专利名称：制造硅晶锭的方法
技术领域：
本发明涉及晶锭的制造领域，尤其涉及制造硅晶锭的方法。
背景技术：
在现有的制造硅晶锭的设备或者系统中，由于用于生产硅晶锭(包括多晶硅锭和单晶硅锭)的原料为块状或颗粒状，料块之间存在大量缝隙，导致装满石英坩埚的固态多晶硅给料熔化后体积大幅缩小。考虑到生产周期、成本等，希望每次尽可能的多装料。图I为现有技术的晶锭炉在装料时的结构示意图。现有技术的晶锭炉包括上炉体101';与所述上炉体101'相配合的下炉体102';设置在所述下炉体102'内的坩埚保持器5'和坩埚保持器5'内设置的石英坩埚2'。此外，为了防止生产过程中产生的多种挥发物在炉体上方的加热器31'等上沉积，通常在装完料后在坩埚2'上设置盖板7'。从耐高温、成本等方面考虑，盖板材料通常采用碳-碳复合材料。 为了实现多装料，可以考虑在加装多晶硅给料时，在石英坩埚2'被装满后继续加装多晶硅给料并使多晶硅给料在石英坩埚2'的上部堆积，然后将盖板7'放置在多晶硅给料上。但是，在现有的盖板7'的材质条件下，为防止由于块状或粒状多晶硅给料因垒高而与盖板接触所导致的来自盖板7'的下表面的碳成分混入多晶熔体中，从而避免由于碳成分的过量混入所引起的晶锭品质的恶化，在装料的过程中必须控制加料量以避免盖板V与多晶硅给料接触。此外，在现有的盖板7'和坩埚保持器5'的结构条件下，多晶硅给料垒高后，盖板7'不能相对于石英坩埚2'准确定位，在后续的化料过程中，盖板7'可能会滑落或者偏离其与石英坩埚2'的相对位置，从而会引发生产多种挥发物在炉体上方的加热器31'上沉积等问题。因此现有的设备在装料量上存在一定的限制，而装料量直接决定生产效率和成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种制造硅晶锭的方法，所述方法可以提高一次加载的多晶娃给料量，从而提闻生广效率。为了实现上述目的，根据本发明第一方面实施例的制造硅晶锭的方法，包括以下步骤将多晶硅给料放入坩埚中直至所述多晶硅给料高出所述坩埚的开口端预定高度；在所述多晶硅给料上放置石英垫片；在所述石英垫片上设置盖板，其中所述盖板的尺寸适于覆盖所述坩埚的开口端；向所述坩埚内喷吹非活性气体的同时加热所述多晶硅给料以使其熔化为熔体；以及使所述熔体定向凝固，得到硅晶锭。根据本发明实施例的制造硅晶锭的方法，通过在多晶硅给料上放置石英垫片，可以避免所述多晶硅给料与所述盖板直接接触，从而在可以实现多装料的同时能够保证所制备的娃晶淀的品质。
根据本发明的一个实施例，所述坩埚由坩埚保持器保持，所述坩埚保持器上形成有第一导向部且所述盖板上形成有第二导向部，所述第一导向部和所述第二导向部适配以在加热所述多晶硅给料使其熔化为熔体的过程中引导所述盖板相对于所述坩埚保持器在竖直方向上向下滑动。根据本发明的一个实施例，所述第一导向部为形成在所述坩埚保持器的顶壁的滑杆，所述第二导向部为形成在所述盖板边缘的导向通孔，且所述导向通孔的内径与所述滑竿的外径适配。可选地，所述滑杆的高度为所述坩埚高度的1/4 1/2。根据本发明的一个实施例，所述第一导向部为形成在所述坩埚保持器的侧壁外表面上的导向槽，所述第二导向部为形成在所述盖板边缘的滑杆，所述导向槽尺寸与所述滑杆的外径适配且所述导向槽的深度与所述滑杆的高度相应。可选地，所述第一导向部为形成在所述坩埚保持器的侧壁中的导向孔，所述第二导向部为形成在所述盖板边缘的滑杆，所述导向孔的内径与所述滑杆的外径适配且所述导向孔的深度与所述滑杆的高度相应。其中，所述滑杆的高度可以为所述坩埚高度的1/4 1/2。 根据本发明的一个实施例，所述滑杆相对于上下方向形成有0. 1-15度的锥度，且所述滑杆从底部至顶部逐渐变粗。其中，所述石英垫片可以为圆环状垫片、圆垫片、或方垫片。根据本发明的一个实施例，在将多晶硅给料放入坩埚中之前，在坩埚底部放入籽晶，以用于制造单晶硅锭。本发明附加的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。
本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图I显示了现有技术的晶锭加工炉装料时的结构示意图；图2a显示了根据本发明的一个实施例的制造硅晶锭的方法的流程示意图；图2b显示了根据本发明的另一个实施例的制造硅晶锭的方法的流程示意图；图3显示了利用根据本发明的一个实施例的制造硅晶锭的方法制造硅晶锭时晶锭加工炉在装料完成状态下的结构示意图；以及图4显示了根据本发明一个实施例的制造硅晶锭的方法中所使用的的石英垫片的主视不意图.
