JPS63185887A - Method of growing dendrite web crystal of silicon - Google Patents

Method of growing dendrite web crystal of silicon

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JPS63185887A
JPS63185887A JP62310763A JP31076387A JPS63185887A JP S63185887 A JPS63185887 A JP S63185887A JP 62310763 A JP62310763 A JP 62310763A JP 31076387 A JP31076387 A JP 31076387A JP S63185887 A JPS63185887 A JP S63185887A
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melt
silicon
web
magnetic field
growth
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JP62310763A
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Japanese (ja)
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ドノバン・レイ・バレット
リチャード・ノエル・トーマス
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    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、深い溶融物から、シリコンのデンドライトウ
ェッブ結晶を成長させる方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a method for growing dendrite web crystals of silicon from a deep melt.

〈発明の背景〉 シリコンのデンドライトウェッブ結晶は、(zi)の方
位で成長させることができる高構造品位の単結晶物質か
ら成る長くて薄いリボンである。シリコンのデンドライ
トウェッブ結晶の研究開発にとって大きな推進力となっ
ているのは、このような形のシリコンの結晶が太陽光線
を電気エネルギーに直接的に変換する低価格で効率の高
い太陽電池に利用できることである。大規模に実施して
も費用のかさむ工程であるスライス、ラッピング及び研
磨を使用に先立って行わなければならない従来法のチョ
クラルスキー結晶から製造されるウェーハー状基板とけ
異なり、薄いリボン状の結晶は装置の製造に先立つ前処
理をほとんど必要としない。更に、シリコンリボンが長
方形であるので、個々の電池を多数のモジュール及び列
から成る大きな太陽電池を構成するよう効率良く充填で
きる。
BACKGROUND OF THE INVENTION Dendrite web crystals of silicon are long, thin ribbons of high structural quality single crystal material that can be grown in the (zi) orientation. A major impetus for research and development of silicon dendrite web crystals is that these forms of silicon crystals can be used in low-cost, high-efficiency solar cells that directly convert sunlight into electrical energy. It is. Unlike wafer-like substrates made from conventional Czochralski crystals, which must be sliced, lapped, and polished prior to use, which are costly steps even when carried out on a large scale, thin ribbon-like crystals Little pretreatment is required prior to manufacturing the device. Furthermore, the rectangular shape of the silicon ribbon allows for efficient packing of individual cells into large solar cells consisting of multiple modules and rows.

最近の技術進歩の結果、最大5.5cm幅の長く平なウ
ェッブ結晶を成長させ、このようなウェッブ結晶から1
696AMI変換効率を持つ高効率の太陽電池がつくら
れている。
As a result of recent technological advances, long flat web crystals up to 5.5 cm wide can be grown and 1
A highly efficient solar cell with a conversion efficiency of 696 AMI has been created.

固化工程の如何を問わすデンドライトウェッブ結晶の成
長を制御する重要なファクターは、固化に際して放出さ
れる潜熱の分散である。もっと大きな丸い断面を持つ結
晶を成長させる従来法のチョクラルスキー成長の場合と
は異なり、ウェッブの成長に際して、溶融物の温度が小
さな変動を示すと成長界面が乱れ、また温度変動が大き
くなると溶融物が高温過ぎるときにはデンドライトの消
失のために、逆に溶融物温度が低すぎるときには異質の
第三物(Thirds)のデンドライトの成長のために
結晶の健全性が損なわれる。発明が克服する下記の諸問
題は、対流及び温度変動によりシリコンのデンドライト
ウェッブ成長時に起こる現在当面するいくつかの問題点
である。
Regardless of the solidification process, an important factor controlling the growth of dendrite web crystals is the dispersion of the latent heat released during solidification. Unlike traditional Czochralski growth, which grows crystals with larger round cross-sections, small fluctuations in the temperature of the melt during web growth can disrupt the growth interface, and large temperature fluctuations can cause the melt to melt. Crystal integrity is compromised when the melt temperature is too high due to the disappearance of dendrites, and conversely when the melt temperature is too low due to the growth of extraneous third dendrites. The following problems that the invention overcomes are some of the problems currently encountered during silicon dendrite web growth due to convection and temperature fluctuations.

