用于生产锭料的设备和方法
【专利摘要】本发明涉及用于硅锭的无坩埚生产的设备（1）和方法，其中使具有种晶层（7）和液体层的支架在具有竖直梯度的温度场中逐渐降下，以使液体层（32）以受控方式固化。
【专利说明】用于生产锭料的设备和方法
【技术领域】
[0001]通过引用并入美国专利申请US13/561350的内容。
[0002]本发明涉及一种用于生产锭料的设备和方法。
【背景技术】[0003]用于晶体、尤其是由硅制成的晶体的体积生长的技术包括浮区(FZ)、直拉(Czochralski) (CZ)和多晶(me)增长。这些方法均具有缺点和局限性。
【发明内容】
[0004]本发明的一个目的是提供一种便于锭料的生产的设备和方法。
[0005]此目的由一种用于生产锭料的设备来实现，该设备包括:用于提供可控气氛的腔室，其中该腔室具有在竖直、也就是纵向上彼此间隔开的顶部和底部；用于支承种晶层的支架，其中该支架可相对于所述腔室沿纵向移动；至少一个用于控制腔室中的给定生长容积中的温度场的装置，其中温度场具有沿纵向的温度梯度；以及用于材料向种晶层上的可控给送的给送设备。此目的还通过一种用于生产锭料的方法来实现，该方法包括以下步骤:提供一设备，该设备具有用于提供可控气氛的腔室、至少一个用于控制腔室内部的给定生长容积中的具有沿纵向的温度梯度的温度场的装置、用于种晶层的支架——该支架可在腔室的内部沿纵向移动(相对于内部热区)和用于提供原料的可控给送设备；在支架上提供种晶层，其中种晶层限定待生产的锭料的截面积；使支架移动，以使得种晶层位于生长容积内的预定位置；在生长容积内产生具有预定竖直温度梯度的温度场；经由给送设备在种晶层上提供原料，其中控制原料的给送和生长容积内的温度场以使得整个种晶层被覆盖有一层液态原料；使支架与液态原料层的固化一致地相对于热区降下，从而从下方进行冷却。将支承板的运动控制成与固化界面的运动大致相等并相对。
[0006]本发明的核心在于提供了一种用于生产锭料的设备，该设备具有用于在腔室的内部产生沿纵向的温度梯度的至少一个装置和用于支承种晶层的支架——该支架可沿温度梯度的方向移动，以及一种用于在大致平直的种晶层上可控地给送材料的给送设备。
[0007]该设备特别适合于硅锭的生产。该设备特别适合于锭料的无坩埚生产。种晶层上的液态原料特别是独立的，也就是不存在用于容纳液态原料的坩埚、容器或冷壁坩埚。
[0008]根据本发明的一方面，种晶层包括布置在支架上的至少一个种晶板。种晶板优选由硅制成。该种晶板优选具有单晶结构。种晶板能由单晶硅制成。有利地，种晶板能由根据本发明的方法生产的锭料制成。
[0009]种晶层能包括若干种晶板，特别是若干种晶。种晶板优选以规则图案布置在支架上。种晶板优选在支架上形成预定区域的倾斜。种晶板优选具有给定晶体结构，特别是给定取向。
[0010]种晶层优选具有与待生产的锭料的截面积相对应的截面积。种晶层特别是具有与待生产的锭料相同的截面形状。种晶层的截面积特别是在最终锭料的截面积的20%以内。[0011]种晶层优选具有至少0.04m2、特别是至少0.lm2、特别是至少0.2m2、特别是至少0.4m2的截面积。种晶层能呈矩形、特别是正方形。优选地，种晶层具有平直的侧边长度，该侧边长度为晶片尺寸的整数倍。
[0012]种晶层的外周优选具有圆形角部。角部优选具有至少1mm、特别是至少3mm的半径R0
[0013]根据本发明的另一方面，至少一个用于控制腔室中的温度场的装置包括布置在用于种晶层的支架上方的至少一个顶部加热设备。
[0014]该加热设备布置在种晶板与支架相对的一侧。加热设备特别是可由控制装置控制。控制装置能够是开环或闭环控制系统的一部分。加热设备能够是电感或电阻式加热设备。
[0015]根据本发明的另一方面，顶部加热设备被设计成产生具有沿垂直于纵向的方向的温度梯度的温度场。
[0016]根据本发明的另一方面，至少一个顶部加热设备包括至少两个加热环路，该加热环路可独立地控制。各加热环路连接到提供DC电信号和AC电信号中的至少一者的电源。
[0017]根据本发明的另一方面，至少两个加热环路同心地布置。至少两个加热环路具有不同参数，以使得一个加热环路形成最外部的加热环路，并且其中最外部的加热环路具有比至少另一个加热环路弱的加热功率。
[0018]根据本发明的另一方面，至少一个用于控制温度场的装置包括布置在用于种晶层的支架下方的至少一个底部冷却设备。顶部加热设备和底部冷却设备特别是布置在种晶层关于纵向的相对侧。
[0019]底部冷却设备优选是可控的。底部冷却设备能实现散热强度的受控变化。
[0020]根据本发明的另一方面，顶部加热设备和底部冷却设备中的至少一者被设计成使得生长容积中的横向温度梯度为最多lK/cm、特别是最多lK/m，特别是最多K^K/m。温度梯度优选是可控的。
[0021]沿纵向的温度梯度优选是可控的。沿纵向的温度梯度处于100K/m至10000K/m的范围内，特别是300K/m至3000K/m的范围内。
[0022]根据本发明的另一方面，该设备还包括至少一个周边加热器。该周边加热器优选具有形状与种晶层的外周匹配或几乎匹配的内周，长度略长。由此应理解的是，在种晶层与周边加热器之间存在沿横向、也就是垂直于纵向的间隙，该间隙优选具有在0.2_至10_的范围内的宽度。
[0023]周边加热器优选包括感应加热元件。该感应加热元件能够是流体冷却线圈,特别是水或气体冷却线圈。该线圈能够由铜或至少耐受硅的熔点的另一种材料制成。另一方面，不需要冷却，并且加热元件可以是一段实心的合适材料。周边加热器的两端连接到包括AC电源及任选地DC电源的电源。
[0024]感应式周边加热器形成电磁包容线圈。由周边加热器产生的磁场在导电液态硅中感生逆电流。加热器电流和硅逆电流经电磁力互相作用，引起液态硅排斥远离加热器。由此，周边加热器能控 制锭料的截面使之以几乎正形的方式形成。周边加热器特别是能实现对锭料截面的非接触控制。
[0025]根据本发明的另一方面，该设备还包括至少一个周边冷却器。该周边冷却器优选具有形状与种晶层的外周匹配的内周。由此应理解的是，在种晶层与周边冷却器之间存在沿横向的间隙，该间隙优选具有在0.2_至20_的范围内的宽度。
