CN111074336A - 一种单晶加料装置及加料方法 - Google Patents

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陈辉
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Abstract

本发明公开了一种单晶加料装置及加料方法，包括储料器、加料仓和气路调控系统，储料器密封设置于加料仓上，储料器和加料仓分别与气路调控系统连接，加料仓通过一金属波纹软管能够与单晶炉内的坩埚连通，单晶炉与金属波纹软管的连接处设置一插板阀。本发明既解决了RCZ要等硅棒出炉后，才能再次加料的低效问题，又解决了CCZ对硅料大小、对坩埚要求高的问题。本发明无需将进料重量进行实时精确控制，可以适配更大尺寸硅料，市场可选料种丰富，对坩埚要求与普通直拉单晶无差异，没有液面波动的问题。本发明能够进一步提高产能的同时降低成本。

Description

一种单晶加料装置及加料方法
技术领域
本发明涉及单晶加工的技术领域，特别是涉及一种单晶加料装置及加料方法。
背景技术
目前国内外的晶体生长设备均已实现自动化生产，其投料量和生长速度均大幅提升。随着技术的发展，行业内陆续开始使用RCZ拉晶(晶棒取出后，利用晶棒提拉机构，多次装料)；CCZ拉晶(连续加料系统，不间断拉晶，以拉出晶棒重量，精确控制进料重量)。
最初的直拉法是分批直拉法(BatchCzochralski)，一个坩埚只能拉制一根晶棒，并且在拉制完以后坩埚因冷却破裂而无法重复使用。目前单晶硅工业生产多采用RCZ多次拉晶技术(RechargedCzocharlski)，是在分批直拉法的基础上给设备增加加料装置改进而来。RCZ法在每次拉制完硅晶棒以后使坩埚保持高温，并通过加料装置将多晶硅颗粒原料加入到坩埚内剩余的硅熔液中熔化，用于下次晶棒拉制。由于RCZ法不会像分批直拉法那样因冷却坩埚而导致坩埚破裂，使得坩埚的多次利用成为可能。当前，业界主流应用的全部为RCz多次拉晶技术。
由于RCZ法不会像分批直拉法那样因冷却坩埚而导致坩埚破裂，使得坩埚的多次利用成为可能。当前，业界主流应用的全部为RCz多次拉晶技术。当一根拉制完的晶体在闸门中冷却时，下次拉制的硅原料通过加料管被添加到坩埚中剩余的硅熔液中。因此硅料的添加在晶体冷却时完成。然而进行下一次拉制前必须要等待单硅晶棒在闸门室中冷却完毕并移除，造成了RCZ法工业生产的低效率。
连续Czochralski(CCZ)是RCZ过程的高级版本。在CCZ过程中，多晶硅连续进料，同时进行晶棒拉制。CCZ可以很好的解决坩埚溶液液面下降带来的问题建立一个接近稳态的温场；同时可以固定分凝系数解决溶质分布不均或组分分布不均的问题。
带来的问题是由于时间更长坩埚、保温材料和发热体的污染更严重；带入的有害溶质的积累和分布不均问题；设备系统更为复杂可靠性下降。有害杂质的分凝系数无法考虑。CCZ一定要采用双坩埚或者类似双坩埚的结构来减少由于补充溶剂溶质注入带来的对生长界面的影响；带来成本的大幅度增加，增加其他有害杂质的引入。
发明内容
本发明的目的是提供一种单晶加料装置及加料方法，以解决上述现有技术存在的问题，使拉晶的工业生产效率提高的同时降低拉晶工艺要求和设备的制造难度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种单晶加料装置，包括储料器、加料仓和气路调控系统，所述储料器密封设置于所述加料仓上，所述储料器和所述加料仓分别与所述气路调控系统连接，所述加料仓通过一金属波纹软管能够与单晶炉内的坩埚连通，所述单晶炉与所述金属波纹软管的连接处设置一插板阀。
优选的，所述加料仓底部设置一移动装置，所述移动装置为万向刹车轮或者带限位的滑轨。
优选的，所述储料器底部的出料口上设置一电动阀门。
优选的，所述加料仓内设置一震动加料槽，所述震动加料槽倾斜设置于所述储料器的出料口下方并能够延伸至所述坩埚内。
优选的，所述震动加料槽包括振动器、加料槽和弹性连接件，所述振动器设置于所述加料槽下方，所述加料槽通过弹性连接件设置于所述加料仓内。
本发明还提供一种上述的单晶加料装置的单晶加料方法，当单晶棒拉制完成后，需要在副室内冷却时，利用单晶棒冷却的时间，启动所述单晶加料装置一次性完成投料工作。
优选的，根据工艺要求一次性将指定重量的硅料放入到所述储料器内，加料完成后，启动气路调控系统对所述储料器和所述加料仓进行抽真空净化，再打开插板阀，通过移动装置移动并压缩金属波纹软管，使加料槽伸入至所述坩埚内，启动振动器同时打开电动阀门，让所述硅料进入到坩埚内；加料完成后，关闭电动阀门，撤回加料槽，关闭插板阀，坩埚内开始熔化、调温、熔接拉晶。
优选的，所述硅料的外形尺寸范围为30-50mm。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明既解决了RCZ要等硅棒出炉后，才能再次加料的低效问题，又解决了CCZ对硅料大小、对坩埚要求高的问题。本发明无需将进料重量进行实时精确控制，可以适配更大尺寸硅料，市场可选料种丰富，对坩埚要求与普通直拉单晶无差异，没有液面波动的问题。本发明能够进一步提高产能的同时降低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明单晶加料装置的结构示意图；
