專利名稱：形成板的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于自熔體形成板，且更明確而言，是有關(guān)于自熔體形成無錯位板。
背景技術(shù)：
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。隨著此等需求增加,太陽能電池產(chǎn)業(yè)的一目標為降低成本/功率比。存在兩種類型的太陽能電池硅與薄膜。大多數(shù)太陽能電池由硅晶圓(諸如單晶體硅晶圓)制成。目前，結(jié)晶硅太陽能電池的主要成本為太陽能電池制造于其上的晶圓。太陽能電池的效率或在標準照明下所產(chǎn)生的功率量部分地受此晶圓的品質(zhì)限制。制造晶圓的成本在不降低品質(zhì)的情況下的任何減少均將降低成本/功率比，且允許此干凈能源技術(shù)的較寬可用性。最聞效率娃太陽能電池可具有大于20%的效率。此等娃太陽能電池是使用電子級單晶娃晶圓而制成?？山逵勺允褂貌袷嚼Х?Czochralskmethod)生長的單晶娃圓柱形晶塊(boule)鋸切薄片層來制成此類晶圓。此等片層的厚度可小于200 μ m。為維持單晶體生長，所述晶塊必須自含有熔體的坩堝(crucible)緩慢地生長，諸如小于10 μ m/s。隨后的鋸切制程對每晶圓導致大約200 μ m的鋸口損失(kerf loss),或歸因于鋸條(sawblade)的寬度的損失。也可能需要使圓柱形晶塊或晶圓成正方形，以制作正方形太陽能電池。使成正方形及鋸口損失兩者均導致材料浪費且材料成本增加。隨著太陽能電池變薄,每次切割浪費的硅的百分比增加。然而，鑄錠(ingot)分割技術(shù)的限制可能阻礙獲得較薄太陽能電池的能力。使用自多晶硅鑄錠鋸切的晶圓來制作其他太陽能電池。多晶硅鑄錠的生長速度可快于單晶硅的生長速度。然而，所得晶圓的品質(zhì)較低，因為存在較多缺陷及晶界(grainboundaries)，且此較低品質(zhì)導致較低效率的太陽能電池。用于多晶硅鑄錠的鋸切制程與用于單晶硅鑄錠或晶塊的鋸切制程一樣低效?？蓽p少娃浪費的另一解決方案為在尚子植入之后使晶圓自娃鑄淀分裂(cleave)。舉例而言，將氫、氦或其他惰性氣體植入硅鑄錠的表面之下，以形成經(jīng)植入?yún)^(qū)。接著進行熱、物理或化學處理，以使晶圓沿此經(jīng)植入?yún)^(qū)自鑄錠分裂。雖然經(jīng)由離子植入的分裂可在無鋸口損失的情況下產(chǎn)生晶圓，但仍有待證明可使用此方法來經(jīng)濟地產(chǎn)生硅晶圓。又一解決方案為自熔體垂直拉動薄硅帶，且接著允許所拉動的硅冷卻并凝固為板。此方法的拉動速率可被限制為小于大約18mm/分鐘。在硅的冷卻及凝固期間所移除的潛熱(latent heat)必須沿垂直帶移除。此導致沿所述帶的較大溫度梯度。此溫度梯度對結(jié)晶硅帶加應(yīng)力，且可能導致較差品質(zhì)的多晶粒硅。所述帶的寬度及厚度也可能由于此溫度梯度而受限。舉例而言，寬度可被限于小于80nm，且厚度可被限于180 μ m。也已測試自熔體實體拉動的水平硅帶。在一種方法中，將附著至一桿的晶種插入熔體中，且在坩堝的邊緣上以較低角度拉動所述桿及所得板。所述角度及表面張力被平衡，以防止熔體自坩堝上濺出。然而，難以起始及控制此拉動制程。必須接取坩堝及熔體以插入晶種，此可能導致熱量損失?？蓪㈩~外熱量添加至坩堝以補償此熱量損失。此可能導致熔體中的垂直溫度梯度，其可導致非層狀(non-laminar)流體流。而且,必須執(zhí)行可能較困難的傾斜角度調(diào)節(jié)，以平衡形成于坩堝邊緣處的彎月面(meniscus)的重力與表面張力。此外，由于熱量是在板與熔體的分離點處被移除，因此作為潛熱被移除的熱量與作為顯熱(sensible heat)被移除的熱量之間存在突然變化。此可導致此分離點處沿帶的較大溫度梯度，且可導致晶體中的錯位。錯位(dislocations)及撓曲(warping)可能由于沿板的此等溫度梯度而發(fā)生。 尚未執(zhí)行自熔體水平分離的薄板的制造。藉由分離自熔體水平制造板與自鑄錠分割硅相比可能較便宜，且可能消除鋸口損失或由于使成正方形而導致的損失。