[0026]周边冷却器能作为周边冷却环路建立。周边冷却器能包括管，该管使冷却流体、特别是冷却液或冷却气体能够循环通过该管。周边冷却器在径向上与种晶层间隔开。由此能确保周边冷却器不会与锭料物理接触。周边冷却器形成边缘冷却环路。
[0027]根据本发明的另一方面，周边加热器以在纵向上最多IOcm的距离布置在周边冷却器上方。周边加热器优选紧挨着周边冷却器布置。周边加热器特别是布置成与周边冷却器相距最多5cm、特别是最多3cm。
[0028]周边加热器和周边冷却器能在横向上具有相同或几乎相同的截面。周边加热器和周边冷却器特别是能与穿过截面的中心的纵向轴线同心地布置，但具有如上所述的纵向偏离。除连接外，周边加热器和周边冷却器能呈现旋转对称，特别是分散、特别是四折旋转对称。在不加以限制的情况下，旋转对称也可以是双折的，具有矩形截面。该截面理想而言是矩形的或正方形的，以使得该截面能以最低限度的浪费被细分为一个或多个矩形或正方形砖块，目的是为了切割能布置用于在太阳能模块中的有效空间充填的基底。不排除缺乏对称性，但不会那么有效。
[0029]根据本发明的另一方面，该设备还包括气体入口。气体入口允许来自惰性气体储器的惰性气体、特别是氩气进入。
[0030]气体入口布置在种晶层上方。气体入口被设计成分别允许惰性气体在种晶层顶部上跨过种晶层和/或液体材料均匀流动。
[0031]根据本发明的另一方面，给送设备优选包括用于使硅熔化的装置。因此，根据本发明的设备包括两个不同的温控系统，一个用于使原料熔化，一个用于原料的固化。由此，提高了热通量控制的灵活性。可以向种晶层顶部上的液体层添加小块固态硅，但如果固体在其它地方熔化并按需以液体形式提供给固化区段，则系统的操作会更可靠并原料类型更灵活。
[0032]给送设备特别是可布置在腔室的外侧。因此，能从腔室的外侧向腔室特别是种晶层添加原料，特别是液态原料。
[0033]根据本发明的另一方面，该设备是无坩埚的。
[0034]根据本发明的另一方面，给送设备包括出口，所述出口相对于种晶层的位置是可调节的。
[0035]根据本发明的方法，限定待生产的锭料的截面积的种晶层设置在支架上且支架移动至具有预定竖直温度梯度的温度场内的预定位置。然后，经由给送设备在种晶层上提供原料，其中控制原料的给送和生长容积内的温度场以使得整个种晶层被覆盖有一层液态硅。然后，随着液态原料层由于热能从底部被除去而固化，使沿平行于温度梯度的方向、特别是沿降温方向移动的支架降下。换言之，在系统与种晶层上方的静态稳定液体层达到初始平衡之后，通过减少从上方进行的加热、增加从下方进行的冷却或这两者来改变热平衡。这向上驱动了固化界面，并且支承层同时被吸向下以便维持给定竖直范围内的固体/液体界面。
[0036]该方法有利地根据按需给送原理操作。由此，大幅减小了所需的液态硅的体积，并因此提高了工艺安全性。[0037]根据本发明的一方面，控制生长容积中的温度场以使得种晶层具有在其熔点的100° C以内的温度。种晶层特别是在工艺开始时、特别是在原料由给送设备提供到种晶层上之前具有在其熔点的100° C以内的温度。
[0038]在初始阶段期间、特别是在种晶层被完全覆盖有一层液态原料之后可以增大竖直温度梯度，即沿纵向的温度梯度。能以使得种晶层与原料层之间的固-液相边界不移动的方式来使竖直温度梯度增大。换言之，以使得不存在净固化的方式来使竖直温度梯度增大。
[0039]根据本发明的另一方面，调节在种晶层上提供的原料的量以使得液态原料层具有预定高度。在种晶层上提供原料的速度特别是被调节成在使支架降下的同时保持液体高度不变。提供原料的速度特别是被调节成净散热强度和使支架降下的速度。
[0040]能在Imm至IOcm的范围内、特别是5mm至2cm的范围内保持液相的高度不变。
[0041]根据本发明的一方面，原料由给送设备以液态原料的形式提供。原料能以在1410° C至1500° C的范围内、特别是在1420° C至1450° C的范围内的温度提供。
[0042]原料优选在种晶层关于其截面的中心附近被提供到种晶层上。
[0043]根据本发明的另一方面，通过由周边加热器产生的电磁场来协助种晶层上的液态原料的包容，否则该包容仅基于高表面张力。优选地，由周边加热器感应的额外的热被优选位于周边加热器正下方的周边冷却器、特别是周边冷却环路抵消。周边加热器与周边冷却器的组合有助于在狭窄空间内限定位于边缘处的固化前沿。一般而言，边缘处的热梯度可由于周边加热器和冷却器而比锭料中间的热梯度陡，但固体-液体界面的形状优选尽可能平直。
[0044]根据本发明的另一方面，在使支架降下的同时使固化原料与液态原料之间的相边
界保持静止。
[0045]通过顶部加热器和底部冷却器的特殊布置结构，特别是通过对顶部加热器和底部冷却器中的至少一者的适当控制，维持了平直的相边界，该平直的相边界是平直的固化界面。
[0046]特别地，顶部加热器和底部加热器中的至少一者被控制成使得生长容积中的温度场具有最多lK/m、特别是最多lK/m、特别是最多KT1KAi的横向温度梯度。
[0047]根据本发明的另一方面，在使支架降下的同时连续施加原料、液体原料。原料特别是被连续施加以在不断进行的固化趋于使液体层从底部缩短时保持液态原料层的高度不变。
[0048]根据本发明的另一方面，为了从给送设备添加液态原料，调节所述给送设备的出口以到达液态原料层中。
[0049]根据本发明的另一方面，所述腔室被净化掉空气并回填惰性气体。这优选在工艺开始时、特别是在液态原料被给送到种晶板上之前完成。
[0050]根据本发明的另一方面，以使得生长容积(Vg)中的横向温度梯度为最多10K/mm的方式来控制温度场。
[0051]根据本发明的另一方面，该设备还包括流体换热器，该流体换热器能够使从冷却设备的热提取速度从零变成全部冷却功率。
[0052]根据本发明的另一方面，种晶层和周边加热器的截面形状是线性的，具有互成约90度的基本平直的侧边和具有至少Imm的半径的圆角，并且其中种晶层横向地定位以配合在周边加热器的截面内。
[0053]根据本发明的另一方面，通过监控种晶层与周边加热器之间的间隙并按需控制周边加热器中的电流以增大或减小液态原料的截面积来在生长期间控制锭料的横向尺寸。
[0054]根据本发明的另一方面，通过监控液体/固体界面的位置并对加热设备与冷却设备之间的净能量通量使用有源反馈控制环路来主动控制固化速度。
