結(jié)合二氧化硅部件的方法、用于生長單晶錠的坩堝、系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請要求2012年12月21日提交的美國臨時申請N0.61/740，943的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容全部通過引用結(jié)合在本文中。
[0002]本發(fā)明大體上涉及用于結(jié)合二氧化硅部件的方法，并且涉及用于生長單晶錠的二氧化娃甘禍。
【背景技術(shù)】
[0003]在通過提拉(CZ)法生長的單晶硅的生產(chǎn)中，多晶硅首先在拉晶裝置的諸如石英坩禍的坩禍中熔化，以形成硅熔體。晶種被下降到熔體中，并且緩慢地從熔體上升出以生產(chǎn)硅熔體。為了使用該方法生產(chǎn)高質(zhì)量單晶錠，與晶錠直接相鄰的熔體的表面的溫度和穩(wěn)定性必須被維持成大體恒定。需要更有效的系統(tǒng)和方法來限制與晶錠直接相鄰的熔體中的溫度波動和表面擾動。
[0004]該【背景技術(shù)】章節(jié)意在向讀者介紹可能與本發(fā)明的各方面相關(guān)的技術(shù)的各方面，這些方面在下文被描述和/或要求。相信該討論有助于為讀者提供背景信息，以幫助更好地理解本發(fā)明的各方面。因此，應(yīng)當理解的是，這些敘述應(yīng)當從這個角度閱讀，而不是作為對已有技術(shù)的認可。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]第一方面是將第一二氧化硅部件結(jié)合至第二二氧化硅部件的方法。該方法包括提供第一和第二二氧化硅部件；為第一二氧化硅部件和第二二氧化硅部件的接觸面涂覆具有二氧化硅和二氧化硅前體中的至少一者的溶液；將第一二氧化硅部件的涂覆表面放置成與第二二氧化硅部件的涂覆表面相鄰以形成組件；和加熱組件。
[0006]另一方面是用于在多晶錠的定向凝固中使用的坩禍。坩禍具有基部、側(cè)壁和堰體，側(cè)壁圍繞基部延伸，以形成用于在其中包含材料的容器，堰體在從側(cè)壁向內(nèi)的位置附裝至基部，以限定內(nèi)腔和外腔。堰體具有至少一個穿過其中的通道，以允許外腔中的材料運動至內(nèi)腔。
[0007]再另一方面是一種用于生長單晶錠的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括坩禍、加熱器和進料管。坩禍具有基部、側(cè)壁和堰體，側(cè)壁圍繞基部延伸，以形成用于包含其中的材料的容器，堰體在從側(cè)壁向內(nèi)的位置附接至基部，以限定內(nèi)腔和外腔。堰體具有至少一個穿過其中的通道，以允許外腔中的材料運動至內(nèi)腔。加熱器定位成與坩禍相鄰，以向坩禍提供熱量來維持其中的硅熔體。進料管與坩禍相連接，以向坩禍供應(yīng)原料材料。
[0008]又另一方面是一種用于從坩禍生長單晶錠的方法，坩禍具有基部、側(cè)壁和堰體，堰體在從側(cè)壁向內(nèi)的位置處附加至基部，以限定內(nèi)腔和外腔，堰體具有至少一個穿過其中的通道，以允許外腔中的材料運動至內(nèi)腔。該方法包括將原料材料放入坩禍中；熔化原料材料以形成經(jīng)過通道從外腔到達內(nèi)腔的熔體；將晶種下降到熔體中；和將晶種從熔體拉出，以由晶種拉出晶徒。
[0009]存在對關(guān)于上述方面提出的特征的各種改善。其它特征同樣也可以被結(jié)合在上述方面中。這些改善和附加的特征可以單獨地或任意組合地存在。例如，正面關(guān)于所圖示的實施例中任一種討論的各特征可以單獨地或任意組合地結(jié)合在上述方面的任一項中。
【附圖說明】
[0010]圖1是根據(jù)一個實施例的坩禍的局部剖視圖；
[0011]圖2是根據(jù)另一實施例的晶體生長系統(tǒng)的不意性側(cè)視圖；和
[0012]圖3是根據(jù)另一實施例的坩禍的局部剖視圖。
[0013]在全部附圖的多個視圖中，對應(yīng)的附圖標記表示對應(yīng)的部件。
【具體實施方式】
[0014]參考圖1，用于在多晶錠的定向凝固中使用的坩禍被示出并大體上表示為100。坩禍100具有基部110、側(cè)壁120和堰體130。側(cè)壁120圍繞基部的周邊112向上延伸，以在坩禍100中形成其中用于包含材料的凹洞102。
[0015]堰體130通過結(jié)合劑140粘附至基部110。粘附的堰體130在從側(cè)壁120徑向向內(nèi)的位置從基部HO的頂面114向上延伸。堰體130將凹洞102分成內(nèi)腔104和外腔106。通道132延伸穿過堰體130以連接內(nèi)腔104和外腔106。堰體130可以是圓柱形主體或任何其它適當?shù)男螤睢?br>[0016]在一種用于生產(chǎn)具有兩個或多個由熔融二氧化硅制成的部件的坩禍的實施例的方法中，部件的接觸面被制成具有相似的輪廓和相互匹配。各部件的接觸面涂有含有二氧化硅或二氧化硅前體的溶液(例如“注漿(slip)”)。溶液被制備成顯示出分散膠狀懸浮液，并且被典型地刷到接觸面的兩側(cè)。接觸面然后被壓在一起，并且被允許變干。溶液典型地是水基系統(tǒng)，因此允許溶液風干。
