CN115506008A - 用于单晶炉的坩埚支承组件和单晶炉 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及用于单晶炉的坩埚支承组件和单晶炉，该用于单晶炉的坩埚支承组件包括：坩埚托盘，其用于支承坩埚；以及坩埚轴，其包括与动力源连接的第一端部和与坩埚托盘连接的第二端部，以用于通过由动力源驱动旋转而带动坩埚旋转，其中，坩埚支承组件设置有用于缓冲坩埚支承组件的震动的吸震结构。通过该坩埚支承组件，可以阻隔或至少减少震动向坩埚的传递，由此消除或至少减弱坩埚中硅溶液的液面的抖动，降低由此造成的晶体断线和晶体中形成疏松孔的风险。
Description
技术领域
本公开涉及半导体技术领域，具体地，涉及用于单晶炉的坩埚支承组件和单晶炉。
背景技术
单晶硅棒的生产例如可以利用单晶炉通过直拉法进行。在该生产中，高纯度的多晶硅原料被投入坩埚中并熔化成硅溶液，当拉晶时，坩埚会在动力源如电机的带动下进行旋转运动，同时籽晶被浸入液面并被慢慢旋转拉出，最终拉制形成圆柱形的单晶硅棒。
然而，发现了在拉晶过程中，坩埚中硅溶液的液面会发生抖动，而液面抖动对拉晶的正常进行是极为不利的，很大程度上影响了晶体的正常生长。具体而言，单晶生长过程对固、液、气三相点的稳定性要求很高，不允许有抖动或说波动现象，而当液面出现抖动时，该抖动会传输至三相点并很可能会导致晶体断线，失去单晶品质，同时抖动还会导致在晶体中形成疏松孔(Pin Hole)，这种缺陷会影响后端芯片电路的铺设，以致产生漏电现象。
此外，坩埚通常包括内侧的石英坩埚和外侧的石墨坩埚。拉晶过程中，石英坩埚与硅溶液会发生反应并因此被不断消耗，并且石英坩埚与石墨坩埚之间也会发生反应。因此，当坩埚使用时间过长时，或者另外地，当坩埚发生意外损坏时，会存在熔融硅溶液从坩埚泄漏的风险，而一旦泄漏，硅溶液会对单晶炉中的诸多热场部件如加热器等造成侵蚀和破坏。
发明内容
本部分提供了本公开的总体概要，而不是对本公开的全部范围或所有特征的全面公开。
本公开的一个目的在于提供一种能够消除或减弱坩埚中硅溶液的液面的抖动的用于单晶炉的坩埚支承组件。
本公开的另一目的在于提供一种能够避免坩埚中硅溶液的泄漏对单晶炉内热场部件造成损害的用于单晶炉的坩埚支承组件。
为了实现上述目的中的一个或更多个，根据本公开的一方面，提供了一种用于单晶炉的坩埚支承组件，其包括：
坩埚托盘，其用于支承坩埚；以及
坩埚轴，其包括与动力源连接的第一端部和与坩埚托盘连接的第二端部，以用于通过由动力源驱动旋转而带动坩埚旋转，
其中，坩埚支承组件设置有用于缓冲坩埚支承组件的震动的吸震结构。
在上述用于单晶炉的坩埚支承组件中，吸震结构可以包括设置在坩埚轴的第一端部与动力源的连接处的第一端部吸震结构。
在上述用于单晶炉的坩埚支承组件中，第一端部可以呈沿轴向方向向下渐缩的锥形，并且第一端部吸震结构呈与第一端部的形状对应的形状并能够套设在第一端部的外表面上。
在上述用于单晶炉的坩埚支承组件中，吸震结构可以包括设置在坩埚轴的第二端部与坩埚托盘的连接处的第二端部吸震结构。
在上述用于单晶炉的坩埚支承组件中，第二端部可以包括呈沿轴向方向向上渐扩的锥形的凹部，并且坩埚托盘包括凸部，凸部呈与凹部的形状对应的形状，使得凸部能够被配装在凹部中，并且第二端部吸震结构包括呈与凹部的形状对应的形状并能够被布置在凸部与凹部之间的部分。
在上述用于单晶炉的坩埚支承组件中，吸震结构可以包括以夹心形式设置在坩埚托盘内的内部吸震结构。
在上述用于单晶炉的坩埚支承组件中，吸震结构可以包括设置在坩埚轴的第二端部与坩埚托盘的连接处的第二端部吸震结构以及以夹心形式设置在坩埚托盘内的内部吸震结构。
在上述用于单晶炉的坩埚支承组件中，坩埚托盘、第二端部吸震结构和坩埚轴均可以为中空结构，使得在坩埚支承组件中形成用于在坩埚中的硅溶液发生泄漏时容纳所泄漏的硅溶液的中空腔体。
在上述用于单晶炉的坩埚支承组件中，吸震结构可以由硅氧烷共聚形成的弹性共聚物制成。
根据本公开的另一方面，提供了一种单晶炉，其包括根据前述段落中的任一个所述的用于单晶炉的坩埚支承组件。
