CN115058772A - 一种导流筒装置和拉晶炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导流筒装置，包括导流筒装置本体，导流筒装置本体的第一导流件、第二导流件，第一导流件位于第二导流件上方，第二导流件与第一导流件连接，第二导流件上表面设置有嵌位件，嵌位件位于第二导流件与第一导流件连接处。第二导流件上表面设置的嵌位件设置于第二导流件与第一导流件连接处，使得对晶棒降温的惰性气体从第一导流件的通孔进入，遇到第二导流件上的通孔被堵的情况下，从第一导流件与第二导流件之间的连接处流走，第二导流件对固液界面处的熔体起到保温作用，解决了现有拉晶炉的导流筒装置会使得对晶棒降温的惰性气体接触固液界面处的熔体，使得固液界面处的熔体的温度降低，影响晶棒的生长的问题。

Description

一种导流筒装置和拉晶炉

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体为一种导流筒装置和拉晶炉。

背景技术

单晶硅如今是大多数半导体元器件的基底材料，其中绝大多数的单晶硅都是由直拉单晶制造法制备。该方法通过将多晶硅材料放置在石英坩埚内融化，在直拉单晶过程中，首先让籽晶和熔体接触，使固液界面处的熔体沿着籽晶冷却结晶，并通过缓慢拉出籽晶而生长，缩颈完成之后通过降低拉速或熔体温度来放大晶体生长直径直至达到目标直径，转肩之后，通过控制拉速和熔体温度使晶体生长进入“等径生长”阶段，最后，通过增大拉速和提高熔体温度使晶体生长面的直径逐步减小形成尾锥，直至最后晶体离开熔体表面，即完成了晶棒的生长。

但现有的拉晶炉的导流筒装置大都会使得对晶棒降温的惰性气体接触固液界面处的熔体，使得固液界面处的熔体的温度降低，影响晶棒的生长。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种导流筒装置和拉晶炉，解决了上述背景技术中提出的现有拉晶炉的导流筒装置大都会使得对晶棒降温的惰性气体接触固液界面处的熔体，使得固液界面处的熔体的温度降低，影响晶棒的生长的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种导流筒装置，包括导流筒装置本体，导流筒装置本体包括第一导流件、第二导流件，第一导流件位于第二导流件上方，第二导流件与第一导流件连接，第二导流件上表面设置有嵌位件，嵌位件位于第二导流件与第一导流件连接处。

