CN110184646A - 大直径高效n型单晶硅的制备装置 - Google Patents

大直径高效n型单晶硅的制备装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种能够实现二次硅料添加，保证足够硅料制备较大直径单晶硅的大直径高效N型单晶硅的制备装置。该大直径高效N型单晶硅的制备装置，包括炉体；所述炉体上方设置有上炉腔；所述炉体的炉膛内设置有坩埚、石墨托、底部旋转支撑杆；所述炉体的顶部设置有二次加料装置；所述二次加料装置包括硅料存储筒、硅料加热熔融装置；所述硅料加热熔融装置包括筒体；筒体内设置有加热坩埚、熔融加热装置；所述加热坩埚底部设置有底部加热装置；加热坩埚底部设置有出料口；所述筒体底部设置有与出料口连通的导料管；所述导料管穿过炉体的顶部延伸到坩埚内。采用该大直径高效N型单晶硅的制备装置，能够降低生产设备的成本，降低能耗，提高生产效率。

Description

大直径高效N型单晶硅的制备装置
技术领域
本发明涉及单晶硅的制备领域，尤其是一种大直径高效N型单晶硅的制备装置。
背景技术
众所周知的：单晶硅是硅的单晶体，具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料，用于制造半导体器件、太阳能电池等。
目前，制造单晶硅的方法有直拉法、悬浮区熔法、基座法和片状单晶生长法等，其中，由于直拉法生长单晶硅的设备和工艺较为简单，生产效率高，且容易控制单晶中的杂质浓度，因此，直拉法生长单晶硅应用较为广泛。
其中，单晶炉作为单晶直拉法生长单晶硅的主要设备。现有的直拉法生长单晶硅的单晶炉的熔硅坩埚较小，而且不能连续加料；因此在需要生产较大直径的单晶硅时，需要制备较大的熔硅坩埚，因此将会提高对设备的要求，并且增加制造成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够实现二次硅料添加，保证足够硅料制备较大直径单晶硅的大直径高效N型单晶硅的制备装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：大直径高效N型单晶硅的制备装置，包括炉体；所述炉体上方设置有上炉腔；所述上炉腔上方设置有晶棒提升旋转装置；所述炉体的炉膛内设置有坩埚；所述坩埚下方设置有石墨托；所述石墨托下方设置有底部旋转支撑杆；所述坩埚外侧设置有加热装置以及保温罩；所述炉体底部设置有第一保护气出口；所述上炉腔上设置有第一保护气入口以及第一抽真空口；
其特征在于：所述炉体的顶部设置有二次加料装置；所述二次加料装置包括硅料存储筒、硅料加热熔融装置；
所述硅料加热熔融装置，包括筒体；所述筒体内设置有加热坩埚；所述加热坩埚外侧与筒体的内壁之间设置有熔融加热装置；所述筒体的内壁以及底部均设置有保温层；所述加热坩埚底部设置有底部加热装置；所述加热坩埚底部设置有出料口；
所述筒体顶部设置有第二保护气入口以及第二抽真空口，所述筒体底部设置有第二保护气出口；
所述硅料存储筒的底部与筒体顶部之间设置有导料管；所述导料管上设置有阀门；
所述加热坩埚中心位置设置有石墨推杆；所述石墨推杆下端设置有与出料口匹配的锥形推头；所述石墨推杆穿过筒体以及硅料存储筒；所述硅料存储筒顶部设置有驱动石墨推杆上下移动的伸缩装置；
所述筒体底部设置有与出料口连通的导料管；所述导料管穿过炉体的顶部延伸到坩埚内。
进一步的，所述炉体的炉膛两侧均设置有磁场发生装置；所述磁场发生装置上设置有U型导磁体；所述U型导磁体一端与磁场发生装置连接，另一端延伸到坩埚与加热装置之间；所述U型导磁体的外表面上设置有隔热层。
进一步的，所述炉体顶部上炉腔的两侧均设置有二次加料装置。
优选的，所述伸缩装置采用液压缸。
进一步的，所述炉体上方设置有拉晶直径测量装置。
优选的，所述隔热层为玻璃纤维层。
本发明的有益效果是：本发明所述的大直径高效N型单晶硅的制备装置，由于设置有二次加料装置，并且二次加料装置包括硅料加热熔融装置，因此通过二次加料装置向坩埚内添加硅料时能够实现熔融硅料的添加，从而避免硅料添加到坩埚中需要进一步熔化；能够避免坩埚内熔融硅料的温度出现大幅度变化，能够保证熔融硅料的温度，从而不会对炉内的热场造成较大的影响，能够保证大直径单晶硅棒的品质，避免单晶硅出现缺陷；同时通过设置二次加料装置，能够小型化生产设备，能够降低生产设备的成本，降低能耗，提高生产效率，便于生产。
附图说明
图1是本发明实施例中大直径高效N型单晶硅的制备装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中二次加料装置的结构实体图；
