KR20120081241A - 광전 변환 소자용 단결정 캐스트 실리콘 및 단결정 캐스트 실리콘 바디들을 제조하는 방법 및 장치 - Google Patents

광전 변환 소자용 단결정 캐스트 실리콘 및 단결정 캐스트 실리콘 바디들을 제조하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

광전지 및 다른 애플리케이션들을 위해 실리콘을 캐스팅하는 방법 및 장치를 제공한다. 이러한 방법 및 장치의 경우, 방사상으로 분포된 불순물들 및 결함들이 없거나 실질적으로 없고, 각각 적어도 약 35 cm 인 적어도 2 개의 치수들을 갖는 단결정 실리콘의 캐스트 바디를 형성할 수도 있다.

Description

광전 변환 소자용 단결정 캐스트 실리콘 및 단결정 캐스트 실리콘 바디들을 제조하는 방법 및 장치{METHODS AND APPARATUSES FOR MANUFACTURING MONOCRYSTALLINE CAST SILICON AND MONOCRYSTALLINE CAST SILICON BODIES FOR PHOTOVOLTAICS}
설명
본 발명은 Department of Energy (DOE) 에 의해 수여된, DOE 계약 제 DE-AC36-98GO10337 호의 National Renewable Energy Laboratory (NREL) 하도급 계약 제 ZDO-2-30628-03 호 하에서의 미국 정부 지원으로 행해 졌다. 미국 정부는 본 발명의 소정 권리를 갖는다.
관련 출원들
본 출원은 2006 년 01 월 20 일자로 출원된 미국 가출원 제 60/760,453 호, 2006 년 05 월 30 일자로 출원된 미국 가출원 제 60/808,954 호, 2006 년 08 월 24 일자로 출원된 미국 가출원 제 60/839,672 호, 및 2006 년 08 월 24 일자로 출원된 미국 가출원 제 60/839,670 호로부터의 우선권 이익을 주장하며, 그들 전체로 본 명세서의 참조로서 명백하게 병합된다.
기술 분야
본 발명은 일반적으로 광전 변환 공학 (Photovoltaics) 의 분야 및 광전 변환 소자 애플리케이션용 캐스트 실리콘을 제조하는 방법들 및 장치들에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 광전지들 (photovoltaic cells) 과 같은 디바이스들 및 다른 반도체 디바이스들을 제조하는데 사용될 수 있는 캐스트 실리콘의 새로운 형태에 관한 것이다. 새로운 실리콘은 단결정 구조 (monocrystalline structure) 를 가질 수 있고, 캐스팅 프로세스에 의해 제조될 수 있다.
광전지들은 광을 전류로 변환시킨다. 광전지에 대한 가장 중요한 척도 중 하나는 광 에너지를 전기 에너지로 변환 시의 그 효율이다. 광전지들이 다양한 반도체 재료들로부터 제조될 수 있으나, 합리적인 가격에서 쉽게 이용가능하기 때문에, 그리고 광전지 제조 시 사용하는 전기적 특성, 물리적 특성, 화학적 특성의 적절한 밸런스를 갖기 때문에 실리콘이 일반적으로 사용된다.
광전지의 제조에 대해 공지된 절차에서, 실리콘 공급재료 (silicon feedstock) 는 포지티브 도전형 또는 네가티브 도전형 중 어느 하나를 유도하는 재료 (또는 도펀트) 와 혼합되고, 용융되고, 그 후 (초크랄스키 (CZ) 방법 또는 플로우 존 (FZ) 방법을 통해) 용융 영역 밖으로 결정화된 실리콘을 풀링 (pulling) 하여 단결정 실리콘의 잉곳들로 결정화되거나 개별 실리콘 그레인의 그레인 사이즈에 따라 다결정 실리콘 또는 폴리결정 실리콘의 블록들 또는 "브릭스들 (bricks)" 로의 캐스팅된다. 위에서 기술된 절차에서는, 공지된 슬라이싱 방법 또는 쏘잉 방법에 의해 얇은 기판들 (또는 웨이퍼로 불림) 로 잉곳 또는 블록들이 절단된다. 그 후, 이 웨이퍼들은 광전지들로 처리될 수도 있다.
광전지의 제조 시 사용하는 단결정 실리콘은 일반적으로 CZ 또는 FZ 방법에 의해 생산되고, 양 방법은 결정 실리콘의 원통형으로 형상된 불 (boule) 을 생산하는 프로세스들이다. CZ 프로세스의 경우, 불은 용융된 실리콘 풀 (pool) 의 밖으로 천천히 풀링된다. FZ 프로세스의 경우, 고체 재료는 용융 영역을 통해 피딩되고 용융 영역의 다른 측에서 재응고된다. 이들 방식들로 제조되는 단결정 실리콘의 불은 불순물들, 및 산소-유도된 적층 결함들 (OSF) 및 침입형 또는 베이컨시 클러스터들의 "와류 (swirl)" 결함들과 같은 결함들의 방사상 분포를 포함한다. 이들 불순물들 및 결함들의 존재에도, 높은 효율의 태양 전지를 생산하는데 사용하기 때문에 일반적으로 단결정 실리콘은 광전지들을 생산하는 실리콘의 바람직한 소스이다. 그러나, 단결정 실리콘은 위에서 기술한 그것들과 같은 공지된 기술들을 이용하여 종래의 다결정 실리콘보다 생산하는데 비용이 더든다.
일반적으로, 캐스팅 프로세스에 의해 광전지들의 제조 시 사용하는 종래의 다결정 실리콘이 생산된다. 종래의 다결정 실리콘을 준비하는 캐스팅 프로세스들은 광 변환 기술의 당업자에게 공지되어 있다. 간단히 말해, 이러한 프로세스들에서는, 석영 도가니와 같은 도가니 내에 용융된 실리콘이 수용되고, 그 내에 수용된 실리콘의 결정화를 허용하는 제어된 방식으로 용융된 실리콘을 냉각시킨다. 일반적으로 광전지를 제조하는데 사용될 웨이퍼 사이즈와 동일하거나 거의 동일한 단면을 갖는 블릭들로 다결정 실리콘의 블록이 절단되고, 그 블릭스들은 이러한 웨이퍼들로 쏘우잉되거나 다르게 절단된다. 이러한 방식으로 생산된 다결정 실리콘은 만들어진 웨이퍼들 내의 서로 상대적인 그레인의 배향이 효율적으로 랜덤한 결정 그레인의 덩어리 (agglomeration) 이다.
종래의 다결정 실리콘 (multi-crystalline silicon) 또는 폴리-결정 (poly-crystalline silicon) 실리콘 중 어느 하나의 그레인들의 랜덤 배향은 이렇게 만들어진 웨이퍼의 표면을 텍스처링 (texturing) 하는 것을 어렵게 만든다. 텍스처링은 광 반사를 감소시키고 셀 마다 표면을 통한 광 에너지 흡수를 개선시킴으로써 광전지의 효율성을 개선하는데 사용된다. 또한, 종래의 다결정 실리콘의 그레인들 간의 경계들에서 형성하는 "얽힘 (kinks)" 은 디스로케이션 (dislocations) 의 클러스터 형태나 선 형태로 구조적 결함들의 핵을 이루는 경향이 있다. 이들 디스로케이션들, 및 이들을 유도하는 경향이 있는 불순물들은 종래의 다결정 실리콘으로부터 만들어진 기능성 광전지 내의 전기적 전하 캐리어의 빠른 재결합을 야기하는 것으로 생각된다. 이것은 전지의 효율에서 감소를 일으킨다. 일반적으로, 이러한 다결정 실리콘에서 만들어진 광전지들은 공지된 기술들에 의해 생산된 단결정 실리콘에 존재하는 결함들의 방사상 분포를 고려한다고 하더라도 단결정 실리콘으로부터 만들어진 동등한 광전지들과 비교하여 보다 낮은 효율성을 갖는다. 그러나, 종래의 다결정 실리콘을 제조하는데 상대적으로 단순하고 낮은 비용뿐만 아니라 셀 프로세싱 내에 효율적인 결함 패시베이션 때문에, 다결정 실리콘은 광 전지들을 제조하는 실리콘의 형태로서 보다 광범위하게 사용된다.
몇몇 기존 캐스팅 기술들은 결정 성장에 대해 "콜드-벽 (cold-wall)" 을 이용하는 것을 수용하였다. "콜드-벽" 이란 용어는 도가니의 벽들 상에 또는 내에 존재하는 유도 코일들을 수냉시키고, 슬롯팅 될 수도 있고, 이로써 일반적으로 100 ℃ 이하로 유지시키는 것을 의미한다. 도가니 벽들은 코일들 및 공급재료 간에 매우 근접하게 위치될 수도 있다. 도가니 벽의 재료는 특히 열적 절연되지 않고, 따라서 냉각된 코일과 열적 평형을 유지시킬 수 있다. 따라서, 도가니 내의 유도성 실리콘 가열이 흐름에 유도된 전류에 의해 직접적으로 실리콘을 가열하는 것을 의미하기 때문에, 실리콘의 가열은 도가니 벽들로부터 방사에 대해 의미되지 않는다. 이 방식에서는, 도가니의 벽들은 실리콘의 용융 온도 이하로 유지되고, 용융된 실리콘에 상대적으로 "콜드" 로서 고려된다. 유도성으로 가열된 용융된 실리콘의 고체화 동안, 도가니의 이들 콜드 벽들은 열 싱크로서 역할을 한다. 잉곳은 콜드 벽들로 방사에 의해 예정되어 빠르게 냉각한다. 따라서, 초기 고체화 전면은 수직적으로 및 기하학적으로 정렬된 프로세스 또는 실질적으로 평탄화 고체화 전면을 유지시키는 어떤 시도도 중단시켜, 잉곳 측들에서 그리고 잉곳 중앙을 향해 대각선 방향으로 발생하는 결정 핵생성을 갖고 실질적으로 빠르게 굽게 된다.
상기의 관점에서, 광전지를 제조하는데 사용될 수 있는 실리콘의 개선된 형태에 대한 필요성이 있다. 또한, 단결정 실리콘을 생산하는데 이전까지 사용되었던 프로세스들보다 보다 빠르고 저렴한 프로세스에서 제조될 수 있는 실리콘에 대한 필요성이 있다. 본 발명은 이러한 실리콘 및 이러한 프로세스들을 제공한다.
발명의 개요
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "단결정 실리콘 (monocrystalline silicon)" 이란 용어는 줄곧 하나의 일정한 결정 배향을 갖는 단일 결정 실리콘의 바디를 의미한다. 또한, 종래의 다결정 실리콘은 실리콘의 바디 내에 위치된 다수의 랜덤하게 배향되는 결정들을 갖고, cm-스케일 그레인 사이즈 분포를 갖는 결정 실리콘을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "폴리 결정 실리콘 (poly-crystalline silicon)" 이란 용어는 주어진 실리콘 바디 내에 위치되는 마이크론 차수의 그레인 사이즈 및 다수의 그레인 배열들을 갖는 결정 실리콘이다. 예를 들어, 그레인들은 통상 평균 약 서브마이크론 내지 서브밀리미터인 사이즈 (예를 들어, 개별 그레인은 육안으로 보이지 않을 수도 있다) 이고, 그레인 배열은 전역에 랜덤하게 분포된다.
여전히 또한, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "준-단결정 실리콘 (near-monocrystalline silicon)" 이란 용어는 전역에 걸쳐 하나의 일정한 결정 배향을 갖는 결정 실리콘의 바디가 그 바디의 체적 50% 보다 큰 경우를 의미하고, 여기서, 예를 들어, 이러한 준-단결정 실리콘은 다결정 영역에 인접한 단결정 실리콘의 바디를 포함할 수 있고, 또는 부분적으로나 전체적으로 다른 결정 배향들에 대해 보다 작은 실리콘 결정들을 포함하는 크고, 인접하게 일정한 실리콘의 결정을 포함할 수도 있고, 여기서 보다 작은 결정들은 전체 체적의 50% 를 초과하게 구성되지는 않는다. 바람직하게는, 준-단결정 실리콘은 전체 체적의 25% 를 초과하게 구성되지는 않는 보다 작은 결정들을 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 준-단결정 실리콘은 전체 체적의 10% 를 초과하게 구성되지는 않는 보다 작은 결정들을 포함할 수 있다. 또한 더욱 바람직하게는, 준-단결정 실리콘은 전체 체적의 5% 를 초과하게 구성되지는 않는 보다 작은 결정들을 포함할 수 있다.
그러나, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "기하학적으로 정렬된 다결정실리콘 (geometrically ordered multi-crystalline silicon)" (이하에서는 "기하학적 다결정 실리콘 (geometrical multi-crystalline silicon)" 으로 줄임) 이란 용어는 본 발명의 실시형태들에 따라, 실리콘의 바디 내에 위치된 다수의 정렬된 결정들을 갖고 기하학적으로 정렬된 cm-스케일 그레인 사이즈 분포를 갖는 결정 실리콘을 의미한다. 예를 들어, 기하학적 다결정 실리콘에서, 각 그레인은 미리 결정된 배향들에 따라 제어되는 기하학적 다결정 실리콘의 바디 내에 그레인 배향을 갖고, 통상 약 0.25 cm2 내지 약 2,500 cm2 사이즈인 평균 단면적 및 실리콘 바디만큼 클 수 있는, 예를 들어, 단면의 면에 수직인 실리콘의 바디의 치수만큼 클 수 있는 높이를 갖는다. 기하학적 다결정 실리콘의 그레인의 높이 또는 길이에 수직인 그레인의 단면의 형상은 통상 시드 결정의 형상 또는 형성된 시드 결정상의 부분과 동일하다. 바람직하게는, 그레인의 단면의 형상은 다각형이다. 바람직하게는, 다각형 그레인의 코너들은 3 개의 상이한 그레인들의 접합들에 대응한다. 기하학적 다결정 실리콘의 바디 내에 각 그레인이 그 그레인의 전역에 걸쳐 하나의 인접하게 일정한 결정 배향을 갖는 실리콘을 포함하는 것이 바람직하지만, 하나 이상의 그레인들은 또한 상이한 배향의 보다 작은 실리콘 결정들의 작은 양을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각 이러한 그레인은 다른 결정 배열들인 보다 작은 실리콘 결정들을 부분적으로 또는 전체적으로 함유할 수 있고, 여기서, 이러한 보다 작은 결정은 그레인의 전체 체적의 25% 이하로 구성하고, 바람직하게는 그레인의 전체 체적의 10% 이하로 구성하고, 더욱 바람직하게는 그레인의 전체 체적의 5% 이하로 구성하고, 또한 더욱 바람직하게는 그레인의 전체 체적의 1% 이하로 구성하며, 또한 더욱 바람직하게는 그레인의 전체 체적의 0.1% 이하로 구성한다.
구체화되고 폭넓게 기술되는 바와 같이 본 발명에 따르면, 적어도 실리콘의 용융 온도까지 가열된 하나 이상의 측벽들 및 냉각을 위한 적어도 하나의 벽을 갖는 용기 내에 적어도 하나의 실리콘 시드 결정과 접촉하게, 용융된 실리콘을 위치시키는 단계; 및 용융된 실리콘을 냉각시켜 결정화를 제어함으로써 단결정 실리콘을 포함하고, 선택적으로 각각 적어도 약 10 cm 인 적어도 2 개의 치수들을 갖는 고형체를 형성하는 단계를 포함하고, 고형체를 형성하는 단계는 냉각을 위한 적어도 하나의 벽과 적어도 초기에 평행인 용융된 실리콘의 에지에서 고체-액체 계면을 형성하는 단계를 포함하고, 고체-액체 계면은 냉각 동안 용융된 실리콘과 냉각을 위한 적어도 하나의 벽 간의 거리를 증가시키는 방향으로 이동하도록 제어되는, 캐스트 실리콘 제조 방법을 제공한다. 도가니의 벽들 중 하나가 도가니의 저부일 수도 있음이 예기된다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 적어도 실리콘의 용융 온도까지 가열되는 하나 이상의 측벽 및 냉각을 위한 적어도 하나의 벽을 갖는 도가니 내의 적어도 하나의 표면상에 단결정 실리콘을 포함한 복수의 실리콘 시드 결정들의 기하학적 배열을 위치시키는 단계로서, 기하학적 배열은 밀집된 다각형들을 포함하는, 상기 기하학적 배열을 위치시키는 단계; 실리콘 시드 결정들의 기하학적 배열과 접촉하게 용융된 실리콘을 위치시키는 단계; 및 용융된 실리콘을 냉각시켜 결정화를 제어함으로써 단결정 실리콘을 포함하고, 선택적으로 각각 적어도 약 10 cm 인 적어도 2 개의 치수들을 갖는 고형체를 형성하는 단계를 포함하고, 고형체를 형성하는 단계는 냉각을 위한 적어도 하나의 벽과 평행인 용융된 실리콘의 에지에서 고체-액체 계면을 형성하는 단계를 포함하고, 고체-액체 계면은 냉각 동안 용융된 실리콘과 냉각을 위한 적어도 하나의 벽 간의 거리를 증가시키는 방향으로 이동하도록 제어되는 캐스트 실리콘을 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 단결정 실리콘을 포함하는 복수의 실리콘 시드 결정들을 도가니의 적어도 2 개의 표면들 상에 미리 결정된 패턴으로 배열시키는 단계; 단결정 실리콘 시드 결정들과 접촉하게 용융된 실리콘을 위치시키는 단계; 및 도가니의 적어도 2 개의 표면들로부터 용융된 실리콘을 냉각시켜 결정화를 제어함으로써, 선택적으로 각각 적어도 약 10 cm 인 적어도 2 개의 치수들을 갖는, 단결정 실리콘의 고형체를 형성하는 단계를 포함하고, 고형체를 형성하는 단계는 냉각 동안 용융된 실리콘과 도가니의 적어도 2 개의 표면들 간의 거리를 증가시키는 방향으로 이동하도록 용융된 실리콘의 에지에서 고체-액체 계면을 제어하는 단계를 포함하는 캐스트 실리콘을 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 표면상에 단결정 실리콘을 포함한 적어도 하나의 실리콘 시드 결정과 접촉하게 실리콘 공급재료를 위치시키는 단계; 실리콘 공급재료 및 적어도 하나의 실리콘 시드 결정을 실리콘의 용융 온도까지 가열하는 단계; 적어도 하나의 실리콘 시드 결정이 완전히 용융되지는 않도록 가열을 제어하는 단계로서, 도가니 내의 어딘가에서 실리콘의 용융 온도에 도달한 후, 도가니의 외부 표면에서 측정되는 경우, 약 0.1 ℃/분 이하인 ΔT 를 유지시키는 단계를 포함하는, 상기 가열을 제어하는 단계; 및 일단 적어도 하나의 실리콘 시드 결정이 부분적으로 용융되면, 실리콘을 냉각시켜 단결정 실리콘을 포함하는 고형체를 형성하는 단계를 포함하는 캐스트 실리콘을 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 도가니 내의 적어도 하나의 표면상에 단결정 실리콘을 포함하는 복수의 실리콘 시드 결정들의 기하학적 배열을 위치시키는 단계로서, 기하학적 배열은 밀집된 다각형들을 포함하는, 상기 기하학적 배열을 위치시키는 단계; 적어도 하나의 표면상에 복수의 실리콘 시드 결정들과 접촉하게 실리콘 공급재료를 위치시키는 단계; 실리콘 공급재료 및 복수의 실리콘 시드 결정들을 실리콘의 용융 온도까지 가열하는 단계; 복수의 실리콘 시드 결정들이 완전히 용융되지는 않도록 가열을 제어하는 단계로서, 도가니 내의 어딘가에서 실리콘의 용융 온도에 도달한 후, 도가니의 외부 표면에서 측정되는 경우, 약 0.1 ℃/분 이하인 ΔT 를 유지시키는 단계를 포함하는, 상기 가열을 제어하는 단계; 및 일단 적어도 하나의 실리콘 시드 결정이 부분적으로 용융되면, 실리콘을 냉각시켜 단결정 실리콘을 포함하는 고형체를 형성하는 단계를 포함하는 캐스트 실리콘을 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 단결정 실리콘을 포함하는 복수의 실리콘 시드 결정들을 도가니의 적어도 2 개의 표면들 상에 미리 결정된 패턴으로 배열시키는 단계; 적어도 2 개의 표면들 상에 복수의 실리콘 시드 결정들과 접촉하게 실리콘 공급재료를 위치시키는 단계; 실리콘 공급재료 및 복수의 단결정 실리콘 시드 결정들을 실리콘의 용융 온도까지 가열하는 단계; 복수의 실리콘 시드 결정들이 완전히 용융되지는 않도록 가열을 제어하는 단계로서, 도가니 내의 어딘가에서 실리콘의 용융 온도에 도달한 후, 도가니의 외부 표면에서 측정되는 경우, 약 0.1 ℃/분 이하인 ΔT 를 유지시키는 단계를 포함하는, 상기 가열을 제어하는 단계; 및 일단 적어도 하나의 단결정 실리콘 시드 결정이 부분적으로 용융되면, 실리콘을 냉각시켜 단결정 실리콘을 포함하는 고형체를 형성하는 단계를 포함하는 캐스트 실리콘을 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 적어도 실리콘의 용융 온도까지 가열되는 하나 이상의 측벽들을 갖는 용기 내에 적어도 하나의 실리콘 시드 결정과 접촉하게 용융된 실리콘을 위치시키는 단계로서, 적어도 하나의 실리콘 시드 결정은 용기의 표면의 전체 또는 실질적으로 전체 면적을 피복하도록 배열되는, 상기 용융된 실리콘을 위치시키는 단계; 및 용융된 실리콘을 냉각시켜 결정화를 제어함으로써 단결정 실리콘을 포함하고, 선택적으로 각각 적어도 약 10 cm 인 적어도 2 개의 치수들을 갖는 고형체를 형성하는 단계를 포함하는 캐스트 실리콘을 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 방사상으로 분포된 불순물들 및 결함들이 없거나 실질적으로 없고, 각각 적어도 약 25 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖는 연속 단결정 실리콘의 바디를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 약 2×1016 원자/cm3 내지 약 5×1017 원자/cm3 인 탄소 농도, 5×1017 원자/cm3 이하인 산소 농도, 적어도 1×1015 원자/cm3 인 질소 농도를 갖고, 각각 적어도 약 25 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖는 연속 단결정 실리콘의 바디를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 각각 적어도 약 35 cm 인 적어도 2 개의 치수들을 갖는 연속 캐스트 단결정 실리콘의 바디를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 방사상으로 분포된 불순물들 및 결함들이 없거나 실질적으로 없고, 각각 적어도 약 25 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖는 연속 단결정 실리콘의 바디로부터 형성된 웨이퍼; 웨이퍼 내의 p-n 접합; 선택적인 웨이퍼의 표면상에 반사방지막; 선택적인 후면 표면 필드와 패시베이팅층중에서 선택되는 적어도 하나의 층; 및 웨이퍼 상의 도전성 콘택들을 포함하는 태양 전지를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 각각 적어도 약 35 cm 인 적어도 2 개의 치수들을 갖는 연속 캐스트 단결정 실리콘의 바디로부터 형성된 웨이퍼; 웨이퍼 내의 p-n 접합; 선택적인 웨이퍼의 표면상의 반사방지막; 선택적인 후면 표면 필드와 패시베이팅층중에서 선택되는 적어도 하나의 층; 및 웨이퍼 상에 도전성 콘택들을 포함하는 태양 전지를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 연속 캐스트 단결정 실리콘의 바디로부터 형성된 연속 단결정 실리콘 웨이퍼로서, 연속 단결정 실리콘 웨이퍼는 적어도 약 50 cm 인 적어도 하나의 치수를 갖고, 연속 캐스트 단결정 실리콘의 바디는 각각 적어도 약 25 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖는, 상기 연속 단결정 실리콘 웨이퍼; 단결정 실리콘 웨이퍼 내의 p-n 접합; 단결정 실리콘 웨이퍼의 표면상의 선택적 반사방지막; 선택적으로 후면 표면 필드와 패시베이팅층으로부터 선택되는 적어도 하나의 층; 및 단결정 실리콘 웨이퍼 상에 도전성 콘택들을 포함하는 태양 전지를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 방사상으로 분포된 불순물들 및 결함들이 없거나 실질적으로 없고, 각각 적어도 약 25 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖는, 연속 단결정 실리콘의 바디로부터 형성되는 실리콘을 포함하는 웨이퍼를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 연속 캐스트 단결정 실리콘의 