(57)【要約】  半導体材料（４０、４２）の少なくとも１つのリボンを引き上げる方法であって、互いに間隔を置いて配置された２つの平行なフィラメント（２４、２６）が連続する方法で半導体材料の溶融生成物の表面を通して垂直方向上向きに通過し、リボン（４０、４２）がフィラメントの間で実質的に前記表面に位置する毛細管流の凹凸面（ｍｅｎｉｓｃｕｓ）から形成される方法。本発明によると、支持ストリップ（２２）がフィラメント（２４、２６）の間に介在してフィラメントによって画定された平面に含まれ、支持ストリップ（２２）がフィラメントと同じ速度で連続する方法で溶融半導体材料の溶融生成物の表面を通して垂直方向上向きに通過し、半導体材料（４０、４２）のリボンが支持ストリップの２つの面の一方に形成されて記面によって支持される。本発明は、光電池を製造するための多結晶シリコンリボンを作るのに使用することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料（４０、４２）の少なくとも１つのリボンを引き上げる方法であって、
互いに間隔を置いて配置された２つの平行なフィラメント（２４、２６）が連続する方法で前記半導体材料の溶融生成物の表面を通して垂直方向上向きに通過し、前記リボン（４０、４２）が前記フィラメントの間で実質的に前記表面に位置する毛細管流の凹凸面（ｍｅｎｉｓｃｕｓ）から形成される方法であり、
支持ストリップ（２２）が前記フィラメント（２４、２６）の間に介在して前記フィラメントによって画定された平面に含まれ、
前記支持ストリップ（２２）が前記フィラメントと同じ速度で連続する方法で溶融半導体材料の前記溶融生成物の前記表面を通して垂直方向上向きに通過し、
前記半導体材料（４０、４２）のリボンが前記支持ストリップの２つの面の一方に形成されて前記面によって支持されることを特徴とする方法。
【請求項２】
半導体材料（４０、４２）の２つのリボンが同時に形成され、一方は前記支持ストリップの２つの面の一方に、もう一方はもう一方の面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記フィラメント（２４、２６）は、カーボン又はシリコンでできていることを特徴とする前述の請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記フィラメント（２４、２６）の直径は、０．３ｍｍから１ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記フィラメント（２４、２６）は、パイロリティックグラファイト（ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ  ｇｒａｐｈｉｔｅ）の薄い層で覆われていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記支持ストリップ（２２）は、カーボンでできていることを特徴とする前述の請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記支持ストリップ（２２）の厚さは、２００μｍから３００μｍの範囲であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
半導体材料（４０、４２）のリボンは、２５０μｍ未満の厚さであることを特徴とする前述の請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記溶融半導体材料は、ほぼ水平な基部を備えた引き上げるつぼに含まれ、前記基部は開口部（２８）を含み、これを介して前記支持ストリップ（２２）及び前記フィラメント（２４、２６）が貫通することを特徴とする前述の請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記開口部（２８）は前記支持ストリップ（２２）の厚さより僅かに大きい幅の矩形水平部（３０）を有し、矩形部の２つの端部のそれぞれに、前記フィラメントがこれを通して通過する円形水平部（３２、３４）を有することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記半導体材料は、半導体素子、又は調和（ｃｏｎｇｒｕｅｎｔ）又は擬似調和溶融半導体化合物に基づくものであることを特徴とする前述の請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記半導体材料は、シリコンであることを特徴とする請求項１１に記載の方法
