(57)【要約】  本発明は、シリコン材料で満たされ、且つプロセスチャンバー内に配置されたるつぼ内で多結晶シリコンインゴットを生成する方法および装置である。るつぼ内のシリコン材料は、溶融して溶融シリコンを形成し、続いて溶融シリコンの固化温度以下に冷却される。プロセスの一区間の間、プロセスチャンバー内に配置され且つ少なくとも一つの通路を有したプレート要素はるつぼ内の溶融シリコンの上方に配置され、ガス流れはプレート要素の少なくとも一つの通路を介して少なくとも部分的に溶融シリコンの表面に導かれる。また、るつぼと保持リングとを含むるつぼ構造および方法が説明される。追加のシリコン材料がるつぼの上方に保持された保持リングによって受けられ且つ保持されるように、保持リングはシリコン材料が満たされたるつぼの上に又はるつぼの上方に配置可能である。るつぼ内のシリコン材料及び保持リング内の追加のシリコン材料の加熱の間、溶融シリコンはるつぼ内で形成され、続いて溶融シリコンはシリコンの固化温度以下に冷却される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
多結晶シリコンインゴットを製造する方法において、
プロセスチャンバー内にるつぼを設置し、るつぼは固体のシリコン材料またはシリコン材料であらかじめ満たされ、
るつぼ内の固体のシリコン材料を溶融温度以上に加熱して溶融シリコンを形成し、
プロセスチャンバー内に位置し且つ少なくとも一つのガス供給用の通路を備えたプレート要素を下降させ、
溶融シリコンの固化温度以下にるつぼ内のシリコン材料を冷却し、
溶融シリコンの固化の期間の少なくとも１区間の間、るつぼ内の溶融シリコン表面にガス流れを導き、そのガス流れはプレート要素の少なくとも一つの通路を介して少なくとも一部が溶融シリコンの表面に導かれるようにし、
プレート要素を下降させている間に追加のシリコン材料の少なくとも一部がるつぼ内の溶融シリコンに浸積されるように、るつぼにおいてシリコン材料を加熱する前に追加の固体のシリコン材料をプレート要素に装着し、これによってるつぼ内の溶融シリコンの充填レベルを上昇させることを特徴とする多結晶シリコンインゴットの製造方法。
【請求項２】
追加のシリコン材料はシリコンロッドまたはシリコンディスクからなることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
るつぼ内の固体のシリコン材料の量および追加のシリコン材料の量は、るつぼ内で所定の溶融シリコンの総量を達成するために調整されていることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
多結晶シリコンインゴットを製造する装置（１）において、
るつぼ（６）を保持するためのるつぼホルダーを有したプロセスチャンバー（４）と、
プロセスチャンバー内でるつぼホルダーの上方に配置され、且つ少なくとも一つの通路（３０）を備えたプレート要素（１１）と、
プレート要素（１１）内の少なくとも一つの通路（３０）を通って伸びる少なくとも一つのガス供給チューブ（１３）と、
プロセスチャンバー（４）の外側に設けられ、プレート要素（１１）の下方の領域にガス供給チューブ（１３）を通してガス流れを供給する少なくとも一つのガス供給ユニットとを備え、
プレート要素（１１）を昇降させる昇降機構をさらに備え、プレート要素（１１）はシリコン材料（２６）を装着するための手段を備えていることを特徴とする多結晶シリコンインゴットの製造装置。
【請求項５】
るつぼ（６）の側壁の内部寸法に対応した内部寸法を有する保持リング（４０）と、保持リング（４０）用の昇降機構を備えたことを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】
保持リングは、窒化ケイ素から構成されるか又は内周に窒化ケイ素コーティングを有することを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
るつぼホルダーに対して横方向に間隔をおいて設けられた少なくとも一つの側部ヒーター（９）と、少なくとも一つのガス出口（１０）と、少なくとも一つのフォイルカーテン（１４）とを備え、
