CN109943883B - 柴可拉斯基生长装置转换配件 - Google Patents

Abstract

一种柴可拉斯基生长装置转换配件，本发明是关于一种生长装置转换配件以及用于改进并转换柴可拉斯基生长装置的方法，特别是将批量柴可拉斯基生长装置转换成连续柴可拉斯基生长装置。尤其，分离阀设置在上料斗与下料斗之间，以便在上料斗正在被重新填充时维持下料斗内的条件。

Description

柴可拉斯基生长装置转换配件

技术领域

本发明涉及一种用于将柴可拉斯基法生长装置转换成连续的柴可拉斯基法生长装置的装置转换配件。

背景技术

用于制备用于制造集成电路和光伏太阳能电池的材料的单晶硅锭的最有效和经济的方法之一是柴可拉斯基(Czochrakski，CZ)方法。在典型的CZ工艺中，将硅装料置于坩埚中并通常在约1416℃的温度熔化至其液态。然后降低具有预定结晶取向的小晶体硅晶种以接触熔体表面，然后逐渐抽拉(withdrawn)。通过适当控制温度，液体硅在晶种上冻结，其取向与晶种的取向相同。然后将晶种从熔体中缓慢升起，形成生长的硅晶锭，其整体圆柱形状的最终长度为1米或更长，直径为数百毫米。

一般而言，已知两种类型的CZ技术，通常称为柴可拉斯基批量法和连续柴可拉斯基法。在批量CZ中，在加热的坩埚中，在工艺开始时熔化用于生长硅锭所需的装料材料量，并且拉出一锭以实质上耗尽坩埚。然后可以丢弃坩埚，或者可以再填充坩埚并重复该过程以生长额外的硅锭，这有时也称为半批量工艺(semi-batch process)。此外，可以使用批量再装料工艺，其中停止晶锭的生长，将原料添加到坩埚中，然后重新开始生长。在两种批量情况下，在锭生长期间不添加原料材料。而且，锭的数量和它们的长度通常受到坩埚尺寸的限制。相比之下，在连续柴可拉斯基(CCZ)法生长过程中，在生长过程中连续或周期性地补充装料材料，因此，可以一次从在生长期间补充的单一坩埚中拉出多个锭。此外，由于坩埚在生长期间得到补充，因此可以一次拉出更长和更高质量的锭。坩埚仅在几个锭循环后被丢弃，然后用新坩埚取代。一次生长出多个长度较长的锭提供了经济和程序上的优点，但仍需要与可用于批量CZ法生长的生长装置和设备显着不同类型的生长装置和设备。

发明内容

本发明是关于一种生长装置转换配件，用以将柴可拉斯基生长装置，特别是批量柴可拉斯基生长装置，转换成连续柴可拉斯基生长装置。含有给料器配件的该生长装置转换配件包含：给料器，可连接至该生长室并置放成将固体原料给料至该生长室中；下料斗，连接至该给料器并置放成将固体原料给料至该给料器中；至少一上料斗，以可移除的方式接附在该下料斗上面并置放成将固体原料给料至该下料斗中；以及给料分离阀，位于该上料斗与该下料斗之间，该给料分离阀组构成当该上料斗正在被再填充时维持在该下料斗中的条件。此外，关闭阀也可位于该上料斗与该下料斗之间。在某些实施例中，生长装置转换配件更包含给料口，组构成位于该批量柴可拉斯基生长装置的该生长室的侧壁并用以耦合至该给料器配件。在某些实施例中，生长装置转换配件更包含给料喷口，组构成固定位在该批量柴可拉斯基生长装置的该生长室内，用以将来自该给料器配件的该固体原料引导至该生长室的坩锅中。该给料喷口具有倾斜下端部，用以接收来自该给料器的该固体原料并将该固体原料给料至该坩锅中。

本发明更关于一种方法，其中提供一种具有生长室的批量柴可拉斯基生长装置，包含：室壳，具有顶壁与至少一侧壁；坩锅，含有位于该室壳内的熔化物；以及提拉机构，以可缩回的方式支撑用于接触该熔化物的晶种。该方法更包含提供一种包括给料器配件的生长装置转换配件，包含：给料器，可连接至该生长室并置放成将固体原料给料至该生长室中；下料斗，连接至该给料器并置放成将固体原料给料至该给料器中；至少一上料斗，以可移除的方式接附在该下料斗上面并置放成将固体原料给料至该下料斗中；以及给料分离阀，位于该上料斗与该下料斗之间，该给料分离阀组构成当该上料斗正在被再填充时维持在该下料斗中的条件。该方法更包含将该生长装置转换配件的该给料器配件耦合至该生长室的该侧壁。在某些实施例中，生长装置转换配件更包含给料口，耦合该给料器配件包含将该给料口置于该批量柴可拉斯基生长装置的该生长室的侧壁并将该给料器配件的该给料器耦合至该给料口。在某些实施例中，该生长装置转换配件更包含给料喷口，而该方法更包含将该给料喷口固定位在该批量柴可拉斯基生长装置的该生长室内，用以将来自该给料器配件的该固体原料引导至该生长室的坩锅中。该给料喷口具有倾斜下端部，用以接收来自该给料器的该固体原料并将该固体原料给料至该坩锅中。以此方式，该方法提供将柴可拉斯基生长装置，特别是批量柴可拉斯基生长装置，转换成连续柴可拉斯基生长装置。

