CN110685011A - 单品硅热场坩埚用生产智能加工设备及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了单品硅热场坩埚用生产智能加工设备，包括保温筒和机械桁架，所述机械桁架的上方设置有固定横梁，所述固定横梁上设置有横梁滑轨，所述固定横梁的左右两端上均设置有固定滑座，所述固定滑座的下方设置有伸缩夹持臂，所述固定横梁中间位置处的下方设置有顶部轴承，所述顶部轴承的下方设置有上炉腔；本发明还提出了一种单品硅热场坩埚用生产智能加工设备的加工方法；本发明不仅解决了制备过程中因高温导致的不方便对其进行移动的问题，还对原有的设备加工单品硅进行改善，使得单品硅制备加工出来的纯度高，杂质少，给加工生产带来便捷，从而达到方便对设备进行移动调节，制备出的产品更加优质的目的。

Description

单品硅热场坩埚用生产智能加工设备及其加工方法

技术领域

本发明属于单品硅技术领域，具体涉及单品硅热场坩埚用生产智能加工设备及其加工方法。

背景技术

单品硅是硅的单晶体，具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料，纯度要求达到99.9999%，甚至达到99.9999999%以上。用于制造半导体器件、太阳能电池等，用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。

目前单品硅的生产加工已经广泛运用于多个领域，但是现有的单品硅热场坩埚生产加工设备在使用时还有一些不足之处，因为单品硅在制备过程中需要极高的温度，导致其冷却速度慢，所以不方便对其进行移动，而且原有的单品硅制备加工出来的纯度不高，内含杂质多，容易出现瑕疵，从而给加工生产带来不便。

发明内容

本发明的目的在于提供单品硅热场坩埚用生产智能加工设备及其加工方法，以解决上述背景技术中提出单品硅在制备过程中需要极高的温度，导致其冷却速度慢，所以不方便对其进行移动，而且原有的单品硅制备加工出来的纯度不高，内含杂质多，容易出现瑕疵，给加工生产带来不便的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种单品硅热场坩埚用生产智能加工设备，包括保温筒和机械桁架，所述机械桁架的上方设置有固定横梁，所述固定横梁上设置有横梁滑轨，所述固定横梁的左右两端上均设置有固定滑座，所述固定滑座的下方设置有伸缩夹持臂，所述固定横梁中间位置处的下方设置有顶部轴承，所述顶部轴承的下方设置有上炉腔，所述上炉腔的下方设置有隔离阀，所述隔离阀的下方设置有保温筒，所述隔离阀的下方位于保温筒的内部顶端设置有单晶硅棒，所述单晶硅棒的右侧设置有导流筒，所述单晶硅棒的下方设置有石英坩埚，所述石英坩埚的下方设置有石墨坩埚，所述石墨坩埚的外部设置有防护套，所述石墨坩埚的左右两侧均设置有加热器，所述石墨坩埚的下方设置有坩埚底座，所述坩埚底座中间位置处的下方设置有中心轴，所述中心轴的底端设置有底部轴承，所述中心轴的底端左右两端位于加热器的下方设置有石墨电极，所述中心轴的下方设置有底座防护板，所述保温筒的内部上方位置处设置有加热腔，所述加热腔的下方设置有铸锭炉，所述铸锭炉的下方设置有水箱，所述水箱的左右两侧均设置有导向柱，所述水箱的下方设置有拖车，所述拖车的下方设置有托盘架，所述托盘架的左右两侧对应设置有支架，所述中心轴靠近底端位置处设置有中轴器，所述中轴器的左侧设置有顶升机，所述中轴器的右侧设置有电机，所述电机的右侧设置有导向板，所述加热器的上下两端均设置有加热器固定座，所述机械桁架、加热器和电机均与外部电源电性连接。

优选的，所述固定滑座共设置有两组，所述两组固定滑座对应安装在固定横梁上，所述固定滑座与固定横梁之间通过横梁滑轨滑动连接，所述两组固定滑座的下方均对应设置有伸缩夹持臂，所述每组伸缩夹持臂通过伸缩进行调节，所述保温筒与机械桁架之间通过伸缩夹持臂进行夹持固定连接。

