УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МУЛЬТИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ

Полезная модель относится к полупроводниковой технологии, а именно к установкам для получения мультикристаллического кремния при изготовлении солнечных элементов (СЭ), и может быть использована в полупроводниковой и электронной промышленности.
Известен способ получения мультикристаллического слитка методом направленной вдоль вертикальной оси кристаллизации, когда тигель с загрузкой помещают в плавильную печь, состоящую из подвижных и неподвижных теплоизолирующих элементов. (Патент России №2231867, МПК Н01L 31/18; С30В 29/06, 2004 г)
Известна установка для получения мультикристаллов, содержащая цилиндрическую вакуумную камеру с расположенными в ней подвижными тепловыми экранами, вертикально установленными нагревателями и столом с тиглем. (Прототип. Рекламные проспекты компаний PVA Tepla AG, Germany и GT Solar Technologies, USA, 2006 г.прилагаются).
Однако присутствие прецизионных перемещений узлов и агрегатов внутри камеры влияют на процесс роста кристаллов, а также подвижность экранов и отсутствие загрузочного окна приводят к значительным потерям тепла в камере.
Предполагаемая полезная модель решает задачу исключения значительных потерь тепла в камере, за счет наличия загрузочного окна, герметично закрываемого вакуумной крышкой, а также размещения опорного графитового стола с тиглями при загрузке камеры между установленными со всех сторон тепловыми экранами и многозонными нагревателями.
Технический результат достигается тем, что в установке для получения мультикристаллического кремния, содержащей цилиндрическую вакуумную камеру с водоохлаждаемой рубашкой, закрываемую верхней и нижней выпуклыми крышками, внутри которой расположены тепловые экраны, многозонные нагреватели и опорный графитовый стол с тиглями, в цилиндрической части камеры расположено прямоугольное загрузочное окно, герметично закрываемое вакуумной крышкой с водяным охлаждением, к внутренней поверхности которой прикреплен опорный графитовый стол, имеющий вторую опору внутри камеры, причем крышка выполнена с возможностью горизонтального перемещения вместе со столом с помощью приводного механизма по направляющим, установленным снаружи и внутри камеры, при этом опорный графитовый стол с тиглями, при загрузке камеры, размещен в ней между установленными со всех сторон тепловыми экранами и расположенными сверху и снизу многозонными нагревателями.
На фигуре изображена общая схема установки.
Установка для получения мультикристаллического кремния представляет собой сборную стационарную конструкцию, содержащую вакуумную камеру 1 с водоохлаждаемой рубашкой 2, выполненную из нержавеющей стали, имеющую цилиндрическую форму, с нижней и верхней выпуклыми крышками 3, 4, закрывающими камеру 1 по верхнему и нижнему водоохлаждаемым фланцам 5, 6 с вакуумным уплотнением.
Внутри камеры 1 со всех сторон расположены тепловые экраны 7, верхние и нижние многозонные нагреватели 8, 9, а между ними опорный графитовый стол 10 с кварцевыми тиглями 11. Для загрузки - выгрузки тиглей 11 с шихтой поликремния цилиндрическая часть камеры 1 имеет загрузочное окно 12 прямоугольной формы, которое герметично закрывается на период процесса вакуумной крышкой 13 с водяным охлаждением. К внутренней части крышки 13 крепится опорный стол 10 из графита, имеющий вторую опору внутри камеры 1. На стол 10 устанавливаются кварцевые тигли 11 с кремниевым исходным материалом. Крышка 13 выполнена с возможностью горизонтального перемещения вместе со столом 10 с помощью приводного механизма 14 по направляющим 15, установленным снаружи и внутри камеры 1.
Электропитание к верхнему и нижнему нагревателям 8, 9 подводится с помощью двенадцати токоохлаждаемых токовводов 16. Образуемая после загрузки (закрытия крышки 13) пространство теплового узла 17 замыкается со всех сторон тепловыми экранами 7 из графитового войлока.
Кроме того, установка содержит:
- вакуумную систему 18, состоящую из откачного поста, системы
трубопроводов и запорной вакуумной арматуры;
- систему 19 водяного охлаждения;
- систему 20 электропитания, размещенную рядом с камерой 1;
- автономную систему 21 управления технологическим процессом;
- газовую систему для напуска инертного газа (аргона);
- металлоконструкции с площадкой обслуживания.
Установка работает следующим образом. В кварцевые тигли 11 прямоугольной формы засыпается кремневый скрап (поликремний) до полного заполнения тиглей 11. (Загрузка производится вне установки.)
Боковая крышка 13 камеры 1 открывается, выдвигается вместе со столом 10 по направляющим 15 (на расстояние 1600-1800 мм), обеспечивая доступ к поверхности стола 10, на которую автопогрузчиком устанавливаются тигли 11 со скрапом. Затем стол 10 перемещается внутрь камеры 1 до смыкания вакуумных фланцев камеры 1 и крышки 13, которые в закрытом состоянии фиксируются зажимными струбцинами. При этом, тигли 11 со скрапом, установленные на графитовом столе 10, оказываются окруженными со всех сторон тепловыми экранами 7 и нагревателями 8, 9.
Вакуумным насосом в камере 1 достигается заданный вакуум и обеспечивается защитная среда для расплавления скрапа. Под воздействием графитовых нагревателей 8, 9, нагретых до определенной температуры до 2000°С, скрап плавится и переходит в жидкое аморфное состояние. Затем снижается температура нижнего нагревателя 9, что приводит к охлаждению стола 10 и находящихся на нем тиглей 11 снизу, а также к постепенной кристаллизации расплава (снизу вверх). Скорость кристаллизации регулируется программным управлением температурой верхнего и нижнего нагревателей 8, 9. По завершении процесса кристаллизации (контролируется пирометром, установленным на верхней крышке), нагревание отключается, и выращенные блоки остывают (с напуском инертного газа в камеру). Затем крышка 13 открывается и перемещается со столом 10 наружу, блоки мультикристаллов (вместе с тиглями) при помощи автопогрузчика снимаются со стола.