專利名稱：用于在定向固化爐中使用的坩堝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及定向固化爐，更具體地涉及用于改進(jìn)固化率的定向固化爐。
背景技術(shù)：
諸如圖I中所示的總體上標(biāo)記為100的定向固化爐經(jīng)常用于生產(chǎn)多晶硅晶錠。圖I的定向固化爐包括由坩堝支承件103支承的坩堝102，坩堝支承件103具有石墨支承壁，該石墨支承壁為坩堝增加了結(jié)構(gòu)剛性。坩堝102包括壁104 (坩堝支承壁)和基部106。坩堝102典型地由石英或能夠耐受高溫并且同時基本保持惰性的其它合適材料制成。坩堝102和坩堝支承件103與蓋子112 —起形成了內(nèi)部組件105。該內(nèi)部組件105還可以包括設(shè)置在基部106下面的熱交換器107。圍繞壁104并且在保護(hù)殼110內(nèi)安放有加熱器108。加熱器108可以適當(dāng)?shù)貫檩椛浼訜崞?，該輻射加熱器?gòu)造成施加熔化坩堝內(nèi)的 填料所必需的熱。該實施方式的填料為硅，但也可以設(shè)想其他材料。側(cè)絕緣體109布置在坩堝周圍并且可以例如通過豎直移動而部分地打開。一旦硅填料已經(jīng)熔化，則可以將冷卻介質(zhì)引入熱交換器107，并且/或者可以將絕緣體109升起以幫助硅的定向固化?？梢哉{(diào)節(jié)加熱器108的熱輸出，從而向熔體111施加較少的熱。還可以通過將加熱器108從坩堝102、特別是從坩堝基部106移開來相對于坩堝調(diào)節(jié)加熱器108的位置。在已向坩堝102填充硅之后，相對于外部周圍環(huán)境密封圍繞坩堝的區(qū)域。為了有助于將坩堝102與外部環(huán)境隔開，將坩堝安置在形成爐的一部分的保護(hù)殼110中。然后減小保護(hù)殼110中的壓力。保護(hù)殼110中的氣氛的含量也可被監(jiān)測和控制。然后，將坩堝102和填料加熱到足以使硅熔化的溫度。在填料已經(jīng)完全熔化之后，以受控的速率冷卻該填料以實現(xiàn)定向固化結(jié)構(gòu)。受控的冷卻速率是通過以下措施的任何組合來建立的減少由加熱器108施加的熱的量和位置、移動或打開圍繞坩堝102的絕緣體109中的排熱孔、或使冷卻介質(zhì)在熱交換器107 (例如冷卻板)中循環(huán)。這些方法中的任一種都從坩堝102的表面?zhèn)髯邿?。如果坩?02的基部106的冷卻速率大于坩堝的壁104的冷卻速率，則生成具有占主導(dǎo)的軸向熱梯度的相對平直的水平固化等溫線。由此，晶錠在最接近坩堝102的較冷側(cè)的區(qū)域中凝固，并且沿遠(yuǎn)離坩堝的該側(cè)的方向繼續(xù)。熔體111最后固化的部分通常位于晶錠的頂部。在定向固化爐中生產(chǎn)多晶硅晶錠的一個重要問題是從原料硅生成晶錠所需的時間量。晶錠固化的速率直接影響從原材料形成晶錠所需的時間量。該背景技術(shù)部分旨在給讀者介紹現(xiàn)有技術(shù)的可能涉及下面描述和/或要求保護(hù)的當(dāng)前公開內(nèi)容的各個方面的各個方面。相信這部分的討論有助于在給讀者提供便于更好地理解當(dāng)前公開內(nèi)容的各個方面的背景信息。因此，應(yīng)就此來閱讀這些描述，而不是承認(rèn)現(xiàn)有技術(shù)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面是一種包括坩堝組件的定向固化爐。該坩堝組件包括用于容納熔體的坩堝，該坩堝包括壁和基部，所述基部中具有開口。坩堝支承件支承所述坩堝，并且蓋覆蓋所述坩堝。所述基部的開口中接納有板。所述板具有比所述基部高的熱傳導(dǎo)性(熱傳導(dǎo)率)。本發(fā)明的另一方面是一種包括坩堝組件的定向固化爐。該坩堝組件包括用于容納熔體的坩堝，所述坩堝包括壁和復(fù)合(合成)基部。坩堝支承件支承該坩堝，蓋覆蓋該坩堝。所述復(fù)合基部包括添加物，以使得該復(fù)合基部與沒有該添加物的同類基部相比具有更高的熱傳導(dǎo)性。本發(fā)明的再一方面是一種在定向固化爐中生產(chǎn)晶錠的方法。該方法包括在該爐的坩堝中熔化硅填料以形成液態(tài)熔體。所述坩堝包括基部，所述基部具有第一部分和第二部分。所述第一部分具有比所述第二部分高的熱傳導(dǎo)性。熱則從該熔體通過該坩堝的基部傳遞。與所述第二部分相比，熱以增加的(較大的)速率通過所述基部的第一部分傳遞。從熔體傳遞熱導(dǎo)致所述熔體固化而制成晶錠。 關(guān)于上述方面所述的特征存在各種細(xì)化。同樣也可以將其他特征結(jié)合在上述方面中。這些細(xì)化和附加特征可以單獨或以任何組合的方式存在。例如，下面關(guān)于任一圖示實施方式討論的各個特征可以單獨地或以任意組合的方式結(jié)合到上述任一方面中。


