(57)【要約】単一のるつぼから複数の結晶リボンを同時に成長させる方法および装置は、複数のメニスカス形成部を用いる。るつぼにおいて作り出される半導体材料の溶融物は、複数のメニスカス形成部により複数の別個の溶融小区域に区分され、その溶融小区域のうちの１つから間隔のあいたストリングの対を引き出すことによって、複数のリボンを成長させる。この装置を用いることにより隣接したリボン間の干渉が減り、制御された幅を有する離散的で実質的に平坦な結晶リボンの連続成長が促進される。
2006504613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一のるつぼにおいて複数の半導体リボンを同時に連続的に成長させる方法であって、
間隔を置いて配置された複数のメニスカス形成部を有するるつぼを提供する工程と、
該るつぼに配置された半導体材料から溶融物を作り出す工程であって、該複数のメニスカス形成部は複数の別個の溶融小区域に該溶融物を区分する、工程と、
該複数のメニスカス形成部に対応してストリングの複数の対を配置する工程であって、ストリングの各対が、（ｉ）固定した間隔を有し、（ｉｉ）該別個の溶融小区域のうちの１つから出ており、（ｉｉｉ）メニスカスのエッジの対を定め、リボンの幅を制御する、工程と、
該溶融物の表面からストリングの該複数の対を連続的に引き出すことにより、離散的で実質的に平坦な複数の半導体リボンを形成する工程とを包含する、方法。
【請求項２】
前記半導体材料が、シリコン、ゲルマニウム、炭化ケイ素、または、それらの混合物である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記リボンに対応して複数の予熱器を配置する工程であって、各予熱器が、該リボンの熱プロファイルを制御するように、該リボンのうちの少なくとも１つのリボンの表面に隣接して配置される、工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記リボンが向かい合ったパターンで互いに実質的に平行に成長するように、前記複数のメニスカス形成部に対応してストリングの前記複数の対を配置する工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記リボンが実質的に頭−尾パターンで成長するように、前記複数のメニスカス形成部に対応してストリングの前記複数の対を配置する工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記リボンが向かい合ったパターンであるとともに、頭−尾パターンでもある隣接したリボンを含むパターンで成長するように、前記複数のメニスカス形成部に対応してストリングの前記複数の対を配置する工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記複数のメニスカス形成部が同一の大きさおよび形状を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記複数のメニスカス形成部が異なった大きさまたは形状を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
２個〜２０個のリボンを同時に成長させる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ストリングの各対の前記間隔が異なる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記溶融表面に垂直な方向にストリングの前記複数の対を引き出す工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記溶融表面に垂直な方向を除く方向にストリングの前記複数の対を引き出す工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
複数の半導体リボン成長システムにおける隣接したリボン間の干渉を最小化する方法であって、
開口したるつぼに配置された半導体材料から溶融物を作り出す工程と、
該るつぼに複数のメニスカス形成部を配置することにより、複数の別個の溶融小区域に該溶融物を区分する工程であって、各溶融小区域は該メニスカス形成部により定められた別個の溶融表面を有する、工程と、
複数の半導体リボンを連続的に成長させる工程であって、該リボンの各々は、該別個の溶融表面から、間隔のあいたストリングの対を引き出すことにより、溶融小区域から成長する、工程とを包含する、方法。
