專利名稱：用于帶狀晶拉晶爐的可移除熱控制的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及帶狀晶拉晶爐，并且更具體地，本發明涉及帶狀晶拉晶爐內的 可移除的絕熱體。
背景技術：
硅片是各式各樣的半導體器件，例如太陽能電池、集成電路和MEMS裝置的構建基 塊。例如，Marlboro, Massachusetts的EvergreenSolar， Inc由通過已知的"帶狀拉晶，，技 術生產的硅片形成太陽能電池。 帶狀拉晶技術通常使用一種專門的爐，該爐圍繞容納熔融硅的坩堝和正生長的帶 狀晶體。爐的基座通常由固體的、絕熱材料形成。隨著時間流逝，這種絕熱材料會被潑灑在 其上的熔融硅污染，或以某些方式受到損害，例如材料的碎片剝落并且落入熔料中。不幸地 是，這種絕熱材料更換起來通常是昂貴的，并且可以引起不當的停工，以進行修理或更換。
發明內容
根據本發明的一個實施例，帶狀晶拉晶爐具有基座絕熱體和可移除連接到該基座 絕熱體的襯里絕熱體。襯里絕熱體的至少一部分形成用于容納坩堝的內部。因此，當重新 使用基座絕熱體的時候(帶有可移除連接的不同的襯里絕熱體)，可移位襯里絕熱體。
在相關的實施例中，襯里絕熱體可以是石墨或碳泡沫材料。基座絕熱體可以是陶 瓷材料。基座絕熱體可以由化學上和結構上不同于襯里絕熱體材料的材料形成。可替代地， 基座絕熱體可以由與襯里絕熱體相同或類似的材料形成。爐也可以包括坩堝，襯里絕熱體 的至少一部分可設置在坩堝附近和或設置在坩堝下方。爐也可以包括位于基座絕熱體和襯 里絕熱體上方的后熱器。后熱器可以由基座絕熱體支撐。 根據本發明的另一實施例，帶狀晶體生長方法提供基座絕熱體并可移除地將襯里 絕熱體連接到基座絕熱體上。襯里絕熱體的至少一部分形成用于容納坩堝的內部。在相關 實施例中，該方法還提供了坩堝。襯里絕熱體的至少一部分可以位于坩堝附近和/或下方。
根據發明的另一實施例，生長帶狀晶體的方法提供了具有坩堝的爐，該坩堝具有 多個線孔。該爐也具有帶可移除連接的第一襯里的基座絕熱體。該方法也將熔融材料添加 到坩堝中，并使線通過線孔和熔融材料，以生長帶狀晶體。在相關實施例中，該方法也移除 了第一個襯里并將第二襯里可移除地連接到基座絕熱體。
下面通過參照概括的附圖而討論說明的"具體實施方式
"，本領域的技術人員應當 更完全地理解本發明的各種實施例的優點。 圖1示意性示出可以實現本發明的示例性實施例的硅帶狀晶生長爐。 圖2示意性示出圖1所示的帶狀晶生長爐移除殼體部分的部分剖視圖； 圖3示意性示出根據本發明的實施例移除殼體的沿著圖2中線A-A的透視剖視
圖； 圖4示意性示出根據本發明的實施例移除殼體的沿著圖2中線A-A的剖視圖； 圖5示意性示出根據本發明的實施例移除殼體的帶狀晶生長爐的透視圖； 圖6A和6B分別示意性示出根據本發明的實施例的后熱器絕熱體的側視圖和透視 底視圖； 圖7示意性示出根據本發明的另一實施例的后熱器絕熱體的側視圖；并且 圖8示意性示出無后熱器絕熱體的基座絕熱體和襯里絕熱體的透視頂視圖。
具體實施例方式
在示例性實施例中，帶狀晶拉晶爐可包括支撐高純度、相對容易更換的襯里絕熱 體的基座絕熱體。襯里絕熱體在能夠容納熔融硅的坩堝鄰近。襯里絕熱體由能經受比較高 溫的材料制成。必要時，(例如由于損害或污染)該襯里絕熱體可以被更換，并且因此，可 移除地連接到基座絕熱體上。由于襯里絕熱體能夠容易地被移除而不會基本上和永久地改 變基座絕熱體的整體結構，所以襯里絕熱體是可移除連接的。因此，在預期使用期間，移除 襯里絕熱體將基本上不會損害基座絕熱體。下面討論示例性實施例的細節。
