结合二氧化硅部件的方法、用于生长单晶锭的坩埚、系统及其方法
【技术领域】
[0001]本申请要求2012年12月21日提交的美国临时申请N0.61/740，943的优先权，其公开内容全部通过引用结合在本文中。
[0002]本发明大体上涉及用于结合二氧化硅部件的方法，并且涉及用于生长单晶锭的二氧化娃甘祸。
【背景技术】
[0003]在通过提拉(CZ)法生长的单晶硅的生产中，多晶硅首先在拉晶装置的诸如石英坩祸的坩祸中熔化，以形成硅熔体。晶种被下降到熔体中，并且缓慢地从熔体上升出以生产硅熔体。为了使用该方法生产高质量单晶锭，与晶锭直接相邻的熔体的表面的温度和稳定性必须被维持成大体恒定。需要更有效的系统和方法来限制与晶锭直接相邻的熔体中的温度波动和表面扰动。
[0004]该【背景技术】章节意在向读者介绍可能与本发明的各方面相关的技术的各方面，这些方面在下文被描述和/或要求。相信该讨论有助于为读者提供背景信息，以帮助更好地理解本发明的各方面。因此，应当理解的是，这些叙述应当从这个角度阅读，而不是作为对已有技术的认可。
【发明内容】
[0005]第一方面是将第一二氧化硅部件结合至第二二氧化硅部件的方法。该方法包括提供第一和第二二氧化硅部件；为第一二氧化硅部件和第二二氧化硅部件的接触面涂覆具有二氧化硅和二氧化硅前体中的至少一者的溶液；将第一二氧化硅部件的涂覆表面放置成与第二二氧化硅部件的涂覆表面相邻以形成组件；和加热组件。
[0006]另一方面是用于在多晶锭的定向凝固中使用的坩祸。坩祸具有基部、侧壁和堰体，侧壁围绕基部延伸，以形成用于在其中包含材料的容器，堰体在从侧壁向内的位置附装至基部，以限定内腔和外腔。堰体具有至少一个穿过其中的通道，以允许外腔中的材料运动至内腔。
[0007]再另一方面是一种用于生长单晶锭的系统。系统包括坩祸、加热器和进料管。坩祸具有基部、侧壁和堰体，侧壁围绕基部延伸，以形成用于包含其中的材料的容器，堰体在从侧壁向内的位置附接至基部，以限定内腔和外腔。堰体具有至少一个穿过其中的通道，以允许外腔中的材料运动至内腔。加热器定位成与坩祸相邻，以向坩祸提供热量来维持其中的硅熔体。进料管与坩祸相连接，以向坩祸供应原料材料。
[0008]又另一方面是一种用于从坩祸生长单晶锭的方法，坩祸具有基部、侧壁和堰体，堰体在从侧壁向内的位置处附加至基部，以限定内腔和外腔，堰体具有至少一个穿过其中的通道，以允许外腔中的材料运动至内腔。该方法包括将原料材料放入坩祸中；熔化原料材料以形成经过通道从外腔到达内腔的熔体；将晶种下降到熔体中；和将晶种从熔体拉出，以由晶种拉出晶徒。
[0009]存在对关于上述方面提出的特征的各种改善。其它特征同样也可以被结合在上述方面中。这些改善和附加的特征可以单独地或任意组合地存在。例如，正面关于所图示的实施例中任一种讨论的各特征可以单独地或任意组合地结合在上述方面的任一项中。
【附图说明】
[0010]图1是根据一个实施例的坩祸的局部剖视图；
[0011]图2是根据另一实施例的晶体生长系统的不意性侧视图；和
[0012]图3是根据另一实施例的坩祸的局部剖视图。
[0013]在全部附图的多个视图中，对应的附图标记表示对应的部件。
【具体实施方式】
[0014]参考图1，用于在多晶锭的定向凝固中使用的坩祸被示出并大体上表示为100。坩祸100具有基部110、侧壁120和堰体130。侧壁120围绕基部的周边112向上延伸，以在坩祸100中形成其中用于包含材料的凹洞102。
[0015]堰体130通过结合剂140粘附至基部110。粘附的堰体130在从侧壁120径向向内的位置从基部HO的顶面114向上延伸。堰体130将凹洞102分成内腔104和外腔106。通道132延伸穿过堰体130以连接内腔104和外腔106。堰体130可以是圆柱形主体或任何其它适当的形状。
[0016]在一种用于生产具有两个或多个由熔融二氧化硅制成的部件的坩祸的实施例的方法中，部件的接触面被制成具有相似的轮廓和相互匹配。各部件的接触面涂有含有二氧化硅或二氧化硅前体的溶液(例如“注浆(slip)”)。溶液被制备成显示出分散胶状悬浮液，并且被典型地刷到接触面的两侧。接触面然后被压在一起，并且被允许变干。溶液典型地是水基系统，因此允许溶液风干。