圖I是公知的定向固化爐的部分示意性截面圖；圖2是在圖I的定向固化爐中使用的坩堝的第一實施方式的俯視圖；圖3是圖2的坩堝沿著圖2中的線3-3截取的截面圖；圖4是圖3的放大部分；圖5是在圖I的定向固化爐中使用的坩堝的第二實施方式的俯視圖；圖6是圖5的坩堝沿著圖5中的線6-6截取的截面圖；圖7是在圖I的定向固化爐中使用的坩堝的第三實施方式的俯視圖；圖8是圖7的坩堝沿著圖7中的線8-8截取的截面圖；圖9是在圖I的定向固化爐中使用的坩堝的第四實施方式的俯視圖；圖10是圖9的坩堝沿著圖9中的線10-10截取的截面圖；圖11是圖10的放大部分；圖12是描述了使用圖2-11中所示的任一個坩堝在定向固化爐中生產(chǎn)晶錠的方法的流程圖；在所有附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
具體實施例方式圖2、3和4示出用于在任何定向固化爐、例如圖I所示的爐100中使用的坩堝200的俯視圖、截面圖和放大圖。坩堝200具有基部206 (概括為“第二部分”)和從該基部向上延伸的四個壁204。基部206和壁204可以一體地形成在一起或結(jié)合在一起，從而將熔體111 (圖I)容納于其中?；?06具有上表面208和下表面210以及在上表面和下表面之間延伸的開口 220。
開口 220由形成在坩堝200中的、被四個側(cè)面220界定的空隙限定。在其他實施方式中，開口 220可以具有矩形之外的形狀，例如圓形、卵形或任何其他合適的形狀，并且安置在其中的板250也具有相應(yīng)的形狀。開口 220可以通過機(jī)加工或以其他方式移除一部分基部206而形成在坩堝200中。在其他實施方式中，開口 220可以在坩堝200的制造過程中形成。開口 220具有鄰近基部206的上表面208的長度L和寬度W以及鄰近下表面210的長度L’和寬度W’。每個側(cè)面222都以背離坩堝200的壁204的方向向內(nèi)傾斜，從而長度L大于長度l’，寬度w大于寬度r。在一些實施方式中，長度l、長度l’、寬度w和寬度r可以在50mm和630mm之間。如在圖4中更清楚地看到的，側(cè)面222相對于基部206的下表面210成大約45度的角。然而，在不脫離所述實施方式的范圍的情況下，側(cè)面222也可以以不同的角度定向。例如，在一些實施方式中，側(cè)面222可以相對于基部206的下表面210以大約35度定向。 具有四個側(cè)面252的板250 (概括為“第一部分”)的尺寸設(shè)計成可定位在開口 220內(nèi)。盡管這里的實施方式公開了將板250安置在坩堝200的基部206中，但也可以將附加的板安置在壁204中的任一個壁或所有壁內(nèi)。而且，在一些實施方式中，可以不使用板250,而是將與板250類似的板安置在壁204中的任一個壁或所有壁內(nèi)。板250由具有比坩堝200的基部206更高的導(dǎo)熱系數(shù)的材料形成。在一個實施方
式中，板250可以由熔融石英形成。在一些實施方式中，與基部206的I j的典型導(dǎo)熱系
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數(shù)相比，板250具有大約3 j的導(dǎo)熱系數(shù)。在其他實施方式中，板250由導(dǎo)熱系數(shù)大于坩
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堝200的基部206并且熔點高于熔體111的任何材料形成。例如，板250可以由MgO、AlN、SiC、石墨或MgO和SiC的復(fù)合物形成。根據(jù)一些實施方式，板250僅可以使用一次,之后板250被移除并修復(fù)或丟棄。在其他實施方式中，板250可在移除之前多次使用。板250具有厚度T1，該厚度與坩堝200的與板250相鄰的基部206的厚度T2基本相同。在一些實施方式中，T1可以等于5mm和25mm之間的值，T2可以等于5mm和25mm之間的值。在其他實施方式中，板250的厚度T1可以大于或小于基部206的厚度T2。如在圖4中看到的，板250具有四個側(cè)面252，這四個側(cè)面252具有與開口 220的側(cè)面222對應(yīng)的傾斜輪廓，從而所述板與開口的側(cè)面對齊。該開口的傾斜側(cè)面222形成第一角，該第一角與由板250的四個側(cè)面252的傾斜輪廓形成的第二角互補。