[发明专利]硅晶体的连续生长装置

说明书

本发明公开了一种硅晶体的连续生长装置，尤其适用于单晶硅，准单晶硅及多晶硅的制备。所述装置具有双熔区：主熔炼室可以用于晶体生长，一个辅助投料熔炼室可以作为连续高温熔体投料区。辅助投料熔炼室：配有两区的感应加热磁场，用于给多晶料加热。当上熔炼系统的料用尽以后在坩埚下料口的感应线圈断电后具有强制冷却的作用，使得多晶料凝固密封下料口。连续投料区有两组电磁约束磁场，控制熔体的上下运动。晶体生长区具有电磁约束磁场，使得熔体在无侧壁坩埚的条件下定向生长。通过投料区可以多次向晶体生长区投高温熔体料，实现晶体的稳定连续生长。

技术领域

本发明涉及半导体晶体的制备装置技术领域，尤其涉及一种适用于单晶硅、准单晶硅及多晶硅的连续生长装置。

背景技术

半导体晶体材料被广泛应用于微电子及光电子领域，可用于制备太阳能电池，集成电路等。半导体晶体材料是现代信息技术的基础材料之一，其中硅的应用最为广泛。晶体越大，成本就越低。材料的纯度越好，晶体的物理特性就越好。

电磁约束技术是最近兴起的一种熔炼方法，由于熔炼期间熔体不与坩埚接触，所熔炼的材料洁净，并能够通过该方法实现材料的形状控制。电磁约束成型是利用感应器产生交变磁场，通过电磁效应在熔体表面感应出涡电流，涡电流在洛伦兹力的作用下，在熔体中形成约束力，从而实现对熔体约束。通常，电磁感应方法生产重复上述补料阶段工艺的连续投料，均是将多晶料预先放置在炉室内，然后再生长时在将其投下，投料量有限。

电磁技术适用于导磁与导电良好的金属材料。对于半导体材料，如硅等首先要对半导体进行加热，然后再施加电磁场方可实现电磁感应效应，如目前兴起的重复上述补料阶段工艺的电磁冷坩埚熔炼技术等，可以在电磁力的作用下形成熔体表面凸起，即“驼峰”（即液面向上凸起现象）出现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种可以连续生长高纯大尺寸单晶硅、准单晶硅及多晶硅的装置。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种硅晶体的连续生长装置，其特征在于：包括主熔炼室，所述主熔炼室的上侧设有辅助投料熔炼室，所述辅助投料熔炼室正下侧的主熔炼室内设置有主熔炼室坩埚，所述主熔炼室坩埚的下侧设置有坩埚水冷系统，所述主熔炼室坩埚的外周设置有主熔炼室加热器，所述主熔炼室加热器的上侧圆周设置有主电磁约束感应器，所述主电磁约束感应器用于使主熔炼室坩埚内的熔体表面向上凸起，所述主熔炼室内设置有驱动装置，所述驱动装置的动力输出端与所述主电磁约束感应器连接，用于驱动所述主电磁约束感应器上下运动，所述主熔炼室坩埚的下侧设置有重量传感器，用于感应所述主熔炼室坩埚的总重量，随着所述重量传感器感应重量的增加，控制器通过所述驱动装置驱动所述主电磁约束感应器上升；

所述辅助投料熔炼室内设置有辅助投料熔炼室坩埚，所述辅助投料熔炼室坩埚的底部通过连通管与所述主熔炼室相连通，且所述辅助投料熔炼室坩埚的下料口位于所述主熔炼室坩埚的正上方，所述主熔炼室内辅助投料熔炼室坩埚的下料口的外周设置有辅助投料熔炼下料口电磁约束感应器，所述下料口电磁约束感应器用于对熔体产生向上的力；所述辅助投料熔炼室坩埚下侧的连通管的外周设置有辅助投料熔炼下料口加热器，所述辅助投料熔炼下料口加热器的外周设置有辅助投料熔炼下料口感应线圈，所述辅助投料熔炼室坩埚的上侧的外周设置有辅助投料熔炼室主加热器，所述辅助投料熔炼室主加热器的外周设置有辅助投料熔炼室主感应线圈，所述辅助投料熔炼室坩埚的上端开口处设置有辅助投料熔炼室熔体下压电磁约束感应器，用于对熔体产生向下的力。

进一步的技术方案在于：所述主熔炼室的侧壁上设置有与其连通的保护气体管路，所述保护气体管路上设置有第一阀体，通过所述保护气体管路向所述主熔炼室内充入保护气体。

进一步的，所述主熔炼室的顶部设置有第一压力表，所述第一压力表用于测量所述主熔炼室内气压。

进一步的技术方案在于：所述辅助投料熔炼室通过辅助投料熔炼室炉盖进行密封。