[發(fā)明專利]直拉硅單晶爐裝置及硅單晶拉制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010166018.0
• 申請日: 2010-05-07
• 公開（公告）號: CN102234836A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周儉
• 申請（專利權(quán)）人: 內(nèi)蒙古晟納吉光伏材料有限公司;周儉
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00;C30B29/06
• 代理公司: 北京元中知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11223
• 代理人: 王明霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備單晶硅的裝置及其方法，具體地，涉及一種直拉單晶硅爐裝置，以及其方法。

背景技術(shù)

21世紀，世界能源危機促進了光伏市場的發(fā)展，晶體硅太陽能電池是光伏行業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)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(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，我國太陽能電池年產(chǎn)量由原來占世界份額的1％發(fā)展到世界份額的10％以上。與其他晶體硅太陽能電池相比，單晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)化率較高，但其生產(chǎn)成本也高。隨著世界各國對太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的進一步重視，特別是發(fā)達國家制定了一系列的扶持政策，鼓勵開發(fā)利用太陽能，另外，隨著硅太陽能電池應(yīng)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同比擴大。

單晶硅生長技術(shù)有兩種，區(qū)熔法(FZ)和直拉法(CZ)，其中直拉法應(yīng)用最廣泛。直拉法單晶硅的生長過程是：將多晶硅放入單晶生長爐中加熱熔融，在熔融的多晶硅中插入一個籽晶，調(diào)整熔融硅液面的溫度，使其接近熔點溫度，然后驅(qū)動籽晶自上而下伸入熔融硅并旋轉(zhuǎn)，然后緩緩上提籽晶，則單晶硅體進入錐體部分的生長，當錐體直徑接近所需的目標直徑時，提高籽晶的提升速度，則單晶硅體直徑不再增大而進入晶體的中部生長階段；生長接近尾期時，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(jié)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(dǎo)體原料，這種圓形單晶硅片適于做集成電路材料。

單晶硅是微電子技術(shù)的材料基石，對單晶硅質(zhì)量的要求越來越高，這對晶體生長技術(shù)也提出了更加嚴格的要求。直拉單晶硅在單晶爐內(nèi)生長過程中處于低真空狀態(tài)，且不斷向單晶爐內(nèi)充入惰性保護氣體以帶走由于單晶硅從熔體中結(jié)晶時散發(fā)的結(jié)晶潛熱和硅熔體揮發(fā)的一氧化硅顆粒，然后從單晶爐抽氣口中排出，圖1是該裝置的保護氣體的流動示意圖。專利申請?zhí)枮?00620148936.X中公開了一種具有保護氣控制裝置的直拉單晶爐，其排氣口設(shè)置在石墨保溫套筒上部。但是無論排氣口設(shè)置在何處，保護氣體均不能很好地將單晶爐中的雜質(zhì)脫離生長中的單晶硅表面，從而污染物的濃度增加，使得單晶硅的純度不能達到要求。綜上所述，目前使用的直拉單晶爐所拉制的單晶硅，其純度不高，其整個單晶硅不同部位的純度偏差較大，鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提出了本發(fā)明的直拉單晶裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的是提供一種直拉硅單晶爐裝置，該單晶硅裝置拉制的單晶硅的純度高。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種提高單晶硅純度的直拉單晶方法，利用該方法能夠使單晶硅在生長過程中，周圍環(huán)境中完全處于惰性氣體的保護下，從而使的拉制出的單晶硅的純度提高。

為實現(xiàn)本發(fā)明第一個目的，提供一種直拉硅單晶爐裝置，其包括副室、爐腔、熱屏支撐板、熱屏、保溫層、石英坩堝、石墨坩堝、加熱器，其中，在爐腔中硅熔體的上方設(shè)置一個兩端開口的罩體，所述罩體沿著單晶硅生長的方向、且罩體的開口正對著單晶硅的方向設(shè)置，罩體與硅熔體液面接近的一端與硅熔體液面具有一間距。

所述罩體與爐腔或/和副室相連接，其優(yōu)選罩體的上端與爐腔或副室相連接，更優(yōu)選罩體的上端與副室相連接。

本發(fā)明所述的罩體與爐腔或/和副室的連接方式可以有多種，只要能夠?qū)⒄煮w固定于爐腔內(nèi)，沿著單晶硅生長的方向、且罩體的開口正對著單晶硅的方向即可。例如，所述的罩體的上端設(shè)置為向外的凸緣，該凸緣搭接在副室或爐腔的托臺，將罩體固定；或者在罩體上均勻的設(shè)置幾個孔，同時在副室的壁上與罩體的孔相對應(yīng)的位置設(shè)置凹槽，利用銷釘將罩體固定在爐腔內(nèi)；或者通過一個固定圈將罩體固定在爐腔內(nèi)，還有多種途徑可以實現(xiàn)上述連接，只要能將本發(fā)明的罩體固定于爐腔適當?shù)奈恢眉纯伞?/p>

本發(fā)明的罩體與硅熔體液面接近的一端與硅熔體液面具有一間距，該間距只要能將外界雜質(zhì)與單晶隔開即可。其中優(yōu)選罩體與硅熔體液面接近的一端與硅熔體液面的距離為大于0、且小于100mm。

所述的罩體的形狀為長筒形。

所述的長筒形的罩體的橫截面為棱形、圓柱形或橢圓的柱體等，其優(yōu)選圓柱形。

所述的罩體是由一段、或兩段以上的罩體組合而成。

所述的罩體的材質(zhì)為所有耐高溫的材料，本發(fā)明優(yōu)選石英。

石英材質(zhì)的熔點可達到1730℃，在單晶爐中長時間的高溫下，其不會熔融，同時，便于觀察單晶硅的生長情況。所述罩體也可以由其他耐高溫、透明的材質(zhì)制成。