專利名稱：制造硅晶錠的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶錠的制造領(lǐng)域，尤其涉及制造硅晶錠的方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的制造硅晶錠的設(shè)備或者系統(tǒng)中，由于用于生產(chǎn)硅晶錠(包括多晶硅錠和單晶硅錠)的原料為塊狀或顆粒狀，料塊之間存在大量縫隙，導(dǎo)致裝滿石英坩堝的固態(tài)多晶硅給料熔化后體積大幅縮小?？紤]到生產(chǎn)周期、成本等，希望每次盡可能的多裝料。圖I為現(xiàn)有技術(shù)的晶錠爐在裝料時的結(jié)構(gòu)示意圖?，F(xiàn)有技術(shù)的晶錠爐包括上爐體101';與所述上爐體101'相配合的下爐體102';設(shè)置在所述下爐體102'內(nèi)的坩堝保持器5'和坩堝保持器5'內(nèi)設(shè)置的石英坩堝2'。此外，為了防止生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的多種揮發(fā)物在爐體上方的加熱器31'等上沉積，通常在裝完料后在坩堝2'上設(shè)置蓋板7'。從耐高溫、成本等方面考慮，蓋板材料通常采用碳-碳復(fù)合材料。 為了實現(xiàn)多裝料，可以考慮在加裝多晶硅給料時，在石英坩堝2'被裝滿后繼續(xù)加裝多晶硅給料并使多晶硅給料在石英坩堝2'的上部堆積，然后將蓋板7'放置在多晶硅給料上。但是，在現(xiàn)有的蓋板7'的材質(zhì)條件下，為防止由于塊狀或粒狀多晶硅給料因壘高而與蓋板接觸所導(dǎo)致的來自蓋板7'的下表面的碳成分混入多晶熔體中，從而避免由于碳成分的過量混入所引起的晶錠品質(zhì)的惡化，在裝料的過程中必須控制加料量以避免蓋板V與多晶硅給料接觸。此外，在現(xiàn)有的蓋板7'和坩堝保持器5'的結(jié)構(gòu)條件下，多晶硅給料壘高后，蓋板7'不能相對于石英坩堝2'準(zhǔn)確定位，在后續(xù)的化料過程中，蓋板7'可能會滑落或者偏離其與石英坩堝2'的相對位置，從而會引發(fā)生產(chǎn)多種揮發(fā)物在爐體上方的加熱器31'上沉積等問題。因此現(xiàn)有的設(shè)備在裝料量上存在一定的限制，而裝料量直接決定生產(chǎn)效率和成本。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種制造硅晶錠的方法，所述方法可以提高一次加載的多晶娃給料量，從而提聞生廣效率。為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明第一方面實施例的制造硅晶錠的方法，包括以下步驟將多晶硅給料放入坩堝中直至所述多晶硅給料高出所述坩堝的開口端預(yù)定高度；在所述多晶硅給料上放置石英墊片；在所述石英墊片上設(shè)置蓋板，其中所述蓋板的尺寸適于覆蓋所述坩堝的開口端；向所述坩堝內(nèi)噴吹非活性氣體的同時加熱所述多晶硅給料以使其熔化為熔體；以及使所述熔體定向凝固，得到硅晶錠。根據(jù)本發(fā)明實施例的制造硅晶錠的方法，通過在多晶硅給料上放置石英墊片，可以避免所述多晶硅給料與所述蓋板直接接觸，從而在可以實現(xiàn)多裝料的同時能夠保證所制備的娃晶淀的品質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述坩堝由坩堝保持器保持，所述坩堝保持器上形成有第一導(dǎo)向部且所述蓋板上形成有第二導(dǎo)向部，所述第一導(dǎo)向部和所述第二導(dǎo)向部適配以在加熱所述多晶硅給料使其熔化為熔體的過程中引導(dǎo)所述蓋板相對于所述坩堝保持器在豎直方向上向下滑動。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一導(dǎo)向部為形成在所述坩堝保持器的頂壁的滑桿，所述第二導(dǎo)向部為形成在所述蓋板邊緣的導(dǎo)向通孔，且所述導(dǎo)向通孔的內(nèi)徑與所述滑竿的外徑適配?？