JPH0764534B2 - Magnetohydrodynamic apparatus and method for material separation and deposition - Google Patents

Magnetohydrodynamic apparatus and method for material separation and deposition

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JPH0764534B2
JPH0764534B2 JP59170081A JP17008184A JPH0764534B2 JP H0764534 B2 JPH0764534 B2 JP H0764534B2 JP 59170081 A JP59170081 A JP 59170081A JP 17008184 A JP17008184 A JP 17008184A JP H0764534 B2 JPH0764534 B2 JP H0764534B2
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cathode
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silicon
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ゴードン・エル・キヤン
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ゴ−ドン・エル・キヤン
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Description

【発明の詳細な説明】 材料の分離は、材料の固有の種または材料の化合物の種
へ力を加えるあるいは力の影響を及ぼすことにより達成
することができる。これらの力は、重力、電磁力、気体
(流体)の動力および/またはこれらの力の組み合わせ
である。これらの力は種へ異る加速を与え、これにより
所望の分離に対して異る空間的および一時的特性を与え
る。材料は固体、液体、蒸気またはプラズマの状態、あ
るいはそれらの組み合わせであることができるであろ
う。電磁流体力学的方法(magnetoplsmadynamic proce
ss)は、これらの状態の各々または組み合わせを包含す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Separation of materials can be accomplished by exerting or exerting a force on the native species of the material or the species of the compound of the material. These forces are gravity, electromagnetic forces, gas (fluid) powers and / or combinations of these forces. These forces give different accelerations to the species, which give different spatial and temporal properties for the desired separation. The material could be in the solid, liquid, vapor or plasma states, or a combination thereof. Magnetohydrodynamic method (magnetoplsmadynamic process
ss) includes each or a combination of these conditions.

電磁流体力学的現象は、最初に1961年にカン(cann)に
より発見され、そして米国特許第3,243,954号に記載さ
れた。設計されかつ試験された装置は、宇宙推進の応用
に意図され、そしてイオン推進システムとして普通に知
られている。主な設計および性能の要件は、単一種の蒸
気を完全にイオン化し、そしてすべてのイオンを好まし
い高速で空間中に加速することであった。この装置は高
い推力(thrust)効率をもたなくてはならず、ここでス
ラスター(thrustor)効率は、次のように定義された: この方法で材料を分離するこ試みはなされなかった。な
ぜなら、意図した応用はその目的の開発に向けられなか
ったからである。
The magnetohydrodynamic phenomenon was first discovered by cann in 1961 and described in US Pat. No. 3,243,954. The designed and tested device is intended for space propulsion applications and is commonly known as an ion propulsion system. The main design and performance requirements have been to completely ionize a single species of vapor and accelerate all ions into space at the desired high velocity. The device must have a high thrust efficiency, where the thrustor efficiency is defined as: No attempt was made to separate the material in this way. The intended application was not directed to the development of that purpose.

電磁流体力学的現象は、プラズマと、加えられた静電場
(ポテンシャル)によりプラズマが加速されるとき生ず
る誘発された磁場との制御された相互作用からなる。こ
のタイプの相互作用の現象は、以後ホール電流効果(Ha
ll Current effect)と呼ぶ。カン(cann)らの研究
の意味は、キャビティ(cavity)の陽極区域中へ制御し
て供給物または推進物質を注入することであった。適切
な電圧の選択および推進物質の注入速度は、加えた磁場
に対して平行な方向に、荷電粒子(イオンおよび電子)
のイオン化および加速を生ずる。生ずるプラズマは所望
の排出速度(exhaust velocity)に加速された。
Magnetohydrodynamic phenomena consist of the controlled interaction of a plasma with an induced magnetic field that occurs when the plasma is accelerated by an applied electrostatic field (potential). This type of interaction phenomenon is hereafter referred to as the Hall current effect (Ha
ll Current effect). The implication of the work of cann et al. Was the controlled injection of feed or propellant into the anode area of the cavity. Appropriate voltage selection and propellant injection rates are determined by the charged particles (ions and electrons) in a direction parallel to the applied magnetic field.
Resulting in ionization and acceleration of. The resulting plasma was accelerated to the desired exhaust velocity.

本発明は、電磁流体力学を用いる新規な改良された方法
により、材料を分離することに関する。
The present invention relates to separating materials by a new and improved method using magnetohydrodynamics.

本発明は、他の方法により分離できない材料の分離およ
び収集を可能とする。また、本発明の他の技術または方
法により分離できる材料を分離するが、より低いコスト
で分離するであろう。
The present invention allows for the separation and collection of materials that cannot otherwise be separated. It also separates materials that can be separated by other techniques or methods of the invention, but at a lower cost.

本発明の方法および装置の重要な使用は、供給材料とし
て低いコストのシリコン化合物から半導体等級のシリコ
ンを製造することである。半導体等級のシリコンは、少
なくとも99.9999%の純度で精製技術によりつくられた
シリコンであると考えられる。シリコンの太陽電池の効
率よい操作のためには、半導体等級のシリコンは実際に
は少なくとも99.999%の純度、好ましくは少なくとも9
9.9999%の純度であるべきである。他方において、少な
くとも97%の純度のシリコンは冶金学的等級のシリコン
と考えられる。商業的に入手可能な冶金学的等級のシリ
コンはほぼ98%の純度である。半導体等級のシリコン
は、冶金学的等級のシリコンよりもコストがかなり高
い。1980年において、半導体等級のシリコンはほぼ80ド
ル/kgのコストであり、これに対して冶金学的等級のシ
リコンは1ドル/kgより低いコストである。
An important use of the method and apparatus of the present invention is the production of semiconductor grade silicon from low cost silicon compounds as feed materials. Semiconductor grade silicon is considered to be silicon made by refining techniques with a purity of at least 99.9999%. For efficient operation of silicon solar cells, semiconductor grade silicon is actually at least 99.999% pure, preferably at least 9%.
It should be 9.9999% pure. On the other hand, at least 97% pure silicon is considered metallurgical grade silicon. Commercially available metallurgical grade silicon is approximately 98% pure. Semiconductor grade silicon is significantly more costly than metallurgical grade silicon. In 1980, semiconductor grade silicon cost nearly $ 80 / kg, while metallurgical grade silicon costs less than $ 1 / kg.

皮肉なことには、半導体の等級は、特定した不純物すな
わち「ドーパント(dopant)」類をシリコンへ添加する
ことを必要とする製品において通常使用されるので、価
値がある。これらのドーパントはシリコンアの導電性に
影響を及ぼし、半導体装置へドナー部分とリセプター部
分とをつくる。それゆえ、「半導体等級のシリコン(se
miconductor grade silicon)」は、この明細書にお
いて使用するとき、ドーパント類が添加された高度に純
粋なシリコンを包含すると解釈すべきである。
Ironically, semiconductor grades are valuable because they are commonly used in products that require the addition of specified impurities or "dopants" to the silicon. These dopants affect the conductivity of the silicon, creating donor and receptor moieties for the semiconductor device. Therefore, "semiconductor grade silicon (se
"miconductor grade silicon)" as used herein should be taken to include highly pure silicon doped with dopants.

前述のように、半導体等級のシリコンは種々の半導体装
置、例えば、シリコンの太陽電池の製造に使用される。
太陽電池の製造コストを減少して、太陽電池の製造が太
陽電池の期待される寿命から償われるようにすることが
重要である。現在、シリコンの太陽電池は直径が約4セ
ンチメートルであり、長さがソーセージ程度であるn型
シリコンの単結晶から作られる。これらの結晶は遅い調
整されたペースで回転しかつ引くことにより作られる。
次いで細長い結晶をダイヤモンドのチップの円形のこぎ
りでほぼ50ミクロンの厚さのスライスに切断する。スラ
イスを研磨し、重ね(lap)、化学的に清浄し、そして
円筒形の電気炉を通して動く長い石英管から成る拡散室
内に置く。拡散室内において、結晶を三塩化ホウ素の雰
囲気中で1150℃に加熱する。ホウ素化合物から分解する
元素状ホウ素はシリコンのウェーハの外表面中に拡散
し、こうしてウェーハをドーピングして0.3ミクロンよ
り薄いp型層をつくる。端子をつくりかつここで中央に
サンドイッチされたn型シリコンを露出するために、さ
らに加工を必要とする。
As mentioned above, semiconductor grade silicon is used in the manufacture of various semiconductor devices, such as silicon solar cells.
It is important to reduce solar cell manufacturing costs so that solar cell manufacturing is compensated for the expected life of the solar cell. Presently, silicon solar cells are made from a single crystal of n-type silicon with a diameter of about 4 cm and a length of about sausage. These crystals are made by spinning and pulling at a slow, coordinated pace.
The elongated crystals are then cut with a circular saw of diamond tips into slices approximately 50 microns thick. The slices are ground, lapped, chemically cleaned and placed in a diffusion chamber consisting of a long quartz tube moving through a cylindrical electric furnace. The crystals are heated to 1150 ° C. in an atmosphere of boron trichloride in a diffusion chamber. The elemental boron, which decomposes from the boron compound, diffuses into the outer surface of the silicon wafer, thus doping the wafer to create a p-type layer thinner than 0.3 microns. Further processing is required to make the terminals and expose the n-type silicon now sandwiched in the center.

この方法は小型の電気構成成分の製造には理想的である
が、含まれる工程は太陽電池のパネルの価格を発生する
電力の1キロワット当り12,000ドル以上すなわち(1973
ドル)とする。製造の理想的コストは製造の技術および
大量生産の改善に従い減少されることが期待されるが、
価格は宇宙船のような遠隔地域以外の電力の生成のため
に商業的に使用される太陽電池のパネルについてはなお
数桁大き過ぎる。また、多くの場合において、生産にお
いて消費されるエネルギーは太陽電池の期待される寿命
から回収することができない。
Although this method is ideal for the manufacture of small electrical components, the process involved involves more than $ 12,000 per kilowatt of electric power producing solar panel panels, or (1973
Dollar). Although the ideal cost of manufacturing is expected to decrease with improvements in manufacturing technology and mass production,
The price is still orders of magnitude higher for solar panels used commercially for the production of electricity in non-remote areas such as spacecraft. Also, in many cases the energy consumed in production cannot be recovered from the expected life of the solar cell.

