一种定向固化炉，包括用于保持熔融硅的坩埚，以及覆盖该坩埚并且在熔融硅上方形成封闭部的盖。所述坩埚还包括在盖中的入口，该入口用于在熔融硅上方引入惰性气体以防止对熔融硅的污染。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及定向固化炉，并且更具体地，涉及用于将惰性气体流引入炉中的装置和方法。
技术介绍
定向固化炉经常用于生产多晶硅晶锭。首先，将原料硅加载到石英坩埚中。硅可以为固体块、回收的多晶硅、硅粉或它们的组合的形式。坩埚典型地由石英或能够耐受高温并且同时基本保持惰性的其它合适材料制成。坩埚典型地为五边箱体，该箱体的顶部通到炉中的气氛。石英坩埚被石墨支承壁支承，该石墨支承壁为坩埚增加了结构刚性。在已向坩埚填充硅之后，相对于外部周围环境密封围绕坩埚的区域。为了有助于将坩埚与外部环境隔开，将坩埚安置在形成炉的一部分的保护壳(containment vessel) 中。然后减小保护壳中的压力。保护壳中的气氛的含量也可被监测和控制。然后，将坩埚和填料加热到足以使硅熔化的温度。在填料已经完全熔化之后，填料以受控的速率冷却以实现定向固化结构。受控的冷却速率是通过以下措施的任何组合来建立的即，减少由辐射加热器施加的热的数量和位置、在围绕坩埚的绝缘体中的排热孔的移动或打开、或冷却介质在冷却板中的循环。这些方法中的任一种都传递热远离坩埚的表面。 如果坩埚底部的冷却速率大于坩埚侧面的冷却速率，则生成具有占主导的轴向热梯度的相对平直的水平固化等温线。由此，晶锭在最接近坩埚的较冷侧面的区域中凝固，并且沿远离坩埚的该侧面的方向继续。熔体最后固化的部分通常在晶锭的顶部。在定向固化炉中生产多晶硅晶锭的一个重要问题是杂质对于晶锭的污染。污染的进入点经常是在熔体表面。保护壳中存在的气态的或固态的碳或其它污染物在熔体表面处进入，并且至少部分地被熔体吸收，随后在固化时有时作为沉淀的化合物被结合在晶锭中。碳污染的其中一些来源是当坩埚和壁被加热时形成的一氧化碳气体，以及与被加热的绝缘体和石墨接触的含氧化合物，或导致颗粒碳污染的围绕炉壳的壁和内部的易碎绝缘体的劣化。在以下的反应中形成一氧化碳气体Si0(g)+C(s) =>SiC(s)+C0(g)以及O2(g)+2 *C(s) =>2*CD(g)，其中气态SiO的来源可以是从自由硅熔体表面的蒸发，或通过反应2女SiO2(g) => 2*Si0(g)+02(g)进行的坩埚的分解，并且氧可来源于炉中留下的空气或者空气泄漏到炉中。通过相邻的坩埚支承件的石英坩埚的分解也是含碳类的重要来源。这通过诸如Sih+2 * C(s) => SiC(s)+C0(g)的反应发生。一氧化碳或二氧化碳气体(从任何来源产生的)与熔体表面的反应如下列反应式所示Si(I)+CO(g) — Si0(g)+C 或 Si(I)+CO2 (g) =>2 * SiO(g)+C。硅晶锭中的碳沉淀在最终由晶锭制造的产品(诸如太阳能电池)中导致不希望的电分流。碳还污染硅的回收料流，因为未使用的或不令人满意的晶锭经常被回收以形成新的晶锭。因此，减少熔体的碳污染降低了回收料流的碳污染水平。已经尝试在炉中引入惰性气体流，但是由于效能低的流动路径，它们不能完全令人满意。因此，需要高效和有效的装置和方法来引入惰性气体流以减少晶锭中的污染水平。
技术实现思路
在一个方面，一种定向固化炉包括用于保持熔融硅的坩埚，和覆盖该坩埚并且在熔融硅上方形成封闭部的盖。该坩埚还包括在该盖中的入口，该入口用于将惰性气体引导至熔融硅之上以阻止对熔融硅的污染。在另一方面，一种定向固化炉包括用于保持熔融硅的坩埚，和用于支承该坩埚的坩埚支承件。该炉还包括覆盖该坩埚和该坩埚支承件并且在熔融硅上方形成封闭部的盖。 该炉进一步包括在盖中的入口，该入口用于将惰性气体引导至熔融硅之上。邻近盖设有第一间隙和第二间隙。该第一间隙和第二间隙限定了有助于从该封闭部除去污染物和允许惰性气体离开该封闭部的非直线流动路径。在又一方面，一种制造多晶体晶锭的方法包括将固体多晶硅放置在坩埚中，以及在该坩埚上放置盖以便在该盖和该坩埚之间形成具有迷宫式间隙的封闭部。