KR102520095B1 - 재료가 고갈되고 다시 채워지는 용융된 재료의 포함된 볼륨을 유지하기 위한 방법 - Google Patents

재료가 고갈되고 다시 채워지는 용융된 재료의 포함된 볼륨을 유지하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

녹은 반도체의 주된 도가니는 공급 도가니 내에 고체 반도체와 액체 반도체의 2가지 상이 항상 존재하도록 유지된 공급 도가니로부터 다시 채워진다. 고체 재료를 녹이기 위해 추가된 열은 고체 재료의 상을 액체로 변경시키지만, 공급 도가니 내의 액체의 온도의 어떠한 상당한 상승도 초래하지 않는다. 온도 편위들은 형성된 생성물을 가지고 문제를 야기하게 되는 것보다 유리하게 작다. 고체 생성물 재료는 공급 액체 온도를 상 전이 온도로 또는 상 전이 온도에 매우 가깝게 자동으로 및 수동으로 유지하기 위해 일종의 온도 버퍼로서 작용한다. 실리콘의 경우, 편위는 90℃ 미만으로 그리고 심지어 50℃보다 작게 유지된다. 게르마늄을 사용한 방법들 또한 유용하다. 반도체를 완전히 녹이는 종래 기술의 실리콘 방법은 100℃를 초과하는 편위를 경험한다.

Description

재료가 고갈되고 다시 채워지는 용융된 재료의 포함된 볼륨을 유지하기 위한 방법
관련 특허 문헌
본 출원은 전문이 본 명세서에 참조로 통합되어 있고, 출원인이 Bedford MA 소재의 1366 테크놀로지스사이며, 발명자인 Jonczyk 등에 의해 "TWO PHASE CONTINUOUS MELT REPLENISHMENT FOR CRYSTAL GROWTH"라는 제목으로 2015년 4월 29일 출원된 미국 가특허 출원 62/154,383호의 우선권을 주장한다.
반도체 웨이퍼는 일반적으로 2012년 10월 23일 발표된 미국 특허 8,293,009호에 개시된 기술들을 사용하여 반도체 용융물로부터 직접 형성될 수 있고, 위 미국 특허 8,293,009호는 그 전문이 본 명세서에 참조로 톨합되어 있으며, Sachs 등에 의해 "METHODS FOR EFFICIENTLY MAKING THIN SEMICONDUCTOR BODIES FROM MOLTEN MATERIAL FOR SOLAR CELLS AND THE LIKE"라는 제목으로 출원된 것이다. 이 특허 문헌에 개시된 기술은 본 명세서에서 일반적으로 Direct Wafer
Figure 112017119232213-pct00001
(DW) 웨이퍼 형성 기술이라고 부른다. 이러한 기술에 따르면, 웨이퍼와 같은 얇은 반도체 몸체는 잉곳(ingot)으로부터 잘려지거나 스트링(string)들 사이에서 성장하거나 몇몇 다른 방법에 의하기 보다는 반도체 재료의 용융물(melt)로부터 형성된다. 특허 문헌 8,293,009는 본 명세서에서 가끔은 DW 특허 또는 다이렉트 웨이퍼 특허라고 부른다.
간략하게, 다이렉트 웨이퍼(DW) 웨이퍼 형성 기술에 따르는 도 1 내지 도 4(종래 기술인 DW 특허로부터의 도면들의 주석이 달린 버전들인)를 참조하면, 다공성 형성 부재(5)에 걸쳐 차압(pressure differential)이 인가되고, 반도체(예컨대, 실리콘) 웨이퍼(19)가 용융된 재료의 볼륨(13)으로부터 직접 그 위에 형성된다. 차압의 완화는 웨이퍼(19)의 풀림(release)을 허용한다(도 4에 도시된 것처럼). 형성 부재(5)(때때로 DW 특허에서 참조되고 본 명세서에서는 몰드 시트(mold sheet)라고 불리는)는 용융물(13)보다 더 냉각될 수 있다. (몰드와 시트라는 용어들은 특히 그것이 도입된 것처럼, 다이렉트 웨이퍼 테크놀로지의 특정한 논의를 위해 적절하다. 하지만, 비몰딩(non-molding) 적용예를 가지고 사용될 수 있고 액체 재료로부터 항목(item)들이 형성되는 기계 소자가 시트 외의 것일 수 있는, 본 명세서에서 설명된 발명들과 관련하여, 더 일반적인 용어들을 사용하는 것이 유익하다. 그러므로 DW 특허에서 몰드 시트라고 부르는 항목(5)과 비슷한 요소들은 본 명세서에서 형성 부재 또는 형성 소자라고 부른다). 웨이퍼(19)는 그것이 형성될 때 그것의 두께를 통해 열이 교환된다. 액체와 고체 표면은 형성 부재의 평면에 대해 실질적으로 평행하다. 응고체(19)의 온도는 실질적으로 그것의 폭에 걸쳐 균일하고, 그로 인해 낮은 응력(stress)과 더 높은 결정학적 품질을 가져온다. 다공성 형성 부재(5)는 그것을 통해 기체가 흐르는 것을 허용하기 위해 충분히 침투성이 있어야 한다. 차압이 제공되는 시간 동안에 작은 구멍들의 개구들 내로 용융된 재료(13)가 침입하는 것을 허용하도록 너무 침투성이 커서도 안 된다. 그렇지 않으면, 작은 구멍들은 막힐 수 있고, 그 차압은 유지될 수 없다. 용융물(15)의 상부와 전체 영역이 접촉하고, 수평 또는 수직 또는 그 사이 중간인지에 관계없이 형성 부재와 용융물이 접촉하는 부분적인 영역을 가로지르며, 형성 부재를 용융물에 담그는 것에 의해 부재에 용융물이 도입될 수 있다. 알갱이 사이즈는 많은 수단에 의해 제어될 수 있다.
DW 기술 특허와 본 명세서에서 차압 체제(regime)라고 때때로 언급되는 차압은, 용융된 표면(15) 그리고 따라서 대기압에서 형성 부재(5)의 형성 면(6)을 유지하고, 진공 상태가 그려져 있는 것을 가리키는 화살표(17)에 의해 표시된 것처럼 대기압 미만으로 형성 부재(5)의 배면(7)을 유지함으로써 또는 다른 압력 조정에 의해 확립될 수 있다. 또 다른 구현예에서는, 대기로 직접 형성 부재의 배면(7)에 통풍구(vent)를 냄으로써 형성 부재(5)의 면들(6, 7) 사이에 차압이 발생되고, 한편으로는 용융된 표면(15)과 따라서 형성 부재(6)의 형성면 상에서의 기압을 국부적인 기압보다 실질적으로 높은 압력으로 유지시킨다. 이러한 구현예의 장점은 진공 펌프가 요구되지 않는다는 점이다. 형성면(6)과 용융물 표면(15)은 접촉 지속 기간이라고 부를 수 있는 기간 동안에 서로 접촉한다. 적어도 접촉 지속 기간의 부분 동안에는, 차압 체제가 제공된다.
형성 부재(5)의 다공성에 관하여, 일 구현예에서는 처음에 녹고 나중에 응고된 반도체 재료를 접촉하는 표면(6)의 다공성은 녹은 반도체(13)가 작은 구멍들 내로 들어가는 것을 어렵게 하도록 그 스케일이 충분히 작아야 한다. 보통, 관심이 있는 세공(pore)의 사이즈는 0.1미크론 내지 10.0미크론의 범위를 가질 수 있다. 형성 부재의 다공성 배체를 통과하는 기체가 보통 복잡한 패턴들로 흘러서 임의의 방해물 주위에서 우회로 통로들을 발견함으로써 국지적 방해물을 수용하도록 작은 구멍들이 상호 연결된다.
녹은 재료(13)의 표면(15)을 향하고 접촉하는 표면을 형성하는, 다공성 몸체(5)의 바로 외측 표면(6)은 약간 비평면적(non-planar)일 수 있고(현미경적인 스케일 또는 약간 더 큰 스케일로), 따라서 특별히 비록 다수의 그리고 빽빽히 들어찬 위치들에서만 녹은 반도체가 형성 표면과 접촉하는 것을 허용한다. 이러한 구조를 가지고, 녹은 재료와 다공성 몰드의 표면 사이에 기체가 약간 옆으로 흐를 수 있다. 이는 대략 100%인 웨이퍼(19) 표면의 면적의 매우 큰 백분율에 걸쳐 웨이퍼(19) 표면에 힘을 인가하기 위해 차압 체제에 의해 제공되는 흡입을 허용한다. 이는 더 작은 수의 더 큰 구멍이 제공될 수 있는 경우와는 대조적인데, 동등한 차압을 확립하기 위해, 이러한 구멍들을 통해 차압이 제공될 수 있다. 후자의 경우, 그러한 차압의 위치는 비교적 적은 개수의 큰 구멍을 갖는 비교적 작은 표면 영역에 제한된다. 그에 반해, 진실로 다공성인 몸체인 전자의 경우에서는 기체가 옆으로 흐를 수 있기 때문에, 그 차압은 형성 부재(5)와 부착된 웨이퍼(19)의 표면(6)의 전체 영역에 걸쳐 훨씬 더 많이 분포된 식으로 실제로 존재한다. 다공성(porous)이라는 단어는 본 명세서에서 후자가 아닌 전자의 경우를 묘사하기 위해 사용된다.
형성 표면(6)의 용융물(13)의 온도 제어와 형성 몸체(19)로부터의 열 추출은 모두, 용융물로부터 직접 웨이퍼들을 만듦으로써, 실리콘과 같은 고품질 다결정 반도체의 성장에 중요하다. 이들 요인은 소수 캐리어 수명(lifetime)과 궁극적으로는 셀(cell) 효율에 영향을 미치는 불순물 분리 과정들뿐만 아니라, 용융물로부터 직접 웨이퍼(19)를 형성하는 알갱이들의 성장과 결정핵생성을 제어한다. 이들 변수에서의 균일함 제어는 용융물(13)의 볼륨 내와 형성 표면(6)의 면에 걸치는 것에 제한되지 않고 공간적으로 그리고 시간적으로 모두 특별히 중요하다.
DW 기술에 따라 만들어진 웨이퍼들은 가열된 도가니(11) 내에 보유된, 실리콘과 같은, 비교적 작은 볼륨을 갖는 녹은 반도체로부터 당겨진다. 웨이퍼(19)가 하나씩 제거될 때, 웨이퍼를 구성하는 실리콘이 용융물(13)로부터 제거된다. 지정된 간격마다, 용융물이 일정량의 미리 녹은 실리콘으로 다시 채워진다. DW 특허8,293,009호에 설명된 것처럼, 다시 채우는 것은 각 웨이퍼의 형성 사이, 웨이퍼의 묶음들의 형성 사이, 또는 연속적으로 일어날 수 있다. 주된 웨이퍼 형성 도가니에 다시 채우기 위해 고체 실리콘을 추가하는 것은, 대부분 고체를 용융시키기 위해 요구된 녹음의 숨은 열로 인해, 용융 온도 변화를 야기하기 쉽고, 철저하게 처리량을 제한하게 되는데, 이는 조작자들이 또 다른 웨이퍼를 형성하기 전에 실리콘이 녹기를 기다려야 하기 때문이다. 그러므로 그렇게는 행해지지 않는다. 대신, 고체 실리콘이 오프라인(offline)으로 미리 녹을 수 있다. 실리콘이 오프라인으로 녹는 제2 도가니가 턴디시(tundish)로서 업계에 알려져 있다. 턴디시는 실제로는 도가니이다. 본 명세서에서는 또한 제2 도가니, 급송(feed) 도가니, 또는 더 일반적으로는 공급 도가니라고 부를 수 있다. 보통, 그러한 공급 도가니는 웨이퍼들이 형성되는 주된 도가니와 동일한 재료로 만들어진다. 본 명세서에서, 턴디시라는 어구(phrase)는 보통 종래 기술을 논의하기 위해 사용된다. 공급 도가니라는 용어는 본 발명의 방법들과 관련하여 사용될 것이다. 만약 고체 실리콘이 턴디시에서 완전히 녹고, 미리 정해진 간격마다 주된 도가니(11)에 쏟아진다면 몇몇 문제점이 발생한다고 결정되었다.
