UA112879C2 - Кристалізатор та спосіб для виробництва монокристалічної напівпровідникової заготовки - Google Patents
Кристалізатор та спосіб для виробництва монокристалічної напівпровідникової заготовки Download PDFInfo
- Publication number
- UA112879C2 UA112879C2 UAA201403906A UAA201403906A UA112879C2 UA 112879 C2 UA112879 C2 UA 112879C2 UA A201403906 A UAA201403906 A UA A201403906A UA A201403906 A UAA201403906 A UA A201403906A UA 112879 C2 UA112879 C2 UA 112879C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- crystallization
- crystallizer
- centers
- upper layer
- silicon
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 33
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 22
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title description 32
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 48
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 30
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 111
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 94
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 11
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 11
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 8
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 6
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 5
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 claims description 5
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims description 5
- -1 sialon Chemical compound 0.000 claims description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 4
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 4
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 3
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims description 2
- KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N disiloxane Chemical class [SiH3]O[SiH3] KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 2
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000008119 colloidal silica Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 235000008960 ketchup Nutrition 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 1
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000009974 thixotropic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
- C30B11/002—Crucibles or containers for supporting the melt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
- C30B11/14—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method characterised by the seed, e.g. its crystallographic orientation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/06—Silicon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Даний винахід стосується кристалізатора (1) для виготовлення заготовок з кристалічного напівпровідникового матеріалу, такого як кремній, причому зазначений кристалізатор має периферійні бокові стінки (1b) та дно (1а), і принаймні частина вищезгаданого дна є вкритою верхнім шаром (2), який відрізняється тим, що вищезгаданий верхній шар (2) має товщину δ принаймні 500 мкм і при температурі деформації, нижчій за , вищезгаданий верхній шар зазнає пластичної або в'язкої деформації.
Description
Галузь винаходу
Даний винахід стосується виробництва напівпровідникових кристалів, наприклад, кремнієвих, для застосування у фотоелектричних пристроях. Зокрема, він стосується спеціального кристалізатора, придатного для виробництва монокристалічних або майже монокристалічних напівпровідникових зливків для виготовлення напівпровідникових пластин, які мають особливо сприятливе співвідношення ціни та якості.
Рівень техніки
Напівпровідникові пластини, наприклад, кремнієві широко застосовуються (у фотоелектричних пристроях для перетворення фотонної енергії на електричну енергію. В ідеалі застосовують монокристалічні напівпровідники, наприклад, з монокристалічного кремнію (МО5), які забезпечують електричний коефіцієнт перетворення порядку 18-19 95. Однак виробництво напівпровідникових монокристалів є доволі повільним і дорогим, як правило, з застосуванням процесу витягування способом Чохральського. Процес витягування способом Чохральського, описаний, наприклад, у публікаціях ЕРІВО7976, 0О52011/214603 та М/О2011/083529, полягає у витягуванні та кристалізації заготовки з ванни розплавленого напівпровідника. Умови витягування повинні жорстко контролюватися для мінімізації утворення дефектів, зокрема, швидкість витягування заготовки повинна бути дуже низькою, що збільшує виробничі витрати до неприйнятних для фотоелектричної промисловості розмірів. Таким чином, напівпровідникові пластини, які виробляються з застосуванням процесу витягування способом Чохральського, зазвичай застосовуються в електроніці і рідко застосовуються у фотоелектричних пристроях.
Як описано, наприклад, у публікаціях О52007/0227189, ЕВ-А1-2509638 або ЕР-А2-949358, значно дешевшим типом напівпровідникових пластин є полікристалічний, такий, як полікристалічний кремній (РС5) який зазвичай одержують, застосовуючи вирощування способом Бриджмена, при якому ванну розплавленого напівпровідникового матеріалу, що міститься у кристалізаторі, охолоджують у контрольований спосіб для затверднення матеріалу з дна кристалізатора та піднімання кристалічно-рідкого фронту в напрямку верхньої частини кристалізатора. Для здійснення цього процесу кристалізатор поміщують у піч і заповнюють напівпровідниковим вихідним продуктом. Піч вмикають для розплавлений всієї маси вихідного продукту. Після цього тепло відводять через дно за допомогою теплопоглинача, розташованого під кристалізатором; зазвичай теплопоглинач включає газ, який тече по трубах. Зміна швидкості потоку газу дозволяє контролювати швидкість відведення тепла з вихідного матеріалу. Коли температура у межах шару вихідного матеріалу, який контактує з дном, досягає температури кристалізації, кристали починають рости з дна і простягатися вгору, у процесі утворення фронту кристалізації. Вимагається ретельний контроль потоку тепла та прилипання заготовки до бокових стінок кристалізатора під час процесу Бриджмена для запобігання утворенню тріщин у заготовці. Наприклад, у публікації ЕН2509638 пропонується забезпечення кристалізатора з верхнім шаром, який складається з гнучкої тканини з керамічних волокон, які мають низьку теплоємність, і може безпосередньо приймати партію розплавленого кремнію, таким чином, щоб верхній шар міг дуже швидко нагріватися до температури кремнію після контактування з останнім. У документі ЕРО49358 передбачається роздільний верхній шар порошку спеченого плавленого кварцу з розміром не більше за 100 мкм над шаром спеченого необробленого плавленого кварцу з розміром частинок від 500 до 1500 мкм, який легко відокремлюється від останнього після зсідання кристалізованої заготовки. Можна одержувати партії до 500 кг з застосуванням технології Бриджмена порівняно з партіями приблизно по 100 кг при застосуванні процесу витягування способом Чохральського. Якщо вартість полікристалічних напівпровідникових заготовок, одержаних з застосуванням технології Бриджмена, становить приблизно третину вартості монокристалічних заготовок, одержаних з застосуванням технології
Чохральського, коефіцієнти перетворення приблизно 14-16 95, які забезпечують полікристалічні пластини, є досить низькими порівняно з показниками, отриманими у разі монокристалічних пластин.
Нещодавні дослідження продемонстрували, що монокристалічні або майже монокристалічні напівпровідникові зливки можуть бути одержані з застосуванням технології Бриджмена шляхом вистеляння дна кристалізатора монокристалічними затравками (центрами кристалізації), які являють собою пластини з монокристалічного напівпровідникового матеріалу від кількох міліметрів до кількох сантиметрів завтовшки, одержані, наприклад, з застосуванням технології
Чохральського. Такі результати представлено наприклад, у публікаціях ЕН2175594,
МО2010/005705, О052011/0146566 та О052010/0003183. Верхня поверхня затравок, яка контактує з вихідним матеріалом, має розплавлятися останнім. Тепло має відводитися від дна кристалізатора до того, як нижня поверхня затравок починає плавитися, таким чином, щоб 60 монокристалічна заготовка могла виростати з частково розплавлених затравок, при забезпеченні стійкого фронту затверднення у процесі кристалізації. Таким чином, температурний профіль у межах кристалізатора повинен контролюватися дуже точно.
