專(zhuān)利名稱(chēng)：一種直拉法生長(zhǎng)太陽(yáng)能用8吋硅單晶的熱場(chǎng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能用8吋硅單晶生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體說(shuō)是一種直拉法生長(zhǎng)太陽(yáng) 能用8吋硅單晶的熱場(chǎng)裝置。8吋的含義是8英寸。
背景技術(shù)：
一般直拉減壓工藝生長(zhǎng)硅單晶的氬氣(Ar)控制是通過(guò)氬氣管路外接浮子流量計(jì) 一次性設(shè)定其流量后，在整個(gè)硅單晶完成整爐生產(chǎn)過(guò)程中是不變(或者較少改變)的，生 長(zhǎng)出的硅單晶氧碳雜質(zhì)含量較高?，F(xiàn)有直拉減壓工藝生長(zhǎng)8吋硅單晶裝置的結(jié)構(gòu)如圖2 所示爐體41內(nèi)腔中設(shè)有保溫筒7，保溫筒7的上端部設(shè)有上石墨大蓋5，上石墨大蓋 5和爐體41的爐壁間留有間隙42，上石墨大蓋的中部設(shè)有一通孔43，該通孔43內(nèi)安裝有 導(dǎo)流筒44，導(dǎo)流筒的下端正對(duì)爐體內(nèi)的石英坩堝中的硅熔體45。圖2中的箭頭表示氬氣 (Ar)的流動(dòng)情況。如圖7、8所示，所述導(dǎo)流筒包括內(nèi)筒3和外筒4，在內(nèi)筒3和外筒4 之間填充有保溫碳?xì)?。圖2所示直拉減壓工藝生長(zhǎng)8吋寸硅單晶裝置有以下缺點(diǎn)1、不能依據(jù)硅熔體內(nèi)硅液多少、預(yù)計(jì)產(chǎn)生的硅氧化物蒸氣揮發(fā)量和觀察到的爐 壓情況，而適時(shí)調(diào)節(jié)氬氣流量，使硅氧化物蒸氣充分被氬氣帶走；2、氬氣進(jìn)入單晶爐內(nèi)，部分氬氣在上石墨大蓋5與爐體41間的間隙42處形成 旋流，或通過(guò)間隙42直接流向熱場(chǎng)下部的排氣孔46損失掉，沒(méi)有作功；3、如圖7、8所示，導(dǎo)流筒44的內(nèi)筒3和外筒4之間寬度太窄，下端弧形過(guò)渡 區(qū)71的半徑R太大。這種結(jié)構(gòu)的不足之處在于A、使氬氣通過(guò)結(jié)晶界面與硅熔體表面速度過(guò)快，而且靠近石英坩堝內(nèi)壁揮發(fā)出 的氧化硅蒸氣不能充分帶走，使部分已經(jīng)揮發(fā)離開(kāi)硅熔體表面的硅氧化物重新返回、掉 入液面再分解出的氧進(jìn)入結(jié)晶界面，使生長(zhǎng)出的硅單晶頭部氧含量> lX1018atm/cm3。B、由于導(dǎo)流筒44的上、下口徑梯度大，使硅熔體表面揮發(fā)出的硅氧化物易吸 附在外筒4的表面，在一定條件下脫落，重新帶碳掉入硅熔體，隨硅單晶生長(zhǎng)過(guò)程的延 續(xù)而分解，造成熔體內(nèi)碳含量增多，再加上碳的分凝系數(shù)< 1，逐漸向遠(yuǎn)離熔體表面方向 沉淀，當(dāng)石英坩堝的硅熔體減少到1/3以下時(shí)，碳在硅中的含量就很大了。如上所述的這種結(jié)構(gòu)的導(dǎo)流筒與氬氣流向?qū)е轮崩鑶尉У奈膊刻己?》X 1016atm/cm3。不利于硅單晶的品質(zhì)提高。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種直拉法生長(zhǎng)太陽(yáng)能用8 吋硅單晶的熱場(chǎng)裝置，增加了石墨壓環(huán)，改進(jìn)了導(dǎo)流筒的形狀結(jié)構(gòu)，既不影響固液界面 平整度和拉晶速度，又能降低硅單晶中氧碳含量。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是
