CN112853485A - 一种直拉单晶硅生产用的熔硅装置及熔硅方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及单晶硅生成设备技术领域，具体地说，涉及一种直拉单晶硅生产用的熔硅装置及熔硅方法，包括熔硅炉，熔硅炉内安装有用于对多晶硅原料进行盛装的熔硅坩埚以及对熔硅坩埚进行加热的石墨加热器，熔硅坩埚的顶部安装有保温盖结构，保温盖结构包括加料漏斗和保温盖。本发明通过在熔硅坩埚顶部安装的保温盖，可以减小熔硅坩埚的加热空间，使得熔硅坩埚内的多晶硅原料可以快速熔化，从而提高加热效率，通过设置的加料漏斗可以使得添加的原料全部落入至硅坩埚，防止浪费，石墨加热器呈中空无盖的半球状且与熔硅坩埚同轴设置，可以提高熔硅坩埚的受热面积，从而提高加热速度，加快生产效率。

Description

一种直拉单晶硅生产用的熔硅装置及熔硅方法
技术领域
本发明涉及单晶硅生成设备技术领域，具体为一种直拉单晶硅生产用的熔硅装置及熔硅方法。
背景技术
目前，生产单晶硅的方法主要有直拉法、悬浮区熔法、基座法和片状单晶生长法等，其中，由于直拉法生长单晶硅的设备和工艺较为简单，生产效率高，且容易控制单晶中的杂质浓度，因此，直拉法生长单晶硅应用较为广泛，单晶硅生长炉是直拉法制备单晶硅的主要设备。现有的单晶硅生长炉一般包括炉体和设于炉体上的炉盖，炉体内设有容纳硅溶液的坩埚，单晶硅棒可从坩埚内向上生长延伸。但是现如今的单晶硅生长炉内的坩埚加热速度慢，熔化效率低，且熔硅炉内的若不抽成真空，导致多晶硅原料热熔速率慢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直拉单晶硅生产用的熔硅装置及熔硅方法，以解决上述背景技术中提出的现如今单晶硅生长炉内的坩埚加热速度慢，熔化效率低的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种直拉单晶硅生产用的熔硅装置，包括熔硅炉，所述熔硅炉内安装有用于对多晶硅原料进行盛装的熔硅坩埚以及对熔硅坩埚进行加热的石墨加热器，所述熔硅坩埚的顶部安装有保温盖结构，所述保温盖结构包括加料漏斗和保温盖，所述保温盖设置于加料漏斗的底部、两者同轴设置且为一体成型结构，所述保温盖的顶部中心开设有与所述加料漏斗底面积相同的下料孔，所述石墨加热器呈中空无盖的半球状且与熔硅坩埚同轴设置，所述熔硅坩埚顶部内壁上开设有用于安装保温盖的保温盖限位槽,所述熔硅炉的顶部连接有呈“凸”型的顶盖，所述顶盖上设置有与所述加料漏斗同轴设置的进料口，所述进料口处安装有抽真空机构。
作为优选，所述保温盖限位槽的尺寸与所述保温盖的尺寸相适配，且两者卡接配合。
作为优选，所述保温盖限位槽内开设有若干均匀等距呈环状排列的螺孔，所述保温盖的顶面边缘部开设有与所述螺孔位置相对应、尺寸相适配以及数量相等的连接孔，所述保温盖通过锁紧螺栓依次穿过螺孔和连接孔螺纹连接于保温盖限位槽内。
作为优选，所述加料漏斗的顶面两侧对称安装有提环，所述熔硅坩埚的顶面两侧对称安装有拉环。
作为优选，所述熔硅坩埚的底部安装有坩埚支架装置，所述坩埚支架装置包括支撑底座，所述支撑底座的边缘处安装有若干均匀等距呈环状排列的侧支架，所述支撑底座的底面中心连接有坩埚旋转支撑轴。
作为优选，所述侧支架为弧形支架，且侧支架的弧度与熔硅坩埚的底部弧度相同。
作为优选，所述石墨加热器的底部中心开设有插孔，所述坩埚旋转支撑轴依次穿过所述插孔和熔硅炉的底部并延伸至熔硅炉的外侧，所述坩埚旋转支撑轴的直径小于插孔的直径。
作为优选，所述熔硅炉的顶部边缘与顶盖的底部边缘均设置有连接环，两个连接环通过固定螺栓和螺母连接。
