在硅熔體的表面上達成持續(xù)的非等向晶體成長的裝置制造方法
【專利摘要】一種用于自熔體成長晶體薄板的裝置，其包括冷塊組成。冷塊組成可包括冷塊以及圍繞冷塊的遮蔽，所述遮蔽具有比所述冷塊的溫度更高的溫度，其中所述遮蔽定義出開口，所述開口沿著靠近熔體表面的所述冷塊的表面配置，并且定義出包括沿著所述冷塊的第一方向的寬度的冷卻區(qū)域，所述冷卻區(qū)域可操作以對靠近所述冷塊的所述熔體表面的第一區(qū)域進行局部冷卻。所述裝置可還包括晶拉器，當配置冷塊組成在熔體表面附近時，所述晶拉器以垂直于第一方向的方向拉動晶種。
【專利說明】在硅熔體的表面上達成持續(xù)的非等向晶體成長的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實施例涉及襯底制作的領(lǐng)域。尤其涉及一種自熔體成長結(jié)晶薄板的方 法、系統(tǒng)以及結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002] 舉例而言，集成電路或太陽能電池產(chǎn)業(yè)中可使用硅晶圓或板。隨著對再生性能源 的需求增加，對太陽能電池的需求亦持續(xù)增加。在太陽能電池產(chǎn)業(yè)中，其中一項主要的成本 是用來制造這些太陽能電池的晶圓或薄板。減少在晶圓或薄板上的成本將必然地減少太陽 能電池的成本，并且可讓此再生性能源技術(shù)更普及。
[0003] 已被研究的降低太陽能電池的材料花費的方法之一是自熔體垂直拉動薄硅帶 (ribbon)且將其冷卻且凝固為薄板。上述方法的拉動速率（pull rate)被限制為小于大約 18mm/min。在娃的冷卻及凝固期間所移除的潛熱（latent heat)必須沿垂直帶移除。此導(dǎo) 致沿所述帶的較大溫度梯度。此溫度梯度對結(jié)晶硅帶施加應(yīng)力，且可能導(dǎo)致多晶粒硅的質(zhì) 量較差。所述帶的寬度及厚度亦可能由于此溫度梯度而受限。
[0004] 水平地自溶體產(chǎn)生薄板（或"帶"），例如所謂的水平帶成長（horizontal ribbon growth，HRG)，也已被投入研究?，F(xiàn)有技術(shù)試圖使用氦氣對流氣體冷卻來達到帶拉動所需要 的連續(xù)的表面成長。此些現(xiàn)有技術(shù)的嘗試并未達到制造出可靠且迅速地拉動均勻厚度的寬 帶的目標，亦即未達到"值得制造 （production worthy)"的目標。
[0005] 雖然桂熔體的福射冷卻（radiative cooling)被提出作為一種形成結(jié)晶娃的替代 性方法，但會因為固態(tài)硅與液態(tài)硅的發(fā)射率（emissivity)之間較大的差值ε s- ε i，而產(chǎn)生 使用輻射冷卻時較難達到熔體表面的迅速凝固的問題。有鑒于上述觀點，可以理解，有改良 自熔體制造水平成長的硅薄板的裝置與方法的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本
【發(fā)明內(nèi)容】
以簡單的形式介紹一些概念，這些概念將于下述實施方式更進一步說 明。本
【發(fā)明內(nèi)容】
并非用以指出申請專利的標的的關(guān)鍵技術(shù)特征或必要技術(shù)特征，亦非用以 幫助判斷申請專利的標的的范疇。
[0007] 本發(fā)明提出一種用來自熔體成長結(jié)晶薄板，所述裝置包括冷塊組成。冷塊組成包 括第一冷塊以及第一遮蔽。所述第一遮蔽處在比冷塊溫度更高的提升溫度，并且圍繞第一 冷塊。第一遮蔽包括沿著冷塊的較低部分配置的開口，且開口定義第一冷卻區(qū)域，第一冷卻 區(qū)域包括沿著所述冷塊的第一方向的寬度。第一冷卻區(qū)域可操作以（operable to)在第一 冷塊附近的熔體表面區(qū)域提供局部冷卻。本發(fā)明的裝置還包括晶拉器，當?shù)谝焕鋲K配置在 熔體表面附近時，所述晶拉器以垂直于第一方向的方向拉動晶種。
[0008] 在另一實施例中，本發(fā)明所提出的方法包括在熔體表面附近提供第一冷塊組成， 其中第一冷塊組成包括第一冷塊，所述第一冷塊由第一遮蔽所圍繞，所述第一遮蔽具有長 型開口，所述開口沿著第一冷塊的較低部分被配置。本發(fā)明所提出的方法也包括加熱第一 遮蔽至與熔體表面的溫度L差距在攝氏10度以內(nèi)的溫度，并且對第一冷塊提供冷卻以形 成具有溫度T。的冷卻區(qū)域，其中T。小于！，以及具有由所述長型的開口所限定的區(qū)域。本 發(fā)明所提出的方法還包括判斷附著于晶種的結(jié)晶層的形成，并且沿著垂直于長型開口的長 軸方向的第一路徑拉動晶種以形成具有第一寬度的連續(xù)的帶。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖la根據(jù)本發(fā)明實施例顯示自熔體成長硅的成長模式圖。
[0010] 圖lb顯示硅帶的拉動。
[0011]圖lc顯示在第一個條件下放置晶種于熔體中的示意圖。
[0012] 圖Id顯示在第二個條件下放置晶種于熔體中的示意圖。
[0013] 圖le根據(jù)本發(fā)明實施例顯示當晶種被處理時的示意圖。
[0014]圖2根據(jù)本發(fā)明實施例顯示自熔體非等向性成長晶體的系統(tǒng)的正面剖視圖。
[0015] 圖3顯示包括被用于促進硅帶的形成的冷塊組成的范例系統(tǒng)的側(cè)面剖視圖。
[0016] 圖4a根據(jù)本發(fā)明實施例顯示冷塊組成的幾何圖示。
[0017]圖4b顯示冷塊附近的硅熔體溫度的變異的模型結(jié)果。
[0018]圖5a顯示包括用于自熔體進行結(jié)晶帶的初始、加寬以及維持成長的冷塊組成的 裝直。
[0019]圖5b顯示在圖5a中的加寬器的放大圖。
[0020]圖5c根據(jù)本發(fā)明實施例顯示一種替代性加寬器。
[0021]圖6a顯示另一實施例的加寬器。
[0022]圖6b顯示在圖6a中的加寬器的一部分。
[0023] 圖7a_圖7d根據(jù)本發(fā)明實施例顯示用于水平帶成長的工藝順序。

【具體實施方式】
[0024] 本發(fā)明將于下文搭配圖式以及本發(fā)明的最佳實施例作更完整的說明。然而，本發(fā) 明可以許多不同形式體現(xiàn)，并非僅限于本文揭示的實施例。更確切來說，此些實施例是用以 使本揭示內(nèi)容更臻完整，向此領(lǐng)域的技術(shù)人員完整地揭示本發(fā)明的范疇。在圖示中，相同的 標號皆表示相同的組件。
