CN101709506A - 一种单晶炉热场的排气方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单晶炉热场的排气方法和装置，其在单晶炉热场的上保温罩开上排气口，使气流由上排气口流出，经过保温罩与炉壁之间的间隙进入抽气管道，由真空泵抽离；本发明装置包括炉壁、石墨坩埚、石英坩埚、加热器、保温罩、导流筒，其特征在于：保温罩包括上保温罩、主保温罩及下保温罩，上保温罩上开设有上排气口，所述的炉壁和保温罩之间留有间隙。本发明热场中的排气气流通道，由于不经过底部加热器，故不会造成热量的无意义损耗，较原有下排气热场更加节能，同时提高生产效率。

Description

一种单晶炉热场的排气方法和装置

技术领域

本发明涉及一种单晶炉热场的排气方法和装置，具体的涉及一种切克劳斯基法(Czochralski法)单晶硅生长中热场的排气方法和装置。

背景技术

直拉单晶基本原理，高纯硅料经加热熔化，待温度适合，将籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、转肩、等径、收尾等步骤，完成一根单晶棒的拉制。

现有技术中，高纯氩气从单晶炉顶部注入，底部由真空泵将气体抽出，炉内的真空值保持动态平衡(一般在10-15mbar左右)。此过程的排气过程见图2箭头所示，氩气从顶部进入炉室，经过熔液表面带走杂质，再经热场的加热器5及保温罩10、11之间的间隙，最后从单晶炉的底部排气孔由真空泵排出，这种方式称为下排气热场方式。

实际生产中该下排气热场方式缺点：1、坩埚内部的原料高温下反应及挥发产生的杂质，经气流携带后，杂质及其挥发物通过加热器的过程中，富集在加热器上，极易导致加热器短路或打火，影响生产，甚至造成热场损伤。同时，杂质也会富集在热场其他配件上，影响配件的使用寿命；2、单晶棒制备过程中需要稳定的热场，气流通过加热器，带走热量，温度控制回路系统会通过PID参数自动调节功率，进行热量补偿，故会引起坩埚内温度波动，影响晶体生长；3、由于气流通过加热器与保温罩，带走加热器与保温罩的热量，造成热量的过多损耗。

针对以上问题，申请号为01136561，题名为“直拉硅单晶炉热场的气流控制方法及装置”的中国专利提出了一种解决方式，该方式是在发热体与保温罩之间设导气管，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排出，杂质不再附着在发热体上，可延长发热体的寿命，但此种方式也还存在以下不足之处：导气管如果是金属等材料制成，由于导气管位于保温罩内表面与发热体之间，则经由导气管内相对低温的气体会带走加热器与保温罩的热量，仍无法解决热量散失引起的坩埚内温度波动，影响晶体生长这一缺陷；如果导气管是一些非金属材料保温材料制成，往往需要占用较大的体积，使整个保温罩体积增加，相应的所需保温材料也增加；另外，杂质积累于管体内，管道容易堵塞，管壁不易清理。

中国专利申请号200510132575，题名为“一种提高直拉硅单晶炉热场部件寿命的方法及单晶炉”在排气方式的设置上，提出了另一种方式，该发明将排气孔设于炉体上部，并在炉体上部设孔直接将气体排出炉体外，此种方式虽使挥发物SiO的流向不再经过加热器和石墨坩埚，也便于清扫杂质。但在实际生产中，直接从上部抽真空的排气方式，会造成液面抖动和液面温度的难以控制。而拉单晶过程中，液面抖动严重，且液面温度稍微不稳定就会造成单晶断线(也称为晶线鼓断，即拉晶失败)，甚至根本无法引晶，或者引出来的是多晶。另外，直接对着液面抽真空，将热气流直接抽走，会对真空管道和真空泵造成伤害，为了避免伤害真空管道和真空泵，必须加大冷却水的流量和流速，从而引起不必要的功耗损失。

发明内容

本发明的目的在于针对以上缺陷，提供一种单晶炉热场的排气方法和装置，以解决现有技术中存在的上述问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种单晶炉热场的排气方法，将导流筒进入的气流和坩埚内产生的含杂质的气流，流向位于炉室上部的上保温罩的上排气口，再通过炉壁与主保温罩之间的通道流向炉壁底部的抽气管道，最后经抽气管道排出。

一种单晶炉热场的排气装置，包括炉壁、石墨坩埚、石英坩埚、加热器、保温罩、导流筒，所述的保温罩包括上保温罩、主保温罩及下保温罩，其中所述的上保温罩上开设有上排气口，所述的炉壁与保温罩之间留有间隙，由上排气口排出的气流，经过保温罩与炉壁之间的间隙进入抽气管道，由真空泵抽离。

