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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Herstellen polykristalliner Siliciumlagen, bei denen es sich
um Materialien für
für Solarzellen
und Anderes verwendbare Siliciumwafer handelt, und sie betrifft ein
Herstellverfahren unter Verwendung der Vorrichtung.
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2. Beschreibung der einschlägigen Technik
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Wafer aus polykristallinem Silicium,
wie sie für
Solarzellen und dergleichen zu verwenden sind, werden z. B. dadurch
hergestellt, dass ein Siliciummaterial hoher Reinheit, zu dem ein
Dotierstoff wie Phosphor, Bor oder dergleichen zugesetzt wird, durch
Wärme in
einer Inertatmosphäre
in einem Tiegel geschmolzen wird, die sich ergebende Siliciumschmelze
(die nachfolgend der Kürze
halber als Schmelze bezeichnet wird) in eine Form gegossen wird,
die Schmelze allmählich
abgekühlt
wird, um einen polykristallinen Barren zu erhalten, und der Barren
mit einer Drahtsäge
oder einem Innendurchmesserblatt in Scheiben zerschnitten wird,
um dadurch gewünschte
Wafer zu erhalten (siehe die Veröffentlichung
HEI 6(1994)-64913 zu einem ungeprüften japanischen Patent). Da
dieses Verfahren einen Scheibenschneidprozess erfordert, tritt ein
Schneidverlust entsprechend der Dicke eines Drahts oder einer Innendurchmesserscheibe
auf. Dies verringert die Ausbeute der Wafer, und im Ergebnis ist
es unmöglich, Wafer
billig zu liefern.
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Es wurde auch ein Verfahren zum Herstellen von
Siliciumlagen, ohne dass es erforderlich ist, einen Barren in Scheiben
zu schneiden, offenbart (siehe die Veröffentlichung Nr. HEI 7(1995)-256624
zu einem ungeprüften
japanischen Patent). Gemäß diesem
Verfahren wird eine Siliciumschmelze in eine erwärmende, horizontale Form eingespeist.
Eine Kohlenstoffplatte wird in horizontaler Richtung bewegt und
direkt mit der Schmelze in Kontakt gebracht. Wenn die Schmelze an
der Platte anhaftet, wird sie horizontal abge zogen und durch ein
Kühlgas
gekühlt, das
durch einen Gasblasabschnitt eines Kühlsystems ausgeblasen wird.
So werden Siliciumlagen kontinuierlich erhalten. Gemäß diesem
Verfahren ist es unmöglich,
da die Dicke der Siliciumlagen durch eine Dickensteuerungsplatte
kontrolliert wird, die Dicke auf 400 um oder weniger, wie für Solarzellen
benötigt,
zu kontrollieren.
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Die Veröffentlichung Nr. HEI 10(1998)-29895 zu
einem ungeprüften
japanischen Patent offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Herstellen polykristalliner Siliciumlagen, bei denen eine durch Schmelzen
eines Siliciummaterials in einem Heizer in einem Tiegel erhaltene
Siliciumschmelze mit einem rotierenden Kühlelement aus einem wärmebeständigen Material
mit einer rotierenden Welle parallel zur Oberfläche der Schmelze in Kontakt
gebracht wird, während
das rotierende Kühlelement
mit flüssigem Stickstoff
gekühlt
wird, um an der Oberfläche
des rotierenden Kühlelements
Siliciumkristalle zu züchten, wobei
die Siliciumkristalle vom rotierenden Kühlelement abgezogen werden,
um eine polykristalline Siliciumlage zu ergeben.
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Kristalle polykristalliner Siliciumlagen,
wie sie durch die Vorrichtung und das Verfahren hergestellt wurden,
die durch die oben genannte Veröffentlichung
Nr. HEI 10(1998)-29895 zu einem ungeprüften japanischen Patent offenbart
sind, wachsen mit Säulenform,
jedoch ist die Größe der Kristalle
nicht genau kontrolliert. Daher ist es erforderlich, der Steuerung
der Temperaturverteilung der Schmelze, der Drehzahl des rotierenden
Kühlelements
und anderen Größen stärkste Aufmerksamkeit
zu schenken, um eine hohe Qualität.
polykristalliner Siliciumlagen für Solarzellen
aufrechtzuerhalten. Wenn sich diese Bedingungen nur geringfügig ändern, zeigen
die auf der Oberfläche
des Kühlelements
wachsenden Kristalle eine Dendritenstruktur mit baumzweigähnlichen, länglichen
Kristallen, die für
Solarzellen nicht geeignet sind.
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Die oben genannte Veröffentlichung
Nr. HEI 10(1998)-29895 zu einem ungeprüften japanischen Patent offenbart
in ihrem Anspruch 3 eine Vorrichtung zum Herstellen polykristalliner
Siliciumlagen, die polykristalline Siliciumlagen auf der Oberfläche eines rotierenden
Kühlelements,
das mit einer Keramiklage wie einer solchen aus Bornitrid beschichtet
ist, dadurch herstellt, dass das rotierende Kühlelement mit einer Siliciumschmelze
in Kontakt gebracht wird. Da jedoch die Oberfläche des rotierenden Kühlelements dieser
Vorrichtung vollständig
mit dem Keramikfilm beschichtet ist, dient die gesamte Oberfläche des
rotierenden Kühlelements
als Keim für
das Kristallwachstum. Demgemäß kann die
polykristalline Siliciumlage nicht einfach von der Oberfläche des
rotierenden Kühlelements
abgezogen werden, d.h., es können
keine ausreichenden Abzieheigenschaften erzielt werden, wenn die
Lagen kontinuierlich von der Oberfläche des rotierenden Kühlelements
abgenommen werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Angesichts der oben genannten Probleme
ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Herstellen polykristalliner Siliciumlagen zu schaffen, die es
erlauben, Siliciumkristalle mit guter Form zu züchten, und die auch einfaches Abziehen
der polykristallinen Siliciumlagen von der Oberfläche eines
Kühlelements
erlauben.
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Durch die Erfindung ist eine Vorrichtung
zum Herstellen einer polykristallinen Siliciumlage mit Folgendem
geschaffen: einem Tiegel; einer Heizeinheit zum Erwärmen eines
Ausgangsmaterials aus Silicium, das in den Tiegel gefüllt wurde;
und einer Kühleinheit,
die dazu dient, eine Schmelze des Ausgangsmaterials, das durch Erwärmung geschmolzen wurde,
mit einer Kühlfläche eines
Kühlelements
in Kontakt zu bringen, um dadurch eine polykristalline Siliciumlage
zu erhalten, in der Siliciumkristalle gewachsen sind; wobei die
Kühlfläche des
Kühlelements
einen Lagenanhaftabschnitt, der als Startpunkt für die Kristallisation von Silicium
(d.h. Kristallisations-Züchtungspunkt)
dient und das Anhaften der polykristallinen Siliciumlage in Form
gezüchteter Kristalle
erlaubt, und einen Lagenabziehabschnitt aufweist, um einfaches Abziehen
der polykristallinen Siliciumlage zu ermöglichen.
