[发明专利]用于铸造近净形(NNS)硅的炉

说明书

一种炉包括基座、坩埚、第一加热器和第二加热器以及控制器。所述坩埚布置在可向下移动且可旋转的基座上。所述第一加热器和第二加热器沿所述坩埚的外壁竖直间隔开，并且围绕所述坩埚布置，以加热放置在所述坩埚中的固体材料的块。如果坩埚包括实心圆柱形模具，则将第三加热器布置在坩埚上方；如果坩埚包括中空圆柱形模具，则将第三加热器布置在坩埚的中空圆柱形空间中。所述控制器被配置为：控制所述第一加热器和所述第二加热器以加热所述固体材料的所述块以形成熔融液体。所述控制器被配置为：在所述熔融液体固化以形成锭的过程中，控制所述基座相对于所述第一加热器和所述第二加热器的旋转和向下运动。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年5月24日提交的美国专利申请No.15/988,155的优先权。以上引用的申请的全部公开内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开总体上涉及铸造锭，并且更具体地涉及用于铸造近净形(NNS)硅锭的炉。

背景技术

这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。

方形石英坩埚用于铸造多晶硅(Mc-Si)。使用方形石英坩埚铸造硅需要几个额外的处理步骤来生产出最终的室部件。这些用于制造室部件的标准方法由于多个处理步骤、处理过程中涉及的时间以及成型过程中浪费的材料而成本很高。

炉包括将这些坩埚中的固体硅熔化成液态硅的加热器。炉还可以包括冷却系统，以冷却熔融的硅并在这些坩埚中生长硅锭。由于在铸造期间在炉中使用的加热和冷却处理，通常限制了使用这些炉可以生长的锭的尺寸。由于这些炉无法控制在使用的加热和冷却处理中出现的固有热应力，因此尺寸也受到限制。

发明内容

一种炉包括布置在基座上的中空模具；第一、第二和第三加热器；和控制器。该中空模具在圆柱形内壁和圆柱形外壁之间形成。第一加热器设置在沿所述圆柱形内壁的内壁延伸的中空圆柱形空间中，以加热放置在所述中空模具中的固体材料的块。第二加热器和第三加热器沿所述圆柱形外壁的外壁竖直间隔开并围绕所述圆柱形外壁布置，以加热放置在所述中空模具中的所述固体材料的所述块。所述基座被配置为相对于所述第一加热器、所述第二加热器和所述第三加热器以第一速度旋转并以第二速度向下移动。所述控制器被配置为：控制所述第一加热器、所述第二加热器和所述第三加热器以加热所述固体材料的所述块以形成熔融液体。所述控制器被配置为：在所述熔融液体固化以从所述熔融液体形成锭的过程中，控制所述基座的所述第一速度和所述第二速度。

在其他特征中，所述炉还包括绝缘体。所述绝缘体包括：包围所述中空模具的所述圆柱形外壁的周壁；安装在所述周壁上的顶盖；和底盖，其耦合到所述基座上并且被构造成与所述基座竖直地移动。

在其他特征中，所述圆柱形内壁和所述圆柱形外壁由石英制成；并且所述圆柱形外壁的内部和所述圆柱形内壁的外部涂覆有氮化硅。

在其他特征中，所述固体材料包含硅、碳化硅或非氧化物陶瓷，并且，所述固体材料被选择性地掺杂有掺杂剂。

在其他特征中，所述炉还包括：至少一个温度传感器，其与所述中空模具相关联，以感测所述中空模具的内容物的温度。所述控制器基于感测到的所述温度控制所述第一加热器、所述第二加热器和所述第三加热器以及所述基座的所述第一速度和所述第二速度。