[0025] 為解決關(guān)于前述方法的缺陷，本發(fā)明實施例提出用于結(jié)晶材料（crystalline material)(尤其是單晶材料（monocrystalline material))的水平溶體成長的新穎且具 創(chuàng)造性的裝置以及技術(shù)。在各種實施例中，揭示以水平熔體成長形成單晶硅薄板（sheet) 的裝置，但其他的材料、化合物或混合物亦可使用。在此揭示的裝置可藉由拉動（pull)、流 動（flow)或其他以大致水平的方向移動薄板的方式，自熔體擷取而形成長的單晶硅薄板。 在一實施例中，雖然熔體可隨著薄板流動，但也可能相對于薄板是靜止的。因為薄的硅或硅 合金的單晶薄板會自溶體的表面區(qū)域移除，并且會達到帶（ribbon)形（其中帶的長軸方向 例如與拉動方向?qū)R），上述裝置可稱為水平帶成長（horizontal ribbon growth，HRG)裝 置。
[0026] 最近致力于發(fā)展水平帶成長（HRG)的研究已發(fā)掘出使用輻射冷卻來形成硅的結(jié) 晶薄板。受到矚目的是，固態(tài)硅的發(fā)射率ε 0態(tài)約為液態(tài)硅在1412°C的融化溫度時的發(fā)射率 ε its的二倍。如此~'來，熱較易從固相移除，而不是從液相移除，這形成了穩(wěn)定結(jié)晶的必要 條件。在一同提出，且以引用方式全文并入本文的文件"Method for Achieving Sustained Anisotropic Crystal Growth on the Surface of a Melt"（代理人案號 1508V2011058， _提申）中，本發(fā)明的發(fā)明人揭示一種工藝窗（process window)，藉由在溶體上方的局部 區(qū)域上提供作為福射散熱器（radiative heat sink)的冷區(qū)域，所述工藝窗自溶體成功地 實施結(jié)晶硅的水平成長。此冷卻區(qū)域作為可吸收自熔體表面所輻射的熱的固態(tài)平板（solid plate)。藉由平衡穿越溶體的熱以及自溶體表面福射到冷卻平板（cold plate)的熱，自熔 體表面形成構(gòu)造穩(wěn)定的非等向結(jié)晶的成長的模式（regime)由此確定。
[0027] 圖la是根據(jù)本發(fā)明實施例所顯示的以熔體來成長硅的成長模式的二維圖形摘 要。圖la所示的參數(shù)可藉由參照圖lb而獲得更佳的理解，圖lb顯示沿著熔體120的表面 拉動硅板（以下稱為硅帶126)。冷卻平板130被配置于熔體120的附近來結(jié)晶硅帶126。 圖la的圖形的縱坐標為值Τ「Τ"，其中^是熔體表面的熔體溫度，而T。是被固持在熔體表面 附近的冷卻平板的溫度。具體地說，Τ。- 1^的絕對值越大，吸收自熔體120的輻射熱就會越 多。橫坐標是以垂直方向通過熔體而流向冷卻平板130的熱流q" y。如圖la所示， 與q",的不同組合會產(chǎn)生不同的模式，此些模式標為102、104、106以及108,將于圖lc-圖 le更進一步詳細說明。
[0028]圖1c顯示以圖la的點A)(落于模式102中）所示的條件將晶種122放置于熔體 120中的情況。模式102是沒發(fā)生晶體成長的模式，且是由相對較低的Te-T"與通過熔體相 對較高的熱流q〃 〃的組合所產(chǎn)生，上述模式會因為通過熔體的熱流q〃 y高而使自熔體120 的表面所福射的熱不足以促進結(jié)晶化（crystallization)。當晶種122以點A)所示的條件 被放置于熔體120中時，通過熔體的熱流 q〃 y近似于4W/cm2并且大于從固態(tài)硅所輻射的熱 流q" rad-S(llid，如圖所示。由此會導(dǎo)致非但沒有成長反而造成晶種122的回熔（meltback) 進入熔體1 2〇的情況。應(yīng)注意的是，在圖la中界定模式1〇2的一個邊界的曲線11〇對應(yīng)于 零成長的條件，使得曲線110的右方及上方區(qū)域內(nèi)的任一點皆表示回熔的情況。
[0029]圖Id顯示以落于成長模式104(邊界為曲線110與曲線 112)內(nèi)的點b)所標示的 不思圖。成長換式104表不了以相對低的成長率（growth rate)成長構(gòu)造穩(wěn)定的晶體的模 式。如^|1〇1所示^"___(1大于(；1〃 7并且使結(jié)晶材料124在晶種122上等向成長。如 圖所顯示的例子，成長率\是3以111/ 8。自熔體表面的輻射熱流q〃 于通過熔體的 熱流q" y，使得鄰近晶種的液體的表面會維持在液體的形式。
[0030]圖le顯示由落于成長模式1〇6中的點C)所標示的方案，成長模式106是由本發(fā)明 的發(fā)明人首先繪出。成長模式106對應(yīng)于下述模式：其中，藉由冷卻平板所致的輻射冷卻， 冷卻平板溫度T。與通過熔體的熱流 q〃 y的組合在熔體的表面產(chǎn)生非等向晶體成長。當條 件落于成長模式^106中時，藉由在冷卻平板下方拉動晶種可以在熔體表面上形成結(jié)晶的薄 板。如圖la所示，成長模式 1〇6的右方與上方的邊界由曲線112界定。在成長模式1〇6中 的點C，冷卻平板溫度T。也與點 A)以及點B)的溫度相同，而通過硅熔體的熱流y實質(zhì) 上小于點A)與B)的熱流，亦即 1W/cm2。如圖le所示，晶種la在點c)所示的條件下被拉 往右邊。在此些情況下，從晶種 122的輻射熱流，也就是從固體硅的輻射熱流q〃 ，會 與通過娃溶體12〇的熔體表面的輻射熱流q" Md iiquid 一樣皆大于通過硅熔體的熱流q" y。 因此，在溶體120的表面除了有6 μ m/s的等向成長率Vg之外，也會發(fā)生持續(xù)的非等向性結(jié) 曰曰的成長。如此一來，娃帶126于前緣（leading edge) 128形成，于經(jīng)受lmm/s的拉動速率 (pulling rate)時，其邊緣維持于固定位置。
[0031]圖h更顯示成長模式108,其代表成長速率6 μ m/s而構(gòu)造上不穩(wěn)定的模式。因此， 在對應(yīng)至0. 6W/cm2的線114以左，倘若在硅熔體中存在典型的雜質(zhì)濃度，大于或等于6 μ m/ s的成長率是構(gòu)造上不穩(wěn)定的。例如，此些雜質(zhì)可包括鐵或其他材料。