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Der auf der Kühlfläche ausgebildete Lagenanhaftabschnitt
dient als Startpunkt für
die Kristallisation, um das Wachstum von Siliciumkristallen und das
Anhaften der polykristallinen Siliciumlage zu ermöglichen,
während
die polykristalline Siliciumlage nur schwach oder im Wesentlichen
gar nicht am im Rest der Kühlfläche vorhandenen
Lagenabziehabschnitt anhaftet. Dadurch ist es möglich, sowohl Anhaftungseigenschaften
als auch die Eigenschaft einfachen Abziehen für die sich beim Wachsen von
Kristallen bildende polykristalline Lage zu erzielen.
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Anders gesagt, ist es durch Anbringen
des Lagenabziehabschnitts, der so schwache Anhaftungskraft zur Lage
aufweist, dass er selbst kein wesentliches Lagenanhaftungselement
bilden kann, und des Lagenanhaftabschnitts, der über starke Anhaftungskraft
zur Lage verfügt
und die schwache Anhaftungs festigkeit des Lagenabziehabschnitts
zur Lage kompensieren kann, oder der für die Haftkraft zur Lage verantwortlich
ist, in geeigneter Beziehung möglich,
eine polykristalline Siliciumlage mit gewünschter Kristallform zu erzielen,
die ausgehend vom Lagenanhaftabschnitt als Startpunkt der Kristallisation
wächst
und auch die erhaltene Lage abzuziehen, ohne dass es erforderlich
ist, ein Abziehagens, wie herkömmlich
verwendet, zu verwenden.
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Der Unterschied der Haftungskräfte zur
polykristalline Siliciumlage zwischen dem Lagenanhaftabschnitt und
dem Lagenabziehabschnitt beruht auf ihren verschiedenen Formen und/oder
Materialien. Ein optimaler Unterschied der Haftungskräfte kann, um
sowohl gutes Haftvermögen
als auch einfaches Abziehens der Lage dadurch erzielt werden, dass Bedingungen
wie die Temperatur der Ausgangsmaterialschmelze, wenn die Schmelze
mit der Kühlfläche in Kontakt
gebracht wird, um Siliciumkristalle zu züchten, die Temperatur der Kühlfläche, die
Kontaktzeit und dergleichen gesteuert werden.
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Bei einer durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Herstellen polykristalliner Siliciumlagen hergestellten polykristallinen
Siliciumlage wachsen die Siliciumkristalle in Säulenform ausgehend vom Lagenanhaftabschnitt
als Startpunkt der Kristallisation. So ist es möglich, polykristalline Siliciumlagen
zu erhalten, wie sie für
Solarzellen und dergleichen geeignet sind.
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Ferner ist es möglich, da die sich ergebende polykristalline
Siliciumlage leicht von der Kühlfläche abgezogen
werden kann, ohne dass ein Abziehagens zu verwenden wäre, polykristalline
Siliciumlagen kontinuierlich herzustellen.
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Der Lagenabziehabschnitt bei der
Erfindung besteht aus einem Material, das selbst eine relativ schwache
Haftkraft zu den polykristallinen Siliciumlagen aufweist. Ein derartiges
Material ist vorzugsweise Kohlenstoff, da es wärmebeständig ist und die Kristallisation
von Silicium nicht behindert.
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Der Lagenanhaftabschnitt bei der
Erfindung weist eine andere Form und/oder ein anderes Material als
der Lagenabziehabschnitt auf. Hinsichtlich der Form kann der Lagenabziehabschnitt über Punkte verfügen, die
regelmäßig oder
zuverlässig
auf der Kühlfläche angeordnet
sind. Zu Beispielen derartiger Punkte gehören mehrere säulenförmige oder
polygonale Warzen mit ebenen oder gewölbten Köpfen oder Seiten, um kleine
Flächen
für das
Wachstum von Kristallen an Oberflächen der Warzen als Startpunkte für die Kristallisation
zu bilden.
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Die Köpfe oder die Seiten der in
Punkten angeordneten Warzen dienen als Startpunkte für die Kristallisation,
und sie erlauben ein Anhaften der erzeugten polykristallinen Siliciumlage.
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Der Lagenanhaftabschnitt kann über eine Oberfläche verfügen, die
vorzugsweise 0,1 bis 25%, bevorzugter 1 bis 10% der Kühlfläche belegt.
Die Oberfläche
der oben genannten Warze kann die Oberfläche ihres Kopfs bedeuten, d.h.
die Fläche
des auf die Kühlfläche projizierten
Bilds der Warze, da die Oberfläche
der Seiten der Warze im Vergleich zu der ihres Kopfs vernachlässigbar
ist. Wenn die Oberfläche
des Lagenanhaftabschnitts kleiner als 0,1% ist, reicht die Haftkraft
der polykristallinen Siliciumlage nicht aus, und wenn die Fläche größer als
25% ist, kann die polykristalline Siliciumlage beschädigt werden,
wenn sie vom Lagenanhaftabschnitt abgezogen wird.
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Die oben genannten Punkte des Lagenanhaftabschnitts
können
z. B. einen Durchmesser von 1 bis 500 μm und eine Höhe von 4 bis 100 μm aufweisen,
wenn sie über
Säulenform
verfügen.
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Für
das Material der Punkte besteht keine spezielle Beschränkung solange
es möglich
ist, dass es Wärmebeständigkeit
bei Temperaturen über
dem Schmelzpunkt von Silicium zeigt und es auf der Kühlfläche leicht
in Punkten hergestellt werden kann, jedoch ist es vorzugsweise eine
Keramik, da Keramik auf Kohlenstoff leicht geformt werden kann.
Für die Kühlfläche wird
typischerweise Kohlenstoff verwendet. Die Keramik kann z. B. Siliciumcarbid,
Siliciumnitrid und/oder Bornitrid enthalten.
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Bei der Erfindung besteht der Lagenanhaftabschnitt
vorzugsweise aus auf der Kühlfläche angeordneten
Keramikpunkten. Dies, da davon ausgegangen wird, dass Keramiken
Startpunkte für
die Kristallisationsvorgänge,
die für
das Wachstum von Siliciumkristallen geeignet sind, bilden können.
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Die Kühleinheit kann in einem Teil
ihrer ebenen Fläche über die
Kühlfläche verfügen, oder
sie kann ein rotierender Zylinder mit der Kühlfläche am Umfang sein. Wenn die
Kühleinheit
das Letztere, d.h. ein rotierender Zylinder, ist, können polykristalline
Siliciumlagen, kontinuierlich hergestellt werden.