Першим обмеженням (майже) монокристалічного росту напівпровідникової заготовки з застосуванням процесу Бриджмена є те, що, крім односпрямованих кристалів, Хи, які ростуть від дна, поперечні кристали, Хі, ростуть від бокових стінок кристалізатора у напрямку, поперечному загальному напрямкові росту монокристалів, як показано на Фігурі З(а). Довжина
И цих поперечних кристалів може досягати кількох сантиметрів, що може створювати дефекти у суміжній односпрямованій кристалічній решітці і вимагає зачищення заготовки та переплавлення через неприйнятність для застосування у фотоелектриці, а це шкодить ефективності процесу. Друге обмеження такого процесу полягає в тому, що температурний профіль, який вимагається для здійснення кристалізації, грунтується на температурному контролі відносно великих печей. Незважаючи на суттєвий прогрес, досягнутий у температурному контролі подібних печей, їм все ж бракує точності, яка вимагається для такого чутливого процесу.
Даний винахід пропонує рішення щодо виготовлення (майже) монокристалічного напівпровідникового зливка з застосуванням процесу Бриджмена з поперечними кристалами, які ростуть від бокових стінок кристалізатора, при товщині, яка є суттєво меншою за ту, що досягається надалі. Даний винахід також дозволяє компенсувати небажані, хоча й неминучі, градієнти температури у даній печі, таким чином, щоб у будь-якому разі забезпечувався стійкий, вигнутий фронт кристалізації. Ці та інші переваги даного винаходу представлено далі.
Короткий опис винаходу
Даний винахід визначається незалежними пунктами супровідної формули винаходу. Залежні пункти формули винаходу визначають оптимальні варіанти втілення. Зокрема, даний винахід стосується кристалізатора для виготовлення заготовок з кристалічного напівпровідникового матеріалу, такого, як кремній, причому зазначений кристалізатор має периферійні бокові стінки та дно, і принаймні частина вищезгаданого дна є вкритою верхнім шаром, причому вищезгаданий верхній шар має товщину б принаймні 500 мкм, і при температурі деформації, нижчій за 1400 "С, вищезгаданий верхній шар зазнає пластичної або в'язкої деформації.
Верхній шар може включати один або кілька компонентів, до яких належать нітрид кремнію
Зо (5ізМа), сіалон, оксинітрид кремнію, силоксан, силазан, плавлений кварц або кварцове скло, синтетичний кремнезем, глинозем, природні або синтетичні керамічні матеріали на основі Саб-,
ЗіО»2-, АІг6Оз-, Маб-, 2гО» у формі: - шару низької густини, такого, як піна, який має густину, яка в оптимальному варіанті становить від 0,3 до 1,6 г/см3, у ще кращому варіанті - від 0,8 до 1,3 г/смУу, або - частинок, таких, як неткані волокна, порожні тіла, наночастинки, мезосферичні частинки.
Кожен з вищезазначених матеріалів в оптимальному варіанті має вміст Ге менше за 20 ррт, у ще кращому варіанті - менше за 5 ррт, у найкращому варіанті - менше за 1 ррт. Густина верхнього шару в оптимальному варіанті є принаймні на 20 95 меншою за густину внутрішніх поверхонь інших стінок, які обмежують внутрішній об'єм кристалізатора.
Верхній шар може включати лише один шар або, в альтернативному варіанті, він може включати два або більшу кількість шарів різних матеріалів. Якщо передбачено кілька шарів, в оптимальному варіанті крайній верхній шар складається з нітриду кремнію (5ізМа) або включає його.
Верхній шар в оптимальному варіанті має товщину, більшу за 0,6 мм, в оптимальному варіанті - більшу за 0,8 мм, у ще кращому варіанті - більшу за 1,0 мм, у найкращому варіанті - більшу за 2,0 мм, і в оптимальному варіанті має товщину, яка є не більшою за 20,0 мм, у ще кращому варіанті - не більшою за 10,0 мм, у найкращому варіанті - не більшою за 5,0 мм.
Якщо дно кристалізатора з'єднує його бокові стінки, утворюючи кут, який має радіус В, товщина б верхнього шару в оптимальному варіанті перевищує радіус В, таким чином, щоб дно могло бути вистелене кристалами-затравками, які утворюють плоске покриття до самих країв кристалізатора.
Верхній шар, який піддається деформації, має перевагу, яка полягає в тому, що забезпечує оптимальну основу для викладання центрів кристалізації. Таким чином, принаймні один центр кристалізації може бути втиснутий у верхній шар. Звичайно, в оптимальному варіанті дно є повністю вкритим такими центрами кристалізації, і принаймні два центри кристалізації повинні бути втиснутими біч-обіч у верхньому шарі, причому їхні верхні поверхні є по суті копланарними.
Забезпечення рівномірної температури по всьому об'єму печі, яка має розмір, необхідний для здійснення процесу Бриджмена у промисловому масштабі є майже неможливим. Для забезпечення рівномірності потоку тепла через кристали-затравки та дно кристалізатора, бо незважаючи на місцеві перепади температур, які характеризують дану піч, існує можливість використання за місцем пластин затравок меншої або більшої товщини для прискорення або уповільнення потоку тепла між верхньою поверхнею затравок та теплопоглиначем.
Затравки в оптимальному варіанті є монокристалічними. Однак існує можливість застосування й полікристалічних затравок, які мають конкретні орієнтацію зерен або розмір для утворення полікристалічної заготовки. Даний кристалізатор є особливо прийнятним для вирощування кремнієвих заготовок.
Даний винахід також стосується способу виготовлення заготовки з орієнтованого кристалічного напівпровідникового матеріалу, в оптимальному варіанті - моно- або майже монокристалічної заготовки, який включає такі етапи: - забезпечення кристалізатора, як обговорювалося вище; - укладання принаймні одного центра кристалізації на верхній шар; - доведення температури верхнього шару до температури його деформації; - прикладання тиску до принаймні одного центра кристалізації для його втискання у верхній шар, таким чином, щоб він принаймні частково занурювався у верхній шар, який піддається деформації; - завантаження у кристалізатор вихідного матеріалу для напівпровідникового матеріалу; - підвищення температури у кристалізаторі для повного плавлення вихідного матеріалу і для розплавлення верхньої поверхні принаймні одного центра кристалізації; - відведення тепла через дно кристалізатора для запобігання розплавленню нижньої поверхні принаймні одного центра кристалізації і для започаткування орієнтованої кристалізації вихідного матеріалу.