应了解到，上面的发明内容与下面的实施方式仅作为例示说明，并用以提供本发明的进一步说明，如权利要求书所提出者。

附图说明

通过结合附图参考以下描述可以更好地理解本文的具体实施例，附图中相同的附图标记表示相同或功能相似的配件，其中：

图1是本发明的生长装置转换配件的具体实施例的视图。

图2是本发明的生长装置转换配件的具体实施例的分解图。

图3示出了根据本发明的具体实施例的用于将批量柴可拉斯基法生长装置转换为连续性柴可拉斯基法生长装置的示例方法。

应当理解，上述附图不一定按比例绘制，并且在某些情况下，可以呈现说明本揭示内容的基本原理的各种优选特征的略微简化的表示。本揭示内容的具体设计特征，包括例如特定尺寸、方向、位置和形状，将部分地由特定的预期应用和使用环境确定。

具体实施方式

如上所述，批量CZ法生长装置在结构上和操作上与CCZ法生长装置非常不同。因此，在某些情况下，在批量生长装置中进行连续生长工艺需要对装置进行显着的高成本的修改。例如，有必要修改传统的批量柴可拉斯基法生长装置，以包括以连续或半连续的方式将额外的装料加入熔体中而不会不利地影响生长的锭的性质的机制。这也可能还需要提供进入生长室内部的通路，例如通过添加通常在大多数批量CZ装置中不存在的端口。对于在锭生长阶段期间相对较冷的原料进入系统所导致的机械和热变化，也需要列入相当程度修改的考虑。另外，为了减少同时在晶体生长时补充原料这个动作所产生的不利影响，优选地，使用具有所添加的材料被输送到其中的外部或环形熔融区以及拉出硅锭的分离的内部生长区的坩埚替换传统上在批量CZ中使用的石英坩埚，这对于CCZ生长装置更典型。否则，可以生长的锭的长度和/或数量可能受到坩埚尺寸的限制。还可能需要进行其他主要的结构和程序修改。因此，希望通过CCZ生长硅的操作通常必须购买专门为此目的设计的单独的生长装置，导致显着的成本并且需要额外的物理操作空间。目前，没有可行的解决方案可用于有效且高效地将现有的批量CZ生长装置转换成CCZ生长装置。

本发明涉及用于改装批量柴可拉斯基法生长装置并将该生长装置转换为连续柴可拉斯基法生长装置的转换配件和方法。尽管该配件和方法对于从批量柴可拉斯基装置转换为连续装置最特别有用，但是本文所述的技术也可用于升级各种类型的连续柴可拉斯基生长装置。因此，待改装的柴可拉斯基法生长装置可以是本领域已知的任何装置，并且可以根据需要具有各种不同类型的构造和部件以生产锭，特别是硅锭。优选地，生长装置是批量柴可拉斯基法生长装置，其配置成在逐步(step-wise)工艺中生产硅锭，在该工艺中中中断锭生长以便用额外的原料补充坩埚以制备额外的锭。

通常，待改装的柴可拉斯基法生长装置包括生长室，在该生长室中可以制备诸如硅锭的锭。特别地，生长室包括具有顶壁和一个或多个侧壁的室壳，该侧壁形成可加热空间，在可加热空间中提供含有原料的坩埚。例如，坩埚可以包含含硅的预装料，其随后在生长室内的坩埚中熔化。坩埚可以由一个或多个基座从下面支撑并且如果需要可以旋转，可以是本领域已知的任何用于晶体生长的坩埚，其能够包含固体和液体材料，特别是固体和液体硅。例如，坩埚可以是石英坩埚，或者可以是含有石英内衬的石墨坩埚。坩埚还可具有任何横截面形状，这取决于例如晶体生长系统的几何形状，但通常具有圆形横截面形状。

在一些具体实施例中，坩埚包括至少两个区域，每个区域由壁或其他具有至少一开口(像是凹口、孔或管)的分隔机制分开，以提供区域之间的受限的流体连通。例如，坩埚可包括将其分成两个区域的壁，该两个区域为本文中称为内部生长区域的内部区域，和本文中称为外部给料区域的外部区域。这些区域彼此流体连通。内部区域是锭的生长开始和锭生长(例如，拉出)的地方，而外部区域在锭生长时将额外的材料给料到内部区域。因此，当通过结晶工艺从内部生长区移除材料时，新鲜材料可以从外部给料区进入。优选地，内部生长区和/或外部给料区包含待在其中熔化的包含硅的固体预装料，并且还可包含至少一种掺杂剂材料，包括例如磷，硼，镓，铟，铝，砷或锑。

