專利名稱：用于由半導(dǎo)體材料制造定向凝固塊的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于由半導(dǎo)體材料制造定向凝固塊的方法，其中， 盛放在坩堝內(nèi)的熔液在用來進(jìn)行定向凝固的過程室內(nèi)、在充分利用結(jié) 晶的情況下、至少從上面得到加熱。此外，本發(fā)明還涉及一種用于由半導(dǎo)體材料制造定向凝固塊的裝 置，其具有里面盛放熔液的坩堝和至少從上面和側(cè)面環(huán)繞坩堝的隔熱體，該隔熱體至少在坩堝的上面與其相距，還具有至少一個設(shè)置在坩 堝上方的加熱裝置。
背景技術(shù)：
在按照現(xiàn)有技術(shù)用于制造半導(dǎo)體材料的定向凝固塊、特別是定向 凝固硅的方法和裝置中，盛放在坩堝內(nèi)的熔液或者從側(cè)面出來或者從 底面出來得到加熱。從上面加熱的優(yōu)點是可以達(dá)到良好的水平能量分 布，從而在凝固時產(chǎn)生一種所追求的水平相界。但缺點是，加熱件直 接處于凝固期間保持液態(tài)的半導(dǎo)體材料的蒸汽流中并因此與半導(dǎo)體材 料例如硅產(chǎn)生反應(yīng)。在按照現(xiàn)有技術(shù)常用的石墨加熱件方面，這一點 導(dǎo)致迅速老化并還導(dǎo)致電阻被改變從而產(chǎn)生相應(yīng)后果。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，提供用于制造定向凝固塊的一種方法和一種 裝置，也就是用于實施結(jié)晶過程的裝置，特別是避免加熱件由于金屬 蒸汽的影響而老化，此外還提供下述可能，即能夠明確地并且可再生 產(chǎn)地加熱熔液。該目的通過一種用于由半導(dǎo)體材料制造定向凝固塊的方法得以實
現(xiàn)，其中，盛放在坩堝內(nèi)的熔液在過程室內(nèi)進(jìn)行定向凝固，在充分利 用結(jié)晶的情況下至少從上面得到加熱，其特征在于，坩堝的加熱間接 從上方通過與過程室隔開的上部加熱室間接進(jìn)行。在裝置方面，該目的通過一種用于由半導(dǎo)體材料制造定向凝固塊 的裝置得以實現(xiàn)，該裝置具有里面盛放熔液的坩堝和至少從上面和側(cè) 面環(huán)繞坩堝的隔熱體，該隔熱體至少在坩堝的上面與其相距，還具有 至少一個設(shè)置在坩堝上方的加熱裝置，其特征在于，隔熱體內(nèi)部在坩 堝上方的區(qū)域通過隔板被分成一個過程室和一個處于其上方的上部加 熱室，該加熱室內(nèi)設(shè)置至少一個加熱件。這種方法以及這種裝置的特征在于，在由金屬熔液排放的金屬蒸 汽與加熱件之間不出現(xiàn)直接接觸。該方法最好這樣實施，使坩堝至少從上面通過上部加熱室和用于 定向凝固的過程室并在充分利用結(jié)晶的情況下得到加熱，而使上部加 熱件不受到損壞。具體地說，在與依據(jù)本發(fā)明裝置的結(jié)合下按照下述實施該方法， 即通過坩堝上方亦即熔液上方的隔板將上部加熱裝置氣密隔開，從而 讓從加熱熔液升起的金屬蒸汽、例如硅蒸汽遠(yuǎn)離該有源加熱件。依據(jù)優(yōu)選的措施，過程室內(nèi)熔液上方生成的氣體這樣排出，使其 不進(jìn)入加熱室內(nèi)。此外為達(dá)到所追求的目標(biāo)，優(yōu)選將隔板置于框架上；這種框架從 側(cè)面以一定間距將坩堝環(huán)繞。這種框架應(yīng)由隔熱材料制成并與外部隔 熱體相關(guān)形成中間隔熱壁，也就是說，外部隔熱體以一定間距環(huán)繞形 成間隙的中間隔熱壁。 