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Gemäß einer anderen Erscheinungsform
der Erfindung kann das Kühlelement über mehrere
Kühlelementteile
mit jeweils einer flachen Kühlfläche verfü gen, wobei
die Kühlelementteile
raupenförmig
miteinander verbunden sind und in der Auf-ab-Richtung in Bezug auf
den Tiegel auf solche Weise umlaufen, dass eine bis 50 der Kühlflächen der
umlaufenden Kühlelementeile
sequenziell mit der Schmelze in Kontakt treten. Durch diese Konstruktion
ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Massenherstellung geeigneter, da polykristalline Siliciumlagen
kontinuierlich hergestellt werden können. Die Vorrichtung zum Herstellen
polykristalliner Siliciumlagen mit diesem Typ einer Kühleinheit
kann ferner über
einen Lagenabziehmechanismus verfügen, der mit mindestens einem
Sauggehäuse,
das an einem distalen Ende eine poröse Fläche aufweist, die so angeordnet ist,
dass sie den Kühlflächen der
umlaufenden Kühlelementteile
zugewandt ist, und einer Vakuumpumpe versehen ist, um dann, wenn
das Sauggehäuse
der Kühlfläche des
Kühlelementteils
zugewandt ist, an dem die polykristalline Siliciumlage anhaftet,
das Innere des Sauggehäuses
von einer proximalen Seite aus absaugt, um die polykristalline Siliciumlage durch
Saugkraft auf die poröse
Fläche
zu übernehmen.
Durch diese Konstruktion kann eine effizientere Massenherstellung
realisiert werden.
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Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden
aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung leichter erkennbar.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische, geschnittene Seitenansicht zum Veranschaulichen
einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum
Herstellen polykristalliner Siliciumlagen;
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2 ist
eine Unteransicht einer Kühlfläche eines
in der 1 dargestellten
Kühlelements;
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3 ist
eine vergrößerte, geschnittene
Teilansicht der Kühlfläche des
Kühlelements
der 2 entlang einer
Linie C-C in der 2;
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4 ist
eine schematische, geschnittene Seitenansicht zum Veranschaulichen
einer anderen Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Herstellen polykristalliner Siliciumlagen;
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5 ist
eine vergrößerte, geschnittene
Seitenansicht eines in der 4 dargestellten
Kühlelements;
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6 ist
eine vergrößerte Seitenansicht
des in der 4 dargestellten
Kühlelements;
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7 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
eines Abschnitts B in der 5 zum
Veranschaulichen eines Lagenanhaftabschnitts auf der Kühlfläche des Kühlelements
sowie eines Zustands, in dem eine polykristalline Siliciumlage gewachsen
ist;
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8 ist
eine schematische, geschnittene Seitenansicht zum Veranschaulichen
noch einer anderen Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Herstellen polykristalliner Siliciumlagen; und
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9 ist
eine perspektivische Teilansicht von in der 8 dargestellten Kühlelementteilen.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUMGSFORMEN
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Nun werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 Ausführungsformen der Vorrichtungen des
Verfahrens zum Herstellen polykristalliner Siliciumlagen gemäß der Erfindung
erläutert.
Jedoch sind diese Ausführungsformen
nicht so auszulegen, dass sie den Schutzumfang der Erfindung beschränken würden.
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Erste Ausführungsform
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Die 1 zeigt
eine Grundstruktur einer Vorrichtung zum Herstellen polykristalliner
Siliciumlagen gemäß der Erfindung.
In der 1 verfügt eine
Vorrichtung 10 zum Herstellen polykristalliner Siliciumlagen über eine
Kammer 7, einen im Wesentlichen im Zentrum derselben platzierten
Tiegel 1 zum Aufnehmen einer Siliciummasse als Ausgangsmaterial,
eine Leitung 3 aus rostfreiem Stahl zum Einleiten eines Kühlmittels 2,
eine Kühleinheit 4,
in der die Leitung 3 angeordnet ist und die über dem
Tiegel 1 liegt, und einen Heizer 5 als Heizeinheit.
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Die Kammer 5 ist mit einer
Quelle (nicht dargestellt) zum Zuführen eines Inertgases wie Helium, Stickstoff
und Argon sowie einer Vakuumpumpe (nicht dargestellt) verbunden.
Der Tiegel 1 besteht aus Kohlenstoff, und der Heizer 5 ist
entlang dem Umfang desselben vorhanden. Der Heizer 5 verfügt über ein
Widerstandsheizelement aus Kohlenstoff zum Aufschmelzen der im Tiegel 1 aufgenommenen Siliciummasse
durch Wärme,
damit sich eine Siliciumschmelze S1 auf gewünschter Temperatur ergibt, und
er verfügt
auch über
einen Tempe raturregelmechanismus.
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Um die Temperatur der Schmelze S1
streng zu regeln und um mit guter Reproduzierbarkeit eine polykristalline
Siliciumlage S2 zu erhalten, sind vorzugsweise mehrere Heizer 5 installiert.
Die Temperatur der Schmelze S1 entspricht ungefähr 1420°C, das der Schmelzpunkt von
Silicium ist, oder sie ist höher. Wenn
sich jedoch die Temperatur der Schmelze S1 nahe am Schmelzpunkt
von Silicium befindet, kann die Schmelze S1 möglicherweise an ihrer Oberfläche erstarren,
wenn sie mit der Kühleinheit 4 in
Kontakt gelangt. Daher beträgt
die Temperatur der Schmelze S1 vorzugsweise ungefähr 1430°C oder mehr.
Die Kühleinheit 4 ist
in einem Kohlenstoffzylinder mit einer Kühlfläche 4a eines Kühlelements
an der Unterseite ausgebildet. Die Kühlfläche 4a ist an der
Bodenfläche
einer Kohlenstoffplatte 8 mit einer rechteckigen Ebene
ausgebildet.
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Die Kühleinheit 4 ist mit
einer Hubeinrichtung (nicht dargestellt) verbunden, die eine Auf-Ab-Bewegung
derselben in der Richtung eines Pfeils A in der Figur ermöglicht.
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Die Leitung 3 gibt ein aus
einem Kühlkreislauf
(nicht dargestellt) geliefertes Kühlmittel 2 an einer
porösen
Düse am
distalen Ende 3a zur Kohlenstoffplatte 8 mit der
Kühlfläche 4a aus.
Das Kühlmittel 2 läuft zwischen
der Außenwand
der Leitung 3 und der Innenwand des Zylinders der Kühleinheit 4 durch, und
es wird zum Kühlkreislauf
herausgeführt.
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Wie es in der Unteransicht der 2 und der vergrößerten Schnittansicht
der 3 entlang einer Linie
C-C in der 2 dargestellt
ist, besteht die Kühlfläche 4a aus
einem Lagenanhaftabschnitt 41, der als Startpunkt für die Kristallisation
von Silicium dient und die Anhaftung einer Lage gezüchteter
Kristalle erlaubt, und einem Lagenabziehabschnitt 42 mit einer
Fläche,
die das Abziehen der Lage erleichtert. Der Lagenanhaftabschnitt 41 besteht
aus Punkten eines Keramikmaterials wie Siliciumcarbid, Siliciumnitrid
oder Bornitrid mit gleichmäßiger Punktdichte,
die durch Anbringen einer Kohlenstoffmaske oder dergleichen am Boden
der Kohlenstoffplatte 8 und anschließender Verwendung von thermischem
CVD erzeugt wird.