먼저, 턴디시에서 실리콘을 완전히 녹이기 위해, 그리고 노(furnace)의 웨이퍼 출력을 유지하기 위해, 많은 양의 히터 파워가 턴디시에 보내진다. 이는 실리콘을 녹일 뿐만 아니라, 턴디시에서의 녹은 실리콘의 온도를 매우 높은 온도까지 끌어올린다. 그렇게 비교적 높은 온도에서 실리콘이 주된 도가니(11)에 추가될 때에는, 용융물(13)의 볼륨 전체에 걸친 온도 불균일성뿐만 아니라, 주된 도가니(11)에서의 용융물(13)의 볼륨 내에서의 온도 편위(excursion)가 생긴다. 이들 편위와 비균일성은 성장하는 고품질 웨이퍼들에 도전을 제공한다.
두 번째로는, 미리 녹은 다시 채우는 실리콘이 어는 것을 방지하기 위해, 그리고 노의 처리율을 유지하기 위해, 추가된 실리콘이 그것의 용융 온도 훨씬 위로 신속하게 가열되어야 한다. 이는 도가니에서의 녹은 실리콘의 벌크(bulk)의 온도의 상당히 위 온도에서 이루어지게 한다. 도가니(11)가 존재하는 노의 내부는 보통 주로 흑연으로 구성된다. 그 안에 포함된 탄소는 녹은 실리콘에 용해될 수 있다. 더욱이, 탄소의 실리콘에서의 용해도는 더 높은 온도에서는 훨씬 더 높다.
노의 절연 외에, 도가니들의 구성을 고려해야 한다. 공급 도가니와 주된 도가니 모두 흑연, 실리카, 탄화 규소, 질화 규소, 석영(이산화규소) 등과 같은 녹은 실리콘을 보유할 수 있도록 하기 위해 알려진 재료들의 그룹으로부터 만들어질 수 있다. 이들 재료는 모두 액체 실리콘의 더 높은 온도에서 더 높은 용해도를 가지고, 녹은 실리콘에서 약간 녹을 수 있다. 공급 도가니에서 액체상 생성물 재료만이 존재하고, 온도 오버슈트(temperature overshoot)가 크다면, 탄소(흑연 또는 탄화 규소 도가니에 관한), 산소(석영 도가니에 관한), 질소(질화 규소 도가니에 관한) 등과 같은 도가니 구성 성분들이 용융 온도 부근에서 생기는 것보다는 액체 반도체로 더 큰 농도로 용해된다.
성장한 웨이퍼에서의 너무 많은 탄소 또는 산소(도가니로부터, 또는 다른 곳에서)는 태양 전지들용으로 사용된 웨이퍼들에서의 소수 캐리어 수명의 감소를 야기할 수 있다. 또한 노를 운영하는데 있어서 다른 문제점들을 야기할 수 있다. 이들 다른 문제점은 기체 운반에 의해 챔버에서의 탄화 규소의 과도한 침전 또는 일산화 규소가 과도하게 가라앉는 것을 포함할 수 있다. 더 높은 온도에서의 증가는 매우 뚜렷하다. 만약 용해된 탄소로 포화된, 매우 뜨거운 녹은 실리콘이 더 찬 녹은 실리콘에 추가된다면, 탄화 규소가 용융물에서 침전된다. 이들 침전물은 DW 방법에 의해 녹은 실리콘으로부터 만들어진 임의의 웨이퍼의 품질을 떨어뜨린다. 그것들은 불순물을 많이 함유하는 재료의 막과 같은 더 빈약한 표면 마무리 품질, 또는 웨이퍼의 몸체 내에서의 포함 또는 침전을 야기한다. 그러한 침전물은 또한 웨이퍼의 벌크에서의 접합(junction)과 국지적인 재결합 중심들을 통한 션트(shunt)를 야기함으로써 품질을 떨어뜨릴 수 있다.
세 번째는, 이들 높은 온도 편위를 야기하지 않고, 공급 원료(feedstock)를 녹이기 위해 필요한 열의 양을 최소화하기 위해, 조작자는 예컨대 1㎜ 내지 10㎜ 사이즈 또는 그보다 작은 사이즈와 같이 비교적 더 작은 사이즈의 공급 원료 입자들을 사용하려고 시도할 수 있다. 하지만, 그러한 더 작은 입자들은 더 큰 입자들과 비교해서, 볼륨마다 더 많은 표면 영역을 가진다. 그러한 더 큰 볼륨에 대한 표면 영역은 바람직하지 않은데, 그 이유는 그 표면이 불순물과 오염 물질에 관한 1차적인 위치이고, 따라서 비교적 더 많은 표면 영역이 표면 오염 물질들로부터의 더 많은 오염의 공급원이기 때문이다.
턴디시에서의 온도 구배를 최소화하기 위해 관련 분야에 공지된 방법들이 존재하고, 그것들은 혼합을 촉진하기 위해 도가리를 회전시키는 것 또는 도가니를 앞뒤로 기울이는 것, 혼합을 촉진하기 위해 액체를 통해 기체 거품을 일으키는 것, 및 다른 그러한 방법들을 포함하지만, 이들에 국한되는 것은 아니다. 이들 방법은 다소 성가시고, 턴디시를 기계적으로 다루고 조작하는 행위를 요구하거나 그렇지 않으면 휘젓는 것을 요구하고, 이들 행위는 모두 가능하게는 회피하는 것이 가장 높은 비용 문제와 복잡성을 생기게 한다.
그러므로 도가니에서의 녹은 반도체의 용융물로부터 직접 반도체를 만들 수 있고, 도가니에서의 녹은 반도체를 웨이퍼 생산의 처리율를 감소시키지 않으면서 다시 채우는 것이 가능한 것이 바람직하다. 또한 공급 도가니 또는 주된 도가니에 담긴 녹은 재료 내에서 공간 및 시간상 불균일성과 상당한 온도 편위를 야기하지 않고 녹은 반도체를 채울 수 있는 것이 바람직하다. 달리 설명하면, 임의의 공급 도가니와 주된 도가니에 담긴 녹은 재료 내에서 공간상 및 시간상 불균일성과 유리하게 작은 온도 편위만을 야기하면서 녹은 반도체를 다시 채울 수 있는 것이 바람직하다. 또한 탄화물, 특히 실리콘 반도체의 경우에서의 탄화 규소의 침전물을 야기하지 않고, 녹은 반도체를 다시 채울 수 있는 것이 바람직하다. 또한 10㎜보다 큰 입자 사이즈를 갖는 공급 원료를 사용하여 용융물이 형성된, 녹은 반도체의 용융물로부터 직접 반도체를 생산할 수 있는 것이 바람직하다.
그러므로 본 발명의 목적은 도가니에서 녹은 반도체의 용융물로부터 직접 반도체를 생산할 수 있게 하고, 웨이퍼 생산의 처리량을 감소시키지 않으면서 도가니에서 녹은 반도체를 다시 채울 수 있게 하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 임의의 공급 도가니 또는 주된 도가니 내에 함유된 녹은 재료 내에서의 불균일성과 상당한 온도 편위를 야기하지 않고 녹은 반도체를 다시 채울 수 있게 하는 것이다. 본 발명의 목적은 임의의 공급 도가니와 주된 도가니 모두에 함유된 녹은 재료 내의 불균일성과 유리하게 작은 온도 편위만을 야기하면서, 녹은 반도체를 다시 채울 수 있는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 탄화물, 특히 실리콘 반도체의 경우에는 탄화 규소의 침전물을 야기하지 않고 녹은 반도체를 다시 채울 수 있게 하는 것이다. 더 넓은 목적들에는 녹은 재료의 볼륨 내에서의 온도의 불균일성과 편위를 일으키지 않고, 녹은 반도체의 도가니로부터 임의의 대상물(object)의 제작시 이들 목표를 달성하는 것을 포함한다. 비슷하게, 본 발명의 목적은, 특히 다시 채우는 재료가 녹은 재료의 벌크보다 상당히 더 높은 온도에 있다는 것으로 인해, 원치 않는 화합물의 침전물을 야기하지 않고 녹은 재료의 용융물을 다시 채우는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 녹은 반도체의 용융물로부터 직접 반도체를 생산하는 것이고, 이러한 반도체 용융물은 10㎜보다 큰 입자 사이즈를 갖는 공급 원료를 사용하여 형성되었다.
본 발명의 비교적 구체적인 목적은 녹은 재료의 도가니로부터 직접, 효율적으로 높은 처리량으로 반복 가능한 구성을 갖는 고품질의 반도체 웨이퍼를 생산할 수 있게 하는 것이다.
DW 방법에 의한 것과 같은 녹은 재료의 주된 도가니로부터 직접 반도체 웨이퍼를 형성하기 위한 공정(process)과 관련하여 본 발명의 일 양태에 따르면, 공급 도가니 내의 고체 물질과 액체 물질의 2개의 상(phase)이 항상 존재하도록, 온도와 볼륨, 그리고 조성 조건 하에서, 내부에 바라는 조성을 갖는 공급 반도체가 있는 공급 도가니(턴디시)가 유지된다. 고체 재료를 녹이기 위해 추가되는 임의의 추가적인 열은 고체 물질의 상을 액체로 변경시키지만, 공급 도가니 내에서의 액체 온도의 상당한 상승을 가져오지는 않는다. 발생하는 온도 편위는 형성된 생성물로 인해 문제를 야기하는 것보다 적게 유리하게 작다. 공급 도가니에 담긴 액체에서의 온도 편위에 관한 동적인 상황의 상세한 논의는, 아래의 상세한 논의 부분에서 다루어진다. 추가된 열로부터의 에너지는 공급 도가니 내의 고체 또는 액체 생성물 재료의 온도의 임의의 상승보다는 상의 변화에 의해 흡수된다. 실리콘의 경우, 녹음의 숨은 열은 4.138kJ*㎝-3이다. 공급 도가니 내에 일부 고체 생성물 재료가 남아 있는 한, 공급 도가니에서의 임의의 액체 생성물 재료의 온도는 상당히 올라가지 않는다. 온도의 임의의 상승은 유리하게 작은 채로 남아 있다. 공급 액체 온도를 상 전이 온도로 또는 상 전이 온도에 매우 가깝게 자동으로 또는 수동으로 유지하기 위해, 고체 생성물 재료는 일종의 온도 버퍼(buffer)로서 작용한다. 본 명세서에서 사용된 것처럼, 생성물 재료라는 용어는 생성물을 형성하기 위해 녹은 다음 응고되는 재료를 의미하고, 따라서 그러한 생성물은 생성물 또는 생성물 전구 물질을 만들기 위해 몇몇 방식으로 몰드 또는 성형된다.
종래 기술의 방법들을 사용하여, 실리콘에 관한 목표 공정 온도 위의 공급 도가니에서의 전형적인 온도 편위를 대략 100℃가 된다. 공급 도가니에서의 온도 편위가 이러한 100℃ 미만이 되도록 공정을 제어할 수 있는 것이 유리하다. 심지어 그러한 편위가 종래 기술에 의해 경험된 것보다 10℃만이라도 적다면, 즉 90℃의 편위를 의미한다면, 그러한 상황은 유리하게 된다. 본 명세서에서 사용된 것처럼, 실리콘 시스템의 경우에, 공정 목표 온도 위 90℃ 미만인 편위가 유리하게 작은 것으로 고려된다. 유리하게 작은 편위는 또한 아래에 설명된 것처럼, 평형 상태의 용융 온도의 배수라는 점에서 그 특징이 될 수 있다.
다른 반도체 재료들 또한 이러한 접근법으로부터 이익을 얻을 수 있다. 또 다른 예는 역시 비교적 높은 녹음 열을 가지고 938℃에서 녹는 게르마늄이다. 게르마늄 시스템은 또한 아래에서 더 상세하게 논의된다.
액체 생성물 재료는 임의의 적절한 수단에 의해 공급 도가니로부터 주된 도가니로 옮겨질 수 있다. 몇몇 그러한 수단에는 총망라하고 제한적인 목록을 구성하려고 의도된 것이 아닌 예시에 의해, 액체 생성물 재료가 공급 도가니의 가장자리 위에서 주된 도가니로 넘쳐 흐를 때까지, 공급 도가니 히터에 파워를 증가시킴으로써, 공급 도가니에서의 액체 생성물 재료의 높이를 증가시키는 것이 포함되고, 이러한 주된 도가니는 중력에 의해 공급 도가니 밑에 배치되어 있다. 또 다른 방법은 공급 도가니를 기울이는 것이다. 또 다른 방법은 공급 도가니 내의 볼륨을 차지하기 위해 고체 또는 기체를 사용함으로써, 가장자리 위에서 액체 생성물 재료가 넘쳐 흐르게 하는 것과 같이, 공급 도가니로부터 액체 생성물 재료를 옮겨 놓는 것이다. 또 다른 방법은 공급 도가니로부터 주된 도가니까지 도관(conduit) 또는 홈통(trough)을 사용하는 것이다.