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。下面将参照图2a、图2b以及图3来详细描述根据本发明的一个实施例的制造硅晶锭的方法。其中，图2a显示了根据本发明的一个实施例的制造硅晶锭的方法的流程示意图；图2b显示了根据本发明的另一个实施例的制造硅晶锭的方法的流程示意图；图3显示了利用根据本发明的一个实施例的制造硅晶锭的方法制造硅晶锭时晶锭加工炉在装料完成状态下的结构示意图。需要说明的是，尽管在下述的说明书中讨论了硅晶锭的制造，但是此处所说明的技术不限于硅晶锭的制造，普通技术人员在阅读了本发明的技术方案之后也可以将本发明的用于改进加料能力的制造硅晶锭的方法适用于其他多种材料(例如Ge、GaAs等)、氧化物(例如蓝宝石、YAG等)或者氟化物(例如MgF2、CaF2)等晶锭的制造中。如图2a所示，根据本发明实施例的制造硅晶锭的方法包括以下步骤将多晶硅给料放入坩埚中直至所述多晶硅给料高出所述坩埚的开口端预定高度；在所述多晶硅给料上放置石英垫片；在所述石英垫片上设置盖板，其中所述盖板的尺寸适于覆盖所述坩埚的开口端；向所述坩埚内喷吹非活性气体的同时加热所述多晶硅给料以使其熔化为熔体；以及使所述熔体定向凝固，得到硅晶锭。根据本发明实施例的制造硅晶锭的方法，通过在多晶硅给料上放置石英垫片，可以避免所述多晶硅给料与所述盖板直接接触，从而在可以实现多装料的同时能够保证所 制备的硅晶锭的品质。根据本发明实施例的制造硅晶锭的方法，可以将化料量一次提高20-30%，这在多晶锭的生产过程中可以极大地降低能耗、减少了生产周期并同时提高生产效率。试验证明，与盖板接触的石英片在高温下不会粘附在盖板上。此外，根据本发明实施例的制造硅晶锭的方法具有以下优点1)简单易操作；2)石英垫片相对而言价格低廉，成本低；3)高石英垫片在1400-1500摄氏度的高温下只会软化(仍有足够的强度支撑盖板)，不会熔化，也不易粘到碳材质的盖板上，因此能有效防止盖板与多晶硅给料接触，从而能够避免从盖板引入碳成分等杂质；4)虽然多晶硅给料熔化后石英垫片将落入熔体中，而由于石英垫片的密度比硅熔体低，因此会浮在硅熔体表面，不会污染硅熔体，且定向凝固完成后，石英垫片残留在铸锭表面，通过物理方法(如喷砂或者敲打)或者化学腐蚀(HF腐蚀)的方法即可简单地去除。综上，通过本发明实施例的制造硅晶锭的方法，可以实现多装料的同时保证硅晶锭的品质不受影响。此外，如图2b所示，根据本发明实施例的制造硅晶锭的方法还可以包括以下步骤，即在将多晶硅给料放入坩埚中之前，在坩埚底部放入籽晶，以用于制造单晶硅锭。换言之，根据本发明实施例的制造硅晶锭的方法，既可以适用于制造多晶硅锭，也可以适用于制造单晶硅锭。为了更清楚地理解根据本发明实施例的制造硅晶锭的方法，下面参照图3描述利用根据本发明上述实施例的制造硅晶锭的方法制造硅晶锭时晶锭加工炉在装料完成状态下的结构示意图。如图3中所示,该晶锭加工炉100包括上炉体101 ;下炉体102,下炉体102与上炉体101相配合以形成炉体空间104 ;坩埚2，该坩埚2设置在下炉体102内且其内部容纳有多晶硅给料1，其中多晶硅给料I在该坩埚2内垒高(即高出坩埚的开口端预定高度)；至少一个加热器31、32，所述加热器31、32用于加热坩埚I并熔化容纳在坩埚I中的给料；坩埚保持器5，所述坩埚保持器5用于保持所述坩埚I ;隔热部件4，该隔热部件
