專利名稱：通過再熔化顆粒制造由硅構(gòu)成的單晶體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種借助于一裝置通過再熔化顆粒制造由硅構(gòu)成的單晶體的方法，所 述裝置包括由硅構(gòu)成的具有中心開口的轉(zhuǎn)動(dòng)板和由硅構(gòu)成的錐形管，所述錐形管環(huán)繞所述 開口，且延伸到由硅構(gòu)成的板的下方，而且所述裝置還具有用于熔化硅的設(shè)置在由硅構(gòu)成 的板的上方的第一感應(yīng)加熱線圈、和用于使熔融的硅結(jié)晶的設(shè)置在由硅構(gòu)成的板的下方的 第二感應(yīng)加熱線圈。
背景技術(shù)：
所述方法與浮區(qū)方法(FZ方法)類似。特別的區(qū)別在于，再熔化由硅構(gòu)成的多晶 顆粒而不是由硅構(gòu)成的多晶給料桿?？赏ㄟ^在流化床上沉淀而獲得所述顆粒。專門的感應(yīng) 加熱線圈(“感應(yīng)線圈”)相應(yīng)地用于熔化顆粒和使熔融的顆粒結(jié)晶，所述線圈分別位于由 硅構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)板的上方和下方。由硅構(gòu)成的顆粒借助于第一感應(yīng)加熱線圈熔化，且作為液 體硅的膜通過板的中心開口和錐形管流動(dòng)，并形成熔融體，所述熔融體以被第二感應(yīng)加熱 線圈控制的方式結(jié)晶，以形成在由硅構(gòu)成的生長的單晶體。在DE10204178A1中更詳細(xì)地描述了所述方法和適合于執(zhí)行所述方法的所述裝置。DE102008013326A1描述了用于熔化顆粒的感應(yīng)加熱線圈，所述感應(yīng)加熱線圈在下 側(cè)的中心處具有突出段，借助于所述突出段，從板流動(dòng)并通過錐形管流動(dòng)到熔融體的液體 硅的膜可被加熱和保持為液態(tài)。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即使使用了這種類型的線圈，也不能可靠地防止出現(xiàn)這種情況 錐形管的管端在單晶體的錐形延伸區(qū)段的生長過程中變得越來越窄，最后由于硅經(jīng)受向固 體狀態(tài)的轉(zhuǎn)變而凝結(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供能可靠地防止錐形管的管端以這種方式凝結(jié)的措施。上述目的借助于一種用于通過再熔化顆粒制造由硅構(gòu)成的單晶體的方法實(shí)現(xiàn)，所 述方法包括借助于設(shè)置在由硅構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)板的下方的感應(yīng)加熱線圈，使單晶體的錐形延伸區(qū) 段結(jié)晶；以及通過板中的錐形管將被感應(yīng)熔化的硅供給到熔融體，所述錐形管環(huán)繞板的中心開 口且延伸到板的下方，所述熔融體位于單晶體的錐形延伸區(qū)段上，且與錐形管的管端接觸， 其中，借助于設(shè)置在板的下方的感應(yīng)加熱線圈，提供足夠的能量，以便在單晶體的錐形延伸 區(qū)段具有15-30mm的直徑且結(jié)晶時(shí)使管端的外徑不小于15mm。在所述方法開始時(shí)，此時(shí)在管端處仍由固體硅層封閉的錐形管在管端處首先借助 于設(shè)置在板的下方的感應(yīng)加熱線圈熔化，其中，出現(xiàn)了少量的液體硅。錐形管的管端被使得 離感應(yīng)加熱線圈中的內(nèi)孔具有可能最短的距離，以便使高的能量密度能夠感應(yīng)式地傳遞到管端和所形成的體積量的熔融硅。然后，單晶晶種添加到所述體積的熔融的硅，且根據(jù)FZ 方法，首先細(xì)頸、然后錐形地延伸到端徑部的單晶體的一部分以及最后的具有恒定的期望 直徑的一部分結(jié)晶。