JP2009184922A - Flowable chip, and method for using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、合衆国法典第35巻119条に基づき、2002年2月22日に出願された米国仮出願整理番号60/358,851と2002年11月14日に出願された米国特許出願公開第10/298,129号明細書を基礎として優先権を主張している。 The present invention is based on US Provisional Application Serial No. 60 / 358,851 filed February 22, 2002 and US Patent Application Publication No. Claims priority based on the specification of 10 / 298,129.
本発明は、流動性チップ及び流動性チップを製造・使用する装置並びにその方法に関するものである。流動性チップはチョクラルスキー法においてルツボを再装填する方法で有効である。 The present invention relates to a flowable chip, a device for manufacturing and using the flowable chip, and a method thereof. The flowable chip is effective in a method of reloading the crucible in the Czochralski method.
電子デバイスに用いる多くの半導体チップはチョクラルスキー(CZ)法で製造された単結晶シリコンから作製される。CZ法では、単結晶シリコンインゴットを製造するに際して、ルツボ内の多結晶シリコン原材料を溶融し、平衡温度でルツボと溶融原材料とを安定化し、種結晶を溶融原材料に浸漬し、溶融原材料を種結晶上に結晶化させながら種結晶を引き抜いて単結晶インゴットを成長させていき、インゴットが成長したらインゴットを引き上げる。溶融は、温度1420℃、低圧の不活性ガス雰囲気下で行う。ルツボをほぼ垂直な軸のまわりに連続的に回転させながら、結晶を成長させる。インゴットを溶融原材料から引き上げる速度は、製造するインゴットの所望の直径に合わせて選択される。 Many semiconductor chips used in electronic devices are made from single crystal silicon manufactured by the Czochralski (CZ) method. In the CZ method, when producing a single crystal silicon ingot, the polycrystalline silicon raw material in the crucible is melted, the crucible and the molten raw material are stabilized at an equilibrium temperature, the seed crystal is immersed in the molten raw material, and the molten raw material is seeded. A single crystal ingot is grown by pulling out the seed crystal while crystallizing upward, and when the ingot grows, the ingot is pulled up. Melting is performed in an inert gas atmosphere at a temperature of 1420 ° C. and a low pressure. Crystals are grown while the crucible is continuously rotated about a substantially vertical axis. The speed at which the ingot is pulled up from the molten raw material is selected according to the desired diameter of the ingot to be produced.
多結晶シリコンは、粒状物を形成するための流動層反応器法を用いて得ることができる。あるいは、多結晶シリコンは真空容器において化学的気相成長法(CVD)を用いて製造することができる。CVD法で製造された多結晶シリコンは、ロッド、チャンク、チップあるいはそれらの集合体のような適当な大きさの破片に砕いてあるいは切断してからルツボに入れてもよい。多結晶シリコンは溶かされて溶融シリコンとされる。 Polycrystalline silicon can be obtained using a fluidized bed reactor process to form particulates. Alternatively, polycrystalline silicon can be produced using chemical vapor deposition (CVD) in a vacuum vessel. Polycrystalline silicon produced by the CVD method may be crushed or cut into pieces of an appropriate size such as rods, chunks, chips or aggregates thereof, and then placed in a crucible. Polycrystalline silicon is melted to form molten silicon.
CZ法の欠点の一つは、装填された多結晶シリコンが溶融するときに、ルツボの半分しか溶融シリコンが入っていないことである。これは不規則な形状の破片が装填されたルツボ内に隙間が残ってしまうためであり、それによって、結晶引き上げ装置の使用が非効率的になっている。従って、装填物を溶融後でかつ種結晶化の開始前に効率的に充填する方法の開発が望まれている。 One of the disadvantages of the CZ method is that when the loaded polycrystalline silicon melts, only half of the crucible contains molten silicon. This is because a gap remains in the crucible loaded with irregularly shaped fragments, which makes the use of the crystal pulling device inefficient. Therefore, it is desirable to develop a method for efficiently filling the charge after melting and before the start of seed crystallization.
CZ法の他の欠点は、ルツボが使用により劣化しかつ溶融シリコンの中に不純物が混入するおそれがあるので、通常はルツボを一回の引き上げ毎に交換しなければならないことである。新しいルツボは高価であり、使用したルツボを処分するのも高価である。このため、多数回のインゴットの引き上げに継続して使用でき、溶融シリコンへの汚染物(コンタミネーション)の混入が低減された改良型ルツボの開発が進められている。そのため、最初のインゴット及びそれ以降のインゴットの引き上げ中あるいは引き上げ後に、ルツボに効率よく再装填することが必要である。これまで、溶融物を充填し、ルツボに再装填する種々の方法が提案されてきた。 Another disadvantage of the CZ method is that the crucible usually has to be replaced after every pull-up, since the crucible may deteriorate with use and impurities may be mixed into the molten silicon. New crucibles are expensive and disposal of used crucibles is also expensive. For this reason, the development of an improved crucible that can be continuously used for pulling up an ingot many times and in which contamination (contamination) in molten silicon is reduced has been promoted. Therefore, it is necessary to efficiently reload the crucible during or after the first ingot and subsequent ingots are pulled up. So far, various methods have been proposed for filling the melt and reloading the crucible.
一の方法は、インゴットを引き上げ後に、つまり最初の装填溶融物を充填するために、(エチル社又はMEMC製の粒状材料等の)流動層法で製造された粒状多結晶シリコンを、ルツボに残っている溶融ヒールに装填するというものである。しかし、この方法は、流動層法で製造された粒状多結晶シリコンに水素が混入しているという欠点を有する。ヒールの上に粒状多結晶シリコンをつぎ足すとき、水素が開放され、それにより粒状物が破裂する場合がある。これによって、溶融シリコンがはね散り、ルツボが破損することがある。 One method is to leave granular polycrystalline silicon produced in a fluidized bed process (such as granular material from Ethyl or MEMC) in the crucible after pulling up the ingot, that is, to fill the initial charge melt. It is to load the melt heel. However, this method has a drawback that hydrogen is mixed in granular polycrystalline silicon produced by the fluidized bed method. When granular polycrystalline silicon is added over the heel, hydrogen is released, which may cause the granular material to rupture. This can cause the molten silicon to splash and break the crucible.
他の方法は、インゴットを引き上げている間に、ルツボに粒状多結晶シリコンをつぎ足すものである。しかし、この方法は、粒度が小さいために、適度なつぎ足し速度となるような十分な時間でも粒状多結晶シリコンを溶融するのが困難であるという欠点がある。この小さい粒子を溶融するのにさらに熱が必要となるため、新たにコストがかかり、ルツボの劣化が加速する。ルツボの劣化の加速によって、ルツボの寿命が短縮し、コストが増大する。粒状多結晶シリコンつぎ足し速度が速すぎて粒状物が十分に溶融しない場合には、引き上げられるインゴットの表面が損傷し、転位が生じ、単結晶性を損なうことになる。さらに、粒状多結晶シリコンは多量のダストを含むかもしれない。ダストは、引き上げ装置のハウジングに汚染物の問題が生じ、引き上げられたインゴットの表面に付き、転位を発生させ、結晶の歩留まりを低下させる可能性がある。これはまた、再溶融及び再引き上げが必要となるため、工程時間を長くすることにもなる。 Another method is to add granular polycrystalline silicon to the crucible while pulling up the ingot. However, this method has a drawback that it is difficult to melt the granular polycrystalline silicon even for a sufficient period of time so as to achieve an appropriate addition speed because the particle size is small. Since more heat is required to melt these small particles, new costs are incurred and crucible degradation is accelerated. Accelerating crucible degradation shortens crucible life and increases costs. When the granular polycrystalline silicon addition speed is too high and the granular material is not sufficiently melted, the surface of the ingot to be pulled is damaged, dislocation occurs, and single crystallinity is impaired. In addition, granular polycrystalline silicon may contain a large amount of dust. Dust can cause contamination problems in the housing of the pulling device and can stick to the surface of the pulled ingot, causing dislocations and reducing crystal yield. This also increases process time because remelting and redrawing is required.
結局、粒状多結晶シリコンは、用途によっては、粒状物を再装填するのに用いられる工程に関わりなく、純度が低すぎる。 Eventually, the granular polycrystalline silicon is too low in purity, depending on the application, regardless of the process used to reload the granular material.
化学的気相成長法によって製造され断片に砕かれた多結晶シリコンロッドを用いる試みは、純度あるいはサイズの問題のために、ルツボの再充填のためには向けられてこなかった。比較的大きなサイズの多結晶シリコン片をルツボの再充填に用いると、ルツボ及び再装填装置を損傷するという欠点を生ずる。多結晶シリコン片をさらに小さなサイズに砕くと、不純物による汚染のため、多結晶シリコン片がルツボ再装填工程での使用には適さないものとなってしまう。 Attempts to use polycrystalline silicon rods produced by chemical vapor deposition and broken into pieces have not been directed to crucible refilling due to purity or size issues. The use of relatively large sized pieces of polycrystalline silicon for crucible refilling has the disadvantage of damaging the crucible and reloading device. If the polycrystalline silicon piece is broken into smaller sizes, the polycrystalline silicon piece becomes unsuitable for use in the crucible reloading process due to contamination by impurities.
本発明は、流動性チップ及び流動性チップを製造・使用する装置並びにその方法に関するものである。
流動性チップは、化学的気相成長法で製造されかつ0.03ppmaを超えないレベルのバルク不純物と15ppbaを超えないレベルの表面不純物とを有する多結晶シリコン片で構成される多結晶シリコン片群であって、しかも制御された粒度分布を有しかつ概して非球状モルフォロジィを有する多結晶シリコン片群から成る。
流動性チップは:
a)多結晶シリコンロッドを細分化する段階と、
b)段階a)での生成物をステップデッキ選別器を用いて選別することにより粒度分布を制御する段階と、
c)段階a)あるいは段階b)またはその両方の段階での生成物から不純物を除去する段階、を備えた方法によって製造してもよい。段階b)は、ステップデッキ選別器を用いて実施してもよい。段階c)は、段階a)あるいは段階b)またはその両方の段階での生成物を磁場に曝すことを含んでもよい。段階c)は、段階b)での生成物を表面清浄化処理することを含んでもよい。
The present invention relates to a flowable chip, a device for manufacturing and using the flowable chip, and a method thereof.
A flowable chip is manufactured by chemical vapor deposition and has a bulk silicon impurity level not exceeding 0.03 ppma and a polycrystalline silicon fragment group having a surface impurity level not exceeding 15 ppba. And consisting of a group of polycrystalline silicon pieces having a controlled particle size distribution and generally having a non-spherical morphology.
Flowable chips are:
a) subdividing the polycrystalline silicon rod;
b) controlling the particle size distribution by sorting the product from step a) using a step deck sorter;
c) removing impurities from the product in step a) or step b) or both steps. Step b) may be performed using a step deck sorter. Step c) may comprise exposing the product of step a) or step b) or both to a magnetic field. Step c) may comprise surface cleaning the product from step b).
本発明はさらに、チョクラルスキー法で使用するルツボを流動性チップを用いて再装填する方法に関するものである。この方法は:
a)チョクラルスキー法でルツボからシリコンインゴットを引き上げる段階と;
b)ルツボ内の溶融シリコンに流動性チップを加える段階であって、該流動性チップが、化学的気相成長法で製造されかつ低レベルのバルク不純物と低レベルの表面不純物とを有する多結晶シリコン粒子で構成される多結晶シリコン粒子群であって、しかも制御された粒度分布を有しかつ概して非球状モルフォロジィを有する多結晶シリコン粒子群から成るところの段階と;
c)任意でルツボにドーパントを加える段階と、を備えている。
尚、本発明で用いる流動性チップは、低レベルのバルク不純物と低レベルの表面不純物とを有する多結晶シリコン片で構成される多結晶シリコン片群から成り、しかも制御された粒度分布を有しかつ概して非球状モルフォロジィを有する多結晶シリコン片群のみから成るのが好ましい。
The present invention further relates to a method of reloading a crucible used in the Czochralski method using a flowable tip. This method is:
a) pulling the silicon ingot from the crucible by the Czochralski method;
b) adding a flowable tip to the molten silicon in the crucible, wherein the flowable tip is manufactured by chemical vapor deposition and has a low level of bulk impurities and a low level of surface impurities A stage comprising a group of polycrystalline silicon particles composed of silicon particles and having a controlled particle size distribution and generally a non-spherical morphology;
c) optionally adding a dopant to the crucible.
The flowable chip used in the present invention comprises a group of polycrystalline silicon pieces composed of polycrystalline silicon pieces having low level bulk impurities and low level surface impurities, and has a controlled particle size distribution. And it is preferable that it consists only of a group of polycrystalline silicon having a non-spherical morphology.
本発明はさらに;
a)チョクラルスキー法でルツボからシリコンインゴットを引き上げ、ルツボにヒールを残す段階と;
b)ヒールの少なくとも表面を固化させる段階と;
c)ヒールの表面に流動性チップを加える段階であって、該流動性チップが、化学的気相成長法で製造されかつ低レベルのバルク不純物と低レベルの表面不純物とを有する多結晶シリコン粒子で構成される多結晶シリコン粒子群であって、しかも1mmから12mmの制御粒度分布を有しかつ概して非球状モルフォロジィを有する多結晶シリコン粒子群から成るところの段階と;
d)任意でルツボにドーパントを加える段階と、を備えている。
尚、本発明で用いる流動性チップは、低レベルのバルク不純物と低レベルの表面不純物とを有する多結晶シリコン粒子で構成される多結晶シリコン粒子群であって、1mmから12mmの制御粒度分布を有しかつ概して非球状モルフォロジィを有する多結晶シリコン粒子群のみから成るのが好ましい。
The present invention further includes:
a) lifting the silicon ingot from the crucible by the Czochralski method and leaving the heel in the crucible;
b) solidifying at least the surface of the heel;
c) adding a flowable tip to the surface of the heel, wherein the flowable tip is manufactured by chemical vapor deposition and has low levels of bulk impurities and low levels of surface impurities And comprising a group of polycrystalline silicon particles having a controlled particle size distribution of 1 mm to 12 mm and generally having a non-spherical morphology;
d) optionally adding a dopant to the crucible.
The flowable chip used in the present invention is a group of polycrystalline silicon particles composed of polycrystalline silicon particles having low level bulk impurities and low level surface impurities, and has a controlled particle size distribution of 1 mm to 12 mm. It preferably comprises only a group of polycrystalline silicon particles having and generally having a non-spherical morphology.
量、比及び割合は全て重量で示し、そうでない場合には明示する。以下は本明細書で使用する定義リストである。 All quantities, ratios and proportions are given by weight and are otherwise indicated. The following is a definition list used in this specification.
