專利名稱：一種單晶硅棒的生產工藝及設備的制作方法
一種單晶硅棒的生產工藝及設備方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能單晶硅棒的生產工藝及設備。
背景技術：
目前太陽能單晶硅棒的傳統生產工藝一般有以下工序(l)分選將硅料里 的雜物篩選掉并區分硅料的型號與電阻率；(2)清洗將已篩選好的硅料進行清 洗烘干；(3)配料將原料按投料量計算出目標電阻率所需摻雜劑的重量；(4)裝 爐把配好的原料裝在石英坩堝中，石英坩堝放入單晶爐主室中，在單晶爐引 晶裝置裝上籽晶(籽晶是促生熔化晶體生長成晶棒的晶核)，然后封爐抽真空； (5)化硅通過石墨加熱裝置加熱，將原料多晶硅熔化；(6)降溫將溶硅溫度降 至固、液臨界并保持，給定一定的堝轉和晶轉；(7)縮頸將裝在單晶爐引晶裝 置上的籽晶浸入熔體，然后向上提拉籽晶引出晶體并收細，拉至一定長度以防 止籽晶中的位錯延伸到晶體中；(8)放肩將晶體控制生長到所需直徑；(9)轉肩 當晶體生長到預定直徑時提拉籽晶使晶體垂直生長；鵬等徑生長根據熔體和 單晶爐情況，控制晶體等徑生長到所需長度；(ID收尾提拉籽晶使晶體末端直 徑逐漸縮小，離開熔體；肪停爐；(13)取出晶棒晶棒冷卻一段時間后將籽晶和 晶棒取出分開，取下晶棒。上述的傳統工藝是采用開一次爐、投一次料、生產 一根單晶硅棒這種生產工藝，而每開一次爐需經歷一次從冷卻到高溫再冷卻的 循環過程，該過程消耗大量的能源，同時需消耗一個石英坩鍋。而用于實施上 述傳統工藝的單晶爐設備，包括主室、副室和可以上下升降的引晶裝置，主室和副室之間設有翻蓋閥門。
發明內容
鑒于目前公知技術存在的問題，本發明要解決的技術問題是在于提供一種 單晶硅棒的生產工藝，該生產工藝可以在不停爐情況下連續生產多根單晶硅棒， 節省石英坩鍋用量、節約能耗；本發明還提供了一種實施該生產工藝的單晶爐 設備。
為解決上述技術問題，本發明是采取如下技術方案來完成的 一種單晶硅棒的生產工藝，包括分選、清洗、配料、裝爐、化硅、降溫、 縮頸、放肩、轉肩、等徑生長、收尾、取出晶棒工序，其特征在于該單晶硅 棒生產工藝在取出晶棒工序后還進行二次投料工序，二次投料工序是從單晶爐 引晶裝置上取下籽晶后裝上投料裝置，向投料裝置內裝入硅料，投料裝置放入 單晶爐副室，合上副室，將副室抽成真空，打開單晶爐主室和副室之間的翻蓋 閥門，打開副室氬氣閥，關閉主室氬氣閥，將投料裝置降入主室，將硅料投入 位于單晶爐主室內的石英坩堝內；二次投料工序后是取出投料裝置工序，把投 料裝置升入副室，打開主室氬氣閥，關上翻蓋閥門，打開副室氬氣閥向副室內 充入氬氣使副室內壓力為大氣壓力，關閉副室氬氣閥，打開副室，從引晶裝置 上取下投料裝置；然后在引晶裝置上裝上籽晶，將籽晶放入副室，合上副室， 將副室抽成真空，打開翻蓋閥門，打開副室氬氣閥，關閉主室氬氣閥，再次進 行化硅、降溫、縮頸、放肩、轉肩、等徑生長、收尾、取出晶棒工序，最后停 爐。二次投料工序可以進行兩次。
一種用于實施上述單晶硅棒生產工藝的單晶爐設備，包括主室、副室和引 晶裝置，主室和副室之間設有翻蓋閥門，其特征在于所述單晶爐設備還設有二次投料裝置。所述二次投料裝置包括石英管、不銹鋼圓棒和石英圓錐，不銹 鋼圓棒活動設在石英管內，石英管的外部固定套接有石英法蘭環，不銹鋼圓棒 的下端與石英圓錐連接。