바디로부터 형성된 실리콘을 포함하는 웨이퍼로서, 웨이퍼는 적어도 약 50 cm 인 적어도 하나의 치수를 갖고, 연속 캐스트 단결정 실리콘의 바디는 각각 적어도 약 25 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖는 웨이퍼를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 적어도 실리콘의 용융 온도까지 가열되는 하나 이상의 측벽들 및 냉각을 위한 적어도 하나의 벽을 갖는 용기 내에 적어도 하나의 실리콘 시드 결정과 접촉하게 용융된 실리콘을 위치시키는 단계; 및 용융된 실리콘을 냉각시켜 결정화를 제어함으로써, 선택적으로 각각 적어도 약 10 cm 인 적어도 2 개의 치수들을 갖는, 준-단결정 실리콘의 고형체를 형성하는 단계를 포함하고, 고형체를 형성하는 단계는 냉각을 위한 적어도 하나의 벽과 적어도 초기에 평행인 용융된 실리콘의 에지에서 고체-액체 계면을 형성하는 단계를 포함하고, 고체-액체 계면은 냉각 동안 용융된 실리콘과 냉각을 위한 적어도 하나의 벽 간의 거리를 증가시키는 방향으로 이동하도록 제어되는 캐스트 실리콘을 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 적어도 실리콘의 용융 온도까지 가열되는 하나 이상의 측벽들을 갖는 용기 내에 적어도 하나의 실리콘 시드 결정과 접촉하게 용융된 실리콘을 위치시키는 단계로서, 적어도 하나의 실리콘 시드 결정은 용기의 표면의 전체 또는 실질적으로 전체 면적을 피복하도록 배열되는, 상기 용융된 실리콘을 위치시키는 단계; 및 용융된 실리콘을 냉각시켜 결정화를 제어함으로써, 선택적으로 각각 적어도 약 10 cm 인 적어도 2개의 치수들을 갖는, 준-단결정 실리콘의 고형체를 형성하는 단계를 포함하는 캐스트 실리콘을 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 방사상으로 분포된 불순물들 및 결함들이 없거나 실질적으로 없고, 각각 적어도 약 25 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖는 준-단결정 실리콘의 바디를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 약 2×1016 원자/cm3 내지 약 5×1017 원자/cm3 인 탄소 농도, 5×1017 원자/cm3 이하인 산소 농도, 적어도 1×1015 원자/cm3 인 질소 농도를 갖고, 각각 적어도 약 25 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖는 준-단결정 실리콘의 바디를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 각각 적어도 약 35 cm 인 적어도 2 개의 치수들을 갖는 연속 캐스트 준-단결정 실리콘의 바디를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 방사상으로 분포된 불순물들 및 결함들이 없거나 실질적으로 없고, 각각 적어도 약 25 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖는, 준-단결정질 실리콘의 바디로부터 형성된 웨이퍼; 웨이퍼 내의 p-n 접합; 선택적인 웨이퍼의 표면 상의 반사방지막; 선택적으로 후면 표면 필드와 패시베이팅층중에서 선택되는 적어도 하나의 층; 및 웨이퍼 상에 도전성 콘택들을 포함하는 태양 전지를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 각각 적어도 약 35 cm 인 적어도 2 개의 치수들을 갖는 캐스트 준-단결정 실리콘의 바디로부터 형성된 웨이퍼; 웨이퍼 내의 p-n 접합; 선택적인 웨이퍼의 표면상의 반사방지막; 선택적인 후면 표면 필드와 패시베이팅층중에서 선택되는 적어도 하나의 층; 및 웨이퍼 상에 도전성 콘택들을 포함하는 태양 전지를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 방사상으로 분포된 불순물들 및 결함들이 없거나 실질적으로 없고, 각각 적어도 약 25 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖는 준-단결정 실리콘의 바디로부터 형성된 실리콘을 포함하는 웨이퍼를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 캐스트 준-단결정 실리콘의 바디로부터 형성된 실리콘을 포함하는 웨이퍼로서, 상기 웨이퍼는 적어도 약 50 cm 인 적어도 하나의 치수를 갖고, 상기 준-단결정 실리콘의 바디는 각각 약 25 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖는 웨이퍼를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 방사상으로 분포된 결함들이 실질적으로 없고, 각각 적어도 약 25 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖는 연속 단결정 실리콘의 바디로부터 슬라이싱된 웨이퍼; 웨이퍼 내의 p-n 접합; 웨이퍼의 표면상에 선택적 반사방지막; 선택적인 후면 표면 필드; 선택적인 하나 이상의 패시베이팅층들; 및 웨이퍼의 적어도 일 표면상에 복수의 도전성 콘택들을 포함하는 태양 전지를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 방사상으로 분포된 결함들이 실질적으로 없고, 각각 적어도 약 35 cm 인 적어도 2 개의 치수들을 갖는 연속 캐스트 단결정 실리콘의 바디로부터 슬라이싱된 웨이퍼; 웨이퍼 내의 p-n 접합; 선택적인 웨이퍼의 표면상에 반사방지막; 선택적인 후면 표면 필드; 선택적인 하나 이상의 패시베이팅층들; 및 웨이퍼의 적어도 일 표면상에 복수의 도전성 콘택들을 포함하는 태양 전지를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 방사상으로 분포된 결함들이 실질적으로 없는, 연속 단결정 실리콘의 바디로부터 슬라이싱된 연속 단결정 실리콘 웨이퍼로서, 단결정 실리콘 웨이퍼는 적어도 약 40 mm 인 적어도 하나의 치수를 갖고, 단결정 실리콘의 바디는 각각 적어도 약 25 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖는, 단결정 실리콘 웨이퍼; 웨이퍼 내의 p-n 접합; 선택적인 웨이퍼의 표면상의 반사방지막; 선택적인 후면 표면 필드; 선택적인 하나 이상의 패시베이팅층들; 및 웨이퍼의 적어도 하나의 표면상에 복수의 도전성 콘택들을 포함하는 태양 전지를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 본 발명에 따라 만든 준-단결정 실리콘은 다른 결정 배향들인 보다 작은 결정의 체적에서 5% 까지 포함할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 본 발명에 따라 만든 준-단결정 실리콘은 다른 결정 배향들인 보다 작은 결정의 체적에서 1% 까지 포함할 수 있다. 또한 더 바람직하게는, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 본 발명에 따라 만든 준-단결정 실리콘은 다른 결정 배향들인 보다 작은 결정의 체적에서 0.1% 까지 포함할 수 있다.
본 발명의 추가적 특징 및 장점은 다음의 설명에 개시되며, 본 발명의 ㅅ시실시형태들의 설명으로부터 명백하거나 그들의 실행에 의해 습득된다. 본 발명의 특징들 및 다른 이점들은 기술된 설명 및 청구범위뿐만 아니라 도면에 의해 특히 가리켜진 반도체 디바이스 구성들과 제조 방법 및 제조 장치에 의해 실현되고 달성된다.
상기 일반적 설명 및 후속 상세한 설명 모두는 예시적이고 설명적이며, 청구되는 바와 같은 발명의 추가적 설명을 제공하도록 의도된다. 또한, 본 발명은 본 명세서에서 기술되고 청구된 방법들에 의해 만든 실리콘, 이러한 실리콘으로부터 만든 웨이퍼들 및 태양 전지들을 포함한다.
본 명세서에 병합되고 본 명세서의 일부로 구성하는 첨부된 도면은 발명의 실시형태들을 설명하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 특징, 이점, 및 원리를 설명하는데 제공된다. 도면에서:
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따라, 도가니의 저부 표면상에 실리콘 시드들의 예시적인 배열을 도시한다;
도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 따라, 도가니의 저부 및 측부 표면들 상에 실리콘 시드들의 다른 예시적 배열을 도시한다;
도 3a 내지 도 3c 는 본 발명의 일 실시형태에 따라, 도가니 내의 기하학적으로 정렬된 다결정 실리콘을 캐스팅하는 타일링 (tiling) 의 일 실시예를 도시한다;
도 4 는 본 발명의 일 실시형태에 따라, 도가니 내의 기하학적으로 정렬된 다결정 실리콘을 캐스팅하는 타일링의 다른 실시예를 도시한다;
도 5 는 본 발명의 일 실시형태에 따라, 6 각형 시드 타일들의 밀집된 어레이의 일 실시예를 도시한다;
도 6 은 본 발명의 일 실시형태에 따라, 장사방형 간극들 (rhomboid interstices) 이나 삼각형 간극들 (triangular interstices) 을 갖는 다각형 형상들의 예시적 어레이를 도시한다;
도 7 은 본 발명의 일 실시형태에 따라, 예시적 방법을 나타낸다;
도 8a 내지 도 8g 및 도 9 는 본 발명의 일 실시형태에 따라, 단결정 실리콘 또는 기하학적으로 정렬된 다결정 실리콘에 대한 예시적 캐스팅 프로세스들을 도시한다.
이하에서는 본 발명의 실시형태들에 대해 언급하고, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 서술한다. 가능한 어떤 경우든, 동일 또는 유사한 참조 번호들은 도면의 전체에 걸쳐 동일 또는 유사 부분들을 참조하는데 사용된다.
본 발명에 따른 실시형태들에서는, 하나 이상의 시드 결정들을 이용한 캐스팅 프로세스들에 의해 용융된 실리콘의 결정화를 수행한다. 본 명세서에서 개시되는 바와 같이, 이러한 캐스팅 프로세스들은 결정화된 실리콘의 캐스트 바디 내의 결정 그레인 (crystal grains) 의 사이즈, 형상, 및 배향을 제어하도록 구현될 수도 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "캐스트 (cast)" 란 용어는 용융된 실리콘을 유지하는데 사용되는 몰드 또는 용기 내에 용융된 실리콘을 냉각시켜 실리콘을 형성하는 것을 의미한다. 용융된 실리콘과 같은 액체는 그것이 위치되는 용기의 형상을 취하기 때문에, 본 명세서에서는 몰드 또는 용기뿐만 아니라 임의의 수단에 의해 용융된 실리콘을 한정하면서 용융된 실리콘의 냉각을 달성할 수도 있음이 또한 예기된다. 예로서, 도가니 내의 고체화에 의해 실리콘을 형성할 수 있고, 여기서 고체화는 용융물로 도입되는 냉각된 외부 물체를 통하지 않고, 도가니의 적어도 하나의 벽에서 개시된다. 도가니는 컵, 원통, 또는 박스와 같은 임의의 적합한 형상을 가질 수도 있다. 따라서, 본 발명에 따른 용융된 실리콘의 결정화 프로세스는 불 (boule) 또는 리본을 "풀링 (pulling)" 하는 것에 의해 제어되지 않는다. 또한, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 몰드, 용기, 또는 도가니는 용융된 실리콘과 접촉하는 적어도 하나의 "핫 측벽 (hot side wall)" 표면을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "핫 측벽" 이란 용어는 접촉하는 용융된 실리콘과 등온 또는 고온인 표면을 의미한다. 바람직하게는, 핫 측벽 표면은 실리콘의 프로세싱 동안 고정된 상태로 남는다.
본 발명의 실시형태들에 따르면, 결정화된 실리콘은 연속 단결정 실리콘 (continuous monocrystalline silicon), 준-단결정 실리콘 (near-monocrystalline silicon), 또는 제어된 그레인 배향들 (grain orientations) 을 갖는 연속 기하학적 다결정 실리콘 (continuous geometric multi-crystalline silicon) 중 어느 하나일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "연속 단결정 실리콘" 이란 용어는 단일 결정 실리콘을 의미하고, 여기서 실리콘의 바디는 단결정 실리콘의 하나의 균질체 (homogeneous body) 이고 보다 큰 실리콘 조각을 형성하기 위해 보다 작은 실리콘 조각들이 함께 결합된 것이 아니다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "연속 기하학적 다결정 실리콘" 이란 용어는 기하학적 다결정 실리콘을 의미하고, 여기서 실리콘의 바디는 기하학적 다결정 실리콘의 하나의 균질체이고 보다 큰 실리콘 조각을 형성하기 위해 보다 작은 실리콘 조각들이 함께 결합된 것이 아니다.
본 발명의 실시형태들에 따르면, 결정화는 예를 들어, 용융된 실리콘을 수용할 수 있는 석영 도가니와 같은 용기의 바닥에 결정 실리콘 "시드 (seeds)" 의 원하는 콜렉션을 위치시킴으로써 달성될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "시드" 란 용어는 원하는 결정 구조를 갖는 바람직한 기하학적으로 형상된 실리콘 조각을 의미하고, 여기서 적어도 하나의 단면은 위치될 수도 있는 용기의 표면과 일치하는 일 측을 갖는 기하학적 형상, 바람직하게는 다각형 형상을 갖는다. 이러한 시드는 실리콘의 단결정 조각이나 기하학적으로 정렬된 다결정 실리콘의 조각 중 어느 하나이고, 예를 들어, 단결정 실리콘의 잉곳에서 절단되거나 다르게 획득된 슬라브 (slab) 또는 수평 섹션일 수 있다. 본 발명에 따르면, 시드는 반드시 그런 경우는 아니지만, 자신의 저부 표면과 평행인 상부 표면을 가질 수도 있다. 예를 들어, 시드는 약 2 mm 내지 약 3000 mm 지름인 사이즈로 변화하는 실리콘 조각일 수 있다. 예를 들어, 시드는 약 10 mm 내지 300 mm 지름일 수 있다. 실리콘 부분은 약 1 mm 내지 약 1000 mm, 바람직하게 약 5 mm 내지 약 50 mm 인 두께를 가질 수도 있다. 편리와 타일링 (tiling) 을 위해 시드의 적합한 사이즈 및 형상을 선택할 수도 있다. 이하에서 보다 상세하게 기술되는 타일링은 실리콘 시드 결정들이 예를 들어, 도가니의 저부 또는 하나 이상의 도가니의 측면들 및 저부 표면들에 걸쳐 미리 결정된 기하학적 배향 또는 패턴으로 배열되는 곳이다. 시드 또는 시드들이 자신이 위치되는 곳에 인접한 전체 도가니 표면을 피복하여 시드들로부터 멀어지게 시딩된 결정 성장 고체화 전면을 이동시킬 때, 도가니 단면의 전체 사이즈는 일정한 기하학적 결정으로서 유지될 수 있다.
그 후, 용융된 실리콘의 결정화가 고형의 시드들의 원래 상부 레벨 이하에서 시작하여 시드들로부터 멀어지게, 바람직하게는 상향으로 진행하도록 용융된 실리콘의 냉각이 행해지는 바람직한 방식으로 시드들의 존재하에서 용융된 실리콘은 냉각 및 결정화하게 된다. 바람직하게는, 용융된 실리콘의 에지에서의 고체-액체 계면은 초기에 캐스팅되는 도가니 내의 표면과 같은 용기의 냉각 표면과 일치한다. 본 발명의 실시형태들에 따르면, 용융된 실리콘과 결정화된 실리콘 간의 액체-고체 계면은 캐스팅 프로세스의 일부, 예를 들어, 고체화 단계의 개시 부분이나 캐스팅 프로세스의 전부 동안 실질적으로 평탄하게 유지될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서는, 실질적으로 평탄한 고체-액체 계면을 바람직하게 유지하면서 용융된 실리콘과 도가니의 냉각된 표면 간의 거리를 증가하는 방향으로 이동하도록 냉각 동안 용융된 실리콘의 각각의 에지들에서 고체-액체 계면을 제어한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 고체화 전면은 용기의 냉각된 표면의 형상과 평행할 수도 있다. 예를 들어, 저부가 평탄한 도가니의 경우, 고체화 전면은 제어된 프로파일을 갖는 고체-액체 계면으로 실질적으로 평탄하게 남을 수도 있다. 고체-액체 계면은 에지에서 중심으로 이동함에 따라 자신의 곡률 반지름이 감소하게 제어될 수 있다. 대신에, 고체-액체 계면은 용기 폭의 적어도 절반인 평균 곡률 반지름을 유지하도록 제어될 수 있다. 또한, 고체-액체 계면은 용기 폭의 적어도 2 배인 평균 곡률 반지름을 유지하도록 제어될 수 있다. 고체는 용기 폭의 적어도 약 4 배인 곡률 반지름을 갖는 다소 볼록한 계면을 가질 수 있다. 예를 들어, 고체-액체 계면은 0.7 m 정방형 도가니에서 2 m 보다 일반적으로 크고, 도가니의 수평 치수의 2 배를 초과하며, 바람직하게는 도가니의 수평 치수의 약 8 배 내지 16 배인 곡률 반지름을 가질 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 캐스팅되는 것이 바람직하고, 각각 적어도 약 20 cm, 예를 들어, 일변이 적어도 약 20 cm 인 적어도 2 개의 치수들과 적어도 약 10 cm 인 제 3 치수를 갖는, 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 고형체를 형성할 수 있다. 바람직하게는, 캐스팅되는 것이 바람직하고, 각각 적어도 약 30 cm, 예를 들어, 일변이 적어도 약 30 cm 인 적어도 2 개의 치수들과 적어도 약 10 cm 인 제 3 치수를 갖는, 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 고형체를 형성할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 캐스팅되는 것이 바람직하고, 각각 적어도 약 35 cm, 예를 들어, 일변이 적어도 약 35 cm 인 적어도 2 개의 치수들과 적어도 약 10 cm 인 제 3 치수를 갖는, 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 고형체를 형성할 수 있다. 또한 더욱 바람직하게는, 캐스팅되는 것이 바람직하고, 각각 적어도 약 40 cm, 예를 들어, 일변이 적어도 약 40 cm 인 적어도 2 개의 치수들과 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖는, 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 고형체를 형성할 수 있다. 또한 더욱 바람직하게는, 캐스팅되는 것이 바람직하고, 각각 적어도 약 50 cm, 예를 들어, 일변이 적어도 약 50 cm 인 적어도 2 개의 치수들과 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖는, 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 고형체를 형성할 수 있다. 또한 더욱 바람직하게는, 캐스팅되는 것이 바람직하고, 각각 적어도 약 60 cm, 예를 들어, 일변이 적어도 약 60 cm 인 적어도 2 개의 치수들과 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖는, 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 고형체를 형성할 수 있다. 또한 더욱 바람직하게, 캐스팅되는 것이 바람직하고, 각각 적어도 약 70 cm, 예를 들어, 일변이 적어도 약 70 cm 인 적어도 2 개의 치수들과 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖는, 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 고형체를 형성할 수 있다. 본 발명의 실시형태들에 따르면, 방사상으로 분포된 결함들 및/또는 불순물들이 없거나 실질적으로 없고, 바람직하게는 각각 적어도 약 20 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 10 cm 인 제 3 치수를 갖는 연속 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 바디를 형성할 수 있다. 바람직하게는, 방사상으로 분포된 결함들 및/또는 불순물들이 없거나 실질적으로 없고, 바람직하게는 각각 적어도 약 30 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 10 cm 인 제 3 치수를 갖는 연속 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 바디를 형성할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 방사상으로 분포된 결함들 및/또는 불순물들이 없거나 실질적으로 없고, 바람직하게는 각각 적어도 약 35 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 10 cm 인 제 3 치수를 갖는 연속 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 바디를 형성할 수 있다. 또한 더욱 바람직하게는, 방사상으로 분포된 결함들 및/또는 불순물들이 없거나 실질적으로 없고, 바람직하게는 각각 적어도 약 40 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖는 연속 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 바디를 형성할 수 있다. 또한 더욱 바람직하게는, 방사상으로 분포된 결함들 및/또는 불순물들이 없거나 실질적으로 없고, 바람직하게는 각각 적어도 약 50 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖는 연속 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 바디를 형성할 수 있다. 또한 더욱 바람직하게는, 방사상으로 분포된 결함들 및/또는 불순물들이 없거나 실질적으로 없고, 바람직하게는 각각 적어도 약 60 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖는 연속 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 바디를 형성할 수 있다. 또한 더욱 바람직하게는, 방사상으로 분포된 결함들 및/또는 불순물들이 없거나 실질적으로 없고, 바람직하게는 각각 적어도 약 70 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖는 연속 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 바디를 형성할 수 있다.
