[发明专利]一种单晶硅提炼生产工艺及其精炼装置

说明书

本发明属于单晶硅提炼技术领域，尤其为一种单晶硅提炼生产工艺及其精炼装置，包括底座，底座顶端的中部固定安装有炉体，底座的边侧垂直固定有四根导向柱，四根导向柱的中部活动嵌合有升降板，升降板的中部固定扣接有炉盖，炉盖的顶端垂直连通有拉伸管道，拉伸管道的内壁活动嵌合有石墨活塞，石墨活塞的底端垂直连接有籽晶棒，石墨活塞的顶端垂直固定连接有滚珠丝杆。本发明设置伺服电机通过变速箱带动丝杆螺母转动，进而螺合带动滚珠丝杆和石墨活塞沿着拉伸管道向下移动，使得籽晶棒接触硅熔体中，能够精确的控制转速，因此能够很好的保证缩颈生长工序、放肩生长工序、等径生长工序和尾部生长工序，以及精确的控制单晶硅棒料的生成速度。

技术领域

本发明涉及单晶硅提炼技术领域，具体为一种单晶硅提炼生产工艺及其精炼装置。

背景技术

单晶硅是硅的单晶体，具有基本完整的点阵结构的晶体，不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料，纯度要求达到99.9999%以上，单晶硅具有金刚石晶格，晶体硬而脆，具有金属光泽，能导电，但导电率不及金属，且随着温度升高而增加，具有半导体性质，单晶硅是重要的半导体材料。在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素，形成P型半导体，掺入微量的第VA族元素，形成N型半导体，N型和P型半导体结合在一起，就可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能，单晶硅通过高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成，由于太阳能具有清洁、环保、方便等诸多优势，近三十年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一，单晶硅按晶体生长方法的不同，分为直拉法（CZ）、区熔法（FZ）和外延法，直拉法、区熔法生长单晶硅棒材，外延法生长单晶硅薄膜，直拉法生长的单晶硅主要用于半导体集成电路、二极管、外延片衬底和太阳能电池。

目前的单晶硅提炼生产工艺及其精炼装置存在下列问题：

1、目前的单晶硅提炼生产工艺及其精炼装置通过绳索或普通电机控制单晶硅棒料的生成长度、直径和生成速度，单晶硅棒料生产中，在缩颈生长工序、放肩生长工序、等径生长工序和尾部生长工序均不能实现精确控制，导致单晶硅棒料的生成质量不佳。

2、目前的单晶硅提炼生产工艺及其精炼装置在单晶硅棒料生成之后需要快速的转移至保温炉体中进行缓慢冷却，不仅导致操作工序繁琐，而且在此过程中还会碰损刚刚生成，结晶强度不足的单晶硅棒料成品。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种单晶硅提炼生产工艺及其精炼装置，解决了目前的单晶硅提炼生产工艺及其精炼装置在缩颈生长工序、放肩生长工序、等径生长工序和尾部生长工序均不能实现精确控制，以及单晶硅棒料生成之后需要快速的转移至保温炉体中进行缓慢冷却，会碰损刚刚生成，结晶强度不足的单晶硅棒料成品的问题。

（二）技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种单晶硅提炼生产工艺，包括下列工序：

S1，加料工序：将精确称重的多晶硅原料及掺杂物料按照工艺设定比例放入加热釜内，掺杂物料的种类依电阻的N或P型而定，掺杂物料的含量依据导电率和纯净度的需求进行确定，掺杂物料种类包括硼，磷，锑，砷；

S2，熔化工序：加完多晶硅原料于石英埚内后，长晶炉关闭并抽成真空，然后充入高纯氩气使之维持一定压力范围内，再打开石墨加热器电源，加热至多晶硅熔化温度以上，将多晶硅原料以及掺杂物料的混合物熔化为硅熔体；

S3，缩颈生长工序：当硅熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢浸入硅熔体中，由于籽晶与硅熔体场接触时的热应力，会使籽晶产生位错，这些位错必须利用缩颈生长使之消失掉，缩颈生长是将籽晶快速向上提升，使长出的籽晶的直径缩小到一定大小，由于位错线与生长轴成一个交角，产生零位错的晶体；

S4，放肩生长工序：长完细颈之后，降低温度与拉速，使得晶体的直径渐渐增大到所需的大小；