CN107075717A - 用于防止熔体污染的拉晶机 - Google Patents

Abstract

一种用于生长晶锭的拉晶机，该拉晶机包括壳体、隔离装置、坩埚组件、隔热罩和灰尘阻隔装置。该壳体包围生长室，并且具有上壁，该上壁具有内表面和孔。该隔离装置将壳体的内部分成上部区域和下部区域，并且具有中心开口。坩埚组件位于下部区域中以容纳熔体。隔热罩邻近隔离装置的中心开口，并且与坩埚组件构成迷宫式气体路径。灰尘阻隔装置从上壁的内表面延伸到隔离装置和隔热罩中的一个，并且围绕该孔与上壁构成密封，以阻止颗粒物通过壳体的上部区域进入生长室。

Description

用于防止熔体污染的拉晶机

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年9月19日提交的美国临时申请No.62/052,914的优先权，其全文通过引用结合在本文中。

技术领域

本发明总体上涉及用于生长半导体或太阳能级材料的单晶锭的拉晶机，更具体地涉及用在拉晶机中的灰尘阻隔装置，以防止颗粒物进入与生长的晶锭邻近的熔体。

背景技术

在通过直拉(CZ)法生长的单晶硅的制造中，首先在拉晶装置的诸如石英坩埚那样的坩埚中熔化多晶硅，以形成硅熔体。拉晶机然后将晶种下降到熔体中，并且缓慢地将该晶种提升出熔体，使熔体凝固到晶种上。为了使用该方法制造高品质单晶，必须使紧邻晶锭的熔体的表面的稳定性大体上保持恒定。另外，应当使紧邻晶锭的熔体大体上保持没有固体颗粒物和其它污染物，以防止不能实现零位错生长。用于实现这些目标的现有系统不完全令人满意。因此，需要更加高效且有效的系统，以防止固体颗粒物到达邻近晶锭的熔体和限制邻近晶锭的熔体中的表面破裂。

此“背景技术”章节意在向读者介绍可能与下文所描述和/或要求保护的本发明的各种方面有关的技术的多个方面。相信该讨论有助于向读者提供背景信息，以便于更好地理解本发明的各方面。因此，应当理解，这些叙述将在此基础上被理解，而不应理解成对现有技术的认可。

发明内容

一方面，提供了一种用于从熔体生长晶锭的拉晶机。该拉晶机包括壳体、隔离装置、坩埚、隔热罩和灰尘阻隔装置。该壳体包围生长室，并且具有上壁，该上壁具有内表面和孔。该隔离装置将壳体的内部分成上部区域和下部区域，并且具有中心开口。坩埚组件位于下部区域中，以容纳熔体。隔热罩邻近隔离装置的中心开口，并且与坩埚组件构成迷宫式气体路径。该灰尘阻隔装置从上壁的内表面延伸到隔离装置和隔热罩中的一个，并且围绕所述孔与上壁构成密封，以阻止颗粒物通过壳体的上部区域进入生长室。

另一方面，提供了一种用于阻止颗粒物进入位于拉晶机的生长室中的熔体的装置。该拉晶机具有上壁和隔离装置，该隔离装置限定了生长室的上部区域。该上壁具有内表面和孔，该孔用于将晶锭从生长室中移走。该装置包括防尘罩和密封件，该防尘罩用于在上壁和隔离装置之间插入拉晶机中。该防尘罩具有顶部部分，该顶部部分具有比所述孔的直径更大的直径，以允许通过上壁无障碍地进入生长室。该密封件沿着防尘罩的顶部部分与防尘罩连接，并且构造成用于在将防尘罩安装在拉晶机中时压靠于上壁，以阻止颗粒物在防尘罩和上壁之间通过。

存在对关于上述方面提到的特征的多种改进。其它特征也可以并入上述方面中。这些改进和附加特征可以单独地或以任意组合存在。例如，下文关于任一所示实施例所讨论的各种特征可以单独地或以任意组合并入上述任一方面中。