Тиск для втискання принаймні одного центра кристалізації може прикладатися через власну вагу вихідного матеріалу з підвищенням температури у кристалізаторі до рівня, вищого за температуру деформації. Однак перевагу віддають варіантові, в якому тиск контрольовано прикладається до принаймні однієї затравки, в оптимальному варіанті - за допомогою відповідного інструмента, що забезпечує відтворюваність кінцевої позиції затравки. Зокрема, тиск може прикладатися до принаймні одного центра кристалізації шляхом регулювання довжини жорсткого вертикального стрижня від його першого кінця, який контактує з центром кристалізації, до фіксованої точки, такої, як верхній край кристалізатора або будь-яка фіксована
Зо точка всередині або за межами кристалізатора.
На практиці перевагу віддають варіантові, в якому верхній шар вкриває всю площу дна кристалізатора, і два або більше центрів кристалізації укладають біч-обіч для вкривання практично всієї площі верхнього шару. Два або більше центрів кристалізації мають бути втиснуті у верхній шар таким чином, щоб їх верхні шари були по суті копланарними.
Як обговорювалося вище, незважаючи на дорогі дослідження з розробки печей, які дозволяли б достатньо точно регулювати потік тепла, точність, яка досягається завдяки їм, зазвичай є недостатньою для регулювання потоку тепла таким чином, щоб забезпечувався оптимальна форма фронту кристалізації та швидкість просування. Для розв'язання цієї проблеми процес згідно з даним винаходом також може включати такі етапи: (а) для даної печі під час етапу відведення тепла визначають розподіл температури по площі верхньої поверхні принаймні двох центрів кристалізації; (р) складають карту холодних та гарячих точок по всій площі верхньої поверхні затравок залежно від позиції кожного з принаймні двох центрів кристалізації; (с) визначають товщину кожного з принаймні двох центрів кристалізації, таким чином, щоб забезпечувався рівномірний розподіл температури по всій площі верхньої поверхні затравок під час етапу відведення тепла у вищезгаданій печі; (4) вистеляння дна кристалізатора принаймні двома центрами кристалізації визначеної таким чином товщини в їх відповідних позиціях; (є) завантаження у кристалізатор вихідного матеріалу та здійснення необхідних заходів з розплавлення та кристалізації вихідного матеріалу для утворення заготовки з орієнтованого кристалічного напівпровідникового матеріалу.
В оптимальному варіанті втілення процесу згідно з даним винаходом один або кілька центрів кристалізації є кремнієм, в оптимальному варіанті - монокристалічним кремнієм, і вихідний матеріал складається з кремнію та легуючих матеріалів, які застосовують у виробництві кремнієвих заготовок. Одержані таким чином заготовки після цього можуть нарізатися на пластини, які можуть піддаватися подальшій обробці для виготовлення сонячних елементів.
Кристалізатор, як обговорювалося вище, може бути виготовлений з застосуванням процесу, який включає такі етапи:
(а) виготовлення кристалізатора, який складається з вогнетривкого матеріалу на основі оксиду кремнію і включає дно та бокові стінки; (Б) необов'язкове нанесення одного або кількох покрить на внутрішні поверхні дна та/або бокових стінок вищезгаданого кристалізатора; (с) нанесення на дно шляхом напилення, накатування, лиття, або за допомогою пензля, або з застосуванням будь-якої комбінації цих способів, верхнього шару з товщиною б принаймні 500 мкм, причому вищезгаданий верхній шар піддається пластичній або в'язкій деформації при температурі деформації, нижчій за 1400 "С.
Короткий опис фігур.
Різні варіанти втілення даного винаходу пояснюються на супровідних Фігурах.
Фігура 1: схематично показує чотири етапи процесу згідно з даним винаходом для кристалізації напівпровідникової заготовки.
Фігура 2: схематично показує способи поправки на градієнти температури у межах даної печі, таким чином, щоб одержувати потрібний температурний профіль у межах кристалізатора,
Фігура 3: схематично показує кристалічну структуру Хі, яка росте поперечно односпрямованій заготовці від бокових стінок кристалізатора (а) існуючого рівня техніки та (Б) згідно з даним винаходом.
Фігура 4: схематично показує (а) криву залежності деформації від напруження, типову для матеріалу, який піддається пластичній деформації, та (Б) криві залежності швидкості деформації від напруження, типову для матеріалів, які піддаються в'язкій деформації.
Детальний опис винаходу
Як можна побачити на фігурі 1(а), кристалізатор (1) згідно з даним винаходом є цілком подібним до кристалізаторів, які застосовують у галузі для вирощування (майже) монокристалічних заготовок, наприклад, з кремнію, з застосуванням технології Бриджмена. Він включає дно (Та) та бокові стінки (15), виконані з вогнетривкого матеріалу на основі оксиду кремнію, такого, як кварц. Він може мати круглу основу, але зазвичай має квадратну або прямокутну основу. Дно та бокові стінки можуть мати покриття, яке зазвичай застосовують у галузі і яке являє собою шар у кілька мікрометрів завтовшки, що складається, наприклад, з нітриду кремнію. Дно (1а) кристалізатора може бути вистелене центрами кристалізації (3), які в
Зо оптимальному варіанті вкривають практично всю площу вищезгаданого дна. Кристалізатор згідно з даним винаходом відрізняється від кристалізаторів існуючого рівня техніки тим, що дно (1а) включає верхній шар (2), який має товщину б принаймні 500 мкм і, як показано на Фігурі 1(5), зазнає пластичної або в'язкої деформації при температурі деформації або вищій температурі. Деформація є такою, що центри кристалізації (3) можуть бути втиснуті, з принаймні частковим заглибленням у верхній шар (2) після прикладання до нього тиску Р. Температура деформації має бути нижчою за 1400 "С. Чим нижчою є температура деформації, тим легшим є поводження з центрами кристалізації та їх позиціонування, і ідеальною вважається кімнатна температура.
Як добре відомо спеціалістам у даній галузі, матеріал, який піддається пластичній деформації, є матеріалом, який зазнає незворотної деформації при навантаженні. В цьому полягає відмінність від пружної деформації, яка є оборотною. Зазвичай пластична деформація відбувається при навантаженнях, вищих за так звану межу напруження зсуву, бу, нижче за яку деформація зазвичай є пружною. Приклад кривої залежності деформації (є) від напруження (0) для матеріалу, який піддається пластичній деформації, схематично показано на Фігурі 4(а).
