良および追加の特徴は、独立して、または任意の組み合わせとして存在してよい。例えば、図示した実施形態のいずれかに関連して以下にて説明する様々な特徴が、上述の態様のいずれかに単独または任意の組み合わせで組み込まれてよい。

図１は、結晶引上げシステムを示す概略図である。 図２は、図１に示す結晶引上げシステムの一部を示す概略図である。 図３は、堰を含む結晶引上げシステムの一部を示す概略図である。 図４は、バリア・リングを含む結晶引上げシステムの一部を示す概略図である。 図５は、図４に示す結晶引上げシステムの別のコンフィギュレーション（又は構成又は形状）を示す概略図である。 図６は、バリア・リングを含む結晶引上げシステムを示す概略図である。

対応する参照符号（又は番号又は記号）は、図面のいくつかの観点において、対応するパーツ（又は部品又は部材）を示す。

詳細な説明
図１を参照すると、結晶引上げシステムが概略的に示され、この結晶引上げシステムは、概して、符号１００で示される。結晶引上げシステム１００は、チョクラルスキー（Czochralski）法によって、インゴットを製造するために使用されてよい。

図示する結晶引上げシステム１００は、サセプタ（又は支持台又は加熱台（susceptor））１０２を含み、このサセプタ１０２は、坩堝（るつぼ）アセンブリ１０４の周囲にあり、坩堝アセンブリ１０４は、半導体またはソーラーの等級（又はグレード）の材料（例えば、シリコン）の溶融物（又はメルト）１０６を含む。溶融物１０６は、固体フィードストック材（又は固体（固形）フィードストック材料（solid feedstock material））１１１を加熱することによって形成されてよい。システム１００が作動する間、種結晶１１２がプラー１１０によって溶融物１０６にまで降下し、次いで、溶融物１０６から、ゆっくり上昇する。種結晶１１２が、溶融物１０６から、ゆっくり上昇するとき、溶融物１０６からのシリコン原子が、それ自体、種結晶１１２と整列し、なおかつ種結晶１１２に結合して、インゴット１０８を形成する。また、図示するシステム１００は、ヒート・シールド１１４を含み、これにより、溶融物１０６の放射熱からインゴット１０８をシールド（又は遮蔽）し、そして、インゴット１０８を固化させることができる。

坩堝アセンブリ１０４は、第１坩堝１１６と、第２坩堝１１８とを含む。他の実施形態では、システム１００は、第１坩堝１１６および第２坩堝１１８のいずれかに加えて、または第１坩堝１１６および第２坩堝１１８のいずれかの代わりに、１またはそれよりも多くの堰（せき）を含んでよい。適切な実施形態において、坩堝アセンブリ１０４は、任意の適切な材料から構成されてよく、この材料により、システム１００を説明の通りに機能させることができる。例えば、いくつかの実施形態において、坩堝アセンブリ１０４は、石英から構成されてよい。

第１坩堝１１６は、第１ベース（又は基部）１２０と、第１サイドウォール（又は側壁）１２２とを含む。第２坩堝１１８は、第２ベース（又は基部）１２４と、第２サイドウォール（又は側壁）１２６とを含む。図示する実施形態において、第１サイドウォール１２２は、第１ベース１２０の円周のまわりに延在する。第２サイドウォール１２６は、第２ベース１２４の円周のまわりに延在する。キャビティ１３２は、第１坩堝１１６の第１サイドウォール１２２の内面および第１ベース１２０の内面によって形成される。他の実施形態では、坩堝アセンブリ１０４は、任意の坩堝を含んでよく、それにより、システム１００を説明の通りに作動させることができる。

この実施形態において、第１坩堝１１６および第２坩堝１１８は、第１坩堝１１６のキャビティ１３２内において、第２坩堝１１８の配置が可能となるような寸法（又は大きさ又はサイズ）および形状（又はシェイプ）を有する。いくつかの実施形態において、第１坩堝１１６は、４０、３６、３２、２８または２４インチの外側直径（又は外径）を有してよい。第２坩堝１１８は、３６、３２、２８、２４、２２または２０インチの外側直径（又は外径）を有してよい。別の実施形態において、第１坩堝１１６および第２坩堝１１８のそれぞれが、任意の適切な直径（径）を有してよく、それにより、システム１００を説明の通りに作動させることができる。例えば、いくつかの実施形態において、第１坩堝１１６は、３２インチの外側直径（又は外径）を有してよい。第２坩堝１１８は、２２インチの外側直径（又は外径）を有してよい。

第１坩堝１１６および第２坩堝１１８は、外側ゾーン１３４および内側ゾーン１３６を形成する。外側ゾーン１３４は、第１サイドウォール１２２の内側表面（又は内面）と、第２サイドウォール１２６の外側表面（又は外面）との間のキャビティ１３２において形成されている。内側ゾーン１３６は、第２坩堝１１８内に形成されている。第１坩堝１１６および第２坩堝１１８の寸法（又は大きさ又はサイズ）によって外側ゾーン１３４および内側ゾーン１３６の寸法（又は大きさ又はサイズ）が決定する。例えば、内側ゾーン１３６は、第２坩堝１１８の内側直径（又は内径）に等しい直径（又は径）を有する。いくつかの実施形態において、内側ゾーン１３６は、約１９インチの直径（又は径）を有する。さらに、この実施形態では、内側ゾーン１３６は、バリア（又は障壁（barriers））やオブストラクション（又は障害（obstructions））が実質的に存在しない。結果として、いくつかの公知のシステムと比べて、インゴット１０８のための成長エリアは増加してよく、そして、この成長エリアから任意のバリア（例えば、サイドウォール１２６の内側表面（又は内面））までの距離を増加させてよい。さらに、より小さな成長ゾーンを有するシステムと比較して、内側ゾーン１３６は、より大きな自由表面積を溶融物１０６に提供し、そして、より良い酸素放出（又は酸素リリース又はオキシジェン・リリース）を可能にする。

