CN101435106A - 一种单晶硅棒的生产工艺及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单晶硅棒的生产工艺，包括分选、清洗、配料、装炉、化硅、降温、缩颈、放肩、转肩、等径生长、收尾、取出晶棒工序，其特征在于：该单晶硅棒生产工艺在取出晶棒工序后还进行二次投料工序，二次投料工序后是取出投料装置工序，然后在引晶装置上装上籽晶，将籽晶放入副室，合上副室，将副室抽成真空，打开翻盖阀门，打开副室氩气阀，关闭主室氩气阀，再次进行化硅、降温、缩颈、放肩、转肩、等径生长、收尾、取出晶棒工序，最后停炉。本发明可以在不停炉情况下连续生产多根单晶硅棒，节省石英坩锅用量、节约能耗。另外，本发明还公开了一种实施上述生产工艺的单晶炉设备。

Description

一种单晶硅棒的生产工艺及设备

【技术领域】

本发明涉及一种太阳能单晶硅棒的生产工艺及设备。

【背景技术】

目前太阳能单晶硅棒的传统生产工艺一般有以下工序：(1)分选：将硅料里的杂物筛选掉并区分硅料的型号与电阻率；(2)清洗：将已筛选好的硅料进行清洗烘干；(3)配料：将原料按投料量计算出目标电阻率所需掺杂剂的重量；(4)装炉：把配好的原料装在石英坩埚中，石英坩埚放入单晶炉主室中，在单晶炉引晶装置装上籽晶(籽晶是促生熔化晶体生长成晶棒的晶核)，然后封炉抽真空；(5)化硅：通过石墨加热装置加热，将原料多晶硅熔化；(6)降温：将溶硅温度降至固、液临界并保持，给定一定的埚转和晶转；(7)缩颈：将装在单晶炉引晶装置上的籽晶浸入熔体，然后向上提拉籽晶引出晶体并收细，拉至一定长度以防止籽晶中的位错延伸到晶体中；(8)放肩：将晶体控制生长到所需直径；(9)转肩：当晶体生长到预定直径时提拉籽晶使晶体垂直生长；(10)等径生长：根据熔体和单晶炉情况，控制晶体等径生长到所需长度；(11)收尾：提拉籽晶使晶体末端直径逐渐缩小，离开熔体；(12)停炉；(13)取出晶棒：晶棒冷却一段时间后将籽晶和晶棒取出分开，取下晶棒。上述的传统工艺是采用开一次炉、投一次料、生产一根单晶硅棒这种生产工艺，而每开一次炉需经历一次从冷却到高温再冷却的循环过程，该过程消耗大量的能源，同时需消耗一个石英坩锅。而用于实施上述传统工艺的单晶炉设备，包括主室、副室和可以上下升降的引晶装置，主室和副室之间设有翻盖阀门。

【发明内容】

鉴于目前公知技术存在的问题，本发明要解决的技术问题是在于提供一种单晶硅棒的生产工艺，该生产工艺可以在不停炉情况下连续生产多根单晶硅棒，节省石英坩锅用量、节约能耗；本发明还提供了一种实施该生产工艺的单晶炉设备。

为解决上述技术问题，本发明是采取如下技术方案来完成的：

一种单晶硅棒的生产工艺，包括分选、清洗、配料、装炉、化硅、降温、缩颈、放肩、转肩、等径生长、收尾、取出晶棒工序，其特征在于：该单晶硅棒生产工艺在取出晶棒工序后还进行二次投料工序，二次投料工序是从单晶炉引晶装置上取下籽晶后装上投料装置，向投料装置内装入硅料，投料装置放入单晶炉副室，合上副室，将副室抽成真空，打开单晶炉主室和副室之间的翻盖阀门，打开副室氩气阀，关闭主室氩气阀，将投料装置降入主室，将硅料投入位于单晶炉主室内的石英坩埚内；二次投料工序后是取出投料装置工序，把投料装置升入副室，打开主室氩气阀，关上翻盖阀门，打开副室氩气阀向副室内充入氩气使副室内压力为大气压力，关闭副室氩气阀，打开副室，从引晶装置上取下投料装置；然后在引晶装置上装上籽晶，将籽晶放入副室，合上副室，将副室抽成真空，打开翻盖阀门，打开副室氩气阀，关闭主室氩气阀，再次进行化硅、降温、缩颈、放肩、转肩、等径生长、收尾、取出晶棒工序，最后停炉。二次投料工序可以进行两次。

一种用于实施上述单晶硅棒生产工艺的单晶炉设备，包括主室、副室和引晶装置，主室和副室之间设有翻盖阀门，其特征在于：所述单晶炉设备还设有二次投料装置。所述二次投料装置包括石英管、不锈钢圆棒和石英圆锥，不锈钢圆棒活动设在石英管内，石英管的外部固定套接有石英法兰环，不锈钢圆棒的下端与石英圆锥连接。

该单晶硅棒的生产工艺，在一次开停炉的过程中，在一个石英坩锅的有效耐热寿命里，可以进行两次二次加料，完成三根单晶硅棒成品的生产，而该生产过程中单晶炉始终处于高温状态，所以可节约两次对单晶炉从冷却状态到加热到1420摄氏度的能源消耗，同时可节约两个石英坩锅的消耗，并节约一定量的冷却水和氩气等。该生产工艺与现有的传统工艺相比，具有突出的实质性特点和显著的进步。为实施上述生产工艺，现有的单晶硅棒生产设备单晶炉增加了二次投料装置，在单晶炉生产过程的高温状态时，通过打开主室和副室之间的翻盖阀门，将二次投料装置内的原料多次添加进装在主室内的石英坩锅，从而实现一次开炉生产三根单晶硅棒成品的生产工艺。