蛇x地，所述滑桿的高度為所述坩堝高度的1/4 1/2。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一導(dǎo)向部為形成在所述坩堝保持器的側(cè)壁外表面上的導(dǎo)向槽，所述第二導(dǎo)向部為形成在所述蓋板邊緣的滑桿，所述導(dǎo)向槽尺寸與所述滑桿的外徑適配且所述導(dǎo)向槽的深度與所述滑桿的高度相應(yīng)。可選地，所述第一導(dǎo)向部為形成在所述坩堝保持器的側(cè)壁中的導(dǎo)向孔，所述第二導(dǎo)向部為形成在所述蓋板邊緣的滑桿，所述導(dǎo)向孔的內(nèi)徑與所述滑桿的外徑適配且所述導(dǎo)向孔的深度與所述滑桿的高度相應(yīng)。其中，所述滑桿的高度可以為所述坩堝高度的1/4 1/2。 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述滑桿相對于上下方向形成有0. 1-15度的錐度，且所述滑桿從底部至頂部逐漸變粗。其中，所述石英墊片可以為圓環(huán)狀墊片、圓墊片、或方墊片。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在將多晶硅給料放入坩堝中之前，在坩堝底部放入籽晶，以用于制造單晶硅錠。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I顯示了現(xiàn)有技術(shù)的晶錠加工爐裝料時的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制造硅晶錠的方法的流程示意圖；圖2b顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的制造硅晶錠的方法的流程示意圖；圖3顯示了利用根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制造硅晶錠的方法制造硅晶錠時晶錠加工爐在裝料完成狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的制造硅晶錠的方法中所使用的的石英墊片的主視不意圖.
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。下面將參照圖2a、圖2b以及圖3來詳細描述根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制造硅晶錠的方法。其中，圖2a顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制造硅晶錠的方法的流程示意圖；圖2b顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的制造硅晶錠的方法的流程示意圖；圖3顯示了利用根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制造硅晶錠的方法制造硅晶錠時晶錠加工爐在裝料完成狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖。需要說明的是，盡管在下述的說明書中討論了硅晶錠的制造，但是此處所說明的技術(shù)不限于硅晶錠的制造，普通技術(shù)人員在閱讀了本發(fā)明的技術(shù)方案之后也可以將本發(fā)明的用于改進加料能力的制造硅晶錠的方法適用于其他多種材料(例如Ge、GaAs等)、氧化物(例如藍寶石、YAG等)或者氟化物(例如MgF2、CaF2)等晶錠的制造中。如圖2a所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的制造硅晶錠的方法包括以下步驟將多晶硅給料放入坩堝中直至所述多晶硅給料高出所述坩堝的開口端預(yù)定高度；在所述多晶硅給料上放置石英墊片；在所述石英墊片上設(shè)置蓋板，其中所述蓋板的尺寸適于覆蓋所述坩堝的開口端；向所述坩堝內(nèi)噴吹非活性氣體的同時加熱所述多晶硅給料以使其熔化為熔體；以及使所述熔體定向凝固，得到硅晶錠。