低価格の太陽電池配列体に使用する長いシリコン・ウェ
ッブ結晶をつくるには、浅い溶融物から成長させる途上
で溶融物の補充が必要である。溶融物補充のための技術
が開発され、その結果長いウェッブの成長が可能になっ
たが、大量の深い溶融物からの成長が可能になると成長
方法の複雑さがかなり軽減し、経済性が向上するものと
思われる。
Creating long silicon web crystals for use in low cost solar cell arrays requires melt replenishment during growth from a shallow melt. Techniques for melt replenishment have been developed that allow the growth of long webs, but the ability to grow from large amounts of deep melt considerably reduces the complexity of the growth method and improves its economics. It seems that it will.

扁平な境界温度プロフィルを得、且つウェッブ結晶中に
残留応力が残らないようにするためには、成長境界部か
ら固化したウェッブ及び過冷却状態の溶融物への熱流を
バランスさせその状態を保持しなければならない。溶融
物の表面と溶融物の表面上方に位置する熱輻射シールド
との距離によって、上記のバランスが定まる。この溶融
物からシールドへの距離は、その後の結晶成長中、その
まま保持されねばならない。
In order to obtain a flat boundary temperature profile and to prevent residual stress from remaining in the web crystal, the heat flow from the growth boundary to the solidified web and the supercooled melt must be balanced and maintained. There must be. The distance between the surface of the melt and the thermal radiation shield located above the surface of the melt determines this balance. This melt-to-shield distance must remain the same during subsequent crystal growth.

大きな乱流による対流及び温度の大きなふらつきが生じ
ると成長工程が判断し、一方の支持デンドライトの近傍
で小さな温度変動が起こるとデンドライトの溶融物中へ
の侵入の態様が変化して断層の発生を増大させる結果と
なる。ウェッブ結晶中の断層の大部分はデンドライト表
面上の溶融物捕捉中心で突然に起こり、ウェッブ・シー
ト中に侵入した後に結晶方向に向きを変えて進行する。
The growth process determines that convection and temperature fluctuations due to large turbulence occur, and when small temperature fluctuations occur near one supporting dendrite, the manner in which the dendrite penetrates into the melt changes, causing a fault to occur. This results in an increase in Most of the faults in web crystals occur suddenly at melt trapping centers on the dendrite surface, and after penetrating into the web sheet, they turn and propagate in the crystal direction.

デンドライトの侵入度及び幅の制御により、上記の如き
溶融物捕捉中心の形成を回避することができる。
By controlling the degree of penetration and width of the dendrites, the formation of melt trapping centers as described above can be avoided.

チョクラルスキー成長の場合に観察されると同様に、常
態では平面状のウェッブシートの成長境界部の温度が局
部的に変動すると界面部における瞬時成長速度の変動に
起因してドーパント又は不純物の線条が発生する場合も
ある。
Similar to what is observed in the case of Czochralski growth, local variations in temperature at the growth interface of a normally planar web sheet result in the formation of dopant or impurity lines due to variations in the instantaneous growth rate at the interface. Articles may also occur.

シリコンの溶融物中で乱れた対流が生じると、このよう
な乱射流が石英るつぼの表面全体を伝播して成長界面部
に酸素とるつぼ構成物質に由来する不純物を運び、不純
物が不均一に結晶内部に入り込む可能性がある。
When turbulent convection occurs in the silicon melt, this turbulent flow propagates across the entire surface of the quartz crucible and carries oxygen and impurities from the crucible constituents to the growth interface, causing the impurities to crystallize unevenly. It may get inside.

