CN104797746B - 由溶体形成晶片的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种用以由熔体形成晶片的装置及方法，所述装置包括坩埚，用以容纳所述熔体。所述装置也可包括冷块和晶体拉动器，冷块用以在熔体的表面附近给予一低温区域，所述低温区域用以产生所述晶片的结晶前缘，晶体拉动器用以沿着所述熔体的表面的拉动方向拉动所述晶片，其中，拉动方向的垂线与所述结晶前缘形成小于90°且大于0°的角度。本申请配置的冷块能够达到相同或大于传统装置的拉动速度，而不需要通过传统装置来超出过冷却程度至熔体的表面。

Description

由溶体形成晶片的装置及方法
技术领域
本发明实施方案涉及一种制造基板的领域。更特别是本发明涉及一种用以由熔体成长晶片(crystal sheet)的方法、系统及结构。
背景技术
半导体材料(如硅(silicon)或硅合金(silicon alloys))能够做成晶圆或晶片以用于积体电路或太阳能电池或其他应用方式中。对于大面积的基板例如太阳能电池的需求，随着对于可再生能源的需求而持续地增加。太阳能电池工业的一个主要的成本在于制作此些太阳能电池的晶圆或晶片。因此，减少晶圆或晶片的成本将减少太阳能电池的成本，并使此类可再生能源技术更为普及。
一种有潜力以符合成本效益的方式制造大面积基板的技术是从熔体生长晶片。特别是，由熔体水平地拉出晶片(sheets)或晶带(ribbons)的制造方法已被研究了数十年。具体地说，为了发展出快速而可靠地成长高品质半导体材料(通常是硅)晶片的方法，已经对所谓的浮硅法(floating silicon method；FSM)、水平带材成长(horizontal ribbongrowth；HRG)及低角度硅晶片法(low angle silicon sheet method)进行研究。在所有此些方法中，沿着垂直于成长中的结晶材料的前缘的方向，拉动半导体材料的晶片。
图1绘示根据现有技术的一种水平带材成长的系统100的示意图。系统100包括用以加热至足够的温度以熔融材料的坩埚(crucible)102，然后所述溶体由系统100将拉动而成为水平的晶片106或“带材”。为了硅的成长，坩埚中的熔体104的温度被设定为略高于硅的熔融温度。举例而言，于下部区域108中的熔体的温度比形成熔体104的材料的熔点高数度。当引发器(initiator)110，或为“初始化器(initializer)”被带至邻近于熔体104的上表面时，其中会导致熔体104的表面热量被移除，使水平的晶片106开始成长。在所示的范例中，引发器110是可沿着垂直于熔体104的表面的方向112移动。
根据现有技术，引发器的至少一部分会维持于低于熔体104的熔融温度。当引发器110被带至足够接近于熔体104的表面时，由引发器110所提供的冷却导致结晶化(crystallization)沿成长介面114发生，如图1所示。然后，成长的晶片106会被沿着拉动方向116拉动。调整沿着拉动方向116的拉动速度，以形成稳定的结晶前缘或水平的晶片106的前缘118。如图1所示，前缘118垂直于拉动方向116。只要拉动速度不超过前缘118的成长速度时，就可以使用系统100拉出一条该材料的连续晶片106。
为了模拟图1所示的水平晶片成长的类型，已付出了多方面的努力。举例来说，蒙特卡洛(Monte Carlo)分析显示晶片的成长速度受限于原子级(atomic level)上发生的过程。已经发现两种不同的成长模式：原子级初步成长(atomically rough growth)及小平面成长(faceted growth)。在原子级初步成长的情况下，可发现结晶成长的速率正比于熔体的过冷却量，大约每10K过冷却增加1cm/s的速度。在模拟小面积成长的状况下，单独层横跨小平面的速率是每一度过冷却增加0.5m/s的速度。实际成长速度(Actual growthvelocity；Vg)取决于开始新步骤的初始化的速率，在接下来的计算并不对此作出评估。
