CN115074829B - 拉晶炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种拉晶炉，包括：炉体，炉体具有腔室，炉体设有与腔室连通的拉晶口；支撑座，支撑座设置于腔室中；坩埚，坩埚设置于支撑座上；导流筒，导流筒设置于坩埚与拉晶口之间；过滤装置，过滤装置设置于导流筒的内侧壁上，过滤装置上与拉晶口对应的位置设有拉晶通道，过滤装置上设置有多个气流通道。过滤装置可以阻隔生成的氧化硅气体向上漂浮，惰性气体由上方向下流动，经过过滤装置后可以过滤掉存在固体杂质颗粒，同时过滤装置的气流通道可以改变惰性气体紊流，使通过的气流有序掠过熔体表面，及时带走氧化硅气体，通过过滤装置可以有效阻止热冲击的产生，减少惰性气体的紊流。
Description
技术领域
本发明属于拉晶炉技术领域，具体涉及一种拉晶炉。
背景技术
随着半导体硅晶圆品质的不断提高，对拉晶过程中晶棒的晶体缺陷有了更高的管控要求，影响晶体缺陷的因素主要有两个因素，其一是拉晶工艺参数，用优化的工艺参数去拉晶能制得品质更好的晶棒；其二是热场的结构和性能，其好坏是晶棒品质的先决条件，热场是拉晶炉中至关重要的组成部分，由于拉晶炉拉晶环境要求严苛，对于热场的品质和材质要求极高，不仅要耐高温，热稳定性好，而且纯度要高。
拉晶过程中需向拉晶炉内充入惰性气体，一是维持炉内压力恒定，给晶体一个稳定的生长空间；二是带走晶体生长过程中生成的大量SiO气体及不纯物，避免这些物质大量沉积在热场部件表面，影响其正常使用。现有技术中往往因为局部温度场的突变或惰性气体的紊流引起晶体发生断线，由单晶转变成多晶生长，断线发生后一般需要回溶或者提断操作，这样不仅增加了成本，而且减少了晶棒的整体良率，影响了拉晶的正常有序进行。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种拉晶炉，用以解决拉晶过程中局部温度场的突变影响拉晶的问题。
本发明实施例提供了一种拉晶炉，包括：
炉体，所述炉体具有腔室，所述炉体设有与所述腔室连通的拉晶口；
支撑座，所述支撑座设置于所述腔室中；
坩埚，所述坩埚设置于所述支撑座上；
导流筒，所述导流筒设置于所述坩埚与所述拉晶口之间；
过滤装置，所述过滤装置设置于所述导流筒的内侧壁上，所述过滤装置上与所述拉晶口对应的位置设有拉晶通道，所述过滤装置上设置有多个气流通道。
其中，所述过滤装置包括环形板，所述环形板的外周与所述导流筒的内侧壁连接。
其中，所述过滤装置包括锥筒，所述气流通道设置于所述锥筒的侧壁上，所述拉晶通道沿所述锥筒的轴线方向贯穿，所述锥筒靠近所述拉晶口一端的直径小于所述锥筒远离所述拉晶口一端的直径。
其中，所述导流筒的内侧壁设有支撑台，所述过滤装置的底部设置于所述支撑台上。
其中，所述过滤装置在第一平面上的正投影位于所述坩埚在所述第一平面上的正投影内，所述第一平面与所述炉体的轴线垂直。
其中，所述导流筒在第一平面上的正投影位于所述坩埚在所述第一平面上的正投影内，所述第一平面与所述炉体的轴线垂直。
其中，所述腔室的内侧壁设有导流板，所述导流板沿所述腔室的内侧壁的周向延伸，所述导流板设置于所述导流筒的外侧，所述导流筒与所述导流板连接。
其中，所述导流板和所述导流筒中至少一个为保温材料件；和/或
所述导流板和所述导流筒中至少一个的表面设有保温层。
其中，所述气流通道包括第一通道和与所述第一通道连通的第二通道，所述第一通道远离所述坩埚设置，所述第二通道靠近所述坩埚设置，所述第一通道的直径大于所述第二通道的直径。
