CN101133191A - 用于由半导体材料制造定向凝固块的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于由半导体材料制造定向凝固块的方法以及装置，其中，该装置具有一个里面盛放熔液的坩埚和一个至少从上面和侧面环绕坩埚的隔热体，该隔热体至少在坩埚的上面与其相距，还具有至少一个设置在坩埚上面的加热装置，其中，隔热体内部在坩埚上方的区域通过隔板被分成一个过程室和一个处于过程室上方的上部加热室，该加热室内设置至少一个加热件。

Description

用于由半导体材料制造定向凝固块的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于由半导体材料制造定向凝固块的方法，其中，盛放在坩埚内的熔液在用来进行定向凝固的过程室内、在充分利用结晶的情况下、至少从上面得到加热。
此外，本发明还涉及一种用于由半导体材料制造定向凝固块的装置，其具有里面盛放熔液的坩埚和至少从上面和侧面环绕坩埚的隔热体，该隔热体至少在坩埚的上面与其相距，还具有至少一个设置在坩埚上方的加热装置。
背景技术
在按照现有技术用于制造半导体材料的定向凝固块、特别是定向凝固硅的方法和装置中，盛放在坩埚内的熔液或者从侧面出来或者从底面出来得到加热。从上面加热的优点是可以达到良好的水平能量分布，从而在凝固时产生一种所追求的水平相界。但缺点是，加热件直接处于凝固期间保持液态的半导体材料的蒸汽流中并因此与半导体材料例如硅产生反应。在按照现有技术常用的石墨加热件方面，这一点导致迅速老化并还导致电阻被改变从而产生相应后果。
发明内容
本发明的目的在于，提供用于制造定向凝固块的一种方法和一种装置，也就是用于实施结晶过程的装置，特别是避免加热件由于金属蒸汽的影响而老化，此外还提供下述可能，即能够明确地并且可再生产地加热熔液。
该目的通过一种用于由半导体材料制造定向凝固块的方法得以实现，其中，盛放在坩埚内的熔液在过程室内进行定向凝固，在充分利用结晶的情况下至少从上面得到加热，其特征在于，坩埚的加热间接从上方通过与过程室隔开的上部加热室间接进行。
在装置方面，该目的通过一种用于由半导体材料制造定向凝固块的装置得以实现，该装置具有里面盛放熔液的坩埚和至少从上面和侧面环绕坩埚的隔热体，该隔热体至少在坩埚的上面与其相距，还具有至少一个设置在坩埚上方的加热装置，其特征在于，隔热体内部在坩埚上方的区域通过隔板被分成一个过程室和一个处于其上方的上部加热室，该加热室内设置至少一个加热件。
这种方法以及这种装置的特征在于，在由金属熔液排放的金属蒸汽与加热件之间不出现直接接触。
该方法最好这样实施，使坩埚至少从上面通过上部加热室和用于定向凝固的过程室并在充分利用结晶的情况下得到加热，而使上部加热件不受到损坏。
具体地说，在与依据本发明装置的结合下按照下述实施该方法，即通过坩埚上方亦即熔液上方的隔板将上部加热装置气密隔开，从而让从加热熔液升起的金属蒸汽、例如硅蒸汽远离该有源加热件。
依据优选的措施，过程室内熔液上方生成的气体这样排出，使其不进入加热室内。
此外为达到所追求的目标，优选将隔板置于框架上；这种框架从侧面以一定间距将坩埚环绕。这种框架应由隔热材料制成并与外部隔热体相关形成中间隔热壁，也就是说，外部隔热体以一定间距环绕形成间隙的中间隔热壁。
坩埚支承在支承板上，在装置的另一种构成中，该支承板在其边缘区域上具有一个作为底板部件的弯边；利用底板的该弯边使得支承板相对于中间隔热体基本上气密密封。
利用隔热体将整个坩埚设置在一个真空室内。
侧面环绕坩埚支承板的底板的框架同时构成接收槽或者接收槽的一部分，用于可能从坩埚流出的熔液。对于这种接收槽来说，侧面环绕坩埚的框架可以构成接收槽的侧壁。此外，接收槽的底部可以通过装入底板内的坩埚支承板构成。
