CN102312283A - 具备双副炉室结构的单晶炉及单晶硅生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及直拉硅单晶炉设备，旨在提供一种具备双副炉室结构的单晶炉及单晶硅生产方法。该单晶炉有一个主炉室，主炉室上部装配有一个副炉室；该单晶炉还额外配置一个副炉室，两个副炉室均具备炉筒、晶体提升机构、水平调整机构、副炉室旋转机构和控制副炉室升降的液压缸，副炉室旋转机构均通过连接件活动安装于支撑柱上；各副炉室的下端设置一个副炉室闸阀，副炉室闸阀内设置活动的阀板；所述主炉室的上端设有一个隔离阀座，隔离阀座内部设置活动的主炉室隔离阀板，隔离阀座上侧与两个副炉室闸阀相互匹配。通过两个炉筒的交替使用，可在晶棒冷却的同时进行下一根晶棒的拉制，缩短了生产周期，大幅度提高生产效率，有效降低成本。

Description

具备双副炉室结构的单晶炉及单晶硅生产方法
技术领域
本发明涉及直拉硅单晶炉设备，特别涉及一种具备双副炉室结构的单晶炉及单晶硅生产方法。
背景技术
传统的直拉硅单晶炉在其炉体上部配有一个副炉室，用于在晶体提拉出熔体后上升到副炉室内部缓慢冷却。生长直径8英寸的单晶冷却时间通常需要6～8小时，但在此冷却过程中不能进行下一根单晶的拉制。这直接导致炉体有效运行时间缩短，并且在此期间，还必须为维持炉体温度提供持续的电力供应，造成严重浪费。自直拉法硅单晶生长炉投入使用以来，一直没有开发出有效的设备以降低由于晶体冷却对的设备运转效率的影响，硅单晶炉生产效率无法进一步提高，限制了生产企业进一步降低成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种具备双副炉室结构的单晶炉及单晶硅生产方法。
为解决技术问题，本发明提供的方案是：
提供具备双副炉室结构的单晶炉，该单晶炉有一个主炉室，主炉室上部装配有一个副炉室；该单晶炉还额外配置一个副炉室，两个副炉室均具备炉筒、晶体提升机构、水平调整机构、副炉室旋转机构和控制副炉室升降的液压缸，副炉室旋转机构均通过连接件活动安装于支撑柱上；各副炉室的下端设置一个副炉室闸阀，副炉室闸阀内设置活动的阀板；所述主炉室的上端设有一个隔离阀座，隔离阀座内部设置活动的主炉室隔离阀板，隔离阀座上侧与两个副炉室闸阀相互匹配。
本发明中，副炉室闸阀内部设置的活动阀板采用插入式结构，隔离阀座内部设置的活动的主炉室隔离阀板可采用翻板式结构，以此满足密封保障，以及为晶体留出上升通道的要求。
作为一种改进，所述两个副炉室旋转机构分别安装于左右两个支撑柱上，或是安装于同一个支撑柱上。
作为一种改进，所述支撑柱固定于主炉室的外侧。
作为更进一步的发明目的，本发明还提供了一种基于前述单晶炉的单晶硅生产方法，包括以下步骤：
(1)先使用I号副炉室与主炉室配合完成第一根单晶生长过程，然后将晶体上升到炉筒内；关闭主炉室隔离阀板和I号副炉室阀板，并向隔离阀座内充入氩气；达到大气压力后，将I号副炉室升起并旋转到主炉室旁边，晶体在I号副炉室完成冷却；
(2)I号副炉室升起并旋转到主炉室旁边后，随即将II号副炉室旋转到主炉室上方，下降后与隔离阀座实现密闭连接；
(3)确认主炉室隔离阀板处于关闭状态，II号副炉室阀板处于打开状态，对II号副炉室进行抽真空到100Torr，再向II号副炉室内充入氩气达到400Torr，再重复抽真空过程和充氩气过程两次；然后将II号副炉室内压力调整到与主炉室压力相同，再打开主炉室隔离阀板，开始下一根单晶生长过程；
(4)重复并连续完成与步骤(1)至(3)相同的操作步骤，即可实现I号副炉室与II号副炉室交替轮换、主炉室不间断的连续生长多根单晶的过程。
本发明的有益效果是：
本发明中为主炉体上配置双副炉室，拉晶完成后，通过两个炉筒的交替使用，可在晶棒冷却的同时进行下一根晶棒的拉制，缩短了生产周期，大幅度提高生产效率。经测试，采用本发明后，在单炉连续生长3～5根单晶过程中，可以减少约12～25小时的等待时间。据统计单台单晶炉每年因此累计增加有效运行时间超过500小时，因此至少可提高生产效率达8％以上，大幅度提高了热场、坩埚等的使用效率，有效降低成本。
附图说明
图1为具备双副炉室结构的单晶炉的示意图；
图2为图1中A处的局部右视剖面图。
附图标记：1为II号晶体提升机构，2为II号水平调整机构，3为II号炉筒，4为II号副炉室闸阀，5为II号副炉室阀板，6为I号晶体提升机构，7为I号水平调整机构，8为I号炉筒，9为II号副炉室旋转机构，10为II号支撑柱，11为II号液压缸，12为I号副炉室闸阀，13为I号副炉室阀板，14隔离阀座，15主炉室隔离阀板，16为I号副炉室旋转机构，17为I号支撑柱，18为I号液压缸，19为主炉室。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细表述。
具备双副炉室结构的单晶炉有一个主炉室19，主炉室19的上部装配有一个副炉室，该单晶炉还额外地配置了第二个副炉室。两个副炉室分别具备炉筒3和8、晶体提升机构1和6、水平调整机构2和7、控制副炉室升降的液压缸11和18、副炉室旋转机构9和16、副炉室闸阀4和12、副炉室阀板5和13；两个副炉室闸阀4和12分别设于炉筒3和8的底部，副炉室闸阀4和12的内部分别设置活动的副炉室阀板5和13；两个副炉室旋转机构9和16通过连接件分别活动安装于支撑柱10和17上；所述主炉室19的上端设置一个隔离阀座14，隔离阀座14的内部设置活动的主炉室隔离阀板15，隔离阀座14上侧与I号副炉室闸阀12和II号副炉室闸阀4相互匹配。
作为可选方案，两个副炉室旋转机构9和16也可以安装于同一个支撑柱10上，支撑柱10可设置在主炉室19的外侧。
基于所述具备双副炉室结构的单晶炉的生产方法，包括以下步骤：
(1)先使用I号副炉室与主炉室19配合完成第一根单晶生长过程，然后将晶体上升到I号炉筒8内；关闭主炉室隔离阀板15和I号副炉室阀板13，并向隔离阀座14内充入氩气；达到大气压力后，升起I号液压缸18，分离隔离阀座14和I号副炉室闸阀12；通过I号副炉室旋转机构16将I号副炉室旋转到主炉室19旁边，晶体在I号炉筒8内完成冷却；冷却6至8小时后，向I号炉筒8内充入氩气，达到大气压力后打开I号副炉室阀板13取下单晶；
(2)I号副炉室旋转到主炉室19旁边后，随即将II号副炉室旋转到主炉室19上方，下降后将II号副炉室闸阀4与隔离阀座14实现密闭连接；
(3)确认主炉室隔离阀板15处于关闭状态，II号副炉室阀板5处于打开状态，对II号副炉室进行抽真空到100Torr，再向II号副炉室内充入氩气达到400Torr，再重复抽真空过程和充氩气过程两次；然后将II号副炉室内压力调整到与主炉室19压力相同，再打开主炉室隔离阀板15，开始下一根单晶生长过程；
(4)使用II号副炉室与主炉室19配合完成第二根单晶生长过程，然后将晶体上升到II号炉筒3内；关闭主炉室隔离阀板15和II号副炉室阀板5，并向隔离阀座14内充入氩气；达到大气压力后，升起II号液压缸11，分离隔离阀座14和II号副炉室闸阀4；通过II号副炉室旋转机构9将II号副炉室旋转到主炉室19旁边，晶体在II号炉筒3内完成冷却；冷却6至8小时后，向II号炉筒3内充入氩气，达到大气压力后打开II号副炉室阀板5取下单晶；
(5)II号副炉室旋转到主炉室19旁边后，随即将I号副炉室旋转到主炉室19上方，下降后将I号副炉室闸阀12与隔离阀座14实现密闭连接；
(6)确认主炉室隔离阀板15处于关闭状态，I号副炉室阀板13处于打状态，对I号副炉室进行抽真空到100Torr，再向I号副炉室内充入氩气达到400Torr，再重复抽真空过程和充氩气过程两次；然后将I号副炉室内压力调整到与主炉室19压力相同，再打开主炉室隔离阀板15，开始下一根单晶生长过程；
(7)重复并连续完成上述操作步骤，即可实现I号副炉室与II号副炉室交替轮换、主炉室不间断的连续生长多根单晶的过程。

