用于硅锭的柴氏生长的侧边进料系统的制作方法

用于硅锭的柴氏生长的侧边进料系统的制作方法
【专利摘要】本发明揭露一种柴式生长系统，包括生长腔，隔离阀，含有原料的进料腔，以及进料机。该隔离阀置于该生长腔的至少一个侧边壁中，而该进料腔通过该隔离阀而真空密封至该生长腔。该进料机通过该隔离阀可插入至该生长腔且提供该原料至该生长腔。优选地，此系统能使用连续柴式方法用来制造硅锭。
【专利说明】用于硅锭的柴氏生长的侧边进料系统
[0001]相关申请案的交互参考
[0002]本发明主张于2011年4月20日所提出的美国临时专利申请案第61/477，435号的利益。
【技术领域】
[0003]本发明一般涉及结晶锭块的柴氏生长。具体而言，本发明涉及用于结晶锭块的连续柴式生长的重复提供原料的进料系统。
【背景技术】
[0004]类似于最普遍使用于硅集成电路者，在正在发展的许多类型的光伏太阳能电池中，其中一种最有效且经济的电池是基于通过柴氏法(Czochralski method)生长的娃晶圆的电池。在柴氏生长(CZ)方法中，在约1420°C的温度下让硅在坩埚中熔融成其液体状态。将预定结晶方向的小结晶硅晶种与熔融物接触并且之后逐渐拉出。在适当的温度控制下，液体硅以相同于晶种的方向凝固在该晶种上。之后，通过初次拉出条件如自晶种的直径延伸至所欲锭块的直径，缓慢自熔融物拉取该晶种以形成具有最终长度典型为一公尺或更多以及直径为数百毫米的长晶硅锭。在典型集成电路的应用上，批次CZ以下列方式实行:以首次填充的电子级(EG)娃填充i甘祸(该娃也称为初生多晶娃(virgin polysilicon)或仅称为多晶硅(polysilicon))。之后加热坩埚，且拉出一锭块以实质上耗尽该坩埚，然后在完成一锭块之后丢弃该坩埚。对冷却后的锭块切片以形成具有实质上少于一毫米厚度的圆型单晶晶圆。请参见 Wolf 以及 Taber 的 Silicon Processing for the VLSI Era, vol.1:Process Technology, Lattice Press, 1986，pp.5-21有关于电子级娃、冶金级娃以及典型柴氏工艺的讨论，已将该文纳入本文作为参考。
[0005]然而，太阳能电池的应用在成本敏感度上远高于硅集成电路。尤其是，于每一个锭块后替换坩锅的需求提高了坩埚的高成本且损失了在坩锅中残留的硅。此外，替换坩埚与再加热该坩埚及其腔所需的时间大幅地降低了产量。
[0006]一种减少太阳能硅芯片的成本的常用方法为连续柴氏生长法(CCZ)，其已广为人知多年但尚未广泛使用。该方法最近已被建议用在太阳能工业上。请参见Bender等人的美国专利案第7, 635，414号以及Williams等人的美国专利公开案第2011/0006240号。CCZ允许自单一坩埚拉起多个锭块，而当该坩埚仍为热时，且最佳为当一锭块自该坩埚熔融物拉取时，要求补充新鲜的硅至一般小的坩埚。然而，高品质单晶锭块的拉取要求严格控制的温度、精确的熔融程度控制、以及诸如氩气的非反应性环境。补充硅原料至柴式坩埚为CCZ的一大挑战。
[0007]因此，在工业上仍有能够用于连续提供原料至柴式生长系统的进料系统，具体而言，连续柴式生长系统的需求。

【发明内容】
[0008]本发明涉及一种柴式生长系统,包括生长腔(growth chamber)、隔离阀、含有原料的进料腔(feed chamber)、及进料机。该生长腔包括坩埚，侧边壁、顶侧壁、支撑该坩埚用的基座、及可拉回地用于提供接触含有在该坩埚中的熔融物的晶种的拉取机制。该隔离阀置于该生长腔的至少一个侧边壁中，而该进料腔通过该隔离阀真空密封至该生长腔。该进料机通过该隔离阀可插入至该生长腔中，且提供该原料至该生长腔。此外，该进料腔也可自该生长腔移动至该进料腔，且当该隔离阀关闭时可置放在该生长腔中。优选地，该柴式生长系统进一步包括固定在该生长腔内的滴加盒(drop box)。该滴加盒作为自该进料机以及位于该坩埚上的喷口接收该原料用的斜底。
