一种石英坩埚的制作方法
专利名称：一种石英坩埚的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种单晶体生产装置。具体为一种装盛硅熔液的石英坩埚。
背景技术：
在电子级及太阳能级硅单晶体直拉法生产过程中，装载硅熔液所用的石英坩埚是 关键的耗材。在单晶体的生产过程中，如果硅熔液中进入低纯度的石英砂颗粒，当这些石英 砂颗粒运动到硅熔液的固液界面时，极可能使单晶体变为多晶体。因此，装载硅熔液所用的 石英坩埚需要由高纯度石英砂制成。目前高纯度的石英砂原料仅有极少数的国外公司垄断 生产，不仅价格昂贵，其稀少到甚至于有钱也难买的状况。为了减少高纯度的石英砂的使 用，降低生产成本，目前常用的石英坩埚采用两层结构，如图1所示，其中内层1为高纯度的 石英砂，外层2为低纯度的石英砂。这种结构大大减少了高纯度石英砂的用量，从而降低了 生产成本。但这种结构的石英坩埚不能满足连续加料的要求，为了实现连续加料从而提高 生产的效率，需要石英坩埚承受较长时间的高温，目前两层结构的石英坩埚在承受高温后 仍然会产生内壁被硅熔液3 “侵蚀”现象，当承受一定时间的高温后，“侵蚀”变得严重，外层 的低纯度石英砂颗粒会进入硅熔液，可能使单晶体变为多晶体，该石英坩埚也不能再使用， 需要以新的石英坩埚来替换，这不仅降低了硅单晶体的生产效率也使硅单晶体的生产成本 仍然较高。因此，使用目前的石英坩埚装载硅熔体，不仅单晶成品率低且由于目前的石英坩 埚使用寿命短造成硅单晶体生产效率低、生产成本仍较高。
发明内容
本发明解决的技术问题在于克服采用现有的石英坩埚生成硅单晶体时单晶成品 率低且由于现有的石英坩埚用寿命短造成硅单晶体生产效率低、成本仍较高的缺点，提供 一种生成的硅单晶体单晶成品率高且生产率高、生产成本低的石英坩埚。本发明的石英坩埚，用于装载硅熔液，所述石英坩埚的锅壁分为内层和外层，所述 内层和外层的厚度之和即所述锅壁的壁厚基本恒定，所述内层和外层均由石英砂制成，并 且所述内层石英砂的纯度高于所述外层石英砂的纯度，所述内层在硅熔液液面预计停留处 的厚度增大，所述外层在所述硅熔液液面预计停留处的厚度相应减小。作为优选，所述内层在硅熔液液面预计停留处的厚度增大至所述锅壁的壁厚，所 述外层在硅熔液液面预计停留处的厚度减小为0。作为优选，所述内层在硅熔液液面预计停留处的石英砂纯度大于所述内层其它位 置处的石英砂的纯度。作为进一步的优选，所述内层在硅熔液液面预计停留处的石英砂纯度大于 99. 9999% ο作为优选，所述内层在硅熔液液面预计停留处的高度为100mm-500mm。本发明所述的石英坩埚和现有技术相比，具有以下有益效果1、本发明所述的石英坩埚的内层在硅熔液液面预计停留处的厚度大于所述内层的厚度，即使经过较长时间如150小时的高温，内层在预计硅熔液液面处处发生了严重的 “侵蚀”，亦不会产生外层的石英砂进入硅熔液的情况发生，而其它部位的内层由于不易发 生“侵蚀”或者“侵蚀”较轻，也不会产生外层石英砂进入硅熔液的情况，从而提高了单晶硅 的成品率，同时可将石英坩埚的使用寿命最高延长至250小时，使其满足连续加料的要求， 从而不仅提高了生产效率还降低了硅单晶体生产的成本。2、本发明的石英坩埚的内层在硅熔液液面预计停留处的石英砂纯度比所述内层 石英砂纯度高，进一步提高了硅单晶体的成品率。
图1为现有的石英坩埚的结构示意图；图2为本发明一个实施例的石英坩埚的结构示意图。
