制造具有大粒徑的多晶材料的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種晶體成長裝置，包括在坩堝支承塊上的坩堝，該坩堝視需要地內(nèi)含在坩堝盒之內(nèi)，其中，坩堝的底部、坩堝盒的底盤（假如使用到坩鍋盒）及/或坩堝支承塊包括至少一個凹穴，其組構(gòu)成在其中循環(huán)至少一種冷卻劑。另公開一種制備結(jié)晶材料的方法，其使用所公開的晶體成長裝置以及所得到的結(jié)晶材料，具有較大的整體粒徑。
【專利說明】制造具有大粒徑的多晶材料的裝置及方法
[0001]相關(guān)申請案
[0002]本申請主張在2011年5月2日提交的美國申請案序號13/098,989的權(quán)益，其全部內(nèi)容特意地并入本文作為參考資料。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及制造具有大粒徑的多晶材料的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0004]晶體成長裝置或熔爐，像是定向凝固系統(tǒng)(directional solidificationsystem ；DSS)和熱交換器方法(heat exchanger method ;HEM)熔爐,牽涉在i甘鍋中的原料材料(像是硅)的熔化和受控的重新凝固，用以制造錠。從熔融原料制造出凝固錠需要經(jīng)過許多小時的可識別的步驟。例如，由DSS方法制造硅錠，固體硅原料設(shè)置在坩堝中，通常內(nèi)含于石墨坩堝盒中，以及放置進DSS熔爐的熱區(qū)中。然后加熱原料以形成液體原料熔化物，并維持熔爐溫度(此遠(yuǎn)高于硅熔化溫度1412°C )數(shù)個小時以確保完全熔化。一旦完全熔化，從熔化的原料移除掉熱(在熱區(qū)中通常通過施加溫度梯度)，以便定向凝固熔體并且形成硅錠。通過控制該熔體如何凝固，可以完成具有比初始原料材料更大純度的錠，然后可以將此使用在各種高端應(yīng)用，像是半導(dǎo)體和光伏產(chǎn)業(yè)。
[0005]在硅原料的典型定向凝固中，所得到的凝固硅錠一般為多晶，具有不規(guī)則的小晶體粒徑和方向性。例如，一般來說，DSS-制造的多晶硅錠具有尺寸小于或等于500平方毫米(mm2)的不規(guī)則方向的晶體粒徑，并極少觀察到大于1000平方毫米(mm2)的晶體粒徑。已發(fā)現(xiàn)，這些不規(guī)則方向的小粒徑邊界作為光誘發(fā)電子電洞的重組中心，并且這些缺陷已經(jīng)顯示會降低從多晶硅制造的太陽能電池的效率。
[0006]通過比較，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)所制造的具有本質(zhì)上較大晶粒或單晶結(jié)構(gòu)的硅錠能增加太陽能電池效率。然而，制備此種材料的方法通常很慢、困難和昂貴。例如，要使用DSS或HEM制程制造單晶硅錠，要將單晶硅的固體晶種連同硅原料放置在坩堝的底部，并且，假如晶種在原料已完全熔化之后被維持著，則熔體的長晶對應(yīng)于單晶晶種的晶體方向性而發(fā)生。然而，就這樣的制程而言，常常困難和耗費時間以防止晶種熔化，并且，對HEM熔爐而言，需要額外的設(shè)備和控制。再者，所得到的硅錠通常只具有中等良率的單晶材料直至最終硅錠。低良率會導(dǎo)致可使用的材料的明顯損耗，增加制程和所需最終產(chǎn)品的成本。