[0017]在風干之后，接合處被放入熱源中，熱源能夠在使脫玻作用最小化的受控制的條件下將部件加熱到特定溫度范圍，以外將兩個表面結(jié)合在一起。受控制的條件使得二氧化硅的晶型轉(zhuǎn)變、產(chǎn)生方石英的脫玻作用最小化。受控制的條件包括在諸如氬氣的惰性氣氛中將涂層部分加熱到約1150°C至約1550°C的范圍中的溫度，加熱約4小時至幾乎16小時之間。時間是基于在結(jié)合處獲得用于有效結(jié)合的充足粘性的流體。實際的時間取決于結(jié)合處在熱處理后的連續(xù)性以減小或消除結(jié)合處之間的空隙空間。
[0018]溶液可以包括注楽成型劑，例如二氧化娃粉(Cab-0-sil)、熱娃(Thermosil)或其它適當?shù)淖{成型劑。溶液可以包括二氧化硅前體，例如四烷氧基硅烷(tetroalkoxysilane)或其它適當?shù)亩趸耷绑w。
[0019]在另一實施例中，晶體生長系統(tǒng)在圖2中被示出并大體上表示為200。晶體生長系統(tǒng)200用于通過提拉法生產(chǎn)大晶體或晶錠。晶體生長系統(tǒng)200包括坩禍100，坩禍100含有硅熔體212，拉具或拉具系統(tǒng)234正從坩禍100中將晶錠214從熔體中拉出。在拉晶過程期間，晶種232被拉具234下降到熔體212中，然后緩慢地從硅熔體升起。隨著晶種232緩慢地從熔體212升起，來自熔體的硅原子使其自身與晶種對齊并且附著至晶種，以形成晶錠214。在該過程階段，期望使晶錠中由來自熔體的硅原子錯位引起的缺陷最小化。
[0020]可以在從堰體徑向向外的位置通過進料管220將原料材料216從進料器218放置到坩禍100的外腔106中。原料材料216的溫度比周圍熔體212低，隨著原料材料溫度升高和隨著原料材料自身熔化，原料材料216從熔體吸收熱量。隨著原料材料216從熔體212吸收能量，周圍熔體的溫度立刻下降。在熔體溫度的這些波動期間，妨礙了硅原子適當?shù)貙R自身的能力。
[0021]添加的原料材料216的數(shù)量由進料器218控制，進料器218由于來自控制器222的致動信號而作用。控制器222是用于控制通過進料管的原料材料的進料速率的計算裝置。熔體212冷卻的量由控制器222精確確定和控制?？刂破?22或添加或不添加原料，以調(diào)節(jié)熔體的溫度。隨著原料材料216被添加到熔體212中，熔體的表面可能被擾動。該擾動還影響熔體硅原子與晶種的硅原子適當?shù)貙R的能力。
[0022]通過圍繞坩禍定位在各位置處的加熱器224、226、228向坩禍100提供熱量。來自加熱器224、226、228的熱量熔化或液化原料材料216，然后使熔體212維持在液化狀態(tài)。加熱器224大體上是圓柱形的形狀，并且向坩禍100的側(cè)面提供熱量，加熱器226和228向坩禍的底部提供熱量。在一些實施例中，加熱器226和228大體上是環(huán)形的形狀。
[0023]加熱器224、226和228是聯(lián)接至控制器222的電阻式加熱器，控制器222可控制地向加熱器施加電流以改變其溫度。諸如高溫計等溫度傳感器的傳感器230在生長的單晶錠214的晶體/熔體表面處提供對熔體212的溫度的連續(xù)測量。傳感器230還可以用于測量生長的晶錠的溫度。傳感器230在通信上與控制器222連接?？梢愿郊悠渌鼫囟葌鞲衅鱽黻P(guān)于對于生長晶錠關(guān)鍵的點測量和向控制器提供溫度反饋。雖然為了清晰而示出了單個通信導線，但是一個或多個溫度傳感器可以通過多根導線或無線連接(例如通過紅外線數(shù)據(jù)鏈路或其它適當?shù)倪B接器)連接至控制器。
[0024]可以分別且獨立地選擇由控制器222供應(yīng)至各加熱器224、226和228的電流量，以優(yōu)化熔體212的熱特性。在一些實施例中，可以圍繞坩禍布置一個或多個加熱器來提供熱量。
[0025]如上所述，晶種232被附著至位于熔體212上方的拉具234的一部分。拉具234沿著垂直于熔體212的表面的方向提供晶種232的運動，允許晶種朝著熔體被下降或下降到熔體中和從熔體上升或升出熔體。為了生產(chǎn)晶錠214，與晶種232/晶錠214相鄰的區(qū)域中的熔體212必須維持在大體上恒定的溫度，并且表面擾動必須最小化。
[0026]堰體130限制與晶種232/晶錠214直接相鄰的區(qū)域中的表面擾動和溫度波動。也抑制固體硅殘片經(jīng)過通道到內(nèi)腔中。在一些實施例中，在坩禍中可以使用多于一個堰體，這將增加可溶解的或可熔化的微粒在外腔中的停留時間。在各堰體上可以使用類似的結(jié)合方法，以得到類似的抑制固體硅殘片經(jīng)過和進入內(nèi)腔中的好處。
[0027]熔體212的運動被限制在通道132的位置。沿著堰體130的下段放置通道132將熔體212的運動限制成沿著坩禍100的基部110的運動。因此，熔體212進入內(nèi)熔體部分中的任何運動都遠離熔體的頂部