根據(jù)本發(fā)明實施例的制造硅晶錠的方法，通過在多晶硅給料上放置石英墊片，可以避免所述多晶硅給料與所述蓋板直接接觸，從而在可以實現(xiàn)多裝料的同時能夠保證所 制備的硅晶錠的品質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明實施例的制造硅晶錠的方法，可以將化料量一次提高20-30%，這在多晶錠的生產(chǎn)過程中可以極大地降低能耗、減少了生產(chǎn)周期并同時提高生產(chǎn)效率。試驗證明，與蓋板接觸的石英片在高溫下不會粘附在蓋板上。此外，根據(jù)本發(fā)明實施例的制造硅晶錠的方法具有以下優(yōu)點1)簡單易操作；2)石英墊片相對而言價格低廉，成本低；3)高石英墊片在1400-1500攝氏度的高溫下只會軟化(仍有足夠的強度支撐蓋板)，不會熔化，也不易粘到碳材質(zhì)的蓋板上，因此能有效防止蓋板與多晶硅給料接觸，從而能夠避免從蓋板引入碳成分等雜質(zhì)；4)雖然多晶硅給料熔化后石英墊片將落入熔體中，而由于石英墊片的密度比硅熔體低，因此會浮在硅熔體表面，不會污染硅熔體，且定向凝固完成后，石英墊片殘留在鑄錠表面，通過物理方法(如噴砂或者敲打)或者化學(xué)腐蝕(HF腐蝕)的方法即可簡單地去除。綜上，通過本發(fā)明實施例的制造硅晶錠的方法，可以實現(xiàn)多裝料的同時保證硅晶錠的品質(zhì)不受影響。此外，如圖2b所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的制造硅晶錠的方法還可以包括以下步驟，即在將多晶硅給料放入坩堝中之前，在坩堝底部放入籽晶，以用于制造單晶硅錠。換言之，根據(jù)本發(fā)明實施例的制造硅晶錠的方法，既可以適用于制造多晶硅錠，也可以適用于制造單晶硅錠。為了更清楚地理解根據(jù)本發(fā)明實施例的制造硅晶錠的方法，下面參照圖3描述利用根據(jù)本發(fā)明上述實施例的制造硅晶錠的方法制造硅晶錠時晶錠加工爐在裝料完成狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3中所示,該晶錠加工爐100包括上爐體101 ;下爐體102,下爐體102與上爐體101相配合以形成爐體空間104 ;坩堝2，該坩堝2設(shè)置在下爐體102內(nèi)且其內(nèi)部容納有多晶硅給料1，其中多晶硅給料I在該坩堝2內(nèi)壘高(即高出坩堝的開口端預(yù)定高度)；至少一個加熱器31、32，所述加熱器31、32用于加熱坩堝I并熔化容納在坩堝I中的給料；坩堝保持器5，所述坩堝保持器5用于保持所述坩堝I ;隔熱部件4，該隔熱部件
4容納在爐體空間104內(nèi)，并被構(gòu)造成相對于坩堝2縱向可移動，以控制坩堝2內(nèi)的多晶硅錠的定向凝固；石英墊片9，該石英墊片9被設(shè)置在多晶硅給料I的上方；和設(shè)置在該石英墊片9上方的蓋板7。蓋板7可以阻止硅熔體的揮發(fā)物直接沉積到坩堝2上方的頂部加熱器31和其他保溫材料上。
需要說明的是，在圖3中示出了在蓋板7中具有氣體導(dǎo)入孔72的結(jié)構(gòu)，該氣體導(dǎo)入孔72將例如氬氣(Ar)等的惰性氣體導(dǎo)入到坩堝I內(nèi)的硅熔體表面，并通過坩堝2的上部四周設(shè)有的多個出風(fēng)孔流出，從而可以通過所述惰性氣體帶走各種揮發(fā)物。但本發(fā)明不限于此，例如，還可以不在蓋板上7上設(shè)置該導(dǎo)氣孔72，而從蓋板7和坩堝2之間的縫隙的一側(cè)吹氣，并使氣流從另一側(cè)的縫隙流出，以此來通過所述惰性氣體帶走各種揮發(fā)物。優(yōu)選地，在坩堝保持器5上形成有第一導(dǎo)向部51且在蓋板7上形成有第二導(dǎo)向部71，第一導(dǎo)向部51和第二導(dǎo)向部71相配合以在加熱所述多晶硅給料使其熔化為熔體的過程中引導(dǎo)蓋板7相對于坩堝保持器5在豎直方向上向下滑動。