[0007]因此，在產(chǎn)業(yè)里需要晶體成長裝置和方法用以制造結(jié)晶材料，像是多晶硅，具有大粒徑、節(jié)約地對應(yīng)減少的晶粒邊界以及在受控制的情況下，以求提供具有更高整體效率的電池。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明是涉及晶體成長裝置，包括在熱區(qū)的坩堝支承塊上被絕緣物包圍的熱區(qū)和坩堝(其視需要地內(nèi)含在坩堝盒內(nèi))。至少一個凹穴設(shè)置在坩堝的底部、在視需要的坩堝盒的底部、及/或在坩堝支承塊。在一個實施例中，坩堝內(nèi)含在坩鍋盒內(nèi)，該坩鍋盒具有與坩禍支承塊熱連通(thermal communication)(較佳為熱接觸)的底盤，而該相禍具有與i甘禍盒的底盤熱連通(較佳為熱接觸)的底部。坩堝支承塊、坩堝盒的底盤、或坩堝支承塊和坩堝盒的底盤兩者包括至少一個凹穴，其組構(gòu)成在其中循環(huán)至少一種冷卻劑。在另一個實施例中，坩堝是在坩堝支承塊上和具有與該坩堝支承塊熱連通(較佳為熱接觸)的底部。坩堝支承塊、坩堝的底部、或坩堝支承塊和坩堝的底部兩者包括至少一個凹穴，其組構(gòu)成在其中循環(huán)至少一種冷卻劑。就這個實施例而言，較佳為坩堝為碳化硅、氮化硅、或者碳化硅或氮化硅與二氧化硅的混合物。
[0009]本發(fā)明進一步涉及制造結(jié)晶材料的方法且包括下列步驟:將內(nèi)含有固體原料的坩堝(視需要地內(nèi)含在坩堝盒內(nèi))放置在晶體成長裝置的熱區(qū)的坩堝支承塊上；加熱在坩堝的固體原料以形成液體原料熔體；以及循環(huán)至少一種冷卻劑通過在坩堝的底部、視需要的坩堝盒的底部、及/或在坩堝支承塊的至少一個凹穴。在一個實施例中，該方法包括步驟:i)將內(nèi)含在坩鍋盒內(nèi)的坩鍋放置在熱區(qū)的坩堝支承塊上，該坩堝盒具有與該坩堝支承塊和該坩鍋熱連通(較佳為熱接觸)的底盤且該坩鍋含有固體原料并具有與該坩堝盒的底盤熱連通(較佳為熱接觸)的底部；ii)加熱在坩堝的固體原料以形成液體原料熔體；iii)循環(huán)至少一種冷卻劑通過在坩堝支承塊、坩堝盒的底盤、或坩堝支承塊和坩堝盒的底盤兩者的至少一個凹穴；以及iv)從熱區(qū)移除熱以形成結(jié)晶材料。在另一個實施例中，該方法包括步驟:i)將坩鍋放置在熱區(qū)的坩堝支承塊上，該坩鍋含有固體原料且具有與坩堝支承塊熱連通(較佳為熱接觸)的底部；ii)加熱在坩堝的固體原料以形成液體原料熔體；iii)循環(huán)至少一種冷卻劑通過在坩堝、坩堝支承塊、或坩堝和坩堝支承塊及坩堝盒的底盤兩者的至少一個凹穴；以及iv)從熱區(qū)移除熱以形成結(jié)晶材料。[0010]應(yīng)了解到，無論上述一般描述和下列詳細(xì)描述僅用于例示和說明，目的在提供本發(fā)明的進一步說明，如權(quán)利要求書中所要求保護者。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的晶體成長裝置的實施例的橫截面圖。圖2、圖3、及圖4為顯示本發(fā)明的晶體成長裝置的實施例的附加特征從圖1區(qū)段B的放大圖。
[0012]圖5、圖6、圖6a、圖7、及圖8為使用在本發(fā)明的晶體成長裝置的各種實施例的凹穴圖。
[0013]圖9為使用本發(fā)明的方法的實施例所制備的結(jié)晶材料的一部分橫截面，而圖10為使用比較方法所制備的結(jié)晶材料的一部分橫截面。圖11為顯示在圖9和圖10的結(jié)晶材料的晶粒面積分布的圖表。
【具體實施方式】
[0014]本發(fā)明涉及晶體成長裝置及制造結(jié)晶材料的方法。
[0015]本發(fā)明的該晶體成長裝置為熔爐，尤其是高溫熔爐，能夠加熱和熔化固體原料，像是硅，一般地溫度在大于約1000°c且隨后促進所得到的熔化的原料材料的重新凝固以形成結(jié)晶材料，像是多晶硅錠。例如，該晶體成長裝置可以是定向凝固系統(tǒng)(DSS)晶體成長熔爐。較佳地，固體原料并不包含單晶硅晶種，但若需要單晶或?qū)嵸|(zhì)上單晶的結(jié)晶材料時也可使用單晶娃晶種。[0016]本發(fā)明的該晶體成長裝置包括外部熔爐腔體或外殼及在爐殼內(nèi)的內(nèi)部熱區(qū)。爐殼可以為用于高溫長晶熔爐的任何現(xiàn)有熔爐，包含不銹鋼外殼，其包括定義用于冷卻流體(像是水)的循環(huán)的冷卻信道的外壁面和內(nèi)壁面。