圖1示意性示出可以實現本發明的示例性實施例的硅帶狀晶拉晶爐10。該爐10 包括形成基本上無氧(例如為了防止燃燒)的密閉或密封內部的殼體12。代替氧，內部可 以具有某種濃度的另一種氣體、比如氬或其他惰性氣體，或者氣體的混合物。內部包括坩堝 14(如圖2-6中所示)及其他組件(其中一些在下面論述)，用于基本上同時生長多個硅帶 狀晶體16。盡管圖1示出四個硅帶狀晶體，但該爐10可基本上同時生長更多或更少的帶狀 晶體。帶狀晶體16可以是單晶硅，復晶硅或多晶硅。殼體12中的進料口 18設置有用于將 硅原料導向殼體12的內部以進入到坩堝14的裝置，同時一個或多個可選的窗口 20允許對 內部和其組件進行觀測。 應當注意的是，硅帶狀晶體16的討論是說明性的，并不意圖限制本發明的全部實 施例。例如，帶狀晶體16可以由其他材料的原料或者硅和某種其他材料的混合物形成。
圖2示意性示出圖1所示的移除一部分殼體12的爐10的部分剖視圖。該視圖示 出其中的上述坩堝14，該坩堝具有可以支撐或容納熔融材料的基本上平坦的頂表面。坩堝 14的該實施例沿著其長度具有縱長的形狀，以用于生長硅帶狀晶體16的區域并肩布置。
爐10具有絕熱體，絕熱體根據爐10內各種區域、例如容納熔融材料的區域和容納 生長帶狀晶體的區域的熱需求進行特別配置。這兩個區域基本上形成生長的帶狀晶體16 穿過的內部區域。因此，爐10的內部包括基座絕熱體24和襯里絕熱體26，它們共同形成容 納坩堝14的區域，這將在下文更詳細地討論。該爐同樣包括位于基座絕熱體24和襯里絕
5熱體26(從附圖的透視圖中看)上方的后熱器28。該后熱器28提供了用于使生長的帶狀 晶體16隨著它從坩堝14中升起而冷卻的可控熱環境。基座絕熱體24、襯里絕熱體26和后 熱器26可以具有相關的但是不同的熱需求，因此，可以用不同的材料制造。然而，替代實施 例可以在不同區域中具有類似的或相同的絕熱材料。 圖3和4分別示意性示出移除殼體的沿著圖2的線A-A的透視剖視圖和剖視圖。 如圖2-4所示，后熱器28大致在基座絕熱體24和襯里絕熱體26上垂直間隔。后熱器28例 如可通過支柱(未示出)由基座絕熱體24和襯里絕熱體26之一或兩者加以支撐。此外或 者可替代地，后熱器28可以連接或固定到殼體12的頂端部分12a上。在一些實施例中，后 熱器28具有兩個部分28a， 28b，它們位于生長的帶狀晶體16在兩側上。這兩個部分28a、 28b形成一個或多個通道30(如圖3所示)，帶狀結晶穿過所述通道生長。可替代地，后熱 器28也可以位于生長的帶狀體晶16的僅一側上，如圖5中所示。 后熱器28可以由提供適當熱需求用于允許帶狀體晶以可控方式冷卻的任何絕熱 材料形成。例如，后熱器28可以由石墨或碳材料、比如碳泡沫或石墨泡沫絕熱材料形成。因 此，后熱器28可以由類似于襯里絕熱體26的材料形成，這進一步在下文詳細討論。盡管如 此，后熱器26形成的區域中的熱需求通常不同于包括坩堝14和熔融材料的區域中的熱需 求。 在示例性的實施例中，后熱器28具有一個或多個開口 32，以用于可控地從穿過通 道30生長的帶狀晶體16中導出熱量。