其中，所述气流通道的数量为多个，多个所述气流通道均匀分布在所述过滤装置上；和/或
所述导流筒的轴线与所述炉体的轴线共线或平行；和/或
所述拉晶通道的轴线与所述炉体的轴线共线或平行。
本发明实施例的拉晶炉，包括：炉体，所述炉体具有腔室，所述炉体设有与所述腔室连通的拉晶口；支撑座，所述支撑座设置于所述腔室中；坩埚，所述坩埚设置于所述支撑座上；导流筒，所述导流筒设置于所述坩埚与所述拉晶口之间；过滤装置，所述过滤装置设置于所述导流筒的内侧壁上，所述过滤装置上与所述拉晶口对应的位置设有拉晶通道，所述过滤装置上设置有多个气流通道。
在本发明实施例的拉晶炉中，过滤装置设置于所述导流筒的内侧壁上，所述过滤装置上与所述拉晶口对应的位置设有拉晶通道，所述过滤装置上设置有多个气流通道。通过过滤装置可以过滤硅熔体与石英坩埚反应生成的氧化硅在拉晶炉上方的凝结物以及拉晶炉上方的其他颗粒物体或惰性气体流中的其他不纯物，防止较冷物质跌落到晶体生长的固液交界面附近，防止较冷物质带来热冲击，避免局部温度的震荡。在拉晶过程中，过滤装置可以阻隔生成的氧化硅气体向上漂浮，惰性气体由上方向下流动，经过过滤装置后可以过滤掉存在固体杂质颗粒，同时过滤装置的气流通道可以改变惰性气体紊流，使通过的气流有序掠过熔体表面，及时带走氧化硅气体，通过过滤装置可以有效阻止热冲击的产生，减少惰性气体的紊流，大大减少晶棒断线的机率，提高晶棒的整体良率。
附图说明
图1为拉晶炉的一个结构示意图；
图2为气流通道的一个分布示意图；
图3为过滤装置设置于支撑台上的一个局部示意图；
图4为过滤装置设置于支撑台上的一个示意图。
附图标记
炉体10；腔室11；拉晶口12；
支撑座20；
坩埚30；石墨坩埚31；石英坩埚32；硅熔体33；
导流筒40；支撑台41；导流板42；
过滤装置50；
第一通道51；第二通道52；气流通道53；
晶棒60。
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作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。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
下面结合附图1至图4所示，通过具体的实施例及其应用场景对本发明实施例提供的拉晶炉进行详细地说明。
如图1至图4所示，本发明实施例的拉晶炉包括：炉体10、支撑座20、坩埚30、导流筒40与过滤装置50，炉体10具有腔室11，炉体10设有与腔室11连通的拉晶口12，可以通过拉晶口12进行拉晶。支撑座20设置于腔室11中，支撑座20可以包括支撑杆与基座，支撑杆的下端与腔室的内底壁连接，基座可以设置于支撑杆的上端，支撑杆的轴线可以与炉体的轴线平行或重合。坩埚30设置于支撑座20上，坩埚30可以设置于基座上，支撑杆可以转动，通过支撑杆的转动可以带动坩埚30转动，可以使得坩埚30受热均匀。导流筒40可以设置于坩埚30与拉晶口12之间，通过导流筒40可以堵起立进行导流，可以使得气流流动到坩埚30的硅熔体33上，以便带动产生的氧化物。坩埚30可以包括石墨坩埚31与石英坩埚32，石墨坩埚31可以设置于支撑座20上，石英坩埚32可以设置于石墨坩埚31内。
过滤装置50可以设置于导流筒40的内侧壁上，过滤装置50可以设置于导流筒40的下端位置，过滤装置50上与拉晶口12对应的位置可以设有拉晶通道，拉晶通道可以为圆形，通过拉晶通道可以便于拉晶，便于晶棒60通过。过滤装置50上可以设置有多个气流通道53，多个气流通道53可以间隔设置。过滤装置50的数量可以为一个或多个，比如，过滤装置50的数量为多个，多个过滤装置50可以沿导流筒40的轴线方向间隔设置，增强过滤以及导流效果。
