專利名稱：結(jié)晶的連續(xù)提拉方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通過連續(xù)提拉生長著的晶體來獲得適于應用在象太陽能電池等領域中的薄板狀晶體比如硅單晶的方法和裝置。
為了生長大約0.1毫米厚的帶狀晶體，可以用一個如圖7所示的繞線車類型的裝置進行連續(xù)提拉，因為如此薄的晶體是柔韌的。在這種類型裝置中，晶種22被系在柔韌的帶子21的一端，而帶子21的另一端系在卷繞的繞線車的滑輪23上。如下所述晶體生長過程通過旋轉(zhuǎn)滑輪23來實現(xiàn)。開始，通過旋轉(zhuǎn)滑輪23把晶種22降低以接觸到熔體14。然后，相反方向轉(zhuǎn)動滑輪23來提拉生長著的晶體。晶種22和晶種上生長的晶體可以被連續(xù)卷繞在滑輪23上。原則上，該方法可以制備擴展長度的晶體，并且適于生長帶狀柔韌的晶體。
然而，由于在坩堝13的熔體14中存在溫度梯度，所以當開始在晶種上生長晶體時，有必要使晶種精確地浸入坩堝13的中央。同時，在開始提拉晶體后，有必要始終保持生長的晶體在準確的位置上。然而，在如圖7所示的裝置中，由于帶子21的柔韌性，當晶種22下降時會發(fā)生波動，導致晶種22很難接觸到所需要的熔體的中央位置。因此，晶體生長的起始階段是一個費力的過程，并且如此的努力可能仍然導致失敗?；蛘呒词箮罹w生長成功開始后，由于帶狀晶體的擺動而中斷晶體生長過程，致使晶體提拉過程仍然不連續(xù)。
為了達到本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種制備帶狀晶體的方法，包括用一直線提拉裝置在垂直方向上提拉晶種和在該晶種末端生長的晶體，以使在晶種上長出帶狀晶體；用具有連續(xù)提拉機構(gòu)的連續(xù)提拉裝置持續(xù)提拉所述帶狀晶體。
根據(jù)本方法，在晶種上開始生長晶體的晶體生長過程的開始階段，直線提拉裝置是用于下降晶種到熔體中的所需準確位置，并開始在垂直方向提拉晶體的生長過程。這種方法可能穩(wěn)定可靠地生長出具有期望尺寸的帶狀晶體。當用直線提拉裝置提拉出足夠長度/或高度的帶狀晶體后，用連續(xù)提拉裝置來連續(xù)提拉生長著的晶體，以致于制備出長薄板狀的帶狀晶體。因此，原則上講，本方法能夠生產(chǎn)出具有相當長的縱向延伸的晶體。
同時，本發(fā)明提供了一種連續(xù)生產(chǎn)帶狀晶體的裝置，包括用于直線垂直方向上提拉晶種和在該晶種上生長的帶狀晶體的直線提拉裝置；通過夾緊帶狀晶體一部分而連續(xù)提拉該晶體的連續(xù)提拉裝置；用于當所述晶種已經(jīng)通過連續(xù)提拉裝置時，將提拉裝置從直線提拉裝置轉(zhuǎn)換為連續(xù)提拉裝置的轉(zhuǎn)換裝置；還有將晶種從長成的帶狀晶體上切下的晶體切割裝置。
優(yōu)選的是直線提拉裝置具有位置調(diào)整機構(gòu)以便能調(diào)整晶種浸入的位置。同時優(yōu)選在連續(xù)提拉裝置上提供一個調(diào)整連續(xù)提拉裝置位置的裝置，以便于正確開始在晶種上生長晶體。并且，還優(yōu)選提供一個晶體切割器以便把連續(xù)提拉生長的帶狀晶體切成所需長度的單元。
圖的簡要描述

圖1是本發(fā)明中晶體提拉裝置的第一種實施方案的橫截面示意圖，圖中所示通過直線提拉裝置提拉晶種；圖2是用圖1所示的連續(xù)提拉裝置連續(xù)提拉帶狀晶體的橫截面示意圖；
圖3是本發(fā)明中晶體提拉裝置的第二種實施方案的橫截面示意圖，圖中所示通過直線提拉裝置提拉晶種；圖4是用圖3所示的連續(xù)提拉裝置對帶狀晶體的連續(xù)提拉過程的橫截面示意圖；圖5是本發(fā)明中晶體提拉裝置的第三種實施方案的橫截面示意圖；圖6是傳統(tǒng)的用于晶體生長的CZ晶體提拉裝置的橫截面示意圖；圖7是傳統(tǒng)的繞線車型的連續(xù)提拉裝置的橫截面示意圖。