具体实施例方式图2为本发明一个实施例的石英坩埚的结构示意图。如图2所示，本发明提供的 石英坩埚，用于装载硅熔液13，分为内层11和外层12，所述内层11和外层12的厚度之和 即所述锅壁的壁厚基本恒定，所述内层11石英砂的纯度高于所述外层12石英砂的纯度，内 层11由高纯度的石英砂制成，在本实施例中，所述内层11石英砂的纯度为99. 9999%，没 有气泡，其材料成本及制造成本要远远高于外层12 ；外层12的石英砂的纯度低于内层11 石英砂的纯度，气泡含量高。外层12的石英砂进入硅熔液13很容易导致硅单晶体变为多 晶体，降低硅单晶体的成品率。在单晶硅直拉法生产过程中，在非连续加料工艺中，在安定、 引晶和放肩流程中，硅熔液液面处于较长时间稳定的状态，在连续加料工艺中，在连续加热 时，硅熔液液面处于较长时间稳定的状态。申请人注意到，石英坩埚的硅熔液液面停留处最 先并且最容易被所述硅熔液13 “侵蚀”，针对这一特点，本发明提供的石英坩埚增大所述内 层在硅熔液液面预计停留处14的厚度，同时相应减小所述外层在硅熔液液面预计停留处 的厚度，保持石英坩埚的壁厚不变，在本实施例中石英坩埚的壁厚为10mm，并且所述内层在 硅熔液液面预计停留处14由纯度等于或高于所述内层11石英砂的石英砂制成。其中“硅 熔液液面预计停留处”即硅熔液液面处于较长时间稳定状态的位置。在本实施例中，所述内 层在硅熔液液面预计停留处14的石英砂纯度大于99. 9999%，与所述内层在其它位置处的 石英砂纯度相同，所述内层在硅熔液液面预计停留处14厚度从现有的2mm增大至为5mm，其 高度H为250mm，如图所示。所述外层在硅熔液液面预计停留处14的厚度从现有的8mm减 小至5mm，即所述内层在硅熔液液面预计停留处14的厚度与所述外层在硅熔液液面预计停 留处14的厚度之比为1 1。由于内层在硅熔液液面预计停留处14的厚度增大，即使经过 较长时间如150小时的高温，内层在硅熔液液面预计停留处14处发生了严重的“侵蚀”，亦 不会产生外层12的石英砂进入硅熔液13的情况发生，而内层11在其它位置处由于不易发 生“侵蚀”或者“侵蚀”较轻，也不会产生外层12石英砂进入硅熔液13的情况，从而提高了 单晶硅的成品率，同时可将石英坩埚的使用寿命从现在的80小时最高延长至250小时，使 其满足连续加料的要求，从而不仅提高了生产效率还降低了硅单晶体生产的成本。在第二实施例中，所述内层在硅熔液液面预计停留处的厚度为10mm，所述外层在 硅熔液液面预计停留处的厚度为0mm，即在硅熔液液面预计停留处仅有高纯的内层而未设有外层。所述内层在硅熔液液面预计停留处由纯度大于99. 9999 %的石英砂制成，其纯度高 于所述内层在其它位置处的石英砂纯度，进一步提高了硅单晶体的成品率并提高了产品的质量。在上述两个实施例中，所述内层在硅熔液液面预计停留处14的石英砂纯度还可 以为99. 99995%或者为99. 9999% -100%之间的任何其它数字，所述内层在硅熔液液面预 计停留处14的上下方向上的高度可为250mm，或者100mm-500mm之间的任何其它数字。以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围 由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各 种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种石英坩埚，用于装载硅熔液，所述石英坩埚的锅壁分为内层和外层，所述内层和 外层的厚度之和即所述锅壁的壁厚基本恒定，所述内层和外层均由石英砂制成，并且所述 内层石英砂的纯度高于所述外层石英砂的纯度，其特征在于所述内层在硅熔液液面预计 停留处的厚度增大，所述外层在所述预计硅熔液液面处的厚度相应减小。