其中：1-气路调控系统，2-硅料，3-储料器，4-加料仓，5-电动阀门，6-加料槽，7-金属波纹软管，8-插板阀，9-振动器，10-弹性连接件，11-移动装置，12-单晶炉，13-坩埚。
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付出创造性劳动的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。
本发明的目的是提供一种单晶加料装置及加料方法，以解决现有技术存在的问题，使拉晶的工业生产效率提高的同时降低拉晶工艺要求和设备的制造难度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示：本实施例提供了一种单晶加料装置，包括储料器3、加料仓4和气路调控系统1，储料器3密封设置于加料仓4上，储料器3和加料仓4分别与气路调控系统1连接，加料仓4通过一金属波纹软管7能够与单晶炉12内的坩埚13连通，单晶炉12与金属波纹软管7的连接处设置一插板阀8。其中，气路调控系统1，主要功能是为在储料器3和加料仓4工作中，控制加料气氛主要为真空或氩气氛围。
加料仓4底部设置一移动装置11，移动装置11为万向刹车轮或者带限位的滑轨。储料器3底部的出料口上设置一电动阀门5，便于启闭和加料。加料仓4内设置一震动加料槽6，加快加料速度，震动加料槽6倾斜设置于储料器3的出料口下方并能够延伸至坩埚13内。震动加料槽6包括振动器9、加料槽6和弹性连接件10，振动器9设置于加料槽6下方，加料槽6通过弹性连接件10设置于加料仓4内。
本实施例基于单晶加料装置的单晶加料方法具体如下：
当单晶棒拉制完成后，需要在副室内冷却(2小时左右)时，利用单晶棒冷却的时间，启动单晶加料装置一次性完成投料工作，可以在半小时内一次性完成投料工作。其中，硅料2的硅料的外形尺寸范围为30-50mm。具体的，根据工艺要求一次性将指定重量的硅料2放入到储料器3内，加料完成后，启动气路调控系统1对储料器3和加料仓4进行抽真空净化，再打开插板阀8，通过移动装置11移动并压缩金属波纹软管7，使加料槽6伸入至坩埚13内，启动振动器9同时打开电动阀门5，让硅料2进入到坩埚13内；加料完成后，关闭电动阀门5，撤回加料槽6，关闭插板阀8，坩埚13内开始熔化、调温、熔接拉晶。
本实施例不属于连续加料，属于拉制一根单晶棒以后再复投料拉晶，当单晶棒拉制结束后，在冷却的同时进行投料，无需准确的控制单位时间下料的精度，投料速度可达到60kg/5min。采用单层坩埚13，结构更简单，对硅料2尺寸要求更加宽松，对硅料2的颗粒度、一致性要求低，可选择硅料2面极广，进而优化了加工工艺，降低成本，提升效率。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种单晶加料装置，其特征在于：包括储料器、加料仓和气路调控系统，所述储料器密封设置于所述加料仓上，所述储料器和所述加料仓分别与所述气路调控系统连接，所述加料仓通过一金属波纹软管能够与单晶炉内的坩埚连通，所述单晶炉与所述金属波纹软管的连接处设置一插板阀。
2.根据权利要求1所述的单晶加料装置，其特征在于：所述加料仓底部设置一移动装置，所述移动装置为万向刹车轮或者带限位的滑轨。
3.根据权利要求1所述的单晶加料装置，其特征在于：所述储料器底部的出料口上设置一电动阀门。
4.根据权利要求1所述的单晶加料装置，其特征在于：所述加料仓内设置一震动加料槽，所述震动加料槽倾斜设置于所述储料器的出料口下方并能够延伸至所述坩埚内。
5.根据权利要求4所述的单晶加料装置，其特征在于：所述震动加料槽包括振动器、加料槽和弹性连接件，所述振动器设置于所述加料槽下方，所述加料槽通过弹性连接件设置于所述加料仓内。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的单晶加料装置的单晶加料方法，其特征在于：当单晶棒拉制完成后，需要在副室内冷却时，利用单晶棒冷却的时间，启动所述单晶加料装置一次性完成投料工作。
7.根据权利要求6所述的单晶加料方法，其特征在于：根据工艺要求一次性将指定重量的硅料放入到所述储料器内，加料完成后，启动气路调控系统对所述储料器和所述加料仓进行抽真空净化，再打开插板阀，通过移动装置移动并压缩金属波纹软管，使加料槽伸入至所述坩埚内，启动振动器同时打开电动阀门，让所述硅料进入到坩埚内；加料完成后，关闭电动阀门，撤回加料槽，关闭插板阀，坩埚内开始熔化、调温、熔接拉晶。
8.根据权利要求7所述的单晶加料方法，其特征在于：所述硅料的外形尺寸范围为30-50mm。
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