从上述结果可看出，于接近成长的晶体介面增加熔体的过冷却对于增加Vg可能是有用的。然而，根据现有技术，最大的拉动速度Vp仍低于或等于Vg，因此，在给定过冷却条件的状况下，基板制造的速率有其上限。根据以上理由，可以了解到，需要一种改进的设备和方法以增加从熔体中制造水平生长的硅晶片的速率。
发明内容
本发明内容仅以简单的描述选择性地介绍概念，此简单描述会在下文的实施方式中再作说明。本发明内容不在于指出要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不是作为确定要求保护的主题的范围的辅助手段。
在一实施例中提供一种由熔体形成晶片的装置。该装置包括坩埚以容纳该熔体。该装置也包括冷块以在熔体的表面附近给予一低温区域。该冷块用以产生该晶片的结晶前缘。该装置也包括晶体拉动器，用以沿着该熔体的表面的拉动方向拉动该晶片。特别是，该拉动方向的垂线与该结晶前缘形成小于90°且大于0°的角度。
在另一实施例中提供一种由熔体形成晶片的方法，该方法包括加热于坩埚中的材料以形成熔体。该方法还包括在离该熔体的表面第一距离之处提供冷块，以给予一低温区域。该低温区域用以产生于该晶片的结晶前缘。该方法还包括顺着拉动方向沿着该熔体的表面拉动该晶片，其中该拉动方向的垂线与该结晶前缘形成小于90°且大于0°的角度。
附图说明
图1绘示根据现有技术由熔体进行结晶材料的水平带成长的系统的示意图。
图2绘示根据多个实施例由熔体成长晶片的装置的透视图。
图3a绘示图2的装置的顶视图。
图3b绘示另一实施例的另一种装置的顶视图。
图4a绘示根据现有技术由熔体制造晶片的几何特性细节的示意图。
图4b绘示根据一些实施例由熔体制造晶片的几何特性细节的示意图。
图5绘示根据多个实施例由熔体成长晶片的另一种装置的透视图。
图6绘示图5的装置的顶视图，包括所述装置的部分放大图。
图7绘示根据另一实施例由熔体制造晶片的几何特性细节的示意图。
具体实施方式
本发明将在下文中参照附图作更充分地描述，其中附图示出本发明较佳的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式体现，并且不应该被解释为限于此处所阐述的实施例。相反地，提供此些实施例是为了使本揭示将是详尽且完整的，并且充分地传达本发明的范围给本技术领域中的技术人员。在图示中，相同的标号代表相同的元件。
为了解决上述提到的方法的相关不足之处，本实施例提供具新颖性和创造性的装置和晶体材料(特别是单晶(monocrystalline)材料)的水平熔体成长的技术。在多个实施例中揭示通过水平熔体成长改善单晶硅的晶片形成的装置和技术。本文揭示的装置会形成长的单晶晶片，其中所述单晶晶片于大致水平的方向通过拉动(pull)、流动(flow)或其他方式从熔体拉出。在一实施例中，熔体可随着晶片流动，但也可能相对于晶片是静止的。由于硅或硅合金的薄的单晶晶片在熔体的表面区域移动并形成固态晶片，所述固态晶片能够于预设的方向沿着熔体表面拉动从而达到带材(ribbon)形状，其中带材的长度方向例如对齐拉动方向，此装置可称为水平带材成长(horizontal ribbon growth；HRG)装置或浮硅法(floating silicon method；FSM)装置。
在如上所揭示的HRG技术中，当硅熔体的表面过冷却到低于熔融温度Tm时会产生成长结晶前缘。无论上述生长模型中是哪一个最适用于由熔体中水平成长硅晶片，结果都显示，硅的物理特性，以及能够传递至成长晶体的成长前缘的过冷却量，被认为限制了能够达到的晶体拉动速度。特别是，装置给予硅熔体的表面的过冷却量将会限制结晶前缘(晶片开始拉动之处)的成长速度Vg。本实施例利用了冷却装置的新颖的配置以启动和维持晶片的水平成长，在给定的过冷却速度下，相较于现有技术的设备和技术，增加晶体拉动的速率。特别是，本文所揭示的技术和装置提供的晶体拉动速率(速度)VP，与现有的技术相比，超过结晶前缘的成长速率。