藉由分離自熔體水平制造板與使用氫離子自鑄錠分裂硅或其他拉動硅帶的方法相比也可能較便宜。此夕卜，自熔體水平分離板與拉動帶相比可改良板的晶體品質(zhì)。諸如此可降低材料成本的晶體生長方法將為降低硅太陽能電池的成本的主要啟用步驟。但一些資料已指示此等水平制造的板仍可能在晶格中具有錯位。因此，此項技術(shù)中需要一種用以自熔體制造無錯位板的經(jīng)改良的裝置及方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種自熔體形成板的方法。所述方法包括使用冷卻平板在材料的熔體上形成具有第一寬度的材料板。所述板具有錯位。相對于冷卻平板而輸送所述板，藉此錯位遷移至所述板的邊緣。藉由改變冷卻平板的參數(shù)，隨著所述板相對于冷卻平板而輸送，所述板增 加至第二寬度。第二寬度大于第一寬度，且所述板在第二寬度處不具有錯位。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種形成板的裝置。所述裝置包括容器，所述容器界定經(jīng)組態(tài)以容納材料的熔體的通道。冷卻平板位于熔體上方且具有第一部分及第二部分。第一部分具有第一寬度。第二部分具有大于第一寬度的第二寬度。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種形成板的裝置。所述裝置包括容器，所述容器界定經(jīng)組態(tài)以容納材料的熔體的通道。冷卻平板位于所述熔體上方。所述冷卻平板具有一第一區(qū)段及多個第二區(qū)段。與第一區(qū)段相比，所述多個第二區(qū)段經(jīng)組態(tài)以獨立地控制溫度。


為更好地理解本揭示案，參看附圖，其以引用的方式并入本文中，且其中圖1為自熔體分離板的裝置的一實施例的剖面?zhèn)纫晥D。圖2為自熔體拉動板的裝置的一實施例的剖面?zhèn)纫晥D。
圖3為輻射冷卻的實施例的剖面正視圖。圖4的A至圖4的E為線初始化的第一實施例的俯視平面圖。圖5為冷卻平板的第一實施例的俯視平面圖。圖6為冷卻平板的第二實施例的俯視平面圖。圖7為冷卻平板的第三實施例的側(cè)視剖面圖。圖8為冷卻平板的第四實施例的透視圖。圖9為冷卻平板的第五實施例的正視剖面圖。圖10為冷卻平板的第五實施例的俯視剖面圖。圖11為冷卻平板的第五實施例的透視圖。圖12為對冷卻平板的壓力控制的正視剖面圖。圖13為冷卻平板的加熱器平衡的正視剖面圖。
具體實施例方式結(jié)合太陽能電池而描述本文的裝置及方法的實施例。然而，此等實施例也可用于制造(例如)集成電路、扁 平面板或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他基板。此外，雖然本文將熔體描述為硅，但熔體可含有鍺、硅與鍺，或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他材料。因此，本發(fā)明不限于下文所描述的具體實施例。圖1為自熔體分離板的裝置的一實施例的剖面?zhèn)纫晥D。形成板的裝置21具有容器16以及面板15及20。容器16以及面板15及20可為(例如)鎢、氮化硼、氮化鋁、鑰、石墨、碳化硅或石英。容器16經(jīng)組態(tài)以容納熔體10。熔體10可為硅。在一實施例中，熔體10可經(jīng)由進料器11補充。進料器11可含有固體硅或固體硅與鍺。在另一實施例中，熔體10可被抽汲至(pumpedinto)容器16中。板13將形成于熔體10上。在一種情況下,板13將至少部分地在熔體10內(nèi)浮動。雖然圖1中將板13說明為在熔體10中浮動，但板13可至少部分地浸沒于熔體10中，或可浮動于熔體10的頂部。在一種情況下，板13的僅10%自熔體10的頂部上方突出。熔體10可在裝置21內(nèi)循環(huán)。此容器16界定至少一通道17。此通道17經(jīng)組態(tài)以容納熔體10，且熔體10自通道17的第一點18流動至第二點19。在一種情況下，通道17內(nèi)的環(huán)境仍將防止熔體10中的漣波(ripples)。熔體10可由于(例如)壓力差、重力、磁流體動力(magnetohydrodynamic)驅(qū)動、螺旋泵，以及葉輪泵、輪或其他輸送方法而流動。