待改装和转换的柴可拉斯基生长装置还包括至少一个系统，从该系统可以开始生长结晶锭。例如，该装置可以进一步包括提拉机构，该提拉机构包括可缩回线缆，在该可缩回线缆上支撑诸如硅晶体的小晶种。使用这种机制，具有预定结晶取向的晶种可以降低与坩埚中所含的熔融材料(例如原料)接触，然后逐渐抽拉。通过适当控制温度，液体材料以与晶种相同的取向冻结在晶种上，从而引发晶锭的生长。然后将晶种从熔体中缓慢升起，形成具有所需最终长度和直径的生长晶体锭。还可以使用一个或多个支撑提拉机构的测力传感器，以及响应于该测力传感器的控制方式，用于激活从固体原料输送系统向生长装置供应原料。

如上所述，通常将原料预装料提供给生长室中的坩埚并熔化，然后从熔体开始生长。在一些具体实施例中，待改装的柴可拉斯基法生长装置(例如，批量CZ法生长装置)可进一步包括在没有发生生长时用于将原料输送到坩埚中以提供预装料的系统。在生长之前或期间或生长完成之后，可以使用能够提供诸如硅的原料(包括冶金级硅或太阳能级硅)的任何预装料输送系统，其还可以包括至少一种掺杂剂材料，例如磷，硼，镓，铟，铝，砷，或锑。例如，作为预装料的固体原料可以通过给料管从料斗经由重力给料提供，该给料管能够将原料从料斗输送到生长室中的坩埚中。腔室壳体中的给料口，例如顶壁中的给料口，可以提供给料器通过其传送预装料的通道。给料口可以提供密封，致使在向坩埚供应预装料的同时可以维持生长室内的条件。

待改装的柴可拉斯基法生长装置还可包括位于坩埚上方的隔热罩。护罩配置成保护生长的锭不被过度加热成为熔融装料保持在坩埚中，因此由具有能够承受成长装置内的高温和条件的材料的低导热性的材料制成或包括该材料。各种类型的隔热屏蔽在本领域中是已知的，并且这些中的任何一种都可以用于生长装置中。尺寸和形状将取决于生长装置的几何形状。例如，对于具有圆形横截面形状的坩埚，以及用于形成具有大致圆形横截面形状的硅锭，该隔热屏蔽优选地也具有圆形横截面形状并且通常为几何圆柱形或圆锥形。特别地，隔热屏蔽可以具有倒圆锥形状，在屏蔽顶部的横截面积大于在下端部的横截面积，并且在下端部具有足够大的直径以使生长中的锭料通过。

根据本发明的具体实施例，提供生长装置转换配件，以将批量柴可拉斯基法生长装置转换为连续的柴可拉斯基法生长装置。生长装置转换配件包括用于在硅锭生长的同时提供固体原料的给料器配件，并且还可包括附加配件，下面将更详细地描述。给料器配件构造成连接或以其他方式连接到批量柴可拉斯基法生长装置的生长室，以使得能够在生长锭的同时连续给料原料。优选地，给料器配件构造成连接到生长装置的腔室壳的侧壁，如此的配置使得在生长期间添加原料将对锭生长过程或产生的生长的锭的性质产生最小的影响。

特别地，本发明的生长装置转换配件的给料器配件包括给料器、下料斗和至少一个上料斗。在一些具体实施例中，给料器配件可连接到给料器处的批量柴可拉斯基装置的生长室，其配置成将固体给料输送到生长室中，如下面更详细描述的。下料斗连接到给料器并定位成将固体原料给料到给料器中，优选从上方给料(即重力给料)。也可以使用将固体原料给料到下料斗中的其他方法，例如来自远程上料斗的输送机或给料系统。此外，上料斗连接到下料斗并定位成将固体原料供料到下料斗中，也优选通过从上方的重力供料。以这种方式，包含在上料斗中的固体原料可以给料到下料斗中，然后固体原料可以进入给料器以输送到柴可拉斯基法生长装置的生长室中。

上料斗和下料斗是用于容纳固体原料的容器，并且可以具有本领域已知的任何形状或构造。优选地，料斗具有圆柱形上部区段和漏斗形锥形下部区段及具有固体原料可以通过的开口(例如，喷口)。还可以包括盖子或盖子，以防止灰尘或其他污染物进入固体原料。另外，上料斗和下料斗可以相同或不同，并且它们的容量可以根据例如成本、可用空间以及待制备的锭的尺寸和数量而变化。在一些具体实施例中，上料斗可以小于下料斗。以这种方式，高容量的下料斗中足够生长的锭，而低容量的上料斗将可易于移除，如下所述。而且，下料斗必须能够承受诸如真空和/或加热之类的条件，以提供适当调节的固态原料进入给料器中，然后再进入批量柴可拉斯基法生长装置的生长室。

此外，在本发明的具体实施例中，例如在从给料器将固体原料供给到生长室期间，上料斗能够从下料斗移除。特别地，生长装置转换配件的给料器配件可包括上料斗，该上料斗可配置成与下料斗分离，以便从其位置输送或移动以将原料提供给下料斗。例如，上料斗可以与下料斗物理地分离，并且被输送或以其他方式输送到可以再填充或用于料斗配件的维护/修理的位置。替代地或另外地，在一些实施例中，根据相对尺寸(即，在大型料斗上再填充多个给料器)，上料斗可以被横向操纵(例如，沿着轨道移动)或者枢转(例如，围绕枢转轴线旋转)以远离下料斗至使得固体原料不再传送入下料斗位置，或至再填充不同下料斗的位置。在这第二位置，可能发生上料斗的再填充或其他操作。如果给料器配件包括多个上料斗，则可以发生一个上料斗的分离，而随后或同时用不同的上料斗(例如，通过转盘或其他装置)进行更换。