优选的，所述保温筒与固定横梁之间通过顶部轴承固定连接，所述上炉腔的顶端与顶部轴承之间通过螺纹固定连接，所述上炉腔的底端与隔离阀之间通过螺纹固定连接。

优选的，所述导流筒共设置有两个，所述两个导流筒对应安装在石英坩埚上方的左右两侧。

优选的，所述支架的一端与托盘架焊接固定，所述述支架的另一端与导向柱焊接固定。

优选的，所述底座防护板与保温筒一体成型，所述保温筒为中空圆柱体结构。

本发明还提出了一种单品硅热场坩埚用生产智能加工设备的加工方法，包括以下步骤：

S1、将多晶硅原料放入石英坩埚内；

S2、加完多晶硅原料于石英坩埚内后，打开石墨加热器电源，对其进行加热，加热至熔化温度1420℃以上，将多晶硅原料熔化；

S3、当硅熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢浸入硅熔体中，进行缩颈生长；

S4、长完细颈之后，须降低温度与拉速，使得晶体的直径增大到所需的尺寸，完成放肩生长；

S5、长完细颈和肩部之后，借着拉速与温度的不断调整，晶棒的直径为1.5-2mm之间，，这段直径固定的部分即称为等径生长；

S6、完成等径生长后，必须将晶棒的直径慢慢缩小，直到成一尖点而与液面分开，这一过程称之为尾部生长；

S7、长完的晶棒被升至上炉室冷却一段时间后取出，即完成一次生长周期

本发明的有益效果是：

1.在热场坩埚的外部设置有机械桁架，可以利用机械臂对保温筒以及内部的坩埚进行夹持，做上下左右的移动调节，避免工作人员在高温情况下进行操作，降低安全隐患，同时移动调节更为方便快捷。

2.在设备内设置有导流筒和加热腔，使得单品硅在制备时，有一个较为封闭的制备环境，以及进行热熔更加彻底充分，能够将多晶硅中含有的杂质提炼清除的更为彻底，从而制备出高纯度，杂质少的单品硅。

综上所述，该设备不仅解决了制备过程中因高温导致的不方便对其进行移动的问题，还对原有的设备加工单品硅进行改善，使得单品硅制备加工出来的纯度高，杂质少，给加工生产带来便捷，从而达到方便对设备进行移动调节，制备出的产品更加优质的目的。

附图说明

图1为本发明一种单品硅热场坩埚用生产智能加工设备的正面结构示意图；

图2为本发明一种单品硅热场坩埚用生产智能加工设备的保温筒内部结构示意图；

图3为本发明一种单品硅热场坩埚用生产智能加工设备的A处放大结构示意图；

图4为本发明一种单品硅热场坩埚用生产智能加工设备的保温筒俯视结构示意图；

图5为本发明一种单品硅热场坩埚用生产智能加工设备加工方法的流程示意图；

图中：1-保温筒、2-固定滑座、3-横梁滑轨、4-固定横梁、5-顶部轴承、6-上炉腔、7-隔离阀、8-单晶硅棒、9-导流筒、10-石英坩埚、11-石墨坩埚、12-坩埚底座、13-石墨电极、14-底座防护板、15-底部轴承、16-中心轴、17-机械桁架、18-加热器、19-防护套、20-伸缩夹持臂、21-铸锭炉、22-加热腔、23-拖车、24-导向柱、25-托盘架、26-支架、27-水箱、28-顶升机、29-中轴器、30-电机、31-导向板、32-加热器固定座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图5，本发明提供一种单品硅热场坩埚用生产智能加工设备技术方案：包括保温筒1和机械桁架17，机械桁架17的上方设置有固定横梁4，固定横梁4上设置有横梁滑轨3，固定横梁4的左右两端上均设置有固定滑座2，固定滑座2的下方设置有伸缩夹持臂20，固定横梁4中间位置处的下方设置有顶部轴承5，顶部轴承5的下方设置有上炉腔6，上炉腔6的下方设置有隔离阀7，隔离阀7的下方设置有保温筒1，隔离阀7的下方位于保温筒1的内部顶端设置有单晶硅棒8，单晶硅棒8的右侧设置有导流筒9，单晶硅棒8的下方设置有石英坩埚10，石英坩埚10的下方设置有石墨坩埚11，石墨坩埚11的外部设置有防护套19，石墨坩埚11的左右两侧均设置有加热器18，石墨坩埚11的下方设置有坩埚底座12，坩埚底座12中间位置处的下方设置有中心轴16，中心轴16的底端设置有底部轴承15，中心轴16的底端左右两端位于加热器18的下方设置有石墨电极13，中心轴16的下方设置有底座防护板14，保温筒1的内部上方位置处设置有加热腔22，加热腔22的下方设置有铸锭炉21，铸锭炉21的下方设置有水箱27，水箱27的左右两侧均设置有导向柱24，水箱27的下方设置有拖车23，拖车23的下方设置有托盘架25，托盘架25的左右两侧对应设置有支架26，中心轴16靠近底端位置处设置有中轴器29，中轴器29的左侧设置有顶升机28，中轴器29的右侧设置有电机30，电机30的右侧设置有导向板31，加热器18的上下两端均设置有加热器固定座32，机械桁架17、加热器18和电机30均与外部电源电性连接。