본 발명의 실시형태들에 따라 만든 캐스트 실리콘의 잉곳의 수평 사이즈의 상한은 발명된 방법 자체에 의해서가 아니라 캐스팅 및 도가니 만드는 기술에 의해서만 결정된다. 본 발명에 따라, 적어도 1 m2 및 4-8 m2 까지인 단면의 면적을 갖는 잉곳들을 제조할 수 있다. 유사하게, 잉곳의 높이의 상한은 캐스팅 프로세스의 펀더멘털들 (fundamentals) 과 관련되는 것이 아니라 보다 긴 사이클 시간들에 관련될 수 있다. 약 50 cm 내지 약 80 cm 까지의 잉곳 높이가 가능하다. 따라서, 본 발명에 따르면, 연속 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 바디는, 연속 단결정 실리콘의 장방형 고체 조각이 적어도 33,750 cm3 의 체적을 가지면서 약 66 cm × 66 cm 인 단면까지 성공적으로 성장될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 캐스트 연속 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 고형체는 바람직하게 각각 캐스팅 용기의 내부 치수들만큼 큰 적어도 2 개의 치수들 및 잉곳의 높이와 같은 제 3 치수를 가지고 형성될 수 있다. 예를 들어, 단결정 실리콘의 캐스트 바디가 정육면체-형상 또는 장방형-형상 고체이면, 위의 이들 치수들은 이러한 바디들의 길이, 폭, 및 높이로 불린다.
유사하게는, 바람직하게 각각 적어도 약 10 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 5 cm 인 제 3 치수를 갖는 캐스트 기하학적 다결정 실리콘의 고형체를 형성할 수 있다. 바람직하게는, 각각 적어도 약 20 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 5 cm 인 제 3 치수를 갖는 캐스트 기하학적 다결정 실리콘의 고형체를 형성할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 각각 적어도 약 30 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 5 cm 인 제 3 치수를 갖는 캐스트 기하학적 다결정 실리콘의 고형체를 형성할 수 있다. 또한 더욱 바람직하게는, 각각 적어도 약 35 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 5 cm 인 제 3 치수를 갖는 캐스트 기하학적 다결정 실리콘의 고형체를 형성할 수 있다. 또한 더욱 바람직하게는, 각각 적어도 약 40 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 5 cm 인 제 3 치수를 갖는 캐스트 기하학적 다결정 실리콘의 고형체를 형성할 수 있다. 또한 더욱 바람직하게는, 각각 적어도 약 50 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 5 cm 인 제 3 치수를 갖는 캐스트 기하학적 다결정 실리콘의 고형체를 형성할 수 있다. 또한 더욱 바람직하게는, 각각 적어도 약 60 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 5 cm 인 제 3 치수를 갖는 캐스트 기하학적 다결정 실리콘의 고형체를 형성할 수 있다. 또한 더욱 바람직하게는, 각각 적어도 약 70 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 5 cm 인 제 3 치수를 갖는 캐스트 기하학적 다결정 실리콘의 고형체를 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 연속 기하학적 다결정 실리콘의 바디는, 연속 기하학적 다결정 실리콘의 장방형 고체 조각이 적어도 33,750 cm3 의 체적을 가지면서 약 66 cm × 66 cm 인 단면까지 성공적으로 성장될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 캐스트 기하학적 다결정 실리콘의 고형체는 바람직하게 각각 캐스팅 용기의 내부 치수들만큼 큰 적어도 2 개의 치수들을 가지고 형성될 수 있다. 예를 들어, 기하학적 다결정 실리콘의 캐스트 바디가 정육면체-형상 또는 장방형-형상 고체이면, 위의 이들 치수들은 이러한 바디들의 길이, 폭, 및 높이로 불린다.
본 발명의 실시형태들에 따른 방식으로 용융된 실리콘의 결정화를 수행함으로써, 랜덤 그레인보다 오히려 특정 그레인 경계들 및 특정 그레인 사이즈를 갖는 캐스트 실리콘을 만들 수 있다. 또한, 모든 씨드들이 서로 상대적으로 동일한 방향, 예를 들어, 도가니의 저부와 수직인 (100) 극 방향 및 장방형 또는 정방형 단면 도가니의 측면들 중 하나에 평행인 (110) 극 방향에 배향되는 방식으로 시드(들)을 정렬함으로써, 이러한 캐스트 실리콘의 극 방향이 시드의 극 방향과 동일한 단결정 실리콘이나 이에 가까운 캐스트 실리콘의 큰 바디들을 획득할 수 있다. 유사하게, 다른 극 방향들은 도가니의 저부와 수직일 수도 있다. 또한, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 시드(들)는 임의의 공통 극 방향이 도가니의 저부와 수직하도록 배열될 수도 있다.
용융된 실리콘의 풀 (pool) 로부터 원통형으로 형상된 불 (boule) 을 풀링하는 종래의 방법, 예를 들어 CZ 또는 FZ 방법들에 의해 단결정 실리콘을 만드는 경우, 획득된 단결정 실리콘은 (베이컨시들 (vacancies) 및 자기-침입형 원자들 (self-interstitial atoms) 과 같은 고유의 결함들로부터 형성된) 와류 결함들 및 OSF 링 결함들과 같은, 방사상으로 분포된 불순물들 및 결함들을 함유한다. 와류 결함들은 싱귤라 형태 또는 클러스터링된 형태 중 어느 하나의 형태인 침입형의 실리콘 원자들 또는 베이컨시들이다. 이러한 와류 결함들은 x-선 토포그라피 (x-ray topography) 에 의해 검출되고 실리콘 내에 "와류" 로서 나타날 수 있다. 또한, 검출 묘사를 위한 실리콘에 대해 선택적 산 에칭 (preferential acid etching) 후에 와류 결함들이 검출될 수 있다.
종래의 CZ 또는 FZ 방법들에 따르면, 실리콘 내의 산소 원자들의 분포 및 이러한 산소 원자들에 의해 야기된 실리콘 내의 결함들은 방사상으로 위치된다. 이것은 결함들이 중심 축에 대해 대칭적인 링들, 나선들 또는 스트라이에이션들 (striations) 로 배열되는 경향이 있음을 의미한다. OSF 링 결함은 나노미터-스케일의 산소 침전물들이 풀링된 단결정 실리콘 잉곳 또는 실리콘 불 내에 원통형 밴드의 적층 결함의 핵이 되어 이러한 실리콘으로부터 만든 웨이퍼 상에 원형 결함 밴드들을 일으키는 특정예이다. 이러한 밴드들은 선택적 산 칭 후에 실리콘의 샘플에서 관찰될 수 있다.
와류 결함들 및 OSF 링 결함들 모두는 예를 들어, 종래의 CZ 또는 FZ 방법들에 따라 용융된 실리콘의 풀로부터 원통형으로 형상된 불을 풀링함으로써 풀링 프로세스의 회전적 대칭, 축방향의 열적 기울기들, 및 프로세스의 고유한 회전 때문에 단결정 실리콘의 불들 내에 발생한다. 이에 반해, 이러한 와류 결함들 및 OSF 링 결함들을 나타내지 않는 본 발명의 실시형태들에 따른 캐스팅 프로세스들에 의해 실리콘을 만들 수 있다. 본질적으로, 이것은 원통형 대칭을 갖지 않는 실리콘의 바디에서, 그리고 고체화 및 쿨-다운 프로세스들 동안 잉곳의 전역에 걸쳐 등온면이 본질적으로 평탄한 프로세스 내에서 캐스팅 프로세스 동안 결함들의 결합이 회전에 의해 영향 받지 않는 성장 계면에 랜덤하게 분포될 수 있기 때문이다.
상이한 방법들에 의해 성장된 실리콘 내의 가벼운 원소 불순물들의 농도에 대해서, 표 1 에 도시되는 다음의 레벨들은 광범위하게 고려되는 특성이다.
표 1
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CZ 잉곳들의 부분들은 5×1017 원자/cm3 만큼 낮으나, 그보다 낮지 않은 산소 농도로 생산될 수 있다. 의도적 도핑에 의해 FZ 잉곳 및 CZ 잉곳 내에 탄소 농도 및 질소 농도를 증가시킬 수 있으나, 도핑은 (캐스트 재료에서 하는 것처럼) 이들 기술들의 고체 용해도 제한을 초과하지 않고, 도핑된 잉곳들은 20 cm 직경보다 큰 사이즈로 만들어지지 않았다. 그에 반해, 캐스트 잉곳들은 일반적으로 박리 코팅막 (release coating) 과 퍼니스 핫 존 (furnace hot zone) 의 설계에 의해 탄소 및 질소에 대해 통상 과포화된다. 따라서, 침전된 질화물들 및 탄화물들은 액상 핵생성 및 성장에 의해 곳곳에 존재한다. 또한, 본 발명의 실시형태에 따르면, 위에 보고된 불순물 레벨과 50×50×20 cm3 및 60×60×5 cm3 만큼 큰 사이즈로 캐스트 단결정 잉곳들을 제조하였다. 이들 치수들은 예시일 뿐, 본 발명의 캐스팅 프로세스들에 대한 상한으로 고려되지는 않는다.
예를 들어, 불순물 레벨들에 대해, 본 발명에 따른 실리콘 캐스트에서는 약 1-5×1017 원자/cm3 (약 1×1017 원자/cm3 내지 약 5×1017 원자/cm3 에 대한 표기) 인 용존 탄소 농도, 약 2-3×1017 원자/cm3 인 용존 산소 농도, 및 1-5×1015 원자/cm3 인 용존 질소 농도가 바람직하다. 본 발명의 실시형태에 따르면, 캐스팅되는 것이 바람직하고, 각각 적어도 약 20 cm, 예를 들어, 일변이 적어도 약 20 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 10 cm 인 제 3 치수를 갖고, 약 1-5×1017 원자/cm3 인 용존 탄소 농도, 약 2-3×1017 원자/cm3 인 용존 산소 농도, 및 1-5×1015 원자/cm3 인 용존 질소 농도를 갖는, 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 고형체를 형성할 수 있다. 바람직하게는, 캐스팅되는 것이 바람직하고, 각각 적어도 약 30 cm, 예를 들어, 일변이 적어도 약 30 cm 인 적어도 2 개의 치수들과 적어도 약 10 cm 인 제 3 치수를 갖고, 약 1-5×1017 원자/cm3 인 용존 탄소 농도, 약 2-3×1017 원자/cm3 인 용존 산소 농도, 및 1-5×1015 원자/cm3 인 용존 질소 농도를 갖는, 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 고형체를 형성할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 캐스팅되는 것이 바람직하고, 각각 적어도 약 35 cm, 예를 들어, 일변이 적어도 약 35 cm 인 적어도 2 개의 치수들과 적어도 약 10 cm 인 제 3 치수를 갖고, 약 1-5×1017 원자/cm3 인 용존 탄소 농도, 약 2-3×1017 원자/cm3 인 용존 산소 농도, 및 1-5×1015 원자/cm3 인 용존 질소 농도를 갖는, 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 고형체를 형성할 수 있다. 또한 더욱 바람직하게는, 캐스팅되는 것이 바람직하고, 각각 적어도 약 40 cm, 예를 들어, 일변이 적어도 약 40 cm 인 적어도 2 개의 치수들과 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖고, 약 1-5×1017 원자/cm3 인 용존 탄소 농도, 약 2-3×1017 원자/cm3 인 용존 산소 농도, 및 1-5×1015 원자/cm3 인 용존 질소 농도를 갖는, 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 고형체를 형성할 수 있다. 또한 더욱 바람직하게는, 캐스팅되는 것이 바람직하고, 각각 적어도 약 50 cm, 예를 들어, 일변이 적어도 약 50 cm 인 적어도 2 개의 치수들과 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖고, 약 1-5×1017 원자/cm3 인 용존 탄소 농도, 약 2-3×1017 원자/cm3 인 용존 산소 농도, 및 1-5×1015 원자/cm3 인 용존 질소 농도를 갖는, 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 고형체를 형성할 수 있다. 또한 더욱 바람직하게는, 캐스팅되는 것이 바람직하고, 각각 적어도 약 60 cm, 예를 들어, 일변이 적어도 약 60 cm 인 적어도 2 개의 치수들과 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖고, 약 1-5×1017 원자/cm3 인 용존 탄소 농도, 약 2-3×1017 원자/cm3 인 용존 산소 농도, 및 1-5×1015 원자/cm3 인 용존 질소 농도를 갖는, 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 고형체를 형성할 수 있다. 또한 더욱 바람직하게는, 캐스팅되는 것이 바람직하고, 각각 적어도 약 70 cm, 예를 들어, 일변이 적어도 약 70 cm 인 적어도 2 개의 치수들과 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖고, 약 1-5×1017 원자/cm3 인 용존 탄소 농도, 약 2-3×1017 원자/cm3 인 용존 산소 농도, 및 1-5×1015 원자/cm3 인 용존 질소 농도를 갖는, 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 고형체를 형성할 수 있다.
본 발명의 실시형태들에 따르면, 방사상으로 분포된 결함들 및/또는 불순물들이 없거나 실질적으로 없고, 바람직하게 각각 적어도 약 20 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 10 cm 인 제 3 치수를 갖고, 약 1-5×1017 원자/cm3 인 용존 탄소 농도, 약 2-3×1017 원자/cm3 인 용존 산소 농도, 및 1-5×1015 원자/cm3 인 용존 질소 농도를 갖는, 연속 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 바디를 형성할 수 있다. 바람직하게는, 방사상으로 분포된 결함들 및/또는 불순물들이 없거나 실질적으로 없고, 바람직하게 각각 적어도 약 30 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 10 cm 인 제 3 치수를 갖고, 약 1-5×1017 원자/cm3 인 용존 탄소 농도, 약 2-3×1017 원자/cm3 인 용존 산소 농도, 및 1-5×1015 원자/cm3 인 용존 질소 농도를 갖는, 연속 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 바디를 형성할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 방사상으로 분포된 결함들 및/또는 불순물들이 없거나 실질적으로 없고, 바람직하게 각각 적어도 약 35 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 10 cm 인 제 3 치수를 갖고, 약 1-5×1017 원자/cm3 인 용존 탄소 농도, 약 2-3×1017 원자/cm3 인 용존 산소 농도, 및 1-5×1015 원자/cm3 인 용존 질소 농도를 갖는, 연속 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 바디를 형성할 수 있다. 또한 더욱 바람직하게는, 방사상으로 분포된 결함들 및/또는 불순물들이 없거나 실질적으로 없고, 바람직하게 각각 적어도 약 40 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖고, 약 1-5×1017 원자/cm3 인 용존 탄소 농도, 약 2-3×1017 원자/cm3 인 용존 산소 농도, 및 1-5×1015 원자/cm3 인 용존 질소 농도를 갖는, 연속 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 바디를 형성할 수 있다. 또한 더욱 바람직하게는, 방사상으로 분포된 결함들 및/또는 불순물들이 없거나 실질적으로 없고, 바람직하게 각각 적어도 약 50 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖고, 약 1-5×1017 원자/cm3 인 용존 탄소 농도, 약 2-3×1017 원자/cm3 인 용존 산소 농도, 및 1-5×1015 원자/cm3 인 용존 질소 농도를 갖는, 연속 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 바디를 형성할 수 있다. 또한 더욱 바람직하게는, 방사상으로 분포된 결함들 및/또는 불순물들이 없거나 실질적으로 없고, 바람직하게 각각 적어도 약 60 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖고, 약 1-5×1017 원자/cm3 인 용존 탄소 농도, 약 2-3×1017 원자/cm3 인 용존 산소 농도, 및 1-5×1015 원자/cm3 인 용존 질소 농도를 갖는, 연속 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 바디를 형성할 수 있다. 또한 더욱 바람직하게는, 방사상으로 분포된 결함들 및/또는 불순물들이 없거나 실질적으로 없고, 바람직하게 각각 적어도 약 70 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖고, 약 1-5×1017 원자/cm3 인 용존 탄소 농도, 약 2-3×1017 원자/cm3 인 용존 산소 농도, 및 1-5×1015 원자/cm3 인 용존 질소 농도를 갖는, 연속 단결정 실리콘, 또는 준-단결정 실리콘의 바디를 형성할 수 있다.
본 발명의 실시형태들에 따라 만들고, 위에서 참조된 불순물 농도를 갖는 캐스트 실리콘 잉곳의 수평 사이즈의 상한은 발명된 방법 자체에 의해서가 아니라 캐스팅 및 도가니 만드는 기술에 의해서만 결정된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 바람직하게는 캐스팅 용기의 내부 치수들만큼 큰 적어도 2 개의 치수들 및 잉곳과 같은 높이인 제 3 치수를 갖고, 위에서 언급된 불순물 농도를 갖는 캐스트 연속 단결정 실리콘이나 준-단결정 실리콘의 고형체를 형성할 수 있다. 예를 들어, 단결정 실리콘의 캐스트 바디가 정육면체-형상 또는 장방형-형상 고체이면, 위의 이들 치수들은 이러한 바디들의 길이, 폭, 및 높이로 불린다.
본 발명의 실시형태들에 따른 캐스팅 프로세스를 위해 사용되는 시드(들)는 임의의 원하는 사이즈 및 형상일 수 있으나, 실리콘의 정방형, 장방형, 육각형, 장사방형 또는 팔각형으로 형상된 조각들과 같은 단결정 실리콘, 준-단결정 실리콘, 또는 기하학적으로 정렬된 다결정 실리콘에 대한 적합하게 기하학적으로 형상된 조각들이다. 시드들은 타일링에 도움되는 형상으로 될 수 있어, 에지-대-에지에 위치되거나 "타일링될" 수 있고, 원하는 패턴으로 도가니의 저부와 일치될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시형태들에 따르면, 시드들은 도가니의 모든 면들을 포함한 하나 이상의 측면들 상에 위치될 수 있다. 이러한 시드들은 예를 들어, 단결정 실리콘의 불과 같은 결정 실리콘의 소스를 원하는 형상을 갖는 조각들로 쏘잉하여 획득될 수 있다. 또한, 시드들은 본 발명의 실시형태들에 따른 프로세스에 의해 만든 연속 단결정 실리콘, 근-다결정 실리콘, 또는 연속 기하학적 다결정 실리콘 중 어느 하나의 샘플로부터 그들을 절단하여, 초기의 캐스팅 프로세스로부터 후속 캐스팅 프로세스들에서 사용하는 시드(들)를 만들 수 있다. 따라서, 예를 들면, 연속 단결정 실리콘이나 준-단결정 실리콘의 잉곳에서 절단되거나 다른 방법으로 획득되는 연속 단결정 실리콘이나 준-단결정 실리콘 중 하나 실리콘의 슬라브는 연속 단결정 실리콘 또는 준-단결정 실리콘의 후속 캐스팅에 대한 템플렛으로서 기능을 할 수 있다. 이러한 시드 결정은 시드가 위치되는 도가니 또는 다른 용기의 저부와 같은 일 측의 사이즈 및 형상, 또는 실질적으로 동일한 사이즈 및 형상일 수 있다. 단결정 캐스팅의 목적으로, 결함들의 결합을 회피하기 위해 도가니 저부를 피복하는데 가능한 한 적은 시드들을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 시드 또는 시드들은 본 발명에 따른 캐스팅 방법을 수행하도록 위치되는 도가니 또는 다른 용기의, 저부와 같은, 하나 이상의 측들의 사이즈 및 형상, 또는 실질적으로 동일한 사이즈 및 형상일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 소정 실시형태들에 따른 실리콘을 준비하는 프로세스들 및 장치들을 기술한다. 그러나, 이들 프로세스들 및 장치들이 본 발명의 원리에 따라 실리콘을 형성하는 유일한 방법들은 아님을 이해될 것이다.
