CN113943975A - 铸锭生长硅晶体的装料方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铸锭生长硅晶体的装料方法，所述装料方法包括：将硅块装入炉体内，使硅块自炉体的底部向上铺设；在所述硅块的最上方铺设至少两层交叠设置的硅片，每层具有多个阵列分布的硅片，且任意相邻的两层硅片满足以下分布条件：上层各个硅片之间的缝隙与下层各个硅片之间的缝隙错开；盖上炉盖。通过在装料时在硅料的最上层紧密铺设两层以上硅片，硅片采用错位交叠的方式进行铺装，由于硅片的体积膨胀较小，因此可以避免体积膨胀带来的不安全，同时由于硅片的面积较硅块大、更完整，因此形成阻挡屏障，气流不能穿过硅片进入下方硅料中，由此有效阻挡气流的进入硅块内。

Description

铸锭生长硅晶体的装料方法
技术领域
本发明涉及硅晶体制造领域，尤其是涉及一种铸锭生长硅晶体的装料方法。
背景技术
氧碳含量主要是由于气体携带氧碳元素进入到硅料，熔化后溶解到硅液，凝固沉积在晶体硅内部而造成。氧碳含量对晶体品质具有非常严重的影响。氧碳元素的浸入是从熔化前就已经开始了，当携带杂质的气体随着气流浸入到硅料内部，在硅料内部因为气体流动速度有了很大的降低，因此杂质沉落在了硅料表面，待浸入熔化后杂质自然就留在了硅料溶液中，
常规的硅料铺装是最后是放置硅块，硅料之间存在较大的缝隙，为了预留硅料之间的体积膨胀距离，增加安全系数，硅料之间的缝隙是必须保留的，但是存在缝隙，气体就较容易沿着缝隙进入到硅料内部。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种铸锭生长硅晶体的装料方法。
根据本发明第一方面实施例的铸锭生长硅晶体的装料方法，包括：将硅块装入炉体内，使硅块自炉体的底部向上铺设；在所述硅块的最上方铺设至少两层交叠设置的硅片，每层具有多个阵列分布的硅片，且任意相邻的两层硅片满足以下分布条件：上层各个硅片之间的缝隙与下层各个硅片之间的缝隙错开；盖上炉盖。
在一些实施例中，每层硅片沿第一方向呈多排分布且沿第二方向呈多列分布，上层硅片的缝隙与下层硅片的缝隙在第一方向、第二方向均错开。
在一些实施例中，位于最上层的一层硅片组成的上表面自炉体的外沿向中心逐渐下沉。
在一些实施例中，所述炉体为方形，所述硅片相对于所述炉体的宽度方向对称分布。
在一些实施例中，所述炉体为圆形，所述上表面为圆锥形。
在一些实施例中，下沉的深度为30mm-80mm。
在一些实施例中，所述硅片的层数为3-5层。
在一些实施例中，所述硅片的厚度为150微米-200微米。
在一些实施例中，所述硅片为矩形，所述硅片的长、宽各自为150mm-180mm。
在一些实施例中，在铺设所述硅片前还包括：铺设一层细碎硅料，所述细碎硅料的粒径为1cm-2cm，所述硅块的粒径为5-10mm。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的铸锭生长硅晶体的装料方法。
图2是根据本发明实施例的铸锭生长硅晶体的炉体装料的示意图。
图3是根据本发明实施例的炉体内的硅片的一个分布示意图。
图4是根据本发明实施例的炉体内的硅片的另一个分布示意图。
图5是已有的装料方式的硅块与盖板之间的气流流动路径示意图(示出了一半炉体)。
图6是根据本发明实施例的装料方法的硅片与盖板之间的气流流动路径示意图(示出了一半炉体)。
附图标记
炉体100，炉盖200，进气口201，出气口202，
硅块10，硅片20，缝隙a。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。
下面参考图1-图6描述根据本发明实施例的铸锭生长硅晶体的装料方法。
如图1所示，根据本发明第一方面实施例的铸锭生长硅晶体的装料方法包括：
S1、将硅块装入炉体内，使硅块自炉体的底部向上铺设；
S2、在硅块的最上方铺设至少两层交叠设置的硅片，且每层具有多个阵列分布的硅片，且任意相邻的两层硅片满足以下分布条件：上层各个硅片之间的缝隙与下层各个硅片之间的缝隙错开；
S3、盖上炉盖。
根据本发明实施例的铸锭生长硅晶体的装料方法，通过在装料时在硅料的最上层紧密铺设两层以上硅片，硅片采用错位交叠的方式进行铺装，由于硅片的体积膨胀较小，因此可以避免体积膨胀带来的不安全，同时由于硅片的面积较硅块大、更完整，因此形成阻挡屏障，气流不能穿过硅片进入下方硅料中，由此有效阻挡气流的进入硅块内。
由于硅片20与硅片20间存在缝隙a，一部分气体会沿着缝隙a进入下部，参见图3、4所示本发明的一些实施例中，将硅片20错开交叠放置，可有有效解决气流从硅片20间缝隙a进入下一层的问题，可以有效阻挡气流进入硅料中。举例而言，每层硅片20沿第一方向呈多排分布且沿第二方向呈多列分布，上层硅片20的缝隙a与下层硅片20的缝隙a在第一方向、第二方向均错开。