少なくとも一つのフォイルカーテン（１４）は少なくとも一つの側部ヒーター（９）とるつぼ（６）との間に設けられ、少なくとも一つのガス供給チューブ（１３）からのガス流れは、少なくとも一つの側部ヒーターに沿って流れることなく、少なくとも一つのガス出口（１０）に向かって案内されるようになっていることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
プレート要素（１１）はヒーターとして形成されていることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多結晶シリコンの製造方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体及び太陽電池の技術分野において、溶融容器又はるつぼで高純度のシリコン材料を溶融することによって、多結晶シリコンインゴットを製造することが知られている。一例として、ドイツ特許公報199  34  940には、この目的用の装置が記載されている。一般に、装置は、内部加熱用素子を有した隔離箱、隔離箱内に配置されたるつぼ及び再充填ユニットから構成されている。
【０００３】
シリコンインゴットの製造において、隔離箱が開いている間に、るつぼには、粒状シリコンがるつぼの最大充填高さまで充填される。ついで、隔離箱は閉じられ、粒状のシリコンは加熱素子によってるつぼ内で溶融される。るつぼに粒状の材料を充填する際、エアポケットが発生し、るつぼ内の溶融シリコンの充填高さは実質的に粒状シリコンの充填高さよりも低くなる。るつぼは典型的には一回のみ使用されるので、再充填ユニットが上述した装置には設けられ、この再充填ユニットは、充填高さを増加するために乾燥し且つ自由流動性シリコン材料をるつぼ内の溶融シリコンに充填するようになっている。
【０００４】
るつぼ内の溶融シリコンの所望の充填高さに達すると、溶融シリコンは、方向性のある固化が行われるように、溶融材料は制御された方法によって冷却される。
この方向性のある固化の間、冷却のタイプおよび周囲雰囲気は、生成する結晶のサイズおよび方向に実質的な影響を与える。上述の装置は、冷却及び雰囲気への影響はわずかな可能性のみを有している。また、上述の装置における再充填ユニットは複雑である。乾燥し且つ自由流動性シリコン材料の製造は難しく且つ高いコストを伴う。製造のためには、例えばシーメンス方法によって製造されるシリコンロッドが機械的に砕かれる。シリコンロッドを、例えば、ハンマー、のみ、またはグラインダーで砕き、砕いたシリコンを得るということは公知である。砕いたシリコン片は、典型的にはＨＦ／ＨＮＯ３混合物でエッチングされ、シリコン片の表面の一部（典型的には２０μｍ）が除去される。自由流動性シリコン材料が小さくなればなるほど材料のロスは大きくなる。エッチングをする理由は砕かれたシリコン片の洗浄であり、特にシリコンを砕くために用いた工具によって起こる表面の汚染を除去することである。エッチングはまたシリコンの表面から酸化シリコンを取り除く。特に用いた工具によって起こる鉄、クロム、ニッケルおよび銅などの金属汚染物を砕かれたシリコン片から除去しなければならない。また、周囲の環境（空気、酸素、ダストおよび空気中の微粒子）によって起こる他の汚染物も除去可能である。そのような汚染物はとりわけ自然酸化物である。おのおの砕かれたシリコン片から除去する表面は典型的には少なくとも７．５μｍである。続いて、砕かれたシリコン片は典型的には純水でリンスされた後に清浄なガス流（Ｎ２流）で乾燥される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
公知の装置を考慮すると、本発明で解決すべき課題は、相界の良好な制御が可能である多結晶シリコンインゴットの製造装置及び方法を提供することである。
本プロセスにおいて柔軟性を持って制御することが可能である。また本発明の目的は、多結晶シリコンインゴットを製造している間、容易且つ安価な方法でるつぼ内の溶融シリコンの充填高さを所望の高さにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、請求項１に係る多結晶シリコンインゴットの製造方法及び請求項４に係る多結晶シリコンインゴットの製造装置を提供できる。本発明の他の実施形態は従属項に含まれるものである。
【０００７】