附图说明

图1是拉晶机的示意性剖视图，该拉晶机包括安装在该拉晶机的下部壳体中的灰尘阻隔装置；

图2是不具有灰尘阻隔装置的拉晶机的示意性剖视图，示出从进料区域到晶体生长区域的灰尘颗粒物路径；

图3是图1的灰尘阻隔装置和下部壳体的放大剖面图，示出密封组件；

图4是灰尘阻隔装置的顶部透视图；

图5是灰尘阻隔装置的顶视图；

图6是灰尘阻隔装置的剖面图；和

图7是将在具有和不具有灰尘阻隔装置的情况下生长的晶体的标准化位错自由长度进行对比的图表。

在附图的多个视图中，相应的附图标记表示相应的部件。

具体实施方式

参考图1，其中示意性地示出拉晶机，该拉晶机总体上以10表示。拉晶机10用于通过直拉法制造单晶锭。如本文所讨论的那样，尽管可以使用分批工艺，但是这里结合制造单晶锭的连续直拉法来描述该系统。然而，也可以使用与本发明相一致的系统制造多晶锭，例如通过定向凝固工艺。

在制造单晶锭的连续直拉法期间，将固体原材料12供应到拉晶机10并且在拉晶机10中熔化或液化固体原材料12，以形成熔化的原料或熔体14，同时从熔体中生长出单晶锭或晶锭16。通过进料管20将固体原材料12从进料器18供应到拉晶机10中，对此将在下面更加详细地讨论。通过随着熔体14在晶锭形成过程期间的减少连续地向拉晶机10添加固体原材料12，该方法允许制造多个晶锭16。

拉晶机10包括水冷式壳体，该壳体包括上部壳体30，该上部壳体30通过凸缘式连接件50与下部壳体60连接。上部壳体30围绕晶体提拉或移除室32，下部壳体60围绕晶体生长室62。可以设置泵(未示出)或其它适当的装置，以将壳体的内部抽成真空。

上部壳体30包括气体系统34，该气体系统34用于将诸如为氩气的惰性气体36穿过提拉室供应到晶体生长室62。惰性气体36用于冷却生长中的晶锭16，还用于阻止颗粒物接触生长中的晶锭或污染熔体14，这将在下文详细讨论。

上部壳体30还包括提拉系统40，该提拉系统40具有提拉机构42和晶种44。晶种44附装到布置在熔体14上方的提拉机构42的一个部分上。提拉机构42为晶种44提供沿着与熔体14的表面垂直的方向的运动。提拉机构42向下延伸通过提拉室32，并且能够使晶种44提升、下降和旋转。晶种44用于生长晶锭16。

在生长晶锭16期间，提拉机构42使晶种44下降，直到它接触熔体14的表面。一旦晶种44开始熔化，提拉机构42将晶种44缓慢地向上提升通过生长室62和提拉室32，以生长晶锭16。通过外部控制系统或控制器24控制提拉机构42使晶种44旋转的速度和提拉机构使晶种44提升的速度。

围绕晶体生长室62的下部壳体60具有大体上圆柱形的外侧壁或圆柱形壁70和大体上拱顶形的上壁或拱顶80。圆柱形壁70和上壁80都可以具有各种端口或连接装置，以使诸如液体或气体的材料和诸如温度及其它传感器的电信号与晶体生长室62连接。这些连接装置可以与外部控制器24连接，以监测和控制下部壳体60中的进程。

特别地，上壁80包括孔82、进料端口84、观察端口86和温度端口88。通过使用提拉系统40将晶锭16穿过孔82提升到提拉室32中，可以将晶锭16从生长室62移走。进料端口84与进料管20连接，以将固体原材料12供应到生长室62中。观察端口86为操作员提供了到生长中的晶锭16的直接视线，其允许操作员观察生长室62中的晶体生长过程。观察端口86可以包括透明材料以允许操作员直接观察晶体生长过程，或者包括用于远程观察该过程的摄像机。

温度端口88也具有对生长中的晶锭16的直接视线，以使得能够利用传感器90测量熔体14和/或生长中的晶锭16的温度。诸如为高温计或类似温度传感器的传感器90提供了对生长中的单晶锭16的晶体/熔体界面处的熔体14的温度的连续测量。传感器90还可以构造成测量生长中的晶锭16的温度。传感器90在通讯方面与控制器24联接。可以使用附加的温度传感器，以关于原材料的熔化或控制生长中的晶锭的关键点进行测量和向控制器提供温度反馈。尽管为了清楚而示出了单个通讯导线，但是可以通过多个导线或无线连接装置将一个或多个温度传感器连接到控制器，例如通过红外线数据链路或其它适当的装置。

