KR20130018673A

KR20130018673A - 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20130018673A
Application number: KR1020127022795A
Authority: KR
Inventors: 모흐드 아슬라미; 다우 우; 찰스 델루카; 피터 한센; 에브구에니 다닐로브
Original assignee: 유에스 솔라테크 인코퍼레이션
Priority date: 2010-02-01
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2013-02-25
Also published as: WO2011094662A1; US20100189926A1; CN102933493A; JP2013518798A

Abstract

고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치에 있어서, 상기 고순도 실리콘 증착용 챔버를 포함하고, 상기 챔버는 다이 챔버의 상단을 실질적으로 정의하는 상면; 상단 및 하단을 갖는 하나 이상의 측면들로서, 상기 상면은 상기 하나 이상의 측면들의 상단을 실질적으로 밀봉하여 결합하는 하나 이상의 측면들; 상기 챔버의 하단을 실질적으로 정의하는 베이스(base)로서, 상기 베이스는 상기 하나 이상의 측면들의 상기 하단을 실질적으로 밀봉하여 결합하는 베이스; 및 상기 상면 내에 배치된 적어도 하나의 유도 결합 플라즈마 토치로서, 상기 적어도 하나의 유도 결합 플라즈마 토치는 실질적으로 수직한 위치에 배향되어 상기 상면으로부터 상기 베이스쪽으로 하향하는 플라즈마 화염을 생성하고, 상기 플라즈마 화염은 하나 이상의 반응물들을 반응시키기 위한 반응 영역을 정의하여 상기 고순도 실리콘을 생성하는 적어도 하나의 유도 결합 플라즈마 토치를 포함하는 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치가 제공된다. 또한, 용융 실리콘의 수집방법도 제공된다.

Description

고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치 및 방법 {PLASMA DEPOSITION APPARATUS AND METHOD FOR MAKING HIGH-PURITY SILICON}

본 발명은 고순도 실리콘 제조용 장치 및 공정에 관한 것이다.

CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATION(S)

본 출원은 2007년 4월 13일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제11/786,969 호 및 2007년 4월 13일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제11/783,969 호의 일부 계속 출원인 2008년 4월 15일에 출원된 선행 미국 특허 출원 번호 제12/081,337 호의 일부 계속 출원이며, 상기 양 출원은 2006년 4월 14 및 2006년 6월 22일에 출원된 미국 가출원 특허 출원 번호 제60/791,883 호 및 제60/815,575 호의 이익을 주장한다. 또한, 본 출원은 2006년 7월 7에 출원된 미국 가출원 특허 출원 번호 제60/818,966 호의 이익을 주장하는 2007년 3월 6일에 출원된 선행 미국 특허 출원 번호 제11/714,223 호의 일부 계속 출원이기도 하다. 본 출원은 2003년 8월 1일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제10/631,720 호의 이익을 주장하는 2006년 12월 26일에 출원된 선행 미국 특허 출원 번호 제11/644,870 호의 일부 계속 출원이다. 이들 출원 전부는 여기에 참고로 포함되어 있다.

유가가 계속 상승하고 다른 에너지원들이 한정되어 있으므로, 화석 연료를 태워서 발생하는 배출물질로 인한 지구 온난화에 대한 압력이 증가하고 있다. 태양 에너지는 비용이 들지 않고 이산화탄소 가스를 발생시키지 않으므로 태양 에너지와 같은 대체 에너지원들을 찾아 사용할 필요가 있다. 이를 위해, 많은 국가들이 안전하고 신뢰할만한 장기적인 동력원들, 특히 "녹색" 또는 "청정" 에너지원들에 대해 자국의 투자를 늘리고 있다. 그럼에도 불구하고, 광전지 셀 또는 모듈들로도 알려진 태양 전지는 여러 해 동안에 개발되어 온 반면에, 이러한 셀들 또는 모듈들의 제작 비용이 여전히 높기 때문에 그 사용이 매우 제한적이므로, 화석 연료에 의하여 발생된 에너지와 경쟁하기 어렵게 한다.

현재, 단결정 실리콘 태양 전지는 최고의 에너지 변환 효율을 갖고 있지만, 이와 연관된 제작 비용 또한 높다. 또는, 다결정질 실리콘은 단결정 셀과 동일한 높은 효율을 갖지 않는 반면에, 이를 생산하는 데 드는 비용은 훨씬 저렴하다. 따라서, 저비용 광전지 전력 생산에 대한 잠재력을 갖고 있다. 단결정 잉곳(ingot)을 제조하기 위한 공지된 방법 중 하나로 다결정질 실리콘 봉을 재처리하는 유동띠 법(floating zone method)를 이용하는 것이 있다. 다른 공지된 방법으로는 모결정을 사용하여 다결정질 실리콘 너겟(nugget)들로 충진된 용융 도가니로부터 용융된 실리콘을 뽑아내는 쵸크랄스키법(Czochralski)이 있다.

또한, 폴리실리콘을 제조하는 일부 선행 기술 공정들은 가열 저항(reistance-heated) 필라멘트들에 의해 해리된 클로로실란류를 사용하여 실리콘을 생성하고 그후 실리콘을 종-항아리(bell-jar) 반응기 내부에 증착한다. 트리클로로실란으로 반도체급 실리콘을 제조하고 이후 이 클로로실란류를 재활용하는 것이 공지되어 있다. 또한, 상이한 원료들을 사용하여 폴리실리콘을 제조하고 이후 이 미반응 화학물질들을 재처리하려는 시도가 많이 이루어졌다. 그럼에도 불구하고, 이러한 이전의 시도들은 증착률이 높지 않다.

다른 시도로는 클로로실란과 고압 플라즈마를 이용하여 다결정질 실리콘을 제조한 후에 미반응 화학물질들을 재활용하는 것이다. 이 시도에 있어서, 증착은 기판의 내벽상에서 발생하여 상기 기판으로부터 결국 분리될 쉬트형 실리콘을 형성하게 되므로, 추가적인 공정 단계들을 필요로 한다.

또한, 공지된 공정은 비싼 확산 공정을 통해 p-타입 및 n-타입 도핑의 단계를 포함하는, (i) 다결정질 실리콘을 제조하고, (ii) 단결정 또는 다결정 잉곳 또는 블록을 제작하고, (iii) 상기 잉곳 또는 블록으로부터 웨이퍼들을 제작하고, (iv) 이후 셀을 제작함으로써 태양 전지를 제조하는 단계를 수반한다. 상기 p-타입 및 n-타입 도판트들은 반도체 물질의 p-n 접합을 형성한다. 이 단계는 통상적으로 박막층이 이미 증착된 이후에 극도로 느린 확산로(diffusion furnaces)들 내에서 수행되어서, 태양 전지들을 효율적으로 생성하는 전체 공정의 속도를 더욱 감소시킨다.

또한, 선행 기술 방법들은 플라즈마 화염 흐름에 평행한 증착 표면을 가지고 있어서, 수집 효율(collection efficiency)이 훨씬 더 낮다. 가스상태의 실리콘 수소화물은 수평 실리콘 심봉(core rod)상에 실리콘을 증착시키기 위한 고주파 플라즈마 화학 증착 공정을 이용하여 증착된다. 상기 증착 장치의 배향으로 인하여, 실리콘 생성물들의 상당량이 상기 장치 밖으로 배출된다.

다른 공지된 선행 기술 실리콘 생성방법들은 상기 실리콘 봉 내에서 내부 변형(internal strain)을 발생시킨다. 내부 응력을 감소하는 시도는 기본적인 지멘스 공정(Siemens process)과 벨-항아리 내에서 상기 실리콘 봉 제작 단계를 따르고, 여기에서 상기 공정 단계는 다음과 같다: 트리클로로실란 및 수소를 포함하는 가스 분위기에서 실리콘 중심 물질을 가열하여 상기 실리콘 중심 물질상에 실리콘을 증착시켜 다결정질 실리콘 봉을 생성하는 단계, 상기 다결정 실리콘 봉의 표면 온도가 실리콘의 증착 반응 온도보다 높으며 1,030°C 이상이 되도록 상기 다결정 실리콘 봉을 공기와 접촉하지 않도록 하면서 전류를 인가함으로써 상기 다결정 실리콘 봉을 가열하는 단계 및 상기 인가된 전류를 가능한 한 급격하게 감소시킴으로써 상기 가열 이후에 전류를 차단하는 단계를 통하여, 상기 다결정 실리콘 봉의 내부 변형률을 감소시키고자 한다. 인지할 수 있는 바와 같이, 상기 공정은 복수의 추가 단계들을 수반한다.

실리콘 할라이드 플라즈마원으로부터 다결정질 실리콘 금속을 생성하려는 다른 시도로서, 상기 실리콘 할라이드를 유도 결합 플라즈마에서 실리콘과 할라이드 이온들로 나눈 후 실리콘 이온들을 응축시켜 폴리 실리콘 잉곳들로 진공 캐스팅될 수 있는 용융 실리콘 금속을 형성한다. 또한, 상기 라덴 가스(laden gas) 즉 할로겐 가스는 불소 및 염소이다. 불소 및 불화 수소는 부식성이 높아서, 이들은 장비 구축을 위한 특별한 내부식(corrosion resistant) 물질을 필요로 하며 이러한 화학물질들을 다루는 경우, 특별한 주의를 기울여야 한다.

