CN102011176A - 一种带气体冷阱的硅单晶生长炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带气体冷阱的硅单晶生长炉，包括真空工作室和晶体生长室，真空工作室内设置有坩埚、加热器、保温罩以及导流筒，晶体生长室同轴设置在真空工作室的上部并与其相通，在晶体生长室和真空工作室之间设置有气体冷阱，气体冷阱包括法兰盘一、外套筒以及内套筒，法兰盘一的盘体上开有进气口，外套筒和内套筒固定连接在法兰盘一上，且均竖直向下延伸至导流筒的上方，在其两者之间形成气体流通空隙，气体流通空隙与进气口相通。本发明不会产生因氩气的流动而硅单晶的正常生长，同时能加大硅单晶棒的生长速度，可广泛适用于半导体硅单晶制备设备技术领域和其它单晶制备设备技术领域。

Description

一种带气体冷阱的硅单晶生长炉

技术领域

本发明属于硅单晶制备设备技术领域，具体涉及一种带气体冷阱的硅单晶生长炉。

背景技术

硅单晶是制造集成电路和太阳能电池的主要原料，硅单晶的生长是在真空工作室内将多晶硅原材料放入坩埚中，通过加热器将原材料熔化，然后，通过籽晶引导、向上提拉的方法生长出理想的硅单晶。在连续向上提拉的硅单晶生长过程中，为了保证硅单晶的稳定快速生长和挥发物的及时排除，整个工艺过程中都有工艺气体（常用高纯氩气）从硅单晶生长炉顶部充入，再通过真空泵从硅单晶生长炉底部排出。但是，当硅单晶棒生长到炉盖上口位置时，硅单晶棒与炉盖上口之间形成环形的缝隙，而氩气从硅单晶生长炉顶部流经该缝隙时，氩气流动加速，一旦硅单晶棒与炉盖上口不同轴，硅单晶棒产生偏移，就会产生硅单晶棒周围氩气流量不均，根据流体力学原理，会引起硅单晶棒晃动，进而影响硅单晶的正常生长。

发明内容

本发明的目的是提供一种带气体冷阱的硅单晶生长炉，其结构简单，使用安全，能有效提高硅单晶的生长效率。

本发明所采用的技术方案是，一种带气体冷阱的硅单晶生长炉，包括真空工作室和晶体生长室，真空工作室内设置有坩埚、加热器、保温罩以及位于坩埚上方的导流筒，晶体生长室同轴设置在真空工作室的上部并与真空工作室相通，在晶体生长室和真空工作室之间设置有气体冷阱，气体冷阱包括同轴设置的法兰盘一、外套筒以及内套筒，法兰盘一的盘体上开有径向方向的进气口，内套筒固定连接在法兰盘一的内壁上，外套筒设置在内套筒的外侧且固定连接在法兰盘一的下方，外套筒和内套筒竖直向下延伸至导流筒的上方，外套筒和内套筒之间形成环形的气体流通空隙，气体流通空隙与进气口相通。

法兰盘一、外套筒和内套筒为一体式结构。

晶体生长室的下端部固定有法兰盘二，法兰盘一的上下两端分别与法兰盘二和真空工作室焊接连接。

本发明带气体冷阱的硅单晶生长炉，氩气是通过外套筒和内套筒之间的气体流通空隙均匀流入硅单晶棒周围的。这样，氩气不直接从硅单晶棒与炉盖上口之间的缝隙处充入，就不会因氩气的加速流动而造成硅单晶棒的晃动，从而使硅单晶能够正常生长。另外，由于氩气温度相对较低，氩气直接均匀充斥在硅单晶棒的周围，增大了硅单晶棒的纵向温度梯度，能加大硅单晶棒的生长速度，提高生产效率。

附图说明

图1是现有技术的硅单晶生长炉的结构示意图；

图2是本发明带气体冷阱的硅单晶生长炉的结构示意图；

图3是图2的局部放大示意图；

其中，1.炉底板，2.抽气口，3.炉筒，4.坩埚轴，5.保温罩，6.加热器，7.坩埚，8.多晶硅溶液，9.导流筒，10.硅单晶棒，11.炉盖，12.外套筒，13.气体流通空隙，14.内套筒，15.钢丝绳软轴，16.晶体生长室，17.进气口，18.气体冷阱，19.法兰盘一，20.法兰盘二。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示为现有技术的硅单晶生长炉，包括真空工作室和晶体生长室16，真空工作室由炉底板1、炉筒3和炉盖11构成，炉底板1上竖直穿插设置有坩埚轴4，炉筒3的下部开有两个抽气口2。该真空工作室内设置有坩埚7、加热器6、保温罩5以及导流筒9。坩埚7位于真空工作室内腔的中心位置，并用于盛放多晶硅溶液8，坩埚7安装在坩埚轴4上并由坩埚轴4带动作旋转运动。加热器6位于坩埚7的周围，并用于加热坩埚7。保温罩5位于加热器6的周围，保温罩5上与两个抽气口2相对应的位置均开有通孔，以保证氩气的流通。导流筒9安装在坩埚7的上方，且导流筒9的下部延伸至多晶硅溶液8的上方。晶体生长室16同轴设置在真空工作室的上部并与真空工作室相通，晶体生长室16内竖直设置有引导硅单晶棒10作旋转提拉生长运动的钢丝绳软轴15。硅单晶棒10的生长工艺过程中，高纯氩气从晶体生长室16的顶部充入，在流经真空工作室内腔后，经抽气口2排出。当硅单晶棒10生长到炉盖11上口的位置时，硅单晶棒10与炉盖11上口之间形成环形的缝隙T，流经该缝隙T的氩气会加速流动，这时，一旦硅单晶棒10与炉盖11不同轴，硅单晶棒10产生偏移，就会造成硅单晶棒10周围的氩气流量不均，引起硅单晶棒10的晃动，最终影响硅单晶棒10的正常生长。