坩堝支承在支承板上，在裝置的另一種構(gòu)成中，該支承板在其邊 緣區(qū)域上具有一個作為底板部件的彎邊；利用底板的該彎邊使得支承 板相對于中間隔熱體基本上氣密密封。利用隔熱體將整個坩堝設(shè)置在一個真空室內(nèi)。側(cè)面環(huán)繞坩堝支承板的底板的框架同時構(gòu)成接收槽或者接收槽的 一部分，用于可能從坩堝流出的熔液。對于這種接收槽來說，側(cè)面環(huán) 繞坩堝的框架可以構(gòu)成接收槽的側(cè)壁。此外，接收槽的底部可以通過 裝入底板內(nèi)的坩堝支承板構(gòu)成。底板優(yōu)選由石墨或者由石墨板和/或石墨膜的組合構(gòu)成。具有優(yōu)點 的是，接收槽的側(cè)壁由吸收硅的石墨氈構(gòu)成。底板在幾何形狀的水平熔液面的投影上具有一個作為導(dǎo)熱窗的開 口或者穿孔。為防止熔液或者熔液蒸汽從裝置的內(nèi)腔逸出，應(yīng)該讓間隙以迷宮 式階梯構(gòu)成，硅可以通過間隙流出或者逸出。上面支承坩堝或支承坩堝的支承板的支承結(jié)構(gòu)同時可以被設(shè)為輸 氣通道。為此優(yōu)選設(shè)置至少一根支承梁，該支承梁在其朝向坩堝底部 的面上具有例如噴嘴開口的氣體排放口，冷卻氣體通過這些噴嘴開口 可以被輸送到坩堝底板或支承板的底面上。加熱的冷卻氣體優(yōu)選在循 環(huán)中通過一個換熱器回流冷卻并利用泵重新輸送到支承梁。在坩堝底部的下方，確切地說是在支承梁的下方相距設(shè)置了一個 下部有源加熱件以及一個處于其下方的、具有冷卻蛇形管的冷卻板， 以便從下方也能有效加熱和冷卻坩堝，具體地說室在與設(shè)置在上部加 熱室內(nèi)的加熱件的相互作用下。
最后設(shè)置了可以穿過外隔熱體側(cè)壁和中間隔熱體的側(cè)面排氣口。


本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)和特征來自下面借助唯一附圖所示實施例的說 明，該附圖示意示出依據(jù)本發(fā)明裝置的剖面圖。
具體實施方式
附圖所示的裝置用于由半導(dǎo)體材料制造定向凝固塊，特別是硅熔 液的定向凝固塊。該裝置具有一個坩堝l，該坩堝被一個外部隔熱體2從上面和側(cè)面環(huán)繞。該外部隔熱體2與坩堝1的側(cè)壁和上面相距。坩堝1及外部隔熱體2設(shè)置在一個真空室3內(nèi)并通過一個下面還 要詳細(xì)介紹的支承梁4固定在里面。坩堝1的上面裝入一個隔板5，該隔板將處于坩堝1上面的空間 分成一個過程室6和一個上部加熱室7。處于隔板5與隔熱體2上部覆 蓋件之間的上部加熱室7內(nèi)水平分布地設(shè)置一個有源加熱件8。此外， 隔板5處于和支承在一個構(gòu)成框架的中間隔熱體10上，該中間隔熱體 一方面與柑堝1的側(cè)壁側(cè)面相距、另一方面與外部隔熱體2相距設(shè)置， 從而各自形成間隙。通過隔板5使得上部加熱室7相對于過程室6基本上氣密封閉。坩堝1支承在支承板9上，該支承板同時構(gòu)成外部隔熱體2的底 面。正如從附圖中可以看到的那樣，支承板9被裝入一個所謂的底板 11內(nèi)，該底板讓支承板9在其邊緣區(qū)域上相對于中間隔熱體IO基本上 氣密密封。該裝置的上部區(qū)域內(nèi)具有一個管狀吹氣輸送通道12，該輸送通道 穿過隔板5和外部隔熱體2的上蓋并在真空室3的內(nèi)部利用其另一端結(jié)束o上面提到的中間隔熱體IO在與底板11和坩堝支承板9的結(jié)合下 同時作為可能從坩堝1流出的熔液的接收槽使用。