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明によれば、溶融物を横断する磁界を利用して成長
界面部の熱的安定性を保持した、熱的に不動状態の大容
量で深い溶融物にすることにより、上述の問題点を解決
しようとする試みがなされた。
<Problems to be Solved by the Invention> According to the present invention, a thermally immobile, large-capacity, deep melt that maintains the thermal stability of the growth interface by using a magnetic field that crosses the melt Attempts have been made to solve the above-mentioned problems by

〈問題点を解決するための手段〉 従って、本発明は、シリコンのデンドライトウェッブ結
晶を成長させる方法であって、るつぼに多結晶シリコン
を装入し、シリコンを溶融し、溶融物内部の温度の変動
の制御に適した強さの磁界をシリコン溶融物を横切る方
向に印加し、溶融物の上方に距離をおいて輻射シールド
を配置してウェッブ成長時における溶融物とデンドライ
トウェッブとの間の熱流をバランスさせ、輻射シールド
のスロットを通って溶融物からデンドライトウェッブを
成長させることを特徴とする方法に関する。
<Means for Solving the Problems> Accordingly, the present invention provides a method for growing silicon dendrite web crystals, in which polycrystalline silicon is charged into a crucible, the silicon is melted, and the temperature inside the melt is increased. A magnetic field of a strength suitable for controlling fluctuations is applied across the silicon melt, and a radiation shield is placed at a distance above the melt to control the heat flow between the melt and the dendrite web during web growth. and growing a dendrite web from the melt through a slot in a radiation shield.

く作用及び効果〉 シリコン溶融物又は伝導性の任意の溶融物に充分な強度
の磁界を印加すると、溶融物の内部の流体の運動に誘導
による抗力が加わり乱れた対流の発生が阻止される。磁
界はデンドライトとウェッブとの成長境界部付近におい
て対流によって惹起される温度変動を阻止し、その結果
、再開不能な中断を起すことなく深い溶融物からウェッ
ブ結晶を成長させることができる。加えて、溶融物の運
動に対する磁界の誘導による抗力がデンドライトとウェ
ッブとの境界部分における溶融物の局部的な温度変動を
減少するように作用し、デンドライトの幅及び断層が制
御できると共にるつぼの溶解に起因する酸素及び不純物
による汚染も減少する。
Effects and Effects When a sufficiently strong magnetic field is applied to a silicon melt, or any conductive melt, the induced drag on the movement of the fluid within the melt prevents the generation of turbulent convection. The magnetic field counteracts convection-induced temperature fluctuations near the dendrite-web growth interface, so that web crystals can be grown from deep melts without irreversible interruptions. In addition, the magnetic field-induced drag on the melt movement acts to reduce the local temperature fluctuations of the melt at the dendrite-web interface, allowing control of the dendrite width and faults, as well as melting of the crucible. Contamination due to oxygen and impurities is also reduced.

本発明によれば、溶融物を横断する磁界を印加すること
により、深さ30mmの溶融物からウェッブ結晶をうま
く成長させることかでざる。溶融物を収容するるつぼの
機械的構成及び別個独立に吊り下げられた輻射シールド
によって、溶融物表面とシールド間の距離が一定に保持
され、成長界面部からの熱流がバランスするとともにシ
リコンのデンドライトウェッブ結晶の成長が制御される
According to the present invention, web crystals have been successfully grown from a melt 30 mm deep by applying a magnetic field across the melt. The mechanical configuration of the melt-containing crucible and the separately suspended radiation shield maintain a constant distance between the melt surface and the shield, balancing heat flow from the growth interface and directing the silicon dendrite web. Crystal growth is controlled.

〈実施例〉 本発明をより明確に理解できるよう、添付の図面を参照
して、以下に本発明の好ましい実施例を例示するが、以
下の実施例は例示を目的として掲げるものであり、本発
明を限定するものではない。
<Examples> In order to understand the present invention more clearly, preferred embodiments of the present invention will be illustrated below with reference to the accompanying drawings, but the following examples are given for illustrative purposes only and do not constitute the present invention. It does not limit the invention.

