CN102051671A - 通过再熔化颗粒制造由硅构成的单晶体的装置 - Google Patents

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Abstract

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装置，包括：由硅构成的转动板，所述转动板具有中心开口和由硅构成的管状延伸部，所述管状延伸部环绕所述开口，且延伸到所述板的下方；第一感应加热线圈，所述第一感应加热线圈设置在所述板的上方，以用于熔化颗粒；以及第二感应加热线圈，所述第二感应加热线圈设置在所述板的下方，以用于使熔化的颗粒结晶，其中，第二感应加热线圈在其与由硅构成的所述板相对的一侧上具有由可透过磁场的材料构成的下层、和上层，在所述上层中，具有用于传导冷却剂的至少一个冷却通道。

Description

通过再熔化颗粒制造由硅构成的单晶体的装置
技术领域
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装置。所述装置包括：由硅构成的转动板，所述转动板具有中心开口和由硅构成的管状延伸部，所述管状延伸部环绕所述开口，且延伸到板的下方；第一感应加热线圈，所述第一感应加热线圈设置在板的上方，以熔化颗粒；以及第二感应加热线圈，所述第二感应加热线圈设置在板的下方，以使熔化的颗粒结晶。
背景技术
单晶体借助于这种类型的装置的制造与浮区方法(FZ方法)类似。特殊区别在于，主要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。供给到由硅构成的板的颗粒在那里被感应熔化，且作为液体硅的膜通过板中的中心开口和沿着由硅构成的管状延伸部流动到熔融体，所述熔融体形成在由硅构成的生长的单晶体的端部上。
在所述方法开始时，此时在其下边缘处仍由固体硅层封闭的管状延伸部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。管状延伸部的下边缘被使得离感应加热线圈中的内孔的边缘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状延伸部和所形成的体积量的熔融硅。为此，设置在板的下方的感应加热线圈侧向移位。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。熔融硅的所需材料通过部分熔化管状延伸部、通过熔化封闭管状延伸部的所述层、通过从部分地熔化板的上侧以及随后通过熔化由硅构成的颗粒提供。延伸通过设置在板下方的感应加热线圈中的内孔的熔融体形成。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，使得熔融体大致对称地延伸穿过感应加热线圈中的内孔。
DE10204178A1描述了所述方法和适合于执行所述方法的装置。这些装置中的一些装置包括由金属构成的水冷屏蔽板，所述屏蔽板设置在由硅构成的板与第二感应加热线圈之间。它用于屏蔽由硅构成的板以免遭受到第二感应加热线圈的电磁场作用，且用作从由硅构成的板散热的冷源。
在操作过程中，屏蔽板经受严重的热负载，从而它往往会弯曲。如果为此屏蔽板被制得较厚以避免弯曲或轴向留下足够的空间以便使屏蔽板可弯曲而不接触第二感应加热线圈或由硅构成的板，则在管状延伸部的端部处具有熔融体凝结和连续流动的硅膜被打断的危险。
发明内容
本发明的目的是消除这种危险，而没有不利的后果。
上述目的借助于这样一种用于通过再熔化颗粒制造由硅构成的单晶体的装置实现，所述装置包括：由硅构成的转动板，所述转动板具有中心开口和由硅构成的管状延伸部，所述管状延伸部环绕所述开口，且延伸到所述板的下方；第一感应加热线圈，所述第一感应加热线圈设置在所述板的上方，以用于熔化颗粒；以及第二感应加热线圈，所述第二感应加热线圈设置在所述板的下方，以用于使熔化的颗粒结晶，其中，第二感应加热线圈在其与由硅构成的所述板相对的一侧上具有由可透过磁场的材料构成的下层、和上层，在所述上层中，具有用于传导冷却剂的至少一个冷却通道。
转动板具有中心开口和由硅构成的管状延伸部，所述管状延伸部环绕所述开口且延伸到所述板的下方。第二感应加热线圈在其与由硅构成的所述板相对的一侧具有下层和上层，所述下层由可透过磁场的材料构成，在所述上层中，具有用于传导冷却剂的至少一个冷却通道。第二感应加热线圈优选由银或铜制成。下层与第二感应加热线圈直接热接触，上层与下层直接热接触。上层和第二感应加热线圈彼此之间直接电隔离。槽可加入到上层的绕着第二感应加热线圈中的内孔的边缘中，以抵制第二感应加热线圈感应耦合到上层的该区域的状态。流过上层的冷却通道的冷却剂例如水冷却转动板的与第二感应加热线圈相对的下侧。具有良好的热传导率的材料例如金属或陶瓷优选被考虑作为形成上层的材料。具有良好的热传导率且不会不利地影响作为半导体材料的硅的电性能的金属材料是特别优选的。银和铜是特别合适的。上层应向相对的板辐射尽可能少的热。因此，优选地，在与板相对的一侧上使上层暗黑化。
上层的另一优选的特征是位于感应加热线圈中的内孔的区域处的缺口，例如V形或椭圆形缺口，所述缺口优选相对于感应加热线圈的供电线以相反的方式设置。缺口使得感应加热线圈与板的管状延伸部之间能够具有短的距离，从而具有有效的感应耦合。因此，可更简单地形成小体积的熔融硅，晶种在制造方法开始时加到所述熔融硅。如果存在缺口，上层不太有效地冷却板的管状延伸部和板的邻近区域。为了弥补这种不足，在第二感应加热线圈中具有至少一个喷嘴，用于冷却板的管状延伸部和邻近区域的气体可通过所述喷嘴传导。关于下层，铁磁性塑料例如包含软铁微粒的热塑性塑料优选被考虑作为可透过磁场的材料。US4486641描述了这种材料可用作感应加热线圈的涂层，以控制磁通量的方向和强度。下层将由第二感应加热线圈产生的磁场聚集到感应加热线圈的紧邻周围，特别是聚集到与感应加热线圈中的内孔最接近的熔融体区域。
附图说明
下面，参看附图更详细地描述本发明。
图1以剖视图示出了所述装置的一个特别优选的实施例，其处于这种阶段：小体积的液体硅形成在板的管状延伸部的下边缘处；以及
图2示出了根据图1的所述装置，其处于这种阶段：具有恒定的期望直径的单晶体的区段被结晶。
具体实施方式
图1中示出的装置包括由硅构成的转动板1、设置在板1的上方的第一感应加热线圈2和设置在板的下方的第二感应加热线圈3。转动板1具有中心开口和由硅构成的管状延伸部4，所述管状延伸部环绕所述开口且延伸到板1的下方。第一感应加热线圈2优选具有在DE102008013326 A1中描述的感应加热线圈的特征。第二感应加热线圈3被实施为具有中心内孔5的扁平线圈。它经由供电线6从一侧被供电。第二感应加热线圈3在与板1相对的一侧涂覆有下层7，该下层7由可透过磁场的材料构成。可透过磁场的材料优选包括聚集磁通且以商品名
Figure BSA00000286471800041
提供的塑料。上层8位于下层上，在所述上层中具有至少一个冷却通道9，所述冷却通道9用于传导冷却剂，且所述上层8优选包括银或铜。还优选地，感应加热线圈3具有用于传导冷却剂的至少一个冷却通道10。
而且，还优选地，上层8在其边缘处具有缺口11，所述边缘位于感应加热线圈中的内孔5的区域处且在与供电线6相反的一侧。缺口11使得感应加热线圈3和管状延伸部4之间在以下阶段具有短的距离：小体积的液体硅12形成在板1的管状延伸部4的下边缘处。缺口11例如以V形方式或椭圆形状形成。
槽可以加入到上层8的环绕着第二感应加热线圈3中的内孔5的边缘中，以抵制第二感应加热线圈感应耦合到上层的该区域的状态。
而且，还优选地，上层8在与板1相对的一侧13上被暗黑化。
图2示出了具有恒定的期望直径的单晶体14的区段结晶的阶段。在该阶段，颗粒15通过漏斗16被传送到由硅构成的板1，且借助于第一感应加热线圈2被融化。它们作为熔融的硅的膜17通过管状延伸部4流到熔融体18，所述熔融体位于生长的单晶硅14上且连续结晶。在该阶段，管状延伸部4以及板的缺口11附近的邻近区域被第二感应加热线圈3以相对较高的程度加热。这样，就存在以下危险：由硅构成的管状延伸部4在其下端开始过分熔化和三相点(Tripelpunkt)T向上迁移，直到熔融体18被过分延长以及与管状延伸部4的下端的接触断开。为了避免这点，优选地利用气体例如利用氩气冷却板1的由硅构成的管状延伸部4和邻近区域。该气体通过设置在感应加热线圈中的至少一个喷嘴19传送。