熔體10接著在溢道(spillway) 12上流動。此溢道12可為斜面、堰(weir)、小堤或角落，且不限于圖1中所說明的實施例。溢道12可為允許板13自熔體10分離的任何形狀。在此特定實施例中，面板15經(jīng)組態(tài)以部分在熔體10的表面下方延伸。此可防止波或漣波在板13形成于熔體10上時干擾板13。此等波或漣波可由于自進料器11添加熔體材料、抽汲或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他原因而形成。在一特定實施例中，可使容器16以及面板15及20維持在稍高于近似1687K的溫度。對于娃而H，1687K表不冷 規(guī)(freezing)溫度或界面溫度。藉由使各器16以及面板15及20的溫度維持于稍高于熔體10的冷凝溫度，冷卻平板14可使用輻射冷卻來起作用，以獲得熔體10上或熔體10中的板13的所要冷凝速率。在此特定實施例中，冷卻平板14由單個區(qū)段或部分組成，但在另一實施例中可包含多個區(qū)段或部分?？梢愿哂谌垠w10的熔化溫度的溫度來加熱通道17的底部，以在界面處在熔體10中形成較小的垂直溫度梯度，以防止組成過冷(constitutional supercooling)或在板13上形成枝狀結(jié)晶(dendrites)或分支突出部分。然而，容器16以及面板15及20可處于高于熔體10的熔化溫度的任何溫度。此舉防止熔體10在容器16以及面板15及20上凝固?？山逵芍辽俨糠值鼗蛲耆珜⒀b置21封入一包體(enclosure)內(nèi)，來使裝置21維持于稍高于熔體10的冷凝溫度的溫度。若所述包體使裝置21維持于高于熔體10的冷凝溫度的溫度，則可避免或減少加熱裝置21的需要，且包體中或周圍的加熱器可補償任何熱量損失。此包體可藉由非各向同性傳導性而等溫。在另一特定實施例中，并不將加熱器安置于包體上或包體中，而是將加熱器安置于裝置21中。在一種情況下，可藉由將加熱器嵌入容器16內(nèi)及使用多區(qū)溫度控制來將容器16的不同區(qū)加熱至不同溫度。包體可控制裝置21所安置的環(huán)境。在一具體實施例中，包體含有惰性氣體?？墒勾硕栊詺怏w維持于高于熔體10的冷凝溫度。惰性氣體可減少至熔體10中的溶質(zhì)添加，溶質(zhì)添加可能導致板13的形成制程期間的組成不穩(wěn)定性。裝置21包含冷卻平板14。冷卻平板14允許在板13形成于熔體10上時的排熱。當冷卻平板14的溫度降低至低于熔體10的冷凝溫度時，冷卻平板14可致使板13在熔體10上或熔體10中冷凝。此冷卻平板14可使用輻射冷卻，或可由(例如)石墨、石英或碳化硅制造。冷卻平板14可自液態(tài)熔體10快速、均勻且以受控量移除熱量。可減少板13形成時對熔體10的干擾，以防止板13中的瑕疵。與其他帶拉動方法相比，熔體10的表面上的熔解熱量及來自熔體10的熱量的排熱可允許較快地產(chǎn)生板13，同時維持板13具有較低缺陷密度。冷卻熔體10的表面上的板13或在熔體10上浮動的 板13允許緩慢地且在較大區(qū)域上移除熔解潛熱，同時具有較大的水平流動速率。冷卻平板14在長度及寬度上的尺寸可增加。增加長度對于相同垂直生長速率及所得板13厚度而言，可允許較快的熔體10流動速率。增加冷卻平板14的寬度可導致較寬的板13。不同于垂直板拉動方法，使用圖1中所述的裝置及方法的實施例，不存在對板13的寬度的固有(inherent)實體限制。在一特定實例中，熔體10及板13以大約lcm/s的速率流動。冷卻平板14的長度大約為20cm且寬度大約為25cm。板13可在大約20秒內(nèi)生長至大約100 μ m的厚度。因此，所述板的厚度可以大約5 μ m/s的速率生長?？梢源蠹sIOm2/小時的速率產(chǎn)生厚度大約為100 μ m的板13。在一實施例中，可使熔體10中的熱梯度減至最小。此舉可允許熔體10流穩(wěn)定且分層。也可允許使用冷卻平板14經(jīng)由輻射冷卻來形成板13。在一特定情況下，冷卻平板14與熔體10之間大約300K的溫度差可以大約7 μ m/s的速率在熔體10上或熔體10中形成板13。