CN211339731U - 用于类单晶硅铸锭的坩埚装料结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于类单晶硅铸锭的坩埚装料结构。所述装料结构包括坩埚本体、设置于坩埚本体内的籽晶层、设置于籽晶层上方的硅片保护层、设置于硅片保护层上方且采用直径不大于5mm的小颗粒硅料铺设形成的缓冲层以及设置于缓冲层上方的碎硅料。本实用新型通过在籽晶层上面设置硅片保护层和缓冲层，平衡缓解上方碎硅料的压力，避免籽晶层表面受到碎硅料挤压造成的初始缺陷。

Description

用于类单晶硅铸锭的坩埚装料结构

技术领域

本实用新型涉及类单晶硅铸锭技术领域，尤其涉及一种用于类单晶硅铸锭的坩埚装料结构。

背景技术

类单晶硅铸锭是通过定向凝固铸造方法得到类单晶硅锭，较之提拉法制造单晶硅棒具有更高的性价比，近年也成为业内积极研究开发的方向。

类单晶硅在进行铸锭时，通常会在坩埚底部先铺设一层单晶籽晶，然后在籽晶上铺设硅料，然后通过控制硅料的熔化状态来使得在类单晶硅硅锭在籽晶上生长成型。然而，通常硅料多为不规则形状，具有很多粗糙表面，并且硅料的装载量一般在800公斤以上，粗糙的硅料会对籽晶造成局部压强较大的挤压，使得在化料过程，高温状态下的籽晶受局部较大压强的影响而导致局部原子结构发生变化，形成由于挤压造成的初始缺陷，长晶过程中，该初始缺陷沿着生长方向向上繁殖，同时籽晶界面由于压力作用和退火应力作用，使得位错和缺陷大量增加，直接影响类单晶硅晶体品质。

因此，有必要提供一种可以解决上述问题的用于类单晶硅铸锭的坩埚装料结构。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于类单晶硅铸锭的坩埚装料结构，避免籽晶层表面由于受到挤压造成的初始缺陷和长晶过程中籽晶界面产生的位错和缺陷，保证类单晶硅晶体整体品质。

为了实现上述目的，本实用新型提供的技术方案如下：一种用于类单晶硅铸锭的坩埚装料结构，其中，所述装料结构包括坩埚本体、设置于坩埚本体内的籽晶层、设置于籽晶层上方的硅片保护层、设置于硅片保护层上方且采用直径不大于5mm的小颗粒硅料铺设形成的缓冲层以及设置于缓冲层上方的碎硅料。

进一步的，硅片保护层中硅片的长宽尺寸与籽晶的长宽尺寸相同，并且所述硅片保护层中的硅片与籽晶上下对齐设置。所述硅片保护层中硅片的厚度为2mm至5mm。所述缓冲层中的小颗粒硅料均匀铺设，并且铺设厚度为15mm至25mm。

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述籽晶层下方也设置有所述硅片保护层和所述缓冲层，所述缓冲层、硅片保护层和籽晶层自下向上依次排列设置。

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述籽晶层包括若干籽晶组，每一籽晶组包括若干沿第一方向依次排布的籽晶，所述籽晶具有顶面及沿周向首尾依次相接的四个拼接面，所述籽晶组中两个相邻籽晶间的接缝与另一相邻籽晶组中位置相对应的两个相邻籽晶间的接缝呈错位设置。

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述籽晶组包括在单晶硅棒上沿不同晶面切割得到的第一籽晶、第二籽晶与第三籽晶。其中所述籽晶组中的第一籽晶、第二籽晶、第三籽晶依次顺序排列。

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述籽晶组中两个相邻籽晶的接缝与另一相邻籽晶组中相对应的两个相邻籽晶的接缝沿第一方向的错位长度不小于5mm。

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述籽晶组中边缘籽晶沿第一方向尺寸小于第一籽晶、第二籽晶或第三籽晶尺寸，差值为籽晶排布错位长度。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：通过用于类单晶硅铸锭的坩埚装料结构，所述籽晶层上方铺设一层硅片保护层和缓冲层，所述硅片保护层和缓冲层在装料过程中，平衡和缓解碎硅料的压力，保护籽晶层不被硅料损伤，有效消除碎硅料挤压所产生的的籽晶表面初始缺陷，保证类单晶硅晶体整体品质，此结构简洁，易于操作，便于产业化生产。

附图说明

图1是本实用新型用于类单晶硅铸锭的坩埚装料结构示意图。

图2是本实用新型籽晶层结构平面示意图。

100-籽晶层；200-硅片保护层；300-缓冲层；400-坩埚本体；500-碎硅料；10-籽晶组。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

