CN110760935A - 单晶炉 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种单晶炉，单晶炉包括：炉体，所述炉体顶端形成有进气孔，且所述炉体的侧壁上形成有排气孔；坩埚，所述坩埚置于所述炉体中部位并与所述进气口相对应；加热器，所述加热器沿所述坩埚外周设置，用于对所述坩埚进行加热，其中，所述排气孔在高度方向上位于所述加热器中上部以上。本发明通过缩短炉内气流排出行程，有效控制熔硅液面上方的气体乱流，减少硅蒸汽和炉内石墨部件产生的化学反应，增加了石墨部件的寿命，降低了成本，也增强单晶炉的稳定性，提升成晶率，同时硅蒸汽的及时排出，降低了单晶硅的碳和氧含量，提升单晶硅的品质。

Description

单晶炉
技术领域
本发明涉及单晶硅制造领域，具体涉及单晶炉。
背景技术
目前使用的单晶炉的排气口均设计在单晶炉的下端，炉内气流经过行程较长，气流分布在整体炉内，气流会与炉内部件相接触。
单晶硅生产过程中，使用的石英坩埚会在高温下和硅溶液生成大量的SiO(硅蒸汽)，SiO(硅蒸汽)会在高温情况下与含碳元素部件进行反应，即SiO+C＝(高温)Si+CO、Si+C＝(高温)SiC，会侵蚀单晶炉内的使含碳元素部件，其中含碳元素部件为石墨加热器、石墨坩埚、石墨保温桶、石墨导流桶等。
在单晶硅生产中，炉内温度可以达到1416℃以上，SiO(硅蒸汽)会侵蚀炉内石墨部件，侵蚀加热器，会使得加热器电阻增大，加热器高温区上移，影响轴向温度梯度，影响成晶率，其他石墨部件被硅蒸汽侵蚀，也会影响使用和寿命，增加单晶炉的使用成本，同时气流行程较长会导致炉内气压的波动，对单晶硅的品质也有影响。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种单晶炉，以解决在单晶硅生产过程中，炉内气流经过行程较长，SiO(硅蒸汽)和炉内部件会产生化学反应，降低单晶炉稳定性和使用寿命，增加单晶炉的使用成本，降低单晶硅品质的问题。
为解决上述技术问题，根据本发明提供一种单晶炉，包括：炉体，所述炉体顶端形成有进气孔，且所述炉体的侧壁上形成有排气孔；坩埚，所述坩埚置于所述炉体中部位并与所述进气口相对应；加热器，所述加热器沿所述坩埚外周设置，用于对所述坩埚进行加热；其中，所述排气孔在高度方向上位于所述坩埚底部以上。
进一步地，所述排气孔在高度方向上位于所述加热器中部以上，可选地，所述排气孔在高度方向上位于所述加热器上沿的上方。
进一步地，所述排气孔数量为多个。
进一步地，所述排气孔的外部连接有排气管道。
进一步地，所述单晶炉还包括上保温筒，所述上保温筒置于所述炉体内侧上部且位于所述加热器的外侧，所述排气孔贯穿所述上保温筒。
进一步地，所述单晶炉还包括：
气体分布器，所述气体分布器设置在所述上保温桶内侧且与所述排气孔相对应，所述气体分布器形成为环体且所述气体分布器上形成有开口。
进一步地，所述气体分布器包括：
主体，所述主体上形成有所述开口；
下密封环，所述下密封环位于所述主体下方且连接所述主体与所述上保温桶以从下方密封所述气体分布器与所述上保温桶之间的间隙；以及
上密封环，所述上密封环位于所述主体上方且连接所述主体与所述上保温桶以从上方密封所述气体分布器与所述上保温桶之间的间隙，
所述排气孔位于所述上密封环与所述下密封环之间。
进一步地，所述开口数量为多个，多个所述开口在所述主体上沿圆周方向均匀地间隔开分布。
进一步地，所述上保温毡位于所述上保温筒与所述炉体之间，所述排气孔贯穿所述保温毡。
进一步地，所述上保温筒和所述上保温毡分别为沿轴向直径保持一致的圆筒状。
进一步地，所述单晶炉还包括导流筒，所述导流筒的上端与所述上保温筒的上端相连，且所述导流筒的下端位于所述坩埚上方并且所述导流筒的外径小于所述坩埚的内径，可选地，所述排气孔在高度方向上位于所述导流筒底端以上。