該晶體成長裝置的熱區(qū)是在爐殼之內(nèi)的內(nèi)部區(qū)域，在該內(nèi)部區(qū)域中可提供熱且控制成熔化和重新凝固原料材料。熱區(qū)被絕緣物包圍和定義，該絕緣物可以是具備低熱導(dǎo)率且能夠承受在高溫晶體成長熔爐的溫度和情況的該領(lǐng)域的任何已知材料。例如，熱區(qū)可以是被石墨制的絕緣物所包圍。熱區(qū)的形狀和尺寸可以通過能為固定或移動的多個絕緣板形成。例如，熱區(qū)可由頂部、側(cè)面、及底部的絕緣板所構(gòu)成，并且頂部和側(cè)面絕緣板組構(gòu)成相對于在熱區(qū)之內(nèi)放置的坩堝而縱向地移動。
[0017]熱區(qū)更包括坩堝(視需要地在坩堝盒內(nèi))，坩鍋在坩堝支承塊頂部，以及更包括在坩堝底部、視需要的坩堝盒的底部、及/或在坩堝支承塊的至少一個凹穴，下面將更詳細(xì)地描述。坩堝可以為各種耐熱材料制成，例如，石英(二氧化硅)、石墨、碳化硅、氮化硅、碳化硅或氮化硅與二氧化硅的混合物、熱解氮化硼、氧化鋁、或氧化鋯，以及視需要地可被涂層(像是以氮化硅)，用以防止錠在凝固之后破裂。坩堝也可以具有至少一個側(cè)面和底部的各種不同形狀，包含例如圓柱體、立方體或長方體(具有正方形橫截面)、或圓錐體。較佳地，當(dāng)原料為硅時，坩堝為二氧化硅制成且具立方體或長方體形狀。
[0018]坩堝可以視需要地被容納在坩堝盒之內(nèi)，此提供坩堝的側(cè)面和底部的支撐和堅固，并且特別較佳地針對當(dāng)加熱時，容易損壞、破裂、或軟化的材料所制成的坩堝。例如，坩堝盒較佳為二氧化硅坩堝，但也可為碳化硅、氮化硅、或碳化硅或氮化硅與二氧化硅的混合物所制成的坩堝，而不一定要是二氧化硅坩堝。坩堝盒可以是各種耐熱材料制成，像是石墨，且通常包括至少一個側(cè)盤和底盤，視需要地更包括蓋部。例如，立方體或長方體-形狀的坩堝，坩堝盒較佳也是具有四壁及底盤的立方體或長方體的形狀，并具有視需要的蓋部。
[0019]坩堝和視需要的坩堝盒是設(shè)置在熱區(qū)之內(nèi)的坩堝支承塊的頂部上，且因此，兩者彼此熱連通而使得熱可以從一個傳導(dǎo)到另一個，較佳為直接熱接觸。坩堝支承塊可以被抬起在多個基座上，以便放置坩堝在該晶體成長裝置的中央位置。坩堝支承塊可以由任何耐熱材料所制成，像是石墨，以及較佳為相似坩堝盒的材料(若有使用到坩鍋盒的話)。
[0020]熱區(qū)也可以包括至少一個加熱系統(tǒng)，像是多種加熱組件用以提供熱來熔化設(shè)置在坩堝內(nèi)的固體原料。例如，熱區(qū)可以包括水平地定位在坩堝上方的熱區(qū)的上部區(qū)域的頂部加熱組件，以及縱向地定位在頂部加熱組件下方且沿著熱區(qū)和坩堝的側(cè)面的至少一個側(cè)面加熱組件。通過調(diào)整提供至各種加熱組件的功率可控制在熱區(qū)內(nèi)的溫度。
[0021]如上所述，熱區(qū)更包括在坩堝的底部、在視需要的坩堝盒的底部、在坩堝支承塊、或這些的任意組合的至少一個凹穴。凹穴組構(gòu)成容納和循環(huán)在其內(nèi)的至少一個冷卻劑。冷卻劑能夠流動通過凹穴及移除含有形成在坩堝內(nèi)的液體原料熔體的坩堝下方的熱的任何材料。冷卻劑可以是氣體或氣體混合，像是氬氣或氦氣，或可以是液體，像是水、或液體混合。在本發(fā)明的一個實施例中，該晶體成長裝置包括在熱區(qū)的坩堝支承塊上內(nèi)含在坩堝盒內(nèi)的坩堝。坩堝盒具有與坩堝支承塊熱接觸的底盤，而且坩堝具有與坩堝盒的底盤熱接觸的底部。坩堝支承塊、坩堝盒的底盤、或坩堝支承塊和坩堝盒的底盤兩者包括組構(gòu)成循環(huán)在其中的冷卻劑的至少一個凹穴。在本發(fā)明的另一個實施例中，該晶體成長裝置包括在熱區(qū)的坩堝支承塊上的坩堝、具有與坩堝支承塊熱接觸的底部的坩堝，而坩堝支承塊、坩堝的底部、或坩堝支承塊和坩堝的底部兩者包括至少一個凹穴，其組構(gòu)成在其中循環(huán)冷卻劑。對兩者實施例而言，凹穴較佳為具有個別冷卻劑入口和出口，此容許冷卻劑進入該凹穴，在該凹穴內(nèi)循環(huán)用以從下方來冷卻在坩堝的液體原料熔體，后離開該凹穴。就氣態(tài)冷卻劑而言，可以排出冷卻劑進入該晶體成長裝置，特別是進入熱區(qū)。
