[发明专利]铸造锭的系统和方法

说明书

本发明涉及通过将液体进给到成形的锭上生长成形的硅锭。一种系统包括布置在基座上的硅籽晶，其中硅籽晶是环形的并且被配置为以进料速率接收熔化的硅以形成锭，并且其中基座被配置成以旋转速度旋转。控制器被配置成在硅籽晶接收熔化的硅的同时并且在形成锭的同时：接收关于锭的直径以及关于锭的弯月面的角度的反馈；以及基于所述反馈控制基座的旋转速度和熔化的硅的进料速率，以控制锭的直径和锭的弯月面的角度。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年3月31日提交的美国临时申请No.62/479,907的权益。以上引用的申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及使用包括硅的材料铸造近净形锭。

背景技术

这里提供的背景描述是为了一般地呈现本公开的背景的目的。在该背景技术部分以及在提交时不会以其他方式认为是现有技术的描述的方面中描述的程度上，目前署名的发明人的工作既不明确地也不隐含地被承认为针对本公开的现有技术。

多晶锭的定向凝固用于生长正方形或圆形的硅材料。然后将锭成型为环形坯料并进一步加工以制成零件。例如，这些零件可以用作在衬底处理系统内的用于衬底(例如半导体晶片)的沉积、蚀刻或其他处理的部件。

目前的技术存在几个问题。例如，最无效率地使用硅材料。生长的锭的形状通常与要加工的零件的形状不同。因此，需要对多余材料进行重要的加工。其他问题包括去除方形锭上的外部材料以及从圆形或方形锭去除中心芯。被移除的材料被浪费。

坩埚涂层可用于防止粘附并用于允许从坩埚释放锭。但是，涂层是污染源。一个典型的工艺包括在相同的热区/坩埚中依次熔化、稳定化、冻结和退火。复杂性降低了吞吐量。尽管目前用于锭生长的工艺可用于生产固体锭，但它们通常不允许生产近净形锭(nearnet shape ingot)。

发明内容

系统包括布置在基座上的硅籽晶，其中硅籽晶是环形的并且被配置成以进料速率接收熔化的硅以形成锭，并且其中基座被配置成以旋转速度旋转。控制器被配置成当硅籽晶接收熔化的硅时并且在形成锭时：接收关于锭的直径以及关于锭的弯月面(meniscus)的角度的反馈，并且基于反馈控制基座的旋转速度和熔化的硅的进料速率以控制锭的直径和锭的弯月面的角度。

在其他特征中，硅籽晶从位于硅籽晶上方并远离硅籽晶中心的进料系统接收熔化的硅。

在其他特征中，控制器从指向锭的弯月面的摄像头接收反馈。

在其他特征中，该系统还包括：配置成接收固体硅片(pieces of solid silicon)的坩埚，该坩埚布置在硅籽晶上方并远离硅籽晶的中心；以及与坩埚相关联的加热器，其被配置成熔化固体硅片。控制器基于反馈输出控制信号，以在硅籽晶从坩埚接收熔化的硅并且锭正在形成的同时以一定速度从坩埚和加热器向下移动基座。基座从坩埚和加热器向下移动的速度控制锭的直径和锭的弯月面的角度。

在其他特征中，所述系统还包括与坩埚的下部相关联的加热器，所述坩埚的下部被配置为将熔化的硅供给到硅籽晶。控制器基于反馈控制供应给加热器的功率以控制锭的直径。

在其他特征中，该系统进一步包括喷雾器，以在固体硅片供入坩埚之前至少间歇地用掺杂剂喷射固体硅片。

在其他特征中，该系统还包括与硅籽晶的外径相关联的石英管，以控制锭的外径。控制器通过基于反馈控制基座的旋转速度来控制锭的内径。

在其他特征中，该系统还包括与硅籽晶的外径和内径相关联以控制锭的外径和内径的外石英管和内石英管。

在其他特征中，内石英管包括应力消除部件，该应力消除部件设计成在锭冷却时使内石英管屈服(yield)或破裂；或者内石英管是锥形的。