在本发明实施例的拉晶炉中，过滤装置50设置于导流筒40的内侧壁上，过滤装置50上与拉晶口12对应的位置设有拉晶通道，过滤装置50上设置有多个气流通道53。通过过滤装置50可以过滤硅熔体与石英坩埚反应生成的氧化硅在拉晶炉上方的凝结物以及拉晶炉上方的其他颗粒物体或惰性气体流中的其他不纯物，防止较冷物质跌落到晶体生长的固液交界面附近，防止较冷物质带来热冲击，避免局部温度的震荡。在拉晶过程中，过滤装置50可以阻隔生成的氧化硅气体向上漂浮，惰性气体由上方向下流动，经过过滤装置50后可以过滤掉存在固体杂质颗粒，同时过滤装置50的气流通道53可以改变惰性气体紊流，使通过的气流有序掠过熔体表面，及时带走氧化硅气体，通过过滤装置50可以有效阻止热冲击的产生，减少惰性气体的紊流，大大减少晶棒断线的机率，提高晶棒的整体良率。
在一些实施例中，如图1所示，过滤装置50可以包括环形板，环形板的外周与导流筒40的内侧壁连接，环形板的轴线可以与炉体10的轴线平行或重合。多个气流通道53可以间隔设置在环形板上，环形板中部的圆形孔作为拉晶通道。经过环形板后可以过滤掉存在固体杂质颗粒，同时环形板的气流通道53可以改变惰性气体紊流，使通过的气流有序掠过熔体表面，及时带走氧化硅气体，通过过环形板可以有效阻止热冲击的产生，减少惰性气体的紊流。
在另一些实施例中，如图3至图4所示，过滤装置50可以包括锥筒，气流通道53设置于锥筒的侧壁上，拉晶通道沿锥筒的轴线方向贯穿，锥筒靠近拉晶口12一端的直径小于锥筒远离拉晶口12一端的直径，便于通过气流通道53过滤固体杂质颗粒，使得气流通道53可以改变惰性气体紊流。锥筒的侧壁具有一定倾斜角度，可以改变惰性气体流的方向，使之均匀地吹向晶棒表面，加快晶棒冷却，提高拉晶速率。在颗粒被阻挡后，颗粒可以沿着锥筒的外侧壁向下移动，减少对于气流通道53的阻塞。
可选地，如图1至图4所示，导流筒40的内侧壁可以设有支撑台41，支撑台41可以沿着导流筒40的内侧壁的周向延伸，过滤装置50的底部设置于支撑台41上，通过支撑台41可以支撑过滤装置50。过滤装置50的底部与支撑台41的上表面之间可以设置密封结构，减小间隙，防止固体杂质或气流从间隙中通过。锥筒的底部边沿可以设置于支撑台41上，锥筒的外侧壁与导流筒40的内侧壁可以间隔设置，锥筒的轴线与炉体10的轴线可以平行或重合。
支撑台41上位于导流筒40的内侧壁与锥筒的外侧壁之间的区域可以设有凹槽，在颗粒被阻挡后，颗粒可以沿着锥筒的外侧壁向下移动，通过凹槽可以容纳收集固体颗粒，减少对于气流通道53的阻塞。
可选地，过滤装置50在第一平面上的正投影可以位于坩埚30在第一平面上的正投影内，第一平面与炉体10的轴线垂直，防止固体杂质颗粒进入坩埚30中的熔体，使得通过气流通道53的气体可以有序掠过熔体表面，及时带走氧化硅气体，有效阻止热冲击的产生。
可选地，导流筒40在第一平面上的正投影位于坩埚30在第一平面上的正投影内，第一平面与炉体10的轴线垂直，使得导流后的气体可以有序掠过熔体表面，及时带走氧化硅气体。
在一些实施例中，腔室11的内侧壁可以设有导流板42，导流板42可以沿腔室11的内侧壁的周向延伸，导流板42可以设置于导流筒40的外侧，导流筒40与导流板42可以连接。使得通过气流通道53的气体有序掠过熔体表面后，通过导流板42的导流使得带有氧化物的气体可以沿着炉体10的内侧壁向炉体10的底部流动，以便带走氧化物，减少氧化物对于坩埚30、支撑座20以及其他部件的损伤或影响。