[0032]由圖la所顯示的條件可知，以輻射冷卻進行非等向性晶體成長的條件是難以達 到的。例如，倘若通過熔體的熱流q〃 7的值太低，則會發(fā)生構(gòu)造上不穩(wěn)定的成長。此外，即 使通過熔體的熱流q" ^的速率中等，例如2W/cm2,對非等向性結(jié)晶的成長而言可能也太高， 反而會（取決于冷卻平板溫度T。）產(chǎn)生成長模式104的緩慢的等向性晶體成長或模式1〇2 的晶種的回熔。再者，對于只稍微低于Τ π(例如，T。-!； = -3(TC )的冷卻平板溫度T。而言， 沒有任何范圍的熱流可以從熔體產(chǎn)生非等向性且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的晶體成長。亦即，成長模式1〇6 的寬度在接近T。-、< -30°C的值時消失。即使在點C)，當冷卻平板溫度比1；低60?時， 成長模式106的寬度也只僅介于約〇· 6-1. 2W/cm2之間，其中成長模式106的寬度也就是能 廣生非等向性晶體成長的通過榕體的熱流q〃 y的范圍。為了在如此窄范圍內(nèi)維持通過榕 體的熱流q〃 y，這需要同時在熔體的底部以及熔體的上部要求熔體溫度的精準控制。另一 方面，如圖la所顯示，為了擴展自熔體產(chǎn)生非等向性晶體成長的 q" y的范圍，Tc_Tn]的絕對 值會被增加。然而，這要求在足夠靠近熔體的附近（例如在等于或小于幾毫米的范圍內(nèi)） 提出冷卻平板以有效地吸收輻射，同時冷卻平板的溫度也被維持為比熔體溫度低相當多， 例如低于數(shù)百度。并且，成長薄板的凈厚度是根據(jù)冷卻平板的寬度（沿著拉動方向）而定。 因此，例如為了維持小于 2〇0 μ m的厚度，限制冷卻平板的寬度是必要的。水冷卻塊（water cooled block)可從靠近于表面的窄區(qū)域移除熱。
[0033] 本發(fā)明實施例藉由提供新穎且具創(chuàng)造性的裝置來處理前述考慮，所述裝置可在熔 體表面放置窄的冷卻區(qū)或冷卻區(qū)域，其可在熔體表面的局部區(qū)域有效誘導(dǎo)非等向性結(jié)晶， 而留下相鄰區(qū)域不受干擾。如下所述，這有助于以快的速率擷取結(jié)晶材料的薄板或帶。 [0034]圖2根據(jù)本發(fā)明實施例顯示用于自熔體作非等向性晶體成長的系統(tǒng)200的正面剖 視圖。請參照圖中的坐標系統(tǒng)，在圖2中的y-軸沿著垂直方向伸展以及X-軸沿著水平方 向伸展。系統(tǒng)200包括圍著坩堝（crucible) 210的爐管（furnace) 202。爐管202經(jīng)配置以 將坩堝210以及爐管2〇2內(nèi)部的環(huán)境加熱至足以將材料熔化的溫度，而結(jié)晶薄板材料即成 長自此材料。例如，爐管202被加熱至恰高于硅的熔化溫度的范圍內(nèi)的溫度，以自熔體212 成長硅的薄板。例如，爐管202的溫度T爐管被設(shè)定在約1412°C至約1430°C。如此一來，硅 會在爐管202中于硅薄板的非等向性成長期間內(nèi)被維持在熔化的形式。為了自熔體212形 成材料的結(jié)晶薄板，晶種（未顯示）會被放置于熔體中并且在某些情況下通過熔體被拉動， 如下所述。系統(tǒng)200也包括冷塊組成（cold block assembly) 204,所述冷塊組成204被冷 卻至低于熔體212的熔化溫度的溫度。在所顯示的實施例中，冷塊組成204具有耦接至內(nèi) 部通道（interior passage) 214的入口 206以及出口 208以提供冷卻液體（例如水），其中 冷卻液體可通過位于冷塊組成204中的冷塊216被運送。冷卻液體源（未顯示）是來自冷 塊216或冷塊組成204的外部。系統(tǒng)200也包括支架（holder) 218,其耦接至冷塊216且 可操作以沿著與熔體表面224垂直的軸220移動。因此，在一些實施例中，可形成冷塊組成 204的一部分的支架218可于熔體表面224的上方以不同的距離放置冷塊216。
[0035] 在不同的實施例中，當冷塊216被置于距離熔體表面224-段適當距離的位置時， 冷塊216會對靠近冷塊216的熔體212的部分222提供輻射冷卻。為了提供冷塊216足夠 低的溫度T。以自熔體212產(chǎn)生非等向性晶體成長，可用高傳導(dǎo)率材料來制造冷塊216。在 一實施例中，入口 206與出口 208的直徑與內(nèi)部通道214的直徑一樣可為2. 5mm，并且冷塊 216沿著z-方向（穿過頁面）的長度可為2公分。依據(jù)此配置，流動速率（fl〇w rate)每 分鐘3公升的水足以自被設(shè)定于約1400°C的溫度的爐管202移除200W的熱，同時水溫維持 在低于100°C并且水自入口 206至出口 208之間的差距溫度維持在低于rc以下。在此條 件下，冷塊216可被置于所需的距離內(nèi)（例如，距離溶體表面224約lmm)以結(jié)晶溶體212 的表面層，同時冷塊溫度準確地維持理想的溫度T。，其中溫度T。是低于熔體溫度T"。
[0036] 在一些實施例中，除了輻射冷卻之外，亦可在爐管202中使用像是氦氣的氣體，使 得熱經(jīng)由熱傳導(dǎo)（thermal conduction)自溶體表面224轉(zhuǎn)移,而非透過冷塊216所產(chǎn)生的 車邑射冷卻來轉(zhuǎn)移。具體而言，可以在冷塊216中配置氣體岐管（manifold)(未顯示）以使 氣體在冷塊216與熔體表面224之間的區(qū)域226流動。
[0037] 在不同的實施例中，冷塊（例如冷塊216)由遮蔽（shielding，亦稱為shield,未 顯示）所圍繞，所述遮蔽可將冷塊216的輻射冷卻局限于熔體表面的小區(qū)域。同時請參照 圖la與圖le，如上所述，通過熔體的熱流q" ^必須要小，才能產(chǎn)生構(gòu)造上穩(wěn)定的晶體成長， 如曲線114以右所指示的模式104以及模式106。為了避免熱流超出曲線110以右的值， 需要以受限的方式提供充足的冷卻能力（cooling power),只對冷塊接近桂帶126的前緣 I28 (如圖le所顯示）的部分提供低的T。值，使得熔體表面224的其他部分不會冷卻，如圖 2所顯示。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明實施例，冷塊的遮蔽可包括加熱組件（heated elements)或是主動地 提供熱遮蔽的"補償加熱器（compensation heaters)"，其圍繞著與爐管獨立的冷塊，其中 冷塊位于爐管中。例如，可提供冷塊的冷卻部分的遮蔽，使得冷塊靠近熔體的表面或表面的 一部分維持在T。的溫度，即使冷塊的其他表面是被維持在較高的溫度。
[0039] 圖3顯示包括冷塊組成302的一范例系統(tǒng)300的側(cè)面剖視圖，所述冷塊組成302 被使用來幫助硅帶的成形。請參照圖3所示的坐標系統(tǒng)，y-軸沿著垂直方向延伸且z-軸 沿著水平方向延伸，所述水平方向可以和硅帶的拉動方向重合。冷塊組成302包括相鄰于 冷塊308的絕緣體304,所述冷塊308為冷塊組成302的中間部分。即使在圖3中無明確顯 示，在一些實施例中，冷塊組成302是以水來進行冷卻，也是如圖2的實施例所建議的。