4容纳在炉体空间104内，并被构造成相对于坩埚2纵向可移动，以控制坩埚2内的多晶硅锭的定向凝固；石英垫片9，该石英垫片9被设置在多晶硅给料I的上方；和设置在该石英垫片9上方的盖板7。盖板7可以阻止硅熔体的挥发物直接沉积到坩埚2上方的顶部加热器31和其他保温材料上。
需要说明的是，在图3中示出了在盖板7中具有气体导入孔72的结构，该气体导入孔72将例如氩气(Ar)等的惰性气体导入到坩埚I内的硅熔体表面，并通过坩埚2的上部四周设有的多个出风孔流出，从而可以通过所述惰性气体带走各种挥发物。但本发明不限于此，例如，还可以不在盖板上7上设置该导气孔72，而从盖板7和坩埚2之间的缝隙的一侧吹气，并使气流从另一侧的缝隙流出，以此来通过所述惰性气体带走各种挥发物。优选地，在坩埚保持器5上形成有第一导向部51且在盖板7上形成有第二导向部71，第一导向部51和第二导向部71相配合以在加热所述多晶硅给料使其熔化为熔体的过程中引导盖板7相对于坩埚保持器5在竖直方向上向下滑动。由此，在能够满足多加料的同时还可以保证盖板7在熔料过程中不发生位置偏离等问题。其中，第一导向部51和第二导向部71的具体形状没有特殊限制。例如，在一些实施例中，第一导向部51可以为形成在坩埚保持器5的顶壁的滑杆，第二导向部71为形成在盖板7边缘的导向通孔，且所述导向通孔的内径与所述滑竿的外径适配；在另一些实施例中，第一导向部51为形成在坩埚保持器5的侧壁外表面上的导向槽，第二导向部71为形成 在盖板7边缘的滑杆，所述导向槽尺寸与所述滑杆的外径适配且所述导向槽的深度与所述滑杆的高度相应；在其他实施例中，第一导向部51为形成在坩埚保持器5的侧壁中的导向孔，第二导向部71为形成在盖板7边缘的滑杆，所述导向孔的内径与所述滑杆的外径适配且所述导向孔的深度与所述滑杆的高度相应。关于第一导向部51和第二导向部71的个数没有特殊限制，例如，可以如图3中所示，分别形成两对第一导向部51和第二导向部71，还可以分别形成四对以上第一导向部51和第二导向部71。为了减小对气体传输的影响，可选地，所述滑杆的高度为所述坩埚高度的1/4 1/2。此外，还可以使上述实施例中的滑竿相对于上下方向形成有0. 1-15度的锥度，且所述导向件8从顶部部至底部逐渐变细。由此，通过所述具有锥度的滑竿可以使盖板7相对于坩埚2的滑动的保持平稳，并最终固定在坩埚2的开口端处。下面将参照图4来描述石英垫片9。关于石英垫片9的形状没有特殊的限制。例如，在一些实施例中，可以采用如图4所示的圆环状垫片。具体地，将圆环状石英垫片置于多晶硅给料I的顶部以隔离多晶硅给料I和盖板7，由此可以避免因在整个熔料过程中硅料表面出现的高度差导致在硅料较高处盖板7与硅料接触从而引进杂质。当然，也还可以采用圆垫片或方垫片等。具体地，在多晶硅给料I加料结束后，在多晶硅给料I的上方，分别在平面方向的多处间隔开地设置多个圆垫片或方垫片以隔离多晶硅给料I和盖板7，同样地也可以避免因在整个熔料过程中硅料表面出现的高度差导致在硅料较高处盖板7与硅料接触从而引进杂质。需要说明的是，任何提及“一个实施例”、“实施例”、“示意性实施例”等意指结合该实施例描述的具体构件、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处的该示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，当结合任何实施例描述具体构件、结构或者特点时，所主张的是，结合其他的实施例实现这样的构件、结构或者特点均落在本领域技术人员的范围之内。尽管参照本发明的多个示意性实施例对本发明的具体实施方式
