CN112226811A - 一种单晶炉用的热场及其单晶炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单晶炉用的热场及其单晶炉，包括下托盘、上盖盘、坩埚、加热器和导流筒，导流筒的出气端朝向坩埚；热场还包括保温筒，保温筒套设在加热器外，保温筒的下端固定在下托盘，上端固定在上盖盘；保温筒的筒壁内设有多个第一排气管，保温筒内壁开设有进气口，进气口与第一排气管的上端一一对应连通；所述下托盘下方设有支撑环，支撑环下方设有支撑板，支撑板上设有通孔，第一排气管的出气端依次通过通孔、第二排气管连接真空泵进气口；第二排气管上设有电磁阀，热场还包括控制单元，控制单元控制电磁阀打开或关闭，还控制电磁阀的开启大小。能够使热场气流运行顺畅无气旋滞留，消除了各种反应物在炉室内的沉积。

Description

一种单晶炉用的热场及其单晶炉

技术领域

本发明属于单晶生长设备技术领域，涉及一种单晶炉用的热场及其单晶炉。

背景技术

集成电路半导体及光伏发电都是国家政策鼓励发展的行业，集成电路半导体材料作为产业综合水平高低的最重要指标，光伏发电作为绿色能源以及人类可持续发展的主要能源，日益受到世界各国的重视并得到大力发展，单晶硅片作为集成电路及光伏发电的基础材料，有着广泛的市场需求。单晶硅棒拉制过程中，单晶炉的热场工艺设计方案对于晶体生长起到至关重要的作用，随着市场需求的增大和新技术的发展，热场的工艺水平提升将成为行业发展的技术保障。

然而，目前热场的废气从炉内保温筒顶部排出至保温筒与炉体之间，然后由保温筒与炉体之间夹层的下端排出，还有一种排气方式，从炉体底部开设排气口，废气直接从保温筒内部由底部的排气口排出，这两种排气方式存在以下问题：

第一种排气方式的废气排出过程中，在保温筒与炉体之间夹层下半部分时，废气温度降低，废气中的反应物经常在炉体内壁和保温筒外壁沉积，第二种排气方式的废气反应物直接在加热器与保温筒内壁沉积，需要花费大量的时间对这些结构件的沉积物进行清扫，清扫困难；二是排气效果差，影响晶体品质，特别是第二种排气方式，排气效果更差，清扫更困难，而且由于排气效果差，导致各种有害物质对加热器造成侵蚀，加速加热器老化，减少热场寿命，还需要人工对热场各结构件进行清扫，花费时间与人力，在清扫过程中，还有可能对热场造成损坏；因此，目前的热场已很难满足大规模工业化生产的需求，并影响以后人工智能与智慧工厂建设的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单晶炉用的热场，能够使热场气流运行顺畅无气旋滞留，消除了各种反应物在炉室内的沉积，不用每次浪费很长时间对热场各部件及炉体的清扫工作。

本发明采取的技术方案如下：

一种单晶炉用的热场，包括下托盘和上盖盘，下托盘和上盖盘之间设有坩埚和加热器，加热器套设在坩埚外，上盖盘上设有导流筒，导流筒包括出气端，出气端朝向坩埚；其特殊之处在于：

所述热场还包括保温筒，保温筒套设在加热器外，所述下托盘固定在保温筒下端，所述上盖盘固定在保温筒上端；

所述加热器和坩埚的高度均低于保温筒的高度，沿保温筒高度方向在保温筒的筒壁内设有多个第一排气管，在加热器和坩埚上部的保温筒内壁开设有与第一排气管数量一致的进气口，进气口与所述第一排气管的上端一一对应连通；

所述下托盘下方设有支撑环，支撑环下方设有支撑板，支撑板上设有通孔，所述第一排气管的出气端穿过下托盘，并通过所述通孔连接第二排气管的进气端，第二排气管的另一端连接真空泵进气口；

第二排气管上设有电磁阀，所述热场还包括控制单元，所述控制单元控制电磁阀打开或关闭，还控制电磁阀的开启大小。

进一步地，所述第一排气管均布。

进一步地，所述通孔有两个，分别为第一通孔和第二通孔，从1开始将第一排气管按顺序编号；

奇数编号的第一排气管的出气端通过第一通孔连接第二排气管的进气端，偶数编号的第一排气管的出气端通过第二通孔连接另一个第二排气管的进气端，两个第二排气管的出气端均通过第三排气管连接所述真空泵进气口，两个第二排气管上均设有所述电磁阀。

进一步地，所述第二排气管上还均设有过滤罐，所述电磁阀位于过滤罐和真空泵之间。

进一步地，所述保温筒包括石墨层和保温毡层，石墨层套设在加热器外，保温毡层套设在石墨层外，所述第一排气管设置在保温毡层内。

进一步地，所述第一排气管有2至8个；优选4个。

本发明的另一个目的是提供一种单晶炉，其特殊之处在于，包括炉筒、炉底板和上述热场，所述支撑板设置在炉底板上方，炉筒套设在所述保温筒外，且支撑板位于炉筒内，炉底板上开设有穿孔，穿孔的数量与所述通孔的数量一致，穿孔位于通孔正下方；所述第一排气管的出气端依次通过通孔、和与通孔正对的穿孔连接第二排气管的进气端；