<定義>
“A”及び“an”とはいずれも、一又は二以上を意味する。
<Definition>
“A” and “an” both mean one or more.
“ブラインド(Blinding)”とは、ステップデッキ選別器において2つのデッキ間のギャップが目詰まりし、多結晶シリコン片がギャップを通過できなくなり、そのため、ステップデッキ選別器が選別手段として機能しなくなることを意味する。 “Blinding” means that the gap between two decks is clogged in the step deck sorter, and the piece of polycrystalline silicon cannot pass through the gap, so that the step deck sorter does not function as a sorting means. Means.
“装填最大化(charge maximization)”は、無作為に満たすことによって得られる量以上に溶融物の量を増大する方法によって、鋳型あるいはルツボのような容器を種々のサイズ及び形状を有する多結晶シリコンで満たす工程を意味する。 “Charge maximization” is the process of increasing the amount of melt over that obtained by random filling, by using polycrystalline silicon with various sizes and shapes for containers such as molds or crucibles. Means the process of filling
“充填”は、鋳型あるいはルツボのような容器を多結晶シリコンで満たす工程を意味し、ここで、この多結晶シリコンは溶融され、その後、溶融物の量を増加するためにさらに多結晶シリコンがつぎ足される。 “Filling” means the process of filling a container, such as a mold or crucible, with polycrystalline silicon, where the polycrystalline silicon is melted and then further polycrystalline silicon is added to increase the amount of melt. It is added.
“化学的気相成長法”は、多結晶シリコンを製造するために流動層反応器法を含まない化学的気相成長法を全て意味する。化学的気相成長法の例としては、ジーメンス方式の成長法がある。 “Chemical vapor deposition” refers to all chemical vapor deposition methods that do not include a fluidized bed reactor method to produce polycrystalline silicon. As an example of chemical vapor deposition, there is a Siemens growth method.
“細分化する”は、破砕し、切断し、あるいはすり砕いて小さな粒子にすることを意味する。細分化には、多結晶ロッドを破片まで小さくするいかなる方法も含み、ロッドを切断してからそれらを種々の方法で破砕することには限定しない。 “Subdivide” means crushing, cutting, or grinding into small particles. Fragmentation includes any method that reduces polycrystalline rods to fragments and is not limited to cutting the rods and then crushing them in various ways.
“制御された粒度分布(制御粒度分布)”は、粒子群において少なくとも75%の粒子が特定の範囲の粒度を有することを意味する。例えば、4mmから12mmの制御された粒度とは少なくとも75%の粒子が4mmから12mmの範囲にあり、残りの最大25%までの粒子が4mmから12mmの範囲外にあることを意味する。 “Controlled particle size distribution” means that at least 75% of the particles in the particle group have a specific range of particle sizes. For example, a controlled particle size of 4 mm to 12 mm means that at least 75% of the particles are in the range of 4 mm to 12 mm and the remaining up to 25% of the particles are outside the range of 4 mm to 12 mm.
“ドナー”は、シリコンへ電子を供与する原子を意味する。ドナーにはアンチモン、砒素及び燐が含まれる。 “Donor” means an atom that donates electrons to silicon. Donors include antimony, arsenic and phosphorus.
“流動性”は、装置に振動エネルギーを付与して粒子同士が結合した網状構造を形成するのを抑制するときを含めて、粒子同士が結合することなく、多数の固体粒子について移送装置を通過して移動する能力を意味する。 “Fluidity” means that a large number of solid particles pass through a transfer device without bonding between particles, including when vibrational energy is applied to the device to prevent the formation of a network structure where particles are bonded. Means the ability to move.
“流動性チップ”は、低レベルのバルク不純物と低レベルの表面不純物とを有する多結晶シリコン粒子で構成される多結晶シリコン粒子群であって、制御粒度分布を有しかつ概して非球状モルフォロジィを有する多結晶シリコン粒子群を意味する。 A “flowable chip” is a group of polycrystalline silicon particles composed of polycrystalline silicon particles having low levels of bulk impurities and low levels of surface impurities, having a controlled particle size distribution and generally non-spherical morphology. Means a group of polycrystalline silicon particles.
“粒状”及び“顆粒”はいずれも、流動層法によって製造されかつ6mm若しくはそれ以下の粒度を有する多結晶シリコン粒子を意味する。顆粒は通常球状若しくはほぼ球状である。 “Granular” and “granular” both mean polycrystalline silicon particles produced by a fluidized bed process and having a particle size of 6 mm or less. Granules are usually spherical or nearly spherical.
“ヒール”は容器に残ったある量のシリコンを意味する。残留物は、インゴットをルツボから引き上げた後にルツボに残ったシリコンの塊、及び、充填前の容器内の装填物を溶融することで生じる溶融シリコンの塊を含む。 “Heel” means a certain amount of silicon left in the container. The residue includes a lump of silicon remaining in the crucible after the ingot is lifted from the crucible, and a lump of molten silicon generated by melting the charge in the container before filling.
“粒度”は、粒子上の2点の間の最長の距離を意味する。例えば、球状粒子の場合には、粒度は直径である。 “Granularity” means the longest distance between two points on a particle. For example, in the case of spherical particles, the particle size is the diameter.
略記“ppba”は、シリコン原子数に対して10億分の1の原子数を意味する。 The abbreviation “ppba” means one billionth of an atom with respect to the number of silicon atoms.
略記“ppma”は、シリコン原子数に対して100万分の1の原子数を意味する。 The abbreviation “ppma” means 1 / 1,000,000 atom number with respect to silicon atom number.
<流動性チップ>
流動性チップは、制御粒度分布を有する多結晶シリコン粒子群である。制御粒度分布は0.2mmから45mmでもよいし、あるいは、1mmから25mmでもよいし、あるいは、1mmから20mmでもよいし、あるいは、3mmから20mmでもよいし、あるいは、4mmから12mmでもよいし、あるいは、4mmから10mmでもよいし、あるいは、1mmから12mmでもよいし、あるいは、1mmから8mmでもよい。しかしながら、精確に制御される粒度分布では、流動性チップが使用される方法と流動性チップを供給するのに用いられる装置とを含む種々の因子に基づいて選択する。例えば、CZ法あるいは電子グレード用途又はその両方で使用される流動性チップでは制御粒度分布は2mmから45mmでもよい。また、鋳造法のような太陽電池グレード用途に使用される流動性チップでは、制御粒度分布は0.2mmから45mmでもよい。
<Fluidity chip>
A flowable chip is a group of polycrystalline silicon particles having a controlled particle size distribution. The controlled particle size distribution may be from 0.2 mm to 45 mm, alternatively from 1 mm to 25 mm, alternatively from 1 mm to 20 mm, alternatively from 3 mm to 20 mm, alternatively from 4 mm to 12 mm, or It may be 4 mm to 10 mm, or 1 mm to 12 mm, or 1 mm to 8 mm. However, a precisely controlled particle size distribution is selected based on a variety of factors including the method in which the flowable tip is used and the equipment used to supply the flowable tip. For example, the control particle size distribution may be from 2 mm to 45 mm for flowable chips used in the CZ method or electronic grade applications or both. In addition, in a flowable chip used for solar cell grade applications such as casting, the control particle size distribution may be 0.2 mm to 45 mm.
用途によっては、制御粒度分布は4mmから12mmであってもよいし、あるいは、4mmから8mmであってもよいし、あるいは、4mmから6mmであってもよい。理論によって限定することを意図するものではないが、制御粒度分布を4mmから12mmの範囲のうちの低めに設定することによって、溶融シリコンを収容しているルツボに流動性チップを加えるときのはね散りが最小になると考えられている。また、用途によっては、制御粒度分布は9mmから12mmであってもよいし、あるいは、10mmから12mmであってもよい。理論によって限定することを意図するものではないが、制御粒度分布を4mmから12mmの範囲のうちの低めに設定することによって、少なくとも部分的に固化したヒールを含むルツボに流動性チップを加えるときのはね散りが最小になると考えられている。 Depending on the application, the controlled particle size distribution may be 4 mm to 12 mm, 4 mm to 8 mm, or 4 mm to 6 mm. While not intending to be limited by theory, the splash when adding a flowable tip to a crucible containing molten silicon by setting the control particle size distribution to be lower in the range of 4 mm to 12 mm. It is believed that scattering is minimized. Depending on the application, the control particle size distribution may be 9 mm to 12 mm, or 10 mm to 12 mm. While not intending to be limited by theory, when adding a flowable tip to a crucible containing an at least partially solidified heel by setting the control particle size distribution to be lower in the range of 4 mm to 12 mm Splashing is believed to be minimal.
本明細書で開示した範囲は、範囲自体を開示するだけでなく、範囲の境界も含めて、その範囲に包含されるいかなる範囲をも開示するものである。例えば、4mmから12mmの範囲の開示には、4mmから12mmの範囲だけでなく、4mmも5mmも7mmも11mmも12mmもその他この範囲の中に含まれる他の数値も含まれる。また、例えば、4mmから12mmの範囲の開示には、4mmから8mmも、9mmから10mmも、9mmから12mmも、10mmから12mmも、その他その範囲の中に含まれる他の部分範囲と同様に含まれるし、また、ここで開示した範囲と等価な範囲も同様に含まれる。 The ranges disclosed herein disclose not only the ranges themselves, but also any ranges that are encompassed by the ranges, including the boundaries of the ranges. For example, disclosure of the range of 4 mm to 12 mm includes not only the range of 4 mm to 12 mm but also other numerical values included in this range, such as 4 mm, 5 mm, 7 mm, 11 mm, and 12 mm. Further, for example, the disclosure of the range of 4 mm to 12 mm includes 4 mm to 8 mm, 9 mm to 10 mm, 9 mm to 12 mm, and 10 mm to 12 mm as well as other partial ranges included in the range. In addition, ranges equivalent to the ranges disclosed herein are also included.
流動性チップのモルフォロジィは通常非球状である。正確なモルフォロジィは流動性チップを作るのに用いる方法に依存する。例えば、ここで開示した方法、欧州特許出願公開第0539097号明細書等において開示されたような低汚染衝撃工具で叩いて多結晶シリコンロッドを手作業で壊すことによって流動性チップを製造すると、モルフォロジィは不規則になる。 The morphology of flowable chips is usually non-spherical. The exact morphology depends on the method used to make the flowable chip. For example, when a flowable chip is produced by manually breaking a polycrystalline silicon rod by hitting it with a low-contamination impact tool such as disclosed in the method disclosed herein, such as disclosed in European Patent Application No. 0539097, etc., Becomes irregular.
流動性チップは、ホウ素、ドナー、燐、炭素及び全ての金属のバルク不純物を低レベルでしか有さない。バルク不純物のレベルは0.2ppmaより小さいかあるいはそれと等しくてもよく、又は、0.03ppmaより小さいかあるいはそれと等しくてもよく、又は、0.025ppmaより小さいかあるいはそれと等しくてもよい。ホウ素のレベルは0.06ppbaより小さいかあるいはそれと等しくてもよい。しかしながら、用途によっては、例えば、ホウ素をドーパントとして用いる場合等では、ホウ素のレベルは20ppbaより小さいかあるいはそれと等しくてもよく、又は、5ppbaから20ppbaの範囲でもよい。 The flowable tip has low levels of bulk impurities of boron, donor, phosphorus, carbon and all metals. The level of bulk impurities may be less than or equal to 0.2 ppma, may be less than or equal to 0.03 ppma, or may be less than or equal to 0.025 ppma. The boron level may be less than or equal to 0.06 ppba. However, depending on the application, for example, when boron is used as a dopant, the level of boron may be less than or equal to 20 ppba or in the range of 5 ppba to 20 ppba.
ドナーのレベルは0.30ppbaより小さいかあるいはそれと等しくてもよい。流動性チップは、0.02ppbaより小さいかあるいはそれと等しいか、又は、0.015ppbaより小さいかあるいはそれと等しいレベルの燐を有してもよい。炭素のレベルは0.17ppbaより小さいかあるいはそれと等しくてもよい。バルク金属不純物の全レベルは4.5ppbaより小さいかあるいはそれと等しくてもよく、又は、1ppbaより小さいかあるいはそれと等しくてもよい。バルク金属不純物には、Cr、Cu、Fe及びNiが含まれる。流動性チップは、0.01ppbaより小さいかあるいはそれと等しいバルクレベルのCrを有してもよい。流動性チップは、0.01ppbaより小さいかあるいはそれと等しいバルクレベルのCuを有してもよい。流動性チップは、0.01ppbaより小さいかあるいはそれと等しいバルクレベルのFeを有してもよい。流動性チップは、0.01ppbaより小さいかあるいはそれと等しいバルクレベルのNiを有してもよい。 The donor level may be less than or equal to 0.30 ppba. The flowable chip may have a level of phosphorus less than or equal to 0.02 ppba, or less than or equal to 0.015 ppba. The level of carbon may be less than or equal to 0.17 ppba. The total level of bulk metal impurities may be less than or equal to 4.5 ppba, or may be less than or equal to 1 ppba. Bulk metal impurities include Cr, Cu, Fe and Ni. The flowable tip may have a bulk level of Cr less than or equal to 0.01 ppba. The flowable tip may have a bulk level of Cu that is less than or equal to 0.01 ppba. The flowable tip may have a bulk level of Fe that is less than or equal to 0.01 ppba. The flowable tip may have a bulk level of Ni less than or equal to 0.01 ppba.
バルク金属不純物は、米国特許第4,912,528号明細書、米国特許第5,361,128号明細書、及び米国特許第5,436,164号明細書で開示されたフロートゾーン法や本明細書の例3で示した方法のような公知の方法によって測定することができる。 Bulk metal impurities can be obtained by the float zone method disclosed in U.S. Pat. No. 4,912,528, U.S. Pat. No. 5,361,128, and U.S. Pat. It can be measured by a known method such as the method shown in Example 3 of the specification.
流動性チップは低レベルの全表面不純物を有する。表面不純物の全レベルは30ppbaより小さいかあるいはそれと等しくてもよく、又は、15ppbaより小さいかあるいはそれと等しくてもよく、又は、4.5ppbaより小さいかあるいはそれと等しくてもよい。表面不純物にはCo、Cr、Cu、Fe、Na、Ni、W及びZnが含まれる。 The flowable chip has a low level of total surface impurities. The total level of surface impurities may be less than or equal to 30 ppba, may be less than or equal to 15 ppba, or may be less than or equal to 4.5 ppba. The surface impurities include Co, Cr, Cu, Fe, Na, Ni, W, and Zn.