根据本公开，通过使坩埚支承组件设置有用于缓冲坩埚支承组件的震动的吸震结构，即在坩埚轴与动力源如电机的连接处、坩埚轴与坩埚托盘的连接处以及坩埚托盘内设置吸震结构，阻隔或至少减少来自动力源的震动在坩埚支承组件中的传递并最终阻隔或至少减少震动向坩埚的传递，以消除或至少减弱坩埚中硅溶液的液面的抖动，降低由此造成的晶体断线和晶体中形成疏松孔的风险。此外，通过将坩埚支承组件中的坩埚托盘、第二端部吸震结构和坩埚轴设置成中空的，使得在坩埚中硅溶液发生泄漏时所泄漏的硅溶液能够被暂时缓存在于三者中形成的中空腔体中，以避免对单晶炉内热场部件造成损害。
通过以下结合附图对本公开的示例性实施方式的详细说明，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将更加清楚。
附图说明
参照下面结合附图对本公开的示例性实施方式的详细说明，可以更加容易地理解本公开的以上和其他目的、特点和优点。在所有附图中，相同的或对应的技术特征或组成部分将采用相同或对应的附图标记来表示。在附图中：
图1示意性地示出了根据本公开的实施方式的用于单晶炉的坩埚支承组件，其中，该坩埚支承组件支承有坩埚；
图2示意性地示出了根据本公开的实施方式的第一端部吸震结构；
图3示意性地示出了根据本公开的实施方式的第二端部吸震结构；以及
图4示意性地示出了根据本公开的实施方式的内部吸震结构。
具体实施方式
下面参照附图、借助于示例性实施方式对本公开进行详细描述。要注意的是，对本公开的以下详细描述仅仅是出于说明目的，而绝不是对本公开的限制。
在单晶炉中，通常，坩埚由支承件支承，该支承件包括坩埚轴，该坩埚轴的下端与设置在单晶炉底部处的动力源的某一部件连接并且坩埚轴在该动力源的带动下旋转，并由此带动该支承件所支承的坩埚旋转。该动力源通常为电机，但也可以是其他能够提供动力的机构。
发明人发现，电机在其运转时会产生震动，该震动会通过电机与坩埚轴的连接传递至坩埚轴并因此传递至该支承件，并且该震动会通过该支承件与坩埚的连接进一步传递至坩埚，从而使坩埚中所容纳的硅溶液的液面发生抖动，由此对拉晶产生前面提到的不利影响。可以理解的是，其他动力源同样也会因自身震动而对拉晶产生前述不利影响。
根据以上发现和分析，为解决上述问题，如图1中所示，本公开提出了一种用于单晶炉的坩埚支承组件1，其包括：
坩埚托盘10，其用于支承坩埚2；以及
坩埚轴11，其包括与动力源(未示出)连接的第一端部11a和与坩埚托盘10连接的第二端部11b，以用于通过由动力源驱动旋转而带动坩埚2旋转，
其中，坩埚支承组件1设置有用于缓冲坩埚支承组件1的震动的吸震结构。
在利用上述坩埚支承组件1进行的拉晶过程中，动力源驱动与其连接的坩埚轴11的第一端部11a并因此坩埚轴11旋转，坩埚轴11带动与其第二端部11b连接的坩埚托盘10旋转，并且由此坩埚托盘10带动其所支承的坩埚2旋转。
通过在坩埚支承组件1中设置吸震结构，由动力源产生的震动会被吸震结构吸收或减弱以缓冲坩埚支承组件1的震动，由此，阻隔或至少减少了震动向坩埚2的传递，从而消除或至少减弱了坩埚2中所容纳的硅溶液的液面的抖动，因此避免或至少降低了晶体断线和在晶体中形成疏松孔的风险。
根据本公开的实施方式，该吸震结构可以包括设置在坩埚轴11的第一端部11a与动力源的连接处的第一端部吸震结构20。
可以理解的是，由于第一端部吸震结构20设置在坩埚轴11的第一端部11a与动力源例如电机的某一部件的连接处，因此震动通过该连接从动力源的该部件向坩埚轴11的第一端部11a的传递被阻隔或减少。
可以设想第一端部吸震结构20的各种具体实现形式。
在根据本公开的实施方式中，如图1和图2中所示，第一端部11a可以呈沿坩埚轴11的轴向方向向下渐缩的锥形，并且第一端部吸震结构20可以呈与第一端部11a的形状对应的形状并能够套设在第一端部11a的外表面上。
通过构造成与第一端部11a的形状对应并能够套设在第一端部11a的外表面上，第一端部吸震结构20可以在第一端部11a与动力源如电机的与其连接的部件如承窝状部件之间起作用，以阻隔或减少震动从电机向坩埚轴11的传递。