상기한 문제점들은 본 출원에 개시된 고순도 실리콘 제조를 위한 플라즈마 증착 장치 및 방법에 의하여 해결되고 기술적 진보가 달성된다.

일 실시예에서, 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치는 상기 고순도 실리콘 증착용 챔버를 포함하고, 상기 챔버는 챔버의 상단을 실질적으로 정의하는 상면; 상단 및 하단을 갖는 하나 이상의 측면들로서, 상기 상면은 상기 하나 이상의 측면들의 상단을 실질적으로 밀봉하여 결합하는 하나 이상의 측면들; 상기 챔버의 하단을 실질적으로 정의하는 베이스(base)로서, 상기 베이스는 상기 하나 이상의 측면들의 하단을 실질적으로 밀봉하여 결합하는 베이스; 및 상기 상면 내에 배치된 적어도 하나의 유도 결합 플라즈마 토치로서, 상기 적어도 하나의 유도 결합 플라즈마 토치는 실질적으로 수직한 위치에 배향되어 상기 상면으로부터 상기 베이스쪽으로 플라즈마 화염을 하향 생성하고, 상기 플라즈마 화염은 하나 이상의 반응물들을 반응시키기 위한 반응 영역을 정의하여 상기 고순도 실리콘을 생성하는 적어도 하나의 유도 결합 플라즈마 토치를 포함한다.

일 측면에 있어서, 상기 베이스는 상기 고순도 실리콘을 액체 또는 용융 상태로 포함하기 위한 생성물 수집 저장조이다. 다른 측면에서, 상기 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치는 보조 가스들을 상기 챔버속으로 주입시키기 위한 상기 하나 이상의 측면들 내에 배치된 하나 이상의 보조 가스 주입 포트들을 더 포함한다. 바람직하게는, 상기 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치는 증착되지 않은 고체들 및 미반응 화학물질들 중 적어도 하나를 상기 챔버로부터 회수하기 위한 상기 하나 이상의 측면들 내에 배치된 하나 이상의 증기/가스 제거 포트들을 포함한다.

또 다른 측면에서, 상기 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치는 상기 고순도 실리콘을 액체 또는 용융 상태로 유지하기 위한 상기 베이스로 열을 공급하기 위한 상기 베이스와 열역학적으로 연통된 히터를 더 포함한다. 또한, 상기 적어도 하나의 유도 결합 플라즈마 토치는 상기 챔버의 베이스에 실질적으로 수직이다. 바람직하게는, 상기 챔버는 RF 에너지를 차단하고 상기 챔버를 챔버의 외부 환경으로부터 분리시키는 물질로 이루어진다. 상기 적어도 하나의 유도 결합 플라즈마 토치는 아연을 상기 플라즈마 화염에 주입하기 위한 하나 이상의 아연 주입 포트들을 더 포함할 수 있다.

다른 실시예에서, 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치는 상기 고순도 실리콘을 액체 또는 용융 상태로 증착하기 위한 상단 및 하단을 갖는 챔버; 상기 고순도 실리콘을 액체 또는 용융 상태로 수집하기 위한 상기 챔버의 하단 내에 실질적으로 배치된 생성물 수집 저장조; 상기 생성물 수집 저장조에 충분한 열을 공급하여 상기 고순도 실리콘을 액체 또는 용융 상태로 유지하기 위한 상기 생성물 수집 저장조와 열역학적으로 연통된 히터; 및 상기 챔버의 상단 내에 실질적으로 배치된 하나 이상의 유도 결합 플라즈마 토치들로서, 상기 하나 이상의 유도 결합 플라즈마는 토치들은 실질적으로 수직인 위치에 배향되어 상기 챔버의 상단으로부터 상기 생성물 수집 저장조쪽으로 하향하는 방향을 갖는 플라즈마 화염을 생성하고, 상기 플라즈마 화염은 하나 이상의 반응물들을 반응시켜 상기 고순도 실리콘을 생성하는 반응 영역을 정의하는 하나 이상의 유도 결합 플라즈마 토치들을 포함한다.

일 측면에서, 상기 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치는 보조 가스들을 상기 챔버속으로 주입시키기 위한 상기 챔버 내에 배치된 하나 이상의 보조 가스 주입 포트들을 더 포함한다. 또한, 상기 하나 이상의 보조 가스 주입 포트들은 상기 생성물 수집 저장조를 향하여 하향하는 각도로 위치된다. 바람직하게는, 상기 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치는 증착되지 않은 고체들 및 미반응 화학물질들 중 적어도 하나를 상기 챔버로부터 회수하기 위한 상기 챔버 내에 배치된 하나 이상의 증기/가스 제거 포트들을 더 포함한다. 다른 측면에서, 상기 하나 이상의 증기/가스 제거 포트들은 상기 생성물 수집 저장조를 향하여 하향하는 각도로 위치된다. 또 다른 측면에서, 상기 하나 이상의 유도 결합 플라즈마 토치들은 상기 생성물 수집 저장조에 실질적으로 수직이다. 또한, 상기 챔버는 RF 에너지를 차단하고 상기 챔버를 챔버의 외부 환경으로부터 분리시키는 물질로 이루어진다. 상기 하나 이상의 유도 결합 플라즈마 토치들은 아연을 상기 플라즈마 화염에 주입하기 위한 하나 이상의 아연 주입 포트들을 더 포함할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 반응 챔버 내에 생성물 수집 저장조에 액체 또는 용융 고순도 실리콘을 수집하는 방법은 상기 생성물 수집 저장조를 제공하는 단계; 코일을 포함하는 적어도 하나의 수직 하향 위치된 고주파 유도 결합 플라즈마 토치를 제공하는 단계; 기본적으로 비활성 가스로 구성된 플라즈마 가스를 상기 고주파 유도 결합 플라즈마 토치로 도입하여 상기 코일 내에서 플라즈마를 형성하는 단계; 반응물들을 상기 고주파 유도 결합 플라즈마 토치에 주입하여 고순도 실리콘을 생성하는 단계; 및 상기 유도 결합 플라즈마 토치에 의하여 생성된 상기 고순도 실리콘을 상기 생성물 수집 저장조에 수집하는 단계를 포함한다.

일 측면에서, 상기 생성물 수집 저장조에 액체 또는 용융된 고순도 실리콘을 수집하는 방법은 상기 챔버 내에 부분 압력을 조정하는 단계를 더 포함한다. 또한, 상기 생성물 수집 저장조에 액체 또는 용융된 고순도 실리콘을 수집하는 방법은 상기 생성물 수집 저장조를 가열하여 상기 고순도 실리콘을 액체 또는 용융 상태로 유지하는 단계를 더 포함한다. 다른 측면에서, 상기 생성물 수집 저장조에 액체 또는 용융된 고순도 실리콘을 수집하는 방법은 상기 생성물 수집 저장조의 온도를 조절하는 단계를 더 포함한다. 또한, 상기 생성물 수집 저장조에 액체 또는 용융된 고순도 실리콘을 수집하는 방법은 보조 가스들을 상기 챔버로 주입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또 다른 측면에서, 상기 생성물 수집 저장조에 액체 또는 용융된 고순도 실리콘을 수집하는 방법은 증착되지 않은 고체들 및 미반응 화학물질들 중 적어도 하나를 챔버에서 제거하는 단계를 더 포함한다. 또한, 상기 방법은 소량 공급량의 아연을 상기 고주파 유도 결합 플라즈마 토치로 도입하는 단계를 포함할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 실리콘 결정을 생성하는 방법은 상기 생성물 수집 저장조를 제공하는 단계; 코일을 포함하는 적어도 하나의 수직 하향 위치된 고주파 유도 결합 플라즈마 토치를 제공하는 단계; 기본적으로 비활성 가스로 구성된 플라즈마 가스를 상기 고주파 유도 결합 플라즈마 토치로 도입하여 상기 코일 내에서 플라즈마를 형성하는 단계; 반응물들을 상기 고주파 유도 결합 플라즈마 토치에 주입하여 고순도 실리콘을 생성하는 단계; 상기 유도 결합 플라즈마 토치에 의하여 액체 또는 용융 상태로 생성된 상기 고순도 실리콘을 상기 생성물 수집 저장조로 수집하는 단계; 액체 또는 용융 상태의 상기 고순도 실리콘을 도가니로 이송하는 단계; 및 상기 실리콘 결정 또는 웨이퍼를 생성하는 단계를 포함한다.