所述的炉壁和保温罩之间的间隙为30mm～50mm。

所述的上排气孔可以为6～16个，根据需要设定。

综上所述，与原有下排气热场方式相比，本发明排气热场的优点：在直拉单晶生长过程中，炉体内的气体气流由上至下贯穿单晶生长的区域，及时地带走由于高温而产生出来的硅氧化物和其他杂质的挥发物，保证了热场内部洁净度。因此可以维持单晶炉体内真空值的稳定性，不受外界因素的影响，使保护气体有合理的气流走向，迅速带走杂质。同时，此种发明热场中的排气气流通道，由于不经过底部加热器，故不会造成热量的无意义损耗，较原有下排气热场更加节能，提高生产效率。

另外，本发明的排气通道位于保温罩外表面，既解决了发热器热量散失的缺陷，又无需增加保温罩体积及增加保温材料，且保温罩可灵活拆卸，积累于保温罩外层与炉壁之间的杂质也易清洗。

附图说明

图1为本发明的上排气热场，其中：1、阀口；2、单晶炉炉壁；3、上排气口；4、石墨坩埚和石英坩埚；5、加热器；6、抽气管道；7、加热电极；8、石墨托杆；9、下保温罩；10、主保温罩；11、上保温罩；12、导流筒。

图2为单晶炉常用下排气热场，其中：1、阀口；2、单晶炉炉壁；4、石墨坩埚和石英坩埚  5、加热器  6、抽气管道  7、加热电极  8、石墨托杆  9、下保温罩  10、主保温罩  11、上保温罩  12、导流筒  13、下排气口。

图1和图2中，箭头表示气体流动方向。

具体实施方式

本发明的具体实施例，参照图1，一种单晶炉热场的排气装置，包括单晶炉炉壁2，炉壁2顶部为阀口1，炉内设石墨坩埚和石英坩埚4，坩埚由石墨托杆8支撑，坩埚外设一加热器5，加热器5接于底部的加热电极7，炉体下方设抽气管道6，抽气管道外接真空泵，此为单晶炉的常见结构。

另外，石墨坩埚和石英坩埚4上方设一导流筒12，用于气流的导向；炉壁与保温罩之间有一间隙，其距离为30-50mm。保温罩由下保温罩9、主保温罩10和上保温罩11组成，其中原有技术中的下保温罩13不再开孔，而将原先位于下保温罩9的下排气孔13(见图2)设于现在的上保温罩9上，成为上排气孔3。在本实施例中，排气孔为6个，在同一水平面上等距排列在上保温罩9上。

使用时，氩气由阀口1进入，在导流筒12的作用下，进入石英坩埚4内，带走坩埚产生的气体杂质，并经由排气孔，经炉壁2与主保温罩10、下保温罩11之间的通道，最后从抽气管道6排出。

本发明改变了传统热场的配置，改变了气流在热场内的流通方式，经实际生产验证，此发明方法和装置不但提高单晶棒生产质量的稳定性和热场设备的使用寿命，而且由于不经过保温系统内部，降低了加热器功耗，提高了生产效率。

实施案例1

在排气口改变之前，18寸热场，投料量65KG，生长六英寸单晶长度1250mm，生产功率70KW/小时，石墨坩埚的平均使用次数18炉，使用本排气口的设计以后，投料量76KG，可生产六英寸单晶长度1550mm，生产功率58到62KW/小时，相同机构尺寸的石墨坩埚的平均使用次数提高到35炉。

实施案例2

在排气口改变之前，20寸热场，投料量80KG，生长六英寸单晶长度1650mm，生产功率75KW/小时，石墨坩埚的平均使用次数20炉，使用本排气口的设计以后，投料量100KG，可生产六英寸单晶长度2100mm，生产功率62到66KW/小时，相同机构尺寸的石墨坩埚的平均使用次数提高到40炉。

上述仅为本发明的一个具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (4)

1.一种单晶炉热场的排气方法，其特征在于：将导流筒进入的气流和坩埚内产生的含杂质的气流，流向位于炉室上部的上保温罩的上排气口，再通过炉壁与主保温罩之间的通道流向炉壁底部的抽气管道，最后经抽气管道排出。

2.一种单晶炉热场的排气装置，包括炉壁、石墨坩埚、石英坩埚、加热器、保温罩、导流筒，其特征在于：保温罩包括上保温罩、主保温罩及下保温罩，上保温罩上开设有上排气口，所述的炉壁和保温罩之间留有间隙。

3.如权利要求2所述的一种单晶炉热场的排气装置，其特征在于：所述的炉壁和保温罩之间的间隙为30mm～50mm。

4.如权利要求2所述的一种单晶炉热场的排气装置，其特征在于：所述的上排气孔为6-16个。

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