第1図を参照して説明を始めると、デンドライトウェッ
ブ結晶の成長は、溶融物26の過冷却領域(under
cooled region)から成長する一対の共面
デンドライト24が結晶25の薄いシート即ち「ウェッ
ブ」を形成するプロセスである。溶融物に温度勾配をか
けて成長に必要な過冷却領域を得るのであるが、この勾
配一般に自然対流又は「自由」対流と呼ばれる、溶融物
中の流体の運動に生じる浮力を生ぜしめる。溶融物の深
さが増すと、これに応じて増大する浮力の効果によって
乱れた乱流による対流が生じ、ついには溶融物中に対流
室(convection cells)が形成される
。本発明の提案以前には、乱れた対流による効果を回避
するために、通常は深さ7〜10mmの浅い溶融物から
シリコンのデンドライトウェッブ結晶を成長させるのが
常であった。10mmより深い溶融物の場合には、浮力
によって起こる温度変動により通常は結晶の健全性が損
なわれた。
Beginning with reference to FIG. 1, the growth of dendrite web crystals occurs in the undercooled region of the melt
A process in which a pair of coplanar dendrites 24 growing from a cooled region forms a thin sheet or "web" of crystals 25. A temperature gradient is applied to the melt to obtain the region of supercooling necessary for growth, and this gradient creates a buoyant force on the movement of the fluid in the melt, commonly referred to as natural or "free" convection. As the depth of the melt increases, the effect of the correspondingly increasing buoyancy forces causes turbulent convection, which eventually forms convection cells in the melt. Prior to the proposal of the present invention, it was customary to grow silicon dendrite web crystals from shallow melts, typically 7-10 mm deep, to avoid the effects of turbulent convection. For melts deeper than 10 mm, temperature fluctuations caused by buoyancy forces usually compromised crystal integrity.

第2図においては、適当な形状になるよう変更を加えた
NRCチョクラルスキー引上げ装置(NRCCzoch
ralski puller) 10を用いて、シリコ
ンのデンドライトウェッブ結晶に水平方向の磁界が印加
される。両極面13の中間に引上げ室12を持つVAR
IAN社製12インチ極板電磁石11を第2図に示す。
In Figure 2, the NRC Czochralski lifting device (NRCCzoch
A horizontal magnetic field is applied to a silicon dendrite web crystal using a Ralski Puller 10. VAR with a pulling chamber 12 in the middle of both polar surfaces 13
A 12-inch plate electromagnet 11 manufactured by IAN is shown in FIG.

この構成では、大きな磁束の復帰回路が装置を取り囲ん
でいる。好ましくは引上げ室12の上部フランジ17に
あるスロット16と並べて、引上げ装置10の上方にウ
ェッブ引上げリールを位置させる。好ましくは、るつぼ
31の基部19からの熱輻射の検知を利用した温度制御
器、引上げ速度制御部及び磁界発生電源供給手段を用い
る。引上げ装置の上部フランジ17の下方にある一連の
8動自在の案内部材22が、種結晶植付は及び引上げ操
作時に結晶25のデンドライト24を過冷却領域26の
内に位置させるように働く。円筒形グラファイト製抵抗
式熱ヒータ28を直流で加熱して、電磁石11によって
生じる低周波の交流を用いたときに起こる曲がりと振動
を防止する。溶融物26の過冷却領域は「犬の骨」形の
スロットを持つモリブデン製の輻射シールドによって画
定される。シリコンのチョクラルスキー成長に用いる標
準型の装置である直径80mmの石英るつぼ31に溶融
物を収納した。第2図に示すように、引上げ室12は、
熱絶縁物33と水冷容器34によって取り囲まれている
In this configuration, a large flux return circuit surrounds the device. A web pulling reel is positioned above the pulling device 10, preferably in line with the slot 16 in the upper flange 17 of the pulling chamber 12. Preferably, a temperature controller using detection of thermal radiation from the base 19 of the crucible 31, a pulling speed controller, and a magnetic field generation power supply means are used. A series of eight movable guide members 22 below the upper flange 17 of the pulling device serve to position the dendrites 24 of the crystal 25 within the subcooled region 26 during seeding and pulling operations. The cylindrical graphite resistive thermal heater 28 is heated with direct current to prevent bending and vibrations that occur when using the low frequency alternating current generated by the electromagnet 11. The subcooled region of the melt 26 is defined by a molybdenum radiation shield with a "dog bone" shaped slot. The melt was placed in a quartz crucible 31 with a diameter of 80 mm, which is a standard device used for Czochralski growth of silicon. As shown in FIG. 2, the pulling chamber 12 is
It is surrounded by a thermal insulator 33 and a water-cooled container 34.