【請求項１４】
複数の別個の溶融小区域に前記溶融物を区分する前記工程が、前記溶融表面上に少なくとも１つのメニスカス形成部を配置する工程を包含する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記半導体材料がシリコンである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記リボンに対応して複数の予熱器を配置する工程であって、各予熱器が該リボンのうちの少なくとも１つに隣接して配置されることにより、該リボンの熱プロファイルを制御する、工程をさらに包含する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
単一のるつぼにおいて複数の半導体リボンを同時にかつ連続的に成長させる装置であって、
半導体材料の溶融物を収容するるつぼと、
該るつぼ内で間隔を置いて配置された複数のメニスカス形成部であって、複数の別個の溶融小区域に該溶融物を区分する、複数のメニスカス形成部と、
ストリングの複数の対であって、各対が該複数のメニスカス形成部のうちの１つに対応して配置され、ストリングの各対が、（ｉ）固定した間隔を有し、（ｉｉ）該溶融小区域のうちの１つから出ており、（ｉｉｉ）メニスカスのエッジの対を定め、（ｉｖ）該溶融小区域からストリングの該対を引き出すときに該複数の半導体リボンのうちの１つの幅を定める、ストリングの複数の対と、
複数の予熱器であって、該半導体リボンのうちの少なくとも１つの表面に隣接して各予熱器を配置することにより、該半導体リボンの熱プロファイルを制御する、予熱器とを備える、装置。
【請求項１８】
ストリングの各対が前記るつぼの穴の対を貫通する、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
各予熱器がリボンの外面に隣接して配置される、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
ストリングの各対のストリングの間隔が異なる、請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
周囲環境から前記溶融物を隔離するハウジングと、液−固境界面を含み、４００℃以上の温度である凝固中のリボンの部分とをさらに備える、請求項１７に記載の装置。
【請求項２２】
２個〜２０個のリボンを同時に成長させるためのストリングの２個〜２０個の対を備える、請求項１７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、結晶成長に関する。より詳しくは、本発明は、半導体材料の結晶リボンを成長させる方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンシート材料またはリボンは、特に、低コストの太陽電池の作成に重要である。シリコンリボンの連続成長により、バルク形成されたシリコンをスライスしてウェーハを作り出す必要がなくなる。米国特許番号第４，５９４，２２９号；第４，６２７，８８７号；第４，６６１，２００号；第４，６８９，１０９号；第６，０９０，１９９号；第６，２００，３８３号、および、第６，２１７，６４９号においては、２つの高温材料のストリングを、溶融シリコンの浅い層を含むるつぼを介して導入することによって、シリコンリボンの連続成長を行う。そのストリングは、成長中のリボンのエッジを安定化させる役目をする。溶融層の真上において、溶融シリコンは凝固して、固体リボンになる。米国特許番号第６，０９０，１９９号、および、第６，２１７，６４９号には、連続的なシリコンリボンに供給原料を連続的に補充する方法および装置について記載されている。現在行われているように、単一のるつぼから単一のリボンを成長させる。各リボン成形装置は上記のるつぼを１つ有する。図１は、そのプロセスを示す。
【０００３】
低コストの太陽電池を製造するために、従って、太陽電力の大規模な電気応用を拡大するためには、太陽電池を製造するための基板材料のコストが低いことが重要である。本発明は、シリコンリボンを成長させる新しく、かつ、改良された方法および装置を提供する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
単一のるつぼから複数のリボンを同時に成長させる方法および装置を開発した。その技術は、効率的かつ低コストでの太陽電池製造用シリコンの成長を可能にする。
【０００５】