図4で示したようなジョークラッシャーと図5から図8で示したようなステップデッキ選別器とを用いて以下に記載した方法によって流動性チップを製造すると、流動性チップはさらに少ない量の表面不純物を有し得る。例えば、流動性チップは、0.06ppbaより小さいかあるいはそれと等しい量、又は、0.02ppbaより小さいかあるいはそれと等しい量、又は、0.01ppbaより小さいかあるいはそれと等しい量、又は、0.004ppbaより小さいかあるいはそれと等しい量のCrを有し得る。流動性チップは、0.15ppbaより小さいかあるいはそれと等しい量、又は、0.03ppbaより小さいかあるいはそれと等しい量、又は、0.02ppbaより小さいかあるいはそれと等しい量、又は、0.01ppbaより小さいかあるいはそれと等しい量のCuを有し得る。流動性チップは、18ppbaより小さいかあるいはそれと等しい量、又は、10ppbaより小さいかあるいはそれと等しい量、又は、9ppbaより小さいかあるいはそれと等しい量、又は、7ppbaより小さいかあるいはそれと等しい量のFeを有し得る。流動性チップは、0.9ppbaより小さいかあるいはそれと等しい量、又は、0.8ppbaより小さいかあるいはそれと等しい量、又は、0.5ppbaより小さいかあるいはそれと等しい量、又は、0.4ppbaより小さいかあるいはそれと等しい量のNaを有し得る。流動性チップは、0.1ppbaより小さいかあるいはそれと等しい量、又は、0.07ppbaより小さいかあるいはそれと等しい量、又は、0.04ppbaより小さいかあるいはそれと等しい量、又は、0ppbaのNiを有し得る。流動性チップは、0.6ppbaより小さいかあるいはそれと等しい量、又は、0.5ppbaより小さいかあるいはそれと等しい量、又は、0.4ppbaより小さいかあるいはそれと等しい量、又は、0.3ppbaより小さいかあるいはそれと等しい量のZnを有し得る。 When the flowable chip is manufactured by the method described below using the jaw crusher as shown in FIG. 4 and the step deck sorter as shown in FIGS. 5 to 8, the flowable chip has a smaller amount of surface. May have impurities. For example, the flowable chip is less than or equal to 0.06 ppba, or less than or equal to 0.02 ppba, or less than or equal to 0.01 ppba, or more than 0.004 ppba. It can have a small or equal amount of Cr. Is the flowable chip less than or equal to 0.15 ppba, or less than or equal to 0.03 ppba, or less than or equal to 0.02 ppba, or less than 0.01 ppba? Alternatively, it may have an equal amount of Cu. The flowable chip has an amount of Fe less than or equal to 18 ppba, or less than or equal to 10 ppba, or less than or equal to 9 ppba, or less than or equal to 7 ppba. Can do. Is the flowable chip less than or equal to 0.9 ppba, or less than or equal to 0.8 ppba, or less than or equal to 0.5 ppba, or less than 0.4 ppba? Or it may have an equal amount of Na. The flowable chip has an amount less than or equal to 0.1 ppba, or an amount less than or equal to 0.07 ppba, or an amount less than or equal to 0.04 ppba, or 0 ppba Ni. obtain. Is the flowable chip less than or equal to 0.6 ppba, or less than or equal to 0.5 ppba, or less than or equal to 0.4 ppba, or less than 0.3 ppba? Alternatively, it may have an equivalent amount of Zn.
表面の純度は、米国特許第5,851,303号明細書で開示された方法のような公知の方法によって測定することができる。 Surface purity can be measured by known methods, such as the method disclosed in US Pat. No. 5,851,303.
流動性チップは低レベルのダストも有し得る。理論によって限定することを意図するものではないが、流動性チップをルツボに加えると、低レベルのダストが溶融を容易にし、結晶転位速度を低下させると思われる。 Flowable chips can also have low levels of dust. While not intending to be limited by theory, it is believed that when flowable chips are added to the crucible, low levels of dust facilitate melting and reduce the crystal dislocation rate.
流動性チップは残留気体の含有量が低いことがあり得る。流動性チップは水素を全く含まないか、あるいは、流動層法によって製造した顆粒より少ないレベルの水素しか含まないことがあり得る。流動性チップの水素含有量は、0から3600ppba、あるいは、0から1300ppba、あるいは、0から800ppba、あるいは、800から1300ppbaであることがあり得る。流動性チップは低レベルの塩素を含み得る。流動性チップの塩素含有量は、0から300ppba、あるいは、20から120ppba、あるいは、25から110ppba、あるいは、30から100ppba、あるいは、50から65ppbaであることがあり得る。
尚、本発明の流動性チップは、0.03ppmaを超えないレベルのバルク不純物と15ppbaを超えないレベルの表面不純物とを有する多結晶シリコン片で構成される多結晶シリコン片群であって、しかも制御された粒度分布を有しかつ概して非球状モルフォロジィを有する多結晶シリコン片群のみから成るのが好ましい。
The flowable chip can have a low residual gas content. The flowable chips may contain no hydrogen at all, or may contain less levels of hydrogen than granules produced by the fluidized bed process. The hydrogen content of the flowable chip can be from 0 to 3600 ppba, alternatively from 0 to 1300 ppba, alternatively from 0 to 800 ppba, alternatively from 800 to 1300 ppba. The flowable tip can contain low levels of chlorine. The chlorine content of the flowable chip can be from 0 to 300 ppba, alternatively from 20 to 120 ppba, alternatively from 25 to 110 ppba, alternatively from 30 to 100 ppba, alternatively from 50 to 65 ppba.
The flowable chip of the present invention is a group of polycrystalline silicon pieces composed of polycrystalline silicon pieces having a bulk impurity level not exceeding 0.03 ppma and a surface impurity level not exceeding 15 ppba, Preferably, it consists solely of a group of polycrystalline silicon pieces having a controlled particle size distribution and generally having a non-spherical morphology.
<流動性チップを製造する方法>
流動性チップは:
a)多結晶シリコンロッドを破砕し又は切断する段階と;
b)段階a)の生成物を選別して粒度分布を制御する段階と;
任意で、c)段階a)あるいは段階b)またはその両方の段階での生成物を表面清浄化処理する段階;を含む方法によって製造してもよい。
<Method for producing a flowable chip>
Flowable chips are:
a) crushing or cutting the polycrystalline silicon rod;
b) selecting the product of step a) to control the particle size distribution;
Optionally, it may be produced by a method comprising: c) surface cleaning the product of step a) or step b) or both.
流動性チップ生成物は、上述の方法にさらに:
d)段階a)、段階b)、又は段階c)の生成物を包装する段階;を含む方法によって製造することができる。
The flowable chip product is further added to the method described above:
d) packaging the product of step a), step b), or step c).
また、流動性チップは:
a)多結晶シリコンロッドを細分化する段階と;
b)段階a)の生成物を選別して粒度分布を制御する段階と;
c)段階a)あるいは段階b)またはその両方の段階での生成物から不純物を除去する段階;を含む方法によって製造してもよい。
And the flowable chip is:
a) subdividing the polycrystalline silicon rod;
b) selecting the product of step a) to control the particle size distribution;
c) removing impurities from the product of step a) or step b) or both steps.
流動性チップ生成物は上述の方法にさらに:
d)段階a)、段階b)又は段階c)の生成物を包装する段階と;を含む方法によって製造することができる。
The flowable chip product is further to the method described above:
d) packaging the product of step a), step b) or step c).
<多結晶シリコンの製造>
多結晶シリコンロッドは公知の方法で製造することができる。例えば、高純度の塩素ガスあるいはシランガスの加熱基板上への化学的気相成長を含む化学的気相成長法によって多結晶シリコンロッドを製造することができる。「半導体シリコン技術ハンドブック(Handbook of Semiconductor Silicon Technology)」(ウイリアム オマラ(William C.O'Mara)、ロバート へリング(Robert B.Herring)及びリー フント(Lee P.Hunt)編著、ノイス出版、パークリッジ、ニュージャージー州、米国、1990年)の第2章第39−58頁を参照されたい。
<Manufacture of polycrystalline silicon>
The polycrystalline silicon rod can be manufactured by a known method. For example, a polycrystalline silicon rod can be manufactured by a chemical vapor deposition method including chemical vapor deposition on a heated substrate of high-purity chlorine gas or silane gas. "Handbook of Semiconductor Silicon Technology" (William C. O'Mara), edited by Robert B. Herring and Lee P. Hunt, Neuss Publishing, Park Ridge , New Jersey, USA, 1990), Chapter 2, pages 39-58.
<多結晶シリコンの細分化>
多結晶シリコンロッドは、例えば、鋸で切断することによって、又は、欧州特許出願公開第0539097号明細書に開示されたような低汚染衝撃工具で叩くことによって細分化することができる。または、ジョークラッシャーによって多結晶シリコンロッドを細分化してもよい。または、多結晶シリコンロッドは低汚染衝撃工具で叩くことによって細分化し、その結果細分化されたロッドをさらにジョークラッシャーによってさらに細分化してもよい。また、多結晶シリコンロッドを鋸で切断することによって細分化し、次いで、低汚染衝撃工具で叩き、ジョークラッシャーによってさらに細分化してもよい。適当なジョークラッシャーの例を図4に示す。ジョークラッシャー400は固定顎板402を搭載したフレームアセンブリ401を備えている。可動顎板403が固定顎板402に対面している。顎板402及び403の間には顎空洞404が形成している。多結晶シリコンはホッパー425から顎空洞404へ移送することができる。
<Division of polycrystalline silicon>
Polycrystalline silicon rods can be subdivided, for example, by sawing or by tapping with a low-contamination impact tool such as disclosed in EP 0 590 097. Alternatively, the polycrystalline silicon rod may be subdivided with a jaw crusher. Alternatively, the polycrystalline silicon rod may be subdivided by hitting with a low-contamination impact tool, and the subdivided rod may be further subdivided by a jaw crusher. Alternatively, the polycrystalline silicon rod may be subdivided by cutting with a saw, then hit with a low-contamination impact tool, and further subdivided with a jaw crusher. An example of a suitable jaw crusher is shown in FIG. The
可動顎板403はピットマンキャリヤアセンブリ405に備え付けられている。ピットマンキャリヤアセンブリ405は、一端で偏心軸407を、他端でテンションロッドピン408を囲繞するピットマンベアリング406に結合されている。偏心軸407はフライホイール409に備え付けられている。モータ410がフライホイール409の回りのベルト411を駆動する。フライホイール409は偏心軸407を回転させて、固定顎板402に対して楕円状の動きで可動顎板403を動かす。回転速度は300から400回/分(r.p.m)でもよい。モータ410はベースに備え付けられている。可動顎板403の動きによって、顎空洞404内の多結晶シリコンを砕く。得られた多結晶シリコン片の粒度は多結晶シリコン片について十分に低減されているので、放出スロット418を通って顎空洞を出る。
The
ロッドピン408に張力を付与するために、水平バネアセンブリがテンションロッド413を備えている。このテンションロッドは、調整ホイール414、外側バネカラー415、テンションバネ416、及び内側バネカラー417を通って延在している。外側バネカラー415に備え付けられた調整ホイール414は回転して、テンションバネを調整することができる。ピットマン405をトグルプレート424に接触させて保持するのに水平バネアセンブリを用いることができる。
In order to apply tension to the
垂直アセンブリは、調整ホイール420とクロス棒421とを介して延在するくさび型調整ロッド419を備えている。調整くさび422はベアリングくさび423に備え付けられている。トグルプレートベアリングくさび423はトグルプレート424に備え付けられている。トグルプレート424は、テンションロッドピン408の上のピットマンキャリヤアセンブリ405に備え付けられている。この垂直アセンブリは放出スロット418の幅を調整するのに用いることができる。(ベアリングくさび423の溝の中の)トグルプレート424の位置によって、ピットマン405の動き及び可動顎板403の底部の動きが決まる。
The vertical assembly includes a wedge-shaped
多結晶シリコンはホッパー425からジョークラッシャー400へ供給することができる。多結晶シリコンはジョークラッシャー40にかけられると、可動顎板403によってより小さい多結晶シリコン片に分割される。多結晶シリコン片は、ダストから、塊、破片、薄片、特大チャンクとサイズ変更が可能である。多結晶シリコン片の粒度分布は、破砕空洞404において放出スロット418の幅と滞留時間とを含む種々の因子に依存する。
Polycrystalline silicon can be supplied from the
顎板402,403は、多結晶シリコンより大きいか又はそれに匹敵する硬さを有する材料のような、シリコンの汚染物を最小にする材料から成る。顎板は、タングステンカーバイド、コバルトバインダーを含むタングステンカーバイド、ニッケルバインダーを含むタングステンカーバイド、Cr2C3、NiCrバインダーを含むCr2C3、又はこれらの組合せから成ってもよい。タングステンカーバイド含有材料を使用することによって、細分化工程によってシリコンに混入する鉄の汚染物のレベルを低減させることができる。多結晶シリコンロッドあるいは過大寸法多結晶シリコン片又はその両方を供給するホッパー425と、ジョークラッシャー400からの放出シュート(図示せず)とは、顎板402,403と同じ構成材料あるいはシリコンの汚染物を最小にする他の構成材料から構成するか、あるいは当該材料でライニングしたものであってもよい。このような構成材料には、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)、ポリプロピレン、パーフルオロアルコキシ樹脂(PFA)、ポリウレタン(PU)、二フッ化ポリビニリデン(PVDF)、テフロン(登録商標)、タングステンカーバイド、シリコン、及び、セラミックが含まれる。
The
所望の形状分布若しくは上述の粒度分布またはその両方を得るために、あるいは、過大寸法(大きすぎる)多結晶シリコン片をリサイクルするために、又はその両方のために、多数のジョークラッシャーを直列に配置して用いてもよいことは当業者であれば認識するだろう。シリコンに接触する細分化装置の構成部分の材料がシリコンの汚染物を最小にする材料を含んでいる場合には、「粒子工学入門(Introduction to Particle Technology)」(ジョン・ワイリー&サン社、ニューヨーク州、1999年4月)の第10章第241−263頁に開示されているジョークラッシャー、ジャイレートリー・クラッシャー、クラッシングロール装置、コーン・クラッシャー、及び、テーブル型フライス盤のような従来の装置が本発明でも使用できることは当業者であれば認識するだろう。好適なジョークラッシャーとしては、米国ペンシルバニア州ダンビルのメッツォ・ミネラル工業(Metso Minerals Industories)株式会社から販売されているモース・ジョークラッシャー(Morse Jaw Crushers)を用いることができる。 Multiple jaw crushers placed in series to obtain the desired shape distribution and / or the above-mentioned particle size distribution, or to recycle oversized (too large) polycrystalline silicon pieces, or both Those skilled in the art will recognize that these may be used. "Introduction to Particle Technology" (John Wiley & Sun, New York), where the material of the components of the fragmentation device that contacts the silicon contains materials that minimize silicon contamination State, April 1999), Chapter 10, pp. 241-263, conventional devices such as jaw crushers, gyratory crushers, crushing roll devices, cone crushers, and table milling machines Those skilled in the art will recognize that can be used in the present invention. As suitable jaw crushers, Morse Jaw Crushers sold by Metso Minerals Industories, Inc. of Danville, Pa. Can be used.