在多个实施例中，用来由熔体形成晶片的装置包括可相互操作的冷块以及晶体拉动器，使得以通过冷块产生的晶片的结晶前缘和晶片的拉动方向的垂线之间形成非零角度。以此方式，如下所详述，晶片的拉动速度可以超过结晶前缘的生长速率，从而产生较高的晶片的拉动速率。
图2以及图3a依据多个实施例的装置200的透视图以及顶视图。装置200包括坩埚102，其用以熔融材料(像是硅)以形成熔体104，而晶片202从熔体104中拉取出来。所述装置包括普遍可知于现有技术中的组件，包括坩埚102和用于加热熔体104及/或坩埚102的加热元件(未示出)。在硅成长的实施例中，熔体104的下部区域108的温度维持在些微超过硅的熔点Tm的范围，像是高于硅的Tm值数度。为了由熔体104引发材料的凝固化(solidification)，装置200包括冷块206，用以在熔体104的表面212的部分给予一低温区域。在一范例中，提供流体冷却(未示出)至冷块206内部以于冷块206中产生温度低于表面212的区域。如图所示，冷块206可沿着方向214移动，而高度H，也就是介于下表面218与熔体104的表面212之间的最短距离是可调整的。当H值为够小时，则冷块206会在下表面218提供低温区域，从而使附近的熔体104的固化。当结晶化(crystallization)发生时，结晶前缘210形成，并以正比于Tc 4-Tm 4的成长速度Vg成长，其中Tc为邻近于熔体104的表面212的冷块206的低温区域的温度。因此，假若冷块206维持在足够低的低温区域温度Tc且冷块206足够接近于表面212时，可以拉成晶片的结晶材料成长于邻近冷块206的表面212的区域中。
依照已知的技术，晶体拉动器220包括沿着预定的方向(例如是平行于笛卡尔坐标系(Cartesian coordinate system)的X轴)来回拉动的晶种(未分开示出)，如图2所示。当沉淀(precipitating)层贴附晶种时，可以从熔体104中拉出晶片202。如图2所示，当晶体拉动器220沿着平行于X轴的拉动方向208拉动结晶材料层时，则由熔体104邻近于冷块206的下表面的区域拉出晶片202。结晶材料层持续地被拉出成为晶片202，直到生产已经达到晶片202的所需数量为止。而后，冷块206会沿着方向214从表面212移离至距离熔体104的表面212更远的位置。在更远的距离下，冷块206不再能够对表面212提供足以造成熔体104的结晶化的低温，或是Vg减少至一数值而不足以支持晶片202的持续拉动。结晶前缘210接着会终止于冷块206下，且晶片202不再成长。
特别是，如图3a所示，当冷块206足够接近于表面212，且晶片202沿着拉动方向208拉动时，则于邻近冷块206的下表面218的熔体104的表面212的区域中产生结晶前缘210。如图3a的插图中所绘示，冷块206沿着平行于表面212的X-Y平面来看具有大致细长的形状。冷块因此会产生细长的低温区域222且具有外型相似于冷块206的下表面的低温区域。此低温区域222接着沿着平行于(细长的)下表面218的长度方向产生结晶前缘210。应注意的是，虽然图3a的顶视图基于说明的目的而将低温区域222绘示出来，低温区域222实际上是如图2所示配置在邻近于表面212的冷块206的下表面218。
更如图3a所示，低温区域222具有平行于细长方向的宽度W2a，其中所述宽度相等于结晶前缘210的宽度。然而，如图3a所示，不同于现有技术的技术和装置，装置200产生结晶前缘210，其与拉动方向208的方向互不垂直，而是和拉动方向208的垂线230形成大于0°且小于90°的角度。
图3b绘示另一实施例的冷块234的顶视图。在本实施例中，冷块不具有从平行于表面212的X-Y平面来看大致细长的形状。冷块234产生的低温区域232也不是细长的，且具有相似于冷块234的下表面的形状。然而，如同低温区域222，低温区域232形成相对于拉动方向208的垂线230大于0°且小于90°的结晶前缘210。图3a、3b所示的用以成长材料晶片(像是硅)的冷块配置的优点将于接下来图示进行详述。
