一种区熔级多晶硅料的制备装置的制作方法

1.本实用新型涉及多晶硅料的制备装置，尤其涉及一种区熔级多晶硅料的制备装置。


背景技术：

2.区熔级硅片是电子级硅料的高端产品，是电子电力器件的关键材料，目标产品包括普通晶闸管(scr)、电力晶体管(gtr)、可关断晶闸管(gto)以及功率场效应晶(mosfet)和绝缘栅双极晶体管(igbt)以及功率集成电路(pic)等，被广泛应用于高压直流输电、静止无功补偿、电力机车牵引、交直流电力传动、电解、励磁、电加热、高性能交直流电源等电力系统和电气工程中。
3.与直拉法(cz)相比，生产出来的单晶硅纯度高、含氧少、含碳量低，电阻率低寿命长，区熔级(fz)半导体单晶硅要达到“12个9”以上的高纯度级别。然而，由于区熔法单晶技术不采用坩埚块状多晶硅料，而是直接采用多晶棒料悬浮拉晶，因此，与一般电子级多晶硅的块状产品相比，对区熔用多晶硅硅棒内应力、微观形态等都提出了更高的要求。
4.因国外对区熔级多晶硅关键生产技术进行封锁，导致国内还没有相关企业能够自主进行大尺寸区熔单晶高质量批量化生产。区熔级多晶硅的产品尚在认证阶段。随着下游消费需求不断升级，区熔级硅料的需求会逐渐增大，国产高质量电子级硅料亟待向高端化发展。
5.区熔用多晶硅原料多采用改良西门子法进行生产，将氯硅烷与氢气的混合物通入cvd还原炉内，利用化学气相沉积反应在预先放置的硅芯上进行沉积生长，因为生长过程中硅棒通电维持高温，表面可达到1000～1100℃，内部甚至达到1300℃以上，同时由于反应器采用环形多圈布置，内外圈硅棒因为热场的原因存在较大的温差，这使得硅棒生长中产生的热应力是不可避免的。其中热应力较大或已存在隐性裂纹的硅棒，在后续的机加工过程中极易炸裂，或者在单晶拉制过程中，因为区熔线圈对硅棒的局部加热诱发炸裂，对设备安全运行造成危害，产生炸炉情况。同时，高纯的区熔级棒料生长过程的电阻加热击穿，纯度越高的硅芯电阻越高，很难在常温下采用一般电压击穿。现行工艺的生产中对硅芯的加热，是通过在硅芯两端电极上施加12v的高压电源短时改变硅的电阻性击穿硅芯再切换至低压电源维持温度；还有一种工艺采用辅助热源的方式，采用红外卤素灯管插入式或者石墨加热棒预热，将常温下高纯硅芯电阻率降至500℃左右的低电阻率后再击穿。高压击穿的方式常应用于大型太阳能级多晶硅炉的生长，启动周期长，切换电压风险高；红外预热及石墨电阻预热的辅热方式需要在炉体内引入热源，一是加热时间长效率低，二是引入新的污染源，影响产品的纯度。
6.由此可见，现有的制备区熔用多晶硅的手段仍有待改进，一方面需要减少外界的装置、系统带来污染，影响硅棒的纯度；一方面需要通过生长控制硅棒的热应力。


