專利名稱：一種提高單晶爐熱場(chǎng)坩堝使用壽命的方法及直拉單晶爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用直拉法生產(chǎn)單晶硅時(shí)，提高單晶爐熱場(chǎng)坩堝使用壽命的方法及 實(shí)現(xiàn)該方法的單晶爐，屬于半導(dǎo)體晶體生長(zhǎng)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
21世紀(jì)，世界能源危機(jī)促進(jìn)了光伏市場(chǎng)的發(fā)展，晶體硅太陽(yáng)能電池是光伏行業(yè)的 主導(dǎo)產(chǎn)品，占市場(chǎng)份額的90%。在國(guó)際市場(chǎng)的拉動(dòng)下，我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速， 我國(guó)太陽(yáng)能電池年產(chǎn)量由原來(lái)占世界份額的發(fā)展到世界份額的10%以上。與其它晶體 硅太陽(yáng)能電池相比，單晶硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化率較高，但其生產(chǎn)成本也高。隨著世界各國(guó)對(duì) 太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步重視，特別是發(fā)達(dá)國(guó)家制定了一系列的扶持政策，鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)利用 太陽(yáng)能，另外，隨著硅太陽(yáng)能電池應(yīng)用面的不斷擴(kuò)大，太陽(yáng)能電池的需求量越來(lái)越大，硅單 晶材料的需求量也就同比擴(kuò)大。單晶硅為一種半導(dǎo)體材料，一般用于制造集成電路和其它電子元件，單晶硅生長(zhǎng) 技術(shù)有兩種區(qū)熔法和直拉法，其中直拉法是目前普遍采用的方法。在直拉法生長(zhǎng)單晶硅的方法中，將高純度的多晶硅原料放入單晶生長(zhǎng)爐中的石英 坩堝內(nèi)，然后在低真空有流動(dòng)惰性氣體保護(hù)下加熱熔化，把一支有著特定生長(zhǎng)方向的單晶 硅(稱做籽晶)裝入籽晶夾持裝置中，并使籽晶與硅溶液接觸，調(diào)整熔融硅溶液的溫度，使 其接近熔點(diǎn)溫度，然后驅(qū)動(dòng)籽晶自上而下伸入熔融的硅溶液中并旋轉(zhuǎn)，然后緩緩上提籽晶， 則單晶硅體進(jìn)入錐體部分的生長(zhǎng)，當(dāng)錐體的直徑接近目標(biāo)直徑時(shí)，提高籽晶的提升速度，使 單晶硅體直徑不再增大而進(jìn)入晶體的中部生長(zhǎng)階段，在單晶硅體生長(zhǎng)接近結(jié)束時(shí)，再提高 籽晶的提升速度，單晶硅體逐漸脫離熔融硅，形成下錐體而結(jié)束生長(zhǎng)。用這種方法生長(zhǎng)出來(lái) 的單晶硅，其形狀為兩端呈錐形的圓柱體，將該圓柱體切片，即得到單晶硅半導(dǎo)體原料，這 種圓形單晶硅片就可以作為集成電路或太陽(yáng)能的材料。單晶硅拉制需要在一整套的熱系統(tǒng)中進(jìn)行，在拉制過(guò)程中處于低真空狀態(tài)，且不 斷向單晶爐內(nèi)充入惰性保護(hù)氣體以帶走由于單晶硅體從溶液中結(jié)晶時(shí)散發(fā)的結(jié)晶潛熱和 硅溶液揮發(fā)的一氧化硅顆粒，然后從單晶爐的排氣口中由真空泵排出。單晶爐傳統(tǒng)的熱場(chǎng) 部件基本上包括爐壁、加熱器、保溫層、石墨坩堝、石英坩堝等，單晶爐在由真空泵從排氣口 中排出一氧化硅時(shí)，由一氧化硅和保護(hù)氣體組成的混合氣體就會(huì)流經(jīng)石墨坩堝等部件，因 為石墨坩堝是石墨制品，且爐內(nèi)溫度為1420度以上，并連續(xù)工作30小時(shí)以上，單晶爐內(nèi)的 一氧化硅雜質(zhì)和石英坩堝的氧和硅成分會(huì)和石墨坩堝反應(yīng)，生成一氧化碳，二氧化碳，碳化 硅等，從而造成對(duì)石墨坩堝的侵蝕，同時(shí)，石英坩堝和石墨坩堝接觸部分的養(yǎng)化反應(yīng)，使硅 原子滲透到石墨坩堝的表層，形成一層碳化硅層，引起坩堝斷裂，這些都會(huì)降低石墨坩堝的 壽命，增加生產(chǎn)成本。另外，目前所采用的石墨坩堝均為三瓣、四瓣或多瓣結(jié)構(gòu)，各瓣的接縫 處會(huì)存在一定的縫隙，上述一氧化硅和保護(hù)氣體的混合氣體就會(huì)從縫隙中穿過(guò)，由于一氧 化硅會(huì)和石墨反應(yīng)，縫隙處的石墨被不斷地侵蝕，時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)斷裂，這也同樣會(huì)降低石墨 坩堝的壽命。