예컨대 태양 에너지 수집기 패널을 제작하기 위해 사용된 실리콘 몸체들을 갖는, 이러한 2개의 상(two-phase) 공정을 사용하여, n형 도핑된 또는 p형 도핑된 웨이퍼들의 고체 생성물 재료가 1㎜와 15㎜ 사이 또는 그 보다 큰 사이즈를 갖는 고체 생성물 재료로부터 만들어질 수 있다. 그러한 2개의 상 방법은 공급 원료 다시 채우기를 요구하는 임의의 공정을 위한 다시 채우기 액체 반도체 재료의 공급의 조성과 온도를 유지하기 위해 사용될 수 있고, 이는 온도 편위와 조성 변화, 그리고 고체 다시 채우기 재료에서의 불순물 함유량과 온도 편위의 결과로서 용융물 내로 통합될 수 있는 불순물들에 민감하다. 공정 목표 온도 위의 공급 도가니에서의 온도 편위는 유리하게는 작게 유지된다.
녹은 반도체 재료와 형성 표면이 접촉하게 되는 형성 공정 측면에서 방법들이 논의되었지만, 이러한 방법들은 주된 용기에서의 일정 볼륨의 녹은 재료가 일정한 시간 간격으로 고갈된 다음, 더 녹은 재료로 다시 채워지는 임의의 방법에 관계되며, 이 경우 이러한 공정에서는 주된 용기에서의 녹은 재료에 온도 편위를 도입하는 것이 바람직하지 않고, 녹은 재료에 특정 타입의 불순물들을 도입하는 것 또한 바람직하지 않으며, 이들은 온도 편위로 인해 나쁜 효과가 늘어나는 것이다.
본 명세서에서 논의된 이들 및 다른 목적 및 양태는 도면의 그림들을 참조하여 더 잘 이해된다.
도 1은 종래 기술의 공정과 DW 장치 및 공정의 단계 및 장치를 개략적으로 나타낸 것으로, 용융물 표면과 접촉하는 형성 부재를 보여주는 도면.
도 2는 도 1의 종래 기술의 형성 부재에서 용융물 내에 형성된 반도체의 몸체를 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 형성된 응고된 몸체가 형성 표면에 부착된 상태에 있는, 용융물로부터 제거된 종래 기술의 형성 부재 조립체를 개략적으로 나타낸 도면.
도 4는 몰드 몸체를 통한 차압이 풀릴 때의 종래 기술의 형성 부재로부터 풀린 형성된 반도체 몸체를 개략적으로 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 구현예의 단면도를 개략적으로 나타낸 것으로, 녹은 재료를 담고 있는 주된 도가니(명확화를 위해, 형성된 생성물 몸체는 도시되지 않음)와, 생성물 재료의 고체 상과 액체 상을 담고 있고, 다시 채우는 액체 생성물 재료가 주된 도가니에 추가되는 공급 도가니를 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 공정 구현예의 방법 단계들을 흐름도 형태로 개략적으로 보여주는 도면.
도 7은 도 5에 도시된 것과 유사한, 본 발명의 일 구현예의 단면도를 개략적으로 나타낸 것으로, 고체 생성물 재료가 깔때기 내에 담겨 있고, 공급 도가니의 출구에 둑(weir)이 있는, 생성물 재료의 고체 상과 액체 상을 담고 있는 공급 도가니를 보여주는 도면.
도 8은 본 발명의 일 구현예를 사용하여 공급 도가니에서의 생성물 재료의 고체 상을 유지하고, 더 작은 온도 편위를 보여주는 본 발명의 방법이 사용되는 공급 도가니와, 종래 기술의 방법이 사용되는 공급 도가니에서의 잠재적인 온도 편위를 비교한 것을 그래프 형태로 개략적으로 보여주는 도면.
도 5는 일정 볼륨의 녹은 생성물 재료(13)가 안에 있는 주된 도가니(11)를 개략적으로 보여준다. 이는 도 1 내지 도 4에 도시된 것과 같은 부류의 도가니이다. 형성 표면과 형성된 물건들은 설명은 간략화하기 위해 도시되지 않는다. 또한 전술한 바와 같이, 임의의 녹은 반도체 형성 공정을 가진 본 발명의 공정 발명들이 사용될 수 있고, 이 경우 주된 도가니에서의 녹은 재료의 볼륨은 일정한 시간 간격으로 고갈되고 또한 나중에 다시 채워진다. 이는 녹은 반도체가 몰드로 쏟아지거나 추가 단계를 통해 공정의 흐름 내로 쏟아지는 공정들 또는 심지 또는 막대기와 같은 몇몇 부류의 형성 도구가 녹은 재료 내에 담겨지고, 녹은 재료가 다른 곳에서 사용하기 위헤 끌어 당겨지는 공정을 포함할 수 있다. 이들은 단지 예시하기 위한 것이고 제한적이지 않게 의도된 예일분이다. 중요한 요인은 생성물이 만들어질 주된 도가니로부터 녹은 재료의 볼륨들이 제거되고, 가끔 제거되며, 그러한 볼륨들은 다시 채워질 필요가 있다는 점이다.
공급 도가니(본 명세서에서는 턴디시 또는 공급 턴디시라고 부르기도 함)는 중력으로 주된 도가니(11)보다 높게 위치하고, 주된 도가니(11)와 중첩된다. 공급 도가니(111)와 주된 도가니(11)는 도시되지 않은 종래의 수단에 의해 독립적으로 가열될 수 있고 보통 독립적으로 가열된다. 예컨대 실리콘 몸체의 경우에 반도체 공급 원료(feedstock)인 고체 실리콘 생성물 재료(103)가 공급 도가니(111) 내의 얕은 용융물(113) 내로 공급된다. 고체 생성물 재료(103)는 천천히 녹아서 용해된이라고 부르기도 하는 액체가 된다. 고체 생성물 재료(103)는 덩어리(chunk) 재료로서 도시되어 있다. 공급 도가니(111)에서의 액체 반도체 표면(115)의 레벨이 꼭지(spout)(117)의 개구 위에서 높아질 때, 액체 반도체(118)가 꼭지(117)로부터 흘러나와 아래의 주된 도가니(11)로 흘러 들어간다.
아래에 논의된 것처럼, 본 발명의 일 양태는 공급 도가니(111)에서의 생성물 재료를 2개의 상의 상태로 유지하는 것으로, 이러한 2개의 상은 일부는 고체 상 생성물 재료(103)이고, 일부는 액체 상 생성물 재료(113)이다. 실시자는 액체와 용융물이라는 용어들이 일반적으로 동의어임과, 그것들이 본 명세서에서 사용되도록 의도된다는 점을 인지하게 될 것이다. 일반적으로 액체라는 용어는 생성물 재료의 상들에 대한 논의에서 사용된다. 용융물이라는 용어는 일반적으로 보통 주된 도가니(11)에서뿐만 아니라 공급 도가니(111)에서도 뜨거운 녹은 용융된 생성물 재료를 논의할 때 사용된다. 실시자는 일반적으로 그것을 용융물이라고 칭한다. 하지만, 고체와 대조해서 물리적 상, 또는 상태를 논의할 때에는 그러한 상태가 보통 액체라고 칭한다.
공급 도가니(111)의 가열된 존(zone)을 넘어 연장하는 꼭지(117)의 임의의 부분은 반도체의 일 예로서, 실리콘에 관한 빈약한 핵형성제인 석영을 가지고 정렬될 수 있고, 어느 정도의 과냉각(undercooling)을 허용하여, 실리콘을 액체 상으로 유지하고, 얼어서 고체가 되는 것을 방지한다. (만약, 생성물을 만들기 위해 상이한 반도체 재료가 사용된다면, 석영 외의 상이한 정렬(lining) 재료를 사용하는 것이 가능하고, 이러한 다른 재료는 사용되는 다른 특별한 생성물 반도체 재료에 관해서는 빈약한 핵형성 경향을 가지게 된다)
공급 도가니(111)로부터 액체 생성물 재료(118)가 흐르는 속도, 또는 빠져나가는 속도는 주된 도가니(11)에서의 용융된 재료(13)의 볼륨의 고갈을 만회하기 위해 조정되어야 하고, 이러한 고갈 속도는 형성된 대상물(도 5에는 도시되어 있지 않지만, 도 3과 도 4에 도시된 웨이퍼(19)와 비슷한)의 제거에 기초하여, 용융된 재료(13)가 얼마나 신속하게 고갈되는지에 따라 달라진다. 그것은 또한 주된 도가니(11) 내의 용융된 재료(13)의 볼륨의 허용 가능한 변화량에 따라 달라진다. 공급 도가니(111)를 빠져나가는 흐름(118)의 속도는 임의의 적절한 수단에 의해 확립될 수 있다. 계량기가 있는 펌프가 공급 도가니(111)와 주된 도가니(11)의 출구 꼭지(117)와의 사이에 유체가 흐르도록 결합되게 제공될 수 있다.
공급 도가니(111)는 그것으로부터 필요한 만큼, 더 많이, 전혀 없게, 또는 더 적은 유체(118)가 흘러나가게 재촉하기 위해 수평 위치에 대한 각이 변하게 기울어질 수 있다. 도 5는 꼭지가 중력에 의해 바닥 표면(114)의 가장 높은 부분이 되게 공급 도가니의 바닥 표면(114)이 기울어지도록, 수평 위치로부터 도시된 것처럼, 공급 도가니(111) 약간 시계방향으로 회전되어 기울여져 있음을 보여준다. 중립인 수평 위치에 대한 이러한 위치에서의 배향은 꼭지(117)로부터 액체가 흘러나오는 것을 방해를 하는 경향이 있다. 꼭지(117)가 중력에 의해 바닥 표면(114)의 가장 낮은 부분인, 반대 위치에서의 배향은 공급 도가니(111)로부터 액체(118)가 흘러나오는 것을 강화시키는 경향이 있다. 공급 도가니(111)에 결합된 임의의 적합한 회전 또는 들어올리는 액추에이터를 제공함으로써, 회전 정도가 능동적으로 제어될 수 있다.
또는, 공급 도가니(111)의 기울어짐은 도시된 것처럼 고정 및 경사지게 될 수 있다. 경사지게 되는 경우에는, 공급 도가니(111)를 빠져나가는 액체의 흐름(118)의 제어는 공급 용기에서 더 많은 액체(113)를 제공함으로써 증가될 수 있다. 액체 재료(118)는 공급 도가니를 가열시키는 히터들에 파워를 제공함으로써, 공급 도가니(111)로부터 흐르게 만들 수 있고, 이는 고체인 생성물 재료(103) 중 일부를 녹여서, 액체 재료(113)로 더 많은 고체 재료(103)가 내려갈수록 액체(113)의 레벨(115)을 끌어올리는데, 이는 그것이 단지 바로 이전에 고체 생성물 재료(103)였던 액체 생성물 재료를 대체할 수 있기 때문이다.
공급 도가니(111)에서의 액체(113)의 온도는 그것 안에 액체 생성물 재료(113)와 고체 생성물 재료(103)가 존재한 채로 도 5에 도시된 것처럼, 액체 상과 고체 상 모두에 있는 생성물 재료가 존재하는 한, 비교적 일정하게 머물러 있다. 고체 생성물 재료와 액체 생성물 재료가 항상 존재한다면, 공급 도가니(111)에 얼마나 많은 열 에너지가 제공되더라도 액체(113)의 온도는 거의 용융 온도 가까이로 유지될 것이다.
용융 온도 위의 공급 도가니(111)에서의 예상된 온도 편위의 크기는 단순히 정해지거나 논의되지 않는다. 공급 도가니(111)에서의 액체 생성물 재료(113)는 2개의 상을 갖는 볼륨의 바로 부근에서만 생성물 재료의 용융 온도에 가깝게 될 것이다. 바로 부근이라는 것은 글자 T로 표시된 위치에서와 같이, 고체 요소들(103)과 액체 볼륨(113) 상들이 모두 존재하는 것에 가까운 것을 의미한다. 글자 L로 표시된 위치에서와 같이 액체만이 존재하는 경우에서는, 액체 생성물 재료(113)의 온도는 평형 상태의 용융 온도 위로 되기 위해 올라갈 수 있다. 열을 고체 생성물 재료 입자(103)들에 전도하기 위해서는 액체에서의 온도 구배가 있을 것으로 예측된다. 2개의 상의 존재는 온도 편위를 감소시킨다. 생성물(예컨대, 반도체 웨이퍼) 제조 공정을 역동적이다. 재료의 2개의 상을 제공하는 것은, 고체 생성물 재료의 마지막 작은 조각들이 녹아야 할 때 자연적으로 발생하는(고체 생성물 재료의 다시 채우기가 없는 경우) 열적 오버슈트(thermal overshoot)를 제한한다.