下部壳体60容纳就位在石墨基座130中的坩埚组件100。坩埚组件100容纳熔体14，晶锭16从该熔体14中生长。基座130安装在转盘140上，该转盘140用于使基座130和坩埚组件100围绕拉晶机10的中心纵轴线旋转。坩埚组件100也能够在生长室62中被提升，以在生长晶锭16和原材料从熔体中移走时，使熔化的原材料或熔体14的表面保持在大体上恒定的水平面上。

电阻加热器150和隔离装置160围绕坩埚组件100。加热器150加热放置在坩埚组件100中的固体原材料12以使其液化，并且使得到的熔体14保持在熔化状态。加热器150大体上是圆柱体的形状，并且向坩埚组件100的侧面提供热量。加热器150与外部控制器24连接并由该外部控制器24控制，从而在整个拉晶过程中精确控制熔体14的温度。

在一些实施例中，可以在坩埚周围布置一个以上加热器以提供热量。在这些实施例中，可以分别地、独立地选择通过控制器24向各加热器供应的电流量，以优化熔体14的热特性。

控制器24也可以与进料器18连接来改变原材料12的供应，以在晶体生长室62中实现最佳的生长条件。在这些实施例中，控制器24控制向进料器18提供的电流以控制功率输出，并且控制向坩埚组件100供应的原材料12的数量，以由此控制熔体14的温度。

可以通过进料管20将固体原材料12从进料器18放置到坩埚组件中。原材料12的温度比周围的熔体14的温度低得多，并且从熔体吸收热量，同时原材料的温度升高，并且固体原材料在外部区域中液化以形成外部熔化部分。随着固体原材料12(有时被称为“冷原料”)从熔体14吸收能量，周围的熔体的温度与所吸收的能量成比例地降低。

添加到熔体中的原材料12的数量由进料器18控制，该进料器18响应于来自控制器24的启动信号。控制器24精确地确定和控制熔体14的冷却量。控制器24将添加或不添加原材料12，以调节熔体14的温度和质量。可以基于坩埚中的硅的质量添加原材料12，例如通过测量熔体的重量或测量熔体的液体高度。

控制器24控制向加热器150提供的电流以控制加热器功率输出，并且控制对原材料12的供应以由此控制熔体14的温度。通过控制加热和对原材料12的供应，控制器能够为晶锭16提供适当的生长条件。

隔离装置160控制坩埚组件100周围的热传递和生长中的晶锭16的冷却速率。隔离装置160包括侧面隔离装置162和顶部隔离装置164，该侧面隔离装置162围绕加热器150，该顶部隔离装置164将下部壳体60的内部分成上部区域64和下部区域66。上部区域64是低压区或死区(没有再循环)。坩埚组件100和加热器150被容纳在下部区域66中。隔离装置160用于容纳/保持由加热器150产生的热量，并且使坩埚组件100周围的需要由加热器加热的空间最小。

如图1所示，顶部隔离装置164具有与上壁80中的孔82和坩埚组件100的中心对齐的中心开口166，晶锭16从该中心开口生长出来。隔离装置160还具有加热器隔离装置168和坩埚隔离装置170，该加热器隔离装置168从侧面隔离装置162向内至少部分地在加热器150上方延伸，该坩埚隔离装置170进一步向内延伸。坩埚隔离装置170至少部分地覆盖坩埚组件100。

在一些实施例中，隔离装置160由多块隔离装置制成，这些隔离装置互相连接，以限制各块隔离装置之间的流径和热因素(thermal view factors)。

此实施例的拉晶机10包括隔热罩180，该隔热罩180邻近坩埚组件100安装在生长室62中。隔热罩180从顶部隔离装置164的中心开口166向内至少部分地在熔体14上方延伸。隔热罩180具有圆锥形件182，该圆锥形件182具有中心开口，该中心开口的尺寸和形状被确定成在从熔体14向上提拉晶锭16时围绕晶锭16。然而，可以使用任何适当的水平旋转式横截面形状，该横截面形状使熔体14与下部壳体60的上部区域64分开，并且具有中心开口以允许通过其中将晶锭16拉出。

隔热罩180包括从圆锥形件182向下竖直延伸的挡板190。挡板190适当地构成圆锥形件182的一部分，该圆锥形件182可以一体地制成或作为具有多个部分的组件制成。在此实施例中，圆锥形件182和挡板190都由石墨、涂覆有碳化硅的石墨或高纯钼制成，但是也可以使用其它适当的材料。