除了硅片20的阻挡作用外，气流在硅料和盖板间的腔体中的流动也会对氧碳含量造成直接的影响，当气流较顺畅，腔体中的气流涡旋较少时，气体可以顺利的流出腔体，就较容易带出杂质，相反，气流会被困在腔体中，因此很多杂质就被留在了硅料上，即使有硅片20阻挡也不能解决杂质增多的问题。
因此本发明实施例中，参见图2所示，位于最上层的一层硅片20组成的上表面自炉体100的外沿向中心逐渐下沉。这样，通过改变硅料与盖板之间腔体的形状，采用流体力学中虹吸作用，将气体的在腔体中的涡旋减少或者移动到边部来，以引导气流顺利流出腔体，从而增加了气体流动的顺畅性，进而起到导出杂质的作用。
硅片20的铺设方式以及下沉形式有多种变化，在一些实施例中，炉体100为方形，硅片20相对于炉体100的宽度方向对称分布。也就是说，硅片20相对于与宽度方向平行的中心线对称分布，两部分硅片20的上表面均形成为自边沿向中心逐渐向下倾斜的平面，由于铺设硅片20的过程中难免存在硅片20的形状、铺设角度的细微差异，所以这里的对称指的是大体对称。因此，改变腔体形状的措施是在硅料的中心区域下沉，使得硅料表面形成了一个锥形的表面。
图4、5分别为针对顶部未下沉、硅片20顶部中心下沉所做的数值模拟，其中，炉盖200的中心为进气口201，四周边沿形成有多个出气口202。由模拟结果可以看出，中心区域凹陷下去以后，气体流动的腔体发生了改变，气流涡旋产生了变化，在顶部倾斜表面的导向作用下，大部分气体可以直接流到出气口202，不会再回流形成涡旋，气流更加容易流出腔体，增加了气体流动的顺畅性。
可选地，下沉的深度D为30mm-80mm。采用上述深度，使气流排出的更顺畅。
在一些实施例中，硅片20的层数为3-5层。由此，采用3-5层硅片20能够减少气体浸入硅料的同时，尽可能压低成本、节约工时。
进一步地，硅片20的厚度为150微米-200微米；硅片20为矩形，硅片20的长、宽各自为150mm-180mm。由此，采用上述形状、尺寸的硅片20，铺设更便捷。
在一些实施例中，在铺设硅片20前还包括：铺设一层细碎硅料(图中未示出)，细碎硅料的粒径为1cm-2cm，硅块10的粒径为5-10mm。由此，
为了解决已有问题，首先是解决气体浸入硅料的问题，采用了多层交错排布的硅片20。同时气体在上部腔体中的流动顺畅与否也会影响杂质的带出，为此将硅片20设置成中间低、四周高的方式。综上，本发明从两方面着手，首先阻止气体流入硅料内部，同时优化腔体内的气流路径，让气流顺利流出，减少在腔体中的停留，从而起到降低杂质浸入的几率。
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”、“轴向”、“径向”、“周向”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装置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。
在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种铸锭生长硅晶体的装料方法，其特征在于，包括：
将硅块装入炉体内，使硅块自炉体的底部向上铺设；
在所述硅块的最上方铺设至少两层交叠设置的硅片，且每层具有多个阵列分布的硅片，且任意相邻的两层硅片满足以下分布条件：上层各个硅片之间的缝隙与下层各个硅片之间的缝隙错开；
盖上炉盖。
2.根据权利要求1所述的装料方法，其特征在于，每层硅片沿第一方向呈多排分布且沿第二方向呈多列分布，上层硅片的缝隙与下层硅片的缝隙在第一方向、第二方向均错开。
3.根据权利要求2所述的装料方法，其特征在于，位于最上层的一层硅片组成的上表面自炉体的外沿向中心逐渐下沉。
4.根据权利要求3所述的装料方法，其特征在于，所述炉体为方形，所述硅片相对于所述炉体的宽度方向对称分布。
5.根据权利要求3所述的装料方法，其特征在于，下沉的深度为30mm-80mm。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的装料方法，其特征在于，所述硅片的层数为3-5层。
7.根据权利要求6所述的装料方法，其特征在于，所述硅片的厚度为150微米-200微米。
8.根据权利要求7所述的装料方法，其特征在于，所述硅片为矩形，所述硅片的长、宽各自为150mm-180mm。
9.根据权利要求1-5中任一项所述的装料方法，其特征在于，在铺设所述硅片前还包括：铺设一层细碎硅料，所述细碎硅料的粒径为1cm-2cm，所述硅块的粒径为5-10mm。
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