專利名稱：一種單晶爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體及太陽(yáng)能生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于采用直拉法形成單晶硅的單晶爐。
技術(shù)背景硅材料是半導(dǎo)體工業(yè)中最重要且應(yīng)用最廣泛的元素半導(dǎo)體材料，是微電子工業(yè)和太陽(yáng)能光伏工業(yè)的基礎(chǔ)材料。硅材料有多種晶體形式，包括單晶硅、多晶硅、非晶硅。由于單晶硅具有結(jié)晶中的缺陷較少、光能轉(zhuǎn)換效率較高等優(yōu)勢(shì)，其被廣泛的應(yīng)用于太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)制造過(guò)程中?；谏a(chǎn)成本和產(chǎn)品性能要求，目前業(yè)內(nèi)一般采用直拉單晶制造法 (Czochralski, CZ法)生產(chǎn)單晶硅。單晶爐是一種在惰性氣體環(huán)境中，用石墨加熱器將多晶硅等材料熔化，用直拉單晶制造法生長(zhǎng)無(wú)錯(cuò)位單晶硅的設(shè)備。為了提高單晶硅生產(chǎn)中設(shè)備和原材料的利用率，降低生產(chǎn)成本，確保器件參數(shù)的一致性，其容納多晶硅等裝料的坩堝需要有較大的裝料量。如圖1所示，為現(xiàn)有技術(shù)中常用的單晶爐的一種結(jié)構(gòu)示意圖，其中，101為爐壁，102為導(dǎo)流筒，用于高溫氣體導(dǎo)流，103為上保溫筒，104為中保溫筒，105為下保溫筒，106為坩堝，用于將多晶硅材料并融化為液態(tài)， 107為加熱器，108為中軸連桿，用于控制坩堝106的旋轉(zhuǎn)和提升，109為下保溫系統(tǒng)，110為爐底。該類(lèi)單晶爐通常根據(jù)某一特定的多晶材料固定設(shè)置了坩堝與導(dǎo)流筒的距離，其導(dǎo)流筒102會(huì)占用坩堝106的部分空間，使坩堝106中可容納的多晶材料體積減少，按現(xiàn)90公斤的多晶材料裝料量，熔硅的體積是38626. 6cm3，坩堝的容積64096cm3，由于導(dǎo)流筒位置的影響，坩堝多晶材料裝料量要減少5公斤左右。由上述可知，現(xiàn)有技術(shù)的單晶爐的結(jié)構(gòu)，造成了坩堝的多晶材料裝料量較小，影響了單晶的成品率，同時(shí)不利于提高設(shè)備和原材料的利用率。

實(shí)用新型內(nèi)容為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供單晶爐，以提高其坩堝的多晶材料裝料量，進(jìn)而提高單晶的成品率，并提高設(shè)備和原材料的利用率。為此，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了如下技術(shù)方案—種單晶爐，包括導(dǎo)流筒、加熱器、上保溫筒、中保溫筒、下保溫筒、坩堝以及用于控制坩堝旋轉(zhuǎn)和提升的中軸連桿；所述導(dǎo)流筒的下底面不低于所述坩堝頂部的平面。優(yōu)選的，所述導(dǎo)流筒的下底面不低于所述中保溫筒頂部的平面和所述加熱器頂部的平面。優(yōu)選的，所述加熱器的高度為650mm ；所述中軸連桿的高度為746mm。優(yōu)選的，所述坩堝為三瓣石英坩堝。與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)[0014]本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的技術(shù)方案，改變了單晶爐中導(dǎo)流筒和坩堝的相對(duì)位置，使導(dǎo)流筒的下底面不低于所述坩堝頂部的平面，避免了多晶硅裝料時(shí)導(dǎo)流筒對(duì)坩堝的空間占用，增加了坩堝中可容納的多晶材料體積，提高了坩堝的多晶材料裝料量，因此能夠改善單晶的成品率，同時(shí)提高提高設(shè)備和原材料的利用率。