재료의 2개의 상을 제공하는 것은 또한 시간이 지남에 따라 종래 기술의 1개의 상 방법(고체 생성물 재료를 다시 채우는 것이 없는 경우)을 사용하여 발생하는 열적 오버슈트에 있어서의 변화성을 제한하는데, 이는 그러한 공정의 상이한 부분들이 전도되기 때문이다. 예컨대, 처음에 고체 재료가 추가된 후, 공급 도가니에서의 온도는 떨어지는 경향이 있는데, 이는 고체 재료의 상을 액체 재료로 변경하는데 필요한 에너지에 의해 열 에너지가 흡수되기 때문이다. 점점 더 적은 고체 재료가 남아있게 됨에 따라서, 액체 생성물 재료의 온도는 더 많은 고체 재료가 제공될 때까지 올라가고, 올라간 그 시점에서 액체 생성물 재료의 온도는 다시 떨어진다. 용융 온도 위의 이러한 온도 편위에 있어서의 변화성은 생성물 재료의 용융 온도 위에서의 고정된 양만큼의 간단한 일정한 온도 편위를 다루는 데 있어서의 간단한 어려움과는 복잡성을 상이한 시스템의 제어에 추가한다.
반도체의 용융 온도는, 예컨대 실리콘의 경우 1414℃이다. 사실상 제공된 모든 과도한 열 에너지는 고체 실리콘 재료(103)의 상을 액체 실리콘 재료(113)로 변경하기 위해 필요한 에너지를 차지하게 된다. 만약 조작자가 고체 재료(103)가 완전히 녹는 것을 허용한다면, 그 시점에서의 완전히 액체 볼륨에 제공된 추가된 열은 실제로 액체(113)의 온도가 증가하게 한다. 하지만, 만약 대신 고체 생성물 재료(103)가 완전히 녹기 전에, 조작자 또는 자동 시스템이 고체 생성물 재료를 추가하게 된다면, 액체 생성물 재료(113)의 온도는 아래에서 더 정량적으로 설명된 것처럼, 거의 일정하게 유지된다.
실제로, 종래 기술의 방법들을 사용하는 전형적인 용량(capacity) 공급 도가니(111)(200 내지 400㎤의)의 경우, 액체 생성물 재료(113)의 온도는 보통 대략 100℃ 또는 대략 1420℃인 명목상 공정 목표 온도보다 높게 올라가게 된다. 보통, 고체 공급 재료가 완전히 녹는 실리콘 시스템의 경우에는, 명목상 평형 용융 온도는 1414℃이다. 전체 공정에 대해 매우 이롭지 못하게 되는, 액체가 결코 녹지 않는 것을 보장하기 위해서는, 공정이 공급 액체 온도를 대략 1420℃로 유지시키는 것을 목표로 한다. 아래의 논의를 단순화시키기 위해, 공정 목표 온도라는 용어는 평형 용융 온도 위의 수 도(several degrees)를 의미하기 위해 사용될 것이고, 이는 실리콘의 경우에는 용융 온도 위 6℃가 전형적이다.
그러한 용어가 본 명세서와 청구항들에서 사용된 것처럼, 목표 공정 온도 위로 100℃ 이상인 실리콘 시스템에서의 온도 편위는 상당한 편위인 것으로 간주된다. 본 명세서에서 개시된 발명들의 방법들을 사용하게 되면, 실리콘 시스템에서의 온도 편위는 90℃ 미만인 것으로 남아 있고, 50℃ 또는 그 미만으로 작을 수 있다. 공급 원료 재료들과 노 구성들의 다양성을 묘사하기 위해서는 본 발명을 사용하지 않는 것과 비교된 백분율 감소 측면에서의 본 발명의 온도 편위들에 있어서의 감소에 대해 얘기하는 것이 도움이 된다. 그러므로 본 명세서에 개시된 발명들의 방법들을 사용하면 온도 편위가 10%만큼 감소되고, 50% 이상이나 많이 될 수 있다.
공급 도가니에서의 온도 편위가 이러한 100℃ 미만이 되도록 공정을 제어할 수 있는 것이 유리하다. 심지어 그러한 편위가 종래 기술에 의한 것보다 10℃ 만 적은 경우, 즉 90℃의 편위인 경우에도 그러한 상황이 유리하게 된다. 본 명세서에서 사용된 것처럼, 실리콘 시스템의 경우에, 공정 목표 온도 위 90℃ 미만인 편위는 유리하게 작다고 간주된다. 75℃ 또는 50℃와 같이 90℃보다 훨씬 작은 편위는 동등하게 또는 심지어 더 유리할 수 있다. 그러므로 본 명세서에서 사용된 것처럼, 실리콘 시스템에 관한 공정 목표 온도 위의 유리하게 작은 온도 편위는 90℃ 또는 그 미만인 것이다.
또한 상이한 이벤트(event)가 발생할 때, 공정에서의 시간이 지남에 따른 최대 온도 편위의 가변성을 제한하는 것이 유리하다. 종래 기술의 방법들은 시간이 지남에 따른 온도 편위에 있어서 큰 가변성이 존재하는데, 일부는 전술한 100℃만큼이나 높고 일부는 훨씬 더 낮다.
일반적으로 본 발명의 방법들 및 장치의 구현예들을 논의한 후에는 역동적인 온도 상황이 아래에서 더 상세하게 논의된다.
그러므로 공급 도가니(111)로부터 주된 도가니(11)로의 액체(118)의 흐름 속도를 증가시키는 한 가지 방식은 공급 도가니(111)에 제공된 열 에너지를 증가시킴으로써, 더 많은 고체 재료(103)가 녹게 함으로써, 꼭지(117)의 높이 위로 액체(113)의 표면 레벨(115)의 높이를 증가시키는 것이다. 반대로, 공급 도가니(111)로부터 주된 도가니(11)로의 액체(118)의 흐름 속도를 감소시키기 위해서는, 조작자가 공급 도가니(111)에 제공된 열 에너지의 양을 감소시키게 되고, 이는 고체 재료(103)가 녹는 속도를 감소시키고 따라서 공급 도가니(111)에서의 꼭지 레벨(117) 위의 액체(113)의 표면(115)의 레벨의 높에 있어서의 증가 속도를 감소시키거나 반대로 한다.
본 발명의 이러한 양태의 장점은, 공급 도가니(111)에서의 반도체(주된 예에서는 실리콘)의 2개의 상 성질 때문에, 고체 생성물 재료의 모두가 비교적 신속하게 녹은 다음 주된 도가니(11)를 다시 채우기 위해 사용되는 방법에 비해, 필요한 양만큼의 고체 생성물 재료(103)를 녹이기 위해 달성된 온도 오버슈트가 감소된다는 것이다. 이러한 낮은 온도 시나리오는 액체 생성물 재료 용융물 다시 채우기 스트림(118)에서 탄소가 비교적 적게 용해가 되게 한다. 꼭지(117)는 또한 요구된다면 온도 제어될 수 있다. 꼭지(117)는 별도의 히터와 제어를 가지고 가열될 수 있어서, 쏟을 때 얼어버리는 것을 방지하고 또한 공급 도가니(111)로부터의 공급 액체(118)가 주된 도가니(11) 내의 액체(13)를 칠 때, 온도 편위를 방지하기 위해, 주된 도가니(111)에서의 액체(13)의 온도 가까이로 그것의 온도를 유지시킨다.
도가니에 제공된 일부 열 에너지가 고체 상으로부터 액체 상으로의 전이를 야기시 흡수되도록 공급 도가니(111)에 일부 고체 생성물 재료(103)가 항상 존재하는 것이 중요한데, 이 경우 액체의 온도를 상승시키기 위한 이용 가능한 에너지는 없다. 일부 고체 생성물 재료(103)의 존재를 유지하기 위해 임의의 적합한 수단이 사용될 수 있다.
예컨대, 같거나 같이 않은 볼륨의 별개의 묶음들이 규정된 시각에서 공급 도가니(111)에 추가될 수 있다. 대안적으로, 고체 재료의 비교적 일정한 흐름을 공급 도가니(111)에 전달하는 컨베이어(conveyor) 벨트 타입의 시스템이 제공될 수 있다.
도 7을 참조하여 개략적으로 도시된 것과 같은 또 다른 방법은, 비교적 같은 볼륨의 고체 재료(721)가 가열된 공급 도가니(711)에서 유지되도록 모양을 가지고 배치되는 보유(holding) 용기(721)에서 비교적 많은 볼륨의 고체 생성물 재료(703)를 제공하는 것으로, 이러한 재료는 그 중에서도 특히 공급 도가니(711)에 제공된 열의 양과, 내부에 얼마나 많은 고체 생성물 재료(703)와 액체 생성물 재료(713)가 남아 있는지에 따라 달라지는 비율(rate)로 가열되고 녹는다.
예컨대, 가열된 존 내에는 비교적 적은 사이즈의 개구(701)와, 가열된 공급 도가니(711)로부터 중력에 의해 위에 그리고 열적으로 떨어져 있는 비교적 더 큰 사이즈의 개구(707)를 갖는 깔때기(721) 또는 호퍼(hopper)가 제공될 수 있다. 이러한 깔때기에는 비교적 큰 볼륨의 고체 재료(703)가 내부에 제공되고, 그들 중 일부는 하부의 가열된 부분에 있지만, 대부분은 가열된 공급 존에서 위에 있다. 도 7에 도시된 배치는, 도가니 몸체 내의 고체 생성물 재료의 쌓아올린 것이 그것이 고갈될 때, 더 많은 고체 재료를 공급 도가니에 추가하는 수동적인 방식이기 때문에 유리하다.
히터들(저항성 또는 유도성 또는 임의의 다른 종류일 수 있고 도시되지 않은)은 제공된 열의 양에 의해 결정된 비율로 종래의 방식으로 그것들의 영향이 미치는 존 내에서 고체 생성물 재료(703)를 녹이고, 공급 도가니(711) 위의 고체 재료는 바로 얼마전에 녹은 고체 재료(703)가 이전에 차지했던 구역 내로 내려간다. 액체(718)가 공급 도가니(711)로부터 흘러나감에 따라 이전에 고체 생성물이었던 새롭게 녹은 액체를 위한 더 많은 공간이 만들어진다. 공급 도가니 바닥 플로어(714)의 (플로우-와이즈(flow-wise)) 리딩 에지(717)에 높아진 둑(723)이 제공되는 변화예가 도 7에 도시된다. 공급 도가니 리딩 에지(717)의 가장 높은 부분보다 높은 액체 레벨의 표면 없이, 도 5에 도시된 것처럼 둑이 없는 구현예에 비해 둑은 동일한 회전 배향에 관해 공급 도가니(711) 내에서 더 많은 액체 재료(713)가 보유되는 것을 가능하게 한다.
입자 사이즈를 그 특징으로 하는, 고체 생성물 재료(103 또는 703)의 입상은 비교적 높은 생성물 처리량을 확립하는 측면에서는 중대하지 않은데, 이는 고체 생성물 재료가 주된 도가니(11)를 공급할 필요가 있기 전에(시간상) 잘 녹기 때문이다. 그러므로 고체 생성물 재료의 입자 사이즈는 작을 필요가 없다. 알려진 시스템들에서는, 입자들을 녹이기 위해 너무 긴 시간이 걸리지 않도록 약 10㎜ 미만인 입자들을 사용하는 것이 유익하고, 이는 처리량을 늦춘다. 본 명세서에 개시된 발명들을 가지고서는 사이즈 한계는 관련성이 없다. 예컨대, 사이즈가 10㎜ 이상인 직경을 갖는 입자들이 사용될 수 있다. 실제로, 공급 도가니(111) 자체 또는 임의의 호퍼 또는 깔때기(721)가 보유하고 공급 도가니(111, 711)의 가열된 구역들 내로 분배할 수 있을만큼 큰 입자들이 사용될 수 있다. 비교적 더 큰 입자들(103, 703)을 사용하는 것이 유리한데, 이는 볼륨에 대한 표면비가 더 작은 입자들(103, 703)의 것보다 비교적 적기 때문이다. 그러므로 임의의 표면 오염물질들의 양은 명목상으로는 동일하지만 더 작은 사이즈를 갖는 입자들(103, 703)을 가지고 제공되는 것보다 적다.