【請求項１３】
支持ストリップの縁部は、前記支持ストリップを変形させる可能性があるあらゆる接触を防ぐように、少なくとも１００マイクロメートルだけフィラメントから離れていることを特徴とする前述の請求項のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体の薄いリボン、特に多結晶シリコンをシリコンの溶解生成物から引き上げる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最も広く使用されている半導体リボンは、特に光電池の製造では、多結晶シリコンのリボンである。従って、以下の説明はシリコンリボンのことを言うが、本発明はまた、ヒ化ゲルマニウム又はガリウムなどの他の半導体材料のリボンに関することに留意すべきである。
【０００３】
光電池を製造する場合、シリコンの薄いリボンを製造することは、インゴットをのこぎりで切ることによってシリコンのウェーハを製造することを凌いで好ましい解決法である。リボンの解決法は実質的に、シリコンの消費を減らし、高額なウェーハのこぎり動作をなくし、有毒な化学物質の消費を減らす。
【０００４】
開発されたシリコンのリボンを成長させる又は引き上げる多くの解決法のうち、２つの垂直引き上げ方法が薄いリボンを製造するのに最適であることが証明され、一方はＲｕｂａｎ  ｓｕｒ  ｓｕｂｓｔｒａｔ  ｔｅｍｐｏｒａｉｒｅ（一次基板上リボン）の「ＲＳＴ」と呼ばれ、もう一方は「ＳＴＲ」（ストリングリボン）と呼ばれる。
【０００５】
ＲＳＴ方法では、一般的にカーボンでできている薄いストリップは、シリコンの溶融生成物を通して一定の速度で垂直方向上向きに移動する。シリコンの薄い層が、カーボンストリップの２面それぞれに付着される。固化後、溶融生成物から離れるストリップは、シリコンの２層間に挿入されるカーボンコアによって構成された複合ストリップである。カーボンコアは、その後、高温炉内で焼成することによって取り除かれる。ウェーハに切断された、２つのシリコンストリップが得られる。ＲＳＴ法は、例えば、フランス特許ＦＲ−Ａ−２３８６３５９、ＦＲ−Ａ−２５５０９６５、及びＦＲ−Ａ−２５６１１３９に記載されている。
【０００６】
もう一方の方法、ＳＴＲ法は図１に略図的に示されている。ヒータ手段（図示せず）を備えた引き上げるつぼ１０は、シリコン溶解生成物１２を含んでいる。るつぼの基部は、２つのフィラメント１４及び１６が貫通する２つの開口部（ｏｒｉｆｉｃｅ）によって穿孔され、これらは互いに平行、垂直、及び間隔を置いている。前記フィラメントは、シリコンを通して上向きに一定の速度で移動する。種子（ｓｅｅｄ）は、シリコン溶融生成物の表面で２つのフィラメント間でシリコンの結晶化を開始することができる。自己支持型のリボン１８は、その後、リボンの縁部を安定化させる又は固定するように働く２つのフィラメント間に引き上げることができる。リボン１８は、フィラメント１４と１６の間でシリコン溶融生成物の表面上に約７ｍｍ（ミリメートル）の高さ以上の毛細管流により形成される凹凸面（ｍｅｎｉｓｃｕｓ）２０から成長する。シリコンの固化後、フィラメントはその縁部でシリコンリボン内に組み込まれる。例えば、国際特許出願ＷＯ−Ａ−２００４／０３５８７７は、時々起こるような凹凸面の変形を少なくする又は防ぐことができるＳＴＲ法及び手段の実施を記載している。
【０００７】
これらは十分遂行されるが、このような垂直引き上げ方法は、その凹凸面を分割する傾向がある毛細管力によるリボンの各端部での液体シリコンの凹凸面の不安定性の問題がある。この方法に対する様々な改良が提案された。例として、ＲＳＴ法では、ＦＲ−Ａ−２５５０９６５は、凹凸面の形状及びこれらの縁部上のシリコン層の厚さを調節するように、リボンの縁部近くに配置された固定要素の使用を提案している。同様に、ＳＴＲ法では、ＷＯ−Ａ３−０１／０４３８８は、フィラメント近くでシリコン溶融生成物のレベルを上げることによって、凹凸面の縁部を安定させる手段を提案している。しかし、このような解決法は全体的に十分なものではない。
【０００８】
