CN101319352A - 直拉式单晶生长炉 - Google Patents

Abstract

为减少直拉式单晶生长炉的氩气消耗的技术问题，本发明提供了一种直拉式单晶生长炉，其包括：氩气输入管、与氩气输入管相连通的环形气体分布器；其特征在于：经氩气输入管输入的氩气气压为0.8×10³Pa至0.9×10³Pa，氩气流量为30L/min。还包括设于坩埚支持器下方和排气口之间的碗形气流导向装置；其包括：中轴孔、一对电极孔、以及与排气口相对的通气孔；石墨中轴穿过所述气流导向装置的中轴孔，所述电极柱分别穿过所述电极孔，排气口与气流导向装置的各通气孔相连通，气流导向装置的上端部设于保温筒与发热体之间。

Description

直拉式单晶生长炉

技术领域

本发明涉及一种直拉式单晶生长炉。

背景技术

图1为切克劳斯基(直拉)法制造硅单晶的单晶炉剖面示意图；图1-2中，1为炉筒，2为保温盖，3为保温盖，4为保温材料，5为保温罩，6为加热器，7为水套，8为石英埚，9为导流筒，10为炉底护盘、12为氩气输入管、11为分布有出气孔11-1的环形气体分布器、13为排气口。

直拉硅单晶在生长过程中需要向炉内不断充入氩气，并与炉内生成的一氧化硅及杂质粉尘混合，由于单晶炉内的加热器和坩埚支持器等均由石墨制成，一氧化硅易腐蚀所述石墨制成的器件且杂质粉尘易吸附在这些器件上，从而影响了单晶炉的使用寿命。因此，在向单晶炉内不断充入氩气的同时，还必须用真空泵将混合气体排出炉外；在排气时，混合气体流经炉中的加热器、坩埚支持器等处，最后经过炉下端的排气口排出。

上述图1的单晶炉的不足之处在于：单晶炉内空间较大，尤其是坩埚支持器下方的空间较大，导致坩埚支持器下方的混合气体不能及时排出，热能消耗量较大；另外，现有技术中，从氩气输入管向炉内充入氩气时，充气气压为1.3×10³Pa，氩气流量为40L/min，因此其氩气消耗量大，生产成本较高。

中国专利文献CN1205362C公开了一种直拉硅单晶炉热场的气流控制方法及装置，其包括在单晶炉晶体生长室内的石墨加热器和保温筒间装有密封导气装置，使含有一氧化硅的氩气气体的气流经密封导气装置的导气管及排气口，在真空泵的作用下，排出炉外。密封导气管装置由导气管、底座、密封环、排气口所组成，安装在石墨加热器和保温筒之间。

上述现有技术的不足之处在于：单晶炉的坩埚支持器下方的混合气体不能有效的排出，从而使混合气体中的一氧化硅对加热器和坩埚进行腐蚀，影响单晶炉的使用寿命。且其向炉内充入氩气时的充气气压在1.3×10³Pa以上，导致其氩气流量较大，故而氩气消耗量大，生产成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种易于及时排出炉内的混合气体，且可减少热能及氩气消耗的直拉式单晶生长炉。

实现本发明目的的技术方案是提供一种直拉式单晶生长炉，其包括：氩气输入管、与氩气输入管相连通的环形气体分布器；其特征在于：经氩气输入管输入的氩气气压为0.8×10³Pa至0.9×10³Pa，氩气流量为30L/min。

上述技术方案中，还包括设于直拉式单晶生长炉的坩埚支持器下方和该炉底部的排气口之间的气流导向装置；该气流导向装置为碗形，其包括：设于气流导向装置底部中央的中轴孔、设于所述中轴孔两侧的一对电极孔、以及设于所述中轴孔两侧并与该炉的排气口相对的通气孔；该炉的石墨中轴穿过所述气流导向装置的中轴孔，该炉的一对电极柱分别穿过所述电极孔，该炉的排气口与气流导向装置的各通气孔相连通，气流导向装置的上端部设于该炉的保温筒与发热体之间。