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Der Lagenabziehabschnitt 42 entspricht
dem Rest der Kühlfläche 4a,
wo der Lagenanhaftabschnitt 41 nicht ausgebildet ist. Im
Lagenabziehabschnitt 42 liegt die Kohlenstoffplatte 8 frei,
da sie nicht bedeckt ist, und sie ermöglicht kein leichtes Anhaften
der sich ergebenden polykristallinen Sili ciumlage.
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Bei dieser Vorrichtung 10 zum
Herstellen polykristalliner Siliciumlagen wird die Kühlfläche 4a für eine bestimmte
Zeit in die Schmelze S1 eingetaucht und dann aus dieser herausgezogen,
während
sie beinahe parallel zur Oberfläche
der Schmelze S1 gehalten wird. Demgemäß wird auf der Kühlfläche 4a eine
polykristalline Siliciumlage S2 erhalten. Das Anhaften der polykristallinen
Siliciumlage S2 an der Kühlfläche 4a beruht
hauptsächlich
auf Punktkontakt, der durch die Punkte des Lagenanhaftabschnitts 41 als
Anhaftungspunkten geschaffen wird. Im anderen Teil der Kühlfläche 4a,
d.h. im Lagenabziehabschnitt 42, ist die Anhaftung der
polykristallinen Siliciumlage S2 so schwach, dass die Lage leicht
von der Kühlfläche 4a abgezogen
werden kann.
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Dabei zeigen die als Lagenanhaftabschnitt 41 auf
der Kohlenstoffplatte 8 ausgebildeten Keramikpunkte eine
stärkere
Haftungskraft zur Oberfläche
derselben, wobei diese Kraft erzeugt wurde, als die Keramikpunkte
durch CVD auf der Kohlenstoffplatte 8 hergestellt wurden,
auf, als es der Anhaftkraft an die polykristalline Siliciumlage
S2 entspricht. Daher löst
sich, wenn die polykristalline Siliciumlage S2 von der Kühlfläche 4a abgezogen
wird, der Lagenanhaftabschnitt 41 nicht von der Oberfläche der
Kohlenstoffplatte 8 ab, und er kann wiederholt genutzt
werden.
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Um die polykristalline Siliciumlage
S2 von der Kühlfläche 4a abzuziehen,
wird ein Abziehmechanismus durch Saugkraft mittels einer Vakuumpumpe
verwendet, wie es bei einer später
beschriebenen Ausführungsform
angegeben ist.
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Die erhaltene polykristalline Siliciumlage
S2 bildet säulenförmige Kristalle,
die ausgehend von den Punkten des Lagenanhaftabschnitts 41 als
Startpunkte der Kristallisation wachsen, und ihre Spitzen liegen
dort. Demgemäß ist die
sich ergebende Lage S2 für
Solarzellen und dergleichen geeignet.
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Die Dicke der auf der Kühlfläche 4a erzeugten
polykristallinen Siliciumlage S2 hängt von der Temperatur der
Heizers 5, dem Typ und der Strömungsrate des durch die Leitung 3 fließenden Kühlmittels 2,
der Tiefe, mit der die Kohlenstoffplatte 8 eingetaucht
wird und dergleichen ab. Durch geeignetes Kombinieren dieser Bedingungen
ist es möglich, eine
polykristalline Siliciumlage S2 mit gewünschter Dicke zu erhalten.
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Zweite Ausführungsform
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Die 4 bis 7 zeigen eine andere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum
Herstellen polykristalliner Siliciumlagen. Bei der oben genannten
ersten Ausführungsform
verfügt
die Kühleinheit über eine
ebene Kühlfläche, jedoch
zeigt diese Ausführungsform
ein Beispiel für
eine Konstruktion, bei der die Kühleinheit
ein rotierender Zylinder mit einer Kühlfläche an seinem Umfang ist. Diese Konstruktion
ist zur Massenherstellung polykristalliner Siliciumlagen besser
geeignet.
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Gemäß der 4 verfügt eine Vorrichtung 20 zum
Herstellen polykristalline Siliciumlagen über einen Tiegel 25,
der im Wesentlichen im Zentrum der oben genannten Kammer 7 (nicht
dargestellt) zum Aufnehmen einer Schmelze S1 angeordnet ist, eine Kühleinheit 24 mit
einem über
dem Tiegel 1 angeordneten rotierenden Zylinder 31,
einem Heizer 21 als Heizeinheit, einem Tiegelhubabschnitt 26 zum
Anheben und Absenken des Tiegels 25 in Bezug auf die Kühleinheit 24 und
einem Aufnahmeabschnitt 27 zum Aufnehmen einer erzeugten
polykristallinen Siliciumlage S2. Hier werden hauptsächlich die
Kühleinheit 24,
der Tiegelhubabschnitt 26 und der Aufnahmeabschnitt 27 zum
Aufnehmen der polykristallinen Siliciumlage S2 erläutert, die
andere Konstruktionen als bei der ersten Ausführungsform aufweisen.
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Die 5 ist
eine Schnittansicht der Kühleinheit 24.
Die Kühleinheit 24 besteht
aus einem Halteschaft 33 für ein Kühlelement sowie einem walzenförmigen,
rotierenden Zylinder 31, der am Kühlelement-Halteschaft 33 angebracht
ist. Der Kühlelement-Halteschaft 33 ist
innerhalb der Kammer 7 (nicht dargestellt) gelagert, und
er ist mit einem Motor (nicht dargestellt) für seine Drehung in der Richtung eines
Pfeils in der 4 verbunden.
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Der rotierende Zylinder 31 besteht
aus Kohlenstoff hoher Reinheit, der billig und hinsichtlich der Bearbeitbarkeit
hervorragend ist und der an einem Teil größeren Durchmessers des Kühlelement-Halteschafts 33,
der nicht drehbar in Bezug auf diesen ist, angebracht ist. Zu anderen
Materialien, wie sie für den
rotierenden Zylinder 31 verwendbar sind, gehören wärmebeständige Materialien
wie feuerbeständige
Keramiken, Siliciumnitrid, Bornitrid und dergleichen.
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Innerhalb des rotierenden Zylinders 31 ist eine
Düse 32 zum
Auslassen des Kühlmittels
mit einer Anzahl von Kühlmittelauslässen 34 vorhanden. Das
proximale Ende der Düse 32 ist über eine
Kühlmittelleitung 35,
die durch das Innere des Kühlelement-Halteschafts 33 verläuft, mit
einem Kühlmittelkreislauf
(nicht dargestellt) verbunden.