本实用新型涉及一种用于类单晶硅铸锭的坩埚装料结构，如图1所示，装料结构包括坩埚本体400、设置于坩埚本体400内的籽晶层100、设置于籽晶层100上方的硅片保护层200、设置于硅片保护层200上方且采用直径不大于5mm的小颗粒硅料铺设形成的缓冲层300以及设置于缓冲层300上方的碎硅料500。

所述坩埚本体400为常规尺寸，所述坩埚本体400与坩埚本体400胚体内部喷涂一层隔离材料并加热处理冷却后形成的隔离层与成为一体。

本实用新型一实施方式中，所述籽晶层100包括若干籽晶组10，所述若干籽晶组10水平铺在坩埚本体400内。每一籽晶组10包括若干沿第一方向依次排布的籽晶。所述籽晶具有顶面及沿周向首尾依次相接的四个拼接面，若干所述籽晶的顶面属于同样的晶面。

具体的，所述籽晶组10中两个相邻籽晶的接缝与另一相邻籽晶组10中相对应的两个相邻籽晶的接缝错位设置，也就是说，相邻籽晶组中不同的籽晶形成丁字型的接缝。其中，所述籽晶组10中两个相邻籽晶的接缝与另一相邻籽晶组10中相对应的两个相邻籽晶的接缝沿第一方向的错位长度不小于5mm。后续长晶过程中，相应的丁字型晶界在界面张力作用下逐渐形成稳定的三叉晶界，相较于传统的十字晶界，能够有效降低位错增殖，减少缺陷。

所述籽晶组10包括依次排放第一籽晶A、第二籽晶B与第三籽晶C，所述第一籽晶A、第二籽晶B与第三籽晶C三者外形一致，以便于相互间紧密拼接。为保持籽晶层100四周边缘整体整齐，籽晶组10边缘籽晶沿第一方向尺寸小于第一籽晶A、第二籽晶B或第三籽晶C相同方向尺寸，差值为籽晶排布错位长度。

所述第一籽晶A、第二籽晶B与第三籽晶C三者由相应的单晶硅棒沿不同晶面切割得到，具体是指，所述第一籽晶A、第二籽晶B与第三籽晶C三者的拼接面沿不同晶面切割得到。在此，所述第一籽晶A、第二籽晶B与第三籽晶C三者的顶面均为{100}晶面。

如图1所示，本实用新型一实施方式中，所述硅片保护层200包括若干硅片，若干硅片水平铺设在籽晶层100上方，所述硅片全面覆盖在籽晶层100上面。保护籽晶表面避免碎硅料500擦伤，同时抵御和平衡来自上部碎硅料500的压力。

优先地，所述硅片保护层200中每一个硅片的长宽尺寸和与之直接接触的每一个籽晶的长宽尺寸相同，并且所述硅片保护层200中的每一个硅片与每一个籽晶上下对齐设置。换言之，硅片保护层200中的硅片和籽晶层100中的籽晶位置、长宽尺寸完全重合。

相应地，所述硅片保护层200中覆盖在每个籽晶组10边缘籽晶上方的硅片沿着籽晶相同方向的尺寸和籽晶一致，小于其它硅片相同方向的尺寸，差值为籽晶排布错位长度。也就是说，所有所述硅片长宽尺寸和与之直接接触的籽晶长宽尺寸大小相同，位置上下对齐。

优选地，所述硅片保护层200厚度为2mm至5mm，硅片保护层200可以是一层满足厚度要求的硅片，也可以由总厚度满足要求的多层硅片铺设组成，不限定铺设层数，但每层硅片的长宽尺寸均和与之对应的籽晶长宽尺寸一致，位置上下对齐。

所述硅片保护层200中的硅片可以但不限于单晶硅片、多晶硅片、类单晶硅片或者三种类型硅片的自由组合。

本实用新型一实施方式中，所述缓冲层300设置于硅片保护层200上方，所述籽晶层100、所述硅片保护层200、所述缓冲层300依照自下而上的顺序依次排列。

所述缓冲层由小颗粒硅料全面均匀铺设在硅片保护层200上面，小颗粒硅料直径不大于5mm，并且铺设总厚度为15mm至25mm，优选设置为20mm。

所述缓冲层300的组成物质可以是小颗粒硅料，也可以是流化床料或者粉尘料，主要利用小颗粒的移动平衡缓冲来自上方碎硅料500的压力。

所述碎硅料500位于坩埚本体400内最上层，与缓冲层300直接接触，所述碎硅料500为行业内常规标准纯度硅料，包括多晶硅废料、多晶硅碎片、原生硅料、多晶硅颗粒料，尺寸大小适中。