进一步地，所述单晶炉还包括下保温筒，所述下保温筒形成为筒状且位于所述炉体内侧下部。
进一步地，所述单晶炉还包括下保温毡，所述下保温毡形成为桶状且位于所述炉体与所述下保温筒之间。
本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：
根据本发明实施例的单晶炉，通过缩短炉内气流排出行程，有效控制熔硅液面上方的气体乱流，减少SiO(硅蒸汽)和炉内部件产生的化学反应，增加了石墨部件的寿命，降低了成本，也增强单晶炉的稳定性，提升成晶率，同时SiO(硅蒸汽)的及时排出，降低了单晶硅的碳和氧含量，提升单晶硅的品质。
进一步地，通过设置气体分布器，能够调整熔硅液面以上气流的流速和流向，达到解决熔硅液面以上气体乱流的效果。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的单晶炉的结构示意图；
图2为图1中的气体分布器与所述上保温桶配合的剖视图；
图3为图1中的气体分布器的主体和下密封环组合示意图。
附图标记：
1、盖体；4、导流筒；5、坩埚；9、保温筒；10、炉体；11、加热器；13、溶硅液面；14、气流；22、上保温毡；23、上保温筒；26、下保温毡；27、下保温筒；28、排气孔；101、排气管；102、气体分布器；102-1、气体分布器主体；102-2气体分布器下密封环；102-3气体分布器上密封环。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
根据本发明可选实施例的单晶炉，如图1所示，包括：炉体10、坩埚5、及加热器11。
其中，炉体10顶端形成有排气孔28，坩埚5置于炉体中部位并与进气口相对应，加热器11沿坩埚5外周设置，用于对所述坩埚5进行加热。
排气孔28在高度方向上位于坩埚5底部以上，在进行单晶硅生产过程中，形成的硅蒸汽从排气孔28排出，由于其位置在坩埚5底部以上，硅蒸汽只经过坩埚5底部以上区域，避免了硅蒸汽与坩埚5底部以下石墨部件进行反应，提升炉体稳定性。
进一步地，排气孔28在高度方向上位于加热器11的中部以上，可选地，排气孔28在高度方向上位于加热器11的上沿的上方。由此，更好的减少SiO(硅蒸汽)对于加热器及其他石墨部件的侵蚀。
进一步地，排气孔28的数量可以有多个。由此，可以根据炉体10的直径，设计排气孔28的数量和大小。例如，该多个排气孔28可以沿径向间隔开排列，也可以沿轴向间隔开排列，也可以在轴向和径向上分别交错开间隔排列等。
优选地，排气孔28的外部连接有排气管101，排气管101可选地与风机连接，能够快速的将炉内气流排出，缩短气流在炉内的时间，更好的保护炉内的器件和减少气流对于单晶硅生产的影响。
根据本发明的一个实施例，单晶炉包括上保温筒23，上保温筒23置于所述炉体10内侧上部且位于加热器11的外侧，由于保温筒具有保温效果，可靠的保证了炉内温度的稳定性，提升加热效率，避免能耗的增加，降低成本。
其中，炉体的排气孔28贯穿上保温筒23，换而言之，炉体和上保温筒23的形成贯穿结构的排气孔28。由此，气流可以穿过上保温筒23和炉体11，排至外界。
进一步地，上保温筒23和炉体11之间设置有上保温毡22，使得单晶炉具有更好的保温效果，保证了单晶硅生产的稳定性，为了保证气流的排出，炉体的排气孔28也需要贯穿上保温毡22。由此，炉体11、上保温毡22、与上保温筒23形成贯穿的排气孔28，方便气流的排出。
进一步地，上保温筒23和上保温毡22分别为沿轴向直径保持一致的圆筒状。由此，可以让气流的流动有更大的流动空间，可以让气流的流动更顺畅。