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Die Düse 32 ist nicht drehbar
auf solche Weise am rotierenden Zylinder 31 befestigt,
dass das Kühlmittel
gleichmäßig mit
der gesamten Rückseite der
Kühlfläche 24a in
Kontakt gelangt. Die Kühlmittelauslässe 34 sind
vorzugsweise radial entlang der axialen Linie der Düse 32 so
angeordnet, dass das Kühlmittel
gleichmäßig mit
der gesamten Rückseite
des rotierenden Zylinders 31 in Kontakt gelangt. Wenn jedoch
die Kühlmittelauslässe 34 innerhalb
eines Teils der in die Schmelze S1 eingetauchten Kühlfläche 24a und
an einer Position angeordnet sind, die einem Teil unmittelbar vor
diesem Teil gegenübersteht,
muss das Kühlvermögen des
Kühlmittelkreises
nicht vergrößert werden.
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Die Kühlfläche 24a am rotierenden
Zylinder 31 besteht aus einem Lagenanhaftabschnitt 41,
der als Startpunkt für
die Kristallisation von Silicium dient und das Anhaften einer Lage
gewachsener Kristalle erlaubt, und einem Lagenabziehabschnitt 42 mit
einer Oberfläche,
die das Abziehen der Lage erleichtert, wie es in der Vorderansicht
der 6 dargestellt ist.
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Die 7 ist
eine vergrößerte Schnittansicht eines
Teils B in der 5. Der
Lagenanhaftabschnitt 41 wird in Form von Punkten aus einer
Keramik wie Siliciumcarbid, Siliciumnitrid oder Bornitrid mit gleichmäßige Punktdichte
dadurch hergestellt, dass eine Kohlenstoffmaske oder dergleichen
am Umfang des rotierenden Zylinders 8 aus Kohlenstoff angebracht wird
und dann thermische CVD verwendet wird.
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Der Lagenabziehabschnitt 42 bildet
den Rest der Kühlfläche 24a,
wo der Lagenanhaftabschnitt 41 nicht ausgebildet ist. Im
Lagenabziehabschnitt 42 liegt der rotierende Zylinder 31 aus
Kohlenstoff nicht abgedeckt frei, und er erlaubt kein einfaches
Anhaften der sich ergebenden polykristallinen Siliciumlage.
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Die Dicke der auf der Kühlfläche 24a ausgebildeten
polykristallinen Siliciumlage S2 hängt von der Temperatur des
Heizers 21, dem Typ und der Strömungsrate des innerhalb des
rotierenden Zylinders 31 fließenden Kühlmittels, der Drehzahl des
rotierenden Zylinders 31 und dergleichen ab. Durch geeignete
Kombination dieser Bedingungen ist es möglich, eine polykristalline
Siliciumlage S2 mit gewünschter
Dicke zu erhalten.
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Die Tiefe, bis zu der der rotierende
Zylinder 31 in die Schmelze S1 eingetaucht wird, wird durch den
Tiegelhubabschnitt 26 zum Anheben und Absenken des Tiegels 25 (siehe
die 4) eingestellt.
Die Dicke der auf der Kühlfläche 24a erzeugten
polykristallinen Siliciumlage S2 wird auch durch Einstellen dieser
Eintauchtiefe kontrolliert.
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Ein Beispiel für eine Hubeinrichtung des Tiegelhubabschnitts 26 kann
ein Mechanismus aus einer Kugelspindel und einem Verstellelement
sein, das mit der Kugelspindel in Eingriff steht und eine Haltewelle 29 und
einen Motor zum Antreiben und Verdrehen der Kugelspindel drehbar
lagert.
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Das Zuführen eines zusätzlichen
Barrens aus polykristallinem Silicium oder aus Siliciumpulver in
sequenzieller Weise kann als Maßnahme
zum Aufrechterhalten des Oberflächenpegels
der Schmelze S1 genannt werden.
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Die polykristalline Siliciumlage
S2 aus auf der Kühlfläche 24a der
Kühleinheit 24 gewachsenen Kristallen
wird durch Führungsrollen
des Aufnahmeabschnitts 27, in dem mehrere Rollenpaare seriell
in der Richtung des Aufnehmens der polykristallinen Siliciumlage
S2 vorhanden sind, aus dem Tiegel 25 entnommen und dann
aus der Kammer (nicht dargestellt) heraus transportiert.
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Die polykristalline Siliciumlage
S2 wird unter Verwendung einer Mikroschneideinrichtung, eines YAG-Lasers
oder dergleichen auf eine gewünschte Größe (Länge) zugeschnitten.
So wird ein Siliciumwafer fertiggestellt.
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Dritte Ausführungsform
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Die 8 bis 9 zeigen noch eine andere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Herstellen polykristalliner Siliciumlagen. Bei der oben genannten
zweiten Ausführungsform
ist die Kühleinheit
der rotierende Zylinder mit der Kühlfläche an seinem Umfang, jedoch
zeigt diese dritte Ausführungsform
ein Konstruktionsbeispiel, bei dem die Kühleinheit über Kühlteile mit ebenen Flächen verfügt, die
raupenförmig
miteinander verbunden sind. Diese Konstruktion ist zur Massenherstellung polykristalliner
Siliciumlagen besser geeignet.
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In der 8 verfügt eine
Vorrichtung 80 zum Herstellen polykristalliner Siliciumlagen über eine Kammer 82,
einen im Wesentlichen im Zentrum derselben platzierten Tiegel 85 zum
Aufnehmen einer Schmelze S1, eine Kühleinheit 84, die über dem
Tiegel 85 angeordnet ist, einen Heizer 81 als
Heizeinheit, einen Tiegelhubabschnitt 86 zum Anheben und Absenken
des Tiegels 85, einen Materialzuführabschnitt 87 zum
Zuführen
eines Ausgangsmaterials für Siliciumkristalle
zum Tiegel 85 sowie einen Abziehmechanismus 88 zum
Abziehen der sich ergebenden polykristallinen Siliciumlage S2 von
der Kühleinheit 84.
Hierbei werden hauptsächlich
die Kühleinheit 84 und
der Abziehabschnitt 88 mit anderen Konstruktionen als bei
der ersten und der zweiten Ausführungsform
erläutert.
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Wie es in der 8 dargestellt ist, besteht die Kühleinheit 84 aus
einem Kühlelementband 82 mit
mehreren Kühlplatten
(Kühlelementteilen) 91,
die raupenförmig
miteinander verbunden sind, und einem Paar Kettenräder 23a und 23b zum
Mitnehmen des Kühlelementbands 72 auf
in Auf-Ab-Richtung umlaufende Weise.
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Die 9 zeigt
die Kühlplatten 91 des
Kühlelementbands 92 sowie
ihren Verbindungsmechanismus.