일 측면에서, 상기 실리콘 결정을 생성하는 방법은 액체 또는 용융 상태의 상기 고순도 실리콘을 상기 도가니로 이송하기 전에 저장하는 단계를 더 포함한다. 다른 측면에서, 상기 실리콘 결정을 생성하는 방법은 상기 생성물 수집 저장조로부터 상기 도가니로 가는 도관을 통해 액체 또는 용융 상태의 상기 고순도 실리콘을 이송하는 단계를 더 포함한다. 또한, 상기 실리콘 결정을 생성하는 방법은 상기 도관을 가열하여 상기 고순도 실리콘을 액체 또는 용융 상태로 유지하는 단계를 더 포함한다. 또한, 상기 방법은 소량 공급량의 아연을 상기 고주파 유도 결합 플라즈마 토치로 도입하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 실리콘 결정은 실리콘 웨이퍼일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고순도 실리콘을 제조하기 위한 단일 유도 결합 플라즈마 토치를 포함하는 플라즈마 증착 장치의 단면도를 도시한다;
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수개의 유도 결합 플라즈마 토치들을 포함하는 플라즈마 증착 장치의 단면도를 도시한다;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1 및 도 2의 하향 위치된 유도 결합 플라즈마 토치들 중 하나의 단면도를 도시한다;
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1 및 도 2의 하향 위치된 유도 결합 플라즈마 토치들 중 하나의 단면도를 도시한다;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고순도 실리콘을 제조하기 위한 시스템의 블록도를 도시한다; 그리고
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고순도 실리콘 제조 공정의 흐름도를 도시한다.

도 1을 참조하면, 플라즈마 증착 장치(100)의 일 실시예가 도시되어 있다. 플라즈마 증착 장치(100)는 쇼울더 또는 플랜지(shoulder or flange: 106)를 통해 밀봉 관계로 결합되어 있는 반응 챔버(102) 및 생성물 수집 저장조(104)를 포함한다. 반응 챔버(102)는 밀봉 관계로 바람직하게 함께 결합되어 있는 측면들(108) 및 상면(110)으로 형성된다. 또한, 생성물 수집 저장조(104)는 또한 밀봉 관계로 바람직하게 형성되어 있는 측면들(112) 및 하면(114)에 의하여 형성된다. 아래에 상세히 기술되어 있는 바와 같이, 생성물 수집 저장조(104)는 반응 챔버(102)에서 생성된 용융 또는 액체 형태의 실리콘을 수집한다.

플라즈마 증착 장치(100)는 반응 챔버(102) 및 생성물 수집 저장조(104)로 도입되는 상기 반응물들 또는 생성물들에 바람직하게는 화학적으로 비활성인 내측 표면들 또는 벽들(116a 내지 116e)(일괄적으로 벽들(116))을 포함할 수 있다. 또한, 플라즈마 증착 장치(100)는 벽들(116)에 충분한 열을 공급하여 반응 챔버(102) 및 생성물 수집 저장조(104) 내에서 상기 반응물들 및 생성물들을 용융 상태와 같이 원하는 온도로 유지하기 위하여 벽들(116)에 부분적으로 또는 완전히 인접할 수 있는 가열 요소들(118a 내지 118e)(일괄적으로 가열 요소들(118))을 포함할 수 있다. 또한, 플라즈마 증착 장치(100)는 벽들(116) 및 가열 요소들(118)을 둘러쌀 수 있는 외측 쉘(120a 내지 120e)(일괄적으로 외측 쉘(120))을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 플라즈마 증착 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 벽들 (116) 모두를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 플라즈마 증착 장치(100)는 벽들(116)의 일부를 포함할 수 있다. 하나의 예에서, 플라즈마 증착 장치(100)는 벽(116a)을 포함하지 않을 수 있다. 예를 들면, 플라즈마 증착 장치(100)는 반응 챔버(102) 내에서 벽들(116b)의 전체 구역들이 아닌 일부만을 포함할 수 있다. 벽들(116)이 물질의 독립적인 구역들이라면, 이들은 함께 결합되어 플라즈마 증착 장치(100)의 반응 챔버(102) 및 생성물 수집 저장조(104)의 연속 밀봉된 벽 또는 내측면을 형성할 수 있다. 바람직하게는, 벽들(116)의 하나 이상이 반응 챔버(102) 내에서 상기 반응물들 및 생성물들에 화학적으로 비활성이다. 일 실시예에서, 벽들(116)의 하나 이상은 석영으로 이루어지거나 석영으로 코팅된 표면을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 벽들(116)의 하나 이상은 탄소로 이루어지거나 탄소로 코팅된 표면을 가질 수 있다. 일 측면에서, 벽들(116b, 116c, 116d 및 116e)은 석영으로 이루어지거나 석영으로 코팅된 표면을 갖는다. 다른 측면에서, 벽들(116b, 116c, 116d 및 116e)은 탄소로 이루어지거나 탄소로 코팅된 표면을 갖는다. 또한, 벽들(116)중 임의의 벽들이 분리된 벽들 또는 패널들이라면, 이들은 용접 또는 당업계에 공지된 다른 결합 방법들에 의하여 인접한 벽들과 함께 결합될 수 있다. 또한, 이들은 당업계에 공지된 바와 같이 유리로 된 누설방지 조인트들을 포함할 수 있다.

다른 실시예에서, 플라즈마 증착 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 가열 요소들(118) 모두를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 플라즈마 증착 장치(100)는 가열 요소들(118)의 부분 또는 일부를 포함할 수 있다. 예를 들면, 플라즈마 증착 장치(100)는 가열 요소(118a)를 포함하지 않을 수 있다. 다른 예에서, 플라즈마 증착 장치(100)는 가열 요소(118b)의 전체 구역들이 아닌 부분들을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 플라즈마 증착 장치(100)는 가열 요소(118d)를 포함하지 않을 수 있다. 일 측면에서, 상기 가열 요소들은 반응 챔버(102) 및 생성물 수집 저장조(104)에 충분한 열을 공급하여 상기 고순도 실리콘 생성물이 용융 또는 액체 상태로 생성물 수집 저장조(104) 내에 수집된다. 일 측면에서, 가열 요소들(118)은 반응 챔버(102) 내에서 1,000°C 정도의 온도를 제공한다. 또한, 다른 측면에서, 가열 요소들(118)은 생성물 수집 저장조(104) 내에서 1,450°C 정도 이상의 온도를 제공한다.

또한, 플라즈마 증착 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 외측 쉘(120) 모두를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 플라즈마 증착 장치(100)는 외측 쉘(120)의 부분 또는 일부를 포함할 수 있다. 예를 들면, 플라즈마 증착 장치(100)는 외측 쉘(120c)을 포함하지 않을 수 있다. 다른 실시예에서, 플라즈마 증착 장치(100)는 외측 쉘(120b)의 전체 구역들이 아닌 부분들을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 플라즈마 증착 장치(100)는 외측 쉘(120e)을 포함하지 않을 수 있다. 일 측면에서, 외측 쉘(120)은 플라즈마 증착 장치(100)의 외측 상기 요소들에 내성을 지닌 물질로 이루어진다. 일 예에서, 외측 쉘(120)은 스테인레스 강으로 이루어진다.

또한, 플라즈마 증착 장치(100)는 반응 챔버(102)에 대하여 실질적으로 하향 연직 배향으로 반응 챔버(102) 내에 배치된 유도 결합 플라즈마 토치(122)를 포함한다. 플라즈마 토치 가스들, 반응물들 및 생성물들의 흐름은 일반적으로 화살표(123)로 도시되어 있다. 유도 결합 플라즈마 토치(102)는 반응 챔버(104)와 연통되어 있다. 플라즈마 증착 장치(100)는 플라즈마 증착 장치(100)의 측면들(108) 내에 실질적으로 위치되어 있거나 배치되어 있고 보조 가스들(126)을 반응 챔버(102)로 주입하기 위해 반응 챔버(102)와 연통되어 있는 하나 이상의 보조 가스 주입 포트들(124a 내지 124b)(일괄적으로 124)을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 보조 가스들(126)은 수소 또는 아르곤과 혼합된 수소일 수 있다. 또한, 보조 가스들(126)의 유량은 공정 설계에 따라, 분당 약 5 표준 리터(SLPM") 내지 약 400 SLPM일 수 있다.

바람직하게는, 이하 기술된 바와 같이, 플라즈마 증착 장치(100) 및 플라즈마 증착 장치(200)는 모두 임의의 개수의 보조 가스 주입 포트들(124)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 보조 가스 주입 포트들(124)이 반응 챔버(102)의 중심선에 대하여 대칭이 되도록 이들을 배열하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 플라즈마 증착 장치(100) 또는 플라즈마 증착 장치(200)가 4 개의 보조 가스 주입 포트들(124)을 포함하면, 이들 각각이 90ㅀ 간격들로 반응 챔버(102)의 중심선 쪽으로 향하게 하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 보조 가스 주입 포트들(124)은 반응 챔버(102)의 상면에 더 가까이 위치되도록 하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 보조 가스 주입 포트들(124)은 반응 챔버(102)의 벽들(116b)의 상면으로부터 약 20 밀리미터("mm") 내지 약 30 mm 아래에 위치되거나 배치되어 있다. 또한, 이들은 반응 챔버(102)의 수직 중심선에 대하여 어떤 각을 이룰 수 있다. 예를 들면, 각(θ1)은 보조 가스 주입 포트들(124) 및 벽들(116b) 사이에 형성되어 있다. 일 실시예에서, 각 (θ1)은 약 30°내지 약 60°이다. 바람직하게는, 보조 가스 주입 포트들(124)은 석영으로 이루어져 있고 6 mm 정도의 내경 및 1.5 mm 정도의 벽 두께를 갖는다.