本发明中在保温筒1的内部设置有耐高温的温度传感器，温度传感器的型号为中航CATIC，可以对保温筒内的温度进行实时监控，并且在保温筒1的外部设置有显示屏，显示屏与温度传感器之间通过电信连接，可以将温度传感器测得的温度在显示屏上显示出来，为工作人员提供实时数据，方便工作人员随时进行检测记录，同时也方便单品硅的生产制备，防止温度过高时进行操作，造成设备损坏或工作人员被高温烫伤，降低了安全隐患，使得单品硅的生产加工更加智能安全。

本发明中，为了方便对保温筒1进行上下左右的调节，可以通过调节伸缩夹持臂20的位置，对设备进行夹持固定，然后进行移动到所需调节位置，优选的固定滑座2共设置有两组，两组固定滑座2对应安装在固定横梁4上，固定滑座2与固定横梁4之间通过横梁滑轨3滑动连接，两组固定滑座2的下方均对应设置有伸缩夹持臂20，每组伸缩夹持臂20通过伸缩进行调节，保温筒1与机械桁架17之间通过伸缩夹持臂20进行夹持固定连接。

本发明中，优选的保温筒1与固定横梁4之间通过顶部轴承5固定连接，上炉腔6的顶端与顶部轴承5之间通过螺纹固定连接，上炉腔6的底端与隔离阀7之间通过螺纹固定连接。

本发明中，为了使得在制备单品硅时，可以提高一个更加稳定良好的制备环境，以及为了制备出来的单品硅更为优质，优选的导流筒9共设置有两个，两个导流筒9对应安装在石英坩埚10上方的左右两侧。

本发明中，为了使得支架26能够安装稳定，优选的支架26的一端与托盘架25焊接固定，述支架26的另一端与导向柱24焊接固定。

本发明中，为了对保温筒1进行保护，优选的底座防护板14与保温筒1一体成型，保温筒1为中空圆柱体结构。

参照图5，一种单品硅热场坩埚用生产智能加工设备的加工方法，包括以下步骤：

S1、将多晶硅原料放入石英坩埚10内；

S2、加完多晶硅原料于石英坩埚10内后，打开石墨加热器18的电源，对石英坩埚10内的多晶硅原料进行加热处理，加热直至熔化温度1420℃以上，将多晶硅原料熔化；

S3、当硅熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢浸入加热腔22内的硅熔体中，进行缩颈生长；