[0022]凹穴可以具有各種形狀且可以使用該領(lǐng)域任何已知方法來設(shè)置，包含，例如，通過鉆孔或?qū)③釄宓撞?、視需要的坩堝盒、?或坩堝支承塊切除一部分，或者通過在適當(dāng)?shù)胤綄@些組件預(yù)先形成凹穴。而且，凹穴可形成在其中一個組件中且在該凹穴中設(shè)置適當(dāng)形狀的插入用以產(chǎn)生所需的最終形狀。較佳地，凹穴具有中心對稱的橫截面形狀，具有垂直于凹穴的中心的對稱性的旋轉(zhuǎn)軸。例如，凹穴在平行于坩堝的底部的方向可以是正方形、矩形、橢圓形、或圓形的橫截面形狀。而且，凹穴在平行于坩堝底部的方向可以形成螺旋路徑，該路徑具有從入口至出口有固定或變化的厚度。此外，凹穴在垂直于坩堝底部的方向可以具有凹入或凸出的橫截面形狀。
[0023]再者，凹穴可以設(shè)置在坩堝的底部、在視需要的坩堝盒的底部、及/或在坩堝支承塊之內(nèi)的任何位置。例如，凹穴可以水平地置中在這些組件之內(nèi)且較佳為設(shè)置在坩堝的中央下方。此外，坩堝、坩堝盒、或坩堝支承塊可各包括一個或多個凹穴。例如，正方形-形狀的坩堝支承塊可包括在中央的一個凹穴，或者可包括沿著在每一角落的額外凹穴的中央凹穴。而且，凹穴可以縱向地在組件的中心，或者可以在頂部表面或底部表面，而因此接觸在該凹穴上方或下方的組件。較佳地，凹穴設(shè)置成盡可能靠近在坩堝的原料的組件。例如，凹穴可以是沿著坩堝塊的表面與坩堝底部或視需要的坩堝盒的底盤熱接觸。而且，二相鄰組件可各包括凹穴，一起形成用于循環(huán)冷卻劑的更大凹穴。例如，坩堝支承塊的頂部表面可包括淺圓形凹穴，而坩堝盒的底盤的底部表面也可包括淺圓形凹穴，一起形成用于循環(huán)冷卻劑的更大的圓柱形凹穴。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認(rèn)出其它組合。
[0024]取決于所設(shè)置的組件的厚度及所使用的材料的類型，凹穴的厚度可以變化。一般來說，設(shè)置在坩堝的底部或坩 堝盒的底部的凹穴(其通常為非常薄)會較薄且具有比設(shè)置在坩堝支承塊的凹穴更小的直徑，該坩堝支承塊通常為更厚和堅固。而且，像是石墨或碳化硅的材料制成的組件可以支撐更寬和更大的凹穴。例如，就本發(fā)明的該實施例而言，其中，凹穴是在坩堝的底部，而坩堝是由二氧化硅制成，該凹穴將會非常小且薄，以避免造成該坩堝破裂和溢出的情形。對于碳化硅坩堝，凹穴的厚度可以非常大或更大。而且，若有使用坩鍋盒的話，放置在石墨制成的坩堝盒的底盤之內(nèi)的凹穴會需要適當(dāng)用以支撐在坩堝內(nèi)的原料重量的尺寸和直徑，這在像是使用大于650公斤的大負(fù)載時特別重要。設(shè)置在坩堝支承塊的凹穴(其通常較大且以石墨制成)可以較大且較厚而不影響該塊的完整性。針對由特定材料制成的特定坩鍋、坩鍋盒和坩鍋支承塊的所需凹穴尺寸會容易地被本領(lǐng)域的技術(shù)人員決定而無須過度的實驗。
[0025]圖1為本發(fā)明的晶體成長裝置的實施例的橫截面圖。然而，顯然對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，這在本質(zhì)上僅僅是例示而非限制的，僅通過實例來提出。許多修改和其它實施例在本領(lǐng)域的技術(shù)人員的范圍之內(nèi)且被視為落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解到特定組構(gòu)是例示的，而實際組構(gòu)將依照特定系統(tǒng)而定。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在使用不超過例行實驗的情況下能認(rèn)出及識別出所示的特定組件的等效物。