도 1 을 참조하면, 시드들 (100) 은 크고, 연속하게 배향된 슬라브 (120) 를 형성하도록 동일 배향으로 시드들을 매우 인접하게 하는 방식으로, 석영 도가니와 같은, 저부와 측벽을 갖는 도가니 (110) 의 저부에 위치된다. 다른 방법으로, 시드들은 생성되는 결과의 실리콘 내에 의도적으로 선택된 그레인 사이즈들을 갖는 특정 그레인 경계들을 생성하도록 미리-선택된 오배향들 (misorientations) 로 가깝게 접하게 된다. 즉, 기하학적 다결정 실리콘의 캐스팅의 경우, 이렇게 만들어진 결정화된 기하학적 다결정 실리콘의 단면 그레인 사이즈 및 바람직하게는 단면 형상은 시드들의 단면 그레인 사이즈 및 단면 형상과 같거나 비슷하고, 그레인의 높이는 단면과 수직인 실리콘의 치수만큼 길 수 있다. 만약 기하학적 다결정 실리콘 시드 결정, 예를 들어, 기하학적 다결정 실리콘의 잉곳에서 절단되거나 다르게 획득된 기하학적 다결정 실리콘의 슬라브 (slab) 가 기하학적 다결정 실리콘을 캐스팅하는 시드 결정 또는 시드 결정들로서 사용되는 경우, 이렇게 만들어진 기하학적 다결정 실리콘의 그레인들에 대한 단면 그레인 사이즈 및 바람직하게는 단면 형상은 기하학적 다결정 시드 또는 시드들 내의 그레인들과 유사하다. 따라서, 기하학적 다결정 실리콘의 잉곳에서 절단되거나 다르게 획득된 기하학적 다결정 실리콘의 슬라브는 "기하학적 다결정 실리콘 시드 결정" (또는 "기하학적으로 정렬된 다결정 실리콘 시드 결정" 으로 불림) 일 수 있고, 기하학적 다결정 실리콘의 후속 캐스팅의 템플릿으로 기능할 수 있다. 이러한 시드 결정은 시드가 위치되는 도가니 또는 다른 용기의, 저부와 같은, 일 측의 사이즈 및 형상이거나 또는 실질적으로 그 사이즈 및 형상일 수 있다. 이러한 시드 결정이 본 발명의 방법으로 사용되는 경우, 이렇게 만들어진 기하학적 다결정 실리콘은 시드의 그레인과 같은 동일 또는 실질적으로 동일한 단면 사이즈 및 형상을 갖는 결정 그레인을 갖는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 시드들 (100) 은 도가니 (110) 의 저부의 전체를 실질적으로 피복하도록 타일링되고 위치된다. 또한, 도가니 (110) 로부터 결정화된 실리콘의 제거를 돕기 위해 실리카, 실리콘 질화물, 또는 액체 인캡슐런트 (liquid encapsulant) 와 같은 박리 코팅막을 도가니 (110) 가 갖는 것이 바람직하다. 또한, 시드들은 약 3 mm 내지 약 100 mm 두께인, 원하는 결정 배향의 단결정 실리콘의 슬라브 또는 슬라브들을 포함할 수도 있다. 도 1 에서는 시드들 (100) 의 구체적 수와 사이즈가 도시되나, 애플리케이션에 따라 시드들의 수와 사이즈 모두가 증가되거나 감소될 수 있음이 당업자에게 매우 명백하다.
또한, 도 2 를 참조하면, 시드들 (100) 은 도가니 (110) 의 하나 이상의 측벽들 (130, 140) 상에 위치될 수 있다. 시드들 (100) 은 도가니 (110) 의 모든 4 개의 벽들에 위치될 수 있으나, 오직 설명의 목적으로, 시드들 (100) 은 벽들 (130, 140) 상에만 도시된다. 바람직하게는, 도가니 (110) 의 4 개의 벽들 중 임의의 벽 상에 위치되는 시드들 (100) 은 결정 성장을 용이하도록 컬럼형이다. 바람직하게는, 도가니 (110) 의 4 개의 벽들 중 임의의 벽 상에 위치되는 컬럼형 시드들 각각은 도가니 (110) 의 저부 표면 상에서 바로 밑에 위치된 시드와 동일한 그레인 배향을 갖는다. 기하학적 다결정 실리콘 성장의 경우, 본 방식으로 컬럼형 시드들을 위치시키는 것은 도가니 (110) 의 높이만큼 큰 기하학적 다결정 실리콘 그레인들의 성장을 용이하게 한다.
계속 도 2 를 참조하면, 시드들 (110) 의 본 배열에 대한 이점들은 보다 빠르고, 보다 단순한, 보다 높은 결정도 (crystallinity) 와 보다 높은 성장률을 갖는 실리콘을 캐스팅하는 자전 프로세스 (self-progagating process) 이다. 예를 들어, 도가니 (110) 내부에 예를 들어, 하나의 저부와 4 개의 벽들로 동공 (cavity) 을 형성하도록 함께 적층되는 많은 시드들로 이루어진 실리콘 '컵' 내에서 실리콘을 용융할 수도 있다. 다른 방법으로, 도가니 (110) 내부에 예를 들어, 하나의 저부와 4 개의 벽들로 동공을 형성하도록 함께 적층되는 많은 시드들로 이루어진 실리콘 '컵' 내에 용융된 실리콘을 부을 수도 있다. 대안적 실시예에서, 수용하는 '컵' 을 우선 실리콘의 용융 온도까지 이르게 하나, 고체 상태로 유지시키고, 이후 컵 내에 용융된 실리콘을 붓고 열적 평형에 도달하게 한다. 그 후, 위의 어느 한 실시예에서, 도가니 (110) 를 냉각시켜, 예를 들어, 도가니 (110) 의 개방 상부에 여전히 열을 가하면서, 주위로 열을 방사하는 고체 히트 싱크 재료 (미도시) 에 의해 도가니 (110) 의 저부와 측면들에서의 열을 제거한다. 이 방식에서는, 이렇게 만들어진 실리콘의 캐스트 잉곳이 (사용되는 시드들 (100) 의 유형 및 그들의 배향에 따라) 단결정 또는 기하학적 다결정 중 어느 하나일 수도 있고, 결정화는 공지의 다결정 캐스팅 프로세스들보다 빠르게 진행한다. 이 프로세스를 반복하기 위해, 공지의 기술들을 이용하여 결정화된 실리콘 잉곳의 측들 및 저부 중 일부를 제거하고, 후속 캐스팅 프로세스에 재사용할 수 있다. 바람직하게, 복수의 시드 결정들, 예를 들어 시드들 (100) 은 시드들 (100) 간의 공통 극 방향이 도가니 (110) 의 저부 및 일 측의 각각에 수직하도록 배열되어 도가니 (110) 의 저부와 일 측 간에 어떤 그레인 경계도 형성하지 않는다.
도 3a 내지 도 3c 는 도가니 (110) 내의 기하학적 다결정 실리콘을 캐스팅하는 일 실시예를 도시한다. 결정 그레인 공학 (crystal grain engineering) 은 면밀한 시드 생성, 배향, 배치, 결정 성장에 의해 달성될 수 있다. 도 3a 내지 도 3b 는, 예를 들어, 2 개의 단결정 슬라브들 (155, 165) 을 나타내고, 여기서 단결정 슬라브들 (155, 165) 상에는 상이한 (110) 방향들이 도시된다. 양 슬라브들은 그들의 표면들에 수직인 공통 (100) 방향을 갖는다. 이후, 단결정 실리콘 (155, 165) 의 각 슬라브는 시드들 (150, 160) 이 되는 많은 실리콘 조각들을 형성하도록 절단된다. 표면 유형들은 예를 들어, 텍스처링 이유로 균일, 예를 들어, (100) 이거나 자유자재로 선택될 수 있다. 그레인의 형상 및 사이즈는 도 3b 에 도시된 바와 같이 단결정 실리콘의 슬라브들 (155 및 165) 로부터 타일들의 절단에 기초하여 선택될 수도 있다. 이웃한 타일 조각들 (150, 160) 간의 상대적 배향 각도는 이렇게 만들어진 캐스트 기하학적 다결정 실리콘내의 그레인 경계 유형 (예를 들어, 높은 각도, 낮은 각도 또는 쌍둥이) 을 결정한다. 도 3a 에서는, 예를 들어, (100) 극 방향의 2 개의 그레인 배향들을 도시한다.
이후, 도 3c 에서 도시되는 시드들은 이웃 타일들에 대해 배향 관계들을 구체적으로 선택한 타일링된 단결정 실리콘 조각들 (150, 160) 로 이루어진다. 그 후, 실리콘 조각들 (150, 160) 은 조각들 (150, 160) 상에 그려진 화살표들에 의해 도시된 바와 같이, 2 개의 (110) 방향들이 교대되도록, 도 3c 에 도시된 도가니 (110) 의 저부에서 타일링된다. 조각들 (150, 160) 이 오직 설명의 목적으로 대략 정방형 블록으로서 그려지고, 이하에서 언급되는 이유로 다른 형상들일 수 있음을 주목하는 것이 중요하다.
또한, 도 3c 에 도시되지는 않았지만, 도 2 내에서처럼, 시드들은 도가니의 측면들 상에 위치될 수도 있다. 이후, 실리콘 공급재료 (미도시) 는 조각들 (150, 160) 상부의 도가니 (110) 내로 도입되고, 그 후 용융될 수도 있다. 다른 방법으로, 도가니 (110) 내에 용융된 실리콘을 붓을 수도 있다. 다른 방법의 실시예에서는, 우선 실리콘의 용융 온도에 가깝게 또는 용융 온도까지 도가니 (110) 를 이르게 하고, 용융된 실리콘을 그 내에 붓는다. 본 발명의 실시형태들에 따르면, 시드들의 얇은 층은 고체화가 시작되기 전에 용융될 수 있다.
이후, 위의 어느 한 실시예에서, 도가니 (110) 를 냉각시켜, 예를 들어, 도가니 (110) 의 개방 상부에 여전히 열을 가하면서, 주위로 열을 방사하는 고체 히트 싱크 재료 (미도시) 에 의해 도가니 (110) 의 저부와 측면들에서의 열을 제거한다. 따라서, 고체로서 시드가 유지되면서 용융된 실리콘을 도입하고, 용융의 방향성 고체화가 컬럼 그레인의 상향 성장을 야기한다. 본 방식에서, 이렇게 만들어진 기하학적 다결정 실리콘의 캐스트 잉곳은 타일링된 실리콘 시드들 (150, 160) 의 그레인 배향들을 모방한다. 일단 본 기술을 적절히 구현하면, 이렇게 만들어진 잉곳은 예를 들어, 다른 캐스팅 프로세스들에 대해 시드 층들로서 작용하도록 수평 슬라브들로 절단될 수 있다. 슬라브는 예를 들어, 캐스팅에 사용되는 도가니 또는 다른 용기의, 저부와 같은, 일 표면의 사이즈 및 형상이나 이의 사실상 사이즈 및 형상을 가질 수 있다. 예로서, 캐스팅 프로세스를 위해 오직 하나의 이러한 슬라브를 사용할 수 있다.
도 4 는 도 3c 에 도시된 타일링의 변화를 나타낸다. 캐스팅된 기하학적 다결정 실리콘에 대한 그레인 배향의 일 실시예로서, 도가니 (110) 의 저부와 수직인 공통 극 방향 (001) 을 갖고 시드 조각들 (150, 160) 을 타일링한다. 도 4 에서는, 방향성 화살표들에 의해 표시되는 바와 같이, 타일링 조각들 (150, 160)에 (110) 방향들의 패밀리에 대한 모든 변화들을 나타낸다. 또한, 본 특정 도면에 도시되지는 않았지만, 시드들은 도가니 (110) 의 하나 이상의 측면들 상에 있을 수 있다.
따라서, 실리콘을 형성하는데 사용되는 도가니 내의 시드 결정들의 배향은 캐스팅된 기하학적 다결정 실리콘 내에 특정 그레인 경계들을 형성하고, 이러한 그레인 경계들이 기하학적 형상들을 포위하도록 선택될 수도 있다. 본 발명의 실시형태들에 대조적으로, 공지된 캐스팅 프로세스들은 완전히 용융된 대량 실리콘에서의 방향성 고체화에 의해 제어되지 않은 방식으로 다결정 그레인의 캐스팅을 수반한다. 기본적으로, 이렇게 만들어진 그레인들은 랜덤한 배향 및 사이즈 분포를 갖는다. 랜덤한 그레인 배향은 실리콘 표면을 효과적으로 텍스쳐링하기 어렵게 만든다. 또한, 그레인 경계들에서 얽힘들, 통상의 성장 기술들의 천연 산물은 디스로케이션들 (dislocations) 의 클러스터나 라인을 수반하는 구조적 결함들의 핵을 이루는 경향이 있음이 알려졌다. 이들 디스로케이션들 및 이들을 유인하도록 하는 불순물들은 전기적 캐리어들의 빠른 재결합 및 광 변환 재료로서 성능 열화를 야기한다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 구조적 결함들을 최소화하면서 소수 캐리어의 라이프 타임 및 불순물 게터링을 최대화하도록 명확히 그레인들의 사이즈, 형상, 및 배향을 선택함으로써 단결정 실리콘이나 기하학적 다결정 실리콘 중 어느 하나의 캐스팅에 대해 규칙적인 그레인 경계 네트워크의 신중한 계획 및 시딩을 달성한다.
성장 동안 그레인 경계들의 수직 방향을 유지하면서 디스로케이션 핵형성을 최소화하기 위하여 평탄면이도록 그레인 경계들이 선택될 수 있다. 불순물의 게터링 및 스트레스 완화를 최대화하도록 그레인 경계 유형들이 선택된다. 텍스처링을 하게 하고, 표면 패시베이션 (surface passivation) 을 개선하며, 그레인 강도를 강화하도록 그레인 배향들 (및 특히 표면 배향) 이 선택된다. 효과적인 게터링 거리들과 큰 흡수 면적들 간의 밸런스를 최적화하도록 그레인들의 사이즈가 선택된다. 예를 들어, 도 3c 및 도 4 에 예로서 도시된 바와 같이 기하학적 다결정 실리콘이 캐스트 기하학적 다결정 실리콘의 표면에 수직인 공통 극 방향을 갖고 적어도 약 0.5 cm 내지 약 10 cm 인 평균 최저 그레인 단면 사이즈를 갖도록 기하학적 다결정 실리콘의 캐스팅이 달성될 수 있다. 평균 결정 그레인 단면 사이즈는 약 0.5 cm 내지 약 70 cm 이상일 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 그레인의 높이 또는 길이에 수직인 그레인의 단면의 최대 치수로서 단면 사이즈가 이해된다. 이렇게 만들어진 광 변환 재료의 효율에서 순 결과가 전체적으로 증가한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 도가니의 적어도 하나의 표면, 예를 들어, 도가니의 저부 표면 상에 밀집된 다각형을 포함하는, 복수의 단결정 실리콘 시드 결정들의 기하학적 배열을 위치시킬 수 있다. 다른 방법으로, 도 5 및 도 6 에 예로서 도시되는 바와 같이, 기하학적인 배열이 밀집된 육각형 형상, 또는 장사방형 간극들 (rhomboid interstices) 이나 삼각형 간극들을 갖는 다각형 형상을 포함하도록 복수의 단결정 실리콘 시드 결정들의 기하학적인 배열을 위치시킬 수 있다. 또 다른 방법으로, 복수의 단결정 시드 결정들을 이용하는 대신에, 본 발명에 따른 단결정 실리콘 또는 준-단결정 실리콘을 캐스팅하는 단일 시드 결정으로서 단결정 실리콘 또는 준-단결정 실리콘의 캐스팅 전에 제조된 잉곳에서 절단되거나 다르게 획득된 섹션 또는 슬라브를 이용할 수 있다. 이러한 단일 시드 결정은 캐스팅을 수행하는데 사용되는 도가니 또는 다른 용기의 표면과 같은 사이즈 및 형상 또는 실질적으로 이와 같은 사이즈 및 형상일 수 있다. 더욱 구체적으로, 도 5 는 육각형들 (170) 의 밀집된 어레이의 일 실시예를 나타낸다. 이에 반해, 도 6 은 장사방형 간극들 (180) 이나 삼각형 간극들 (190) 을 갖는 다각형 형상들의 어레이의 일 실시예를 나타낸다. 이하에서는 더욱 상세하게 양 어레이들을 언급한다. 또한, 위에서 언급된 배열들의 어느 하나는 도가니의 저부 및 측면 표면들 모두에 시드 결정들을 그렇게 위치시키는 단결정 실리콘의 고형체, 준-단결정 실리콘의 고형체, 또는 기하학적 다결정 실리콘의 고형체 중 어느 하나를 캐스팅하는 일 실시형태에 적용 가능하다.
본 발명의 실시형태들에 따르면, 기하학적 다결정 실리콘의 바디를 캐스팅하여 생산되는 실리콘 결정 그레인들은 컬럼형 방식으로 성장시킬 수도 있다. 또한, 이러한 결정 그레인들은 형성되는 시드의 형상이나 이에 근사한 형상인 단면을 가질 수도 있다. 이렇게 구체적으로 선택된 그레인 경계들을 갖는 실리콘을 만들 때, 그레인 경계 접합들은 코너당 오직 3 개의 그레인 경계들을 만나게 하는 것이 바람직하다. 도 5 에서 도시된 바와 같이, 수평면의 원자들이 실리콘용 (111) 와 같이 3 겹의 대칭이나 6 겹의 대칭을 갖도록 결정 배향이 있는 곳에서 시드들의 타일링을 위해 시드 결정들 (170) 을 육각형 배열들로 하는 것이 바람직하다. 따라서, 도 5 는 도 1 및 도 2 에서 도시된 바와 같은 적절한 도가니의 저부에서의 배열을 위한 육각형 형상 시드들의 콜렉션의 일부의 평면도를 나타낸다. 화살표들은 시드들 내의 실리콘 결정의 (110) 방향의 배향을 나타낸다.
다른 방법으로, 4 겹의 대칭을 갖는 배향들의 경우, 3 개의 그레인 경계 코너 규칙을 여전히 충족하면서 다수의 그레인들을 통해 안정적이고 대칭적인 그레인 경계들을 유지하도록 시드들의 상이한 기하학적인 구성을 사용할 수 있다. 예를 들어, (110) 방향 및 (100) 극을 갖는 팔각형의 1 차 측면들 간의 오배향이 θ면, α 는 도 6 에서 도시된 바와 같이, 격자 간의 장사방형에 대한 정점 각도이고, 만약 α = 90 - θ 이면, 모든 결정 그레인들은 (110) 방향에 대해 대칭적 그레인 경계를 갖는다. 본 실시예에서, 모든 결정 그레인들은 도 6 이 도시되는 종이의 면에 수직인 (100) 극 방향을 갖는다. 따라서, 도 6 은, 도 1 및 도 2 에서 도시된 것과 같은 적절한 도가니의 저부 내의 배열에 대해 장사방형 형상된 시드들 (180, 190) 에 따라 팔각형 형상 시드들의 콜렉션의 일부의 평면도이다. 화살표들은 시드들 내의 실리콘 결정의 (110) 방향의 배향을 나타낸다.
도 7 은 본 발명에 따라 실리콘을 만드는 예시적인 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 7 에 따르면, 방법 (700) 은 단결정 실리콘 성장이나 기하학적 다결정 실리콘 성장에 대한 단결정 실리콘 시드 결정들을 선택하고 도가니 내의 단결정 실리콘 시드 결정들을 배열함으로써 시작할 수도 있다 (단계 705). 다른 방법으로, 단일 시드 결정으로서 단결정 실리콘이나 기하학적으로 정렬된 다결정 실리콘의 잉곳에서 절단되거나 다르게 획득된 단일 슬라브를 사용할 수 있다. 다음으로, 도가니에 실리콘 공급재료를 첨가할 수도 있다 (단계 710). 이후, 저부에서 (수동적으로나 능동적으로; 단계 715 참조) 도가니의 저부를 냉각시키면서 상부에서 도가니를 가열한다. 용융 동안, 고체-액체 계면의 위치를 추적하고 제어하도록 실리콘의 용융 스테이지를 모니터링한다 (단계 720). 단결정 실리콘 시드 결정들의 일부가 용융될 때까지 실리콘의 용융 스테이지를 진행하게 한다 (단계 725). 일단 단결정 실리콘 시드 결정들의 원하는 일부가 용융되면, 용융 스테이지는 종료되고 결정 성장 스테이지가 시작된다 (단계 730). 실리콘 결정화가 완료될 때까지 도가니 내부의 단방향으로 그리고 수직방향으로 결정 성장을 계속하게 한다 (단계 735). 기하학적 다결정 실리콘 성장을 위해 시드들을 배열시키는 경우, 단계 735 의 결정화는 컬럼형의 그레인들을 갖는 기하학적 다결정 실리콘 잉곳을 생산한다 (단계 740). 다른 방법으로, 단결정 실리콘 성장을 위해 시드들을 배열시키는 경우, 단계 735 의 결정화는 단결정 실리콘 잉곳을 생산한다 (단계 745). 마지막으로는, 추가적 프로세싱을 위해 단계 740 또는 단계 745 중 어느 하나 단계에서 생산된 잉곳을 제거한다 (단계 750).
도 8a 에 도시되는 바와 같이, 예를 들어, 2 개의 방식 중 하나의 방식으로 시드들 (220) 을 수용하는 도가니 (210) 에 실리콘 공급재료 (200) 를 도입시킬 수 있다. 우선, 용이하게 사이징된 청크들의 형태로 적절히 고체 실리콘 공급재료 (200) 를 갖는 최대 용량으로 도가니 (210) 를 로딩시키고, 캐스팅 스테이션 (미도시) 에 로딩된 도가니 (210) 를 위치시킨다.
도 8b 에서 도시된 바와 같이, 도가니 (210) 의 열 프로파일은 도가니 (210) 의 저부에서 고체 상태의 시드들 (220) 을 유지시키도록, 즉 공급재료 (200) 가 용융될 때 시드들 (220) 이 유동되지 않도록 능동적으로나 수동적으로 저부가 냉각되면서, 도가니 (110) 내의 실리콘 투입의 상부가 용융까지 가열되도록 설정된다. 고체 히트 싱크 재료 (230) 는 수냉된 벽들에 열을 방사하기 위해 도가니 (210) 의 저부와 접촉해 있다. 예를 들어, 히트 싱크 재료 (230) 는 흑연의 고체 블록일 수 있고, 바람직하게는 도가니의 저부보다 크거나 저부만큼 큰 치수들을 가질 수 있다. 본 발명에 따르면, 예를 들어, 66 cm × 66 cm 인 저부 표면을 갖는 도가니를 갖고 사용될 때, 히트 싱크 재료는 66 cm × 66 cm × 20 cm 일 수 있다. 도가니 (210) 의 저부 상에만 시드들 (220) 이 위치된다면, 도가니 (210) 의 측벽들은 냉각되지는 않는 것이 바람직하다. 도가니 (210) 의 저부와 측면들 모두에 시드들 (220) 이 위치되면, 원하는 열 프로파일을 유지하기 위하여 도가니 (210) 의 저부 및 측면들 모두에 히트 싱크 재료 (230) 를 위치시킬 수도 있다.