일 예로서, 200㎤과 400㎤ 사이의 용량(capacity)을 가지는 공급 도가니와, 400㎤와 1100㎤ 사이의 용량을 가지는 주된 도가니를 사용하게 되면, 공급 도가니로부터 주된 도가니로 액체를 5㎤/분과 50㎤/분 사이의 속도로 다시 채우는 것이 달성될 수 있다. 156×156㎜의 표면적과, 190미크론 두께, 및 약 5㎤인 볼륨을 갖는 업계 표준인 실리콘 태양 에너지 웨이퍼들의 경우에 이는 주된 도가니(11)의 용융물(13)로부터 형성된 분당 1개의 웨이퍼와 분당 10개의 웨이퍼 사이에 대응한다. 신중하게 생각하면, 고체 재료 전부가 예기치 않게 녹지 않아서 액체 생성물 재료(113)의 온도가 받아들이기 어렵게 올라가는 것을 허용하도록 안전한 최소 볼륨 위로 공급 도가니(111)에서의 고체 생성물 재료(103)의 양을 유지하는 것이 유익하다. 그러한 안전한 최소 고체 볼륨은 생성물(웨이퍼) 처리량과 기하학적 형태, 및 시스템의 열적 응답들과 같은 변수들에 기초하여, 판에 박힌 실험에 의해 조작자가 결정할 수 있다.
이러한 방법 발명들의 단계는 또한 도 6을 참조하여 개략적으로 도시된 것처럼 흐름도로 그 특징을 나타낼 수 있다. 공정은 단계(600)에서 시작한다. 주된 도가니(11)에서는 액체 생성물 재료가 제공된다. 예컨대 태양 에너지 수집기 패널들에서 사용하기 위한 웨이퍼와 같이 적어도 하나의 제작된 대상물이 단계(612)에서 제작된다. 더 많은 대상물(웨이퍼)이 만들어져야 하는지를 결정하기 위한 조건이 단계(614)에서 테스트된다. 만약 아니오(no)라면 공정은 단계(640)에서 끝난다. 만약 예(yes)라면, 더 많은 액체 생성물 재료가 주된 도가니(11)에서 요구되는지의 조건이 단계(616)에서 테스트된다. 만약 아니오라면, 공정을 단계(612)로 되돌아가고 추가적인(웨이퍼) 대상물이 형성되고, 공정은 위와 아래에서 설명된 것처럼 계속된다. 만약 예라면 더 많은 액체 생성물 재료가 주된 도가니(11)에서 요구되고, 그럴 경우 단계(618)에서 공급 도가니(111)로부터 주된 도가니(11)로 액체 생성물 재료가 제공된다. 이 때 또는 계속해서 이러한 시스템은 단계 620에서 2개의 상을 테스트함으로써, 생성물 재료의 2개의 상이 존재하는지를 결정한다. (이는 공급 도가니(111)에 적절한 고체 상 생성물 재료가 존재하는지를 알아보기 위한 시험의 형태로 이루어질 수 있거나, 역시 액체 생성물 재료가 존재하는지를 단계(619)보다 앞에서 또한 이루어질 수 있다. 적당한 액체와 적당한 고체에 관한 테스트들은 먼저 또는 동시에 수행될 수 있다) 만약 단계(619)에서의 테스트가 충분한 액체가 존재하지 않는다고 결정하면, 단계(617)에서 열이 추가된다. 적당한 고체 상 재료에 관한 단계(620)에서의 조건 테스트로 되돌아가서, 존재하는 고체가 없거나 고체 재료의 양이 부적당하다면, 단계(622)에서 고체 생성물 재료가 공급 도가니(111)에 추가된다. 단계(624)에서는 공급 도가니(111)로부터 주된 도가니(11)에 액체가 추가되고, 방법은 단계(612)로 되돌아가며 적어도 하나 더 많은 대상물이 제작된다.
보통 공급 도가니(111)와 주된 도가니(11)에는 액체(113)의 유체 결합(coupling)이 존재한다. 도 5는 간단한 열린 쏟아짐(pour out)으로서 이러한 유체 결합을 보여준다. 이러한 결합은 또한 하나 이상의 닫힌 파이프 또는 열린 채널, 또는 파이프들이나 채널들과 쏟아짐의 조합 또는 파이프들과 채널들 및 쏟아짐 모두일 수 있다. 액체 생성물 재료(113)가 공급 도가니(111)를 떠나서 주된 도가니(11)로 나아가게 강제하는 방법은, 그것을 펌프질(pumping)하는 것에 의하는 것일 수 있거나, 액체(113)의 표면(115)이 꼭지(117)에 대해 끌어올려지도록 전체 도가니 자체를 기울이는 것/회전시키는 것에 의해, 또는 더 많은 고체 생성물 재료(103)를 추가하거나 녹지 않을 또 다른 고체의 볼륨을 제공함으로서 꼭지의 액체 위 부분 일부를 옮김으로서 공급 도가니의 꼭지(117)보다 높은 공급 도가니(111)에서의 액체 재료(113)의 표면(115)의 높이를 끌어 올리는 것, 또는 액체가 흐르도록 액체(113)의 볼륨에 압력을 가하는 것에 의해, 또는 그것을 제어된 볼륨들에서 액체를 옮기는 임의의 방법이나 일부 부류의 기체나 공기와 같은 또 다른 유체로 대체하는 것에 의한 것일 수 있다. 옮김에 의해 재료를 움직이는 경우, 공급 도가니(111)는 주된 도가니보다 높을 필요는 없고, 오히려 액체의 가장 높은 한계(extent)는 주된 도가니 위에 있어야 한다.
이제, 공급 도가니(111)에서의 온도에 관한 동적인 상황의 좀더 상세한 논의로 돌아가면, 공급 도가니(111)에서의 고체 생성물 재료(103)가 주된 도가니(11)에 액체 생성물 재료(118)를 추가하기 전에 완전히 녹는 종래 기술의 경우에서는, 공급 도가니에서의 온도 편위는 변수의 개수에 따라 달라진다. 이들 변수는 공급 도가니(111)로부터 액체 생성물 재료(118)가 공급 도가니(11)로부터 회수되어 주된 도가니(11)에 추가되는 비율(rate)(이는 추가하는 것들 사이에서 만들어진 생성물의 개수와 볼륨에 대응한다), 공급 도가니(111)의 볼륨, 히터의 제어, 히터/도가니 시스템의 열적 응답, 및 고체 생성물 재료(103)의 입자 사이즈를 포함하지만, 이들에 국한되는 것은 아니다.
히터의 제어에 관해서는, 만약 히터 파워 및 속도와, 추가된 고체 생성물 재료(103)의 비율과 양에 대한 최종적인 제어가 존재한다면, 공급 도가니(111)에 매번 추가된 고체 생성물 재료(103)가 최소 열적 오버슈트를 가지고 막 녹도록 가변적인 속도로 단지 올바른 양의 파워를 히터에 주는 것이 가능하게 된다. 실제로 그것은 히터들의 매우 복잡한 능동(active) 제어를 요구한다.
높은 융합 열을 가지고 실리콘과 같은 반도체로부터 태양 전지에서 사용하기 위한 웨이퍼들과 같은 생성물을 제작하는 경우, 이러한 접근은 시스템의 질량(mass)과 함께 Si(모든 원소들 중 두 번째로 가장 높은)의 높은 융합열에 의해 더 복잡하게 되어, 상당한 열적 지연을 초래한다. 실제로, 본 명세서에서 개시된 발명들의 2가지 상 방법들은 더 간단한 수동적인 방식으로 온도 오버슈트 문제를 해결한다.
생성물 재료(103)의 고체 상이 공급 도가니(111)에 존재하게 유지하는 것은, 히터들에 의해 공급된 과도한 열이 민감한 열에 있어서의 증가로 인해 액체(113)의 온도의 증가라기 보다는, 녹이기 위해 요구된 숨은 열 때문에, 고체 생성물 재료(103)의 더 많은 녹이기를 일으킨다는 것을 의미한다. 하지만, 이는 동적인 공정이고 과도한 열이 보통 고정된 양의 시간 동안에 고체 생성물 재료(103)에 대한 액체 생성물 재료의 비를 증가시키기 위해 공급 도가니(111)에 주기적으로 추가되기 때문에 공급 도가니(111)에서는 액체 생성물 재료(113)의 온도 변화가 여전히 존재한다. 하지만 이들 변화는 대부분 시간적이기보다는 공간적이다. 열은 공급 도가니(11)에 그것의 온도를 유지하기 위해 추가되고 그것은 액체/기체 및 액체/고체 경계면까지 가열되는 공급 도가니 표면(114)으로부터의 작은 온도 구배를 야기하게 된다. 이들 구배는 액체 생성물 재료(118)가 제거되거나 고체 생성물 재료(103)가 추가됨에 따라 증가하게 되고, 액체 공급 재료(113)의 양을 유지하기 위해 더 많은 열이 공급 도가니(111)에 추가된다. 공급 도가니 표면(114)에 추가된 열의 증가는 가열된 공급 도가니 표면(114) 부근에서의 액체 온도가 올라가게 하고, 이는 혼합및 전도를 통해 전반적인 온도를 올리기 시작하게 한다. 이러한 온도 증가가 고체 생성물 재료(103)에 도달하게 되면, 그것은 열을 효과적으로 사용하고 더 많은 온도 상승을 방지하여 녹기 시작한다.
하지만, 도 8을 참조하여 개략적으로 도시된 것처럼, 이들 온도 편위는 공급 도가니에서 공급 원료가 완전히 녹은 종래 기술의 경우에 비해 훨씬 더 작다. 도 8은 종래 기술의 상황(곡선 A)을 본 발명의 방법 발명들의 구현예들을 나타내는 2가지 상황(곡선 B와 곡선 C)과 개략적으로 비교한다. 예컨대 도 5의 위치(L)에서는 수직 스케일이 공급 도가니 내의 액체 생성물 재료에 있어서의 온도를 보여준다. 종래 기술의 곡선 A의 경우에서는 그 온도가 그것의 출구 가까이의 공급 도가니의 대응하는 위치에서 취해진다. 수평 스케일은 시간이다.
도 8은 본 발명을 통해 경험한 온도 오버슈트의 범위가 종래 기술의 방법들에 비해 50% 이상까지 감소하는 상황을 보여준다. 편위의 사이즈는 위에서 열거된 변수들에 따라서 달라지는 것을 명심하는 것이 중요하다. 도 8은 일 예로서 녹는 온도가 1414℃인 실리콘의 생성물 재료를 사용한다. 확실히 실리콘이 얼지 않도록 하기 위해, 항상 액체 실리콘의 목표 공정 온도를 1420℃ 이상으로 유지하려는 시도가 이루어진다. 곡선 A(위쪽 곡선)는 고체 재료의 유지가 없는, 종래 기술의 방법들을 사용하는, 공급 도가니에서의 액체 생성물 재료의 온도의 전형적인 변화를 보여준다. 그 온도는 1420℃로부터 오버슈팅하여 1520℃와 그 이상의 범위를 갖는다. 종래 기술의 곡선인 A의 경우에는 새롭게 공급된 고체 생성물 재료 공급 원료 전부를 신속하게 녹이기 위해 히터들로의 파워가 증가될 때, 도시된 사이클들이 공급 도가니로부터의 액체의 제거, 새로운 고체 생성물 재료 공급 원료의 추가, 및 용융 온도의 오버슈트에 개략적으로 대응한다.
곡선 B와 곡선 C의 경우들에서는, 내부의 고체 재료가 위에서 논의된 것처럼 녹을 때 도시된 사이클들이, 공급 도가니로부터의 액체의 제거, 위에서부터 공급 도가니로 새로운 고체 생성물 재료 공급 원료를 느리고 연속적으로 추가하는 것에 개략적으로 대응한다. 액체 생성물 재료(118)를 주된 도가니(11)에 느리고 연속적으로 추가하는 경우에서는, 히터를 순환시키고 더 많은 액체를 발생시키는 것이 조작자가 공급 도가니(111)로부터 주된 도가니(11)로 액체 재료(118)가 흐르게 하는 방법이지 않는 한, 히터 파워 사이클에 관한 필요성이 없을 수 있다. 고체 생성물 재료(103)가 묶음들로 추가되는 경우들에서는, 고체 입자들(103)을 녹이고 액체 레벨(115)을 유지하기 위한 히터 사이클이 있을 필요가 존재하게 된다.
곡선 B(가장 아래쪽 곡선)는 공급 도가니(111)의 액체 생성물 재료(113)에서, 본 방법 발명의 일 구현예를 실시하는 동안의 온도 상황을 보여준다. 공급 도가니(111)에서 공급 원료의 고체 상 생성물 재료(103)의 양을 유지함으로써, 액체 생성물 재료(118)가 공급 도가니(111)에서의 액체 생성물 재료(113)의 양으로부터 제거되고 주된 도가니(11)에 추가되는 비율에 따라 달라지는 오버슈트의 감소와 함께, 온도 편위가 상당히 감소된다. 이는 다른 요인들 중에서도, 만들어진 생성물들의 개수와, 따라서 주된 도가니(11)에서의 액체(13)의 볼륨(즉, 액체(117)가 추가된 것들 사이에서 이루어진 웨이퍼들의 개수)의 감소, 공급 도가니(111)의 볼륨, 히터의 제어, 히터/도가니 시스템의 열적 응답, 및 고체 생성물 재료(103) 공급 원료의 입자 사이즈에 대응한다.