图4a与4b分别提出根据现有技术与本实施例的由熔体制造晶片的几何特征的细节比较。特别是，使用图2与3的笛卡尔坐标系来绘示俯视图。图4a绘示的是根据现有装置形成的晶片402的俯视图。特别是，冷块(为了清楚起见而未示出)位于平行于Y轴的方向产生结晶前缘408，换句话说，沿着拉动方向的垂线。沿着平行于X轴的方向406拉动晶片402。结晶材料形成在结晶前缘408，且有一种沿着方向404以成长速度Vg向左成长的倾向，如图4a所示，在某些情况下，Vg约每秒数厘米。当然，结晶材料亦可以平行于Z方向的速率成长。同时，以拉动速度Vp沿着方向406拉动晶片材料。如图所示，方向406与结晶前缘408成长的方向404相差180°。拉动晶片402的拉动速度Vp的值取决于Vg值。举例而言，只要Vp的大小不大于Vg，则结晶前缘408在方向404上以足够快的速度传播(propagates)，以抵消晶片材料沿着方向406的拉动(拉动速度Vp)。因此，结晶前缘408可以维持造成固态化的冷块(未绘示)附近的位置，而可以从熔体104拉出连续的晶片402。以此方式，可以看出，Vg的值是拉动晶片402的拉动速度的上限。
于图4b中，绘示本实施例的装置可以形成的晶片410的俯视图。在图4b中，基于比较现有技术的目的，晶片410也沿着平行于X轴的方向416拉动。同样基于比较的目的，将假设结晶前缘412的成长速度Vg相同于图4a的现有技术的范例中的成长速度。然而，不同于现有技术，冷块(未明确绘示于此，但请参照图3a)产生了结晶前缘412，其方向是沿着和Y轴形成非零角度θ的方向。沿着结晶前缘412形成的结晶材料因此有沿着方向414向下向左成长的趋势，如图4b所示。
假若于图4b中的结晶材料以速率Vg沿着方向414成长，当沿着方向416拉动晶片410时，则拉动速度Vp可以超过Vg而不会造成结晶前缘412的位置改变。特别是，如图4b所示，假使Vp＝Vg/cosθ，则结晶前缘412的位置保持稳定。请再次参照图2、3，在此方式下，通过偏转冷块206的长轴，使其和拉动方向的垂线形成角度θ，本实施例提供相较于现有技术大幅提升的Vp。图4b也示范性地列出增强因子(enhancement factor)418，其为θ的函数，表示根据本实施例的冷却所能达到的Vp的相对增益。举例而言，当θ等于45°，则Vp提升41％，而于θ值等于60°时Vp加倍。应注意的是，为了让晶片维持和现有装置制造的晶片相同的宽度S，于细长方向增加冷块的宽度。举例而言，如图4a所示，在现有的装置中，冷块(未示出)的宽度W1相等于晶片的宽度S。相反地，如图3a所示，冷块206的宽度W2大于晶片的宽度S。
除了提升水平拉动晶片的拉动速度外，本实施例提供额外的优点。举例而言，在由熔体结晶化的期间，缺陷(defects)或污染(contaminants)会夹带于形成在邻近于冷块的下表面的熔体表面的漩涡(eddies)中。通过偏转冷块，使细长方向与拉动方向形成角度θ，而任意缺陷或污染会被带向冷块的“下游端(downstream)”，从而能够从用于制造基板的晶片的部分移除此缺陷或污染。
图5以及图6绘示不同的另一实施例的装置500的透视图与顶视图。在本范例中，坩埚502装有熔体504，其中至少下部分506维持高于材料的熔融温度以形成晶片530。当从图6的顶面透视图来看，冷块510具有“V”的形状。特别是冷块510包括部分512与514，所述部分皆具有细长的形状并结合，从顶部来看则形成V型。具有大致V型图案化的冷块510的下表面会因此传递低温区域540，如图6中的插图所示。应注意的是，虽然基于说明的目的而在图6中绘示出低温区域540，低温区域540实际上是配置在邻近表面518的冷块510的下表面516，如图5所示。
当下表面516足够接近于熔体504的表面518时，则低温区域540会产生V型结晶前缘522。V型结晶前缘522可表示为两部分的结合或结晶前缘524和526，如图6所绘示。沿着结晶前缘524、526形成的结晶材料可以沿着表面518顺着拉动方向528拉动，以形成晶片530。
