CN111778549A - 一种直拉法制备硅单晶用单晶炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及硅片制备技术领域，且公开了一种直拉法制备硅单晶用单晶炉，包括炉体，炉体顶部开设有炉口，炉体底部开设有排气口，炉体内腔的顶部活动安装有导流筒，炉体内部在排气口顶部通过支撑轴固定连接有石墨坩埚，石墨坩埚的内部固定安装有石英坩埚，所述炉体内壁位于炉口与导流筒之间固定安装有升降控制环，所述导流筒顶部靠近外侧处呈环状均匀固定安装有滑杆，所述导流筒与升降控制环之间通过滑杆活动连接，所述导流筒的底部呈环状均匀固定连接有波纹管，所述导流筒的顶面呈环状均匀固定安装有气压调节装置，所述波纹管的底部活动套接有固定滑轴，该单晶炉受热均匀，等径质量高，安全稳定。

Description

一种直拉法制备硅单晶用单晶炉

技术领域

本发明涉及硅片制备技术领域，具体为一种直拉法制备硅单晶用单晶炉。

背景技术

单晶硅是硅片所需要的基础原料，单晶硅是利用单晶炉采用直拉法制备出来的，即在炉内的高温石英坩埚内盛有熔融的硅料，用籽晶在其中生长拉出一根单晶硅柱，这种方法制备单晶硅虽然已经应用广泛，还是利用单晶炉制备时还存在一些问题：

1、在进行等径工艺段的时候由于向上拉出了硅溶液中的单晶硅，导致液面下降，为了保证液面与导流筒之间的距离即采用向上移动坩埚，这种方式在向上移动时会造成几个缺陷：加热器与石墨坩埚之间会产生摩擦，摩擦会损伤到石墨造成加热器与石墨坩埚之间的间距增大，不利于加热器与石墨坩埚之间的热传递；同时，向上移动后就会造成加热器与坩埚之间的相对位置发生变化，导致坩埚的顶部无法受热，而坩埚底部的支撑轴上却受热，这样不仅加热不均匀还会造成热量浪费；在坩埚上移的过程中由于其内部盛有的是硅溶液，可能会产生晃动，导致等径出来的硅柱不符合等径要求；在坩埚上移时和籽晶的拉长会产生相对速度，导致拉长的速度和坩埚未移动时的速度不一致，这样造成拉长的硅柱不是等直径的。

2、导流筒的中部通过进来的氩气，并从导流筒与坩埚之间的地方流过，最后经单晶炉底部排出，在进行拉长时会移动坩埚，造成导流筒与坩埚之间的距离变化，同时也就造成了导流筒与坩埚之间的间隙变小，而氩气的通入又无法达到精准控制，就会造成导流筒进气面的气压过大，从而影响到整个炉体内的气压，变化的气压会流动紊乱，一方面会造成拉长的硅柱受压力无法达到等径的要求，还有可能造成硅溶液晃动，无法正常进行拉长，甚至可能因气压不稳定造成爆炸等危险情况的发生。

发明内容

针对上述背景技术的不足，本发明提供了一种直拉法制备硅单晶用单晶炉，具备制备效果好、稳定安全的优点，解决了背景技术提出的问题。

本发明提供如下技术方案：一种直拉法制备硅单晶用单晶炉，包括炉体，炉体顶部开设有炉口，炉体底部开设有排气口，炉体内腔的顶部活动安装有导流筒，炉体内部在排气口顶部通过支撑轴固定连接有石墨坩埚，石墨坩埚的内部固定安装有石英坩埚，炉体内腔底部固定安装有电极，电极的顶部固定安装有加热器，炉体内壁位于导流筒下方的位置固定安装有保温罩，所述炉体内壁位于炉口与导流筒之间固定安装有升降控制环，所述导流筒顶部靠近外侧处呈环状均匀固定安装有滑杆，所述导流筒与升降控制环之间通过滑杆活动连接，所述导流筒的底部呈环状均匀固定连接有波纹管，所述导流筒的顶面呈环状均匀固定安装有气压调节装置，所述波纹管的底部活动套接有固定滑轴。

优选的，所述导流筒的顶面开设有通孔，所述气压调节装置安装在该通孔内，所述导流筒顶部的内部开设有限位滑槽，所述限位滑槽与通孔连通，所述导流筒底部靠近外圈的位置开设有气流调节孔，所述限位滑槽远离通孔的一端连通气流调节孔。