本発明の方法において、ジョークラッシャーと併せて、又はその代わりに、他の従来の細分化装置を用いてもよいことは当業者であれば認識するだろう。好適な細分化装置は、米国特許第4,815,667号明細書、米国特許第5,346,141号明細書、米国特許第5,464,159号明細書、欧州特許第0573855号明細書、日本国特許第02565759号及び日本国特許第58145611号公報において開示されている。 Those skilled in the art will recognize that other conventional fragmentation devices may be used in the method of the present invention in conjunction with or in place of the jaw crusher. Suitable subdividing devices are U.S. Pat. No. 4,815,667, U.S. Pat. No. 5,346,141, U.S. Pat. No. 5,464,159, EP 0573855. , Japanese Patent No. 0256759 and Japanese Patent No. 58145611.
<多結晶シリコン片の選別>
シリコンに接触する選別装置の一部が上述のようなシリコンの汚染物を最少にする構成材料から成ると仮定すると、多結晶シリコン片(破砕ロッド)は、米国特許第5,165,548号明細書で開示された回転式シリコンスクリーンや、米国特許第3,905,556号明細書、第5,064,076号明細書若しくは第5,791,493号明細書のいずれかに開示された選別装置のような装置を用いて、又は、手作業で選別することができる。
<Selection of polycrystalline silicon pieces>
Assuming that the portion of the sorter that contacts silicon is made of a material that minimizes silicon contamination as described above, a piece of polycrystalline silicon (crushed rod) is disclosed in US Pat. No. 5,165,548. Rotating silicon screens disclosed in US Pat. No. 3,905,556, US Pat. No. 5,064,076 or 5,791,493. Sorting can be done using a device such as a device or manually.
また、多結晶シリコン片は、ステップデッキ選別器を含む装置を用いて選別してもよい。多結晶シリコン片を選別する装置は、
I)振動モータアセンブリと、
II)振動モータアセンブリスに備え付けたステップデッキ選別器と、
を備える。
The polycrystalline silicon piece may be sorted using an apparatus including a step deck sorter. An apparatus for sorting out polycrystalline silicon pieces
I) a vibration motor assembly;
II) a step deck sorter provided in the vibration motor assembly;
Is provided.
ステップデッキ選別器は、
i)第1デッキであって、
a)溝形成領域への多結晶シリコン片投入口を備え、
b)前記溝形成領域は、多結晶シリコン片投入口から延在しあるいは多結晶シリコン片投入口の下流に延在しており、かつ、各溝が尾根部と谷部とを備えており、
c)投入口の下流に形成され、溝の尾根部の方が溝の谷部よりも第1デッキと最終デッキとの間の第1ギャップを越えて突出するように傾斜が設けられている第1デッキ出口端、を備えた第1デッキと、
ii)第1ギャップの下流でかつ第1デッキの下方に配置された最終デッキであって、
a)多結晶シリコン片投入口と、
b)多結晶シリコン片投入口から延在しあるいは多結晶シリコン片投入口の下流に形成された溝形成領域であって、各溝が尾根部と谷部とを備えてなる溝形成領域と、
c)多結晶シリコン片用の出口と、を備えた最終デッキと、
iii)第1ギャップを抜けて落ちた多結晶シリコン片を収集するために第1ギャップの下に設けられた収集容器と、
iv)第1ギャップを抜けずに落ちなかった過大寸法多結晶シリコン片を収集するために最終デッキの出口の下に設けられた過大寸法多結晶シリコン片用収集容器と、
を具備している。
Step deck sorter
i) the first deck,
a) a polycrystalline silicon piece inlet to the groove forming region;
b) The groove forming region extends from the polycrystalline silicon piece inlet, or extends downstream from the polycrystalline silicon piece inlet, and each groove has a ridge and a valley.
c) A slope formed so that the ridge portion of the groove protrudes beyond the first gap between the first deck and the final deck than the trough portion of the groove. A first deck with one deck exit end;
ii) a final deck located downstream of the first gap and below the first deck,
a) polycrystalline silicon piece inlet,
b) a groove forming region extending from the polycrystalline silicon piece inlet or formed downstream of the polycrystalline silicon piece inlet, wherein each groove comprises a ridge and a valley;
c) a final deck comprising an outlet for polycrystalline silicon pieces;
iii) a collection container provided under the first gap for collecting the pieces of polycrystalline silicon that have fallen through the first gap;
iv) a collection container for oversized polycrystalline silicon pieces provided under the exit of the final deck to collect oversized polycrystalline silicon pieces that did not fall through the first gap;
It has.
ステップデッキ選別器は第1デッキと最終デッキとの間の一又は二以上の追加デッキを備えてもよく、各追加デッキは、
a)多結晶シリコン片投入口と、
b)多結晶シリコン片投入口から延在しあるいは多結晶シリコン片投入口の下流に延在した溝形成領域であって、各溝が尾根部と谷部とを備えてなる溝形成領域と、
c)追加デッキ出口であって、溝の尾根部の方が溝の谷部よりも出口端でのギャップを覆って突出するように出口端に傾斜が設けられている追加デッキと、を備えている。
The step deck sorter may comprise one or more additional decks between the first and final decks, each additional deck being
a) polycrystalline silicon piece inlet,
b) a groove forming region extending from the polycrystalline silicon piece inlet or downstream of the polycrystalline silicon piece inlet, wherein each groove has a ridge and a valley;
c) an additional deck exit, the ridge portion of the groove being more inclined than the trough portion of the groove so as to protrude over the gap at the exit end, Yes.
多結晶シリコンの選別装置はさらに、iii)の収集容器の下に重量計若しくは第1ギャップの下流に配置されたダスト除去装置あるいはその両方、又は、必要以上の実験をすることなく当業者に可能なそれらの変形装置を備えてもよい。多結晶シリコン片を選別するために一以上のステップデッキ選別器を直列にして用いることができることは、当業者であれば認識するだろう。 The polycrystalline silicon sorting device is further possible to those skilled in the art without undue experimentation, either under the collection container of iii), a dust removal device located at the downstream of the first gap or both, or both Such a deformation device may be provided. One skilled in the art will recognize that one or more step deck sorters can be used in series to sort polycrystalline silicon pieces.
多結晶シリコン片を選別しかつステップデッキ選別器を含む装置の例を図5から図8に示す。図5は装置の側面図である。ステップデッキ選別器500は、多結晶シリコン片用の投入口502を有する。振動モータアセンブリ501が多結晶シリコン片を、第1デッキ531を横切るように移動させる。多結晶シリコン片はまず、矢印504で示した空気の流れによってダストが除去されている流動層領域503を通過し、穿孔板505を通ってダスト収集器532まで進んでいく。多結晶シリコン片は流動層領域503を通過して溝形成領域506まで移動する。多結晶シリコン片は、サイズ及び形状に依存して、溝512(図6から図8で図示)の谷部520の中へ収まるか又は溝512の尾根部519の頂部に残る。多結晶シリコン片が第1デッキ531の端まで達すると、ギャップ507より小さい多結晶シリコン片はギャップ507を抜けてコンベヤ508上に落ちる。落ちた多結晶シリコン片は、多結晶シリコン小片509用の収集容器まで運ばれる。大きめの多結晶シリコン片はギャップを超えて通過し、第2デッキ510上に落ちる。
Examples of apparatus for sorting polycrystalline silicon pieces and including a step deck sorter are shown in FIGS. FIG. 5 is a side view of the apparatus. The
図7は第2デッキ510の平面図、図8はA−A線に沿った第2デッキの断面図である。第2デッキ510の頂部には複数の溝512が存在する。各溝512は尾根部519と谷部520とを有する。溝512は半円状である。側壁530は、多結晶シリコン片が第2デッキ510の側部から落ちるのを防止するために尾根部519を超えて延びている。多結晶シリコン片は第2デッキ510の投入口端511から第2デッキ510の出口端518まで移動する。
FIG. 7 is a plan view of the
図6は、第2デッキ510、第3デッキ及びそれらの間のギャップ516の断面図である。第2デッキ510の投入口端511は水平に対して直交する。溝512は第2デッキ510の頂部に切り込まれている。塊513及び破片514のような多結晶シリコン片は溝の谷部520に載ることになる。薄片515のような多結晶シリコン片は溝512の尾根部519の頂部に載るだろう。第2デッキ510の出口端518は、溝512の尾根部519が溝512の谷部520よりもギャップ516を超えて突出するように傾斜が設けられている。第2デッキ510が振動すると、塊513はギャップ516を抜けて落ち、他方、破片514及び薄片515は出口端518から転げて、ギャップ516を超え、第3デッキ517へ運ばれる。理論によって限定することを意図するものではないが、第2デッキ510の出口端518の傾斜角はブラインド効果をできるだけ小さくするものである。デッキは出口で薄く形成してさらにブラインド効果を小さくするものである。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the
ステップデッキ選別器500は、多結晶片513、514及び515を、デッキ531、510、517、533、521、523及び525の間のギャップ507、516、518、534、522及び524のサイズに基づいた制御粒度分布に分離する。ギャップ507、516、518、534、522及び524は、運搬方向にサイズが増大している。小さめの多結晶シリコン片は小さい方のギャップ507、516及び518を通って落ち、小さめの多結晶シリコン片用の収集容器509に収集される。大きめの多結晶シリコン片は大きい方のギャップ534、522及び524を通って落ち、大きめの多結晶シリコン片用の収集容器526に収集される。過大寸法多結晶シリコン片は、過大寸法多結晶シリコン片用の収集容器527においてステップデッキ選別器500の端部で収集される。過大寸法多結晶シリコン片は細分化装置にリサイクルすることができる。異なる制御粒度分布を有する多結晶シリコン片が、ギャップサイズ、収集容器の数及び多結晶シリコン片を収集容器を移動するコンベヤの数と位置を変えることによって、デッキ間のギャップを介してステップデッキ選別器の種々のデッキから引き落とされることは当業者ならば認識するだろう。
The
バッグのような収集容器509、526、527を直接充填するために、又は、所定の充填重量に達すると移動を止めて収集容器を変更するために、重量計528を振動フィーダ501の制御器に組み込んでもよい。
To directly fill a
デッキの数;各デッキの溝の幅、深さ及び形状;デッキ間のギャップのサイズ;収集容器の数を変えて収集される粒度分布を調整することは当業者であれば、理解するだろう。溝は異なる幅、深さ及び形状を有してもよい。溝は例えば、三角状、台形状又は半円状であってもよい。 Those skilled in the art will understand that the number of decks; the width, depth and shape of the grooves in each deck; the size of the gap between the decks; and adjusting the particle size distribution collected by varying the number of collection containers . The grooves may have different widths, depths and shapes. For example, the groove may be triangular, trapezoidal, or semicircular.
多結晶シリコンを細分化するために使用する装置と同様に、選別に用いる装置の多結晶シリコン片に接触する部分は、ジョークラッシャー400について上述した構成部材材料のようなシリコンを汚染しない材料から成る。
Similar to the device used to subdivide the polycrystalline silicon, the portion of the device used for sorting that contacts the polycrystalline silicon piece is made of a material that does not contaminate the silicon, such as the component materials described above for the
さらに、上述のステップデッキ選別器は、デッキのサイズ;各デッキの溝の幅、深さ及び形状;デッキ間のギャップのサイズ;収集容器のサイズを変えることによって、大きめのサイズ(例えば、45mm以上)の多結晶シリコン片のような流動性チップ以外の材料を選別するために用いることができることは当業者ならば認識するだろう。 In addition, the step deck sorter described above can be adapted to a larger size (eg, 45 mm or more) by changing the size of the deck; the width, depth and shape of the grooves in each deck; the size of the gap between the decks; Those skilled in the art will recognize that materials other than flowable chips, such as polycrystalline silicon pieces, can be used to sort materials.
<オプションとしての汚染物除去>
上述のようにして得られた制御粒度分布を有する多結晶シリコン片は、任意で汚染物を除去するために磁場に曝してもよい。例えば、汚染物を除去するために多結晶シリコン片を磁石を含むチャンバに通してもよいし、あるいは、磁石を多結晶シリコン片上を通過させてもよい。磁石は希土類磁石あるいは電磁石又はそれらの組合せでもよい。磁石は多結晶シリコン片に直接接触させてもいいし、多結晶シリコン片の近傍にあってもよい。磁石は適当な磁化率を有する微粒子の大部分を除去する。これらの粒子には、鉄やコバルトのような強磁性不純物やタングステンカーバイドのような常磁性不純物、及び、シリコンを細分化し選別するのに用いられる装置の構成材料の生成に用いられる他の強磁性不純物及び常磁性不純物が含まれる。
<Contaminant removal as an option>
Polycrystalline silicon pieces having a controlled particle size distribution obtained as described above may optionally be exposed to a magnetic field to remove contaminants. For example, a piece of polycrystalline silicon may be passed through a chamber containing a magnet to remove contaminants, or a magnet may be passed over the piece of polycrystalline silicon. The magnet may be a rare earth magnet or an electromagnet or a combination thereof. The magnet may be in direct contact with the polycrystalline silicon piece or may be in the vicinity of the polycrystalline silicon piece. The magnet removes most of the fine particles having the appropriate magnetic susceptibility. These particles include ferromagnetic impurities such as iron and cobalt, paramagnetic impurities such as tungsten carbide, and other ferromagnets used to generate materials for the equipment used to subdivide and sort silicon. Impurities and paramagnetic impurities are included.
あるいは、汚染物は、米国特許第3,905,556号明細書、米国特許第4,125,191号明細書、米国特許第4,157,953号明細書、米国特許第4,250,025号明細書、米国特許第4,345,995号明細書、米国特許第4,525,336号明細書、米国特許第5,297,744号明細書、又は米国特許第5,830,282号明細書において開示されたような方法によって除去してもよい。汚染物は、磁場を含む方法に加えて、又は、その代わりに、欧州特許第0215121号明細書に開示されているような化学的方法によって除去してもよい。 Alternatively, contaminants can be found in U.S. Pat. No. 3,905,556, U.S. Pat. No. 4,125,191, U.S. Pat. No. 4,157,953, U.S. Pat. No. 4,250,025. Specification, US Pat. No. 4,345,995, US Pat. No. 4,525,336, US Pat. No. 5,297,744, or US Pat. No. 5,830,282. It may be removed by a method as disclosed in the specification. Contaminants may be removed by chemical methods as disclosed in EP 0215121 in addition to or instead of methods involving magnetic fields.