플라즈마 증착 장치(100)는 일 예에서, 플라즈마 증착 장치(100)의 보조 가스 주입 포트들(124)보다 측면들(108) 상에 더 낮게 위치되거나 배치되어 있는 하나 이상의 증기/가스 제거 포트들(128a 내지 128b)(일괄적으로 128)을 더 포함한다. 증기/가스 제거 포트들(124)은 이하 기술된 바와 같이, 나중에 재활용을 위해 플라즈마 증착 장치들(100 및 200)로부터 임의의 미반응 배기 가스들(129)을 제거할 수 있다. 또한, 플라즈마 증착 장치들(100 및 200)은 배기 가스들(129)을 보조 가스 주입 포트들(124)로 다시 재활용하기 위한 다른 배기 가스들과 분리하기 위해 증기/가스 제거 포트들(124)와 연통되는 재활용, 분리 및 건조 유닛들을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 배기 시스템(미도시)은 상기 반응물들에 대한 최적 반응 조건들을 보장하기 위해 반응 챔버들(102 및 202) 내부의 일정한 부분 압력을 조절하거나 유지한다. 반응 챔버들(102 및 202) 내에서 상기 부분 압력의 조절은 진공과 같은 음압을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 부분 압력은 대기압 또는 그 부근으로 조절될 수 있다. 임의의 개수의 증기/가스 제거 포트들(128)은 특정한 응용을 위해 원하는 데로 채택될 수 있다. 바람직하게는, 반응 챔버들(102 및 202)은 반응 챔버들(102 및 202)로부터 RF 에너지의 누출을 방지하고 반응 챔버들(102 및 202)에 미치는 환경 영향들을 분리하기 위하여 내폭발물 물질 및 RF 차단 물질로 제작될 수 있다.

증기/가스 제거 포트들(128)은 석영 배관으로 제작될 수 있으며 50 mm 정도의 내경 및 2.5 mm 정도의 벽 두께를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 증기/가스 제거 포트들(128)이 반응 챔버(102)의 중심선에 대하여 대칭을 이루도록 이들을 배열하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 플라즈마 증착 장치(100) 또는 플라즈마 증착 장치(200)가 4 개의 증기/가스 제거 포트들(128)을 포함하면, 이들 각각이 90°간격으로 반응 챔버(102)의 중심선 쪽으로 향하게 하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 증기/가스 제거 포트들(128)은 반응 챔버(102)의 하면에 더 가까이 위치되도록 하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 증기/가스 제거 포트들(128)은 생성물 수집 저장조(104)의 상면으로부터 약 30 밀리미터 내지 약 50 mm 위에 위치되거나 배치되어 있다.

또한, 이들은 반응 챔버(102)의 수직 중심선에 대하여 어떤 각을 이룰 수 있다. 예를 들면, 각(θ2)은 증기/가스 제거 포트들(128) 및 벽들(116b) 사이에 형성되어 있다. 일 실시예에서, 각(θ2)은 약 15°내지 약 30°이다. 상기 각을 이루는 증기/가스 제거 포트들(128)은 작은 실리콘 입자들이 배기 가스들(129)과 함께 빠져나가는 것을 방지할 것이다.

또한, 플라즈마 증착 장치(100)는 액체 또는 용융된 실리콘(132)을 밸브(134) 및 도관 또는 파이프(136)를 통해 분배 밸브 또는 다기(manifold) 및/또는 저장 용기(514)로 공급하는 생성물 수집 저장조(104)에 개구부(130)를 포함한다(도 5). 일 측면에서, 파이프(136)는 상기 논의된 바와 같이 가열 요소들 및 가능하다면 쉘들을 포함하여 실리콘(132)을 용융 상태로 유지한다.

플라즈마 증착 장치(100)의 상면(110), 측면들(108), 측면들(112) 또는 하면(114) 중 모두는 임의의 기하학적 모양 또는 크기일 수 있다. 설명은, 일반적인 원통형의 플라즈마 증착 장치(100)가 되나, 이는 설명을 위한 목적일 뿐 이것으로 제한되는 것은 아니다. 일 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 반응 챔버(102)는 단면도에서 도시된 바와 같이 실질적으로 원통형일 수 있다. 본 실시예에서, 반응 챔버(102)는 150 mm 정도의 내경("DI")을 갖는 석영관일 수 있다. 바람직하게는, 벽들(116b)의 두께는 3 mm 정도로 길이("LI")는 1,000 mm 정도이다. 플라즈마 증착 장치(100)의 생성물 수집 저장조(104)는 250 mm 정도의 내경("D2")를 갖는 석영관일 수도 있다. 바람직하게는, 벽들(116b)의 두께는 5 mm 정도이고 길이("L2")는 500 mm 정도이다.

이제 도 2를 참조하면, 플라즈마 증착 장치의 다른 실시예(200)가 도시되어 있다. 플라즈마 증착 장치(200)는 플라즈마 증착 장치(100)에 대하여 상기에서 논의된 바와 같이 동일한 구성요소들을 많이 포함하므로, 동일한 부호의 요소들은 플라즈마 증착 장치(100)에 대하여 상기에서 논의된 구성요소들을 지칭한다. 이러한 공통의 구성요소들의 실제 치수들 또는 개수들은 플라즈마 증착 장치들(100 및 200) 사이에서 동일하거나 동일하지 않을 수 있다. 일반적으로, 플라즈마 증착 장치(100) 및 플라즈마 증착 장치(200) 사이의 주된 차이점은 다수의 유도 결합 플라즈마 토치들을 수용하도록 플라즈마 증착 장치(100)보다 더 큰 플라즈마 증착 장치(200)의 크기이다.

플라즈마 증착 장치(200)는 평평한 상면부(210a) 및 두 개의 각을 이루는 상면 부들(210b 및 210c)(일괄적으로 상면(210))을 포함한다. 상면(210a)에 대하여 상면들(210b 및 210c)의 경사짐 또는 각 이룸은 유도 결합 플라즈마 토치(122) 및 유도 결합 플라즈마 토치들(222b 및 222c)(일괄적으로 222)로부터 배출된 상기 생성물들을 벽들(116b)로부터 멀리 벗어나 반응 챔버(102)의 중심쪽으로 향하게 하거나 조준하는 것이다. 플라즈마 토치 가스들, 반응물들 및 생성물들의 흐름은 일반적으로 화살표(123b 및 123c)로 나타낸다. 이는 상기 생성물들이 벽들(116b)의 측면들 상에 들어붙거나 축적되는 것을 방지하는데 더 도움이 되어 벽들(116b)의 측면들 상에 생성물들의 불필요한 쌓임을 감소시킴으로써 생성물 수율을 향상시킨다.

본 실시예에서, 플라즈마 증착 장치(200)의 반응 챔버(202)는 320 mm 정도의 내경("D3")을 갖는 석영관일 수 있다. 바람직하게는, 벽들(116b)의 두께는 5 mm 정도이고 길이("L3")는 1,000 mm 정도이다. 플라즈마 증착 장치(200)의 생성물 수집 저장조(204)는 400 mm 정도의 내경("D4")를 갖는 석영관일 수도 있다. 바람직하게는, 벽들(116d)의 두께는 6 mm 정도이고 길이("L4")는 600 mm 정도이다. 일 실시예에서, 플랜지(106)는 6 mm 정도의 두께를 갖는 석영으로 된 디스크이다. 바람직하게는, 상기 플랜지(106)의 내경은 반응 챔버(102) 내경(D3)과 대략 동일하고 플랜지(106)의 외경은 생성물 수집 저장조(104)의 내경(D4)와 대략 동일하다. 이후, 액체 또는 용융 상태의 실리콘(132)은 최종적으로 하기에 더 기술된 바와 같이, 실리콘 결정들의 성장을 위해 결정 성장 도가니 등에 공급된다. 바람직하게는, 벽들(116a1, 116a2 및 116a3)의 두께는 3 mm 정도이다. 일 실시예에서, 벽(116a1)은 80 mm 정도의 외경을 갖는 석영으로 된 디스크이다. 또한, 각(θ3)은 상면 210a 및 210b 사이 및 상면 210a 및 210c 사이에 형성된다. 상면(210a)로부터 아래쪽으로 연장되는 수직선과 상면들(210b 및 210c)의 각각의 내측 평면들 사이에서 측정되는 경우 상기 각(θ3)은 약 45ㅀ 내지 약 60ㅀ이다. 바람직하게는, 보조 가스 주입 포트들(124)은 석영으로 이루어져 있고 6 mm 정도의 내경 및 1.5 mm 정도의 벽 두께를 갖는다.

