CN116497434A - 一种降氧导流筒、单晶炉及降氧工艺方法 - Google Patents

Abstract

本申请的实施例提供了一种降氧导流筒、单晶炉及降氧工艺方法，涉及单晶硅生产技术领域。该降氧导流筒包括导流筒主体，导流筒主体包括相连接的直筒部和收束部，收束部向内收束且具有用于朝向坩埚内液面的流通口；罩体，罩体包括气流引导部和弯曲聚热部，气流引导部的内侧壁连接于收束部背离直筒部的一端，气流引导部的外侧壁与弯曲聚热部相连接，弯曲聚热部朝背离收束部的一侧弯折，气流引导部与收束部之间形成三角形区域，其能够使得氩气流过液面的面积增大，进而更多地带走液面挥发的氧杂质。

Description

一种降氧导流筒、单晶炉及降氧工艺方法

技术领域

本申请涉及单晶硅生产技术领域，具体而言，涉及一种降氧导流筒、单晶炉及降氧工艺方法。

背景技术

在拉制单晶硅时，导流筒起到的主要作用包括屏蔽外围热量，带走更多晶棒的热量，以及引导氩气流向坩埚内的液面，带走部分结晶释放的热量以及由液面挥发出来的氧杂质。

熔硅中的氧主要来自于硅液与坩埚的反应无法避免，而从液面挥发则是熔硅中氧含量减少的主要途径，现有的导流筒使得氩气流过液面的面积较小，无法更多地带走液面挥发的氧杂质。

发明内容

本申请的目的包括，例如，提供了一种降氧导流筒、单晶炉及降氧工艺方法，其能够使得氩气流过液面的面积增大，进而更多地带走液面挥发的氧杂质。

本申请的实施例可以这样实现：

本申请的实施例提供了一种降氧导流筒，其包括：

导流筒主体，所述导流筒主体包括相连接的直筒部和收束部，所述收束部向内收束且具有用于朝向坩埚内液面的流通口；

罩体，所述罩体包括气流引导部和弯曲聚热部，所述气流引导部的内侧壁连接于所述收束部背离所述直筒部的一端，所述气流引导部的外侧壁与所述弯曲聚热部相连接，所述弯曲聚热部朝背离所述收束部的一侧弯折，所述气流引导部与所述收束部之间形成三角形区域。

可选的，所述弯曲聚热部的截面形状呈弧形。

可选的，所述弯曲聚热部的截面的切线与水平面的夹角为25°-50°。

可选的，所述弯曲聚热部朝向所述收束部的表面设置有多个凸起。

可选的，多个所述凸起占所述弯曲聚热部朝向所述收束部的表面面积的比例为10%-15%。

可选的，所述气流引导部的外侧壁与所述直筒部的外侧壁沿竖向平齐。

本申请的实施例还提供了一种单晶炉，包括炉体、坩埚以及上述的降氧导流筒，所述坩埚和所述降氧导流筒均设置于所述炉体内。

可选的，所述气流引导部和所述弯曲聚热部均延伸至所述坩埚内的液面上方；在由所述气流引导部的中心向外的水平方向上，所述弯曲聚热部与所述坩埚内的液面之间的距离逐渐减小。