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Eine Kühlfläche 91a auf der Kühlplatte 91 mit im
Wesentlichen ebener Fläche
besteht aus einem Lagenanhaftabschnitt 95, der als Startpunkt
für die Kristallisation
von Silicium dient und das Anhaften einer Lage gewachsener Kristalle
erlaubt, und einem Lagenabziehabschnitt 96 mit einer das
Abziehen der Lage erleichternden Oberfläche. Der Lagenanhaftabschnitt 95 wird
mit Punkten einer Keramik wie Siliciumcarbid, Siliciumnitrid oder
Bornitrid mit gleichzeitiger Punktdichte dadurch hergestellt, dass
eine Kohlenstoffmaske oder dergleichen auf der Oberfläche der
Kühlplatte 91 aus
Kohlenstoff angebracht wird und dann thermisches CVD verwendet wird.
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Der Lagenabziehabschnitt 96 bildet
den Rest der Oberfläche
der Kühlplatte 91,
wo der Lagenanhaftabschnitt 95 nicht ausgebildet ist. Im
Lagenabziehabschnitt 96 liegt die Oberfläche der
Kühlplatte 91 aus
Kohlenstoff nicht bedeckt frei, und sie erlaubt kein einfaches Anhaften
der sich ergebenden polykristallinen Siliciumlage.
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Die Kühlplatten 91 sind
mittels eines Verbindungselements 97 miteinander verbunden,
um das Kühlmittelband 92 in
Raupenform zu bilden. Jede der Kühlplatten 91 ist
schwenkbar mit Schrauben 98 und Muttern 99 am Verbindungselement 97 befestigt.
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Die in der 8 dargestellten Kettenräder 93a und 93b können mit
dem Kühlelementband 92 in Eingriff
treten, und sie bestehen aus Kohlenstoff hoher Reinheit, der billig
und hervorragend bearbeitbar ist. Zu anderen Materialien, die für die Kettenräder verwendbar
sind, können
wärmebeständige Materialien
gehören
wie feuerbeständige
Keramik, Siliciumnitrid, Bornitrid und dergleichen.
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In der Figur ist das obere Kettenrad 93a mit einem
Motor (nicht dargestellt) zum Drehen einer Haltewelle verbunden.
Das untere Kettenrad 93b ist einer Düse zum Auslassen eines Kühlmittels
versehen, die über
mehrere Kühlmittelauslässe verfügen, wie
es bei der zweiten Ausführungsform
dargestellt ist. Wenn das Kettenrad 93a gedreht wird, dreht
sich das Kühlmittelband 92 in
der Richtung der Pfeile in der Figur, und das Kettenrad 93b folgt
der Drehung des Bands 92.
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Oberhalb der Kühleinheit 84 ist ein
Abziehmechanismus 88 vorhanden. Der Abziehmechanismus 88 besteht
aus einem Sauggehäuse 89,
das an seinem distalen Ende über
eine poröse
Fläche
mit einer Anzahl feiner Unterdrucköffnungen verfügt, und es
steht der Oberfläche
der Kühlplatte 93 mit
einem bestimmten Abstand gegenüber,
und mit dem proximalen Ende des Sauggehäuses 89 ist eine Vakuumpumpe
(nicht dargestellt) verbunden. Wenn die Vakuumpumpe betrieben wird,
nimmt der Abziehmechanismus eine auf der Kühlfläche 91a der Kühlplatte 91 erzeugte
polykristalline Siliciumlage durch Saugkraft mittels des distalen
Endes des Sauggehäuses 89 auf.
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Wenn sich bei der Vorrichtung 80 zum
Herstellen einer polykristallinen Siliciumlage das Kühlmittelband 92 in
der Richtung der Pfeile in der Figur dreht, steigt der Tiegelhubabschnitt 86 an
und es ist nur die unterste Kühlplatte 91 in
der Figur in die Schmelze S1 eingetaucht, wobei die Kühlfläche 91a beinahe
parallel zur Oberfläche
der Schmelze S1 gehalten wird. Nachdem die Kühlfläche 91a der Kühlplatte 91 für eine bestimmte
Zeit in die Schmelze S1 eingetaucht wurde, wird die Kühlplatte 91 durch
kontinuierliche oder intermittierende Drehung des Kühlmittelbands 92 hoch
gezogen. Wenn die Kühlfläche 91a der
Kühlplatte 91 die
Position erreicht, an der sie dem distalen Ende des Sauggehäuses 89 des
Abziehmechanismus 88 gegenübersteht, wird die Vakuumpumpe
angesteuert, und die auf der Kühlfläche 91a der
Kühlplatte 91 hergestellte
polykristalline Siliciumlage S2 wird durch Saugkraft auf das distale Ende
des Sauggehäuses 89 übernommen.
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Bei der Vorrichtung 80 zum
Herstellen einer polykristallinen Siliciumlage kann eine Kühleinheit 84 mit
mehreren Kühlelementbändern 92 in
der Kammer 82 vorhanden sein. Zum Beispiel kann die Vorrichtung
so aufgebaut sein, dass die Kühlmittelbänder 92 von
den Kettenrädern 93a und 93b parallel
in der Richtung der Wellen derselben mitgenommen werden und ein
einzelner Tiegel 85 und ein einzelner Abziehmechanismus 88 gemeinsam
verwendet werden.
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Die folgenden Bedingungen sind den
oben beschriebenen Ausführungsformen
1 bis 3 gemeinsam.
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Die Fläche zum Erzeugen von Punkten,
d.h. die Oberfläche
der Punkte in Bezug auf die gesamte Fläche der Kühlfläche 4a, 94a oder 91a belegt
vorzugsweise 0,1 bis 25% der Gesamtfläche der Kühlfläche 4a, 24a oder 91a,
und zwar angesichts ihrer Funktion als Kerne für das Kristallwachstum und
die Abzieheigenschaft betreffend die polykristalline Siliciumlage
von der Kühlfläche. Die
Punkte als Lagenanhaftabschnitt 41 können z. B. einen Durchmesser
von 1 bis 500 μm
und eine Höhe
von 4 bis 100 μm
aufweisen.
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Für
das an die Kühleinheit 4, 24 oder 84 gelieferte
Kühlmittel 2 besteht
keine spezielle Beschränkung
auf irgendeinen Typ, jedoch sind Inertgase wie Stickstoff, Helium,
Argon und dergleichen bevorzugt. Helium oder ein Gemisch von Helium
und Stickstoff kann aus dem Gesichtspunkt des Kühlvermögens bevorzugt sein, während Stickstoff
aus dem Kostengesichtspunkt bevorzugt ist.
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Es ist bevorzugter, dieselbe Art
von Gas gemeinsam als in die Kammer 7 eingeleitetes Inertgas und
als der Kühleinheit 4, 24 oder 84 zugeführtes Kühlmittel
zu verwenden, da die Atmosphäre
in der Kammer 7 nicht verschmutzt wird.
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Die Temperatur der Kühlfläche 4a, 24a oder 91a während der
Züchtung
von Kristallen wird auf Grundlage der Temperatur der Schmelze S1
bestimmt, jedoch ist sie vorzugsweise ungefähr 100°C niedriger als der Schmelzpunkt
des Ausgangsmaterials für
die Siliciumkristalle.
