TWI547603B - 製造具有大粒徑之多晶材料的裝置及方法 - Google Patents

Description

製造具有大粒徑之多晶材料的裝置及方法

本發明關於製造具有大粒徑之多晶材料的裝置及方法。

晶體成長裝置或熔爐，像是定向凝固系統(directional solidification system；DSS)和熱交換器方法(heat exchanger method；HEM)熔爐，牽涉在坩鍋中之原料材料(像是矽)的熔化和受控之重新凝固，用以製造錠。從熔融原料製造出凝固錠需要經過許多小時之可識別的步驟。例如，由DSS方法製造矽錠，固體矽原料係設置在坩堝中，通常內含於石墨坩堝盒中，以及放置進DSS熔爐的熱區中。然後加熱原料以形成液體原料熔化物，並維持熔爐溫度(此係遠高於矽熔化溫度1412ºC)數個小時以確保完全熔化。一旦完全熔化，從熔化的原料移除掉熱(在熱區中通常藉由施加溫度梯度)，以便定向凝固熔體並且形成矽錠。藉由控制該熔體如何凝固，可以完成具有比初始原料材料更大純度之錠，然後可以將此使用在各種高端應用，像是半導體和光伏產業。

在矽原料的典型定向凝固中，所得到之凝固矽錠一般為多晶，具有不規則之小晶體粒徑和方向性。例如，一般來說，DSS-製造的多晶矽錠具有尺寸小於或等於500平方毫米(mm²)之不規則方向的晶體粒徑，並極少觀察到大於1000平方毫米(mm²)的晶體粒徑。已發現，這些不規則方向 的小粒徑邊界作為光誘發電子電洞的重組中心，並且這些缺陷已經顯示會降低從多晶矽製造的太陽能電池之效率。

藉由比較，已經發現所製造之具有本質上較大晶粒或單晶結構的矽錠能增加太陽能電池效率。然而，製備此種材料的方法通常很慢、困難和昂貴。例如，要使用DSS或HEM製程製造單晶矽錠，要將單晶矽的固體晶種連同矽原料放置在坩堝的底部，並且，假如晶種在原料已完全熔化之後被維持著，則熔體的長晶對應於單晶晶種的晶體方向性而發生。然而，就這樣的製程而言，常常困難和耗費時間以防止晶種熔化，並且，對HEM熔爐而言，需要額外的設備和控制。再者，所得到之矽錠通常只具有中等良率的單晶材料直至最終矽錠。低良率會導致可使用的材料的明顯損耗，增加製程和所需最終產品的成本。

因此，在產業裡需要晶體成長裝置和方法用以製造結晶材料，像是多晶矽，具有大粒徑、節約地對應減少的晶粒邊界以及在受控制之情況下，以求提供具有更高整體效率的電池。

本發明係關於晶體成長裝置，包括在熱區的坩堝支承塊上被絕緣物包圍的熱區和坩堝(其係視需要地內含在坩堝盒內)。至少一個凹穴係設置在坩堝的底部、在視需要之坩堝盒的底部、及/或在坩堝支承塊。在一個實施例中，坩堝係內含在坩鍋盒內，該坩鍋盒具有與坩堝支承塊熱連通(thermal communication)(較佳為熱接觸)的底盤，而該坩 堝具有與坩堝盒的底盤熱連通(較佳為熱接觸)的底部。坩堝支承塊、坩堝盒的底盤、或坩堝支承塊和坩堝盒的底盤兩者包括至少一個凹穴，其組構成在其中循環至少一種冷卻劑。在另一個實施例中，坩堝係在坩堝支承塊上和具有與該坩堝支承塊熱連通(較佳為熱接觸)的底部。坩堝支承塊、坩堝的底部、或坩堝支承塊和坩堝的底部兩者包括至少一個凹穴，其組構成在其中循環至少一種冷卻劑。就這個實施例而言，較佳為坩堝係碳化矽、氮化矽、或者碳化矽或氮化矽與二氧化矽的混合物。

