CN115216832A - 长晶炉 - Google Patents
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Abstract
一种长晶炉，所述长晶炉的炉腔内具有位于坩埚上方的入气通道，上排气件具有相连通的流道及出气口，流道具有开放侧围绕入气通道，导流件与上排气件连接且设置于流道的开放侧，导流件上具有第一入气孔及至少两个第二入气孔，第一入气孔设置于远离出气口的一侧，一纵向参考面通过第一入气孔及出气口，导流件能以纵向参考面而区分为第一段及第二段，至少两个第二入气孔分别设置于第一段及第二段上，且第一入气孔的开口面积大于至少两个第二入气孔的开口面积；通过抽气装置将炉腔中的气体经导流件抽至上排气件的流道后排出炉腔。
Description
技术领域
本发明与长晶炉有关；特别是指一种能使炉腔内气体流动均匀的长晶炉。
背景技术
在典型的CZ法(Czochralski)制程中，是将硅料置于坩埚内，并将硅料在约1416℃的温度熔化为液态硅后，将具预定结晶取向的硅晶种下降以接触液态硅的表面，在适当地温度控制下，液态硅在硅晶种上形成具有与所述硅晶种所具预定结晶取向的单晶，接着，旋转并慢慢提拉硅晶种及坩埚，以在硅晶种下方形成硅晶棒。
已知在长晶过程中，长晶炉内必须导入惰性气体以及将炉腔内气体导出，以达到降温及排除杂质的目的，现有的长晶炉的气体是通过长晶炉的炉体上方的入气口将气体导入，以及从长晶炉的下炉体开设一气体导出口将炉腔内气体导出，然而此设计仅能将下炉体的气体导出口附近的气体排出，对于长晶炉内的坩埚周围的杂质则不易随着气体一同被排出，因此容易造成杂质沉积影响硅晶棒质量，除此之外，此排气设计也容易使坩埚周围的气流紊乱不均，进而导致坩埚散热不良而影响硅晶棒的晶粒大小均匀度。因此，如何改善长晶炉炉腔内的气流均匀度并使坩埚周围的杂质有效排出炉腔是亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种长晶炉，能改善长晶炉炉腔内的气流均匀度并使坩埚周围的杂质有效排出炉腔。
缘以达成上述目的，本发明提供的一种长晶炉，连接一抽气装置，所述抽气装置包含一排气管，所述长晶炉包含一炉体、一坩埚、一上排气件以及一导流件，所述炉体具有一炉腔；所述坩埚设置于所述炉腔中，所述炉腔内具有一入气通道位于所述坩埚上方；所述上排气件设置于所述炉腔中，所述上排气件具有相连通的一流道及一出气口，所述流道及所述出气口位于所述坩埚的上方，所述流道具有一开放侧围绕所述入气通道，所述排气管与所述出气口连通；所述导流件与所述上排气件连接且设置于所述流道的所述开放侧，所述导流件上具有一第一入气孔及至少两个第二入气孔，所述第一入气孔设置于远离所述出气口的一侧，定义一纵向参考面穿过所述第一入气孔及所述出气口，所述导流件能以所述纵向参考面而区分为一第一段及一第二段，所述至少两个第二入气孔分别设置于所述第一段及所述第二段，所述第一入气孔的开口面积大于所述至少两个第二入气孔的开口面积；通过所述抽气装置将所述炉腔中的气体分别经所述导流件的所述第一入气孔及所述至少两个第二入气孔抽至所述上排气件的所述流道后，再经由所述上排气件的所述出气口及所述排气管抽出所述炉腔。
本发明的效果在于，通过所述导流件的设置及所述出气口的设置位置，能使得所述炉腔中的气体经所述第一入气孔及所述至少两个第二入气孔流入所述上排气件的所述流道时的流速均匀分布，如此一来，能改善长晶炉炉腔内的气流均匀度并使坩埚周围的杂质有效排出炉腔。
附图说明
图1为本发明第一优选实施例的长晶炉的示意图。
图2为上述优选实施例的长晶炉在横向参考面上的剖视示意图。
图3为上述优选实施例的导流件的立体图。
图4为另一优选实施例在横向参考面上的剖视示意图。