具体地，第一端部吸震结构20可以包括锥形部分20a和凸缘部分20b。锥形部分20a呈沿轴向方向向下渐缩的截头圆锥形并具有同样呈该截头圆锥形的中空腔，并且锥形部分20a包括敞开的扩口的上端和封闭的缩口的下端。凸缘部分20b呈环形并从锥形部分20a的上端沿径向方向向外延伸。
当第一端部吸震结构20套设在第一端部11a的外表面上时，锥形部分20a布置在第一端部11a的锥形部分处，并且凸缘部分20b布置在第一端部11a的从其锥形部分的上端沿径向向外延伸的凸台处。由此，第一端部吸震结构20布置在第一端部11a与动力源的整个连接处以阻隔或减少震动向坩埚轴11的传递。
参照图1和图3，根据本公开的实施方式，吸震结构还可以包括设置在坩埚轴11的第二端部11b与坩埚托盘10的连接处的第二端部吸震结构21。
可以理解的是，由于第二端部吸震结构21设置在坩埚轴11的第二端部11b与坩埚托盘10的连接处，因此震动通过该连接从坩埚轴11的第二端部11b向坩埚托盘10的传递被阻隔或减少。可以理解的是，在设置有第一端部吸震结构20的情况下，坩埚轴11可能不再震动，也可能仍存在残余震动，在这种情况下，第二端部吸震结构21可以吸收这些残余震动，阻隔和减少其向坩埚托盘10的传递。
可以设想的是，也可以仅设置第二端部吸震结构21，即不设置第一端部吸震结构20，而是仅通过设置在坩埚轴11的第二端部11b与坩埚托盘10的连接处的第二端部吸震结构21来吸收来自动力源的震动。
可以设想第二端部吸震结构21的各种具体实现形式。
在根据本公开的实施方式中，如图1和图3中所示，第二端部11b可以包括呈沿轴向方向向上渐扩的锥形的凹部111，并且坩埚托盘10包括凸部112，凸部112呈与凹部111的形状对应的形状，使得凸部112能够被配装在凹部111中，并且第二端部吸震结构21包括呈与凹部111的形状对应的形状并能够被布置在凸部112与凹部111之间的部分21a。
通过构造有与凹部111的形状对应并能够被布置在凸部112与凹部111之间的部分21a，第二端部吸震结构21可以在第二端部11b与坩埚托盘10之间起作用，以阻隔或减少震动从坩埚轴11向坩埚托盘10的传递。
具体地，第二端部吸震结构21的部分21a可以包括第一锥形凹部211、环形凸台212和第二锥形凹部213。第一锥形凹部211呈沿轴向方向向下渐缩的截头圆锥形并具有同样呈该截头圆锥形的中空腔。环形凸台212包括在径向方向上的外端和内端，其外端与第一锥形凹部211的下端连接并且其从第一锥形凹部211的下端沿径向向内延伸。第二锥形凹部213呈沿轴向方向向下渐缩的截头圆锥形并具有同样呈该截头圆锥形的中空腔，并且第二锥形凹部213的上端与环形凸台222的内端连接。
当第二端部吸震结构21布置在第二端部11b与坩埚托盘10之间时，第一锥形凹部211和第二锥形凹部213布置在第二端部11b与坩埚托盘10的对应的锥形部分之间，并且环形凸台222布置在第二端部11b与坩埚托盘10的对应的环形凸台部分之间。由此，第二端部吸震结构21布置在第二端部11b与坩埚托盘10的整个连接处以阻隔或减少震动向坩埚托盘10的传递。
如图1和图3中所示，第二端部吸震结构21还可以包括从部分21a沿竖向方向向下延伸的另一部分21b。该另一部分21b可以呈圆柱形，并且坩埚轴11可以具有顶部即第二端部11b的端面敞开的中空结构，以使得第二端部吸震结构21的另一部分21b能够被接纳在坩埚轴11内，以使第二端部吸震结构21可以被更稳定地保持在第二端部11b与坩埚托盘10之间。
根据本公开的实施方式，如图1和图4中所示，吸震结构还可以包括以夹心形式设置在坩埚托盘10内的内部吸震结构22。
该内部吸震结构22设置在坩埚托盘10内，可以阻隔或至少减少震动在坩埚托盘10内的传递，并因此进一步阻隔或至少减少震动从坩埚托盘10向坩埚2的传递。
可以设想内部吸震结构22的各种具体实现形式。
在根据本公开的实施方式中，如图1和图4中所示，内部吸震结构22可以呈圆形，使得能够在坩埚托盘10与坩埚2接触的整个面上施加吸震缓冲。