本發明進一步係關於製造結晶材料的方法且包括下列步驟：將內含有固體原料的坩堝(視需要地內含在坩堝盒內)放置在晶體成長裝置的熱區之坩堝支承塊上；加熱在坩堝的固體原料以形成液體原料熔體；以及循環至少一種冷卻劑通過在坩堝的底部、視需要之坩堝盒的底部、及/或在坩堝支承塊之至少一個凹穴。在一個實施例中，該方法包括步驟：i)將內含在坩鍋盒內的坩鍋放置在熱區的坩堝支承塊上，該坩堝盒具有與該坩堝支承塊和該坩鍋熱連通(較佳為熱接觸)的底盤且該坩鍋含有固體原料並具有與該坩堝盒的底盤熱連通(較佳為熱接觸)的底部；ii)加熱在坩堝的固體原料以形成液體原料熔體；iii)循環至少一種冷卻劑通過在坩堝支承塊、坩堝盒的底盤、或坩堝支承塊和坩堝盒的底盤兩者之至少一個凹穴；以及iv)從熱區移除熱以形成結晶材料。在另一個實施例中，該方法包括步驟：i)將坩鍋放置在熱區的坩堝支承塊上，該坩鍋含有固體原料 且具有與坩堝支承塊熱連通(較佳為熱接觸)的底部；ii)加熱在坩堝的固體原料以形成液體原料熔體；iii)循環至少一種冷卻劑通過在坩堝、坩堝支承塊、或坩堝和坩堝支承塊及坩堝盒的底盤兩者之至少一個凹穴；以及iv)從熱區移除熱以形成結晶材料。

應了解到，無論上述一般描述和下列詳細描述係僅用於例示和說明，目的在提供本發明的進一步說明，如申請專利範圍中所要求保護者。

本發明關於晶體成長裝置及製造結晶材料的方法。

本發明的該晶體成長裝置係熔爐，尤其是高溫熔爐，能夠加熱和熔化固體原料，像是矽，一般地溫度在大於約1000℃且隨後促進所得到之熔化的原料材料之重新凝固以形成結晶材料，像是多晶矽錠。例如，該晶體成長裝置可以是定向凝固系統(DSS)晶體成長熔爐。較佳地，固體原料並不包含單晶矽晶種，但若需要單晶或實質上單晶的結晶材料時也可使用單晶矽晶種。

本發明的該晶體成長裝置包括外部熔爐腔體或外殼及在爐殼內的內部熱區。爐殼可以為用於高溫長晶熔爐的任何習知熔爐，包含不銹鋼外殼，其包括定義用於冷卻流體(像是水)的循環之冷卻通道之外壁面和內壁面。該晶體成長裝置的熱區係在爐殼之內的內部區域，在該內部區域中可提供熱且控制成熔化和重新凝固原料材料。熱區被絕緣物包圍和定義，該絕緣物可以是具備低熱導率且能夠承受 在高溫晶體成長熔爐的溫度和情況之該領域的任何已知材料。例如，熱區可以是被石墨製的絕緣物所包圍。熱區的形狀和尺寸可以藉由能為固定或移動的複數個絕緣板形成。例如，熱區可由頂部、側面、及底部的絕緣板所構成，並且頂部和側面絕緣板係組構成相對於在熱區之內放置的坩堝而縱向地移動。

熱區復包括坩堝(視需要地在坩堝盒內)，坩鍋在坩堝支承塊頂部，以及復包括在坩堝底部、視需要之坩堝盒的底部、及/或在坩堝支承塊的至少一個凹穴，下面將更詳細地描述。坩堝可以係各種耐熱材料製成，例如，石英(二氧化矽)、石墨、碳化矽、氮化矽、碳化矽或氮化矽與二氧化矽的混合物、熱解氮化硼、氧化鋁、或氧化鋯，以及視需要地可被塗層(像是以氮化矽)，用以防止錠在凝固之後破裂。坩堝也可以具有至少一個側面和底部的各種不同形狀，包含例如圓柱體、立方體或長方體(具有正方形橫剖面)、或圓錐體。較佳地，當原料為矽時，坩堝係二氧化矽製成且具立方體或長方體形狀。

坩堝可以視需要地被容納在坩堝盒之內，此提供坩堝的側面和底部之支撐和堅固，並且特別較佳地針對當加熱時，容易損壞、破裂、或軟化的材料所製成之坩堝。例如，坩堝盒較佳為二氧化矽坩堝，但也可為碳化矽、氮化矽、或碳化矽或氮化矽與二氧化矽的混合物所製成的坩堝，而不一定要是二氧化矽坩堝。坩堝盒可以是各種耐熱材料製成，像是石墨，且通常包括至少一個側盤和底盤，視需要 地復包括蓋部。例如，立方體或長方體-形狀的坩堝，坩堝盒較佳也是具有四壁及底盤的立方體或長方體的形狀，並具有視需要的蓋部。