[0040] 在圖3的實施例中，遮蔽306圍住絕緣體304以及冷塊308。遮蔽306包括補償加 熱器，其供應(yīng)充份的熱以將溫度維持在接近爐管加熱器310產(chǎn)生的爐管溫度。在一范例中， 爐管加熱器310產(chǎn)生熱以將爐管襯層312的內(nèi)部維持在略高于314 (例如硅熔體）熔化溫 度的溫度，所述爐管襯層的內(nèi)部溫度可以是高于1412°C硅熔點溫度的溫度1414°C。此外， 在不同的實施例中，遮蔽306被維持在接近于熔體314的熔體表面溫度的溫度。在此所使 用的描述"接近于熔體表面的溫度"是指與熔體表面溫度的差距在攝氏10度以內(nèi)的溫度。 在一些顯示硅帶的實施例中，遮蔽306被加熱至約1402-1422°C，具體而言，在一實施例中， 遮蔽會被加熱至1412?。如此一來，爐管的其他部分以及熔體表面只會有少量的熱流，并且 絕大部分的熱流會發(fā)生在冷塊組成302下方的熔體314表面的區(qū)域316。根據(jù)本發(fā)明實施 例，用來加熱遮蔽306至所設(shè)計的溫度的功率密度（power density) PD是給定在
[0041]
[0042] 其中T冷塊是冷塊308的溫度以及T爐管是爐管溫度，絕緣體304的厚度以及絕緣體 304導(dǎo)熱率分別是d及k。
[0043] 如下述圖3所示，冷塊組成302可在爐管襯層312間通過開口 3M沿著軸320移 動，使得冷塊308的較低部分324被置于熔體314附近。較低部分324會比冷塊30S的較高 部分具有較高的溫度，但在一些實施例中，所述較低部分324卻比熔體314的溫度還低數(shù)百 度。當較低部分324被置于足夠接近于熔體314的位置時，固態(tài)薄板（solid sheet) 326在 熔體314的表面結(jié)晶，如圖所示。然而，因為遮蔽306在冷塊308與絕緣體304的周圍延展 圍繞，只有由較低部分324界定的小區(qū)域具有大幅地低于熔體314溫度的溫度，例如，比熔 體314溫度更低20度。因此，熔體314表面的輻射冷卻只發(fā)生在固態(tài)薄板326的前緣328 附近，因此，在沿著方向334拉動固態(tài)薄板時，較低部分324下方持續(xù)地產(chǎn)生結(jié)晶化，同時硅 熔體314的其他部分未受干擾。
[0044] 為了精確地控制由冷塊組成302所產(chǎn)生的福射熱移除（冷卻）（radiative heat removal (cooing))，較低部分324被準確地放置于溶體表面的上方。圖4a根據(jù)本發(fā)明實施 例顯示冷塊組成400的幾何圖式。冷塊組成400包括冷塊402,所述冷塊402由被配置在其 對側(cè)的補償加熱器404所圍繞。根據(jù)本發(fā)明實施例，藉由沿著軸409移動冷塊組成400以 改變冷塊402至熔體406的垂直距離以及藉由改變補償加熱器404的溫度來控制熔體406 的輻射冷卻的強度與分布。在一實施例中，在熔體406附近的補償加熱器404的溫度可設(shè) 定在等同于硅的熔點的1412°C。冷塊402的較低表面408的溫度可設(shè)定在低于1000°C的 溫度。
[0045] 圖4b顯示在冷塊402附近的硅熔體溫度的變異的模型結(jié)果。溫度變異是以冷塊 402與補償加熱器404的中心對中心的間隔ΛΖ所顯示。此模型結(jié)果顯示四條曲線，其以 硅熔體4〇 6及冷塊4〇2的較低表面408之間的垂直距離y作為函式來顯示硅熔體的溫度變 異。函式中的y值以Δζ來表示。曲線410顯示當y值等于2Δζ時，娃溶體的溫度只輕微 地下降。另一方面，曲線412顯示當y值等于1. 5 Δ ζ時，在冷塊402下方的熔體溫度會顯 著地下降。當y值在1ΔΖ時的曲線414顯示了在冷塊402正下方的熔體溫度的下降是更 為顯著并且尖峰更明顯。曲線416顯示了當y值等于1 Δ ζ時降低冷塊402的補償加熱器 404溫度Th(產(chǎn)生更大的?>ΤΠ 的值）會使熔體溫度更大幅下降。可以證明熔體表面的平均 冷卻是呈現(xiàn)偶極場（dipole field)關(guān)系，亦即，Qrad(y)近似于（Δζ/y)3。因此，藉由提升 此組成一段等于數(shù)倍Λ ζ的距離y (例如曲線410所顯示）可有效地"關(guān)閉（turned off)，， 冷塊組成400。
[0046] 請再次參照圖3,冷塊組成3〇2包括光導(dǎo)管（light pipe)330,并且包括熱電偶 (thermocouple)332以測量在冷塊3〇8的較低部分：324的溫度。當在熔體314的表面上初 始化固態(tài)薄板326的成長時，能夠辨明薄板的前緣328 (帶是從前緣328隨后拉動）的位置 是較佳的。例如，關(guān)于種晶（seeding)以及一開始結(jié)晶固態(tài)薄板3況的工藝，冷塊組成302 的位置降低，同時晶種338的一端在冷塊組成3〇2的下方來回移動。當達到可獨立冷卻（結(jié) 晶）晶種338旁的熔體314的適當條件時，固態(tài)薄板326的前緣328會維持在冷塊組成的 下方，同時晶種338會被晶拉器（crystal puller) 340所拉動而形成連續(xù)的帶成長。
[0047] 為了直接地觀察結(jié)晶化（crystallization)，窗口（window)(未顯示）可被配置在 爐管襯層312中以從冷塊308下方進行觀察。然而，在寬的冷塊308下，窗口可能不能提供 理想的結(jié)晶化監(jiān)控，因為在冷卻組成302接近熔體314時，缺乏提供視角的空間。如圖3所 示，因為光導(dǎo)管（light pipe)330的一端位于靠近前緣328的位置，光導(dǎo)管330可提供更直 接的觀察熔體314的方法，其中光導(dǎo)管330包括藍寶石（sapphire)材料。再者，藉由將光 導(dǎo)管330容納（housing)在冷塊308內(nèi)，可避免與爐管周圍的材料（例如氧化娃）產(chǎn)生有 害反應(yīng)。光導(dǎo)管330通過冷塊308延伸并且會提供影像或信號，所述影像或信號從熔體314 附近的區(qū)域充分地移動至另一個裝置，例如高溫計（pyrometer)33δ。材料（例如硅）的固 態(tài)發(fā)射率與液態(tài)發(fā)射率之間較大的差值使得可容易地辨別在固態(tài)薄板326上形成的前緣 328與熔體314。在不同的實施例中，從與光導(dǎo)管330連接的裝置（例如高溫計335)的信 號可被回授（feed back)至系統(tǒng)300的控制器336,因而致能完全自動化的帶初始化工藝。 例如，當固態(tài)薄板326開始在熔體314上產(chǎn)生時，產(chǎn)生光發(fā)射率到光導(dǎo)管330的表面區(qū)域會 從發(fā)射率為0. 2的百分之百的液體改變至發(fā)射率為0· 6的百分之五十的液體與百分之五十 的固體。由此，在所檢測的表面區(qū)域其有效發(fā)射率會改變至約〇· 4的值，實質(zhì)上改變了由高 溫計335所檢測的整體光強度（total light intensity),所述高溫計335位于光導(dǎo)管330 的遠端。此所檢測的強度可被發(fā)送至控制器336以使得控制器可判斷何時要初始化帶拉動 工藝。例如，當所檢測的強度達到預(yù)先決定的門坎（threshold)時，系統(tǒng)300的控制器336 可由晶拉器340沿方向334以速率V x開始晶種338的拉動，所述門坎是被設(shè)定來指示結(jié)晶 化的起始點，如圖所示。
