專(zhuān)利名稱(chēng)：多晶硅制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及多晶硅的制造裝置，尤其涉及使用于太陽(yáng)能電池等的多晶 硅的制造裝置。
背景技術(shù)：
最近，隨著對(duì)太陽(yáng)能電池的需求以每年百分之幾十左右的速度增加，太陽(yáng) 能電池用多晶硅錠的需求也是年年大幅增加。 一般而言，太陽(yáng)能電池用多晶硅 錠是在石英或石墨坩堝中填充硅原料之后通過(guò)熔融及定向凝固過(guò)程進(jìn)行制造 的。
如圖1所示，由美國(guó)專(zhuān)利第6， 136， 091號(hào)所公知的現(xiàn)有硅錠制造裝置包 含由在其內(nèi)部形成熱區(qū)(Hot zone)的工藝室構(gòu)成的主體140、盛放硅原料的 石英或石墨坩堝170、用于支撐石英或石墨坩堝170的支撐單元(未圖示)、為 了提供使硅原料熔融的輻射熱能而布置在坩堝170周?chē)慕M裝型四角加熱器 110、為了隔斷釋放到坩堝170周?chē)臒崃慷贾迷谯釄?70及組裝型四角加 熱器110周?chē)母魺岵考?90以及具有冷卻水流入管路150及冷卻水流出管路 180的用于控制裝置溫度的冷卻罩160等。由此，在石英或石墨坩堝內(nèi)部涂敷 坩堝保護(hù)層并填充硅原料之后，將坩堝和已完成的組裝型四角加熱器組裝到鑄 造裝置上。
如此將坩堝和組裝型四角加熱器設(shè)置于鑄造裝置內(nèi)部之后，清除裝置內(nèi)的 空氣而制造真空環(huán)境，接著再向真空狀態(tài)的裝置內(nèi)供應(yīng)氮?dú)馐箖?nèi)部壓力恢復(fù)常 壓。將這一過(guò)程反復(fù)進(jìn)行三次以上。為了冷卻裝置壁面而供應(yīng)冷卻水，接著向 組裝型四角加熱器供應(yīng)電源將坩堝內(nèi)部溫度加熱到1450°C以上，然后將這種狀 態(tài)維持2小時(shí)以上。當(dāng)填充到坩堝內(nèi)部的硅完全熔融時(shí)，對(duì)供應(yīng)到組裝型四角 加熱器的電源進(jìn)行控制，使坩堝從下部開(kāi)始向上部發(fā)生冷卻。
但是，只是通過(guò)控制供應(yīng)到加熱器的電源來(lái)進(jìn)行冷卻時(shí)，從坩堝下部開(kāi)始 的冷卻情況并不均衡，因此難以使晶體均勻地成長(zhǎng)，并導(dǎo)致硅錠物理性質(zhì)的不 均勻性。同時(shí)該專(zhuān)利沒(méi)有在坩堝的頂部設(shè)置加熱器，無(wú)法保證在坩堝底部冷卻時(shí)上部不冷卻。
中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?00710109123.9公開(kāi)的一種利用冷卻板使坩堝中的熔 融硅凝固，從而制造形成均勻晶粒的太陽(yáng)能電池用多晶硅錠的制造裝置。參見(jiàn) 圖2，在0環(huán)(0-ring )型工藝室210內(nèi)設(shè)有用于熔解硅的坩堝230。工藝室 210壁面內(nèi)部設(shè)有管，由冷卻水管路(未圖示)供應(yīng)的冷卻水在其中流動(dòng)。
坩堝230下部設(shè)有碳材料支撐臺(tái)240，為了加熱坩堝230在坩堝230周?chē)?設(shè)有第一及第二加熱器221、 222。加熱器與從工藝室外部連接過(guò)來(lái)的電源供應(yīng) 裝置(未圖示)相連，由此根據(jù)所供應(yīng)的電源產(chǎn)生熱量。該熱量通過(guò)設(shè)在加熱 器附近的多個(gè)溫度傳感器表示在控制部。支撐臺(tái)240下部設(shè)有用于上下移動(dòng)坩 堝230的第一移送軸251。第一移送軸251設(shè)在支撐臺(tái)240的四個(gè)角落。設(shè)在 坩堝230下部的第二加熱器222由可以進(jìn)行開(kāi)閉的兩個(gè)加熱器構(gòu)成，該兩個(gè)加 熱器在加熱坩堝230時(shí)被關(guān)閉，但是加熱結(jié)束之后在為了冷卻而根據(jù)第一移送 軸251的動(dòng)作將坩堝230向下移動(dòng)之前通過(guò)水平運(yùn)動(dòng)的移送夾具280向相鄰的 工藝室壁面移動(dòng)而被打開(kāi)。
