CN115948791A - 二次加料装置、二级加料系统以及二次加料方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种二次加料装置，包括加料筒、连接杆和石英锥，所述石英锥包括位于所述加料筒内部的内侧面，所述内侧面上设置有螺旋槽，所述螺旋槽从所述石英锥。本发明还涉及一种二次加料系统和二次加料方法。通过在石英锥的内侧面上设置螺旋槽，在进行二次加料时，使得硅料沿着螺旋槽旋出，减缓硅料的下落速度，从而降低加料时的液体飞溅程度。
Description
技术领域
本发明涉及二次加料技术领域，尤其涉及一种二次加料装置、二级加料系统以及二次加料方法。
背景技术
随着半导体硅晶圆品质的不断提高，对拉晶过程中的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。现有技术中拉晶工艺过程包括化料(Melting)-二次加料(Dumping)-稳温(STB)-浸渍(Dip)-缩径(Necking)-放肩(Shoulder)-转肩(OverShoulder)-等径(Body)-收尾(Tail)等工艺。其中Dumping工序主要是通过再次加料的方式往坩埚中装满硅溶液。
进行二次加料的二次加料装置主要由石英管和石英锥两部分组成，石英锥连接着钼杆，当石英管装载多晶硅料后，整个装置连接着籽晶硬轴绳向下移动，当石英管上端凸缘与拉晶炉的副炉室内的卡环接触后，石英管将不会再向下移动，钼杆会带动石英锥继续往下移动，直至石英管与石英锥分离至较大距离时，多晶硅料一泻而下加入至坩埚中，但该装置无法控制下料速度，当固体硅料加入至液态硅熔液中时，受冲击作用液体会飞溅至周围热场部件上，该飞溅液体在热场部件表面冷凝成固体，拉晶完成后很难清理，对于一些表面有涂层材料的热场部件(如导流筒部件)，该冷凝固体会影响涂层与基体的结合强度(冷凝固体在涂层表面零散分布，在拉晶过程中导致涂层受热不均，长时间会影响涂层结合力)，甚至会导致涂层局部脱落，而一旦涂层脱层脱落掉进硅熔液中，必然会导致晶体断线，失去单晶品质，即使回熔重新拉制，拉制出的晶棒也会受到碳污染，出现碳含量超标，影响晶棒品质。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种二次加料装置、二级加料系统以及二次加料方法，解决二次加料速度过快造成液体飞溅的问题。
为了达到上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：一种二次加料装置，包括加料筒、连接杆和石英锥，所述石英锥包括位于所述加料筒内部的内侧面，所述内侧面上设置有螺旋槽。
可选的，所述螺旋槽的宽度大于待加硅料的直径。
可选的，所述螺旋槽的深度大于待加硅料的直径。
可选的，所述螺旋槽包括靠近所述石英锥的底部设置的硅料出口端，所述二次加料装置还包括旋转结构，所述旋转结构用于在所述硅料出口端外露于所述加料筒时，控制所述连接杆旋转以带动所述石英锥旋转。
可选的，所述石英锥的旋转方向与所述螺旋槽的螺旋方向相反。
可选的，所述石英锥和所述连接杆固定连接，以使得所述石英锥能够与所述连接杆同步旋转。
可选的，沿着所述连接杆的延伸方向，所述石英锥的相对的两端设置有螺旋安装于所述连接杆上的两个螺栓，两个所述螺栓的内螺纹的螺旋方向相反。
本发明实施例还提供一种二次加料系统，包括单晶炉，以及上述的二次加料装置，所述单晶炉包括炉体，所述炉体包括主炉室和副炉室，所述副炉室的内壁上设置有与所述加料筒的外壁上的凸缘相配合的卡环，所述主炉室内设置有坩埚组件，和位于所述坩埚组件的外围的加热结构。
本发明实施例还提供一种二次加料方法，采用上述的二次加料系统进行二次加料，包括以下步骤：
降低所述加热结构的功率，使得容纳于所述坩埚组件内的硅熔液的中心凝固形成一固态承载盘；
将所述二次加料装置伸入所述炉体内，并控制所述二次加料装置直至所述加料筒的外壁上的凸缘与副炉室的内壁上的卡环相接触，对所述二次加料装置进行对位；