根据本发明一些实施例，如图1、图2及图3所示，单晶炉还包括气体分布器102，气体分布器102设置在所述上保温桶23内侧且与排气孔28相对应，气体分布器102形成为环体且气体分布器102上形成有开口。由此，气流先经过气体分布器102的开口再从排气孔28排出，可以调整熔硅液面以上气流的流速和流向，达到解决熔硅液面以上气体乱流的问题。
进一步地，气体分布器102包括主体102-1、下密封环102-2、上密封环102-3。
其中，主体102-1上形成有开口。
下密封环102-2位于主体102-1下方且连接主体102-1与上保温桶23以从下方密封气体分布器102与上保温桶23之间的间隙。
上密封环102-3位于主体102-1上方且连接主体102-1与上保温桶23以从上方密封气体分布器102与上保温桶23之间的间隙。
另外，排气孔28位于上密封环102-2与下密封环102-3之间。
由此，以上形成的气体分布器102使得维护更加方便，同时使用密封结构，避免了气流从缝隙穿过，更好的解决熔硅液面以上气体乱流的问题。
进一步地，气体分布器102的内部空间的体积及开口的数量和大小，可以依据排气孔28进行设计。换言之，可以在考虑排气需求的基础上设计气体分布器102，以使得气体分布器102的排气能力大于或等于排气孔28的排气能力，即气体分布器102的所形成的气体通量满足排气孔28形成的气体通量和。由此能够更好地及时排除熔硅液面以上的气体，克服气体扰流问题。
进一步地，开口的数量可以为多个，且各个开口的位置和大小依据排气孔28的位置和大小进行设计，即开口和排气孔28呈规律性对应关系。可选地，开口在所述主体上沿圆周方向均匀地间隔开分布。由此，更好地调整熔硅液面以上气流的流速和流向。
根据本发明的一些实施例，如图1所示，单晶炉还包括导流筒4，导流筒4的上端与上保温筒23的上端相连，且导流筒4的下端位于坩埚5上方，并且导流筒4的外径小于坩埚5的内径。由此，导流筒4可以优化气流的流动路径，避免了气流的混乱造成单晶硅品质的不稳定。
可选地，所述排气孔28在高度方向上位于导流筒4底端以上。由此，可以避免SiO(硅蒸汽)与导流筒4底端以下石墨部件进行反应，提升炉体稳定性。
由此，可以形成的优化的气流路径为气流14从导流筒4向下经过坩埚5内溶硅液面13，通过导流筒4外侧与坩埚5内壁的缝隙，折上穿过气体分布器102、上保温筒23和上保温毡22，通过排气孔28，经过排气管道101，排至外界。
根据本发明一个实施例，单晶炉还包括下保温筒27，下保温筒27形成为筒状，且位于炉体11的内部下侧，由于下保温筒具有保温作用，更好的维持炉内温度的稳定。
可选地，下保温筒27与炉体11之间设置有保温毡26，使得单晶炉具有更好的保温效果，保证了单晶硅生产的稳定性。
以上仅仅是本发明一些实施例结构，任何方法(直接制造、现有结构改造等)形成本发明的结构，都属于本发明的保护范围。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
本发明的各种特征、方面和优点也可以体现在以下条项中描述的各种技术方案中，这些方案可以以任何组合方式组合：
1、一种单晶炉，包括：
炉体，所述炉体顶端形成有进气孔，且所述炉体的侧壁上形成有排气孔；
坩埚，所述坩埚置于所述炉体中部位并与所述进气口相对应；
加热器，所述加热器沿所述坩埚外周设置，用于对所述坩埚进行加热；
其中，所述排气孔在高度方向上位于所述坩埚底部以上。
2、根据条项1所述的单晶炉，所述排气孔在高度方向上位于所述加热器中部以上，可选地，所述排气孔在高度方向上位于所述加热器上沿的上方。
3、根据条项1所述的单晶炉，所述排气孔数量为多个，优选的，所述排气孔数量为2个。
4、根据条项1所述的单晶炉，所述排气孔的外部连接有排气管道。
5、根据条项1至4任一项所述的单晶炉，还包括上保温筒，所述上保温筒置于所述炉体内侧上部且位于所述加热器的外侧，所述排气孔贯穿所述上保温筒。
6、根据条项5所述的单晶炉，还包括：