圖1和圖2表示種連續(xù)晶體提拉裝置的第一種實施方案。該裝置包括一個由加熱器17加熱的坩堝，加熱器17置于絕緣體18中，一種半導體材料如硅被加熱到大約1400℃的高溫以形成該材料的熔體。晶體生長過程的這個步驟和傳統(tǒng)工藝一樣。該裝置進一步還包括一個直線提拉裝置30，以用于在垂直方向上提拉生長在晶種上的帶狀晶體，以及一個連續(xù)夾住并提拉帶狀晶體的連續(xù)提拉裝置40。直線提拉裝置包括一個用于系住晶種12的金屬夾具34；一個用于調(diào)整晶種12浸入坩堝13位置的調(diào)整臺35；還有一個由馬達33帶動的滑動機構(gòu)，用于沿著導向軌道32提拉長在晶種12末端的帶狀晶體16。
類似的，在直線提拉裝置30下裝配有連續(xù)提拉裝置40。連續(xù)提拉裝置40包括兩套循環(huán)傳送帶41，如圖2所示，它被設計用來在運行的循環(huán)傳送帶41之間夾住帶狀晶體16，由此使帶狀晶體向上移動。裝配了一晶體切割器39，用來把固定在金屬夾具34上的晶種從帶狀晶體上切下來。一個晶體位置轉(zhuǎn)換輪42繞輥軸42a擺動以調(diào)節(jié)帶狀晶體16的位置向著帶晶切割部45移動。類似的，輥46將帶狀晶體16壓在并且沿著切割部45的曲面移動。切割器47將提拉的帶狀晶體切成例如1米長的帶子。
圖1和圖2所示的晶體生長裝置用了具有導向軌道以形成直線運動的直線提拉裝置，和一個連續(xù)提拉裝置，其用一對循環(huán)傳送帶夾住生長的晶體產(chǎn)生連續(xù)運動。但很明顯可以采用其他類型的裝配而不用圖中所示的。
生長的晶體的提拉過程可解釋如下。首先，晶種12系在裝配在提拉裝置31末端的金屬夾具34的一端，然后整體下降直到晶種12接觸到坩堝13中的熔體14中。提拉裝置31的運動由導向軌道32控制，并且通過晶體位置調(diào)節(jié)臺35的動作可以控制晶種12下降到準確的位置。晶種金屬夾具34裝配到調(diào)整臺35上以使晶種12精確地定位于期望的位置。例如通過此方法，可以長成大約5厘米長，0.1毫米厚的帶狀晶體。同時，系住晶體的金屬夾具34具有足夠的剛性，以使晶種12不發(fā)生振動。當晶種12接觸到熔體14，熔體14的溫度下降呈過冷態(tài)以開始晶體生長過程。當帶狀晶體開始長在晶種12上時，通過直線提拉裝置30的運動緩慢提拉晶種12和生長在晶種12末端上的帶狀晶體16。在提拉過程中，直線提拉裝置31沿著導向軌道32安全的上行，以致于晶體沿垂直方向準確向上運動。
當帶狀晶體16長度生長足夠長，結(jié)果晶種12通過一對循環(huán)傳送帶之間的開口處時，將傳送帶41拉到一起使開口關閉以致于用帶子41夾住晶體16。傳送帶41的直線速度和直線提拉裝置31的速度同步。當晶體16被傳送帶41完全夾住時，在晶體接頭處把晶種12從帶狀晶體16上切下來，這樣，直線提拉裝置30停止工作，然后晶體16在傳送帶41之間被夾住向上運動。通過位置轉(zhuǎn)換輪42的動作，運動的晶體16彎曲向切割部45，如圖2所示，以使晶體16壓向切割部45的彎曲面，并借助連續(xù)提拉裝置的提拉/壓動作在帶狀切割器47下通過。當帶狀晶體16長到足夠長度，帶子切割器47把晶體16切成例如1米的長度。
連續(xù)提拉裝置40有一個能夠調(diào)整生長著的晶體的位置的晶體位置調(diào)整臺43。這個配置能夠控制晶體在坩堝13的熔體14內(nèi)的開始位置，以便以穩(wěn)定狀態(tài)生長帶狀晶體。因此，帶狀晶體16通過連續(xù)提拉裝置40被連續(xù)提拉，并且長成的晶體被切割器47依次切成適合長度的單元。所以，在切割部45的末端，縱向地依次制得出大約1米長、5厘米寬、0.1毫米厚的帶狀晶體單元。生產(chǎn)出的帶狀晶體可以通過皮帶輸送機輸送和其他合適的方式送達下一步工序。在此值得注意直線提拉裝置可由諸如繞線或螺紋軸等其他機械配置帶動。如果用螺紋軸，由于其可以提供直線導向機構(gòu)，因此可以省去導向軌道。
圖3和圖4表示晶體提拉裝置的第二種具體實例。在這套裝置的連續(xù)提拉裝置中，導輥49代替了是圖1和2中的循環(huán)傳送帶41。因此，本裝置的基本結(jié)構(gòu)和操作和第一種實施方案所述的相同。