[0048] 在不同的實施例中，可采用多個冷塊組成在連續(xù)的工藝階段中自熔體成長結(jié)晶材 料的薄板。在第一階段中，使用"初始器（initializer)"冷塊組成，透過晶種的幫助，自熔 體初始化結(jié)晶材料的窄薄板的成長，其中窄薄板亦稱為"窄帶（narrow ribbon)"。接著會 將窄帶交給增加窄帶寬度的"加寬器（widener) "冷塊組成，并且接著交給產(chǎn)生固定寬度的 較寬帶的"維持器（sustainer)"冷塊組成。在一些實施例中，維持器與加寬器裝置可以是 相同裝置。
[0049] 圖5a顯示水平帶成長（HRG)裝置500,所述水平帶成長裝置500包括用于自熔體 進行結(jié)晶帶的初始、加寬以及維持成長的冷塊組成。在所顯示的實施例中，冷塊組成在拉動 方向516上的寬度是較窄的，并且因此在拉動方向516上產(chǎn)生較窄的冷卻區(qū)域，并且在垂直 于拉動方向516的方向上可產(chǎn)生較寬的冷卻區(qū)域。即使未分別顯示，在不同的實施例中，裝 置 5〇〇的一或多個初始、加寬以及維持組件會具有只在組件的較低部分限定冷卻區(qū)域的遮 蔽，所述組件可被置于接近熔體表面的位置。具體而言，初始器502包括冷塊以及遮蔽，所 述遮蔽圍繞著被冷卻至低于熔體512溫度的第一溫度T。的冷塊，由此在熔體512表面上產(chǎn) 生薄板的非等向性成長，如上所述。初始器502的遮蔽可被設(shè)定在比冷塊溫度更高的溫度， 使得遮蔽沿著在熔體512表面附近的冷塊表面限定開口。當初始器502在熔體表面附近時， 在遮蔽中的開口因此在熔體512的表面呈現(xiàn)冷卻區(qū)域。此冷卻區(qū)域被使用來在熔化區(qū)域中 的熔體512表面上產(chǎn)生非等向性晶體成長，如下詳述。
[0050]同樣地，水平帶成長裝置5〇0的加寬器504可包括冷塊以及圍繞冷塊的遮蔽以在 熔體512表面上產(chǎn)生薄板的非等向性成長，所述冷塊被冷卻至低于熔體512溫度的第二溫 度τ?，所述第二溫度Te2可與T。相同或不同，所述加寬器504的運作將于下詳述。加寬器 504的遮蔽被設(shè)定在第二提升溫度（可與初始器502的遮蔽的提升溫度相同或不同），使得 遮蔽沿著在熔體512表面附近的冷塊表面限定開口，其中所述第二提升溫度比加寬器504 的冷塊的溫度高。在加寬器504的遮蔽中的開口因此呈現(xiàn)另一冷卻區(qū)域，此冷卻區(qū)域定義 了熔體512在熔體512的表面上發(fā)生非等向性晶體成長的區(qū)域。如下所述，加寬器504的 冷卻區(qū)域可以改變，以在薄板拉動時改變結(jié)晶薄板的寬度。
[0051] 同樣地，水平帶成長裝置500的維持器506可包括冷塊以及圍繞冷塊的遮蔽以在 熔體512表面上持續(xù)進行薄板的非等向性成長，如下所述，其中冷塊被冷卻至低于熔體512 溫度的第三溫度T e3，其可與Te2和/或Τ。相同或不同。維持器506的遮蔽被設(shè)定在第三提 高溫度，使得遮蔽沿著在熔體512表面附近的冷塊表面限定開口，其中第三提升溫度比冷 塊溫度高，并且可與初始器502或加寬器504的遮蔽的提升溫度相同或不同。在遮蔽中的 開口從而限定另一冷卻區(qū)域，所述冷卻區(qū)域可以用來在熔塊512的表面上持續(xù)進行薄板的 非等向性成長，其中所述薄板的寬度由冷卻區(qū)域的大小決定。
[0052] 如圖5a所示，初始器502可操作以沿著軸508a移動，所述軸508a垂直于熔體512 的表面，使得初始器502被置于靠近熔體512的附近，如點D)所示的位置，并在此點開始形 成窄的帶514。加寬器504被置于點E)上方，點E)位于初始器 5〇2的下游，使得最初在點D) 產(chǎn)生且沿著熔體512的表面以方向516拉動的窄帶514可接著在點E)下橫過（traverse)。 加寬器504可操作以沿著軸50Sb移動，使得加寬器504也被置于靠近熔體512表面附近的 位置。在圖5a的圖示中，加寬器504自熔體 512的表面縮回，因而在熔體512上無施加冷 卻效果。因此，窄帶514在圖5a所顯示的例子中維持較窄的形狀。然而，當加寬器 5〇4被 置于靠近熔體512的附近位置時，加寬器504可加寬窄帶514,如下所述。維持器506被置 于位于點F)上方（也是在圖5a中的縮回狀態(tài)），點F)在初始器502與加寬器504的下游 位置，使得最初在點D)產(chǎn)生且沿著熔體512的表面以方向516拉動的帶會接著在點F)下 橫過。維持器5〇 6可操作以沿著軸508c移動，使得維持器5〇6也被置于靠近熔體512表面 的附近位置。當維持器506被置于靠近熔體512的附近位置時，維持器506可維持帶由加 寬器504所限定的寬度，如下所述。并且，如圖5a所示，每個冷卻刀片會有一或多個光導(dǎo)管 510以監(jiān)控如下所述的結(jié)晶化。
[0053] 在不同的實施例中，可根據(jù)所要的規(guī)劃或程序來操作水平帶成長裝置500,以產(chǎn)生 目標帶的大小及其屬性。具體而言，為了在成長的帶中達到最小的差排（dislocation)，初 始器502在垂直于拉動方向516的方向518有較窄的尺寸（dimension)。窄帶514較佳地 維持與晶種（未顯不）相同的結(jié)晶方向（crystallographic orientation)。藉由提供其在 方向518上是較窄的初始器502,促使窄帶514進行單晶成長，并且差排藉由遷移與終止于 窄帶514的邊緣520而很有可能被"修復(fù)（heal) "。
[0054] 為了將初始的窄帶514加寬至所配置的寬度，加寬器504可在方向518上促使窄 帶514的單調(diào)向外成長（ monot〇nic outward growth)。此需要當窄帶514沿著方向516 拉動時，加寬器5〇4以時間函式在方向51 8上增加冷卻區(qū)域的寬度。根據(jù)本發(fā)明實施例，圖 5a、圖5b、圖6a以及圖6b顯示兩個完成上述加寬步驟的加寬器的單獨配置。在圖 5a的范 例中，加寬器5〇4包括在其較低的一端上彎曲的或逐漸變窄（tapered)的表面。用來形容 加寬器較低一端的術(shù)語"彎曲的"意指該表面并非與熔體51 2表面平行，例如該表面可為線 性表面或可產(chǎn)生弧形的表面。在其他的配置中，例如也可在距離熔體的不同距離使用多重 表面（亦即，塊三角形圖案（block triangular pattern)),如在圖5c中所顯不的加寬器 504a。圖5b顯示加寬器504的放大圖，其中逐漸變窄或彎曲的表面530被塑形而使得彎曲 表面在內(nèi)部點G)與H)所標示的部分比起外部點I)與J)所標示的部分更靠近溶體 512。 因為由加寬器504所產(chǎn)生的有效輻射冷卻功率在加寬器504與熔體512之間的間隙易受影 響的關(guān)系，冷卻效果可藉由彎曲表面530沿著方向518分級，所述彎曲表面在不同的實施例 中可為拱形或線形。
