[發(fā)明專利]一種電子束熔煉與單晶提拉耦合的裝置及方法

在審

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• 申請日: 2014-12-24
• 公開（公告）號: CN104532340A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發(fā)明（設計）人: 譚毅;石爽;王登科;姜大川;李鵬廷
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C30B15/30
• 分類號: C30B15/30;C30B15/00;C30B29/06
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李娜;李馨

技術領域

本發(fā)明涉及一種電子束熔煉與單晶提拉耦合的裝置及利用該裝置進行單晶硅棒的方法，屬于電子束熔煉領域。

背景技術

電子束熔煉去除多晶硅、難熔金屬以及稀有金屬中揮發(fā)性雜質的技術目前已經較為成熟，利用電子束高的能量密度，高的熔煉溫度和局部過熱的特性可以有效的去除原料中的揮發(fā)性雜質。單晶提拉技術是工業(yè)生產單晶硅的主要技術手段，使籽晶浸入硅熔體當中，通過不斷旋轉提拉籽晶，最終形成單晶硅棒，單晶硅棒在生長過程中同樣具有定向凝固效果，先生長的硅棒中，金屬雜質濃度低，后生長的硅棒中，金屬雜質濃度高。

而目前，電子束熔煉技術與單晶提拉技術各自使用獨立設備，電子束熔煉后的硅錠經過去邊皮、破碎、清洗、干燥后，進入單晶爐石英坩堝中，通過石墨加熱器的加熱重新熔化成液態(tài)硅，然后進入拉錠工序。兩工藝的銜接步驟，會形成二次污染，以及中間破碎造成硅料的損失。

目前采用的定向凝固技術多為自上而下的拉錠，且拉錠過程在石英坩堝中進行，最終硅錠凝固在石英坩堝中，取出硅錠后，通過將石英坩堝破碎，去除硅錠表皮，以及首尾料，得到產。工藝環(huán)節(jié)中，石英坩堝為消耗品，每生產一個硅錠將損壞一個石英坩堝，生產成本較大，且硅錠形成后，去表皮工序會浪費部分原料。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供一種電子束熔煉技術與單晶提拉技術耦合的裝置以及利用該裝置生產單晶硅的方法。該設備同時具備去除磷雜質以及金屬雜質的功能，另外，利用單晶提拉技術去除金屬雜質，硅棒表面沒有附著物，且沒有石英消耗件，降低成本，降低工序的復雜性。

一種電子束熔煉與單晶提拉耦合的裝置，包括熔煉室、進料系統、石墨坩堝、單晶旋轉提拉系統、傳送帶；所述傳送帶位于進料系統中入料口的下方，承接來自進料系統的原料；熔煉室的上方設有電子槍，其設置位置使得其發(fā)出的電子束照射至傳送帶上；熔煉室內設有石墨坩堝，承接來自傳送帶的物料；所述石墨坩堝上設有傾倒裝置和加熱裝置；熔煉室內設有石英坩堝，承接來自石墨坩堝的物料；石英坩堝的上方設有單晶旋轉提拉系統。

本發(fā)明所述裝置中，所述傳送帶優(yōu)選其與水平方向的夾角為5～10°；優(yōu)選其較高端距入料口30～80cm。傳送帶的較低端位于石墨坩堝的上方，保證傳送帶上的物料落入石墨坩堝中。

本發(fā)明所述裝置中，所述電子槍位于傳送帶的上方，使得電子槍發(fā)出的電子束可以作用于傳送帶的物料上，使硅料熔化為硅熔體。

本發(fā)明所述裝置中，所述石墨坩堝配有加熱裝置，用于維持坩堝中硅熔體的溫度，使其保持為液態(tài)，優(yōu)選可在石墨坩堝外側設置中頻線圈。使用時，優(yōu)選中頻線圈的功率為50～200kw。

本發(fā)明所述裝置中，所述石墨坩堝配有傾倒裝置，其為本領域的現有技術，本發(fā)明中優(yōu)選所述傾倒裝置包括旋轉軸以及旋轉軸連接至爐體外部的減速電機。

本發(fā)明所述裝置優(yōu)選所述石英坩堝外設有保溫罩，并在石英坩堝的側壁外設有石墨加熱器。

本發(fā)明所述裝置優(yōu)選所述單晶旋轉提拉系統包括提拉桿，提拉桿的底端固定籽晶夾頭。本發(fā)明所述提拉桿的頂端連接控制器及電機，用于控制提拉桿的升降速度及轉速，進而控制提拉速度。本領域熟練技術人員知曉其所述控制器的選擇及設置。

本發(fā)明所述裝置優(yōu)選還包括導流帶，所述導流帶接收來自石墨坩堝的物料，并將其上的物料導流至石英坩堝中。本發(fā)明所述導流帶優(yōu)選其與水平方向的夾角為10～25°

本發(fā)明所述裝置優(yōu)選所述導流帶固定在移動機構上，該移動機構可帶動導流帶進行水平移動。

本發(fā)明所述移動機構進行水平移動，其為設置為本領域的現有技術。本發(fā)明優(yōu)選所述移動機構包括爐體外部的減速電機及與電機相連的移動桿。

本發(fā)明所述裝置優(yōu)選所述單晶旋轉提拉系統及石英坩堝位于單晶提拉倉中，所述單晶提拉倉的側壁上設有隔離閥II。

本發(fā)明所述裝置所述單晶提拉倉的上部位于熔煉室外，且其側壁上設有取料口。

本發(fā)明所述導流帶的可通過與其相連的移動機構進行水平移動，其較低端可單晶提拉倉側壁上的隔離閥II進入單晶提拉倉并位于石英坩堝的上方，使得其上的物料落入石英坩堝中。

本發(fā)明所述及的所有真空系統，包括用于加料倉、熔煉室、電子槍、單晶提拉倉抽真空的真空系統可商業(yè)購得，其設置與選擇為本領域的現有技術，優(yōu)選為由機械泵、羅茨泵和擴散泵組成的真空泵組。

本發(fā)明的另一目的是提供利用上述裝置進行單晶硅制備的方法，所述方法包括下述工藝步驟：