出発材料として用いる多結晶シリコンロッドの純度とシリコンを細分化し選別する方法とに依存して、この段階での生成物は、太陽電池グレードの単結晶シリコンウェハーあるいは電子製品グレードの単結晶シリコンウェハーの製造で使用するのに十分な純度を有してもよい。しかしながら、純度が電子製品グレードの用途又はこれらの両用途に対して十分でないなら、シリコンを表面清浄してさらに不純物を除去してもよい。 Depending on the purity of the polycrystalline silicon rod used as the starting material and the method of fragmenting and sorting the silicon, the product at this stage can be either a solar grade single crystal silicon wafer or an electronic grade single crystal silicon wafer. It may have sufficient purity for use in manufacturing. However, if the purity is not sufficient for electronic product grade applications or both, silicon may be surface cleaned to further remove impurities.
<オプションとしての表面清浄>
多結晶シリコン片は公知の方法で表面清浄することができる。表面清浄は、上述の汚染物除去法に加えて又はその代わりに実施してもよい。例えば、破砕ロッドは米国特許第5,851,303号明細書に開示された方法、すなわち、破砕ロッドをフッ化水素気体、少なくとも0.5%の過酸化水素を含む水溶液に連続して接触させる段階と、その後破砕ロッドを乾燥する段階とを備えた方法によって清浄にすることができる。あるいは、特開平5−4811号公報に開示された方法によって破砕ロッドを清浄にすることができる。あるいはまた、カナダ国特許第954425号明細書又は米国特許第4,971,654号明細書に開示されたような異方性エッチングによって破砕ロッドを表面清浄化することができる。他の好適な表面清浄化方法として米国特許第4,588,571号明細書及び第6,004,402号明細書に開示された方法を含む。
<Surface cleaning as an option>
The surface of the polycrystalline silicon piece can be cleaned by a known method. Surface cleaning may be performed in addition to or instead of the contaminant removal method described above. For example, the crushing rod is continuously contacted with the method disclosed in US Pat. No. 5,851,303, that is, the crushing rod is in contact with an aqueous solution containing hydrogen fluoride gas, at least 0.5% hydrogen peroxide. It can be cleaned by a method comprising a step and subsequently drying the crushing rod. Alternatively, the crushing rod can be cleaned by the method disclosed in JP-A-5-4811. Alternatively, the crushing rod can be surface cleaned by anisotropic etching as disclosed in Canadian Patent No. 954425 or US Pat. No. 4,971,654. Other suitable surface cleaning methods include those disclosed in US Pat. Nos. 4,588,571 and 6,004,402.
製造された流動性チップはいかなる便利な手段によって、すなわち、手作業で又は自動で流動性チップをポリエチレンバッグに入れることによって包装することができる。 The produced flowable chips can be packaged by any convenient means, i.e. manually or automatically by placing the flowable chips in a polyethylene bag.
<流動性チップの使用方法>
上述の流動性チップは、粒度分布と純度とに依存して、太陽電池グレード用途又は電子製品グレード用途で使用することができる。流動性チップの特別な応用には、初期装荷の最大化や初期装荷の充填のような初期装荷関連の応用や、CZ法のルツボ再装荷や再装荷の最大化及び再装填物の充填のような再装填関連の応用が含まれる。
<How to use fluidity chip>
The flowable chips described above can be used in solar cell grade applications or electronic product grade applications depending on the particle size distribution and purity. Special applications of flowable tips include initial loading related applications such as initial loading maximization and initial loading filling, CZ crucible reloading and reloading maximization and reload filling. Reload related applications are included.
本明細書に記載したシリコンに加えて、又は、その代わりに、流動性チップを、米国特許第4,176,166号明細書、米国特許第4,312,700号明細書、米国特許第4,382,838号明細書、米国特許第4,572,812号明細書、米国特許第5,254,300号明細書、米国特許第5,431,869号明細書、米国特許第5,492,079号明細書、米国特許第5,510,095号明細書、中国特許第1176319号明細書、独国特許第4441911号明細書、欧州特許第0869102号明細書、欧州特許第0095757号明細書、日本国特許第10190025号公報、日本国特許第11116386号公報、日本国特許第58026019号公報、日本国特許第58099115号公報、日本国特許第62108515号公報、及び日本国特許第9301709号公報に開示されたような太陽電池鋳造法で使用してもよい。鋳造(キャスティング)は、溶融シリコンを加熱された鋳型に注入する段階あるいはルツボ内の多結晶シリコンを溶融する段階と、シリコンを徐冷し固化する段階とを備えてもよい。 In addition to or instead of the silicon described herein, flowable chips can be formed using U.S. Pat. No. 4,176,166, U.S. Pat. No. 4,312,700, U.S. Pat. No. 5,382,838, US Pat. No. 4,572,812, US Pat. No. 5,254,300, US Pat. No. 5,431,869, US Pat. No. 5,492. No. 5,079, US Pat. No. 5,510,095, Chinese Patent No. 1176319, German Patent No. 4441911, European Patent No. 0869102, European Patent No. 0095757 , Japanese Patent No. 10190025, Japanese Patent No. 11116386, Japanese Patent No. 58026019, Japanese Patent No. 58099115, Japanese Patent 62108515 and JP may be used in Japanese Patent solar cell casting method as disclosed in the 9301709 JP. Casting may include a step of injecting molten silicon into a heated mold, a step of melting polycrystalline silicon in the crucible, and a step of gradually cooling and solidifying the silicon.
例えば、好適なバッチ鋳造法は:
1)所望の断面形状を画定する壁を備えた鋳型に半導体材料を導入する段階と、
2)半導体材料を溶融する段階と、
3)段階2)の後に半導体材料を固化させて所望の断面形状を有する鋳造インゴットを製造する段階と、を備える。段階2)の実施は、段階1)の前、最中、及び後の何れでもよい。鋳造インゴットは、段階3)の後に鋳型から取り外し、その後この方法を繰り返してもよい。上述の流動性チップを段階1)において鋳型を装填するのに用いてもよい。
For example, a suitable batch casting method is:
1) introducing a semiconductor material into a mold with walls defining a desired cross-sectional shape;
2) melting the semiconductor material;
3) After step 2), solidifying the semiconductor material to produce a cast ingot having a desired cross-sectional shape. The implementation of step 2) can be any of before, during and after step 1). The cast ingot may be removed from the mold after step 3) and then the method repeated. The flowable chip described above may be used to load the mold in step 1).
また、連続鋳造法を用いることもできる。連続鋳造法は:
1)誘導コイルに配置された無底容器に連続的に供給された半導体材料を溶融する段階と、
任意で、2)精製のために溶融物の表面上に高温プラズマガスを吹きかける段階と、
3)前記無底容器から固化したシリコンを下流へ連続的に放出する段階と、を備える。無底容器の少なくとも軸部は、周方向に離間配置された複数の導電片に分割する。半導体材料は上述の流動性チップを備えてもよい。
A continuous casting method can also be used. The continuous casting method is:
1) melting a semiconductor material continuously supplied to a bottomless container disposed in an induction coil;
Optionally 2) blowing hot plasma gas over the surface of the melt for purification;
And 3) continuously releasing the solidified silicon from the bottomless container downstream. At least the shaft portion of the bottomless container is divided into a plurality of conductive pieces spaced apart in the circumferential direction. The semiconductor material may comprise the above-described flowable chip.
また、好適な連続鋳造法に使用する装置は、開放頂部と開放底部とを有する容器状領域を画定するために、側面同士合わさる形で配置された複数の導電部材を備える。装置はさらに、各導電部材に高周波AC電流を含む手段を備える。容器状領域の開放底部を介して、伸縮式支持部材が設けられている。支持部材は、容器状領域に半導体材料を支持するように機能する。 The apparatus used in the preferred continuous casting method also includes a plurality of conductive members arranged side by side to define a container-like region having an open top and an open bottom. The apparatus further comprises means for including a high frequency AC current in each conductive member. A telescopic support member is provided through the open bottom of the container-like region. The support member functions to support the semiconductor material in the container-like region.
好適な連続鋳造法は:
1)上述の装置の容器状領域に半導体材料を導入する段階と、
2)半導体材料を溶融する段階と、
3)電流を誘起する手段に電圧を印加して各導電部材に第1の電流を誘起する段階と、
4)第1の電流を用いて半導体材料に第2の電流を誘起する段階であって、前記第2の電流は前記第1の電流の向きに対して実質的に逆向きに流れている段階と、
5)半導体材料が反発して鋳造工程中に導電部材に接触することが回避されるように、第1の電流と第2の電流とを用いる段階と、を備える。
The preferred continuous casting method is:
1) introducing a semiconductor material into the container-like region of the device described above;
2) melting the semiconductor material;
3) Inducing a first current in each conductive member by applying a voltage to the means for inducing current;
4) Inducing a second current in the semiconductor material using the first current, wherein the second current is flowing in a substantially opposite direction to the direction of the first current. When,
5) using a first current and a second current so as to avoid the semiconductor material from repelling and contacting the conductive member during the casting process.
この方法はさらに:
6)支持部材に支持される溶融半導体材料が前記導電部材から反発されることによって溶融半導体材料が鋳造インゴットの中に固化されるように、支持部材を容器状領域から引き離す段階と、
7)容器状領域の上に半導体材料を追加供給する段階と、を備えてもよい。段階1)ないし段階7)は繰り返してもよい。段階1)あるいは段階7)又はその両方の段階で用いる材料は上述の流動性チップを含んでもよい。
This method further:
6) pulling the support member away from the container-like region so that the molten semiconductor material supported by the support member is repelled from the conductive member and the molten semiconductor material is solidified in the cast ingot;
And 7) additionally supplying a semiconductor material on the container-like region. Steps 1) to 7) may be repeated. The material used in step 1) or step 7) or both may include the flowable tip described above.
流動性チップはシリコンリボンを製造するための定形エッジ薄膜成長法(EFG)のような定形成長法で用いてもよい。EFG法は、ラベル(H.E.LaBelle.Jr)らによってジャーナル・オブ・クリスタル・グロース(Journal of CrystalGrowth)の第8巻第8−17頁(1980年)に掲載された論文“EFG−発明とサファイア成長への応用(EFG The Invention and Application to Sapphire Growth)”や、カリワッド(K.Koliwad)らによって1984年4月15日に“太陽電池についての高速結晶成長及び結晶のキャラクタリゼーションに関わる平板ソーラーアレイプロジェクト研究フォーラムのプロシーディングス(キャサリン・ダマス編、ジェット推進研究所(JPL)、カリフォルニア工科大学、パサデナ、カリフォルニア州、米国エネルギー省管轄)”の第22−24頁に掲載された論文に記載されている。好適なEFG法は、ダイのエッジで画定された溶融シリコンのメニスカスからシリコンリボンを引き上げる段階を加えてもよい。リボンの寸法はメニスカスで制御する。リボンの製造速度と装置の熱バランスは慎重に制御する。 The flowable tip may be used in a regular length method such as a regular edge thin film growth method (EFG) for producing silicon ribbons. The EFG method is based on the article “EFG-Invention and Sapphire Growth” published in the Journal of CrystalGrowth, Vol. 8-17 (1980) by HELaBelle.Jr et al. "EFG The Invention and Application to Sapphire Growth", and K. Koliwad et al. On April 15, 1984, "Plate Solar Array Project for High-Speed Crystal Growth and Crystal Characterization for Solar Cells" Research Forum Proceedings (edited by Catherine Damas, Jet Propulsion Laboratory (JPL), California Institute of Technology, Pasadena, California, US Department of Energy), pages 22-24 . A suitable EFG method may include the step of lifting the silicon ribbon from the molten silicon meniscus defined by the die edge. Ribbon dimensions are controlled by the meniscus. The ribbon production rate and the thermal balance of the equipment are carefully controlled.
流動性チップは、日本国特許第10182124号公報や1975年にパーガモン・プレス(Pergamon Press, Ltd.、オックスフォード)から発行されたクリスタル・グロース(Crystal Growth)(ブライアン・パンプリン(Brian R.Pamplin)編)の第9章第343−344頁に掲載された論文“成長、測定及び結晶成長環境の制御”に開示されているような誘導プラズマ法で用いてもよい。誘導プラズマ法の例として、例えば、4メガヘルツ(MHz)以上の高周波プラズマトーチを用いてシリコン粒子を溶融する。トーチは、アルゴンのような不活性ガスを陰極と陽極との間に加えた高周波電界に通してイオン化することによって生成する。一旦、アルゴン流をイオン化して高温プラズマにすると、粉状のシリコンはホッパーからプラズマジェットへ共通供給することができる。シリコンはジェット噴射ゾーン内で溶融し、溶融シリコンは水冷型ルツボへ又は成長中の結晶シリコンボディ上へ向けることができる。プラズマトーチ空洞用の適したサイズ範囲の流動性シリコンチップは、このような方法のためのシリコン源として用いることができる。 The flowable chip is made up of Japanese Patent No. 10182124 and Crystal Growth (Brian R. Pamplin) issued by Pergamon Press, Ltd. (Oxford) in 1975. Ed.), Chapter 9, pp. 343-344, and may be used in an induction plasma method as disclosed in the paper “Growth, Measurement and Control of Crystal Growth Environment”. As an example of the induction plasma method, for example, silicon particles are melted using a high frequency plasma torch of 4 megahertz (MHz) or higher. The torch is generated by ionizing it through a high frequency electric field in which an inert gas such as argon is applied between the cathode and the anode. Once the argon stream is ionized into a high temperature plasma, powdered silicon can be commonly supplied from the hopper to the plasma jet. Silicon melts in the jetting zone and the molten silicon can be directed to a water-cooled crucible or onto a growing crystalline silicon body. A flowable silicon tip in a suitable size range for the plasma torch cavity can be used as a silicon source for such a method.
流動性チップは、米国特許第5,454,424号明細書や日本国特許第62260710号公報に開示されているような電子ビーム溶融法において用いてもよい。電子ビーム溶融法の実施例では、電子ビームで多結晶シリコンを走査することによって多結晶シリコンを溶融する段階と、生成した溶融シリコンを本明細書に記載した鋳造法のいずれかによって鋳造する段階とを備える。多結晶シリコンは流動性チップを含んでもよい。 The flowable tip may be used in an electron beam melting method as disclosed in US Pat. No. 5,454,424 and Japanese Patent No. 62260710. In an embodiment of the electron beam melting method, melting the polycrystalline silicon by scanning the polycrystalline silicon with an electron beam and casting the resulting molten silicon by any of the casting methods described herein. Is provided. The polycrystalline silicon may include a flowable chip.
