CN107513759B - 一种单晶硅生长炉 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种单晶硅生长炉，包括：坩埚；支撑所述坩埚并使所述坩埚旋转的底座；收容所述底座的基底腔室，所述基底腔室带有石墨导管，所述底座下部收容在所述石墨导管内；其中，收容在所述石墨导管内的底座下部设有外螺纹。本发明的单晶硅生长炉，通过对坩埚底座进行简单的结构改进，便可有效解决坩埚掉落物在石墨导管中堆积导致的种种问题，减少了坩埚底座磨损、开裂等损坏，减少了因坩埚震动导致的漏液，有效避免了石墨尘埃造成的污染，并大大地减少了由于掉落物造成的底座卡顿事故。

Description

一种单晶硅生长炉
技术领域
本发明涉及晶圆制造技术领域，特别是涉及一种单晶硅生长炉。
背景技术
在晶圆制造工艺中，所需的单晶硅晶圆是通过将多晶硅熔融后拉制生长成单晶硅晶棒，再切割、研磨而得。拉制生长单晶硅晶棒采用直拉法，其过程一般是：将高纯度的多晶硅碎块放在坩埚中，并用外面围绕着的石墨加热器不断加热，使多晶硅熔化，坩埚带着多晶硅熔融液旋转，再在熔融液里种入籽晶，然后将其慢慢拉出，从而生长成圆柱状的单晶硅晶棒。
单晶硅生长炉包括炉腔、位于炉腔内的坩埚、带动坩埚旋转的部件以及加热部件，通常坩埚由底座支撑，并由底座中的转轴带动旋转，底座下部安装在基底腔室的石墨导管中，转轴下部设有石墨软毡，基底腔室设有冷却水管道，可通入冷却水。
在拉制单晶硅晶棒时，通常要在坩埚中满载约300kg的多晶硅块。而在坩埚满载运行时，一些多晶硅碎块和石墨碎片容易掉落下来，这些掉落物堆积在基底腔室上，容易落入石墨导管之中，挤压和摩擦石墨导管及石墨底座，产生石墨尘埃，使坩埚震动，甚至卡住底座导致旋转停止。在掉落物的挤压和摩擦作用下，石墨导管及石墨底座容易损坏和变形，坩埚震动容易造成熔融液滴漏，产生的石墨尘埃会造成碳污染。这些问题不仅损坏设备、降低生产效率、还严重影响了单晶硅的生产质量。
专利申请号为CN201210136908.6的专利文献公开了一种单晶生长炉内腔清洁设备。它包括基础板、升降组件、旋转组件、水喷洗组件，升降组件装在基础板上，旋转组件装在升降组件的升降支架上，水喷洗组件装在旋转组件的套筒轴上。该设备采用高压水流喷射的方法清洁炉腔。然而，这种清洁设备需要每次单晶硅晶棒生长完成后，设备停止工作时，才能进行炉腔清洁，且设备结构复杂，成本较高。
因此，实有必要寻求一种更为简单、有效的方法，解决或减少上述坩埚掉落物堆积造成的种种问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术，本发明的目的在于提供一种改良的单晶硅生长炉，用于解决现有技术中炉内坩埚掉落物落入石墨导管造成的种种问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种单晶硅生长炉，包括：
坩埚；
支撑所述坩埚并使所述坩埚旋转的底座；
收容所述底座的基底腔室，所述基底腔室带有石墨导管，所述底座下部收容在所述石墨导管内；
其中，收容在所述石墨导管内的底座下部设有外螺纹。
优选地，所述坩埚的旋转方式为顺时针旋转，所述外螺纹为左旋螺纹。
优选地，所述坩埚的旋转方式为逆时针旋转，所述外螺纹为右旋螺纹。
优选地，所述外螺纹的螺牙间距为1-40mm。
优选地，所述外螺纹为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹或圆弧形螺纹。
优选地，所述外螺纹为单线螺纹、双线螺纹或多线螺纹。
优选地，所述外螺纹的材料选自石墨、金属、合金、陶瓷中的一种或多种。
优选地，所述坩埚为石墨坩埚。
优选地，所述底座为石墨底座。
如上所述，本发明的单晶硅生长炉，具有以下有益效果：
本发明提供的单晶硅生长炉，不需要停止设备工作来进行清理，而是通过对坩埚底座进行简单的结构改进，便可有效解决坩埚掉落物在石墨导管中堆积导致的种种问题，减少了坩埚底座磨损、开裂等损坏，减少了因坩埚震动导致的漏液，有效避免了石墨尘埃造成的污染，并大大地减少了由于掉落物造成的底座卡顿事故。
附图说明
图1显示为本发明实施例提供的单晶硅生长炉结构示意图。
图2显示为本发明实施例中坩埚采用顺时针旋转的螺纹结构示意图。
图3显示为本发明实施例中坩埚采用逆时针旋转的螺纹结构示意图。
元件标号说明
1 坩埚
2 底座
3 基底腔室
201 外螺纹
301 石墨导管
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