第二加熱器222下部設(shè)有由兩個(gè)隔熱板構(gòu)成的第二隔熱板212，該第二隔 熱板212與第二加熱器222 —樣可以通過(guò)水平運(yùn)動(dòng)的移送夾具280進(jìn)行開(kāi)閉。 在坩堝230通過(guò)第一移送軸251向下移動(dòng)之前，第二隔熱板212與第二加熱器 222 —樣水平移動(dòng)而被打開(kāi)。
第二隔熱板212下部設(shè)有冷卻板260，用來(lái)對(duì)被加熱的坩堝230進(jìn)行冷卻。 使用冷卻板260可以加快冷卻速度而將冷卻效率最大化。最終可以通過(guò)適當(dāng) 地調(diào)節(jié)冷卻速度來(lái)使熔融硅凝固工藝最優(yōu)化。
同樣該專(zhuān)利也是沒(méi)有在在柑堝的頂部設(shè)置加熱器，無(wú)法保證在坩堝底部冷 卻時(shí)上部不幵始冷卻。
中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?00710070539.4公幵的多晶硅鑄錠爐的熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，參 見(jiàn)圖3和圖4，將多晶硅原料311裝滿(mǎn)坩堝313，擱放至熱交換臺(tái)303上，操 作控制器合緊爐體301，放下保溫隔熱籠體302 ，使保溫隔熱頂板306 、保溫 隔熱底板305分別與保溫隔熱籠體302的上、下兩端合攏，形成一個(gè)封閉的熱 場(chǎng)腔室308;將爐體301內(nèi)部包括熱場(chǎng)腔室308抽真空，當(dāng)達(dá)到工藝設(shè)定的真 空度時(shí)，通電啟動(dòng)加熱器307，將多晶硅原料加熱至一千四百多攝氏度，使之 完全熔化。此時(shí)，由于構(gòu)成熱場(chǎng)的保溫隔熱籠體302 、底部的保溫隔熱襯板305 、頂部的保溫隔熱襯板306 、中部的保溫隔熱環(huán)條309等均由特殊材料 做成，具有良好的保溫隔熱效能，約十多小時(shí)即可將數(shù)百公斤多晶硅原料311 完全熔化；按工藝?yán)^續(xù)保溫一段時(shí)間，讓多晶硅原料311中的雜質(zhì)充分熔化、 揮發(fā)或氣化；然后改變控制模式，逐步、緩慢提起保溫隔熱籠體302 ，由于保 溫材料的作用，在加熱器307啟動(dòng)后熱場(chǎng)腔室308與爐體301的腔室之間會(huì)形 成一個(gè)溫差，保溫隔熱籠體302通過(guò)吊桿312提起后，保溫隔熱籠體302的底 部與保溫隔熱底板305脫離，大量的熱輻射會(huì)經(jīng)由熱交換臺(tái)303按附圖4所示 箭頭方向從保溫隔熱籠體302的底部往爐體301腔室散發(fā)，此時(shí)，坩堝313與 熱交換臺(tái)303必然也發(fā)生熱交換，從而使坩堝313底部的硅液發(fā)生結(jié)晶現(xiàn)象。 同時(shí)，在保溫隔熱籠體302提起后，熱場(chǎng)腔室308中的保溫隔熱環(huán)條309將熱 場(chǎng)腔室308分為上下兩部分，上部依然圍成一個(gè)高溫區(qū)，在加熱器307的作用 下，可維持工藝需要的溫度，下部由于散熱作用，形成一個(gè)低溫區(qū)，這樣，在 整個(gè)熱場(chǎng)腔室308中，在硅的結(jié)晶面形成一個(gè)垂直的溫度梯場(chǎng)。通過(guò)控制散熱 與加熱，使得硅的結(jié)晶凝固得到有效控制，從而生產(chǎn)出高品質(zhì)的多晶硅鑄錠。
同樣該專(zhuān)利也是沒(méi)有在在坩堝的頂部設(shè)置加熱器，無(wú)法保證在坩堝底部冷 卻時(shí)上部不開(kāi)始冷卻。
中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?00620031881.4公開(kāi)的制備多晶硅用鑄錠爐，其在坩 堝外扣設(shè)加熱罩，加熱罩外扣設(shè)與其聯(lián)接的保溫罩，坩堝底部設(shè)有水冷卻循環(huán) 系統(tǒng)，加熱罩中自下而上設(shè)有分層加熱元件。同時(shí)在坩堝底部或/和保溫罩頂 部設(shè)有升降機(jī)構(gòu)。