所述气流导向装置的中轴孔与该炉的石墨中轴活动密封连接，以防止因该中轴孔与石墨中轴之间的间隙而漏气，影响排气效果。

所述气流导向装置的电极孔分别与该炉的电极柱密封连接，以防止因该电极孔与电极柱之间的间隙而漏气，影响排气效果。

所述气流导向装置的上端部的外壁与该炉的保温筒密封连接，以防止因气流导向装置的上端部的外壁与该炉的保温筒之间的间隙而漏气，影响排气效果。

所述气流导向装置各通气孔与该炉的排气口通过通气管相连通，以提高排气效果。

所述气流导向装置由石墨制成，石墨具有强度高、抗热震性好、耐高温、抗氧化、电阻系数小、耐腐蚀、易于精密机加工等优点。

本发明具有积极的效果：(1)本发明的直拉式单晶生长炉中，经氩气输入管输入的氩气气压为0.8×10³Pa至0.9×10³Pa，氩气流量为30L/min。该氩气流量不但不影响该炉中单晶的生长，平均每个直拉式单晶生长炉每天可少消耗1440L氩气，有效降低了生产成本，且利于在硅单晶生长过程中单晶分子排列结构的整齐性，还利于提高电阻率的均布性。(2)本发明的直拉式单晶生长炉中，碗形的气流导向装置设于坩埚支持器下方和炉底部的排气口之间，且气流导向装置的中轴孔及一对电极孔分别与该炉的石墨中轴及一对电极孔配合设置，有效地减小了炉内空间，便于迅速及时地将炉内的一氧化硅与氩气的混合气体排出，且利于减少热能和氩气的消耗量，使原有的引晶功率从65KW减到61KW；另外，由于该炉的排气口与气流导向装置的各通气孔相连通，整个炉内的一氧化硅与氩气的混合气体(包括坩埚支持器下方的混合气体)能通畅地排出炉外，整个炉内不存在排气不畅的地方，即不存在排气死角，既有效地防止了一氧化硅气体对加热器和坩埚支持器等石墨器件的腐蚀，还可使吸附在这些石墨器件上的杂质粉尘减少30％以上，从而确保了该炉的使用寿命，使所述石墨器件的使用寿命从原来的90炉次提高至110炉次以上，另外还可对硅晶体的生长过程起到稳定作用，使平均成品率从原来的65％提高至68％以上，并可提高单晶的内在质量。本发明的气流导向装置的一对通气孔与该炉的一对排气口相对设置，缩短了排气管路，利于提高排气效率。

附图说明

图1为现有技术的切克劳斯基(直拉)法制造硅单晶的直拉式单晶生长炉的剖面结构示意图；

图2为图1中的氩气输入管与环形气体分布器的结构示意图；

图3为实施例1中直拉式单晶生长炉的气流导向装置的结构示意图；

图4为图3的A-A剖面视图；

图5为为图3的B-B剖面视图；

图6为实施例1中直拉式单晶生长炉的剖面结构示意图；

图7为实施例1中直拉式单晶生长炉的另一剖面结构示意图。

具体实施方式

(实施例1)

见图2-7，本实施例的直拉式单晶生长炉包括：氩气输入管12、与氩气输入管12相连通的环形气体分布器11；其特征在于：经氩气输入管12输入的氩气气压为0.8×10³Pa至0.9×10³Pa，氩气流量为30L/min。

还包括：设于该炉的坩埚支持器14下方和该炉底部的排气口13之间的碗形的气流导向装置20；其包括：设于气流导向装置20底部中央的中轴孔2-1、设于所述中轴孔2-1两侧的一对电极孔2-2、以及设于所述中轴孔2-1两侧并与该炉的排气口13相对的通气孔2-3；该炉的石墨中轴21穿过所述气流导向装置20的中轴孔2-1，该炉的一对电极柱15分别穿过所述电极孔2-2，该炉的排气口13与气流导向装置20的各通气孔2-3相连通，气流导向装置20的上端部2-4设于该炉的保温筒17与发热体16之间。