底板11可以由石墨 或者由石墨板和/或者石墨膜的組合例如以適當(dāng)?shù)姆绞酵繉訕?gòu)成。接收 槽的側(cè)壁、也就是本實施例中的中間隔熱體IO可以由吸收硅的石墨氈 構(gòu)成。雖然附圖的剖面圖中看不到，但底板11在幾何形狀的水平熔液面 的投影上具有一個穿孔作為導(dǎo)熱窗，該穿孔的附圖符號為13。需要指出的是，通過其可能流出硅或坩堝1內(nèi)熔化熔液的所有間 隙均以迷宮式階梯構(gòu)成，在熔液從槽中流出時，間隙被依次注入熔液， 熔液通過釋放的熱量逐漸凝固并然后可靠地封閉這些間隙。支承梁4管狀構(gòu)成并同時作為輸氣通道使用；為此，管狀末端14 穿過附圖右側(cè)真空室3的壁通向外部并與氣體輸送線路15連接。在支 承梁4的朝向坩堝底部的面上存在噴嘴開口 16，管狀支承梁4上方的 冷卻氣體通過這些噴嘴開口可以流動到支承板4的底面上并因此流動 到坩堝1的底板上。冷卻氣體在循環(huán)中從一個冷卻氣體排放口 17沿著 流動箭頭18的方向通過一 個換熱器19和一個冷卻氣體循環(huán)泵20回流。支承梁4下面與其相距設(shè)有下部有源加熱件21。處于該加熱件21 下面的是冷卻板22，冷卻板22具有設(shè)置在底面上的冷卻蛇形管23， 這些蛇形管在輸送相應(yīng)冷卻劑的情況下可以有效冷卻該設(shè)置的下部區(qū) 域。通過上部加熱件8、下部加熱件23、支承梁4上方的輸氣通道以 及下部冷卻板22，可以通過相應(yīng)進(jìn)行加熱和冷卻達(dá)到熔液的定向凝固。
為使過程室6有效排氣，在坩堝1的壁與中間隔熱體IO之間的下 部區(qū)域內(nèi)存在排氣口 24，排氣口通入外面的、通過真空室3限制的空 間。
權(quán)利要求
1.用于由半導(dǎo)體材料制造定向凝固塊的方法，其中，盛放在坩堝內(nèi)的熔液在充分利用結(jié)晶的情況下、在用來進(jìn)行定向凝固的過程室內(nèi)至少從上面得到加熱，其特征在于，坩堝的加熱間接從上方通過與過程室隔開的上部加熱室間接進(jìn)行。
2. 按權(quán)利要求l所述的方法，其中，在充分利用結(jié)晶的情況下，上部加熱室和用于定向凝固的過程室至少從上面得到加熱。
3. 用于由半導(dǎo)體材料制造定向凝固塊的裝置，具有內(nèi)盛熔液的坩 堝和至少從上面和側(cè)面環(huán)繞坩堝的隔熱體，該隔熱體至少在坩堝的上 方與其相距，還具有至少一個設(shè)置在坩堝上方的加熱裝置，其特征在 于，隔熱體(2)內(nèi)部在坩堝(1)上方的區(qū)域通過隔板(5)被分成一個過程室(6)和一個處于其上方的上部加熱室(7)，該加熱室內(nèi)設(shè) 置至少一個加熱件(8)。
4. 按權(quán)利要求3所述的裝置，其中，通過隔板(5)將上部加熱 室(7)相對于過程室(6)基本上氣密地封閉。
5. 按權(quán)利要求3或4所述的裝置，其中，坩堝(1)支承在支承 板(9)上。
6. 按權(quán)利要求3至5之一所述的裝置，其中，隔板(5)處于框 架(10)上，框架(10)從側(cè)面以一定距離將坩堝(1)環(huán)繞。
7. 按權(quán)利要求6所述的裝置，其中，框架由形成中間隔熱壁(10) 的隔熱材料構(gòu)成。
8. 按權(quán)利要求3至7之一所述的裝置，其中，框架(10)與形成 間隙的隔熱體(2)相距設(shè)置。
9. 按權(quán)利要求5所述的裝置， 板(11)內(nèi)。
10. 按權(quán)利要求9所述的裝置，