通道17的在冷卻平板14下游且在面板20下方的區(qū)可為等溫的(isothermal)。此等溫區(qū)可允許板13的退火。在板13形成于熔體10上之后，使用溢道12使板13自熔體10分離。熔體10自通道17的第一點18流動至第二點19。板13將與熔體10 —起流動。板13的此輸送可為連續(xù)運動。在一種情況下，板13可大致以熔體10流動的相同速度流動。因此，板13可形成且被輸送，同時相對于熔體10靜止?？筛囊绲?2的形狀或溢道12的定向(orientation)，以改變?nèi)垠w10或板13的速度分布(profile)。熔體10在溢道12處自板13分離。在一實施例中，熔體10的流動在溢道12上輸送熔體10，且可至少部分地在溢道12上輸送板13。此舉可使板13中的晶體破裂減至最少或防止晶體破裂，因為無外部應(yīng)力施加至板13。在此特定實施例中，熔體10將在溢道12上遠離板13而流動。不可將冷卻應(yīng)用于溢道12處，以防止對板13的熱震(thermal shock)。在一實施例中，溢道12處的分離在近等溫條件下發(fā)生。與藉由垂直于熔體拉動相比，板13可在裝置21中較快地形成，因為熔體10可以經(jīng)組態(tài)以允許熔體10上的板13以適當?shù)乩鋮s及結(jié)晶的速度流動。板13將大致以與熔體10的流動速度一樣快的速度流動。此舉減小板13上的應(yīng)力。垂直于熔體而拉動帶在速度上受限，因為由于拉動而在所述帶上置有應(yīng)力。在一實施例中，裝置21中的板13可不具有任何此拉動應(yīng)力。此舉可提升板13的品質(zhì)以及板13的生產(chǎn)速度。在一實施例中，板13可趨向于直接向前超過溢道12。在一些情況下，可在越過溢道12之后支撐此板13，以防止斷裂。支撐元件22經(jīng)組態(tài)以支撐板13。支撐元件22可使用(例如)氣體或鼓風機來提供氣體壓力差以支撐板13。在板13自熔體10分離之后，板13所處的環(huán)境的溫度可緩慢地改變。在一種情況下，隨著板13移動遠離溢道12，所述溫度降低。在一種情況下，板13的生長、板13的退火以及使用溢道12的板13自熔體10的分離可在等溫環(huán)境下發(fā)生。使用溢道12的分離以及板13與熔體10的大致相等的流動速率使板13上的應(yīng)力或機械應(yīng)變減至最小。此舉增加產(chǎn)生單晶體板13的可能性。在另一實施例中，將磁場施加至裝置21中的熔體10及板13。此舉可消震(dampen)熔體10內(nèi)的振蕩流(oscillatory flow),且可改良板13的結(jié)晶化。圖2為自熔體拉動板的裝置的一實施例的剖面?zhèn)纫晥D。在此實施例中，裝置23自熔體10拉動板13。在此實施例中，熔體10不可在通道17中循環(huán)，且可使用晶種來拉動板13?？山逵衫鋮s平板14經(jīng)由冷卻來形成板13，且可自熔體10拉出所得板。圖1至圖2的實施例均使用冷卻平板14。冷卻平板14的長度上的不同冷卻溫度、熔體10的不同流動速率或板13的拉動速度、裝置21或裝置23的各個部分的長度，或在裝置21或裝置23內(nèi)的時序(timing)可用于制程控制。若熔體10為硅，則可在裝置21中形成多晶板13或單晶體板13。在圖1或圖2的實施例中，裝置21或裝置23可包含于包體中。圖1及圖2僅為可在熔體10中形成板13的裝置的兩個實例。水平板13生長的其他裝置或方法為可能的。本文所描述的方法及裝置的實施例可應(yīng)用于任何水平板13生長方法或裝置，且并非僅限于圖1至圖2的具體實施例。水平板13可能在板13的晶體中包含錯位。當板13被啟動之后，晶粒之間的邊界形成。此等錯位可為板13的晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)的結(jié)晶缺陷或不規(guī)則性，或板13內(nèi)的晶格失配(lattice mismatch)。此等錯位部分由板13與熔體10之間的溫度差所導致的熱震形成。錯位將在整個板13中傳播，除非被消除。為消除此等錯位，將允許錯位遷移至板13的邊緣。可使用本文所描述的實施例來允許形成不具有錯位的具有增加的晶體大小的單晶體硅板或多晶硅板。