如图6所示，结晶前缘524有沿着方向532向下向左成长的趋势，如图6所示，而结晶前缘526有沿着方向534向上向左成长的趋势，也如图6所示。假设由部分512提供的冷却程度相等于部分514提供的冷却程度，则结晶前缘521的成长速度Vg会等于结晶前缘526的成长速度。与现有技术的装置制造的结晶前缘408不同，而与结晶前缘412相同的是，结晶前缘524、526分别和拉动方向528的垂线542形成非零角度。特别是，结晶前缘524会形成+θ，而结晶前缘526形成角度-θ。因此，在稳定晶体拉动条件下(其中结晶前缘524、526保持静止且形成连续的晶片530)，沿着拉动方向528的晶片530的拉动速度Vp会超过Vg(根据图4b中所记载的增强因子418)。在不同实施例中，为了形成结晶材料的均匀晶片，调整冷块510与拉动方向528的配置，以致于角度-θ与+θ为相同值。另一种表达此情况的方式是考虑结晶前缘524、526之间的角度θ2。当角度-θ与+θ为相同值时，拉动方向平分(bisects)两前缘之间的角度θ2，从而在拉动方向528与对应的结晶前缘524与526之间形成相同的角度值-θ3与+θ3。
此外，为了使用V型结构的冷块来成长均匀的材料晶片，冷块510的对应的部分512、514的下表面552与554共面(coplanar)且平行于表面518。因此，下表面552与554与表面518的距离相同，从而提供相同的冷却温度给表面518，并进而使结晶前缘524、526具有相同的Vg值。
图7绘示当图5、6中的V型冷块使用于启动结晶化时，晶体成长的几何形状的进一步叙述的顶视图。如图所示，晶片702沿着拉动方向704拉动，而冷块(未示出)产生定义V型的结晶前缘710的结晶前缘706与708。结晶前缘706、708沿着对应的方向712、714成长，以致于在稳定成长的条件下，拉动速度Vp超过结晶前缘706、708的成长速度Vg。因为结晶前缘710的方向在个别结晶前缘706、708相交于P点时突然改变，而于P点附近的区域中形成缺陷。其结果是，在拉动晶片702的期间，在晶片702的内部区域形成大致为线型且大致平行于拉动方向704的区域716。在本实施例中，于方向平行于Y轴的V型冷却区块的整体宽度经过调整，以致于晶片702的宽度W3(介于相对侧718之间的距离)足够宽，使基板可以随后从晶片上切除下来，且不与区域716相交。因此，假使预定将基板720切割成宽度为W4(表示为设计的基板宽度)，则宽度W3应调整为W4的两倍以上，以致于区域716不会被包含于基板720中。
虽然冷块可以经过调整，使得结晶前缘706的宽度不同于结晶前缘708的宽度，但在各种实施例中，结晶前缘706、708的宽度为相同。在此情况下，相同大小的基板由位于区域716的上方及下方的晶片702的区域722、724便利地产生。
综上所述，本实施例相较于现有技术的FSM与HRG装置具有多个优点。其中之一为相较于传统的FSM装置或HRG装置，在传递至材料的熔体表面的过冷却程度相同时，提供更为快速的结晶拉动速度以形成晶片。此外，可以较小的过冷却值达到相同于传统装置的晶体拉动速度。换句话说，根据本实施例中配置的冷块能够达到相同于传统装置的拉动速度，而不需要通过传统装置传递更高的过冷却程度至熔体的表面，其原因在于由冷块相对于拉动方向的成角度的几何形状(angled geometry)提供的增强因子。
本发明没有被限制于此处介绍的特殊具体实施例的范围内。事实上，除了此处所述外，根据前面叙述和附图，本发明的其他不同实施例和改良对于所属领域的普通技术人员是显而易见的。因此，此种其他实施例及改良方法将落入本揭示的范畴内。此外，虽然为特殊目的在特殊环境中通过特殊实施方法对本揭示进行了描述，但本技术领域普通技术人员，将理解本发明的用处将不限制于此，且本揭示可有效益地落实于任何目的及任何环境中。因此，应该以本文所描述的本揭示的完整广度及精神的观点来理解本揭示的主题。

Claims (11)

1.一种由熔体形成晶片的装置，包括：
坩埚，用以容纳所述熔体；