곡선 B는 1420℃로부터 대략 1470℃까지, 약 50℃의 범위에 걸친 온도 편위를 보여준다. 이는 종래 기술 곡선 A에 도시된 것에 비해 비교적 더 작은 편위 범위이고, 100℃(곡선 A)로부터 오직 50℃까지의 온도 편위에 있어서의 감소를 나타낸다. 이는 유리하게 작은 온도 편위로 간주된다. 실제로, 그것은 매우 유리하다.
곡선 C(중간 곡선)는 1420℃로부터 대략 1510℃까지, 90℃의 범위에 걸친 온도 편위를 보여준다. 이는 종래 기술 곡선 A에 도시된 100℃에 비해 비교적 더 작은 편위 범위이지만, 도시된 곡선 B의 것보다는 크다. 곡선 C는 100℃(곡선 A)로부터 오직 90℃까지의 온도 편위에 있어서의 감소를 나타낸다. 비록 이것이 종래 기술에 비해 오직 10℃ 향상된 것일지라도, 그러한 온도 편위의 감소는 공정 장점들을 제공하고, 이는 유리하게 작은 온도 편위로 간주된다.
만약 상황이 가열의 속도가 중요하지 않은 평형 상황이었다면, 공급 도가니(111)에서의 벌크 액체 생성물 재료 온도는 공급 원료의 용융 포인트에 매우 가깝거나 그러한 용융 포인트에 있게 된다. 하지만, 작동 상황에서는 고체 생성물 재료(103)가 노의 처리량을 유지하기 위해 일정한 양의 시간 내에서 녹여져야 하기 때문에 공급 도가니(111)에서의 액체 생성물 재료(113) 내의 온도 구배가 발생하게 되지만, 공급 도가니에서의 고체 공급 원료 재료가 완전히 녹는 것이 허용되는 종래 기술의 경우에 비해 상당히 약해진다. 노 파라미터들의 주어진 세트에 관해, 공급 도가니 재료가 완전히 녹는 것이 허용된다면, 온도 오버슈트가 아래 표 1의 첫 번째 라인에 도시된 것처럼 발생할 수 있다. 실제 오버슈트는 고체 생성물 재료, 고체 생성물 재료의 볼륨(그리고 실행될 때마다의 그러한 볼륨의 가변성), 고체 생성물 재료 입자 사이즈(그리고 실행될 때마다의 그러한 입자 사이즈의 가변성), 히터/도가니 시스템 열적 응답, 및 히터 제어 알고리즘을 포함하는 여러 변수들에 따라 달라진다.
실행될 때마다의 볼륨과 입자 사이즈의 가변성이 오버슈트에 기여하는 이유는, 만약 시스템/노가 일정한 볼륨의 고체 생성물 재료, 또는 일정한 입자 사이즈를 예상한다면, 요구된 시간 내에서 그러한 예상된 볼륨 또는 입자 사이즈를 녹이는 것이 설정될 것이기 때문이다. 만약 볼륨이 덜하거나 입자들이 더 작다면, 재료가 더 신속하게 녹게 될 것이고, 온도의 오버슈트가 존재하게 될 것이다. 만약 그 변화가 반대 방향으로 이루어진다면, 녹는 것이 더 길게 이루어지고, 오버슈트가 덜 하게 되지만, 아마도 시스템의 처리량 요구 조건은 충족되지 않을 것이다. 그러므로 불충분한 처리량보다는 온도 오버슈트를 초래하는 변수들 측에서의 치우침들이 오차(error)를 일으키기 쉽다.
표 1은 100℃에 이르는 액체 온도 오버슈트 양을 보여준다. 그것은 도 8의 곡선 A와 대응한다. 본 명세서에서 설명된 것과 같은 2개의 상 접근을 사용하면 주어진 온도 오버슈트를 유리하게 작은 오버슈트까지 상당히 감소시켜 경우 Ⅰ과 같이 10%만큼 감소시키는 이익을 제공한다. 더 바람직하게는, 10% 오버슈트보다 훨씬 더 작은 역시 유리하게 작은 오버슈트인 경우 Ⅱ와 같이 25%만큼 오버슈트를 감소시키니다. 가장 유리하게는, 경우 Ⅲ과 같이 50%만큼 오버슈트를 감소시킨다. 경우 Ⅰ은 도 8에서의 곡선 C로 도시된 상황에 대응한다. 경우 Ⅲ은 도 8에서의 곡선 B로 도시된 상황에 대응한다. 본 명세서에 개시된 발명들의 2가지 상 방법은 1개의 상이 있는 종래 기술 방법들에 비해, 1가지 상 오버슈트가 100℃와는 상이할지라도 대응하는 방식으로 온도 오버슈트를 감소시키는 장점을 제공하게 된다. 절대 정도인 C로 나타낸 오버슈트에서의 실제 감소 또는 오버슈트의 백분율은 고려중인 실제 공정들에 따라 달라지게 된다.
경우 최소 공급 도가니 온도(℃) 최대 공급 도가니 온도(℃) 온도 범위(오버슈트)(℃) 범위에 있어서의 감소(%)
종래 기술 1420 1520 100
2개의 상 Ⅰ 1420 1510 90 10%
2개의 상 Ⅱ 1420 1495 75 25%
2개의 상 Ⅲ 1420 1470 50 50%
공급 도가니(111)에 고체 생성물 재료(103)를 항상 유지시키는 또 다른 중요한 장점은, 목표 공정 온도 또는 평형 용융 온도 위의 온도 편위에 있어서의 변화가 생성물 재료가 완전히 녹고 공급 도가니에서 고체 생성물 재료(103)를 유지하기 위한 어떠한 수고도 이루어지지 않는 종래 기술의 방법에 비해 훨씬 더 작다는 점이다. 도 8에 도시된 것처럼, 종래 기술의 곡선 A는 1520℃로부터 대략 1550℃까지 높게 최대 온도 편위에 있어서의 오르내림을 보여준다. 이러한 변화성은 많은 요인들에 기인하는데, 이러한 요인에는 히터들에 비교적 더 많은 파워를 제공할 필요성, 채울때마다 공급 도가니에 제공된 고체 생성물 재료의 실제량에 대한 불확실성, 각각의 액체 제거 이벤트에서 공급 도가니로부터 제거된 실제 액체량에 대한 불확실성, 매번 채울 때 추가된 실제 평균 입자 사이즈 또는 고체 생성물 재료가 포함된다. 실제로, 이들 파라미터는 변한다. 그러므로 고체 생성물 재료의 모든 채움에 대해 올바른 히터 파워를 도입하는 것이 어렵고, 이는 공급 도가니에서의 온도 오버슈트뿐만 아니라 사이클마다의 온도 오버슈트의 변화성을 초래한다. 이는 높은 볼륨 처리랑, 높은 수득률 공정을 가지고 부정적인 결과를 제공한다. 본 발명의 방법 발명들을 실시하고 공급 도가니에서의 항상 2개의 상을 지닌 고체 및 액체 생성물 재료를 유지함으로써, 액체 온도 변화가 비교적 낮은 양으로 유지되고, 어떠한 경우든 고체 생성물 모두가 녹는 경우에서 경험한 것으로부터 감소된다. 도 8에서의 곡선 B와 곡선 C는 그것들이 용융 온도 위에서의 최대 온도 편위에 있어서 사이클마다 아무런 변화를 보여주지 않는다는 점에서 이상화된 것이라는 사실이 주목되어야 한다. 실제로는, 일부가 그럴 가능성이 있다. 하지만, 위에서 논의된 이유들 때문에 종래 기술의 방법으로 경험한 것보다 훨씬 더 적다. 불확실성이 더 적다. 추가된 열은 항상 고체 재료를 녹이기 위해 사용되고, 액체를 방해받지 않은 채로 가열하게 결코 내버려 두지 않는다.
앞에서 진술한 것은 평형 상태의 용융 온도 위 또는 실제로는 안전하고 약간 더 높은 목표 공정 온도 위의 도C로 나타낸 절대 오버슈트 측면에서 본 발명의 2개의 상 방법들에 비해 종래 기술의 완전히 녹은 방법들의 온도 편위들을 논의하였다. 넓은 업계 적용에들을 가지는 실리콘 시스템의 경우에는 종래 기술 방법들에 의해 경험한 오버슈트는 보통 1420℃의 안전한 목표 공정 온도(목표 공정 온도)의 최소값과 적어도 1500℃ 그리고 많게는 1550℃인 값 사이에서 있는 것으로 경험이 이루어졌다. 이는 적어도 80℃의 오버슈트, 그리고 때대로 많게는 130℃의 오버슈트이다. 본 명세서에서 개시된 발명들의 방법은 일반적으로 1490℃보다 낮게 1420℃ 위의 온도 오버슈트를 유지할 수 있고, 보통은 적게는 1480℃까지, 그리고 일부 경우들에서는 적게는 1470℃까지 온도 오버슈트를 유지할 수 있다. 그러므로 이러한 방법 발명의 오버슈트 값들은 일반적으로 70℃(1490-1420) 미만; 보통은 60℃(1480-1420) 미만이고, 오직 50℃(1470-1420)만큼이나 낮을 수 있다. 이러한 방법 발명의 오버슈트 값들은 더 복잡한 히터 제어가 적용된다면 50℃보다 훨씬 더 적을 수 있다.
이들 오버슈트를 특징짓는 또 다른 방식은 해당 재료, 예컨대 1414℃의 실리콘의 평형 상태 용융 온도 E(ES)의 분수 배수(fractional multiple)로서이다. 이러한 측면에서 종래 기술의 전형적인 80℃의 오버슈트는 0.06ES이고, 130℃인 이따금씩의 오버슈트는 0.09ES이다. 그러므로 종래 기술 방법에 관한 오버슈트의 예상된 범위는 적어도 0.06ES만큼이나 많고, 가능하게는 0.09ES만큼이나 많다.
그에 반해, 본 발명의 방법 발명들은 70℃인 평형 상태 온도 위인 오버슈트를 경험하는데, 즉 이는 60℃인 경우는 오직 0.05ES이고, 50℃인 경우는 오직 0.04ES이며, 오직 0.034ES이다. 0.05ES 이하인 공급 액체 생성물 재료에서의 온도의 오버슈트들, 그리고 적어도 0.03ES 이상으로 더 높은 종래 기술의 오버슈트보다 활실히 더 적은 온도의 오버슈트들을 달성하는 것이 본 발명의 일 양태이다.
게르마늄은 본 명세서에 개시된 방법 발명들이 적용될 수 있는 또 다른 유용한 반도체이다. 게르마늄은 비교적 높은 융합 열과 938℃인 평형 상태 용융 온도 Eg를 가진다. 게르마늄을 사용하여 예컨대 보통 05Eg 또는 47℃나 낮게 그리고 .034Eg 또는 32℃만큼 낮게 아래인 더 적은 온도 오버슈트로 비슷한 이익이 달성될 수 있다고 여겨진다.
공급 도가니(111)와 주된 도가니(11)가 만들어지는 재료와, 특히ㅣ 일 예로서 녹은 실리콘으로부터 생성물을 형성하는 상황에서, 주된 도가니(11)에서의 액체 생성물 재료(13)의 순도에 대한 그 효과를 고려하는 것이 또한 도움이 된다. 두 도가니 모두 동일한 재료 또는 상이한 재료로 만들어질 수 있다. 그러한 재료는 흑연, 실리카, 탄화 규소, 질화 규소, 석영(이산화규소) 등과 같은 녹은 실리콘을 보유할 수 있는 재료들의 그룹으로부터 선택된 것일 수 있다. 이들 재료 모두는 녹은 실리콘에서 약간 용해 가능하고, 액체 실리콘의 더 높은 온도에서는 용해도가 더 높다. 종래 기술 방법의 실시에서처럼, 공급 도가니(111)에서 액체 상 생성물 재료(113)만이 존재하고, 온도 오버슈트가 크다면, 탄소(흑연 또는 탄화 규소 도가니들에 관한), 산소(석영 도가니들에 관한), 질소(질화 규소 도가니들에 관한) 등과 같은 도가니 성분들은 평형 상태 용융 온도 부근에서 생기게 되는 것보다 더 큰 농도로 용해된다. 이러한 고온 액체가 주된 도가니(11)의 더 낮은 온도에 있는 액체(13)에 쏟아지고, 막 추가된 더 뜨거운 액체의 전체 온도가 감소되면, 이전에 더 뜨거운 액체에 용해된 불순물은 침전되고, 주된 도가니에서의 액체 생성물 재료로부터 형성된 생성물, 즉 실리콘 웨이퍼 내에 그러한 불순물이 포함되게 된다. 이는 바람직하지 않은 것이 된다. 본 명세서에서 개시된 발명들의 방법을 사용하면, 공급 도가니(111)에서의 온도 편위는 그렇게 높지 않고, 따라서 공급 도가니(111)로부터의 온도 편위와 따라서 공급 도가니(111)와 대기로부터의 불순물의 용해도는 더 높은 온도 편위들의 경우에서만큼 높지 않고, 따라서 형성된 생성물은 불순물이 거의 없게 된다.