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Nun werden Beispiele für Verfahren
zum Herstellen einer polykristallinen Siliciumlage unter Verwendung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum
Herstellen polykristalliner Siliciumlagen erläutert.
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Beispiel 1
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Unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 wird nun ein Beispiel eines Verfah rens
zum Herstellen einer polykristallinen Siliciumlage S1 unter Verwendung
der Vorrichtung 10 zum Herstellen polykristalliner Siliciumlagen
beschrieben.
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Bevor eine polykristalline Siliciumlage
S2 hergestellt wurde, wurde der Lagenanhaftabschnitt 41 auf
der Kühlfläche 4a hergestellt.
Als Erstes wurde eine Maske aus einem Kohlenstofftuch mit einem Öffnungsverhältnis von
5% in Bezug auf die Hauptfläche der
die Kühlfläche 4a bildenden
Kohlenstoffplatte hergestellt, und Punkte aus Siliciumcarbid wurden durch
thermisches CVD mit gleichmäßiger Punktdichte
hergestellt. Die als Lagenanhaftabschnitt 41 hergestellten
Punkte wiesen einen Durchmesser von 200 μm und eine Höhe von 30 μm auf.
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Der Lagenabziehabschnitt 42 bildete
den Rest der Kühlfläche 4a,
wo der Lagenanhaftabschnitt 41 nicht ausgebildet war und
die Kohlenstoffplatte in unbedecktem Zustand frei lag.
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Dann wurde das Innere der Kammer 7 auf eine
Inertatmosphäre
aus Argon geändert.
Bor wurde zu 6,0 kg eines Silicium-Ausgangsmaterials mit einer Reinheit
von sechs Neunern, das zum Herstellen von Solarzellen geeignet war,
so zugegeben, dass die Borkonzentration 2 × 1016/cm3 betrug, um einen speziellen p-Widerstand
zu erzielen, um ein Material für Siliciumkristalle
zu erhalten. Dieses Material wurde im Tiegel 1 aus Kohlenstoff
untergebracht und durch Erwärmen
durch den Heizer 5 in solcher Weise, dass die Temperatur
des Tiegels 1 auf 1550°C
gehalten wurde, geschmolzen, so dass die Schmelze S1 erhalten wurde.
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Anschließend wurde, während Stickstoffgas als
Kühlmittel 2 durch
die Leitung 3 umgewälzt
wurde (540 l/Min.) die Kühleinheit 4 aus
Kohlenstoff so abgesenkt, dass die Kühlfläche 4a für drei Sekunden
in die Schmelze S1 eingetaucht wurde, während die Kühlfläche auf einer Tiefe von 4 mm
ausgehend von der Oberfläche
der Schmelze S1 gehalten wurde.
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Nach dem Eintauchen wurde die Kühlfläche 4 hochgezogen
und aus der Schmelze S1 herausgenommen. Auf der Kühlfläche 4a war
eine polykristalline Siliciumlage S2 mit einer Dicke von 600 μm erzeugt.
Fünf Sekunden
nach der Herausnahme konnte die Lage S2 leicht abgezogen werden.
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Die erhaltene polykristalline Siliciumlage
S2 wurde unter Verwendung eines üblichen
Prozesses zum Herstellen polykristalliner Solarzellen zu einer Solarzelle
ausgebildet. Es wurden eine Leerlaufspannung von über 560
mV und ein Füllungsfaktor von über 0,73
gemessen.
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Beispiel 2
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Unter Bezugnahme auf die 4 bis 7 wird nun ein Beispiel für ein Verfahren
zum Herstellen einer polykristallinen Siliciumlage S2 unter Verwendung
der Vorrichtung 20 zum Herstellen polykristalliner Siliciumlagen
beschrieben.
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Bevor die polykristalline Siliciumlage
S2 hergestellt wurde, wurde der Lagenanhaftabschnitt 41 auf
der Kühlfläche 24a hergestellt.
Als Erstes wurde eine Maske aus einem Kohlenstofftuch mit einem Öffnungsverhältnis von
3% in Bezug auf den Umfang des die Kühlfläche 24a bildenden
Kohlenstoffzyinders hergestellt, und Punkte wurden aus Siliciumcarbid
durch thermisches CVD mit gleichmäßiger Punktdichte hergestellt.
Die als Lagenanhaftabschnitt 41 hergestellten Punkte wiesen
einen Durchmesser von 200 μm
und eine Höhe
von 30 μm
auf.
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Der Lagenabziehabschnitt 42 entsprach
dem Rest der Kühlfläche 24a,
wo der Lagenanhaftabschnitt 41 nicht ausgebildet war und
die Oberfläche des
Kohlenstoffzylinders 41 als nicht bedeckt frei lag.
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Dann wurde das Innere der Kammer 7 auf eine
Inertatmosphäre
von Argon geändert.
Bor wurde zu 6 kg eines Silicium-Ausgangsmaterials mit einer Reinheit
von sechs Neunern, das zum Herstellen von Solarzellen geeignet war,
so zugegeben, dass die Borkonzentration 2 × 1016/cm3 betrug, um einen speziellen p-Widerstand
zu erhalten, so dass sich ein Material für Siliciumkristalle ergab.
Dieses Material wurde in einem Quarztiegel 25 untergebracht,
der durch einen Tiegel aus Kohlenstoff hoher Reinheit geschützt war.
Anschließend
wurde das Innere der Kammer 7 abgepumpt, und der Druck
in der Kammer 7 wurde auf 6,7 mPa (5 × 10–5 Torr)
oder niedriger gesenkt. In die Kammer 7 wurde Argongas
eingeleitet, um den Atmosphärendruck
in der Kammer wiederherzustellen. Danach wurde Argongas mit 10 l/Min. vom
oberen Teil der Kammer 7 her eingeleitet.
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Als Nächstes wurde die Temperatur
des Heizers 21 auf 1500°C
eingestellt. Es wurde eine Schmelze S1 ohne Feststoffanteil erhalten.
Siliciummaterial wurde erneut zugeführt, um den Oberflächenpegel
der Schmelze S1 einzustellen. Die Temperatur des Heizers 21 wurde
auf 1430°C
eingestellt und für
30 Minuten darauf gehalten, um die Temperatur zu stabilisieren.
Dann wurde Stickstoffgas als Kühlmittel 2 mit
einer Strömungsrate
von 200 l/Min. in das Innere des rotierenden Zylinders 31 geblasen, um
ihn zu kühlen.
Der Tiegel wurde vom Tiegelhubabschnitt 26 so angehoben,
dass die Kühlfläche 24a mit
einer Tiefe von 4 mm ausgehend von der Oberfläche der Schmelze eingetaucht
war. Dann wurde der rotierende Zylinder 31 mit fünf U/Min.
gedreht, während
die Kühlfläche 24a für drei Sekunden
in die Schmelze S1 eingetaucht war. Die erhaltene polykristalline
Siliciumlage S2 wurde durch den Aufnahmeabschnitt 27 entnommen.
