[发明专利]硅晶体的连续生长方法

摘要

本发明公开了一种硅晶体的连续生长方法，尤其适用于单晶硅，准单晶硅及多晶硅的制备。所述方法使用的装置具有双熔区：主熔炼室可以用于晶体生长，一个辅助投料熔炼室可以作为连续高温熔体投料区。辅助投料熔炼室：配有两区的感应加热磁场，用于给多晶料加热。当上熔炼系统的料用尽以后在坩埚下料口的感应线圈断电后具有强制冷却的作用，使得多晶料凝固密封下料口。连续投料区有两组电磁约束磁场，控制熔体的上下运动。晶体生长区具有电磁约束磁场，使得熔体在无侧壁坩埚的条件下定向生长。通过投料区可以多次向晶体生长区投高温熔体料，实现晶体的稳定连续生长。

主权项

1.一种硅晶体的连续生长方法，其特征在于，包括如下步骤：备料阶段：首先，对于准单晶硅连续生长来说，需要按着一致晶向将多块单晶料（23）在主熔炼室坩埚（9）内排好并布满主熔炼室坩埚（9）；然后将多晶料（22）放置到辅助投料熔炼室坩埚（18）中，将炉体密封，抽真空至预设值，并充入预设值的惰性气体，开启坩埚水冷系统（10），使得主熔炼室坩埚（9）的底部获得水冷效果；开启主熔炼室加热器（8）给主熔炼室坩埚（9）内的多块单晶料加热，直至坩埚内的多块单晶料上半部分熔化，然后开启主电磁约束感应器（7），使得所述主熔炼室坩埚（9）内熔化的熔体受到电磁力的约束，向上凸起；熔料阶段：主熔炼室坩埚（9）内的熔体稳定后，开启辅助投料熔炼室（4）下部的下料口电磁约束感应器（13），并开启辅助投料熔炼室主感应线圈（17）以及辅助投料熔炼室主加热器（16），给辅助投料熔炼室坩埚（18）内的多晶料（22）加热，所述多晶料（22）受热后部分熔化，熔体受热流入辅助投料熔炼室下料口，由于下料口本身是冷区，且辅助投料熔炼下料口感应线圈（14）以及辅助投料熔炼下料口加热器（15）未通电，同时辅助投料熔炼室（4）下部的下料口电磁约束感应器（13）工作对下料口的熔体施加向上的力，使得熔体凝固在下料口内，将下料口封闭；晶体生长阶段：待辅助投料熔炼室坩埚（18）中的熔体均匀后，关闭辅助投料熔炼室（4）下部的下料口电磁约束感应器（13），打开辅助投料熔炼下料口感应线圈（14）和辅助投料熔炼下料口加热器（15），给下料口加热，使得下料口内凝固的多晶料受热熔化，并从下料口流下，滴入主熔炼室坩埚（9）中，直至达到电磁约束熔体的稳定态；稳态之后开始根据主熔炼室坩埚（9）底部的重量传感器感应的数值，控制驱动装置驱动所述主电磁约束感应器（7）上移，使得晶体硅不断的开始向上定向生长，形成准单晶硅；调整熔体下压电磁约束感应器（21）施加压力的大小，控制下料口的熔体流量，同时调整主电磁约束感应器（7）的上升速度，使得流下的硅熔体重量等于主熔炼室坩埚（9）内硅结晶的重量；补料阶段：待辅助投料熔炼室坩埚（18）内的熔体将要用尽时，切断辅助投料熔炼室（4）的辅助投料熔炼室主感应线圈（17）、辅助投料熔炼下料口感应线圈（14）、辅助投料熔炼室主加热器（16）以及辅助投料熔炼下料口加热器（15）的电流，同时保证所述辅助投料熔炼室（4）内感应线圈内具有循环水，使得下料口内的熔体及时凝固，将下料口封闭，使得主熔炼室（5）与辅助投料熔炼室（4）气氛隔离；同时待无熔体滴下时，停止移动主电磁约束感应器（7）；然后打开辅助投料熔炼室（4）上的第二阀体（20），使辅助投料熔炼室（4）内的气压至大气压，之后打开辅助投料熔炼室，同时将新的多晶料快速放入辅助投料熔炼室坩埚（18）内，关闭辅助投料熔炼室，抽真空至初始预设值；开启辅助投料熔炼室（4）下部的下料口电磁约束感应器（13），开启辅助投料熔炼室（4）内的辅助投料熔炼室主感应线圈（17）以及辅助投料熔炼室主加热器（16），给辅助投料熔炼室坩埚（18）内的多晶料加热；待辅助投料熔炼室（4）内的熔体熔化均匀后，关闭辅助投料熔炼室（4）下部的下料口电磁约束感应器（13），开启辅助投料熔炼室熔体下压电磁约束感应器（21）；打开辅助投料熔炼下料口感应线圈（14）和辅助投料熔炼下料口加热器（15），给下料口加热，使得下料口内凝固的多晶料受热熔化，并从下料口流下，滴入主熔炼室坩埚（9）中，直至达到电磁约束熔体的稳定态；稳态之后开始根据主熔炼室坩埚（9）底部的重量传感器感应的数值，控制所述驱动装置驱动所述主电磁约束感应器（7）上移，使得晶体硅不断的开始向上定向生长，形成所要求的准单晶硅；连续生长阶段：重复补料阶段工艺，即可实现硅晶体的连续生长。