底板优选由石墨或者由石墨板和/或石墨膜的组合构成。具有优点的是，接收槽的侧壁由吸收硅的石墨毡构成。
底板在几何形状的水平熔液面的投影上具有一个作为导热窗的开口或者穿孔。
为防止熔液或者熔液蒸汽从装置的内腔逸出，应该让间隙以迷宫式阶梯构成，硅可以通过间隙流出或者逸出。
上面支承坩埚或支承坩埚的支承板的支承结构同时可以被设为输气通道。为此优选设置至少一根支承梁，该支承梁在其朝向坩埚底部的面上具有例如喷嘴开口的气体排放口，冷却气体通过这些喷嘴开口可以被输送到坩埚底板或支承板的底面上。加热的冷却气体优选在循环中通过一个换热器回流冷却并利用泵重新输送到支承梁。
在坩埚底部的下方，确切地说是在支承梁的下方相距设置了一个下部有源加热件以及一个处于其下方的、具有冷却蛇形管的冷却板，以便从下方也能有效加热和冷却坩埚，具体地说室在与设置在上部加热室内的加热件的相互作用下。
最后设置了可以穿过外隔热体侧壁和中间隔热体的侧面排气口。
附图说明
本发明的其他细节和特征来自下面借助唯一附图所示实施例的说明，该附图示意示出依据本发明装置的剖面图。
具体实施方式
附图所示的装置用于由半导体材料制造定向凝固块，特别是硅熔液的定向凝固块。该装置具有一个坩埚1，该坩埚被一个外部隔热体2从上面和侧面环绕。该外部隔热体2与坩埚1的侧壁和上面相距。
坩埚1及外部隔热体2设置在一个真空室3内并通过一个下面还要详细介绍的支承梁4固定在里面。
坩埚1的上面装入一个隔板5，该隔板将处于坩埚1上面的空间分成一个过程室6和一个上部加热室7。处于隔板5与隔热体2上部覆盖件之间的上部加热室7内水平分布地设置一个有源加热件8。此外，隔板5处于和支承在一个构成框架的中间隔热体10上，该中间隔热体一方面与坩埚1的侧壁侧面相距、另一方面与外部隔热体2相距设置，从而各自形成间隙。
通过隔板5使得上部加热室7相对于过程室6基本上气密封闭。
坩埚1支承在支承板9上，该支承板同时构成外部隔热体2的底面。正如从附图中可以看到的那样，支承板9被装入一个所谓的底板11内，该底板让支承板9在其边缘区域上相对于中间隔热体10基本上气密密封。
该装置的上部区域内具有一个管状吹气输送通道12，该输送通道穿过隔板5和外部隔热体2的上盖并在真空室3的内部利用其另一端结束。
上面提到的中间隔热体10在与底板11和坩埚支承板9的结合下同时作为可能从坩埚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/或者石墨膜的组合例如以适当的方式涂层构成。接收槽的侧壁、也就是本实施例中的中间隔热体10可以由吸收硅的石墨毡构成。
虽然附图的剖面图中看不到，但底板11在几何形状的水平熔液面的投影上具有一个穿孔作为导热窗，该穿孔的附图符号为13。
需要指出的是，通过其可能流出硅或坩埚1内熔化熔液的所有间隙均以迷宫式阶梯构成，在熔液从槽中流出时，间隙被依次注入熔液，熔液通过释放的热量逐渐凝固并然后可靠地封闭这些间隙。
支承梁4管状构成并同时作为输气通道使用；为此，管状末端14穿过附图右侧真空室3的壁通向外部并与气体输送线路15连接。在支承梁4的朝向坩埚底部的面上存在喷嘴开口16，管状支承梁4上方的冷却气体通过这些喷嘴开口可以流动到支承板4的底面上并因此流动到坩埚1的底板上。冷却气体在循环中从一个冷却气体排放口17沿着流动箭头18的方向通过一个换热器19和一个冷却气体循环泵20回流。
支承梁4下面与其相距设有下部有源加热件21。处于该加热件21下面的是冷却板22，冷却板22具有设置在底面上的冷却蛇形管23，这些蛇形管在输送相应冷却剂的情况下可以有效冷却该设置的下部区域。
通过上部加热件8、下部加热件23、支承梁4上方的输气通道以及下部冷却板22，可以通过相应进行加热和冷却达到熔液的定向凝固。
为使过程室6有效排气，在坩埚1的壁与中间隔热体10之间的下部区域内存在排气口24，排气口通入外面的、通过真空室3限制的空间。