流動性チップは、熱交換法(HEM)において使用してもよい。HEM炉は、ルツボの底に結合されたヘリウム熱交換器を用いて加熱要素で囲繞されたルツボを収容するチャンバを備えてもよい。多結晶シリコンは、ルツボを充填するために種結晶の最上部に載置する。チャンバを排気し、加熱要素を加熱してシリコンを溶融する。種結晶は、熱交換器にヘリウムガスを流すことによって溶融するのが回避される。ガス流を徐々に増加すると、熱交換器の温度が低下してシリコンが徐々に固化し、結晶は種結晶の外側に成長していく。溶融シリコンの温度は加熱要素によって制御する;しかしながら、固体結晶の温度は熱交換器によって独立に制御される。加熱及び冷却の両方を二元制御することによって、結晶成長プロセスの固体−液体界面の位置及び移動の制御が可能となる。HEMという語は、結晶系(Crystal Systems;国立再生可能エネルギー研究所、ゴールデン、コロラド州)に発表された論文“HEMシリコン”、及び、フェデレイック・シュミッド(Federick Schmid)及びチャンドラ・カタック(Chandra P.Khattak)による論文“光電池用のシリコンウェハ切断に要するコスト(オプティカル・スペクトラ(Optical Spectra)、1981年5月)”で用いられている。 The flowable chip may be used in a heat exchange method (HEM). The HEM furnace may comprise a chamber containing a crucible surrounded by a heating element using a helium heat exchanger coupled to the bottom of the crucible. Polycrystalline silicon is placed on top of the seed crystal to fill the crucible. The chamber is evacuated and the heating element is heated to melt the silicon. The seed crystal is avoided from melting by flowing helium gas through the heat exchanger. When the gas flow is gradually increased, the temperature of the heat exchanger is lowered, the silicon is gradually solidified, and the crystal grows outside the seed crystal. The temperature of the molten silicon is controlled by a heating element; however, the temperature of the solid crystals is independently controlled by a heat exchanger. By controlling both heating and cooling in a binary manner, the position and movement of the solid-liquid interface of the crystal growth process can be controlled. The term HEM refers to the paper “HEM Silicon” published in Crystal Systems (National Renewable Energy Laboratory, Golden, Colorado), and Federick Schmid and Chandra P. Khattak's paper “The cost of cutting silicon wafers for photovoltaic cells (Optical Spectra, May 1981)”.
流動性チップを、米国特許第4,689,109号明細書に開示されたようなストリングリボン法で用いてもよい。ストリングリボン法の実施例では:
1)2つのストリングと種結晶とを浅いシリコン溶融物から垂直に引き上げる段階と、
2)ストリングと種結晶とを溶融シリコンで濡らし、ストリング間のスペースを充填する段階と、
3)段階2)の生成物を冷却してシリコンリボンを作製する段階と、を備えてもよい。ストリングリボン法は連続であり、最初に溶融物を装填し、流動性チップで再装填することができる。
Flowable tips may be used in the string ribbon method as disclosed in US Pat. No. 4,689,109. In the string ribbon example:
1) pulling the two strings and seed crystal vertically out of the shallow silicon melt;
2) Wetting the strings and seed crystals with molten silicon to fill the spaces between the strings;
3) cooling the product of step 2) to produce a silicon ribbon. The string ribbon method is continuous and can be initially charged with a melt and reloaded with a flowable tip.
流動性チップは、米国特許第4,095,329号明細書、米国特許第4,323,419号明細書、米国特許第4,447,289号明細書、米国特許第4,519,764号明細書、米国特許第4,561,486号明細書、米国特許第4,561,717号明細書、米国特許第5,178,840号明細書、独国特許第3210492号明細書、欧州特許第0079567号明細書、及び日本国特許第6168898号公報に開示された方法のような、基板上でシリコンを鋳造する方法で用いてもよい。方法の一実施例は:
1)多結晶シリコンを溶融してルツボに溶融シリコン溜まりを供給する段階と、
2)ルツボからの溶融シリコンを基板上につけて、それによってシリコンウェハーを形成する段階とを備える。基板は溶融シリコンを通過して移動することができ、例えば、基板は回転するウェハーチャック又は他の移動基板であってもよい。あるいは、基板は静止し、その上に溶融シリコンを供給してもよい。流動性チップはルツボを装填若しくは再装填又はその両方に用いてもよい。
U.S. Pat. No. 4,095,329, U.S. Pat. No. 4,323,419, U.S. Pat. No. 4,447,289, U.S. Pat. No. 4,519,764. Specification, US Pat. No. 4,561,486, US Pat. No. 4,561,717, US Pat. No. 5,178,840, German Patent 3210492, European Patent You may use by the method of casting a silicon | silicone on a board | substrate like the method disclosed by the specification of 0079567 and Japanese Patent 6168898. An example of the method is:
1) melting polycrystalline silicon and supplying a molten silicon reservoir to a crucible;
2) applying molten silicon from a crucible onto a substrate, thereby forming a silicon wafer. The substrate can move through the molten silicon, for example, the substrate can be a rotating wafer chuck or other moving substrate. Alternatively, the substrate may be stationary and molten silicon may be supplied thereon. The flowable tip may be used to load or reload the crucible or both.
流動性チップは、米国特許第5,006,317号明細書、及び米国特許第5,499,598号明細書に開示されたような焼結方法で使用してもよい。この焼結方法の一実施例は、
1)容器を多結晶シリコン片で充填する段階と、
2)容器を局所的な加熱領域で局所的に加熱して多結晶シリコン片の一部を溶融して焼結部分と溶融部分とを形成する段階と、
3)局所的な加熱領域を容器の長軸方向に移動させて、溶融部分の固化と、焼結部分の溶融と、新しい焼結部分の形成とを交互に行い;それによって容器内にシリコンインゴットを形成する段階とを備えている。
The flowable tip may be used in sintering methods as disclosed in US Pat. No. 5,006,317 and US Pat. No. 5,499,598. One example of this sintering method is:
1) filling the container with polycrystalline silicon pieces;
2) locally heating the container in a local heating region to melt a portion of the polycrystalline silicon piece to form a sintered portion and a molten portion;
3) The local heating region is moved in the long axis direction of the container to alternately solidify the molten part, melt the sintered part, and form a new sintered part; Forming a step.
流動性チップは、クリスタル・グロース(Crystal Growth;ブライアン・パンプリン(Brian R.Pamplin)編、パーガモン・プレス(Pergamon Press, Ltd.)、オックスフォード、1975年)の第13章第497−555頁に掲載された論文“結晶引き上げ(Crystal Pulling)”に開示されているような種々の結晶引き上げ法において用いてもよい。その中には、台座法、冷炉法及び冷却ルツボ法のようなルツボ及びルツボフリー法を用いるCZ法を含んでもよい。他の冷却ルツボ法が、シスゼック(T.F.Ciszek)による論文“シリコン光電池材料製造についての冷却ルツボ技術の応用(Some Applications of Cold Crucible Technology for Silicon Photovoltaic Material Preparation)(ジャーナル・オブ・エレクトロケミカル・ソサイアティ(Journal of the Electrochemical Society)、第132巻第4号、1985年4月)”において開示されている。
Liquid chips can be found in
本発明はさらに、CZ法で用いられるルツボを再装填する方法に関するものである。本方法は、ルツボから少なくとも一のインゴットを引き上げる段階とルツボを再装填するためにルツボに流動性チップを装填する段階とを備える。 The invention further relates to a method for reloading a crucible used in the CZ process. The method includes pulling up at least one ingot from the crucible and loading the crucible with a flowable tip to reload the crucible.
図1は、本発明を用いることができるCZ装置100の一例を示すものである。装置100は、引き上げチャンバ102の下に成長チャンバ101を備える。この成長チャンバ101は真空バルブ103によってチャンバ102と絶縁可能とされている。成長チャンバ101はシャフト105上に搭載されたルツボ104を収容している。シャフト105は、該シャフト105及びルツボ104を回転させるためのモータ106に回転可能に接続されている。ルツボ104は、該ルツボ104の回りにホットゾーン114を形成するヒーター107によって囲繞されている。ルツボ104は溶融シリコン108を収容している。インゴット109は、種110を溶融シリコン108に浸漬し、次いで種110とインゴット109とを上方へ引き上げることによってルツボ104から引き上げる。種110とインゴット109とはルツボ104と逆方向に回転する。種110は種支持ケーブル111に取り付けている。種支持ケーブル111は引き上げ機構112によって上方へ引き上げられる。引き上げ機構112には結晶重量読出装置113を取り付けてもよい。
FIG. 1 shows an example of a
インゴットは成長チャンバに空気を入れないでCZ装置から取り出す。流動性チップはインゴットを引き上げ中又は引き上げ後に加えることもできる。流動性チップは連続モードでもバッチモードでも加えることができる。 The ingot is removed from the CZ apparatus without introducing air into the growth chamber. Flowable chips can also be added during or after pulling up the ingot. Flowable chips can be added in either continuous mode or batch mode.
流動性チップは、成長チャンバが真空下あるいは不活性ガス雰囲気下又はその両方の下にある場合に、ルツボに加える。 The flowable tip is added to the crucible when the growth chamber is under vacuum and / or under an inert gas atmosphere.
流動性チップはルツボが熱いうちにルツボに加える。理論によって限定することを意図するものではないが、ルツボの温度が下がりすぎたら、ルツボが破損することがあることは考えられる。 Flowable chips are added to the crucible while it is hot. While not intending to be limited by theory, it is possible that the crucible may break if the temperature of the crucible is too low.
流動性チップは、シリコンヒールに汚染物を付けないようにルツボに加えることができる。 Flowable tips can be added to the crucible so as not to contaminate the silicon heel.
流動性チップは、バッチモードでも連続モードでもルツボに加えることができる。流動性チップは、溶融シリコンあるいは少なくとも部分的に固化しているシリコンヒールを収容しているルツボに加えることができる。流動性チップは種々のフィーダ装置を用いて加えることができる。 The flowable tip can be added to the crucible in either batch mode or continuous mode. The flowable tip can be added to a crucible containing molten silicon or at least partially solidified silicon heel. The flowable tip can be added using various feeder devices.
図2は、図1で示したようなCZ法で用いられるルツボ104を再装填する振動フィーダ装置200を示している。振動フィーダ装置200は、流動性チップ202を収容するホッパー201を備える。ホッパー201は、流動性チップ202を投入することができる投入口203と、流動性チップ202が供給トレイ205に抜けて出ていく出口204とを有する。供給トレイ205は、該供給トレイ205を振動させる振動フィーダ206に取り付けられている。流動性チップ202は、出口204から出た後、供給トレイ205に沿って、供給トレイ205の端部からCZ装置の成長チャンバ101へ延びる供給管207へ移動する。供給管207の端部に取り付けられたランス208は、供給管207の端部からルツボ104まで延びている。投入口203,ホッパー201、振動フィーダ206及び供給管207の少なくとも投入口は、真空を維持することができるハウジング209内に取り付けられている。ルツボ104からインゴット(図示せず)を引き上げる間、ハウジング209を成長チャンバ101から隔離するために、供給トレイ205の端部と供給管207の投入口とに装填隔離ロック210が備えられている。
FIG. 2 shows a
流動性チップは:
i)流動性チップを収容しているホッパーを真空に引くかあるいは該ホッパーに不活性ガスを入れるか又はその両方を行う段階と、
ii)ホッパーからフィード装置へ流動性チップを供給する段階と、
iii)振動フィーダ装置の全てあるいはその一部を振動させ、それによって流動性チップをフィード装置を介してルツボまで移動する段階と、
を備えた方法において、振動フィーダ装置を用いてルツボに加えることができる。
Flowable chips are:
i) evacuating the hopper containing the flowable chip and / or filling the hopper with an inert gas;
ii) supplying flowable chips from the hopper to the feed device;
iii) vibrating all or part of the vibratory feeder device, thereby moving the flowable tip through the feed device to the crucible;
Can be added to the crucible using a vibration feeder device.
ホッパーへの不活性ガス注入は、ホッパーを真空にし、ホッパーを半導体グレードのアルゴン、ヘリウムあるいは窒素のような不活性ガスで少なくとも一度パージすることによって実施することができる。 Inert gas injection into the hopper can be performed by evacuating the hopper and purging the hopper at least once with an inert gas such as semiconductor grade argon, helium or nitrogen.
フィード装置は供給管と、任意でホッパーから供給管までの供給トレイと、任意で供給管からルツボまでのランスとを備える。流動性チップを移動するために、ホッパー、供給トレイ、供給管、ランス又はそれらの組合せを振動させることができる。 The feed device comprises a supply tube, optionally a supply tray from the hopper to the supply tube, and optionally a lance from the supply tube to the crucible. To move the flowable tip, the hopper, feed tray, feed tube, lance or combination thereof can be vibrated.
段階iii)は、流動性チップの共鳴周波数で振動フィーダ装置の全てあるいはその一部を振動させることによって実施することもできる。 Step iii) can also be carried out by vibrating all or part of the vibrating feeder device at the resonant frequency of the flowable tip.
流動性チップはバッチモードでルツボに加えることができる。流動性チップは、少なくとも部分的に固化したヒールを収容しているルツボに加えることができる。流動性チップは、キャニスターフィーダ装置(例えば、米国特許第5,488,924号明細書、及び、ダウド(Daud,T)及びカチャール(Kachare,A)による論文“光電池モジュールについての改良型チョクラルスキー法シリコン成長技術(Advanced Czochralski Silicon Growth Technology for Photovoltaic Modules)(DOE/JPL-1012-70、Distribution Category UC-63b、5101-2-7平板ソーラーアレイプロジェクト、JPL出版82−35、1982年9月15日)参照)を用いて加えることができる。 Flowable chips can be added to the crucible in batch mode. The flowable tip can be added to a crucible containing an at least partially solidified heel. The flowable chips are described in canister feeder devices (eg, US Pat. No. 5,488,924 and the article by Daud, T and Kachare, A, “Improved Czochralski for Photovoltaic Modules”. Advanced Czochralski Silicon Growth Technology for Photovoltaic Modules (DOE / JPL-1012-70, Distribution Category UC-63b, 5101-2-7 Flat Solar Array Project, JPL Publication 82-35, September 1982) Day))).