第２坩堝１１８は、第１バリアを形成し、この第１バリアによって、外側ゾーン１３４から内側ゾーン１３６に流れる溶融物１０６を制限する。坩堝（るつぼ）の通路１３８は、溶融物１０６が外側ゾーン１３４から内側ゾーン１３６へと移動（又は運動）するためのものであって、第２坩堝１１８のサイドウォール１２６を通して延在する（又は延びる又は伸びる）。溶融物１０６が動いて内側ゾーン１３６に移動（又は運動）する距離を増加させるために、坩堝の通路１３８は、第２ベース１２４に沿って位置付け（又は位置決め）されてよい。図１において１つの通路１３８を示すが、適切な実施形態では、第２坩堝１１８が任意の適切な数の通路１３８を含んでよい。

図示する実施形態では、外側ゾーン１３４において、バリア１４０が、第１サイドウォール１２２の内側表面（又は内面）と、第２サイドウォール１２６の外側表面（又は外面）との間に位置（又は配置）される。外側ゾーン１３４を通って内側ゾーン１３６に向かう溶融物１０６および固体フィードストック材１１１の移動（又は運動）をバリア１４０が制限する。従って、バリア１４０は、第２バリアを形成し、この第２バリアによって、外側ゾーン１３４から内側ゾーン１３６へと流れる溶融物１０６および固体フィードストック材１１１を制限する。バリア１４０は、部材（members）またはボディー（bodies）１４２（複数）と、この部材１４２（同士）の間に規定されるギャップ（又は間隙）１４４とを含む。作動中（又は操作中）、溶融物１０６は、ギャップ１４４を通って流れてよい。この実施形態において、部材１４２は、外側ゾーン１３４内でランダムに配置（又は配列）され、そして、ギャップ１４４は、溶融物１０６が通って流れるためのラビリンス（又は迷路又は複雑な通路（labyrinth））または回り道（又は迂回の道又は遠回りの道（circuitous path））を形成する。従って、バリア１４０は、溶融物１０６の移動（又は運動）を抑えてよく、なおかつ外側ゾーン１３４を通る固体フィードストック材１１１の移動（又は運動）を抑制（又は防止）してよい。他の実施形態において、部材１４２は、結晶引上げシステム１００を説明の通りに作動させることができる任意の様式（又は方法）で配置されてよい。

適切な実施形態において、部材１４２は、外側ゾーン１３４において、任意の場所に位置付け（又は位置決め）されてよい。この実施形態において、第１サイドウォール１２２の内側表面（又は内面）と、第２サイドウォール１２６の外側表面（又は外面）との間に溶融物１０６の表面に隣接して部材１４２が位置付け（又は位置決め）されている。また、この実施形態において、部材１４２は、内側ゾーン１３６内には位置（又は配置）されていない。システム１００を組み立てる間において、部材１４２の正確なアライメント（又は整列）およびポジショニング（又は位置付け又は位置決め）は要求されなくてよい。なぜなら、部材１４２は、ランダムに配置（又は配列）されてよいからである。さらに、部材１４２の位置（又はポジション）は、システム１００を操作する間においてシフト（又は移動）してよい。

適切な実施形態において、部材１４２は、溶融物１０６の表面近くで浮いて（buoyant）、漂ってよい（又はフロート（float）してよい）。さらに、図２に示すように、部材１４２は、スタック（又は積み重ね）されてよく、そうすることで、溶融物１０６の表面の上側（又は上方）および／または溶融物１０６の表面の下側（又は下方）にバリア１４０が延在する。適切な実施形態において、固体フィードストック材１１１の溶融物ラインまで、そして、この溶融物ラインを超えて、部材１４２が延在してよい。別の実施形態において、部材１４２は、システム１００の任意の部分（又は部位又はポーション（portion））を占めてよく、それにより、システム１００を説明の通りに作動させることができる。例えば、いくつかの実施形態において、部材１４２は、外側ゾーン１３４を満たしてよい。

この実施形態において、部材１４２は自由に動く。換言すると、部材１４２は、互いに結合（又は接続）していないか、または坩堝アセンブリ１０４に結合（又は接続）していない。結果として、システム１００を組み立てるコストが低減されてよい。さらに、システム１００の信頼性（又は信頼度又は確実性（reliability））が増加する。なぜなら、システム１００の作動中において失敗するかもしれない結合（又はボンド）が省略されるからである。別の実施形態において、少なくともいくつかの部材１４２が、第１坩堝１１６、第２坩堝１１８および／または他の部材１４２に結合（又は接続）していてよい。