[0055] 由此，當加寬器504朝向熔體表面降低時，可使熔體結(jié)晶的冷卻區(qū)的寬度會在降 低的工藝中隨著時間向外擴展。因此，即使加寬器504的整個寬度（沿著X-方向）會冷卻， 但隨著加寬器504的較低表面部分變得足夠靠近熔體而在不同的時間點施加冷卻效果，在 熔體512上所產(chǎn)生的有效冷卻區(qū)域會隨著時間改變。由此，在加寬器504下所拉動的帶會 隨著加寬器504降低而在寬度上擴展。在圖5a及圖5b所顯示的實施例中，加寬器504包 括在最內(nèi)部區(qū)域的凹陷（rec ess)534。凹陷534可具有與已存在的帶不相上下的寬度，例如 由初始器502所形成的窄帶514。凹陷534以背離熔體512表面的方向拉升加寬器504的 最內(nèi)部區(qū)域532,使得在加寬器下所拉動的已存在的窄帶514更遠離冷卻區(qū)域并且因此傾 向減少的結(jié)晶化，其因此窄帶514傾向在平行于軸508b的方向上變厚。此可避免窄帶514 至少在最內(nèi)部區(qū)域532下方不會變得極度厚，因為最內(nèi)部區(qū)域532對其下方的窄帶514的 冷卻效果（若有的話）只有一點點。然而，應(yīng)注意的是，加寬器504的配置傾向于先結(jié)晶在 加寬器504上標注為點G)與點H)的部分之下的那些熔體512的區(qū)域，再結(jié)晶在加寬器504 上標注為點I)與點J)的部分之下的那些熔體512的區(qū)域，由此至少在已加寬的帶的那些 部分之下，對已加寬的帶提供漸窄的厚度分布（taper in thickness)。
[0056] 圖6a顯示可結(jié)合初始器6〇2 -起使用的加寬器604的另一實施例。在一實施例 中，初始器6〇2沿著軸606a朝向熔體eiO降低并且初始化窄帶612的結(jié)晶成型，所述窄帶 61 2沿著方向614拉動。在初始器6〇4產(chǎn)生窄帶612之后，加寬器604可沿著軸606b朝向熔 體 610表面的方向降低，使得位在窄帶612外側(cè)的熔體610的區(qū)域因輻射冷卻而產(chǎn)生結(jié)晶， 例如區(qū)域616以及61 7。如圖所不，加寬器604包括一組劃區(qū)加熱器（zoned heater) 608, 所述劃區(qū)加熱器6〇8在加寬器6〇4的較低部分的位置并且其較低面是面向熔體610。如圖 6b進一步所顯示，劃區(qū)加熱器 6〇8包括一組加熱器608a-608f，所述加熱器608a-608f可被 獨立地控制以使每個加熱器局部發(fā)熱。如此一來，當對加寬器604施予冷卻液體時，藉由打 開個別的加熱器608a-608f使得加寬器604的溫度可在區(qū)域618a-618f中局部上升。此會 在加寬器604的該部分產(chǎn)生移除或減少輻射冷卻的效果。由此，為了加寬帶，加寬器 6〇4置 于帶612之上并且會與打開的加熱器6〇8a-608f -起降低至熔體610的表面附近。接著， 為了在更寬的區(qū)域開始進行結(jié)晶，內(nèi)部加熱器608c與608d可關(guān)閉或關(guān)小而使得加寬器 6〇4 的區(qū)域618c與618d的溫度變得更低。在下述的例子中，降低區(qū)域618b與618e的溫度的 中間位置加熱器608b與608e可關(guān)閉或可關(guān)小。最后，降低區(qū)域618a與618f的溫度的外 部區(qū)域加熱器 6〇8a與6〇Sf可關(guān)閉或可關(guān)小。此關(guān)閉加熱器的工藝具有逐漸地加寬在熔體 610上方的冷卻區(qū)域的效果，當窄帶在加寬器604之下拉動時，所述效果會使窄帶612逐漸 且單調(diào)地加寬。
[0057] 在一些實施例中，當降低加寬器604時，加寬器604的較低表面的部分會限定其寬 度與初始器602所限定的冷卻區(qū)的寬度相同的冷卻區(qū)域。此可藉由具有一或多個關(guān)小或關(guān) 閉的加熱器來完成，使得加寬器604的該部分在熔體610上產(chǎn)生冷卻區(qū)域。在另外的實施 例中，加寬器604的較低表面有部分可不包括加熱器。設(shè)置在加寬器604的較低表面上的 加熱器可在無配置加熱器的外部區(qū)域產(chǎn)生熱，用以限定無配置加熱器的冷卻區(qū)域，所述冷 卻區(qū)域的寬度會與由初始器602所產(chǎn)生的冷卻區(qū)域的寬度相同。接著，如上所述，加熱器可 關(guān)閉或可關(guān)小以加寬冷卻區(qū)域。
[0058] 請再次參照圖5a，根據(jù)不同的實施例，維持器506在其較低表面具有均勻的形狀， 所述較低表面可與熔體512的表面平行以沿著方向518通過維持器的寬度產(chǎn)生均勻的溫 度。在不同的實施例中，在使用加寬器使得帶被加寬后，可配置維持器506以維持寬度均勻 的帶。當維持器506朝向熔體降低，加寬器504與初始器502會以遠離熔體512的方向縮 回。接著，維持器506在固定的寬度上產(chǎn)生均勻冷卻，其產(chǎn)生均勻厚度及寬度的寬帶的成長 結(jié)果。
[0059] 值得注意的是，在一些實施例中，除了配置獨立的維持器，加寬器亦可提供維持器 的功能。例如，可使用加寬器604透過從最內(nèi)部加熱器至最外部加熱器依序連續(xù)關(guān)閉此些 加熱器來加寬結(jié)晶帶。一旦所有加熱器關(guān)閉，倘若熱度在方向518上的移除是均勻的，則加 寬器可作為均勻維持器（uniform sustainer)。
[0060] 圖7a_圖7d根據(jù)本發(fā)明實施例顯示水平帶成長的工藝順序（process sequence)。 在圖7a中，晶種710被置于熔體708的表面并且以方向714拉動。藉由沿著軸712降低初 始器702,水平帶成長裝置700的初始器702被置于熔體 7〇8表面的附近。加寬器7〇4與維 持器706被配置在已縮回的位置，使加寬器704與維持器706不在熔體 7〇8的位置附近，因 此在熔體708的表面上無施加冷卻效果。初始器702產(chǎn)生非等向性成長以在晶種710的一 邊進行初始化，并形成窄帶，所述窄帶隨著晶種710在方向714拉動而在長度上增長。