图5为另一优选实施例在横向参考面上的剖视示意图。
图6为本发明第二优选实施例的长晶炉的示意图。
图7为本发明第一优选实施例的气体流速模拟照片。
具体实施方式
为能更清楚地说明本发明，兹举数优选实施例并配合附图详细说明如后。请参图1所示，为本发明第一优选实施例的长晶炉1，包括一炉体10、一坩埚20、一加热装置30、一升降装置40、一上排气件50及一导流件60，所述炉体10具有一炉腔R，所述坩埚20设置于所述炉腔R中，用以容置长晶的原料，所述加热装置30设置于所述坩埚20的侧边外围，用以对所述坩埚20加热，所述升降装置40连接有晶种，用以将晶种垂降至所述坩埚20含有液体硅的表面，并伴随适当的拉离速率缓慢升起晶种以进行长晶制程。
所述炉腔R内设置有一热遮罩70，所述热遮罩70呈锥状设置于所述坩埚20的上方，所述炉腔R具有一入气通道T1位于所述坩埚20上方供自所述炉腔R外部输入例如惰性气体的气体，所述热遮罩70环绕所述入气通道T1设置且所述入气通道T1穿过所述热遮罩70底部的开口。所述上排气件50设置于所述炉腔R中，且所述上排气件50沿所述炉体10的炉壁环绕设置，所述上排气件50具有相连通的一流道501及一出气口502，所述流道501及所述出气口502位于所述坩埚20的上方，所述流道501具有一开放侧501a围绕所述入气通道T1，所述导流件60与所述上排气件50连接且设置于所述流道501的所述开放侧501a以封闭所述开放侧501a，所述导流件60上具有一个第一入气孔61及四个第二入气孔62。所述长晶炉1连接一抽气装置，所述抽气装置包含一排气管80及一抽气设备，所述排气管80设置于所述炉体的上部且位于高于所述坩埚20的位置，所述排气管80一端与所述出气口502连通，另一端连通所述抽气设备，借此，通过所述抽气装置能使所述炉腔R中的气体分别经所述导流件60的所述第一入气孔61及所述多个第二入气孔62后抽至所述上排气件50的所述流道501，再经由所述上排气件50的所述出气口502及所述排气管80抽出所述炉腔外。
请配合图1至图3，进一步说明的是，所述第一入气孔61设置于远离所述出气口502的一侧，定义一纵向参考面S1穿过所述第一入气孔61及所述出气口502，所述导流件60能以所述纵向参考面S1而区分为一第一段601及一第二段602，所述多个第二入气孔62以两个为一组分别设置于所述第一段601及所述第二段602，且所述第一入气孔61的开口面积大于所述多个第二入气孔62的开口面积，如此一来，通过所述导流件60、所述第一入气孔61的开口面积大于所述多个第二入气孔62的开口面积及所述出气口502设置位置的设计，能使得所述炉腔R中的气体经所述第一入气孔61及所述多个第二入气孔62流入所述上排气件50的所述流道501时，在所述流道501中的所述第一入气孔61及所述出气口502处的流速均匀分布，并使坩埚20周围的杂质有效排出炉腔R，除此之外，所述多个第二入气孔62的设置能加速排出所述炉腔R中的气体，改善现有长晶炉因单一出气孔的设置而导致气体流速分布不均匀的问题。
于本实施例中，第二入气孔62是以四个为例说明，于其他实施例中，不排除第二入气孔的数量为两个、三个、或是四个以上，举例来说，当第二入气孔的数量为两个时，能分别在所述第一段及所述第二段上设置一个第二入气孔，而当第二入气孔的数量为三个时，能在所述第一段上设置一个第二入气孔及所述第二段上设置两个第二入气孔，同样能达成上述使得所述炉腔R中的气体流入所述上排气件50的所述流道501时的流速均匀分布的效果。