該單晶硅棒的生產工藝，在一次開停爐的過程中，在一個石英坩鍋的有效 耐熱壽命里，可以進行兩次二次加料，完成三根單晶硅棒成品的生產，而該生 產過程中單晶爐始終處于高溫狀態，所以可節約兩次對單晶爐從冷卻狀態到加
熱到1420攝氏度的能源消耗，同時可節約兩個石英坩鍋的消耗，并節約一定量 的冷卻水和氬氣等。該生產工藝與現有的傳統工藝相比，具有突出的實質性特 點和顯著的進步。為實施上述生產工藝，現有的單晶硅棒生產設備單晶爐增加 了二次投料裝置，在單晶爐生產過程的高溫狀態時，通過打開主室和副室之間 的翻蓋閥門，將二次投料裝置內的原料多次添加進裝在主室內的石英坩鍋，從 而實現一次開爐生產三根單晶硅棒成品的生產工藝。
本發明有如下附圖
圖1為本發明的單晶爐設備結構示意圖
具體實施方式
附圖表示了本發明的技術方案及其實施例，下面再結合附圖進一步描述其 實施例的各有關細節及其工作原理。
參照附圖1,該單晶爐，包括主室7、副室9、 二次投料裝置和引晶裝置ll， 主室7和副室9之間設有翻蓋閥門8，所述二次投料裝置包括石英管1、不銹鋼 圓棒2和石英圓錐5，不銹鋼圓棒2的下端通過鉬螺絲6與所述石英圓錐5固定 連接，不銹鋼圓棒2的外部活動套接有石英管1，石英管1的外部固定套接有石英法蘭環3，石英管1和石英圓錐5圍成一個底面為錐面的桶體，桶體內放置加 工單晶硅棒的原料4，所述副室9內壁設有不銹鋼法蘭環10。在加料時，不銹 鋼圓棒2的上端與所述引晶裝置11連接，二次投料裝置裝入副室9內，在引晶 裝置11下放過程中，不銹鋼法蘭環10會卡住所述石英法蘭環3，將石英管1固 定在所述副室9內壁上，隨著引晶裝置11的繼續下放，石英圓錐5與石英管1 脫離，裝在石英管1內的原料4就會從石英圓錐5的錐面上滑落
該單晶硅棒的生產工藝是這樣的(l)分選將硅料里的雜物篩選掉并區分 硅料的型號與電阻率；(2)清洗將已篩選好的硅料進行清洗烘干；(3)配料將 原料按投料量計算出目標電阻率所需摻雜劑的重量；(4)裝爐把配好的原料裝 在石英坩堝中，石英坩堝放入單晶爐主室中，在單晶爐引晶裝置裝上籽晶，然 后封爐抽真空；(5)化硅通過石墨加熱裝置加熱，將原料多晶硅熔化；(6)降溫 將溶硅溫度降至固、液臨界并保持，給定一定的堝轉和晶轉；(7)縮頸將裝在 單晶爐引晶裝置上的籽晶浸入熔體，然后向上提拉籽晶引出晶體并收細，拉至 一定長度以防止籽晶中的位錯延伸到晶體中；(S)放肩將晶體控制生長到所需 直徑；(9)轉肩當晶體生長到預定直徑時提拉籽晶使晶體垂直生長；柳等徑生 長根據熔體和單晶爐情況，控制晶體等徑生長到所需長度；(ll)收尾提拉籽 晶使晶體末端直徑逐漸縮小，離開熔體；肪取出晶棒給定拉速3.5mm/min， 在主室內冷卻一段時間，將晶棒升入單晶爐副室，打開主室氬氣閥，關上單晶 爐主室和副室之間的翻蓋閥門，打開副室氬氣閥在副室內充入一定的氬氣后關 閉，當晶棒再冷卻一段時間后打開副室氬氣閥向副室內充入氬氣使副室內壓力 為大氣壓力，然后關閉副室氬氣閥，打開副室，將籽晶和晶棒分開，取出晶棒； 