半導体装置、例えば、太陽電池を他の手段により製造す
るいくつかのシステムが提案された。例えば、米国特許
第4,003,770号(Janowieck,et al.)(また、United
States Patent Office Voluntary Protest Progra
m Document No.B 65105)はpまたはnドープシリコ
ンを粒子をプラズマ流中に注入し、その中で粒子を蒸発
させることからなる、太陽電池の製造方法を開示してい
る。次いで、加熱された粒子をプラズマ流から基板上へ
排出して多結晶質のシリコンフィルムを形成する。加熱
およびスプレーの間、適当な雰囲気を準備して粒子を囲
んで酸化を防ぐ。しかしながら、米国特許第4,003,770
号は、この技術をシリコンの精製に使用することを示唆
していない。米国特許第2,537,255号(Walter H.Bratt
ain)は、水素と四塩化ケイ素との混合物を使用する、
シリコン光りemf電池のためのシリコンの析出を開示し
ている。しかしながら、この初期の技術はこれらの太陽
電池の製造および冶金学的等級のシリコンの半導体等級
のシリコンへの精製のいずれについても電磁流体力学的
効果を使用することを開示していない。
Several systems have been proposed for manufacturing semiconductor devices, such as solar cells, by other means. For example, US Pat. No. 4,003,770 (Janowieck, et al.) (Also United
States Patent Office Voluntary Protest Progra
m Document No. B 65105) discloses a method of making a solar cell which comprises injecting particles of p- or n-doped silicon into a plasma stream and evaporating the particles therein. The heated particles are then ejected from the plasma stream onto the substrate to form a polycrystalline silicon film. During heating and spraying, a suitable atmosphere is provided to surround the particles and prevent oxidation. However, U.S. Pat.
The issue does not suggest the use of this technique for silicon refining. U.S. Pat.No. 2,537,255 (Walter H. Bratt
ain) uses a mixture of hydrogen and silicon tetrachloride,
Disclosed is silicon deposition for a silicon glow emf battery. However, this earlier technique does not disclose the use of magnetohydrodynamic effects in both the fabrication of these solar cells and the refining of metallurgical grade silicon to semiconductor grade silicon.

米国特許第3,916,034号(Tsuchimoto)は、プラズマ流
中の半導体を基板上へ移送する方法を開示している。プ
ラズマは磁場による薄いフィルムの基板上へ向けられ
る。米国特許第3,916,034号は、従来の電磁流体力学的
(magnetogasdynamic)方法の代表である。その電磁流
体力学的方法において、大量の利用効率(mass utilza
tion efficiency)は低く、この方法を大量のシリコン
の精製には無効とする。
U.S. Pat. No. 3,916,034 (Tsuchimoto) discloses a method of transferring a semiconductor in a plasma stream onto a substrate. The plasma is directed onto a thin film substrate by a magnetic field. U.S. Pat. No. 3,916,034 is representative of conventional magnetohydrodynamic methods. In the magnetohydrodynamic method, a large amount of utilization efficiency (mass utilza
Since its efficiency is low, this method is ineffective for refining a large amount of silicon.

また、電磁流体力学的アークを使用する析出システムを
作ることが可能であり、ここで磁気ノズルを磁気コイル
および/または放電の自己磁場によりつくる。この磁気
ノズルはプラズマジェット中の高いイオン濃度を可能と
し、ジェット中のシリコンの分布を良好とする。陽極付
属装置を電磁(j×B)力の間拡散させるかあるいは急
速に回転させ、陽極を均一に浸食させることができる。
しかしながら、このシステムは「モードの(modal)」
性能を提供し、ここで質量流速の小さい変化はこのシス
テムの電圧の要件に臨界的に影響を及ぼす。このシステ
ムにおいて、陽極と陰極との間の絶縁体は、浸食される
か、あるいはプラズマ装置の作動中に被覆されることに
より放電をショートさせることがある。
It is also possible to create a deposition system using a magnetohydrodynamic arc, where the magnetic nozzle is created by a magnetic coil and / or the self-field of the discharge. This magnetic nozzle allows a high ion concentration in the plasma jet and a good distribution of silicon in the jet. The anode attachment can be diffused or rapidly rotated during electromagnetic (j × B) forces to uniformly erode the anode.
However, this system is "modal"
It provides performance, where small changes in mass flow rate critically affect the voltage requirements of this system. In this system, the insulator between the anode and cathode can be eroded or coated during operation of the plasma device to short circuit the discharge.

したがって、本発明の目的は、シリコンを精製する方法
および装置、とくに冶金学的等級のシリコンをより純粋
な形態のシリコンに精製して半導体等級のシリコンを製
造する方法および装置を提供することである。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for refining silicon, in particular for refining metallurgical grade silicon to a more pure form of silicon to produce semiconductor grade silicon. .

本発明の他の目的は、大きい面積の薄いフィルムの形態
の半導体等級の材料を製造し、これによりシリコン光電
太陽電池を作るための安価な基礎製品を提供することで
ある。
Another object of the invention is to provide a cheap base product for producing semiconductor grade materials in the form of large area thin films and thereby making silicon photovoltaic solar cells.

本発明のさらに他の目的は、電磁流体力学的技術を用い
てシリコンのような材料を精製する方法を提供すること
である。
Yet another object of the present invention is to provide a method for purifying materials such as silicon using magnetohydrodynamic techniques.

したがって、本発明のなお他の目的は、種の分離に従来
の化学的還元法、従来の触媒法、蒸気移送法、レーザー
加熱、微分イオン化法(differential ionization)、
電子ビーム加熱または溶融結晶引上げ法に依存しない、
材料を分離する新規な改良された方法を提供することで
ある。しかしながら、本発明のそれ以上の目的は、選択
的イオン化および磁場の加速による電磁分離の新規な改
良された手段を提供することである。とくに、現在の分
離装置に関してコストが低くかつ運転のための電力が低
い方法および装置を提供することが目的である。
Therefore, still another object of the present invention is to separate species by conventional chemical reduction method, conventional catalytic method, vapor transfer method, laser heating, differential ionization method,
Independent of electron beam heating or molten crystal pulling methods,
It is to provide a new and improved method of separating materials. However, a further object of the present invention is to provide a new and improved means of electromagnetic separation by selective ionization and magnetic field acceleration. In particular, it is an object to provide a method and a device with low cost and low power for operation with respect to current separation devices.

本発明の他の目的は、太陽電池、とくに大きい面積のシ
リコンの太陽電池に使用される大きい面積のシリコンフ
ィルムを、経済的に実施されかつ電力消費が低い方法で
形成する手段を提供することである。
Another object of the invention is to provide means for forming large area silicon films used in solar cells, especially large area silicon solar cells, in an economically implemented and low power consuming manner. is there.

本発明のなお他の目的は、太陽電池の生産コスト、とく
に生産の電力消費のコストが、太陽電池の寿命の間、太
陽電池により生成されることが期待される電力の値によ
りも有意に低い、地球上の用途において使用される太陽
電池のためのシリコンを精製することである。
Yet another object of the invention is that the cost of producing a solar cell, in particular the cost of power consumption of production, is significantly lower than the value of the power expected to be produced by the solar cell during the life of the solar cell. , Refining silicon for solar cells used in terrestrial applications.

したがって、本発明は、その1つの面において、材料を
層状に電着により析出して半導体装置を形成する装置に
関する。陰極、陽極、陽極に隣接する加速磁石および収
束磁石からなる電磁流体力学的発生器により、プラズマ
スプレーを真空室内で磁気的に加速する。収束磁石は束
のパターンを有する。プラズマスプレーがプラズマ発生
器から放出されるとき、この束のパターンを回転させて
プラズマスプレーを異る方向に向けることができる。本
発明の1つの面において、材料をプラズマ中に注入して
プラズマ流を発生させる手段が設けられる。これらの注
入される材料は、望ましくない不純物をプラズマスプレ
ー中のシリコンから分離するために使用するキャリヤー
を含むことができる。また、注入される材料は、半導体
のドープ層を析出させるためのドーパントを含むことが
できる。ドープ層は、いかなる所望の厚さであることも
できる。
Accordingly, the present invention, in one aspect thereof, relates to an apparatus for electrodepositing materials in layers to form semiconductor devices. The plasma spray is magnetically accelerated in the vacuum chamber by a magnetohydrodynamic generator consisting of a cathode, an anode, an accelerating magnet adjacent to the anode and a focusing magnet. The focusing magnet has a pattern of bundles. When the plasma spray is emitted from the plasma generator, the pattern of this bundle can be rotated to orient the plasma spray in different directions. In one aspect of the invention, means are provided for injecting material into the plasma to generate a plasma flow. These implanted materials can include carriers used to separate unwanted impurities from the silicon in the plasma spray. The implanted material can also include a dopant for depositing a doped layer of semiconductor. The doped layer can be of any desired thickness.

他の面において、収束磁石をジンバル上に配置して収束
磁石の磁束場を回転させ、これにより材料をターゲット
区域の種々の部分上に均一に析出させることができる。
In another aspect, a focusing magnet can be placed on the gimbal to rotate the magnetic flux field of the focusing magnet, which allows the material to be evenly deposited on different parts of the target area.

さらに、本発明の他の面において、装置を使用して基板
を析出した後、半導体材料を析出させる。
Further, in another aspect of the invention, the device is used to deposit the substrate, followed by the deposition of the semiconductor material.