ＳＴＲ法は他の欠点を有する。例として、約１．７ｃｍ／分（センチメートル／分）の低い引き上げ速度により、その製造性が低い。その引き上げ速度の上で、リボンは、シリコンリボンの表面を変形させる熱応力により歪む。従って、同じ装置での複数の並行引き上げ処理を行なうための提案がなされた。しかし、並行引き上げには、自由液体凹凸面間の干渉の問題がある。実際、凹凸面は表面エネルギーを少なくするように互いをひきつける傾向があり、その結果、リボンの平面性の欠点につながる。この問題は、リボンの横部分で凹凸面の形状を制御するように、リボン周りにエレメントを配置することによって、この方法をより複雑にする犠牲を払って、国際特許出願ＷＯ−Ａ１−２００４／０４２１２２で部分的に解消される。ＳＴＲシステムの別の欠点は、実際、２５０μｍ（マイクロメートル）厚さ未満のリボンを製造することが難しいという事実がある。この厚さの下で、シリコンリボンは歪まされ脆くなり、光電池製造のステップ中操作することが難しい。さらに、ＳＴＲ法は、リボンの引き上げの開始、又は液体凹凸面のその後の偶然の破断の再開の際に、重大であり難しい種まき開始段階（ｓｅｅｄｉｎｇ  ｓｔａｇｅ）を含んでいる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、上記欠点の１つ又は複数を克服することによって、ＳＴＲ法を改良することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的のため、本発明は半導体材料の少なくとも１つのリボンを引き上げる方法を提供し、この方法では、互いに離れている２つの平行なフィラメントが連続する方法で前記半導体材料の溶融生成物の表面を通して上向き垂直に通過し、前記リボンが前記フィラメント間で実質的に前記表面に位置する毛細管流の凹凸面（ｍｅｎｉｓｃｕｓ）から形成されている。本発明によると、支持ストリップがフィラメント間に介在してフィラメントによって画定された平面に含まれ、支持ストリップがフィラメントと同じ速度で連続する方法で溶融半導体材料の溶融生成物の表面を通して上向き垂直に通過し、半導体材料のリボンが支持ストリップの２つの面の一方に形成されて前記面によって支持されている。
半導体材料の２つのリボンが同時に形成され、一方は支持ストリップの２つの面の一方、もう一方はもう一方の面に形成されることが好ましい。
有利には、フィラメントはカーボン又はシリカ（ｓｉｌｉｃａ）でできており、０．３ｍｍから１ｍｍの範囲の直径を有する。これらは、パイロリティックグラファイト（ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ  ｇｒａｐｈｉｔｅ）の薄い層で覆うことができる。
好ましい実施形態では、支持ストリップはカーボンでできており、２００マイクロメートルから３５０マイクロメートルの厚さの範囲である。溶融半導体材料は、ほぼ水平な基部を備えた引き上げるつぼ内に含まれており、前記基部は開口部を含み、これを通して支持ストリップ及びフィラメントが貫通する。
開口部は、支持ストリップの厚さよりも僅かに大きな幅を有する矩形水平部を有し、矩形部の２つの端部それぞれに、フィラメントがこれを通して通過する水平円形断面を有することが好ましい。
半導体材料は、シリコン又はゲルマニウムなどの半導体素子、又はヒ化ガリウムなどの調和（ｃｏｎｇｒｕｅｎｔ）又は半調和溶融半導体に基づくものであってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
従来のＳＴＲ法と比較すると、本発明はより薄い、例えば１５０μｍ未満の厚さのシリコンのリボンを、より優れた平面性を備え、より高い引き上げ速度（及び、従ってより高い生産性）で製造することができる。従って、本発明は特に、このシリコンリボン製造を使用することによって、光電池を製造するのに適したものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の他の利点及び特徴は、非限定的な例として与えられ、添付の図面を参照して行なわれる本発明の実施形態の以下の説明から明らかになる。
【００１３】
図１は、従来技術のＳＴＲ法を略図的に示している。
図２は、本発明の方法を示している。
図３及び４は、図２のＩＩＩ及びＩＶによってそれぞれ示された高さで水平面での水平断面での、カーボン支持ストリップを囲む、本実施例のシリコンでの半導体の２つのフィラメント及び２つのリボンを示している。
図５は、支持ストリップ及びフィラメントがこれを通して通過する引き上げるつぼ内の開口部を水平断面で略図的に示している。
【００１４】
本発明によると、カーボンでできていることが好ましい支持ストリップはＳＴＲ法で使用されており、また２つのカーボンフィラメントを保持する。支持ストリップは、濡らすことによってストリップの縁部の液体シリコンの凹凸面の固定を補強する。
【００１５】