圖3為輻射冷卻的實施例的剖面正視圖。在圖3中，自熔體10至板13、自熔體10至冷卻平板14以及自板13至冷卻平板14的箭頭表示熱傳遞。對于硅熔化溫度(其大約為1700K)下的輻射，固態(tài)硅的發(fā)射率(ε solid)大約為液態(tài)硅的發(fā)射率(ε liquid)的三倍。在此特定實施例中，將處于低于熔體10的冷凝溫度的溫度的冷卻平板14安置于熔體10上方。在一實例中，冷卻平板14近似比熔體10的冷凝溫度低10K，但其他溫度差是可能的。一旦熔體10的區(qū)開始結(jié)晶為板13，潛熱或在恒定溫度及壓力下的相變期間釋放的熱量將經(jīng)由板13中的固態(tài)晶體移除，而非自液態(tài)熔體10移除。因此，板13中的晶體將在熔體10中穩(wěn)定地生長，因為熔體10中的液體不會經(jīng)由至冷卻平板14的直接輻射熱傳遞而變得過冷。在一特定實施例中，避免至冷卻平板14的對流熱傳遞。對流熱傳遞可能比熔體10及板13周圍的大氣中的輻射冷卻低效。對流熱傳遞可能在熔體10中導致波，且可能難以準確地控制。然而，在其他實施例中，對流熱傳遞可單獨使用或用于補充輻射熱傳遞。圖4為線初始化(thread initialization)的第一實施例的俯視平面圖。圖4自A至E說明隨時間過去的制程。因此，板13在圖4的A至圖4的E中所說明的冷卻平板14下方僅經(jīng)過一次，且冷卻平板僅與各個階段A至E處所說明一樣大。雖然板13的寬度可隨時間過去而變化，但本文所揭示的實施例可產(chǎn)生具有均勻厚度的板13。在板13的穩(wěn)態(tài)制造之前，可能需要移除錯位41。此可藉由使用“頸縮(necked-down) ”板 13或板13的開始處的硅線40而開始。在此實施例中，線40可在熔體10的表面上浮動，如圖3中所見。相對于冷卻平板14而輸送線40。此輸送可涉及拉動線40或使線40在熔體10內(nèi)或與熔體10 —起流動。藉由控制冷卻平板14的大小及溫度以及線40的流動或拉動速率，線40的剖面形狀及長度可經(jīng)組態(tài)以允許錯位41的移除。藉由允許冷卻平板14在寬度或面積上擴展(expand)或增加，或允許冷卻平板14的冷區(qū)在寬度或面積上擴展或增加，且控制線40的流動或拉動速率，線40可擴展以形成具有所要寬度及厚度的板13。在圖4的A中，板13的位于熔體10中的初始線40可能具有錯位41。在此實施例中具有彎曲邊緣的冷卻平板14具有第一寬度43，其對應(yīng)于線40的第一寬度42。隨著線40流動或被拉動經(jīng)過冷卻平板14，錯位41在線40中向外移動。在此特定實施例中，錯位41可至少部分地由于冷卻平板14的形狀而向線40的邊緣遷移。在此實施例中，在圖4的B的結(jié)束之前，出現(xiàn)無錯位線40。在圖4的C中，冷卻平板14的低于熔體10的冷凝溫度的區(qū)的尺寸開始增加。寬度44大于第一寬度43。板13的寬度同樣擴展經(jīng)過線40的初始第一寬度42。在一種情況下，此板13可為單晶體。在圖4的D中，在板13流動或相對于冷卻平板14被拉動時，冷卻平板14的低于熔體10的冷凝溫度的區(qū)的尺寸繼續(xù)增加。在圖4的E中，冷卻平板14的低于熔體10的冷凝溫度的區(qū)達到其第二寬度45。板13同樣具有對應(yīng)的第二寬度46。第二寬度45大于冷卻平板14的第一寬度43，且板13的第二寬度46大于線40的第一寬度42。無錯位線40已生長為無錯位板13。在圖4的E中，所述板可關(guān)于其寬度處于穩(wěn)定狀態(tài)。線40或板13的尾部可能需要被丟棄，因為其含有錯位41。在另一實施例中，圖4的A至圖4的E中所說明的制程包含一額外步驟。線40可進一步“頸縮”，或以其他方式在增加至板13的第二寬度46之前，自第一寬度42減小至更小的寬度。此可允許較快地移除錯位41，因為錯位將具有較小的行進至線40的邊緣的距離。雖然將圖4的A至圖4的E的冷卻平板14說明為具有彎曲邊緣，但冷卻平板14可為平直的，或具有本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他形狀?？