專利名稱:硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長爐及其方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及直拉硅單晶生長領(lǐng)域,尤其涉及一種硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長爐及其方法。
背景技術(shù):
直拉硅單晶生長爐的組成如圖1所示,主要由四部分組成
(一)爐體包括石英坩堝7、石墨坩堝8(用來支撐石英坩堝)、加熱器9及隔熱體10、爐體16、保溫罩20,爐體16內(nèi)這些影響傳熱及溫度分布的部件,一般稱為熱場,熱場一般用所用的石英坩堝外徑來表征,石英坩堝一般用其外徑來表示,現(xiàn)在常用的有18英寸、20英寸、 22英寸、M英寸、觀英寸、32英寸的石英坩堝,對應(yīng)的熱場尺寸分別是18英寸、20英寸、22 英寸、M英寸、觀英寸、32英寸的熱場;
(二)單晶提升旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括夾頭5、鋼絲繩3及提拉頭1;提拉頭1通過鋼絲繩3、夾頭5、籽晶6帶動單晶17旋轉(zhuǎn)和升降;
(三)坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)12,帶動石英坩堝7、石墨坩堝8、硅熔體18旋轉(zhuǎn)和升降;
(四)氣氛及壓力控制系統(tǒng)包括氬氣流量控制、真空系統(tǒng)及壓力自動控制閥;
(五)生長控制系統(tǒng)包括加熱變壓器14、計算機控制系統(tǒng)15、爐體溫度探頭19、直徑控制探頭22。通常根據(jù)所生長的硅單晶的直徑的大小和長度選用石英坩堝。。晶體生長時要將石英坩堝內(nèi)裝滿多晶硅,抽真空,給加熱器9通電將爐內(nèi)溫度升高到1500-1600°C使多晶硅全部融化,控制溫度通過加熱變壓器14、計算機控制系統(tǒng)15、爐體溫度探頭19的共同作用將熔體溫度穩(wěn)定到硅的熔點溫度以上10-30 C的范圍內(nèi),提拉頭1下放鋼絲繩3、夾頭5和晶種6直到晶種和熔體熔接,熔接后通過熱變壓器14、計算機控制系統(tǒng)15、爐體溫度探頭19、坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)12、提拉頭1的共同作用控制熔體的溫度、提拉速度、坩堝上升速度使硅單晶以晶種為中心長大到目標(biāo)直徑后開始等徑生長,當(dāng)剩料達到規(guī)定值后開始晶體尾部生長,尾部生長完成后單晶與剩余少量熔體脫離,晶體生長過程結(jié)束。將爐子冷卻到常溫后打開爐子取出單晶。更換石英坩堝重新開始下一個硅單晶生長過程。使用現(xiàn)在的方法,要生長直徑更大和長度更長的單晶需要使用更大尺寸的石英坩堝、更大的爐體尺寸、更大尺寸的熱場。生長的單晶的體積由裝料量決定,晶體生長的過程必定是一個頻繁的加熱冷卻過程。因爐體尺寸大、晶體生長的過程是一個頻繁的加熱冷卻過程,使用現(xiàn)在的直拉硅單晶生長方法的能耗大、效率低,生產(chǎn)每公斤硅單晶的電耗是區(qū)熔法的4-5倍,臺機產(chǎn)量是區(qū)熔法的三分之一。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長爐及其方法。
一種硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長生長爐是生長爐本體左側(cè)從上到下順次設(shè)有提拉頭、副爐室、隔離閥、爐蓋、爐體、電極、坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu),隔離閥安裝在爐蓋的上方,副爐室安裝在隔離閥的上方,提拉頭安裝在副爐室的上方,爐蓋蓋在爐體上,下部隔熱體安裝在爐體的下部,爐體內(nèi)從底部向上順次安裝隔熱體、上部保溫罩,在穿過爐體底部的電極上安裝加熱器,在下部隔熱體、加熱器、上部保溫罩圍成的空間內(nèi)安裝石墨坩堝,在石墨坩堝內(nèi)安裝坩堝,在坩堝內(nèi)安裝坩堝內(nèi)環(huán),石墨坩堝、坩堝及坩堝內(nèi)的硅熔體和坩堝內(nèi)環(huán)的重量由安裝在爐體底部下方的坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)穿過爐體的底部支撐,副爐室、石墨坩堝、坩堝、坩堝內(nèi)環(huán)、加熱器是同軸布置,副爐室、石墨坩堝、坩堝、坩堝內(nèi)環(huán)、加熱器的軸線相對爐體的軸線向左偏移,爐體、隔熱體、加熱器均為圓柱形,爐蓋的上方安裝激光液面位置傳感器、直徑控制探頭,爐體的側(cè)壁中部安裝爐體溫度探頭,提拉頭1下端設(shè)有鋼絲繩、 夾頭;生長爐本體右側(cè)的爐蓋的上方安裝小爐筒,形狀為圓筒形,在小爐筒的蓋子上方向上順次安裝隔離閥、加料和稱重裝置、加料倉,加料倉內(nèi)安裝石英玻璃套,石英玻璃套內(nèi)裝多晶硅,小爐筒內(nèi)的上部從外向內(nèi)順次安裝隔熱體、加熱器、連續(xù)熔化管,熱電偶穿過小爐筒的側(cè)壁和隔熱體的中部插到隔熱體和加熱器之間,在小爐筒的下部、爐體的右上部和坩堝的右上部,從外到內(nèi)順次安裝隔熱體、加熱器、熔體溫度穩(wěn)定管,熱電偶穿過爐體右上方的側(cè)壁和隔熱體的中部插到加熱器和隔熱體之間,支架安裝在隔熱體上,連續(xù)熔化管、隔熱體安裝在支架上,加料倉、隔熱體、加熱器、連續(xù)熔化管、隔熱體、加熱器、熔體溫度穩(wěn)定管同軸,并垂直于水平方向,在爐體的右邊底部下方安裝的電極和電極穿過爐體的底部和爐體的右邊分別與加熱器和加熱器相連;三組加熱變壓器分別與電極、電極、電極通過加熱電纜相連,控制系統(tǒng)與加熱變壓器、直徑控制探頭、激光液面位置傳感器、爐體溫度探頭、熱電偶、熱電偶、提拉頭、加料和稱重裝置通過控制電纜相連接。一種硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長生長爐是生長爐本體左側(cè)從上到下順次設(shè)有提拉頭、副爐室、隔離閥、爐蓋、爐體、電極、坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu),隔離閥安裝在爐蓋的上方,副爐室安裝在隔離閥的上方,提拉頭安裝在副爐室的上方,爐蓋蓋在爐體上,下部隔熱體安裝在爐體的下部,爐體內(nèi)從底部向上順次安裝隔熱體、上部保溫罩,在穿過爐體底部的電極上安裝加熱器,在下部隔熱體、加熱器、上部保溫罩圍成的空間內(nèi)安裝石墨坩堝,在石墨坩堝內(nèi)安裝坩堝,在坩堝內(nèi)安裝坩堝內(nèi)環(huán),石墨坩堝、坩堝及坩堝內(nèi)的硅熔體和坩堝內(nèi)環(huán)的重量由安裝在爐體底部下方的坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)穿過爐體的底部支撐,副爐室、石墨坩堝、坩堝、坩堝內(nèi)環(huán)、加熱器是同軸布置,副爐室、石墨坩堝、坩堝、坩堝內(nèi)環(huán)、加熱器的軸線相對爐體的軸線向左偏移,爐體、隔熱體、加熱器均為圓柱形,爐蓋的上方安裝激光液面位置傳感器、直徑控制探頭,爐體的側(cè)壁中部安裝爐體溫度探頭,提拉頭下端設(shè)有鋼絲繩、夾頭;生長爐本體右側(cè)的爐蓋的上方向上順次安裝隔離閥、加料和稱重裝置、加料倉,加料倉內(nèi)安裝石英玻璃套,爐體內(nèi)的右上部區(qū)域緊挨爐蓋的位置,從外向內(nèi)順次安裝隔熱體、加熱器、連續(xù)熔化管,熱電偶穿過爐體的爐壁和隔熱體的中部插到隔熱體和加熱器之間,在坩堝的右側(cè)上部和連續(xù)熔化管的左下方,從外到內(nèi)順次安裝隔熱體、加熱器、熔體溫度穩(wěn)定管, 