[发明专利]大直径高效N型单晶硅的制备工艺

摘要

本发明公开了能够降低对设备要求，同时提高生产效率的大直径高效N型单晶硅的制备工艺。该大直径高效N型单晶硅的制备工艺，包括步骤：S1、配料；S2、装料和熔化；S3、引晶；S4、缩颈；通过晶棒提升旋转装置提拉籽晶，形成晶体；S5、放肩；将晶体控制到所需的目标直径；S6、等径生长；S7、通过二次加料装置向坩埚内添加熔融硅料；S8、收尾：晶体直径逐渐缩小，离开熔体；S9、降温：降低温度，逐渐冷却温度。采用该大直径高效N型单晶硅的制备工艺，能够小型化生产设备，能够降低生产设备的成本，降低能耗，提高生产效率，便于生产。

主权项

1.大直径高效N型单晶硅的制备工艺，采用单晶炉制备，所述单晶炉包括炉体(1)；所述炉体(1)上方设置有上炉腔(7)；所述上炉腔(7)上方设置有晶棒提升旋转装置(8)；所述炉体(1)的炉膛内设置有坩埚(3)；所述坩埚(3)下方设置有石墨托(2)；所述石墨托(2)下方设置有底部旋转支撑杆(14)；所述坩埚(3)外侧设置有加热装置(5)以及保温罩(4)；所述炉体(1)底部设置有第一保护气出口(16)；所述上炉腔(7)上设置有第一保护气入口(71)以及第一抽真空口(72)；其特征在于：所述炉体(1)的顶部上炉腔(7)的一侧设设置有二次加料装置(10)；另一侧设置有第二加料装置(17)；所述二次加料装置(10)包括硅料存储筒(101)、硅料加热熔融装置；所述硅料加热熔融装置，包括筒体(103)；所述筒体(103)内设置有加热坩埚(106)；所述加热坩埚(106)外侧与筒体(103)的内壁之间设置有熔融加热装置(107)；所述筒体(103)的内壁以及底部均设置有保温层(105)；所述加热坩埚(106)底部设置有底部加热装置(102)；所述加热坩埚(106)底部设置有出料口(115)；所述筒体(103)顶部设置有第二保护气入口(109)以及第二抽真空口(110)，所述筒体(103)底部设置有第二保护气出口(111)；所述硅料存储筒(101)的底部与筒体(103)顶部之间设置有导料管(116)；所述导料管(116)上设置有阀门(117)；所述加热坩埚(106)中心位置设置有石墨推杆(113)；所述石墨推杆(113)下端设置有与出料口(115)匹配的锥形推头(114)；所述石墨推杆(113)穿过筒体(103)以及硅料存储筒(101)；所述硅料存储筒(101)顶部设置有驱动石墨推杆(113)上下移动的伸缩装置(112)；所述筒体(103)底部设置有与出料口(115)连通的导料管(104)；所述导料管(104)穿过炉体(1)的顶部延伸到坩埚(3)内；还包括以下步骤：S1、配料；计算粉碎后的高纯多晶硅料与磷的配比；准备相应的高纯多晶硅料和赤磷；S2、装料和熔化；将添高纯多晶硅料粉碎后的分布放入到坩埚和硅料存储筒(101)内；抽真空装置通过第一抽真空口(12)对炉体(1)抽真空；再充入氩气，最后加热升温熔化多晶硅料；然后通过加热装置(5)加热熔化硅料；同时通过第二加料装置(17)向熔融硅料液面加入适量赤磷；S3、引晶；将单晶籽晶固定在籽晶夹持器(9)上，并和籽晶轴一起旋转；将籽晶缓缓下降后将籽晶下端浸入熔硅，直到籽晶下端与熔硅的液面之间形成一个固液界面；然后通过晶棒提升旋转装置(8)带动籽晶夹持器(9)向上缓缓移动；S4、缩颈；通过晶棒提升旋转装置(8)提拉籽晶，形成晶体；S5、放肩；将晶体控制到所需的目标直径；S6、等径生长；通过控制晶棒提升旋转装置(8)提拉速度以及充入氩气的流速，使得单晶生长速率为50mm/hr至55mm/hr；同时使得坩埚(3)转速度为4‑6rpm，晶转速度为8‑10rpm，单晶炉内压力为23至26Torr，氩气流量为30‑60slpm；且在单晶生长初期流量为最高；所述等径初期为等径开始至晶体直径达到400mm的阶段；S7、通过二次加料装置(10)向坩埚(3)内添加熔融硅料；打开阀门(117)使得硅料存储筒(101)内存放硅料通过导料管(116)落入到硅料加热熔融装置内；然后抽真空装置通过第二抽真空口(110)对筒体(103)抽真空；然后通过第二保护气入口(109)通入氩气；通过第二保护气出口(111)排出；同时通过熔融加热装置(107)使得加热坩埚(106)熔化加热坩埚(106)内的硅料；然后，通过伸缩装置(112)使得石墨推杆(113)向上移动，使得锥形推头(114)离开出料口(115)，从而使得熔融硅料流入到导液管(104)内，通过导液管(104)流入到坩埚(3)内；同时再次通过第二加料装置(17)向熔融硅料液面加入适量赤磷；S8、收尾：晶体直径逐渐缩小，离开熔体；S9、降温：降低温度，逐渐冷却温度。