開口 220的側(cè)面222以及板250的側(cè)面252的幾何形狀因而致使熔體111的重量將板的側(cè)面擠壓在開口的側(cè)面上。可以使用粘合劑以進(jìn)一步將板250固定在開口 220的側(cè)面222內(nèi)，從而使得熔體111不能在開口和板之間穿過。在一些實施方式中，所述粘合劑是粉漿澆注硅膠化合物256。圖4中所示的接縫254的尺寸以及容納在其中的粉漿澆注硅膠化合物256的量為了說明而被極大地夸大。在使用坩堝200之前，可以利用膠帶或其他材料密封板250和基部206的下表面210之間的接縫254。將流體狀態(tài)的粉漿澆注硅膠256倒入與基部206的上表面208相鄰的接縫254內(nèi)。該流體的粉漿澆注硅膠256中的溶劑然后蒸發(fā)，從而硅膠保留為接縫填料。然后可以焙燒坩堝200以使接縫254中的粉漿澆注硅膠256固化。圖5和圖6分別示出用于在任何定向固化爐、例如圖I所示的爐100中使用的坩堝300的第二實施方式的俯視圖和截面圖。坩堝300具有基部306 (概括為“第二部分”)和從基部向上延伸的四個壁304?；?06和壁304可以一體地形成在一體或結(jié)合在一起，從而將熔體111 (圖I)容納在其中?；?06具有上表面308和下表面310。凹部320從下表面310朝向上表面308向上延伸，但是沒有穿過基部306的上表面308。具有四個側(cè)面352的板350 (概括為“第一部分”)的尺寸設(shè)計成可定位在凹部320內(nèi)。在其他實施方式中，凹部320和板350可以不是矩形的，而是可以是圓形的、橢圓形的、或任何其他合適的形狀。盡管這里的實施方式公開了將板350安置在坩堝300的基部306中的凹部320內(nèi)，但也可以將附加的板安置在壁204中的任一個壁或所有壁內(nèi)。而且，可以不使用板350，而是將板安置在壁304中的任一個壁或所有壁內(nèi)。基部306的部分360將板350與放置在i甘禍中的熔體分隔開。該部分360防止熔體損壞、磨損或腐蝕板350。根據(jù)一些實施方式,部分360可以具有在Imm和20mm之間的厚度T部分，而板350可以具有在Imm和20mm之間的厚度T板，基部306可以具有在Imm和20mm之間的厚度T 而且，盡管將板的厚度T |和部分的厚度T 出為均勾的，但該厚度可以是變化的。由于板350通過基部306的部分360而不受熔體111的影響，因而可以在更換之前多次使用所述板。板350通過任何結(jié)合機(jī)構(gòu)、例如粘合劑或緊固件附裝至基部306。在一些實施方式中，使用粉漿澆注硅膠將板350緊固到凹部320。在其他實施方式中，凹部320和板350間的摩擦配合將所述板保持在所述凹部中。板350由具有比坩堝300的基部306更高的導(dǎo)熱系數(shù)的材料形成。在一個實施方
式中，板350可以由熔融石英形成。在這些實施方式中，與基部306的I j的典型導(dǎo)熱系
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數(shù)相比，板350和基部306的部分360具有直到大約 的組合有效導(dǎo)熱系數(shù)。

在其他實施方式中，板350由導(dǎo)熱系數(shù)大于坩堝300的基部306的任何材料形成。例如，板350可以由MgO、AlN、SiC、石墨或MgO和SiC的復(fù)合物、SiO2和AlN的復(fù)合物、SiO2和MgO的復(fù)合物、以及SiO2和TiO2的復(fù)合物形成。而且，由于板350通過部分360而不受熔體111的影響，因此在其他情況下不適用于與熔體接觸的材料(例如TiO2)也可以在該構(gòu)造中使用。表I
權(quán)利要求
1.一種定向固化爐，包括 坩堝組件，該坩堝組件包括 用于容納熔體的坩堝，該坩堝包括壁和基部，該基部中具有開口 ； 支承該坩堝的坩堝支承件； 覆蓋該坩堝的蓋；以及 容納在該基部的開口中的板，該板具有比該基部高的熱傳導(dǎo)性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定向固化爐，其特征在于，所述開口延伸穿過所述基部，該開口具有第一角度的傾斜壁，該板具有第二角度的傾斜壁，該第二角度與該第一角度互補。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定向固化爐，其特征在于，所述開口延伸穿過所述基部，該開口由基部中的具有四個側(cè)面的空隙限定，所述基部的一部分從所述側(cè)面向內(nèi)延伸而形成突出結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定向固化爐，其特征在于，所述板具有基本上等于所述基部的厚度的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定向固化爐，其特征在于，所述板通過粘合劑固定至所述基部。