[發明專利]區熔連續加料生長硅單晶的裝置和方法

有效

• 申請號: 202310493254.0
• 申請日: 2023-05-05
• 公開（公告）號: CN116180229B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 李濤勇;許堃;李安君;陳偉;李林東;吳超慧;高巖;陳志軍
• 申請（專利權）人: 蘇州晨暉智能設備有限公司
• 主分類號: C30B27/02
• 分類號: C30B27/02;C30B29/06
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 趙亞楠

本發明涉及硅單晶的制備技術領域，公開了區熔連續加料生長硅單晶的裝置和方法，裝置包括爐體，設置在下爐腔室內的電磁約束加熱器，設置在爐體上的抽真空裝置和保護氣體流量控制裝置，設置在下爐腔室的硅單晶錠支撐拉晶模塊以及設置在上爐腔室和下爐腔室之間的隔離閥，還包括：送料模塊、余料送料模塊和焊接線圈；送料模塊用于夾持多晶硅棒新料，并持續送料，并且在所夾持多晶硅棒新料消耗至預定長度、由余料送料模塊夾持接續送料時自動對多晶硅棒余料解持，返回上爐腔室。本發明提供的裝置和方法能實現裝置持續送料生長硅單晶錠，擴大了單根硅單晶錠的單重，提高了生產效率和硅片切片利用率，成為高效制備區熔硅單晶的技術手段。

技術領域

本發明涉及硅單晶制備技術領域，具體而言，涉及區熔連續加料生長硅單晶的裝置和方法。

背景技術

現有技術的硅單晶制備方法基本上是直拉法和區熔法。用區熔法制備硅單晶錠，具有拉晶過程雜質污染小、晶體純度高，硅單晶錠縱向質量參數一致性好的優點。但是現有的區熔法硅單晶制備技術，因為制備一根硅單晶錠只使用一根多晶硅棒料，因此限制了單根硅單晶錠的單重，限制了生產效率，此成為區熔單晶成本較高的原因之一。

CN110195256A公開了一種單晶硅多次加料連續生長的裝置及工藝，該發明裝置借助于第一高頻加熱線圈和第二高頻加熱線圈產生的電磁約束力、液硅的表面張力和結晶單晶體的支撐力，將區域熔融的多晶硅限制在一個漏斗狀石英坩堝及其流出口縮頸和單晶硅棒頂端的熔融區內；借助于漏斗狀石英坩堝中儲存熔硅的緩沖，使得在添加新的多晶硅料的間歇時段，不中斷單晶硅的連續生長。其提供漏斗狀石英坩堝作為更換緩沖，可以實現多次加料、不間斷拉晶；借助于該發明拉制的單晶硅，同時具備區熔單晶和直拉的優點。

但是，該發明存在以下問題需要改進：

1.雖然相比現有直拉法制備硅單晶的技術，該專利申請不再使用傳統的大石英坩堝，但仍然需要使用一個較小的漏斗狀的石英坩堝，有石英坩堝就存在坩堝中氧雜質的污染的問題，其硅晶體的質量與區熔技術相比仍有差距。因此，該專利申請并沒有保留區熔拉制硅單晶的所有優點；

2.該專利申請有兩個因素抬高了熔融硅的液面。首先，由于其所述第一高頻加熱線圈和第二高頻加熱線圈同軸布置，容易互相干擾，需通過加大兩者的距離或增加屏蔽的方法控制干擾，結果必然增大兩線圈之間的間距，所述間距的增大勢必抬高熔硅的液面高度；第二，因為該專利申請漏斗狀石英坩堝的存在，也抬高了熔融硅的液面。

其熔硅液面的抬高，帶來兩個不利因素。首先，對第一高頻加熱線圈的電磁壓力要求大大提高；第二，為了減輕這一壓力，其坩堝中熔硅液面不能太高，如此，在換料期間就需要降低甚至暫停硅晶體的生長，以維持必要的熔硅量。綜上，增加了過程能耗，也給生長過程帶來了不穩定。

為解決上述問題1和問題2，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的在于提供區熔連續加料生長硅單晶的裝置和方法。

為解決背景技術提及的現有技術無法實現的區熔硅單晶拉晶連續加料的同時兼顧避免石英坩堝氧雜質污染、保持換料期間熔硅穩定的技術問題，本發明是這樣實現的：

第一方面，本發明提供一種區熔連續加料生長硅單晶的裝置，包括具有上爐腔室和下爐腔室的爐體，設置在所述下爐腔室內的電磁約束加熱器，設置在爐體上（上爐腔室和下爐腔室）的抽真空裝置和保護氣體流量控制裝置，設置在下爐腔室的硅單晶錠支撐拉晶模塊以及設置在所述上爐腔室和下爐腔室之間的隔離閥，還包括：送料模塊、余料送料模塊和焊接線圈。

本發明通過設置余料送料模塊和焊接線圈，配合送料模塊，能夠實現區熔硅單晶拉晶連續加料，連續加料時不影響下方硅單晶的生長，保持換料期間熔硅穩定；且無需石英坩堝，能避免石英坩堝氧雜質污染。