专利名称：一种单晶炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及半导体及太阳能生产技术领域，尤其涉及一种用于采用直拉法形成单晶硅的单晶炉。
技术背景硅材料是半导体工业中最重要且应用最广泛的元素半导体材料，是微电子工业和太阳能光伏工业的基础材料。硅材料有多种晶体形式，包括单晶硅、多晶硅、非晶硅。由于单晶硅具有结晶中的缺陷较少、光能转换效率较高等优势，其被广泛的应用于太阳能电池的生产制造过程中。基于生产成本和产品性能要求，目前业内一般采用直拉单晶制造法 (Czochralski, CZ法)生产单晶硅。单晶炉是一种在惰性气体环境中，用石墨加热器将多晶硅等材料熔化，用直拉单晶制造法生长无错位单晶硅的设备。为了提高单晶硅生产中设备和原材料的利用率，降低生产成本，确保器件参数的一致性，其容纳多晶硅等装料的坩埚需要有较大的装料量。如图1所示，为现有技术中常用的单晶炉的一种结构示意图，其中，101为炉壁，102为导流筒，用于高温气体导流，103为上保温筒，104为中保温筒，105为下保温筒，106为坩埚，用于将多晶硅材料并融化为液态， 107为加热器，108为中轴连杆，用于控制坩埚106的旋转和提升，109为下保温系统，110为炉底。该类单晶炉通常根据某一特定的多晶材料固定设置了坩埚与导流筒的距离，其导流筒102会占用坩埚106的部分空间，使坩埚106中可容纳的多晶材料体积减少，按现90公斤的多晶材料装料量，熔硅的体积是38626. 6cm3，坩埚的容积64096cm3，由于导流筒位置的影响，坩埚多晶材料装料量要减少5公斤左右。由上述可知，现有技术的单晶炉的结构，造成了坩埚的多晶材料装料量较小，影响了单晶的成品率，同时不利于提高设备和原材料的利用率。
实用新型内容为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供单晶炉，以提高其坩埚的多晶材料装料量，进而提高单晶的成品率，并提高设备和原材料的利用率。为此，本实用新型实施例提供了如下技术方案—种单晶炉，包括导流筒、加热器、上保温筒、中保温筒、下保温筒、坩埚以及用于控制坩埚旋转和提升的中轴连杆；所述导流筒的下底面不低于所述坩埚顶部的平面。优选的，所述导流筒的下底面不低于所述中保温筒顶部的平面和所述加热器顶部的平面。优选的，所述加热器的高度为650mm ；所述中轴连杆的高度为746mm。优选的，所述坩埚为三瓣石英坩埚。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点[0014]本实用新型实施例所提供的技术方案，改变了单晶炉中导流筒和坩埚的相对位置，使导流筒的下底面不低于所述坩埚顶部的平面，避免了多晶硅装料时导流筒对坩埚的空间占用，增加了坩埚中可容纳的多晶材料体积，提高了坩埚的多晶材料装料量，因此能够改善单晶的成品率，同时提高提高设备和原材料的利用率。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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。图1为现有技术中的单晶炉示意图；图2为本实用新型实施例提供的单晶炉意图；图3为本实用新型实施例提供的加热器加高的结构示意图；图4为本实用新型实施例提供的中轴连杆加长的示意图；图5为本实用新型实施例提供的单晶炉在熔硅过程中的热场分布示意图；图6和图7为本实用新型实施例提供的中轴连杆驱动坩埚上升的过程示意图。
具体实施方式
正如背景技术部分所述，现有技术中的单晶炉，当在熔硅之前，由于导流筒会占用坩埚的部分空间，使坩埚中可容纳的多晶材料体积减少，造成了坩埚的多晶材料装料量较小，影响了单晶的成品率，同时不利于提高设备和原材料的利用率。基于上述研究的基础上，本实用新型实施例提供了一种，包括导流筒、加热器、上保温筒、中保温筒、下保温筒、坩埚以及用于控制坩埚旋转和提升的中轴连杆；所述导流筒的下底面不低于所述坩埚顶部的平面。本实用新型实施例所提供的技术方案，改变了单晶炉中导流筒和坩埚的相对位置，使导流筒的下底面不低于所述坩埚顶部的平面，避免了多晶硅装料时导流筒对坩埚的空间占用，增加了坩埚中可容纳的多晶材料体积，提高了坩埚的多晶材料装料量，因此能够改善单晶的成品率，同时提高提高设备和原材料的利用率。以上是本申请的核心思想，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。