为了在已连接的上料斗被移除时保持下料斗中的条件，给料器配件还包括在已连接的上料斗和下料斗之间的给料分离阀。如此，如果要移除上料斗，则可以关闭和/或密封给料分离阀，从而保持在下料斗内提供的条件。当重新连接或更换被移除的上料斗时，可以重新打开阀门，重新建立给料配件中包括在两个料斗中的条件。因此，在上料斗和下料斗被连接之后，供给固体原料至给料器及生长室内之状态会被建立于给料器配件内，藉由第一次关闭给料分离阀移除上料斗，以隔离上料斗并维持下料斗及给料器的状态。如此，当分离的上料斗被补充或维修时，固体原料可以继续供给至生长室内而不被中断，且当重新连接时，可建立上料斗之状态而不会对状态产生相当大的影响。

另外，在上料斗和下料斗之间可以包括给料关闭阀(有时也称为卸料阀或排料阀)，以提供可以调节和调整固体原料的流动。例如，在给料分离阀打开的情况下，可以打开给料关闭阀以改变固体给料进入下料斗的流速。如果要移除上料斗，可首先通过关闭给料关闭阀来停止给料，然后可关闭给料分离阀以维持下料斗中的条件。给料关闭阀还可以防止固体原料干扰分离阀的操作。

如上所述，生长装置转换配件的给料器配件包括用于将固体原料输送到生长室中的给料器，更具体地，将固体原料输送到批量柴可拉斯基生长装置的坩埚中，该坩埚将被转换成连续的柴可拉斯基生长装置。例如，给料器可以是槽化系统，受控量的固体硅原料会通过该系统被提供至坩埚。给料器可包括至少一个悬挂在坩埚上的输送点。当坩埚包括内部生长区和外部给料区时，优选地，给料器向坩埚的外部给料区提供材料，使晶锭从熔融硅生长或被拉出的干扰最小化。

更详细地，生长装置转换配件的给料器将固体原料输送到生长室中，并且可以使用各种不同类型的给料器。例如，给料器可以包括给料盘，该给料盘既可插入生长室中，也可从生长室移回到给料配件中。在一个具体例中，给料器盘可以是可移动的，以便在给料器本身静止时插入生长室。在其他具体例中，给料盘相对于给料器是静止的，而给料器(并且因此相应的给料器配件)可沿给料器轨道可移动地定位。以这种方式，给料器配件和给料器可以适当地定位以连接到批量柴可拉斯基生长装置的生长室，并提供固体原料进入生长室。

给料盘可以由本领域已知的能够承受高温晶体生长炉中的温度和条件的任何材料形成，包括例如高模量，无污染的材料，例如碳化硅。优选地，给料盘包括接收区段，其中从下料斗连同连接至接收区段的注入器区段接收原料，该注入器部分可以插入生长室中，例如通过下面描述的给料口和/或分离阀。下料斗的喷口可位于接收区段的侧壁内。在一些具体例中，注入器部分的横截面小于接收区段的横截面。此外，注入器区段可以具有凹入的横截面形状的下端部，包括例如具有与竖直方向相对的壁的V形。凹底的斜率可以根据例如给料到生长室中的原料的量而变化。例如，注入器区段的壁可具有介于约30°和约60°之间的斜率。此外，给料盘的接收区段可以由振动器支撑，该振动器有助于输送原料。例如，振动器可以支撑在容器的料斗上，并且料斗可以通过至少一个测力传感器(load cell)支撑在给料室中，该测力传感器能够测量存在的材料量。因此，给料盘可以是振动给料器，具有沿着给料盘的振动引起的固体给料运动。或者，给料盘可以是旋转给料管，其配置成沿着旋转轴移动固体给料。

当给料器配件和给料器可相对于生长室沿着给料器轨道移动时，给料器还可包括一个或多个风箱(bellow)，以在给料器移动时提供膨胀和收缩。以这种方式，通过风箱的移位，给料器可以缩回或移向生长室，而不会使给料器与生长室断开。另外，对于振动给料盘，风箱还可以提供阻尼特性以防止振动能量传递到生长室，这可能导致生长的晶锭中的缺陷。此外，如果需要，也可以使用屏蔽系统，插入在给料盘和风箱之间，以保护风箱免受任何潜在的松散固体原料的影响。