熔融的硅的所需材料通過熔化封閉管端的所述層、通過從管端部分地 熔化錐形管、通過從上方部分地熔化板以及隨后通過熔化由硅構(gòu)成的顆粒提供。在單晶體 的錐形延伸區(qū)段的結(jié)晶過程中，熔融體形成在錐形延伸區(qū)段上，所述熔融體延伸穿過設(shè)置 在板的下方的感應(yīng)加熱線圈中的內(nèi)孔，且借助于固/液相界與錐形管的管端接觸。當(dāng)具有 恒定的期望直徑的區(qū)段結(jié)晶時(shí)，或者在合適情況下之前已結(jié)晶，則感應(yīng)加熱線圈和熔融體 相對(duì)彼此定位，使得熔融體對(duì)稱地延伸穿過感應(yīng)加熱線圈中的內(nèi)孔。


下面，參看附圖更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。圖1示出了使得管端凝結(jié)的情形；圖2示出了如何防止管端凝結(jié)。
具體實(shí)施例方式當(dāng)使單晶體的錐形延伸區(qū)段結(jié)晶時(shí)，由于硅的固化，在管端的區(qū)域中存在錐形管 窄縮增大、直到管端完全封閉的危險(xiǎn)。這樣，單晶體的生長會(huì)變停止，因?yàn)槿廴诘墓璨辉倌?夠通過錐形管得到和/或因?yàn)槿廴诘墓柙阱F形管中堵塞而最終與第一感應(yīng)加熱線圈接觸， 所述第一感應(yīng)加熱線圈設(shè)置在由硅構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)板的上方。發(fā)明人認(rèn)為其原因在于，在單晶體的錐形延伸區(qū)段具有15_30mm的直徑且結(jié)晶的 臨界期(kritischen phase)中，錐形管的管端的外徑?jīng)]有大到足能使管端與熔融體之間的 液/固相界具有避免凝結(jié)的發(fā)展變化。本發(fā)明借助于以下措施確保相界的這種發(fā)展變化 借助于設(shè)置在板的下方的感應(yīng)加熱線圈，管從管端被熔化到這種程度，使得管端的外徑在 臨界期中不小于15mm。圖1示出了單晶體的結(jié)晶中的錐形延伸區(qū)段1和之前已結(jié)晶的細(xì)頸2部分。進(jìn)一 步的晶體生長通過位于錐形延伸區(qū)段上的硅熔融體3以及通過熔融的硅的膜4提供，所述 膜在由硅構(gòu)成的板5的錐形管6的內(nèi)壁上流動(dòng)到熔融體3。所述膜開始時(shí)借助于設(shè)置在所 述板的上方的第一感應(yīng)加熱線圈7熔化板表面產(chǎn)生和保持為液態(tài)。隨后，所述感應(yīng)加熱線 圈7也用于感應(yīng)地熔化通過漏斗12傳送到板5上的由硅構(gòu)成的顆粒13。膜4然后主要通 過熔融的顆粒形成。感應(yīng)加熱線圈7優(yōu)選具有在DE1020080133^A1中描述的感應(yīng)加熱線 圈的特征。板5的下側(cè)例如通過冷卻裝置10冷卻。設(shè)置在由硅構(gòu)成的板5的下方的第二 感應(yīng)加熱線圈8主要以與FZ方法相同的方式操作，以便首先以受控的方式使錐形地延伸到 端徑部的區(qū)段1結(jié)晶以及然后以受控的方式使具有恒定的期望直徑的單晶體的區(qū)段結(jié)晶。在當(dāng)單晶體的錐形延伸區(qū)段1的直徑生長到15_30mm且錐形管6的管端的外徑D 小于15mm或變得小于15mm時(shí)的臨界期，在管端處，錐形管6具有高的凝結(jié)可能性。外徑D 越小，固/液相界9就會(huì)越陡峭地從錐形管6的管端的外邊緣處的三相點(diǎn)T(Tripelpimkt) 向內(nèi)下降。由于該梯度，三相點(diǎn)T趨向于沿著相界9向內(nèi)偏移。因此，熔融體3與第二感應(yīng) 加熱線圈8之間的距離增大，從而，較少的能量傳遞到熔融體3，且熔融體3具有在錐形管6 的管端處凝固的危險(xiǎn)。減小感應(yīng)加熱線圈8與熔融體3之間的距離或增大感應(yīng)加熱線圈8的加熱功率在這種情形下不再能提供補(bǔ)救作用。