本方法において、るつぼはプロセスチャンバー内に配置され、るつぼは固体のシリコン材料であらかじめ充填されるか、またはプロセスチャンバ内でるつぼに固体のシリコン材料が充填される。続いて、プロセスチャンバーが閉じられている間、るつぼ内のシリコン材料は溶融点以上に加熱され、これによって、るつぼ内で溶融シリコンを生成し、その後、溶融シリコンはるつぼ内で固化温度以下に冷却される。
【０００８】
プロセスチャンバーに位置し、ガスを導入するための少なくとも１つの通路を備えているプレート要素は、るつぼの上方に下げられる。溶融シリコンの固化の少なくとも一区間の間、ガス流れは溶融シリコンの表面へ向けられ、このガス流れはプレート要素の少なくとも一つの通路によって溶融シリコンの表面へ少なくとも部分的に向けられる。確かに、加熱及び／又は冷却プロセスの間も、ガス流は、るつぼ内に位置するシリコンの表面へ向けられる。表面とプレート要素との間に形成された空間にある溶融シリコンの表面にガスを向けることによって、冷却パラメータの良好な調整能力が得られ、また、溶融材料の表面雰囲気の良好な調整能力が得られる。溶融シリコンの固化の時間という用語は、液相から固相へのシリコンの相変化が起こる時間を意味する。プロセスチャンバーを閉じる前に、追加のシリコン材料がプレート要素に装着され、プレート要素を下降させている間、追加のシリコン材料の少なくとも一部はるつぼ内の溶融シリコン内に浸積され、溶融し、これゆえるつぼ内の溶融シリコンの位置レベルが増加する。このように、プレート要素はガス供給要素および再充填ユニットとして機能する。
【０００９】
追加のシリコン材料は好ましくはシリコンロッドおよびシリコンディスクの少なくとも一方の形状であり、これらの形状の結果、工程における処理が容易となる。またそのようなシリコン材料のサイズによってプレート要素への装着が容易となる。
【００１０】
るつぼ内のシリコン材料の充填高さの良好な調整のために、るつぼ内における固体のシリコン材料の量および追加のシリコン材料の量は互いに釣り合っている。これは、材料の重量によって可能となる。
【００１１】
本発明の装置によれば、るつぼを受けるためのるつぼホルダーを有したプロセスチャンバーと、プロセスチャンバー内でるつぼホルダーの上方に配置され且つガス供給用の少なくとも一つの通路を備えたプレート要素と、随意の昇降機構と、プレート要素内の少なくとも一つの通路を通って伸びる少なくとも一つのガス供給チューブと、プロセスチャンバーの外側に設けられ、プレート要素の下方の領域にガス供給チューブを通してガス流れを供給する少なくとも一つのガス供給ユニットとを備えている。充填ユニットとして機能するためにプレート要素はシリコン材料を装着すなわち保持する手段を備えている。特に、追加の案内要素を必要としないように、追加のシリコン材料はプレート要素を動かすことのみによって溶融シリコン内に導入可能である。そのような装置は方法に関して既に述べた利点を有している。
【００１２】
また、装置は、プロセスチャンバー内に配置された保持リングを備えてもよく、この保持リングは、るつぼの内部寸法に対応する内部寸法を有し、さらに装置は保持リング用の随意の昇降機構を備えてもよい。保持リングはシリコン材料を溶融する前にるつぼの上方でシリコン材料を保持することができ、それによってプロセスの間るつぼ内における溶融シリコンの充填高さを向上させる。
【００１３】
随意の昇降ユニットは、プロセスの間にシリコン材料を溶融した後にるつぼから保持リングを上昇させることが可能となっており、保持リングはプロセスに悪影響を与えることはない。好ましくは、保持リングは窒化ケイ素からなるか、または少なくとも内周面に窒化ケイ素コーティングを有している。
【００１４】