坩堝和視需要的坩堝盒係設置在熱區之內的坩堝支承塊的頂部上，且因此，兩者係彼此熱連通而使得熱可以從一者傳導到另一者，較佳為直接熱接觸。坩堝支承塊可以被抬起在複數個基座上，以便放置坩堝在該晶體成長裝置的中央位置。坩堝支承塊可以由任何耐熱材料所製成，像是石墨，以及較佳為相似坩堝盒的材料(若有使用到坩鍋盒的話)。

熱區也可以包括至少一個加熱系統，像是多種加熱元件用以提供熱來熔化設置在坩堝內的固體原料。例如，熱區可以包括水平地定位在坩堝上方之熱區的上部區域之頂部加熱元件，以及縱向地定位在頂部加熱元件下方且沿著熱區和坩堝的側面之至少一個側面加熱元件。藉由調整提供至各種加熱元件的功率可控制在熱區內的溫度。

如上所述，熱區復包括在坩堝的底部、在視需要之坩堝盒的底部、在坩堝支承塊、或這些的任意組合之至少一個凹穴。凹穴係組構成容納和循環在其內的至少一個冷卻劑。冷卻劑係能夠流動通過凹穴及移除含有形成在坩堝內的液體原料熔體之坩堝下方的熱之任何材料。冷卻劑可以係氣體或氣體混合，像是氬氣或氦氣，或可以是液體，像是水、或液體混合。在本發明之一個實施例中，該晶體成長裝置包括在熱區的坩堝支承塊上內含在坩堝盒內之坩 堝。坩堝盒具有與坩堝支承塊熱接觸的底盤，而且坩堝具有與坩堝盒的底盤熱接觸的底部。坩堝支承塊、坩堝盒的底盤、或坩堝支承塊和坩堝盒的底盤兩者包括組構成循環在其中之冷卻劑的至少一個凹穴。在本發明之另一個實施例中，該晶體成長裝置包括在熱區的坩堝支承塊上之坩堝、具有與坩堝支承塊熱接觸的底部之坩堝，而坩堝支承塊、坩堝的底部、或坩堝支承塊和坩堝的底部兩者包括至少一個凹穴，其組構成在其中循環冷卻劑。對兩者實施例而言，凹穴較佳為具有個別冷卻劑入口和出口，此容許冷卻劑進入該凹穴，在該凹穴內循環用以從下方來冷卻在坩堝的液體原料熔體，後離開該凹穴。就氣態冷卻劑而言，可以排出冷卻劑進入該晶體成長裝置，特別是進入熱區。

凹穴可以具有各種形狀且可以使用該領域任何已知方法來設置，包含，例如，藉由鑽孔或將坩堝底部、視需要之坩堝盒、及/或坩堝支承塊切除一部分，或者藉由在適當地方對這些組件預先形成凹穴。而且，凹穴可形成在其中一個組件中且在該凹穴中設置適當形狀的插入用以產生所需的最終形狀。較佳地，凹穴具有中心對稱的橫剖面形狀，具有垂直於凹穴的中心之對稱性的旋轉軸。例如，凹穴在平行於坩堝的底部之方向可以係正方形、矩形、橢圓形、或圓形的橫剖面形狀。而且，凹穴在平行於坩堝底部之方向可以形成螺旋路徑，該路徑具有從入口至出口有固定或變化的厚度。此外，凹穴在垂直於坩堝底部之方向可以具有凹入或凸出的橫剖面形狀。

再者，凹穴可以設置在坩堝的底部、在視需要之坩堝盒的底部、及/或在坩堝支承塊之內的任何位置。例如，凹穴可以係水平地置中在這些組件之內且較佳為設置在坩堝的中央下方。此外，坩堝、坩堝盒、或坩堝支承塊可各包括一個或多個凹穴。例如，正方形-形狀的坩堝支承塊可包括在中央的一個凹穴，或者可包括沿著在每一角落的額外凹穴之中央凹穴。而且，凹穴可以縱向地在組件的中心，或者可以在頂部表面或底部表面，而因此接觸在該凹穴上方或下方的組件。較佳地，凹穴係設置成儘可能靠近在坩堝的原料之組件。例如，凹穴可以是沿著坩堝塊的表面與坩堝底部或視需要之坩堝盒的底盤熱接觸。而且，二相鄰組件可各包括凹穴，一起形成用於循環冷卻劑之更大凹穴。例如，坩堝支承塊的頂部表面可包括淺圓形凹穴，而坩堝盒的底盤的底部表面也可包括淺圓形凹穴，一起形成用於循環冷卻劑的更大的圓柱形凹穴。該技術領域中具有通常知識者將會認出其它組合。