バリア１４０は、任意の部材１４２を含んでよく、それにより、バリア１４０を説明の通りに機能させることができる。部材１４２は、ネットワークを形成し、それにより、第１坩堝１１６および第２坩堝１１８から溶融物１０６に入る（又は落下する）固体フィードストック材１１１および坩堝の粒子が内側ゾーン１３６に向かって移動（又は運動）することを抑制（又は防止）する。図２に示す通り、バリア１４０は、石英（又はクォーツ）から作製される部材１４２（複数）を含む。結果として、部材１４２は、溶融物１０６のコンタミネーション（又は汚染）を抑制（又は防止）してよい。さらに、いくつかの実施形態では、部材１４２は、バリア１４０の特徴（又は特性又はキャラクテリスティック）（例えば、溶出速度、ネットワークのインテグリティ（又は強度（integrity）））の正確な制御（又はコントロール）を提供するために、均一な形状（又はシェイプ）および寸法（又は大きさ又はサイズ）を有する。他の実施形態では、少なくともいくつかの部材１４２が、様々な形状および寸法を有してよい。例えば、適切な実施形態では、部材１４２は、不規則（又は不規則形状又はイレギュラー）で、固有の形状（又はユニークなシェイプ）を有してよい。他の実施形態では、部材１４２は、直方体形（又は立方体形（cuboid））、円錐形、円筒形、球形、プリズム形、ピラミッド形、および任意の他の適切な形状であってよい。

部材１４２は、任意の適切な時間において、システム１００に配置されてよい。例えば、部材１４２は、固体フィードストック材１１１が溶融する前に、システム１００に配置されてよい。他の実施形態では、部材１４２は、固体フィードストック材１１１が溶融した後に添加してよい。

システム１００の作動中、バリア１４０の部材１４２は、溶融物１０６によって消費されてよく、バリア１４０の部材１４２を補充することが必要であってよい。従って、システム１００の作動中、部材１４２は、連続的または断続的に添加されてよい。適切な実施形態において、部材１４２は、部材１４２が消費される速度にほぼ等しい速度でバリア１４０に添加されてよい。いくつかの実施形態において、システム１００は、部材１４２を加えるために自動化された手段（例えば、フィーダー・システム（feeder system））を含んでよい。他の実施形態において、部材１４２をシステム１００に手動で添加してよい。いくつかの実施形態において、バリア１４０は部材１４２を含んでよく、それにより、部材１４２は、補充する必要がない。さらなる実施形態において、バリア１４０は、システム１００の作動中の任意の消費を計算に入れるために、追加の部材１４２（複数）を含んでよい。

図１をさらに参照すると、結晶引上げシステム１００は、ヒート・シールド１１４を含み、このヒート・シールド１１４は、坩堝アセンブリ１０４に隣接して延在するものである。ヒート・シールド１１４は、内側ゾーン１３６の一部および外側ゾーン１３４の全部を被覆し、それにより、固体フィードストック材１１１の添加の間、見通し（又は視線（line-of-sight））のポリシリコン・プロジェクタイル（polysilicon projectiles）が内側の溶融物の表面に到達することを抑制（又は防止）する。他の実施形態において、結晶引上げシステム１００は、任意の適切なヒート・シールド１１４を含んでよく、それにより、結晶引上げシステム１００を説明の通りに作動させることができる。

固体フィードストック材１１１は、フィード・チューブ１５２を通して、フィーダー１５０から外側ゾーン１３４に配置または供給されてよい。フィード・チューブ１５２は、第１坩堝１１６に隣接して設けられていて（又は配置されていて）、第２坩堝１１８の外側の位置（又は場所又はロケーション）において、フィードストック材１１１を第１坩堝１１６に供給するためのものである。フィードストック材１１１は、その周囲（又はまわり）の溶融物（surrounding melt）１０６の温度よりもかなり低い温度を有してよい。従って、フィードストック材１１１は、溶融物１０６からの熱を吸収してよく、このとき、固体フィードストック材１１１の温度が増加し、そして、固体フィードストック材１１１が外側ゾーン１３４で液体化して外側の溶融物の部分（又は部位又はポーション）を形成する。固体フィードストック材１１１（「コールド・フィードストック（cold feedstock）」と呼ばれる場合もある）が溶融物１０６からエネルギーを吸収する場合、その周囲（又はまわり）の溶融物（surrounding melt）１０６の温度が、吸収されたエネルギーに比例して低下する。いくつかの実施形態において、溶融物１０６は、固体フィードストック材１１１の溶融物として、バリア１４０を通って移動（又は運動）してよい。結果として、バリア１４０によって、固体フィードストック材１１１を外側ゾーン内、より具体的にはバリア１４０の上側（又は上方）の外側ゾーン内で完全に溶融させることができ、内側ゾーン内の溶融物１０６の均一性を増加させる。

固体フィードストック材１１１が溶融物１０６に添加されたとき、溶融物１０６の表面は撹乱されて（又はかき乱されて（disturbed））よい。バリア１４０および第２サイドウォール１２６は、溶融物１０６の撹乱（又はディスターバンス（disturbances））の内側方向への伝播（又は進行又はプロパゲーション（propagation））を抑制（又は防止）する。特に、固体フィードストック材１１１が外側ゾーンに送達されるとき、バリア１４０が固体フィードストック材１１１と接触してよい。結果として、固体フィードストック材１１１を溶融物１０６に添加することによる表面の撹乱（又は乱れ又はディスターバンス（disturbances））（例えば、スプラッシュ（又は跳ね（splashes）））をバリア１４０が制限してよい。さらに、バリア１４０は、固体フィードストック材１１１の移動（又は運動）を遅らせて、固体フィードストック材１１１が外側ゾーン内で完全に溶融することを促進する。