용융된 실리콘과 시드들 간의 계면의 위치를 추적하도록 실리콘 공급재료 (200) 의 용융 상태를 철저히 모니터링한다. 바람직하게는, 부분적으로 시드들 (220) 이 용융된 후에, 시드들 (220) 을 제외한 공급재료 실리콘 (200) 모두가 완전히 융용될 때까지 (도 8b 에 도시된) 용융물 (240) 을 계속한다. 예를 들어, 도가니의 외부 표면에서 측정되는 경우, 도가니 내의 어딘가에서 실리콘의 용융 온도에 도달한 후, 약 0.1 ℃/분 이하인 ΔT 를 유지시키면서 시드들 (220) 이 완전히 용융되지는 않도록 가열을 철저히 제어할 수 있다. 바람직하게는, 도가니의 외부 표면에서 측정되는 경우, 도가니 내의 어딘가에서 실리콘의 용융 온도에 도달한 후, 약 0.05 ℃/분 이하인 ΔT 를 유지시키면서 시드들 (220) 이 완전히 용융되지는 않도록 가열을 철저히 제어할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따르면, 도가니와 흑연의 큰 블록 간에서 도가니의 외부 표면에서 ΔT 를 측정할 수 있고, 용융된 시드들 (220) 의 부분을 계산하기 위하여 용융된 상태의 깊이를 측정하도록 용융물 (240) 내로 딥-로드를 삽입할 수도 있다.
도 8c 에 도시된 바와 같이, 부분 (250) 는 용융물 (240) 하부에서 시드들 (220) 의 전체 두께에 대해 용융된 부분을 나타낸다. 용융물 (240) 하부에서 시드들 (220) 의 부분 (250) 이 용융된 후, 용융 스테이지는 그 후 빠르게 종료되고 결정 성장 스테이지가 시작되며, 여기서 도가니 (210) 의 상부에서의 가열은 감소되고/감소되거나 히트 싱크 재료 (230) 의 저부의 냉각은 증가된다. 본 프로세스의 일 실시예로서, 도 8d 에 도시된 차트는 시간의 함수에 따라 시드들 (220) 의 부분 (250) 에 대한 용융을 나타낸다. 도 8d 에 도시된 바와 같이, 5 cm 내지 6 cm 인 초기 두께를 갖는 시드들의 일부는 고체 시드가 2 cm 바로 아래로 남을 때까지 점진적으로 용융된다. 예를 들어, 도가니의 외부 표면에서 측정되는 경우 (예를 들어, 냉각 블록 내에 탑재된 써모커플 (thermocouple) 을 통해), 도가니 내의 어딘가에서 실리콘의 용융 온도에 도달한 후, 약 0.1 ℃/분 이하인 ΔT 를 유지시키면서 시드들 (220) 이 완전히 용융되지는 않도록 가열을 철저히 제어할 수 있다. 바람직하게는, 도가니의 외부 표면에서 측정되는 경우, 도가니 내의 어딘가에서 실리콘의 용융 온도에 도달한 후, 약 0.05 ℃/분 이하인 ΔT 를 유지시키면서 시드들 (220) 이 완전히 용융되지는 않도록 가열을 철저히 제어할 수 있다. 여기서, 용융 스테이지는 이후 빠르게 종료되고 차트의 종좌표 상에 측정된 고체 두께의 상대적 증가로 표시되는 결정 성장 스테이지는 시작된다.
이후, 도 8e 에서 도시된 바와 같이, 시딩된 결정 성장은 실리콘 결정화가 완료될 때까지 도가니 (210) 내의 단방향으로 그리고 수직방향으로 계속된다. 캐스팅 사이클은 도가니 (210) 내의 상부-대-저부 열 기울기가 평행하게 되면 종료된다. 그 후, 전체 잉곳 (260) 은 실온까지 천천히 냉각된다. 기하학적 다결정 실리콘의 캐스팅의 경우, 도 8e 에 도시된 바와 같이, 이 시딩된 단방향 성장은 일반적으로 형성되는 개별 시드 (220) 의 형상인 수평 단면을 갖는 컬럼형으로 형상된 그레인들 (270) 을 생산한다. 본 방식으로, 캐스트 기하학적 다결정 실리콘의 그레인 경계들은 미리-선택될 수 있다. 이미 언급된 시딩 패턴들/타일링 중 어느 하나가 본 캐스팅 프로세스에 적용 가능하다.
다른 방법으로, 단결정 실리콘의 캐스팅의 경우, 시드들 (220) 의 배열은 모든 곳에서 그레인 경계들을 갖지 않도록 행해져, 캐스트 단결정 실리콘이 되게 할 수 있다. 도 8f 에서 도시된 바와 같이, 부분 (250) 은 용융물 (240) 아래서, 시드들 (220) 의 전체 두께의 용융된 부분을 나타낸다. 시드들 (220) 의 부분 (250) 이 용융물 (240) 아래에서 용융된 후, 용융 스테이지는 이후 빠르게 종료되고 결정 성장 스테이지가 시작되며, 여기서 도가니 (210) 의 상부에서의 가열은 감소되고/감소되거나 히트 싱크 재료 (230) 의 저부의 냉각은 증가된다. 이후, 도 8g 에 도시된 바와 같이, 시딩된 결정 성장은 실리콘 결정화가 완료될 때까지 도가니 (210) 내의 단방향으로 그리고 수직으로 계속된다. 바람직하게 실질적으로 평탄한 고체-액체 계면 (285) 은 도가니 (210) 의 저부 표면에서 상향으로 그리고 멀리지게 전파된다. 캐스팅 사이클은 도가니 (210) 내의 상부-대-저부 열 기울기가 평행하게 되는 경우, 결정 성장의 완료 후에 종료된다. 그 후, 전체 잉곳 (280) 은 실온까지 천천히 냉각된다. 단결정 실리콘의 캐스팅의 경우, 도 8g 에 도시된 바와 같이, 시딩된 단방향 성장은 캐스트 단결정 실리콘 (290) 의 연속 고형체를 생산한다.
도 9 에 도시된 다른 프로세스에서는, 우선 개별실 또는 개별 용융 용기 (300) 내에서 실리콘 공급재료 (220) 를 용융할 수도 있다. 용융 파이프 (310) 를 통해 도가니 (210) 내로 용융된 공급재료 (305) 를 피딩하거나 붓기 전에 시드들 (220) 은 상부로부터 부분적으로 용융되거나 되지 않을 수도 있고, 도 8b 내지 도 8g 에 참조하여 기술된 바와 같이 이후의 냉각 및 성장을 진행한다. 다른 실시형태에서는, 도가니 (210) 의 벽들 (미도시) 상에 실리콘 시드 결정들을 탑재할 수도 있고, 이미 기술된 바와 같이, 시딩된 성장은 도가니 (210) 의 측면들뿐만 아니라 저부에서도 행할 수 있다. 다른 방법으로, 도가니 (210) 에서 분리된 용융 용기 (300) 내에서 실리콘 공급재료 (200) 를 용융하고, 동시에 실리콘의 용융 온도까지 도가니 (210) 를 가열하며, 시드들 (220) 은 완전히 용융하지 않도록 가열을 제어한다. 시드들 (220) 의 부분 용융에 대해, 용융된 공급재료 (305) 는 용융 용기 (300) 에서 도가니 (210) 로 전달될 수 있고, 냉각 및 결정화가 시작될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 결정화된 실리콘의 고형체의 일부는 시드들 (220) 을 포함할 수 있다. 다른 방법으로, 시드들은 용융 도입 전에 완전히 고체로서 유지될 수도 있다. 이 경우, 용융 용기 (300) 내의 용융된 실리콘은 용융 온도를 넘어 가열되고, 과가열액체 (superheated liquid) 는 도입될 때 몇몇 시드들의 일부를 용융시킨다.
도 9 에 도시된 것과 같은 2 개-스테이지 캐스팅 스테이션에서, 용융된 공급재료 (305) 는 용융 용기 (300) 로부터 흘러내려오고, 시드들 (220) 상에 랜딩하고, 고체화 동안 그들의 결정도 (crystallinity) 를 가정할 수 있다. 다른 방법으로, 용융은 하나 이상의 도가니 (210) 의 카피들 (미도시) 과 같은 고체화 도가니들의 분산되는 장치를 공급하는 중앙 용융 용기 (300) 에서 발생할 수도 있다. 본 발명의 실시형태들에 따르면, 고체화 도가니들은 도가니들의 저부 및 측면들 중 어느 하나 또는 모두에 시드들 (220) 를 따라 늘어설 수 있다. 이 접근방식의 몇몇 장점들은: 각 캐스팅 단계의 보다 나은 최적화를 허용하도록 용융 및 고체화 시스템들의 분리; 도가니 공급을 유지시킬 필요에 따라 통상의 방식으로 새로운 재료의 용융을 발생시킬 수 있는 반연속식 실리콘 용융; 용해의 중간에 고체화 스테이션들로 피딩되어 시작 실리콘 재료의 순도를 강화하면서 상부 실리콘 (및 저부 실리콘의 포텐셜 드레이닝 (potential draining)) 의 슬래그화; 및 용융 용기 (300) 가 용융된 공급재료 (305) 와 평형을 이루게 하여 더 이상 현저한 불순물 소스가 되지 않게 하는 것을 포함한다.
따라서, 위에서 기술한 방법 중 하나에 의해 잉곳 (260 또는 280) 을 캐스팅한 후, 예를 들어, 본 발명에 따르면, 잉곳의 저부나 다른 섹션을 절단하고, 단결정 실리콘, 준-단결정 실리콘, 또는 기하학적 다결정 실리콘의 바디를 형성하도록 후속 캐스팅에서 단결정 시드로서 그것을 사용하여 이렇게 만들어진 캐스트 잉곳을 더 처리할 수 있고, 여기서 이러한 단결정 시드의 사이즈 및 형상은 후속 캐스팅 실시에서 사용되는 도가니의 저부와 동일한 사이즈 및 형상이고, 잉곳의 나머지는 광전지로 프로세싱하기 위한 블릭들 및 웨이퍼로 절단될 수 있다. 다른 방법으로, 예를 들어, 미래의 캐스팅 실시들을 위해 다수의 캐스팅 스테이션들 내의 시드 결정들로서 사용하는 수평 슬라브들로서 전체 잉곳을 절단할 수 있다.
본 발명의 실시형태들에 따른 프로세스들에 사용되는 실리콘 공급재료는 다음을 포함하는 리스트에서 선택되는 것과 같은 하나 이상의 도펀트들을 함유할 수 있다: 보론, 알루미늄, 리튬, 갈륨, 인, 안티몬, 비소, 및 비스무스. 이러한 도펀트의 전체 양은 약 0.01 ppma (parts per million by atomic %) 내지 약 2 ppma 일 수 있다. 바람직하게는, 실리콘 내의 도펀트 양은 실리콘으로부터 만든 웨이퍼가 약 0.1 Ω-cm 내지 약 50 Ω-cm 이고, 바람직하게는 약 0.5 Ω-cm 내지 약 5.0 Ω-cm 인 비저항을 갖는 양이다.
따라서, 본 발명에 따르면, 실리콘은 바람직하게 OSF 결함들 및/또는 와류 결함들과 같은 방사상으로 분포된 결함들이 본질적으로 없거나 없는 캐스트 연속 단결정 실리콘, 캐스트 준-단결정 실리콘, 또는 캐스트 연속 기하학적 다결정 실리콘의 바디일 수 있고, 여기서, 바람직하게 바디의 적어도 2 개의 치수들은 적어도 약 10 cm, 바람직하게 적어도 약 20 cm, 더욱 바람직하게 적어도 약 30 cm, 또한 더욱 바람직하게 적어도 약 40 cm, 또한 더욱 바람직하게 적어도 약 50 cm, 또한 더욱 바람직하게 적어도 약 60 cm, 및 가장 바람직하게 적어도 약 70 cm 이다. 가장 바람직하게는, 실리콘의 이러한 바디의 제 3 치수는 적어도 약 5 cm 이고, 바람직하게는 적어도 약 15 cm 이며, 가장 바람직하게는 적어도 약 20 cm 이다. 실리콘의 바디는 단일 바디로서 하나의 개별 조각일 수 있거나, 전체적으로 또는 부분적으로 다른 실리콘 내에 의해 수용되거나 이에 의해 포위될 수 있다. 실리콘의 바디는 각각 캐스팅 용기의 내부 치수들만큼 큰 적어도 2 개의 치수들을 갖고 형성될 수 있는 것이 바람직하다. 본 명세서에서 개시된 바와 같이, 발명의 실시형태들은 단순하고 효율적 비용의 캐스팅 프로세스에 의해 단결정 실리콘, 준-단결정 실리콘, 또는 기하학적 다결정 실리콘의 큰 바디들을 생산하는데 사용될 수 있다.
다음은 본 발명의 실시형태들에 따른 실험적 결과들의 예시들이다. 이들 예시들은 본 발명의 실시형태들을 단지 예시하고 설명하기 위해 나타내고 이 방식으로 발명의 범위를 제한하는 것으로서 해석되어서는 안 된다.
실시예 1
시드 준비: MEMC 사로부터 얻고, 보론 0.3 ppma 를 갖는 순수 초크랄스키 (CZ) 실리콘 (단결정) 의 불은 측면당 14 cm 로 가리키는 정방형 단면을 갖도록 다이아몬드가 코팅된 밴드 쏘우를 이용하여 그 길이에 따라 절단되었다. 이렇게 만들어진 단결정 실리콘 블록은 약 2 cm 내지 약 3 cm 인 두께를 갖는 슬라브들로 동일한 쏘우를 이용하여 그 단면으로 절단되었다. 이들 슬라브들은 단결정 실리콘 시드 결정들, 또는 "시드" 로서 사용되었다. 실리콘 불에 대한 (100) 결정학적 극 배향을 유지시켰다. 이후, 슬라브들의 (100) 방향이 정면이 위로 가고, 도가니의 일 측면에 평행하게 (110) 방향이 유지되도록 석영 도가니의 저부에 이렇게 만들어진 단결정 실리콘 슬라브들을 배열시켰다. 석영 도가니는 일 측면이 68 cm 인 정방형 단면, 약 40 cm 인 깊이, 및 약 1.8 cm 인 벽 두께를 가졌다. 슬라브들은 도가니의 저부와 평행인 그 긴 치수, 및 도가니의 저부 상에 이러한 슬라브들의 단일, 완전한 일 층을 형성하도록 접촉하는 자신의 측면들을 갖고 도가니의 저부에 배열되었다.
캐스팅: 이후 도가니에는 실온에서 전체 질량 265 kg 까지 고체 실리콘 공급재료를 채웠다. 그 후, 채워진 도가니는 다결정 실리콘을 캐스팅하는데 사용되는 인-시튜 용융/방향성 고체화 캐스팅 스테이션으로 로딩되었다. 용융 프로세스는 약 1550 ℃ 까지 저항성 히터들을 가열시켜 실시되었고, 그 히터들은 6 cm 인 전체 절연을 개방시켜, 열이 저부 밖으로 방사되게 하면서 상부에서 가열이 도달하도록 구성되었다. 이 구성은 도가니의 저부로 향하는 탑-다운 방향으로 진행하는 용융을 야기하였다. 써모커플에 의해 모니터링됨에 따라, 저부를 통한 수동형 냉각은 용융 온도에서 고체 상태로 시드 결정들을 유지시키도록 하였다. 용융의 범위는 십 분마다 용융 내로 내려진 석영 딥 로드에 의해 측정되었다. 딥 로드 높이는 남은 고체 재료의 높이를 결정하도록 스테이션 내의 빈 도가니에 취해진 측정과 비교되었다. 딥 로드 측정에 의해, 우선 공급재료가 용융되었고, 이후 용융 상태는 남아있던 시드 결정들의 약 1.5 cm 인 높이까지만 계속되게 허용되었다. 여기서, 12 cm 까지 절연을 개방시켜 저부에서의 방사를 증가시키면서 1500 ℃ 인 온도 설정까지 가열 전력을 떨어뜨렸다. 시드 결정들은 딥-로드 측정에 의해 관찰되는 바와 같이, 고체화 시작 전에 추가적 1 mm 또는 2 mm 용융되었다. 이후, 시딩된 단결정 성장은 고체화 단계의 종래까지 진행되었다. 성장 스테이지 및 캐스팅 사이클의 나머지는 상부-저부 열 기울기가 평행이 되었던 곳에서 보통의 파라미터들을 가지고 수행되었고, 이후 실온까지 전체 잉곳을 천천히 냉각시켰다. 캐스트 실리콘 제품은 66　cm × 66　cm × 24　cm 잉곳이었고, 50 cm × 50 cm 인 치수를 나타내는 수평적인 정방형 단면을 갖는 그 중앙 부분은 상부에서 저부로의 단결정 실리콘이었다. 단결정 실리콘 구조는 잉곳의 표면의 시각적 검사로부터 분명히 알 수 있었다. 선택적으로, 그레인 경계들을 묘사할 수 있는 부식성 제조법을 갖는 실리콘의 에칭은 재료에서의 그레인 경계들의 결핍을 더 확인시켰다. 벌크 도핑 평균은 1.2 Ω-cm 이었고, 본 실리콘에서 제조된 광전지는 16.0% 인 전기적 효율성을 가졌다.
본 실시예에 따라 수행된 다른 캐스팅 실시들에서는, 캐스트 실리콘 제품이 다른 결정 배향들인 보다 작은 실리콘 결정들을 수용한 실리콘에 대해 인접하게 결합하는 결정이나, 다결정 실리콘의 인접한 영역들을 가진 단결정 실리콘의 바디였음이 관찰되었다.
실시예 2
시드 준비: 시딩은 (110) 방향이 절반의 시드들에 대해 정방형 시드들의 측면으로부터 45 도에 있으나, 다른 절반이 약 20 도의 각도를 갖도록 단결정 실리콘 시드들이 절단되었다는 점을 제외하고 실시예 1 에서와 같이 달성되었다. 정방형 조각들은 2 개의 상이한 시드 배향들, 즉 (110) 방향이 도가니 측면들의 배향으로부터 45 도 및 20 도의 각도를 교대하는 체커보드 (checkerboard) 방식으로 도가니의 저부에서 층을 이뤘다. 서로에 관하여, 시드들은 25 도 또는 155 도의 오배향 중 어느 하나를 가졌다. 그러나, 정방형 형상 시드들의 사이즈 미스매치에 의해, 시딩층의 일부 갭들은 피복되지 않은 채로 남았다. 도가니는 정방형 측면들의 각각에 대해 약 33 cm 이고 약 22 cm 높이를 가리켰다.
캐스팅: 시드들을 수용한 도가니 및 전체 65 kg 인 공급재료 실리콘 청크들을 수용하는 개별 도가니는 UCP (Ubiquitous Casting Process) 2-스테이지 캐스팅 스테이션으로 로딩되었다. (내부에 시드들을 갖는) 수용 도가니는 실리콘의 용융점까지 가열되었으나, 완전하게 용융하는 에너지가 주어지지는 않았다. 다른 도가니 내의 실리콘은 실리콘의 용융 온도와 적어도 50 ℃ 상위인 온도에서 저항 흑연 히터들에 의해 용융되었고, 이후 수용 도가니 내로 부어졌다. 여기서, 방향성 고체화 및 시딩된 결정 성장에 영향을 주기 위해 수용 도가니의 저부로부터 열이 추출되면서 고체화는 바로 시작되었다. 표준 성장 사이클은 시드들이 구성한 이미 고체화된 재료의 질량을 차지하도록 짧아졌다. 이 방식에서는, 냉각 프로세스가 시작하기 전에 고체화하기 위한 모든 66 kg (10kg 의 시드 및 56 kg 의 공급재료 실리콘) 에 대한 시간을 허용하는 대신에, 가열 에너지의 낭비를 회피하도록 용융된 실리콘의 56 kg 에 대한 시간만을 제공하였다. 본 프로세스에 대한 제품은 형성되는 원래 시드 결정 치수들 중 상부 표면에 가깝게 남아있던 형상 및 치수들을 갖는 정방형 단면을 구비한 크고, 일반적으로 컬럼형 그레인을 갖는 실리콘 잉곳이었다. 측면 그레인 경계 위치들은 성장이 진행됨에 따라 일부 경우에 벗어났다.
실시예 3
시드 준비: 시딩은 63 cm × 63 cm 인 커버리지 면적 및 중앙의 3 cm 에서 측면의 1.8 cm 까지 변동하는 두께를 제공하는, 도가니의 저부를 정렬시키는데 사용되는 23kg 의 정방형 (100) 플레이트들로 달성되었다. 모든 플레이트들은 도가니의 벽들에서 45°에서 그들의 (110) 방향들을 갖고 배열되었다.