03)二次投料從單晶爐引晶裝置上取下籽晶裝上投料裝置，向投料裝置內裝入硅料，投料裝置放入副室，合上副室，將副室抽成真空，打開翻蓋閥門，打開 副室氬氣閥，關閉主室氬氣閥，將投料裝置降入主室，使投料裝置上法蘭環與 副室內法蘭環接觸并卡住，將硅料投入石英坩堝內；(14)取出投料裝置把投料 裝置升入副室，打開主室氬氣閥，關上翻蓋閥門，打開副室氬氣閥向副室內充 入氬氣使副室內壓力為大氣壓力，關閉副室氬氣閥，打開副室，從引晶裝置上 取下投料裝置裝上籽晶，籽晶放入副室，合上副室，將副室抽成真空，打開翻 蓋閥門，打開副室氬氣閥，關閉主室氬氣閥；(15)重復5 12的步驟；(16)再次投料， 重復13-15的步驟；(17)停爐。
權利要求
1. 一種單晶硅棒的生產工藝，包括分選、清洗、配料、裝爐、化硅、降溫、縮頸、放肩、轉肩、等徑生長、收尾、取出晶棒工序，其特征在于該單晶硅棒生產工藝在取出晶棒工序后還進行二次投料工序，二次投料工序是從單晶爐引晶裝置上取下籽晶后裝上投料裝置，向投料裝置內裝入硅料，投料裝置放入單晶爐副室，合上副室，將副室抽成真空，打開單晶爐主室和副室之間的翻蓋閥門，打開副室氬氣閥，關閉主室氬氣閥，將投料裝置降入主室，將硅料投入位于單晶爐主室內的石英坩堝內；二次投料工序后是取出投料裝置工序，把投料裝置升入副室，打開主室氬氣閥，關上翻蓋閥門，打開副室氬氣閥向副室內充入氬氣使副室內壓力為大氣壓力，關閉副室氬氣閥，打開副室，從引晶裝置上取下投料裝置；然后在引晶裝置上裝上籽晶，將籽晶放入副室，合上副室，將副室抽成真空，打開翻蓋閥門，打開副室氬氣閥，關閉主室氬氣閥，再次進行化硅、降溫、縮頸、放肩、轉肩、等徑生長、收尾、取出晶棒工序，最后停爐。
2. 如權利要求1所述的一種單晶硅棒的生產工藝，其特征在于二次投料工序 可以進行兩次。
3. —種用于實施權利要求1單晶硅棒生產工藝的單晶爐設備，包括主室、副室 和引晶裝置，主室和副室之間設有翻蓋閥門，其特征在于所述單晶爐設備 還設有二次投料裝置。
4. 如權利要求3所述的一種單晶爐設備，其特征在于所述二次投料裝置包括包括石英管(1)、不銹鋼圓棒(2)和石英圓錐(5)，不銹鋼圓棒(2)活動設在石英管(1)內，石英管(1)的外部固定套接有石英法蘭環(3)，不銹鋼 圓棒(2)的下端與石英圓錐(5)連接。
全文摘要
本發明公開了一種單晶硅棒的生產工藝，包括分選、清洗、配料、裝爐、化硅、降溫、縮頸、放肩、轉肩、等徑生長、收尾、取出晶棒工序，其特征在于該單晶硅棒生產工藝在取出晶棒工序后還進行二次投料工序，二次投料工序后是取出投料裝置工序，然后在引晶裝置上裝上籽晶，將籽晶放入副室，合上副室，將副室抽成真空，打開翻蓋閥門，打開副室氬氣閥，關閉主室氬氣閥，再次進行化硅、降溫、縮頸、放肩、轉肩、等徑生長、收尾、取出晶棒工序，最后停爐。本發明可以在不停爐情況下連續生產多根單晶硅棒，節省石英坩鍋用量、節約能耗。另外，本發明還公開了一種實施上述生產工藝的單晶爐設備。
文檔編號C30B15/00GK101435106SQ20081016254
公開日2009年5月20日 申請日期2008年11月21日 優先權日2008年11月21日
發明者李國迪, 蔣明霞, 談志俊 申請人:浙江瑞迪硅谷新能源科技有限公司