[0055]根据本发明的另一方面，原料材料被包括在由以下材料组成的群组中:硅、锗、砷化镓、氧化铝、砷化铟、锗化硅、其它半导体、聚合物和具有液相的过渡金属氧化物。
[0056]根据本发明的另一方面，通过向顶部加热设备施加随时变化的电流来在液态原料层中产生预定的流动图案。
[0057]根据本发明的另一方面，顶部加热器中随时变化的电流被控制成使得至少在某些时间段，液态原料层中的流动图案使得存在从该层的中心部分至角部的液态原料流。
[0058]根据本发明的另一方面，由监控设备来监控液态原料的固化层。
[0059]根据本发明的另一方面，根据来自监控设备的信号来控制至少一个用于控制生长容积(Vg)中的温度场的装置中的其中至少一个的启动、从给送设备添加液态原料的速度、周边加热器的启动、周边冷却器的启动和降下支架的速度。
[0060]根据本发明的另一方面，根据来自监控设备的信号来调节液态原料层的高度。
【专利附图】
【附图说明】
[0061]将参照图1至13描述本发明的更多方面和细节。
[0062]图1示出本发明一实施例的剖视图，
[0063]图2示出本发明另一实施例的示意性局部剖视图，
[0064]图3示出根据图2的实施例在工艺开始时的简化视图，
[0065]图4示出稍迟但仍在工艺的初始阶段期间的根据图3的视图，
[0066]图5示意性地示出顶部加热器及其电连接的一实施例，
[0067]图6示出顶部加热器的不同实施例的根据图5的视图，
[0068]图7示出顶部加热器的又一实施例的根据图5的视图，
[0069]图8示意性地示出能通过根据本发明的顶部加热器在液体层中产生的流动图案，
[0070]图9示意性地示出用于监控固化液体层的监控设备的一实施例，
[0071]图1Oa至图1Oc示意性地示出固化液体层以使弯液面角度对晶体生长的影响可视化，
[0072]图11示出根据图1Ob的视图，指示了更真实的相边界，
[0073]图12示出包围固化锭料的环形加热器的顶视图，以及
[0074]图13示出图12的剖面XIII的放大视图。
【具体实施方式】
[0075]根据图1所示的实施例，用于生产锭料、特别是用于生产硅锭的设备I包括用于提供可控气氛的腔室2。腔室2具有沿纵向5彼此间隔开的顶部3和底部4。
[0076]腔室2的底部4作为底板建造。顶部3作为盖建造，但可以作为将生长容积与熔化容积分隔的热分离层构成。腔室2还包括沿纵向5延伸的侧壁20。侧壁20优选与底部4并可选地与顶部3形成气密连接。沿侧壁20布置有绝热层21。绝热层21能由氧化铝纤维、碳纤维或任何其它合适的绝热材料制成。
[0077]在腔室2的底部4中设有排气管22。腔室2经由排气管22连接到气体交换设备23。腔室2因此提供了可控气氛。气体交换设备23能够是用于排泄腔室2的真空装置。一般而言，气体交换设备23形成用于控制腔室2内部的气氛的装置。
[0078]此外，设备I包括用于支承种晶层7的支架6和在种晶层7的顶部上固化的硅块
11。支架6可相对于腔室2沿纵向5移动。
[0079]设备I还包括加热设备8和冷却设备9。加热设备8和冷却设备9形成用于控制腔室2中的给定生长容积Vg的温度场的装置。加热设备8和冷却设备9特别是用于利用沿纵向5的温度梯度来控制温度场的装置。 [0080]此外，设备I包括用于将材料分别向种晶层7上或种晶层7上已经固化的硅块11上可控给送的给送设备10。在后一种情形中，也可理解为材料被给送到种晶层7上。
[0081]种晶层7包括一个或多个种晶板12。种晶板优选由单晶材料制成，但可以是有序排列的晶体。种晶板特别是硅晶体，特别是单晶硅。一个或多个种晶板12可从单个晶块切割。
[0082]种晶层7具有与待生产的锭料的截面积相对应的截面积。种晶层7优选具有带圆角的矩形、特别是正方形截面区域。种晶层7具有不存在尖角部的外周形状。种晶层7特别是具有至少1mm、特别是至少3mm的角部半径R。
[0083]种晶层7的截面区域具有在20cm至80cm之间的范围内、特别是在30cm至65cm的范围内的侧边长度。原则上，不对截面区域的尺寸加以限制。侧边长度优选是待从锭料切割的晶片的侧边长度的整数倍。种晶层7优选具有至少0.05m2、特别是至少0.2m2、特别是至少0.4m2的截面积。
[0084]支架6包括底座13。底座13机械地连接到运动驱动装置14。其可由运动驱动装置14沿纵向5移动。底座13具有沿纵向5的至少25cm、优选至少40cm、优选至少60cm的移动范围。底座柱13构造成允许冷却流体向上流通至冷却层9。替代地，冷却块可经可变孔洞向诸如侧壁20的流体冷却表面辐射热。
[0085]支架6还包括具有周缘17的包容托盘15。边缘17具有沿纵向5的至少1cm、特别是至少3cm的高度。
[0086]包容托盘15具有沿垂直于纵向5的方向的截面积,该截面积为种晶层7的截面积的至少两倍、特别是至少三倍。包容托盘15提供用于保持液态硅的容积。该容积为至少1L，特别是至少2L，特别是至少3L。包容托盘15保护腔室2的下部和底座13以免液态硅溢出。
[0087]海绵状结构16沿周缘17布置，并且可充填全部容积。海绵状结构16形成用于吸收溢出的硅的海绵。
[0088]支架6能可选地还包括布置在包容托盘15的顶部上的加热器和绝热材料叠层18。加热器和绝热材料叠层18布置在冷却设备9与种晶层7之间。
[0089]支架6还包括支承板19。支承板19能由石墨或碳化硅或甚至硅制成。种晶层7布置在支承板19的顶部上。优选地，种晶层9和支承板19具有相差最多10%、特别是最多5%、特别是最多1%的截面积。[0090]冷却设备9也可以是支架6的一部分。其布置在底座13与包容托盘15之间。
[0091]加热设备8布置在种晶层7上方。其因此布置在种晶层7与底座13相对的一侧。加热设备8的类型能够是感应式或电阻式。加热设备8具有沿垂直于纵向5的方向的外截面积，该外截面积在种晶层7的截面积的40%以内，并且可略大或略小。加热设备8被设计成在锭料中产生具有可忽略不计的净横向温度梯度的温度场。锭料中的横向温度梯度能优选被控制为最多ΙΟΚ/m，特别是最多lK/m，特别是最多lOl/m。
[0092]加热设备8可由功率控制器24控制。