2.根据权利要求1所述的石英坩埚，其特征在于所述内层在硅熔液液面预计停留处 的厚度增大至所述锅壁的壁厚，所述外层在预计硅熔液液面处的厚度减小为0。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的石英坩埚，其特征在于所述内层在硅熔液液面 预计停留处的石英砂纯度大于所述内层其它位置处的石英砂的纯度。
4.根据权利要求3所述的石英坩埚，其特征在于所述内层在硅熔液液面预计停留处 的石英砂纯度大于99. 9999%。
5.根据权利要求1-2和权利要求4中的任一项所述的石英坩埚，其特征在于所述内 层在预计硅熔液液面处的高度为100mm-500mm。
全文摘要
本发明涉及一种石英坩埚，用于装载硅熔液，所述石英坩埚的锅壁分为内层和外层，所述内层和外层的厚度之和即所述锅壁的壁厚基本恒定，所述内层和外层均由石英砂制成，并且所述内层石英砂的纯度高于所述外层石英砂的纯度，所述内层在硅熔液液面预计停留处的厚度增大，所述外层在所述硅熔液液面预计停留处的厚度相应减小。本发明解决的技术问题在于克服采用现有的石英坩埚生成硅单晶体时单晶成品率低且由于现有的石英坩埚用寿命短造成硅单晶体生产效率低、成本仍较高的缺点，提供一种硅单晶体成品率高且生产率高、生产成本低的石英坩埚。
文档编号C30B29/06GK102080256SQ20111005031
公开日2011年6月1日 申请日期2011年3月2日 优先权日2011年3月2日
发明者孟涛 申请人:镇江荣德新能源科技有限公司
技术领域：
本发明涉及一种单晶体生产装置。具体为一种装盛硅熔液的石英坩埚。
背景技术：
在电子级及太阳能级硅单晶体直拉法生产过程中，装载硅熔液所用的石英坩埚是 关键的耗材。在单晶体的生产过程中，如果硅熔液中进入低纯度的石英砂颗粒，当这些石英 砂颗粒运动到硅熔液的固液界面时，极可能使单晶体变为多晶体。因此，装载硅熔液所用的 石英坩埚需要由高纯度石英砂制成。目前高纯度的石英砂原料仅有极少数的国外公司垄断 生产，不仅价格昂贵，其稀少到甚至于有钱也难买的状况。为了减少高纯度的石英砂的使 用，降低生产成本，目前常用的石英坩埚采用两层结构，如图1所示，其中内层1为高纯度的 石英砂，外层2为低纯度的石英砂。这种结构大大减少了高纯度石英砂的用量，从而降低了 生产成本。但这种结构的石英坩埚不能满足连续加料的要求，为了实现连续加料从而提高 生产的效率，需要石英坩埚承受较长时间的高温，目前两层结构的石英坩埚在承受高温后 仍然会产生内壁被硅熔液3 “侵蚀”现象，当承受一定时间的高温后，“侵蚀”变得严重，外层 的低纯度石英砂颗粒会进入硅熔液，可能使单晶体变为多晶体，该石英坩埚也不能再使用， 需要以新的石英坩埚来替换，这不仅降低了硅单晶体的生产效率也使硅单晶体的生产成本 仍然较高。因此，使用目前的石英坩埚装载硅熔体，不仅单晶成品率低且由于目前的石英坩 埚使用寿命短造成硅单晶体生产效率低、生产成本仍较高。
发明内容