なお他の面において、本発明は半導体等級のシリコンの
ような半導体材料を真空の環境において製造する方法に
関する。プラズマを陰極と陽極との間に発生させる。プ
ラズヤ加速磁石を加速し、ターゲット区域上に位置する
析出区域上に収束磁石で収束させる。半導体材料、例え
ば、シリコンをプラズマ中に配置し、これによりプラズ
マ流を形成し、そしてキャリヤー物質をプラズマ流中に
注入して、半導体材料がプラズマ中に存在する間半導体
材料を精製する。
In yet another aspect, the invention relates to a method of manufacturing a semiconductor material, such as semiconductor grade silicon, in a vacuum environment. A plasma is generated between the cathode and the anode. The Plasya accelerating magnet is accelerated and focused with a focusing magnet onto the deposition zone located above the target zone. A semiconductor material, such as silicon, is placed in the plasma, thereby forming a plasma stream, and a carrier material is injected into the plasma stream to purify the semiconductor material while it is in the plasma.

析出区域をターゲット区域に沿って、収束磁石の束の配
向を変化させることにより動かすことができる。
The deposition zone can be moved along the target zone by changing the orientation of the bundle of focusing magnets.

なお他の面において、完成された半導体フィルムをター
ゲット区域からロボット手段により取り出して、引き続
いて、新しいフィルムを形成するごとに真空室をポンピ
ングすることを必要としないで、半導体フィルムを形成
することができる。
In yet another aspect, it is possible to form the semiconductor film by robotically removing the finished semiconductor film from the target area and subsequently without having to pump the vacuum chamber each time a new film is formed. it can.

なお他の面において、本発明は、半導体等級のシリコン
のような材料を精製する方法、とくに真空の環境を準備
し、そしてプラズマを加速磁石で加速し、収束磁石でタ
ーゲット区域上へ収束することからなるシリコンの精製
に関する。精製すべき材料をプラズマ中に配置し、これ
によりプラズマ流を形成する。キャリヤー物質は精製す
べき材料中の不純物と結合する。したがって、材料はタ
ーゲット区域上へ析出され、同時に材料中に存在する不
純物はキャリヤー物質と一緒に、主としてキャリヤー物
質との化合物として、真空ポンプ手段により除去され
る。適当な材料、例えば、ドーパントの添加により、精
製された材料をプラズマ流中で、材料がターゲット区域
上に析出されるとき、変成することができる。
In yet another aspect, the present invention provides a method for purifying a material such as semiconductor grade silicon, particularly providing a vacuum environment and accelerating a plasma with an accelerating magnet and focusing with a focusing magnet onto a target area. Related to the purification of silicon. The material to be purified is placed in the plasma, which forms a plasma stream. The carrier substance combines with impurities in the material to be purified. Thus, the material is deposited on the target area and at the same time the impurities present in the material are removed by means of the vacuum pumping means, together with the carrier substance, mainly as a compound with the carrier substance. By adding a suitable material, for example a dopant, the purified material can be transformed in a plasma stream as the material is deposited on the target area.

また、本発明は、アイソトープを優先的に分離する手段
を提供する。また、ほとんどの化合物の分離は精製など
のために実施する。
The present invention also provides means for preferentially separating isotopes. Most of the compounds are separated for purification.

第1図を参照すると、本発明による電磁流体力学的析出
装置1は真空ハウジング11内に含有されている。電磁流
体力学的析出装置1の上部13内に加速磁石17により取り
囲まれたアーク形成区画15が存在し、そして電磁流体力
学的析出装置1の下部は析出室19を形成する。装置1の
中央部21は収束磁石23により取り囲まれている。析出室
19はアークの真下に位置する。アーク形成区画15内のプ
ラズマは加速磁石17により下方に加速されることができ
る。収束磁石23は25で全体的に表示される細いカラム内
で、プラズマが析出室19へ到達するまで、プラズマを維
持する傾向をもつ。
Referring to FIG. 1, a magnetohydrodynamic deposition apparatus 1 according to the present invention is contained within a vacuum housing 11. Within the upper part 13 of the magnetohydrodynamic depositing device 1 there is an arc-forming compartment 15 surrounded by an accelerating magnet 17, and the lower part of the magnetohydrodynamic depositing device 1 forms a deposition chamber 19. The central part 21 of the device 1 is surrounded by a focusing magnet 23. Deposition chamber
19 is located just below the arc. The plasma in the arc forming section 15 can be accelerated downward by the accelerating magnet 17. The focusing magnet 23 has a tendency to maintain the plasma in a narrow column generally indicated at 25 until the plasma reaches the deposition chamber 19.

カラム25内のイオンの一部分が析出室19中へ投射されう
るように、真空ハウジング11内で真空を維持して、プラ
ズマのカラム25内のイオンがアーク形成区画15と析出室
19との間で他の流体により妨害されないようにすること
が必要である。好ましい実施態様において、非常に高い
真空を維持して、圧力が10-4トル以下にする。10-10
真空を維持することが好ましいが、これはとくに実質的
な量のキャリヤー物質を使用する場合非経済的であるこ
とが明らかにされた。これらの高い真空を達成するため
に、従来の定温ポンプおよびイオンポンプを使用して、
低温ポンプとイオンポンプとの組み合わせを使用する。
A vacuum is maintained in the vacuum housing 11 so that a portion of the ions in the column 25 can be projected into the deposition chamber 19 so that the ions in the plasma column 25 are in contact with the arc forming section 15 and the deposition chamber.
It is necessary to avoid interference with other fluids between 19 and. In a preferred embodiment, a very high vacuum is maintained to a pressure below 10-4 Torr. It is preferable to maintain a vacuum of 10 -10 , but this has proved to be uneconomical, especially when using substantial amounts of carrier material. To achieve these high vacuums, using conventional constant temperature pumps and ion pumps,
Use a combination of low temperature pump and ion pump.

キャリヤー物質の追加の抽出は、液体窒素−冷却コイル
のアセンブリー31により達成される。コイルのアセンブ
リー31を中央部21に位置させて、プラズマのカラム25を
取り囲む。次いでカラム25内のプラズマから逃げるガス
は、コイルのアセンブリー31上で凝縮する。
Additional extraction of carrier material is accomplished by the liquid nitrogen-cooling coil assembly 31. A coil assembly 31 is located in the central portion 21 and surrounds the plasma column 25. The gas escaping from the plasma in the column 25 then condenses on the coil assembly 31.

第2図に示すように、アーク形成区画15は棒様陰極41と
円筒形陽極43からなる。インゼクター45は陰極に隣接し
て取り付けられており、注入された流体は陰極の上を通
ることができる。アークが陰極41と陽極43との間におい
て確立されたとき、アークの付近の流体はイオン化さ
れ、こうしてイオン化されたプラズマを形成する。
As shown in FIG. 2, the arc forming section 15 comprises a rod-like cathode 41 and a cylindrical anode 43. An injector 45 is mounted adjacent to the cathode so that infused fluid can pass over the cathode. When the arc is established between the cathode 41 and the anode 43, the fluid near the arc is ionized, thus forming an ionized plasma.

第1図を再び参照すると、アーク形成区画15においてイ
オン化された流体は加速磁石17により加速され、そして
収束磁石23により収束されてプラズマの細かいカラム25
を形成する。しかしながら、インゼクター45により注入
される流体は異るイオン化ポテンシャルの元素および化
合物から構成されているかあるいはそれらを形成する場
合、最高のイオン化ポテンシャルをもつ元素または化合
物は、イオン化される場合、磁力により影響を受け、そ
れゆえプラズマのカラム25内のより低いイオン化ポテン
シャルをもつ元素または化合物と置換する傾向をもつで
あろう。さらに、イオン性化合物よりはむしろ二成分系
化合物が形成される場合、これらの化合物はプラズマ流
からそれら自体非常に急速に分離する傾向がある。こう
して、このような二成分系化合物は急速に抽出されう
る。換言すると、インゼクター45で流体を注入されるこ
とにより形成されたイオンは加速磁石17および収束磁石
23により形成された電磁場の影響のもとにあり、そして
制御された軌道をたどる。電磁場の影響下にない原子は
プラズマ流から自由に拡散して出る。異る軌道は材料の
種を分離する手段を提供する。
Referring again to FIG. 1, the ionized fluid in the arc forming section 15 is accelerated by an accelerating magnet 17 and then focused by a focusing magnet 23 to create a fine column 25 of plasma.
To form. However, if the fluid injected by the injector 45 consists of or forms elements and compounds of different ionization potentials, the element or compound with the highest ionization potential will be affected by the magnetic force when ionized. And therefore will tend to displace elements or compounds with a lower ionization potential in the column 25 of the plasma. Furthermore, when binary compounds are formed rather than ionic compounds, these compounds tend to separate themselves very rapidly from the plasma stream. Thus, such binary compounds can be rapidly extracted. In other words, the ions formed by injecting the fluid with the injector 45 are the accelerating magnet 17 and the focusing magnet.
It is under the influence of the electromagnetic field formed by 23 and follows a controlled orbit. Atoms not under the influence of the electromagnetic field freely diffuse out of the plasma stream. Different trajectories provide a means of separating material seeds.

異る材料の再使用可能な異るイオン化ポテンシャルのた
め、材料は材料のすべてをイオン化することにより分離
することもできる。生ずるイオンは異る質量およびイオ
ン化ポテンシャルをもち、それゆえ加速磁石17および収
束磁石23の電磁場の影響を受けるとき、異る軌道を有す
るであろう。
Due to the reusable different ionization potentials of different materials, the materials can also be separated by ionizing all of the materials. The resulting ions will have different masses and ionization potentials and will therefore have different trajectories when affected by the electromagnetic fields of the accelerating magnet 17 and the focusing magnet 23.