重要なファクターである溶融物表面と輻射シールドとの
間隔は、溶融物の体積が減少するに従ってるつぼ31を
制御下で上昇できるように、シールドを独立に懸架又は
吊り下げることにより保持する。るつぼ上昇に関する装
置は従来法のチョクラルスキー結晶成長に共通する装置
である。
The critical factor of spacing between the melt surface and the radiation shield is maintained by independently suspending or suspending the shield to allow controlled elevation of the crucible 31 as the melt volume decreases. The equipment for raising the crucible is common to conventional Czochralski crystal growth.

代表的な成長法においては、約500gの多結晶装入材
料を太陽電池の用途に合わせて適当なドーピング剤とと
もに、石英るつぼ31に入れた。装入物を入れたるつぼ
を引上げ装置の高温区域32に置き、輻射シールドが石
英るつぼ31の上部内側に延びる位置に来るまでるつぼ
を持ち上げた。適当に高純度アルゴンガスで掃気し、流
れるアルゴン流の下方でシリコンを溶融し、るつぼ31
を持ち上げて溶融物とシールドとの間隔を所望する約7
mmの距離にした。この構成を利用したときの代表的な
溶融物の深さは30〜40mmであり、この深さはシリ
コン・ウェッブを成長させる常法における最大値と考え
られる7〜10mmよりもかなり大きい。
In a typical growth method, approximately 500 grams of polycrystalline charge material was placed in a quartz crucible 31 along with an appropriate doping agent for the solar cell application. The crucible containing the charge was placed in the hot area 32 of the pulling device and the crucible was raised until the radiation shield was in a position extending inside the top of the quartz crucible 31. After appropriately scavenging with high-purity argon gas, the silicon is melted under the flowing argon stream, and the crucible 31
Raise the desired distance between the melt and the shield to approximately 7
The distance was set to mm. Typical melt depths utilizing this configuration are 30-40 mm, which is significantly greater than the 7-10 mm considered maximum for conventional methods of growing silicon webs.

上記の実施例では、上述の如き溶融物とるつぼとの構成
を採用して本発明の思想を実地に移したが、直径と深さ
が極めて大きい溶融物を磁界とを組み合わせて用いるこ
とができないという先験的な理由は存在しない。別の例
においては、超電導磁石によってつくられる軸方向磁界
とともに大きなチョリラルスキー型引上げ装置を用いて
熱的に静止状態の直径30.5cm (12インチ)深
さ25.4cm(10インチ)のシリコン溶融物20k
gを得た。このように大きな装置をシリコンのデンドラ
イトウェッブの成長に利用すると、溶融物の補充を行う
ことなく極めて長いシリコン・ウェッブを調製できる。
In the above embodiment, the idea of the present invention was put into practice by adopting the configuration of the melt and the crucible as described above, but it is not possible to use the melt with an extremely large diameter and depth in combination with a magnetic field. There is no a priori reason for this. In another example, a thermally stationary 12 inch (30.5 cm) diameter and 10 inch (25.4 cm) depth of silicon was removed using a large Chorillalski-type puller with an axial magnetic field created by a superconducting magnet. Melt 20k
I got g. Utilizing such large equipment for the growth of silicon dendrite webs allows the preparation of extremely long silicon webs without melt replenishment.