围绕坩埚组件100的下部壳体60中的下部区域66通常被称作拉晶机10的“热区”。热区的组成部件包括基座130、加热器150、隔离装置160和隔热罩180。在一些实施例中，下部壳体60包括冷却套或水套(未示出)。

如上所述，在生产单晶锭的连续直拉法期间，原材料12被同时供应到坩埚组件100中和在其中熔化，而晶锭16从熔体14中生长出来。

该固体原材料12不是立即在熔体14中液化，而可能进入熔体的紧邻生长中的晶锭16的区域，或由空气运送并与晶锭直接接触，从而在晶锭中引起缺陷或位错。位于紧邻生长中的晶锭16的熔体区域中的熔体固体原料的碎块或碎片俗称为“鱼”。这些污染颗粒物可能导致生长中的晶锭16结构异常。

例如由于灰尘、与其它固体原料碰撞并弹开的固体原料、或在固体原料熔化期间在固体原料周围形成的氢气泡爆炸，一些固体原材料12可以由空气运送。由空气运送的固体原料的碎块俗称“鸟”。通过使用本发明的实施例，在晶锭生长过程期间，可以防止这些鱼和鸟进入内部区域和在晶锭中引起缺陷或位错。

定位在晶体生长室62中的坩埚组件100包括坩埚102，该坩埚102构成用于将熔体14容纳在其中的凹腔104。坩埚102与提拉机构42接近同轴，并且布置成从进料管20接收原材料12。

如上所述，向熔体14添加固体原材料12还可导致熔体的表面被扰动。这些扰动还影响熔体14的硅原子与晶种44的硅原子适当对齐的能力。为了制造高品质的晶锭16，邻近晶种44/晶锭16的区域中的熔体14必须保持在大体上恒定的温度，并且大体上免于表面扰动，并且外来的固体颗粒物必须被最小化。

为了限制与在紧邻生长中的晶锭16的区域中添加原材料12相关的表面扰动和温度波动，一个或多个硅土隔挡或堰体定位在坩埚102中。典型地，堰体是放置在坩埚中的石英管。这些堰体定位在坩埚组件100中并位于供应原料的位置和提拉晶锭16的位置之间，以构成坩埚组件100。这些堰体在坩埚组件中形成多个区域，并且阻止未液化的或固体的原料(即鱼)进入紧邻生长中的晶锭16的区域中。

在图1所示的实施例中，外堰体106和内堰体108定位在坩埚102的凹腔104中。堰体106和108通过将熔体14分成外熔体部分110、中间熔体部分112和内熔体部分114，阻止熔体表面扰动的向内传播。外熔体部分110定位在外堰体106外侧或定位在外部区域中。中间熔体部分112定位在外堰体106和内堰体108之间或定位在中间区域中。内熔体部分114定位在内堰体108内侧或定位在内部区域中，并且邻近生长中的晶锭16。堰体106和108阻止熔体14中的鱼从外熔体部分110向内熔体部分114的运动。

在其它实施例中，可以通过堰体106和108的下部区段中的一个或多个通道(未示出)允许熔体14在区域之间的运动。

熔体14的运动基本被限制在堰体106和108下方，或通过在堰体106、108中构成的通道。因此，熔体14到内部区域中的任何运动都在熔体顶部的位置下方或直接与该位置相对的位置处，其中晶锭16在该顶部的位置被拉出。对熔体运动的这种约束限制了沿着熔体14的内熔体部分的顶部的表面扰动和温度波动，这限制了正在形成的晶锭中的位错。

在堰体106和108中构成的通道允许熔体14在外部区域和内部区域之间受控制的运动。通过阻止或限制熔体14在区域之间的运动，可以在原材料进入内部区域中时，允许将外部区域中的原材料12加热到几乎与内熔体部分的温度相等的温度。

坩埚102以及堰体106和108适当地由石英制成，熔体14和原材料12是硅。在这些实施例中，硅熔体14有腐蚀性，并且可能导致坩埚102以及堰体106和108的石英在低压下被穿通，极大地限制了系统的总运行时间。为了防止将限制总运行时间的坩埚102以及堰体106和108的过度腐蚀，通过控制以介于约15托和约75托之间的压力和介于约90SLPM和约140SLPM之间的流量从气体系统34供应诸如氩气的惰性气体36，使邻近石英的氧气向上偏移。熔体表面中的更高的氧气含量由此限制了石英腐蚀速率。更高的压力降低了拉晶机10中的氩气的速度，从而减少从熔体表面蒸发的一氧化硅。由此将更少的一氧化硅带入排气管线中，防止了排气管线的过早堵塞和过早的运行终止。

