[发明专利]一种单晶硅提拉炉和生长单晶硅的拉制方法

说明书

本发明公开了一种单晶硅提拉炉和生长单晶硅的拉制方法，一种单晶硅提拉炉，包括：炉腔，炉腔内设置有用于加热的管式反应器、坩埚、单晶硅提拉机构、用于对坩埚进行加热的加热器，气体硅源在管式反应器内热分解反应生成硅粉，硅粉或者硅粉熔融成为熔融硅进入到坩埚内，单晶硅提拉机构设置于坩埚上方，单晶硅提拉机构用于提拉籽晶将坩埚内的熔融硅拉制生长单晶硅。本发明省略了固体硅料的生产步骤，可以降低能耗，还可以节约生产及处理固体硅料所需的巨额投资，可以避免固体硅料引入污染问题，从而保证生成的单晶硅的纯度，相对于固体硅料的连续补料，气体硅源热分解补充熔融硅料可以更为简便地实现，并且补充熔融硅料的速度可以做到精确的控制。

技术领域

本发明属于晶体硅生长技术领域，具体涉及一种单晶硅提拉炉和生长单晶硅的拉制方法。

背景技术

晶体硅是硅类半导体和太阳能光伏电池的重要原材料。目前晶体硅生长方法主要有两种：一种方法是将固体硅料放在铸锭炉中进行铸锭，所生产出的产品是多晶硅，切片后主要用于太阳能光伏电池片的制造；另一种方法是将固体硅料放在单晶炉中，熔化后采用提拉的方法生长出单晶硅棒，半导体和太阳能光伏电池所用的单晶硅片均可以由单晶硅棒制造。除上述两种方法外，还有区熔法，该方法同样采用固体硅料，主要用于生长高纯度的单晶硅。

目前固体硅料采用西门子法、流化床法、自由空间法等方法进行生产。这些方法以气体硅源如三氯氢硅、硅烷为原料，将气体硅源进行化学气相沉积或热分解后制成硅棒或硅颗粒等固体硅料。

在现有的技术中，从气体硅源到半导体和光伏电池所用的晶体硅需经过固体硅料这一中间步骤。气体硅源的化学气相沉积或热分解一般在高温下进行，而利用固体硅料生产晶体硅一般从室温将其加热到硅的熔化温度以上，因此从能量角度考虑，从高温的气体硅源到室温的固体硅料再到熔融的高温硅液来生产晶体硅是不经济的。此外，固体硅料的生产过程本身就较为复杂，并需要特殊的设备，如专利CN200580017512、EP2019084A2所公开的自由空间法，气体硅源热分解后产生的细硅粉需要经过特殊处理才能够成为适宜于多晶铸锭或单晶生长的固体硅料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种单晶硅提拉炉和生长单晶硅的拉制方法，采用气体硅源为原料生长单晶硅的单晶硅提拉炉和方法，省略了固体硅料的生产步骤，一方面可以降低能耗，另一方面可以节约生产及处理固体硅料所需的巨额投资。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种单晶硅提拉炉，包括：炉腔，所述炉腔内设置有用于加热的管式反应器、坩埚、单晶硅提拉机构、用于对所述坩埚进行加热的加热器，气体硅源在所述管式反应器内热分解反应生成硅粉，所述硅粉或者所述硅粉熔融成为熔融硅进入到所述坩埚内，所述单晶硅提拉机构设置于所述坩埚上方，所述单晶硅提拉机构用于提拉籽晶将所述坩埚内的熔融硅拉制生长单晶硅。

优选的是，所述坩埚包括第一子坩埚和第二子坩埚，所述第一子坩埚设置于所述第二子坩埚内，所述第一子坩埚和所述第二子坩埚的开口同向设置，所述第一子坩埚与所述第二子坩埚底部连通，所述硅粉或者所述硅粉熔融成为熔融硅进入到其中一个子坩埚内，所述单晶硅提拉机构用于提拉籽晶将另外一个子坩埚内的熔融硅拉制生长单晶硅。

优选的是，所述硅粉或者所述硅粉熔融成为熔融硅进入到所述第二子坩埚内，所述单晶硅提拉机构用于提拉籽晶将所述第一子坩埚内的熔融硅拉制生长单晶硅。

优选的是，所述硅粉或者所述硅粉熔融成为熔融硅进入的其中一个子坩埚的开口端的高度低于另外一个子坩埚的开口端的高度。

优选的是，所述管式反应器的出口位于所述坩埚内的熔融硅内。

优选的是，所述管式反应器由石英、碳材料、碳化硅、氮化硅中的一种制成；

所述坩埚和/或所述管式反应器的内壁涂层为SiC或Si₃N₄。