作为优选，所述抽真空机构包括密封盖，所述密封盖上连接有管头，所述密封盖通过管头连接有抽真空管，所述抽真空管远离管头的一端部连接有抽真空泵。
另一方面，本发明还提供一种直拉单晶硅生产用的熔硅方法，包括上述的直拉单晶硅生产用的熔硅装置，具体包括如下步骤：
S1安装熔硅坩埚：将顶盖取下，手持拉环将清洗干燥后的熔硅坩埚放置于坩埚支架装置上的侧支架内；
S2安装保温盖结构：手持提环将保温盖放置于熔硅坩埚的保温盖限位槽内，并通过锁紧螺栓依次穿过螺孔和连接孔，将保温盖螺纹连接于保温盖限位槽内；
S3安装顶盖：将顶盖安装于熔硅炉的顶部，并将两个连接环通过固定螺栓和螺母连接；
S4添加原料：通过进料口向熔硅坩埚内添加多晶硅原料，将密封盖盖上，并通过抽真空管连接管头和抽真空泵，通过抽真空泵将熔硅炉内的空气抽；
S5加热熔硅：将石墨加热器通电后，通过石墨加热器对熔硅坩埚内的多晶硅原料进行加热，使多晶硅原料熔化即可。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本直拉单晶硅生产用的熔硅装置及熔硅方法中通过在熔硅坩埚顶部安装的保温盖，可以减小熔硅坩埚的加热空间，熔硅坩埚内的多晶硅原料可以快速熔化，从而提高加热效率，通过设置的加料漏斗可以使得添加的原料全部落入至硅坩埚，防止浪费，石墨加热器呈中空无盖的半球状且与熔硅坩埚同轴设置，可以提高熔硅坩埚的受热面积，从而提高加热速度，加快生产效率，通过设置的抽真空机构将熔硅炉内的空气抽至工艺要求的真空度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明熔硅坩埚与保温盖结构的连接结构示意图；
图3是本发明熔硅坩埚与保温盖结构的分解结构示意图；
图4是本发明坩埚支架装置的俯视结构示意图；
图5是本发明坩埚支架装置的主视结构示意图。
图中：100、熔硅炉；101、顶盖；102、连接环；103、固定螺栓；104、进料口；105、螺母；
200、熔硅坩埚；201、拉环；202、锁紧螺栓；203、保温盖限位槽；204、螺孔；
300、坩埚支架装置；301、坩埚旋转支撑轴；302、侧支架；303、支撑底座；304、固定脚；
400、石墨加热器；401、插孔；
500、保温盖结构；501、加料漏斗；502、提环；503、保温盖；504、连接孔。
600、抽真空机构；601、管头；602、抽真空管；603、抽真空泵；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
一种直拉单晶硅生产用的熔硅装置，如图1-图3所示，包括熔硅炉100，熔硅炉100内安装有用于对多晶硅原料进行盛装的熔硅坩埚200以及对熔硅坩埚200进行加热的石墨加热器400，熔硅坩埚200的顶部安装有保温盖结构500，保温盖结构500包括加料漏斗501和保温盖503，保温盖503设置于加料漏斗501的底部、两者同轴设置且为一体成型结构，保温盖503的顶部中心开设有与加料漏斗501底面积相同的下料孔，石墨加热器400呈中空无盖的半球状且与熔硅坩埚200同轴设置，熔硅坩埚200顶部内壁上开设有用于安装保温盖503的保温盖限位槽203,熔硅炉100的顶部连接有呈“凸”型的顶盖101，顶盖101上设置有与加料漏斗501同轴设置的进料口104，进料口104处安装有抽真空机构600。
进一步的，保温盖限位槽203的尺寸与保温盖503的尺寸相适配，且两者卡接配合，保温盖限位槽203内开设有若干均匀等距呈环状排列的螺孔204，保温盖503的顶面边缘部开设有与螺孔204位置相对应、尺寸相适配以及数量相等的连接孔504，保温盖503通过锁紧螺栓202依次穿过螺孔204和连接孔504螺纹连接于保温盖限位槽203内。
