CN1046360A - 制造硅单晶的设备 - Google Patents

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Abstract

引上法制造硅单晶的设备，包括一个将硅粒原料连续送进坩埚的加料装置。该装置包括一个充有减压惰性气体的箱体，箱体内部安装一个转筒，转筒外圆表面上有多个能截住颗粒原料的部件，在转筒上方装置一个贮料斗。加料装置的配布要使贮料斗底部排出口与转筒外圆表面之间的距离(缝隙)要大于硅粒的最大直径，且该距离(缝隙)的最大值要足以使得硅粒能以一个静止角堆积在这个距离(缝隙)上。转筒外圆表面上能截住颗粒的部件采取各种任何凸起或沟槽的形式。

Description

本发明涉及一中配备加料装置的制造硅单晶的设备，该加料装置可将硅粒原料连续加进坩埚。
在此之前，用引上法（Chochralski）制造硅单晶的公知设备包括这样一类设备，它可连续提拉单晶硅，同时将颗粒原料加进坩埚。在此情况下，一般选用振动加料器作原料加料器是由于它结构简单。振动加料器就是把原料颗粒加到振动板上，通过振板振动加进原料粒。采用这种办法，加料速度仅通过控制振板的振动幅度或振动次数来进行控制。日本专利公开JP-61-17537提供了一种类型的振动加粒器。
使用这种加料器，原料尺寸的大小显著影响原料的进料速度。换言之，进料速度将随原料颗粒尺寸的增大而增加，随颗粒尺寸的减小而降低。硅粒的实际尺寸变化很大，它的粒度分布范围为大约0.1-5mmφ。
此外，将这些颗粒完全混和是困难的。所以，只分离大颗粒或只分离小颗粒的情况在所难免。因此在振动加料器的情况下，因原料粒的这一分离现象而造成进料速度的改变亦不可避免。从单晶生长的角度看，由于这种速度的变化改变了单晶生长坩埚的热场，所以它不合要求。
回转阀是另外一类的、可运行的加料装置。图11是回转阀的剖视图。数标41是转子，41a是轴，41b是叶片。42是外壳，43是颗粒贮存斗。在这种回转阀中，转子41有多个固定在轴41a上的叶片41b，并在外壳42内旋转。从上部贮料斗43排出的颗粒被送进叶片41b和外壳42之间的空间，随后相继从外壳42的下部排出。
另一方面，颗粒在回转阀中转子叶片和外壳之间易于堵塞。发生这种情况时转子不再转动。
还有，由于颗粒在外壳内以转子旋转而运动，则颗粒在外壳内表面产生磨擦。结果，外壳内壁磨损。外壳内壁磨损将导致硅晶体内的杂质。考虑到这两个问题，使用回转阀作为原料的加料方法并非优选。
本发明的目的是提供一种硅粒加料装置，该装置用在连续加料型引上法制造硅单晶的设备中，该引上法生长单晶的同时可将原料硅粒加进坩埚。
为实现上述目的，本发明提供一种硅粒加料装置，它包括一种转筒，该转筒外园表面上备有多个凸起或沟槽;并且包括一个卧式旋转轴;硅粒贮存斗安置在转筒上方;以及与转筒和贮料斗相配套的箱体，箱体内用惰性气体代替大气气氛;贮料斗底部排出口和转筒外园表面之间的距离要进行选择，使得该距离大于硅粒的最大直径，还要使得从贮料斗底部排出口排出的硅粒在转筒上边堆积，形成一个停止转筒旋转的静止角，从而停止加料。
从贮料斗底部排出口排出的硅粒原料先降落到转筒的外园表面上。因为转筒外园表面上有多个凸起或沟槽，硅粒原料不能脱离而停在外园表面。硅粒料只能随转筒转动而向下降落。降落的硅原料被送进坩埚。硅料的进料速度将受转筒的转速控制。
转筒停转时，由于有颗粒料的静止角，从贮料斗底部排出口排出的硅粒料堆积在转筒的外园表面。换言之，停止原料加进坩埚。如果贮料斗底部排出口与转筒外园表面之间的距离过大，就不会形成静止角，因之硅粒也不会在停转的转筒上停留。与之相反，如果该距离小于硅粒的最大直径，硅粒将在转筒与底部排出口之间被挤塞，于是阻止转筒旋转。
影响硅粒原料进料速度的因素是贮料斗底部排出口与转筒外园表面之间的距离和转筒转速。进料速度实际上不受原料颗粒尺寸的影响。因此在运行中，硅粒的进料速度可用控制筒转速的方式来控制。
图1是本发明一种实施方案中硅粒原料加料装置的纵向剖视图。
图2是本发明实施方案中转筒外园表面制成齿状凸起的一个实施例示意图。
图3是制成图2凸起的转筒和贮料斗底部排出口之间以静止角使硅粒停留的状态示意图。
图4是本发明另个实施方案中转筒外园表面形成弯拱状沟槽的原料加料装置剖视图。
图5是本发明实施方案中转筒外园表面部位形成平行平板状凸起实例的示意图。
图6是本发明实施方案中转筒外园表面部位形成园柱状凸起实例的示意图。
图7是本发明实施方案中转筒外园表面部位形成平行垅沟状沟槽实例的示意图。
图8是由图7所示沟槽改进成网状形式的示意图。
图9是作成凹坑状沟槽实例的示意图。
图10是由图6所示园柱状凸起和图9所示凹坑状沟槽相结合使用的示意图。
图11是常规回转阀实例的纵向剖视图。
图12是另个常规回转阀实例的纵向剖视图。
现参照附图进一步详述本发明的实施方案。按照本发明的实施方案，图1是硅原料加料装置的纵向剖视图。在制造硅单晶的设备中，在容器30的开口24的上方，安装一个通过闸阀23与容器30相连接的箱体11。箱体11充满的惰性气体同单晶硅的拉制腔中的一样。在箱体11的顶部安装一个能补充硅粒27的可拆卸的盖20，可拆盖20是通过O型密封圈21用螺栓固定在箱体11上。
箱体11的内部装有贮存硅粒27的贮料斗12，并可从其底部排出口排出硅粒料，一个托住贮料斗12的料斗料斗支架18，一个具有卧式旋转轴16的转筒14，第一个漏斗形导向管17和导管支架19。在容器30的开口24处安装第二个漏斗形导向管25，可直接将硅粒送进坩埚。
转筒14的外园表面形成多个凸起或沟槽15，以便阻止硅粒27脱离。图2和图3以及图5到图10每个都是一个凸起或沟槽15实例的示意图或剖视图。
图2是齿状凸起15的示意图，图3是制成图2所示凸起的转筒14和贮料斗排出口13的纵向剖视图。
图4是转筒外园表面形成弯拱状沟槽的原料加料装置剖视图，这种外表面形状的转筒14是易于制作的。
图5和图6所示为转筒14的外园表面部位形成多个平行的平板状凸起或多个适当分布的柱状凸起。
图7，图8和图9所示为用来截住硅粒原料的转筒外园表面形成沟槽的实例，图7所示为相互平行的垅沟状沟槽。
图8是作成网状的沟槽，图9示出适当分布的凹坑状沟槽。
图10为园柱状凸起和凹坑状沟槽相结合配置的情况。
根据上述解释，本发明实施过程运行如下。装入贮料斗12的硅粒27从贮料斗12底部排出口13连续排出，加到紧靠排出口13下方设置的转筒14的外园表面。由于外园表面形成的多个凸起，阻止了进料硅粒的脱离，因此它们停留在转筒的外园表面。然后，硅粒随转筒14的旋转而运动，结果它们靠重力从转筒外园表面连继降落。降落的硅粒通过第一和第二个漏斗形导向管被送进坩埚。
硅粒27加料速度的确定，其根据是贮料斗12底部排出口13的下端与转筒14的外园表面之间的距离以及转筒14的转速。从实际上看，硅粒加料速度的控制是以控制转筒14的转速方式来进行的。
转筒14停止转动时，硅料以给定的静止角堆积在转筒14的上部。此时硅粒停止运动，向坩埚内的加硅粒料也就停止了。
按照本实施方案的加料装置，进料速度与常规振动加料器的不同，不受原料尺寸的影响，因而能够稳定地制备质量优异的单晶。
另外，由于不存在转筒外园表面所面临的，正象在回转阀所面临的状况，也就没有外壳内壁与转筒外园表面之间造成硅粒料的挤塞以使转筒停转的问题。
而且，也没有由于外壳内壁磨损而产生杂质的问题。
此外，在本实施方案的加料装置中，贮料斗12，转筒14和漏斗形导向管17及25与硅粒接触的等等部件是由二氧化硅，硅或聚四氟乙烯制作的，完全具有防止任何杂质进入坩埚的作用。
按照本发明的硅料加粒装置，原料的加料速度是稳定的，也没有材料污染的问题。因此，原料连续加料型的引上法能够实施，从而能制备高质量的单晶硅。