本发明解决的技术问题在于克服采用现有的石英坩埚生成硅单晶体时单晶成品 率低且由于现有的石英坩埚用寿命短造成硅单晶体生产效率低、成本仍较高的缺点，提供 一种生成的硅单晶体单晶成品率高且生产率高、生产成本低的石英坩埚。本发明的石英坩埚，用于装载硅熔液，所述石英坩埚的锅壁分为内层和外层，所述 内层和外层的厚度之和即所述锅壁的壁厚基本恒定，所述内层和外层均由石英砂制成，并 且所述内层石英砂的纯度高于所述外层石英砂的纯度，所述内层在硅熔液液面预计停留处 的厚度增大，所述外层在所述硅熔液液面预计停留处的厚度相应减小。作为优选，所述内层在硅熔液液面预计停留处的厚度增大至所述锅壁的壁厚，所 述外层在硅熔液液面预计停留处的厚度减小为0。作为优选，所述内层在硅熔液液面预计停留处的石英砂纯度大于所述内层其它位 置处的石英砂的纯度。作为进一步的优选，所述内层在硅熔液液面预计停留处的石英砂纯度大于 99. 9999% ο作为优选，所述内层在硅熔液液面预计停留处的高度为100mm-500mm。本发明所述的石英坩埚和现有技术相比，具有以下有益效果1、本发明所述的石英坩埚的内层在硅熔液液面预计停留处的厚度大于所述内层的厚度，即使经过较长时间如150小时的高温，内层在预计硅熔液液面处处发生了严重的 “侵蚀”，亦不会产生外层的石英砂进入硅熔液的情况发生，而其它部位的内层由于不易发 生“侵蚀”或者“侵蚀”较轻，也不会产生外层石英砂进入硅熔液的情况，从而提高了单晶硅 的成品率，同时可将石英坩埚的使用寿命最高延长至250小时，使其满足连续加料的要求， 从而不仅提高了生产效率还降低了硅单晶体生产的成本。2、本发明的石英坩埚的内层在硅熔液液面预计停留处的石英砂纯度比所述内层 石英砂纯度高，进一步提高了硅单晶体的成品率。
图1为现有的石英坩埚的结构示意图；图2为本发明一个实施例的石英坩埚的结构示意图。
具体实施例方式图2为本发明一个实施例的石英坩埚的结构示意图。如图2所示，本发明提供的 石英坩埚，用于装载硅熔液13，分为内层11和外层12，所述内层11和外层12的厚度之和 即所述锅壁的壁厚基本恒定，所述内层11石英砂的纯度高于所述外层12石英砂的纯度，内 层11由高纯度的石英砂制成，在本实施例中，所述内层11石英砂的纯度为99. 9999%，没 有气泡，其材料成本及制造成本要远远高于外层12 ；外层12的石英砂的纯度低于内层11 石英砂的纯度，气泡含量高。外层12的石英砂进入硅熔液13很容易导致硅单晶体变为多 晶体，降低硅单晶体的成品率。在单晶硅直拉法生产过程中，在非连续加料工艺中，在安定、 引晶和放肩流程中，硅熔液液面处于较长时间稳定的状态，在连续加料工艺中，在连续加热 时，硅熔液液面处于较长时间稳定的状态。申请人注意到，石英坩埚的硅熔液液面停留处最 先并且最容易被所述硅熔液13 “侵蚀”，针对这一特点，本发明提供的石英坩埚增大所述内 层在硅熔液液面预计停留处14的厚度，同时相应减小所述外层在硅熔液液面预计停留处 的厚度，保持石英坩埚的壁厚不变，在本实施例中石英坩埚的壁厚为10mm，并且所述内层在 硅熔液液面预计停留处14由纯度等于或高于所述内层11石英砂的石英砂制成。其中“硅 熔液液面预计停留处”即硅熔液液面处于较长时间稳定状态的位置。在本实施例中，所述内 层在硅熔液液面预计停留处14的石英砂纯度大于99. 9999%，与所述内层在其它位置处的 石英砂纯度相同，所述内层在硅熔液液面预计停留处14厚度从现有的2mm增大至为5mm，其 高度H为250mm，如图所示。所述外层在硅熔液液面预计停留处14的厚度从现有的8mm减 小至5mm，即所述内层在硅熔液液面预计停留处14的厚度与所述外层在硅熔液液面预计停 留处14的厚度之比为1 1。