圖6A和6B示出這種后熱器28的一個實施例。在 該實施例中，后熱器28具有面對基座絕熱體24和襯里絕熱體26的底部34，以及具有開口 32的至少一個垂直延伸的壁36。 在所示的實施例中，開口 32具有狹槽形狀，每個狹槽都具有基本上均勻的寬度。 可替代地，該槽也可以具有不同的寬度。在其他實施例中，開口 32也可以具有均勻或變化 的不同形狀，例如圓形、矩形或者不規則的形狀。開口 32可以彼此相鄰設置，開口在豎直方 向上延伸壁36的長度，如圖6A所示。可替代地，開口 32可以垂直地排列在彼此的頂部，如 圖7所示。期望的生長晶體帶狀區域的熱性能以及后熱器28的材料成分和厚度是開口 32 和/或其結構的區域總量的因素。 開口 32的尺寸和形狀可以根據帶狀晶體16的期望厚度而變化。然而，通常，尺寸 和形狀不應該太大，因為帶狀晶體16會在某些區域中變得很厚和/或具有不期望的內應變 或內應力。因而應該小心地控制開口 32的尺寸和形狀，以使這種應變或應力最小化，并且 保證適當的帶狀晶體厚度。 開口 32優選完全延伸穿過后熱器28的壁36。然而，在替代實施例中，開口 32僅 可以是后熱器28的較薄區域。后熱器28的壁36可以具有例如圖3和5中所示的變化的 厚度以及具有完全延伸穿過壁36的開口 32。 開口 32示例性地位于指定位置上，以控制生長的帶狀晶體16的某些特征和品質。 例如，坩堝14可以具有用于接收線42的多個線孔40(見圖8)。隨著線42穿過坩堝14，熔 融硅凝固到其表面，從而形成生長的帶狀晶體16。不期望的是，可能有生長的帶狀晶體16 的部分，所述部分缺乏某些進一步冷卻而比意圖的(例如形成薄的、易碎"頸區")更薄。因 此，開口 32可以位于生長的帶狀晶體16的那些部分附近，以保證適當的冷卻，并因此保證 期望的厚度。
例如，兩個線孔可以被認為沿著帶狀晶體生長方向形成豎直向上延伸穿過爐10 的平面。如圖2中所示，帶狀晶體16大致平行于該平面生長。開口32可以沿著該平面的 邊緣或生長的帶狀晶體16放置或排列，如圖2和5所示，或者可以位于沿著該豎直延伸平 面的任何地方，從而降低爐10的那一區域中的溫度。降低那一區域中的溫度應該具有增加 相應區域內帶狀晶體厚度的效果。 隨著線42穿過坩堝14，坩堝14內的熔融硅可能會無意潑濺在襯里絕熱體26上。 此外，當操作者人工清洗爐10時，襯里絕熱體26會受損或被污染。這可以引起該絕熱體26 對爐10的那一區域具有不同的、相對不可預知的熱效應。同時，在實際使用期間，熔融材料 附近的絕熱部分可能剝落進入到坩堝14內，從而與硅熔料混合，這是本技術領域已知的。 因此，期望能保證這些薄片對硅熔料的化學成分以及最終生長的帶狀晶體沒有較大是可忽 略的影響。 為此，襯里絕熱體26優選由很純的、高質量材料形成，該材料能夠經得起比較高 的溫度。例如，襯里絕熱材料優選在從約IOO(TC到約150(TC的溫度范圍工作。為此，襯里 絕熱體26可以由具有各種物理結構的各種材料(例如石墨、碳化硅、石英或氧化鋁)形成， 例如低密度、高導熱率的材料(例如碳泡沫、碳纖維或石墨泡沫材料)。可接受的襯里絕熱 材料市購自Biddeford， ME的Fiber Materials, Inc.或Buffalo Grove， IL的Graphtek， LLC。 