[0061] 在圖7b中，加寬器704沿著軸718降低，直到其接近至熔體708的位置，使得加寬 器704在熔體708上施加冷卻效果。初始器702維持在熔體 7〇8的附近位置并且持續(xù)施予 冷卻效果。如圖所示，窄帶716擴展到寬帶部分72〇。寬帶部分720包括后緣（trailing edge) 722,所述后緣722逐漸變窄，并且會在加寬器704逐漸地向熔體降低時被形成，所述 加寬器704具有彎曲的較低表面705。加寬器704的逐漸下降會逐漸地擴展熔體708所經(jīng) 歷的冷卻區(qū)的寬度，由此逐漸地擴展因冷卻而產(chǎn)生的結(jié)晶區(qū)域的寬度，如上所述。在初始器 702與加寬器704之間，根據(jù)初始器702的寬度，帶的前緣部分724會較窄。
[0062] 在圖7c中，沿著軸726降低維持器706,使得維持器706在寬度w上施加均勻的冷 卻效果。在圖7d中，當窄帶716在方向714上持續(xù)拉動，初始器 7〇2與加寬器704會從接 近熔體708的表面上移開。這會形成具有均勻厚度且長度變長的寬帶部分720。
[0063] 在圖7a-圖7d所繪的工藝順序的一種變化中，可使用加寬器604 (其操作已于前 文詳述）取代加寬器704。
[0064] 舉例而言，于此所描述的方法可透過明確地執(zhí)行在計算機可讀儲存媒體上的指令 程序來自動化進行，所述計算機可讀儲存媒體可藉由可執(zhí)行指令的機器來讀取。例如，上 述機器是通用計算機（general purpose computer)。本領(lǐng)域技術(shù)人員所習(xí)知適當?shù)膬Υ?媒體的非限制性范例列表包括例如可讀取或可寫入的光盤（CD)、閃存芯片（ flash memolT chips)(例如拇指碟（thumb drivers))、不同的磁性儲存媒體（magnetic storage media)
[0065]、本發(fā)麵綱并不限于本文雛浦定實施 了本文描述者以外，本揭示內(nèi)細各種其他實刪與修改萬木對于所歷u中'、有通 常知識者而言將會是顯而易見的。因此，本揭示內(nèi)容的范疇意圖涵蓋該些其他實施例與修 改方案。此外，雖然本揭示內(nèi)容是在針對特定用途，在特定環(huán)境下的特定實施方式的脈絡(luò)下 進行描述，但是所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員將會了解，其用途不只限于此，本揭示內(nèi)容可以針 對任意用途，在任意環(huán)境下有Μ地實施。因此，應(yīng)該根據(jù)本揭示內(nèi)容的完整廣度與精神，來 理解本揭示內(nèi)容的標的。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于自熔體成長結(jié)晶薄板的裝置，包括： 冷塊組成，其包括： 冷塊；以及 圍繞于所述冷塊的遮蔽，所述遮蔽處在比所述冷塊的溫度更高的溫度，所述遮蔽定義 出開口，所述開口沿著靠近熔體表面的所述冷塊的表面配置，并且定義出包括沿著所述冷 塊的第一方向的寬度的冷卻區(qū)域，所述冷卻區(qū)域可操作以對靠近所述冷塊的所述熔體表面 的第一區(qū)域進行局部冷卻；以及 晶拉器，經(jīng)配置以沿著垂直于所述第一方向的方向拉動晶種。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自熔體成長結(jié)晶薄板的裝置，其中所述遮蔽包括一組補 償加熱組件，所述補償加熱組件經(jīng)配置以在所述冷卻區(qū)域外側(cè)、圍繞所述冷塊的區(qū)域中提 供與所述熔體表面差距在攝氏10度以內(nèi)的表面溫度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于自熔體成長結(jié)晶薄板的裝置，其中所述補償加熱組件可 操作以提供約1412°C的表面溫度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自熔體成長結(jié)晶薄板的裝置，其中所述冷塊在所述冷塊 內(nèi)部定義出連接至冷卻液體源的通道。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自熔體成長結(jié)晶薄板的裝置，還包括支架，所述支架經(jīng) 配置以在所述熔體表面的所述第一區(qū)域上定位所述冷塊，并且在垂直于所述熔體表面的方 向上移動所述冷塊。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自熔體成長結(jié)晶薄板的裝置，還包括配置在所述遮蔽以 及所述冷塊之間的絕緣部分。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自熔體成長結(jié)晶薄板的裝置，還包括： 至少一個光導(dǎo)管，配置在所述冷塊中，靠近所述冷卻區(qū)域，所述光導(dǎo)管用以引導(dǎo)光至產(chǎn) 生信號的高溫計；以及 控制器，可操作以在所述熔體附近的輻射等級達到預(yù)先決定的門坎時，從所述高溫器 接收信號，且產(chǎn)生信號，以沿著所述熔體表面開始晶種的拉動。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自熔體成長結(jié)晶薄板的裝置，其中所述冷塊組成是第一 冷塊組成，所述冷塊是第一冷塊，所述遮蔽是第一遮蔽，以及所述寬度是第一寬度，所述裝 置還包括： 第二冷塊組成，所述第二冷塊組成包括： 第二冷塊；以及 圍繞于所述第二冷塊的第二遮蔽，所述第二遮蔽處在比所述第二冷塊高的第二提升溫 度，所述第二遮蔽定義出第二開口，所述第二開口沿著在所述熔體表面的第二區(qū)域附近的 所述第二冷塊的第二表面配置，并且定義出第二冷卻區(qū)域，所述第二冷塊組成可操作以使 第二冷卻區(qū)域產(chǎn)生第二寬度，并且所述第二寬度隨著時間變動，直到形成大于所述第二寬 度的第三寬度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于自熔體成長結(jié)晶薄板的裝置，其中所述第二表面包括彎 曲形狀，所述彎曲形狀經(jīng)配置以使得所述第二表面的外部區(qū)域與所述熔體表面的垂直距離 比起所述第二表面的內(nèi)部區(qū)域與所述熔體表面的垂直距離大。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于自熔體成長結(jié)晶薄板的裝置，其中所述第二表面在所 述第二表面的最內(nèi)部區(qū)域定義出凹陷，其中所述凹陷具有約等于所述第一寬度的寬度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于自熔體成長結(jié)晶薄板的裝置，其中所述第二冷塊組成 包括沿著所述第二表面配置的兩個或多于兩個加熱組件，其中所述第二冷塊組成可操作以 減少兩個或多于兩個加熱組件中的至少其中之一的功率，以隨著時間將所述第二寬度改變 至所述第三寬度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于自熔體成長結(jié)晶薄板的裝置，還包括： 第三冷塊組成，其中所述第三冷塊組成包括： 第三冷塊；以及 圍繞所述第三冷塊的第三遮蔽，所述第三遮蔽處在比所述第三冷塊更高的第三提升溫 度，所述第三遮蔽包括第三開口并且定義出第三冷卻區(qū)域，其中所述第三開口在所述熔體 表面的第三區(qū)域附近沿著所述第三冷塊的第三表面配置，所述第三冷卻區(qū)域包括約等于所 述第三寬度的第四寬度，并且所述第三表面包括平坦形狀以均勻地移除熱流量。
