[发明专利]用于定向凝固法生长单晶硅的装置及其使用方法

权利要求书

1.用于定向凝固法生长单晶硅的装置，该装置至少包括炉体(13)、用于支撑炉体的支柱(15)、由支柱支撑的热交换块(4)、放置在热交换块上的坩埚护板(8)、坩埚护板内的用于承装硅料的石英坩埚(9)、固定在石英杆(14)上的加热器(7)、以及由活动连杆(6)控制的侧隔热笼(3)，其特征在于，在坩埚护板外部底侧围绕整个坩埚护板，安装有隔热设备(10)。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述隔热设备由碳基隔热材料、石棉材料或多孔陶瓷材料构成。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述碳基隔热材料为石墨或碳/碳复合材料。

4.根据权利要求1-3任一所述的装置，其中所述隔热设备为块状、板状或带状。

5.根据权利要求1-4任一所述的装置，其中所述隔热设备的厚度为2-10cm，高度为2-20cm；优选厚度为3-5cm，高度为4-12cm。

6.根据权利要求1-5任一所述的装置，其中所述隔热设备使用钼丝、钨丝、石墨绳、陶瓷螺母、或由钼、钨或石墨材料制成的螺母固定。

7.使用权利要求1所述的装置定向凝固法生长单晶硅的方法，该装置包括石英坩埚、加热器、坩埚护板、侧隔热笼、热交换块以及隔热设备，所述方法包括以下步骤：

(1)依次将作为籽晶的单晶硅料、多晶硅料和掺杂剂置于坩埚中；

(2)加热硅料，使籽晶熔化10％-90％；

(3)降低加热器的温度，并打开侧隔热笼，多晶硅料和部分籽晶熔化的硅熔液沿籽晶晶向定向凝固生长，经退火冷却后得到与籽晶相同晶向的单晶硅。

8.根据权利要求7所述的方法，其中步骤(1)中所述籽晶为<100>晶向的单晶硅块。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中步骤(1)中所述籽晶为长10-16cm，宽10-16cm，高0.5-5cm的方形单晶硅块。

10.根据权利要求7-9任一所述的方法，其中步骤(1)中所述籽晶紧密地平铺于坩埚底部。

11.根据权利要求7-10任一所述的方法，其中步骤(1)中所述掺杂剂选自硼、镓、磷、砷或锑。

12.根据权利要求7-11任一所述的方法，其中步骤(2)和(3)均在真空或惰性气体气氛下进行。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述惰性气体为氩气。

14.根据权利要求7-13任一所述的方法，其中步骤(2)中籽晶开始熔化时在热交换块底部通入惰性保护气体，优选氩气，保持坩埚底部温度的稳定。

15.根据权利要求7-14任一所述的方法，其中步骤(2)中用石英杆来测量坩埚底部未熔籽晶的高度。

16.根据权利要求7-15任一所述的方法，其中步骤(3)中加热器逐步降温至1400-1430℃，侧隔热笼打开10-17cm。