З іншого боку, в'язка деформація характеризується співвідношенням між ступенем деформації та напруження, яке є пропорційним в'язкості. Як показано на Фігурі 4(Б), в'язкість п може змінюватися під час деформації. Коли в'язкість не залежить від ступеня напруження та деформації, як у води, рідину називають ньютонівською. Якщо в'язкість зменшується зі збільшенням ступеня напруження та деформації, матеріал вважається розріджуваним при зсуві або у деяких випадках тиксотропним, таким, як кетчуп. | навпаки, коли в'язкість збільшується, матеріал вважається загущуваним при зсуві. Пластик Бінгама є матеріалом, який поводить себе як тверда речовина при низькому напруженні, але тече як в'язка рідина при високих напруженнях. В'язкодеформований верхній шар у контексті цього опису означає верхнє покриття, що має в'язкість принаймні 500 мПа-с, в оптимальному варіанті - принаймні 1 Па-с, у ще кращому варіанті - принаймні 5 Па-с, у ще кращому варіанті - принаймні 20 Па-с, причому в'язкість вимірюють паралельними пластинами, які обертаються при 1 Гц при температурі від температури деформації до 1400 "С.
Верхній шар (2) зазвичай може включати один або кілька компонентів, до яких належать нітрид кремнію (5ізМ4), плавлений кварц або кварцове скло, синтетичний кремнезем, силікагель,
глинозем, природні або синтетичні керамічні матеріали на основі Саб-, 5іО2г-, АІ29Оз-, Мо9О-, 770» у формі: - шару низької густини, такого, як піна, який має густину, яка в оптимальному варіанті становить від 0,3 до 1,6 г/смУ, у ще кращому варіанті - від 0,8 до 1,3 г/сму, і у найкращому варіанті - густину, яка є принаймні на 20 906 меншою за густину внутрішніх поверхонь інших стінок, які обмежують внутрішній об'єм кристалізатора, або - частинок, таких, як неткані волокна, порожні тіла, наночастинки.
Частинковий матеріал в оптимальному варіанті включає зв'язувальну речовину для стабілізації покриття. Зв'язувальна речовина в оптимальному варіанті має піддаватися деформації при низькій температурі або бути присутньою у достатньо малій кількості, таким чином, щоб верхній шар все ж міг утворюватися після наступного втискання центра кристалізації. Сама зв'язувальна речовина може бути піною або демонструвати пластичні, в'язкі або в'язкопружні властивості, які мають виникати після прикладання тиску до центра кристалізації. Наприклад, зв'язувальна речовина може бути силікагелем або колоїдним кремнеземом. Матеріал(и) верхнього шару (2) повинні мати вміст Ге менше за 20 ррт, у ще кращому варіанті - менше за 5 ррті, у найкращому варіанті - менше за 1 ррт, оскільки залізо шкодить кристалізації більшості напівпровідників, зокрема, кремнію. Верхній шар (2) може включати кілька шарів, причому комбінація шарів утворює верхній шар, який піддається деформації. Наприклад, він може мати несучий шар з частинок кремнію або пористого кремнезему та верхній шар з нітриду кремнію (5ізМа). Для забезпечення потрібних властивостей у комбінації з кремнієм в оптимальному варіанті крайній верхній шар має включати нітрид кремнію (5ізіМа).
Верхній шар (2) повинен мати товщину принаймні 500 мкм. Звичайно, він може мати більшу товщину, наприклад, товщину, більшу за 0,6 мм, в оптимальному варіанті - більшу за 0,8 мм, у ще кращому варіанті - більшу за 1,0 мм, у найкращому варіанті-більшу за 2,0 мм. Однак з економічних міркувань, а також для ефективного відведення тепла верхній шар (2) в оптимальному варіанті має товщину не більше за 20,0 мм, у ще кращому варіанті - не більше за 10,0 мм, у найкращому варіанті - не більше за 5,0 мм.
Центр кристалізації (3) являє собою пластину приблизно від 5 до 25 мм завтовшки, в
Зо оптимальному варіанті - від 8 до 15 мм, у ще кращому варіанті - від 10 до 12 мм. Більш тонкий центр кристалізації має перевагу з огляду на вартість, зокрема, якщо він є монокристалічним, і з огляду на швидкість відведення тепла. Однак при цьому виникає більше проблем з контролюванням, щоб верхня поверхня центра кристалізації була розплавленою на відміну від нижньої, оскільки товщина центра кристалізації зменшується. Таким чином, оптимальна товщина центрів кристалізації для даного випадку застосування залежить від кваліфікації оператора та застосовуваного обладнання.
Завдяки процесові, який застосовують для виготовлення кристалізаторів для вирощування напівпровідникових заготовок і для запобігання створенню високої концентрації напружень у вогнетривкому матеріалі, наприклад, кварці, дно (1а) зазвичай з'єднує бокові стінки (16) кристалізатора, утворюючи радіус Н, як позначено умовним номером (1с) на Фігурі 3. Радіус В внутрішніх країв кристалізатора зазвичай складає від 5 до 20 мм, зокрема, від 8 до 15 мм.
Центри кристалізації мають бути укладені на дно (1а), а отже, можуть вкривати дно лише там, де воно є плоским. Таким чином, периметр, утворений укладеними центрами кристалізації, повинен бути відокремленим від бокових стінок (10) відстанню, яка принаймні дорівнює В (пор. з
Фігурою З(а)). З відведенням тепла через дно, кристали Хи ростуть угору від розплавленої поверхні центрів кристалізації (3), але кристали Хі також ростуть убік від бокових стінок (165).
Температурний фронт, який просувається, контролюють таким чином, щоб форма була плоскою або, в оптимальному варіанті, вигнутою (пор. з Фігурою 1(4)), що сприяє ростові вертикальних кристалів Хи за рахунок бокових кристалів Хі, але останні все одно можуть рости на відстані НП у кілька сантиметрів. Таким чином, кожна бокова сторона заготовки повинна бути зачищена на кілька сантиметрів перед вирізанням з неї пластин, що створює серйозне обмеження для ефективності процесу.
Якщо верхній шар (2) має товщину б, більшу за радіус А криволінійних внутрішніх країв (1с) кристалізатора (1), центри кристалізації (3) можуть вкривати практично всю площу дна (1а), досить близько до бокових стінок (15), якщо не у контакті з ними, як показано на фігурі З(Б). У цих умовах спостерігалося, що розмір 2 бокових кристалів Хі є значно меншим за розмір кристалів 11, одержаних з застосуванням кристалізаторів існуючого рівня техніки (пор. з
Фігурами З(а) та (Б)). Зменшення розміру бокових кристалів Хі забезпечує суттєву економію порівняно з процесами існуючого рівня техніки, оскільки товщина, на яку заготовка має бути 60 зачищена, контролюється найбільшими боковими кристалами Хі, і, відповідно, зменшується кількість дорогого зачищеного матеріалу. Зрозуміло, що зачищений матеріал може бути повторно використаний як вихідний матеріал і переплавлений, але цей процес потребує досить великої кількості енергії.
Як можна побачити на фігурі 3З(Б), центри кристалізації (3) втискають у верхній шар (2), тобто, частково заглиблюють у верхній шар (2). Перша перевага полягає в тому, що може легко забезпечуватися площинність верхніх поверхонь укладених центрів кристалізації (3) через регулювання тиску, який до них прикладають для втискання центрів кристалізації у верхній шар.