在示例性的實施例中，基座絕熱體24可以由比襯里絕熱體26相對比較不純的、價 格比較低廉的材料形成。由于基座絕熱體26通過襯里絕熱體26與高溫熔融材料分開，基 座絕熱材料24不需要經受襯里絕熱體26必須經受的高溫。例如，基座絕熱材料可以在從 約室溫到約100(TC的溫度范圍操作。基座絕熱體24因此可以由滿足那些要求的各種材料 形成，例如陶瓷材料(如氧化鋁或二氧化硅)。相反，襯里絕熱體26由能夠經得起較高的溫 度的材料形成。為此，襯里絕熱體26可以由與基座絕熱體30的材料(在化學上和/或結 構上)不同的材料形成。例如，基座絕熱體24可以由固體、相對致密的石墨板形成，而襯里 絕熱體26可以由石墨或碳泡沫材料形成。在其他的實施例中，基座絕熱體24和襯里絕熱 體26可以由相同或類似材料形成。 如圖3和4中更清楚所示，該襯里絕熱體26豎直地沿著基座絕熱體24的側壁設 置(即坩堝14附近)，并且也可以設置在坩堝14的下方。這樣，襯里絕熱體26有效地形 成用于部分容納坩堝14的內部。在某些實施例中，爐10可以包括具有連接到供氣歧管46 的氣體噴口 44的供氣系統，以進一步冷卻生長的帶狀晶體。例如，如圖3和4所示，襯里絕 熱體26包括使氣體噴口 44進入到坩堝14附近的內部區域內的開口 ，同時保護供氣歧管46 不被熔融材料顯著污染。 襯里絕熱體26的厚度可以根據許多因素變化，這些因素包括襯里絕熱體26和基 座絕熱體24的絕熱性能以及爐10的期望工作溫度。然而，在一個實施例中，襯里絕熱體26 可以比基座絕熱體24更薄，以降低替換很純的、高質量的、通常昂貴的材料的成本。
襯里絕熱體26預期受最終能夠減少其效率的許多環境因素影B向，因此可以認為
具有一定壽命。如上所述，潑濺在襯里絕熱體壁上的熔融硅以及通常的薄片會影響襯里絕 熱體的效率。因此，在某種程度上，本領域技術人員可以選擇替換襯里絕熱體26。為此，可 以從襯里絕熱體與基座絕熱體24的連接中移除襯里絕熱體26，隨后丟棄。新的襯里絕熱體26可移除地連接到基座絕熱體24上，能夠使爐10回到其更有效率的操作方式(即基本上 沒有上述問題且帶有新的襯里絕熱體26)。 如上所述，在本發明的示例性的實施例中，襯里絕熱體26可移除地連接到基座絕 熱體24上。許多方法可以用來可移除地把襯里絕熱體26與基座絕熱體24連接在一起。例 如，多個螺絲(未示出)可以將襯里絕熱體26緊固到基座絕熱體24上。然而，也可以使用 其他技術，包括卡扣配合結構。 本發明的各種實施例可以相互組合。例如，后熱器28可移除地連接到基座絕熱體 24或襯里絕熱體26上，因此也相對容易更換。此外，基座絕熱體24可以具有開口 32，該開 口有效地充當坩堝14附近區域中的熱排氣口。因此，不同的實施例的這些方面中每一個的 整體上分開討論并不意圖限制所有實施例。 因此，本發明的各種實施例允許需要時更換爐10內的絕熱體而不改變爐的基本 結構。另外，其他的實施例能夠通過在后熱器28或基座絕熱體24中具有開口 32來對爐10 內的熱分布進行更好的控制。這些開口 32實際上充當了通熱口。 雖然上述討論公開了本發明的各種示例性的實施例，但對于本領域技術人員而言 顯而易見的是，能夠在不背離本發明的實際保護范圍的情況下進行各種的修改，以實現本 發明的一些優點。
權利要求
一種帶狀晶拉晶爐，包括基座絕熱體；和襯里絕熱體，所述襯里絕熱體以可移除方式連接到所述基座絕熱體，其中，所述襯里絕熱體的至少一部分形成用于容納坩堝的內部。