一種直拉法生長(zhǎng)太陽(yáng)能用8吋硅單晶的熱場(chǎng)裝置，其特征在于，包括設(shè)于爐 體41內(nèi)腔中的保溫筒7，保溫筒7的上端部設(shè)有上石墨大蓋5，在上石墨大蓋5的上表面 設(shè)有用于密封上石墨大蓋與爐壁間間隙的石墨壓環(huán)1 ；上石墨大蓋5的中部設(shè)有一通孔43，導(dǎo)流筒44裝配在通孔43內(nèi)，所述導(dǎo)流筒44包括內(nèi)筒3和外筒4，內(nèi)筒3成倒圓錐臺(tái)形，外筒4呈圓柱形，在 內(nèi)筒3和外筒4之間填充有保溫碳?xì)?，內(nèi)筒3和外筒4的上端向外側(cè)延展形成環(huán)形凸邊，導(dǎo)流筒44通過(guò)該環(huán)形凸邊嵌 裝或卡裝在上石墨大蓋5上。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述石墨壓環(huán)1的中部為倒圓錐臺(tái)形通孔31，所述石墨壓環(huán)1的直徑為900mm，其壓環(huán)環(huán)壁32的高度h為94 100mm，倒 圓錐臺(tái)形通孔31上口的直徑Φ 5為884 890mm，下口的直徑Φ 6為694 700mm。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述導(dǎo)流筒44的環(huán)形凸邊直徑Φ2為505mm，內(nèi)筒 3上口的直徑Φ 1為405mm，內(nèi)筒3下口的直徑Φ 3為256mm，弧形過(guò)渡區(qū)71的半徑R 為95mm，外筒4的最大外徑Φ4為465mm。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，上石墨大蓋5的下表面設(shè)有下石墨大蓋6。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，保溫筒7的下端部設(shè)有石墨爐底盤(pán)14，保溫筒7內(nèi)設(shè)有石英坩堝9，所述石英坩堝9安放在石墨三掰堝10上，石墨三掰 堝10安放在石墨托盤(pán)11上，加熱器8設(shè)置于保溫筒7和石墨三掰堝10之間，所述石墨托盤(pán)11的底面設(shè)有石墨托桿12，所述石墨托桿12穿出石墨爐底盤(pán)14，石墨爐底盤(pán)14上設(shè)有與加熱器8連接的石墨電極13。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，下石墨大蓋6到加熱器8上沿的蓋距為210 220mm。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，加熱器8的有效加熱高度至少為390mm。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，石墨電極13高度為155mm。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，導(dǎo)流筒下沿距離加熱器上沿85 95mm。本發(fā)明所述的直拉法生長(zhǎng)太陽(yáng)能用8吋硅單晶的熱場(chǎng)裝置，增加了石墨壓環(huán)， 改進(jìn)了導(dǎo)流筒的形狀結(jié)構(gòu)，既不影響固液界面平整度和拉晶速度，又能降低硅單晶中氧 碳含量。本發(fā)明針對(duì)普通太陽(yáng)能用8吋硅單晶生長(zhǎng)熱場(chǎng)裝置存在的一些缺陷，對(duì)靜態(tài)熱 場(chǎng)中氣體流向、覆蓋面積做了研究與改變，重新設(shè)計(jì)了導(dǎo)流筒，調(diào)整了蓋距、石墨托 盤(pán)、托桿、加熱器及其電極的尺寸，使氣流更合理、作用更有效；在動(dòng)態(tài)熱場(chǎng)下，能夠 配合準(zhǔn)確探測(cè)單晶爐內(nèi)壓力、及時(shí)適度調(diào)節(jié)氬氣流量，使硅單晶始終較好的在等溫等壓 下，良好生長(zhǎng)。