Claims (28)

1.用于由半导体材料制造定向凝固块的方法，其中，盛放在坩埚内的熔液在充分利用结晶的情况下、在用来进行定向凝固的过程室内至少从上面得到加热，其特征在于，坩埚的加热间接从上方通过与过程室隔开的上部加热室间接进行。
2.按权利要求1所述的方法，其中，在充分利用结晶的情况下，上部加热室和用于定向凝固的过程室至少从上面得到加热。
3.用于由半导体材料制造定向凝固块的装置，具有内盛熔液的坩埚和至少从上面和侧面环绕坩埚的隔热体，该隔热体至少在坩埚的上方与其相距，还具有至少一个设置在坩埚上方的加热装置，其特征在于，隔热体(2)内部在坩埚(1)上方的区域通过隔板(5)被分成一个过程室(6)和一个处于其上方的上部加热室(7)，该加热室内设置至少一个加热件(8)。
4.按权利要求3所述的装置，其中，通过隔板(5)将上部加热室(7)相对于过程室(6)基本上气密地封闭。
5.按权利要求3或4所述的装置，其中，坩埚(1)支承在支承板(9)上。
6.按权利要求3至5之一所述的装置，其中，隔板(5)处于框架(10)上，框架(10)从侧面以一定距离将坩埚(1)环绕。
7.按权利要求6所述的装置，其中，框架由形成中间隔热壁(10)的隔热材料构成。
8.按权利要求3至7之一所述的装置，其中，框架(10)与形成间隙的隔热体(2)相距设置。
9.按权利要求5所述的装置，其中，坩埚支承板(9)被装入底板(11)内。
10.按权利要求9所述的装置，其中，底板(11)由石墨构成。
11.按权利要求9所述的装置，其中，底板(11)由石墨板和/或石墨膜的组合构成。
12.按权利要求9所述的装置，其中，底板(11)的边缘区域使支承板(9)相对于框架(10)基本上气密地密封。
13.按权利要求3至12之一所述的装置，其中，具有从过程室(6)的上方区域引出的吹气输送通道(12)。
14.按权利要求13所述的装置，其中，吹气输送通道(12)穿过隔板(5)。
15.按权利要求3至14之一所述的装置，其中，坩埚(1)被利用隔热体设置在真空室(3)内。
16.按权利要求14和15所述的装置，其中，吹气输送通道(12)将过程室(6)与真空室(3)直接连接。
17.按权利要求6和权利要求9所述的装置，其中，框架(10)同底板(11)以及坩埚支承板(9)一起可同时被设为流出熔液的接收槽。
18.按权利要求17所述的装置，其中，接收槽的侧壁由框架(10)构成。
19.按权利要求17所述的装置，其中，接收槽的底部由装入底板(11)内的坩埚支承板(9)构成。
20.按权利要求18所述的装置，其中，接收槽的侧壁由吸收硅的石墨毡组成。
21.按权利要求9所述的装置，其中，底板(11)在几何形状水平熔液面(13)的投影上具有作为导热窗的穿孔。
22.按权利要求3至21之一所述的装置，其中，缝隙被设为迷宫式的阶梯，硅可以通过缝隙排出。
23.按权利要求5至22之一所述的装置，其中，支承板(9)由至少一个支承梁(4)支承。
24.按权利要求23所述的装置，其中，支承梁(4)同时被设为输气通道(14、16)。
25.按权利要求24所述的装置，其中，支承梁(4)朝向坩埚底部的面上设置喷嘴开口(16)，通过它们，冷却气体通过被设为输气通道的支承梁(4)对准坩埚底部或者坩埚支承板的底面。
26.按权利要求25所述的装置，其中，冷却气体在循环中通过一个换热器(19)得到再冷却并利用泵(20)被输送到支承梁(4)。
27.按权利要求3至26之一所述的装置，其中，在坩埚(1)的支承板(9)下方与其相距设置一个下部有源加热件(21)。
28.按权利要求27所述的装置，其中，在加热件(21)的下方设置冷却装置(22、23)。
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