气体分布器，所述气体分布器设置在所述上保温桶内侧且与所述排气孔相对应，所述气体分布器形成为环体且所述气体分布器上形成有开口。
7、根据条项6所述的单晶炉，所述气体分布器包括：
主体，所述主体上形成有所述开口；
下密封环，所述下密封环位于所述主体下方且连接所述主体与所述上保温桶以从下方密封所述气体分布器与所述上保温桶之间的间隙；以及
上密封环，所述上密封环位于所述主体上方且连接所述主体与所述上保温桶以从上方密封所述气体分布器与所述上保温桶之间的间隙，
所述排气孔位于所述上密封环与所述下密封环之间。
8、根据条项7所述的单晶炉，所述开口数量为多个，多个所述开口在所述主体上沿圆周方向均匀地间隔开分布。
9、根据条项5所述的单晶炉，还包括上保温毡，所述上保温毡位于所述上保温桶与所述炉体之间，所述排气孔贯穿所述保温毡。
10、根据条项9述的单晶炉，所述上保温筒和所述上保温毡分别为沿轴向直径保持一致的圆筒状。
11、根据条项9所述的单晶炉，还包括导流筒，所述导流筒的上端与所述上保温筒的上端相连，且所述导流筒的下端位于所述坩埚上方并且所述导流筒的外径小于所述坩埚的内径，可选地，所述排气孔在高度方向上位于所述导流筒底端以上。
12、根据条项9所述的单晶炉，还包括下保温筒，所述下保温筒形成为筒状且位于所述炉体内侧下部。
13、根据条项12所述的单晶炉，还包括下保温毡，所述下保温毡形成为筒状且位于所述炉体与所述下保温筒之间。

Claims (10)

1.一种单晶炉，其特征在于，包括：
炉体，所述炉体顶端形成有进气孔，且所述炉体的侧壁上形成有排气孔；
坩埚，所述坩埚置于所述炉体中部位并与所述进气口相对应；
加热器，所述加热器沿所述坩埚外周设置，用于对所述坩埚进行加热；
其中，所述排气孔在高度方向上位于所述坩埚底部以上。
2.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，所述排气孔在高度方向上位于所述加热器中部以上，可选地，所述排气孔在高度方向上位于所述加热器上沿的上方。
3.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，所述排气孔数量为多个，优选的，所述排气孔数量为2个。
4.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，所述排气孔的外部连接有排气管道。
5.根据权利要求1至4任一项所述的单晶炉，其特征在于，还包括上保温筒，所述上保温筒置于所述炉体内侧上部且位于所述加热器的外侧，所述排气孔贯穿所述上保温筒。
6.根据权利要求5所述的单晶炉，其特征在于，还包括：
气体分布器，所述气体分布器设置在所述上保温桶内侧且与所述排气孔相对应，所述气体分布器形成为环体且所述气体分布器上形成有开口。
7.根据权利要求6所述的单晶炉，其特征在于，所述气体分布器包括：
主体，所述主体上形成有所述开口；
下密封环，所述下密封环位于所述主体下方且连接所述主体与所述上保温桶以从下方密封所述气体分布器与所述上保温桶之间的间隙；以及
上密封环，所述上密封环位于所述主体上方且连接所述主体与所述上保温桶以从上方密封所述气体分布器与所述上保温桶之间的间隙，
所述排气孔位于所述上密封环与所述下密封环之间。
8.根据权利要求7所述的单晶炉，其特征在于，所述开口数量为多个，多个所述开口在所述主体上沿圆周方向均匀地间隔开分布。
9.根据权利要求5所述的单晶炉，其特征在于，还包括上保温毡，所述上保温毡位于所述上保温桶与所述炉体之间，所述排气孔贯穿所述保温毡。
10.根据权利要求9述的单晶炉，其特征在于，所述上保温筒和所述上保温毡分别为沿轴向直径保持一致的圆筒状。
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