在該裝置中為了使熔化的硅單向凝固，必須使坩堝升降，具有不便用于大 規(guī)模生產(chǎn)的缺點(diǎn)。
同樣該專(zhuān)利也是沒(méi)有在在坩堝的頂部設(shè)置加熱器，無(wú)法保證在坩堝底部冷 卻時(shí)上部不開(kāi)始冷卻。
在日本專(zhuān)利特開(kāi)2002 — 293526號(hào)公報(bào)上記載了利用隔熱材料做成的隔板 將具有加熱功能的上部腔室和具有冷卻功能的下部腔室隔開(kāi)，同時(shí)將該隔板的 一部分開(kāi)口設(shè)置的上部腔室與下部腔室的連通口內(nèi)可升降地配置坩堝放置臺(tái)， 在包圍下部腔室中的該放置臺(tái)的升降路徑的位置上設(shè)置冷卻板，進(jìn)行單向凝固 的裝置(附圖省略)。
同樣該專(zhuān)利也是沒(méi)有在在坩堝的頂部設(shè)置加熱器，無(wú)法保證在坩堝底部冷
5卻時(shí)上部不開(kāi)始冷卻。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于旨在解決上述存在問(wèn)題，而提供一種在坩堝頂部設(shè) 置加熱器，保證在坩堝底部開(kāi)始冷卻時(shí)，上部不開(kāi)始冷卻的多晶硅制造裝置， 以能有效實(shí)施單向凝固的多晶硅制造裝置。
為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是
多晶硅制造裝置，包括
一腔體；
位于所述的腔體內(nèi)的坩堝，所述的坩堝用于裝入硅； 位于所述腔體內(nèi)且設(shè)置在所述坩堝四周的隔熱材料；
設(shè)置在所述隔熱材料內(nèi)并位于所述的坩堝側(cè)面的側(cè)面加熱器；其特征在 于，在所述隔熱材料內(nèi)，且位于坩堝上方頂部的頂部加熱器，所述側(cè)面和頂部 加熱器對(duì)裝入所述的坩堝內(nèi)的硅進(jìn)行加熱；以及所述的側(cè)面和頂部加熱器與一 控制電路連接，所述的控制電路控制所述的加熱器的輸出。
由于采用了如上的技術(shù)方案，本實(shí)用新型在使用坩堝制造具有單向凝固組 織的硅錠時(shí)，通過(guò)控制電路能夠?qū)?cè)面和頂部加熱器進(jìn)行控制，保證坩堝底部 的多晶硅開(kāi)始凝固時(shí)，坩堝上部及頂部的多晶硅仍處于熔融狀態(tài)，以有效實(shí)施 單向凝固。


圖1為現(xiàn)有的一種硅錠制造裝置的剖面圖。 圖2為現(xiàn)有的另一種多晶硅制造裝置的剖視圖。 圖3為現(xiàn)有的又一種多晶硅鑄錠爐的整體結(jié)構(gòu)剖視圖。 圖4為圖3所示的多晶硅鑄錠爐使用狀態(tài)時(shí)的結(jié)構(gòu)剖視圖。 圖5是表示本實(shí)用新型的實(shí)施形態(tài)的剖兩概略示意圖。 圖面標(biāo)記說(shuō)明1-腔體，2-硅，3-坩堝，4-頂部加熱器，5-側(cè)面加熱器， 6a-上部隔熱材料，6b-下部隔熱材料，7-間隙，8坩堝支持臺(tái)，9-坩堝托板。
具體實(shí)施方式
以下，參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例。在此之前需要說(shuō)明的 是，本說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求書(shū)中所使用的術(shù)語(yǔ)或詞語(yǔ)不能限定解釋為通常的含義 或辭典中的含義，而應(yīng)當(dāng)立足于為了以最佳方式說(shuō)明其實(shí)用新型實(shí)用新型人可
以對(duì)術(shù)語(yǔ)的概念進(jìn)行適當(dāng)定義的原則解釋為符合本實(shí)用新型技術(shù)思想的含義 和概念。隨之，本說(shuō)明書(shū)所記載的實(shí)施例和附圖中表示的結(jié)構(gòu)只是本實(shí)用新型 最佳實(shí)施例之一，并不能完全代表本實(shí)用新型的技術(shù)思想，因此應(yīng)該理解到對(duì) 于本實(shí)用新型而言可能會(huì)存在能夠進(jìn)行替換的各種等同物和變形例。