加料漏斗501的顶面两侧对称安装有提环502，熔硅坩埚200的顶面两侧对称安装有拉环201，提环502和拉环201便于对加料漏斗501和熔硅坩埚200进行移动。
具体的，熔硅坩埚200的底部安装有坩埚支架装置300，坩埚支架装置300包括支撑底座303，支撑底座303的边缘处安装有若干均匀等距呈环状排列的侧支架302，支撑底座303的底面中心连接有坩埚旋转支撑轴301，侧支架302为弧形支架，且侧支架302的弧度与熔硅坩埚200的底部弧度相同，通过设置的多个弧形侧支架302，可以对熔硅坩埚200进行支撑，防止其熔硅坩埚200发生晃动造成内部原料洒落。
值得说明的是，石墨加热器400的底部中心开设有插孔401，坩埚旋转支撑轴301依次穿过插孔401和熔硅炉100的底部并延伸至熔硅炉100的外侧，坩埚旋转支撑轴301的直径小于插孔401的直径，熔硅炉100的顶部边缘与顶盖101的底部边缘均设置有连接环102，两个连接环102通过固定螺栓103和螺母105连接，便于将顶盖101进行安装或拆卸，定期对熔硅炉100内部进行清洗整理。
此外，抽真空机构600包括密封盖，密封盖上连接有管头601，密封盖通过管头601连接有抽真空管602，抽真空管602远离管头601的一端部连接有抽真空泵603，通过设置的抽真空泵603将熔硅炉100内的空气抽尽。
另一方面，本发明还提供一种直拉单晶硅生产用的熔硅方法，包括上述的直拉单晶硅生产用的熔硅装置，具体包括如下步骤：
S1安装熔硅坩埚：将顶盖101取下，手持拉环201将清洗干燥后的熔硅坩埚200放置于坩埚支架装置300上的侧支架302内；
S2安装保温盖结构：手持提环502将保温盖503放置于熔硅坩埚200的保温盖限位槽203内，并通过锁紧螺栓202依次穿过螺孔204和连接孔504，将保温盖503螺纹连接于保温盖限位槽203内；
S3安装顶盖：将顶盖101安装于熔硅炉100的顶部，并将两个连接环102通过固定螺栓103和螺母105连接；
S4添加原料：通过进料口104向熔硅坩埚200内添加多晶硅原料，将密封盖盖上，并通过抽真空管602连接管头601和抽真空泵603，通过抽真空泵603将熔硅炉100内的空气抽尽；
S5加热熔硅：将石墨加热器400通电后，通过石墨加热器400对熔硅坩埚200内的多晶硅原料进行加热，使多晶硅原料熔化即可。
本发明的直拉单晶硅生产用的熔硅装置及熔硅方法通过在熔硅坩埚200顶部安装的保温盖503，可以减小熔硅坩埚200的加热空间，熔硅坩埚200内的多晶硅原料可以快速熔化，从而提高加热效率，通过设置的加料漏斗501可以使得添加的原料全部落入至硅坩埚200，防止浪费，石墨加热器40呈中空无盖的半球状且与熔硅坩埚200同轴设置，可以提高熔硅坩埚200的受热面积，从而提高加热速度，加快生产效率，通过设置的抽真空机构600将熔硅炉100内的空气抽至工艺要求的真空度。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种直拉单晶硅生产用的熔硅装置，包括熔硅炉(100)，其特征在于：所述熔硅炉(100)内安装有用于对多晶硅原料进行盛装的熔硅坩埚(200)以及对熔硅坩埚(200)进行加热的石墨加热器(400)，所述熔硅坩埚(200)的顶部安装有保温盖结构(500)，所述保温盖结构(500)包括加料漏斗(501)和保温盖(503)，所述保温盖(503)设置于加料漏斗(501)的底部、两者同轴设置且为一体成型结构，所述保温盖(503)的顶部中心开设有与所述加料漏斗(501)底面积相同的下料孔，所述石墨加热器(400)呈中空无盖的半球状且与熔硅坩埚(200)同轴设置，所述熔硅坩埚(200)顶部内壁上开设有用于安装保温盖(503)的保温盖限位槽(203),所述熔硅炉(100)的顶部连接有呈“凸”型的顶盖(101)，所述顶盖(101)上设置有与所述加料漏斗(501)同轴设置的进料口(104)，所述进料口(104)处安装有抽真空机构(600)。
