CN102995108A - 一种连续加料硅单晶炉 - Google Patents
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Abstract
一种连续加料硅单晶炉，包括提拉装置、加料装置、石英坩埚、石墨坩埚、石墨加热器，所述石英坩埚分为内坩埚和外坩埚，内、外坩埚底部相连并有一个相通的孔洞，所述内、外坩埚之间留有加料空隙；所述提拉装置上设置有称重传感器和监测晶棒生长的摄像头；所述加料装置通过加料斗进行加料，所述加料口置于内、外坩埚之间。本发明通过将石英坩埚设置成内外两层，加料装置在内外坩埚之间进行加料，能够有效的防止原料加入时对晶棒生长的影响，保证了生产晶体的整体浓度，降低了特定浓度晶棒的生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种连续加料硅单晶炉。
背景技术
硅单晶被广泛用于半导体和光伏行业。硅单晶棒的生产流程如下：将盛有硅原料的石英坩埚放置在硅单晶提拉生长炉中；生长炉抽真空，并加热至硅原料融化；在合适的温度下，将籽晶从上面慢慢靠近熔体液面，并与其接触；籽晶按工艺要求逐渐上拉。通过控制籽晶拉速和温度，晶棒从液面上逐渐拉出。
在硅单晶生产过程中，一般会在硅原料中加入一定量的其它元素，称为掺杂，这些元素可以是硼，磷或锑等。不同的掺杂元素有自己的特定分凝系数。所谓的分凝系数就是，掺杂元素可以在熔体中全部均匀溶解，形成一定的浓度。但是在晶体结晶过程中掺杂元素并不是按这个浓度进入晶体，而是部分浓度进入。掺杂元素在固体中的浓度ρS与在熔体中的浓度ρL比值既为分凝系数K：
K=ρS/ρL
一般情况下，这个系数是恒定值。表明如果熔体中掺杂浓度高，晶体中的掺杂浓度按比例相对就高。反之，就低。
如果某个元素的分凝系数很低，那么在晶体生长开始时，当一部分体积的熔体凝固时，这部分体积中的掺杂元素只有很小部分（浓度很低），而大部分留在剩余熔体中。随着晶体不断凝固，剩余熔体中的浓度将不断提高。同时晶体中掺杂浓度也会相应提高（分凝系数K起作用）。这样后凝固的晶体比先前凝固的晶体中的掺杂浓度要高。
一般硅单晶棒是一个长棒型。这样晶棒前部和尾部的浓度会有很大差别。对于分凝系数比较低的掺杂元素，如磷或锑，晶棒前后的浓度差将大大超过允许的浓度误差，因此在实际生产中不得不将晶棒切成几段，按不同浓度要求销售。而单一的客户往往只需要一种浓度的晶棒，这样为了生产特定浓度的晶棒，还必须生产其它浓度的晶棒，导致生产成本大大很高。
发明内容
本发明的目的在于提出一种连续加料硅单晶炉，解决了硅单晶炉生长的晶棒整体浓度不一致的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种连续加料硅单晶炉，包括提拉装置、加料装置、石英坩埚、石墨坩埚、石墨加热器，所述石英坩埚分为内坩埚和外坩埚，内、外坩埚底部相连并有一个相通的孔洞，所述内、外坩埚之间留有加料空隙。
优选的，所述提拉装置上设置有称重传感器和监测晶棒生长的摄像头。
优选的，所述加料装置通过加料斗进行加料，所述加料口置于内、外坩埚之间。
本发明通过将石英坩埚设置成内外两层，加料装置在内外坩埚之间进行加料，能够有效的防止原料加入时对晶棒生长的影响，同时内外坩埚底部具有联通的孔洞，新加入的原料在外坩埚内融化均匀后慢慢流入内坩埚，避免了对晶体生长的影响；在提拉装置上设置有称重传感器，监测晶棒生长重量，设置有摄像头，监测晶棒长度变化，获得重量和长度变化参数后，计算出剩余熔体浓度增加值，实时计算出稀释浓度所需添加的硅原料重量，然后通过连续加料的方式加入一定重量的纯硅原料，来稀释平衡剩余熔体中的掺杂浓度，使剩余熔体中的浓度值始终不变，保证了生产晶体的整体浓度，降低了特定浓度晶棒的生产成本。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图。
图中：
1、晶棒；2、内坩埚；3、外坩埚；4、加料装置；5、石墨坩埚；6、石墨加热器；7、保温材料；8、加料斗；9、提拉装置。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，是本发明具体实施结构示意图，图中：
晶棒1置于单晶炉内，晶棒1上端连接有提拉装置9，炉体内设置有石英坩埚和石墨坩埚5，石英坩埚采用双坩埚设置，包括内坩埚2和其外部的外坩埚3，内外坩埚之间留有加料空隙，内外坩埚底部连接在一起，并在底部设置有联通的孔洞，石墨坩埚5外部设置有石墨加热器6，加热器外部包裹有保温材料7，单晶炉外设置有加料装置4，加料装置通过加料斗8进行加料，加料斗8的加料口置于内外坩埚之间。
所述提拉装置9上设置有称重传感器和监测晶棒生长的摄像头。
本发明通过将石英坩埚设置成内外两层，加料装置在内外坩埚之间进行加料，能够有效的防止原料加入时对晶棒生长的影响，同时内外坩埚底部具有联通的孔洞，新加入的原料在外坩埚内融化均匀后慢慢流入内坩埚，避免了对晶体生长的影响；在提拉装置上设置有称重传感器，监测晶棒生长重量，设置有摄像头，监测晶棒长度变化，获得重量和长度变化参数后，计算出剩余熔体浓度增加值，实时计算出稀释浓度所需添加的硅原料重量，然后通过连续加料的方式加入一定重量的纯硅原料，来稀释剩余熔体中的掺杂浓度，使剩余熔体中的浓度值始终不变，保证了生产晶体的整体浓度。
Claims (3)
1.一种连续加料硅单晶炉，包括提拉装置、加料装置、石英坩埚、石墨坩埚、石墨加热器，其特征在于：所述石英坩埚分为内坩埚和外坩埚，内、外坩埚底部相连并有一个相通的孔洞，所述内、外坩埚之间留有加料空隙。
2.根据权利要求1所述的一种连续加料硅单晶炉，其特征在于：所述提拉装置上设置有称重传感器和监测晶棒生长的摄像头。
3.根据权利要求1所述的一种连续加料硅单晶炉，其特征在于：所述加料装置通过加料斗进行加料，所述加料口置于内、外坩埚之间。
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