由此，在能夠滿足多加料的同時還可以保證蓋板7在熔料過程中不發(fā)生位置偏離等問題。其中，第一導(dǎo)向部51和第二導(dǎo)向部71的具體形狀沒有特殊限制。例如，在一些實施例中，第一導(dǎo)向部51可以為形成在坩堝保持器5的頂壁的滑桿，第二導(dǎo)向部71為形成在蓋板7邊緣的導(dǎo)向通孔，且所述導(dǎo)向通孔的內(nèi)徑與所述滑竿的外徑適配；在另一些實施例中，第一導(dǎo)向部51為形成在坩堝保持器5的側(cè)壁外表面上的導(dǎo)向槽，第二導(dǎo)向部71為形成 在蓋板7邊緣的滑桿，所述導(dǎo)向槽尺寸與所述滑桿的外徑適配且所述導(dǎo)向槽的深度與所述滑桿的高度相應(yīng)；在其他實施例中，第一導(dǎo)向部51為形成在坩堝保持器5的側(cè)壁中的導(dǎo)向孔，第二導(dǎo)向部71為形成在蓋板7邊緣的滑桿，所述導(dǎo)向孔的內(nèi)徑與所述滑桿的外徑適配且所述導(dǎo)向孔的深度與所述滑桿的高度相應(yīng)。關(guān)于第一導(dǎo)向部51和第二導(dǎo)向部71的個數(shù)沒有特殊限制，例如，可以如圖3中所示，分別形成兩對第一導(dǎo)向部51和第二導(dǎo)向部71，還可以分別形成四對以上第一導(dǎo)向部51和第二導(dǎo)向部71。為了減小對氣體傳輸?shù)挠绊?，可選地，所述滑桿的高度為所述坩堝高度的1/4 1/2。此外，還可以使上述實施例中的滑竿相對于上下方向形成有0. 1-15度的錐度，且所述導(dǎo)向件8從頂部部至底部逐漸變細。由此，通過所述具有錐度的滑竿可以使蓋板7相對于坩堝2的滑動的保持平穩(wěn)，并最終固定在坩堝2的開口端處。下面將參照圖4來描述石英墊片9。關(guān)于石英墊片9的形狀沒有特殊的限制。例如，在一些實施例中，可以采用如圖4所示的圓環(huán)狀墊片。具體地，將圓環(huán)狀石英墊片置于多晶硅給料I的頂部以隔離多晶硅給料I和蓋板7，由此可以避免因在整個熔料過程中硅料表面出現(xiàn)的高度差導(dǎo)致在硅料較高處蓋板7與硅料接觸從而引進雜質(zhì)。當(dāng)然，也還可以采用圓墊片或方墊片等。具體地，在多晶硅給料I加料結(jié)束后，在多晶硅給料I的上方，分別在平面方向的多處間隔開地設(shè)置多個圓墊片或方墊片以隔離多晶硅給料I和蓋板7，同樣地也可以避免因在整個熔料過程中硅料表面出現(xiàn)的高度差導(dǎo)致在硅料較高處蓋板7與硅料接觸從而引進雜質(zhì)。需要說明的是，任何提及“一個實施例”、“實施例”、“示意性實施例”等意指結(jié)合該實施例描述的具體構(gòu)件、結(jié)構(gòu)或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例中。在本說明書各處的該示意性表述不一定指的是相同的實施例。而且，當(dāng)結(jié)合任何實施例描述具體構(gòu)件、結(jié)構(gòu)或者特點時，所主張的是，結(jié)合其他的實施例實現(xiàn)這樣的構(gòu)件、結(jié)構(gòu)或者特點均落在本領(lǐng)域技術(shù)人員的范圍之內(nèi)。盡管參照本發(fā)明的多個示意性實施例對本發(fā)明的具體實施方式
進行了詳細的描述，但是必須理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計出多種其他的改進和實施例，這些改進和實施例將落在本發(fā)明原理的精神和范圍之內(nèi)。具體而言，在前述公開、附圖以及權(quán)利要求的范圍之內(nèi)，可以在零部件和/或者從屬組合布局的布置方面作出合理 的變型和改進，而不會脫離本發(fā)明的精神。除了零部件和/或布局方面的變型和改進，其范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種制造硅晶錠的方法，其特征在于，包括以下步驟 將多晶硅給料放入坩堝中直至所述多晶硅給料高出所述坩堝的開口端預(yù)定高度； 在所述多晶硅給料上放置石英墊片； 在所述石英墊片上設(shè)置蓋板，其中所述蓋板的尺寸適于覆蓋所述坩堝的開口端； 向所述坩堝內(nèi)噴吹非活性氣體的同時加熱所述多晶硅給料以使其熔化為熔體；以及使所述熔體定向凝固，得到硅晶錠。