這種措施甚至促進(jìn)管端的窄縮的增加，這 是因?yàn)殡姶艍毫Υ藭r(shí)更向內(nèi)擠壓熔融體3和三相點(diǎn)T。為了可靠地防止所述機(jī)理發(fā)生，借助于設(shè)置在板5的下方的感應(yīng)加熱線圈8，錐形 管6從管端被熔化到這種程度，使得管端的外徑D在臨界期中不小于15mm。這使得產(chǎn)生圖 2所示的固/液相界。固/液相界從錐形管6的管端的外邊緣處的三相點(diǎn)T向內(nèi)升高。該 斜度足以確保，三相點(diǎn)T在錐形管6的管端的外邊緣處保持穩(wěn)定形式，且第二感應(yīng)加熱線圈 8與熔融體3之間的距離沒有增加。第二感應(yīng)加熱線圈8中的內(nèi)孔11的直徑大于熔融體3的直徑，且優(yōu)選大于30mm 和不超過40mm。在臨界期中，錐形管6的管端的外徑與內(nèi)孔11的直徑之比優(yōu)選為1 3或 更大，特別優(yōu)選為1:3-4: 5。如果錐形延伸區(qū)段1已經(jīng)生長到大于30mm的直徑，則繼續(xù)流動(dòng)到熔融體的熔融的 硅的量通常足以防止錐形管6的管端凝結(jié)，即使錐形管的管端的外徑D降到15mm以下。示例通過再熔化顆粒產(chǎn)生一系列由硅構(gòu)成的直徑為IOOmm的單晶體。下表示出了為成 功地產(chǎn)生單晶硅而平均需要的制備嘗試的次數(shù)，具體地講，取決于在錐形延伸區(qū)段的直徑 達(dá)到15mm與達(dá)到30mm之間的時(shí)段中的錐形管的管端的外徑。
管端的外徑制備嘗試小于15mm415mm禾口更大權(quán)利要求
1.一種用于通過再熔化顆粒制造由硅構(gòu)成的單晶體的方法，包括借助于設(shè)置在由硅構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)板的下方的感應(yīng)加熱線圈，使單晶體的錐形延伸區(qū)段結(jié) 晶；以及通過所述板中的錐形管將被感應(yīng)地熔化的硅供給到熔融體，所述錐形管圍繞所述板的 中心開口且延伸到所述板的下方，所述熔融體位于單晶體的錐形延伸區(qū)段上，且與錐形管 的管端接觸，其中，借助于設(shè)置在所述板的下方的感應(yīng)加熱線圈，提供足夠的能量，以便在 單晶體的錐形延伸區(qū)段具有15-30mm的直徑且結(jié)晶時(shí)使管端的外徑不小于15mm。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，借助于設(shè)置在所述板的下方的感應(yīng)加熱線 圈，提供足夠的能量，以便在單晶體的錐形延伸區(qū)段具有15_30mm的直徑且結(jié)晶時(shí)使管端 的外徑與感應(yīng)加熱線圈中的內(nèi)孔的直徑之比為13或更大。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于通過再熔化顆粒制造由硅構(gòu)成的單晶體的方法，包括借助于設(shè)置在由硅構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)板的下方的感應(yīng)加熱線圈，使單晶體的錐形延伸區(qū)段結(jié)晶；以及通過板中的錐形管將被感應(yīng)熔化的硅供給到熔融體，所述管環(huán)繞板的中心開口且延伸到板的下方，所述熔融體位于單晶體的錐形延伸區(qū)段上，且與錐形管的管端接觸，其中，借助于設(shè)置在板的下方的感應(yīng)加熱線圈，提供足夠的能量，以便在單晶體的錐形延伸區(qū)段具有15-30mm的直徑且結(jié)晶時(shí)使管端的外徑不小于15mm。
文檔編號(hào)C30B13/20GK102061512SQ20101029417
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月11日
發(fā)明者L·阿爾特曼紹夫爾, M·瓦斯納, W·馮阿蒙 申請(qǐng)人:硅電子股份公司