後述するように、好ましい実施態様において、四塩化ケ
イ素はインゼクター45を通して注入される主材料であろ
う。元素状シリコンがアーク形成区画において化合物か
ら分離されるようになり、これにより塩素および不純物
含有塩化物が残る。ここで装置は真空ハウジング11内の
分圧(塩素の)は適切に低い値(10-4)にとどまること
をなお確保する間、塩素をシリコンから分離する技術を
組み込まなくてはならない。シリコンと塩素のイオン化
ポテンシャルは異るため、アークはシリコンを優先的に
イオン化するであろう。シリコンのイオンは加えられた
磁場により捕捉され、そして塩素はイオンの細かいカラ
ム25から拡散して出るであろう。コイルのアセンブリー
31は低温ポンピング塔における主要な機素を構成する。
イオンのカラム25とコイルのアセンブリー31との間にバ
ッフル51が存在する。このバッフル51はコイルのアセン
ブリー31を保護し、かつコイルのアセンブリー31がプラ
ズマの細いビームを乱すのを防止するはたらきをする。
In a preferred embodiment, silicon tetrachloride will be the primary material injected through injector 45, as described below. Elemental silicon becomes separated from the compounds in the arc forming compartment, leaving chlorine and chloride containing impurities. Here the device must incorporate a technique for separating chlorine from silicon while still ensuring that the partial pressure (of chlorine) in the vacuum housing 11 remains at an appropriately low value (10 -4 ). Since silicon and chlorine have different ionization potentials, the arc will preferentially ionize silicon. The silicon ions will be trapped by the applied magnetic field, and chlorine will diffuse out of the fine column of ions 25. Coil assembly
31 constitutes the main element in the cryogenic pumping tower.
There is a baffle 51 between the ion column 25 and the coil assembly 31. This baffle 51 serves to protect the coil assembly 31 and prevent the coil assembly 31 from disturbing the narrow beam of plasma.

プラズマの細いビーム25が析出室へ入るとき、イオンは
ターゲット53上にイオンの細いビームを残し、こうして
層すなわち半導体装置を形成する。究極的に半導体材料
は装置1の外側で使用されることが望まれるので、半導
体装置、例えば、シリコンはターゲット区域から取り出
し可能でなくてはならない。これを達成するいくつかの
方法が存在する: 1、シリコンが接着しない半永久的層または一時的な層
をターゲット区域にわたって配置することができる。こ
の型の材料の1例は窒化ホウ素である。界面温度に依存
して、窒化ホウ素はある程度分解し、そしてホウ素は窒
化ホウ素上に析出したシリコンのフィルム中に拡散する
であろう。これは高度のドーピングを生じ、シリコンの
底面を導電性(ほぼ=10-3オーム/cm)とする。これに
より、底面は半導体材料から形成されるであろう半導体
装置のための裏面導体(back conductor)として作用
することができる。
As the thin beam 25 of plasma enters the deposition chamber, the ions leave a thin beam of ions on the target 53, thus forming a layer or semiconductor device. Ultimately it is desired that the semiconductor material be used outside the device 1, so that the semiconductor device, eg silicon, must be removable from the target area. There are several ways to achieve this: 1. A semi-permanent or temporary layer to which the silicon does not adhere can be placed over the target area. One example of this type of material is boron nitride. Depending on the interface temperature, the boron nitride will decompose to some extent and the boron will diffuse into the film of silicon deposited on the boron nitride. This results in a high degree of doping, making the bottom surface of the silicon conductive (approximately = 10 -3 ohm / cm). This allows the bottom surface to act as a back conductor for a semiconductor device that would be formed from a semiconductor material.

2、耐火材料、例えば、モリブデンまたはタングステン
の再使用可能な支持シート上にシリコンを析出させるこ
とができる。支持体の熱サイクルを適切に制御すること
により、その上に析出されたシリコンは、2種類の材料
の熱膨張の差により、耐火性シートから破壊して開放さ
せることができる。
2. Silicon can be deposited on a reusable support sheet of refractory material, such as molybdenum or tungsten. By properly controlling the thermal cycle of the support, the silicon deposited on it can be broken and released from the refractory sheet due to the difference in thermal expansion of the two materials.

3、シリコンは高密度の「レーキ(lake)」、すなわ
ち、スズのような低い蒸気圧の液体金属の表面上に析出
させることができる。
3. Silicon can be deposited on the surface of a dense "lake", ie, a low vapor pressure liquid metal such as tin.

シリコンを固体材料上へ析出させる場合(1および2の
場合のように)、ターゲット材料にみぞを刻んで、ター
ゲット材料上に析出する金属結晶の方向をもった生長を
促進させることが望ましいことがある。これらのみぞは
深さが5〜19ミクロン、幅が5〜10ミクロンであり、隣
接みぞ間の中心対中心の分離が10〜15ミクロンであるこ
とができる。これはシリコンの析出間に形成する結晶の
核化中心の整列を促進し、これにより大きい結晶または
さらには単結晶フィルムを生成させる。
When depositing silicon on a solid material (as in cases 1 and 2), it is desirable to groove the target material to promote oriented growth of the metal crystals that deposit on the target material. is there. These grooves may have a depth of 5-19 microns, a width of 5-10 microns, and a center-to-center separation between adjacent grooves of 10-15 microns. This promotes alignment of the nucleation centers of the crystals that form during the precipitation of silicon, which causes larger crystals or even single crystal films to be produced.

ドーパントの注入 ドーパント材料をプラズマ流中に注入して、ドープ層の
深さおよび密度を制御しながら、半導体材料上にドープ
層を形成することが可能である。これはドーパントを主
要な半導体材料と同時に、同一の注入口からあるいは別
々に、注入することにより実施する。こうして、半導体
イオンが析出するとき、プラズマの細かいカラム25内に
配置されるドーパントは、シリコンがターゲット53上へ
析出するとき、シリコン中へ拡散する。
Dopant Implantation Dopant material can be injected into the plasma stream to form a doped layer on the semiconductor material while controlling the depth and density of the doped layer. This is done by implanting the dopant at the same time as the primary semiconductor material, either from the same implant or separately. Thus, as the semiconductor ions are deposited, the dopants that are placed in the fine columns 25 of the plasma diffuse into the silicon as it deposits on the target 53.

また、前述のように、シリコンを窒化ホウ素上へ析出さ
せるとき、シリコンのホウ素のドーピングは、ことにシ
リコンと窒化ホウ素との間の界面付近において起こる。
支持体およびフィルムの温度はホウ素の濃度およびシリ
コン中へのホウ素の浸透を決定するであろう。
Also, as described above, when depositing silicon on boron nitride, boron doping of silicon occurs especially near the interface between silicon and boron nitride.
The temperature of the support and the film will determine the concentration of boron and the penetration of boron into the silicon.

下表はこのシステムにより注入される種々の材料の物理
的性質を記載する。理想的には、注入される材料は液体
の形態である。析出させるべき元素のイオン化ポテンシ
ャルは比較的高く、そしてキャリヤー材料のイオン化ポ
テンシャルは比較的低くあるべきである。材料の融点お
よび沸点は、低温材料をコイルのアセンブリー31に通過
させることにより材料を抽出する目的に対して重要であ
る。
The table below describes the physical properties of various materials injected by this system. Ideally, the injected material is in liquid form. The ionization potential of the element to be precipitated should be relatively high and the ionization potential of the carrier material should be relatively low. The melting and boiling points of the material are important for the purpose of extracting the material by passing cold material through the assembly 31 of the coil.

方法の自動化の考察 1つの真空ポンプ−ダウン操作(vacuumpump−down op
eration)で多数平方メートルの半導体等級のシリコン
のフィルムを製造するために、支持体および/またはタ
ーゲット材料を動かすある方法を案出しなくてはならな
い。固体の支持体をターゲット区域に使用する実施態様
において、ターゲット53上に析出される大陽電池のフィ
ルムをターゲット53から取り出し、真空ハウジング11内
に貯蔵し、これにより引き続くフィルムがターゲット53
上に析出されるようにする。
Method automation considerations One vacuum pump-down op
In order to produce multi-square-meter semiconductor grade silicon films by eration) some method must be devised to move the support and / or target material. In the embodiment where a solid support is used in the target area, the film of the Taiyo battery deposited on the target 53 is removed from the target 53 and stored in the vacuum housing 11 so that the subsequent film can be transferred to the target 53.
To be deposited on top.

ロボット55を使用して引き続くフィルムをターゲット53
から持ち上げる。次いで、複数の完成されたフィルム57
をロボット55により析出室19内においてターゲット53お
よびプラズマのカラム25から離れたところに貯蔵する。
完成されたフィルム57の貯蔵は装置1が引き続くフィル
ムを連続して析出できるようにさせることが理解できる
であろう。
Target Subsequent Films Using Robot 55 53
Lift from. Then a plurality of finished films 57
Is stored by the robot 55 in the deposition chamber 19 away from the target 53 and the plasma column 25.
It will be appreciated that the storage of the finished film 57 allows the device 1 to continuously deposit subsequent films.

装置による各フィルムの析出前に、ターゲット53上に予
備成形された支持体(図示せず)をターゲット53に配置
させることも可能である。こうして、完成されたフィル
ム57の各々はそれら自体のための支持体を有し、各支持
体はフィルムとともに持ち上げられるから、あるいは後
にフィルムから分離されることができる。
It is also possible to place a support (not shown) preformed on the target 53 on the target 53 before the deposition of each film by the device. Thus, each of the finished films 57 has a support for itself, and each support can be lifted with the film or later separated from the film.

シリコンが液体金属の表面上に析出される場合におい
て、ロボット55を使用してフィルムを液体の表面に沿っ
て引くことができる。フィルムは連続的に析出され、そ
して切断手段、例えば、レーザー(図示せず)を使用し
てフィルムを所望の長さに裁断し、次いで裁断されたも
のを完成されたフィルム57として貯蔵する。
In the case where silicon is deposited on the surface of the liquid metal, the robot 55 can be used to pull the film along the surface of the liquid. The film is continuously deposited and the film is cut to the desired length using cutting means, such as a laser (not shown), and the cut is then stored as a finished film 57.

第4図は、陰極41、陽極43、加速磁石17、収束磁石23及
びターゲツト53の相対的位置関係を示している。
FIG. 4 shows the relative positional relationship among the cathode 41, the anode 43, the acceleration magnet 17, the focusing magnet 23, and the target 53.