如上所述，必须防止鸟进入紧邻生长中的晶锭的区域。由于固体原料的大的硅颗粒物可能从熔体弹开、彼此碰撞和回弹以及从系统结构弹飞，因此不能确定每个不受约束的鸟的轨迹。在内部区域中流动的熔体可以使落在内熔体表面上的鸟向生长中的晶锭移动，导致这些未熔化的硅颗粒物接触生长中的晶锭和在生长中的晶锭内形成缺陷或位错。因此，鸟或其它污染物存在大量可能的轨迹。通过使用交叠的堰体106、108和隔热罩180，限制了这些鸟的轨迹，以防止它们进入内熔体部分114和接触生长中的晶锭16，尤其是邻近固液界面。

与本发明的隔热罩180相结合的堰体106、108防止了从外堰体106的外部(尤其是从原料管或通道)向内堰体108内部的区域的视线路径或直接路径。通过中断外部区域和内部区域之间的视线路径，降低了颗粒物弹飞的风险或一些将允许鸟和污染物进入内部区域的牛顿轨迹的风险。

如图所示，向上延伸的堰体106和108彼此平行，并且具有不同的长度。在一些实施例中，向上延伸的堰体106和108可以具有大体上相等的长度。在其它实施例中，堰体106和108可以具有复杂的形状。

隔热罩180的挡板190布置在一个位置，当将隔热罩安装在拉晶机10中时，该位置使得该挡板就位在堰体106和108之间。

通过在堰体106和108的顶部之间延伸出直线，然后使该直线围绕堰体106和108的中心旋转，这两个顶部形成切向圆锥。在其它实施例中，堰体106和108可以具有相同的高度，从而在堰体106和108的顶部之间形成切向直线或平面。挡板190从圆锥形件182向下延伸通过该切向平面或圆锥，从而穿过由堰体106和108限定的梯形回转体积，以构成曲折的布置结构或迷宫式气体路径192，以防止鸟和污染物进入邻近生长中的晶锭16的区域。

堰体106和108、挡板190以及圆锥形件182之间的间隔的尺寸可以确定成使足够的氩气通过迷宫式区域流出，例如以防止可能携带污染物或鸟的气体向内流动。足够的氩气流出可以阻止非常小的污染物(例如灰尘或非常小的颗粒物)进入邻近生长中的晶锭16的区域，并且防止在晶锭中引起缺陷或位错。

挡板190可以与堰体106和108的顶部表面隔开一个最小距离，该最小距离由堰体106和108之间的熔体飞溅情况确定。除其它因素以外，该熔体飞溅情况典型地取决于净化气体的流量、压力和温度。挡板190的长度或挡板在堰体106和108之间延伸的超过切向圆锥的距离还可以取决于其它设计考虑。

在其它实施例中，堰体和挡板的数量可以改变。在这些实施例中，至少其中一个堰体或挡板延伸到由多个其它堰体或挡板形成的切向圆锥或平面中，以防止从外堰体106的外部到内堰体108内部的区域的视线路径或直接路径。

拉晶机10还包括灰尘阻隔装置200(广义地，装置)，该灰尘阻隔装置200用于在晶锭生长过程期间阻止颗粒物从上部区域64进入熔体。在晶锭生长过程期间，该装置200使进料区域与晶体生长区域隔开。如图3所示，灰尘阻隔装置200包括防尘罩210和密封件250。

图2是不具有装置200或防尘罩210的拉晶机10的剖视图。如图2所示，由空气运送的颗粒物，例如来自于原材料12的灰尘，可以沿着颗粒物路径P行进通过隔离装置160，或向上和围绕隔离装置160，并落在内熔体部分114上，导致不能实现零位错生长。如本文更加详细描述的，装置200有助于使上部区域64与进料区域密封隔开，并且阻止颗粒物(诸如来自于原材料12的灰尘)进入生长区域或内熔体部分114。