在一些具体例中，本发明的生长装置转换配件还包括腔室分离阀，该腔室分离阀构造成在卸下给料器配件时保持生长室内的条件。以这种方式，存在于阀门一侧的工艺条件(例如，铸锭生长条件)可以与另一侧的不同工艺条件(例如，原料维持条件)分离。如本领域技术人员将理解的，可以使用各种不同类型的阀，例如滑阀，闸阀，薄饼阀等。例如，腔室分离阀可以连接到生长室中的给料口，或者可以连接到给料器配件的给料器，这将在下面更详细地讨论。在优选具体例中，给料器配件包括腔室分离阀，腔室分离阀连接到给料器，从而分离给料器配件内存在的条件。对于该实例，给料器配件可以在腔室分离阀处真空密封到生长室，从而给料器可插入生长室中，并且还可以通过室分离阀从生长室移回到给料器配件中。阀可以是本领域已知的任何阀，但优选是具有可膨胀水冷闸门的闸阀，例如在美国专利申请公开No.2011/0006235,2011/0006236和2011/0006240中描述的那些，其完全是通过引用并入本文。虽然在一些具体例中使用分离阀可能是有利的，但是阀的使用是视需要的，并且在本发明的另一个具体例中，生长系统不包括任何分离阀。

在一些具体例中，生长装置转化配件还包括给料口，该给料口构造成定位在生长室的室壳中，并且当硅锭生长时，通过该给料口输送诸如硅的原料。虽然给料口可以设置在腔室壳体的任何位置，包括在侧壁或顶壁中的至少一个中，但取决于例如批量柴可拉斯基生长装置的构造，优选地，给料口设置在侧面生长室的腔室壁的侧壁，以便于输送原料。此外，特别优选的是，给料口位于生长室的侧壁中的一高度，使得原料被输送到坩埚中而不会对形成在其中的熔体产生显着影响。例如，优选地，给料口定位成使得原料从给料器配件的给料器进入生长室，其高度基本上类似于坩埚的高度。另外，还优选的是，给料口定位成使得原料基本上水平地进入坩埚。例如，给料口优选地处于这样的高度，使得端口的中心形成整个输送路径，其具有在0°(即水平)和约45°之间的角度，更优选地在约0°和约30°之间，甚至更优选在约0°和约20°之间。因此，优选略微倾斜，使得原料缓慢且一致地进入坩埚而不会粘结或堵塞，但不会以足够高的速度进入坩埚以引起飞溅或回弹。另外，给料路径的高度和/或角度可在这些参数内调节，包括在原料输送期间。通过定位给料口使得原料以低的高度和入口角从生长室的侧面输送，可以使用本发明的生长装置转换配件，从批量柴可拉斯基生长装置转换成连续的柴可拉斯基生长过程来生产具有改善的总体性能的锭。

在一些具体例中，生长装置转化配件还包括固定在批量柴可拉斯基生长装置的生长室内的适当位置的给料口。给料口构造成从给料器配件的给料器接收固体给料并将给料引导到生长室中的坩埚中。例如，给料口可以具有倾斜的下端部和位于坩埚上方的喷口，使得从给料器配件提供的原料可以进入给料口并且添加到坩埚中而没有相当大的飞溅。给料口下端部的斜度可以根据例如坩埚上方的给料口的高度和所需的原料添加速率而变化。例如，倾斜下端部可以以约30°和约60°之间的角度倾斜。对于具有内区和外区的坩埚，优选地，给料口的喷口设置在外给料区上方。给料口箱可包括本领域已知的能够承受高温晶体生长炉中的温度和条件的任何材料，包括例如高模量、无污染的材料，例如碳化硅。

本发明的生长装置转换配件的具体例和配件示于图1-3中并在下面讨论。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，这些仅仅是说明性的而非限制性的，仅作为示例呈现。许多修改和其他具体例在本领域普通技术人员的理解范围内，并且预期落入本发明的范围内。另外，本领域技术人员应该理解，具体配置是示例性的，并且实际配置将取决于特定系统。使用不超过常规的实验，本领域技术人员还能够识别和认出所示特定配件的等同物。

图1是根据本发明的具体例的生长装置转换配件100的侧视图。如图所示，配件包括给料器配件110、给料口160和给料喷口170。图2是没有给料口的生长装置转换配件100的分解透视图。如图所示，给料器配件110包括位于下料斗130上方并可拆卸地连接到下料斗130的上料斗120，如图所示，下料斗130定位在给料器140上方并连接到给料器140。这样，固体给料从上料斗重力给料到下料斗和送料器。在该具体例中，上料斗120具有比下料斗130小的容量，并且两者都具有整体圆柱形状，具有大致锥形的漏斗形喷口。上料斗120在顶部包括盖122，并且还包括联接器124，联接器124能够附接到下料斗和从下料斗拆卸。给料分离阀150位于上料斗120和下料斗130之间，当打开时，允许两个料斗和给料器处于相似的给料条件(温度，真空等)下，并且当关闭时，使下料斗与给料器从上料斗分离，允许上料斗在不改变给料条件的情况下被移除。另外，给料关闭阀152也定位在料斗之间，允许根据需要中断或调节从上料斗120到下料斗130的固体给料的流动。

在图1和图2所示的特定具体例中，给料器配件110的给料器140可连接到批量柴可拉斯基生长装置的室壳190，以进行改装并转换成连续的柴可拉斯基生长装置。特别地，给料器配件还包括轨道145，给料器140定位在轨道145上，使得给料器配件可以沿着轨道移动到邻近腔室壳体的位置。给料器配件110可以视需要地搁置在基座156上以便支撑并将给料器配件定位在目标柴可拉斯基生长装置的适当高度。基座的高度可以是静态的或可调节的。