于本实施例中，所述流道501为环状，所述出气口502设置于所述流道501的上方，所述导流件60为环状，所述导流件60的高度H为50～150mm，优选地为55～120mm，所述导流件60的厚度T为10～20mm，优选地为11～18.5mm，所述导流件60的环壁表面积A与所述第一入气孔61及所述多个第二入气孔62的开口面积总和之比为10：1～20：1，优选地为12：1～17：1。其中定义一横向参考面S2穿过所述第一入气孔61及各所述第二入气孔62，所述横向参考面S2与所述第一入气孔61孔壁的两侧相交于一第一点P1及一第二点P2，所述第一点P1及所述第二点P2与所述导流件60环绕的一中心C的连线的夹角θ1为35度至55度之间，优选地为37度至45度之间，所述横向参考面S2与各所述第二入气孔62的两侧相交于一第三点P3及一第四点P4，所述第三点P3及所述第四点P4与所述中心C的连线的夹角θ2为3度至30度之间，优选地为3度至25度之间，于本实施例中，各所述第二入气孔62的所述第三点P3及所述第四点P4与所述中心C的连线的夹角θ2为3度至10度之间的小型孔622。其中两个相邻的所述第一入气孔61及一所述第二入气孔62在靠近彼此的一侧与所述横向参考面S2分别相交于一第五点P5及一第六点P6，以及两个相邻的所述第二入气孔62在靠近彼此的一侧与所述横向参考面S2也分别相交于一第五点P5及一第六点P6，所述第五点P5及所述第六点P6与所述中心C连线的夹角θ3为20度至55度之间，优选地为25度至25.5度之间。通过上述夹角θ1,θ2,θ3的设置，能定义所述第一入气孔61及所述多个第二入气孔62的大小及排列位置，进而达到使气体流速分布均匀的最佳配置。
于本实施例中，所述多个第二入气孔62是以四个开口面积相等的小型孔622为例说明，实务上，所述多个第二入气孔62能满足所述至少两个第二入气孔中的至少一个的开口面积相异于所述至少两个第二入气孔中的另一个的开口面积的条件，举例来说，所述多个第二入气孔62也能是包含多个中型孔621及多个小型孔622，例如图4所示的一个第一入气孔61、两个中型孔621及两个小型孔622，其中，中型孔621的开口面积大于小型孔622的开口面积，小型孔622的所述第三点P3及所述第四点P4与所述中心C的连线的夹角θ2为3度至10度之间，中型孔621的所述第三点P3及所述第四点P4与所述中心C的连线的夹角θ2为15度至30度之间，且每个小型孔622间的开口面积也可以是不同大小，每个中型孔621间的开口面积也可以是不同大小。再说明的是，所述多个第二入气孔62也能是包含多个中型孔621，例如图5所示的一个第一入气孔61及六个中型孔621，请续配合图7，其中图7为对照如图2所示的所述第一入气孔61及所述多个第二入气孔62的大小及排列位置的气体流速模拟照片，由图7的模拟结果可见，气体的流速在所述流道501中的所述第一入气孔61及所述出气口502处其气体流速差异小，且气体在所述流道501中的流速能保持均匀分布。
请配合图6，为本发明第二优选实施例的长晶炉2，所述长晶炉2具有与上述第一优选实施例的长晶炉1大致相同的结构，于此不再赘述，不同的是，所述长晶炉2包含一下排气通道T2，设置于所述炉腔R中并位于所述坩埚20的下方，所述下排气通道T2连通一外部抽气装置，借此，通过所述外部抽气装置能将所述炉腔R中的气体自所述下排气通道T2排出。除此之外，本发明第二优选实施例的长晶炉2的所述导流件60包含多个挡板90，所述多个挡板90可受控制地遮蔽或开启所述第一入气孔61及所述多个第二入气孔62的开口，当所述第一入气孔61或各所述第二入气孔62被各所述挡板90遮蔽时，所述炉腔R内的气体无法自被挡板90遮蔽的第一入气孔61或第二入气孔62流入所述流道501中，进而能调整内部气流的流向。
综上所述，通过本发明的所述导流件60、所述第一入气孔61的开口面积大于所述多个第二入气孔62的开口面积及所述出气口502设置位置的设计，能使得所述炉腔R中的气体经所述第一入气孔61及所述多个第二入气孔62流入所述上排气件50的所述流道501时的流速均匀分布并使所述坩埚20周围的杂质有效排出所述炉腔R，以改善现有长晶炉因单一出气孔的设置而导致气体流速分布不均匀的问题。