操作 第3図を参照すると、シリコンを精製する方法はシステ
ム中に注入される異る材料、ならびにアーク制御および
プラズマ収束のパラメーターを注意して制御することに
より実施される。圧力制御装置61からの圧力を四塩化ケ
イ素源63へ加える。四塩化ケイ素をアーク形成区画15へ
蒸発器および流れ制御装置65により注入する。水素源77
からの水素を注入して、追加のキャリヤーガスを供給し
て不純物を除去しかつプラマズマスプレーの形成を促進
することができる。アーク形成区画15において形成され
る種々のガスは真空ポンプ区画79において抜き出され
る。アーク形勢区画15から放出されるイオンは優先的に
イオン化されて、ブロック81により表わされる工程にお
いてターゲット53(第1図)に析出されるべきシリコン
および他の材料を向ける。これは真空ポンプ区画79なら
びに収束磁石23によりなされるガス放出により達成され
る。収束磁石は、工程83により表わされるように、析出
室19内のターゲット53へイオンを向ける。工程85におい
て、支持体を準備してイオンのカラム25を受ける。この
工程は支持体を熱加工して、適切な温度において支持体
を、必要に応じて、析出した材料へ接着させるかあるい
はそれから徐々に分離させる。これはブロック87により
支持体の加工の一部分として表わされている。イオン
は、ターゲットへ衝突すると、工程89で表わされる結晶
質フィルムを形成する。77において供給される水素を使
用してプラズマを形成し、シリコンを熱加工し、かつシ
リコン層を受容するようにシリコンを準備することがで
きる。これはブロック91で表わされている。
Operation Referring to FIG. 3, the method for purifying silicon is carried out by carefully controlling the different materials injected into the system and the parameters of arc control and plasma focusing. Pressure from the pressure controller 61 is applied to the silicon tetrachloride source 63. Silicon tetrachloride is injected into the arc forming section 15 by an evaporator and flow controller 65. Hydrogen source 77
Hydrogen from can be injected to provide additional carrier gas to remove impurities and to promote plasma spray formation. The various gases formed in the arc forming section 15 are withdrawn in the vacuum pump section 79. The ions ejected from arc-powered compartment 15 are preferentially ionized to direct silicon and other materials to be deposited on target 53 (FIG. 1) in the process represented by block 81. This is achieved by the outgassing provided by the vacuum pump compartment 79 as well as the focusing magnet 23. The focusing magnet directs the ions to a target 53 in the deposition chamber 19, as represented by step 83. In step 85, the support is prepared to receive the column of ions 25. This step heat-processes the support to bond it to the deposited material, or gradually separate from it, as appropriate, at a suitable temperature. This is represented by block 87 as part of the fabrication of the support. Upon impacting the target, the ions form a crystalline film, represented by step 89. Hydrogen supplied at 77 can be used to form a plasma, heat process the silicon, and prepare the silicon to receive the silicon layer. This is represented by block 91.

最後の処理はブロック97において実施される。この処理
は薄いヒ素の層を析出して、得られる光電池の感光特性
を改良することを包含できる。最後に工程99において、
最後のシリコンフィルムが形成した後、完成されたフィ
ルム57を析出室19から取り出す。
The final processing is performed at block 97. This treatment can include depositing a thin layer of arsenic to improve the photosensitivity of the resulting photovoltaic cell. Finally in step 99,
After the final silicon film is formed, the completed film 57 is taken out of the deposition chamber 19.

磁石の統合 大きい面積のフィルム支持体を望む場合、ターゲット53
をプラズマの細いカラム25に関して統合することが必要
である。この統合(articulation)は、プラズマのカラ
ム25を単に拡散できるようにするよりも大きいスプレー
のパターンをターゲット53上に提供する。
Magnet Integration Target 53 if large area film support is desired
Needs to be integrated with respect to the thin column 25 of plasma. This articulation provides a larger spray pattern on the target 53 than simply allowing the column of plasma 25 to diffuse.

前述のように、プラズマの細いカラム25を液体金属の支
持体上へ収束する場合において、ロボット55を使用して
析出した材料を液体金属の「レーキ」に沿って引き、こ
うしてプラズマの細いカラム25に関してターゲット53を
効果的に取り出すことができる。
As previously mentioned, when focusing the thin plasma column 25 onto a liquid metal support, a robot 55 is used to pull the deposited material along the "rake" of the liquid metal, thus creating a thin plasma column 25. The target 53 can be effectively taken out with respect to.

しかしながら、固体の支持体を使用するとき、ターゲッ
ト53またはプラズマのカラム25を動かすことが必要であ
る。ターゲット53を特定した位置に保持しようとする場
合、プラズマの細いカラム25は収束磁石23の磁場をシフ
トさせることにより統合することができる。これは収束
磁石23の統合部分101を設けることにより達成すること
ができる。統合部分101は収束磁石23の一部分として機
能するが、その磁石の軸をシフトさせるかあるいはその
束のパターンをシフトさせて、プラズマがターゲット53
へ到達するとき、プラズマの細いビーム25を角度的にそ
らすことができる。これは統合部分101の一部分を選択
的に活かすか、あるいは統合部分101をジンバル装置上
で物理的に回転させることにより実施することができ
る。
However, when using a solid support it is necessary to move the target 53 or the plasma column 25. When trying to hold the target 53 in a specified position, the thin plasma column 25 can be integrated by shifting the magnetic field of the focusing magnet 23. This can be achieved by providing an integral part 101 of the focusing magnet 23. The integrated portion 101 functions as part of the focusing magnet 23, but shifts the axis of the magnet or shifts the pattern of its bundle so that the plasma can reach the target 53.
A thin beam 25 of plasma can be angularly deflected as it arrives at. This can be done by selectively utilizing a portion of the integrated portion 101 or by physically rotating the integrated portion 101 on the gimbal device.

本発明を好ましい実施態様であると信じられるものを記
憶したが、それ以上の変更を行って電磁流体力学的精製
技術の操作効率を増大することが考えられる。例えば、
サンドイッチに似た方式でフィルムの間に可動の支持体
または使い捨ての支持体を配置させてターゲット53上に
複数のシリコンフィルムを析出させることが可能であ
る。他の元素状半導体、例えば、ゲルマニウムをシリコ
ンの代わりに使用することができる。したがって、本発
明は好ましい実施態様に従い説明されたが、それにより
限定されない。
While the invention is believed to be what is believed to be the preferred embodiment, it is contemplated that further modifications may be made to increase the operational efficiency of magnetohydrodynamic refining techniques. For example,
It is possible to place a movable support or a disposable support between the films in a sandwich-like manner to deposit multiple silicon films on the target 53. Other elemental semiconductors, such as germanium, can be used in place of silicon. Thus, although the present invention has been described in accordance with the preferred embodiment, it is not limited thereby.

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

第1図は、本発明による電磁流体力学的装置の略図であ
る。 第2図は、本発明の好ましい実施態様のアーク形成区域
の略図である。 第3図は、本発明による半導体フィルムを形成する方法
を表わすブロック線図である。 第4図は、陰極、陽極、加速磁石、収束磁石及びターゲ
ツトの相対的位置関係を示す略図である。 1……電磁流体力学的析出装置 11……真空ハウジング 13……上部 15……アーク形成区画、ホール電流加速装置、冷たいシ
リコンまたは熱いタングステンの陽極 17……加速磁石 19……析出室 21……中央部 23……収束磁石 25……細いカラム 31……液体窒素−冷却コイルのアセンブリー 41……棒様陰極 43……円筒形陽極 45……インゼクター 51……バッフル 53……ターゲット 55……ロボット 57……完成されたフィルム 61……圧力制御装置 63……四塩化ケイ素源 65……蒸発器+ソニックオリフィスまたは質量流検知手
段装置 77……水素源、H2槽 79……真空ポンプ区画、低温ポンプ、支持体におけるバ
ックグラウンド<10-4 81……微分イオン化+場内のシリコンの捕捉 83……ビームの直径+低温ポンプを通って析出室へ入る
チャンネルのイオンの調整 85……支持体の処理 87……支持体の熱処理 89……シリコンフィルムを析出させて大きい多結晶10〜
30μを形成する 91……シリコンフィルムをH2で熱処理する 97……被膜の析出 99……完成されたフィルムの取り出し 101……収束磁石の統合部分
FIG. 1 is a schematic diagram of a magnetohydrodynamic device according to the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram of the arc forming area of the preferred embodiment of the present invention. FIG. 3 is a block diagram showing a method for forming a semiconductor film according to the present invention. FIG. 4 is a schematic diagram showing the relative positional relationship of the cathode, anode, accelerating magnet, focusing magnet and target. 1 ... Magnetohydrodynamic deposition equipment 11 ... Vacuum housing 13 ... Top 15 ... Arc-forming compartment, Hall current accelerator, cold silicon or hot tungsten anode 17 ... Accelerating magnet 19 ... Deposition chamber 21 ... Central part 23 …… Focusing magnet 25 …… Thin column 31 …… Liquid nitrogen-cooling coil assembly 41 …… Rod-like cathode 43 …… Cylindrical anode 45 …… Injector 51 …… Baffle 53 …… Target 55 …… Robot 57 …… Completed film 61 …… Pressure control device 63 …… Silicon tetrachloride source 65 …… Evaporator + sonic orifice or mass flow detection means device 77 …… Hydrogen source, H 2 tank 79 …… Vacuum pump compartment , cryogenic pump, adjusting background <10-4 81 ...... differential ionization + trapping of silicon lot 83 ...... beam diameter + through the cryogenic pump enters the deposition chamber channel ions in the support 85 ... Polycrystalline 10 large heat treatment 89 ...... silicon film processing 87 ...... support of the support by precipitating
Forming 30μ 91 …… Heat treatment of silicon film with H 2 97 …… Deposition of coating 99 …… Removal of completed film 101 …… Integrated part of focusing magnet