도 3을 참조하면, 유도 결합 플라즈마 토치(122)의 측면도가 도시되어 있다. 하기의 논의 사항은 유도 결합 플라즈마 토치들(222a 및/또는 222b)에도 적용될 수 있다. 본 실시예에서, 유도 결합 플라즈마 토치(122)는 생성물 수집 저장조(104) 내에서 실리콘(132)을 증착시키기 위해 아래쪽으로 향하고 있다. 유도 결합 플라즈마 토치(122)는 스테인레스 강 챔버(306)에 부착된 것으로 도시된 외측 석영관(302) 및 길이가 더 짧은 내측 석영관(304)의 두 개의 동심원 석영관들로 이루어져 있다.

통상적으로, 외측 석영관(302) 및 내측 석영관(304)의 직경 및 높이 또는 길이는 외측 석영관(302) 및 내측 석영관(304)의 원하는 응용에 적합하도록 임의의 크기일 수 있다. 바람직하게는, 내측 석영관(304)은 외측 석영관(302)보다 더 짧은 길이를 갖는다. 또한, 외측 석영관(302)은 약 50 mm 내지 약 90 mm의 범위의 직경 및 180 mm 내지 약 400 mm의 범위의 높이를 갖는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 외측 석영관(302)의 직경은 약 70 mm이고 높이 또는 길이는 약 250 mm이다. 바람직하게는, 내측 석영관(304)은 약 50 mm 내지 약 70 mm 범위의 직경 및 약 120 mm 내지 약 180 mm 범위의 높이를 갖는다. 더 바람직하게는, 내측 석영관(304)의 직경은 약 60 mm이고 높이는 약 150 mm이다.

유도 결합 플라즈마 토치(122)는 상기 외측 석영관(302)의 하부 주위에 위치된 코일(308)을 포함한다. 코일(308)은 약 56 mm 내지 약 95 mm 범위 정도의 직경을 갖는 복수의 권선(winding: 310)으로 구성된다. 바람직하게는, 상기 복수의 권선(310)은 약 82 mm의 직경을 갖는다. 통상적으로, 상기 복수의 권선(310)은 유도 결합 플라즈마 토치(122)의 작동을 제공하기에 충분한 거리 만큼 서로 이격되어 있다. 바람직하게는, 상기 복수의 권선(310)은 약 6 mm 만큼 서로 이격되어 있다. 또한, 외측 석영관(302) 및 코일(308) 사이의 간격은 약 2 mm 내지 약 10 mm의 범위에 있을 수 있다.

유도 결합 플라즈마 토치(122)는 유도 결합 플라즈마 토치(122)에 전구체원 화학물질들(precursor source chemicals)을 전달하는 전구체원 화학물질 라인(미도시)에 연결되어 있는 한 쌍의 주입 포트들(312)을 더 포함한다. 실리콘(132)과 같은 반도체 물질의 증착을 위한 원천 화학물질들은 바람직하게는 유도 결합 플라즈마 토치(122)의 하측 근처에 위치되고, 여기에 참고로 포함되어 있는 고스코프(Gouskov) 등에 허여된 미국 특허 번호 제 6,253,580 호 및 고스코프 등에 허여된 미국 특허 번호 제 6,536,240 호에 개시된 바와 같은 이유로 V=0 위치를 향해 향하고 있는 주입 포트들(312)을 통해 주입될 것이다. 일 실시예에서, 주입 포트들(312)은 외측 석영관(302)의 하단에서 유도 결합 플라즈마 토치(122)에 연결되어 있다. 일 실시예에서, 유도 결합 플라즈마 토치(122)는 유도 결합된 플라즈마 토치이다. 주입 포트들(312)은 비록 다른 크기들의 배관 직경들이 유도 결합 플라즈마 토치(122)와 함께 사용될 수 있지만, 바람직하게는 약 3 mm 내지 약 10 mm의 범위의 직경을 갖고, 더 바람직하게는 약 5 mm의 직경을 갖는 석영 배관을 포함한다. 일 실시예에서, 한 쌍의 주입 포트들(312)은 서로 반대로 맞은편에 위치되어 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 대칭적으로 배열된 세 개 이상의 주입 포트들(312)이 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 하나의 주입 포트(312)는 외측 석영관(302)의 중심에서 상면 코일(308) 위쪽에 위치될 수 있다. 이 실시예에서, 주입 포트(312)는 챔버(306)의 중심을 관통하여 배치될 수 있다.

또한, 유도 결합 플라즈마 토치(122)는 플라즈마 가스들을 유도 결합 플라즈마 토치(122)로 전달하는 플라즈마 가스 공급선(미도시)에 연결되어 있는 한 쌍의 플라즈마 가스 입구(314)들을 포함한다. 플라즈마 가스 입구들(314)은 실질적으로 동일한 높이에서 유도 결합 플라즈마 토치(122)에 들어간다. 바람직하게는, 플라즈마 가스 입구들(314)은 비록 직경들의 범위가 상기 목적에 충분할 수 있지만, 5 mm의 직경을 갖는 스테인레스 강 배관을 포함한다. 내측 석양관(304) 및 외측 석영관(302)을 사용함으로써, 상기 플라즈마 원천 가스는 소용돌이 흐름 패턴(swirl flow pattern)을 가질 것이다.

유도 결합 플라즈마 토치(122)는 냉각수 입구(316) 및 냉각수 출구(318)도 제공된다. 이를 사용하는 동안에, 물과 같은 냉각수는 냉각수 입구(316)를 통과하고 스테인레스 강 챔버(306) 내에서 순환하며, 냉각수 출구(308)를 통해 배출된다. 냉각수 입구(316) 및 냉각수 출구(318)는 바람직하게는 스테인레스강으로 형성되고 예를 들면, 5 mm의 직경을 갖는다.

플라즈마 가스 입구들(314), 냉각수 입구(316) 및 냉각수 출구(318)는 모두 바람직하게는 스테인레스강 챔버(306) 내에 형성되어 있다. 챔버(306)는 바람직하게는 한 변이 80 mm인 스테인레스강 정방형 블록으로, 예를 들면, 40 mm 정도의 높이를 갖는다. 바람직하게는, 챔버(306)는 지지 스탠드(미도시)상에 장착된다.

고주파 발전기(미도시)는 코일(308)에 전기적으로 연결되어, 코일에 2.0 내지 4.0 MHz 주파수의 최대 144 kw의 가변 전력 출력을 제공한다. 일 실시예에서, 상기 발전기는 독일 프리츠 휴에팅거 일렉트로닉 사(Fritz Huettinger Electronic GmbH)로부터 구입가능한 모델 번호 IG 외측 쉘 120/3000이다. 바람직하게는, 이 발전기는 60Hz, 3-상, 480V 전원으로 구동되어 유도 결합 플라즈마 토치(122)를 작동시킨다.

이제 도 4를 참조하면, 다른 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 토치(400)가 도시되어 있다. 유도 결합 플라즈마 토치(400)는 플라즈마 증착 장치들(100 및 200)에서 실리콘(132)을 생성하는데 사용될 수 있다. 유도 결합 플라즈마 토치(400)에 있어서 유사한 참조 번호들은 여기에 유도 결합 플라즈마 토치들(122, 222a 및 222b)에 대한 그러한 구성요소들 및 기재들에 해당한다.

본 실시예에서, 유도 결합 플라즈마 토치(400)는 사염화 실리콘(SiCl4) 등의 실리콘 화합물 반응물에 대한 환원제로서 수소를 대체하는 아연과 함께 사용될 수 있다. 이와 같은 환원에 대한 식은 다음과 같다:

SiCl4 + 2 Zn→ Si + 2 ZnCl2 식 I

유도 결합 플라즈마 토치(400)는 주입 포트(402)를 통해 유도 결합 플라즈마 토치(400)에 액체(바람직하게는) 아연(404)의 원천을 흐르게 하는 주입 포트(402)를 포함할 수 있다. 다른 측면에서, 아연(404)의 원천은 아연의 소입자들과 같이 고체 형태일 수 있다. 일 측면에서, 주입 포트 (402)가 배치되고 챔버(306) 및 유도 결합 플라즈마 토치(400)의 중심부를 통해 연장된다. 바람직하게는, 주입 포트(402)의 일단이 아연(404)의 원천에 연결되며 주입 포트(402)의 타단은 코일(308)의 최고 권선(310) 위로 30 mm 정도에서 종결된다.

또한, 유도 결합 플라즈마 토치(400)는 SiCl4 등의 실리콘 화합물(408)의 원천을 유도 결합 플라즈마 토치(400)로 주입하기 위한 하나 이상의 주입 포트 (406)을 포함할 수 있다. 일 측면에서, 실리콘 화합물(408)의 원천은 증기 형태이다. 일 실시예에서, 주입 포트(406)은 코일(308)의 최저 권선(310)의 15 mm 정도 아래의 유도 결합 플라즈마 토치(400) 내에 배치되어 있다.