本発明の実施形態によれば、るつぼホルダーに対して横方向に配置されている少なくとも一つの側部ヒーターと、少なくとも一つのガス出口と、少なくとも一つのフォイルカーテンとが設けられている。少なくとも一つのフォイルカーテンは少なくとも一つの側部ヒーターとるつぼとの間に設けられ、少なくとも一つのガス供給チューブからのガス流れは、少なくとも一つの側部ヒーターに沿って流れることなく、少なくとも一つのガス出口に向かって案内されるようになっている。これゆえ、溶融シリコンの表面上に案内され、そして溶融シリコンの表面に接触した後のガス流れは、るつぼに面しているフォイルカーテンの表面に沿ってガス出口に向かって案内され、これゆえガス流れは、側部ヒータの領域に到達することはない。そのようなフォイルカーテンは、プロセスのスペースからのガス（溶融シリコンに起因するガス状シリコン）が直接に側部ヒータに接触しないように側部ヒータを保護する。ガスは、時間がたつと側部ヒータを覆い、すなわち側部ヒータを破壊する恐れがある。フォイルカーテンは、好ましくは耐熱性があり、且つガスが通らない材料からなり、さらに容易な取り替えが可能であるような方法でプロセスチャンバ内に装着されている。プロセスによって起こるひずみによって、数回のプロセスサイクルの後にフォイルカーテンの機能が劣化したときには、容易にフォイルカーテンは取り替え可能である。
プレート要素は、加熱装置として形成することも可能であり、また、加熱装置を支持することも可能である。
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、シリコン原材料が満たされたるつぼに示す多結晶シリコンインゴットを製造する装置の概略断面図である。
【図２】図２は、るつぼ内のシリコン原材料が溶融している状態を示す図１に類似した概略図である。
【図３】図３は、追加のシリコン原材料がるつぼに浸漬された状態を示す図２に類似した概略図である。
【図４】図４は、冷却段階を示す図３に類似した概略図である。
【図５】図５は、シリコン原材料が満たされたシリコンるつぼを示す多結晶シリコンインゴットを製造する別の装置を示す概略図である。
【図６】図６は、図５に類似した概略図であり、るつぼ内のシリコン原材料が溶融されている図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書において、上部、底部、左側、及び右側等の用語は、図面等と関連して使用しているものであって、限定するものとしては見なされることはなく、これらの用語は好ましい実施形態について用いているものである。
【００１８】
図１は多結晶シリコンインゴットを製造する装置１の概略断面図である。
装置１はプロセスチャンバー４を形成する隔離箱３を備えている。プロセスチャンバー４には、るつぼ６を保持する保持ユニット（詳細には図示せず）、底部加熱ユニット８、横方向すなわち側部の加熱ユニット９が設けられている。少なくとも一つのガス出口１０は隔離箱３の側壁の下端部に設けられている。プレート要素１１はるつぼ６用のホルダの上方に設けられており、また上方から隔離箱３を通って且つプレート要素１１の間を通ってプロセスチャンバー内に延びるガス供給チューブ１３が設けられている。また、フィルムカーテン又はフォイルカーテン１４は、側部ヒーター９とるつぼ６との間に位置しており、フォイルカーテン１４は、上部側部加熱ユニットの上方に固定されている。
【００１９】
隔離箱３は適当な絶縁材料からなり、この絶縁材料は公知であるため、隔離箱３は詳細には説明しない。プロセスチャンバー４内の所定のプロセス雰囲気を調整することが可能であり、プロセスチャンバー４は図示されない手段によってガス供給チューブおよびガス出口チューブ等に接続されている。これらの手段のうち、ガス供給チューブ１３及びガス出口１０のみが示されている。
【００２０】
るつぼ６は、炭化ケイ素、溶融シリカ、窒化ケイ素、または窒化ケイ素でコーティングされた溶融シリカ等の適当な公知の材料から構成されており、その材料は製造プロセスには影響を与えることなく、また、シリコン材料を溶融する時の高温に対して耐える材料である。通常、るつぼ６は熱膨張によってシリコンインゴット製造プロセスの間に少なくとも部分的に壊れ、これ故、るつぼ６は完成品のシリコンインゴットすなわちシリコンブロックの取り出しのために容易に除去可能である。
【００２１】
るつぼ６は頂部が開口した容器状であり、図１に示すように、シリコン原材料２０を頂部縁部まで満たすことが可能である。るつぼに充填するためには、例えばシリコンロッドを用いることが可能であり、これらシリコンロッドの間の空間には、図１の左側で示すように砕いたシリコン材料を少なくとも部分的に充填する。この手段によって、程度が高い充填が可能であるが、エアポケットが充填されたるつぼには残っている。この結果、シリコン材料２０を溶融した時には、るつぼ６を完全には満たしていない状態のシリコン材料になり、図２に示すように網目状の領域が溶融シリコン２２である。