【附图说明】

本发明有如下附图：

图1为本发明的单晶炉设备结构示意图

【具体实施方式】

附图表示了本发明的技术方案及其实施例，下面再结合附图进一步描述其实施例的各有关细节及其工作原理。

参照附图1，该单晶炉，包括主室7、副室9、二次投料装置和引晶装置11，主室7和副室9之间设有翻盖阀门8，所述二次投料装置包括石英管1、不锈钢圆棒2和石英圆锥5，不锈钢圆棒2的下端通过钼螺丝6与所述石英圆锥5固定连接，不锈钢圆棒2的外部活动套接有石英管1，石英管1的外部固定套接有石英法兰环3，石英管1和石英圆锥5围成一个底面为锥面的桶体，桶体内放置加工单晶硅棒的原料4，所述副室9内壁设有不锈钢法兰环10。在加料时，不锈钢圆棒2的上端与所述引晶装置11连接，二次投料装置装入副室9内，在引晶装置11下放过程中，不锈钢法兰环10会卡住所述石英法兰环3，将石英管1固定在所述副室9内壁上，随着引晶装置11的继续下放，石英圆锥5与石英管1脱离，装在石英管1内的原料4就会从石英圆锥5的锥面上滑落

该单晶硅棒的生产工艺是这样的：(1)分选：将硅料里的杂物筛选掉并区分硅料的型号与电阻率；(2)清洗：将已筛选好的硅料进行清洗烘干；(3)配料：将原料按投料量计算出目标电阻率所需掺杂剂的重量；(4)装炉：把配好的原料装在石英坩埚中，石英坩埚放入单晶炉主室中，在单晶炉引晶装置装上籽晶，然后封炉抽真空；(5)化硅：通过石墨加热装置加热，将原料多晶硅熔化；(6)降温：将溶硅温度降至固、液临界并保持，给定一定的埚转和晶转；(7)缩颈：将装在单晶炉引晶装置上的籽晶浸入熔体，然后向上提拉籽晶引出晶体并收细，拉至一定长度以防止籽晶中的位错延伸到晶体中；(8)放肩：将晶体控制生长到所需直径；(9)转肩：当晶体生长到预定直径时提拉籽晶使晶体垂直生长；(10)等径生长：根据熔体和单晶炉情况，控制晶体等径生长到所需长度；(11)收尾：提拉籽晶使晶体末端直径逐渐缩小，离开熔体；(12)取出晶棒：给定拉速3.5mm/min，在主室内冷却一段时间，将晶棒升入单晶炉副室，打开主室氩气阀，关上单晶炉主室和副室之间的翻盖阀门，打开副室氩气阀在副室内充入一定的氩气后关闭，当晶棒再冷却一段时间后打开副室氩气阀向副室内充入氩气使副室内压力为大气压力，然后关闭副室氩气阀，打开副室，将籽晶和晶棒分开，取出晶棒；(13)二次投料：从单晶炉引晶装置上取下籽晶装上投料装置，向投料装置内装入硅料，投料装置放入副室，合上副室，将副室抽成真空，打开翻盖阀门，打开副室氩气阀，关闭主室氩气阀，将投料装置降入主室，使投料装置上法兰环与副室内法兰环接触并卡住，将硅料投入石英坩埚内；(14)取出投料装置：把投料装置升入副室，打开主室氩气阀，关上翻盖阀门，打开副室氩气阀向副室内充入氩气使副室内压力为大气压力，关闭副室氩气阀，打开副室，从引晶装置上取下投料装置装上籽晶，籽晶放入副室，合上副室，将副室抽成真空，打开翻盖阀门，打开副室氩气阀，关闭主室氩气阀；(15)重复5～12的步骤；(16)再次投料，重复13～15的步骤；(17)停炉。

Claims (4)

1.一种单晶硅棒的生产工艺，包括分选、清洗、配料、装炉、化硅、降温、缩颈、放肩、转肩、等径生长、收尾、取出晶棒工序，其特征在于：该单晶硅棒生产工艺在取出晶棒工序后还进行二次投料工序，二次投料工序是从单晶炉引晶装置上取下籽晶后装上投料装置，向投料装置内装入硅料，投料装置放入单晶炉副室，合上副室，将副室抽成真空，打开单晶炉主室和副室之间的翻盖阀门，打开副室氩气阀，关闭主室氩气阀，将投料装置降入主室，将硅料投入位于单晶炉主室内的石英坩埚内；二次投料工序后是取出投料装置工序，把投料装置升入副室，打开主室氩气阀，关上翻盖阀门，打开副室氩气阀向副室内充入氩气使副室内压力为大气压力，关闭副室氩气阀，打开副室，从引晶装置上取下投料装置；然后在引晶装置上装上籽晶，将籽晶放入副室，合上副室，将副室抽成真空，打开翻盖阀门，打开副室氩气阀，关闭主室氩气阀，再次进行化硅、降温、缩颈、放肩、转肩、等径生长、收尾、取出晶棒工序，最后停炉。

2.如权利要求1所述的一种单晶硅棒的生产工艺，其特征在于：二次投料工序可以进行两次。

3.一种用于实施权利要求1单晶硅棒生产工艺的单晶炉设备，包括主室、副室和引晶装置，主室和副室之间设有翻盖阀门，其特征在于：所述单晶炉设备还设有二次投料装置。

4.如权利要求3所述的一种单晶炉设备，其特征在于：所述二次投料装置包括包括石英管(1)、不锈钢圆棒(2)和石英圆锥(5)，不锈钢圆棒(2)活动设在石英管(1)内，石英管(1)的外部固定套接有石英法兰环(3)，不锈钢圆棒(2)的下端与石英圆锥(5)连接。

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