现有的直拉法单晶硅生长炉，在坩埚满载运行时，常常会出现坩埚底座卡顿、磨损、开裂、坩埚晃动、漏液等问题，发明人深究其原因发现，由于坩埚满载，一些多晶硅碎块和石墨碎片容易掉落下来，这些掉落物堆积在基底腔室上，落入石墨导管之中，会挤压和摩擦石墨导管及石墨底座，产生石墨尘埃，使坩埚震动，甚至卡住底座导致旋转停止。而清洁炉腔通常需要在每次生长晶棒结束后才能开腔冲洗，并不能解决生长炉在工作时掉落物堆积导致的种种问题。为解决上述问题，本发明对现有的单晶硅生长炉进行了改良。
请参阅图1，本发明实施例提供一种单晶硅生长炉，包括：
坩埚1；
支撑所述坩埚1并使所述坩埚1旋转的底座2；
收容所述底座2的基底腔室3，所述基底腔室3带有石墨导管301，所述底座2下部收容在所述石墨导管301内；
其中，收容在所述石墨导管301内的底座2下部设有外螺纹201。
由于在底座2下部设置了外螺纹201，当坩埚1掉落物落入基底腔室3的石墨导管301内时，会被外螺纹201挡住，而不会直接卡进底座2，并可以被旋转的外螺纹201带出石墨导管301。这样一来，在单晶硅生长炉工作时，掉落物就不会在底座2转轴和石墨导管301之间产生挤压和摩擦，从而可避免或减小因此产生的石墨尘埃污染、设备损坏等种种问题。
此外，为了更加有效地将掉落物移出基底腔室3，在底座2旋转时，应当使掉落物向上移动。所以，根据单晶硅生长炉的旋转方向不同，底座2的外螺纹201设计也不相同。
如图2所示，当所述坩埚1的旋转方式采用顺时针旋转时，所述外螺纹201可设计为左旋螺纹，即底座2顺时针旋转时，螺线方向采用左旋，旋进方向向上，使掉落物向上移动从而可快速移出基底腔室3。
如图3所示，当所述坩埚1的旋转方式采用逆时针旋转时，所述外螺纹201可设计为右旋螺纹，即底座2逆时针旋转时，螺线方向采用右旋，旋进方向向上，使掉落物向上移动从而快速移出基底腔室3。
另外，为了有效避免掉落物入卡进底座2，所述外螺纹201的螺牙间距可以依照所用的原料尺寸和实际缝隙来设计，即可根据所用多晶硅块的大小和石墨导管与底座之间的实际缝隙来设定，优选地，所述外螺纹201的螺牙间距可以为1-40mm。
此外，本发明对所述外螺纹201的截面形状，即牙型，没有特殊限制，可以根据实际情况选取，如所述外螺纹201可以为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹或圆弧形螺纹等。
此外，本发明对所述外螺纹201的螺旋线的数量没有特殊限制，可以根据实际情况选取，如所述外螺纹可以为单线螺纹、双线螺纹或多线螺纹，其中，双线螺纹或多线螺纹相对进升更快。
具体地，所述外螺纹201的材料可以选自石墨、金属、合金、陶瓷中的一种或多种，或其他适用于单晶硅生长炉的材料。
具体地，由于用于单晶硅生长，所述坩埚1优选为石墨坩埚。
具体地，所述底座2优选为石墨底座。
需要说明的是，本发明的单晶硅生长炉还可以包括加热装置、拉升机构、炉腔气流控制、监视窗口、冷却机构等部件，然而这些部件并不是本发明改良的核心之处，故在此不做赘述。根据实际情况需要，本发明的单晶硅生长炉还可以配置不同结构和功能的其他部件。
综上所述，本发明的单晶硅生长炉，通过在坩埚底座下部加设螺纹，可有效减少坩埚掉落物的堆积，减少了坩埚底座磨损、开裂等损坏，减少了因坩埚震动导致的漏液，有效避免了石墨尘埃造成的污染，并大大地减少了由于掉落物造成的底座卡顿事故。
本发明通过对坩埚底座进行简单的结构改进，不需要停止设备工作来进行清理，便可避免和减小掉落物堆积的问题，成本小，成效高。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种单晶硅生长炉，其特征在于，包括：
坩埚；
支撑所述坩埚并使所述坩埚旋转的底座；
收容所述底座的基底腔室，所述基底腔室带有石墨导管，所述底座下部收容在所述石墨导管内；
其中，收容在所述石墨导管内的底座下部设有外螺纹；在所述坩埚的旋转方式为顺时针旋转，所述外螺纹为左旋螺纹；在所述坩埚的旋转方式为逆时针旋转，所述外螺纹为右旋螺纹。
2.根据权利要求1所述的单晶硅生长炉，其特征在于：所述外螺纹的螺牙间距为1-40mm。
3.根据权利要求1所述的单晶硅生长炉，其特征在于：所述外螺纹为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹或圆弧形螺纹。
4.根据权利要求1所述的单晶硅生长炉，其特征在于：所述外螺纹为单线螺纹、双线螺纹或多线螺纹。
5.根据权利要求1所述的单晶硅生长炉，其特征在于：所述外螺纹的材料选自石墨、金属、合金、陶瓷中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的单晶硅生长炉，其特征在于：所述坩埚为石墨坩埚。
7.根据权利要求1所述的单晶硅生长炉，其特征在于：所述底座为石墨底座。
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