[0009]我们应了解上述的整体说明与下述的细节描述仅作例示与说明用，其意图提供本发明的进一步说明，如权利要求书所定义的。
【专利附图】

【附图说明】
[0010]图1是本发明的柴式生长系统的具体实施例的剖面图；
[0011]图2及图6是本发明的柴式生长系统用的进料系统的具体实施例的剖面图；
[0012]图3是本发明的柴式生长系统用的滴加盒的具体实施例的直角装配图；以及
[0013]图4及图5是本发明的柴式生长系统用的进料盘的具体实施例的视图。
【具体实施方式】
[0014]本发明涉及柴式生长系统及涉及用于提供原料至柴式生长系统的进料机系统。
[0015]本发明的柴式生长系统包括制造锭块(诸如硅锭)的生长腔。该生长腔包括侧边壁及顶侧壁，以形成可加热空间，在该空间中提供含有原料(诸如硅)的坩埚。该原料熔融在该生长腔内的该坩埚中，该坩埚能通过下方的一个或多个基座支撑，并且能使用任何现有技术自该熔融物生长硅锭。因而，举例而言，该生长腔能进一步包括拉取机制，其中小结晶硅晶种自该生长腔的顶侧壁提供在诸如可拉回的绳上。令该具有预定的结晶配向的晶种与该熔融物接触，然后逐渐拉回。伴随适当的温度控制，液体硅以相同于该晶种的配向固化在结晶晶种上。之后缓慢自该熔融物拉取该晶种以形成具有所欲最终长度及直径的生长的结晶硅锭。伴随着反应至负载单元(load cell)以用于激活供给原料至该生长腔的控制装置，也能使用支撑该拉取机制的一个或多个负载单元。
[0016]在该生长腔中的该坩埚可以为任何现有用在硅晶成长，且可含有固体以及液体硅两者的原料者。举例而言，该坩埚可以为石英坩埚或可以为含有石英内衬的石墨坩埚。该坩埚也可以具有任何取决于，举例而言，该结晶成长系统的几何构型的剖面形状，但典型上为具有圆型的剖面形状。优选为，该坩埚包括内区以及外区，且这些区彼此有流体交流。该内区位于该拉取机制下方，因此在该区中起始生长，而在该外区含有当锭块生长时进料额外的材料至该内区的原料(当熔融时)。举例而言，该坩埚可以包括壁或其它将该坩埚分为内区以及外区的分隔手段。分离件具有开口，诸如孔洞或管路，以提供该两区之间受限制的流体交流，使得当材料通过该结晶工艺自内成长区移除时，新鲜材料可以从外进料区进入内成长区。
[0017]本发明的柴式生长系统进一步包括附着至该生长腔的隔离阀。该阀能置于该生长腔的任何一处，包括置于至少一个侧边壁或顶侧壁中。优选地，为了便于原料的传送(下文将详细说明)，该隔离阀置于该生长腔的侧边壁中。该阀能为【技术领域】中任何现有的阀，但优选为有可扩展的水冷闸的闸阀(gate valve)，诸如揭露于美国专利公开案第2011/0006235号、第2011/0006236号、及第2011/0006240号者，已将全文纳入本文作为参考。