给料器140包括给料盘142，其从下料斗130接收固体给料并将给料输送到批量柴可拉斯基生长装置的生长室中。而在一些具体例中，在图1和图2所示的具体例中，当给料盘可移动到适当位置以将固体原料输送到生长室中时，给料盘相对于给料配件是静止的，并且给料配件可沿着轨道145移动到位。给料器140还包括风箱144，当给料器配件沿轨道145移动时，风箱144会膨胀和收缩，并且在给料盘通过振动给料操作时，还提供振动阻尼。

如图1所示，生长装置转换配件100还包括给料口160，给料口160位于腔室壳体190的侧壁中，其高度基本上与在生长室内的坩埚顶部水平。如图1和图2所示，给料器140还包括腔室分离阀148，该腔室分离阀148可连接到给料口160，并且当关闭时，在给料器配件被拆卸时保持生长室中的条件。当给料器140沿着轨道145移动时，通过膨胀和收缩，风箱144允许给料器配件110相对于连接的腔室分离阀148移动。这样，给料盘142通过给料口160插入生长室。注意，在一些具体例中，给料口可以是生长装置转换配件的视需要的配件。例如，如果要改装和转换的柴可拉斯基生长装置已经包括位于生长室侧壁中的端口，则可以不需要给料口160。

还如图1和图2所示，生长装置转换配件100还包括给料喷口170，其固定地定位在柴可拉斯基生长装置的生长室内以悬挂在坩埚199上。如图所示，给料喷口170定位在一定高度，以提供来自给料器140的基本水平的流动路径。来自给料器的固体原料通过给料口160然后流过给料喷口170，以被引导到柴可拉斯基生长装置的坩埚中。给料喷口170包括倾斜下端部172，用于从给料器接收固体原料，固体原料可以向下流入坩埚199。

如上所述，本发明还涉及将柴可拉斯基生长装置(特别是批量CZ生长装置)转换成连续柴可拉斯基生长装置的方法。图3示出了该方法的示例简化过程。例如，程序300可以在步骤305开始并继续到步骤310，其中，如上面更详细所描述的，提供具有生长室的批量柴可拉斯基生长装置。虽然批量柴可拉斯基生长装置的具体配置和配件可以变化，但在一些具体例中，生长室包括具有顶壁和至少一个侧壁的室壳、包含位于室壳内的熔体的坩埚、以及用于可缩回地支撑晶种以接触熔体的提拉机构。

在步骤315，该方法还包括提供包括给料器配件的生长装置转换配件，如上面更详细描述的。上述任何配件都可以用在本方法中。在一些具体例中，生长装置转换配件包括给料器配件、将被定位在腔室壳体的侧壁中的给料口(在一些具体例中可以是任选的)、以及固定地定位在生长室内以引导固体原料的流动进入坩埚的给料喷口。给料器配件包括可连接到生长室的给料器，并定位成将固体给料给料到生长室中。给料器配件还包括下料斗，该下料斗连接到给料器并定位成将固体原料给料到给料器，并且至少一个上料斗可拆卸地连接在下料斗上方并定位成将固体原料给料到下料斗中。此外，给料器配件还包括位于上料斗和下料斗之间的给料分离阀，其配置成在上料斗被填充时保持下料斗中的条件。

在步骤320，该方法还包括将生长装置转换配件的给料器配件耦合到生长室的侧壁，如上面更详细地描述的。在生长装置转换配件包括给料口的具体例中，耦合给料器配件包括将给料口定位在批量柴可拉斯基生长装置的生长室的侧壁中，并将给料器配件的给料器耦合到给料口。耦合还可以包括将给料器配件沿着轨道移动到与批量柴可拉斯基生长装置的室壳相邻的位置。可以根据需要通过膨胀和/或收缩来调节给料器的风箱，以将给料器配件连接到生长室。视需要的基座也可用于调节给料器配件的高度以便于耦合。然后，过程300在步骤325结束。

应当注意，虽然如上所述，过程300内的某些步骤可以是视需要的，但是图3中所示的步骤仅仅是用于说明的示例，并且可以根据需要包括或排除某些其他步骤。此外，虽然示出了步骤的特定顺序，但是这种排序仅仅是说明性的，并且可以利用这些步骤的任何合适的设置而不脱离这里的具体例的范围。