图中标示：1-炉体，2-石墨托，3-坩埚，4-保温罩，5-加热装置，6-导流筒，7-上炉腔，71-第一保护气入口，72-第一抽真空口，8-晶棒提升旋转装置，9-籽晶夹持器，10-二次加料装置，11-磁场发生装置，12-导磁体，13-拉晶直径检测装置，14-底部旋转支撑杆，15-电极，16-第一保护气出口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1至图2所示，本发明所述的大直径高效N型单晶硅的制备装置，包括炉体1；所述炉体1上方设置有上炉腔7；所述上炉腔7上方设置有晶棒提升旋转装置8；所述炉体1的炉膛内设置有坩埚3；所述坩埚3下方设置有石墨托2；所述石墨托2下方设置有底部旋转支撑杆14；所述坩埚3外侧设置有加热装置5以及保温罩4；所述炉体1底部设置有第一保护气出口16；所述上炉腔7上设置有第一保护气入口71以及第一抽真空口72；
其特征在于：所述炉体1的顶部设置有二次加料装置10；所述二次加料装置10包括硅料存储筒101、硅料加热熔融装置；
所述硅料加热熔融装置，包括筒体103；所述筒体103内设置有加热坩埚106；所述加热坩埚106外侧与筒体103的内壁之间设置有熔融加热装置107；所述筒体103的内壁以及底部均设置有保温层105；所述加热坩埚106底部设置有底部加热装置102；所述加热坩埚106底部设置有出料口115；
所述筒体103顶部设置有第二保护气入口109以及第二抽真空口110，所述筒体103底部设置有第二保护气出口111；
所述硅料存储筒101的底部与筒体103顶部之间设置有导料管116；所述导料管116上设置有阀门117；
所述加热坩埚106中心位置设置有石墨推杆113；所述石墨推杆113下端设置有与出料口115匹配的锥形推头114；所述石墨推杆113穿过筒体103以及硅料存储筒101；所述硅料存储筒101顶部设置有驱动石墨推杆113上下移动的伸缩装置112；
所述筒体103底部设置有与出料口115连通的导液管104；所述导料管104穿过炉体1的顶部延伸到坩埚3内。
在应用过程中，在坩埚3内放入硅料，并且在硅料存储筒101内存放硅料；然后抽真空装置通过第一抽真空口72对炉体1抽真空；然后通过第一保护气入口71通入氩气；然后通过加热装置5加热融化硅料，再启动晶棒提升旋转装置8带动籽晶夹持器9向上移动进引晶、放肩、等径提升；在等径提升的过程中，打开阀门117使得硅料存储筒101内存放硅料通过导料管116落入到硅料加热熔融装置内，然后抽真空装置通过第二抽真空口110对炉体1抽真空；然后通过第二保护气入口109通入氩气；通过第二保护气出口111排出；同时通过熔融加热装置107使得加热坩埚106熔化加热坩埚106内的硅料；当硅料形成熔融硅料时；通过伸缩装置112使得石墨推杆113向上移动，使得锥形推头114离开出料口115，从而使得熔融硅料流入到导液管104内，通过导液管104流入到坩埚3内，实现硅料的添加。从而能够保证在拉晶的过程中，硅料充足。由于添加的硅料为熔融硅料，通过硅料加热熔融装置能够调节添加到坩埚3内熔融硅料的温度；从而能够降低硅料二次加入后对热场的影响；同时能够保证充足的硅料制备大直径单晶硅。
综上所述，所述的大直径高效N型单晶硅的制备装置，由于设置有二次加料装置，并且二次加料装置包括硅料加热熔融装置，因此通过二次加料装置向坩埚内添加硅料时能够实现熔融硅料的添加，从而避免硅料添加到坩埚中需要进一步熔化；能够避免坩埚内熔融硅料的温度出现大幅度变化，能够保证熔融硅料的温度，从而不会对炉内的热场造成较大的影响，能够保证大直径单晶硅棒的品质，避免单晶硅出现缺陷；同时通过设置二次加料装置，能够小型化生产设备，能够降低生产设备的成本，降低能耗，提高生产效率，便于生产。
为了保证单晶的均匀性，包括径向与纵向的均匀性；降低缺陷密度；进一步的，所述炉体1的炉膛两侧均设置有磁场发生装置11；所述磁场发生装置11上设置有U型导磁体12；所述U型导磁体12一端与磁场发生装置11连接，另一端延伸到坩埚3与加热装置5之间；所述U型导磁体12的外表面上设置有隔热层。
为了使得加料均匀，避免对热场产生较大影响，进一步的，所述炉体1顶部上炉腔7的两侧均设置有二次加料装置10。
为了便于控制，优选的，所述伸缩装置112采用液压缸。
为了便于实现加热，便于加热控制，具体的，所述加热装置5采用石墨加热器；所述炉体1底部设置有与石墨加热器连接的电极15。
为了便于检测拉晶的直径，具体的，所述炉体1上方设置有拉晶直径测量装置13。
为了便于实现绝热，降低成本，优选的，所述隔热层采用玻璃纤维层。