[0093]加热设备8能由涂有碳化硅的石墨制成。加热设备8能由支承层37支承。在感应加热设备8的情形中，支承层37能由氧化铝或石英制成。在辐射式加热设备8的情形中，支承层37能由碳化硅(SiC)、涂有SiC的石墨或涂有氮化硼(BN)的石墨制成。由碳化硅(SiC)或涂有SiC的石墨制成的支承层37以SiC不会短接加热器环路的方式制造。支承层37特别是与加热设备8电绝缘。支承层37还用于降低加热设备8被液态硅污染的风险。替代地，加热器可通过其电源线悬挂并自由悬置在熔体上。
[0094]冷却设备9优选允许散热强度的受控变化。冷却设备9形成冷却槽。冷却设备9能作为换热器块建造。冷却设备9能包括主动、可控元件，例如用于实现冷却流体在换热器块内的可控循环的装置。
[0095]冷却设备9被设计成使得生长容积Vg中的横向温度梯度能被控制为最多lK/cm，特别是最多lK/m，特别是最多0.lK/m。
[0096]给送设备10包括用于将液态硅分别给送到种晶层7上或已经固化的硅块11上的给送管25。给送设备10包括用于保持液态硅的储器。给送设备10能包括用于使硅熔化的装置。由给送设备10给送到腔室2中的液态硅称为用于待生产的硅锭的原料。
[0097]设备I还包括周边加热器26。在此示出的周边加热器包括单圈感应式加热线圈27。周边加热器26除了在截面的角部(此处周边加热器可与锭料偏离)处外具有与种晶层7的外周紧密地一致的内周。种晶层7的外周与周边加热器26的内周之间存在具有在
0.2mm至IOmm的范围内的宽度的间隙28。加热线圈27与包括AC电源29和可选地DC电源的电源电连接。加热线圈27可以是水冷式铜线圈。或者，加热线圈27可以由能够携带来自AC电源29的AC电力并在升高的温度下、特别是在高达至少硅的熔点、特别是高达至少1450° C的温度下操作的耐火材料组成。液体与加热器之间的间隙28能通过磁场强度来控制，所述磁场强度通过施加至加热器的电流来控制。由于液体表面的半径在角部较小，并且电磁场也被增强，因此周边加热器与液体之间的间隙在角部中可增大。这可通过使周边加热器成形为在角部凸出从而与此处的种晶形状偏离来补偿。察看间隙的观察设备可利用周边加热器功率进行反馈，以将间距维持在期望控制范围内。
[0098]设备I还包括周边冷却器30。周边冷却器30被设计为冷却环路。周边冷却器30刚好定位在预期固化线31 (也就是已经固化的硅块11与硅块11顶部上的液态原料层32之间的相边界)下方。周边冷却器30用来严密地控制固化前沿处的热梯度。周边冷却器30能包括与用于冷却流体、特别是冷却液或冷却气体的储器33流体连通的管。该冷却流体能循环通过周边冷却器30的管。
[0099]周边冷却器30布置成沿纵向5与周边加热器26邻接。周边冷却器30布置在周边加热器26正下方。优选地，周边加热器26以沿纵向5的最多10cm、特别是最多5cm、特别是最多3cm的距离布置在周边冷却器30上方。
[0100]周边冷却器30能具有与周边加热器26相等的内截面积，或者周边冷却器30可以与锭料形状更紧密地一致。优选地，周边冷却器30具有与种晶层7的外周匹配的内周。由此，可理解的是，在周边冷却器30与分别地种晶层7的外周或已经固化的硅块11之间存在具有沿横向的在0.2mm至IOmm的范围内的宽度的间隙34。换言之，周边冷却器30与硅块11间隔开。因此，周边冷却器30未与硅块11直接物理接触。
[0101]设备I还包括连接到气体储器36的气体入口 35。气体入口 35允许来自气体储器36的惰性气体进入。能使用氩气作为惰性气体。气体入口 35布置在种晶层7上方。气体入口 35布置在生长腔室2的顶部3处。气体入口 35被设计成使惰性气体能够均匀流过液态硅层32。因此，气体入口 35适合清除掉氧化硅(SiO)气体。
[0102]下面描述根据本发明的设备I的使用。设备I在用于生产硅块11的方法中使用，所述硅块11也称为硅锭11。尽管将针对硅来描述该方法，但该方法适用于半导体、绝缘或金属性质的各种各样的其它结晶材料。
[0103]首先，提供根据前面的描述的设备I。特别地，提供腔室2，该腔室2具有至少一个用于控制腔室2内部的生长容积Vg中具有沿纵向5的温度梯度的温度场的装置以及用于种晶层7的支架6和可控给送设备10。将种晶层7安设在支架6上。特别是将种晶层7安设在支承板19上。
[0104]将种晶层7、特别是一个或多个种晶板12安设在冷却设备9的顶部上的支承板19上。
[0105]然后，提升底座13使 得种晶层7接近周边加热器26。特别地，种晶层7在与周边加热器26相距最多Icm的距离以内，并且种晶层的顶部可甚至超过周边加热器的底部的高度。种晶层7布置成使得种晶层7的所有侧边上的横向间隙28都是均匀的。
[0106]腔室2被清扫掉空气并由气体交换设备23回填惰性气体。
[0107]加热设备8开启并被控制成使得种晶层7、特别是至少一个种晶板12被加热至在熔点的100 ° C以内，且优选地在熔点的20 ° C以内。
[0108]还能实现从下方由冷却设备9进行冷却。然而，保持竖直温度梯度较低，最多每厘米数十度，且更优选地小于5K/cm。此外，优选控制加热设备8和冷却设备9中的至少一者以使得净横向温度梯度尽可能接近零。保持生长容积Vg中的净横向温度梯度低于lK/cm，特别是低于lK/m，特别是低于0.lK/m。
[0109]然后，通过给送设备10经由给送管25从上方导入硅原料。硅原料优选在种晶层7的中心导入。硅原料优选在熔化状态下、也就是作为液体导入。能将原料掺杂至期望电阻率。通过给送设备10导入原料，直至液体层32覆盖整个种晶层7，特别是整个种晶板12。将原料导入直至层32具有数毫米至若干厘米的液柱高度。层32的液体高度特别是在Imm至5cm的范围内，特别是在3_至2cm的范围内。层32在整个截面上具有均匀高度。所导入的原料优选具有在1410° C至1450° C的范围内的温度。
[0110]硅的表面张力足以包容层32的高达6mm至IOmm的液头高度。为了使层32能够具有更大的高度，可经由从AC电源29供给至周边加热器26的AC电力使用电磁包容。如果层32的液体高度保持低于8mm，则也可在不运行周边加热器26的情况下生产锭料。此外，周边加热器26可以以反馈模式运行，以控制固化的硅块11的横向尺寸。[0111]一旦这种状况已确立并稳定，就能与来自上方的加热设备8的热相结合地增加来自冷却槽、也就是冷却设备9的热梯度，以便维持没有净固化。换言之，能以使得种晶层7与液态原料层32之间的固相-液相边界31不移动的方式来增大生长容积Vg中的竖直温度梯度。能调节、特别是增大热梯度，直至已达到给定操作梯度并稳定下来。