需要注意的是，在设置有第一端部吸震结构20、第二端部吸震结构21和内部吸震结构22的情况下，由于设置在坩埚支承组件1与动力源的直接连接处，第一端部吸震结构20可以直接吸收动力源产生的震动并可吸收该震动中的大部分，第二端部吸震结构21可以吸收残余震动，并且内部吸震结构22可以进一步吸收残余的震动，从而形成三级吸震结构。
可以设想的是，吸震结构可以由硅氧烷共聚形成的弹性共聚物制成。通过这种材质设置，可以为吸震结构提供更好的吸震效果。
此外，根据本公开的实施方式，如图1和图3中所示，坩埚托盘10、第二端部吸震结构21和坩埚轴11均可以为中空结构，使得在坩埚支承组件1中形成用于在坩埚2中的硅溶液发生泄漏时容纳所泄漏的硅溶液的中空腔体100。
通过这种构造，当坩埚2中硅溶液发生泄漏时，所泄漏的硅溶液会穿过坩埚托盘10和第二端部吸震结构21的中空部分进入坩埚轴11的中空部分中，并可以被暂时缓存在设置于三者中的整个中空腔体100内，从而保护单晶炉内的热场部件如加热器等免受漏液的侵蚀和损坏，减少了损失。
可以设想的是，在设置有内部吸震结构22的情况下，内部吸震结构22也可以构造成中空的(如图4中所示)，以使所泄漏的硅溶液能够经过该中空部分向下流至坩埚轴11的中空部分中。
还可以设想的是，在未设置第二端部吸震结构21和内部吸震结构22的情况下，也可以仅将坩埚托盘10和坩埚轴11构造为中空的，以使在二者中形成能够容纳所泄漏的硅溶液的中空腔体。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种用于单晶炉的坩埚支承组件，其特征在于，包括：
坩埚托盘，其用于支承坩埚；以及
坩埚轴，其包括与动力源连接的第一端部和与所述坩埚托盘连接的第二端部，以用于通过由所述动力源驱动旋转而带动所述坩埚旋转，
其中，所述坩埚支承组件设置有用于缓冲所述坩埚支承组件的震动的吸震结构。
2.根据权利要求1所述的用于单晶炉的坩埚支承组件，其特征在于，所述吸震结构包括设置在所述坩埚轴的所述第一端部与所述动力源的连接处的第一端部吸震结构。
3.根据权利要求2所述的用于单晶炉的坩埚支承组件，其特征在于，所述第一端部呈沿轴向方向向下渐缩的锥形，并且所述第一端部吸震结构呈与所述第一端部的形状对应的形状并能够套设在所述第一端部的外表面上。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于单晶炉的坩埚支承组件，其特征在于，所述吸震结构包括设置在所述坩埚轴的所述第二端部与所述坩埚托盘的连接处的第二端部吸震结构。
5.根据权利要求4所述的用于单晶炉的坩埚支承组件，其特征在于，所述第二端部包括呈沿轴向方向向上渐扩的锥形的凹部，并且所述坩埚托盘包括凸部，所述凸部呈与所述凹部的形状对应的形状，使得所述凸部能够被配装在所述凹部中，并且所述第二端部吸震结构包括呈与所述凹部的形状对应的形状并能够被布置在所述凸部与所述凹部之间的部分。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于单晶炉的坩埚支承组件，其特征在于，所述吸震结构包括以夹心形式设置在所述坩埚托盘内的内部吸震结构。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于单晶炉的坩埚支承组件，其特征在于，所述吸震结构包括设置在所述坩埚轴的所述第二端部与所述坩埚托盘的连接处的第二端部吸震结构以及以夹心形式设置在所述坩埚托盘内的内部吸震结构。
8.根据权利要求4所述的用于单晶炉的坩埚支承组件，其特征在于，所述坩埚托盘、所述第二端部吸震结构和所述坩埚轴均为中空结构，使得在所述坩埚支承组件中形成用于在所述坩埚中的硅溶液发生泄漏时容纳所泄漏的硅溶液的中空腔体。
9.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于单晶炉的坩埚支承组件，其特征在于，所述吸震结构由硅氧烷共聚形成的弹性共聚物制成。
10.一种单晶炉，其特征在于，包括根据权利要求1至9中的任一项所述的用于单晶炉的坩埚支承组件。
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