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的單晶爐示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的單晶爐意圖；圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的加熱器加高的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的中軸連桿加長(zhǎng)的示意圖；圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的單晶爐在熔硅過(guò)程中的熱場(chǎng)分布示意圖；圖6和圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的中軸連桿驅(qū)動(dòng)坩堝上升的過(guò)程示意圖。
具體實(shí)施方式
正如背景技術(shù)部分所述，現(xiàn)有技術(shù)中的單晶爐，當(dāng)在熔硅之前，由于導(dǎo)流筒會(huì)占用坩堝的部分空間，使坩堝中可容納的多晶材料體積減少，造成了坩堝的多晶材料裝料量較小，影響了單晶的成品率，同時(shí)不利于提高設(shè)備和原材料的利用率。基于上述研究的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種，包括導(dǎo)流筒、加熱器、上保溫筒、中保溫筒、下保溫筒、坩堝以及用于控制坩堝旋轉(zhuǎn)和提升的中軸連桿；所述導(dǎo)流筒的下底面不低于所述坩堝頂部的平面。本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的技術(shù)方案，改變了單晶爐中導(dǎo)流筒和坩堝的相對(duì)位置，使導(dǎo)流筒的下底面不低于所述坩堝頂部的平面，避免了多晶硅裝料時(shí)導(dǎo)流筒對(duì)坩堝的空間占用，增加了坩堝中可容納的多晶材料體積，提高了坩堝的多晶材料裝料量，因此能夠改善單晶的成品率，同時(shí)提高提高設(shè)備和原材料的利用率。以上是本申請(qǐng)的核心思想，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實(shí)用新型，但是本實(shí)用新型還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實(shí)用新型內(nèi)涵的情況下做類(lèi)似推廣，因此本實(shí)用新型不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制。實(shí)施例一如圖2所示，為本實(shí)施例提供的單晶爐的一種結(jié)構(gòu)示意圖，其包括爐壁201，導(dǎo)流筒202，上保溫筒203，中保溫筒204，下保溫筒205，坩堝206，加熱器207，中軸連桿208，下保溫系統(tǒng)209，爐底210。該單晶爐在熔硅之前，導(dǎo)流筒202的下底面不低于所述坩堝206頂部的平面。上述單晶爐中，所述坩堝206可以為三瓣石英坩堝，在裝料步驟中裝填多晶硅等原料，并放置在坩堝托之內(nèi)，然后對(duì)單晶爐內(nèi)抽真空并加熱，坩堝206內(nèi)的多晶硅在保護(hù)性氣氛中受熱融化成，待調(diào)控到設(shè)定的工藝溫度后，籽晶經(jīng)導(dǎo)流筒202插入液態(tài)多晶硅中，使液態(tài)多晶硅按照籽晶的硅原子的排列順序凝固成單晶硅棒，同時(shí)隨著坩堝內(nèi)多晶硅液面的下降，為了保證導(dǎo)流筒202和多晶硅液面的距離，驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)坩堝206下方的中軸連桿 208，使坩堝206旋轉(zhuǎn)提升。上述導(dǎo)流筒202通常由石墨材質(zhì)制成，在單晶硅拉制過(guò)程中用于高溫氣體導(dǎo)流，以控制導(dǎo)流筒內(nèi)的單晶硅棒區(qū)和坩堝內(nèi)的液態(tài)多晶硅區(qū)的溫差。本實(shí)施例提供的單晶爐中，改變了導(dǎo)流筒和坩堝的相對(duì)位置，使導(dǎo)流筒的下底面不低于所述坩堝頂部的平面，避免了多晶硅裝料時(shí)導(dǎo)流筒對(duì)坩堝的空間占用，增加了坩堝中可容納的多晶材料體積，提高了坩堝的多晶材料裝料量，因此能夠改善單晶的成品率，同時(shí)提高提高設(shè)備和原材料的利用率。上述單晶爐中，可以通過(guò)改變單晶爐的熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)改變導(dǎo)流筒和坩堝的相對(duì)位置，具體的，可以根據(jù)熔硅的容量加高中保溫筒和加熱器，以保證單晶爐中溫度的穩(wěn)定性和拉晶的質(zhì)量。