[0018]再者，本发明的柴式生长系统也包括通过该隔离阀密封至该生长腔的进料腔(优选为真空密封)及通过该隔离阀可插入至该生长腔的进料机。该进料腔含有原料(诸如硅)及该进料机提供该原料至该生长区。该进料机也可自该生长腔移动至该进料腔并且在该隔离阀关闭时可置放在该生长腔中。优选地，该柴式生长系统进一步包括自该进料机接收该原料用的固定在该生长腔内侧的滴加盒(drop box)。举例而言，该滴加盒能具有斜底及位于该坩埚上方的喷口使得提供自该进料机的原料能进入该滴加盒及添加至该坩埚，而无可观的泼溅。该滴加盒底的斜率变换能取决于，举例而言，该滴加盒高于该坩埚的高度及所欲的原料添加速率。举例而言，该斜底能倾斜在约30°及约60°之间的角度。对具有内区及外区的坩埚而言，优选为该滴加盒的喷口置于该外进料区上方。该滴加盒能包括任何【技术领域】中现有的任何可以承受高温结晶生长炉温度与条件的材料，包含，举例而言，诸如碳化硅的高模数、无污染的材料。
[0019]该进料腔能进一步包括置放该原料材料的容器。举例而言，该容器能包括加料斗，具有位于该进料机上方，附有底喷口的漏斗。在此实例中，该进料机能包括进料盘，由【技术领域】中现有的任何可以承受高温结晶生长炉温度与条件的材料所形成，该材料包含，举例而言，高模数、无污染的材料，诸如碳化硅。该进料盘能包括自该容器接收该原料的接收区与连接至该接收区，能通过该隔离阀可插入至该生长腔的注射区。该加料斗的喷口能置于该接收区的侧边壁内。优选地，该注射区的剖面小于该接收区的剖面，再者，该注射区能具有剖面形状为凹形的底，包含，举例而言，具有自垂直对立倾斜的V型状的壁。该凹底的斜率的变化能取决于，举例而言，该进料至该生长腔的原料量。举例而言，该注射区的壁能具有在约30°及约60°之间的斜率。再者，该进料盘的接收区能通过帮助该原料传送的振动机支撑。举例而言，该振动机能支撑在该容器的加料斗上，且该加料斗能通过至少一个负载单元支撑在该进料腔中，该负载单元可测量现有材料的量。
[0020]本发明的柴式生长系统能进一步包括一个或多个连接该隔离阀及进料腔的波纹管。该波纹管能使用任何【技术领域】中现有的装置连接至该隔离阀，包含，举例而言，手动操作的快释接头(quick release coupling)。以此方法,可将该进料腔自该生长区移开。举例而言，当需要添加额外的原料至该进料腔时，该进料机能通过该波纹管的移动，自该生长腔拉回至该进料腔，而无需断开该进料腔与该生长腔。若欲使用，也能使用夹置于该进料机、该隔离阀、及该波纹管之间的屏盖系统。当该隔离阀开启时该屏盖系统能插入至该生长腔中及提供原料，及当进料完成、拉回该进料机、并关闭该隔离阀时，该屏盖系统能进一步缩入至该进料腔内。举例而言，该屏盖系统能包括固定至该进料腔的后屏盖及可投影至该生长腔及能滑至该后屏盖的前屏盖。
[0021] 本发明的柴式生长系统的特定具体实施例及组件是示于图1至图6中，且在下文中讨论。然而，该领域中的技术人员应明白此等图式在本质上仅用于例示而没有限制性，仅通过范例表示。许多修改以及其它具体实施例是在该领域中的技术人员的范畴内且被视为落入本发明的范畴内。此外，该领域中的技术人员应了解到，特定组构为例示的，而实际组构将取决于特定系统。该【技术领域】中的技术人员也将了解及识别出所示的具体组件的等效者，而不用过度实验。
[0022]连续柴式(CCZ)生长系统10的具体实施例，示意绘示于图1的剖面图，并且包含坩埚腔12，约为安置在中心轴13上，并且围住支撑双壁坩埚16的基座14。中轴18连接至未绘示的马达，该中轴绕着中心轴13转动基座14及坩埚16。坩埚腔12包含提供惰性环境气体(诸如氩)用的气口，以及排出该环境气体及减少该腔压力用的真空气口。
[0023]坩埚16包含限定其内部的内生长区22的内壁20，及与内壁20—起限定外环状进料区26的外壁24。内壁20的开口 28提供外进料区26及内生长区22之间受限制的流体交流(fluid communication)。可能以额外的壁制造额外的区及其它的流动控制。将固体硅提供至坩埚16，以侧边加热器30及环状底加热器32加热坩埚16至约1420°C，刚好微高于硅的熔点，使得硅熔融并且实质上以熔融的硅填入内生长区22及外进料区24。