【００２２】
底部加熱ユニット８および側部加熱ユニット９は、図２に示すように、原材料２０を溶融して溶融材料２２を形成するような適当な方法で、プロセスチャンバー４と、特にるつぼ６及びるつぼ６内に位置するシリコン原材料２０とを加熱することが可能な加熱ユニットである。
【００２３】
るつぼ６の上方に位置するプレート要素１１は、シリコン原材料を溶融するために用いられる温度で溶融することはなく、且つプロセスに汚染を導入することがないような材料から構成されている。プレート要素１１はプロセスチャンバーの内部にある機構（詳細には図示せず）によって上昇又は下降される。この点は、図３及び図４により詳細に説明される。プレート要素１１の底部側には、プレート要素１１の下方でシリコンロッド２６等の追加のシリコン原材料を保持することが可能な保持ユニット２４が設けられている。図１に示す構造では、４つのシリコンロッド２６が示されており、これら４つのシリコンロッド２６はプレート要素１１の下方に一列に配置されている。追加のそのような保持要素は、追加のシリコンロッド２６を保持するために深さ方向（すなわち図の紙面に垂直な方向）に設けられている。
【００２４】
更に、保持要素２４は円盤形状或いは長さが異なるロッド形状のシリコン原材料を保持することが可能である。保持要素は、単純なロッド、例えばシリコンロッドにねじ接続されたロッドとして示されている。保持要素はシリコンロッド２６を支持するようになっているグリッパー或いは他の要素であってもよい。また、保持要素は溶融シリコンを汚染させない耐熱材料からなることが好ましい。
【００２５】
プレート要素１１はるつぼ６の内周に対応した形状をしている。プレート要素は、中央部にガス供給チューブ１３が延びる中央通路３０を備えている。
【００２６】
ガス供給チューブ１３はグラファイト等の適当な材料からなっている。ガス供給チューブ１３は、プロセスチャンバー４から隔離箱３を通って外部に延び、例えば、アルゴンを供給する適当なガス供給ユニットに接続されている。ガスはガス供給チューブ１３によってプロセスチャンバー４に供給される。この点については、以下に、より詳細に説明する。ガス供給チューブ１３は、プレート要素の上昇又は下降の間、プレート要素１１をガイドするように設けられている。
【００２７】
フォイルカーテン１４を固定するための固定要素は側部加熱ユニット９の上方に示されている（図１）。図１乃至図４に示されるように、フォイルカーテン１４は、側部加熱ユニット９とるつぼ６間の領域に延びている。また、フォイルカーテンがプロセスチャンバー４の上部領域を少なくとも部分的に覆うようにしてもよい（図６）。フォイルカーテン１４は、耐熱材料で且つ気密性がある材料からなっている。
【００２８】
図１乃至図４を参照して本発明の装置の動作を説明する。これらの図は異なったプロセスステップにおいて同一の装置を示している。
【００２９】
図１は、実際の製造プロセスの開始前の装置１を示している。るつぼ６は、上部縁部までシリコン原材料２０で満たされている。図に示すように、シリコンロッドと粒状のシリコンがるつぼ６を満たすために用いられた。シリコンロッド２６は保持要素２４によってプレート要素１１に固定されている。
【００３０】
装置１がそのように準備されたのち、シリコン原材料２０は、底部加熱ユニット８および側部加熱ユニット９による熱入力によってるつぼ６内で溶融される。側部加熱ユニット９および底部加熱ユニットは、このプロセス間、熱入力が最初に下部から起こるように制御され、シリコンロッド２６はプレート要素１１によってるつぼ６の上方で保持されて温められるが、溶融することはない。
【００３１】
シリコン原材料２０が完全に溶融したとき、図２に示すように、溶融シリコンまたはシリコン溶融物２２がるつぼ６内に形成される。プレート要素１１に固定されたシリコンロッド２６は、この時点では溶融していない。その後、図３に示すように、シリコンロッド２６を溶融シリコン２２中に浸漬させるために、プレート要素１１は、昇降機構（詳細には図示せず）によって下げられる。こうして、図３に示すように、るつぼ内の溶融シリコンの充填レベルは実質的に上昇する。浸漬されたシリコンロッド２６は、溶融シリコン２２との接触によって、また底部ヒータ８および側部ヒータ９による付加的な熱入力によって、完全に溶融し、溶融材料２２と混合される。