一局面において、本発明は、単一のるつぼにおいて複数の半導体リボンを同時に、かつ、連続的に成長させる方法を特徴とする。るつぼには、間隔を置いて配置された複数のメニスカス形成部（ｍｅｎｉｓｃｕｓ  ｓｈａｐｅｒ）が供給される。るつぼの中に、半導体材料から溶融物が形成される。複数のメニスカス形成部により、その溶融物は、複数の別個の溶融小区域に区分される。ストリングの複数の対は、複数のメニスカス形成部に関連して配置される。ストリングの各対は、（ｉ）間隔が固定されており、（ｉｉ）別個の溶融小区域のうちの１つから出ており、（ｉｉｉ）メニスカスのエッジの対を定め、リボンの幅を制御する。溶融物の表面からストリングの複数の対を連続的に引き出すことにより、離散的で実質的に平坦な複数の結晶リボンを形成する。
【０００６】
他の局面において、本発明は、マルチ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ）半導体リボン成長システムにおける隣接したリボン間のメニスカス相互作用による干渉を最小化する方法を特徴とする。開口したるつぼに配置された半導体材料から、溶融物が形成される。るつぼに複数のメニスカス形成部を配置することにより、複数の別個の溶融小区域に溶融物を区分する。各溶融小区域は、メニスカス形成部により定められた別個の溶融表面を有する。るつぼから複数の半導体リボンを連続的に成長させる。別個の溶融表面から、間隔のあいたストリングの対を引き出すことにより、溶融物から各リボンを成長させる。
【０００７】
さらに他の局面において、本発明は、単一のるつぼにおいて複数の半導体リボンを同時に、かつ、連続的に成長させる装置を特徴とする。その装置には、半導体材料の溶融物を収容する、るつぼと、るつぼ内で間隔を置いて配置された複数のメニスカス形成部であって、複数の別個の溶融小区域に溶融物を区分する、複数のメニスカスシェーバと、ストリングの複数の対と、複数の予熱器（ａｆｔｅｒｈｅａｔｅｒ）とが含まれる。ストリングの各対は、複数のメニスカス形成部のうちの１つに関連して配置される。ストリングの各対は、（ｉ）間隔が固定されており、（ｉｉ）別個の溶融小区域のうちの１つから出ており、（ｉｉｉ）メニスカスのエッジの対を定め、（ｉｖ）溶融小区域からストリングの対を引き出すときに、複数の半導体ストリングリボンのうちの１つの幅を定める。半導体ストリングリボンの熱プロファイルを制御するために、各予熱器は、半導体ストリングリボンのうちの少なくとも１つの表面に隣接して配置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、単一のるつぼから、すなわち、１つの結晶成長装置から、複数の半導体リボンを連続的かつ同時に成長させる技術を特徴とする。本明細書に記載の方法および装置により、生産速度の大幅な増加、生産効率の大幅な向上、および、コストと、材料と、一成形機あたりに生成されるリボンの数に実質的に等しい因子に比例し、リボン成長プロセスに関連する労務費との大幅な削減が可能になる。例えば、同一のるつぼにおいて２つのリボンを同時に成長させるダブルリボン成長システムを用いることにより、プロセス（シリコンとストリングとの供給を除く）に関連するコストが半分に削減される。その上、単位時間あたりのリボン面積の量の点から測定される生産量、すなわち、いわゆる面積生産量は相当増加し得る。それにより、追加装置を必要とせずに短時間での大量生産が可能になる。
【０００９】
一局面において、本発明は、概して、単一のるつぼにおいて複数の半導体リボンを同時に、かつ、連続的に成長させる方法に関する。単一のるつぼからの複数のストリングリボンの成長に関連する２つの主要素は、（１）リボン間の熱勾配の均一性、および、複数のリボン成長に関連する起こりうる非対称性と、（２）隣接したリボン間のメニスカス相互作用である。その要素の各々を考慮することにより、本発明の方法および装置は、単一のるつぼにおいて離散的で実質的に平坦な複数のリボンを同時に成長させることを可能にする。シリコンリボンの成長中に、シリコンが約１４１２℃の溶融温度から冷却されるときに、シリコンの垂直方向に数百℃／ｃｍの熱勾配が生じる。シリコンは延性に欠き、冷却曲線の二次導関数がゼロでないために、リボン内に大きなストレスが生じ得、平坦で幅の広いリボンの成長に困難が生じ得る。
【００１０】