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造硅晶錠的方法，其特征在于， 所述坩堝由坩堝保持器保持， 所述坩堝保持器上形成有第一導(dǎo)向部且所述蓋板上形成有第二導(dǎo)向部，所述第一導(dǎo)向部和所述第二導(dǎo)向部適配以在加熱所述多晶硅給料使其熔化為熔體的過程中引導(dǎo)所述蓋板相對于所述坩堝保持器在豎直方向上向下滑動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造硅晶錠的方法，其特征在于， 其中，所述第一導(dǎo)向部為形成在所述坩堝保持器的頂壁的滑桿，所述第二導(dǎo)向部為形成在所述蓋板邊緣的導(dǎo)向通孔，且所述導(dǎo)向通孔的內(nèi)徑與所述滑竿的外徑適配。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造硅晶錠的方法，其特征在于， 所述滑桿的高度為所述坩堝高度的1/4 1/2。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造硅晶錠的方法，其特征在于， 其中，所述第一導(dǎo)向部為形成在所述坩堝保持器的側(cè)壁外表面上的導(dǎo)向槽，所述第二導(dǎo)向部為形成在所述蓋板邊緣的滑桿，所述導(dǎo)向槽尺寸與所述滑桿的外徑適配且所述導(dǎo)向槽的深度與所述滑桿的高度相應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造硅晶錠的方法，其特征在于， 其中，所述第一導(dǎo)向部為形成在所述坩堝保持器的側(cè)壁中的導(dǎo)向孔，所述第二導(dǎo)向部為形成在所述蓋板邊緣的滑桿，所述導(dǎo)向孔的內(nèi)徑與所述滑桿的外徑適配且所述導(dǎo)向孔的深度與所述滑桿的高度相應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的制造硅晶錠的方法，其特征在于， 所述滑桿的高度為所述坩堝高度的1/4 1/2。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項所述的制造硅晶錠的方法，其特征在于，所述滑桿相對于上下方向形成有0. 1-15度的錐度，且所述滑桿從底部至頂部逐漸變粗。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造硅晶錠的方法，其特征在于， 其中，所述石英墊片為圓環(huán)狀墊片、圓墊片或方墊片。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造硅晶錠的方法，其特征在于，還包括以下步驟 在將多晶硅給料放入坩堝中之前，在坩堝底部放入籽晶，以用于制造單晶硅錠。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制造硅晶錠的方法，包括以下步驟將多晶硅給料放入坩堝中直至所述多晶硅給料高出所述坩堝的開口端預(yù)定高度；在所述多晶硅給料上放置石英墊片；在所述石英墊片上設(shè)置蓋板，其中所述蓋板的尺寸適于覆蓋所述坩堝的開口端；向所述坩堝內(nèi)噴吹非活性氣體的同時加熱所述多晶硅給料以使其熔化為熔體；以及使所述熔體定向凝固，得到硅晶錠。根據(jù)本發(fā)明實施例的制造硅晶錠的方法，可以將給料量提高20-30％，從而提高了生產(chǎn)效率、降低了晶錠的制造成本。
文檔編號C30B11/00GK102677146SQ20111006698
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者李園 申請人:王楚雯