[0112]然后，通过a)增加从下方进行的冷却、b)减少从上方进行的加热或c)以上两者来变换加热和冷却的平衡。由于净热提取，液态硅开始固化并且固体/液体界面开始向上移动。此时，使底座13降下以将液态原料层32的底部保持在相同的竖直水平。同时，由给送设备10从顶部导入额外的原料，以将液体层32的顶部维持在期望的控制范围内。随着该过程进行，使底座13降下以从加热设备8和给送设备10抽出种晶层7。特别是以使得固化的硅块11与液态原料层32之间的相边界31保持静止的方式来使底座13降下。此外，通过从给送设备10添加原料，层32的液体高度在底座13降下的同时保持恒定。特别地，原料特别是在支架6、特别是底座13降下的同时被连续供给。特别地，连续施加原料以保持液态原料层32的高度恒定。因此，生长容积中、特别是相边界31处的固化状态保持准静态。这可通过两种不同的控制方案来实现。在第一情形中，随时将加热和冷却平衡保持为所设定的计划(set recipe)并且使底座13根据固体/液体界面位置移动以维持准静态状况。更优选地，底座13可根据固定方案向下移动，并且加热器8和/或冷却块9能利用固体/液体界面位置来进行反馈以维持给定位置。[0113]在使硅固化的同时，加热设备8与冷却设备9之间的热通量差维持等于固化的硅的熔解热的差异。这样，整个截面同时固化，优选维持很平直的固化线31。固化线31特别是沿纵向5在小于10mm、特别是小于3mm、特别是小于Imm以内是平直的。
[0114]能通过周边冷却器30的启动来抵消由周边加热器26感生的额外的热。这样，能将边缘处的固化前沿限定在狭窄的空间内。
[0115]—旦锭料的主体已固化至能高达超过1.5m的期望高度,便停止液态娃的给送并允许液体层32以受控方式固化。特别注意避免液体被固体和树枝状结构截留。随着锭料的顶面固化，固体区域由于辐射率的突然变化而辐射掉比液体多得多的热。在不进行补偿调节的情况下，剩余的液体将开始过冷并可开始呈树枝状地固化，从而引起更高的应力水平并潜在地引起液体被截留。在此阶段期间可以增加从上方进行的加热以便抵消来自最近固化的材料的较高辐射的热通量并且维持整齐的固化端部——优选从中心向外移动至角部，或更优选地从角部向内移动至中心。
[0116]此时，锭料可冷却至接近室温或从炉移除。可安设新的种晶层并且工艺能重新开始。
[0117]所述设备和工艺具有若干有利特征。首先是可获得高纯度锭料。除了新鲜、高纯度IS气被输送通过表面外，熔化的原料一旦输送便不会在任何点触靠任何非娃材料。不使用坩埚意味着能使晶体中的污染水平(尤其是氧气和铁)能显著地低于Czochralski和多晶硅晶体生长方法中的污染水平。吹扫表面的新鲜氩气供给应该用于使原料中存在的大部分氧气蒸发。这种高纯度会引起提高的少数载流子寿命和改善的太阳能电池效率水平。
[0118]该工艺的正方形几何形状确保了来自通过该方法制造的锭料的硅原料的高产量。Cz和FZ方法局限于基本圆形晶体的形成，其中在晶片切割工艺之前典型地去除30%的材料，以便产生具有更好的太阳能模块堆积密度的“准方片(pseudosquare)”。从锭料底部(而不是如Cz和FZ中那样从侧面)进行均匀、单向的热提取允许具有若干砖块(至少两个且更优选4-16个)的截面的锭料的固化，从而并列生长4-16个Cz锭料的等同物。由于工艺中不存在微粒，以及使应力集中最小化的平直热梯度，相信生长速度能赶得上高达8cm/h的Cz水平，从而对于单晶体生长而言产生前所未有的产率潜能，例如对于16砖块锭料而言高达 76kg/h。
[0119]微粒控制在该过程中也是有利的。如果小的外界粒子到达液体表面上，则很有可能的是表面张力会将它们保持在液体表面上。通常，对流将沿表面将这些粒子向固体/液体界面(也就是最冷点)驱动，但硅周边中存在感应电流应该将这些浮起的粒子维持在液体的中心直至例如它们在硅中溶解之时。这样,这些粒子可提高液体中的溶解杂质水平,但不会导致单晶结构更严重的破坏。
[0120]关于错位，相信该工艺能够以低错位水平生产锭料。已在其它场合下论证，如果小心将液体导入准平衡热系统中，则可以在无错位成核的情况下使用大面积种晶。种晶层的预热对于无错位的引晶(seeding)工艺的成功与否很关键，并且种晶层的准备对于避免例如在种晶板之间的接缝处导入大的骨料错位来说至关重要。然而，最优选地，种晶板由大的单晶体形成，而不是由较小的种晶板的结合形成。来自该工艺的成功生长的锭料当然将允许切割待在随后的锭料中使用的一个或多个种晶板。
[0121]能从根据前述工艺生长的锭料切割晶片，该晶片具有许多有利特征。晶片是单晶体。它们的错位密度比从根据竖直梯度冻结(VeF-)工艺生长的锭料切割的晶片的错位密度小。晶片的错位密度特别是小于IO3CnT2，特别是小于102cnT2。同时，晶片不同于从Czochralsky生长晶体切割的晶片。晶片具有典型地为至少lcm_2、特别是至少5cm_2、特别是至少IOcnT2的错位密度。能通过在晶片已经历Secco蚀刻之后确定边缘凹点的数量来测量错位密度。该方法在本领域中是已知的:对于背景细节，我们参照F.Secco d’Aragona在 Journal of the Electrochemical Society (电化学学会志)，119，948 (1972)中发表的文章。
[0122]此外，通过控制相边界在锭料结晶期间的形状，能确保相边界基本平直。相边界呈现小于5mm的弯曲。特别地，相边界在至少156mmX 156mm的区域上呈现小于5mm的弯曲。这也能从晶片看出。相边界的弯曲或偏转特别是能从锭料的表面上和因此晶片的表面上可见的辉纹看到、测量和重构。这些辉纹能通过横向光电压扫描来测量。
[0123]晶片的硅可具有每cm3小于5X IO16的晶格间氧含量。它们可具有每cm3小于IXio15的氮含量。这包括单氮原子、氮二聚物N-N以及由两个氮原子和一个氧原子组成的三聚物N-N-O。
