[实用新型]直拉硅单晶炉装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种制备单晶硅的装置，具体地，涉及一种直拉硅单晶炉装置。

背景技术

21世纪，世界能源危机促进了光伏市场的发展，晶体硅太阳能电池是光伏行业的主导产品，占市场份额的90％。在国际市场的拉动下，我国太阳能光伏发电产业发展迅速，我国太阳能电池年产量由原来占世界份额的1％发展到世界份额的10％以上。与其他晶体硅太阳能电池相比，单晶硅太阳能电池的转化率较高，但其生产成本也高。随着世界各国对太阳能光伏产业的进一步重视，特别是发达国家制定了一系列的扶持政策，鼓励开发利用太阳能，另外，随着硅太阳能电池应用面的不断扩大，太阳能电池的需求量越来越大，硅单晶材料的需求量同比扩大。

单晶硅生长技术有两种，区熔法(FZ)和直拉法(CZ)，其中直拉法应用最广泛。直拉法单晶硅的生长过程是：将多晶硅放入单晶生长炉中加热熔融，在熔融的多晶硅中插入一个籽晶，调整熔融硅液面的温度，使其接近熔点温度，然后驱动籽晶自上而下伸入熔融硅并旋转，然后缓缓上提籽晶，则单晶硅体进入锥体部分的生长，当锥体直径接近所需的目标直径时，提高籽晶的提升速度，则单晶硅体直径不再增大而进入晶体的中部生长阶段；生长接近尾期时，再提高籽晶的提升速度，单晶硅体逐渐脱离熔融硅，形成下锥体而结束生长。用这种方法生长出来的单晶硅，其形状为两端呈锥形的圆柱体，将该圆柱体切片即得到单晶硅半导体原料，这种圆形单晶硅片适于做集成电路材料。

单晶硅是微电子技术的材料基石，对单晶硅质量的要求越来越高，这对晶体生长技术也提出了更加严格的要求。直拉单晶硅在单晶炉内生长过程中处于低真空状态，且不断向单晶炉内充入惰性保护气体以带走由于单晶硅从熔体中结晶时散发的结晶潜热和硅熔体挥发的一氧化硅颗粒，然后从单晶炉抽气口中排出，图1是该装置的保护气体的流动示意图。专利申请号为200620148936.X中公开了一种具有保护气控制装置的直拉单晶炉，其排气口设置在石墨保温套筒上部。但是无论排气口设置在何处，保护气体均不能很好地将单晶炉中的杂质脱离生长中的单晶硅表面，从而污染物的浓度增加，使得单晶硅的纯度不能达到要求。综上所述，目前使用的直拉单晶炉所拉制的单晶硅，其纯度不高，其整个单晶硅不同部位的纯度偏差较大，鉴于现有技术的上述缺陷，提出了本实用新型的直拉单晶装置。

发明内容

本实用新型的一个目的是提供一种直拉硅单晶炉装置，该单晶硅装置拉制的单晶硅的纯度高。

本实用新型的另一个目的是提供一种提高单晶硅纯度的直拉单晶方法，利用该方法能够使单晶硅在生长过程中，周围环境中完全处于惰性气体的保护下，从而使的拉制出的单晶硅的纯度提高。

为实现本实用新型第一个目的，提供一种直拉硅单晶炉装置，其包括副室、炉腔、热屏支撑板、热屏、保温层、石英坩埚、石墨坩埚、加热器，其中，在炉腔中硅熔体的上方设置一个两端开口的罩体，所述罩体沿着单晶硅生长的方向、且罩体的开口正对着单晶硅的方向设置，罩体与硅熔体液面接近的一端与硅熔体液面具有一间距。

所述罩体与炉腔或/和副室相连接，其优选罩体的上端与炉腔或副室相连接，更优选罩体的上端与副室相连接。

本实用新型所述的罩体与炉腔或/和副室的连接方式可以有多种，只要能够将罩体固定于炉腔内，沿着单晶硅生长的方向、且罩体的开口正对着单晶硅的方向即可。例如，所述的罩体的上端设置为向外的凸缘，该凸缘搭接在副室或炉腔的托台，将罩体固定；或者在罩体上均匀的设置几个孔，同时在副室的壁上与罩体的孔相对应的位置设置凹槽，利用销钉将罩体固定在炉腔内；或者通过一个固定圈将罩体固定在炉腔内，还有多种途径可以实现上述连接，只要能将本实用新型的罩体固定于炉腔适当的位置即可。

本实用新型的罩体与硅熔体液面接近的一端与硅熔体液面具有一间距，该间距只要能将外界杂质与单晶隔开即可。其中优选罩体与硅熔体液面接近的一端与硅熔体液面的距离为大于0、且小于100mm。

所述的罩体的形状为长筒形。

所述的长筒形的罩体的横截面为棱形、圆柱形或椭圆的柱体等，其优选圆柱形。

所述的罩体是由一段、或两段以上的罩体组合而成。

所述的罩体的材质为所有耐高温的材料，本实用新型优选石英。

石英材质的熔点可达到1730℃，在单晶炉中长时间的高温下，其不会熔融，同时，便于观察单晶硅的生长情况。所述罩体也可以由其他耐高温、透明的材质制成。