取決於所設置的組件的厚度及所使用之材料的類型，凹穴的厚度可以變化。一般來說，設置在坩堝的底部或坩堝盒的底部之凹穴(其通常為非常薄)會較薄且具有比設置在坩堝支承塊的凹穴更小之直徑，該坩堝支承塊通常為更厚和堅固。而且，像是石墨或碳化矽的材料製成之組件可以支撐更寬和更大的凹穴。例如，就本發明的該實施例而言，其中，凹穴係在坩堝的底部，而坩堝係由二氧化矽製成，該凹穴將會非常小且薄，以避免造成該坩堝破裂和溢 出的情形。對於碳化矽坩堝，凹穴的厚度可以非常大或更大。而且，若有使用坩鍋盒的話，放置在石墨製成之坩堝盒的底盤之內的凹穴會需要適當用以支撐在坩堝內的原料重量之尺寸和直徑，這在像是使用大於650公斤的大負載時特別重要。設置在坩堝支承塊的凹穴(其通常較大且以石墨製成)可以較大且較厚而不影響該塊的完整性。針對由特定材料製成之特定坩鍋、坩鍋盒和坩鍋支承塊的所需凹穴尺寸會容易地被該技術領域中具有通常知識者決定而無須過度的實驗。

第1圖係本發明之晶體成長裝置的實施例之橫剖面圖。然而，顯然對該技術領域中具有通常知識者而言，這在本質上僅僅是例示而非限制的，僅藉由範例來提出。許多修改和其他實施例係在該技術領域中具有通常知識者的範圍之內且被視為落在本發明的範圍之內。此外，該技術領域中具有通常知識者應了解到特定組構是例示的，而實際組構將依照特定系統而定。該技術領域中具有通常知識者在使用不超過例行實驗的情況下能認出及識別出所示之特定元件的等效物。

第1圖所示之晶體成長裝置10包括爐殼11和在爐殼11內被絕緣物13包圍和定義之熱區12。在坩鍋盒15內含有原料16之坩鍋14係設置在由基座18抬起之坩鍋支承塊17頂部的熱區12內。熱區12復包含含有頂部加熱器19a和兩個側面加熱器19b的加熱系統。絕緣罩13係如箭頭A所示可縱向移動，而這是用來移除晶體成長裝置10之熱區 的熱的主要工具，該晶體成長裝置10將熱區12和內含於其中的組件暴露於外部腔室11，該外部腔室11係利用像是水的冷卻媒介來冷卻。

晶體成長裝置10之熱區12復包括在坩鍋支承塊17、坩鍋盒15之底盤15a或坩鍋14之底部14b之凹穴20、30和40，如分別在第2圖、第3圖和第4圖所示，這些圖是第1圖中B區段的放大圖。如各圖式所示，坩鍋之底部14b係與坩鍋盒之底盤15b熱接觸，而該坩鍋盒15b之底盤又與坩鍋支承塊17熱接觸，而凹穴20、30和40係至放在坩鍋14之中央C之下，原料16則內含於該坩鍋14其中。凹穴20、30和40復分別包含冷卻劑入口21、31和41以及冷卻劑出口22、32和42，這可交換使用。

第5圖、第6a圖、第6b圖、第7圖和第8圖各顯示能用於本發明之晶體成長裝置之凹穴的特定範例。尤其是，第5圖係具有螺旋凹穴50的坩堝盒55的底盤之示意圖，具有冷卻劑氣體入口51和三個冷卻劑氣體出口52。可以看出，螺旋凹穴50係在坩堝盒底盤的上部表面並且因此與放置在其上之坩堝的底部直接熱接觸。第6a圖係具有形成在頂部表面水平置中的圓形開口63之圓柱形凹穴60之坩堝支承塊67之示意圖，該頂部表面將與坩堝盒的底盤或放置在其上之坩堝的底部直接熱接觸。第6b圖係此坩堝支承塊的另一圖，為沿著對角線的橫剖面。凹穴60具有一個冷卻劑入口61連同四個冷卻劑出口62(在第6a圖可看見三個和在第6b圖可看見二個)。第7圖和第8圖分別 為凸和凹形狀的凹穴插入之橫剖面圖，任一者可以放進類似在第6b圖的圓柱形凹穴，對齊冷卻劑入口(71或81與61對齊)和冷卻劑出口(72或82與62對齊)用以產生所需的凹或凸凹穴形狀。