[0024]拉取腔40自该坩埚腔12顶侧垂直向上延伸且通过拉取机隔离阀42与该坩埚腔12顶侧真空隔离。拉取机制44支撑、回收及延伸，并且转动绳46，在该绳46的低端点具有夹子48以选择性地持有有预定结晶配向的结晶硅晶种50。在操作中，拉取机制44通过开启的拉取机隔离阀42降低结晶硅晶种50以微微与内生长区22的熔融物表面34接触。在适当的温度条件下，该内生长区熔融物表面的硅以相同于该晶种结晶配向固化在结晶硅晶种50上。之后，当其转动致使额外的硅固化时，拉取机44自该熔融物缓慢拉起结晶硅晶种50且延伸该结晶以形成生长锭块52。在初始期间，该锭块52的直径在冠区54内扩展，而之后增加该拉取速率使得该锭块52的中心部分具有实质上固定的直径，举例而言，200或300晕米。
[0025]随着该锭块52的长度增加，该锭块52将部分地被拉取至拉取腔40中。当已达所欲的最终长度时，举例而言，I至2公尺，进一步增加该拉取速率以制造减少的直径，最终与该熔融物分离的锭块尾。然后将完成的锭块完全拉取至拉取腔40，且关闭拉取机隔离阀42以隔离坩埚腔12与拉取腔40。当该完成的锭块已冷却足够，之后将该锭块自拉取腔40移开，并夹取新的结晶硅晶种至拉取绳46使得可自相同热的坩埚16中拉取后续的锭块。
[0026]然而，在CCZ中，该熔融物表面34的水平在锭块52拉取的期间通过至少间歇地在每一个锭块的拉取期间提供额外的硅至坩埚16而实质上维持固定。在图1的具体实施例中，通过进料机62提供的碎片或颗粒形式的固体硅粒60选择性地通过进料机隔离阀64穿越该坩埚腔12的侧边壁。可含有在其隔离腔内的进料机62，能自坩埚腔12拉出及关闭进料机隔离阀64，以允许重新补给原料至进料机62或维护该进料机62。喷口 66紧邻于转动中的外进料区26上方使得硅粒60以低速度滴落至外进料区26中，该硅粒60在该外进料区26中熔融且最后通过该开口 28提供至内生长区22以维持该熔融物表面34的水平。
[0027]进料机62侧边插入坩埚腔12有利地允许坩埚16的区的修改及原料的滴落半径的调整而无须大幅修改坩埚腔12。然而，吾人应了解该进料机也能沿着该坩埚腔座落在其它位置，取决于，举例而言，该腔内的组件的安置。举例而言，该进料机可穿过位于该坩埚腔12顶侧的进料机隔离阀，以从坩埚16上方提供原料。
[0028]本发明的柴式生长系统的具体实施例的进料机62上强加有许多要求。在锭块生长期间，硅粒需要以控制的量传送。该粒子需要以低速度进入熔融物以减少泼溅。部分的进料机62受到约至硅熔融的极高温度。此外，部分与硅粒60接触的进料机62必须不污染到硅。在补充期间，硅的提供(通常在加料斗)需要在坩埚腔12的控制环境中，但当坩埚16仍为热时，该加料斗需要在延长的操作之后补充。若进料机62产生问题，而坩埚16在受控环境中维持热时，对技师而言需要尽可能地处理到许多的完整部件。无论其来源如何，该硅原料会易于受到污染。