优选的，第一导流件、第二导流件上均设置有通孔。

优选的，第一导流件上表面设置有固定块。

优选的，第一导流件与第二导流件通过流速稳定调节装置连接，流速稳定调节装置与第一导流件、第二导流件固定连接。

优选的，流速稳定调节装置包括：

上连接板、下连接板、伸缩杆、第一弹簧、限位板、滑槽、滑杆、第二弹簧、滑块、固定杆、连杆、第三弹簧；

上连接板固定连接于第一导流件下端，下连接板固定连接于第二导流件上表面，且下连接板位于嵌位件外侧；

上连接板与下连接板之间固定连接有若干伸缩杆，伸缩杆外套接有第一弹簧，第一弹簧两端分别固定连接于上连接板、下连接板；

两个伸缩杆之间均设置有限位板，限位板与下连接板固定连接，限位板上设置有滑槽；

上连接板下表面固定连接有固定杆，固定杆下端转动连接有第三弹簧上端，第三弹簧下端滑动连接于滑槽；

下连接板上固定连接有滑杆，滑杆外套接有第二弹簧，第二弹簧下端固定连接于下连接板，第二弹簧上端固定连接有滑块，且滑杆贯穿滑块，滑块滑动连接于滑杆；

滑块外周转动连接有连杆下端，连杆上端转动连接于第三弹簧下端，且连杆上端滑动连接于滑槽。

一种拉晶炉，包括导流筒装置。

优选的，包括炉体，炉体内设置有导流筒装置本体，导流筒装置本体下方设置有加热缸，加热缸通过支撑柱与炉体固定连接。

优选的，炉体上端设置有拉晶通气通道，拉晶通气通道与炉体连通；

加热缸外侧固定连接有加热板。

优选的，流筒装置本体与炉体之间设置有随动调节装置，随动调节装置与流筒装置本体、炉体分别固定连接。

优选的，随动调节装置包括：

竖置固定板、下固定板、上固定板、限位滑杆、螺纹杆、安装滑板、内齿轮、壳体、转轴、第一齿轮、第二齿轮、电机；

竖置固定板固定连接于炉体侧壁，下固定板固定连接于竖置固定板下端，上固定板固定连接于竖置固定板上端；

下固定板与上固定板之间设置有若干限位滑杆，限位滑杆两端分别与下固定板、上固定板固定连接，下固定板与上固定板之间固定连接有螺纹杆；

限位滑杆贯穿安装滑板，且安装滑板与限位滑杆滑动连接；

安装滑板上转动连接有内齿轮，且安装滑板上方固定连接有壳体；

内齿轮内设置有若干第一齿轮，第一齿轮固定连接于转轴，转轴转动连接于安装滑板；

第一齿轮与内齿轮啮合；

内齿轮中心处设置有第二齿轮，第二齿轮转动连接于安装滑板，且第二齿轮与若干第一齿轮啮合；

螺纹杆贯穿壳体、安装滑板、第二齿轮，且螺纹杆与第二齿轮螺纹连接；

壳体内固定连接有电机，电机输出端固定连接于若干转轴的其中一个。

附图说明

图1为本发明的导流筒装置本体结构主视示意图；

图2为本发明的流速稳定调节装置结构示意图；

图3为本发明的拉晶炉结构主视示意图；

图4为本发明的随动调节装置结构示意图；

图5为本发明的随动调节装置局部结构俯视示意图；

图6为本发明的随动调节装置局部结构主视示意图。

图中：1、导流筒装置本体；101、第一导流件；102、第二导流件；103、固定块；104、嵌位件；105、通孔；106、流速稳定调节装置；10601、上连接板；10602、下连接板；10603、伸缩杆；10604、第一弹簧；10605、限位板；10606、滑槽；10607、滑杆；10608、第二弹簧；10609、滑块；10610、固定杆；10611、连杆；10612、第三弹簧；2、炉体；3、加热缸；4、支撑柱；5、加热板；6、拉晶通气通道；7、随动调节装置；701、竖置固定板；702、下固定板；703、上固定板；704、限位滑杆；705、螺纹杆；706、安装滑板；707、内齿轮；708、壳体；709、转轴；710、第一齿轮；711、第二齿轮；712、电机。

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。

实施例1

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种导流筒装置，包括导流筒装置本体1，导流筒装置本体1包括第一导流件101、第二导流件102，第一导流件101位于第二导流件102上方，第二导流件102与第一导流件101连接，第二导流件102上表面设置有嵌位件104，嵌位件104位于第二导流件102与第一导流件101连接处；

第一导流件101、第二导流件102上均设置有通孔105；

第二导流件102上的通孔105与晶棒的直径相同；

第一导流件101上表面设置有固定块103。

上述方案的工作原理及有益效果：通过在第二导流件102上表面设置有嵌位件104，且嵌位件104设置于第二导流件102与第一导流件101连接处，嵌于第一导流件101内，由于第二导流件102上的通孔105与晶棒的直径相同，使得对晶棒降温的惰性气体从第一导流件101的通孔105进入，在遇到第二导流件102上的通孔105被堵的情况下，从第一导流件101与第二导流件102之间的连接处流走，第二导流件102对固液界面处的熔体起到保温作用，解决了现有拉晶炉的导流筒装置会使得对晶棒降温的惰性气体接触固液界面处的熔体，使得固液界面处的熔体的温度降低，影响晶棒的生长的问题。

实施例2

请参阅图2，在实施例1的基础上，第一导流件101与第二导流件102通过流速稳定调节装置106连接，流速稳定调节装置106与第一导流件101、第二导流件102固定连接；

流速稳定调节装置106包括：

上连接板10601、下连接板10602、伸缩杆10603、第一弹簧10604、限位板10605、滑槽10606、滑杆10607、第二弹簧10608、滑块10609、固定杆10610、连杆10611、第三弹簧10612；

上连接板10601固定连接于第一导流件101下端，下连接板10602固定连接于第二导流件102上表面，且下连接板10602位于嵌位件104外侧；

上连接板10601与下连接板10602之间固定连接有若干伸缩杆10603，伸缩杆10603外套接有第一弹簧10604，第一弹簧10604两端分别固定连接于上连接板10601、下连接板10602；

两个伸缩杆10603之间均设置有限位板10605，限位板10605与下连接板10602固定连接，限位板10605上设置有滑槽10606；

上连接板10601下表面固定连接有固定杆10610，固定杆10610下端转动连接有第三弹簧10612上端，第三弹簧10612下端滑动连接于滑槽10606；

下连接板10602上固定连接有滑杆10607，滑杆10607外套接有第二弹簧10608，第二弹簧10608下端固定连接于下连接板10602，第二弹簧10608上端固定连接有滑块10609，且滑杆10607贯穿滑块10609，滑块10609滑动连接于滑杆10607；