梢远喾N方式來完成圖4的A至圖4的E的此線初始化。圖5至圖11中說明五個實施例，但其他實施方案是可能的。此等實施例使用冷卻平板14的一部分來使線40初始冷凝。冷卻平板14的低于熔體10的冷凝溫度的區(qū)可及時擴展為較寬，且接著冷凝具有所要寬度的板13。計時冷卻平板14的低于熔體10的冷凝溫度的區(qū)的擴展，以允許錯位41在擴展至板13發(fā)生之前自線40遷移出來。此等實施例也可產(chǎn)生具有近似矩形剖面的具有近似恒定厚度的無缺陷且無錯位板13。雖然圖5至圖11中的冷卻平板14的實施例具有平直邊緣，但冷卻平板14可具有彎曲邊緣或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他形狀。圖5為冷卻平板的第一實施例的俯視平面圖。在此實施例中，藉由虛線來繪示板13及線40位于冷卻平板14下方。雖然將虛線繪示為自冷卻平板14的輪廓(outline)偏移，但板13及線40的形成可大致等于冷卻平板14的輪廓。線40及板13在方向50上流動或被拉動。在此實施例中，冷卻平板14具有第一部分51及第二部分52。第一部分51的寬度53小于第二部分52的寬度54。第一部分51用于形成線40。第二部分52用于形成無錯位板13。第一部分51及第二部分52可在不同溫度下操作或在不同時間被激活(activated)。因此，在一實施例中，第一部分51及第二部分52可為冷卻平板14中的兩個區(qū)段。隨著線40或板13相對于冷卻平板14而輸送，第一部分51的溫度低于熔體10的冷凝溫度(如圖3中所示)，從而導致線40形成具有寬度53。在錯位自線40的邊緣遷移出來之后，第二部分52的溫度降低至低于熔體10的冷凝溫度，且線40的寬度擴展至第二部分52的寬度54。此舉將形成具有寬度54的板13。在此實施例中，在移除任何錯位之后，板13可具有均勻厚度及寬度。在一特定實施例中，圖5的冷卻平板14除第一部分51及第二部分52之外包含不同區(qū)。此等區(qū)處于不同溫度。舉例而言，在冷卻平板14的中心下方包含第一部分51的區(qū)可與冷卻平板14的剩余邊緣在不同的溫度下操作。此冷卻平板14的中心區(qū)可在比邊緣稍高的溫度下操作。此舉將允許板13的相等生長，且允許板13以大致相等的厚度自冷卻平板14下方離開，因為與剩余邊緣相比，板13將花費更多時間在此中心區(qū)下。圖6為冷卻平板的第二實施例的俯視平面圖。在此特定實施例中，冷卻平板14界定缺口(indentation) 60。此缺口 60可確保板13的均勻厚度。因為若冷卻平板14在所有區(qū)中以均勻溫度操作，則當在冷卻平板14下時，板13的厚度受時間及熱傳遞速率支配，因此缺口 60減少板13在第二部分52下所花費的時間量，以補償線40在第一部分51下所花費的時間。此舉均衡自所述板13的所有部分或區(qū)的總熱量移除。圖7為冷卻平板的第三實施例的側(cè)視剖面圖。圖7中的冷卻平板14可與圖5至圖6的冷卻平板14對應(yīng)。圖7的冷卻平板14包含高熱擴散率層70及低熱擴散率層71。高熱擴散率層70及低熱擴散率層71由具有不同熱擴散率的材料組成。高熱擴散率層70及低熱擴散率層71厚度不同，且可隨時間過 去而控制熔體10的溫度分布及輻射冷卻。高熱擴散率層70可安置于冷表面72上。若冷卻平板14的頂面藉由冷表面72而降低至低于熔體10的冷凝溫度，則不同熱擴散率區(qū)的瞬變效應(yīng)導致第一部分51在第二部分52之前變冷。因此，第一部分51的溫度降低，線40形成，第二部分52的溫度降低，且板13形成。此舉允許線40產(chǎn)生、移除任何錯位，且擴展至板13。在一實施例中，冷卻平板14的層70、71的各向異性(anisotropy)可經(jīng)組態(tài)以增強冷卻。冷表面72可經(jīng)由流體流動、氣體傳導、冷卻劑或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他方法被激活，以在低于熔體10的熔化溫度的溫度下操作。高熱擴散率層70及低熱擴散率層71的不同于圖7中所說明的形狀或組態(tài)的其他形狀或組態(tài)是可能的。圖8為冷卻平板的第四實施例的透視圖。此冷卻平板14包含第一部分51、第二部分52，且界定缺口 60。此冷卻平板14也具有高熱擴散率層70及低熱擴散率層71。每一層70,71的厚度可在寬度及長度方向上變化。在另一實施例中，加熱圖5至圖8中的冷卻平板14的邊緣，以在此等邊緣處提供對線40或板13的形狀的控制。在又一實施例中，在環(huán)繞冷卻平板14的不同區(qū)域的區(qū)中，壓力可不同。此壓力差影響氣體內(nèi)的平流(advection)及傳導以及其熱阻。