[0029]图2的剖面图中部分详细绘示的进料腔70与部分绘示的生长系统10界接且提供硅原料与相关联的掺杂物至坩埚16的外进料区26。生长腔12包含一般具有圆柱形状的侧边壁72及部分延伸至坩埚16上且支撑拉取腔40的顶盖74。滴加盒76固定装置在生长腔侧边壁72内侧的排气环78外围。也如图3以直角装配图所更加详细绘示者，滴加盒76具有一般为矩形的剖面，且包含水平延伸的接收区78，该接收区78具有邻接至形成在生长腔侧边壁72中的进料口 79的开放接收端点，以及滑道80，该滑道80具有在约30°及60°之间的角度(举例而言，45° )倾斜及下降的底板层81，并且延伸至完全横覆在坩埚16的外进料区26上的开放喷口 82。滑道80的底板层81需为平滑及延伸至其末端点离该熔融物表面优选为不多于20mm的喷口 82，以最小化泼溅。方便地，滴加盒76通过槽型底84及外罩86所形成，该两者皆以高模数、无污染的材料(诸如碳化硅)所制造，然而也可使用其它有足够纯度与强度的耐火材料。[0030]若改变该坩埚16的尺寸或该区的位置，滴加盒76能轻易地以不同尺寸维度者置换并且能轻易地调整下述的进料机的插入的程度。
[0031]如图2所示，进料腔70可移动地装设在自连续柴式生长系统10的中心轴13水平地及径向地延伸的两轨道92上的承轴90上。进料腔70包含进料机，该进料机具有可通过进料口 79水平地插入至滴加盒76的接收区78的进料盘94，使得当操作及由进料腔70补给该CCZ生长系统10时，其喷口 82横覆滑道80的底板层81之上。由此，当硅原料从进料盘喷口 96排出时，在从该喷口 82短距离掉落至该外进料区26的熔融物之前，以短距离掉落至滑道80的底板层81及滑落至滑道80的斜坡。结果，该硅原料以相对低速度撞击至该熔融物且不会造成明显的波纹或泼溅。
[0032]进料盘94及提供原料至进料盘94的进料加料斗100被含在具有其自身的氩气供应及真空气口的真空紧密隔离腔102中。隔离腔102可移动地装设在沿着延伸自坩埚腔12的中心轴13的半径的轨道92上及通过进料隔离阀64及波纹管组件106通过进料口 79真空连接至CCZ生长系统10。进料机隔离阀64优选为可扩展水冷闸阀，该阀也可用于拉取机隔离阀42。进料机隔离阀64以螺帽固定至进料口 79周围的突缘107，藉以允许主要维护时易于分离进料腔70与CCZ生长系统10。
[0033]当进料加料斗100需要通过可移动的真空密封腔口外罩108充填，或无论当坩埚16被置换或进料腔70需要保养而该生长系统持续在热的状态时，将隔离腔102自CCZ生长腔10移开以从该进料口 79通过进料隔离阀64、压缩波纹管组件106移除进料盘94。之后，关闭进料隔离阀64，藉以隔离CCZ生长系统10与进料腔70及允许外界进入至进料系统70而不污染或扰乱该生长系统，并且也允许进料盘94从坩埚16的温度冷却。
[0034]在中心轴109附近配置的进料加料斗100有石英内衬(但该内衬为视需要者)，且具有位于漏斗区112及漏斗喷口 114上方的反向锥形折流器110以防止该固体原料的堵塞。如图4的具有自图3的相对侧向方向的剖面正交视图所示，漏斗喷口 114合适于进料盘94的接收区116，该接收区116具有大致水平延伸的板层118。该漏斗喷口 114的开口端点紧接于板层118，但足够远以允许固体原料自漏斗喷口 114离开。该漏斗喷口 114的底口在下游方向可为略高以利于原料粒子的移动。接收区116具有大致矩形剖面并且连接至滑道120，该滑道120以诸如具有降下的剖面降至大致水平延伸至进料盘喷口 96的注射区122，当注射区122已延伸通过进料隔离阀64及进料口 79时，可将该喷口 96置放成横覆于坩埚16的外进料区26之上。该注射区122的底可为水平，也就是，非倾斜。绘示的进料盘94的具体实施例具有开口顶侧，但其它具体实施例可覆盖部分该进料盘。进料盘可为碳化硅或其它类似于滴加盒76的耐火材料所制造。