所述单晶炉还包括气体流量压力检测单元和传输单元；

气体流量压力检测单元，用于在拉晶时检测炉内压力信息；

传输单元，用于将所述炉内气体流量压力信息传输至所述控制单元；

控制单元，用于通过控制电磁阀打开或关闭、或通过控制电磁阀的开启大小，使得炉内压力信息稳定。

本发明的优点：

本发明热场气流运行顺畅无气旋滞留，没有局部回熔的发生，保证晶体品质更优，消除了拉晶时废气中的各种反应物在炉室内的沉积，不用每次浪费很长时间对热场各种部件的清扫工作，节省时间，节省人工费用同时避免人工操作过程中人为对热场各部件的损坏；(提高拆装炉效率90％)，并且还避免了废气中的各种反应物在保温筒外侧及炉壁的沉积；

由于第一排气管位于保温筒与保温毡内，因此，在排废气时，第一排气管内的温度与热场内的温度基本一致，避免了在排气过程中温差大导致废气中的有害物质在排气管内沉积；

能够遏制晶体生长的过程中硅蒸气与石墨的反应时间，避免碳化硅、一氧化碳等碳化物的生成，从而降低晶体中的碳含量；

有效遏制有害物质对加热器的侵浊，降低加热器老化速度，保证了运行功耗的稳定性，延长了使用寿命(提高使用寿命2倍以上)；

有效避免在长晶过程中因挥发物多掉渣而变晶的现象；

解决了以后人工智能机器人工作，智慧工厂建设中的应用环节与难点，从而减少资源的浪费和生产成本降低。

附图说明

图1是本发明单晶炉用的热场结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明单晶炉结构示意图；

图4是本发明控制系统结构示意图。

附图标记：1坩埚，2加热器，3保温筒，4进气口，5第一排气管，6通孔，7真空泵，8电磁阀，9过滤罐，10第二排气管，11第三排气管，12炉筒，13上盖盘，14下托盘，15炉底板，16导流筒，17支撑环，18支撑板，19穿孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行说明：

本发明提供的一种单晶炉用的热场，如图1和图4，包括下托盘14和上盖盘13，下托盘和上盖盘之间设有坩埚1和加热器2，加热器套设在坩埚外，上盖盘上设有导流筒16，导流筒包括出气端，出气端朝向坩埚，导流筒出气端的口径小于导流筒进气端口径；热场还包括保温筒，保温筒套设在加热器外，保温筒的下端固定在下托盘的上表面，上端固定在上盖盘的下表面；

加热器和坩埚的高度均低于保温筒的高度，沿保温筒高度方向在保温筒的筒壁内设有多个第一排气管5，在加热器和坩埚上部的保温筒内壁开设有与第一排气管数量一致的进气口4，进气口与所述第一排气管的上端一一对应连通；

下托盘下表面设有支撑环17，支撑环下表面设有支撑板18，支撑板上开设有通孔6，通孔6将支撑板上下贯通，第一排气管的出气端穿过下托盘，并通过通孔连接第二排气管10的进气端，第二排气管的另一端连接真空泵7进气口；

第二排气管上设有电磁阀8，所述热场还包括控制单元，控制单元控制电磁阀打开或关闭，还控制电磁阀的开启大小。

气流走向见图1，气体由导流筒进入坩埚上部，在真空泵的工作下，进气口为负压环境，热场内的废气将通过进气口进入第一排气管，最终由真空泵排出。

需要排出的废气依次经第一排气管、第二排气管并由真空泵排出，由于第一排气管位于保温筒内，因此，在排废气时，第一排气管内的温度与热场内的温度基本一致，避免了在排气过程中温度降低导致废气中的有害物质在第一排气管内沉积。排废气的时候，通过控制单元控制电磁阀打开或关闭，进而控制使用发明热场拉晶时的炉内压力，能够比较有效的控制拉晶时炉内压力的稳定。

一些实施例中，第一排气管可以设置2至8个，优选4个，并将这些第一排气管均布，因此，在使用本发明热场拉晶时，能够将热场内的废气较均匀的排出。较好的保持使用发明热场拉晶时的炉内压力稳定。

一些实施例中，通孔设置了两个，图1中，分别为第一通孔和第二通孔，从1开始将第一排气管按顺序编号；

奇数编号的第一排气管5的出气端通过第一通孔连接第二排气管10的进气端，偶数编号的第一排气管5的出气端通过第二通孔连接另一个第二排气管10的进气端，两个第二排气管的出气端均通过第三排气管11连接所述真空泵进气口，两个第二排气管上均设有所述电磁阀；

这样的结构设置，不论控制单元打开的是一个电磁阀或两个电磁阀，始终在结构布置上为热场内的废气均匀的排出创造了条件。因此，通过控制单元打开或关闭电磁阀、或通过控制单元控制电磁阀的开启大小，都能够更加有效的控制使用本发明热场拉晶时的炉内压力，更容易的控制拉晶时炉内气体流向及压力的稳定。