附加地参考图4-6，防尘罩210被成型为截头圆锥形状，其与隔离装置160或隔热罩180连接，并且向上延伸至上壁80并围绕孔82。这样，防尘罩210阻止颗粒物如图2的颗粒物路径P所示通过下部壳体60的上部区域64进入生长室62。

参考图1、3和4，在安装期间，将防尘罩210在上壁80和隔离装置160之间插入拉晶机10中。防尘罩210具有顶部部分212，该顶部部分212具有比孔82的直径更大的直径，以允许通过上壁80无障碍地进入生长室62。防尘罩210的顶部部分212经由在孔82的径向外部的密封件250与上壁80连接，并且周向地围绕孔82延伸，以密封上部区域64的径向内部部分。防尘罩210经由在观察端口86的径向外部的密封件250与上壁80连接，以防止通过该观察端口对生长室的视觉障碍。防尘罩210的顶部部分212不直接附装到上壁80上，而是朝上壁80被偏压，以防止颗粒物从中通过。防尘罩210具有底部部分220，该底部部分220连接或附装到隔离装置160或隔热罩180上。

在一些实施例中，防尘罩210是石墨。在一些实施例中，隔热罩180和防尘罩210作为单个单元构成。在其它实施例中，防尘罩210可以是与上壁80和隔离装置160或隔热罩180匹配的任何形状，其阻止颗粒物进入内熔体部分114中，但不妨碍观察或仪器的使用。

附加地参考图5和6，防尘罩210具有管道230，该管道230包围进料管20，该进料管20延伸通过上壁80并进入生长室62中。管道230是这样一个管子，该管子从防尘罩210的圆锥形部分向上延伸，以防止颗粒物从进料管20和隔离装置160之间进入内熔体部分114中。

防尘罩210还具有帽件(cowl)240。该帽件240是防尘罩210中的“隆起物”或突起，该突起从防尘罩210的一侧延伸到防尘罩210的中心。该突起为诸如为掺杂剂进料管(未示出)的管子提供通路，以向外熔体部分110供应诸如掺杂剂的其它材料。帽件240允许从防尘罩210的一侧接近外熔体部分110和通过上壁80接近内熔体部分114。帽件240还允许在不需要对通过防尘罩210的侧面的管子单独密封的情况下接近外熔体部分110。

密封件250限定了灰尘阻隔装置200的顶部部分，并且包围防尘罩210的顶部部分212的至少一部分。防尘罩210包括凸缘214，以提供用于密封件250停靠的支承表面。防尘罩210还包括邻近密封件250的壁部218，该壁部218部分地覆盖密封件250，以在将装置200安装在拉晶机10中期间保持密封件250的就位。密封件250在壁部218上方延伸，以在防尘罩210和上壁80之间提供空间。

密封件250将防尘罩210与上壁80连接。在将防尘罩210安装在拉晶机10中时，密封件250在纵向上被挤压或偏压以抵靠上壁80，以在装置200和上壁80之间构成密封。密封件250具有密封圈260和弹簧270，该弹簧270挤压或偏压密封圈260以抵靠上壁80。如图所示，密封圈260具有恒定的梯形横截面，并且包括成角度的顶部表面262，该顶部表面262大体上符合上壁80的形状。在一些实施例中，密封圈260可以具有其它的横截面形状。

在其它实施例中，密封圈260可以具有复杂的形状，以提供与上壁80的更好的密封。在这些实施例中，密封圈260可以具有包括峰和谷的不平坦的顶部表面，以适应手工制成的拱顶80的不平坦表面。上壁80的手工制造过程会产生不平坦的表面，密封圈260与这些表面匹配。因此，密封圈260可以适当地制造成与上壁80的轮廓相匹配。在其它实施例中，密封圈260足够薄，以允许将其装配到上壁80上。

弹簧270就位于由凸缘214和壁部218限定的袋形区216中，以在装置200的安装和使用期间保持其就位。凸缘214和壁部218可以限定任意数量的袋形区216，以容纳多个弹簧270。在一些实施例中，并非所有袋形区216都容纳弹簧270。在一些实施例中，弹簧270可以围绕凸缘214等距地间隔开。