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Die erhaltene polykristalline Siliciumlage
S2 wies eine Dicke von 400 um auf, und sie konnte leicht abgezogen
werden.
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Die polykristalline Siliciumlage
S2 wurde unter Verwendung eines üblichen
Prozesses zum Herstellen polykristalline Solarzellen zu einer Solarzelle ausgebildet.
Es wurden eine Leerlaufspannung über 562
mV und ein Füllungsfaktor über 0,75
gemessen.
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Beispiel 3 Unter Bezugnahme
auf die 8 bis 9 wird nun ein Beispiel für ein Verfahren
zum Herstellen einer polykristallinen Siliciumlage S2 unter Verwendung
der Vorrichtung 80 zum Herstellen polykristalliner Siliciumlagen
beschrieben.
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Bevor die polykristalline Siliciumlage
S2 hergestellt wurde, wurde der Lagenanhaftabschnitt 95 auf
der Kühlfläche 91a hergestellt.
Als Erstes wurde eine Maske aus einem Kohlenstofftuch mit einem Öffnungsverhältnis von
10% in Bezug auf die Hauptfläche
der die Kühlfläche 91a bildenden
Kohlenstoffplatte, und Punkte wurden aus Siliciumcarbid durch thermisches
CVD mit gleichmäßiger Punktdichte
hergestellt. Die als Lagenanhaftabschnitt 95 hergestellten Punkte
wiesen einen Durchmesser von 200 μm
und eine Höhe
von 30 μm
auf.
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Der Lagenabziehabschnitt 96 entsprach
dem Rest der Kühlfläche 91a,
wo der Lagenanhaftabschnitt 95 nicht ausgebildet war und
die Kohlenstoffplatte als nicht bedeckt frei lag.
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Dann wurde das Innere der Kammer 82 auf eine
Inertatmosphäre
von Argon geändert.
Bor wurde zu 13 kg eines Silicium-Ausgangsmaterials mit einer Reinheit
von sechs Neunern, das zum Herstellen von Solarzellen geeignet war,
so zugegeben, dass die Borkonzentration 2 × 1016/cm3 betrug, um einen speziellen p-Widerstand
zu erhalten, so dass sich ein Material für Siliciumkristalle ergab.
Dieses Material wurde im Tiegel 85 aus Kohlenstoff hoher
Reinheit untergebracht. Anschließend wurde das Innere der Kammer 82 abgepumpt,
und der Druck in der Kammer 82 wurde auf 4 mPa (3 × 10–4 Torr)
oder niedriger gesenkt. In die Kammer 82 wurde Argongas
eingeleitet, um den Atmosphärendruck
in der Kammer wiederherzustellen. Danach wurde Argongas mit 10 l/Min.
vom Seitenteil der Kammer her eingeleitet.
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Als Nächstes wurde die Temperatur
des Heizers 81 auf 1500°C
eingestellt. Es wurde eine Schmelze S1 ohne Feststoffanteil erhalten.
Siliciummaterial wurde erneut zugeführt, um den Oberflächenpegel
der Schmelze S1 einzustellen. Die Temperatur des Heizers 81 wurde
auf 1430°C
eingestellt und für
30 Minuten darauf gehalten, um die Temperatur zu stabilisieren.
Dann wurde Stickstoffgas als Kühlmittel 91 mit
einer Strömungsrate
von 500 l/Min. in das Innere des Kettenrads 93b geblasen,
um ihn zu kühlen.
Der Tiegel 85 wurde vom Tiegelhubabschnitt 86 so
angehoben, dass die unterste Kühlfläche 91a mit
einer Tiefe von 5 mm ausgehend von der Oberfläche der Schmelze eingetaucht
war. In diesem Zustand wurde das Kühlelementband 92 mit
einer Drehzahl von 50 cm/Min. in der Richtung der Pfeile der 8 gedreht. Die auf der Kühlfläche 91a gewachsene
polykristalline Siliciumlage S2 stieg an, als sich das Kühlelementband
drehte. Wenn die Kühlfläche 91a der
Kühlplatte 91 die
Position erreichte, die dem distalen Ende des Sauggehäuses 89 des
Abziehmechanismus 88 gegenüberstand, wurde die Vakuumpumpe
angetrieben, damit die polykristalline S2 durch Saugkraft auf das
distale Ende des Sauggehäuses 89 übernommen
wurde. Danach wurde der Betrieber Vakuumpumpe angehalten und es
wurde die polykristalline Siliciumlage S2 entnommen.
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Die erhaltene polykristalline Siliciumlage
S2 wies eine Dicke von 350 um auf, und sie konnte leicht abgezogen
werden.
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Die polykristalline Siliciumlage
S2 wurde unter Verwendung eines üblichen
Prozesses zum Herstellen polykristalline Solarzellen zu einer Solarzelle ausgebildet.
Es wurden eine Leerlaufspannung über 570
mV und ein Füllungsfaktor über 0,75
gemessen.
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Gemäß der Erfindung dient der auf
der Kühlfläche ausgebildete
Lagenanhaftabschnitt als Startpunkt für die Kristallisation zur Züchtung von
Kristallen, und er erlaubt das Anhaften der gezüchteten polykristallinen Silicium lage.
Auch ist im restlichen Teil der Kühlfläche der Lagenabziehabschnitt
vorhanden, an dem das gezüchtete
polykristalline Silicium nur schwach oder gar nicht anhaftet. Dadurch
ist es möglich,
sowohl ein Anhaften der Lage, die sich aus der Züchtung von Kristallen ergab,
und ein einfaches Abziehen derselben zu realisieren.
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Demgemäß ist es möglich, eine Lage mit gewünschter
Kristallform zu erhalten, die ausgehend vom Lagenanhaftabschnitt
als Startpunkt für
die Kristallisation wuchs, und das Abziehen der Lage zu erleichtern,
ohne dass ein Abziehmittel erforderlich wäre, wie es herkömmlicherweise
verwendet wurde.
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Die Kristallform der polykristallinen
Siliciumlage entspricht säulenförmigen Kristallen,
die ausgehend vom Lagenanhaftabschnitt als Startpunkt für die Kristallisation
wachsen, und sie verfügen über Spitzen
am Lagenanhaftabschnitt. So ist es möglich, eine polykristalline
Siliciumlage zu erhalten, die für Solarzellen
und dergleichen geeignet ist.
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Auch kann das Wachstum von Kristallen
stabilisiert werden, und polykristalline Siliciumlagen für Solarzellen
können
in Massen billiger aus einer kleineren Menge von als Ausgangsmaterial
verwendetem Silicium, als beim herkömmlichen Gießverfahren verwendet,
hergestellt werden.
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Ferner können polykristalline Siliciumlagen hoher
Qualität
hergestellt werden, da sie ohne die Verwendung von Abziehmitteln
von einem Kühlelement
abgezogen werden können.