Claims (14)

1、在连续送料型引上法制造硅单晶的设备中，包括一个将硅料连续送进坩埚的加料装置，其改进之处包括：
一个充有减压惰性气体的箱体；
该箱体内安置一个转筒并装有一个卧式旋转轴，在所说的转筒外园表面上附有多个能截住颗粒的部件；
一个安装在所说的转筒上方的贮料斗，该贮料斗底部排出口与所说的转筒外园表面之间的距离是这样一个范围，其最小值要大于所说的硅粒最大直径，其最大值则由一极限值构成，该极限值以一个静止角使所说的转筒内从所说的排出口排出的所说的硅粒停止转动因而堆积在所说的转筒外园表面。
2、根据权利要求1制造硅单晶的设备，其中，在所说的转筒外园表面上，所说的能截住颗粒的部件包括多个凸起。
3、根据权利要求1制造硅单晶的设备，其中在所说的转筒外园表面上，所说的多个能截住颗粒的部件包括多个沟槽。
4、根据权利要求1制造硅单晶的设备，其中在所说的转筒外园表面上所说的多个能截住颗粒的部件包括多个凸起和多个沟槽。
5、根据权利要求2制造硅单晶的设备，其中所说的凸起是齿状凸起。
6、根据权利要求2制造硅单晶的设备，其中所说的凸起包括多个与旋转轴平行的板型凸起。
7、根据权利要求2制造硅单晶的设备，其中所说的凸起包括多个各自独立安置的园柱形凸起。
8、根据权利要求3制造硅单晶的设备，其中所说的沟槽包括多个垅沟状沟槽。
9、根据权利要求3制造硅单晶的设备，其中所说的沟槽包括多个网状沟槽。
10、根据权利要求3制造硅单晶的设备，其中所说的沟槽包括多个凹坑状沟槽。
11、根据权利要求4制造硅单晶的设备，其中所说的转筒外园表面上所说的多个能截住颗粒的部件包括多个园柱形凸起和多个凹坑状沟槽。
12、根据权利要求1制造硅单晶的设备，其中，与所说的硅粒相接触的所说的贮料斗和所说的转筒部件至少由二氧化硅，硅或聚四氟乙烯制造的。
13、根据权利要求3制造硅单晶的设备，其中所说的沟槽包括多个弯拱形沟槽。
14、根据权利要求1制造硅单晶的设备，其中所说的硅原料加料速度是以控制所说的转筒转速的方式来控制。
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