[0026]圖1所示的晶體成長裝置10包括爐殼11和在爐殼11內(nèi)被絕緣物13包圍和定義的熱區(qū)12。在坩鍋盒15內(nèi)含有原料16的坩鍋14是設(shè)置在由基座18抬起的坩鍋支承塊17頂部的熱區(qū)12內(nèi)。熱區(qū)12更包含含有頂部加熱器19a和兩個側(cè)面加熱器19b的加熱系統(tǒng)。絕緣罩13如箭頭A所示可縱向移動，而這是用來移除晶體成長裝置10的熱區(qū)的熱的主要工具，該晶體成長裝置10將熱區(qū)12和內(nèi)含于其中的組件暴露于外部腔室11，該外部腔室11是利用像是水的冷卻媒介來冷卻。
[0027]晶體成長裝置10的熱區(qū)12更包括在坩鍋支承塊17、坩鍋盒15的底盤15a或坩鍋14的底部14b的凹穴20、30和40，如分別在圖2、圖3和圖4所示，這些圖是圖1中B區(qū)段的放大圖。如各圖式所示，坩鍋的底部14b與坩鍋盒的底盤15b熱接觸，而該坩鍋盒15b的底盤又與坩鍋支承塊17熱接觸，而凹穴20、30和40是置放在坩鍋14的中央C之下，原料16則內(nèi)含于該坩鍋14其中。凹穴20、30和40更分別包含冷卻劑入口 21、31和41以及冷卻劑出口 22、32和42，這可交換使用。
[0028]圖5、圖6、圖6a、圖7和圖8各顯示能用于本發(fā)明的晶體成長裝置的凹穴的特定實例。尤其是，圖5為具有螺旋凹穴50的坩堝盒55的底盤的示意圖，具有冷卻劑氣體入口51和三個冷卻劑氣體出口 52?？梢钥闯觯菪佳?0在坩堝盒底盤的上部表面并且因此與放置在其上的坩堝的底部直接熱接觸。圖6為具有形成在頂部表面水平置中的圓形開口63的圓柱形凹穴60的坩堝支承塊67的示意圖，該頂部表面將與坩堝盒的底盤或放置在其上的坩堝的底部直接熱接觸。圖6a為此坩堝支承塊的另一圖，為沿著對角線的橫截面。凹穴60具有一個冷卻劑入口 61連同四個冷卻劑出口 62(在圖6可看見三個和在圖6a可看見二個)。圖7和圖8分別為凸和凹形狀的凹穴插入的橫截面圖，任一個可以放進類似在圖6a的圓柱形凹穴，對齊冷卻劑入口(71或81與61對齊)和冷卻劑出口(72或82與62對齊)用以產(chǎn)生所需的凹或凸凹穴形狀。
[0029]本發(fā)明的晶體成長裝置可以用在用于從固體原料(像是硅)制備結(jié)晶材料(像是多晶硅錠)的方法。因此，本發(fā)明進一步涉及制備結(jié)晶材料的方法。該方法包括將容納固體原料的坩堝(視需要地內(nèi)含在坩堝盒內(nèi))放置在晶體成長裝置的熱區(qū)的坩堝支承塊上、以及加熱在坩堝的固體原料以形成液體原料熔體的步驟。較佳地，坩堝含有至少一種固體原料而無單晶晶種。一旦固體原料完全熔化，該方法更包括經(jīng)由在坩堝的底部、坩堝盒的底盤、及/或坩堝支承塊的至少一個凹穴而循環(huán)至少一種冷卻劑，以及移除熱區(qū)的熱以形成結(jié)晶材料的步驟。冷卻劑循環(huán)可以在熱移除開始之前或同時進行。坩堝、視需要的坩堝盒、坩堝支承塊、以及腔體可以是上述的任何一個。在本方法的一個實施例中，內(nèi)含在坩堝盒的坩堝是放置于坩堝支承塊上，該坩堝盒具有與坩堝支承塊、以及含有固體原料且具有與該坩堝盒的底盤熱接觸的底部的坩堝而熱接觸的底盤。在加熱在坩堝的固體原料及完整熔化以形成液體原料熔體之后，至少一種冷卻劑循環(huán)通過在坩堝支承塊、坩堝盒的底盤、或坩堝支承塊和坩堝盒的底盤兩者的至少一個凹穴，以及從熱區(qū)移除熱。在該方法的另一個實施例中，坩堝是放置于坩堝支承塊上，坩堝含有固體原料和具有與坩堝支承塊熱接觸的底部，而該固體原料在坩堝加熱及完全熔化以形成液體原料熔體。至少一種冷卻劑循環(huán)通過在坩堝、坩堝支承塊、或坩堝和坩堝支承塊兩者的至少一個凹穴，以及從熱區(qū)移除熱以形成結(jié)晶材料。