作为一个较佳实施方式，本实用新型所述坩埚装料结构还包括所述籽晶层100下方也设置所述硅片保护层200和所述缓冲层300，所述缓冲层300、硅片保护层200和籽晶层100自下向上依次排列设置。当然，所述籽晶层100也可直接铺设于坩埚本体400底部。

所述籽晶层100下方的硅片保护层200中的硅片厚度和籽晶层100上方的硅片保护层200中的厚度一样，所述硅片保护层200中每一个硅片长宽尺寸和籽晶层100中与之直接接触的籽晶的长宽尺寸一致，硅片与籽晶上下对齐设置。也就是籽晶层100下方的硅片保护层200中的硅片与籽晶及籽晶层上方的硅片保护层200中的硅片长宽尺寸一致，位置重合。

所述籽晶层100下方的缓冲层300中的小颗粒硅料均匀平铺在坩埚本体400内部底端，与籽晶层100下方的硅片保护层200直接面接触。所述籽晶层100下方的缓冲层300厚度为2mm至8mm，优选设置为5mm，主要利用小硅料的可移动性缓冲上面的压力。

所述籽晶层100具体结构水平尺寸，可根据相应的铸锭坩埚来确定，实际操作中，可通过对所述籽晶层100结构中位于周侧的至少部分籽晶进行切割以满足生产要求，并且硅片保护层200和缓冲层300尺寸大小需满足籽晶层100尺寸，此处不再赘述。

综上所述，本实用新型所述的用于类单晶硅铸锭的坩埚装料结构，通过籽晶层100设置硅片保护层200和缓冲层300，来平衡和缓解在装料过程中碎硅料500所产生的压力，同时避免籽晶层100表面受到碎硅料500擦伤，有效消除籽晶层100原始缺陷。同时籽晶层100由不同籽晶组10间接缝呈错位设置，籽晶之间形成丁字型的接缝，可减少长晶过程中由于籽晶界面压力和退火应力作用下产生的位错与缺陷，保证类单晶硅晶体整体品质。此用于类单晶硅铸锭的坩埚装料结构在使用过程中无需对现有设备与工艺进行过多调整升级，结构简洁，易于实施，具有较高的应用价值。

应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施例。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施例的具体说明，并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于类单晶硅铸锭的坩埚装料结构，其特征在于，所述装料结构包括坩埚本体、设置于坩埚本体内的籽晶层、设置于籽晶层上方的硅片保护层、设置于硅片保护层上方且采用直径不大于5mm的小颗粒硅料铺设形成的缓冲层以及设置于缓冲层上方的碎硅料。

2.根据权利要求1所述的用于类单晶硅铸锭的坩埚装料结构，其特征在于，所述硅片保护层中硅片的长宽尺寸与籽晶的长宽尺寸相同，并且所述硅片保护层中的硅片与籽晶上下对齐设置。

3.根据权利要求2所述的用于类单晶硅铸锭的坩埚装料结构，其特征在于，所述硅片保护层中硅片的厚度为2mm至5mm。

4.根据权利要求1所述的用于类单晶硅铸锭的坩埚装料结构，其特征在于：所述缓冲层中的小颗粒硅料均匀铺设，并且铺设厚度为15mm至25mm。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的用于类单晶硅铸锭的坩埚装料结构，其特征在于：所述籽晶层下方也设置有所述硅片保护层和所述缓冲层，所述缓冲层、硅片保护层和籽晶层自下向上依次排列设置。

6.根据权利要求1所述的用于类单晶硅铸锭的坩埚装料结构，其特征在于：所述籽晶层包括若干籽晶组，每一籽晶组包括若干沿第一方向依次排布的籽晶，所述籽晶具有顶面及沿周向首尾依次相接的四个拼接面，所述籽晶组中两个相邻籽晶间的接缝与另一相邻籽晶组中位置相对应的两个相邻籽晶间的接缝呈错位设置。

7.根据权利要求6所述的用于类单晶硅铸锭的坩埚装料结构，其特征在于：所述籽晶组包括在单晶硅棒上沿不同晶面切割得到的第一籽晶、第二籽晶与第三籽晶。

8.根据权利要求7所述的用于类单晶硅铸锭的坩埚装料结构，其特征在于：所述籽晶组中的第一籽晶、第二籽晶、第三籽晶依次顺序排列。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的用于类单晶硅铸锭的坩埚装料结构，其特征在于：所述籽晶组中两个相邻籽晶的接缝与另一相邻籽晶组中相对应的两个相邻籽晶的接缝沿第一方向的错位长度不小于5mm。

10.根据权利要求9所述的用于类单晶硅铸锭的坩埚装料结构，其特征在于：所述籽晶组中边缘籽晶沿第一方向尺寸小于第一籽晶、第二籽晶或第三籽晶尺寸，差值为籽晶排布错位长度。

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