在将批量柴可拉斯基生长装置转换成连续柴可拉斯基生长装置的方法中，生长装置转换配件的使用提供了显着的优点。例如，批量工艺的使用者可以在不购买全新的生长装置的情况下，期望以连续工艺的方式生长硅锭。可以在不对现有生长室及其配件进行显着改变的情况下对现有批量装置进行改造。此外，一旦耦合到生长室，本发明的生长装置转换配件允许硅锭的不间断加工处理。特别地，由于给料器配件包括由分离阀分开的两个固体原料料斗，所以固体硅可以通过给料器从上料斗给料到下料斗并进入生长装置的坩埚中。在生长硅锭时，上部料斗在清空时可以通过关闭给料分离阀来移除，从而允许在上料斗重新填充时继续生长相同或额外的锭料。一旦填充完，上料斗可以重新连接，给料分离阀可以打开，并且可以继续从上料斗给料至下料斗。此动作可以重复多次，都不会中断硅锭的生长过程。实质上，可以生长几乎无限长度的锭料，因为在生长期间通过重新填充可移除且可分离的上料斗来连续补充原料。这在批量柴可拉斯基工艺中是不可能的，其锭长度受到坩埚尺寸的限制，并且通常也不能在标准连续柴可拉斯基工艺中实现，其中锭长度受到填充坩埚的料斗尺寸的限制。鉴于本公开的益处，本领域普通技术人员将知道其他优点。

前面对本发明优选具体例的描述已经出于说明和描述的目的而呈现。其并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。根据上述教导，修改和变化是可能的，或者可以从本发明的实践中获得。选择和描述具体例是为了解释本发明的原理及其实际应用，以使本领域技术人员能够在各种具体例中利用本发明并且具有适合于预期的特定用途的各种修改。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (43)

1.一种生长装置转换配件，用以将具有生长室的批量柴可拉斯基生长装置转换成连续柴可拉斯基生长装置，含有给料器配件的该生长装置转换配件包含：

给料器，可连接至该生长室并置放成将固体原料给料至该生长室中；

下料斗，连接至该给料器并置放成将固体原料给料至该给料器中；

至少一上料斗，以可移除的方式接附在该下料斗上面并置放成将固体原料给料至该下料斗中；以及

给料分离阀，位于该上料斗与该下料斗之间，该给料分离阀组构成当该上料斗正在被再填充时维持在该下料斗中的条件。

2.如权利要求1所述的生长装置转换配件，其中，该给料器包含给料盘以及注入器区段，该给料盘具有用于从该下料斗接收该固体原料的接收区段，该注入器区段连接至该接收区段并可插入至该生长室中。

3.如权利要求2所述的生长装置转换配件，其中，该给料盘是振动式给料盘。

4.如权利要求2所述的生长装置转换配件，其中，该给料盘是转筒式给料盘。

5.如权利要求2所述的生长装置转换配件，其中，该给料盘是可移动而被插入至该生长室中。

6.如权利要求1所述的生长装置转换配件，其中，该给料器配件沿给料器轨道而可移动。

7.如权利要求6所述的生长装置转换配件，其中，该给料器包含风箱，该风箱组构成在该给料器沿着该给料器轨道移动时膨胀或收缩。

8.如权利要求1所述的生长装置转换配件，其中，该给料器配件包含给料关闭阀，该给料关闭阀位于该上料斗与该下料斗之间。

9.如权利要求1所述的生长装置转换配件，其中，该给料器配件包含室分离阀，该室分离阀组构成当该给料器配件卸除时维持该生长室内的条件。

10.如权利要求9所述的生长装置转换配件，其中，该室分离阀为具有可膨胀水冷式闸门的闸阀。

11.如权利要求9所述的生长装置转换配件，其中，该室分离阀连接至该给料器配件的该给料器。

12.如权利要求9所述的生长装置转换配件，其中，该给料器包含风箱，该风箱组构成在该给料器沿着该给料器轨道移动时膨胀或收缩，以及其中，该室分离阀连接至该给料器的该风箱。

13.如权利要求1所述的生长装置转换配件，更包含给料口，组构成位于该批量柴可拉斯基生长装置的该生长室的侧壁并用以耦合至该给料器配件。

14.如权利要求13所述的生长装置转换配件，其中，该给料器配件包含室分离阀，该室分离阀可连接至该给料口并组构成当该给料器配件卸除时维持该生长室内的条件。

15.如权利要求14所述的生长装置转换配件，其中，该给料器包含风箱，该风箱组构成在该给料器沿着该给料器轨道移动时膨胀或收缩，以及其中，该室分离阀接附至该给料器的该风箱。

16.如权利要求13所述的生长装置转换配件，其中，该给料器包含给料盘以及注入器区段，该给料盘具有用于从该下料斗接收该固体原料的接收区段，该注入器区段连接至该接收区段并可经由该给料口插入至该生长室中。

17.如权利要求1所述的生长装置转换配件，更包含给料喷口，组构成固定位在该批量柴可拉斯基生长装置的该生长室内，用以将来自该给料器配件的该固体原料引导至该生长室的坩锅中。

18.如权利要求17所述的生长装置转换配件，其中，该给料喷口具有倾斜下端部，用以接收来自该给料器的该固体原料并将该固体原料给料至该坩锅中。

19.如权利要求17所述的生长装置转换配件，其中，该坩锅包含分隔出内部生长区以及外部给料区的至少一壁件，该壁件具有在该内部生长区与该外部给料区之间提供受限的流体连通的至少一开口，以及其中，该给料喷口将该固体原料的给料引导到该坩锅的该外部给料区。