[0035]有不规则形状及有时候伸长的具体已知尺寸分布的硅碎片可能含有碎料，该碎料易于与粒子流反向而堵塞在进料盘94的狭窄部分。因此，如图5的剖面图所示，具有底的注射区122至少将易于沿着行进方向校正不规则形状的进料的长维度，也就是，平行于水平延伸的信道或沟槽，藉以调准该原料。举例而言，其可具有由两个斜底壁126形成的V形剖面，自垂直而朝约30°及60°之间(举例而言45° )对立倾斜，以及两个垂直侧边壁124。在底壁126之间的接点可为尖形或曲形。一般而言，该底可为凸形，举例而言半圆形，此外，注射区122至少可封闭其顶侧而具有钻石形或管形。
[0036]回到图2，进料盘94的接收区116固定在电动振动机130顶侧，该电动振动机130的底通过弹性垫134固定于平台132。平台132悬挂于加料斗100以使该进料盘94及在加料斗100内的硅能一同秤重。在操作中，以来自加料斗100的原料填充漏斗喷口 114且在漏斗喷口 114与进料盘94的接收区116的板层118之间形成原料堆栈。当振动机130动作(典型上为一系列脉冲)时，原料自漏斗喷口 114离开而朝向滑道120，往下滑道120朝向注射区122及进料盘喷口 96至坩埚16的外进料区26。脉冲数及其振幅决定传送原料的量。若原料堵塞在进料盘94中，可增加振动振幅以解除堵塞。而对图2所示的具体进料机类型而言，其优选为使用振动运动来输送原料至坩埚，也能使用其它不需要振动机130类型的进料机或传送机。举例而言，能用非振动进料机包括内部转动螺旋的静态外管，或有静态核心组件的转动内螺纹外管 ，传送原料至该坩埚。该【技术领域】中的技术人员将知道其它能使用的进料机类型。
[0037]进料盘94可具有开口的顶侧，且可自进料盘94喷射硅粉及硅粒沉积至接纳该硅粉及硅粒的传送信道。此外，当自生长腔10拉出进料盘94时，硅粒能自进料盘喷口 96溢出。若硅粉及硅粒沉积至隔离阀64的机制或波纹管组件106的折叠中，该系统或许会因波纹管刺穿而变得无法操作，需要大型清理或维修并且中断锭块操作。因此，如图6的剖面图所绘示，进料盘94的注射区122置于一般具有管形的伸缩屏盖(telescoping shield) 140内，该屏盖140包含具有后端固定至隔离腔102的后屏盖142，及可滑动地紧接纳在该后屏盖142内的前屏盖144。
[0038]如所示，波纹管组件106由前波纹管144及后波纹管146所组成，该波纹管组件106具有密封至在轨道92上自由滑动的载板148的内端点，而该载板148通过一对弹簧150自隔离腔102偏离。该后波纹管146的后端点密封至隔离腔102。该前波纹管144的前端点密封至快释接头154，该快释接头154包含密封环156，可轴向密封而与突缘158接合以密封至隔离阀64。具有两个把手162的环夹环160可手动转动地将环夹环160上的钩164与在突缘158上的针168接合，且因而紧固该在密封环156及突缘158之间的0型环密封。
[0039]在图6，松开快释接头154及自生长腔72中拉离进料盘94的拉回及脱离状态中，弹簧150偏离伸缩屏盖140的内屏盖142以致使伸缩屏盖140夹置于前及后波纹管144及146及进料盘94的注射区122之间，包含进料盘94的进料盘喷口 96。当进料盘94欲通过将隔离腔102向左推而回复到其部分在生长腔72内的可操作的位置时，密封环156接合突缘158并通过操作快释接头154而密封至该突缘158。进一步动作压缩前波纹管144但弹簧150持续向前偏移内屏盖142，以致使当其通过隔离阀64时罩住喷口 164。再更进一步动作将开始压缩弹簧150以致使该内屏盖142的动作减慢且进料盘94的注射区122投影在内屏盖142及进料盘喷口 96上，假设其可操作的位置在在该滴加盒76内侧的斜板层81上。
