[發(fā)明專利]一種單晶硅提拉爐和生長單晶硅的拉制方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201710028070.1
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN108301038A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 夏高強(qiáng);范協(xié)誠;銀波;王文;胡穎;羅飛飛;宋高杰
• 申請（專利權(quán)）人: 新疆知信科技有限公司
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00;C30B29/06
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11112
• 代理人: 羅建民;鄧伯英

本發(fā)明公開了一種單晶硅提拉爐和生長單晶硅的拉制方法，一種單晶硅提拉爐，包括：爐腔，爐腔內(nèi)設(shè)置有用于加熱的管式反應(yīng)器、坩堝、單晶硅提拉機(jī)構(gòu)、用于對坩堝進(jìn)行加熱的加熱器，氣體硅源在管式反應(yīng)器內(nèi)熱分解反應(yīng)生成硅粉，硅粉或者硅粉熔融成為熔融硅進(jìn)入到坩堝內(nèi)，單晶硅提拉機(jī)構(gòu)設(shè)置于坩堝上方，單晶硅提拉機(jī)構(gòu)用于提拉籽晶將坩堝內(nèi)的熔融硅拉制生長單晶硅。本發(fā)明省略了固體硅料的生產(chǎn)步驟，可以降低能耗，還可以節(jié)約生產(chǎn)及處理固體硅料所需的巨額投資，可以避免固體硅料引入污染問題，從而保證生成的單晶硅的純度，相對于固體硅料的連續(xù)補(bǔ)料，氣體硅源熱分解補(bǔ)充熔融硅料可以更為簡便地實現(xiàn)，并且補(bǔ)充熔融硅料的速度可以做到精確的控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于晶體硅生長技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單晶硅提拉爐和生長單晶硅的拉制方法。

背景技術(shù)

晶體硅是硅類半導(dǎo)體和太陽能光伏電池的重要原材料。目前晶體硅生長方法主要有兩種：一種方法是將固體硅料放在鑄錠爐中進(jìn)行鑄錠，所生產(chǎn)出的產(chǎn)品是多晶硅，切片后主要用于太陽能光伏電池片的制造；另一種方法是將固體硅料放在單晶爐中，熔化后采用提拉的方法生長出單晶硅棒，半導(dǎo)體和太陽能光伏電池所用的單晶硅片均可以由單晶硅棒制造。除上述兩種方法外，還有區(qū)熔法，該方法同樣采用固體硅料，主要用于生長高純度的單晶硅。

目前固體硅料采用西門子法、流化床法、自由空間法等方法進(jìn)行生產(chǎn)。這些方法以氣體硅源如三氯氫硅、硅烷為原料，將氣體硅源進(jìn)行化學(xué)氣相沉積或熱分解后制成硅棒或硅顆粒等固體硅料。

在現(xiàn)有的技術(shù)中，從氣體硅源到半導(dǎo)體和光伏電池所用的晶體硅需經(jīng)過固體硅料這一中間步驟。氣體硅源的化學(xué)氣相沉積或熱分解一般在高溫下進(jìn)行，而利用固體硅料生產(chǎn)晶體硅一般從室溫將其加熱到硅的熔化溫度以上，因此從能量角度考慮，從高溫的氣體硅源到室溫的固體硅料再到熔融的高溫硅液來生產(chǎn)晶體硅是不經(jīng)濟(jì)的。此外，固體硅料的生產(chǎn)過程本身就較為復(fù)雜，并需要特殊的設(shè)備，如專利CN200580017512、EP2019084A2所公開的自由空間法，氣體硅源熱分解后產(chǎn)生的細(xì)硅粉需要經(jīng)過特殊處理才能夠成為適宜于多晶鑄錠或單晶生長的固體硅料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種單晶硅提拉爐和生長單晶硅的拉制方法，采用氣體硅源為原料生長單晶硅的單晶硅提拉爐和方法，省略了固體硅料的生產(chǎn)步驟，一方面可以降低能耗，另一方面可以節(jié)約生產(chǎn)及處理固體硅料所需的巨額投資。

解決本發(fā)明技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種單晶硅提拉爐，包括：爐腔，所述爐腔內(nèi)設(shè)置有用于加熱的管式反應(yīng)器、坩堝、單晶硅提拉機(jī)構(gòu)、用于對所述坩堝進(jìn)行加熱的加熱器，氣體硅源在所述管式反應(yīng)器內(nèi)熱分解反應(yīng)生成硅粉，所述硅粉或者所述硅粉熔融成為熔融硅進(jìn)入到所述坩堝內(nèi)，所述單晶硅提拉機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述坩堝上方，所述單晶硅提拉機(jī)構(gòu)用于提拉籽晶將所述坩堝內(nèi)的熔融硅拉制生長單晶硅。

優(yōu)選的是，所述坩堝包括第一子坩堝和第二子坩堝，所述第一子坩堝設(shè)置于所述第二子坩堝內(nèi)，所述第一子坩堝和所述第二子坩堝的開口同向設(shè)置，所述第一子坩堝與所述第二子坩堝底部連通，所述硅粉或者所述硅粉熔融成為熔融硅進(jìn)入到其中一個子坩堝內(nèi)，所述單晶硅提拉機(jī)構(gòu)用于提拉籽晶將另外一個子坩堝內(nèi)的熔融硅拉制生長單晶硅。

優(yōu)選的是，所述硅粉或者所述硅粉熔融成為熔融硅進(jìn)入到所述第二子坩堝內(nèi)，所述單晶硅提拉機(jī)構(gòu)用于提拉籽晶將所述第一子坩堝內(nèi)的熔融硅拉制生長單晶硅。

優(yōu)選的是，所述硅粉或者所述硅粉熔融成為熔融硅進(jìn)入的其中一個子坩堝的開口端的高度低于另外一個子坩堝的開口端的高度。

優(yōu)選的是，所述管式反應(yīng)器的出口位于所述坩堝內(nèi)的熔融硅內(nèi)。

優(yōu)選的是，所述管式反應(yīng)器由石英、碳材料、碳化硅、氮化硅中的一種制成；

所述坩堝和/或所述管式反應(yīng)器的內(nèi)壁涂層為SiC或Si₃N₄。