CN102041550A - 一种提高单晶炉热场坩埚使用寿命的方法及直拉单晶炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高单晶炉热场坩埚使用寿命的方法及直拉单晶炉，是在单晶炉热场部件中的石墨坩埚和石英坩埚之间加垫一层石墨纸，将石墨坩埚和石英坩埚隔离开，这样能够减少在单晶硅体生长过程中所产生的一氧化硅和石英坩埚直接对石墨坩埚的侵蚀，同时，用石墨纸可以避免生长过程中的混合气体从石墨坩埚各瓣的接缝处穿过，避免一氧化硅对石墨坩埚各瓣接缝处的侵蚀，使石墨坩埚的寿命提高一至二倍左右，大幅度降低生产成本。

Description

一种提高单晶炉热场坩埚使用寿命的方法及直拉单晶炉

技术领域

本发明涉及一种用直拉法生产单晶硅时，提高单晶炉热场坩埚使用寿命的方法及实现该方法的单晶炉，属于半导体晶体生长设备技术领域。

背景技术

21世纪，世界能源危机促进了光伏市场的发展，晶体硅太阳能电池是光伏行业的主导产品，占市场份额的90％。在国际市场的拉动下，我国太阳能光伏发电产业发展迅速，我国太阳能电池年产量由原来占世界份额的1％发展到世界份额的10％以上。与其它晶体硅太阳能电池相比，单晶硅太阳能电池的转化率较高，但其生产成本也高。随着世界各国对太阳能光伏产业的进一步重视，特别是发达国家制定了一系列的扶持政策，鼓励开发利用太阳能，另外，随着硅太阳能电池应用面的不断扩大，太阳能电池的需求量越来越大，硅单晶材料的需求量也就同比扩大。

单晶硅为一种半导体材料，一般用于制造集成电路和其它电子元件，单晶硅生长技术有两种：区熔法和直拉法，其中直拉法是目前普遍采用的方法。

在直拉法生长单晶硅的方法中，将高纯度的多晶硅原料放入单晶生长炉中的石英坩埚内，然后在低真空有流动惰性气体保护下加热熔化，把一支有着特定生长方向的单晶硅(称做籽晶)装入籽晶夹持装置中，并使籽晶与硅溶液接触，调整熔融硅溶液的温度，使其接近熔点温度，然后驱动籽晶自上而下伸入熔融的硅溶液中并旋转，然后缓缓上提籽晶，则单晶硅体进入锥体部分的生长，当锥体的直径接近目标直径时，提高籽晶的提升速度，使单晶硅体直径不再增大而进入晶体的中部生长阶段，在单晶硅体生长接近结束时，再提高籽晶的提升速度，单晶硅体逐渐脱离熔融硅，形成下锥体而结束生长。用这种方法生长出来的单晶硅，其形状为两端呈锥形的圆柱体，将该圆柱体切片，即得到单晶硅半导体原料，这种圆形单晶硅片就可以作为集成电路或太阳能的材料。

单晶硅拉制需要在一整套的热系统中进行，在拉制过程中处于低真空状态，且不断向单晶炉内充入惰性保护气体以带走由于单晶硅体从溶液中结晶时散发的结晶潜热和硅溶液挥发的一氧化硅颗粒，然后从单晶炉的排气口中由真空泵排出。单晶炉传统的热场部件基本上包括炉壁、加热器、保温层、石墨坩埚、石英坩埚等，单晶炉在由真空泵从排气口中排出一氧化硅时，由一氧化硅和保护气体组成的混合气体就会流经石墨坩埚等部件，因为石墨坩埚是石墨制品，且炉内温度为1420度以上，并连续工作30小时以上，单晶炉内的一氧化硅杂质和石英坩埚的氧和硅成分会和石墨坩埚反应，生成一氧化碳，二氧化碳，碳化硅等，从而造成对石墨坩埚的侵蚀，同时，石英坩埚和石墨坩埚接触部分的养化反应，使硅原子渗透到石墨坩埚的表层，形成一层碳化硅层，引起坩埚断裂，这些都会降低石墨坩埚的寿命，增加生产成本。另外，目前所采用的石墨坩埚均为三瓣、四瓣或多瓣结构，各瓣的接缝处会存在一定的缝隙，上述一氧化硅和保护气体的混合气体就会从缝隙中穿过，由于一氧化硅会和石墨反应，缝隙处的石墨被不断地侵蚀，时间长了就会断裂，这也同样会降低石墨坩埚的寿命。

为了解决上述问题，在现有技术中也有采用将炉内气体从位于热场上方侧壁的排气孔排出的方法，这样单晶硅体生长过程中产生的一氧化硅不再经过石墨坩埚，从而增加热场部件的寿命，如公开号为CN1990918A的专利中所公开的一种提高直拉硅单晶炉热场部件寿命的方法及单晶炉，这些结构都较为复杂，而且需要对现有技术设备进行改造。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种提高单晶炉热场坩埚使用寿命的方法，该方法不但可以大幅增加石墨坩埚的使用寿命，降低生产成本，而且工艺简单实用，可以直接在现有技术设备中使用。