13. -種方法，包括： 在熔體表面附近提供冷塊組成，其中所述冷塊組成具有沿著面向所述熔體表面的較低 表面配置的開口； 在所述熔體表面之上放置所述冷塊組成，以形成由所述開口所定義的冷卻區(qū)域，所述 冷卻區(qū)域具有小于所述熔體表面溫度Tm的溫度T。； 判斷已形成附著于晶種的結(jié)晶層；以及 沿著路徑拉動晶種以形成具有寬度的帶。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中放置所述冷塊組成的步驟在所述較低表面與所 述熔體表面之間提供垂直間隙y，其中所述垂直間隙y是兩倍Λ z或是小于兩倍Λ z的值， 其中Λζ是所述冷塊區(qū)域的中心與在所述較低表面圍繞所述冷卻區(qū)域的遮蔽的中心之間 沿著平行于所述熔體表面的方向的距離。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述冷塊組成是第一冷塊組成，所述冷卻區(qū)域 是第一冷卻區(qū)域，所述路徑是第一路徑以及所述寬度是第一寬度，所述方法還包括： 在沿著所述第一路徑的第一位置上于所述熔體表面附近提供第二冷塊組成； 在所述熔體表面之上放置所述第二冷塊組成以形成第二冷卻區(qū)域，其中所述第二冷卻 區(qū)域具有小于所述Tm的溫度;以及 在所述第二冷塊組成之下沿著所述第一路徑拉動所述帶，同時使所述第二冷卻區(qū)域從 所述第一寬度加寬至大于所述第一寬度的第二寬度。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述加寬的步驟包括： 當沿著所述第一路徑拉動所述帶時，向所述熔體表面降低所述第二冷塊組成，其中所 述第二冷塊組成的第二表面的外部區(qū)域到所述熔體表面的距離大于所述第二冷塊組成的 第二表面的內(nèi)部區(qū)域到所述熔體表面的距離。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述加寬的步驟包括： 減少多個加熱組件中的一個或多個加熱組件的功率，以在于所述第二表面之下沿著所 述第一路徑拉動所述帶時增加所述第二冷卻區(qū)域的大小，其中所述多個加熱組件沿著所述 第二冷塊組成的第二表面配置。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括： 在所述熔體表面的附近，在所述第一路徑上的位點提供第三冷塊組成，所述位點比所 述第二冷塊組成還要更遠離所述第一冷塊組成； 在所述熔體表面之上放置所述第三冷塊組成以形成第三冷卻區(qū)域；以及 在所述第三冷卻組成之下沿著所述第一路徑拉動帶，同時維持所述第三冷卻區(qū)域的寬 度，使得所述帶形成均勻的厚度。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括當在所述第三冷塊組成之下沿著所述第一路 徑拉動所述帶時，維持所述第二冷卻區(qū)域在所述第二寬度。
20. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述判斷的步驟還包括： 檢測在所述熔體表面附近的光強度；以及 當所述光強度超過所預(yù)先決定的門坎時，傳送信號至控制器。
21. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括在所述熔體表面與所述冷塊組成之間提供 気。
22. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括： 判斷通過比所述第二冷塊組成還要更遠離所述第一冷塊組成的所述位點的所述帶的 部分中已經(jīng)沒有差排；以及 從其各自在所述熔體表面附近的位置縮回所述第一冷塊組成以及所述第二冷塊組成。
23. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括加熱所述冷塊組成的外部至與所述Tm的差距 在攝氏10度之內(nèi)的溫度。
24. -種用于自熔體表面使結(jié)晶薄板水平帶成長的裝置，包括： 第一冷塊組成，可操作以提供第一冷卻區(qū)域，以在所述熔體表面產(chǎn)生局部冷卻，其中所 述第一冷卻區(qū)域具有第一寬度； 第二冷塊組成，可操作以提供可變的冷卻區(qū)域，以在所述熔體表面產(chǎn)生局部冷卻，其中 所述第二冷塊組成可操作以改變所述可變的冷卻區(qū)域的寬度，并且從所述第一寬度改變至 大于所述第一寬度的第二寬度； 第三冷塊組成，可操作以提供第三冷卻區(qū)域，以在所述熔體表面產(chǎn)生局部冷卻，其中所 述第三冷卻區(qū)域具有所述第二寬度；以及 晶拉器，經(jīng)配置以在與所述第一方向垂直的方向上拉動晶種。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的用于自熔體表面使結(jié)晶薄板水平帶成長的裝置，包括圍繞 所述第一冷塊組成、所述第二冷塊組成以及所述第三冷塊組成的遮蔽，所述遮蔽處在比所 述第一冷塊組成的溫度、所述第二冷塊組成的溫度以及所述第三冷塊組成的溫度高的提升 溫度，所述遮蔽定義出分別沿著所述第一分別冷塊組成、所述第二冷塊組成以及所述第三 冷塊組成配置的開口，所述開口分別定義出第一冷卻區(qū)域、所述可變的冷卻區(qū)域以及所述 第三冷卻區(qū)域。
【文檔編號】C30B11/00GK104246021SQ201280072386
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月17日
【發(fā)明者】布萊恩·H·梅克英特許, 彼得·L·凱樂門, 孫大為 申請人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備公司