CN102312284A - 具有多个均布向下的排气管道的直拉式硅单晶炉热场 - Google Patents

Abstract

本发明涉及直拉式硅单晶炉中的热场结构技术，旨在提供一种具有多个均布向下的排气管道的直拉式硅单晶炉热场。在热场底部的圆周上均匀分布至少3个用于排出废气的排气管道，每个排气管道均具备以下结构：由导气横管、导气竖管和石英管依次连接组成，导气横管和导气竖管为石墨件；导气横管与导气竖管呈90°直角相接，且以平面接触方式配合；导气竖管与石英管相互对接，且以环形凸台方式配合；石英管与炉底板的排气孔以环形凸台方式配合。本发明增大了排气管道通径，提高了排气效率；减少了氧化物在排气管内的堆积；避免了氧化物堆积在下保温盖表面；简化了排气管道的清扫操作，提高了生产效率。以上因素都有利于提高硅单晶生长的成晶率。

Description

具有多个均布向下的排气管道的直拉式硅单晶炉热场

技术领域

本发明涉及直拉式硅单晶炉中的热场结构技术，特别涉及一种具有多个均布向下的排气管道的直拉式硅单晶炉热场。

背景技术

在直拉式单晶硅生产过程中，从多晶硅料到拉制出单晶硅棒需要经过多个工艺步骤，整个生长流程都在热场内完成，热场首先产生高温将多晶硅料熔化为液态，之后逐步降温并稳定在一个合适的温度环境下，硅原子在一根细的籽晶上进行规则排列，并逐渐放大到所需直径，保持恒定的直径不断从液态熔硅中结晶生长出来。热场的结构设计要求其保持一个稳定可控的热交换环境，用以平衡硅单晶生长过程中放出的结晶热以及向系统以外的热量散失，并且提供符合硅单晶生长所需的温度梯度，以保证硅原子不断的在单晶生长的固液界面上规则排列，而不产生新的晶核。

此外，硅单晶生长过程中由于熔硅与石英坩埚、熔硅与炉内少量氧气等气体的化学反应将不断产生主要为一氧化硅的杂质，这些杂质如果进入单晶生长界面会破坏硅原子的规则排列过程，中断单晶体的生长。杂质如果进入熔体的过冷区，还会在杂质上形成新的晶核，而破坏硅单晶的生长。因此，杂质必须迅速的从熔硅液面蒸发并排出热场之外，才能保证硅单晶的正常生长。

在直拉式硅单晶的生长工艺中，通常不断从热场进气口充入氩气，并让氩气流过熔硅表面，最后在真空泵的作用下从热场的排气口排出。氩气的充入一方面用于带走泄漏进热场内的氧气，降低硅溶液和热场的氧化，另一方面通过氩气的流动从熔硅表面带出氧化物等杂质，并通过排气口排出热场。整个气流通道要顺畅并且产生尽量少的漩涡，才能保证杂质的顺利排出。同时，顺畅的气流有利于形成稳定的温度梯度，有利于提高硅单晶的生长的稳定性。

一氧化硅等杂质在气流运输的过程中会在低温的热场石墨件上以颗粒态沉积，从而造成排气通道变窄，影响排气效率。氧化物沉积在熔硅液面以上位置还会增加氧化物掉入生长区域破坏单晶生长的几率，造成成晶率降低。

现有设计中的热场，通常采用两个抽气口，位于热场侧壁的下部，其排气方向为水平方向。因其结构存在缺陷容易发生堵塞，并且两个抽气口的形式使热场内气体的流型不对称，产生不稳定的温度梯度。同时造成氧化物在熔硅液面以上容易堆积，影响单晶生长。

因此发明一种能提高排气效率、减少氧化物沉积、避免氧化物沉积于熔硅液面之上位置的热场，对于稳定单晶生长环境，提高直拉式硅单晶生长的成晶率具有重大意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种具有多个均布向下的排气管道的直拉式硅单晶炉热场。该热场可减少氧化物的沉积，并且稳定通畅的气流使热场的纵向温度梯度更加稳定。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种具有多个均布向下的排气管道的直拉式硅单晶炉热场，包括用于排出废气的排气管道；排气管道有至少3个，且在热场底部的圆周上均匀分布；每个排气管道均具备以下结构：由导气横管、导气竖管和石英管依次连接组成，导气横管和导气竖管为石墨件；导气横管与导气竖管呈90°直角相接，且以平面接触方式配合；导气竖管与石英管相互对接，且以环形凸台方式配合；石英管与炉底板的排气孔以环形凸台方式配合。