20.如权利要求1所述的生长装置转换配件，其中，该批量柴可拉斯基生长装置包含：

室壳，具有顶壁与至少一侧壁；

坩锅，含有位于该室壳内的熔化物；以及

提拉机构，以可缩回的方式支撑用于接触该熔化物的晶种。

21.如权利要求1所述的生长装置转换配件，其中，该批量柴可拉斯基生长装置更包含位于该生长室外部的固体原料传送系统，以及其中，该给料器配件为该固体原料传送系统的替代品。

22.一种用于转换柴可拉斯基生长装置的方法，该方法包含：

提供一种具有生长室的批量柴可拉斯基生长装置，包含：

室壳，具有顶壁与至少一侧壁；

坩锅，含有位于该室壳内的熔化物；以及

提拉机构，以可缩回的方式支撑用于接触该熔化物的晶种；

提供一种包括给料器配件的生长装置转换配件，包含：

给料器，可连接至该生长室并置放成将固体原料给料至该生长室中；

下料斗，连接至该给料器并置放成将固体原料给料至该给料器中；

至少一上料斗，以可移除的方式接附在该下料斗上面并置放成将固体原料给料至该下料斗中；以及

给料分离阀，位于该上料斗与该下料斗之间，该给料分离阀组构成当该上料斗正在被再填充时维持在该下料斗中的条件，

将该生长装置转换配件的该给料器配件耦合至该室壳的该侧壁。

23.如权利要求22所述的方法，其中，该给料器包含给料盘以及注入器区段，该给料盘具有用于从该下料斗接收该固体原料的接收区段，该注入器区段连接至该接收区段并可插入至该生长室中。

24.如权利要求23所述的方法，其中，该给料盘是振动式给料盘。

25.如权利要求23所述的方法，其中，该给料盘是转筒式给料盘。

26.如权利要求23所述的方法，其中，在该给料器配件被耦合至该室壳的该侧壁之后，该给料盘可移动而被插入至该生长室中。

27.如权利要求22所述的方法，其中，该给料器配件沿给料器轨道而可移动以耦合至该室壳的该侧壁。

28.如权利要求27所述的方法，其中，该给料器包含风箱，该风箱组构成在该给料器沿着该给料器轨道移动时膨胀或收缩。

29.如权利要求22所述的方法，其中，该给料器配件包含给料关闭阀，该给料关闭阀位于该上料斗与该下料斗之间。

30.如权利要求22所述的方法，其中，该给料器配件包含室分离阀，该室分离阀组构成当该给料器配件卸除时维持该生长室内的条件。

31.如权利要求30所述的方法，其中，该室分离阀为具有可膨胀水冷式闸门的闸阀。

32.如权利要求30所述的方法，其中，该室分离阀连接至该给料器配件的该给料器。

33.如权利要求30所述的方法，其中，该给料器包含风箱，该风箱组构成在该给料器沿着该给料器轨道移动时膨胀或收缩，以及其中，该室分离阀连接至该给料器的该风箱。

34.如权利要求22所述的方法，其中，该生长装置转换配件更包含给料口，以及其中，耦合该给料器配件包含将该给料口置于该批量柴可拉斯基生长装置的该室壳的该侧壁并将该给料器配件的该给料器耦合至该给料口。

35.如权利要求34所述的方法，其中，该给料器配件包含室分离阀，该室分离阀可连接至该给料口并组构成当该给料器配件卸除时维持该生长室内的条件。

36.如权利要求35所述的方法，其中，该给料器包含风箱，该风箱组构成在该给料器沿着该给料器轨道移动时膨胀或收缩，以及其中，该室分离阀接附至该给料器的该风箱。

37.如权利要求34所述的方法，其中，该给料器包含给料盘以及注入器区段，该给料盘具有用于从该下料斗接收该固体原料的接收区段，该注入器区段连接至该接收区段并可经由该给料口插入至该生长室中。

38.如权利要求22所述的方法，其中，该生长装置转换配件更包含给料喷口，以及其中，该方法包含将该给料喷口固定位在该批量柴可拉斯基生长装置的该生长室内，用以将来自该给料器配件的该固体原料引导至该生长室的该坩锅中。

39.如权利要求38所述的方法，其中，该给料喷口具有倾斜下端部，用以接收来自该给料器的该固体原料并将该固体原料给料至该坩锅中。

40.如权利要求38所述的方法，其中，该坩锅包含分隔出内部生长区以及外部给料区的至少一壁件，该壁件具有在该内部生长区与该外部给料区之间提供受限的流体连通的至少一开口，以及其中，该给料喷口将该固体原料的给料引导到该坩锅的该外部给料区。

41.如权利要求22所述的方法，更包含：

将该坩锅中包含硅的固体预装料熔化以形成该熔化物，

通过使该熔化物与该晶种接触而启动硅锭的生长，以及

在生长该硅锭时，将该生长装置转换配件的该下料斗内所含的固体原料传送至该坩锅中。

42.如权利要求22所述的方法，其中，该批量柴可拉斯基生长装置更包含位于该生长室外部的固体原料传送系统，以及其中，该方法更包含用该给料器配件替代该固体原料传送系统。

43.如权利要求22所述的方法，其中，该方法将该批量柴可拉斯基生长装置转换成连续柴可拉斯基生长装置。