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定向固化爐，其特征在于，所述板具有為所述基部的至少兩倍的熱傳導(dǎo)性。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定向固化爐，它進(jìn)一步包括 布置在所述坩堝支承件的基部下面的熱交換器。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定向固化爐，其特征在于，所述坩堝由石墨制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定向固化爐，它進(jìn)一步包括 可移除地布置在所述坩堝支承件周圍的一個或更多個可移動加熱器。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定向固化爐，它進(jìn)一步包括 布置所述坩堝周圍的可移除絕緣體。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定向固化爐，其特征在于，所述坩堝的壁包括結(jié)合在一起從而將液態(tài)熔體容納在其中的四個壁。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定向固化爐，其特征在于，所述基部具有上表面和下表面，所述開口未延伸穿過所述基部，所述開口布置在所述下表面中并形成位于所述下表面中的凹部的一部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的定向固化爐，其特征在于，所述板布置在所述凹部中，并且通過所述基部而與坩堝中的熔體分隔開。
14.一種定向固化爐，包括 坩堝組件，該坩堝組件包括 用于容納熔體的坩堝，該坩堝包括壁和復(fù)合基部； 支承該坩堝的坩堝支承件； 覆蓋該坩堝的蓋；以及 該復(fù)合基部包括添加物，從而使得該復(fù)合基部具有比無添加物的類似基部高的熱傳導(dǎo)性。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的定向固化爐，其特征在于，所述添加物選自包括MgO、SiC、AIN和TiO2的組。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的定向固化爐，其特征在于，所述坩堝的壁的至少一部分包括添加物，以使得該坩堝的壁部分具有比無添加物的壁部分高的熱傳導(dǎo)性。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的定向固化爐，其特征在于，所述添加物選自包括MgO、SiC、AIN和TiO2的組。
18.一種在定向固化爐中生產(chǎn)晶錠的方法，該方法包括 熔化該爐的坩堝中的硅填料以形成液態(tài)熔體，所述坩堝包括基部，所述基部的至少第一部分具有比所述基部的第二部分高的熱傳導(dǎo)性；以及 至少通過該坩堝的基部從該熔體傳遞熱，其中與所述第二部分相比，熱以增加的速率通過所述基部的第一部分傳遞； 其中，從所述熔體傳遞熱導(dǎo)致所述熔體固化而制成晶錠。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括在熔化硅填料之前，向該坩堝加載該硅填< 料。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，熱通過該基部的第一部分傳遞，該第一部分具有至少為該基部的第二部分的兩倍的熱傳導(dǎo)性。
全文摘要
一種定向固化爐包括坩堝組件，該坩堝組件包括用于容納熔體的坩堝，該坩堝具有壁和基部，所述基部中具有開口；支承所述坩堝的坩堝支承件；覆蓋所述坩堝的蓋。板被接收在所述基部的開口中。所述板具有比所述基部更高的導(dǎo)熱系數(shù)。所述基部可以包括具有添加物的復(fù)合物，使得復(fù)合物基部具有比無添加物的可比較基部高的導(dǎo)熱系數(shù)。
文檔編號C30B11/00GK102741462SQ201180007764
公開日2012年10月17日 申請日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者A·J·德什潘德, B·德維拉帕里, R·J·菲利普斯, S·L·金貝爾 申請人:Memc新加坡私人有限公司