熱電偶穿過爐體右邊中部的爐壁和隔熱體插到加熱器和隔熱體之間,連續(xù)熔化管由隔熱體的底部支撐,加料倉、隔熱體、加熱器、連續(xù)熔化管同軸且軸線垂直于水平方向,隔熱體、加熱器、熔體溫度穩(wěn)定管的軸線為水平方向,在爐體的右邊底部下方安裝的電極和電極穿過爐體的底部和爐體的右側(cè)分別與加熱器和加熱器相連;三組加熱變壓器分別與電極、電極、電極通過加熱電纜相連,控制系統(tǒng)與加熱變壓器、直徑控制探頭、激光液面位置傳感器、爐體溫度探頭、熱電偶、熱電偶、提拉頭、加料和稱重裝置通過控制電纜相連接。一種硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長生長爐是生長爐本體左側(cè)從上到下順次設(shè)有提拉頭、副爐室、隔離閥、爐蓋、爐體、電極、坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu),隔離閥安裝在爐蓋的上方,副爐室安裝在隔離閥的上方,提拉頭安裝在副爐室的上方,爐蓋蓋在爐體上,下部隔熱體安裝在爐體的下部,爐體內(nèi)從底部向上順次安裝隔熱體、上部保溫罩,在穿過爐體底部的電極上安裝加熱器,在下部隔熱體、加熱器、上部保溫罩圍成的空間內(nèi)安裝石墨坩堝,在石墨坩堝內(nèi)安裝坩堝,在坩堝內(nèi)安裝坩堝內(nèi)環(huán),石墨坩堝、坩堝及坩堝內(nèi)的硅熔體和坩堝內(nèi)環(huán)的重量由安裝在爐體底部下方的坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)穿過爐體的底部支撐,副爐室、石墨坩堝、坩堝、坩堝內(nèi)環(huán)、加熱器是同軸布置,副爐室、石墨坩堝、坩堝、坩堝內(nèi)環(huán)、加熱器的軸線相對爐體的軸線向左偏移,爐體、隔熱體、加熱器均為圓柱形,爐蓋的上方安裝激光液面位置傳感器、直徑控制探頭,爐體的側(cè)壁中部安裝爐體溫度探頭,提拉頭下端設(shè)有鋼絲繩、夾頭;生長爐本體右側(cè)的爐蓋的上方向上順次安裝隔離閥、加料和稱重裝置、加料倉,加料倉內(nèi)安裝石英玻璃套,在坩堝的右側(cè)上部和爐體內(nèi)的右上部緊挨爐蓋的位置,從外向內(nèi)順次安裝隔熱體、加熱器、連續(xù)熔化管,熱電偶穿過爐體的爐壁和隔熱體的中下部插到隔熱體和加熱器之間,連續(xù)熔化管由隔熱體的底部支撐。隔熱體、加熱器、連續(xù)熔化管、加料倉的軸線垂直于水平方向。在爐體的右邊底部下方安裝的電極穿過爐體的底部和爐體的右側(cè)與加熱器相連;三組加熱變壓器分別與電極、電極、電極通過加熱電纜相連,控制系統(tǒng)與加熱變壓器、直徑控制探頭、激光液面位置傳感器、爐體溫度探頭、熱電偶、熱電偶、提拉頭、加料和稱重裝置通過控制電纜相連接。一種硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長生長爐是生長爐本體左側(cè)從上到下順次設(shè)有提拉頭、副爐室、隔離閥、爐蓋、爐體、電極、坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu),隔離閥安裝在爐蓋的上方,副爐室安裝在隔離閥的上方,提拉頭安裝在副爐室的上方,爐蓋蓋在爐體上,下部隔熱體安裝在爐體的下部,爐體內(nèi)從底部向上順次安裝隔熱體、上部保溫罩,在穿過爐體底部的電極上安裝加熱器,在下部隔熱體、加熱器、上部保溫罩圍成的空間內(nèi)安裝石墨坩堝,在石墨坩堝內(nèi)安裝坩堝,在坩堝內(nèi)安裝坩堝內(nèi)環(huán),石墨坩堝、坩堝及坩堝內(nèi)的硅熔體和坩堝內(nèi)環(huán)的重量由安裝在爐體底部下方的坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)穿過爐體的底部支撐,副爐室、石墨坩堝、坩堝、坩堝內(nèi)環(huán)、加熱器是同軸布置,副爐室、石墨坩堝、坩堝、坩堝內(nèi)環(huán)、加熱器的軸線相對爐體的軸線向左偏移,爐體、隔熱體、加熱器均為圓柱形,爐蓋的上方安裝激光液面位置傳感器、直徑控制探頭,爐體的側(cè)壁中部安裝爐體溫度探頭,提拉頭下端設(shè)有鋼絲繩、夾頭;生長爐本體右側(cè)的爐蓋的上方安裝獨立的小爐筒,形狀為圓筒形,隨爐蓋移動,在小爐筒的蓋子上方向上順次安裝隔離閥加料和稱重裝置、加料倉,加料倉內(nèi)安裝石英玻璃套,石英玻璃套內(nèi)裝多晶硅。小爐筒內(nèi)的上部區(qū)域從外向內(nèi)順次安裝隔熱體、加熱器、連續(xù)熔化管,熱電偶穿過小爐筒的爐壁和隔熱體的中部插到隔熱體和加熱器之間,在小爐筒的下部從外到內(nèi)順次安裝隔熱體、加熱器、熔體溫度穩(wěn)定管,熱電偶穿過小爐筒下部的爐壁和隔熱體的中部插到加熱器和隔熱體之間,支架安裝在隔熱體上,連續(xù)熔化管、隔熱體安裝在支架上,加料倉、隔熱體、加熱器、連續(xù)熔化管、隔熱體、加熱器、熔體溫度穩(wěn)定管同軸,軸線垂直于水平方向,在小爐筒的右邊中部和下部安裝的電極和電極穿過小爐筒的爐壁與加熱器和加熱器相連,在小爐筒的底部左邊開直徑50-100_小通孔貫通小爐筒的底部和爐蓋,在小
7通孔內(nèi)安裝流液管;三組加熱變壓器分別與電極、電極、電極通過加熱電纜相連,控制系統(tǒng)與加熱變壓器、直徑控制探頭、激光液面位置傳感器、爐體溫度探頭、熱電偶、熱電偶、提拉頭、加料和稱重裝置通過控制電纜相連接。硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長方法是通過加料和稱重裝置將加料倉中多晶硅連續(xù)或間歇地加注到多晶硅連續(xù)熔化管,連續(xù)熔化管的多晶硅熔化后由流液嘴流入熔體溫度穩(wěn)定管中,硅熔體在熔體溫度穩(wěn)定管內(nèi)的流動過程中,溫度被穩(wěn)定在硅的熔點以上 30-50°C的范圍內(nèi),然后由流液嘴注入到坩堝內(nèi)環(huán)與坩堝的壁之間的硅熔體注入?yún)^(qū)內(nèi),注入的硅熔體的溫度在注入?yún)^(qū)再次被穩(wěn)定和調(diào)整,硅熔體在坩堝內(nèi)環(huán)內(nèi)被連續(xù)提拉成硅單晶, 注入?yún)^(qū)內(nèi)的硅熔體經(jīng)坩堝內(nèi)環(huán)底部的流液洞進入坩堝內(nèi)環(huán),硅熔體僅在自身重力的作用下完成注入坩堝的全過程,安裝在爐蓋上激光液面位置傳感器全程監(jiān)測控制硅熔體的液面位置的變化。