本發(fā)明有如下附圖圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖，圖2現(xiàn)有直拉減壓工藝生長(zhǎng)8吋寸硅單晶裝置結(jié)構(gòu)示意圖，
圖3石墨壓環(huán)的剖視示意圖，圖4石墨壓環(huán)的立體示意圖，圖5本發(fā)明中導(dǎo)流筒的剖視示意圖，圖6本發(fā)明中導(dǎo)流筒的立體示意圖，圖7現(xiàn)有直拉減壓工藝生長(zhǎng)8吋寸硅單晶裝置中導(dǎo)流筒的剖視示意圖，圖8現(xiàn)有直拉減壓工藝生長(zhǎng)8吋寸硅單晶裝置中導(dǎo)流筒的立體示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明所述的直拉法生長(zhǎng)太陽(yáng)能用8吋硅單晶的熱場(chǎng)裝置，包 括設(shè)于爐體41內(nèi)腔中的保溫筒7，保溫筒7的上端部設(shè)有上石墨大蓋5，在上石墨 大蓋5的上表面設(shè)有用于密封上石墨大蓋與爐壁間間隙的石墨壓環(huán)1 ；上石墨大蓋5的中部設(shè)有一通孔43，導(dǎo)流筒44裝配在通孔43內(nèi)，如圖5、6所示，所述導(dǎo)流筒44包括內(nèi)筒3和外筒4，內(nèi)筒3成倒圓錐臺(tái)形，外 筒4呈圓柱形，在內(nèi)筒3和外筒4之間填充有保溫碳?xì)?，內(nèi)筒3和外筒4的上端向外側(cè)延展形成環(huán)形凸邊，導(dǎo)流筒44通過(guò)該環(huán)形凸邊嵌 裝或卡裝在上石墨大蓋5上。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，如圖3、4所示，所述石墨壓環(huán)1的中部為倒圓錐臺(tái) 形通孔31，所述石墨壓環(huán)1的直徑為900mm，其壓環(huán)環(huán)壁32的高度h為94 100mm，倒 圓錐臺(tái)形通孔31上口的直徑Φ 5為884 890mm，下口的直徑Φ 6為694 700mm。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，如圖5、6所示，所述導(dǎo)流筒44的環(huán)形凸邊直徑Φ 2 為505mm，內(nèi)筒3上口的直徑Φ 1為405mm，內(nèi)筒3下口的直徑Φ 3為256mm，弧形過(guò) 渡區(qū)71的半徑R為95mm，外筒4的最大外徑Φ 4為465mm。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，如圖1所示，上石墨大蓋5的下表面設(shè)有下石墨大蓋 6。下石墨大蓋6設(shè)置于上石墨大蓋5和保溫筒7的上端部之間。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，保溫筒7的下端部設(shè)有石墨爐底盤(pán)14，保溫筒7內(nèi)設(shè)有石英坩堝9，所述石英坩堝9安放在石墨三掰堝10上，石墨三 掰堝10安放在石墨托盤(pán)11上，加熱器8設(shè)置于保溫筒7和石墨三掰堝10之間，加熱器 8用于對(duì)石英坩堝9內(nèi)的硅熔體45加熱，所述石墨托盤(pán)11的底面設(shè)有石墨托桿12，所述石墨托桿12穿出石墨爐底盤(pán)14，石墨爐底盤(pán)14上設(shè)有與加熱器8連接的石墨電極13。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，下石墨大蓋6到加熱器8上沿的蓋距為210 220mm。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，加熱器8的有效加熱高度至少為390mm。所述有效 加熱高度是指加熱器開(kāi)縫有效長(zhǎng)度部分。