坩堝アセンブリ１０４のまわりの適切な位置（又は場所又はポジション）に配置（又は配列）されたヒーター１５６および１５８によって熱が坩堝アセンブリ１０４に提供される。ヒーター１５６および１５８からの熱は、最初に、固体フィードストック材１１１を溶融し、次いで、溶融物１０６を液化した状態（又は液化状態又は液体の状態又は液体状態）で維持する。ヒーター１５６は、概して、その形状（又はシェイプ）が円筒形であり、坩堝アセンブリ１０４の側部（又はサイド）に熱を提供する。ヒーター１５８は、坩堝アセンブリ１０４の底部（又はボトム）に熱を提供する。いくつかの実施形態において、ヒーター１５８は、概して、その形状（又はシェイプ）が環状であってよい。別の実施形態において、システム１００は、任意のヒーターを含んでよく、それにより、システム１００を説明の通りに作動させることができる。

適切な実施形態において、ヒーター１５６および１５８は、コントローラー１５４に結合（又は接続）された抵抗ヒーターであってよく、かかる抵抗ヒーターは、電流をこれらのヒーターに制御可能に印加して、その温度を変更するものである。コントローラー１５４によって、ヒーター１５６および１５８のそれぞれに印加される電流の量は、別々かつ独立に選択されてよく、それにより、溶融物１０６の熱的な特性（又は熱特性又はサーマル・キャラクテリスティック（thermal characteristics））を最適化してよい。

上記で述べた通り、溶融物１０６の上側（又は上方）に位置されたプラー（puller）１１０の一部に種結晶１１２を取り付ける。プラー１１０は、溶融物１０６の表面に垂直な方向に種結晶１１２を移動（又は運動）させて、種結晶１１２を溶融物１０６に向けて降下または溶融物１０６内に降下させることができ、また、溶融物１０６から上昇または溶融物１０６から出して上昇させることができる。高品質のインゴット１０８を製造するために、種結晶１１２／インゴット１０８に隣接した領域は、実質的に一定の温度で維持されなければならず、溶融物１０６および固体フィードストック１１１の表面の崩壊（又は分裂又は混乱又はディスラプション（disruptions））は最小限にしなければならない。

この実施形態において、バリア１４０および第２坩堝１１８は、外側ゾーン１３４から成長エリアへの溶融物１０６の移動（又は運動）を制限することによって、種結晶１１２／インゴット１０８に直接に隣接する領域において、表面の撹乱（又は乱れ又はディスターバンス（disturbances））、温度の変動、および固体粒子の数を制限する。成長エリアは、第２坩堝１１８の内側にあり、種結晶１１２／インゴット１０８に隣接する。

図２に示す通り、バリア１４０および通路１３８は、曲がった経路（又は曲がったパス（tortuous path））を溶融物１０６に提供し、それにより、外側ゾーン１３４から内側ゾーン１３６に溶融物１０６を移動（又は運動）させる。特に、溶融物１０６が、外側ゾーン１３４を通して移動（又は運動）するとき、溶融物１０６は、バリア１４０内のギャップ１４４を通って移動（又は運動）する。さらに、溶融物１０６は、内側ゾーン１３６内に移動（又は運動）するために、第２坩堝１１８の通路１３８を通って移動（又は運動）しなければならない。結果として、バリア１４０および第２坩堝１１８は、外側ゾーン１３４における溶融物１０６が内側ゾーン１３６に向かう移動（又は運動）を制限する。さらに、溶融物１０６の外側ゾーン１３４から内側ゾーン１３６への移動（又は運動）は、いずれも、インゴット１０８を引く（又はプルする）溶融物１０６の上部（又は上面又はトップ）から間隔をあけて行われる。なぜなら、通路１３８が、坩堝アセンブリ１０４の底部（又はボトム）に沿って位置されるからである。従って、通路１３８の位置（又は場所又はポジション）は、表面の崩壊（又は分裂又は混乱又はディスラプション（disruptions））、温度の変動、および溶融物１０６の成長エリアへの固体粒子の通過をさらに制限する。

外側ゾーン１３４と内側ゾーン１３６との間において、外側ゾーン１３４に及ぶ（又は渡る）溶融物１０６の制御（又はコントロール）された移動（又は運動）は、外側ゾーン１３４において、フィードストック材１１１をある温度まで加熱することができ、この温度は、フィードストック材１１１が外側ゾーン１３４を通過するとき、成長エリアの温度にほぼ等しい温度である。従って、固体粒子は、バリア１４０の上側（又は上方）で、外側ゾーン１３４において溶融され、成長エリアには入らない。さらに、システム１００は、より大きな成長エリアを有してよく、より大きな単結晶（又はシングル・クリスタル（single crystal））のインゴットを製造してよい。なぜなら、溶融物１０６の移動（又は運動）は、外側ゾーン１３４において制御（又はコントロール）され、内側ゾーン１３６にはバリアが存在しないからである。

図３は、結晶引上げシステム３００の一部を示す概略図であり、この結晶引上げシステム３００は、堰（せき）（又はダム（weir））３０２を含む。結晶引上げシステム３００は、溶融物３０８を含むための坩堝３０６と、坩堝３０６を支持するサセプタ３０１とを含む。坩堝３０６は、ベース（又は基部）３１０と、キャビティ３１４を規定するサイドウォール（又は側壁）３１２とを含む。堰３０２は、坩堝３０６のキャビティ３１４に位置（又は配置）されていて、内側ゾーン３１６の周囲を囲む。さらに、堰３０２および坩堝３０６は、それらの間で外側ゾーン３１８を規定する。