控制所述连接杆下降，直至所述螺旋槽的硅料出口端外露于所述加料筒，控制所述连接杆旋转以带动所述石英锥旋转，进行加料。
可选的，在步骤“控制所述连接杆下降，直至所述螺旋槽的硅料出口端外露于所述加料筒，控制所述连接杆旋转以带动所述石英锥旋转，进行加料”中，还包括：
控制所述坩埚组件以预设速度向远离所述副炉室的方向移动，使得所述硅熔液的表面与所述炉体内的导流筒之间的距离大于预设值。
可选的，所述固态承载盘的直径为400-450mm。
本发明的有益效果是：通过在石英锥的内侧面上设置螺旋槽，在进行二次加料时，使得硅料沿着螺旋槽旋出，减缓硅料的下落速度，从而降低加料时的液体飞溅程度。
附图说明
图1表示本发明实施例中的二次加料装置的示意图；
图2表示本发明实施例中的石英锥的示意图；
图3表示本发明实施例中的二次加料系统的示意图；
图4表示本发明实施例中的二次加料方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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。此外，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。
参考图1-图3，本实施例提供一种二次加料装置，包括加料筒1、连接杆8和石英锥9，所述石英锥9包括位于所述加料筒1内部的内侧面91，所述内侧面91上设置有螺旋槽92。
所述螺旋槽92的设置增加了下落硅料的下落路程，且在沿着螺旋槽92的螺旋方向螺旋下落的过程中，减缓了硅料的下落速度，从而降低了固态硅料落入液态硅熔液内时引起的液体飞溅的程度，从而避免液体飞溅至单晶炉内的热场部件。
示例性的实施方式中，所述螺旋槽92的宽度大于待加硅料的直径。以保证装载于所述加料筒1内的硅料沿着所述螺旋槽92下落。
需要说明的是，加料筒1内装载的硅料的直径存在并不相同的情况，此时所述螺旋槽92的宽度大于待加硅料的最大直径，或者所述螺旋槽92的宽度大于待加硅料的平均直径。
需要说明的是，硅料的截面形状可以是圆形，也可以是多边形，或者异形，在硅料的截面的形状不是圆形时，所述螺旋槽92的宽度大于待加硅料上的任意两点之间的连线的平均长度，或者，所述螺旋槽92的宽度大于待加硅料上的任意两点之间的连线的最大长度。也就是说，在硅料的截面的形状不是圆形时，上述的直径定义为硅料上任意两点之间的连线的长度。
示例性的，所述螺旋槽92的宽度小于待加硅料的直径(平均直径或者最大直径)的两倍，减小一次性进入所述螺旋槽92内的硅料的数量，减小一次性加料的数量，从而降低液体飞溅程度。
示例性的实施方式中，所述螺旋槽92的深度大于待加硅料的直径。以保证装载于所述加料筒1内的硅料沿着所述螺旋槽92下落。
需要说明的是，加料筒1内装载的硅料的直径存在并不相同的情况，此时所述螺旋槽92的深度大于待加硅料的最大直径，或者所述螺旋槽92的深度大于待加硅料的平均直径。
需要说明的是，硅料的截面形状可以是圆形，也可以是多边形，或者异形，在硅料的截面的形状不是圆形时，所述螺旋槽92的深度大于待加硅料上的任意两点之间的连线的平均长度，或者，所述螺旋槽92的深度大于待加硅料上的任意两点之间的连线的最大长度。也就是说，在硅料的截面的形状不是圆形时，上述的直径定义为硅料上任意两点之间的连线的长度。
示例性的，所述螺旋槽92的深度小于待加硅料的直径(平均直径或者最大直径)的两倍，减小一次性进入所述螺旋槽92内的硅料的数量，减小一次性加料的数量，从而降低液体飞溅程度。
需要说明的是，所述螺旋槽92的螺距和所述石英锥的锥度以及高度相关，示例性的，可以设定所述螺旋槽92的螺距为84-100mm，但并不以此为限。需要说明的是，在具体的应用过程中，调整所述螺旋槽92的螺距、所述石英锥的锥度、以及所述石英锥的旋转速度等参数可以调节硅料的下落速度以及下落的区域范围。
示例性的实施方式中，所述螺旋槽92包括靠近所述石英锥9的底部设置的硅料出口端，所述二次加料装置还包括旋转结构，所述旋转结构用于在所述硅料出口端外露于所述加料筒1时，控制所述连接杆8旋转以带动所述石英锥9旋转。