本申请的实施例还提供了一种降氧工艺方法，应用于上述的单晶炉，该降氧工艺方法包括：调节通入所述流通口内的氩气流量为70-110slpm。

可选的，所述炉体内还设置加热器，所述降氧工艺方法还包括：

调节所述加热器的功率，以使所述坩埚内的液面温度为1430℃-1465℃。

本申请实施例的降氧导流筒、单晶炉及降氧工艺方法的有益效果包括，例如：在导流筒主体的底部设置罩体，该罩体的气流引导部连接于收束部，弯曲聚热部朝背离收束部的一侧弯折，气流引导部与收束部之间形成三角形区域。一方面，通过气流引导部和弯曲聚热部能够阻挡坩埚内液面的高热量，使得三角形区域的温度偏低，在拉晶过程中有利于导流筒更多地从晶棒中吸收热量，提高导流筒的纵向温度梯度以及晶棒结晶冷却效果，并且可以将坩埚内部分液面的热辐射反射回去，有助于降低熔体的纵向温度梯度，减少液面的热量损失；另一方面，氩气气流在流过坩埚内液面的过程中，由于弯曲聚热部与液面之间的距离逐渐缩小，氩气的气体流速由内向外不断增加，氩气流速最终在弯曲聚热部远离气流引导部的一端与液面之间达到最大，从而能够快速地带走挥发出来的氧，同时因为延长了气流流过液面的路径，大幅增加了氩气与液面接触的面积，也能够更多地带走液面中挥发出来的氧。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例中单晶炉的剖视图；

图2为本申请实施例中导流筒的剖视图；

图3为本申请实施例中降氧工艺方法的流程图。

图标：100-导流筒；110-导流筒主体；111-直筒部；112-收束部；1121-流通口；120-罩体；121-气流引导部；122-弯曲聚热部；1221-凸起；200-炉体；300-坩埚。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互结合。

本申请的发明人发现，现有的导流筒使得氩气流过液面的面积较小，无法更多地带走液面挥发的氧杂质。本申请的实施例提供了一种单晶炉，至少用于解决该技术问题。

请参考图1、图2，本申请的实施例提供的单晶炉包括降氧导流筒100、炉体200以及坩埚300，坩埚300和降氧导流筒100均设置于炉体200内。

该降氧导流筒100包括导流筒主体110和罩体120；导流筒主体110包括相连接的直筒部111和收束部112，收束部112向内收束且具有用于朝向坩埚300内液面的流通口1121；罩体120包括气流引导部121和弯曲聚热部122，气流引导部121的内侧壁连接于收束部112背离直筒部111的一端，气流引导部121的外侧壁与弯曲聚热部122相连接，弯曲聚热部122朝背离收束部112的一侧弯折，气流引导部121与收束部112之间形成三角形区域。

收束部112连接于直筒部111的底部，在背离直筒部111的方向上收束部112的直径逐渐减小，流通口1121设置于收束部112背离直筒部111的一端，且流通口1121用于供氩气向下流入坩埚300内；气流引导部121和弯曲聚热部122一体成型，气流引导部121和弯曲聚热部122均环绕流通口1121设置，气流引导部121大致沿水平方向延伸，弯曲聚热部122向下弯折，流引导部与收束部112之间大致形成三角形的镂空区域。

气流引导部121和弯曲聚热部122均延伸至坩埚300内的液面上方；在由气流引导部121的中心向外的水平方向上，弯曲聚热部122与坩埚300内的液面之间的距离逐渐减小。

一方面，通过气流引导部121和弯曲聚热部122能够阻挡坩埚300内液面的高热量，使得三角形区域的温度偏低，在拉晶过程中有利于导流筒100更多地从晶棒中吸收热量，提高导流筒100的纵向温度梯度以及晶棒结晶冷却效果，并且可以将坩埚300内部分液面的热辐射反射回去，有助于降低熔体的纵向温度梯度，减少液面的热量损失；另一方面，氩气气流在流过坩埚300内液面的过程中，由于弯曲聚热部122与液面之间的距离逐渐缩小，氩气的气体流速由内向外不断增加，氩气流速最终在弯曲聚热部122远离气流引导部121的一端与液面之间达到最大，从而能够快速地带走挥发出来的氧，同时因为延长了氩气气流流过液面的路径，大幅增加了氩气与液面接触的面积，也能够更多地带走液面中挥发出来的氧。

对拉晶后的单晶硅棒进行氧含量检测发现，在使用上述降氧导流筒100进行降氧的条件下，直径为10英寸的单晶硅棒的氧含量约为12ppma，直径为12英寸的单晶硅棒的氧含量约为14ppma，上述氧含量均为行业内较低水平，起到了良好的降氧效果。

