用于晶体生长装置的加热器组件制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种系统与方法，用以促进晶体生长装置的坩埚中的原料材料(例如：硅)的均匀的热环境。更具体而言，可将加热系统设置于晶体生长装置中以便包括至少第一及第二加热组件，其中，该第一加热组件配置成轴对称性地分散热至该原料材料，该第二加热组件配置成对称性地分散热至该原料材料，藉此提供该坩埚中的该原料材料均匀的加热分布，使得晶体铸块品质的一致性增加。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于晶体生长装置的加热器组件相关申请案本申请案主张在2011年6月6日申请的美国临时专利申请案第61/493,804号的权益，其整体内容明显地并入本文作为参考。
本专利技术涉及一种晶体生长装置(crystalgrowthapparatus)，提供坩埚(crucible)中的原料材料(feedstockmaterial)均匀的加热分布。
技术介绍
晶体生长装置或熔炉，诸如定向固化系统(directionalsolidificationsystem,DSS)以及热交换器法(HEM)熔炉，牵涉到坩埚中原料材料(诸如硅)的融化以及经控制的再固化以制造铸块(ingot)。由熔融的原料制造固化的铸块在超过许多小时内发生于数个可识别的步骤。举例而言，通过DSS方法制造硅铸块，将固体硅原料提供于坩埚中，通常是置于石墨坩埚盒中并且放入DSS熔炉的加热区。随后使用各种加热组件在加热区将该原料进料加热以形成液体原料熔融，并且将远高于硅融化温度1412℃的该熔炉温度维持数小时以确保完全融化。一旦全部融化，通常通过在加热区实施温度梯度将加热自融化的原料移除，以便于定向固化该熔融以及形成硅铸块。通过控制该熔融如何固化，可实现具有纯度优于起始原料材料的铸块，该铸块可后续用于各种高阶应用，诸如在半导体及光伏打(photovoltaic)工业。用于DSS熔炉中加热区的该加热组件可为电阻性或电感性。于电感型加热中，典型地由水冷式加热线圈围绕该硅原料材料，而流经线圈的电流耦接加热台(susceptor)或原料材料，藉此达成对原料材料适当地加热。在电阻加热的案例中，电流流经加热过的电阻组件，该加热组件可以特殊的材料、电阻值、形状、厚度及/或电流路径设计成符合操作温度以及功率需求。在通过定向固化制造硅铸块时，典型上使用电阻型加热系统。DSS熔炉特别有用于晶体生长以及用于光伏打(PV)应用和用于半导体应用中硅铸块的定向固化。对于两种类型的应用而言，皆期望能制造大型硅铸块以降低平均制造成本。然而，当制造越大型的铸块时，会变得越难以控制用以达成在制造铸块时实质上控制加热及排热而遍及该熔炉加热区的加热流及分布。当加热流及分布在整个过程中并未实质上受到控制时，铸块的品质可能受到影响。实际上，当铸块的截面区域越大时，熔炉有时设计成有多个加热组件藉此更佳地控制在不同区域的加热分布及加热流以及温度梯度。举例而言，通常拥有如美国第12/933,300号专利申请案所述，部分地，DSS熔炉包含具有两个加热组件的加热系统，分别是使热朝填充有原料的坩埚其表面下降并分散的对称性蜿蜒形状的顶部加热组件，以及热朝坩埚的侧边内面分散的对称性蜿蜒形状的侧边加热器。该第一加热组件以及该第二加热组件皆有效率地加热、融化及固化进料于坩埚的原料。然而，皆使热不对称性分散于坩埚，造成非均匀加热/温度分布而可能造成所产出的结晶性铸块品质的变异。当双加热组件可用于形成更大型的铸块时，使用多个构件会增加固化系统的复杂性并且使得难以精确地控制加热流及加热分布，特别是在制造环境中。特别是在应用于生长大型铸块时，期望提供可达成对坩埚中所含的全部原料材料实质上均等加热并适当地控制遍及熔炉加热区的加热流及加热分布的多个加热组件。因此，期望设计成一种可对含原料的坩埚提供均匀加热分布的加热系统，藉此提供更一致的晶体品质。
技术实现思路
本文提供一种系统及方法，用以促进晶体生长装置的坩埚中的原料材料(例如：硅)的均匀加热/温度分布。更具体而言，加热系统设置于晶体生长装置中包括至少第一及第二加热组件。该第一加热组件配置成将热轴对称性地分散至原料材料以及该第二加热组件配置成将热对称性地分散至原料材料。此种组合提供对坩埚中的原料材料的均匀加热分布，使得晶体品质的一致性增加。此外，在本专利技术的例示的说明的实施态样中，该第一(例如顶部)加热组件可形成为圆形的形状，以及从单一连续对象或材料制成而形成圆形形状的圆周。作为对原料材料顶部提供均匀加热的较佳模式，该第一加热组件可设置于晶体生长装置中坩埚的上方。同样地，作为沿着原料材料侧边提供均匀加热的模式，该第二加热组件可形成为几何及/或电性对称性的蜿蜒形状，并沿着晶体生长装置中坩埚的侧边而设置。本专利技术的其它形态及实施态样讨论如下。