本發(fā)明能有效降低生長同尺寸硅單晶使用的石英坩堝、熱場、和爐體尺寸,使用小尺寸的坩堝、熱場、和爐體尺寸生長大直徑的長單晶。使硅單晶生長的過程不再是一個需要頻繁的加熱冷卻過程,相鄰兩次打開爐子的間隔時間從現(xiàn)在的2-4天延長到20-30天以上。 本發(fā)明提供的一種硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長方法及其生長爐,能有效降低直拉硅單晶生長方法的能耗,提高了生產(chǎn)效率,達到與區(qū)熔法相同的水平。本發(fā)明提供的一種硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長方法及其生長爐還能有效減少坩堝和熱場的消耗。本發(fā)明可以使用小尺寸的熱場及坩堝生長大直徑的長單晶,使直拉硅晶體生長時使用氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷坩堝代替石英坩堝成為可能,氮化硅陶瓷和碳化硅陶瓷坩堝的使用,可以將相鄰兩次打開爐子的間隔時間延長到30天以上,進一步減少坩堝和熱場的消耗。本發(fā)明提供的一種硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長爐及其方法因使用小尺寸石英坩堝、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷坩堝,能有效降低直拉硅單晶中的氧濃度,使直拉硅單晶的氧濃度降低到區(qū)熔硅單晶的水平。
圖1是常用直拉硅單晶生長爐結(jié)構(gòu)示意圖2是硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長爐I型結(jié)構(gòu)示意圖; 圖3是硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長爐II型結(jié)構(gòu)示意圖; 圖4是硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長爐III型結(jié)構(gòu)示意圖; 圖5是硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長爐IV型結(jié)構(gòu)示意圖; 圖6(a)是中心流液式多晶硅連續(xù)熔化管主視圖; 圖6(b)是中心流液式多晶硅連續(xù)熔化管俯視圖; 圖7是側(cè)面流液式多晶硅連續(xù)熔化管或硅熔體溫度穩(wěn)定管剖面圖; 圖8(a)是硅熔體溫度穩(wěn)定管主視圖; 圖8(b)是硅熔體溫度穩(wěn)定管俯視圖; 圖9是側(cè)面流液彎嘴式硅熔體溫度穩(wěn)定管剖面圖; 圖10(a)是籠型石墨加熱器主視圖; 圖10(b)是籠型石墨加熱器俯視圖;圖11(a)是帶內(nèi)環(huán)的坩堝主視圖11(b)是帶內(nèi)環(huán)的坩堝俯視圖12(a)是帶隔離壁的長方形坩堝主視圖12(b)是帶隔離壁的長方形坩堝俯視圖中提拉頭1、副爐室2、鋼絲繩3、隔離閥4、夾頭5、晶種6、坩堝7、石墨坩堝8、加熱器 9、隔熱體10、電極11、坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)12、下部隔熱體13、加熱變壓器14、控制系統(tǒng)15、 爐體16、單晶17、硅熔體18、爐體溫度探頭19、上部保溫罩20、爐蓋21、直徑控制探頭22、激光液面位置傳感器23、電極M、坩堝內(nèi)環(huán)25、電極沈、熱電偶27、隔熱體觀、加熱器四、熔體溫度穩(wěn)定管30、支架31、熱電偶32、多晶硅33、加熱器34、連續(xù)熔化管35、小爐筒36、隔熱體37、隔離閥38、加料和稱重裝置39、加料倉40、石英玻璃套41、多晶硅42、熔體溫度穩(wěn)定管43、連續(xù)熔化管44、連續(xù)熔化管45、管體46、流液嘴47、管體48、流液嘴49、管體50、流液嘴51、管體52、流液嘴53、流液管M、流液洞55、熔體注入?yún)^(qū)56、單晶生長區(qū)57、隔離壁58、 流液洞59、單晶生長區(qū)60、熔體注入?yún)^(qū)61。
具體實施例方式
如圖2所示,硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長生長爐I型是生長爐本體左側(cè)從上到下順次設(shè)有提拉頭1、副爐室2、隔離閥4、爐蓋21、爐體16、電極11、坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)12,隔離閥4安裝在爐蓋21的上方,副爐室2安裝在隔離閥4的上方,提拉頭1安裝在副爐室2的上方,爐蓋21蓋在爐體16上,下部隔熱體13安裝在爐體16的下部,爐體16內(nèi)從底部向上順次安裝隔熱體10、上部保溫罩20,在穿過爐體16底部的電極11上安裝加熱器 9,在下部隔熱體13、加熱器9、上部保溫罩20圍成的空間內(nèi)安裝石墨坩堝8,在石墨坩堝8 內(nèi)安裝坩堝7,在坩堝7內(nèi)安裝坩堝內(nèi)環(huán)25,石墨坩堝8、坩堝7及坩堝7內(nèi)的硅熔體18和坩堝內(nèi)環(huán)25的重量由安裝在爐體16底部下方的坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)12穿過爐體16的底部支撐,副爐室2、石墨坩堝8、坩堝7、坩堝內(nèi)環(huán)25、加熱器9是同軸布置,副爐室2、石墨坩堝 8、坩堝7、坩堝內(nèi)環(huán)25、加熱器9的軸線相對爐體16的軸線向左偏移,爐體16、隔熱體10、 加熱器9均為圓柱形,爐蓋21的上方安裝激光液面位置傳感器23、直徑控制探頭22,爐體 16的側(cè)壁中部安裝爐體溫度探頭19,提拉頭1下端設(shè)有鋼絲繩3、夾頭5 ;生長爐本體右側(cè)的爐蓋21的上方安裝小爐筒36,形狀為圓筒形,在小爐筒36的蓋子上方向上順次安裝隔離閥38、加料和稱重裝置39、加料倉40,加料倉40內(nèi)安裝石英玻璃套41,石英玻璃套41內(nèi)裝多晶硅42,小爐筒36內(nèi)的上部從外向內(nèi)順次安裝隔熱體37、加熱器34、連續(xù)熔化管35, 熱電偶32穿過小爐筒36的側(cè)壁和隔熱體37的中部插到隔熱體37和加熱器34之間,在小爐筒36的下部、爐體16的右上部和坩堝7的右上部,從外到內(nèi)順次安裝隔熱體觀、加熱器四、熔體溫度穩(wěn)定管30,熱電偶27穿過爐體16右上方的側(cè)壁和隔熱體觀的中部插到加熱器四和隔熱體觀之間,支架31安裝在隔熱體觀上,連續(xù)熔化管35、隔熱體37安裝在支架31上,加料倉40、隔熱體37、加熱器34、連續(xù)熔化管35、隔熱體觀、加熱器四、熔體溫度穩(wěn)定管30同軸,并垂直于水平方向,在爐體16的右邊底部下方安裝的電極M和電極沈穿過爐體16的底部和爐體16的右邊分別與加熱器34和加熱器四相連;三組加熱變壓器14 分別與電極11、電極沈、電極M通過加熱電纜相連,控制系統(tǒng)15與加熱變壓器14、直徑控制探頭22、激光液面位置傳感器23、爐體溫度探頭19、熱電偶32、熱電偶27、提拉頭1、加料和稱重裝置39通過控制電纜相連接。