도 8이 보여주듯이, 본 발명의 2개의 상 방법들을 사용할지라도, 공급 도가니(111)에서의 액체(113) 내에 일부 온도가 존재할 수 있다. 만약 필요하다면 도가니를 회전시키거나 혼합을 촉진하기 위해 도가니를 앞뒤로 기울이는 것, 혼합을 촉진하기 위해 액체를 통해 기체 거품을 내는 것을 포함하는, 하지만 이들에 국한되지는 않는, 온도 구배를 최소화하기 위해 위에서 언급된 관련 분야에 알려진 방법들 중 일부 또는 전부가 사용될 수 있다.
이러한 개시물은 2개 이상의 발명을 묘사하고 개시한다. 이러한 발명들은 본 개시물에 기초한 임의의 특허 출원을 실시하는 동안에 출원뿐만 아니라 개발도 된 이러한 그리고 관련된 특허 문서들의 청구항에서 발표되어 있다. 발명자들은 뒤에 그러하게 되는 것처럼 종래 기술에 의해 허가된 제한들에 대해 다양한 발명들 전부를 주장하려고 의도한다. 본 명세서에 개시된 각 발명에 불가결한 특징은 그 어느 것도 본 명세서에서 묘사되지 않는다. 그러므로 본 발명의 발명자들은 본 명세서에서 묘사되지만 본 개시물에 기초한 임의의 특허의 임의의 특별한 청구항에서 주장되지 않은 그 어떤 특징들도 임의의 그러한 청구항에 통합되어야 하는 것은 없다는 뜻으로 말한다.
예컨대, 적어도 몇몇 고체 그리고 적어도 몇몇 액체 생성물 재료를 공급 도가니에서 항상 유지하는 발명은 실리콘에 국한되지 않고 게르마늄을 포함하는 임의의 부류의 반도체 재료용으로 사용될 수 있다. 그것은 고체 생성물 재료 입자들의 직접적인 손으로 하는 공급, 간격이 있는(규칙적인 주기적 또는 불규칙적인) 벌크 공급, 연속적인 컨베이어 벨트 또는 고체 생성물 재료의 균일한 흐름을 공급 도가니에 제공하는 다른 컨베이어 시스템을 포함하지만 이들에 국한되지 않은, 임의의 부류의 고체 생성물 재료 공급 설비를 가지고 사용될 수 있다. 그것은 도가니 상에서 또는 노 내에서의 침전과 고온 편위로 인해 생기는 탄화물 또는 다른 화합물의 존재시 빈약한 수행을 겪거나 겪지 않는 생성물 재료들을 가지고 사용될 수 있다. 공급 도가니로부터 주된 도가니로의 유체 결합은 도 5에 도시된 것처럼 간단한 열림 쏟아짐일 수 있거나 고정되거나 움직일 수 있는 둑에 의해 완화된 것이다. 유체 결합은 전체적으로 또는 부분적으로 닫힌 파이프들이거나 열린 채널들 또는 그것들이 결합된 것일 수 있고, 또한 도 5에 도시된 열린 쏟아짐과 결합된 것일 수 있다.
하드웨어의 일부 조립체들, 또는 단계들의 그룹들이 하나의 발명으로서 본 명세서 참조될 수 있다. 하지만, 이는 임의의 그러한 조립체 또는 그룹이 반드시 특허 가능하게 별개인 발명들, 특히 하나의 특허 출원에서 심사될 발명들의 개수 또는 발명의 단일성에 관한 법규와 규정들에 의해 관찰되는 것들이라고 용인하는 것은 아니다. 그것은 발명의 일 구현예를 말하는 짧은 방식이라는 뜻으로 말해진 것이다.
요약이 함께 제출된다. 이러한 요약은 심사관과 다른 검색자가 기술 개시물의 주제를 신속하게 알아보는 것을 허용할 요약을 요구하는 규칙을 따르기 위해 제공되는 것임이 강조된다. 그것은 특허청 규칙에 의해 약속된 것처럼, 청구항들의 범주 또는 의미를 해석 또는 제한하기 위해 사용되지 않을거라는 이해를 가지고 제출된다.
전술한 논의는 예시적인 것으로 이해되어야 하고, 어떤 의미로든 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다. 이러한 발명은 특히 그것의 바람직한 구현예들을 참조하여 도시되고 설명되었고, 청구항들이 규정한 발명의 취지와 범주로부터 벗어나지 않으면서 다양한 형태 및 세부 사항의 변화가 이루어질 수 있다는 점을 당업자라면 이해하게 될 것이다.
아래 청구항들에서의 기능 요소들이 더해진 대응하는 구조, 재료, 행위, 및 모든 수단 또는 단계는 구체적으로 주장된 것과 같은 다른 주장된 요소들과 결합하여 기능을 수행하는 임임의 구조, 재료 또는 행위를 포함하는 것으로 의도된다.
본 발명의 양태들
본 발명들의 다음 양태들은 본 명세서에서 설명되는 것으로 의도되고, 이 섹션은 그것들이 언급되는 것을 보장하기 위한 것이다. 그것들은 양태(aspect)들이라고 불리고, 비록 그것들이 청구항들과 비슷하게 보일지라도 그것들은 청구항이 아니다. 하지만 나중의 일부 시점에서는 출원인은 이러한 그리고 임의의 관련된 출원들에서 이들 양태 중 임의의 것 또는 전부를 주장할 권리를 보유한다.
A1. 주된 도가니에서 액체 반도체 생성물 재료의 볼륨을 유지하기 위한 방법으로서, 상기 방법은
a. 평형 상태 용융 온도를 가지는 액체 반도체 생성물 재료를 담고 있는 주된 도가니를 제공하는 단계;
b. 공급 도가니와, 공급 도가니를 주된 도가니에 결합시키는 유체 결합(fluid couple)을 제공하는 단계;
c. 상기 공급 도가니에, 액체 상과 고체 상 모두를 갖는 반도체 생성물 재료를 제공하는 단계;
d. 반도체 생성물 재료의 액체 상과 반도체 생성물 재료의 고체 상 모두가 공급 도가니에 존재하도록 상기 공급 도가니를 유지하는 단계;
e. 일정한 시간 동안에 한 번에 하나의 앨리쿼트(aliquot)씩, 반도체 생성물 재료의 적어도 하나의 앨리쿼트를 상기 주된 도가니로부터 제거하는 단계; 및
f. 반도체 생성물 재료의 적어도 하나의 앨리쿼트가 상기 주된 도가니로부터 제거된 후, 상기 유체 결합을 통하여 액체 반도체 생성물 재료를 공급 도가니로부터 상기 주된 도가니에 추가하는 단계를 포함한다.
A2. 제1 양태에 있어서, 반도체 생성물 재료의 액체 상과 반도체 생성물 재료의 고체 상 모두가 공급 도가니에 존재하도록 상기 공급 도가니를 유지하는 상기 단계는, 고체 반도체 생성물 재료를 상기 공급 도가니에 추가하는 단계를 포함한다.
A3. 제1 양태 또는 제2 양태에 있어서, 상기 주된 도가니로부터 반도체 생성물 재료의 적어도 하나의 추가적인 앨리쿼트를 제거하기 위해, 적어도 한 번 더 단계 d와 단계 e를 반복하는 단계를 더 포함한다.
A4. 제2 양태 또는 제3 양태에 있어서, 고체 반도체 생성물 재료를 공급 도가니에 추가하는 단계 전에, 상기 공급 도가니에 추가적인 고체 반도체 생성물 재료를 추가시 공급 도가니에서의 액체 상 반도체 생성물 재료의 온도가 생성물 재료 평형 상태 용융 온도 위의 유리하게 작은 차이 범위 내에 남아 있도록 추가적인 생성물 재료를 선택하는 단계가 있다.
A5. 제4 양태에 있어서, 상기 공급 도가니에 고체 생성물 재료를 추가하는 단계 전에, 상기 공급 도가니에서의 액체 상 생성물 재료의 온도가 생성물 재료 평형 상태 용융 온도 위의 유리하게 작은 차이 범위 내에 남아 있도록 고체 생성물 재료의 볼륨을 선택하는 단계가 있다.
A6. 제4 양태에 있어서, 상기 공급 도가니에 추가적인 생성물 재료를 추가하는 단계 전에, 상기 공급 도가니에서의 액체 상 생성물 재료의 온도가 생성물 재료 평형 상태 용융 온도 위의 유리하게 작은 차이 범위 내에 남아 있도록 평균 입자 사이즈를 가지는 고체 생성물 재료를 선택하는 단계가 있다.
A7. 제1 양태 내지 제6 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 주된 도가니로부터 반도체 생성물 재료의 적어도 하나의 앨리쿼트를 제거하는 단계는, 상기 주된 도가니에서의 액체 반도체 재료로부터 직접 반도체 웨이퍼를 형성하는 단계와, 상기 주된 도가니로부터 형성된 웨이퍼를 제거하는 단계를 포함한다.
A8. 제1 양태 내지 제7 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 공급 도가니로부터 상기 주된 도가니로 액체 반도체 생성물 재료를 쏟아 부음으로서 달성된, 상기 공급 도가니와 상기 주된 도가니 사이의 공급 유체 결합이 중력에 의한 것이 되도록, 상기 공급 도가니는 상기 주된 도가니 위에 중력에 의해 배치된다.
A9. 제8 양태에 있어서, 상기 유체 결합을 통하여 공급 도가니로부터 주된 도가니에 액체 반도체 생성물 재료를 추가하는 단계는, 고체 반도체 생성물 재료를 녹이기 위해 상기 공급 도가니에 열을 제공하는 단계를 포함하고, 이로 인해 액체 반도체 재료가 상기 공급 도가니로부터 흘러나오도록 상기 공급 도가니에서의 액체 반도체 재료의 레벨을 올린다.
A10. 제1 양태 내지 제9 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 유체 결합을 통하여 상기 공급 도가니로부터 상기 주된 도가니로 액체 반도체 생성물 재료를 추가하는 단계는, 상기 공급 도가니로부터 상기 유체 결합을 통하여 상기 주된 도가니에 액체 반도체 재료를 퍼올리는 단계를 포함한다.
A11. 제2 양태에 있어서, 고체 반도체 생성물 재료를 추가하는 단계는 고체 반도체 생성물 재료를 연속적으로 제공하는 단계를 포함한다.
A12. 제2 양태에 있어서, 고체 반도체 생성물 재료를 추가하는 단계는 고체 반도체 생성물 재료를 묶음으로 제공하는 단계를 포함한다.
A13. 제2 양태에 있어서, 고체 반도체 생성물 재료를 추가하는 단계는 컨베이어 벨트를 통하여 고체 반도체 생성물 재료를 제공하는 단계를 포함한다.
A14. 제2 양태에 있어서, 고체 반도체 생성물 재료를 추가하는 단계는 고체 반도체 생성물 재료를 담고 있는 호퍼(hopper)을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 호퍼는 비교적 큰 제1 개구와 비교적 더 작은 제2 개구를 가지며, 상기 더 작은 개구가 상기 공급 도가니에서의 액체 상 반도체 생성물 재료에 인접하도록 배치된다.
A15. 제14 양태에 있어서, 상기 호퍼는 깔때기를 포함한다.
A16. 제14 양태에 있어서, 이전에 제공된 고체 생성물 재료는 호퍼에 남아 있으면서, 고체 반도체 생성물 재료를 상기 호퍼에 추가하는 단계를 더 포함한다.
A17. 제1 양태 내지 제16 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 반도체 생성물 재료는 실리콘을 포함한다.
A18. 제2 양태 내지 제17 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 반도체 생성물 재료는 실리콘을 포함한다.
