[发明专利]用于硅锭的柴氏生长的侧边进料系统

说明书

本发明涉及用于硅锭的柴氏生长的侧边进料系统。具体地，本发明揭露一种柴式生长系统，包括生长腔，隔离阀，含有原料的进料腔，以及进料机。该隔离阀置于该生长腔的至少一个侧边壁中，而该进料腔通过该隔离阀而真空密封至该生长腔。该进料机通过该隔离阀可插入至该生长腔且提供该原料至该生长腔。优选地，此系统能使用连续柴式方法用来制造硅锭。

本发明是申请号为201280029255.X，申请日为2012年4月13日，发明名称为“用于硅锭的柴氏生长的侧边进料系统”的中国专利申请的分案申请。

相关申请案的交互参考

本发明主张于2011年4月20日所提出的美国临时专利申请案第61/477,435号的利益。

技术领域

本发明一般涉及结晶锭块的柴氏生长。具体而言，本发明涉及用于结晶锭块的连续柴式生长的重复提供原料的进料系统。

背景技术

类似于最普遍使用于硅集成电路者，在正在发展的许多类型的光伏太阳能电池中，其中一种最有效且经济的电池是基于通过柴氏法(Czochralski method)生长的硅晶圆的电池。在柴氏生长(CZ)方法中，在约1420℃的温度下让硅在坩埚中熔融成其液体状态。将预定结晶方向的小结晶硅晶种与熔融物接触并且之后逐渐拉出。在适当的温度控制下，液体硅以相同于晶种的方向凝固在该晶种上。之后，通过初次拉出条件如自晶种的直径延伸至所欲锭块的直径，缓慢自熔融物拉取该晶种以形成具有最终长度典型为一公尺或更多以及直径为数百毫米的长晶硅锭。在典型集成电路的应用上，批次CZ以下列方式实行：以首次填充的电子级(EG)硅填充坩埚(该硅也称为初生多晶硅(virgin polysilicon)或仅称为多晶硅(polysilicon))。之后加热坩埚，且拉出一锭块以实质上耗尽该坩埚，然后在完成一锭块之后丢弃该坩埚。对冷却后的锭块切片以形成具有实质上少于一毫米厚度的圆型单晶晶圆。请参见Wolf以及Taber的Silicon Processing for the VLSI Era,vol.1：ProcessTechnology,Lattice Press,1986,pp.5-21有关于电子级硅、冶金级硅以及典型柴氏工艺的讨论，已将该文纳入本文作为参考。

然而，太阳能电池的应用在成本敏感度上远高于硅集成电路。尤其是，于每一个锭块后替换坩锅的需求提高了坩埚的高成本且损失了在坩锅中残留的硅。此外，替换坩埚与再加热该坩埚及其腔所需的时间大幅地降低了产量。

一种减少太阳能硅芯片的成本的常用方法为连续柴氏生长法(CCZ)，其已广为人知多年但尚未广泛使用。该方法最近已被建议用在太阳能工业上。请参见Bender等人的美国专利案第7,635,414号以及Williams等人的美国专利公开案第2011/0006240号。CCZ允许自单一坩埚拉起多个锭块，而当该坩埚仍为热时，且最佳为当一锭块自该坩埚熔融物拉取时，要求补充新鲜的硅至一般小的坩埚。然而，高品质单晶锭块的拉取要求严格控制的温度、精确的熔融程度控制、以及诸如氩气的非反应性环境。补充硅原料至柴式坩埚为CCZ的一大挑战。

因此，在工业上仍有能够用于连续提供原料至柴式生长系统的进料系统，具体而言，连续柴式生长系统的需求。

发明内容

本发明涉及一种柴式生长系统，包括生长腔(growth chamber)、隔离阀、含有原料的进料腔(feed chamber)、及进料机。该生长腔包括坩埚，侧边壁、顶侧壁、支撑该坩埚用的基座、及可拉回地用于提供接触含有在该坩埚中的熔融物的晶种的拉取机制。该隔离阀置于该生长腔的至少一个侧边壁中，而该进料腔通过该隔离阀真空密封至该生长腔。该进料机通过该隔离阀可插入至该生长腔中，且提供该原料至该生长腔。此外，该进料腔也可自该生长腔移动至该进料腔，且当该隔离阀关闭时可置放在该生长腔中。优选地，该柴式生长系统进一步包括固定在该生长腔内的滴加盒(drop box)。该滴加盒作为自该进料机以及位于该坩埚上的喷口接收该原料用的斜底。