所述旋转结构的设置利于硅料沿着所述螺旋槽92下落。
需要说明的是，所述加料筒1包括位于其轴向方向的相对的两端的进料端和出料端，图1中硅料100容纳于加料筒1内，所述石英锥9位于所述出料端，所述石英锥9包括沿所述加料筒1的轴向方向相对设置的顶部93和底部94，所述顶部93靠近所述进料端设置，所述底部94远离所述进料端设置。所述螺旋槽92由所述石英锥9的顶部93向所述石英锥9的底部94螺旋延伸设置，所述螺旋槽92的出口端位于所述石英锥9的底部，且所述石英锥9的所述内侧面91(石英锥9与硅料接触的表面)包括位于所述底部的第一边缘，所述出口端贯穿所述第一边缘设置，以使得硅料能够沿着所述螺旋槽92顺利的下落。
示例性的实施方式中，所述石英锥9的旋转方向与所述螺旋槽92的螺旋方向相反，以使得硅料在所述石英锥9旋转的过程中，沿着所述螺旋槽92下落。
示例性的实施方式中，所述石英锥9和所述连接杆8固定连接，以使得所述石英锥9能够与所述连接杆8同步旋转。
所述石英锥9和所述连接杆8可以一体成型，也可以是分体固定连接，示例性的实施方式中，沿着所述连接杆8的延伸方向，所述石英锥9的相对的两端设置有螺旋安装于所述连接杆8上的两个螺栓10，两个所述螺栓10的内螺纹的螺旋方向相反。
采用内螺纹螺旋方向相反的螺栓10来固定所述连接杆8和所述石英锥9，保证所述连接杆8和所述石英锥9的连接稳定性，也便于两个所述螺栓10的紧固。
示例性的，所述连接杆8采用钼制成。
参考图3，本发明实施例还提供一种二次加料系统，包括单晶炉，以及上述的二次加料装置，所述单晶炉包括炉体2，所述炉体2包括主炉室和副炉室，所述副炉室的内壁上设置有与所述加料筒1的外壁上的凸缘11相配合的卡环，所述主炉室内设置有坩埚组件，和位于所述坩埚组件的外围的加热结构。
所述坩埚组件包括石英坩埚4和围设于所述石英坩埚4的外围的石墨坩埚5，石英坩埚4内容纳有硅溶液3，坩埚组件底部连接有坩埚轴7。
示例性的，所述二次加料系统还包括用于控制所述加热结构的加热功率的温度控制单元，所述温度控制单元包括自动温度控制电路ATC(Automatic TemperatureControl)，在所述温度控制单元的控制下降低所述加热结构的功率，使得硅熔液的液面的中心区域形成一个具有预设直径的固态承载盘。硅料下落至所述固态承载盘上，防止液体飞溅。
示例性的，所述固态承载盘的所述预设直径为400-450mm，但并不以此为限。
参考图4，本发明实施例还提供一种二次加料方法，采用上述的二次加料系统进行二次加料，包括以下步骤：
将所述加热结构的功率调整至75-85kw，使得容纳于所述坩埚组件内的硅熔液的中心凝固形成一固态承载盘；
将所述二次加料装置伸入所述炉体内，并控制所述二次加料装置直至所述加料筒的外壁上的凸缘与副炉室的内壁上的卡环相接触，对所述二次加料装置进行对位；
控制所述连接杆下降，直至所述螺旋槽的硅料出口端外露于所述加料筒，控制所述连接杆旋转以带动所述石英锥旋转，进行加料。
所述二次加料装置还包括提拉结构，通过籽晶硬轴绳与所述连接杆连接，当加料筒装载多晶硅料后，所述加料筒连接着籽晶硬轴绳向下移动，当所述加料筒上的凸缘与炉体的副炉室的内壁上的圆形卡环接触后，所述加料筒将不会再向下移动，所述加料筒与所述石英锥慢慢分离，直至露出所述石英锥的螺旋槽的出口端(需要说明的是，此处露出所述螺旋槽的出口的大小足够硅料从所述螺旋槽和所述加料筒之间的空隙中下落)，此时，籽晶硬轴绳带动所述连接杆及所述石英锥一体做旋转运动，多晶硅料会沿着所述螺旋槽均匀且缓慢地落入至坩埚组件内的硅熔液中。
在下料之前提前预设时间(所述预设时间可以为25-35分钟，例如所述预设时间可以为30分钟)降低加热结构的功率，加热结构的功率从化料功率90kw(即熔化硅料所需的功率为90kw)下降至80kw，此时由于硅溶液的液面中心温度低(加热部件位于坩埚组件的外围，因此，硅熔液液面的温度由中心向边缘逐渐增大)，加热部件的功率降低则硅熔液的液面由内向外逐渐凝固，通过温补控制在硅熔液的液面的中心区域形成一个具有预设直径的固态承载盘，而后进行下料，下料时硅料会下落至该固态承载盘上，避免了硅溶液的飞溅。