結晶構造内の転位の形成、および／または、リボン表面の湾曲（ｂｕｃｋｌｉｎｇ）成長により、そのストレスの一部は軽減される。リボンの屈曲により、平坦でないリボンが得られるが、それは太陽電池用途には望ましくない。平坦なリボンの成長を容易にするために、予熱器（防熱板と呼ばれることもある）などを用いることにより、ストレスを最小化するように冷却プロファイル（成長軸に沿って測定されたプロファイル）を変更し得る。米国特許番号第４，６２７，８８７号の図１３Ａに、防熱板の例が示されている。予熱器の設計は、成長後のリボンに残余するストレスに影響を及ぼし得る。通常、ストレスが小さなリボンほど、高い歩留まりで加工され得る。
【００１１】
図１Ａに、従来型のストリングリボン成長方法を示す。連続リボン成長システム１０には、シリコンの溶融物１２を内部に有する、るつぼ１１と、るつぼ１１を介して延びるストリング１５の対とが含まれる。メニスカス１９の先端において低温の液体シリコンが結晶化するときに、溶融物１２からシリコンの結晶リボン１７がゆっくりと引き出される。るつぼ１１の底面の穴（図示していない）を貫通するストリング１５は組み込まれ、結晶リボン１７のエッジ境界１８ａおよび１８ｂを定める。リボン１７が成長するときに、ストリング１５はエッジ１８ａおよび１８ｂを安定化させる。シリコンの表面張力により、るつぼ１１の穴を介するシリコンの漏れが防がれ、その穴にはストリング１５が貫通する。連続成長システム１０において、るつぼ１１と溶融物１２とは、不活性ガスが充満したハウジング（図示していない）に収容され得、それにより、溶融シリコンの酸化が防がれる。
【００１２】
図１Ｂは、図１Ａに示されるストリングリボン成長システムの模式的な断面図を示す。メニスカス１９の形状、および、リボンとの接着（ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ）（液−固境界面における接着、すなわち、溶融物１２とリボン１７との境界面における接着）の垂直位（ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ）は、主に物理定数（ラプラス方程式）とるつぼ内の溶融物の名目上の厚みとによって、また、わずかにるつぼ１１の側面１３にもよって、決定される。リボンのメニスカス１９とるつぼの壁との結合の度合いは、リボンとるつぼの側面１３との物理的な距離に関連する。予熱器または防熱板１４は、成長中のリボン１７のいずれの側にも対称的に配置され、それによって、垂直方向の熱プロファイルが修正され、ストレスの小さなリボンの成長が促進される。単一リボン成長、例えば図１Ａに示される単一リボン成長の場合には、予熱器は、図１Ｂに示されるように成長中のリボンのいずれの側にも対称的に配置され得る。
【００１３】
単一のるつぼから複数のリボンを成長させる場合には、以下に記載するが、幾何学的に非対称であり、その非対称性は、放射フラックスに熱非対称性を引き起こす。
【００１４】
図２Ａは、２リボン（ｔｗｏ−ｒｉｂｂｏｎ）連続デュアル成長システム２０を示す。システム２０には、内部にシリコンの溶融物２２を有する、るつぼ２１と、るつぼ２１を介して延びるストリングの２つの対２５ａおよび２５ｂとが含まれる。ストリングの２つの対２５ａおよび２５ｂは、それぞれ、固定した間隔を有し、溶融物２２から出る。メニスカス２９ａおよび２９ｂの先端において低温の液体シリコンが結晶化するときに、それぞれ、溶融物２２からシリコンの結晶リボン２７ａおよび２７ｂが引き出される。るつぼ２１の底面の穴（ストリングの２つの対を収容する４つの穴、これも図示していない）を貫通するストリングの２つの対２５ａおよび２５ｂは組み込まれ、結晶リボン２７ａおよび２７ｂのエッジ境界を定める。ストリングの２つの対２５ａおよび２５ｂは、それぞれ、リボンのエッジ２７ａおよび２７ｂを安定化させる。シリコンの表面張力により、るつぼ２１の穴を介するシリコンの漏れが防がれ、その穴にはストリング２５ａおよび２５ｂが貫通する。
【００１５】
図２Ａに示されるシステムに予熱器を追加したものの断面図は、図２Ｂにより与えられる。図２Ａおよび２Ｂに示される、るつぼ２１の全幅は、図１Ａおよび１Ｂに示される、るつぼ１１の幅と同じになるように選択される。メニスカス２９ａおよび２９ｂの形状、ならびに、接着点（液−固境界面における接着点、すなわち、溶融物２２と、リボン２７ａおよび２７ｂのそれぞれとの境界面における接着点）の垂直位は、るつぼ内の溶融物の名目上の厚みのみならず、成長中のリボンとるつぼ２１の側面２３との横方向の配置にもよって、決定される。メニスカス２９ｂおよび２９ａと、るつぼ２１の側面２３との相互作用は、メニスカス１９と、るつぼ１１の側面１３（図１Ａに示される）との相互作用よりも大きい。それは、図２Ａおよび２Ｂに示される２リボンシステムの方が、リボンとるつぼの側面との間隔が相当狭いためである。予熱器または防熱板２４は、リボン２７ａおよび２７ｂの外面（２６ａおよび２６ｂ）に隣接して配置される。明らかなように、予熱器２４の配置が理由で、幾何学的に非対称的になり得る。リボン２７ａおよび２７ｂの内側の表面（２６ｃおよび２６ｄ）の近傍（破線領域２４ａにより示される）には、予熱器は配置されない。
