专利名称：单晶炉内一种控氧生长的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于半导体分离技术领域，特别是涉及一种生产、分离单晶硅时的一 种控氧生长的装置。
背景技术：
目前，我国半导体单晶硅棒(碇)的生产厂家在生产半导体硅材料时，大多采用单 晶炉直拉式来生产单晶硅棒(碇)的，这些单晶硅棒(碇)大多用于制造单晶硅太阳能电 池；科学研究发现P型(掺硼)单晶硅太阳能电池出现初始光致衰减现象与硅片中的硼氧 浓度有关，当光照或电流注入时将导致硅片中的硼和氧形成硼氧复合体，从而使少子寿命 降低，B+20-(光照或电流注入)BO2.根据有关文献记载，硅片中的硼、氧含量越大，光照 或电流注入条件下产生的硼氧复合体越多，少数载流子寿命降低幅度就越大；而在低氧的 硅片中，少子寿命随光照时间的衰减幅度极小，所以降低单晶硅中的氧含量，就可以减少太 阳能单晶硅电池功率的衰减，而对于传统的半导体单晶硅棒(碇)的生产来说，控制单晶硅 棒(碇)中的氧含量一般来说是难以做到的。传统生产是用单晶炉直拉式来生产单晶硅棒 (碇)的，在晶体生长过程中氧主要是由石英坩埚受热产生，氧来源于熔解的石英坩埚，并 通过熔体热对流不断向晶体和熔体自由表面输运而进入单晶晶体的拉伸生长整个过程中 的；氧的生成原理和输运机理为高温的熔体(1420°C )氧和石英坩埚反应，反应方程式如 下Si+Si02 — 2Si0生成的SiO进入到硅熔体中，在单晶的拉制过程中，晶转和埚转会对熔体的对流 产生很大影响，再加上熔体本身的热对流，因此，进入硅熔体中的SiO会被输送到熔体的表 面。此时大部分的Si0(99%)会在熔体表面挥发，然后被过程中加入的氩气(Ar)带走，剩 余的SiO(1% )会在硅熔体中分解，如下所示SiO — Si+0分解后所产生的氧在随后的生长拉伸过程中进入硅单晶，并在最后以间隙态存在 于硅晶体中，所以，为了使单晶硅太阳能电池的光电转换率得到提高，降低光衰减率，就要 从生产过程着手来降低单晶硅棒(碇)拉伸过程中的氧含量；而现有的单晶炉它存在着以 下缺陷加热器的叶片高度太高，这样使坩埚底部的热源面积大，因此石英坩埚受热就大， 石英坩埚底部的硅和氧的反应就剧烈，同时单晶炉内纵向温度梯度大，热对流强，氧含量、 氧浓度相对就高，另外冷却导流装置的导流机构不很理想，所以就不能快速把氧从硅液面 带走，从而增加氧和单晶的接触时间和机会，因此氧在单晶生长拉伸过程中进入硅单晶内 就增多。
发明内容本实用新型的目的是要解决、改革现有单晶炉结构中存在的缺陷，提供单晶炉内 的一种控氧生长的装置。这种装置它能有效的降低单晶生长拉伸过程中进入硅单晶内氧的含量。本实用新型提出的目的是这样实现的该控氧生长的装置包括石英坩埚、加热器、 上盖板、炉盖和下保温筒，其特征是，所述加热器的叶片不超过所述坩埚的底部；一个两头 通的石墨圆筒子搁置在上盖板上，位于炉盖和上盖板之间，与炉盖、上盖板活动连接；用作 下保温筒保温的保温层碳毡为10-12层。改革后的装置能加速冷却速度，降低了纵向温度梯度，减小热对流，这样可从晶体 和熔体界面带走更多的氧，从而降低了氧含量，使熔/埚边界层厚度增大，氧含量亦会下 降，来减少产生的硼氧复合体，从而提高了单晶硅太阳能电池的光电转换率；同时，在具体 操作时把拉晶功率控制到45KW以下；虽然它们看起来是独立的部件，但具有较强的耦合作 用；从而达到本实用新型的目的。本实用新型由于改进了单晶炉中的加热器、增加一个石墨圆筒子作为导流筒、加 强了下保温筒的保温效果，这样能有效的减少生产过程中氧的产生、滞留；该装置结构简 单、造价低廉、安装方便、使用操作与原来一样方便、能有效控制氧的生成、输送及减少了氧 进入单晶的过程和数量等优点。