2.根据权利要求1所述的直拉单晶硅生产用的熔硅装置，其特征在于：所述保温盖限位槽(203)的尺寸与所述保温盖(503)的尺寸相适配，且两者卡接配合。
3.根据权利要求1所述的直拉单晶硅生产用的熔硅装置，其特征在于：所述保温盖限位槽(203)内开设有若干均匀等距呈环状排列的螺孔(204)，所述保温盖(503)的顶面边缘部开设有与所述螺孔(204)位置相对应、尺寸相适配以及数量相等的连接孔(504)，所述保温盖(503)通过锁紧螺栓(202)依次穿过螺孔(204)和连接孔(504)螺纹连接于保温盖限位槽(203)内。
4.根据权利要求3所述的直拉单晶硅生产用的熔硅装置，其特征在于：所述加料漏斗(501)的顶面两侧对称安装有提环(502)，所述熔硅坩埚(200)的顶面两侧对称安装有拉环(201)。
5.根据权利要求3所述的直拉单晶硅生产用的熔硅装置，其特征在于：所述熔硅坩埚(200)的底部安装有坩埚支架装置(300)，所述坩埚支架装置(300)包括支撑底座(303)，所述支撑底座(303)的边缘处安装有若干均匀等距呈环状排列的侧支架(302)，所述支撑底座(303)的底面中心连接有坩埚旋转支撑轴(301)。
6.根据权利要求5所述的直拉单晶硅生产用的熔硅装置，其特征在于：所述侧支架(302)为弧形支架，且侧支架(302)的弧度与熔硅坩埚(200)的底部弧度相同。
7.根据权利要求5所述的直拉单晶硅生产用的熔硅装置，其特征在于：所述石墨加热器(400)的底部中心开设有插孔(401)，所述坩埚旋转支撑轴(301)依次穿过所述插孔(401)和熔硅炉(100)的底部并延伸至熔硅炉(100)的外侧，所述坩埚旋转支撑轴(301)的直径小于插孔(401)的直径。
8.根据权利要求1所述的直拉单晶硅生产用的熔硅装置，其特征在于：所述熔硅炉(100)的顶部边缘与顶盖(101)的底部边缘均设置有连接环(102)，两个连接环(102)通过固定螺栓(103)和螺母(105)连接。
9.根据权利要求8所述的直拉单晶硅生产用的熔硅装置，其特征在于：所述抽真空机构(600)包括密封盖，所述密封盖上连接有管头(601)，所述密封盖通过管头(601)连接有抽真空管(602)，所述抽真空管(602)远离管头(601)的一端部连接有抽真空泵(603)。
10.一种直拉单晶硅生产用的熔硅方法，包括权利要求1-9任意一项所述的直拉单晶硅生产用的熔硅装置，其特征在于：具体包括如下步骤：
S1安装熔硅坩埚：将顶盖(101)取下，手持拉环(201)将清洗干燥后的熔硅坩埚(200)放置于坩埚支架装置(300)上的侧支架(302)内；
S2安装保温盖结构：手持提环(502)将保温盖(503)放置于熔硅坩埚(200)的保温盖限位槽(203)内，并通过锁紧螺栓(202)依次穿过螺孔(204)和连接孔(504)，将保温盖(503)螺纹连接于保温盖限位槽(203)内；
S3安装顶盖：将顶盖(101)安装于熔硅炉(100)的顶部，并将两个连接环(102)通过固定螺栓(103)和螺母(105)连接；
S4添加原料：通过进料口(104)向熔硅坩埚(200)内添加多晶硅原料，将密封盖盖上，并通过抽真空管(602)连接管头(601)和抽真空泵(603)，通过抽真空泵(603)将熔硅炉(100)内的空气抽空；
S5加热熔硅：将石墨加热器(400)通电后，通过石墨加热器(400)对熔硅坩埚(200)内的多晶硅原料进行加热，使多晶硅原料熔化即可。
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