【００１６】
図２Ｃは、ストリングリボン成長中における、図２Ａに示される成長システムの上面図を示す。図２Ａの成長システムにより、成長の起こる液−固境界面と、るつぼの側面とにおいて、メニスカスは大いに湾曲する。単一リボン成長に対する、るつぼの幅への実質上の限度は、メニスカスが全体にわたって湾曲するような幅である。すなわち、るつぼのエッジへの距離は、平坦な表面、すなわち、いわゆる自由溶融表面を可能にするほど長くはない。単一リボン用るつぼの場合には、リボンとるつぼの側面との間隔は、相互作用が弱くなるに十分広い。マルチリボン成長による経済効果を実現するために、リボンとるつぼの側面との間隔を狭めること、および、リボンの間隔を最小限にすることは望ましい。表面エネルギーを低減するために、２つの成長中のリボンの間の２つのメニスカスは、２つのメニスカスの間の表面積を低減する傾向にある。限界では、その毛管引力により、２つのリボンは互いに合併し、マルチリボン成長を不可能にする。前述したシンプルな毛管引力に加え、それぞれのメニスカスが相互作用し得る場合には、成長不安定性が存在し、その成長不安定性は、隣接した成長中のリボンを合併する傾向にする。ストリングが存在するために、リボンのエッジの位置は固定されているが、メニスカス効果により、２つのリボンが互いに引き寄せられ、最終的には中央で合併する（図２Ｃに示される）。
【００１７】
図３Ａおよび３Ｂに、本発明によるマルチリボン成長システムの実施形態を示す。ストリングの２つの対３５ａおよび３５ｂの周りに、それぞれ、２つのメニスカスコントローラ（すなわち、メニスカス形成部）３ａおよび３ｂを配置させるという点を除いて、図３Ａは図２Ａに示されるシステムと類似する。メニスカス形成部３ａおよび３ｂは、溶融物３２を区分し、それぞれ、小区域３ｃおよび３ｄを形成する。ストリングの２つの対３５ａおよび３５ｂは、２つのリボン３７ａおよび３７ｂ用に、溶融物３２から連続的に引き出される。
【００１８】
図３Ｂは、図３Ａに示される２リボンデュアル成長システム３０の断面図である。図３Ｃは、メニスカス形成部のうちの１つ３ａの詳細を示す。メニスカス形成部３ａおよび３ｂは、メニスカス形成部３ａおよび３ｂの底にある開口部３ｅおよび３ｆを介した、溶融物のバルクとの接触を可能にする。メニスカス形成部３ａおよび３ｂは、溶融物３２を区分し、それぞれ、小区域３ｃおよび３ｄを形成する。２つのリボン３７ａおよび３７ｂは、それぞれ、小区域３ｃおよび３ｄから成長する。メニスカス形成部３ａおよび３ｂの上端（３ａ’および３ｂ’）は、それぞれ、メニスカス３９ａおよび３９ｂを定める。１つのリボン（例えば３７ａ）の成長に対して、メニスカス３９ａは、隣接したリボン３７ｂのメニスカス３９ｂと独立して振舞うことができる。従って、上記の配置では、メニスカス３９ａおよび３９ｂの形状、および成長リボンへの接着（液−固境界面での）の垂直位は、隣接したリボン（３７ａまたは３７ｂ）、および、より離れた位置にある、るつぼの側面３３にはよらず、それぞれのメニスカス形成部３ａおよび３ｂの上端（３ａ’および３ｂ’）によって、決定される。従って、そのメニスカス形成部には、隣接した成長中のリボン間の相互作用を除く効果がある。
【００１９】
形成部の間隔は、個々のアプリケーションに合うように変え得る。以下の理論に縛られることを望むことなく、マルチリボン成長に対するメニスカス形成部の最小間隔は、次の解析に従って決定され得る。液体シリコンと成長中のリボンとの接触角は一定で約１１°であることと、液体シリコンの密度および表面張力と、自由溶融表面の上の境界面の高さの概算とに基づき、基本方程式（以下に示すラプラス方程式）を数値積分することができ、所望の横方向の距離のメニスカス表面に沿って進むことが出来る。所望の境界条件を満たすまで、連続して繰り返す。
ラプラス方程式：ｐ＝γ（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）
ここで、ｐは境界面をまたぐ圧力降下であり、γは表面張力であり、Ｒ１およびＲ２は主な曲率半径である。
【００２０】