図２は、るつぼの基部に配置された開口部２８を介して引き上げるつぼ（図示せず）を通して上向きに通過する２つの垂直なフィラメント２４と２６の間の垂直の支持ストリップ２２を示している。シリカ又はカーボンで製造された引き上げるつぼは、例えば、その温度を上昇させることによって液体にされたシリコンで満たされている。支持ストリップは、フィラメント２４及び２６（この形状は実質的に角柱であり、必ずしも円形対称ではない、例えば、矩形断面が可能である）の２つの長手対称軸によって画定された垂直平面に含まれる。図５に水平断面で示されたこの開口部２８は、円形表面３２又は３４によって２つの端部それぞれで終端する細長い四角形３０の形状を有する。四角形３０は、支持ストリップ２２の幅より僅かに大きく、円形表面３２及び３４の直径はフィラメントの直径より大きく、それによって支持ストリップ２２及び２つのフィラメント２４及び２６は開口部２８を通過する。支持ストリップ２２及びフィラメント２４、２６から開口部２８の縁部を分離させる距離は、るつぼに含まれる溶融シリコンが開口部を通して流れないようになっている。例として、３００マイクロメートルの支持ストリップ厚さ、０．６ｍｍのフィラメント直径、及び開口部のすぐ上のるつぼに含まれる溶融シリコンの１ｃｍ（センチメートル）の高さでは、開口部の長方形部３０の幅は約６００μｍであってもよく、円形部３２、３４の直径は約１ｍｍであってもよい。
【００１６】
支持ストリップ２２及びフィラメント２４、２６は、開口部２８を通過し、液体シリコンで充填された引き上げるつぼを通して垂直上向きに通過する。手段（図示せず）は、矢印３６の方向に一定の速度で垂直にストリップ２２及びフィラメント２４、２６によって形成されたアセンブリを引き上げる。複合物の表面の歪みの出現なしで、引き上げ速度は約２００μｍ厚さであるシリコンリボンで５ｃｍ／分に近い、そして約８０μｍ厚さであるリボンで１０ｃｍ／分に近い値に到達する可能性がある。比較すると、従来のＳＴＲ法での最大引き上げ速度は、約１．７ｃｍ／分である、すなわち約３から６倍遅い。
【００１７】
凹凸面は、支持ストリップ２２及びフィラメント２４、２６との液体シリコンの表面の接合部３８で形成される。支持ストリップ２２の２側面は、冷却の際結晶化するシリコンの薄い層で覆われている。従って、多結晶シリコンの２つのリボン４０及び４２が同時に得られる。
【００１８】
図３及び４は、シリコン溶融生成物に対してＩＩＩ及びＩＶによってそれぞれ示された高さでの水平面で断面的に、支持ストリップ２２及びフィラメント２４、２６に付着するリボン４０及び４２の形状を示している。平面ＩＩＩでは、シリコンは冷却及び結晶化されて、シリコンのリボンを形成し、平面ＩＶでは、溶融シリコンの表面上の数ミリメートル（通常、６ｍｍ未満）で、シリコン４４はまだ固化されず、凹凸面を形成する。
【００１９】
好ましい実施形態では、フィラメント２４及び２６は同一であり、カーボン又はシリカで製造され、任意選択としてパイロリティックグラファイトで覆われており、その直径は０．３ｍｍから１ｍｍの範囲である。これらは、支持ストリップを変形させる可能性があるあらゆる接触を防ぐように、約１００μｍだけ支持ストリップ２２の縁部から離れている。
【００２０】
支持ストリップ２２は、２００μｍから３５０μｍ厚さの範囲であり、好ましくは２００μｍから３００μｍの範囲である。この支持ストリップは、カーボン、例えば加工せずに製造された可撓性グラファイトで製造されており、膨張されてその後圧延グラファイトとなることが好ましい。支持ストリップは、１メートル幅及び数十メートル長さのロールで供給することができる。しかし、ここに記載された実施形態では、例えば、５ｃｍから２０ｃｍの範囲の幅を使用することが好ましい。
【００２１】
引き上げ後に、得られる複合ストリップは、支持ストリップ２２、２つのフィラメント２４、２６、及び支持ストリップ及びフィラメントで支持された２つのシリコンリボン４０、４２によって構成されている。次のステップは最初、例えばほぼ矩形である複合ウェーハに複合ストリップを切断する際にレーザを使用することと、カーボンリボンの側縁部を露出させるように、複合ストリップ又は複合ウェーハの縁部を切断することとからなる。フィラメント２４、２６は従って取り除かれる。次に、支持ストリップ２２は、多結晶シリコンの２つのウェーハを得るために、高温（約１０００℃）で、例えば空気中で焼結することによって崩壊される。解放された、又は支持ストリップに面して配置されたウェーハの面はその後、シリカから表面上に形成された酸化層を取り除くように低レベルストリッピングが行なわれる。前記酸化層は極めて薄く、約数十マイクロメートルである。ストリッピングは、様々な従来技術を使用して行うことができる。