Claims (48)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】真空中で磁気的に加速されたプラズマスプ
レーを使用することにより半導体材料を精製する装置で
あって、 a) 真空室および関連する真空ポンプ装置; b) 電磁流体力学的ホール効果のプラズマ発生器、こ
こでこのプラズマ発生器は 軸を有する陰極、 軸を有する陽極、 該陰極及び陽極は相互に間隔をへだてて軸を共通にして
配置されており、該陽極は陰極に隣接した側面と、陰極
の反対側の側面を有する、 該陰極及び陽極と共軸の軸を有する加速磁石、 該加速磁石は陰極の少なくとも一部の周り、及び陽極の
少なくとも一部の周りにそれらから間隔をへだてて配置
されている、及び 陽極、陰極及び加速磁石と共軸の軸を有する収束磁石、 該収束磁石の少なくも一部は該陽極の陰極とは反対の側
で軸方向に延びている、 を具備し; c) プラズマ発生器の支持構造体、ここでこの支持構
造体は真空室内において前記プラズマ発生器を支持して
いる; d) 前記プラズマ発生器に電力を供給する手段、ここ
でこの電力は主として直流であり、そして電力は前記プ
ラズマ発生器にプラズマを発生することができるように
させる; e) ターゲツト表面、ここでこのターゲツト表面は収
束磁石の陰極および陽極とは反対の側で収束磁石の軸上
に位置している; f) 材料をプラズマ中に注入してプラズマ流を発生さ
せる手段; g) 外部から真空室内に接近可能とする改め口、ここ
でこの改め口は密封手段を有し、それによって前記注入
された材料は前記プラズマ発生器により優先的にイオン
化され、これにより材料中の不純物はプラズマ流中に存
在する間に分離される; からなることを特徴とする装置。
1. A device for purifying semiconductor materials by using a magnetically accelerated plasma spray in a vacuum, comprising: a) a vacuum chamber and associated vacuum pumping device; b) a magnetohydrodynamic Hall effect. A plasma generator, where the plasma generator is a cathode having an axis, an anode having an axis, the cathode and the anode are spaced from each other and are arranged with a common axis, and the anode is adjacent to the cathode. An accelerating magnet having a side surface and a side surface opposite the cathode, the accelerating magnet having an axis coaxial with the cathode and the anode, the accelerating magnet being spaced from them around at least a portion of the cathode and around at least a portion of the anode. And a focusing magnet having an axis coaxial with the anode, cathode and accelerating magnet, at least a portion of the focusing magnet extending axially on the side of the anode opposite the cathode. , C) a support structure for the plasma generator, wherein the support structure supports the plasma generator in a vacuum chamber; d) a means for supplying power to the plasma generator, here the power Is predominantly direct current, and electric power causes the plasma generator to generate a plasma; e) a target surface, where the target surface is on the side of the focusing magnet opposite the cathode and anode. Located on the axis of; f) means for injecting material into the plasma to generate a plasma flow; g) a breakthrough that allows access to the vacuum chamber from the outside, where this breakout has sealing means. The injected material is preferentially ionized by the plasma generator, thereby separating impurities in the material while present in the plasma stream; A device comprising:
【請求項2】材料をプラズマ中に注入する手段はキヤリ
ヤー材料を受け取ることができ、前記キヤリヤー材料は
プラズマ流中の半導体材料中に存在する不純物と結合し
て、半導体材料がターゲツト区域において析出する前
に、半導体材料から不純物を分離するために有効であ
り、こうして半導体材料は析出前の半導体材料の純度よ
り大きい純度の状態で析出することができる特許請求の
範囲第1項記載の装置。
2. The means for injecting a material into a plasma can receive a carrier material, said carrier material combining with impurities present in the semiconductor material in the plasma stream to deposit the semiconductor material in the target area. An apparatus according to claim 1, which was previously effective for separating impurities from the semiconductor material, so that the semiconductor material can be deposited in a state of purity greater than that of the semiconductor material before deposition.
【請求項3】材料をプラズマ中に注入する手段はさらに
ドーパント材料を注入することができ、これにより前記
ドーパント材料は、半導体材料がターゲツト区域へ適用
されるとき、半導体材料へ適用される特許請求の範囲第
2項記載の装置。
3. The means for injecting material into a plasma can further inject a dopant material, whereby the dopant material is applied to the semiconductor material when the semiconductor material is applied to the target area. A device according to claim 2
【請求項4】ドーパントはキヤリヤー材料と混合される
特許請求の範囲第3項記載の装置。
4. The device of claim 3 wherein the dopant is mixed with the carrier material.
【請求項5】ロボツト手段をさらに含み、そしてこのロ
ボツト手段は材料をターゲツト区域へ動かしかつそこか
ら取り出すために操作することができる特許請求の範囲
第2項記載の装置。
5. The apparatus of claim 2 further including robotic means, the robotic means operable to move material to and from the target area.
【請求項6】陰極は熱イオン陰極である特許請求の範囲
第5項記載の装置。
6. A device according to claim 5, wherein the cathode is a thermionic cathode.
【請求項7】元素状シリコンを、装置の運転の間に、プ
ラズマ発生器中に液体として注入する特許請求の範囲第
2項記載の装置。
7. The apparatus of claim 2 wherein elemental silicon is injected as a liquid into the plasma generator during operation of the apparatus.
【請求項8】材料を注入する手段は材料を陰極に隣接さ
せて注入する特許請求の範囲第2または3項記載の装
置。
8. A device according to claim 2 or 3, wherein the means for injecting the material injects the material adjacent the cathode.
【請求項9】陰極は熱イオン陰極である特許請求の範囲
第1または3項記載の装置。
9. A device according to claim 1 or 3, wherein the cathode is a thermionic cathode.
【請求項10】装置の運転の間にシリコンをプラズマ発
生器へ注入する特許請求の範囲第1または2項記載の装
置。
10. An apparatus according to claim 1 or 2, wherein silicon is injected into the plasma generator during operation of the apparatus.
【請求項11】シリコンは液体化合物として注入される
特許請求の範囲第10項記載の装置。
11. A device according to claim 10, wherein silicon is injected as a liquid compound.
【請求項12】シリコンは陽極に注入される特許請求の
範囲第10項記載の装置。
12. A device according to claim 10, wherein silicon is implanted in the anode.
【請求項13】シリコンは陰極に注入される特許請求の
範囲第10項記載の装置。
13. A device according to claim 10, wherein silicon is implanted in the cathode.
【請求項14】真空ポンプ装置は低温真空ポンプおよび
イオン真空ポンプ装置からなる特許請求の範囲第1また
は2項記載の装置。
14. The apparatus according to claim 1 or 2, wherein the vacuum pump device comprises a low temperature vacuum pump device and an ion vacuum pump device.
【請求項15】注入される材料はシリコンからなり、そ
して優先的イオン化および半導体材料からの不純物の分
離はターゲット表面に析出される半導体等級のシリコン
を生成する特許請求の範囲第1項記載の装置。
15. The apparatus of claim 1 wherein the implanted material comprises silicon, and preferential ionization and separation of impurities from the semiconductor material produce semiconductor grade silicon deposited on the target surface. .
【請求項16】コイルアセンブリーがプラズマ流から逃
げる材料を凝縮させるために設けられている特許請求の
範囲第1または15項記載の装置。
16. Apparatus according to claim 1 or claim 15 in which a coil assembly is provided for condensing the material escaping from the plasma stream.
【請求項17】プラズマ発生器は加速磁石により取り囲
まれており、この加速磁石はプラズマを加速し、これに
よりプラズマ中の材料はプラズマ発生器から離れる方向
に移送される特許請求の範囲第1または15項記載の装
置。
17. The plasma generator is surrounded by an accelerating magnet, which accelerates the plasma, whereby the material in the plasma is transferred away from the plasma generator. The apparatus according to paragraph 15.
【請求項18】真空中で磁気的に加速されたプラズマス
プレーにより半導体接合装置の形成に使用する半導体金
属を精製する装置であって、 a) 真空室および関連する真空ポンプ装置; b) 電磁流体力学的ホール効果のプラズマ発生器、こ
こでこのプラズマ発生器は、 熱イオン陰極と、 陽極と、 前記陰極に隣接して位置する加速磁石と、 収束磁石、ここでの収束磁石の少なくとも一部分は該陽
極の陰極とは反対の側に位置している、 を具備し; c) プラズマ発生器の支持構造体、ここでこの支持構
造体は真空室内において前記プラズマ発生器を支持して
いる; d) 前記プラズマ発生器に電力を供給する手段、ここ
でこの電力は主として直流であり、そして電力は前記プ
ラズマ発生器に前記熱イオン陰極からのイオンを有する
プラズマ流を発生することができる; e) 半導体材料を前記プラズマ発生器へ供給する手
段、ここでこの半導体材料は半導体に要求される純度よ
り低い純度を有する; f) ターゲツト区域、ここでこのターゲツト区域は真
空室内に位置し、これによりプラズマ流は前記プラズマ
発生器により排出され、次いで前記プラズマ流中の材料
はターゲット区域において析出することができる; g) キヤリヤー材料をプラズマ流中に注入する手段; h) 真空室の改め口、ここでこの改め口は真空室の外
部から真空室内に接近可能としかつ密閉手段を有し、こ
こで前記キヤリヤー材料は、前記キヤリヤー材料および
半導体材料がプラズマ流中に存在するとき、半導体材料
中の不純物と結合し、そして前記材料は優先的にイオン
化され、これにより不純物は前記材料がプラズマ流中に
存在する間に半導体材料から分離される; からなることを特徴とする装置。
18. A device for purifying semiconductor metals used in the formation of semiconductor bonding devices by magnetically accelerated plasma spraying in vacuum, comprising: a) a vacuum chamber and associated vacuum pumping device; b) a magnetic fluid. A mechanical Hall effect plasma generator, wherein the plasma generator comprises a thermionic cathode, an anode, an accelerating magnet located adjacent to the cathode, a focusing magnet, and at least a portion of the focusing magnet Located on the opposite side of the anode from the cathode; c) a support structure for a plasma generator, wherein the support structure supports the plasma generator in a vacuum chamber; d) Means for supplying power to the plasma generator, wherein the power is primarily direct current, and the power is a plasma having ions from the thermionic cathode in the plasma generator. A stream can be generated; e) means for supplying a semiconductor material to the plasma generator, wherein the semiconductor material has a purity lower than that required for the semiconductor; f) a target area, here the target area. Is located in a vacuum chamber, whereby the plasma stream is discharged by the plasma generator, and then the material in the plasma stream can be deposited in the target area; g) means for injecting carrier material into the plasma stream; h) a vacuum chamber opening, wherein the opening is accessible from the outside of the vacuum chamber into the vacuum chamber and has a sealing means, wherein the carrier material comprises the carrier material and the semiconductor material in a plasma flow. When present, they combine with impurities in the semiconductor material and the material is preferentially ionized, which causes the impurities to pre-exist Apparatus characterized by consisting of: is separated from the semiconductor material while the material is present in the plasma flow.
