[發明專利]直拉單晶爐石墨坩堝

無效

• 申請號: 201010134461.X
• 申請日: 2010-03-29
• 公開（公告）號: CN102206855A
• 公開（公告）日: 2011-10-05
• 發明（設計）人: 周儉
• 申請（專利權）人: 上海杰姆斯電子材料有限公司
• 主分類號: C30B15/10
• 分類號: C30B15/10
• 代理公司: 北京元中知識產權代理有限責任公司 11223
• 代理人: 曲艷

技術領域

本發明涉及一種用直拉法生產單晶硅時，可提高單晶爐熱場坩堝使用壽命的直拉單晶爐石墨坩堝，屬于半導體晶體生長設備技術領域。

背景技術

21世紀，世界能源危機促進了光伏市場的發展，晶體硅太陽能電池是光伏行業的主導產品，占市場份額的90％。在國際市場的拉動下，我國太陽能光伏發電產業發展迅速，我國太陽能電池年產量由原來占世界份額的1％發展到世界份額的10％以上。與其它晶體硅太陽能電池相比，單晶硅太陽能電池的轉化率較高，但其生產成本也高。隨著世界各國對太陽能光伏產業的進一步重視，特別是發達國家制定了一系列的扶持政策，鼓勵開發利用太陽能，另外，隨著硅太陽能電池應用面的不斷擴大，太陽能電池的需求量越來越大，硅單晶材料的需求量也就同比擴大。

單晶硅為一種半導體材料，一股用于制造集成電路和其它電子元件，單晶硅生長技術有兩種：區熔法和直拉法，其中直拉法是目前普遍采用的方法。

在直拉法生長單晶硅的方法中，將高純度的多晶硅原料放入單晶生長爐中的石英坩堝內，然后在低真空有流動惰性氣體保護下加熱熔化，把一支有著特定生長方向的單晶硅(稱做籽晶)裝入籽晶夾持裝置中，并使籽晶與硅溶液接觸，調整熔融硅溶液的溫度，使其接近熔點溫度，然后驅動籽晶自上而下伸入熔融的硅溶液中并旋轉，然后緩緩上提籽晶，則單晶硅體進入錐體部分的生長，當錐體的直徑接近目標直徑時，提高籽晶的提升速度，使單晶硅體直徑不再增大而進入晶體的中部生長階段，在單晶硅體生長接近結束時，再提高籽晶的提升速度，單晶硅體逐漸脫離熔融硅，形成下錐體而結束生長。用這種方法生長出來的單晶硅，其形狀為兩端呈錐形的圓柱體，將該圓柱體切片，即得到單晶硅半導體原料，這種圓形單晶硅片就可以作為集成電路或太陽能的材料。

單晶硅拉制需要在一整套的熱系統中進行，在拉制過程中處于低真空狀態，且不斷向單晶爐內充入惰性保護氣體以帶走由于單晶硅體從溶液中結晶時散發的結晶潛熱和硅溶液揮發的一氧化硅顆粒，然后從單晶爐的排氣口中由真空泵排出。單晶?爐傳統的熱場部件基本上包括爐壁、加熱器、保溫層、石墨坩堝、石英坩堝等，單晶爐在由真空泵從排氣口中排出一氧化硅時，由一氧化硅和保護氣體組成的混合氣體就會流經石墨坩堝等部件，因為石墨坩堝是石墨制品，且爐內溫度為1420度以上，并連續工作30小時以上，單晶爐內的一氧化硅雜質和石英坩堝的氧和硅成分會和石墨坩堝反應，生成一氧化碳，二氧化碳，碳化硅等，從而造成對石墨坩堝的侵蝕，同時，石英坩堝和石墨坩堝接觸部分的養化反應，使硅原子滲透到石墨坩堝的表層，形成一層碳化硅層，引起坩堝斷裂，這些都會降低石墨坩堝的壽命，增加生產成本。另外，目前所采用的石墨坩堝均為三瓣、四瓣或多瓣結構，各瓣的接縫處會存在一定的縫隙，上述一氧化硅和保護氣體的混合氣體就會從縫隙中穿過，由于一氧化硅會和石墨反應，縫隙處的石墨被不斷地侵蝕，時間長了就會斷裂，這也同樣會降低石墨坩堝的壽命。

為了解決上述問題，在現有技術中也有采用將爐內氣體從位于熱場上方側壁的排氣孔排出的方法，這樣單晶硅體生長過程中產生的一氧化硅不再經過石墨坩堝，從而增加熱場部件的壽命，如公開號為CN1990918A的專利中所公開的一種提高直拉硅單晶爐熱場部件壽命的方法及單晶爐，這些結構都較為復雜，而且需要對現有技術設備進行改造。

發明內容

本發明主要目的在于解決上述問題和不足，提供一種直拉單晶爐石墨坩堝，不但可以大幅增加石墨坩堝的使用壽命，降低生產成本，而且工藝簡單實用，可以直接在現有技術設備中使用。

為實現上述發明目的，本發明的技術方案是：

一種直拉單晶爐石墨坩堝，包括石墨坩堝本體，在所述石墨坩堝本體的側壁上設置有多個貫穿所述石墨坩堝本體壁厚的第一通孔，在每個所述第一通孔中插入一個石墨環，在所述石墨環的中心再開有貫穿的第二通孔。

所述第一通孔的橫斷面為內大外小的梯形。所述第二通孔的直徑為2-8mm，優選直徑為3-5mm。

在所述石墨坩堝本體的各瓣體上都均勻設置多個石墨環，述石墨環均勻設置在所述石墨坩堝本體側壁底部的圓弧R處和/或設置在所述側壁的直壁部分。所述設置在圓弧R處的石墨環與設置在直壁部分的石墨環相互錯開設置。