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，石墨電極13高度為155mm。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，導(dǎo)流筒下沿距離加熱器上沿85 95mm。上述尺寸數(shù)值的變化和硅單晶品質(zhì)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系如下石墨壓環(huán)1的直徑為900mm，倒圓錐臺(tái)形通孔31上口的直徑Φ5為890mm，下 口的直徑Φ6為700mm，石墨壓環(huán)的高度h為100mm，這是氬氣導(dǎo)流最佳尺寸，如果倒 圓錐臺(tái)形通孔31上口的直徑Φ 5為890mm，下口的直徑Φ 6為700mm，石墨壓環(huán)的高度 h為IOOmm這三個(gè)尺寸均減少6mm還可以勉強(qiáng)使用，減少10mm，就對(duì)晶體的氧碳含量 減少的值不是很明顯。導(dǎo)流筒44的環(huán)形凸邊直徑Φ 2為505mm，內(nèi)筒3上口的直徑Φ 1為405mm， 下口的直徑Φ 3為256mm，弧形過(guò)渡區(qū)71的半徑R為95mm，外筒4的最大外徑Φ 4為 465mm。這是保持晶體液面，尤其固液生長(zhǎng)界面平穩(wěn)實(shí)驗(yàn)較好值。如果下口的直徑Φ3、 弧形過(guò)渡區(qū)71的半徑R、外筒4的最大外徑Φ 4增大5或者IOmm都會(huì)使熔體液面揮發(fā) 出的硅氧化物和雜質(zhì)微粒不能充分帶離生長(zhǎng)室，造成晶體生長(zhǎng)中斷或位錯(cuò)增多、晶體徑 向電阻率變化增大、以及氧碳含量增高。蓋距是指下石墨大蓋6到加熱器8上沿的距離。實(shí)驗(yàn)證明這個(gè)數(shù)值在210 220mm是合適的，是該熱系統(tǒng)保證晶體成晶率的關(guān)鍵措施之一。本發(fā)明所述的直拉法生長(zhǎng)太陽(yáng)能用8吋硅單晶的熱場(chǎng)裝置，使氬氣流過(guò)區(qū)域合 理分布，輸入氬氣經(jīng)過(guò)石墨壓環(huán)、新型導(dǎo)流筒、熔體表面將熔體中揮發(fā)出的硅氧化物等 雜質(zhì)帶離，被真空泵抽出。氬氣可充分、順暢、均衡到達(dá)和經(jīng)過(guò)硅熔體表面，降低了 硅單晶氧碳雜質(zhì)含量。本發(fā)明完善了減壓直拉拉晶工藝，比較充分的將硅熔體表面揮 發(fā)出的硅氧化物蒸氣帶離固液生長(zhǎng)界面，減少外導(dǎo)流筒含碳硅微粒脫落的幾率，既保持 了熱場(chǎng)的溫度梯度，維持了穩(wěn)定晶體生長(zhǎng)速度，又使8吋太陽(yáng)能硅單晶的氧含量保持在 ≤5 X 1017atm/cm3,碳含量≤5 X 1016atm/cm3。
權(quán)利要求
1.一種直拉法生長(zhǎng)太陽(yáng)能用8吋硅單晶的熱場(chǎng)裝置，其特征在于，包括設(shè)于爐體 (41)內(nèi)腔中的保溫筒(7)，保溫筒(7)的上端部設(shè)有上石墨大蓋(5)，在上石墨大蓋(5) 的上表面設(shè)有用于密封上石墨大蓋與爐壁間間隙的石墨壓環(huán)(1)；上石墨大蓋(5)的中部設(shè)有一通孔(43)，導(dǎo)流筒(44)裝配在通孔(43)內(nèi)，所述導(dǎo)流筒(44)包括內(nèi)筒(3)和外筒(4)，內(nèi)筒(3)成倒圓錐臺(tái)形，外筒(4)呈圓柱 形，在內(nèi)筒⑶和外筒⑷之間填充有保溫碳?xì)?2)，內(nèi)筒(3)和外筒(4)的上端向外側(cè)延展形成環(huán)形凸邊，導(dǎo)流筒(44)通過(guò)該環(huán)形凸邊 嵌裝或卡裝在上石墨大蓋(5)上。