在可选的实施方式中，弯曲聚热部122的截面形状呈弧形。

需要指出的是，弯曲聚热部122在通过流通口1121中心的竖直截面上的形状为弧形，弧形的弯曲聚热部122的内侧与气流引导部121相连接，弧形的弯曲聚热部122的外侧向下弯折。

在其他实施例中，弯曲聚热部122在通过流通口1121中心的竖直截面上的形状为直线形，弯曲聚热部122相对气流引导部121向下折弯。

进一步的，弯曲聚热部122的截面的切线与水平面的夹角a为25°-50°。

通过限定弯曲聚热部122的截面的切线与水平面的夹角a为25°-50°，在此角度范围内，弯曲聚热部122能够提供更优的热辐射反射，起到汇聚热量的效果，并且氩气气流在流过液面的过程中，气流通道距离逐渐缩小，由内侧向外侧的氩气流速不断增加，能够在坩埚300内的液面上方最大限度的带走挥发出来的氧。

例如，弯曲聚热部122的截面的切线与水平面的夹角a为25°、30°、35°、45°或50°，可以理解的是，弯曲聚热部122的截面的切线与水平面的夹角a可以依据实际工况在上述范围内选定。

当限定弯曲聚热部122的截面的切线与水平面的夹角a为25°-50°后，再对拉晶后的单晶硅棒进行氧含量检测发现，直径为10英寸的单晶硅棒的氧含量约为9ppma，直径为12英寸的单晶硅棒的氧含量约为10ppma，进一步降低了单晶硅棒的氧含量，提升了降氧效果。

在可选的实施方式中，弯曲聚热部122朝向收束部112的表面设置有多个凸起1221。

需要说明的是，多个凸起1221凸设于弯曲聚热部122朝向收束部112的表面，凸起1221的形状为圆形。

当氩气气流从弯曲聚热部122与坩埚300内液面之间的间隙流出并流经凸起1221时，凸起1221可使流经自身的气流向上流动，从而减少进入三角形区域的热气流，进而能够保持三角形区域的温度处于较低的水平，这有利于导流筒100更多的从晶棒中吸收热量，进一步提高导流筒100的纵向温度梯度，提高晶棒结晶冷却效果，提高拉晶速度。

在可选的实施方式中，多个凸起1221占弯曲聚热部122朝向收束部112的表面面积的比例为10%-15%。

需要说明的是，多个凸起1221占弯曲聚热部122朝向收束部112的表面面积的比例为多个凸起1221在弯曲聚热部122朝向收束部112的表面上的面积与弯曲聚热部122朝向收束部112的整个表面的面积之比，在这个比例为10%-15%的情况下，能够提高凸起1221的向上导流效果，保持三角形区域的温度处于较低的水平。

在可选的实施方式中，气流引导部121的外侧壁与直筒部111的外侧壁沿竖向平齐。

通过限定气流引导部121的外侧壁与直筒部111的外侧壁沿竖向平齐，当凸起1221将热气流向上导流的过程中，大部分热气流会沿着直筒部111的外侧壁向上流动，而不易流入到三角形区域内。

此外，炉体200内还设置加热器，坩埚300内的液面与加热器的中部大致齐平。液面以上的坩埚300部分处于加热器的高温区，液面以上的坩埚300部分在长时间高温烘烤下容易出现鼓包的现象，而本申请通过延长氩气气流流过液面的路径，大幅增加了氩气与液面接触的面积，使气流能够流经坩埚300内液面以上的大部分区域，从而带走部分热量，保护坩埚300，延长坩埚300的使用寿命。