一些实施例中，第二排气管上还设有过滤罐9，所述电磁阀位于过滤罐和真空泵之间，废气经过过滤罐过滤后，再经过电磁阀进入真空泵。过滤罐避免废气中的有害物质，比如颗粒物影响真空泵的使用寿命，

一些实施例中，保温筒采用石墨层3和保温毡层20制作，石墨层3套设在加热器外，保温毡层20套设在石墨层外，对于这个结构，第一排气管设置在保温毡层中。

本发明的另一个目的是提供一种单晶炉，如图3，包括炉筒12、炉底板15和上述热场，所述支撑板18设置在炉底板上方，炉筒12套设在所述保温筒外，且支撑板位于炉筒内，炉底板上开设有穿孔19，穿孔的数量与所述通孔6的数量一致，穿孔位于通孔正下方；第一排气管的出气端依次通过通孔6、和与通孔正对的穿孔19连接第二排气管10的进气端；热场的具体结构在此不再赘述；

单晶炉还包括气体流量压力检测单元和传输单元；将压力检测单元、传输单元、控制单元和电磁阀统称为本发明单晶炉的控制系统，见图4；

气体流量压力检测单元，用于在拉晶时检测炉内压力信息；

传输单元，用于将所述炉内气体流量压力信息传输至所述控制单元；

控制单元，用于通过控制电磁阀打开或关闭、或通过控制电磁阀的开启大小，使得炉内压力信息稳定。

根据气体流量压力检测单元实时传输给控制单元的实时炉内压力信息，控制单元可以分别实时控制两个第二排气管上的电磁阀的开启大小，也可以分别实时控制两个第二排气管上的电磁阀的打开或关闭，具体由实时炉内压力信息确定，因此，保证了本发明单晶炉在拉晶时的炉内压力稳定。

另外，本发明单晶炉消除了各种反应物在炉室内的沉积，遏有害物质对加热器的侵浊，降低加热器老化速度，保证了运行功耗的稳定性，延长了使用寿命，也不会造成废气中的各种反应物在第一排气管内沉积，不用每次浪费很长时间对热场的清扫工作，节省时间，节省人工费用，同时避免清扫过程中人为对热场损害。

Claims (8)

1.一种单晶炉用的热场，包括下托盘和上盖盘，下托盘和上盖盘之间设有坩埚和加热器，加热器套设在坩埚外，上盖盘上设有导流筒，导流筒包括出气端，出气端朝向坩埚；其特征在于：

所述热场还包括保温筒，保温筒套设在加热器外，所述下托盘固定在保温筒下端，所述上盖盘固定在保温筒上端；

所述加热器和坩埚的高度均低于保温筒的高度，沿保温筒高度方向在保温筒的筒壁内设有多个第一排气管，在加热器和坩埚上部的保温筒内壁开设有与第一排气管数量一致的进气口，进气口与所述第一排气管的上端一一对应连通；

所述下托盘下方设有支撑环，支撑环下方设有支撑板，支撑板上设有通孔，所述第一排气管的出气端穿过下托盘，并通过所述通孔连接第二排气管的进气端，第二排气管的另一端连接真空泵进气口；

第二排气管上设有电磁阀，所述热场还包括控制单元，所述控制单元控制电磁阀打开或关闭，还控制电磁阀的开启大小。

2.根据权利要求1所述的热场，其特征在于：所述第一排气管均布。

3.根据权利要求2所述的热场，其特征在于：所述通孔有两个，分别为第一通孔和第二通孔，从1开始将第一排气管按顺序编号；

奇数编号的第一排气管的出气端通过第一通孔连接第二排气管的进气端，偶数编号的第一排气管的出气端通过第二通孔连接另一个第二排气管的进气端，两个第二排气管的出气端均通过第三排气管连接所述真空泵进气口，两个第二排气管上均设有所述电磁阀。

4.根据权利要3所述的热场，其特征在于：所述第二排气管上还均设有过滤罐，所述电磁阀位于过滤罐和真空泵之间。

5.根据权利要求4所述的热场，其特征在于：所述保温筒包括石墨层和保温毡层，石墨层套设在加热器外，保温毡层套设在石墨层外，所述第一排气管设置在保温毡层内。

6.根据权利要求5所述的热场，其特征在于：所述第一排气管有2至8个。

7.根据权利要求6所述的热场，其特征在于：所述第一排气管有4个。

8.一种单晶炉，其特征在于，包括炉筒、炉底板和权利要求1至7任一项热场，所述支撑板设置在炉底板上方，炉筒套设在所述保温筒外，且支撑板位于炉筒内，炉底板上开设有穿孔，穿孔的数量与所述通孔的数量一致，穿孔位于通孔正下方；所述第一排气管的出气端依次通过通孔、和与通孔正对的穿孔连接第二排气管的进气端；

所述单晶炉还包括气体流量压力检测单元和传输单元；

气体流量压力检测单元，用于在拉晶时检测炉内压力信息；

传输单元，用于将所述炉内气体流量压力信息传输至所述控制单元；

控制单元，用于通过控制电磁阀打开或关闭、或通过控制电磁阀的开启大小，使得炉内压力信息稳定。

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