캐스팅: 시드들을 수용하는 도가니는 진성 실리콘, 이전의 잉곳들로부터 재활용된 실리콘, 및 9 Ω-cm 보다 큰 p-형 비저항을 갖는 이중-캐스트 실리콘의 혼합으로 표시되는, 선택적으로 전체 242 kg 인 공급재료 실리콘 청크들로 채워졌다. 도가니 내의 실리콘의 투입은 일-스테이지 방향성 고체화 노 내로 로딩되었다. 12 cm 까지 절연을 개방하여 저부를 냉각시키면서 (내부에 시드들을 갖는) 도가니를 1550 ℃ 인 온도까지 가열하였다. 고체-액체 계면은 용융 종료 시에 시드의 어느 부분도 완전히 용융되지는 않도록 용융 동안 실질적으로 평탄하게 유지되었다. 실리콘의 두께는 석영 딥 로드의 사용에 의해 모니터링되었다. 중심 두께가 2.5 cm 으로 가리킨 경우, 용융 스테이지는 정지되었고, 히터 온도는 1440 ℃ 까지 강하하였으며, 절연 높이는 15 cm 까지 증가되었다. 용융 상태 변화의 시작으로부터, 온도 증가율은 도가니의 외부 표면에서 측정되는 경우, 도가니 내의 어딘가에서 실리콘의 용융 온도에 도달한 후, 0.1 ℃/분 이하로 유지되었다. 그 후, 고체화 프로세스의 나머지는 결정 성장의 종료가 관찰되었을 때까지 유지되는 히터에 대해 대략 일정한 전력을 갖고 진행되게 하였다. 성장의 종료 후, 결정화된 실리콘 잉곳의 온도는 고르게 되었고, 이후 실온까지 균일하게 낮아졌다. 도가니에서 잉곳을 제거한 후, 잉곳의 저부는 다른 후속 캐스팅 프로세스의 시드로서 이후에 재사용하기 위해 하나의 큰 조각으로 절단되었고, 잉곳의 나머지는 추가 프로세싱을 위해 12.5 cm 정방형 블릭들로 절단되었다. 프로세스는 실질적으로 전체 시드층 단면 상부에 단결정 성장을 생기게 하는데 성공하였고, 잉곳의 상부까지 통과해 진행되었다. 단결정도 (monocrystallinity) 는 그 절단된 실리콘의 검사로부터 분명히 알 수 있었다.
본 실시예에 따라 수행된 다른 캐스팅 실시들에서는, 캐스트 실리콘 제품이 다른 결정 배향들인 보다 작은 실리콘 결정들을 수용한 실리콘에 대해 인접하게 결합하는 결정이나, 다결정 실리콘의 인접한 영역들을 가진 단결정 실리콘의 바디였음이 관찰되었다.
본 발명의 실시형태들에 따른 실리콘으로부터 만든 웨이퍼들은 적절히 얇고, 광전지에 사용될 수 있다. 또한, 웨이퍼들은 n-형 또는 p-형일 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼들은 약 10 마이크론 두께 내지 약 700 마이크론 두께일 수 있다. 또한, 광전지에 사용되는 웨이퍼는 웨이퍼 두께 (t) 보다 큰 확산 길이 (Lp) 를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, Lp 대 t 의 비율은 적절히 적어도 0.5 이다. 이것은, 예를 들어, 적어도 약 1.1 또는 적어도 2 일 수 있다. 확산 길이는 (p-형 재료에서 전자들과 같은) 소수 캐리어들이 다수 캐리어들 (p-형 재료에서 홀) 과 재결합하기 전까지의 확산할 수 있는 평균 거리이다. Lp 는 관계식 Lp = (Dτ)1/2 을 통해 소수 캐리어 라이프 타임 τ 와 관련되고, 여기서 D 는 확산 상수이다. 확산 길이는 광자-빔-유도 전류 기술 (Photon-Beam-Induced Current technique) 또는 표면 광전압 기술 (Surface Photovoltage technique) 과 같은 다수의 기술들에 의해 측정될 수 있다. 확산 길이가 어떻게 측정될 수 있는지에 대한 설명에 대해서는, "Fundamentals of Solar Cells" by A. Fahrenbruch and R. Bube, Academic Press, 1983, pp. 90-102 를 예로서 참조하라.
웨이퍼들은 약 100 mm 내지 약 600 mm 인 폭을 가질 수 있다. 바람직하게는, 웨이퍼들은 적어도 약 50 mm 인 적어도 하나의 치수를 갖는다. 본 발명의 실리콘으로부터 만든 웨이퍼들 및 결과적으로 본 발명에 의해 만든 광전지는 예를 들어 약 50 cm2 내지 약 3600 cm2 인 표면 면적을 가질 수 있다. 웨이퍼의 전면 표면은 바람직하게 텍스처링된다. 예를 들어, 웨이퍼는 화학적 에칭, 플라즈마 에칭 또는 레이저나 기계적인 스크라이빙을 이용하여 적절히 텍스처링될 수 있다. (100) 극 배향을 갖는 웨이퍼가 사용되는 경우, 약 10 내지 약 120 분 동안 예를 들어, 약 70 ℃ 내지 약 90 ℃ 인 상승된 온도에서 수산화 나트륨과 같은 염기 수용액에 웨이퍼를 처리함으로써 이방성으로 텍스처링된 표면을 형성하도록 웨이퍼는 에칭될 수 있다. 수용액은 이소프로판올과 같은 알코올을 포함할 수도 있다.
따라서, 태양 전지들은 적어도 하나의 웨이퍼를 형성하도록 캐스트 실리콘의 고형체를 슬라이싱하고; 선택적으로 웨이퍼의 표면에 세정 절차를 수행하고; 선택적으로 표면 상에 텍스처링 단계를 수행하고; 예를 들어, 표면을 도핑하여 p-n 접합을 형성하고; 선택적으로 표면 상에 반사방지막을 성막하고; 선택적으로 예를 들어, 알루미늄 소결 단계에 의해 후면 표면 필드와 패시베이팅층중에서 선택되는 적어도 하나의 층을 형성하며; 웨이퍼 상에 도전성 콘택들을 형성함으로써 본 발명의 실시형태들을 따른 캐스트 실리콘 잉곳들에서 생산된 웨이퍼를 이용하여 제조될 수 있다. 패시베이팅 층은 표면 원자들의 댕글링 본드들에 매달린 베어 웨이퍼 (bare wafer) 표면과의 인터페이스를 갖는 층이다. 실리콘 상의 패시베이팅 층들의 실시예들은 실리콘 질화물, 실리콘 이산화물 및 비정질 실리콘을 포함한다. 이 패시베이팅층은 일반적으로 1 마이크론보다 얇고, 빛에 대해 투명하거나 반사방지층으로서 작용한다.
예를 들어, p-형 실리콘 웨이퍼를 이용하는 광전지를 준비하는 통상 및 일반적 프로세스에서는 적합한 n-도펀트로 일 측의 웨이퍼를 노광하여 전면에 에미터층과 p-n 접합 또는 웨이퍼의 수광측 (light-receiving side) 을 형성한다. 통상, 화학적 또는 물리적 증착과 같은 공통으로 채용된 기술을 이용하여 p-형 웨이퍼의 전면 표면에 n-도펀트를 우선 퇴적함으로써 n-형 층 또는 에미터층을 형성하고, 이러한 퇴적 후, 실리콘 웨이퍼의 전면 표면으로 n-도펀트, 예를 들어, 인을 주입시켜 웨이퍼 표면으로 n-도펀트를 추가로 확산시킨다. 이 "주입 (drive-in)" 단계는 높은 온도에 웨이퍼를 노광함으로써 공통으로 달성된다. 그것에 의해, p-n 접합은 n-형 층과 p-형 실리콘 웨이퍼 기판 간의 경계 영역에 형성된다. 에미터층을 형성하기 위한 인 또는 다른 도핑 전에 웨이퍼 표면은 텍스처링될 수 있다. 추가로 광 흡수를 개선하기 위하여, 실리콘 질화물과 같은 선택적 반사방지막은 통상 웨이퍼의 전면에 적용되어, 때로 동시에 표면 및/또는 벌크 패시베이션을 제공할 수 있다.
광 에너지로 p-n 접합을 노광하여 생성된 전위를 이용하기 위하여, 광전지는 통상 웨이퍼의 정면에 전도성 전면 콘택 및 웨이퍼의 후면에 전도성 후면 콘택이 제공되나, 양 콘택들은 웨이퍼의 후면 상에 있을 수 있다. 이러한 콘택들은 통상 하나 이상의 높은 전도성 금속들로 이루어지고, 따라서 통상 불투명하다.
따라서, 위에서 기술된 실시형태들에 따른 태양 전지는 방사상으로 분포된 결함들이 없거나 실질적으로 없는 연속 단결정 실리콘이나 준-단결정 실리콘의 바디로부터 형성된 웨이퍼로서, 웨이퍼는 이상에서 서술된 바와 같이, 예를 들어, 각각 적어도 약 25 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖는, 웨이퍼; 웨이퍼 내의 p-n 접합; 선택적인 웨이퍼의 표면상에 반사방지막; 바람직하게 후면 표면 필드와 패시베이팅층중에서 선택되는 적어도 하나의 층; 및 웨이퍼 상의 도전성 콘택들을 포함하고, 바디는 와류 결함들이 없거나 실질적으로 없고, OSF 결함들이 없거나 실질적으로 없을 수도 있다.
또한, 위에서 기술된 실시형태들에 따른 태양 전지들은 연속 기하학적 다결정 실리콘의 바디로부터 형성되는 웨이퍼로서, 바디는 바람직하게는 바디의 표면과 수직인 공통 극 방향을 갖는, 그레인 배향들의 미리 결정된 배열을 갖고, 또한 각각 바람직하게 적어도 약 10 cm 인 적어도 2 개의 치수를 갖는 웨이퍼; 웨이퍼 내의 p-n 접합; 선택적인 웨이퍼의 표면 상의 반사방지막; 바람직하게는 후면 표면 필드와 패시베이팅층중에서 선택되는 적어도 어느 일층; 및 웨이퍼 상의 도전성 콘택들을 포함하고, 기하학적 다결정 실리콘은 약 0.5 cm 내지 약 30 cm 인 평균 결정 그레인 단면 사이즈를 갖는 실리콘 그레인들을 포함하고, 바디는 와류 결함들이 없거나 실질적으로 없고 OSF 결함들이 없거나 실질적으로 없을 수도 있다.
당업자에게는 본 발명의 범위나 사상을 벗어남 없이 개시된 구조들 및 방법들의 다양한 변경들 및 변화들이 행해질 수 있음이 명백하다. 또한, 예를 들어, 단결정 실리콘을 형성하는 것과 관련되는 개시된 프로세스들 및 방법들은 준-단결정 실리콘 또는 이들의 조합을 형성하는데 적용 가능하다. 또한, 본 명세서에서는 실리콘 캐스팅이 기술되었으나, 다른 반도체 재료들 및 비금속 결정 재료들도 본 발명의 범위 및 사상에 벗어남 없이 캐스팅할 수도 있다. 예를 들어, 발명자는 갈륨 비화물 (gallium arsenide), 실리콘 게르마늄 (silicon germanium), 알루미늄 산화물 (aluminum oxide), 갈륨 질화물 (gallium nitride), 아연 산화물 (zinc oxide), 아연 황화물 (zinc sulfide), 갈륨 인듐 비화물 (gallium indium arsenide), 인듐 안티몬화물 (indium antimonide), 게르마늄 (germanium), 이트늄 바륨 산화물 (yttrium barium oxides), 란탄족 산화물 (lanthanide oxides), 마그네슘 산화물 (magnesium oxide), 및 다른 반도체들, 산화물들, 및 액상을 갖는 금속간 화합물들 (intermetallics) 과 같은, 본 발명의 실시형태들에 따른 다른 재료들의 캐스팅을 예기하였다. 당업자에게는 본 발명의 다른 실시형태들이 본 명세서에 개시된 발명의 상세한 설명 및 실시에 대한 고려로부터 명백하다. 상세한 설명 및 실시예들은 예시로서만 고려되고, 본 발명의 실제 범위와 사상은 다음의 청구범위에 의해 나타내지는 것으로 의도된다.

Claims (23)

  1. 단결정 잉곳 (monocrystalline ingot) 생성을 위한 시스템으로서,
    퍼니스 (furnace) 내에 제공되는 도가니로서, 상기 도가니는 단일 시드 결정 및 공급재료 (feedstock material) 를 수용하도록 구성된, 상기 도가니;
    상기 도가니 내의 상기 시드 결정을 가열 및 적어도 부분적으로 용융하고, 상기 도가니 내의 상기 공급재료를 완전히 용융하기 위한 적어도 하나의 가열 엘리먼트; 및
    상기 적어도 부분적으로 용융된 시드 결정 및 상기 공급재료로부터 상기 단결정 잉곳의 성장을 촉진하기 위하여, 상기 도가니로부터의 열 추출 (extraction) 을 제어하기 위한 열 교환기를 포함하고,
    상기 열 교환기는 상기 단결정 잉곳의 냉각 및 방향성 고체화를 촉진하도록 구성된, 단결정 잉곳 생성을 위한 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도가니는 상기 퍼니스 내의 상기 도가니를 유지하기 위한 리테이너 (retainer) 를 포함하는, 단결정 잉곳 생성을 위한 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 교환기는 상기 도가니 내의 상기 시드 결정의 용융의 비율을 제어하도록 복수의 스테이지들에서 동작가능한, 단결정 잉곳 생성을 위한 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급재료의 용융 및 상기 시드 결정의 멜트백 (meltback) 을 모니터링하기 위한 프로브 또는 써모커플 (thermocouple) 을 더 포함하는, 단결정 잉곳 생성을 위한 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    열 흐름을 제어하기 위해 상기 도가니와 함께 제공되는 지지 구조를 더 포함하는, 단결정 잉곳 생성을 위한 시스템.
  6. 웨이퍼로서,
    준-단결정 실리콘 (near-monocrystalline silicon) 의 바디 (body) 로부터 형성된 실리콘을 포함하고,
    상기 바디는 원추형으로-분포된 불순물들 및 결함들이 없거나 실질적으로 없거나/없고;
    상기 바디는 각각 적어도 약 25 cm 인 적어도 2 개의 치수들을 갖고 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖거나/갖고;
    상기 웨이퍼는 적어도 약 50 mm 인 적어도 하나의 치수를 갖거나/갖는, 웨이퍼.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 바디는 원추형으로-분포된 불순물들 및 결함들이 없거나 실질적으로 없고;
    상기 바디는 각각 약 25 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖고;
    상기 웨이퍼는 적어도 약 50 mm 인 제 3 치수를 갖는, 웨이퍼.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 와류 결함들 (swirl defect) 이 없거나 실질적으로 없고 산소-유도된 적층 결함들 (oxygen-induced stacking fault defect) 이 실질적으로 없는, 웨이퍼.
  9. 제 11 항에 있어서,
    상기 바디는 약 2×1016 원자/cm3 에서 약 5×1017 원자/cm3 인 용존 탄소 농도, 약 5×1017 원자/cm3 를 초과하지 않는 용존 산소 농도, 적어도 1×1015 원자/cm3 의 용존 질소 농도를 갖는, 웨이퍼.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는,
    캐스트 실리콘의 바디를 제공하는 것, 및
    상기 바디로부터 적어도 하나의 웨이퍼를 형성하는 것에 의해 형성되고,
    상기 캐스트 실리콘의 바디는,
    도가니 내의 적어도 하나의 표면상에 준-단결정 실리콘을 포함하는 복수의 실리콘 시드 결정들의 기하학적 배열 (geometric arrangement) 을 위치시키는 것으로서, 상기 기하학적 배열은 밀집된 다각형들을 포함하는, 상기 기하학적 배열을 위치시키는 것;
    상기 적어도 하나의 표면상의 상기 복수의 실리콘 시드 결정들과 접촉하게 실리콘 공급재료를 위치시키는 것;
    상기 실리콘 공급재료 및 상기 복수의 실리콘 시드 결정들을 실리콘의 용융 온도까지 가열시키는 것;
    상기 복수의 실리콘 시드 결정들이 완전히 용융되지는 않도록 상기 가열을 제어하는 것으로서, 상기 도가니 내의 어딘가에서 상기 실리콘의 용융 온도에 도달한 후, 상기 도가니의 외부 표면에서 측정되는 경우, 약 0.1 ℃/분 이하인 ΔT 를 유지시키는 것을 포함하는, 상기 가열을 제어하는 것; 및
    상기 실리콘을 냉각함으로써 준-단결정 실리콘을 포함하는 고형체 (solid body) 를 형성하는 것에 의하여 형성된, 웨이퍼.
  11. 웨이퍼로서,
    연속적 단결정 실리콘의 바디로부터 형성된 실리콘을 포함하고,
    상기 바디는 원추형으로-분포된 불순물들 및 결함들이 없거나 실질적으로 없거나/없고;
    상기 바디는 각각 적어도 약 25 cm 인 적어도 2 개의 치수들을 갖고 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖거나/갖고;
    상기 웨이퍼는 적어도 약 50 mm 인 적어도 하나의 치수를 갖거나/갖는, 웨이퍼.
  12. 광전지로서,
    상기 광전지는,
    준-단결정 실리콘의 바디로부터 형성된 실리콘을 포함하는 웨이퍼로서,
    상기 바디는 원추형으로-분포된 불순물들 및 결함들이 없거나 실질적으로 없거나/없고;
    상기 바디는 각각 적어도 약 25 cm 인 적어도 2 개의 치수들 및 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖거나/갖고;
    상기 웨이퍼는 적어도 약 50 mm 인 적어도 하나의 치수를 갖거나/갖는, 상기 웨이퍼;
    상기 웨이퍼 내의 p-n 결합;
    상기 웨이퍼 표면의 부분 상의 반사 방지막;
    후면 표면 필드와 패시베이팅층 (passivating layer) 중에서 선택되는 적어도 하나의 층; 및
    상기 웨이퍼 상의 도전성 콘택들을 포함하는, 광전지.
  13. 광전지로서,
    상기 광전지는,
    연속적 단결정 실리콘의 바디로부터 형성된 실리콘을 포함하는 웨이퍼로서,
    상기 연속적 단결정 실리콘의 바디는 원추형으로-분포된 불순물들 및 결함들이 없거나 실질적으로 없거나/없고;
    상기 연속적 단결정 실리콘의 바디는 각각 적어도 약 25 cm 인 2 개의 치수들 및 적어도 약 20 cm 인 제 3 치수를 갖거나/갖고;
    상기 웨이퍼는 적어도 약 50 mm 인 하나의 치수를 갖거나/갖는, 상기 웨이퍼;
    상기 웨이퍼 상의 p-n 결합;
    상기 웨이퍼 표면의 부분 상의 반사 방지막;
    후면 표면 필드와 패시베이팅층 중에서 선택되는 적어도 하나의 층; 및
    상기 웨이퍼 상의 도전성 콘택들을 포함하는, 광전지.
  14. 캐스트 실리콘을 제조하는 방법으로서,
    적어도 실리콘의 용융 온도까지 가열되는 하나 이상의 측벽들 및 냉각을 위한 적어도 하나의 벽을 갖는 용기 내의 적어도 하나의 실리콘 시드 결정과 접촉하게 용융된 실리콘을 위치시키는 단계;
    상기 적어도 하나의 시드 결정의 원하는 부분을 용융하고 상기 용융의 범위를 측정하는 단계; 및
    결정화를 제어하도록 상기 용융된 실리콘을 냉각함으로써, 각각 적어도 약 10 cm 인 2 개의 치수들 선택적으로 갖는, 준-단결정 실리콘을 포함하는 고형체를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 고형체를 형성하는 단계는 상기 냉각을 위한 적어도 하나의 벽에 초기에 평행인 상기 용융된 실리콘의 에지에서 고체-액체 계면을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 고체-액체 계면은 상기 냉각 동안 상기 용융된 실리콘과 상기 냉각을 위한 적어도 하나의 벽 사이의 거리를 증가시키는 방향으로 이동하도록 제어되는, 캐스트 실리콘을 제조하는 방법.
  15. 캐스트 실리콘을 제조하는 방법으로서,
    적어도 실리콘의 용융 온도까지 가열되는 하나 이상의 측벽들 및 냉각을 위한 적어도 하나의 벽을 갖는 도가니 내의 적어도 하나의 표면상에 단결정 실리콘을 포함하는 복수의 실리콘 시드 결정들의 기하학적 배열을 위치시키는 단계로서, 상기 기하하적 배열은 밀집된 다각형들을 포함하는, 상기 기하학적 배열을 위치시키는 단계;
    상기 실리콘 시드 결정들의 상기 기하학적 배열들과 접촉하게 용융된 실리콘을 위치시키는 단계;
    적어도 하나의 상기 시드 결정의 원하는 부분을 용융시키고 상기 용융의 범위를 측정하는 단계; 및
    결정화를 제어하도록 상기 용융된 실리콘을 냉각함으로써, 각각 적어도 약 10 cm 인 적어도 2 개의 치수들을 갖는 준-단결정 실리콘을 포함하는 고형체를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 고형체를 형성하는 단계는 상기 냉각을 위한 적어도 하나의 벽에 초기에 평행인 상기 용융된 실리콘의 에지에서 고체-액체 계면을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 고체-액체 계면은 상기 냉각 동안 상기 용융된 실리콘과 상기 냉각을 위한 적어도 하나의 벽 사이의 거리를 증가시키는 방향으로 이동하도록 제어되는, 캐스트 실리콘을 제조하는 방법.