【００３２】
次に、保持要素２４が溶融シリコン２２に接触しない限りにおいて、プレート要素は図３による位置に維持することが可能である。保持要素が溶融シリコンに接触する場合、図４に示すように、保持要素２４を溶融材料２２に対して上昇させるために、プレート要素１１をわずかに上昇させる。
【００３３】
このとき、るつぼ６内の溶融シリコン２２を冷却するために、底部ヒーター８および側部ヒーター９による熱入力は実質的に減らされるか、切られる。図示されない手段によって、溶融材料２２の固化が底部から上部に向かって起こるように、冷却を制御する。図４は、溶融材料２２が頂部にまだ存在している間に、るつぼ内で固化しているシリコン材料の下部３２を示している。
【００３４】
固化の間のある時点で、特に固化の最後に、アルゴン等のガスがガス供給チューブ１３を介して溶融シリコン２２の表面へ供給される。図４に示すように、ガスは溶融シリコン２２の表面上をるつぼの縁部に向かって半径方向に流れ、その後、るつぼ６とフォイルカーテン１４との間をガス出口１０に向かって流れる。フォイルカーテン１４は、側部加熱ユニット９が溶融シリコンの表面上を流れるガス状シリコンからなるガスと接触することを防止する保護部として機能する。
【００３５】
側部加熱ユニット９を、フォイルカーテン１と隔離箱３との間に個別に導入される付加的なガスによって囲むことも可能である。この付加的なガスは、側部加熱ユニット９の材料と化学的に反応することがなく、また溶融シリコンの表面からのガス流と化学的に反応することはない（例えばアルゴン、あるいは他の不活性ガス）。このようにして、溶融シリコン２２上を流れるガスであってガス状シリコンからなるガスは、加熱ユニットに到達することが防止される。側部加熱ユニット９上を流れる付加的なガスおよび溶融シリコン２２上を流れるガスはガス出口１０から排出される。
【００３６】
溶融シリコン２２が完全に固化すると、るつぼ６内にシリコンインゴットが形成され、このシリコンインゴットは最終製品となる。インゴットがプロセスチャンバー４から除去される前には、インゴットはプロセスチャンバー内で取扱温度まで冷却される。
【００３７】
図５および図６は本発明にかかる多結晶シリコンインゴットを製造する装置１の別の実施形態を示す。同一または類似の要素に対して同一の参照符号が図５および図６においては用いられている。
【００３８】
また、装置１はプロセスチャンバー４を内部に形成する隔離箱３から基本的に構成される。るつぼ６用のホルダーはプロセスチャンバー４内に設けられている。底部加熱ユニット８および側部加熱ユニット９はプロセスチャンバー内に設けられている。さらに図６に示すように、フォイルカーテン１４はプロセスチャンバー４内に設けることが可能であり、フォイルカーテン１４は隔離箱の天井領域に少なくとも部分的に沿って伸びることが可能である。フォイルカーテンは１４は張り出し屋根のようにるつぼの側壁に少なくとも部分的にオーバーラップするように配置され、全ての側部ヒーターがオーバーラップした領域の外側に位置するようにフォイルカーテン１４は配置されている。これらの要素は図１乃至図４の実施例の要素に類似しており、これゆえ重複した説明を避けるために詳細には説明しない。
【００３９】
プロセスチャンバー内には、プレート要素１１がるつぼ６の上方に設けられている。プレート要素１１は多結晶シリコンインゴットの製造に悪影響を与えない適当な材料から構成されている。本実施形態のプレート要素１１（図５および図６）は追加のシリコン材料を受けるためのフォルダーを備えていない。
【００４０】
プレート要素１１は、複数のガス供給チューブ１３を案内する複数の通路３０を備え、各通路はプロセスチャンバー４から隔離箱３を通って外側に伸びている。ガス供給チューブ１３は、図１によるガス供給チューブ１３と同一のタイプでも良い。しかしながら、より多くのガス供給チューブが設けられる。図５においては、３個のガス供給チューブ１３が幅方向に示されている。また、装置の深さ方向において、３個のガス供給チューブ１３が一列に配置され、全部で９個のガス供給チューブが設けられている。もちろん、異なった数のガス供給チューブ１３を設けてもよい。また、プレート要素１１は、さらに複数のガス出口チューブ（図示せず）を通す複数の通路を備えてもよく、これに対応した数のガス出口チューブを設けてもよい。そして、溶融シリコンに供給されたガスは、ガス出口チューブを介して排出される。これによって、溶融シリコンの表面上を流れるガスが、側部ヒーターに沿って流れることなく、ただちに上方に排出されるという利点がある。