【００２２】
上記ＳＴＲ法への変更により、より高い引き上げ速度による、又はシリコンの２つのリボンの同時製造による従来の方法の製造性を改善することができ、リボンの厚さを１００μｍより小さい値まで小さくすることによってシリコンの消費を少なくすることができ、リボンの平面性を改善することができる。この平面性の利点は、いくつかの効果によるものである。第１に、支持ストリップの熱物理特徴は、２つのフィラメントを使用する従来のＳＴＲ法に追加の利点を与え、これにより歪んだ表面を有する複合ストリップの形成が避けられる又は最小限に抑えられる。結晶化の潜熱を引き出す際の支持ストリップの関与により、結晶化前部でのシリコンのストリップの相対熱勾配が少なくなり、熱機械応力による座屈の減少の出現を遅らせ、極めて高い引き上げ速度を使用することが可能となり、さらに、その熱慣性により凹凸面に近い熱領域を安定化させ、それによって結晶化等温線の変位が小さくなる。さらに、引き上げるつぼ内の支持ストリップの存在により、シリコン溶融生成物の幅が半分になり、溶融生成物で発達する傾向がある熱対流電流が減衰し、また誘導する可能性がある結晶化等温線の変位も減衰する。さらに、支持ストリップの存在によって、液体表面を引き上げるつぼの壁面に連結させる角度の変化により、及び／又はいくつかのリボンが同じシリコン溶融生成物から同時に引き上げられている場合に、近くの凹凸面の存在により生じる外乱による結晶化凹凸面の変位の可能性がかなり低くなる。支持ストリップの存在は、擬似固定垂直平面に液体凹凸面の付着部分を物理的に維持し、一般的に±１００μｍ未満である支持ストリップと垂直な方向への変位の可能性を有している。
【００２３】
従って、従来のＳＴＲ法と比較すると、本発明はより薄い、例えば１５０μｍ未満の厚さのシリコンのリボンを、より優れた平面性を備え、より高い引き上げ速度（及び、従ってより高い生産性）で製造することができる。従って、本発明は特に、このシリコンリボン製造を使用することによって、光電池を製造するのに適したものになる。
【００２４】
明らかな変更又は変形を、当業者によって本発明の範囲から逸脱することなく上記の方法に加えることができる。例として、シリコンが支持ストリップの２つの面の一方に付着するのを防ぐことによって、一度に２つの代わりに単一のリボンを製造することができる。さらに、支持ストリップ及び２つのフィラメントが、側壁ではなく装置の底部を通してシリコン溶融生成物内に貫通しない、又は溶融生成物の上部を通して離れるように、上部から直接溶融生成物に入り、戻り機構を介して通過しないことを確認することは簡単である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来技術によるＳＴＲ法の概略図である。
【図２】本発明による薄型半導体リボンの成長方法を示す概略図である。
【図３】図２のＩＩＩによって示した高さで水平面での水平断面での、カーボン支持ストリップを囲む、本実施例のシリコンでの半導体の２つのフィラメント及び２つのリボンを示す説明図である。
【図４】図２のＩＶによって示した高さで水平面での水平断面での、カーボン支持ストリップを囲む、本実施例のシリコンでの半導体の２つのフィラメント及び２つのリボンを示す説明図である。
【図５】支持ストリップ及びフィラメントがこれを通して通過する引き上げるつぼ内の開口部を水平断面で示す概略図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０    引き上げるつぼ
１２    シリコン溶解生成物
１４、１６、２４、２６    フィラメント
１８    リボン
２０    凹凸面（ｍｅｎｉｓｃｕｓ）
２２    支持ストリップ
２８    開口部
３０    四角形（長方形部、矩形水平部）
３２、３４    円形表面（円形部、円形水平部）
３６    矢印
３８    接合部
４０、４２    半導体材料（リボン）
４４    シリコン
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図２】
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【国際調査報告】
2008536793.tif 000008
2008536793.tif 000009
2008536793.tif 000010
2008536793.tif 000011