在该示例性实施例中，弹簧270是螺旋弹簧，该螺旋弹簧对密封圈260施加移位力，以偏压密封圈远离防尘罩210的凸缘214并抵靠上壁80。在该示例性实施例中，弹簧270由两个卷曲的金属片材构成，所述金属诸如钼、钢或其合金。一种适当的制造弹簧270的方法包括将两个金属片材平直地一个放置于另一个之上，然后将它们卷成圈状。然后将弹簧的端部销钉在一起以制成刚性弹簧。弹簧270能够在需要更换之前在反复的热循环或晶体生长过程期间保持其刚度。

在一些实施例中，可以通过调节弹簧的直径、厚度或材料来增大或减小来自于弹簧270的密封力。可以通过使弹簧270变形以匹配新的芯轴来调节直径。在其它实施例中，可以通过增加或减小用于向上且远离防尘罩210偏压密封圈260的弹簧270的数量来改变密封力。

在此实施例中，密封圈260由石墨制成。在其它实施例中，密封圈260包括沿着邻近上壁80的密封圈260的顶部表面262放置的石墨毡(graphitized felt)。在此实施例中，允许最初在没有原材料12的情况下操作拉晶机，以移除在安装过程期间破碎的任何毡颗粒物。在其它实施例中，密封圈260可以是非污染材料，该材料具有高工作温度，并且具有在晶锭16提拉过程之前或期间贴合上壁80的能力。可以制成密封圈260的适当的、可符合的、非污染的高温材料包括(例如且不限于)氧化物毡，例如氧化铝。对于石墨毡，跨密封圈260两侧可以建立压力差，以产生穿过该毡的径向向外的流动，以驱动由该毡产生的颗粒物远离生长中的晶体。

弹簧270适当地由诸如钼或钢的弹性材料制成。这些适当的材料允许弹簧变形，直到材料的屈服点，然后返回弹簧的初始形状。适当的材料能够在拉晶机10的工作温度下保持刚度。然而，拉晶机10的工作温度可能降低在弹簧必须被更换之前弹簧270可以使用的周期数。在一些实施例中，弹簧270是螺旋卷绕的弹簧。在一些实施例中，弹簧270是片簧。在其它实施例中，弹簧270可以具有偏压密封圈260远离凸缘214和/或抵靠上壁80的任何适当的形状。

在一些实施例中，上壁80包括唇部92(图1)，该唇部92的尺寸被确定成至少部分地覆盖密封件250的密封圈260。唇部92还可以部分地覆盖防尘罩210的壁部218。在一些实施例中，唇部92与密封圈260对齐，以提供平坦面或平面。在这些实施例中，密封圈260也是平坦的，以与所述平面匹配并且在它们之间提供密封。在其它实施例中，加工上壁80以提供在预定公差内的平坦面或平面。

通过限制污染物到达内熔体部分或接触生长中的晶锭，上述实施例有利地提供了更好的系统性能。

参考图7，进行实验来比较在具有和不具有灰尘阻隔装置的情况下晶体的标准化无位错长度。该实验包括在具有本文所公开的灰尘阻隔装置的情况下生长的98个晶体和在不具有灰尘阻隔装置的情况下生长的98个晶体。如图所示，在具有灰尘阻隔装置的情况下生长的晶体的全部平均标准化长度大体上没有位错。然而，在没有灰尘阻隔装置的情况下生长的晶体的平均标准化长度约89％没有位错。这样，与在没有灰尘阻隔装置的情况下生长的晶体相比，使用本文公开的灰尘阻隔装置多产生了约10％的无位错长度。因此，图示出使用灰尘阻隔装置在每次运行中增加了约10％的总产量，同时由于较少的浪费而降低了总运行成本。

该系统的实施例阻止来自于进料区域中的固体原材料的灰尘颗粒物通过下部壳体的上部区域到达生长中的晶锭。减少熔体表面的扰动增加了高零位错(ZD)晶锭的产量。

另外，使用根据本发明的实施例可以降低污染熔体的风险，并且通过使用灰尘阻隔装置来阻止通过上部区域接近熔体，降低了由进入内熔体部分的颗粒物引起的晶锭中的结构异常的风险。风险的降低以及改进的效率和运行时间不仅增加了晶体成型系统的总产量，还降低了总运行成本。

当介绍本发明或其实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”是指存在一个或多个该元件。术语“包括”、“包含”和“具有”是包含性的，意味着可能存在除了所列举的元件之外的附加元件。使用表示特定取向(例如“顶部”、“底部”、“侧面”等)的术语是为了便于描述，而不要求所描述的部件的任何特定取向。