Таким чином, рівність дна (Та) кристалізатора стає не такою критичною. У кристалізаторах існуючого рівня техніки центри кристалізації укладають безпосередньо на дно або на тонке покриття, і будь-який дефект дна впливає на площинність центрів кристалізації. Таким чином, дно потребує верстатної обробки та доволі ретельного полірування, що вимагає праці та коштів. Кристалізатор згідно з даним винаходом дозволяє обходитися без цієї операції, що значно знижує витрати на нього. Ще одна перевага верхнього шару згідно з даним винаходом полягає в тому, що, на відміну від неідеального контакту між центром кристалізатора та вогнетривким дном кристалізатора, контакт між центром кристалізації та верхнім шаром є достатньо щільним. Теплопровідність відповідно зростає, і швидкість потоку тепла, яка завдяки цьому досягається, може бути ще вищою, ніж та, що досягається при погано відполірованому дні, незважаючи на додаткову товщину верхнього шару (2).
Як показано на Фігурі 2(а), більшість пристроїв, у яких застосовується технологія
Бриджмена, які включають піч та теплопоглинач, не можуть забезпечувати рівномірність температурного профілю з точністю, яка вимагається жорсткими умовами кристалізації у межах процесу. Як показано на Фігурі 2, температуру на поверхні укладених центрів кристалізації вимірюють у п'яти точках, Т1 Т5, і її схематично представлено нижче на графіку температури- позиції. Оскільки даний пристрій має конкретні холодні та гарячі точки, температурний профіль угорі центрів кристалізації деформується й не забезпечує оптимальних умов кристалізації.
Фронт кристалізації, що відокремлює (майже) односпрямовано кристалізований матеріал (565) від розплавленого матеріалу (5а), відповідно зміщується, створюючи дефекти у кристалічній решітці.
Завдяки застосуванню центрів кристалізації (3) різної товщини у місцях зміни температур,
Зо існує можливість корекції температурного профілю у межах кристалізатора та форми фронту кристалізації, незважаючи на нерівномірність температур печі / теплопоглинача. Як показано на
Фігурі 2(Б), при застосуванні товстішого центра кристалізації (3) у місцях Т4 та Т5, де піч / теплопоглинач має холодну точку (пор. з графіком температури-позиції на Фігурі 2(а) у позиціях
ТА та Т5), швидкість охолодження може локально знижуватись у місцях ТА та Т5, і температура, виміряна на верхній поверхні центра кристалізації у вищезгаданих місцях може бути нівельована на рівні температур, виміряних у місцях Т1 та 12. Звичайно, замість застосування товстішого центра кристалізації для уповільнення потоку тепла через центри кристалізації та дно кристалізатора також можна застосовувати тонкіші центри кристалізації для збільшення потоку тепла для компенсації локальних гарячих точок. Через нівелювання температурного профілю у межах кристалізатора фронт кристалізації також нівелюється, і, таким чином, утворюється кристал з суттєво меншими дефектами решітки. Верхній шар, який піддається деформації (2), дозволяє вистеляти дно (15) центрами кристалізації різної товщини і все одно утворювати плоску поверхню завдяки глибшому втисканню товстіших центрів кристалізації у верхній шар порівняно з тонкішими центрами кристалізації. Перевагу віддають плоскій верхній поверхні нанесених центрів кристалізації. Однак це не завжди є можливим, якщо різниця у товщині між двома центрами кристалізації є надто великою для компенсації різниці товщини шляхом варіювання глибини втискання. Різниця у рівнях верхньої поверхні центрів кристалізації
Є прийнятною, якщо вони залишаються паралельними один одному. Коректування температурного фронту може досягатися й за цих умов. Однак в оптимальному варіанті верхні поверхні центрів кристалізації є копланарними, зокрема, якщо центри кристалізації є моиокристалічними.
Таким чином, (майже) монокристалічна заготовка може бути успішно виготовлена з застосуванням процесу згідно з даним винаходом, який включає, як схематично показано на
Фігурі 1, такі етапи: (а) забезпечення кристалізатора, як обговорювалося вище, який включає на його дні (Та) верхній шар (2), який має товщину б принаймні 500 мкм і піддається пластичній або в'язкій деформації при температурі деформації, нижчій за 1400 "С; в оптимальному варіанті температура деформації є нижчою за 200 "С, у ще кращому варіанті-нижчою за 100 "С, у ще кращому варіанті - близько кімнатної температури;
(р) укладання принаймні одного центра кристалізації (3) на верхній шар (2) (пор. з Фігурою 1(а))) в оптимальному варіанті практично всю площу дна кристалізатора (1а) вистеляють принаймні двома центрами кристалізації, розташованими біч-обіч, причому їхні верхні поверхні в оптимальному варіанті є практично паралельними одна одній, у ще кращому варіанті - копланарними; (с) доведення температури верхнього шару до температури його деформації; (4) прикладання тиску до принаймні одного центра кристалізації для його втискання у верхній шар, (2) таким чином, щоб він принаймні частково занурювався у верхній шар, який піддається деформації, (пор. з Фігурою 1(Б)); (є) завантаження у кристалізатор вихідного матеріалу для напівпровідникового матеріалу; () регулювання температури у кристалізаторі для забезпечення повного розплавлення вихідного матеріал (5а), а також розплавлення верхньої поверхні лише принаймні одного центра кристалізації (пор. з Фігурою 1(с)); печі, спеціально сконструйовані для процесу
Бриджмена й оснащені теплопоглиначем та системами точного температурного контролю, є наявними на ринку; (9) відведення тепла через дно кристалізатора для запобігання розплавленню нижньої поверхні принаймні одного центра кристалізації та започаткування орієнтованої кристалізації (ЗБ) вихідного матеріалу (пор. з Фігурою 1(а4)).
Тиск на етапі (4) може прикладатися через просте поміщення ваги згори на кожен центр кристалізації (3). Однак це досить просте рішення не дозволяє забезпечувати паралельність верхніх поверхонь центрів кристалізації одна одній, тим більше їхню копланарність.