2.如權(quán)利要求1所述的直拉法生長(zhǎng)太陽(yáng)能用8吋硅單晶的熱場(chǎng)裝置，其特征在于所 述石墨壓環(huán)(1)的中部為倒圓錐臺(tái)形通孔(31)，所述石墨壓環(huán)(1)的直徑為900mm，其壓環(huán)環(huán)壁(32)的高度h為94 100mm，倒 圓錐臺(tái)形通孔(31)上口的直徑Φ 5為884 890mm，下口的直徑Φ 6為694 700mm。
3.如權(quán)利要求1所述的直拉法生長(zhǎng)太陽(yáng)能用8吋硅單晶的熱場(chǎng)裝置，其特征在于所 述導(dǎo)流筒(44)的環(huán)形凸邊直徑Φ2為505mm，內(nèi)筒(3)上口的直徑Φ 1為405mm，內(nèi)筒 (3)下口的直徑Φ3為256mm，弧形過(guò)渡區(qū)(71)的半徑R為95mm，外筒(4)的最大外 徑 Φ4 為 465mm。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的直拉法生長(zhǎng)太陽(yáng)能用8吋硅單晶的熱場(chǎng)裝置，其特征 在于上石墨大蓋(5)的下表面設(shè)有下石墨大蓋(6)。
5.如權(quán)利要求4所述的直拉法生長(zhǎng)太陽(yáng)能用8吋硅單晶的熱場(chǎng)裝置，其特征在于保 溫筒(7)的下端部設(shè)有石墨爐底盤(pán)(14)，保溫筒(7)內(nèi)設(shè)有石英坩堝(9)，所述石英坩堝(9)安放在石墨三掰堝(10)上，石 墨三掰堝(10)安放在石墨托盤(pán)(11)上，加熱器⑶設(shè)置于保溫筒(7)和石墨三掰堝(10) 之間，所述石墨托盤(pán)(11)的底面設(shè)有石墨托桿(12)，所述石墨托桿(12)穿出石墨爐底盤(pán)(14)，石墨爐底盤(pán)(14)上設(shè)有與加熱器(8)連接的石墨電極(13)。
6.如權(quán)利要求5所述的直拉法生長(zhǎng)太陽(yáng)能用8吋硅單晶的熱場(chǎng)裝置，其特征在于下 石墨大蓋(6)到加熱器(8)上沿的蓋距為210 220mm。
7.如權(quán)利要求5所述的直拉法生長(zhǎng)太陽(yáng)能用8吋硅單晶的熱場(chǎng)裝置，其特征在于加 熱器(8)的有效加熱高度至少為390mm。
8.如權(quán)利要求5所述的直拉法生長(zhǎng)太陽(yáng)能用8吋硅單晶的熱場(chǎng)裝置，其特征在于石 墨電極(13)高度為155mm。
9.如權(quán)利要求5所述的直拉法生長(zhǎng)太陽(yáng)能用8吋硅單晶的熱場(chǎng)裝置，其特征在于導(dǎo) 流筒下沿距離加熱器上沿85 95mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直拉法生長(zhǎng)太陽(yáng)能用8吋硅單晶的熱場(chǎng)裝置，包括設(shè)于爐體內(nèi)腔中的保溫筒，保溫筒的上端部設(shè)有上石墨大蓋，在上石墨大蓋的上表面設(shè)有用于密封上石墨大蓋與爐壁間間隙的石墨壓環(huán)；上石墨大蓋的中部設(shè)有一通孔，導(dǎo)流筒裝配在通孔內(nèi)，所述導(dǎo)流筒包括內(nèi)筒和外筒，內(nèi)筒成倒圓錐臺(tái)形，外筒呈圓柱形，在內(nèi)筒和外筒之間填充有保溫碳?xì)郑瑑?nèi)筒和外筒的上端向外側(cè)延展形成環(huán)形凸邊，導(dǎo)流筒通過(guò)該環(huán)形凸邊嵌裝或卡裝在上石墨大蓋上。本發(fā)明所述的直拉法生長(zhǎng)太陽(yáng)能用8吋硅單晶的熱場(chǎng)裝置，增加了石墨壓環(huán)，改進(jìn)了導(dǎo)流筒的形狀結(jié)構(gòu)，既不影響固液界面平整度和拉晶速度，又能降低硅單晶中氧碳含量。
文檔編號(hào)C30B29/06GK102011181SQ201010603178
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者王飛, 郝俊濤 申請(qǐng)人:溫州神硅電子有限公司