冷块，用以在所述熔体的表面附近给予一低温区域，所述低温区域用以产生所述晶片的结晶前缘；以及
晶体拉动器，用以沿着所述熔体的所述表面顺着拉动方向拉动所述晶片，其中，所述冷块包括：
V型结构，所述V型结构平行于所述熔体的所述表面，所述V型结构包括第一部分与连接至所述第一部分的第二部分，
其中，所述第一部分用以在相对于所述拉动方向的垂线的第一角度产生第一结晶前缘，
其中所述第二部分用以在相对于所述垂线的第二角度产生对应的第二结晶前缘，所述第二角度的大小相同于所述第一角度，所述第一角度和所述第二角度的大小为小于90°且至少45°，其中所述第一结晶前缘的成长沿着与所述第一结晶前缘垂直的第一方向以成长速度Vg进行，所述第二结晶前缘的成长沿着与所述第二结晶前缘垂直的第二方向以成长速度Vg进行，使得所述晶片的拉动速度Vp大于所述第一结晶前缘的所述成长速度Vg及所述第二结晶前缘的所述成长速度Vg，
其中Vp＝Vg/cosθ，θ分别表示所述第一角度和所述第二角度的绝对值；以及
其中所述晶片在所述第一结晶前缘与所述第二结晶前缘的交点附近的区域中具有缺陷，且由所述晶片切割而得的基板不包含具有所述缺陷的所述区域。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述冷块的所述第一部分和所述第二部分均包括细长形状。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述冷块移动于第一位置与第二位置之间，所述第一位置更为靠近所述熔体的所述表面，其中当所述冷块配置于所述第一位置时，则所述晶片的第一成长速度大于当所述冷块配置于所述第二位置时的第二成长速度。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一部分的宽度等于所述第二部分的宽度。
5.根据权利要求1所述的装置，其中邻近于所述熔体的所述第一部分的第一下表面共面于邻近于所述熔体的所述第二部分的第二下表面。
6.根据权利要求1项所述的装置，其中所述冷块包括内部流体以维持所述冷块的温度低于所述熔体的熔融温度。
7.一种由熔体形成晶片的方法，包括：
加热于坩埚中的材料以形成所述熔体；
在距离所述熔体的表面第一距离处提供冷块的低温区域，其中所述低温区域用以产生所述晶片的结晶前缘；以及
顺着拉动方向沿着所述熔体的所述表面拉动所述晶片，
将所述冷块配置成平行于所述熔体表面的V型结构，所述V型结构包括第一部分以及连接至所述第一部分的第二部分；
于相对于所述拉动方向的垂线的第一角度处，使用所述第一部分产生第一结晶前缘；以及
于相对于所述垂线的第二角度处，使用所述第二部分产生第二结晶前缘，所述第二角度的大小相同于相对于所述垂线的所述第一角度，所述第一角度和所述第二角度的大小为小于90°且至少45°，其中所述第一结晶前缘的成长沿着与所述第一结晶前缘垂直的第一方向以成长速度Vg进行，所述第二结晶前缘的成长沿着与所述第二结晶前缘垂直的第二方向以成长速度Vg进行，使得所述晶片的拉动速度Vp大于所述第一结晶前缘的所述成长速度Vg及所述第二结晶前缘的所述成长速度Vg，
其中Vp＝Vg/cosθ，θ分别表示所述第一角度和所述第二角度的绝对值；以及
其中所述晶片在所述第一结晶前缘与所述第二结晶前缘的交点附近的区域中具有缺陷，且由所述晶片切割而得的基板不包含具有所述缺陷的所述区域。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述冷块的所述第一部分和所述第二部分均具有细长形状。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括：
将所述第一部分的宽度配置成等于所述第二部分的宽度。
10.根据权利要求7所述的方法，还包括配置邻近于所述熔体的所述第一部分的第一下表面，使其共面于邻近于所述熔体的所述第二部分的第二下表面。