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。实施例一如图2所示，为本实施例提供的单晶炉的一种结构示意图，其包括炉壁201，导流筒202，上保温筒203，中保温筒204，下保温筒205，坩埚206，加热器207，中轴连杆208，下保温系统209，炉底210。该单晶炉在熔硅之前，导流筒202的下底面不低于所述坩埚206顶部的平面。上述单晶炉中，所述坩埚206可以为三瓣石英坩埚，在装料步骤中装填多晶硅等原料，并放置在坩埚托之内，然后对单晶炉内抽真空并加热，坩埚206内的多晶硅在保护性气氛中受热融化成，待调控到设定的工艺温度后，籽晶经导流筒202插入液态多晶硅中，使液态多晶硅按照籽晶的硅原子的排列顺序凝固成单晶硅棒，同时随着坩埚内多晶硅液面的下降，为了保证导流筒202和多晶硅液面的距离，驱动装置驱动坩埚206下方的中轴连杆 208，使坩埚206旋转提升。上述导流筒202通常由石墨材质制成，在单晶硅拉制过程中用于高温气体导流，以控制导流筒内的单晶硅棒区和坩埚内的液态多晶硅区的温差。本实施例提供的单晶炉中，改变了导流筒和坩埚的相对位置，使导流筒的下底面不低于所述坩埚顶部的平面，避免了多晶硅装料时导流筒对坩埚的空间占用，增加了坩埚中可容纳的多晶材料体积，提高了坩埚的多晶材料装料量，因此能够改善单晶的成品率，同时提高提高设备和原材料的利用率。上述单晶炉中，可以通过改变单晶炉的热场结构实现改变导流筒和坩埚的相对位置，具体的，可以根据熔硅的容量加高中保温筒和加热器，以保证单晶炉中温度的稳定性和拉晶的质量。通过加高中保温筒和加热器，使所述导流筒的下底面不低于所述中保温筒顶部的平面和所述加热器顶部的平面，从而达到导流筒的下底面不低于坩埚顶部的平面。如图3所示，为本实施例提供的一种加高加热器的方案，图3左侧为现有单晶炉的加热器结构，其高度为600mm，图3右侧为本实施例提供的单晶炉的加热器结构，其高度为 650mmo通过加高加热器，可以使坩埚和导流筒之间的距离增大，避免导流筒对坩埚的空间占用。在上述改进的基础上，由于坩埚中容纳的多晶硅材料增多，为了保证导流筒和多晶硅液面的距离，需要加长中轴连杆的长度。如图4所示，为本实施例提供的一种加长中轴连杆长度的方案，图4左侧为现有单晶炉的中轴连杆结构，其长度为676mm，图4右侧为本实施例提供的单晶炉的中轴连杆结构，其长度为746mm。如图5所示，为该单晶炉在熔硅过程中的热场分布示意图。如图6和图7所示，依次为流筒和多晶硅液面距离不变，中轴连杆驱动坩埚上升的过程示意图。上述方案中，通过加高中保温筒和加热器的设计，加高了单晶炉的热场，延长了坩埚和导流筒之间的距离，避免了导流筒对坩埚的空间占用，增加了坩埚中可容纳的多晶材料体积，提高了坩埚的多晶材料装料量，因此能够改善单晶的成品率，同时提高提高设备和原材料的利用率。本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求1.一种单晶炉，包括导流筒、加热器、上保温筒、中保温筒、下保温筒、坩埚以及用于控制坩埚旋转和提升的中轴连杆，其特征在于所述导流筒的下底面不低于所述坩埚顶部的平面。
2.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于所述导流筒的下底面不低于所述中保温筒顶部的平面和所述加热器顶部的平面。
3.根据权利要求2所述的单晶炉，其特征在于 所述加热器的高度为650mm ；所述中轴连杆的高度为746mm。
4.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于 所述坩埚为三瓣石英坩埚。
专利摘要本实用新型实施例公开了一种单晶炉，包括导流筒、加热器、上保温筒、中保温筒、下保温筒、坩埚以及用于控制坩埚旋转和提升的中轴连杆，所述导流筒的下底面不低于所述坩埚顶部的平面。该方案改变了单晶炉中导流筒和坩埚的相对位置，使导流筒的下底面不低于所述坩埚顶部的平面，避免了多晶硅装料时导流筒对坩埚的空间占用，增加了坩埚中可容纳的多晶材料体积，提高了坩埚的多晶材料装料量，因此能够改善单晶的成品率，同时提高提高设备和原材料的利用率。
文档编号C30B15/00GK202064030SQ20112001628
公开日2011年12月7日 申请日期2011年1月19日 优先权日2011年1月19日
发明者史才成, 吕格, 徐昌华, 秦舒, 陶颂 申请人:江苏晶鼎电子材料有限公司