圖5是本實(shí)用新型的實(shí)施形態(tài)的剖面概略示意圖。也就是說(shuō)，在腔體l的 上部對(duì)放入硅2的坩堝3進(jìn)行加熱的加熱器由位于坩堝3的頂部的頂部加熱器 4和位于側(cè)面的側(cè)面加熱器5構(gòu)成。而且在腔體1內(nèi)，坩堝3的四周和加熱器 的外側(cè)具備隔熱材料，該隔熱材料由一直覆蓋到支持坩堝3的坩堝支持臺(tái)8附 近的上部隔熱材料6a和覆蓋坩堝支持臺(tái)8底部的下部隔熱材料6b構(gòu)成，下部 隔熱材料6b上設(shè)置窺視坩堝3內(nèi)部的間隙7。
支持坩堝支持臺(tái)8的坩堝托板9貫通下部隔熱材料6b，支撐在腔體1的底 部上。
硅2借助于頂部加熱器4和側(cè)面加熱器5進(jìn)行加熱使其熔化。其后，使頂 部加熱器4和側(cè)面加熱器5的輸出減小，以此使硅2內(nèi)的溫度下降，通過(guò)從設(shè) 置于下部隔熱材料6b上的間隙7放熱，硅2從底部開(kāi)始凝固，而硅2從底部 開(kāi)始凝固時(shí)，控制電路仍然控制頂部加熱器4有輸出，保證坩堝3上部的硅2 仍處于熔融狀態(tài)，這樣坩堝3內(nèi)的硅可以由下而上向上方實(shí)現(xiàn)單向凝固。頂部 加熱器4和側(cè)面加熱器5借助于其設(shè)置位置，特別是將側(cè)面加熱器設(shè)置于比硅 2的底部高的位置上，可以用一與上部加熱器4和側(cè)面加熱器5連接的控制電 路(圖中未示出)進(jìn)行控制?？刂齐娐返木哂薪Y(jié)構(gòu)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是 熟知的，在此不做詳細(xì)敘述。
本實(shí)用新型在使用坩堝制造具有單向凝固組織的硅錠時(shí)能有效地保證硅 更好地單向凝固。
權(quán)利要求1.多晶硅制造裝置，包括一腔體；位于所述的腔體內(nèi)的坩堝，所述的坩堝用于裝入硅；位于所述腔體內(nèi)且設(shè)置在所述坩堝四周的隔熱材料；設(shè)置在所述隔熱材料內(nèi)并位于所述的坩堝側(cè)面的側(cè)面加熱器；其特征在于，在所述隔熱材料內(nèi)，且位于坩堝上方頂部的頂部加熱器，所述側(cè)面和頂部加熱器對(duì)裝入所述的坩堝內(nèi)的硅進(jìn)行加熱。
2. 如權(quán)利要求1所述的多晶硅制造裝置，其特征在于，所述的側(cè)面和頂部 加熱器與一控制電路連接，所述的控制電路控制所述的加熱器的輸出。
3. 如權(quán)利要求l所述的多晶硅制造裝置，其特征在于，所述的側(cè)面加熱器 設(shè)置于比所述的硅的底部高的位置上。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)的多晶硅制造裝置，包括一腔體；位于所述的腔體內(nèi)的坩堝，所述的坩堝用于裝入硅；位于所述腔體內(nèi)且設(shè)置在所述坩堝四周的隔熱材料；設(shè)置在所述隔熱材料內(nèi)并位于所述的坩堝側(cè)面的側(cè)面加熱器；其特征在于，在所述隔熱材料內(nèi)，且位于坩堝上方頂部的頂部加熱器，所述側(cè)面和頂部加熱器對(duì)裝入所述的坩堝內(nèi)的硅進(jìn)行加熱；以及所述的側(cè)面和頂部加熱器與一控制電路連接，所述的控制電路控制所述的加熱器的輸出。本實(shí)用新型在使用坩堝制造具有單向凝固組織的硅錠時(shí)，通過(guò)控制電路能夠?qū)?cè)面和頂部加熱器進(jìn)行控制，保證坩堝底部的多晶硅開(kāi)始凝固時(shí)，坩堝上部及頂部的多晶硅仍處于熔融狀態(tài)，以有效實(shí)施單向凝固。
文檔編號(hào)C30B28/06GK201162064SQ20082005608
公開(kāi)日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月11日
發(fā)明者河野貴之, 賀賢漢 申請(qǐng)人:上海漢虹精密機(jī)械有限公司