図3は、図1で示したようなCZ法で使用されるルツボ104を再装填するキャニスターフィーダ装置300の一実施例を示すものである。キャニスターフィーダ装置300は、流動性チップ302で充填されたキャニスターあるいはホッパー301を備える。キャニスタ301は、CZ法のための引き上げチャンバ内に位置している。引き上げチャンバ102は閉鎖して排気される。キャニスター301はケーブル303に取り付けられる。ケーブル303は、キャニスター301をルツボ104近傍まで、すなわち、ルツボ104内のヒール305の少なくとも部分的に固化した表面304の上のレベルまで降下する。キャニスター301はキャニスター301の出口に取り付けられたコーン306を有する。機構307がコーン306を下方へ、ルツボ104内のヒール305の少なくとも部分的に固化した表面304に近接するレベルではあるがその上のレベルまで降下する。これによって、流動性チップ302がキャニスター301から出ていくことが可能となり、ルツボ104内のヒール305の少なくとも部分的に固化した表面304上に落ちる。
FIG. 3 shows an embodiment of a
流動性チップは:
任意で、a)ルツボ内のヒールを少なくとも部分的に固化する段階と、
b)キャニスターを流動性チップで充填する段階と、
c)キャニスターを真空に引く段階と、
d)キャニスターをヒールの上の高さまで移動させる段階と、
e)キャニスターを開口して流動性チップがキャニスターを放出してルツボに入れる段階と、
f)ルツボが所望の深さに充填されるまで段階b)、c)、d)及びe)を繰り返す段階と、備えた方法でキャニスターフィーダ装置を用いてルツボに加えることができる。
Flowable chips are:
Optionally, a) at least partially solidifying the heel in the crucible;
b) filling the canister with flowable chips;
c) evacuating the canister;
d) moving the canister to a height above the heel;
e) opening the canister and allowing the flowable chip to discharge the canister into the crucible;
f) Repeat steps b), c), d) and e) until the crucible is filled to the desired depth, and can be added to the crucible using a canister feeder device in the manner provided.
米国特許第3,998,686号明細書、米国特許第4,002,274号明細書、米国特許第4,095,329号明細書、米国特許第4,176,166号明細書、米国特許第4,312,700号明細書、米国特許第4,323,419号明細書、米国特許第4,382,838号明細書、米国特許第4,394,352号明細書、米国特許第4,447,289号明細書、米国特許第4,519,764号明細書、米国特許第4,557,795号明細書、米国特許第4,561,486号明細書、米国特許第4,572,812号明細書、米国特許第4,661,324号明細書、米国特許第4,689,109号明細書、米国特許第4,968,380号明細書、米国特許第5,006,317号明細書、米国特許第5,080,873号明細書、米国特許第5,098,229号明細書、米国特許第5,161,717号明細書、米国特許第5,178,840号明細書、米国特許第5,229,082号明細書、米国特許第5,242,667号明細書、米国特許第5,254,300号明細書、米国特許第5,431,869号明細書、米国特許第5,454,424号明細書、米国特許第5,462,010号明細書、米国特許第5,488,924号明細書、米国特許第5,499,598号明細書、米国特許第5,510,095号明細書、米国特許第5,492,079号明細書、米国特許第5,690,733号明細書、米国特許第5,762,491号明細書、米国特許第5,868,835号明細書、米国特許第5,902,395号明細書、及び米国特許第6,217,649号明細書、に開示された多結晶シリコンを用いる方法は本明細書に参考文献として組み込まれている。当業者ならば、多結晶シリコンを処理する他の方法と同様に、ここに記載されたシリコン出発材料及び再装填材料に加えて又はその代わりにルツボを用いることができることは理解するだろう。 US Pat. No. 3,998,686, US Pat. No. 4,002,274, US Pat. No. 4,095,329, US Pat. No. 4,176,166, US Patent US Pat. No. 4,312,700, US Pat. No. 4,323,419, US Pat. No. 4,382,838, US Pat. No. 4,394,352, US Pat. No. 4,447,289, U.S. Pat. No. 4,519,764, U.S. Pat. No. 4,557,795, U.S. Pat. No. 4,561,486, U.S. Pat. No. 4,572. No. 4,812, US Pat. No. 4,661,324, US Pat. No. 4,689,109, US Pat. No. 4,968,380, US Pat. No. 5,006,317. Specification, US Pat. No. 5,080 873, US Pat. No. 5,098,229, US Pat. No. 5,161,717, US Pat. No. 5,178,840, US Pat. No. 5,229,082. Specification, US Pat. No. 5,242,667, US Pat. No. 5,254,300, US Pat. No. 5,431,869, US Pat. No. 5,454,424 US Pat. No. 5,462,010, US Pat. No. 5,488,924, US Pat. No. 5,499,598, US Pat. No. 5,510,095, US Patent No. 5,492,079, US Pat. No. 5,690,733, US Pat. No. 5,762,491, US Pat. No. 5,868,835, US Pat. No. 5,902,395, and U.S. Patent No. 6,217,649, a method using a polycrystalline silicon disclosed in which are incorporated by reference herein. Those skilled in the art will appreciate that crucibles can be used in addition to or in place of the silicon starting materials and reload materials described herein, as well as other methods of processing polycrystalline silicon.
<フィーダ装置>
顆粒を供給するように構成されたフィーダ装置における顆粒の代わりに、流動性チップを用いることができる。定量フィーダ装置、キャニスターフィーダ装置、重量ベルトフィーダ装置、振動フィーダ装置、チップスラスタフィーダ装置、空気圧輸送フィーダ装置、停滞流送り出しランスフィーダ装置、回転盤フィーダ装置、又はオーガフィーダ装置のいずれかのフィーダ装置において、流動性チップを用いることができる。
<Feeder device>
Instead of granules in a feeder device configured to supply granules, a flowable tip can be used. In a feeder device of any one of a quantitative feeder device, a canister feeder device, a heavy belt feeder device, a vibration feeder device, a chip thruster feeder device, a pneumatic transport feeder device, a stagnant flow feed lance feeder device, a rotating disk feeder device, or an auger feeder device A flowable chip can be used.
定量フィーダ装置の例は、フィケット(Ficket,B)及びミハリック(Mihalik,G)による論文“再装填及び“充填”用の経済的なフィーダ(Economic feeder for recharging and “topping off”)(ジャーナル・オブ・クリスタル・グロース(Journal of Crystal Growth)、ジーメンス・ソーラー・インダストリー、第211巻第372−377頁、2000年)”や、米国特許第3,998,686号明細書、米国特許第5,080,873号明細書、米国特許第5,762,491号明細書、及び日本国特開昭62−260791号公報に開示されている。キャニスターフィーダ装置の例は、米国特許第4,394,352号明細書、米国特許第4,557,795号明細書、米国特許第5,229,082号明細書、及び米国特許第5,488,924号明細書に開示されている。重量ベルトフィーダ装置の例は、米国特許第6,217,649号明細書に開示されている。振動フィーダ装置の例は、米国特許第5,462,010号明細書、及び日本国特開平02−617197号公報に開示されている。チップスラスタフィーダ装置の例は、米国特許第4,661,324号明細書に開示されている。空気圧輸送フィーダ装置の例は、米国特許第4,968,380号明細書、及び米国特許第5,098,229号明細書に開示されている。停滞流送り出しランスフィーダ装置の例は、米国特許第5,690,733号明細書、米国特許第5,868,835号明細書、及び米国特許第5,902,395号明細書に開示されている。回転盤フィーダ装置の例は、米国特許第4,002,274号明細書、及び米国特許第5,242,667号明細書に開示されている。オーガフィーダ装置の例は、ダウド(Daud,T)及びカチャール(Kachare,A)による論文“光電池モジュール用の改良型チョクラルスキー法シリコン成長技術(Advanced Czochralski Silicon Growth Technology for Photovoltaic Modules)(DOE/JPL-1012-70、Distribution Category UC-63b、5101-2-7平板ソーラーアレイプロジェクト、JPL出版82−35、1982年9月15日)参照))に開示されている。当業者であれば、本明細書で開示した流動性チップを、多結晶シリコンを処理するのに適したサイズの他の公知のフィーダにおいて用いることができることは理解するだろう。 An example of a metering feeder device is the paper “Economic feeder for recharging and“ topping off ”” by Journal of Ficket, B and Mihalik, G (Journal of "Journal of Crystal Growth, Siemens Solar Industry, Vol. 211, pages 372-377, 2000" ", U.S. Pat. No. 3,998,686, U.S. Pat. No. 5,080. No. 5,873, U.S. Pat. No. 5,762,491, and JP-A-62-260791. Examples of canister feeder devices include US Pat. No. 4,394,352, US Pat. No. 4,557,795, US Pat. No. 5,229,082, and US Pat. No. 5,488. 924, the disclosure of which is incorporated herein by reference. An example of a heavy belt feeder device is disclosed in US Pat. No. 6,217,649. Examples of the vibration feeder device are disclosed in US Pat. No. 5,462,010 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 02-617197. An example of a chip thruster feeder device is disclosed in US Pat. No. 4,661,324. Examples of pneumatic transport feeder devices are disclosed in US Pat. No. 4,968,380 and US Pat. No. 5,098,229. Examples of stagnant flow delivery lance feeder devices are disclosed in US Pat. No. 5,690,733, US Pat. No. 5,868,835, and US Pat. No. 5,902,395. Yes. Examples of turntable feeder devices are disclosed in US Pat. No. 4,002,274 and US Pat. No. 5,242,667. An example of an auger feeder device is the paper by Daud, T and Kachare, A, “Advanced Czochralski Silicon Growth Technology for Photovoltaic Modules for Photovoltaic Modules (DOE / JPL). -1012-70, Distribution Category UC-63b, 5101-2-7 Flat Solar Array Project, JPL Publication 82-35, September 15, 1982)))). It will be appreciated that the flowable tips disclosed herein can be used in other known feeders of a size suitable for processing polycrystalline silicon.
以下の例は、本発明を当業者に例示することを意図しているだけであり、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきものではない。 The following examples are only intended to illustrate the present invention to those skilled in the art and should not be construed as limiting the scope of the invention.
<例1>
WC、Co、GC−712(ゼネラル・カーバイド社製、12%Co及び88%WC含有、粒度0.6μmの粉末)、及び、焼結WC/Co粉末をプラスチック上に拡げる。粉末の初期重量を記録する。エリーツ(登録商標)希土類プレート磁石を、2mm以下の距離で各粉末状を通過させる。粉末の最終重量を記録する。結果を表1に示す。
<Example 1>
WC, Co, GC-712 (manufactured by General Carbide, containing 12% Co and 88% WC, powder having a particle size of 0.6 μm) and sintered WC / Co powder are spread on plastic. Record the initial weight of the powder. An Elite (R) rare earth plate magnet is passed through each powder form at a distance of 2 mm or less. Record the final weight of the powder. The results are shown in Table 1.
例1は、磁石を用いると多結晶シリコン片から不純物を除去されることを示している。特に、図4のジャークラッシャーで導入されたWC/Co不純物が例1の方法を用いて除去されている。 Example 1 shows that impurities can be removed from a piece of polycrystalline silicon when a magnet is used. In particular, WC / Co impurities introduced by the jar crusher of FIG. 4 are removed using the method of Example 1.
<例2>
流動性チップの4つの例を以下の方法で製造する。ジーメンス型真空容器の冷壁から多結晶シリコンU型ロッド状材料が得られる。炭素ソケットの除去後、ポリエチレンテーブル上で低汚染衝撃工具を用いてU型ロッド状シリコンを10〜15cm片に破砕する。得られたシリコンチャンクを図4で示したジャークラッシャー400に供給する。放出スロットの幅は最近接距離で15mmに制限されている。多結晶シリコン片が放出スロット418を通り抜けると、それらは、多結晶シリコン片からダストを除去するように作用する空気混入ダスト収集ゾーンを通過する。得られた多結晶シリコン片はポリエチレンでライニングされた瓶に収集する。
<Example 2>
Four examples of flowable chips are produced by the following method. A polycrystalline silicon U-shaped rod-shaped material is obtained from the cold wall of the Siemens type vacuum vessel. After removing the carbon socket, the U-shaped silicon rod is crushed into 10-15 cm pieces using a low contamination impact tool on a polyethylene table. The obtained silicon chunk is supplied to the
次いで、収集された多結晶シリコン片を再び同じ装備で粉砕する。粉砕段階の後、シリコン片の流速を調整し、図5〜図8で示したステップデッキ選別器500上に供給するように作用するUHMWPEホッパーに、収集された多結晶シリコン片を移送する。ホッパー502及びステップデッキ選別器500はいずれも、多結晶シリコン片を移動ように作動する振動テーブル501に取り付けられている。デッキは、製品サイズが通常1mmから12mmの範囲に維持されるように調整する。長さが12mmより長い多結晶シリコン片は製品から取り除いて、追加の粉砕パス用の粉砕処理に戻し、これによって粉砕された材料が一回だけの粉砕パスに曝された多結晶シリコン片と混ぜられることになる。300kgの量の多結晶シリコン片が得られるまで、この手順を何度も繰り返す。一連の処理の間に、多結晶シリコン片の4個の試料が酸処理されたPTFA容器に収集される。これらの試料は米国特許第5,851,303号明細書に記載の方法による表面金属分析用として提出する。得られたシリコンの純度を以下の表2に示す。多結晶シリコン片の各試料の制御粒度分布は1mmから12mmである。
The collected polycrystalline silicon pieces are then ground again with the same equipment. After the pulverization stage, the flow rate of the silicon pieces is adjusted, and the collected polycrystalline silicon pieces are transferred to a UHMWPE hopper that serves to feed on the
<例3>
多結晶シリコンのU型ロッドはジーメンス型ベルジャー反応器の冷水壁から得られる。炭素ソケット端部の除去後、ポリエチレンテーブル上で低汚染衝撃工具を使ってU型ロッド状のシリコンを4インチ片に破砕する。得られたシリコンチャンクを図4で示したジャークラッシャー400に供給する。放出スロット418の幅は最近接距離で15mmまでに制限する。多結晶シリコン片が放出スロット418を通り抜けると、それらは、多結晶シリコン片からダストを除去するように作用する空気混入ダスト収集ゾーンを通過する。得られた多結晶シリコン片はポリエチレンライニングされた瓶に収集する。収集された多結晶シリコン片を同じ装備で再び粉砕する。粉砕段階の後、シリコン片の図5のステップデッキ選別器500への流速が調整されるように作用するUHMWPEホッパーに、収集された多結晶シリコン片を移送する。デッキは、製品粒度分布が通常1mmから12mmの範囲に維持されるように調整する。40kgの量の多結晶シリコン片を処理する。バルク不純物(ホウ素、全ドナー、炭素、燐、鉄、ニッケル、銅、及びクロム)と表面不純物(鉄、ニッケル、銅、クロム、ナトリウム、及び亜鉛)とを測定する。表面純度分析に対して、多結晶シリコン片の4個の試料が酸洗されたPTFA容器に収集される。
<Example 3>
Polycrystalline silicon U-shaped rods are obtained from the cold water wall of a Siemens type bell jar reactor. After removing the carbon socket end, the U-shaped rod-shaped silicon is crushed into 4-inch pieces on a polyethylene table using a low contamination impact tool. The obtained silicon chunk is supplied to the
これらの試料はバルク不純物と表面不純物とを分析する。バルク金属値は、冷凍された探針の酸分解を用いてエッチングされたフローティングゾーンコアから得る。コアは多結晶シリコンロッドから得る。バルク金属値を得るための手順は米国特許第4,912,528号明細書に記載されている。金属濃度は原子吸収分析から測定する。 These samples analyze bulk impurities and surface impurities. Bulk metal values are obtained from a floating zone core etched using acid decomposition of a frozen probe. The core is obtained from a polycrystalline silicon rod. The procedure for obtaining bulk metal values is described in US Pat. No. 4,912,528. Metal concentration is measured from atomic absorption analysis.
