[发明专利]一种单晶棒的生产工艺及设备

权利要求书

1.一种单晶棒的生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1:将多晶硅的装料和熔化：将高纯多晶硅料粉碎，并在硝酸和氢氟酸的混合溶液中清洗外表面，除去可能的金属杂质；将粉碎后的高纯多晶硅料放入单晶炉中的石墨坩埚中；将单晶炉抽真空，再充入保护气，最后加热升温，加热温度超过硅材料的熔点1412℃，使硅材料充分熔化；

步骤S2:引晶：将单晶籽晶固定在籽晶轴上，并和籽晶轴一起旋转,将籽晶缓缓下降，距液面10mm处暂停片刻，待籽晶温度接近熔硅温度时，将籽晶轻轻浸入熔硅，使头部首先少量溶解，然后和熔硅形成一个固液界面；将籽晶逐步上升，与籽晶相连并离开固液界面的硅温度降低，形成单晶硅；

步骤S3:缩颈：快速向上提拉籽晶，使新结晶的单晶硅的直径达到3mm，长度约为此时晶体直径的6～10倍，旋转速度为2～10rpm；石墨坩埚沿晶体相反方向旋转，晶体的旋转速度比石墨坩埚快1～3倍；

步骤S4：将晶体控制到所需的目标直径；

步骤S5：等径生长：石墨坩埚和晶体相互反方向旋转，晶体的旋转速度为2.5～20rpm，石墨坩埚的旋转速度为-1.25～-10rpm；根据熔体和单晶炉的状况，控制晶体等径生产所需长度；

步骤S6：收尾降温：晶体直径逐渐缩小，离开熔体；降低温度，逐渐冷却温度。

2.一种生产单晶棒的单晶炉，适用于权利要求1所述的一种单晶棒的生产工艺，其特征在于，包括：

第一炉室(2)，所述第一炉室(2)用于将硅料融化成硅液，第一炉室(2)上设置有第一炉口(3)；

第二炉室(4)，所述第二炉室(4)包括工作位和卸料位，第二炉室(4)通过卸料机构(15)在工作位和卸料位之间切换，第二炉室(4)上设置有第二炉口(5)；

隔离组件(7),隔离组件(7)具有隔热结构；

籽晶提拉旋转机构，所述籽晶提拉旋转机构设置在第二炉室(4)上方，籽晶提拉旋转机构包括籽晶夹具(6)；

其中，所述籽晶夹具(6)能伸入第一炉室(2)逐步将硅液牵扯成棒状并提升至第二炉室(4)，所述隔离组件(7)设置在第一炉室(2)和第二炉室(4)之间，隔离组件(7)能使第一炉室(2)和第二炉室(4)内腔相互贯通或隔离，单晶炉上还设置有引导机构(8)，所述引导机构(8)用于引导第二炉室(4)复位至工作位。

3.根据权利要求2所述的一种生产单晶棒的单晶炉，其特征在于，第二炉室(4)处于工作位时，第一炉室(2)与第二炉室(4)同轴且内腔相互贯通，隔离组件(7)的两端分别与第二炉口(5)和第一炉口(3)贴合，第二炉室(4)处于卸料位时，第一炉室(2)与第二炉室(4)轴线错开且第二炉口(5)远离隔离组件(7)并暴露。

4.根据权利要求2所述的一种生产单晶棒的单晶炉，其特征在于，所述引导机构(8)包括：

承接件(9)，所述承接件(9)在隔离组件(7)壳体上设置多个；

引导件(11)，所述引导件(11)设置在承接件(9)上；

插接件(12)，所述插接件(12)对应承接件(9)设置在第二炉室(4)上；

其中，引导件(11)用于引导插接件(12)准确插入承接件(9)。

5.根据权利要求4所述的一种生产单晶棒的单晶炉，其特征在于，所述引导件(11)包括：

引导块(13)，所述引导块(13)端部设有凹槽，凹槽的侧壁上设有轴，引导块(13)设置在承接件(9)上；

引导滚轮(14)，所述引导滚轮(14)套设在凹槽的轴上；

其中，引导块(13)和引导滚轮(14)至少设置两个，引导滚轮(14)外壁之间的距离等于插接件(12)的直径。

6.根据权利要求4所述的一种生产单晶棒的单晶炉，其特征在于，所述插接件(12)设置在第二炉室(4)的底部，所述插接件(12)远离第二炉室(4)的底部呈半圆球型。