加料倉能夠加注的多晶硅42為顆粒硅或粒度小于20的塊狀多晶硅,加料倉40的下部設(shè)加料和稱重裝置39,隔離閥38是在向加料倉補充多晶硅42時隔離爐體16的真空時使用,隔離閥38可以根據(jù)多晶硅的顆粒尺寸選用球閥、橫向移動式隔離閥或上下翻轉(zhuǎn)式隔離閥。多晶硅熔化區(qū)由多晶硅的連續(xù)熔化管35、加熱器34、隔熱體37、熱電偶32等構(gòu)成, 實現(xiàn)多晶硅33的連續(xù)加入和連續(xù)熔化。多晶硅的連續(xù)熔化管35為圖6所示的中心流液式多晶硅連續(xù)熔化管,材質(zhì)為石英玻璃、氮化硅陶瓷或碳化硅陶瓷,由管體46和流液嘴47組成,流液嘴47的外徑D2為20-30mm,上面密布內(nèi)徑D3為Imm的圓孔,管體46的長度Hl約為150-300mm,外徑Dl約為100-150mm,管體46和流液嘴47的壁厚約為10mm。加熱器34 為圖10所示的籠形結(jié)構(gòu),材質(zhì)為石墨,內(nèi)徑DlO比管體46的外徑Dl大約20-30mm。隔熱體 37為石墨保溫材料。多晶硅熔化區(qū)實現(xiàn)多晶硅的連續(xù)加入和連續(xù)熔化。熔體溫度穩(wěn)定區(qū)由熔體溫度穩(wěn)定管30、加熱器29、隔熱體觀、熱電偶27等構(gòu)成, 熔體溫度穩(wěn)定管30如圖7所示,材質(zhì)為石英玻璃、氮化硅陶瓷或碳化硅陶瓷,流液嘴49外徑D5約為20-30mm,長度Ll約為200_300mm,管體48外徑D4約為100_150mm,長度H4約為 150-300mm。加熱器四為圖10所示的籠形結(jié)構(gòu),材質(zhì)為石墨,內(nèi)徑DlO比管體48的外徑D4 大約20-30mm。隔熱體觀為石墨保溫材料。熔體溫度穩(wěn)定管30能使流入其中的硅熔體在溫度穩(wěn)定到目標(biāo)溫度后再流入晶體生長的坩堝7內(nèi)的熔體注入?yún)^(qū)56。為減少流入的硅熔體對正在生長的硅單晶17的影響,在坩堝7內(nèi)安裝坩堝內(nèi)環(huán) 25,坩堝內(nèi)環(huán)25能阻擋流入的硅熔體對正在生長的硅單晶17的直接沖擊。坩堝內(nèi)環(huán)25可以熔接在坩堝7的底部,也可以對稱地放置在坩堝7的中部。坩堝內(nèi)環(huán)25的下部留有流液洞55,流液洞是硅熔體流入坩堝內(nèi)環(huán)的通道。坩堝7和坩堝內(nèi)環(huán)25的形狀見圖11.
爐子的加熱變壓器由三部分構(gòu)成,分別向加熱器9、加熱器34、加熱器四,提供加熱電源,其功能分別是維持單晶生長的溫度、連續(xù)熔化多晶硅和穩(wěn)定連續(xù)加注的硅熔體溫度。在爐蓋上安裝激光液面位置傳感器23全程監(jiān)測硅熔體18的液面位置的變化,當(dāng)液面上升時,控制系統(tǒng)15控制坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)12降低坩堝7位置,控制加熱變壓器14 降低加熱器34的功率,降低連續(xù)熔化管35的多晶硅33熔化的速度,減少硅熔體的補充速度。當(dāng)液面下降時,控制系統(tǒng)15控制坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)12升高坩堝7的位置,控制加熱變壓器14增加加熱器34功率,增加連續(xù)熔化管35的多晶硅33熔化的速度,增加硅熔體的補充量。坩堝7和副爐室2可以不與爐體16同軸以減小爐體16的內(nèi)徑,爐體為圓筒形。連續(xù)加注的硅料的流動路線為加料倉40、連續(xù)熔化管35、熔體溫度穩(wěn)定管30、坩堝7內(nèi)的熔體注入?yún)^(qū)56、坩堝7內(nèi)的單晶生長區(qū)57
如圖3所示,硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長生長爐II型是生長爐本體左側(cè)從上到下順次設(shè)有提拉頭1、副爐室2、隔離閥4、爐蓋21、爐體16、電極11、坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu) 12,隔離閥4安裝在爐蓋21的上方,副爐室2安裝在隔離閥4的上方,提拉頭1安裝在副爐室2的上方,爐蓋21蓋在爐體16上,下部隔熱體13安裝在爐體16的下部,爐體16內(nèi)從底部向上順次安裝隔熱體10、上部保溫罩20,在穿過爐體16底部的電極11上安裝加熱器9, 在下部隔熱體13、加熱器9、上部保溫罩20圍成的空間內(nèi)安裝石墨坩堝8,在石墨坩堝8內(nèi)安裝坩堝7,在坩堝7內(nèi)安裝坩堝內(nèi)環(huán)25,石墨坩堝8、坩堝7及坩堝7內(nèi)的硅熔體18和坩堝內(nèi)環(huán)25的重量由安裝在爐體16底部下方的坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)12穿過爐體16的底部支撐,副爐室2、石墨坩堝8、坩堝7、坩堝內(nèi)環(huán)25、加熱器9是同軸布置,副爐室2、石墨坩堝8、 坩堝7、坩堝內(nèi)環(huán)25、加熱器9的軸線相對爐體16的軸線向左偏移,爐體16、隔熱體10、加熱器9均為圓柱形,爐蓋21的上方安裝激光液面位置傳感器23、直徑控制探頭22,爐體16 的側(cè)壁中部安裝爐體溫度探頭19,提拉頭1下端設(shè)有鋼絲繩3、夾頭5 ;生長爐本體右側(cè)的爐蓋21的上方向上順次安裝隔離閥38、加料和稱重裝置39、加料倉40,加料倉40內(nèi)安裝石英玻璃套41,爐體16內(nèi)的右上部區(qū)域緊挨爐蓋的位置,從外向內(nèi)順次安裝隔熱體37、加熱器34、連續(xù)熔化管44,熱電偶32穿過爐體16的爐壁和隔熱體37的中部插到隔熱體37和加熱器34之間,在坩堝7的右側(cè)上部和連續(xù)熔化管44的左下方,從外到內(nèi)順次安裝隔熱體觀、加熱器四、熔體溫度穩(wěn)定管43,熱電偶27穿過爐體16右邊中部的爐壁和隔熱體觀插到加熱器四和隔熱體觀之間,連續(xù)熔化管44由隔熱體37的底部支撐,加料倉40、隔熱體 37、加熱器34、連續(xù)熔化管44同軸且軸線垂直于水平方向,隔熱體觀、加熱器四、熔體溫度穩(wěn)定管43的軸線為水平方向,在爐體16的右邊底部下方安裝的電極M和電極沈穿過爐體16的底部和爐體16的右側(cè)分別與加熱器34和加熱器四相連;三組加熱變壓器14分別與電極11、電極沈、電極M通過加熱電纜相連,控制系統(tǒng)15與加熱變壓器14、直徑控制探頭22、激光液面位置傳感器23、爐體溫度探頭19、熱電偶32、熱電偶27、提拉頭1、加料和稱重裝置39通過控制電纜相連接。多晶硅熔化區(qū)由多晶硅的連續(xù)熔化管44、加熱器34、隔熱體37、熱電偶32等構(gòu)成,實現(xiàn)多晶硅33的連續(xù)加入和連續(xù)熔化。