圖5是晶體提拉裝置的第三種具體實例。在本裝置中，將第一和第二種實施方案中的連續(xù)提拉裝置替換為一個交替夾持裝置50，包括交替夾持件51、52。其中的直線提拉裝置和前面兩個實施方案中的相同，但是當晶體生長的長度達到連續(xù)提拉裝置50的頂端時，晶體被連續(xù)提拉裝置50的夾持件51夾住。晶體切割器39將晶種12切下，然后帶狀晶體16被連續(xù)提拉裝置50的夾持件51夾住。晶種12被晶體切割器39從帶狀晶體16上切下后，帶狀晶體16繼續(xù)被連續(xù)提拉裝置50提拉。帶狀晶體16被夾持件51夾住是通過一對彈性零件以夾住他們之間的帶狀晶體16來完成的。當夾持件51提拉帶狀晶體16上升接近提拉裝置50的頂端時，低端的夾持件52抓住帶狀晶體16，并以和夾持件51同步的速度上行。當夾持件51到達頂端，它會松開帶狀晶體16，然后回到連續(xù)提拉裝置50的低端。接著，帶狀晶體16由夾持件52提拉直到夾持件52到達頂端。當夾持件52接近提拉裝置的頂端時，低端的夾持件51抓住帶狀晶體16，并以和夾持件52同步的速度提拉帶狀晶體。當夾持件52到達頂端，它會松開帶狀晶體16，此時帶狀晶體16由夾持件51提拉，然后夾持件52回到連續(xù)提拉裝置50的低端。如此交替夾住動作不斷重復以使提拉帶狀晶體的過程連續(xù)下來。被提拉到切割部的晶體由切割器47切成合適長度的縱向單元。
由以上解釋可知，通過將直線提拉裝置和連續(xù)提拉裝置結(jié)合，本晶體生長裝置能夠在精確控制的垂直動作下從熔體中提拉晶種來制備帶狀晶體。因此，不需再浪費時間去做一些在傳統(tǒng)的直線提拉裝置中無用的操作步驟，比如換晶種。這樣運用本發(fā)明的方法和為該方法設計的裝置可以高效率的制備一條長的高質(zhì)量的帶狀晶體。
盡管詳細展示和描述了本發(fā)明中的一些優(yōu)選的實施方案，還應當理解到在不違反所附的權利要求范圍的情況下可以進行不同的變化和修改。
工業(yè)應用本發(fā)明涉及通過連續(xù)提拉方法來獲得薄板狀(帶狀)晶體比如硅單晶的方法和裝置，本發(fā)明可適于應用在半導體生產(chǎn)領域。所制備的薄板狀(帶狀)晶體比如硅單晶可以用在太陽能電池等方面。
權利要求
1.一種連續(xù)生長晶體的方法，包括采用直線提拉裝置在垂直方向上提拉晶種和在該晶種末端上生長的晶體以在所述晶種上生長帶狀晶體，和使用具有連續(xù)提拉機構(gòu)的連續(xù)提拉裝置持續(xù)提拉帶狀晶體。
2.一種連續(xù)提拉結(jié)晶的裝置，包括用于直線垂直提拉晶種和生長在該晶種上的帶狀晶體的直線提拉裝置；用于夾住帶狀晶體的一部分以連續(xù)提拉該晶體的連續(xù)提拉裝置；用于當所述晶種通過連續(xù)提拉裝置時，將提拉裝置從直線提拉裝置變成連續(xù)提拉裝置的轉(zhuǎn)換器；和將晶種從長成的帶狀晶體上切下的晶體切割器。
3.根據(jù)權利要求2的裝置，其中的直線提拉裝置還被配備了一個用于調(diào)整晶種的浸入位置的位置調(diào)整機構(gòu)。
4.根據(jù)權利要求2的裝置，其中的連續(xù)提拉裝置還被配備了一個調(diào)整用于提拉晶體位置的裝置。
5.根據(jù)權利要求2的裝置，其中還配備了一個用于在晶體連續(xù)提拉后切斷帶狀晶體的晶體切割器。
全文摘要
一種用于提拉晶體的方法,其能在開始晶體生長時將晶種準確地下降至熔融液體的指定位置并在生長開始時連續(xù)地提拉該晶體,和一種用于該方法的裝置。用于連續(xù)提拉晶體的該裝置的特征在于:包括:一用于垂直方向提拉晶種和在該晶種末端生長的帶狀晶體的直線提拉裝置(30),一用于夾持并連續(xù)提拉所述帶狀晶體的提拉機構(gòu)(40),一用于在通過提拉裝置(30)提拉的晶種通過提拉機構(gòu)(40)之后轉(zhuǎn)換成由所述提拉機構(gòu)(40)連續(xù)提拉的轉(zhuǎn)換機構(gòu)和一用于切斷晶種(12)和帶狀晶體(16)的切割機構(gòu)(39)。
文檔編號C30B15/00GK1349569SQ00806873
公開日2002年5月15日 申請日期2000年4月21日 優(yōu)先權日1999年4月30日
發(fā)明者藤田健太郎, 寺尾健二, 磯崎秀之, 佐藤巖 申請人:株式會社荏原制作所