[0124]根据本发明，锭料足够大以将它们分割成四个单独轴向取向的柱，能从所述柱切割晶片。由于锭料的辉纹及其它结构和电气特性呈现关于锭料的中心纵向轴线的旋转对称，因此将锭料分隔成四个柱将导致正方形晶片，晶片的特性呈现关于晶片的其中一条对角线的镜像对称，特别是晶片上的辉纹和晶片上的电阻率能呈现这种关于晶片的其中一条对角线的对称。
[0125]此外，由于相边界的弯曲引起跨锭料和因此从其切割的晶片的截面区域的比电阻的可变性，因此从按根据本发明的工艺生产的锭料切割的晶片具有跨晶片的表面的比电阻的低可变性。如果晶片的表面被分隔成四个四分之一，则跨晶片的表面的比电阻的可变性特别是在至少三个四分之一中、特别是跨整个表面小于5%，特别是小于3%。该比电阻能在
IΩ cm至5 Ω cm的范围内，特别是在1.5 Ω cm至3 Ω cm的范围内。因此,至少三个四分之一、优选全部四个四分之一中的电阻率的变化小于0.25 Ω cm,特别是小于0.1 Ω cm,优选小于
0.06 Ω cm。[0126]晶片能具有超过(140mm)2、特别是超过(156mm)2、特别是超过(180mm)2、特别是超过(200mm)2、特别是超过(250mm)2、特别是超过(200mm)2的尺寸。
[0127]该工艺的一个最终有利要素是热区的静态性质。在典型的操作期间，液体高度、容积和位置全部关于加热器和绝热材料基本是静止的。系统中唯一发生变化的变量是生长的锭料的高度和液体距冷却设备9的对应距离。为了维持全部工艺路线中的准静态热梯度，冷却块的温度应该随着冷却块下降而稳步降低。此外，为了使工艺稳定性最大化，重要的是以最低限度地扰乱液面的方式并且在尽可能连续的流动中导入原料液。由于静态熔化量，大部分生长的锭料中不存在轴向掺杂剂浓度变化。因此，锭料具有沿锭料的轴线恒定、也就是均匀的掺杂剂浓度。
[0128]下面参照图2描述设备I的其它细节和设备的一些部件的备选实施例。根据图2所不的实施例，给送设备10包括用于包容和熔化固态娃的片块42的筒形容器41。容器41能由石英玻璃制成。在容器41的下部中，容器41能呈漏斗形状。容器41包括给送管25。筒形部分、漏斗形部分和给送管25能一体制成。
[0129]容器41被用于加热和熔化固态硅的片块42的加热设备43包围。这样熔化的硅能经由给送管25经顶部加热器8中的中心开口 44流向液态硅层32。层32在已经固化的硅块11的上端形成熔化帽。
[0130]顶部加热器8被设计成加热熔化帽。顶部加热器8包括三个不同的、可独立控制的节段45。不同数量的节段45也是可能的。加热器8优选包括至少两个、特别是至少三个节段45。加热器8具有对应于并决定固化的硅块11的截面积的几何形状。下面将描述加热器8的更多细节。
[0131]下面将参照图3和4更详细地描述该方法的细节。
[0132]在工艺开始时，将种晶板12布置在支架6上以形成种晶层7。通过顶部加热器8的启动，在种晶层7的上表面上形成浅熔池46。
[0133]种晶板12优选具有单晶结构。
[0134]而种晶板12具有沿纵向5的在Icm至3cm的范围内、特别是在2.5cm至3cm的范围内的高度h,熔池46具有在0.1mm至3mm、特别是在0.5mm至2mm的范围内的深度d。
[0135]优选地，种晶层7在垂直于纵向5的方向上的延展大于顶部加热器8。
[0136]在已形成熔池46之后，经由给送管25经顶部加热器8中的中心开口 44添加液态娃。由于液态娃的闻表面张力，形成了具有闻达约8mm的最大闻度hs的溶化帽。调节图3和图4中未示出的底座13的位置，以使得液态硅层32的表面与顶部加热器8之间存在一定距离，该距离在0.5cm至2cm的范围内。
[0137]控制顶部加热器8以使得中心节段42i的加热功率高于中间节段422中的加热功率——该加热功率同样高于最外部的节段453中的加热功率。由于加热功率沿径向降低，因此限制了熔化帽的横向延展。因此，即使通过给送设备10添加更多液态原料，液态硅层42也在其最外边界处固化。因此液态娃层42形成横向围合(lateral confinement) 47或其自身形成固有坩埚。
[0138]认识到:加热功率的径向梯度越大，截面区域、特别是固化硅块7的截面形状与顶部加热器8的几何形状之间的对应性就越好。特别是认识到熔化帽的横向部分不必被加热太多。
[0139]还认识到:固化硅块11的横向延展、也就是沿垂直于纵向5的方向的延展尤其取决于已经固化的硅块11的顶部上的液态硅层32的弯液面角度。如在图1Oa至IOc中示意性地示出，存在三种可能的状况:a)如果关于纵向5的弯液面角度小于8度，则固化硅块11的直径将减小山)如果关于纵向5的弯液面角度等于约10度，则固化硅块11将以恒定直径生长；以及c)如果关于纵向5的弯液面角度大于12度，则固化硅块11将以增大的直径生长。据此已假设，通过调节底座13的横向位移速度和向层32添加液态硅原料的速度中的至少一者来将弯液面角度在整个工艺中保持恒定。优选地，底座13在整个工艺中以恒定速度降下。优选地，添加液态原料的速度在整个工艺中也保持恒定。更优选地，硅块11的生长速度在整个工艺中是恒定的。
[0140]还认识到:弯液面角度取决于固态硅块11、液体层32和包围的气体相遇的三相点(triple point)48处的液体静压力。三相点48处的液体静压力本身取决于熔化帽的高度hs。熔化帽的高度hs存在最佳值11%该最佳值hM吏得弯液面角度=10°。如果
液体静压力较小，这引起较小的弯液面角度(参照图10a)。另一方面，如果hs=h3>h*，则弯液面角度大于10° (参照图10c)。因此，通过调节三相点48处的液体层32的高度hs，能控制娃块11的直径的增长。高度hs的最佳值h*还取决于由来自顶部加热器8的电磁场施加的电子静压力。
[0141]根据本发明，硅块11的直径的增长由于顶部加热器8的加热功率的横向梯度而自稳定。这意味着，如果三相点48处的层32的高度hs暂时大于h* (—种可能例如由于层32中的对流的局部波动而发生的状况)，则硅块11将以直径增大的方式生长。这将引起三相点48将移动到温度不断降低的区域内从而引起生长速度提高的状况，该状况同样将引起液体层32的高度hs的减小，从而减少直径的增大。
[0142]如果硅块11以直径减小的方式局部地生长，则发生类似的状况。