优选的，所述气压调节装置由活动斜块、固定斜块和斜切面活塞块组成，所述活动斜块与固定斜块形状大小相同，所述活动斜块位于导流筒内部的一端与斜切面活塞块固定连接。

优选的，所述活动斜块活动套接在限位滑槽内部，所述活动斜块靠近导流筒圆心的一端为向下的斜面，所述固定斜块远离导流筒圆心的一端为向下的斜面。

优选的，所述波纹管的顶部与气流调节孔连通，所述固定滑轴底部固定安装在保温罩上，所述固定滑轴贯穿波纹管的底部并延伸至波纹管内部的顶端处。

优选的，所述石英坩埚的顶部外圈向外伸出并覆盖在石墨坩埚的顶面。

本发明具备以下有益效果：

1、通过设置可移动式的导流筒，保持坩埚不动，相较于现有技术来说，通过升降控制环控制导流筒的上下移动来代替升降轴驱动坩埚上下活动，保证了坩埚在工作时不会产生上下移动摩擦，保证了石墨坩埚的使用寿命，同时也可以保证坩埚的受热均匀，不会产生热量的浪费，并且稳定不动的坩埚其内部的硅溶液也不会产生晃动，而且这种情况下拉长籽晶保持速度不变即可，不需要应对坩埚的移动来调整拉长的速度，更利于操作制备单晶硅。

2、通过在导流筒内上设置气压调节装置，并通过槽孔连通有波纹管，在气压变大时会顶开气压调节装置上的活动斜块控制导流筒内外面的气压，相较于现有技术来说，气压增大时顶开活动斜块并通过气流，控制导流筒面的气压稳定，杜绝了由于气压不稳定产生的气流紊乱，而且还能保证坩埚内的硅溶液液面不会产生波动，同时利用波纹管进行调节，在气压稳定是恢复至初始状态，整体上保证了单晶炉的气压稳定性，更加安全。

附图说明

图1为本发明结构整体示意图；

图2为本发明结构整体剖面图；

图3为本发明导流筒结构示意图；

图4为本发明导流筒结构俯视图；

图5为图4中B-B剖面图；

图6为图2中A处放大图；

图7为现有单晶炉结构示意图。

图中：1、炉体；2、炉口；3、排气口；4、导流筒；401、限位滑槽；402、气流调节孔；5、石墨坩埚；6、石英坩埚；7、加热器；8、电极；9、保温罩；10、升降控制环；11、滑杆；12、波纹管；13、气压调节装置；1301、活动斜块；1302、固定斜块；1303、斜切面活塞块；14、固定滑轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，一种直拉法制备硅单晶用单晶炉，包括炉体1，炉体1顶部开设有炉口2，炉体1底部开设有排气口3，炉体1内腔的顶部活动安装有导流筒4，炉体1内部在排气口3顶部通过支撑轴固定连接有石墨坩埚5，石墨坩埚5的内部固定安装有石英坩埚6，炉体1内腔底部固定安装有电极8，电极8的顶部固定安装有加热器7，炉体1内壁位于导流筒4下方的位置固定安装有保温罩9，炉体1内壁位于炉口2与导流筒4之间固定安装有升降控制环10，导流筒4顶部靠近外侧处呈环状均匀固定安装有滑杆11，导流筒4与升降控制环10之间通过滑杆11活动连接，导流筒4的底部呈环状均匀固定连接有波纹管12，导流筒4的顶面呈环状均匀固定安装有气压调节装置13，波纹管12的底部活动套接有固定滑轴14，导流筒4的顶面开设有通孔，气压调节装置13安装在该通孔内，导流筒4顶部的内部开设有限位滑槽401，限位滑槽401与通孔连通，导流筒4底部靠近外圈的位置开设有气流调节孔402，限位滑槽401远离通孔的一端连通气流调节孔402，气压调节装置13由活动斜块1301、固定斜块1302和斜切面活塞块1303组成，活动斜块1301与固定斜块1302形状大小相同，活动斜块1301位于导流筒4内部的一端与斜切面活塞块1303固定连接。

其中，活动斜块1301活动套接在限位滑槽401内部，活动斜块1301靠近导流筒4圆心的一端为向下的斜面，固定斜块1302远离导流筒4圆心的一端为向下的斜面，活动斜块1301和固定斜块1302的斜面对应方便气压增大时气流可以抵开活动斜块1301，活动斜块1301抵开后可以保证气流通过，且在固定斜块1302的斜面作用下通过的气流会偏向远离坩埚处，避免了与石英坩埚6与导流筒4之间的流过的气流产生相向的冲击而造成气流紊乱。