11.根据权利要求7所述的方法，还包括移动所述冷块由所述第一距离至距离所述熔体表面大于所述第一距离的第二距离，其中当所述冷块移动至所述第二距离时，则中止所述结晶前缘。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10526720B2 (en) 2015-08-19 2020-01-07 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Apparatus for forming crystalline sheet from a melt
CN106676630A (zh) * 2016-12-29 2017-05-17 常州大学 硅片提拉装置及其控制方法
CN107217296B (zh) * 2017-04-28 2019-05-07 常州大学 一种硅片水平生长设备和方法
WO2020033419A1 (en) * 2018-08-06 2020-02-13 Carnegie Mellon University Method for producing a sheet from a melt by imposing a periodic change in the rate of pull

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3936346A (en) * 1973-12-26 1976-02-03 Texas Instruments Incorporated Crystal growth combining float zone technique with the water cooled RF container method
US4417944A (en) * 1980-07-07 1983-11-29 Jewett David N Controlled heat sink for crystal ribbon growth
CN102017178A (zh) * 2008-03-14 2011-04-13 瓦里安半导体设备公司 浮式片材制造装置及方法
CN102113095A (zh) * 2008-06-05 2011-06-29 瓦里安半导体设备公司 无错位结晶板的制造方法及其装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5261179A (en) * 1975-11-14 1977-05-20 Toyo Shirikon Kk Horizontal growth of single crystal ribbons
DE2633961C2 (de) 1975-07-28 1986-01-02 Mitsubishi Kinzoku K.K. Verfahren zum Ziehen eines dünnen Halbleiter-Einkristallbandes

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3936346A (en) * 1973-12-26 1976-02-03 Texas Instruments Incorporated Crystal growth combining float zone technique with the water cooled RF container method
US4417944A (en) * 1980-07-07 1983-11-29 Jewett David N Controlled heat sink for crystal ribbon growth
CN102017178A (zh) * 2008-03-14 2011-04-13 瓦里安半导体设备公司 浮式片材制造装置及方法
CN102113095A (zh) * 2008-06-05 2011-06-29 瓦里安半导体设备公司 无错位结晶板的制造方法及其装置

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