一种准单晶硅铸锭设备及铸锭方法技术

本发明专利技术涉及一种准单晶硅铸锭设备，其包括设置于壳体内的铸锭室和籽晶储存室，设置于籽晶储存室和铸锭室之间的隔热门以及可以将籽晶从籽晶储存室穿过隔热门移动铸锭室的坩埚中的籽晶投放装置。本发明专利技术还涉及利用该设备的准单晶硅铸锭方法，该方法先利用加热装置对坩埚及置入坩埚内的硅料进行加热，待硅原料完全熔化为硅液，并控温至硅液结晶前状态后，再利用籽晶投放装置将籽晶从籽晶储存室移动至铸锭室的坩埚中，进行长晶，形成硅锭。采用本发明专利技术的准单晶硅铸锭设备及方法大幅降低温度控制的难度，避免了现有技术中坩埚底部温度难以精确控制，籽晶可能全部熔化或不熔化的问题，并进而提高了生产效率，有效保证了产品的成品率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铸锭
，具体涉及准单晶硅铸锭

技术介绍
准单晶硅(mono like，也称“类单晶硅”)是基于多晶铸锭的工艺，在长晶时通过部分使用单晶籽晶，获得外观和电性能均类似单晶的多晶硅片。这种通过铸锭的方式形成单晶硅的技术，其功耗只比普通多晶硅多5%，所生产的单晶硅的品质接近直拉单晶硅，是目前光伏行业应用最广泛的铸锭工艺之一。现有技术中存在多种准单晶硅铸锭工艺，较为新颖的铸锭方法包括:申请号为200910152970.2的中国专利申请，一种单晶向、柱状大晶粒的铸造多晶硅的制备方法；申请号为201010198142.5的中国专利申请，一种准单晶硅的铸锭方法；申请号为201010564154.5的中国专利申请，一种石英坩埚和铸造准单晶的方法；以及申请号为201110067923.5的中国专利申请，用于定向凝固法生长硅晶体的弓I晶模具及晶体生长方法。上述工艺都不外乎两种准单晶铸锭法:无籽晶铸锭和有籽晶铸锭。因为无籽晶铸锭在晶体生长时要求温度梯度与晶体生长速度等条件要求苛刻，所以工艺控制难度较大；有籽晶铸锭，则一般采用把籽晶放入坩埚底部，上面装入硅料，再加热融化硅料，在固液相共存时保持籽晶不被融化，确保晶体生长在未融化籽晶上开始生长，需要坩埚底部的温度梯度精准控制，工艺控制难度也非常大。因此，现有技术中的准单晶铸锭工艺都存在温度梯度控制难度大的问题，这严重影响了准单晶硅铸锭的效率，提升了工艺难度，成品率低。
技术实现思路
本专利技术的目的 是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种在硅料完全熔化后，长晶阶段前，再将籽晶投入坩埚，然后完成整个长晶过程，从而大幅降低温度控制的难度，提高生产效率，有效保证了成品率，且操作过程简单，实现成本低廉，应用范围广泛的。为了实现上述的目的，本专利技术的准单晶硅铸锭设备具有如下构成:该准单晶硅铸锭设备包括壳体、设置于所述的壳体内的铸锭室、设置于所述的铸锭室内的坩埚和加热装置，设置于所述的壳体内的籽晶储存室，设置于所述的籽晶储存室和所述的铸锭室之间的隔热门，以及用以将籽晶穿过所述的隔热门设置于所述的籽晶储存室或所述的铸锭室的坩埚中的籽晶投放装置。其中，所述的加热装置设置于所述的坩埚的周围，所述的坩埚表面可以具有氮化硅(Si3N4)或氮化硼(BN)涂层。该准单晶硅铸锭设备中，所述的加热装置为设置于所述的坩埚的四周的加热装置，所述的籽晶储存室设置于所述的铸锭室的上方。该准单晶硅铸锭设备中，所述的籽晶投放装置包括籽晶托板和连接所述籽晶托板的托板升降杆，所述的托板升降杆用以将所述的籽晶托板设置于所述的籽晶储存室内位于坩埚上方的位置或设置于所述的铸锭室内的坩埚内。该准单晶硅铸锭设备中，所述的籽晶投放装置包括籽晶夹持件和连接所述的籽晶夹持件的夹持件升降杆，所述的夹持件升降杆用以将所述的籽晶夹持件设置于所述的籽晶储存室内坩埚一侧上方的位置或设置于所述的铸锭室内的坩埚内的靠近坩埚一侧侧壁的位置。该准单晶硅铸锭设备中，所述的该准单晶硅铸锭设备还包括保温笼，所述的保温笼设置与所述的铸锭室内，所述的坩埚和加热装置设置于所述的保温笼内。该准单晶硅铸锭设备中，所述的保温笼为可移动保温笼，所述的可移动保温笼及加热装置可在所述的铸锭室内于所述的籽晶夹持件设置于坩埚内的靠近坩埚一侧侧壁的位置及坩埚另一侧侧壁的位置间往复移动。该准单晶硅铸锭设备中，所述的加热装置包括围绕坩埚的垂直面环形加热装置以及设置于所述的坩埚下方的辅助加热装置。