本發明之晶體成長裝置可以用在用於從固體原料(像是矽)製備結晶材料(像是多晶矽錠)的方法。因此，本發明進一步關於製備結晶材料的方法。該方法包括將容納固體原料的坩堝(視需要地內含在坩堝盒內)放置在晶體成長裝置的熱區之坩堝支承塊上、以及加熱在坩堝的固體原料以形成液體原料熔體的步驟。較佳地，坩堝含有至少一種固體原料而無單晶晶種。一旦固體原料完全熔化，該方法復包括經由在坩堝的底部、坩堝盒的底盤、及/或坩堝支承塊之至少一個凹穴而循環至少一種冷卻劑，以及移除熱區的熱以形成結晶材料的步驟。冷卻劑循環可以在熱移除開始之前或同時進行。坩堝、視需要之坩堝盒、坩堝支承塊、以及腔體可以是上述的任何一者。在本方法的一個實施例中，內含在坩堝盒的坩堝係放置於坩堝支承塊上，該坩堝盒係具有與坩堝支承塊、以及含有固體原料且具有與該坩堝盒的底盤熱接觸的底部之坩堝而熱接觸之底盤。在加熱在坩堝的固體原料及完整熔化以形成液體原料熔體之後，至少一種冷卻劑係循環通過在坩堝支承塊、坩堝盒的底盤、或坩堝支承塊和坩堝盒的底盤兩者之至少一個凹穴，以及從熱區移除熱。在該方法的另一個實施例中，坩堝係放置於坩堝支承塊上，坩堝含有固體原料和具有與坩堝支 承塊熱接觸的底部，而該固體原料係在坩堝加熱及完全熔化以形成液體原料熔體。至少一種冷卻劑係循環通過在坩堝、坩堝支承塊、或坩堝和坩堝支承塊兩者之至少一個凹穴，以及從熱區移除熱以形成結晶材料。

已經發現，相較於那些沒有使用凹穴來循環在坩堝下方的冷卻劑之利用相似製程和裝置所製造的結晶材料，藉由本發明的方法和裝置所製造的結晶材料具有明顯較大的晶體粒徑，其中冷卻劑係循環通過在坩堝的底部、在坩堝盒的底盤、及/或在坩堝支承塊之凹穴。舉例而言，使用本發明的方法和裝置來製備多晶矽錠，舉一比較例，使用無設有凹穴或循環冷卻劑之比較製程製備多晶矽錠。用線鋸切削錠，使用光掃瞄器在一部份曝露的橫剖面表面上識別晶粒邊界。所得影像係顯示在第9圖(使用本發明的方法和裝置來製備多晶矽)和第10圖(使用比較方法和裝置來生產多晶矽)。進行量化粒徑，並使用影像分析軟體計算其分佈。下面第1表中顯示統計的粒徑分佈以及在第11圖中圖形化。

如資料顯示，藉由本發明的方法製造的多晶矽錠66.8%擁有大於500平方毫米(mm²)的平均粒徑，然而比較例的多晶矽錠只有33%擁有此範圍的粒徑。因此，藉由本發明的方法和裝置所製造的多晶矽具有顯著較大的粒徑。此外，本發明的方法所製造的多晶矽之晶體晶粒發現從矽錠的底部至頂部為實質上柱狀，錠的上半部和下半部兩者具有大 粒徑。再者，據觀察晶體晶粒的所得之方向性為可重複的-也就是，以相同方法與相同凹穴設置在相同組件來製造具有相似粒徑和方向性的結晶材料。所得之結晶材料(具有較大整體粒徑)將預期具有較佳的電子和結構特性，進而提升整體太陽能電池效能及能夠切削較薄晶圓。