[0040]进料腔70可通过关闭隔离阀64而与CCZ生长系统10隔离，而通过密封的快释接头154维持与该CCZ生长系统10的机械式接触，以致使隔离腔102可通过其自身的气体提供及真空泵气口维持在真空。或者，可开启隔离腔102以充填进料加料斗100。在隔离的的附着条件中，隔离腔102被拉回到足以置放进料盘94的注射区122以及在注射区122周围在该隔离阀64的进料机侧上的内屏盖142。
[0041]减少自CCZ生长系统10至进料腔70的氩回流是为重要，因为希望在坩埚16周边有均匀的氩的下向流来减少熔融物的非均匀性。稳固的滴加盒76能设计成不过度影响该下向流气体流动及内屏盖前端156能密合至进料盘94，以最小化至进料腔70的气体流动。
[0042]应输送足够的硅原料以维持坩埚16中熔融物表面34的控制水平。也就是，若该熔融物水平下降，应提供更多原料以回复该熔融物水平至原高度。就多数操作条件而言，所欲的控制条件是固定的熔融物水平。然而，若欲改变熔融物水平，则该系统应以受控制的现有方式调整该熔融物水平。一种控制该熔融物表面34水平的方式是控制进料重量。生长锭块52的重量能以与拉取机制44相关联的负载单元予以测量，而未输送原料的重量能通过三个从隔离腔102支撑加料斗·110的负载单元170(绘示于图2中)予以测量。通过该负载单元支撑的振动机130用的平台132及进料盘94悬挂于加料斗110使得所有未输送原料得以测量。两组负载单元监控该系统中的坩埚16外的所有固体硅的重量。若控制器测定两者重量的总和增加时，则该增加表示熔融物表面34的水平高度正在减少，暗示着需要提供更多原料至坩埚16且该控制器因此激活振动机130以输送足够的原料以充填坩埚
16。该负载单元额外地秤取拉取机制44及加料斗110及通过加料斗110支撑的部分进料腔70，但在该锭块拉取的期间该装置的这些部分没有改变，因此所有的变化都能归因于硅的变化。
[0043]另一种控制该熔融物表面34的水平的技术是使用光学或非接触手段监控，诸如从自该熔融物表面反射的最后光束的雷射三角测量，或利用截取自实时光学摄影机的影像分析。在此种控制形式中，测量以间接手段得到所需的质量均衡且要求进一步计算以维持或控制该熔融物表面34的水平。
[0044]若欲成长的锭块有预定类型及掺杂物浓度，可将未绘示的掺杂物分注器在其操作的位置置于进料盘94上，以比较于所提供的硅原料的量将选定的掺杂物的量分注至原料流中。
[0045]虽然所描述的系统是特别有用于连续柴式硅生长，但本发明仍能提供多种态样应用于其它高温生长系统中。
[0046]本发明上述表示的优选的具体实施例是于例证以及说明的目的。其意图并非用于述尽本发明或限制本发明至所揭露的精确形式。有可能鉴于上述教示或实施本发明而做修改及变化。实施例是经选择及描述成说明本发明的原理及其应用以使该【技术领域】中的技术人员在各种实施例中使用本发明及做出许多修改以适合所想到的特定使用。意图限定本发明的范畴于本说明书随 附的权利要求书中以及其等同方案。
【权利要求】
1.一种柴式生长系统，包括: 生长腔，包括坩埚、侧边壁、顶侧壁、用于支撑该坩埚的基座、及可拉回地支撑用于接触包含在该坩埚中的熔融物的晶种的拉取机制； 隔离阀，置于该生长腔的至少一个侧边壁中； 进料腔，通过该隔离阀真空密封至该生长腔且含有原料；以及 进料机，通过该隔离阀可插入至该生长腔中，以提供该原料至该生长腔，并可从该生长腔移动至该进料腔，且当该隔离阀关闭时可置放在该生长腔中。
2.根据权利要求1所述的柴式生长系统，进一步包括滴加盒，固定在具有从该进料机接收该原料的斜底的该生长腔内，以及位于该坩埚上方的喷口。