作動中、内側ゾーン３１６の成長エリアで種結晶を下げたり上げたりすることによって、結晶引上げシステム３００により、溶融物３０８からインゴットが形成される。通路３２０は、堰３０２を通して規定されていて、溶融物３０８が外側ゾーン３１８から内側ゾーン３１６へと移動（又は運動）するためのものである。従って、堰３０２は、外側ゾーン３１８と内側ゾーン３１６との間での溶融物３０８の移動（又は運動）を制御（又はコントロール）する。

システム３００は、外側ゾーン３１８に位置付け（又は位置決め）されたバリア３２２をさらに含み、このバリア３２２は、外側ゾーン３１８を通る溶融物３０８の移動（又は運動）を制限するためのものである。この実施形態において、バリア３２２は、サイドウォール３１２の内側表面（又は内面）と、堰３０２の外側表面（又は外面）との間にスタック（又は積み重ね）された（stacked）部材３２４（複数）を含む。部材３２４は、外側ゾーン３１８において、層状に漠然と（又はゆるく又はバラバラに又はルーズに（loosely））配置（又は配列）されている。さらに、溶融物３０８の表面の近くで部材３２４が漂う（又はフロート（float）する）ように、部材３２４は浮いて（buoyant）いてよい。バリア３２２は、ギャップ３２６をさらに含み、このギャップ３２６は、部材３２４（同士）の間に規定されていて、溶融物３０８を外側ゾーン３１８から内側ゾーン３１６に流すためのものである。他の実施形態では、システム３００は、任意の適切なバリア３２２を含んでよく、このバリア３２２は、外側ゾーン３１８の任意の場所に位置付け（又は位置決め）され、それにより、システム３００を説明の通りに作動させることができる。

図４は、結晶引上げシステム４００の一部を示す概略図であり、この結晶引上げシステム４００は、バリア・リング４０２を含む。また、結晶引上げシステム４００は、サセプタ４０１と、第１坩堝４０６と、第２坩堝４０８とを含む。結晶引上げシステム４００は、第１坩堝４０６および第２坩堝４０８に含まれる溶融物４１０からインゴットを形成するために使用されてよい。第２坩堝４０８は、第１坩堝４０６のキャビティに位置付け（又は位置決め）され、そうすることで、第１坩堝４０６および第２坩堝４０８が、それらの間で外側ゾーン４０４を形成するようになっている。バリア・リング４０２は、第２坩堝４０８のまわりで外側ゾーン４０４において（又は及んで）延在している。他の実施形態において、結晶引上げシステム４００は、任意のバリア・リング４０２を含んでよく、それにより、結晶引上げシステム４００を説明の通りに作動させることができる。例えば、いくつかの実施形態では、バリア・リング４０２は、堰のまわりに延在してよく、堰に結合（又は接続）してもよい。

溶融物４１０を加熱すると、溶融物４１０は、外側ゾーン４０４から、インゴットが形成される内側ゾーン４１２に向かって移動（又は運動）する。バリア・リング４０２は、第２坩堝４０８のベースに隣接して延在し、溶融物４１０が外側ゾーン４０４から内側ゾーン４１２に移動（又は運動）することを制限する。バリア・リング４０２および第２坩堝４０８は、それぞれの通路４１４、４１６を含み、通路４１４、４１６は、これらを通して、外側ゾーン４０４から内側ゾーン４１２へと溶融物４１０を流すためのものである。適切には、バリア・リング４０２の通路４１４は、第１坩堝４０６の通路４１６からオフセットされていて（又はズレていて）、そうすることで、溶融物４１０が、外側ゾーン４０４から内側ゾーン４１２へと回り道（又は迂回の道又は遠回り道（circuitous path））を通って流れる。この実施形態において、バリア・リング４０２の通路４１４および第２坩堝４０８の通路４１６は、溶融物４１０が進む距離を最小化するために、約１８０°だけオフセットされている（又はズレている）。他の実施形態では、バリア・リング４０２および第２坩堝４０８は、任意の適切な通路を含んでいてよく、それにより、システム４００を説明の通りに作動させることができる。例えば、いくつかの実施形態において、通路４１４、４１６は、整列していてよい。さらなる実施形態において、通路４１４、４１６は、０°〜１８０°の範囲内で任意にオフセットされていてよい（又はズレずれていてよい）。

この実施形態において、システム４００は、外側ゾーン４０４においてバリア４１８を含み、それにより、溶融物４１０が外側ゾーン４０４を通って内側ゾーン４１２に向かって流れることを制限する。バリア４１８は、ギャップ４２２を形成するために配置（又は配列）された部材４２０（複数）を含む。図示する実施形態において、部材４２０は、溶融物４１０の表面の近くで漂っている（又はフロートしている（floating））。他の実施形態では、バリア４１８は、任意の部材４２０を含んでよく、それにより、バリア４１８を説明の通りに機能させることができる。いくつかの実施形態において、バリア４１８は、省略されてよい。

