[发明专利]用于生产锭料的设备和方法

说明书

技术领域

通过引用并入美国专利申请US13/561350的内容。

本发明涉及一种用于生产锭料的设备和方法。

背景技术

用于晶体、尤其是由硅制成的晶体的体积生长的技术包括浮区（FZ）、直拉（Czochralski）（CZ）和多晶（mc）增长。这些方法均具有缺点和局限性。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种便于锭料的生产的设备和方法。

此目的由一种用于生产锭料的设备来实现，该设备包括：用于提供可控气氛的腔室，其中该腔室具有在竖直、也就是纵向上彼此间隔开的顶部和底部；用于支承种晶层的支架，其中该支架可相对于所述腔室沿纵向移动；至少一个用于控制腔室中的给定生长容积中的温度场的装置，其中温度场具有沿纵向的温度梯度；以及用于材料向种晶层上的可控给送的给送设备。此目的还通过一种用于生产锭料的方法来实现，该方法包括以下步骤：提供一设备，该设备具有用于提供可控气氛的腔室、至少一个用于控制腔室内部的给定生长容积中的具有沿纵向的温度梯度的温度场的装置、用于种晶层的支架——该支架可在腔室的内部沿纵向移动（相对于内部热区）和用于提供原料的可控给送设备；在支架上提供种晶层，其中种晶层限定待生产的锭料的截面积；使支架移动，以使得种晶层位于生长容积内的预定位置；在生长容积内产生具有预定竖直温度梯度的温度场；经由给送设备在种晶层上提供原料，其中控制原料的给送和生长容积内的温度场以使得整个种晶层被覆盖有一层液态原料；使支架与液态原料层的固化一致地相对于热区降下，从而从下方进行冷却。将支承板的运动控制成与固化界面的运动大致相等并相对。

本发明的核心在于提供了一种用于生产锭料的设备，该设备具有用于在腔室的内部产生沿纵向的温度梯度的至少一个装置和用于支承种晶层的支架——该支架可沿温度梯度的方向移动，以及一种用于在大致平直的种晶层上可控地给送材料的给送设备。

该设备特别适合于硅锭的生产。该设备特别适合于锭料的无坩埚生产。种晶层上的液态原料特别是独立的，也就是不存在用于容纳液态原料的坩埚、容器或冷壁坩埚。

根据本发明的一方面，种晶层包括布置在支架上的至少一个种晶板。种晶板优选由硅制成。该种晶板优选具有单晶结构。种晶板能由单晶硅制成。有利地，种晶板能由根据本发明的方法生产的锭料制成。

种晶层能包括若干种晶板，特别是若干种晶。种晶板优选以规则图案布置在支架上。种晶板优选在支架上形成预定区域的倾斜。种晶板优选具有给定晶体结构，特别是给定取向。

种晶层优选具有与待生产的锭料的截面积相对应的截面积。种晶层特别是具有与待生产的锭料相同的截面形状。种晶层的截面积特别是在最终锭料的截面积的20%以内。

种晶层优选具有至少0.04m²、特别是至少0.1m²、特别是至少0.2m²、特别是至少0.4m²的截面积。种晶层能呈矩形、特别是正方形。优选地，种晶层具有平直的侧边长度，该侧边长度为晶片尺寸的整数倍。

种晶层的外周优选具有圆形角部。角部优选具有至少1mm、特别是至少3mm的半径R。

根据本发明的另一方面，至少一个用于控制腔室中的温度场的装置包括布置在用于种晶层的支架上方的至少一个顶部加热设备。

该加热设备布置在种晶板与支架相对的一侧。加热设备特别是可由控制装置控制。控制装置能够是开环或闭环控制系统的一部分。加热设备能够是电感或电阻式加热设备。

根据本发明的另一方面，顶部加热设备被设计成产生具有沿垂直于纵向的方向的温度梯度的温度场。

根据本发明的另一方面，至少一个顶部加热设备包括至少两个加热环路，该加热环路可独立地控制。各加热环路连接到提供DC电信号和AC电信号中的至少一者的电源。

根据本发明的另一方面，至少两个加热环路同心地布置。至少两个加热环路具有不同参数，以使得一个加热环路形成最外部的加热环路，并且其中最外部的加热环路具有比至少另一个加热环路弱的加热功率。

根据本发明的另一方面，至少一个用于控制温度场的装置包括布置在用于种晶层的支架下方的至少一个底部冷却设备。顶部加热设备和底部冷却设备特别是布置在种晶层关于纵向的相对侧。

底部冷却设备优选是可控的。底部冷却设备能实现散热强度的受控变化。