[發明專利]一種直拉單晶硅微波快速補料連續生產系統及其生產方法

有效

• 申請號: 202110994320.3
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113699584B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 許磊;李航;張利波;韓朝輝;劉建華;巨少華;夏仡;唐治夢;朱知
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C30B15/02
• 分類號: C30B15/02;C30B15/14;C30B29/06
• 代理公司: 昆明普發諾拉知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 53209
• 代理人: 葛玉軍

本發明公開了一種直拉單晶硅微波快速補料連續生產系統及其生產方法，涉及單晶硅生產技術領域。所述生產系統包括相互連接的連續補料裝置和單晶硅提拉爐，連續補料裝置的爐管設置在殼體內，爐管與殼體之間填充有保溫材料，爐管頂部連接有進料倉；爐管呈L型且包括依次連接的熔料管、U型管和導流管，熔料管、導流管、U型管內徑依次減小；殼體外側壁上設置有微波發生器，微波發生器位置與熔料管位置對應，U型管上設置有加熱裝置，導流管與單晶硅提拉爐頂部設置的進料管連接。通過微波快速加熱多晶硅，實現快速熔料；通過U型管和加熱裝置實現對熔硅的阻斷和流通，從而實現按批次熔料補料，實現單晶硅的連續生產，生產效率得到大大提高。

技術領域

本發明涉及單晶硅生產技術領域，具體涉及一種直拉單晶硅微波快速補料連續生產系統及其生產方法。

背景技術

單晶硅是一種比較活潑的非金屬元素，是晶體材料的重要組成部分，處于新材料發展的前沿，它是制備半導體硅器件的原料。目前，98％的電子元件都是用硅材料制作的，其中約85％是用直拉硅單晶制作的。直拉法又稱為切克勞斯基法，它是1918年由切克勞斯基建立起來的一種晶體生長方法，簡稱CZ法。CZ法的特點是在一個直筒型的單晶硅提拉爐內，通過石墨電阻加熱，將裝在高純度石英坩堝中的多晶硅熔化，并保持略高于硅熔點的溫度，然后將籽晶插入熔體表面進行熔接，然后以一定速度向上提拉籽晶，同時轉動籽晶，再反轉坩堝，籽晶緩慢向上提升，經過引晶、縮頸、放肩、等徑生長、收尾等過程，一支硅單晶硅錠就生長出來了。直拉法的基本特點是工藝成熟，便于控制晶體外形和電學參數，投料量大，調整熱場方便，容易獲得較為合理的徑向和軸向溫度梯度，適于生長大直徑單晶。主要缺點是采用一次裝料工藝，按照石英坩堝容量大小將定量的多晶硅原料填裝到石英坩堝內，待此批次生產結束后，清理石英坩堝后再次填裝多晶硅再次進行熔料生產，而每次熔料需要消耗的時間長，導致生產效率低下，難以滿足連續生產的需求。

專利CN101698960A中公開了一種直拉單晶硅的補料方法，通過在重錘夾頭下端設置補料器，補料器中夾持一根或多根棒狀原料，合爐后在熔料過程中，先將棒狀原料在石英坩堝上方預熱，當石英坩堝內的原料全部熔化后，再下移重錘夾頭，是棒狀原料下降至熔硅中進行熔化，完成補料。

專利CN102242395A中公開了一種用于硅單晶生長的連續加料裝置及設置該裝置的單晶爐，所述連續加料裝置包括料倉、補料閥門、硅料輸送裝置，料倉的出料口與硅料輸送裝置連接，料倉帶有真空泵接口，料倉的出料口設置有補料閥門。硅料通過補料閥門進入硅料輸送裝置，被送入坩堝內。單晶爐內溫度較高，對加料裝置各零部件的耐高溫性能要求高，同時往熔硅內直接加入固體的硅料易造成飛濺，不利于單晶硅直拉生產。

專利CN108301038A公開了一種單晶硅提拉爐和生長單晶硅的拉制方法，將氣體硅源在管式反應器內熱分解反應生產硅粉，再將硅粉加熱熔融后進入石英坩堝內。氣體硅源熱分解后會產生氣體，需先抽真空，再用惰性氣氛對爐腔內進行氣體置換，在惰性氣氛中拉制生長單晶硅。生產工藝復雜，且需要實時監控單晶爐內氣壓。

發明內容

本發明的目的在于提供一種直拉單晶硅微波快速補料連續生產系統及其生產方法，解決現有單晶硅提拉爐生產單晶硅時補料方式難以滿足連續生產的問題。

為解決上述的技術問題，本發明采用以下技術方案：一種直拉單晶硅微波快速補料連續生產系統，其特征在于：包括相互連接的連續補料裝置和單晶硅提拉爐，所述連續補料裝置包括殼體、爐管、微波發生器和控制系統，爐管設置在殼體內，爐管與殼體之間填充有保溫材料，爐管頂部連接有進料倉，進料倉出料口處相對設置有進氣口和出氣口，出氣口連接有真空泵，進氣口與保護氣體提供裝置連接；所述爐管呈L型且包括依次連接的熔料管、U型管和導流管，熔料管、導流管、U型管內徑依次減小；所述殼體外側壁上設置有微波發生器，微波發生器位置與熔料管位置對應，U型管上設置有加熱裝置，導流管與單晶硅提拉爐頂部設置的進料管連接，進料管出料口位于石英坩堝上方，爐管的材質為石英或剛玉。