【００４１】
また、保持リング４０がプロセスチャンバー４に配置されている。図５に示されるように、保持リング４０は、るつぼ６の側壁の内周に実質的に対応した内周の形状を有している。保持リングは、シリコン原材料２０の溶融プロセスの間、溶融しないような窒化ケイ素等の適当な再使用可能な材料から構成されている。また、窒化ケイ素は、比較的に頑強であり、溶融シリコンによって濡らされることはなく、すなわち保持リング４０と接触する溶融シリコンは下方に向かって流れる。保持リング４０は図示されない機構によって昇降可能になっている。この点は、以下においてより詳細に説明する。
【００４２】
装置１の動作を図５および図６を参照して説明する。
るつぼ６は、図５に示されるように、プロセスチャンバー４内に装填され、シリコン原材料２０で満たされる。シリコン原材料２０は、例えばシリコンロッドおよびシリコン粒からなっている。また、るつぼ６は、その上縁までシリコン原材料が装填される。続いて保持リング４０はるつぼ６の縁部に位置するか、またはるつぼ６の縁部に接近して位置する。その後、追加のシリコン原材料、例えばシリコンロッドの形の追加の原材料が保持リング４０に装填される。これゆえ、図５に示すように、るつぼ６のロードは、シリコン原材料がるつぼ６の上縁の上方まで伸びるようにすることが可能である。そのようなロードは、明らかにプロセスチャンバー４の外側で可能であり、るつぼ６および保持リング４０は、材料を満たした後にプロセスチャンバー４内に装填可能である。
【００４３】
続いて、るつぼ６内のシリコン原材料２０および保持リング４０の領域にある追加のシリコン原材料はるつぼ内で完全に溶融して、溶融シリコン２２を形成する。材料の総量は、溶融シリコン２２がるつぼ６内に完全に受け入れることが可能なように選定される。これは、シリコン原材料を装填する前に既に使われたシリコン原材料の重さを測定することによってなし得る。
【００４４】
溶融シリコンが形成された時点で、保持リング４０はるつぼ６から上昇させることが可能である。図６に示すように、プレート要素１１はるつぼ６内の溶融シリコン２２に隣接した位置まで下げることが可能である。フォイルカーテン１４は、図６にも示すように、側部ヒーター９とるつぼ６との間の位置にもたらされる。るつぼ６内の溶融シリコンは、この時点で、多結晶シリコンインゴットを形成するため方向性がある固化が起こるように制御された方法で冷却される。
【００４５】
図６は、下部３２において部分的に固化したシリコンインゴットと上部においてまだ溶融しているシリコン２２とを示す。図６の流れ矢印によって示すように、冷却工程の少なくとも一部の間、アルゴン流等のガス流れは、再びガス供給チューブ１３を介して溶融シリコン２２の表面に向かう。また、制御された流れ空間がプレート要素１１と溶融シリコンの表面との間に形成される。保持リング４０が上昇されるので、保持リングは各々のガス流れに悪影響を与えることはない。
【００４６】
完全な固化の後、多結晶シリコンインゴットが完成され、そして多結晶シリコンインゴットは、プロセスチャンバーから取り出される前にプロセスチャンバー４内で取扱温度まで冷却される。
【００４７】
本発明は、特定の実施形態に限ることなく本発明の好ましい実施形態とともに説明をした。特に、異なった実施形態の要素を互いに組み合わせたり、またはそれらの要素を異なった実施形態と交換することも可能である。プレート要素は他の再装填ユニットと組み合わせ可能であり、またプレート要素は加熱ユニットとしても形成することが可能である。プレート要素は調整可能な天井ヒーターとして使用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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