適切な実施形態において、バリア４１８およびバリア・リング４０２は、任意の材料（又は原料又はマテリアル）から構成（又は形成）されてよく、それにより、システム４００を説明の通りに作動させることができる。この実施形態において、バリア・リング４０２およびバリア４１８は、石英から構成（又は形成）される。

図５は、システム４００の構成を示し、システム４００はバリア４１８を有し、このバリア４１８が、溶融物４１０の溶融物ラインまで延在している。特に、部材４２０は、層状にスタック（又は積み重ね）されていて、少なくとも１つの層が溶融物ラインまで延在している。結果として、固体フィードストック材は、溶融する前にバリア４１８と接触してよい。固体フィードストック材が溶融した後、溶融物４１０の少なくとも一部が、バリア４１８を通って流れて、バリア４１８によって減速する。

適切な実施形態において、バリア４１８は、システム４００の任意の場所に位置付け（又は位置決め）されてよく、それにより、システム４００を説明の通りに作動させることができる。この実施形態において、バリア４１８およびバリア・リング４０２は、溶融物４１０の移動（又は運動）を制御（又はコントロール）するために、外側ゾーン４０４に位置付け（又は位置決め）される。結果として、内側ゾーン４１２は、バリアによって占められなくてよい。従って、内側ゾーン４１２は、増加した自由表面積（free surface area）を含み、それにより、溶融物４１０の酸素含量のより有効な減少（又は効率のよい減少）と、より大きな成長エリアとを可能にする。

図６は、結晶引上げシステム５００を示す概略図であり、この結晶引上げシステム５００は、少なくとも１つのバリア・リング５０２を含む。また、結晶引上げシステム５００は、第１坩堝５０４と、第２坩堝５０６とを含む。結晶引上げシステム５００は、第１坩堝５０４および第２坩堝５０６に含まれる溶融物からインゴットを形成するために使用されてよい。第２坩堝５０６およびバリア・リング５０２が、第１坩堝５０４のキャビティにおいて位置付け（又は位置決め）されていて、そうすることで、第１坩堝５０４、第２坩堝５０６および外側バリア・リング５０２によって、それらの間で外側ゾーン５１０を形成するようになる。さらに、第１坩堝５０４、第２坩堝５０６およびバリア・リング５０２は、移行ゾーン（又はトランジション・ゾーン（transition zones））５１１を形成する。この実施形態において、結晶引上げシステム５００は、３つのバリア・リング５０２を含み、これらは、３つの移行ゾーン５１１を形成する。具体的には、バリア・リング５０２は、外側バリア・リング５０２と、中間バリア・リング５０２と、内側バリア・リング５０２とを含み、これらによって、外側移行ゾーン５１１と、中間移行ゾーン５１１と、内側移行ゾーン５１１とが形成される。これらのバリア・リング５０２は、その直径（又は径）が小さくなる順番で互いに入れ子になっている。他の実施形態において、結晶引上げシステム５００は、任意の数のバリア・リング５０２を含んでよく、それにより、任意の移行ゾーン５１１が形成され、それにより、結晶引上げシステム５００を説明の通りに作動させることができる。

溶融物を加熱するとき、溶融物は、外側ゾーン５１０から、移行ゾーン５１１を通って、インゴットが形成される内側ゾーン５１２に向かって移動（又は運動）する。バリア・リング５０２は、第２坩堝５０６のベースに隣接して延在し、それにより、溶融物が外側ゾーン５１０から内側ゾーン５１２に移動（又は運動）することを阻害する。バリア・リング５０２および第２坩堝５０６は、それぞれ通路５１４を含み、この通路５１４は、外側ゾーン５１０から、移行ゾーン５１１を通して、内側ゾーン５１２に溶融物を流すためのものである。適切には、バリア・リング５０２および第２坩堝５０６の通路５１４は、オフセットされていて（又はズレていて）、そうすることで、外側ゾーン５１０から内側ゾーン５１２への回り道（又は迂回の道又は遠回りの道（circuitous path））を通って、溶融物が流れるようになる。他の実施形態において、システム５００は、任意の適切な通路を含んでよく、それにより、システム５００を説明の通りに作動させることができる。

この実施形態において、システム５００は、部材５１８（複数）をさらに含み、かかる部材５１８は、外側ゾーン５１０および移行ゾーン５１１に設けられる（又は配置される）。この実施形態において、部材５１８は、外側バリア・リング５０２に隣接して位置付け（又は位置決め）され、外側バリア・リング５０２内にも位置付け（又は位置決め）されて外側移行ゾーン５１１に位置付け（又は位置決め）される。従って、システム５００で使用される部材５１８の量を減少させてよい。なぜなら、部材５１８は、通路５１４に隣接するキャビティの部分（又はポーション）においてのみ位置付け（又は位置決め）されるからである。さらに、システム５００の作動の間、部材５１８の消費を減少させる。他の実施形態において、システム５００は、任意の部材５１８を含んでよく、これにより、システム５００を説明の通りに作動させることができる。

適切な実施形態において、部材５１８およびバリア・リング５０２は、任意の材料（又は原料およびマテリアル）から構成（又は形成）されてよく、これにより、システム５００を説明の通りに作動させることができる。この実施形態において、バリア・リング５０２および部材５１８は、石英から構成（又は形成）され、それにより、溶融物のコンタミネーションが減少する。