이제 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예(500)에 따른 고순도 실리콘을 제조하기 위한 시스템의 블록도가 도시되어 있다. 고순도 실리콘을 제조하기 위한 본 시스템(500)을 제한하지 않으면서, 수소 대신에 환원제로서 아연의 사용에 대하여 하기 제시되어 있다. 본 실시예에서, 플라즈마 증착 장치(100) 및/또는 플라즈마 증착 장치(200)는 액체 또는 용융 아연을 생성하기 위하여 유도 결합 플라즈마 토치(400)를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 고순도 실리콘을 제조하기 위한 시스템(500)은 플라즈마 증착 장치들(100, 200)의 반응 챔버들(102, 202)의 유도 결합 플라즈마 토치(400)의 플라즈마 가스 입구들(314)과 연통되며 여기에 공급되는 아르곤(502)의 원천을 포함한다. 또한, 고순도 실리콘을 제조하기 위한 시스템(500)은 플라즈마 증착 장치들(100, 200)과 연통되기도 하는 아연(504)의 원천을 포함한다. 일 측면에서, 아연(504)의 원천은 유도 결합 플라즈마 토치(400)의 주입 포트(402)로 공급될 수 있다. 아연(506)의 추가 공급은 아연(504)의 원천에 직접 공급되어 고순도 실리콘을 제조하기 위한 시스템(500)에 추가 아연을 공급한다. 일 측면에서, 아연(506)의 공급 및 아연(504)의 원천에 함유되어 있는 상기 아연은 액체 상태일 수 있다. 또한, 고순도 실리콘을 제조하기 위한 시스템(500)은 유도 결합 플라즈마 토치(400)의 주입 포트(406)과 연통되고 이로 공급되는 실리콘 화합물(508)의 원천을 포함한다.

그런 다음, 고순도 실리콘을 제조하기 위한 시스템(500)에 의하여 생성된 액체 또는 용융 상태의 상기 고순도 실리콘(132)은 밸브(134)를 통해 분배/저장 유닛(512)에 공급된다. 이후 상기 액체 또는 용융된 실리콘(132)은 분배/저장 유닛(512)으로부터 결정 성장 도가니(514)로 공급되어 고순도 실리콘 결정들(516)을 성장시킨다. 일 실시예에서, 실리콘 단결정 또는 다결정(516)을 성장시키기 위하여 상기 표준 쵸크랄스키("CZ") 법을 이용할 수 있다. 또한, EFG(Edge-defined Film-fed Grwoth)법은 광전지 응용을 위한 실리콘 웨이퍼들의 제작의 다른 방법이다.다시 도 5를 참조하면, 플라즈마 증착 장치들(100, 200)로부터 배기 가스들(129)은 증기/가스 제거 포트들(128)을 통해 반응 챔버(102, 202)로부터 제거되고 제 1 분리기(518)에 공급된다. 일 측면에서, 배기 가스들(129)은 증기 형태의 아르곤 가스, 부산물인 ZnCl2 및 임의의 미반응 아연을 포함할 수 있다. 또한, 배기 가스들(129)은 실리콘의 소입자들을 포함할 수 있다. 분리기(518)는 1,100°C 정도의 온도에서 유지될 수 있다. 바람직하게는, 분리기(518)를 통한 증기 속도는 이러한 작은 실리콘 입자들이 분리기(518)의 하면으로 하강하여 수집되고 히터(520)로 공급되도록 현저하게 감소될 수 있다. 히터(520)는 1,450°C 정도의 온도에서 유지되어 상기 실리콘 입자들을 액체 또는 용융 상태로 용융시켜 이후 분배/저장 유닛(512)로 공급할 수 있다.

고순도 실리콘을 제조하기 위한 시스템(500)은 분리기(518)로부터 분리기(522)로 배기 가스들(129)를 공급하기 위한 분리기(518)와 연통되는 제 2 분리기(522)를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 분리기(522)는 850°C 정도의 온도에서 유지될 수 있다. 배기 가스(129)들에 함유되어 있는 상기 미반응 아연은 바람직하게는 850ㅀC의 온도에서 유지되는 히터(524)로 이송되거나 공급될 수 있는 분리기(522) 내에서 응축될 것이다. 히터(524)로부터 아연이 아연의 원천(504)으로 이송되거나 공급되어 유도 결합 플라즈마 토치(400)에서 재사용될 수 있다.

일 측면에서, 분리기(522) 내에 남아있는 성분들은 ZnCl2, 아르곤 및 일부 잔류 가스들을 포함할 수 있다. 상기 아르곤 및 잔류 가스들은 이들을 대기 중으로 방출시킬 배출구(528)로 공급되기 이전에 스크러버(scrubber: 526) 내에서 처리될 수 있다. 다른 측면에서, 분리기(522) 내에 함유된 아르곤 가스는 재활용되고 유도 결합 플라즈마 토치(400)로 다시 공급될 수 있다. ZnCl2 등의 임의의 미반응 또는 반응된 아연 성분들은 분리기(522)로부터 상기 아연 화합물을 아연 및 Cl2 가스로 분해할 전기분해 유닛(530)으로 이송된다. 이러한 분해를 위한 이용 가능한 공정들은 당업자에게 공지되어 있다. 상기 생성된 아연은 히터(524) 및 아연(504)의 원천을 더 공급할 수 있는 아연 저장 유닛(532)을 통해 재사용을 위한 유도 플라즈마 증착 장치들(100, 200)로 이송되거나 회송(feed back) 될 수 있다.

또한, 전기분해 유닛(530)에 의하여 생성된 상기 Cl2 가스는 Cl2 저장 유닛(534)로 이송되거나 공급될 수 있다. 고순도 실리콘을 제조하기 위한 시스템(500)은 Cl2 저장 유닛(534)과 연통하는 Cl2 가스의 추가 공급을 포함할 수 있다. Cl2 저장 유닛(534)는 금속급 실리콘("MG-Si")의 공급과 Cl2가 반응하여 SiCl4과 같은 화합물들을 함유하는 다른 실리콘을 제조할 수 있는 염소화 반응기(538)로 Cl2를 공급할 수 있다. 이러한 화합물들은 염소화 반응기(538)로부터 실리콘 화합물 저장 유닛(540)으로 이송되거나 공급되어 상기 실리콘 화합물을 정제하여 고순도 실리콘 화합물을 제조할 수 있다. 고순도 실리콘을 제조하기 위한 시스템(500)은 실리콘 화합물(508)의 원천과 연통하는 실리콘 화합물 저장 유닛(510)을 더 포함할 수 있다. 일반적으로, 실리콘 화합물 저장 유닛(510)은 실리콘 화합물 저장 유닛(540)으로부터 실리콘 화합물의 원천이 공급된다.

본 플라즈마 증착 장치들(100, 200)의 전술한 측면들 및 실시예들 뿐만 아니라, 본 발명은 광전지 셀 제작용 액체 또는 용융된 실리콘(132) 및 실리콘 결정들의 제조방법들을 더 포함한다. 하나의 바람직한 방법은 플라즈마 화염 또는 에너지를 사용하여 수소("H2")에 의하여 트리클로로실란("SiHCl3")을 환원시켜 실리콘을 형성하는 염화물계 시스템을 포함한다. 플라즈마 화염 에너지에 의하여 수소로 사염화 실리콘("SiCl4")을 환원하여 실리콘을 제조할 수도 있다. 일반적으로, 플라즈마 증착 장치들(100, 200)에 의하여 발생된 실리콘 입자들은 수 마이크론과 같이 크기가 작다. 온도 조절 및 반응물들의 계속적인 반응 하에서, 상기 실리콘 입자들은 반응 챔버들(102, 202) 하향 이동하고, 상기 실리콘 입자들의 크기는 증가할 수 있다. 이러한 더 큰 실리콘 입자들은 생성물 수집 저장조들(104, 204)에 더 용이하게 수집되므로 플라즈마 증착 장치들(100, 200)의 수집 효율을 향상시킬 것이다.

도 6은 고순도 실리콘 제조 방법의 일 실시예(600)의 흐름도을 도시한다. 단계602에서, 유도 결합 플라즈마 토치(122, 222a, 222b 및 400)가 시작된다. 이 단계는 플라즈마 가스 입구들(314)로의 상기 플라즈마 가스 공급의 흐름을 시작하여 코일(308)에 전기를 공급함으로써 플라즈마 점화를 시작하는 단계를 포함할 수 있다. 이 단계는 유도 결합 플라즈마 토치(122, 222a, 222b 및 400)의 플라즈마 화염을 점화하고 안정화시키는 단계를 포함한다. 또한, 단계602는 생성물 수집 저장조(104) 상에서 실리콘(132)을 생성하는 동안에 원하는 반응 생성물을 생성하는데 사용될 전구체 가스원을 선택하는 단계도 포함할 수 있다.

단계604에서, 가열 요소들(118)의 전원을 켜고 반응 챔버(102), 생성물 수집 저장조(104), 반응 챔버(202) 및 생성물 수집 저장조(204)를 가열하기 위하여 지정된 온도로 조정된다. 일 실시예에서, 반응 챔버들(102, 202) 내에서의 온도는 1,000°C 정도이다. 606단계에서, 플라즈마 증착 장치들(100, 200)은 전구체 가스를 주입 포트(312)을 통해 유도 결합 플라즈마 토치(122, 222a, 222b 및 400)의 플라즈마 화염으로 주입한다. 상기 논의된 바와 같이, 바람직하게는 상기 전구체 가스원은 H2에 더하여 SiHCl3, H2에 더하여 SiCl4 또는 아연에 더하여 SiCl4로부터 선택된다.