為了解決上述問(wèn)題，在現(xiàn)有技術(shù)中也有采用將爐內(nèi)氣體從位于熱場(chǎng)上方側(cè)壁的排 氣孔排出的方法，這樣單晶硅體生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的一氧化硅不再經(jīng)過(guò)石墨坩堝，從而增加 熱場(chǎng)部件的壽命，如公開(kāi)號(hào)為CN1990918A的專利中所公開(kāi)的一種提高直拉硅單晶爐熱場(chǎng) 部件壽命的方法及單晶爐，這些結(jié)構(gòu)都較為復(fù)雜，而且需要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備進(jìn)行改造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要目的在于解決上述問(wèn)題和不足，提供一種提高單晶爐熱場(chǎng)坩堝使用壽 命的方法，該方法不但可以大幅增加石墨坩堝的使用壽命，降低生產(chǎn)成本，而且工藝簡(jiǎn)單實(shí) 用，可以直接在現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備中使用。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種采用上述方法的單晶爐。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種提高單晶爐熱場(chǎng)坩堝使用壽命的方法，是在單晶爐熱場(chǎng)部件中的石墨坩堝和 石英坩堝之間加墊一層石墨紙，將石墨坩堝和石英坩堝隔離開(kāi)。石墨紙的設(shè)置方式有兩種，一種是石墨紙只墊在石墨坩堝各瓣之間的接縫處；另 一種是將石墨紙鋪滿整個(gè)所述石墨坩堝的內(nèi)表面。一種采用上述方法的單晶爐，包括石墨坩堝、石英坩堝、加熱器、保溫層、爐壁，在 石墨坩堝和石英坩堝之間加墊一層石墨紙。所述石墨紙只墊在所述石墨坩堝各瓣之間的接縫處。所述石墨紙鋪滿整個(gè)所述石墨坩堝的內(nèi)表面。綜上內(nèi)容，所述的一種提高單晶爐熱場(chǎng)坩堝使用壽命的方法和直拉單晶爐，在石 墨坩堝和石英坩堝之間加墊石墨紙，將石墨坩堝和石英坩堝隔離開(kāi)，能夠減少一氧化硅和 石英坩堝直接對(duì)石墨坩堝的侵蝕，同時(shí)，用石墨紙可以避免生長(zhǎng)過(guò)程中的混合氣體從石墨 坩堝各瓣的接縫處穿過(guò)，避免一氧化硅對(duì)石墨坩堝各瓣接縫處的侵蝕，能極大的提高石墨 坩堝的使用壽命。采用這種結(jié)構(gòu)，一氧化硅直接侵蝕的是石墨紙，只要定期更換石墨紙就可以了，這 樣可以使石墨坩堝的壽命提高一至二倍左右，同時(shí)也可以減少石英坩堝的破損幾率，大幅 度降低生產(chǎn)成本。另外，采用該種結(jié)構(gòu)，工藝簡(jiǎn)單實(shí)用，可以直接在現(xiàn)有技術(shù)中的單晶爐設(shè) 備中使用，不需要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備進(jìn)行改造，它可適用于任意型號(hào)和結(jié)構(gòu)的單晶爐。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明石墨坩堝和石英坩堝的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1和圖2所示，石墨坩堝1，石英坩堝2，石墨紙3，加熱器4，保溫層5，爐壁6， 熱屏7，排氣口 8，籽晶9，硅熔體10，坩堝托盤(pán)11，中軸12。