用于硅锭的柴氏生长的侧边进料系统技术方案

本发明专利技术揭露一种柴式生长系统，包括生长腔，隔离阀，含有原料的进料腔，以及进料机。该隔离阀置于该生长腔的至少一个侧边壁中，而该进料腔通过该隔离阀而真空密封至该生长腔。该进料机通过该隔离阀可插入至该生长腔且提供该原料至该生长腔。优选地，此系统能使用连续柴式方法用来制造硅锭。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于硅锭的柴氏生长的侧边进料系统相关申请案的交互参考本专利技术主张于2011年4月20日所提出的美国临时专利申请案第61/477，435号的利益。
本专利技术一般涉及结晶锭块的柴氏生长。具体而言，本专利技术涉及用于结晶锭块的连续柴式生长的重复提供原料的进料系统。
技术介绍
类似于最普遍使用于硅集成电路者，在正在发展的许多类型的光伏太阳能电池中，其中一种最有效且经济的电池是基于通过柴氏法(Czochralski method)生长的娃晶圆的电池。在柴氏生长(CZ)方法中，在约1420°C的温度下让硅在坩埚中熔融成其液体状态。将预定结晶方向的小结晶硅晶种与熔融物接触并且之后逐渐拉出。在适当的温度控制下，液体硅以相同于晶种的方向凝固在该晶种上。之后，通过初次拉出条件如自晶种的直径延伸至所欲锭块的直径，缓慢自熔融物拉取该晶种以形成具有最终长度典型为一公尺或更多以及直径为数百毫米的长晶硅锭。在典型集成电路的应用上，批次CZ以下列方式实行:以首次填充的电子级(EG)娃填充i甘祸(该娃也称为初生多晶娃(virgin polysilicon)或仅称为多晶硅(polysilicon))。之后加热坩埚，且拉出一锭块以实质上耗尽该坩埚，然后在完成一锭块之后丢弃该坩埚。对冷却后的锭块切片以形成具有实质上少于一毫米厚度的圆型单晶晶圆。请参见 Wolf 以及 Taber 的 Silicon Processing for the VLSI Era, vol.1:Process Technology, Lattice Press, 1986，pp.5-21有关于电子级娃、冶金级娃以及典型柴氏工艺的讨论，已将该文纳入本文作为参考。然而，太阳能电池的应用在成本敏感度上远高于硅集成电路。尤其是，于每一个锭块后替换坩锅的需求提高了坩埚的高成本且损失了在坩锅中残留的硅。此外，替换坩埚与再加热该坩埚及其腔所需的时间大幅地降低了产量。一种减少太阳能硅芯片的成本的常用方法为连续柴氏生长法(CCZ)，其已广为人知多年但尚未广泛使用。该方法最近已被建议用在太阳能工业上。请参见Bender等人的美国专利案第7, 635，414号以及Williams等人的美国专利公开案第2011/0006240号。CCZ允许自单一坩埚拉起多个锭块，而当该坩埚仍为热时，且最佳为当一锭块自该坩埚熔融物拉取时，要求补充新鲜的硅至一般小的坩埚。然而，高品质单晶锭块的拉取要求严格控制的温度、精确的熔融程度控制、以及诸如氩气的非反应性环境。补充硅原料至柴式坩埚为CCZ的一大挑战。因此，在工业上仍有能够用于连续提供原料至柴式生长系统的进料系统，具体而言，连续柴式生长系统的需求。
技术实现思路
