专利名称：通过再熔化颗粒制造由硅构成的单晶体的方法
技术领域：
本发明涉及一种借助于一装置通过再熔化颗粒制造由硅构成的单晶体的方法，所 述装置包括由硅构成的具有中心开口的转动板和由硅构成的锥形管，所述锥形管环绕所述 开口，且延伸到由硅构成的板的下方，而且所述装置还具有用于熔化硅的设置在由硅构成 的板的上方的第一感应加热线圈、和用于使熔融的硅结晶的设置在由硅构成的板的下方的 第二感应加热线圈。
背景技术：
所述方法与浮区方法(FZ方法)类似。特别的区别在于，再熔化由硅构成的多晶 颗粒而不是由硅构成的多晶给料杆。可通过在流化床上沉淀而获得所述颗粒。专门的感应 加热线圈(“感应线圈”)相应地用于熔化颗粒和使熔融的颗粒结晶，所述线圈分别位于由 硅构成的转动板的上方和下方。由硅构成的颗粒借助于第一感应加热线圈熔化，且作为液 体硅的膜通过板的中心开口和锥形管流动，并形成熔融体，所述熔融体以被第二感应加热 线圈控制的方式结晶，以形成在由硅构成的生长的单晶体。在DE10204178A1中更详细地描述了所述方法和适合于执行所述方法的所述装置。DE102008013326A1描述了用于熔化颗粒的感应加热线圈，所述感应加热线圈在下 侧的中心处具有突出段，借助于所述突出段，从板流动并通过锥形管流动到熔融体的液体 硅的膜可被加热和保持为液态。然而，已经发现，即使使用了这种类型的线圈，也不能可靠地防止出现这种情况 锥形管的管端在单晶体的锥形延伸区段的生长过程中变得越来越窄，最后由于硅经受向固 体状态的转变而凝结。
发明内容
本发明的目的是提供能可靠地防止锥形管的管端以这种方式凝结的措施。上述目的借助于一种用于通过再熔化颗粒制造由硅构成的单晶体的方法实现，所 述方法包括借助于设置在由硅构成的转动板的下方的感应加热线圈，使单晶体的锥形延伸区 段结晶；以及通过板中的锥形管将被感应熔化的硅供给到熔融体，所述锥形管环绕板的中心开 口且延伸到板的下方，所述熔融体位于单晶体的锥形延伸区段上，且与锥形管的管端接触， 其中，借助于设置在板的下方的感应加热线圈，提供足够的能量，以便在单晶体的锥形延伸 区段具有15-30mm的直径且结晶时使管端的外径不小于15mm。在所述方法开始时，此时在管端处仍由固体硅层封闭的锥形管在管端处首先借助 于设置在板的下方的感应加热线圈熔化，其中，出现了少量的液体硅。锥形管的管端被使得 离感应加热线圈中的内孔具有可能最短的距离，以便使高的能量密度能够感应式地传递到管端和所形成的体积量的熔融硅。然后，单晶晶种添加到所述体积的熔融的硅，且根据FZ 方法，首先细颈、然后锥形地延伸到端径部的单晶体的一部分以及最后的具有恒定的期望 直径的一部分结晶。熔融的硅的所需材料通过熔化封闭管端的所述层、通过从管端部分地 熔化锥形管、通过从上方部分地熔化板以及随后通过熔化由硅构成的颗粒提供。在单晶体 的锥形延伸区段的结晶过程中，熔融体形成在锥形延伸区段上，所述熔融体延伸穿过设置 在板的下方的感应加热线圈中的内孔，且借助于固/液相界与锥形管的管端接触。当具有 恒定的期望直径的区段结晶时，或者在合适情况下之前已结晶，则感应加热线圈和熔融体 相对彼此定位，使得熔融体对称地延伸穿过感应加热线圈中的内孔。
下面，参看附图更详细地解释本发明。图1示出了使得管端凝结的情形；图2示出了如何防止管端凝结。
具体实施例方式当使单晶体的锥形延伸区段结晶时，由于硅的固化，在管端的区域中存在锥形管 窄缩增大、直到管端完全封闭的危险。这样，单晶体的生长会变停止，因为熔融的硅不再能 够通过锥形管得到和/或因为熔融的硅在锥形管中堵塞而最终与第一感应加热线圈接触， 所述第一感应加热线圈设置在由硅构成的转动板的上方。发明人认为其原因在于，在单晶体的锥形延伸区段具有15_30mm的直径且结晶的 临界期(kritischen phase)中，锥形管的管端的外径没有大到足能使管端与熔融体之间的 液/固相界具有避免凝结的发展变化。本发明借助于以下措施确保相界的这种发展变化 借助于设置在板的下方的感应加热线圈，管从管端被熔化到这种程度，使得管端的外径在 临界期中不小于15mm。图1示出了单晶体的结晶中的锥形延伸区段1和之前已结晶的细颈2部分。进一 步的晶体生长通过位于锥形延伸区段上的硅熔融体3以及通过熔融的硅的膜4提供，所述 膜在由硅构成的板5的锥形管6的内壁上流动到熔融体3。