【請求項19】ロボツト手段をさらに含み、ここでこの
ロボツト手段は材料をターゲツト区域へ動かしかつそこ
から取り出すために操作することができる特許請求の範
囲第18項記載の装置。
19. The apparatus of claim 18 further including robotic means, wherein the robotic means is operable to move and remove material from the target area.
【請求項20】半導体材料はシリコンであり、そしてシ
リコンは陽極に注入される特許請求の範囲第18項記載の
装置。
20. The device of claim 18 wherein the semiconductor material is silicon and the silicon is implanted in the anode.
【請求項21】半導体材料はシリコンであり、そしてシ
リコンは陰極に隣接して注入される特許請求の範囲第18
項記載の装置。
21. The semiconductor material according to claim 18, wherein the semiconductor material is silicon, and the silicon is implanted adjacent to the cathode.
The device according to the item.
【請求項22】真空ポンプ装置は低温真空ポンプおよび
イオン真空ポンプ装置からなる特許請求の範囲第18項記
載の装置。
22. The device according to claim 18, wherein the vacuum pump device comprises a low temperature vacuum pump device and an ion vacuum pump device.
【請求項23】プラズマ発生器へ供給される半導体材料
は冶金学的等級のシリコンであり、そして優先的イオン
化および半導体材料からの不純物の分離はターゲット区
域に析出される半導体等級のシリコンを生成する特許請
求の範囲第18項記載の装置。
23. The semiconductor material fed to the plasma generator is metallurgical grade silicon, and preferential ionization and separation of impurities from the semiconductor material produce semiconductor grade silicon deposited in the target area. The device according to claim 18.
【請求項24】コイルアセンブリーはプラズマ流から逃
げる材料を凝縮させるために設けられている特許請求の
範囲第18または23項記載の装置。
24. Apparatus according to claim 18 or 23 wherein the coil assembly is provided to condense material escaping the plasma stream.
【請求項25】プラズマ発生器は加速磁石により取り囲
まれており、この加速磁石はプラズマを加速し、これに
よりプラズマ中の材料はプラズマ発生器から離れる方向
に移送される特許請求の範囲第18または23項記載の装
置。
25. The plasma generator is surrounded by an accelerating magnet, which accelerates the plasma, whereby the material in the plasma is transferred away from the plasma generator. The apparatus according to paragraph 23.
【請求項26】真空中で磁気的に加速されたプラズマス
プレーにより半導体接合装置の形成に使用する半導体金
属を精製する装置であって、 a) 真空室および関連する真空ポンプ装置; b) 電磁流体力学的プラズマ発生器、ここでこのプラ
ズマ発生器は、 軸を有する陰極、 軸を有する陽極、 該陰極及び陽極は相互に間隔をへだてて軸を共通にして
配置されており、該陽極は陰極に隣接した側面と、陰極
の反対側の側面を有する、 該陰極及び陽極と共軸の軸を有する加速磁石、 該加速磁石は陰極の少なくとも一部の周り、及び陽極の
少なくとも一部の周りにそれらから間隔をへだてて配置
されている、及び 陽極、陰極及び加速磁石と共軸の軸を有する収束磁石、 該収束磁石の少なくも一部は該陽極の陰極とは反対の側
で軸方向に延びている、 を具備し; c) プラズマ発生器の支持構造体、ここでこの支持構
造体は真空室内において前記プラズマ発生器を支持して
いる; d) 前記プラズマ発生器に電力を供給する手段、ここ
でこの電力は主として直流であり、そして電力は前記プ
ラズマ発生器にプラズマを発生することを可能とする; e) ターゲツト表面、ここでこのターゲツト表面は収
束磁石の陰極および陽極とは反対側で収束磁石の軸上に
位置する; f) 材料をプラズマ中に供給してプラズマ流を発生さ
せる手段; g) 外部から改め室の内部に接近可能とする改め口、
ここでこの改め口は密封手段を有する; h) コイルアセンブリー、ここでこのコイルアセンブ
リーは前記収束磁石内に実質的に同心的に位置しかつ前
記プラズマから逃げるガスを冷却しこれにより前記ガス
を凝縮する;および i) バツフルアセンブリー、ここでこのバツフルアセ
ンブリーは前記コイルアセンブリー内に実質的に同心的
に位置しかつ前記プラズマを取り囲んで前記コイルアセ
ンブリーを前記プラズマから保護しかつ前記プラズマか
ら分離する; からなることを特徴とする装置。
26. A device for purifying semiconductor metal used in the formation of semiconductor bonding devices by plasma spraying magnetically accelerated in a vacuum, comprising: a) a vacuum chamber and associated vacuum pumping device; b) a magnetic fluid. A mechanical plasma generator, where the plasma generator is a cathode with an axis, an anode with an axis, the cathode and the anode are spaced from one another and are arranged with a common axis, the anode being the cathode An accelerating magnet having an axis co-axial with the cathode and the anode, the accelerating magnet having at least a portion of the cathode and at least a portion of the anode, the accelerating magnet having an adjacent side surface and a side surface opposite the cathode; A focusing magnet, spaced apart from and having an axis coaxial with the anode, cathode and accelerating magnet, at least a portion of the focusing magnet extending axially on the side of the anode opposite the cathode. hand C) a support structure for a plasma generator, wherein the support structure supports the plasma generator in a vacuum chamber; d) means for supplying power to the plasma generator, And this power is predominantly direct current, and the power makes it possible to generate a plasma in the plasma generator; e) a target surface, where the target surface is focused on the side of the focusing magnet opposite to the cathode and the anode. Located on the axis of the magnet; f) means for feeding the material into the plasma to generate a plasma flow; g) a tampering port that allows access to the interior of the tampering chamber from outside.
Where the tamper has sealing means; h) a coil assembly, wherein the coil assembly is located substantially concentrically within the focusing magnet and cools the gas escaping from the plasma, and thereby the gas. I) a baffle assembly, wherein the baffle assembly is located substantially concentrically within the coil assembly and surrounds the plasma to protect the coil assembly from the plasma. And separating from the plasma.
【請求項27】真空中で磁気的に加速されたプラズマス
プレーにより半導体接合装置の形成に使用する半導体金
属を精製する装置であって、 a) 真空室および関連する真空ポンプ装置; b) 電磁流体力学的プラズマ発生器、ここでこのプラ
ズマ発生器は、 軸を有するイオン陰極、 軸を有する陽極、 該陰極及び陽極は相互に間隔をへだてて軸を共通にして
配置されており、該陽極は陰極に隣接した側面と、陰極
の反対側の側面を有する、 該陰極及び陽極と共軸の軸を有する加速磁石、 該加速磁石は陰極の少なくとも一部の周り、及び陽極の
少なくとも一部の周りにそれらから間隔をへだてて配置
されている、及び 陽極、陰極及び加速磁石と共軸の軸を有する収束磁石、 該収束磁石の少なくとも一部は該陽極の陰極とは反対の
側で軸方向に延びている、 を具備し; c) プラズマ発生器の支持構造体、ここでこの支持構
造体は真空室内において前記プラズマ発生器を支持して
いる; d) 前記プラズマ発生器に電力を供給する手段、ここ
でこの電力は主として直流であり、そして電力は前記プ
ラズマ発生器に前記熱イオン陰極からのイオンを有する
プラズマを発生することを可能とする; e) ターゲツト区域、ここでこのターゲツト区域は真
空室内に位置し、これによりプラズマ流は前記プラズマ
発生器により排出され、次いで前記プラズマ流中の材料
はターゲツト区域において析出することができる; f) 材料をプラズマ流中に注入する手段; g) 真空室の改め口、ここでこの改め口は真空室の外
部から真空室内に接近可能としかつ密閉手段を有する; h) コイルアセンブリー、ここでこのコイルアセンブ
リーは前記収束磁石内に実質的に同心的に位置しかつ前
記プラズマから逃げるガスを冷却しこれにより前記ガス
を凝縮する;および i) バツフルアセンブリー、ここでこのバツフルアセ
ンブリーは前記コイルアセンブリー内に実質的に同心的
に位置しかつ前記プラズマを取り囲んで前記コイルアセ
ンブリーを前記プラズマから保護しかつ前記プラズマか
ら分離する; からなることを特徴とする装置。
27. An apparatus for purifying semiconductor metal used in the formation of semiconductor bonding devices by magnetically accelerated plasma spraying in vacuum, comprising: a) a vacuum chamber and associated vacuum pumping device; b) a magnetic fluid. A mechanical plasma generator, where the plasma generator is an ion cathode with an axis, an anode with an axis, the cathode and the anode are spaced from one another and are arranged with a common axis, the anode being the cathode An accelerating magnet having an axis coaxial with the cathode and the anode, the accelerating magnet having a side surface adjacent to the cathode and a side surface opposite to the cathode, the accelerating magnet around at least a portion of the cathode, and at least a portion of the anode. A focusing magnet spaced from them and having an axis coaxial with the anode, the cathode and the accelerating magnet, at least part of the focusing magnet being axially on the side of the anode opposite to the cathode C) a support structure for the plasma generator, wherein the support structure supports the plasma generator in a vacuum chamber; d) means for supplying power to the plasma generator , Where this power is predominantly direct current, and the power makes it possible to generate a plasma with ions from the thermionic cathode in the plasma generator; e) a target area, where the target area is a vacuum. Located inside the chamber, whereby the plasma stream is discharged by the plasma generator, then the material in the plasma stream can be deposited in the target zone; f) means for injecting material into the plasma stream; g) vacuum A chamber opening, where the opening is accessible to the vacuum chamber from outside the vacuum chamber and has sealing means; h) Coil assembly Lee, where the coil assembly is located substantially concentrically within the focusing magnet and cools gas escaping from the plasma, thereby condensing the gas; and i) a baffle assembly, where A baffle assembly located substantially concentrically within the coil assembly and surrounding the plasma to protect the coil assembly from and separate from the plasma. .