需要说明的是，所述固态承载盘的所述预设直径可以通过所述加热部件的功率的控制设定，在一实施方式中所述预设直径为400-450mm，但并不以此为限，只要可以使得从所述加料筒中下落的硅料落入该固态承载盘，以有效的防止液体飞溅即可。
需要说明的是，所述二次加料系统还包括用于控制所述加热结构的加热功率的温度控制单元，所述温度控制单元包括自动温度控制电路ATC(Automatic TemperatureControl)，在所述温度控制单元的控制下降低所述加热结构的功率，使得硅熔液的液面的中心区域形成一个具有预设直径的所述固态承载盘。
示例性的实施方式中，在步骤“控制所述连接杆下降，直至所述螺旋槽的硅料出口端外露于所述加料筒，控制所述连接杆旋转以带动所述石英锥旋转，进行加料”中，还包括：
控制所述坩埚组件以预设速度向远离所述副炉室的方向移动，使得所述硅熔液的表面与所述炉体内的导流筒之间的距离大于预设值。
所述预设速度可以根据下料速率设定，在一实施方式中，所述预设速度为10-15mm/min，具体的可以为12mm/min，但并不以此为限。
在下料过程中，坩埚组件以预设速度(坩埚组件的下降速度可以根据下料速率进行调整)进行下降，避免因硅料在硅溶液表面沉积过高碰触到导流筒。
所述坩埚组件包括石英坩埚和围设于所述石英坩埚的外部的石墨坩埚，所述石英坩埚内容纳有硅溶液。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种二次加料装置，包括加料筒、连接杆和石英锥，其特征在于，所述石英锥包括位于所述加料筒内部的内侧面，所述内侧面上设置有螺旋槽。
2.根据权利要求1所述的二次加料装置，其特征在于，所述螺旋槽的宽度大于待加硅料的直径。
3.根据权利要求1所述的二次加料装置，其特征在于，所述螺旋槽的深度大于待加硅料的直径。
4.根据权利要求1所述的二次加料装置，其特征在于，所述螺旋槽包括靠近所述石英锥的底部设置的硅料出口端，所述二次加料装置还包括旋转结构，所述旋转结构用于在所述硅料出口端外露于所述加料筒时，控制所述连接杆旋转以带动所述石英锥旋转。
5.根据权利要求4所述的二次加料装置，其特征在于，所述石英锥的旋转方向与所述螺旋槽的螺旋方向相反。
6.根据权利要求1所述的二次加料装置，其特征在于，所述石英锥和所述连接杆固定连接，以使得所述石英锥能够与所述连接杆同步旋转。
7.根据权利要求1所述的二次加料装置，其特征在于，沿着所述连接杆的延伸方向，所述石英锥的相对的两端设置有螺旋安装于所述连接杆上的两个螺栓，两个所述螺栓的内螺纹的螺旋方向相反。
8.一种二次加料系统，其特征在于，包括单晶炉，以及权利要求1-7任一项所述的二次加料装置，所述单晶炉包括炉体，所述炉体包括主炉室和副炉室，所述副炉室的内壁上设置有与所述加料筒的外壁上的凸缘相配合的卡环，所述主炉室内设置有坩埚组件，和位于所述坩埚组件的外围的加热结构。
9.一种二次加料方法，其特征在于，采用权利要求8所述的二次加料系统进行二次加料，包括以下步骤：
降低所述加热结构的功率，使得容纳于所述坩埚组件内的硅熔液的中心凝固形成一固态承载盘；
将所述二次加料装置伸入所述炉体内，并控制所述二次加料装置直至所述加料筒的外壁上的凸缘与副炉室的内壁上的卡环相接触，对所述二次加料装置进行对位；
控制所述连接杆下降，直至所述螺旋槽的硅料出口端外露于所述加料筒，控制所述连接杆旋转以带动所述石英锥旋转，进行加料。
10.根据权利要求9所述的二次加料方法，其特征在于，在步骤“控制所述连接杆下降，直至所述螺旋槽的硅料出口端外露于所述加料筒，控制所述连接杆旋转以带动所述石英锥旋转，进行加料”中，还包括：
控制所述坩埚组件以预设速度向远离所述副炉室的方向移动，使得所述硅熔液的表面与所述炉体内的导流筒之间的距离大于预设值。
11.根据权利要求9所述的二次加料方法，其特征在于，所述固态承载盘的直径为400-450mm。
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