多晶硅的連續(xù)熔化管44為圖7所示的硅熔體溫度穩(wěn)定管,材質(zhì)為石英玻璃、氮化硅陶瓷或碳化硅陶瓷,流液嘴49外徑D5約為20-30mm, 長度Ll約為200-300mm,管體48外徑D4約為100_150mm,長度H4約為150_300mm,壁厚約 10mm。加熱器34為圖10所示的籠形結(jié)構(gòu),材質(zhì)為石墨,內(nèi)徑DlO比管體48的外徑D4大約 20-30mm。隔熱體37為石墨保溫材料。多晶硅熔化區(qū)實現(xiàn)多晶硅的連續(xù)加入和連續(xù)熔化。熔體溫度穩(wěn)定區(qū)由熔體溫度穩(wěn)定管43、加熱器29、隔熱體觀、熱電偶27等構(gòu)成, 熔體溫度穩(wěn)定管43如圖8所示,流液嘴51外徑D7約為20-30mm,管體50外徑D6約為 50-100mm,長度H6約為100_150mm,壁厚約10mm。加熱器四為圖10所示的籠形結(jié)構(gòu),材質(zhì)為石墨,內(nèi)徑DlO比管體50的外徑D6大約20-30mm。隔熱體觀為石墨保溫材料。熔體溫度穩(wěn)定管43能使流入其中的硅熔體在溫度穩(wěn)定到目標(biāo)溫度后再流入晶體生長的坩堝7的熔體注入?yún)^(qū)56。如圖4所示,硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長生長爐III型是生長爐本體左側(cè)從上到下順次設(shè)有提拉頭1、副爐室2、隔離閥4、爐蓋21、爐體16、電極11、坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)12,隔離閥4安裝在爐蓋21的上方,副爐室2安裝在隔離閥4的上方,提拉頭1安裝在副爐室2的上方,爐蓋21蓋在爐體16上,下部隔熱體13安裝在爐體16的下部,爐體16內(nèi)從底部向上順次安裝隔熱體10、上部保溫罩20,在穿過爐體16底部的電極11上安裝加熱器 9,在下部隔熱體13、加熱器9、上部保溫罩20圍成的空間內(nèi)安裝石墨坩堝8,在石墨坩堝8 內(nèi)安裝坩堝7,在坩堝7內(nèi)安裝坩堝內(nèi)環(huán)25,石墨坩堝8、坩堝7及坩堝7內(nèi)的硅熔體18和坩堝內(nèi)環(huán)25的重量由安裝在爐體16底部下方的坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)12穿過爐體16的底部支撐,副爐室2、石墨坩堝8、坩堝7、坩堝內(nèi)環(huán)25、加熱器9是同軸布置,副爐室2、石墨坩堝8、坩堝7、坩堝內(nèi)環(huán)25、加熱器9的軸線相對爐體16的軸線向左偏移,爐體16、隔熱體10、 加熱器9均為圓柱形,爐蓋21的上方安裝激光液面位置傳感器23、直徑控制探頭22,爐體 16的側(cè)壁中部安裝爐體溫度探頭19,提拉頭1下端設(shè)有鋼絲繩3、夾頭5 ;生長爐本體右側(cè)的爐蓋21的上方向上順次安裝隔離閥38、加料和稱重裝置39、加料倉40,加料倉40內(nèi)安裝石英玻璃套41,在坩堝7的右側(cè)上部和爐體16內(nèi)的右上部緊挨爐蓋的位置,從外向內(nèi)順次安裝隔熱體37、加熱器34、連續(xù)熔化管44,熱電偶32穿過爐體16的爐壁和隔熱體37的中下部插到隔熱體37和加熱器34之間,連續(xù)熔化管44由隔熱體37的底部支撐。隔熱體 37、加熱器34、連續(xù)熔化管44、加料倉40的軸線垂直于水平方向。在爐體16的右邊底部下方安裝的電極M穿過爐體16的底部和爐體16的右側(cè)與加熱器34相連;三組加熱變壓器 14分別與電極11、電極沈、電極M通過加熱電纜相連,控制系統(tǒng)15與加熱變壓器14、直徑控制探頭22、激光液面位置傳感器23、爐體溫度探頭19、熱電偶32、熱電偶27、提拉頭1、加料和稱重裝置39通過控制電纜相連接。多晶硅熔化區(qū)由多晶硅的連續(xù)熔化管44、加熱器34、隔熱體37、熱電偶32等構(gòu)成,實現(xiàn)多晶硅33的連續(xù)加入和連續(xù)熔化。多晶硅的連續(xù)熔化管44為圖7所示的硅熔體溫度穩(wěn)定管,材質(zhì)為石英玻璃、氮化硅陶瓷或碳化硅陶瓷,流液嘴49外徑D5約為20-30mm, 長度Ll約為200-300mm,管體48外徑D4約為100_150mm,長度H4約為150_300mm,壁厚約 10mm。加熱器34為圖10所示的籠形結(jié)構(gòu),材質(zhì)為石墨,內(nèi)徑DlO比管體48的外徑D4大約 20-30mm。隔熱體37為石墨保溫材料。多晶硅熔化區(qū)實現(xiàn)多晶硅的連續(xù)加入和連續(xù)熔化。硅熔體直接從多晶硅的連續(xù)熔化管44的流液嘴49流入坩堝7內(nèi)的熔體注入?yún)^(qū) 56.
如圖5所示,硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長生長爐IV型是生長爐本體左側(cè)從上到下順次設(shè)有提拉頭1、副爐室2、隔離閥4、爐蓋21、爐體16、電極11、坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu) 12,隔離閥4安裝在爐蓋21的上方,副爐室2安裝在隔離閥4的上方,提拉頭1安裝在副爐室2的上方,爐蓋21蓋在爐體16上,下部隔熱體13安裝在爐體16的下部,爐體16內(nèi)從底部向上順次安裝隔熱體10、上部保溫罩20,在穿過爐體16底部的電極11上安裝加熱器9, 在下部隔熱體13、加熱器9、上部保溫罩20圍成的空間內(nèi)安裝石墨坩堝8,在石墨坩堝8內(nèi)安裝坩堝7,在坩堝7內(nèi)安裝坩堝內(nèi)環(huán)25,石墨坩堝8、坩堝7及坩堝7內(nèi)的硅熔體18和坩堝內(nèi)環(huán)25的重量由安裝在爐體16底部下方的坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)12穿過爐體16的底部支撐,副爐室2、石墨坩堝8、坩堝7、坩堝內(nèi)環(huán)25、加熱器9是同軸布置,副爐室2、石墨坩堝8、 坩堝7、坩堝內(nèi)環(huán)25、加熱器9的軸線相對爐體16的軸線向左偏移,爐體16、隔熱體10、加熱器9均為圓柱形,爐蓋21的上方安裝激光液面位置傳感器23、直徑控制探頭22,爐體16 的側(cè)壁中部安裝爐體溫度探頭19,提拉頭1下端設(shè)有鋼絲繩3、夾頭5 ;生長爐本體右側(cè)的爐蓋21的上方安裝獨立的小爐筒36,形狀為圓筒形,隨爐蓋21移動,在小爐筒36的蓋子上方向上順次安裝隔離閥38、加料和稱重裝置39、加料倉40,加料倉40內(nèi)安裝石英玻璃套 41,石英玻璃套41內(nèi)裝多晶硅42。