由于内层在硅熔液液面预计停留处14的厚度增大，即使经过 较长时间如150小时的高温，内层在硅熔液液面预计停留处14处发生了严重的“侵蚀”，亦 不会产生外层12的石英砂进入硅熔液13的情况发生，而内层11在其它位置处由于不易发 生“侵蚀”或者“侵蚀”较轻，也不会产生外层12石英砂进入硅熔液13的情况，从而提高了 单晶硅的成品率，同时可将石英坩埚的使用寿命从现在的80小时最高延长至250小时，使 其满足连续加料的要求，从而不仅提高了生产效率还降低了硅单晶体生产的成本。在第二实施例中，所述内层在硅熔液液面预计停留处的厚度为10mm，所述外层在 硅熔液液面预计停留处的厚度为0mm，即在硅熔液液面预计停留处仅有高纯的内层而未设有外层。所述内层在硅熔液液面预计停留处由纯度大于99. 9999 %的石英砂制成，其纯度高 于所述内层在其它位置处的石英砂纯度，进一步提高了硅单晶体的成品率并提高了产品的质量。在上述两个实施例中，所述内层在硅熔液液面预计停留处14的石英砂纯度还可 以为99. 99995%或者为99. 9999% -100%之间的任何其它数字，所述内层在硅熔液液面预 计停留处14的上下方向上的高度可为250mm，或者100mm-500mm之间的任何其它数字。以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围 由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各 种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种石英坩埚，用于装载硅熔液，所述石英坩埚的锅壁分为内层和外层，所述内层和 外层的厚度之和即所述锅壁的壁厚基本恒定，所述内层和外层均由石英砂制成，并且所述 内层石英砂的纯度高于所述外层石英砂的纯度，其特征在于所述内层在硅熔液液面预计 停留处的厚度增大，所述外层在所述预计硅熔液液面处的厚度相应减小。
2.根据权利要求1所述的石英坩埚，其特征在于所述内层在硅熔液液面预计停留处 的厚度增大至所述锅壁的壁厚，所述外层在预计硅熔液液面处的厚度减小为0。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的石英坩埚，其特征在于所述内层在硅熔液液面 预计停留处的石英砂纯度大于所述内层其它位置处的石英砂的纯度。
4.根据权利要求3所述的石英坩埚，其特征在于所述内层在硅熔液液面预计停留处 的石英砂纯度大于99. 9999%。
5.根据权利要求1-2和权利要求4中的任一项所述的石英坩埚，其特征在于所述内 层在预计硅熔液液面处的高度为100mm-500mm。
全文摘要
本发明涉及一种石英坩埚，用于装载硅熔液，所述石英坩埚的锅壁分为内层和外层，所述内层和外层的厚度之和即所述锅壁的壁厚基本恒定，所述内层和外层均由石英砂制成，并且所述内层石英砂的纯度高于所述外层石英砂的纯度，所述内层在硅熔液液面预计停留处的厚度增大，所述外层在所述硅熔液液面预计停留处的厚度相应减小。本发明解决的技术问题在于克服采用现有的石英坩埚生成硅单晶体时单晶成品率低且由于现有的石英坩埚用寿命短造成硅单晶体生产效率低、成本仍较高的缺点，提供一种硅单晶体成品率高且生产率高、生产成本低的石英坩埚。
文档编号C30B29/06GK102080256SQ20111005031
公开日2011年6月1日 申请日期2011年3月2日 优先权日2011年3月2日
发明者孟涛 申请人:镇江荣德新能源科技有限公司
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