本发明的另一个目的在于，提供一种采用上述方法的单晶炉。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

一种提高单晶炉热场坩埚使用寿命的方法，是在单晶炉热场部件中的石墨坩埚和石英坩埚之间加垫一层石墨纸，将石墨坩埚和石英坩埚隔离开。

石墨纸的设置方式有两种，一种是石墨纸只垫在石墨坩埚各瓣之间的接缝处；另一种是将石墨纸铺满整个所述石墨坩埚的内表面。

一种采用上述方法的单晶炉，包括石墨坩埚、石英坩埚、加热器、保温层、炉壁，在石墨坩埚和石英坩埚之间加垫一层石墨纸。

所述石墨纸只垫在所述石墨坩埚各瓣之间的接缝处。

所述石墨纸铺满整个所述石墨坩埚的内表面。

综上内容，所述的一种提高单晶炉热场坩埚使用寿命的方法和直拉单晶炉，在石墨坩埚和石英坩埚之间加垫石墨纸，将石墨坩埚和石英坩埚隔离开，能够减少一氧化硅和石英坩埚直接对石墨坩埚的侵蚀，同时，用石墨纸可以避免生长过程中的混合气体从石墨坩埚各瓣的接缝处穿过，避免一氧化硅对石墨坩埚各瓣接缝处的侵蚀，能极大的提高石墨坩埚的使用寿命。

采用这种结构，一氧化硅直接侵蚀的是石墨纸，只要定期更换石墨纸就可以了，这样可以使石墨坩埚的寿命提高一至二倍左右，同时也可以减少石英坩埚的破损几率，大幅度降低生产成本。另外，采用该种结构，工艺简单实用，可以直接在现有技术中的单晶炉设备中使用，不需要对现有技术设备进行改造，它可适用于任意型号和结构的单晶炉。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明石墨坩埚和石英坩埚的结构示意图。

如图1和图2所示，石墨坩埚1，石英坩埚2，石墨纸3，加热器4，保温层5，炉壁6，热屏7，排气口8，籽晶9，硅熔体10，坩埚托盘11，中轴12。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1和图2所示，用直拉法生长单晶硅的单晶炉包括加热器4、保温层5、石墨坩埚1、石英坩埚2、炉壁6，其中，保温层5、加热器4设置在炉壁6内部，石墨坩埚1放置在坩埚托盘11上，坩埚托盘11与中轴12连接，石英坩埚2放置在石墨坩埚1内，硅熔体10放在石英坩埚2内，在硅熔体10的上方设置有热屏7，籽晶9与硅溶体10接触，在炉壁6上开设有排气口8。

为提高单晶炉热场坩埚的使用寿命，本发明在石墨坩埚1和石英坩埚2之间加垫了一层石墨纸3，将石墨坩埚1和石英坩埚2隔离开，石墨纸3的设置方式有两种。

实施例一，如图2所示，现有技术中的石墨坩埚1多为三瓣、四瓣、五瓣，石墨纸3只垫在石墨坩埚1各瓣之间的接缝处，保证石墨坩埚1内表面上的接缝处不裸露在外，所有接缝处均铺设有石墨纸3。石墨纸3的厚度、宽度、高度根据石墨坩埚1的尺寸任意选择。

采用实施例一这种方法和结构，可以提高石墨坩埚1的寿命一倍左右，在石墨纸3被侵蚀后，更换石墨纸3即可。

上述石墨纸3的安装方法为：

首先将石墨坩埚1安装好，再按要求裁剪合适大小的石墨纸3，并将裁剪后的石墨纸3垫在石墨坩埚1的接缝处，完全将石墨坩埚1的接缝遮盖住，最后安装石英坩埚2，并将漏在外面多余的石墨纸3裁掉。

实施例二，是将石墨纸3铺满整个石墨坩埚1的内表面，这样可以提高石墨坩埚1的寿命二倍左右，但是这种方式，石墨纸3的用量较多，成本相对于实施例一的方式有所增加。

如上所述，结合附图和实施例所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种提高单晶炉热场坩埚使用寿命的方法，其特征在于：在单晶炉热场部件中的石墨坩埚(1)和石英坩埚(2)之间加垫一层石墨纸(3)，将石墨坩埚(1)和石英坩埚(2)隔离开。

2.根据权利要求1所述的提高单晶炉热场坩埚使用寿命的方法，其特征在于：所述石墨纸(3)只垫在所述石墨坩埚(1)各瓣之间的接缝处。

3.根据权利要求1所述的提高单晶炉热场坩埚使用寿命的方法，其特征在于：所述石墨纸(3)铺满整个所述石墨坩埚(1)的内表面。

4.一种采用如权利要求1所述方法的直拉单晶炉，包括石墨坩埚(1)、石英坩埚(2)、加热器(4)、保温层(5)、炉壁(6)，其特征在于：在石墨坩埚(1)和石英坩埚(2)之间加垫一层石墨纸(3)。

5.根据权利要求4所述的直拉单晶炉，其特征在于：所述石墨纸(3)只垫在所述石墨坩埚(1)各瓣之间的接缝处。

6.根据权利要求4所述的直拉单晶炉，其特征在于：所述石墨纸(3)铺满整个所述石墨坩埚(1)的内表面。

Images