本专利技术涉及一种柴式生长系统,包括生长腔(growth chamber)、隔离阀、含有原料的进料腔(feed chamber)、及进料机。该生长腔包括坩埚，侧边壁、顶侧壁、支撑该坩埚用的基座、及可拉回地用于提供接触含有在该坩埚中的熔融物的晶种的拉取机制。该隔离阀置于该生长腔的至少一个侧边壁中，而该进料腔通过该隔离阀真空密封至该生长腔。该进料机通过该隔离阀可插入至该生长腔中，且提供该原料至该生长腔。此外，该进料腔也可自该生长腔移动至该进料腔，且当该隔离阀关闭时可置放在该生长腔中。优选地，该柴式生长系统进一步包括固定在该生长腔内的滴加盒(drop box)。该滴加盒作为自该进料机以及位于该坩埚上的喷口接收该原料用的斜底。我们应了解上述的整体说明与下述的细节描述仅作例示与说明用，其意图提供本专利技术的进一步说明，如权利要求书所定义的。【附图说明】图1是本专利技术的柴式生长系统的具体实施例的剖面图；图2及图6是本专利技术的柴式生长系统用的进料系统的具体实施例的剖面图； 图3是本专利技术的柴式生长系统用的滴加盒的具体实施例的直角装配图；以及图4及图5是本专利技术的柴式生长系统用的进料盘的具体实施例的视图。【具体实施方式】本专利技术涉及柴式生长系统及涉及用于提供原料至柴式生长系统的进料机系统。本专利技术的柴式生长系统包括制造锭块(诸如硅锭)的生长腔。该生长腔包括侧边壁及顶侧壁，以形成可加热空间，在该空间中提供含有原料(诸如硅)的坩埚。该原料熔融在该生长腔内的该坩埚中，该坩埚能通过下方的一个或多个基座支撑，并且能使用任何现有技术自该熔融物生长硅锭。因而，举例而言，该生长腔能进一步包括拉取机制，其中小结晶硅晶种自该生长腔的顶侧壁提供在诸如可拉回的绳上。令该具有预定的结晶配向的晶种与该熔融物接触，然后逐渐拉回。伴随适当的温度控制，液体硅以相同于该晶种的配向固化在结晶晶种上。之后缓慢自该熔融物拉取该晶种以形成具有所欲最终长度及直径的生长的结晶硅锭。伴随着反应至负载单元(load cell)以用于激活供给原料至该生长腔的控制装置，也能使用支撑该拉取机制的一个或多个负载单元。在该生长腔中的该坩埚可以为任何现有用在硅晶成长，且可含有固体以及液体硅两者的原料者。举例而言，该坩埚可以为石英坩埚或可以为含有石英内衬的石墨坩埚。该坩埚也可以具有任何取决于，举例而言，该结晶成长系统的几何构型的剖面形状，但典型上为具有圆型的剖面形状。优选为，该坩埚包括内区以及外区，且这些区彼此有流体交流。该内区位于该拉取机制下方，因此在该区中起始生长，而在该外区含有当锭块生长时进料额外的材料至该内区的原料(当熔融时)。举例而言，该坩埚可以包括壁或其它将该坩埚分为内区以及外区的分隔手段。分离件具有开口，诸如孔洞或管路，以提供该两区之间受限制的流体交流，使得当材料通过该结晶工艺自内成长区移除时，新鲜材料可以从外进料区进入内成长区。本专利技术的柴式生长系统进一步包括附着至该生长腔的隔离阀。该阀能置于该生长腔的任何一处，包括置于至少一个侧边壁或顶侧壁中。优选地，为了便于原料的传送(下文将详细说明)，该隔离阀置于该生长腔的侧边壁中。该阀能为
中任何现有的阀，但优选为有可扩展的水冷闸的闸阀(gate valve)，诸如揭露于美国专利公开案第2011/0006235号、第2011/0006236号、及第2011/0006240号者，已将全文纳入本文作为参考。再者，本专利技术的柴式生长系统也包括通过该隔离阀密封至该生长腔的进料腔(优选为真空密封)及通过该隔离阀可插入至该生长腔的进料机。该进料腔含有原料(诸如硅)及该进料机提供该原料至该生长区。该进料机也可自该生长腔移动至该进料腔并且在该隔离阀关闭时可置放在该生长腔中。优选地，该柴式生长系统进一步包括自该进料机接收该原料用的固定在该生长腔内侧的滴加盒(drop box)。举例而言，该滴加盒能具有斜底及位于该坩埚上方的喷口使得提供自该进料机的原料能进入该滴加盒及添加至该坩埚，而无可观的泼溅。该滴加盒底的斜率变换能取决于，举例而言，该滴加盒高于该坩埚的高度及所欲的原料添加速率。举例而言，该斜底能倾斜在约30°及约60°之间的角度。对具有内区及外区的坩埚而言，优选为该滴加盒的喷口置于该外进料区上方。该滴加盒能包括任何