  16. 캐스트 실리콘을 제조하는 방법으로서,
    단결정 실리콘을 포함하는 복수의 실리콘 시드 결정들을 도가니의 적어도 2 개의 표면들 상에 미리 결정된 패턴으로 배열시키는 단계;
    상기 단결정 실리콘 시드 결정들과 접촉하게 용융된 실리콘을 위치시키는 단계; 및
    결정화를 제어하도록 상기 도가니의 상기 적어도 2 개의 표면들로부터 상기 용융된 실리콘을 냉각함으로써, 각각 적어도 약 10 cm 인 적어도 2 개의 치수들을 갖는 준-단결정 실리콘을 포함하는 고형체를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 고형체를 형성하는 단계는 상기 용융된 실리콘과 상기 도가니의 상기 적어도 2 개의 표면들 사이의 거리를 증가시키는 방향으로 이동하도록 상기 용융된 실리콘의 에지에서 상기 냉각 동안 고체-액체 계면을 제어하는 단계를 포함하는, 캐스트 실리콘을 제조하는 방법.
  17. 캐스트 실리콘을 제조하는 방법으로서,
    적어도 하나의 표면상에 단결정 실리콘을 포함하는 적어도 하나의 실리콘 시드 결정과 접촉하게 실리콘 공급재료를 위치시키는 단계;
    실리콘의 용융 온도까지 상기 실리콘 공급재료 및 상기 적어도 하나의 실리콘 시드 결정을 가열하는 단계;
    상기 적어도 하나의 실리콘 시드 결정이 완전히 용융되지는 않도록 상기 가열을 제어하는 단계로서, 상기 도가니 내의 어딘가에서 상기 실리콘의 용융 온도에 도달한 후, 상기 도가니의 외부에서 측정되는 경우, 약 0.1 ℃/분 이하인 ΔT 를 유지시키는 단계를 포함하는, 상기 가열을 제어하는 단계; 및
    일단 상기 적어도 하나의 실리콘 시드 결정이 부분적으로 용융되면, 상기 실리콘을 냉각시켜 준-단결정 실리콘을 포함하는 고형체를 형성하는 단계를 포함하는, 캐스트 실리콘의 제조 방법.
  18. 캐스트 실리콘의 제조 방법으로서,
    도가니 내의 적어도 하나의 표면상에 단결정 실리콘을 포함하는 복수의 실리콘 시드 결정들의 기하학적 배열을 위치시키는 단계로서, 상기 기하학적 배열은 밀집된 다각형들을 포함하는, 상기 기하학적 배열을 위치시키는 단계;
    상기 적어도 하나의 표면상에 복수의 실리콘 시드 결정들과 접촉하게 실리콘 공급재료를 위치시키는 단계;
    실리콘의 용융 온도까지 상기 실리콘 공급재료 및 상기 복수의 실리콘 시드 결정들을 가열하는 단계;
    상기 복수의 시드 결정들이 완전히 용융되지는 않도록 상기 가열을 제어하는 단계로서, 상기 도가니 내의 어딘가에서 상기 실리콘의 용융 온도에 도달한 후, 상기 도가니의 외부에서 측정되는 경우, 약 0.1 ℃/분 이하인 ΔT 를 유지시키는 단계를 포함하는, 상기 가열을 제어하는 단계; 및
    일단 상기 적어도 하나의 실리콘 시드 결정이 부분적으로 용융되면, 상기 실리콘을 냉각시켜 준-단결정 실리콘을 포함하는 고형체를 형성하는 단계를 포함하는, 캐스트 실리콘의 제조 방법.
  19. 캐스트 실리콘의 제조 방법으로서,
    도가니의 적어도 2 개의 표면들 상에 미리 결정된 패턴으로 준-단결정 실리콘을 포함하는 복수의 실리콘 시드 결정들을 배치하는 단계;
    상기 적어도 2 개의 표면들 상에 상기 보수의 실리콘 시드 결정들에 접촉하게 실리콘 공급재료를 위치시키는 단계;
    실리콘의 용융 온도까지 상기 실리콘 공급재료 및 상기 복수의 실리콘 시드 결정들을 가열하는 단계;
    상기 복수의 실리콘 시드 결정들이 완전히 용융되지는 않도록 상기 가열을 제어하는 단계로서, 상기 도가니의 외부에서 측정되는 경우, 약 0.1 ℃/분 이하인 ΔT 를 유지시키는 단계를 포함하는, 상기 가열을 제어하는 단계; 및
    일단 적어도 하나의 실리콘 시드 결정이 부분적으로 용융되면, 상기 실리콘을 냉각시켜 준-단결정 실리콘을 포함하는 고형체를 형성하는 단계를 포함하는, 캐스트 실리콘의 제조 방법.
  20. 캐스트 실리콘의 제조 방법으로서,
    적어도 실리콘의 용융 온도까지 가열되는 하나 이상의 측벽들을 갖는 용기 내에 적어도 하나의 실리콘 시드 결정과 접촉하게 용융된 실리콘을 위치시키는 단계로서, 상기 적어도 하나의 실리콘 시드 결정은 상기 용기의 표면의 전체 또는 실질적으로 전체 면적을 피복하도록 배열되는, 용융된 실리콘을 위치시키는 단계;
    상기 적어도 하나의 시드 결정의 원하는 부분을 용융시키고 상기 용융의 범위를 측정하는 단계; 및
    결정화를 제어하도록 상기 용융된 실리콘을 냉각시킴으로써, 각각 적어도 약 10 cm 인 2 개의 치수들을 갖는, 준-단결정 실리콘을 포함하는 고형체를 형성하는 단계를 포함하는, 캐스트 실리콘의 제조 방법.
  21. 제 14 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각은 수냉된 벽들에 열을 방사하기 위한 히트 싱크 (heat sink) 재료를 이용하는 단계를 포함하는, 캐스트 실리콘의 제조 방법.
  22. 제 14 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고형체가 와류 결함들이 실질적으로 없고 산소-유도된 적층 결함들이 실질적으로 없도록 형성하는 단계를 더 포함하는, 캐스트 실리콘의 제조 방법.
  23. 제 14 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 약 50 mm 인 적어도 하나의 치수를 갖는 웨이퍼를 형성하는 단계를 더 포함하는, 캐스트 실리콘의 제조 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101437281B1 (ko) * 2013-05-06 2014-09-03 웅진에너지 주식회사 냉도가니를 이용한 유사단결정 잉곳성장방법

Families Citing this family (107)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101400075B1 (ko) * 2006-01-20 2014-05-28 에이엠지 아이디얼캐스트 솔라 코포레이션 광전 변환 소자용 기하학적 다결정 캐스트 실리콘 및 기하학적 다결정 캐스트 실리콘 바디들을 제조하는 방법 및 장치
DE102006017621B4 (de) * 2006-04-12 2008-12-24 Schott Ag Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von multikristallinem Silizium
JP2008156166A (ja) * 2006-12-25 2008-07-10 Sumco Solar Corp シリコンインゴットの鋳造方法および切断方法
FR2918080B1 (fr) * 2007-06-29 2010-12-17 Commissariat Energie Atomique Dispositif et procede d'elaboration de plaquettes en materiau semi-conducteur par moulage et cristallisation dirigee
US20100197070A1 (en) * 2007-07-20 2010-08-05 BP Corproation North America Inc. Methods and Apparatuses for Manufacturing Cast Silicon From Seed Crystals
KR20100050510A (ko) 2007-07-20 2010-05-13 비피 코포레이션 노쓰 아메리카 인코포레이티드 시드 결정으로부터 캐스트 실리콘을 제조하는 방법
US8591649B2 (en) * 2007-07-25 2013-11-26 Advanced Metallurgical Group Idealcast Solar Corp. Methods for manufacturing geometric multi-crystalline cast materials
US8709154B2 (en) * 2007-07-25 2014-04-29 Amg Idealcast Solar Corporation Methods for manufacturing monocrystalline or near-monocrystalline cast materials
DE102007035756B4 (de) * 2007-07-27 2010-08-05 Deutsche Solar Ag Verfahren zur Herstellung von Nichteisenmetall-Blöcken
DE102007038851A1 (de) 2007-08-16 2009-02-19 Schott Ag Verfahren zur Herstellung von monokristallinen Metall- oder Halbmetallkörpern
JP5239265B2 (ja) * 2007-09-07 2013-07-17 株式会社Ｓｕｍｃｏ シリコン単結晶引上げ用種結晶及び該種結晶を使用したシリコン単結晶の製造方法
US7758696B2 (en) 2007-09-27 2010-07-20 Bp Corporation North America Inc Methods and systems for monitoring a solid-liquid interface
US8030633B2 (en) * 2007-09-27 2011-10-04 Bp Corporation North America Inc. Methods and systems for monitoring a solid-liquid interface
US20090151622A1 (en) * 2007-12-14 2009-06-18 Wilson Andrew B Systems and methods for growing polycrystalline silicon ingots
JP2009152265A (ja) * 2007-12-19 2009-07-09 Tohoku Univ 光電変換素子製造装置及び方法、並びに光電変換素子
EP2072645B2 (en) † 2007-12-19 2014-12-24 Schott AG Method for producing a monocrystalline or polycrystalline semiconductor material
WO2009118199A1 (de) * 2008-03-28 2009-10-01 Schott Ag Verfahren zur thermographischen prüfung nichtmetallischer werkstoffe, insbesondere beschichteter nichtmetallischer werkstoffe, sowie verfahren zu deren herstellung und verfahrensgemäss hergestellter körper
CN102084467A (zh) 2008-04-14 2011-06-01 班德加普工程有限公司 制作纳米线阵列的方法
JP5137670B2 (ja) * 2008-04-23 2013-02-06 信越化学工業株式会社 多結晶シリコンロッドの製造方法
CN102057503A (zh) * 2008-05-13 2011-05-11 应用材料股份有限公司 用于太阳能电池制造的晶体生长装置
US8758507B2 (en) * 2008-06-16 2014-06-24 Silicor Materials Inc. Germanium enriched silicon material for making solar cells
US7887633B2 (en) * 2008-06-16 2011-02-15 Calisolar, Inc. Germanium-enriched silicon material for making solar cells
US8475591B2 (en) * 2008-08-15 2013-07-02 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Method of controlling a thickness of a sheet formed from a melt
TW201012988A (en) * 2008-08-27 2010-04-01 Bp Corp North America Inc Gas recirculation heat exchanger for casting silicon
US20100055020A1 (en) * 2008-08-27 2010-03-04 Bp Corporation North America Inc Apparatus and Method for a Crucible Design and Tipping Mechanism for Silicon Casting
TW201019480A (en) * 2008-08-27 2010-05-16 Bp Corp North America Inc High temperature support apparatus and method of use for casting materials
TW201012978A (en) * 2008-08-27 2010-04-01 Bp Corp North America Inc Apparatus and method of use for a casting system with independent melting and solidification
US20100140558A1 (en) * 2008-12-09 2010-06-10 Bp Corporation North America Inc. Apparatus and Method of Use for a Top-Down Directional Solidification System
WO2010077844A1 (en) * 2008-12-16 2010-07-08 Bp Corporation North America Inc. Systems and methods for manufacturing cast silicon
WO2010088046A1 (en) * 2009-01-30 2010-08-05 Bp Corporation North America Inc. Seed layers and process of manufacturing seed layers
DE102009021003A1 (de) * 2009-05-12 2010-11-18 Centrotherm Sitec Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung flüssigen Siliziums
CN102549201A (zh) * 2009-07-16 2012-07-04 Memc新加坡私人有限公司 涂覆坩埚及其制备方法和用途
US7888158B1 (en) * 2009-07-21 2011-02-15 Sears Jr James B System and method for making a photovoltaic unit
JP2011057472A (ja) * 2009-09-07 2011-03-24 Mitsubishi Materials Techno Corp 多結晶シリコンインゴットの製造方法及び多結晶シリコンインゴットの製造装置
KR101093115B1 (ko) 2009-10-15 2011-12-13 주식회사 효성 레이저를 이용한 텍스처링 방법과 이를 이용한 태양전지 제조방법 및 그에 의해 제조된 태양전지
DE102010000687B4 (de) 2010-01-05 2012-10-18 Solarworld Innovations Gmbh Tiegel und Verfahren zur Herstellung von Silizium-Blöcken
WO2011105430A1 (ja) * 2010-02-23 2011-09-01 京セラ株式会社 ドーパント材、半導体基板、太陽電池素子、およびドーパント材の製造方法
DE102010029741B4 (de) 2010-06-07 2013-02-28 Solarworld Innovations Gmbh Verfahren zum Herstellen von Silizium-Wafern, Silizium Wafer und Verwendung eines Silizium-Wafer als Silizium-Solarzelle
CN101864594A (zh) * 2010-06-10 2010-10-20 晶海洋半导体材料（东海）有限公司 一种准单晶硅的铸锭方法
JP2012001379A (ja) * 2010-06-15 2012-01-05 Sharp Corp 太陽電池モジュール、シリコンリボンの製造方法および球状シリコンの製造方法
TWI534307B (zh) * 2010-06-15 2016-05-21 中美矽晶製品股份有限公司 製造矽晶鑄錠之方法
JP5512426B2 (ja) * 2010-07-08 2014-06-04 Ｊｘ日鉱日石金属株式会社 ハイブリッドシリコンウエハ及びその製造方法
JP5606189B2 (ja) * 2010-07-08 2014-10-15 Ｊｘ日鉱日石金属株式会社 ハイブリッドシリコンウエハ及びその製造方法
JP5740111B2 (ja) * 2010-07-22 2015-06-24 三菱マテリアル株式会社 多結晶シリコンインゴット製造装置、多結晶シリコンインゴットの製造方法及び多結晶シリコンインゴット
WO2012074934A1 (en) * 2010-11-30 2012-06-07 Rec Silicon Inc. Feedstock melting and casting system and process
WO2012149151A1 (en) * 2011-04-29 2012-11-01 Graftech International Holdings Inc. Graphite crucible for silicon crystal production
CN102797037B (zh) * 2011-05-26 2015-08-12 浙江昱辉阳光能源有限公司 多晶硅锭及其制造方法、太阳能电池
CN102797036B (zh) * 2011-05-26 2016-06-15 浙江昱辉阳光能源有限公司 多晶硅锭及其制造方法、太阳能电池
CN102797035B (zh) * 2011-05-26 2016-02-10 浙江昱辉阳光能源有限公司 多晶硅锭及其制造方法、太阳能电池
DE102011076860B4 (de) 2011-06-01 2016-01-14 Forschungsverbund Berlin E.V. Verfahren zur gerichteten Kristallisation von Ingots
DE102011051608A1 (de) 2011-07-06 2013-01-10 Schott Solar Ag Verfahren und Vorrichtung zum gerichteten Erstarren einer Nichtmetall-Schmelze
US9133565B2 (en) * 2011-10-14 2015-09-15 Sino-American Silicon Products Inc. Crystalline silicon ingot and method of fabricating the same
DE102011086669B4 (de) 2011-11-18 2016-08-04 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung von Silizium-Blöcken sowie Silizium-Block
US10087080B2 (en) * 2011-11-28 2018-10-02 Sino-American Silicon Products Inc. Methods of fabricating a poly-crystalline silcon ingot from a nucleation promotion layer comprised of chips and chunks of silicon-containing particles
US9493357B2 (en) 2011-11-28 2016-11-15 Sino-American Silicon Products Inc. Method of fabricating crystalline silicon ingot including nucleation promotion layer
SG190514A1 (en) 2011-11-28 2013-06-28 Sino American Silicon Prod Inc Crystalline silicon ingot and method of fabricating the same
US10065863B2 (en) * 2011-11-28 2018-09-04 Sino-American Silicon Products Inc. Poly-crystalline silicon ingot having a nucleation promotion layer comprising a plurality of chips and chunks of poly-crystalline silicon on the bottom
GB2497120A (en) * 2011-12-01 2013-06-05 Rec Wafer Norway As Production of mono-crystalline silicon
DE102011056404A1 (de) 2011-12-14 2013-06-20 Schott Solar Ag Verfahren zur Qualitätsermittlung eines Siliciumwafers
WO2013095928A1 (en) * 2011-12-23 2013-06-27 Gtat Corporation Method of producing bricks from a silicon ingot
CN103194794A (zh) * 2012-01-10 2013-07-10 徐传兴 一种准单晶硅铸锭设备及铸锭方法
FR2985722B1 (fr) * 2012-01-13 2014-02-14 Commissariat Energie Atomique Procede de purification du silicium.