仅由3个管件组成的排气管道结构，使得拆卸和清扫非常简便，可缩短热场清扫时间，缩短单炉生产周期，提高生产效率。

多个均布的排气管道增大了排气管道通径，并且使气流更具有轴向对称性。

石英管用于隔离石墨材质导气管和金属炉底板。炉底板是内含夹层冷却水的不锈钢，其温度远远低于热场内石墨件的温度。由于石英是热的不良导体，所以每个排气管道的导气竖管与炉底板金属之间采用一个石英管过渡，可避免石墨管直接接触炉底板，保持石墨件处于高温状态，防止氧化物堆积于石墨管内造成堵塞。同时，该措施可降低石墨管上下部分的温度差，延长石墨管寿命。并且，还可减少热场内热量通过石墨管传导到炉底板，有利于热场的节能。

作为改进，在直拉式硅单晶炉热场的下保温盖中间的圆孔内，设置用于引导氩气的导流筒，导流筒与下保温盖之间呈环形紧密连接。

作为改进，直拉式硅单晶炉热场的下保温盖完全被热场的保温材料包裹在热场以内。缩小外径的下保温盖，使下保温盖完全包裹在热场的保温材料以内，也有利于提高下保温盖的温度，防止氧化物沉积在下保温盖上，避免氧化物重新掉入熔硅液面破坏硅单晶的生长。同时，减小热场内热量通过下保温盖散失到热场以外，有利于热场的节能。

本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：

增大了排气管道通径，提高了排气效率；减少了氧化物在排气管内的堆积；避免了氧化物堆积在下保温盖表面；简化了排气管道的清扫操作，提高了生产效率。以上因素都有利于提高硅单晶生长的成晶率。

附图说明

图1是本发明的热场结构示意图。

图2为排气管道的结构示意图。

图中附图标记为：下保温盖1，导流筒2，加热器3，导气横管4、导气竖管5、石英管6，炉底板7。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

图1中的直拉式硅单晶炉热场，下保温盖1完全被热场的保温材料包裹在热场以内。

在下保温盖1中间的圆孔内，设置用于引导保护气体的导流筒2；导流筒2与下保温盖1之间呈环形紧密连接，使氩气不可能从导流筒2和下保温盖1之间的间隙流过。

在热场底部的圆周上，均匀分布4个排气管道，每个排气管道均具备以下结构：由导气横管4、导气竖管5和石英管6依次连接组成，导气横管4和导气竖管5为石墨件；导气横管4与导气竖管5呈90°直角相接，且以平面接触方式配合；该设计可保证在安装时，导气横管4与导气竖管5之间即便在水平方向稍微偏差，两个石墨件之间仍有较大的接触面积，不至于发生错位。

导气竖管5与石英管6是相互对接的，且以环形凸台方式配合；该设计便于安装时两个零件的定位，并使导气竖管5与石英管6之间形成密闭的气道。

石英管与炉底板的排气孔以环形凸台方式配合。该设计便于安装石英管6时的定位，并使石英管6与炉底板7之间不留气隙。

使用时，氩气由导流筒2内壁进入热场，流过熔硅液面，经由导流筒2外壁上升到下保温盖1处，然后再下降流过加热器3，并通过导气横管4、导气竖管5和石英管6组成的排气管排出热场。保护气体的流通线路如附图1中带箭头曲线所示。

Claims (4)

1.具有多个均布向下的排气管道的直拉式硅单晶炉热场，包括用于排出废气的排气管道；其特征在于，排气管道有至少3个，且在热场底部的圆周上均匀分布；每个排气管道均具备以下结构：由导气横管、导气竖管和石英管依次连接组成，导气横管和导气竖管为石墨件；导气横管与导气竖管呈90°直角相接，且以平面接触方式配合；导气竖管与石英管相互对接，且以环形凸台方式配合；石英管与炉底板的排气孔以环形凸台方式配合。

2.根据权利要求1所述的具有多个均布向下的排气管道的直拉式硅单晶炉热场，其特征在于，所述排气管道有4个。

3.根据权利要求1所述的具有多个均布向下的排气管道的直拉式硅单晶炉热场，其特征在于，在直拉式硅单晶炉热场的下保温盖中间的圆孔内，设置用于引导保护气体的导流筒；导流筒与下保温盖之间呈环形紧密连接。

4.根据权利要求1所述的具有多个均布向下的排气管道的直拉式硅单晶炉热场，其特征在于，直拉式硅单晶炉热场的下保温盖完全被热场的保温材料包裹在热场以内。

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