2. 如權利要求1所述的帶狀晶拉晶爐，其中，所述襯里絕熱體包括石墨。
3. 如權利要求1所述的帶狀晶拉晶爐，其中，所述襯里絕熱體包括碳泡沫材料。
4. 如權利要求1所述的帶狀晶拉晶爐，其中，所述基座絕熱體包括陶瓷材料。
5. 如權利要求1所述的帶狀晶拉晶爐，其中，形成所述基座絕熱體的材料的化學屬性 和結構均不同于形成所述襯里絕熱體的材料。
6. 如權利要求1所述的帶狀晶拉晶爐，其中，所述基座絕熱體由與所述襯里絕熱體相 同的材料形成。
7. 如權利要求1所述的帶狀晶拉晶爐，進一步包括坩堝，所述襯里絕熱體的至少一部 分定位在所述坩堝附近。
8. 如權利要求1所述的帶狀晶拉晶爐，進一步包括坩堝，所述襯里絕熱體的至少一部 分定位在所述坩堝下方。
9. 如權利要求1所述的帶狀晶拉晶爐，進一步包括定位在所述基座絕熱體和所述襯里 絕熱體上方的后熱器，所述后熱器由所述基座絕熱體支撐。
10. —種帶狀晶生長方法，包括 設置基座絕熱體；并且將襯里絕熱體以可移除方式連接到所述基座絕熱體，其中，所述襯里絕熱體的至少一 部分形成用于容納坩堝的內部。
11. 如權利要求10所述的方法，其中，所述襯里絕熱體包括石墨。
12. 如權利要求10所述的方法，其中，所述襯里絕熱體包括碳泡沫材料。
13. 如權利要求10所述的方法，其中，所述基座絕熱體包括陶瓷材料。
14. 如權利要求IO所述的方法，其中，形成所述基座絕熱體的材料的化學屬性和結構 均不同于形成所述襯里絕熱體的材料。
15. 如權利要求IO所述的方法，其中，所述基座絕熱體由與所述襯里絕熱體相同的材 料形成。
16. 如權利要求10所述的方法，進一步包括 設置坩堝，將所述襯里絕熱體的至少一部分定位在所述坩堝附近。
17. 如權利要求10所述的方法，進一步包括 設置坩堝，將所述襯里絕熱體的至少一部分定位在所述坩堝下方。
18. —種使帶狀晶生長的方法，所述方法包括設置具有坩堝的爐，所述坩堝具有多個線孔，所述爐還具有基座絕熱體，所述基座絕熱 體具有以可移除方式連接的第一襯里； 將熔融材料添加到所述坩堝；并且 將線穿過所述線孔和所述熔融材料，以生長出帶狀晶。
19. 如權利要求18所述方法，進一步包括 移除所述第一襯里；并且以可移除的方式將第二襯里連接到所述基座絕熱體。
20. 如權利要求18所述的方法，其中，所述襯里絕熱體包括石墨或碳泡沫材料。
21. 如權利要求18所述的方法，其中，所述基座絕熱體包括陶瓷材料。
22. 如權利要求18所述的方法，其中，所述基座絕熱體由與所述襯里絕熱體相同的材 料形成。
23. 如權利要求18所述的方法，其中，所述襯里絕熱體的至少一部分定位在所述坩堝 附近。
24. 如權利要求18所述的方法，其中，所述襯里絕熱體的至少一部分定位在所述坩堝 下方。
全文摘要
一種帶狀晶拉晶爐，該帶狀晶拉晶爐具有基座絕熱體和可移除地連接到該基座絕熱體的襯里絕熱體。襯里絕熱體的至少一部分形成用于容納坩堝的內部。
文檔編號C30B15/14GK101715496SQ200880018611
公開日2010年5月26日 申請日期2008年6月13日 優先權日2007年6月14日
發明者克里斯汀·理查森, 大衛·哈維, 斯科特·賴特斯瑪, 理查德·華萊士, 黃衛東 申請人:長青太陽能股份有限公司