专利名称：多晶硅晶棒的制造装置的制作方法
技术领域：
本实用新型有关一种硅晶体制造装置，旨在提供一种可以较低的 成本以及较少的条件限制，制造可供制作太阳能晶片原料的多晶硅晶 棒的相关装置。
背景技术：
太阳能光电池属半导体的一种，故又称为太阳能晶片，硅(silicon) 为目前通用的太阳能电池的原料代表，其发电原理为利用太阳光能转 换成电能。太阳能光电基板(Solar PV Cell)的晶片材质有很多种，大 致上可分为单晶硅(Monociystalline Silicon)、 多晶硅 (Polycrystalline/Multicrystalline Silicon)、 非晶珪(Amorphous Silicon), 以及其它非硅材料，其中以单晶硅及多晶硅两类最为常见。
其中，单晶硅的组成原子均按照一定的规则，因此产品转换效率 较高，单晶硅的制作方法是4巴純度为99.999999999%的石圭金属熔融于 石英坩埚中，然后把方向为〈10O的单晶硅硅晶种(seed)插入硅融浆的 液面，以每分钟转2 20圈的速率旋转，同时以每分钟0.3 10毫米(mm) 的速度緩慢的往上拉引，经过颈部成长(旨在消除晶种内排差)、晶 冠成长(旨在使直径增加至所需的晶棒大小)、晶体成长以及尾部成 长(旨在避免造成排差与滑移面现象)的拉晶程序之后，即可形成一 直径4 8 单晶硅碇(ingot)，此制作方法称为柴氏长晶法(Czochralski Method)。
虽然，早期市场的产品仍以单晶硅为主，但由于单晶硅的生产成 本较高，加上近年来多晶硅的技术进展很快，使得多晶硅的转换效率 大幅的提高，在低成本的优势下，多晶硅已有取代单晶硅产品的趋势
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型所解决的技术问题即在提供一种可以较低 的成本以及较少的条件限制，制造可供制作太阳能晶片原料的多晶硅 晶棒的相关装置，主要将多晶形式的硅晶种浸入硅融汤当中，以析出 多晶硅的结晶，并且结晶逐渐被析出的过程中，以既定的速度将硅晶 种上拉，使硅晶种的下端结晶依序以颈部成长、晶冠成长、晶体成长
以^c部成长的拉晶程序，而长成可供制作太阳能晶片原料的多晶硅晶棒。
本实用新型的技术方案为 一种多晶硅晶棒的制造装置，其至少 包含有石英坩锅，该石英坩锅中容置有硅融浆；加热器，该加热器 设于该石英坩锅的外围；旋转提拉件，该旋转提拉件设于该石英坩锅 上方；多晶形式的硅晶种，该多晶形式的硅晶种浸入石英坩锅的硅融 浆当中，以析出多晶硅的结晶，并且结晶逐渐被析的过程中，该旋转 提拉件以既定的速度将硅晶种上拉，使硅晶种的下端结晶依序以晶冠
以及晶体构成的多晶硅晶棒。
该多晶形式的硅晶种为单一多晶硅。
该多晶形式的硅晶种由多个单晶硅所构成。
该硅融汤将置放于石英坩锅内的块状多晶硅加热至摄氏
1410 1420度融化而成。
该晶冠之前先形成颈部。 该晶体部之后形成尾部。
该晶冠之前先形成颈部，而该晶体之后形成尾部。 该制造装置进一步设有绝热层，该绝热层系设于该坩锅外围。 该制造装置进一步设有断热保温层，该断热保温层设于该加热器 以及坩锅的外围。
即使本实用新型的工作温度范围与制程有部分与习知的柴氏单 晶硅制程有部分重叠，但两者的本质差异却极大，原因在于柴氏单晶 硅制程所使用的硅晶种必须为特定方向的单晶硅硅晶种，例如<100> 或<111〉，而且在晶体颈部成长的拉晶过程中必须谨慎控制颈部直径 以及长度控制在到一定尺寸，方能够消除晶体内的排差；反观，本实用新型旨在制造多晶硅晶棒，因此并不需顾虑传统柴氏法单晶制程中 必须控制及克服排差的问题，故亦可忽略前述颈部成长以及尾部成长 的步骤，以大大提升生产速度，而且整个拉晶流程当中的相关条件限 制较低，可以大幅降低多晶硅晶棒的制造成本，以及有效提升多晶硅 晶棒的产能。
图1为本实用新型中硅融浆的示意图； 图2为本实用新型中颈部成长结构示意图 图3为本实用新型中晶冠成长结构示意图 图4为本实用新型中晶体成长结构示意图 图5为本实用新型中尾部成长结构示意图 图6为本实用新型中晶体成长结构示意图。图号"i兌明
IO多晶石圭晶棒 ll硅融汤 12硅晶种 121颈部 122晶冠 123尾部 21石英坩锅 2U绝热层 22加热器 23断热保温层
具体实施方式
为能使贵审查员清楚本实用新型的主要技术内容，以及实施方 式，兹配合图式说明如下
本实用新型多晶硅晶棒的制造装置，主要将多晶形式的硅晶种浸 入硅融汤当中，以析出多晶硅的结晶，并且结晶逐渐被析的过程中， 以既定的速度将硅晶种上拉，使硅晶种的下端结晶依序以颈部成长 部、晶冠成长部、晶体成长部以及尾部成长部的拉晶程序，而长成可 供制作太阳能晶片原料的多晶硅晶棒。于实施时，如图1所示，该多晶硅晶棒的制造装置至少包含有 坩锅21，其外围设有提供对内部原料保温效果的绝热层211，以及坩 埚21的外围设有对坩埚21内部的硅融汤11进行加热的加热器22,另外 在加热器22以及坩埚21的外围设有断热保温层23，并且于该石英坩锅 21上方设有旋转提拉件24。