圖9為冷卻平板的第五實施例的正視剖面圖。冷卻平板14具有一第一區(qū)段80及兩個第二區(qū)段81。雖然說明兩個第二區(qū)段81，但更多或更少第二區(qū)段81是可能的，且此實施例并不僅限于兩個第二區(qū)段81。第二區(qū)段81在此實施例中并非為矩形，但可為矩形或其他形狀。第一區(qū)段80的底面82具有第一寬度84。第一區(qū)段80經(jīng)組態(tài)以在第一溫度下操作。此第一溫度低于熔體10的冷凝溫度。第二區(qū)段81經(jīng)組態(tài)以在獨立于第一區(qū)段80的溫度下操作。第二區(qū)段81每一者具有底面83。在一種情況下，可激活第一區(qū)段80及第二區(qū)段81兩者。在第一階段中，第一區(qū)段80在低于熔體10的冷凝溫度的溫度下操作。此舉在熔體10中形成具有第一寬度84的線40，如圖10中所說明。線40可相對于第一區(qū)段80而被拉動或流動。在線40形成時，第二區(qū)段81在高于熔體10的冷凝溫度的溫度下操作，以允許單晶體線40或晶種形成。在一具體實施例中，當?shù)诙^(qū)段81高于熔體10的冷凝溫度時，此等區(qū)段尚未被激活。在另一具體實施例中，第二區(qū)段81被激活，但在高于熔體10的熔化溫度的溫度下操作。在第二階段中，與在第一階段中相比，第二區(qū)段81在較低溫度下操作。在一特定實施例中，第二區(qū)段81在近似與第一區(qū)段80相同的溫度下操作。此溫度可低于熔體10的熔化溫度。此舉將呈現(xiàn)具有操作寬度85的冷卻平板14。操作寬度85為底面82、83的寬度。因此，板13將形成為具有大致等于操作寬度85的寬度。在一實施例中，區(qū)段80、81兩者可在一個溫度下操作，但第二區(qū)段81包含加熱器以獨立地改變第二區(qū)段81的溫度。在另一情況下，可個別地修改區(qū)段80、81的流體流以改
變每一者的溫度。圖10為冷卻平板的第五實施例的俯視剖面圖。在圖10中，說明第一階段。第二區(qū)段81在高于第一區(qū)段80的溫度下操作。第一區(qū)段80在低于熔體10的冷凝溫度的溫度下操作，而第二區(qū)段81高于熔體10的冷凝溫度。此舉形成由虛線說明的線40。每一區(qū)段80,81的大小及厚度可在寬度及長度方向上變化。在第二階段中，第二區(qū)段81在與第一區(qū)段80大致相同的溫度下操作，且線40的寬度將增加。圖11為冷卻平板的第五實施例的透視圖。在此特定實施例中，第一區(qū)段80及第二區(qū)段81安置于第三區(qū)段86前方。第三區(qū)段86可在與第一區(qū)段80相同的溫度下操作。在一實施例中，第三區(qū)段86可類似于第二區(qū)段81而被激活及操作。在一特定實施例中，輻射屏蔽可位于區(qū)段80、81、86周圍或冷卻平板14周圍。在一實施例中，區(qū)段80、81、86可全部在一個溫度下操作，但區(qū)段81、86包含加熱器以獨立地改變此等區(qū)段81、86的溫度。在另一情況下，可各個地修改到達區(qū)段80、81、86的流體流，以改變每一者的溫度。圖12為對冷卻平板的壓力控制的正視剖面圖。圖5至圖11的實施例可使用壓力控制來控制自冷卻平板14至較冷環(huán)繞物的熱流通量(heat flux)。在圖12中，自板13至冷卻平板14及自冷卻平板14出來的箭頭表示熱傳遞。為使用壓力來控制熱流通量，可將輻射屏蔽總成(assembly) 120置放于冷卻平板14周圍，位于(例如)冷卻平板14的不面向熔體10的表面上。圖12中所說明的每一輻射屏蔽總成120可含有彼此分離的多個個別屏蔽物。屏蔽物之間的熱傳遞為輻射性及傳導性的。