Claims (6)

1.大直径高效N型单晶硅的制备装置，其特征在于：包括炉体(1)；所述炉体(1)上方设置有上炉腔(7)；所述上炉腔(7)上方设置有晶棒提升旋转装置(8)；所述炉体(1)的炉膛内设置有坩埚(3)；所述坩埚(3)下方设置有石墨托(2)；所述石墨托(2)下方设置有底部旋转支撑杆(14)；所述坩埚(3)外侧设置有加热装置(5)以及保温罩(4)；所述炉体(1)底部设置有第一保护气出口(16)；所述上炉腔(7)上设置有第一保护气入口(71)以及第一抽真空口(72)；
其特征在于：所述炉体(1)的顶部设置有二次加料装置(10)；所述二次加料装置(10)包括硅料存储筒(101)、硅料加热熔融装置；
所述硅料加热熔融装置，包括筒体(103)；所述筒体(103)内设置有加热坩埚(106)；所述加热坩埚(106)外侧与筒体(103)的内壁之间设置有熔融加热装置(107)；所述筒体(103)的内壁以及底部均设置有保温层(105)；所述加热坩埚(106)底部设置有底部加热装置(102)；所述加热坩埚(106)底部设置有出料口(115)；
所述筒体(103)顶部设置有第二保护气入口(109)以及第二抽真空口(110)，所述筒体(103)底部设置有第二保护气出口(111)；
所述硅料存储筒(101)的底部与筒体(103)顶部之间设置有导料管(116)；所述导料管(116)上设置有阀门(117)；
所述加热坩埚(106)中心位置设置有石墨推杆(113)；所述石墨推杆(113)下端设置有与出料口(115)匹配的锥形推头(114)；所述石墨推杆(113)穿过筒体(103)以及硅料存储筒(101)；所述硅料存储筒(101)顶部设置有驱动石墨推杆(113)上下移动的伸缩装置(112)；
所述筒体(103)底部设置有与出料口(115)连通的导料管(104)；所述导料管(104)穿过炉体(1)的顶部延伸到坩埚(3)内。
2.如权利要求1所述的大直径高效N型单晶硅的制备装置，其特征在于：所述炉体(1)的炉膛两侧均设置有磁场发生装置(11)；所述磁场发生装置(11)上设置有U型导磁体(12)；所述U型导磁体(12)一端与磁场发生装置(11)连接，另一端延伸到坩埚(3)与加热装置(5)之间；所述U型导磁体(12)的外表面上设置有隔热层。
3.如权利要求2所述的大直径高效N型单晶硅的制备装置，其特征在于：所述炉体(1)顶部上炉腔(7)的两侧均设置有二次加料装置(10)。
4.如权利要求2所述的大直径高效N型单晶硅的制备装置，其特征在于：所述伸缩装置(112)采用液压缸。
5.如权利要求4所述的大直径高效N型单晶硅的制备装置，其特征在于：所述炉体(1)上方设置有拉晶直径测量装置(13)。
6.如权利要求5所述的大直径高效N型单晶硅的制备装置，其特征在于：所述隔热层为玻璃纤维层。
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