この方法により、図４に示されるように、２つのリボンの間隔の関数として、メニスカスの形状の曲線のファミリーが得られる。その曲線は、メニスカスの断面の半分を示す。最も左手の縁は、成長中のリボンの表面であり、その表面にはメニスカスが接着する必要がある。横軸はリボンの表面からの距離である。縦軸は自由溶融表面からのメニスカスの高さである。各曲線は提案された別個のリボン間隔を示す。２つのリボンが互いに分離するためには、メニスカス形成部がこのメニスカスと交差する必要があるということを認めることにより、図４は設計ツールとして用いられ得る。
【００２１】
一実施形態において、図４に示される、８ｍｍの幅のメニスカス形成部、または、幅の半分のスケールが４ｍｍのメニスカス形成部が、０．５インチのリボン間隔で配置され、この場合には自由溶融表面から少なくとも３．５ｍｍの垂直位が必要である。るつぼ内の溶融物の深さの制御にいくばくかの変動があることを考慮すると、自由溶融表面から少なくとも５ｍｍの高さが必要になる。溶融物の名目上の深さが４ｍｍであると仮定すると、るつぼの底からのメニスカス形成部の高さは９ｍｍになる。複数のリボンの成長を可変にするためには、溶融物の深さを制御することは重要である。米国特許番号第６，２００，３８３号には、溶融物の深さを制御する方法が記載されている。
【００２２】
ストリングの対の配置は、リボンが、例えば、図３Ａ〜３Ｂに示されるように向かい合ったパターンで、または、図５に示されるように頭−尾（ｈｅａｄ−ｔｏ−ｔａｉｌ）パターンで成長するような配置であり得る。配置は、頭−尾パターンおよび向かい合ったパターンの混合、例えば行列であり得、または、放射状の配置などの他の配置であり得る。放射状の配置では、リボンは車輪のスポークと同じように配置される。
【００２３】
複数のメニスカス形成部は、形状および大きさが同一であり得るか、または、形状および／または大きさが異なり得る。ストリングの複数の対も、対となるストリングの間隔が異なり得、それにより、相違する大きさのリボンの同時成長が可能になる。通常、リボンは、リボンが成長する溶融表面に垂直な方向、または、実質的に垂直な方向に、成長する、すなわち、引き出される。ある成長システムでは、所望のリボン仕様を達成するために、他の成長方向が用いられ得、例えば、ストリングを表面と角度をつけて引き出す。
【００２４】
単一のるつぼから成長し得るリボンの数は、用途により変わり得る。図６に示される一実施形態において、単一のるつぼ６１から９つのリボンを同時に成長させる。るつぼ６１内に、９つのメニスカス形成部（６ａ〜６ｉ）が配置され、９つの溶融小区域（６ａ’〜６ｉ’）が形成される。９つの小区域のそれぞれは、ストリングリボンの成長を支える。最も外側にある２つのリボン（６７ａおよび６７ｉ）の外面（６６ａおよび６６ｉ）に隣接して、予熱器６４が配置される。内側のリボン（６７ｂ〜６７ｈ）のそれぞれの間（破線領域６４ａに示される）には何もない。図６に示されるような向かい合ったパターンの配置の内側のリボン（６７ｂ〜６７ｈ）に対して、周囲の熱環境は、主に、隣接した成長中のリボンによるものであり、従って、非常に均一で不変である。それは、この場合には、各リボンが、一定の放射率の表面に囲まれているからである。そのような場合には、隣接したリボンが、互いに予熱器として振舞う。
【００２５】
他の局面において、本発明は、マルチ半導体リボン成長システムにおける隣接したリボン間の干渉を最小化する方法を特徴とする。一実施形態において、再び図３Ａ〜３Ｂを参照するが、２リボンデュアル成長システムにおける隣接した成長中のリボン３７ａと３７ｂとの間の干渉を最小化するために、メニスカス形成部３ａおよび３ｂを用いる。隣接したリボン、および、るつぼ３１の側面３３がメニスカス３９ａおよび３９ｂを決定するのではなく、メニスカス形成部３ａおよび３ｂが分離した溶融小区域３ｃおよび３ｄ（各小区域はメニスカス形成部により定められた別個の溶融表面を有する）のエッジ境界を規定する。その境界から、溶融物からストリングの２つの対を連続的に引き出し、２つのリボンを成長させる。
【００２６】
図６においても同様に、９リボン（ｎｉｎｅ−ｒｉｂｂｏｎ）デュアル成長システムにおける隣接した成長中のリボン６７ａ〜６７ｉ間の干渉を最小化するために、メニスカス形成部６ａ〜６ｉを用いる。隣接したリボン、および、るつぼ６１の側面６３がメニスカス６９ａ〜６９ｉを決定するのではなく、メニスカス形成部６ａ〜６ｉが９つの分離した溶融小区域（６ａ’〜６ｉ’、各小区域はメニスカス形成部により定められた別個の溶融表面を有する）のエッジ境界を規定する。その境界から、ストリングの９つの対（図示していない）を連続的に引き出し、９つのリボン６７ａ〜６７ｉを成長させる。
【００２７】