氣體傳導元件可經(jīng)組態(tài)以使得氣體傳導保留于分子自由狀態(tài)，使得藉由傳導的熱傳遞的速率與壓力成比例。此舉允許某一范圍的熱傳遞，其允許自(例如)小于lkW/m2至大于10kW/m2的功率密度控制。此特定范圍外的功率密度也是可能的。藉由改變氣體壓力且將足夠數(shù)目的屏蔽物插入輻射屏蔽總成120中，以便使屏蔽物之間的間隙保持小于氣體分子的平均自由路徑，來實現(xiàn)使氣體維持于分子自由狀態(tài)。輻射屏蔽總成120的有效電阻也可允許熱流動。輻射屏蔽總成120的有效電阻也可用于藉由改變輻射屏蔽總成120內(nèi)的屏蔽物的數(shù)目來控制熱傳遞。舉例而言，可以大約1. 5 μ m的間隙堆迭50個屏蔽物，且壓力可在大約I托與20托之間變化。圖13為冷卻平板的加熱器平衡的正視剖面圖。圖5至圖11的實施例可使用加熱器平衡來控制自冷卻平板至環(huán)繞物的熱流通量。在圖13中，自板13至冷卻平板14及自冷卻平板14出來的箭頭表示熱傳遞。加熱器平衡可使用額外加熱器121來補償經(jīng)由絕緣體的穩(wěn)定能量損失。在此特定實施例中，輻射屏蔽總成120安置于冷卻平板14周圍。圖13中所說明的每一輻射屏蔽總成120可含有彼此分離的多個個別屏蔽物。在此實施例中，在無流體運動的情況下，熱傳 遞是藉由輻射及傳導而進行。傳導阻力可受氣體壓力控制。輻射阻力可受輻射屏蔽總成120中的屏蔽物的數(shù)目及每一者的相應(yīng)發(fā)射率控制。本揭示案的范疇不受本文所描述的具體實施例限制。事實上，本領(lǐng)域技術(shù)人員自前面的描述內(nèi)容及隨附附圖將明白除本文所述的實施例及修改之外的本揭示案的其他各種實施例及修改。因此，此等其他實施例及修改也屬于本揭示案的范疇。此外，盡管本文已出于特定目的在特定環(huán)境中的特定實施方案的上下文中描述本揭示案，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，本揭示案的有用性不限于此，且可出于任何數(shù)目的目的，在任何數(shù)目的環(huán)境中有益地實施本揭示案。因此，應(yīng)鑒于如本文所述的本揭示案的完整范圍及精神來解釋本文所陳述的申請專利范圍。
權(quán)利要求
1.ー種形成板的裝置，包括 容器，界定經(jīng)組態(tài)以容納材料的熔體的通道；以及 冷卻平板，位于所述熔體上方，所述冷卻平板具有一第一區(qū)段及多個第二區(qū)段，與所述第一區(qū)段相比，所述多個第二區(qū)段經(jīng)組態(tài)以獨立地控制溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成板的裝置，其中所述熔體經(jīng)組態(tài)以自所述通道的第一點流動至第二點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成板的裝置，其中所述材料包括硅或硅與鍺。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成板的裝置，還包括第三區(qū)段，所述第三區(qū)段經(jīng)組態(tài)以與所述第一區(qū)段相比獨立地控制溫度。
全文摘要
一種形成板的裝置?？勺匀垠w形成無錯位板。使用冷卻平板在材料的熔體上形成具有第一寬度的所述材料的板。此板具有錯位。相對于所述冷卻平板而輸送所述板，且所述錯位遷移至所述板的邊緣。所述板的所述第一寬度藉由所述冷卻平板而增加至第二寬度。所述板在所述第二寬度處不具有錯位。在一種情況下，所述冷卻平板可具有具兩個不同寬度的形狀。在另一情況下，所述冷卻平板可具有在不同溫度下操作的區(qū)段，以增加所述板的寬度。所述板可相對于所述冷卻平板而被拉動或流動。
文檔編號C30B29/60GK103046116SQ20131001035
公開日2013年4月17日 申請日期2009年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月5日
發(fā)明者彼德·L·凱勒曼, 法蘭克·辛克萊, 菲德梨克·卡爾森, 尼可拉斯·P·T·貝特曼, 羅伯特·J·米歇爾 申請人:瓦里安半導體設(shè)備公司