上記で説明した例に従うシステムおよび方法は、公知のシステムおよび方法と比較して、優れた結果を達成する。本開示のシステムおよび方法は、インゴットの成長エリアにおいて、固体粒子を減少させる。さらに、溶融物中および結晶中の酸素含量を減少させる。また、例示のシステムは、シリコン単結晶（single silicon crystal）のためにより大きな成長エリアを提供し、その一方で、システムのコストを最小化する（又は最小限にする）。結果として、当該システムによって形成されるシリコン単結晶の大きさ（又はサイズ）は、いくつかの公知のシステムと比較して増加してよい。

また、上記で説明したシステムおよび方法はバリアを含み、このバリアによって、当該システムを組み立てて作動させるコストが低下してよい。さらに、当該システムは、より良好な信頼性（又は信頼度又は確実性（reliability））と、増加したサービス寿命（又はサービス・ライフ（service life））を有してよい。なぜなら、このようなバリアは、いくつかの公知のシステムと比較して、故障（又は失敗（failure））のリスクが減少するからである。

本発明またはその実施形態（単数または複数）の要素（又は構成要素又はエレメント（element））を導入（又は紹介）するとき、冠詞の「a（１つの）」、「an（１つの）」、「the（前記又は上記又は該又は当該）」、「said（前記又は該又は当該）」は、１またはそれよりも多くのエレメントが存在することを意味することが意図される。用語「含む（comprising）」、「含む（又は含んで成る）（including）」および「有する（又は有して成る）（having）」は、包含することが意図され、記載されたエレメントの他に追加のエレメントが存在してもよいことを意味することが意図される。特定の向き（又は配向又はオリエンテーション）を示す用語（例えば、「上部（又はトップ）（top）」、「底部（又はボトム）（bottom）」、「側部（又はサイド）（side）」など）は、説明の便宜上で使用するものであり、記載されたアイテムの特定の向き（又は配向又はオリエンテーション）を要求するものではない。

上記の構成（又は構造又は構造物）および方法において、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が行われてよいことから、上記の説明に含まれて添付の図面（単数または複数）に示される全ての事項が例示として解釈されるべきであることが意図され、限定を意味しないことが意図される。
本明細書の開示内容は、以下の態様を含み得る。
（態様１）
溶融物からインゴットを形成するためのシステムであって、当該システムは、
前記溶融物を受容するためのキャビティを規定する第１坩堝と、
前記キャビティにおける第２坩堝であって、第２坩堝は、外側ゾーンを内側ゾーンと分離し、第２坩堝を通る通路を第２坩堝が含み、前記外側ゾーン内に位置する溶融物の前記内側ゾーンへの移動が可能となっており、前記内側ゾーンがインゴットのための成長エリアを規定する、第２坩堝と、
前記外側ゾーンを通る溶融物の移動を制限するための前記外側ゾーン内に位置されたバリアであって、溶融物フローのためのラビリンスを規定するために配置されている部材を含む、バリアと
を含む、システム。
（態様２）
前記キャビティに固体フィードストック材を送達するためのフィーダー・システムをさらに含み、前記固体フィードストック材の溶融物として、前記溶融物が前記バリアを通って移動するように、前記部材が、前記外側ゾーンに及ぶように、第１坩堝から第２坩堝まで実質的に延在している、態様１に記載のシステム。
（態様３）
前記固体フィードストック材が、溶融する前に、前記部材と接触するように、前記部材が浮いている、態様２に記載のシステム。
（態様４）
前記溶融物のコンタミネーションを抑制するために、前記部材が石英を含む、態様１に記載のシステム。
（態様５）
第１坩堝および第２坩堝が石英を含む、態様４に記載のシステム。
（態様６）
前記外側ゾーンに延在するバリア・リングをさらに含み、該バリア・リングが前記バリアの周囲にあり、該バリア・リングは、前記溶融物が通って流れるための第２通路を含む、態様１に記載のシステム。
（態様７）
前記バリア・リングが石英を含む、態様６に記載のシステム。
（態様８）
前記部材が、直方体形、円錐形、円筒形、球形、プリズム形およびピラミッド形の形状の少なくとも１つを有する、態様１に記載のシステム。
（態様９）
前記部材が不規則である、態様１に記載のシステム。
（態様１０）
前記バリアが、溶融物ラインまで延在している、態様１に記載のシステム。
（態様１１）
溶融物からインゴットを形成するためのシステムであって、当該システムは、
前記溶融物を受容するためのキャビティを規定する坩堝と、
前記坩堝に結合された堰であって、該堰の外側から該堰の内側への前記溶融物の移動を制限するために前記キャビティにおいて位置付けられていて、前記坩堝および前記堰が外側ゾーンおよび内側ゾーンを形成し、前記堰が通路を含み、前記外側ゾーン内に位置された溶融物の前記内側ゾーンへの移動が可能になっている、堰と、
前記外側ゾーン内において、前記外側ゾーンを通る前記溶融物の移動を制限するためのバリアであって、溶融物フローのためのギャップのラビリンスを規定するために配置されている部材を含む、バリアと
を含む、システム。
（態様１２）
前記部材が石英を含む、態様１１に記載のシステム。
（態様１３）
前記部材が、前記外側ゾーン内で自由に移動する、態様１１に記載のシステム。
（態様１４）
前記外側ゾーンに及ぶように坩堝のサイドウォールから前記堰まで前記バリアが延在している、態様１１に記載のシステム。
（態様１５）
前記部材が、直方体形、円錐形、円筒形、球形、プリズム形およびピラミッド形の形状の少なくとも１つを有する、態様１１に記載のシステム。
（態様１６）
バリア・リングをさらに含み、該バリア・リングは前記堰の周囲に延在していて、該バリア・リングが石英を含む、態様１１に記載のシステム。
（態様１７）
前記バリア・リングが、前記堰および前記坩堝に結合されている、態様１６に記載のシステム。
（態様１８）
結晶引上げシステムにおいて溶融物から結晶インゴットを引上げるための方法であって、前記システムは、キャビティを規定する坩堝を含み、当該方法は、
前記キャビティ内に第１バリアを配置することであって、第１バリアの外側の位置から第１バリアの内側の位置への前記溶融物の移動を制限することと、
第１バリアと前記坩堝との間の前記キャビティ内に第２バリアを配置することであって、前記溶融物が通って流れるためのギャップのラビリンスを第２バリアが規定することと、
前記キャビティにフィードストック材を配置することと、
前記溶融物を形成するために第２バリアの上側で前記フィードストック材を溶融させることであって、前記溶融物が第２バリアの前記ギャップを通して移動することと
を含む、方法。
（態様１９）
第１バリアと前記坩堝との間の前記キャビティ内に第２バリアを配置することには、前記キャビティ内に部材を配置することが含まれ、前記部材同士間のギャップのラビリンスを前記部材が規定する、態様１８に記載の方法。
（態様２０）
前記フィードストック材を溶融させつつ、前記部材を前記キャビティに配置させることをさらに含む、態様１９に記載の方法。
（態様２１）
第１バリアと前記坩堝との間の前記キャビティ内に前記部材を配置させることには、前記キャビティ内において第１バリアと前記坩堝との間に規定された外側ゾーンに及ぶように前記部材を配置させることが含まれる、態様１９に記載の方法。
（態様２２）
前記溶融物の溶融物ラインまで第２バリアが延在するように前記部材を配置させることをさらに含む、態様１９に記載の方法。