滑块10609外周转动连接有连杆10611下端，连杆10611上端转动连接于第三弹簧10612下端，且连杆10611上端滑动连接于滑槽10606。

上述方案的工作原理及有益效果：在第一导流件101与第二导流件102之间设置流速稳定调节装置106，当进入的惰性气体的压强变大时，惰性气体作用在第二导流件102上的压力变大，使得第二导流件102带动下连接板10602向下运动，克服第一弹簧10604的拉力，使得伸缩杆10603拉长，使得第一导流件101与第二导流件102之间的距离随着进入的惰性气体的压强增大而增大，增大了惰性气体的流速；

当进入的惰性气体的压强变小时，在第一弹簧10604拉力的作用下，第一导流件101与第二导流件102之间的距离变小，减小通过第一导流件101与第二导流件102之间的惰性气体的流速；

同时，设置限位板10605、滑槽10606、滑杆10607、第三弹簧10612，保证了上连接板10601、下连接板10602之间距离拉大工程中的相对稳定性，也使得通过上连接板10601、下连接板10602之间的惰性气体也具有一定的相对稳定性，保证了晶棒的品质；

通过改变压强来改变上连接板10601、下连接板10602之间距离，进而改变通过第一导流件101与第二导流件102之间的惰性气体的流速，用于对晶棒温度进行控制，增强了晶棒的质量。

实施例3

请参阅图3，在实施例1-2的基础上，一种拉晶炉，包括导流筒装置；

还包括炉体2，炉体2内设置有导流筒装置本体1，导流筒装置本体1下方设置有加热缸3，加热缸3通过支撑柱4与炉体2固定连接；

炉体2上端设置有拉晶通气通道6，拉晶通气通道6与炉体2连通；

加热缸3外侧固定连接有加热板5。

上述方案的工作原理及有益效果：在拉晶炉设置导流筒装置本体1使得进入的惰性气体不经过固液界面处的熔体表面，对加热板5加热的加热缸3内的熔体不产生降温作用，对固液界面处的熔体起到保温作用，且不对晶棒的降温产生影响，解决了现有拉晶炉会使得对晶棒降温的惰性气体接触固液界面处的熔体，使得固液界面处的熔体的温度降低，影响晶棒的生长的问题。

实施例4

请参阅图4-6，在实施例1-3的基础上，流筒装置本体1与炉体2之间设置有随动调节装置7，随动调节装置7与流筒装置本体1、炉体2分别固定连接；

随动调节装置7包括：

竖置固定板701、下固定板702、上固定板703、限位滑杆704、螺纹杆705、安装滑板706、内齿轮707、壳体708、转轴709、第一齿轮710、第二齿轮711、电机712；

竖置固定板701固定连接于炉体2侧壁，下固定板702固定连接于竖置固定板701下端，上固定板703固定连接于竖置固定板701上端；

下固定板702与上固定板703之间设置有若干限位滑杆704，限位滑杆704两端分别与下固定板702、上固定板703固定连接，下固定板702与上固定板703之间固定连接有螺纹杆705；

限位滑杆704贯穿安装滑板706，且安装滑板706与限位滑杆704滑动连接；

安装滑板706上转动连接有内齿轮707，且安装滑板706上方固定连接有壳体708；

内齿轮707内设置有若干第一齿轮710，第一齿轮710固定连接于转轴709，转轴709转动连接于安装滑板706；

第一齿轮710与内齿轮707啮合；

内齿轮707中心处设置有第二齿轮711，第二齿轮711转动连接于安装滑板706，且第二齿轮711与若干第一齿轮710啮合；

螺纹杆705贯穿壳体708、安装滑板706、第二齿轮711，且螺纹杆705与第二齿轮711螺纹连接；

壳体708内固定连接有电机712，电机712输出端固定连接于若干转轴709的其中一个。

上述方案的工作原理及有益效果：随着晶棒的析出，熔体的液面开始降低，此时的流筒装置本体1如果维持原有高度不降低，惰性气体对位于流筒装置本体1与熔体表面之间的晶棒起不到降温作用，影响晶棒的品质；