[0017]在风干之后，接合处被放入热源中，热源能够在使脱玻作用最小化的受控制的条件下将部件加热到特定温度范围，以外将两个表面结合在一起。受控制的条件使得二氧化硅的晶型转变、产生方石英的脱玻作用最小化。受控制的条件包括在诸如氩气的惰性气氛中将涂层部分加热到约1150°C至约1550°C的范围中的温度，加热约4小时至几乎16小时之间。时间是基于在结合处获得用于有效结合的充足粘性的流体。实际的时间取决于结合处在热处理后的连续性以减小或消除结合处之间的空隙空间。
[0018]溶液可以包括注楽成型剂，例如二氧化娃粉(Cab-0-sil)、热娃(Thermosil)或其它适当的注浆成型剂。溶液可以包括二氧化硅前体，例如四烷氧基硅烷(tetroalkoxysilane)或其它适当的二氧化娃前体。
[0019]在另一实施例中，晶体生长系统在图2中被示出并大体上表示为200。晶体生长系统200用于通过提拉法生产大晶体或晶锭。晶体生长系统200包括坩祸100，坩祸100含有硅熔体212，拉具或拉具系统234正从坩祸100中将晶锭214从熔体中拉出。在拉晶过程期间，晶种232被拉具234下降到熔体212中，然后缓慢地从硅熔体升起。随着晶种232缓慢地从熔体212升起，来自熔体的硅原子使其自身与晶种对齐并且附着至晶种，以形成晶锭214。在该过程阶段，期望使晶锭中由来自熔体的硅原子错位引起的缺陷最小化。
[0020]可以在从堰体径向向外的位置通过进料管220将原料材料216从进料器218放置到坩祸100的外腔106中。原料材料216的温度比周围熔体212低，随着原料材料温度升高和随着原料材料自身熔化，原料材料216从熔体吸收热量。随着原料材料216从熔体212吸收能量，周围熔体的温度立刻下降。在熔体温度的这些波动期间，妨碍了硅原子适当地对齐自身的能力。
[0021]添加的原料材料216的数量由进料器218控制，进料器218由于来自控制器222的致动信号而作用。控制器222是用于控制通过进料管的原料材料的进料速率的计算装置。熔体212冷却的量由控制器222精确确定和控制。控制器222或添加或不添加原料，以调节熔体的温度。随着原料材料216被添加到熔体212中，熔体的表面可能被扰动。该扰动还影响熔体硅原子与晶种的硅原子适当地对齐的能力。
[0022]通过围绕坩祸定位在各位置处的加热器224、226、228向坩祸100提供热量。来自加热器224、226、228的热量熔化或液化原料材料216，然后使熔体212维持在液化状态。加热器224大体上是圆柱形的形状，并且向坩祸100的侧面提供热量，加热器226和228向坩祸的底部提供热量。在一些实施例中，加热器226和228大体上是环形的形状。
[0023]加热器224、226和228是联接至控制器222的电阻式加热器，控制器222可控制地向加热器施加电流以改变其温度。诸如高温计等温度传感器的传感器230在生长的单晶锭214的晶体/熔体表面处提供对熔体212的温度的连续测量。传感器230还可以用于测量生长的晶锭的温度。传感器230在通信上与控制器222连接。可以附加其它温度传感器来关于对于生长晶锭关键的点测量和向控制器提供温度反馈。虽然为了清晰而示出了单个通信导线，但是一个或多个温度传感器可以通过多根导线或无线连接(例如通过红外线数据链路或其它适当的连接器)连接至控制器。
[0024]可以分别且独立地选择由控制器222供应至各加热器224、226和228的电流量，以优化熔体212的热特性。在一些实施例中，可以围绕坩祸布置一个或多个加热器来提供热量。
[0025]如上所述，晶种232被附着至位于熔体212上方的拉具234的一部分。拉具234沿着垂直于熔体212的表面的方向提供晶种232的运动，允许晶种朝着熔体被下降或下降到熔体中和从熔体上升或升出熔体。为了生产晶锭214，与晶种232/晶锭214相邻的区域中的熔体212必须维持在大体上恒定的温度，并且表面扰动必须最小化。
[0026]堰体130限制与晶种232/晶锭214直接相邻的区域中的表面扰动和温度波动。也抑制固体硅残片经过通道到内腔中。在一些实施例中，在坩祸中可以使用多于一个堰体，这将增加可溶解的或可熔化的微粒在外腔中的停留时间。在各堰体上可以使用类似的结合方法，以得到类似的抑制固体硅残片经过和进入内腔中的好处。
[0027]熔体212的运动被限制在通道132的位置。沿着堰体130的下段放置通道132将熔体212的运动限制成沿着坩祸100的基部110的运动。因此，熔体212进入内熔体部分中的任何运动都远离熔体的顶部