典型的な成長例では、成長を開始させるに先立って11
60〜2330ガウスの水平方向磁界を印加した。浅く
て磁界を印加しない成長の場合と全く同様の方法で種結
晶づけ及び成長を行わせた。成長形態を最適にする措置
は講じなかったにもかかわらず、深さ3f1mmの溶融
物から成長したデンドライトウェッブ結晶は、全ての点
において、深さ7〜8mmで磁界を印加しなかった溶融
物から成長させたウェッブ状結晶と同様であった。
In a typical growing case, prior to initiating growth, 11
A horizontal magnetic field of 60-2330 Gauss was applied. Seed crystal formation and growth were carried out in exactly the same manner as in the case of shallow growth without the application of a magnetic field. Even though no measures were taken to optimize the growth morphology, the dendrite web crystals grown from the melt at a depth of 3f1 mm were in all respects the same as those from the melt at a depth of 7-8 mm with no applied magnetic field. It was similar to the grown web-like crystals.

溶融物の内部に熱電対の測定針を入れて、磁界の温度乱
調を減少させる効果を定量的に評価した。測定に当たっ
ては、薄壁アルミナさや管に入れた細いB型熱電対(P
t 6°6Rh。
A thermocouple measuring needle was placed inside the melt to quantitatively evaluate the effect of reducing temperature disturbances in the magnetic field. For measurements, a thin B-type thermocouple (P
t 6°6Rh.

Pt 2096Rh)を用いた。KEITHLEY 1
55零検出器/マイクロボルト・メータ及びEl]RO
THERMミリボルト・バッキング・ソース(mill
ivoltbucking 5ource)を用いて1
マイクロボルトの測定感度を記録チャート上に表示させ
た。
Pt 2096Rh) was used. KEITHLEY 1
55 zero detector/microvolt meter and El]RO
THERM millivolt backing source (mill
1 using ivolt bucking 5source)
The measurement sensitivity of microvolts was displayed on the recording chart.

′J!!i冷却領域の中心部内の溶融物中に深さ2mm
まで浸漬した熱電対を用いて測定したところ、温度の変
動幅は0,6℃であった。第3図に示すように、174
0ガウスの磁界を印加すると、溶融物の温度の変動幅は
0.1℃未満に減少した。磁界印加による2、3℃の溶
融物温度の低下は、溶融物中の温度に起因する対流によ
る熱流が減少したことを示す。
'J! ! i 2 mm deep into the melt in the center of the cooling zone
When measured using a thermocouple immersed in water, the temperature fluctuation range was 0.6°C. As shown in Figure 3, 174
Applying a magnetic field of 0 Gauss reduced the melt temperature fluctuation range to less than 0.1°C. The reduction in melt temperature by a few degrees Celsius with the application of the magnetic field indicates that the heat flow due to temperature-induced convection in the melt has been reduced.

第4図に、磁界強度を変化させた幾つかの場合における
溶融物中の温度変動を比較して図示する。常法の場合の
温度変動0.6℃は、600ガウスでは増幅しているが
、1160ガウス又はそれ以上の磁界強度では0.1℃
に減少している。従って、この実験例に使用した、溶融
物の幾何学的形態では熱的に静止した溶融物にするには
、中庸の強さの磁界だけが要求されることになる。
FIG. 4 shows a comparison of the temperature fluctuations in the melt in several cases where the magnetic field strength is varied. The temperature fluctuation of 0.6°C in the conventional method is amplified at 600 Gauss, but it becomes 0.1°C at magnetic field strength of 1160 Gauss or higher.
has decreased to Therefore, the melt geometry used in this example would require only a moderate strength magnetic field to produce a thermally stationary melt.