通過(guò)加高中保溫筒和加熱器，使所述導(dǎo)流筒的下底面不低于所述中保溫筒頂部的平面和所述加熱器頂部的平面，從而達(dá)到導(dǎo)流筒的下底面不低于坩堝頂部的平面。如圖3所示，為本實(shí)施例提供的一種加高加熱器的方案，圖3左側(cè)為現(xiàn)有單晶爐的加熱器結(jié)構(gòu)，其高度為600mm，圖3右側(cè)為本實(shí)施例提供的單晶爐的加熱器結(jié)構(gòu)，其高度為 650mmo通過(guò)加高加熱器，可以使坩堝和導(dǎo)流筒之間的距離增大，避免導(dǎo)流筒對(duì)坩堝的空間占用。在上述改進(jìn)的基礎(chǔ)上，由于坩堝中容納的多晶硅材料增多，為了保證導(dǎo)流筒和多晶硅液面的距離，需要加長(zhǎng)中軸連桿的長(zhǎng)度。如圖4所示，為本實(shí)施例提供的一種加長(zhǎng)中軸連桿長(zhǎng)度的方案，圖4左側(cè)為現(xiàn)有單晶爐的中軸連桿結(jié)構(gòu)，其長(zhǎng)度為676mm，圖4右側(cè)為本實(shí)施例提供的單晶爐的中軸連桿結(jié)構(gòu)，其長(zhǎng)度為746mm。如圖5所示，為該單晶爐在熔硅過(guò)程中的熱場(chǎng)分布示意圖。如圖6和圖7所示，依次為流筒和多晶硅液面距離不變，中軸連桿驅(qū)動(dòng)坩堝上升的過(guò)程示意圖。上述方案中，通過(guò)加高中保溫筒和加熱器的設(shè)計(jì)，加高了單晶爐的熱場(chǎng)，延長(zhǎng)了坩堝和導(dǎo)流筒之間的距離，避免了導(dǎo)流筒對(duì)坩堝的空間占用，增加了坩堝中可容納的多晶材料體積，提高了坩堝的多晶材料裝料量，因此能夠改善單晶的成品率，同時(shí)提高提高設(shè)備和原材料的利用率。本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)部分采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)部分重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他部分的不同之處，各個(gè)部分之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實(shí)用新型。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實(shí)用新型的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本實(shí)用新型將不會(huì)被限制于本文所示的實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求1.一種單晶爐，包括導(dǎo)流筒、加熱器、上保溫筒、中保溫筒、下保溫筒、坩堝以及用于控制坩堝旋轉(zhuǎn)和提升的中軸連桿，其特征在于所述導(dǎo)流筒的下底面不低于所述坩堝頂部的平面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶爐，其特征在于所述導(dǎo)流筒的下底面不低于所述中保溫筒頂部的平面和所述加熱器頂部的平面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單晶爐，其特征在于 所述加熱器的高度為650mm ；所述中軸連桿的高度為746mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶爐，其特征在于 所述坩堝為三瓣石英坩堝。
專利摘要本實(shí)用新型實(shí)施例公開(kāi)了一種單晶爐，包括導(dǎo)流筒、加熱器、上保溫筒、中保溫筒、下保溫筒、坩堝以及用于控制坩堝旋轉(zhuǎn)和提升的中軸連桿，所述導(dǎo)流筒的下底面不低于所述坩堝頂部的平面。該方案改變了單晶爐中導(dǎo)流筒和坩堝的相對(duì)位置，使導(dǎo)流筒的下底面不低于所述坩堝頂部的平面，避免了多晶硅裝料時(shí)導(dǎo)流筒對(duì)坩堝的空間占用，增加了坩堝中可容納的多晶材料體積，提高了坩堝的多晶材料裝料量，因此能夠改善單晶的成品率，同時(shí)提高提高設(shè)備和原材料的利用率。
文檔編號(hào)C30B15/00GK202064030SQ20112001628
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月19日
發(fā)明者史才成, 呂格, 徐昌華, 秦舒, 陶頌 申請(qǐng)人:江蘇晶鼎電子材料有限公司