炭素はフローティングゾーンコアから測定する。コアからスライスをとる。スライスはラップして研磨する。フーリエ変換赤外分光法を用いてシリコン中の炭素濃度を測定する。 Carbon is measured from the floating zone core. Take a slice from the core. The slice is lapped and polished. The carbon concentration in silicon is measured using Fourier transform infrared spectroscopy.
燐、ホウ素、アルミニウム、及び砒素は、分散性光ルミネセンス(PL)として公知の技術的を用いてフローティングゾーンコアから測定する。このテストを用いて、フローティングゾーンコアからの単結晶シリコンスライスを化学的に研磨する。スライスを液体ヘリウム温度まで冷却することによって、アルゴンレーザーを用いて試料内にフォトン放出を生じさせる。電子−正孔ペアの再結合放射の測定強度を用いてこれらの不純物の濃度を決定する。 Phosphorus, boron, aluminum, and arsenic are measured from the floating zone core using a technique known as dispersive photoluminescence (PL). This test is used to chemically polish single crystal silicon slices from the floating zone core. By cooling the slice to the liquid helium temperature, an argon laser is used to cause photon emission in the sample. The measured intensity of electron-hole pair recombination radiation is used to determine the concentration of these impurities.
ドナーは、シリコンコアの抵抗を測定することから得られる計算値である。 The donor is a calculated value obtained from measuring the resistance of the silicon core.
表面不純物は米国特許第5,851,303号明細書の方法によって測定する。得られたシリコンの純度は以下の表3及び表4に示す。多結晶シリコン片の各試料の制御粒度分布は1mmから12mmである。 Surface impurities are measured by the method of US Pat. No. 5,851,303. The purity of the obtained silicon is shown in Tables 3 and 4 below. The control particle size distribution of each sample of polycrystalline silicon pieces is 1 mm to 12 mm.
100 CZ装置
101 成長チャンバ
102 引き上げチャンバ
103 真空バルブ
104 ルツボ
105 シャフト
106 モータ
107 ヒーター
108 溶融シリコン
109 インゴット
110 種
111 種支持ケーブル
112 引き上げ機構
113 結晶重量読出装置
114 ホットゾーン
200 振動フィーダ装置
201 ホッパー
202 流動性チップ
203 投入口
204 出口
205 供給トレイ
206 振動フィーダ
207 供給管
208 ランス
209 ハウジング
210 装填隔離ロック
300 キャニスターフィーダ装置
301 キャニスター又はホッパー
302 流動性チップ
303 ケーブル
304 表面
305 ヒール
306 コーン
307 機構
400 ジョークラッシャー
401 フレームアセンブリ
402 固定顎板
403 可動顎板
404 顎空洞
405 ピットマンキャリヤアセンブリ
406 ピットマンベアリング
407 偏心軸
408 テンションロッドピン
409 フライホイール
410 モータ
411 ベルト
412 ベース
413 テンションロッド
414 調整ホイール
415 外側バネカラー
416 テンションバネ
417 外側バネカラー
418 放出スロット
419 くさび型調整ロッド
420 調整ホイール
421 クロスバー
422 調整くさび
423 ベアリングくさび
424 トグルプレート
425 ホッパー
500 ステップデッキ選別器
501 振動モータアセンブリ
502 投入口
503 流動層領域
504 空気の流れ
505 穿孔板
506 溝形成領域
507 ギャップ
508 コンベヤ
509 収集容器
510 第2デッキ
511 第2デッキの入口端
512 溝
513 塊
514 破片
515 薄片
516 ギャップ
517 第3デッキ
518 第2デッキの出口端
519 尾根部
520 谷部
521 デッキ
522 ギャップ
523 デッキ
524 ギャップ
525 デッキ
526 収集容器
527 収集容器
528 重量計
530 側壁
531 第1デッキ
532 ダスト収集器
533 デッキ
534 ギャップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 CZ apparatus 101 Growth chamber 102 Lifting chamber 103 Vacuum valve 104 Crucible 105 Shaft 106 Motor 107 Heater 108 Molten silicon 109 Ingot 110 Seed 111 Seed support cable 112 Lifting mechanism 113 Crystal weight reading device 114 Hot zone 200 Vibrating feeder device 201 Hopper 202 Flow Insert 203 204 outlet 205 supply tray 206 vibration feeder 207 supply pipe 208 lance 209 housing 210 loading isolation lock 300 canister feeder device 301 canister or hopper 302 fluidity tip 303 cable 304 surface 305 heel 306 cone 307 mechanism 400 jaw crusher 401 Frame assembly 402 Fixed jaw plate 403 Moving jaw plate 404 Jaw cavity 405 Pitman carrier assembly 406 Pitman bearing 407 Eccentric shaft 408 Tension rod pin 409 Flywheel 410 Motor 411 Belt 412 Base 413 Tension rod 414 Adjustment wheel 415 Outer spring collar 416 Tension spring 417 Outer spring collar 418 Release slot wedge 419 Release slot collar 419 Adjustment rod 420 Adjustment wheel 421 Cross bar 422 Adjustment wedge 423 Bearing wedge 424 Toggle plate 425 Hopper 500 Step deck sorter 501 Vibration motor assembly 502 Input port 503 Fluidized bed region 504 Air flow 505 Perforated plate 506 Groove formation region 507 Gap 508 Conveyor 509 Collection container 510 2nd deck 511 2nd deck Inlet end 512 groove 513 lump 514 fragment 515 thin piece 516 gap 517 third deck 518 second deck outlet 519 ridge 520 valley 521 deck 522 gap 523 deck 524 gap 525 deck 526 collection container 528 collection container 528 collection container 528 collection container 528 531 First Deck 532 Dust Collector 533 Deck 534 Gap
Claims (35)
b)ルツボ内の溶融シリコンに流動性チップを加える段階であって、該流動性チップが、化学的気相成長法で製造されかつ低レベルのバルク不純物と低レベルの表面不純物とを有する多結晶シリコン片で構成される多結晶シリコン片群であって、しかも制御された粒度分布を有しかつ概して非球状モルフォロジィを有する多結晶シリコン片群から成るところの段階と;
c)任意でルツボにドーパントを加える段階と、を備えた方法。 a) pulling the silicon ingot from the crucible by the Czochralski method;
b) adding a flowable tip to the molten silicon in the crucible, wherein the flowable tip is manufactured by chemical vapor deposition and has a low level of bulk impurities and a low level of surface impurities A stage comprising a group of polycrystalline silicon pieces composed of silicon pieces and having a controlled particle size distribution and generally having a non-spherical morphology;
c) optionally adding a dopant to the crucible.
i)流動性チップを収容しているホッパーを真空に引くかあるいは該ホッパーに不活性ガスを入れるか又はその両方を行う段階と、
ii)ホッパーからフィード装置へ流動性チップを供給する段階と、
iii)振動フィーダ装置の全てあるいはその一部を振動させ、それによって流動性チップをフィード装置を介してルツボまで移動させる段階と、を備えた工程によって実施する請求項8に記載の方法。 Step b) is performed using a vibration feeder device.
i) evacuating the hopper containing the flowable chip and / or filling the hopper with an inert gas;
ii) supplying flowable chips from the hopper to the feed device;
9. A method according to claim 8, wherein the method comprises: iii) vibrating all or part of the vibratory feeder device, thereby moving the flowable tip through the feed device to the crucible.
任意に、b)少なくともヒールの表面を固化する段階と;
c)ヒールの表面に流動性チップを加える段階であって、該流動性チップが、化学的気相成長法で製造されかつ低レベルのバルク不純物と低レベルの表面不純物とを有する多結晶シリコン粒子で構成される多結晶シリコン粒子群であって、しかも1mmから12mmの制御された粒度分布を有しかつ概して非球状モルフォロジィを有する多結晶シリコン粒子群から成るところの段階と;
d)任意でルツボにドーパントを加える段階と、を備えた方法。 a) lifting the silicon ingot from the crucible by the Czochralski method and leaving the heel in the crucible;
Optionally b) solidifying at least the surface of the heel;
c) adding a flowable tip to the surface of the heel, wherein the flowable tip is manufactured by chemical vapor deposition and has low levels of bulk impurities and low levels of surface impurities And comprising a group of polycrystalline silicon particles having a controlled particle size distribution of 1 mm to 12 mm and generally having a non-spherical morphology;
d) optionally adding a dopant to the crucible.
i)キャニスターを流動性チップで充填する段階と、
ii)キャニスターを真空に引く段階と、
iii)キャニスターをヒールの上の高さまで移動する段階と、
iv)キャニスターを開口して流動性チップをキャニスターから放出してルツボに入れる段階と、
v)ルツボが所望の深さに充填されるまで段階i)、ii)、iii)及びiv)を繰り返す段階と、
を備えた手法によって実施する請求項19に記載の方法。 Step c)
i) filling the canister with flowable chips;
ii) evacuating the canister;
iii) moving the canister to a height above the heel;
iv) opening the canister and releasing the flowable tip from the canister into a crucible;
v) repeating steps i), ii), iii) and iv) until the crucible is filled to the desired depth;
The method of claim 19, wherein the method is performed by a technique comprising
2)半導体材料を溶融する段階と、
3)段階2)の後に半導体材料を固化して所望の断面形状を有する鋳造インゴットを製造する段階と、を備えた方法。 1) introducing a semiconductor material comprising a flowable chip according to claim 1 into a mold comprising walls defining a desired cross-sectional shape;
2) melting the semiconductor material;
And 3) solidifying the semiconductor material after step 2) to produce a cast ingot having a desired cross-sectional shape.
2)連続的に供給された流動性チップを溶融する段階と、
任意で、3)溶融物の表面上に高温プラズマガスを吹きかける段階と、
4)固化したシリコンを前記無底容器から下流へ連続的に放出する段階と、を備えた方法。 1) continuously supplying the flowable chip according to claim 1 to a bottomless container disposed in the induction coil;
2) melting a continuously supplied flowable chip;
Optionally 3) blowing hot plasma gas over the surface of the melt;
4) A step of continuously releasing the solidified silicon from the bottomless container downstream.
2)段階1)での生成物を水冷型ルツボへ若しくは成長中の結晶シリコン体上へ導く段階と、を備えた方法。 1) melting the flowable tip of claim 1 using a high frequency plasma torch;
And 2) directing the product of step 1) to a water-cooled crucible or onto a growing crystalline silicon body.
2)段階1)の生成物をキャスティングする段階と、を備えた方法。 1) melting the flowable tip according to claim 1 with an electron beam;
2) casting the product of step 1).
前記HEM炉はルツボの底部に接続されたヘリウム熱交換器を有する加熱要素で囲繞されたルツボを収容するチャンバを備えたものであり:
1)種結晶の最上部に請求項1に記載の流動性チップを載置してルツボを充填する段階と、
2)前記チャンバを排気する段階と、
3)前記加熱要素を加熱して流動性チップを溶融する段階と、
4)熱交換器を介してヘリウムガスを流し、それによって前記種結晶が溶融するのを回避する段階と、
5)ガス流を漸増させ、それによってシリコンを漸進的に固化させ、種結晶の外側に結晶を成長させる段階と、を備えた方法。 A method comprising the steps of manufacturing an ingot in a HEM furnace,
The HEM furnace comprises a chamber containing a crucible surrounded by a heating element having a helium heat exchanger connected to the bottom of the crucible:
1) placing the flowable chip according to claim 1 on top of the seed crystal and filling the crucible;
2) evacuating the chamber;
3) heating the heating element to melt the flowable tip;
4) flowing helium gas through the heat exchanger, thereby avoiding melting of the seed crystal;
5) gradually increasing the gas flow, thereby gradually solidifying the silicon and growing the crystal outside the seed crystal.
1)2つのストリングと種結晶とを前記浅いシリコン溶融物から垂直に引き上げる段階と、
2)ストリングと種結晶とを前記浅いシリコン溶融物からの溶融シリコンで濡らし、前記ストリング間のスペースを充填する段階と、
3)段階2)での生成物を冷却してシリコンリボンを製造する段階と、を備えた方法。 Under the condition that the flowable chip according to claim 1 is initially loaded with a shallow silicon melt and / or reloaded with the flowable chip according to claim 1 or both. so,
1) pulling up two strings and seed crystal vertically from said shallow silicon melt;
2) Wetting the strings and seed crystals with molten silicon from the shallow silicon melt to fill the spaces between the strings;
3) cooling the product from step 2) to produce a silicon ribbon.
1)流動性チップを溶融してルツボに溶融シリコン溜まりを供給する段階と、
2)ルツボからの溶融シリコンを基板上に適用して、それによってシリコンウェハーを製造する段階とを備えた方法。 Under the condition that the flowable tip of claim 1 is loaded into a crucible, or the crucible is reloaded with the flowable tip of claim 1, or both.
1) melting the flowable tip and supplying a molten silicon pool to the crucible;
2) applying molten silicon from a crucible onto a substrate, thereby producing a silicon wafer.
2)容器を局所的な加熱領域で局所的に加熱することにより、多結晶シリコン片の一部を溶融して焼結部分と溶融部分とを形成する段階と、
3)前記局所的な加熱領域を容器の長軸方向に移動させて、溶融部分の固化と、焼結部分の溶融と、新しい焼結部分の形成とを交互に行い;それによって容器内にシリコンインゴットを形成する段階とを備えた方法。 1) filling the container with the flowable tip according to claim 1;
2) melting the part of the polycrystalline silicon piece to form a sintered part and a molten part by locally heating the container in a local heating region;
3) The local heating region is moved in the long axis direction of the container to alternately solidify the molten part, melt the sintered part, and form a new sintered part; Forming an ingot.
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