在不背离本发明范围的情况下，可以对上述结构和方法进行各种改变，因此上文说明书中所包含的和附图所示的全部内容应旨在被解释成说明性而非限制性的。

Claims (21)

1.一种用于从熔体生长晶锭的拉晶机，该拉晶机包括：

包围生长室的壳体，该壳体具有上壁，该上壁具有内表面和孔，该孔用于将晶锭从生长室移走；

将壳体的内部分成上部区域和下部区域的隔离装置，该隔离装置具有中心开口；

在下部区域中的用于容纳熔体的坩埚组件；

邻近隔离装置的中心开口的隔热罩，该隔热罩与坩埚组件构成迷宫式气体路径；和

从上壁的内表面延伸到隔离装置和隔热罩中的一个的灰尘阻隔装置，该灰尘阻隔装置围绕所述孔与上壁构成密封，以阻止颗粒物通过壳体的上部区域进入生长室。

2.根据权利要求1所述的拉晶机，其中，所述灰尘阻隔装置在所述孔的径向外部密封地连接到上壁，以允许通过上壁无障碍地进入生长室。

3.根据权利要求1所述的拉晶机，其中，所述灰尘阻隔装置具有压靠上壁的顶部部分。

4.根据权利要求1所述的拉晶机，其中，所述灰尘阻隔装置具有与隔离装置和隔热罩中的一个连接的底部部分。

5.根据权利要求1所述的拉晶机，其中，所述灰尘阻隔装置包括防尘罩和密封件，该防尘罩通过密封件与上壁连接，以阻止颗粒物在防尘罩和上壁之间通过。

6.根据权利要求5所述的拉晶机，其中，所述密封件包括密封圈和弹簧，该弹簧用于在密封圈上施加移位力，以偏压密封圈远离防尘罩。

7.根据权利要求6所述的拉晶机，其中，所述防尘罩包括与密封圈交叠的壁部。

8.根据权利要求6所述的拉晶机，其中，所述上壁包括唇部，该唇部的尺寸被确定为与密封圈交叠。

9.根据权利要求1所述的拉晶机，其中，所述隔热罩和灰尘阻隔装置作为单个单元构成。

10.根据权利要求1所述的拉晶机，其中，所述上壁包括端口，以允许在晶锭生长过程期间进入生长室，所述灰尘阻隔装置在该端口的径向外部与上壁连接，以允许通过该端口无障碍地进入生长室。

11.根据权利要求1所述的拉晶机，其中，所述拉晶机包括从上壁延伸到生长室中的管子，所述灰尘阻隔装置具有包围该管子的管道。

12.一种用于在晶锭生长过程期间阻止颗粒物进入位于拉晶机的生长室中的熔体的装置，该拉晶机具有限定生长室的上部区域的上壁和隔离装置，该上壁具有内表面和孔，该孔用于将晶锭从生长室移走，该装置包括：

用于插入拉晶机中且位于上壁和隔离装置之间的防尘罩，该防尘罩具有顶部部分，该顶部部分具有比所述孔的直径更大的直径，以允许通过上壁无障碍地进入生长室；和

沿着防尘罩的顶部部分与防尘罩连接的密封件，该密封件构造成用于在将防尘罩安装在拉晶机中时压靠于上壁，以阻止颗粒物在防尘罩和上壁之间通过。

13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述防尘罩包括邻近密封件的凸缘，以便为密封件提供支承表面。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述密封件包围防尘罩的至少一部分。

15.根据权利要求12所述的装置，其中，所述防尘罩包括邻近密封件的交叠的壁部，以在将所述装置安装在拉晶机中期间保持密封件的就位。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述密封件在交叠的壁部上方延伸，以在将所述装置安装在拉晶机中时，在防尘罩和上壁之间提供空间。

17.根据权利要求12所述的装置，其中，所述密封件包括密封圈和弹簧，该弹簧用于在将所述装置安装在拉晶机中时，偏压密封圈抵靠上壁。

18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述密封圈由石墨制成。

19.根据权利要求17所述的装置，其中，所述弹簧由钼制成。

20.根据权利要求12所述的装置，其中，所述防尘罩具有截头圆锥的形状。

21.根据权利要求12所述的装置，其中，所述防尘罩包括从防尘罩的圆锥形部分向上延伸的管道，该管道构造成包围拉晶机的进料管。