ウェッブ結晶の成長後の残留溶融物の底部に熱電対を浸
漬し、次いで(引上げ装置に固定した)熱電対を徐々に
引き上げて、温度プロフィルを測定した。磁界零(ゼロ
)のときと、730ガウスの磁界をかけたときとにおけ
る深さ27mmの残留溶融物中の温度プロフィルと熱的
振動とを第5図に示す。溶融物の深い位置の温度は磁界
により、3℃程度も低下し、過冷却溶融物表面に近い温
度勾配の大きな領域内に熱電対が引き込まれるに従って
差は減少することに注意されたい。
The temperature profile was measured by dipping a thermocouple into the bottom of the residual melt after the growth of the web crystals and then gradually pulling up the thermocouple (fixed to the pulling device). FIG. 5 shows the temperature profile and thermal oscillations in the residual melt at a depth of 27 mm when the magnetic field is zero and when a magnetic field of 730 Gauss is applied. Note that the temperature deep in the melt is reduced by as much as 3° C. due to the magnetic field, and the difference decreases as the thermocouple is drawn into a region of high temperature gradient near the supercooled melt surface.

上述の測定は代表的な例であり、上述の溶融物の寸法・
形状の場合における熱的振動の減少に及ぼす磁界の効果
を示す例である。大きく深い溶融物中において、成長境
界部での熱流の状態を制御してデンドライトウェッブ成
長させたときにも、同様の温度変動の減少が期待できる
The above measurement is a typical example, and the dimensions and dimensions of the melt mentioned above are
2 is an example showing the effect of magnetic fields on reducing thermal oscillations in the case of shapes. A similar reduction in temperature fluctuation can be expected when growing a dendrite web by controlling the heat flow conditions at the growth boundary in a large and deep melt.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、成長しつつあるウェッブ結晶の概略説明図で
あり、図中には、デンドライトの種結晶、ボタン、デン
ドライトの固化界面及びウェッブを示しである。 第2図は、横断磁界の内部に置かれたシリコンの溶融物
及びデンドライトウェッブ結晶を示す概略説明図である
。 第3図は、溶融物中に熱電対の測定針を2mmさし込ん
で測定した本発明による温度変動の変化を示すグラフで
ある。 第4図は、熱電対の測定針を溶融物中に2mmさし込ん
で測定した温度変動の相違の相対値を印加した磁界の函
数として示すグラフである。 第5図は、深さ27mmの溶融物の温度プロフィルを示
すグラフであり、磁界のない場合と1730ガウスの磁
界をかけた溶融物とを対比して示しである。 10・・・・引上げ装置 11・・・・電磁石 24・・・・デンドライト 25・・・・結晶 26・・・・溶融物の過冷却領域 31・・・・るつぼ 32・・・・熱輻射領域 FIG、 3 FIG、4
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a growing web crystal, and the diagram shows a dendrite seed crystal, a button, a solidified dendrite interface, and a web. FIG. 2 is a schematic diagram showing a silicon melt and dendrite web crystals placed inside a transverse magnetic field. FIG. 3 is a graph showing changes in temperature fluctuation according to the present invention, measured by inserting a measuring needle of a thermocouple 2 mm into the melt. FIG. 4 is a graph showing the relative value of the difference in temperature fluctuation measured by inserting a measuring needle of a thermocouple 2 mm into the melt as a function of the applied magnetic field. FIG. 5 is a graph showing the temperature profile of the melt at a depth of 27 mm, comparing the melt with no magnetic field and the melt with a magnetic field of 1730 Gauss applied. 10... Pulling device 11... Electromagnet 24... Dendrite 25... Crystal 26... Supercooling area of molten material 31... Crucible 32... Heat radiation area FIG, 3 FIG, 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、シリコンのデンドライトウェッブ結晶を成長させる
方法であって、るつぼに多結晶シリコンを装入し、シリ
コンを溶融し、溶融物内部の温度の変動の制御に適した
強さの磁界をシリコン溶融物を横切る方向に印加し、溶
融物の上方に距離をおいて輻射シールドを配置してウェ
ッブ成長時における溶融物とデンドライトウェッブとの
間の熱流をバランスさせ、輻射シールドのスロットを通
って溶融物からデンドライトウェッブを成長させること
を特徴とする方法。 2、シリコン溶融物の深さが少なくとも10mmである
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の方法。 3、シリコン溶接物を横断して印加される磁界の強度が
約1160ガウス以上であることを特徴とする特許請求
の範囲第1項又は第2項に記載の方法。 4、直流によって加熱される円筒形グラファイト抵抗を
用いてシリコンを溶融させることを特徴とする特許請求
の範囲第1項、第2項又は第3項に記載の方法。 5、輻射シールドが溶融物の上方に独立・離間して配設