本發明之前述較佳實施例已經呈現圖示和描述的目的。其並非旨在詳述或限制本發明成為所揭露之精確形式。鑑於上述的教示或者從本發明實行中，修改和變更是可能的。選擇和描述實施例以便說明本發明之原理及其實際應用，使該技術領域中具有通常知識者從各種實施例中運用本發明以及各種修改係作為適合特定用途的考量。本發明係意圖讓本發明的範圍被附加的申請專利範圍及其等效者所定義。

10‧‧‧晶體成長裝置

11‧‧‧爐殼

12‧‧‧熱區

13‧‧‧絕緣物

14‧‧‧坩鍋

14b‧‧‧坩鍋之底部

15、55‧‧‧坩鍋盒

15b‧‧‧坩鍋盒之底盤

16‧‧‧原料

17、67‧‧‧坩鍋支承塊

18‧‧‧基座

19a‧‧‧頂部加熱器

19b‧‧‧側面加熱器

20、30、40‧‧‧凹穴

21、31、41、61、71、81‧‧‧冷卻劑入口

22、32、42、62、72、82‧‧‧冷卻劑出口

50‧‧‧螺旋凹穴

51‧‧‧冷卻劑氣體入口

52‧‧‧冷卻劑氣體出口

60‧‧‧圓柱形凹穴

63‧‧‧圓形開口

A‧‧‧箭頭

B‧‧‧區段

C‧‧‧中央

第1圖係本發明之晶體成長裝置的實施例之橫剖面圖。第2圖、第3圖、及第4圖係顯示本發明之晶體成長裝置的實施例之附加特徵從第1圖區段B之放大圖。

第5圖、第6a圖、第6b圖、第7圖、及第8圖係使用在本發明之晶體成長裝置的各種實施例之凹穴圖。

第9圖係使用本發明之方法的實施例所製備的結晶材料之一部份橫剖面，而第10圖係使用比較方法所製備的結晶材料之一部份橫剖面。第11圖係顯示在第9圖和第10圖的結晶材料之晶粒面積分佈之圖表。

10‧‧‧晶體成長裝置

11‧‧‧爐殼

12‧‧‧熱區

13‧‧‧絕緣物

14‧‧‧坩鍋

15‧‧‧坩鍋盒

16‧‧‧原料

17‧‧‧坩鍋支承塊

18‧‧‧基座

19a‧‧‧頂部加熱器

19b‧‧‧側面加熱器

A‧‧‧箭頭

B‧‧‧區段

Claims (30)