Копланарність може бути дещо поліпшена, хоча й не гарантована, шляхом початкового укладання пластини на всю поверхню, вистелену центрами кристалізації, з наступним прикладанням тиску, наприклад, шляхом поміщення ваги. Однак це рішення не може бути застосоване у разі, коли центри кристалізації різної товщини лежать па верхньому шарі (2), ідо має товщину, яка є недостатньою для компенсації різниці товщини центрів кристалізації. В оптимальному варіанті втілення застосовують нівелюючий пристрій для втискання центрів кристалізації у верхній шар. Нівелюючий пристрій може бути закріплений на верхніх краях кристалізатора або може бути встановлений на каркасі, що включає приймальну частину для
Зо вміщення кристалізатора. Нівелюючий пристрій в оптимальному варіанті включає стрижні за кількістю центрів кристалізації, які Є встановленими таким чином, щоб контактувати з центром кожного центра кристалізації. Контактний кінець кожного стрижня в оптимальному варіанті має плоску пластину, яка простягається перпендикулярно стрижневі і є менші або такі самі розміри, як у центрів кристалізації. Стрижні з їх контактними пластинами можуть точно переміщуватись уздовж вертикального напрямку, наприклад, за допомогою нарізної системи. Тиск може прикладатися до кожного центра кристалізації шляхом регулювання довжини кожного стрижня (позиційного регулювання) або шляхом регулювання сили, яка прикладається кожним стрижнем, наприклад, за допомогою спіральної пружини або іншого пружного засобу.
Для врахування будь-якої нерівномірності температури у даній системі печі ж теплопоглинача, яку застосовують для регулювання температури у межах кристалізатора, здійснюють такі етапи: - для даної печі під час етапу відведення тепла визначають розподіл температури по площі верхньої поверхні принаймні двох центрів кристалізації це може здійснюватися шляхом поміщення певної кількості термопар у різних точках верхньої поверхні затравок (пор. з Фігурою 2(а), нижній графік), або, в альтернативному варіанті, за допомогою інфрачервоної камери; - складають карту холодних та гарячих точок по всій площі верхньої поверхні затравок залежно від позиції кожного з принаймні двох центрів кристалізації; картування може включати різні стадії етапу охолодження, оскільки теплопоглинач приводиться в дію при різних ступенях відведення тепла; - визначають товщину кожного з принаймні двох центрів кристалізації, таким чином, щоб забезпечувався рівномірний розподіл температури по всій площі верхньої поверхні затравок під час етапу відведення тепла у вищезгаданій печі; це можна легко приблизно розрахувати з врахуванням теплопровідності та розмірів кожного матеріалу, або, більш точно, шляхом моделювання способом кінцевих елементів (тет); - вистеляють дно кристалізатора (1а) принаймні двома центрами кристалізації визначеної таким чином товщини в їх відповідних позиціях; - завантаження у кристалізатор вихідного матеріалу та здійснення необхідних заходів з плавлення та наступної кристалізації вихідного маіїеріалу для уіворсиня заготовки з орієнтованого кристалічного напівпровідникового матеріалу, як обговорювалося вище і бо показано на Фігурах 1(4) та 2(0Б).
Кристалізатор згідно з даним винаходом може бути легко виготовлений спеціалістом у даній галузі, і для цього достатньо: у традиційний спосіб виготовити кристалізатор, який є виконаним з вогнетривкого матеріалу на основі оксиду кремнію і включає дно (Та) та бокові стінки (165); - необов'язково нанести одне або кілька покрить на внутрішні поверхні дна (Та) та/або бокових стінок (15) вищезгаданого кристалізатора, як відомо спеціалістам у даній галузі; та - нанести на дно (Та) шляхом напилення, накатування, лиття, або за допомогою пензля, або з застосуванням будь-якої комбінації цих способів, верхнього шару (2) з товщиною б принаймні 500 мкм, причому вищезгаданий верхній шар піддається пластичній або в'язкій деформації при температурі деформації, нижчій за 1400 "С.
Нанесення верхнього шару (2), хоча й є новим, може бути легко здійснене спеціалістом у даній галузі.
Claims (15)
1. Кристалізатор (1) для виготовлення заготовок з кристалічного напівпровідникового матеріалу, такого як кремній, причому зазначений кристалізатор має периферійні бокові стінки (16) та дно (Та), і принаймні частина вищезгаданого дна є вкритою верхнім шаром (2), який відрізняється тим, що вищезгаданий верхній шар (2) має товщину б принаймні 500 мкм і при температурі деформації, нижчій за 1400 "С, вищезгаданий верхній шар здатен до пластичної або в'язкої деформації.
2. Кристалізатор за п. 1, який відрізняється тим, що верхній шар (2) включає один або кілька компонентів, до яких належать нітрид кремнію (5бізіМаи), сіалон, оксинітрид кремнію, силоксан, силазан, плавлений кварц або кварцове скло, синтетичний кремнезем, глинозем, природні або синтетичні керамічні матеріали на основі Сас, 510», АІ2Оз, МоО, 210» у формі: - шару низької густини, такого як піна, який має густину, що в оптимальному варіанті становить від 0,3 до 1,6 г/см3, у ще кращому варіанті - від 0,8 до 1,3 г/см"у, або - частинок, таких як неткані волокна, порожнисті тіла, наночастинки, мезосферичні частинки, кожен з вищезазначених матеріалів в оптимальному варіанті має вміст Ге менше за 20 ррт, у Зо ще кращому варіанті - менше за 5 ррт, у найкращому варіанті - менше за 1 ррт.
З. Кристалізатор за попереднім пунктом, який відрізняється тим, що верхній шар містить принаймні два шари з різних матеріалів, причому крайній верхній шар в оптимальному варіанті складається з нітриду кремнію (5ізіМа).
4. Кристалізатор за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що густина верхнього шару (2) є принаймні на 20 95 меншою за густину внутрішніх поверхонь інших стінок, які обмежують внутрішній об'єм кристалізатора.
5. Кристалізатор за попереднім пунктом, який відрізняється тим, що дно (Та) з'єднує бокові стінки (16) кристалізатора, утворюючи радіус В, і товщина б верхнього шару (2) є більшою за радіус В.
6. Кристалізатор за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що принаймні один центр кристалізації (3) є втиснутим у верхній шар (2), і в оптимальному варіанті принаймні два центри кристалізації (3) є втиснутими у верхній шар (2), причому їхні верхні поверхні є по суті копланарними.
7. Кристалізатор за попереднім пунктом, який відрізняється тим, що принаймні два центри кристалізації мають різну товщину і в оптимальному варіанті є кремнієвими центрами кристалізації, у ще кращому варіанті - монокристалічними кремнієвими центрами кристалізації.
8. Спосіб виготовлення заготовки з орієнтованого кристалічного напівпровідникового матеріалу, який включає такі етапи: - забезпечення кристалізатора за будь-яким з попередніх пунктів 1-7, - укладання принаймні одного центра кристалізації (3) на верхній шар (2), - доведення температури верхнього шару до температури його деформації, - прикладання тиску до принаймні одного центра кристалізації для його втискання у верхній шар (2) таким чином, щоб він принаймні частково занурювався у верхній шар, який здатний до деформації, - завантаження у кристалізатор вихідного матеріалу для напівпровідникового матеріалу, - регулювання температури у кристалізаторі для повного плавлення вихідного матеріалу і для розплавлення лише верхньої поверхні принаймні одного центра кристалізації, - відведення тепла через дно кристалізатора для запобігання розплавленню нижньої поверхні принаймні одного центра кристалізації і для започаткування орієнтованої кристалізації вихідного бо матеріалу.