TWI580825B (zh) * 2012-01-27 2017-05-01 Ｍｅｍｃ新加坡有限公司 藉由定向固化作用製備鑄態矽之方法
US20130192516A1 (en) * 2012-01-27 2013-08-01 Memc Singapore Pte. Ltd. (Uen200614794D) Method of preparing cast silicon by directional solidification
WO2013112231A1 (en) * 2012-01-27 2013-08-01 Gtat Corporation Method of producing monocrystalline silicon
US20130193559A1 (en) * 2012-01-27 2013-08-01 Memc Singapore Pte. Ltd. (Uen200614794D) CAST SILICON ingot prepared BY DIRECTIONAL SOLIDIFICATION
DE102012203524B4 (de) * 2012-03-06 2016-10-27 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung von Silizium-Ingots
US8902428B2 (en) * 2012-03-15 2014-12-02 Applied Materials, Inc. Process and apparatus for measuring the crystal fraction of crystalline silicon casted mono wafers
CN104169475B (zh) 2012-03-26 2018-01-12 胜高股份有限公司 多晶硅及其铸造方法
DE102012102597B4 (de) 2012-03-26 2020-05-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung eines gerichtet erstarrten Materialkörpers aus Silizium oder Germanium, Wafer aus Silizium oder Germanium, sowie Verwendungen hiervon
KR101656596B1 (ko) 2012-04-01 2016-09-09 장 시 사이 웨이 엘디케이 솔라 하이-테크 컴퍼니 리미티드 다결정 실리콘 잉곳, 이의 제조 방법 및 다결정 실리콘 웨이퍼
CN103074669B (zh) * 2013-01-29 2015-05-13 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 多晶硅锭及其制备方法和多晶硅片
JP5870263B2 (ja) * 2012-04-20 2016-02-24 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 シリコン単結晶育成用るつぼの製造方法
GB2502102A (en) * 2012-05-16 2013-11-20 Rec Wafer Norway As Improved production of monocrystalline silicon
CN102703969B (zh) * 2012-06-14 2015-04-15 天威新能源控股有限公司 低碳准单晶铸锭炉及应用该铸锭炉进行铸锭的方法
US9315917B2 (en) * 2012-07-30 2016-04-19 Solar World Industries America Inc. Apparatus and method for the production of ingots
CN102776557A (zh) * 2012-08-16 2012-11-14 江西旭阳雷迪高科技股份有限公司 一种用碎硅片作为籽晶来铸造多晶硅锭的方法
US20140137794A1 (en) * 2012-11-19 2014-05-22 Memc Singapore, Pte. Ltd (Uen200614797D) Method of Preparing A Directional Solidification System Furnace
US8900972B2 (en) * 2012-11-19 2014-12-02 Memc Singapore Pte. Ltd. Systems and methods for producing seed bricks
FR2999801B1 (fr) * 2012-12-14 2014-12-26 Soitec Silicon On Insulator Procede de fabrication d'une structure
US9111745B2 (en) 2012-12-31 2015-08-18 MEMC Singapore Pte., Ltd. (UEN200614794D) Methods for producing rectangular seeds for ingot growth
US20140186486A1 (en) * 2012-12-31 2014-07-03 Memc Singapore, Pte. Ltd (Uen200614797D) Apparatus For Producing Rectangular Seeds
US8735204B1 (en) 2013-01-17 2014-05-27 Alliance For Sustainable Energy, Llc Contact formation and gettering of precipitated impurities by multiple firing during semiconductor device fabrication
US8895416B2 (en) 2013-03-11 2014-11-25 Alliance For Sustainable Energy, Llc Semiconductor device PN junction fabrication using optical processing of amorphous semiconductor material
DE102013107188A1 (de) 2013-03-18 2014-09-18 Schott Ag Rohling aus Silizium, Verfahren zu dessen Herstellung sowie Verwendung desselben
CN103205798B (zh) * 2013-03-21 2016-02-24 南昌大学 一种以铸硅实体为材料的太阳能电池制造方法
WO2014147262A1 (de) 2013-03-22 2014-09-25 Schott Ag Rohling aus silizium, verfahren zu dessen herstellung sowie verwendung desselben
DE102013107189A1 (de) * 2013-03-22 2014-09-25 Schott Ag Rohling aus Silizium, Verfahren zu dessen Herstellung sowie Verwendung desselben
EP2784422B1 (en) * 2013-03-28 2017-10-04 Mitsubishi Materials Corporation Holding plate for deposition and heat treatment and method of producing the same
DE102013107193A1 (de) 2013-04-08 2014-10-09 Schott Ag Rohling aus Silizium, Verfahren zu dessen Herstellung sowie Verwendung desselben
FR3005967B1 (fr) 2013-05-27 2017-06-02 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication d'un lingot de silicium dote de joints de grains symetriques
FR3005966B1 (fr) 2013-05-27 2016-12-30 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication d'un lingot de silicium par reprise sur germes en four de solidification dirigee
US10633759B2 (en) * 2013-09-30 2020-04-28 Gtat Corporation Technique for controlling temperature uniformity in crystal growth apparatus
FR3019189B1 (fr) * 2014-03-31 2018-07-27 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Creuset, procede de fabrication du creuset, et procede de fabrication d'un materiau cristallin au moyen d'un tel creuset
FR3029941B1 (fr) * 2014-12-12 2019-10-11 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Pavage de germes
KR102626492B1 (ko) * 2016-11-14 2024-01-17 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 고광전변환효율 태양전지의 제조 방법 및 고광전변환효율 태양전지
CN108004589A (zh) * 2018-01-12 2018-05-08 无锡惠郡科技有限公司 一种八边形多晶硅铸锭的制造方法及其制造设备
EP3572560A4 (en) * 2018-03-29 2020-01-22 Crystal Systems Corporation DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING A SINGLE CRYSTAL
DE102018207759A1 (de) * 2018-05-17 2019-11-21 Carl Zeiss Smt Gmbh Verfahren zum Herstellen eines Substrats für ein optisches Element und reflektierendes optisches Element
TWI700403B (zh) * 2018-09-17 2020-08-01 中美矽晶製品股份有限公司 矽晶碇及其成長方法、矽晶棒及矽晶片
TWI785254B (zh) * 2019-07-01 2022-12-01 環球晶圓股份有限公司 矽晶碇及其製造方法與鋰電池的負極材料
JP7201815B2 (ja) 2019-07-18 2023-01-10 京セラ株式会社 シリコンのインゴット、シリコンのブロック、シリコンの基板、シリコンのインゴットの製造方法および太陽電池
US20220389612A1 (en) 2019-07-31 2022-12-08 Kyocera Corporation Silicon ingot, silicon block, silicon substrate, and solar cell
CN111364100A (zh) * 2020-04-30 2020-07-03 江苏协鑫硅材料科技发展有限公司 单晶硅锭及其制备方法、铸造单晶硅片及其制备方法
FR3111360B1 (fr) 2020-06-15 2024-04-12 Commissariat Energie Atomique Procédé de fabrication d’une pièce par solidification d’un matériau semi-conducteur
CN111705358A (zh) * 2020-06-30 2020-09-25 江苏协鑫硅材料科技发展有限公司 铸造单晶硅锭及其制备方法
CN114561701B (zh) * 2021-06-07 2022-08-19 浙江大学杭州国际科创中心 一种铸造法生长氧化镓单晶的方法及包含氧化镓单晶的半导体器件

Family Cites Families (136)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3135585A (en) * 1960-03-01 1964-06-02 Gen Electric Method of growing dislocation-free semiconductor crystals
GB1323685A (en) 1969-10-25 1973-07-18 Gkn Group Services Ltd Apparatus for die-casting metals
GB1315543A (en) 1970-05-11 1973-05-02 Foseco Int Casting of metal ingots
US3581804A (en) 1970-05-11 1971-06-01 Hamilton Die Cast Inc Expansion gap compensating system for a die
US3653432A (en) 1970-09-01 1972-04-04 Us Army Apparatus and method for unidirectionally solidifying high temperature material
GB1380726A (en) 1971-05-11 1975-01-15 British Iron Steel Research Ingot mould
US3898051A (en) 1973-12-28 1975-08-05 Crystal Syst Crystal growing
US4101624A (en) 1974-03-06 1978-07-18 Ppg Industries, Inc. Method of casting silicon
US4094621A (en) 1974-12-13 1978-06-13 Karl Hehl Die closing unit with oversize injection molding die
DE2508803C3 (de) 1975-02-28 1982-07-08 Wacker-Chemitronic Gesellschaft für Elektronik-Grundstoffe mbH, 8263 Burghausen Verfahren zur Herstellung plattenförmiger Siliciumkristalle mit Kolumnarstruktur
JPS51149824A (en) 1975-06-18 1976-12-23 Nippon Kokan Kk Downwardly divergent mold
US4075055A (en) 1976-04-16 1978-02-21 International Business Machines Corporation Method and apparatus for forming an elongated silicon crystalline body using a <110>{211}orientated seed crystal
DE2745247C3 (de) 1977-10-07 1980-03-13 Wacker-Chemitronic Gesellschaft Fuer Elektronik-Grundstoffe Mbh, 8263 Burghausen Verfahren und Vorrichtung zur semikontinuierlichen Herstellung von Siliciumformkörpern
US4264406A (en) * 1979-06-11 1981-04-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Method for growing crystals
US4382638A (en) * 1980-06-06 1983-05-10 Seiko Seiki Kabushiki Kaisha Sealing structure of spindle device
JPS5846662Y2 (ja) 1981-05-30 1983-10-24 ルピアン株式会社 洋傘
JPS62161452A (ja) 1986-01-10 1987-07-17 Akio Nakano ダイカストマシン
JPH041930Y2 (ko) 1986-04-12 1992-01-23
US5363799A (en) 1987-08-08 1994-11-15 Canon Kabushiki Kaisha Method for growth of crystal
WO1990006378A1 (en) 1988-12-10 1990-06-14 Kawasaki Steel Corporation Production method of crystal member having controlled crystal orientation
JP2823257B2 (ja) 1989-01-06 1998-11-11 株式会社東芝 半導体単結晶製造装置
DE3929635A1 (de) 1989-09-06 1991-03-07 Siemens Ag Verfahren zum abtrennen fester partikel aus siliziumschmelzen
JPH0753294Y2 (ja) 1989-12-06 1995-12-06 日本電気株式会社 車両搭載用追尾平面アンテナ装置
AU632886B2 (en) 1990-01-25 1993-01-14 Ebara Corporation Melt replenishment system for dendritic web growth
US5037921A (en) 1990-03-01 1991-08-06 E. I. Du Pont De Nemours And Company Base resistant fluoroelastomers with improved processibility and curability
EP0450494B1 (en) 1990-03-30 1996-06-19 Sumitomo Sitix Corporation Manufacturing method for single-crystal silicon
US5264070A (en) * 1990-10-09 1993-11-23 Motorola, Inc. Method of growth-orientation of a crystal on a device using an oriented seed layer
DE4204777A1 (de) 1991-02-20 1992-10-08 Sumitomo Metal Ind Vorrichtung und verfahren zum zuechten von einkristallen
DE4106589C2 (de) 1991-03-01 1997-04-24 Wacker Siltronic Halbleitermat Kontinuierliches Nachchargierverfahren mit flüssigem Silicium beim Tiegelziehen nach Czochralski
US5108720A (en) 1991-05-20 1992-04-28 Hemlock Semiconductor Corporation Float zone processing of particulate silicon
JPH05117091A (ja) * 1991-10-29 1993-05-14 Fujikura Ltd 太陽電池用粒状シリコン単結晶の製造方法
EP0541033A3 (en) 1991-11-08 1993-06-30 Siemens Aktiengesellschaft Process of fabrication of thin-film polycristalline silicon solar cells
US5614019A (en) 1992-06-08 1997-03-25 Air Products And Chemicals, Inc. Method for the growth of industrial crystals
US5443032A (en) 1992-06-08 1995-08-22 Air Products And Chemicals, Inc. Method for the manufacture of large single crystals
JPH06191820A (ja) 1992-12-28 1994-07-12 Tonen Corp シリコン薄板の製造方法
US5431869A (en) 1993-01-12 1995-07-11 Council Of Scientific & Industrial Research Process for the preparation of polycrystalline silicon ingot
JP3391503B2 (ja) 1993-04-13 2003-03-31 同和鉱業株式会社 縦型ボート法による化合物半導体単結晶の製造方法
GB2279585B (en) 1993-07-08 1996-11-20 Crystalox Ltd Crystallising molten materials
US5549746A (en) 1993-09-24 1996-08-27 General Electric Company Solid state thermal conversion of polycrystalline alumina to sapphire using a seed crystal
JP3056363B2 (ja) 1993-11-17 2000-06-26 シャープ株式会社 多結晶シリコン製造方法および製造装置
JP2833478B2 (ja) 1994-05-18 1998-12-09 信越半導体株式会社 シリコン単結晶成長方法
JP3216861B2 (ja) 1995-04-10 2001-10-09 シャープ株式会社 多結晶シリコン膜の形成方法および薄膜トランジスタの製造方法
JP3004563B2 (ja) * 1995-04-20 2000-01-31 三菱マテリアル株式会社 シリコン単結晶の種結晶
US6769473B1 (en) 1995-05-29 2004-08-03 Ube Industries, Ltd. Method of shaping semisolid metals
JP3242292B2 (ja) 1995-06-15 2001-12-25 シャープ株式会社 多結晶半導体の製造方法および製造装置
IT1276423B1 (it) * 1995-06-20 1997-10-31 Ansaldo Trasporti Spa Sistema di controllo per dispositivi di segnalazione luminosa di tipo ferroviario
US5707744A (en) 1995-12-26 1998-01-13 Xerox Corporation Solid phase epitaxial crystallization of amorphous silicon films on insulating substrates
JP4185575B2 (ja) 1995-12-26 2008-11-26 ゼロックス コーポレイション エピタキシャル結晶化プロセス
JPH09183686A (ja) 1995-12-27 1997-07-15 Shin Etsu Handotai Co Ltd 単結晶引き上げ方法及び装置
DE19607098C2 (de) 1996-02-24 1999-06-17 Ald Vacuum Techn Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum gerichteten Erstarren einer Schmelze aus Silizium zu einem Block in einem bodenlosen metallischen Kaltwandtiegel
JP3787888B2 (ja) 1996-02-28 2006-06-21 住友電気工業株式会社 結晶の育成方法及び育成用ルツボ
US6342312B2 (en) 1996-03-22 2002-01-29 Canon Kabushiki Kaisha Calcium fluoride crystal, optical article and exposure apparatus for photo-lithography using the same
US5944890A (en) 1996-03-29 1999-08-31 Denso Corporation Method of producing single crystals and a seed crystal used in the method
JPH107493A (ja) * 1996-06-20 1998-01-13 Sharp Corp シリコン半導体基板および太陽電池用基板の製造方法
JP3852147B2 (ja) * 1996-12-27 2006-11-29 Ｊｆｅスチール株式会社 太陽電池用多結晶シリコン・インゴットの製造方法
JPH10203899A (ja) 1997-01-23 1998-08-04 Nikon Corp アルカリ土類金属不純物の少ない蛍石及びその製造方法
US5827773A (en) 1997-03-07 1998-10-27 Sharp Microelectronics Technology, Inc. Method for forming polycrystalline silicon from the crystallization of microcrystalline silicon
JP4147595B2 (ja) 1997-03-25 2008-09-10 株式会社ニコン 蛍石単結晶の製造方法
JP3520957B2 (ja) * 1997-06-23 2004-04-19 シャープ株式会社 多結晶半導体インゴットの製造方法および装置
JP3523986B2 (ja) * 1997-07-02 2004-04-26 シャープ株式会社 多結晶半導体の製造方法および製造装置
US5800611A (en) 1997-09-08 1998-09-01 Christensen; Howard Method for making large area single crystal silicon sheets
JPH11302096A (ja) 1998-02-18 1999-11-02 Komatsu Electronic Metals Co Ltd 単結晶製造用種結晶、単結晶製造用種結晶の製造方法、及び単結晶製造方法
DE69912668T2 (de) 1998-02-26 2004-09-30 Mitsubishi Materials Corp. Kokille und Verfahren zur Herstellung von Siliziumstäben
JPH11240710A (ja) 1998-02-27 1999-09-07 Kawasaki Steel Corp シリコン鋳造用鋳型
US6334897B1 (en) * 1998-03-31 2002-01-01 Japan Energy Corporation Method of manufacturing compound semiconductor single crystal
US6139627A (en) * 1998-09-21 2000-10-31 The University Of Akron Transparent multi-zone crystal growth furnace and method for controlling the same
JP3670493B2 (ja) 1998-10-09 2005-07-13 東芝セラミックス株式会社 単結晶引上装置
US6106614A (en) 1998-10-15 2000-08-22 Starmet Corp Method and apparatus for fabricating near spherical semiconductor single crystal particulate and the spherical product produced
JP2000169281A (ja) 1998-12-07 2000-06-20 Komatsu Electronic Metals Co Ltd 結晶体引上げ装置
JP3872233B2 (ja) 1999-06-29 2007-01-24 京セラ株式会社 シリコン鋳造方法
JP3931322B2 (ja) 2000-01-11 2007-06-13 三菱マテリアル株式会社 シリコンインゴット鋳造用鋳型およびその製造方法
JP4521933B2 (ja) 2000-02-22 2010-08-11 エム・イー・エム・シー株式会社 シリコン単結晶の成長方法
US6869477B2 (en) 2000-02-22 2005-03-22 Memc Electronic Materials, Inc. Controlled neck growth process for single crystal silicon
AU2001250835A1 (en) * 2000-03-13 2001-09-24 Ii-Vi Incorporated Large size single crystal seed crystal fabrication by intergrowth of tiled seed crystals
US6277351B1 (en) 2000-03-20 2001-08-21 Carl Francis Swinehart Crucible for growing macrocrystals
US6423136B1 (en) 2000-03-20 2002-07-23 Carl Francis Swinehart Crucible for growing macrocrystals
JP2002220296A (ja) 2000-11-24 2002-08-09 Sumitomo Metal Ind Ltd 単結晶引上げ装置
KR100854186B1 (ko) 2001-01-26 2008-08-26 엠이엠씨 일렉트로닉 머티리얼즈 인코포레이티드 산화 유도된 적층 결함을 실질적으로 포함하지 않는베이컨시 지배 코어를 갖는 낮은 결함 밀도의 실리콘
US20020117718A1 (en) 2001-02-28 2002-08-29 Apostolos Voutsas Method of forming predominantly <100> polycrystalline silicon thin film transistors
US6635555B2 (en) 2001-02-28 2003-10-21 Sharp Laboratories Of America, Inc. Method of controlling crystallographic orientation in laser-annealed polycrystalline silicon films
US6686978B2 (en) 2001-02-28 2004-02-03 Sharp Laboratories Of America, Inc. Method of forming an LCD with predominantly <100> polycrystalline silicon regions
US6664147B2 (en) 2001-02-28 2003-12-16 Sharp Laboratories Of America, Inc. Method of forming thin film transistors on predominantly <100> polycrystalline silicon films
US6849121B1 (en) 2001-04-24 2005-02-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Growth of uniform crystals
DE10124423A1 (de) 2001-05-18 2003-01-02 Schott Glas Züchten von orientierten Einkristallen mit wiederverwendbaren Kristallkeimen
WO2003021011A1 (en) 2001-08-29 2003-03-13 Memc Electronic Materials, Inc. Process for eliminating neck dislocations during czochralski crystal growth
US7001543B2 (en) 2001-10-23 2006-02-21 Kyocera Corporation Apparatus and method for manufacturing semiconductor grains
US20030101924A1 (en) 2001-11-15 2003-06-05 Memc Electronic Materials, Inc. Intermittent feeding technique for increasing the melting rate of polycrystalline silicon
US6926876B2 (en) 2002-01-17 2005-08-09 Paul V. Kelsey Plasma production of polycrystalline silicon
JP3724571B2 (ja) 2002-01-17 2005-12-07 信越半導体株式会社 シリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶の製造装置
JP2003342098A (ja) 2002-05-27 2003-12-03 Canon Inc フッ化物結晶の製造装置及び製造方法
NO20022881L (no) 2002-06-17 2003-12-18 Elkem Materials Fremgangsmåte og apparatur for granulering av metallsmelter
JP4357810B2 (ja) 2002-07-25 2009-11-04 三菱マテリアル株式会社 鋳造装置及び鋳造方法
CN1212432C (zh) 2002-08-07 2005-07-27 中国科学院物理研究所 晶体生长工艺中的籽晶方位的控制方法
JP4658453B2 (ja) 2002-11-14 2011-03-23 ヘムロック・セミコンダクター・コーポレーション 流動性チップ、それを製造する方法及び使用する方法並びにその方法の実施に用いる装置
US7229495B2 (en) 2002-12-23 2007-06-12 Siltron Inc. Silicon wafer and method for producing silicon single crystal
US7033433B2 (en) * 2003-01-24 2006-04-25 Corning Incorporated Crystal growth methods
US20040211496A1 (en) 2003-04-25 2004-10-28 Crystal Systems, Inc. Reusable crucible for silicon ingot growth
US6913649B2 (en) 2003-06-23 2005-07-05 Sharp Laboratories Of America, Inc. System and method for forming single-crystal domains using crystal seeds
JP2005015264A (ja) 2003-06-25 2005-01-20 Canon Inc 結晶製造装置及び方法
FR2856702B1 (fr) 2003-06-27 2005-09-09 Centre Nat Rech Scient Procede de synthese d'un materiau cristallin et materiau obtenu par ce procede
JP4081411B2 (ja) 2003-07-29 2008-04-23 京セラ株式会社 シリコン鋳造用鋳型およびその製造方法
JP4081413B2 (ja) 2003-07-31 2008-04-23 京セラ株式会社 シリコン鋳造用鋳型およびその製造方法
CN1485467A (zh) 2003-08-08 2004-03-31 中国科学院上海光学精密机械研究所 大面积晶体的温梯法生长装置及其生长晶体的方法
JP4328161B2 (ja) 2003-09-24 2009-09-09 京セラ株式会社 シリコン鋳造用鋳型
JP2005104743A (ja) 2003-09-26 2005-04-21 Kyocera Corp シリコン鋳造用鋳型
US7195992B2 (en) 2003-10-07 2007-03-27 Sandisk 3D Llc Method of uniform seeding to control grain and defect density of crystallized silicon for use in sub-micron thin film transistors
JP2005152987A (ja) 2003-11-27 2005-06-16 Kyocera Corp シリコン鋳造用鋳型およびその製造方法
JP2005162599A (ja) 2003-12-03 2005-06-23 Siltron Inc 均一なベイカンシ欠陥を有するシリコン単結晶インゴット、シリコンウエハ、シリコン単結晶インゴットの製造装置、及びシリコン単結晶インゴットの製造方法
JP4497943B2 (ja) 2004-01-29 2010-07-07 京セラ株式会社 シリコン鋳造用鋳型とそれを用いたシリコン鋳造装置
US20050211408A1 (en) 2004-03-25 2005-09-29 Bullied Steven J Single crystal investment cast components and methods of making same
JP4777880B2 (ja) 2004-03-29 2011-09-21 京セラ株式会社 シリコン鋳造装置およびシリコンインゴットの製造方法
JP2005281068A (ja) 2004-03-30 2005-10-13 Toshiba Ceramics Co Ltd シリコン種結晶およびシリコン単結晶の製造方法
CN100485868C (zh) 2004-03-31 2009-05-06 日本电气株式会社 半导体薄膜制造方法及装置、光束成形掩模及薄膜晶体管
JP4571826B2 (ja) 2004-06-11 2010-10-27 日本電信電話株式会社 単結晶の製造方法
WO2006005416A1 (de) 2004-07-08 2006-01-19 Deutsche Solar Ag Herstellungsverfahren für kokille mit antihaftbeschichtung
JP4726454B2 (ja) 2004-09-16 2011-07-20 京セラ株式会社 多結晶シリコンインゴットの鋳造方法、これを用いた多結晶シリコンインゴット、多結晶シリコン基板、並びに太陽電池素子
JP4736401B2 (ja) 2004-11-02 2011-07-27 住友金属工業株式会社 炭化珪素単結晶の製造方法
JP4617854B2 (ja) 2004-12-01 2011-01-26 株式会社デンソー 電磁弁駆動装置
JP4318635B2 (ja) 2004-12-28 2009-08-26 シャープ株式会社 板状結晶の製造装置および製造方法
US8268074B2 (en) 2005-02-03 2012-09-18 Rec Scan Wafer As Method and device for producing oriented solidified blocks made of semi-conductor material
JP2006219352A (ja) 2005-02-10 2006-08-24 Canon Inc 単結晶製造装置及び単結晶製造方法
WO2006093099A1 (ja) 2005-02-28 2006-09-08 Kyocera Corporation 多結晶シリコン基板、多結晶シリコンインゴット及びそれらの製造方法、光電変換素子、並びに光電変換モジュール
JP2006308267A (ja) 2005-05-02 2006-11-09 Iis Materials:Kk るつぼ装置及びそれを用いた溶融材料の凝固方法
EP1739209A1 (en) 2005-07-01 2007-01-03 Vesuvius Crucible Company Crucible for the crystallization of silicon
JP2007019209A (ja) * 2005-07-07 2007-01-25 Sumco Solar Corp 太陽電池用多結晶シリコンおよびその製造方法
JP4872283B2 (ja) 2005-09-12 2012-02-08 パナソニック株式会社 単結晶の製造装置及び製造方法
KR101400075B1 (ko) * 2006-01-20 2014-05-28 에이엠지 아이디얼캐스트 솔라 코포레이션 광전 변환 소자용 기하학적 다결정 캐스트 실리콘 및 기하학적 다결정 캐스트 실리콘 바디들을 제조하는 방법 및 장치
JP5279170B2 (ja) 2006-03-28 2013-09-04 セミコンダクター・コンポーネンツ・インダストリーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー マスタ通信回路、スレーブ通信回路、及びデータ通信方法
DE102006017622B4 (de) 2006-04-12 2008-03-27 Schott Ag Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von multikristallinem Silizium
US8709154B2 (en) * 2007-07-25 2014-04-29 Amg Idealcast Solar Corporation Methods for manufacturing monocrystalline or near-monocrystalline cast materials
US8591649B2 (en) * 2007-07-25 2013-11-26 Advanced Metallurgical Group Idealcast Solar Corp. Methods for manufacturing geometric multi-crystalline cast materials
JP5319972B2 (ja) 2008-06-30 2013-10-16 株式会社エヌ・ティ・ティ・データ 店舗システム及び取引方法
EP2337881A1 (en) * 2008-08-27 2011-06-29 BP Corporation North America Inc. System and method for liquid silicon containment
US20100055020A1 (en) * 2008-08-27 2010-03-04 Bp Corporation North America Inc Apparatus and Method for a Crucible Design and Tipping Mechanism for Silicon Casting
WO2010025163A1 (en) * 2008-08-27 2010-03-04 Bp Corporation North America Inc. Apparatus and method of direct electric melting a feedstock
TW201012988A (en) * 2008-08-27 2010-04-01 Bp Corp North America Inc Gas recirculation heat exchanger for casting silicon

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101437281B1 (ko) * 2013-05-06 2014-09-03 웅진에너지 주식회사 냉도가니를 이용한 유사단결정 잉곳성장방법

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