[0030]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，相較于那些沒有使用凹穴來循環(huán)在坩堝下方的冷卻劑的利用相似制程和裝置所制造的結(jié)晶材料，通過本發(fā)明的方法和裝置所制造的結(jié)晶材料具有明顯較大的晶體粒徑，其中冷卻劑循環(huán)通過在坩堝的底部、在坩堝盒的底盤、及/或在坩堝支承塊的凹穴。舉例而言，使用本發(fā)明的方法和裝置來制備多晶硅錠，舉一比較例，使用無設(shè)有凹穴或循環(huán)冷卻劑的比較制程制備多晶硅錠。用線鋸切削錠，使用光掃瞄器在一部分曝露的橫截面表面上識別晶粒邊界。所得影像顯示在圖9(使用本發(fā)明的方法和裝置來制備多晶硅)和圖10 (使用比較方法和裝置來生產(chǎn)多晶硅)。進行量化粒徑，并使用影像分析軟件計算其分布。下面表1中顯示統(tǒng)計的粒徑分布以及在圖11中圖形化。
[0031]表1
【權(quán)利要求】
1.一種晶體成長裝置，包括: 熱區(qū)，其被絕緣物包圍； 坩堝盒，其在該熱區(qū)的坩堝支承塊上，該坩堝盒具有與該坩堝支承塊熱接觸的底盤；以及 坩堝，其在該坩堝盒之內(nèi)，具有與該坩堝盒的該底盤熱接觸的底部， 其中，該坩堝支承塊、該坩堝盒的該底盤、或該坩堝支承塊和該坩堝盒的該底盤兩者包括至少一個凹穴，其組構(gòu)成在其中循環(huán)至少一種冷卻劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體成長裝置，其中，該坩堝支承塊包括至少一個凹穴，其組構(gòu)成在其中循環(huán)至少一種冷卻劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶體成長裝置，其中，該凹穴接觸該坩堝盒的該底盤。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體成長裝置，其中，該坩堝盒的該底盤包括至少一個凹穴，其組構(gòu)成在其中循環(huán)至少一種冷卻劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的晶體成長裝置，其中，該凹穴接觸該坩堝的該底部。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的晶體成長裝置，其中，該凹穴接觸該坩堝支承塊。
7.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的晶體成長裝置，其中，該坩堝的該底部包括接觸該坩堝盒的該底盤的至少一個凹穴，該凹穴組構(gòu)成在其中循環(huán)至少一種冷卻劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體成長裝置，其中，該凹穴包括用于循環(huán)該冷卻劑的個別入口和出口。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的晶體成長裝置，其中，該出口組構(gòu)成排出該冷卻劑進入該熱區(qū)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體成長裝置，其中，該冷卻劑為氣態(tài)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的晶體成長裝置，其中，該氣態(tài)冷卻劑為氬氣或氦氣。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體成長裝置，其中，該凹穴相對于該坩堝的該底部而中心定位。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體成長裝置，其中，該凹穴在平行于該坩堝的該底部的方向具有圓形橫截面形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體成長裝置，其中，該凹穴在平行于該坩堝的該底部的方向形成螺旋橫截面形狀。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的晶體成長裝置，其中，該螺旋具有變化的路徑厚度。