小爐筒36內(nèi)的上部區(qū)域從外向內(nèi)順次安裝隔熱體37、 加熱器34、連續(xù)熔化管35,熱電偶32穿過小爐筒36的爐壁和隔熱體37的中部插到隔熱體 37和加熱器34之間,在小爐筒36的下部從外到內(nèi)順次安裝隔熱體觀、加熱器四、熔體溫度穩(wěn)定管30,熱電偶27穿過小爐筒36下部的爐壁和隔熱體觀的中部插到加熱器四和隔熱體28之間,支架31安裝在隔熱體28上,連續(xù)熔化管35、隔熱體37安裝在支架31上,加料倉40、隔熱體37、加熱器34、連續(xù)熔化管35、隔熱體觀、加熱器四、熔體溫度穩(wěn)定管30同軸,軸線垂直于水平方向,在小爐筒36的右邊中部和下部安裝的電極M和電極沈穿過小爐筒36的爐壁與加熱器34和加熱器四相連,在小爐筒36的底部左邊開直徑50-100mm小通孔貫通小爐筒36的底部和爐蓋21,在小通孔內(nèi)安裝流液管M ;三組加熱變壓器14分別與電極11、電極沈、電極M通過加熱電纜相連,控制系統(tǒng)15與加熱變壓器14、直徑控制探頭22、激光液面位置傳感器23、爐體溫度探頭19、熱電偶32、熱電偶27、提拉頭1、加料和稱重裝置39通過控制電纜相連接。多晶硅熔化區(qū)由多晶硅的連續(xù)熔化管35、加熱器34、隔熱體37、熱電偶32等構(gòu)成,實現(xiàn)多晶硅的連續(xù)加入和連續(xù)熔化。多晶硅的連續(xù)熔化管35為圖6所示的中心流液式多晶硅連續(xù)熔化管,材質(zhì)為石英玻璃、氮化硅陶瓷或碳化硅陶瓷,由管體46和流液嘴47組成,流液嘴47外徑D2為20-30mm,上面密布內(nèi)徑D3為Imm的圓孔,管體46的長度Hl約為 150-300mm,外徑Dl約為100-150mm,管體46和流液嘴47的壁厚約為10mm。加熱器34為圖10所示的籠形結(jié)構(gòu),材質(zhì)為石墨,內(nèi)徑DlO比管體46的外徑Dl大約20-30mm。隔熱體 37為石墨保溫材料。多晶硅熔化區(qū)實現(xiàn)多晶硅的連續(xù)加入和連續(xù)熔化。熔體溫度穩(wěn)定區(qū)由熔體溫度穩(wěn)定管30、加熱器29、隔熱體觀、熱電偶27等構(gòu)成, 熔體溫度穩(wěn)定管30如圖9所示側(cè)面流液彎嘴式硅熔體溫度穩(wěn)定管,材質(zhì)為石英玻璃、氮化硅陶瓷或碳化硅陶瓷,流液嘴53外徑D9約為20-30mm,長度H9約為50-150mm,管體52外徑D8約為100-150mm,長度H7約為150_300mm,壁厚約10mm。加熱器34為圖10所示的籠形結(jié)構(gòu),材質(zhì)為石墨,內(nèi)徑DlO比管體52的外徑D8大約20-30mm。隔熱體觀為石墨保溫材料。熔體溫度穩(wěn)定管30能使流入其中的硅熔體在溫度穩(wěn)定到目標(biāo)溫度后再流入晶體生長的坩堝。硅熔體從流液嘴53經(jīng)流液管M流入坩堝7內(nèi)的熔體注入?yún)^(qū)56.
硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長方法是通過加料和稱重裝置39將加料倉40中多晶硅連續(xù)或間歇地加注到多晶硅連續(xù)熔化管35,連續(xù)熔化管35的多晶硅熔化后由流液嘴流入熔體溫度穩(wěn)定管30中,硅熔體在熔體溫度穩(wěn)定管30內(nèi)的流動過程中,溫度被穩(wěn)定在硅的熔點以上30-50°C的范圍內(nèi),然后由流液嘴注入到坩堝內(nèi)環(huán)25與坩堝7的壁之間的硅熔體注入?yún)^(qū)56內(nèi),注入的硅熔體的溫度在注入?yún)^(qū)56再次被穩(wěn)定和調(diào)整,硅熔體在坩堝內(nèi)環(huán)25 內(nèi)被連續(xù)提拉成硅單晶,注入?yún)^(qū)56內(nèi)的硅熔體經(jīng)坩堝內(nèi)環(huán)25底部的流液洞55進入坩堝內(nèi)環(huán),硅熔體僅在自身重力的作用下完成注入坩堝7的全過程,安裝在爐蓋21上的激光液面位置傳感器23全程監(jiān)測控制硅熔體的液面位置的變化。本發(fā)明使用的坩堝7的形狀如圖11所示,在坩堝7內(nèi)安裝坩堝內(nèi)環(huán)25。坩堝內(nèi)環(huán)25熔接在坩堝7的底部,坩堝由坩堝內(nèi)環(huán)25、坩堝7、流液洞55等構(gòu)成,坩堝7形狀與現(xiàn)在直拉硅單晶生長爐常用的坩堝的形狀相同,坩堝內(nèi)環(huán)25為圓柱形,坩堝內(nèi)環(huán)25的下部熔接在坩堝7的底部,坩堝內(nèi)環(huán)25的下部與坩堝7的底部接觸處對稱分布有四個流液洞55, 坩堝內(nèi)環(huán)25與坩堝7同軸。坩堝內(nèi)環(huán)25和坩堝7的壁厚一般8-12mm,坩堝內(nèi)環(huán)25的外徑d是坩堝7的外徑D的0. 5-0. 7倍,坩堝內(nèi)環(huán)25的高度hi —般為坩堝7的高度h2的 0.6-0. 8倍。實際使用時根據(jù)生長的硅單晶的外徑選用坩堝和坩堝內(nèi)環(huán)的尺寸。坩堝內(nèi)環(huán) 25的高度hi —般比多晶硅完全熔化后的液面深度大20-30 mm。流液洞55的直徑Φ —般為 10-20_。也可使用圖12所示的方形坩堝,在單晶生長過程中坩堝不轉(zhuǎn)動。坩堝由單晶生長區(qū)60和熔體注入?yún)^(qū)61構(gòu)成,內(nèi)設(shè)隔離壁58,和流液洞59,使用方形坩堝時熱場的形狀也要做相應(yīng)的變化。坩堝的材料可以使用石英玻璃、氮化硅陶瓷或碳化硅陶瓷。本發(fā)明使用籠形石墨加熱器,也可使用其它形狀和材料的加熱器或使用高頻感應(yīng)加熱。以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用案例,對本發(fā)明保護范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用等同變化或者等效變換而形成的技術(shù)方案,均落在本發(fā)明權(quán)利保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長爐,其特征在于生長爐本體左側(cè)從上到下順次設(shè)有提拉頭(1)、副爐室⑵、隔離閥(4)、爐蓋(21)、爐體(16)、電極(11)、坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(12),隔離閥(4)安裝在爐蓋的上方,副爐室(2)安裝在隔離閥的上方, 提拉頭⑴安裝在副爐室⑵的上方,爐蓋蓋在爐體(16)上,下部隔熱體(13)安裝在爐體(16)的下部,爐體(16)內(nèi)從底部向上順次安裝隔熱體(10)、上部保溫罩(20),在穿過爐體(16)底部的電極(11)上安裝加熱器(9),在下部隔熱體(13)、加熱器(9)、上部保溫罩OO)圍成的空間內(nèi)安裝石墨坩堝(8),在石墨坩堝(8)內(nèi)安裝坩堝(7),在坩堝(7)內(nèi)安裝坩堝內(nèi)環(huán)(25),石墨坩堝(8)、坩堝(7)及坩堝(7)內(nèi)的硅熔體(18)和坩堝內(nèi)環(huán)05) 的重量由安裝在爐體(16)底部下方的坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(12)穿過爐體(16)的底部支撐, 副爐室(2)、石墨坩禍(8)、坩堝(7)、坩堝內(nèi)環(huán)(25)、加熱器(9)是同軸布置,副爐室(2)、石墨坩堝(8)、坩堝(7)、坩堝內(nèi)環(huán)(25)、加熱器(9)的軸線相對爐體(16)的軸線向左偏移, 