先将置放于石英坩锅21内的块状复晶硅加热至摄氏1410 1420 度，使复晶硅块融化成为如图所示的硅融汤ll;待硅融汤的温度稳定 之后，如图2所示，将多晶形式的硅晶种12浸入硅融汤11当中，以析 出多晶硅的结晶，由于结晶析出时硅融汤ll多在过饱和状态，因此当 硅融汤ll已达饱和而结晶还未形成时，浸入珪融汤11的珪晶种12可以 使得结晶立即析出，也可以藉此控制晶型等特性。
在结晶逐渐被析出的过程中，由该旋转提拉件24以既定的速度将 硅晶种上拉，首先使硅晶种下端结晶长成如图所示的直径较小的颈部 121,此过程称为颈部成长(NeckGrowth),在> 圭晶种11下端的结晶 长完颈部121后，慢慢地降低拉速与温度，使颈部121的直径逐渐增加 到所需多晶硅晶棒直径大小的晶冠122 (如图3所示)，此过程晶冠成 长(Crown Growth)，持续利用拉速与温度变化的调整，配合坩锅不 断的上升来维持固定的液面高度，如图4所示，使硅晶种ll下端所长 成的结晶维持与晶冠122相同的直径，此过程称为晶体成长(Body Growth),在此过程当中，由于热环境的改变，为了使晶棒直径固定， 可经由拉速与加热料大小来调整控制。
当硅晶种11下端的晶体成长到预期的长度后，即可制成如图5所 示的多晶硅晶棒IO，为了避免晶棒脱离液面产生的热冲击，会因热应 力造成排差与滑移面现象必须经由控制拉抬的速度使多晶硅晶棒10 下端的直径逐渐地缩小而形成尾部123 ，直到与硅融汤11的液面完全 分开，此流程称为尾部成长(Tail Growth)，亦是制造多晶硅晶棒IO 的最后一个流程。
再者，本实用新型旨在制造多晶硅晶棒，因此并不需要顾虑传统 柴氏法单晶制程中必须控制及克服排差的问题，故亦可忽略前述颈部成长以及尾部成长的步骤，使硅晶种下端结晶依序以晶冠122成长及 晶体成长的拉晶程序，如图6所示，进而长成多晶硅晶棒。
由于本实用新型可以制造的多晶硅材料由晶体长成具有既定直 径、长度的多晶硅晶棒形体，与传统利用熔融的硅铸造固化制成的多 晶硅材料相较，不但所获得的多晶硅材料纯度较高，而且整个材料的 外型更有利于后续制作成为太阳能晶片的加工；再者，所使用的多晶 形式的硅晶可以为单一多晶硅，或是多个单晶硅所构成，与习知柴氏 长晶法相较，本实用新型所使用的硅晶种不需要有方向的限制，而且 整个拉晶流程当中的相关条件限制较低，可以大幅降低多晶硅晶棒的 制造成本，以及有效提升多晶硅晶棒的产能。此外，因为晶界可以阻 挡差排的滑动进而强化晶棒的机械性质。
较佳的实施例为多枝<110>方向的单晶交互180度方向结合成的 子晶，因为晶界为<111>等电不活性的小角度晶界，生长依此晶界延 伸，所长得的晶棒可以具有较佳的电性与机械强度。
另 一较佳的实施例为快速铸造而成的随意晶向分布的材料为子 晶，藉由拉晶与温梯控制，在颈部拉晶时可获得较多痺好生长的方向。 此方向所得的晶界可控制晶体的电性与机械性质。
如上所述，本实用新型提供一种较佳可行的多晶硅晶棒制造装 置，于是依法提呈新型专利的申请；然而，以上的实施说明及图式所 示，是本实用新型较佳实施例，并非以此局限本实用新型，是以，举 凡与本实用新型的构造、装置、特征等近似、雷同的，均应属本实用 新型的创设目的及申请专利范围之内。
权利要求1、一种多晶硅晶棒的制造装置，其特征在于，其至少包含有石英坩锅，该石英坩锅中容置有硅融浆；加热器，该加热器设于该石英坩锅的外围；旋转提拉件，该旋转提拉件设于该石英坩锅上方；多晶形式的硅晶种，该多晶形式的硅晶种浸入石英坩锅的硅融浆当中。
2、 如权利要求l所述多晶硅晶棒的制造装置，其特征在于，该制 造装置进一步设有绝热层，该绝热层系设于该坩锅外围。
3、 如权利要求l所述多晶硅晶棒的制造装置，其特征在于，该制 造装置进一步设有断热保温层，该断热保温层设于该加热器以及坩锅 的外围。
专利摘要本实用新型多晶硅晶棒的制造装置，其至少包含有石英坩埚，该石英坩埚中容置有硅融浆；加热器，该加热器设于该石英坩埚的外围；旋转提拉件，该旋转提拉件设于该石英坩埚上方；多晶形式的硅晶种，该多晶形式的硅晶种浸入石英坩埚的硅融浆当中，以析出多晶硅的结晶，并且结晶逐渐被析的过程中，该旋转提拉件以既定的速度将硅晶种上拉，使硅晶种的下端结晶依序以晶冠以及晶体构成的多晶硅晶棒，利用上述装置可以长成可供制作太阳能晶片原料的多晶硅晶棒。
文档编号C30B28/00GK201343583SQ20082018053
公开日2009年11月11日 申请日期2008年12月3日 优先权日2008年12月3日
发明者何思桦, 徐文庆, 王兴邦, 蓝崇文, 谢兆坤 申请人:昆山中辰矽晶有限公司