【請求項28】真空中で磁気的に加速されたプラズマス
プレーにより金属を精製する装置であって、 a) 真空室; b) 電磁流体力学的プラズマ発生器、ここでこのプラ
ズマ発生器は、 1) 軸を有する陰極、 2) 軸を有する陽極、 該陰極及び陽極は相互に間隔をへだてて軸を共通にして
配置されており、該陽極は陰極に隣接した側面と、陰極
の反対側の側面を有する、 3) 該陰極及び陽極と共軸の軸を有する加速手段、 該加速手段は陰極の少なくとも一部の周り、及び陽極の
少なくとも一部の周りにそれらから間隔をへだてて配置
されている、及び 4) 陽極、陰極及び加速手段と共軸の軸を有する収束
手段、 該収束手段の少なくとも一部は該陽極の陰極とは反対の
側で軸方向に延びている、 5) 前記プラズマ発生器は前記真空室内において支持
されている; を具備する; c) 前記プラズマ発生器に電力を供給し、これにより
前記プラズマ発生器にプラズマ流を発生することを可能
とする手段; d) 真空室内に位置して前記プラズマ流中に含有され
る材料を受け取るターゲツト区域; e) 材料をプラズマ流中に注入する手段;および f) コイルアセンブリー、ここでこのコイルアセンブ
リーは前記プラズマ流に関して取り囲まれて位置しかつ
前記プラズマから逃げるガスを冷却し、これにより前記
ガスを凝縮する; からなることを特徴とする装置。
28. An apparatus for purifying a metal by magnetically accelerated plasma spraying in a vacuum, comprising: a) a vacuum chamber; b) a magnetohydrodynamic plasma generator, wherein the plasma generator comprises: ) A cathode having an axis, 2) An anode having an axis, the cathode and the anode are arranged at a distance from each other and have a common axis, and the anode is a side surface adjacent to the cathode and a side surface opposite to the cathode. 3) an accelerating means having an axis coaxial with the cathode and the anode, the accelerating means being spaced around them at least around a portion of the cathode and around at least a portion of the anode And 4) focusing means having an axis coaxial with the anode, the cathode and the accelerating means, at least part of the focusing means extending axially on the side of the anode opposite to the cathode, 5) the plasma generation The vacuum chamber C) means for supplying power to the plasma generator and thereby generating a plasma flow in the plasma generator; d) located in the vacuum chamber A target area for receiving material contained in said plasma stream; e) means for injecting material into said plasma stream; and f) a coil assembly, wherein said coil assembly is located surrounded by said plasma stream and Cooling the gas escaping from the plasma, thereby condensing the gas.
【請求項29】前記陰極は熱イオン陰極からなる特許請
求の範囲第28項記載の装置。
29. An apparatus according to claim 28, wherein said cathode comprises a thermionic cathode.
【請求項30】前記プラズマ加速手段は磁石からなる特
許請求の範囲第28項記載の装置。
30. The apparatus according to claim 28, wherein said plasma accelerating means comprises a magnet.
【請求項31】前記プラズマ収束手段は磁石からなる特
許請求の範囲第28または30項記載の装置。
31. The apparatus according to claim 28 or 30, wherein the plasma converging means is a magnet.
【請求項32】前記電力は主として直流からなる特許請
求の範囲第28項記載の装置。
32. The apparatus of claim 28, wherein the power is primarily direct current.
【請求項33】真空室の改め口をさらに含み、ここでこ
の改め口は真空室の外部から真空室内に接近可能としか
つ密閉手段を含む特許請求の範囲第28または32項記載の
装置。
33. Apparatus according to claim 28 or 32 further comprising a tampering opening for the vacuum chamber, the tampering opening being accessible from outside the vacuum chamber to the vacuum chamber and including sealing means.
【請求項34】バツフルアセンブリーをさらに含み、こ
こでこのバツフルアセンブリーは前記コイルアセンブリ
ー内に実質的に同心的に位置しかつ前記プラズマ流を取
り囲んで前記コイルアセンブリーを前記プラズマ流から
保護しかつ前記プラズマ流から分離する特許請求の範囲
第28項記載の装置。
34. A baffle assembly further comprising: a baffle assembly located substantially concentrically within said coil assembly and surrounding said plasma stream to direct said coil assembly into said plasma stream. 29. Apparatus according to claim 28, which is protected from the plasma and separated from the plasma stream.
【請求項35】前記コイルアセンブリーは前記収束手段
内に実質的に同心的に位置する特許請求の範囲第28また
は34項記載の装置。
35. Apparatus according to claim 28 or 34 wherein said coil assembly is located substantially concentrically within said converging means.
【請求項36】前記収束手段は磁石からなる特許請求の
範囲第35項記載の装置。
36. An apparatus according to claim 35, wherein said focusing means comprises a magnet.
【請求項37】前記加速手段は磁石からなる特許請求の
範囲第36項記載の装置。
37. The apparatus according to claim 36, wherein said accelerating means comprises a magnet.
【請求項38】半導体材料を精製する方法であって、 a) 真空の環境を準備し; b) 陽極と陰極との間にプラズマを確立し; c) プラズマを加速磁石で加速し; d) 半導体金属を含有する物質をプラズマ中に配置
し、これによりプラズマ流を形成し、 e) プラズマ流を収束磁石で析出区域上へ収束し; f) キヤリヤー物質をプラズマ流中に注入し、ここで
このキヤリヤー物質はプラズマ流中の半導体材料中に存
在する不純物と化学的に結合し、これにより半導体金属
は前記析出前にプラズマ流中の不純物から解離される; ことを特徴とする方法。
38. A method of purifying a semiconductor material, comprising: a) providing a vacuum environment; b) establishing a plasma between an anode and a cathode; c) accelerating the plasma with an accelerating magnet; d) A material containing a semiconductor metal is placed in a plasma, thereby forming a plasma stream, e) focusing the plasma stream with a focusing magnet onto a deposition zone; f) injecting a carrier material into the plasma stream, where The carrier material chemically bonds with impurities present in the semiconductor material in the plasma stream, whereby the semiconductor metal is dissociated from the impurities in the plasma stream prior to said depositing.
【請求項39】半導体材料をプラズマ中へ注入する特許
請求の範囲第38項記載の方法。
39. The method according to claim 38, wherein the semiconductor material is injected into the plasma.
【請求項40】半導体材料を液体の形態の元素として注
入する特許請求の範囲第39項記載の方法。
40. The method of claim 39, wherein the semiconductor material is implanted as an element in liquid form.
【請求項41】半導体材料をプラズマ中に熱イオン陰極
の形態で配置する特許請求の範囲第38項記載の方法。
41. The method according to claim 38, wherein the semiconductor material is arranged in the plasma in the form of a thermionic cathode.
【請求項42】半導体材料はシリコンである特許請求の
範囲第38項記載の方法。
42. The method according to claim 38, wherein the semiconductor material is silicon.
【請求項43】シリコンを精製する方法であって、 a) 真空の環境を準備し; b) 陰極と陽極との間にプラズマを確立し; c) プラズマを加速磁石で加速し; d) プラズマをターゲツト区域に位置する析出区域上
へ収束磁石で収束し; e) 半導体材料をプラズマ中に配置し、これによりプ
ラズマ流を形成し; f) キヤリヤー物質をプラズマ流中に注入し、ここで
このキヤリヤー物質はプラズマ流中の半導体材料中に存
在する不純物と化学的に結合し; g) キヤリヤー物質および不純物を真空室から真空
ポンプにより抜き出す; ことを特徴とする方法。
43. A method for purifying silicon, comprising: a) providing a vacuum environment; b) establishing a plasma between a cathode and an anode; c) accelerating the plasma with an accelerating magnet; d) plasma. Is focused with a focusing magnet onto a deposition zone located in the target zone; e) placing the semiconductor material in a plasma, thereby forming a plasma stream; f) injecting a carrier material into the plasma stream, where The carrier material chemically bonds with impurities present in the semiconductor material in the plasma stream; and g) withdrawing the carrier material and impurities from the vacuum chamber with a vacuum pump.
【請求項44】陰極を前記半導体材料から作られた熱イ
オン陰極として形成することにより、半導体材料をプラ
ズマ中に配置する特許請求の範囲第43項記載の方法。
44. The method of claim 43, wherein the semiconductor material is placed in a plasma by forming the cathode as a thermionic cathode made from the semiconductor material.
【請求項45】半導体材料を注入手段によりプラズマ中
に配置する特許請求の範囲第43項記載の方法。
45. The method according to claim 43, wherein the semiconductor material is placed in the plasma by means of implantation.
【請求項46】真空ポンプは低温ポンプとイオンポンプ
との組み合わせからなる特許請求の範囲第43または45項
記載の方法。
46. The method according to claim 43 or 45, wherein the vacuum pump comprises a combination of a cryopump and an ion pump.
【請求項47】半導体材料はシリコンである特許請求の
範囲第45項記載の方法。
47. The method of claim 45, wherein the semiconductor material is silicon.
【請求項48】ドーパントをプラズマ流中に選択的に注
入する工程をさらに含み、これにより精製されたシリコ
ンがドープ層を有するようにする特許請求の範囲第47項
記載の方法。
48. The method of claim 47, further comprising the step of selectively implanting a dopant into the plasma stream so that the purified silicon has a doped layer.
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