通过电机712带动第一齿轮710旋转，由于内齿轮707同安装滑板706处于转动连接状态，壳体708同安装滑板706处于固定状态，在第一齿轮710旋转时，与第一齿轮710啮合的第二齿轮711、内齿轮707皆转动，且由于第二齿轮711中心位置与螺纹杆705螺纹连接，在第二齿轮711转动的同时会带动安装滑板706上的所有部件在螺纹杆705长度方向移动，由于安装滑板706滑动连接于限位滑杆704，在第二齿轮711带动安装滑板706上的所有部件在螺纹杆705长度方向移动时，安装滑板706并不会转动，而仅仅维持上下移动，进而带动流筒装置本体1移动，使得流筒装置本体1的下表面始终位于熔体表面；

通过随动调节装置7来调节流筒装置本体1，使得流筒装置本体1始终位于熔体表面上，保证进入的惰性气体只经过晶棒而不经过固液界面处的熔体表面，对固液界面处的熔体起到保温作用，且不对晶棒的降温产生影响，解决了在熔体的液面开始降低情况下，惰性气体对位于流筒装置本体1与熔体表面之间的晶棒起不到降温作用、影响晶棒的品质的问题。

实施例5

在实施例1-4的基础上，包括晶棒品质评估装置，晶棒品质评估装置包括：

流速传感器，流速传感器设置在第一导流件101、第二导流件102连接处，用于检测通过第一导流件101、第二导流件102之间的惰性气体的流速；

温度传感器，温度传感器设置在第一导流件101、第二导流件102连接处，用于检测惰性气体通过晶棒增长的温度；

计数器，用于记录流速传感器的检测次数；

计时器，用于记录流速传感器相邻两次检测的间隔时长；

报警器，报警器设置在炉体2外侧；

控制器，控制器分别与流速传感器、温度传感器、计时器、计数器、报警器电性连接，控制器基于流速传感器、温度传感器、计时器、计数器控制报警器工作，包括以下步骤：

步骤1：控制器基于流速传感器、温度传感器、计时器、计数器及公式得到晶棒品质评估指数：

其中，A为晶棒品质评估指数，v_i为流速传感器第i次检测的检测通过第一导流件101、第二导流件102之间的惰性气体的流速，T为温度传感器检测的惰性气体通过晶棒增长的温度，t为计时器记录的流速传感器相邻两次检测的间隔时长，

为惰性气体的比热容，B为惰性气体的密度，W为预设的晶棒逸散的能量，ln为以e为底的对数函数，n为计数器记录的流速传感器的检测次数；

步骤2：基于步骤1的计算结果，当晶棒品质评估指数小于预设的基准值时，控制器控制报警器进行报警。

假设，流速传感器检测的检测通过第一导流件101、第二导流件102之间的惰性气体的流速v₁＝0.50m³/s、v₂＝0.52m³/s、v₃＝0.49m³/s，温度传感器检测的惰性气体通过晶棒增长的温度T＝130℃，计时器记录的流速传感器相邻两次检测的间隔时长t＝5s，惰性气体的比热容

惰性气体的密度B＝3kg/m³，预设的晶棒逸散的能量W＝200000J，计数器记录的流速传感器的检测次数n＝3，则通过上述可计算得到晶棒品质评估指数A＝1.949(取小数点后三位)，计算得到的晶棒品质评估指数A＝1.949小于预设的基准值3，此时控制器控制报警器发出报警提示。

上述方案的工作原理及有益效果：设置流速传感器用于检测通过第一导流件101、第二导流件102之间的惰性气体的流速、设置温度传感器用于检测惰性气体通过晶棒增长的温度、设置计时器用于记录流速传感器相邻两次检测的间隔时长，通过流速传感器检测的通过第一导流件101、第二导流件102之间的惰性气体的流速、温度传感器检测的惰性气体通过晶棒增长的温度、计时器记录的流速传感器相邻两次检测的间隔时长以及公式来计算得到晶棒品质评估指数，当晶棒品质评估指数小于预设的基准值时，控制器控制报警器报警，以通知使用人员对当前设备予以检查，检查导致晶棒品质评估指数下降的原因，以保证晶棒品质，通过设置控制器控制报警器报警，及时通知相关工作人员进行检查，增加了装置的智能性。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。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 (10)

1.一种导流筒装置，其特征在于：

包括导流筒装置本体(1)，导流筒装置本体(1)包括第一导流件(101)、第二导流件(102)，第一导流件(101)位于第二导流件(102)上方，第二导流件(102)与第一导流件(101)连接，第二导流件(102)上表面设置有嵌位件(104)，嵌位件(104)位于第二导流件(102)与第一导流件(101)连接处。