상기 기재된 바와 같이, 생성물 수집 저장조들(104, 204)상에 증착되지 않은 생성물들은 증기/가스 제거 포트들(128)을 통해 수집되고 추가적인 사용을 위해 재활용된다. 본 발명의 고순도 실리콘 제조방법의 일 측면에서, 상기 SiHCl3 및 SiCl4는 금속급-Si 또는 실리카로부터 제조될 수 있다. 금속급-Si는 본 발명의 고순도 실리콘 제조 공정의 배기 가스 흐름으로부터 분리되어 수집되는 염화 수소("HCl")와 반응할 것이다. 또한, 충분한 양이 상기 배기 흐름으로부터 존재하지 않으면, 신선한 염소("Cl2") 또는 HCl을 첨가하는 것이 항상 가능하다. 증류에 의하여 정제한 이후에, 반응 생성물들은 실리콘 제조를 위한 전구체 원천 가스 화학물질들로서 사용될 수 있다.

상기 배기 흐름 내의 HCl에 더하여, Ar, H2, 디클로로실란("SiH2Cl2") 및 미반응 SiHCl3가 있으며, 증착되지 않은 실리콘 입자들에 더하여 SiCl4도 존재할 수 있다. 상기 증착되지 않은 실리콘 입자들은 백필터(bag filter)를 사용하여 분리될 수 있다. 또한, 콜드 트립(cold trip)을 사용하여, 클로로실란류가 용이하게 분리되고 전구체 원천 가스 화학물질로서 재사용될 수 있다. Ar 및 H2와 같은 가스들은 배기 시스템으로부터 재활용될 수도 있으며 플라즈마 원천 가스 또는 전구체 원천 가스용으로 사용될 수 있다.

단계608에서, 반응 챔버들(102, 202) 내 압력은 상기 배기 시스템 및/또는 증기/가스 제거 포트들(128)에 의하여 조절되고 유지된다. 또한, 다른 수단을 채택하여 반응 챔버들(102, 202) 내 압력을 유지할 수 있다. 단계610에서, 생성물 수집 저장조들(104, 204) 내의 생성물 레벨이 모니터링된다. 상기 레벨이 지정된 레벨보다 높은 경우, 밸브(134)는 단계612에서 개방되고 상기 액체 또는 용융된 실리콘(132)은 분배/저장 유닛(512)으로 흘려 보내질 것이다. 도가니(514)가 추가적인 실리콘(132)을 필요로 하는 경우 단계612도 활성화될 것이다.

일 실시예에서, 고순도 실리콘(600) 제조방법은 플라즈마 공정이 예정된 유지 할 때까지 계속하여 작동하게 될 연속 공정이다. 이 때, 유도 결합 플라즈마 토치(122, 222a, 222b 및 400)는 폐쇄될 것이고 상기 동이 중단될 수 있다.

더욱이, 실리콘 입자들은 상기 배기 흐름으로부터 분리될 것이다. 이러한 입자들은 수집되고, 석영 도가니로 적재되고, 용융되며 단결정 잉곳들로 성장할 것이다. 미반응 또는 부산물 화학물질들이더라도 모든 가스들도 통상적인 산업 공정들에 의하여 수집되고 분리될 것이다. 일부 예시적인 원료들은 수소화물, 불화물, 염화물, 브롬화물 및 아르곤 가스를 포함한다.

본 발명의 고순도 실리콘 제조방법의 다른 실시예에서, 수소화물계 시스템이 채택된다. 실란은 트리클로로실란으로 높은 증착률을 갖지 않지만, 산업계에서는 여전히 널리 사용되는데, 이는 정제가 훨씬 용이하고 원하는 고품질 실리콘을 생성하는 것도 훨씬 용이하기 때문이다. 상기 동일한 처리 단계들을 수행한 이후에, 가스 형태의 실란("SiH4") 또는 디실란("Si2H6")은 단계604에서 언급된 바와 같이 주입 포트(312)에 전달될 수 있으며, 플라즈마 화염 또는 에너지의 존재 하에 이들은 실리콘 및 수소로 해리될 것이다. 더 높은 반응 온도를 이용하고 수소 가스를 제거함으로써, 신속히 향상된 화학 반응 변환이 달성된다. 또한, 증착되지 않은 실리콘 입자들 및 아르곤과 같은 플라즈마 원천 가스는 재처리 및 재활용을 위해 증기/가스 제거 포트들(128)을 통해 수집된다.

본 발명의 고순도 실리콘 제조방법의 다른 실시예에서, 상기 기술된 공정 단계 이후에 브롬 시스템이 채택된다. 양 브롬("Br2")은 염소("Cl2")보다 화학적으로 덜 공격적이고 또한 부식성이 덜하다. Br을 라덴 가스로 사용하는 경우, 현저한 장비 비용이 절감될 수 있다. 상기 라덴 가스는 수송제(transporting agent)로 사용되어 상기 실리콘(금속급 실리콘, MG-Si)을 순수하고 사용가능한 솔라급 실리콘("SoG")으로 가져가고, 변환하며 제조하게 된다. 이는 상기 MG-Si와 반응하여 브롬화 실리콘(주생성물) 및 기타 불순물 브롬화물 화합물들을 형성할 것이다. 정제 이후에, 브롬화 실리콘은 플라즈마 공정에 의하여 고순도 실리콘을 제조하는데 사용된다. 상기 공정 도중에, 상기 브롬화 실리콘을 실리콘 및 브롬으로 분해한다. 상기 실리콘은 증착되고 브롬도 수집되고 다시 재사용된다. 본 발명의 유도 결합 플라즈마 토치(122, 222a, 222b 및 400)는 반응을 원하는 방향으로 구동하기에 충분한 에너지보다 더 많은 에너지를 갖기 때문에, 수소에 의하여 사염화 실리콘("SiBr4")의 환원 반응에 대한 우려가 없을 것이다. 바람직하게는, 이 시스템에 대한 원료는 MG-Si일 것이다. 360°C보다 더 높은 온도에서, 실리콘 및 브롬화 수소("HBr") 또는 Br2 간의 반응 속도는 높을 수 있으며, 반응 생성물은 주로 SiBr4일 것이다. 비등점의 차이로 인하여, 붕소 오염물(SiBr4로부터 BBr3)을 분리하는 것이 매우 용이하다. 본 실시예에서, 전구체 원천 가스 화학물질들은 사브롬화 실리콘 및 수소일 것이다.

본 발명의 고순도 실리콘의 제조방법의 또 다른 실시예에서, 탄소에 의한 실리카 수트(soot) 입자들의 환원이 채택된다. 광학적 예비형성 생성에 있어서, 고체 폐기물은 상기 실리카 수트 입자들이며 이들은 보통 처분을 위해 매립지로 보내진다. 이 실리카 수트 입자들은 매우 순수하며 탄소와의 탄소용융 환원 반응에 의하여 솔라급 실리콘("SoG")을 제조하기에 양호한 원천일 수 있다. 통상적으로, 가열 원천으로서 전기로를 사용하며, 상술한 공정 단계들 이후에, SiO2의 분말 형태 및 탄소가 상기 주입 포트(312)을 통해 유도 결합 플라즈마 토치(122, 222a, 222b 및 400)의 플라즈마 화염들로 주입된다. 예비형성 제작자들로부터 이러한 수트 입자들은 통상적으로 전이 금속 이온들을 함유하지 않으며 또한, 이들은 붕소를 통상적으로 함유하지 않는다. 그럼에도 불구하고, 상기 수트 입자들은 인 및 일부 게르마늄을 극미량 가질 수 있다. 상기 원료 물질들로부터 나올 수 있는 불순물 오염을 제거하기 위하여, 소량의 Cl2 및 수분이 전구체 가스 원천과 함께 주입될 수 있다. 본 실시예는 광섬유 제조 공장으로부터 나오는 수트 입자 폐기물을 고순도 실리콘 제조에 유용한 생성물로 변환하여, 효율적이고 비용 효과적인 솔라 패널들을 발생한다.

고순도 실리콘 제조를 위한 플라즈마 증착 장치 및 방법들의 바람직한 실시예들이라고 현재 간주된 것을 기술하였지만, 본 발명의 플라즈마 증착 장치는 그 취지 또는 본질적인 특징으로부터 벗어나지 않는 한 다른 구체적인 형태로 구현될 수 있다. 예를 들면, 여기에 기술된 것 이외의 다른 유도 결합 플라즈마 토치들 또는 증착 모듈들의 다른 조합들은 본 발명의 고순도 실리콘 제조를 위한 플라즈마 증착 장치 및 방법들의 취지 또는 본질적인 특징으로부터 벗어나지 않는 한 사용될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 실시예들은 모든 측면들에서 예시적인 것이지 한정적이지 않은 것으로 간주된다. 본 발명의 범위는 앞서 기술한 설명보다는 첨부된 청구의 범위에 의하여 표시된다.

