CN215251330U - 硅芯制备设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种硅芯制备设备，包括：硅芯炉，硅芯炉包括底座和硅芯筒体，硅芯筒体安装在底座上，硅芯筒体具有硅芯炉腔、进气口和出气口，进气口和出气口与硅芯炉腔连通；籽晶提拉装置，籽晶提拉装置与硅芯炉腔滑动连接，籽晶提拉装置的一端从硅芯炉腔上端伸入到硅芯炉腔内；原料棒座，原料棒座位于硅芯炉腔内；感应线圈，感应线圈安装在硅芯炉腔内，底座上设有电器控制装置，感应线圈与电器控制装置电连接；第一真空发生器，真空发生器通过抽空管道与出气口连通。通过利用根据本实用新型实施例的硅芯制备设备，从而可以有效地降低硅芯中的P元素的含量，有效地提高硅芯的电阻率。

Description

硅芯制备设备

技术领域

本实用新型涉及硅芯制备领域，具体涉及一种硅芯制备设备。

背景技术

硅芯制备技术是通过硅芯原料棒在常压硅芯炉中进行拉制。此种方法，首先需要在还原炉内制备出符合要求的硅芯原料棒，经过辊磨、清洗后经硅芯炉拉制成圆硅芯。现有硅芯制备技术制造出来的硅芯的纯度与硅芯原料棒相同。

相关技术中，拉制硅芯的技术特点是先对硅芯炉进行抽真空，然后再充入惰性保护气至常压或者微正压，之后开始对硅芯原料棒进行加热、熔化、拉制、冷却，整个拉制过程中持续维持常压或者微正压状态。此方法拉制出的硅芯电阻率往往受硅芯原料棒纯度的影响，硅芯电阻率取决于硅芯原料棒电阻率。原料棒电阻率与硅芯原料棒中的杂质有关。

实用新型内容

本实用新型是基于实用新型人对以下事实和问题的发现和认识做出的：影响硅芯的电阻率的施主杂质为P元素，硅芯中的P元素的含量越低，硅芯的电阻率越高。相关技术中，在常压状态下或者微正压状态下利用硅芯原料棒拉制硅芯。但是，在常压状态下和微正压状态下，P元素的挥发量非常小，甚至可以忽略不计，从而导致硅芯原料棒中的P元素几乎全部进入到硅芯中。由此导致硅芯的P元素含量较高，进而导致硅芯的电阻率较低，从而造成硅芯质量不合格。

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的实施例提出一种硅芯制备设备。

根据本实用新型实施例的硅芯制备设备，包括：

硅芯炉，所述硅芯炉包括底座和硅芯筒体，所述硅芯筒体安装在所述底座上，所述硅芯筒体具有硅芯炉腔、进气口和出气口，所述进气口和所述出气口与所述硅芯炉腔连通；

籽晶提拉装置，所述籽晶提拉装置与所述硅芯炉腔滑动连接，所述籽晶提拉装置的一端从所述硅芯炉腔上端伸入到所述硅芯炉腔内，所述籽晶提拉装置的另一端设有拉环，所述拉环位于所述硅芯炉腔外；

原料棒座，所述原料棒座位于所述硅芯炉腔内；

感应线圈，所述感应线圈安装在所述硅芯炉腔内，所述底座上设有电器控制装置，所述感应线圈与所述电器控制装置电连接；和

第一真空发生器，所述真空发生器通过抽空管道与所述出气口连通。

因此，通过利用根据本实用新型实施例的硅芯制备设备，从而可以有效地降低硅芯中的P元素的含量，有效地提高硅芯的电阻率。

在一些实施例中，所述硅芯炉腔包括上炉腔和下炉腔，所述出气口包括上出气口和下出气口，所述上出气口与所述上炉腔的上部连通，所述下出气口与所述下炉腔的下部连通。

在一些实施例中，所述第一真空发生器包括第一真空泵和第二真空泵，所述第一真空泵和第二真空泵并联，所述第一真空泵和第二真空泵并联中的每一者都通过所述抽空管道与所述出气口连通。

在一些实施例中，还包括第二真空发生器，所述第一真空发生器为真空泵，所述第二真空发生器的一端与所述第一真空发生器连接，所述第二真空发生器的另一端通过所述抽空管道与所述出气口连通。