11. 按權(quán)利要求9所述的裝置， 石墨膜的組合構(gòu)成。其中，坩堝支承板(9)被裝入底其中，底板(11)由石墨構(gòu)成。 其中，底板(11)由石墨板和/或
12. 按權(quán)利要求9所述的裝置，其中，底板(11)的邊緣區(qū)域使 支承板(9)相對于框架(10)基本上氣密地密封。
13. 按權(quán)利要求3至12之一所述的裝置，其中，具有從過程室(6) 的上方區(qū)域引出的吹氣輸送通道(12)。
14. 按權(quán)利要求13所述的裝置，其中，吹氣輸送通道(12)穿過 隔板(5)。
15. 按權(quán)利要求3至14之一所述的裝置，其中，坩堝(1)被利 用隔熱體設(shè)置在真空室(3)內(nèi)。
16. 按權(quán)利要求14和15所述的裝置，其中，吹氣輸送通道(12) 將過程室(6)與真空室(3)直接連接。
17. 按權(quán)利要求6和權(quán)利要求9所述的裝置，其中，框架(10) 同底板(11)以及坩堝支承板(9) 一起可同時被設(shè)為流出熔液的接收 槽。
18. 按權(quán)利要求17所述的裝置，其中，接收槽的側(cè)壁由框架(10)構(gòu)成。
19. 按權(quán)利要求17所述的裝置， (11)內(nèi)的坩堝支承板(9)構(gòu)成。
20. 按權(quán)利要求18所述的裝置， 石墨毪組成。其中，接收槽的底部由裝入底板其中，接收槽的側(cè)壁由吸收硅的
21. 按權(quán)利要求9所述的裝置，其中，底板(11)在幾何形狀水 平熔液面(13)的投影上具有作為導(dǎo)熱窗的穿孔。
22. 按權(quán)利要求3至21之一所述的裝置，其中，縫隙被設(shè)為迷宮 式的階梯，硅可以通過縫隙排出。
23. 按權(quán)利要求5至22之一所述的裝置，其中，支承板(9)由 至少一個支承梁(4)支承。
24. 按權(quán)利要求23所述的裝置，其中，支承梁(4)同時被設(shè)為 輸氣通道(14、 16)。
25. 按權(quán)利要求24所述的裝置，其中，支承梁(4)朝向坩堝底 部的面上設(shè)置噴嘴開口 (16),通過它們，冷卻氣體通過被設(shè)為輸氣 通道的支承梁(4)對準(zhǔn)坩堝底部或者坩堝支承板的底面。
26. 按權(quán)利要求25所述的裝置，其中，冷卻氣體在循環(huán)中通過一 個換熱器(19)得到再冷卻并利用泵(20)被輸送到支承梁(4)。
27. 按權(quán)利要求3至26之一所述的裝置，其中，在坩堝(1)的 支承板(9)下方與其相距設(shè)置一個下部有源加熱件(21)。
28.按權(quán)利要求27所述的裝置，其中，在加熱件(21)的下方設(shè) 置冷卻裝置(22、 23)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于由半導(dǎo)體材料制造定向凝固塊的方法以及裝置，其中，該裝置具有一個里面盛放熔液的坩堝和一個至少從上面和側(cè)面環(huán)繞坩堝的隔熱體，該隔熱體至少在坩堝的上面與其相距，還具有至少一個設(shè)置在坩堝上面的加熱裝置，其中，隔熱體內(nèi)部在坩堝上方的區(qū)域通過隔板被分成一個過程室和一個處于過程室上方的上部加熱室，該加熱室內(nèi)設(shè)置至少一個加熱件。
文檔編號C30B29/06GK101133191SQ200680003899
公開日2008年2月27日 申請日期2006年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月3日
發(fā)明者弗朗茨·雨果 申請人:Rec斯坎沃佛股份有限公司