该方法进一步包括施加热以使多晶硅熔化。该方法还包括将惰性气体引到该封闭部，从而该气体从该封闭部清除污染物并且仅通过所述间隙离开该封闭部。该方法还包括使熔融多晶硅固化以形成晶锭。对于上述方面中提及的特征存在各种改进。其它特征也可结合在上述方面中。这些改进和附加特征可以单独存在或者以任何组合存在。例如，下文关于任何一个所示实施例讨论的各种特征可以单独地或以任何组合结合到任何一个上述方面中。附图说明图1是根据一个实施例的定向固化炉的局部示意性截面图；图2是图1的盖、坩埚和坩埚支承件的截面图，并且示意性地示出惰性气体流过硅熔体上方的封闭空间；图3A是坩埚支承件的一部分和盖的一部分的截面图；图;3B是坩埚支承件的一部分和定位在支承托架上的盖的一部分的截面图；图4是沿图;3B中的线4-4的截面图；图5A是定位在坩埚支承件之上的盖的一部分的截面图；图5B是定位在坩埚支承件之上的盖的侧视图；图6是描述根据一个实施例提供熔体表面的惰性气体流的方法的流程图；图7是根据另一实施例在盖中形成的凸缘的截面图；图8是组装好的坩埚支承件和盖的示意性透视图，其中一个壁以及盖的一部分被去除；图9是硅晶片的平面顶视图；图10是示出FIlR碳与各种样品晶锭的固化份额的关系的图；图11是示出对于给定的填充条件主晶锭部分中的最大碳浓度的图；以及图12是组装好的坩埚支承件和盖的示意性透视图，其中一个壁以及盖的一部分被去除。具体实施例方式参照图1，此实施例的定向固化炉总体用100指示。该定向固化炉包括被坩埚支承件103支承的石英坩埚102，该坩埚支承件103包括壁104(坩埚支承壁)和坩埚基座106。 可以设想使用其它结构或装置来支承坩埚。连同下文所述的盖112—起，坩埚102、壁104 和坩埚基座106形成坩埚组件或者内部组件105(图2~)。此内部组件105还可包括设置在坩埚基座106下面的热交换器107。在一个实施例中，除了有目的地在其中形成的排放口或间隙之外，内部组件105不具有漏隙。类似地，炉100中可不具有或基本不具有漏隙。在此实施例中，加热器108围绕壁104定位，并且位于保护壳110中。加热器108 可合适地为辐射加热器。加热器108施加使坩埚内的填充材料熔化所必需的热。此实施例的填充材料是硅，但是可设想其它材料。侧面绝缘体109围绕坩埚设置，并且可诸如通过垂直运动(由图1中的箭头所示)而被部分地打开。一旦硅填料已经熔化，则可将冷却介质引到热交换器107或者可抬高绝缘体109以有助于硅的定向固化。加热器108的热输出可被调整，以便向熔体111施加较少的热。还可通过移动加热器108远离坩埚102、尤其是远离坩埚基座106，来相对于坩埚调整加热器108的位置。另外，围绕炉的绝缘体可相对于炉移动，以允许更多的热远离炉传递。这样，通过这些处理的任何组合实现晶锭的定向固化。 因此，熔体111的最接近坩埚基座106的部分首先固化，并且以远离坩埚支承基座106的大致向上的方式继续进行固化。最后固化的部分是熔体111的顶面。此实施例的盖112定位在坩埚102的顶部上以容纳和引导惰性气体流。如图2所示，惰性气体流通过入口管114被引到盖112，并且在沿熔体111的顶面流动之后，通过在坩埚102的顶部下面的并且在壁104和垂直板118之间的间隙(在下文结合图3A本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种定向固化炉，包括：用于保持熔融硅的坩埚；覆盖所述坩埚并且在熔融硅上方形成封闭部的盖；以及在所述盖中的入口，所述入口用于将惰性气体引至熔融硅之上以阻止对熔融硅的污染。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·L·金贝尔，
申请(专利权)人：MEMC电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：US
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。