在一些实施例中，还包括压力传感器，所述压力传感器安装在所述硅芯炉腔内。

在一些实施例中，还包括观察窗，所述观察窗安装在所述硅芯筒体上，所述观察窗与所述下炉腔相对设置。

在一些实施例中，所述第一真空泵为罗茨泵，所述第二真空泵为扩散泵。

在一些实施例中，所述第二真空发生器为蒸汽压缩机或蒸汽喷射泵。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例的硅芯制备设备的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型是基于实用新型人对以下事实和问题的发现和认识做出的：影响硅芯的电阻率的施主杂质为P元素，硅芯中的P元素的含量越低，硅芯的电阻率越高。相关技术中，在常压状态下或者微正压状态下利用硅芯原料棒拉制硅芯。但是，在常压状态下和微正压状态下，P元素的挥发量非常小，甚至可以忽略不计，从而导致硅芯原料棒中的P元素几乎全部进入到硅芯中。由此导致硅芯的P元素含量较高，进而导致硅芯的电阻率较低，从而造成硅芯质量不合格。

根据本实用新型实施例的硅芯制备方法，包括以下步骤：

A)将硅芯原料棒和籽晶安装在硅芯炉腔210内，关闭硅芯炉腔210；

B)对硅芯炉腔210进行持续地抽真空，使得硅芯炉腔210内的压强小于标准大气压；和

C)加热硅芯原料棒产生熔区，利用籽晶拉制硅芯原料棒以便得到硅芯。也就是说，拉制硅芯的过程中，始终保持硅芯炉腔210内的压强小于标准大气压。

根据本实用新型实施例的硅芯制备方法通过对硅芯炉腔210进行持续地抽真空，使得在整个拉制硅芯的过程中，硅芯炉腔210中的气体持续地被抽出。由此可以将挥发出来的P元素快速地、持续不断地抽出210，从而可以使硅芯原料棒的熔区内的P元素持续不断地挥发出来。由此可以有效地减少进入到硅芯中的P元素的量，从而可以有效地降低硅芯中的P元素的含量，以便提高硅芯的电阻率。

因此，通过利用根据本实用新型实施例的硅芯制备方法，从而可以有效地降低硅芯中的P元素的含量，有效地提高硅芯的电阻率。

通过利用根据本实用新型实施例的硅芯制备方法，可以得到电阻率大于1000Ω.cm以上的硅芯。

根据本实用新型实施例的硅芯制备方法可以通过根据本实用新型实施例的硅芯制备设备10000来实施。

如图1所示，根据本实用新型实施例的硅芯制备设备10000包括硅芯炉1000、籽晶提拉装置300、原料棒座310、感应线圈320和第一真空发生器。

硅芯炉1000包括底座100和硅芯筒体200，硅芯筒体200安装在底座100上，硅芯筒体200具有硅芯炉腔210、进气口220和出气口，进气口220和出气口与硅芯炉腔210连通。

拉制硅芯在硅芯炉腔210内进行，可通过出气口排出硅芯炉腔210内的气体，可通过进气口220将惰性气体通入硅芯炉腔210内。

籽晶提拉装置300与硅芯炉腔210滑动连接，籽晶提拉装置300的一端从硅芯炉腔210上端伸入到硅芯炉腔210内，籽晶提拉装置300的另一端设有拉环，拉环位于硅芯炉腔210外，原料棒座310位于硅芯炉腔210内。籽晶提拉装置300可用于安装并提拉籽晶，通过提拉籽晶来拉制硅芯，拉环便于拉制硅芯。原料棒座310用于安装并上移硅芯原料棒，从而配合硅芯的拉制。

感应线圈320安装在硅芯炉腔210内，底座100上设有电器控制装置321，感应线圈320与电器控制装置321电连接。通过感应线圈320来加热、熔化硅芯原料棒，制造出拉制硅芯所需要的熔区。

第一真空发生器通过抽空管道404与出气口连通，因此使得第一真空发生器与硅芯炉腔210连通，从而可通过第一真空发生器对硅芯炉腔210抽真空。

在拉制硅芯时，首先将籽晶安装在籽晶提拉装置300下端，硅芯原料棒安装在原料棒座310上，然后关闭硅芯炉腔210。使用第一真空发生器通过出气口对硅芯炉腔210室进行抽真空后，再使用惰性气体通过进气口220对硅芯炉腔210室内进行气体填充，以便于对硅芯炉腔210内的气体进行置换，从而减少硅芯炉腔210内杂质。置换气体的步骤至少重复2次，以便提高拉制硅芯的环境的清洁度。惰性气体包括氦气和氩气中的至少一种，氦气和氩气不会与硅进行反应，不影响拉制硅芯的进行。

如图1所示，在一些实施例中，硅芯炉腔210包括上炉腔211和下炉腔212，感应线圈320和硅芯原料棒在下炉腔212内，即熔区在下炉腔212内。为了便于将上炉腔211和下炉腔212中的气体抽出，减少杂质对拉制硅芯的影响。出气口包括上出气口231和下出气口232。上出气口231与上炉腔211的上部连通，下出气口232与下炉腔212的下部连通。也就是说，211的侧壁面的上部设有231,232的侧壁面的下部设有232。