例えばリボンの片側のみに予熱器を有して製造する場合に、リボンの成長は、放射熱環境における幾何学的な非対称性の影響を受けないということが判明した。リボンの厚みを介するリボンの熱抵抗は十分小さく、放射環境の対称性を必要としない。従って、成長中のリボンのいずれの側の放射フラックスは非対称的になり得るが、それでも平坦なリボンの成長の成功を可能にする。その知見は、特に、２リボンシステムにおいて重要である。それは、各リボンが同一の放射環境を「見る」ためである。
【００２８】
本発明の重要な局面は、単一のるつぼから複数のリボンを成長させることにより、外側の２つのリボンを除く全ての内部のリボンの熱環境が時間的に極めて均一であるということである。時間的な均一性は特に有益である。それは、当業者には周知のとおり、時間が経つと、酸化ケイ素または炭化ケイ素が予熱器に堆積し得、それにより、その放射特性が影響を受けてしまうためである。次には、それは熱プロファイルに変化を生じ得、平坦でストレスの小さなリボンの成長を達成することがさらに困難になり得る。
【００２９】
本発明は、単一のるつぼにおいて複数の半導体リボンを同時に、かつ、連続的に成長させる装置も特徴とする。その装置の例示的な実施形態は図３Ａ、３Ｂおよび６に示される。
【００３０】
図３Ａを再び参照すると、２リボン成長システム３０の一実施形態には、溶融物３２を収容する、るつぼ３１と、溶融表面を区分するメニスカス形成部３ａおよび３ｂと、るつぼに配置され、メニスカス形成部３ａおよび３ｂのそれぞれから出るストリングの対３５ａおよび３５ｂと、リボン３７ａおよび３７ｂの外面（２６ａおよび２６ｂ）に隣接して配置された予熱器３４（図３Ａには示していないが、図３Ｂには示してある）とが含まれる。
【００３１】
図６を再び参照すると、９リボン成長システム６０の一実施形態には、溶融物６２を収容する、るつぼ６１と、溶融表面を区分するメニスカス形成部６ａ〜６ｉと、るつぼに配置され、メニスカス形成部６ａ〜６ｉのそれぞれから出るストリングの９つの対（図示していない）と、リボン６７ａおよび６７ｉの外面（６６ａおよび６６ｉ）に隣接して配置された予熱器６４とが含まれる。
【００３２】
通常、ハウジングを含み、ハウジングは、溶融物、凝固中のリボンの部分、特に、液−固境界面、および、４００℃以上の温度であるリボンの全ての部分を、周囲の環境と分離する。そのハウジングには、通常、アルゴンなどの不活性ガスが充満している。
【００３３】
本明細書に記載の方法および装置を用いて成長され得るシート材料、または、リボン材料には、例えば、シリコン、ゲルマニウム、炭化ケイ素、ガリウムヒ素、ガリウムリン、インジウムヒ素、ガリウムアンチモン、インジウムアンチモン、インジウムリン、ガリウムヒ素アンチモン、窒化ガリウム、三元化合物、および、それらの混合物が含まれる。上記の方法および装置は、単一のるつぼから、２つ、３つ、４つ、またはそれ以上（例えば２０）のリボンを同時に成長させるマルチリボン成長システムに適用され得る。
【００３４】
本明細書において先に開示した特許文献のそれぞれは、その全てが本明細書に援用される。本発明の精神および範囲から逸脱せずに、本明細書に記載の事項の改変、改良、および、その他の実施は当業者によって考えられ得る。従って、本発明は、先の実例となる記載にのみに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１Ａ】単一リボン成長システムの実施形態の略図である。
【図１Ｂ】単一リボン成長システムの実施形態の略図である。
【図２Ａ】２リボン成長システムの実施形態の略図である。
【図２Ｂ】予熱器を含む２リボン成長システムの実施形態の略図である。
【図２Ｃ】２リボン成長システムの実施形態の略図である。
【図３Ａ】２つのメニスカス形成部を含む２リボン成長システムの実施形態の略図である。
【図３Ｂ】２つのメニスカス形成部と、予熱器とを含む２リボン成長システムの実施形態の略図である。
【図３Ｃ】メニスカス形成部の実施形態の略図である。
【図４】マルチリボン成長システムにおける、リボン間隔の関数としてのメニスカスの形状の影響の略図である。
【図５】頭−尾パターンの配置を有する２リボン成長システムの略図である。
【図６】９リボン成長システムの実施形態の略図である。
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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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