S4、长完细颈之后，须降低温度与拉速，使得晶体的直径增大到所需的尺寸，完成放肩生长；

S5、长完细颈和肩部之后，借着拉速与温度的不断调整，晶棒的直径为1.5-2mm之间，这段直径固定的部分即称为等径生长；

S6、完成等径生长后，必须将单晶硅棒8的直径慢慢缩小，直到成一尖点而与液面分开，这一过程称之为尾部生长；

S7、长完的单晶硅棒8被升至上炉腔6冷却一段时间后取出，即完成一次生长周期。

本发明中，首先将多晶硅原料放入到保温筒1上的石英坩埚10内，加完原料后，将保温筒1固定好，可以通过机械桁架17上的伸缩夹持臂20对其进行夹持，移动到加工区域，然后打开加热器18的电源，对石英坩埚10内的多晶硅原料进行加热处理，加热直至熔化温度1420℃以上，将多晶硅原料在石英坩埚10内熔化，然后熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢浸入加热腔22内的硅熔体中，形成单晶硅棒8，然后必须将单晶硅棒8的直径慢慢缩小，直到成一尖点而与液面分开，长完的单晶硅棒8升至到上炉腔6中，冷却一段时间后取出，使用结束后，关闭电源。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.单品硅热场坩埚用生产智能加工设备，包括保温筒（1）和机械桁架（17），其特征在于：所述机械桁架（17）的上方设置有固定横梁（4），所述固定横梁（4）上设置有横梁滑轨（3），所述固定横梁（4）的左右两端上均设置有固定滑座（2），所述固定滑座（2）的下方设置有伸缩夹持臂（20），所述固定横梁（4）中间位置处的下方设置有顶部轴承（5），所述顶部轴承（5）的下方设置有上炉腔（6），所述上炉腔（6）的下方设置有隔离阀（7），所述隔离阀（7）的下方设置有保温筒（1），所述隔离阀（7）的下方位于保温筒（1）的内部顶端设置有单晶硅棒（8），所述单晶硅棒（8）的右侧设置有导流筒（9），所述单晶硅棒（8）的下方设置有石英坩埚（10），所述石英坩埚（10）的下方设置有石墨坩埚（11），所述石墨坩埚（11）的外部设置有防护套（19），所述石墨坩埚（11）的左右两侧均设置有加热器（18），所述石墨坩埚（11）的下方设置有坩埚底座（12），所述坩埚底座（12）中间位置处的下方设置有中心轴（16），所述中心轴（16）的底端设置有底部轴承（15），所述中心轴（16）的底端左右两端位于加热器（18）的下方设置有石墨电极（13），所述中心轴（16）的下方设置有底座防护板（14），所述保温筒（1）的内部上方位置处设置有加热腔（22），所述加热腔（22）的下方设置有铸锭炉（21），所述铸锭炉（21）的下方设置有水箱（27），所述水箱（27）的左右两侧均设置有导向柱（24），所述水箱（27）的下方设置有拖车（23），所述拖车（23）的下方设置有托盘架（25），所述托盘架（25）的左右两侧对应设置有支架（26），所述中心轴（16）靠近底端位置处设置有中轴器（29），所述中轴器（29）的左侧设置有顶升机（28），所述中轴器（29）的右侧设置有电机（30），所述电机（30）的右侧设置有导向板（31），所述加热器（18）的上下两端均设置有加热器固定座（32），所述机械桁架（17）、加热器（18）和电机（30）均与外部电源电性连接。

2.根据权利要求1所述的单品硅热场坩埚用生产智能加工设备，其特征在于：所述固定滑座（2）共设置有两组，所述两组固定滑座（2）对应安装在固定横梁（4）上，所述固定滑座（2）与固定横梁（4）之间通过横梁滑轨（3）滑动连接，所述两组固定滑座（2）的下方均对应设置有伸缩夹持臂（20），所述每组伸缩夹持臂（20）通过伸缩进行调节，所述保温筒（1）与机械桁架（17）之间通过伸缩夹持臂（20）进行夹持固定连接。

3.根据权利要求1所述的单品硅热场坩埚用生产智能加工设备，其特征在于：所述保温筒（1）与固定横梁（4）之间通过顶部轴承（5）固定连接，所述上炉腔（6）的顶端与顶部轴承（5）之间通过螺纹固定连接，所述上炉腔（6）的底端与隔离阀（7）之间通过螺纹固定连接。

4.根据权利要求1所述的单品硅热场坩埚用生产智能加工设备，其特征在于：所述导流筒（9）共设置有两个，所述两个导流筒（9）对应安装在石英坩埚（10）上方的左右两侧。

5.根据权利要求1所述的单品硅热场坩埚用生产智能加工设备，其特征在于：所述支架（26）的一端与托盘架（25）焊接固定，所述述支架（26）的另一端与导向柱（24）焊接固定。

6.根据权利要求1所述的单品硅热场坩埚用生产智能加工设备，其特征在于：所述底座防护板（14）与保温筒（1）一体成型，所述保温筒（1）为中空圆柱体结构。

7.单品硅热场坩埚用生产智能加工设备的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将多晶硅原料放入石英坩埚内；

S2、加完多晶硅原料于石英坩埚内后，打开石墨加热器电源，对其进行加热，加热至熔化温度1420℃以上，将多晶硅原料熔化；

S3、当硅熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢浸入硅熔体中，进行缩颈生长；

S4、长完细颈之后，须降低温度与拉速，使得晶体的直径增大到所需的尺寸，完成放肩生长；

S5、长完细颈和肩部之后，借着拉速与温度的不断调整，晶棒的直径为1.5-2mm之间，这段直径固定的部分即称为等径生长；

S6、完成等径生长后，必须将晶棒的直径慢慢缩小，直到成一尖点而与液面分开，这一过程称之为尾部生长；

S7、长完的晶棒被升至上炉室冷却后取出，即完成一次生长周期。

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