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的晶體成長裝置，其中，該螺旋具有不變的路徑厚度。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體成長裝置，其中，該凹穴在垂直于該坩堝的該底部的方向具有凹橫截面形狀。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體成長裝置，其中，該凹穴在垂直于該坩堝的底部的方向具有凸橫截面形狀。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體成長裝置，其中，該坩堝含有至少一種固體原料而無單晶晶種。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體成長裝置，其中，該坩堝含有硅。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體成長裝置，其中，該絕緣物相對于該坩堝為可縱向移動。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體成長裝置，其中，該熱區(qū)更包括至少一個加熱組件。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的晶體成長裝置，其中，該熱區(qū)包括在該坩堝上方的頂部加熱組件及包圍該坩堝的至少一個側(cè)面加熱組件。
24.一種晶體成長裝置，包括: 熱區(qū)，其被絕緣物包圍；以及 坩堝，其在該熱區(qū)的坩堝支承塊上，該坩堝具有與該坩堝支承塊熱接觸的底部； 其中，該坩堝支承塊、該坩堝的該底部、或該坩堝支承塊和該坩堝的該底部兩者包括至少一個凹穴，其組構(gòu)成在其中循環(huán)至少一種冷卻劑。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的晶體成長裝置，其中，該坩堝為碳化硅、氮化硅、或者碳化硅或氮化硅與二氧化硅的混合物。
26.—種制造結(jié)晶材料的方法，包括下列步驟: i)將內(nèi)含于坩鍋盒的坩堝放置在晶體成長裝置的熱區(qū)的坩堝支承塊上，該坩堝盒具有與該坩堝支承塊和該坩鍋熱接觸的底盤，而該坩鍋含有固體原料及具有與該坩堝盒的該底盤熱接觸的底部； ii)加熱該坩堝中的該固體原料，以形成液體原料熔體； iii)循環(huán)至少一種冷卻劑通過該坩堝支承塊、該坩堝盒的該底盤、或該坩堝支承塊和該坩堝盒的該底盤兩者的至少一個凹穴；以及 iv)從該熱區(qū)移除熱以形成該結(jié)晶材料。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，該結(jié)晶材料具有多個晶體晶粒的多晶硅。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，該多晶硅的該晶體晶粒為柱狀。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，該坩堝含有至少一種固體原料而無單晶晶種。
30.一種制造結(jié)晶材料的方法，包括下列步驟: i)將坩堝放置在晶體成長裝置的熱區(qū)的坩堝支承塊上，該坩鍋含有固體原料及具有與該坩堝支承塊熱接觸的底部； ii)加熱該坩堝中的該固體原料，以形成液體原料熔體； iii)循環(huán)至少一種冷卻劑通過該坩堝、該坩堝支承塊、或該坩堝和該坩堝支承塊兩者的至少一個凹穴；以及 iv)從該熱區(qū)移除熱以形成該結(jié)晶材料。
【文檔編號】C30B35/00GK103703169SQ201280032882
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月2日
【發(fā)明者】B·G·拉維, S·R·帕薩芮徹, D·拉基, A·安德魯凱文, D·利特爾, B·巴斯, C·夏蒂埃 申請人:Gtat公司