A19. 제18 양태에 있어서, 반도체 생성물 재료를 공급 도가니에 추가하는 단계 전에, 공급 도가니에서의 액체 상 생성물 재료의 온도 사이의 차이가 생성물 재료 평형 상태 용융 온도를 더한 생성물 재료 평형 상태 용융 온도의 0.05배보다 작게 남아 있도록, 추가적인 반도체 생성물 재료를 선택하는 단계가 있다.
A20. 제18 양태에 있어서, 반도체 생성물 재료를 공급 도가니에 추가하는 단계 전에, 공급 도가니에서의 액체 상 생성물 재료의 온도 사이의 차이가 생성물 재료 평형 상태 용융 온도를 더한 생성물 재료 평형 상태 용융 온도의 0.04배보다 작게 남아 있도록, 추가적인 반도체 생성물 재료를 선택하는 단계가 있다.
A21. 제18 양태에 있어서, 반도체 생성물 재료를 공급 도가니에 추가하는 단계 전에, 공급 도가니에서의 액체 상 생성물 재료의 온도 사이의 차이가 생성물 재료 평형 상태 용융 온도를 더한 생성물 재료 평형 상태 용융 온도의 0.034배보다 작게 남아 있도록, 추가적인 반도체 생성물 재료를 선택하는 단계가 있다.
A22. 제4 양태에 있어서, 생성물 재료 평형 상태 용융 온도는 1414℃이고, 차이의 유리하게 작은 범위는 6℃와 90℃ 사이이다.
A23. 제4 양태에 있어서, 생성물 재료 평형 상태 용융 온도는 1414C이고, 차이의 유리하게 작은 범위는 6℃와 75℃ 사이이다.
A24. 제4 양태에 있어서, 생성물 재료 평형 상태 용융 온도는 1414℃이고, 차이의 유리하게 작은 범위는 6℃와 50℃ 사이이다.
A25. 제1 양태에 있어서, 반도체 생성물 재료는 n 도핑된 게르마늄과 p 도핑된 게르마늄으로 구성되는 그룹으로부터 선택된다.
A26. 제1 양태에 있어서, 반도체 생성물 재료는 n 도핑된 실리콘과 p 도핑된 실리콘으로 구성되는 그룹으로부터 선택된다.
A27. 제2 양태에 있어서, 고체 반도체 생성물 재료를 추가하는 단계는 적어도 40㎜인 직경을 가지는 입자들을 추가하는 단계를 포함한다.
A28. 제2 양태에 있어서, 고체 생성물 재료를 추가하는 단계는 적어도 15㎜인 직경을 가지는 입자들을 추가하는 단계를 포함한다.
A29. 제2 양태에 있어서, 고체 생성물 재료를 추가하는 단계는 적어도 10㎜인 직경을 가지는 입자들을 추가하는 단계를 포함한다.
A30. 주된 도가니에서 액체 실리콘의 볼륨을 유지하는 방법으로서, 상기 방법은
a. 평형 상태 용융 온도를 가지는 액체 실리콘을 담고 있는 주된 도가니를 제공하는 단계;
b. 상기 주된 도가니에 선택적으로 유체 결합되는 공급 도가니를 제공하는 단계;
c. 액체 상과 고체 상 모두를 갖는 실리콘을 상기 공급 도가니에 제공하는 단계;
d. 실리콘의 액체 상과 고체 상 모두가 상기 공급 도가니에 존재하도록 상기 공급 도가니를 유지하는 단계;
e. 일정한 시간 동안에 한 번에 하나의 앨리쿼트씩, 실리콘의 적어도 하나의 앨리쿼트를 상기 주된 도가니로부터 제거하는 단계; 및
f. 실리콘의 적어도 하나의 앨리쿼트가 상기 주된 도가니로부터 제거된 후, 상기 유체 결합을 통하여 액체 실리콘을 상기 공급 도가니로부터 상기 주된 도가니에 추가하는 단계를 포함한다.

Claims (30)

  1. 주된 도가니에서 액체 반도체 생성물 재료의 볼륨을 유지하기 위한 방법으로서, 상기 방법은
    a. 평형 상태 용융 온도를 가지는 액체 반도체 생성물 재료를 담고 있는 주된 도가니를 제공하는 단계;
    b. 공급 도가니와, 공급 도가니를 주된 도가니에 결합시키는 유체 결합(fluid couple)을 제공하는 단계;
    c. 상기 공급 도가니에, 액체 상과 고체 상 모두를 갖는 반도체 생성물 재료를 제공하는 단계;
    d. 반도체 생성물 재료의 액체 상과 반도체 생성물 재료의 고체 상 모두가 하기 단계 e 및 f 동안 상기 공급 도가니에 항상 존재하고, 상기 공급 도가니의 액체 상 반도체 생성물 재료의 온도가 상기 반도체 생성물 재료의 평형 상태 용융 온도 위 90℃ 이내에서 유지되도록 상기 공급 도가니에 추가적인 고체 상 반도체 생성물 재료를 추가함으로써, 반도체 생성물 재료의 액체 상과 반도체 생성물 재료의 고체 상 모두가 공급 도가니에 항상 존재하도록 상기 공급 도가니를 유지하는 단계;
    e. 반도체 생성물 재료의 하나의 앨리쿼트(aliquot)를 상기 주된 도가니로부터 제거하는 단계; 및
    f. 반도체 생성물 재료의 상기 앨리쿼트가 상기 주된 도가니로부터 제거된 후, 상기 유체 결합을 통하여 액체 반도체 생성물 재료를 상기 공급 도가니로부터 상기 주된 도가니에 추가하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 주된 도가니로부터 반도체 생성물 재료의 하나의 추가적인 앨리쿼트를 제거하기 위해, 한 번 더 단계 e와 단계 f를 반복하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    고체 반도체 생성물 재료를 공급 도가니에 추가하는 단계 전에, 상기 공급 도가니에 추가적인 고체 반도체 생성물 재료를 추가시 공급 도가니에서의 액체 상 반도체 생성물 재료의 온도가 상기 반도체 생성물 재료의 평형 상태 용융 온도 위의 유리하게 작은 차이 범위 내에 남아 있도록 추가적인 고체 반도체 생성물 재료를 선택하는 단계로서, 상기 유리하게 작은 차이 범위가 90℃ 이하인 단계가 있는, 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    고체 반도체 생성물 재료를 공급 도가니에 추가하는 단계 전에, 상기 공급 도가니에서의 액체 상 반도체 생성물 재료의 온도가 상기 반도체 생성물 재료의 평형 상태 용융 온도 위의 상기 유리하게 작은 차이 범위 내에 남아 있도록 고체 반도체 생성물 재료의 볼륨을 선택하는 단계가 있는, 방법.
  6. 제4 항에 있어서,
    고체 반도체 생성물 재료를 공급 도가니에 추가하는 단계 전에, 상기 공급 도가니에서의 액체 반도체 생성물 재료의 온도가 상기 반도체 생성물 재료의 평형 상태 용융 온도 위의 상기 유리하게 작은 차이 범위 내에 남아 있도록 평균 입자 사이즈를 가지는 고체 반도체 생성물 재료를 선택하는 단계가 있는, 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 주된 도가니로부터 반도체 생성물 재료의 상기 앨리쿼트를 제거하는 단계는, 상기 주된 도가니에서의 액체 반도체 재료로부터 직접 반도체 웨이퍼를 형성하는 단계와, 상기 주된 도가니로부터 형성된 웨이퍼를 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 공급 도가니로부터 상기 주된 도가니로 액체 반도체 생성물 재료를 쏟아 부음으로써 달성된, 상기 공급 도가니와 상기 주된 도가니 사이의 공급 유체 결합이 중력에 의한 것이 되도록, 상기 공급 도가니는 상기 주된 도가니 위에 중력에 의해 배치되는, 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 유체 결합을 통하여 공급 도가니로부터 주된 도가니에 액체 반도체 생성물 재료를 추가하는 단계는, 고체 반도체 생성물 재료를 녹이기 위해 상기 공급 도가니에 열을 제공하여, 이로 인해 액체 반도체 재료가 상기 공급 도가니로부터 흘러나오도록 상기 공급 도가니에서의 액체 반도체 재료의 레벨을 올리는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 유체 결합을 통하여 상기 공급 도가니로부터 상기 주된 도가니로 액체 반도체 생성물 재료를 추가하는 단계는, 상기 공급 도가니로부터 상기 유체 결합을 통하여 상기 주된 도가니에 액체 반도체 재료를 퍼올리는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제1 항에 있어서,
    고체 반도체 생성물 재료를 추가하는 단계는 고체 반도체 생성물 재료를 연속적으로 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제1 항에 있어서,
    고체 반도체 생성물 재료를 추가하는 단계는 고체 반도체 생성물 재료를 묶음으로(in batches) 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제1 항에 있어서,
    고체 반도체 생성물 재료를 추가하는 단계는 컨베이어 시스템을 통하여 고체 반도체 생성물 재료를 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제1 항에 있어서,
    고체 반도체 생성물 재료를 추가하는 단계는 고체 반도체 생성물 재료를 담고 있는 호퍼(hopper)을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 호퍼는 비교적 큰 제1 개구와 비교적 더 작은 제2 개구를 가지며, 상기 더 작은 개구가 상기 공급 도가니에서 액체 상 반도체 생성물 재료에 인접하도록 상기 호퍼가 배치되는, 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 호퍼는 깔때기를 포함하는, 방법.
  16. 제14 항에 있어서,
    이전에 제공된 고체 반도체 생성물 재료는 호퍼에 남아 있으면서, 고체 반도체 생성물 재료를 상기 호퍼에 추가하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 반도체 생성물 재료는 실리콘을 포함하는, 방법.
  18. 삭제
  19. 제17 항에 있어서,
    반도체 생성물 재료를 공급 도가니에 추가하는 단계 전에, 공급 도가니에서의 액체 상 반도체 생성물 재료의 온도 사이의 차이가 반도체 생성물 재료의 평형 상태 용융 온도와 반도체 생성물 재료의 평형 상태 용융 온도의 0.05배를 더한 값보다 작게 남도록, 추가적인 반도체 생성물 재료를 선택하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  20. 제17 항에 있어서,
    반도체 생성물 재료를 공급 도가니에 추가하는 단계 전에, 공급 도가니에서의 액체 상 반도체 생성물 재료의 온도 사이의 차이가 반도체 생성물 재료의 평형 상태 용융 온도와 반도체 생성물 재료의 평형 상태 용융 온도의 0.04배를 더한 값보다 작도록, 추가적인 반도체 생성물 재료를 선택하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  21. 제17 항에 있어서,
    반도체 생성물 재료를 공급 도가니에 추가하는 단계 전에, 공급 도가니에서의 액체 상 반도체 생성물 재료의 온도 사이의 차이가 반도체 생성물 재료의 평형 상태 용융 온도와 반도체 생성물 재료의 평형 상태 용융 온도의 0.034배를 더한 값보다 작도록, 추가적인 반도체 생성물 재료를 선택하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  22. 제4 항에 있어서,
    반도체 생성물 재료의 평형 상태 용융 온도는 1414℃이고, 유리하게 작은 차이의 범위는 6℃와 90℃ 사이인, 방법.
  23. 제4 항에 있어서,
    반도체 생성물 재료의 평형 상태 용융 온도는 1414℃이고, 유리하게 작은 차이의 범위는 6℃와 75℃ 사이인, 방법.
  24. 제4 항에 있어서,
    반도체 생성물 재료의 평형 상태 용융 온도는 1414℃이고, 유리하게 작은 차이의 범위는 6℃와 50℃ 사이인, 방법.
  25. 제1 항에 있어서,
    반도체 생성물 재료는 n 도핑된 게르마늄과 p 도핑된 게르마늄으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 방법.
  26. 제1 항에 있어서,
    반도체 생성물 재료는 n 도핑된 실리콘과 p 도핑된 실리콘으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 방법.
  27. 제1 항에 있어서,
    고체 반도체 생성물 재료를 추가하는 단계는 적어도 40㎜인 직경을 가지는 입자들을 추가하는 단계를 포함하는, 방법.
  28. 제1 항에 있어서,
    고체 생성물 재료를 추가하는 단계는 적어도 15㎜인 직경을 가지는 입자들을 추가하는 단계를 포함하는, 방법.
  29. 제1 항에 있어서,
    고체 생성물 재료를 추가하는 단계는 적어도 10㎜인 직경을 가지는 입자들을 추가하는 단계를 포함하는, 방법.
  30. 삭제
KR1020177034582A 2015-04-29 2016-04-28 재료가 고갈되고 다시 채워지는 용융된 재료의 포함된 볼륨을 유지하기 위한 방법 KR102520095B1 (ko)

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