中现有的任何可以承受高温结晶生长炉温度与条件的材料，包含，举例而言，诸如碳化硅的高模数、无污染的材料。该进料腔能进一步包括置放该原料材料的容器。举例而言，该容器能包括加料斗，具有位于该进料机上方，附有底喷口的漏斗。在此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柴式生长系统，包括：生长腔，包括坩埚、侧边壁、顶侧壁、用于支撑该坩埚的基座、及可拉回地支撑用于接触包含在该坩埚中的熔融物的晶种的拉取机制；隔离阀，置于该生长腔的至少一个侧边壁中；进料腔，通过该隔离阀真空密封至该生长腔且含有原料；以及进料机，通过该隔离阀可插入至该生长腔中，以提供该原料至该生长腔，并可从该生长腔移动至该进料腔，且当该隔离阀关闭时可置放在该生长腔中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.20 US 61/477,4351.一种柴式生长系统，包括: 生长腔，包括坩埚、侧边壁、顶侧壁、用于支撑该坩埚的基座、及可拉回地支撑用于接触包含在该坩埚中的熔融物的晶种的拉取机制； 隔离阀，置于该生长腔的至少一个侧边壁中； 进料腔，通过该隔离阀真空密封至该生长腔且含有原料；以及 进料机，通过该隔离阀可插入至该生长腔中，以提供该原料至该生长腔，并可从该生长腔移动至该进料腔，且当该隔离阀关闭时可置放在该生长腔中。2.根据权利要求1所述的柴式生长系统，进一步包括滴加盒，固定在具有从该进料机接收该原料的斜底的该生长腔内，以及位于该坩埚上方的喷口。3.根据权利要求2所述的柴式生长系统，其中，该斜底倾斜在约30°及约60°之间的角度。4.根据权利要求1所述的柴式生长系统，其中，该坩埚包括位于该拉取机制下方的内区及与该内区有流体交流的环状外区。5.根据权利要求2所述的柴式生长系统，其中，该坩埚包括位于该拉取机制下方的内区及与该内区有流体交流且置放于该滴加盒的该喷口下方的环状外区。6.根据权利要求2所述的柴式生长系统，其中，该滴加盒包括碳化硅。7.根据权利要求2所述的柴式生长系统，进一步包括容器，用于在该进料腔内置放该原料。8.根据权利要求7所述的柴式生长系统，其中，该进料机包括进料盘，该进料盘具有用于自该容器接收该原料的接收区及连接至该接收区且具有小于该接收区的剖面的注射区，并通过该隔离阀可插入至该生长腔中。9.根据权利要求8所述的柴式生长系统，其中，该注射区具有凹底。10.根据权利要求9所述的柴式生长系统，其中，该凹底具有壁，该壁自垂直至约30°及约60°之间对立倾斜的V形状。11.根据权利要求7所述的柴式生长系统，其中，该容器包括加料斗，该加料斗具有附有置于该接收区的侧边壁内的底喷口的漏斗。12.根据权利要求8所述的柴式生长系统，进一步包括振...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·L·卢特尔，V·A·洛埃尔，D·S·威廉斯，H·P·辛西彻勒，N·米登多夫，
申请(专利权)人：GT高级锆石有限责任公司，
类型：
国别省市：