Claims (4)

1.具备双副炉室结构的单晶炉，该单晶炉有一个主炉室，主炉室上部装配有一个副炉室；其特征在于，该单晶炉还另外配置一个副炉室，两个副炉室均具备炉筒、晶体提升机构、水平调整机构、副炉室旋转机构和控制副炉室升降的液压缸，各副炉室旋转机构均通过连接件活动安装于支撑柱上；各副炉室的下端设置一个副炉室闸阀，副炉室闸阀内设置活动的阀板；所述主炉室的上端设有一个隔离阀座，隔离阀座内部设置活动的主炉室隔离阀板，隔离阀座上侧与两个副炉室闸阀相互匹配。
2.根据权利要求1所述的具备双副炉室结构的单晶炉，其特征在于，所述两个副炉室旋转机构分别安装于左右两个支撑柱上，或是安装于同一个支撑柱上。
3.根据权利要求1所述的具备双副炉室结构的单晶炉，其特征在于，所述支撑柱位于主炉室的外侧。
4.一种基于权利要求1所述具备双副炉室结构单晶炉的单晶硅生产方法，包括以下步骤：
(1)先使用I号副炉室与主炉室配合完成第一根单晶生长过程，然后将晶体上升到炉筒内；关闭主炉室隔离阀板和I号副炉室闸阀，并向隔离阀座内充入氩气；达到大气压力后，将I号副炉室升起并旋转到主炉室旁边，晶体在I号副炉室完成冷却；
(2)I号副炉室升起并旋转到主炉室旁边后，随即将II号副炉室旋转到主炉室上方，下降后与隔离阀座实现密闭连接；
(3)确认主炉室隔离阀板处于关闭状态，II号副炉室闸阀处于打开状态，对II号副炉室进行抽真空到100Torr，再向II号副炉室内充入氩气达到400Torr，再重复抽真空过程和充氩气过程两次；然后将II号副炉室内压力调整到与主炉室压力相同，再打开主炉室隔离阀板，开始下一根单晶生长过程；
(4)重复并连续完成与步骤(1)至(3)相同的操作步骤，即可实现I号副炉室与II号副炉室交替轮换、主炉室不间断的连续生长多根单晶的过程。
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