[0143]还认识到:当具有正方形截面区域的硅块11生长时，需要特殊措施来应对硅块11的表面上的辐射损失的变化。特别地，由于几何原因，固化的硅块7将通过辐射而在其角部损失比在其侧边的中点处的区域内多的能量。在没有适当措施的情况下，这将引起角部周围的更快结晶，从而引起这些区域内的三相点48的位置的相对上移，这同样将引起这些区域内的硅块11的直径的减小。换言之，这将引起硅块11的圆形角部。更一般地，在没有适当措施的情况下，生长的硅块11将往往具有圆形形状。
[0144]此外，认识到:由于硅块11的生长和经由其侧边的热辐射的相关增加，硅块11将呈现具有随着高度增大而减小的直径的趋势。
[0145]下面将描述抵消这种形状或直径的变化的多个可能性。
[0146]根据本发明的一方面，顶部加热器8的加热功率在生长过程中提高。通过对顶部加热器8的加热功率进行适当控制，因此可以使硅块11在它们的全部高度上具有恒定的截面积。
[0147]在一个备选、更容易的实施例中，顶部加热器8的加热功率在硅块8的全部生长过程中保持恒定。
[0148]下面更详细地描述顶部加热器8的一些实施例。如上所述，顶部加热器8包括三个节段45ρ452、453。节段45由环路或绕线形成。节段45具有正方形的外周和内周。节段45彼此同心并与中心开口 44同心地布置。各节段45连接到电源49，如图5至图7中示意性地示出电源49。电源49包括AC电源和DC电源以及控制器50。各节段45连接到AC电源和DC电源两者。节段45通过三角形连接(delta-connection)或星形连接连接到电源49。
[0149]AC电源能产生具有在IOHz至IOOkHz的范围内的AC电力。该频率尤其能够大于1000Hz，特别是大于3000Hz，特别是大于10000Hz，这是因为由于液体层32较浅而不需要大的渗透深度。已发现，有利地，渗透深度对应于层32的高度hs。一般而言，确保了渗透深度足够大以防止形成竖直对流作用。
[0150]向各节段45供应的电力可由控制器50独立地控制。节段45的主加热功率可由DC电源提供。AC电力能用来产生波动的电磁场，特别是行波场或行波。电磁行波场能用来诱发液体层32中的流动图案。示例性流动图案在图8中示出，其中连同流动方向52 —起示出了液体层32中的涡流51。
[0151]顶部加热器8优选由石墨、特别是超纯石墨制成。顶部加热器8还能由碳纤维增强碳(CFC)制成。顶部加热器8能被涂覆有碳化硅(SiC)。这种涂层有利于防止了蒸发的氧化硅(SiO)与石墨反应并因此形成松散的SiC层。
[0152]顶部加热器8能通过氮化硼(BN)的结构安装和保持在适当位置。用于安装和保持顶部加热器8的结构特别是由在约1400° C至1500° C的温度也机械稳定的材料制成。此外，用于顶部加热器8的安装结构 的材料即使在这些温度也电绝缘。
[0153]为了产生前述行波场，以120°的相移启动不同节段45^5^453。
[0154]能通过相互交换其中两相或通过使节段45中的相位适当移动来逆转行波场的方向。
[0155]而根据图5所示的实施例，在顶部加热器8的一个有利的实施例中，顶部加热器8的所有节段45都具有正方形形状，在图6中示出仅中心节段45i和中间节段452具有正方形形状。外节段453具有正方形内周。然而，其外周略微凹陷，也就是说顶部加热器8的最外边界略微向内弯曲。由此，可以相对于顶部加热器8的外边界的中点处的加热功率增大角部中的加热功率。
[0156]根据在图7中示出的一个不同实施例，最外节段453具有沿正方形外周的对角线从内周的角部延伸的四个狭缝53。由此，最外节段453的角部的电流密度增大。
[0157]或者或另外，固化的硅块11的角部处的辐射热损的增大可通过合适的反射器和这些区域内的增加的绝热材料中的至少一者来补偿。
[0158]如图11所示，三相点48处沿纵向的温度梯度将引起固化线31的弯曲形状。特别地，固化线31将随着距中心的距离增大而向上弯曲。根据本发明的另一方面，固化线31的这种向上弯曲例如通过施加至加热器8的最外节段453的加热功率的增大来补偿。这种向上弯曲还能通过合适的绝热元件54来补偿。
[0159]由电源48供给至顶部加热器8的节段45的加热功率能够在全部固化过程中是恒定的。然而，在一个有利实施例中，加热功率能在固化过程中变化。加热功率能由控制装置50控制。加热功率控制器能构成开环或闭环电路的一部分。
[0160]特别是可以改变供给至节段45的电力以便产生液体层32中的预定流动图案。这对于确保固化的硅块11中的掺杂剂的均匀分布而言会是有利的。
[0161]特别是可以产生在图8中示意性地示出的流动图案，其中存在从液体层32的中心部分至其角部的流动和沿大致正方形的液体层32的中线流向中心的反向流动。与供给至顶部加热器8的中心节段AS1的增加的加热功率相结合，这种流动图案将引起向角部输送比较热的液体，这能防止固化线31向上弯曲。当然，流动图案在必要的情况下能反向，以便将比较冷的液体从液体层32的周边输送至角部。因此，根据本发明的一方面，可以通过控制供给至顶部加热器8的节段45的加热功率和供给至顶部加热器8的节段45的AC电力中的至少一者来控制固化的硅块11的形状，特别是截面积，以便产生液体层32中的特定流动图案。 [0162]在一有利实施例中，固化的硅块11的形状、特别是固化线31的三维位置通过监控设备40来监控。如图9中示意性地示出，监控设备40包括四个照相机54形式的监控设备。各照相机连接到中央监控单元55。中央监控单元55又连接到控制器50。由此，能在闭环中控制供给至顶部加热器8的节段45的AC电力和DC电力。
[0163]根据图9所示的实施例，一个照相机54定位在固化的硅块11的每一侧。原则上，也可仅设置两个照相机54，其倾斜地、特别是彼此垂直地定位。为了进行直径控制，方便的是将一个照相机定位成倾斜向下地观察锭料的一个侧边的长度(即，偏心定位)以用于直径控制。
[0164]中央监控单元55能包括用于从各照相机54的信号确定一值、特别是平均值的处理器，所述值用于提供固化的硅块11的直径或截面积、液体层32的直径或截面积、液体层32的高度hs、三相点58处的液体层32的弯液面角度和固化线31的(特别是弯曲)形状中的至少一者的度量。
[0165]中央监控单元55还能连接到给送设备10以控制向液体层32添加液态原料的速度。