されていて、溶融物の容積が減少するとるつぼが上昇す
るように制御されることを特徴とする特許請求の範囲第
1項乃至第4項の何れかに記載の方法。 
[Claims] 1. A method for growing a silicon dendrite web crystal, in which a crucible is charged with polycrystalline silicon, the silicon is melted, and the silicon has a strength suitable for controlling temperature fluctuations inside the melt. A magnetic field is applied across the silicon melt, a radiation shield is placed at a distance above the melt to balance the heat flow between the melt and the dendrite web during web growth, and the slots in the radiation shield are A method characterized in that a dendrite web is grown from a melt through a process. 2. Process according to claim 1, characterized in that the depth of the silicon melt is at least 10 mm. 3. The method of claim 1 or 2, wherein the strength of the magnetic field applied across the silicon weldment is greater than or equal to about 1160 Gauss. 4. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the silicon is melted using a cylindrical graphite resistor heated by direct current. 5. Claims 1 to 5, characterized in that the radiation shield is arranged independently and spaced apart above the melt, and the crucible is controlled to rise when the volume of the melt decreases. The method described in any of paragraph 4.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3598634B2 (en) * 1996-01-30 2004-12-08 信越半導体株式会社 Method for producing silicon single crystal
US6402839B1 (en) 1998-08-14 2002-06-11 Ebara Solar, Inc. System for stabilizing dendritic web crystal growth
US6632277B2 (en) 1999-07-14 2003-10-14 Seh America, Inc. Optimized silicon wafer gettering for advanced semiconductor devices
US6395085B2 (en) 1999-07-14 2002-05-28 Seh America, Inc. Purity silicon wafer for use in advanced semiconductor devices
US6454852B2 (en) 1999-07-14 2002-09-24 Seh America, Inc. High efficiency silicon wafer optimized for advanced semiconductor devices
US6228165B1 (en) 1999-07-28 2001-05-08 Seh America, Inc. Method of manufacturing crystal of silicon using an electric potential
US6482261B2 (en) 2000-12-29 2002-11-19 Ebara Solar, Inc. Magnetic field furnace

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5777094A (en) * 1980-10-28 1982-05-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Manufacture of platelike crystal
JPS5815099A (en) * 1981-07-14 1983-01-28 Nippon Denso Co Ltd Growing device for ribbon crystal
JPS5850951A (en) * 1981-09-22 1983-03-25 セイコーエプソン株式会社 Bracket for orthodontia
JPS61174188A (en) * 1984-10-29 1986-08-05 エバラ ソーラー インコーポレイテッド Pull up device for dendrite web from silicon melt

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5777094A (en) * 1980-10-28 1982-05-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Manufacture of platelike crystal
JPS5815099A (en) * 1981-07-14 1983-01-28 Nippon Denso Co Ltd Growing device for ribbon crystal
JPS5850951A (en) * 1981-09-22 1983-03-25 セイコーエプソン株式会社 Bracket for orthodontia
JPS61174188A (en) * 1984-10-29 1986-08-05 エバラ ソーラー インコーポレイテッド Pull up device for dendrite web from silicon melt

Also Published As

Publication number Publication date
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KR960006261B1 (en) 1996-05-13
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IT8741733A0 (en) 1987-12-02
GB2198966A (en) 1988-06-29
AU8110187A (en) 1988-06-09
GB8725963D0 (en) 1987-12-09

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