附图说明为了更了解本专利技术的本质及期望的目标，配合随附图式讨论以下实施方式，其中，相同组件符号代表遍及数个视图及其中的对应零件，且其中：图1为常见的晶体生长装置的剖面前视图；图2为用于图1所示晶体生长装置的习知设计的加热系统的透视图；图3为根据本专利技术例示的实施态样的加热系统的透视图；图4为图3中顶部/第一加热组件的放大透视图；图5A及图5B为本专利技术例示的实施态样中用以控制原料材料的加热分布的例示电路的概略图；以及图6(A)至图6(C)为图3及图4目前设计的加热组件所产生的热分布的图式。定义通过参考下列定义以更立即清楚地了解专利技术:当用于说明书及权利要求书时，除非内容中有明确指定者外，该单数形式的“一”及“该”包含多数的情况。本文所描述的“熔炉”或“晶体生长装置”指任何可加热或熔融固体原料(诸如：硅)的设备或装置，在通常高于约1000℃的温度，以及接着促进所产生的融化原料材料的再固化以形成结晶性的材料，诸如用于光伏打(PV)及/或半导体应用的硅铸块。本文所描述的“对称性”及“轴对称性”的加热分布分别理解成实质上对称性及轴对称性之意。其起因于该
中的技术人员能理解的可能影响实质上加热分布的通常无法控制的情况，因此无法总是完美的对称性或轴对称性，特别是当持续一段时间以上时。具体实施方式本专利技术的晶体生长装置可为熔炉，特别是高温熔炉，能够在通常高于约1000℃的温度加热以及融化固体原料材料(诸如硅或氧化铝)，以及接着促进所产生的融化原料材料的再固化以形成结晶性的材料，诸如多晶性的硅铸块或蓝宝石晶碇(sapphireboule)。举例而言，该晶体生长装置可为晶体生长熔炉，包括定向固化系统(DSS)熔炉或热交换器法(HEM)熔炉。本专利技术的晶体生长装置具有外层熔炉腔体或壳体(诸如水冷式外层壳体)及在该熔炉壳体内的内部加热区用以加热及融化该原料材料，并接着促进该融化的原料材料的再固化以形成结晶性的材料的熔炉壳体内。该熔炉壳体可为用于该
中适合高温度的结晶化熔炉的任何已知结构者，包括不锈钢壳体，其包含外壁及界定用以循环冷却液体(诸如水)的冷却信道的内壁。该晶体生长装置的加热区位在可提供及控制加热以融化及重新固化原料材料的熔炉壳体内的内部区域。该加热区由隔热材所围绕及界定，该隔热材可为在该
中已知的任何具有低的热传导性且可禁得起在高温度晶体生长熔炉的温度及条件的材料。举例而言，该加热区可由石墨隔热材所围绕。该加热区的形状及尺寸可由多个固定或移动的隔热板所形成。举例而言，该加热区可由顶部、侧边及底部隔热板所形成，该顶部及侧边隔热板配置成垂直相对于位在加热区内的坩埚移动。该加热区进一步包括坩埚，视需要地位于坩埚盒中，在坩埚支撑体上方。该坩埚可由各种耐热性材料制造，举例而言，石英(二氧化硅)、石墨、钼、碳化硅、氮化硅、二氧化硅与碳化硅或氮化硅的组成物、焦化氮化硼(pyrolliticboronnitride)、氧化铝、或氧化锆，并且视需要地以诸如氮化硅涂覆，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体生长装置，包含：容置于坩埚中的原料材料，该坩埚设置于该晶体生长装置中；以及加热系统，设置于该晶体生长装置中，该加热系统包括至少第一加热组件以及第二加热组件，该第一加热组件配置成将热轴对称性地分散至该原料材料，而该第二加热组件配置成将热对称性地分散至该原料材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.06 US 61/493,8041.一种晶体生长装置，包含：容置于长方体状的坩埚中的原料材料，该坩埚设置于该晶体生长装置中；以及加热系统，设置于该晶体生长装置中，该加热系统包括至少第一加热组件以及第二加热组件，该第一加热组件为圆形且配置成将热轴对称性地分散至该原料材料，而该第二加热组件为方形且配置成将热对称性地分散至该原料材料，其中，圆形的该第一加热组件设置于该长方体状的坩埚的上方，以及方形的该第二加热组件沿着该长方体状的坩埚的所有侧边而设置。2.根据权利要求1所述的晶体生长装置，其中，该第一加热组件由单件材料所形成。3.根据权利要求1所述的晶体生长装置，其中，该第二加热组件形成为蜿蜒的形状。4.根据权利要求1所述的晶体生长装置，其中，通过控制器独立地控制该第一加热组件及该第二组件，该控制器连接至固定并连接于该晶体生长装置的该第一及第二加热组件的电极。5.根据权利要求4所述的晶体生长装置，其中，该第一加热组件及该第二加热组件经由多个电极连接至...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·夏提亚，P·S·拉加万，A·安德鲁哈维，D·拉基，B·G·拉维，
申请(专利权)人：GTAT公司，
类型：发明
国别省市：美国;US