第一真空发生器通过抽空管道404分别与上出气口231和下出气口232连通，因此第一真空发生器可通过上出气口231将硅芯炉腔210内的气体抽出，第一真空发生器也可通过下出气口232将硅芯炉腔210内的气体抽出，由此可以进一步减少硅芯炉腔210内的杂质，以便进一步提高210的环境的清洁度，从而提高拉制的硅芯的质量。

如图1所示，在一些实施例中，硅芯制备设备10000还包括压力传感器501和观察窗502。

压力传感器501安装在硅芯炉腔210内，压力传感器501可以检测硅芯炉腔210内的压强，从而得到硅芯炉腔210的漏率。在置换气体的步骤结束后，硅芯炉腔210内的压强小于标准大气压，观察检测硅芯炉腔210内的压强变化1分钟到5分钟，如果硅芯炉腔210内的压强的增加速率小于0.5Pa/分钟，则证明硅芯炉腔210气密性较好，可以继续进行拉制硅芯。

观察窗502安装在硅芯筒体200上，观察窗502与下炉腔212相对设置。可通过观察窗502来观察下炉腔212内的情况，即可通过观察窗502来观察熔区拉制硅芯的情况，从而调节感应线圈320的温度及籽晶提拉装置300的提拉速度，保证拉制硅芯的顺利进行。

在本实用新型的一个示例中，在该步骤B)中，可以使硅芯炉腔210内的压强小于3Pa。换言之，拉制硅芯的过程中，始终保持硅芯炉腔210内的压强小于3Pa。由此可以更加有效地、更加快速地将挥发出的P元素抽出硅芯炉腔210，以便进一步降低硅芯的P元素含量，进而进一步提高硅芯的质量。

可选地，在该步骤B)中，可以使硅芯炉腔210内的压强小于0.001Pa。也就是说，拉制硅芯的过程中，始终保持硅芯炉腔210内的压强小于0.001Pa。由此可以更加有效地、更加快速地将挥发出的P元素抽出硅芯炉腔210，以便进一步降低硅芯的P元素含量，进而进一步提高硅芯的质量。

在本实用新型的另一个示例中，在步骤B)中，对硅芯炉腔210进行持续地抽真空的同时，通入惰性气体到硅芯炉腔210内。也就是说，一边向硅芯炉腔210内通入惰性气体，一边对硅芯炉腔210进行抽真空，即向硅芯炉腔210内通入惰性气体和对硅芯炉腔210进行抽真空可以同时进行。

通过在对硅芯炉腔210抽真空时向硅芯炉腔210内通入惰性气体，从而可以使硅芯炉腔210内的压强处于较为稳定的状态。由此可以维持硅芯炉腔210的压强稳定、熔区稳定，从而减少因硅芯炉腔210的压强波动而可能造成的熔区的变化，进而减少因熔区的变化而造成的硅芯直径的波动，以便提高硅芯的质量。其中，可以通过进气口220将惰性气体通入到硅芯炉腔210内。

可选地，在步骤B)中，对硅芯炉腔210进行持续地抽真空的同时，通入惰性气体到硅芯炉腔210内，硅芯炉腔内的压强小于100Kpa。由此可以使硅芯炉腔210内的压强处于较为更加稳定的状态，从而可以维持硅芯炉腔210的压强稳定、熔区更加稳定。

可选地，在步骤B)中，对硅芯炉腔210进行持续地抽真空的同时，通入惰性气体到硅芯炉腔210内，硅芯炉腔内的压强大于3Kpa。由此可以使硅芯炉腔210内的压强处于较为更加稳定的状态，从而可以维持硅芯炉腔210的压强稳定、熔区更加稳定。

在一些实施例中，第一真空发生器包括第一真空泵401和第二真空泵402，第一真空泵401和第二真空泵402并联，第一真空泵401和第二真空泵402中的每一者都通过抽空管道404与出气口连通。通过利用第一真空泵401和第二真空泵402同时持续地对硅芯炉腔210抽真空，从而可以更加有效地、更加快速地将挥发出的P元素抽出210，以便进一步降低硅芯的P元素含量，进而进一步提高硅芯的质量。

可选地，第一真空泵401为罗茨泵，第二真空泵402为扩散泵。罗茨泵抽气量大，但是抽真空度真空度较低，扩散泵的抽真空的真空度较高。

第二真空泵402的抽真空的真空度较高，当关闭第一真空泵401后，开启第二真空泵402。使用第二真空泵402对硅芯炉腔210进行持续地抽真空，此时，关闭进气口220，使得硅芯炉腔210内的压强小于3Pa。硅芯炉腔210内的压强小，便于P元素被抽出硅芯炉腔210，便于去除硅芯的杂质并提高硅芯的质量及电阻率，使得硅芯的电阻率达到1000Ω.cm以上。