3.根据权利要求2所述的柴式生长系统，其中，该斜底倾斜在约30°及约60°之间的角度。
4.根据权利要求1所述的柴式生长系统，其中，该坩埚包括位于该拉取机制下方的内区及与该内区有流体交流的环状外区。
5.根据权利要求2所述的柴式生长系统，其中，该坩埚包括位于该拉取机制下方的内区及与该内区有流体交流且置放于该滴加盒的该喷口下方的环状外区。
6.根据权利要求2所述的柴式生长系统，其中，该滴加盒包括碳化硅。
7.根据权利要求2所述的柴式生长系统，进一步包括容器，用于在该进料腔内置放该原料。
8.根据权利要求7所述的柴式生长系统，其中，该进料机包括进料盘，该进料盘具有用于自该容器接收该原料的接收区及连接至该接收区且具有小于该接收区的剖面的注射区，并通过该隔离阀可插入至该生长腔中。
9.根据权利要求8所述的柴式生长系统，其中，该注射区具有凹底。
10.根据权利要求9所述的柴式生长系统，其中，该凹底具有壁，该壁自垂直至约30°及约60°之间对立倾斜的V形状。
11.根据权利要求7所述的柴式生长系统，其中，该容器包括加料斗，该加料斗具有附有置于该接收区的侧边壁内的底喷口的漏斗。
12.根据权利要求8所述的柴式生长系统，进一步包括振动机，支撑该接收区。
13.根据权利要求12所述的柴式生长系统，其中，该振动机支撑在该加料斗上，且该加料斗通过至少一个负载单元支撑在该进料腔中。
14.根据权利要求8所述的柴式生长系统，其中，该进料盘包括碳化硅。
15.根据权利要求1所述的柴式生长系统，进一步包括波纹管，该波纹管连接该隔离阀及该进料腔，使得该进料腔可自该生长腔位移离开。
16.根据权利要求15所述的柴式生长系统，其中，该波纹管通过手动操作快释接头而连接至该隔离阀。
17.根据权利要求15所述的柴式生长系统，进一步包括屏盖系统，当该进料机插入至该生长腔中时，夹置于该进料机、该隔离阀及该波纹管之间，且当该隔离阀关闭时，可缩入至该进料腔中。
18.根据权利要求1所述的柴式生长系统，进一步包括屏盖系统，当该进料机插入至该生长腔中时，夹 置于该进料机及该隔离阀之间，且当该进料机收回且该隔离阀关闭时，可缩入至该进料腔中。
19.根据权利要求1所述的柴式生长系统，进一步包括屏盖系统，当该进料机插入至该生长腔中时，夹置于该进料机及该隔离阀之间，且当该进料机收回且该隔离阀关闭时，可缩入至该进料腔中。
20.根据权利要求19所述的柴式生长系统，其中，该屏盖系统包括后屏盖，该后屏盖固定至该进料腔及前屏盖，该前屏盖可滑至该后屏盖中且可投影至该生长腔中。
21.根据权利要求20所述的柴式生长系统，进一步包括滴加盒，该滴加盒固定在具有自该进料机接收该原料的斜底的该生长腔内，以及位于该坩埚上方的喷口，以及其中，该前屏盖具有可插入至该滴加盒的接收区的端点。
22.根据权利要求21所述的柴式生长系统，其中，该斜底倾斜在约30°及约60°之间的角度。
23.根据权利要求1所述的柴式生长系统，其中，该隔离阀是有可扩展水冷闸的闸阀。
24.根据权利要求1所述的柴式生长系统，进一步包括负载单元，该负载单元支撑该拉取机制及该进料机，以及反应至该负载单元的控制装置，以用于激活该进料机而提供该原料至该舱中。·
【文档编号】C30B15/00GK103597127SQ201280029255
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年4月13日 优先权日:2011年4月20日
【发明者】W·L·卢特尔, V·A·洛埃尔, D·S·威廉斯, H·P·辛西彻勒, N·米登多夫 申请人:Gt高级锆石有限责任公司