如图2所示为本发明带气体冷阱的硅单晶生长炉，包括真空工作室和晶体生长室16，真空工作室内设置有坩埚7、加热器6、保温罩5以及导流筒9。其中，真空工作室由炉底板1、炉筒3和炉盖11构成，炉底板1上竖直穿插设置有坩埚轴4，炉筒3的下部对称设置有两个抽气口2。坩埚7用于盛放多晶硅溶液8，坩埚7通过坩埚轴4安装在真空工作室内腔的中心位置，并由坩埚轴4带动作旋转运动。加热器6设置在坩埚7的周围，并用于加热坩埚7。保温罩5位于加热器6的周围，且保温罩5上与两个抽气口2相对应的位置均开有通孔，以保证如氩气的流通。导流筒9为上大下小的锥形形状，其安装在坩埚7的上方，且导流筒9的下部延伸至多晶硅溶液8的上方。晶体生长室16同轴设置在真空工作室的上部并与真空工作室相通，晶体生长室16内竖直设置有引导硅单晶棒10作旋转提拉生长运动的钢丝绳软轴15。

结合图3所示，本发明在晶体生长室16和真空工作室之间设置有气体冷阱18，气体冷阱18包括同轴设置的法兰盘一19、外套筒12以及内套筒14，法兰盘一19的盘体上开有径向方向的进气口17，内套筒14固定连接在法兰盘一19的内壁上，外套筒12设置在内套筒14的外侧且固定连接在法兰盘一19的下方，外套筒12和内套筒14均竖直向下延伸至导流筒9的上方，在外套筒12和内套筒14之间形成环形的气体流通空隙13，气体流通空隙13与进气口17相通。氩气从进气口17充入，流经气体流通间隙13，在导流筒9的引导下，流经坩埚7内多晶硅溶液8的液面，最后经抽气口2排出。

为方便工业化生产，法兰盘一19、外套筒12和内套筒14为一体式结构。晶体生长室16下端部固定有法兰盘二20，法兰盘一19的上下两端分别与法兰盘二20和真空工作室焊接连接。将法兰盘二20与法兰盘一19上下固定，以实现晶体生长室16与气体冷阱18的固定。将法兰盘一19通过支撑板与炉盖11焊接连接，以实现气体冷阱18与真空工作室的固定。

本发明带气体冷阱的硅单晶生长炉的工作过程为：两个抽气口2均与真空泵相连通，进气口17与氩气管道相连通，坩埚7内部装有多晶硅原料并通过加热器6将其熔化为多晶硅溶液8，坩埚7由坩埚轴4带动作旋转运动，硅单晶棒10由钢丝绳软轴15带动在旋转的同时向上提拉生长。这样，在硅单晶棒10生长时，氩气通过进气口17和气体流通间隙13后，均匀充斥在硅单晶棒10的周围，再在导流筒9的引导下，流经多晶硅溶液8的液面，最后经抽气口2排出。氩气不直接从硅单晶棒10与炉盖11上口之间的缝隙T处充入真空工作室内,避免了因氩气的加速流动而造成硅单晶棒10的晃动，从而使硅单晶能够正常生长。

本发明结构简单，设计合理，使用安全，能提高硅单晶生长效率，可广泛适用于半导体硅单晶制备设备技术领域和其它单晶制备设备技术领域。

Claims (3)

1.一种带气体冷阱的硅单晶生长炉，包括真空工作室和晶体生长室（16），所述真空工作室内设置有坩埚（7）、加热器（6）、保温罩（5）以及位于所述坩埚（7）上方的导流筒（9），所述晶体生长室（16）同轴设置在所述真空工作室的上部并与所述真空工作室相通，其特征在于，在所述晶体生长室（16）和所述真空工作室之间设置有气体冷阱（18），所述气体冷阱（18）包括同轴设置的法兰盘一（19）、外套筒（12）以及内套筒（14），所述法兰盘一（19）的盘体上开有径向方向的进气口（17），所述内套筒（14）固定连接在所述法兰盘一（19）的内壁上，所述外套筒（12）设置在所述内套筒（14）的外侧且固定连接在法兰盘一（19）的下方，所述外套筒（12）和内套筒（14）均竖直向下延伸至所述导流筒（9）的上方，所述外套筒（12）和内套筒（14）之间形成环形的气体流通空隙（13），所述气体流通空隙（13）与进气口（17）相通。

2.按照权利要求1所述带气体冷阱的硅单晶生长炉，其特征在于，所述法兰盘一（19）、外套筒（12）和内套筒（14）为一体式结构。

3.按照权利要求1或2所述带气体冷阱的硅单晶生长炉，其特征在于，所述晶体生长室（16）的下端部固定有法兰盘二（20），所述法兰盘一（19）的上下两端分别与所述法兰盘二（20）和所述真空工作室焊接连接。

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