该准单晶硅铸锭设备中，所述的加热装置为设置于所述的坩埚的上方和下方的加热装置，所述的籽晶储存室设置于所述的铸锭室的上部的侧方。该准单晶硅铸锭设备中，所述的籽晶投放装置包括籽晶托板、托板传送臂和托板升降杆，所述的籽晶托板设置于所述的托板传送臂上，所述的托板传送臂用以将所述的籽晶托板设置于所述的籽晶储存室内 或设置于所述的铸锭室内的坩埚的正上方，并使所述的籽晶托板位于连接所述的托板升降杆的位置，所述的托板升降杆用于连接所述的籽晶托板，并将所述的籽晶托板设置于所述的坩埚的正上方或坩埚内。本专利技术还提供一种利用所述设备的准单晶硅铸锭方法，该方法包括以下步骤:(I)将硅原料放置于所述的坩埚内；(2)将籽晶放置于所述的籽晶储存室内籽晶投放装置上；(3)将壳体内抽真空；(4)利用所述的加热装置对坩埚及硅原料进行加热，使所述的硅原料完全熔化为硅液后，控温至硅液结晶前状态；(5)打开所述的隔热门；(6)利用所述的籽晶投放装置将所述的籽晶从籽晶储存室移动至铸锭室的坩埚中；(7)进行长晶，然后退火冷却，形成硅锭。该准单晶硅铸锭方法中，所述的步骤(I)将硅原料放置于所述的坩埚内，具体为:将硅粉料或硅块料放置于所述的坩埚内，并根据成品硅锭的目标电阻率加入掺杂剂。该准单晶硅铸锭方法中，所述的步骤(3)将壳体内抽真空，具体为:若步骤(I)中放入的为硅粉料，则将壳体内慢速抽真空至气压为3pa _2pa ;若步骤(I)中放入的为硅块料，则将壳体内快速抽真空至气压为3pa _2pa。该准单晶硅铸 锭方法中，所述的步骤(2)将籽晶放置于所述的籽晶储存室内籽晶投放装置上，具体为:在所述的籽晶储存室内的籽晶投放装置上放置至少一块籽晶，所述各块籽晶组成的整体的的断面边长为80mm 155mm,厚度为6mm 60mm。该准单晶硅铸锭方法中，步骤(4)具体包括以下步骤:(41)向壳体内充入保护气体氩气；(42)利用所述的加热装置对坩埚及硅原料进行加热至所述的硅原料完全熔化为硅液；(43)控温至硅液结晶前状态，该硅液结晶前状态为所述的硅液面温度为1420°C 1600°C，坩埚底部温度为1390°C 1410°C，并保持所述的硅液面温度和坩埚底部温度5分钟 90分钟。该准单晶硅铸锭方法中，所述的加热装置为设置于所述的坩埚的四周的加热装置，所述的籽晶储存室设置于所述的铸锭室的上方，所述的籽晶投放装置包括籽晶托板和连接所述籽晶托板的托板升降杆，所述的托板升降杆用以将所述的籽晶托板设置于所述的籽晶储存室内位于坩埚上方的位置或设置于所述的铸锭室内的坩埚内，则所述的步骤(6)具体包括以下步骤:(611)利用所述的托板升降杆将放置有籽晶的籽晶托板从籽晶储存室移动至铸锭室中距离坩埚口大于30cm处；(612)在该位置停留I分钟 20分钟，将籽晶温度烘烤至800°C 1400°C ；(613)利用所述的托板升降杆将所述的籽晶均速下降至坩埚内底部。·该准单晶硅铸锭方法中，所述的加热装置为设置于所述的坩埚的四周的加热装置，所述的籽晶储存室设置于所述的铸锭室的上方，所述的籽晶投放装置包括籽晶夹持件和连接所述的籽晶夹持件的夹持件升降杆，所述的夹持件升降杆用以将所述的籽晶夹持件设置于所述的籽晶储存室内坩埚一侧上方的位置或设置于所述的铸锭室内的坩埚内的靠近坩埚一侧侧壁的位置，则所述的步骤(6)具体包括以下步骤:(621)利用所述的夹持件升降杆将夹持有籽晶的籽晶夹持件从籽晶储存室移动至铸锭室中距离坩埚口大于30cm处；(622)在该位置停留I分钟 20分钟，将籽晶温度烘烤至800°C 1400°C ；(623)所述的夹持件升降杆将所述的籽晶均速下降至坩埚内贴近一侧侧壁的位置。该准单晶硅铸锭方法中，所述的该准单晶硅铸锭设备还包括可移动保温笼，所述的可移本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种准单晶硅铸锭设备，所述的设备包括壳体、设置于所述的壳体内的铸锭室以及设置于所述的铸锭室内的坩埚和加热装置，所述的加热装置设置于所述的坩埚的周围，其特征在于，所述的准单晶硅铸锭装置还包括：籽晶储存室，设置于所述的壳体内，隔热门，设置于所述的籽晶储存室和所述的铸锭室之间；籽晶投放装置，用以将籽晶穿过所述的隔热门设置于所述的籽晶储存室或所述的铸锭室的坩埚中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐传兴，
申请(专利权)人：徐传兴，
类型：发明
国别省市：