以上所述仅为本发明优选可行实施例而已，举凡应用本发明说明书及申请专利范围所为的等效变化，理应包含在本发明的专利范围内。
附图标记说明
[本发明]
1,2：长晶炉
10：炉体
20：坩埚
30：加热装置
40：升降装置
50：上排气件
501：流道
501a：开放侧
502：出气口
60：导流件
601：第一段
602：第二段
61：第一入气孔
62：第二入气孔
621：中型孔
622：小型孔
70：热遮罩
80：排气管
90：挡板
C：中心
H：高度
P1：第一点
P2：第二点
P3：第三点
P4：第四点
P5：第五点
P6：第六点
R：炉腔
S1：纵向参考面
S2：横向参考面
T1：入气通道
T2：下排气通道
T：厚度
A：表面积
Claims (10)
1.一种长晶炉，连接一抽气装置，所述抽气装置包含一排气管，所述长晶炉包含：
一炉体，具有一炉腔；
一坩埚，设置于所述炉腔中，所述炉腔内具有一入气通道位于所述坩埚上方；
一上排气件，设置于所述炉腔中，所述上排气件具有相连通的一流道及一出气口，所述流道及所述出气口位于所述坩埚的上方，所述流道具有一开放侧围绕所述入气通道，所述排气管与所述出气口连通；以及
一导流件，与所述上排气件连接且设置于所述流道的所述开放侧，所述导流件上具有一第一入气孔及至少两个第二入气孔，所述第一入气孔设置于远离所述出气口的一侧，定义一纵向参考面穿过所述第一入气孔及所述出气口，所述导流件能以所述纵向参考面而区分为一第一段及一第二段，所述至少两个第二入气孔分别设置于所述第一段及所述第二段，所述第一入气孔的开口面积大于所述至少两个第二入气孔的开口面积；
通过所述抽气装置将所述炉腔中的气体分别经所述导流件的所述第一入气孔及所述至少两个第二入气孔抽至所述上排气件的所述流道后，再经由所述上排气件的所述出气口及所述排气管抽出所述炉腔。
2.如权利要求1所述的长晶炉，其中，所述导流件为环状，所述导流件的环壁表面积与所述第一入气孔及所述至少两个第二入气孔的开口面积总和之比为10：1～20：1。
3.如权利要求2所述的长晶炉，其中，定义一横向参考面穿过所述第一入气孔及各所述第二入气孔，所述横向参考面与所述第一入气孔孔壁的两侧相交于一第一点及一第二点，所述第一点及所述第二点与所述导流件环绕的一中心的连线的夹角为35度至55度之间，所述横向参考面与各所述第二入气孔的两侧相交于一第三点及一第四点，所述第三点及所述第四点与所述中心的连线的夹角为3度至30度之间。
4.如权利要求3所述的长晶炉，其中，两个相邻的所述第一入气孔及一所述第二入气孔或两个相邻的两个所述第二入气孔，在靠近彼此的一侧与所述横向参考面分别相交于一第五点及一第六点，所述第五点及所述第六点与所述中心连线的夹角为20度至55度之间。
5.如权利要求1所述的长晶炉，其中，所述导流件的高度为50～150mm。
6.如权利要求1所述的长晶炉，其中，所述导流件的厚度为10～20mm。
7.如权利要求1所述的长晶炉，其中，所述至少两个第二入气孔中的至少一个的开口面积相异于所述至少两个第二入气孔中的另一个的开口面积。
8.如权利要求1所述的长晶炉，其中，所述导流件包含多个挡板，所述多个挡板可受控制地遮蔽或开启所述第一入气孔及所述至少两个第二入气孔的开口。
9.如权利要求2所述的长晶炉，其中，所述流道为环状，所述出气口设置于所述流道上方。
10.如权利要求1所述的长晶炉，其中，包含一下排气通道，设置于所述炉腔中并位于所述坩埚的下方。
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