在本发明的实施例中，导流板42和导流筒40中至少一个可以为保温材料件，比如，导流板42或导流筒40可以为保温材料件，导流板42和导流筒40均可以为保温材料件，提高保温效果，减少热损失。
导流板42和导流筒40中至少一个的表面可以设有保温层，比如，导流板42或导流筒40的表面可以设有保温层，导流板42和导流筒40的表面均设有保温层，通过保温层可以提高保温效果，减少热损失。
可选地，如图2所示，气流通道53可以包括第一通道51和与第一通道51连通的第二通道52，第一通道51远离坩埚30设置，第二通道52靠近坩埚30设置，第一通道51的直径大于第二通道52的直径，便于通过气流通道53过滤固体杂质颗粒，使得气流通道53可以改变惰性气体紊流。
可选地，气流通道53的数量为多个，多个气流通道53可以均匀分布在过滤装置50上，使得气流通道53可以改变惰性气体紊流，气流分布均匀。
可选地，导流筒40的轴线与炉体10的轴线共线或平行，拉晶通道的轴线与炉体10的轴线共线或平行，使得导流筒、拉晶通道位于炉体10的中心位置，有利于炉体10气流以及温度的均匀分布。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。
Claims (8)
1.一种拉晶炉，其特征在于，包括：
炉体，所述炉体具有腔室，所述炉体设有与所述腔室连通的拉晶口；
支撑座，所述支撑座设置于所述腔室中；
坩埚，所述坩埚设置于所述支撑座上；
导流筒，所述导流筒设置于所述坩埚与所述拉晶口之间；
过滤装置，所述过滤装置设置于所述导流筒的内侧壁上，所述过滤装置上与所述拉晶口对应的位置设有拉晶通道，所述过滤装置上设置有多个气流通道；
所述过滤装置包括锥筒，所述气流通道设置于所述锥筒的侧壁上，所述拉晶通道沿所述锥筒的轴线方向贯穿，所述锥筒靠近所述拉晶口一端的直径小于所述锥筒远离所述拉晶口一端的直径；
所述气流通道包括第一通道和与所述第一通道连通的第二通道，所述第一通道远离所述坩埚设置，所述第二通道靠近所述坩埚设置，所述第一通道的直径大于所述第二通道的直径。
2.根据权利要求1所述的拉晶炉，其特征在于，所述过滤装置包括环形板，所述环形板的外周与所述导流筒的内侧壁连接。
3.根据权利要求1所述的拉晶炉，其特征在于，所述导流筒的内侧壁设有支撑台，所述过滤装置的底部设置于所述支撑台上。
4.根据权利要求1所述的拉晶炉，其特征在于，所述过滤装置在第一平面上的正投影位于所述坩埚在所述第一平面上的正投影内，所述第一平面与所述炉体的轴线垂直。
5.根据权利要求1所述的拉晶炉，其特征在于，所述导流筒在第一平面上的正投影位于所述坩埚在所述第一平面上的正投影内，所述第一平面与所述炉体的轴线垂直。
6.根据权利要求1所述的拉晶炉，其特征在于，所述腔室的内侧壁设有导流板，所述导流板沿所述腔室的内侧壁的周向延伸，所述导流板设置于所述导流筒的外侧，所述导流筒与所述导流板连接。
7.根据权利要求6所述的拉晶炉，其特征在于，所述导流板和所述导流筒中至少一个为保温材料件；和/或
所述导流板和所述导流筒中至少一个的表面设有保温层。
8.根据权利要求1所述的拉晶炉，其特征在于，多个所述气流通道均匀分布在所述过滤装置上；和/或
所述导流筒的轴线与所述炉体的轴线共线或平行；和/或
所述拉晶通道的轴线与所述炉体的轴线共线或平行。
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