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述如圖1和圖2所示，用直拉法生長(zhǎng)單晶硅的單晶爐包括加熱器4、保溫層5、石墨坩 堝1、石英坩堝2、爐壁6，其中，保溫層5、加熱器4設(shè)置在爐壁6內(nèi)部，石墨坩堝1放置在坩堝托盤(pán)11上，坩堝托盤(pán)11與中軸12連接，石英坩堝2放置在石墨坩堝1內(nèi)，硅熔體10放 在石英坩堝2內(nèi)，在硅熔體10的上方設(shè)置有熱屏7，籽晶9與硅溶體10接觸，在爐壁6上開(kāi) 設(shè)有排氣口 8。為提高單晶爐熱場(chǎng)坩堝的使用壽命，本發(fā)明在石墨坩堝1和石英坩堝2之間加墊 了一層石墨紙3，將石墨坩堝1和石英坩堝2隔離開(kāi)，石墨紙3的設(shè)置方式有兩種。實(shí)施例一，如圖2所示，現(xiàn)有技術(shù)中的石墨坩堝1多為三瓣、四瓣、五瓣，石墨紙3 只墊在石墨坩堝1各瓣之間的接縫處，保證石墨坩堝1內(nèi)表面上的接縫處不裸露在外，所有 接縫處均鋪設(shè)有石墨紙3。石墨紙3的厚度、寬度、高度根據(jù)石墨坩堝1的尺寸任意選擇。采用實(shí)施例一這種方法和結(jié)構(gòu)，可以提高石墨坩堝1的壽命一倍左右，在石墨紙3 被侵蝕后，更換石墨紙3即可。上述石墨紙3的安裝方法為首先將石墨坩堝1安裝好，再按要求裁剪合適大小的石墨紙3，并將裁剪后的石墨 紙3墊在石墨坩堝1的接縫處，完全將石墨坩堝1的接縫遮蓋住，最后安裝石英坩堝2，并將 漏在外面多余的石墨紙3裁掉。實(shí)施例二，是將石墨紙3鋪滿整個(gè)石墨坩堝1的內(nèi)表面，這樣可以提高石墨坩堝1 的壽命二倍左右，但是這種方式，石墨紙3的用量較多，成本相對(duì)于實(shí)施例一的方式有所增 加。如上所述，結(jié)合附圖和實(shí)施例所給出的方案內(nèi)容，可以衍生出類似的技術(shù)方案。但 凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單 修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種提高單晶爐熱場(chǎng)坩堝使用壽命的方法，其特征在于在單晶爐熱場(chǎng)部件中的石 墨坩堝(1)和石英坩堝(2)之間加墊一層石墨紙(3)，將石墨坩堝(1)和石英坩堝(2)隔離 開(kāi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高單晶爐熱場(chǎng)坩堝使用壽命的方法，其特征在于所述石 墨紙(3)只墊在所述石墨坩堝(1)各瓣之間的接縫處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高單晶爐熱場(chǎng)坩堝使用壽命的方法，其特征在于所述石 墨紙(3)鋪滿整個(gè)所述石墨坩堝(1)的內(nèi)表面。
4.一種采用如權(quán)利要求1所述方法的直拉單晶爐，包括石墨坩堝(1)、石英坩堝O)、加 熱器G)、保溫層(5)、爐壁(6)，其特征在于在石墨坩堝(1)和石英坩堝(2)之間加墊一 層石墨紙⑶。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的直拉單晶爐，其特征在于所述石墨紙(3)只墊在所述石墨 坩堝(1)各瓣之間的接縫處。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的直拉單晶爐，其特征在于所述石墨紙(3)鋪滿整個(gè)所述石 墨坩堝(1)的內(nèi)表面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高單晶爐熱場(chǎng)坩堝使用壽命的方法及直拉單晶爐，是在單晶爐熱場(chǎng)部件中的石墨坩堝和石英坩堝之間加墊一層石墨紙，將石墨坩堝和石英坩堝隔離開(kāi)，這樣能夠減少在單晶硅體生長(zhǎng)過(guò)程中所產(chǎn)生的一氧化硅和石英坩堝直接對(duì)石墨坩堝的侵蝕，同時(shí)，用石墨紙可以避免生長(zhǎng)過(guò)程中的混合氣體從石墨坩堝各瓣的接縫處穿過(guò)，避免一氧化硅對(duì)石墨坩堝各瓣接縫處的侵蝕，使石墨坩堝的壽命提高一至二倍左右，大幅度降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C30B15/10GK102041550SQ20091030874
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者周儉 申請(qǐng)人:上海杰姆斯電子材料有限公司