所述膜开始时借助于设置在所 述板的上方的第一感应加热线圈7熔化板表面产生和保持为液态。随后，所述感应加热线 圈7也用于感应地熔化通过漏斗12传送到板5上的由硅构成的颗粒13。膜4然后主要通 过熔融的颗粒形成。感应加热线圈7优选具有在DE1020080133^A1中描述的感应加热线 圈的特征。板5的下侧例如通过冷却装置10冷却。设置在由硅构成的板5的下方的第二 感应加热线圈8主要以与FZ方法相同的方式操作，以便首先以受控的方式使锥形地延伸到 端径部的区段1结晶以及然后以受控的方式使具有恒定的期望直径的单晶体的区段结晶。在当单晶体的锥形延伸区段1的直径生长到15_30mm且锥形管6的管端的外径D 小于15mm或变得小于15mm时的临界期，在管端处，锥形管6具有高的凝结可能性。外径D 越小，固/液相界9就会越陡峭地从锥形管6的管端的外边缘处的三相点T(Tripelpimkt) 向内下降。由于该梯度，三相点T趋向于沿着相界9向内偏移。因此，熔融体3与第二感应 加热线圈8之间的距离增大，从而，较少的能量传递到熔融体3，且熔融体3具有在锥形管6 的管端处凝固的危险。减小感应加热线圈8与熔融体3之间的距离或增大感应加热线圈8的加热功率在这种情形下不再能提供补救作用。这种措施甚至促进管端的窄缩的增加，这 是因为电磁压力此时更向内挤压熔融体3和三相点T。为了可靠地防止所述机理发生，借助于设置在板5的下方的感应加热线圈8，锥形 管6从管端被熔化到这种程度，使得管端的外径D在临界期中不小于15mm。这使得产生图 2所示的固/液相界。固/液相界从锥形管6的管端的外边缘处的三相点T向内升高。该 斜度足以确保，三相点T在锥形管6的管端的外边缘处保持稳定形式，且第二感应加热线圈 8与熔融体3之间的距离没有增加。第二感应加热线圈8中的内孔11的直径大于熔融体3的直径，且优选大于30mm 和不超过40mm。在临界期中，锥形管6的管端的外径与内孔11的直径之比优选为1 3或 更大，特别优选为1:3-4: 5。如果锥形延伸区段1已经生长到大于30mm的直径，则继续流动到熔融体的熔融的 硅的量通常足以防止锥形管6的管端凝结，即使锥形管的管端的外径D降到15mm以下。示例通过再熔化颗粒产生一系列由硅构成的直径为IOOmm的单晶体。下表示出了为成 功地产生单晶硅而平均需要的制备尝试的次数，具体地讲，取决于在锥形延伸区段的直径 达到15mm与达到30mm之间的时段中的锥形管的管端的外径。
管端的外径制备尝试小于15mm415mm禾口更大权利要求
1.一种用于通过再熔化颗粒制造由硅构成的单晶体的方法，包括借助于设置在由硅构成的转动板的下方的感应加热线圈，使单晶体的锥形延伸区段结 晶；以及通过所述板中的锥形管将被感应地熔化的硅供给到熔融体，所述锥形管围绕所述板的 中心开口且延伸到所述板的下方，所述熔融体位于单晶体的锥形延伸区段上，且与锥形管 的管端接触，其中，借助于设置在所述板的下方的感应加热线圈，提供足够的能量，以便在 单晶体的锥形延伸区段具有15-30mm的直径且结晶时使管端的外径不小于15mm。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于设置在所述板的下方的感应加热线 圈，提供足够的能量，以便在单晶体的锥形延伸区段具有15_30mm的直径且结晶时使管端 的外径与感应加热线圈中的内孔的直径之比为13或更大。
全文摘要
本发明涉及一种用于通过再熔化颗粒制造由硅构成的单晶体的方法，包括借助于设置在由硅构成的转动板的下方的感应加热线圈，使单晶体的锥形延伸区段结晶；以及通过板中的锥形管将被感应熔化的硅供给到熔融体，所述管环绕板的中心开口且延伸到板的下方，所述熔融体位于单晶体的锥形延伸区段上，且与锥形管的管端接触，其中，借助于设置在板的下方的感应加热线圈，提供足够的能量，以便在单晶体的锥形延伸区段具有15-30mm的直径且结晶时使管端的外径不小于15mm。
文档编号C30B13/20GK102061512SQ20101029417
公开日2011年5月18日 申请日期2010年9月21日 优先权日2009年11月11日
发明者L·阿尔特曼绍夫尔, M·瓦斯纳, W·冯阿蒙 申请人:硅电子股份公司