请参考图3，本申请的实施例还提供了一种降氧工艺方法，应用于上述的单晶炉；该降氧工艺方法包括：

步骤S1、调节通入流通口1121内的氩气流量为70-110slpm。

需要说明的是，氩气流量可由外部的通氩装置调节，将通入流通口1121内的氩气流量控制在70-110slpm，能够更多地带走坩埚300内的氧，降低液面氧含量，如果氩气流量过高或过低，会导致液面过冷或过热，并且可能使得坩埚300内的氧无法及时排除，进而导致晶棒氧含量偏高。

步骤S2、调节加热器的功率，以使坩埚300内的液面温度为1430℃-1465℃。

在此步骤中，通过调节加热器的功率，将坩埚300内液面与底部冷熔液间的对流维持在合适程度，便于氧的挥发以及氧的及时排出。

其中，步骤S1和步骤S2可以同步进行。

综上所述，本申请实施例提供了一种降氧导流筒100、单晶炉及降氧工艺方法，一方面，通过气流引导部121和弯曲聚热部122能够阻挡坩埚300内液面的高热量，使得三角形区域的温度偏低，在拉晶过程中有利于导流筒100更多地从晶棒中吸收热量，提高导流筒100的纵向温度梯度以及晶棒结晶冷却效果，并且可以将坩埚300内部分液面的热辐射反射回去，有助于降低熔体的纵向温度梯度，减少液面的热量损失；另一方面，氩气气流在流过坩埚300内液面的过程中，由于弯曲聚热部122与液面之间的距离逐渐缩小，氩气的气体流速由内向外不断增加，氩气流速最终在弯曲聚热部122远离气流引导部121的一端与液面之间达到最大，从而能够快速地带走挥发出来的氧，同时因为延长了氩气气流流过液面的路径，大幅增加了氩气与液面接触的面积，也能够更多地带走液面中挥发出来的氧。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种降氧导流筒，其特征在于，包括：

导流筒主体，所述导流筒主体包括相连接的直筒部和收束部，所述收束部向内收束且具有用于朝向坩埚内液面的流通口；

罩体，所述罩体包括气流引导部和弯曲聚热部，所述气流引导部的内侧壁连接于所述收束部背离所述直筒部的一端，所述气流引导部的外侧壁与所述弯曲聚热部相连接，所述弯曲聚热部朝背离所述收束部的一侧弯折，所述气流引导部与所述收束部之间形成三角形区域。

2.根据权利要求1所述的降氧导流筒，其特征在于，所述弯曲聚热部的截面形状呈弧形。

3.根据权利要求2所述的降氧导流筒，其特征在于，所述弯曲聚热部的截面的切线与水平面的夹角为25°-50°。

4.根据权利要求1所述的降氧导流筒，其特征在于，所述弯曲聚热部朝向所述收束部的表面设置有多个凸起。

5.根据权利要求4所述的降氧导流筒，其特征在于，多个所述凸起占所述弯曲聚热部朝向所述收束部的表面面积的比例为10%-15%。

6.根据权利要求1所述的降氧导流筒，其特征在于，所述气流引导部的外侧壁与所述直筒部的外侧壁沿竖向平齐。

7.一种单晶炉，其特征在于，包括炉体、坩埚以及如权利要求1-6任一项所述的降氧导流筒，所述坩埚和所述降氧导流筒均设置于所述炉体内。

8.根据权利要求7所述的单晶炉，其特征在于，所述气流引导部和所述弯曲聚热部均延伸至所述坩埚内的液面上方；在由所述气流引导部的中心向外的水平方向上，所述弯曲聚热部与所述坩埚内的液面之间的距离逐渐减小。

9.一种降氧工艺方法，其特征在于，应用于权利要求7所述的单晶炉；所述降氧工艺方法包括：

调节通入所述流通口内的氩气流量为70-110slpm。

10.根据权利要求9所述的降氧工艺方法，其特征在于，所述炉体内还设置加热器，所述降氧工艺方法还包括：

调节所述加热器的功率，以使所述坩埚内的液面温度为1430℃-1465℃。