在该炉工作前，由设于排气口13上的真空泵将炉内空气排尽，然后从该炉上端充入氩气。工作时，炉内的石英坩埚上方不断有一氧化硅和粉尘杂质生成，因此在不断充入氩气的同时，所述真空泵同时将一氧化硅、粉尘杂质与氩气等的混合气体排出，其中，气体的流动过程为从石英坩埚上方经坩埚支持器14与发热体16之间的间隙，以及发热体16与保温筒17之间的间隙流入气流导向装置20，然后经图6中的气流导向装置20的一对通气孔2-3、通气管19从排气口13排出。

本实施例的气流导向装置20可有效减小炉内空间(尤其是坩埚支持器14下方的空间)，便于排气，且利于减少热能和氩气的消耗量；另外，由于该炉的排气口13与气流导向装置20的各通气孔2-3相连通，整个炉内的一氧化硅与氩气的混合气体(包括坩埚支持器14下方的混合气体)能通畅地排出炉外，整个炉内不存在排气死角，既有效地防止了一氧化硅气体对加热器7和坩埚支持器14等石墨器件的腐蚀，还可有效防止杂质粉尘吸附在这些石墨器件上，从而确保了该炉的使用寿命。气流导向装置20的一对通气孔2-3与该炉的一对排气口13相对设置，缩短了排气管路的长度，利于提高排气效率。

见图6-7，所述气流导向装置20的中轴孔2-1与该炉的石墨中轴21活动密封连接，以防止因该中轴孔2-1与石墨中轴21之间的间隙而漏气，影响排气效果。

见图6，气流导向装置20的电极孔2-2分别与该炉的电极柱15密封连接，以防止因该电极孔2-2与电极柱15之间的间隙而漏气，影响排气效果。

见图6或7，所述气流导向装置20的上端部2-4的外壁与该炉的保温筒17密封连接，以防止因气流导向装置20的上端部2-4的外壁与该炉的保温筒17之间的间隙而漏气，影响排气效果。

见图7，所述气流导向装置20各通气孔2-3与该炉的排气口13通过通气管19相连通，以提高排气效果。

所述气流导向装置20由石墨制成，石墨具有强度高、抗热震性好、耐高温、抗氧化、电阻系数小、耐腐蚀、易于精密机加工等优点。

Claims (7)

1、一种直拉式单晶生长炉，包括：设于该炉顶部并伸入炉内的氩气输入管(12)、与氩气输入管(12)相连通的环形气体分布器(11)；其特征在于：经氩气输入管(12)输入的氩气气压为0.8×10³Pa至0.9×10³Pa，氩气流量为30L/min。

2、根据权利要求1所述的直拉式单晶生长炉，其特征在于：还包括：设于该炉的坩埚支持器(14)下方和该炉底部的排气口(13)之间的气流导向装置(20)；该气流导向装置(20)为碗形，其包括：设于气流导向装置(20)底部中央的中轴孔(2-1)、设于所述中轴孔(2-1)两侧的一对电极孔(2-2)、以及设于所述中轴孔(2-1)两侧并与该炉的排气口(13)相对的通气孔(2-3)；该炉的石墨中轴(21)穿过所述气流导向装置(20)的中轴孔(2-1)，该炉的一对电极柱(15)分别穿过所述电极孔(2-2)，该炉的排气口(13)与气流导向装置(20)的各通气孔(2-3)相连通，气流导向装置(20)的上端部(2-4)设于该炉的保温筒(17)与发热体(16)之间。

3、根据权利要求2所述的直拉式单晶生长炉，其特征在于：所述气流导向装置(20)的中轴孔(2-1)与该炉的石墨中轴(21)活动密封连接。

4、根据权利要求2或3所述的直拉式单晶生长炉，其特征在于：所述气流导向装置(20)的电极孔(2-2)分别与该炉的电极柱(15)密封连接。

5、根据权利要求4所述的直拉式单晶生长炉，其特征在于：所述气流导向装置(20)的上端部(2-4)的外壁与该炉的保温筒(17)密封连接。

6、根据权利要求5所述的直拉式单晶生长炉，其特征在于：所述气流导向装置(20)各通气孔(2-3)与该炉的排气口(13)通过通气管(19)相连通。

7、根据权利要求6所述的直拉式单晶生长炉，其特征在于：所述气流导向装置(20)由石墨制成。

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