9. Спосіб за попереднім пунктом, який відрізняється тим, що тиск прикладають до принаймні одного центра кристалізації шляхом регулювання довжини жорсткого вертикального стрижня від його першого кінця, який контактує з центром кристалізації, до фіксованої точки, такої як верхній край кристалізатора або будь-яка фіксована точка всередині або за межами кристалізатора.
10. Спосіб за п. 8 або 9, який відрізняється тим, що верхній шар (2) вкриває всю площу дна (Та) кристалізатора, і принаймні два центри кристалізації є укладеними бік у бік для вкривання практично всієї площі верхнього шару (2) таким чином, щоб верхні поверхні вищезгаданих принаймні двох центрів кристалізації були практично копланарними.
11. Спосіб за попереднім пунктом, який відрізняється тим, що - для заданої печі під час етапу відведення тепла визначають розподіл температури по площі верхньої поверхні принаймні двох центрів кристалізації, - складають карту холодних та гарячих точок по всій площі верхньої поверхні затравок залежно від позиції кожного з принаймні двох центрів кристалізації, - визначають товщину кожного з принаймні двох центрів кристалізації таким чином, щоб забезпечувався рівномірний розподіл температури по всій площі верхньої поверхні затравок під час етапу відведення тепла у вищезгаданій печі, - вистеляють дно (1а) кристалізатора принаймні двома центрами кристалізації визначеної таким чином товщини в їх відповідних позиціях, - завантажують у кристалізатор вихідний матеріал та здійснюють необхідні заходи з розплавлення та кристалізації вихідного матеріалу для утворення заготовки з орієнтованого кристалічного напівпровідникового матеріалу.
12. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів 8-11, який відрізняється тим, що один або кілька центрів кристалізації є монокристалічними, і кристалізована таким чином заготовка є по суті монокристалічною або майже монокристалічною.
13. Спосіб виготовлення кристалізатора за будь-яким з попередніх пунктів 1-7, який включає такі етапи: - виготовлення кристалізатора, який є виконаним з вогнетривкого матеріалу на основі оксиду кремнію і включає дно (Та) та бокові стінки (16), Зо - нанесення на дно (1а) шляхом напилення, накатування, лиття або за допомогою пензля, або з застосуванням будь-якої комбінації цих способів верхнього шару (2) з товщиною б принаймні 500 мкм, причому вищезгаданий верхній шар здатен до пластичної або в'язкої деформації при температурі деформації, нижчій за 1400 "С.
14. Спосіб за п. 13, який відрізняється тим, що на внутрішній поверхні дна (1а) та/або бокових стінок (15) вищезгаданого кристалізатора після його виготовлення наносять одне або кілька покриттів.
15. Спосіб виготовлення сонячних елементів, який включає такі етапи: - виготовлення заготовки з орієнтованого кристалічного напівпровідникового матеріалу способом за п. 8, де один або кілька центрів кристалізації є кремнієм, в оптимальному варіанті - монокристалічним кремнієм, і вихідний матеріал складається з кремнію та легуючих матеріалів, які застосовують у виробництві кремнієвих заготовок, - нарізання одержаних заготовок на пластини, - подальша обробка пластин для виготовлення сонячних елементів.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP11187970.6A EP2589687A1 (en) | 2011-11-04 | 2011-11-04 | Crucible and method for the production of a (near ) monocrystalline semiconductor ingot |
| PCT/EP2012/071711 WO2013064626A1 (en) | 2011-11-04 | 2012-11-02 | Crucible and method for the production of a (near) monocrystalline semiconductor ingot |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA112879C2 true UA112879C2 (uk) | 2016-11-10 |
Family
ID=47088904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAA201403906A UA112879C2 (uk) | 2011-11-04 | 2012-02-11 | Кристалізатор та спосіб для виробництва монокристалічної напівпровідникової заготовки |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (2) | EP2589687A1 (uk) |
| KR (1) | KR20140091730A (uk) |
| CN (1) | CN104040038B (uk) |
| ES (1) | ES2547684T3 (uk) |
| SG (1) | SG11201401557UA (uk) |
| TW (1) | TWI545234B (uk) |
| UA (1) | UA112879C2 (uk) |
| WO (1) | WO2013064626A1 (uk) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102012100147A1 (de) * | 2012-01-10 | 2012-12-13 | Schott Solar Ag | Verfahren zur Herstellung von mono-, quasimono- oder multikristallinen Metall- oder Halbmetallkörpern |
| CN104711671B (zh) * | 2013-12-11 | 2017-08-25 | 徐州协鑫太阳能材料有限公司 | 坩埚涂层结构、制备方法及坩埚 |
| DE102014207149A1 (de) * | 2014-04-14 | 2015-10-29 | Siltronic Ag | Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls aus Silizium |
| FR3026414B1 (fr) * | 2014-09-26 | 2019-04-12 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Creuset pour la cristallisation de silicium multi-cristallin ou quasi-monocristallin par reprise sur germe |
| TWI593838B (zh) * | 2016-08-04 | 2017-08-01 | 中美矽晶製品股份有限公司 | 晶種的鋪設方法及類單晶晶錠之製作方法 |
| CN107916451B (zh) * | 2017-12-15 | 2019-04-02 | 江苏润弛太阳能材料科技有限公司 | 一种铸造多晶硅免喷坩埚 |
| CN108046846B (zh) * | 2017-12-15 | 2019-02-19 | 江苏润弛太阳能材料科技有限公司 | 一种铸造多晶硅免喷坩埚涂层及其制备方法 |
| EP3894616A1 (en) * | 2018-12-14 | 2021-10-20 | GlobalWafers Co., Ltd. | Ingot puller apparatus that include a doping conduit with a porous partition member for subliming solid dopant |
Family Cites Families (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2009459A1 (de) | 1970-02-28 | 1971-09-09 | Consortium Elektrochem Ind | Verfahren zur Herstellung von Sihciumformkorpern |
| FR2175594B1 (uk) | 1972-03-15 | 1974-09-13 | Radiotechnique Compelec | |
