[发明专利]硅锭的制备装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅锭的制备装置，更详细地，涉及一种通过在硅锭凝固时利用个别水冷杆控制凝固界面来具有定向性好的<100>方向凝固组织的硅锭的制备装置。

背景技术

随着最近全球气候变暖的问题的抬头，新再生能源的开发正在活跃进行。其中，太阳光产业因其无公害、能源资源的保存、无报酬、可靠性高等优点而在最近5年内呈现出年均40％以上的成长。

当前，由于无法圆满实现作为太阳能电池的基本原料的多晶硅的供给，而呈现出倒金字塔型价值链。由于利用太阳能电池的太阳光组件系统供不应求，导致作为原材料的多晶硅的价格上升。

由此，在相关产业一直致力于确保硅原材料的供需圆满。为了确保硅原材料的供需顺利，目前正在采用的方案是将在半导体硅晶片制备工序中产生的大量废硅精制使其成长为硅锭而使用。

在制备硅锭的工序中，重要因子有熔融时使硅熔化的温度、熔融时间、气体气氛、减压状态等，在凝固时，可借助凝固速度(V)＝冷却速度(R)/温度梯度(G)来控制单向凝固。通常，多晶硅的单向凝固是一种利用水冷杆在初期成核后制备具有定向性好的<100>的结晶方向的硅锭的过程。

根据最近研究结果，在制备硅锭的工序中，凝固时重要的变数是控制硅锭的凝固界面冷却温度。硅锭的凝固界面冷却温度的不稳定也会成为导致硅锭的结晶组织向内聚集的现象、偏向一侧的现象、结晶大小不均匀成长的现象以及在硅锭产生裂痕的现象的原因。

另一方面，在现有的硅锭的制备方法中存在坩埚向下移动的同时根据温度差使硅锭凝固的连续弛豫过冷(SRS)法。该方法中存在随着电梯井的振动而导致在坩埚内形成的硅锭产生缺陷的问题，由此，提示出了利用水冷杆使硅锭成长的方法。

为了利用水冷杆使硅锭成长而提出的技术有日本公开专利公开平11-310496号(发明名称：具有定向性好的单向凝固组织的硅的制备方法及装置，以下称为“对比文件1”)。

在对比文件1中采用的是，结晶成长炉的加热部只存在于上部和下部，凝固时坩埚因电梯井而向下移动的同时进行凝固的方法。并且，向水冷杆投入作为惰性气体的氩(Ar)气作为制冷剂气体，使用使制冷剂气体向腔室内移动的制冷剂供给部和排出口以及惰性气体的预热加热部。此时，从水冷杆一侧重新向腔室的内部供给被用作为制冷剂的氩(Ar)气，营造氩(Ar)气气氛来降低SiO、SiC的杂质形成。

然而，在对比文件1中，在结晶成长炉的启动期间，需要用水冷杆不断供给用作制冷剂气体的氩(Ar)气。即，由于使用氩(Ar)气作为冷却介质的时间达到30小时以上，因而存在硅锭的制作费用变高的问题。

发明内容

技术问题

本发明是在如上所述的背景下提出的，本发明的目的在于，提供一种在坩埚内部的熔融的硅凝固时通过控制冷却水量来制备具有定向性好的<100>方向凝固组织的硅锭的硅锭的制备装置。

本发明的附加目的在于，提供一种能够通过控制用于加热坩埚的加热部的温度来制备具有定向性好的<100>方向凝固组织的硅锭的硅锭的制备装置。

解决问题的手段

为了达成如上所述的目的，本发明一实施方式的硅锭的制备装置，其特征在于，包括：腔室，坩埚，其设置于腔室内，加热部，其加热坩埚，坩埚搭载部，其供坩埚放置，两个以上的水冷杆组，形成于坩埚搭载部的下方；两个以上的水冷杆组设置成从坩埚搭载部的中心向外侧相互隔离，且与互不相同的供水管连接。

本发明的附加实施方式的硅锭的制备装置包括：上部加热部，其设置于坩埚的上部；第一侧面加热部，其设置于坩埚的侧面的上部；第二侧面加热部，其设置于坩埚的侧面的中间部；第三侧面加热部，其设置于坩埚的侧面的下部。

本发明的另一附加实施方式的硅锭的制备装置包括：第一坩埚搭载部，其坩埚搭载部支撑坩埚；第二坩埚搭载部，其形成使水冷杆插入的插入槽；以及冷却板，其设置于第二坩埚搭载部与第一坩埚搭载部之间。

本发明的另一附加实施方式的硅锭的制备装置包括：上部绝热板，其使在加热部加热的热绝热；下部绝热板，其设置于坩埚搭载部与水冷杆组之间；侧面绝热材，其形成于下部绝热板与上部绝热板之间；以及水冷杆绝热部，其与下部绝热板一同使水冷杆组密闭并绝热。