进行了详细的描述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本发明原理的精神和范围之内。具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围之内，可以在零部件和/或者从属组合布局的布置方面作出合理 的变型和改进，而不会脱离本发明的精神。除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其等同物限定。
权利要求
1.一种制造硅晶锭的方法，其特征在于，包括以下步骤 将多晶硅给料放入坩埚中直至所述多晶硅给料高出所述坩埚的开口端预定高度； 在所述多晶硅给料上放置石英垫片； 在所述石英垫片上设置盖板，其中所述盖板的尺寸适于覆盖所述坩埚的开口端； 向所述坩埚内喷吹非活性气体的同时加热所述多晶硅给料以使其熔化为熔体；以及使所述熔体定向凝固，得到硅晶锭。
2.根据权利要求I所述的制造硅晶锭的方法，其特征在于， 所述坩埚由坩埚保持器保持， 所述坩埚保持器上形成有第一导向部且所述盖板上形成有第二导向部，所述第一导向部和所述第二导向部适配以在加热所述多晶硅给料使其熔化为熔体的过程中引导所述盖板相对于所述坩埚保持器在竖直方向上向下滑动。
3.根据权利要求2所述的制造硅晶锭的方法，其特征在于， 其中，所述第一导向部为形成在所述坩埚保持器的顶壁的滑杆，所述第二导向部为形成在所述盖板边缘的导向通孔，且所述导向通孔的内径与所述滑竿的外径适配。
4.根据权利要求3所述的制造硅晶锭的方法，其特征在于， 所述滑杆的高度为所述坩埚高度的1/4 1/2。
5.根据权利要求2所述的制造硅晶锭的方法，其特征在于， 其中，所述第一导向部为形成在所述坩埚保持器的侧壁外表面上的导向槽，所述第二导向部为形成在所述盖板边缘的滑杆，所述导向槽尺寸与所述滑杆的外径适配且所述导向槽的深度与所述滑杆的高度相应。
6.根据权利要求2所述的制造硅晶锭的方法，其特征在于， 其中，所述第一导向部为形成在所述坩埚保持器的侧壁中的导向孔，所述第二导向部为形成在所述盖板边缘的滑杆，所述导向孔的内径与所述滑杆的外径适配且所述导向孔的深度与所述滑杆的高度相应。
7.根据权利要求5或6所述的制造硅晶锭的方法，其特征在于， 所述滑杆的高度为所述坩埚高度的1/4 1/2。
8.根据权利要求3至6中任一项所述的制造硅晶锭的方法，其特征在于，所述滑杆相对于上下方向形成有0. 1-15度的锥度，且所述滑杆从底部至顶部逐渐变粗。
9.根据权利要求I所述的制造硅晶锭的方法，其特征在于， 其中，所述石英垫片为圆环状垫片、圆垫片或方垫片。
10.根据权利要求I所述的制造硅晶锭的方法，其特征在于，还包括以下步骤 在将多晶硅给料放入坩埚中之前，在坩埚底部放入籽晶，以用于制造单晶硅锭。
全文摘要
本发明公开了一种制造硅晶锭的方法，包括以下步骤将多晶硅给料放入坩埚中直至所述多晶硅给料高出所述坩埚的开口端预定高度；在所述多晶硅给料上放置石英垫片；在所述石英垫片上设置盖板，其中所述盖板的尺寸适于覆盖所述坩埚的开口端；向所述坩埚内喷吹非活性气体的同时加热所述多晶硅给料以使其熔化为熔体；以及使所述熔体定向凝固，得到硅晶锭。根据本发明实施例的制造硅晶锭的方法，可以将给料量提高20-30％，从而提高了生产效率、降低了晶锭的制造成本。
文档编号C30B11/00GK102677146SQ20111006698
公开日2012年9月19日 申请日期2011年3月18日 优先权日2011年3月18日
发明者李园 申请人:王楚雯