本实用新型的具体结构由以下的实施例及其附图给出。图1是根据本实用新型提出的单晶炉内一种控氧生长的装置其结构的正视剖视 示意图。下面结合图1，详细说明依据本实用新型提出的具体装置的结构细节及工作情况。图1中1、炉颈；2、炉盖；3、氩气吹入方向；4、加密式导流筒；5、快速冷却导流筒； 6、上盖板[石墨保温盖]；7、上保温筒；8、上保温罩；9、中保温罩；10、石英坩埚；11、石墨坩 埚；12、中保温筒；13、加热器；14、炉内间隙；15、加热器连接石墨电极的脚；16、下保温筒； 17、下保温罩；18、石墨电极；19、炉筒；20、炉抽气孔；21、气流方向；22、炉腔；23、埚转轴； 24、石墨托碗。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型提供的直拉法生长硅单晶控氧生长的装置的操作步骤 主要包括热场安装、装料、加热、拉晶、冷却等；热场安装安装炉内的各部件(均为石墨 件)，要从下往上安装(就是先拆的石墨件后装，后拆的石墨件先装)；关键是在装加热器 (13)时，电极和电极螺丝一定要拧紧，确保加热器(13)无晃动，各部件安装要尽量对中，加 强下保温筒(16)的保温效果，碳毡层数增加到10-12层，中保温筒(12)、上保温筒(7)，上 的碳毡层数为6-8层，把保温罩装好后，安装上盖板[石墨保温盖](6)，使上盖板[石墨 保温盖](6)和石墨托碗(24)对中，各热场部件尽量保持在一个同心圆的状态。具体安装 顺序如下石墨件安装前用吸尘器再吸一遍；加热器(13)通过加热器连接石墨电极的脚 (15)和石墨电极(18)用石墨螺丝紧固相接后拧紧到金属电极螺丝上确保加热器(13)无 晃动；放入准备好的碳毡，一般为6层，然后盖上上盖板[石墨保温盖](6)；依次放下保温 罩(17)，中保温罩(9)和上保温罩⑶等三个保温罩，注意放的时候不要碰到加热器(13)； 安装埚转轴(23)并用金属螺丝紧固，从控制柜上打开埚转电源，看转动有无异常，接着装 上石墨托碗(24)和石墨坩埚(11)；然后，用酒精擦拭炉筒密封圈并盖上炉筒(19)。装料， 更换装料用的手套和装料服；装石英坩埚(10)，先把石英坩埚(10)对着光检查有无异常，
4然后用酒精擦拭石英坩埚(10)内壁并放入石墨坩埚(11)内；在石英坩埚(10)底部放入硅 小料使之铺上一小层，放入母合金，再用小料盖上，再放入大小不一的硅料，大料放中间，中 型料放在大料四周，撒上小块硅料使其进入缝隙中，如此反复，装料50-55kg;装料完成后 将埚转给定到2rpm，确认有无磨擦碰撞，并将埚位快速降至0. 5英寸处；埚位降到位后停埚 转，装好上盖板[石墨保温盖](6)，快速冷却导流筒(5)，再放上加密式导流筒(4)；检查上 盖板[石墨保温盖](6)，快速冷却导流筒(5)和加密式导流筒⑷的密封性，不可以出现较 大缝隙；合上炉盖(2)；接着检查炉体真空状况打开真空泵电源，1分钟后打开抽气阀；抽 气到IOpa左右再打开氩气吹气2分钟，如此反复进行三次；待炉内真空抽至5pa以下后，关 闭抽气阀，检查炉体漏率，小于0. 67pa/3min方为合格。加热熔料打开抽气阀和氩气流量 开关；在控制柜上打开加热开关；根据下表逐步增加电压
权利要求一种单晶炉内的控氧生长的装置，包括石英坩埚、加热器、上盖板、炉盖和下保温筒，其特征是，所述加热器的叶片不超过所述坩埚的底部；一个两头通的石墨圆筒子搁置在上盖板上，位于炉盖和上盖板之间，与炉盖、上盖板活动连接；用作下保温筒保温的保温层碳毡为10 12层。
专利摘要本实用新型属于半导体分离技术领域，特别是涉及一种生产、分离单晶硅时的一种控氧生长的装置。该装置是在单晶炉中对加热器、导流筒、下保温筒进行改革；降低了加热器的叶片高度，使坩埚底部的热源面积减少，石英坩埚底部受热少，在生产过程中产生的氧比较少；在上盖板上再增加一个加密式导流筒，新的导流装置能加速冷却速度，加强了下保温筒的保温效果，可从晶体和熔体界面，带走更多的氧，降低氧含量，减少产生的硼氧复合体，本实用新型能有效的减少生产过程中氧的产生、滞留，它结构简单、造价低廉、安装、使用操作方便、能有效控制氧的生成、输送，减少了氧进入单晶的过程和数量等优点。
文档编号C30B15/00GK201704429SQ200920122169
公开日2011年1月12日 申请日期2009年6月10日 优先权日2009年6月10日
发明者江国庆 申请人:江国庆