[0166]根据图5至7中所示的实施例的顶部加热器8和监控设备40能有利地与上述周边加热器26和周边冷却器30中的至少一者结合。特别地，监控设备50的中央监控单元55能与用于控制由AC电源29供给至周边加热器26的AC电力的控制装置连接。中央监控单元55还能连接到用于控制冷却流体从储器33至周边冷却器30的供给的控制装置。
[0167]根据本发明的又一方面，给送装置10的给送管25的位置可相对于支架6、特别是相对于液体层32的上表面调节。根据本发明的一方面，调节给送管25的末端的位置，以使得给送管25的末端到达液体层32内(参照图2)。由此，能避免由于来自给送管25与液体层32之间的液体原料间歇接触而引起的表面波浪的形成。
【权利要求】
1.一种用于生产锭料的设备(I)，包括: a.用于提供可控气氛的腔室(2)， 1.其中，所述腔室(2)具有沿纵向(5)彼此间隔开的顶部(3)和底部(4)， b.用于支承种晶层(7)的支架(6)， 1.其中，所述支架(6 )能够相对于所述腔室(2 )沿纵向(5 )移动， c.至少一个用于控制所述腔室(2)中的给定生长容积(Vg)中的温度场的装置(8，9)， 1.其中，所述温度场具有沿所述纵向(5)的温度梯度，以及 d.用于材料向所述种晶层(7)上的可控给送的给送设备(10)。
2.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述至少一个用于控制所述温度场的装置包括布置在用于所述种晶层(7)的所述支架(6)上方的至少一个顶部加热设备(8)，其中所述顶部加热设备(8)被设计成产生具有沿垂直于所述纵向的方向的温度梯度的温度场。
3.根据权利要求2所述的设备(I)，其特征在于，所述至少一个顶部加热设备(8)包括至少两个加热环路，其中所述至少两个加热环路同心地布置，其中所述加热环路中的每一个都连接到提供DC电力和AC电力中的至少一者的电源，并且其中所述加热环路中的每一个都可独立地控制。
4.根据权利要求1所述的设备(1)，还包括具有与所述种晶层(7)的外周的形状匹配的内周的至少一个周边加热器(26)，其特征在于，所述周边加热器(26)包括感应加热线圈`(27)，所述感应加热线圈为一圈和多圈中的一者。
5.根据权利要求4所述的设备(1)，还包括具有与所述种晶层(7)的外周匹配的内周的至少一个周边冷却器(30)，其特征在于，所述周边加热器(26)布置在所述周边冷却器(30)上方。
6.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述设备是无坩埚的。
7.一种用于生产锭料的方法，包括以下步骤: -提供设备(I )，所述设备具有 -用于提供可控气氛的腔室(2 )， 一至少一个用于控制所述腔室(2)内部的给定生长容积(Vg)中的具有沿纵向(5)的温度梯度的温度场的装置(8，9 )， 一用于种晶层(7)的支架(6)，所述支架能够在所述腔室(2)的内部沿所述纵向(5)移动， 以及 -用于提供原料的可控给送设备(10)， -在所述支架(6)上提供种晶层(7)，其中所述种晶层(7)限定待生产的锭料的截面积， -使所述支架(6)移动，以使得所述种晶层(7)位于所述生长容积(Vg)内的预定位置， -在所述生长容积(Vg)内产生具有预定竖直温度梯度的温度场， -经由所述给送设备(10)在所述种晶层(7)上提供原料， 一其中，控制原料的给送和所述生长容积(Vg)内的温度场，以使得整个所述种晶层(7)被覆盖有一层(32)液态原料， -在液态原料层(32)固化的同时使所述支架(6)降下，以及-从所述给送设备(10)添加更多液态原料。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在使所述支架(6)降下的同时，使固化的硅块(11)与液态原料层(32 )之间的相边界(31)保持静止。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，为了从所述给送设备(10)添加液态原料，调节所述给送设备(10)的出口(25)以伸入到所述液态原料层(32)内。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过向电磁顶部加热设备(8)施加随时间变化的电流而在所述液态原料层(32)中产生预定的流动图案，其中控制所述顶部加热器中的所述随时变化的电流以使得至少在一些时间段期间，所述液态原料层(32)中的流动图案使得存在从所述层(32)的中心部分至角部的液态原料流。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过监控设备(40)来监控正固化的液态原料层(32)，并且在于，根据来自所述监控设备(40)的信号来控制所述至少一个用于控制所述生长容积(Vg)中的温度场的装置(8，9)的其中至少一个的启动、从所述给送设备(10)添加液态原料的速度、周边加热器(26)的启动、周边冷却器(30)的启动和降下所述支架(6)的速度中的至少一者。
12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过监控所述种晶与所述周边加热器之间的间隙并按需控制所述周边加热器中的电流以增大或减小所述液态原料的截面积来在生长期间控制所述锭料的横向尺寸。
13.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过监控液体/固体界面的位置并对加热设备(8)与冷却设备(9)之间的净能量通量使用有源反馈控制环路来主动控制固化速度。
14.一种具有单晶结构的晶片， 其特征在于，所述晶片具有至少140mmX 140mm的尺寸， 所述晶片具有比电阻，所述比电阻在所述晶片的表面的至少三个四分之一中具有小于5%的可变性，并且 所述晶片在其表面上具有小于100/cm2的平均错位密度。
【文档编号】C30B11/00GK103572363SQ201310133774
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年4月17日 优先权日:2012年7月30日
【发明者】N·斯托达德, W·冯阿蒙 申请人:太阳世界工业美国有限公司