Claims

고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치에 있어서,
고순도 실리콘 증착용 챔버를 포함하고, 상기 챔버는 챔버의 상단을 실질적으로 정의하는 상면;
상단 및 하단을 갖는 하나 이상의 측면들로서, 상기 상면은 상기 하나 이상의 측면들의 상단을 실질적으로 밀봉하여 결합하는 하나 이상의 측면들;
상기 챔버의 하단을 실질적으로 정의하는 베이스(base)로서, 상기 베이스는 상기 하나 이상의 측면들의 하단을 실질적으로 밀봉하여 결합하는 베이스; 및
상기 상면 내에 배치된 적어도 하나의 유도 결합 플라즈마 토치로서, 상기 적어도 하나의 유도 결합 플라즈마 토치는 실질적으로 수직한 위치에 배향되어 상기 상면으로부터 상기 베이스쪽으로 하향 플라즈마 화염을 생성하고, 상기 플라즈마 화염은 하나 이상의 반응물들을 반응시키기 위한 반응 영역을 정의하여 상기 고순도 실리콘을 생성하는 적어도 하나의 유도 결합 플라즈마 토치를 포함하는 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 베이스는 상기 고순도 실리콘을 액체 또는 용융 상태로 함유하기 위한 생성물 수집 저장조인 것을 특징으로 하는 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치.
제 1 항에 있어서, 보조 가스들을 상기 챔버속으로 주입시키기 위한 상기 하나 이상의 측면들 내에 배치된 하나 이상의 보조 가스 주입 포트들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치.
제 1 항에 있어서, 증착되지 않은 고체들 및 미반응 화학물질들 중 적어도 하나를 상기 챔버로부터 회수하기 위한 상기 하나 이상의 측면들 내에 배치된 하나 이상의 증기/가스 제거 포트들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 고순도 실리콘을 액체 또는 용융 상태로 유지하기 위한 상기 베이스로 열을 공급하기 위한 상기 베이스와 열역학적으로 연통된 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유도 결합 플라즈마 토치는 상기 챔버의 상기 베이스에 실질적으로 수직인 것을 특징으로 하는 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 챔버는 RF 에너지를 차단하고 상기 챔버를 챔버의 외부 환경으로부터 분리시키는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유도 결합 플라즈마 토치는 아연을 상기 플라즈마 화염으로 주입하기 위한 하나 이상의 아연 주입 포트들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치.
고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치에 있어서,
상기 고순도 실리콘을 액체 또는 용융 상태로 증착하기 위한 상단 및 하단을 갖는 챔버;
상기 고순도 실리콘을 액체 또는 용융 상태로 수집하기 위한 상기 챔버의 하단 내에 실질적으로 배치된 생성물 수집 저장조;
상기 생성물 수집 저장조에 충분한 열을 공급하여 상기 고순도 실리콘을 액체 또는 용융 상태로 유지하기 위한 상기 생성물 수집 저장조와 열역학적으로 연통된 히터; 및
상기 챔버의 상단 내에 실질적으로 배치된 하나 이상의 유도 결합 플라즈마 토치들로서, 상기 하나 이상의 유도 결합 플라즈마 토치들은 실질적으로 수직인 위치에 배향되어 상기 챔버의 상단으로부터 상기 생성물 수집 저장조쪽으로 아래로 향하는 방향을 갖는 플라즈마 화염을 생성하고, 상기 플라즈마 화염은 하나 이상의 반응물들을 반응시켜 상기 고순도 실리콘을 생성하는 반응 영역을 정의하는 하나 이상의 유도 결합 플라즈마 토치들을 포함하는 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치.
제 9 항에 있어서, 보조 가스들을 상기 챔버속으로 주입시키기 위한 상기 챔버 내에 배치된 하나 이상의 보조 가스 주입 포트들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치.
제 10 항에 있어서, 상기 하나 이상의 보조 가스 주입 포트들은 상기 생성물 수집 저장조를 향하여 아래로 향하는 각도로 배치되는 것을 특징으로 하는 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치.
제 9 항에 있어서, 증착되지 않은 고체들 및 미반응 화학물질들 중 적어도 하나를 상기 챔버로부터 회수하기 위한 상기 챔버 내에 배치된 하나 이상의 증기/가스 제거 포트들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치.
제 12 항에 있어서, 상기 하나 이상의 증기/가스 제거 포트들은 상기 생성물 수집 저장조를 향하여 아래로 향하는 각도로 배치되는 것을 특징으로 하는 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 하나 이상의 유도 결합 플라즈마 토치들은 상기 생성물 수집 저장조에 실질적으로 수직인 것을 특징으로 하는 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 챔버는 RF 에너지를 차단하고 상기 챔버를 챔버의 외부 환경으로부터 분리시키는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 하나 이상의 유도 결합 플라즈마 토치들은 아연을 상기 플라즈마 화염으로 주입하기 위한 하나 이상의 아연 주입 포트들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치.
반응 챔버 내에 생성물 수집 저장조에 액체 또는 용융 고순도 실리콘을 수집하는 방법에 있어서,
상기 생성물 수집 저장조를 제공하는 단계;
코일을 포함하는 적어도 하나의 수직 하향 위치된 고주파 유도 결합 플라즈마 토치를 제공하는 단계;
필수적으로 비활성 가스로 구성된 플라즈마 가스를 상기 고주파 유도 결합 플라즈마 토치로 도입하여 상기 코일 내에서 플라즈마를 형성하는 단계;
반응물들을 상기 고주파 유도 결합 플라즈마 토치에 주입하여 고순도 실리콘을 생성하는 단계; 및
상기 유도 결합 플라즈마 토치에 의하여 생성된 상기 고순도 실리콘을 액체 또는 용융 상태로 상기 생성물 수집 저장조로 수집하는 단계를 포함하는 생성물 수집 저장조 내에 액체 또는 용융 고순도 실리콘을 수집하는 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 챔버 내의 부분 압력을 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생성물 수집 저장조 내에 액체 또는 용융 고순도 실리콘을 수집하는 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 생성물 수집 저장조를 가열하여 상기 고순도 실리콘을 액체 또는 용융 상태로 유지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생성물 수집 저장조 내에 액체 또는 용융 고순도 실리콘을 수집하는 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 생성물 수집 저장조의 온도를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생성물 수집 저장조 내에 액체 또는 용융 고순도 실리콘을 수집하는 방법.
제 17 항에 있어서, 보조 가스들을 상기 챔버로 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생성물 수집 저장조 내에 액체 또는 용융 고순도 실리콘을 수집하는 방법.
제 17 항에 있어서, 증착하지 않은 고체들 및 미반응 화학물질들 중 적어도 하나를 상기 챔버에서 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생성물 수집 저장조 내에 액체 또는 용융 고순도 실리콘을 수집하는 방법.
제 17 항에 있어서, 소량 공급량의 아연을 상기 고주파 유도 결합 플라즈마 토치로 도입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생성물 수집 저장조 내에 액체 또는 용융 고순도 실리콘을 수집하는 방법.
실리콘 결정을 생성하는 방법에 있어서,
생성물 수집 저장조를 제공하는 단계;
코일을 포함하는 적어도 하나의 수직 하향 위치된 고주파 유도 결합 플라즈마 토치를 제공하는 단계;
필수적으로 비활성 가스로 구성된 플라즈마 가스를 상기 고주파 유도 결합 플라즈마 토치로 도입하여 상기 코일 내에서 플라즈마를 형성하는 단계;
반응물들을 상기 고주파 유도 결합 플라즈마 토치에 주입하여 고순도 실리콘을 생성하는 단계;
상기 유도 결합 플라즈마 토치에 의하여 생성된 액체 또는 용융 상태의 상기 고순도 실리콘을 상기 생성물 수집 저장조로 수집하는 단계;
액체 또는 용융 상태의 상기 고순도 실리콘을 도가니로 이송하는 단계; 및
상기 실리콘 결정을 생성하는 단계를 포함하는 실리콘 결정을 생성하는 방법.
제 24 항에 있어서, 액체 또는 용융 상태의 상기 고순도 실리콘을 상기 도가니로 이송하기 전에 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 결정을 생성하는 방법.
제 24 항에 있어서, 상기 생성물 수집 저장조로부터 상기 도가니로 가는 도관을 통해 액체 또는 용융 상태의 상기 고순도 실리콘을 이송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 결정을 생성하는 방법.
제 26 항에 있어서, 상기 도관을 가열하여 상기 고순도 실리콘을 액체 또는 용융 상태로 유지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 결정을 생성하는 방법.
제 24 항에 있어서, 소량 공급량의 아연을 상기 고주파 유도 결합 플라즈마 토치로 도입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 결정을 생성하는 방법.
제 24 항에 있어서, 상기 실리콘 결정은 실리콘 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 실리콘 결정을 생성하는 방법.