爐體(16)、隔熱體(10)、加熱器(9)均為圓柱形,爐蓋的上方安裝激光液面位置傳感器(23)、直徑控制探頭(22),爐體(16)的側(cè)壁中部安裝爐體溫度探頭(19),提拉頭(1)下端設(shè)有鋼絲繩(3)、夾頭(5);生長爐本體右側(cè)的爐蓋的上方安裝小爐筒(36),形狀為圓筒形,在小爐筒(36)的蓋子上方向上順次安裝隔離閥(38)、加料和稱重裝置(39)、加料倉(40),加料倉00)內(nèi)安裝石英玻璃套(41),小爐筒(36)內(nèi)的上部從外向內(nèi)順次安裝隔熱體(37)、加熱器(34)、連續(xù)熔化管(35),熱電偶(32)穿過小爐筒(36)的側(cè)壁和隔熱體(37)的中部插到隔熱體(37)和加熱器(34)之間,在小爐筒(36)的下部、爐體(16)的右上部和坩堝(7)的右上部,從外到內(nèi)順次安裝隔熱體(觀)、加熱器(四)、熔體溫度穩(wěn)定管(30),熱電偶(27)穿過爐體(16)右上方的側(cè)壁和隔熱體(28)的中部插到加熱器(29) 和隔熱體08)之間,支架(31)安裝在隔熱體08)上,連續(xù)熔化管(35)、隔熱體(37)安裝在支架(31)上,加料倉(40)、隔熱體(37)、加熱器(34)、連續(xù)熔化管(35)、隔熱體⑶)、加熱器( )、熔體溫度穩(wěn)定管(30)同軸,并垂直于水平方向,在爐體(16)的右側(cè)底部下方安裝的電極04)和電極06)穿過爐體(16)的底部和爐體(16)的右側(cè)分別與加熱器(34) 和加熱器(29)相連;三組加熱變壓器(14)分別與電極(11)、電極( )、電極(24)通過加熱電纜相連,控制系統(tǒng)(1 與加熱變壓器(14)、直徑控制探頭(22)、激光液面位置傳感器 (23)、爐體溫度探頭(19)、熱電偶(32)、熱電偶(27)、提拉頭(1)、加料和稱重裝置(39)通過控制電纜相連接。
2.一種硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長爐,其特征在于生長爐本體左側(cè)從上到下順次設(shè)有提拉頭(1)、副爐室⑵、隔離閥(4)、爐蓋(21)、爐體(16)、電極(11)、坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(12),隔離閥(4)安裝在爐蓋的上方,副爐室(2)安裝在隔離閥(4)的上方,提拉頭⑴安裝在副爐室⑵的上方,爐蓋蓋在爐體(16)上,下部隔熱體(13)安裝在爐體(16)的下部,爐體(16)內(nèi)從底部向上順次安裝隔熱體(10)、上部保溫罩(20),在穿過爐體(16)底部的電極(11)上安裝加熱器(9),在下部隔熱體(13)、加熱器(9)、上部保溫罩 (20)圍成的空間內(nèi)安裝石墨坩堝(8),在石墨坩堝(8)內(nèi)安裝坩堝(7),在坩堝(7)內(nèi)安裝坩堝內(nèi)環(huán)(25),石墨坩堝(8)、坩堝(7)及坩堝(7)內(nèi)的硅熔體(18)和坩堝內(nèi)環(huán)05)的重量由安裝在爐體(16)底部下方的坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(12)穿過爐體(16)的底部支撐,副爐室O)、石墨坩堝(8)、坩堝(7)、坩堝內(nèi)環(huán)(25)、加熱器(9)是同軸布置,副爐室O)、石墨坩堝(8)、坩堝(7)、坩堝內(nèi)環(huán)(25)、加熱器(9)的軸線相對爐體(16)的軸線向左偏移,爐體(16)、隔熱體(10)、加熱器(9)均為圓柱形,爐蓋的上方安裝激光液面位置傳感器 (23)、直徑控制探頭(22),爐體(16)的側(cè)壁中部安裝爐體溫度探頭(19),提拉頭(1)下端設(shè)有鋼絲繩(3)、夾頭(5);生長爐本體右側(cè)的爐蓋的上方向上順次安裝隔離閥(38)、 加料和稱重裝置(39)、加料倉(40),加料倉00)內(nèi)安裝石英玻璃套(41),爐體(16)內(nèi)的右上部區(qū)域緊挨爐蓋的位置,從外向內(nèi)順次安裝隔熱體(37)、加熱器(34)、連續(xù)熔化管(44), 熱電偶(32)穿過爐體(16)的爐壁和隔熱體(37)的中部插到隔熱體(37)和加熱器(34) 之間,在坩堝(7)的右側(cè)上部和連續(xù)熔化管G4)的左下方,從外到內(nèi)順次安裝隔熱體(觀)、 加熱器( )、熔體溫度穩(wěn)定管(43),熱電偶(XT)穿過爐體(16)右邊中部的爐壁和隔熱體 (28)插到加熱器(29)和隔熱體(28)之間,連續(xù)熔化管(44)由隔熱體(37)的底部支撐,加料倉(40)、隔熱體(37)、加熱器(34)、連續(xù)熔化管04)同軸且軸線垂直于水平方向,隔熱體 (觀)、加熱器( )、熔體溫度穩(wěn)定管的軸線為水平方向,在爐體(16)的右邊底部下方安裝的電極(24)和電極(26)穿過爐體(16)的底部和爐體(16)的右側(cè)分別與加熱器(34) 和加熱器(29)相連;三組加熱變壓器(14)分別與電極(11)、電極( )、電極(24)通過加熱電纜相連,控制系統(tǒng)(1 與加熱變壓器(14)、直徑控制探頭(22)、激光液面位置傳感器 (23)、爐體溫度探頭(19)、熱電偶(32)、熱電偶(27)、提拉頭(1)、加料和稱重裝置(39)通過控制電纜相連接。
3. 一種硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長爐,其特征在于生長爐本體左側(cè)從上到下順次設(shè)有提拉頭(1)、副爐室⑵、隔離閥(4)、爐蓋(21)、爐體(16)、電極(11)、坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(12),隔離閥(4)安裝在爐蓋的上方,副爐室(2)安裝在隔離閥(4)的上方,提拉頭⑴安裝在副爐室⑵的上方,爐蓋蓋在爐體(16)上,下部隔熱體(13)安裝在爐體(16)的下部,爐體(16)內(nèi)從底部向上順次安裝隔熱體(10)、上部保溫罩(20),在穿過爐體(16)底部的電極(11)上安裝加熱器(9),在下部隔熱體(13)、加熱器(9)、上部保溫罩 (20)圍成的空間內(nèi)安裝石墨坩堝(8),在石墨坩堝(8)內(nèi)安裝坩堝(7),在坩堝(7)內(nèi)安裝坩堝內(nèi)環(huán)(25),石墨坩堝(8)、坩堝(7)及坩堝(7)內(nèi)的硅熔體(18)和坩堝內(nèi)環(huán)05)的重量由安裝在爐體(16)底部下方的坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(12)穿過爐體(16)的底部支撐,副爐室O)、石墨坩堝(8)、坩堝(7)、坩堝內(nèi)環(huán)(25)、加熱器(9)是同軸布置,副爐室O)、石墨坩堝(8)、坩堝(7)、坩堝內(nèi)環(huán)(25)、加熱器(9)的軸線相對爐體(16)的軸線向左偏移,爐體(16)、隔熱體(10)、加熱器(9)均為圓柱形,爐蓋的上方安裝激光液面位置傳感器 (23)、直徑控制探頭(22),爐體(16)的側(cè)壁中部安裝爐體溫度探頭(19),提拉頭(1)下端設(shè)有鋼絲繩(3)、夾頭(5);生長爐本體右側(cè)的爐蓋的上方向上順次安裝隔離閥(38)、 加料和稱重裝置(39)、加料倉(40),加料倉00)內(nèi)安裝石英玻璃套(41),在坩堝(7)的右側(cè)上部和爐體(16)內(nèi)的右上部緊挨爐蓋的位置,從外向內(nèi)順次安裝隔熱體(37)、加熱器 (34)、連續(xù)熔化管(44),熱電偶(32)穿過爐體(16)的爐壁和隔熱體(37)的中下部插到隔熱體(37)和加熱器(34)之間,連續(xù)熔化管(44)由隔熱體(37)的底部支撐,隔熱體(37)、 加熱器(34)、連續(xù)熔化管(44)、加料倉00)的軸線垂直于水平方向,在爐體(16)的右邊底部下方安裝的電極04)穿過爐體(16)的底部和爐體(16)的右側(cè)與加熱器(34)相連;三組加熱變壓器(14)分別與電極(11)、電極( )、電極(24)通過加熱電纜相連,控制系統(tǒng)(15) 與加熱變壓器(14)、直徑控制探頭0 、激光液面位置傳感器、爐體溫度探頭(19)、熱電偶(32)、熱電偶(27)、提拉頭(1)、加料和稱重裝置(39)通過控制電纜相連接。
4.一種硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長爐,其特征在于生長爐本體左側(cè)從上到下順次設(shè)有提拉頭(1)、副爐室⑵、隔離閥(4)、爐蓋(21)、爐體(16)、電極(11)、坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(12),隔離閥(4)安裝在爐蓋的上方,副爐室(2)安裝在隔離閥(4)的上方,提拉頭⑴安裝在副爐室⑵的上方,爐蓋蓋在爐體(16)上,下部隔熱體(13)安裝在爐體(16)的下部,爐體(16)內(nèi)從底部向上順次安裝隔熱體(10)、上部保溫罩(20),在穿過爐體(16)底部的電極(11)上安裝加熱器(9),在下部隔熱體(13)、加熱器(9)、上部保溫罩 (20)圍成的空間內(nèi)安裝石墨坩堝(8),在石墨坩堝(8)內(nèi)安裝坩堝(7),在坩堝(7)內(nèi)安裝坩堝內(nèi)環(huán)(25),石墨坩堝(8)、坩堝(7)及坩堝(7)內(nèi)的硅熔體(18)和坩堝內(nèi)環(huán)05)的重量由安裝在爐體(16)底部下方的坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(12)穿過爐體(16)的底部支撐,副爐室O)、石墨坩堝(8)、坩堝(7)、坩堝內(nèi)環(huán)(25)、加熱器(9)是同軸布置,副爐室O)、石墨坩堝(8)、坩堝(7)、坩堝內(nèi)環(huán)(25)、加熱器(9)的軸線相對爐體(16)的軸線向左偏移,爐體(16)、隔熱體(10)、加熱器(9)均為圓柱形,爐蓋的上方安裝激光液面位置傳感器 (23)、直徑控制探頭(22),爐體(16)的側(cè)壁中部安裝爐體溫度探頭(19),提拉頭(1)下端設(shè)有鋼絲繩(3)、夾頭(5);生長爐本體右側(cè)的爐蓋的上方安裝獨立的小爐筒(36),形狀為圓筒形,隨爐蓋移動,在小爐筒(36)的蓋子上方向上順次安裝隔離閥(38)、加料和稱重裝置(39)、加料倉(40),加料倉00)內(nèi)安裝石英玻璃套(41),石英玻璃套內(nèi)裝多晶硅G2);小爐筒(36)內(nèi)的上部區(qū)域從外向內(nèi)順次安裝隔熱體(37)、加熱器(34)、連續(xù)熔化管(35),熱電偶(32)穿過小爐筒(36)的爐壁和隔熱體(37)的中部插到隔熱體(37) 和加熱器(34)之間,在小爐筒(36)的下部從外到內(nèi)順次安裝隔熱體(觀)、加熱器( )、熔體溫度穩(wěn)定管(30),熱電偶(XT)穿過小爐筒(36)下部的爐壁和隔熱體08)的中部插到加熱器09)和隔熱體08)之間,支架(31)安裝在隔熱體( 上),連續(xù)熔化管(35)、隔熱體(37)安裝在支架(31)上,加料倉(40)、隔熱體(37)、加熱器(34)、連續(xù)熔化管(35)、 隔熱體08)、加熱器09)、熔體溫度穩(wěn)定管(30)同軸,軸線垂直于水平方向,在小爐筒(36) 的右邊中部和下部安裝的電極04)和電極06)穿過小爐筒(36)的爐壁與加熱器(34)和加熱器09)相連,在小爐筒(36)的底部左邊開直徑50-100_小通孔貫通小爐筒(36)的底部和爐蓋(21),在小通孔內(nèi)安裝流液管(54);三組加熱變壓器(14)分別與電極(11)、 電極06)、電極04)通過加熱電纜相連,控制系統(tǒng)(1 與加熱變壓器(14)、直徑控制探頭(22)、激光液面位置傳感器(23)、爐體溫度探頭(19)、熱電偶(32)、熱電偶(27)、提拉頭 (1)、加料和稱重裝置(39)通過控制電纜相連接。
5.一種硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長方法,其特征在于通過加料和稱重裝置 (39)將加料倉GO)中多晶硅連續(xù)或間歇地加注到多晶硅連續(xù)熔化管(35),連續(xù)熔化管 (35)的多晶硅熔化后由流液嘴流入熔體溫度穩(wěn)定管(30)中,硅熔體在熔體溫度穩(wěn)定管 (30)內(nèi)的流動過程中,溫度被穩(wěn)定在硅的熔點以上30-50°C的范圍內(nèi),然后由流液嘴注入到坩堝內(nèi)環(huán)05)與坩堝(7)的壁之間的硅熔體注入?yún)^(qū)(56)內(nèi),注入的硅熔體的溫度在注入?yún)^(qū)(56)再次被穩(wěn)定和調(diào)整,硅熔體在坩堝內(nèi)環(huán)0 內(nèi)被連續(xù)提拉成硅單晶,注入?yún)^(qū)(56) 內(nèi)的硅熔體經(jīng)坩堝內(nèi)環(huán)05)底部的流液洞(55)進入坩堝內(nèi)環(huán),硅熔體僅在自身重力的作用下完成注入坩堝(7)的全過程,安裝在爐蓋(21)上的激光液面位置傳感器03)全程監(jiān)測控制硅熔體的液面位置的變化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅熔體連續(xù)加注的直拉硅單晶生長爐及其方法。由提拉頭、副爐室、隔離閥、爐體、上部保溫罩、加熱器、坩堝升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、石墨坩堝、坩堝、鋼絲繩、夾頭等組成單晶提拉部分,由小爐筒、加料倉,隔離閥、加料和稱重裝置、連續(xù)熔化管,隔熱體、加熱器、熔體溫度穩(wěn)定管等構(gòu)成熔體連續(xù)加注部分,實現(xiàn)多晶硅的連續(xù)熔化和硅單晶的連續(xù)生長。本發(fā)明能將相鄰兩次打開單晶爐的間隔時間延長到30天以上,能有效降低坩堝的尺寸、降低直拉硅單晶生長方法的能耗,提高了生產(chǎn)效率,也能有效降低直拉硅單晶生長方法的氧含量。
文檔編號C30B15/00GK102418140SQ201110407848
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者曾澤斌 申請人:曾澤斌