其中，波纹管12的顶部与气流调节孔402连通，固定滑轴14底部固定安装在保温罩9上，固定滑轴14贯穿波纹管12的底部并延伸至波纹管12内部的顶端处，活动斜块1301与限位滑槽401之间密封处理，且在波纹管12内冲入氩气，通过活动斜块1301的移动会压缩气体促使波纹管12拉长，波纹管12在气压调节后在回缩促使活动斜块1301回归原位，同时固定滑轴14可以保证波纹管12的伸长收缩都沿着竖直方向不会产生晃动，起到保护的作用。

其中，石英坩埚6的顶部外圈向外伸出并覆盖在石墨坩埚5的顶面，利用石英坩埚6将石墨坩埚5的顶部包覆，可以避免万一拉出的单晶硅柱上有崩落时造成硅溶液溅到石墨坩埚5上去从而产生化学反应造成石墨的导热性下降。

工作原理，先通电利用电极8和加热器7将石英坩埚6内的硅溶液加热到需要的温度，在炉口2处伸下籽晶到硅溶液中，并向炉体1中通入氩气，向上缓慢拉出籽晶，等拉出的直径足够大时即达到需要的直径要求时保持均匀的拉长速度(即等径工艺阶段)，等到石英坩埚6内的硅溶液液面下降时即通过升降控制环10控制滑杆11的移动来调节导流筒4与硅溶液液面之间的距离，保证等径工艺的正常进行；

当导流筒4因移动与石英坩埚6之间的距离减小时，导致气流通过的空间减小造成导流筒4顶面的气压增大，导流筒4顶部的上下面形成压力差，气流就会抵开活动斜块1301，气流会从通孔流入到导流筒4的底部，平衡炉体1内的气压，活动斜块1301滑动时会顶动斜切面活塞块1303，从而将气体向波纹管12内压缩，促使波纹管12向下沿着固定滑轴14拉伸，等气压稳定后，波纹管12恢复原状再通过顶动斜切面活塞块1303将活动斜块1301定回到初始位置，保证正常工作。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种直拉法制备硅单晶用单晶炉，包括炉体(1)，炉体(1)顶部开设有炉口(2)，炉体(1)底部开设有排气口(3)，炉体(1)内腔的顶部活动安装有导流筒(4)，炉体(1)内部在排气口(3)顶部通过支撑轴固定连接有石墨坩埚(5)，石墨坩埚(5)的内部固定安装有石英坩埚(6)，炉体(1)内腔底部固定安装有电极(8)，电极(8)的顶部固定安装有加热器(7)，炉体(1)内壁位于导流筒(4)下方的位置固定安装有保温罩(9)，其特征在于：所述炉体(1)内壁位于炉口(2)与导流筒(4)之间固定安装有升降控制环(10)，所述导流筒(4)顶部靠近外侧处呈环状均匀固定安装有滑杆(11)，所述导流筒(4)与升降控制环(10)之间通过滑杆(11)活动连接，所述导流筒(4)的底部呈环状均匀固定连接有波纹管(12)，所述导流筒(4)的顶面呈环状均匀固定安装有气压调节装置(13)，所述波纹管(12)的底部活动套接有固定滑轴(14)。

2.根据权利要求1所述的一种直拉法制备硅单晶用单晶炉，其特征在于：所述导流筒(4)的顶面开设有通孔，所述气压调节装置(13)安装在该通孔内，所述导流筒(4)顶部的内部开设有限位滑槽(401)，所述限位滑槽(401)与通孔连通，所述导流筒(4)底部靠近外圈的位置开设有气流调节孔(402)，所述限位滑槽(401)远离通孔的一端连通气流调节孔(402)。

3.根据权利要求1所述的一种直拉法制备硅单晶用单晶炉，其特征在于：所述气压调节装置(13)由活动斜块(1301)、固定斜块(1302)和斜切面活塞块(1303)组成，所述活动斜块(1301)与固定斜块(1302)形状大小相同，所述活动斜块(1301)位于导流筒(4)内部的一端与斜切面活塞块(1303)固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种直拉法制备硅单晶用单晶炉，其特征在于：所述活动斜块(1301)活动套接在限位滑槽(401)内部，所述活动斜块(1301)靠近导流筒(4)圆心的一端为向下的斜面，所述固定斜块(1302)远离导流筒(4)圆心的一端为向下的斜面。

5.根据权利要求1所述的一种直拉法制备硅单晶用单晶炉，其特征在于：所述波纹管(12)的顶部与气流调节孔(402)连通，所述固定滑轴(14)底部固定安装在保温罩(9)上，所述固定滑轴(14)贯穿波纹管(12)的底部并延伸至波纹管(12)内部的顶端处。

6.根据权利要求1所述的一种直拉法制备硅单晶用单晶炉，其特征在于：所述石英坩埚(6)的顶部外圈向外伸出并覆盖在石墨坩埚(5)的顶面。

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