技术实现要素：

7.鉴于目前区熔级多晶硅料的制备装置存在的上述不足，本实用新型提供一种区熔级多晶硅料的制备装置，能够减少外界其他设备带来的污染、并且有效控制硅棒热应力的效果。
8.为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
9.一种区熔级多晶硅料的制备装置，所述区熔级多晶硅料的制备装置包括底盘；
10.设置在底盘上的炉体，所述炉体与底盘围设成炉腔；
11.设置在炉腔内的硅芯，作为化学气相沉积的基质；
12.主加热电源，所述主加热电源与硅芯电路连通为硅芯供电；
13.原料进口，用于通入生成区熔级多晶硅料的气体原料；
14.辅助加热装置，所述辅助加热装置通过管道与炉腔连通，为硅芯预热。
15.依照本实用新型的一个方面，所述原料进口包括主进气环管、次进气环管和出气管，所述主进气环管用于通入氯硅烷、氢气与三氯氢硅，所述次进气环管用于通入二氯二氢硅，所述主进气环管与次进气环管均包括环形管和设置在环形管上的多个与环形管连通的进气管，所述进气管与炉腔连通。
16.依照本实用新型的一个方面，所述底盘上设置有电极，所述主加热电源通过电极与硅芯电路连通。
17.依照本实用新型的一个方面，所述辅助预热装置包括微波发生器和连通微波发生器出口与炉腔顶端的连接管道，所述主加热电源不大于5kv，所述微波发生器功率≤100kw、电压≤3kv、微波频率≤915mhz或2450mhz。
18.依照本实用新型的一个方面，所述底盘内设置有冷却水腔，所述炉体外壁设有冷却夹套，所述冷却水腔与冷却夹套相连通。
19.本实用新型实施的优点：
20.本实用新型提供了一种区熔级多晶硅料的制备装置，所述区熔级多晶硅料的制备装置包括底盘；设置在底盘上的炉体，所述炉体与底盘围设成炉腔；设置在炉腔内的硅芯，作为化学气相沉积的基质；主加热电源，所述主加热电源与硅芯电路连通为硅芯供电；原料进口，用于通入生成区熔级多晶硅料的气体原料；辅助加热装置，所述辅助加热装置通过管道与炉腔连通，为硅芯预热。炉体外壁设有冷却夹套，所述冷却水腔与冷却夹套相连通。本实用新型能够减少外界其他设备带来的污染、并且有效控制硅棒热应力的效果。可使硅芯保持高效、快速升温，避免高压击穿启动的风险，缩短加热时间并且节约投资成本，不需要内置辅热装置，避免带来新的二次污染源，有利于超高纯区熔级硅料的生长。分段进料生长有利于控制进料比例，控制生长过程的晶粒成型，减少内应力。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本实用新型所述的一种区熔级多晶硅料的制备装置的结构示意图。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.如图1所示，一种区熔级多晶硅料的制备装置，所述区熔级多晶硅料的制备装置包括底盘2；
25.设置在底盘2上的炉体1，所述炉体1与底盘2围设成炉腔；
26.设置在炉腔内的硅芯4，作为化学气相沉积的基质；
27.主加热电源8，所述主加热电源8与硅芯4电路连通为硅芯4供电；
28.原料进口，用于通入生成区熔级多晶硅料的气体原料；
29.辅助加热装置，所述辅助加热装置通过管道与炉腔连通，为硅芯4预热。
30.在本实施例中，所述原料进口包括主进气环管6、次进气环管5和出气管7，所述主进气环管6用于通入氯硅烷、氢气与三氯氢硅，所述次进气环管5用于通入二氯二氢硅，所述主进气环管6与次进气环管5均包括环形管和设置在环形管上的多个与环形管连通的进气管，所述进气管与炉腔连通。
31.通过环形管通入气体后，从进气管进入炉腔内可以使得进气更加均匀，提高硅棒的纯度。
32.在本实施例中，所述底盘2上设置有电极3，所述主加热电源8通过电极3与硅芯4电路连通。
33.在本实施例中，所述辅助预热装置包括微波发生器和连通微波发生器出口与炉腔顶端的连接管道，所述主加热电源8不大于5kv，所述微波发生器功率≤100kw、电压≤3kv、微波频率915mhz或2450mhz。
34.在本实施例中，所述底盘2内设置有冷却水腔，所述炉体1外壁设有冷却夹套，所述冷却水腔与冷却夹套相连通。
35.水冷夹套可以有效保持炉腔内的温度，也能防止炉体表面过热。
36.在实际使用中，所述炉体上还设置有视镜口和测温口。
37.本实用新型实施的优点：
38.本实用新型提供了一种区熔级多晶硅料的制备装置，所述区熔级多晶硅料的制备装置包括底盘；设置在底盘上的炉体，所述炉体与底盘围设成炉腔；设置在炉腔内的硅芯，作为化学气相沉积的基质；主加热电源，所述主加热电源与硅芯电路连通为硅芯供电；原料进口，用于通入生成区熔级多晶硅料的气体原料；辅助加热装置，所述辅助加热装置通过管道与炉腔连通，为硅芯预热。体外壁设有冷却夹套，所述冷却水腔与冷却夹套相连通。能够减少外界其他设备带来的污染、并且有效控制硅棒热应力的效果。可使硅芯保持高效、快速升温，避免高压击穿启动，缩短加热时间并且节约投资成本，不需要内置辅热装置，避免带来新的二次污染源，有利于超高纯区熔级硅料的生长。分段进料生长有利于控制进料比例，控制生长过程的晶粒成型，减少内应力。