Claims (7)

1.一种用于通过再熔化颗粒制造由硅构成的单晶体的装置，包括：
由硅构成的转动板，所述转动板具有中心开口和由硅构成的管状延伸部，所述管状延伸部环绕所述开口，且延伸到所述板的下方；
第一感应加热线圈，所述第一感应加热线圈设置在所述板的上方，以用于熔化颗粒；以及
第二感应加热线圈，所述第二感应加热线圈设置在所述板的下方，以用于使熔化的颗粒结晶，其中，第二感应加热线圈在其与由硅构成的所述板相对的一侧上具有由可透过磁场的材料构成的下层、和上层，在所述上层中，具有用于传导冷却剂的至少一个冷却通道。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述下层由铁磁性塑料构成。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述上层由金属材料制成。
4.如权利要求1-3中任一所述的装置，其特征在于，第二感应加热线圈和所述上层由银或铜构成。
5.如权利要求1-4中任一所述的装置，其特征在于，第二感应加热线圈具有用于传导冷却剂的至少一个冷却通道。
6.如权利要求1-5中任一所述的装置，其特征在于，所述上层在其边缘处具有缺口，所述边缘位于第二感应加热线圈中的内孔的区域处且在与第二感应加热线圈的供电线相反的一侧，且第二感应加热线圈具有用于通过气体冷却所述板的管状延伸部和邻近区域的至少一个喷嘴。
7.如权利要求1-6中任一所述的装置，其特征在于，所述上层在与所述板相对的一侧被暗黑化。
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