Claims (12)

1. 溶融物からインゴットを形成するためのシステムであって、当該システムは、
   前記溶融物を受容するためのキャビティを規定する第１坩堝と、
   前記キャビティにおける第２坩堝であって、第２坩堝は、外側ゾーンを内側ゾーンと分離し、第２坩堝を通る通路を第２坩堝が含み、前記外側ゾーン内に位置する溶融物の前記内側ゾーンへの移動が可能となっており、前記内側ゾーンがインゴットのための成長エリアを規定する、第２坩堝と、
   前記外側ゾーンを通る溶融物の移動を制限するための前記外側ゾーン内に位置されたバリアであって、溶融物フローのためのラビリンスを規定するために配置されている複数の部材を含む、バリアと
   を含み、
   前記キャビティに固体フィードストック材を送達するためのフィーダー・システムをさらに含み、前記固体フィードストック材の溶融物として、前記溶融物が前記バリアを通って移動するように、前記部材が、前記外側ゾーンに及ぶように、第１坩堝から第２坩堝まで実質的に延在していて、
   前記固体フィードストック材が、溶融する前に、前記部材と接触するように、前記部材が浮いている、システム。
2. 前記溶融物のコンタミネーションを抑制するために、前記部材が石英を含む、請求項１に記載のシステム。
3. 第１坩堝および第２坩堝が石英を含む、請求項２に記載のシステム。
4. 前記外側ゾーンに延在するバリア・リングをさらに含み、該バリア・リングが前記バリアの周囲にあり、該バリア・リングは、前記溶融物が通って流れるための第２通路を含む、請求項１に記載のシステム。
5. 前記バリア・リングが石英を含む、請求項４に記載のシステム。
6. 前記部材が、直方体形、円錐形、円筒形、球形、プリズム形およびピラミッド形の形状の少なくとも１つを有する、請求項１に記載のシステム。
7. 前記バリアが、溶融物ラインまで延在している、請求項１に記載のシステム。
8. 溶融物からインゴットを形成するためのシステムであって、当該システムは、
   前記溶融物を受容するためのキャビティを規定する坩堝と、
   前記坩堝に結合された堰であって、該堰の外側から該堰の内側への前記溶融物の移動を制限するために前記キャビティにおいて位置付けられていて、前記坩堝および前記堰が外側ゾーンおよび内側ゾーンを形成し、前記堰が通路を含み、前記外側ゾーン内に位置された溶融物の前記内側ゾーンへの移動が可能になっている、堰と、
   前記外側ゾーン内において、前記外側ゾーンを通る前記溶融物の移動を制限するためのバリアであって、溶融物フローのためのギャップのラビリンスを規定するために配置されている複数の部材を含む、バリアと
   を含み、
   前記部材が石英を含み、
   前記部材が、前記外側ゾーン内で自由に移動する、システム。
9. 前記外側ゾーンに及ぶように坩堝のサイドウォールから前記堰まで前記バリアが延在している、請求項８に記載のシステム。
10. 前記部材が、直方体形、円錐形、円筒形、球形、プリズム形およびピラミッド形の形状の少なくとも１つを有する、請求項８に記載のシステム。
11. バリア・リングをさらに含み、該バリア・リングは前記堰の周囲に延在していて、該バリア・リングが石英を含む、請求項８に記載のシステム。
12. 前記バリア・リングが、前記堰および前記坩堝に結合されている、請求項１１に記載のシステム。

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