可选地，在步骤D-1)中，将硅芯和籽晶从硅芯炉腔210内取出分开后，再次将硅芯和籽晶安装在硅芯炉腔210内，关闭硅芯炉腔210。可以将拉制的硅芯从硅芯炉腔210内取出后分开硅芯和籽晶，再次将硅芯和籽晶安装在硅芯炉腔210内，关闭硅芯炉腔210。

在步骤D-2)中，对硅芯炉腔210进行持续地抽真空，使得硅芯炉腔210内的压强小于标准大气压。对硅芯炉腔210进行持续地抽真空的同时，通入惰性气体到硅芯炉腔210内，硅芯炉腔内的压强大于3Kpa。

在步骤D-3)中，加热硅芯产生熔区进行除杂，利用籽晶拉制硅芯。重复拉制硅芯的步骤，对硅芯进行二次除杂，再次减少硅芯中的P元素，从而提高硅芯的质量及电阻率。

可选地，重复实施步骤D-1)、步骤D-2)和步骤D-3)至少1次。二次除杂的步骤至少重复一次，多次拉制硅芯、除去硅芯中的P元素的步骤可进一步提高硅芯的电阻率，使得硅芯的电阻率达到10000Ω.cm以上。

在一些实施例中，硅芯制备设备10000还包括第二真空发生器403，第二真空发生器403的一端与第一真空发生器连接，第二真空发生器403的另一端通过抽空管道404与出气口连通。可选地，第二真空发生器为蒸汽压缩机或蒸汽喷射泵。

第二真空发生器403与第一真空发生器串联，提高硅芯炉腔210内的真空度，使得硅芯炉腔210内的压强小于0.001Pa。为除去硅芯炉腔210内挥发的P元素提供了更好的抽出气氛，更加便于P元素被抽出硅芯炉腔210，更加便于去除硅芯的杂质并提高硅芯的质量及电阻率，使得硅芯的电阻率达到1000Ω.cm以上。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等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实用新型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必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种硅芯制备设备，其特征在于，包括：

硅芯炉，所述硅芯炉包括底座和硅芯筒体，所述硅芯筒体安装在所述底座上，所述硅芯筒体具有硅芯炉腔、进气口和出气口，所述进气口和所述出气口与所述硅芯炉腔连通；

籽晶提拉装置，所述籽晶提拉装置与所述硅芯炉腔滑动连接，所述籽晶提拉装置的一端从所述硅芯炉腔上端伸入到所述硅芯炉腔内，所述籽晶提拉装置的另一端设有拉环，所述拉环位于所述硅芯炉腔外；

原料棒座，所述原料棒座位于所述硅芯炉腔内；

感应线圈，所述感应线圈安装在所述硅芯炉腔内，所述底座上设有电器控制装置，所述感应线圈与所述电器控制装置电连接；和

第一真空发生器，所述真空发生器通过抽空管道与所述出气口连通。

2.根据权利要求1所述的硅芯制备设备，其特征在于，所述硅芯炉腔包括上炉腔和下炉腔，所述出气口包括上出气口和下出气口，所述上出气口与所述上炉腔的上部连通，所述下出气口与所述下炉腔的下部连通。

3.根据权利要求1所述的硅芯制备设备，其特征在于，所述第一真空发生器包括第一真空泵和第二真空泵，所述第一真空泵和第二真空泵并联，所述第一真空泵和第二真空泵并联中的每一者都通过所述抽空管道与所述出气口连通。

4.根据权利要求1所述的硅芯制备设备，其特征在于，还包括第二真空发生器，所述第一真空发生器为真空泵，所述第二真空发生器的一端与所述第一真空发生器连接，所述第二真空发生器的另一端通过所述抽空管道与所述出气口连通。

5.根据权利要求2所述的硅芯制备设备，其特征在于，还包括压力传感器，所述压力传感器安装在所述硅芯炉腔内。

6.根据权利要求2所述的硅芯制备设备，其特征在于，还包括观察窗，所述观察窗安装在所述硅芯筒体上，所述观察窗与所述下炉腔相对设置。

7.根据权利要求3所述的硅芯制备设备，其特征在于，所述第一真空泵为罗茨泵，所述第二真空泵为扩散泵。

8.根据权利要求4所述的硅芯制备设备，其特征在于，所述第二真空发生器为蒸汽压缩机或蒸汽喷射泵。

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