2.根据权利要求1所述的一种导流筒装置，其特征在于：

第一导流件(101)、第二导流件(102)上均设置有通孔(105)。

3.根据权利要求1所述的一种导流筒装置，其特征在于：

第一导流件(101)上表面设置有固定块(103)。

4.根据权利要求1所述的一种导流筒装置，其特征在于：

第一导流件(101)与第二导流件(102)通过流速稳定调节装置(106)连接，流速稳定调节装置(106)与第一导流件(101)、第二导流件(102)固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种导流筒装置，其特征在于：

流速稳定调节装置(106)包括：

上连接板(10601)、下连接板(10602)、伸缩杆(10603)、第一弹簧(10604)、限位板(10605)、滑槽(10606)、滑杆(10607)、第二弹簧(10608)、滑块(10609)、固定杆(10610)、连杆(10611)、第三弹簧(10612)；

上连接板(10601)固定连接于第一导流件(101)下端，下连接板(10602)固定连接于第二导流件(102)上表面，且下连接板(10602)位于嵌位件(104)外侧；

上连接板(10601)与下连接板(10602)之间固定连接有若干伸缩杆(10603)，伸缩杆(10603)外套接有第一弹簧(10604)，第一弹簧(10604)两端分别固定连接于上连接板(10601)、下连接板(10602)；

两个伸缩杆(10603)之间均设置有限位板(10605)，限位板(10605)与下连接板(10602)固定连接，限位板(10605)上设置有滑槽(10606)；

上连接板(10601)下表面固定连接有固定杆(10610)，固定杆(10610)下端转动连接有第三弹簧(10612)上端，第三弹簧(10612)下端滑动连接于滑槽(10606)；

下连接板(10602)上固定连接有滑杆(10607)，滑杆(10607)外套接有第二弹簧(10608)，第二弹簧(10608)下端固定连接于下连接板(10602)，第二弹簧(10608)上端固定连接有滑块(10609)，且滑杆(10607)贯穿滑块(10609)，滑块(10609)滑动连接于滑杆(10607)；

滑块(10609)外周转动连接有连杆(10611)下端，连杆(10611)上端转动连接于第三弹簧(10612)下端，且连杆(10611)上端滑动连接于滑槽(10606)。

6.一种拉晶炉，其特征在于：

包括如权利要求1-5任一项所述的导流筒装置。

7.根据权利要求6所述的一种拉晶炉，其特征在于：

包括炉体(2)，炉体(2)内设置有导流筒装置本体(1)，导流筒装置本体(1)下方设置有加热缸(3)，加热缸(3)通过支撑柱(4)与炉体(2)固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种拉晶炉，其特征在于：

炉体(2)上端设置有拉晶通气通道(6)，拉晶通气通道(6)与炉体(2)连通；

加热缸(3)外侧固定连接有加热板(5)。

9.根据权利要求7所述的一种拉晶炉，其特征在于：

流筒装置本体(1)与炉体(2)之间设置有随动调节装置(7)，随动调节装置(7)与流筒装置本体(1)、炉体(2)分别固定连接。

10.根据权利要求9所述的一种拉晶炉，其特征在于：

随动调节装置(7)包括：

竖置固定板(701)、下固定板(702)、上固定板(703)、限位滑杆(704)、螺纹杆(705)、安装滑板(706)、内齿轮(707)、壳体(708)、转轴(709)、第一齿轮(710)、第二齿轮(711)、电机(712)；

竖置固定板(701)固定连接于炉体(2)侧壁，下固定板(702)固定连接于竖置固定板(701)下端，上固定板(703)固定连接于竖置固定板(701)上端；

下固定板(702)与上固定板(703)之间设置有若干限位滑杆(704)，限位滑杆(704)两端分别与下固定板(702)、上固定板(703)固定连接，下固定板(702)与上固定板(703)之间固定连接有螺纹杆(705)；

限位滑杆(704)贯穿安装滑板(706)，且安装滑板(706)与限位滑杆(704)滑动连接；

安装滑板(706)上转动连接有内齿轮(707)，且安装滑板(706)上方固定连接有壳体(708)；

内齿轮(707)内设置有若干第一齿轮(710)，第一齿轮(710)固定连接于转轴(709)，转轴(709)转动连接于安装滑板(706)；

第一齿轮(710)与内齿轮(707)啮合；

内齿轮(707)中心处设置有第二齿轮(711)，第二齿轮(711)转动连接于安装滑板(706)，且第二齿轮(711)与若干第一齿轮(710)啮合；

螺纹杆(705)贯穿壳体(708)、安装滑板(706)、第二齿轮(711)，且螺纹杆(705)与第二齿轮(711)螺纹连接；

壳体(708)内固定连接有电机(712)，电机(712)输出端固定连接于若干转轴(709)的其中一个。

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