1. 一種晶體成長裝置，係包括：熱區，其係被熱絕緣物包圍；坩堝盒，其係在該熱區的坩堝支承塊上，該坩堝盒具有與該坩堝支承塊熱接觸的底盤；以及坩堝，其係在該坩堝盒之內，具有與該坩堝盒的該底盤熱接觸的底部，其中，該坩堝支承塊、該坩堝盒的該底盤、或該坩堝支承塊和該坩堝盒的該底盤兩者包括至少一個凹穴，其組構成在其中循環至少一種冷卻劑，以及其中，該坩堝支承塊的該凹穴中的該冷卻劑直接接觸該坩堝盒的該底盤，該坩堝盒的該底盤的該凹穴中的該冷卻劑直接接觸該坩堝的該底部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之晶體成長裝置，其中，該坩堝支承塊包括至少一個凹穴，其組構成在其中循環至少一種冷卻劑。
3. 如申請專利範圍第2項所述之晶體成長裝置，其中，該凹穴係接觸該坩堝盒的該底盤。
4. 如申請專利範圍第1項所述之晶體成長裝置，其中，該坩堝盒的該底盤包括至少一個凹穴，其組構成在其中循環至少一種冷卻劑。
5. 如申請專利範圍第4項所述之晶體成長裝置，其中，該凹穴係接觸該坩堝的該底部。
6. 如申請專利範圍第4項所述之晶體成長裝置，其中，該 凹穴係接觸該坩堝支承塊。
7. 如申請專利範圍第1項所述之晶體成長裝置，其中，該坩堝的該底部包括接觸該坩堝盒的該底盤之至少一個凹穴，該凹穴組構成在其中循環至少一種冷卻劑。
8. 如申請專利範圍第1項所述之晶體成長裝置，其中，該凹穴包括用於循環該冷卻劑之個別入口和出口。
9. 如申請專利範圍第8項所述之晶體成長裝置，其中，該出口係組構成排出該冷卻劑進入該熱區。
10. 如申請專利範圍第1項所述之晶體成長裝置，其中，該冷卻劑係氣態。
11. 如申請專利範圍第10項所述之晶體成長裝置，其中，該氣態冷卻劑係氬氣或氦氣。
12. 如申請專利範圍第1項所述之晶體成長裝置，其中，該凹穴係相對於該坩堝的該底部而中心定位。
13. 如申請專利範圍第1項所述之晶體成長裝置，其中，該凹穴在平行於該坩堝的該底部之方向具有圓形橫剖面形狀。
14. 如申請專利範圍第1項所述之晶體成長裝置，其中，該凹穴在平行於該坩堝的該底部之方向形成螺旋橫剖面形狀。
15. 如申請專利範圍第14項所述之晶體成長裝置，其中，該螺旋具有變化的路徑厚度。
16. 如申請專利範圍第14項所述之晶體成長裝置，其中，該螺旋具有不變的路徑厚度。
17. 如申請專利範圍第1項所述之晶體成長裝置，其中，該凹穴在垂直於該坩堝的該底部之方向具有凹橫剖面形狀。
18. 如申請專利範圍第1項所述之晶體成長裝置，其中，該凹穴在垂直於該坩堝的底部之方向具有凸橫剖面形狀。
19. 如申請專利範圍第1項所述之晶體成長裝置，其中，該坩堝含有至少一種固體原料而無單晶晶種。
20. 如申請專利範圍第1項所述之晶體成長裝置，其中，該坩堝含有矽。
21. 如申請專利範圍第1項所述之晶體成長裝置，其中，該熱絕緣物相對於該坩堝係可縱向移動。
22. 如申請專利範圍第1項所述之晶體成長裝置，其中，該熱區復包括至少一個加熱元件。
23. 如申請專利範圍第22項所述之晶體成長裝置，其中，該熱區包括在該坩堝上方的頂部加熱元件及包圍該坩堝的至少一個側面加熱元件。
24. 一種晶體成長裝置，係包括：熱區，其係被熱絕緣物包圍；以及坩堝，其係在該熱區的坩堝支承塊上，該坩堝具有與該坩堝支承塊熱接觸的底部；其中，該坩堝支承塊、該坩堝的該底部、或該坩堝支承塊和該坩堝的該底部兩者包括至少一個凹穴，其組構成在其中循環至少一種冷卻劑，以及其中，該坩堝支承塊的該凹穴中的該冷卻劑直接接 觸該坩堝的該底部。
25. 如申請專利範圍第24項所述之晶體成長裝置，其中，該坩堝係碳化矽、氮化矽、或者碳化矽或氮化矽與二氧化矽的混合物。
26. 一種製造結晶材料的方法，係包括下列步驟：將內含於坩堝盒的坩堝放置在晶體成長裝置的熱區之坩堝支承塊上，該坩堝盒具有與該坩堝支承塊和該坩堝熱接觸的底盤，而該坩堝含有固體原料及具有與該坩堝盒的該底盤熱接觸的底部；加熱該坩堝中的該固體原料，以形成液體原料熔體；循環至少一種冷卻劑通過該坩堝支承塊、該坩堝盒的該底盤、或該坩堝支承塊和該坩堝盒的該底盤兩者之至少一個凹穴，其中，該坩堝支承塊的該凹穴中的該冷卻劑直接接觸該坩堝盒的該底盤，該坩堝盒的該底盤的該凹穴中的該冷卻劑直接接觸該坩堝的該底部；以及從該熱區移除熱以形成該結晶材料。
27. 如申請專利範圍第26項所述之方法，其中，該結晶材料係具有複數個晶體晶粒的多晶矽。
28. 如申請專利範圍第27項所述之方法，其中，該多晶矽的該晶體晶粒係柱狀。
29. 如申請專利範圍第26項所述之方法，其中，該坩堝含有至少一種固體原料而無單晶晶種。
30. 一種製造結晶材料的方法，係包括下列步驟： 將坩堝放置在晶體成長裝置的熱區之坩堝支承塊上，該坩堝含有固體原料及具有與該坩堝支承塊熱接觸的底部；加熱該坩堝中的該固體原料，以形成液體原料熔體；循環至少一種冷卻劑通過該坩堝、該坩堝支承塊、或該坩堝和該坩堝支承塊兩者之至少一個凹穴，其中，該坩堝支承塊的該凹穴中的該冷卻劑直接接觸該坩堝的該底部；以及從該熱區移除熱以形成該結晶材料。