| IT1137729B (it) * | 1981-07-20 | 1986-09-10 | Heliosil Spa | Stampo e procedimento per la fusione di lingotti di silicio atti ad essere utilizzati come materiale per celle solari |
| JPS6144793A (ja) | 1984-08-09 | 1986-03-04 | Toshiba Ceramics Co Ltd | シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボ |
| EP0949358B1 (en) * | 1998-02-26 | 2003-11-12 | Mitsubishi Materials Corporation | Mold for producing silicon ingot and method for fabricating the same |
| JP4444559B2 (ja) | 2002-10-09 | 2010-03-31 | ジャパンスーパークォーツ株式会社 | 石英ガラスルツボの強化方法とシリコン単結晶の引き上げ方法 |
| US20040211496A1 (en) * | 2003-04-25 | 2004-10-28 | Crystal Systems, Inc. | Reusable crucible for silicon ingot growth |
| WO2005092791A1 (ja) | 2004-03-29 | 2005-10-06 | Kyocera Corporation | シリコン鋳造装置および多結晶シリコンインゴットの製造方法 |
| EP1739209A1 (en) * | 2005-07-01 | 2007-01-03 | Vesuvius Crucible Company | Crucible for the crystallization of silicon |
| US7344596B2 (en) | 2005-08-25 | 2008-03-18 | Crystal Systems, Inc. | System and method for crystal growing |
| JP5153636B2 (ja) | 2006-08-30 | 2013-02-27 | 京セラ株式会社 | シリコンインゴット製造用鋳型の形成方法、太陽電池素子用基板の製造方法、および太陽電池素子の製造方法 |
| JP2008088045A (ja) | 2006-09-05 | 2008-04-17 | Sumco Corp | シリコン単結晶の製造方法およびシリコンウェーハの製造方法 |
| FR2908125B1 (fr) | 2006-11-02 | 2009-11-20 | Commissariat Energie Atomique | Procede de purification de silicium metallurgique par solidification dirigee |
| US20100203350A1 (en) * | 2007-07-20 | 2010-08-12 | Bp Corporation Noth America Inc. | Methods and Apparatuses for Manufacturing Cast Silicon from Seed Crystals |
| DE102007038851A1 (de) | 2007-08-16 | 2009-02-19 | Schott Ag | Verfahren zur Herstellung von monokristallinen Metall- oder Halbmetallkörpern |
| DE102007053284A1 (de) | 2007-11-08 | 2009-05-20 | Esk Ceramics Gmbh & Co. Kg | Fest haftende siliciumnitridhaltige Trennschicht |
| US20110259262A1 (en) | 2008-06-16 | 2011-10-27 | Gt Solar, Inc. | Systems and methods for growing monocrystalline silicon ingots by directional solidification |
| EP2391747A1 (en) * | 2009-01-30 | 2011-12-07 | AMG IdealCast Solar Corporation | Seed layers and process of manufacturing seed layers |
| JP5293615B2 (ja) | 2010-01-08 | 2013-09-18 | 信越半導体株式会社 | 単結晶製造装置 |
| JP5480036B2 (ja) | 2010-03-03 | 2014-04-23 | グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 | シリコン単結晶の製造方法 |
| 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 |
-
2011
- 2011-11-04 EP EP11187970.6A patent/EP2589687A1/en not_active Withdrawn
-
2012
- 2012-02-11 UA UAA201403906A patent/UA112879C2/uk unknown
- 2012-10-30 TW TW101140081A patent/TWI545234B/zh not_active IP Right Cessation
- 2012-11-02 KR KR1020147015056A patent/KR20140091730A/ko active IP Right Grant
- 2012-11-02 SG SG11201401557UA patent/SG11201401557UA/en unknown
- 2012-11-02 CN CN201280054094.XA patent/CN104040038B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2012-11-02 EP EP12779085.5A patent/EP2773797B1/en not_active Revoked
- 2012-11-02 WO PCT/EP2012/071711 patent/WO2013064626A1/en active Application Filing
- 2012-11-02 ES ES12779085.5T patent/ES2547684T3/es active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201331429A (zh) | 2013-08-01 |
| CN104040038B (zh) | 2016-11-02 |
| ES2547684T3 (es) | 2015-10-08 |
| TWI545234B (zh) | 2016-08-11 |
| KR20140091730A (ko) | 2014-07-22 |
| EP2773797B1 (en) | 2015-08-05 |
| CN104040038A (zh) | 2014-09-10 |
| SG11201401557UA (en) | 2014-07-30 |
| WO2013064626A1 (en) | 2013-05-10 |
| EP2773797A1 (en) | 2014-09-10 |
| EP2589687A1 (en) | 2013-05-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| UA112879C2 (uk) | Кристалізатор та спосіб для виробництва монокристалічної напівпровідникової заготовки | |
| US8293009B2 (en) | Methods for efficiently making thin semiconductor bodies from molten material for solar cells and the like | |
| US4330358A (en) | Method of producing plate- or tape-shaped silicon crystal bodies having crystalline pillar-like structures therein, equivalent to _crystalline columnar structures, for large surface solar cells | |
| US8647747B2 (en) | Hybrid silicon wafer and method of producing the same | |
| US9388507B2 (en) | Method for manufacturing polycrystalline silicon ingot, and polycrystalline silicon ingot | |
| RU2344206C2 (ru) | Тигель для устройства для получения блока кристаллического вещества и способ его получения | |
| KR20110038040A (ko) | 일방향성 응고에 의한 단결정 실리콘 잉곳 성장 시스템 및 방법 | |
| TWI441962B (zh) | 矽晶鑄錠及其製造方法（一） | |
| KR20120028923A (ko) | 반도체 물질을 포함한 몰드에서 반도체 물질 제품의 제조방법 | |
| AU2009200196A1 (en) | Methods and apparatus for manufacturing semiconductor wafers | |
| US7601618B2 (en) | Method for producing semi-conditioning material wafers by moulding and directional crystallization | |
| CN104769166A (zh) | 从坩埚中的种晶生长硅铸锭的系统和方法及其中所使用的种晶的制造 | |
| KR101281033B1 (ko) | 온도 조절이 용이한 연속주조법을 이용한 태양전지용 실리콘 기판 제조 장치 및 이를 이용한 실리콘 기판 제조 방법 | |
| TWI580825B (zh) | 藉由定向固化作用製備鑄態矽之方法 | |
| KR101080757B1 (ko) | 연속주조법을 이용한 태양전지용 실리콘 기판 직접 제조 장치, 이를 이용하여 제조된 태양전지용 실리콘 기판 및 그 제조 방법 | |
| JP2004196577A (ja) | 多結晶シリコンの製造方法 | |
| TWI573764B (zh) | Containers for silicon ingots | |
| CN103903952B (zh) | 等离子蚀刻装置用硅部件及其制造方法 | |
| EP2619355B1 (en) | Technique to modify the microstructure of semiconducting materials | |
| EP4137248A1 (en) | Method of manufacturing polycrystalline silicon ingot using a crucible in which an oxygen exhaust passage is formed by single crystal or polycrystalline rods | |
| JP6457549B2 (ja) | 材料結晶化のためのハイブリッドるつぼ | |
| US20160141442A1 (en) | Use of silicon nitride as a substrate and a coating material for the rapid solidification of silicon | |
| JP2007176765A (ja) | 薄板製造用基板、薄板製造装置、および薄板製造方法 |